高立新 

摘要：機(jī)器監(jiān)測診斷技術(shù)是鋼廠智能制造的關(guān)鍵技術(shù)之一，但普遍對此認(rèn)識不足，缺乏系統(tǒng)深入的研究，應(yīng)用效果不佳，針對以上問題，本文建議：組建緊密的產(chǎn)學(xué)研專家工匠團(tuán)隊，持續(xù)進(jìn)行高質(zhì)量培訓(xùn)，建設(shè)好設(shè)備醫(yī)院，將機(jī)器監(jiān)測診斷向治病和保健康兩個方向延伸，才能做好這件事情。通過案例，介紹了無線測振、產(chǎn)生式規(guī)則和精度檢測在鋼廠設(shè)備上監(jiān)測診斷的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：鋼鐵企業(yè) 智能制造  機(jī)器監(jiān)測診斷

分類號：TH17

1.在人工智能時代人的重要性

鋼廠智能制造涉及到表1所示的主要內(nèi)容，實現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)管理¹是機(jī)器運維的基礎(chǔ)，預(yù)測性維修（狀態(tài)維修）是其中重要的維修方式，機(jī)器狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)是核心技術(shù)，該技術(shù)也可以用于機(jī)器服役質(zhì)量評估等方面。

表1流程工業(yè)的現(xiàn)狀及智能制造的特征

最近網(wǎng)上有一篇彭昭寫的文章²互相轉(zhuǎn)發(fā)，文章指出以下三個主要因素致使預(yù)測性維修發(fā)展不及預(yù)期：投資回報率難以計算；思維沒有轉(zhuǎn)變，商業(yè)模式?jīng)]有轉(zhuǎn)變；基礎(chǔ)不扎實，數(shù)據(jù)量不足，從數(shù)據(jù)中提取有價值洞察的難度更是遠(yuǎn)超想象。

本文認(rèn)為還三個因素中內(nèi)含一個核心點：對人的作用認(rèn)識不足。正因為對人的作用認(rèn)識不足，導(dǎo)致對事情的認(rèn)識也不足，所以出現(xiàn)以上幾種情況。

對人的認(rèn)識不足主要表現(xiàn)在：沒有充分認(rèn)識到專家團(tuán)隊的重要性，系統(tǒng)開發(fā)時不是以專家團(tuán)隊的意見為主，專家團(tuán)隊缺乏一個良好的工作環(huán)境，沒有將專家團(tuán)隊與工匠團(tuán)隊有機(jī)的結(jié)合在一起....，等等。

在人工智能時代，雖然可以通過微信、QQ、短信等方式將千千萬萬運維人員微小的智慧匯集在一起，但是以緊密合作方式組建的專家團(tuán)隊至關(guān)重要，這里所說的專家不僅僅是各行各業(yè)技術(shù)方面的專家，還有管理、財務(wù)、投資和法律專家等，不僅僅是具有職稱的教授研究員和高工，也包括具有實踐經(jīng)驗的工匠，這些專家融入一體的共識是預(yù)測性維修發(fā)展達(dá)到預(yù)期的保證。

對事情的認(rèn)識不足表現(xiàn)在如下幾個方面：

沒有認(rèn)識到預(yù)測性維修技術(shù)難度大。預(yù)測性維修要用到無線傳感器等，這涉及到物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；預(yù)測性維修要做分析診斷，這涉及到人工智能技術(shù)；預(yù)測性維修是為了提高產(chǎn)品質(zhì)量，這涉及到先進(jìn)制造技術(shù)。對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、人工智能技術(shù)和先進(jìn)制造技術(shù)等總體上掌握不好，就做不好預(yù)測性維修。

