2023工業(yè)智能控制系統(tǒng)

工業(yè)智能控制系統(tǒng)現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)內(nèi)部分工日趨嚴(yán)密，可以包括若干部門，如采購(gòu)、銷售、財(cái)務(wù)、物資、人能控制系統(tǒng)的關(guān)鍵要素，包括工廠數(shù)據(jù)中心、生產(chǎn)計(jì)劃、質(zhì)量控制、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)等。工業(yè)智能控制系統(tǒng)概述一個(gè)健康的工業(yè)企業(yè)，需要實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)、供應(yīng)、銷售、物流、財(cái)務(wù)等環(huán)節(jié)協(xié)調(diào)運(yùn)行，其中生產(chǎn)是核心，其他各環(huán)節(jié)都受到生產(chǎn)能力的制約。生產(chǎn)能力的高低取決于3個(gè)方面：生產(chǎn)計(jì)劃與調(diào)度是否高效、產(chǎn)品質(zhì)量是否穩(wěn)定、設(shè)備運(yùn)行是否可靠。將智能技術(shù)應(yīng)用于這3個(gè)方面，從而提高效率、縮短交貨期，提高質(zhì)量、減少消耗，是工業(yè)企業(yè)應(yīng)對(duì)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的重要手段。而智能應(yīng)用的基礎(chǔ)是數(shù)據(jù)，需要建設(shè)工廠數(shù)據(jù)中心，打通工序間的數(shù)據(jù)壁壘，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、長(zhǎng)期存儲(chǔ)，并提供合適的分析工具。建設(shè)數(shù)字化車間、智能工廠，說到底就是為了更好地得到數(shù)據(jù)，并且讓數(shù)據(jù)更好地為生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)服務(wù)。背景工業(yè)是重要的物質(zhì)生產(chǎn)部門，涵蓋了原料采集與產(chǎn)品加工、制造的工作和過程。工業(yè)為國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門、社會(huì)生活、國(guó)防提供物質(zhì)基礎(chǔ)，是國(guó)家財(cái)富積累的主要來源，一個(gè)國(guó)家的工業(yè)發(fā)展水平，決定了該國(guó)的整體實(shí)力。自18世紀(jì)工業(yè)革命以來，現(xiàn)代工業(yè)經(jīng)歷了蒸汽時(shí)代、電氣時(shí)代、自動(dòng)化時(shí)代3個(gè)發(fā)展階段。2013年，德國(guó)發(fā)表《保障德國(guó)制造業(yè)的未來：關(guān)于實(shí)施“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略的建議》，提出以“智能+網(wǎng)絡(luò)化”為核心的制造業(yè)升級(jí)戰(zhàn)略，引起各國(guó)巨大共鳴，紛紛制定相應(yīng)戰(zhàn)略措施，現(xiàn)代工業(yè)邁入以智能化為特征的新階段。我國(guó)現(xiàn)代工業(yè)從晚清洋務(wù)運(yùn)動(dòng)起步，經(jīng)過民國(guó)時(shí)期、中國(guó)共產(chǎn)黨領(lǐng)導(dǎo)的社會(huì)主義時(shí)期的發(fā)展壯大，已建成獨(dú)立完整的工業(yè)體系，是全世界唯一擁有全部工業(yè)門類（含39個(gè)大類，525個(gè)小類）的經(jīng)濟(jì)體。2014年，我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)總值超過美國(guó)，成為世界頭號(hào)工業(yè)生產(chǎn)國(guó)。但是，我國(guó)工業(yè)在自主創(chuàng)新、資源利用、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、信息化、質(zhì)量效益等方面與世界先進(jìn)水平差距明顯，轉(zhuǎn)型升級(jí)任務(wù)艱巨。最近幾年，我國(guó)提出實(shí)施智能制造工程，依托優(yōu)勢(shì)企業(yè)，緊扣關(guān)鍵工序智能化、關(guān)鍵崗位機(jī)器人替代、生產(chǎn)過程智能優(yōu)化控制、供應(yīng)鏈優(yōu)化，建設(shè)智能工廠/數(shù)字化車間，大幅降低運(yùn)營(yíng)成本，縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期，降低不良品率。數(shù)字化車間、智能工廠建設(shè)成為我國(guó)工業(yè)企業(yè)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型升級(jí)、由大變強(qiáng)的重要切入點(diǎn)。數(shù)字化車間[1]數(shù)字化車間是以生產(chǎn)對(duì)象所要求的工藝和設(shè)備為基礎(chǔ)，以信息技術(shù)、自動(dòng)化、測(cè)控技術(shù)等為手段，用數(shù)據(jù)連接車間不同單元，對(duì)生產(chǎn)運(yùn)行過程進(jìn)行規(guī)劃、管理、診斷和優(yōu)化。數(shù)字化車間是智能制造的核心單元，其體系結(jié)構(gòu)如圖11-1所示[1]，分為基礎(chǔ)層和執(zhí)行層。數(shù)字化車間作為工廠企業(yè)的一個(gè)單元，還要接收來自企業(yè)管理層的計(jì)劃信息，并向上反饋車間生產(chǎn)實(shí)績(jī)。圖11-1 數(shù)字化車間體系結(jié)構(gòu)數(shù)字化車間數(shù)據(jù)流如圖11-2所示，數(shù)字化車間各模塊功能如下。為工序作業(yè)計(jì)劃，排產(chǎn)后下發(fā)到現(xiàn)場(chǎng)。工藝執(zhí)行與管理：指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員或者設(shè)備按照數(shù)字化工藝要求進(jìn)行生產(chǎn)，采集協(xié)調(diào)各方資源，通過系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)度以滿足訂單需求。驗(yàn)，采集檢驗(yàn)結(jié)果，進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)控和追溯。到指定位置；生產(chǎn)完成后將成品入庫(kù)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)物料的管理、追蹤及防錯(cuò)。