數控系統軟件可靠性設計與故障分析技術
2018-3-1 來源： 蘭州石化職業技術學院 作者：馬延斌
摘 要：分析數控機床運行故障，研究故障定位技術，可以快速修復機床，減少停車時間，同樣有助于提高生產效率，減少損失。
關鍵詞：數控系統；軟件可靠性；故障分析
引言
對于數控機床，硬件部分越來越完善，同時由于生產工藝復雜化，數控機床功能多樣化，對軟件系統的要求越來越高，既要功能滿足生產需要，還要保證軟件程序運行平穩快速，少發故障，因此研究數控系統軟件的可靠性、減少故障發生率，變的越來越重要。
1 、 軟件可靠性設計
軟件是數控系統的大腦和神經，數控系統的運行水平取決于軟件的可靠性和穩定性。研究數控系統的可靠性，需要研究以下幾個方面。
1.1 開發的可靠性
1）開發軟件的管理可靠性；源代碼作為軟件的靈魂，需要專業的管理工具。要按照項目分類管理，授權要分級別和層次，不同的管理人員有不同權限的責任，必要時引進專業工具對其進行管理，做到管理清晰、責任可追溯、修改有記錄、設計可重現，真正做到軟件使用有可控性，軟件設計有可靠性。
2）使用軟件的管理可靠性；軟件設計開發完畢，將進入實用階段。如要保障軟件安裝正確，參數調試準確，需要制定專用的軟件使用標準文件，將安裝、調試步驟準確無誤的表達出來。在軟件的管理方面，需要制定專業的版本號，以區分不同數控軟件的類型、功能。并且將這些版本號明確表現出來，達到可視化，以方便工程師快速地維修、檢查，比如在顯示屏將軟件的基本信息顯示出來，便于維護和管理[1]。
1.2 設計的標準化
1）規范設計流程和設計制度。管理人員要熟知軟件開發的基本設計流程：軟件設計、軟件編碼、軟件測試、軟件修改、軟件發行和軟件維護。管理人員要針對這六大基本環節，研究設計管理方法、形成書面文件和上墻制度，以此來約束工程師和管理人員的行為。基本環節的關系如圖 1。
圖 1 軟件設計與管理制度流程簡圖
2）模塊化設計規范化。模塊具有微系統化特點，一個模塊就是一個獨立的結構，該結構需要依據實際應用環境進行功能設計，所以在模塊內部需要規范該模塊的程序代碼或者數據，這是模塊內部環境的要求。在模塊設計方面要詳細編碼數據結構、數據流，保證模塊內部運行流暢。
模塊的外部特征主要指該模塊與外部環境的接口，使得模塊接入大系統，接口環境包含參數的輸入和輸出口，調試方式和全局變量，所以模塊設計要做到準確、穩定和可靠，采用標準化技術。
3）編碼規則一致性。軟件需要工程師介入修正。軟件首先要做到具有可讀性，為了能使非專業的使用人員做到能讀懂，能維護，軟件參數（代碼）要簡單易讀、清晰易懂。
1.3 軟件智能化設計
容錯在實際應用中，數控系統經常發生系統性故障，或發生非專業人員進行的非正常操作。在充分考慮軟件系統標準化的條件下，要使系統具有辨別錯誤操作的能力，即保障數控系統的容錯糾錯能力，維持運行穩定性。
1）軟件功能自保性；權限的約束是保障系統軟件參數穩定性的外在因素，軟件系統生產廠家具有最高權限，可以對系統軟件做全面的修改、糾正和刪除等；機床生產廠家次之，只能有修改、糾正與硬件相連接的部分權限；用戶的權限居末，只能修改、糾正少部分參數。分級權限避免了低權限的非專業人員的錯誤操作帶來的破壞性參數修改。
2）軟件操作自保性；設計者要預見更多的操作性失誤、錯誤，在錯誤操作發生時，要避免數控機床的異常動作、停機等故障。在設計系統軟件時，可以采用多層次保護方式，避免錯誤操作帶來的硬件損壞[2]。
2 、故障定位技術
在數控系統生產過程中，設計者可設置軟件系統的擴展組件。在系統運行過程中，命令控制系統通過語義載入和語義感知使擴展組件發現系統組件的異常狀況，即擴展組件為系統組件的故障監控器和故障記錄儀。當檢測出故障原因，則通過相似路徑算法生成失效路徑的相似路徑集，比對得到可行路徑，構建成功的相似路勁。建立基于最小二乘支持向量機的代碼懷疑度計算模型，定位故障，使故障的查看與排除可視化。
3 、結語
數控系統軟件的復雜性，不可視性，決定了軟件系統需要做到在設計完善，細節周到，不論從人員管理和權限分類，做到有章可循、有度可查。同時在故障分析與排查技術方面，做到及時、準確和可排除性，使系統軟件的運行可靠性得到全方位的保障。
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