李云豪

(廣西中煙工業(yè)有限責任公司南寧卷煙廠 廣西南寧 530000)

1 人工智能在線監(jiān)測技術在煙草機械故障診斷中的應用背景

由數(shù)據(jù)資料顯示，我國是世界上最大的煙草消費國。煙草企業(yè)屬于國企，由國家直接進行管控，因此保障煙草的正常生產非常有必要。在煙草生產過程中，對煙草機械設備故障進行準確診斷以及處理能夠為煙草的生產提供幫助[1]。進入21 世紀之后，隨著互聯(lián)網技術的普及，人工智能技術應運而生。對煙草行業(yè)而言，這是挑戰(zhàn)更是機遇。借助人工智能技術來監(jiān)控并優(yōu)化煙草生產設備的運行狀態(tài)，能夠進一步提升煙草生產的安全性和效率。當前，煙草生產已經實現(xiàn)了全過程機械化，設備精度及系統(tǒng)復雜程度都較高，一旦某個位置出現(xiàn)故障，整個生產線都會因故障無法正常運行。而將人工智能監(jiān)測技術應用于煙草機械化生產流程中，不僅能夠對煙草的機械化生產全過程進行監(jiān)督和管理，同時還能夠減少人力工作負擔，減少人力方面的支出，為企業(yè)創(chuàng)造更多的經濟效益[2]。

2 煙草生產流程故障診斷作用及其發(fā)展方向

2.1 故障診斷作用

故障診斷技術是指在煙草生產機械運行時對生產流程進行監(jiān)督，同時對突發(fā)的故障進行預警，方便工作人員準確定位故障，并且查明原因，及時對其進行維修，從而實現(xiàn)煙草機械設備的運轉效率及安全性。

2.2 故障診斷技術的研究方向

在進行煙草機械設備的故障診斷時，主要從簡易診斷以及精密診斷兩方面入手。

2.2.1 簡易診斷

簡易診斷是指簡易分析煙草機械生產設備的系統(tǒng)零件及運行數(shù)據(jù)，通過將實際運行數(shù)據(jù)和期望數(shù)據(jù)進行比對，尋找其中的差異點，實現(xiàn)對設備運行狀態(tài)的判斷。該種方法操作簡便，能夠短時間、高精度地進行設備運行狀態(tài)的監(jiān)管。

2.2.2 精密診斷

精密診斷是在簡易診斷的基礎上產生的一種更加全面的診斷方式，它是在簡易診斷的基礎上深入分析故障產生原因、影響因素，為后續(xù)開展設備故障維修提供參考資料。需要注意的是，精密診斷的操作要求較高，普通煙草企業(yè)檢修人員無法勝任該項工作，只有經過特殊培訓且通過考核的工程師才可以采用該種診斷方式，而精密診斷也常常應用于大型煙草機械的運行診斷當中[3]。

3 故障診斷技術在煙草行業(yè)中的發(fā)展

3.1 國外煙草機械的發(fā)展

要想對煙草機械水平進行評價，主要通過卷煙機的運行速度和效率來完成，以當前煙草機械水平最高的德國為例，其卷煙機每分鐘生產的卷煙數(shù)量高達14 000支，大大推動了煙草行業(yè)的發(fā)展。

3.2 聯(lián)動化生產線

對煙草企業(yè)而言，在行業(yè)競爭激烈的今天，為了創(chuàng)造更多的經濟效益，提升自身行業(yè)競爭力，推動煙草生產線朝著聯(lián)動化發(fā)展是未來發(fā)展趨勢。以過濾嘴頭及煙葉連接處為例，將二者生產線合為一體，能夠減少多余的生產流程，提升生產效率。

3.3 自動塑料系統(tǒng)

隨著卷煙機生產速度的不斷提升，采用人工進行加料已經無法滿足正產生產需求，在當前的生產大環(huán)境下，已經有自動化輔助生產工具應用于日常生產當中，以美國、德國等西方發(fā)達國家為代表在質量和效率上達到了國際先進水平。