車間設(shè)備管理：對(duì)數(shù)字化車間的設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一點(diǎn)檢維修，記錄維修保養(yǎng)結(jié)果。圖11-2 數(shù)字化車間數(shù)據(jù)流智能工廠智能工廠從數(shù)字化車間采集各類生產(chǎn)數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析與決策，并將優(yōu)化后的決策信息下達(dá)給數(shù)字化車間，實(shí)現(xiàn)協(xié)同生產(chǎn)。智能工廠以精準(zhǔn)、柔性、高效、節(jié)能的生產(chǎn)模式為目標(biāo)。其體系結(jié)構(gòu)如圖11-3所示。智能工廠的關(guān)鍵技術(shù)包括以下幾種。智能設(shè)計(jì)采用數(shù)字化、仿真、大數(shù)據(jù)、知識(shí)工程等技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)工廠設(shè)計(jì)功能。設(shè)計(jì)內(nèi)容面向工廠的全生命周期，包括產(chǎn)品性能定義、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造工藝設(shè)計(jì)、檢驗(yàn)檢測(cè)工藝設(shè)計(jì)、試驗(yàn)測(cè)試工藝設(shè)計(jì)、維修維護(hù)工藝設(shè)計(jì)。智能生產(chǎn)完成車間信息接口標(biāo)準(zhǔn)化，實(shí)現(xiàn)工廠的信息集成，使各工廠與車間、車間與車間之間的數(shù)據(jù)資源有效共享。建立服務(wù)總線，實(shí)現(xiàn)企業(yè)資源層、生產(chǎn)管理層、生產(chǎn)控制層數(shù)據(jù)貫通。在此基礎(chǔ)上，對(duì)全廠的物料、生產(chǎn)、質(zhì)量、成本、交期等進(jìn)行預(yù)測(cè)、優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)智能、柔性的生產(chǎn)協(xié)同。圖11-3 智能工廠體系結(jié)構(gòu)圖11-4所示為智能工廠關(guān)鍵技術(shù)和數(shù)據(jù)流示意圖。圖11-4 智能工廠關(guān)鍵技術(shù)和數(shù)據(jù)流示意圖智能服務(wù)智能服務(wù)是在對(duì)產(chǎn)品全價(jià)值鏈的分析和智能工廠全系統(tǒng)集成的基礎(chǔ)上提供的服務(wù)，其關(guān)鍵要素包括售后服務(wù)、遠(yuǎn)程運(yùn)維服務(wù)、產(chǎn)品全生命周期服務(wù)。工廠數(shù)據(jù)中心工廠數(shù)據(jù)中心對(duì)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的工藝過程數(shù)據(jù)、生產(chǎn)控制數(shù)據(jù)、產(chǎn)品質(zhì)量數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、預(yù)處理，然后保存到數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)庫(kù)中。數(shù)據(jù)中心將保證數(shù)據(jù)的長(zhǎng)周期存儲(chǔ)，以解決過程控制在線數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)保存數(shù)據(jù)量小、保存周期短的問題。用戶通過對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行應(yīng)用分析和研究，實(shí)現(xiàn)工廠信息數(shù)據(jù)的縱向、橫向互聯(lián)，以支撐熱軋工藝質(zhì)量控制、生產(chǎn)計(jì)劃排程優(yōu)化、自動(dòng)化和智能化系統(tǒng)建模、控制系統(tǒng)的運(yùn)行與優(yōu)化、設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)控分析、故障原因的追溯查找、設(shè)備生命周期管理等方面的研究工作，最終實(shí)現(xiàn)可視化、智能化、移動(dòng)化、自助式、個(gè)性化的大數(shù)據(jù)應(yīng)用。同時(shí)，數(shù)據(jù)中心支持以B/S方式或C/S方式為用戶提供各類報(bào)表及圖形化的展示界面，并支持用戶自定義的查詢功能。此外，用戶也可以根據(jù)需要將數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)批量導(dǎo)出為常用的數(shù)據(jù)格式，以便用戶自由使用。系統(tǒng)構(gòu)成圖11-5所示為一個(gè)典型的流程工業(yè)企業(yè)數(shù)據(jù)中心功能結(jié)構(gòu)。該數(shù)據(jù)中心采集來自設(shè)備控制系統(tǒng)、儀表檢測(cè)系統(tǒng)、工藝過程控制系統(tǒng)、生產(chǎn)支撐系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，通過數(shù)據(jù)抽取、轉(zhuǎn)換、加載到數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)，為智能應(yīng)用提供統(tǒng)一的訪問接口。以下結(jié)合圖11-5進(jìn)行說明。圖11-5 典型的流程工業(yè)企業(yè)數(shù)據(jù)中心功能結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)采集存儲(chǔ)策略工廠數(shù)據(jù)中心將為工廠的生產(chǎn)、維護(hù)和經(jīng)營(yíng)3個(gè)方面的功能優(yōu)化、決策支持提供數(shù)據(jù)支撐，需要采集的數(shù)據(jù)是十分龐雜的。需要采集的數(shù)據(jù)按用途劃分，可以分為原料數(shù)據(jù)、生產(chǎn)計(jì)劃數(shù)據(jù)、工藝參數(shù)、設(shè)備數(shù)據(jù)、儀表檢測(cè)數(shù)據(jù)、質(zhì)量數(shù)據(jù)、能耗數(shù)據(jù)、成品數(shù)據(jù)等。這些數(shù)據(jù)大致可按時(shí)序數(shù)據(jù)、關(guān)系數(shù)據(jù)、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)3種方式進(jìn)行采集。時(shí)序數(shù)據(jù)時(shí)序數(shù)據(jù)是指按統(tǒng)一時(shí)間順序記錄的數(shù)據(jù)。傳感器數(shù)據(jù)就是典型的時(shí)序數(shù)據(jù)，傳感器的輸出值隨著時(shí)間變化而不同，數(shù)據(jù)中心需要采集傳感器的輸出值，并且要采集這些值對(duì)應(yīng)的時(shí)刻。