机械制造业故障诊断与预知维修工程实施与管理

三、提高预知维修工程实施效能的方法与途径　

１．由点及面、由部分到全体分阶段实施　

由于预知维修工程是一项多学科相互交织的复杂技术，需　

要设备维修管理人员应尽可能多地掌握相关学科的基本理论和　

实用技术，成为掌握现代检测诊断技术的高级技术和管理型人　

才。不但要通过必要的理论和技术培训，还需经过长期的实践与　

经验的积累，这是一个漫长的过程。另一方面，预知维修工程本　

身尚无定制，无论是实施方法还是实用技术都要经过实践、总　

结、摸索和提高。因此，在工作开展初期面不宜铺的太大，可选取　

某一规模适宜的单位，或选择若干有代表性的设备进行尝试，以　

人才培养、方法摸索、经验总结为要点。在取得一定成绩与经验　

后，再逐步推广扩大到整个企业。　

２．划分监测诊断级别，做好长期实施规划　

在进行预知维修工程实施的规划过程中，要根据企业生产形　

态、设备重要程度和监测代价，对监测对象确定恰当的监测方式　

（在线或巡检）、监测部位、监测物理参量，以及合理的监测周期。　

特别是对那些设备类型及数量众多，且以巡检方式为主的大型生　

产企业，在预知维修实施的初始阶段，就应按设备在生产过程中　

的重要程度，正确划分监测诊断级别和做好长期实施的规划。　

３．做好参考标准的收集、制定与完善工作　

设备诊断规范、标准的收集和制定，是设备预知维修工程最　

重要的基础工作之一。整个监测和诊断工作都是围绕标准展开　

的。如果标准阈值定得偏高，会造成设备带病运行；阈值偏低，又　

会频繁报警停机，而影响生产。因此，如何加快完成“设备振动监　

测诊断参考标准”的收集、制定与完善工作，对预知维修工程的　

实施具有十分重要的意义。　

在过去的３０多年里，国际标准协会组织（ＩＳＯ）和一些先进　

工业国陆续发布了一些有关振动监测的标准，其中最具代表性　

的是ＩＳＯ　２３７１／２３７２振动烈度标准和加拿大ＣＤＡ／ＭＳ／ＮＶＳＨ１０７　

轴承振动标准。我国也在积极制定包括振动监测在内的国家标　

准和专业标准，如大型旋转机械的振动标准等。而对与金属切削　

机床有关的振动监测、诊断标准的研究尚属空白，已有的标准也　

不适合以金属切削机床为主要生产设备的企业。考虑到机床生　

产厂家、终端用户在设备预知维修工程实施过程中所处的不同　

位置，在金属切削机床的振动监测诊断参考标准的收集和建立　

时，可采取以下方法。　

（１）由制造厂提供设备原始振动参考标准。对有一定制造规　

模和技术条件的机床生产厂家，可根据产品的类型、规格及最终　

用户开展预知维修工程的要求，在科研部门的指导和协作下，通　

过振动测试向用户提供有关设备的统计振动参考标准和本机实　

测振动数据。因为，由制造厂家提供设备原始振动参考标准，较之　

用户自行建立设备原始振动参考标准，更具有十分明显的好处。　

（２）由使用部门建立设备原始振动参考标准。在科研部门的　

协作和指导下，由设备使用部门根据企业设备生产状况和设备　

实际状况制定设备检测条件，完成机床原始振动参考标准的制　

定。这也是目前国内外企业普遍采用的方法之一。虽然从实施过　

程看和前者基本相同，但结果却有很大差异。因为前者是建立在　

机床出厂原始振动基础上的参考标准，是设备原始状态的“完好　

标准”和“绝对标准”。而后者是设备当前状态的参考标准和“相　

——篮　对标准”。由于机床服役期的不同、载荷工况条件差异等，其数据　

离散性较大。　

４．加快研发适宜机床行业特点的设备监测诊断仪器　

由机床专业生产厂和国内从事监测诊断仪器研发的公司以　

及大专院校等，共同研发适用于机床类设备监测与故障诊断的　

仪器和系统，是一个快捷而又理想的方法。一般情况下，按预知　

维修工程实施模式的不同，可分为以下两类系统。　

（１）基于巡检模式的便携式数据采集分析仪或系统。目前市　

