0 引言

　　診斷專家系統(tǒng)是機(jī)械設(shè)備智能化檢修的重要發(fā)展趨勢(shì)，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)機(jī)械設(shè)備的異常狀態(tài)，盡快找出異常原因，分析故障的影響程度，便于開(kāi)展有針對(duì)、有計(jì)劃的檢修工作。傳統(tǒng)的減速機(jī)故障診斷對(duì)專家經(jīng)驗(yàn)依賴較大，在信息處理、反應(yīng)速度、精確程度等方面存在不足之處，所以，加強(qiáng)減速機(jī)故障診斷專家系統(tǒng)的研究是十分必要的。

　　1 機(jī)械設(shè)備故障診斷和診斷專家系統(tǒng)內(nèi)涵簡(jiǎn)析

　　1.1機(jī)械設(shè)備故障診斷

　　機(jī)械設(shè)備故障往往是從某種缺陷開(kāi)始逐步擴(kuò)大而形成的，主要包括破壞性故障、性能故障等類型，使機(jī)械設(shè)備無(wú)法維持正常工作。故障診斷需要借助現(xiàn)代儀器和技術(shù)手段，收集機(jī)械設(shè)備的各種信息參數(shù)，分析故障的部位、類別、程度、性質(zhì)等基本情況，以此作為制定解決辦法的重要依據(jù)。故障診斷具有一定的復(fù)雜性，不能僅僅依賴某種方法就可以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，需要綜合運(yùn)用多種方法。根據(jù)方法難易程度，可以分為簡(jiǎn)易診斷法和精密診斷法;根據(jù)診斷方式，可以分為離線診斷法和在線診斷法，每種診斷方法都有其適用范圍，需要根據(jù)實(shí)際情況合理選擇。

　　1.2診斷專家系統(tǒng)

　　診斷專家系統(tǒng)是在計(jì)算機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上，依靠有關(guān)知識(shí)進(jìn)行邏輯推理，達(dá)到解決難題的目的。所以，必須掌握研究對(duì)象的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和相互關(guān)系，通過(guò)數(shù)據(jù)分析查明故障原因。診斷專家系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)包括知識(shí)庫(kù)、綜合數(shù)據(jù)庫(kù)、推理機(jī)、人機(jī)接口、知識(shí)學(xué)習(xí)、解釋程序。知識(shí)庫(kù)用來(lái)存放大量的書(shū)本知識(shí)、常識(shí)性知識(shí)、試驗(yàn)性知識(shí)等內(nèi)容，綜合數(shù)據(jù)庫(kù)是反映具體問(wèn)題在當(dāng)前求解狀態(tài)下的符號(hào)或事實(shí)的集合，推理機(jī)能夠根據(jù)輸入數(shù)據(jù)，充分利用知識(shí)庫(kù)，采用合適的推理策略開(kāi)展推理分析，人機(jī)接口能夠進(jìn)行信息轉(zhuǎn)換，用于用戶與系統(tǒng)之間的交流溝通，知識(shí)學(xué)習(xí)是專家系統(tǒng)自我完善的關(guān)鍵部分，能夠主動(dòng)和被動(dòng)的對(duì)知識(shí)庫(kù)進(jìn)行補(bǔ)充修改，解釋機(jī)制能夠?qū)唧w問(wèn)題給出解釋，而且具有自我發(fā)現(xiàn)、糾正錯(cuò)誤的作用[1]。

　　2 減速機(jī)故障診斷專家系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)

　　減速機(jī)主要由傳動(dòng)軸、齒輪、箱體、滾動(dòng)軸、電動(dòng)機(jī)、聯(lián)軸器等零部件組成，也是故障分析的主要對(duì)象。零部件的磨損、變形、腐蝕、溫度變化等都屬于一次性故障，而且常常伴隨異常振動(dòng)的情況，隨著時(shí)間的推移，可能會(huì)產(chǎn)生噪聲變大、龜裂、破損、性能降低等二次故障。導(dǎo)致減速機(jī)故障的原因有很多，常見(jiàn)的如：轉(zhuǎn)子不平衡、軸不對(duì)中、裂紋、摩擦、機(jī)械松動(dòng)、軸承損傷、齒輪損傷、共振等，這些問(wèn)題發(fā)生時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一定特征的振動(dòng)信號(hào)，所以，加強(qiáng)振動(dòng)信號(hào)分析就可以找到故障規(guī)律。

