提要：結(jié)合機(jī)器狀態(tài)監(jiān)控和儀器制造技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)侨直，并根據(jù)商業(yè)和軍事油液分析實(shí)驗(yàn)室構(gòu)成與功能的演變特征胰肆，本文提出基于油液診斷與預(yù)報(bào)的機(jī)敏機(jī)器系統(tǒng)的概念抑昨，其技術(shù)特征是：
   （1）硬件系統(tǒng)由獨(dú)立的專(zhuān)屬性機(jī)敏傳感器集成（未來(lái)技術(shù)）啥匀，或是由專(zhuān)屬性分析模塊組合的隨行式油液診斷與預(yù)報(bào)系統(tǒng)（當(dāng)前技術(shù)），對(duì)構(gòu)成機(jī)器油液分析的三維參量----機(jī)器磨損倾圣、油液化學(xué)和系統(tǒng)污染的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行分析鹿鳖，實(shí)時(shí)監(jiān)控機(jī)器運(yùn)行狀態(tài)和油液質(zhì)量水平；
   （2）軟件系統(tǒng)采用以模糊邏輯和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為算法或推理特征的專(zhuān)家系統(tǒng)壮莹，對(duì)機(jī)器操作和油液使用進(jìn)行協(xié)同管理翅帜。與傳統(tǒng)油液分析實(shí)驗(yàn)室相比，機(jī)敏機(jī)器油液診斷與預(yù)報(bào)系統(tǒng)的基本功能特征是：
   （1）體積小命满，重量輕涝滴，操作性強(qiáng)，數(shù)據(jù)分析解釋和維修決策的可執(zhí)行性強(qiáng)胶台，能夠滿(mǎn)足商業(yè)實(shí)時(shí)機(jī)器油液分析和軍事隨行機(jī)器油液分析的要求歼疮；
   （2）實(shí)時(shí)性強(qiáng)，不需要樣品采集诈唬、傳送和廢液處理韩脏，機(jī)器操作和油液使用人員可以直接、隨時(shí)獲取油液狀態(tài)信息并按照機(jī)器油液分析軟件系統(tǒng)提供的專(zhuān)家建議采取管理措施和維修行動(dòng)铸磅，分析結(jié)果亦可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)上載至相關(guān)地址赡矢。系統(tǒng)的商業(yè)和軍事價(jià)值是：
   （1）建立基于隨行式機(jī)器油液診斷與預(yù)報(bào)功能的機(jī)敏機(jī)器系統(tǒng)；
   （2）發(fā)展以數(shù)字化機(jī)器油液分析為特征和基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的e-機(jī)器油液診斷與預(yù)報(bào)系統(tǒng)阅仔。

    關(guān)鍵詞：機(jī)器油液診斷與預(yù)報(bào)洁拓，機(jī)敏機(jī)器系統(tǒng)，機(jī)器狀態(tài)監(jiān)控秕射，機(jī)器維修挑蚕，油液應(yīng)用與管理。

1 引言

    機(jī)器狀態(tài)監(jiān)控是指應(yīng)用先進(jìn)技術(shù)確定機(jī)器狀態(tài)（診斷）和預(yù)報(bào)機(jī)器失效（預(yù)報(bào)）瞎角。機(jī)器油液分析是機(jī)器狀態(tài)監(jiān)控的重要技術(shù)撵晨，是確定機(jī)器和油液失效模式的有效工具。根據(jù)換油期與確定換油期的技術(shù)之間的關(guān)系看出覆靖，機(jī)器油液分析的發(fā)展趨勢(shì)是研究箍颗、開(kāi)發(fā)和應(yīng)用基于傳感器技術(shù)的隨行式機(jī)器油液診斷與預(yù)報(bào)系統(tǒng)眉剿。

（1）固定換油期----昨天的技術(shù)

    即根據(jù)里程虽才、時(shí)間或工作環(huán)境確定換油期纲愁，偶爾也根據(jù)油液質(zhì)量確定換油期。固定換油期是最早出現(xiàn)的基于油液“狀態(tài)”的機(jī)器維修策略寨都，其實(shí)施實(shí)際上不需要任何專(zhuān)門(mén)技術(shù)诫汇。

（2）間接靈活型換油期----今天的技術(shù)

    通過(guò)對(duì)操作條件和機(jī)器狀態(tài)的連續(xù)監(jiān)控信息確定換油期，通常采用計(jì)算機(jī)模型或應(yīng)用能夠檢測(cè)油液某些狀態(tài)的隨行式傳感裝置昼接，通過(guò)儀表板顯示方式告知操作者油液的某些特性爽篷，包括何時(shí)加注油液或何時(shí)更換油液。

