機械設備故障診斷與監(jiān)測的方法解析及其發(fā)展趨勢

付昱

（內蒙古開放大學，內蒙古呼和浩特，010018）

0 引言

隨著科學技術的不斷發(fā)展，機械設備的自動化制造已經逐漸趨向于智能化、精細化。生產設備對于我們生活的影響不斷提升，設備的制造成本也在快速提高。如果一臺機械設備在運行過程中出現障礙，但是負責監(jiān)管的工作人員卻并不關注，那么就會給工廠造成巨大的經濟損失，還會導致更加嚴重的后果。比如說，在1986年時，美國的一家核電站因為設備發(fā)生故障，導致大量的廢料泄露，造成很多的工人生命危險受到損傷，造成嚴重的經濟損失。通過對于各種類型的機械設備定期開展故障檢測，對于故障的發(fā)展形勢進行預判和分析，可以幫助更快的找出機械損壞的實際原因，采用各種方式對于機械設備進行維護，確保機械可以穩(wěn)定持續(xù)的運轉。由此可見，對于機械故障點的診斷，對于促進機械設備在現代能源企業(yè)生產環(huán)境中的應用具有關鍵意義。

1 診斷和監(jiān)測技術的發(fā)展及現狀

（1）在第二次世界大戰(zhàn)中，因為大多數的軍事裝備性能并不完善，沒有達到較高的科技水平，所以缺乏專業(yè)的研究方案和技術維修手段，這樣嚴重影響了軍事裝備使用性能的進一步發(fā)揮。到了上世紀60年代時，機械內部的半導體結構快速發(fā)展，使得由集成電路所形成的電子設備出現在大眾的視野當中，電子設備的發(fā)展第一次達到了高潮，在七十年代時，衍生出了一種新的技能方法，逐漸演變形成了數字信號和分析技術，快速的帶動了機械設備的故障診斷技術發(fā)展，并出現了很多監(jiān)測技術。

（2）就國內的機械故障診斷技術來看，整體上和其他發(fā)達國家相比實力比較落后，只是從上個世紀才開展發(fā)展故障方面的研究，目前還處于初級發(fā)展階段，經過了幾十年的研發(fā)，發(fā)展速度獲得了飛速提升，但是就實際情況來看，在機械診斷方面，其還沒有完善的檢測制度，需要進一步提升機械設備的穩(wěn)定性。

（3）經過了幾十年的發(fā)展，機械故障診斷技術已經逐漸演化發(fā)展，形成了比較嚴密的科學體系。就現當前的技術方法來看，應該將一些技術重點方案都落實在深度應用上。隨著大量新興技術的出現，技能的不斷研發(fā)，越來越多的電子設備被創(chuàng)新，對于信息技術的處理和優(yōu)化具有關鍵作用，為機械故障診斷整體發(fā)展注入了鮮活生命力，有效強化了我國機械制造的發(fā)展水平。

2 設備機械故障分析診斷與性能檢測對新技術的重要意義

（1）機械故障狀態(tài)自動監(jiān)測和機械故障狀態(tài)診斷信息技術都可以快速推動社會經濟水平的提升?，F代機械生產技術的優(yōu)化提升已經逐漸轉變成為更加大規(guī)模、質量精度更高、性能更完善的機械，此后，生產率質量已經得到了大規(guī)模的提升，獲得了可靠的質量安全保障。但是，經過生產過程中一系列的突發(fā)性故障，可能會對于設備的持續(xù)經營帶來危害，造成巨大的經濟損失。因此，對于連續(xù)和已經實現自動化生產的事業(yè)單位，需要實時監(jiān)控生產設備的狀態(tài)，一旦發(fā)現設備有出現故障的情況或者已經出現部分零件損壞的情況，就需要及時進行補救，做好記錄工作，避免造成嚴重的經濟損失。

（2）應當廣泛使用一些專業(yè)性較強的機械安全設備來強化檢測，借助一些新型的技術工具來實現機械生產的可持續(xù)發(fā)展。近些年來，科學技術發(fā)展日新月異，已經完全改變了人們的日常生活，讓人們的日常生活更加便利、更加科學化。比如說，在進行人類核能控制時，一旦發(fā)現出現了新的核能，如果不能加以利用，就會嚴重影響人們的生活。技術發(fā)展往往是兩個層面的主要內容，雖然技術的發(fā)展會帶給人們更多方便生活的利處，但是如果不是適度的使用和利用，那么就會造成非常嚴重的社會危害。隨著現代工業(yè)發(fā)展形勢越來越迅猛，污染物的問題已經變得更加嚴重，因此，需要盡可能不斷優(yōu)化設備，調整空氣中的污染物含量，盡可能優(yōu)化設備內的能量消耗情況，真正的實現綠色的機械設備設計。除此以外，還需要考慮到設備的老化和年久失修都會加劇機器的污染，從可持續(xù)發(fā)展角度來看，對于設備運行狀況的檢測是必不可少的一個環(huán)節(jié)。

