基于數(shù)字孿生的齒輪箱故障診斷技術(shù)研究*

魏永合，李翔宇

(沈陽(yáng)理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，沈陽(yáng) 110159)

0 引言

隨著工業(yè)4.0以及數(shù)字化轉(zhuǎn)型技術(shù)的迅速發(fā)展，航空航天、工業(yè)等領(lǐng)域的機(jī)械系統(tǒng)逐漸復(fù)雜化，同時(shí)復(fù)雜裝備的智能化程度不斷提高。因此，針對(duì)復(fù)雜機(jī)械的狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與性能退化預(yù)測(cè)也成為了工業(yè)上不可避免地焦點(diǎn)問(wèn)題。

為了解決傳統(tǒng)制造業(yè)向智能制造[1-3]轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，如數(shù)據(jù)的雙向傳輸、信號(hào)采集與處理、物理模型與數(shù)學(xué)模型的建立等，學(xué)者們就物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和信息物理系統(tǒng)(cyber-physical systems，CPS)等相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)行深入研究與探討[4]，與此同時(shí)，由于智能制造對(duì)于加工過(guò)程實(shí)現(xiàn)高效、節(jié)能、環(huán)保的要求提高，機(jī)械設(shè)備的健康狀態(tài)已逐漸成為專家與學(xué)者們的研究重點(diǎn)。GRIEVES教授提出了“信息鏡像模型”的概念[5]，其內(nèi)涵與MBD(model based definition)高度相似，其以幾何模型為基礎(chǔ)，融合產(chǎn)品的設(shè)計(jì)理念、材料屬性、制造維護(hù)等相關(guān)信息[6]。2012年美國(guó)NASA賦予數(shù)字孿生新的定義[7]，即數(shù)字孿生是充分利用物理模型、傳感設(shè)備采集信息、歷史運(yùn)行狀態(tài)等，集成多物理量、多尺度、多概率的仿真過(guò)程，其作為虛擬空間的孿生體，能夠真實(shí)反映物理空間的設(shè)備的全生命周期。此后，隨著萬(wàn)物互聯(lián)技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字孿生的概念得到了專家們的重視，設(shè)備管理者能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)變化。陶飛等[8]通過(guò)以電廠發(fā)電機(jī)組作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，通過(guò)數(shù)據(jù)通訊技術(shù)實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)組與其孿生體模型的實(shí)時(shí)同步更新，管理人員可通過(guò)孿生數(shù)據(jù)對(duì)機(jī)械設(shè)備內(nèi)部的實(shí)時(shí)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。……