計(jì)算機(jī)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在礦機(jī)故障診斷中的應(yīng)用

摘 要：煤礦行業(yè)作為我國主要的能源行業(yè)在信息化建設(shè)中嚴(yán)重不足，目前的機(jī)械化管理水平嚴(yán)重制約了煤礦企業(yè)的發(fā)展。煤礦企業(yè)在生產(chǎn)中會(huì)發(fā)生一些突發(fā)事件，比如煤礦突水就是煤礦在開挖過程中極易發(fā)生的機(jī)械安全隱患，給企業(yè)的發(fā)展帶來巨大的挑戰(zhàn)，在如何處理因礦機(jī)故障導(dǎo)致的煤礦突水事件中就必須尋求一些方法來降低這些事件發(fā)生的概率?；谏窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方案算作為一種新型的革命性技術(shù)，是以數(shù)據(jù)可視化技術(shù)為主，能對所有任務(wù)進(jìn)行處理，充分的發(fā)揮計(jì)算機(jī)這種媒介的優(yōu)勢，有著強(qiáng)大的功能，完全能適應(yīng)煤礦企業(yè)的發(fā)展需要，為解決煤礦企業(yè)機(jī)械安全化建設(shè)提供技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；煤礦突水；優(yōu)化設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TP183

煤礦行業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)、人民生活等眾多領(lǐng)域中發(fā)揮了不可估量的作用。但隨著科技的發(fā)展，尤其是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的興起，對煤礦企業(yè)也有所促進(jìn)，改變了以往存在的安全監(jiān)測不到位，使得信息安全化技術(shù)更加的方便精準(zhǔn)?，F(xiàn)代化的新技術(shù)：遺傳算法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)這種重要的輔助性技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)代企業(yè)衡量公司運(yùn)營好壞的新標(biāo)準(zhǔn)。

作為我國的煤礦企業(yè)，存在于安全化系統(tǒng)落后，造成煤礦生產(chǎn)中因?yàn)闄C(jī)械故障而發(fā)生的突水事故經(jīng)常發(fā)生，同時(shí)存在煤礦企業(yè)內(nèi)部的各個(gè)應(yīng)用之間信息傳遞慢，溝通缺乏，不利于系統(tǒng)集成，造成企業(yè)系統(tǒng)內(nèi)溝通繁瑣。以及沒有有效的機(jī)械化技術(shù)，也成為煤礦企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)不能獲得及時(shí)有效的數(shù)據(jù)，無法進(jìn)行推斷預(yù)測企業(yè)的發(fā)展與行業(yè)的發(fā)展趨勢。這些問題在根本上給企業(yè)造成了安全隱患，也限制了企業(yè)的發(fā)展，如何利用現(xiàn)有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的煤礦機(jī)械診斷技術(shù)成為企業(yè)發(fā)展的必然方向。所以本文將運(yùn)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)導(dǎo)入我們煤礦行業(yè)。

1 煤礦礦機(jī)的危害

1.1 靜止的危險(xiǎn)

設(shè)備處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)存在的危險(xiǎn)即當(dāng)人接觸或與靜止設(shè)備作相對運(yùn)動(dòng)時(shí)可引起的危險(xiǎn)。包括：（l）切削刀具有刀刃；（2）機(jī)械設(shè)備突出的較長的部分，如設(shè)備表面上的螺栓、吊鉤、手柄等；（3）毛坯、工具、設(shè)備邊緣鋒利和粗糙表面，如未打磨的毛刺、銳角、翹起的銘牌等；（4）引起滑跌的工作平臺(tái)，尤其是平臺(tái)有水或油時(shí)更為危險(xiǎn)。

1.2 直線運(yùn)動(dòng)的危險(xiǎn)

指作直線運(yùn)動(dòng)的機(jī)械所引起的危險(xiǎn)，又可分接近式的危險(xiǎn)和經(jīng)過式的危險(xiǎn)：（1）接近式的危險(xiǎn)：這種機(jī)械進(jìn)行往復(fù)的直線運(yùn)動(dòng)，當(dāng)人處在機(jī)械直線運(yùn)動(dòng)的正前方而未及時(shí)躲讓時(shí)將受到運(yùn)動(dòng)機(jī)械的撞擊或擠壓。1）縱向運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件，如龍門刨床的工作臺(tái)、牛頭刨床的滑枕、外國磨床的往復(fù)工作臺(tái)等。2）橫向運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件，如升降式銑床的工作臺(tái)；（2）經(jīng)過式的危險(xiǎn)指人體經(jīng)過運(yùn)動(dòng)的部件引起的危險(xiǎn)。包括：1）單純作直線運(yùn)動(dòng)的部位，如運(yùn)轉(zhuǎn)中的帶鍵、沖模。2）作直線運(yùn)動(dòng)的凸起部分，如運(yùn)動(dòng)時(shí)的金屬接頭。3）運(yùn)動(dòng)部位和靜止部位的組合，如工作臺(tái)與底座組合，壓力機(jī)的滑塊與模具。

1.3 機(jī)械旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的危險(xiǎn)

