1 機(jī)器制造與運(yùn)行中的問(wèn)題

　　對(duì)于機(jī)械制造商而言，它的機(jī)器開(kāi)發(fā)及現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)營(yíng)需要考慮兩 個(gè)常見(jiàn)的難題：

　　(1)便利的機(jī)器安裝出廠測(cè)試

　　在機(jī)械制造業(yè)，機(jī)器的安裝測(cè)試是復(fù)雜的過(guò)程，尤其是高速 運(yùn)動(dòng)的設(shè)備，像風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、大型印刷設(shè)備、飲料灌裝設(shè)備。其 安裝與測(cè)試傳統(tǒng)上往往特別依賴(lài)于經(jīng)驗(yàn)豐富的技師。而在另一些大 型重值裝備如高鐵、船舶、航空發(fā)動(dòng)機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)等會(huì)有大型測(cè)試 平臺(tái)，但是，這種平臺(tái)并非普通的機(jī)械制造企業(yè)可以投資的。因 此，需要考慮：

　?、偈欠裼斜容^簡(jiǎn)單的方法降低對(duì)人的經(jīng)驗(yàn)依賴(lài)?

　　② 是否有較低投資的方法，讓中小型企業(yè)也可以使用的測(cè)試 系統(tǒng)?

　　(2)機(jī)器持續(xù)運(yùn)行中的監(jiān)測(cè)

　　當(dāng)機(jī)器制造商的機(jī)器發(fā)到了用戶(hù)現(xiàn)場(chǎng)，就會(huì)有兩個(gè)問(wèn)題：

　?、偃绾螢闄C(jī)器設(shè)備出現(xiàn)故障之前發(fā)出預(yù)警，便于用戶(hù)的計(jì)劃 性維護(hù)，即，預(yù)測(cè)性維護(hù)問(wèn)題;

　　②如何根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的反饋，來(lái)改善自身的機(jī)器機(jī)械設(shè)計(jì)環(huán) 節(jié)的問(wèn)題。

　　貝加萊，作為長(zhǎng)期專(zhuān)注機(jī)械自動(dòng)化領(lǐng)域的方案提供商，不斷 響應(yīng)行業(yè)用戶(hù)需求，提供產(chǎn)品、技術(shù)與平臺(tái)支撐。通過(guò)針對(duì)振動(dòng)分 析的傳感器、信號(hào)處理與分析模塊、通信技術(shù)等為系統(tǒng)搭建一個(gè)具 有可擴(kuò)展性極高的診斷平臺(tái)，為工廠內(nèi)部測(cè)試平臺(tái)的快速問(wèn)題定 向、長(zhǎng)周期的機(jī)械系統(tǒng)研發(fā)數(shù)據(jù)提供基礎(chǔ)的技術(shù)支撐。

　　2 為什么采用振動(dòng)傳感器

　　其實(shí)，在各種測(cè)量方式都是可以分析機(jī)械系統(tǒng)的問(wèn)題的，但 是，我們可以從表1看到，振動(dòng)信號(hào)蘊(yùn)藏豐富的數(shù)據(jù)，并能對(duì)各種

　　機(jī)械相關(guān)的故障進(jìn)行分析。當(dāng)然，另一方面，大部分的機(jī)械問(wèn)題都 會(huì)以振動(dòng)的形式反映出來(lái)，并且響應(yīng)也快。

表 1 振動(dòng)與機(jī)械故障的檢測(cè)

　　3 產(chǎn)品與技術(shù)組合

　　如圖1，簡(jiǎn)單的描述振動(dòng)分析的測(cè)試過(guò)程，首先，通過(guò) 振動(dòng)傳感器的信號(hào)采樣，獲得時(shí)域的信號(hào)，經(jīng)由信號(hào)處理模 塊，內(nèi)含快速傅里葉變換，將時(shí)域轉(zhuǎn)化為頻域，在本地的工 業(yè)PC上運(yùn)行的分析軟件，將對(duì)所對(duì)應(yīng)的機(jī)械問(wèn)題給出數(shù)據(jù)呈 現(xiàn)——對(duì)于簡(jiǎn)單的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試來(lái)說(shuō)，它能提供的相對(duì)簡(jiǎn)單，但 非常有助于安裝人員的問(wèn)題定位，以及改善。

圖 1 振動(dòng)監(jiān)測(cè)分析過(guò)程

       (1)傳感器采樣

　　貝加萊提供的加速度傳感器，用于振動(dòng)信號(hào)的檢測(cè)，其 為IP67防護(hù)等級(jí)，可靈活安裝于機(jī)器表面，采用表面粘裝或 永久性孔裝。其靈敏度可達(dá)+/-50mg，而采樣范圍到50g， 具有廣泛的適用性。

　　(2)信號(hào)處理

圖 2 振動(dòng)信號(hào)處理模塊

　　圖2為貝加萊X20系列中用于振動(dòng)信號(hào)的處理專(zhuān)用的模 塊。4個(gè)IEPE通道輸入的X20CM4810，以及X20CM4800XX 的模塊，可以用于處理范圍達(dá)51.562kHz的信號(hào)，并內(nèi)嵌24 位分辨率的轉(zhuǎn)換器。在振動(dòng)分析模塊里，可以進(jìn)行信號(hào)的預(yù) 處理，通過(guò)Automation Studio即可對(duì)其進(jìn)行配置。包括調(diào) 節(jié)算法、濾波、包絡(luò)曲線(xiàn)、FFT(如圖3所示)，均可配置， 且無(wú)需編程。

