机床厂故障诊断专家系统设计课程

1、摘要基于 WEB 的机床故障诊断系统研究的主要目的是使得用户在机床设备发生故障后，能够借助本系统快速诊断出故障的原因，找到排除故障的方法，有效的缩短因设备故障而造成的设备停机时间。同时对于机床制造商来说，可以通过故障诊断系统减少小故障、常见故障维修的问题，减少维修人员的出差次数，降低了售后技术支持费用，增强产品的市场竞争力。 本文设计并实现了一个基于WEB 的故障诊断专家系统，该系统能够提升机床厂维修人员解决问题的效率。对快速恢复生产有重要的作用。系统编程采用java 语言，适用性强，理论上能在许多终端机上运行。该系统能够快速解决机床的故障问题，系统中分为普通用户系统和管理员用户系统，分别能进

2、行不同类型的操作。论文以无锡开源机床生产的机床为研究对象，首先介绍了故障诊断技术和专家系统的发展历史，列出了该机床厂常见机床信息和故障类型，其次研究了故障诊断专家系统的结构，组成专家系统的各个部分成分及其功能，然后设计解决方案，构建出系统的总体框架，最后完成数据库的设计，实现系统的各个功能模块。关键词：专家系统 故障诊断 机床故障 数据库 javaAbstractThe main purpose of the research of Machine tool fault diagnosis system based on WEB is to make the user of the machi

3、ne tool equipment can quickly diagnose the fault reasons when machine tool goes wrong. And the user can find a way to solve the faults, through the systemwe can effective shorten equipments downtime due to equipment faults. For machine tool manufacturers, they can reduce many small and easy faults d

4、ue to expert diagnosis system, also they can reduce the number of maintenance people, reduce the after-sale technical support costs, the system can improve the competitiveness of products.This paper designed and realized a fault diagnosis expert system based on WEB services, the system can improve t

5、he efficiency of solving machine tools problems. And has an important effect to quickly restore production. This system uses the Java language, so it can run on many terminals in theory. The system can quickly solve the problem of malfunction of the machine tools. The system is divided into ordinary

6、 users and administrator users, they can go for different types of operations.This paper is based on wuxi kaiyuan machine tool plant, at first it introduces the development history of fault diagnosis technology and expert system, lists the common machine tools information and fault types, then we st

7、udy the structure of fault diagnosis expert system , different parts of the expert system and their functions, at last we design the solutions of the system and build the systems framework, finally we completed the design of the database, and realizes each function of the module in the system.Key wo

8、rd: fault diagnosis; expert system; machine tool faults; database; java language; 目 录前言 .1第一章 绪论 .21.1 故障诊断技术现状、发展及分类.21.1.1 故障诊断技术发展的过程 .21.1.2 故障诊断技术发展现状 .31.1.3 故障诊断方法按诊断方法的原理可以分为： .31.2 专家系统的发展 .41.3 国内外研究现状 .51.4 课题的研究意义和研究内容 .51.4.1 本课题研究意义 .51.4.3 本课题研究的内容 .61.5 本文结构 .6第二章无锡开源机床厂机床的类型及常见故障.72

9、.1 开源机床厂常见的机床 .72.2 机床常见故障 .72.21 按发生故障部位 .72.22 按故障发生频率 .72.2.3 按发生的故障性质分类 .72.24 无锡开源机床厂机床故障 .7第三章故障诊断专家系统总体设计架构 .73.1 系统的总设计思想 .73.1.1 专家系统的结构 .731.2 故障诊断专家系统的优点 .7313 专家系统的建立步骤 .73.2 系统的总体设计 .732.1 系统的功能结构图和流程图 .7第四章 JAVA 语言的简介 .74.1 组成 .74.2 优势 .74.3 语言特点 .7第五章 数据库设计 .75.1 数据库环境的建立 .75.1.1 安装 m

10、ySQL 数据库 .75.1.2 安装 mySQL 管理软件 Navicat for mySQL.75.2 数据库需求分析 .75.2.1 本系统的用户分为管理员用户和普通用户 .75.2.2 数据库概念结构设计 .7第六章 系统操作界面设计与实现 .761 登录模块设计与实现 .76.2 普通用户操作模块设计与实现 .76.3 管理用户操作模块设计与实现 .7第七章 系统实现的若干问题解决 .77.1 添加STRUTS包实现动态ACTION动作。.77.1.1struts.77.1.2 历史库添加机床故障历史信息实例：.77.2 管理员和普通用户分别在两种不同的界面登录： .7第八章 结论与

11、展望 .78.1 论文总结 .78.2 课题展望 .7参考文献 .7致谢 .7前前言言 专家系统能够汇集和管理来自不同渠道、学科和众多专家的经验，适和用来解决大量知识和经验才能解决的问题。目前，专家系统在各行各业运用的非常良好，本文研究机床故障方面的专家系统。通过研究故障诊断专家系统的设计方法，采用myeclispse 开发工具，使用Navicat for MySQL 来连接管理数据库，设计开发出基于WEB 的故障诊断专家系统。 通过不同的用户，设置了不同的登录界面，普通用户可以实现故障的查询，翻阅机床故障历史纪录，管理员用户可以实现知识库、历史库等信息的增加、删除、查询 。本系统侧重的功能是

