裝備系統(tǒng)故障自愈原理研究

1、裝備系統(tǒng)故障自愈原理研究摘耍裝備故障可否在其運(yùn)行中得到控制或自行消除？故障能否像人和動(dòng)物的疾病一樣可以“自愈”在 系統(tǒng)科學(xué)的指導(dǎo)下，移植現(xiàn)代醫(yī)學(xué)“自主調(diào)理”治療原理，包括免疫、防御、代償、自修復(fù)和適應(yīng)等，可 以用來(lái)指導(dǎo)研究裝備自愈原理及工程應(yīng)用；雨點(diǎn)研究了以故障預(yù)防和消除為目標(biāo)的裝備系統(tǒng)自愈調(diào)控原理, 為研制出具有自愈功能的新一代裝備提供科學(xué)依據(jù)。關(guān)鍵詞裝備系統(tǒng)；故障自愈原理；故障自愈調(diào)控；診斷；主動(dòng)控制1故障自愈來(lái)自工程實(shí)踐的重大課題現(xiàn)代裝備日趨大型化、高速化、自動(dòng)化和科能化，特別是廣泛應(yīng)用于石化、冶金、電力、有色冶金等 流程工業(yè)的高速透平機(jī)械、工業(yè)泵、風(fēng)機(jī)壓縮機(jī)、離心機(jī)等重大裝備與生產(chǎn)過(guò)程

2、緊密相連，形成大系統(tǒng)。 這類系統(tǒng)一旦發(fā)生故障可能導(dǎo)致匝大事故，并造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。從上世紀(jì)60年代開始，國(guó)際工程科技界 開發(fā)了設(shè)備監(jiān)測(cè)診斷技術(shù)，在工業(yè)企業(yè)逐步推行預(yù)知維修和鋼能維修，并廣泛采用緊急停車連鎖系統(tǒng)，這 為確保安全生產(chǎn)發(fā)揮了重要作用，取得了實(shí)效。但是，故障停機(jī)檢修也會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，啟停機(jī)過(guò) 程中也可能產(chǎn)空新的安全隱患。筆者提倡開發(fā)一種新的與裝備故障作斗爭(zhēng)的理論和方法，旨在改變僅靠緊急停車保護(hù)機(jī)器和完全靠人 來(lái)檢修消除故障的傳統(tǒng)方法。這種理論與方法乂有別丁設(shè)備診斷與預(yù)知維修技術(shù)，是研究使裝備系統(tǒng)貝備 故障口愈功能，在運(yùn)行中''自行”消除故障，而不完全是停機(jī)由人來(lái)排

3、除故障。工程實(shí)踐表明，除了少數(shù)突發(fā)故障以外，大多數(shù)故障發(fā)生是有一個(gè)漸進(jìn)過(guò)程的，如果早期發(fā)現(xiàn)，及時(shí) 采取恰當(dāng)?shù)拇胧┦峭耆梢苑纈匕的。造成這一問(wèn)題的主要原因在丁-：在觀念上沒(méi)有“防微杜漸”的超前意 識(shí)，從裝備的設(shè)計(jì)制造到運(yùn)行操作都沒(méi)重視故障發(fā)生的漸進(jìn)過(guò)程，因而錯(cuò)過(guò)了調(diào)控的大好時(shí)機(jī)，導(dǎo)致設(shè)備 故障的發(fā)生；另一個(gè)璽要原因是裝備尚沒(méi)實(shí)現(xiàn)監(jiān)控一體化，且智能化程度不夠。故障自愈原理研究和應(yīng)用技術(shù)開發(fā)是i分必要的，其理山如下：1）裝備發(fā)生故障靠連鎖停機(jī)或是人為停機(jī)解體檢修來(lái)排除故障,不但減少了生產(chǎn)時(shí)間，增加了檢修 費(fèi)用，而且容易在開停機(jī)過(guò)程中發(fā)生新的故障乃至事故。故障自愈是捉高裝備可靠度，確保其安全長(zhǎng)周期

