機電設(shè)備故障預(yù)警及安全保障技術(shù)的發(fā)展

徐小力

（1.中國機械工程學(xué)會設(shè)備與維修工程分會 北京 2.北京信息科技大學(xué)現(xiàn)代測控技術(shù)教育部重點實驗室 北京）

機電設(shè)備故障預(yù)警及安全保障技術(shù)任務(wù)來源于企業(yè)生產(chǎn)與設(shè)備維修的實際需求，也是國家科技重大專項、國家863計劃項目、國家自然科學(xué)基金項目、國家科技支撐計劃，以及中國機械行業(yè)及眾多骨干企業(yè)立項的重要科技研發(fā)課題及工程技術(shù)研發(fā)任務(wù)。

為實現(xiàn)機電設(shè)備運行狀態(tài)監(jiān)控、故障健康診斷和故障預(yù)警，有效避免惡性事故發(fā)生，實現(xiàn)科學(xué)維護，國內(nèi)外開展了故障預(yù)報關(guān)鍵技術(shù)及其系列安全監(jiān)測系統(tǒng)的研發(fā)，其中重點面向多類現(xiàn)代、高端、關(guān)鍵機電設(shè)備，著力解決機電設(shè)備非平穩(wěn)、非線性、變工況、長歷程等復(fù)雜運行狀態(tài)發(fā)展演變及其早期故障預(yù)報等難點問題。

一、設(shè)備故障預(yù)警及安全保障技術(shù)的研究背景

機電設(shè)備，特別是高端、大型、關(guān)鍵機電設(shè)備，其往往處于高負荷、變工況及連續(xù)的運行狀態(tài)，運行中故障導(dǎo)致重大安全事故屢見不鮮，重大事故時常造成嚴(yán)重的經(jīng)濟損失、資源浪費、環(huán)境污染及人員傷亡，因此機電設(shè)備安全可靠性對有關(guān)國計民生的社會穩(wěn)定、國家資源和環(huán)境等具有重要影響。

我國是一個由低端制造走向高端制造及全球化制造的制造業(yè)超級大國，同時也是安全生產(chǎn)問題突出的國家，機電設(shè)備運行服役中的安全運行及維護保障問題愈來愈突出并日益引起重視，而設(shè)備傳統(tǒng)維護方式不僅代價大，且往往難以有效避免設(shè)備安全事故的發(fā)生。

如風(fēng)電機組是連續(xù)運行大功率變負荷機組，機組通常在惡劣環(huán)境下運行，風(fēng)速、風(fēng)向等造成工況變化，極易造成傳動系統(tǒng)出現(xiàn)損壞，并導(dǎo)致惡性事故經(jīng)常發(fā)生，傳統(tǒng)定期維護方式往往避免不了事故發(fā)生。同時機組通常安裝在邊遠地區(qū)，維修時零部件體積龐大且懸于高空，吊裝更換困難，風(fēng)電產(chǎn)業(yè)中故障及維修是風(fēng)電機組運行與維護成本居高不下的重要原因。近年隨著機組數(shù)量迅速增大，故障快速增加，經(jīng)濟損失突出，產(chǎn)業(yè)需要改變傳統(tǒng)定期維護方式，采用動態(tài)預(yù)知維護方式，以能夠及時發(fā)現(xiàn)早期故障及隱患，減少繼發(fā)性事故及惡性事故發(fā)生。

機電設(shè)備服役的故障預(yù)警及安全保障技術(shù)是國內(nèi)外研究熱點，也是具有挑戰(zhàn)性的研究課題。為解決設(shè)備運行安全可靠問題，《國家“十二五”科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃》提出在制造與工程科學(xué)領(lǐng)域重點支持“工程設(shè)備健康狀態(tài)的檢測、監(jiān)測以及診斷和處置”研究；《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006-2020年）》將“重大產(chǎn)品和重大設(shè)施壽命預(yù)測技術(shù)”列為先進制造領(lǐng)域急需重點研究內(nèi)容；在2012年中國工程院啟動的高金吉院士負責(zé)的“我國高端能源動力機械健康與能效監(jiān)控智能化發(fā)展戰(zhàn)略研究”重點項目中提出相關(guān)戰(zhàn)略研究任務(wù)。多年來，國家科技重大專項、國家自然科學(xué)基金等對本領(lǐng)域研究給予持續(xù)大力支持。

