機械加工系統(tǒng)運行狀態(tài)異常檢測方法初探

重慶工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 楊剛

1 目前機械加工系統(tǒng)運行狀態(tài)異常檢測現(xiàn)狀

相對于國外的的機械加工系統(tǒng)的運行狀態(tài)檢測水平，目前我國的整體情況還是很落后的，在現(xiàn)在的機械制造中我們面臨很多的問題和挑戰(zhàn)，其中檢測技術(shù)的不成熟就是重要的方面之一，同時也直接影響加工業(yè)的發(fā)展水平。要想在現(xiàn)在高科技時代面前有所成就，就要在一定程度上提高檢測技術(shù)的水平，發(fā)展和開發(fā)先進的檢測儀器和設(shè)備。在現(xiàn)實中的機械加工運行系統(tǒng)中，異常檢測的效益最為顯著，另外作為加工系統(tǒng)運行狀態(tài)的定量描述手段，異常檢測也大大提高了加工系統(tǒng)的操作性，同時也擴大了他的使用范圍。因此，運行狀態(tài)的異常檢測成為了機械加工業(yè)的主流。

2 機械加工系統(tǒng)運行狀態(tài)異常檢測原理

在一般的情況下，一個相對復(fù)雜的機械加工系統(tǒng)的故障大部分都是很有限的，在一個機械加工設(shè)備的正常使用生命周期中，每一個類型的系統(tǒng)故障只出現(xiàn)一次的概率是很小很小的。再有就是，現(xiàn)在的機械加工設(shè)備多種多樣，這些不同的設(shè)備之間，即使是相同型號的設(shè)備在使用之前的安裝條件和設(shè)備正常運行的使用條件不同，都會是設(shè)備的故障模式有很大的區(qū)別和不同。普通傳統(tǒng)的檢測方法很難實現(xiàn)設(shè)備的實時檢測，異常檢測技術(shù)就可以發(fā)揮它的優(yōu)勢，可實施性強。運行狀態(tài)異常檢測的原理很簡單，就是運用統(tǒng)一化的正常機械加工中的運行狀態(tài)來調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運行狀態(tài)。首先就是通過提取機械加工系統(tǒng)正常運行狀態(tài)和當前運行狀態(tài)信號特征，從而獲得大量的狀態(tài)特征量，然后再對當前狀態(tài)和正常狀態(tài)進行對比，算出偏離差，對偏離程度進行分析繼而預(yù)報運行狀態(tài)的變化趨勢和走向。

異常檢測是最早出現(xiàn)在IDS(Intrusion Detection Systems)中的概念，如對網(wǎng)絡(luò)安全的檢測等。目前我國的異常檢測技術(shù)已經(jīng)運用到了很多的方面，也提出了很多的方法，在對統(tǒng)計的異常檢測和規(guī)范的異常檢測等。在實際中，機械加工運行狀態(tài)的異常檢測是對加工系統(tǒng)性能是否退化的評估標準，它一方面避開了在采樣過程中遇到的難點，同時還能調(diào)整運行不正常的機械加工狀態(tài)，在對設(shè)備的不斷調(diào)整和矯正中，也能漸漸地積累經(jīng)驗，完善修正系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)對系統(tǒng)運行狀態(tài)的定量評估。

3 機械加工系統(tǒng)運行狀態(tài)異常檢測方法和措施

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的普及，網(wǎng)絡(luò)計算機開始介入機械加工系統(tǒng)運行狀態(tài)異常檢測，使得機械加工系統(tǒng)的運行更加的信息化和一體化，對異常的運行狀態(tài)的檢測更加的有效。

3.1 借助圖像實現(xiàn)異常檢測

為了能夠具體描述機械加工設(shè)備運行狀態(tài)的異常程度，我們提出了異常偏離距離的概念，用來描述偏離距離的程度。圖像化的描述簡單、簡潔、便于觀察、一目了然。把加工系統(tǒng)設(shè)備運行正常的狀態(tài)信號作為正常模式，把運行時的狀態(tài)信號定為當前模式。將兩個的狀態(tài)信號轉(zhuǎn)化為圖形，如果兩個圖像匹配程度越高，表示運行狀態(tài)越穩(wěn)定越接近正常狀態(tài)，相反就會偏離正常的模式。如果兩者的圖像一致，則說明當前狀態(tài)處于正常，不需要調(diào)整。異常偏離程度如圖1所示。

圖1 異常偏離程度

3.2 運用公式實現(xiàn)異常檢測

這種方法可以用來檢測運行狀態(tài)，沒有圖像法直觀和簡單易懂，但是它的優(yōu)勢是比圖像法更加精確，在對運行狀態(tài)的的數(shù)據(jù)矯正比較可靠。通過具體可靠的公式修正系數(shù)來反應(yīng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，由于數(shù)據(jù)的精確可以適用于專業(yè)的相關(guān)人員對數(shù)據(jù)的精確分析，一般情況下將正常模式作為一類，把當前模式當做一類，異常偏離距離就可轉(zhuǎn)化為求類間距離。異常偏離距離的計算公式有兩種，分別是重心法與平均法。

式子中：SC表示的是當前狀態(tài)下的類重心，SN表示的是正常狀態(tài)下的重心。

式子中，SCi表示的是當前類的狀態(tài)特征向量，SNj表示的是正常類的特征向量。

4 總結(jié)

目前隨著我國的經(jīng)濟發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的飛速提高，加上我國現(xiàn)在城市擴建和人民生活質(zhì)量的逐漸提高，在現(xiàn)在這種人們需求越來越高的大背景下，機械加工的應(yīng)用越來越廣泛。在機械加工中檢測技術(shù)的現(xiàn)狀不太樂觀，不能滿足生產(chǎn)需要，特別是在現(xiàn)代化的批量生產(chǎn)中，造成產(chǎn)品的質(zhì)量不穩(wěn)定，機械化運行不穩(wěn)定，檢測技術(shù)手段單一和不足，這些問題的存在要求我們大力發(fā)展機械加工系統(tǒng)運行狀態(tài)的檢測技術(shù)。作為一種對機械加工設(shè)備的運行狀態(tài)定量描述手段，對運行狀態(tài)的的檢測一方面能提高在加工系統(tǒng)維護中的操作簡易性，另一方面還擴大了它的應(yīng)用范圍，最重要的是還能為加工系統(tǒng)的性能做出在線評估。我們通過對異常數(shù)據(jù)的處理和檢測，能及時獲得相關(guān)的運行信息數(shù)據(jù)，通過圖像法和公式法表現(xiàn)出來，在對出現(xiàn)的問題進行修正和補救，做到機械加工系統(tǒng)的正常運行。

[1]黃吉.機械加工系統(tǒng)運行狀態(tài)異常檢測方法的研究.中國機械，2013年17期.

[2]肖貴.機械加工系統(tǒng)運行狀態(tài)異常檢測方法及措施探討.企業(yè)技術(shù)開發(fā)（學(xué)術(shù)版），2011年2期.