面向工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的機(jī)車(chē)驅(qū)動(dòng)裝置跑合試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)

楊國(guó)偉

（中車(chē)大連機(jī)車(chē)車(chē)輛有限公司，遼寧 大連 116022）

0 引言

隨著我國(guó)鐵路運(yùn)力的增強(qiáng)，以及向高速重載方向的發(fā)展趨勢(shì)，用戶(hù)對(duì)機(jī)車(chē)安全性的要求也越來(lái)越高[1]。對(duì)機(jī)車(chē)驅(qū)動(dòng)裝置使用前和大修后進(jìn)行跑合測(cè)試，是確保列車(chē)的運(yùn)行安全的重要手段。設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)符合實(shí)際需要、自動(dòng)控制功能強(qiáng)、便于測(cè)試分析的驅(qū)動(dòng)裝置跑合試驗(yàn)臺(tái)十分必要。同時(shí)，傳統(tǒng)制造業(yè)已經(jīng)無(wú)法完全滿(mǎn)足人們的需求，企業(yè)迫切需要向智能化、信息化模式轉(zhuǎn)型，打破信息孤島對(duì)工業(yè)設(shè)備的桎梏，通過(guò)使用邊緣到云端的數(shù)據(jù)集成分析一體化平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷。國(guó)際上，福伊特（VOITH）生產(chǎn)的驅(qū)動(dòng)裝置例行試驗(yàn)臺(tái)擁有居于世界前列的控制系統(tǒng)，但無(wú)法用于其他電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的試驗(yàn)，未將該裝置建立在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)中，無(wú)法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸、共享及遠(yuǎn)程分析，檢測(cè)環(huán)節(jié)孤立。國(guó)內(nèi)早在1994年，我國(guó)建成青島四方車(chē)輛研究所，并完成鐵路車(chē)輛振動(dòng)、滾動(dòng)試驗(yàn)。華能機(jī)電生產(chǎn)的輪對(duì)跑合試驗(yàn)臺(tái)可對(duì)高速動(dòng)車(chē)組或地鐵列車(chē)的齒輪箱或軸箱進(jìn)行跑合、清洗試驗(yàn)，可適用于車(chē)軸齒輪箱油洗和跑合；大連機(jī)車(chē)車(chē)輛有限公司通過(guò)分析車(chē)載監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)對(duì)車(chē)輛運(yùn)用狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，但還未見(jiàn)對(duì)軸箱的振動(dòng)、溫度等信號(hào)的測(cè)量分析與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)整合的報(bào)道。國(guó)內(nèi)各大型制造企業(yè)已開(kāi)始瞄準(zhǔn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，比如三一重工旗下的樹(shù)根互聯(lián)[2]進(jìn)行的IT（Internet Technology）與OT（Operational Technology）的結(jié)合，在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)[3]傳輸技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過(guò)數(shù)據(jù)的分析優(yōu)化設(shè)備的運(yùn)營(yíng)管理，同時(shí)將創(chuàng)新應(yīng)用運(yùn)用到質(zhì)量管理和協(xié)同生產(chǎn)環(huán)節(jié)，突出企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

綜合國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀可發(fā)現(xiàn)，如何借助工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)對(duì)制造企業(yè)特別是對(duì)動(dòng)力機(jī)車(chē)相關(guān)企業(yè)進(jìn)行升級(jí)具有重要意義，并且已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外企業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。因此，利用了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，設(shè)計(jì)了機(jī)車(chē)驅(qū)動(dòng)裝置例行跑合試驗(yàn)臺(tái)，可對(duì)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和數(shù)據(jù)傳輸。

1 多功能例行跑合試驗(yàn)臺(tái)

