朱曉克

（撫順礦務(wù)局職工工學(xué)院，遼寧撫順 113000）

0 引言

機(jī)電設(shè)備在日常生活中的使用與需求逐漸增加，是人們工作和生活中不可缺少的設(shè)備之一，對(duì)機(jī)電設(shè)備的生產(chǎn)效率提出了更高的要求[1]。由于機(jī)電設(shè)備的持續(xù)使用，可能會(huì)出現(xiàn)零件磨損情況，進(jìn)而影響機(jī)電設(shè)備的生產(chǎn)效率，因此需要結(jié)合機(jī)電設(shè)備不同的壽命階段檢測(cè)其生產(chǎn)效率，以發(fā)揮其應(yīng)用價(jià)值。

目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于機(jī)電設(shè)備生產(chǎn)效率的監(jiān)測(cè)已經(jīng)有一些較為成熟的研究成果，如基于機(jī)電設(shè)備狀態(tài)識(shí)別的生產(chǎn)效率檢測(cè)方法、基于電流曲線的生產(chǎn)效率檢測(cè)方法以及基于VR 技術(shù)的生產(chǎn)效率檢測(cè)方法等。但是在實(shí)際應(yīng)用過程中，由于傳統(tǒng)的檢測(cè)方法未考慮到機(jī)電設(shè)備的全生命周期，導(dǎo)致生產(chǎn)效率檢測(cè)結(jié)果存在一定的誤差，最終影響機(jī)電設(shè)備以及相關(guān)生產(chǎn)工作效率，為此引入全壽命周期的概念[2]。在不同的壽命階段，由于機(jī)電設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)的細(xì)微變化會(huì)影響其運(yùn)行效果，進(jìn)而影響其生產(chǎn)效率。本文結(jié)合全壽命周期的概念，對(duì)機(jī)電設(shè)備生命效率實(shí)時(shí)檢測(cè)方法進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以期提升方法的檢測(cè)精度。

1 機(jī)電設(shè)備生產(chǎn)效率實(shí)時(shí)檢測(cè)方法設(shè)計(jì)

1.1 機(jī)電設(shè)備全壽命分析

在機(jī)電產(chǎn)品系統(tǒng)中，化石燃料、電能等貫穿于產(chǎn)品生命周期全過程。每個(gè)生命周期過程均伴隨著廢氣、廢水等環(huán)境污染物的排放。原材料采集過程中，既可以從礦石等自然資源中獲取原材料，也可以將產(chǎn)品報(bào)廢處理過程中產(chǎn)生的再生材料、再使用件、再制造件等用于原材料采集階段。在考慮到機(jī)電設(shè)備全壽命周期的情況下，可以將其分為初始階段、成長(zhǎng)階段、成熟階段、衰退階段。

初始階段主要是需求分析與計(jì)劃，經(jīng)過申請(qǐng)、配送、安裝、調(diào)試后，進(jìn)行嚴(yán)格驗(yàn)收[3]。設(shè)備壽命周期的中期也就是運(yùn)行維護(hù)階段，可以細(xì)分為成長(zhǎng)期和成熟期，其中成長(zhǎng)期機(jī)電設(shè)備正式進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)。理論上成熟階段為機(jī)電設(shè)備生產(chǎn)效率的最高階段，在成熟期機(jī)電設(shè)備中各零件之間形成了協(xié)同運(yùn)行模式，元件之間的摩擦力逐漸減小。設(shè)備壽命周期后期又可以分為維修期和報(bào)廢期兩個(gè)部分，其中維修期就是在設(shè)備可以運(yùn)行的情況下出現(xiàn)多次異常、故障的情況，需要多次中斷生產(chǎn)工藝并消耗大量的財(cái)力和物力進(jìn)行設(shè)備的維修，而機(jī)電設(shè)備在停用報(bào)廢階段、設(shè)備處于無(wú)法運(yùn)行的狀態(tài)。

1.2 實(shí)時(shí)采集機(jī)電設(shè)備生產(chǎn)數(shù)據(jù)

