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        基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的煤礦人員定位系統(tǒng)及其應(yīng)用

        2019-11-17 04:05:19楊曉燕
        電腦知識(shí)與技術(shù) 2019年26期
        關(guān)鍵詞:系統(tǒng)構(gòu)建診斷模型

        楊曉燕

        摘要:現(xiàn)代汽車技術(shù)越來(lái)越復(fù)雜,機(jī)械故障的表現(xiàn)多種多樣,機(jī)械故障診斷定位成為汽車維修工作的難題,故障樹分析法是對(duì)現(xiàn)代復(fù)雜系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行故障診斷的安全可靠方法。本文分析了汽車機(jī)械故障發(fā)生的原因,總結(jié)了汽車機(jī)械故障診斷的方法,構(gòu)建了汽車機(jī)械故障診斷故障樹分析模型,設(shè)計(jì)了汽車機(jī)械故障診斷系統(tǒng),提出了汽車機(jī)械故障的預(yù)防措施。本文的研究成果,對(duì)于提高汽車機(jī)械故障診斷平和汽車維修工作效率等方面具有重要作用。

        關(guān)鍵詞:故障樹分析;汽車機(jī)械故障;診斷模型;系統(tǒng)構(gòu)建

        中圖分類號(hào):U472, TP311? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

        文章編號(hào):1009-3044(2019)26-0259-03

        開放科學(xué)(資源服務(wù))標(biāo)識(shí)碼(OSID):

        汽車作為一種交通運(yùn)輸工具,給人們出行帶來(lái)了極大便利,在人們的日常工作和生產(chǎn)生活中發(fā)揮著極其重要的作用。汽車由成百上千個(gè)機(jī)械零部件構(gòu)成,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,工作條件差,由于使用不當(dāng)和零部件磨損等原因,發(fā)生機(jī)械故障不可避免。機(jī)械故障是指機(jī)械系統(tǒng)因偏離設(shè)計(jì)狀態(tài)而喪失部分或全部功能的顯現(xiàn),機(jī)械故障是汽車比較常見的一種故障。由于汽車零部件的壽命是有限的,雖然機(jī)械故障發(fā)生具有隨機(jī)性,但隨著汽車使用年限增長(zhǎng),機(jī)械故障發(fā)生總體呈增加趨勢(shì)。因此,必須對(duì)汽車機(jī)械故障引起足夠的重視。故障診斷是對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和異常情況做出診斷,并確定故障大體發(fā)生部位的過(guò)程。診斷出汽車機(jī)械故障的部位和原因后,運(yùn)用維修技術(shù)進(jìn)行處理,將機(jī)械故障及時(shí)消除,使汽車運(yùn)行穩(wěn)定性及效率得到提升,運(yùn)行壽命得以延長(zhǎng)。現(xiàn)代汽車技術(shù)越來(lái)越復(fù)雜,機(jī)械故障的表現(xiàn)多種多樣,機(jī)械故障診斷定位成為汽車維修工作的難題,傳統(tǒng)的人工診斷排查技術(shù)越來(lái)越不適應(yīng)汽車工業(yè)發(fā)展的需要。故障樹分析(Fault Tree Analysis)是安全系統(tǒng)工程最重要的技術(shù)之一,已經(jīng)成為設(shè)備故障診斷和預(yù)測(cè)的有效手段。本文基于故障樹分析技術(shù)構(gòu)建汽車機(jī)械故障診斷模型,并以此為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)汽車機(jī)械故障診斷系統(tǒng),提高汽車機(jī)械故障診斷的信息化水平,提高汽車維修工作效率,使得維修工作按標(biāo)準(zhǔn)化程序更合理有效進(jìn)行,為汽車運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性提供保障。

        1 汽車機(jī)械故障發(fā)生的原因

        汽車的機(jī)械零部件很多,在控制系統(tǒng)的統(tǒng)一指揮下各自發(fā)揮作用。機(jī)械故障發(fā)生后,導(dǎo)致汽車不能正常運(yùn)轉(zhuǎn),通常表現(xiàn)為剎車失靈或檔位反應(yīng)慢,摩擦音、碰撞音或零部件震動(dòng)發(fā)出有節(jié)奏的聲響,排放的尾氣非常刺鼻或呈黑煙狀態(tài),更嚴(yán)重的是汽車不能啟動(dòng)或啟動(dòng)后不能行駛。產(chǎn)生這些現(xiàn)象的原因比較復(fù)雜,大體可分為以下幾類:

