機械系統可監測性設計理論
機械系統可監測性設計理論
摘要 我國正在努力向機械制造強國隊列靠近，只有大力倡導機械系統原始創新，才能夠盡早的實現這一目標。
本文對機械系統可監測性設計相關發展情況進行了全面的梳理，研究了系統理論以及全壽命周期理論對于機械系統可監測性設計理論體系構建的影響。
關鍵詞 機械系統;可監測性;狀態監測
機械工具的出現促使人類文明向前邁進了一大步，它使得人類社會的生產率發生了重大變化，從原始改造轉變為機械勞動。
在當今世界中機械工業的發展水平標志著一個國家生產力的發展水平。
不論是從機械系統的發展方向上，還是從社會對機械系統新的要求上，均要求其有著更高的可靠性與安全性，機械設備狀態監測技術是未來機械設備發展的重要方向。
1 可監測性設計理論體系的理論基礎
1)系統理論
所謂系統，就是相對于個體而言整體的寓意。
不同領域不同學科對于系統的具體涵義存在著不同概括，但總體上來看，都將系統看做是多個小系統組成的，它的運行過程涉及到很多個微小系統的運行。
現如今，普遍接受的系統論是由美籍奧地利人、理論生物學家-貝塔朗菲所創立的，它針對系統的模式、結構以及內部規律進行了深入的分析與研究，按照數學理論定量的對系統特征(整體性、結構等級分層、相互關聯、動態平衡、時序性等)進行了全方面的描述。
系統論是研究系統整體性的重要理論之一，其核心思想就是整體性。
它支持將自然界中的物質看作是一個統一整體，自然界中各個組成部分只有和諧相處才能夠保證自然界的穩定運行，不同的組成部分通過邏輯關系密切聯系在一起。
系統所表現出來的整體性是單獨的組成部分所不具備的，只有每一個組成部分有機的結合在一起，相互關聯才能夠共同發揮作用。
同樣，系統如果失去了任何一個組成部分，那么其整體性能也會出現很大的變化，從而影響其整體特性。
2)層次分析法
層次分析法是基于系統理論發展起來的一種層次權重分析法。
現如今在很多工業生產過程中，都可以看見層次分析法的影子，它對于復雜度高而且需要定性定量分析的工業控制很有幫助。
對問題進行定性定量，根據所反映的綜合信息，通過專業判斷來對目標標準進行加權處理，從而匹配出標準相對重要度，這樣就可以根據所得到的相對重要度來排列解決方法的優先順序。
該方法在1982年就已經進入我國，并在很多行業中得到了應用。
正是由于其在定性與定量結合處理復雜問題上的優勢，使得其在我國很多領域內都有著廣泛的認同。
通過層次分析法來對問題進行研究，其基本原理就是根據問題的性質以及所要實現的最終目標，把被研究問題劃分為多個不同的組成成分，同時根據成分與成分之間的相互關系再細分為不同層次的組合，從而構建出一個多層次的用于分析研究的模型結構。
使用層次分析法來研究具體問題，可以將整個步驟用圖1來表示。
圖1 層次結構分析基本流程
2 可監測性設計理論體系研究
機械產品設備及系統逐漸的向大型化、復雜化、高集成、多參數以及自動化方向發展，工業發展需要更為可靠、更加智能的機械水平，對工作環境有著更高的要求，而且機械設備的維護也越發的復雜與困難。
顯然，機械產品設計需要全面的更新改革。
現在很多產品在設計時并不會考慮到未來的監測問題，所以大部分產品機械系統的可監測性能較差，對于其使用過程中狀態信息的收集十分復雜困難。
即使通過其他手段采集到了狀態信息，也因為各種因素導致信息的過時或者缺失。
1)基于系統工程論的機械系統可監測性設計理論
(1)可監測性設計研究的對象。
相對于整個龐大的系統而言，產品最為重要的一個設計屬性就是可監測性。
也就是說，對于某一個組成部分或者某一塊組成部分進行可監測性研究是沒有任何意義的，必須是對于整個系統而言，才有可監測性這一概念。
所以，我們研究可監測性首先要研究具體的機械結構，然后擴展分析到整個系統。
(2)可監測性設計相關的技術領域。
可監測設計理論在當前很多機械系統中有著非常廣泛的應用，它需要多門學科的協同配合才能夠實現整個系統的可監測性。
從整體上來看，想要進行一個全面的可監測性設計，必須要使用到計算機、網絡通信、系統工程、優化算法等多種技術。
2)可監測性設計的研究內容
可監測性理論的應用前提是系統整體，對于系統中的任何一個小系統或者小環節而言，就沒有可監測性這一概念，所以我們要從整體上去把握系統的可監測性，不要刻意去追求系統中某一個小系統。
基于此在進行可監測性設計時，應該從系統的綜合特性角度出發，分析系統內部各個小系統相互之間的邏輯關系，分析相互之間的約束條件，實現整個系統的可靠穩定高效運行。
(1)可監測性設計相關術語研究。
這一部分的研究主要是通過CMFD技術、PHM技術、現代機械設計理論等，加之系統的科學調研過程以及領域內專家的研討等方式，全面的對機械系統狀態監測以及現代設計理論進行研究，形成可監測性設計體系所使用的基本術語;
(2)可監測性分配方法研究。
實質上，可監測性分配方法就是對系統監測點優化的一個過程。
具體來說，就是通過可靠性、維修性等分配方法理論，按照機械系統高可靠性、高安全性以及智能化的設計目標，最終實現準確反映機械系統運行狀態信息的可靠獲取;
(3)可監測性設計方法研究。
在對機械系統設計方法全面深入研究的基礎之上，通過可靠性設計、可維修性設計以及保障性設計等方法上，對可監測性設計的設計標準、實施過程，采用并行工程思想以及全生命周期設計理念進行系統效益、安全、可靠等多參數分析，共同構建可監測性設計方法體系;
(4)可監測性設計評價研究。
進行科學評價制度的構建是可監測性設計的關鍵部分，這個研究過程影響著這個可監測性設計的內容。
這里面不僅僅包含了對設計階段的評價，還包含著生產階段、使用階段的評價內容。
簡單來說，就是依靠已有的系統評價理論以及相關方法，對所收集到的各種機械系統運行數據信息，構建一個各種特征參數信息均可研究的機械系統可監測性設計評價體系，從而實現對系統可監測性設計各個階段的科學有效評價。
參考文獻
[1]王玉玲.機械可靠性維修性優化設計方法及其在工程機械中的應用[D].濟南:山東大學，2007.
[2]嚴新平.機械系統工況監測與故障診斷[M].武漢:武漢理工大學出版社，2009.
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