在線監(jiān)測(cè)和離線檢測(cè)在油液實(shí)際應(yīng)用中的互補(bǔ)性研究

鐘偉龍

（深圳市亞泰光電技術(shù)有限公司，廣東 深圳 518100）

油液離線試驗(yàn)是一種具有較長(zhǎng)歷史的試驗(yàn)方法，最早于1963 年由廣州發(fā)動(dòng)機(jī)廠首家潤(rùn)滑與密封試驗(yàn)室引進(jìn)，在我國已發(fā)展了60 余年，技術(shù)較為成熟，主要是對(duì)設(shè)備的油品進(jìn)行取樣，送到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行試驗(yàn)，以確定設(shè)備的污染與消耗狀況，并給出相應(yīng)的改進(jìn)意見，但其無法獲得或反饋相關(guān)的油品參數(shù)。而在線油液監(jiān)測(cè)技術(shù)則是一項(xiàng)新興的檢測(cè)技術(shù)，是為適應(yīng)大規(guī)模、自動(dòng)化、多功能化的需要而產(chǎn)生的一種新型檢測(cè)技術(shù)。它可以對(duì)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)，并對(duì)油液監(jiān)測(cè)信息進(jìn)行迅速的反饋，在后臺(tái)可以通過數(shù)據(jù)進(jìn)行智能診斷，對(duì)設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行簡(jiǎn)單的初步判斷，如油液進(jìn)水、油液受污染、設(shè)備磨損等。隨著5G 通訊技術(shù)的快速發(fā)展，油品在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)反饋速度將大大加快。

1 油液離線檢測(cè)技術(shù)

離線檢測(cè)技術(shù)中針對(duì)潤(rùn)滑劑性能和磨損顆粒的分析，主要有原子光譜分析（發(fā)射光譜、X—熒光能譜、吸收光譜等）、紅外光譜分析、理化指標(biāo)分析、鐵量指標(biāo)分析、鐵譜分析和污染度測(cè)試等技術(shù)手段。針對(duì)一個(gè)油樣，通過離線檢測(cè)技術(shù)可以獲得上百項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)。對(duì)油液理化性能分析可以準(zhǔn)確了解設(shè)備潤(rùn)滑狀態(tài)；鐵譜分析可以獲得有關(guān)磨粒和潤(rùn)滑系統(tǒng)等重要信息；對(duì)油液光譜分析不僅可以有效測(cè)定設(shè)備潤(rùn)滑系統(tǒng)中油液磨損顆粒的成分和含量，也可以準(zhǔn)確地檢測(cè)油液中添加劑情況、油液污染程度和衰變過程。因此，離線檢測(cè)可以多方位判斷機(jī)械設(shè)備運(yùn)行狀況及趨勢(shì)。

離線檢測(cè)的優(yōu)勢(shì)：離線檢測(cè)在油液的實(shí)際應(yīng)用中發(fā)揮著重要作用，但同時(shí)也存在一些問題，這就需要我們能夠選擇合適的檢測(cè)方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，以達(dá)到對(duì)設(shè)備維護(hù)和管理的目的。離線檢測(cè)與在線檢測(cè)都是通過定期對(duì)油液進(jìn)行取樣分析，了解油液的劣化程度，進(jìn)而判斷設(shè)備是否需要進(jìn)行維護(hù)。不同的是，離線檢測(cè)不需要對(duì)油品進(jìn)行取樣分析，但需要對(duì)油液進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)。離線檢測(cè)需要檢測(cè)油液中的污染物以及其他指標(biāo)，這些指標(biāo)與設(shè)備故障之間存在密切聯(lián)系。在線檢測(cè)主要通過檢測(cè)油品中的元素含量來判斷設(shè)備是否存在故障。離線監(jiān)測(cè)和在線監(jiān)測(cè)都具有很大的優(yōu)勢(shì)，但離線檢測(cè)能夠獲得更多有效信息。例如，離線檢測(cè)能更加精確地掌握油品劣化程度；離線檢測(cè)可以更加全面地了解設(shè)備的狀態(tài)信息；離線檢測(cè)可以為設(shè)備提供更有針對(duì)性的維護(hù)策略。此外，離線監(jiān)測(cè)不會(huì)影響正常生產(chǎn)和工作；離線檢測(cè)能夠降低維護(hù)成本。因此，我們應(yīng)該根據(jù)具體情況選擇合適的離線監(jiān)測(cè)方法來對(duì)設(shè)備進(jìn)行管理，這樣才能達(dá)到減少損失、降低成本、提高效率的目的。

2 油液在線監(jiān)測(cè)技術(shù)

