全斷面隧道掘進(jìn)裝備預(yù)測(cè)性維護(hù)技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)展

王 凱

(機(jī)械工業(yè)儀器儀表綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究所，北京 100055)

0 引言

全斷面隧道掘進(jìn)裝備是集機(jī)、電、液、光、傳感、信息技術(shù)于一體，具有隧道掘進(jìn)、出渣、拼裝隧道襯砌、導(dǎo)向糾偏等功能，廣泛應(yīng)用于城市軌道交通、地下綜合管廊等場(chǎng)景的特大型專用工程設(shè)備。鐵路、公路、水利等基礎(chǔ)建設(shè)使全斷面隧道掘進(jìn)裝備具備了巨大的市場(chǎng)需求[1]。掘進(jìn)裝備運(yùn)行環(huán)境的復(fù)雜性、不確定性給全斷面隧道掘進(jìn)裝備的安全、高效施工帶來了極大挑戰(zhàn)。突發(fā)故障極大地影響了裝備運(yùn)行效率，會(huì)導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)損失[2]。同時(shí)，掘進(jìn)裝備自身的復(fù)雜性也對(duì)可靠性提出了更高要求。

預(yù)測(cè)性維護(hù)是通過對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，結(jié)合大數(shù)據(jù)、人工智能等手段對(duì)其未來的工作狀況進(jìn)行預(yù)測(cè)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)故障診斷、壽命預(yù)測(cè)、設(shè)備維護(hù)與管理，是人工智能技術(shù)在智能制造領(lǐng)域中的典型應(yīng)用之一[3]。尤其是針對(duì)高價(jià)值、高可靠性要求及維修困難的掘進(jìn)裝備進(jìn)行預(yù)測(cè)性維護(hù)，有助于保證施工連續(xù)性，提高生產(chǎn)安全性，降低生產(chǎn)和維護(hù)成本。

隨著工程裝備智能化技術(shù)的日漸成熟，其模式識(shí)別、智能感知等應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了裝備的集成化、數(shù)字化、可視化和自動(dòng)化[4]。如何有效利用工程施工大數(shù)據(jù)，并釋放其中的信息與知識(shí)以進(jìn)行裝備的預(yù)測(cè)性維護(hù)等問題，已成為隧道工程領(lǐng)域的重大技術(shù)挑戰(zhàn)和未來行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)熱點(diǎn)。

本文對(duì)掘進(jìn)裝備開展預(yù)測(cè)性維護(hù)及其標(biāo)準(zhǔn)化研究，對(duì)于促進(jìn)掘進(jìn)裝備標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)、規(guī)范預(yù)測(cè)性維護(hù)關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展具有重要意義。

1 掘進(jìn)裝備關(guān)鍵部件預(yù)測(cè)性維護(hù)技術(shù)

1.1 概述

全斷面隧道掘進(jìn)裝備是實(shí)現(xiàn)隧道施工作業(yè)機(jī)械化的關(guān)鍵裝備，可分為盾構(gòu)和硬巖掘進(jìn)機(jī)(tunnel boring machine,TBM) 兩大類，由主體和各系統(tǒng)組成，如刀盤驅(qū)動(dòng)、推進(jìn)、排渣、管片拼裝、同步注漿及盾尾密封系統(tǒng)等[5]。掘進(jìn)裝備形體較大，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，機(jī)械元件數(shù)量種類繁多，且作業(yè)環(huán)境相對(duì)惡劣復(fù)雜，在工作過程中其機(jī)械元件不可避免地會(huì)受到損壞。同時(shí)，刀盤系統(tǒng)、螺旋輸送系統(tǒng)等機(jī)械系統(tǒng)的組成離不開電子設(shè)備，因此機(jī)械類和電氣類故障是掘進(jìn)裝備預(yù)測(cè)性維護(hù)的重點(diǎn)[6-7]。

1.2 刀具磨損監(jiān)測(cè)及預(yù)測(cè)

刀具是掘進(jìn)裝備掘進(jìn)時(shí)對(duì)工作面進(jìn)行切削的主要工具。滾刀正常磨損在刀盤故障的占比為80%。刀具磨損機(jī)理如表1所示[8]。

