論機(jī)械故障診斷中的誤診斷與信息處理方法

1、論機(jī)械故障診斷中的誤診斷與信息處理方法論機(jī)械故障診斷中的誤診斷與信息處理方法 摘要:對(duì)機(jī)械狀態(tài)的誤診斷是對(duì)機(jī)械狀態(tài)的一種歪曲反映，誤診斷原因是多方面的，包括診斷數(shù)據(jù)的不準(zhǔn)確性、診斷依據(jù)的不可靠性、診斷推理的不合理性等。機(jī)械狀態(tài)的信息特性對(duì)機(jī)械故障診斷起重要作用，研究信息特性對(duì)提高故障確診率和故障診斷的可靠性具有實(shí)際意義針對(duì)獲取的故障信息具有不確定性，文章提出用粗集理淪處理診斷中的不確性的數(shù)學(xué)方法理論。關(guān)鍵詞:故障診斷;誤診斷;信息不可靠;研究Abstract: The mechanical condition is mistakenly diagnosed as a distortion of

2、 the mechanical state of reflection, wrong diagnosis for many reasons, including diagnostic data is not accuracy of diagnosis is based on the unreliability of diagnostic reasoning irrational and so on. Mechanical characteristics of the mechanical state of information plays an important role in diagn

3、osis and research characteristics of research information to improve rate of fault diagnosis and troubleshooting of the reliability of the practical significance of the failure to obtain information for the uncertainty, the article mentioned rough set out the reason perish deal with the diagnosis of

4、 the uncertainties of the mathematical theory.Keywords: fault diagnosis; wrong diagnosis; information is not reliable; Research目 錄 中文摘要中文摘要.1- 英文摘要英文摘要 .2第一章第一章 機(jī)械誤診斷的原因機(jī)械誤診斷的原因.- 4 -1、故障的復(fù)雜性.- 4-2、診斷知識(shí)的不確定性.-4 -3、理論的相對(duì)性.-5 -4、診斷實(shí)踐的局限性.- 5 -5、獲取數(shù)據(jù)的不準(zhǔn)確性.- 5 -6、診斷人員不專業(yè).- 5-第二篇第二篇 機(jī)械故障診斷中信息提取機(jī)械故障診斷中信息提

5、取.- 5 -1、信息提取不可靠.- 5 -2、信息處理不準(zhǔn)確.- 6 -3、信息不完美.- 6 -第三章第三章 提高信息可靠度、減少誤診斷的措施提高信息可靠度、減少誤診斷的措施 .- 6 -1、提高診斷測(cè)試的準(zhǔn)確性.-6 -2、提高診斷系統(tǒng)的可靠性.-6 -3、加強(qiáng)診斷信息描述的客觀性.- 7 -第四章第四章 粗集理論對(duì)信息不確定性的處理粗集理論對(duì)信息不確定性的處理.- 7 -第五章第五章 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).- 8 - 機(jī)械故障診斷的發(fā)展歷程中，故障確診率的提高一直是研究的熱點(diǎn)，故障的誤診卻沒有引起人們足夠的重視。為了系統(tǒng)地闡述機(jī)械故障診斷中的誤診問題，給出了誤診的含義及分類;按照機(jī)械故障診

6、斷推理過程的環(huán)節(jié)，詳細(xì)分析了誤診產(chǎn)生的機(jī)理和具體的原因，針對(duì)這些誤診的潛在原因，提出了減少誤診的方法和措施。提高機(jī)械故障診斷的可靠性，降低誤診率，在保證診斷數(shù)據(jù)準(zhǔn)確無(wú)誤的同時(shí)，必須使診斷系統(tǒng)合理，同時(shí)具有開放性和可擴(kuò)充性，使診斷知識(shí)不斷得到豐富和充實(shí)。第一章第一章 機(jī)械誤診斷的原因機(jī)械誤診斷的原因從診斷的結(jié)果與診斷對(duì)象客觀存在的差異來(lái)看，故障診斷的結(jié)論可分為確診、誤診和漏診，確診即為對(duì)診斷對(duì)象的故障判斷是準(zhǔn)確無(wú)誤的。漏診則是對(duì)故障的遺漏。而誤診，顧名思義，就是錯(cuò)誤的診斷，也可稱之為誤判。漏診實(shí)質(zhì)上也可歸為對(duì)設(shè)備的誤診。1、故障的復(fù)雜性 在故障診斷過程中，診斷對(duì)象的故障過程是復(fù)雜多變的，在故障發(fā)