1.1 多功能例行跑合試驗(yàn)臺(tái)主要結(jié)構(gòu)與功能

多功能例行跑合試驗(yàn)臺(tái)針對(duì)驅(qū)動(dòng)裝置的跑合性能進(jìn)行測(cè)試，對(duì)交流異步電機(jī)裝配上減速齒輪箱后進(jìn)行空載運(yùn)行試驗(yàn)和輪對(duì)懸空試驗(yàn)，通過(guò)對(duì)驅(qū)動(dòng)裝置跑合過(guò)程中振動(dòng)、溫度等信號(hào)的采集，檢測(cè)跑合試驗(yàn)中驅(qū)動(dòng)裝置中有無(wú)異常的振動(dòng)或者溫度的劇烈變化，判斷驅(qū)動(dòng)裝置是否出現(xiàn)故障，例如軸承出現(xiàn)縫隙、輪對(duì)瑕疵等。驅(qū)動(dòng)裝置的瞬時(shí)角速度、氣隙轉(zhuǎn)矩等狀態(tài)可以由振動(dòng)、溫度信號(hào)通過(guò)量化分析后獲取。通過(guò)試驗(yàn)臺(tái)調(diào)整頻率的變化可改變驅(qū)動(dòng)裝置的電機(jī)轉(zhuǎn)速，從而獲取輪對(duì)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，進(jìn)而分析驅(qū)動(dòng)裝置的健康狀況，判斷是否存在故障等隱患。

設(shè)計(jì)的試驗(yàn)臺(tái)由PLC控制模塊、操控面板模塊、接地保護(hù)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)模塊、嵌入式儀表模塊、通訊模塊，變頻器控制模塊等構(gòu)成，系統(tǒng)整體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 機(jī)車(chē)驅(qū)動(dòng)裝置例行跑合試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)構(gòu)架圖

其中，控制模塊主要由PLC完成對(duì)跑合試驗(yàn)臺(tái)整體系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、控制，包括對(duì)振動(dòng)信號(hào)、溫度信號(hào)進(jìn)行采集，對(duì)操作面板模塊的控制，實(shí)現(xiàn)傳感器與上位機(jī)之間的通訊等，以達(dá)到對(duì)驅(qū)動(dòng)裝置的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行判斷的目的；操控面板模塊通過(guò)觸點(diǎn)的方式，負(fù)責(zé)操作試驗(yàn)臺(tái)的啟、停以及變頻器的啟、停等；接地保護(hù)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)主要實(shí)現(xiàn)接地保護(hù)的功能，防止運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)漏電等狀況；嵌入式儀表模塊主要將振動(dòng)以及溫度變化的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成4~20 mA電流信號(hào)，并由通訊模塊向PLC進(jìn)行傳輸；通訊模塊分為兩部分，第一部分主要指PLC通過(guò)DP總線(xiàn)和變頻器進(jìn)行的通信，控制變頻器的啟停，同時(shí)將嵌入式儀表模塊采集到的振動(dòng)參數(shù)、溫度參數(shù)和變頻器自身的狀態(tài)參數(shù)等傳輸至PLC，第二部分則是實(shí)現(xiàn)PLC與工控機(jī)的通訊；變頻器控制模塊通過(guò)調(diào)整頻率的變化來(lái)控制驅(qū)動(dòng)裝置的中電機(jī)的運(yùn)行速度，同時(shí)反饋其本身的參數(shù)，并且變頻器模塊包含過(guò)流過(guò)壓保護(hù)、超溫保護(hù)、缺相保護(hù)、最大頻率輸出保護(hù)等功能；上位工控機(jī)（IPC）主要完成對(duì)PLC采集的參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示并保存（顯示實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)曲線(xiàn)）、對(duì)存儲(chǔ)跑合曲線(xiàn)的數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行管理，并滿(mǎn)足實(shí)時(shí)監(jiān)控報(bào)警和打印等功能；LED顯示器與打印機(jī)等設(shè)備位于系統(tǒng)平臺(tái)的人機(jī)接口部分，作為交換信息的輸入、輸出設(shè)備的接口?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備如圖2所示。

圖2 機(jī)車(chē)驅(qū)動(dòng)裝置例行跑合試驗(yàn)臺(tái)

驅(qū)動(dòng)裝置若是存在故障，則在跑合試驗(yàn)中會(huì)出現(xiàn)包括溫升、振動(dòng)烈度和加速度等指標(biāo)超出閾值等狀況，驅(qū)動(dòng)裝置的例行跑合試驗(yàn)臺(tái)包含的設(shè)備及需要采集的信號(hào)見(jiàn)表1。

表1 跑合試驗(yàn)臺(tái)信號(hào)采集內(nèi)容

1.2 多功能例行跑合試驗(yàn)臺(tái)軟件部分設(shè)計(jì)

