基于Internet的FMS遠程監測

1 概述
         隨著機械設備的大型化、自動化、高速化和復雜 化，機械設備的故障診斷也變得十分復雜。解決這一 問題的一個方法是建立基于網絡的遠程監測與故障 診斷系統。機械設備的遠程監測與診斷是計算機科 學、通信技術與故障診斷技術相結合的一種設備診 斷方式，該系統實現“移動的是數據而 不是人”，從而改變一旦設備發生故 障，診斷人員就疲于奔命的被動局面。 在此基礎上，建立了FMS遠程監測 與故障診斷系統總體框架，提出了提 高數據傳輸和圖象傳輸速度的新方 法。
2 遠程監測與故障診斷系統的總體框架
           機械設備遠程診斷監測系統是一個開放的分布 式系統，主要由監測設備、傳輸設備、傳輸通道、信息 處理系統和網絡管理系統和診斷系統構成，系統的 主要功能如圖1所示。圖2為機械設備遠程監測診斷系統的總體結 構。設備現場的在線監測系統是該遠程監測與故障 診斷中心的起點，它完成對FMS中換刀機器人、加 工中心的主要狀態信息的采集、存儲和處理，以及 簡易診斷，狀態信息經加工處理后可以直接通過網 絡進行遠距離傳輸，也可以將簡易診斷后的結果直 接傳輸給診斷中心。遠程診斷中心為該用戶建立虛 擬現實的現場圖象，根據傳輸來的信號模擬現場設 備的加工狀態，由專家和專家系統綜合現場和經網 絡傳輸來的監測信息，得出診斷結果并給出維修決 策，通過網絡反饋至現場指導維修排除故障。也可 以用現場在線監測簡易診斷的結果直接啟動遠程 診斷中心專家系統的相應模塊，或者詢問遠程中心 的專家，獲得精密診斷結果，并由遠程中心將結果傳 輸至現場。
3 在線監測系統
           FMS在線監測系統監測底層設備的主要部位、 部件的傳感器信號、可直接測量的設備運行信號、控 制網絡可上傳的故障代碼、底層設備及控制器的故 障報警燈和狀態變換指示燈信號、數控設備CRT 上可顯示的軟件報警代碼。在線監測系統一方面綜 合這些信號對FMS狀態進行識別，并對緊急故障 作出快速診斷，對其它故障作出大體定位。通知現場 的FMS主控制器進行相應處理，并伴隨聲音和畫 面報警。另一方面將所有監測信息加工成可以在網 上傳輸的形式，發送給遠程監測和診斷中心，由這里 的專家和專家系統作出精密診斷。在線監測系統的 信息流如圖3所示。
4 數據和圖象傳輸
           利用LabVIEW中的NetDDE在局域網上實現 動態數據交換，可以使用客戶申請模式、服務器建議 模式及同步傳輸3種模式。 LabVIEW可以對數據 進行多種數學分析，并可以直觀的顯示分析結果，專 家或專家系統可以直接從此獲取分析后的數據。
         為了進一步了解FMS設備現場的運行狀態， 更好地進行遠程監測、診斷，并指導用戶進行設備的 使用和維修，在用戶和FMS監測與故障診斷中心 之間進行實時的設備運行狀態圖象傳輸。為了減小 網上圖象數據的傳輸量，提高數據的傳輸速度，利用 VRML(虛擬現實建模語言)技術，制作FMS仿真 現場的3維圖形，并利用VRML的動畫及交互功 能，使FMS3維動畫程序能夠根據人和傳輸信號的 控制，產生相應的運動變化，從而虛擬出 FMS現場 的工作流程和工作狀態。
          VRML2．0編寫的程序可以實現動態的交互， 即在程序的運行過程中，用特定的信號實時控制程 序所定義的3維物體的運動。交互作用的產生主要 靠傳感器節點與內插器節點和路徑語句。 VRML2．0的傳感器節點有6種，它們可以在程序 運行的過程中改變物體的一些狀態，如顏色、位置、 尺寸等。路徑語句的主要作用是感知一些狀態變化， 并把這些變化傳給其他節點，進而使物體的一些狀 態發生變化。
