数控系统软件可靠性设计与故障分析技术
2018-3-1 来源： 兰州石化职业技术学院 作者：马延斌
摘 要：分析数控机床运行故障，研究故障定位技术，可以快速修复机床，减少停车时间，同样有助于提高生产效率，减少损失。
关键词：数控系统；软件可靠性；故障分析
引言
对于数控机床，硬件部分越来越完善，同时由于生产工艺复杂化，数控机床功能多样化，对软件系统的要求越来越高，既要功能满足生产需要，还要保证软件程序运行平稳快速，少发故障，因此研究数控系统软件的可靠性、减少故障发生率，变的越来越重要。
1 、 软件可靠性设计
软件是数控系统的大脑和神经，数控系统的运行水平取决于软件的可靠性和稳定性。研究数控系统的可靠性，需要研究以下几个方面。
1.1 开发的可靠性
1）开发软件的管理可靠性；源代码作为软件的灵魂，需要专业的管理工具。要按照项目分类管理，授权要分级别和层次，不同的管理人员有不同权限的责任，必要时引进专业工具对其进行管理，做到管理清晰、责任可追溯、修改有记录、设计可重现，真正做到软件使用有可控性，软件设计有可靠性。
2）使用软件的管理可靠性；软件设计开发完毕，将进入实用阶段。如要保障软件安装正确，参数调试准确，需要制定专用的软件使用标准文件，将安装、调试步骤准确无误的表达出来。在软件的管理方面，需要制定专业的版本号，以区分不同数控软件的类型、功能。并且将这些版本号明确表现出来，达到可视化，以方便工程师快速地维修、检查，比如在显示屏将软件的基本信息显示出来，便于维护和管理[1]。
1.2 设计的标准化
1）规范设计流程和设计制度。管理人员要熟知软件开发的基本设计流程：软件设计、软件编码、软件测试、软件修改、软件发行和软件维护。管理人员要针对这六大基本环节，研究设计管理方法、形成书面文件和上墙制度，以此来约束工程师和管理人员的行为。基本环节的关系如图 1。
图 1 软件设计与管理制度流程简图
2）模块化设计规范化。模块具有微系统化特点，一个模块就是一个独立的结构，该结构需要依据实际应用环境进行功能设计，所以在模块内部需要规范该模块的程序代码或者数据，这是模块内部环境的要求。在模块设计方面要详细编码数据结构、数据流，保证模块内部运行流畅。
模块的外部特征主要指该模块与外部环境的接口，使得模块接入大系统，接口环境包含参数的输入和输出口，调试方式和全局变量，所以模块设计要做到准确、稳定和可靠，采用标准化技术。
3）编码规则一致性。软件需要工程师介入修正。软件首先要做到具有可读性，为了能使非专业的使用人员做到能读懂，能维护，软件参数（代码）要简单易读、清晰易懂。
1.3 软件智能化设计
容错在实际应用中，数控系统经常发生系统性故障，或发生非专业人员进行的非正常操作。在充分考虑软件系统标准化的条件下，要使系统具有辨别错误操作的能力，即保障数控系统的容错纠错能力，维持运行稳定性。
1）软件功能自保性；权限的约束是保障系统软件参数稳定性的外在因素，软件系统生产厂家具有最高权限，可以对系统软件做全面的修改、纠正和删除等；机床生产厂家次之，只能有修改、纠正与硬件相连接的部分权限；用户的权限居末，只能修改、纠正少部分参数。分级权限避免了低权限的非专业人员的错误操作带来的破坏性参数修改。
2）软件操作自保性；设计者要预见更多的操作性失误、错误，在错误操作发生时，要避免数控机床的异常动作、停机等故障。在设计系统软件时，可以采用多层次保护方式，避免错误操作带来的硬件损坏[2]。
2 、故障定位技术
在数控系统生产过程中，设计者可设置软件系统的扩展组件。在系统运行过程中，命令控制系统通过语义载入和语义感知使扩展组件发现系统组件的异常状况，即扩展组件为系统组件的故障监控器和故障记录仪。当检测出故障原因，则通过相似路径算法生成失效路径的相似路径集，比对得到可行路径，构建成功的相似路劲。建立基于最小二乘支持向量机的代码怀疑度计算模型，定位故障，使故障的查看与排除可视化。
3 、结语
数控系统软件的复杂性，不可视性，决定了软件系统需要做到在设计完善，细节周到，不论从人员管理和权限分类，做到有章可循、有度可查。同时在故障分析与排查技术方面，做到及时、准确和可排除性，使系统软件的运行可靠性得到全方位的保障。
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