一、项目简介

    现代机械设备都有良好的润滑系统。当机械零件发生磨损时，产生的磨粒随润滑油进入了润滑系统中。润滑油就象机器的“血液”，铁谱诊断技术正是通过给机器“验血”，从而诊断机械的磨损类故障。然而，传统铁谱技术存在较大缺点：随机误差大，重复性精度低；观测分析要依靠主观经验：制谱手续繁琐，自动化程度低；不能分析非铁磁性磨粒。针对这种状况，南京航空航天大学发动机故障诊断研究所通过对传统的铁谱诊断技术从诊断原理、分析方法以及分析仪器等各方面加以研究改进，开发出一套DMAS智能化铁谱分析系统。

 1、DMAS系统的基本原理

磨粒是研究磨损过程中接触表面摩擦学行为的重要信息源，也是揭示磨损表面的损伤机理和摩擦学行为、诊断表面的磨损过程和磨损类型的最重要的依据。磨粒特征与磨损类型、磨损机理及零部件有非常密切的联系。表 l所示为典型机械零件的磨粒形态、磨损机理及其损伤模式三者之间的内在联系，它是本系统磨损状态监测与磨损故障诊断的基本理论依据。

表1 典型零件的磨损类型、损伤模式及其产生的特征磨粒

    大量实验研究表明：各种磨损类型所产生的特征磨粒一般都具有特定的形态特征，这是一系列磨损机理所决定的。从铁谱显微镜采集的磨粒图象一般是静止的二维图象，从中可以提取以下几类图象形态特征参数，它们是解读磨粒信息的基础：

  ☆ 灰度：包括光谱、彩色信息以及关于磨粒成份的能谱信息。

  ☆ 边缘：它描述了磨粒灰度变化的程度和位置。

  ☆ 纹理特征(包括结构)：它描述了磨粒图象中反复出现的局部模式和它们的排列规则以及磨粒的孔隙等特征。

  ☆ 形状特征(包括尺度)：它描述了磨粒的外形及尺寸大小。

  ☆ 相位：它描述了磨粒沉积的磁性强弱特征。

    根据这些磨粒图象特征参数，应用人工神经网络等人工智能方法，可以实现磨粒的自动识别、分类与统计分析，进而推断磨擦副表面发生过的磨损类型，确定磨损失效形式。如果对具体的机械系统有深入的了解，则可以在一定程度上进一步推断机械系统中最有可能产生这种磨损失效的零、部件。

 2、DMAS系统的组成

    DMAS智能化铁谱分析系统可以分为硬件和软件两大部分。

(l) DMAS硬件系统组成

DMAS智能化铁谱分析系统硬件部分主要由全自动旋转气动式颗粒制谱仪、自动扫描三坐标铁谱显微镜、显微图象采集系统组成，其组成及相互关系如图1所示。其中，全自动旋转气动式颗粒制谱仪和自动扫描铁谱显微镜是我们在多年实验研究的基础上，针对现存设备的不足而自行研制开发成功的。

 a．全自动旋转气动式颗粒制谱仪

    全自动旋转气动式颗粒制谱仪是针对传统制谱仪的缺陷而自行研制的先进制谱仪器，可以根据需要采用手动制谱或者全自动制谱方式工作，不但自动化程度高；而且全封闭，对工作环境没有危害；当采用膜片作为谱片基体时还可以收集铝等非铁磁性颗粒。它由自动进样单元、磨粒分离单元和废气废液排放单元等部分组成。

 b．自动扫描三坐标铁谱显微镜及图象采集控制系统

    自动扫描三坐标铁谱显微镜是通过对三坐标光学显微镜按要求进行改装而成的，它与图象采集控制系统相互作用，可以完成显微镜的控制和自动聚焦以及磨粒图象的手动和自动采集。自动扫描铁谱显微镜在两个方面作了较大的改进：其一，为了适应磨粒环形沉积的特点，载物台采用了极坐标，由两个步进电机分别控制旋转坐标和平移坐标：其二，显微镜的垂直调焦坐标也由一路步进电机控制。这三路电机控制的步长精度达 lμm。通过发送指令给单片机来控制这三路电机， PC机可实现对谱片任意视场的图象采集。

