印刷机械故障监测及诊断技术研究

摘 要：印刷业的发展离不开高密度的印刷机械设备，生活水平的提高，对印刷品质类的需求越高，促使印刷机械的设备不断地更新改革。本文对印刷机械故障诊断技术进行了应用研究，分析了印刷机械目前在故障诊断技术研究方面存在着各方面的现状，比如：振动信号分析、声音信号分析、印刷图像分析、解析模型分析、知识分析等印刷机械故障诊断技术研究，针对印刷机械故障诊断技术方法的研究分析，对印刷机械故障诊断技术的发展方向进行阐述，进而得出对印刷机械故障监测要结合多元化的技术信息，进行全方位的监测分析，降低印刷企业的生产成本、提升印刷企业的生产质量。

关键词：印刷机械故障;监测;诊断技术;研究

引言

科学技术的进步，印刷机械也在不断地改革和创新，不断向集成化、高速度、高精度、高自动化、高智能化的方向发展，印刷机械的设备也在不断地更新和改革，从而增加印刷机械发生故障的可能性。一般情况下印刷机械都是在高速运转的，一旦发生故障就会对企业的生产成本和生产效率产生影响。在印刷企业中对印刷机械故障的检测还运用人工经验和对设备调试，这样不但会增加企业人力和财力，还对企业操作人员的专业技术水平有更高的要求。计算机网络技术的创新发展，人们对生活质量的要求越来越高，使印刷机械故障诊断技术的方法也不断地进行更新。印刷机械设备在运行时会产生多种信号，对印刷机设备的性能、运行情况等进行采集故障信号源和诊断故障分析，印刷操作人员应准确的了解印刷机械的运动状态，及时的风险并解决出现的故障。印刷操作人员应建立完善的印刷机械运行状态的检测和故障诊断技术。

一、印刷机械故障诊断技术的应用研究

随着社会经济不断地提高，印刷企业对印刷机械设备的要求越来越高，包括速度、稳定性、停机率等等要求，对印刷机械故障自检功能的要求就越来越高，在印刷机械运行的同时对印刷机械进行故障检测。市面上现在生产出了全数字化的电子显示系统，就是对印刷机运行中产生的信号进行数字化，全数字化的电子显示系统使印刷机控制系统，检测系统和诊断系统相融合，全数字化电子显示系统可以对常见的印刷机械故障实现在线进行检测和实时维护的目的。印刷机器的零部件数量巨多，内部结构比较复杂，不可能真正的达到不停机进行故障诊断目的，相对一些较复杂的机械故障仍然需要人工进行检测。目前我国印刷机机械故障的诊断方法在研究起步阶段，没有专业性的印刷机械故障诊断分析系统，缺少印刷机械故障诊断分析系统的人才，所以，这将是国家未来在印刷机械方面研究的重点。

二、印刷机械故障诊断技术研究的现状

（一）对于振动信号分析的印刷机械故障诊断技术研究

振动信号是印刷机械故障诊断中最简便的方式，声音信号是振动信号中最特殊的信号。印刷机在工作的时候会产生传动的摩擦，印刷机各个零部件之间一直会产生振动，振动信号与印刷机机构和运动特征存在着紧密地联系。[1]印刷机发生机械故障的时候，振动信号也会发生变化，印刷机出现不同的故障就会发出不同的信号，根据发出的信号选择出需要处理的信号并进行分析研究，从信号中判断出相应的故障类型。随着计算机信息化技术的发展，先进的诊断技术已经应用到了印刷机故障诊断中，对印刷机工作的稳定性、高效性、可靠性具有重大意义。从轮转印刷机的印刷单元进行分析运动部件的振动特点，通过对振动信号的处理，进而得到振动信号和印刷图像之间的关系;根据对电机转子中的故障频率分量进行分析研究，进而得出了双滑动频率和离散小波变换的诊断技术，有效的对印刷机故障信号进行解析;对于旋转机械出现故障的原因，运用计算机系统对振动信号进行采集，结合计算机系统建造印刷机故障的模型，对印刷机械故障进行正确的识别。