4、運(yùn)行，從而降低生產(chǎn)成本的冇效途徑。2）現(xiàn)代裝備越來(lái)越自動(dòng)化、智能化，獨(dú)立完成特定任務(wù)的功能越來(lái)越強(qiáng)，對(duì)人的依賴性越來(lái)越小，冇 的根本不可能由人去維修。如美國(guó)發(fā)射的“勇氣”號(hào)和“機(jī)遇”號(hào)火星車，在太空飛行半年z久，一口冇 了故障靠人去診斷和維修是根本不可能的。3）設(shè)計(jì)制造的裝備一般總是能在既定條件下仃序穩(wěn)定運(yùn)行，但實(shí)際運(yùn)行可能偏離設(shè)計(jì)條件而使裝備 產(chǎn)生故障乃至缺陷。檢修只能在停機(jī)時(shí)消除已發(fā)現(xiàn)的缺陷，而故障自愈調(diào)控可以實(shí)時(shí)調(diào)控確保裝備在設(shè)計(jì) 的條件下運(yùn)行，并及時(shí)消除裝備在運(yùn)行中新產(chǎn)生的并隨機(jī)變化的缺陷，實(shí)時(shí)地抑制和消除故障苗頭，防患 于未然。4）在故障h愈原理指導(dǎo)下，可以將與故障作斗爭(zhēng)提前到設(shè)計(jì)階

5、段，應(yīng)用嵌入式技術(shù)和智能材料開發(fā) 監(jiān)控-體化的裝備，可使設(shè)備診斷技術(shù)與主動(dòng)控制技術(shù)密切結(jié)合，研制具有故障門愈功能的新一代裝備。2故障自愈是工程科學(xué)發(fā)展的必然1-5如圖1所示，從人類的疾病史和治療史的角度來(lái)看，人的疾病已冇300萬(wàn)年丿力史，而真正意義 上的醫(yī)療活動(dòng)不過(guò)萬(wàn)年左右，這說(shuō)明人類歷史冇99 %以上的時(shí)間是“缺醫(yī)少藥”的，而人類并沒(méi)冇被疾病 征服和消滅，靠的就是生命的自組織機(jī)制，是機(jī)體對(duì)內(nèi)外壞境復(fù)雜作用地防御、調(diào)節(jié)、適應(yīng)的機(jī)制和能力， 是機(jī)體對(duì)口身所發(fā)生的異常（病變）自主地調(diào)節(jié)、恢復(fù)到正常值并保持穩(wěn)定的機(jī)制和能力。不難看出，人與 疾病作斗爭(zhēng)的歷史是在漫長(zhǎng)的完金依靠“自愈”之后，逐步產(chǎn)生“治

6、愈”的，形成至今兩種方式并存的局從1781年瓦特發(fā)明蒸汽機(jī)到1800年廣泛用于工業(yè)化生產(chǎn)至今，僅有200多年歷史。和人與疾病作 斗爭(zhēng)的方式相反，人與故障作斗爭(zhēng)主要是靠“治愈”，即機(jī)器出了故障要停機(jī)由人來(lái)檢修。小國(guó)古代思想家老了講"道法自然”，就是說(shuō)世間一切事物必然遵循客觀規(guī)律。在人與故障和與 疾病作斗爭(zhēng)的過(guò)程中能否遵循共同的規(guī)律，能否在治愈的基礎(chǔ)上創(chuàng)造和發(fā)展裝備故障白愈功能，這是在理 論上值得探討的重要課題。按照耗散結(jié)構(gòu)理論，宇宙中的各種系統(tǒng)，不論是冇生命的和無(wú)生命的，實(shí)際上無(wú)-不是與周圍環(huán) 境有著相互依存和相互作用的開放系統(tǒng)。因而，運(yùn)行的裝備和人-樣，都是開放系統(tǒng)，兩者并無(wú)嚴(yán)格界限

