TBM 故障诊断专家系统的设计与开发

和 先 进 成 果 ， 集 监 测 、数 据 库 管 理 、故 障 诊 断 推 理 、检 修 方 案 等 功 能 于 一 身 ；对 ＴＢ Ｍ 渐 进 型 的故 障作 出 提 前 预 报 ，对 突发 型 的 故 障 迅 速 诊 断 并 确 定 其 部 位 ， 以提 高 设 备 的 完好 率及 利 用 率 ；具 有 先进
性 、可 维 护 性 、安 全 性 、实用 性 和 可 扩 充 性 ． 并符 合 软 件 工 程设 计 要 求 。
１ ． ２ 系统 设 计 思 路
出 现 故 障 都 将 不 同 程 度 地 影 响 ＴＢ Ｍ 的掘 进速 度 ，
关 键 部位 的 损 坏 会 导 致 整 合 ＴＢ Ｍ 处 于 停 滞 ，影 响 整 个 工 程 的 进 度 ，还 会 大 大 增 加 工 程 成 本 。
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｓ ｉ ｔ ｕ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍｏ ｎｉ ｔ ｏ ｒ ｉ ｎ ｇ ａ ｎ ｄ ｔ ｒ ｏ ｕ ｂ ｌ ｅ ｄ ｉ ａ ｇ ｎ ｏ ｓ ｉ ｓ ｅ ｘ ｐ ｅ ｒ ｔ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｆ ｏ ｒ ＴＢＭ ｉ ｓ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｅ ｄ ． Ｔｈ ｅ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｐ ｒ ｉ ｎ ｃ ｉ ｐ ｌ ｅ，ｉ ｎ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ ｒ ｕ ｌ ｅ ａ ｎ ｄ ｇ ｏ ａ ｌ ａ ｔ ｔ ａ ｉ ｎ ｉ ｎ ｇ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ａ ｒ ｅ ｄ ｅ ｓ ｃ ｒ ｉ ｂ ｅ ｄ ． Ｆｕ ｎ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｍｏ ｎｉ ｔ ｏ ｒ ｉ ｎ ｇ．ｄ ａ ｔ ａ ｂ ａ ｓ ｅ ｍａ ｎ ａ ｇ ｉ ｎ ｇ， ｔ ｒ ｏ ｕ ｂ ｌ ｅ ｄｉ ａ ｇ ｎ ｏ ｓ ｉ ｓ ａ ｎ ｄ ｒ ｅ ｐ ａ ｉ ｒ ｐ ｒ ｏ ｇ ｒ ａ ｍ ａ ｒ ｅ ｉ ｎ ｔ ｅ ｇ ｒ ａ ｔ ｅ ｄ ｗｉ ｔ ｈ ａ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ． Ｉ ｔ ｃ ａ ｎ ｆ ｏ ｒ ｅ ｃ ａ ｓ ｔ ｐ ｒ ｏ ｇ ｒ ｅ ｓ ｓ ｉ ｖ ｅ ｔ ｒ ｏ ｕ ｂ ｌ ｅ ａ ｎ ｄ ｃ ａ ｎ ｒ ａ ｐｉ ｄ ｌ ｙ ｄ ｅ ｔ ｅ ｒ ｍｉ ｎ ｅ ｔ ｈ ｅ ｔ ｒ ｏ ｕ ｂ ｌ ｅ ｃ ｏ ｍｐ ｏ ｎ ｅ ｎ ｔ ｄ ｕ ｒ ｉ ｎ ｇ ｓ ｕ ｄ ｄ ｅ ｎ ｆ ａ ｉ ｌ ｕ ｒ ｅ ． Ｓ ｏ ｔ ｈ ｅ ｔ ｒ ｏ ｕ ｂ ｌ ｅ ＿ ｓ ｈ ｏ ｏ ｔ ｉ ｎｇ ｔ ｉ ｍｅ ｃ ａ ｎ ｂ ｅ ｓ ｈ ｏ ｒ ｔ ｅ ｎ ｅ ｄ，ａ ｎ ｄ ｅ ｑ ｕ ｉ ｐ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｖ ａ ｉ ｌ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ｃ ａ ｎ ｂ ｅ ｉ ｎｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｅ ｄ ． Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ： ＴＢＭ ｔ ｒ ｏ ｕ ｂ ｌ ｅ ｄ ｉ ａ ｇ ｎ ｏ ｓ ｉ ｓ ；ｅ ｘ ｐ ｅ ｒ ｔ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ
Ｗ ＡＮ Ｇ Ｍａ ｎ － ｚ ｅ ｎｇ． ＸＵ Ｍ ｉ ｎ ｇ— ｘｉ ｎ
（ Ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ Ｄｅ ｐ ａ ｒ ｔ ｍｅ ｎ ｔ ｏ ｆ Ｓ ｈ ｉ ｊ ｉ ａ ｚ ｈ ｕ ａ ｎ ｇ Ｒ ａ ｉ ｌ ｗａ ｙ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ， Ｓ ｈ ｉ ｊ ｉ ａ ｚ ｈ ｕ ａ ｎ ｇ ０ ５ ０ ０ ４ ３ ．Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
析 和光 谱 分 析 。振 动 监 测 有 实 时 监 测 与 分 析 功 能 ．
采 用 最 先 进 的 面 向对 象 的开 放 式 结 构 ， 以便 系
统 的扩 展 和完 善 。
１ ． ３ 研 究 方 法
包 括 振 动 的 时 域 波 形 、轴 心 轨 迹 、谱 分 析 等 。故 障
等） 、维 修 管 理 也 集 成 到 系 统 中 ，使 之 成 为 一 个 集
监 测 、诊 断 、管 理 于 一 体 的 系统 。
基 本数据库等共有 １ ０ ０多 个 子 库 。
（ ４ ）监 测 数 据 处 理 与 故 障 诊 断 油液 监 测 数 据 处 理 与分 析 方 法 包 括 直 读 铁谱 分
等 ，对 重 要 子 系统 和 重 要 部 件 的 重 要 参 数 进 行 全 方
位 、全 面监 测 。
［ 收稿 日期 ］２ ０ ０ ３—０ ５ —１ ３ ［ 通 讯地 址 ］王 满增 ，河 北 省石 家庄 市北 环东 路 １ ５号
ｌ 系统 目标 及 设 计 思 路
１ ． １ 系 统 目标
等。
人 员 的 经 验 和 知 识 ，使 诊 断 的 准 确 率 不 断 提 高 。
将 ＴＢ Ｍ 的 数 据 、资 料 （ 含 文 档 、 图纸 、音 像
数 据 库 包 括 油 料 光谱 分 析 数 据 库 、直读 铁 谱 磨 粒 浓 度 数 据 库 、 每个 诊 断 对 象 的状 态 监 测 数 据 库 和
则 、 目标 实现 过 程 。系统 集监 测 、数 据 库 管理 、故 障诊 断 推 理 、检修 方 案 等 功能 于 一体 ，能 预 报 ＴＢ ８ ８ ０ Ｅ型 掘 进 机 渐进 形故 障 ，对 突发 形 的故 障能 迅速 诊断 故 障部位 ，可缩 短 故障诊 断 时间 ，提 高设 备 的完好 率及 利 用率 。
析 手段提取故障特征 。 采 用 故 障 诊 断 专 家 系统 等 智 能 方 法 作 为 系 统 的 主 要 诊 断 方法 ｕ ］ 。一 方 面 可 以降 低 现 场 人 员 使 用 难 度 ，减 少 对 使 用 人 员 经 验 的依 赖 ；另 一 方 面 也 可 以 将 现 场 工 程 技 术 人 员 的 经 验 和 知 识 充 分 、 系统 地 存 储 在 专 家 系统 的 知识 库 中 ，既 可 避 免 经 验 和 知 识 随
的技术超级链接形 式进行诊断 。 专 家 系 统 诊 断 主 要 有 事 实 库 维 护 、 知 识 库 维 护 、推 理 主 界 面等 模 块 组 成 ，包 括 ＴＢ Ｍ 掘进机 １ ８
碴 机 、料 车 拖 拉 系 统 为 重 点 诊 断 研 究 对 象 （ 共 计 １ ０ １个 诊 断 对 象 ） ，研 究 开 发 集 监 测 、诊 断 、预 报 、 管理 于 一 身 的 “ ＴＢ ８ ８ ０ Ｅ型 掘 进 机 故 障诊 断 系 统 ” ，
实 现 以下 功 能 模 块 ：
个 子 系统 常 见 故 障 的诊 断 推 理 ，有 正 向推 理 和 反 向
推 理 两种 诊 断 方 式 ，可 根 据 当前 已知 事 实 推 出 会 出
（ １ ） 故 障 现 场 分 类 及 故 障原 因 的逻 辑 分 析 根 据 机 电 液设 备 故 障 发 生 的一 般 规 律 ，对 诊 断
着 人 员 的流 动 而 流 失 ，又 可 在 诊 断 中充 分 发 挥 现 场
的监 测 及 分 析 数 据 ，状 态 监 测 根 据 监 测 种 类 划 分 为
温 度 监 测 、油 样 分 析 、性 能 参 数 测 试 、噪 声 监 测 、 振 动 监 测 、专 项 测 试 六 个 部 分 。对 每 一 类 监 测 都 有 异 常 征 兆 分 析 、趋 势 分 析 、 同 比对 照 、记 事 本 四个 方 面 的 处 理 ， 针 对 油 样 分 析 还 有 光 谱 和 铁 谱 分 析
