機(jī)械故障預(yù)測模型應(yīng)用研究

摘要：機(jī)械故障的預(yù)測技術(shù)已經(jīng)成為了確保機(jī)械設(shè)備能夠滿負(fù)荷、長期和安全運作的一項關(guān)鍵性技術(shù)，預(yù)測模型在機(jī)械故障的預(yù)測技術(shù)當(dāng)中是一項核心的內(nèi)容。加強機(jī)械設(shè)備故障的預(yù)測技術(shù)和預(yù)測模型應(yīng)用的研究，意義和作用極為重大，發(fā)展前景十分廣闊。本文簡要介紹了機(jī)械故障預(yù)測技術(shù)的含義、作用及發(fā)展趨勢，深入分析了機(jī)械故障預(yù)測技術(shù)常見模型及其應(yīng)用，希望對于機(jī)械故障預(yù)測模型的應(yīng)用研究和實踐工作能夠起到一定幫助和借鑒作用。

關(guān)鍵詞：機(jī)械故障預(yù)測模型應(yīng)用

隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)增長和科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步，特別是現(xiàn)代自動化控制技術(shù)水平的快速發(fā)展，使得各種工程系統(tǒng)性能得到提高、復(fù)雜程度大為增加，由于工程系統(tǒng)的安全性與可靠性是保障系統(tǒng)社會與經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵性因素， 因此工程系統(tǒng)故障的預(yù)測與診斷問題越來越受到人們高度的重視和普遍的關(guān)注。從實際情況看，故障診斷的傳統(tǒng)技術(shù)已經(jīng)無法滿足復(fù)雜的機(jī)械設(shè)備運行的實際要求，由于機(jī)械設(shè)備的運行故障的原因，造成近年來機(jī)械類災(zāi)難性的事故多發(fā)頻發(fā)的問題突出。加強對機(jī)械設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)控與故障的預(yù)測，確保設(shè)備及時得到維修、保持零故障運作的狀態(tài)，成為對機(jī)械故障進(jìn)行預(yù)測的研究焦點。機(jī)械故障的預(yù)測技術(shù)已經(jīng)成為了確保機(jī)械設(shè)備能夠滿負(fù)荷、長期和安全運作的一項關(guān)鍵性技術(shù)。預(yù)測模型在機(jī)械故障的預(yù)測技術(shù)當(dāng)中是一項核心的內(nèi)容。所以加強機(jī)械設(shè)備故障的預(yù)測技術(shù)和預(yù)測模型應(yīng)用的研究，對于減少相關(guān)經(jīng)濟(jì)的損失，延長機(jī)械設(shè)備的使用壽命、加強機(jī)械設(shè)備安全事故預(yù)防工作均有著非常重要的作用和意義，發(fā)展和應(yīng)用的前景十分廣闊。本文簡要介紹了機(jī)械故障預(yù)測技術(shù)的含義及發(fā)展趨勢，深入分析了機(jī)械故障預(yù)測技術(shù)常見模型及其應(yīng)用，希望對于機(jī)械故障預(yù)測模型的應(yīng)用研究和實踐工作能夠起到一定幫助和借鑒作用。

1.機(jī)械故障預(yù)測技術(shù)概述

1.1機(jī)械故障預(yù)測技術(shù)的含義

機(jī)械故障預(yù)測指的是用來保證機(jī)械設(shè)備能夠長期、安全且滿負(fù)荷地運行的一種關(guān)鍵性技術(shù)，屬于機(jī)械故障的診斷學(xué)的學(xué)科范疇和研究重點。機(jī)械故障預(yù)測技術(shù)的常用方法有兩種，一種是特征參數(shù)的跟蹤法，就是按照監(jiān)測參數(shù)的一些歷史性數(shù)據(jù)，來作出對未來某一時刻特征參數(shù)的數(shù)值推斷，從而確定出設(shè)備故障發(fā)生的可能性概率；另一種是油液分析法，就是通過分析潤滑油里金屬的成分及含量，來判斷部件的磨損及其程度。

1.2 機(jī)械故障預(yù)測技術(shù)發(fā)展的趨勢

對機(jī)械故障的預(yù)測過程中，創(chuàng)建符合實際情況的故障預(yù)測的模型是非常關(guān)鍵的步驟。結(jié)合機(jī)械設(shè)備故障的突出特點，機(jī)構(gòu)故障的預(yù)測技術(shù)呈現(xiàn)出如下的發(fā)展趨勢：一是使用多參數(shù)進(jìn)行預(yù)測，為準(zhǔn)確地對機(jī)械設(shè)備使用的壽命進(jìn)行預(yù)報，需要考慮多種診斷性指標(biāo)，以便于對不同類型的故障以及不同的階段進(jìn)行描述。二是通過組合方式進(jìn)行預(yù)測。由于機(jī)械故障的發(fā)展過程存在著多種可能和趨勢，具有確定性與隨機(jī)性相結(jié)合的特點，所以要想準(zhǔn)確地預(yù)測相關(guān)的機(jī)械故障必須綜合運用各類預(yù)測的模型，通過預(yù)測模型的組合運用，確保信息充分利用，增強預(yù)測的精度。

