王彬灃，劉永峰

（北京建筑大學(xué)機(jī)電與車輛工程學(xué)院，北京 100044）

隨著科技的進(jìn)步和生產(chǎn)的發(fā)展, 各種先進(jìn)的生產(chǎn)設(shè)備不斷應(yīng)用到生產(chǎn)領(lǐng)域中去, 設(shè)備的機(jī)械效率與自動化水平都比以前有了很大的提高, 在國民經(jīng)濟(jì)中發(fā)揮著極其重要的作用。這一方面提高了企業(yè)的生產(chǎn)效率, 帶來了極大的經(jīng)濟(jì)效益，另一方面，又給設(shè)備維護(hù)帶來了困難。流水線上關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備的長時間停機(jī)將會給生產(chǎn)帶來巨大的損失。為了將這種損失減小到最低, 一方面必須提高生產(chǎn)設(shè)備的可靠性, 另一方面可以通過盡量縮短設(shè)備故障診斷和維修的時間來實現(xiàn)。生產(chǎn)設(shè)備的可靠性不論有多高, 其發(fā)生故障都是不可避免的，因此，企業(yè)最關(guān)心的還是在設(shè)備信息出現(xiàn)故障征兆時如何提前對其進(jìn)行在線分析診斷和發(fā)生故障后，如何及時對其進(jìn)行維修等。

因此，需要對遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)在設(shè)備管理中的應(yīng)用展開研究分析，通過對遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)的推廣應(yīng)用，可以讓設(shè)備在運行過程中實現(xiàn)自動監(jiān)測，保證企業(yè)生產(chǎn)的效率。

1 遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)包含現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)、單機(jī)處理系統(tǒng)、遠(yuǎn)程故障診斷中心以及Internet 網(wǎng)構(gòu)成。在車間上層設(shè)置中設(shè)置了專家系統(tǒng)、故障診斷中心以及移動通信模塊。專業(yè)技術(shù)人員將采集到的數(shù)據(jù)利用監(jiān)控中心藍(lán)牙功能或網(wǎng)絡(luò)連接，傳輸給故障診斷中心，從而實現(xiàn)故障診斷服務(wù)以及信息咨詢服務(wù)。故障診斷專家系統(tǒng)具有診斷數(shù)據(jù)庫，診斷系統(tǒng)之下是本地診斷系統(tǒng)、監(jiān)控中心以及遠(yuǎn)程診斷中心，遠(yuǎn)程診斷中心和藍(lán)牙數(shù)據(jù)傳輸模塊連接，在監(jiān)控中心上連接著多個藍(lán)牙數(shù)據(jù)傳輸模塊，傳輸模塊和單機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)相連接，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)連接著數(shù)據(jù)采集模塊，并與各個機(jī)床相連接。

2 遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)的功能模塊

圖1 系統(tǒng)功能模塊

2.1 監(jiān)控模塊

針對數(shù)控機(jī)床狀態(tài)展開監(jiān)控，將信號檢測提取出來，通過電氣適配接口該終端可以連接到傳感器中，傳感器被安裝在設(shè)備重要位置，如主軸、軸承、液壓傳動部件等。通過傳感器在線檢測，了解這些關(guān)鍵位置的重要信息。傳感器監(jiān)控對象包括進(jìn)給軸、液壓氣動裝備以及主軸等設(shè)備，監(jiān)測信號包含振動信號、溫度信號、功率信號以及壓力信號等。對于振動信號的采集，需要使用加速度傳感器，同時，使用溫度傳感器獲得溫度信號，將電流信號和電壓信號轉(zhuǎn)換后，可以獲得功率信號。

2.2 通信網(wǎng)絡(luò)模塊

使用藍(lán)牙設(shè)備建立通信需要查詢藍(lán)牙設(shè)備、建立連接、鑒別權(quán)限以及通信四個環(huán)節(jié)。首先，數(shù)據(jù)終端發(fā)現(xiàn)局域網(wǎng)訪問點，數(shù)據(jù)終端應(yīng)用接入局域網(wǎng)，先啟動發(fā)現(xiàn)協(xié)議，向可以回應(yīng)LAP 發(fā)送查詢請求。LAP 作為藍(lán)牙服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議服務(wù)商，擁有服務(wù)數(shù)據(jù)庫，在數(shù)據(jù)庫中包含各個接入點提供的服務(wù)以及不同屬性，在服務(wù)協(xié)議機(jī)制中形成連接需要的全部服務(wù)信息。

2.3 用戶管理模塊

用戶需要使用賬號和密碼打開軟件，在賬號密碼全部正確后，用戶才可以進(jìn)入系統(tǒng)中。

2.4 遠(yuǎn)程診斷中心

作為整個系統(tǒng)中最為重要核心的部分，遠(yuǎn)程診斷中心包含遠(yuǎn)程診斷程序和專家系統(tǒng)兩個部分構(gòu)成。

圖2 遠(yuǎn)程診斷中心結(jié)構(gòu)

