部署基于狀態(tài)監測的機器健康解決方案，加速全球智能制造走向工業(yè) 4.0時(shí)代

全球工業(yè)正迎來(lái)新一輪變革。無(wú)論是德國提出的“工業(yè)4.0”，美國的“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”，還是中國的“中國制造2025”，三者本質(zhì)上都指向一個(gè)核心——智能制造。全球工業(yè)變革提速大背景下，現代設備結構越來(lái)越復雜、自動(dòng)化程度也越來(lái)越高，隨之而來(lái)的是日常維護和故障檢修難度的水漲船高。

“如何保證設備系統低故障甚至無(wú)故障運行，減少因此帶來(lái)的時(shí)間成本和經(jīng)濟成本的損失，成為全球智能制造業(yè)需要解決的問(wèn)題。而隨著(zhù)維修理論和相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，基于狀態(tài)的監測（CBM）被認為是解決上述問(wèn)題最佳途徑?！?ADI亞太區工業(yè)自動(dòng)化行業(yè)市場(chǎng)部經(jīng)理于常濤在最近的一場(chǎng)行業(yè)交流活動(dòng)中指出。

ADI亞太區工業(yè)自動(dòng)化行業(yè)市場(chǎng)部經(jīng)理于常濤

從振動(dòng)及聲音監測入手，實(shí)現多維度CBM可靠監測

基于狀態(tài)的監控可以早期檢測和實(shí)時(shí)診斷機器和系統的異常情況。識別并隔離這些問(wèn)題后，就有機會(huì )優(yōu)化替換件庫存、安排停機時(shí)間以進(jìn)行計劃中的維護并進(jìn)行運行時(shí)工藝過(guò)程調整，從而延長(cháng)設備的有效使用壽命。對于當前工業(yè)狀態(tài)監測中常用的分析方法，于常濤給出了如下的總結：

振動(dòng)分析：振動(dòng)分析是旋轉設備（如壓縮機，離心泵，電動(dòng)機）最常用的監測技術(shù)。安裝的振動(dòng)傳感器可監視軸向，垂直或水平方向的運動(dòng)，并在運動(dòng)過(guò)度時(shí)發(fā)送通知；

聲音分析：聲音分析與振動(dòng)分析往往相輔相成，是工業(yè)領(lǐng)域應用最多的分析方式之一；

紅外熱成像：物體發(fā)出的輻射量隨溫度增加而增加。肉眼顯然無(wú)法覺(jué)察，但可以通過(guò)紅外熱像儀輕松快速地檢測到，不斷監視通電設備中的溫度不規則性；

振動(dòng)大量存在于各種工業(yè)系統中，基于MEMS技術(shù)提供了有效的健康監測

除此之外，還有潤滑劑分析，電動(dòng)機電流分析，外觀(guān)檢查等監測技術(shù)存在?！盁o(wú)論是電機、泵還是軸承和編碼器，振動(dòng)都是最常用的深入了解設備健康狀況的關(guān)鍵信號?！庇诔龔娬{到，“振動(dòng)測量還可進(jìn)一步隔離機械噪聲和電氣噪聲，從而提供額外的數據，改善機器的診斷?！盇DI近年來(lái)將振動(dòng)監測作為其占據營(yíng)收超過(guò)20%的工業(yè)應用向工業(yè)4.0發(fā)展的重要一環(huán)，并通過(guò)行業(yè)并購不斷豐富包括聲音監測在內的全面CBM解決方案組合。

高性能信號鏈升級，準確數據是振動(dòng)監測的基本保障

公元132年，振動(dòng)的原理激發(fā)張衡發(fā)明了地動(dòng)儀；1946年，美國的物理學(xué)家利比博士利用銫、氨原子的天然振動(dòng)創(chuàng )造出了迄今最先進(jìn)的原子鐘……振動(dòng)在生活中無(wú)處不在的，在為人類(lèi)社會(huì )帶來(lái)創(chuàng )新靈感的同時(shí)也帶來(lái)潛在損失甚至災害性威脅，尤其是工業(yè)應用中?！皺C器在輸入能量轉化為有用功的過(guò)程中均會(huì )產(chǎn)生振動(dòng)，但非正常振動(dòng)會(huì )嚴重影響工業(yè)設備的健康狀態(tài)，比如降低機械加工的精度和光潔度，加劇構件的疲勞和磨損，縮短機器和結構物的使用壽命、增加能耗、降低機器效率，甚至造成災難性的事故?！庇诔赋?，“當今工業(yè)應用中振動(dòng)監測已經(jīng)被認為是一種提高工業(yè)效率的有效手段，但如何更有效部署是在當前工業(yè)走向4.0時(shí)代的關(guān)鍵之一?！?/p>

ADcmXL3021是一個(gè)完整的振動(dòng)監測系統

“ADI推出的基于A(yíng)DcmXL3021以及ADXL1002等模塊產(chǎn)品的無(wú)線(xiàn)及有線(xiàn)狀態(tài)監控解決方案完美解決了這些問(wèn)題，我們實(shí)現了將MEMS振動(dòng)傳感器與精密轉換器、線(xiàn)性、隔離和電源技術(shù)相結合，已經(jīng)用于提供高質(zhì)量機器健康數據，以最大限度地延長(cháng)機器正常運行時(shí)間并提高效率?！庇诔窒淼?。這種集成的工業(yè)級MEMS加速度計產(chǎn)品很好的滿(mǎn)足了對性能和穩定可靠性的嚴苛要求，對比傳統的壓電陶瓷傳感器在DC特性、溫漂、成本等方面都有著(zhù)突出的差異化。

