机械设备状态监测技术研究

伴随着科学技术的快速发展，机械设备逐步向大型化、复杂化、智能化方向发展，这对设备维修保障提出了更高的要求，从而对状态检测与故障诊断技术提出了更高的要求。近年来计算机技术、信号采集技术、传感器技术、信号处理技术的不断进步，促进了状态监测及故障诊断技术的快速发展。机械设备监测与故障诊断技术已发展成为一门独立的学科，它以可靠性理论、信息论、控制论和系统论为理论基础，以现代传感器、测试仪器、计算机和网络为基数手段，结合各种机械设备的特殊规律开展研究。

一、机械状态监测技术研究

目前在大型机械设备上所使用的状态监测技术手段主要有性能参数监测、油液分析监测、震动监测等。

1.性能参数监测技术

性能参数往往携带者大量的故障信息且受外界干扰小、信息质量好、诊断范围广、可用性强和易于获取等特点。国内外许多研究机构都开展了性能参数监测诊断技术的研究，通过测量动力机械的温度、压力、转速、功率等性能参数来监测诊断系统的故障。

2.油液监测技术

油液监测技术是指通过一些技术手段获取被研究的机械系统润滑油中存在颗粒的大小、多少和成分等参数信息以及润滑油当前的理化性能参数来对机械系统当前的运行工作状况作出评价并对可能要发生的故障开展推理预测，从而实现故障类型、故障原因判定以及故障的定位功能的一门工程应用技术。

3.震动监测技术

震动分析法是利用机械设备在工作时产生的震动信号，经测试、数据分析及处理，对内部零部件状态进行诊断的方法。该方法具有诊断速度快、准确率高和能够实现在线诊断等特点。

二、监测传感器

传感器作为根据指定的被测物理量提供可用输出信号的设备，是实现机械系统制造使用过程中不可或缺的重要组成部分，它是机械系统制造及运行过程中的眼睛，是实现机械状态监测与故障诊断的一个关键部分。它可用来监测机械设备各种环境、结构强度和运行状态参数，在设计中集成于系统。现已形成用于测量温度、压力、震动、速度、污染物浓度等等的各种型号种类繁多的温度传感器、电传感器、机械传感器、生物传感器、化学传感器、光学传感器等。可以实现从静态测量到动态测量、从非现场测量到现场在线测量、从静态信息获取到多信息融合，可以对更复杂化系统进行测量，同时可以在极端条件下工作运行。

总之，传感器设备得到了长足的进步，大量新型传感器及仪器相继不断出现。例如：光线传感器、便携式测量仪器、基于视觉的在线监测、基于在线的监测和维纳测量等。伴随着微机电系统或纳机电系统以及智能材料技术的成熟、传感器可将传感元件、扩大器、模拟到数据转换器以及内存单元集成到一个芯片中，这样用于监测设备运行状态参数的传感器变得更小更轻，更便于集成，更容易实现机械系统状态的在线监测。同时，微机电或纳机电传感器结构具备极大的优势，可与电子系统、传感器阵列结构、小型个人设备、低功率和低成本设备集成。

传感器技术正朝着微型化、无线网络、超低功能以及非电池供电的趋势发展。

综上所述，各种机械设备状态监测技术逐步从研究阶段走向实用化阶段，各种在线监测传感器和在线监测系统不断问世，许多新的故障诊断理论和方法也相继产生，形成了基于贝叶斯决策判据以及基于线性和非线性判别函数的模式识别方法、基于概率统计论的时序模型诊断方法、基于距离判据的故障诊断方法、模糊诊断原理、灰色系统诊断方法、故障树分析法、小波分析法以及分形几何方法等。

机械系统状态的监测技术正在从局部的监测发展到系统的全局监测，从一种方法监测发展到多种方法综合监测，从对系统静态的监测发展到对系统实现动态的监测，从系统故障后诊断发展到故障发生前预测和预防，从系统趋势监测发展到系统自动实现状态评估，从系统设备现场监测发展到可以实现系统的远程监测。

三、机械状态监测面临的问题

目前国内外大多数的研究都集中在状态监测和故障诊断理论研究以及预测及健康管理方面，但从系统角度采用全生命周期理论开展状态监测故障诊断技术基础研究还很薄弱。当前机械设备状态监测故障诊断基础研究方面的不足主要体现在以下几个方面。

1.机械设备状态监测技术方法、手段和监测传感器和仪器以及故障诊断技术的方法和理论、状态监测故障诊断系统等方面的研究很多，但状态监测故障诊断技术一直以来与机械设备现代设计是脱节的。在大型机械设备设计之初，基本都未进行可监测性方面的考虑，更谈不上将可监测性设计贯穿于机械设备的全生命周期中。

2.目前所有研究都未从系统的角度和全寿命周期角度去深层次的探讨机械系统可监测性设计理论内涵体系，并未就专门的可监测性设计的相关关键问题进行系统研究和阐述。以船舶动力机械为例，虽然开展了很多相关的研究和推广，但未从系统的角度将状态监测故障诊断和现代化设计综合考虑，构建机械设备全生命周期内的可监测性设计理论体系的研究。

3.目前状态监测故障诊断软件与维修管理软件基本是相互孤立的，未形成一种从状态监测-故障诊断-维修保障的一种闭合的机械设备健康管理保障模式。

4.传感器优化布置方法的研究目前都集中在机械结构监测系统传感器优化布置方面，目前以满足机械系统状态监测故障诊断目标或者实现机械系统PHM需求进行监测点优化布置的研究较为少见。

基于上述原因，十分有必要开展大型机械设备状态监测及故障诊断基础理论研究，将状态监测故障诊断与现代设计理念结合，建立机械设備监测点优化布置方法和大型机械系统可检测性设计内涵理论，形成从设计-状态监测-故障诊断-维修-报废-再设计等全生命周期内的机械设备健康管理闭环体系，进而提高产品的市场竞争力，适应大型机械设备以可靠性为中心的现代维修体制的需要。

参考文献：

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