機(jī)械狀態(tài)檢測(cè)和故障診斷

機(jī)械故障診斷技術(shù)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)J機(jī)械1003 3101101067孫淼摘要:隨著生產(chǎn)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，機(jī)械的結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜，功能越來(lái)越完善，自動(dòng)化程度也越來(lái)越高。由于各種各樣不可避免的因素的影響，導(dǎo)致機(jī)械出現(xiàn)各種故障，以致降低或失去其預(yù)定的功能，造成嚴(yán)重的甚至災(zāi)難性的事故。因此，保證機(jī)械的安全運(yùn)行，消除事故，是十分迫切的研究課題。隨著工程機(jī)械的日益復(fù)雜化和智能化，傳統(tǒng)的故障診斷技術(shù)難以滿足復(fù)雜系統(tǒng)的故障診斷要求，因此智能故障診斷技術(shù)得到更廣泛的應(yīng)用。本文介紹了我國(guó)工程機(jī)械故障診斷技術(shù)的研究現(xiàn)狀，并闡述工程機(jī)械現(xiàn)代智能故障診斷的方法，在此基礎(chǔ)上提出工程機(jī)械故障診斷技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)及需要進(jìn)一步研究的問(wèn)題。(Withthedevelopmentofproductionandtheprogressofscienceandtechnology,themechanicalstructurebecomemoreandmorecomplex,functionmoreperfect,degreeofautomationisalsoincreasing.duetovariousimpactofvariousunavoidablefactors,causemechanicalmalfunctioninvariouswaysthatreduceorloseitsintendedfunction,resultinginseriousorevencatastrophicaccidents.Therefore,ensuringsafeoperationofthemachineandeliminatingtheaccident,isveryurgentresearchtopic.Withtheincreasingcomplexityofconstructionmachineryandintelligence,thetraditionalfaultdiagnosistechnologyisdifficulttomeettherequirementsofcomplexfaultdiagnosissystem,sointelligentfaultdiagnosistechnologyismorewidelyused.Thisarticledescribestheresearchstatusofthemechanicalfaultdiagnosistechnologyworks,anddescribesthemethodofconstructionmachinerymodernintelligentfaultdiagnosis,proposedthedevelopmentofconstructionmachineryfaultdiagnosistechnologytrendsandissuesthatneedfurtherresearchonthisbasis.)關(guān)鍵詞：工程機(jī)械；故障診斷；研究現(xiàn)狀；發(fā)展趨勢(shì)隨著科技的發(fā)展，現(xiàn)代工業(yè)正逐步向生產(chǎn)設(shè)備大型化、復(fù)雜化、高速化和自動(dòng)化方向發(fā)展，在提高生產(chǎn)率、降低成本、節(jié)約能源、減少?gòu)U品率、保證產(chǎn)品質(zhì)量等方面具有很大的優(yōu)勢(shì)。登錄但是，由于故障所引起的災(zāi)難性事故及其所造成的對(duì)生命與財(cái)產(chǎn)的損失和對(duì)環(huán)境的破壞等也是很嚴(yán)重的，這就使得人們對(duì)諸如航空航天器、核電站、熱電廠及其他大型化工設(shè)備的可靠性、安全性提出了越來(lái)越高的要求。除了在設(shè)計(jì)與制造階段，通過(guò)改進(jìn)可靠，暗設(shè)計(jì)、研究和應(yīng)用新材料、新工藝以及加強(qiáng)生產(chǎn)過(guò)程中的質(zhì)檢控制措施提高系統(tǒng)的可靠性與安全性外，提高系統(tǒng)可靠性與安全性的另一個(gè)重要途徑就是對(duì)系統(tǒng)的工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)與診斷，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的有效控制，并對(duì)災(zāi)難性故障的發(fā)生進(jìn)行預(yù)警，為采取相應(yīng)的補(bǔ)救措施提供有效的信息。