機械故障智能診斷的研究

孫建民徐冰晶（.長春寶鋼鋼材貿(mào)易有限公司，吉林 長春 3003；.富奧汽車零部件股份有限公司，吉林 長春 3003）

機械故障智能診斷的研究

孫建民1徐冰晶2
（1.長春寶鋼鋼材貿(mào)易有限公司，吉林 長春 130013；2.富奧汽車零部件股份有限公司，吉林 長春 130013）

摘 要：本研究概述了機械故障，說明了智能故障診斷設(shè)計及實現(xiàn)等內(nèi)容。關(guān)鍵詞：計算智能；機械故障；診斷

隨著工業(yè)生產(chǎn)與科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代機械設(shè)備發(fā)展的一個明顯趨勢是向大型化、高速化、連續(xù)化和自動化方向發(fā)展，結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，自動化水平亦相應(yīng)提高，生產(chǎn)效率也越來越高。但設(shè)備故障會影響整個系統(tǒng)的運行，設(shè)備故障造成一定的后果。智能診斷在機械故障診斷中發(fā)揮著重要作用，智能診斷技術(shù)的意義重大，它可以在一定程度上降低機械故障造成的經(jīng)濟損失，同時還可以降低重大事故的發(fā)生率，提高社會安全生產(chǎn)效率。

1　機械故障概述

1.1 故障概念及故障機理

機械故障是機械運轉(zhuǎn)過程中常見的問題，故障的確切定義為設(shè)備在運行中，由于某種因素而導(dǎo)致規(guī)定功能喪失的現(xiàn)象。故障實際包含兩層含義，其一是當(dāng)機械系統(tǒng)的工作條件不正常而產(chǎn)生的機械系統(tǒng)功能偏離正常狀態(tài)，但這種功能偏離可通過調(diào)整參數(shù)或者修復(fù)零部件而恢復(fù)，這通常稱之為故障；其二是系統(tǒng)連續(xù)偏離正常功能，而且偏離程度在不斷加劇，機械功能得不到保證，這種狀態(tài)被稱之為失效。機械故障按性質(zhì)和形成原因可分為人為故障和自然故障；按故障發(fā)生的時間歷程可分為突發(fā)性故障和漸進(jìn)性故障；按故障的維持時間可分為間斷性故障和持續(xù)性故障。

機械故障機理其實就是揭示機械故障形成原因和發(fā)展規(guī)律的，機械故障的發(fā)生和發(fā)展不僅受到內(nèi)部設(shè)備元件的作用，而且受到外部環(huán)境的影響，所以將機械故障的發(fā)生與發(fā)展歸結(jié)為內(nèi)在因素和外部條件共同作用的結(jié)果。機械故障的內(nèi)在因素主要磨損、疲勞斷裂、腐蝕和氣蝕等，而常見的磨損有磨料磨損、粘著磨損、疲勞磨損、微動磨損以及腐蝕磨損；常見的腐蝕有化學(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕及應(yīng)力腐蝕；外部條件主要包含氣候狀況、生物介質(zhì)的作用、操作人員狀況、載荷狀況以及維護(hù)和管理水平。

1.2 故障診斷及智能故障診斷

故障診斷是指在一定工作環(huán)境中查明導(dǎo)致系統(tǒng)某種功能失調(diào)的原因或性質(zhì)，判斷劣化狀態(tài)發(fā)生的具體部位或部件，以及預(yù)測狀態(tài)劣化的發(fā)展趨勢等。其意義在于通過各種監(jiān)測手段，判斷機械設(shè)備的運行狀態(tài)是否正常；假如機械設(shè)備出現(xiàn)異常，則通過分析，判斷故障原因，這樣可以及時地維修；或者在故障尚未發(fā)生之前，預(yù)報可能發(fā)生的故障，以便提前采取措施，避免發(fā)生重大安全事故。

智能診斷是通過模擬人腦的機能來處理各類模糊信息，這樣可以有效地獲取、傳遞、處理、再生和利用故障信息，從而成功地識別和預(yù)測診斷對象的狀態(tài)，最后系統(tǒng)再根據(jù)診斷的誤差自動修正，并具備自動獲取知識的能力。智能診斷技術(shù)的核心是人工智能，它是計算機技術(shù)和故障診斷技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物。智能診斷技術(shù)的主要特點體現(xiàn)在以下幾個方面：第一，智能診斷是一個開放的系統(tǒng)，系統(tǒng)的能力在使用的過程中和同環(huán)境進(jìn)行信息交互的過程中不斷提升；第二，智能診斷系統(tǒng)是由計算機硬件和軟件共同組成，該系統(tǒng)擁有確定的運算程序，同時還可以診斷需要搜索和利用專家知識和經(jīng)驗實現(xiàn)故障診斷；第三，智能診斷系統(tǒng)是一個人工智能系統(tǒng)，它功能的實現(xiàn)依靠機械的硬件和軟件設(shè)備，該系統(tǒng)可以實現(xiàn)多故障、多過程、突發(fā)性故障的快速診斷。

2　智能故障診斷設(shè)計及實現(xiàn)

