機械故障診斷中的誤診斷與信息處理方法

薛傳波

【摘 要】對機械狀態(tài)的誤診斷是對機械狀態(tài)的一種歪曲反映，誤診斷原因是多方面的，包括診斷數(shù)據(jù)的不準確性、診斷依據(jù)的不可靠性、診斷推理的不合理性等。機械狀態(tài)的信息特性對機械故障診斷起重要作用，研究信息特性對提高故障確診率和故障診斷的可靠性具有實際意義針對獲取的故障信息具有不確定性，文章提出用粗集理淪處理診斷中的不確性的數(shù)學方法理論。

【關(guān)鍵詞】故障診斷；誤診斷；信息不可靠；研究

故障確診率的提高一直是研究的熱點，故障的誤診卻沒有引起人們足夠的重視。為了系統(tǒng)地闡述機械故障診斷中的誤診問題，給出了誤診的含義及分類；按照機械故障診斷推理過程的環(huán)節(jié)，詳細分析了誤診產(chǎn)生的機理和具體的原因，針對這些誤診的潛在原因，提出了減少誤診的方法和措施。提高機械故障診斷的可靠性，降低誤診率，在保證診斷數(shù)據(jù)準確無誤的同時，必須使診斷系統(tǒng)合理，同時具有開放性和可擴充性，使診斷知識不斷得到豐富和充實。

1.機械誤診斷的原因從診斷的結(jié)果與診斷對象客觀存在的差異來看，故障診斷的結(jié)論可分為確診、誤診和漏診，確診即為對診斷對象的故障判斷是準確無誤的

漏診則是對故障的遺漏。而誤診，顧名思義，就是錯誤的診斷，也可稱之為誤判。漏診實質(zhì)上也可歸為對設(shè)備的誤診。

1.1故障的復雜性

在故障診斷過程中，診斷對象的故障過程是復雜多變的，在故障發(fā)展過程中，由于引起故障的因素在性質(zhì)、特點及作用方式上是不同的，機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確地認識故障的性質(zhì)，導致誤診，具體表現(xiàn)在以下幾方面：

（1）故障的發(fā)展過程中，一種故障可能表現(xiàn)出多種不同故障征兆。如液壓系統(tǒng)故障診斷中，電磁換向閥故障可能導致系統(tǒng)壓力、流量不滿足要求，脈動可能加劇，還可能導致系統(tǒng)工作溫度升高等。而對不同診斷對象，即使是同一種機械，對同一種故障的反應也是有差異的。一個對象的反應可能快，另一個對象反應可能慢，一個對象的某征兆對某故障反應可能劇烈，而另一個對象反應可能較平穩(wěn)等。

（2）不同故障在發(fā)展過程中，可能出現(xiàn)相似的征兆，同種征兆可能對應多種故障形式。如回轉(zhuǎn)機械中，各種故障的發(fā)生，往往都伴隨著振動的加劇，而且在頻域分析時，在相同倍頻上，不同故障可能會有相似的表現(xiàn)形式。這種故障征兆的相似性，使我們在故障診斷中容易產(chǎn)生混淆。

（3）在很多情況下，隨著故障的發(fā)展，還可能引起繼發(fā)性故障，這種繼發(fā)性故障可能會掩蓋原來的故障，或原來的故障掩蓋繼發(fā)性故障，這都將造成故障診斷的困難。如液壓系統(tǒng)中，由于某種原因引起油液污染程度增加，這可能引起液壓泵運動副的嚴重磨損，磨損的顆?；烊擞鸵褐?，進一步加劇油液污染，液壓泵磨損將引起液壓系統(tǒng)失效，泵的失效是油液污染這種原發(fā)性故障所引起的，而原發(fā)性故障和泵磨損這種繼發(fā)性故障混在一起，相互促進，造成惡性循環(huán)，這增加了查找原發(fā)性故障的難度。為克服故障征兆的復雜性給故障診斷帶來的困難，必須開闊思路，不拘泥于典型故障一征兆的狹窄思路，從系統(tǒng)角度出發(fā)，進行由環(huán)境到機械，由局部到整體，由階段到過程的具體分析，將征兆、原因、故障機理有機結(jié)合起來加以研究，減少誤診率。

1.2診斷知識的不確定性

各種機械設(shè)備，由于復雜程度不同，工作環(huán)境各異，使我們獲得的有關(guān)故障的知識往往有不確定和不完善的一面。一般來說，我們不能等待某種故障完全發(fā)生后再得出結(jié)論，而必須實施早期診斷，及時采取措施避免故障的進一步發(fā)展，這樣，我們必須依據(jù)故障的部分征兆或無任何征兆情況下作出診斷，這不可避免地帶來誤診。 由于故障診斷資料不足，對故障的認識受到較大限制，給明確診斷帶來困難，有時不能將其有類似征兆的故障完全排除，有時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，又缺乏對某種故障作出識別的足夠依據(jù)，因此故障診斷的推理過程往往也是模糊的，具有一定程度的不確定性。針對這種情況，充分研究故障診斷對象，建立合理的模糊知識體和模糊推理機，利用現(xiàn)代人工智能原理實施診斷更符合故障診斷的性質(zhì)，將提高診斷的可靠性。