2.1 在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的組成

本研究擬以油液在線監(jiān)測(cè)技術(shù)為研究對(duì)象，以黏度、含水量、介電常數(shù)等多種油品及磨粒成分的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)為研究對(duì)象，構(gòu)建傳感器校準(zhǔn)及應(yīng)用技術(shù)體系，并以該技術(shù)為基礎(chǔ)，對(duì)監(jiān)測(cè)裝置進(jìn)行一體化研發(fā)，構(gòu)建能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程采集、傳輸?shù)男畔⑾到y(tǒng)。在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要包括了下位機(jī)模塊、通信模塊、上位機(jī)模塊等內(nèi)容：（1）下位機(jī)模塊主要包括多參數(shù)在線油液集成監(jiān)測(cè)裝置、控制板系統(tǒng)，它可以實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備油液潤(rùn)滑與磨損狀態(tài)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)、持續(xù)采集。（2）通訊部分，包含控制部分，實(shí)現(xiàn)了對(duì)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)信息的傳遞。（3）PC 模塊，主要包括PC 和顯示器，PC 對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，并以顯示器的形式將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和分析和診斷的結(jié)果展示給用戶。該在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的具體構(gòu)成見圖1。

圖1 在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的組成

近年來，隨著信息技術(shù)與人工智能技術(shù)的飛速發(fā)展，以油為基礎(chǔ)的裝備狀態(tài)監(jiān)測(cè)面臨著前所未有的發(fā)展機(jī)會(huì)，為實(shí)現(xiàn)裝備的在線監(jiān)測(cè)提供了可能。在工業(yè)生產(chǎn)中，廣泛應(yīng)用的傳感器有磨粒檢測(cè)傳感器、油污檢測(cè)傳感器、油液黏度檢測(cè)傳感器、水分檢測(cè)傳感器等。各種傳感器的監(jiān)測(cè)功能各不相同，同一種傳感器的工作原理不同，監(jiān)測(cè)的效果也就不一樣。主要有三種類型，即英國吉爾（Gill）的吸收式金屬磨損傳感器、賀德克（MCS1000）的金屬磨損傳感器、加拿大（Gastops）的金屬磨損傳感器、POSEIDON（DM4600）的金屬磨收式傳感器、KEYENCE（超聲波）傳感器、華源（赤峰）的新型磨收式傳感器、北京（航峰）的直流式磨損傳感器等。一般情況下，在線監(jiān)測(cè)儀是以安裝現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況及客戶的需求為依據(jù)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集理化、污染度等多參數(shù)傳感器監(jiān)測(cè)于一體集中使用的，它本身所具有的優(yōu)勢(shì)，使得在線監(jiān)測(cè)技術(shù)得到了迅速的普及和應(yīng)用。郭毅斐等人認(rèn)為，在航空航天系統(tǒng)中，油液在線監(jiān)測(cè)技術(shù)可以實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)、連續(xù)地獲得液壓油、潤(rùn)滑油、燃油等油液的數(shù)據(jù)，減少人為采樣的誤差，從而解決了傳統(tǒng)的離線檢測(cè)方法存在的不足。為了防止盾構(gòu)機(jī)出現(xiàn)事故，保障盾構(gòu)機(jī)的安全性，中鐵十四局提出了一種利用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)盾構(gòu)機(jī)的在線監(jiān)測(cè)，降低因事故造成的事故損失，推動(dòng)盾構(gòu)機(jī)管理向數(shù)字化和智能化方向發(fā)展。孟曉亮指出，加強(qiáng)對(duì)大型養(yǎng)護(hù)機(jī)械液壓油污染程度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，是保證大型養(yǎng)護(hù)機(jī)械液壓系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。因此，在不同的行業(yè)中，可以采用油液在線監(jiān)測(cè)技術(shù)，并取得明顯的成效。

2.2 在線監(jiān)測(cè)的局限性

油液在線監(jiān)測(cè)技術(shù)由于其對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，而被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。然而，由于油液在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)本身固有的一些局限性，它并不能完全滿足工業(yè)生產(chǎn)的需求。油液在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是在設(shè)備運(yùn)行時(shí)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，而設(shè)備運(yùn)行時(shí)往往無法準(zhǔn)確地檢測(cè)到所有的參數(shù)。由于油液在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是通過對(duì)設(shè)備中的油液進(jìn)行取樣并使用特定的設(shè)備和方法來對(duì)油液中的各種參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，因此，對(duì)于某些特定的參數(shù)，需要使用特殊的儀器和方法。