該試驗(yàn)臺(tái)的軟件架構(gòu)部分利用基于Net Framework 4.5的Windows窗體應(yīng)用進(jìn)行搭建和設(shè)計(jì)，利用Visual Studio將C#作為編程語(yǔ)言完成例行跑合試驗(yàn)臺(tái)的監(jiān)控界面設(shè)計(jì)。該試驗(yàn)臺(tái)的軟件設(shè)計(jì)部分包括使用了CSTSOFT、DevComponent.DotNetBar、LaMarvin等類(lèi)庫(kù)作為基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，總共設(shè)計(jì)包括基本設(shè)置、曲線(xiàn)設(shè)定、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、啟動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)、停止試驗(yàn)臺(tái)、系統(tǒng)配置、用戶(hù)管理、數(shù)據(jù)查詢(xún)等8個(gè)模塊部分，其中基本設(shè)置包含對(duì)于試驗(yàn)臺(tái)類(lèi)型選擇、擁有類(lèi)型、測(cè)試編號(hào)，以及曲線(xiàn)的下發(fā)和上讀的功能。曲線(xiàn)設(shè)定用于設(shè)定下發(fā)的曲線(xiàn)。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)即時(shí)讀取試驗(yàn)臺(tái)的數(shù)據(jù)功能，例如實(shí)時(shí)讀取當(dāng)前時(shí)刻的振動(dòng)、溫度等信息。啟動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)和停止試驗(yàn)臺(tái)負(fù)責(zé)啟停試驗(yàn)臺(tái)的開(kāi)啟和停止，并記錄下此時(shí)實(shí)際的跑合曲線(xiàn)。系統(tǒng)配置包括對(duì)溫度、振動(dòng)條件的選取，由于存在多個(gè)溫度和振動(dòng)信號(hào)，有些信號(hào)在使用的過(guò)程中并不作為參考依據(jù)，可在系統(tǒng)配置部分勾選去除。用戶(hù)管理部分存儲(chǔ)用戶(hù)的賬號(hào)及密碼，用戶(hù)可根據(jù)賬號(hào)密碼登錄該監(jiān)控平臺(tái)。數(shù)據(jù)查詢(xún)部分可查詢(xún)歷史保存的曲線(xiàn)，以便操作人員進(jìn)行記錄。

進(jìn)行跑合試驗(yàn)時(shí)，工控機(jī)首先通過(guò)跑合試驗(yàn)臺(tái)的運(yùn)行界面向PLC下發(fā)已設(shè)定的跑合曲線(xiàn)，之后點(diǎn)擊監(jiān)控軟件的啟停按鈕來(lái)記錄實(shí)時(shí)跑合曲線(xiàn)，操作人員通過(guò)操作面板控制跑合試驗(yàn)的開(kāi)始和停止。嵌入式儀表模塊和變頻器模塊獲取跑合試驗(yàn)中驅(qū)動(dòng)裝置的振動(dòng)、溫度信號(hào)等以及加速度信號(hào)，工控機(jī)根據(jù)獲取到的信號(hào)顯示實(shí)時(shí)的跑合曲線(xiàn)，跑合曲線(xiàn)中包含單次跑合試驗(yàn)中實(shí)際的振動(dòng)、溫度、轉(zhuǎn)速的情況，并在跑合試驗(yàn)完成后，由操作人員在上位機(jī)操作界面中選擇是否將該次跑合數(shù)據(jù)存儲(chǔ)進(jìn)數(shù)據(jù)庫(kù)中，便于日后對(duì)驅(qū)動(dòng)裝置跑合試驗(yàn)的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢(xún)。跑合試驗(yàn)臺(tái)的運(yùn)行界面如圖3所示。

圖3 例行跑合試驗(yàn)臺(tái)運(yùn)行界面

1.3 多功能例行跑合試驗(yàn)臺(tái)通訊部分及實(shí)現(xiàn)

驅(qū)動(dòng)裝置例行跑合試驗(yàn)臺(tái)完成信息的采集和邊緣計(jì)算控制反饋等功能。跑合試驗(yàn)臺(tái)設(shè)備采用OPC UA（Object Linking and Embedding（OLE）for Process Control）通信標(biāo)準(zhǔn)作為現(xiàn)場(chǎng)控制層對(duì)接的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)[4]，OPC UA主要特性包括：統(tǒng)一訪問(wèn)接口、高通信、可靠性、冗余性、高兼容性和標(biāo)準(zhǔn)安全模型。根據(jù)它的特性可以實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的信息模型和數(shù)據(jù)[5]，解決了不同規(guī)范設(shè)備之間的連接和訪問(wèn)問(wèn)題[6]。應(yīng)用OPC數(shù)據(jù)通訊技術(shù)實(shí)現(xiàn)PLC和邊緣計(jì)算服務(wù)器間的數(shù)據(jù)通訊，OPC客戶(hù)端對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行組態(tài)控制，將數(shù)據(jù)輸送給管控系統(tǒng)。同時(shí)，將現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)通訊技術(shù)應(yīng)用于PLC和變頻器間的通訊，采集到的變量通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)傳送給上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)和分析，同時(shí)接收上位機(jī)發(fā)送的指令信號(hào)，根據(jù)控制參數(shù)指令進(jìn)行頻率調(diào)整，實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的改變。驅(qū)動(dòng)裝置例行跑合試驗(yàn)臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架示意圖如圖4所示。