對(duì)于需要快速處理的時(shí)序數(shù)據(jù)，可通過數(shù)采器讀入內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)，進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示或運(yùn)算。有些時(shí)序數(shù)據(jù)只需要離線分析或存檔就可以了，這種時(shí)序數(shù)據(jù)可存入文檔數(shù)據(jù)庫(kù)。關(guān)系數(shù)據(jù)關(guān)系數(shù)據(jù)是指通過關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)采集到數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)，如生產(chǎn)計(jì)劃數(shù)據(jù)、原材料信息、能耗數(shù)據(jù)等，一般作為離線分析使用，實(shí)時(shí)性要求不高，這些數(shù)據(jù)可采集到數(shù)據(jù)中心的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行存儲(chǔ)。非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)生缺陷（如表面質(zhì)量檢測(cè)儀判斷鋼板出現(xiàn)邊裂、孔洞、停車斑等缺陷）時(shí)，才觸發(fā)采集器，將缺陷類別、發(fā)生缺陷的時(shí)刻、缺陷段的照片發(fā)送到數(shù)據(jù)中心的文檔數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行存儲(chǔ)。數(shù)據(jù)采集器對(duì)圖11-5中給出的幾類數(shù)據(jù)采集器說明如下。PDA數(shù)采。PDA即過程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，是指連續(xù)生產(chǎn)線配備的一套數(shù)據(jù)采集工具，該工具可對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的過程數(shù)據(jù)進(jìn)行連續(xù)采集，支持在線、離線顯示和分析。PDA統(tǒng)可以通過OPC等方式與數(shù)據(jù)中心的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)接口，將采集到的數(shù)據(jù)緩存后定時(shí)發(fā)送給數(shù)據(jù)中心關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)；PDA儲(chǔ)到數(shù)據(jù)中心服務(wù)器。Kettle數(shù)采。Kettle是一種數(shù)據(jù)抽取工具，用它實(shí)現(xiàn)不同服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)同步，MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)需要從過程控制計(jì)算機(jī)的Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)中采集數(shù)據(jù)時(shí)，面臨跨平臺(tái)、統(tǒng)一時(shí)間等問題，可采用Kettle進(jìn)行采集。數(shù)采。OPC規(guī)范為工控領(lǐng)域建立了統(tǒng)一的通信標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)中心從PLC、傳感器、儀表三方信息化系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)時(shí)，都可以約定以O(shè)PC方式進(jìn)行采集。Socket數(shù)采。Socket是一種基于TCP/IP協(xié)議的電文通信方式，與OPC比較，其調(diào)用的廠有一些早期投用的儀表或機(jī)電一體品，并不支持OPC通信，而采用Socket進(jìn)行采集通常是可行的。數(shù)據(jù)處理面的規(guī)劃，故各系統(tǒng)的原始數(shù)據(jù)存在格式不統(tǒng)一、定義不一致、數(shù)據(jù)有效性不確定等問題，需要經(jīng)過數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)，才能用于分析和挖掘。數(shù)據(jù)處理方法常見的數(shù)據(jù)處理方法包括以下幾種。數(shù)據(jù)清洗（DataCleaning）：填補(bǔ)遺漏的數(shù)據(jù)值、平滑有噪聲數(shù)據(jù)、識(shí)別或除去異常值，解決數(shù)據(jù)有效性問題。數(shù)據(jù)集成（DataIntegration）：將來自多個(gè)數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)合并到一起，進(jìn)行時(shí)間同步處理，通過數(shù)據(jù)字典統(tǒng)一定義其語義、屬性，形成一致的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換（DataTransformation）：將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成適合于分析的形式，如將生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)按產(chǎn)出的產(chǎn)品編號(hào)進(jìn)行歸類，將基于時(shí)間的狀態(tài)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為基于長(zhǎng)度方向的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)歸約（DataReduction）：在不影響挖掘結(jié)果的前提下，通過數(shù)值聚集、刪除冗余特性等方法壓縮數(shù)據(jù)，降低數(shù)據(jù)復(fù)雜度。邊緣計(jì)算原始數(shù)據(jù)經(jīng)過清洗、集成、轉(zhuǎn)換、歸約處理，才能形成真正有價(jià)值的數(shù)據(jù)。大量無用數(shù)據(jù)在處理過程中被拋棄了。原始數(shù)據(jù)如果未經(jīng)處理就進(jìn)行采集，則那些本該拋棄的數(shù)據(jù)勢(shì)必占用大量計(jì)算資源、網(wǎng)絡(luò)資源、存儲(chǔ)資源。采用邊緣計(jì)算，在控制側(cè)實(shí)時(shí)收集生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，經(jīng)處理、優(yōu)化，去偽存真，刪繁去冗，再集中上傳到數(shù)據(jù)中心，可以極大地提高系統(tǒng)運(yùn)行效率。