表1 刀具磨損機(jī)理

及時(shí)檢測(cè)出刀具磨損程度既能避免過早開倉(cāng)更換刀具，又能減輕超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)加劇刀具磨損程度的惡性連鎖反應(yīng)，還可減少換刀時(shí)間、提高掘進(jìn)效率。因此，研究刀具磨損監(jiān)測(cè)及預(yù)測(cè)技術(shù)是保證掘進(jìn)高效運(yùn)轉(zhuǎn)的重要任務(wù)之一。

切刀和滾刀是目前掘進(jìn)裝備配備的主要刀具。國(guó)內(nèi)外學(xué)者在刀具磨損模型研究方面更傾向于滾刀磨損。刀具磨損故障診斷與預(yù)測(cè)方法可分為分析模型、試驗(yàn)?zāi)Ｐ秃突跈C(jī)器學(xué)習(xí)的軟測(cè)量模型[9-11]。在刀具磨損預(yù)測(cè)分析模型中，應(yīng)用較為廣泛的是科羅拉多學(xué)院模型。在刀具磨損預(yù)測(cè)試驗(yàn)?zāi)Ｐ椭?，具有代表性的刀具磨損預(yù)測(cè)試驗(yàn)?zāi)Ｐ褪荊ehring模型和挪威科技大學(xué)模型?；跈C(jī)器學(xué)習(xí)的軟測(cè)量模型充分考慮了各種地質(zhì)和作業(yè)條件，更適用于盤形滾刀可靠性評(píng)估。

工程實(shí)際中，刀具磨損是多耦合的復(fù)雜過程。分析模型、試驗(yàn)?zāi)Ｐ突蛘呋跈C(jī)器學(xué)習(xí)的軟測(cè)量模型都有其局限性，不能真實(shí)模擬掘進(jìn)過程中的刀具磨損情況。因此，充分耦合多種影響因素、建立通用的預(yù)測(cè)模型是刀具預(yù)測(cè)性維護(hù)的趨勢(shì)。

1.3 主軸承診斷及預(yù)測(cè)

主軸承是連接盾構(gòu)刀盤與動(dòng)力系統(tǒng)的關(guān)鍵部件。如在設(shè)計(jì)、制造、安裝、使用時(shí)存在問題，就會(huì)引起軸承內(nèi)部損壞，需停機(jī)進(jìn)行故障處理。受隧道內(nèi)空間限制，軸承更換耗時(shí)長(zhǎng)，給工程安全、工期、成本帶來諸多不可控因素[12]。國(guó)內(nèi)外對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的軸承故障診斷研究較多，但針對(duì)全斷面隧道掘進(jìn)裝備主軸承施工現(xiàn)場(chǎng)的故障診斷研究較少。

主軸承在作業(yè)過程中，受其自身發(fā)生故障等內(nèi)部因素，以及承受較大的軸向力、徑向力、傾覆力矩等復(fù)雜荷載的外部因素的共同作用。主軸承失效部位及原因如表2所示。

表2 主軸承失效部位及原因

目前，主軸承的檢測(cè)方法主要有油品檢測(cè)、振動(dòng)測(cè)試、掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)參數(shù)變化分析、外密封出脂情況檢查、電渦流測(cè)試、內(nèi)窺鏡觀察、密封保壓、油位變化觀察等。在特征分析層面，有學(xué)者提出時(shí)域波形指標(biāo)、峭度指標(biāo)分析和頻域頻譜分析的故障判別方式，并對(duì)武漢某地鐵項(xiàng)目中盾構(gòu)驅(qū)動(dòng)軸的軸承作出了故障判定[13]。在智能診斷層面，有學(xué)者提出了一種基于多任務(wù)學(xué)習(xí)的深度殘差網(wǎng)絡(luò)，可同時(shí)用于處理滾動(dòng)軸承故障定位和故障嚴(yán)重度判斷，為盾構(gòu)機(jī)滾動(dòng)軸承故障診斷提供了新的解決方案[14]。

由于主軸承的運(yùn)行狀態(tài)信息在振動(dòng)、油液、溫度等信號(hào)中均有體現(xiàn)，因此基于多源信息融合的預(yù)測(cè)性維護(hù)方法已成為主軸承診斷及預(yù)測(cè)的重要研究方向。

