電子機械故障診斷技術(shù)
電子機械故障診斷技術(shù)【1】
摘 要：隨著(zhù)我國經(jīng)濟不斷發(fā)展，科學(xué)技術(shù)不斷的進(jìn)步，我國的電子機械設備應用也得到了前所未有的發(fā)展，無(wú)論是在加工精度、還是加工效率方面都取得了令人矚目的成績(jì)。
但是，隨著(zhù)機械設備加工精度的提升和加工效率的加快，機械設備的突發(fā)故障也在不斷攀升。
機械設備在高速的運轉和工作下容易發(fā)生故障，一旦發(fā)生故障其損失巨大，不但維修費用高，而且維修周期也很長(cháng)，一直是困擾企業(yè)的突出問(wèn)題。
如何應用現代故障診斷技術(shù)建立設備故障預警制度，是目前亟待解決的難題。
關(guān)鍵詞：電子;機械;設備;故障;診斷;技術(shù)
在電子機械設備故障診斷過(guò)程中，診斷對象的故障過(guò)程是復雜多變的，在故障發(fā)展過(guò)程中，由于引起故障的因素在性質(zhì)、特點(diǎn)及作用方式上是不同的，機械功能狀況和所受損害的具體情況也不同，使得故障征兆和演變具有不同形式，診斷中往往難以迅速準確地認識故障的性質(zhì)，導致誤診。
1 電子機械概述
電子機械主要是以研究電子信息設備與電子系統的機械與結構的設計與制造為核心的，努力提高設備或系統在不同的復雜環(huán)境中的電性能。
我國工業(yè)與電子裝備發(fā)展過(guò)程已經(jīng)超過(guò)40年，在電子設備的設計和制造商處于世界前列，但是也必須認識到先進(jìn)的電子機械，不僅取決于電子設備的可靠性，也與結構與工藝密不可分。
電氣設計、結構設計及制造工藝在電子裝備中有融為一體的發(fā)展態(tài)勢，當今的電子機械工程就是應這種趨勢而產(chǎn)生的新興學(xué)科，國內很多高校也設立了電子機械專(zhuān)業(yè)。
電子機械同以往的普通機械相比，有其自身的特性：從目的上來(lái)說(shuō)，電子機械旨在于提高電子設備的電氣性能系統;從實(shí)現手段上來(lái)說(shuō)，電子機械主要通過(guò)在機械中加入電子信息技術(shù)等來(lái)實(shí)現電子設備的性能;從機電一體化的載體方面來(lái)說(shuō)，電子機械是電子系統，常規機械是機械結構系統;從電子系統對機械的重要性來(lái)說(shuō)，機電一體化對電子設備至關(guān)重要。
2 電子機械故障診斷技術(shù)分析
所謂電子機械設備故障，就是指機械系統已偏離其設備狀態(tài)而喪失部分或全部功能的現象。
如某些零件或部件損壞，致使工作能力喪失;發(fā)動(dòng)機功率降低;傳動(dòng)系統失去平衡和噪聲增大;工作機構的工作能力下降;燃料和潤滑油的消耗增加等，當其超出了規定的指標時(shí)，均屬于機械故障。
電子機械故障診斷技術(shù)主要有以下幾種：
2.1 基于小波分析的故障診斷方法
小波變換是一種新的變換分析方法，它繼承和發(fā)展了短時(shí)傅立葉變換局部化的思想，同時(shí)又克服了窗口大小不隨頻率變化等缺點(diǎn)，能夠提供一個(gè)隨頻率改變的“時(shí)間-頻率”窗口，是進(jìn)行信號時(shí)頻分析和處理的理想工具。
基于小波分析直接進(jìn)行故障診斷是屬于故障診斷方法中的信號處理法。
這一方法的優(yōu)點(diǎn)是可以回避被診斷對象的數學(xué)模型，這對于那些難以建立解析數學(xué)模型的診斷對象是非常有用的。
具體可分為以下4種方法： ①利用小波變換檢測信號突變的故障方法連續小波變換能夠通過(guò)多尺度分析提取信號的奇異點(diǎn)。
其基本原理是利用信號在奇異點(diǎn)附近的Lipschitz指數。
Lipschitz指數時(shí)，其連續小波變換的模極大值隨尺度的增大而增大;當時(shí)，則隨尺度的增大而減小。
噪聲對應的Lipschitz指數遠小于0，而信號邊沿對應的Lipschitz指數大于或等于0。
因此，可以利用小波變換區分噪聲和信號邊沿，有效地檢測出強噪聲背景下的信號邊沿(援變或突變)。