1.3理論的相對性

任何理論與實際的故障過程相比，總有局限性，機械設(shè)備作為一個與環(huán)境和人共同組成的有機體，是有差異的，理論只能大體概括故障診斷實踐中的具體情況，同時，理論又受到一定科學技術(shù)條件的限制，還存在尚待認知的領(lǐng)域。

1.4獲取數(shù)據(jù)的不準確性在實施故障診斷過程中，首先應獲取機械系統(tǒng)運行的有關(guān)數(shù)據(jù)

機械運行過程中，往往受外界環(huán)境及各種隨機因素影響，使獲取的數(shù)據(jù)具有某種程度的不準確性，容易造成誤診。因此須采取必要數(shù)據(jù)預處理手段，減少隨機因素的影響，剔除其中的趨勢項、奇異項等，提高數(shù)據(jù)準確性，這也是降低誤診率的必要條件。

1.5診斷人員不專業(yè)診斷人員的素質(zhì)也決定了診斷結(jié)論的正確程度

診斷人員的理論知識、實踐經(jīng)驗、方法知識以及執(zhí)行故障診斷時的態(tài)度都可能導致誤診。同時，診斷人員在綜合運用知識、理論聯(lián)系實際、善于解決實際問題等方面的能力也會影響診斷結(jié)論。

2.機械故障診斷中信息提取

2.1信息提取不可靠

機械故障診斷分為直接診斷和間接診斷，但由于受到設(shè)備結(jié)構(gòu)和工作條件的限制，直接診斷往往難以進行。因而，多采用間接診斷，即通過二次診斷信息來間接判斷設(shè)備中關(guān)鍵零部件的狀態(tài)變化。而診斷測試便是獲取二次診斷信息必備的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。最常見的是振動測試（位移、速度、加速度）和聲音測試。然而，由于各種原因，獲取的數(shù)據(jù)可能發(fā)生偏差。體現(xiàn)在3個方面：（1）數(shù)據(jù)沒有正確反映客觀存在；（2）數(shù)據(jù)的信噪比低；（3）數(shù)據(jù)的不完備性。如果把這些不準確的數(shù)據(jù)當成有效數(shù)據(jù)來分析，就很可能發(fā)生誤診。

2.2信息處理不準確

能夠快速、有效地提取反映機器故障信息的特征是機械故障診斷的關(guān)鍵。診斷特征主要通過對設(shè)備采集來的信號進行分析和處理獲取。

2.3信息不完美對于一個診斷對象，如果其運行狀態(tài)較復雜，由于客觀條件和手段的限制等原因，可能使獲得的信息難以確切地給出診斷結(jié)論，主要體現(xiàn)在以下3個方面

（1）信息不完備。在診斷實踐中，故障與診斷信息之間并非一一對應的關(guān)系。1個信息對應多個不同的故障，而1個故障也表征為多個不同的信息。這就需要掌握充分的有用信息來區(qū)分不同的故障。否則，就可能出現(xiàn)誤診。（2）信息不一致。診斷信息不一致在診斷實踐中也是較常見的現(xiàn)象。這些信息之間存在一定程度上的沖突。也就是說，某些信息很大程度上支持故障F1，否定故障F2；相反，另一些信息則支持故障F2，而否定故障F1。此時，誤診也容易發(fā)生。（3）信息不確定。來自于診斷對象的診斷信息經(jīng)歷了許多傳輸途徑，其不確定性可能較小，也可能很大，如傳感器、傳輸線等均影響其確定性。此外，還有定性與定量信息之間轉(zhuǎn)換導致的不確定性。

3.提高信息可靠度、減少誤診斷的措施

3.1提高診斷測試的準確性提高診斷測試的準確性是保證診斷數(shù)據(jù)可靠性的重要前提?？梢詮囊韵?方面著手：

（1）對傳感器進行定期檢驗。

（2）可考慮用多個傳感器測量。 （下轉(zhuǎn)第253頁）

（上接第179頁）（3）采用可靠的傳輸線。

（4）正確設(shè)置采樣參數(shù)。

3.2提高診斷系統(tǒng)的可靠性隨著設(shè)備運行與維護的需要，各種在線、離線、遠程等診斷分析系統(tǒng)以及人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、貝葉斯網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)等智能診斷系統(tǒng)逐漸用于機械故障診斷，為確診故障帶來了許多便利之余，也增加了機械故障誤診的可能性。開發(fā)合理完善有效的診斷系統(tǒng)，提高它們在特征提取或診斷推理方面的可靠性，有利于減小誤診率。

3.3加強診斷信息描述的客觀性。 [科]

【參考文獻】

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