7、。 運(yùn)行中的“活機(jī)器”不是遠(yuǎn)離而是靠近乃至符合耗散結(jié)構(gòu)的三個(gè)基本條件：其一，機(jī)器是開放系統(tǒng)；其二, 機(jī)器在運(yùn)行時(shí)，不是簡(jiǎn)單的熱力學(xué)平衡系統(tǒng)，而是與外界有物質(zhì)、能疑和信息交換的動(dòng)態(tài)的有序穩(wěn)定系統(tǒng), 與外界的交換并不能使機(jī)器瓦解；其三，機(jī)器存在非線性的相互作用。在生命過(guò)程屮，離開自身及其環(huán)節(jié)上的各種控制便沒(méi)有生命。廣義地說(shuō)，世間各種事件的因果關(guān) 系都是控制。就是說(shuō)，追求利保持那些介目的的狀態(tài)，避免和消除那些不介目的的狀態(tài)，這個(gè)過(guò)程就是實(shí) 施控制。顯然，機(jī)器無(wú)故障運(yùn)行和人健康地活著一樣，都應(yīng)該是控制的目標(biāo)z-*o眾所周知，工程控制論 （cybernetics）是工程中產(chǎn)生和發(fā)展起來(lái)的，它的-些理論和

8、規(guī)律同樣也適用于生物。這說(shuō)明人工裝備和 有生命的人可能遵循某些共同的規(guī)律。這就為移植和借鑒現(xiàn)代醫(yī)學(xué)與疾病作斗爭(zhēng)的理論和方法，開展與裝 備故障作斗爭(zhēng)的理論和方法的研究提供了科學(xué)依據(jù)。頁(yè)學(xué)上認(rèn)為“自主調(diào)理是治療學(xué)的第一原理”，保持健康的根木點(diǎn)不在于那種宏觀的穩(wěn)定狀態(tài)， 而在于調(diào)節(jié)控制那些建立和保持這種狀態(tài)的具體機(jī)制。疾病的痊愈終歸還得依靠人體的fi愈能力，包括免 疫、防御、代償、h修復(fù)和適應(yīng)等。這些都可以用來(lái)指導(dǎo)研究裝備已愈調(diào)控原理，研制出裝備的h愈系統(tǒng)。 該系統(tǒng)可在裝備運(yùn)行中測(cè)試分析可能產(chǎn)生故障的條件及早期故障征兆，采用診斷預(yù)測(cè)、科能決策和主動(dòng)控 制方法使裝備系統(tǒng)不具備產(chǎn)生故障的條件或口行將故障

9、消除在萌芽中?，F(xiàn)代醫(yī)學(xué)已經(jīng)向修理機(jī)器學(xué)習(xí)，更 換人的心臟、腎等冬部件了，工程上也應(yīng)借鑒移植現(xiàn)代頁(yè)學(xué)的“自主調(diào)理”治療原理，以故障預(yù)防和消除為 目標(biāo)，研究重大裝備復(fù)雜系統(tǒng)自主調(diào)控原理及其在工程上的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)故障在裝備運(yùn)行屮的“自愈”。3故障自愈技術(shù)的現(xiàn)狀和未來(lái)6-14近年來(lái)，裝備的故障自愈技術(shù)在國(guó)內(nèi)外已有應(yīng)用或正在開發(fā)中，列舉如下:高速離心壓縮機(jī)、透平機(jī)、 航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子和高速楮密除床、加工中心主軸的口動(dòng)平衡（autobalancer）技術(shù);機(jī)器的關(guān)鍵部件損壞可 在運(yùn)行屮自修復(fù)，如在柱塞泵的潤(rùn)滑油中注入潤(rùn)滑-修復(fù)劑，在運(yùn)行屮修復(fù)己磨損的軸承或摩擦副等;離 心丿"k縮機(jī)的防喘振控制系統(tǒng);