沒有認(rèn)識到預(yù)測性維修管理難度大。許多企業(yè)不能認(rèn)識到，投運了這種系統(tǒng)以后，必須有至少四年的運維服務(wù)，運維服務(wù)必須包含機(jī)器服役質(zhì)量評估報告（例如健康報告）、診斷報告、檢修質(zhì)量報告和針對疑難雜癥的專家綜合報告等，當(dāng)監(jiān)測點足夠多時必須給運維服務(wù)商提供現(xiàn)場辦公環(huán)境、并要求其參與企業(yè)運維會議、為供應(yīng)商提供圖紙、生產(chǎn)工藝數(shù)據(jù)和所有與分析診斷有關(guān)的基礎(chǔ)性資料以便其完成智能診斷系統(tǒng)，所以，雖然投資了大量資金，但收效甚微甚至完全失敗。

   怎樣克服以上困難，取得實效，建議主要做好如下工作：

（1）產(chǎn)學(xué)研結(jié)合。作為專家，最好能走動于企業(yè)和科研院所，或者說，科院所的教授研究員們要深入企業(yè)解決實際問題，企業(yè)的高工和工匠們要多參加科研院所的科研課題團(tuán)隊，他們應(yīng)當(dāng)能一起合作編寫專著，共同對企業(yè)人員和專業(yè)碩士進(jìn)行培訓(xùn)，共同解決企業(yè)和科研院所遇到的疑難雜癥，共同研究開發(fā)智能診斷和壽命預(yù)測等系統(tǒng)。現(xiàn)場的在線監(jiān)測系統(tǒng)是護(hù)士系統(tǒng)，而在線診斷系統(tǒng)是醫(yī)生系統(tǒng)，在人工智能時代，擁有眾多專家的團(tuán)隊才有可能在智能診斷方面取得領(lǐng)先的成果。北京的幾家同行企業(yè)和科研院所既有競爭，又有合作，關(guān)系比較融洽。

（2）持續(xù)不斷的高質(zhì)量的培訓(xùn)。低速重載初軋機(jī)監(jiān)測診斷等技術(shù)是國內(nèi)外公認(rèn)的難點，生產(chǎn)設(shè)備的大多數(shù)負(fù)責(zé)人能認(rèn)識到在線監(jiān)測診斷系統(tǒng)的作用十分困難，只有針對這些難點和問題持續(xù)進(jìn)行系統(tǒng)的、不同層級的、專門的實例培訓(xùn)才能解決，各個企業(yè)需要在國內(nèi)外頂尖專家團(tuán)隊（不是2-3個人，至少是5人以上）持續(xù)指導(dǎo)下，培養(yǎng)自己的專業(yè)診斷人員。

第一是要持續(xù)進(jìn)行免費和收費兩種形式的“機(jī)器狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷”培訓(xùn)，第二是去企業(yè)進(jìn)行高質(zhì)量的專家培訓(xùn)和深入班組的針對故障隱患的“刺刀見紅”式的培訓(xùn)，只有發(fā)自內(nèi)心想為病人治好病的醫(yī)生才是好醫(yī)生，只有發(fā)自內(nèi)心想給設(shè)備治好病的專業(yè)人員才是稱職的設(shè)備醫(yī)生，所以，即使是免費培訓(xùn)也必須是持續(xù)的、高質(zhì)量的培訓(xùn)。

（3）合作建設(shè)設(shè)備醫(yī)院。設(shè)備醫(yī)院為設(shè)備從設(shè)計、制造、運維、超期服役、循環(huán)利用、回收提供全面的服務(wù)，希望通過設(shè)備醫(yī)院這個平臺，使全世界的廠家，都能為彼此提供性價比最好的產(chǎn)品和服務(wù)。

（4）將機(jī)器監(jiān)測診斷向兩個方向延伸。一是，不僅要看病，還要治病；二是，振動溫度監(jiān)測要與提高產(chǎn)品質(zhì)量結(jié)合起來，要為設(shè)備健康長壽保駕護(hù)航，人只有精力充沛才有好的工作質(zhì)量，設(shè)備只有功能、精度、狀態(tài)完好，才能保證產(chǎn)品質(zhì)量。