　　2.1振動(dòng)信號(hào)分析技術(shù)

　　機(jī)械設(shè)備在運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定的振動(dòng)，如果發(fā)生故障，振動(dòng)特征會(huì)出現(xiàn)明顯變化，所以，通過(guò)分析振動(dòng)信號(hào)就可以有效檢測(cè)機(jī)械狀態(tài)，及時(shí)采取預(yù)防性措施，能夠有效降低故障損壞程度，做到及時(shí)止損。隨著理論研究的不斷深入以及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)不斷總結(jié)，通過(guò)分析相關(guān)振動(dòng)指標(biāo)，就可以判斷故障產(chǎn)生的原因，常用的振動(dòng)參數(shù)有振幅、頻率、相角、振動(dòng)形式、振型，在進(jìn)行故障診斷分析時(shí)，應(yīng)該注意振動(dòng)信號(hào)的發(fā)展變化，分析振動(dòng)的頻率成分，研究振動(dòng)的方向性和幅值的穩(wěn)定性，同時(shí)，加強(qiáng)對(duì)邊頻、波形變化、軸心軌跡、轉(zhuǎn)速的分析。振動(dòng)信號(hào)分析技術(shù)是故障診斷的常用方法，對(duì)于故障診斷專家系統(tǒng)的有效應(yīng)用具有重要的基礎(chǔ)性作用，針對(duì)減速機(jī)典型故障，均可以通過(guò)分析振動(dòng)信號(hào)特征查找原因。比如轉(zhuǎn)子不平衡的振動(dòng)信號(hào)頻率成分明朗而單一，轉(zhuǎn)子的基頻等于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)頻率，振動(dòng)信號(hào)的原始時(shí)域波形為正弦波，剛性轉(zhuǎn)子的振動(dòng)幅值和偏心距、偏心質(zhì)量呈現(xiàn)出一定比例的變化，轉(zhuǎn)子不平衡引起的振動(dòng)量在軸向和徑向上是不一樣的，軸向振動(dòng)要小于徑向振動(dòng)[2]。

　　2.2診斷知識(shí)的表述

　　知識(shí)庫(kù)是診斷系統(tǒng)進(jìn)行故障診斷的基礎(chǔ)，而診斷效率與知識(shí)表示方式密切相關(guān)。減速機(jī)故障診斷專家系統(tǒng)是以頻譜分析、轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)為基礎(chǔ)建立知識(shí)庫(kù)的，分析減速機(jī)典型故障，總結(jié)各類故障振動(dòng)信號(hào)特征，并且運(yùn)用模糊關(guān)系矩陣和產(chǎn)生式規(guī)則進(jìn)行描述，將復(fù)雜的振動(dòng)診斷知識(shí)存儲(chǔ)在關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)。模糊關(guān)系矩陣通過(guò)m行故障類型和n列特征值表示，每一種故障都可以表示成一組向量，在工作時(shí)，只要檢驗(yàn)樣本貼近模糊關(guān)系矩陣標(biāo)準(zhǔn)樣本，就可以初步判斷故障類型，產(chǎn)生式規(guī)則知識(shí)庫(kù)能夠體現(xiàn)故障類型和振動(dòng)信號(hào)特征之間的因果關(guān)系，實(shí)現(xiàn)更為準(zhǔn)確的故障類型判斷。

　　2.3診斷系統(tǒng)推理的實(shí)現(xiàn)

