基于MEMS技術(shù)的機器健康解決方案 全面催動全球走向工業(yè) 4.0

部署基于狀態(tài)監(jiān)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時代。

全球工業(yè)正迎來新一輪變革。無論是德國提出的“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)上都指向一個核心——智能制造。全球工業(yè)變革提速大背景下，現(xiàn)代設(shè)備結(jié)構(gòu)越來越復雜、自動化程度也越來越高，隨之而來的是日常維護和故障檢修難度的水漲船高。

“如何保證設(shè)備系統(tǒng)低故障甚至無故障運行，減少因此帶來的時間成本和經(jīng)濟成本的損失，成為全球智能制造業(yè)需要解決的問題。而隨著維修理論和相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，基于狀態(tài)的監(jiān)測（CBM）被認為是解決上述問題最佳途徑?！?ADI亞太區(qū)工業(yè)自動化行業(yè)市場部經(jīng)理于常濤在最近的一場行業(yè)交流活動中指出。

ADI亞太區(qū)工業(yè)自動化行業(yè)市場部經(jīng)理于常濤

從振動及聲音監(jiān)測入手，實現(xiàn)多維度CBM可靠監(jiān)測

基于狀態(tài)的監(jiān)控可以早期檢測和實時診斷機器和系統(tǒng)的異常情況。識別并隔離這些問題后，就有機會優(yōu)化替換件庫存、安排停機時間以進行計劃中的維護并進行運行時工藝過程調(diào)整，從而延長設(shè)備的有效使用壽命。對于當前工業(yè)狀態(tài)監(jiān)測中常用的分析方法，于常濤給出了如下的總結(jié)：

振動分析：振動分析是旋轉(zhuǎn)設(shè)備（如壓縮機，離心泵，電動機）最常用的監(jiān)測技術(shù)。安裝的振動傳感器可監(jiān)視軸向，垂直或水平方向的運動，并在運動過度時發(fā)送通知；

聲音分析：聲音分析與振動分析往往相輔相成，是工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)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。肉眼顯然無法覺察，但可以通過紅外熱像儀輕松快速地檢測到，不斷監(jiān)視通電設(shè)備中的溫度不規(guī)則性；

振動大量存在于各種工業(yè)系統(tǒng)中，基于MEMS技術(shù)提供了有效的健康監(jiān)測

除此之外，還有潤滑劑分析，電動機電流分析，外觀檢查等監(jiān)測技術(shù)存在?！盁o論是電機、泵還是軸承和編碼器，振動都是最常用的深入了解設(shè)備健康狀況的關(guān)鍵信號?！庇诔龔娬{(diào)到，“振動測量還可進一步隔離機械噪聲和電氣噪聲，從而提供額外的數(shù)據(jù)，改善機器的診斷?！盇DI近年來將振動監(jiān)測作為其占據(jù)營收超過20%的工業(yè)應(yīng)用向工業(yè)4.0發(fā)展的重要一環(huán)，并通過行業(yè)并購不斷豐富包括聲音監(jiān)測在內(nèi)的全面CBM解決方案組合。

高性能信號鏈升級，準確數(shù)據(jù)是振動監(jiān)測的基本保障

公元132年，振動的原理激發(fā)張衡發(fā)明了地動儀；1946年，美國的物理學家利比博士利用銫、氨原子的天然振動創(chuàng)造出了迄今最先進的原子鐘……振動在生活中無處不在的，在為人類社會帶來創(chuàng)新靈感的同時也帶來潛在損失甚至災害性威脅，尤其是工業(yè)應(yīng)用中。“機器在輸入能量轉(zhuǎn)化為有用功的過程中均會產(chǎn)生振動，但非正常振動會嚴重影響工業(yè)設(shè)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(gòu)件的疲勞和磨損，縮短機器和結(jié)構(gòu)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(yīng)用中振動監(jiān)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時代的關(guān)鍵之一?！?/p>

ADcmXL3021是一個完整的振動監(jiān)測系統(tǒng)

“ADI推出的基于ADcmXL3021以及ADXL1002等模塊產(chǎn)品的無線及有線狀態(tài)監(jiān)控解決方案完美解決了這些問題，我們實現(xiàn)了將MEMS振動傳感器與精密轉(zhuǎn)換器、線性、隔離和電源技術(shù)相結(jié)合，已經(jīng)用于提供高質(zhì)量機器健康數(shù)據(jù)，以最大限度地延長機器正常運行時間并提高效率?！庇诔窒淼?。這種集成的工業(yè)級MEMS加速度計產(chǎn)品很好的滿足了對性能和穩(wěn)定可靠性的嚴苛要求，對比傳統(tǒng)的壓電陶瓷傳感器在DC特性、溫漂、成本等方面都有著突出的差異化。

