大數(shù)據(jù)下機(jī)械智能故障診斷的機(jī)遇與挑戰(zhàn)

杜磊浩 于博洋 程修遠(yuǎn)

摘 要：現(xiàn)代社會的進(jìn)步以及先進(jìn)科學(xué)技術(shù)的普及應(yīng)用推動著機(jī)械產(chǎn)業(yè)不斷的朝著智能化的方向發(fā)展。通常情況下，機(jī)械設(shè)備產(chǎn)品由于工作環(huán)境的復(fù)雜性以及使用周期長等原因經(jīng)常會有一些機(jī)械性故障發(fā)生，因而機(jī)械的故障診斷技術(shù)在機(jī)械產(chǎn)品的運(yùn)行過程中是不可或缺的。隨著機(jī)械智能化水平的不斷提高，智能化故障診斷技術(shù)順勢而生，為機(jī)械設(shè)備的正常運(yùn)行提供了重要保障。本文就大數(shù)據(jù)環(huán)境下機(jī)械智能故障診斷所面臨的挑戰(zhàn)及發(fā)展機(jī)遇展開分析和研究，以期為機(jī)械智能故障診斷技術(shù)的發(fā)展提供理論參考。

關(guān)鍵詞：大數(shù)據(jù)時(shí)代；機(jī)械智能故障診斷；機(jī)遇與挑戰(zhàn)

引言

隨著現(xiàn)代信息技術(shù)水平的不斷提高，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)字化技術(shù)等先進(jìn)科學(xué)技術(shù)的普及應(yīng)用，我們的社會已經(jīng)正式步入了大數(shù)據(jù)時(shí)代。在大數(shù)據(jù)時(shí)代背景下，智能化已經(jīng)成為現(xiàn)代社會發(fā)展的主流趨勢，各行各業(yè)都在爭先恐后的朝著智能化的方向發(fā)展，機(jī)械領(lǐng)域也不例外。機(jī)械故障診斷是機(jī)械產(chǎn)品工作過程中不可缺少的重要環(huán)節(jié)，也是保證機(jī)械產(chǎn)品正常工作的必要手段。目前，機(jī)械故障診斷在智能化方面已經(jīng)取得了一定的發(fā)展成果，但在大數(shù)據(jù)背景下，機(jī)械智能故障診斷既面臨著良好的發(fā)展機(jī)遇又面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

一、機(jī)械智能故障診斷方法介紹

目前，在機(jī)械領(lǐng)域中，已有的智能故障診斷方法主要包括以下幾類：

（1）故障樹診斷法

故障樹診斷法的實(shí)質(zhì)是一種圖形演繹法，它是將系統(tǒng)的常見故障以及出現(xiàn)故障的原因整理到一張圖表中，并將其之間的因果關(guān)系直觀的表示出來，供故障分析時(shí)查找使用。這種方法具有快速、直觀、易更新等優(yōu)點(diǎn)，但也具有容易被主觀因素影響的缺點(diǎn)，且這種診斷法只適用于診斷故障樹中已列出的故障類型，而不適用于那些新出現(xiàn)的故障的診斷。

（2）故障診斷專家系統(tǒng)

這種智能化的診斷系統(tǒng)是在人工診斷知識、方法以及原理等的基礎(chǔ)上開發(fā)出來的診斷程序。這種機(jī)械智能故障診斷系統(tǒng)是當(dāng)前應(yīng)用范圍較廣的一類診斷方法，同時(shí)也是目前機(jī)械故障診斷領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。故障診斷專家系統(tǒng)在缺乏精準(zhǔn)數(shù)學(xué)模型的機(jī)械系統(tǒng)中應(yīng)用比較多，但這種診斷方法具有診斷速度慢、信息獲得難度較大的缺點(diǎn)，因此還需要做進(jìn)一步優(yōu)化。

（3）基于模糊數(shù)學(xué)建立的診斷法

具有一定智能化水平的機(jī)械設(shè)備其故障特征與故障參數(shù)往往并不具備明確的關(guān)聯(lián)性，導(dǎo)致兩者之間的映射關(guān)系顯得較為模糊。這種情況下，就必須在模糊數(shù)學(xué)的基礎(chǔ)上建立起新的故障診斷方法。這種新型智能故障診斷法能夠有效的將故障特征與隸屬原因的關(guān)系建立起來，從而有利于提高故障診斷的準(zhǔn)確性。

（4）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的故障診斷法

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障診斷法的實(shí)質(zhì)是一種現(xiàn)代化的信息處理系統(tǒng)，它是通過利用各種信息處理器，模仿人類的思維方式對機(jī)械產(chǎn)品中的故障特點(diǎn)進(jìn)行提取、分析和學(xué)習(xí)，不斷更新和調(diào)整其故障收集庫來提高其故障診斷能力。

二、大數(shù)據(jù)下機(jī)械智能故障診斷面臨的挑戰(zhàn)

在大數(shù)據(jù)時(shí)代下，機(jī)械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、原理、使用的技術(shù)等都發(fā)生了很大的改變，且其仍在高速發(fā)展中，已有的智能故障診斷理論或者方法已經(jīng)很難滿足現(xiàn)代機(jī)械的故障診斷需求，因而面臨著新的挑戰(zhàn)。