1.4 液壓系統(tǒng)故障診斷

液壓系統(tǒng)作為核心部件之一，是掘進(jìn)裝備的主要?jiǎng)恿碓?。液壓系統(tǒng)是一個(gè)多回路、多元件，元件之間存在時(shí)空耦合關(guān)系，復(fù)雜且高度非線性的系統(tǒng)。其故障集中于液壓元件的泄漏，油液粘度過高/過低和電磁閥失效等問題。國(guó)內(nèi)外學(xué)者基于機(jī)器學(xué)習(xí)[15]、故障樹等[16]方法對(duì)液壓系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類或分類，并采用AMESiM軟件構(gòu)建的液壓系統(tǒng)模型仿真其故障類型。AMESiM 軟件使用簡(jiǎn)單、方便，通過修改參數(shù)可直觀反映液壓系統(tǒng)故障，且能與其他軟件接口相連，完成其控制部分的仿真。因此，該軟件在掘進(jìn)裝備液壓系統(tǒng)故障診斷研究中得到較為廣泛的應(yīng)用[17]。

掘進(jìn)機(jī)液壓系統(tǒng)存在高度的非線性特性,難以建立準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型。液壓系統(tǒng)各類故障狀態(tài)下的樣本數(shù)據(jù)有限、質(zhì)量無法保證等現(xiàn)狀，對(duì)診斷及預(yù)測(cè)提出了更高要求。在現(xiàn)有液壓故障診斷的研究中，深度學(xué)習(xí)的研究已得到一定規(guī)模的開展。因此，開展深度學(xué)習(xí)在盾構(gòu)機(jī)液壓系統(tǒng)中的應(yīng)用研究勢(shì)在必行。

1.5 電氣系統(tǒng)故障診斷

掘進(jìn)裝備電氣設(shè)備包括電機(jī)、變頻器、變壓器、可編程邏輯控制器(programable logic controller,PLC)、斷路器、接觸器、傳感器等。其中，傳感器和斷路器等設(shè)備相對(duì)于電機(jī)、變頻器和變壓器而言價(jià)格低廉，可替代性強(qiáng)。因此，研究主要集中在三相異步電動(dòng)機(jī)、變頻器和變壓器等[18]。電動(dòng)機(jī)按照故障發(fā)生的部位分為定子故障、氣隙故障、轉(zhuǎn)子故障和軸承故障。如學(xué)者基于小波包和改進(jìn)粒子群算法優(yōu)化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析電動(dòng)機(jī)電流信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)子斷條、匝間短路、缺相、靜態(tài)偏心等故障診斷[7]。

電流信號(hào)是診斷和預(yù)測(cè)電氣類故障的重要手段。深度分析電氣故障機(jī)理，將深度學(xué)習(xí)等智能建模方法應(yīng)用于電流信號(hào)診斷是電氣故障診斷的研究熱點(diǎn)。

2 掘進(jìn)裝備標(biāo)準(zhǔn)化現(xiàn)狀

2.1 國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)化工作概況

按照標(biāo)準(zhǔn)類型，掘進(jìn)裝備國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)可分為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)等。主要標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)組織如下。

①國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)制修訂組織。全國(guó)建筑施工機(jī)械與設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)(SAC/TC328)主要負(fù)責(zé)掘進(jìn)裝備施工機(jī)械領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)制定。全國(guó)設(shè)備監(jiān)理工程咨詢標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)(SAC/TC423)等制定了監(jiān)理等標(biāo)準(zhǔn)。全國(guó)鑿巖機(jī)械與氣動(dòng)工具標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)(SAC/TC173)制定了掘進(jìn)裝備監(jiān)理及產(chǎn)品等標(biāo)準(zhǔn)。全國(guó)工業(yè)過程測(cè)量控制和自動(dòng)化標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)(SAC/TC124)組織制定了狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障診斷、預(yù)測(cè)性維護(hù)等標(biāo)準(zhǔn)。

②行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制修訂組織。SAC/TC 328、SAC/TC 173、SAC/TC 124及煤炭行業(yè)煤礦專用設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)等標(biāo)準(zhǔn)化組織制定了掘進(jìn)裝備相關(guān)術(shù)語(yǔ)、產(chǎn)品、部件、安全要求、再制造等行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。如：JB/T 11861—2014《盾構(gòu)機(jī)切削刀具》等機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)；MT/T 1140—2011《懸臂式掘進(jìn)裝備撥盤》等煤炭行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