二、設(shè)備故障預(yù)警及安全保障相關(guān)技術(shù)的發(fā)展

隨著電子計算機及信號處理技術(shù)的發(fā)展及普及，美國、日本、加拿大等國家開展了設(shè)備服役監(jiān)測預(yù)警研究。國內(nèi)許多高校及研究院所對故障預(yù)警相關(guān)技術(shù)也開展了研究；一些國內(nèi)企業(yè)根據(jù)自身需求進行了基于故障預(yù)警技術(shù)的工程研發(fā)及相關(guān)監(jiān)測儀器新產(chǎn)品研發(fā)，這些相關(guān)技術(shù)應(yīng)用企業(yè)大致可分為兩類，一類是生產(chǎn)設(shè)備擁有企業(yè)，另一類是設(shè)備監(jiān)測診斷儀器制造企業(yè)。

我國的研究團隊及生產(chǎn)企業(yè)大致從20世紀(jì)80年代起經(jīng)歷了30余年的相關(guān)技術(shù)探索與工程實踐，特別是近10年來根據(jù)國家、行業(yè)、地方及企業(yè)的重要科技任務(wù)以及安全保障迫切需求，在前期研究及工程應(yīng)用基礎(chǔ)上通過技術(shù)聯(lián)合攻關(guān)以及國際合作，研發(fā)面向多類型設(shè)備復(fù)雜運行狀態(tài)安全可靠服役的早期故障預(yù)報技術(shù)以及相關(guān)物化儀器系統(tǒng)，并在多個領(lǐng)域進行工程應(yīng)用。在設(shè)備故障預(yù)警及安全保障的技術(shù)研發(fā)及工程應(yīng)用中，近年來關(guān)注的相關(guān)問題有3點。

（1）研究及探討面向多類型設(shè)備的故障預(yù)報方法，包括多類設(shè)備復(fù)雜運行狀態(tài)的服役特性及故障趨勢，研究表明：設(shè)備及狀態(tài)越復(fù)雜，故障率往往就越高，隨機性也往往更多，需要探討有效的分析方法及提供適用的監(jiān)控系統(tǒng)。

（2）研究及揭示早期故障信息的低信噪比特點及發(fā)展演變規(guī)律，包括弱故障趨勢信號特征與噪聲信號特征，工況、負載、轉(zhuǎn)速及環(huán)境變化等產(chǎn)生的信號干擾因素。

（3）研究及融合面向設(shè)備安全可靠運行的技術(shù)保障系統(tǒng)及企業(yè)管理系統(tǒng)，完善其中的信息管理及信息決策系統(tǒng)等。

三、設(shè)備故障預(yù)警及安全保障技術(shù)可以為實施設(shè)備科學(xué)維護提供支持

在生產(chǎn)維修（PM）中很多情況表明：傳統(tǒng)設(shè)備維護方式-故障即事后維修（BM：Breakdown or run to failure Maintenance）、預(yù)防即定期維修 （PrM，Preventive Maintenance、TBM：Timebased Maintenance），不僅代價大且仍難以有效預(yù)防及避免事故發(fā)生，但是在沒有其他有效手段替代時不得而為之。

為有效避免設(shè)備事故發(fā)生，現(xiàn)代企業(yè)迫切需要采用更有效的能夠預(yù)測狀態(tài)及預(yù)見故障的方法，以實施更科學(xué)的設(shè)備維護方式—預(yù)知維修，即狀態(tài)維修或視情維修（PDM：Predictive Maintenance、CBM：Condition-based Maintenance）。