10、集散控制系統(tǒng)（dcs）的熱后備種能切換系統(tǒng);基于門愈機(jī)制的軍事衛(wèi)星通信系 統(tǒng)。迄今為止，對(duì)故障h愈技術(shù)的應(yīng)用研究還處于起步階段，往往仍局限于某一個(gè)專業(yè)技術(shù)的范圍內(nèi), 如主動(dòng)平衡系統(tǒng)和自修復(fù)技術(shù)主要是機(jī)械工程技術(shù)，防喘振系統(tǒng)是屬于工藝上的控制與調(diào)節(jié)，集散控制系 統(tǒng)的熱后備智能切換屬丁-過(guò)程的測(cè)控系統(tǒng)，而基丁-口愈機(jī)制的軍棗衛(wèi)星通信系統(tǒng)完全屬丁-信息技術(shù)。綜合 相關(guān)交叉學(xué)科和不同專業(yè)技術(shù)集成的自愈技術(shù)還沒(méi)有形成。特別是有關(guān)故障自愈的科學(xué)理論研究在國(guó)內(nèi)外 學(xué)術(shù)界述沒(méi)有引起重視。因而，應(yīng)用故障自愈原理在研究利設(shè)計(jì)階段就指導(dǎo)新一代裝備的研制還遠(yuǎn)沒(méi)冇開 始。在系統(tǒng)論的指導(dǎo)下，打破傳統(tǒng)的專業(yè)壁壘，借鑒和移植

11、現(xiàn)代醫(yī)學(xué)“自主調(diào)理”治療原理，應(yīng)用現(xiàn) 代非線性動(dòng)力學(xué)等理論，集成狀態(tài)監(jiān)測(cè)診斷技術(shù)、人工智能技術(shù)、主動(dòng)和自適應(yīng)控制技術(shù)、ir入式計(jì)算機(jī) 技術(shù)等，研究以故障預(yù)防和消除為h標(biāo)的裝備門主調(diào)控和自修復(fù)技術(shù)，使裝備貝備故障1'1愈功能，完全有 可能大幅度減少故障停機(jī)。重人裝備系統(tǒng)故障自愈是預(yù)防故障和減免維修的減災(zāi)增效工程，是用信息技術(shù)改造傳統(tǒng)制造業(yè)和 促進(jìn)信息行業(yè)大發(fā)展的必然趨勢(shì)，是涉及到多學(xué)科交叉的前沿技術(shù)和涉及到多專業(yè)、多部門的系統(tǒng)工程。 至今國(guó)內(nèi)外還沒(méi)有大力倡導(dǎo)、開發(fā)和推廣，因而應(yīng)用范圍還很小，成效還不顯著。因此，有必要調(diào)研國(guó)內(nèi) 外裝備故障自愈技術(shù)開發(fā)及應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，研究故障自愈的理論

12、和關(guān)鍵技術(shù)，為提高我國(guó)技術(shù)裝備 安全保障和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平提供科學(xué)依據(jù)。4故障自愈原理研究的主要內(nèi)容4.1故障自愈原理1,6,9頁(yè)學(xué)上認(rèn)為“自主調(diào)理是治療學(xué)的第一原理”，保持健康的根木點(diǎn)不在于那種宏觀的穩(wěn)定狀態(tài)，而在 于調(diào)節(jié)控制那些建立和保持這種狀態(tài)的具體機(jī)制。疾病的痊愈終歸還得依靠人體的自愈能力，包括免疫、 防御、代償、修復(fù)和適應(yīng)等。這些愈能力”在工程科技領(lǐng)域已經(jīng)并必將得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，如圖 2所示。筆者借鑒醫(yī)學(xué)的門愈原理重點(diǎn)研究在現(xiàn)代裝備中建立故障自愈機(jī)制的理論和方法。首先要研究裝 備與有生命的機(jī)體的異同以及與故障作斗爭(zhēng)和與疾病作斗爭(zhēng)遵循的共同規(guī)律。裝備和有生命的機(jī)體-樣，實(shí)際上是由許多相

13、互聯(lián)系、相互作川的各個(gè)要素組成的復(fù)朵系統(tǒng)，它同時(shí) 也是以一定的組織性（有序性）、多樣性（復(fù)雜性）處于一定的穩(wěn)定狀態(tài)，并通過(guò)各系統(tǒng)之間的相互聯(lián)系和 相互作用，實(shí)現(xiàn)生命過(guò)程的調(diào)節(jié)，保持機(jī)體的有序穩(wěn)定狀態(tài)。一旦機(jī)體出現(xiàn)故障（病態(tài)），那么這時(shí)一定是 機(jī)體中某一局部系統(tǒng)（子系統(tǒng)）偏離其穩(wěn)定狀態(tài)，表明它的冇序性、組織性、復(fù)雜性與多樣性發(fā)生某種程度 的變化。故障自愈原理的研究就是耍建立一種機(jī)制，確保裝備在運(yùn)行中具有預(yù)防和自動(dòng)消除故障的能力。4.2裝備系統(tǒng)故障產(chǎn)生和發(fā)展的規(guī)律我國(guó)古代著名醫(yī)書素問(wèn)說(shuō)：“是故圣人不治已病治未病，不治己亂治未亂，此之謂也。夫病己成 而后藥，亂己成而后治z,譬猶渴而穿井，斗而鑄錐，不