“而像基于ADcmXL3021模塊化的完整振動檢測系統(tǒng)，更將MEMS的機器健康數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為實時可操作的洞察，其將高性能振動檢測與多種信號處理功能結(jié)合在一個緊湊的外形中，簡化了基于狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的智能傳感器節(jié)點的開發(fā)過程，提高了安全性和降低成本?！庇诔赋?。作為一個完整的振動檢測系統(tǒng)，ADcmXL3021可簡化CBM系統(tǒng)中的智能傳感器節(jié)點開發(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(nèi)為DC至10kHz）可以跟蹤許多機器平臺上的振動信號。利用這種完整振動檢測系統(tǒng)的機器健康狀況的深入見解，可以提高生產(chǎn)力和效率，最大限度地延長正常運行時間，加速實現(xiàn)工業(yè) 4.0。

基于AI打造數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)功能平臺，狀態(tài)監(jiān)測解決方案日臻完美

狀態(tài)監(jiān)控并不是一種單一技術(shù)，而是結(jié)合了技術(shù)和方案的系統(tǒng)級解決方案，基于在MEMS傳感器、信號調(diào)理和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)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)化的無線和有線狀態(tài)監(jiān)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業(yè)領(lǐng)域的知識，包括資產(chǎn)和應(yīng)用見解、機械設(shè)計和附件等考量因素，以及將信息轉(zhuǎn)換為診斷算法的能力，這將涉及廣泛的人工智能技術(shù)。

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

“ADI公司團隊在過去20年里一直致力于理解人類是如何解讀聲音和振動。我們的目標是建立一個系統(tǒng)，能夠?qū)W習來自設(shè)備的聲音和振動，破譯它們的含義，以檢測異常行為并進行診斷?！庇诔赋?。他所提到的工業(yè)環(huán)境下的振動和聲音解讀是該公司在2018年成功設(shè)備健康監(jiān)測系統(tǒng)公司——OtoSense的設(shè)備聲音監(jiān)測體系結(jié)構(gòu)，一種基于人工智能計算機聽覺技術(shù)讓讓計算機能夠理解設(shè)備行為的聲音和振動指標。OtoSense系統(tǒng)的設(shè)計從人類神經(jīng)學中獲得靈感，能夠?qū)W習靜態(tài)聲音和瞬態(tài)聲音，并在靠近傳感器的終端進行識別。

該系統(tǒng)適用于任何設(shè)備，可以實時工作，無需網(wǎng)絡(luò)連接。它已被應(yīng)用于工業(yè)應(yīng)用，支持實現(xiàn)一個可擴展的高效設(shè)備健康監(jiān)測系統(tǒng)。OtoSense系統(tǒng)對聲音的處理通過模擬獲取、數(shù)字轉(zhuǎn)換、特征提取和解讀，從而實現(xiàn)對工業(yè)設(shè)備的健康狀態(tài)監(jiān)測。目前，在航空航天、汽車和工業(yè)監(jiān)測應(yīng)用中，OtoSense技術(shù)被越來越多地用于設(shè)備健康監(jiān)測，尤其是在復雜設(shè)備監(jiān)測上該技術(shù)都表現(xiàn)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(jiān)測技術(shù)能力的重大舉措——成功并購致力于開發(fā)高科技解決方案用于檢測各種旋轉(zhuǎn)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。“通過收購Test Motors和OtoSense，ADI的狀態(tài)監(jiān)控方案能夠為客戶提供具備完整的早期異常檢測功能的系統(tǒng)?！?于常濤認為。

對于已在狀態(tài)監(jiān)控領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)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，從而實現(xiàn)1+1》2的效果。例如在硬件上結(jié)合MEMS傳感器系列（例如ADcmXL3021和ADXL1002）及其高性能信號鏈，以及SmartMesh無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，Test Motors的硬件系統(tǒng)將能實現(xiàn)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(jiān)測的長期深度研究的技術(shù)成果結(jié)合，其爆發(fā)的整合效應(yīng)將可能是質(zhì)的變革，無疑未來工業(yè)狀態(tài)監(jiān)測解決方案將日臻完美。