為有效實施預(yù)知維修方式，需要通過采用設(shè)備故障預(yù)警及安全保障技術(shù)揭示設(shè)備運行狀態(tài)發(fā)展演變規(guī)律及趨勢特征，進行早期故障預(yù)測，為針對性調(diào)整設(shè)備運行狀態(tài)或提前安排設(shè)備維護提供技術(shù)支持，實現(xiàn)未雨綢繆，而非亡羊補牢。從而有利于在避免惡性事故前提下，減少過剩維修，延長維修周期，降低維修成本，減少維修備件庫存及資金占用，提高設(shè)備利用率。

設(shè)備故障預(yù)警及安全保障技術(shù)及其系統(tǒng)可以為設(shè)備動態(tài)科學(xué)維護及提供實現(xiàn)途徑，也可以為合理及高效安排生產(chǎn)調(diào)度提供幫助。研究與實踐表明相關(guān)技術(shù)能夠為多種現(xiàn)代維護方式提供支持，例如，預(yù)知維修、主動維修、IM智能維修或自維修、CM改善維修、FMEA/EFMEA前瞻性預(yù)測維修（基于潛在失效模式及后果分析的防范風(fēng)險維修方式）、RBI基于風(fēng)險的檢驗、RCM以可靠性為中心的維修、ACM以利用率為中心的維修等。

設(shè)備故障預(yù)警及安全保障技術(shù)及其系統(tǒng)也有利于企業(yè)的信息技術(shù)水平及信息管理水平提升，有利于傳統(tǒng)制造業(yè)設(shè)備管理體系的升級改造；有利于企業(yè)相關(guān)現(xiàn)代管理模塊的完善與提升，涉及內(nèi)容包括：在企業(yè)生產(chǎn)管理系統(tǒng)方面－ERP企業(yè)資源規(guī)劃、SAP企業(yè)管理平臺、EM設(shè)備管理信息系統(tǒng)；在企業(yè)人員管理系統(tǒng)方面－TPM全員生產(chǎn)維修（相應(yīng)點檢維修）；在企業(yè)資產(chǎn)管理系統(tǒng)方面－EAM企業(yè)資產(chǎn)管理系統(tǒng)、LCC壽命周期費用管理系統(tǒng)；在企業(yè)安全管理系統(tǒng)方面－HSE危害識別與風(fēng)險控制管理系統(tǒng)（健康Health、安全 Safety、環(huán)境 Environment三位一體）、HAZOP 危險與可操作性分析系統(tǒng)（Hazard and Operability Analysis）、SIL安全完整性等級分析系統(tǒng)（Safety Integrity Level）等。

四、設(shè)備故障預(yù)警及安全保障的若干關(guān)鍵技術(shù)及實現(xiàn)路線研討

這里主要涉及在役機電設(shè)備的運行、使用與維護周期，重點面向設(shè)備非平穩(wěn)、非線性、長歷程、變工況等復(fù)雜運行狀態(tài)故障發(fā)展趨勢，著重關(guān)注機電設(shè)備動力傳動等較高故障率的系統(tǒng)及部件，基于現(xiàn)代信息化技術(shù)提出設(shè)備故障預(yù)警及安全保障的若干關(guān)鍵技術(shù)及實現(xiàn)路線。

提供的相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)及技術(shù)路線來源于典型科研成果，工程實踐中還應(yīng)根據(jù)實際應(yīng)用對象、工作環(huán)境及條件、不同功能及應(yīng)用成本等有所不同、有所取舍及有所側(cè)重，若干關(guān)鍵技術(shù)及實現(xiàn)技術(shù)路線歸納如下，可供研討及參考：