12、故障查询模块，所以不涉及员工信息管理等模块，该系统能提供故障查询 ，机床历史故障信息查询等功能。并能对知识库部分进行有效的管理，保证软件的能够与时俱进 。由于本课题研究的是机床厂故障诊断， 所以有必要介绍一下故障诊断这门技术的发展历史和现状，而课题研究的内容是机床厂故障诊断专家系统，所以在开篇部分分别从故障诊断技术的发展和专家系统的发展两个方面来分析。 第第一一章章 绪绪论论1.11.1 故障诊断技术现状、发展及分类故障诊断技术现状、发展及分类1.1.11.1.1 故障诊断技术发展的过程故障诊断技术发展的过程故障诊断技术是现代生产发展的产物，早在20 世纪 60 年代末，美国国家宇航局（ NA

13、SA）就创立了美国机械故障预防小组MFPG（Machinery Fault Prevention Group） 。其后，由于诊断技术应用所产生的巨大的经济效益，从而得到快速的发展。如美国 Bechtel 电力公司开发了火电厂机械设备诊断用专家系统（SCOPE，1987） ；美国 Radial 公司也在此时开发了汽轮发电机组振动诊断用的专家系统（ Turbomac 1987） ；美国西屋电气公司 (WHEC)首先将网络技术应用于汽轮故障诊断，建立故障诊断中心，将分布在各地电站的多台机组实行远程诊断；美国 Bently 公司对旋转机械故障诊断及传感器的研究都进行了比较深入的研究。当故障诊断技术在美

14、国迅速发展的同时，在西欧国家也得到了相应的发展。英国在 1971 年成立了机械保健中心（ Mechanical Health Monitoring）,促进了各类机械工厂机械设备性能检测和维修水平的提高；法国电力部门从1978 年起就在汽轮发电机组上安装了振动监测装置，20 世纪 90 年代又提出了监测与振动支援站的设想；还有瑞士的ABB 公司、德国的西门子公司、丹麦的 B&K 公司等都开发了有关诊断系统及信号监测装置。在亚洲，日本针对汽轮发电机组寿命监测和故障诊断进行了很多研究，1987 年东芝电气公司开发了大功率汽轮机轴系诊断系统，20 世纪 90 年代又开发了机器寿命诊断的专家系统

15、；日立公司于1982 年开发了汽轮组寿命诊断装置，并逐步形成了一套完整的机器寿命诊断方法；三菱公司在20 世纪 80年代也研制了能自动进行异常征兆监测并能诊断其原因的诊断系统1。由上述分析可知，各国家有关故障诊断技术的研究和诊断系统的研制大多是从汽轮发电机开始，其原因： 1）电力系统对国民经济建设和人民生活均十分重要，影响面广； 2）在连续生产系统中，发电机、空气压缩机都是动力源，如果一台机组产生故障，不仅影响其本身效率的发挥，还会影响整个生产系统的正常运行； 3）汽轮发电机组的生产过程是连续的旋转过程，振动信号拾取和信号处理的处理的方法相对其他方法而言比较成熟，在生产条件下容易实现。1.1.

16、21.1.2 故障诊断技术发展现状故障诊断技术发展现状近十年来，国内外故障诊断方法与技术的发展主要集中在三个方面，一是故障诊断策略与模式的研究，如分布式监测诊断模式、基于internet 的远程分布式监测诊断模式等；二是智能诊断方法与技术的研究，如基于行为的神经网络诊断方法、基于多智能体（即多代理）的诊断方法等；三是故障特征分析与特征量提取的研究，如小波分析和时频分析方法的应用2。1.1.31.1.3 故障诊断方法按诊断方法的原理可以分为故障诊断方法按诊断方法的原理可以分为1).频域诊断法 应用频谱分析技术，根据频谱特征变化，判别机器的运行状态及故障形成的原因。2).时域分析法 应用时间序列模

17、型及有关的特性函数，判别机器工况状态的变化。3).统计分析法 应用概率统计模型及其有关的特性函数，实现机器的工况状态监视与故障诊断。4).非平稳信号分析法 机械设备的测试信号常常是非平稳的，可应用Wigner分部、小变换和时 频分析等方法进行研究并提取特征量，判别故障性质。5).信息理论分析法 应用基于信息理论建立的某些特性函数，如Kull-back信息数、 J 散度等机器运行过程中的变化，进行机器的工况状态分析与故障诊断。6).人工智能方法 如模式识别、人工神经网络、专家系统等。由于人工智能技术的发展而提出来的诊断方法。随着计算机和网络技术的发展，分布式人工智能方法的提出，近年来又提出多代理

18、协作诊断方法等2。1.21.2 专家系统的发展专家系统的发展专家系统是一个智能计算机程序系统，其内部含有大量的某个领域专家水平的知识与经验，能够利用人类专家的知识和解决问题的方法来处理该领域问题。也就是说，专家系统是一个具有大量的专门知识与经验的程序系统，它应用人工智能技术和计算机技术，根据某领域一个或多个专家提供的知识和经验，进行推理和判断，模拟人类专家的决策过程，以便解决那些需要人类专家处理的复杂问题，专家系统是一种模拟人类专家解决领域问题的计算机程序系统2。1965 年，f.a.费根鲍姆等人在总结通用 问题求解 系统的成功与失败经验的基础上，结合化学领域的专门知识，研制了世界上第一个专家

