机械加工系统运行状态异常检测方法初探

重庆工业职业技术学院 杨刚

1 目前机械加工系统运行状态异常检测现状

相对于国外的的机械加工系统的运行状态检测水平，目前我国的整体情况还是很落后的，在现在的机械制造中我们面临很多的问题和挑战，其中检测技术的不成熟就是重要的方面之一，同时也直接影响加工业的发展水平。要想在现在高科技时代面前有所成就，就要在一定程度上提高检测技术的水平，发展和开发先进的检测仪器和设备。在现实中的机械加工运行系统中，异常检测的效益最为显著，另外作为加工系统运行状态的定量描述手段，异常检测也大大提高了加工系统的操作性，同时也扩大了他的使用范围。因此，运行状态的异常检测成为了机械加工业的主流。

2 机械加工系统运行状态异常检测原理

在一般的情况下，一个相对复杂的机械加工系统的故障大部分都是很有限的，在一个机械加工设备的正常使用生命周期中，每一个类型的系统故障只出现一次的概率是很小很小的。再有就是，现在的机械加工设备多种多样，这些不同的设备之间，即使是相同型号的设备在使用之前的安装条件和设备正常运行的使用条件不同，都会是设备的故障模式有很大的区别和不同。普通传统的检测方法很难实现设备的实时检测，异常检测技术就可以发挥它的优势，可实施性强。运行状态异常检测的原理很简单，就是运用统一化的正常机械加工中的运行状态来调节系统的运行状态。首先就是通过提取机械加工系统正常运行状态和当前运行状态信号特征，从而获得大量的状态特征量，然后再对当前状态和正常状态进行对比，算出偏离差，对偏离程度进行分析继而预报运行状态的变化趋势和走向。

异常检测是最早出现在IDS(Intrusion Detection Systems)中的概念，如对网络安全的检测等。目前我国的异常检测技术已经运用到了很多的方面，也提出了很多的方法，在对统计的异常检测和规范的异常检测等。在实际中，机械加工运行状态的异常检测是对加工系统性能是否退化的评估标准，它一方面避开了在采样过程中遇到的难点，同时还能调整运行不正常的机械加工状态，在对设备的不断调整和矫正中，也能渐渐地积累经验，完善修正系统的数据，从而实现对系统运行状态的定量评估。

3 机械加工系统运行状态异常检测方法和措施

随着科学技术的发展和网络信息技术的普及，网络计算机开始介入机械加工系统运行状态异常检测，使得机械加工系统的运行更加的信息化和一体化，对异常的运行状态的检测更加的有效。

3.1 借助图像实现异常检测

为了能够具体描述机械加工设备运行状态的异常程度，我们提出了异常偏离距离的概念，用来描述偏离距离的程度。图像化的描述简单、简洁、便于观察、一目了然。把加工系统设备运行正常的状态信号作为正常模式，把运行时的状态信号定为当前模式。将两个的状态信号转化为图形，如果两个图像匹配程度越高，表示运行状态越稳定越接近正常状态，相反就会偏离正常的模式。如果两者的图像一致，则说明当前状态处于正常，不需要调整。异常偏离程度如图1所示。

图1 异常偏离程度

3.2 运用公式实现异常检测

这种方法可以用来检测运行状态，没有图像法直观和简单易懂，但是它的优势是比图像法更加精确，在对运行状态的的数据矫正比较可靠。通过具体可靠的公式修正系数来反应系统的稳定性，由于数据的精确可以适用于专业的相关人员对数据的精确分析，一般情况下将正常模式作为一类，把当前模式当做一类，异常偏离距离就可转化为求类间距离。异常偏离距离的计算公式有两种，分别是重心法与平均法。

式子中：SC表示的是当前状态下的类重心，SN表示的是正常状态下的重心。

式子中，SCi表示的是当前类的状态特征向量，SNj表示的是正常类的特征向量。

4 总结

目前随着我国的经济发展和科学技术的飞速提高，加上我国现在城市扩建和人民生活质量的逐渐提高，在现在这种人们需求越来越高的大背景下，机械加工的应用越来越广泛。在机械加工中检测技术的现状不太乐观，不能满足生产需要，特别是在现代化的批量生产中，造成产品的质量不稳定，机械化运行不稳定，检测技术手段单一和不足，这些问题的存在要求我们大力发展机械加工系统运行状态的检测技术。作为一种对机械加工设备的运行状态定量描述手段，对运行状态的的检测一方面能提高在加工系统维护中的操作简易性，另一方面还扩大了它的应用范围，最重要的是还能为加工系统的性能做出在线评估。我们通过对异常数据的处理和检测，能及时获得相关的运行信息数据，通过图像法和公式法表现出来，在对出现的问题进行修正和补救，做到机械加工系统的正常运行。

[1]黄吉.机械加工系统运行状态异常检测方法的研究.中国机械，2013年17期.

[2]肖贵.机械加工系统运行状态异常检测方法及措施探讨.企业技术开发（学术版），2011年2期.