1.多傳感器長樣本的信息采集方法

為設(shè)備安全預(yù)警提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，面對連續(xù)運行的大型復(fù)雜關(guān)鍵設(shè)備，利用現(xiàn)場多傳感器系統(tǒng)進行長樣本信息采集，相關(guān)監(jiān)測量往往涉及振動、噪聲、聲發(fā)射、應(yīng)變、轉(zhuǎn)速、溫度、壓力、風(fēng)速、載荷等動靜態(tài)信號；分析量往往涉及多信息融合、機械動態(tài)特性分析、時頻域分析、時變非線性分析、故障分析與診斷、運行狀態(tài)及故障趨勢、壽命與評估、維護決策分析、統(tǒng)計分析等。面對設(shè)備運行狀態(tài)的多傳感器長樣本的大數(shù)據(jù)動態(tài)信息采集，可以采用長歷程大數(shù)據(jù)信息集成及數(shù)據(jù)挖掘方法，構(gòu)建云計算的信息服務(wù)架構(gòu)以適應(yīng)海量大數(shù)據(jù)的信息存儲及信息處理，構(gòu)建相關(guān)的可視化系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)等直觀在線動態(tài)的信息采集系統(tǒng)等。

2.多類型機電設(shè)備機械動態(tài)特性發(fā)展演變規(guī)律與特征分析

面向多類型機電設(shè)備，對設(shè)備的多部位多方向機械動特性及相應(yīng)工況進行數(shù)據(jù)處理，揭示設(shè)備工作狀態(tài)發(fā)展演變趨勢特征，特別是設(shè)備由健康運行狀態(tài)劣化為故障運行狀態(tài)的機械動特性劣化演變的趨勢特征，分析故障產(chǎn)生機理、發(fā)展原因和發(fā)展模式，建立故障發(fā)展原因與故障發(fā)展特性的映射關(guān)系；構(gòu)建基于實測數(shù)據(jù)的機械系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)展趨勢動力學(xué)模型，分析轉(zhuǎn)子動力系統(tǒng)典型故障發(fā)展機理，揭示劣化演變規(guī)律、轉(zhuǎn)子等關(guān)鍵旋轉(zhuǎn)部件行為與故障發(fā)展特征關(guān)系、故障發(fā)展與狀態(tài)趨勢異常之間的關(guān)聯(lián)、故障發(fā)展與定位等；針對輕微損傷和磨損等微弱故障發(fā)展趨勢、傳動系統(tǒng)調(diào)制信號發(fā)展趨勢、運行參數(shù)和載荷變化等非線性發(fā)展趨勢、復(fù)合故障發(fā)展趨勢等，建立機械動特性劣化演變的發(fā)展趨勢模型。

3.機電設(shè)備復(fù)雜運行狀態(tài)故障發(fā)展趨勢的特征提取

大型機電設(shè)備往往在長歷程復(fù)雜運行狀態(tài)中運行，運行中工況、負載及環(huán)境變化等復(fù)雜非故障因素會造成信號能量變化，故障趨勢信息往往被非故障變化信息所淹沒，傳統(tǒng)基于能量的振動級值及功率譜變化不一定對應(yīng)設(shè)備健康狀態(tài)變化，因此傳統(tǒng)方式往往具有不確定性。為解決機電設(shè)備故障趨勢特征與變工況非故障狀態(tài)特征的分離難題，需要探討能量解耦的故障趨勢特征提取算法，較大程度上消除非故障能量變化所造成的冗余信息；面對設(shè)備變工況變負載等復(fù)雜運行狀態(tài)的故障趨勢特征提取，要求確定能夠映射時變非線性狀態(tài)發(fā)展的特征參數(shù)和特征模式，確定表征故障發(fā)展趨勢特征的故障敏感特征參數(shù)、模式及表達方式等。