（5）機(jī)器狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)要能與生產(chǎn)質(zhì)量系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)。不僅在操作臺工人能看見設(shè)備報警（就像汽車駕駛員時刻關(guān)注眼前的各種報警），更重要的是全部的生產(chǎn)數(shù)據(jù)今后要能與機(jī)器狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行融合，這更是需要一大批具有豐富理論實踐經(jīng)驗的生產(chǎn)設(shè)備專家來共同努力。

（6）不僅要與企業(yè)合作，還要與個人合作。現(xiàn)在有越來越多的自由工作者，還有許多退休的設(shè)備運維專家，這些都是實現(xiàn)預(yù)測性維修的重要力量。

   必須充分認(rèn)識到預(yù)測性維修技術(shù)管理難度很大，這項工作必須依靠性價比較好的、由歷經(jīng)失敗成功的專家團(tuán)隊研發(fā)的產(chǎn)品/服務(wù)才能取得較好的效果，而不是以低價中標(biāo)的產(chǎn)品/服務(wù)。

在人工智能時代，組建專家團(tuán)隊是需要費用的，我們必須認(rèn)識到人工智能時代的這個特點。

2. 無線測振技術(shù)、產(chǎn)生式規(guī)則和機(jī)器精度

    無線測振技術(shù)極大地降低了成本，產(chǎn)生式規(guī)則永遠(yuǎn)是智能診斷系統(tǒng)的重要組成部分，只有保證了機(jī)器功能精度才可能在最低成本情況下生產(chǎn)出高質(zhì)量產(chǎn)品。

（1）無線測振技術(shù)

無線測振傳感器比有線傳感器的抗干擾能力強很多，因為無線測振傳感器的數(shù)據(jù)采集部分內(nèi)裝在傳感器殼體里面，輸出的是數(shù)字信號。數(shù)字信號傳輸過程中是不會變化的。有線傳感器輸出的是模擬信號，受導(dǎo)線長度影響比較大，信號容易失真。

為了防止各種干擾，得到良好信噪比的振動信號，無線測振傳感器設(shè)計時有如下特殊考慮：

1.無線測振傳感器采用內(nèi)部電池電源供電，這樣避免了傳感器受到來自供電電源線路上面的干擾。

2.無線傳感器使用數(shù)字方式傳輸信號。所有采集的原始信號，在傳感器內(nèi)部被數(shù)字化。藍(lán)牙Bluetooth通訊方式經(jīng)過了多年發(fā)展，其可靠性能已經(jīng)得到充分驗證。數(shù)據(jù)傳輸時候有數(shù)據(jù)校驗機(jī)制，可以確保數(shù)據(jù)被準(zhǔn)確無誤地傳送給接收終端。

3.傳感器的內(nèi)部電路與傳感器外殼完全隔離。

圖1是在高線廠的實測效果相片，可見信噪比非常好，在頻譜圖中出現(xiàn)25#精軋機(jī)Z1/Z2的嚙合頻率830Hz和二倍頻1660Hz，這說明該軋機(jī)有故障隱患。

圖1 無線測振傳感器在高線廠實測效果圖

無線測振傳感器還能測量垂直、水平、軸向三個方向，可以減少測振點數(shù)，更大幅度的降低成本。                                  

（2）產(chǎn)生式規(guī)則

 本文認(rèn)為，對于眾多希望在機(jī)器智能診斷方面開展工作的企業(yè)和個人，從產(chǎn)生式規(guī)則開始積累知識較好，通過以下齒輪裂紋和滾動軸承嚴(yán)重?fù)p壞兩個案例說明產(chǎn)生式規(guī)則的應(yīng)用。

規(guī)則一：如果出現(xiàn)齒輪嚙合頻率，如果齒輪嚙合頻率旁邊有邊頻，如果峰值趨勢圖呈上升趨勢，則軸承嚴(yán)重?fù)p壞的可能性大于70%。

規(guī)則二：如果出現(xiàn)齒輪嚙合頻率，如果齒輪嚙合頻率旁邊有邊頻，如果峰值趨勢圖呈波浪性狀態(tài)并且沒有上升趨勢，則齒輪有裂紋的可能性大于80%。

