張金永

摘 要：制造業(yè)是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)行業(yè)，機(jī)械設(shè)備是制造業(yè)不可缺少的一部分，機(jī)械設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行關(guān)系到制造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展和企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。機(jī)械設(shè)備出現(xiàn)故障，不僅僅導(dǎo)致生產(chǎn)過(guò)程出現(xiàn)中斷，還會(huì)導(dǎo)致企業(yè)在生產(chǎn)中承受巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，利用先進(jìn)故障診斷方法保證設(shè)備的正常穩(wěn)定運(yùn)行是推動(dòng)企業(yè)不斷前進(jìn)的保障。目前，在機(jī)械設(shè)備故障的診斷中已經(jīng)研究出多種診斷方法，而且還在不斷的研究和優(yōu)化，目的就是提高診斷方法的準(zhǔn)確性，提升診斷工作效率。本文闡述了機(jī)械設(shè)備診斷的研究近況，以及診斷方法給予簡(jiǎn)單的探討。

關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)備 機(jī)械故障 診斷方法

中圖分類(lèi)號(hào)：TH17 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）01（c）-0000-00

1 機(jī)械設(shè)備診斷技術(shù)研究現(xiàn)狀

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷攀升，我國(guó)制造業(yè)的不斷發(fā)展，機(jī)械設(shè)備在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中的地位也是在逐步提升，對(duì)工業(yè)的影響也是越來(lái)越大。機(jī)械設(shè)備正在朝著自動(dòng)化、智能化、高速化、復(fù)雜化、大型化以及大功率化方向發(fā)展，設(shè)備之間的關(guān)聯(lián)程度、各組分的集成化越來(lái)越強(qiáng)，其中某一零件的失效可能導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的癱瘓。這些故障不僅對(duì)生產(chǎn)和機(jī)械設(shè)備造成損壞，而且還會(huì)嚴(yán)重影響公司的經(jīng)濟(jì)效益，甚至造成人員傷亡。故保證機(jī)械設(shè)備穩(wěn)定、可靠、安全的運(yùn)行是非常重要的，對(duì)設(shè)備進(jìn)行可靠、準(zhǔn)確的故障診斷具有重要意義。自動(dòng)化機(jī)械設(shè)備因其結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性、組件的關(guān)聯(lián)性以及自身的耦合性，發(fā)生的故障往往是并發(fā)故障，不同故障特征相互混雜呈現(xiàn)出隨機(jī)性、復(fù)雜性和耦合性等征兆，并非簡(jiǎn)單的故障疊加，難以用準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型加以模擬，傳統(tǒng)的模式分類(lèi)很難將其故障分開(kāi)。因此，在傳統(tǒng)的基礎(chǔ)上繼續(xù)開(kāi)發(fā)，挖掘新的診斷技術(shù)，例如人們把模糊分析、計(jì)算機(jī)技術(shù)、人工智能技術(shù)、識(shí)別技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、灰色理論、支持向量機(jī)、集成技術(shù)等應(yīng)用于機(jī)械系統(tǒng)，形成多種新的機(jī)械故障診斷方法。主要的診斷技術(shù)有：溫度診斷技術(shù)、振動(dòng)診斷技術(shù)、鐵譜分析技術(shù)、無(wú)損檢測(cè)技術(shù)以及人工智能檢測(cè)技術(shù)。

2 機(jī)械設(shè)備診斷方法

2.1 溫度診斷技術(shù)