        (1)零部件原因。汽車由很多零部件構(gòu)成,且組裝結(jié)構(gòu)復(fù)雜,零部件的型號(hào)、類型和材質(zhì)多種多樣,質(zhì)量參差不齊,不同零部件的使用壽命和安全系數(shù)存在差異性,有些零部件瞬間超過(guò)最大負(fù)荷造成損傷,有些零部件損壞后不能及時(shí)更換。

        (2)運(yùn)行使用原因。貨物運(yùn)輸汽車嚴(yán)重超載已成為常態(tài),加之行駛時(shí)間長(zhǎng),高強(qiáng)度下的消耗造成汽車運(yùn)行不流暢,容易發(fā)生制動(dòng)失效和傳動(dòng)軸脫落等機(jī)械故障。道路環(huán)境不佳或自然環(huán)境惡劣,傳動(dòng)、底盤、減震和制動(dòng)等容易發(fā)生機(jī)械故障。

        (3)駕駛技術(shù)原因。駕駛技術(shù)對(duì)汽車機(jī)械故障影響很大。很多駕駛?cè)藛T駕駛水平比較低,缺乏必要的常識(shí),汽車出現(xiàn)機(jī)械故障不能及時(shí)發(fā)現(xiàn),緊急事故發(fā)生時(shí)操作失誤增加了機(jī)械故障發(fā)生概率,野蠻起動(dòng)和野蠻駕駛等引起嚴(yán)重的機(jī)械故障。

        (4)油品品質(zhì)原因。汽車運(yùn)行需要燃料油和潤(rùn)滑油,燃料油不合格會(huì)使噴油嘴、油泵和燃油濾清器等出現(xiàn)機(jī)械故障;潤(rùn)滑油能夠減輕車輛機(jī)械零部件的磨損程度,劣質(zhì)潤(rùn)滑油不能保證潤(rùn)滑油及時(shí)到達(dá)潤(rùn)滑部位,致使機(jī)械零件發(fā)生嚴(yán)重磨損。

        (5)維修養(yǎng)護(hù)原因。維修和養(yǎng)護(hù)是保障汽車安全行駛的兩種手段。汽車發(fā)生機(jī)械故障,如果不及時(shí)維修,不僅存在安全隱患,還可能引起更嚴(yán)重的故障。汽車養(yǎng)護(hù)是對(duì)汽車進(jìn)行全新保養(yǎng)護(hù)理的工藝過(guò)程。通過(guò)養(yǎng)護(hù),對(duì)零部件進(jìn)行調(diào)整或更換,主動(dòng)排除隱患。養(yǎng)護(hù)人員技術(shù)水平低、責(zé)任心不強(qiáng)、偷工減料、機(jī)械故障處理不力等原因,都會(huì)導(dǎo)致更嚴(yán)重的機(jī)械故障。

        2 汽車機(jī)械故障診斷的方法

        汽車機(jī)械故障診斷的方法很多,常用的包括以下四種:

        (1)經(jīng)驗(yàn)診斷法。經(jīng)驗(yàn)診斷是汽車機(jī)械故障最常用和最簡(jiǎn)便的方法。依據(jù)維修師傅的經(jīng)驗(yàn),對(duì)汽車的故障狀態(tài)進(jìn)行觀察,判斷發(fā)生機(jī)械故障的原因和位置。高超的經(jīng)驗(yàn)需要長(zhǎng)時(shí)間地磨練和積累,需要不斷學(xué)習(xí)新知識(shí),將理論與實(shí)踐相結(jié)合。

        (2)全面診斷法。通過(guò)觀察和經(jīng)驗(yàn)等方面不能夠準(zhǔn)確診斷出故障時(shí),就需要全面診斷法,維修人員拆卸零部件,進(jìn)行全面的分析和檢查診斷故障。拆卸一些重要零部件,再安裝很難達(dá)到原裝質(zhì)量,即平時(shí)所說(shuō)的“汽車沒跑壞反被修壞”。