因此，利用小波變換可以區分噪聲和信號邊沿，有效地檢測出強噪聲背景下的信號邊沿奇變。
動(dòng)態(tài)系統的故障通常會(huì )導致系統的觀(guān)測信號發(fā)生奇異變化，可以直接利用小波變換檢測觀(guān)測信號的奇異點(diǎn)，從而實(shí)現對系統故障的檢測。
除此之外，小波變換可以看作一個(gè)帶通濾波器，從而可以對信號進(jìn)行濾波。
近年來(lái)，已經(jīng)出現了很多基于小波變換的去噪方法。
Mallat提出了通過(guò)尋找小波變換系數中的局部極大值點(diǎn)，并據此重構信號，可以很好地逼近未被噪聲污染前的信號。
Donoho也提出了一種新的基于閾值處理思想的小波去噪技術(shù)。
利用去噪后的信號可以直接對系統進(jìn)行故障診斷，也可利用此信號進(jìn)行殘差分析。
通過(guò)去噪獲得系統輸出信號來(lái)進(jìn)行故障診斷，方法上比較簡(jiǎn)單，但對故障的判斷受限于觀(guān)測人員自身的經(jīng)驗。
2.2 光學(xué)檢測技術(shù)
由于故障診斷資料不足，對故障的認識受到較大限制，給明確診斷帶來(lái)困難，有時(shí)所懷疑的故障的一般規律與故障征兆不完全相符，另外排除了一種故障的可能，因此故障診斷的推理過(guò)程往往也是模糊的，具有一定程度的不確定性。
近年來(lái)，光學(xué)技術(shù)得到了快速的發(fā)展并被應用到工業(yè)領(lǐng)域，例如在數控機床中光柵系統的應用。
光柵測量是利用光的衍射原理，通過(guò)疊放的光柵的相對運動(dòng)，產(chǎn)生與之同步移動(dòng)的莫爾條紋信號，然后通過(guò)讀數頭與后續電路，將導軌、工作臺的位置等信號轉變成信號讀出來(lái)，其讀數分辨率可達5nm。
當兩塊相同的長(cháng)光柵跌合，如果柵線(xiàn)的夾角很小時(shí)，莫爾條紋的方向與光柵條紋方向近似垂直。
光柵盤(pán)上黑白刻線(xiàn)的相對移動(dòng)，會(huì )產(chǎn)生光強度周期性變化，此光信號經(jīng)光電池轉換成為周期性的電信號，對電信號進(jìn)行分析處理，就可獲得光柵相對移動(dòng)的位移量。
2.3 人工智能診斷
機電設備在運行時(shí)均會(huì )產(chǎn)生物理變化或者化學(xué)性能的轉化，這樣勢必會(huì )造成設備的外在形態(tài)的改變，如溫度升高、電壓電流以及功率的變化等，檢測人員可以通過(guò)對設備的這些參數變化的分析來(lái)了解設備的運行狀況。
故障診斷技術(shù)就是依照不同參數的不同變化規律，而預判斷設備是否出現故障及出現故障的具體位置，以便及時(shí)采取科學(xué)有效的措施，防止出現不必要的損失，提高了設備運行效率和安全性。
近年來(lái)，人工智能和計算機技術(shù)迅速發(fā)展，在機械診斷中的運用也越來(lái)越廣泛。
例如，用于大機組和燃氣輪機的診斷專(zhuān)家系統、采用概率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )、自組織映象和徑向基函數網(wǎng)絡(luò )等的智能診斷神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )等。
Zadeh曾將專(zhuān)家系統、模糊集合、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )、概率計算和遺傳算法統稱(chēng)為軟計算。
將軟計算中各種方法集成，形成各種類(lèi)型的混合系統，如用于診斷的模糊專(zhuān)家系統、模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )等，使各種方法互相取長(cháng)補短，相輔相成，是一種值得關(guān)注的動(dòng)向。
結束語(yǔ)
電子機械設備一旦由于故障，機械性能降低，無(wú)法正常運轉，從而影響到生產(chǎn)效率。