场上已有很多不同类型的便携式数据采集分析仪或系统，其硬　

件系统及所采用的传感器完全适用于机床类的数据采集，只是　

这些仪器或系统上的软件系统并不是针对机床的工作特点而开　

发的。因此，只要在原有系统软件的基础上增加一些和机床相适　

用的功能，就可以满足需求。　

（２）基于在线监测模式的机床在线监测、诊断及预警系统。　

目前这类系统在国内机床行业甚为少见，或属空白状态，其实开　

发这类系统的技术条件已基本成熟，无论从传感器、数据采集系　

统、计算机软硬件开发条件等都很完备，关键是功能与成本问　

题。因为这类系统主要是为价格较为昂贵的大型、重型数控机床　

的在线监测而配备的，为了使价格与机床的类别和价格相适应，　

可采取简易和复杂之分。例如，系统研发时，可由机床专业制造　

厂和诊断仪器开发商联合研制，由制造厂提出基本需求和双方　

共同协商价格范围。既要考虑机床的精度诊断、机床动态特陛参　

数的监测与预警，又要确保常规故障的诊断需求。　

四、适用于机械制造业的应用研发实例　

以下给出两个应用实例，是国家“十一五”重大专项资金支　持项目。自行研发的ＰＭＳ３０００－－ＭＯＬ在线监测和故障预警系统　

在大型和重型数控机床上的应用，以及基于Ｂ／Ｓ和ＶＰＮ架构的　

企业内部和异地远程总体解决方案。　

１．在线监测和故障预警系统ＰＭＳ３ＯＯ（Ｏ－ＭＯＬ简介　

（１）硬件组成。ＰＭＳ３０００一ＤＡＱ多通道数据采集系统，是由　

ＡＲＭ９嵌入式系统作为控制单元，能够实现采集器硬件参数设　

置、数据存储，以及与上位机之间的双向数据传输控制。　

①采集器通道。共有１６路通道，即１６位ＡＤ，其中前８路　

可实现并行同步采集无相差，后８路可实现轮巡式采集；　

②传感器类型。可接入电涡流位移传感器、ＩＣＰ加速度／速度　

传感器、温度传感器、转速传感器，以及其他电压输出型传感器：　

③抗混滤波器。对于振动类信号通道，可分别设置抗混滤波　

截止频率；　

④程控增益放大器。对于振动类信号通道，可分别设置程控　

增益；　

⑤通信方式。可采用１００兆网卡与上位机通信，也可以采用　

无线网卡与上位机无线通信，系统支持ＴＣＰ／ＩＰ和８０２．１１无线　

协议。采用无线网卡通信时，数据传输有效范围是３０ｍ。若作用　

范围不够，可加装全向天线来增强传输范围；　

⑥上位机。采用带触摸屏的标准工业平板电脑。　

（２）软件系统。上位机采用Ｗｉｎｄｏｗｓ　ＸＰ操作系统，数据库　

采用ＳＱＬ　ＳＥＲＶＥＲ　２０００，在线监测系统应用软件为ＰＭＳ３０００一　

ＭＯＬ。下位机ＡＲＭ９采用嵌入式Ｌｉｎｕｘ操作系统，下位机应用软　

件为采集仪控制程序。　

设备皇理与维修２０１２№２　Ｉ

嚣　设备管理对企业生产成本的影响及控制（续）　

王其营　

四、设备的使用、维修和改造　

设备在使用与维护过程中，所发生的动力及维修费用，直接　

列入当期的生产成本。为满足使用要求而发生的设备改造、更新　

费用，如果费用较低，则直接列入生产成本；如果改造费用较高，　

则可列入固定资产或进行分期分摊。　

１．设备的使用　

由于在一定时间内，一个企业所提取的设备折旧费用不变，　

因此，设备使用的原则应该是在设备数量、价值不变的情况下，　

在相同时间内的生产效率最高、动力及其他使用费用最低。只有　

提高生产效率、降低设备使用费用，单位产品所摊入的设备折旧　

费和设备使用费的比例才能下降，生产成本才会降低。　

提高生产效率需要科学安排生产计划、合理调配使用现有　

的人员和设备，使单位时间内完成的产量最高。如果生产计划量　

较大，则应该保持设备连续运转，直至完成生产计划，这样就可　

以减少生产准备和设备空运转时间，能在一定程度上减少人工　

和动力费用支出；如果生产计划量较小，无法使设备保持连续运　