14、亦晚乎”！耒病就是尚耒形成的病。疾病在未病 的階段，在未形成的階段，就發(fā)現(xiàn)它，截獲它，使它消火于無(wú)形。這種見微知著，防微杜漸的功夫，至今 對(duì)人類與故障作斗爭(zhēng)仍有著指導(dǎo)意義。醫(yī)學(xué)研究病理的深層規(guī)律并捉出“系統(tǒng)的整體性原理”和“系統(tǒng)的聯(lián)系性”原理，認(rèn)為“相互作用是 疾病的真正終極原因”，可以借鑒這些原理和方法左研究裝備部件、整機(jī)及其與輸入輸出和互作用的關(guān)系, 在多因多果的復(fù)雜關(guān)系中，找出故障原因與征兆的因果對(duì)應(yīng)關(guān)系，攻克當(dāng)前故障機(jī)理、故障診斷和預(yù)測(cè)方 法研究中的技術(shù)難關(guān)。4. 2. 1研究故障產(chǎn)生的條件，預(yù)測(cè)可能產(chǎn)生故障時(shí)的工況和狀態(tài)把裝備看作多層次、非線性的復(fù)雜整體進(jìn)行研究，建立多維、多參數(shù)、非

15、線性復(fù)雜系統(tǒng)模型。深入研 究系統(tǒng)內(nèi)部各組成部分的動(dòng)力特性、系統(tǒng)與環(huán)境以及與輸入和輸出物質(zhì)、能最之間的相互作用、相互依賴 關(guān)系。通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)信息的分析，研究系統(tǒng)從穩(wěn)定的冇序狀態(tài)變成無(wú)序狀態(tài)的過(guò)程、特點(diǎn)和規(guī)律，研究工藝、 設(shè)備、儀農(nóng)h控、電氣等復(fù)雜系統(tǒng)，找出故障形成過(guò)程、發(fā)展和防治規(guī)律，特別是產(chǎn)生故障萌芽時(shí)的條件 和特征。預(yù)測(cè)。不僅預(yù)測(cè)已發(fā)生故障的發(fā)展趨勢(shì)，而且要預(yù)測(cè)可能產(chǎn)生故障時(shí)的條件（工況和狀態(tài)）。通過(guò)對(duì)諸 多故障征兆倍息的倍號(hào)處理，分析提取特征參數(shù)以及計(jì)算輸入、輸出系統(tǒng)物流、能量的協(xié)調(diào)性及其有害能 量的轉(zhuǎn)化和輸出物質(zhì)特性的變化異常,計(jì)算分析裝備系統(tǒng)狀態(tài)和工況參數(shù)之間的非線性關(guān)系，探測(cè)分析產(chǎn) 生

16、故障的原因，特別是故障萌芽時(shí)的條件和特征，研究預(yù)測(cè)町能故障產(chǎn)生時(shí)的工況和狀態(tài)的方法。4. 2. 2故障初始原因的早期探測(cè)和診斷除了極少數(shù)突發(fā)故障以外，絕大多數(shù)故障的產(chǎn)生是有一個(gè)過(guò)程的，是漸進(jìn)的。信息技術(shù)的進(jìn)步，為探 測(cè)故障早期征兆提供了可能。診斷。不僅研究信息，而h研究關(guān)系。耍研究復(fù)雜系統(tǒng)及其與輸入輸出物質(zhì)和能量的相互作丿1扎通過(guò) 對(duì)監(jiān)測(cè)信息的分析，打破工藝、設(shè)備、儀表自控、電氣等專業(yè)壁壘，研究其相互作用、相互影響，找出故 障形成過(guò)程、發(fā)展和防治規(guī)律。據(jù)此分析故障的因果鏈，研究機(jī)電儀和工藝復(fù)雜系統(tǒng)，從多因多果的因果 鏈中找出產(chǎn)生故障征兆的最初始原因。4.3基于參數(shù)監(jiān)測(cè)的故障自愈決策系統(tǒng)研究對(duì)具