        (3)儀器診斷法。通過(guò)先進(jìn)儀器對(duì)汽車機(jī)械故障進(jìn)行診斷,有些汽車廠商專門針對(duì)自己的產(chǎn)品設(shè)計(jì)了診斷儀器,也有很多通用儀器為多種車型設(shè)計(jì)。優(yōu)點(diǎn)是不需要反復(fù)拆卸、迅速了解汽車各個(gè)工作單元的工作狀態(tài),準(zhǔn)確地診斷出機(jī)械故障。

        (4)智能診斷法。智能是使用推理、學(xué)習(xí)和聯(lián)想等手段通過(guò)知識(shí)解決問題。智能診斷技術(shù)是運(yùn)用專家知識(shí)和人工智能等手段,將汽車機(jī)械零部件信息以及故障表象等信息輸入計(jì)算機(jī)系統(tǒng),由系統(tǒng)自動(dòng)診斷,具有穩(wěn)定性好和準(zhǔn)確性高等特點(diǎn)。

        3 汽車機(jī)械故障診斷故障樹分析模型

        傳統(tǒng)的人工經(jīng)驗(yàn)診斷法和儀器設(shè)備輔助診斷法存在較高的誤差率,故障樹分析法是對(duì)現(xiàn)代復(fù)雜系統(tǒng)設(shè)備故障進(jìn)行診斷的安全可靠方法。故障樹通過(guò)圖形的方式表示事件之間的邏輯關(guān)系,數(shù)學(xué)模型的形式取決于故障樹結(jié)構(gòu)。

        設(shè)汽車由n個(gè)零部件構(gòu)成,每個(gè)部件只有正常和故障兩種狀態(tài),分別用“0”和“1”表示,用[Xi(i=1,2,…,n)]表示第i個(gè)底事件,定義如下:

        汽車機(jī)械故障由構(gòu)成汽車機(jī)械零部件的故障引起,因此,零部件底事件的狀態(tài)決定了結(jié)果事件的狀態(tài),用[Φ(X)=Φ(X1,X2,…,Xn)]表示零部件結(jié)果事件的狀態(tài),即故障樹的結(jié)構(gòu)函數(shù),定義如下:

        設(shè)故障樹G有n個(gè)底事件,表示為[X1,X2,…,Xn],[S=Xi1,Xi2,…,Xil]為故障樹G中底事件的子集,當(dāng)集合S發(fā)生時(shí),即[Xi1=Xi2=Xil=1],結(jié)果事件發(fā)生,則S為故障樹G的一個(gè)割集。若在S中隨機(jī)去除一個(gè)基本事件后,不再是故障樹的割集,則稱子集S是故障樹G的一個(gè)最小割集。

        結(jié)果頂事件在t時(shí)刻發(fā)生的概率是隨機(jī)變量[Φ]的期望值:

        設(shè)故障樹由n個(gè)底事件[X1,X2,…,Xn]構(gòu)成,事件i的故障概率為[Pi(t)=PXi(t)=1],結(jié)果事件的結(jié)構(gòu)概率函數(shù)表示如下:

        概率重要度。表示汽車某零部件故障發(fā)生概率對(duì)結(jié)果事件的影響程度,如果減小概率重要度大的汽車零部件的故障概率,就能有效降低汽車機(jī)械故障發(fā)生的概率。第i個(gè)汽車零部件的概率重要度的數(shù)學(xué)公式表示為:

        關(guān)鍵重要度。故障發(fā)生概率大的汽車零部件稱為關(guān)鍵零部件,其重要度稱為關(guān)鍵重要度。在汽車零部件設(shè)計(jì)過(guò)程中,改進(jìn)關(guān)鍵零部件,更能有效降低汽車故障發(fā)生概率。汽車零部件i的關(guān)鍵重要度的數(shù)學(xué)公式表示為:

        因?yàn)椋?/p>

        所以,關(guān)鍵重要度計(jì)算公式簡(jiǎn)化為:

        4 汽車機(jī)械故障診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)

