遠程故障診斷系統的現狀及發展方向

張 翔

(運城學院物理與電子工程系，山西運城044000)

1.引言

進入二十一世紀后，大型化、連續化、自動化成為現代工業的發展趨勢，生產規模、設備功能、性能指標均朝著更高的方向發展，機器的構成越發復雜，需要技術水平更高的管理和維修人員。現代工業在提高生產率，降低成本的同時節約了能源;但同時也帶來一個嚴重的問題，若機器出現工作異常，將會帶來嚴重的經濟損失。故保證機器運行的可靠性對現代化工業有著至關重要的作用。為了避免因機器異常運轉造成的經濟損失，我們要加強日常維護，對機器進行在線監測，盡早發現機器異常狀態，從而實現對故障的早期預防與診斷。［1］

2.故障診斷的發展歷程

故障診斷就是運用所學的知識來綜合處理系統中被診斷對象的運行狀態與相關信息，并在此基礎上評估和診斷系統運行狀態與故障的過程。也可以理解為，通過深入分析系統中不可測量信息與可測量信息來檢查整個系統是否處于正常運作狀態，如果系統存在故障，就必須立即鎖定故障發生的部位，了解故障的嚴重性以及造成故障的原因，并及時評估該故障對系統的危害性，然后有選擇性、針對性的選擇相應的措施來修復這一故障。總而言之，故障診斷的任務就是檢測或預測系統的故障，并在此基礎上采取相應的措施修復故障，以確保系統的正常運行。故障診斷工作的主要內容有:分析故障原因、檢測系統狀態、預測故障惡劣化趨勢等，其目的就是隔離與檢測系統的故障，以了解系統故障大小，以及其對系統造成的危害。［2］對于系統而言，其首要任務就是在故障發生時能夠及時發現，向系統發出警報，同時針對故障類型采取對應的修復措施。故障診斷由三個部分構成，分別是:故障檢測、故障分離、故障辨識:

故障檢測:根據監測得到的變量異常或其他系統異常表現，判斷系統是否處于異常狀態，并且記錄異常發生的時間。

故障分離:在確定系統處于非正常狀態后，判斷確定故障源的具體位置，并確定故障的具體原因。

故障辨識:分離出故障以后，判斷系統故障的嚴重程度和發生具體時間、對故障產生造成的后果進行評估。

下圖1所示即當前最常見的故障診斷方法的類型。故障診斷技術經歷了以下幾個發展階段:

圖1 故障診斷方法分類

(1)離線人工檢測

這種設備故障診斷方式主要由經驗豐富的專業檢修人員來完成，他們利用檢測工具對設備進行常規檢查，根據個人經驗來分析設備運行狀態，查找問題所在。這種檢測方式的適用范圍有限，只能做一些簡單判斷。應用此類方式，設備故障診斷結果很大程度上取決于檢測人員個人經驗和工作態度。

(2)單機集中在線檢測

在這種診斷模式中，計算機是主要操作平臺，并建立相應的設備運行狀態監測系統、故障診斷系統、信息處理系統，通過計算機中心平臺來接收設備監測全部信息，并進行分析處理，得出診斷結果。這種設備檢測診斷技術僅僅是在系統內部進行信息傳播、處理，所以是比較封閉的。［3］

(3)局域網分布檢測診斷系統

在該診斷模式中，各個區域都設有特定系統，通過局域網把本地計算機連接起來，充分發揮各系統功能，協調各平臺操作，實現資源共享，有利于提高檢測效率，保證診斷結果準確。局域網分布檢測診斷系統信息處理主要在內部進行，但其具有較好的開放性。該系統配備的設施主要包括企業主干網、分支城域網、信息高速公路、現場監測儀表、通訊設備、現場總線集散系統等。

(4)因特網遠程監測診斷系統

該系統將網絡信息技術應用于設備故障診斷，通過設備上的監測點來收集設備運行實時狀態信息，由相關設備廠商和科研機構建立故障診斷遠程服務平臺，了解用戶設備使用情況，提供相應技術支持。一旦用戶設備運行異常，用戶可以向遠程服務平臺反映情況，然后由相關技術人員在線進行設備故障診斷，采取相應解決辦法。

設備故障遠程監測診斷系統通過現代通訊技術、網絡信息技術來進行故障診斷，涉及到不同技術學科領域。最近幾年，計算機網絡技術有了很大發展，像TCP/IP網絡協議技術、文件傳輸協議技術、電子郵件服務、Web技術、遠程會議系統等現代網絡信息技術已經越來越多應用于故障診斷，提供了強大技術支持。我們看到，故障遠程監測診斷系統把傳統故障診斷技術和現代網絡技術有機結合起來，形成一種新的故障診斷技術。

3.遠程診斷在國內外的發展現狀

隨著科學技術突飛猛進，工業技術也在不斷進步，設備故障診斷逐漸引起人們的重視。歐洲主要根據設備綜合工程學來進行設備故障診斷;而美國采用的是后勤學理論;日本則融合了歐美故障診斷優點，采取全面檢修診斷方式。為消除設備故障帶來的重大安全隱患，在1967年，美國設立了設備故障預防小組，專門負責研究設備故障診斷技術。

機械設備要想保持正常運行，故障診斷起到十分關鍵的作用。目前世界各國對于故障診斷技術都很重視，在相關技術領域投入了大量的資金支持，而在故障診斷方面，每個國家都有自己的技術優勢。像英國故障診斷技術優勢主要體現在機械磨損、飛機發電機、汽車發電機方面;日本的技術優勢主要體現在鐵路交通、化工、鋼鐵等方面;而美國技術優勢集中在一些尖端產業領域，包括航天、核能、軍事等。和國外相比，我國故障診斷技術發展時間較短，直到上世紀八十年代晚期才正式興起。從目前來看，我國故障診斷技術已經很好應用于電力、化工、冶金等行業領域。另外，我國故障診斷技術在核反應堆、航天設施、礦山設備、飛機自動駕駛、汽車發電機等方面也得到了初步應用。［4］