機(jī)械在運(yùn)行的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生熱量，導(dǎo)致設(shè)備局部溫度升高。機(jī)械對(duì)于溫度相當(dāng)敏感，高溫可能導(dǎo)致機(jī)械設(shè)備不能正常運(yùn)行以及機(jī)械部件的損壞，于是及時(shí)疏散熱量是保證機(jī)械設(shè)備正常穩(wěn)定運(yùn)行的重要保障。隨著溫度傳感器的普及使用以及檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，溫度監(jiān)測(cè)比較容易進(jìn)行，于是則有了溫度診斷方法。溫度表征了機(jī)械電氣故障的產(chǎn)生，同時(shí)也是引發(fā)設(shè)備故障的因素。根據(jù)設(shè)備周?chē)h(huán)境的溫度變化以及自身的溫度檢測(cè)，可以識(shí)別系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。溫度檢測(cè)技術(shù)大體上分為兩種：非接觸式溫度檢測(cè)技術(shù)和接觸式溫度檢測(cè)技術(shù)。非接觸式溫度檢測(cè)技術(shù)是不直接接觸被檢測(cè)物體的檢測(cè)技術(shù)，往往元件具有危險(xiǎn)性或者腐蝕性；接觸式溫度檢測(cè)技術(shù)是接觸被測(cè)物體的檢測(cè)技術(shù)，往往是連續(xù)檢測(cè)或者不易觀察的部位。根據(jù)不同的檢測(cè)原理，研發(fā)出了不同的檢測(cè)儀器，如紅外儀、影像儀等。溫度檢測(cè)是最常用的檢測(cè)方法之一。

2.2 振動(dòng)診斷技術(shù)

機(jī)械運(yùn)行伴隨著機(jī)械振動(dòng)，機(jī)械振動(dòng)信號(hào)承載了設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息，從分析機(jī)械的振動(dòng)特征和振動(dòng)參數(shù)可以知道設(shè)備運(yùn)行的異常，是表征機(jī)械設(shè)備是否出現(xiàn)故障的標(biāo)志。我國(guó)在振動(dòng)理論的研究方面有雄厚的理論基礎(chǔ)，檢測(cè)振動(dòng)設(shè)備完善。振動(dòng)診斷技術(shù)主要是通過(guò)采集機(jī)械設(shè)備的振動(dòng)信號(hào)，分析振動(dòng)動(dòng)態(tài)特性，如固有頻率、振幅、圓周率、振型、傳遞函數(shù)等，通過(guò)比較正常機(jī)械或結(jié)構(gòu)的振動(dòng)特性和異常的機(jī)械設(shè)備或結(jié)構(gòu)的一同，來(lái)判定設(shè)備是否出現(xiàn)故障。振動(dòng)檢測(cè)技術(shù)涉及多個(gè)領(lǐng)域，如信號(hào)處理、傳感技術(shù)等，因此需要診斷技術(shù)人員的要求較高。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)的不斷提升，振動(dòng)檢測(cè)技術(shù)也向著高精度、智能化的方向發(fā)展。

2.3油液分析技術(shù)

機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行離不開(kāi)液壓系統(tǒng)和潤(rùn)滑系統(tǒng)，液壓系統(tǒng)是機(jī)械運(yùn)行的動(dòng)力。簡(jiǎn)而言之，機(jī)械運(yùn)行離不開(kāi)供油系統(tǒng)。反過(guò)來(lái)，供油系統(tǒng)中油的質(zhì)量的好壞表征了機(jī)械設(shè)備運(yùn)行的狀態(tài)信息。油液分析技術(shù)又稱(chēng)為設(shè)備磨損工況監(jiān)測(cè)技術(shù)，是一種新型的設(shè)備維護(hù)技術(shù)，它利用油液所攜帶的設(shè)備工況信息來(lái)對(duì)設(shè)備的當(dāng)前工作狀況以及未來(lái)工作狀況作出判斷，從而為設(shè)備的正確維護(hù)提供了有效的依據(jù)，達(dá)到預(yù)防性維修的目的。油液分析技術(shù)主要檢測(cè)一下三個(gè)方面：油液本身的物理和化學(xué)性質(zhì)的變化、油液中設(shè)備磨損顆粒的分布以及油液中外侵物質(zhì)的構(gòu)成以及分布。油液質(zhì)量表征了機(jī)械設(shè)備的磨損程度，是一種間接的檢測(cè)技術(shù)。

2.4 無(wú)損檢測(cè)技術(shù)