4.早期故障發(fā)展趨勢弱信息的信號處理方法

早期故障發(fā)展趨勢信息具有的明顯的低信噪比弱信息特點，在故障趨勢預(yù)測中有用信息極易受到設(shè)備時變狀態(tài)變化及測試系統(tǒng)噪聲等因素干擾。面對設(shè)備運行狀態(tài)早期故障發(fā)展征兆的弱信息低信噪比難題，需要采用弱信息低信噪比信號處理方法，包括：多傳感器信息采集與信息融合、早期故障弱趨勢信息提取、噪聲干擾抑制等；研究采用相關(guān)的隨機不確定性、模糊不確定性、不完備性、不完全可靠性的信號處理方法，以及提高信息處理的有效性、實時性和穩(wěn)定性的方法；探討采用時變狀態(tài)（工況、環(huán)境等變化）微弱特征提取的動態(tài)自適應(yīng)特征提取方法，以及典型部件及部位微弱特征提取的故障趨勢敏感特征分量提取方法等。

5.基于實測數(shù)據(jù)的故障趨勢預(yù)測模型構(gòu)建

為實現(xiàn)故障預(yù)報工程應(yīng)用，構(gòu)建實測數(shù)據(jù)驅(qū)動的故障趨勢預(yù)測模型，確定預(yù)測模型適用范圍及適合度，實現(xiàn)對實測數(shù)據(jù)的歷史、現(xiàn)狀及隨后發(fā)展的在線綜合分析及比較判斷；盡可能采用以現(xiàn)場實際數(shù)據(jù)進行建模，該方式雖建模難度及工作量大，但與傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)建模、仿真建?；?qū)嶒炁_模擬建模方式等比較更符合實際情況。建模路徑通常可以歸納為兩種，一種是較傳統(tǒng)的基于物理信息的建模方式，另一種是日益興起的基于數(shù)據(jù)規(guī)律的建模方式；前一種方式一般是構(gòu)建機械動力學(xué)模型，后一種方式隨著大數(shù)據(jù)處理技術(shù)發(fā)展而得到關(guān)注及采用。為了較大限度利用獲取及提煉的有用信息，可以考慮協(xié)同利用多源信息的方法，如構(gòu)建基于物理信息的趨勢預(yù)測模型與構(gòu)建數(shù)據(jù)規(guī)律的趨勢預(yù)測模型相融合而形成多源信息融合的新型趨勢預(yù)測模型，該新型趨勢預(yù)測模型可以既體現(xiàn)機械系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)展的物理本質(zhì)和機理，又體現(xiàn)機械系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)展的數(shù)據(jù)規(guī)律和特征，使趨勢預(yù)測更為符合系統(tǒng)實際運行發(fā)展?fàn)顟B(tài)，有利于提高故障預(yù)報有效性。

6.故障預(yù)報檔案庫、案例庫、知識庫及專家系統(tǒng)構(gòu)建

工程應(yīng)用中通常需要構(gòu)建故障預(yù)報的檔案庫、案例庫等數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)；為了高效建庫、有效利用庫中資源和及時更新優(yōu)化庫中資源，建立知識庫及專家系統(tǒng)并形成基于知識的專家系統(tǒng)。配置的庫中資源包括：專業(yè)故障分析圖譜（含專家在線會診故障分析助手等工具）、歷史信息（含歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)、大修停機、故障停機、搶修停機等歷史維修記錄）、決策知識（含變精度粗糙集知識模塊、趨勢預(yù)測性能評價準(zhǔn)則、穩(wěn)定性劣化及壽命預(yù)測評估標(biāo)準(zhǔn)及閾值、控制及維修決策規(guī)則等）。構(gòu)建的基于知識的專家系統(tǒng)能夠面對多種趨勢預(yù)測模型及預(yù)測方法，配置相關(guān)知識挖掘工具以進行知識自動獲取和決策操作，圍繞運行狀態(tài)趨勢預(yù)測性能的穩(wěn)定性、精確度、適用性及實時性進行自適應(yīng)調(diào)整與修正，實現(xiàn)多種模型及方法的自學(xué)習(xí)優(yōu)化、動態(tài)擇優(yōu)選擇及有效利用，為故障預(yù)報應(yīng)用提供有效實現(xiàn)途徑。

