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维修与机器智能浅议(XX) 维修与机器智能浅议-设备润滑、状态监测与诊断等维修措施与机器智能关系初探李东进200051上海富示科机电设备有限公司摘要作为赶超先进的相对后进国家，实现伟大而艰巨的转型，既要对基础技术始终不渝地消化吸收创新，还要顽强紧跟最新技术发展与集成（比如德国扎实推进的工业4.0），做到不脱节，在经验、智能、人工智能的各个环节有机融合，良性循环，甚或异军突起，显然具有很强的现实意义。 熟读王叔和，还要临诊多。 而作为设备维修服务部门或专业公司及其专业人员正是通过设备维修等第一线地与各类设备接触、在对设备的各类问题的把脉、诊治中积累了无比可贵的经验，这种经验如何融入不断发展的机器智能，无疑是对维修及其价值的更好体现与实现。 本文通过点滴工作体会，尝试从振动与润滑技术、润滑与机器智能、智能功能部件、关键零部件的性能对系统性能及智能的保障、作为机器视觉延伸的电涡流在在线检测与监测中的独到之处、金属探测在退磁工艺自动化及智能化改造中妙用、智能加工系统发展动向（包括对西门子公司在xx年汉诺威工业展的有关全驱动链的监测服务的简介），以及德国机器设备集成的设备监测系统技术一览等九个方面，特别强调从维修视角，维修及维修经验（智能）的价值体现与追求去探索、参与机器智能的建设与发展，通过实例展现、探究特别是作为维修重要措施之一的维护保养的润滑技术、之二的设备状态检查系统技术的状态监测与诊断技术、以及维修经验，姑且统称为维修性智能，与机器智能的关系片断，特别注意到这种智能与机器智能的紧密依存关系与融合趋势，论述及例证未成体系，行文与内容浮于粗浅，难免错谬杂陈，诚请各位领导、专家、同仁不吝赐教、批判指正，衷心感谢。 关键词振动、润滑、状态监测与诊断、智能、人工智能、机器智能、自动化、机器视觉、免维护、自适应、自润滑、维修措施、维护保养、状态检查、修理修复、薄弱环节改善、维修性智能引言不仅是我们人类需要学习，也要使得设备、机器、工具等具有学习能力，具有智能。 而机床设备及其机器智能，本身更是离不开人类智能的介入（施教），人工智能一词也表达了人类对工具开发的更高追求与发展目标。 按照德国工业标准DIN30051，维修的定义与措施，设备维修分为维护保养、状态检查与修理修复（及薄弱环节改善）三个方面的措施，那么人工智能在维修领域也早已不是空白。 恰恰在与摩擦磨损、润滑材料紧密相关的自润滑、材料自修复性能以及自适应润滑材料补充装置等方面已具有了一定的智能；不仅是功能部件本身，像集成软件的传感器技术，变得更为智能，而且机器的自动化控制，从感觉（检测、监测）、判断（分析、诊断）与反馈控制（伺服控制），正是机器智能的中枢。 而维修作为设备生命周期中不可缺少的一环，乃至设备的“自修复”，几近“设备自造”，显然接近人工智能的终极目标，也是自动化最具魅力与挑战的环节之一，这种围绕维修及其措施的智能，我们姑且称之为维修性智能，作为机器智能的一个方面或角度，或许是一种有益的提法。 目前，首先还是需要我们不断学习积累有关状态检测、监测与诊断的等方面的经验及智能，设备维护维修本身也在被更多地被整合到现代化设备运营中，参照人类强调自我保养以及注重治未病的境界，像自维护、自修复等也将不再是妄想，像加工中的自适应概念也在不断地被实现，同免维护等功能一起，自诊断、自适应控制等智能也在被迅速融入机器功能中，而状态检测、监测与诊断技术恰恰可以起到机器自我调整适应甚至进入自维修境界的不可或缺的手段与基础，如结合有关维修措施如润滑就可实现一定程度的自维护。 以下列举若干关案例，结合设备状态检测、监测、诊断技术与手段以及有关维修措施如何被整合在设备及其运营中使得机器更为智能，谈点自己的体会与思考。 1.振动与润滑技术润滑问题作为一个有效的视角，在设备状态监测与诊断中被重视或认识不够，特别在实际应用中，同时又是一个药到病除的良方。 