設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷

張冀星

摘 要：隨著現(xiàn)代生產(chǎn)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，現(xiàn)代設(shè)備的結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜、自動(dòng)化程度越來(lái)越高、故障類(lèi)型會(huì)越來(lái)越多、處理難度越來(lái)越大。本文就實(shí)施設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷，保證設(shè)備安全可靠進(jìn)行了詳細(xì)論述。

關(guān)鍵詞：狀態(tài)；監(jiān)測(cè)；故障與診斷

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.04.191

0 引言

設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)測(cè)就是人們應(yīng)用某些專(zhuān)用的儀器和方法對(duì)設(shè)備的局部或整體進(jìn)行監(jiān)視測(cè)定，以獲取設(shè)備的技術(shù)性能狀態(tài)參數(shù)。故障診斷技術(shù)是指在設(shè)備運(yùn)行中或基本不拆卸的情況下，根據(jù)設(shè)備的運(yùn)行技術(shù)狀態(tài)來(lái)判斷故障的部位和原因，并預(yù)測(cè)設(shè)備今后的技術(shù)狀態(tài)變化。

設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)和診斷技術(shù)是兩項(xiàng)既有區(qū)別又密切聯(lián)系的設(shè)備管理技術(shù)，是實(shí)施狀態(tài)維修、預(yù)知維修的重要基礎(chǔ)。狀態(tài)監(jiān)測(cè)描述反映的是設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的好與壞，而故障診斷是狀態(tài)監(jiān)測(cè)后的識(shí)別和判斷階段，能夠確定設(shè)備故障的部位與原因，二者相輔相成。

1 設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷技術(shù)發(fā)展歷史

設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷技術(shù)是一門(mén)新興技術(shù)，它是多學(xué)科交叉發(fā)展的結(jié)果。上世紀(jì)60年代前，人們往往采用事后維修和定期維修，但是所定的時(shí)間間隔難以掌握，過(guò)度維修和突發(fā)停機(jī)事故時(shí)有發(fā)生，在20世紀(jì)60年代，美國(guó)軍方改定期維修為預(yù)知維修，也就是定期檢查、視情維修。

20世紀(jì)60年代到80年代是狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)迅速發(fā)展的年代，那時(shí)把診斷技術(shù)分為簡(jiǎn)易診斷和精密診斷兩類(lèi)，前者相當(dāng)于狀態(tài)監(jiān)測(cè)，主要監(jiān)控設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)；后者則要求定量掌握設(shè)備的狀態(tài)，了解故障的部位和原因，預(yù)測(cè)故障對(duì)設(shè)備未來(lái)的影響。

20世紀(jì)80年代中期以后，人工智能理論得到迅猛發(fā)展，人工智能和網(wǎng)絡(luò)化已成為監(jiān)測(cè)和故障診斷的主要發(fā)展方向，陸續(xù)涌現(xiàn)出許多新型的狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷方法。出現(xiàn)了振動(dòng)測(cè)量?jī)x、溫度檢測(cè)儀、軸承檢測(cè)儀等各種便攜式的檢測(cè)儀器和分析儀器。

2 設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷方法

設(shè)備監(jiān)測(cè)與故障診斷的基本方法可按不同的觀點(diǎn)來(lái)分類(lèi)，目前流行的分類(lèi)方法有兩種；一是按機(jī)械故障診斷方法的難易程度分為簡(jiǎn)易診斷法和精密診斷法；二是按機(jī)械故障診斷的測(cè)試手段分為直接觀察法、振動(dòng)噪聲測(cè)試法、無(wú)損檢測(cè)法、磨損物測(cè)定法、機(jī)器性能參數(shù)測(cè)定法。

（1）簡(jiǎn)易診斷法。它主要采用便攜式的簡(jiǎn)易診斷儀器，如測(cè)振儀、聲級(jí)計(jì)、工業(yè)內(nèi)窺鏡、紅外點(diǎn)溫儀對(duì)設(shè)備進(jìn)行人工巡回監(jiān)測(cè)，根據(jù)設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)或人的經(jīng)驗(yàn)分析，了解設(shè)備是否處于正常狀態(tài)。若發(fā)現(xiàn)異常，通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析進(jìn)一步了解其發(fā)展的趨勢(shì)，它主要解決的是狀態(tài)監(jiān)測(cè)和一般的趨勢(shì)預(yù)報(bào)問(wèn)題。

（2）精密診斷法。對(duì)已產(chǎn)生異常狀態(tài)的原因采用精密診斷儀器和各種分析手段進(jìn)行綜合分析，以期了解故障的類(lèi)型、程度、部位和產(chǎn)生的原因及故障發(fā)展的趨勢(shì)等問(wèn)題，它主要解決的問(wèn)題是分析故障部位、程度、原因和較準(zhǔn)確的確定發(fā)展趨勢(shì)。

（3）直接觀察法。傳統(tǒng)的直接觀察法是指“聽(tīng)、摸、看、聞”，它一直沿用到現(xiàn)在，在一些情況下仍然十分有效，但因其主要依靠人的感覺(jué)和經(jīng)驗(yàn)，故有較大的局限性，目前出現(xiàn)的便攜式測(cè)振儀、泄漏聽(tīng)診儀、光纖內(nèi)窺鏡、紅外熱像儀、激光全息攝影等現(xiàn)代手段，大大延長(zhǎng)了人的感觀器官，成為一種有效的診斷方法。

