李家贵

（江苏中烟有限责任公司淮阴卷烟厂，江苏淮安 223002）

0 引言

近年来烟草行业设备日益智能化，烟机设备性能不断走向高精尖，电子系统在设备中的比例逐渐提高，维护费用不断增多，对维修技术和维修效率提出了更高的要求。为了降低维修费用，科学管理烟机设备，研究烟机设备故障智能诊断与维护具有十分重要的意义。

1 故障诊断的发展概述

1.1 故障诊断在国内外的发展现状

20 世纪60 年代初期，美国、日本和欧洲的一些发达国家相继开展了设备诊断技术的研究，主要应用于航天、核电、电力系统等尖端工业部门，自80 年代以后逐渐扩展到冶金、化工、船舶、铁路等许多领域。我国设备故障诊断技术在80 年代初期主要应用于石化、冶金及电力等行业，进入90 年代后，迅速渗透到国民经济的各个主要行业，交通、矿山、化工、能源、航空、核工业等行业先后开展了诊断技术的研究、开发与应用工作。特别是在石化、电力、冶金等行业，设备故障诊断技术的应用已经相当普及[1]。

目前国内在冶金行业，故障诊断技术的应用已经能够有效地预判出潜在故障，做到在故障正式显现前预警，避免大量原材料浪费与不合格产品的产生。故障诊断技术已普遍应用于家用轿车，呈现直观的故障诊断码，根据故障诊断码可以方便快捷地判断故障发生的部位与类型，甚至故障产生的原因。

1.2 故障诊断技术在烟草行业中的发展情况

在烟机设备中，故障诊断技术处于起步阶段。在引进的先进机型中，如PROTOS-M5/M8 已安装了一些在线状态监测设备，但只能提供设备的运行趋势，需要技术人员到设备上调用数据后依靠经验判断，既没有实现智能判断，更没实现远程诊断。上海某烟草数控技术有限公司开发的健康诊断系统，只能诊断出设备总体上可能存在故障，没有实现故障报警，难以判断故障点与故障类型，更没有实现智能维护。在健康诊断系统基础上开发故障智能诊断与维护功能，实时准确地诊断烟机设备的故障点与故障类型，并远程发送报警信息，模拟故障排除场景实现精准维修，在烟草行业中具有创新性。

由于市场变化和科技推动，烟草生产设备向智能化、大型化和高速化方向发展，精度和速度上得到提升，故障表现也越来越多。一旦没有及时有效地解决故障，会产生连锁反应，导致生产线停工，甚至威胁人员安全。因此，对于机械设备的故障检查技术要与时俱进，更改以往凭借经验来判别故障的落后方法，因为已经不能适应现代化的企业生产要求。烟草行业必须坚持定期维护，按照计划检修。

2 烟机设备故障智能诊断与维护的必要性

烟机设备故障的智能诊断与维修，符合“卷烟生产方式向柔性、智能、精细转变”的行业发展要求，为贯彻落实行业发展规划打造“智能工厂”，这也是建设“智能卷烟厂”的难点[2]。传统的卷烟生产方式已不符合时代发展要求，随着烟草企业向信息化企业转变，对卷烟生产的基层工作也提出了更高的要求，卷烟生产方式向柔性、智能、精细转变是行业发展的必然趋势。为助力烟草企业精益生产管理，实现对卷烟设备故障的精准判断与精准维修，可以有效减少维修浪费与设备事故，对提升卷烟生产的各项经济指标均有帮助。

3 烟机设备故障智能诊断与维护分析

设备故障智能诊断功能通过安装在设备上各类型的检测系统，采集设备运行状态下的参数，建立参数分析模型分析参数，将分析结果与存储的故障模型比对，结合预警机制智能化地判断出烟机设备的潜在故障点与故障类型，并通过通信终端提示相关设备管理人员与技术人员进行维修维护安排。在智能维护方面，研究针对诊断出的设备故障，形成对故障维修维护所需的方案与模拟故障排除的场景，智能诊断出维修人员维修效果，使技术人员能够完美地排除故障，达到智能维护设备的目的。

3.1 故障智能诊断

（1）旋转运动（圆周转动）件故障诊断。在烟机设备上，此类故障主要为传动系统和转动轮体单元，这些系统或单元一般由轴、轴承、齿轮、带轮和相关零件组成。项目实施后能够清晰地知道哪一个零件有故障、是什么故障（如磨损、损坏、断裂等）和故障程度。诊断原理：以一定速度旋转传动系统或转动轮体都会产生振动；通过安装的振动检测元件检测振动速度、加速度并适时记录，元件正常时振动数值都在一定的范围内，一旦数值以一定规律变化或超出某一范围，说明这一系统或单元有产生故障或存在故障隐患。