故障診斷理論就是為了滿足對(duì)系統(tǒng)可靠性和安全性要求的提高，減少并控制災(zāi)難性事故的發(fā)生而發(fā)展起來(lái)的。因此，故障診斷理論的發(fā)展必將促進(jìn)故障監(jiān)測(cè)和監(jiān)控系統(tǒng)的快速發(fā)展與廣泛應(yīng)用，從而可以進(jìn)一步的提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性與安全性，并由此產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。登錄機(jī)械狀態(tài)檢測(cè)與故障診斷的發(fā)展現(xiàn)狀機(jī)械狀態(tài)檢測(cè)和故障診斷在工業(yè)中的地位可以從機(jī)械故障的危害性和采用故障診斷以后的收益性兩個(gè)方面來(lái)加以考慮。對(duì)機(jī)械進(jìn)行故障診斷，實(shí)際上自有工業(yè)生產(chǎn)以來(lái)就已存在，早期人們依據(jù)對(duì)機(jī)械的觸摸，對(duì)聲音、振動(dòng)等狀態(tài)特征的感受 但是故障診斷技術(shù)?-??綜合性應(yīng)用學(xué)科。(書(shū)上P8)目前，國(guó)內(nèi)檢測(cè)診斷技術(shù)的研究主要集中在以下幾個(gè)方面 ：傳感技術(shù)研究：傳感技術(shù)是反映設(shè)備狀態(tài)參數(shù)的儀表技術(shù)。國(guó)內(nèi)先后開(kāi)發(fā)了各種類型的傳感器，如屯渦流傳感器、速度傳感器、加速度傳感器和溫度傳感器等；最近開(kāi)發(fā)的傳感技術(shù)有光導(dǎo)纖維、激光、聲發(fā)射等。關(guān)于信號(hào)分析與處理技術(shù)的研究：從傳統(tǒng)的譜分析、時(shí)序分析和時(shí)域分析，開(kāi)始引入了一些先進(jìn)的信號(hào)分析手段，如快速傅立葉變換，Wigner譜分析和小波變換等。這類新方法的引入彌補(bǔ)了傳統(tǒng)分析法的不足。關(guān)于人工智能和專家系統(tǒng)的研究：這方面的研究已成為診斷技術(shù)的發(fā)展主流，目前已有日程機(jī)械故障診斷專家系統(tǒng)，但這一技術(shù)在工程方面的研究尚未達(dá)到人們所期望的水平。關(guān)于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究：比如旋轉(zhuǎn)機(jī)械神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類系統(tǒng)等的研究已經(jīng)取得了應(yīng)用，取得了滿意的效果。關(guān)于診斷系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與研究：從單機(jī)巡檢與診斷到上下位機(jī)式主從機(jī)結(jié)構(gòu)，直至以網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的布式系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜 ，實(shí)時(shí)性越來(lái)越高。專門(mén)化與便攜式診斷儀器和設(shè)備的研制與開(kāi)發(fā)。目前，我國(guó)的冶金、電力、化工等行業(yè)的故障診斷技術(shù)己經(jīng)很成熟，得到了廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)代故障檢測(cè)和診斷方法機(jī)械運(yùn)行的狀態(tài)千差萬(wàn)別，出現(xiàn)的故障也是多種多樣，采用的診斷方法也各不相同。在眾多的診斷方法中，比較常用的診斷方法有溫度診斷，油樣診斷，振動(dòng)診斷和聲學(xué)診斷等。近十幾年來(lái)，模糊診斷、故障樹(shù)分析、專家系統(tǒng)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等新的診斷技術(shù)不斷出現(xiàn)，故障診斷技術(shù)逐步向智能化方向發(fā)展。（1） 溫度診斷方法溫度是表征物體冷熱狀態(tài)的物理量，測(cè)量人體溫度可以了解人體健康狀況，測(cè)量機(jī)械溫度同樣可以反映機(jī)械運(yùn)行狀態(tài)的優(yōu)劣，說(shuō)明機(jī)械有無(wú)發(fā)熱、過(guò)熱現(xiàn)象，若出現(xiàn)上述現(xiàn)象，則表示機(jī)械可能存在某種故障。