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其實(shí)設(shè)備故障診斷是一種給設(shè)備“看病”的技術(shù)，是了解和掌握設(shè)備在使用過程中的狀態(tài)，確定其整體或局部是正常或異常，早期發(fā)現(xiàn)故障及其原因并能預(yù)報故障發(fā)展趨勢的技術(shù)。而它的主要任務(wù)有：故障檢測、故障類型判斷、故障定位及故障恢復(fù)等。

性能指標(biāo)

評價故障診斷系統(tǒng)性能的指標(biāo)大體上可分為以下三個方面。

檢測性能指標(biāo)

1. 早期檢測的靈敏度。是指一個故障檢測系統(tǒng)對“小”故障信號的檢測能力。檢測系統(tǒng)早期檢測的靈敏度越高，表明它能檢測到的最小故障信號越小。
2. 故障檢測的及時性。是指當(dāng)診斷對象發(fā)生故障后，檢測系統(tǒng)在盡可能短的時間內(nèi)檢測到故障發(fā)生的能力。故障檢測的及時性越好，說明從故障發(fā)生到被正確檢測出來之間的時間間隔越短。
3. 故障的誤報率和漏報率。誤報率是指系統(tǒng)沒有發(fā)生故障卻被錯誤地判定出現(xiàn)了故障；漏報則是指系統(tǒng)中出現(xiàn)了故障卻沒有被檢測出來的情形。一個可靠的故障檢測系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)保持盡可能低的誤報率和漏報率。

1. 故障分離能力。是指診斷系統(tǒng)對不同故障的區(qū)分能力。這種能力的強(qiáng)弱取決于對象的物理特性、故障大小、噪聲、干擾、建模誤差以及所設(shè)計(jì)的診斷算法。分離能力越強(qiáng)，表明診斷系統(tǒng)對于不同故障的區(qū)分能力越強(qiáng)，那么對故障的定位也就越準(zhǔn)確。
2. 故障辨識的準(zhǔn)確性。是指診斷系統(tǒng)對故障的大小及其時變特性估計(jì)的準(zhǔn)確程度。故障辨識的準(zhǔn)確性越高，表明診斷系統(tǒng)對故障的估計(jì)就越準(zhǔn)確，也就越有利于故障的評價與決策。

1. 魯棒性。是指故障診斷系統(tǒng)在存在噪聲、干擾、建模誤差的情況下正確完成故障診斷任務(wù)，同時保持滿意的誤報率和漏報率的能力。一個故障診斷系統(tǒng)的魯棒性越強(qiáng)，表明它受噪聲、干擾、建模誤差的影響越小，其可靠性也就越高。
2. 自適應(yīng)能力。是指故障診斷系統(tǒng)對于變化的被診斷對象具有自適應(yīng)能力，并且能夠充分利用由于變化產(chǎn)生的新信息來改善自身。引起這些變化的原因可以是被診斷對象的外部輸入的變化、結(jié)構(gòu)的變化或由諸如生產(chǎn)數(shù)量、原材料質(zhì)量等問題引起的工作條件的變化 。

診斷方法

基于專家系統(tǒng)

基于專家系統(tǒng)的診斷方法是故障診斷領(lǐng)域中最為引人注目的發(fā)展方向之一，也是研究最多、應(yīng)用最廣的一類智能型診斷技術(shù)。它大致經(jīng)歷了兩個發(fā)展階段：基于淺知識領(lǐng)域?qū)＜业慕?jīng)驗(yàn)知識的故障診斷系統(tǒng)、基于深知識診斷對象的模型知識的故障診斷系統(tǒng)。

• 基于淺知識的智能型專家診斷方法

淺知識是指領(lǐng)域?qū)＜业慕?jīng)驗(yàn)知識。基于淺知識的故障診斷系統(tǒng)通過演繹推理或產(chǎn)生式推理來獲取診斷結(jié)果，其目的是尋找一個故障集合使之能對一個給定的征兆（包括存在的和缺席的）集合產(chǎn)生的原因作出最佳解釋。基于淺知識的故障診斷方法具有知識直接表達(dá)、形式統(tǒng)一、高模組性、推理速度快等優(yōu)點(diǎn)。但也有局限性，如知識集不完備，對沒有考慮到的問題系統(tǒng)容易陷入困境；對診斷結(jié)果的解釋能力弱等缺點(diǎn)。

• 基于深知識的智能型專家診斷方法

深知識則是指有關(guān)診斷對象的結(jié)構(gòu)、性能和功能的知識。基于深知識的故障診斷系統(tǒng)，要求診斷對象的每一個環(huán)境具有明顯的輸入輸出表達(dá)關(guān)系，診斷時首先通過診斷對象實(shí)際輸出與期望輸出之間的不一致，生成引起這種不一致的原因集合，然后根據(jù)診斷對象領(lǐng)（域中的第一定律知識）及其具有明確科學(xué)依據(jù)的知識他內(nèi)部特定的約束聯(lián)系，采用一定的算法，找出可能的故障源。

基于深知識的智能型專家診斷方法具有知識獲取方便、維護(hù)簡單、完備性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，但缺點(diǎn)是搜索空間大，推理速度慢。

