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電子機(jī)械故障診斷技術(shù)
電子機(jī)械故障診斷技術(shù)【1】
摘 要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，科學(xué)技術(shù)不斷的進(jìn)步，我國(guó)的電子機(jī)械設(shè)備應(yīng)用也得到了前所未有的發(fā)展，無(wú)論是在加工精度、還是加工效率方面都取得了令人矚目的成績(jī)。
但是，隨著機(jī)械設(shè)備加工精度的提升和加工效率的加快，機(jī)械設(shè)備的突發(fā)故障也在不斷攀升。
機(jī)械設(shè)備在高速的運(yùn)轉(zhuǎn)和工作下容易發(fā)生故障，一旦發(fā)生故障其損失巨大，不但維修費(fèi)用高，而且維修周期也很長(zhǎng)，一直是困擾企業(yè)的突出問(wèn)題。
如何應(yīng)用現(xiàn)代故障診斷技術(shù)建立設(shè)備故障預(yù)警制度，是目前亟待解決的難題。
關(guān)鍵詞：電子;機(jī)械;設(shè)備;故障;診斷;技術(shù)
在電子機(jī)械設(shè)備故障診斷過(guò)程中，診斷對(duì)象的故障過(guò)程是復(fù)雜多變的，在故障發(fā)展過(guò)程中，由于引起故障的因素在性質(zhì)、特點(diǎn)及作用方式上是不同的，機(jī)械功能狀況和所受損害的具體情況也不同，使得故障征兆和演變具有不同形式，診斷中往往難以迅速準(zhǔn)確地認(rèn)識(shí)故障的性質(zhì)，導(dǎo)致誤診。
1 電子機(jī)械概述
電子機(jī)械主要是以研究電子信息設(shè)備與電子系統(tǒng)的機(jī)械與結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與制造為核心的，努力提高設(shè)備或系統(tǒng)在不同的復(fù)雜環(huán)境中的電性能。
我國(guó)工業(yè)與電子裝備發(fā)展過(guò)程已經(jīng)超過(guò)40年，在電子設(shè)備的設(shè)計(jì)和制造商處于世界前列，但是也必須認(rèn)識(shí)到先進(jìn)的電子機(jī)械，不僅取決于電子設(shè)備的可靠性，也與結(jié)構(gòu)與工藝密不可分。
電氣設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及制造工藝在電子裝備中有融為一體的發(fā)展態(tài)勢(shì)，當(dāng)今的電子機(jī)械工程就是應(yīng)這種趨勢(shì)而產(chǎn)生的新興學(xué)科，國(guó)內(nèi)很多高校也設(shè)立了電子機(jī)械專(zhuān)業(yè)。
電子機(jī)械同以往的普通機(jī)械相比，有其自身的特性：從目的上來(lái)說(shuō)，電子機(jī)械旨在于提高電子設(shè)備的電氣性能系統(tǒng);從實(shí)現(xiàn)手段上來(lái)說(shuō)，電子機(jī)械主要通過(guò)在機(jī)械中加入電子信息技術(shù)等來(lái)實(shí)現(xiàn)電子設(shè)備的性能;從機(jī)電一體化的載體方面來(lái)說(shuō)，電子機(jī)械是電子系統(tǒng)，常規(guī)機(jī)械是機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng);從電子系統(tǒng)對(duì)機(jī)械的重要性來(lái)說(shuō)，機(jī)電一體化對(duì)電子設(shè)備至關(guān)重要。
2 電子機(jī)械故障診斷技術(shù)分析
所謂電子機(jī)械設(shè)備故障，就是指機(jī)械系統(tǒng)已偏離其設(shè)備狀態(tài)而喪失部分或全部功能的現(xiàn)象。
如某些零件或部件損壞，致使工作能力喪失;發(fā)動(dòng)機(jī)功率降低;傳動(dòng)系統(tǒng)失去平衡和噪聲增大;工作機(jī)構(gòu)的工作能力下降;燃料和潤(rùn)滑油的消耗增加等，當(dāng)其超出了規(guī)定的指標(biāo)時(shí)，均屬于機(jī)械故障。
電子機(jī)械故障診斷技術(shù)主要有以下幾種：
2.1 基于小波分析的故障診斷方法
小波變換是一種新的變換分析方法，它繼承和發(fā)展了短時(shí)傅立葉變換局部化的思想，同時(shí)又克服了窗口大小不隨頻率變化等缺點(diǎn)，能夠提供一個(gè)隨頻率改變的“時(shí)間-頻率”窗口，是進(jìn)行信號(hào)時(shí)頻分析和處理的理想工具。