7.機電設(shè)備劣化發(fā)展趨勢的評價參數(shù)、模式及準(zhǔn)則

為設(shè)備安全預(yù)警提供判斷依據(jù)，需要確定表征設(shè)備狀態(tài)發(fā)展趨勢的參數(shù)及特征模式并提供對其分類方法；利用故障預(yù)報專家系統(tǒng)進行安全評價參數(shù)、模式及準(zhǔn)則的操作，根據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、歷史檔案、專家經(jīng)驗、客觀依據(jù)以及外界條件變化確定故障預(yù)報的判斷準(zhǔn)則及報警閾值，編制相關(guān)軟件模塊，實現(xiàn)對不同應(yīng)用對象和不同故障模式故障預(yù)報的判斷和決策。對于面向設(shè)備群的遠程故障預(yù)報中心，探討多層遞階閾值自適應(yīng)方法，使報警閾值能夠適應(yīng)多類型設(shè)備及其多種運行狀態(tài)的故障預(yù)報。

8.基于穩(wěn)定性劣化趨勢分析實現(xiàn)機電設(shè)備壽命預(yù)測

絕大部分機電設(shè)備是旋轉(zhuǎn)機電機械（如電機拖動的機組、發(fā)動機聯(lián)動的機組等）或復(fù)合旋轉(zhuǎn)機械（如內(nèi)燃機、抽油機等），其維修周期往往取決于易損運動部件的失效程度，壽命預(yù)測則重點面向這些運動的部件。利用基于現(xiàn)場在線海量數(shù)據(jù)的故障預(yù)報數(shù)據(jù)庫及專家系統(tǒng)，采用故障發(fā)展趨勢分析及判別方法，在壽命檢測與評估中分析零部件缺陷失效、磨損失效等故障的時間歷程及發(fā)展演變趨勢。機電設(shè)備壽命預(yù)測技術(shù)路線涉及：進行設(shè)備運行狀態(tài)發(fā)展變化的信息處理，分析狀態(tài)變化的原因（區(qū)分是外部激勵變化、擾動變化、負載變化和工作環(huán)境還是設(shè)備自身性能損傷退化等），揭示設(shè)備運行穩(wěn)定性劣化的演變過程及規(guī)律，識別及評估系統(tǒng)是否偏離正常狀態(tài)、是否尚處于安全服役狀態(tài)門限閾值，利用判別準(zhǔn)則進行失效模式、預(yù)期功能及壽命周期的可靠性分析，在故障趨勢預(yù)測、安全性度量與風(fēng)險分析的基礎(chǔ)上實現(xiàn)設(shè)備壽命預(yù)測及設(shè)備安全穩(wěn)定性、任務(wù)可靠性的途徑，為預(yù)知維護與預(yù)測控制提供依據(jù)及方法。

9.基于實測數(shù)據(jù)的實驗平臺系統(tǒng)構(gòu)建及實驗方法

為解決大型機電設(shè)備健康監(jiān)測與故障趨勢預(yù)測方法實驗和驗證難題，構(gòu)建及完善設(shè)備群遠程在線樣本獲取及故障預(yù)報實驗平臺系統(tǒng)，采用基于工業(yè)現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)的故障趨勢預(yù)測實驗方法；利用該平臺系統(tǒng)采集及分析現(xiàn)場設(shè)備實測數(shù)據(jù)并基于實測數(shù)據(jù)構(gòu)建預(yù)測模型（能在與當(dāng)前狀態(tài)比較后不斷學(xué)習(xí)及修正預(yù)測模型），進行預(yù)測結(jié)果的信息反饋與控制反饋。為進行現(xiàn)場難以實施的理論方法實驗，利用轉(zhuǎn)子實驗臺系統(tǒng)、復(fù)合實驗臺等故障發(fā)展趨勢模擬實驗系統(tǒng)，構(gòu)建相關(guān)樣本采集系統(tǒng)、樣本數(shù)據(jù)庫及知識庫等實驗樣本數(shù)據(jù)存儲及處理系統(tǒng)，進行故障發(fā)展趨勢實驗臺模擬實驗。為了實施極限條件下實驗研究，建立及優(yōu)化典型傳動系統(tǒng)運行劣化極限條件仿真實驗環(huán)境，采用極限條件下仿真實驗方法。如在工信部推進的內(nèi)燃機再制造示范工程中提出建設(shè)“零部件缺陷檢測與失效分析平臺”、“磨損量檢測與壽命評估平臺”、“物聯(lián)網(wǎng)遠程檢測分析服務(wù)平臺”及“遠程信息共享服務(wù)平臺”等，為企業(yè)群提供先進的快速的檢測分析公共實驗環(huán)境。