19、系dendral，可以推断化学分子结构。 20 多年来， 知识工程 的研究，专家系统的理论和技术不断发展，应用渗透到几乎各个领域，包括化学、数学、物理、生物、医学、农业、 气象、地质勘探 、军事、工程技术、法律、商业、 空间技术、自动控制、计算机设计和制造等众多领域，开发了几千个的专家系统，其中不少在功能上已达到，甚至超过同领域中人类专家的水平，并在实际应用中产生了巨大的经济效益3。专家系统的发展已经历了 3 个阶段，正向第四代过渡和发展。第一代专家系统（dendral、macsyma 等）以高度专业化、求解专门问题的能力强为特点。但在体系结构 的完整性、可移植性等方面存在缺陷，求解问题的能力

20、弱。第二代专家系统（ mycin、casnet、prospector、hearsay 等）属单学科专业型、应用型系统，其体系结构较完整，移植性方面也有所改善，而且在系统的人机接口、解释机制、知识获取技术、不确定 推理技术、增强专家系统的 知识表示和推理方法的启发性、通用性等方面都有所改进。第三代专家系统属多学科综合型系统，采用多种 人工智能语言 ，综合采用各种知识表示方法和多种 推理机制及控制策略，并开始运用各种知识工程语言、骨架系统及专家系统开发工具和环境来研制大型综合专家系统。在总结前三代专家系统的设计方法和实现技术的基础上，已开始采用大型多专家协作系统、多种知识表示、综合知识库、自组织解

21、题机制、多学科协同解题与并行推理、专家系统工具与环境、人工神经网络 知识获取及学习机制等最新 人工智能技术 来实现具有多知识库、多主体的第四代专家系统3。1.31.3 国内外研究现状国内外研究现状近十年来，无论在理论上还是在系统开发方面，故障诊断专家系统的研究工作都有了较大的发展。最初人们研制出来的专家系统，几乎都只能用于实验室，有些系统只是到了近几年才在性能上有所扩展，并有效的应用到实际中。认识到这一点后，人工智能领域和工程领域的研究人员转而降低研究对象的复杂程度，去研制一些基础问题和简单系统及复合系统的诊断专家系统。随着各种技术储备的增加，人们最终会开发出能直接为工程领域服务的高性能的故障

22、诊断专家系统。我国对专家系统的研究开发起步较晚，大约开始于七十年代末，但其发展速度是比较快的。八十年代初，我国专家系统研究从最初的医疗农业领域，逐步渗透到交通领域、地质勘探、气象预报等领域，到了八十年代中期，我国专家系统的应用领域迅速扩大，在数学、物理、化学、工程、机械、经济、教育、军事等领域先后有一批专家系统问世。随着数控机床的广泛应用，其故障诊断专家系统的研制开发越来越受到人们的普遍重视4。1.41.4 课题的研究意义和研究内容课题的研究意义和研究内容1.4.11.4.1 本课题研究意义本课题研究意义我国企业现有数控设备的 利用率和 完好率普遍偏低，除了由于普遍存在的生产任务 不足的原因外

23、，维修力量不够和编程能力不够成为开工不足的主要原因，分别占 34.8%和 17.6%。影响数控设备的完好率的主要原因是维修力量不足，占 42.5%5。基于 WEB 的机床故障诊断系统研究的主要目的是使得用户在机床设备发生故障后，能够借助本系统快速 诊断出故障的原因，找到排除故障的方法，有效的缩短因设备故障而造成的设备停机时间。同时对于无锡机床制造商来说，可以通过 使用本系统减少小故障、常见故障维修问题，减少维修人员的出差次数，降低了售后技术支持费用，增强产品的市场竞争力。1.4.31.4.3 本课题研究的内容本课题研究的内容1.讨论了世界先进的故障诊断技术及专家系统的发展趋势，研究无锡开源机床

24、厂的故障类型，并以故障树的方式表现出来。2运用 Navicat for SQL 建立系统信息的数据库。3.在 MyEclipse 中编写程序，设计出普通用户登录模块、管理员登录模块、历史库管理模块、知识库管理模块、故障查询模块等。4在设计的网页上进行各种操作，实现用户对各种故障进行查询，管理员同时能够对历史库和知识库的管理 。5.定期对系统进行相关问题 检测，并提出改善改进 。1.51.5 本文结构本文结构全文共分 八部分：第一章：绪论 本章介绍了故障诊断技术发展历史及现状，然后引出专家系统的发展历史，研究了国内外专家系统的发展状况，介绍了课题来源，研究内容和意义。第二章： 无锡开源机床厂机床

25、的类型及常见故障 本章介绍了无锡开源机床厂的机床类型，研究了故障的类型，并用故障树的方法分析归纳出来。第三章： 故障诊断专家系统总体设计架构 分析故障诊断专家系统的总体设计框架，从潜在客户需求入手，分析出系统各个模块的功能的结构图，并画用户流程图。第四章： java 语言的简介 本章介绍了 java 语言的特点及其优势 。第五章：数据库设计 本章介绍本论文采用的 MySQL 数据库，构建了本系统的 E-R 图模型，并根据 E-R 图导入数据表格。第六章： 系统操作界面设计与实现 本章显示本系统运行的界面，分别进行管理员用户和普通用户的操作，管理员能够对知识库、历史库等进行增加、删除、修改等操作

