基于故障樹和規(guī)則推理的穿梭車故障診斷研究論文
引言
穿梭車作為自動化物流系統(tǒng)中一種智能型軌道導引搬運設備，在自動化物流系統(tǒng)中的應用日益廣泛。它具有沿著固定路徑動態(tài)移載的功能，可實現(xiàn)物料在不同站點之間的傳送，使得自動化輸送系統(tǒng)的設備布局更加緊湊、簡捷。然而，實際工程應用中穿梭車的正常運行完全依賴于各組件裝置的固有可靠性，對穿梭車缺少有效的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷，時常出現(xiàn)故障誤報、漏報等現(xiàn)象，而且一旦發(fā)生故障，維修人員只能憑借個人經(jīng)驗逐一排查找出故障原因，故障處理效率低下，嚴重影響了整個物流系統(tǒng)的工作效率。
故障診斷技術(shù)已越來越多地在自動化物流系統(tǒng)領(lǐng)域得到應用。章採品等研究了基于故障樹分析法的堆垛機故障診斷專家系統(tǒng)，重點闡述了專家系統(tǒng)知識獲取與表示方式；李小平等建立了一種基于Internet、OPC以及故障樹技術(shù)的堆垛機遠程故障診斷及維修系統(tǒng)，對堆垛機信息的采集、傳輸、故障分析等相關(guān)技術(shù)進行了介紹；聶峰提出運用上位和下位監(jiān)控系統(tǒng)對穿梭車在應用過程中發(fā)生的常見故障進行診斷分析，并通過監(jiān)控系統(tǒng)和設計的作業(yè)跟蹤與設備任務管理功能進行故障定位的方法，該方法實現(xiàn)了穿梭車故障遠程診斷功能，但是對于故障原因分析仍需要人工查詢確認，存在故障定位不精確、故障報警信息不明確等缺陷。
本文針對某卷煙廠出入庫穿梭車時常因當前站點信息丟失或激光脫靶等故障而無法正常運行的實際問題，提出了一種組合條碼識別與激光測距的冗余定位方法，以增強定位的可靠性；設計了一種基于故障樹與規(guī)則的穿梭車故障診斷系統(tǒng)，以實現(xiàn)故障自診斷功能，使用Visual Studio2010和Microsoft SQL 2008開發(fā)的原型系統(tǒng)在該卷煙廠穿梭車的故障診斷中得到了成功應用。
1 定位技術(shù)分析
定位技術(shù)作為穿梭車控制技術(shù)中的關(guān)鍵技術(shù)，直接關(guān)系著穿梭車的安全性和運行效率，一旦定位出現(xiàn)偏差、錯誤等故障，極易導致物料出入庫不正常、物料跌落損毀等事故的發(fā)生。穿梭車的定位方法主要有：1) 認址片定位，即采用沿著穿梭車的行進方向設置認址片，控制器通過檢測認址片來判斷穿梭車位置和站點位置；2) 認址片編碼器定位，即在方法1) 的基礎上引入編碼器對認址片進行校驗，從而提供定位可靠性；3) 激光定位，即采用激光測距器進行定位；4) 激光認址片定位，即在方法3) 的基礎上采用認址片對激光定位進行校驗，提高定位可靠性；5) 條碼定位，即采用在穿梭車底部安裝條碼閱讀器，在條碼閱讀器的正前方、軌道的外側(cè)邊安裝條碼帶，穿梭車運行過程中通過掃描條碼帶獲取位置信息進行定位；6) 磁柵定位，即采用靜磁柵位移傳感器和靜磁柵尺替換方法5) 中的條碼閱讀器與條碼帶，實現(xiàn)精確定位。表1對幾種定位方法進行了對比分析。
2 冗余定位系統(tǒng)
本文提出的組合條碼識別和激光測距的穿梭車冗余定位系統(tǒng)，由激光測距模塊、條碼識別模塊和控制模塊組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，其中激光測距傳感器選用SICK DL50-P2225，測量精度為3mm，響應時間為10ms；條碼閱讀器選用SICKCLV650-0000，其掃描空間為200mm～1600mm，采用增強型SMART條碼重組技術(shù)，對于破損、污損、打印質(zhì)量差或?qū)Ρ榷炔畹臈l碼有良好的讀取性能。
通過激光測距模塊對穿梭車當前位置信息進行實時跟蹤采集，并將得到的位置信息傳遞給控制模塊；然后控制模塊根據(jù)當前位置信息和目標站點的位置信息對穿梭車進行位置和速度控制；最后當穿梭車定位運行停止后，控制模塊通過條碼定位校驗模塊掃描獲取距離穿梭車最近站點的條碼標簽信息，根據(jù)標簽信息是否有效對激光測距定位進行校驗，判斷穿梭車定位是否精準可靠。
3 穿梭車故障診斷設計
