遠程診斷

隨著計算機網路技術，現代控制技術，感測器技術的發展，遠程故障診斷和維護技術可以在短時間內調動故障診斷和維護資源，實現對複雜系統快速、及時、正確診斷和維護。

基本介紹

• 中文名：遠程診斷
• 外文名：remote diagnosis
• 概念：在遠程連線設備並進行診斷
• 優點：方便靈活
• 目的：短時間內調動故障診斷
• 套用學科：計算機，自動化等

定義

隨著計算機技術、通信技術及故障診斷技術的不斷發展，設備故障診斷的需求不斷提高，這樣便產生了基於這些技術相結合的一種設備故障診斷方式。
遠程診斷系統作為一個複雜的跨學科系統，涉及眾多研究領域，一直被各國科研人員和政府重視，並投入大量資金開展基礎理論和套用產品方面的研究。近年來，隨著各種配套技術的逐步完善，遠程故障診斷在許多領域得到廣泛套用。

背景

現代製造設備的結構日趨複雜，自動化程度也越來越高，許多設備綜合了機械、電子、自動控制、計算機等許多先進技術，設備中各種元器件相互聯繫、相互依賴，這就使得設備故障診斷難度增大。由於製造現場存在著很多不確定性因素，使得在設備的運行過程中，不可避免會出現各種各樣的故障，一旦出現故障，能否對故障進行快速的診斷並派出故障，對於製造企業來說是非常重要的。機械再造設備的使用者都是生產一線的工人和技術人員，他們一般只能解決一些簡單的問題，當系統出現較嚴重。複雜的故障時，就需要相關專家的幫助才能解決問題，但如果每次出現故障時都將診斷專家請到現場是不太現實的，這就對機械製造設備的故障診斷提出了新的要求，即如何克服地域和時間的限制，實現遠程專家的協作診斷。近年來，Internet技術隨著全球信息化建設而飛速發展，Internet技術打破了傳統通信方式的限制，使得信息交流更加自由、快捷和方便。
現在的遠程診斷技術較傳統的遠程診斷技術相比，呈現以下優勢：
1.快速診斷檢查裝置的故障；
2.保證生產線的生產效率收縮修復時間；

3.防止開工率的降低。

研究現狀

遠程診斷技術是國內外研究的前沿課題，國內外都開展了積極的研究。1997年1月，首屆基於Internet的遠程監控診斷工作會議由史丹福大學和麻省理工學院聯合主辦，有來自30個公司和研究機構的50多位代表到會。會議主要討論了有關遠程監控系統開放式體系、診斷信息規程、傳輸協定及對用戶的合法限制等，並對未來技術發展作了展望由史丹福大學和麻省理工學院合作開發基於Internet的下一代遠程監控診斷示範系統，這項工作同時也得到了製造業、計算機業和儀器儀表業的Sun、HP、Boeing、Intel、Ford等12家大公司的熱情支持和通力配合。之後，由這些公司共同推出了一個實驗性的系統Testbed。Testbed用嵌入式Web組網、用實時JAVA和Bayesian Net初步形成在Internet範圍內的信息監控和診斷推理。另外，許多國際組織，如MIMOSA(Machine Information Management OpenSystemAlliance)、SMFPT(SocietyforMachineryFailurePrevention Technology)、COMADEM(ConditionMonitionanEngineeringManagement)等，也紛紛通過網路進行設備監控與故障診斷諮詢和技術推廣工作，並制定了一些信息交換格式和標準。許多大公司也在他們的產品中加入了Internet的功能，如Bentley公司的計算機線上設備運行監測系統DataManager200可以通過網路動態數據交換(NetDDE)的方式向遠程終端傳送設備運行狀態信息；著名的NationalInstruments公司也在它的產品LabWindows/CVI以及LabVIEW中加入了網路通訊處理模組，因而可以通過WWW、FTP、E2mail方式在網路範圍內進行監控數據的傳送。法國ALARM研究組對生產過程的智慧型報警和監控系統進行了長期研究，並在多個項目中進行了套用。

國內對於遠程監控技術也開展了積極的研究目前，西安交大、華中科技大學、哈爾濱工業大學、南京理工大學等高校已取得了較為先進的研究成果。如西安交通大學研製的大型旋轉機械計算機狀態監測系統及故障診斷系統RMMD、華中科技大學開發的汽輪機工況監測和診斷系統KBGMD、哈爾濱工業大學的微計算機化機組狀態監視與故障診斷專家系統MMMDES等。