26、，普通用户可以查询故障原因，查询机床的故障历史。第七章：系统采用的若干技术 本章介绍了 struts 技术，如何实现增加、删除等操作， 以及不同用户的登录问题。第八章：结论与展望 总结本论文研究成果，对论文相关方面提出一些设想。第第二二章章无无锡锡开开源源机机床床厂厂机机床床的的类类型型及及常常见见故故障障2.12.1 开源机床厂常见的机床开源机床厂常见的机床该公司主要生产的类型主要是数控磨床，在数控磨床方面的技术比较先进，该公司的生产的机床类型如下：数控无心磨床 MKS10100 WX1010 型针阀自动无心磨床 WX1013 型芯轴沟道无心磨床 MK2115 数控内圆磨床 M2116 数控

27、内圆磨床 WX1012 型连杆专用无心磨床 WX1016 型气门杆无心磨床 数控内外圆复合磨床 MK2710 MK1150/1 型宽砂轮无心磨床 MK1150/3 型数控宽沙轮无心磨床 MK11200/1 型宽砂轮无心磨床 WX1010 型针阀自动无心磨床 WX1012 型连杆专用无心磨床 WX1016 型气门杆无心磨床 MGD2110B 高精度内圆磨床 MB2120 半自动内圆磨床 MK2120B 数控内圆磨床 MK28100 数控立式内圆磨床2.2 机床常见故障机床常见故障随着现代社会的发展进步，机床的功能结构越来复杂，所出现的故障类型也是多种多样，对这些故障类 型进行合理的分类 有助于我

28、们解决机床的故障 。2.22.21 1 按发生故障部位按发生故障部位机床发生故障部位通常分为机械系统故障、电气系统故障、液压/气动系统故障。电气系统故障又可分为强电线路故障与数控系统故障。强电线路故障一般是由各种继电器、接触器线路故障与保护线路及各种传感器故障造成的;数控系统故障主要是由于其硬件和软件故障形成的。机械系统故障表现在运动失效和精度超差两个方面。运动失效大多是减速箱、丝杠螺母副、导轨副等故障造成的 ;而精度超差又可分为几何精度超差、传动精度超差、运动精度超差和位置精度超差。液压/气动系统故障的出现一般是由机械电气引起的故障、液压/气动传动与控制故障造成的。液压传动与控制故障又可体现

29、在驱动部分的故障、执行部分的故障、控制部分的故障和辅助部分的故障等5。2.22.22 2 按故障发生频率按故障发生频率数控机床的故障发生频率在其使用期内是不相同的。由于机床在运行中有一种固有的特性曲线叫 “浴盆曲线 ”6，如图 2-1 所示。因此也可将故障类型分为初期故障、偶发故障和磨损故障。图 2-1 设备使用失效的“浴盆曲线”使用初由于机床各部位需要磨合，操作人员也要熟悉机床而故障失效率高一点，中期机床趋于稳定，因故障而发生的失效率低，超过损耗失效期后，机床各个部位老化退化，因而故障概失效率又增加。初期故障是设备使用初期的故障，故障频率较高，一般无规律可循。在这个时期，电气、液压和气动系统

30、故障频率约占整个初始故障的90%6，为此，要加强对机床的检测，勤记录，定期对机床进行机电调整，以保证设备各种运行参数处于技术规范之内。偶发故障是在正常运转阶段，由于操作和维护不良而造成的。此时，各类元器件器质性的故障较为少见，但不排除偶发故障的产生，所以，在这个时期内要坚持做好设备运行记录，以备排除故障时参考。磨损故障是由于年 久失修和磨损而产生的故障，故障频率较高，故障性质属于渐发 性。例如橡胶件的老化，轴衬和液压缸的磨损，限位开关接触灵敏度以及某些电子元器件品质因素下降等。2.2.32.2.3 按发生的故障性质分类按发生的故障性质分类按性质可分为系统性故障和随机性故障。系统性故障通常是指只

31、要满足一定的条件或超过某一设定的限度，工作中的数控机床必然会发生的故障。如:机床加工因切削量过大达到某一极限值时必然会发生过载或超温报警。随机性故障通常是指数控机床在同样的条件下工作时只偶然发生一次或两次的故障。这类故障的发生往往与安装质量、组件排列、参数设定、元器件品质、操作失误与维护不当，以及工作环境影响等诸因素有关。由于其具有偶发性，进行原因分析与故障诊断较其它故障困难得多。2.22.24 4 无锡开源机床厂机床故障无锡开源机床厂机床故障此处用故障树的方法表示出来，如图2-2、2-3、2-4、2-5、2-6、2-7 所示：图 2-2 机床故障总体结构的故障树图 2-3 无心磨床故障树工件