穿梭車作為自動化物流系統(tǒng)中的關(guān)鍵設備，其故障具有隨機性、不確定性。若穿梭車發(fā)生故障，將直接影響整個物流系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)。為此，對穿梭車進行故障分析、診斷十分必要。故障樹分析法（Fault Tree Analysis FTA）是一種將系統(tǒng)故障形成的原因由總體至部分按樹枝狀逐漸細化的分析方法，具有便于分析系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、刻畫系統(tǒng)各事件關(guān)聯(lián)性的優(yōu)點。規(guī)則推理通過把相關(guān)領(lǐng)域的專家知識形式化描述出來，形成系統(tǒng)規(guī)則進行檢索推理，符合人類思維習慣，具有推理直觀、快速的優(yōu)點。結(jié)合二者的優(yōu)勢，本文設計了一種基于故障樹與規(guī)則的故障診斷系統(tǒng)，采用故障樹分析法對穿梭車故障進行分析，確定故障原因及其發(fā)生概率，按照相關(guān)準則將故障樹轉(zhuǎn)化為規(guī)則，形成規(guī)則知識庫，并根據(jù)穿梭車故障發(fā)生的特點，設計合理的規(guī)則推理機制，最終實現(xiàn)穿梭車故障自診斷功能。
3.1 穿梭車故障樹分析
故障樹分析就是將故障原因從整體到局部逐步細化，自上而下逐層分解，從而對故障系統(tǒng)的可靠性進行評價和分析。根據(jù)穿梭車主要結(jié)構(gòu)和工作原理，本文按下述步驟建立以穿梭車不能正常運行T作為頂事件的穿梭車主故障樹。
3.2 故障樹轉(zhuǎn)化為規(guī)則
采用故障樹對穿梭車故障進行分析處理，即是通過研究穿梭車結(jié)構(gòu)、功能和行為的因果關(guān)系，理清故障傳播的層次和父、子節(jié)點間的因果關(guān)系。根據(jù)文獻提出的故障樹轉(zhuǎn)化為產(chǎn)生式規(guī)則的三條準則，可以采用IF THEN型的診斷規(guī)則來體現(xiàn)各個父、子節(jié)點間的正向因果關(guān)系鏈，以此來表示故障原因及故障傳播邏輯關(guān)系。
3.3 規(guī)則推理
收集統(tǒng)計某卷煙廠穿梭車歷史故障信息，在2013年期間穿梭車主故障發(fā)生頻次中：行走故障2次、移載故障6次、滑觸線故障4次、控制故障0次、定位故障15次，定位故障發(fā)生比例高達約56%，說明導致穿梭車無法正常運行的原因一般都是由定位失效引起。因此，在一般規(guī)則推理的基礎上，根據(jù)主故障不同頻次分級建立子規(guī)則庫，即主故障頻次越高對應的子規(guī)則庫優(yōu)先級越高，推理過程中按優(yōu)先級進行規(guī)則檢索，從而提高故障診斷效率。
4 實例分析
針對某卷煙廠出入庫穿梭車使用過程中因當前站點信息丟失或激光脫靶等故障而無法正常運行的`實際問題，完成了對穿梭車定位方法的改進。實際應用中根據(jù)圖4所示的定位校驗診斷模型，改進后的冗余定位系統(tǒng)實現(xiàn)了穿梭車當前站點信息的實時跟蹤，有效防止了在因激光測距誤差增大等原因穿梭車移載鏈機與站點輸送鏈機對位不準的情況下，盲目進行上下貨任務導致貨物堵塞、跌落甚至損毀等事故的發(fā)生，提高了系統(tǒng)定位的可靠性。
此外，基于Visual Studio 2010和Microsoft SQL2008開發(fā)工具，采用C#開發(fā)的基于故障樹與規(guī)則的穿梭車故障診斷系統(tǒng)也在該卷煙廠得到了成功應用，所開發(fā)故障診斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。
運用該故障診斷系統(tǒng)，不僅實現(xiàn)了穿梭車運行狀態(tài)的遠程監(jiān)測，狀態(tài)參數(shù)監(jiān)測界面；而且根據(jù)設計構(gòu)造的規(guī)則庫和分級優(yōu)先推理機制，通過將獲取的狀態(tài)參數(shù)與推理規(guī)則進行實時匹配，不僅保證了故障發(fā)生時系統(tǒng)的及時響應，而且實現(xiàn)了穿梭車故障快速診斷功能，故障診斷界面如圖7所示。借助于系統(tǒng)得出的故障診斷信息，維護人員對于突發(fā)故障可以第一時間獲取詳細的故障信息，從而提高了故障維修效率，減少了穿梭車故障停機時間。
5 結(jié)論
本文分析了現(xiàn)有穿梭車定位技術(shù)的優(yōu)缺點，構(gòu)建了一種組合條碼識別和激光測距的冗余定位系統(tǒng)，并通過實際應用證明該定位系統(tǒng)可以有效提高穿梭車定位的可靠性。綜合故障樹便于知識獲取與分析、規(guī)則推理直觀高效的優(yōu)點，以及穿梭車故障發(fā)生的特點，設計開發(fā)了一種基于故障樹與規(guī)則的穿梭車故障診斷系統(tǒng)，通過在某卷煙廠的成功應用說明了該系統(tǒng)具有良好性能，有助于提高故障維修效率。
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