（2）非旋转运动的活动件故障诊断。去除旋转运动零件外的故障，剩余的基本为非旋转运动的活动件故障，是包装设备的主要故障形式。项目实施后能够清晰地知道零件是磨损还是位置不正确。诊断原理：在零件正常时，非旋转运动的活动件在运动循环过程中都是以确定的轨迹运动，一旦偏离了确定的轨迹就说明零件磨损或位置安装不正确；通过位移传感器检测零件是否在确定的轨迹中运动，判断零件是否存在故障或故障隐患。

（3）流体、温度等其他故障检测。此类故障发生存在即时性，也即一闪而过，由于目前设备上显示元件多为平均值计算且没有记录，因此维修时难以发现。诊断原理：目前卷包设备的流体有正负压、胶水、润滑油等，温度主要为进行热封，这些指标在没有波动时通过仪表可以发现，一旦出现波动容易对设备运行与产品质量造成影响且难以判断；通过电子仪表检测并采集记录，超出范围报警可以有效防止此类故障发生[3]。

（4）一些用于设备管理的指标采集。设备速度、不合格品剔除等数据记录监控，可以辅助设备管理，如设备速度变化情况可以判断设备运行状态、不合格品是否集中在某一时间段或某一部位，可以分析出设备或人员状态，可通过管理手段去除异常。

3.2 设备智能维护

（1）维修安排提醒。根据已经诊断出的零件运行状态，提醒故障发展趋势、维持状态和产生的后果，作为设备维护安排决策的依据，决策是立即停机维修还是适当时机再安排。

（2）提供最佳维护方案。根据诊断出的零件故障状态与程度，或是故障发生的不同阶段，提供不同的维护方案。这种方案为同期最优方案，随着技术人员对设备的认识加深或经验的积累，将由更优的方案进行替代。

（3）维修操作实时指导。指导是全过程的，例如维护前开展哪些准备工作，在维护过程中提供标准化操作流程、每一步维护技术要点、规范与标准，监督维护后期的要求及注意事项等。可以实现专家团队场外指导，以虚拟现实技术建立维修操作指导模型预演维护情景。

（4）维修效果检测。虽然在维修维护过程中可以进行全过程指导，但维修人员安装调整经验不同，维修效果存在差别，通过系统可以实现对维修效果的检测，出具维修效果报告，协助将设备维修达到最佳效果，保证维修效果的一致性。

项目实现后，整个系统除维修时间安排与人员执行维修外，其余均为智能化过程。

3.3 关键技术

（1）信号采集的技术关键在于故障特征参数提取的准确性与实时性，主要包括：检测器的选择、安装位置与安装方式、信号传输与接收方式等。

（2）信号处理的技术关键在于处理后参数的可靠性与及时性，主要包括：信息处理技术的选择、对应不同信号处理模型的建立、降噪与信号去伪处理技术等。

（3）状态识别的技术关键在于判断的正确性，主要包括：设备特征参数模型的建立、专家故障库的完善等。

（4）故障处置的技术关键在于风险识别的可靠性，主要包括：设备特定状态下运行指标的判断、处置意见的专家库建立等。

（5）操作指导的技术关键在于标准建立的权威性，主要包括：操作流程的科学性与可行性、技术标准的确定性、验收指标的合理性等。

（6）信息化处理的技术关键在于数据、信息和资料传输的快捷与抗干扰性，主要包括存取技术、接口技术等。

3.4 经济指标

（1）现有的所有设备故障诊断技术应用接近为0，等待设备事故、设备停机、经济指标下降显著等故障显现后才能知晓。项目实施后能够在故障初期进行报告，可以有效减少各种经济损失。

（2）现有的故障判断只是依靠技术人员的经验，难以做到精准判断。项目实施后能够精准诊断出故障点与故障类型和原因。

（3）现有的故障设备维护效果依靠技术人员自身技能高低，处理效果难以达到最优化。项目实施后能够按照最优化效果实施设备维护维修。

（4）现有的维修方式只为在班技术人员掌握设备与故障状况。项目实施后所有相关的管理人员与技术人员对设备情况都能掌握。

4 结束语

在烟草生产中，针对烟机设备的故障诊断技术受到了高度重视，随着互联网技术的飞速发展，故障诊断技术已经进入智能化阶段，科学技术不断发展，对烟草行业起到了重要推动作用。研究烟机设备故障智能诊断与维护的内容及关键技术，通过智能诊断与智能维护，确保烟机设备在受到外界干扰的情况下还可以继续保持工作。