32、回转轴心与砂轮轴心的运动精度不平行，重新调整相对精度床头主轴回转精度超差滚动轴承配合间隙松工件毛坯误差过大冷却水不充足砂轮力度不当进刀量过快机床振动，特别是砂轮电机振动砂轮修整后形状不正确外界环境振动影响工件旋转和砂轮的往复运动不恰当工件圆度超差工件圆柱度超差工件表面烧伤工件表面振纹机械故障（内圆机床）图 2-4 内圆磨床的故障树 凸轮电机反转电磁阀动作不正常平衡压力偏低电机接线不正确电磁阀发动作不正确凸轮轴功能部分动作不正确平衡压力偏高到位两只触点行程开关相对位置调整不对电磁阀动作失常气流管道连接有误气压单向阀节流螺钉未调好管道漏气，回气节流失控气压单向节流阀漏气管道连接有误油箱电磁阀动作失

33、常定心轴小孔堵塞“油石加压”压力太大油石夹跳进速度太快油石夹持螺钉拧的太紧振荡中心与油石夹配合太紧油石夹振荡频率过高油石刀架松动振荡中心与工件沟R中心不符工件有磁转位盘中工件与前挡板干涉凸轮轴运转时撞击声严重凸轮电机转不动，经常跳闸动作循环时凸轮轴旋转不到位调整状态时，按油石夹按钮，油石夹无进退动作油石夹运动，撞击严重而无缓冲油石夹运动，撞击严重而无缓冲定心轴无压力油喷出油石折断工件卡料机械故障（超精机）图 2-5 超精机机床故障树无电源照明灯损坏有电指示灯损坏插头座未插好电机保护断路器有跳闸情况无电源油泵未启动急停按钮处于锁位动作未按照联锁次序进行联锁接近开关未调整到位液压阀失灵未供气气压低

34、润滑油位过低油泵未启动调整动作未复位原位开关未调整到位行程开关坏或发讯位未调整好系统输除点坏电磁阀卡死检查是否有电机烧坏电机保护断路器跳闸，调整整定值至合适根据系统说明书对照报警号排除故障系统无电源系统保险丝烧断，排除断路后换系统显示屏坏变频器欠压变频器过热变频器过流电源开关QF1开启后机床照明灯EL1无法启动油泵调整状态下各动作按钮，旋钮无法启动调整状态下单步动作无开启后气源指示灯亮自动循环无法启动在半自动或自动工作方式时，按循环启动，机床工作循环开始，但中途停车检查是否有电机烧坏控制系统内部报警控制系统无显示变频器报警灯亮电气部分故障图 2-6 电气部分故障树检查油泵是否输出油检查油管看是

35、从哪个部件溢出检查溢流阀并清洗检查油泵转向及内泄漏清洗溢流阀油泵质量不好管子细长发生颤动在系统开始工作时排气油缸在空载下全行程快速往复数下将摇杆手柄搬动几次即可用手推一下工作台将活塞压紧圈压牢并使齿轮轴能咬上行程开关失灵电磁阀失灵检察管道及液动机节流阀，调速阀等元件的泄漏情况，更换或修配磨损零件滑阀被污物卡住，清洗检查并更换油缸的密封装置将节流阀的往返速度调至一样调整溢流阀的压力拆洗减压阀，节流阀适当调整背压阀门的弹簧液压系统压力不足或完全无压力工作机构运动速度不够或完全不动噪音和振动 工作部件运动不均匀（有爬行现象）手摇机构较重手摇机构不起作用自动循环不能正确实现液动机工作速度在载荷下有较显

36、著的降低作台往返速度不一致台面快速行程的速度达不到液压部分故障图 2-7 液压部分的故障此处利用故障树的分析方法， 非常直观，明了，能够清晰了解各个机床不同部位或不同类型的所有故障。第三章故障诊断专家系统总体设计架构第三章故障诊断专家系统总体设计架构随着数控机床技术的不断进步和计算机语言的迅猛发展，各行各业对专家系统的应用越来越多 ,尤其是在制造企业中。充分利用现有的有利条件，开发机床的专家系统 ,是非常可行的。专家系统有助提高机床厂解决问题的能力,增加企业的生产效率 ,从而产生经济效益 。3.13.1 系统的总设计思想系统的总设计思想对于机床故障诊断的查询是基于web 的故障诊断系统，本系统

37、功能侧重于故障的查询，知识库的更新，所以该系统的用户模块结构相对简单。知识库、历史库模块的功能相对复杂，能够进行增加、删除、修改等操作。3.1.13.1.1 专家系统的结构专家系统的结构专家系统的结构是指专家系统各组成部分的构造方法和组织形式。不同类型的专家系统，其功能和结构上也不尽相同。专家系统一般由知识库及其管理系统、推理机、综合数据库、知识获取机制、解释机构和人机接口六部分组成。1).知识库及其管理系统知识库是以一致的形式存储知识的机构，用于存储某领域专家的经验性知识、原理性知识、相关的事实、可行操作与规则等。解决知识、获取和知识表示问题是建立知识库的关键问题。2).知识获取机制知识获取

38、机制的建立，实质上是设计一组程序，把知识送入到知识库，负责维护知识的正确性、一致性和完整性。知识获取是专家系统知识库是否优越的关键，我们试图建立自动知识获取机制，实现专家系统的自动学习功能，不断地扩充和修改知识库中的内容。3).综合数据库综合数据库又称全局数据库或 “黑板”等，它用于存储领域或问题的初始数据（信息）、推理过程中得到的中间结果或状态以及系统的目标结果，包含了被处理对象的一些问题描述、假设条件、当前事实等。4).推理机推理机是专家系统中实现基于知识推理的部件，是基于知识的推理在计算机中的实现，是专家系统的核心部分。推理机用于记忆所采用的规则和控制策略的程序，完成依据一定的知识规则从