2.4.1 故障診斷模塊

遠(yuǎn)程診斷程序包含通信部分、分析診斷部分、用戶管理部分、遠(yuǎn)程合作管理部分以及知識庫管理構(gòu)成。通過利用網(wǎng)絡(luò)通信模塊，對系統(tǒng)狀態(tài)展開實時監(jiān)測，并實現(xiàn)診斷終端、主機(jī)以及診斷中心的溝通，是整個系統(tǒng)最為基礎(chǔ)的一部分。故障診斷模塊可以完成在線故障診斷服務(wù)，可以利用離線信號進(jìn)行故障診斷，對故障信息隨時查詢。用戶管理模塊則滿足用戶注冊功能，驗證用戶密碼。知識庫在系統(tǒng)中負(fù)責(zé)添加整理知識，滿足于故障的分析，對模塊需要的知識進(jìn)行診斷。遠(yuǎn)程管理模塊最重要的作用是為咨詢診斷工作提供網(wǎng)絡(luò)平臺，方便與異地工程師的合作診斷。

在系統(tǒng)檢測到故障問題時，開始執(zhí)行程序。在本系統(tǒng)程序中使用條件結(jié)構(gòu)，使得故障得以顯示。在條件結(jié)構(gòu)中語句是通過字符串形式顯示，由于字符串?dāng)?shù)據(jù)無法同時輸出。因此，需要控件結(jié)構(gòu)將字符串整合起來，讓字符串可以依據(jù)設(shè)定順序完成合并連接。由于在一個條件結(jié)構(gòu)之內(nèi)輸出字符串，如果增加延時函數(shù)，讓字符串輸出可以呈現(xiàn)出打字效果，那么字符串并不在條件結(jié)構(gòu)中。在條件全部滿足“是”時，本系統(tǒng)“否”的字符串可以通過連接函數(shù)直接輸出字符串。

2.4.2 專家會診模塊

使用網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)故障遠(yuǎn)程診斷，讓工程師可以了解服務(wù)器變化，使得遠(yuǎn)程專家故障診斷得以實現(xiàn)。在配置好網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器后，瀏覽器中URL 欄中可以輸入網(wǎng)址，異地工程師利用系統(tǒng)異地訪問服務(wù)器文檔，對數(shù)據(jù)庫故障進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷，提供技術(shù)支持。專家系統(tǒng)可以向知識庫自動補(bǔ)充知識，整理知識庫，讓診斷更有效率。系統(tǒng)診斷如果沒能達(dá)到客戶滿意的效果，遠(yuǎn)程協(xié)作模塊可以將故障問題的信息和系統(tǒng)診斷結(jié)果發(fā)送給專家，和專家進(jìn)行現(xiàn)場通信，共同進(jìn)行診斷信息的討論。

2.5 系統(tǒng)配置

2.5.1 處理終端配置

在系統(tǒng)的硬件配置上，使用嵌入式計算機(jī)、傳感器、信號調(diào)度模塊以及電源模塊構(gòu)成了處理終端。在系統(tǒng)軟件配置上，處理終端軟件使用NC 功能軟件、信息采集功能軟件、故障處理軟件以及遠(yuǎn)程通信軟件構(gòu)成。

2.5.2 診斷中心配置

診斷中心在硬件配置上，使用了數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、診斷服務(wù)器以及數(shù)據(jù)通信服務(wù)器，其中也包含了防火墻。在軟件配置上，使用了診斷中心軟件來負(fù)責(zé)數(shù)控機(jī)床狀態(tài)的監(jiān)測，實時處理終端數(shù)據(jù)包以及故障數(shù)據(jù)包，從而實現(xiàn)故障問題的診斷，為故障問題提供維修指導(dǎo)。在軟件中設(shè)置了數(shù)據(jù)庫管理、遠(yuǎn)程通信、智能專家診斷以及遠(yuǎn)程協(xié)作四大功能。

2.6 擴(kuò)展功能

對于設(shè)備而言，本系統(tǒng)功能有著良好擴(kuò)展性，可以適用于企業(yè)局域網(wǎng)和無線網(wǎng)。這樣的適用性滿足了企業(yè)設(shè)備管理的要求。應(yīng)用設(shè)備遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)后，要注意建設(shè)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。使用該網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，讓數(shù)控機(jī)床可以提供更廣泛的服務(wù)，讓售后服務(wù)體系更加完善。在網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上建設(shè)遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)，讓企業(yè)獲得了一個良好的創(chuàng)新服務(wù)平臺，不僅有效的減少了售后服務(wù)花銷，更讓維修工作效率大幅提升，使得服務(wù)功能更加多樣化。

