印刷機械故障監測及診斷技術研究

摘 要：印刷業的發展離不開高密度的印刷機械設備，生活水平的提高，對印刷品質類的需求越高，促使印刷機械的設備不斷地更新改革。本文對印刷機械故障診斷技術進行了應用研究，分析了印刷機械目前在故障診斷技術研究方面存在著各方面的現狀，比如：振動信號分析、聲音信號分析、印刷圖像分析、解析模型分析、知識分析等印刷機械故障診斷技術研究，針對印刷機械故障診斷技術方法的研究分析，對印刷機械故障診斷技術的發展方向進行闡述，進而得出對印刷機械故障監測要結合多元化的技術信息，進行全方位的監測分析，降低印刷企業的生產成本、提升印刷企業的生產質量。

關鍵詞：印刷機械故障;監測;診斷技術;研究

引言

科學技術的進步，印刷機械也在不斷地改革和創新，不斷向集成化、高速度、高精度、高自動化、高智能化的方向發展，印刷機械的設備也在不斷地更新和改革，從而增加印刷機械發生故障的可能性。一般情況下印刷機械都是在高速運轉的，一旦發生故障就會對企業的生產成本和生產效率產生影響。在印刷企業中對印刷機械故障的檢測還運用人工經驗和對設備調試，這樣不但會增加企業人力和財力，還對企業操作人員的專業技術水平有更高的要求。計算機網絡技術的創新發展，人們對生活質量的要求越來越高，使印刷機械故障診斷技術的方法也不斷地進行更新。印刷機械設備在運行時會產生多種信號，對印刷機設備的性能、運行情況等進行采集故障信號源和診斷故障分析，印刷操作人員應準確的了解印刷機械的運動狀態，及時的風險并解決出現的故障。印刷操作人員應建立完善的印刷機械運行狀態的檢測和故障診斷技術。

一、印刷機械故障診斷技術的應用研究

隨著社會經濟不斷地提高，印刷企業對印刷機械設備的要求越來越高，包括速度、穩定性、停機率等等要求，對印刷機械故障自檢功能的要求就越來越高，在印刷機械運行的同時對印刷機械進行故障檢測。市面上現在生產出了全數字化的電子顯示系統，就是對印刷機運行中產生的信號進行數字化，全數字化的電子顯示系統使印刷機控制系統，檢測系統和診斷系統相融合，全數字化電子顯示系統可以對常見的印刷機械故障實現在線進行檢測和實時維護的目的。印刷機器的零部件數量巨多，內部結構比較復雜，不可能真正的達到不停機進行故障診斷目的，相對一些較復雜的機械故障仍然需要人工進行檢測。目前我國印刷機機械故障的診斷方法在研究起步階段，沒有專業性的印刷機械故障診斷分析系統，缺少印刷機械故障診斷分析系統的人才，所以，這將是國家未來在印刷機械方面研究的重點。

二、印刷機械故障診斷技術研究的現狀

（一）對于振動信號分析的印刷機械故障診斷技術研究

振動信號是印刷機械故障診斷中最簡便的方式，聲音信號是振動信號中最特殊的信號。印刷機在工作的時候會產生傳動的摩擦，印刷機各個零部件之間一直會產生振動，振動信號與印刷機機構和運動特征存在著緊密地聯系。[1]印刷機發生機械故障的時候，振動信號也會發生變化，印刷機出現不同的故障就會發出不同的信號，根據發出的信號選擇出需要處理的信號并進行分析研究，從信號中判斷出相應的故障類型。隨著計算機信息化技術的發展，先進的診斷技術已經應用到了印刷機故障診斷中，對印刷機工作的穩定性、高效性、可靠性具有重大意義。從輪轉印刷機的印刷單元進行分析運動部件的振動特點，通過對振動信號的處理，進而得到振動信號和印刷圖像之間的關系;根據對電機轉子中的故障頻率分量進行分析研究，進而得出了雙滑動頻率和離散小波變換的診斷技術，有效的對印刷機故障信號進行解析;對于旋轉機械出現故障的原因，運用計算機系統對振動信號進行采集，結合計算機系統建造印刷機故障的模型，對印刷機械故障進行正確的識別。

