非線性理論對(duì)復(fù)雜機(jī)械的故障診斷與預(yù)測(cè)

【摘 要】隨著生產(chǎn)力的發(fā)展以及機(jī)械設(shè)備的日趨于集成化、復(fù)雜化。如果能對(duì)復(fù)雜機(jī)械做出準(zhǔn)確的故障診斷，有利于生產(chǎn)效率的提高，那么將非線性理論與機(jī)械故障診斷技術(shù)結(jié)合起來，理論結(jié)合實(shí)際，能將機(jī)械故障診斷提升到更高的層次，其應(yīng)用意義非常重大。

【關(guān)鍵詞】機(jī)械故障診斷；分形理論；混沌理論

一、機(jī)械的故障診斷的現(xiàn)狀、趨勢(shì)及診斷的理論方法

所謂的機(jī)械故障診斷就是當(dāng)機(jī)械在一定環(huán)境下工作時(shí)，通過獲取機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)行產(chǎn)生的信號(hào)來診斷機(jī)械系統(tǒng)是否異常，并找出異常原因和部位以及對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)預(yù)測(cè)的一門技術(shù)。現(xiàn)在的工業(yè)科學(xué)技術(shù)越來越發(fā)達(dá)，生產(chǎn)所需要的設(shè)備也越來越復(fù)雜化、巨大化，各零件之間關(guān)系也越來越緊密，那么如果在生產(chǎn)中機(jī)械系統(tǒng)發(fā)生了故障，那么對(duì)于工廠、企業(yè)的損失將是不言而喻的。所以機(jī)械故障診斷這門技術(shù)越來越受到廣泛的關(guān)注，并將其與理論結(jié)合，運(yùn)用于實(shí)際生產(chǎn)中。

二、非線性問題與復(fù)雜機(jī)械故障的關(guān)系

在當(dāng)今復(fù)雜的機(jī)械系統(tǒng)中，包含著許多個(gè)子系統(tǒng)，除了各個(gè)子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能不一樣外，它們之間還存在著非常繁雜的不確定性關(guān)系。所以，在復(fù)雜的機(jī)械系統(tǒng)故障中就存在著許多非線性的問題。由于復(fù)雜機(jī)械故障有著不確定性、未知性、和模糊性等，這就給我們對(duì)復(fù)雜機(jī)械故障的診斷帶來的很大的難題。不過隨著非線性理論的發(fā)展，作為非線性重要理論基礎(chǔ)的分形與混沌理論，對(duì)于機(jī)械故障出現(xiàn)的復(fù)雜現(xiàn)象起到了很大的幫助作用。分形理論非線性科學(xué)的前沿和重要分支，既有著自相似性又有著無標(biāo)度性等特征，大大簡(jiǎn)化了機(jī)械故障診斷的問題。而混沌理論是一種既有質(zhì)性思考和量化分析的理論方法，對(duì)于系統(tǒng)的無法描述的不確定問題有著很好的解決依據(jù)。

三、非線性理論在復(fù)雜機(jī)械故障診斷預(yù)測(cè)的應(yīng)用

（1）混沌理論在復(fù)雜機(jī)械故障診斷中的應(yīng)用。機(jī)械系統(tǒng)具有高度的復(fù)雜性和非線性，那么在復(fù)雜機(jī)械故障的診斷中，通過對(duì)非線性系統(tǒng)的分析，從理論上得出非線性復(fù)雜機(jī)械存在混沌的原因，并構(gòu)造出相應(yīng)的相空間維數(shù)和特征參數(shù)的計(jì)算方法，了解混沌系統(tǒng)中分維數(shù)、李雅普洛夫指數(shù)、柯氏熵等特征參數(shù)的意義，并將其量化，從而對(duì)機(jī)械系統(tǒng)做出識(shí)別，判斷是否出現(xiàn)故障。（2）利用分形理論在機(jī)械故障診斷中的應(yīng)用。利用分形理論，從復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)為出發(fā)點(diǎn)，探究復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)在運(yùn)行中其分形參數(shù)變化對(duì)故障產(chǎn)生的敏感性，從而可以建立出系統(tǒng)階段上的基于分形理論診斷的一般研究方法，并把它推廣到滑動(dòng)軸承和大型礦用汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的故障診斷中來。（3）對(duì)復(fù)雜機(jī)械狀態(tài)最大可預(yù)測(cè)時(shí)間的應(yīng)用。根據(jù)復(fù)雜機(jī)械的行為狀態(tài)，先判斷出復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行短期預(yù)測(cè)是可行的。然后利用混沌理論的得出了復(fù)雜系統(tǒng)狀態(tài)的預(yù)測(cè)思想。（4）利用混沌理論對(duì)復(fù)雜機(jī)械運(yùn)行狀態(tài)預(yù)測(cè)的應(yīng)用。將混沌理論的主要思想加入到復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)狀態(tài)預(yù)測(cè)過程中，研究并且跟蹤在線復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)的狀態(tài)數(shù)據(jù)，結(jié)合傳統(tǒng)的非線性時(shí)間序列預(yù)測(cè)模型，基于混沌理論的相空間重構(gòu)，推出復(fù)雜機(jī)械的動(dòng)力系統(tǒng)的非線性預(yù)測(cè)模型。

四、非線性理論在復(fù)雜機(jī)械故障診斷研究的意義

（1）能較好的預(yù)測(cè)機(jī)械故障，防止因機(jī)械故障而產(chǎn)生的機(jī)械事故發(fā)生，從而保證了人員以及財(cái)產(chǎn)的安全。（2）能夠加快對(duì)機(jī)械設(shè)備維修診斷制度的改善，強(qiáng)大的非線性理論在機(jī)械故障診斷中的運(yùn)用，大大的提高了人們對(duì)預(yù)知維修的認(rèn)識(shí)，加快了由預(yù)防維修向預(yù)知維修的轉(zhuǎn)化，防止過多的剩余維修和失修，減少?gòu)?fù)雜機(jī)械設(shè)備的損失，推進(jìn)了機(jī)械故障診斷技術(shù)的發(fā)展和成熟，在原有的維修制度基礎(chǔ)上進(jìn)行了推廣和應(yīng)用。（3）能夠給制造產(chǎn)業(yè)帶來更高的經(jīng)濟(jì)效益，將非線性理論運(yùn)用到復(fù)雜機(jī)械故障診斷中，可以更好的預(yù)知和預(yù)測(cè)機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，能有效的避免故障的發(fā)生，使機(jī)械部件的壽命得到最大化的發(fā)揮，使利用率最高，增加了維修的時(shí)間，降低了維修的費(fèi)用，從而在降低成本的同時(shí)，提高了生產(chǎn)效率，從而帶來經(jīng)濟(jì)效益的提高。

將非線性理論與復(fù)雜的機(jī)械故障診斷結(jié)合來考慮，這樣不僅考慮到了各層次的子系統(tǒng)之間的功能上、結(jié)構(gòu)上的差異，同時(shí)又重視了各子系統(tǒng)之間的復(fù)雜的耦合聯(lián)系以及它們自己一切不確定性引起的復(fù)雜性問題。使人類能運(yùn)用非線性理論來解決機(jī)械故障的實(shí)際問題，從而為今后復(fù)雜機(jī)械故障診斷帶來了質(zhì)的飛躍。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]石博強(qiáng).機(jī)械故障診斷的分形方法——理論與實(shí)踐[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2001

[2]徐玉秀.機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分型特征及故障診斷方法[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2006