堆垛機故障分析與健康狀態監測研究

張 帥,劉 軍,劉 歡

（北京物資學院信息學院,北京 101149）

0 引言

自動化立體倉庫在現代倉儲行業中發揮著重要的作用，而堆垛機作為整個自動化立體倉庫的核心設備，運行狀態、故障類型以及使用壽命，對于倉儲作業正常運轉具有重要的影響。因此對堆垛機健康狀態進行監測，實施科學的檢修與維護，既可以預防事故的發生，也可避免不必要的經濟損失。就目前情況來看，評判堆垛機健康狀態的好壞，不能只依據其出現的故障情況來判斷，還包括使用壽命、故障維修后的狀態等影響因素。隨著物流業的快速發展，物流作業對堆垛機的狀態監測也提出了更高的要求，即，能全面監測堆垛機的健康狀態，不斷增加管理人員對堆垛機工作狀況的了解，能根據堆垛機的健康狀態進行有目標的檢修與維護，可為企業領導做出正確決策提供準確的依據等。

1 堆垛機故障診斷

1.1 堆垛機故障分析

在立體化倉庫中巷道堆垛機一般分為2種：單立柱和雙立柱。包含的3大機械機構是：運行機構，主要是指沿軌道水平運動的機構,主要涉及到制動器制動力矩的調整；起升機構，主要指在垂直方向上升或者下降的運動機構；貨叉伸縮機構，主要是對貨物的存和取。故障形式主要有機械故障、噪聲故障、電氣故障和運行故障。機械故障，如載貨臺升降導向機構故障，運行機構的導向裝置故障；貨叉伸縮軸承故障等。噪聲故障中主要是行走輪與輪軌的摩擦；起升機構中的鋼軌、天軌與貨架直接的撞擊；上橫梁處的導向輪與天軌之間撞擊等。電氣故障主要是電路板和控制系統故障。運行故障主要是跑偏和啃軌問題，堆垛機導向輪故障容易造成脫軌，主要是松動和脫落所致；載貨臺導向輪容易造成載貨臺傾斜，甚至造成貨物滑落。貨叉軸承故障，主要是載荷較大，造成軸承磨損、疲勞和膠合等。巷道式堆垛機提升機構故障，主要是鏈條和軸承故障。

1.2 堆垛機故障診斷技術

從堆垛機所產生的故障分析可知，通過監測振動數據、運行速度數據及產生的噪聲數據，來分析發生的故障原因與程度?？梢岳谜駝觽鞲衅?、速度傳感器、噪聲傳感器等來實現。在堆垛機故障診斷方面，通過采集傳感器所獲取的數據來分析堆垛機的故障，從而達到故障診斷的目的。

（1）首先在堆垛機故障診斷方法中最常用的是故障樹診斷方法。其次是針對因缺乏數據無法準確獲得堆垛機系統和部件的失效概率，而提出了模糊集理論和主觀貝葉斯方法等。就目前物流倉儲行業的發展來看，堆垛機故障診斷技術已經日漸成熟，但堆垛機故障診斷只關注了堆垛機的故障問題，而對整體健康狀態未加考慮，所以應從堆垛機的運行時間、歷史故障數據、歷史維修數據、環境影響因素等進行綜合判斷與考量。

（2）為了保持堆垛機性能和早期發現異常狀態，應在點檢標準中規定點檢項目、順序、方法、周期及校驗標準等，點檢結果都要逐一記錄在點檢卡上，并作為編制狀態維修計劃和修理作業的依據。在實際工作中，對每臺堆垛機的點檢標準都要進行細化，點檢卡分為上、下兩部分，上部分為點檢項目、項目代號、項目內容、點檢方法，使操作工能夠清楚的了解點檢的部位和要求。下部分是由設備代號、日期等內容構成的點檢表。

