遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)的現(xiàn)狀及發(fā)展方向

張 翔

(運(yùn)城學(xué)院物理與電子工程系，山西運(yùn)城044000)

1.引言

進(jìn)入二十一世紀(jì)后，大型化、連續(xù)化、自動(dòng)化成為現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，生產(chǎn)規(guī)模、設(shè)備功能、性能指標(biāo)均朝著更高的方向發(fā)展，機(jī)器的構(gòu)成越發(fā)復(fù)雜，需要技術(shù)水平更高的管理和維修人員?，F(xiàn)代工業(yè)在提高生產(chǎn)率，降低成本的同時(shí)節(jié)約了能源;但同時(shí)也帶來(lái)一個(gè)嚴(yán)重的問(wèn)題，若機(jī)器出現(xiàn)工作異常，將會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。故保證機(jī)器運(yùn)行的可靠性對(duì)現(xiàn)代化工業(yè)有著至關(guān)重要的作用。為了避免因機(jī)器異常運(yùn)轉(zhuǎn)造成的經(jīng)濟(jì)損失，我們要加強(qiáng)日常維護(hù)，對(duì)機(jī)器進(jìn)行在線(xiàn)監(jiān)測(cè)，盡早發(fā)現(xiàn)機(jī)器異常狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)故障的早期預(yù)防與診斷。［1］

2.故障診斷的發(fā)展歷程

故障診斷就是運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)來(lái)綜合處理系統(tǒng)中被診斷對(duì)象的運(yùn)行狀態(tài)與相關(guān)信息，并在此基礎(chǔ)上評(píng)估和診斷系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)與故障的過(guò)程。也可以理解為，通過(guò)深入分析系統(tǒng)中不可測(cè)量信息與可測(cè)量信息來(lái)檢查整個(gè)系統(tǒng)是否處于正常運(yùn)作狀態(tài)，如果系統(tǒng)存在故障，就必須立即鎖定故障發(fā)生的部位，了解故障的嚴(yán)重性以及造成故障的原因，并及時(shí)評(píng)估該故障對(duì)系統(tǒng)的危害性，然后有選擇性、針對(duì)性的選擇相應(yīng)的措施來(lái)修復(fù)這一故障?？偠灾?，故障診斷的任務(wù)就是檢測(cè)或預(yù)測(cè)系統(tǒng)的故障，并在此基礎(chǔ)上采取相應(yīng)的措施修復(fù)故障，以確保系統(tǒng)的正常運(yùn)行。故障診斷工作的主要內(nèi)容有:分析故障原因、檢測(cè)系統(tǒng)狀態(tài)、預(yù)測(cè)故障惡劣化趨勢(shì)等，其目的就是隔離與檢測(cè)系統(tǒng)的故障，以了解系統(tǒng)故障大小，以及其對(duì)系統(tǒng)造成的危害。［2］對(duì)于系統(tǒng)而言，其首要任務(wù)就是在故障發(fā)生時(shí)能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)，向系統(tǒng)發(fā)出警報(bào)，同時(shí)針對(duì)故障類(lèi)型采取對(duì)應(yīng)的修復(fù)措施。故障診斷由三個(gè)部分構(gòu)成，分別是:故障檢測(cè)、故障分離、故障辨識(shí):

故障檢測(cè):根據(jù)監(jiān)測(cè)得到的變量異?；蚱渌到y(tǒng)異常表現(xiàn)，判斷系統(tǒng)是否處于異常狀態(tài)，并且記錄異常發(fā)生的時(shí)間。

故障分離:在確定系統(tǒng)處于非正常狀態(tài)后，判斷確定故障源的具體位置，并確定故障的具體原因。

故障辨識(shí):分離出故障以后，判斷系統(tǒng)故障的嚴(yán)重程度和發(fā)生具體時(shí)間、對(duì)故障產(chǎn)生造成的后果進(jìn)行評(píng)估。

下圖1所示即當(dāng)前最常見(jiàn)的故障診斷方法的類(lèi)型。故障診斷技術(shù)經(jīng)歷了以下幾個(gè)發(fā)展階段:

圖1 故障診斷方法分類(lèi)

(1)離線(xiàn)人工檢測(cè)

