机械设备诊断方法的研究

张金永

摘 要：制造业是我国国民经济的基础行业，机械设备是制造业不可缺少的一部分，机械设备的稳定运行关系到制造业的可持续发展和企业的经济效益。机械设备出现故障，不仅仅导致生产过程出现中断，还会导致企业在生产中承受巨大的经济损失。因此，利用先进故障诊断方法保证设备的正常稳定运行是推动企业不断前进的保障。目前，在机械设备故障的诊断中已经研究出多种诊断方法，而且还在不断的研究和优化，目的就是提高诊断方法的准确性，提升诊断工作效率。本文阐述了机械设备诊断的研究近况，以及诊断方法给予简单的探讨。

关键词：机械设备 机械故障 诊断方法

中图分类号：TH17 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）01（c）-0000-00

1 机械设备诊断技术研究现状

随着科学技术的不断攀升，我国制造业的不断发展，机械设备在现代工业生产中的地位也是在逐步提升，对工业的影响也是越来越大。机械设备正在朝着自动化、智能化、高速化、复杂化、大型化以及大功率化方向发展，设备之间的关联程度、各组分的集成化越来越强，其中某一零件的失效可能导致整个系统的瘫痪。这些故障不仅对生产和机械设备造成损坏，而且还会严重影响公司的经济效益，甚至造成人员伤亡。故保证机械设备稳定、可靠、安全的运行是非常重要的，对设备进行可靠、准确的故障诊断具有重要意义。自动化机械设备因其结构的复杂性、组件的关联性以及自身的耦合性，发生的故障往往是并发故障，不同故障特征相互混杂呈现出随机性、复杂性和耦合性等征兆，并非简单的故障叠加，难以用准确的数学模型加以模拟，传统的模式分类很难将其故障分开。因此，在传统的基础上继续开发，挖掘新的诊断技术，例如人们把模糊分析、计算机技术、人工智能技术、识别技术、神经网络、灰色理论、支持向量机、集成技术等应用于机械系统，形成多种新的机械故障诊断方法。主要的诊断技术有：温度诊断技术、振动诊断技术、铁谱分析技术、无损检测技术以及人工智能检测技术。

2 机械设备诊断方法

2.1 温度诊断技术

机械在运行的过程中会产生热量，导致设备局部温度升高。机械对于温度相当敏感，高温可能导致机械设备不能正常运行以及机械部件的损坏，于是及时疏散热量是保证机械设备正常稳定运行的重要保障。随着温度传感器的普及使用以及检测技术的发展，温度监测比较容易进行，于是则有了温度诊断方法。温度表征了机械电气故障的产生，同时也是引发设备故障的因素。根据设备周围环境的温度变化以及自身的温度检测，可以识别系统的运行状态。温度检测技术大体上分为两种：非接触式温度检测技术和接触式温度检测技术。非接触式温度检测技术是不直接接触被检测物体的检测技术，往往元件具有危险性或者腐蚀性；接触式温度检测技术是接触被测物体的检测技术，往往是连续检测或者不易观察的部位。根据不同的检测原理，研发出了不同的检测仪器，如红外仪、影像仪等。温度检测是最常用的检测方法之一。

2.2 振动诊断技术

机械运行伴随着机械振动，机械振动信号承载了设备运行状态信息，从分析机械的振动特征和振动参数可以知道设备运行的异常，是表征机械设备是否出现故障的标志。我国在振动理论的研究方面有雄厚的理论基础，检测振动设备完善。振动诊断技术主要是通过采集机械设备的振动信号，分析振动动态特性，如固有频率、振幅、圆周率、振型、传递函数等，通过比较正常机械或结构的振动特性和异常的机械设备或结构的一同，来判定设备是否出现故障。振动检测技术涉及多个领域，如信号处理、传感技术等，因此需要诊断技术人员的要求较高。随着计算机技术和自动控制技术的不断提升，振动检测技术也向着高精度、智能化的方向发展。

2.3油液分析技术

机械设备的运行离不开液压系统和润滑系统，液压系统是机械运行的动力。简而言之，机械运行离不开供油系统。反过来，供油系统中油的质量的好坏表征了机械设备运行的状态信息。油液分析技术又称为设备磨损工况监测技术，是一种新型的设备维护技术，它利用油液所携带的设备工况信息来对设备的当前工作状况以及未来工作状况作出判断，从而为设备的正确维护提供了有效的依据，达到预防性维修的目的。油液分析技术主要检测一下三个方面：油液本身的物理和化学性质的变化、油液中设备磨损颗粒的分布以及油液中外侵物质的构成以及分布。油液质量表征了机械设备的磨损程度，是一种间接的检测技术。

2.4 无损检测技术

无损检测技术是一种新型的检测技术，主要特点是不破坏被检测对象对其缺陷进行检测。它利用了机械发生故障时，某一缺陷引起的物理性质发生变化的原理，分析检测信号，观察特征值，对其进行缺陷检测。在机械设备检测上主要的检测方法有：超声波无损探伤、射线探伤、磁力探伤、渗透探伤、激光全息检测技术等。主要检测机械部件的物理缺陷，如钢管裂纹、材料内砂眼和气泡、焊接后裂纹等。无损检测技术由于其安全便捷的特点，具有广阔的应用前景。

2.5 人工智能技术

2.5.1 专家系统（Expert System，ES）

专家系统是集成了各种诊断信息、处理方法和经验，能像专家一样模拟人的思维的一种软件系统。知识库和推理机是专家系统的核心组分，知识库用于存放信息，推理机是根据在现场采集到的信息，作出相应的推理判断，给出机械设备是否存在故障信息。基于专家系统的诊断方法的主要特征为可以方便的把操作人员的诊断经验用规则表示出来，知识可以用符号来表示，适合用来模拟人的逻辑思维过程，同时，在已知的基本规则下，不需要大量知识，还能允许在知识库中增加、删除及修改某些规则，从而确保专家系统的有效性和实时性。

2.5.2 人工神经网络（Artificial Neural Network，ANN）

人工神经网络是模拟的生物激励系统，将一系列输入通过神经网络产生输出。这里输出、输入都是标准化的量，输出是输入的非线性函数，其值可由连接各神经元的权重改变，以获得期望的输出值，即所谓的训练过程。基于数值计算方法的神经网络，将已有数据和已知系统模式作样本，通过学习获得两者的映射关系，实现了对人类经验思维的模拟。在机械故障诊断中的应用方式有：从模式识别角度应用神经网络作为分类器进行机械故障诊断；从预测角度应用神经网络作为动态预测模型进行故障预测；利用神经网络极强的非线性动态跟踪能力进行基于结构映射的机械故障诊断；从知识处理角度建立基于神经网络的诊断专家系统等。

3 结束语

本文探讨了机械设备故障诊断的方法，并对各种诊断方法作出了阐述。先进的诊断方法能明显提高机械设备故障的诊断水平，保证机械设备的正常、稳定的运行，保证企业的经济效益。新型诊断方法的出现也推动着诊断技术朝着更高的方向发展。

参考文献

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