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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：隨著我國經(jīng)濟不斷發(fā)展，科學技術(shù)不斷的進步，我國的電子機械設(shè)備應(yīng)用也得到了前所未有的發(fā)展，無論是在加工精度、還是加工效率方面都取得了令人矚目的成績。
但是，隨著機械設(shè)備加工精度的提升和加工效率的加快，機械設(shè)備的突發(fā)故障也在不斷攀升。
機械設(shè)備在高速的運轉(zhuǎn)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，一直是困擾企業(yè)的突出問題。
如何應(yīng)用現(xiàn)代故障診斷技術(shù)建立設(shè)備故障預(yù)警制度，是目前亟待解決的難題。
關(guān)鍵詞：電子;機械;設(shè)備;故障;診斷;技術(shù)
在電子機械設(shè)備故障診斷過程中，診斷對象的故障過程是復(fù)雜多變的，在故障發(fā)展過程中，由于引起故障的因素在性質(zhì)、特點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(shè)備與電子系統(tǒng)的機械與結(jié)構(gòu)的設(shè)計與制造為核心的，努力提高設(shè)備或系統(tǒng)在不同的復(fù)雜環(huán)境中的電性能。
我國工業(yè)與電子裝備發(fā)展過程已經(jīng)超過40年，在電子設(shè)備的設(shè)計和制造商處于世界前列，但是也必須認識到先進的電子機械，不僅取決于電子設(shè)備的可靠性，也與結(jié)構(gòu)與工藝密不可分。
電氣設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)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(yīng)這種趨勢而產(chǎn)生的新興學科，國內(nèi)很多高校也設(shè)立了電子機械專業(yè)。
電子機械同以往的普通機械相比，有其自身的特性：從目的上來說，電子機械旨在于提高電子設(shè)備的電氣性能系統(tǒng);從實現(xiàn)手段上來說，電子機械主要通過在機械中加入電子信息技術(shù)等來實現(xiàn)電子設(shè)備的性能;從機電一體化的載體方面來說，電子機械是電子系統(tǒng)，常規(guī)機械是機械結(jié)構(gòu)系統(tǒng);從電子系統(tǒng)對機械的重要性來說，機電一體化對電子設(shè)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(shè)備故障，就是指機械系統(tǒng)已偏離其設(shè)備狀態(tài)而喪失部分或全部功能的現(xiàn)象。
如某些零件或部件損壞，致使工作能力喪失;發(fā)動機功率降低;傳動系統(tǒng)失去平衡和噪聲增大;工作機構(gòu)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(guī)定的指標時，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)展了短時傅立葉變換局部化的思想，同時又克服了窗口大小不隨頻率變化等缺點，能夠提供一個隨頻率改變的“時間-頻率”窗口，是進行信號時頻分析和處理的理想工具。
基于小波分析直接進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)點是可以回避被診斷對象的數(shù)學模型，這對于那些難以建立解析數(shù)學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(xù)小波變換能夠通過多尺度分析提取信號的奇異點。
其基本原理是利用信號在奇異點附近的Lipschitz指數(shù)。
Lipschitz指數(shù)時，其連續(xù)小波變換的模極大值隨尺度的增大而增大;當時，則隨尺度的增大而減小。
噪聲對應(yīng)的Lipschitz指數(shù)遠小于0，而信號邊沿對應(yīng)的Lipschitz指數(shù)大于或等于0。
因此，可以利用小波變換區(qū)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(qū)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。
動態(tài)系統(tǒng)的故障通常會導致系統(tǒng)的觀測信號發(fā)生奇異變化，可以直接利用小波變換檢測觀測信號的奇異點，從而實現(xiàn)對系統(tǒng)故障的檢測。
除此之外，小波變換可以看作一個帶通濾波器，從而可以對信號進行濾波。
近年來，已經(jīng)出現(xiàn)了很多基于小波變換的去噪方法。
Mallat提出了通過尋找小波變換系數(shù)中的局部極大值點，并據(jù)此重構(gòu)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(tǒng)進行故障診斷，也可利用此信號進行殘差分析。
通過去噪獲得系統(tǒng)輸出信號來進行故障診斷，方法上比較簡單，但對故障的判斷受限于觀測人員自身的經(jīng)驗。
2.2 光學檢測技術(shù)
由于故障診斷資料不足，對故障的認識受到較大限制，給明確診斷帶來困難，有時所懷疑的故障的一般規(guī)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程往往也是模糊的，具有一定程度的不確定性。