圖4 驅(qū)動(dòng)裝置跑合試驗(yàn)臺(tái)網(wǎng)絡(luò)框架結(jié)構(gòu)

現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備獲取的信息錯(cuò)誤有以下幾種原因，包括接口接線(xiàn)失誤、各服務(wù)器版本不適配等硬件配置錯(cuò)誤，文件丟失等信息錯(cuò)誤導(dǎo)致的網(wǎng)絡(luò)斷續(xù)傳輸錯(cuò)誤和復(fù)雜環(huán)境因素所導(dǎo)致的數(shù)據(jù)斑駁現(xiàn)象等[7]。為方便進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)冗余的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選、歸一化等預(yù)處理，將優(yōu)質(zhì)數(shù)據(jù)提供給服務(wù)器端控制環(huán)節(jié)、數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)環(huán)節(jié)。

2 基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)架構(gòu)

2.1 搭建面向工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的跑合試驗(yàn)云平臺(tái)

本跑合試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)的工業(yè)云平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖5所示，現(xiàn)場(chǎng)級(jí)和車(chē)間級(jí)主要完成試驗(yàn)臺(tái)中傳感器、監(jiān)測(cè)設(shè)備的連接，以及實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)與上下層設(shè)備的信息通訊?，F(xiàn)場(chǎng)級(jí)包括獲取跑合實(shí)驗(yàn)臺(tái)監(jiān)測(cè)設(shè)備所采集到的振動(dòng)及溫度信號(hào)數(shù)據(jù)、控制變頻器的啟停等。企業(yè)級(jí)計(jì)劃安排工業(yè)云平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)用戶(hù)端數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與處理、信息集成共享以及業(yè)務(wù)應(yīng)用支撐等功能，完成與生產(chǎn)監(jiān)測(cè)設(shè)備、業(yè)務(wù)管理、移動(dòng)應(yīng)用程序之間的信息交互。企業(yè)級(jí)各項(xiàng)指標(biāo)向用戶(hù)開(kāi)放，可通過(guò)上位機(jī)的故障診斷系統(tǒng)以及監(jiān)測(cè)設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)和環(huán)境來(lái)分析故障的部位、性質(zhì)等，并通過(guò)上位機(jī)的維護(hù)決策機(jī)制來(lái)對(duì)跑合試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行相應(yīng)的維護(hù)。

圖5 基于工業(yè)云平臺(tái)的跑合試驗(yàn)臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

本跑合試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)利用基于TCP/IP協(xié)議的套接字技術(shù)（Socket）通信接入企業(yè)級(jí)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)，滿(mǎn)足實(shí)際生產(chǎn)中的智能化需求。Socket技術(shù)是基于TCP/IP協(xié)議的通訊方式，其中Socket對(duì)網(wǎng)絡(luò)中不同主機(jī)上的應(yīng)用進(jìn)程之間進(jìn)行雙向通信的端點(diǎn)的抽象。在應(yīng)用層通過(guò)傳輸層和多臺(tái)服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)通信時(shí)，TCP會(huì)遇到同時(shí)為多個(gè)應(yīng)用程序進(jìn)程提供并發(fā)服務(wù)的問(wèn)題。為了區(qū)別不同的應(yīng)用程序進(jìn)程和連接，計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)為應(yīng)用程序與TCP/IP協(xié)議交互提供了套接字（Socket）接口。應(yīng)用層可以和傳輸層通過(guò)Socket接口，區(qū)分來(lái)自不同應(yīng)用程序進(jìn)程或網(wǎng)絡(luò)連接的通信，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟l(fā)服務(wù)。

