機械設備狀態監測技術研究

伴隨著科學技術的快速發展，機械設備逐步向大型化、復雜化、智能化方向發展，這對設備維修保障提出了更高的要求，從而對狀態檢測與故障診斷技術提出了更高的要求。近年來計算機技術、信號采集技術、傳感器技術、信號處理技術的不斷進步，促進了狀態監測及故障診斷技術的快速發展。機械設備監測與故障診斷技術已發展成為一門獨立的學科，它以可靠性理論、信息論、控制論和系統論為理論基礎，以現代傳感器、測試儀器、計算機和網絡為基數手段，結合各種機械設備的特殊規律開展研究。

一、機械狀態監測技術研究

目前在大型機械設備上所使用的狀態監測技術手段主要有性能參數監測、油液分析監測、震動監測等。

1.性能參數監測技術

性能參數往往攜帶者大量的故障信息且受外界干擾小、信息質量好、診斷范圍廣、可用性強和易于獲取等特點。國內外許多研究機構都開展了性能參數監測診斷技術的研究，通過測量動力機械的溫度、壓力、轉速、功率等性能參數來監測診斷系統的故障。

2.油液監測技術

油液監測技術是指通過一些技術手段獲取被研究的機械系統潤滑油中存在顆粒的大小、多少和成分等參數信息以及潤滑油當前的理化性能參數來對機械系統當前的運行工作狀況作出評價并對可能要發生的故障開展推理預測，從而實現故障類型、故障原因判定以及故障的定位功能的一門工程應用技術。

3.震動監測技術

震動分析法是利用機械設備在工作時產生的震動信號，經測試、數據分析及處理，對內部零部件狀態進行診斷的方法。該方法具有診斷速度快、準確率高和能夠實現在線診斷等特點。

二、監測傳感器

傳感器作為根據指定的被測物理量提供可用輸出信號的設備，是實現機械系統制造使用過程中不可或缺的重要組成部分，它是機械系統制造及運行過程中的眼睛，是實現機械狀態監測與故障診斷的一個關鍵部分。它可用來監測機械設備各種環境、結構強度和運行狀態參數，在設計中集成于系統。現已形成用于測量溫度、壓力、震動、速度、污染物濃度等等的各種型號種類繁多的溫度傳感器、電傳感器、機械傳感器、生物傳感器、化學傳感器、光學傳感器等。可以實現從靜態測量到動態測量、從非現場測量到現場在線測量、從靜態信息獲取到多信息融合，可以對更復雜化系統進行測量，同時可以在極端條件下工作運行。

總之，傳感器設備得到了長足的進步，大量新型傳感器及儀器相繼不斷出現。例如：光線傳感器、便攜式測量儀器、基于視覺的在線監測、基于在線的監測和維納測量等。伴隨著微機電系統或納機電系統以及智能材料技術的成熟、傳感器可將傳感元件、擴大器、模擬到數據轉換器以及內存單元集成到一個芯片中，這樣用于監測設備運行狀態參數的傳感器變得更小更輕，更便于集成，更容易實現機械系統狀態的在線監測。同時，微機電或納機電傳感器結構具備極大的優勢，可與電子系統、傳感器陣列結構、小型個人設備、低功率和低成本設備集成。

傳感器技術正朝著微型化、無線網絡、超低功能以及非電池供電的趨勢發展。

綜上所述，各種機械設備狀態監測技術逐步從研究階段走向實用化階段，各種在線監測傳感器和在線監測系統不斷問世，許多新的故障診斷理論和方法也相繼產生，形成了基于貝葉斯決策判據以及基于線性和非線性判別函數的模式識別方法、基于概率統計論的時序模型診斷方法、基于距離判據的故障診斷方法、模糊診斷原理、灰色系統診斷方法、故障樹分析法、小波分析法以及分形幾何方法等。

機械系統狀態的監測技術正在從局部的監測發展到系統的全局監測，從一種方法監測發展到多種方法綜合監測，從對系統靜態的監測發展到對系統實現動態的監測，從系統故障后診斷發展到故障發生前預測和預防，從系統趨勢監測發展到系統自動實現狀態評估，從系統設備現場監測發展到可以實現系統的遠程監測。

三、機械狀態監測面臨的問題

目前國內外大多數的研究都集中在狀態監測和故障診斷理論研究以及預測及健康管理方面，但從系統角度采用全生命周期理論開展狀態監測故障診斷技術基礎研究還很薄弱。當前機械設備狀態監測故障診斷基礎研究方面的不足主要體現在以下幾個方面。

1.機械設備狀態監測技術方法、手段和監測傳感器和儀器以及故障診斷技術的方法和理論、狀態監測故障診斷系統等方面的研究很多，但狀態監測故障診斷技術一直以來與機械設備現代設計是脫節的。在大型機械設備設計之初，基本都未進行可監測性方面的考慮，更談不上將可監測性設計貫穿于機械設備的全生命周期中。

2.目前所有研究都未從系統的角度和全壽命周期角度去深層次的探討機械系統可監測性設計理論內涵體系，并未就專門的可監測性設計的相關關鍵問題進行系統研究和闡述。以船舶動力機械為例，雖然開展了很多相關的研究和推廣，但未從系統的角度將狀態監測故障診斷和現代化設計綜合考慮，構建機械設備全生命周期內的可監測性設計理論體系的研究。

3.目前狀態監測故障診斷軟件與維修管理軟件基本是相互孤立的，未形成一種從狀態監測-故障診斷-維修保障的一種閉合的機械設備健康管理保障模式。

4.傳感器優化布置方法的研究目前都集中在機械結構監測系統傳感器優化布置方面，目前以滿足機械系統狀態監測故障診斷目標或者實現機械系統PHM需求進行監測點優化布置的研究較為少見。

基于上述原因，十分有必要開展大型機械設備狀態監測及故障診斷基礎理論研究，將狀態監測故障診斷與現代設計理念結合，建立機械設備監測點優化布置方法和大型機械系統可檢測性設計內涵理論，形成從設計-狀態監測-故障診斷-維修-報廢-再設計等全生命周期內的機械設備健康管理閉環體系，進而提高產品的市場競爭力，適應大型機械設備以可靠性為中心的現代維修體制的需要。

參考文獻：

[1]陳源華.挖泥船機械設備遠程監測與診斷系統設計[D].武漢：武漢理工大學，2003.

[2]嚴新平，謝友柏，蕭漢梁.油液分析技術的研究現狀與發展方向[J].中國機械工程，1999，8（1）：3-8.

[3]張先富，蘇麗秋，趙明富.智能光電傳感器的原理與應用[J].磁性材料及器件，2009，40（2）：54-56.