圖11-6所示為三菱電機(jī)邊緣計(jì)算平臺(tái)。數(shù)據(jù)字典在數(shù)據(jù)處理過程中，需要用數(shù)據(jù)字典對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行一致性定義。在數(shù)字化車間或智能工廠中，數(shù)據(jù)字典提供以下關(guān)鍵功能。制定數(shù)據(jù)命名、定義、屬性，保證不同來源數(shù)據(jù)的一致性。數(shù)據(jù)存放位置等，便于深入進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘和維護(hù)。提供數(shù)據(jù)字典模板，以便對(duì)不同來源的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，存入數(shù)據(jù)庫(kù)。圖11-7所示為某工廠數(shù)據(jù)字典規(guī)定的設(shè)備定義表。產(chǎn)線設(shè)備在數(shù)據(jù)庫(kù)中建立、存儲(chǔ)、修改、信息導(dǎo)入和導(dǎo)出時(shí)，都要遵循此定義。圖11-6 三菱電機(jī)邊緣計(jì)算平臺(tái)圖11-7 設(shè)備定義表數(shù)據(jù)展示數(shù)據(jù)中心雖然收集了車間的很多數(shù)據(jù)，但是單純的數(shù)字本身并不能產(chǎn)生足夠的影響力，不便于理解。相對(duì)于單純的數(shù)據(jù)文字來說，圖形化展示容易被接受。數(shù)據(jù)展示將以豐富的圖形化和表格的形式將數(shù)據(jù)展示在用戶面前，方便用戶理解這些數(shù)據(jù)所表現(xiàn)出來的含義，其展示數(shù)據(jù)的形式主要有柱形圖、錐形圖、條形圖、折線圖、面積圖、雷達(dá)圖等。生產(chǎn)計(jì)劃與控制現(xiàn)代企業(yè)多以市場(chǎng)為導(dǎo)向組織生產(chǎn)，企業(yè)首先將接收到的訂貨合同按性質(zhì)和大小歸并為生產(chǎn)合同，根據(jù)生產(chǎn)合同編制生產(chǎn)計(jì)劃。在生產(chǎn)實(shí)施過程中，根據(jù)內(nèi)外部的反饋信息不斷調(diào)整生產(chǎn)計(jì)劃，指導(dǎo)生產(chǎn)。生產(chǎn)計(jì)劃編制是企業(yè)的一項(xiàng)重要工作，計(jì)劃的好與否直接影響到企業(yè)的資源是否得到合理配置，產(chǎn)品是否適應(yīng)市場(chǎng)需求，能否獲得最大利潤(rùn)。生產(chǎn)計(jì)劃編制和調(diào)度受到生產(chǎn)范圍、作業(yè)方式的影響，以及多種因素制約，包括資源約束、人工約束、工序約束等。在生產(chǎn)過程中，原料、能源、物流、上下游工況、產(chǎn)品質(zhì)量、設(shè)備狀態(tài)的變化，甚至一些突發(fā)性事件都會(huì)打亂原有計(jì)劃，給生產(chǎn)組織帶來困難?？紤]這些復(fù)雜情況，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的計(jì)劃和調(diào)度是比較困難的。大型工業(yè)企業(yè)一般實(shí)行兩級(jí)計(jì)劃編制。公司生產(chǎn)計(jì)劃：公司ERP周、日計(jì)劃。車間生產(chǎn)排程：車間MES成作業(yè)計(jì)劃。車間生產(chǎn)排程也可稱為排產(chǎn)。詳細(xì)排程詳細(xì)排程是為滿足公司下達(dá)到車間的生產(chǎn)計(jì)劃要求，根據(jù)產(chǎn)品定義的工藝路線/工序信息和可用資源信息，制訂作業(yè)計(jì)劃日程安排的活動(dòng)。詳細(xì)排程會(huì)考慮以前計(jì)劃完成情況、資源可用性等，并使資源獲得最佳利用。圖11-8描述了詳細(xì)排程模塊與其他車間模塊的接口關(guān)系。圖11-8 詳細(xì)排程模塊與其他車間模塊的接口關(guān)系詳細(xì)排程的任務(wù)詳細(xì)排程的任務(wù)包括以下幾個(gè)。創(chuàng)建和維護(hù)詳細(xì)的作業(yè)計(jì)劃日程表。生產(chǎn)實(shí)際與生產(chǎn)計(jì)劃的比較。確認(rèn)需要用到的生產(chǎn)資源管理功能中資源的可用性。從工藝執(zhí)行、質(zhì)量控制和追溯、物流和生產(chǎn)資源管理獲取需要的信息。執(zhí)行仿真模擬，仿真需要考慮的因素有：計(jì)算生產(chǎn)提前期或生產(chǎn)完成時(shí)間（答），確定某時(shí)間段內(nèi)的瓶頸資源，保證未來某生產(chǎn)能按時(shí)完成的約束。計(jì)劃拆分與合并圖11-9示意了在排程時(shí)生產(chǎn)計(jì)劃到作業(yè)計(jì)劃的拆分與合并。圖11-9 生產(chǎn)計(jì)劃到作業(yè)計(jì)劃的拆分與合并間周期拆分為較短時(shí)間內(nèi)的作業(yè)計(jì)劃，是在同一生產(chǎn)單元進(jìn)行的生產(chǎn)。量同產(chǎn)品的生產(chǎn)計(jì)劃合并后進(jìn)行排程，或者將首道工序合并作業(yè)。將同樣的產(chǎn)品安排連續(xù)生產(chǎn)。有限能力排產(chǎn)詳細(xì)排程必須在有限產(chǎn)能的約束下進(jìn)行排產(chǎn)，對(duì)生產(chǎn)資源，如設(shè)備、人員、能源等的使用不能超出生產(chǎn)資源的實(shí)際可用性。由于需要大量的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)信息（這些信息由生產(chǎn)資源管理活動(dòng)和生產(chǎn)跟蹤活動(dòng)提供），因此有限能力排產(chǎn)需要在車間內(nèi)部進(jìn)行。作業(yè)計(jì)劃排產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃排產(chǎn)是在可用資源的約束下，優(yōu)化安排一種或多種產(chǎn)品生產(chǎn)需要的一系列作業(yè)計(jì)劃，包括作業(yè)時(shí)間及作業(yè)順序、資源分配等。由于車間生產(chǎn)計(jì)劃指定的是產(chǎn)品/零部件的生產(chǎn)需求，如果涉及未指明的中間物料，則需要在作業(yè)計(jì)劃排產(chǎn)中定義中間物料。生產(chǎn)調(diào)度和生產(chǎn)跟蹤使用了作業(yè)計(jì)劃排產(chǎn)的信息，使生產(chǎn)實(shí)際與生產(chǎn)要求一致。圖11-10描述了作業(yè)計(jì)劃排產(chǎn)示例。生產(chǎn)調(diào)度生產(chǎn)調(diào)度把生產(chǎn)分派給設(shè)備或人員，并對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行管理，其目的是達(dá)成生產(chǎn)計(jì)劃的要求，具體內(nèi)容包括生產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)調(diào)度、指定操作條件及目標(biāo)、發(fā)送作業(yè)指令。