各機(jī)電一體化設(shè)備的數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)根據(jù)各自的通訊協(xié)議，負(fù)責(zé)對(duì)各機(jī)電一體化設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行定時(shí)采集，并將其推送到中央平臺(tái)的消息中間件。收集規(guī)則必須在后臺(tái)預(yù)先定義，收集節(jié)點(diǎn)通過規(guī)則消息訂閱消息隊(duì)列。第一次啟動(dòng)時(shí)，采集節(jié)點(diǎn)向中心平臺(tái)采集接收服務(wù)模塊請(qǐng)求下載采集規(guī)則數(shù)據(jù)，然后將所收到的規(guī)則數(shù)據(jù)保存到指定的目錄供采集模塊讀取。采用統(tǒng)一流程對(duì)機(jī)電設(shè)備監(jiān)控終端的各種信號(hào)進(jìn)行采集，分為數(shù)據(jù)采集、處理、顯示和存儲(chǔ)4 個(gè)部分。

機(jī)械電子產(chǎn)品的工作性能主要取決于電路中電容和電阻的取值，選擇合適的RC 值可以有效提高生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集效率。隨著RC 取值的增大，信號(hào)采樣誤差減小，采樣結(jié)果的準(zhǔn)確性提高，但RC 值太大則會(huì)大大推遲采集速度。因此，稍后將過濾掉所有低于該信號(hào)值的信號(hào)。通過相關(guān)參數(shù)的代入，可以得出機(jī)電設(shè)備生產(chǎn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集結(jié)果。

1.3 確定機(jī)電設(shè)備壽命階段

根據(jù)對(duì)機(jī)電設(shè)備壽命階段的分析，可以得出機(jī)電設(shè)備在不同壽命階段工作的特征，并將其設(shè)置為設(shè)備運(yùn)行的量化特征向量：將傳感器設(shè)備連接到使用的機(jī)電設(shè)備，計(jì)算當(dāng)前機(jī)電設(shè)備運(yùn)行特征與設(shè)置特征之間的相似度；將計(jì)算得出的相似度結(jié)果與相似性門限值進(jìn)行對(duì)比，如果計(jì)算結(jié)果高于門限值，則說明當(dāng)前機(jī)電設(shè)備處于該壽命階段，即可識(shí)別機(jī)電設(shè)備運(yùn)行壽命階段。

1.4 計(jì)算機(jī)電設(shè)備生產(chǎn)效率

根據(jù)生產(chǎn)效率的定義，機(jī)電設(shè)備的生產(chǎn)效率也就是設(shè)備在運(yùn)行的過程中單位時(shí)間、人力、原料、資金等方面的投入所獲得效果的比值，也就是產(chǎn)出和投入的比值。在生產(chǎn)效率的定義中投入對(duì)應(yīng)設(shè)機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行資源，而產(chǎn)出所對(duì)應(yīng)的是機(jī)電設(shè)備生產(chǎn)所實(shí)現(xiàn)的功能，對(duì)資源的利用過程就是投入轉(zhuǎn)化為產(chǎn)出的過程。由此，可以得出機(jī)電設(shè)備生產(chǎn)效率η：

其中，參數(shù)Ei、Yi和Xi分別表示機(jī)電設(shè)備的電力資源、原料資源以及自然資源的消耗量，而Ni為機(jī)電設(shè)備生產(chǎn)產(chǎn)品的總數(shù)量。由于機(jī)電設(shè)備生產(chǎn)產(chǎn)品的形狀、大小、工藝難度均不同，因此在實(shí)際的計(jì)算過程中以單位零件作為產(chǎn)品的計(jì)量單位。

1.5 實(shí)現(xiàn)機(jī)電設(shè)備生產(chǎn)效率實(shí)時(shí)檢測(cè)