技術特點

遠程故障診斷的最大特點是設備與診斷資源在地域上的分離，提供服務的診斷資源與被診斷設備之間通過網路通信，組成一個比較鬆散的邏輯整體，這使得遠程資源為設備提供故障診斷服務的形式有了一些新的特點。一方面，可以將診斷任務分解為不同故障域的子問題，再利用不同的遠程診斷資源進行診斷，進而將所有這些診斷結論綜合，無疑會得到比較準確的診斷結果；另一方面, 同一遠程資源將可以為不同地域的多個或多種設備提供診斷服務。

因此, 開放式遠程故障診斷系統具有如下的特點：①多資源協作性。診斷系統中可以有多個診斷資源共同為一個設備協作進行故障診斷。②多設備適應性。能夠快速地重構出相應的符合實際需要的診斷系統，比較方便地為不同類型、不同地域的設備提供故障診斷服務。

一方面，遠程故障診斷系統將根據具體請求服務的設備調用相應的設備通信接口與設備進行互動，監測操作設備以獲取其故障症狀，並將診斷結果反饋給設備，即通過設備通信接口的適配實現多設備適應性。另一方面，診斷系統可以根據獲取的古箏症狀的類型，通過資源通信接口調用多個不同的遠程資源共同為設備提供服務，並且協調資源之間的關係，即通過診斷資源的調度實現多資源的協作。

關鍵技術

設備遠程監控和診斷維護系統由動態數據採集單元、實時狀態監控單元、本地故障診斷單元、遠程診斷專家系統、遠程專家會診中心和計算機通信網路6個部分組成。

1.數據採集單元

數據採集單元主要完成設備進行穩態、動態數據的採集，在設備遠程故障診斷系統中，要實現設備的線上。實時監控以及線上調整，須有現場設備數據採集模組的支持。

2.遠程專家會診中心

遠程專家會診中心的主要功能是為設備專家實現遠程診斷提供必要的協同工作環境，主要包括遠程監控、線上操作支持和信息服務。

遠程監控只要是指線上獲取現場設備的運行狀態和故障信息，如數據採集單元和監控單元的輸出、現場控制終端上顯示的設備運行狀況和自我診斷信息，以及數控程式和其他各種控制程式等。遠程控制主要指設備專家通過網路直接獲得設備控制權，從而通過虛擬操作面板線上遠程操作、調試現場設備。信息服務主要是指通過如電話會議、共享白板和線上圖像、聲音傳輸等方式，實現設備專家之間以及專家和現場工作人員的線上溝通，從而共同分析、診斷、排除故障。

計算機通信網路、網路數據傳輸模組、遠程監控和診斷異地進行，須通過網路來實現。數據傳輸模組是利用多媒體信息集成技術開發的Web服務程式，其基本功能為，將數據採集裝置採集到的數據按一定的格式打包後傳送給相應的遠程診斷服務程式；同時，網路數據傳輸模組負責動態提取、診斷服務程式和其他應用程式所需要的信息，如壓力、位置等信息。

3.智慧型維護成為遠程監控和診斷裝備發展方向

在傳統遠程監控和診斷領域，大部分技術開發和套用集中在信號及數據處理、智慧型算法研究（人工神經網路、遺傳算法等）以及遠程監控技術（以數據傳送未注）方面。而基於主動的維護模式理念的智慧型維護技術重點在於信息分析、性能衰退過程預測、維護最佳化、應需式監測（以信息傳送為主）的技術開發與套用，產品和設備的維護體現了預防性要求，從而達到近乎零故障和自我維護的目的。

目前，由於工業界對預防性維護技術的需求，故障診斷領域的研究重點已逐步轉向狀態監測、預防性維修和故障早起診斷領域，其為智慧型維護技術的實現打下了紮實基礎。實際上，目前的故障診斷研究已趨於智慧型維護領域的初級階段。

通過網路進行的遠程診斷和診斷維護技術影響並滲透到感測器領域，於是出現了基於網路技術的網路傳感測器。它將網路接口晶片與智慧型感測器集成起來，並把通信協定固化到智慧型感測器的ROM中。網路感測器繼承了智慧型感測器的全部功能，並且能夠和計算機網路進行通信，因而在現場匯流排控制系統中得到廣泛的套用，成為現場級數位化感測器；而網路感測器的發展和套用，由反過來促進了遠程監控和診斷維護技術的發展和完善。

