王光宇

摘要：本文開篇闡明了機(jī)械故障診斷與監(jiān)測(cè)的重要性，并簡(jiǎn)述了故障診斷與監(jiān)測(cè)的發(fā)展歷程，最后詳盡說(shuō)明了現(xiàn)階段的診斷過(guò)程和監(jiān)測(cè)方法。

關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)備；故障診斷；故障監(jiān)測(cè)

一、機(jī)械故障診斷與監(jiān)測(cè)的重要性

當(dāng)今科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和社會(huì)化大生產(chǎn)的發(fā)展，機(jī)械設(shè)備構(gòu)造的復(fù)雜程度加深，機(jī)械功能的完善度增強(qiáng)，并且自動(dòng)化水平也在逐年提升。但有很多無(wú)法避免的因素促進(jìn)機(jī)械設(shè)備出現(xiàn)各種故障，以致于降低設(shè)備功能性的體現(xiàn)甚至?xí)a(chǎn)生災(zāi)難性的事故，給人身及財(cái)產(chǎn)安全帶來(lái)了嚴(yán)重?fù)p害，并會(huì)造成不良的社會(huì)影響。例如日本福島第一核電站的反應(yīng)堆廠房爆炸事件。該座核電站始建于1971年，在安全理念和防護(hù)措施都出現(xiàn)過(guò)諸多問題，此次爆炸源于在安全殼和廠房之間的氫氣爆炸，但起源是由于反應(yīng)堆停堆后缺乏強(qiáng)制散熱手段而導(dǎo)致的。本次爆炸引起一定程度的核泄漏，日本當(dāng)局在爆炸周邊劃設(shè)了長(zhǎng)12.5英里的禁區(qū)，禁區(qū)內(nèi)有約16萬(wàn)名居民被迫搬離家園。由此可見，機(jī)械故障診斷與監(jiān)測(cè)在社會(huì)化大生產(chǎn)中的重要性，因此著力開展故障診斷與監(jiān)測(cè)工作具有深遠(yuǎn)的意義。

二、機(jī)械故障診斷與監(jiān)測(cè)的發(fā)展歷程

在第二次世界大戰(zhàn)期間，大量武器設(shè)備缺乏足夠的故障診斷與監(jiān)測(cè)，導(dǎo)致諸多非戰(zhàn)斗型損耗，如在二戰(zhàn)期間飛機(jī)失事頻繁，據(jù)后期考證部分是由于駕駛員在起飛及降落時(shí)操作不當(dāng)外，大多數(shù)原因都是飛行過(guò)程中飛機(jī)機(jī)械故障造成的。但直到20世紀(jì)中后期對(duì)于機(jī)械故障診斷的研究才得到足夠重視，20世紀(jì)60年代美國(guó)機(jī)械故障預(yù)防小組成立，開始有計(jì)劃的有目的對(duì)故障診斷技術(shù)做分類別研究，現(xiàn)階段在航空航天、軍事等技術(shù)領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位。20世紀(jì)70年代初期英國(guó)成立了機(jī)器保健與狀態(tài)監(jiān)測(cè)協(xié)會(huì)，開展故障診斷的專項(xiàng)研究工作，現(xiàn)階段在汽車、飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)監(jiān)測(cè)和診斷方面具有領(lǐng)先的地位。20世紀(jì)70年代中期，新日本制鐵公司開展對(duì)于故障診斷技術(shù)領(lǐng)域的研究，并逐步達(dá)到實(shí)用階段，現(xiàn)階段日本在鋼鐵、化工、鐵路等行業(yè)的診斷技術(shù)遙遙領(lǐng)先。我國(guó)的研究起步相對(duì)較晚，從20世紀(jì)80年代開始逐步組建故障診斷的研究機(jī)構(gòu)，從最初的簡(jiǎn)易診斷到如今的智能化診斷，并在化工、冶金、電力等行業(yè)取得廣泛的應(yīng)用。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，機(jī)械設(shè)備故障的診斷與監(jiān)測(cè)有了質(zhì)的飛躍，已形成了完備的學(xué)科體系，并隨著信號(hào)分析和處理技術(shù)的發(fā)展，不斷推動(dòng)著診斷技術(shù)和監(jiān)測(cè)方法向更加科學(xué)更加實(shí)用化的方向發(fā)展。

三、機(jī)械故障診斷過(guò)程與監(jiān)測(cè)方法

機(jī)械故障診斷與監(jiān)測(cè)是基于過(guò)往和現(xiàn)階段機(jī)械設(shè)備運(yùn)行中的狀態(tài)體現(xiàn)，來(lái)判斷出現(xiàn)故障的原因以及對(duì)于未來(lái)的影響，以便形成相應(yīng)的解決方案。這是一個(gè)綜合性極強(qiáng)的技術(shù)，涉及到如通信技術(shù)、傳感技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)及人工智能領(lǐng)域的相關(guān)知識(shí)和技術(shù)。故障診斷的基本過(guò)程為，首先要進(jìn)行信號(hào)采集的工作，是相關(guān)數(shù)據(jù)的收集工作，是故障診斷的前提。之后要把故障信號(hào)進(jìn)行特征提取，要運(yùn)用計(jì)算機(jī)視覺和圖像處理技術(shù)進(jìn)行呈現(xiàn)。最后進(jìn)行狀態(tài)識(shí)別，通過(guò)識(shí)別和診斷的結(jié)果來(lái)做出決策。