圖11-11描述了生產(chǎn)調(diào)度活動(dòng)模塊的接口。其中，派工單指一定時(shí)間內(nèi)的作業(yè)任務(wù)安排及分派資源的列表。圖11-10 作業(yè)計(jì)劃排產(chǎn)示例圖11-11 生產(chǎn)調(diào)度活動(dòng)模塊的接口生產(chǎn)調(diào)度的任務(wù)為詳細(xì)排程中未確定資源的作業(yè)計(jì)劃分配生產(chǎn)資源。按作業(yè)計(jì)劃下發(fā)派工單，向現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備或人員下達(dá)操作指令。確保生產(chǎn)按作業(yè)計(jì)劃的工藝約束和加工順序執(zhí)行。處理詳細(xì)排程中無法預(yù)知的情形。①?gòu)馁|(zhì)量管理獲取信息，判斷并提示預(yù)料之外的事件是否與質(zhì)量計(jì)劃相關(guān)，并采取相應(yīng)措施。取相應(yīng)措施。行優(yōu)化排產(chǎn)。工作分配生產(chǎn)調(diào)度的工作分配是指通過控制物料的緩存區(qū)，控制在制品數(shù)量；通過生產(chǎn)實(shí)績(jī)反饋管理返工和處理異常事件；已分配工作的取消、減少等。工作分配內(nèi)容包括以下幾類。分配生產(chǎn)作業(yè)中使用的物料。分配生產(chǎn)作業(yè)中使用的設(shè)備。分配執(zhí)行某生產(chǎn)作業(yè)的人員。分配生產(chǎn)作業(yè)中使用的庫(kù)存和其他資源。生產(chǎn)跟蹤生產(chǎn)跟蹤可為生產(chǎn)管控提供現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際反饋信息，包括物料跟蹤信息，人員和設(shè)備狀態(tài)信息，能源、物料消耗信息等。圖11-12描述了生產(chǎn)跟蹤模塊的接口關(guān)系。圖11-12 生產(chǎn)跟蹤模塊的接口關(guān)生產(chǎn)跟蹤的任務(wù)有以下幾類。動(dòng)開始和結(jié)束時(shí)間。跟蹤物料變化，包括更新批次和子批次的數(shù)量和位置信息。獲取生產(chǎn)運(yùn)行信息，如某批次生產(chǎn)的物料消耗、生產(chǎn)環(huán)境狀況等信息。把生產(chǎn)過程中發(fā)生的各種事件轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品相關(guān)信息，如工件加工和移動(dòng)。為產(chǎn)品/質(zhì)量的跟蹤和追溯提供信息。程序，或者其他活動(dòng)使用。維護(hù)與生產(chǎn)過程相關(guān)的記錄，如操作記錄、報(bào)警故障記錄等。工序質(zhì)量控制現(xiàn)代企業(yè)普遍遵循一貫制質(zhì)量管理原則：以客戶需求為先導(dǎo)，覆蓋產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、檢施的管控環(huán)節(jié)，是實(shí)現(xiàn)一貫制管理的核心。圖11-13所示為工序質(zhì)量控制模塊的接口關(guān)系。圖11-13 工序質(zhì)量控制模塊的接口關(guān)系質(zhì)量監(jiān)控基于過程質(zhì)量采集數(shù)據(jù)，對(duì)關(guān)鍵質(zhì)量指標(biāo)可以進(jìn)行在線實(shí)時(shí)監(jiān)控。質(zhì)量監(jiān)控需要用到的數(shù)據(jù)包括從生產(chǎn)控制系統(tǒng)采集的生產(chǎn)狀態(tài)數(shù)據(jù)、從質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)中采集的質(zhì)量數(shù)據(jù)、從設(shè)備監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中采集的設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)可以是時(shí)序數(shù)據(jù)、關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)，或者是圖像、視頻、音頻數(shù)據(jù)。在質(zhì)量監(jiān)控的基礎(chǔ)上，對(duì)產(chǎn)品生產(chǎn)過程的質(zhì)量異常及成品質(zhì)量異常進(jìn)行預(yù)警和報(bào)警，通知相關(guān)人員進(jìn)行及時(shí)響應(yīng)與處理。質(zhì)量預(yù)警質(zhì)量預(yù)警主要針對(duì)過程量指標(biāo)，基于監(jiān)控指標(biāo)的狀態(tài)趨勢(shì)，利用以預(yù)防為主的質(zhì)量預(yù)測(cè)和控制方法對(duì)潛在質(zhì)量問題發(fā)出警告，避免質(zhì)量問題的發(fā)生?？稍谫|(zhì)量控制系統(tǒng)中設(shè)定需要監(jiān)控的重要工藝參數(shù)，當(dāng)工藝參數(shù)發(fā)生變化且超出范圍時(shí)，在線系統(tǒng)會(huì)以設(shè)定好的方式對(duì)質(zhì)量異常預(yù)警。如圖11-14所示，在鋼板生產(chǎn)過程中，經(jīng)粗軋機(jī)軋制后，鋼板寬度正常，但粗軋出口溫度超過了設(shè)定的公差范圍，系統(tǒng)給出預(yù)警。質(zhì)量報(bào)警質(zhì)量報(bào)警主要針對(duì)成品質(zhì)量指標(biāo)，以質(zhì)量工藝標(biāo)準(zhǔn)及檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，對(duì)于不符合標(biāo)準(zhǔn)的質(zhì)量指標(biāo)發(fā)出報(bào)警。分析與處理質(zhì)量預(yù)警和報(bào)警由系統(tǒng)自動(dòng)觸發(fā)生成，對(duì)于預(yù)報(bào)警事件的處理需要人工進(jìn)行分析。首先，需要對(duì)預(yù)報(bào)警進(jìn)行分析確認(rèn)，確定信息是否有效；其次，結(jié)合具體報(bào)警信息對(duì)異?；蛉毕菰蜻M(jìn)行分析；最后，針對(duì)異?；蛉毕菰蛑贫ㄏ鄳?yīng)的措施進(jìn)行整改。將經(jīng)過認(rèn)定的異常原因、糾正及改善措施納入質(zhì)量知識(shí)庫(kù)。圖11-14 鋼板生產(chǎn)過程中的質(zhì)量預(yù)警質(zhì)量判定依據(jù)工藝及檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)質(zhì)量缺陷進(jìn)行定義與識(shí)別。