機(jī)電設(shè)備故障診斷及維修技術(shù)研究

吳冰

摘 要： 故障的發(fā)生和發(fā)展、設(shè)備工況的變化等，都會(huì)使機(jī)電設(shè)備的動(dòng)態(tài)信號(hào)表現(xiàn)出非平穩(wěn)性和強(qiáng)噪聲特性，給故障診斷帶來困難。本論文以機(jī)電設(shè)備為對(duì)象，對(duì)其故障診斷方法及維修技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行了分析與探究。

關(guān)鍵詞： 機(jī)電設(shè)備；故障診斷；維修技術(shù)

現(xiàn)代機(jī)電系統(tǒng)自動(dòng)化水平日益提高，系統(tǒng)的規(guī)模逐步擴(kuò)大，系統(tǒng)構(gòu)成更加復(fù)雜，其子系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)程度越來越密切，同時(shí)，故障發(fā)生的可能性大大增加，表現(xiàn)方式也各式各樣，并且一個(gè)故障源可能引起鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，導(dǎo)致更大故障發(fā)生，這些特點(diǎn)給機(jī)電設(shè)備故障診斷帶來了前所未有的困難。同時(shí)，對(duì)于機(jī)電設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)、故障的早期預(yù)測(cè)、推行預(yù)知維修管理、減少由于故障和維修帶來的經(jīng)濟(jì)損失成為現(xiàn)代企業(yè)追求的目標(biāo)。為此，找到合適的故障診斷方法是研究的主要方向。

一、機(jī)電設(shè)備故障的概況

機(jī)電設(shè)備是工程建設(shè)至關(guān)重要的施工工具。保證機(jī)電設(shè)備使用正常化，是機(jī)電設(shè)備管理的主題和中心任務(wù)。因此，如何加強(qiáng)機(jī)電設(shè)備故障診斷能力，充分發(fā)揮機(jī)電設(shè)備效能，挖掘機(jī)電設(shè)備的潛力，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1、所謂機(jī)電設(shè)備故障是指機(jī)電設(shè)備的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)偏離了它的正常狀態(tài)，引起部分功能或全部功能癱瘓的現(xiàn)象。機(jī)電設(shè)備耐用性與使用時(shí)間呈相關(guān)關(guān)系，機(jī)械使用時(shí)間越長(zhǎng)，其技術(shù)狀況惡化的可能性越高，同時(shí)，故障發(fā)生的可能性也越大。

2、機(jī)電設(shè)備故障的發(fā)生具有隨機(jī)性，在生產(chǎn)過程中，很難把握故障發(fā)生的確切時(shí)間。因此，研究機(jī)電設(shè)備故障發(fā)生的規(guī)律和特性具有重要意義，通過對(duì)機(jī)械運(yùn)行趨勢(shì)的預(yù)測(cè)，制定對(duì)應(yīng)的維修措施，保證生產(chǎn)順利進(jìn)行，建立科學(xué)的檢修、維修體系。

二、機(jī)電設(shè)備故障診斷方法

1、近似推理算法

目前已經(jīng)提出了多種近似推理算法，這些算法都采取一定的方式在運(yùn)行時(shí)間和推理精度上尋求一個(gè)折中，力求在較短的時(shí)間內(nèi)得到一個(gè)滿足精度要求的結(jié)果，這些算法隨著計(jì)算時(shí)間的增長(zhǎng)，其計(jì)算精度越高。目前近似推理算法主要分為兩大類：

（1）機(jī)模擬方法。模擬方法又稱為 Monte Carlo 法。該方法首先對(duì)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)表示的聯(lián)合概率分布進(jìn)行隨機(jī)抽樣，以產(chǎn)生足夠的樣本，然后根據(jù)這些樣本，通過頻率計(jì)算來獲得變量的概率值，而不是直接利用聯(lián)合概率分布進(jìn)行計(jì)算。基于仿真的方法需要設(shè)計(jì)一套能夠以最快的速度產(chǎn)生滿足統(tǒng)計(jì)計(jì)算的樣本的采樣算法，當(dāng)前提出采樣方法主要有：Forward Sampling、Backward Sampling、ImportanceSampling 和 Markov chain Sampling。