17、體對(duì)象，理論上可以通過(guò)相關(guān)方法建立起系統(tǒng)參數(shù)與系統(tǒng)各種可能響應(yīng)模式之間的關(guān)系。若 某種響應(yīng)模式是故障或非期望模式，則與-其對(duì)應(yīng)的參數(shù)區(qū)域可視為故障參數(shù)域；若某種響應(yīng)模式是期望的 或可容忍的，則與其對(duì)應(yīng)的參數(shù)區(qū)域可視為正常參數(shù)域。顯然系統(tǒng)的參數(shù)應(yīng)設(shè)計(jì)在正常參數(shù)域內(nèi)，并且在 此類區(qū)域內(nèi)參數(shù)一左范圍的變化是容許的。在運(yùn)行工程中，如果各種環(huán)境因素導(dǎo)致系統(tǒng)參數(shù)發(fā)生了改變， 但這種改變后的參數(shù)接近故障參數(shù)區(qū)域邊界時(shí)，就需要采取自愈的步驟調(diào)密系統(tǒng)的參數(shù)。改變哪個(gè)參數(shù)，改變量要多大，選用何種工程可用的方式改變參數(shù)，都需要決策系統(tǒng)捉前做好預(yù)案。4.4故障自愈機(jī)制建模研究7-14裝備系統(tǒng)都是復(fù)雜系統(tǒng)，正常運(yùn)行情況

18、卜是處丁有序穩(wěn)定狀態(tài)。建模是人對(duì)乳觀存在的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的相 互關(guān)系和相互作用認(rèn)識(shí)的數(shù)學(xué)描述。信息是可以表征結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的變化和其輸入、輸出及其相互作用的，當(dāng) 裝備系統(tǒng)自身內(nèi)部子系統(tǒng)間和其與輸入輸出的物質(zhì)、能量、環(huán)境的關(guān)系和相互作用發(fā)生界常，即開始偏離 冇序穩(wěn)定狀態(tài)產(chǎn)生故障時(shí)，探測(cè)和處理的信息即故障征兆可以實(shí)時(shí)農(nóng)征出來(lái)，據(jù)此可以進(jìn)行診斷和預(yù)測(cè)。把裝備看作多層次，非線性的復(fù)雜整體進(jìn)行研究，可考慮用大系統(tǒng)的建模方法，把系統(tǒng)分解成若干了 系統(tǒng)，然后再找出子系統(tǒng)z間以及子系統(tǒng)與整體系統(tǒng)z間的關(guān)聯(lián)。建立的模型是非常復(fù)雜的，可能是非線性，多維性，混雜性，隨機(jī)性的混a體。也可能難以確定精確 的數(shù)學(xué)模型，控制的難度很人

19、，傳統(tǒng)的控制方法是難以實(shí)施的。多種控制方法可考慮協(xié)調(diào)進(jìn)行（如非線性控 制、混雜控制、分布參數(shù)控制、適應(yīng)控制、模糊控制等），智能化的新型分層協(xié)調(diào)控制策略的研制勢(shì)在 必行。系統(tǒng)的智能化程度越高，自愈調(diào)控的效果就可能越好。可以從如下幾個(gè)方面進(jìn)行故障自愈調(diào)控系統(tǒng)研1）研究系統(tǒng)剛度、阻尼和質(zhì)杲分布變化產(chǎn)生的機(jī)械振動(dòng)故障的條件和原因；2）計(jì)算輸入、輸出系統(tǒng)能量的協(xié)調(diào)性及其有害能量的轉(zhuǎn)化，探測(cè)分析故障產(chǎn)生的條件和原因；3）通過(guò)輸出物質(zhì)的量和特性的變化異常，研究故障產(chǎn)生的條件和原因。所謂控制就是施控者選擇適當(dāng)?shù)目?制手段，作用于受控者，以期引起或達(dá)到受控者的行為狀態(tài)發(fā)生合目的的變化。或者呈現(xiàn)有益的行為，或 者

