機(jī)械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)研究

伴隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，機(jī)械設(shè)備逐步向大型化、復(fù)雜化、智能化方向發(fā)展，這對(duì)設(shè)備維修保障提出了更高的要求，從而對(duì)狀態(tài)檢測(cè)與故障診斷技術(shù)提出了更高的要求。近年來(lái)計(jì)算機(jī)技術(shù)、信號(hào)采集技術(shù)、傳感器技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)的不斷進(jìn)步，促進(jìn)了狀態(tài)監(jiān)測(cè)及故障診斷技術(shù)的快速發(fā)展。機(jī)械設(shè)備監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)已發(fā)展成為一門(mén)獨(dú)立的學(xué)科，它以可靠性理論、信息論、控制論和系統(tǒng)論為理論基礎(chǔ)，以現(xiàn)代傳感器、測(cè)試儀器、計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)為基數(shù)手段，結(jié)合各種機(jī)械設(shè)備的特殊規(guī)律開(kāi)展研究。

一、機(jī)械狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)研究

目前在大型機(jī)械設(shè)備上所使用的狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)手段主要有性能參數(shù)監(jiān)測(cè)、油液分析監(jiān)測(cè)、震動(dòng)監(jiān)測(cè)等。

1.性能參數(shù)監(jiān)測(cè)技術(shù)

性能參數(shù)往往攜帶者大量的故障信息且受外界干擾小、信息質(zhì)量好、診斷范圍廣、可用性強(qiáng)和易于獲取等特點(diǎn)。國(guó)內(nèi)外許多研究機(jī)構(gòu)都開(kāi)展了性能參數(shù)監(jiān)測(cè)診斷技術(shù)的研究，通過(guò)測(cè)量動(dòng)力機(jī)械的溫度、壓力、轉(zhuǎn)速、功率等性能參數(shù)來(lái)監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)的故障。

2.油液監(jiān)測(cè)技術(shù)

油液監(jiān)測(cè)技術(shù)是指通過(guò)一些技術(shù)手段獲取被研究的機(jī)械系統(tǒng)潤(rùn)滑油中存在顆粒的大小、多少和成分等參數(shù)信息以及潤(rùn)滑油當(dāng)前的理化性能參數(shù)來(lái)對(duì)機(jī)械系統(tǒng)當(dāng)前的運(yùn)行工作狀況作出評(píng)價(jià)并對(duì)可能要發(fā)生的故障開(kāi)展推理預(yù)測(cè)，從而實(shí)現(xiàn)故障類(lèi)型、故障原因判定以及故障的定位功能的一門(mén)工程應(yīng)用技術(shù)。

3.震動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)

震動(dòng)分析法是利用機(jī)械設(shè)備在工作時(shí)產(chǎn)生的震動(dòng)信號(hào)，經(jīng)測(cè)試、數(shù)據(jù)分析及處理，對(duì)內(nèi)部零部件狀態(tài)進(jìn)行診斷的方法。該方法具有診斷速度快、準(zhǔn)確率高和能夠?qū)崿F(xiàn)在線(xiàn)診斷等特點(diǎn)。

二、監(jiān)測(cè)傳感器

傳感器作為根據(jù)指定的被測(cè)物理量提供可用輸出信號(hào)的設(shè)備，是實(shí)現(xiàn)機(jī)械系統(tǒng)制造使用過(guò)程中不可或缺的重要組成部分，它是機(jī)械系統(tǒng)制造及運(yùn)行過(guò)程中的眼睛，是實(shí)現(xiàn)機(jī)械狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷的一個(gè)關(guān)鍵部分。它可用來(lái)監(jiān)測(cè)機(jī)械設(shè)備各種環(huán)境、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)，在設(shè)計(jì)中集成于系統(tǒng)?，F(xiàn)已形成用于測(cè)量溫度、壓力、震動(dòng)、速度、污染物濃度等等的各種型號(hào)種類(lèi)繁多的溫度傳感器、電傳感器、機(jī)械傳感器、生物傳感器、化學(xué)傳感器、光學(xué)傳感器等。可以實(shí)現(xiàn)從靜態(tài)測(cè)量到動(dòng)態(tài)測(cè)量、從非現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量到現(xiàn)場(chǎng)在線(xiàn)測(cè)量、從靜態(tài)信息獲取到多信息融合，可以對(duì)更復(fù)雜化系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量，同時(shí)可以在極端條件下工作運(yùn)行。

總之，傳感器設(shè)備得到了長(zhǎng)足的進(jìn)步，大量新型傳感器及儀器相繼不斷出現(xiàn)。例如：光線(xiàn)傳感器、便攜式測(cè)量?jī)x器、基于視覺(jué)的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)、基于在線(xiàn)的監(jiān)測(cè)和維納測(cè)量等。伴隨著微機(jī)電系統(tǒng)或納機(jī)電系統(tǒng)以及智能材料技術(shù)的成熟、傳感器可將傳感元件、擴(kuò)大器、模擬到數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器以及內(nèi)存單元集成到一個(gè)芯片中，這樣用于監(jiān)測(cè)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)的傳感器變得更小更輕，更便于集成，更容易實(shí)現(xiàn)機(jī)械系統(tǒng)狀態(tài)的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)。同時(shí)，微機(jī)電或納機(jī)電傳感器結(jié)構(gòu)具備極大的優(yōu)勢(shì)，可與電子系統(tǒng)、傳感器陣列結(jié)構(gòu)、小型個(gè)人設(shè)備、低功率和低成本設(shè)備集成。

