大型成型生產(chǎn)設(shè)

1、電力生產(chǎn)設(shè)備的監(jiān)測(cè)、評(píng)價(jià)與維護(hù)系統(tǒng)張偉（清華大學(xué)機(jī)械工程系，先進(jìn)成型制造教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室）摘要：電力生產(chǎn)設(shè)備和裝置高效率、穩(wěn)定的運(yùn)行是企業(yè)創(chuàng)造價(jià)值的基礎(chǔ)，機(jī)器設(shè)備良好的運(yùn)行狀態(tài)能夠長(zhǎng)時(shí)間的持續(xù)依靠維護(hù)來(lái)保障。本文分析電力設(shè)備裝置維護(hù)過(guò)程的基本需求，提出了運(yùn)行維護(hù)管理者面臨的5個(gè)基本問(wèn)題，針對(duì)這5個(gè)問(wèn)題的解決，需要研發(fā)5套針對(duì)性的信息技術(shù)系統(tǒng)：（1）狀態(tài)監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)信息系統(tǒng)、（2）機(jī)器狀態(tài)和運(yùn)行壽命預(yù)測(cè)分析系統(tǒng)、（3）故障診斷專家系統(tǒng)、（4）維護(hù)決策支持系統(tǒng)、（5）維護(hù)知識(shí)與實(shí)施管理系統(tǒng)。進(jìn)一步介紹了這些系統(tǒng)的功能和構(gòu)建系統(tǒng)需要的技術(shù)與理論方法。結(jié)論指出：電力生產(chǎn)設(shè)備監(jiān)測(cè)、評(píng)價(jià)與維護(hù)系統(tǒng)是知識(shí)化、

2、智能化的信息系統(tǒng)，將越來(lái)越實(shí)用化和普及化。關(guān)鍵詞：狀態(tài)監(jiān)測(cè)，壽命預(yù)測(cè)，故障診斷，維護(hù)決策，維護(hù)管理。1 電力生產(chǎn)設(shè)備監(jiān)測(cè)、評(píng)價(jià)與維護(hù)技術(shù)的需求現(xiàn)代電力生產(chǎn)設(shè)備自動(dòng)化程度很高，是典型的大型復(fù)雜系統(tǒng)。人們不僅要求設(shè)備高效率、安全穩(wěn)定運(yùn)行，還希望這樣良好的生產(chǎn)狀態(tài)能夠長(zhǎng)時(shí)間的持續(xù)，這就是電力生產(chǎn)設(shè)備監(jiān)測(cè)、評(píng)價(jià)與維護(hù)技術(shù)需求起源。滿足這些需求的途徑，就是基于計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)、信息處理技術(shù)、人工智能、傳感器技術(shù)、可靠性工程和領(lǐng)域?qū)ｉT知識(shí)進(jìn)行針對(duì)性的集成，構(gòu)成電力生產(chǎn)設(shè)備監(jiān)測(cè)、評(píng)價(jià)與維護(hù)信息系統(tǒng)。2 面臨的五個(gè)基本問(wèn)題及其解決辦法（1）生產(chǎn)設(shè)備的狀態(tài)好不好？（2）如果好，能維持多久？（3）如果不好，是什么

3、原因？（4）如果不好，達(dá)到什么程度，該不該維護(hù)檢修？（5）如果要維護(hù)檢修，怎么修？每一個(gè)電力生產(chǎn)設(shè)備的用戶或管理者都必須回答這五個(gè)問(wèn)題，實(shí)際上這五個(gè)問(wèn)題是相互先后關(guān)聯(lián)。針對(duì)這些問(wèn)題的回答需要采取相應(yīng)的動(dòng)作。對(duì)于問(wèn)題（1），通過(guò)獲取機(jī)器設(shè)備的狀態(tài)參量（事實(shí)與證據(jù)），掌握機(jī)器狀態(tài)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，將兩者進(jìn)行比較就可以明了，具體實(shí)現(xiàn)形式就是附屬于電力生產(chǎn)設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)信息系統(tǒng)，系統(tǒng)的構(gòu)成如圖1所示，由各種類型的傳感器、計(jì)算機(jī)硬件采集裝置和軟件構(gòu)成； 圖1：機(jī)器狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 圖2 結(jié)構(gòu)概率應(yīng)力模型對(duì)于問(wèn)題（2），以設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為基礎(chǔ)提供事實(shí)與證據(jù)，由機(jī)器狀態(tài)和運(yùn)行壽命預(yù)測(cè)分析系統(tǒng)給出回答。基本思想

