板件柔性制造系统的监测与故障诊断
板件柔性制造系统的加工过程是一个动态过程，为了使整个系统能够连续、正常、高效地运行，必须对加工过程进行实时的监视和控制，出现故障时能进行故障的诊断和处理。
1.板件柔性制造过程的实时监控
板件柔性制造过程的实时监控包括两部分内容：加工设备的监控和工件的监控。加工设备的监控是指对板件柔性制造系统中的板料冲压设备、机器人、运料小车等物料储运系统设备、工作站控制器、单元控制器的运行状态的检测和控制；工件的监控是指对被加工零件的加工精度、加工质量的检测和控制，其监控分工序间的监控和最终工序的监控。
板件柔性制造过程的实时监控具有如下的要求：
（1）实时在线采样 对加工过程的实时在线采样是实时分析及自动检测、控制的基础，在监控系统中要求能实时多通道同时采样，采样频率和采样点数可通过人机对话的方式任意设定。
（2）数据处理的多功能化 应包含现有的各种时域、幅值域、时延域、计数域、频率域、相位域中的信号处理软件，并可以通过人机对话方式方便地进行调用。
（3）可自动进行状态评价及故障诊断 应具有自动区分有无故障、区别故障类型、位置、程度、原因、状态以及发展趋势，并给出处理方法。
（4）及时反馈控制功能 根据检测到的信息，经过数据分析和处理后，及时给出加工过程的调整策略，使加工过程能稳定地进行下去。
板件柔性制造系统运行状态的检测方法，是采用机械、光学、电磁、超声、图像、电学等原理的各种传感器，安装在需要监测的位置上，进行实时的采集和数据存储。例如：加工工具（冲模、剪切刀具）的监控，可以采用加工前测量，加工过程中检测设备功率的变化、声音的变化、变形力变化等间接检测工具的磨损情况，加工后测量和确认，统计和分析加工工具的磨损规律。工件加工质量的监控，可采用接触式或无接触式三座标测量机，进行离线或在线的测量。
实时监测在设备层完成，而监测数据的分析和处理，由单元控制器的FMS监控系统软件完成。数据处理方法一般采用系统辨识技术、模式识别技术以及数字图像处理技术等理论和方法，有关其原理和求解算法，可参阅相关资料。
目前，国内外不少柔性制造系统生产厂家针对不同的加工对象和监控目标，开发了各种单项或综合的FMS监控系统，如刀具磨损和寿命、主轴负荷与变形压力、工件质量及变化等的监控和数据处理。FMS监控系统正朝着模块化、高度集成化、独立于设备层的方向发展，具有多通道信号检测、信息处理和智能化识别、反馈控制、自诊断、灵活组合等功能，其组成框图如图6-9-13所示。
图6-9-13 FMS监控系统的组成框图
2.板件柔性制造过程的故障诊断
板件柔性制造过程的故障诊断可以概括为如下几个过程：
（1）故障检测 当制造系统工作不正常时，能够检测到故障信号。
（2）故障分离 制造系统发生故障时，根据检测数据和现象快速确定故障源。
（3）故障排除 排除故障或容错故障，使制造系统能继续运行。
（4）故障评定 对故障发生的位置、频度及对系统的影响进行统计分析。
板件柔性制造系统运行过程中出现的故障，可分为硬件故障（加工设备、物流系统设备、工作站控制器、单元控制器等）、软件故障（控制器中的控制软件、监控软件、数据处理软件等）。产生故障的原因一般有：机械故障、电气故障、传感器故障、元器件失效、现场干扰、人为操作失误等。据统计，加工设备出现故障时，故障最多的是传感器，其次是加工工件和工件安装，然后是机械磨损、设备设计和制造问题。
柔性制造系统（FMS）的故障种类很多，一个故障现象又往往是几个故障的综合，因此，故障诊断时，需要调用多种的诊断手段和方法，综合地进行分析。FMS故障分布在设备层、工作站层和单元层，对设备层故障诊断一般采用传感器检测，看其测量值是否偏离正常的参数设定值；工作站层、单元层控制器的故障包括硬件故障、软件故障，硬件故障一般采用硬件自诊断方法，软件故障采用软件自诊断程序。整个加工系统故障由单元控制器使用数学分析方法进行诊断，常用的数学方法有：基于物理模型的硬件冗余法、故障模式识别法和模糊集法，基于数学模型的解析冗余法、参数估计法、状态估计法，以及人工智能方法。以上构成FMS的故障诊断系统。
目前，基于人工智能的FMS故障诊断专家系统（FDES）发展迅速，提高了对系统故障诊断的准确性和实时性。故障诊断专家系统（FDES）是根据对症状的观察与分析，推断故障的位置，并进行故障排除的系统。故障诊断专家系统的研究包括知识的表达方法、推理机的推理策略和设计、专家知识库的建立等，有关这方面的内容，可参阅相关资料。
板件柔性制造系统出现故障是不可避免的，为了保证整个系统运行效率和安全，提高抵御故障的能力，在板件柔性制造系统规划和设计中，往往采用容错技术，加工设备中增加“互替”、“互补”设备：单元层或工作站层控制器采用双重或三重结构的冗余控制系统，即对于同一个过程控制，使用二台或三台计算机同时工作。当一台控制器出现故障进行维修时，另一台控制器可以继续进行系统控制，维持板件柔性制造系统的正常运行。