基于小波分析直接進(jìn)行故障診斷是屬于故障診斷方法中的信號(hào)處理法。
這一方法的優(yōu)點(diǎn)是可以回避被診斷對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，這對(duì)于那些難以建立解析數(shù)學(xué)模型的診斷對(duì)象是非常有用的。
具體可分為以下4種方法： ①利用小波變換檢測(cè)信號(hào)突變的故障方法連續(xù)小波變換能夠通過(guò)多尺度分析提取信號(hào)的奇異點(diǎn)。
其基本原理是利用信號(hào)在奇異點(diǎn)附近的Lipschitz指數(shù)。
Lipschitz指數(shù)時(shí)，其連續(xù)小波變換的模極大值隨尺度的增大而增大;當(dāng)時(shí)，則隨尺度的增大而減小。
噪聲對(duì)應(yīng)的Lipschitz指數(shù)遠(yuǎn)小于0，而信號(hào)邊沿對(duì)應(yīng)的Lipschitz指數(shù)大于或等于0。
因此，可以利用小波變換區(qū)分噪聲和信號(hào)邊沿，有效地檢測(cè)出強(qiáng)噪聲背景下的信號(hào)邊沿(援變或突變)。
因此，利用小波變換可以區(qū)分噪聲和信號(hào)邊沿，有效地檢測(cè)出強(qiáng)噪聲背景下的信號(hào)邊沿奇變。
動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的故障通常會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的觀測(cè)信號(hào)發(fā)生奇異變化，可以直接利用小波變換檢測(cè)觀測(cè)信號(hào)的奇異點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)故障的檢測(cè)。
除此之外，小波變換可以看作一個(gè)帶通濾波器，從而可以對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波。
近年來(lái)，已經(jīng)出現(xiàn)了很多基于小波變換的去噪方法。
Mallat提出了通過(guò)尋找小波變換系數(shù)中的局部極大值點(diǎn)，并據(jù)此重構(gòu)信號(hào)，可以很好地逼近未被噪聲污染前的信號(hào)。
Donoho也提出了一種新的基于閾值處理思想的小波去噪技術(shù)。
利用去噪后的信號(hào)可以直接對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行故障診斷，也可利用此信號(hào)進(jìn)行殘差分析。
通過(guò)去噪獲得系統(tǒng)輸出信號(hào)來(lái)進(jìn)行故障診斷，方法上比較簡(jiǎn)單，但對(duì)故障的判斷受限于觀測(cè)人員自身的經(jīng)驗(yàn)。
2.2 光學(xué)檢測(cè)技術(shù)
由于故障診斷資料不足，對(duì)故障的認(rèn)識(shí)受到較大限制，給明確診斷帶來(lái)困難，有時(shí)所懷疑的故障的一般規(guī)律與故障征兆不完全相符，另外排除了一種故障的可能，因此故障診斷的推理過(guò)程往往也是模糊的，具有一定程度的不確定性。
近年來(lái)，光學(xué)技術(shù)得到了快速的發(fā)展并被應(yīng)用到工業(yè)領(lǐng)域，例如在數(shù)控機(jī)床中光柵系統(tǒng)的應(yīng)用。
光柵測(cè)量是利用光的衍射原理，通過(guò)疊放的光柵的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生與之同步移動(dòng)的莫爾條紋信號(hào)，然后通過(guò)讀數(shù)頭與后續(xù)電路，將導(dǎo)軌、工作臺(tái)的位置等信號(hào)轉(zhuǎn)變成信號(hào)讀出來(lái)，其讀數(shù)分辨率可達(dá)5nm。
當(dāng)兩塊相同的長(zhǎng)光柵跌合，如果柵線(xiàn)的夾角很小時(shí)，莫爾條紋的方向與光柵條紋方向近似垂直。
光柵盤(pán)上黑白刻線(xiàn)的相對(duì)移動(dòng)，會(huì)產(chǎn)生光強(qiáng)度周期性變化，此光信號(hào)經(jīng)光電池轉(zhuǎn)換成為周期性的電信號(hào)，對(duì)電信號(hào)進(jìn)行分析處理，就可獲得光柵相對(duì)移動(dòng)的位移量。
2.3 人工智能診斷