機(jī)電設(shè)備使用周期越短，其檢測(cè)時(shí)間耗費(fèi)就越少，降低資源占有率，并在同等條件下為檢測(cè)任務(wù)成功提供保障。因?yàn)槟茉葱蕶z測(cè)通常是每百小時(shí)一次，所以需要優(yōu)先考慮時(shí)間，在運(yùn)行中成功的能源效率檢測(cè)受到更多影響。在輸出機(jī)電設(shè)備生產(chǎn)效率實(shí)時(shí)檢測(cè)過程中，確定機(jī)電設(shè)備的壽命狀態(tài)，并根據(jù)該狀態(tài)下機(jī)電設(shè)備生產(chǎn)數(shù)據(jù)計(jì)算生產(chǎn)效率，經(jīng)過多個(gè)不同階段數(shù)據(jù)的采集和生產(chǎn)效率計(jì)算，最終獲得實(shí)時(shí)生產(chǎn)效率的檢測(cè)結(jié)果。

2 檢測(cè)精度測(cè)試實(shí)驗(yàn)分析

為了測(cè)試設(shè)計(jì)的不同壽命階段機(jī)電設(shè)備生產(chǎn)效率實(shí)時(shí)檢測(cè)方法的檢測(cè)精度，設(shè)計(jì)檢測(cè)精度測(cè)試實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)以電機(jī)設(shè)備為樣本，配置情況見表1。

表1 機(jī)電設(shè)備樣本配置參數(shù)

一般來(lái)說，機(jī)電設(shè)備的試運(yùn)行是針對(duì)新設(shè)備和停機(jī)時(shí)間超過3 個(gè)月的設(shè)備進(jìn)行的，在電機(jī)安裝后應(yīng)首先測(cè)量電機(jī)的絕緣電阻，測(cè)量時(shí)應(yīng)注意移除電機(jī)的部分外力，并根據(jù)電機(jī)的實(shí)際情況選擇所用電阻表的量程額定電壓。為了形成機(jī)電設(shè)備的不同壽命階段，選擇相同型號(hào)和配置的5 個(gè)樣本，并按照上述流程將其安裝在實(shí)驗(yàn)環(huán)境中，設(shè)置樣本A、B、C、D 和E 的壽命階段分別為初始階段、成長(zhǎng)階段、成熟階段、衰退階段和報(bào)廢階段。其中，樣本A 在安裝后不進(jìn)行任何操作；安裝樣本B 和樣本C 后將其投入到生產(chǎn)工作中，分別維持2周和8 周；樣本D 始終處于運(yùn)行階段，直到出現(xiàn)連續(xù)兩次異常故障為止；而樣本E 直接選擇質(zhì)量不過關(guān)的報(bào)廢樣本。分別設(shè)置傳統(tǒng)的生產(chǎn)效率檢測(cè)方法、文獻(xiàn)［1］中提出的基于Apriori 算法和卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備生產(chǎn)效率檢測(cè)方法作為實(shí)驗(yàn)的兩種對(duì)比方法，通過對(duì)比檢測(cè)結(jié)果和設(shè)置數(shù)據(jù)，得出檢測(cè)精度的測(cè)試結(jié)果（表2）。

表2 生產(chǎn)效率檢測(cè)精度測(cè)試結(jié)果

通過對(duì)設(shè)置值的計(jì)算，可以分別得出實(shí)際機(jī)電設(shè)備樣本的生產(chǎn)效率，通過對(duì)比確定3 種檢測(cè)方法的平均檢測(cè)誤差分別為0.009 5、0.004 5 和0.001 3。由此可見，所設(shè)計(jì)的方法檢測(cè)精度更高。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過不同壽命階段機(jī)電設(shè)備生產(chǎn)效率實(shí)時(shí)檢測(cè)方法的優(yōu)化設(shè)計(jì)，能夠得出較為精準(zhǔn)的生產(chǎn)效率實(shí)時(shí)檢測(cè)結(jié)果，可以通過對(duì)生產(chǎn)效率的計(jì)算確定設(shè)備的運(yùn)行效率，并對(duì)處于衰退階段的設(shè)備進(jìn)行維修與替換，保證機(jī)電設(shè)備生產(chǎn)工作的效率。然而性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)只針對(duì)方法的檢測(cè)精度進(jìn)行測(cè)試，而非方法的實(shí)時(shí)性能，所以應(yīng)在今后的研究工作中進(jìn)一步完善。