在1997年年初，美國斯坦福大學和麻省理工學院共同合作舉辦了第一屆工業故障遠程網絡診斷研討會，共有來自三十多家企業、科研機構的50多名代表參加。這次會議主要討論內容是網絡傳輸協議技術、建立遠程診斷開放系統、用戶合法權限，并且分析了今后故障診斷技術發展趨勢。在會議上，斯坦福大學決定聯合麻省理工學院共同開發新型故障遠程網絡診斷系統，很多計算機行業巨頭紛紛加入該研發項目，包括惠普、英特爾、SUN等，并建立了服務于各合作方的Testbed遠程診斷技術示范系統。該系統運用了Web嵌入技術，通過Java和Braves janNet進行遠程診斷，實現信息資源共享。另外，很多國際組織也開展了設備故障網絡在線咨詢診斷服務，有效規范網絡信息傳輸。一些國際知名企業也把網絡技術應用于產品開發中，像西門子公司就研發推出了電話遠程診斷產品服務。［5］

現階段，我國遠程網絡診斷技術研發才剛剛起步，主要針對客戶端軟件平臺開發、硬件端口、系統開發工具等方面。具體來說，包括以下幾點:①跨地域遠程網絡互動合作平臺建設;②基于網絡技術的系統設備故障軟件開發，實現軟件、數據共享;③客戶端軟件平臺開發，服務器維護建設;④地理信息診斷技術開發。目前，西安交通大學、上海交通大學、清華大學、浙江大學和華中科技大學等國內重點高校都已經開始從事工業領域方面的遠程故障診斷研究工作。同時，一些國外知名企業像EN-TEK、BENTLY等開始向中國市場推出最新研發的設備故障遠程網絡檢測產品，這有利于推動我國遠程故障診斷技術更好發展。［6］

4.遠程故障診斷系統現存問題及發展方向

目前，市場上的故障診斷系統大多是現場分布式的，因為該系統比較封閉，所以其安全性更高，但很容易受到人為因素、地域環境、技術條件限制，不能為用戶提供實時監測診斷服務。因此，計算機網絡技術被越來越多應用于故障診斷，建立開放的遠程故障診斷系統，這也是今后故障診斷技術主要發展趨勢。

設備故障診斷依賴于設備故障信息，我們只有根據信息反饋情況，才能采取相應解決辦法，有效排除故障。實際上，故障診斷也是一種信息交換過程，所以，信息傳播渠道、信息處理平臺就顯得十分重要。隨著信息技術行業的不斷發展，現在互聯網已經成為信息傳播的主要平臺，網絡技術開始應用于設備故障診斷中。設備生產廠家可以通過網絡平臺來遠程監測診斷用戶設備，有利于降低成本，提高故障診斷效率，實現互利共贏。

得益于互聯網技術的迅速發展，基于互聯網技術的遠程診斷技術也從實驗室走向了市場。應用互聯網技術的故障診斷系統的發展應具有以下特點:

(1)故障診斷技術人員、用戶、廠商組成了關于故障診斷的聯盟，有利于相互之間的技術交流與合作。

(2)縮短設備維修時間，減少成本消耗，有利于提高廠家產品服務質量。

(3)通過診斷信息數據庫來收集各種設備故障信息，從而更好分析解決設備故障問題。

(4)設備生產廠商能夠隨時查詢機器的故障相關信息，為進一步提高生產技術水平打好基礎，增強設備性能。

但是現階段，我國企業很少推出遠程監測診斷產品，而且在市場上并沒有獲得預期效益，究其原因主要包括以下方面:

(1)安全因素 雖然遠程網絡診斷系統可以提供故障遠程診斷服務，技術優勢十分明顯，但其網絡協議是對外開放的，協議分析器很容易被人拿到市場上公開銷售。而且計算機連接網絡后，可能會受到網絡病毒攻擊，從而造成系統癱瘓、數據丟失，競爭對手可能會利用網絡漏洞來竊取商業機密，給企業帶來很大損失。

(2)企業實際技術能力不符合現代網絡技術要求故障監測診斷技術涉及到很多不同技術領域，包括計算機網絡技術、微電子技術、人工智能、傳感器技術等，十分復雜。因此，該系統操作人員必須是高素質的專業技術人才，掌握現代高新技術。而對于企業來說，要找到這樣的人才十分困難，培訓成本也很大，所以不愿意采用這種先進系統技術。

綜上所述，想要實現遠程監測診斷系統在企業廣泛普及應用必須在網絡安全方面有進一步的提高，保證系統運行的穩定性，并且不斷提高系統的自動化程度，降低對于操作人員的要求，減少企業使用過程的困難。

［1］楊汝清.智能控制工程［M］.上海:交通大學出版社，2001.

［2］虞和濟.基于神經網絡的智能診斷［M］.北京:冶金工業出版社，2000.

［3］邵軍力.人工智能基礎［M］.北京:電子工業出版社，2000.

［4］龔海燕.基于C/S模式的網絡遠程監控系統［D］.南京:南京航空航天大學，2003.

［5］王道平，張義忠.故障智能診斷系統的理論與方法［M］，北京:冶金工業出版社，2001.

［6］佟震亞，余雪麗，陶世群.現代計算機網絡教程［M］.北京:電子工業出版社，2001.