2. 機(jī)械故障預(yù)測技術(shù)的常用模型及其應(yīng)用

當(dāng)前故障預(yù)測中常用的模型有以下幾種：

2.1 曲線擬合的模型

曲線擬合的模型屬于一種最為簡單的故障預(yù)測的模型，對歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析、并采取相關(guān)的數(shù)學(xué)處理方法，繪制出和歷史的數(shù)據(jù)最為相符的曲線，運用曲線外推法預(yù)測出機(jī)械的工況，特點是原理相對簡單且實施較為方便，但預(yù)測的誤差較大，常用于對簡單裝置進(jìn)行監(jiān)控的系統(tǒng)。

2.2 濾波的模型

Kalman 濾波模型可以從存在干擾噪聲的一些觀測信號當(dāng)中，來對被觀測的系統(tǒng)狀態(tài)統(tǒng)計和估值，可能同時得出機(jī)械預(yù)報的方程，所以被大量應(yīng)用到預(yù)報的領(lǐng)域之中。采取Kalman 濾波器來對數(shù)據(jù)進(jìn)行測量和處理，能夠在不增加基本計算量條件下提高數(shù)據(jù)辨識的精度，和其他的方法比較，有著計算量小且預(yù)報的精度較高等特點，其局限性是只可用在線性的系統(tǒng)中。

2.3 時間序列的模型[4]

自回歸的滑動平均的模型ARMA（n，m），把觀察值Xt用來表示在t時刻之前n項觀察值Xt-1～Xt-n及m項隨機(jī)性線性組合，而它的權(quán)值因子就是自回歸的參數(shù)和滑動平均的參數(shù)。因為ARMA（n，m）模型的定階十分復(fù)雜，計算的時間較長，不方便用來預(yù)測，因此人們將它簡化成AR（n）模型，有著建模簡單且計算快速的優(yōu)點，可以用來對早期碰摩的故障檢測及未知故障的預(yù)報。

2.4灰色的模型

灰色預(yù)測模型是建立灰色系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)之上的。對于部分信息為已知、而部分信息為未知的那些系統(tǒng)被稱作灰色的系統(tǒng)。由于影響觀察家機(jī)械設(shè)備的工作狀況因素較多，這當(dāng)中有著確定性的因素，也有著非確定性的因素，就是通常說的灰色0，所以灰色的模型可以適用機(jī)械故障的預(yù)測。GM（1，1）模型是一種最為常用的故障預(yù)測灰色模型，用在機(jī)械故障的短期預(yù)測當(dāng)中效果較好，但在中長期的預(yù)測要謹(jǐn)慎使用。

2.5 人工神經(jīng)的網(wǎng)絡(luò)模型

近些年以來，人工神經(jīng)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于時間序列的預(yù)測之中受到廣泛的關(guān)注。將神經(jīng)的網(wǎng)絡(luò)用來進(jìn)行預(yù)測有以下優(yōu)點：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以不必建立系統(tǒng)反映物理學(xué)規(guī)律的相關(guān)模型；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法與其他的方法相比容忍噪聲的能力更強；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法有著較強的、非線性的映射能力并可用任意的精度來逼近任一連續(xù)的函數(shù)，可以用于多步、多參數(shù)的預(yù)報。

2.6模糊的模型

模糊的模型屬于一種非線性的、較為重要的映射類模型，通過模糊知識表示的方法來借用機(jī)械故障的癥狀間的隸屬的關(guān)系，從而建立起模糊關(guān)系的矩陣。用模糊的模型處理一些復(fù)雜的系統(tǒng)中非線性、時變及大時滯等方面，具有其特殊的優(yōu)越性能。目前模糊預(yù)測的系統(tǒng)尚處在研究的階段，還有許多問題需要研究解決。

3.結(jié)語

綜上所述，機(jī)械故障預(yù)測技術(shù)和預(yù)測模型應(yīng)用，對確保機(jī)械設(shè)備能夠滿負(fù)荷、長期和安全運作，減少不必要的經(jīng)濟(jì)損失，延長機(jī)械設(shè)備的使用壽命都具有十分重要的意義和作用，越來越受到人們高度的重視和關(guān)注。因此，必須強化對預(yù)測模型的應(yīng)用研究和實踐，不斷地總結(jié)經(jīng)驗，持續(xù)改進(jìn)和推廣有效的措施和辦法，為促進(jìn)機(jī)械設(shè)備系統(tǒng)的正常運行提供更加有力的保障。

參考文獻(xiàn)

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[3] 曾慶虎.機(jī)械傳動系統(tǒng)關(guān)鍵零部件故障預(yù)測技術(shù)研究[D].國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)，2010.

作者簡介：王志勇 男（1983.11- ） 漢族 云南省景洪市 本科 初級助理工程師機(jī)械工程及自動化、車輛、工程機(jī)械