远程故障诊断系统的现状及发展方向

张 翔

(运城学院物理与电子工程系，山西运城044000)

1.引言

进入二十一世纪后，大型化、连续化、自动化成为现代工业的发展趋势，生产规模、设备功能、性能指标均朝着更高的方向发展，机器的构成越发复杂，需要技术水平更高的管理和维修人员。现代工业在提高生产率，降低成本的同时节约了能源;但同时也带来一个严重的问题，若机器出现工作异常，将会带来严重的经济损失。故保证机器运行的可靠性对现代化工业有着至关重要的作用。为了避免因机器异常运转造成的经济损失，我们要加强日常维护，对机器进行在线监测，尽早发现机器异常状态，从而实现对故障的早期预防与诊断。［1］

2.故障诊断的发展历程

故障诊断就是运用所学的知识来综合处理系统中被诊断对象的运行状态与相关信息，并在此基础上评估和诊断系统运行状态与故障的过程。也可以理解为，通过深入分析系统中不可测量信息与可测量信息来检查整个系统是否处于正常运作状态，如果系统存在故障，就必须立即锁定故障发生的部位，了解故障的严重性以及造成故障的原因，并及时评估该故障对系统的危害性，然后有选择性、针对性的选择相应的措施来修复这一故障。总而言之，故障诊断的任务就是检测或预测系统的故障，并在此基础上采取相应的措施修复故障，以确保系统的正常运行。故障诊断工作的主要内容有:分析故障原因、检测系统状态、预测故障恶劣化趋势等，其目的就是隔离与检测系统的故障，以了解系统故障大小，以及其对系统造成的危害。［2］对于系统而言，其首要任务就是在故障发生时能够及时发现，向系统发出警报，同时针对故障类型采取对应的修复措施。故障诊断由三个部分构成，分别是:故障检测、故障分离、故障辨识:

故障检测:根据监测得到的变量异常或其他系统异常表现，判断系统是否处于异常状态，并且记录异常发生的时间。

故障分离:在确定系统处于非正常状态后，判断确定故障源的具体位置，并确定故障的具体原因。

故障辨识:分离出故障以后，判断系统故障的严重程度和发生具体时间、对故障产生造成的后果进行评估。

下图1所示即当前最常见的故障诊断方法的类型。故障诊断技术经历了以下几个发展阶段:

图1 故障诊断方法分类

(1)离线人工检测

这种设备故障诊断方式主要由经验丰富的专业检修人员来完成，他们利用检测工具对设备进行常规检查，根据个人经验来分析设备运行状态，查找问题所在。这种检测方式的适用范围有限，只能做一些简单判断。应用此类方式，设备故障诊断结果很大程度上取决于检测人员个人经验和工作态度。

(2)单机集中在线检测

在这种诊断模式中，计算机是主要操作平台，并建立相应的设备运行状态监测系统、故障诊断系统、信息处理系统，通过计算机中心平台来接收设备监测全部信息，并进行分析处理，得出诊断结果。这种设备检测诊断技术仅仅是在系统内部进行信息传播、处理，所以是比较封闭的。［3］

(3)局域网分布检测诊断系统

在该诊断模式中，各个区域都设有特定系统，通过局域网把本地计算机连接起来，充分发挥各系统功能，协调各平台操作，实现资源共享，有利于提高检测效率，保证诊断结果准确。局域网分布检测诊断系统信息处理主要在内部进行，但其具有较好的开放性。该系统配备的设施主要包括企业主干网、分支城域网、信息高速公路、现场监测仪表、通讯设备、现场总线集散系统等。

(4)因特网远程监测诊断系统

该系统将网络信息技术应用于设备故障诊断，通过设备上的监测点来收集设备运行实时状态信息，由相关设备厂商和科研机构建立故障诊断远程服务平台，了解用户设备使用情况，提供相应技术支持。一旦用户设备运行异常，用户可以向远程服务平台反映情况，然后由相关技术人员在线进行设备故障诊断，采取相应解决办法。

设备故障远程监测诊断系统通过现代通讯技术、网络信息技术来进行故障诊断，涉及到不同技术学科领域。最近几年，计算机网络技术有了很大发展，像TCP/IP网络协议技术、文件传输协议技术、电子邮件服务、Web技术、远程会议系统等现代网络信息技术已经越来越多应用于故障诊断，提供了强大技术支持。我们看到，故障远程监测诊断系统把传统故障诊断技术和现代网络技术有机结合起来，形成一种新的故障诊断技术。

3.远程诊断在国内外的发展现状

随着科学技术突飞猛进，工业技术也在不断进步，设备故障诊断逐渐引起人们的重视。欧洲主要根据设备综合工程学来进行设备故障诊断;而美国采用的是后勤学理论;日本则融合了欧美故障诊断优点，采取全面检修诊断方式。为消除设备故障带来的重大安全隐患，在1967年，美国设立了设备故障预防小组，专门负责研究设备故障诊断技术。

机械设备要想保持正常运行，故障诊断起到十分关键的作用。目前世界各国对于故障诊断技术都很重视，在相关技术领域投入了大量的资金支持，而在故障诊断方面，每个国家都有自己的技术优势。像英国故障诊断技术优势主要体现在机械磨损、飞机发电机、汽车发电机方面;日本的技术优势主要体现在铁路交通、化工、钢铁等方面;而美国技术优势集中在一些尖端产业领域，包括航天、核能、军事等。和国外相比，我国故障诊断技术发展时间较短，直到上世纪八十年代晚期才正式兴起。从目前来看，我国故障诊断技术已经很好应用于电力、化工、冶金等行业领域。另外，我国故障诊断技术在核反应堆、航天设施、矿山设备、飞机自动驾驶、汽车发电机等方面也得到了初步应用。［4］

