機(jī)電系統(tǒng)故障預(yù)測(cè)技術(shù)的現(xiàn)狀與分析

趙永偉 彭銘

摘要 隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，高、精、尖科技以及設(shè)備的不斷進(jìn)步，機(jī)電系統(tǒng)故障預(yù)測(cè)技術(shù)在工程生產(chǎn)工作過(guò)程中，起的作用也越來(lái)越大。采用新進(jìn)的機(jī)電系統(tǒng)故障預(yù)測(cè)技術(shù)，能夠以通過(guò)對(duì)機(jī)電系統(tǒng)的進(jìn)行監(jiān)測(cè)，了解機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行狀況，對(duì)系統(tǒng)故障進(jìn)行預(yù)測(cè)和及時(shí)制定維修的決策，能夠有效提高機(jī)電系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，保障企業(yè)的正常穩(wěn)定生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：機(jī)電系統(tǒng)；故障預(yù)測(cè)；技術(shù)；現(xiàn)狀

1.機(jī)電系統(tǒng)故障類型

1.1 硬件邏輯故障

硬件邏輯故障又可細(xì)致的分為永久性故障、間發(fā)性故障以及邊緣性故障三種。永久性故障又稱為硬故障，就是指不可恢復(fù)的故障。其表現(xiàn)的形式是給定輸入，就會(huì)出現(xiàn)重復(fù)性的錯(cuò)誤響應(yīng)。比如芯片或者器件內(nèi)部無(wú)法修復(fù)，或者是開(kāi)路和短路，這都屬于永久性邏輯故障范疇：間發(fā)性故障又稱為軟故障，帶有一定隨機(jī)性和偶發(fā)性，最后也有可能轉(zhuǎn)變成永久性故障。造成間發(fā)性故障的原因是因?yàn)橛?jì)時(shí)有偏差或者是外部電器噪音等等。如果器件性能達(dá)不到設(shè)計(jì)要求也比較容易造成這種軟故障：邊緣性故障也會(huì)逐步變化成為硬故障，它是元器件老化影響邊界值發(fā)生的一種故障，所以沒(méi)有固定的邏輯值，比如時(shí)鐘的前沿等一些指標(biāo)的下降，或者是電源不穩(wěn)定致使寄存器信息的丟失等都是邊緣性故障中比較常見(jiàn)的故障。

1.2 軟體故障

軟體故障分為系統(tǒng)軟件故障和應(yīng)用軟件故障。系統(tǒng)故障的原因是由設(shè)計(jì)原因引起的，在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)階段對(duì)設(shè)計(jì)目標(biāo)的構(gòu)思和系統(tǒng)功能的了解不夠，在運(yùn)行以后比較容易出現(xiàn)這種故障。因此對(duì)于軟件的設(shè)計(jì)一定要有一個(gè)精準(zhǔn)的計(jì)劃和方案以此來(lái)提高系統(tǒng)軟件的可靠性：應(yīng)用軟件故障主要是由于輸入錯(cuò)誤而引發(fā)的，這種故障也有一定的隨機(jī)性和偶然性。一般是在編寫(xiě)程序或者輸入過(guò)程中產(chǎn)生的人為錯(cuò)誤，所以要在輸入時(shí)嚴(yán)格把守，增加一些應(yīng)用軟件的檢測(cè)功能，是軟件可以自動(dòng)進(jìn)行測(cè)試。這樣才是抑制故障發(fā)生的途徑。

1.3 干擾故障

常見(jiàn)干擾故障分為內(nèi)部干擾和外部干擾。內(nèi)部干擾就是由系統(tǒng)工藝、結(jié)構(gòu)、線路設(shè)計(jì)、電源以及底線處理不當(dāng)引發(fā)的故障，也可能是器件的性能變化引起的，內(nèi)部干擾帶有很強(qiáng)的隨機(jī)性和偶發(fā)性。內(nèi)部干擾包括固定干擾和過(guò)渡干擾。

2.機(jī)電系統(tǒng)故障預(yù)測(cè)技術(shù)的現(xiàn)狀

當(dāng)前，我國(guó)多機(jī)電系統(tǒng)的維護(hù)方式，主要還是在設(shè)備出現(xiàn)故障后，進(jìn)行針對(duì)性的維修。另外還對(duì)機(jī)電設(shè)備進(jìn)行定期的有計(jì)劃的維護(hù)。這種傳統(tǒng)的維護(hù)不能夠?qū)C(jī)電設(shè)備進(jìn)行詳細(xì)的了解，無(wú)法預(yù)測(cè)機(jī)電設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，從而也就無(wú)法保證設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，給實(shí)際的工作和生產(chǎn)帶來(lái)嚴(yán)重的安全隱患，特別是一些電力、航天以及鐵路行業(yè)。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，運(yùn)用機(jī)電故障預(yù)測(cè)技術(shù)，能夠有效降低機(jī)電系統(tǒng)的故障發(fā)生概率，減少設(shè)備的維護(hù)費(fèi)用，優(yōu)化機(jī)電設(shè)備資源的利用效率，從而提高機(jī)電系統(tǒng)的維護(hù)效率，節(jié)約機(jī)電系統(tǒng)的維護(hù)成本。但是，現(xiàn)有的機(jī)電故障預(yù)測(cè)技術(shù)還存在一定的缺陷。首先，在在故障預(yù)測(cè)方面，許多對(duì)機(jī)電故障預(yù)測(cè)系統(tǒng)的預(yù)測(cè)方法都十分簡(jiǎn)單，大多建立在單一的故障模式下預(yù)測(cè)，對(duì)于各個(gè)故障之間的關(guān)聯(lián)沒(méi)有做到有效地結(jié)合。其次，在機(jī)電系統(tǒng)故障預(yù)測(cè)過(guò)程中，沒(méi)有排除人員活動(dòng)的干擾以及系統(tǒng)外部環(huán)境的影響。技術(shù)人員在對(duì)機(jī)電系統(tǒng)的維護(hù)過(guò)程中，對(duì)故障預(yù)測(cè)產(chǎn)生一定的干擾。另外，在機(jī)電系統(tǒng)故障預(yù)測(cè)的性能評(píng)價(jià)方面，并沒(méi)有一個(gè)健全統(tǒng)一的系統(tǒng)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