20、抑制并消除不利的行為。以故障的抑制和消除為目標(biāo)的控制系統(tǒng)即故障h愈調(diào)控系統(tǒng)應(yīng)具備檢測(cè)、診斷、 決策、中間轉(zhuǎn)換和執(zhí)行等環(huán)節(jié)兒個(gè)環(huán)節(jié)。故障自愈機(jī)制的建立可以實(shí)施以故障預(yù)防和消除的主動(dòng)控制：4. 4. 1消除故障產(chǎn)生的后果或啟動(dòng)反作用，抑制故障的發(fā)展對(duì)裝備故障進(jìn)行早期探測(cè)和診斷, 通過(guò)鋼能決策，實(shí)時(shí)主動(dòng)調(diào)控或適時(shí)采取技術(shù)對(duì)策如改變結(jié)構(gòu)、注入介質(zhì)等：a.消除這一初始原因剛剛 產(chǎn)生的后果；b啟動(dòng)一個(gè)反作用因果鏈，抵消故障的因果鏈的作用。從而可以將故障抑制在萌芽中，恢 復(fù)和保持了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的有序穩(wěn)定。4. 4. 2消除故障的苗頭，抑制故障的產(chǎn)生除了極少數(shù)突發(fā)故障以外，絕大多數(shù)故障的產(chǎn)生是 有一個(gè)過(guò)程的，是漸

21、進(jìn)的。信息技術(shù)的進(jìn)步，為探測(cè)故障早期征兆提供了可能，據(jù)此分析故障的因果鏈， 找出產(chǎn)生故障的初始原因，通過(guò)智能決策和主動(dòng)控制消除這一初始原因，將故障消除在萌芽z中。4. 4. 3消除產(chǎn)生故障的條件，抑制故障的苗頭在裝備運(yùn)行中，通過(guò)對(duì)工況和狀態(tài)的稗能判別 和調(diào)控或改變系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，避開或消除可能產(chǎn)生故障的條件，從而消除故障產(chǎn)生的土壤，抑制故障的發(fā)生。在故障自愈建模硏究過(guò)程中，要硏究系統(tǒng)反應(yīng)的快速性和正確性。所研究的系統(tǒng)是復(fù)雜的系統(tǒng),那么系 統(tǒng)的信息量也非常人，如何根據(jù)人量信息提取出冇用的信息，及時(shí)做出正確的反應(yīng)，對(duì)于系統(tǒng)的h愈調(diào)控 的順利實(shí)施至關(guān)重耍?？煽紤]使用系統(tǒng)工程理論中的系統(tǒng)分析的方法，對(duì)系統(tǒng)信

22、息行篩選，分析，建立科 能專家?guī)?，及時(shí)提供有用的控制方案供智能決策層選擇。5裝備系統(tǒng)故障|'|愈關(guān)鍵技術(shù)研究故障自愈技術(shù)大體有如下兒類：免疫技術(shù)、防御技術(shù)、代償技術(shù)、自修復(fù)技術(shù)和自愈調(diào)控技術(shù)(如圖3 所示)。裝備系統(tǒng)故障自愈調(diào)控(fault self2recovery regulation , i；sr)技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用，是用信息技 術(shù)改造傳統(tǒng)裝備制造業(yè)的必然趨勢(shì)。在裝備復(fù)雜系統(tǒng)故障初始原因的早期探測(cè)診斷和故障產(chǎn)4：條件預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)上，采取稗能決策和主動(dòng)調(diào) 控方法或?qū)嵥鄳?yīng)對(duì)策來(lái)預(yù)防和消除故障。研究h主調(diào)控方法對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)內(nèi)部及上層次更大系統(tǒng)多模型的 關(guān)聯(lián)和影響，以及如何確保過(guò)程裝備自身系統(tǒng)

