機(jī)械故障診斷研究綜述

樂偉偉

摘 ? 要：機(jī)械故障診斷在機(jī)械維修領(lǐng)域有重要的應(yīng)用，目前，通過振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行故障分析的技術(shù)開始受到關(guān)注，這種檢測(cè)技術(shù)表現(xiàn)出效率高、非損傷、診斷便捷準(zhǔn)確等相關(guān)優(yōu)勢(shì)。在實(shí)際的故障檢測(cè)領(lǐng)域被廣泛地應(yīng)用，文章對(duì)機(jī)械故障診斷技術(shù)的原理和應(yīng)用情況進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析。

關(guān)鍵詞：機(jī)械故障;故障診斷;研究現(xiàn)狀

目前，在科技和現(xiàn)代工業(yè)迅速發(fā)展的帶動(dòng)下，機(jī)械、能源領(lǐng)域的機(jī)械化水平也在不斷地提高，大型、高速機(jī)械設(shè)備開始不斷出現(xiàn)。比如，高速列車、大型連軋機(jī)組相關(guān)設(shè)備的智能化和自動(dòng)化控制配置水平在明顯提高。在此發(fā)展過程中，隨著設(shè)備更加復(fù)雜，機(jī)械故障診斷的相關(guān)要求也在不斷提高，一旦發(fā)生事故會(huì)給各方面帶來不利的影響。相關(guān)統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，國內(nèi)外因機(jī)械設(shè)備故障引發(fā)的事故比例較高，機(jī)械事故發(fā)生率不斷提高。如2002年三峽工地處出現(xiàn)的塔帶機(jī)斷裂事故，美國的載人航天飛機(jī)也出現(xiàn)多次事故。而美國的F15戰(zhàn)機(jī)空中解體事件產(chǎn)生了很大的不利影響，波音737也多次出現(xiàn)相關(guān)事故，相關(guān)的影響也在不斷擴(kuò)大。因而，很有必要對(duì)其進(jìn)行研究，為機(jī)械系統(tǒng)安全運(yùn)行提供支持，滿足一定安全性要求。

機(jī)械設(shè)備的故障診斷在機(jī)械運(yùn)動(dòng)和故障維修領(lǐng)域有重要的應(yīng)用，起初，此方面的研究側(cè)重于機(jī)械設(shè)備的觸摸，基于特征信息確定出機(jī)械設(shè)備的振動(dòng)、聲音等相關(guān)信息，為設(shè)備的維修提供支持。可以通過經(jīng)驗(yàn)來判斷機(jī)械故障，比如，長(zhǎng)年累月聽到這類信號(hào)后，可基于此信號(hào)判斷出軸承及轉(zhuǎn)子的相關(guān)故障，其后，機(jī)械故障診斷技術(shù)也開始進(jìn)入高速發(fā)展階段。

1 ? ?國外研究現(xiàn)狀

美國學(xué)者最初進(jìn)行了機(jī)械故障診斷相關(guān)的研究，20世紀(jì)60年代，美國的阿波羅計(jì)劃飛船出現(xiàn)設(shè)備故障，這對(duì)其后故障診斷技術(shù)的發(fā)展提供了支持。1967年，美國成立了機(jī)械故障預(yù)防中心，其主要的作用是進(jìn)行故障機(jī)理的檢測(cè)，在此基礎(chǔ)上分析設(shè)備狀態(tài)，為檢修提供支持。美國Bechtel電力公司在測(cè)定領(lǐng)域的研究比較深入，其研發(fā)出機(jī)械設(shè)備診斷的專家系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域表現(xiàn)出很高的應(yīng)用價(jià)值，美國Bently公司則進(jìn)行了全面的傳感器研究。20世紀(jì)60年代，英國也進(jìn)行了相關(guān)研究，并設(shè)置了英國機(jī)械保健研究所，這也促進(jìn)了英國故障診斷技術(shù)的發(fā)展，同時(shí)，有效地促進(jìn)了維修水平的提高。20世紀(jì)80年代，英國創(chuàng)建了沃福森工業(yè)維修公司，與此同時(shí)，還對(duì)機(jī)械故障信號(hào)檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行了規(guī)范化檢修。日本對(duì)鋼鐵、化工、鐵路相關(guān)領(lǐng)域?qū)收显\斷技術(shù)進(jìn)行了大量的研究，一些理論模型也被建立起來。20世紀(jì)70年代，日本學(xué)者研發(fā)出一種全員生產(chǎn)維修技術(shù)，同時(shí)到歐美國家學(xué)習(xí)診斷技術(shù)，之后在其基礎(chǔ)上進(jìn)行發(fā)展改進(jìn)，日本的故障診斷技術(shù)研究水平不斷提高。歐洲的故障診斷技術(shù)的發(fā)展方向存在一定的差異性，比如，瑞典SPM公司專門進(jìn)行軸承監(jiān)測(cè)技術(shù)研究，而丹麥則進(jìn)行噪聲監(jiān)測(cè)技術(shù)的分析，并在船舶診斷技術(shù)方面也進(jìn)行了深入研究。

