赵中敏
摘要机械故障诊断是人通过各种信息对机械状态实现正确判断和识别，并作出决策的过程。机械状态的信息特性对机械故障诊断起重要作用，信息提取不可靠、信息处理不准确、信息的不完美都会导致误诊，研究信息特性对提高故障确诊率，提高故障诊断的可靠性具有实际意义。
关键词故障诊断信息特性误诊措施
中图分类号TG806文献标识码B
机械故障诊断是应机器设备的不断完善、复杂和自动化的趋势而发展起来的一门学科。从方法学的角度来讲，机械故障诊断过程就是诊断人员或系统对诊断对象的认识过程，是经过调查研究、资料收集，然后进行分析综合、抽象概括、逻辑推理判断最后给出诊断决策结论的过程。作为一个复杂的推理过程，机械故障诊断不可避免地存在着诊断决策结论正确与否的问题，即误诊的发生总是难免的。
一、信息处理与误诊分析
1．信息提取不可靠与误诊
机械故障诊断虽分为直接诊断和间接诊断，但由于受到设备结构和工作条件的限制，直接诊断往往难以进行。因而，多采用间接诊断，即通过二次诊断信息来间接判断设备中关键零部件的状态变化。而诊断测试便是获取二次诊断信息必备的关键环节。最常见的是振动测试（位移、速度、加速度）和声音测试。
然而，由于各种原因，获取的数据可能发生偏差。体现在三方面：①数据没有正确反映客观存在，②数据的信噪比低，③数据的不完备性。如果把这些不准确的数据当成有效数据来分析，则误诊就很可能发生。
下面就诊断测试系统的一般组成，分析引起数据偏差的几个主要因素。
(1)传感器。传感器是测试系统的第一道“工序”。传感器安装不牢固、安装表面有问题及其不在其线性范围内工作都将使数据出现偏差。而传感器失效更使得获取的数据出现错误。
(2)数据采集与传输。数据采集时的参数设置，特别是采样频率、采样长度和放大倍数的设置，数据传输线的抗干扰性及屏蔽性，传输线接口部分的可靠性，外界突然的干扰等，这些都可能影响到采集信号的有效性，导致信号的信噪比低、失真或某种程度上失真。
(3)单传感器。在采集设备的轴振动的位移时，由于仅有单方向的传感器，使得采集的信号不能全面反映轴的振动情况。因而，造成数据的不完备性，容易出现误诊。
(4)多路通道信号采集。自从全息谱原理与技术被提出以来，数据的融合便成为了机械故障诊断中的一个重要举措。多路通道采集来的信号在时间起点上存在差异，不同的采集方法导致不同的时间差。如果一截面上两个传感器采样的时间相差太大，信号就不能进行合成。再者，如果没有采集到鉴相信号，则难以确定转子振动的相位。
(5)多源信号干扰。在有些诊断现场，不同设备之间可能存在相互干扰，从而使得采集的信号包含了多个源信号。例如，采集一台氨压缩机的低压缸振动时，与其相邻的齿轮箱的高频振动可能会影响到实际的输出信号，从而淹没了低压缸转子本身的高频信息，容易造成高频故障的误诊，如动静碰摩等。
2．信息处理不准确与误诊
能够快速、有效地提取反映机器故障信息的特征是机械故障诊断的关键所在。故障诊断方法再先进，反映机器故障信息的特征不准确，也不会得出一个准确的结果。
诊断特征主要是通过对设备采集得来的信号进行分析和处理来获取。这些特征可能是一些简单的时域特征，如峰峰值、均为方根值、峭度等，或者工艺参数特征，如油温、油压等，还有一些复杂的频域特征及基于全息谱的特征，如转频椭圆及轴心轨迹等。
目前，各种特征提取方法层出不穷，为诊断对象的特征提取提供了有效的解决力方案。例如统计模拟、小波分析、独立分量分析等。当然还有常用的频域分析、全息谱分析等。
在应用中，许多方法都有其前提条件。而且，在不同的应用场合，各种方法还可能存在其局限性以及数学上的精确性。在实际应用中，如果没有注意到这些，就可能引起误诊。例如，全息谱合成的前提是能精确计算信号的幅值、频率和相位。正是由于屈梁生教授应用内插技术独立解决了这个问题，才发现了全息谱，否则，合成的结果是没有意义的，最终会导致错误的判断。
3．信息不完美与误诊
对于一个诊断对象而言，如果其运行状态较为复杂，则为了诊断故障，必然要获得丰富的、有用的诊断信息。然而，由于客观条件和手段的限制等原因，可能使获得的信息难以确切地给出诊断结论，主要体现在以下三个方面。
(1)信息不完备。在诊断实践中，故障与诊断信息之间并非一一对应的关系。一个信息对应多个不同的故障，而一个故障也表征为多个不同的信息。这就需要掌握允分的有用信息来区分不同的故障。否则，就可能会出现误诊。例如，引起二倍频大的故障就有不对中、测量表面缺陷、横向裂纹和50Hz干扰。要具体确认是哪种故障，还需要其他信息，否则，就容易发生误诊。
(2)信息不一致。诊断信息不一致在诊断实践中也是较为常见的现象。这些信息之间存在一定程度上的冲突。也就是说，某些信息很大程度上支持故障F1，否定故障F2；相反，另一些信息则支持故障F2，而否定故障F1。此时，误诊也会容易发生。
(3)信息不确定。来自于诊断对象的诊断信息经历了许多传输途径，其不确定性可能较小，也可能很大，如传感器、传输线等均影响其确定性。此外，还有定性与定量信息之间转换导致的不确定性。这些造成了信息不确定。
二、提高信息可靠度减少误诊的措施
1．提高诊断测试的准确性
提高诊断测试的准确性是保证诊断数据可靠性的重要前提。可以从以下四方面着手，来提高数据的可靠性：①对传感器进行定期检验，②可考虑用多个传感器测量，③采用可靠的传输线，④正确设置采样参数。
2．提高诊断系统的可靠性
随着设备运行与维护的需要，各种在线、离线、远程等诊断分析系统，以及人工神经网络、贝叶斯网络、专家系统等智能诊断系统逐渐用于机械故障诊断，为确诊故障带来了许多便利之余，也为机械故障的误诊增加了环节。开发合理的、完善的、有效的诊断系统，提高他们在特征提取或诊断推理方面的可靠性，有利于减小误诊率。
3．加强诊断信息描述的客观性
诊断信息在机械故障诊断中的重要性是不言而喻的，其表达与描述是否合理及准确关系到诊断推理结果的正确与否。然而，在诊断实践中，诊断信息既有定性信息，也有定量信息；既包含简单信息，又包含复杂信息；既存在确定信息，又存在不确定信息。在诊断推理过程中，定量信息经常会转换为定性信息，例如，“70μm的振动”描述成“振动大”等。
概率论和模糊数学是描述这种信息的强有力的工具。因而，可以考虑用适当的方式把概率论和模糊数学理论融入到故障诊断的信息表达和描述中来，加强其描述的客观性。
提高机械故障诊断的可靠性，降低误诊率，在保证诊断数据准确无误的同时，必须使诊断系统合理，同时具有开放性和可扩充性，使诊断知识不断得到丰富和充实。
参考文献
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