機械故障診斷與監測方法的研究

王光宇

摘要：本文開篇闡明了機械故障診斷與監測的重要性，并簡述了故障診斷與監測的發展歷程，最后詳盡說明了現階段的診斷過程和監測方法。

關鍵詞：機械設備；故障診斷；故障監測

一、機械故障診斷與監測的重要性

當今科學技術的進步和社會化大生產的發展，機械設備構造的復雜程度加深，機械功能的完善度增強，并且自動化水平也在逐年提升。但有很多無法避免的因素促進機械設備出現各種故障，以致于降低設備功能性的體現甚至會產生災難性的事故，給人身及財產安全帶來了嚴重損害，并會造成不良的社會影響。例如日本福島第一核電站的反應堆廠房爆炸事件。該座核電站始建于1971年，在安全理念和防護措施都出現過諸多問題，此次爆炸源于在安全殼和廠房之間的氫氣爆炸，但起源是由于反應堆停堆后缺乏強制散熱手段而導致的。本次爆炸引起一定程度的核泄漏，日本當局在爆炸周邊劃設了長12.5英里的禁區，禁區內有約16萬名居民被迫搬離家園。由此可見，機械故障診斷與監測在社會化大生產中的重要性，因此著力開展故障診斷與監測工作具有深遠的意義。

二、機械故障診斷與監測的發展歷程

在第二次世界大戰期間，大量武器設備缺乏足夠的故障診斷與監測，導致諸多非戰斗型損耗，如在二戰期間飛機失事頻繁，據后期考證部分是由于駕駛員在起飛及降落時操作不當外，大多數原因都是飛行過程中飛機機械故障造成的。但直到20世紀中后期對于機械故障診斷的研究才得到足夠重視，20世紀60年代美國機械故障預防小組成立，開始有計劃的有目的對故障診斷技術做分類別研究，現階段在航空航天、軍事等技術領域處于領先地位。20世紀70年代初期英國成立了機器保健與狀態監測協會，開展故障診斷的專項研究工作，現階段在汽車、飛機發動機監測和診斷方面具有領先的地位。20世紀70年代中期，新日本制鐵公司開展對于故障診斷技術領域的研究，并逐步達到實用階段，現階段日本在鋼鐵、化工、鐵路等行業的診斷技術遙遙領先。我國的研究起步相對較晚，從20世紀80年代開始逐步組建故障診斷的研究機構，從最初的簡易診斷到如今的智能化診斷，并在化工、冶金、電力等行業取得廣泛的應用。經過幾十年的發展，機械設備故障的診斷與監測有了質的飛躍，已形成了完備的學科體系，并隨著信號分析和處理技術的發展，不斷推動著診斷技術和監測方法向更加科學更加實用化的方向發展。

三、機械故障診斷過程與監測方法

機械故障診斷與監測是基于過往和現階段機械設備運行中的狀態體現，來判斷出現故障的原因以及對于未來的影響，以便形成相應的解決方案。這是一個綜合性極強的技術，涉及到如通信技術、傳感技術、計算機技術及人工智能領域的相關知識和技術。故障診斷的基本過程為，首先要進行信號采集的工作，是相關數據的收集工作，是故障診斷的前提。之后要把故障信號進行特征提取，要運用計算機視覺和圖像處理技術進行呈現。最后進行狀態識別，通過識別和診斷的結果來做出決策。

由于領域內及各行業專家學者的努力，機械故障的診斷監測方法在不斷趨于完善，很多新技術的出現也給診斷方式方法的創新起到了很大的促進作用。首先是振動分析診斷技術，是利用設備正常運轉的動態性指標與設備異常出現的動態性指標的不同來判定設備故障的技術。同時該項技術在機械設備故障診斷的技術體系中有著重要的地位。振動分析是一項非常復雜的技術手段，涉及振作測繪、信號分析處理等諸多方面技術要求，需要故障診斷人員有深厚的理論功底及豐富的實踐經驗。在振動分析診斷中振動信號是機械設備的信息載體，但振動信號要依賴于監測點的選擇，只有選擇最佳的監測點及運用合理的檢測方式才能更好的反映設備運行的信息，在實際運用中監測點的選擇要滿足三個方面：能對設備振動狀態作出全面的描述，選取設備振動的關鍵點，選取離機械設備核心部位最近的敏感點。大量的事實證明振動分析卓越的預見性能節約許多的維修費用，且理論知識雄厚測試設備完善，在各行業都取得了良好的經濟效益。同時隨著傳感技術的飛速發展，助力振作分析診斷結果更加準確更加可靠。其次是無損檢測診斷技術，是在不損害檢測設備的條件下，對檢測對象的內外部進行檢查的技術，是對未知工藝缺陷的檢查。無損檢測根據原理與手段的不同有幾種分類，第一是超聲檢測，是超聲波進入物體缺陷時會發生反射來判斷缺陷位置與大小。優點在于適用內部缺陷的檢測，探測范圍大靈敏度高并操作簡單，大范圍應用于金屬及非金屬的焊接與板材中。第二是射線檢測，是射線穿透檢測對象時呈指數規律被吸收衰減，通過膠片記錄下后形成底片，根據黑度不均的影像來評定產品缺陷。優點在于適用于所有材料，探傷結果直觀并易于保存，特別是對于體積型缺陷有最佳的檢測效果。第三是磁粉檢測，是鐵磁性材料被磁化后，由于不連續存在形成局部畸形并產生漏磁場，在吸附磁粉時形成目測可見的磁痕來評定缺陷。優點在于不受設備大小和形狀限制，檢測速度快并價格低廉，主要用于檢測鐵磁性材料的表面缺陷。另外還有滲透檢測和渦流檢測方式，都是針對不同材料不同缺陷的無損檢測方式。

四、機械故障診斷的發展趨勢

要不斷推進診斷的精度和速度，需要在理論體系和實踐應用上有更好的突破，展望未來以下兩種診斷方式會形成發展的趨勢。首先是基于機械故障診斷與計算機網絡技術的深度融合，遠程故障的診斷方式將逐步成為主流。該診斷方式重點為遠程信號的采集與分析，實時監測數據的遠程傳輸。其次是根據機械設備運行的狀態決定下一步的運行策略，防止機械設備故障的發生，從萌芽階段就消除安全隱患，形成監測、診斷、控制、管理一體化的智能體系。同時這也是故障診斷的最高目標，需要多種技術融合共同推進診斷技術的發展。

隨著國民經濟和科學技術的不斷發展，我國機械設備故障診斷與監測領域會取得更大的突破，并且會用最佳的姿態助力我國社會主義現代化建設。