机械设备故障诊断与监测的方法解析及其发展趋势

2022-11-26付昱

电子测试 2022年12期

付昱

（内蒙古开放大学，内蒙古呼和浩特，010018）

0 引言

随着科学技术的不断发展，机械设备的自动化制造已经逐渐趋向于智能化、精细化。生产设备对于我们生活的影响不断提升，设备的制造成本也在快速提高。如果一台机械设备在运行过程中出现障碍，但是负责监管的工作人员却并不关注，那么就会给工厂造成巨大的经济损失，还会导致更加严重的后果。比如说，在1986年时，美国的一家核电站因为设备发生故障，导致大量的废料泄露，造成很多的工人生命危险受到损伤，造成严重的经济损失。通过对于各种类型的机械设备定期开展故障检测，对于故障的发展形势进行预判和分析，可以帮助更快的找出机械损坏的实际原因，采用各种方式对于机械设备进行维护，确保机械可以稳定持续的运转。由此可见，对于机械故障点的诊断，对于促进机械设备在现代能源企业生产环境中的应用具有关键意义。

1 诊断和监测技术的发展及现状

（1）在第二次世界大战中，因为大多数的军事装备性能并不完善，没有达到较高的科技水平，所以缺乏专业的研究方案和技术维修手段，这样严重影响了军事装备使用性能的进一步发挥。到了上世纪60年代时，机械内部的半导体结构快速发展，使得由集成电路所形成的电子设备出现在大众的视野当中，电子设备的发展第一次达到了高潮，在七十年代时，衍生出了一种新的技能方法，逐渐演变形成了数字信号和分析技术，快速的带动了机械设备的故障诊断技术发展，并出现了很多监测技术。

（2）就国内的机械故障诊断技术来看，整体上和其他发达国家相比实力比较落后，只是从上个世纪才开展发展故障方面的研究，目前还处于初级发展阶段，经过了几十年的研发，发展速度获得了飞速提升，但是就实际情况来看，在机械诊断方面，其还没有完善的检测制度，需要进一步提升机械设备的稳定性。

（3）经过了几十年的发展，机械故障诊断技术已经逐渐演化发展，形成了比较严密的科学体系。就现当前的技术方法来看，应该将一些技术重点方案都落实在深度应用上。随着大量新兴技术的出现，技能的不断研发，越来越多的电子设备被创新，对于信息技术的处理和优化具有关键作用，为机械故障诊断整体发展注入了鲜活生命力，有效强化了我国机械制造的发展水平。

2 设备机械故障分析诊断与性能检测对新技术的重要意义

（1）机械故障状态自动监测和机械故障状态诊断信息技术都可以快速推动社会经济水平的提升。现代机械生产技术的优化提升已经逐渐转变成为更加大规模、质量精度更高、性能更完善的机械，此后，生产率质量已经得到了大规模的提升，获得了可靠的质量安全保障。但是，经过生产过程中一系列的突发性故障，可能会对于设备的持续经营带来危害，造成巨大的经济损失。因此，对于连续和已经实现自动化生产的事业单位，需要实时监控生产设备的状态，一旦发现设备有出现故障的情况或者已经出现部分零件损坏的情况，就需要及时进行补救，做好记录工作，避免造成严重的经济损失。

（2）应当广泛使用一些专业性较强的机械安全设备来强化检测，借助一些新型的技术工具来实现机械生产的可持续发展。近些年来，科学技术发展日新月异，已经完全改变了人们的日常生活，让人们的日常生活更加便利、更加科学化。比如说，在进行人类核能控制时，一旦发现出现了新的核能，如果不能加以利用，就会严重影响人们的生活。技术发展往往是两个层面的主要内容，虽然技术的发展会带给人们更多方便生活的利处，但是如果不是适度的使用和利用，那么就会造成非常严重的社会危害。随着现代工业发展形势越来越迅猛，污染物的问题已经变得更加严重，因此，需要尽可能不断优化设备，调整空气中的污染物含量，尽可能优化设备内的能量消耗情况，真正的实现绿色的机械设备设计。除此以外，还需要考虑到设备的老化和年久失修都会加剧机器的污染，从可持续发展角度来看，对于设备运行状况的检测是必不可少的一个环节。