在徐根元老师振动与润滑技术一文中，案例所及振动的表现主要在噪声、抖动、发热、漏油、爬行等设备运行问题，而案例中采用有效方案解决问题，显然有些润滑问题可以在设备出厂或维修时得到改进，有些根据设备工况需要加以正确选用，而好多实际问题确实丰富多样，这至少给检测与诊断工作提出了一个问题及方法的启示，在实际工作中如何采用有效的手段来抓住问题关键，牵住牛鼻子。 在润滑角度，机器智能的体现与应用也有其特点，比如润滑油液在线监测领域，自润滑材料及自动润滑装置，自修复材料等，特别是在轴承监测与诊断方面振动与润滑技术尤其重要，像如SKF公司xx年最新推出的Insight自供电轴承复合传感器包，集成在轴承中，可以实现无线通讯，对轴承运行参数，主要通过对振动，包括对润滑状况进行实时监控，并可与远程专家数据库相连，有效纳入以状态为基础的维修计划管理。 2.自适应补充的固体润滑减磨块二硫化钼作为性能优异的固体润滑材料应用广泛，不仅可以直接添加到油或脂中，而且可以通过高分子材料技术合成无油、无脂的可重复涂擦（块状）或流动输送（膏状）的固体润滑材料。 在此简介奥地利喜耐公司块状、可自行补充的固体润滑材料，润滑减磨块装在一内置恒压弹簧的盒中（与碳刷工作原理相似），持续顶在需要润滑的部位，当活动面间干摩擦时，润滑材料会在压力下自动涂擦润滑材料到活动表面，形成干膜润滑，随着干膜的建立，摩擦条件的改善，涂擦阻力也会减少，并自动调整后续涂擦量，而随着设备运行，干膜的损耗，涂擦阻力会增加，干膜就得到自动补充，同设备运行情况相适应，具有自适应润滑的巧妙作用，原理简单、实用，可应用于行车等轮缘润滑，不管是新设备，还是旧设备，可以方便加装，有效延缓设备轮、轨间的磨损，同时降低运行噪音，对环境没有污染，并对粉尘环境、潮湿环境下轮、轨起到很好的防护保养作用。 当然对于不同工况需针对选用相应的减磨块，对于特定场合，如轨道表面要求防滑，可用防滑减磨块。 目前我们正与欧洲及国内合作伙伴探讨有关技术转移合作。 3.智能、自润滑链条张紧器圆柱滚子链传动作为经典的机械传动方式与自动化有缘，自行车就是脚踏驱动链传动；在自动输送、灌装、包装等许多传动线上，链传动简洁、紧凑等许多优点应用潜力巨大。 对链条进行有效张紧是保证链传动工作的一个很重要环节。 德国慕特菲德公司是全球领先的专门从事高性能工程塑料开发及其相关产品加工的专业公司，也为链传动开发了各种型号规格的链条滑动导轨。 链条塑料导轨产品可以增强链传动的稳定性，减缓链传动的磨损，大大减轻运行噪音，降低能耗，国内越来越多的各类机器设备上均在采用。 而其链条张紧器的设计也很巧妙，采用浮动的工程塑料弧形滑块对链条进行有弹性的张紧，一方面可以减少张紧滑动磨损及其噪声，另一方面又能根据运行载荷可自适应地调节张紧度，当然张紧行程也有极限，张紧器可带机械限位开关或非接触式感应开关，对链条超长或断裂失效进行及时报警，带限位开关的链条张紧器，设计灵巧、功能多样，作为一种简单实用紧凑的灵巧小装置也为机器智能提供有力支持。 4.改善薄弱环节，提高轧辊寿命，保障高效轧制，稳固自动化、机器智能的基础提高连续轧制的工效、尽可能减少辅助作业时间是个共性问题。 我们近年在有色金属行星轧制轧辊开发中略有体会。 轧制产品表面状况是轧辊是否失效的最重要判断依据，也是轧辊状态检测的最直接的原始方法。 作为判断标准相对容易，而如何提高轧辊寿命则是解决质量效率问题的一个关键，也是一个常见难题。 铜管的轧制工艺分好多步，连铸后的铜管（棒）在表面清理后便进入初轧，初轧是各种规格铜管的基础，轧制过程由于挤压变形量大，如无轧制冷却，材料接近熔化，轧制冷却同时也对铜管材料金相做了改善，所以挤压过程也是一个受控的热处理工艺过程，这种高温差的交变载荷，特别对轧辊提出了很高的热疲劳要求，轧辊寿命对生产线的高效率、对轧制质量的保证至关重要，一旦轧辊失效，对生产影响很大，更换轧辊费工费料费时，而由于材料及热处理技术的限制，轧辊寿命始终是使工厂头疼的难题。 