論機械設備故障與診斷技術發展趨勢

沈娜

摘要：機械設備故障診斷技術隨著近十多年來國際上電子計算機技術、現代測量技術和信號處理技術的迅速發展而發展起來，是一門了解和掌握機械設備在使用過程中的狀態，確定其整體或局部是否正常，早期發現故障及原因，并預報故障發展趨勢的技術。

關鍵詞：機械設備；故障診斷

一、開展故障診斷技術研究的意義

應用故障診斷技術對機械設備進行監測和診斷，可以及時發現機器的故障和預防設備惡性事故的發生，從而避免人員的傷亡、環境的污染和巨大的經濟損失。應用故障診斷技術可以找出生產設備中的事故隱患，從而對機械設備和工藝進行改造以消除事故隱患。狀態監測及故障診斷技術最重要的意義在于改革設備維修制度，現在多數工廠的維修制度是定期檢修，造成很大的浪費。由于診斷技術能診斷和預報設備的故障，因此在設備正常運轉沒有故障時可以不停車，在發現故障前兆時能及時停車。按診斷出故障的性質和部位，可以有目的地進行檢修，這就是預知維修—現代化維修技術。把定期維修改變為預知維修，不但節約了大量的維修費用，而且，由于減少了許多不必要的維修時間，而大大增加了機器設備正常運轉時間，大幅度地提高生產率，產生巨大的經濟效益。因此，筆者認為機械狀態監測與故障診斷技術對發展國民經濟有相當重要的作用。

二、目前機械故障研究現狀

機械故障診斷作為一門新興的綜合性邊緣學科，經過30多年的發展，己初步形成了比較完整的科學體系。就其技術手段而言，已逐步形成以振動診斷、油樣分析、溫度監測和無損探傷為主，其他技術或方面為輔的局面。這其中又以振動診斷涉及的領域最廣、理論基礎最為雄厚、研究得最具生機與活力。目前，對振動信號采集來說，計算機技術足以勝任各種場合的需要。在振動信號的分析處理方面，除了經典的統計分析、時頻域分析、時序模型分析、參數辨識外，近來又發展了頻率細化技術、倒譜分析、共振解調分析、三維全息譜分析、軸心軌跡分析以及基于非平穩信號假設的短時傅立葉變換、Wign-er分布和小波變換等。就診斷方法而言，除了單一參數、單一故障的技術診斷外，目前多變量、多故障的綜合診斷已經興起。人工智能的研究成果為機械故障診斷注入了新的活力，故障診斷的專家系統不僅在理論上得到了相當大的發展，而且國外已經有許多成功的應用實例，國內也有許多單位積極從事這方面的研究，并取得了一定的進展。與此同時，人工智能的另一個重要分支—人工神經網絡的研究也逐步滲透到機械故障診斷領域，并己成為機械故障診斷領域的一個最新研究熱點，但目前大多處于實驗室階段。最近又有人探索將人工神經網絡與傳統的專家系統結合起來，建造神經網絡專家系統，綜合二者的優勢，克服二者的缺陷。就應用領域而言，機械故障診斷技術已在旋轉機械、往復機械、機加工工程和各種基礎零部件的故障診斷方面獲得了應用，這其中以旋轉機械故障應用最廣、最為成熟。

三、發展趨勢

（一）混合智能故障診斷技術研究

將多種不同的智能技術結合起來，尤其是將神經網絡、模糊邏輯與專家系統結合的診斷模型很有發展前景。這方面的研究剛開始，很多問題需要深入研究。智能診斷系統在機器學習、診斷實時性等方面的性能改善，是決定其有效性和應用性的關鍵。

（二）智能BIT技術研究

BIT（機內測試）技術為設備和設備內部提供故障檢測和隔離的自動測試能力。BIT的智能化是發展趨勢，這主要體現在BIT的智能設計、智能檢測與智能決策。

（三）基于Internet的遠程協作診斷技術研究

這就是將設備診斷技術與計算機網絡技術相結合，用若干臺中心計算機為服務器，在企業的關鍵設備建立狀態監測點，采集設備狀態數據。在技術力量較強的科研院所建立分析診斷中心，為企業提供遠程技術支持和保障。

由故障診斷的發展方向可見，遠程故障診斷能夠充分利用更多的技術支持和數據共享，從而大大地提高了設備診斷的成功率，成為設備在線監測與診斷系統的發展趨勢。遠程診斷技術是設備診斷技術、計算機網絡與信息技術、數據庫與決策支持技術相結合的產物。目前，國內外很多單位都在開展該技術的研究，華中科大已在著手完善其設備診斷開放實驗室建設。遠程診斷系統是建立在集中式或分布式監測系統之上的，其應用的主要技術有：故障信息的獲取，數據壓縮技術，互聯網和數據傳輸技術和故障診斷技術。而要使信號采集、分析和診斷專家系統能在網絡上遠程運行，要重點解決如下問題：①網絡環境下運行的遠程信號采集、分析軟件的設計；②大量實時監測數據的處理和取舍；③基于網絡的數據開放式診斷專家系統設計；測試數據、診斷分析方法和共享軟件；④設計的標準化。

四、結語

近幾年來，機械故障診斷學科在國內外都得到了前所未有的發展，在生產中的應用已深入到各個領域，診斷理論和方法已有多種。但盡管如此，無論在技術上還是在理論方法方面都有待于進一步發展和完善。故障機理和故障特性的研究不僅應適應學科發展，而且應領先一步；新理論和新方法的應用不僅要快，還應更深入；各種理論和技術的相互滲透應不斷深化；應用范圍不僅應更廣，而且內容也應更豐富；監測診斷應與維修保養管理結合得更緊密。

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