（1）取樣錯(cuò)誤。在油液在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的取樣過程中，如果取樣方法不正確，可能會(huì)導(dǎo)致油液分析結(jié)果的錯(cuò)誤。例如，由于沒有正確地取樣或錯(cuò)誤地取樣，導(dǎo)致油液分析結(jié)果中含有雜質(zhì)或其他雜質(zhì)，這些雜質(zhì)可能會(huì)影響設(shè)備的正常運(yùn)行。如果油液中含有水分，則會(huì)影響設(shè)備的冷卻能力。因此，在油液在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的取樣過程中，應(yīng)特別注意油液的取樣。由于取樣是在設(shè)備運(yùn)行時(shí)進(jìn)行的，因此不能完全避免由于設(shè)備運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)和溫度變化等因素所導(dǎo)致的錯(cuò)誤。當(dāng)振動(dòng)和溫度變化引起油液中油樣水分含量變化時(shí)，由于油樣中水含量較高，因此會(huì)導(dǎo)致分析結(jié)果出現(xiàn)較大誤差。（2）取樣不規(guī)范。設(shè)備在線監(jiān)測(cè)是對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并能在運(yùn)行過程中對(duì)設(shè)備的故障做出快速、準(zhǔn)確的診斷。然而，由于在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)本身的局限性，很難在短時(shí)間內(nèi)對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀況進(jìn)行準(zhǔn)確的判斷，而為了判斷設(shè)備狀態(tài)，要對(duì)設(shè)備進(jìn)行取樣。然而，由于設(shè)備在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用人工采樣或手工操作方式進(jìn)行取樣，因此很難保證所取樣品的代表性和準(zhǔn)確性。同時(shí)，由于人為操作不規(guī)范，可能會(huì)導(dǎo)致一些樣品中混入其他雜質(zhì)中、混入了部分水分等。①在油液在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)取樣時(shí)，操作人員可能會(huì)隨意抽取樣品，而這種隨意抽取樣品的方式可能會(huì)導(dǎo)致某些樣品中混入其他雜質(zhì)或水分等。②在取樣時(shí)，操作人員可能會(huì)通過肉眼觀察油液在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)取樣后所取樣品的外觀及顏色來判斷樣品是否合格，這種主觀判斷方式也可能會(huì)導(dǎo)致某些樣品中混入其他雜質(zhì)或水分等。③由于不同的廠家和不同的型號(hào)的油液在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)所使用的取樣方法和儀器設(shè)備不同，因此在實(shí)際操作時(shí)可能會(huì)導(dǎo)致某些樣品中混入其他雜質(zhì)或水分等。

3 在線監(jiān)測(cè)與離線檢測(cè)的優(yōu)缺點(diǎn)

在線監(jiān)測(cè)主要是指在設(shè)備運(yùn)行過程中，對(duì)潤(rùn)滑油的性能進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，包括水分、機(jī)械雜質(zhì)、顆粒污染、溫度、壓力等。這些信息對(duì)于判斷設(shè)備是否運(yùn)行正常是非常重要的，因此，在潤(rùn)滑油使用過程中，在線監(jiān)測(cè)是一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)。在線監(jiān)測(cè)可及時(shí)發(fā)現(xiàn)潤(rùn)滑油的性能劣化情況，當(dāng)潤(rùn)滑油的性能發(fā)生劣化時(shí)，可以及時(shí)采取措施避免設(shè)備出現(xiàn)故障。在線監(jiān)測(cè)主要有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）實(shí)時(shí)性強(qiáng)，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)油品劣化情況；（2）數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性高，數(shù)據(jù)可準(zhǔn)確記錄和保存；（3）對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)掌控（遠(yuǎn)程診斷：有線/無線傳輸，后臺(tái)自動(dòng)預(yù)警），可根據(jù)數(shù)據(jù)及時(shí)調(diào)整運(yùn)行狀態(tài)；（4）能夠獲得多個(gè)參數(shù)值之間相關(guān)性，可提高故障診斷效率；（5）在線監(jiān)測(cè)在使用過程中也存在一些缺點(diǎn)：①監(jiān)測(cè)周期較長(zhǎng)，無法實(shí)時(shí)判斷油品性能的變化；②不能保證油液中的污染物不超標(biāo)。