（2） 油樣診斷方法（P35）（3） 振動(dòng)診斷方法（P59）（4） 聲學(xué)診斷方法聲學(xué)診斷是機(jī)械故障診斷中非常有效的方法之一，主要包括噪聲診斷，超聲波診斷和聲發(fā)射診斷等技術(shù)。（5） 故障樹(shù)診斷方法故障樹(shù)診斷方法是從研究系統(tǒng)中最不希望發(fā)生的故障狀態(tài)（結(jié)果）出發(fā)，按照一定的邏輯關(guān)系從總體到部件一層層的逐級(jí)細(xì)化，推理分析故障形成的原因，最終確定故障發(fā)生的最初基本原因、影響程度和發(fā)生概率。它是一種圖形演繹法，把系統(tǒng)故障與導(dǎo)致該故障的 各種因素形象地繪成故障圖表，能較直觀地反映故障、元部件、系統(tǒng)及因素、原因之間的相互關(guān)系，也能定量計(jì)算故障程度、概率、原因等。該方法直觀、快速診斷、知識(shí)庫(kù)很容易動(dòng)態(tài)修改，但其缺點(diǎn)是受主觀因素影響較大，診斷結(jié)果嚴(yán)重依賴于故障樹(shù)信息的正確性和完整性，不能診斷不可預(yù)知的故障。（6） 最新智能診斷技術(shù)最新智能診斷技術(shù)包括人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以其大規(guī)模并行處理能力、自適應(yīng)學(xué)習(xí)能力、分布式信息存儲(chǔ)、魯棒性、容錯(cuò)性和推廣能力等特點(diǎn)在故障檢測(cè)和診斷領(lǐng)域受到廣泛重視。應(yīng)用對(duì)象主要是設(shè)備和子系統(tǒng)。）、小波變換（小波變換是近幾年得到迅速發(fā)展并形成研究熱點(diǎn)的信號(hào)分析新技術(shù)，被認(rèn)為是對(duì)傅立葉分析方法的突破進(jìn)展。）、模糊診斷方法（模糊概念是內(nèi)涵確定而外延不確定的概念，如：“電壓過(guò)大”，“電機(jī)過(guò)熱”等。正是由于這些模糊知識(shí)及故障診斷中的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)存在，所以模糊診斷技術(shù)具有較多的使用場(chǎng)合。）、專家系統(tǒng)（專家系統(tǒng)是應(yīng)用大量人類專家的知識(shí)和推理方法求解復(fù)雜實(shí)際問(wèn)題的一種人工智能計(jì)算機(jī)程序。一般包括知識(shí)庫(kù)、數(shù)據(jù)庫(kù)、推理機(jī)、人機(jī)接口及知識(shí)庫(kù)管理系統(tǒng)、解釋系統(tǒng)等。故障診斷專家系統(tǒng)是專家系統(tǒng)應(yīng)用的一個(gè)重要分支。）等。（7） 其他故障診斷方法其他故障診斷方法還包括邏輯診斷方法，貝葉斯分類法，距離函數(shù)分類法，灰色理論診斷法等。發(fā)展方向設(shè)備故障診斷技術(shù)與當(dāng)代前沿科學(xué)的融合是設(shè)備故障診斷技術(shù)的發(fā)展方向。當(dāng)今故障診斷技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)是傳感器的精密化、多維化，診斷理論、診斷模型的多元化，診斷技術(shù)的智能化，具體來(lái)說(shuō)表現(xiàn)在如下方面。P10-P114發(fā)展趨勢(shì)從今后的發(fā)展看，故障診斷技術(shù)必須跳出僅針對(duì)機(jī)械運(yùn)行過(guò)程這個(gè)環(huán)節(jié)的局限性，而應(yīng)該放在產(chǎn)品的整個(gè)生命周期中來(lái)統(tǒng)籌考慮 ，對(duì)機(jī)械系統(tǒng)的整個(gè)壽命周期進(jìn)行有效的分析，從而提高機(jī)械系統(tǒng)的可靠性和可維修性，延長(zhǎng)系統(tǒng)的壽命，降低壽命周期費(fèi)用。從診斷的方式上來(lái)看，傳統(tǒng)的診斷方法和理論對(duì)單過(guò)程、單故障和漸發(fā)性故障的簡(jiǎn)單系統(tǒng)可以發(fā)揮較好的作用，對(duì)于多過(guò)程、多故障和突發(fā)性故障以及復(fù)雜龐大、高度自動(dòng)化的大型設(shè)備和系統(tǒng)，就具有較大的局限性。專家系統(tǒng)主要用于復(fù)雜的機(jī)械系統(tǒng)，能夠克服基于模型的故障診斷方法對(duì)模型的過(guò)分依賴性 ，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)于故障的模式識(shí)別具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。將人工智能的