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在上個月結束的2019 WAIC世界人工智能大會上，關于工業領域的探討成為本次大會的主旋律，全球工業智能發展的最新成果、優秀企業及最佳實踐等得到了集中亮相。不過，無法預料的停機時間、設備維護仍是眾多工廠和企業所擔心的關鍵。當傳統的設備預防性維護跟不上步伐，高性能模擬技術提供商ADI公司將無線基于條件的檢測（CBM）作為工業4.0落地的重要一環，幫助行業人員預測設備故障、節省企業運營維護成本。

基于狀態監測的幾種分析方法

無論電機、泵還是軸承等，產生的振動、電流和溫度都是深入了解設備健康狀態的關鍵信號。尤其是振動，這在工業中是非常普遍的現象。非正常振動會影響工業設備的健康狀態，還會增加能耗、降低機器效率，甚至造成災難性的事故。

振動監測可以進一步隔離機械噪音和電器噪聲，從而提供額外的數據改善機器的診斷。關于振動監測，CBM中的機器狀態分析可以使用各種方法完成。最常見的方法可能是時域分析，頻域分析。

基于時間的分析。在時域振動分析中，考慮有效值（均方根或簡稱有效值），峰值和振動幅度。其中，峰值反映了電機軸的最大偏轉，因此可以得出關于其最大負載的結論。相反，幅度值描述了發生振動的幅度并識別異常沖擊事件。

因此，有效值通常是最有意義的，因為它同時考慮了振動時間歷史和振動幅度值。通過所有這些參數對電動機速度的依賴性，可以獲得均方根振動的統計閾值的相關性。這種類型的分析證明非常簡單，因為它既不需要基本的系統知識，也不需要任何類型的光譜分析。

基于頻率的分析。利用基于頻率的分析，通過快速傅里葉變換（FFT）將時間上變化的振動信號分解成其頻率分量，得到的幅度與頻率的頻譜圖可以監測特定的頻率成分及其諧波和邊帶。FFT是一種用于振動分析的普遍方法，尤其適用于檢測軸承損壞，可以為每個頻率分量分配相應的組件。通過FFT，可以濾除由滾動元件和缺陷區域之間的接觸引起的某些故障的重復脈沖的主頻率。

由于它們的頻率成分不同，可以區分不同類型的軸承損壞（外圈，內圈或滾珠軸承的損壞）。但是為此需要有關軸承，電機和整個系統的精確信息。另外，FFT過程要求在微控制器中重復記錄和處理振動的離散時間塊，雖然這需要比基于時間的分析更多的計算能力。

適用于CBM的傳感器有哪些？

在工業4.0到來之際，機器的健康監測成為了工業技術領域里需要認真研究重要課題。為此，ADI公司推出的基于ADcmXL3021以及ADXL1002等產品的狀態監控解決方案完美解決了相關問題，利用這些解決方案客戶可以快速抓住機會讓現有老舊基礎設施走上工業4.0的快車道。

ADcmXL3021模塊是一套完整的振動檢測系統。利用ADI屢獲殊榮的微機電系統傳感器技術MEMS技術，機器健康數據將被轉化為實時的、可操作的監測用以防止工作中斷，將高性能振動檢測與多種信號處理功能結合在一個緊湊的外形中，簡化了基于狀態監測系統的智能傳感器節點的開發過程，提高了安全性和降低成本。

CBM系統是預防性維護的一個重要組成部分，其加速度計的關鍵指標是低噪聲和寬帶寬。ADcmXL3021模塊擁有MEMS加速度計的超低噪聲密度(25 μg/√Hz)可支持出色的分辨率。寬帶寬(直流至10 kHz，平坦度為5%)可以在多個機器平臺上跟蹤關鍵振動特征，通過監控機械疲勞和故障的早期指標來提高生產效率并減少設備維修，適用于各種工業設備和運輸車輛。

除此之外， ADI公司開發的ADXL356 / ADXL357 三軸傳感器系列，同樣適用于CBM應用。它具有非常好的噪音性能和出色的溫度穩定性。盡管它們的帶寬有限為1.5 kHz（諧振頻率= 5.5 kHz），但這些加速度計仍可在低速設備（如風力渦輪機）的狀態監測中提供重要讀數。

與此同時，ADI旗下ADXL100x系列中的單軸傳感器適用于更高帶寬。它們在極低的噪聲水平下提供高達24 kHz（諧振頻率= 45 kHz）的帶寬和高達±100 g的g范圍。由于帶寬高，可以使用該傳感器系列檢測旋轉機器中發生的大多數故障（滑動軸承損壞，不平衡，摩擦，松動，齒輪缺陷，軸承磨損和氣蝕）。

基于狀態監測的現狀與未來

需要指出的是，無論條件監控的類型如何，即使采用最智能的監控概念，都不能100％保證不會出現意外停機、故障或安全等風險，但這些努力足以減少風險的出現。正因為如此，越來越多的基于狀態的監測正在成為工業界的一個關鍵話題，它被視為未來生產設施可持續成功的明確先決條件。

許多工業企業已經認識到CBM作為成功因素的重要性，將其視為未來業務的關鍵。隨著技術的進步，預測性維護方式必將占據主導地位，借助專用工具及軟件，發現問題、準確地預判問題，將會越來越普及。總之，鑒于機器運行時間較長帶來的高產量和收益，現階段對CBM硬件和軟件的投資已然值得。

而具體到傳感器方面，為了能夠廣泛使用傳感器進行狀態監測，有兩個因素非常重要：低成本和小尺寸。在以前經常使用壓電傳感器的地方，如今越來越多地使用基于MEMS的加速度計。它們具有更高的分辨率，出色的漂移和靈敏度特性以及更好的信噪比，并且能夠檢測幾乎低至直流范圍的極低頻振動。

無論是工業4.0、工業互聯網還是中國制造2025，三者的本質都指向一個核心——智能制造。當前，工業4.0的實現形式是基于條件的監控，而精確、實時的機器健康監測可以大大減少停機時間和維護成本。作為業界卓越的半導體公司，ADI MEMS振動傳感器與其精密轉換器、線性、隔離和電源技術相結合，用于為工業4.0應用中的基于條件監測提供高品質機器健康數據，從而最大限度地延長機器的正常運行時間以及最大限度地提高效率，加速實現工業4.0。