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联系机电设备远程故障监测、预报和诊治技术
发布时间：2007-12-16 15:06:58点击率：
技术类别：机械技巧
一、技术概述
远程故障监测、预报、诊断技术，是利用远程网络系统在异地对远程的现场设备实施监视、测试，并根据测试数据进行故障的预报和诊断的技术。远程故障监测、预报、诊断是涉及到计算机网络、信息集成、专家系统等多门学科的综合技术。
远程故障监测是对现场设备进行在线实时监视、测试，通过远程网络把反映设备运行情况的实时图象和测试数据传送到进行预报或诊断的异地终端（一般是制造厂），由预报模块和诊断模块处理。远程监测是远程预报和诊断的基础，它为远程预报和诊断提供了依据。监测的结果是采集到的各种数据，其中，对声、像、图的数据采集（通过在现场安装的视频头对现场关键工段的连续图象的采集，对于发生故障的部分，可对其进行录象和对关键部位进行拍摄），作为异地专家进行远程诊断时的依据。而对一些现场的实时测试数据（如设备运行参数）的采集，则是故障预报的主要依据。
故障预报的主要功能是利用算法对监测数据进行分析，以判断设备运行是否会出现故障。如果经判断有可能出现故障，则发出故障警报，以便及时对故障进行诊断，避免故障发生。其中，预报算法是进行故障预报的核心，它对测试数据的异常变化趋势很敏感。
远程故障诊断的功能是远程诊断在异地现场发生的事故故障，主要通过故障诊断模块（包括数据库、记录专家知识的知识库及推理机制）和各专家合作完成。对于一些常见、多发故障，可通过故障诊断模块实现，这时无须专家介入；而对于那些大型事故或疑难故障，其故障的复杂性很高，要想通过具有简单推理机制（相对专家而言）的故障诊断模块得到解决十分困难，需要各方面的专家共同对其分析诊断。由此可见，故障诊断的实现要比故障预报复杂的多，它不仅仅是推理出故障和找出故障的模块化的算法问题，还需要在多个不同地点（专家可能来自多个地方）通过远程网络提供诸如虚拟会议的环境，其中包括多方的可视动态图象，需要讨论的故障的原始信息、现场监视情况以及相关的历史数据等。并在诊断故障后，写入知识库，备以后参考。
二、现状及国内外发展趋势
随着Inte在全世界的迅猛发展和普及，计算机信息网络技术已经开始在各个领域中广泛应用。如在医疗、教学方面，已实现了网上的远程医疗和远程教学。在制造业方面，工业发达国家十分重视远程服务在工业上的应用，其研究及应用水平已相当高。如德国的大学和工业界都在积极开展这方面的研究工作，而且有的甚至结合对中国出口的设备开展这方面的研究。
在我国，网络的应用只是限于企业内部网络的建设或与Inte的联接，缺少企业间横向的联系，尤其是对需要多方部门共同合作完成的大型工程建设和运行期间遇到的故障问题，极少应用远程监测、预报、诊断技术解决。但是，我国的机械制造业经过几十年的发展，尤其是80年代末以来的计算机产业的迅猛发展和普及应用，以及国家863高技术发展计划的推动，在许多设备制造企业进行了以信息技术为基础的改造，已经具备了实现远程故障监测、预报、诊断技术的硬件体系基础。在软件方面，实时监测，远程监测，故障诊断等单元技术都有了一定成果和经验。然而对于一门综合性技术，我国尚未组织企业与研究部门结合并投入较大力量进行系统研究开发，致使我国远程监测、预报、诊断技术研究和应用进展缓慢。
三、“十五”目标及主要研究内容
1．目标
根据国内外远程服务技术的现状和发展动向，基于企业内部的网络结构，搭建远程服务系统，实现故障的远程监测、预报和诊断，提高企业的经济效益及制造业的自动化水平。
（1）技术目标
研究解决远程监测、预报和诊断的关键技术，研制开发出适于工业应用的远程监测、预报、诊断系统。
针对机械行业典型的设备如大型火力、水力发电设备等研究与远程监测预报诊断系统的集成接口。
（2）应用目标