3.4 高新技術推動發(fā)展

進入21 世紀之后，全球經濟快速發(fā)展，各種全新技術也隨之出現(xiàn)，煙草行業(yè)也是如此。從全球范圍內入手，比如：中國煙草企業(yè)等大型煙草公司為了提升利潤，開始將各種高新技術嘗試應用于生產當中。對煙草企業(yè)來說，除了增加資金投入以外，還需要積極探索全新的生產技術，即該行業(yè)將出現(xiàn)大量新技術、新產品[4]。隨著高新技術的不斷發(fā)展和應用，煙草機械行業(yè)也開始向群控網絡方向發(fā)展。主要性能是當設備發(fā)生故障時，可以通過連接的電子屏顯示。同時，智能診斷技術還能夠將設備運行過程中出現(xiàn)的故障進行自動化診斷，借助這種方法，能夠在提升煙草生產效率的同時降低故障產生率，而車間操作人員則可以“坐鎮(zhèn)一方”，足不出戶便實現(xiàn)對車間運行情況的了解。

3.5 國內煙草機械的發(fā)展

我國煙草行業(yè)的發(fā)展可以追溯到20世紀80年代，那段時間，我國開始實施了統(tǒng)一的煙草專賣管理制度。通過這種統(tǒng)一管理，我們實現(xiàn)了從國外統(tǒng)一購配生產設備，同時也積極嘗試應用國外的煙草生產新技術，這種操作不僅提高了生產煙支的質量，而且大大降低了生產成本，為煙草企業(yè)創(chuàng)造了更大的經濟效益。在吸收國外先進技術的同時，也提高了我國煙草機械的設計水平。現(xiàn)階段，中國煙草行業(yè)已逐步從進口設備轉向合資生產和出口設備[5]。

3.6 故障診斷技術在煙草機械中的應用

由于市場的變化以及科學技術的快速發(fā)展，煙草生產設備呈現(xiàn)出智能化、大型化以及高速化發(fā)展等特征。需要注意的是，盡管我國煙草機械生產在精度以及速度上取得了較大的進步，但是在鼓掌控制方面卻不理想，各種類型的故障表現(xiàn)以及生產事故層出不窮。一旦這些故障沒有及時分析原因并且根治解決，后續(xù)就會導致連鎖式的生產故障，輕者導致生產線無法正常運行，重者可能造成操作人員的安全受到威脅，影響煙草生產企業(yè)的口碑。針對這一情況，在進行煙草生產機械設備的故障檢測時需要與時俱進，改變傳統(tǒng)的以肉眼進行檢測的方法，改用現(xiàn)代化、智能化的故障診斷技術，保障煙草生產企業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展[6]。

4 煙草機械故障診斷存在的問題

4.1 定期檢修可能增加故障發(fā)生率

有研究表明，在煙草機械行業(yè)，長期維護會增加故障率，尤其是人工維護，由于工人的工作經驗和操作能力的影響，會導致設備故障。這種現(xiàn)象在旋轉設備中最常見。在維修過程中，由于多個缺失點的存在，機械振動的振幅在維修過程中會增加，影響機械的使用壽命。造成這種現(xiàn)象的主要原因是，對于一個相對封閉和穩(wěn)定的系統(tǒng)來說，維護和改造都是對設備的二次損壞。特別是煙機的定期維護，精度高，加速了設備的損壞，導致設備故障率增加。由于現(xiàn)有技術的限制，員工無法熟練掌握設備的內部操作，但為了確保生產安全，企業(yè)必須進行定期維護。如何平衡二者或如何選擇已成為企業(yè)需要慎重考慮的問題[7]。

4.2 定期檢修降低了設備使用壽命

上文提到，煙草生產設備是精密度較高的設備，其內部零件眾多，且相互之間連接緊密。在進行檢修時，需要將大量的零件拆除下來，那么必然會有部分零件受到外力沖擊后損傷，無法像之前那樣和其他零件契合緊密，長此以往，零件的穩(wěn)定性大打折扣，那么設備運轉出現(xiàn)故障也就不奇怪了。針對這一情況，有必要提升設備診斷技術，積極收集相關數(shù)據(jù)資料，在對設備進行充分分析，熟練掌握內部構造以后，再開展檢修工作，這樣才能最小化檢修本身對設備的影響[8]。

