基于信息技术的机电系统状态监测与故障预警研究

张泽 郭桢 张晓林

摘要：机电系统的性能、质量对安全生产、环保生产、高效生产有着直接的影响，尤其是许多大型、高级、关键设备，其甚至还会决定资源的消耗程度。为了提高机电设备运作性能、工作执行效率就有必要加强对机电系统运行状态的监测力度。本文将以现代工业、现代产业对机电设备的需求为着手点，分析机电设备运行过程中如何利用信息技术保障完成监测工作，提高故障预警有效性。

关键词：信息技术；机电系统；状态监测；故障预警

前言：伴随科技工艺、现代工业的快速发展，机电系统渐渐开始朝向自动化、微型化、智能化、复杂化的方向发展。也正因如此机电系统的安全性也出现了越来越多的问题，如果忽视了对机电系统安全性的控制，加强故障预警、系统监测研究很有可能会引发人财损失问题。从某些角度来说机电系统是否可靠在一定程度上影响着环境、国家资源、社会稳定、国民生计，故需要引起社会的高度重视。而传统定期维修、事后维修虽然能够在一定程度上解决设备故障，但是却无法避免事故的发生且代价相对较大，因此我们必须将信息技术作为现代预知、维修检修方式。

一、机电系统信息化预警现状

当前国内外对于机电系统预警监测的投入很大，机电系统故障预测已经成为了世界热点话题。不容忽视的是故障预警难度非常大，是一门具有极强挑战性的工作[1]。当前国内外对机电系统信息化预警的工作可以被分为三个时期。第一个时期状态监测，该阶段工作目标为检测机电系统是否处于正常状态，能否正常运行。第二个时期为故障诊断，也就是当出现故障以后调查故障起因。第三个时期为故障预警，凭借着信息技术的优势，该阶段能够在故障没有发生时就预测与得知故障类型与检修方式。不论是国内还是国外对于预警信息技术的研究大多是面向关键、大型、高端设备，重点解决非线性、非平稳运行故障问题。

二、机电系统信息化预警监测技术

（一）技术路线

机电设备故障大多是由小向大演变的，该过程有着趋势性特征。也就是说如果可以提前分析与预示渐变故障就能够找到故障隐患、故障原因、排除故障，避免出现恶性事故发生。机电设备故障预警、故障研究信息化技术能够从设备运行规律、故障带来的影响特征着手，分析多长时间以后设备将会面临崩溃、停机、无法接受的运行状态，帮助检修人员掌握最佳的维修时机。对机电设备故障预警信息技术而言，其所发挥的作用非常突出。目前常见技术包括信号分析、健康监测、故障预警、预知维修、工程应用等技术。对于很多大型、高端、关键设备来说，信息监测系统能够帮助监测人员了解到设备故障反应、特征与趋势，结合其当前运行状态、过去运行状态判断设备使用寿命发出故障预警，以便及时制定保障措施。

（二）主要技术

机电系统性能的降低是一个渐进的过程，并非是瞬时的过程[2]。从稳定到非稳定需要经历漫长的时期。信息技术能够全方位刻画与记录该过程，并将其演变规律、发展特点、劣化过程记录到系统当中，随后以此为基础分析故障原理、原因、模式，形成故障发展与故障原因映射体系，建立故障劣化动态模型，该阶段能够反应机电设备的磨损与轻微故障状态、传统系统信号状态、设备载荷变化与运行参数状态等。

因绝大多数机电设备都有着非常复杂的运行流程、运作体系，因此信息技术还要结合当前机电设备形式分析机电设备的运行能力，包括设备长期运行过程中故障趋势的特征提取。机电系统运行时外界环境与内在因素的变化都会导致信号变化，包括负载、工况等因素。有些时候故障发展信息会被许多非故障信息所取代、埋没。以能量为核心的功率谱与振动极值变化有些时候并不能反映故障变化与发展。传统能量变化状态趋势存在不稳定、无法有效预测的问题[3]。机电系统信息化技术在运行中需要把握好变负载特征、机电设备特征的分离与解耦，消除冗余信息，掌握准确的设备信息，建立预测模型。

三、机电系统信息化技术故障维修方法

如同治病一样，在得知了系统故障以后，信息技术还能在故障消除中发挥很大作用。大型、高端、关键设备的检修需要认真、慎重的处理，否则将造成巨大的经济损失。传统预测、检修方法不仅不经济、同时存在无法降低故障發生几率的问题。信息技术如今已经成为预知维修最重要的技术。为提高预知维修自动化、智能化水平，在使用这项技术检修时需要提前建立数据库、知识库，包括档案库、图谱库、案例库等，随后在检修的过程中就可以利用这些知识库中的数据信息，获得检修对策、检修方案。

预知维修信息单元包括信息决策、信息管理、信息反馈、信息传输、信息共享、信息处理、信息获取、信息融合、信息监测等等。

在检修中为提高故障预警维修实时性与效率，还要建立完整的服务结构，以此保障信息处理速度和存储空间。将任务发布在计算机资源池，利用大量的闲置计算机算能提高与保障算力。当前已经有很多企业将该系统、该技术与企业管理系统相结合，打造了信息决策、信息管理企业系统，该系统对于保障生产制造类企业可持续发展而言具有重要意义。

结语：使用信息技术维护机电系统的过程中需要结合不同设备的安全需求、技术情况选择管理模式。本文以机电系统故障的特征、规律分析了信息技术在故障预测、故障检修中发挥的作用得知，信息技术能够通过信息融合、信息集成等方式提炼机电系统检修有用信息，能够得到理性、有效的信息资源，保障故障预警准确性。利用大数据与实时动态信息处理故障、分析故障有着自动化、智能化、网络化、数字化的特点与优势，可以有效提高故障预警实时性。此外在档案库、知识库等资源库的支持下，预警系统的实用性也得到了保障。因信息技术能够提炼关键信息，所以信息技术还有针对性的特点。

参考文献：

[1]陈文娟.计算机信息技术在机电安装中的应用探讨[J].现代工业经济和信息化，2018，8（13）：62-63+65

[2]高虎.高速公路机电管理系统及信息化问题及解决措施[J/OL].中国建材科技：1-2