③團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)制修訂組織。中國(guó)機(jī)械工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)協(xié)會(huì)、中國(guó)機(jī)械工業(yè)聯(lián)合會(huì)、中國(guó)工程機(jī)械協(xié)會(huì)、中國(guó)煤炭機(jī)械工業(yè)協(xié)會(huì)、北京盾構(gòu)工程協(xié)會(huì)、中國(guó)科技產(chǎn)業(yè)化促進(jìn)會(huì)、合肥市機(jī)械行業(yè)協(xié)會(huì)等協(xié)會(huì)組織對(duì)于掘進(jìn)裝備標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)行了相關(guān)研究，并陸續(xù)制定了T/CCMA 0063—2018《盾構(gòu)機(jī)操作、使用規(guī)范》以及T/DGGC 005—2020《全斷面隧道掘進(jìn)裝備再制造 檢測(cè)與評(píng)估》等團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)。

從標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容及標(biāo)準(zhǔn)范圍角度分析，主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)如下。

①基礎(chǔ)及產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。2014年5月10日，習(xí)近平總書記在中鐵工程裝備集團(tuán)有限公司提出了“三個(gè)轉(zhuǎn)變”的重要論述。隨著對(duì)于掘進(jìn)裝備標(biāo)準(zhǔn)化工作的重視，GB/T 34354—2017《全斷面隧道掘進(jìn)裝備術(shù)語(yǔ)和商業(yè)規(guī)格》、GB/T 34650—2017《全斷面隧道掘進(jìn)裝備盾構(gòu)機(jī)安全要求》等基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)以及GB/T 34651—2017《全斷面隧道掘進(jìn)裝備土壓平衡盾構(gòu)機(jī)》等產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)被陸續(xù)制定[19]。在預(yù)測(cè)性維護(hù)領(lǐng)域，SAC/TC 124發(fā)布了我國(guó)首項(xiàng)預(yù)測(cè)性維護(hù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 40571—2021《智能服務(wù) 預(yù)測(cè)性維護(hù) 通用要求》及GB/T 41397—2022《生產(chǎn)過程質(zhì)量控制 故障診斷》等預(yù)測(cè)性維護(hù)相關(guān)基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)[20]。

②方法標(biāo)準(zhǔn)。針對(duì)掘進(jìn)裝備相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化組織制定了T/CCMA 0087—2020《全斷面隧道掘進(jìn)裝備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與評(píng)估》等方法標(biāo)準(zhǔn)。相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)主要集中在安全、功能等領(lǐng)域。針對(duì)預(yù)測(cè)性維護(hù)，我國(guó)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化組織也制定了GB/T 37942—2019《生產(chǎn)過程質(zhì)量控制 設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)》、GB/T 2298—2010《機(jī)械振動(dòng)、沖擊與狀態(tài)監(jiān)測(cè)詞匯》等標(biāo)準(zhǔn)。上述標(biāo)準(zhǔn)主要針對(duì)大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械、通用機(jī)械等類型的重要裝備。

綜上所述，我國(guó)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)組織制定的國(guó)家/行業(yè)/團(tuán)體等標(biāo)準(zhǔn)主要涉及術(shù)語(yǔ)、產(chǎn)品、部件、安全要求、再制造等。在針對(duì)通用智能裝備領(lǐng)域，SAC/TC124等制定了預(yù)測(cè)性維護(hù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。目前，尚無掘進(jìn)裝備診斷及預(yù)測(cè)國(guó)家/行業(yè)/團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布。

2.2 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化工作概況

從國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化的角度分析，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(International Organization for Standardization,ISO)、國(guó)際電工技術(shù)委員會(huì)(International Electrotechnical Commission,IEC)、電氣和電子工程師協(xié)會(huì)(Institute of Electrical and Electronics Engineers,IEEE)等針對(duì)數(shù)據(jù)采集、狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷等預(yù)測(cè)性維護(hù)相關(guān)技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)行了研究，并制定了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。

國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)組織及典型標(biāo)準(zhǔn)如表3所示。

表3 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)組織及典型標(biāo)準(zhǔn)

國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織及標(biāo)準(zhǔn)化現(xiàn)狀如下。