在目前印刷機械故障診斷中有許多新型的研究方法層出不絕，印刷機械工作的時候產生的信號，從時域和頻域進行對振動信號的分析，在運算不同頻帶聲音信號故障率的基礎上創建印刷機故障頻率識別的聽覺模型。印刷機相關的研究人員從各個角度對印刷機的信號進行了研究分析，提高對單一性故障及時準確地判斷，印刷機在運行的時候，印刷機中的各個零部件信號之間相互干擾，致使振動信號研究分析加大難度。振動信號的采集運用的時接觸式的測量方式，在某種情況下不能直接受到振動信號，研究人員收到的振動數據都是離線數據，不是印刷機正在運行的實時數據。所以，印刷機在振動信號分析故障診斷技術在實際的運用中有一定的局限性，無法達到預想的結果。

（二）對于聲音信號分析的印刷機械故障診斷技術研究

聲音信號的故障診斷技術是運用快速傅里葉變換等方法對其進行分析研究，目前聲音信號診斷技術已經應用到軸承和齒輪的故障中。[2]對于聲音信號在印刷機械故障診斷方面處于前期實驗的階段。在對于聽覺模型的印刷機械故障的診斷技術，對印刷機運轉的時候對聲音信號進行采集，并結合濾波器進行消除雜音，進而對印刷機的故障進行分析研究。印刷機的振動信號和聲音信號相融合，對軸承進行故障分析，使分析故障原因具有較高的準確率。聲音信號分析的方法就是為印刷機械故障診斷提供了有效的理論基礎，因為印刷機械在運轉的時候存在很多的噪音，對信號采集的設備要求比較高。在降低計算機硬件設備成本的時候，提高對聲音信號分析的準確率。

（三）對于印刷圖像分析的印刷機械故障診斷技術研究

傳統的印刷機數據驅動的故障診斷技術一般需要操作者具備一定的理論知識的基礎，現在企業運用的都是大型的機器設備，好多設備已經無法運用人工進行分析印刷機故障數據。目前計算機技術水平的迅速發展，圖像分析印刷機械故障診斷技術主要在印刷品質量檢測上進行應用，在印刷機械上安裝圖像識別裝置設備，用于對印刷品實行圖像識別、印刷機器設備狀態的監測，從印刷品和樣品比對進行故障診斷，倘若出現問題，就會獲得大量的故障診斷信息。[3]傳統的圖像識別系統只對印刷品的色標進行檢驗，圖像檢驗技術實現了整張印刷品的檢測，增加了檢測的準確率。生產出高質量的印刷品是印刷機械的最終目標，操作人員可以從印刷品中看出印刷機器工作狀態的信息和豐富圖文信息。圖像信息是一種非常重要的故障診斷信息，圖像信息處理技術是人們無法運用眼睛去識別的信息和規律，對印刷機運行狀態的特征進行詳細的解析，進而實現對印刷機械故障的診斷。對當前印刷機故障診斷特點單一化、精密度地等現象，分析研究了印刷圖像故障對其他故障之間的相關聯系，運用圖像邊緣距離的全畫面印刷方法，并進行高密度的檢測，提高印刷圖像故障診斷技術的有效性;通過圖像分析的機械故障診斷技術的方法，運用多元化的統計方法解析印刷單元的故障和特征的映射關系，運用畫面感對機械故障的類別進行判斷，提供了新的理論方法為印刷機故障診斷奠定了基礎，增加了印刷圖像分析印刷故障診斷技術的重要性。

圖像信息識別技術具有紋理，形狀，顏色等等特征信息，圖像信息識別技術的特征是印刷機械運行的過程中多種因素之間相互干擾和耦合的結果，操作者除去多余的信息挖掘有效的印刷機械故障信息，科學合理地建造印刷機特征和印刷機故障模式之間的關系。運用圖像識別技術逐漸的提高印刷圖像識別的清晰度。

