引言
診斷專家系統(tǒng)是機械設備智能化檢修的重要發(fā)展趨勢，能夠及時發(fā)現(xiàn)機械設備的異常狀態(tài)，盡快找出異常原因，分析故障的影響程度，便于開展有針對、有計劃的檢修工作。傳統(tǒng)的減速機故障診斷對專家經(jīng)驗依賴較大，在信息處理、反應速度、精確程度等方面存在不足之處，所以，加強減速機故障診斷專家系統(tǒng)的研究是十分必要的。
1 機械設備故障診斷和診斷專家系統(tǒng)內(nèi)涵簡析
1.1機械設備故障診斷
機械設備故障往往是從某種缺陷開始逐步擴大而形成的，主要包括破壞性故障、性能故障等類型，使機械設備無法維持正常工作。故障診斷需要借助現(xiàn)代儀器和技術手段，收集機械設備的各種信息參數(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雜性，不能僅僅依賴某種方法就可以實現(xiàn)目標，需要綜合運用多種方法。根據(jù)方法難易程度，可以分為簡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)是在計算機技術的基礎上，依靠有關知識進行邏輯推理，達到解決難題的目的。所以，必須掌握研究對象的內(nèi)部結構和相互關系，通過數(shù)據(jù)分析查明故障原因。診斷專家系統(tǒng)的基本結構包括知識庫、綜合數(shù)據(jù)庫、推理機、人機接口、知識學習、解釋程序。知識庫用來存放大量的書本知識、常識性知識、試驗性知識等內(nèi)容，綜合數(shù)據(jù)庫是反映具體問題在當前求解狀態(tài)下的符號或事實的集合，推理機能夠根據(jù)輸入數(shù)據(jù)，充分利用知識庫，采用合適的推理策略開展推理分析，人機接口能夠進行信息轉(zhuǎn)換，用于用戶與系統(tǒng)之間的交流溝通，知識學習是專家系統(tǒng)自我完善的關鍵部分，能夠主動和被動的對知識庫進行補充修改，解釋機制能夠?qū)唧w問題給出解釋，而且具有自我發(fā)現(xiàn)、糾正錯誤的作用[1]。
2 減速機故障診斷專家系統(tǒng)應用技術
減速機主要由傳動軸、齒輪、箱體、滾動軸、電動機、聯(lián)軸器等零部件組成，也是故障分析的主要對象。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的情況，隨著時間的推移，可能會產(chǎn)生噪聲變大、龜裂、破損、性能降低等二次故障。導致減速機故障的原因有很多，常見的如：轉(zhuǎn)子不平衡、軸不對中、裂紋、摩擦、機械松動、軸承損傷、齒輪損傷、共振等，這些問題發(fā)生時，會產(chǎn)生一定特征的振動信號，所以，加強振動信號分析就可以找到故障規(guī)律。
2.1振動信號分析技術
機械設備在運行時會產(chǎn)生一定的振動，如果發(fā)生故障，振動特征會出現(xiàn)明顯變化，所以，通過分析振動信號就可以有效檢測機械狀態(tài)，及時采取預防性措施，能夠有效降低故障損壞程度，做到及時止損。隨著理論研究的不斷深入以及實踐經(jīng)驗不斷總結，通過分析相關振動指標，就可以判斷故障產(chǎn)生的原因，常用的振動參數(shù)有振幅、頻率、相角、振動形式、振型，在進行故障診斷分析時，應該注意振動信號的發(fā)展變化，分析振動的頻率成分，研究振動的方向性和幅值的穩(wěn)定性，同時，加強對邊頻、波形變化、軸心軌跡、轉(zhuǎn)速的分析。振動信號分析技術是故障診斷的常用方法，對于故障診斷專家系統(tǒng)的有效應用具有重要的基礎性作用，針對減速機典型故障，均可以通過分析振動信號特征查找原因。比如轉(zhuǎn)子不平衡的振動信號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，振動信號的原始時域波形為正弦波，剛性轉(zhuǎn)子的振動幅值和偏心距、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量在軸向和徑向上是不一樣的，軸向振動要小于徑向振動[2]。
2.2診斷知識的表述
知識庫是診斷系統(tǒng)進行故障診斷的基礎，而診斷效率與知識表示方式密切相關。減速機故障診斷專家系統(tǒng)是以頻譜分析、轉(zhuǎn)子動力學為基礎建立知識庫的，分析減速機典型故障，總結各類故障振動信號特征，并且運用模糊關系矩陣和產(chǎn)生式規(guī)則進行描述，將復雜的振動診斷知識存儲在關系數(shù)據(jù)庫。模糊關系矩陣通過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，只要檢驗樣本貼近模糊關系矩陣標準樣本，就可以初步判斷故障類型，產(chǎn)生式規(guī)則知識庫能夠體現(xiàn)故障類型和振動信號特征之間的因果關系，實現(xiàn)更為準確的故障類型判斷。
2.3診斷系統(tǒng)推理的實現(xiàn)
在減速機故障診斷專家系統(tǒng)工作時，需要收集減速機振動信號，提取頻譜特征值，將檢測樣本與標準故障樣本進行比較。通過二者之間的貼近程度，可以過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，運用產(chǎn)生式規(guī)則庫，對最終結論進行確定。這樣經(jīng)過模糊識別和產(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題，比如：振動太大、轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定等，運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)、模糊集合來進行描述，盡可能做出定量判斷。在進行振動信號分析時，如果存在頻譜征兆之外的其他征兆事實，那么就會調(diào)用產(chǎn)生式規(guī)則庫，最終得出不精確推理結果。為了提高結果的可信度，需要對征兆匹配相應的權值，采用加權模糊推理的方式，計算最終診斷結果的可信度。