3 遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)的功能分析

隨著技術(shù)不斷發(fā)展，傳感器被使用在故障診斷工作中，傳感器采集設(shè)備產(chǎn)生的信息如振動信號等，分析振動信號頻域時域，確定設(shè)備故障狀態(tài)，分析故障特征以及出現(xiàn)位置。在此同時利用計算機(jī)技術(shù)和人工智能技術(shù)，形成了專家系統(tǒng)，讓故障問題獲得了全新的分析處理方式。通過專家系統(tǒng)對故障問題的分析，能夠憑借專家系統(tǒng)專業(yè)知識和積累的經(jīng)驗，對設(shè)備故障問題進(jìn)行全面的分析診斷，有效地節(jié)約了診斷成本。遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)具備下述功能：（1）診斷功能。系統(tǒng)根據(jù)故障信息，分析故障產(chǎn)生原因，并提出對應(yīng)的維修措施，給出分析過程的解釋，增加用戶對于推理結(jié)論的認(rèn)可。（2）可以自行添加、查閱專家系統(tǒng)的規(guī)范。（3）遠(yuǎn)程診斷功能。通過遠(yuǎn)程診斷，用戶在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下隨時使用系統(tǒng)維護(hù)設(shè)備，減少了人力投入。（4）用戶界面。系統(tǒng)具備良好的用戶界面，方便于用戶的操作和使用，經(jīng)過授權(quán)的用戶可以隨意使用系統(tǒng)。出于安全考慮，系統(tǒng)必須要對用戶進(jìn)行審核，允許安全用戶進(jìn)入系統(tǒng)。

4 遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)的優(yōu)勢

4.1 減少維修成本

在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)上建立遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)，一旦廣泛使用，將會大幅度減少維護(hù)故障花費的成本，讓設(shè)備管理日常維護(hù)成本得到大幅度減少。在建設(shè)成本最初階段，可以一次性投入建設(shè)系統(tǒng)，在后續(xù)維護(hù)上成本花費也十分低。但是采集故障數(shù)據(jù)、共享故障數(shù)據(jù)等多個方面，系統(tǒng)能夠發(fā)揮出巨大的作用。在異地診斷中，減少邀請診斷專家需要花費大量的時間成本、資金成本和人力成本，成本的節(jié)約也會給企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟(jì)收益。

4.2 提高診斷效益

無論是對于生產(chǎn)機(jī)床設(shè)備的企業(yè)還是使用機(jī)床設(shè)備的企業(yè)，遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)的使用都可以發(fā)揮出巨大的價值，讓生產(chǎn)效益得到大幅度提高。對于生產(chǎn)企業(yè)來講，提供遠(yuǎn)程診斷服務(wù)可以讓設(shè)備故障成本得到大大減少，同時，讓維修設(shè)備故障以及排除設(shè)備故障的效率得到明顯的提高。從另一方面講，反饋整合故障信息可以更加及時，企業(yè)改進(jìn)設(shè)備時效不斷縮短，讓設(shè)備運行的性能更加突出，企業(yè)競爭力也可以獲得提升。對于銷售設(shè)備企業(yè)而言，遠(yuǎn)程診斷服務(wù)能夠區(qū)別于銷售環(huán)節(jié)，在同生產(chǎn)企業(yè)合作后，建立遠(yuǎn)程診斷中心以及售后中心，讓售后專業(yè)能力不斷增強(qiáng)，提高企業(yè)口碑，開闊市場空間。對于使用設(shè)備的企業(yè)而言，應(yīng)用遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)可以讓企業(yè)運行效率得到提高，最大程度地減少設(shè)備故障對于生產(chǎn)的影響，實現(xiàn)共贏的局面。

4.3 挖掘故障信息價值

應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)后可以讓傳輸信息的速度更高，讓信息資源實現(xiàn)共享，網(wǎng)絡(luò)傳輸可以讓信息高效高速的傳輸，對于故障信息遠(yuǎn)程傳輸和整合可以發(fā)揮出巨大作用。利用故障信息建立數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫將推動故障信息的共享，讓故障檢修排查更有效率。在后續(xù)故障信息中，對比故障數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，能夠快速讀取故障檔案，確定故障類型，完成跨區(qū)域合作，讓機(jī)床設(shè)備信息能夠在短時間內(nèi)發(fā)揮出巨大的價值，為故障診斷和維修提供指導(dǎo)，提高診斷維修效率，推動機(jī)床故障維修的技術(shù)水平。

5 結(jié)語

綜上所述，本文對遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)進(jìn)行了整體分析，該系統(tǒng)利用用戶管理模塊、通信傳輸模塊、遠(yuǎn)程診斷模塊等對設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷，遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)的應(yīng)用讓設(shè)備故障診斷和維修效率明顯提高，有效地降低了檢修成本。通過系統(tǒng)的應(yīng)用，設(shè)備故障可以快速修復(fù)，從而減少故障問題帶給設(shè)備生產(chǎn)的影響，可以給應(yīng)用企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)收益，具有重要的應(yīng)用價值。