在1997年年初，美国斯坦福大学和麻省理工学院共同合作举办了第一届工业故障远程网络诊断研讨会，共有来自三十多家企业、科研机构的50多名代表参加。这次会议主要讨论内容是网络传输协议技术、建立远程诊断开放系统、用户合法权限，并且分析了今后故障诊断技术发展趋势。在会议上，斯坦福大学决定联合麻省理工学院共同开发新型故障远程网络诊断系统，很多计算机行业巨头纷纷加入该研发项目，包括惠普、英特尔、SUN等，并建立了服务于各合作方的Testbed远程诊断技术示范系统。该系统运用了Web嵌入技术，通过Java和Braves janNet进行远程诊断，实现信息资源共享。另外，很多国际组织也开展了设备故障网络在线咨询诊断服务，有效规范网络信息传输。一些国际知名企业也把网络技术应用于产品开发中，像西门子公司就研发推出了电话远程诊断产品服务。［5］

现阶段，我国远程网络诊断技术研发才刚刚起步，主要针对客户端软件平台开发、硬件端口、系统开发工具等方面。具体来说，包括以下几点:①跨地域远程网络互动合作平台建设;②基于网络技术的系统设备故障软件开发，实现软件、数据共享;③客户端软件平台开发，服务器维护建设;④地理信息诊断技术开发。目前，西安交通大学、上海交通大学、清华大学、浙江大学和华中科技大学等国内重点高校都已经开始从事工业领域方面的远程故障诊断研究工作。同时，一些国外知名企业像EN-TEK、BENTLY等开始向中国市场推出最新研发的设备故障远程网络检测产品，这有利于推动我国远程故障诊断技术更好发展。［6］

4.远程故障诊断系统现存问题及发展方向

目前，市场上的故障诊断系统大多是现场分布式的，因为该系统比较封闭，所以其安全性更高，但很容易受到人为因素、地域环境、技术条件限制，不能为用户提供实时监测诊断服务。因此，计算机网络技术被越来越多应用于故障诊断，建立开放的远程故障诊断系统，这也是今后故障诊断技术主要发展趋势。

设备故障诊断依赖于设备故障信息，我们只有根据信息反馈情况，才能采取相应解决办法，有效排除故障。实际上，故障诊断也是一种信息交换过程，所以，信息传播渠道、信息处理平台就显得十分重要。随着信息技术行业的不断发展，现在互联网已经成为信息传播的主要平台，网络技术开始应用于设备故障诊断中。设备生产厂家可以通过网络平台来远程监测诊断用户设备，有利于降低成本，提高故障诊断效率，实现互利共赢。

得益于互联网技术的迅速发展，基于互联网技术的远程诊断技术也从实验室走向了市场。应用互联网技术的故障诊断系统的发展应具有以下特点:

(1)故障诊断技术人员、用户、厂商组成了关于故障诊断的联盟，有利于相互之间的技术交流与合作。

(2)缩短设备维修时间，减少成本消耗，有利于提高厂家产品服务质量。

(3)通过诊断信息数据库来收集各种设备故障信息，从而更好分析解决设备故障问题。

(4)设备生产厂商能够随时查询机器的故障相关信息，为进一步提高生产技术水平打好基础，增强设备性能。

但是现阶段，我国企业很少推出远程监测诊断产品，而且在市场上并没有获得预期效益，究其原因主要包括以下方面:

(1)安全因素 虽然远程网络诊断系统可以提供故障远程诊断服务，技术优势十分明显，但其网络协议是对外开放的，协议分析器很容易被人拿到市场上公开销售。而且计算机连接网络后，可能会受到网络病毒攻击，从而造成系统瘫痪、数据丢失，竞争对手可能会利用网络漏洞来窃取商业机密，给企业带来很大损失。

(2)企业实际技术能力不符合现代网络技术要求故障监测诊断技术涉及到很多不同技术领域，包括计算机网络技术、微电子技术、人工智能、传感器技术等，十分复杂。因此，该系统操作人员必须是高素质的专业技术人才，掌握现代高新技术。而对于企业来说，要找到这样的人才十分困难，培训成本也很大，所以不愿意采用这种先进系统技术。

综上所述，想要实现远程监测诊断系统在企业广泛普及应用必须在网络安全方面有进一步的提高，保证系统运行的稳定性，并且不断提高系统的自动化程度，降低对于操作人员的要求，减少企业使用过程的困难。

［1］杨汝清.智能控制工程［M］.上海:交通大学出版社，2001.

［2］虞和济.基于神经网络的智能诊断［M］.北京:冶金工业出版社，2000.

［3］邵军力.人工智能基础［M］.北京:电子工业出版社，2000.

［4］龚海燕.基于C/S模式的网络远程监控系统［D］.南京:南京航空航天大学，2003.

［5］王道平，张义忠.故障智能诊断系统的理论与方法［M］，北京:冶金工业出版社，2001.

［6］佟震亚，余雪丽，陶世群.现代计算机网络教程［M］.北京:电子工业出版社，2001.