指人體或衣服被卷進(jìn)旋轉(zhuǎn)機(jī)械部位引起的危險(xiǎn)：（1）卷進(jìn)單獨(dú)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)械部件中的危險(xiǎn)，如主軸、卡盤、進(jìn)給絲杠等單獨(dú)旋轉(zhuǎn)的機(jī)械部件以及磨削砂輪、各種切削刀具，如銑刀、鋸片等加工刃具；（2）卷進(jìn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中兩個(gè)機(jī)械部件間的危險(xiǎn)，如朝相反方向旋轉(zhuǎn)的兩個(gè)軋輥之間，相互嚙合的齒輪無法在最小的空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)貼合工作；（3）卷進(jìn)旋轉(zhuǎn)機(jī)械部件與固定構(gòu)件間的危險(xiǎn)，如輪軸與輪軸在高速轉(zhuǎn)動(dòng)中，一些物體很容易被風(fēng)壓吸入內(nèi)部，導(dǎo)致機(jī)械的磨損和破壞。

2 礦機(jī)發(fā)生機(jī)械故障如何使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行檢測

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種概念數(shù)值相結(jié)合以人為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為核心建造的智能預(yù)測系統(tǒng)。這種網(wǎng)絡(luò)模式采用單維度或多維度的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法來計(jì)算和建立出現(xiàn)有模型和實(shí)際機(jī)械之間的關(guān)系，摒棄了在以往傳統(tǒng)中以人工檢測的一些輔助方式。這種網(wǎng)絡(luò)模式的建立過程：一是確定煤礦礦機(jī)在使用中發(fā)生故障的概率分心，把神經(jīng)測算指標(biāo)用在機(jī)械的頻率檢測之中，通過機(jī)械的細(xì)微層數(shù)變化推算出機(jī)械可能出現(xiàn)的故障，如機(jī)械現(xiàn)有條件、構(gòu)造零件的耗損、組合搭接條件、開采現(xiàn)場條件以及機(jī)械開挖時(shí)間長度等因素；二是確定隱含在機(jī)械組件總體的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成配置的精度，如在計(jì)算機(jī)中設(shè)定的固定參數(shù)，機(jī)械是否在現(xiàn)有的施工中完全的符合計(jì)劃安排；三是確定輸出層神經(jīng)元的個(gè)數(shù)。對建立的模型進(jìn)行訓(xùn)練和檢驗(yàn)，準(zhǔn)確率高達(dá)100%。在機(jī)械發(fā)生故障造成的突水事故中因機(jī)械磨損和老化造成的事故的主要控制因素是機(jī)械維修診斷的滯后性。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的一些網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測特性變現(xiàn)在數(shù)據(jù)的輸出和數(shù)據(jù)的采集，把這種方法用在礦機(jī)的檢修和探傷上也是基于這樣的考慮。不僅如此，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的診斷概率也是有很高的準(zhǔn)確性，這使得它在許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，如機(jī)械零件識(shí)別、軸承的壓力值監(jiān)測、數(shù)據(jù)采集發(fā)散系等領(lǐng)域。在機(jī)械運(yùn)動(dòng)過程中，將輸入的數(shù)據(jù)從出以往采集的數(shù)據(jù)源中發(fā)現(xiàn)一定的計(jì)算方法，再次得出現(xiàn)有的計(jì)算結(jié)果，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)再將產(chǎn)生新的數(shù)據(jù)源通過系統(tǒng)自動(dòng)比對機(jī)械損傷指標(biāo)，操作人員在屏幕中就可以清晰的看到機(jī)械現(xiàn)有的工作狀態(tài)，在不拆分機(jī)械的情況下，就可以有效的掌握機(jī)械內(nèi)部零件的工作情況，大大的減少了人工檢測和人為修理的過程。

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)正由于其強(qiáng)大的數(shù)值處理能力，因而用于礦機(jī)故障診斷的設(shè)計(jì)，這種設(shè)計(jì)也是最近幾年才開始使用，為生產(chǎn)提供了很好的科學(xué)方案設(shè)計(jì)。在使用了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)診斷事故后，可以大大提高設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量，還保障了煤礦生產(chǎn)中的安全?；谏窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的煤礦診斷機(jī)械事故方案優(yōu)化的目的是讓施工中在最少的材料和最低成本的情況下，用最合理的技術(shù)完成要求的工作，最大程度的完成施工中不發(fā)生因機(jī)械故障導(dǎo)致的突水事件，把巷道內(nèi)部的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性能都發(fā)揮出來。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)軟件就是比人工系統(tǒng)多出了智能識(shí)別，自動(dòng)的在系統(tǒng)內(nèi)部生成機(jī)械的最優(yōu)配置。