4、和理論有兩部分，一是應(yīng)用時(shí)間序列分析的理論對(duì)設(shè)備的狀態(tài)參量進(jìn)行預(yù)測(cè)計(jì)算，常見的簡(jiǎn)單模型有AR和ARMA模型；二是采用可靠性設(shè)計(jì)計(jì)算的基本理論，將實(shí)際測(cè)試得到的各工況載荷時(shí)間序列計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)、載荷譜編輯、假設(shè)檢驗(yàn)和參數(shù)估計(jì)一系列操作，獲得載荷的概率密度函數(shù)，再根據(jù)實(shí)際的受力情況轉(zhuǎn)換為結(jié)構(gòu)危險(xiǎn)點(diǎn)的應(yīng)力概率密度函數(shù)，再將其與材料的分布機(jī)械性能進(jìn)行聯(lián)合概率計(jì)算，最終給出機(jī)器設(shè)備已知置信度的剩余壽命，或指定壽命條件下失效的可能性，圖2是一個(gè)機(jī)器結(jié)構(gòu)壽命預(yù)測(cè)軟件系統(tǒng)界面。對(duì)于問(wèn)題（3），是典型的故障診斷問(wèn)題，故障診斷技術(shù)涉及傳感技術(shù)、信號(hào)處理與分析技術(shù)、人工智能、專家系統(tǒng)、知識(shí)工程、模式識(shí)別和認(rèn)知等領(lǐng)域，是多

5、學(xué)科交叉的綜合性學(xué)科。具體故障診斷系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)形式較多，一般包括：（a）基于信號(hào)分析與特征提取的輔助診斷系統(tǒng)，專門提供給領(lǐng)域?qū)＜疫M(jìn)行機(jī)器設(shè)備故障診斷時(shí)使用，通常由數(shù)據(jù)庫(kù)、經(jīng)典信號(hào)分析（時(shí)域分析、FFT頻域分析）、現(xiàn)代信號(hào)分析、小波分析等構(gòu)成特征分析提取軟件系統(tǒng)，由領(lǐng)域?qū)＜覒?yīng)用自己的有關(guān)機(jī)器設(shè)備的知識(shí)和故障機(jī)理認(rèn)識(shí)，結(jié)合分析提取的事實(shí)特征進(jìn)行診斷；（b）故障診斷專家系統(tǒng)，采用人工智能技術(shù)由推理機(jī)、知識(shí)庫(kù)、知識(shí)編輯模塊、跟蹤解釋模塊、事實(shí)證據(jù)獲取等模塊構(gòu)成的信息軟件系統(tǒng)。按功能又分為咨詢?cè)\斷和自動(dòng)診斷專家系統(tǒng)。按實(shí)現(xiàn)形式又分為基于知識(shí)庫(kù)和推理機(jī)專家系統(tǒng)和基于模式識(shí)別、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)、模糊聚類等算法構(gòu)成的特

6、定診斷對(duì)象的專家系統(tǒng)；對(duì)于問(wèn)題（4），實(shí)際上是決策的問(wèn)題，在設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)和故障診斷的基礎(chǔ)上，綜合考慮維修需求、損益、風(fēng)險(xiǎn)、代價(jià)和實(shí)際條件作出機(jī)器設(shè)備維護(hù)決策，這就是維護(hù)決策支持系統(tǒng)的功能與任務(wù)。決策支持系統(tǒng)是一個(gè)以數(shù)據(jù)庫(kù)為平臺(tái)，以經(jīng)濟(jì)損益分析技術(shù)、優(yōu)化理論與技術(shù)、人工智能技術(shù)作支撐的智能信息系統(tǒng)；對(duì)于問(wèn)題（5）的解決，有史以來(lái)的答案都是依靠專業(yè)技術(shù)維護(hù)人員與隊(duì)伍進(jìn)行?，F(xiàn)實(shí)的需要和趨勢(shì)是修機(jī)器也要科學(xué)化、知識(shí)化和信息化。在一些重要行業(yè)維護(hù)知識(shí)與實(shí)施管理系統(tǒng)發(fā)揮了巨大作用，例如電力設(shè)備維護(hù)ABC制度與管理系統(tǒng)。其基本思想將維護(hù)工作劃分為ABC三類，A類不需停機(jī)檢修 ，B類需停機(jī)不解體檢修，C類需停機(jī)且解體檢修，針對(duì)這三類工作進(jìn)行信息化積累和知識(shí)共享，怎樣修的就怎樣記錄，逐步完善、優(yōu)化，一些重要關(guān)鍵設(shè)備的設(shè)計(jì)生產(chǎn)商也提供維修規(guī)程和知識(shí)模型，結(jié)合操作票和安全票的管理，最后形成好用、省錢、省事的維護(hù)知識(shí)與實(shí)施管理系統(tǒng)。3 電力生產(chǎn)設(shè)備監(jiān)測(cè)、評(píng)價(jià)與維護(hù)技術(shù)發(fā)展展望可以預(yù)見，電力生產(chǎn)設(shè)備監(jiān)測(cè)、評(píng)價(jià)與維護(hù)技術(shù)會(huì)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，大型電力生產(chǎn)設(shè)備的（1）狀態(tài)監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)信息系統(tǒng)、（2）機(jī)器狀態(tài)和運(yùn)行壽命預(yù)測(cè)分析系統(tǒng)、（3）故障診斷系統(tǒng)及其專家系統(tǒng)、（4）維護(hù)決策支持系統(tǒng)、（5）維護(hù)