戴 明

(江蘇大劇院， 江蘇 南京 210000)

0 引言

自動化技術(shù)是一門綜合性技術(shù)，包含計算機(jī)信息技術(shù)、自動控制技術(shù)、電子信息技術(shù)、液壓氣壓技術(shù)等[1]。自動化技術(shù)主要應(yīng)用在機(jī)械故障診斷與保養(yǎng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計、電氣控制、信息系統(tǒng)管理方面。由于技術(shù)、設(shè)備等各種原因，在早期的機(jī)械設(shè)備故障診斷方面，主要靠相關(guān)人員的經(jīng)驗來判斷，如通過聽覺、觸覺、視覺等去分析設(shè)備是否有異常。隨著信息化、自動化技術(shù)等的巨大進(jìn)步，機(jī)械故障診斷與保養(yǎng)有了質(zhì)的改變，實現(xiàn)了利用信息化、自動化等技術(shù)進(jìn)行在線檢測。

1 自動化故障診斷系統(tǒng)

通過自動化技術(shù)獲取到設(shè)備的診斷數(shù)據(jù)，如何利用這些數(shù)據(jù)對設(shè)備的故障作出分析判斷是實現(xiàn)自動化診斷故障的關(guān)鍵，處理和分析診斷數(shù)據(jù)主要是通過診斷系統(tǒng)實現(xiàn)。診斷系統(tǒng)分析處理數(shù)據(jù)的能力，決定了自動化解決故障的精確性和效率。目前，診斷系統(tǒng)主要有基于知識領(lǐng)域的專家診斷系統(tǒng)、基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的專家診斷系統(tǒng)[3]。

1.1 基于知識領(lǐng)域的專家診斷系統(tǒng)

該專家系統(tǒng)又可分為一般知識領(lǐng)域和復(fù)雜知識領(lǐng)域。一般知識主要指對經(jīng)驗及常識得出結(jié)論，復(fù)雜知識是指需要通過演算推理等手段得出結(jié)論?；谝话阒R領(lǐng)域的專家系統(tǒng)是通過對比系統(tǒng)存儲的故障，找出異常，從中可以看出該專家診斷系統(tǒng)具有局限性，故障存儲庫數(shù)據(jù)越豐富，故障越能被找出。相反，數(shù)據(jù)庫內(nèi)容不足，故障也就很難通過比對被發(fā)現(xiàn)?；趶?fù)雜知識領(lǐng)域的專家系統(tǒng)是通過集合具有輸入輸出特性的實際環(huán)境變量與理論環(huán)境變量的不同期望，分析出可能存在的故障及原因。基于復(fù)雜知識領(lǐng)域的專家診斷系統(tǒng)，檢索故障能力更強(qiáng)，但其診斷速度相對較慢。為了優(yōu)化診斷系統(tǒng)，使診斷結(jié)論具有可靠性，通常將兩者診斷方法結(jié)合在一起。

1.2 基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的專家診斷系統(tǒng)

隨著技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的診斷系統(tǒng)，與傳統(tǒng)的專家系統(tǒng)相比，該專家系統(tǒng)具有自我學(xué)習(xí)能力，它可以通過專家診斷系統(tǒng)的案例不斷優(yōu)化自我學(xué)習(xí)?；贐P神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的診斷流程，主要是通過對數(shù)據(jù)初始化、輸入訓(xùn)練樣本、計算中間層以及輸出層的輸出、計算輸出誤差、計算二次系數(shù)、對比中間層全值、以及權(quán)值對比判斷等技術(shù)達(dá)到對機(jī)械裝置的智能化診斷與保養(yǎng)?；赗BF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷流程，主要是通過多個傳感器判別機(jī)械裝置的狀態(tài)，反饋對應(yīng)的算法函數(shù)，經(jīng)過預(yù)定閥值的過濾分析提取診斷的結(jié)果信號，以提高準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。該專家系統(tǒng)具有自我判斷能力，如果設(shè)備出現(xiàn)故障進(jìn)而引起險情，該專家系統(tǒng)可以迅速反應(yīng)，向管理中心發(fā)送警報信息，并采取相關(guān)措施，控制風(fēng)險[4]。

2 自動化故障診斷系統(tǒng)的應(yīng)用

機(jī)械故障診斷通過運(yùn)用檢測技術(shù)定位，判斷，分析診斷故障后給出解決方案。如圖1所示，完備的自動化故障診斷系統(tǒng)應(yīng)該是一套完整的閉環(huán)反饋系統(tǒng)，通過構(gòu)建上位機(jī)控制系統(tǒng)和下位機(jī)數(shù)據(jù)反饋系統(tǒng)，可以完整地對故障部位進(jìn)行實時的數(shù)據(jù)分析，對設(shè)備故障作出預(yù)警和診斷[2]。下位機(jī)系統(tǒng)將采集到的傳感器數(shù)據(jù)實時反饋到上位機(jī)控制系統(tǒng)，上位機(jī)控制系統(tǒng)通過比、校驗、分析數(shù)據(jù)作出故障判斷，得出故障結(jié)論。如果是設(shè)備參數(shù)問題，上位機(jī)系統(tǒng)可以進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整控制下位機(jī)，如果設(shè)備儀器本身故障，上位機(jī)可以發(fā)送信息提示安排維修人員維護(hù)或更換儀器元器。

