堆垛機故障分析與健康狀態(tài)監(jiān)測研究

張 帥,劉 軍,劉 歡

（北京物資學院信息學院,北京 101149）

0 引言

自動化立體倉庫在現(xiàn)代倉儲行業(yè)中發(fā)揮著重要的作用，而堆垛機作為整個自動化立體倉庫的核心設備，運行狀態(tài)、故障類型以及使用壽命，對于倉儲作業(yè)正常運轉具有重要的影響。因此對堆垛機健康狀態(tài)進行監(jiān)測，實施科學的檢修與維護，既可以預防事故的發(fā)生，也可避免不必要的經濟損失。就目前情況來看，評判堆垛機健康狀態(tài)的好壞，不能只依據(jù)其出現(xiàn)的故障情況來判斷，還包括使用壽命、故障維修后的狀態(tài)等影響因素。隨著物流業(yè)的快速發(fā)展，物流作業(yè)對堆垛機的狀態(tài)監(jiān)測也提出了更高的要求，即，能全面監(jiān)測堆垛機的健康狀態(tài)，不斷增加管理人員對堆垛機工作狀況的了解，能根據(jù)堆垛機的健康狀態(tài)進行有目標的檢修與維護，可為企業(yè)領導做出正確決策提供準確的依據(jù)等。

1 堆垛機故障診斷

1.1 堆垛機故障分析

在立體化倉庫中巷道堆垛機一般分為2種：單立柱和雙立柱。包含的3大機械機構是：運行機構，主要是指沿軌道水平運動的機構,主要涉及到制動器制動力矩的調整；起升機構，主要指在垂直方向上升或者下降的運動機構；貨叉伸縮機構，主要是對貨物的存和取。故障形式主要有機械故障、噪聲故障、電氣故障和運行故障。機械故障，如載貨臺升降導向機構故障，運行機構的導向裝置故障；貨叉伸縮軸承故障等。噪聲故障中主要是行走輪與輪軌的摩擦；起升機構中的鋼軌、天軌與貨架直接的撞擊；上橫梁處的導向輪與天軌之間撞擊等。電氣故障主要是電路板和控制系統(tǒng)故障。運行故障主要是跑偏和啃軌問題，堆垛機導向輪故障容易造成脫軌，主要是松動和脫落所致；載貨臺導向輪容易造成載貨臺傾斜，甚至造成貨物滑落。貨叉軸承故障，主要是載荷較大，造成軸承磨損、疲勞和膠合等。巷道式堆垛機提升機構故障，主要是鏈條和軸承故障。

1.2 堆垛機故障診斷技術

從堆垛機所產生的故障分析可知，通過監(jiān)測振動數(shù)據(jù)、運行速度數(shù)據(jù)及產生的噪聲數(shù)據(jù)，來分析發(fā)生的故障原因與程度?？梢岳谜駝觽鞲衅?、速度傳感器、噪聲傳感器等來實現(xiàn)。在堆垛機故障診斷方面，通過采集傳感器所獲取的數(shù)據(jù)來分析堆垛機的故障，從而達到故障診斷的目的。

（1）首先在堆垛機故障診斷方法中最常用的是故障樹診斷方法。其次是針對因缺乏數(shù)據(jù)無法準確獲得堆垛機系統(tǒng)和部件的失效概率，而提出了模糊集理論和主觀貝葉斯方法等。就目前物流倉儲行業(yè)的發(fā)展來看，堆垛機故障診斷技術已經日漸成熟，但堆垛機故障診斷只關注了堆垛機的故障問題，而對整體健康狀態(tài)未加考慮，所以應從堆垛機的運行時間、歷史故障數(shù)據(jù)、歷史維修數(shù)據(jù)、環(huán)境影響因素等進行綜合判斷與考量。

（2）為了保持堆垛機性能和早期發(fā)現(xiàn)異常狀態(tài)，應在點檢標準中規(guī)定點檢項目、順序、方法、周期及校驗標準等，點檢結果都要逐一記錄在點檢卡上，并作為編制狀態(tài)維修計劃和修理作業(yè)的依據(jù)。在實際工作中，對每臺堆垛機的點檢標準都要進行細化，點檢卡分為上、下兩部分，上部分為點檢項目、項目代號、項目內容、點檢方法，使操作工能夠清楚的了解點檢的部位和要求。下部分是由設備代號、日期等內容構成的點檢表。

2 設備健康狀態(tài)監(jiān)測研究現(xiàn)狀

2.1 研究現(xiàn)狀

隨著科學技術的不斷發(fā)展，機電設備也趨向于數(shù)字化、自動化、智能化和柔性化，先進的機電設備能大大提高勞動生產率，減輕勞動強度，改善生產環(huán)境，完成人力無法完成的工作。因此，機電設備也成為提高生產效率，擴大生產規(guī)模等必不可少的手段。在實際生產過程中，設備使用時間越長，其性能越弱，越容易發(fā)生故障。如果不能及時維護和保養(yǎng)，就可能導致其無法正常運行，使企業(yè)生產受阻，甚至造成重大經濟損失。所以，設備狀態(tài)評估體系的指標選取，需是最能反映設備狀態(tài)優(yōu)劣的典型參數(shù)，并保證每個指標的可測性、完備性、獨立性、客觀性、靈敏性及一致性。對不同的設備來說，要選取不同的指標參量來評價其健康狀態(tài)，如振動指標在設備健康狀態(tài)監(jiān)測中往往起到重要的評價作用，其次是故障類型數(shù)據(jù)的收集，設備使用壽命，所處的運行環(huán)境等參數(shù)。目的是確保設備的健康狀況，能夠始終處于科學的監(jiān)控狀態(tài)之下。