　　在減速機(jī)故障診斷專家系統(tǒng)工作時(shí)，需要收集減速機(jī)振動(dòng)信號(hào)，提取頻譜特征值，將檢測(cè)樣本與標(biāo)準(zhǔn)故障樣本進(jìn)行比較。通過(guò)二者之間的貼近程度，可以過(guò)濾掉一些可能性較小的故障原因，然后根據(jù)其他征兆事實(shí)，運(yùn)用產(chǎn)生式規(guī)則庫(kù)，對(duì)最終結(jié)論進(jìn)行確定。這樣經(jīng)過(guò)模糊識(shí)別和產(chǎn)生式規(guī)則的共同作用，便完成了診斷流程。模糊診斷理論有利于處理一些邊界不明的問(wèn)題，比如：振動(dòng)太大、轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定等，運(yùn)用模糊集合概念能夠更有效判斷具有模糊征兆的故障，通常以論域、隸屬函數(shù)、模糊集合來(lái)進(jìn)行描述，盡可能做出定量判斷。在進(jìn)行振動(dòng)信號(hào)分析時(shí)，如果存在頻譜征兆之外的其他征兆事實(shí)，那么就會(huì)調(diào)用產(chǎn)生式規(guī)則庫(kù)，最終得出不精確推理結(jié)果。為了提高結(jié)果的可信度，需要對(duì)征兆匹配相應(yīng)的權(quán)值，采用加權(quán)模糊推理的方式，計(jì)算最終診斷結(jié)果的可信度。

　　2.4基于灰色理論的設(shè)備趨勢(shì)預(yù)測(cè)

　　設(shè)備趨勢(shì)預(yù)測(cè)主要是根據(jù)設(shè)備在正常狀態(tài)下達(dá)到異常狀態(tài)的時(shí)間進(jìn)行判斷的，這主要利用了灰色理論中數(shù)列預(yù)測(cè)功能模塊。機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行是相對(duì)復(fù)雜的過(guò)程，在各種內(nèi)外因素的干擾下，系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)很難全面反映真實(shí)情況，如果直接建模預(yù)測(cè)，那么會(huì)大大降低預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性，灰色預(yù)測(cè)則是在科學(xué)處理原始數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上建立灰色模型，進(jìn)而尋找系統(tǒng)發(fā)展規(guī)律，從而實(shí)現(xiàn)合理預(yù)測(cè)的目的。數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法對(duì)樣本的要求較高，而且計(jì)算量較大，可能存在定性分析與量化結(jié)構(gòu)不符的問(wèn)題，而灰色系統(tǒng)則可以避免這一問(wèn)題，能夠從離散的、有限的、雜亂的數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)規(guī)律，設(shè)備狀態(tài)預(yù)測(cè)主要應(yīng)用了灰色系統(tǒng)預(yù)測(cè)中的數(shù)列預(yù)測(cè)，掌握系統(tǒng)變量的未來(lái)行為。

　　3 減速機(jī)故障診斷專家系統(tǒng)的運(yùn)行保障

　　3.1軟硬件配置

　　減速機(jī)故障診斷專家系統(tǒng)的順利運(yùn)行需要良好的運(yùn)行環(huán)境作為支撐，必須滿足基礎(chǔ)的硬件要求，在軟件配置上，可以采用Powerbuilder作為前端開(kāi)發(fā)工具，采用Microsoft的SQL Server作為后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，Powerbuilder具有操作簡(jiǎn)單、功能強(qiáng)大等優(yōu)點(diǎn)，擁有面向?qū)ο蟮目梢暬幊碳夹g(shù)和開(kāi)放的數(shù)據(jù)庫(kù)連接技術(shù)，而且Data window能夠?qū)崿F(xiàn)各種數(shù)據(jù)顯示方式，有利于快速開(kāi)發(fā)和使用，SQL Server的功能也十分強(qiáng)大，對(duì)故障診斷專家系統(tǒng)的知識(shí)庫(kù)管理十分便捷[3]。

　　3.2總體結(jié)構(gòu)

