【摘要】运用Internet和基于Web的数据库技术探讨了对 FMS故障实现异地、多专家、多系统协同诊断的可行性。提出了基于Internet的FMS远程故障诊断系统的基本结构，并对系统实现中的关键技术进行了讨论。
关键词：柔性制造系统，故障诊断，因特网，远程诊断，专家系统
Remote Diagnosis Technology for FMSs Based on Internet
Abstract：How to build a remote diagnosis system for FMSs utilizing Internet and database based on Web is discussed.A framework and key technology of a remote diagnosis system for FMSs are presented.
Key words:flexible manufacturing system，fault diagnosis，Internet,remote diagnosis,expert system
FMS是伴随计算机、数控、自动化、网络通信等先进技术发展而来的机电一体化制造系统，它以其高度柔性自动化的特点成为制造业生产过程的发展方向。由于FMS中多设备、高集成、机电融合、相互联系和相互依赖，造成系统故障概率高，故障处理难度大。因此，研究FMS故障诊断技术，对实现FMS稳定、可靠、连续运行是非常重要的。
近年来，因特网（Internet）随着全球信息化进程的推进得到飞速发展。它打破了传统通信方式的限制，使人类社会的信息交流更加自由、快捷和方便，为人们提供了广阔的应用前景。本文探讨了一种基于因特网的FMS远程故障诊断技术，对其体系结构和实现的关键技术作了介绍。
1 FMS故障诊断与远程诊断技术
1.1 FMS故障诊断系统的现状与问题
目前，人们为了有效解决FMS故障诊断问题，主要采用了离线故障诊断和在线故障诊断等基本的诊断技术［1，2，4］。离线故障诊断是一种使用故障诊断工具与人工辅助相结合的诊断方法，它通过使用专用的离线故障诊断工具（或软件）来采集系统或设备运行信息，由经过专门训练的技术人员对系统故障进行分析、诊断。这种诊断的目的在于彻底查明造成故障的原因、确定故障的部位、提出修复系统的方法。离线故障诊断通常在现场进行，也可在维修中心或原制造商那里进行。一般应用于系统故障发生后或系统定期的维护。
在线故障诊断方式通常在系统中安装一套故障检测诊断系统，在系统运行的过程中它通常作为系统运行中的一个进程实时采集系统的状态信息，当系统出现故障时，除了向FMS动态调度系统报告故障信息外，对故障点进行故障诊断，报告故障类型和造成故障的原因等，一方面供控制系统根据故障的性质采取相应的对策；另一方面为系统操作者或维护人员进一步确定故障的原因、部位，采取行之有效的修复措施。目前，专家系统、人工智能技术应用于FMS在线或离线故障诊断系统，对提高故障诊断的正确性、有效性取得了一定的成绩［2，4］。
但是，无论是在线还是离线的FMS故障诊断系统都存在这样的问题：第一，故障诊断方式和手段受到地域的限制；第二，由于故障诊断知识、技术与信息不能共享，制约了相互交流，相互提高；第三，由于实际使用FMS都是生产一线的工人、技术人员，尽管有故障诊断技术的支持，一般只能解决一些简单的故障诊断问题，当系统出现较严重的或新的故障时，无法快速、经济地利用各方技术力量解决故障。这就对FMS的故障诊断技术提出了新的要求：如何克服地域障碍，实现多专家和多系统的协同诊断。
1.2 基于因特网的远程故障诊断技术