2 ? ?國內(nèi)研究現(xiàn)狀

國內(nèi)許多大學(xué)開展了機(jī)械故障診斷方面的研究工作。清華大學(xué)褚福磊課題組對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械中常見的動(dòng)靜件碰摩、部件松動(dòng)、轉(zhuǎn)軸裂紋等故障的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)非線性動(dòng)力學(xué)行為進(jìn)行理論與實(shí)驗(yàn)研究，在旋轉(zhuǎn)機(jī)械常見故障的診斷與定位等方面取得了顯著的成果。西安交通大學(xué)何正嘉課題組長(zhǎng)期致力于小波變換用于故障診斷方面的研究，在大型復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)早期故障智能預(yù)示方面取得重要研究成果。西安交通大學(xué)屈梁生課題組長(zhǎng)期從事機(jī)械監(jiān)測(cè)診斷領(lǐng)域的研究，首創(chuàng)全息譜技術(shù)，全面集成機(jī)器振動(dòng)的幅、頻、相信息，顯著提高了機(jī)器運(yùn)行中故障的識(shí)別率，在此基礎(chǔ)上開發(fā)的軸系全息動(dòng)平衡技術(shù)，改善了現(xiàn)有轉(zhuǎn)子的現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡方法。上海交通大學(xué)陳進(jìn)課題組在信號(hào)處理與機(jī)械故障診斷方面進(jìn)行了大量研究。湖南大學(xué)于德介課題組在經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解（Empirical Mode Decomposition，EMD）與Hilbert譜、多尺度線調(diào)頻基稀疏信號(hào)分解等方法用于機(jī)械故障診斷方面做了很多工作。哈爾濱工業(yè)大學(xué)陳予恕課題組突破了傳統(tǒng)線性理論故障建模和機(jī)理分析方法，采用非線性分析技術(shù)查明故障機(jī)理及原因，并成功應(yīng)用于大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械的故障診斷，解決了7省市23臺(tái)汽輪發(fā)電機(jī)組的疑難振動(dòng)故障，取得了4億多元直接經(jīng)濟(jì)效益。華中科技大學(xué)楊叔子和史鐵林在基于知識(shí)的設(shè)備診斷基礎(chǔ)理論與方法研究方面，系統(tǒng)深入地研究了設(shè)備診斷問題的各個(gè)方面，為診斷推理模型的研究建立了一個(gè)基本框架。南京航空航天大學(xué)李舜酩長(zhǎng)期從事振動(dòng)檢測(cè)與診斷的現(xiàn)代理論與方法方面的研究，在將盲源分離技術(shù)用于故障診斷方面做了大量工作。此外，浙江大學(xué)楊世錫、北京工業(yè)大學(xué)青永剛、華北電力大學(xué)唐貴基、軍械工程學(xué)院鄭海起和唐力偉、哈爾濱工業(yè)大學(xué)黃文虎、東北大學(xué)韓清凱、北京信息科技大學(xué)徐小力、天津大學(xué)王太勇和冷永剛、重慶大學(xué)秦樹人和湯寶平等學(xué)者長(zhǎng)期從事機(jī)械系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)的研究。

3 ? ?結(jié)語

目前，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)、模糊理論、遺傳算法等人工智能技術(shù)應(yīng)用于機(jī)械故障診斷中，都取得了顯著的成效。但是，這些方法各具特色，只在一定的條件和場(chǎng)合下有效，而且每種方法都存在有待解決的問題?；旌现悄芄收显\斷技術(shù)通過綜合運(yùn)用多種人工智能技術(shù)的差異性和互補(bǔ)性，分而治之、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，并結(jié)合先進(jìn)的信號(hào)處理技術(shù)與特征提取方法，對(duì)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行故障診斷，能夠有效地提高機(jī)械故障診斷的精確性和魯棒性，降低誤診率和漏診率。

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