人工智能在線監(jiān)測(cè)技術(shù)在煙草機(jī)械故障診斷中的應(yīng)用

□ 吳 東 □ 楊光露 □ 魏新峰 □ 索 糧

河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司南陽(yáng)卷煙廠 河南南陽(yáng) 473007

1 研究背景

我國(guó)是世界上最大的煙草消費(fèi)國(guó),煙草機(jī)械設(shè)備的故障診斷技術(shù)受到重視。伴隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展,人工智能及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用促使煙草生產(chǎn)邁進(jìn)智能化階段。對(duì)煙草機(jī)械故障的預(yù)測(cè)管理進(jìn)一步提高了煙草機(jī)械設(shè)備整體健康狀態(tài)監(jiān)管水平,為煙草的生產(chǎn)提供更為安全、智能的系統(tǒng)功能?，F(xiàn)代化煙草機(jī)械生產(chǎn)過(guò)程精度高,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,當(dāng)無(wú)法預(yù)測(cè)的故障出現(xiàn)在生產(chǎn)線上時(shí),會(huì)導(dǎo)致煙草企業(yè)產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)損失。人工智能在線監(jiān)測(cè)技術(shù)可以對(duì)生產(chǎn)中的煙草生產(chǎn)線進(jìn)行實(shí)時(shí)故障警報(bào),同時(shí)在不影響整體生產(chǎn)線運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下,提高煙草企業(yè)的整體運(yùn)作效率,進(jìn)而產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益[1]。筆者對(duì)人工智能在線監(jiān)測(cè)技術(shù)在煙草機(jī)械故障診斷中的應(yīng)用進(jìn)行研究。

2 故障診斷作用

故障診斷技術(shù)可以對(duì)煙草機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中的狀態(tài)及零件故障進(jìn)行智能識(shí)別,對(duì)潛在的故障或已出現(xiàn)的故障進(jìn)行預(yù)警,并查明原因,整體提高煙草機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的效率和安全性[2]。

3 故障診斷技術(shù)研究方向

對(duì)煙草機(jī)械進(jìn)行故障診斷主要可以從簡(jiǎn)易診斷和精密診斷兩個(gè)方面入手。

簡(jiǎn)易診斷主要是對(duì)煙草機(jī)械的零件及數(shù)據(jù)進(jìn)行診斷,在診斷時(shí)與工作人員提前輸入的正常數(shù)據(jù)取值范圍進(jìn)行對(duì)比,判斷煙草機(jī)械的工作運(yùn)行狀態(tài),以及故障所在的生產(chǎn)線環(huán)節(jié)。簡(jiǎn)易診斷應(yīng)用優(yōu)勢(shì)在于能夠?qū)煵輽C(jī)械的振動(dòng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控,為工作人員提供方便、快捷的監(jiān)管方式。

精密診斷不僅囊括了簡(jiǎn)易診斷的應(yīng)用特點(diǎn),而且可以同時(shí)對(duì)煙草機(jī)械的故障原因、故障點(diǎn)具體位置、故障嚴(yán)重程度進(jìn)行診斷,進(jìn)而為煙草機(jī)械的故障檢測(cè)提供更為靈活的監(jiān)管技術(shù)。需要注意的是,精密診斷需要經(jīng)過(guò)特殊培訓(xùn)的工程師來(lái)進(jìn)行操作,通常只在大型煙草機(jī)械的運(yùn)行過(guò)程中進(jìn)行應(yīng)用[3]。

4 煙草機(jī)械檢修及維護(hù)

當(dāng)前煙草機(jī)械與科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展融合使煙草生產(chǎn)設(shè)備逐漸向智能化、高效化、大型化發(fā)展。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的復(fù)雜性、精密性造成了煙草機(jī)械潛在故障的復(fù)雜程度高,同時(shí),出現(xiàn)的故障也呈現(xiàn)出隨機(jī)性及突發(fā)性。當(dāng)煙草機(jī)械出現(xiàn)故障時(shí),生產(chǎn)線的運(yùn)行狀態(tài)勢(shì)必會(huì)受到影響,最終給企業(yè)帶來(lái)經(jīng)濟(jì)損失。因此,傳統(tǒng)的煙草機(jī)械故障檢測(cè)系統(tǒng)已經(jīng)不能適應(yīng)高速發(fā)展的煙草企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)行需求。針對(duì)當(dāng)前煙草企業(yè)的發(fā)展形勢(shì),筆者對(duì)煙草機(jī)械檢修及維護(hù)問題主要從三個(gè)方面進(jìn)行具體分析。