7、展過程中，由于引起故障的因素在性質(zhì)、特點(diǎn)及作用方式上是不同的，機(jī)械功能狀況和所受損害的具體情況也不同，使得故障征兆和演變具有不同形式，診斷中往往難以迅速準(zhǔn)確地認(rèn)識(shí)故障的性質(zhì)，導(dǎo)致誤診，具體表現(xiàn)在以下幾方面: (1)故障的發(fā)展過程中，一種故障可能表現(xiàn)出多種不同故障征兆。如液壓系統(tǒng)故障診斷中，電磁換向閥故障可能導(dǎo)致系統(tǒng)壓力、流量不滿足要求，脈動(dòng)可能加劇，還可能導(dǎo)致系統(tǒng)工作溫度升高等。而對(duì)不同診斷對(duì)象，即使是同一種機(jī)械，對(duì)同一種故障的反應(yīng)也是有差異的。一個(gè)對(duì)象的反應(yīng)可能快，另一個(gè)對(duì)象反應(yīng)可能慢，一個(gè)對(duì)象的某征兆對(duì)某故障反應(yīng)可能劇烈，而另一個(gè)對(duì)象反應(yīng)可能較平穩(wěn)等。 (2)不同故障在發(fā)展過程中，可能出現(xiàn)

8、相似的征兆，同種征兆可能對(duì)應(yīng)多種故障形式。如回轉(zhuǎn)機(jī)械中，各種故障的發(fā)生，往往都伴隨著振動(dòng)的加劇，而且在頻域分析時(shí)，在相同倍頻上，不同故障可能會(huì)有相似的表現(xiàn)形式。這種故障征兆的相似性，使我們?cè)诠收显\斷中容易產(chǎn)生混淆。 (3)在很多情況下，隨著故障的發(fā)展，還可能引起繼發(fā)性故障，這種繼發(fā)性故障可能會(huì)掩蓋原來(lái)的故障，或原來(lái)的故障掩蓋繼發(fā)性故障，這都將造成故障診斷的困難。如液壓系統(tǒng)中，由于某種原因引起油液污染程度增加，這可能引起液壓泵運(yùn)動(dòng)副的嚴(yán)重磨損，磨損的顆?；烊擞鸵褐?，進(jìn)一步加劇油液污染，液壓泵磨損將引起液壓系統(tǒng)失效，泵的失效是油液污染這種原發(fā)性故障所引起的，而原發(fā)性故障和泵磨損這種繼發(fā)性故障混在一

9、起，相互促進(jìn)，造成惡性循環(huán)，這增加了查找原發(fā)性故障的難度。為克服故障征兆的復(fù)雜性給故障診斷帶來(lái)的困難，必須開闊思路，不拘泥于典型故障一征兆的狹窄思路，從系統(tǒng)角度出發(fā)，進(jìn)行由環(huán)境到機(jī)械，由局部到整體，由階段到過程的具體分析，將征兆、原因、故障機(jī)理有機(jī)結(jié)合起來(lái)加以研究，減少誤診率。2、診斷知識(shí)的不確定性 各種機(jī)械設(shè)備，由于復(fù)雜程度不同，工作環(huán)境各異，使我們獲得的有關(guān)故障的知識(shí)往往有不確定和不完善的一面。一般來(lái)說，我們不能等待某種故障完全發(fā)生后再得出結(jié)論，而必須實(shí)施早期診斷，及時(shí)采取措施避免故障的進(jìn)一步發(fā)展，這樣，我們必須依據(jù)故障的部分征兆或無(wú)任何征兆情況下作出診斷，這不可避免地帶來(lái)誤診。 由于故障