39、已有的事实推出结论的近似专家的思维过程，保证整个专家系统能够以逻辑方式协调地工作。5).解释机构解释机构能够向用户解释专家系统的行为，包括解释推理结论的正确性以及系统输出其它候选解的原因。这是专家系统区别于其它软件系统的主要特征之一，解释机构实际上也是一组计算机程序，通常采用预置文本法和路径跟踪法。当用户有询问需求时，解释机构可以跟踪和记录推理过程，把解答通过人机交互接口输出给用户。6）.人机接口接口又称界面，是用户与专家系统之间的连接桥梁，它能够使系统与用户进行对话，使用户能够输入必要的数据、提出问题和了解推理过程及推理结果。专家系统则通过接口，要求用户回答提问，并回答用户提出的问题，进行必

40、要的解释6。 3 31.21.2 故障诊断专家系统的优点故障诊断专家系统的优点1）.故障诊断 专家系统能够高效率、准确、周到、迅速和不知疲倦地进行工作。2）.故障诊断 专家系统解决实际问题时不受周围环境的影响，也不可能遗漏忘记。3）.专家系统能促进各领域的发展，它使各领域专家的专业知识和经验得到总结和精炼，能够广泛有力地传播专家的知识、经验和能力。专家系统能汇集多领域专家的知识和经验以及他们协作解决重大问题的能力，它拥有更渊博的知识、更丰富的经验和更强的工作能力。4）.研究专家系统能够促进整个科学技术的发展。专家系统对人工智能的各个领域的发展起了很大的促进作用，并将对科技、经济、国防、教育、社

41、会和人民生活产生极其深远的影响。3 31 13 3 专家系统的建立步骤专家系统的建立步骤1）.识别过程识别过程也可看作知识获取阶段，在此过 程中，要确定所处理问题的特征，明确要建立的专家系统要解决的问题及 要用到的相应领域背景知识。这是完成专家系统设计的关键。只有对 机床故障 诊断特性了解 的比较全面，所建立的专家系统的求解能力才能是 比较完备的。首先确定数控机床故障诊断专家系统要解决的最终目标，依 次逐步分析与该目标相关的诸多因素，然后再逐步分析这些因素。2）.概念化过程概念化过程是对识别阶段取得的各种因素进行抽象化，找出表达知识的概念，建立“概念化模型 ” 。在建立专家系统时，明确系统中的

42、基本概念，并建立他们各自的基本内容及相互联系。3).格式化过程这一过程实际上是设计和组织知识的结构。由于知识库是专家系统的核心，它的结构直接影响到专家系统求解问题的有效性，因而格式化过程又是建立专家系统的 关键。根据 机床故障诊断专家系统在知识库及问题求解方法上的特点，在组织知识库、建立知识库时，首先确定采用的知识表达方式与推理技术。4).实现为了产生体现数控机床故障诊断知识的各种计算机形式，使这些知识在计算机中发挥有效的作用以产生问题 的求解能力 ，必须把经形式化的知识表示成计算机的内 部语言。还要针对系统的要求，建立必要的解释机制和良好的用户界面。5).测试这一阶段主要是验证体现知识的各种

43、规则或知识实体。在建立了数控机床故障诊断专家系统知识库后，知 识库中可能会有大量冗余知识或不一致的知识，进而引起专家系统查询功能的低效 。测试的 主要目的就是要确证所建立的数控机床故障诊断专家系统知识库 的正确性。6).维护在此阶段，扩充、修改知识库 中的各种信息，以使数控机床故障诊断专家系统更进一步完善。这一阶段与前几个阶段有着密切的联系，如实现阶段中的各种知识获取手段。实际上，以上各个步骤都有密切的联系，而且为了使数控机床故障诊断专家系统投入实用而日益完善，每一个阶段都应重复多次。3.23.2 系统的总体设计系统的总体设计本文用了 IE 浏览器，当浏览器进行操作时，自动将需要的信息放入一个

44、表单中，当触发动作时，将此表单的信息传递到java 类中，通过 java 类连接MySQL 数据,查询数据库中的表单信息，触发的动作名称在struts.xml 中定义。采用 struts 结构有利于实现 jsp 的动态命令 。系统的工作流程分为：用户首先进入登录首页，分别有管理员用户和普通用户登录，普通用户登录后可以对故障信息进行查询，也可以读取机床的故障历史记录。管理员用户的查询动作也是，管理的模块功能的实现要借助于struts。3 32.12.1 系统的系统的功功能结构图和流程图能结构图和流程图通过用户的需求分析可以做出功能系统的功能结构图，结构模块分为 用户登录模块、机床信息模块、历史信

45、息记录模块、故障诊断模块，各个模块下面包含多个子模块，由于时间关系，有些子模块的功能没有完全实现。根据系统的功能结构图，可以做出系统的流程图。如图3-1、3-2 所示：权限验证管理用户模块普通用户模块添加用户修改用户删除用户修改知识库故障报修故障查询用户管理模块机床基础数据管理模块故障诊断模块知识库管理模块数据库管理模块机床厂故障诊断专家系统磨床信息出厂时间磨床更新远程监控模块修改分析模块故障分析模块故障原因排除方法新信息录入信息更改信息删除查询故障信息数据库备份数据库恢复图 3-1 故障诊断各个功能模块设计普通用户（员工）知识库返回故障查询结果机床报修数据库故障查询机床报修信息管理员审核生成