離線監(jiān)測(cè)主要采用定期采樣的方式，將采集的油樣送到相應(yīng)的理化實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析，判斷油液的質(zhì)量狀態(tài)和使用壽命。這種方式可以較全面地獲得所需的油樣參數(shù)，這對(duì)于設(shè)備磨損狀態(tài)及油品狀況都能做出更加準(zhǔn)確的判斷。但其缺點(diǎn)也是比較明顯的。離線需要將固定油樣取出進(jìn)行處理，對(duì)實(shí)驗(yàn)室設(shè)備、環(huán)境要求都比較高，實(shí)驗(yàn)室的檢測(cè)耗時(shí)較長(zhǎng)，也將延誤油質(zhì)的判斷與措施實(shí)施。由于離線檢測(cè)技術(shù)只能測(cè)量單個(gè)參數(shù)的變化情況，因此無法為工業(yè)生產(chǎn)單位提供多個(gè)參數(shù)的變化情況。因此，離線檢測(cè)技術(shù)無法獲得設(shè)備運(yùn)行過程中多個(gè)參數(shù)之間的相關(guān)性。儀器也是比較昂貴，風(fēng)電機(jī)組不能取樣進(jìn)行周期檢測(cè)，這都是離線檢測(cè)的局限性。相對(duì)來講，準(zhǔn)確性成了離線檢測(cè)的唯一優(yōu)點(diǎn)。

4 在線監(jiān)測(cè)和離線檢測(cè)在實(shí)際應(yīng)用中的互補(bǔ)性

根據(jù)統(tǒng)計(jì)，在對(duì)定期送檢的油樣進(jìn)行離線檢測(cè)的過程中，分析結(jié)果沒有顯示出異常值的有50%，油品開始被污染或出現(xiàn)異常磨損顆粒的有45%，而檢測(cè)出嚴(yán)重問題的只有5%。所以，單純依靠離線測(cè)試來判斷機(jī)器的運(yùn)行狀況，將耗費(fèi)很多不必要的人力、物力和財(cái)力。然而，作為一項(xiàng)新興的技術(shù)，油液在線監(jiān)測(cè)技術(shù)得到了快速的發(fā)展。然而，因?yàn)楦叩膫鞲衅黛`敏度以及工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際誤差，使得在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)的前提下，會(huì)引發(fā)一系列的異常報(bào)警。此外，僅僅依靠在線監(jiān)測(cè)技術(shù)，也只能夠得到一部分的油液信息，無法精確地推斷出設(shè)備的故障信息。在這樣的條件下，如果需要進(jìn)行停機(jī)維修，不但會(huì)浪費(fèi)大量的不必要的資源，還會(huì)對(duì)設(shè)備的生產(chǎn)效率造成不利的影響。

根據(jù)離線與在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)與不足，選用合適的在線監(jiān)測(cè)裝置，對(duì)機(jī)器進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，在發(fā)出警告信號(hào)后，首先，對(duì)警告信號(hào)進(jìn)行判定，如果警告信號(hào)的數(shù)值迅速或經(jīng)過一段時(shí)間后回到了正常的閾值，說明機(jī)器仍處于正常運(yùn)轉(zhuǎn)，這時(shí)，再對(duì)相應(yīng)的機(jī)器關(guān)鍵部位的油樣本進(jìn)行離線監(jiān)測(cè)，得到準(zhǔn)確可靠的油監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，從而判斷機(jī)器的油參數(shù)在實(shí)際工況中的變化情況，并判定機(jī)器的重要零件是否需要預(yù)先維修。如果系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到的預(yù)警信息值繼續(xù)在一個(gè)不正常的區(qū)域中變化，那么，該機(jī)械設(shè)備就必須停止運(yùn)行進(jìn)行檢修，并在相應(yīng)的設(shè)備的重要位置上收集相應(yīng)的油樣，并對(duì)其進(jìn)行離線檢查，找出導(dǎo)致油液指數(shù)出現(xiàn)異常的主因，從而有針對(duì)性地對(duì)其進(jìn)行維修。

5 結(jié)語

在傳感器的監(jiān)測(cè)精度不斷提高的同時(shí)，通信技術(shù)也得到了快速的發(fā)展，從而進(jìn)一步提高了在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性，同時(shí)，離線檢測(cè)技術(shù)也朝著自動(dòng)、精密的方向發(fā)展，從采集的油液中，可以得到更豐富的數(shù)據(jù)信息。將在線與離線相結(jié)合，可以更快速、更準(zhǔn)確地獲得裝備狀態(tài)下的油液狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)裝備狀態(tài)的精確診斷，從而實(shí)現(xiàn)裝備狀態(tài)的精確維修，并將裝備狀態(tài)的失效損失降到最低。在國家高度關(guān)注的背景下，新一代信息技術(shù)與制造業(yè)相結(jié)合的背景下，裝備油液在線監(jiān)測(cè)技術(shù)將被廣泛應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)，同時(shí)，在線監(jiān)測(cè)所收集的數(shù)據(jù)和離線測(cè)試所得到的數(shù)據(jù)，將為裝備的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和智能化維護(hù)提供重要的數(shù)據(jù)支持，持續(xù)推進(jìn)裝備的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。