23、和其所在的人系統(tǒng)均進(jìn)入穩(wěn)定的有序狀態(tài)。筆者擬以流程工業(yè)廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵裝備離心壓縮機(jī)和離心機(jī)為對(duì)象，采用嵌入式技術(shù)和人工智能、主 動(dòng)控制等技術(shù)，開發(fā)監(jiān)控一體化的自愈調(diào)控技術(shù)6, 7, 10：通過(guò)改變高速旋轉(zhuǎn)流體機(jī)械平衡盤壓差，實(shí) 現(xiàn)轉(zhuǎn)子軸向力主動(dòng)調(diào)控,以減少軸位移停機(jī)和防止軸瓦燒損的技術(shù);煙氣輪機(jī)主動(dòng)平衡技術(shù)及離心機(jī)差速 雙轉(zhuǎn)了主動(dòng)平衡技術(shù);基于運(yùn)行狀態(tài)自動(dòng)沖洗的離心機(jī)振動(dòng)故障自愈技術(shù);鬲速渦輪機(jī)械轉(zhuǎn)了軸系半速(或 低頻振動(dòng))失穩(wěn)控制與h愈技術(shù)。在流程工業(yè)廣泛應(yīng)用的緊急停車系統(tǒng)(esd)z前增設(shè)故障百愈調(diào)控系統(tǒng), 可在確保安全的前提下人幅度減少自動(dòng)連鎖緊急停車，應(yīng)用于上述重人裝備，使其具備門愈功

24、能，改變或 減少靠人去治愈的傳統(tǒng)維修方式。6結(jié)語(yǔ)裝備系統(tǒng)故障h愈原理研究不僅是工程實(shí)踐的迫切需求，也是人類未來(lái)要建造什么樣裝備的重大課 題。人類將會(huì)遵循與疾病作斗爭(zhēng)的規(guī)律去和裝備故障作斗爭(zhēng)。人類的自愈能力，比如免疫、自保護(hù)、代償、 口修復(fù)(再生)以及口適應(yīng)等，將會(huì)指導(dǎo)我們對(duì)裝備故障口愈原理的研究。以系統(tǒng)論為指導(dǎo)，研究故障發(fā)生的規(guī)律及其產(chǎn)生的條件，在診斷故障的初始原因和預(yù)測(cè)可能故障產(chǎn)生 時(shí)的工況和狀態(tài)的基礎(chǔ)上,打破傳統(tǒng)的專業(yè)壁壘，在裝備系統(tǒng)中引入以故障預(yù)防和消除為h標(biāo)的自主調(diào)控 機(jī)制，故障自愈調(diào)控是不同于傳統(tǒng)的處理機(jī)械故障的新方法。在流程工業(yè)廣泛應(yīng)用的esd系統(tǒng)之前，增設(shè)fsr系統(tǒng)可在確保安全前

25、提下大幅度減少故障停機(jī), 降低維修費(fèi)，収得巨大經(jīng)濟(jì)效益。應(yīng)用fsr原理，在設(shè)計(jì)階段就統(tǒng)籌考慮裝備的臨控一體化?？墒寡b備減小依賴人的程度，使維修的責(zé) 任從裝備的使用方轉(zhuǎn)移到裝備的設(shè)計(jì)制造方，研制出具有故障自愈調(diào)控功能的、免維修、少維修的新一代 過(guò)程裝備。參考文獻(xiàn)思格爾. 祝世訥. 錢學(xué)森. 沈祿庚. 湛墾華, 汪希萱,7 徐濱士,需要新的醫(yī)學(xué)模型：對(duì)生物醫(yī)學(xué)的挑戰(zhàn)j .醫(yī)學(xué)與哲學(xué)，1980 , (3) : 88中西醫(yī)學(xué)差異與交融m.北京：人民衛(wèi)生出版社,2001 , 3839 建立系統(tǒng)學(xué)m.太原:山西人民出版社,2001系統(tǒng)科學(xué)概要m.北京：北京廣播學(xué)院出版社，2000沈小峰，顧超華.張偉，等編

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