讨论机电一体化设备的故障诊断方法

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【摘要】机电一体化技术是将机械技术、电工电子技术、微电子技术、信息技术、传感器技术、接口技术、信号变换技术等多种技术进行有机地结合，并综合应用到实际中去的综合技术。改革开放以来，随着市场经济的快速发展，机电一体化设备产品开始不断进入到人们的生产和生活中，使得人们对产品的性能要求越来越高。但是由于机电一体化设备特有的故障特点，因此需要用专门的故障诊断方法进行分析和维护。

【关键词】机电一体化设备故障诊断方法

中图分类号：TH-39 文献标识码：A

设备故障，一般是指设备或系统在使用过程中丧失或降低其规定功能的事件或现象。故障诊断包括故障检测和故障定位，就是利用各种检查和测试方法，发现设备的故障并找出故障所在位置的过程。设备在使用过程中，由于机械零件的磨损、断裂、变形、腐蚀损伤等原因，一旦发生故障，往往会产生严重后果。所以，必须对设备的零件及其运行状态进行定期检查和判断，及时消除故障，保证设备的正常稳定运行。

一、机电一体化设备的故障诊断技术。

1、机电一体化设备的故障特点。机电一体化设备使用的零部件数量比较多，且技术含量比较高，因此，相对于一般的机械设备，其发生故障的几率会比较大。统计表明，机电一体化设备发生故障的几率是一般机械设备的八倍。面对如此复杂、故障如此高发的设备，光靠人工检查分析是远远不够的，因此迫切需要研究一种专门的故障诊断技术。机电一体化设备的故障特点主要有以下几点：（1）机械零件比较多，容易磨损；（2）自诊断功能不强，只能诊断出一些简单的故障；（3）报警显示不明确，一些故障显示报警，一些故障没有报警显示；（4）相关经验技术人员越来越少。

2、机电一体化设备的故障诊断技术。故障诊断技术实质上就是一种检测技术，即检查系统的运行状态并判断异常情况，根据诊断为系统故障的恢复提供依据。对设备进行故障诊断主要有三个目的：①为了确保设备的正常可靠运行；②为了发挥设备的最大效益；③为了能够及时诊断出已发生或将要发生的故障，从而减少维修时间，提高维修质量。故障诊断主要有四个任务：①故障检测，即对使用中的设备或系统定期的发送检测信号，通过分析接收到的响应数据判断设备或系统是否发生故障。②故障类型判断，即在检出故障后，分析故障原因判断出系统故障的类型。③故障定位，即在前两个任务的基础上，细化故障种类，判断出故障发生的具体部位和原因。④故障恢复，即根据第三个任务，采取不同的措施，对系统故障进行恢复。故障诊断一般是通过检测设备的信号来判断设备的运行情况。设备诊断过程如图1所示。

由图1可以看出，在对设备的故障进行诊断时，需要先对诊断对象的原始特征信号进行测试，以获得诊断信号；然后从这些诊断信号中提取征兆，即从信号中分离出能够表示特征故障种类和位置的信号；随后再根据模式识别理论处理征兆，进行状态识别。如果是无故障状态，则可以采用滤波、时序模型等方法进行深入分析，预测将要发生的故障；如果状态是某一种故障，则可以采用模式识别、信号分析等方法研究故障的类型、位置及其产生原因，然后在此基础上制定策略，以达到诊断目的，确保设备的正常运行。故障诊断主要有两种测试方式：①故障测试，发生在故障出现之前，这时诊断对象处于运行状态，基于预测并及时发现故障的目的而对诊断对象进行的在线测试就称为故障测试；②诊断测试，发生在故障出现之后，这时诊断对象处于非运行状态，基于确定故障种类和位置而对诊断对象进行的试验性测试就称为诊断测试。