   “間接”的含義是：機(jī)器轉(zhuǎn)速慢睡、工作溫度和其它因素（如載荷逐工、駕駛模式、道路狀況等）決定著油液降解程度或換油期漂辐，根據(jù)機(jī)器工作參數(shù)與油液質(zhì)量狀態(tài)之間的統(tǒng)計(jì)關(guān)系（或計(jì)算機(jī)模型）泪喊，通過(guò)監(jiān)控機(jī)器工作參數(shù)可以判定油液降解狀態(tài)，確定是否需要更換油液髓涯。通用汽車(chē)公司（GM）開(kāi)發(fā)的“油液壽命系統(tǒng)（Oil Life System）”和克勒斯萊汽車(chē)公司（DaimlerChrysler AG）與殼牌石油公司（Shell）聯(lián)合開(kāi)發(fā)的“主動(dòng)服務(wù)系統(tǒng)（ASSYST system或Flexible Service System）”是間接靈活型換油期技術(shù)的典型代表袒啼。

（3）直接靈活型換油期----明天的技術(shù)

    應(yīng)用隨行式傳感器連續(xù)監(jiān)控和評(píng)價(jià)油液狀態(tài)，通過(guò)儀表板顯示信息告知操作者油液的狀態(tài)纬纪，包括何時(shí)加注油液或何時(shí)更換油液蚓再。“直接”的含義是：通過(guò)原位包各、隨行和連續(xù)監(jiān)控油液的質(zhì)量狀態(tài)指示參數(shù)（indicator或marker）摘仅，并與基于維修策略設(shè)定的允許值進(jìn)行比較，確定油液質(zhì)量狀態(tài)和是否需要進(jìn)行機(jī)器維修问畅。

    隨著儀器制造的微型化（如芯片實(shí)驗(yàn)室）和智能化（如傳感器技術(shù)和基于網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算機(jī)通訊技術(shù)）技術(shù)的出現(xiàn)與發(fā)展谍益，將先進(jìn)儀器制造和分析技術(shù)與隨行式機(jī)器油液診斷與預(yù)報(bào)系統(tǒng)進(jìn)行“整合”，可以開(kāi)發(fā)具有不同商業(yè)用途和滿(mǎn)足特殊軍事目的的機(jī)敏機(jī)器油液診斷與預(yù)報(bào)系統(tǒng)或機(jī)敏機(jī)器系統(tǒng)趴国∑椋“潤(rùn)滑油與潤(rùn)滑脂”雜志對(duì)此作出了大膽預(yù)測(cè)：“隨著油液傳感器的出現(xiàn)以及它們的完整性和可靠性得到確定，并能夠在各種車(chē)（船债苍、機(jī)）隊(duì)中得到廣泛普及坠痒，則基于預(yù)感、廣告或“我們一直就是這樣做的”的換油期觀念將成為歷史咳铅⊙±”

2  機(jī)器油液診斷與預(yù)報(bào)的新概念

    最近，機(jī)器油液分析文獻(xiàn)中出現(xiàn)了描述傳統(tǒng)油液分析實(shí)驗(yàn)室時(shí)不多見(jiàn)的關(guān)于油液分析硬件具椒、軟件和系統(tǒng)的新詞匯坎扰。一方面曹均，這些新詞匯反映著其它技術(shù)科學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展成就對(duì)機(jī)器油液分析技術(shù)的巨大影響力；另一方面物虑，這些新技術(shù)在機(jī)器油液分析領(lǐng)域中通過(guò)“整合”形成的機(jī)器油液診斷與預(yù)報(bào)系統(tǒng)從整體上提升了機(jī)器油液分析技術(shù)的“質(zhì)量水平”纤悉，體現(xiàn)著機(jī)器油液分析技術(shù)的發(fā)展方向。

    為了描述基于油液診斷與預(yù)報(bào)的機(jī)敏機(jī)器系統(tǒng)的概念與技術(shù)鲤遥，下文介紹若干關(guān)于現(xiàn)代機(jī)器油液分析的基本概念沐寺。

2.1 機(jī)器（machinery）

    現(xiàn)代機(jī)器定義指出，機(jī)器是由兩個(gè)或兩個(gè)以上相互聯(lián)系配合的構(gòu)件組成的聯(lián)合體盖奈，……在人或其它智能體的操作和控制下混坞，實(shí)現(xiàn)為之設(shè)計(jì)的某種或某幾種功能。在機(jī)器油液分析的研究范疇里钢坦，“機(jī)器”一詞泛指tribological fluid-dependent machinery究孕，包括潤(rùn)滑系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)，是vehicle爹凹，equipment厨诸，installation，plant逛万，mechanical machinery的總稱(chēng)泳猬。