2.4基于灰色理論的設備趨勢預測
設備趨勢預測主要是根據(jù)設備在正常狀態(tài)下達到異常狀態(tài)的時間進行判斷的，這主要利用了灰色理論中數(shù)列預測功能模塊。機械設備的運行是相對復雜的過程，在各種內(nèi)外因素的干擾下，系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)很難全面反映真實情況，如果直接建模預測，那么會大大降低預測的準確性，灰色預測則是在科學處理原始數(shù)據(jù)的基礎上建立灰色模型，進而尋找系統(tǒng)發(fā)展規(guī)律，從而實現(xiàn)合理預測的目的。數(shù)理統(tǒng)計方法對樣本的要求較高，而且計算量較大，可能存在定性分析與量化結構不符的問題，而灰色系統(tǒng)則可以避免這一問題，能夠從離散的、有限的、雜亂的數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)規(guī)律，設備狀態(tài)預測主要應用了灰色系統(tǒng)預測中的數(shù)列預測，掌握系統(tǒng)變量的未來行為。
3 減速機故障診斷專家系統(tǒng)的運行保障
3.1軟硬件配置
減速機故障診斷專家系統(tǒng)的順利運行需要良好的運行環(huán)境作為支撐，必須滿足基礎的硬件要求，在軟件配置上，可以采用Powerbuilder作為前端開發(fā)工具，采用Microsoft的SQL Server作為后臺數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，Powerbuilder具有操作簡單、功能強大等優(yōu)點，擁有面向?qū)ο蟮目梢暬幊碳夹g和開放的數(shù)據(jù)庫連接技術，而且Data window能夠?qū)崿F(xiàn)各種數(shù)據(jù)顯示方式，有利于快速開發(fā)和使用，SQL Server的功能也十分強大，對故障診斷專家系統(tǒng)的知識庫管理十分便捷[3]。
3.2總體結構
減速機故障診斷專家系統(tǒng)需要設置多個功能模塊，主要包括診斷任務管理、診斷信息獲取、基礎數(shù)據(jù)維護、診斷知識庫維護、故障診斷、趨勢預測、用戶管理等。診斷任務管理模塊能夠進行故障檔案和診斷任務的創(chuàng)建及查詢，故障檔案詳細記錄了故障發(fā)生過程的各種數(shù)據(jù)，有利于掌握設備運行狀態(tài)，積累故障診斷經(jīng)驗，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信息，有些信息通過自動測試平臺就能夠獲取，有些信息則需要經(jīng)過分析論證后才能夠獲取，所以可以分為自動獲取和人機交互獲取兩種方式?；A數(shù)據(jù)維護模塊涵蓋了設備振動、標準技術參數(shù)、使用工況、診斷參數(shù)等諸多數(shù)據(jù)。診斷知識庫維護模塊主要為知識庫的建立和維護提供支持，主要包括模糊診斷關系矩陣和診斷規(guī)則庫，用戶可以通過該模塊更新維護知識庫。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別診斷、不精確規(guī)則診斷、綜合診斷，通過分析振動信號特征，能夠?qū)崿F(xiàn)自動診斷的效果，最終出具診斷報告。趨勢預測模塊有利于開展故障診斷和設備監(jiān)測，能夠?qū)崿F(xiàn)提前預防維修的目標，可以通過振動趨勢圖表預測可能會產(chǎn)生的故障類型。用戶管理模塊可以設置用戶權限，讓整個系統(tǒng)運行更加安全。
3.3工作流程
減速機故障診斷專家系統(tǒng)的工作流程如下：記錄日常檢測數(shù)據(jù)，統(tǒng)計設備正常數(shù)據(jù)，更新振動標準。如果不存在異常數(shù)據(jù)，則可以根據(jù)某個時間段振動數(shù)據(jù)進行趨勢預測，并采取針對性的維護措施；如果存在異常數(shù)據(jù)，則需要分析振動信號頻譜，輸入頻率特征向量，進行模糊故障診斷。如果有其他信號特征，則補充其他信號特征，并進行規(guī)則診斷；如果沒有其他信號特征，只需進行模糊故障診斷，最后輸出診斷結果，檢查診斷結果是否與實際情況相符。如果不相符，則需要對模糊關系矩陣和診斷規(guī)則庫進行修改，重復進行模糊故障診斷和規(guī)則診斷，如果診斷結果與現(xiàn)場實際情況相符，那么建立診斷檔案，采取相應技術措施[4]。
4 結語
綜上所述，本文首先闡述了機械設備故障診斷和診斷專家系統(tǒng)的內(nèi)涵，然后分析了減速機故障診斷專家系統(tǒng)的關鍵技術應用，最后研究了軟硬件配置、總體架構、工作流程等方面的內(nèi)容。希望能夠起到積極的現(xiàn)實意義，充分認識減速機故障診斷專家系統(tǒng)的運行原理，利用科學手段，達到快速診斷、提前預測的目的，以保證減速機的運行效率。
參考文獻：
[1]江春興.減速機故障診斷及其處理方法分析
[2]肖世林.減速機故障診斷及其處理方法探討
[3]何坐樓.減速機故障診斷及處理方法分析
[4]王海蛟.關于減速機故障診斷及其處理方法分析
來源：今日減速機