機(jī)電設(shè)備在運(yùn)行時(shí)均會(huì)產(chǎn)生物理變化或者化學(xué)性能的轉(zhuǎn)化，這樣勢(shì)必會(huì)造成設(shè)備的外在形態(tài)的改變，如溫度升高、電壓電流以及功率的變化等，檢測(cè)人員可以通過(guò)對(duì)設(shè)備的這些參數(shù)變化的分析來(lái)了解設(shè)備的運(yùn)行狀況。
故障診斷技術(shù)就是依照不同參數(shù)的不同變化規(guī)律，而預(yù)判斷設(shè)備是否出現(xiàn)故障及出現(xiàn)故障的具體位置，以便及時(shí)采取科學(xué)有效的措施，防止出現(xiàn)不必要的損失，提高了設(shè)備運(yùn)行效率和安全性。
近年來(lái)，人工智能和計(jì)算機(jī)技術(shù)迅速發(fā)展，在機(jī)械診斷中的運(yùn)用也越來(lái)越廣泛。
例如，用于大機(jī)組和燃?xì)廨啓C(jī)的診斷專(zhuān)家系統(tǒng)、采用概率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、自組織映象和徑向基函數(shù)網(wǎng)絡(luò)等的智能診斷神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等。
Zadeh曾將專(zhuān)家系統(tǒng)、模糊集合、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、概率計(jì)算和遺傳算法統(tǒng)稱(chēng)為軟計(jì)算。
將軟計(jì)算中各種方法集成，形成各種類(lèi)型的混合系統(tǒng)，如用于診斷的模糊專(zhuān)家系統(tǒng)、模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等，使各種方法互相取長(zhǎng)補(bǔ)短，相輔相成，是一種值得關(guān)注的動(dòng)向。
結(jié)束語(yǔ)
電子機(jī)械設(shè)備一旦由于故障，機(jī)械性能降低，無(wú)法正常運(yùn)轉(zhuǎn)，從而影響到生產(chǎn)效率。
而受到摩擦、外力、應(yīng)力以及化學(xué)反應(yīng)的影響，現(xiàn)代機(jī)械的零部件會(huì)出現(xiàn)磨損、腐蝕、斷裂等情況，致使機(jī)械產(chǎn)生故障而無(wú)法運(yùn)行，只有采取積極的防御措施，進(jìn)行及時(shí)的修理，能夠有效的避免機(jī)械故障的產(chǎn)生。
參考文獻(xiàn)
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航空電子機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)研究【2】
關(guān)鍵詞：航空電子 設(shè)備故障 診斷
0引言
當(dāng)今的軍事領(lǐng)域,對(duì)武器裝備的可靠性、保障性和可維修性有了更高的要求,而且隨著現(xiàn)代工業(yè)及科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展,特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,設(shè)備的結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜,自動(dòng)化程度也越來(lái)越高,不僅同一設(shè)備的不同部分之間互相關(guān)聯(lián),緊密耦合,而且不同設(shè)備之間也存在著緊密的聯(lián)系,在運(yùn)行過(guò)程中形成一個(gè)整體。
因此,一處故障可能引起一系列連鎖反應(yīng),導(dǎo)致整個(gè)設(shè)備甚至整個(gè)過(guò)程不能正常運(yùn)行, 輕者造成停機(jī),重者會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的后果甚至災(zāi)難性的人員傷亡,這就要求現(xiàn)代設(shè)備系統(tǒng)具有很高的安全性和可靠性。
目前,設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷已成為現(xiàn)代航空、航天和國(guó)防建設(shè)中的重要內(nèi)容,不容忽視。
1、航空設(shè)備故障預(yù)測(cè)和健康管理系統(tǒng)