這種設(shè)備故障診斷方式主要由經(jīng)驗(yàn)豐富的專(zhuān)業(yè)檢修人員來(lái)完成，他們利用檢測(cè)工具對(duì)設(shè)備進(jìn)行常規(guī)檢查，根據(jù)個(gè)人經(jīng)驗(yàn)來(lái)分析設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，查找問(wèn)題所在。這種檢測(cè)方式的適用范圍有限，只能做一些簡(jiǎn)單判斷。應(yīng)用此類(lèi)方式，設(shè)備故障診斷結(jié)果很大程度上取決于檢測(cè)人員個(gè)人經(jīng)驗(yàn)和工作態(tài)度。

(2)單機(jī)集中在線(xiàn)檢測(cè)

在這種診斷模式中，計(jì)算機(jī)是主要操作平臺(tái)，并建立相應(yīng)的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、故障診斷系統(tǒng)、信息處理系統(tǒng)，通過(guò)計(jì)算機(jī)中心平臺(tái)來(lái)接收設(shè)備監(jiān)測(cè)全部信息，并進(jìn)行分析處理，得出診斷結(jié)果。這種設(shè)備檢測(cè)診斷技術(shù)僅僅是在系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行信息傳播、處理，所以是比較封閉的。［3］

(3)局域網(wǎng)分布檢測(cè)診斷系統(tǒng)

在該診斷模式中，各個(gè)區(qū)域都設(shè)有特定系統(tǒng)，通過(guò)局域網(wǎng)把本地計(jì)算機(jī)連接起來(lái)，充分發(fā)揮各系統(tǒng)功能，協(xié)調(diào)各平臺(tái)操作，實(shí)現(xiàn)資源共享，有利于提高檢測(cè)效率，保證診斷結(jié)果準(zhǔn)確。局域網(wǎng)分布檢測(cè)診斷系統(tǒng)信息處理主要在內(nèi)部進(jìn)行，但其具有較好的開(kāi)放性。該系統(tǒng)配備的設(shè)施主要包括企業(yè)主干網(wǎng)、分支城域網(wǎng)、信息高速公路、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)儀表、通訊設(shè)備、現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)集散系統(tǒng)等。

(4)因特網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)

該系統(tǒng)將網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)應(yīng)用于設(shè)備故障診斷，通過(guò)設(shè)備上的監(jiān)測(cè)點(diǎn)來(lái)收集設(shè)備運(yùn)行實(shí)時(shí)狀態(tài)信息，由相關(guān)設(shè)備廠(chǎng)商和科研機(jī)構(gòu)建立故障診斷遠(yuǎn)程服務(wù)平臺(tái)，了解用戶(hù)設(shè)備使用情況，提供相應(yīng)技術(shù)支持。一旦用戶(hù)設(shè)備運(yùn)行異常，用戶(hù)可以向遠(yuǎn)程服務(wù)平臺(tái)反映情況，然后由相關(guān)技術(shù)人員在線(xiàn)進(jìn)行設(shè)備故障診斷，采取相應(yīng)解決辦法。

設(shè)備故障遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)通過(guò)現(xiàn)代通訊技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)來(lái)進(jìn)行故障診斷，涉及到不同技術(shù)學(xué)科領(lǐng)域。最近幾年，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有了很大發(fā)展，像TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議技術(shù)、文件傳輸協(xié)議技術(shù)、電子郵件服務(wù)、Web技術(shù)、遠(yuǎn)程會(huì)議系統(tǒng)等現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)已經(jīng)越來(lái)越多應(yīng)用于故障診斷，提供了強(qiáng)大技術(shù)支持。我們看到，故障遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)把傳統(tǒng)故障診斷技術(shù)和現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有機(jī)結(jié)合起來(lái)，形成一種新的故障診斷技術(shù)。

3.遠(yuǎn)程診斷在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀

隨著科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)，工業(yè)技術(shù)也在不斷進(jìn)步，設(shè)備故障診斷逐漸引起人們的重視。歐洲主要根據(jù)設(shè)備綜合工程學(xué)來(lái)進(jìn)行設(shè)備故障診斷;而美國(guó)采用的是后勤學(xué)理論;日本則融合了歐美故障診斷優(yōu)點(diǎn)，采取全面檢修診斷方式。為消除設(shè)備故障帶來(lái)的重大安全隱患，在1967年，美國(guó)設(shè)立了設(shè)備故障預(yù)防小組，專(zhuān)門(mén)負(fù)責(zé)研究設(shè)備故障診斷技術(shù)。