具體地，本跑合試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)通過(guò)開(kāi)啟系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)通訊服務(wù)，獲取多臺(tái)接入互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的訪問(wèn)信息，包括遠(yuǎn)地主機(jī)的IP地址和端口等。之后判斷該主機(jī)的IP地址是否達(dá)到訪問(wèn)級(jí)別，如達(dá)到則可接入本地的IP，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通訊，構(gòu)建驅(qū)動(dòng)裝置跑合試驗(yàn)系統(tǒng)的云平臺(tái)。通過(guò)本跑合試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)的云平臺(tái)，操作人員可在任意一臺(tái)達(dá)到訪問(wèn)級(jí)別的接入企業(yè)級(jí)互聯(lián)內(nèi)網(wǎng)的服務(wù)器進(jìn)行試驗(yàn)臺(tái)的跑合試驗(yàn)。本跑合試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)允許利用遠(yuǎn)程的網(wǎng)絡(luò)端口和節(jié)點(diǎn)，通過(guò)非現(xiàn)場(chǎng)的服務(wù)器向本地傳輸試驗(yàn)的跑合類(lèi)型以及曲線(xiàn)號(hào)，現(xiàn)場(chǎng)級(jí)的試驗(yàn)臺(tái)設(shè)備可根據(jù)遠(yuǎn)程服務(wù)器所傳輸?shù)呐芎项?lèi)型以及曲線(xiàn)號(hào)進(jìn)行跑合試驗(yàn)，工控機(jī)獲取到跑合曲線(xiàn)之后利用工業(yè)以太網(wǎng)向PLC發(fā)送數(shù)據(jù)，PLC返回跑合曲線(xiàn)的實(shí)際參數(shù)和性能狀況，包括振動(dòng)、溫度、頻率轉(zhuǎn)速等傳感信息以及跑合狀態(tài)，如有故障可及時(shí)報(bào)警。

2.2 基于工業(yè)云平臺(tái)的跑合試驗(yàn)故障診斷系統(tǒng)和維護(hù)決策機(jī)制

驅(qū)動(dòng)裝置例行跑合試驗(yàn)臺(tái)對(duì)采集到的振動(dòng)信號(hào)的故障診斷和預(yù)測(cè)主要是通過(guò)云平臺(tái)系統(tǒng)完成的?；诠I(yè)云平臺(tái)的跑合試驗(yàn)系統(tǒng)將采集到的振動(dòng)信號(hào)通過(guò)通訊模塊傳輸至上位機(jī)，上位機(jī)利用小波分析和趨勢(shì)分析來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)于驅(qū)動(dòng)裝置的故障預(yù)測(cè)及診斷。滾動(dòng)軸承的故障類(lèi)型按振動(dòng)信號(hào)的特征一般分為兩類(lèi)，一種是表面損傷類(lèi)故障，例如點(diǎn)蝕、剝落、擦傷等，另一種是磨損故障，例如長(zhǎng)時(shí)間使用所產(chǎn)生的磨損部分。對(duì)于表面損傷類(lèi)故障，當(dāng)損傷處經(jīng)過(guò)軸承元件表面時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)有異的沖擊脈沖寬帶信號(hào)，進(jìn)而引起軸承的振動(dòng)，該類(lèi)振動(dòng)就是損傷類(lèi)故障引起的振動(dòng)信號(hào)的基本特征。然而這種振動(dòng)響應(yīng)往往會(huì)被較大的振動(dòng)信號(hào)所掩蓋，導(dǎo)致無(wú)法很好地從功率譜中分辨。對(duì)于分辨損傷類(lèi)故障的振動(dòng)信號(hào)，傳統(tǒng)的頻譜分析方法較適合用來(lái)分析平穩(wěn)信號(hào)，而對(duì)于變速器，齒輪故障時(shí)會(huì)產(chǎn)生各種各樣的振動(dòng)信號(hào)，這些信號(hào)與時(shí)間有相當(dāng)大的相依性，傳統(tǒng)方法單獨(dú)對(duì)頻率進(jìn)行分析時(shí)，無(wú)法判斷出信號(hào)的相依性。因此引入小波分析的方法，將時(shí)域和頻域結(jié)合起來(lái)，能夠精確地表達(dá)信號(hào)的時(shí)頻特征。以正常振動(dòng)信號(hào)經(jīng)小波分析后的結(jié)果作為閾值，當(dāng)經(jīng)過(guò)處理之后的小波信號(hào)超過(guò)閾值，則判斷該次跑合存在異?；蛘吖收?，并且及時(shí)進(jìn)行報(bào)警。小波分析圖像如圖6所示。