         利用VRML所具有的動畫功能及交互作用，將 FMS系統里的設備工作運動狀態通過傳感器節點、 內插器節點及路徑語句再現出來，實現遠程圖象的 虛擬傳輸。
5 開放式遠程診斷專家系統
           FMS遠程診斷專家系統完成對FMS主要設備 換刀機器人、有軌運輸車、立式加工中心、車削中心、 臥式加工中心、立體倉庫、3坐標測量機的診斷。該 系統主要由知識庫、數據庫、模糊推理模塊、知識庫 管理系統和維修庫管理系統和機器學習模塊。 模糊推理模塊：是專家系統的核心，主要完成由 故障現象尋找故障原因的過程，采用模糊反向推理 算法和基于意向的神經網絡快速推理算法實現多種 有效的推理；對于沖突消解策略，按感官與直觀信息 ——設備外診斷到內診斷規則——規則置信度從大 到小——規則本身存儲順序選取，大大提高了推理 效率。模糊規則的匹配及結論置信度的計算采用匹 配函數的方法，即前提條件與事實的匹配程度由匹 配函數決定，而結論的置信度為規則的前提與數據 庫事實的匹配值和規則置信度的乘積。
           知識庫：包括規則庫、概念庫和圖形庫。規則庫 是專家系統推理的知識部分，圖形庫是推理中提供 檢測信息的圖形集合，概念庫是規則的基礎，規則庫 由概念庫自動生成。
           知識庫管理：對知識庫進行管理和控制，完成對 知識庫的各類操作，包括系統的維護，日常系統事務 管理，使用權限管理。
         機器學習：隨著FMS的不斷運行，可能出現新 的故障，也可能發現原來知識庫中的某些知識不正 確。機器學習就是自動在維修記錄庫中發現新的知 識完善原來的知識庫。本系統采用例子學習和指導 學習相結合的集成式學習算法來實現知識的自動獲取。
6 FMS遠程診斷中心的運行模式
          遠程監測與故障診斷系統可分為兩種運行模 式：實時診斷和遠程查詢診斷。兩者的主要區別在于 實時診斷時專家可以通過視訊會議系統與其他專家 現場監測人員一起實時討論，并可根據需要對現場 進行實時監測，然后給出診斷意見。而遠程查詢診斷 模式，一種是現場人員訪問遠程診斷中心，申請對設 備進行診斷，遠程診斷專家以現場監測系統傳輸過 來的信息為依據進行分析判斷，以電子信函方式將 診斷結果反饋至監測現場。另外一種是直接通過網 絡查詢遠程診斷中心的專家系統得到診斷結果。
         (1)實時診斷模式的工作方式是現場監測系統 將監測信息及診斷申請傳至遠程診斷中心，由診斷 中心根據監測設備及信息確定由哪些專家和專家系 統進行診斷，然后診斷中心確定實時診斷時間，并通 知現場監測系統及有關專家啟動相應的專家系統， 在約定的協同診斷時間內，各專家和現場監測人員 通過視訊會議系統進行討論。如果必要就進行實時 監測，診斷中心模擬現場的加工流程和加工狀態，最 后專家根據協同診斷情況及監測信息做出診斷結論 并傳輸至現場。
         (2)遠程查詢診斷模式的工作方式是現場監測 人員將監測信息及診斷申請傳至診斷中心，由診斷 中心將信息輸入專家系統或通過專家進行診斷，專 家根據對監測信息的分析、處理，得出診斷結果，并 發送至監測現場。用戶也可以通過上網直接運行遠 程診斷中心的專家系統進行診斷。
7 結論
          FMS設備遠程監測與故障診斷網絡將管理部 門、運行現場、診斷專家和制造廠之間的信息結合起 來，利用現代的信息傳輸載體網絡，可以縮短收集故 障信息的時間，提高故障診斷的效率，實現對設備異 地的協同監測和診斷。