转，则应尽量选择在电费最低的用电谷段开动设备，可以明显减　

少电费支出。　

降低设备使用费用主要从控制能源消耗总量和能源成本入　

手，使完成相同产量所消耗的能源总量最少，相同能耗总量的费　用最低。为此，生产相同的产品，在满足质量要求的前提下，应选　

用能源消耗低的设备，并采用相应的节能措施。以轮胎生产用的　

ＧＫ和ＸＨＭ系列密闭式炼胶机为例，生产同样的胶料，ＧＫ２７０　

密炼机（可生产子午胎胶料）的能耗要比ＸＨＭ２５０／２０密炼机ｆ只　

能生产普通胶料）高１５％左右，而比ＧＫ２５０Ｅ密炼机（可生产子　

午胎胶料）低２５％，比ＧＫ４００密炼机（可生产子午胎胶料）低　

２０％以上。因此，根据产品的结构选择性能适宜的设备，既可满　

足工艺要求，又能降低能源消耗。如果通过适当提高电压等级、　

淘汰高耗能设备、使用变频控制和新型节电技术，也能在一定程　

度上降低能耗总量。　

同时，相同的设备在不同时段运行时所产生的动力费用也　

具有明显的差别。山东省物价局和省经贸委在２００８年６月以鲁　

价格发￣００８１９６号文件下达了《关于调整峰谷分时电价政策的　

通知》，规定将现行高峰、低谷时段电价按基础电价上下浮动　

５０％调整为６０％，并试行尖峰电价政策，尖峰电价按基础电价上　

浮７０％。自２０１１年６月１日起，电价又提高３．０７分／（ｋＷ・ｈ）。以　

山东省电网泰安市３５—１１０ｋＶ大工业用电为例，电价调整后，基　

础电价是０．５６９５元／（ｋｗ・ｈ），谷段电价是０．２２７８元／（ｋＷ・ｈ），平　

段是０．５６９５元／（ｋｗ・ｈ），高峰段是０．９１Ｉ２元／（ｋＷ・ｈ），尖峰段是　

０．９６８２元／（ｋＷ・ｈ），组成电价的其他部分不变。由此可以看出，　

（３）系统扩充。若所需通道较多，一个ＰＭＳ３０００一ＤＡＱ系统　

不能满足需求时，可采用多个ＰＭＳ３０００一ＤＡＱ积木式堆叠配制。　

一般而言，本系统可同时处理带３－４个ＰＭＳ３０００一ＤＡＱ数据采　

集系统，可采用网卡加集线器或交换机的有线方式，或采用在上　

位机主机端附近配置４～８端口的无线路由器，而在各数据采集　

仪端采用无线网卡的通信和数据传输方式，并分别配置好无线　

网卡的ＭＡＣ地址，通过ＭＡＣ地址过滤来保障不会受到附近其　

他无线网络的干扰。　

（４）系统功能。该系统前台软件面向操作工，无需人工分析　

即可实现对机床旋转精度、机床主轴动态刚度、机床主轴箱齿轮　

及轴承、尾座轴承工作状态、轴承温升、润滑静压轴承和静压导　

轨油膜厚度、工件偏载、切削力载荷识别等方面的在线监测和故　

障预警。后台软件则面向维修工程师，可在不中断前台数据采集　

分析的状态下，切换进行在线信号频谱分析和详细诊断功能，并　

具有基于历史数据及趋势分析功能等，可对机床精度保持性、机　

床动态特性、齿轮及轴承工作状态进行技术评估。该系统随前台　

软件的不同，可广泛适用于重型数控卧式，立式车床、重型磨床、　

重型轧辊车床／磨床等类机床的在线监测和故障预警。　

２．可实现异地远程状态监测　

该系统具有有线和无线的网络功能，如果结合局域网技术、　

Ｉ蚕　设置管理与维值２０１２№２　浏览器／服务器架构和ＶＰＮ（虚拟专用网络），可实现现场、办公　

室、集团以及异地远程状态监测。例如，在线监测和故障预警系　

统，可广泛适用于各种重型机床，如重型轧辊车床、重型外圆磨　

床等；结合企业Ｂ／Ｓ（浏览器／服务器１机构和ＶＰＮ（虚拟专用网络）　

架构，可将ＰＭＳ３０００一ＭＯＮ在线监测预警系统和ＰＭＳ３０００一　

ＭＯＦＦＬ便携式离线巡检系统相联接，并通过企业内部Ｉｎｔｒａｎｅｔ　

局域网和Ｉｎｔｅｒｎｅｔ公网，实现企业内部监测诊断和异地远程的　

企业总体解决方案。　

在这个解决方案中，使企业内部形成了现场（车间生产设备　

层）、车间／分厂职能部门层和总厂／公司／集团最高层等不同的层