我们通过采用相对普通但质量稳定的材料，通过独特的热处理，达到了目前国内最好轧辊2倍以上的使用寿命，不开裂，表面光滑，轧制产品形状尺寸及表面稳定。 该设备为轧制冷却就配备了一套庞大的装置、加上控制系统相当复杂，调试时需要一个团队。 从中我们也深深体会到，装备制造中关键零部件、关键工装的重要性，而磨损、消耗、失效也是不可避免的，零部件、特别是关键零部件的质量是机器自动化及机器智能的基础，而改善薄弱环节也可以看成是维修措施的一个重要方面，尽管目前机器自身很难自己拥有这种智能，正是作为维修部门可以在这里找到用武之地，为机器的更佳性能贡献我们的智能。 5.电涡流-深察觉微的机器视觉机器视觉在自动化流程中越来越多，在产品质量的检验中尤其多，而对在役零部件的检测与监测就有“视而不见”的局限性，在紧固件的在线质量全检中也有这样的问题，特别是汽车紧固件，像发动机关键部位紧固件，漏检不良零部件的风险就很大，如何识别可能的混料，也许尺寸一致，只是热处理的等级不同，或是镀锌层厚度不够，或是材料内部缺陷，等等，显然通常的摄像对比方法就无能为力，而电涡流却可以检测到，采用探头及探测线圈技术，以及信号对比分析技术，可以非接触、快速检测零部件，对缺陷零件进行有效设别，进而剔除。 除了用于零件或产品的质量检测，电涡流还可用于关键零部件的早期失效（微裂纹），如铁路车轮滚动表面裂纹的检测；乃至检测对比分析零件内部的应力及其变化。 除了不需耦合，电涡流还具有良好的抗环境温度变化等特点，目前我们在根据客户问题，通过与德国伙伴的合作，通过试用，逐步消化学习推广有关技术应用服务。 6.智能退磁-远观透视的机器视觉优化改造现有退磁工艺，使其更智能经过特别是改革开发30多年的发展，中国制造也同样对德国制造产生了很大影响，如何高效高质地优化生产流程是德国制造业的思路，以保持技术领先优势下的最经济地生产优质产品。 工业4.0就是一种对策，自动化与智能化是其中很直接有效的手段，它的体现也很丰富多彩。 如根据某钢管厂的要求，德国瓦隆公司开发了一种智能退磁技术对现有退磁工艺设备进行巧妙地改造。 钢管厂需对在制钢管进行各种磁力或电磁超声技术的在线检测，对钢管剩磁要进行有效消退，而不同批次与规格的钢管之间退磁程序的切换是规模生产效率的一个重要环节。 针对不同零件需要采用合适的退磁参数，这可以通过调用相关退磁程序来实现。 自动设别待退磁零件的实际尺寸及结构特点是确保退磁无差错的最好办法。 比如通过条形码扫描，但由于现场作业的限制，存在一定的差错率，德国瓦隆公司采用其专长的金属探测技术解决了这一零件识别问题。 巧妙地糅合了自身两大专长技术，实现了退磁工艺的自动化、智能化改造，为相关工艺自动化做出贡献，同时该技术在退磁电源方面采用智能节电模式。 此外该技术也可对包装待运的汽车零部件等做整托退磁，确保零件到装配线时已满足剩磁指标要求。 7.高效能加工与智能加工系统高效能加工，高速切削加工中的一个瓶颈口是机床颤振，现代高速切削机床设计制造中如何考虑识别及回避颤振也是一个很重要的控制技术或机器智能的一部分，借助切削稳定性叶瓣图原理自动寻找有条件稳定的高效加工点是一种手段。 日本大偎机床公司的加工导航“Machining Navi”系统不仅可以抑制加工过程出现的振纹，还能够迅速自动找到最佳切削参数，大幅度提高加工效率。 当然智能机床除智能过程控制的加工智能导航技术外，还在智能热变形控制保证机床空间精度、智能防干涉及安全、复合多传感器的智能电主轴、智能化人机界面，以及智能机床与智能机器人一起借用云端数控系统的大数据处理结构与能力等方面构筑智能加工系统。 像xx年汉诺威工业展上西门子公司围绕服务推出的全驱动链状态检测（DRIVE-TRAIN-CM），由单个驱动电机到整个驱动系统进行全驱动链统摄性的在线监控，更为完善与系统，也对制造系统中的数据从各个角度进行采集、分析、评估的数据驱动服务（DATA DRIVENSERVICE）做了有机补充，并对西门子公司xx年首次推出的IDS（集成驱动系统）平台进一步充实，包括TIA（全集成的自动化，最新版本对如诊断、技术诀窍的保护、大项目中团队协同以及具体如SCADA【监视控制与数据采集】WinCC V13等工程软件在系统中整合等方面又做了优化更新）与TIP（全集成动力供应）等的构建也在日益完善，西门子正极力打造的数字企业平台（DIP），通过各种工程应用的PLM（产品生命周期管理）软件与全集成的自动化相互联接，剑指业工业4.0，舍我其谁？