而受到摩擦、外力、應力以及化學(xué)反應的影響，現代機械的零部件會(huì )出現磨損、腐蝕、斷裂等情況，致使機械產(chǎn)生故障而無(wú)法運行，只有采取積極的防御措施，進(jìn)行及時(shí)的修理，能夠有效的避免機械故障的產(chǎn)生。
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航空電子機械設備故障診斷技術(shù)研究【2】
關(guān)鍵詞：航空電子 設備故障 診斷
0引言
當今的軍事領(lǐng)域,對武器裝備的可靠性、保障性和可維修性有了更高的要求,而且隨著(zhù)現代工業(yè)及科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展,特別是計算機技術(shù)的發(fā)展,設備的結構越來(lái)越復雜,自動(dòng)化程度也越來(lái)越高,不僅同一設備的不同部分之間互相關(guān)聯(lián),緊密耦合,而且不同設備之間也存在著(zhù)緊密的聯(lián)系,在運行過(guò)程中形成一個(gè)整體。
因此,一處故障可能引起一系列連鎖反應,導致整個(gè)設備甚至整個(gè)過(guò)程不能正常運行, 輕者造成停機,重者會(huì )產(chǎn)生嚴重的后果甚至災難性的人員傷亡,這就要求現代設備系統具有很高的安全性和可靠性。
目前,設備的狀態(tài)監測與故障診斷已成為現代航空、航天和國防建設中的重要內容,不容忽視。
1、航空設備故障預測和健康管理系統
由于航空設備的特殊性，其故障預測和健康管理系統原則上應分為機載部分和地面部分，機載部分的功能與地面部分的功能顯然應有所區別。
飛機在執行任務(wù)的過(guò)程中，機載部分自動(dòng)進(jìn)行狀態(tài)監控和管理，自動(dòng)記錄和分析飛機及各系統的狀態(tài)，并進(jìn)行狀態(tài)的預測、故障的檢測和隔離，根據預測和狀態(tài)信息完成系統重構，上述信息可在空中通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信傳遞給地面保障中心系統或存儲在黑匣子內;地面部分則側重于維修決策，根據信息進(jìn)一步確定故障部位，制定維修方案。
根據機載部分和地面部分特點(diǎn)，機載部分應具有以下功能:狀態(tài)監測功能，數據存儲功能，分系統功能級故障預測功能，提供分系統故障對飛行任務(wù)的影響評估或警示。
地面部分的功能應具有以下特點(diǎn):數據傳輸與存儲功能，狀態(tài)顯示功能，分系統功能級故障診斷與分系統部件級故障診斷功能，提出維修方案和維修規范。
故障診斷系統是根據診斷對象故障的特點(diǎn)，利用現有的故障診斷技術(shù)研制而成的自動(dòng)化診斷裝置。
故障診斷的各種理論與方法的研究最終都必須落實(shí)到具體的診斷裝置或診斷系統的研制上，只有診斷系統的研制成功才能產(chǎn)生真正的經(jīng)濟效益。
2、NFF的診斷與排除
在航空維修工作中經(jīng)常會(huì )碰到這樣的情況：飛行員反映空中出現某個(gè)故障，但地面檢查中卻不能復現;機務(wù)準備通電中發(fā)現某機件有故障，但再次通電時(shí)故障現象消失;甚至有些諸如“轉速急降”的危險性信號都是時(shí)有時(shí)無(wú)，給地勤人員排故造成很大困難。
實(shí)際上，這就是所謂的“未發(fā)現故障”(NOFault found,NFF)，它是航空維修工作中較為常見(jiàn)的一個(gè)問(wèn)題。
進(jìn)行NFF的診斷，需要預先收集大量的相關(guān)信息、資料和統計數據等。
電子產(chǎn)品或設備的性能特征如電流、電壓、電阻等是反映其正�；蚬收蠣顟B(tài)的重要參數，通過(guò)監測這些本質(zhì)參數的變化來(lái)發(fā)現故障，已成為當前應用最廣泛、置信度最高的故障診斷方法。
典型的方法包括電子產(chǎn)品的機上測試(BIT)以及非電子產(chǎn)品功能系統的故障診斷等。