近年來，光學技術(shù)得到了快速的發(fā)展并被應(yīng)用到工業(yè)領(lǐng)域，例如在數(shù)控機床中光柵系統(tǒng)的應(yīng)用。
光柵測量是利用光的衍射原理，通過疊放的光柵的相對運動，產(chǎn)生與之同步移動的莫爾條紋信號，然后通過讀數(shù)頭與后續(xù)電路，將導軌、工作臺的位置等信號轉(zhuǎn)變成信號讀出來，其讀數(shù)分辨率可達5nm。
當兩塊相同的長光柵跌合，如果柵線的夾角很小時，莫爾條紋的方向與光柵條紋方向近似垂直。
光柵盤上黑白刻線的相對移動，會產(chǎn)生光強度周期性變化，此光信號經(jīng)光電池轉(zhuǎn)換成為周期性的電信號，對電信號進行分析處理，就可獲得光柵相對移動的位移量。
2.3 人工智能診斷
機電設(shè)備在運行時均會產(chǎn)生物理變化或者化學性能的轉(zhuǎn)化，這樣勢必會造成設(shè)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，檢測人員可以通過對設(shè)備的這些參數(shù)變化的分析來了解設(shè)備的運行狀況。
故障診斷技術(shù)就是依照不同參數(shù)的不同變化規(guī)律，而預(yù)判斷設(shè)備是否出現(xiàn)故障及出現(xiàn)故障的具體位置，以便及時采取科學有效的措施，防止出現(xiàn)不必要的損失，提高了設(shè)備運行效率和安全性。
近年來，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越廣泛。
例如，用于大機組和燃氣輪機的診斷專家系統(tǒng)、采用概率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、自組織映象和徑向基函數(shù)網(wǎng)絡(luò)等的智能診斷神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等。
Zadeh曾將專家系統(tǒng)、模糊集合、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、概率計算和遺傳算法統(tǒng)稱為軟計算。
將軟計算中各種方法集成，形成各種類型的混合系統(tǒng)，如用于診斷的模糊專家系統(tǒng)、模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等，使各種方法互相取長補短，相輔相成，是一種值得關(guān)注的動向。
結(jié)束語
電子機械設(shè)備一旦由于故障，機械性能降低，無法正常運轉(zhuǎn)，從而影響到生產(chǎn)效率。
而受到摩擦、外力、應(yīng)力以及化學反應(yīng)的影響，現(xiàn)代機械的零部件會出現(xiàn)磨損、腐蝕、斷裂等情況，致使機械產(chǎn)生故障而無法運行，只有采取積極的防御措施，進行及時的修理，能夠有效的避免機械故障的產(chǎn)生。
參考文獻
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航空電子機械設(shè)備故障診斷技術(shù)研究【2】
關(guān)鍵詞：航空電子 設(shè)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,而且隨著現(xiàn)代工業(yè)及科學技術(shù)的迅速發(fā)展,特別是計算機技術(shù)的發(fā)展,設(shè)備的結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜,自動化程度也越來越高,不僅同一設(shè)備的不同部分之間互相關(guān)聯(lián),緊密耦合,而且不同設(shè)備之間也存在著緊密的聯(lián)系,在運行過程中形成一個整體。
因此,一處故障可能引起一系列連鎖反應(yīng),導致整個設(shè)備甚至整個過程不能正常運行, 輕者造成停機,重者會產(chǎn)生嚴重的后果甚至災(zāi)難性的人員傷亡,這就要求現(xiàn)代設(shè)備系統(tǒng)具有很高的安全性和可靠性。
目前,設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷已成為現(xiàn)代航空、航天和國防建設(shè)中的重要內(nèi)容,不容忽視。
1、航空設(shè)備故障預(yù)測和健康管理系統(tǒng)
由于航空設(shè)備的特殊性，其故障預(yù)測和健康管理系統(tǒng)原則上應(yīng)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(yīng)有所區(qū)別。
飛機在執(zhí)行任務(wù)的過程中，機載部分自動進行狀態(tài)監(jiān)控和管理，自動記錄和分析飛機及各系統(tǒng)的狀態(tài)，并進行狀態(tài)的預(yù)測、故障的檢測和隔離，根據(jù)預(yù)測和狀態(tài)信息完成系統(tǒng)重構(gòu)，上述信息可在空中通過無線通信傳遞給地面保障中心系統(tǒng)或存儲在黑匣子內(nèi);地面部分則側(cè)重于維修決策，根據(jù)信息進一步確定故障部位，制定維修方案。
根據(jù)機載部分和地面部分特點，機載部分應(yīng)具有以下功能:狀態(tài)監(jiān)測功能，數(shù)據(jù)存儲功能，分系統(tǒng)功能級故障預(yù)測功能，提供分系統(tǒng)故障對飛行任務(wù)的影響評估或警示。
地面部分的功能應(yīng)具有以下特點:數(shù)據(jù)傳輸與存儲功能，狀態(tài)顯示功能，分系統(tǒng)功能級故障診斷與分系統(tǒng)部件級故障診斷功能，提出維修方案和維修規(guī)范。
故障診斷系統(tǒng)是根據(jù)診斷對象故障的特點，利用現(xiàn)有的故障診斷技術(shù)研制而成的自動化診斷裝置。