圖1 診斷技術(shù)的原理與程序

2.1 單模組自動故障診斷

自動化故障診斷系統(tǒng)包含單個模組診斷檢測和集成式綜合檢測兩個方面。企業(yè)工廠設(shè)備有大型設(shè)備和中小型設(shè)備，根據(jù)經(jīng)濟(jì)效率和運(yùn)行維護(hù)成本，可以針對性地選擇對應(yīng)的自動化系統(tǒng)。經(jīng)費(fèi)有限且設(shè)備某些部位具有舉足輕重的作用或者人工檢測較難實現(xiàn)，例如戶外暴雪的極端惡劣環(huán)境下電力設(shè)備故障診斷，基于單個模組的自動化診斷系統(tǒng)更有性價比。實現(xiàn)單個模組的自動化故障診斷，主要通過相關(guān)檢測儀器發(fā)送數(shù)據(jù)，診斷系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，然后通過對比、專家會診等手段，評估故障狀況并反饋。在線檢測系統(tǒng)就是通過安裝由諸多傳感器構(gòu)成的硬件檢測系統(tǒng)，利用信息處理技術(shù)，對傳感器獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾和匯集，進(jìn)而傳輸?shù)娇刂浦行摹?/p>

2.2 集成式自動故障診斷

集成式自動化綜合檢測是在單模組檢測技術(shù)上發(fā)展起來的，解決了單模組檢測只能在有限范圍內(nèi)的檢測，實現(xiàn)了設(shè)備的整體有機(jī)分析。同時，集成式自動化綜合檢測可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的多部門快速流動，讓不同部門可以第一時間了解到相關(guān)問題，避免形成信息孤島。集成式綜合檢測將分布在不同節(jié)點的數(shù)據(jù)匯集到信息管理系統(tǒng)中，信息管理系統(tǒng)又是企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)(MIS)中的一個分支模塊，可以進(jìn)行整合資源，協(xié)調(diào)各組織部門。

3 自動化技術(shù)在機(jī)械故障診斷中的發(fā)展

3.1 借助先進(jìn)的云端技術(shù)打造智慧機(jī)械診斷系統(tǒng)

隨著5G時代的到來，萬物互聯(lián)成為可能，以前通過傳感器收集數(shù)據(jù)，然后整合傳感器的數(shù)據(jù)回傳到信息處理系統(tǒng)，這個過程需要單獨(dú)的系統(tǒng)對傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行收集整理。5G時代的到來，可以實現(xiàn)直接將傳感器采集的數(shù)據(jù)回傳到系統(tǒng)，減少了中間平臺。同時運(yùn)用大數(shù)據(jù)技術(shù)，實現(xiàn)對大型設(shè)備系統(tǒng)的數(shù)據(jù)整體分析，提升機(jī)械設(shè)備性能，強(qiáng)化診斷設(shè)備故障能力。運(yùn)用5G技術(shù)的數(shù)據(jù)傳輸能力，可以大規(guī)模實現(xiàn)對設(shè)備零部件各參數(shù)的實時監(jiān)控。同時，企業(yè)可以整合工廠設(shè)備，將各個設(shè)備數(shù)據(jù)上傳云端，利用云計算管理便捷、經(jīng)濟(jì)實惠、通用性強(qiáng)的特性，專屬定制自己的云管理平臺，實現(xiàn)高性價比的智慧機(jī)械診斷系統(tǒng)。

3.2 診斷系統(tǒng)融入到智能制造過程中

隨著機(jī)器人技術(shù)、人工智能技術(shù)、機(jī)器學(xué)習(xí)等新興技術(shù)的發(fā)展，智能制造隨之應(yīng)運(yùn)而生。智能制造并沒有準(zhǔn)確的定義，但是根據(jù)各國的工業(yè)規(guī)劃大致可以得出智能制造其核心主要是數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化，目的是縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期，提高效率，降低能耗。診斷系統(tǒng)融入到智能制造過程中，一旦生產(chǎn)車間某個模塊出現(xiàn)問題，智能制造系統(tǒng)可以根據(jù)診斷系統(tǒng)的分析結(jié)果進(jìn)行生產(chǎn)調(diào)配和生產(chǎn)任務(wù)調(diào)整，智能化降低設(shè)備故障期間帶來的經(jīng)濟(jì)損失[5]。

3.3 將視覺處理、虛擬現(xiàn)實運(yùn)用到機(jī)械故障診斷中

機(jī)器視覺圖像處理和AR增強(qiáng)現(xiàn)實在機(jī)械故障診斷中主要通過將現(xiàn)場獲取的設(shè)備圖像與正常設(shè)備圖像進(jìn)行比對作出診斷結(jié)論。機(jī)器視覺可發(fā)現(xiàn)人眼不易察覺的設(shè)備損傷，在一些高精密儀器設(shè)備上，機(jī)器視覺可以快速發(fā)現(xiàn)零件表面肌理是否產(chǎn)生損壞[6]。

4 結(jié)語

目前我國針對機(jī)械設(shè)備故障檢測和保養(yǎng)還未制定指導(dǎo)性的標(biāo)準(zhǔn)建議，對機(jī)械設(shè)備進(jìn)行自動化故障檢測，要求企業(yè)具有一定的科研和資金實力。因此，應(yīng)該推動行業(yè)頭部企業(yè)研發(fā)系統(tǒng)的自動化解決方案，讓其他企業(yè)可通過付費(fèi)的方式擁有自動化設(shè)備故障檢測系統(tǒng)，實現(xiàn)行業(yè)的整體進(jìn)步。