（4）振動(dòng)噪聲測(cè)定法。機(jī)械設(shè)備在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下都會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲，通過(guò)進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)：振動(dòng)和噪聲的強(qiáng)弱及其包含的主要頻率成分和故障的類(lèi)型、程度、部位和原因等有著密切聯(lián)系。大多數(shù)機(jī)械設(shè)備是定速運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備，各零部件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律決定了它的振動(dòng)頻率。由于是定速運(yùn)轉(zhuǎn)，其振動(dòng)頻率即為該零件的特征頻率，觀測(cè)特征頻率的振動(dòng)幅值變化，可以了解該零部件的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和劣化程度。因此利用這種信息進(jìn)行故障診斷是比較有效的方法，也是目前發(fā)展比較成熟的方法，特別是振動(dòng)法，由于不受背景噪聲干擾的影響，使信號(hào)處理比較容易，故應(yīng)用更普遍。

（5）無(wú)損檢驗(yàn)。無(wú)損檢驗(yàn)是一種從材料和產(chǎn)品的無(wú)損檢驗(yàn)技術(shù)中發(fā)展起來(lái)的方法，是在不破壞材料表面及內(nèi)部結(jié)構(gòu)的情況下檢驗(yàn)機(jī)械零部件缺陷的方法。它使用的手段包括超聲、紅外、x射線、γ射線、聲發(fā)射、摻透染色等。此方法目前已發(fā)展成一個(gè)獨(dú)立的分支，用于檢驗(yàn)由裂紋、砂眼、縮孔等缺陷造成的設(shè)備故障。此方法也具有局限性，主要為某些方法如超聲、射線檢測(cè)等不便于在動(dòng)態(tài)下進(jìn)行。

（6）磨損殘余物測(cè)定法。機(jī)器的潤(rùn)滑系統(tǒng)或液壓系統(tǒng)的循環(huán)油路中攜帶著大量的磨損殘余物（磨粒），其數(shù)量、大小、幾何形狀及成分反映了機(jī)器的磨損部位、程度和性質(zhì)，根據(jù)這些信息可有效地診斷設(shè)備的磨損狀態(tài)，目前磨損殘余物測(cè)定方法在工程機(jī)械及汽車(chē)、飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)監(jiān)測(cè)方面已取得了良好效果。

（7）機(jī)器性能參數(shù)測(cè)定法。機(jī)器的性能參數(shù)主要包括顯示機(jī)器主要功能的一些數(shù)據(jù)，如泵的揚(yáng)程、機(jī)床的精度、壓縮機(jī)的壓力、流量等，這些數(shù)據(jù)可以直接從機(jī)器的儀表上讀出，由此可以判定機(jī)器的運(yùn)行狀態(tài)是否離開(kāi)正常范圍，該方法主要用于狀態(tài)監(jiān)測(cè)或作為故障診斷的輔助手段。

3 狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷的基本環(huán)節(jié)

在日常生產(chǎn)中，狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷工作有三個(gè)基本環(huán)節(jié)，分別為信號(hào)采集環(huán)節(jié)、信號(hào)處理環(huán)節(jié)、故障識(shí)別和排除環(huán)節(jié)。

信號(hào)采集：設(shè)備劣化或發(fā)生故障后，會(huì)伴隨各種狀態(tài)信號(hào)出現(xiàn)，它們是故障信息的載體，采集包含異常或故障信息的狀態(tài)信號(hào)是設(shè)備診斷技術(shù)的首要環(huán)節(jié)，因此采用合適的傳感器和測(cè)量方法來(lái)采集信號(hào)十分重要。

信息處理：在采集設(shè)備有用信息的時(shí)候，很多干擾信號(hào)也會(huì)被采集，會(huì)使那些有用信號(hào)變的不明顯或雜亂無(wú)章，如何去除干擾，使有用信號(hào)突出表現(xiàn)出來(lái)，這就是信息處理的任務(wù)。

故障識(shí)別和排除：得到有用設(shè)備信息后，需要經(jīng)過(guò)與標(biāo)準(zhǔn)或樣板模式進(jìn)行對(duì)比，才能確定或判斷設(shè)備處于何種狀態(tài)，這一過(guò)程需要以識(shí)別技術(shù)作為理論基礎(chǔ)。在簡(jiǎn)易診斷中可以參照某些標(biāo)準(zhǔn)，加上運(yùn)用已有的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，即可做出判斷，在精密診斷中必須通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)和各種分析技術(shù)，提取故障特征信號(hào)來(lái)對(duì)設(shè)備狀態(tài)做出判斷，判斷出故障類(lèi)型后，根據(jù)設(shè)備及生產(chǎn)實(shí)際情況排除故障。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)的廣泛應(yīng)用，維修方式正在發(fā)生著深刻的變化，現(xiàn)代的預(yù)知性視情維修已成為今后企業(yè)設(shè)備維修的發(fā)展方向，這使得設(shè)備故障在未發(fā)生前得到恰當(dāng)?shù)奶幚恚蟠蠊?jié)省了維修時(shí)間和維修成本，可以預(yù)知，設(shè)備監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)在未來(lái)我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)中會(huì)發(fā)揮越來(lái)越大的作用。