机械系统可监测性设计理论研究

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摘要 我国正在努力向机械制造强国队列靠近，只有大力倡导机械系统原始创新，才能够尽早的实现这一目标。本文对机械系统可监测性设计相关发展情况进行了全面的梳理，研究了系统理论以及全寿命周期理论对于机械系统可监测性设计理论体系构建的影响。

关键词 机械系统；可监测性；状态监测

中图分类号 TH-3 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2014）112-0090-02

机械工具的出现促使人类文明向前迈进了一大步，它使得人类社会的生产率发生了重大变化，从原始改造转变为机械劳动。在当今世界中机械工业的发展水平标志着一个国家生产力的发展水平。不论是从机械系统的发展方向上，还是从社会对机械系统新的要求上，均要求其有着更高的可靠性与安全性，机械设备状态监测技术是未来机械设备发展的重要方向。

1 可监测性设计理论体系的理论基础

1）系统理论

所谓系统，就是相对于个体而言整体的寓意。不同领域不同学科对于系统的具体涵义存在着不同概括，但总体上来看，都将系统看做是多个小系统组成的，它的运行过程涉及到很多个微小系统的运行。现如今，普遍接受的系统论是由美籍奥地利人、理论生物学家-贝塔朗菲所创立的，它针对系统的模式、结构以及内部规律进行了深入的分析与研究，按照数学理论定量的对系统特征（整体性、结构等级分层、相互关联、动态平衡、时序性等）进行了全方面的描述。

系统论是研究系统整体性的重要理论之一，其核心思想就是整体性。它支持将自然界中的物质看作是一个统一整体，自然界中各个组成部分只有和谐相处才能够保证自然界的稳定运行，不同的组成部分通过逻辑关系密切联系在一起。系统所表现出来的整体性是单独的组成部分所不具备的，只有每一个组成部分有机的结合在一起，相互关联才能够共同发挥作用。同样，系统如果失去了任何一个组成部分，那么其整体性能也会出现很大的变化，从而影响其整体特性。

2）层次分析法

层次分析法是基于系统理论发展起来的一种层次权重分析法。现如今在很多工业生产过程中，都可以看见层次分析法的影子，它对于复杂度高而且需要定性定量分析的工业控制很有帮助。对问题进行定性定量，根据所反映的综合信息，通过专业判断来对目标标准进行加权处理，从而匹配出标准相对重要度，这样就可以根据所得到的相对重要度来排列解决方法的优先顺序。该方法在1982年就已经进入我国，并在很多行业中得到了应用。正是由于其在定性与定量结合处理复杂问题上的优势，使得其在我国很多领域内都有着广泛的认同。

通过层次分析法来对问题进行研究，其基本原理就是根据问题的性质以及所要实现的最终目标，把被研究问题划分为多个不同的组成成分，同时根据成分与成分之间的相互关系再细分为不同层次的组合，从而构建出一个多层次的用于分析研究的模型结构。使用层次分析法来研究具体问题，可以将整个步骤用图1来表示。

图1 层次结构分析基本流程

2 可监测性设计理论体系研究

机械产品设备及系统逐渐的向大型化、复杂化、高集成、多参数以及自动化方向发展，工业发展需要更为可靠、更加智能的机械水平，对工作环境有着更高的要求，而且机械设备的维护也越发的复杂与困难。显然，机械产品设计需要全面的更新改革。现在很多产品在设计时并不会考虑到未来的监测问题，所以大部分产品机械系统的可监测性能较差，对于其使用过程中状态信息的收集十分复杂困难。即使通过其他手段采集到了状态信息，也因为各种因素导致信息的过时或者缺失。

1）基于系统工程论的机械系统可监测性设计理论

（1）可监测性设计研究的对象。相对于整个庞大的系统而言，产品最为重要的一个设计属性就是可监测性。也就是说，对于某一个组成部分或者某一块组成部分进行可监测性研究是没有任何意义的，必须是对于整个系统而言，才有可监测性这一概念。所以，我们研究可监测性首先要研究具体的机械结构，然后扩展分析到整个系统。

（2）可监测性设计相关的技术领域。可监测设计理论在当前很多机械系统中有着非常广泛的应用，它需要多门学科的协同配合才能够实现整个系统的可监测性。从整体上来看，想要进行一个全面的可监测性设计，必须要使用到计算机、网络通信、系统工程、优化算法等多种技术。

2）可监测性设计的研究内容

可监测性理论的应用前提是系统整体，对于系统中的任何一个小系统或者小环节而言，就没有可监测性这一概念，所以我们要从整体上去把握系统的可监测性，不要刻意去追求系统中某一个小系统。基于此在进行可监测性设计时，应该从系统的综合特性角度出发，分析系统内部各个小系统相互之间的逻辑关系，分析相互之间的约束条件，实现整个系统的可靠稳定高效运行。

（1）可监测性设计相关术语研究。这一部分的研究主要是通过CMFD技术、PHM技术、现代机械设计理论等，加之系统的科学调研过程以及领域内专家的研讨等方式，全面的对机械系统状态监测以及现代设计理论进行研究，形成可监测性设计体系所使用的基本术语；

（2）可监测性分配方法研究。实质上，可监测性分配方法就是对系统监测点优化的一个过程。具体来说，就是通过可靠性、维修性等分配方法理论，按照机械系统高可靠性、高安全性以及智能化的设计目标，最终实现准确反映机械系统运行状态信息的可靠获取；

（3）可监测性设计方法研究。在对机械系统设计方法全面深入研究的基础之上，通过可靠性设计、可维修性设计以及保障性设计等方法上，对可监测性设计的设计标准、实施过程，采用并行工程思想以及全生命周期设计理念进行系统效益、安全、可靠等多参数分析，共同构建可监测性设计方法体系；

（4）可监测性设计评价研究。进行科学评价制度的构建是可监测性设计的关键部分，这个研究过程影响着这个可监测性设计的内容。这里面不仅仅包含了对设计阶段的评价，还包含着生产阶段、使用阶段的评价内容。简单来说，就是依靠已有的系统评价理论以及相关方法，对所收集到的各种机械系统运行数据信息，构建一个各种特征参数信息均可研究的机械系统可监测性设计评价体系，从而实现对系统可监测性设计各个阶段的科学有效评价。

参考文献

[1]王玉玲.机械可靠性维修性优化设计方法及其在工程机械中的应用[D].济南:山东大学，2007.

[2]严新平.机械系统工况监测与故障诊断[M].武汉:武汉理工大学出版社，2009.