首先，智能化的故障診斷大多會涉及到運(yùn)用信息處理器來提取故障的特征信息。這種診斷方式是在相關(guān)技術(shù)人員對故障做出表征的前提下進(jìn)行的，而在大數(shù)據(jù)時(shí)代，機(jī)械產(chǎn)品所出現(xiàn)的故障會更加復(fù)雜，多種故障同時(shí)出現(xiàn)、故障模式模糊不清等現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，這就導(dǎo)致了人為設(shè)計(jì)的故障特征信息庫難以全部包含所有可能出現(xiàn)的故障類型，從而限制了智能化故障診斷的診斷范圍及診斷能力。這也是智能化故障診斷技術(shù)在大數(shù)據(jù)時(shí)代背景下面臨的一大難題。

其次，在大數(shù)據(jù)時(shí)代，機(jī)械設(shè)備的開發(fā)、生產(chǎn)等環(huán)節(jié)的效率大大提高，機(jī)械產(chǎn)品的更新周期變短。因而，對不同功能、不同結(jié)構(gòu)、不同型號的機(jī)械產(chǎn)品所使用的故障診斷數(shù)據(jù)庫也必須與之相對性，這就給智能故障診斷系統(tǒng)提出了更高的要求：不僅要保證故障診斷的高效性、準(zhǔn)確性，還要及時(shí)更新采集的故障特征信息庫，或者是找到一種智能算法能夠分析和提煉出機(jī)械故障的本質(zhì)以及變化機(jī)理，但這正是智能化故障診斷當(dāng)前還沒有解決的難題。

另外，機(jī)械產(chǎn)品的各系統(tǒng)之間是相互協(xié)調(diào)、相互配合、相互聯(lián)系的關(guān)系，任何一個(gè)系統(tǒng)的任何部件發(fā)生故障都會在一定程度上影響到其他系統(tǒng)或其他部件，從而對機(jī)械產(chǎn)品的正常運(yùn)行造成威脅。而當(dāng)前智能化的故障診斷方法大多只能針對單個(gè)零部件進(jìn)行診斷，因而，利用智能化故障診斷技術(shù)預(yù)測機(jī)械系統(tǒng)的整體壽命是當(dāng)前該領(lǐng)域在大數(shù)據(jù)背景下又一大挑戰(zhàn)。

三、機(jī)械智能故障診斷技術(shù)的發(fā)展趨勢

針對大數(shù)據(jù)技術(shù)背景下機(jī)械智能故障診斷技術(shù)所面臨的挑戰(zhàn)，相關(guān)技術(shù)人員只有認(rèn)清該領(lǐng)域的發(fā)展趨勢，才能抓住發(fā)展機(jī)遇，取得發(fā)展。依據(jù)當(dāng)前機(jī)械智能故障診斷領(lǐng)域發(fā)展的形勢，對其未來發(fā)展趨勢做出如下預(yù)測：

首先，傳感器技術(shù)是智能化機(jī)械故障診斷中常用的技術(shù)。而隨著機(jī)械產(chǎn)業(yè)智能化水平的逐漸提高，機(jī)械故障類型也變得更加復(fù)雜化和多樣化，傳統(tǒng)的單傳感器處理技術(shù)已經(jīng)難以滿足這種信息處理要求。為此，相關(guān)研究人員應(yīng)該重視在機(jī)械智能故障診斷領(lǐng)域開發(fā)多傳感器數(shù)據(jù)融合的診斷技術(shù)，這種技術(shù)的合理應(yīng)用有利于提高機(jī)械智能故障診斷的準(zhǔn)確度及效率。

其次，混合智能故障診斷技術(shù)也是機(jī)械故障診斷發(fā)展的重要趨勢。這種故障診斷技術(shù)是通過將各種不同類型的診斷技術(shù)進(jìn)行有效整合，以來彌補(bǔ)各診斷技術(shù)的不足，從而提高故障診斷的效率和準(zhǔn)確度。

再者，在機(jī)械的故障診斷中，需要通過一定的信息處理技術(shù)對機(jī)械運(yùn)行中的各種故障特征進(jìn)行收集整理。近年來一些新型信息處理方式被開發(fā)出來，可以被應(yīng)用到對不確定性、非線性等信號的處理中，從而給機(jī)械的智能故障診斷提供更可靠的處理方法。所以說，將最新信息處理技術(shù)應(yīng)用到當(dāng)前已有的診斷技術(shù)中也是機(jī)械故障診斷發(fā)展的一大趨勢。

最后，遠(yuǎn)程故障診斷也是機(jī)械領(lǐng)域智能故障診斷未來發(fā)展的重要趨勢。由于現(xiàn)代機(jī)械產(chǎn)品的應(yīng)用范圍逐漸增大，其使用地點(diǎn)常常具有一定的分散性，這就會導(dǎo)致機(jī)械故障出現(xiàn)后不能得到及時(shí)排除，影響機(jī)械設(shè)備的正常工作。因此，加強(qiáng)遠(yuǎn)程故障診斷技術(shù)的研究與開發(fā)也是機(jī)械智能化故障診斷領(lǐng)域中重點(diǎn)發(fā)展方向。

四、結(jié)語

在大數(shù)據(jù)背景下，機(jī)械的智能故障診斷技術(shù)是保證機(jī)械產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的一種不可或缺的重要技術(shù)，而機(jī)械的故障診斷是一項(xiàng)非常復(fù)雜且難度較高的工作，隨著機(jī)械產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，機(jī)械產(chǎn)品的科技含量逐漸提高，這就更進(jìn)一步增加了機(jī)械故障診斷的難度。因此，智能化故障診斷是機(jī)械故障診斷發(fā)展的必然方向。為了滿足現(xiàn)代機(jī)械產(chǎn)品對故障診斷的需求，就必須不斷加強(qiáng)與此相關(guān)技術(shù)的研究與開發(fā)，提高故障診斷的智能化水平，為機(jī)械產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展提供更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。

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