在目前印刷機械故障诊断中有许多新型的研究方法层出不绝，印刷机械工作的时候产生的信号，从时域和频域进行对振动信号的分析，在运算不同频带声音信号故障率的基础上创建印刷机故障频率识别的听觉模型。印刷机相关的研究人员从各个角度对印刷机的信号进行了研究分析，提高对单一性故障及时准确地判断，印刷机在运行的时候，印刷机中的各个零部件信号之间相互干扰，致使振动信号研究分析加大难度。振动信号的采集运用的时接触式的测量方式，在某种情况下不能直接受到振动信号，研究人员收到的振动数据都是离线数据，不是印刷机正在运行的实时数据。所以，印刷机在振动信号分析故障诊断技术在实际的运用中有一定的局限性，无法达到预想的结果。

（二）对于声音信号分析的印刷机械故障诊断技术研究

声音信号的故障诊断技术是运用快速傅里叶变换等方法对其进行分析研究，目前声音信号诊断技术已经应用到轴承和齿轮的故障中。[2]对于声音信号在印刷机械故障诊断方面处于前期实验的阶段。在对于听觉模型的印刷机械故障的诊断技术，对印刷机运转的时候对声音信号进行采集，并结合滤波器进行消除杂音，进而对印刷机的故障进行分析研究。印刷机的振动信号和声音信号相融合，对轴承进行故障分析，使分析故障原因具有较高的准确率。声音信号分析的方法就是为印刷机械故障诊断提供了有效的理论基础，因为印刷机械在运转的时候存在很多的噪音，对信号采集的设备要求比较高。在降低计算机硬件设备成本的时候，提高对声音信号分析的准确率。

（三）对于印刷图像分析的印刷机械故障诊断技术研究

传统的印刷机数据驱动的故障诊断技术一般需要操作者具备一定的理论知识的基础，现在企业运用的都是大型的机器设备，好多设备已经无法运用人工进行分析印刷机故障数据。目前计算机技术水平的迅速发展，图像分析印刷机械故障诊断技术主要在印刷品质量检测上进行应用，在印刷机械上安装图像识别装置设备，用于对印刷品实行图像识别、印刷机器设备状态的监测，从印刷品和样品比对进行故障诊断，倘若出现问题，就会获得大量的故障诊断信息。[3]传统的图像识别系统只对印刷品的色标进行检验，图像检验技术实现了整张印刷品的检测，增加了检测的准确率。生产出高质量的印刷品是印刷机械的最终目标，操作人员可以从印刷品中看出印刷机器工作状态的信息和丰富图文信息。图像信息是一种非常重要的故障诊断信息，图像信息处理技术是人们无法运用眼睛去识别的信息和规律，对印刷机运行状态的特征进行详细的解析，进而实现对印刷机械故障的诊断。对当前印刷机故障诊断特点单一化、精密度地等现象，分析研究了印刷图像故障对其他故障之间的相关联系，运用图像边缘距离的全画面印刷方法，并进行高密度的检测，提高印刷图像故障诊断技术的有效性;通过图像分析的机械故障诊断技术的方法，运用多元化的统计方法解析印刷单元的故障和特征的映射关系，运用画面感对机械故障的类别进行判断，提供了新的理论方法为印刷机故障诊断奠定了基础，增加了印刷图像分析印刷故障诊断技术的重要性。

图像信息识别技术具有纹理，形状，颜色等等特征信息，图像信息识别技术的特征是印刷机械运行的过程中多种因素之间相互干扰和耦合的结果，操作者除去多余的信息挖掘有效的印刷机械故障信息，科学合理地建造印刷机特征和印刷机故障模式之间的关系。运用图像识别技术逐渐的提高印刷图像识别的清晰度。

