机械设备故障诊断发展历程及展望

机械设备故障诊断发展历程及展望

陈志远,王丽萍

郑州航空工业管理学院

摘要:设备的故障诊断包括状态业检测、分析判断和故障检测,其过程主要包括信息收集、处理、状态辨识和检测。本文阐述了机械故障诊断的过程,并介绍了它的发展演变历程,尤其是中国国内的各个历史阶段,也简述了今后的发展走向。

关键字:机械设备；故障诊断；发展历程；展望

随着现代工业生产的发展,科学技术水平的提升,现代化的机械设备构造显得越来越凌乱,其功能日益完善,智能化水平也相应增强,在现代制造业中的影响也越来越大。通过对机械操作过程中的工作状况进行监测,从早期判断其失效的趋势,就能够发现故障的源头,从而采取相应的维修对策,避免了机械设备的突然损毁。而通过对机械故障诊断系统的分析,能够使机械设备的工作时间更长,维修时间更短。更好的维修标准,能够使公司的经济效益和社会地位获得极大的提高。

1机械设备故障诊断的发展历程

从工业时代起步,对机械设备的故障诊断就一直是个问题。一开始的时候,只有通过提高对机械内部的噪音、振动、触觉等的认识,进而通过实际的工作经验,才可以判断出问题的存在,从而给出解决的办法。故障诊断技术是在20世纪60年代后期才出现的一个技术,首先用这个技术的是美国,其后有加拿大,日本,挪威,瑞典,以及丹麦。自从1961年的阿波罗计划顺利实施以后,在美国境内就发生了不少关于机械设备的技术问题,所以美国联邦航空和宇宙飞行管理机构就1967年成立了关于机械设备的技术问题防治部门,重点进行机械故障的技术研究与发展,并重点运用在宇航、军工等领域:英国早在70年代初期,于伦敦的国家医疗器械医疗中心就已进行了机械设备检测方面的技术研发。而日本则在民用领域,如石油化工、钢铁、铁路等领域的进展很快,技术也相当高;丹麦是世界上最先进的声学发设测试仪器和设备。

中国在计算机故障诊断领域的探索与发展相对较晚,自20世纪80年代以来,技术的发展已经走过了从普通检测到智能判断,从简易检查到精准检测,再到高精确测量。同已发展国家比较,中国只在技术上紧随其后,而总体水平同世界相比尚有较大差异。

经过了四十几年的发展,现代机械故障诊断技术已经是一个比较崭新和完整的研究领域,从技术上已经拥有了较为完善的理论体系,并逐步形成了在油样分析、机械振动检测,以及频率测量等方面的研究方法。由于计算机的飞速发展,数据处理手段获得了迅猛的提升,进而使得设备的故障诊断和检测方法更加完整、合理、完善。

1.1我国机械设备故障诊断的发展经历了以下三个发展时期：

(1) FFT分析仪的阶段

上个世纪八十年代初期,机械设备的主要故障诊断方法是通过磁带录音机的振动信息,由科学研究所进行回放,然后再利用专门的FFT分析仪进行光谱研究,它也是一个脱机的方法,它的研究方法比较单一,包括了复制频谱、功率谱分析,但都是针对一个频段来研究的，较难扩充。

(2)计算机辅助的监测与分析阶段

20世纪80年代后期至90年代中期,随着现代信息处理技术和计算机的飞速发展,使得对机械设备的故障诊断主要仍是通过计算机实现。机械设备的状态采集、数据库处理、信息检测分析、故障诊断报告等工作全部由计算机系统完成,并将离线控制和实时监控相结合。在分析领域,采用小波分析、全息谱分析、神经网络诊断、时频分析等各种研究手段,同时,对频率区间的小振幅信号的技术运用也日益受到人们重视。目前已经出现了不少的自动诊断系统和仪器故障诊断专家管理系统,并正向着高速、智能的趋势发展。

(3)网络化的监测诊断阶段

截至20世纪90年代后期,在机械设备故障诊断方面,互联网化一直是一个巨大的趋势。在互联网的组成中,人们更有效的使用了企业内已有的网络资源和网络资源,从而节约了资金,获取了信息,更方便了远程诊断,而检测的范围也不仅限于车轴的抖动,而且涉及到了温度、电压、电流以及某些重要的开关等,这也直接对计算机正常的运行和操作的构成威胁。目前拥有丰富的非线性处理技术,包括混沌理论、分形理论等;而在设备的故障诊断与管理方面,机械的故障诊断技术已经逐渐的发展到了设备的诊断工程。

2机械设备故障诊断过程

在机械设备的工作过程中,必然产生了电压,温度,震动等各种参数。这就产生了各种的信息。必须根据各种的信息加以检测.筛选出各种的信息,如震动、电压、温度等,这种信息一般是利用各种的感应器得到的。信号处理就是通过对所收集到的数据进行分析处理,找到可以表示为它的特征的方法,这就是所谓的寻找特征参数的过程。而状态识别则是它将会通过的方法。整理后所得出的设备特性参数,与规定的容许或区别值进行比较。用以判断设备中是否存在故障、以及故障的数量和程度,以便于正确地区别出不同的参数和判别方法。由于判断策略主要是通过对设备状况的评估,决定采用的手段和方式,所以必须从设备状况变动的各个方面,推断设备状况变动的方向,从而分析其变化。

3机械设备故障诊断技术的发展前景

随着科技的进步，机械监测方法由单纯的门限比较法向全息、智能化的转变，由单纯依靠人类的感觉和简单的仪器，发展到了高精度的电子设备和以电脑为中心的监测系统。目前，对机械设备的监控和诊断有以下几个方面。

1)在监控体系的架构上，采用分散式监控代替集中式监控，以网络化的方式代替集中式的微型计算机监控。监控系统网络化是现代设备监控技术发展的一个重要方向。

2)在监控模式上，采用实时在线监控代替常规监控和巡回监控。

3)在检测参数方面,通过多参数、大容量的检测代替单参数检测;

4)从软件的角度出发，采用多任务模式来代替单一任务模式。

5)在监控的内容方面，由正常的操作监控向不稳定的状态监控发展。

6)从系统能力角度,逐步从检测诊断向控制、治疗、检测的集成发展,检测手段向智能、快速、敏捷方面发展,检测方法向实时检测与远程治疗的方面发展。

7)在监测手段方面,选择基于数据集成、整合、分析与处理等手段的监测方法,而不是简单的门限比对。

结束语：

随着现代的机械设备日益大规模化、连通化、快速化、自动化,各个组成部分已经是整个制造流程中的重点,因此故障诊断能力将越来越重要。随着我国市场经济的发展和国企改革的深化,机械设备性能的监测与检测技术将会日趋完善,在短时间将会达到国际先进水准。

参考文献：

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