A. 振動頻譜圖

B. 振動峰值趨勢圖

C. 損壞零件實物

                  圖2  齒輪裂紋和滾動軸承嚴(yán)重?fù)p壞兩個案例

這條規(guī)則還需要進(jìn)一步驗證和完善，但在初始的智能診斷系統(tǒng)中增加這種規(guī)則，專業(yè)人員易于理解，軟件人員也容易編程序，也容易區(qū)別常見普通故障和少見惡性故障，鋼鐵企業(yè)是很需要的。

（3）機(jī)器精度

振動監(jiān)測可以發(fā)現(xiàn)機(jī)器的實際裝配精度未達(dá)到要求。從圖3中可以看到精軋機(jī)B26#錐箱傘齒輪齒輪嚙合頻率3727Hz，并有Ⅱ軸轉(zhuǎn)頻為間隔的邊頻，最高的振動幅值為6.2 m/s²，這種現(xiàn)象已經(jīng)在這臺精軋機(jī)上存在一年多，而在其它軋機(jī)上均沒有這種情況。

圖3  26#精軋機(jī)傘齒輪齒輪嚙合頻率3727Hz

精軋B26錐箱箱體于2005年8月1日上午9點鐘左右吊起，打開箱體檢查發(fā)現(xiàn)，錐箱Ⅰ軸上Z1和Ⅱ軸上Z2的一對齒數(shù)為61的傘齒輪間隙為0.29mm，在正常范圍內(nèi)，裝配鉗工將錐箱Ⅰ軸和Ⅱ軸的位置進(jìn)行了調(diào)整，使兩個傘齒輪的嚙合狀況達(dá)到最佳，齒側(cè)間隙為0.28 mm，并8月1日晚20.30恢復(fù)生產(chǎn)。

圖4  精軋B26#錐箱檢修前后的三維瀑布圖    

從圖4可以看出，由于錐箱的Ⅰ軸和Ⅱ軸的位置的調(diào)整，Z1和Z2齒輪嚙合情況達(dá)到最佳狀態(tài)，嚙合頻率3727Hz處的振動幅值6.2 m/s2消失。

這意味著B26這架精軋機(jī)整體振動下降，不僅會延長軸承齒輪等零部件的壽命，對提高產(chǎn)品質(zhì)量也起到良好的作用。

提高機(jī)器的實際裝配精度就是從0.29mm到0.28 mm這一道之差，振動監(jiān)測可以通過特征頻率來發(fā)現(xiàn)精度不足的問題，雖然增加振動監(jiān)測診斷系統(tǒng)會增加成本，但先進(jìn)制造技術(shù)就是要以合理的成本生產(chǎn)出高質(zhì)量的產(chǎn)品，能過滿足社會需求、獲得較高的利潤才是企業(yè)最終的最求。

3. 結(jié)論

（1）在人工智能時代，組建專家團(tuán)隊是需要費用的，只有依靠性價比較好的、由歷經(jīng)失敗成功的專家團(tuán)隊研發(fā)的產(chǎn)品/服務(wù)才能取得預(yù)測性維修的成功。

（2）充分發(fā)揮無線測振技術(shù)和產(chǎn)生式規(guī)則在智能監(jiān)測診斷系統(tǒng)中的作用，振動監(jiān)測可以在機(jī)器功能精度監(jiān)測方面發(fā)揮更大的作用。

參考文獻(xiàn)

1.現(xiàn)代流程企業(yè)設(shè)備狀態(tài)管理的系統(tǒng)策劃與實踐，張克南 陳衛(wèi)東 楊大雷 萬年紅等編著，上海科學(xué)技術(shù)出版社，2007年9月第一次印刷

2.曾被認(rèn)為是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的“殺手級”應(yīng)用，預(yù)測性維護(hù)為何發(fā)展不及預(yù)期？物聯(lián)智庫，彭昭，2019.3.23