10.建立與機電設(shè)備故障預(yù)警及安全保障技術(shù)相適應(yīng)的企業(yè)設(shè)備管理方式

某大型企業(yè)采用了故障預(yù)報技術(shù)，在一年中有效避免了80%設(shè)備故障的發(fā)生，之后經(jīng)企業(yè)統(tǒng)計與分析另外20%故障主要是由于疏于管理以及操作失誤造成。為確保設(shè)備安全可靠運行，除了采用安全保障系統(tǒng)外還要配合相應(yīng)技術(shù)管理方式。近年來一些企業(yè)建立了設(shè)備預(yù)知維護的信息管理及信息決策系統(tǒng)，其特點是在采用機電設(shè)備健康狀態(tài)監(jiān)測及安全預(yù)警技術(shù)的同時，建立了適應(yīng)新技術(shù)的設(shè)備安全服役管理方式及設(shè)備壽命周期管理方式，在技術(shù)管理上建立了設(shè)備安全保障的故障預(yù)警及應(yīng)急處置機制，為多類型關(guān)鍵機電設(shè)備的可靠運行、健康服役及科學(xué)維護提供全方位安全保障。

五、設(shè)備故障預(yù)警及安全保障技術(shù)的典型工程應(yīng)用及其應(yīng)用效果

這些年來研究機構(gòu)及工業(yè)企業(yè)通過產(chǎn)學(xué)研用合作研究多類型機電設(shè)備的安全保障關(guān)鍵技術(shù)，開發(fā)系列安全監(jiān)測儀器系統(tǒng)，建立設(shè)備群遠程在線故障監(jiān)測預(yù)報中心，相關(guān)技術(shù)及其系統(tǒng)在有關(guān)國計民生的多個行業(yè)的通用設(shè)備、專用設(shè)備及特種設(shè)備應(yīng)用，涉及行業(yè)包括制造業(yè)、能源、石化、交通、機床、儀器儀表、環(huán)保、市政、航天、煤炭、船艦及國防等，典型設(shè)備如：制造業(yè)及企業(yè)集團關(guān)鍵設(shè)備群、發(fā)電動力機組（含風(fēng)力、太陽能等新能源發(fā)電機組）、石化企業(yè)大型設(shè)備、高風(fēng)險特種機電設(shè)備、市政大功率供水機組、高檔數(shù)控機床及加工中心、鐵路機車動力機組、航天工程多種關(guān)鍵裝備、地鐵及煤礦通風(fēng)風(fēng)機、建筑工程機械、資源與環(huán)境設(shè)備等；提升了一批我國監(jiān)測診斷儀器制造企業(yè)的自主創(chuàng)新能力并提供了多種相關(guān)安全監(jiān)控儀器新產(chǎn)品。

如一些企業(yè)利用設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測及故障預(yù)報系統(tǒng)輸出信息驅(qū)動設(shè)備在線保護裝置、調(diào)整設(shè)備運行參數(shù)、進行設(shè)備預(yù)測控制及提前預(yù)防故障；利用設(shè)備遠程故障監(jiān)測中心，實現(xiàn)設(shè)備群異地健康監(jiān)測與控制。從而有效及時避免惡性事故發(fā)生，實現(xiàn)多類現(xiàn)代、高端、關(guān)鍵設(shè)備及設(shè)備群的安全監(jiān)控與綜合保護。