以大型电站为主要应用领域，在十五期间对10－30个电站开展远程监测、预报和诊断技术的应用
2．主要研究内容
（1）集成技术的研究
①支持远程故障监测、预报、诊断的网络技术研究
多媒体信息的集成技术主要是指对图象、视频、音频、数据的集成。由于集成信息要跨多种网络传输，而网络存在的固有的时延问题又严重影响远程故障监视、诊断的质量，因此，需研究信息的集成技术。
由远程监视系统采集生成的无论是连续的图象和声音还是静态的照片都要经过压缩后才能传送到远程终端。考虑到传输带宽的有限性，利用先进的算法对视频信号和音频信号进行压缩后得到尽可能高的压缩比，以缓解带宽的压力。多媒体信息（声、象、图、文）的集成主要是指对视频和音频信号的压缩和编码后，利用控制信息将其与数字数据复用到一个比特流中，以实现多媒体信息在网络上的传输。其中，集成的关键是作到视频和音频的同步，这与所连接的终端设备密切相关，主要是通过控制协议来达到。
远程监测、预报和诊断是在异地进行的，它必须通过网络来实现。如何利用有限的带宽来提供尽可能高的服务质量是实现远程监测、诊断的前提和基础。而各种技术的应用也主要是为了保证远程通讯信息在网络上的顺利传输。
实现远程监测、预报和诊断的传送有多种方法，如卫星、X.25、DDN、ISDN、普通电话线等。因此，根据具体应用对象，综合考虑需求和价格因素和保障多媒体通信的带宽因素，选择适当的方案，研究开发或选用相应的技术和设备，以使远程监测、预报和诊断的服务质量得到提高并得以顺利运行。
②异地应用系统集成技术的研究
远程监测、预报和诊断需要综合利用现场监测的实时及历史信息，在设备制造企业的设备制造相关的信息如误差等质量信息，在异地的故障预报和故障诊断的算法和经验知识等等。因此需要通过网络（和数据库）等技术把异地不同的应用软件和系统集成在一起，使其构成一个能够实现所需功能的系统。
③支持远程监测、预报、诊断的设备接口技术的研究
研究如何对设备（主要是计算机监测的接口）进行改造或重新设计，使之更适于远程监测、预报、诊断，并集成于远程监测、预报、诊断的系统中。
（2）故障预报及诊断技术研究
①分布式故障预报和诊断技术研究
故障的预报和诊断不仅需要依据设备运行的状态和历史数据，而且还与设备设计制造过程密切相关。也就是说，设备故障的预报和诊断，特别是零件多结构复杂的大型成套设备，如汽轮机等大型发电设备，故障的原因和位置等往往与制造设计有很大关系。因此，必须研究如何使用现场信息（设备运行的监测数据包括实时数据和历史数据，及现场人员对设备故障预测和诊断的知识经验）和分布在制造企业中的设计与制造信息来进行预报和诊断。
当前，故障的预报和诊断一般只根据设备运行的数据和状态，极少综合地、有机地使用现场信息及制造设计过程的信息对故障进行预报和诊断，研究故障的预报和诊断技术将大大增强故障预报和诊断的准确性和及时性，从而优化设备的运行和维修，增加设备的可靠性和利用率。
②故障预报和诊断方法和技术的研究
主要研究适用的故障预报和诊断的方法和技术，包括统计分析等算法及专家系统。对于结构复杂，零件多的设备往往采用以专家系统为主要方法，采用以经验知识为主的推理机制。根据故障预报和诊断往往有许多不确定性因素的特点，需重点研究支持模糊知识和确定性知识综合表达和推理的专家系统。
对于故障预报，界限值的制定十分关键。各种采集和处理得到的数据，都要有定量指标的准则，即界限值。根据当前的分析值与界限值比较，可判断故障有无、故障程度、故障部位、故障模式，进而判定故障原因。一般说来，单凭界限值要达到如此定量的故障诊断和预报是有困难的，常常需有其它信息和经验、知识来相辅相成。而对界限值定出正常的区间范围即上下界就可以，有的需给出正常、警告、异常三种预报，由于故障的随机性和模糊性，预报常常具有建议性、提示性。
由于故障现象、部位和原因之间的关系常常是复杂的，而各设备有其特定的和局限的信息指示能力，因而如何将众多不完全的信息进行综合、集成来判断故障，在有些情况下达到