無(wú)損檢測(cè)技術(shù)是一種新型的檢測(cè)技術(shù)，主要特點(diǎn)是不破壞被檢測(cè)對(duì)象對(duì)其缺陷進(jìn)行檢測(cè)。它利用了機(jī)械發(fā)生故障時(shí)，某一缺陷引起的物理性質(zhì)發(fā)生變化的原理，分析檢測(cè)信號(hào)，觀察特征值，對(duì)其進(jìn)行缺陷檢測(cè)。在機(jī)械設(shè)備檢測(cè)上主要的檢測(cè)方法有：超聲波無(wú)損探傷、射線探傷、磁力探傷、滲透探傷、激光全息檢測(cè)技術(shù)等。主要檢測(cè)機(jī)械部件的物理缺陷，如鋼管裂紋、材料內(nèi)砂眼和氣泡、焊接后裂紋等。無(wú)損檢測(cè)技術(shù)由于其安全便捷的特點(diǎn)，具有廣闊的應(yīng)用前景。

2.5 人工智能技術(shù)

2.5.1 專(zhuān)家系統(tǒng)（Expert System，ES）

專(zhuān)家系統(tǒng)是集成了各種診斷信息、處理方法和經(jīng)驗(yàn)，能像專(zhuān)家一樣模擬人的思維的一種軟件系統(tǒng)。知識(shí)庫(kù)和推理機(jī)是專(zhuān)家系統(tǒng)的核心組分，知識(shí)庫(kù)用于存放信息，推理機(jī)是根據(jù)在現(xiàn)場(chǎng)采集到的信息，作出相應(yīng)的推理判斷，給出機(jī)械設(shè)備是否存在故障信息。基于專(zhuān)家系統(tǒng)的診斷方法的主要特征為可以方便的把操作人員的診斷經(jīng)驗(yàn)用規(guī)則表示出來(lái)，知識(shí)可以用符號(hào)來(lái)表示，適合用來(lái)模擬人的邏輯思維過(guò)程，同時(shí)，在已知的基本規(guī)則下，不需要大量知識(shí)，還能允許在知識(shí)庫(kù)中增加、刪除及修改某些規(guī)則，從而確保專(zhuān)家系統(tǒng)的有效性和實(shí)時(shí)性。

2.5.2 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（Artificial Neural Network，ANN）

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是模擬的生物激勵(lì)系統(tǒng)，將一系列輸入通過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生輸出。這里輸出、輸入都是標(biāo)準(zhǔn)化的量，輸出是輸入的非線性函數(shù)，其值可由連接各神經(jīng)元的權(quán)重改變，以獲得期望的輸出值，即所謂的訓(xùn)練過(guò)程?；跀?shù)值計(jì)算方法的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，將已有數(shù)據(jù)和已知系統(tǒng)模式作樣本，通過(guò)學(xué)習(xí)獲得兩者的映射關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了對(duì)人類(lèi)經(jīng)驗(yàn)思維的模擬。在機(jī)械故障診斷中的應(yīng)用方式有：從模式識(shí)別角度應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為分類(lèi)器進(jìn)行機(jī)械故障診斷；從預(yù)測(cè)角度應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)模型進(jìn)行故障預(yù)測(cè)；利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)極強(qiáng)的非線性動(dòng)態(tài)跟蹤能力進(jìn)行基于結(jié)構(gòu)映射的機(jī)械故障診斷；從知識(shí)處理角度建立基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的診斷專(zhuān)家系統(tǒng)等。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文探討了機(jī)械設(shè)備故障診斷的方法，并對(duì)各種診斷方法作出了闡述。先進(jìn)的診斷方法能明顯提高機(jī)械設(shè)備故障的診斷水平，保證機(jī)械設(shè)備的正常、穩(wěn)定的運(yùn)行，保證企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。新型診斷方法的出現(xiàn)也推動(dòng)著診斷技術(shù)朝著更高的方向發(fā)展。

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