严东波
摘要：本文主要阐述了状态监测与故障诊断系统的发展过程，系统构成，及其在设备管理中的作用。
关键词：状态监测故障诊断专家系统频谱位移加速度
一、前言
企业管理的现代化必然要以设备的现代化作为其重要组成部分，而机械设备状态监测与故障诊断技术在设备管理与维修现代化中占有重要的地位，为了做到对设备的预防维修，从设备维修的角度，首先必须建立起与设备有关的状态监测与诊断技术体系，即必须根据被诊断的对象设备自身的重要性选定相应的监测方法和仪器设备。这有多种配置，其中用于现场的数据采集器，并配有数据处理、分析和诊断的计算机系统在我国已经开展状态监测与故障诊断工作的工厂企业中约占70%以上，离线监测与诊断系统似乎是企业刚开展状态监测与故障诊断工作的切入点，这是因为数据采集器小巧便携、操作简便，不仅可以记录特征量值，而且可以记录时间波形和进行频谱分析，集测量、记录和频谱分析仪的多项功能于一体；而计算机终端的分析软件则可完成数据库建立，巡检路径组态，并可针对各个不同设备进行分析诊断和趋势预报。因此采用先进的技术和手段进行设备管理是提高设备使用效率以获得最大的企业效益的良好途径。
在人类生产发展史上，设备管理中维修体制的发展经历了从不定期到定期，又到不定期这样几个阶段，它反应了人们在生产实践中不断的寻求最好的设备管理方法和最合理的设备维修体制以取得最大的经济效益的进步过程。
事后维修方式时代对发生事故难以预料，并往往会造成设备的严重损坏，既不安全而且又延长了维修时间，修理费用反而加大。
计划维修是建立在设备故障率的统计分析基础上的，其检修期远远小于最短故障期，因此可以保证不会出现设备损坏的严重故障，但是往往要使还能运行一段时间的设备停下检修，既减少了产量又增加了维修费用，造成所谓“过剩维修”，这对于现代化大型连续生产企业，其不合理性是明显的。
而以状态监测为基础的预知维修，是不规定检修周期，但是要定期或连续地对设备进行状态监测，并根据状态监测和故障诊断的结果，查明设备有无劣化或故障征兆，再安排在必要时进行修理。它能在设备失效前检测和诊断出所存在的故障，并可较准确地估计出连续运行的可靠时间，因而设备使用寿命最长，意外停机事故最少，还有因过剩维修受到控制，从而减少了备件消耗和维修工作量，也可防止因检修而出现的人为故障，从而最终导致使维修费用最低。
二、状态监测与故障诊断技术的发展
第一阶段状态监测与故障诊断技术是近二十年发展起来的一门新兴交叉学科，最初是依靠现场获取设备运行时的感观状态（如异常震动、异常噪音、异常温度、润滑油液中是否含有磨削物等）并凭经验或多位专家进行分析研究确定可能存在何种故障或故障隐患。
第二阶段随着测量以及测量仪器的深入研究发展，状态监测逐步发展为依靠测量仪器测量设备的某些关键部位，以获取参数（如频率、振幅、速度、加速度、温度等参数）并记录下来，通过计算出某些固有参数与测量参数进行对比，确定故障点或故障隐患点，或者通过对某些参数多次测量的数值进行比较，依据其劣化趋势确定其工作状态(是否出现故障或故障隐患)。
第三阶段随着计算机的发展，软件的开发，设备管理已进入计算机管理模式，状态监测与故障诊断技术也发展到计算机时代，一些专用的状态监测仪器（如数据采集器）不仅具有测量、记录现场参数，还能进行一些简单的数据分析处理，要作进一步的分析处理时，只需将数据采集器上的参数通过通讯线传入计算机，计算机便能对这些数据作出综合分析，并显示出相关的图谱如：倍频谱图、倒频谱图、时域频谱图、幅值图等。并可通过计算机上的专家系统对所测的数据进行综合评价（如设备是否该修理或还可使用多长时间后应修理）