• 基于淺知識和深知識的智能型專家混合診斷方法

基于復(fù)雜設(shè)備系統(tǒng)而言，無論單獨(dú)使用淺知識或深知識，都難以妥善地完成診斷任務(wù)，只有將兩者結(jié)合起來，才能使診斷系統(tǒng)的性能得到優(yōu)化。因此，為了使故障智能型診斷系統(tǒng)具備與人類專家能力相近的知識，研發(fā)者在建造智能型診斷系統(tǒng)時，越來越強(qiáng)調(diào)不僅要重視領(lǐng)域?qū)＜业慕?jīng)驗(yàn)知識，更要注重診斷對象的結(jié)構(gòu)、功能、原理等知識，研究的重點(diǎn)是淺知識與深知識的整合表示方法和使用方法。事實(shí)上，一個高水平的領(lǐng)域?qū)＜以谶M(jìn)行診斷問題求解時，總是將他具有的深知識和淺知識結(jié)合起來，完成診斷任務(wù)。一般優(yōu)先使用淺知識，找到診斷問題的解或者是近似解，必要時用深知識獲得診斷問題的精確解。

基于人工神經(jīng)網(wǎng)

知識獲取上，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的知識不需要由知識工程師進(jìn)行整理、總結(jié)以及消化領(lǐng)域?qū)＜业闹R，只需要用領(lǐng)域?qū)＜医鉀Q問題的實(shí)例或范例來訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；在知識表示方面，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)采取隱式表示，并將某一問題的若干知識表示在同一網(wǎng)絡(luò)中，通用性高、便于實(shí)現(xiàn)知識的總動獲取和并行聯(lián)想推理。在知識推理方面，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通過神經(jīng)元之間的相互作用來實(shí)現(xiàn)推理。

前在許多領(lǐng)域的故障診斷系統(tǒng)中已開始應(yīng)用，如在化工設(shè)備、核反應(yīng)器、汽輪機(jī)、旋轉(zhuǎn)機(jī)械和電動機(jī)等領(lǐng)域都取得了較好的效果。由于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)從故障事例中學(xué)到的知識只是一些分布權(quán)重，而不是類似領(lǐng)域?qū)＜疫壿嬎季S的產(chǎn)生式規(guī)則，因此診斷推理過程不能夠解釋，缺乏透明度 。

基于模糊數(shù)學(xué)

許多診斷對象的故障狀態(tài)是模糊的，診斷這類故障的一個有效的方法是應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)的理論。基于模糊數(shù)學(xué)的診斷方法，不需要建立精確的數(shù)學(xué)模型，適當(dāng)?shù)倪\(yùn)用局部函數(shù)和模糊規(guī)則，進(jìn)行模糊推理就可以實(shí)現(xiàn)模糊診斷的智能化。

基于故障樹

故障樹方法是由電腦依據(jù)故障與原因的先驗(yàn)知識和故障率知識自動輔助生成故障樹，并自動生成故障樹的搜索過程。診斷過程從系統(tǒng)的某一故障“為什么出現(xiàn)這種顯現(xiàn)”開始，沿著故障樹不斷提問而逐級構(gòu)成一個梯階故障樹，透過對此故障樹的啟發(fā)式搜索，最終查出故障的根本原因。在提問過程中，有效合理地使用系統(tǒng)的及時動態(tài)數(shù)據(jù)，將有助于診斷過程的進(jìn)行。于故障樹的診斷方法，類似于人類的思維方式，易于理解，在實(shí)際情況應(yīng)用較多，但大多與其他方法結(jié)合使用。

案例分享

案例中的客戶是開發(fā)、設(shè)計(jì)、制造、銷售汽車及汽車零部件（包括新能源汽車及其電池、電機(jī)、整車控制技術(shù)）、電子電器、金屬機(jī)械、鑄金鍛件、粉末冶金、設(shè)備、工具和模具的一家汽車制造商公司。在整車生產(chǎn)過程中，需要利用沖壓設(shè)備將鋼板鍛造成型，沖壓設(shè)備故障會對生產(chǎn)過程帶來不必要的損失，并存在以下三個痛點(diǎn)：

• 傳統(tǒng)的設(shè)備運(yùn)維運(yùn)維人員需要積累豐富的運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)，時間、人力成本高；
• 對于設(shè)備故障的類型和程度等級難以做出準(zhǔn)確的判斷；
• 對故障的發(fā)生時間以及可能性無法做出精準(zhǔn)的預(yù)測。

慧都大數(shù)據(jù)團(tuán)隊(duì)對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，選擇最優(yōu)的預(yù)測模型，對傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性探索，找到故障發(fā)生的所有相關(guān)數(shù)據(jù)特征（如圖方框選擇的數(shù)據(jù)區(qū)域所示），從而預(yù)測出故障會在接下來的某個時間點(diǎn)出現(xiàn)故障（如圖橢圓形區(qū)域）。我們的預(yù)測模型準(zhǔn)確度在90%以上。

模型效果

沖壓設(shè)備故障5分鐘的預(yù)測狀況

沖壓設(shè)備故障10分鐘的預(yù)測狀況

效果界面

慧都設(shè)備故障預(yù)測解決方案項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)在實(shí)施完成后，為客戶進(jìn)行了一個月的項(xiàng)目運(yùn)行維護(hù)，做到了三分鐘響應(yīng)，半小時處理，能夠完美融入客戶現(xiàn)場生產(chǎn)過程，客戶非常滿意。最終實(shí)現(xiàn)：

• 故障預(yù)測準(zhǔn)確率93%以上；
• 預(yù)測時間只需要100毫秒；
• 節(jié)省人工成本現(xiàn)在只需要1個運(yùn)維人員；
• 方案線上全自動預(yù)測，實(shí)現(xiàn)了完全的自動化。