●陳星寧

一、引言

推土機作為工程建設(shè)一種不可缺少的工具裝置，因為其作業(yè)效率高而被廣泛使用，是一種方便多用的工程機械。但是在使用過程中，經(jīng)常會出現(xiàn)多種故障導致使用出現(xiàn)安全隱患，在調(diào)研過程中發(fā)現(xiàn)，推土機故障的很大部分是由于動力裝置的故障引起，因此加強對推土機動力裝置的故障診斷研究，可以提早發(fā)現(xiàn)故障產(chǎn)生的表象和原因，便于使用者對推土機及時排除故障和安全隱患，充分發(fā)揮推土機的最大效能，避免推土機機械費用上的損失和消耗，同時提前對故障進行預判可以減少意外發(fā)生，對高質(zhì)量、快速完成工期以及促進效益的提高有著十分重要的現(xiàn)實意義。目前我國相關(guān)公司，對推土機的使用維修仍然采用傳統(tǒng)的維修保養(yǎng)模式，如果繼續(xù)使用這種模式不做改變，推土機在經(jīng)過長時間使用后，推土機裝載的動力系統(tǒng)要暫停進行保養(yǎng)，這樣會大大影響作業(yè)，造成不必要的經(jīng)濟財產(chǎn)損失；加之推土機在運行過程中出現(xiàn)故障，在非保養(yǎng)期內(nèi)不能及時發(fā)現(xiàn)并得到處理，使推土機機械狀態(tài)下滑，難以保障穩(wěn)定的工作輸出效率，故障進一步發(fā)展還有可能影響裝載系統(tǒng)機械結(jié)構(gòu)以及運行的安全。

基于這些方面的原因，對推土機建立相應(yīng)的完善故障診斷架構(gòu)，以多傳感器信息融合為基本思路，實現(xiàn)對于推土機故障的診斷與預判。

二、推土機系統(tǒng)故障診斷中進行多源信息融合的必要性和有效性

在以往的故障診斷模式中，推土機系統(tǒng)的故障診斷方式仍然離不開傳統(tǒng)的經(jīng)驗法、邏輯法和依賴設(shè)備儀器等進行檢驗等。可是經(jīng)驗法的掌握絕非易事，相關(guān)工作檢測人員群體小，檢測不及時、人員到位慢等情況時有發(fā)生，使用起來會對實際施工造成很大影響；其余方法也因為對設(shè)備的依賴性較強，會導致大量的財力消耗，實際上會給工程帶來很大的財務(wù)困擾，難以在實際操作中廣泛應(yīng)用。

（一）多源信息融合的必要性

任何機械系統(tǒng)故障的診斷，都是一個系統(tǒng)性復雜性工程，對于故障的診斷需要多方面信息的確認，否則容易因為一方面信息的缺失造成最終診斷的失敗。由于傳統(tǒng)的故障診斷多為單方面信息源的簡單整合，并且在推土機更新?lián)Q代時，推土機動力裝置的結(jié)構(gòu)和信息傳遞過程也越來越復雜，對于不同的信息源來說，單一的判斷標準難以滿足準確定位故障的需求，加之相關(guān)動力裝置的故障又具有隱蔽性、變換性和誘發(fā)因素的多元性，這就對故障診斷系統(tǒng)提出了更高的要求。如何快速準確地根據(jù)故障特征判斷出故障所在，進而對故障進行快速處理解決，避免影響正常使用和發(fā)生重大事故，是一個意義十分重大的課題。

在進行故障診斷時，多源信息的融合不僅是判斷出故障所在的重要前提，沒有多方面信息的相互印證，難以實現(xiàn)故障的有效判斷，多元的信息源是對故障進行判斷的起點。

（二）多源信息融合的有效性

在基于多傳感器的基礎(chǔ)上，多源信息融合的專家系統(tǒng)推土機診斷架構(gòu)具有較高的可靠性，通過不同方面層次的信息源進行相互印證，構(gòu)建了較為完整的推土機狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷系統(tǒng)，從科學的層面對故障進行全面系統(tǒng)的解釋和分析，具有較高的信服力和可行性，利用獨特的多傳感器信息融合診斷技術(shù)，在故障診斷上具有獨特優(yōu)勢。不僅是在理論研究上取得了相關(guān)的突破，建立了完備的理論框架結(jié)構(gòu)，同時又以推土機狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷為平臺，進行實際操作與調(diào)試，取得了良好的實踐反響，在此基礎(chǔ)上也為同類型機械的故障診斷提供了具有較強可復制的經(jīng)驗?zāi)Ｊ胶退悸?，具有較強的示范推廣意義和價值。

三、多傳感器信息融合專家系統(tǒng)的推土機診斷架構(gòu)基本思路

（一）多傳感器信息融合技術(shù)原理

多傳感器信息融合的專家系統(tǒng)的診斷架構(gòu)相關(guān)思路，實質(zhì)上是對人腦綜合處理各種信息源的一種功能性模擬。在多傳感器系統(tǒng)中，各種傳感器所傳達的信息具有不同的特征，這些特征在進行故障診斷時會體現(xiàn)出不同的作用和方向，只有對這些信息進行融合和對比分析才能得出最后的故障診斷結(jié)果。多傳感器信息融合能夠有效地對各種信息源進行智能聚合與分析利用，將多個傳感器在空間和時間上的不同層次、不同區(qū)域的信息進行優(yōu)化重組以達到信息整合的目的，利用大數(shù)據(jù)進行分析來得到判斷結(jié)果的描述。①