　　減速機(jī)故障診斷專家系統(tǒng)需要設(shè)置多個(gè)功能模塊，主要包括診斷任務(wù)管理、診斷信息獲取、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)維護(hù)、診斷知識(shí)庫(kù)維護(hù)、故障診斷、趨勢(shì)預(yù)測(cè)、用戶管理等。診斷任務(wù)管理模塊能夠進(jìn)行故障檔案和診斷任務(wù)的創(chuàng)建及查詢，故障檔案詳細(xì)記錄了故障發(fā)生過(guò)程的各種數(shù)據(jù)，有利于掌握設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，積累故障診斷經(jīng)驗(yàn)，從而持續(xù)提升診斷專家系統(tǒng)的綜合能力。診斷信息獲取模塊能夠收集診斷推理的相關(guān)信息，有些信息通過(guò)自動(dòng)測(cè)試平臺(tái)就能夠獲取，有些信息則需要經(jīng)過(guò)分析論證后才能夠獲取，所以可以分為自動(dòng)獲取和人機(jī)交互獲取兩種方式?；A(chǔ)數(shù)據(jù)維護(hù)模塊涵蓋了設(shè)備振動(dòng)、標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)參數(shù)、使用工況、診斷參數(shù)等諸多數(shù)據(jù)。診斷知識(shí)庫(kù)維護(hù)模塊主要為知識(shí)庫(kù)的建立和維護(hù)提供支持，主要包括模糊診斷關(guān)系矩陣和診斷規(guī)則庫(kù)，用戶可以通過(guò)該模塊更新維護(hù)知識(shí)庫(kù)。故障診斷模塊是故障診斷專家系統(tǒng)的核心，主要包括模糊模式識(shí)別診斷、不精確規(guī)則診斷、綜合診斷，通過(guò)分析振動(dòng)信號(hào)特征，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)診斷的效果，最終出具診斷報(bào)告。趨勢(shì)預(yù)測(cè)模塊有利于開(kāi)展故障診斷和設(shè)備監(jiān)測(cè)，能夠?qū)崿F(xiàn)提前預(yù)防維修的目標(biāo)，可以通過(guò)振動(dòng)趨勢(shì)圖表預(yù)測(cè)可能會(huì)產(chǎn)生的故障類型。用戶管理模塊可以設(shè)置用戶權(quán)限，讓整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行更加安全。

　　3.3工作流程

　　減速機(jī)故障診斷專家系統(tǒng)的工作流程如下：記錄日常檢測(cè)數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)設(shè)備正常數(shù)據(jù)，更新振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)。如果不存在異常數(shù)據(jù)，則可以根據(jù)某個(gè)時(shí)間段振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行趨勢(shì)預(yù)測(cè)，并采取針對(duì)性的維護(hù)措施;如果存在異常數(shù)據(jù)，則需要分析振動(dòng)信號(hào)頻譜，輸入頻率特征向量，進(jìn)行模糊故障診斷。如果有其他信號(hào)特征，則補(bǔ)充其他信號(hào)特征，并進(jìn)行規(guī)則診斷;如果沒(méi)有其他信號(hào)特征，只需進(jìn)行模糊故障診斷，最后輸出診斷結(jié)果，檢查診斷結(jié)果是否與實(shí)際情況相符。如果不相符，則需要對(duì)模糊關(guān)系矩陣和診斷規(guī)則庫(kù)進(jìn)行修改，重復(fù)進(jìn)行模糊故障診斷和規(guī)則診斷，如果診斷結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況相符，那么建立診斷檔案，采取相應(yīng)技術(shù)措施[4]。

　　4 結(jié)語(yǔ)

　　綜上所述，本文首先闡述了機(jī)械設(shè)備故障診斷和診斷專家系統(tǒng)的內(nèi)涵，然后分析了減速機(jī)故障診斷專家系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用，最后研究了軟硬件配置、總體架構(gòu)、工作流程等方面的內(nèi)容。希望能夠起到積極的現(xiàn)實(shí)意義，充分認(rèn)識(shí)減速機(jī)故障診斷專家系統(tǒng)的運(yùn)行原理，利用科學(xué)手段，達(dá)到快速診斷、提前預(yù)測(cè)的目的，以保證減速機(jī)的運(yùn)行效率。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]江春興.減速機(jī)故障診斷及其處理方法分析

　　[2]肖世林.減速機(jī)故障診斷及其處理方法探討

　　[3]何坐樓.減速機(jī)故障診斷及處理方法分析

　　[4]王海蛟.關(guān)于減速機(jī)故障診斷及其處理方法分析

　　作者：李云鵬,王躍輝(山東新華制藥股份有限公司)