人工智能在線監(jiān)測技術(shù)在煙草機械故障診斷中的應(yīng)用

□ 吳 東 □ 楊光露 □ 魏新峰 □ 索 糧

河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司南陽卷煙廠 河南南陽 473007

1 研究背景

我國是世界上最大的煙草消費國,煙草機械設(shè)備的故障診斷技術(shù)受到重視。伴隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展,人工智能及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用促使煙草生產(chǎn)邁進智能化階段。對煙草機械故障的預(yù)測管理進一步提高了煙草機械設(shè)備整體健康狀態(tài)監(jiān)管水平,為煙草的生產(chǎn)提供更為安全、智能的系統(tǒng)功能。現(xiàn)代化煙草機械生產(chǎn)過程精度高,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,當(dāng)無法預(yù)測的故障出現(xiàn)在生產(chǎn)線上時,會導(dǎo)致煙草企業(yè)產(chǎn)生經(jīng)濟損失。人工智能在線監(jiān)測技術(shù)可以對生產(chǎn)中的煙草生產(chǎn)線進行實時故障警報,同時在不影響整體生產(chǎn)線運轉(zhuǎn)的情況下,提高煙草企業(yè)的整體運作效率,進而產(chǎn)生經(jīng)濟效益[1]。筆者對人工智能在線監(jiān)測技術(shù)在煙草機械故障診斷中的應(yīng)用進行研究。

2 故障診斷作用

故障診斷技術(shù)可以對煙草機械運轉(zhuǎn)過程中的狀態(tài)及零件故障進行智能識別,對潛在的故障或已出現(xiàn)的故障進行預(yù)警,并查明原因,整體提高煙草機械運轉(zhuǎn)的效率和安全性[2]。

3 故障診斷技術(shù)研究方向

對煙草機械進行故障診斷主要可以從簡易診斷和精密診斷兩個方面入手。

簡易診斷主要是對煙草機械的零件及數(shù)據(jù)進行診斷,在診斷時與工作人員提前輸入的正常數(shù)據(jù)取值范圍進行對比,判斷煙草機械的工作運行狀態(tài),以及故障所在的生產(chǎn)線環(huán)節(jié)。簡易診斷應(yīng)用優(yōu)勢在于能夠?qū)煵輽C械的振動進行實時監(jiān)控,為工作人員提供方便、快捷的監(jiān)管方式。

精密診斷不僅囊括了簡易診斷的應(yīng)用特點,而且可以同時對煙草機械的故障原因、故障點具體位置、故障嚴重程度進行診斷,進而為煙草機械的故障檢測提供更為靈活的監(jiān)管技術(shù)。需要注意的是,精密診斷需要經(jīng)過特殊培訓(xùn)的工程師來進行操作,通常只在大型煙草機械的運行過程中進行應(yīng)用[3]。

4 煙草機械檢修及維護

當(dāng)前煙草機械與科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展融合使煙草生產(chǎn)設(shè)備逐漸向智能化、高效化、大型化發(fā)展。傳動機構(gòu)的復(fù)雜性、精密性造成了煙草機械潛在故障的復(fù)雜程度高,同時,出現(xiàn)的故障也呈現(xiàn)出隨機性及突發(fā)性。當(dāng)煙草機械出現(xiàn)故障時,生產(chǎn)線的運行狀態(tài)勢必會受到影響,最終給企業(yè)帶來經(jīng)濟損失。因此,傳統(tǒng)的煙草機械故障檢測系統(tǒng)已經(jīng)不能適應(yīng)高速發(fā)展的煙草企業(yè)生產(chǎn)運行需求。針對當(dāng)前煙草企業(yè)的發(fā)展形勢,筆者對煙草機械檢修及維護問題主要從三個方面進行具體分析。

(1) 對煙草機械進行定期檢修會浪費大量人力、財力成本。煙草機械的精密程度逐年呈上升趨勢,自動化水平的提高對檢修的精確水平提出了較高的要求。如某卷包生產(chǎn)機組,機齡時間越長,對境外檢修的要求越高,平均每次境外檢修需耗費設(shè)備售價的一半,對于企業(yè)而言,檢修的成本負擔(dān)較重。

(2) 對煙草機械的檢修在一定程度上提高了煙草機械設(shè)備的故障率。根據(jù)對國內(nèi)外資料統(tǒng)計研究,發(fā)現(xiàn)了兩個問題。

問題一, 在煙草機械檢修的過程中發(fā)現(xiàn),原本運行較為穩(wěn)定的設(shè)備在經(jīng)過檢修后出現(xiàn)的設(shè)備漏洞問題相較之前比例提高近30%,并且生產(chǎn)中運行的煙草機械線路老化現(xiàn)象加劇,檢修過程逐漸復(fù)雜化。尤其是煙草卷煙機、包裝機等運行過程較為精密復(fù)雜的煙草機械,定期檢修反而會提高故障率。由于監(jiān)測技術(shù)未達到期望程度,因此對于很難掌握運行狀態(tài)的煙草機械依舊采用定期檢修。

問題二,在檢修過程中,由于工作人員操作不當(dāng),容易造成檢修工作失誤,或在規(guī)定的檢修時間內(nèi)無法完成規(guī)定的檢修任務(wù),由此出現(xiàn)檢修完成后效果低于檢修前的理想情況,需要經(jīng)過一段時間再次調(diào)試,才可以達到正常煙草生產(chǎn)線的要求[4-5]。