(2) DMAS软件系统组成

DMAS智能化铁谱仪分析软件是我们自行开发的基于Windows95／98/NT的一套应用软件。它可以自动采集磨粒图象，并对其进行分析计算，以此为诊断信息对磨损故障进行分析预报，结合设备知识、咨询对话给出综合诊断结论等功能。软件系统方案如图2所示。

    最新版本的DMAS铁谱分析系统软件是由显微镜控制及磨粒图象采集软件、磨粒图象预处理软件、磨粒智能分析软件、磨损性能趋势分析与故障预报软件、磨损故障综合诊断专家系统软件、图谱库管理软件和磨损故障排故专家系统(试用版)等七部分组成。到目前为止，DMAS智能化铁谱分析软件系统在结构和功能等方面一直处于更新和发展之中，并不断融入新的思想、方法和手段。有关的主要功能和模块已基本定型并已在通用航空公司等单位进入实用阶段，取得了良好的应用效果。

二、国内外现状

    DMAS智能化铁谱分析系统是南京航空航天大学发动机故障诊断研究所在机械设备运行状态监测和视情维修领域中开发的一项高新成果，获得了有关专家及应用单位的广泛好评。这项成果除了具备美国PREDICT公司九十年代最新的铁谱分析系统 FAST的全部功能外，还综合了复杂的专业经验知识，开发了颗粒统计识别、故障诊断和故障预报等专家系统软件，而且本系统从测量分析到输出结果打印报表全部由计算机自动完成。如果应用本系统，即使是在系统操作员没有完备的铁谱技术基础和机械设备知识时情况下，也能获得精确的分析结论。

    对于各种大型机械设备，润滑油就像机器中循环的“血液”，而DMAS的作用就是给机器验“血”，从而在不停机、不解体的前提下，监控机器的运行状况，预报及诊断机器的各种磨损类故障，指导维修人员进行视情维修，保障机器安全、可靠、高效地运行。

    DMAS在航空领域中发挥的作用是针对军用和民用飞机的安全运行需要，监控飞机发动机、起落架和液压系统中关键零部件的磨损类故障及污染卡死类问题，预测预报飞行故障，保障飞行安全并指导地面的维修工作；同时，对发动机台架试车、性能评估、返修解体，DMAS分析可以确定故障性质、原因及故障部位，从而为改进设计提供可靠的数据。在船舶领域中发挥的作用是监控军、民用船舶柴油机中轴承、活塞等因磨损而诱发的各类破坏以及性能衰减等情况，使维修保养工作做到有的放矢，提高运行效率，节省维修费用。在矿山机械等其他领域，DMAS智能化铁谱分析系统同样有广泛的应用前景。

三、技术经济效益分析

 l．设备投入(含厂房、大型机电设备)

    此系统需提供专用的加工、生产、安装和检验车间；要求有流动水源，动力电；零部件加工需要车床和线切割等生产设备。

 2．产品成本(原材料来源、加工难度等)

    本系统生产所用原材料可在国内市场全部解决，加工容易。

 3．环保要求

    没有特殊的环保要求。

 4．资金需求(自筹、贷款、其它投入)

  项目投资100万(自筹50万、贷款50万)，流动资金20万。

 5．人员构成

    需技术人员2名，组织生产人员10名，管理人员2名，财务管理人员2名。

 6．经济分析

    年产量10台(套)，销售收入300万，利润120万，投资回收期为1年。

四、合作方式

    南京航空航天大学发动机故障诊断研究所就本项目愿以技术入股的方式与任何单位进行合作生产、销售。

五、联系方式

南京航空航天大学    孔祥浩    科技开发办公室主任

电话：025-84892757      手机：13851550745       邮箱：std01@nuaa.edu.cn