由于領(lǐng)域內(nèi)及各行業(yè)專家學(xué)者的努力，機(jī)械故障的診斷監(jiān)測(cè)方法在不斷趨于完善，很多新技術(shù)的出現(xiàn)也給診斷方式方法的創(chuàng)新起到了很大的促進(jìn)作用。首先是振動(dòng)分析診斷技術(shù)，是利用設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)的動(dòng)態(tài)性指標(biāo)與設(shè)備異常出現(xiàn)的動(dòng)態(tài)性指標(biāo)的不同來(lái)判定設(shè)備故障的技術(shù)。同時(shí)該項(xiàng)技術(shù)在機(jī)械設(shè)備故障診斷的技術(shù)體系中有著重要的地位。振動(dòng)分析是一項(xiàng)非常復(fù)雜的技術(shù)手段，涉及振作測(cè)繪、信號(hào)分析處理等諸多方面技術(shù)要求，需要故障診斷人員有深厚的理論功底及豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。在振動(dòng)分析診斷中振動(dòng)信號(hào)是機(jī)械設(shè)備的信息載體，但振動(dòng)信號(hào)要依賴于監(jiān)測(cè)點(diǎn)的選擇，只有選擇最佳的監(jiān)測(cè)點(diǎn)及運(yùn)用合理的檢測(cè)方式才能更好的反映設(shè)備運(yùn)行的信息，在實(shí)際運(yùn)用中監(jiān)測(cè)點(diǎn)的選擇要滿足三個(gè)方面：能對(duì)設(shè)備振動(dòng)狀態(tài)作出全面的描述，選取設(shè)備振動(dòng)的關(guān)鍵點(diǎn)，選取離機(jī)械設(shè)備核心部位最近的敏感點(diǎn)。大量的事實(shí)證明振動(dòng)分析卓越的預(yù)見性能節(jié)約許多的維修費(fèi)用，且理論知識(shí)雄厚測(cè)試設(shè)備完善，在各行業(yè)都取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)隨著傳感技術(shù)的飛速發(fā)展，助力振作分析診斷結(jié)果更加準(zhǔn)確更加可靠。其次是無(wú)損檢測(cè)診斷技術(shù)，是在不損害檢測(cè)設(shè)備的條件下，對(duì)檢測(cè)對(duì)象的內(nèi)外部進(jìn)行檢查的技術(shù)，是對(duì)未知工藝缺陷的檢查。無(wú)損檢測(cè)根據(jù)原理與手段的不同有幾種分類，第一是超聲檢測(cè)，是超聲波進(jìn)入物體缺陷時(shí)會(huì)發(fā)生反射來(lái)判斷缺陷位置與大小。優(yōu)點(diǎn)在于適用內(nèi)部缺陷的檢測(cè)，探測(cè)范圍大靈敏度高并操作簡(jiǎn)單，大范圍應(yīng)用于金屬及非金屬的焊接與板材中。第二是射線檢測(cè)，是射線穿透檢測(cè)對(duì)象時(shí)呈指數(shù)規(guī)律被吸收衰減，通過(guò)膠片記錄下后形成底片，根據(jù)黑度不均的影像來(lái)評(píng)定產(chǎn)品缺陷。優(yōu)點(diǎn)在于適用于所有材料，探傷結(jié)果直觀并易于保存，特別是對(duì)于體積型缺陷有最佳的檢測(cè)效果。第三是磁粉檢測(cè)，是鐵磁性材料被磁化后，由于不連續(xù)存在形成局部畸形并產(chǎn)生漏磁場(chǎng)，在吸附磁粉時(shí)形成目測(cè)可見的磁痕來(lái)評(píng)定缺陷。優(yōu)點(diǎn)在于不受設(shè)備大小和形狀限制，檢測(cè)速度快并價(jià)格低廉，主要用于檢測(cè)鐵磁性材料的表面缺陷。另外還有滲透檢測(cè)和渦流檢測(cè)方式，都是針對(duì)不同材料不同缺陷的無(wú)損檢測(cè)方式。

四、機(jī)械故障診斷的發(fā)展趨勢(shì)

要不斷推進(jìn)診斷的精度和速度，需要在理論體系和實(shí)踐應(yīng)用上有更好的突破，展望未來(lái)以下兩種診斷方式會(huì)形成發(fā)展的趨勢(shì)。首先是基于機(jī)械故障診斷與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的深度融合，遠(yuǎn)程故障的診斷方式將逐步成為主流。該診斷方式重點(diǎn)為遠(yuǎn)程信號(hào)的采集與分析，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸。其次是根據(jù)機(jī)械設(shè)備運(yùn)行的狀態(tài)決定下一步的運(yùn)行策略，防止機(jī)械設(shè)備故障的發(fā)生，從萌芽階段就消除安全隱患，形成監(jiān)測(cè)、診斷、控制、管理一體化的智能體系。同時(shí)這也是故障診斷的最高目標(biāo)，需要多種技術(shù)融合共同推進(jìn)診斷技術(shù)的發(fā)展。

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，我國(guó)機(jī)械設(shè)備故障診斷與監(jiān)測(cè)領(lǐng)域會(huì)取得更大的突破，并且會(huì)用最佳的姿態(tài)助力我國(guó)社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)。