诊 断 功 能 模 块 包 括 逻 辑 诊 断 、专 家 系统 诊 断 、诊 断
以 ＴＢ ８ ８ ０ Ｅ型掘 进 机 的 刀 盘 驱 动 系 统 （ 含 主 电
机 、变 速 箱 、 大 齿 轮 箱 ，主 轴 承 ） 、润 滑 系 统 、 卸
史 志 三 部 分 ，其 中 逻 辑 诊 断 采 用 ｗ ｗｗ 页 面 常 用
针 对 ＴＢ Ｍ 系 统 庞 大 、结 构 复 杂 的 特 点 ，对 不 同 的 子 系 统 和 部 件 采 用 不 同 的 监 测 手 段 ， 包 括 温 度 、油 液 、摩 擦 磨 损 、 振 动 、 压 力 、 电 压 、 电 流
故 障 迅速确 定其 部位 ，缩 短故 障诊 断 时 间 和故 障停 机 时 问并 提 出相应 的维 修 建议 ，工 程意义 巨大 。
［ 关键词 ］ＴＢ Ｍ ；故 障诊 断 ；专 家系统 ［ 中图分 类号 ］Ｕ４ ５ ５ ． ３ ９ ［ 文献 标识 码 ］Ａ ［ 文 章编 号 ］１ ０ ０ １ － ５ ５ ４ Ｘ（ ２ ０ ０ ３ ） １ １ － Ｏ ０ ６ ５ － ０ ４
Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｎｄ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐｍ ｅ ｎｔ ｏ ｆ ｔ ｒ ｏ ｕ ｂｌ ｅ ｄｉ ａ ｎ ｏ ｇ ｓ ｉ ｓ ｅ ｘ ｐｅ ｒ ｔ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｆ ｏ ｒ ＴＢＭ
１ ７ ５ ０ ｔ ，集 机 、 电 、 液 、 Ｐ Ｌ Ｃ 于 一 体 ，结 构 庞 大 、
技 术 复 杂 ，可 同 时 完 成 隧 道 的 破 岩 、支 护 、 喷 锚 、
通 风 除尘 、出 碴 运 输 等 作 业 ，使 隧 道 施 工 工 厂 化 ，
具 有 快 速 、 安 全 、高 效 、连 续 的 特 点 。 由 于 ＴＢ Ｍ 配 置 的设 备 数 量 多 、关 联 性 强 ，任何 一 套 独 立 设 备
ＴＢ Ｍ 故 障诊 断 与 排 除 ，过 去 多依 赖 于 专 业 工 程
师或 专家 的经验 ，如果 专 家不 在 现 场 ，就 会影 响故 障 的及 时排 除 。因此 ，设 计 一 套 Ｔ Ｂ Ｍ 故 障 诊 断 专 家 系 统 ，对设备 渐 进形 的故 障作 出 提 前 预报 ，对 突 发 形 的
对 象 按 基 本 功 能 分 类 ，针 对 该 项 诊 断对 象 在 秦 岭 隧 道 Ｉ线 和桃 花 铺 １号 隧 道 ＴＢ Ｍ 施 工 期 间 已 经 出 现
ＴＢ ８ ８ ０ Ｅ隧 道 掘 进 机 （ Ｔ ＢＭ）是 我 国首 次 利 用
论 和 方 法 ，把 数 十位 长 期 从 事 Ｔ Ｂ Ｍ 机 电液 系 统 使
外 资 从 国外 引进 的 应 用 于 铁 路 隧道 施 工 的 大 型 施 工
机 械 。 该 机 开 挖 断 面 ８ ． ８ ｍ， 全 长 ２ ５ ６ ｍ，重 约
故 障 诊 断 系 统 的总 体 目标 ：利 用 人 工 智 能 的理
建筑机械 ２ ０ ０ ． ３ ０１ ）
试 验 研 究
采 用 光 谱 分 析 、铁 谱 分 析 、诊 断 分 析 等 多 种 分 （ ３ ）状 态 监 测 数 据 管 理 Ｔ ＢＭ 故 障诊 断 专 家 系 统 数 据 库 中 可 存 储 大 量
用 、维 修 、故 障诊 断 专 业 技 术 人 员 （ 即领域 专 家 ） 的经 验 和 知 识 系 统 化 ，通 过 计 算 机 专 业 人 员 （ 即知 识 专家 ） 借 助 于 专 家 系 统 工 具 开 发 出 实 用 性 强 、人
机 界 面友 好 的 ＴＢ Ｍ 故 障诊 断 系 统 。 系 统 应 能 反 映 究
ＴＢ Ｍ 故 障 诊 断 专 家 系 统 的设 计 与 开 发
王 满 增 ，徐 明 新
（ 石 家庄铁 道 学 院 机械 工程 分 院 ，河 北 石 家庄 ０ ５ ０ （ ） ４ ３ ）
［ 摘要 ］基 于专 家 系统 工具 ，开 发 了 ＴＢ Ｍ 状态 监测 和故 障诊 断 专 家 系 统 ，阐 述 了系统 的结 构 原 理 、推 理 规