2.1 智能診斷設(shè)計

為了保證機械設(shè)備的正常和高效運轉(zhuǎn)，創(chuàng)造更大的經(jīng)濟效益和避免發(fā)生嚴(yán)重的安全事故，智能診斷系統(tǒng)順勢而生，并在機械設(shè)備故障診斷和維護(hù)中得到了廣泛地應(yīng)用。智能故障診斷系統(tǒng)是一個主要針對旋轉(zhuǎn)機械故障診斷的一個功能強大的故障診斷系統(tǒng)，為了保證智能診斷系統(tǒng)更好地發(fā)揮其功能，就應(yīng)該注重該系統(tǒng)的整體設(shè)計。在系統(tǒng)設(shè)計時為建筑結(jié)構(gòu)故障診斷建立了一個接口，這對日后系統(tǒng)功能擴充非常有利。智能診斷系統(tǒng)設(shè)計要采用可持續(xù)性發(fā)展的理念，智能診斷系統(tǒng)中包含了多個子系統(tǒng)，其中包含了針對轉(zhuǎn)子及電動機而建立的獨立診斷系統(tǒng)，這些模塊之間具有一定的獨立性，可以進(jìn)行獨立的診斷。然而，診斷子系統(tǒng)也可以進(jìn)行集成，比如說轉(zhuǎn)子診斷模塊，子系統(tǒng)集成后可以得到更加準(zhǔn)確的診斷結(jié)果。系統(tǒng)設(shè)計過程中，還要注重知識庫管理系統(tǒng)的設(shè)計，該系統(tǒng)具有重要的作用，它使得整個系統(tǒng)在使用的過程當(dāng)中不斷的得到改進(jìn)與完善。

整個智能診斷系統(tǒng)的設(shè)計工具是Visual Basic 6.0，它擁有良好的人機對話環(huán)境和動態(tài)圖界面。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障診斷模塊采用了Matlba工具箱進(jìn)行識別和計算，通過識別和計算可以準(zhǔn)確的得出診斷所需的各個節(jié)點值，只有這樣才能進(jìn)一步進(jìn)行旋轉(zhuǎn)機械轉(zhuǎn)子故障診斷。智能診斷系統(tǒng)設(shè)計將整個系統(tǒng)分為了幾個子模塊，包括電動機的故障模塊、旋轉(zhuǎn)機械類故障診斷模塊、往復(fù)機械故障診斷模以及軸承等的故障診斷模塊。

2.2 故障診斷的實現(xiàn)

機械故障診斷的方法有很多，在故障診斷過程中要根據(jù)診斷時間、診斷地點、診斷對象、診斷人員及診斷設(shè)備選擇合適的診斷方法。常見的故障診斷方法有離線人工分析診斷和在線計算機輔助診斷，這是根據(jù)診斷環(huán)境劃分的；根據(jù)設(shè)備狀態(tài)信號的物理特征可以將故障診斷分為振動診斷、聲學(xué)診斷、溫度診斷、污染物診斷、光學(xué)診斷、強度診斷以及壓力診斷等；按診斷的原理可以將診斷方法分為統(tǒng)計識別法、時域分析法、模式識別法等。這些診斷方法都是實現(xiàn)機械故障診斷的重要保障。

人工智能和計算智能診斷是兩個具有代表性的故障診斷系統(tǒng)，人工智能系統(tǒng)是一種基于符號計算的故障診斷專家系統(tǒng)，這個系統(tǒng)中知識是按照一定的規(guī)則用特定的描述符號加以表示、存儲和處理。在知識獲取過程中，對事件型知識或從領(lǐng)域?qū)＜耀@取的功能型知識加以描述；計算智能診斷系統(tǒng)是一種基于數(shù)值計算的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障診斷系統(tǒng)。在故障診斷中，該系統(tǒng)通過診斷推理實現(xiàn)故障診斷，而診斷推理被理解為根據(jù)特定的映射關(guān)系，由故障征兆域到故障原因域的計算過程，對于復(fù)雜的機械系統(tǒng)來說，這種映射關(guān)系并不是簡單的線性關(guān)系，最終通過技術(shù)征兆數(shù)據(jù)輸出故障原因?？傊瑱C械故障診斷的實現(xiàn)不僅要依靠科學(xué)的診斷方法，同時還需要根據(jù)實際診斷情況選擇適合的診斷方法，只有這樣才能得到最準(zhǔn)確的診斷結(jié)果。

結(jié)語

總而言之，機械設(shè)備在社會生產(chǎn)中的作用是巨大的，只是機械故障對其作用的發(fā)揮產(chǎn)生了很大的限制，并且還帶來了一定的安全隱患。因此，要從根本上重視機械故障診斷，雖然智能診斷在機械故障診斷中發(fā)揮了很大的作用，但是還有進(jìn)一步加強對智能診斷的研究，爭取研究出能發(fā)揮更有效診斷作用的診斷系統(tǒng)和方法，為提高社會安全生產(chǎn)效率做出貢獻(xiàn)。

中圖分類號：TH17

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A