對(duì)分工序產(chǎn)品過程質(zhì)量和成品質(zhì)量進(jìn)行判定。質(zhì)量缺陷分類定義，并按照缺陷影響程度劃分不同的缺陷等級(jí)，如致命缺陷、嚴(yán)重缺陷、一般缺陷、輕微缺陷等。每類缺陷定義相應(yīng)的缺陷編碼，以便于產(chǎn)品數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)引用。圖11-15所示為某鋼卷檢測(cè)到的表面質(zhì)量缺陷。圖11-15 某鋼卷檢測(cè)到的表面質(zhì)量缺陷轉(zhuǎn)序質(zhì)量判定按照生產(chǎn)單元工藝劃分，對(duì)生產(chǎn)線各工序、工位的產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量進(jìn)行判定，沒有達(dá)到轉(zhuǎn)序要求的產(chǎn)品，將不能轉(zhuǎn)到下一生產(chǎn)工序，需要做返工處理。下線質(zhì)量判定基于局部質(zhì)量判定結(jié)果，對(duì)產(chǎn)品的綜合質(zhì)量進(jìn)行最終判定，通過后方可正式下線，進(jìn)入成品倉(cāng)庫(kù)。圖11-16所示為某工廠的在線鋼卷質(zhì)量判定界面。工序質(zhì)量控制系統(tǒng)接收表面檢測(cè)儀表、高溫計(jì)等缺陷圖片，以及圖片對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)（一個(gè)卷5000條左右），對(duì)缺陷進(jìn)行圖形構(gòu)建及展示、表面缺陷傳遞計(jì)算，并將缺陷信息傳遞到下道工序。在線鋼卷判定模塊基于缺陷分類結(jié)果和嚴(yán)重度等級(jí)結(jié)果，結(jié)合工藝要求及最終客戶要求等信息，在鋼卷生產(chǎn)完成后實(shí)時(shí)完成鋼卷質(zhì)量等級(jí)的自動(dòng)判定。圖11-16 某工廠的在線鋼卷質(zhì)量判定界面質(zhì)量追溯生產(chǎn)過程完整的質(zhì)量檔案，則能夠基于任意生產(chǎn)時(shí)間節(jié)點(diǎn)，向前或向后進(jìn)行質(zhì)量信息查詢。質(zhì)量追溯標(biāo)識(shí)質(zhì)量追溯需要以產(chǎn)品標(biāo)識(shí)作為追溯條件。產(chǎn)品標(biāo)識(shí)通常為產(chǎn)品生產(chǎn)批號(hào)或唯一編碼，以字符、條形碼、二維碼、電子標(biāo)簽等形式存在于產(chǎn)品銘牌或包裝上。質(zhì)量追溯內(nèi)容基于產(chǎn)品質(zhì)量檔案，通過產(chǎn)品標(biāo)識(shí)可以追溯產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的所有關(guān)鍵信息，如用料批次、供應(yīng)商、作業(yè)者、作業(yè)地點(diǎn)（車間、產(chǎn)線、工位等）業(yè)時(shí)間、質(zhì)量檢測(cè)及判定、不良處理過程等。圖11-17所示為通過物料跟蹤實(shí)現(xiàn)冷軋帶鋼表面缺陷向上游熱軋、連鑄工序的追溯。圖11-17 通過物料跟蹤實(shí)現(xiàn)冷軋帶鋼表面缺陷向上游熱軋、連鑄工序的追溯設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)簡(jiǎn)述設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)是工業(yè)智能控制系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，通過采集設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)及生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)，進(jìn)行信號(hào)分析，結(jié)合設(shè)備模型和專家系統(tǒng)，對(duì)設(shè)備進(jìn)行在線監(jiān)控，對(duì)設(shè)備故障進(jìn)行診斷，預(yù)測(cè)設(shè)備剩余壽命。對(duì)工廠而言，設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)的價(jià)值在于：提前發(fā)現(xiàn)故障，減少意外停機(jī)；開展預(yù)測(cè)性維修，替代傳統(tǒng)的事后維修、定期維修方式，降低維修成本；通過設(shè)備監(jiān)測(cè)，在線評(píng)估產(chǎn)品質(zhì)量；通過剩余壽命預(yù)測(cè)，制訂合理的備件計(jì)劃，減少備件資金占用時(shí)間。設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)流程如圖11-18所示，可分為信號(hào)檢測(cè)、信號(hào)采集、信號(hào)分析、狀態(tài)識(shí)別、診斷分析等環(huán)節(jié)。圖11-19所示為某產(chǎn)線設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)硬件網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。信號(hào)檢測(cè)、信號(hào)采集由傳感器、自動(dòng)控制系統(tǒng)、信息化系統(tǒng)完成；信號(hào)分析、狀態(tài)識(shí)別、診斷分析由支持設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)平臺(tái)、應(yīng)用服務(wù)器、展示系統(tǒng)完成。該系統(tǒng)還具備遠(yuǎn)程診斷功能。圖11-18 設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)流程圖11-19 某產(chǎn)線設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)硬件網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)信號(hào)檢測(cè)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)需要檢測(cè)的信號(hào)主要包括以下幾種。振動(dòng)機(jī)械設(shè)備的部件或零件出現(xiàn)故障，必然破壞機(jī)械運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性，表現(xiàn)為異常振動(dòng)。通過對(duì)振動(dòng)的監(jiān)測(cè)可以判斷設(shè)備是否運(yùn)行正常。振動(dòng)測(cè)量的傳感器包括加速度計(jì)、轉(zhuǎn)速計(jì)、電渦流位移傳感器、扭矩傳感器等。通過這些傳感器可以測(cè)量振動(dòng)點(diǎn)的加速度、速度、位移，以及振動(dòng)幅值、頻率、相位、衰減系數(shù)、振型、頻譜等。