（四）對于解析模型分析的印刷機械故障診斷技術研究

運用現代化控制理論和優化方式的特征，對于模型的印刷機診斷方法可以實現對印刷機系統的動態環境進行準確監測和評估，及時地發現印刷機故障，降低經濟損失。針對軸承故障運用核主成分分析法和耦合模型的診斷方法，在軸承各個通道中對振動信號進行采集，獲取對軸承的特征的主要信息，對獲取信息進行融合和診斷;對滾動軸承振動信號進行分幀處理，運用小波包的方式獲取信號的數據，在運用主成分分析法進行分析處理，有效地實現對印刷機實時狀態的檢測和控制;對印刷機械齒輪在正常、早期的裂紋和磨損狀態下進行的振動信號的分析研究;對印刷機旋轉結構中多裂紋的定量識別問題進行診斷，運用小波模型獲取不同裂紋轉子的固有頻率，運用曲面擬合技術建造轉子數據資源庫，對轉子多裂紋進行全方位的識別分析。建造系統化、合理化、正確化的解析模型是在解析模型的印刷機故障診斷技術方法的前提下，因為印刷機系統結構和運行規律的復雜多變，不能及時的建立與印刷系統高精度的相匹配的解析模型，倘若系統模型過于簡單化，就會對印刷機械故障診斷有所影響。針對解析模型的診斷技術方法對建立簡單的印刷機零部件是有一定的診斷效果，但對于印刷機整機監測和故障診斷存在著嚴重的不足。

（五）對于知識分析的印刷機械故障診斷技術研究

印刷機械設備的產生故障的原因有很多種，其中就包括紙張的特殊性、油墨可變因素和印刷工藝等等，印刷機械故障有時會出現一種現象或者多種現象的出現，對于印刷機械維修的要求單靠維修人員是不可能實現對印刷機械故障的診斷和分析的。對于知識的印刷機械故障診斷技術方法就上在操作人員的經驗積累和大量的故障案例的基礎上，與知識信息相融合，對印刷機進行快速及時地找到故障并進行維修在某種程度上有一定的意義。[4]對于知識的印刷機械故障診斷技術不需要建立精密的數學模型，知識故障診斷技術包含：專家系統、案件推理、模糊邏輯、神經網絡、故障樹、向量機等等。印刷設備的操作人員運用分析故障的環境，需要將印刷機械設備的振動數據輸入神經元模型，運用神經網絡對模糊相結合，對印刷系統進行解析，提升印刷故障診斷系統的預測精密度;運用經驗模式進行分解和能量算子對軸承設備故障信號進行研究，知識故障診斷技術的演技方法可以對故障軸承的頻率和諧波進行采取，有效的反應印刷機械設備故障的嚴重程度;運用循環網絡神經和模糊審計對印刷設備齒輪的磨損、齒輪缺口以及處理斷裂進行詳細的測試和分析，利用實踐推理該方法的準確性，對印刷機械設備旋轉機械的損傷具有主要的作用;利用支持向量機分類器對印刷機械設備滾動軸承故障進行診斷技術進行分析，應提前對振動信號進行處理，增強人工神經網絡的時效性。

對于知識的印刷機械故障診斷技術方法在某種程度上徹底解決印刷機出現的簡單故障，知識有基礎知識和深化知識的區別，對多種因素造成的印刷機綜合故障的診斷沒有效果，對產生復雜多變的故障進行了限制，大大降低了印刷機故障診斷技術的準確率。有部分知識的印刷機械故障診斷技術沒有打破傳統的故障診斷的范圍，致使知識故障診斷應用的方法在印刷機械設備上存在局限性。

三、印刷機械故障診斷技術的展望研究

計算機網絡技術、人工智能化技術、電子控制理論技術、信號處理技術以及圖像模式識別技術等等都在不斷地更新和發展，目前印刷機械向高精密、高質量和高效自動化為一體的智能化設備的方向發展，印刷行業急需解決的核心任務就是如何有效地提高印刷機械的可靠性和穩定性。[5]對印刷機械狀態的監測和故障診斷技術在印刷機械生產、調試、裝配以及出廠等等各個階段發揮的作用不斷地進行完善和改革，及時地發現和判斷在印刷機生產當中出現印刷故障的類型和位置，有效地減少機械設備維修產生的損失，大大降低印刷廢品造成的環境污染，提升印刷機械的生產效率和資源利用率。對于印刷機械狀態的監測和故障診斷技術分析，你認為印刷機故障診斷技術具有如下的發展走向：