远程故障诊断技术是故障诊断技术与通信技术相结合的高级诊断技术。当用户的系统出现故障时，系统经通信线路（如电话线路等）与中央维修站的故障诊断系统连接，故障诊断系统可以启动安装在系统中的诊断程序或向系统发送诊断程序。然后，将获得的测试数据回送到远端的故障诊断系统，经分析、比较、判断，得出诊断结论。中央维修站再将诊断结论和处理意见通知用户。以往远程故障诊断系统大多借助于常规的通信手段如局域网、公用电话网等［3］，其优势得不到很好的体现。
当今覆盖世界范围的因特网与故障诊断技术相结合，形成了一种具有强大生命力和广阔应用前景的开放式的远程故障诊断体系结构。它是在原有的故障诊断系统的基础上，增加了用于远程诊断的Web服务器，并与该技术领域力量较强的科研院所或系统供应商建立故障分析诊断中心互连，同时与相关的专家建立一种协作关系，共同为系统提供远程故障诊断服务。
当系统出现故障时，其系统状态和故障信息通过因特网以传票的方式向专业故障诊断分析中心申请在线技术援助，同时以电子邮件方式向有关专家发出故障诊断请求。在一个较短的时间内调动入网的所有技术资源，实现对设备故障的诊断和维修指导。远程故障诊断技术克服了地域障碍，通过多系统、多专家对故障进行会诊，提高了故障诊断的准确性和可靠性；同时也扩大了相关设备（或系统）的故障诊断知识和数据的共享范围。
2 FMS远程故障诊断系统总体结构及其关键技术
2.1 系统的总体结构
基于Internet的FMS远程故障诊断系统由系统状态数据采集单元、实时故障检测单元、故障诊断专家系统和远程故障诊断单元组成。远程故障诊断单元驻留在Web服务器上，利用基于Web的数据库技术将FMS本地故障诊断系统和远程故障诊断单元实现信息的双向交互，再通过因特网实现与异地的故障诊断分析中心或相关专家的互连。图1表示了基于Internet的FMS远程故障诊断系统的总体结构。
图1 基于Internet的FMS远程故障诊断系统总体结构
由于FMS组成复杂，为了提高故障诊断的准确性，通常除了获取系统的故障状态信息外，而故障产生前的设备状态信息也是非常重要的。因此在系统中设置了一个滚动缓冲器（Rolling Buffer），它按照定制的缓冲时间将系统的运行状态信息记录下来。当系统出现故障时，滚动缓冲器所记录的内容被“冻结”，这些系统状态信息为故障诊断提供了一份重要的历史记录。因此，运行在FMS单元控制器上的实时故障检测和系统监视单元，通过系统状态数据采集单元实时地采集设备状态信息，并对所采集到的信息进行有效地处理后保存到数据库系统中。
当FMS发生故障时，可先利用驻留在FMS系统中的本地故障诊断专家系统利用系统的故障信息和存储在数据库中的系统运行状态历史记录进行故障诊断。如果不能找出故障原因，则通过FMS远程故障诊断系统，向异地的故障诊断分析中心和技术专家提出技术援助申请。他们接到请求后，通过Internet访问故障FMS所在的Web服务器中的FMS远程故障诊断系统。Web服务器通过中间件读取数据库中的系统状态信息和故障信息，再通过Internet传递到异地专家和故障诊断分析中心，由对方根据采集到的各种信息找到可疑故障点，并将其诊断结论和维修措施传送到本地的FMS故障诊断系统，进行故障处理。如能排除故障，则通过知识自学习系统将新的故障诊断知识加入到本地故障诊断专家系统知识库中；如不能解决，则再通过远程故障诊断系统反馈给故障诊断分析中心或专家，作进一步的诊断。
2.2 系统实现的关键技术
2.2.1 基于Web的数据库技术
要实现FMS远程故障诊断，异地的故障诊断分析中心或专家首先必须通过Internet获得系统的状态和故障信息，同时又能够让异地故障分析诊断系统或专家通过Internet查询数据库中的这些数据是实现远程诊断的一个重要的关键技术。
Internet中的Web服务器包含的信息量巨大，覆盖区域广，它主要采用HTML编写，其表现形式多样，表现能力强。但是用HTML 所组成的是一种静态文件，不适合Web上数据的实时、动态更新，这不适合FMS异地故障诊断系统状态信息必须实时更新的需要，而数据库技术恰恰能克服Web的不足。但是传统的数据库管理系统过于严谨，应用的专一性较为明显，并且当系统的应用环境变化时，更新较为麻烦，但Web却可以很方便地解决这一个问题。