一般低頻振動(dòng)（<10Hz）采用位移測(cè)量，中頻振動(dòng)（10~1000Hz）采用速度測(cè)量，高頻振動(dòng)（>1000Hz）采用加速度計(jì)測(cè)量。一些設(shè)備由于機(jī)械參數(shù)、工藝參數(shù)的選擇，在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生傳動(dòng)系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，這種扭轉(zhuǎn)振動(dòng)可以通過在傳動(dòng)軸上安裝扭矩傳感器進(jìn)行監(jiān)測(cè)。圖11-20所示為工程中采用的振動(dòng)傳感器。圖11-20 振動(dòng)傳感器振動(dòng)監(jiān)測(cè)是旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷分析的重要手段。溫度電機(jī)、軸承、齒輪箱等設(shè)備失效前，會(huì)出現(xiàn)溫度升高的現(xiàn)象，通過埋設(shè)在設(shè)備內(nèi)的溫度傳感器，可以監(jiān)測(cè)到這種溫升，并且及時(shí)報(bào)警。油液狀態(tài)據(jù)統(tǒng)計(jì)，設(shè)備故障有70%發(fā)生在潤(rùn)滑部位，通過監(jiān)測(cè)潤(rùn)滑油的狀態(tài)，也能發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障的早期征兆。監(jiān)測(cè)潤(rùn)滑油的金屬顆粒量可以測(cè)算設(shè)備磨損程度，監(jiān)測(cè)潤(rùn)滑油的水分含量、介電常數(shù)可以防止?jié)櫥涣?。帶比例閥或伺服閥的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)對(duì)油品的清潔度要求較高，監(jiān)測(cè)液壓油的清潔度等指標(biāo)，能看出設(shè)備工作是否正常。聲音對(duì)于低速運(yùn)動(dòng)的設(shè)備，采用測(cè)振法難以發(fā)現(xiàn)故障征兆，可采集運(yùn)行時(shí)的聲音信號(hào)，通過音頻分析判斷設(shè)備是否運(yùn)行正常。該信號(hào)通過聲音傳感器采集。電氣信號(hào)采集電機(jī)電流、電壓等信號(hào)，可以對(duì)電機(jī)故障進(jìn)行預(yù)測(cè)。生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)除了要監(jiān)測(cè)設(shè)備本身的運(yùn)行狀態(tài)，還需要結(jié)合具體生產(chǎn)工況，如原料特征信息、物料跟蹤信息、工藝參數(shù)設(shè)定等，進(jìn)行綜合分析，這樣才能對(duì)故障進(jìn)行精確定位，找到故障原因，給出糾正措施。基于這個(gè)原因，需要通過生產(chǎn)線的自動(dòng)化控制系統(tǒng)、MES，以及PDA（生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集分析）系統(tǒng)采集生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)并進(jìn)行診斷分析。信號(hào)采集采集器采集振動(dòng)、聲音信號(hào)的采樣頻率較高，需要通過專用的數(shù)據(jù)采集器進(jìn)行采樣、緩存，再以通信方式送至設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)服務(wù)器。數(shù)據(jù)采集器如圖11-21所示。該采集器采用工業(yè)級(jí)ARM芯片，配置1GB內(nèi)存，支持16個(gè)通道加速度、速度、位移信號(hào)實(shí)時(shí)同步采集，信號(hào)經(jīng)隔離、AD轉(zhuǎn)換、濾波處理后在內(nèi)存中緩存，采集的數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)、RS232、RS485等通信方式上傳至服務(wù)器。圖11-21 數(shù)據(jù)采集器自動(dòng)化系統(tǒng)、信息化系統(tǒng)采集溫度、油液狀態(tài)等慢過程數(shù)據(jù)，以及生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)可以通過自動(dòng)化系統(tǒng)、MES型的方式包括：通過PLC讀取現(xiàn)場(chǎng)傳感器信號(hào)，再以通信方式發(fā)送給設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)服務(wù)器；通過過程計(jì)算機(jī)或MES數(shù)據(jù)庫(kù)讀取數(shù)據(jù)，再以通信方式發(fā)送給設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)服務(wù)器；通過PDA系統(tǒng)讀取數(shù)據(jù)，再以通信方式或文件方式發(fā)送給設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)服務(wù)器。無線采集一些檢測(cè)信號(hào)可以通過藍(lán)牙、工業(yè)Wi-Fi、電磁感應(yīng)等無線方式上傳。從圖11-22可看出無線扭矩傳感器的信號(hào)傳輸方式。安裝在固定部件的接收器與安裝在轉(zhuǎn)動(dòng)軸的扭矩傳感器通過電磁感應(yīng)傳送電源和檢測(cè)信號(hào)。由于利用了電磁感應(yīng)效應(yīng)，因此，安裝在轉(zhuǎn)動(dòng)軸的扭矩傳感器不需要提供有線電源，極大提高了運(yùn)行的可靠性。圖11-22無線采集信號(hào)分析設(shè)備狀態(tài)信號(hào)采集后，要進(jìn)行濾波、去噪等處理，再進(jìn)行數(shù)學(xué)分析，以便提取特征信號(hào)，進(jìn)行預(yù)警或故障診斷。信號(hào)分析包括時(shí)域分析、頻域分析、時(shí)頻分析等。時(shí)域分析主要分析信號(hào)幅度與時(shí)間的關(guān)系，包括波形分析、軸心軌跡分析、奈奎斯特圖分析、波德圖分析等。頻域分析基于傅里葉變換，將信號(hào)分解為不同頻率信號(hào)的疊加，分析各頻率信號(hào)的幅值、相位、功率等。頻域分析包括頻譜分析、包絡(luò)解調(diào)分析、倒譜分析、邊頻帶分析等。時(shí)頻分析提供了信號(hào)在時(shí)域和頻域的聯(lián)合分布信息，如小波分析、短時(shí)傅里葉變換、三維瀑布圖等。波形分析特征，可直接用波形分析進(jìn)行判斷，如等距離尖脈沖表明設(shè)備受到?jīng)_擊；削波表明有摩擦；轉(zhuǎn)子組件松動(dòng)體現(xiàn)為振動(dòng)波形毛刺多、不穩(wěn)定等。圖11-23所示為截取的設(shè)備受到?jīng)_擊時(shí)的時(shí)域波形圖。