46、维修单维修部门通过图 3-2 系统的作业流程图第第四四章章 j ja av va a 语语言言的的简简介介4.14.1 组成组成Java 由四方面组成： Java 编程语言 、Java 类文件格式、 Java 虚拟机和Java 应用程序接口 (Java API)平台。Java 平台由 Java 虚拟机（Java Virtual Machine，简称 JVM）和 Java 应用编程接口（ Application Programming Interface，简称 API）构成。 Java 应用编程接口为 Java 应用提供了一个独立于 操作系统 的标准接口，可分为基本部分和扩展部分。在硬件或操作系

47、统平台上安装一个Java 平台之后， Java 应用程序就可运行。Java 平台已经嵌入了几乎所有的操作系统。这样Java 程序可以只编译一次，就可以在各种系统中运行。 Java 应用编程接口已经从 1.1x 版发展到 1.2 版。常用的 Java 平台基于 Java1.4，最近版本为 Java1.7。4.24.2 优势优势与传统程序不同，Sun 公司在推出 Java 之际就将其作为一种开放的技术。全球数以万计的 Java 开发公司被要求所设计的 Java 软件必须相互兼容。“Java 语言靠群体的力量而非公司的力量 ”是 Sun 公司的口号之一，并获得了广大软件开发商的认同。这与 微软公司

48、所倡导的注重精英和封闭式的模式完全不同。Sun 公司对 Java 编程语言的解释是： Java 编程语言是个简单、 面向对象、分布式、解释性、健壮、安全与系统无关、可移植、高性能、多线程和动态的语言。4.34.3 语言特点语言特点Java 不同于一般的 编译执行 计算机语言和 解释执行 计算机语言。它首先将源代码编译成二进制 字节码（bytecode） ，然后依赖各种不同平台上的虚拟机来解释执行字节码。从而实现了 “一次编译、到处执行 ”的跨平台特性。不过，每次的执行编译后的字节码需要消耗一定的时间，这同时也在一定程度上降低了 Java 程序的运行效率 。Java 语言是简单的 Java 语言

49、的语法与 C 语言和 C+语言很接近，使得大多数程序员很容易学习和使用Java。另一方面， Java 丢弃了 C+中很少使用的、很难理解的、令人迷惑的那些特性，如操作符重载、多继承、自动的强制类型转换 。特别地， Java 语言不使用 指针，并提供了自动的废料收集，使得程序员不必为 内存管理 而担忧。Java 语言是面向对象的 Java 语言提供类、接口和继承等原语，为了简单起见，只支持类之间的单继承，但支持接口之间的多继承，并支持类与接口之间的实现机制（关键字为 implements） 。Java 语言全面支持动态绑定，而 C+语言只对虚函数使用动态绑定。Java 语言是动态的。Java 语

50、言的设计目标之一是适应于动态变化的环境。Java 程序需要的类能够动态地被载入到运行环境，也可以通过网络来载入所需要的类。这也有利于软件的升级。另外，Java 中的类有一个运行时刻的表示，能进行运行时刻的类型检查3。第第五五章章 数数据据库库设设计计后台数据库的设计在本系统中占有十分重要的地位，数据库设计的优劣将直接影响系统的准确性、工作效率及其实现效果，合理的设计能提高数据存储效率，保证数据的完整性和一致性。5.15.1 数据库环境的建立数据库环境的建立5.1.15.1.1 安装安装 mySQLmySQL 数据库数据库本课题安装使用的是 MySQL 数据库，先导出数据库 SQL 脚本，再导入

51、 。5.1.25.1.2 安装安装 mySQLmySQL 管理软件管理软件 NavicatNavicat forfor mySQLmySQL打开 Navicat,在数据库中建立新的数据 库名 ab,界面如下图 5-1 所示5-1 数据库的操作界面在 database“ab”中建立新的表单，此处以知识库的表 “kb”为例，如图 5-2 所示: 图 5-2 知识库表 “kb”的信息5.25.2 数据库需求分析数据库需求分析通过调查、收集和分析，获得潜在用户对专家系统的要求，设计出模块结构功能图，总结出用户需求信息。5.2.15.2.1 本系统的用户分为管理员用户和普通用户本系统的用户分为管理员用户

52、和普通用户管理员能够对知识库、历史库、用户信息进行增加、删除、修改等操作，普通用户能够进行故障查询，机床故障历史信息记录查询等操作。历史库的作用是 用来存储机床故障的历史记录 ，包括故障机床的类型，故障机床的名称，故障的原因，故障发生时间及修好的时间，历史库有助于用户对各个机床的工作状态有着清晰的了解。甚至可以从故障发生的频率判断出机床可能发生故障的时间，从而做出相应的针对措施。知识库的作用是用来支持各种用户故障查询，提供解决故障的方法，是本系统的核心功能部分。管理员可以根据最新的信息及时的更新知识库，保证软件的功能不会停滞、落伍。机床信息管理时能根据不同的客户及时更新系统的机床类型，清晰了解