（四）对于解析模型分析的印刷机械故障诊断技术研究

运用现代化控制理论和优化方式的特征，对于模型的印刷机诊断方法可以实现对印刷机系统的动态环境进行准确监测和评估，及时地发现印刷机故障，降低经济损失。针对轴承故障运用核主成分分析法和耦合模型的诊断方法，在轴承各个通道中对振动信号进行采集，获取对轴承的特征的主要信息，对获取信息进行融合和诊断;对滚动轴承振动信号进行分帧处理，运用小波包的方式获取信号的数据，在运用主成分分析法进行分析处理，有效地实现对印刷机实时状态的检测和控制;对印刷机械齿轮在正常、早期的裂纹和磨损状态下进行的振动信号的分析研究;对印刷机旋转结构中多裂纹的定量识别问题进行诊断，运用小波模型获取不同裂纹转子的固有频率，运用曲面拟合技术建造转子数据资源库，对转子多裂纹进行全方位的识别分析。建造系统化、合理化、正确化的解析模型是在解析模型的印刷机故障诊断技术方法的前提下，因为印刷机系统结构和运行规律的复杂多变，不能及时的建立与印刷系统高精度的相匹配的解析模型，倘若系统模型过于简单化，就会对印刷机械故障诊断有所影响。针对解析模型的诊断技术方法对建立简单的印刷机零部件是有一定的诊断效果，但对于印刷机整机监测和故障诊断存在着严重的不足。

（五）对于知识分析的印刷机械故障诊断技术研究

印刷机械设备的产生故障的原因有很多种，其中就包括纸张的特殊性、油墨可变因素和印刷工艺等等，印刷机械故障有时会出现一种现象或者多种现象的出现，对于印刷机械维修的要求单靠维修人员是不可能实现对印刷机械故障的诊断和分析的。对于知识的印刷机械故障诊断技术方法就上在操作人员的经验积累和大量的故障案例的基础上，与知识信息相融合，对印刷机进行快速及时地找到故障并进行维修在某种程度上有一定的意义。[4]对于知识的印刷机械故障诊断技术不需要建立精密的数学模型，知识故障诊断技术包含：专家系统、案件推理、模糊逻辑、神经网络、故障树、向量机等等。印刷设备的操作人员运用分析故障的环境，需要将印刷机械设备的振动数据输入神经元模型，运用神经网络对模糊相结合，对印刷系统进行解析，提升印刷故障诊断系统的预测精密度;运用经验模式进行分解和能量算子对轴承设备故障信号进行研究，知识故障诊断技术的演技方法可以对故障轴承的频率和谐波进行采取，有效的反应印刷机械设备故障的严重程度;运用循环网络神经和模糊审计对印刷设备齿轮的磨损、齿轮缺口以及处理断裂进行详细的测试和分析，利用实践推理该方法的准确性，对印刷机械设备旋转机械的损伤具有主要的作用;利用支持向量机分类器对印刷机械设备滚动轴承故障进行诊断技术进行分析，应提前对振动信号进行处理，增强人工神经网络的时效性。

对于知识的印刷机械故障诊断技术方法在某种程度上彻底解决印刷机出现的简单故障，知识有基础知识和深化知识的区别，对多种因素造成的印刷机综合故障的诊断没有效果，对产生复杂多变的故障进行了限制，大大降低了印刷机故障诊断技术的准确率。有部分知识的印刷机械故障诊断技术没有打破传统的故障诊断的范围，致使知识故障诊断应用的方法在印刷机械设备上存在局限性。

三、印刷机械故障诊断技术的展望研究

计算机网络技术、人工智能化技术、电子控制理论技术、信号处理技术以及图像模式识别技术等等都在不断地更新和发展，目前印刷机械向高精密、高质量和高效自动化为一体的智能化设备的方向发展，印刷行业急需解决的核心任务就是如何有效地提高印刷机械的可靠性和稳定性。[5]对印刷机械状态的监测和故障诊断技术在印刷机械生产、调试、装配以及出厂等等各个阶段发挥的作用不断地进行完善和改革，及时地发现和判断在印刷机生产当中出现印刷故障的类型和位置，有效地减少机械设备维修产生的损失，大大降低印刷废品造成的环境污染，提升印刷机械的生产效率和资源利用率。对于印刷机械状态的监测和故障诊断技术分析，你认为印刷机故障诊断技术具有如下的发展走向：

