摘要　回顧狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷的發(fā)展歷史。歸納和總結目前故障診斷的主要理論和方法及其存在的問題和解決途徑。闡明現(xiàn)代故障診斷的主要內(nèi)容。從解析余度管理、可信性系統(tǒng)設計和魯棒故障診斷3方面論述現(xiàn)代故障診斷的發(fā)展趨勢。提出故障診斷領域目前和將來的研究方向以及重點和難點。
　　關鍵詞　狀態(tài)監(jiān)測　故障診斷　可信性系統(tǒng)　機電控制系統(tǒng)
　　1　故障診斷技術的發(fā)展歷史
　　故障診斷(FD)始于(機械)設備故障診斷，其全名是狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷(CMFD)。它包含兩方面內(nèi)容：一是對設備的運行狀態(tài)進行監(jiān)測；二是在發(fā)現(xiàn)異常情況后對設備的故障進行分析、診斷。設備故障診斷是隨設備管理和設備維修發(fā)展起來的。歐洲各國在歐洲維修團體聯(lián)盟(FENMS)推動下，主要以英國倡導的設備綜合工程學(Terotechnology)為指導；美國以后勤學(Logistics)為指導；日本吸收二者特點，提出了全員生產(chǎn)維修(TPM)的觀點。美國自1961年開始執(zhí)行阿波羅計劃后，出現(xiàn)一系列因設備故障造成的事故，導致1967年在美國宇航局(NASA)倡導下，由美國海軍研究室(ONR)主持成立了美國機械故障預防小組(MFPG)，并積極從事技術診斷的開發(fā)。美國診斷技術在航空、航天、軍事、核能等尖端部門仍處于世界領先地位。英國在60～70年代，以Collacott為首的英國機器保健和狀態(tài)監(jiān)測協(xié)會(MHMG & CMA)最先開始研究故障診斷技術。英國在摩擦磨損、汽車和飛機發(fā)電機監(jiān)測和診斷方面具領先地位。日本的新日鐵自1971年開發(fā)診斷技術，1976年達到實用化。日本診斷技術在鋼鐵、化工和鐵路等部門處領先地位。我國在故障診斷技術方面起步較晚，1979年才初步接觸設備診斷技術。目前我國診斷技術在化工、冶金、電力等行業(yè)應用較好。故障診斷技術經(jīng)過30多年的研究與發(fā)展，已應用于飛機自動駕駛、人造衛(wèi)星、航天飛機、核反應堆、汽輪發(fā)電機組、大型電網(wǎng)系統(tǒng)、石油化工過程和設備、飛機和船舶發(fā)動機、汽車、冶金設備、礦山設備和機床等領域。
　　2　故障診斷的主要理論和方法
　　故障診斷技術已有30多年的發(fā)展歷史，但作為一門綜合性新學科――故障診斷學――還是近些年發(fā)展起來的。從不同的角度出發(fā)有多種故障診斷分類方法，這些方法各有特點。從學科整體可歸納以下理論和方法。
　　(1)基于機理研究的診斷理論和方法　從動力學角度出發(fā)研究故障原因及其狀態(tài)效應。針對不同機械設備進行的故障敏感參數(shù)及特征提取是重點。
　　(2)基于信號處理及特征提取的故障診斷方法　主要有時域特征參數(shù)及波形特征診斷法、時差域特征法、幅值域特征法、信息特征法、頻譜分析及頻譜特征再分析法、時間序列特征提取法、濾波及自適應除噪法等。今后應注重實時性、自動化性、故障凝聚性、相位信息和引入人工智能方法，并相互結合。
　　(3)模糊診斷理論和方法　模糊診斷是根據(jù)模糊集合論征兆空間與故障狀態(tài)空間的某種映射關系，由征兆來診斷故障。由于模糊集合論尚未成熟，諸如模糊集合論中元素隸屬度的確定和兩模糊集合之間的映射關系規(guī)律的確定都還沒有統(tǒng)一的方法可循，通常只能憑經(jīng)驗和大量試驗來確定。另外因系統(tǒng)本身不確定的和模糊的信息(如相關性大且復雜)，以及要對每一個征兆和特征參數(shù)確定其上下限和合適的隸屬度函數(shù)，而使其應用有局限性。但隨著模糊集合論的完善，相信該方法有較光明的前景。
　　(4)振動信號診斷方法　該方法研究較早，理論和方法較多且比較完善。它是依據(jù)設備運行或激振時的振動信息，通過某種信息處理和特征提取方法來進行故障診斷。在這方面應注重引入非線性理論(如Volterra級數(shù))、新的信息處理理論和方法(如Wavelet理論、加窗FFT等)。
　　(5)故障樹分析診斷方法　它是一種圖形演繹法，把系統(tǒng)故障與導致該故障的各種因素形象地繪成故障圖表，能較直觀地反映故障、元部件、系統(tǒng)及因素、原因之間的相互關系，也能定量計算故障程度、概率、原因等。今后研究應注重與多值邏輯、神經(jīng)元網(wǎng)絡及專家系統(tǒng)相結合。
　　(6)故障診斷灰色系統(tǒng)理論和方法　該方法是從系統(tǒng)的角度來研究信息的關系，即利用已知的診斷信息去揭示未知的診斷信息。它有自學習和預測功能。它利用灰色系統(tǒng)的建模(灰色模型)、預測和灰色關聯(lián)分析等方法進行故障診斷。由于灰色系統(tǒng)理論本身還不完善，如何利用已知信息更有效地推斷未知信息仍是一個難題。
　　(7)故障診斷專家系統(tǒng)理論和方法　該方法是近年來故障診斷領域最顯著的成就之一。它的內(nèi)容包括診斷知識的表達、診斷推理方法、不確定性推理以及診斷知識的獲取等。目前存在的主要問題：缺乏有效的診斷知識表達方式，不確定性推理方法，知識獲取和在線故障診斷困難等。今后研究應注重與模糊邏輯、多值邏輯、故障樹、機器學習和人工神經(jīng)網(wǎng)絡等理論和方法的結合、集成。
　　(8)故障模式識別方法　該方法是一種十分有用的靜態(tài)故障診斷方法，它以已有30年發(fā)展歷史的模式識別技術為基礎。關鍵是故障模式特征量的選取和提取。現(xiàn)有許多模式分類器，如線性分類器、Bayes分類器、最近鄰分類器等。該方法的診斷效果在很大程度上依賴