機(jī)械設(shè)備要想保持正常運(yùn)行，故障診斷起到十分關(guān)鍵的作用。目前世界各國(guó)對(duì)于故障診斷技術(shù)都很重視，在相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域投入了大量的資金支持，而在故障診斷方面，每個(gè)國(guó)家都有自己的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。像英國(guó)故障診斷技術(shù)優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在機(jī)械磨損、飛機(jī)發(fā)電機(jī)、汽車(chē)發(fā)電機(jī)方面;日本的技術(shù)優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在鐵路交通、化工、鋼鐵等方面;而美國(guó)技術(shù)優(yōu)勢(shì)集中在一些尖端產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，包括航天、核能、軍事等。和國(guó)外相比，我國(guó)故障診斷技術(shù)發(fā)展時(shí)間較短，直到上世紀(jì)八十年代晚期才正式興起。從目前來(lái)看，我國(guó)故障診斷技術(shù)已經(jīng)很好應(yīng)用于電力、化工、冶金等行業(yè)領(lǐng)域。另外，我國(guó)故障診斷技術(shù)在核反應(yīng)堆、航天設(shè)施、礦山設(shè)備、飛機(jī)自動(dòng)駕駛、汽車(chē)發(fā)電機(jī)等方面也得到了初步應(yīng)用。［4］

在1997年年初，美國(guó)斯坦福大學(xué)和麻省理工學(xué)院共同合作舉辦了第一屆工業(yè)故障遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)診斷研討會(huì)，共有來(lái)自三十多家企業(yè)、科研機(jī)構(gòu)的50多名代表參加。這次會(huì)議主要討論內(nèi)容是網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議技術(shù)、建立遠(yuǎn)程診斷開(kāi)放系統(tǒng)、用戶(hù)合法權(quán)限，并且分析了今后故障診斷技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。在會(huì)議上，斯坦福大學(xué)決定聯(lián)合麻省理工學(xué)院共同開(kāi)發(fā)新型故障遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)診斷系統(tǒng)，很多計(jì)算機(jī)行業(yè)巨頭紛紛加入該研發(fā)項(xiàng)目，包括惠普、英特爾、SUN等，并建立了服務(wù)于各合作方的Testbed遠(yuǎn)程診斷技術(shù)示范系統(tǒng)。該系統(tǒng)運(yùn)用了Web嵌入技術(shù)，通過(guò)Java和Braves janNet進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷，實(shí)現(xiàn)信息資源共享。另外，很多國(guó)際組織也開(kāi)展了設(shè)備故障網(wǎng)絡(luò)在線(xiàn)咨詢(xún)?cè)\斷服務(wù)，有效規(guī)范網(wǎng)絡(luò)信息傳輸。一些國(guó)際知名企業(yè)也把網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用于產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中，像西門(mén)子公司就研發(fā)推出了電話(huà)遠(yuǎn)程診斷產(chǎn)品服務(wù)。［5］

現(xiàn)階段，我國(guó)遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)診斷技術(shù)研發(fā)才剛剛起步，主要針對(duì)客戶(hù)端軟件平臺(tái)開(kāi)發(fā)、硬件端口、系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工具等方面。具體來(lái)說(shuō)，包括以下幾點(diǎn):①跨地域遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)互動(dòng)合作平臺(tái)建設(shè);②基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的系統(tǒng)設(shè)備故障軟件開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)軟件、數(shù)據(jù)共享;③客戶(hù)端軟件平臺(tái)開(kāi)發(fā)，服務(wù)器維護(hù)建設(shè);④地理信息診斷技術(shù)開(kāi)發(fā)。目前，西安交通大學(xué)、上海交通大學(xué)、清華大學(xué)、浙江大學(xué)和華中科技大學(xué)等國(guó)內(nèi)重點(diǎn)高校都已經(jīng)開(kāi)始從事工業(yè)領(lǐng)域方面的遠(yuǎn)程故障診斷研究工作。同時(shí)，一些國(guó)外知名企業(yè)像EN-TEK、BENTLY等開(kāi)始向中國(guó)市場(chǎng)推出最新研發(fā)的設(shè)備故障遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)檢測(cè)產(chǎn)品，這有利于推動(dòng)我國(guó)遠(yuǎn)程故障診斷技術(shù)更好發(fā)展。［6］

4.遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)現(xiàn)存問(wèn)題及發(fā)展方向