傳感器技術(shù)正朝著微型化、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)、超低功能以及非電池供電的趨勢(shì)發(fā)展。

綜上所述，各種機(jī)械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)逐步從研究階段走向?qū)嵱没A段，各種在線(xiàn)監(jiān)測(cè)傳感器和在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)不斷問(wèn)世，許多新的故障診斷理論和方法也相繼產(chǎn)生，形成了基于貝葉斯決策判據(jù)以及基于線(xiàn)性和非線(xiàn)性判別函數(shù)的模式識(shí)別方法、基于概率統(tǒng)計(jì)論的時(shí)序模型診斷方法、基于距離判據(jù)的故障診斷方法、模糊診斷原理、灰色系統(tǒng)診斷方法、故障樹(shù)分析法、小波分析法以及分形幾何方法等。

機(jī)械系統(tǒng)狀態(tài)的監(jiān)測(cè)技術(shù)正在從局部的監(jiān)測(cè)發(fā)展到系統(tǒng)的全局監(jiān)測(cè)，從一種方法監(jiān)測(cè)發(fā)展到多種方法綜合監(jiān)測(cè)，從對(duì)系統(tǒng)靜態(tài)的監(jiān)測(cè)發(fā)展到對(duì)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的監(jiān)測(cè)，從系統(tǒng)故障后診斷發(fā)展到故障發(fā)生前預(yù)測(cè)和預(yù)防，從系統(tǒng)趨勢(shì)監(jiān)測(cè)發(fā)展到系統(tǒng)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)狀態(tài)評(píng)估，從系統(tǒng)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)發(fā)展到可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。

三、機(jī)械狀態(tài)監(jiān)測(cè)面臨的問(wèn)題

目前國(guó)內(nèi)外大多數(shù)的研究都集中在狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷理論研究以及預(yù)測(cè)及健康管理方面，但從系統(tǒng)角度采用全生命周期理論開(kāi)展?fàn)顟B(tài)監(jiān)測(cè)故障診斷技術(shù)基礎(chǔ)研究還很薄弱。當(dāng)前機(jī)械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)故障診斷基礎(chǔ)研究方面的不足主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

1.機(jī)械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)方法、手段和監(jiān)測(cè)傳感器和儀器以及故障診斷技術(shù)的方法和理論、狀態(tài)監(jiān)測(cè)故障診斷系統(tǒng)等方面的研究很多，但狀態(tài)監(jiān)測(cè)故障診斷技術(shù)一直以來(lái)與機(jī)械設(shè)備現(xiàn)代設(shè)計(jì)是脫節(jié)的。在大型機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)之初，基本都未進(jìn)行可監(jiān)測(cè)性方面的考慮，更談不上將可監(jiān)測(cè)性設(shè)計(jì)貫穿于機(jī)械設(shè)備的全生命周期中。

2.目前所有研究都未從系統(tǒng)的角度和全壽命周期角度去深層次的探討機(jī)械系統(tǒng)可監(jiān)測(cè)性設(shè)計(jì)理論內(nèi)涵體系，并未就專(zhuān)門(mén)的可監(jiān)測(cè)性設(shè)計(jì)的相關(guān)關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行系統(tǒng)研究和闡述。以船舶動(dòng)力機(jī)械為例，雖然開(kāi)展了很多相關(guān)的研究和推廣，但未從系統(tǒng)的角度將狀態(tài)監(jiān)測(cè)故障診斷和現(xiàn)代化設(shè)計(jì)綜合考慮，構(gòu)建機(jī)械設(shè)備全生命周期內(nèi)的可監(jiān)測(cè)性設(shè)計(jì)理論體系的研究。

3.目前狀態(tài)監(jiān)測(cè)故障診斷軟件與維修管理軟件基本是相互孤立的，未形成一種從狀態(tài)監(jiān)測(cè)-故障診斷-維修保障的一種閉合的機(jī)械設(shè)備健康管理保障模式。

4.傳感器優(yōu)化布置方法的研究目前都集中在機(jī)械結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)傳感器優(yōu)化布置方面，目前以滿(mǎn)足機(jī)械系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)故障診斷目標(biāo)或者實(shí)現(xiàn)機(jī)械系統(tǒng)PHM需求進(jìn)行監(jiān)測(cè)點(diǎn)優(yōu)化布置的研究較為少見(jiàn)。

基于上述原因，十分有必要開(kāi)展大型機(jī)械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)及故障診斷基礎(chǔ)理論研究，將狀態(tài)監(jiān)測(cè)故障診斷與現(xiàn)代設(shè)計(jì)理念結(jié)合，建立機(jī)械設(shè)備監(jiān)測(cè)點(diǎn)優(yōu)化布置方法和大型機(jī)械系統(tǒng)可檢測(cè)性設(shè)計(jì)內(nèi)涵理論，形成從設(shè)計(jì)-狀態(tài)監(jiān)測(cè)-故障診斷-維修-報(bào)廢-再設(shè)計(jì)等全生命周期內(nèi)的機(jī)械設(shè)備健康管理閉環(huán)體系，進(jìn)而提高產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，適應(yīng)大型機(jī)械設(shè)備以可靠性為中心的現(xiàn)代維修體制的需要。

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