10、診斷資料不足，對(duì)故障的認(rèn)識(shí)受到較大限制，給明確診斷帶來(lái)困難，有時(shí)不能將其有類似征兆的故障完全排除，有時(shí)所懷疑的故障的一般規(guī)律與故障征兆不完全相符，另外排除了一種故障的可能，又缺乏對(duì)某種故障作出識(shí)別的足夠依據(jù)，因此故障診斷的推理過程往往也是模糊的，具有一定程度的不確定性。針對(duì)這種情況，充分研究故障診斷對(duì)象，建立合理的模糊知識(shí)體和模糊推理機(jī)，利用現(xiàn)代人工智能原理實(shí)施診斷更符合故障診斷的性質(zhì)，將提高診斷的可靠性。3、理論的相對(duì)性 任何理論與實(shí)際的故障過程相比，總有局限性，機(jī)械設(shè)備作為一個(gè)與環(huán)境和人共同組成的有機(jī)體，是有差異的，理論只能大體概括故障診斷實(shí)踐中的具體情況，同時(shí)，理論又受到一定科學(xué)技術(shù)條件

11、的限制，還存在尚待認(rèn)知的領(lǐng)域。 理論與具體故障相比，總是有一定距離的。以故障診斷的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)說，它是以典型征兆為基礎(chǔ)而總結(jié)制定的，不太典型的故障，就未必都與診斷標(biāo)準(zhǔn)相符合，若將診斷標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)作教條而一成不變，難免造成誤診?？傊覀兯兄频脑\斷系統(tǒng)，應(yīng)具有開放性和可擴(kuò)充性，使系統(tǒng)具有不斷完善的能力，這是降低誤診率的重要途徑。4、診斷實(shí)踐的局限性故障診斷的實(shí)踐是機(jī)械故障診斷學(xué)形成發(fā)展的基礎(chǔ)，對(duì)故障現(xiàn)象進(jìn)行試驗(yàn)研究，雖然也是獲取相關(guān)知識(shí)的重要途徑，但由于試驗(yàn)與機(jī)械系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行情況、工作環(huán)境是有差異的，所得出的結(jié)論必然存在一定的局限性，作為實(shí)施故障診斷的主體人，對(duì)機(jī)械系統(tǒng)的了解程度及故障診斷的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)不同，

12、得出的結(jié)論也有差異，如觀察 1 幅機(jī)械圖象，1 個(gè)經(jīng)驗(yàn)豐富的人，頭腦中積累了大量故障知識(shí)，往往能較準(zhǔn)確地從中把握機(jī)械運(yùn)行狀況，作出合理診斷結(jié)論，尤其是對(duì)早期故障和不典型故障的診斷更是如此。因此，必須加強(qiáng)診斷的實(shí)踐環(huán)節(jié)，從實(shí)踐中抽取有用的知識(shí)去擴(kuò)充和豐富我們的診斷系統(tǒng)。5、獲取數(shù)據(jù)的不準(zhǔn)確性在實(shí)施故障診斷過程中，首先應(yīng)獲取機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)行的有關(guān)數(shù)據(jù)。機(jī)械運(yùn)行過程中，往往受外界環(huán)境及各種隨機(jī)因素影響，使獲取的數(shù)據(jù)具有某種程度的不準(zhǔn)確性，容易造成誤診。因此須采取必要數(shù)據(jù)預(yù)處理手段，減少隨機(jī)因素的影響，剔除其中的趨勢(shì)項(xiàng)、奇異項(xiàng)等，提高數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，這也是降低誤診率的必要條件。6、診斷人員不專業(yè)診斷人員的素質(zhì)