目前，市場(chǎng)上的故障診斷系統(tǒng)大多是現(xiàn)場(chǎng)分布式的，因?yàn)樵撓到y(tǒng)比較封閉，所以其安全性更高，但很容易受到人為因素、地域環(huán)境、技術(shù)條件限制，不能為用戶(hù)提供實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)診斷服務(wù)。因此，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)被越來(lái)越多應(yīng)用于故障診斷，建立開(kāi)放的遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)，這也是今后故障診斷技術(shù)主要發(fā)展趨勢(shì)。

設(shè)備故障診斷依賴(lài)于設(shè)備故障信息，我們只有根據(jù)信息反饋情況，才能采取相應(yīng)解決辦法，有效排除故障。實(shí)際上，故障診斷也是一種信息交換過(guò)程，所以，信息傳播渠道、信息處理平臺(tái)就顯得十分重要。隨著信息技術(shù)行業(yè)的不斷發(fā)展，現(xiàn)在互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)成為信息傳播的主要平臺(tái)，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)開(kāi)始應(yīng)用于設(shè)備故障診斷中。設(shè)備生產(chǎn)廠(chǎng)家可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)來(lái)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)診斷用戶(hù)設(shè)備，有利于降低成本，提高故障診斷效率，實(shí)現(xiàn)互利共贏(yíng)。

得益于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅速發(fā)展，基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的遠(yuǎn)程診斷技術(shù)也從實(shí)驗(yàn)室走向了市場(chǎng)。應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的故障診斷系統(tǒng)的發(fā)展應(yīng)具有以下特點(diǎn):

(1)故障診斷技術(shù)人員、用戶(hù)、廠(chǎng)商組成了關(guān)于故障診斷的聯(lián)盟，有利于相互之間的技術(shù)交流與合作。

(2)縮短設(shè)備維修時(shí)間，減少成本消耗，有利于提高廠(chǎng)家產(chǎn)品服務(wù)質(zhì)量。

(3)通過(guò)診斷信息數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)收集各種設(shè)備故障信息，從而更好分析解決設(shè)備故障問(wèn)題。

(4)設(shè)備生產(chǎn)廠(chǎng)商能夠隨時(shí)查詢(xún)機(jī)器的故障相關(guān)信息，為進(jìn)一步提高生產(chǎn)技術(shù)水平打好基礎(chǔ)，增強(qiáng)設(shè)備性能。

但是現(xiàn)階段，我國(guó)企業(yè)很少推出遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)診斷產(chǎn)品，而且在市場(chǎng)上并沒(méi)有獲得預(yù)期效益，究其原因主要包括以下方面:

(1)安全因素 雖然遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)診斷系統(tǒng)可以提供故障遠(yuǎn)程診斷服務(wù)，技術(shù)優(yōu)勢(shì)十分明顯，但其網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是對(duì)外開(kāi)放的，協(xié)議分析器很容易被人拿到市場(chǎng)上公開(kāi)銷(xiāo)售。而且計(jì)算機(jī)連接網(wǎng)絡(luò)后，可能會(huì)受到網(wǎng)絡(luò)病毒攻擊，從而造成系統(tǒng)癱瘓、數(shù)據(jù)丟失，競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手可能會(huì)利用網(wǎng)絡(luò)漏洞來(lái)竊取商業(yè)機(jī)密，給企業(yè)帶來(lái)很大損失。

(2)企業(yè)實(shí)際技術(shù)能力不符合現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)要求故障監(jiān)測(cè)診斷技術(shù)涉及到很多不同技術(shù)領(lǐng)域，包括計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、微電子技術(shù)、人工智能、傳感器技術(shù)等，十分復(fù)雜。因此，該系統(tǒng)操作人員必須是高素質(zhì)的專(zhuān)業(yè)技術(shù)人才，掌握現(xiàn)代高新技術(shù)。而對(duì)于企業(yè)來(lái)說(shuō)，要找到這樣的人才十分困難，培訓(xùn)成本也很大，所以不愿意采用這種先進(jìn)系統(tǒng)技術(shù)。

綜上所述，想要實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)在企業(yè)廣泛普及應(yīng)用必須在網(wǎng)絡(luò)安全方面有進(jìn)一步的提高，保證系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，并且不斷提高系統(tǒng)的自動(dòng)化程度，降低對(duì)于操作人員的要求，減少企業(yè)使用過(guò)程的困難。

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