5 煙草機械檢修及維護

現(xiàn)階段，用于煙草生產的傳動機構開始日益復雜，精密性增加使得煙草機械的故障發(fā)生率增加，同時，當前煙草生產機械設備的故障具有突發(fā)性的特點，倘若煙草機械設備出現(xiàn)運行問題，整條生產線都會受到影響，導致整條流水線都無法進行煙草生產，最終給企業(yè)帶來較大的經濟損失。這就對傳統(tǒng)的煙草生產提出了全新的要求，管理人員需要做好煙草生產的檢修盒維護工作，這不僅能有效地避免機械事故的發(fā)生，同時也能在很大的程度上降低煙草生產企業(yè)的運營成本。

5.1 積極開展自動化檢修工作

上文提到，當前煙草機械設備呈現(xiàn)出高精度、高復雜性的特點，因此采用人力對煙草機械進行定期檢修會導致大量的人力以及財力浪費，而隨著自動化技術以及人工智能技術的不斷成熟，將其應用到煙草機械設備的檢修上成為了當前的新趨勢。舉例來說，某卷包生產機組，機齡時間越長，對境外檢修的要求越高，平均每次境外檢修需耗費設備售價的一半，對企業(yè)而言，檢修的成本負擔較重。因此，針對不同的煙草機械設備定期開展自動化的檢修工作是很有必要的，是確保煙草機械設備正常運作的前提和基礎。

5.2 煙草機械設備檢修增加了煙草機械設備故障率

在煙草機械設備的維護中，發(fā)現(xiàn)維護后，運行狀態(tài)穩(wěn)定的設備的運行故障率和設備漏洞比維護前增加了30%。同時，煙草機械生產線在生產過程中運行的老化現(xiàn)象明顯增加，導致維修工作量增加。尤其是煙草機械，如煙草煙機和包裝機，其操作過程相對緊密且復雜，通過定期維護增加了其故障的可能性[9]。同時，由于檢測技術尚未達到預期的高度，對難以掌握運行狀態(tài)的煙草設備仍需進行定期維護。

另外，在進行檢修時，倘若工作人員專業(yè)技能掌握不足導致其檢修時沒有遵守操作規(guī)范，由此導致設備出現(xiàn)人為故障，使得設備運行受阻，反倒不及檢修前，當出現(xiàn)這種情況后，需要經過一段時間調節(jié)后二次調試，才能夠滿足煙草正常生產的要求?？傮w來說，煙草設備的檢修工作是必要的，但是要根據(jù)實際情況進行定期檢修，不然會導致煙草機械設備的故障率有所提升，嚴重影響設備的運行效率。

6 人工智能在線監(jiān)測技術在煙草機械故障診斷的模式

在應用人工智能在線監(jiān)測技術進行煙草機械故障診斷時，負責采集的系統(tǒng)將數(shù)據(jù)進行收集并且傳輸至數(shù)據(jù)庫，其次對數(shù)據(jù)進行分析，建立相應的故障模型。倘若檢測結果顯示設備存在故障，人工智能在線監(jiān)測技術便能夠及時預警并給出維修建議。

現(xiàn)階段的人工智能在線監(jiān)測技術主要包括數(shù)據(jù)采集層、PCL硬件處理層、數(shù)據(jù)存儲層以及智能分析層這4個部分。

數(shù)據(jù)采集層上安裝有傳感器及接收模塊，當前廣泛應用的振動傳感器多選擇工業(yè)加速度振動傳感器T101A，其接收的信號為模擬信號，借助數(shù)據(jù)轉換器將模擬信號轉化為數(shù)字信號后送至PLC系統(tǒng)[10]。

PLC 系統(tǒng)收集到采集層傳輸?shù)臄?shù)字信號后，經其數(shù)據(jù)采集策略處理技術進行處理成為振動的波形數(shù)據(jù)。PLC和工控機通過TCP/IP協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)。當需要采集實時波形數(shù)據(jù)時，可以借助PLC 的IP地址來觸發(fā)臨時采集程序。