（3）機械設備的檢查和錯誤診斷需要維護方面的改進。我國在機械設備維修方面原先一直沿用前蘇聯的維修管理體系，除非是發(fā)生了嚴重的故障以后進行維修，還結合的市場的數據統(tǒng)計方案和產品銷售計劃對于小型設備進行了回收維修。但是，這種已經發(fā)生故障在進行修復的工作并不能從根本上解決機械設備使用壽命較短的問題。除此以外，設備后期的維護費用是巨額的，也可能會因為故障導致發(fā)生巨大的經濟損失?，F代機械設備的維護精度要求科技含量較高，在定期維護環(huán)節(jié)中，常常可能需要進行重新的裝修和拆卸，需要定期開展維護工作。重復性高的工作模式很有可能會影響一個設備的精度。由此可見，并不能在最先購置機械設備以后就不管不顧，等到發(fā)生故障以后再進行干預。對此，企業(yè)相關部門需要實時監(jiān)控機械設備的運行狀態(tài)，利用信號接收器隨時反饋機械設備運行的參數，不僅僅可以了解到機械正常情況下的運行狀態(tài)，還可以結合設備中的數據進行實時分析，這樣一旦出現數據紊亂的情況，就可以及時了解到情況，從不同程度上減少了安全事故的發(fā)生，并且可以通過監(jiān)控電子設備的情況來進行診斷分析。

3 機械設備故障診斷與監(jiān)測的常用方法

3.1 振動監(jiān)測診斷法

任何機械設備在運轉過程中，因為零部件和紐帶之間的摩擦，都會產生不同程度的波動，也會伴隨著短期或者隨機性的振動，而振動很有可能會在一定程度上產生較大的振幅，代表著能量的大小，其中頻率則是機械發(fā)生振動的重要表征。因此，可以通過檢測設備的振動情況來判斷設備是否有發(fā)生故障的前兆。借助對應的檢測儀器，可以了解到機械設備的實時振動情況，進而完成對于故障的診斷。使用頻率較高的此類型儀器有內部有磁電通過的電壓傳感器等設備，且因為壓電加速度傳感器具有更高質量的精準度，并且體積較小，被大量工廠廣泛使用。在對于機械設備開展振動檢測的過程中，不僅僅需要使用傳感器，還需要結合儀器的具體運行情況和使用說明進行利用。這種方法一般在機械設備輪軸發(fā)生故障時常常被使用

3.2 噪聲故障的監(jiān)測法

在日常的機械設備運行過程中，設備信號和振動信號的傳遞過程中都會攜帶大量的信息。因此，需要對于機械設備進行噪聲檢測，可以實現對于機械設備故障的提前檢測。一般情況下，對于振動信號的檢測往往需要對應的檢測儀器來進行安裝，在高溫或者化學產品較多的環(huán)境下不適合使用這種設備，因此，無法實現對于振動設備的測量，而噪音信號并不會受到這些情況的影響，任何情況下對于設備的噪聲信號采集都可以實現高質量、高精度的分析，從而有效對于故障進行診斷。在傳統(tǒng)的噪聲監(jiān)測環(huán)節(jié)中，一般情況下會使用聽診法來檢測設備的狀態(tài)，但是需要聽診人員有著豐富的操作經驗和科學的設備操作知識才能夠實現對于噪聲情況的判斷。在當下階段，對于噪聲進行檢測，是專業(yè)人士所采用的檢測辦法，是對于傳統(tǒng)聽診模式的優(yōu)化，結合設備正常運轉情況下的能量模式轉化和故障情況下的聲能量進行對比，實現故障的快速診斷。

3.3 紅外測溫法

在使用這類方法時，可以利用紅外線儀器針對于設備的不同位置以及外側的溫度進行運行狀態(tài)的分析和判斷，了解是否可能會導致出現故障情況。紅外測溫的儀器使用原理主要是黑體輻射，設備表面溫度越高的情況下，所發(fā)射紅外線的能力也就越強。如果一些部分可能會發(fā)生故障，那么就會造成短時間內的溫度升高，在此位置上就會造成一些管道堵塞的情況，導致機械設備發(fā)生損壞。在此方法中，紅外測溫所使用的儀器對于操作的精準度具有直接關系，可以實現非接觸情況下的機械設備測溫，還可以結合數據信息，利用科學算法對于機械設備的運轉情況進行判斷，綜合周邊的環(huán)境溫度做出判斷。這種方法在實際應用環(huán)節(jié)中，可以規(guī)避不良天氣帶來的影響，進一步提升操作精度，強化信息的儲存。

