煤礦機(jī)電設(shè)備健康管理系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)

劉建忠

（神木縣隆德礦業(yè)有限責(zé)任公司，陜西 神木 719302）

當(dāng)下煤礦企業(yè)在生產(chǎn)過程中容易出現(xiàn)因機(jī)電設(shè)備故障而導(dǎo)致的安全事故，因此有必要針對煤礦機(jī)電設(shè)備健康管理系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行分析，從而強(qiáng)化機(jī)電設(shè)備健康安全管理，為煤礦企業(yè)安全生產(chǎn)提供有力的保障。

1 煤礦機(jī)電設(shè)備健康管理系統(tǒng)概念及應(yīng)用意義

煤礦機(jī)電設(shè)備健康管理系統(tǒng)簡單來說就是以網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及現(xiàn)代維護(hù)理論為基礎(chǔ)，通過結(jié)合對電子商務(wù)的分布性、在線性、服務(wù)性的利用，借助來自WEB技術(shù)的支持，使得設(shè)備維護(hù)更加的智能化、網(wǎng)絡(luò)化及遠(yuǎn)程化，通過相關(guān)資源的整合維護(hù)優(yōu)化，從而實(shí)現(xiàn)煤礦機(jī)電設(shè)備健康管理的一種智能化服務(wù)管理系統(tǒng)。

煤礦企業(yè)對煤礦機(jī)電設(shè)備健康管理系統(tǒng)應(yīng)用意義一般表現(xiàn)為3個方面：①煤礦企業(yè)平穩(wěn)運(yùn)行的前提條件是能夠進(jìn)行安全的生產(chǎn)，通過對煤礦機(jī)電設(shè)備健康管理系統(tǒng)的應(yīng)用，可以有效提升煤礦機(jī)電設(shè)備健康管理工作的質(zhì)量，從而有效避免了因煤礦機(jī)電設(shè)備故障問題而導(dǎo)致生產(chǎn)安全事故的發(fā)生。②當(dāng)下的很多煤礦企業(yè)在進(jìn)行相關(guān)的機(jī)械化生產(chǎn)時仍是以人員動手操作為主，通過對煤礦機(jī)電設(shè)備健康管理系統(tǒng)的應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)對機(jī)械設(shè)備的維護(hù)與保養(yǎng)，降低機(jī)械設(shè)備發(fā)生故障的概率，從而保證了操作人員的權(quán)益與生命安全。③機(jī)械設(shè)備的正常運(yùn)行與煤礦企業(yè)的生產(chǎn)效益息息相關(guān)，若煤礦機(jī)電設(shè)備缺乏必要的保養(yǎng)與維護(hù)，則會使煤礦機(jī)電設(shè)備的故障發(fā)生率大大增加，從而影響煤礦企業(yè)的生產(chǎn)效率，進(jìn)而對煤礦企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益造成不利的影響，而通過對煤礦機(jī)電設(shè)備健康管理系統(tǒng)的應(yīng)用，可有效避免上述問題的發(fā)生，從而提升煤礦企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

2 煤礦機(jī)電設(shè)備健康管理系統(tǒng)點(diǎn)檢制度

點(diǎn)檢制度作為煤礦機(jī)電設(shè)備健康管理系統(tǒng)關(guān)鍵的技術(shù)之一，可以在對煤礦機(jī)電設(shè)備的健康預(yù)測時提供有力的數(shù)據(jù)信息支持。點(diǎn)檢制度顧名思義，就是在一定的周期內(nèi)，按照一定的標(biāo)準(zhǔn)對煤礦機(jī)電設(shè)備規(guī)定的部位進(jìn)行檢查，從而可以提前發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在的故障隱患，并及時地進(jìn)行維修保養(yǎng)，從而有效保證設(shè)備相應(yīng)功能能夠正常發(fā)揮，這種技術(shù)的應(yīng)用一方面可以降低故障的實(shí)際發(fā)生率，通過定期檢查維護(hù)將設(shè)備的故障隱患扼殺在萌芽之中，另一方面可以降低維修成本，避免設(shè)備處于“欠維修”或“過維修”狀態(tài)下，造成維修資源與成本的浪費(fèi)，其主要的技術(shù)要點(diǎn)如下：