特别是德国，通过近年对工业4.0的系统推进，将多年的积累系统集成，并结合物联网，在智能自动加工系统技术上迅速又起一座高峰，体现出强大而扎实的整体优势。 8.汉诺威工业展德国机器设备制造商协会VDMA状态监测系统技术CMS专展最后看看xx年德国机器设备制造商协会VDMA在德国汉诺威工业展上的CMS专展，围绕状态监测系统，在运动-驱动-自动化展馆首次设立专区（每两年一次），除通常的振动、扭矩/测力外，也涉及机油的诊断、压缩空气的控制等，展示全面的在线状态监测系统技术方案，如电气驱动-测电流，液压维护单元-测流量（压缩空气控制），液压装置污染监测-显示是否需要更换过滤器，液压控制阀组-循环计数器（维护及故障查寻），轴承-振动分析（早期失效识别），SCADA系统（WinCC)等。 CMS专展资料通过两个例子说明状态监测系统对设备制造商及设备使用者的价值1）轧制生产线的意外停机损失，每小时就是5万元起的材料损失，考虑重新预热启动，每次停机又是几千欧元；2）某显示屏生产商采用在线设备状态监测监控系统，目的是实现设备可利用率达到99.9%，24小时连续运转，而实际达到了99.6%。 CMS专展共有22家企业参展，其中有SIEMENS,BOSCH REXROTH,FESTO,PARKER,SKF,HYDAC,FLENDER,DB Prueftechnik等知名企业与专业公司，具体见附表参展公司及其产品亮点介绍，其中不乏智能监测系统技术的提法，显然状态监测与诊断作为机器智能的重要部分已在逐步发展完善中。 比如笔者注意到，像科德宝Freudenberg Simrit公司在当年CMS上展出带有内置设别密封泄漏技术的Simmerring MMS1+技术，正与多家德国科研机构一起开发汽车发动机智能轴封（集成传感器、信号处理、无线通讯接口及自主能源转换器于密封中）；像FESTO公司也已从传统的气动系统成功转型为电气混合智能传动的系统技术方案提供者，其仿生技术（模仿大象鼻子抓物）在物料操纵方面的创新也值得关注；可以看到技术发展绝非一日之功，以上许多公司也是如今德国工业4.0的骨干创建单位。 结语振动与润滑技术一文启示，在状态监测与诊断中，润滑不仅是一种重要的视角，特别是基于经验的分析判断，同时又是可快速见效的措施（一种高度集成的智能，又将检查与保养两个维修措施有机结合）；它也提醒着我们讨论机器智能、人工智能时一定不能忘了机械机构基础及维修方面经验的重要性。 本文进而结合自己工作中的一些经历与体会，从振动与润滑技术联系到润滑角度的机器智能；从自适应补充润滑材料装置进一步说明润滑智能，到介绍一种结构灵巧的智能功能部件自润滑链条张紧器；通过材料热处理技术强化关键部件、工装、工模具，改善薄弱环节、进而加强系统性能（保障机器智能的有效）；从电涡流对机器视觉在在线检测与监测中的延伸补充，到一种巧妙的智能退磁工艺优化改造技术的介绍；通过对高效加工机床中智能导航、自适应控制等智能技术发展趋势以及汉诺威工业展西门子公司围绕工业4.0的最新成果展示来观察智能加工系统的发展动态；最后通过德国汉诺威状态监测系统技术专展的介绍，一瞥德国在线状态与监测系统技术在机器智能中集成的应用进展及其发展踪迹。 讨论涉及多个角度来观察机器智能的不同方面，作为直接或间接的经验，不仅说明了作为设备维修措施之一维护保养（润滑技术）、之二的设备状态检测、监测与诊断系统技术，之三的修理修复（改善薄弱环节）正集成融入设备的趋势，也试图为进一步探索维修及其维修角度的智能（维修性智能）与机器智能的实现与发展提供一点线索。 如果说维