（3）机械设备的检查和错误诊断需要维护方面的改进。我国在机械设备维修方面原先一直沿用前苏联的维修管理体系，除非是发生了严重的故障以后进行维修，还结合的市场的数据统计方案和产品销售计划对于小型设备进行了回收维修。但是，这种已经发生故障在进行修复的工作并不能从根本上解决机械设备使用寿命较短的问题。除此以外，设备后期的维护费用是巨额的，也可能会因为故障导致发生巨大的经济损失。现代机械设备的维护精度要求科技含量较高，在定期维护环节中，常常可能需要进行重新的装修和拆卸，需要定期开展维护工作。重复性高的工作模式很有可能会影响一个设备的精度。由此可见，并不能在最先购置机械设备以后就不管不顾，等到发生故障以后再进行干预。对此，企业相关部门需要实时监控机械设备的运行状态，利用信号接收器随时反馈机械设备运行的参数，不仅仅可以了解到机械正常情况下的运行状态，还可以结合设备中的数据进行实时分析，这样一旦出现数据紊乱的情况，就可以及时了解到情况，从不同程度上减少了安全事故的发生，并且可以通过监控电子设备的情况来进行诊断分析。

3 机械设备故障诊断与监测的常用方法

3.1 振动监测诊断法

任何机械设备在运转过程中，因为零部件和纽带之间的摩擦，都会产生不同程度的波动，也会伴随着短期或者随机性的振动，而振动很有可能会在一定程度上产生较大的振幅，代表着能量的大小，其中频率则是机械发生振动的重要表征。因此，可以通过检测设备的振动情况来判断设备是否有发生故障的前兆。借助对应的检测仪器，可以了解到机械设备的实时振动情况，进而完成对于故障的诊断。使用频率较高的此类型仪器有内部有磁电通过的电压传感器等设备，且因为压电加速度传感器具有更高质量的精准度，并且体积较小，被大量工厂广泛使用。在对于机械设备开展振动检测的过程中，不仅仅需要使用传感器，还需要结合仪器的具体运行情况和使用说明进行利用。这种方法一般在机械设备轮轴发生故障时常常被使用

3.2 噪声故障的监测法

在日常的机械设备运行过程中，设备信号和振动信号的传递过程中都会携带大量的信息。因此，需要对于机械设备进行噪声检测，可以实现对于机械设备故障的提前检测。一般情况下，对于振动信号的检测往往需要对应的检测仪器来进行安装，在高温或者化学产品较多的环境下不适合使用这种设备，因此，无法实现对于振动设备的测量，而噪音信号并不会受到这些情况的影响，任何情况下对于设备的噪声信号采集都可以实现高质量、高精度的分析，从而有效对于故障进行诊断。在传统的噪声监测环节中，一般情况下会使用听诊法来检测设备的状态，但是需要听诊人员有着丰富的操作经验和科学的设备操作知识才能够实现对于噪声情况的判断。在当下阶段，对于噪声进行检测，是专业人士所采用的检测办法，是对于传统听诊模式的优化，结合设备正常运转情况下的能量模式转化和故障情况下的声能量进行对比，实现故障的快速诊断。

3.3 红外测温法

在使用这类方法时，可以利用红外线仪器针对于设备的不同位置以及外侧的温度进行运行状态的分析和判断，了解是否可能会导致出现故障情况。红外测温的仪器使用原理主要是黑体辐射，设备表面温度越高的情况下，所发射红外线的能力也就越强。如果一些部分可能会发生故障，那么就会造成短时间内的温度升高，在此位置上就会造成一些管道堵塞的情况，导致机械设备发生损坏。在此方法中，红外测温所使用的仪器对于操作的精准度具有直接关系，可以实现非接触情况下的机械设备测温，还可以结合数据信息，利用科学算法对于机械设备的运转情况进行判断，综合周边的环境温度做出判断。这种方法在实际应用环节中，可以规避不良天气带来的影响，进一步提升操作精度，强化信息的储存。