智能分析層，顧名思義能夠提供多種類型的縫隙功能，生成相應的趨勢圖、軌跡圖、瀑布圖以及拓撲圖等。智能分析層具有自動生產顏色報警、總值報警、頻段報警等能力，將卷煙設備常見的機械故障如不對稱、軸承損壞、皮帶磨損、基礎松動、轉子定子問題以及共振等問題進行準確的診斷和預報，大大降低了檢修人員的工作負擔，在最短時間對機器故障類型進行確定，并且制定針對性的處理措施[11]。

7 人工智能在線監(jiān)測技術的未來發(fā)展前景

7.1 對煙草機械故障進行檢測

現(xiàn)階段，針對煙草機械設備的故障檢測主要包括如下幾個方面。

7.1.1 人工智能系統(tǒng)研究

現(xiàn)階段，借助人工智能技術來對煙草生產設備進行診斷已經成為了主流，借助人工智能技術輔助的專家系統(tǒng)能夠為煙草企業(yè)創(chuàng)造更大的經濟效益，但是當前該領域在國內尚處于起步階段，煙草企業(yè)的大規(guī)模應用尚未達到預期。

7.1.2 信號輸送技術研究

傳統(tǒng)信號傳輸存在穩(wěn)定性不足，信息傳輸速率慢等缺陷，而通過時序分析、時域分析以及韋格納普分析等技術的應用使得上述缺陷有效解決，信號輸送質量和效率均得到顯著提升。

7.1.3 網絡診斷系統(tǒng)的開發(fā)應用

與過去的單機生產相比，借助互聯(lián)網技術輔助的故障診斷技能夠實現(xiàn)故障診斷的顯著優(yōu)化，從而使故障診斷的時效性明顯增加。

7.1.4 神經網絡技術研究

現(xiàn)階段，在煙草生產企業(yè)中，旋轉機械診斷技術得到了極為廣泛的應用，并且取得了令人滿意的效果，其已經在各大煙草生產企業(yè)的機械設備診斷中發(fā)揮著重要的作用。

7.1.5 專業(yè)診斷儀器研發(fā)

人工智能和專家系統(tǒng)快速發(fā)展和成熟使得更多攜帶方便、監(jiān)測靈敏度和準確性較高的煙草機械故障診斷技術為煙草機械提供了實施數(shù)據(jù)對接的可能，在當前煙草生產過程中也具有非常廣泛的應用前景。

7.2 煙草機械故障診斷系統(tǒng)的智能化發(fā)展

現(xiàn)階段，煙草機械故障診斷技術可以通過互聯(lián)網及電子設備進行遠程控制。當進行卷煙生產時，可以在生產流水線上設置多個監(jiān)控位點，借助計算機智能技術來收集數(shù)據(jù)，并且將接近以及超過安全閾值的數(shù)據(jù)通過預警的形式告知專業(yè)維修人員。這種模式能夠減少監(jiān)管人員的工作量，同時也能夠提升監(jiān)管效率[12]。

在煙草行業(yè)中，設備的精密度較高，一旦發(fā)生故障難以短時間內確定故障原因，監(jiān)測技術水平尚未發(fā)展至相應階段，導致智能故障診斷技術發(fā)展受阻。對企業(yè)來說，需要積極對員工進行專業(yè)培訓，鼓勵員工在實踐操作過程中完善自身的專業(yè)知識儲備，借助企業(yè)現(xiàn)有的監(jiān)測技術來對煙草機械故障點研究出全新的解決方案。企業(yè)管理層可以加大在智能煙草機械方面的成本支出，研發(fā)出全新的智能監(jiān)測系統(tǒng)來降低維修成本，提升機械運行時的抗感染能力，從而達到煙草機械故障智能化診斷的目標。

8 結語

綜上所述，隨著科學技術的不斷發(fā)展，煙草機械故障診斷技術也在不斷提升，人工智能監(jiān)測技術給煙草機械故障診斷提供了全新的思路，可以預料，在未來人工智能監(jiān)測技術能夠實現(xiàn)更加高效、準確地對煙草機械生產故障的診斷，同時為我國煙草企業(yè)的快速發(fā)展打下夯實的基礎。