2 設備健康狀態監測研究現狀

2.1 研究現狀

隨著科學技術的不斷發展，機電設備也趨向于數字化、自動化、智能化和柔性化，先進的機電設備能大大提高勞動生產率，減輕勞動強度，改善生產環境，完成人力無法完成的工作。因此，機電設備也成為提高生產效率，擴大生產規模等必不可少的手段。在實際生產過程中，設備使用時間越長，其性能越弱，越容易發生故障。如果不能及時維護和保養，就可能導致其無法正常運行，使企業生產受阻，甚至造成重大經濟損失。所以，設備狀態評估體系的指標選取，需是最能反映設備狀態優劣的典型參數，并保證每個指標的可測性、完備性、獨立性、客觀性、靈敏性及一致性。對不同的設備來說，要選取不同的指標參量來評價其健康狀態，如振動指標在設備健康狀態監測中往往起到重要的評價作用，其次是故障類型數據的收集，設備使用壽命，所處的運行環境等參數。目的是確保設備的健康狀況，能夠始終處于科學的監控狀態之下。

2.2 機電設備健康狀態監測技術

（1）在設備健康狀態研究領域，大部分都是通過選取評價設備健康狀態的指標參數來分析其健康狀態的，而監測這些指標參數的技術也就成為了人們研究的重點。隨著傳感器和計算機技術的快速發展，在為機電設備健康狀態監測研究提供更加高效的技術手段同時，也為數據采集、數據傳輸、數據分析、故障處理等提供了便捷、可靠的處置方式。某企業的機電設備健康狀態監測流程見圖1。

圖1 機電設備健康狀態監測流程

（2）2種判斷設備健康狀態的方法：通過聲音信號的分析處理；應用傳感器技術監測振動數據并通過神經網絡分析數據。通過功率監測儀器監測設備的功率，利用振動監測技術來獲取判斷設備健康狀態的指標數據，最后通過專家系統和神經網絡技術來處理所獲取的數據，并給出診斷結果。目前分析設備健康狀態的主流方法有：隱式半馬爾可夫模型（HSMM,Hidden semi-Markov Model）、Logistic回歸模型、神經網絡模型、模糊綜合評價（fuzzy set）和層次分析法（AHP）等?？梢葬槍Σ煌脑O備或根據故障屬性來選取合適的分析方法，并結合各自優勢來整體分析設備的健康狀態。

2.3 堆垛機健康狀態監測

單一的監測堆垛機的故障只能從一個方面確保設備的正常運行，并不能給企業管理者一個更加直觀的結果。例如，設備這次發生了故障，經過維修之后能正常使用了，如何確保在下次出現前就能做到提前防控。其次是如何判斷堆垛機能用多久，或掌控堆垛機運行情況趨勢等。所以，需從設備的整體健康狀態入手來解決故障監測的瓶頸問題。由于堆垛機所產生的故障類型不同，而故障類型數據又是影響健康狀態的重要參數之一，因此監測堆垛機的故障狀態是非常必要的。此外，影響堆垛機的健康狀態的指標參量還應包括設備的工作狀態參數、維修的歷史數據、運行時間參數、環境影響因素等。可以表述為能實現其預期功能的某種狀態程度，通過選取關鍵指標來定量分析各個指標所占的比重等，從而給出健康指標參數與健康狀態的映射關系。通過布置相應的傳感器對這些指標參數進行監測采集，并把采集到的數據通過相應的數學模型分析給出健康狀態的最終結果。

2.4 在企業中的作用

對于企業而言，自動化立體倉庫的重大作用和重要意義是不言而喻的，面對自動化立體倉庫設備的故障和問題，管理人員需要引起高度重視。在對設備進行恰當的配置和現場選擇后，能夠將設備的作用充分發揮出來。通過對特種設備的科學管理，才可以從容面對和解決施工中的各種困難與問題，而使企業能夠欣欣向榮和健康發展。安全管理是一項需要長期堅持做好的工作，需要在工作中不斷探索、不斷創新、不斷修正和不斷完善，如結合實際情況及時找出疏漏的地方，建立起完善與健全的安全防線等，以保證企業資源的最大化利用，使建筑行業施工生產能夠安全與穩定地進行。

3 結語

通過上述分析可知，確定設備的健康狀態需選取不同的指標來加以綜合評價，不僅可以有效的預防故障發生，也可以更加全面的監測堆垛機的運行情況，減少因出現故障而使企業經濟利益受到損失。隨著倉儲環境的不斷改變，堆垛機的健康狀態監測也會產生大量的數據流，采用綜合分析方法已不能滿足實際工作需求，需借助大數據的優勢來分析堆垛機的健康狀態，不僅會為堆垛機的健康狀態監測帶來更全面、及時、準確的結果，也可為企業提供更為合理、科學的決策方案。

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