2.2 機(jī)器油液分析（machinery oil analysis，MOA）

    MOA是一種機(jī)器狀態(tài)監(jiān)控概念和維修工具宇植。與傳統(tǒng)油液分析信息反映新油液（靜態(tài)）質(zhì)量屬性不同得封，機(jī)器油液分析信息反映在用油液（動(dòng)態(tài)）質(zhì)量水平。MOA包含兩個(gè)功能層次：（1）機(jī)器油液狀態(tài)診斷颗屏，即確定油液的“潔凈奈揩、干燥和健康（clean，dry卑托，healthy）”狀態(tài)或其“質(zhì)量效蝎、碎片或元素（quality，debris or elemental）”势粱，執(zhí)行此功能需要實(shí)施三維機(jī)器油液分析：機(jī)器磨損腰燕，系統(tǒng)污染和油液化學(xué)。（2）機(jī)器油液狀態(tài)預(yù)報(bào)食土，即根據(jù)機(jī)器油液狀態(tài)的數(shù)字化信息與目標(biāo)極限或老化極限（主動(dòng)性維修）衔帚，變化極限或統(tǒng)計(jì)極限（預(yù)防性維修）的比較分析，提出實(shí)施機(jī)器維修管理和油液維護(hù)管理的行動(dòng)建議医熊。
 

2.5 機(jī)器油液分析系統(tǒng)（MOA system）

    完成MOA的硬件和軟件的總稱(chēng)浴魏。MOA系統(tǒng)的目的是獲取并將油液分析數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為某種形式的信息，信息再轉(zhuǎn)化為支持維修決策（行動(dòng)）的知識(shí)蚯唱。各類(lèi)機(jī)器油液分析系統(tǒng)的目的均是對(duì)機(jī)器油液進(jìn)行診斷文宜，對(duì)機(jī)器失效狀態(tài)和油液質(zhì)量水平作出預(yù)報(bào)涕癣，因此機(jī)器油液分析系統(tǒng)亦為機(jī)器油液診斷（Diagnostic）與預(yù)報(bào)（Prognostic）系統(tǒng)。

2.1 隨行（on-board）

    根據(jù)油液樣品采集方式和分析地點(diǎn)的不同與關(guān)系前标，機(jī)器油液分析儀器或系統(tǒng)可以劃分為三種基本形式（如圖1所示）：

    嵌入式（in-line）或原位型（in-situ）坠韩，連續(xù)分析系統(tǒng)中的全部循環(huán)油液。嵌入式機(jī)器油液分析技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)全部油液進(jìn)行分析并立即提供分析結(jié)果候生，分析過(guò)程不受外部因素影響同眯，但嵌入式機(jī)器油液分析實(shí)施困難，而且可能對(duì)油液系統(tǒng)帶來(lái)影響唯鸭。

    在線(xiàn)式（on-line），連續(xù)或間歇地分析部分循環(huán)油液硅确。在線(xiàn)式機(jī)器油液分析技術(shù)對(duì)機(jī)器油液流動(dòng)狀態(tài)的影響小目溉，能夠提供直接結(jié)果且?guī)缀醪皇芡獠恳蛩赜绊懀秉c(diǎn)是如果樣品采集量較少時(shí)菱农，在線(xiàn)分析結(jié)果可能喪失代表性缭付。

    離線(xiàn)式（off-line），以現(xiàn)場(chǎng)（on-site循未，應(yīng)用便攜式油液分析儀器）和非現(xiàn)場(chǎng)（off-site陷猫，應(yīng)用基本配置或完全配置油液分析實(shí)驗(yàn)室）兩種模式分析周期或非周期性方式采集的代表性油液樣品。離線(xiàn)式機(jī)器油液分析的缺點(diǎn)是分析結(jié)果受油液樣品采集岩哥、運(yùn)輸和實(shí)驗(yàn)過(guò)程中多種因素的影響在轮。

    嵌入式和在線(xiàn)式機(jī)器油液分析儀器或系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)（real-time，包括true real time和near real time复罕，真實(shí)時(shí)系統(tǒng)直接置于系統(tǒng)油路中進(jìn)行連續(xù)實(shí)時(shí)診斷铣碴，近實(shí)時(shí)系統(tǒng)實(shí)際上是將機(jī)器油液分析實(shí)驗(yàn)室程序移至現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行快速分析）功能，使用便攜式分析儀器（portable kit）的機(jī)器油液分析是在設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)（on-site）或車(chē)間（in-shop）進(jìn)行的塑业，分析精度和準(zhǔn)確度低于非現(xiàn)場(chǎng)機(jī)器油液分析實(shí)驗(yàn)室箱仰，主要用于現(xiàn)場(chǎng)快速判定機(jī)器油液質(zhì)量狀態(tài)，確定“臨界”油液樣品并將其送至基本配置（通常包括原子光譜儀低柑、紅外光譜儀屁膝、粘度計(jì)和黑色金屬密度測(cè)定儀或鐵譜儀）或完全配置（基本配置儀器和油液理化性質(zhì)分析儀器，如TAN/TBN滴定儀汉统，KF水分析儀）的非現(xiàn)場(chǎng)機(jī)器油液分析實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行全面和準(zhǔn)確分析穷歹。