13、也決定了診斷結(jié)論的正確程度。診斷人員的理論知識(shí)、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、方法知識(shí)以及執(zhí)行故障診斷時(shí)的態(tài)度都可能導(dǎo)致誤診。同時(shí)，診斷人員在綜合運(yùn)用知識(shí)、理論聯(lián)系實(shí)際、善于解決實(shí)際問題等方面的能力也會(huì)影響診斷結(jié)論。第二章第二章 機(jī)械故障診斷中信息提取機(jī)械故障診斷中信息提取1、信息提取不可靠 機(jī)械故障診斷分為直接診斷和間接診斷，但由于受到設(shè)備結(jié)構(gòu)和工作條件的限制，直接診斷往往難以進(jìn)行。因而，多采用間接診斷，即通過二次診斷信息來(lái)間接判斷設(shè)備中關(guān)鍵零部件的狀態(tài)變化。而診斷測(cè)試便是獲取二次診斷信息必備的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。最常見的是振動(dòng)測(cè)試(位移、速度、加速度)和聲音測(cè)試。然而，由于各種原因，獲取的數(shù)據(jù)可能發(fā)生偏差。體現(xiàn)在 3

14、個(gè)方面:(1)數(shù)據(jù)沒有正確反映客觀存在;(2)數(shù)據(jù)的信噪比低;(3)數(shù)據(jù)的不完備性。如果把這些不準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)當(dāng)成有效數(shù)據(jù)來(lái)分析，就很可能發(fā)生誤診。2、信息處理不準(zhǔn)確 能夠快速、有效地提取反映機(jī)器故障信息的特征是機(jī)械故障診斷的關(guān)鍵。診斷特征主要通過對(duì)設(shè)備采集來(lái)的信號(hào)進(jìn)行分析和處理獲取。這些特征可能是一些簡(jiǎn)單的時(shí)域特征，如峰峰值、均方根值、峭度等，或者工藝參數(shù)特征，如油溫、油壓等，還有一些復(fù)雜的頻域特征及基于全息譜的特征，如轉(zhuǎn)頻橢圓及軸心軌跡等。目前，各種特征提取方法層出不窮，如統(tǒng)計(jì)模擬、小波分析、獨(dú)立分量分析、頻域分析、全息譜分析等，為診斷對(duì)象的特征提取提供了有效的解決方案。在應(yīng)用中，許多方法都有

15、其應(yīng)用的前提條件。而且，在不同的應(yīng)用場(chǎng)合，各種方法還可能存在其局限性以及數(shù)學(xué)上的精確性問題。在實(shí)際應(yīng)用中，如果沒有注意到這些，就可能引起誤診。3、信息不完美對(duì)于一個(gè)診斷對(duì)象，如果其運(yùn)行狀態(tài)較復(fù)雜，由于客觀條件和手段的限制等原因，可能使獲得的信息難以確切地給出診斷結(jié)論，主要體現(xiàn)在以下 3 個(gè)方面:(1)信息不完備。在診斷實(shí)踐中，故障與診斷信息之間并非一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。1個(gè)信息對(duì)應(yīng)多個(gè)不同的故障，而 1 個(gè)故障也表征為多個(gè)不同的信息。這就需要掌握充分的有用信息來(lái)區(qū)分不同的故障。否則，就可能出現(xiàn)誤診。(2)信息不一致。診斷信息不一致在診斷實(shí)踐中也是較常見的現(xiàn)象。這些信息之間存在一定程度上的沖突。也就是

16、說，某些信息很大程度上支持故障 F1，否定故障 F2;相反，另一些信息則支持故障 F2，而否定故障 F1。此時(shí)，誤診也容易發(fā)生。(3)信息不確定。來(lái)自于診斷對(duì)象的診斷信息經(jīng)歷了許多傳輸途徑，其不確定性可能較小，也可能很大，如傳感器、傳輸線等均影響其確定性。此外，還有定性與定量信息之間轉(zhuǎn)換導(dǎo)致的不確定性。第三章第三章 提高信息可靠度、減少誤診斷的措施提高信息可靠度、減少誤診斷的措施1、提高診斷測(cè)試的準(zhǔn)確性提高診斷測(cè)試的準(zhǔn)確性是保證診斷數(shù)據(jù)可靠性的重要前提?？梢詮囊韵?4 方面著手:(1)對(duì)傳感器進(jìn)行定期檢驗(yàn);(2)可考慮用多個(gè)傳感器測(cè)量;(3)采用可靠的傳輸線;(4)正確設(shè)置采樣參數(shù)。2、提高診