圖 3 快速傅里葉變換將時(shí)域轉(zhuǎn)為頻域

圖 4 預(yù)測(cè)性維護(hù)的方法

　　在X20CM4810進(jìn)行時(shí)域到頻域轉(zhuǎn)換，并進(jìn)行預(yù)處理， 包括去除異常值，單位與比例換算、零漂校正等，然后會(huì)提 供給數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)來(lái)分析。在獲得頻域信號(hào)后，即可進(jìn)行分 析，對(duì)于不同的頻譜，會(huì)對(duì)應(yīng)不同的故障判斷-當(dāng)然，這也會(huì) 需要一定的人員經(jīng)驗(yàn)配合，以獲得更為精準(zhǔn)的問(wèn)題分析。

　　當(dāng)然，貝加萊的檢測(cè)、處理與分析針對(duì)信號(hào)本身，而對(duì) 于機(jī)械制造商，若需要構(gòu)建長(zhǎng)期的預(yù)測(cè)性分析。則需要根據(jù) 自身行業(yè)的特征，結(jié)合物理建模及數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)建模方法，來(lái)實(shí) 現(xiàn)長(zhǎng)周期的預(yù)測(cè)性模型的構(gòu)建，如圖4所示。

　　在這里，貝加萊主要提供傳感器、檢測(cè)模塊、通信傳輸 方面的支持，而對(duì)于長(zhǎng)期的數(shù)據(jù)分析，則需要機(jī)械制造商進(jìn) 行自主構(gòu)建或采用第三方的專(zhuān)家系統(tǒng)。對(duì)于機(jī)器的振動(dòng)分析 而言，這是一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程，可以借助數(shù)據(jù)的持續(xù)積累，構(gòu) 建自身的機(jī)械安裝分析、設(shè)計(jì)改善、運(yùn)營(yíng)維護(hù)服務(wù)，以構(gòu)筑 自身的機(jī)器附加值——提升市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

圖 5 印刷色組傳動(dòng)機(jī)構(gòu)振動(dòng)分析

圖 6 工廠運(yùn)營(yíng)管理的系統(tǒng)搭建

       4 應(yīng)用場(chǎng)景分析

　　在一些傳統(tǒng)的領(lǐng)域，貝加萊的這些產(chǎn)品技術(shù)已經(jīng)被用 戶(hù)應(yīng)用于工廠內(nèi)的出廠前測(cè)試，例如印刷設(shè)備、飲料灌裝設(shè) 備、制藥機(jī)械、鋰電等領(lǐng)域的裝備現(xiàn)場(chǎng)。僅舉例說(shuō)明。

　　例1：印刷機(jī)械的安裝測(cè)試

　　當(dāng)機(jī)器在工廠時(shí)候，我們可以構(gòu)建一個(gè)測(cè)試平臺(tái)，對(duì)機(jī) 器本身的狀態(tài)進(jìn)行分析，這有助于安裝人員判斷系統(tǒng)運(yùn)行中 的問(wèn)題，可以解決非常多的設(shè)備安裝問(wèn)題：

　　? 聯(lián)軸器存在的問(wèn)題;

　　? 底座是否出現(xiàn)松動(dòng)?

　　? 版輥是否產(chǎn)生不對(duì)中?

　　? 軸承是否出現(xiàn)損壞?

　　? 特殊位置安裝，以獲得其他所需的共振、偏心、負(fù)載 不均衡等問(wèn)題的處理數(shù)據(jù)支持。

　　如圖5所示，在機(jī)器的聯(lián)軸器、軸承(垂直與水平)安 裝傳感器，并連接至X20CM4810并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接至機(jī)器的 控制器，或經(jīng)由OPC UA被PC訪問(wèn)-查看數(shù)據(jù)，工程師進(jìn)行問(wèn)題的可視化分析。

       例2：到客戶(hù)工廠的機(jī)器集群管理

　　繼續(xù)擴(kuò)展，延伸到印刷工廠，多條產(chǎn)線(xiàn)的集群數(shù)據(jù)管 理， 這里包括了圖6所示的架構(gòu)，對(duì)于用戶(hù)而言， 其可以實(shí)現(xiàn) 以下商業(yè)開(kāi)發(fā)：

　　(1)基于振動(dòng)分析的預(yù)測(cè)性維護(hù);

　　(2)長(zhǎng)周期的預(yù)測(cè)模型分析;

　　(3)自身機(jī)器遠(yuǎn)程診斷與分析;

　　(4)預(yù)測(cè)性的機(jī)器增值服務(wù)。

　　5 總結(jié)

　　借助于新興的數(shù)字采樣、處理與傳輸，貝加萊為機(jī)械制 造商提供了基礎(chǔ)分析的技術(shù)支撐，并為邊緣側(cè)的分析、云端 預(yù)測(cè)性模型訓(xùn)練，提供便利快捷的技術(shù)支持。其設(shè)計(jì)靈活簡(jiǎn) 單、易于配置、開(kāi)放連接，可支持機(jī)械制造商從工廠內(nèi)測(cè)試 到運(yùn)營(yíng)端增值服務(wù)的長(zhǎng)期系統(tǒng)運(yùn)行。