（1）選擇點(diǎn)檢位置。檢測設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)之前，需要結(jié)合設(shè)備的特點(diǎn)，對設(shè)備的位置進(jìn)行科學(xué)合理的選擇，首先在監(jiān)測點(diǎn)位置選擇方面要遵循設(shè)備關(guān)鍵部位及劣化部位的優(yōu)先選擇原則，以對軸承的振動信號檢測為例，需要從軸向、垂直方向、水平方向三個方向?qū)S承進(jìn)行相應(yīng)的測定。值得注意的是，在完成檢點(diǎn)的選擇后，要做好標(biāo)記，從而確保后續(xù)的檢測都在同一個位置。

（2）選擇點(diǎn)檢參數(shù)。針對于大多數(shù)的機(jī)電設(shè)備，在采集的信號方面，主要包括聲音、溫度、振動三方面的數(shù)據(jù)，其中在機(jī)電設(shè)備中重要的點(diǎn)檢參數(shù)是振動數(shù)據(jù)，不同的機(jī)器工作性質(zhì)、結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)速都不相同，需要采用不同的振動物理量來描述不同的機(jī)器，反應(yīng)振動由振幅、頻率、相位組成基本的參數(shù)，其中對于振幅的描述主要由三個物理量來表示，即加速度、速度與位移。此外，在參數(shù)的選擇中，溫度也是重要的組成之一，因此在點(diǎn)檢中還要做好對溫度的測量，測量方式一般分為兩種，一種是接觸式測溫，另一種是非接觸式測溫。

（3）確定點(diǎn)檢周期。依據(jù)相應(yīng)安全性的要求進(jìn)行點(diǎn)檢周期的確定。一般進(jìn)行檢點(diǎn)的主要目的是對機(jī)械設(shè)備通過提前的檢測及時發(fā)現(xiàn)其中存在的潛在故障，并采取相關(guān)措施將故障隱患清除掉，避免故障隱患進(jìn)一步惡化形成功能性的故障，使得機(jī)電設(shè)備的故障發(fā)生率處于可控范圍內(nèi)，從而提升了機(jī)電設(shè)備的健康及安全性。煤礦機(jī)電設(shè)備維修周期用TC進(jìn)行表示，而機(jī)電設(shè)備有潛在故障轉(zhuǎn)化為功能性故障需要的時間用T表示，顯然為了保障機(jī)電設(shè)備的安全性，TC要小于T，即對煤礦機(jī)電設(shè)備的檢修周期要小于煤礦機(jī)電設(shè)備故障轉(zhuǎn)化為功能性故障需要的時間，在實(shí)際檢測的過程中一般取TC為T的四分之一及以上，從而利用多次的維修檢測避免出現(xiàn)漏檢的情況發(fā)生。

在煤礦機(jī)電設(shè)備發(fā)生功能性故障對設(shè)備安全性造成影響時，以pc表示機(jī)電設(shè)備可接受的故障發(fā)生率，p表示一次檢測出煤礦機(jī)電設(shè)備潛在故障隱患率，那么煤礦機(jī)電設(shè)備由混合在故障發(fā)展在為功能故障所需時間T內(nèi)的檢測次數(shù)用n表示為

由（1）推導(dǎo)出：

那么煤礦機(jī)電設(shè)備的檢測周期TC為：

依據(jù)維修成本費(fèi)用最小原則進(jìn)行維修周期的確定。有些煤礦機(jī)械設(shè)備可以遵循最小維修費(fèi)用原則來確定維修檢測周期TC，但這類煤礦機(jī)電設(shè)備需要具備下列條件：一是其設(shè)備零部件的功能故障對煤礦機(jī)電設(shè)備自身的安全不會造成危及損害，二是對煤礦機(jī)電設(shè)備故障性維修所需的費(fèi)用要遠(yuǎn)大于對煤礦機(jī)電設(shè)備預(yù)防性維修所需的費(fèi)用，并且煤礦機(jī)電設(shè)備的潛在故障能夠在維修檢測的過程中被發(fā)現(xiàn)。