53、该客户所拥有的机床类型、数量 ,或由根据客户的要求，由相关人员根据客户所拥有的机床更新数据库中机床信息 。5.2.25.2.2 数据库概念结构设计数据库概念结构设计1)数据模型是对现实世界数据特性的抽象， 也就是说，数据模型是用来描述数据、组织数据和对数据进行操作的。数据模型是数据库系统的核心和基础。概念模型是对信息世界建模， 概念模型的表示方法有很多，此处用E-R 图来描述概念模型， 该系统面向的用户是固定的，主要为机床的相关人员，构建该系统的 E-R 图如图 5-3 所示:图 5-3 系统的 E-R 图2)专家系统的实体有：管理员、普通用户、设备、知识库、历史库数据库的表单构建如下：表 5

54、.1 设备数据表（equipment）名称字段名称类型长度是否主键标识Eidnumber10Y设备名称EnameVarchar50设备数量Enumbernumber5人人人人人人人N10人人人VA20人人N10人人人人VA30人人BL人人N20人人人人DT人人人人人人人人人VA20人人人人人人人VA20人人人人人人人人N10人人人人VA50人人人人N5人人人人VA100人人人人VA100人人人人DT人人人人人N10人人人人人人人N10人人VA200人人人人A10人人人人人人人VA20人人人人VA50人人人人VA20人人人人VA20人人人人人人人VA60人人人人VA100人人人人人人VA100人

55、人人人VA20人人人人A10人人人人A10设备来源EsourceVarchar100设备类型EstyleVarchar100购入时间EdateDatetime购入人编号EbuyidNumber10操作人员员工号eOpidnumber10备注remarkvarchar200使用寿命Eageunmber10表 5.2 用户登录数据表（user）名称字段名称类型长度是否主键标识Uidnumber10Y用户名Unamevarchar20密码Passwordinteger6电子邮件Emailvarchar30性别Sexvarchar2电话Phoneinteger20申请日期Issuedatedateti

56、me表 5.3 管理员数据表 （administrator）名称字段名称类型长度是否主键管理员登陆名anamevarchar20Y管理员登陆密码apasswordvarchar20表 5.4 知识库数据表 kb名称字段名称类型长度是否主键故障统计countvarchar10Y故障类型kbtypeVarchar50故障现象kbdatailVarchar50解决方法kbsolveVarchar50机床类型kbidvarchar20表 5.5 故障历史记录表 （history）名称字段名称类型长度是否主键故障现象Widvarchar50Y故障原因WnameVarchar50机床型号WsexVarch

57、ar50机床类型Wphonevarchar20故障发生时间Mbtimedatetime故障解决时间metimedatetime在数据库中建立以上的相关表。本系统一共涉及5 张表，分别是 设备数据表、用户登录数据表、管理员数据表、知识库数据表、故障历史记录表。每张表有多个属性组成，每个属性要根据实际要求设置相应的字段类型，例如故障历史记录的属性， mbtime 表示的故障发生的日期，所以字段类型应当选择Datetime。主关键字(primary key)是表中的一个或多个字段，它的值用于惟一地标识表中的某一条记录。在两个表的关系中，主关键字用来在一个表中引用来自于另一个表中的特定记录。主关键字是

58、一种唯一关键字，表定义的一部分7。第第六六章章 系系统统操操作作界界面面设设计计与与实实现现6 61 1 登录模块设计与实现登录模块设计与实现所有用户在此界面登录，首页介绍了开源机床厂的发展历史，并有各种机床的常见故障信息及机床简介，以及公司所获的成就、公司擅长生产的产品，有管理员登录链接和普通用户登录链接。如图 6-1、6-2、6-3 所示图 6-1 用户登录首页图 6-2 普通用户登录图 6-3 管理员用户登录6.26.2 普通用户操作模块设计与实现普通用户操作模块设计与实现普通用户可以进行故障查询和历史库信息查询，如图 6-4、6-5：图 6-4 普通用户故障查询6-5 机床历史故障信息

59、查询6.36.3 管理用户操作模块设计与实现管理用户操作模块设计与实现管理员可以对知识库、历史库、普通用户进行增加、修改、删除的操作，及时更新知识库、故障库的信息，并可以增加登录的普通用户名，如图 6-6、6-7、6-8、6-9 所示：图 6-6 知识库的管理操作图 6-7 历史库的管理操作图 6-8 对普通用户的添加操作图 6-9 知识库信息查询第第七七章章 系系统统实实现现的的若若干干问问题题解解决决7.17.1 添加添加 strutsstruts 包实现动态包实现动态 actionaction 动作。动作。7.1.1struts7.1.1strutsStruts 是由 apache 开源

60、软件联盟提供，它的目标是希望分离WEB 程序的表示层、控制层 和后台功能层，也就是实现MVC 模式。本系统采用struts2，实例处理流程图 如图 7-1 所示8。服务器启动后，根据 web.xml 加载 ActionServlet 读取 struts-config.xml 文件内容到内存10。以登录为例：第一次进 login.jsp 会先实例化 Form、把默认值赋给 表单元素。输入用户名密码提交 表单、提交到action 属性的 login.action，通过 ActionServlet 读 struts-config.xml 文件找到 action 下的 path 属性找到 .action，通过