    與嵌入式和在線(xiàn)式機(jī)器油液分析相比，離線(xiàn)式機(jī)器油液分析的主要缺點(diǎn)在于實(shí)驗(yàn)室分析費(fèi)時(shí)較長(zhǎng)（需要采集族延、傳送锰扶、處理樣品和等待分析結(jié)果）和污染環(huán)境，在此較長(zhǎng)時(shí)間里寝受，機(jī)器系統(tǒng)可能由于油液質(zhì)量迅速變差而損壞坷牛。統(tǒng)計(jì)分析表明罕偎，50%的離線(xiàn)分析未能發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，只有5%檢測(cè)出嚴(yán)重問(wèn)題京闰，其余45%的離線(xiàn)分析顯示失效即將發(fā)生颜及。在某些軍事應(yīng)用場(chǎng)合，90%以上的油液樣品其分析結(jié)果并未給出值得采取“維修行動(dòng)”的發(fā)現(xiàn)蹂楣∏握荆基于此及對(duì)離線(xiàn)分析時(shí)樣品代表性、“潔凈性”和試驗(yàn)經(jīng)濟(jì)性的考慮痊土，迫切需要具有全時(shí)監(jiān)控功能的實(shí)時(shí)油液分析傳感器技術(shù)肄扎。

    綜上所述，“隨行”概念的兩層含義是：其一赁酝，機(jī)器油液分析系統(tǒng)成為機(jī)器系統(tǒng)的組成部分犯祠，與機(jī)器系統(tǒng)共同構(gòu)成所謂的機(jī)敏機(jī)器系統(tǒng)，此時(shí)機(jī)器油液分析采用嵌入式（通常使用各類(lèi)傳感器）酌呆；其二总党，機(jī)器油液分析系統(tǒng)獨(dú)立于機(jī)器系統(tǒng)，此時(shí)機(jī)器油液分析可以是在線(xiàn)式或離線(xiàn)式忱脆，后者     在功能上相當(dāng)于現(xiàn)場(chǎng)微型實(shí)驗(yàn)室（on-site minilab）橘匿。通常，對(duì)隨行式機(jī)器油液分析系統(tǒng)的要求包括硬件功能和元件功能兩個(gè)部分圈蔬，前者執(zhí)行機(jī)器油液診斷功能默言，提供機(jī)器油液物理化學(xué)狀態(tài)的數(shù)字化信息，后者通過(guò)對(duì)這些信息進(jìn)行分析搏贤、識(shí)別麻镶，預(yù)報(bào)機(jī)器和油液狀態(tài)，提供可以執(zhí)行的機(jī)器和油液的管理與維護(hù)（修）建議匿胎。

2.6 機(jī)敏設(shè)備（Smart equipment）

    機(jī)敏設(shè)備是由以失效模式和剩余有用壽命為評(píng)價(jià)參數(shù)端葵，能夠連續(xù)監(jiān)控設(shè)備“健康”狀態(tài)的元器件構(gòu)成的，元器件包括傳感器公垒、數(shù)據(jù)傳送裝置新框、計(jì)算機(jī)硬件和軟件、MMI裝置等队魏。 機(jī)敏設(shè)備能夠預(yù)測(cè)油液降解和機(jī)器潛在失效公般，通知用戶(hù)是否需要進(jìn)行維修或?qū)C(jī)器系統(tǒng)的操作狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整。

    具備上述功能的隨行式機(jī)器油液分析系統(tǒng)也稱(chēng)為隨行式智能潤(rùn)滑診斷與預(yù)報(bào)系統(tǒng)胡桨。根據(jù)這一工作定義官帘，機(jī)敏設(shè)備的運(yùn)行需要在設(shè)備水平上配置在線(xiàn)傳感器，并完成信號(hào)處理、數(shù)據(jù)熔合和自動(dòng)推理過(guò)程刽虹。工業(yè)上目前主要在傳感器層次上實(shí)現(xiàn)‘機(jī)敏’功能酗捌，然后通過(guò)無(wú)線(xiàn)通訊系統(tǒng)將低帶寬信息向高層次傳送。