2.1 非線性的優(yōu)化設(shè)計(jì)法

非線性的優(yōu)化設(shè)計(jì)是當(dāng)今比較主流的設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)是不同的約定的函數(shù)數(shù)值所產(chǎn)生的一種安全設(shè)計(jì)方案。系統(tǒng)在使用中會(huì)自動(dòng)生成約定之外的函數(shù)數(shù)值，這些數(shù)值可以在機(jī)械應(yīng)用中進(jìn)行編程使，對施工運(yùn)行有指揮作用。這種非線性方案可以分為兩種。一種是利用目標(biāo)定位將一次積分和二次積分在相乘的情況下，再次加權(quán)，以得到相應(yīng)的施工設(shè)計(jì)方案。這種方法具體有共軛替代法、變化模式階層法以及多普勒開根號(hào)法。這些在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的安全方案中正是由于穩(wěn)定性能良好，計(jì)算較為簡便，所以使用比較廣泛。另外一種就是假定一個(gè)多元函數(shù)，將函數(shù)在定義域范圍內(nèi)縮減至有效值，把目標(biāo)函數(shù)的第三種類型編程可分析區(qū)域加以利用。這種方法主要存在的問題是在轉(zhuǎn)變編程中多次使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，造成企業(yè)中的系統(tǒng)數(shù)據(jù)沒有完全復(fù)制到程序里面，施工所執(zhí)行的命令和指令都是很片面，具體變現(xiàn)在工作斷斷續(xù)續(xù)，不能系統(tǒng)的完成整個(gè)工程的協(xié)調(diào)指令。

2.2 線性優(yōu)化設(shè)計(jì)法

線性優(yōu)化設(shè)計(jì)法在礦機(jī)故障診斷設(shè)計(jì)中也使用非常多，但是這種設(shè)計(jì)方法會(huì)根據(jù)線性函數(shù)出來數(shù)據(jù)分為直接法和間接法。直接法可以簡單的理解為，就是有復(fù)雜圖形靜態(tài)變現(xiàn)法在突水預(yù)測在運(yùn)轉(zhuǎn)中會(huì)遇到一些人為情況下無法處理的事情，這時(shí)利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)所生成的處理技術(shù)，可以很好的在具體的點(diǎn)位固定目標(biāo)，將安全設(shè)施指引到正確的位置。構(gòu)造中，函數(shù)不斷的迭代，自動(dòng)加載出合適的運(yùn)行模式，在一系列的數(shù)學(xué)計(jì)算后，得出線性解答，最終得到合理的解決方案。

間接法常見的有共軛函數(shù)法、增廣矩陣變化法。它是將礦機(jī)故障診斷的線性優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化成非線性優(yōu)化問題，再通過非線性優(yōu)化方法來求解，或者非線性優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化成線性規(guī)劃問題來處理。加運(yùn)轉(zhuǎn)的指令以坐標(biāo)的形式發(fā)散出去，得到的目標(biāo)函數(shù)在通過重復(fù)的驗(yàn)算，再次得到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中所要求的優(yōu)化方案。

3 計(jì)算機(jī)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在礦機(jī)故障診斷中的不足

以上介紹的是計(jì)算機(jī)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在礦機(jī)故障診斷中一些現(xiàn)在主流的應(yīng)用技術(shù)，這些技術(shù)在設(shè)計(jì)的時(shí)候和使用過程中，考慮并不是那么全面，有時(shí)受到產(chǎn)品質(zhì)量，人為因素，技術(shù)因素等方面的影響，使得技術(shù)都會(huì)存在或多或少的缺點(diǎn)，對于計(jì)算機(jī)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在礦機(jī)故障診斷中的應(yīng)用存在的問題是信號(hào)在傳輸方面的不穩(wěn)定性。這個(gè)問題的存在是煤礦企業(yè)在開挖的過程中信號(hào)是通過傳感線傳輸?shù)接?jì)算機(jī)數(shù)據(jù)終端的，但是由于傳感線的質(zhì)量沒有一個(gè)規(guī)格的保障，使得信號(hào)在每個(gè)頻段在傳輸過程中不能保證有效的傳送、接收，以及煤礦企業(yè)的特殊性，在惡劣環(huán)境下的開挖施工造成對傳感線進(jìn)行無意識(shí)的破壞，使得數(shù)據(jù)的采集不能更加全面不，也或者根本沒有辦法采集到有效數(shù)據(jù)。對于這存在的問題本文又提出了種可行性方案。在原有埋設(shè)傳感線的基礎(chǔ)上，另外再設(shè)置了無線信號(hào)發(fā)射和接收裝置。這一類的信號(hào)發(fā)射器最大的特點(diǎn)就是信號(hào)的穿透能力強(qiáng)、數(shù)據(jù)傳輸量小、抗干擾能力強(qiáng)、感應(yīng)靈敏、易于后期維護(hù)和操作。

4 結(jié)束語

在煤礦企業(yè)安全化進(jìn)程中引入遺傳算法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有著明顯的優(yōu)勢，它在簡化管理，加強(qiáng)安全監(jiān)控等方面具有不可比擬的優(yōu)勢，十分適合我國煤礦企業(yè)的發(fā)展。利用安全設(shè)備的優(yōu)化方能實(shí)現(xiàn)對煤礦突水事件的規(guī)避，使得煤礦行業(yè)能可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]濮良貴.煤礦機(jī)組機(jī)械零件[M].北京高等教育出版社，1982（13）：23-26.

作者簡介：楊丹（1981-），女，江蘇武進(jìn)人，常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，講師，研究方向：計(jì)算機(jī)應(yīng)用。

作者單位：常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇常州 213164