圖6 小波分析模型

另外，驅(qū)動(dòng)裝置例行跑合試驗(yàn)臺(tái)的云平臺(tái)系統(tǒng)引入基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的預(yù)測(cè)建模和維護(hù)決策機(jī)制，經(jīng)過(guò)選擇、標(biāo)準(zhǔn)化等預(yù)處理后的信號(hào)通過(guò)狀態(tài)識(shí)別，如果未見(jiàn)異常，則繼續(xù)進(jìn)行健康度預(yù)測(cè)，其步驟如圖7所示。首先，數(shù)據(jù)獲取和處理階段輸出狀態(tài)表征數(shù)據(jù)，通過(guò)預(yù)測(cè)性維護(hù)模型的狀態(tài)識(shí)別功能對(duì)裝配的過(guò)程判斷是否異常，如未見(jiàn)異常則直接進(jìn)入健康度預(yù)測(cè)階段。健康度預(yù)測(cè)是指利用振動(dòng)、溫度等狀態(tài)參數(shù)及特征信號(hào)，基于不同的分析方法與預(yù)測(cè)模型來(lái)評(píng)估裝備的健康狀態(tài)和未來(lái)變化趨勢(shì)的預(yù)測(cè)方式。在本系統(tǒng)中采用的分析方法是小波分析，如出現(xiàn)異常則進(jìn)入故障判別和定位階段，根據(jù)傳感器的信號(hào)數(shù)據(jù)利用小波分析和幅值的趨勢(shì)分析來(lái)判斷故障的性質(zhì)和定位，并將故障的性質(zhì)和定位信息作為健康度預(yù)測(cè)階段的輸入。之后，通過(guò)對(duì)于健康度的預(yù)測(cè)來(lái)對(duì)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)和管理，并及時(shí)進(jìn)行檢修，維護(hù)決策采用維護(hù)代價(jià)最小化作為目標(biāo)進(jìn)行執(zhí)行，構(gòu)成一整套基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的預(yù)測(cè)建模和維護(hù)決策控制系統(tǒng)，以滿(mǎn)足對(duì)驅(qū)動(dòng)裝置跑合試驗(yàn)的實(shí)際需求。

圖7 預(yù)測(cè)性維護(hù)模型

3 結(jié)語(yǔ)

本系統(tǒng)通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)跑合試驗(yàn)過(guò)程的各項(xiàng)參數(shù)，運(yùn)用數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的分析算法，在上位機(jī)中對(duì)采集到的振動(dòng)、溫度等數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。同時(shí)，本系統(tǒng)可遠(yuǎn)程獲得設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息，對(duì)是否發(fā)生故障進(jìn)行預(yù)警，確定其部位、性質(zhì)等，保障工廠設(shè)備與服務(wù)器系統(tǒng)間信息的高準(zhǔn)確率傳輸，降低人工成本、減輕維護(hù)壓力，實(shí)現(xiàn)各級(jí)人員對(duì)關(guān)鍵設(shè)備的監(jiān)測(cè)力度的提升。優(yōu)化設(shè)備管理業(yè)務(wù)流程，完成從業(yè)務(wù)驅(qū)動(dòng)向數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的運(yùn)營(yíng)機(jī)制的升級(jí)，大力推進(jìn)了設(shè)備穩(wěn)定性管理，促進(jìn)預(yù)測(cè)性維護(hù)的數(shù)字化、信息化、智能化，為同類(lèi)生產(chǎn)制造企業(yè)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)提供了參考和借鑒。

基于現(xiàn)有的平臺(tái)，未來(lái)還可以根據(jù)具體的施工需要增加視頻監(jiān)控平臺(tái)，完善熱成像技術(shù)對(duì)關(guān)鍵設(shè)備溫度檢測(cè)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)紅外熱成像監(jiān)測(cè)及溫度報(bào)警；應(yīng)用圖像智能識(shí)別技術(shù)、建立結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)的設(shè)備運(yùn)行模型，通過(guò)后臺(tái)對(duì)比算法進(jìn)行報(bào)警，亦可以利用光纖震動(dòng)及聲音偵聽(tīng)技術(shù)對(duì)設(shè)備的振動(dòng)聲音進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并及時(shí)預(yù)警。