由于航空設(shè)備的特殊性，其故障預(yù)測(cè)和健康管理系統(tǒng)原則上應(yīng)分為機(jī)載部分和地面部分，機(jī)載部分的功能與地面部分的功能顯然應(yīng)有所區(qū)別。
飛機(jī)在執(zhí)行任務(wù)的過(guò)程中，機(jī)載部分自動(dòng)進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)控和管理，自動(dòng)記錄和分析飛機(jī)及各系統(tǒng)的狀態(tài)，并進(jìn)行狀態(tài)的預(yù)測(cè)、故障的檢測(cè)和隔離，根據(jù)預(yù)測(cè)和狀態(tài)信息完成系統(tǒng)重構(gòu)，上述信息可在空中通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信傳遞給地面保障中心系統(tǒng)或存儲(chǔ)在黑匣子內(nèi);地面部分則側(cè)重于維修決策，根據(jù)信息進(jìn)一步確定故障部位，制定維修方案。
根據(jù)機(jī)載部分和地面部分特點(diǎn)，機(jī)載部分應(yīng)具有以下功能:狀態(tài)監(jiān)測(cè)功能，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能，分系統(tǒng)功能級(jí)故障預(yù)測(cè)功能，提供分系統(tǒng)故障對(duì)飛行任務(wù)的影響評(píng)估或警示。
地面部分的功能應(yīng)具有以下特點(diǎn):數(shù)據(jù)傳輸與存儲(chǔ)功能，狀態(tài)顯示功能，分系統(tǒng)功能級(jí)故障診斷與分系統(tǒng)部件級(jí)故障診斷功能，提出維修方案和維修規(guī)范。
故障診斷系統(tǒng)是根據(jù)診斷對(duì)象故障的特點(diǎn)，利用現(xiàn)有的故障診斷技術(shù)研制而成的自動(dòng)化診斷裝置。
故障診斷的各種理論與方法的研究最終都必須落實(shí)到具體的診斷裝置或診斷系統(tǒng)的研制上，只有診斷系統(tǒng)的研制成功才能產(chǎn)生真正的經(jīng)濟(jì)效益。
2、NFF的診斷與排除
在航空維修工作中經(jīng)常會(huì)碰到這樣的情況：飛行員反映空中出現(xiàn)某個(gè)故障，但地面檢查中卻不能復(fù)現(xiàn);機(jī)務(wù)準(zhǔn)備通電中發(fā)現(xiàn)某機(jī)件有故障，但再次通電時(shí)故障現(xiàn)象消失;甚至有些諸如“轉(zhuǎn)速急降”的危險(xiǎn)性信號(hào)都是時(shí)有時(shí)無(wú)，給地勤人員排故造成很大困難。
實(shí)際上，這就是所謂的“未發(fā)現(xiàn)故障”(NOFault found,NFF)，它是航空維修工作中較為常見(jiàn)的一個(gè)問(wèn)題。
進(jìn)行NFF的診斷，需要預(yù)先收集大量的相關(guān)信息、資料和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)等。
電子產(chǎn)品或設(shè)備的性能特征如電流、電壓、電阻等是反映其正�；蚬收蠣顟B(tài)的重要參數(shù)，通過(guò)監(jiān)測(cè)這些本質(zhì)參數(shù)的變化來(lái)發(fā)現(xiàn)故障，已成為當(dāng)前應(yīng)用最廣泛、置信度最高的故障診斷方法。
典型的方法包括電子產(chǎn)品的機(jī)上測(cè)試(BIT)以及非電子產(chǎn)品功能系統(tǒng)的故障診斷等。
在航空裝備維護(hù)工作中經(jīng)常測(cè)量大量的電壓、電阻等數(shù)據(jù)，基于本質(zhì)參數(shù)的方法可以用在目前對(duì)監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)的各種傳感器進(jìn)行NFF預(yù)測(cè)與健康管理，這些傳感器包括滑油溫度傳感器、滑油壓力傳感器、金屬屑傳感器等。
它們用電壓、電阻等形式隨時(shí)檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)工作狀態(tài)，評(píng)價(jià)發(fā)動(dòng)機(jī)性能指標(biāo)，有時(shí)的自身失效或工作狀態(tài)變化就會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)誤報(bào)故障或發(fā)生NFF。