二、机电一体化设备故障诊断方法。

根据上述诊断过程，可以总结得到，设备诊断技术应该包括以下内容：（1）在对诊断对象测试之前，必须结合实际的设备性质与工况，选择与设备状态相关的原始特征信号。（2）结合实际情况采取合适的方法从诊断信号中分理出有关设备状态的有用信息，即征兆。（3）依据提取的征兆，对设备状态进行识别，即状态诊断。（4）根据获取的征兆和状态，对设备运行情况进行深入分析，研究预测故障将要发生的位置、类型及产生原因。（5）结合设备状态和发展趋势，制定策略，确保设备的正常运行。机电一体化设备的故障诊断分析方法有很多，例如白诊断法、温度检测诊断法、压力检测诊断法、故障树分析法等。

依据不同的诊断方式可以分为不同的故障判断方法，这里主要介绍了三种：（1）根据故障是否有报警指示，可分为有诊断指示故障和无指示故障。有诊断指示故障是指机电一体化设备带有自诊断功能，如果发生故障就会报警并在屏幕上显示故障说明，这时就可以按照诊断手册找出故障发生原因，及时排除故障。无诊断指示是指一些机电一体化设备没有自诊断功能，即使有，也不能对某些故障的发生产生报警提示，只能依靠人工经验分析来排除故障。

（2）根据故障的出现是否破坏工件或机床，可以将故障诊断分为破坏性故障和非破坏性故障。破坏性故障，是指这种故障一旦发生，就会损坏工件或机床，这种故障必须进行永久性排除，禁止重演；非破坏性故障，是指故障的发生不会损坏工件或机床，只需找出原因并排除即可。

（3）根据故障发生的偶然性，可以分为系统性故障和偶然性故障。系统性故障是指，一旦设备的运行状态符合一定条件就会产生故障，这种故障分析起来比较容易；偶然性故障是指在设备的运行过程中偶尔发生的故障，这种故障分析比较难，因为它常与工件或机床的结构、工作特性有关。

三、机电一体化设备故障诊断专家系统。

机电一体化设备的故障诊断技术，其未来发展方向就是人工智能和专家系统，本文着重介绍了故障诊断专家系统。这个系统主要由知识库、推理机和用户界面三大部分组成，其实质就是利用某领域的多个专家知识建立一个计算机软件系统，并结合在线检测到的各种信息来解决该领域中的困难问题。设备故障诊断专家系统主要面向具体的生产设备，它需要预先总结相关领域专家的知识和经验，并采用接口装置获取设备状态的原始特征信号，提取征兆，然后将有用信息存入数据库中。故障诊断专家系统流程图如图2所示。

由图2可以看出，现阶段的故障诊断专家系统包括两次诊断。第一次诊断采用的是实时在线形式，根据装在设备上的有限数量的传感器输入的信息，从知识库中直接对设备状态进行简单的检测和判断，如果设备运行异常，就发出报警提示，并对设备实行简单应急措施，例如停机检修，并打印出诊断报告。如果这次诊断出的异常知识库中并没有直接的报警代码，则进行第二次诊断。这次诊断采用的是离线形式，是一次精密诊断。首先将设备的状态信息存入数据库，然后对设备的异常工作情况采取适当的保护措施，随后依据知识库、人工经验分析进行推理诊断，找出故障的原因、发生的位置，并打印出诊断报告，在显示器上显示故障说明，给出相应的解决方法。显而易见，故障诊断专家系统不仅能迅速诊断并排除机电一体化设备的故障，还能大大的提高设备的利用率和工作效率。但是目前的故障诊断专家系统还不理想，因为它不能够利用有限的传感器传输的信息来自行判断设备的异常情况及故障产生的原因、类别、位置等，所以还需要进一步研究。

结语：本文在介绍机电一体化设备的故障特点及故障诊断技术的基础上，分析了机电一体化设备的故障诊断方法，并介绍了故障诊断专家系统。可以发现，故障诊断技术的研究不仅能及时发现设备故障，避免事故的发生，还能大大提高系统的可靠性和安全性，具有非常重要的实际意义。

参考文献

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