第四阶段随着其他各门学科的进一步发展和计算机网络技术的飞速发展，状态监测域故障诊断技术方面的研究工作已进入深度和广度发展的阶段，研究工作从监测诊断系统的开发研制进入到诊断方法的研究；监测诊断手段由震动工艺参数的监测扩大到油液、扭矩、功率、甚至能量损耗的监测诊断；研究对象由旋转机械扩展到发动机、工程施工机械以及生产线；时空范围由当地监测诊断扩大到异地监测，即监测诊断网络。
三、状态监测与故障诊断系统的分类及结构特点
1、离线监测与诊断系统的结构特点
离线诊断是故障诊断中的一种类型或一种工作模式，对设备运行状态是定期地进行一次监测与诊断。从表面上看，“离线”与“在线”仅是工作方式的不同，但正是由于这种工作方式的区别，决定了应用场合和服务对象以及所采用技术的复杂程度的不同，从而形成了离线监测与诊断系统与在线系统在结构特点上有较大的差异，其次在分析功能上也存在一定差异。
离线监测与诊断系统的工作方式通常是先在实验室或计算机房通过计算机对数据采集器进行巡检路径组态设置，然后单独将数据采集器带到现场进行数据采集、存贮。待数据采集完毕后，再将数据采集器带回实验室与计算机联机，然后将数据采集器中的数据上载到计算机并存入数据库中进行集中管理和分析、处理。
总体上讲，离线监测与诊断系统相对在线系统而言要简单的多，其系统基本构成如图1所示，离线系统由传感器、动态数据采集器和微型计算机（包括监测、通讯、分析和诊断软件）所组成，也称T—C—PC机械故障巡检系统，其中动态数据采集器与微型计算机通过RS-232C接口或其他专用接口连接，形成可分离的联机系统。
图1离线监测与诊断系统的基本构成
2、在线监测与诊断系统的结构特点
在线监测与诊断是状态监测与故障诊断中的另一种类型或工作模式，它是将传感器永久安装于测点上，并将传感器采集的信号通过处理设备和传输设备直接传输到计算机，或专用分析与诊断仪器，对所测设备的技术状态进行实时显示和分析诊断，甚至可以将分析诊断结果接入设备的电器控制部分，一旦发现故障或所测参数超过报警范围，计算机发出指令使电器控制部分作出停机操作以保护设备。其系统基本构成如图2所示。与离线监测相比较起来能更及时的发现故障，但成本较高。
图2在线监测与诊断系统的基本构成
3、网络监测与故障诊断的结构特点
状态监测与故障诊断系统还可以实现局域网络管理和Internet网络管理
局域网络管理是指在某一个固定的工厂企业或某个车间，建立一个局域网，使各个终端上的数据都能共享，从而实现管理者能够在各自的办公室看到有关设备管理员是否对指定设备进行了监测以及监测的结果和分析结论，以便作出正确的决策：设备继续使用还是停机修理。
Internet网络管理是指设备上自带监测系统及网络通讯接口，或者将采集的数据通过网络直接传输给设备生产厂家，让生产厂家作出分析和故障诊断结果，并提供相应的建议。
四、在设备管理中应用状态监测与故障诊断技术的优点
国内设备管理中采用诊断技术工作起步较晚，但也有许多成功的例子，概括地讲，应用诊断技术，实行以状态监测为主的维修制度有以下优点：
（1）避免“过剩维修”，防止因不必要的拆卸使设备精度降低，延长设备寿命。
（2）减少维修时间，提高生产效率和经济效益。
（3）减少和避免重大事故发生，故不仅能获得巨大经济效益，而且能获得很好的社会效益。
（4）降低维修费用。
结束语
综上所说，我们可以得出结论，对于现代化设备来说，不出故障是很难做到的，问题在于早期发现，防患于未然，而以时间为基础的定期维修方式必然要过渡到以状态为基础的状态监测维修制度。因为按状态维修产生的经济效益是十分惊人的，有“无形的财富”和“被遗忘的利润”之称。