（2）基于搜索的方法?；谒阉鞯姆椒俣ǜ怕蕟栴}是一類組合問題，所以可以將所需要計(jì)算的各個(gè)變量的不同組合看作一個(gè)狀態(tài)空間，在這個(gè)狀態(tài)空間中有些狀態(tài)對(duì)最后的計(jì)算結(jié)果會(huì)產(chǎn)生較大影響，而另外一些狀態(tài)則影響甚微。由此，可以通過啟發(fā)搜索的方法，在整個(gè)狀態(tài)空間中進(jìn)行搜索，尋找那些對(duì)計(jì)算結(jié)果影響較大的狀態(tài)。然后用這些狀態(tài)代替整個(gè)狀態(tài)空間參與運(yùn)算，以達(dá)到提高計(jì)算效率的目的，并且在計(jì)算結(jié)束時(shí)能夠給出一個(gè)較精確的解答。

2、基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的機(jī)械故障診斷模型與診斷推理

根據(jù)對(duì)機(jī)械故障診斷的認(rèn)識(shí)，機(jī)械故障可以通過若干屬性來描述，這些屬性變量集的各種取值組合就構(gòu)成了該故障的狀態(tài)空間。這些屬性變量之間存在著一定的系（獨(dú)立或者依賴），根據(jù)以往的研究我們可以把這些屬性劃分為故障征兆和故障原因，所以通過對(duì)它們的研究可以得到故障的知識(shí)表示模型。在不確定的環(huán)境下，故障原因和故障征兆往往含有幾個(gè)狀態(tài)。比如，一個(gè)故障征兆可能有三種狀態(tài)：極高，偏高，正常。我們可以用一個(gè)多值變量來表示這種多值命題。而貝葉斯網(wǎng)絡(luò)作為一種模擬人類推理過程中因果關(guān)系的有向圖，其節(jié)點(diǎn)就是一個(gè)多值變量，此外貝葉斯網(wǎng)絡(luò)還具有一個(gè)表示條件獨(dú)立性的自然方式――由有限個(gè)節(jié)點(diǎn)構(gòu)成有向無環(huán)圖網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，因而我們可以利用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的基本元素描述機(jī)械故障診斷知識(shí)。

（1）網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。用網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的節(jié)點(diǎn)可以表示故障診斷領(lǐng)域中的故障征兆和故障原因，在節(jié)點(diǎn)間的有向連接弧表示征兆與原因之間可能的因果關(guān)系。故障征兆和故障原因的狀態(tài)多為二元狀態(tài)，即其取值只為 1 或者0，分別表示相應(yīng)的故障和征兆是否出現(xiàn)。故障原因和故障征兆各自構(gòu)成兩個(gè)樣本集，且兩個(gè)樣本集中的元素是相互獨(dú)立的，即故障之間或故障征兆之間是無必然的因果關(guān)系。但是這并不意味著它們相互排斥，即一臺(tái)機(jī)組可以同時(shí)發(fā)生幾種不同的故障，同樣多個(gè)故障征兆的出現(xiàn)也是正常的。根據(jù)故障征兆與與故障原因之間的因果關(guān)系，我們可以用有向弧線將相關(guān)的節(jié)點(diǎn)聯(lián)系起來，構(gòu)成貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的有向無環(huán)圖結(jié)構(gòu)。圖形化的結(jié)構(gòu)可以更加清晰的表達(dá)出領(lǐng)域?qū)＜覍?duì)設(shè)備故障狀態(tài)的認(rèn)知，符合人類的思維形式。

