人工智能在线监测技术在烟草机械故障诊断中的应用

2020-11-21杨光露魏新峰

机械制造 2020年11期

□ 吴东 □ 杨光露 □ 魏新峰 □ 索粮

河南中烟工业有限责任公司南阳卷烟厂河南南阳 473007

1 研究背景

我国是世界上最大的烟草消费国,烟草机械设备的故障诊断技术受到重视。伴随着科学技术的快速发展,人工智能及互联网技术的应用促使烟草生产迈进智能化阶段。对烟草机械故障的预测管理进一步提高了烟草机械设备整体健康状态监管水平,为烟草的生产提供更为安全、智能的系统功能。现代化烟草机械生产过程精度高,结构复杂,当无法预测的故障出现在生产线上时,会导致烟草企业产生经济损失。人工智能在线监测技术可以对生产中的烟草生产线进行实时故障警报,同时在不影响整体生产线运转的情况下,提高烟草企业的整体运作效率,进而产生经济效益[1]。笔者对人工智能在线监测技术在烟草机械故障诊断中的应用进行研究。

2 故障诊断作用

故障诊断技术可以对烟草机械运转过程中的状态及零件故障进行智能识别,对潜在的故障或已出现的故障进行预警,并查明原因,整体提高烟草机械运转的效率和安全性[2]。

3 故障诊断技术研究方向

对烟草机械进行故障诊断主要可以从简易诊断和精密诊断两个方面入手。

简易诊断主要是对烟草机械的零件及数据进行诊断,在诊断时与工作人员提前输入的正常数据取值范围进行对比,判断烟草机械的工作运行状态,以及故障所在的生产线环节。简易诊断应用优势在于能够对烟草机械的振动进行实时监控,为工作人员提供方便、快捷的监管方式。

精密诊断不仅囊括了简易诊断的应用特点,而且可以同时对烟草机械的故障原因、故障点具体位置、故障严重程度进行诊断,进而为烟草机械的故障检测提供更为灵活的监管技术。需要注意的是,精密诊断需要经过特殊培训的工程师来进行操作,通常只在大型烟草机械的运行过程中进行应用[3]。

4 烟草机械检修及维护

当前烟草机械与科学技术的不断发展融合使烟草生产设备逐渐向智能化、高效化、大型化发展。传动机构的复杂性、精密性造成了烟草机械潜在故障的复杂程度高,同时,出现的故障也呈现出随机性及突发性。当烟草机械出现故障时,生产线的运行状态势必会受到影响,最终给企业带来经济损失。因此,传统的烟草机械故障检测系统已经不能适应高速发展的烟草企业生产运行需求。针对当前烟草企业的发展形势,笔者对烟草机械检修及维护问题主要从三个方面进行具体分析。

(1) 对烟草机械进行定期检修会浪费大量人力、财力成本。烟草机械的精密程度逐年呈上升趋势,自动化水平的提高对检修的精确水平提出了较高的要求。如某卷包生产机组,机龄时间越长,对境外检修的要求越高,平均每次境外检修需耗费设备售价的一半,对于企业而言,检修的成本负担较重。

(2) 对烟草机械的检修在一定程度上提高了烟草机械设备的故障率。根据对国内外资料统计研究,发现了两个问题。

问题一, 在烟草机械检修的过程中发现,原本运行较为稳定的设备在经过检修后出现的设备漏洞问题相较之前比例提高近30%,并且生产中运行的烟草机械线路老化现象加剧,检修过程逐渐复杂化。尤其是烟草卷烟机、包装机等运行过程较为精密复杂的烟草机械,定期检修反而会提高故障率。由于监测技术未达到期望程度,因此对于很难掌握运行状态的烟草机械依旧采用定期检修。

问题二,在检修过程中,由于工作人员操作不当,容易造成检修工作失误,或在规定的检修时间内无法完成规定的检修任务,由此出现检修完成后效果低于检修前的理想情况,需要经过一段时间再次调试,才可以达到正常烟草生产线的要求[4-5]。

(3) 定期检修易造成烟草机械使用寿命缩短的现象出现。烟草机械属于精密的高速运转机械,内部零部件组装结构较为复杂,且组装要求零部件的链接状态稳定。所以,在检修时进行拆卸必定会使烟草机械的零件稳定状态受到冲击,导致烟草机械的使用寿命缩短。可见,有必要使用人工故障检测技术对卷包设备的检修工作进行实时监管,对相应的数据群进行自动分类及筛分,将烟草机械的检修工作精密执行至全部过程,整体提高烟草机械的有效性[6]。德国HAUNI公司的烟草机械如图1所示。

▲图1 德国HAUNI公司烟草机械

5 人工智能在线监测技术发展趋势

5.1 烟草机械故障监测

随着科学技术的发展进步,烟草机械的故障诊断技术已经有了突飞猛进的发展,人工智能在线监测技术在烟草机械故障诊断中应用的发展趋势包括六个方面。

(1) 人工智能系统的研究。对人工智能系统进行研究已经成为当代烟草机械故障诊断的主流,机械故障诊断专家系统为烟草企业的经济效益带来较大程度的提高。但是,基于此技术的工程研究案例较少,未达到企业的期望。

(2) 信号输送技术的研究。从时序分析、时域分析,到目前应用的维格纳谱分析和小波变换等信号传播新技术,都对传统信号传输的缺陷进行了弥补。

(3) 网络诊断系统的开发及应用。相对于传统单机版本的诊断技术,延伸至以互联网为基础的分布式诊断技术对烟草机械故障诊断系统的结构进行了优化,操作的实时性加强。

(4) 神经网络技术的研究。旋转机械诊断技术已经被广泛应用于烟草机械故障诊断系统,并取得了满意的效果。

(5) 专业便携式诊断仪器的开发。人工智能和专家系统发展越来越快,更多具有便携性、专业性的烟草机械故障诊断技术为烟草机械提供了实时运行状态故障数据对接,已成为市场应用的主流。

(6) 人工智能传感器技术的研究。传感器技术能够实时反映烟草机械的动态数据,业内对烟草机械中的速度传感器、极速传感器、温度传感器进行了创新设计开发,研制出光导纤维传感器、激光传感器等新型传感器[7-9]。基于人工智能的部分故障诊断专家系统见表1。

5.2 烟草机械故障诊断系统智能化

当前,高新技术手段飞速发展,烟草机械中的故障诊断技术可以通过计算机互联网进行远程操控。在企业的生产线中建立故障监测点,对计算机收集到的高危数据进行统计,再由专业维修人员对烟草机械中的具体问题进行解决。这种结合计算机互联网的人工智能在线监测技术提高了企业专业维修人员对故障诊断的实时性,同时降低了出现重大机械事故的概率。企业中应用互联网远程故障诊断技术,需要不断完善企业生产线中的信号采集系统,主要包括信号处理器、计算机网络远程传输系统等。

烟草机械的零件精密度较高,出现故障时准确确认故障原因较为困难,监测技术水平的发展还没有达到相应的阶段,由此限制了智能故障诊断技术的发展。企业应当不断提高抗生产线人员的专业技术水平,鼓励员工在生产实践过程中不断完善自身的专业知识储备,依靠现有的监测技术,对烟草机械故障点研究出新的解决方案,完善智能故障监测系统。建议不断加大对智能烟草机械的投入与研究,降低后期维修的成本,使烟草机械在生产运行时提高抗干扰水平,以达到烟草机械故障智能化诊断效果[10]。