3.4 油液磨屑的分析法

在分析机械设备的运行情况时，可以对于油液的磨屑进行判断处理，这也是判断故障的另外一种情况。在使用这种方法时，需要参考设备零部件之间的润滑程度和液压实际情况，因为磨屑粒型一般是因为设备内部零部件发生磨损所导致产生的污染，可以结合其情况来判断机械内部受到磨损的零部件以及磨损程度，针对于实际进行分析。在分析油液时，可以针对于元素的不同分析波的长短情况，不同的元素在受到能量波动时，会激发设备的影响情况，使得不同的波长对于设备带来不同影响。因此，使用这类型信息就可以明确设备的具体受损位置。使用这一方法可以快速判断设备出现问题的情况以及具体部位。

4 机械设备故障诊断与监测发展趋势

4.1 信息融合发展

近些年来，现代信息技术发展日新月异，人们获得信号的方式越来越多元化，而在获取机械设备信号过程中，如果准确判断信号的精准性，及时获得信息是比较关键的。在对于机械设备进行研究时，不仅仅需要信号采集装置来获得更多信号，还需要借助现代化智能信息融合技术来科学分析信号内容，才可以准确了解设备的运行状态以及是否存在发生故障的可能。在对于信号频谱的分析时，需要对于信号实现融合性发展，科学使用一些数字技术来调整信号领域，对于频率进行分析，但是不足之处是不能同时对于频域进行分析。除此以外，小波变换可以同时对于不同设备的频域进行数据转换并做出分析，实现对于局部信号的快速分析，同时可以对于小波进行动态化的波长分析，进行有效的动态化操作，及时作出定位，搭建数学模型[1]。

4.2 智能化决策算法

在人工智能发展的过程中，如何将人工智能算法调整在合适的范围当中一直是学术领域所研究的热门话题之一。随着技术的不断深化研究和方案改进，对于智能控制和机械设备的故障判断研究领域越发深入，通过借助遗传算法在故障判断中的有效应用，能够实现高精准度的故障判断，这也是未来研究领域中的重点规划内容。将模糊应用理论纳入到设备故障的评估范围之中，可以搭建专业的三维立体模型，对于设备的实际情况进行分析，然后只需要在其中模拟较为合适的参数，就可以精准解决问题，不需要搭建专业的数字模型就可以快速解决问题，所消耗的时间较短。通过对于神经网络的判断和分析，可以进行多元化的联想和总结，同时对于多个问题进行处理解决，对于故障的提前判断具有显著性优势[2]。

4.3 网络化集成资源

在信息技术快速发展的今天，工业控制技术局部区域网在数控领域已经有了显著发展成果。在数据的收集和方案整理总结过程中，局域网所发挥的作用是极为关键并显著的，可以将机械设备的故障诊断方案和局域网结合起来，实现高精度的准确判断，利用局域网收集机械设备使用过程中所产生的信号来对于计算机进行连接，借助设备对于原来的信息搭建传输平台，进行有效的归纳整合，通过计算机强化的信息功能，快速分析设备是否存在障碍，保证机械设备的可持续运转。

4.4 容错控制

在使用容错控制的过程中，一旦机械设备发生故障，系统可以及时停止机械设备的运转操作，自动去除故障，并且结合实际情况重新搭建系统内部结构，保持系统的持续运转，虽然运行的性能可能会下降，但是可以尽可能满足周转需求。在进行系统容错控制时，需要不断优化功能，实现高质量的内部模式拓宽，比如说在设置设备装置时，系统内部可能会存在着自我调节的功能，也就是可以帮助设备调整内部构建的一种核心装置，在设备运行过程中参数比较多元化，可以通过压力的调节，来改变设备的运行模式，为设备的可持续运转提供充分支撑。智能化容错的发展是工业未来智能化发展的大趋势，应当不断改进并提升其发展水平[3]。