故障診斷的各種理論與方法的研究最終都必須落實到具體的診斷裝置或診斷系統(tǒng)的研制上，只有診斷系統(tǒng)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)常會碰到這樣的情況：飛行員反映空中出現(xiàn)某個故障，但地面檢查中卻不能復(fù)現(xiàn);機務(wù)準備通電中發(fā)現(xiàn)某機件有故障，但再次通電時故障現(xiàn)象消失;甚至有些諸如“轉(zhuǎn)速急降”的危險性信號都是時有時無，給地勤人員排故造成很大困難。
實際上，這就是所謂的“未發(fā)現(xiàn)故障”(NOFault found,NFF)，它是航空維修工作中較為常見的一個問題。
進行NFF的診斷，需要預(yù)先收集大量的相關(guān)信息、資料和統(tǒng)計數(shù)據(jù)等。
電子產(chǎn)品或設(shè)備的性能特征如電流、電壓、電阻等是反映其正常或故障狀態(tài)的重要參數(shù)，通過監(jiān)測這些本質(zhì)參數(shù)的變化來發(fā)現(xiàn)故障，已成為當前應(yīng)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(tǒng)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(shù)據(jù)，基于本質(zhì)參數(shù)的方法可以用在目前對監(jiān)測發(fā)動機工作狀態(tài)的各種傳感器進行NFF預(yù)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、電阻等形式隨時檢測發(fā)動機相關(guān)工作狀態(tài)，評價發(fā)動機性能指標，有時的自身失效或工作狀態(tài)變化就會導致發(fā)動機誤報故障或發(fā)生NFF。
將這些數(shù)據(jù)分門別類加以統(tǒng)計，用時間序列分析方法建立差分方程形式的數(shù)學模型，再根據(jù)模型或得出的曲線趨勢圖進行分析研究，可較好地掌握機件設(shè)備的歷史工作狀況，發(fā)現(xiàn)或預(yù)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。
隨著飛機的更新?lián)Q代和使用時間的增長，要重點關(guān)注導航系統(tǒng)、飛控系統(tǒng)和其它自動控制系統(tǒng)電子設(shè)備故障和老舊飛機線路引起的潛在性、危險性故障。
因此，為了預(yù)防或減少NFF的發(fā)生，應(yīng)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(yīng)努力克服硬件或軟件的設(shè)計缺陷，將故障隱患降到最低限度。
建立相關(guān)的數(shù)據(jù)庫，將容易發(fā)生NFF的故障進行技術(shù)統(tǒng)計分析，以便在某些工作時機根據(jù)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(xiàn)重要系統(tǒng)、重要故障時，要全面、系統(tǒng)地分析故障發(fā)生時的環(huán)境特點及飛機所處高度、速度、姿態(tài)等參數(shù)，及時檢測線路，認真研究電路圖。
尤其應(yīng)加強空地之間的聯(lián)系和信息交換，確定該設(shè)備是否空地使用不一致或不同，以便能創(chuàng)造故障復(fù)現(xiàn)的條件。
3、結(jié)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(yīng)用到電子設(shè)備的故障診斷之中。
如小波變換方法,信息融合方法及基于Agent的診斷方法等。
隨著新理論的不斷發(fā)展,這方面的工作仍是故障診斷的重要內(nèi)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(yīng)用,一個重要的方面就是如何從不同角度獲取故障信息。
對電子設(shè)備來說,除了電壓和溫度信號外,能否從其它方面獲得故障信息,如電磁場信息等,這也是有待深入研究的內(nèi)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(zhàn)傷的武器設(shè)備在現(xiàn)場夠得到及時的維修,對提高裝備的戰(zhàn)斗出動強度、補充戰(zhàn)斗實力和保持一定的持續(xù)戰(zhàn)斗力都有重要的意義。
而現(xiàn)在的戰(zhàn)傷搶修都是由專業(yè)的維修人員在野戰(zhàn)條件下就地組織實施。
利用遠程故障專家系統(tǒng)可以獲得遠離戰(zhàn)場的專家的指導,有效地提高維修效率和速度。
故障診斷是一門實用性很強的技術(shù),因此只有在實際應(yīng)用中才能體現(xiàn)它的價值。
目前在理論研究方面雖有不少進展,但真正在工程實踐中成功應(yīng)用的實例還較少。
特別是真正實用準確的電子設(shè)備故障診斷系統(tǒng)。
因此,如何將先進的故障診斷理論與方法應(yīng)用到實際中去還有待深入的研究。
再者對于一個大型復(fù)雜航空電子設(shè)備進行故障診斷分析時,傳統(tǒng)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(tǒng)故障診斷技術(shù)為基礎(chǔ),綜合利用智能故障診斷技術(shù),構(gòu)造高效而智能化的故障診斷平臺,才是大型航空電子設(shè)備診斷和維修的一個很有前途的發(fā)展方向。
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