远程故障监测、预报、诊断技术，是利用远程网络系统在异地对远程的现场设备实施监视、测试，并根据测试数据进行故障的预报和诊断的技术。远程故障监测、预报、诊断是涉及到计算机网络、信息集成、专家系统等多门学科的综合技术。
远程故障监测是对现场设备进行在线实时监视、测试，通过远程网络把反映设备运行情况的实时图象和测试数据传送到进行预报或诊断的异地终端（一般是制造厂），由预报模块和诊断模块处理。远程监测是远程预报和诊断的基础，它为远程预报和诊断提供了依据。监测的结果是采集到的各种数据，其中，对声、像、图的数据采集（通过在现场安装的视频头对现场关键工段的连续图象的采集，对于发生故障的部分，可对其进行录象和对关键部位进行拍摄），作为异地专家进行远程诊断时的依据。而对一些现场的实时测试数据（如设备运行参数）的采集，则是故障预报的主要依据。
故障预报的主要功能是利用算法对监测数据进行分析，以判断设备运行是否会出现故障。如果经判断有可能出现故障，则发出故障警报，以便及时对故障进行诊断，避免故障发生。其中，预报算法是进行故障预报的核心，它对测试数据的异常变化趋势很敏感。
远程故障诊断的功能是远程诊断在异地现场发生的事故故障，主要通过故障诊断模块（包括数据库、记录专家知识的知识库及推理机制）和各专家合作完成。对于一些常见、多发故障，可通过故障诊断模块实现，这时无须专家介入；而对于那些大型事故或疑难故障，其故障的复杂性很高，要想通过具有简单推理机制（相对专家而言）的故障诊断模块得到解决十分困难，需要各方面的专家共同对其分析诊断。由此可见，故障诊断的实现要比故障预报复杂的多，它不仅仅是推理出故障和找出故障的模块化的算法问题，还需要在多个不同地点（专家可能来自多个地方）通过远程网络提供诸如虚拟会议的环境，其中包括多方的可视动态图象，需要讨论的故障的原始信息、现场监视情况以及相关的历史数据等。并在诊断故障后，写入知识库，备以后参考。
二、现状及国内外发展趋势
随着Inte在全世界的迅猛发展和普及，计算机信息网络技术已经开始在各个领域中广泛应用。如在医疗、教学方面，已实现了网上的远程医疗和远程教学。在制造业方面，工业发达国家十分重视远程服务在工业上的应用，其研究及应用水平已相当高。如德国的大学和工业界都在积极开展这方面的研究工作，而且有的甚至结合对中国出口的设备开展这方面的研究。
在我国，网络的应用只是限于企业内部网络的建设或与Inte的联接，缺少企业间横向的联系，尤其是对需要多方部门共同合作完成的大型工程建设和运行期间遇到的故障问题，极少应用远程监测、预报、诊断技术解决。但是，我国的机械制造业经过几十年的发展，尤其是80年代末以来的计算机产业的迅猛发展和普及应用，以及国家863高技术发展计划的推动，在许多设备制造企业进行了以信息技术为基础的改造，已经具备了实现远程故障监测、预报、诊断技术的硬件体系基础。在软件方面，实时监测，远程监测，故障诊断等单元技术都有了一定成果和经验。然而对于一门综合性技术，我国尚未组织企业与研究部门结合并投入较大力量进行系统研究开发，致使我国远程监测、预报、诊断技术研究和应用进展缓慢。
三、“十五”目标及主要研究内容
1．目标
根据国内外远程服务技术的现状和发展动向，基于企业内部的网络结构，搭建远程服务系统，实现故障的远程监测、预报和诊断，提高企业的经济效益及制造业的自动化水平。
（1）技术目标
研究解决远程监测、预报和诊断的关键技术，研制开发出适于工业应用的远程监测、预报、诊断系统。
针对机械行业典型的设备如大型火力、水力发电设备等研究与远程监测预报诊断系统的集成接口。
（2）应用目标
以大型电站为主要应用领域，在十五期间对10－30个电站开展远程监测、预报和诊断技术的应用
2．主要研究内容
（1）集成技术的研究
①支持远程故障监测、预报、诊断的网络技术研究