（2）條件概率表。貝葉斯每一節(jié)點(diǎn)都附有與該變量相聯(lián)系的條件概率分布函數(shù)，如果變量是離散的，則它表現(xiàn)為給定其父節(jié)點(diǎn)狀態(tài)時(shí)該節(jié)點(diǎn)取不同值的條件概率表 CPT。CPT 表明了故障原因與故障征兆之間的概率依賴關(guān)系，是對(duì)故障診斷知識(shí)進(jìn)行定量描述。由此可見，貝葉斯網(wǎng)絡(luò)可以對(duì)故障診斷領(lǐng)域數(shù)據(jù)變量間潛在關(guān)系進(jìn)行定性定量的描述，它圖形結(jié)構(gòu)指定了一組條件關(guān)系獨(dú)立關(guān)系聲明和用于刻畫概率依賴強(qiáng)度的條件概率的數(shù)值。由于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)表示了因果過程的總體結(jié)構(gòu)，故它可被看做是擁有許多不同組合的一個(gè)抽象知識(shí)庫。它的語義可以從兩個(gè)方面來理解，其一是將網(wǎng)絡(luò)看作一種聯(lián)合概率分布的表示，即貝葉斯網(wǎng)絡(luò)完整緊湊地表示了網(wǎng)絡(luò)中各變量的聯(lián)合分布概率。其二是將網(wǎng)絡(luò)看作條件獨(dú)立關(guān)系聲明集合的一種表示。這兩種觀點(diǎn)實(shí)質(zhì)上是等價(jià)的，而且在貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的表達(dá)、學(xué)習(xí)、推理算法中得到了統(tǒng)一。

三、機(jī)電設(shè)備維修技術(shù)要點(diǎn)

1、維修工作的切入點(diǎn)

維修工作的開展需要找準(zhǔn)切入點(diǎn)。機(jī)電設(shè)備在進(jìn)行維修時(shí)應(yīng)該從具體的點(diǎn)進(jìn)行切入，比如設(shè)備在性能上的特點(diǎn)以及設(shè)備在結(jié)構(gòu)方面的原理等，這些都可以正常地維修機(jī)電設(shè)備。找準(zhǔn)了切入點(diǎn)，同時(shí)還應(yīng)該設(shè)置定期或者日常檢查的步驟、范圍以及需要注意的相關(guān)事項(xiàng)等。在檢查機(jī)電設(shè)備時(shí)，可以按照具體的方法來分析故障，比如儀器測(cè)量的方法、經(jīng)驗(yàn)推斷的方法以及通過感觀直接判斷的方法等。這其中會(huì)涉及到各種各樣的狀況，比如一些小修、中修或者大修的情況，應(yīng)該按照具體的情況有步驟、有計(jì)劃的進(jìn)行。

2、維修設(shè)備的關(guān)鍵點(diǎn)

（1）科學(xué)處理例行檢查和日常生產(chǎn)之間的關(guān)系。一些企業(yè)的管理者可能會(huì)認(rèn)為維修和檢查設(shè)別會(huì)花費(fèi)很長(zhǎng)的時(shí)間，需要一定的人力、物力與財(cái)力。因此，他們對(duì)于機(jī)電設(shè)備的態(tài)度往往是，只要設(shè)備還能夠?qū)⒕椭\(yùn)轉(zhuǎn)，就直接不進(jìn)行相應(yīng)的檢查和維修，長(zhǎng)此以往導(dǎo)致機(jī)電設(shè)備常常會(huì)需要帶病工作，最終導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)不必要的故障，嚴(yán)重的還會(huì)誘發(fā)一些安全方面的事故。這無疑嚴(yán)重影響到了企業(yè)的發(fā)展節(jié)奏。

（2）科學(xué)的處理計(jì)劃?rùn)z修和預(yù)防為主間的關(guān)系。所謂預(yù)防即在維修設(shè)備之前做好相應(yīng)的前期工作。這一般都是通過定期性修理和狀態(tài)檢測(cè)兩種方式，有針對(duì)性的提前處理檢測(cè)和預(yù)判性的問題。實(shí)現(xiàn)按照計(jì)劃來檢修需要保證在保養(yǎng)、理性維護(hù)以及日常巡檢的基礎(chǔ)上。只有這樣才能保證設(shè)備的性能、降低故障發(fā)生率，從而延長(zhǎng)設(shè)備使用的壽命。

四、結(jié)束語

綜上所述，在工程建設(shè)中機(jī)電故障對(duì)于人們的生產(chǎn)、生活會(huì)產(chǎn)生極大影響，所以應(yīng)當(dāng)合理選用機(jī)電設(shè)備故障診斷方法，做好各項(xiàng)維修工作。只有這樣才能確保機(jī)電設(shè)備的安全運(yùn)行，才能保障廣大人民的生命財(cái)產(chǎn)安全。

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