工厂设备的“健康卫士”

人靠体力或者脑力劳动为社会创造价值，推动了人类文明的进步；工厂里日夜无休的机器轰鸣和连续生产，推动了社会经济的飞速发展。随着劳动强度加重、精神压力增加，人就会生病；工厂生产线上的生产设备基本上全年无休，也会像人一样出毛病，严重的时候甚至会意外停机，中断工厂的生产运行。人因为体检，病症才得以提前发现，医生稍加治疗就可以康复，那么工厂的设备出毛病，在不停机的情况下能不能发现呢？答案是肯定的。

工厂的设备与人体结构很类似，电机如同设备的心脏，为生产提供动力；齿轮箱如同全身肌肉组织，调控着生产速度和力量。在设备内部有轴承、齿轮和轴，这些关键部件是设备的运动核心单元。通过对这些核心部件工作状态的关注，可以发现设备健康状态问题。

给人看病虽有中医、西医之分，但“望闻问切”和各式仪器检查都是在对身体的脏器组织、皮肤骨骼做或表或里的针对性探查。给设备“看病”也需要根据所探查部位的差异，选择针对性的诊断方式才能有更精确的诊断效果。传统的设备“看病”方式有眼观、耳听、手摸、温度检测、压力检测、油液检测、振动检测、噪声监测等，近年来，设备健康监测领域出现了应力波检测、超声检测等新的监测技术。

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各种设备监测手段，在设备健康状态发展的不同阶段发挥作用。眼观、耳听、手摸类似“望闻切”，靠人对设备的明显形变、声响、温度上升等异常状况发现和判断，此种方式的辨病准确率对“医者”的经验累积有较为严苛的要求，对人的依赖性较强，因此只有工厂的老师傅们才能判的准，很多没有经验的人常常会误判。油液检测类似体液检查，观察设备润滑介质的组分及形态变化，但常常需要精确地从油液中提取样本；振动检测类似“号脉”、“听心音”，观察监测点的“跳动”幅度和变化规律来判断设备状态、筛查问题点。上述传统的方式发现问题时，已经在设备故障存在的中、后期阶段，留给现场工人处理故障的时间非常有限，有时候备件还没有调配到，设备就突然停机了。

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人类的医学在发展，设备健康状态监测手段也在进步。基于应力波的监测分析技术就是一种新兴的监测方式，其通过特制的应力波传感器，像电子听耳一样附着在设备的外表面，如同一个随身的诊疗医生全年无休地通过听耳内置的感知单元和电子电路，实时捕获设备运行在正常、隐病、患病、康复不同生命周期状态，通过侦听沿着机械钢固有结构传输的部件摩擦和冲击诱发的应力波信号（一种超声频率的能量波），再经过外部的边缘计算系统作信号处理和计算，及时地将设备内部无时无刻都在传递的“说话声”在分析系统里通过时域、频域、统计域等多个维度进行图谱重构和呈现，最终实现对设备内部关键部件轴承、齿轮、轴系和润滑工作状态的“未病先防，既病防变”感知，让设备开口说话。设备时时刻刻都会说话，但在隐病期和发病早期说话的声音能量非常微弱，在超声的信号范围内更容易发现，应力波监测分析从设备健康状态劣化早期就能够介入监测，因此比常规监测手段可以更早地发现设备潜在存在的问题。在钢厂等变速变载、低速重载、恒速恒载多种工况交织的领域，应力波监测以早期准确发现、微弱运动能量可侦听、强震动环境可适应的特性发挥了重要的健康卫士作用。

应力波监测系统

工厂的设备全年无休，设备健康与否直接影响生产可靠运行、安全。通过在工厂里采用以应力波监测分析技术为代表的“未病先防，既病防变”的预测性维护先进手段，能够避免“治末病”和事后维护，对设备运行全过程实施监测与诊断，为现场人员做出最早及可靠的判断提供准确依据，将“病灶”消灭于萌芽阶段，保障生产稳定运行，为智能工厂的进一步建设提供基础保障。

创作者：  重庆川仪软件有限公司  张皓栋 王星荣/技术团队

推荐单位：中国仪器仪表学会工业自动控制系统装置及工业大数据主题科普教育基地

（备注：该科普创作为中国仪器仪表学会“身边的仪器仪表及仪器仪表科技工作者”科普创作征集活动投稿作品）