診斷技術

傳統的智慧型故障診斷方法有人工神經網路、模糊推理、遺傳算法等，這些方法在學術界研究比較多並相對成熟，在機、電、液等系統的故障診斷領域均有成功案例。

基於神經網路的診斷方法

人工神經網路（ANN） 基於數值和算法，並且具有聯想、容錯、記憶、自適應、自學習和處理複雜多式等優點，不足之處是不能解釋自身的推理規則，對未訓練過的新穎故障不能給出正確的診斷結論。ANN套用於故障診斷主要有三個方面：信號預 處理，如特徵提取等；模式識別；知識處理，如專家系統中的知識獲取、表示與利用。常用神經網路的結 構有 ART（自適應共振理論模型）、BAM（雙向聯想記憶）、HNN（Hopfield神經網路）、BCM（Boltzman-Cauche 機）、CNN（ 細胞神經網路）、RBF（徑向基函式網路模型）、MLP（多層感測器）、BP（誤差反向傳播模型）、FNN（模糊神經網路）等。同時神經網路多與其它方法相結合用於設備的智慧型故障診斷，如與專家系統相結合，與小波分析相結合，與模糊邏輯相結合，與知識發現相結合等。

基於模糊推理及模糊數學的診斷方法

將模糊數學作為實現不精確推理和模糊性決策的重要工具，並利用知識庫和參數資料庫進行診斷系統的設計。該方法的優點是：在設備故障的綜合性方面，其概括能力更強、更切合判斷邏輯；模糊理論是建立在可能性基礎上的，對於異常狀態的可能性進行評估並制定對策，給出屬於各種故障的置信度，更利於進行現場診斷；在減少監測儀器的同時，充分利用設備說明書中的故障對策表進行診斷，有助於提高診斷的準確性。

基於遺傳算法的診斷方法

基於遺傳算法的智慧型故障診斷的主要思想是利用遺傳算法的尋優特性，搜尋故障判別的最佳特徵參數的組合方式，採用樹狀結構對原始特徵參數進行再組，以產生最佳特徵參數組合，利用特徵參數的不同最佳組合進行設備故障的準確識別，其識別精度有了很大的提高。其基本點是將信號特徵參數的公式轉化為遺傳算法的遺傳子，採用樹圖來表示特徵參數，得到最佳化的故障特徵參數表達式。

套用

遠程診斷專家系統在哈爾濱電機廠診斷中心平台套用中的具體情況

系統以水電機組為對象，由感測器部件、信號採集與預處理單元、狀態數據伺服器、Web伺服器、網路系統、監測分析和診斷軟體等部分組成，可對機組各部位的振動、位移、溫度、壓力、氣隙、磁場強度等參數進行實時監測。它是基於轉子-軸承系統動力學、水力振動機理、人工智慧原理，以及運行、修試、管理經驗、機組設計結構和製造工藝諸學科領域的知識，尤其是領域專家的實踐經驗，針對水電機組的狀態監測與評價、特徵提取與信號分析以及故障原因確認而開發的一套以設備經常性維修管理為目的而提供決策依據的套用系統。以狀態評價為目的，其監測的參量多、內涵豐富，增加了大量系統分析功能，其診斷功能為設備維修提供了強大和便利的幫助。

資料庫伺服器是遠程診斷中心的核心，其他組成部分都圍繞伺服器布置，現場監測系統將數據傳送到數據伺服器中，各種監測工作站則從數據伺服器中獲得顯示和分析的數據。資料庫伺服器配置大容量的磁碟子系統，一邊存儲較長時間的歷史數據，一般10000個監測通道（其中5000個振動通道，5000個過程量通道）存儲1年的數據需要1TB的存儲量。資料庫磁碟子系統可以隨時擴充，擴充的方式有：（a）在現有的伺服器上增加磁碟容量；（b）增添新的伺服器於原伺服器並列運行。資料庫伺服器連線到Internet網路，並配置較大的頻寬。

為處理大量數據，資料庫伺服器還應配置高性能的CPU和大容量記憶體，至少我餓至強3.0GHz和2GB記憶體。

遠程診斷中心的用戶，根據不同的使用場所，可分為診斷中心管理和監測分析用戶，集團公司管理層用戶，企業用戶，協作單位用戶，移動用戶；根據不同的許可權和功能，可分為系統管理、運行管理、診斷專家、監測分析、來賓等。

系統管理工作站位於遠程診斷中心管理部門專門場所，收到嚴格管理的專用工作站。管理工作站上安裝了系統管理軟體，可對整個系統的運行狀況進行監測、調整和控制。

設備的遠程只能故障診斷是計算機科學、通信技術與故障診斷技術相結合的一種設備故障診斷方式。設備故障診斷技術和Internet相結合，採用開放式體系結構，有效地解決了傳統故障診斷和維修中存在的問題，提高了診斷的準確性和及時性，明顯地減少了設備生產廠家的售後服務成本，極大地提高了設備使用方因設備故障、維護帶來的不必要的經濟損失，具有強大的生命力和廣闊的套用前景。