(1) 對(duì)煙草機(jī)械進(jìn)行定期檢修會(huì)浪費(fèi)大量人力、財(cái)力成本。煙草機(jī)械的精密程度逐年呈上升趨勢(shì),自動(dòng)化水平的提高對(duì)檢修的精確水平提出了較高的要求。如某卷包生產(chǎn)機(jī)組,機(jī)齡時(shí)間越長(zhǎng),對(duì)境外檢修的要求越高,平均每次境外檢修需耗費(fèi)設(shè)備售價(jià)的一半,對(duì)于企業(yè)而言,檢修的成本負(fù)擔(dān)較重。

(2) 對(duì)煙草機(jī)械的檢修在一定程度上提高了煙草機(jī)械設(shè)備的故障率。根據(jù)對(duì)國(guó)內(nèi)外資料統(tǒng)計(jì)研究,發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)問題。

問題一, 在煙草機(jī)械檢修的過(guò)程中發(fā)現(xiàn),原本運(yùn)行較為穩(wěn)定的設(shè)備在經(jīng)過(guò)檢修后出現(xiàn)的設(shè)備漏洞問題相較之前比例提高近30%,并且生產(chǎn)中運(yùn)行的煙草機(jī)械線路老化現(xiàn)象加劇,檢修過(guò)程逐漸復(fù)雜化。尤其是煙草卷煙機(jī)、包裝機(jī)等運(yùn)行過(guò)程較為精密復(fù)雜的煙草機(jī)械,定期檢修反而會(huì)提高故障率。由于監(jiān)測(cè)技術(shù)未達(dá)到期望程度,因此對(duì)于很難掌握運(yùn)行狀態(tài)的煙草機(jī)械依舊采用定期檢修。

問題二,在檢修過(guò)程中,由于工作人員操作不當(dāng),容易造成檢修工作失誤,或在規(guī)定的檢修時(shí)間內(nèi)無(wú)法完成規(guī)定的檢修任務(wù),由此出現(xiàn)檢修完成后效果低于檢修前的理想情況,需要經(jīng)過(guò)一段時(shí)間再次調(diào)試,才可以達(dá)到正常煙草生產(chǎn)線的要求[4-5]。

(3) 定期檢修易造成煙草機(jī)械使用壽命縮短的現(xiàn)象出現(xiàn)。煙草機(jī)械屬于精密的高速運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)械,內(nèi)部零部件組裝結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜,且組裝要求零部件的鏈接狀態(tài)穩(wěn)定。所以,在檢修時(shí)進(jìn)行拆卸必定會(huì)使煙草機(jī)械的零件穩(wěn)定狀態(tài)受到?jīng)_擊,導(dǎo)致煙草機(jī)械的使用壽命縮短?？梢?有必要使用人工故障檢測(cè)技術(shù)對(duì)卷包設(shè)備的檢修工作進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)管,對(duì)相應(yīng)的數(shù)據(jù)群進(jìn)行自動(dòng)分類及篩分,將煙草機(jī)械的檢修工作精密執(zhí)行至全部過(guò)程,整體提高煙草機(jī)械的有效性[6]。德國(guó)HAUNI公司的煙草機(jī)械如圖1所示。

▲圖1 德國(guó)HAUNI公司煙草機(jī)械

5 人工智能在線監(jiān)測(cè)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

5.1 煙草機(jī)械故障監(jiān)測(cè)

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步,煙草機(jī)械的故障診斷技術(shù)已經(jīng)有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展,人工智能在線監(jiān)測(cè)技術(shù)在煙草機(jī)械故障診斷中應(yīng)用的發(fā)展趨勢(shì)包括六個(gè)方面。

(1) 人工智能系統(tǒng)的研究。對(duì)人工智能系統(tǒng)進(jìn)行研究已經(jīng)成為當(dāng)代煙草機(jī)械故障診斷的主流,機(jī)械故障診斷專家系統(tǒng)為煙草企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益帶來(lái)較大程度的提高。但是,基于此技術(shù)的工程研究案例較少,未達(dá)到企業(yè)的期望。