3.基于機(jī)電系統(tǒng)的故障診斷仿真技術(shù)分析

機(jī)電系統(tǒng)的故障診斷系統(tǒng)是利用知識(shí)庫(kù)中的有關(guān)信息，根據(jù)用戶采集的機(jī)電系統(tǒng)的相關(guān)數(shù)據(jù)信息，對(duì)故障進(jìn)行診斷的一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，由于機(jī)電系統(tǒng)的故障具有模糊性的突出特點(diǎn)，因此引入模糊理論實(shí)現(xiàn)機(jī)電系統(tǒng)的故障仿真。

3.1 機(jī)電系統(tǒng)故障集的建立

利用模糊理論對(duì)機(jī)電系統(tǒng)的故障進(jìn)行診斷，首先要建立機(jī)電系統(tǒng)故障集，即為系統(tǒng)在發(fā)生的每一種可能故障時(shí)的全部可能表現(xiàn)所構(gòu)成的集合，以便于在進(jìn)行模糊模式識(shí)別時(shí)，確定引起故障的最可能故障模式，是機(jī)電系統(tǒng)故障診斷系統(tǒng)的基礎(chǔ)。

3.2 數(shù)據(jù)信息的采集

對(duì)機(jī)電系統(tǒng)中的重要元件的重要參數(shù)進(jìn)行采集，是機(jī)電系統(tǒng)故障診斷的重要部分，在采集時(shí)要保證信息的準(zhǔn)確性與完整性，是保證故障診斷準(zhǔn)確性的重要前提，一般來(lái)說(shuō)數(shù)據(jù)信息的采集包括對(duì)機(jī)械信息、電氣信息等的采集。

3.3 數(shù)據(jù)信息的模糊處理

由于機(jī)電系統(tǒng)中的擾動(dòng)難免存在，使得采集的數(shù)據(jù)信息不可避免地會(huì)受到干擾的影響，導(dǎo)致數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度的降低，不利于故障診斷系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)故障的診斷，因此在獲取數(shù)據(jù)信息后，需要對(duì)特征信息以及狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行模糊處理，排除擾動(dòng)因素的干擾，提高診斷系統(tǒng)的可靠性。

3.4 數(shù)據(jù)信息的模糊匹配

一般情況下，匹配是指精確匹配或者完全匹配，通常被認(rèn)為是完全等同，但是在實(shí)際情況下，尤其是對(duì)于機(jī)電系統(tǒng)這種較為復(fù)雜的系統(tǒng)，完全等同的精確匹配是不存在的，兩次故障中各數(shù)據(jù)均完全相同的情況幾乎不可能發(fā)生，因此需要對(duì)模糊處理后的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行模糊匹配。

為了進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的模糊匹配，引入語(yǔ)義距離這一概念，用以描述兩個(gè)研究對(duì)象之間的相近距離。通常情況下，用兩個(gè)模糊數(shù)之間的差值的一種范數(shù)定義語(yǔ)義距離，如切比雪夫距離、歐幾里距離等，當(dāng)兩個(gè)模糊數(shù)間的語(yǔ)義距離越小時(shí)，可以認(rèn)為兩者越相似，通過(guò)將采集的數(shù)據(jù)變量的集合與故障集進(jìn)行比對(duì)，匹配出語(yǔ)義距離最小的故障集合。

3.5 數(shù)據(jù)信息的加權(quán)模糊邏輯

在實(shí)際情況中，一個(gè)事件的各個(gè)前提的重要性往往是不同的，在診斷故障時(shí)，各數(shù)據(jù)信息的重要程度也是不同的，因此在診斷時(shí)，多采用加權(quán)模糊邏輯，即對(duì)不同的數(shù)據(jù)信息預(yù)先設(shè)置好不同的權(quán)重，然后綜合考慮權(quán)重與故障集進(jìn)行匹配，這樣可以大大提高故障診斷的準(zhǔn)確性與可靠性。

4.結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，要減少機(jī)電控制系統(tǒng)的故障，就要提高機(jī)電控制系統(tǒng)可靠性的保證，要在故障發(fā)生之前徹底消除，或者是降低故障的發(fā)生概率。因此，要進(jìn)一步研究機(jī)電系統(tǒng)故障預(yù)測(cè)技術(shù)，以縮短修理的時(shí)間和提高系統(tǒng)的有效度。

參考文獻(xiàn)：

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