Web覆盖地域广，而数据库能实现实时、动态的数据更新，二者在Internet中完美的结合能够很好地应用于FMS异地故障诊断。
2.2.2 开放式故障诊断专家系统
FMS远程故障系统使用的故障诊断专家系统与传统的故障诊断专家系统有着本质的区别。传统的故障诊断系统采用的专家系统的知识库是封闭或半封闭的，其知识库的构造和知识的输入与修改均需由设计者来进行。而适合远程故障诊断专家系统的知识库必须是基于Web数据库开放式的体系结构，专家系统的设计者只要完成一个简单实用的专家系统框架，不需要设计者去填充专家系统的知识库，知识库的填充是由系统的维护和使用者在使用的过程中不断去充实，从故障诊断的成功经验中提取相关的知识。
当故障诊断专家系统运行一段时间后，专家系统知识库中的知识得到丰富，当系统出现常见性故障时，只要利用本地的专家系统现有的知识便可正确地确定故障的类型、部位，并提出维修措施。只有当系统出现新的故障时，再需要通过远程故障诊断系统进行协同诊断。
为了使远程故障诊断系统取得好的效果，协作系统内在诊断知识、理论及技术应当实现共享，通过共同的讨论、研究，寻求一套得到共同认可的技术协议与标准，其中包括通信协议、采集数据的标准、诊断分析的方法和共享软件的设计规范等。
2.2.3 虚拟现实技术的应用
利用虚拟现实和多媒体技术，形象生动地表现系统的状态。现在Internet上的表现形式多种多样，图像、声音、动画、影像等都在Internet上相继出现，特别是虚拟现实技术的出现为Internet增添了新的活力。虚拟现实的最大特征是沉浸性和交互性。它以仿真的方式创造一个反映实体对象实时变化与相互作用的声像俱全的三维图形世界，并可以直接参与和探索仿真对象在所处环境中的作用和变化［5］。
现在Internet上虚拟现实语言已经有了标准VRML2.0，它比以前的版本有了很大的改进和提高，而且许多制作虚拟现实模型的工具都支持它，可以利用这些工具建立FMS故障诊断系统的虚拟现实模型。通过这种方法可以把故障现象以更生动、更形象、更简明的方式展示给异地专家，以弥补专家不能亲临现场的不足，从而提高故障诊断的正确性。
3 结束语
FMS是现在制造领域内的先进制造技术，它的应用可以极大地提高制造的质量和效率。但是在实际的使用中，对其故障的快速诊断和处理是FMS能否发挥作用的关键。本文提出的基于Internet的FMS远程故障诊断系统克服了以前FMS故障诊断系统中的瓶颈，实现了远程、多专家、多系统协同诊断，大大提高了FMS的可靠性，降低了FMS运行维护的成本， 为FMS在制造业中的广泛应用提供了有力的技术保障。
参考文献
1 TogueNI A K A,Sraye E,Gentina J C.A Framework to Design a Distributed Diagnosis in FMS.IEEE Trans. Reliability，1996,11
2 史天运,严亮,杨富玉,吴叶览,刘正斌.FMS智能化状态检测与故障诊断系统研究.组合机床与自动化技术，1998，(2)
3 贾民平,许云飞,钟秉林,黄仁.远程分布式气轮机组故障诊断网络系统的研究.中国电机工程学报，1998，18(1)
4 Mark D.Pardve Use of Cooperating Expert System for Realtime Fault Detection and Correction in a Manufacturing Cell. Computer Electronics Engineering, 1993,19(3)
5 邓岳辉,杨以涵,张智娟,周庆捷.虚拟现实技术.电力情报，1997，(4)