若煤礦機(jī)電設(shè)備在進(jìn)行周期性檢測的過程中對煤礦機(jī)電設(shè)備存在的潛在故障能夠及時發(fā)現(xiàn)，并且發(fā)現(xiàn)的故障也能夠通過一系列措施及時被消除，那么就可以斷定，在一定單位時間內(nèi)，檢測的次數(shù)越多，煤礦機(jī)電設(shè)備出現(xiàn)功能性故障的概率越小，用檢測次數(shù)n來表示煤礦機(jī)電設(shè)備的故障概率為

其中k為比例系統(tǒng)，表示在單位時間內(nèi)進(jìn)行一次檢測時的故障概率，那么檢測周期T可以用下列公式表示：

可以假設(shè)用Cf表示煤礦機(jī)電設(shè)備事后維修的平均維修費(fèi)用成本，用Cc表示平均檢測費(fèi)用成本，那么煤礦機(jī)電設(shè)備在一個周期內(nèi)的檢測維修總費(fèi)用為：

令dCn/dn=0可以得出：

在具體選取點(diǎn)檢測方法時，對于較為一般的、普通的煤礦機(jī)電設(shè)備或相關(guān)機(jī)械系統(tǒng)用“依據(jù)維修成本費(fèi)用最小原則進(jìn)行維修周期的確定”方法來進(jìn)行相應(yīng)的維護(hù)檢測。而對于很關(guān)鍵的煤礦機(jī)電設(shè)備或相關(guān)機(jī)械系統(tǒng)則采用“依據(jù)相應(yīng)安全性的要求進(jìn)行點(diǎn)檢周期的確定”方法來進(jìn)行相應(yīng)的維護(hù)檢測。

3 對點(diǎn)檢數(shù)據(jù)的趨勢預(yù)測

最小二乘支持向量機(jī)。1995年Cortes等提出了一種機(jī)器算法，即支持向量機(jī)（support vector machine,SVM），其算法的基礎(chǔ)是統(tǒng)計(jì)學(xué)理論，很好地解決了小樣本、高位模式識別等實(shí)際的問題，使得學(xué)習(xí)方法的推廣能力得以大大提升，已逐漸成為當(dāng)下機(jī)器學(xué)習(xí)領(lǐng)域新熱點(diǎn)，在分類、函數(shù)逼近與時間預(yù)測方面得到了成功的應(yīng)用。這一方法最大的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)較為簡單，使規(guī)模較大的問題能在較短的時間內(nèi)得到妥善解決。

建立預(yù)測模型。可以采用煤礦機(jī)電設(shè)備在檢點(diǎn)過程中得到的數(shù)據(jù)序列預(yù)測其未來的走勢，從而驗(yàn)證最小二乘支持向量機(jī)方法的實(shí)效性?？梢砸源罅旱V921膠帶輸送機(jī)高速軸非驅(qū)動端溫度作為點(diǎn)檢參數(shù)進(jìn)行研究，并實(shí)現(xiàn)預(yù)測模型的建立。采用預(yù)處理方法提升模型預(yù)測精度，為避免數(shù)據(jù)范圍大的屬性控制數(shù)據(jù)范圍小的屬性，可對數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理。最后通過相應(yīng)的比較可以發(fā)現(xiàn)，預(yù)測值與真實(shí)值之間誤差較小，具有比較相近的走勢趨勢。

4 結(jié)語

綜上所述，通過對煤礦機(jī)電設(shè)備健康管理系統(tǒng)的關(guān)鍵要點(diǎn)進(jìn)行分析，對進(jìn)一步促進(jìn)煤礦安全生產(chǎn)具有重大的意義。煤礦機(jī)電設(shè)備健康管理系統(tǒng)的誕生，有力提升了機(jī)電設(shè)備維護(hù)力度，降低了維護(hù)成本，為煤礦企業(yè)安全生產(chǎn)管理奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

［1］向德林.煤礦機(jī)電設(shè)備健康管理系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的研究［J］.科技視界，2015，（3）：305.

［2］張平.試論煤礦機(jī)電設(shè)備的健康管理系統(tǒng)［J］.時代報告：學(xué)術(shù)版，2015，（12）：224.