(2) 信號(hào)輸送技術(shù)的研究。從時(shí)序分析、時(shí)域分析,到目前應(yīng)用的維格納譜分析和小波變換等信號(hào)傳播新技術(shù),都對(duì)傳統(tǒng)信號(hào)傳輸?shù)娜毕葸M(jìn)行了彌補(bǔ)。

(3) 網(wǎng)絡(luò)診斷系統(tǒng)的開發(fā)及應(yīng)用。相對(duì)于傳統(tǒng)單機(jī)版本的診斷技術(shù),延伸至以互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)的分布式診斷技術(shù)對(duì)煙草機(jī)械故障診斷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化,操作的實(shí)時(shí)性加強(qiáng)。

(4) 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研究。旋轉(zhuǎn)機(jī)械診斷技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于煙草機(jī)械故障診斷系統(tǒng),并取得了滿意的效果。

(5) 專業(yè)便攜式診斷儀器的開發(fā)。人工智能和專家系統(tǒng)發(fā)展越來(lái)越快,更多具有便攜性、專業(yè)性的煙草機(jī)械故障診斷技術(shù)為煙草機(jī)械提供了實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)故障數(shù)據(jù)對(duì)接,已成為市場(chǎng)應(yīng)用的主流。

(6) 人工智能傳感器技術(shù)的研究。傳感器技術(shù)能夠?qū)崟r(shí)反映煙草機(jī)械的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù),業(yè)內(nèi)對(duì)煙草機(jī)械中的速度傳感器、極速傳感器、溫度傳感器進(jìn)行了創(chuàng)新設(shè)計(jì)開發(fā),研制出光導(dǎo)纖維傳感器、激光傳感器等新型傳感器[7-9]?；谌斯ぶ悄艿牟糠止收显\斷專家系統(tǒng)見表1。

5.2 煙草機(jī)械故障診斷系統(tǒng)智能化

當(dāng)前,高新技術(shù)手段飛速發(fā)展,煙草機(jī)械中的故障診斷技術(shù)可以通過(guò)計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程操控。在企業(yè)的生產(chǎn)線中建立故障監(jiān)測(cè)點(diǎn),對(duì)計(jì)算機(jī)收集到的高危數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì),再由專業(yè)維修人員對(duì)煙草機(jī)械中的具體問題進(jìn)行解決。這種結(jié)合計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)的人工智能在線監(jiān)測(cè)技術(shù)提高了企業(yè)專業(yè)維修人員對(duì)故障診斷的實(shí)時(shí)性,同時(shí)降低了出現(xiàn)重大機(jī)械事故的概率。企業(yè)中應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程故障診斷技術(shù),需要不斷完善企業(yè)生產(chǎn)線中的信號(hào)采集系統(tǒng),主要包括信號(hào)處理器、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)等。

煙草機(jī)械的零件精密度較高,出現(xiàn)故障時(shí)準(zhǔn)確確認(rèn)故障原因較為困難,監(jiān)測(cè)技術(shù)水平的發(fā)展還沒有達(dá)到相應(yīng)的階段,由此限制了智能故障診斷技術(shù)的發(fā)展。企業(yè)應(yīng)當(dāng)不斷提高抗生產(chǎn)線人員的專業(yè)技術(shù)水平,鼓勵(lì)員工在生產(chǎn)實(shí)踐過(guò)程中不斷完善自身的專業(yè)知識(shí)儲(chǔ)備,依靠現(xiàn)有的監(jiān)測(cè)技術(shù),對(duì)煙草機(jī)械故障點(diǎn)研究出新的解決方案,完善智能故障監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。建議不斷加大對(duì)智能煙草機(jī)械的投入與研究,降低后期維修的成本,使煙草機(jī)械在生產(chǎn)運(yùn)行時(shí)提高抗干擾水平,以達(dá)到煙草機(jī)械故障智能化診斷效果[10]。

表1 部分故障診斷專家系統(tǒng)

6 結(jié)束語(yǔ)

煙草機(jī)械故障診斷技術(shù)隨著科技的發(fā)展不斷成熟,人工智能在線監(jiān)測(cè)技術(shù)為煙草機(jī)械故障診斷水平的提高發(fā)揮了促進(jìn)作用。相信在不久的將來(lái),人工智能監(jiān)測(cè)技術(shù)在煙草機(jī)械故障診斷中的應(yīng)用可以產(chǎn)生越來(lái)越大的作用。