圖11-23 截取的設(shè)備受到?jīng)_擊時(shí)的時(shí)域波形圖頻譜分析頻譜分析是設(shè)備故障診斷中最常用的方法，包括幅值譜分析、功率譜分析、相位分析等。其中，幅值譜體現(xiàn)了各頻率對(duì)應(yīng)的幅值，應(yīng)用最為直觀。每個(gè)頻譜分量與設(shè)備的零部件可建立對(duì)應(yīng)關(guān)系，當(dāng)某個(gè)頻譜幅值明顯高于正常值時(shí)，就可以初步判斷對(duì)應(yīng)的部件有問題。包絡(luò)解調(diào)分析包絡(luò)解調(diào)就是提取信號(hào)時(shí)域波形的包絡(luò)線，對(duì)包絡(luò)線進(jìn)行頻譜分析。設(shè)備振動(dòng)信號(hào)可以分成兩部分：一部分為較高頻率的載頻信號(hào)，包括自由振蕩信號(hào)和干擾信號(hào)，是正常信號(hào)；另一部分是頻率較低的調(diào)制信號(hào)，多為故障信號(hào)。采用包絡(luò)解調(diào)分析可以把這些低頻故障信號(hào)從原始信號(hào)中分離出來，對(duì)提取出來的信號(hào)進(jìn)行特征頻率和幅值譜分析，就能診斷出故障部位和原因。圖11-24所示為截取的包絡(luò)解調(diào)分析過程中的包絡(luò)波形圖和包絡(luò)頻譜圖。圖11-24 截取的包絡(luò)解調(diào)分析過程中的包絡(luò)波形圖和包絡(luò)頻譜圖邊頻帶分析齒輪箱斷齒、點(diǎn)蝕，滾動(dòng)軸承剝落，軸彎曲等故障會(huì)產(chǎn)生周期性的脈沖力，導(dǎo)致實(shí)測(cè)信號(hào)的頻譜在固有頻率兩邊出現(xiàn)均勻的邊頻帶。分析其強(qiáng)度和頻次就能判斷部件損傷的部位與程度。圖11-25所示為截取的某風(fēng)電廠發(fā)電機(jī)后端測(cè)點(diǎn)加速度的階次包絡(luò)分析圖。當(dāng)頻率為4.891f1（f1為軸承轉(zhuǎn)動(dòng)頻率）時(shí)，加速度幅值較高，并且伴隨大量邊頻帶。而該階次頻率是發(fā)電機(jī)軸承內(nèi)圈故障特征頻率。經(jīng)對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)后端軸承存在可見剝落損傷，并且損傷面積和深度持續(xù)加大。圖11-25 截取的某風(fēng)電廠發(fā)電機(jī)后端測(cè)點(diǎn)加速度的階次包絡(luò)分析圖三維瀑布圖三維瀑布圖把頻域、時(shí)域結(jié)合在一起進(jìn)行展示，有利于對(duì)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行全面、連續(xù)的監(jiān)測(cè)分析。圖11-26所示為信號(hào)在不同時(shí)間的頻譜。圖11-26 信號(hào)在不同時(shí)間的頻譜軸心軌跡分析通過在軸上安裝電渦流位移傳感器，測(cè)量轉(zhuǎn)軸相對(duì)于軸承的位移，進(jìn)行軸心軌跡分析，可以判斷是否偏心，如圖11-27所示。圖11-27 截取的軸心軌跡圖診斷分析斷分析。診斷分析的過程實(shí)際上是對(duì)特征信號(hào)的識(shí)別過程。對(duì)特征信號(hào)的識(shí)別有兩種方原因；二是基于專家系統(tǒng)的識(shí)別方法，該方法需要根據(jù)已知故障類別的樣本進(jìn)行訓(xùn)練，構(gòu)建故障樣本庫(kù)，將實(shí)測(cè)信號(hào)輸入專家系統(tǒng)，與樣本對(duì)比后，再根據(jù)專家規(guī)則、推理機(jī)進(jìn)行判斷，得到診斷結(jié)果?；谠O(shè)備模型的識(shí)別方法工業(yè)應(yīng)用成熟的設(shè)備模型包括滾動(dòng)軸承模型、齒輪箱模型等主要設(shè)備部件模型。得到不同部位損傷的信號(hào)特征。這些損傷包括內(nèi)圈損傷、外圈損傷、滾動(dòng)體損傷、偏心等。齒輪箱主要由齒輪、軸和箱體構(gòu)成，當(dāng)齒輪運(yùn)行正常時(shí)，其振動(dòng)信號(hào)的主要成分是軸的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率和齒輪嚙合頻率，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，振動(dòng)信號(hào)的幅值、頻率會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化。據(jù)此可以計(jì)算出齒輪故障，如齒形誤差、齒面磨損、斷齒時(shí)的特征頻譜，并結(jié)合軸承故障特征頻譜，可對(duì)齒輪故障進(jìn)行診斷。的電氣故障如轉(zhuǎn)子斷條、氣隙偏心、繞組匝間短路等表現(xiàn)為定子電流在一定的頻率處振頻率之間的邏輯關(guān)系，可對(duì)電機(jī)早期故障進(jìn)行識(shí)別?；趯＜蚁到y(tǒng)的識(shí)別方法如圖11-28所示，專家系統(tǒng)由綜合數(shù)據(jù)庫(kù)模塊、知識(shí)庫(kù)模塊、推理機(jī)模塊、人機(jī)交互界面模塊、知識(shí)獲取模塊五大部分組成。圖11-28 專家系統(tǒng)綜合數(shù)據(jù)庫(kù)模塊存取設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)，并存取推理機(jī)推理出的故障信息；知識(shí)庫(kù)模塊用來存放故障樣本庫(kù)及專家規(guī)則；推理機(jī)模塊提取狀態(tài)數(shù)據(jù)的故障特征信息，并針對(duì)當(dāng)前運(yùn)行條件，反復(fù)匹配知識(shí)庫(kù)中的樣本和規(guī)則，獲得故障診斷結(jié)果；知識(shí)獲取模塊將新的故障樣本和規(guī)則增加到知識(shí)庫(kù)，不斷提高知識(shí)庫(kù)的質(zhì)量；人機(jī)交互界面模塊配置用戶信息、反饋故障信息和展示故障診斷結(jié)果?；趯＜蚁到y(tǒng)的識(shí)別方法通過知識(shí)庫(kù)中的知識(shí)來模擬專家的思維方式，知識(shí)的質(zhì)量和數(shù)量決定了專家系統(tǒng)的水平。剩余壽命預(yù)測(cè)基于設(shè)備性能參數(shù)的劣化度，可以對(duì)設(shè)備剩余壽命進(jìn)行預(yù)測(cè)。圖11-29所示為設(shè)備劣化曲線，0.25、0.60和0.95分別代表故障可探測(cè)水平、故障可預(yù)測(cè)水平和故障報(bào)警水平閾值。0.25劣化趨勢(shì)線下范圍表示設(shè)備處于良好工作狀態(tài)；0.25～0.60劣化趨勢(shì)線范圍表示設(shè)備出現(xiàn)缺陷但不影響運(yùn)行；0.60～0.95劣化趨勢(shì)線范圍表示設(shè)備狀態(tài)嚴(yán)重劣化，設(shè)備可監(jiān)控運(yùn)行，建議找機(jī)會(huì)維修；0.95劣化趨勢(shì)線以上范圍表示