①國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織機(jī)械振動(dòng)、沖擊與狀態(tài)監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)(ISO/TC108)長(zhǎng)期從事振動(dòng)、沖擊和狀態(tài)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的基礎(chǔ)技術(shù)研究和標(biāo)準(zhǔn)化工作，形成了CM&D系列標(biāo)準(zhǔn)，如ISO 2041《振動(dòng)、沖擊和狀態(tài)監(jiān)測(cè)詞匯表》、ISO 13372《機(jī)械振動(dòng)沖擊和狀態(tài)監(jiān)測(cè) 術(shù)語(yǔ)和定義》和ISO 13379-1《機(jī)器的工況監(jiān)測(cè)和診斷數(shù)據(jù)解釋和診斷技術(shù) 第1部分 通用指南》。

②國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織建筑施工機(jī)械與設(shè)備技術(shù)委員會(huì)(ISO/TC195)從事掘進(jìn)裝備相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化工作，但目前尚無相關(guān)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布。

③國(guó)際電工委員會(huì)工業(yè)測(cè)控和自動(dòng)化技術(shù)委員會(huì)(IEC/TC65)是國(guó)際智能制造標(biāo)準(zhǔn)化的核心組織，制定了預(yù)測(cè)性維護(hù)、全生命周期管理和智能設(shè)備管理等標(biāo)準(zhǔn)，如IEC 63270《工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備及系統(tǒng) 預(yù)測(cè)性維護(hù)》和IEC TR 63082-1 《智能設(shè)備管理 第1部分 概念和定義》等。

④其他國(guó)際組織制定的標(biāo)準(zhǔn)。如:IEEE/SCC20標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)調(diào)委員會(huì)負(fù)責(zé)診斷等預(yù)測(cè)性維護(hù)標(biāo)準(zhǔn)化工作；MIMOSA研制了OSA-CBM和OSA-EAI標(biāo)準(zhǔn)；歐盟、英國(guó)等發(fā)布了EN12336-2005《隧道掘進(jìn)裝備.盾構(gòu)機(jī)、止推鉆孔機(jī)、螺旋鉆探機(jī)、襯里安裝設(shè)備.安全要求》、BSEN12336：2005《隧道掘進(jìn)裝備安全要求》、BSEN 12110：2002《隧道掘進(jìn)裝備氣閘安全要求》和BS6164:2001《建筑業(yè)中開挖隧道的安全操作規(guī)程》等相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

綜上所述，國(guó)際在隧道掘進(jìn)裝備行業(yè)領(lǐng)域已經(jīng)制定了一些安全標(biāo)準(zhǔn)及相應(yīng)的實(shí)施規(guī)范，在預(yù)測(cè)性維護(hù)領(lǐng)域的研究主要集中在狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障診斷、設(shè)備管理等具體功能部分或溫度、振動(dòng)等具體量值部分。截至目前，國(guó)際上尚未發(fā)布掘進(jìn)裝備監(jiān)測(cè)診斷及預(yù)測(cè)性維護(hù)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 標(biāo)準(zhǔn)化需求分析

隨著人工智能、大數(shù)據(jù)和云計(jì)算等新技術(shù)的快速發(fā)展，同時(shí)為了更好地適應(yīng)智能制造的發(fā)展趨勢(shì)，掘進(jìn)裝備監(jiān)測(cè)診斷及預(yù)測(cè)性維護(hù)的標(biāo)準(zhǔn)化工作亟需開展，以滿足新技術(shù)發(fā)展的相關(guān)需求。此外，我國(guó)全斷面隧道掘進(jìn)裝備預(yù)測(cè)性維護(hù)相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)尚屬空白，全斷面隧道掘進(jìn)裝備預(yù)測(cè)性維護(hù)標(biāo)準(zhǔn)體系尚未建立，限制了掘進(jìn)裝備標(biāo)準(zhǔn)化的系統(tǒng)發(fā)展和科學(xué)制定。

3 掘進(jìn)裝備預(yù)測(cè)性維護(hù)標(biāo)準(zhǔn)化研究

3.1 掘進(jìn)裝備標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)