（二）相關(guān)理論及系統(tǒng)的運用

主要是專家診斷故障系統(tǒng)、粗糙集理論、D- S 證據(jù)等理論的應(yīng)用。

首先建立推土機故障診斷系統(tǒng)的標準模式庫，標準模式庫中包含正常模式和信號能檢測到的故障模式全集等。接下來對高速采樣得到的信號提取相關(guān)的特征，離散化以后輸入到粗糙集的KRS 表中，并找出對故障敏感的特征名稱。對標準模式庫中的信號進行特征約簡和規(guī)則提取之后，將處理的結(jié)果通過某種方式寫入專家規(guī)則庫。

對于待檢模式庫中的低速巡檢信號通過模糊化處理，得出相關(guān)隸屬度關(guān)系，而對于待檢模式庫中高速采樣得到的信號，對相關(guān)特征進行提取之后，通過模式識別得到待檢模式與標準模式中的故障模式和正常模式的模糊差異度，最后通過D- S7 證據(jù)理論的信度融合，對待檢模式進行模式判別，將得到的故障結(jié)論寫入模式庫和專家規(guī)則庫。

系統(tǒng)信息融合采用的方法是模糊診斷理論、粗糙集和D- S 證據(jù)理論，這種融合結(jié)構(gòu)不僅能夠有效利用各種信息源，實現(xiàn)信息來源的多元化、智能化，而且原理簡單便于操作，適合于幾乎所有施工監(jiān)測人員使用。②但是在實際進行試驗和多傳感器信息源的收集整理分析時，由于現(xiàn)實狀態(tài)與理論的差異性的切實存在，使得故障診斷難以達到一個較為理想的狀態(tài)，本診斷方案理論也僅僅限于理論層面初步的原理性驗證，在實踐層面仍然需要進一步發(fā)展。

四、信息融合理論的引入對于推土機動力系統(tǒng)故障診斷中問題的解決

（一）信息模糊

在原有推土機診斷系統(tǒng)中，信息來源不明確，這就會造成在診斷信息源尚未確定的情況下，或者信息源模糊的情況下貿(mào)然對推土機故障進行判斷，不僅有可能造成推土機機械的進一步損壞，更可能耽誤使用，造成更大范圍內(nèi)的經(jīng)濟損失，影響項目進展和工作效益。

（二）信息冗余

在舊有診斷系統(tǒng)中，信息的來源不明確，診斷人員或者使用儀器設(shè)備對于信息的搜集過于集中和多余，造成大量重復或者對于故障診斷判斷無用的信息，延緩了對于推土機的故障診斷與維修進程，耽誤推土機使用維修，造成了不必要的麻煩。

（三）信息互補

在現(xiàn)有多傳感器信息融合的專家系統(tǒng)的推土機診斷架構(gòu)中，多方面信息相互融合印照，充分調(diào)動不同方面的故障診斷依據(jù)進行處理與分析，在信息源上實現(xiàn)了良好的信息互補，信息結(jié)構(gòu)更加完整清晰，是對故障進行診斷的良好信息前提。

五、在建立多傳感器信息融合專家系統(tǒng)的診斷架構(gòu)時需要注意的問題

（一）不能改變原有影響因素

在進行安裝和測試時，盡可能避免對推土機產(chǎn)生額外的附加影響，不能改變原有流場和溫度場，以免影響故障診斷的精確性，同時要求故障檢測設(shè)備必須具有強大的抗干擾能力，保證系統(tǒng)在整個檢測過程中的穩(wěn)定運行與可靠耐用。

（二）要適應(yīng)推土機現(xiàn)有運行模式

在推土機逐步改造升級的同時，相關(guān)的檢測和故障排查設(shè)備也要與時俱進，進一步適應(yīng)推土機內(nèi)部更加復雜的結(jié)構(gòu)和高速的運轉(zhuǎn)頻率，保持運行過程的高精度、高穩(wěn)定性、高采樣率。

（三）體系化特征要明顯

在基于多傳感器信息融合的專家系統(tǒng)的診斷架構(gòu)上，必須要有穩(wěn)定的平臺和體系支撐，建立完整可靠的可擴展體系結(jié)構(gòu)，對于軟件要采用模塊化設(shè)計以便在檢測其他機型時只需更換部分硬件，適應(yīng)不同機型的診斷要求。

六、總結(jié)

在建立基于多傳感器信息融合的專家診斷系統(tǒng)的推土機診斷架構(gòu)時，要注重多方面信息的融合與整合，以解決信息模糊、冗余等問題并實現(xiàn)信息互補，同時也要注重系統(tǒng)運行的可靠性與穩(wěn)定性，盡可能減少外界對于故障診斷的干擾，把推土機故障診斷架構(gòu)的作用最大化。

注釋：

①任鳳娟. 多傳感器信息融合技術(shù)在液壓系統(tǒng)故障診斷中的應(yīng)用. 液壓氣動與密封，2019（07）

②周國憲，伍星，劉韜.基于多傳感器的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和D- S 證據(jù)理論在故障診斷中的應(yīng)用.測試技術(shù)學報，2017（04）