        使用汽車機(jī)械故障診斷系統(tǒng),能夠及時(shí)掌握汽車的運(yùn)行動(dòng)態(tài),監(jiān)測(cè)汽車的運(yùn)行情況。當(dāng)汽車發(fā)生機(jī)械故障時(shí),迅速組織維修,將故障造成的損失和影響降到最低。軟件開發(fā)框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心問題。

        軟件開發(fā)框架提供了系統(tǒng)構(gòu)件之間的依賴關(guān)系和控制流程,基于框架的開發(fā)技術(shù)能夠使軟件開發(fā)過(guò)程更規(guī)范、代碼編寫效率更高、運(yùn)行期間更易于維護(hù)。本系統(tǒng)開發(fā)采用由Struts、Spring和iBatis三個(gè)獨(dú)立框架構(gòu)成的SSi組合框架,該框架目前是J2EE領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的框架,框架結(jié)構(gòu)如圖1所示。

        在圖1所示的SSi框架結(jié)構(gòu)中,Struts框架用于實(shí)現(xiàn)控制層,封裝客戶端的請(qǐng)求并調(diào)用業(yè)務(wù)層的Service類;Spring框架,支持可重用業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)訪問對(duì)象,實(shí)現(xiàn)了類似Bean的托管和整合等功能;iBatis框架用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)持久層,通過(guò)DAO組件訪問數(shù)據(jù)庫(kù)。三個(gè)框架協(xié)同工作實(shí)現(xiàn)了完整的開發(fā)框架。

        系統(tǒng)目標(biāo)通過(guò)系統(tǒng)功能來(lái)表達(dá)和實(shí)現(xiàn),系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)在軟件生命周期中屬于概要設(shè)計(jì)階段,主要任務(wù)是基于模塊化思想設(shè)計(jì)系統(tǒng)的功能組成。汽車機(jī)械故障診斷系統(tǒng)功能由基本信息維護(hù)、機(jī)械故障診斷和系統(tǒng)管理維護(hù)等三個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成,每個(gè)子系統(tǒng)又由四個(gè)功能模塊構(gòu)成,功能設(shè)計(jì)結(jié)果如圖2所示。

        5 汽車機(jī)械故障的預(yù)防措施

        任何機(jī)械零部件發(fā)生故障或異常,如果不能及時(shí)排除,不但會(huì)影響出行體驗(yàn)、影響貨物運(yùn)輸,還可能由此引發(fā)更大的故障,導(dǎo)致行駛過(guò)程中危險(xiǎn)事故出現(xiàn),直接威脅到生命財(cái)產(chǎn)安全。但是,依據(jù)診斷和維修只是汽車發(fā)生機(jī)械故障時(shí)的應(yīng)對(duì)策略,根本的解決辦法還是預(yù)防措施。最有效的汽車機(jī)械故障預(yù)防措施具體包括以下幾個(gè)方面:一是,把好汽車生產(chǎn)質(zhì)量關(guān)。汽車的很多機(jī)械故障都與生產(chǎn)廠商有關(guān),國(guó)家制定嚴(yán)格的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn),并采取有力措施監(jiān)控汽車生產(chǎn)質(zhì)量,在源頭上控制汽車機(jī)械故障。二是,重視汽車維護(hù)保養(yǎng)。維修保養(yǎng)是防范汽車機(jī)械故障的有效路徑,定期對(duì)汽車零部件狀態(tài)進(jìn)行排查,及時(shí)更換潤(rùn)滑油,定期檢測(cè)各種情況,將機(jī)械故障控制在萌芽狀態(tài)。三是,提高汽車駕駛技術(shù)。正確的駕駛操作,能夠有效保護(hù)零部件,減少零部件磨損和疲勞損壞,減少離合器和變速箱等部件損壞,從而減少機(jī)械故障發(fā)生。四是,實(shí)施汽車報(bào)廢制度。汽車如果超過(guò)了報(bào)廢年限超期使用,各種機(jī)械零件老化,存在較大的安全隱患,故障維修費(fèi)用顯著提高。五是,動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)零部件狀態(tài)?;谖锫?lián)網(wǎng)和人工智能技術(shù),及時(shí)監(jiān)測(cè)到機(jī)械故障。

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        【通聯(lián)編輯:聞翔軍】

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