在航空裝備維護工作中經(jīng)常測量大量的電壓、電阻等數據，基于本質(zhì)參數的方法可以用在目前對監測發(fā)動(dòng)機工作狀態(tài)的各種傳感器進(jìn)行NFF預測與健康管理，這些傳感器包括滑油溫度傳感器、滑油壓力傳感器、金屬屑傳感器等。
它們用電壓、電阻等形式隨時(shí)檢測發(fā)動(dòng)機相關(guān)工作狀態(tài)，評價(jià)發(fā)動(dòng)機性能指標，有時(shí)的自身失效或工作狀態(tài)變化就會(huì )導致發(fā)動(dòng)機誤報故障或發(fā)生NFF。
將這些數據分門(mén)別類(lèi)加以統計，用時(shí)間序列分析方法建立差分方程形式的數學(xué)模型，再根據模型或得出的曲線(xiàn)趨勢圖進(jìn)行分析研究，可較好地掌握機件設備的歷史工作狀況，發(fā)現或預防NFF，并對下一步的工作做出維修建議，成為當前航空裝備保障的新趨勢。
隨著(zhù)飛機的更新?lián)Q代和使用時(shí)間的增長(cháng)，要重點(diǎn)關(guān)注導航系統、飛控系統和其它自動(dòng)控制系統電子設備故障和老舊飛機線(xiàn)路引起的潛在性、危險性故障。
因此，為了預防或減少NFF的發(fā)生，應采取以下措施手段：表面引發(fā)的偶然故障是由根本的故障缺陷導致的，因此生產(chǎn)商首先應努力克服硬件或軟件的設計缺陷，將故障隱患降到最低限度。
建立相關(guān)的數據庫，將容易發(fā)生NFF的故障進(jìn)行技術(shù)統計分析，以便在某些工作時(shí)機根據對該機件的性能檢測決定是否提前更換該件，從而降低NFF的發(fā)生。
出現重要系統、重要故障時(shí)，要全面、系統地分析故障發(fā)生時(shí)的環(huán)境特點(diǎn)及飛機所處高度、速度、姿態(tài)等參數，及時(shí)檢測線(xiàn)路，認真研究電路圖。
尤其應加強空地之間的聯(lián)系和信息交換，確定該設備是否空地使用不一致或不同，以便能創(chuàng )造故障復現的條件。
3、結論與展望
3.1新的故障診斷方法的研究
主要是將一些新的理論應用到電子設備的故障診斷之中。
如小波變換方法,信息融合方法及基于A(yíng)gent的診斷方法等。
隨著(zhù)新理論的不斷發(fā)展,這方面的工作仍是故障診斷的重要內容之一。
3.2故障信息獲取的手段和方法的研究
故障信息的準確獲取是故障診斷是否成功的關(guān)鍵之一。
像多傳感器信息融合在故障診斷中的應用,一個(gè)重要的方面就是如何從不同角度獲取故障信息。
對電子設備來(lái)說(shuō),除了電壓和溫度信號外,能否從其它方面獲得故障信息,如電磁場(chǎng)信息等,這也是有待深入研究的內容之一。
3.3遠程故障診斷的研究
在軍事領(lǐng)域,如果各種戰傷的武器設備在現場(chǎng)夠得到及時(shí)的維修,對提高裝備的戰斗出動(dòng)強度、補充戰斗實(shí)力和保持一定的持續戰斗力都有重要的意義。
而現在的戰傷搶修都是由專(zhuān)業(yè)的維修人員在野戰條件下就地組織實(shí)施。
利用遠程故障專(zhuān)家系統可以獲得遠離戰場(chǎng)的專(zhuān)家的指導,有效地提高維修效率和速度。
故障診斷是一門(mén)實(shí)用性很強的技術(shù),因此只有在實(shí)際應用中才能體現它的價(jià)值。
目前在理論研究方面雖有不少進(jìn)展,但真正在工程實(shí)踐中成功應用的實(shí)例還較少。
特別是真正實(shí)用準確的電子設備故障診斷系統。
因此,如何將先進(jìn)的故障診斷理論與方法應用到實(shí)際中去還有待深入的研究。
再者對于一個(gè)大型復雜航空電子設備進(jìn)行故障診斷分析時(shí),傳統故障診斷和智能故障診斷技術(shù)必須是相互彌補。
只有這樣以傳統故障診斷技術(shù)為基礎,綜合利用智能故障診斷技術(shù),構造高效而智能化的故障診斷平臺,才是大型航空電子設備診斷和維修的一個(gè)很有前途的發(fā)展方向。
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