(3) 定期檢修易造成煙草機械使用壽命縮短的現(xiàn)象出現(xiàn)。煙草機械屬于精密的高速運轉(zhuǎn)機械,內(nèi)部零部件組裝結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜,且組裝要求零部件的鏈接狀態(tài)穩(wěn)定。所以,在檢修時進行拆卸必定會使煙草機械的零件穩(wěn)定狀態(tài)受到?jīng)_擊,導(dǎo)致煙草機械的使用壽命縮短。可見,有必要使用人工故障檢測技術(shù)對卷包設(shè)備的檢修工作進行實時監(jiān)管,對相應(yīng)的數(shù)據(jù)群進行自動分類及篩分,將煙草機械的檢修工作精密執(zhí)行至全部過程,整體提高煙草機械的有效性[6]。德國HAUNI公司的煙草機械如圖1所示。

▲圖1 德國HAUNI公司煙草機械

5 人工智能在線監(jiān)測技術(shù)發(fā)展趨勢

5.1 煙草機械故障監(jiān)測

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展進步,煙草機械的故障診斷技術(shù)已經(jīng)有了突飛猛進的發(fā)展,人工智能在線監(jiān)測技術(shù)在煙草機械故障診斷中應(yīng)用的發(fā)展趨勢包括六個方面。

(1) 人工智能系統(tǒng)的研究。對人工智能系統(tǒng)進行研究已經(jīng)成為當(dāng)代煙草機械故障診斷的主流,機械故障診斷專家系統(tǒng)為煙草企業(yè)的經(jīng)濟效益帶來較大程度的提高。但是,基于此技術(shù)的工程研究案例較少,未達到企業(yè)的期望。

(2) 信號輸送技術(shù)的研究。從時序分析、時域分析,到目前應(yīng)用的維格納譜分析和小波變換等信號傳播新技術(shù),都對傳統(tǒng)信號傳輸?shù)娜毕葸M行了彌補。

(3) 網(wǎng)絡(luò)診斷系統(tǒng)的開發(fā)及應(yīng)用。相對于傳統(tǒng)單機版本的診斷技術(shù),延伸至以互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)的分布式診斷技術(shù)對煙草機械故障診斷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化,操作的實時性加強。

(4) 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研究。旋轉(zhuǎn)機械診斷技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于煙草機械故障診斷系統(tǒng),并取得了滿意的效果。

(5) 專業(yè)便攜式診斷儀器的開發(fā)。人工智能和專家系統(tǒng)發(fā)展越來越快,更多具有便攜性、專業(yè)性的煙草機械故障診斷技術(shù)為煙草機械提供了實時運行狀態(tài)故障數(shù)據(jù)對接,已成為市場應(yīng)用的主流。

(6) 人工智能傳感器技術(shù)的研究。傳感器技術(shù)能夠?qū)崟r反映煙草機械的動態(tài)數(shù)據(jù),業(yè)內(nèi)對煙草機械中的速度傳感器、極速傳感器、溫度傳感器進行了創(chuàng)新設(shè)計開發(fā),研制出光導(dǎo)纖維傳感器、激光傳感器等新型傳感器[7-9]。基于人工智能的部分故障診斷專家系統(tǒng)見表1。

5.2 煙草機械故障診斷系統(tǒng)智能化

當(dāng)前,高新技術(shù)手段飛速發(fā)展,煙草機械中的故障診斷技術(shù)可以通過計算機互聯(lián)網(wǎng)進行遠程操控。在企業(yè)的生產(chǎn)線中建立故障監(jiān)測點,對計算機收集到的高危數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計,再由專業(yè)維修人員對煙草機械中的具體問題進行解決。這種結(jié)合計算機互聯(lián)網(wǎng)的人工智能在線監(jiān)測技術(shù)提高了企業(yè)專業(yè)維修人員對故障診斷的實時性,同時降低了出現(xiàn)重大機械事故的概率。企業(yè)中應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)遠程故障診斷技術(shù),需要不斷完善企業(yè)生產(chǎn)線中的信號采集系統(tǒng),主要包括信號處理器、計算機網(wǎng)絡(luò)遠程傳輸系統(tǒng)等。

煙草機械的零件精密度較高,出現(xiàn)故障時準確確認故障原因較為困難,監(jiān)測技術(shù)水平的發(fā)展還沒有達到相應(yīng)的階段,由此限制了智能故障診斷技術(shù)的發(fā)展。企業(yè)應(yīng)當(dāng)不斷提高抗生產(chǎn)線人員的專業(yè)技術(shù)水平,鼓勵員工在生產(chǎn)實踐過程中不斷完善自身的專業(yè)知識儲備,依靠現(xiàn)有的監(jiān)測技術(shù),對煙草機械故障點研究出新的解決方案,完善智能故障監(jiān)測系統(tǒng)。建議不斷加大對智能煙草機械的投入與研究,降低后期維修的成本,使煙草機械在生產(chǎn)運行時提高抗干擾水平,以達到煙草機械故障智能化診斷效果[10]。

表1 部分故障診斷專家系統(tǒng)

6 結(jié)束語

煙草機械故障診斷技術(shù)隨著科技的發(fā)展不斷成熟,人工智能在線監(jiān)測技術(shù)為煙草機械故障診斷水平的提高發(fā)揮了促進作用。相信在不久的將來,人工智能監(jiān)測技術(shù)在煙草機械故障診斷中的應(yīng)用可以產(chǎn)生越來越大的作用。