2.2 機電設備健康狀態(tài)監(jiān)測技術

（1）在設備健康狀態(tài)研究領域，大部分都是通過選取評價設備健康狀態(tài)的指標參數(shù)來分析其健康狀態(tài)的，而監(jiān)測這些指標參數(shù)的技術也就成為了人們研究的重點。隨著傳感器和計算機技術的快速發(fā)展，在為機電設備健康狀態(tài)監(jiān)測研究提供更加高效的技術手段同時，也為數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)分析、故障處理等提供了便捷、可靠的處置方式。某企業(yè)的機電設備健康狀態(tài)監(jiān)測流程見圖1。

圖1 機電設備健康狀態(tài)監(jiān)測流程

（2）2種判斷設備健康狀態(tài)的方法：通過聲音信號的分析處理；應用傳感器技術監(jiān)測振動數(shù)據(jù)并通過神經網絡分析數(shù)據(jù)。通過功率監(jiān)測儀器監(jiān)測設備的功率，利用振動監(jiān)測技術來獲取判斷設備健康狀態(tài)的指標數(shù)據(jù)，最后通過專家系統(tǒng)和神經網絡技術來處理所獲取的數(shù)據(jù)，并給出診斷結果。目前分析設備健康狀態(tài)的主流方法有：隱式半馬爾可夫模型（HSMM,Hidden semi-Markov Model）、Logistic回歸模型、神經網絡模型、模糊綜合評價（fuzzy set）和層次分析法（AHP）等。可以針對不同的設備或根據(jù)故障屬性來選取合適的分析方法，并結合各自優(yōu)勢來整體分析設備的健康狀態(tài)。

2.3 堆垛機健康狀態(tài)監(jiān)測

單一的監(jiān)測堆垛機的故障只能從一個方面確保設備的正常運行，并不能給企業(yè)管理者一個更加直觀的結果。例如，設備這次發(fā)生了故障，經過維修之后能正常使用了，如何確保在下次出現(xiàn)前就能做到提前防控。其次是如何判斷堆垛機能用多久，或掌控堆垛機運行情況趨勢等。所以，需從設備的整體健康狀態(tài)入手來解決故障監(jiān)測的瓶頸問題。由于堆垛機所產生的故障類型不同，而故障類型數(shù)據(jù)又是影響健康狀態(tài)的重要參數(shù)之一，因此監(jiān)測堆垛機的故障狀態(tài)是非常必要的。此外，影響堆垛機的健康狀態(tài)的指標參量還應包括設備的工作狀態(tài)參數(shù)、維修的歷史數(shù)據(jù)、運行時間參數(shù)、環(huán)境影響因素等?？梢员硎鰹槟軐崿F(xiàn)其預期功能的某種狀態(tài)程度，通過選取關鍵指標來定量分析各個指標所占的比重等，從而給出健康指標參數(shù)與健康狀態(tài)的映射關系。通過布置相應的傳感器對這些指標參數(shù)進行監(jiān)測采集，并把采集到的數(shù)據(jù)通過相應的數(shù)學模型分析給出健康狀態(tài)的最終結果。

2.4 在企業(yè)中的作用

對于企業(yè)而言，自動化立體倉庫的重大作用和重要意義是不言而喻的，面對自動化立體倉庫設備的故障和問題，管理人員需要引起高度重視。在對設備進行恰當?shù)呐渲煤同F(xiàn)場選擇后，能夠將設備的作用充分發(fā)揮出來。通過對特種設備的科學管理，才可以從容面對和解決施工中的各種困難與問題，而使企業(yè)能夠欣欣向榮和健康發(fā)展。安全管理是一項需要長期堅持做好的工作，需要在工作中不斷探索、不斷創(chuàng)新、不斷修正和不斷完善，如結合實際情況及時找出疏漏的地方，建立起完善與健全的安全防線等，以保證企業(yè)資源的最大化利用，使建筑行業(yè)施工生產能夠安全與穩(wěn)定地進行。

3 結語

通過上述分析可知，確定設備的健康狀態(tài)需選取不同的指標來加以綜合評價，不僅可以有效的預防故障發(fā)生，也可以更加全面的監(jiān)測堆垛機的運行情況，減少因出現(xiàn)故障而使企業(yè)經濟利益受到損失。隨著倉儲環(huán)境的不斷改變，堆垛機的健康狀態(tài)監(jiān)測也會產生大量的數(shù)據(jù)流，采用綜合分析方法已不能滿足實際工作需求，需借助大數(shù)據(jù)的優(yōu)勢來分析堆垛機的健康狀態(tài)，不僅會為堆垛機的健康狀態(tài)監(jiān)測帶來更全面、及時、準確的結果，也可為企業(yè)提供更為合理、科學的決策方案。

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