17、斷系統(tǒng)的可靠性隨著設(shè)備運(yùn)行與維護(hù)的需要，各種在線、離線、遠(yuǎn)程等診斷分析系統(tǒng)以及人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、貝葉斯網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)等智能診斷系統(tǒng)逐漸用于機(jī)械故障診斷，為確診故障帶來(lái)了許多便利之余，也增加了機(jī)械故障誤診的可能性。開發(fā)合理完善有效的診斷系統(tǒng)，提高它們?cè)谔卣魈崛』蛟\斷推理方面的可靠性，有利于減小誤診率。3、加強(qiáng)診斷信息描述的客觀性 診斷信息在機(jī)械故障診斷中的重要性是不言而喻的，其表達(dá)與描述是否合理、準(zhǔn)確關(guān)系到診斷推理結(jié)果的正確與否。然而，在診斷實(shí)踐中，診斷信息既有定性信息，也有定量信息;既包含簡(jiǎn)單信息，又包含復(fù)雜信息;既存在確定信息，又存在不確定信息。在診斷推理過程中，定量信息經(jīng)常會(huì)轉(zhuǎn)換為定性信息，例

18、如， 70 ,m 的振動(dòng)”描述成“振動(dòng)大”等。概率論和模糊數(shù)學(xué)是描述這種信息的強(qiáng)有力的工具。因而，可以考慮用適當(dāng)?shù)姆绞桨迅怕收摵湍：龜?shù)學(xué)理論融人到故障診斷的信息表達(dá)和描述中來(lái)，加強(qiáng)其描述的客觀性。第四章第四章 粗集理論對(duì)信息不確定性的處理粗集理論對(duì)信息不確定性的處理 具有隨機(jī)信息、未確定信息、模糊信息、灰信息中的一種的信息為單式信息;至少存在 2 種以上的信息為盲信息，而將概率論、模糊理論、灰色數(shù)學(xué)、未確知數(shù)學(xué)的理論與方法有機(jī)結(jié)合起來(lái)，即不確定性數(shù)學(xué)的理論與方法，提出或運(yùn)用某種理論和方法，對(duì)具有相似或不同特征模式的信息進(jìn)行處理，以獲得融合信息，從而改善信息的不確定性、模糊性、矛盾性。 粗集理論

19、是一種處理模糊和不確定知識(shí)的有效數(shù)學(xué)工具，其在知識(shí)分類和知識(shí)獲取中已得到成功應(yīng)用。粗集理論方法與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法、遺傳算法、模糊集理論方法、混沌理論等“軟科學(xué)”方法的不同在于它僅利用數(shù)據(jù)本身所提供的信息，不需要任何附加信息或先驗(yàn)知識(shí)，如證據(jù)理論中的基本概率賦值、模糊集理論中的隸屬度函數(shù)、統(tǒng)計(jì)學(xué)中的概率分布等，粗集方法以觀察和測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分類為基礎(chǔ)，直接處理對(duì)象的可測(cè)輸出，剔除冗余信息和矛盾信息，從而找到問題的內(nèi)在規(guī)律，因此粗集理論比其他“軟計(jì)算”方法更具實(shí)用性。粗集理論進(jìn)行診斷的一般步驟: (1)知識(shí)庫(kù)建立利用搜集到的歷史或仿真數(shù)據(jù)生成聯(lián)合診斷系統(tǒng)故障信息表，進(jìn)而表示為知識(shí)庫(kù)的形式 S=(U, A, D, V, f)知識(shí)庫(kù)可分為非空的對(duì)象空間 U = 3x xz,，xm(，屬性集合空間 R=AV D，子集 A=dl a2 ，do和子集D=df 分別稱為條件屬性和結(jié)果屬性，并且在對(duì)象空間與后兩者之間存在對(duì)象屬性關(guān)系 f8 和九，即對(duì)于。eA,