“而像基于A(yíng)DcmXL3021模塊化的完整振動(dòng)檢測系統，更將MEMS的機器健康數據轉化為實(shí)時(shí)可操作的洞察，其將高性能振動(dòng)檢測與多種信號處理功能結合在一個(gè)緊湊的外形中，簡(jiǎn)化了基于狀態(tài)監測系統的智能傳感器節點(diǎn)的開(kāi)發(fā)過(guò)程，提高了安全性和降低成本?！庇诔赋?。作為一個(gè)完整的振動(dòng)檢測系統，ADcmXL3021可簡(jiǎn)化CBM系統中的智能傳感器節點(diǎn)開(kāi)發(fā)，其MEMS加速度計中的典型超低噪聲密度(26μg/√Hz)支持出色的分辨率，借助寬帶寬（3dB平坦度內為DC至10kHz）可以跟蹤許多機器平臺上的振動(dòng)信號。利用這種完整振動(dòng)檢測系統的機器健康狀況的深入見(jiàn)解，可以提高生產(chǎn)力和效率，最大限度地延長(cháng)正常運行時(shí)間，加速實(shí)現工業(yè) 4.0。

基于A(yíng)I打造數據分析系統功能平臺，狀態(tài)監測解決方案日臻完美

狀態(tài)監控并不是一種單一技術(shù)，而是結合了技術(shù)和方案的系統級解決方案，基于在MEMS傳感器、信號調理和數據轉換技術(shù)、帶電源組合的處理和通信解決方案等，從而可提供經(jīng)優(yōu)化的無(wú)線(xiàn)和有線(xiàn)狀態(tài)監控解決方案。將這些技術(shù)集成到可部署的解決方案中需要專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域的知識，包括資產(chǎn)和應用見(jiàn)解、機械設計和附件等考量因素，以及將信息轉換為診斷算法的能力，這將涉及廣泛的人工智能技術(shù)。

快速增長(cháng)的人工智能技術(shù)將在工業(yè)狀態(tài)監測中提供關(guān)鍵支持

“ADI公司團隊在過(guò)去20年里一直致力于理解人類(lèi)是如何解讀聲音和振動(dòng)。我們的目標是建立一個(gè)系統，能夠學(xué)習來(lái)自設備的聲音和振動(dòng)，破譯它們的含義，以檢測異常行為并進(jìn)行診斷?！庇诔赋?。他所提到的工業(yè)環(huán)境下的振動(dòng)和聲音解讀是該公司在2018年成功設備健康監測系統公司——OtoSense的設備聲音監測體系結構，一種基于人工智能計算機聽(tīng)覺(jué)技術(shù)讓讓計算機能夠理解設備行為的聲音和振動(dòng)指標。OtoSense系統的設計從人類(lèi)神經(jīng)學(xué)中獲得靈感，能夠學(xué)習靜態(tài)聲音和瞬態(tài)聲音，并在靠近傳感器的終端進(jìn)行識別。

該系統適用于任何設備，可以實(shí)時(shí)工作，無(wú)需網(wǎng)絡(luò )連接。它已被應用于工業(yè)應用，支持實(shí)現一個(gè)可擴展的高效設備健康監測系統。OtoSense系統對聲音的處理通過(guò)模擬獲取、數字轉換、特征提取和解讀，從而實(shí)現對工業(yè)設備的健康狀態(tài)監測。目前，在航空航天、汽車(chē)和工業(yè)監測應用中，OtoSense技術(shù)被越來(lái)越多地用于設備健康監測，尤其是在復雜設備監測上該技術(shù)都表現出了不錯的性能。

ADI最近再次發(fā)布加強其工業(yè)狀態(tài)監測技術(shù)能力的重大舉措——成功并購致力于開(kāi)發(fā)高科技解決方案用于檢測各種旋轉電機故障的西班牙企業(yè)Test Motors，為其CBM解決方案組合提供了新的強大補充?！巴ㄟ^(guò)收購Test Motors和OtoSense，ADI的狀態(tài)監控方案能夠為客戶(hù)提供具備完整的早期異常檢測功能的系統?！?于常濤認為。

對于已在狀態(tài)監控領(lǐng)域實(shí)現全局布局的ADI而言，兩次重大的并購背后更看重將Test Motors、OtoSense與旗下相關(guān)業(yè)務(wù)整合優(yōu)化，從而實(shí)現1+1>2的效果。例如在硬件上結合MEMS傳感器系列（例如ADcmXL3021和ADXL1002）及其高性能信號鏈，以及SmartMesh無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)，Test Motors的硬件系統將能實(shí)現性能的升級，而Test Motors和OtoSense的軟件平臺和人工智能算法與ADI對狀態(tài)監測的長(cháng)期深度研究的技術(shù)成果結合，其爆發(fā)的整合效應將可能是質(zhì)的變革，無(wú)疑未來(lái)工業(yè)狀態(tài)監測解決方案將日臻完美。