3.4 油液磨屑的分析法

在分析機械設備的運行情況時，可以對于油液的磨屑進行判斷處理，這也是判斷故障的另外一種情況。在使用這種方法時，需要參考設備零部件之間的潤滑程度和液壓實際情況，因為磨屑粒型一般是因為設備內部零部件發(fā)生磨損所導致產生的污染，可以結合其情況來判斷機械內部受到磨損的零部件以及磨損程度，針對于實際進行分析。在分析油液時，可以針對于元素的不同分析波的長短情況，不同的元素在受到能量波動時，會激發(fā)設備的影響情況，使得不同的波長對于設備帶來不同影響。因此，使用這類型信息就可以明確設備的具體受損位置。使用這一方法可以快速判斷設備出現問題的情況以及具體部位。

4 機械設備故障診斷與監(jiān)測發(fā)展趨勢

4.1 信息融合發(fā)展

近些年來，現代信息技術發(fā)展日新月異，人們獲得信號的方式越來越多元化，而在獲取機械設備信號過程中，如果準確判斷信號的精準性，及時獲得信息是比較關鍵的。在對于機械設備進行研究時，不僅僅需要信號采集裝置來獲得更多信號，還需要借助現代化智能信息融合技術來科學分析信號內容，才可以準確了解設備的運行狀態(tài)以及是否存在發(fā)生故障的可能。在對于信號頻譜的分析時，需要對于信號實現融合性發(fā)展，科學使用一些數字技術來調整信號領域，對于頻率進行分析，但是不足之處是不能同時對于頻域進行分析。除此以外，小波變換可以同時對于不同設備的頻域進行數據轉換并做出分析，實現對于局部信號的快速分析，同時可以對于小波進行動態(tài)化的波長分析，進行有效的動態(tài)化操作，及時作出定位，搭建數學模型[1]。

4.2 智能化決策算法

在人工智能發(fā)展的過程中，如何將人工智能算法調整在合適的范圍當中一直是學術領域所研究的熱門話題之一。隨著技術的不斷深化研究和方案改進，對于智能控制和機械設備的故障判斷研究領域越發(fā)深入，通過借助遺傳算法在故障判斷中的有效應用，能夠實現高精準度的故障判斷，這也是未來研究領域中的重點規(guī)劃內容。將模糊應用理論納入到設備故障的評估范圍之中，可以搭建專業(yè)的三維立體模型，對于設備的實際情況進行分析，然后只需要在其中模擬較為合適的參數，就可以精準解決問題，不需要搭建專業(yè)的數字模型就可以快速解決問題，所消耗的時間較短。通過對于神經網絡的判斷和分析，可以進行多元化的聯想和總結，同時對于多個問題進行處理解決，對于故障的提前判斷具有顯著性優(yōu)勢[2]。

4.3 網絡化集成資源

在信息技術快速發(fā)展的今天，工業(yè)控制技術局部區(qū)域網在數控領域已經有了顯著發(fā)展成果。在數據的收集和方案整理總結過程中，局域網所發(fā)揮的作用是極為關鍵并顯著的，可以將機械設備的故障診斷方案和局域網結合起來，實現高精度的準確判斷，利用局域網收集機械設備使用過程中所產生的信號來對于計算機進行連接，借助設備對于原來的信息搭建傳輸平臺，進行有效的歸納整合，通過計算機強化的信息功能，快速分析設備是否存在障礙，保證機械設備的可持續(xù)運轉。

4.4 容錯控制

在使用容錯控制的過程中，一旦機械設備發(fā)生故障，系統(tǒng)可以及時停止機械設備的運轉操作，自動去除故障，并且結合實際情況重新搭建系統(tǒng)內部結構，保持系統(tǒng)的持續(xù)運轉，雖然運行的性能可能會下降，但是可以盡可能滿足周轉需求。在進行系統(tǒng)容錯控制時，需要不斷優(yōu)化功能，實現高質量的內部模式拓寬，比如說在設置設備裝置時，系統(tǒng)內部可能會存在著自我調節(jié)的功能，也就是可以幫助設備調整內部構建的一種核心裝置，在設備運行過程中參數比較多元化，可以通過壓力的調節(jié)，來改變設備的運行模式，為設備的可持續(xù)運轉提供充分支撐。智能化容錯的發(fā)展是工業(yè)未來智能化發(fā)展的大趨勢，應當不斷改進并提升其發(fā)展水平[3]。

5 結語

在設備故障調控過程中，常常會使用很多故障監(jiān)測方案，這些方法都有著獨特的優(yōu)勢，需要結合不同情況來進行使用。為了更好的對于設備進行故障診斷，就需要深入研究設備的實時狀態(tài)監(jiān)測原理，本文著重分析了設備故障監(jiān)測的一些方法，針對性的提出了一些有效建議，希望可以促進該領域的深度研究。