如某大型石化煉油廠構(gòu)建了基于設(shè)備故障預(yù)警及安全保障技術(shù)的設(shè)備群預(yù)知維修系統(tǒng)，該設(shè)備群預(yù)知維修系統(tǒng)包括了5個模塊（APM、動設(shè)備、靜設(shè)備、電氣、儀表），實現(xiàn)萬余臺設(shè)備風(fēng)險預(yù)警及預(yù)知維修管理；采用的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)整合了多類在役設(shè)備運行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)（ERP、EM系統(tǒng)、各專業(yè)設(shè)備監(jiān)測裝置等），通過設(shè)備群預(yù)知維修系統(tǒng)知識庫進行計算、推理和判斷，成功預(yù)報多類型重要設(shè)備群早期故障，實現(xiàn)了風(fēng)險評估和預(yù)警，指導(dǎo)了預(yù)知維修管理。

如某骨干機床廠與高等院校合作，在國家科技重大專項支持下開展了數(shù)控機床故障預(yù)警診斷技術(shù)及基于功能部件的可重構(gòu)監(jiān)測診斷系統(tǒng)研發(fā)，建立了樣本數(shù)據(jù)庫、故障案例庫、維護決策系統(tǒng)，構(gòu)建了高端數(shù)控裝備故障在線監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，延長了高檔數(shù)控機床無故障運行周期并提升了加工精度保持性能；該項技術(shù)及系統(tǒng)經(jīng)進一步研發(fā)，應(yīng)用于機床制造集團的國產(chǎn)加工中心可靠性提升工程，以及飛機制造集團的設(shè)備故障診斷預(yù)警及智能維護系統(tǒng)。

工程應(yīng)用表明該項技術(shù)及其系統(tǒng)在保障設(shè)備安全可靠服役、高效節(jié)能運行、穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量、改善工作條件、減少環(huán)境污染、提升信息化水平及管理水平等方面發(fā)揮了重要作用；基于遠程網(wǎng)絡(luò)平臺的設(shè)備群遠程在線故障監(jiān)測預(yù)報中心還能夠利用故障診斷預(yù)報專家資源，將預(yù)報結(jié)果實時信息反饋，并控制設(shè)備群在安全運行區(qū)或節(jié)能減排工況下優(yōu)化運行。

在這些新技術(shù)新系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用過程中還培養(yǎng)了一批從事設(shè)備工程技術(shù)研究的高層次人才以及企業(yè)從事設(shè)備維修的專業(yè)技術(shù)人員。

六、結(jié)束語

保障機電設(shè)備安全運行是國內(nèi)外面臨的重要課題，機電設(shè)備故障預(yù)警技術(shù)有利于消除故障隱患，避免事故發(fā)生以及實施預(yù)知維護。這里闡述的設(shè)備故障預(yù)警與通常故障診斷有所不同，通常故障診斷主要關(guān)注的是故障發(fā)生的類型和程度，這里涉及的設(shè)備故障預(yù)警及以其為基礎(chǔ)的安全保障技術(shù)主要是實現(xiàn)故障發(fā)生前運行狀態(tài)演變發(fā)展的趨勢預(yù)測及早期故障預(yù)警。

機電設(shè)備故障預(yù)警及其安全保障技術(shù)涉及設(shè)備工程、維修管理、機電技術(shù)、信息技術(shù)、儀器技術(shù)以及人工智能等多項現(xiàn)代技術(shù)及工程技術(shù)交叉領(lǐng)域，隨著該項綜合技術(shù)的系統(tǒng)深入研究及工程應(yīng)用推廣，有望進一步在我國現(xiàn)代制造業(yè)及設(shè)備維修管理中發(fā)揮重要作用。