總結(jié)掘進(jìn)裝備當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)化現(xiàn)狀，結(jié)合當(dāng)前預(yù)測(cè)性維護(hù)領(lǐng)域通用標(biāo)準(zhǔn)制定情況，提出掘進(jìn)裝備標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)，包括“A 基礎(chǔ)共性” “B 關(guān)鍵技術(shù)” “C 應(yīng)用場(chǎng)景”， 主要反映全斷面隧道掘進(jìn)裝備標(biāo)準(zhǔn)體系各部分的組成關(guān)系。 全斷面隧道掘進(jìn)裝備標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 全斷面隧道掘進(jìn)裝備標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)

全斷面隧道掘進(jìn)裝備標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)中明確了掘進(jìn)裝備已有標(biāo)準(zhǔn)及標(biāo)準(zhǔn)化的需求，對(duì)于開展掘進(jìn)裝備標(biāo)準(zhǔn)化工作具有重要意義。

3.2 掘進(jìn)裝備預(yù)測(cè)性維護(hù)標(biāo)準(zhǔn)體系

掘進(jìn)裝備預(yù)測(cè)性維護(hù)標(biāo)準(zhǔn)體系如圖2所示。

圖2 掘進(jìn)裝備預(yù)測(cè)性維護(hù)標(biāo)準(zhǔn)體系

掘進(jìn)裝備的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)/行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)/團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)主要集中在裝備及部件領(lǐng)域，不能完全覆蓋掘進(jìn)裝備的制造、運(yùn)行和維護(hù)過程。SAC/TC124等國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)組織及IEC/TC65等國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)組織，針對(duì)數(shù)據(jù)字典、可靠性等基礎(chǔ)共性技術(shù)以及預(yù)測(cè)性維護(hù)等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入研究，并發(fā)布了系列標(biāo)準(zhǔn)化成果。相關(guān)成果為全斷面隧道掘進(jìn)裝備預(yù)測(cè)性維護(hù)標(biāo)準(zhǔn)化奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。基于標(biāo)準(zhǔn)化現(xiàn)狀及關(guān)鍵技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研制基礎(chǔ)，本文提出全斷面隧道掘進(jìn)裝備預(yù)測(cè)性維護(hù)標(biāo)準(zhǔn)化體系框架。掘進(jìn)裝備預(yù)測(cè)性維護(hù)標(biāo)準(zhǔn)體系包括：基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，如通用要求、術(shù)語(yǔ)和定義等；方法標(biāo)準(zhǔn)，如數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)字典、狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障診斷、預(yù)測(cè)性維護(hù)等；應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，如面向盾構(gòu)機(jī)等典型裝備，或面向系統(tǒng)功能要求等系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)體系構(gòu)建涵蓋了設(shè)備運(yùn)維與管理的各個(gè)維度。目前，在掘進(jìn)裝備預(yù)測(cè)性維護(hù)領(lǐng)域已發(fā)布了GB/T 41052—2021《全斷面隧道掘進(jìn)機(jī) 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)》和T/CCMA 0087—2020《全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)與評(píng)估》等國(guó)家或團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)。下一步研究可圍繞全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)數(shù)據(jù)字典、故障診斷方法、系統(tǒng)功能要求等進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化研究，進(jìn)一步推動(dòng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)研制進(jìn)程。

4 結(jié)論

國(guó)家相關(guān)政策、巨大社會(huì)需求以及人工智能技術(shù)的進(jìn)步都在快速推動(dòng)著全斷面隧道掘進(jìn)裝備的智能化發(fā)展。以監(jiān)測(cè)診斷與壽命預(yù)測(cè)為主的預(yù)測(cè)性維護(hù)技術(shù)，是人工智能技術(shù)在掘進(jìn)機(jī)領(lǐng)域的典型應(yīng)用和落腳點(diǎn)之一，也是掘進(jìn)機(jī)維護(hù)方式變革的必然選擇。

本文充分分析了掘進(jìn)機(jī)關(guān)鍵部件的預(yù)測(cè)性維護(hù)技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，總結(jié)了掘進(jìn)機(jī)預(yù)測(cè)性維護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化現(xiàn)狀，凝練出當(dāng)前掘進(jìn)裝備標(biāo)準(zhǔn)化需求以及關(guān)鍵技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研制方向。相關(guān)研究為掘進(jìn)機(jī)預(yù)測(cè)性維護(hù)技術(shù)及其標(biāo)準(zhǔn)化的科學(xué)規(guī)范發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，也為掘進(jìn)裝備生產(chǎn)企業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級(jí)和高質(zhì)量發(fā)展提供了有力支撐。