將這些數(shù)據(jù)分門(mén)別類(lèi)加以統(tǒng)計(jì)，用時(shí)間序列分析方法建立差分方程形式的數(shù)學(xué)模型，再根據(jù)模型或得出的曲線(xiàn)趨勢(shì)圖進(jìn)行分析研究，可較好地掌握機(jī)件設(shè)備的歷史工作狀況，發(fā)現(xiàn)或預(yù)防NFF，并對(duì)下一步的工作做出維修建議，成為當(dāng)前航空裝備保障的新趨勢(shì)。
隨著飛機(jī)的更新?lián)Q代和使用時(shí)間的增長(zhǎng)，要重點(diǎn)關(guān)注導(dǎo)航系統(tǒng)、飛控系統(tǒng)和其它自動(dòng)控制系統(tǒng)電子設(shè)備故障和老舊飛機(jī)線(xiàn)路引起的潛在性、危險(xiǎn)性故障。
因此，為了預(yù)防或減少NFF的發(fā)生，應(yīng)采取以下措施手段：表面引發(fā)的偶然故障是由根本的故障缺陷導(dǎo)致的，因此生產(chǎn)商首先應(yīng)努力克服硬件或軟件的設(shè)計(jì)缺陷，將故障隱患降到最低限度。
建立相關(guān)的數(shù)據(jù)庫(kù)，將容易發(fā)生NFF的故障進(jìn)行技術(shù)統(tǒng)計(jì)分析，以便在某些工作時(shí)機(jī)根據(jù)對(duì)該機(jī)件的性能檢測(cè)決定是否提前更換該件，從而降低NFF的發(fā)生。
出現(xiàn)重要系統(tǒng)、重要故障時(shí)，要全面、系統(tǒng)地分析故障發(fā)生時(shí)的環(huán)境特點(diǎn)及飛機(jī)所處高度、速度、姿態(tài)等參數(shù)，及時(shí)檢測(cè)線(xiàn)路，認(rèn)真研究電路圖。
尤其應(yīng)加強(qiáng)空地之間的聯(lián)系和信息交換，確定該設(shè)備是否空地使用不一致或不同，以便能創(chuàng)造故障復(fù)現(xiàn)的條件。
3、結(jié)論與展望
3.1新的故障診斷方法的研究
主要是將一些新的理論應(yīng)用到電子設(shè)備的故障診斷之中。
如小波變換方法,信息融合方法及基于Agent的診斷方法等。
隨著新理論的不斷發(fā)展,這方面的工作仍是故障診斷的重要內(nèi)容之一。
3.2故障信息獲取的手段和方法的研究
故障信息的準(zhǔn)確獲取是故障診斷是否成功的關(guān)鍵之一。
像多傳感器信息融合在故障診斷中的應(yīng)用,一個(gè)重要的方面就是如何從不同角度獲取故障信息。
對(duì)電子設(shè)備來(lái)說(shuō),除了電壓和溫度信號(hào)外,能否從其它方面獲得故障信息,如電磁場(chǎng)信息等,這也是有待深入研究的內(nèi)容之一。
3.3遠(yuǎn)程故障診斷的研究
在軍事領(lǐng)域,如果各種戰(zhàn)傷的武器設(shè)備在現(xiàn)場(chǎng)夠得到及時(shí)的維修,對(duì)提高裝備的戰(zhàn)斗出動(dòng)強(qiáng)度、補(bǔ)充戰(zhàn)斗實(shí)力和保持一定的持續(xù)戰(zhàn)斗力都有重要的意義。
而現(xiàn)在的戰(zhàn)傷搶修都是由專(zhuān)業(yè)的維修人員在野戰(zhàn)條件下就地組織實(shí)施。
利用遠(yuǎn)程故障專(zhuān)家系統(tǒng)可以獲得遠(yuǎn)離戰(zhàn)場(chǎng)的專(zhuān)家的指導(dǎo),有效地提高維修效率和速度。
故障診斷是一門(mén)實(shí)用性很強(qiáng)的技術(shù),因此只有在實(shí)際應(yīng)用中才能體現(xiàn)它的價(jià)值。
目前在理論研究方面雖有不少進(jìn)展,但真正在工程實(shí)踐中成功應(yīng)用的實(shí)例還較少。
特別是真正實(shí)用準(zhǔn)確的電子設(shè)備故障診斷系統(tǒng)。
因此,如何將先進(jìn)的故障診斷理論與方法應(yīng)用到實(shí)際中去還有待深入的研究。
再者對(duì)于一個(gè)大型復(fù)雜航空電子設(shè)備進(jìn)行故障診斷分析時(shí),傳統(tǒng)故障診斷和智能故障診斷技術(shù)必須是相互彌補(bǔ)。
只有這樣以傳統(tǒng)故障診斷技術(shù)為基礎(chǔ),綜合利用智能故障診斷技術(shù),構(gòu)造高效而智能化的故障診斷平臺(tái),才是大型航空電子設(shè)備診斷和維修的一個(gè)很有前途的發(fā)展方向。
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數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)故障診斷維修論文10-08