第一，印刷機故障數據運用離線系統，收集到的振動數據信息不是真實的印刷機運行故障的反映狀態，不可以正確描述印刷機械故障動態的演化和發展趨勢。系統的印刷機在線數據可以反映印刷機的實時狀態，對印刷機進行自動巡檢診斷，可以實現印刷機故障數據的資源共享，進而提升印刷機故障診斷的方法。對印刷機運行中進行實時監測的數據進行有效的分析，通過數據可以反映出來印刷機的工作狀態和微弱的機器故障，并及時地對印刷機故障的狀態變化進行量化的解析，進而對印刷機故障進行有效的診斷和處理。

第二，印刷機故障診斷技術從傳統的單一化診斷技術走向智能化診斷技術，將不同的診斷方法進行集合，比如：規則的專家系統與神經網絡系統和模糊數學相結合、卷積神經網絡和實力推理相結合，診斷系統之間的相結合實現了多種診斷方法的結合，診斷方法之間的揚長避短，全方位提升印刷機械故障診斷方法的準確性，目的就是為了解決印刷機高精密、高速度、高自動化的發展趨勢和印刷機穩定性和診斷率之間存在的問題。

第三，印刷機故障診斷的主要依據就是印刷品缺陷的信息，印刷圖像包扣印刷機故障信息和印刷機運行過程中的實時數據，一些有利的數據信息不容易被操作人員發現，將印刷機圖像識別技術進行引入，可以有效地分析和監測印刷機故障的特征。印刷機械設備是一款內部結構復雜多變的生產設備，多種的印刷機故障有多種的變現方式，只針對印刷圖像上單一的數據信息無法對印刷機進行全面的診斷分析，所以，需要借助有效的信息融合技術，通過印刷機圖像診斷技術建立多元化的信息特征，對搜集的資料信息進行解析和處理，進而提升診斷信息的準確性和有效性[6]。

第四，對印刷機狀態的檢測和故障診斷技術的分析研究，印刷機故障診斷系統越來越系統化，從傳統單一化的監測和診斷，到現在監測、定位、診斷、管理和訓練為一體的綜合化、系統化進行發展[7]。

結語

印刷機械設備運行狀態的平穩性是保障印刷品高質量的關鍵因素，在印刷機械設備運轉的情況下，印刷機械設備一旦出現問題，就會導致紙張和油墨等耗材的大量浪費，對環境造成污染。印刷機械設備在運行時會產生大量的信號數據，將不同類型的信號數據的現象進行結合，使操作人員第一時間準確無誤的對機械刮故障進行診斷。計算機技術的提高，印刷信號數據的閨蜜不斷地擴大，引入現代化的數據迅速快捷地提取關鍵性信息數據，印刷業未來的發展就是將故障監測裝置完善化，模塊化，提升印刷品的高質量、高水平。

參考文獻

[1]侯和平，徐卓飛，劉凱，趙慶海.一種印刷機械故障標識檢測新方法的研究[J].西安理工大學學報，2018，34（02）：166-171.

[2]侯和平，徐卓飛，劉凱，趙慶海.一種印刷機械故障標識檢測新方法的研究[J].西安理工大學學報，2018，34（02）：166-171.

[3]賀小輝，陳云，韓彥嶺，應志雄.案例推理在印刷機械故障診斷中的應用[J].機械工程師，2004（09）：16-18.

[4]婁斌超，嚴曉滿，孫劉杰，鄭楨德.印刷機械故障診斷系統[J].上海第二工業大學學報，1996（02）：32-38

[5]鄭楨德，徐東.印刷機械故障診斷技術及其應用前景[J].出版與印刷，1992（01）：24-26.

[6]齊素平.印刷機械故障監測及診斷技術研究[J].數字印刷，2019（06）：11-15.

[7]毛學民.印刷機械的無軸傳動技術及驅動故障排除[J].山東工業技術，2019（03）：11.D

作者簡介：廖界豐（1978.05），男，漢族，浙江省海寧市人，中專學歷，海鹽吉龍機械股份有限公司，經理，工作及研究方向：印刷機、燙金機套印、套色高精度研發項目，分切機、涂布機、復合機復合工藝研發項目等等。