第一，印刷机故障数据运用离线系统，收集到的振动数据信息不是真实的印刷机运行故障的反映状态，不可以正确描述印刷机械故障动态的演化和发展趋势。系统的印刷机在线数据可以反映印刷机的实时状态，对印刷机进行自动巡检诊断，可以实现印刷机故障数据的资源共享，进而提升印刷机故障诊断的方法。对印刷机运行中进行实时监测的数据进行有效的分析，通过数据可以反映出来印刷机的工作状态和微弱的机器故障，并及时地对印刷机故障的状态变化进行量化的解析，进而对印刷机故障进行有效的诊断和处理。

第二，印刷机故障诊断技术从传统的单一化诊断技术走向智能化诊断技术，将不同的诊断方法进行集合，比如：规则的专家系统与神经网络系统和模糊数学相结合、卷积神经网络和实力推理相结合，诊断系统之间的相结合实现了多种诊断方法的结合，诊断方法之间的扬长避短，全方位提升印刷机械故障诊断方法的准确性，目的就是为了解决印刷机高精密、高速度、高自动化的发展趋势和印刷机稳定性和诊断率之间存在的问题。

第三，印刷机故障诊断的主要依据就是印刷品缺陷的信息，印刷图像包扣印刷机故障信息和印刷机运行过程中的实时数据，一些有利的数据信息不容易被操作人员发现，将印刷机图像识别技术进行引入，可以有效地分析和监测印刷机故障的特征。印刷机械设备是一款内部结构复杂多变的生产设备，多种的印刷机故障有多种的变现方式，只针对印刷图像上单一的数据信息无法对印刷机进行全面的诊断分析，所以，需要借助有效的信息融合技术，通过印刷机图像诊断技术建立多元化的信息特征，对搜集的资料信息进行解析和处理，进而提升诊断信息的准确性和有效性[6]。

第四，对印刷机状态的检测和故障诊断技术的分析研究，印刷机故障诊断系统越来越系统化，从传统单一化的监测和诊断，到现在监测、定位、诊断、管理和训练为一体的综合化、系统化进行发展[7]。

结语

印刷机械设备运行状态的平稳性是保障印刷品高质量的关键因素，在印刷机械设备运转的情况下，印刷机械设备一旦出现问题，就会导致纸张和油墨等耗材的大量浪费，对环境造成污染。印刷机械设备在运行时会产生大量的信号数据，将不同类型的信号数据的现象进行结合，使操作人员第一时间准确无误的对机械刮故障进行诊断。计算机技术的提高，印刷信号数据的闺蜜不断地扩大，引入现代化的数据迅速快捷地提取关键性信息数据，印刷业未来的发展就是将故障监测装置完善化，模块化，提升印刷品的高质量、高水平。

参考文献

[1]侯和平，徐卓飞，刘凯，赵庆海.一种印刷机械故障标识检测新方法的研究[J].西安理工大学学报，2018，34（02）：166-171.

[2]侯和平，徐卓飞，刘凯，赵庆海.一种印刷机械故障标识检测新方法的研究[J].西安理工大学学报，2018，34（02）：166-171.

[3]贺小辉，陈云，韩彦岭，应志雄.案例推理在印刷机械故障诊断中的应用[J].机械工程师，2004（09）：16-18.

[4]娄斌超，严晓满，孙刘杰，郑桢德.印刷机械故障诊断系统[J].上海第二工業大学学报，1996（02）：32-38

[5]郑桢德，徐东.印刷机械故障诊断技术及其应用前景[J].出版与印刷，1992（01）：24-26.

[6]齐素平.印刷机械故障监测及诊断技术研究[J].数字印刷，2019（06）：11-15.

[7]毛学民.印刷机械的无轴传动技术及驱动故障排除[J].山东工业技术，2019（03）：11.D

作者简介：廖界丰（1978.05），男，汉族，浙江省海宁市人，中专学历，海盐吉龙机械股份有限公司，经理，工作及研究方向：印刷机、烫金机套印、套色高精度研发项目，分切机、涂布机、复合机复合工艺研发项目等等。