多媒体信息的集成技术主要是指对图象、视频、音频、数据的集成。由于集成信息要跨多种网络传输，而网络存在的固有的时延问题又严重影响远程故障监视、诊断的质量，因此，需研究信息的集成技术。
由远程监视系统采集生成的无论是连续的图象和声音还是静态的照片都要经过压缩后才能传送到远程终端。考虑到传输带宽的有限性，利用先进的算法对视频信号和音频信号进行压缩后得到尽可能高的压缩比，以缓解带宽的压力。多媒体信息（声、象、图、文）的集成主要是指对视频和音频信号的压缩和编码后，利用控制信息将其与数字数据复用到一个比特流中，以实现多媒体信息在网络上的传输。其中，集成的关键是作到视频和音频的同步，这与所连接的终端设备密切相关，主要是通过控制协议来达到。
远程监测、预报和诊断是在异地进行的，它必须通过网络来实现。如何利用有限的带宽来提供尽可能高的服务质量是实现远程监测、诊断的前提和基础。而各种技术的应用也主要是为了保证远程通讯信息在网络上的顺利传输。
实现远程监测、预报和诊断的传送有多种方法，如卫星、X.25、DDN、ISDN、普通电话线等。因此，根据具体应用对象，综合考虑需求和价格因素和保障多媒体通信的带宽因素，选择适当的方案，研究开发或选用相应的技术和设备，以使远程监测、预报和诊断的服务质量得到提高并得以顺利运行。
②异地应用系统集成技术的研究
远程监测、预报和诊断需要综合利用现场监测的实时及历史信息，在设备制造企业的设备制造相关的信息如误差等质量信息，在异地的故障预报和故障诊断的算法和经验知识等等。因此需要通过网络（和数据库）等技术把异地不同的应用软件和系统集成在一起，使其构成一个能够实现所需功能的系统。
③支持远程监测、预报、诊断的设备接口技术的研究
研究如何对设备（主要是计算机监测的接口）进行改造或重新设计，使之更适于远程监测、预报、诊断，并集成于远程监测、预报、诊断的系统中。
（2）故障预报及诊断技术研究
①分布式故障预报和诊断技术研究
故障的预报和诊断不仅需要依据设备运行的状态和历史数据，而且还与设备设计制造过程密切相关。也就是说，设备故障的预报和诊断，特别是零件多结构复杂的大型成套设备，如汽轮机等大型发电设备，故障的原因和位置等往往与制造设计有很大关系。因此，必须研究如何使用现场信息（设备运行的监测数据包括实时数据和历史数据，及现场人员对设备故障预测和诊断的知识经验）和分布在制造企业中的设计与制造信息来进行预报和诊断。
当前，故障的预报和诊断一般只根据设备运行的数据和状态，极少综合地、有机地使用现场信息及制造设计过程的信息对故障进行预报和诊断，研究故障的预报和诊断技术将大大增强故障预报和诊断的准确性和及时性，从而优化设备的运行和维修，增加设备的可靠性和利用率。
②故障预报和诊断方法和技术的研究
主要研究适用的故障预报和诊断的方法和技术，包括统计分析等算法及专家系统。对于结构复杂，零件多的设备往往采用以专家系统为主要方法，采用以经验知识为主的推理机制。根据故障预报和诊断往往有许多不确定性因素的特点，需重点研究支持模糊知识和确定性知识综合表达和推理的专家系统。
对于故障预报，界限值的制定十分关键。各种采集和处理得到的数据，都要有定量指标的准则，即界限值。根据当前的分析值与界限值比较，可判断故障有无、故障程度、故障部位、故障模式，进而判定故障原因。一般说来，单凭界限值要达到如此定量的故障诊断和预报是有困难的，常常需有其它信息和经验、知识来相辅相成。而对界限值定出正常的区间范围即上下界就可以，有的需给出正常、警告、异常三种预报，由于故障的随机性和模糊性，预报常常具有建议性、提示性。
由于故障现象、部位和原因之间的关系常常是复杂的，而各设备有其特定的和局限的信息指示能力，因而如何将众多不完全的信息进行综合、集成来判断故障，在有些情况下达到
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