張金永

摘 要：制造業(yè)是我國國民經(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)過程出現(xiàn)中斷，還會導(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

中圖分類號：TH17 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：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，對工業(yè)的影響也是越來越大。機(jī)械設(shè)備正在朝著自動化、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越強(qiáng)，其中某一零件的失效可能導(dǎo)致整個系統(tǒng)的癱瘓。這些故障不僅對生產(chǎn)和機(jī)械設(shè)備造成損壞，而且還會嚴(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，對設(shè)備進(jìn)行可靠、準(zhǔn)確的故障診斷具有重要意義。自動化機(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)的模式分類很難將其故障分開。因此，在傳統(tǒng)的基礎(chǔ)上繼續(xù)開發(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)、振動診斷技術(shù)、鐵譜分析技術(shù)、無損檢測技術(shù)以及人工智能檢測技術(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)行的過程中會產(chǎn)生熱量，導(dǎo)致設(shè)備局部溫度升高。機(jī)械對于溫度相當(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技術(shù)的發(fā)展，溫度監(jiān)測比較容易進(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，同時也是引發(fā)設(shè)備故障的因素。根據(jù)設(shè)備周圍環(huán)境的溫度變化以及自身的溫度檢測，可以識別系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。溫度檢測技術(shù)大體上分為兩種：非接觸式溫度檢測技術(shù)和接觸式溫度檢測技術(shù)。非接觸式溫度檢測技術(shù)是不直接接觸被檢測物體的檢測技術(shù)，往往元件具有危險(xiǎn)性或者腐蝕性；接觸式溫度檢測技術(shù)是接觸被測物體的檢測技術(shù)，往往是連續(xù)檢測或者不易觀察的部位。根據(jù)不同的檢測原理，研發(fā)出了不同的檢測儀器，如紅外儀、影像儀等。溫度檢測是最常用的檢測方法之一。

2.2 振動診斷技術(shù)

機(jī)械運(yùn)行伴隨著機(jī)械振動，機(jī)械振動信號承載了設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息，從分析機(jī)械的振動特征和振動參數(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。我國在振動理論的研究方面有雄厚的理論基礎(chǔ)，檢測振動設(shè)備完善。振動診斷技術(shù)主要是通過采集機(jī)械設(shè)備的振動信號，分析振動動態(tài)特性，如固有頻率、振幅、圓周率、振型、傳遞函數(shù)等，通過比較正常機(jī)械或結(jié)構(gòu)的振動特性和異常的機(jī)械設(shè)備或結(jié)構(gòu)的一同，來判定設(shè)備是否出現(xiàn)故障。振動檢測技術(shù)涉及多個領(lǐng)域，如信號處理、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)和自動控制技術(shù)的不斷提升，振動檢測技術(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)行離不開液壓系統(tǒng)和潤滑系統(tǒng)，液壓系統(tǒng)是機(jī)械運(yùn)行的動力。簡而言之，機(jī)械運(yùn)行離不開供油系統(tǒng)。反過來，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)又稱為設(shè)備磨損工況監(jiān)測技術(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)備工況信息來對設(shè)備的當(dāng)前工作狀況以及未來工作狀況作出判斷，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)主要檢測一下三個方面：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，是一種間接的檢測技術(shù)。

2.4 無損檢測技術(shù)

無損檢測技術(shù)是一種新型的檢測技術(shù)，主要特點(diǎn)是不破壞被檢測對象對其缺陷進(jìn)行檢測。它利用了機(jī)械發(fā)生故障時，某一缺陷引起的物理性質(zhì)發(fā)生變化的原理，分析檢測信號，觀察特征值，對其進(jìn)行缺陷檢測。在機(jī)械設(shè)備檢測上主要的檢測方法有：超聲波無損探傷、射線探傷、磁力探傷、滲透探傷、激光全息檢測技術(shù)等。主要檢測機(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。無損檢測技術(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 專家系統(tǒng)（Expert System，ES）

專家系統(tǒng)是集成了各種診斷信息、處理方法和經(jīng)驗(yàn)，能像專家一樣模擬人的思維的一種軟件系統(tǒng)。知識庫和推理機(jī)是專家系統(tǒng)的核心組分，知識庫用于存放信息，推理機(jī)是根據(jù)在現(xiàn)場采集到的信息，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?；趯＜蚁到y(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，知識可以用符號來表示，適合用來模擬人的邏輯思維過程，同時，在已知的基本規(guī)則下，不需要大量知識，還能允許在知識庫中增加、刪除及修改某些規(guī)則，從而確保專家系統(tǒng)的有效性和實(shí)時性。

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)是模擬的生物激勵系統(tǒng)，將一系列輸入通過神經(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，通過學(xué)習(xí)獲得兩者的映射關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了對人類經(jīng)驗(yàn)思維的模擬。在機(jī)械故障診斷中的應(yīng)用方式有：從模式識別角度應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為分類器進(jìn)行機(jī)械故障診斷；從預(yù)測角度應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為動態(tài)預(yù)測模型進(jìn)行故障預(yù)測；利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)極強(qiáng)的非線性動態(tài)跟蹤能力進(jìn)行基于結(jié)構(gòu)映射的機(jī)械故障診斷；從知識處理角度建立基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的診斷專家系統(tǒng)等。

3 結(jié)束語

本文探討了機(jī)械設(shè)備故障診斷的方法，并對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)也推動著診斷技術(shù)朝著更高的方向發(fā)展。

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