盾构机智能维修技术理论研究

曾祥宇 庄岩 景琪

摘要:文章对盾构机智能维修技术理论进行了研究，阐述了盾构机的构成、工作原理，以及盾构机的组成和主要功能，分析了盾构机智能维修技术的需求和发展趋势，包括智能故障诊断、智能检测与监测、智能维护决策及故障预警等功能。针对盾构机的主要功能模块提出了盾构机智能维修技术的总体框架和各组成部分的技术方法，并对盾构机智能维修技术进行了重点研究，包括盾构机故障诊断与预测模型、基于状态的智能检测与监测算法、基于大数据和云计算的盾构机状态监测与预警系统、基于人工智能和物联网的盾构机故障诊断与维修决策系统。

关键词：盾构机;智能维修;技术理论

引言:盾构机是一种集机械、电子、液压、计算机等多学科的综合性高新技术装备，是一种大型地下隧道工程的专用设备。盾构机的出现为隧道施工开辟了新途径，解决了长距离隧道掘进问题。随着我国城市轨道交通建设的快速发展，盾构机作为城市轨道交通施工的重要设备，其使用数量逐年增长，其故障率也随之上升。在盾构机维保方面，我国已有一些城市提出了“无人化”“少人化”的理念，以达到降低人工成本、提高工作效率和减少人员伤亡的目的。然而，在“无人化”、“少人化”的理念下，人工维护模式已经不能满足当前需求，亟需构建以盾构机智能维修为核心的智能运维体系。

一 、盾构机智能维修技术理论及其应用策略

（一）智能监测

在盾构机智能维修过程中，首先应该对盾构机的状态进行全面、准确的监测，在此基础上才能对盾构机出现的故障进行有效诊断。盾构机刀盘主要是由轴承、刀具、刀盘、推力轴承等组成，其中包含了大量的监测传感器，这些传感器通过信号传输设备将信号传输到远程监控中心。在盾构机刀盘运行过程中，这些信号会对盾构机的正常运行产生影响，因此需要对这些信号进行全面监测，以确保盾构机刀盘运行正常[1]。

在智能监测过程中，需要对盾构机状态进行全面、准确的监测，这是实现盾构机刀盘安全运行的基础。通过对盾构机状态进行监测，能够及时发现盾构机在工作过程中出现的问题，并采取有效措施进行处理。在盾构机刀盘状态监测过程中，需要结合以下几个方面内容：

（1）对于盾构机状态监测系统而言，其中包含了大量的传感器与信号采集设备，这些设备的正常运行能够有效保证盾构机刀盘稳定运行。

（2）对于传感器而言，其在监测过程中主要是对传感器自身以及周围环境进行测量与控制。因此在监测过程中需要结合传感器的实际情况进行设计与优化，确保其能够适应盾构机工作环境。

（3）在盾构机状态监测过程中需要对盾构机刀盘所受压力、刀具磨损情况、刀盘温度、管片压力等参数进行实时采集与控制。

（4）对于盾构机状态监测系统而言，其中还包括了大量的计算机网络以及远程监控系统。

（5）在对盾构机状态监测过程中需要对盾构机内部环境进行测量与控制。

（二）故障诊断

（1）故障诊断技术的发展历程和应用现状。盾构机故障诊断技术在早期主要应用于机械故障诊断，随着现代信号分析、人工智能技术、大数据等新一代信息技术的发展，盾构机故障诊断的方法和技术也得到了不断创新和完善。

（2）盾构机故障诊断的特点。盾构机故障诊断技术具有很强的综合性和系统性，主要包括数据采集、信号处理、特征提取、模式识别、模型建立以及故障预测与诊断等，因此，要想实现盾构机故障诊断技术的应用，就必须对其进行系统研究。

盾构机在运行过程中会发生一系列的复杂现象，导致盾构机产生各类不同类型的故障问题，因此，盾构机故障诊断与检测必须要综合考虑各种因素才能达到理想效果。盾构机发生各类故障问题后，工作人员要及时对其进行记录和分析，并将这些数据传输至智能信息处理中心。智能信息处理中心会根据数据采集结果对盾构机所存在的各类故障问题进行分析和判断，并将相应的信息传送至对应的管理系统中，便于相关人员及时掌握和处理[2]。

（3）盾构机故障诊断技术存在的问题和发展趋势。当前，盾构机在运行过程中会产生各种不同类型的故障问题，同时由于盾构机运行环境相对复杂、工作条件恶劣等原因导致盾构机所存在的各类故障问题具有一定的复杂性和多样性。因此，要想有效实现盾构机维修技术的创新和发展，必须要结合盾构机制造工艺、设备运行状态、盾构机结构特点等方面来综合考虑各种因素对盾构机制造工艺所产生的影响。

(三）健康管理

盾构机健康管理是指在对盾构机进行维修时，运用大数据技术对盾构机运行状态进行分析，从而对盾构机的性能进行评价，根据评价结果为盾构机的维修提供依据。通过建立盾构机健康管理模型，可实现对盾构机的全生命周期进行管理，进而实现对盾构机的状态监测和故障预测。为了更好地管理盾构机的健康状态，需将其与其他设备系统相结合，对整个系统进行优化和提升。由于盾构机具有一定的特殊性，所以在对其健康管理时应着重考虑以下问题：（1）在进行健康管理时，要保证盾构机状态监测设备的可靠性。要采用有效的手段和措施保证监测设备能够长期稳定地运行；（2）在进行健康管理时，要建立完善的应急处理机制。在盾构机出现故障时，可根据现场情况制定相应的应急措施；（3）在进行健康管理时，要充分考虑到盾构机的使用寿命。在盾构机使用过程中会产生大量的维修数据，通过对这些数据进行分析可以为盾构机维修提供参考；（4）在进行健康管理时，要注重对盾构机人员技能培训。盾构机人员技能水平高低决定着盾构机能否安全高效地运行。要重视对盾构机人员技能水平的提升，使其掌握一定的盾构知识和技能；（5）在进行健康管理时，要建立完善的监测系统。要确保监测系统能够对盾构机运行状态进行实时监测；（6）在进行健康管理时，要注意对设备信息和人员信息进行采集。要从不同角度采集盾构机相关信息，并对其进行有效分析和处理；（7）在进行健康管理时，要建立完善的评价指标体系。

（四）决策支持

盾构机智能维修决策支持系统可以将盾构机的运行状态进行全面的监测，并对其进行有效的分析，根据其状态提出有效的维修策略，为盾构机提供合理、科学的维修方案，确保盾构机在安全、稳定、可靠的情况下运行。

当前，盾构机智能维修决策支持系统的应用主要包括以下几个方面：第一，基于盾构机运行状态的实时监测，针对其运行过程中出现的异常信息进行分析处理，为其提供合理、科学的维修方案。第二，通过对盾构机运行数据进行分析和处理，获取相关参数以及传感器信息，为盾构机维修提供可靠、准确的数据支撑。第三，通过对数据进行分析和处理，给出最优维修方案。

（五）远程维护

远程维护系统可根据盾构机不同的状态和不同的环境条件，对盾构机的主要部件进行在线监测和诊断，对系统运行状态进行实时监控和记录，并利用相关的远程控制软件对盾构机进行远程控制。在此基础上，远程维护系统可通过短信、邮件等方式对盾构机维修人员进行安全提醒和维护指导，在故障发生时，及时发出报警信号，确保应急处理工作的及时性、有效性[3]。

（1）根据盾构机不同的状态和不同的环境条件，对盾构机进行在线监测和诊断，及时发现故障隐患并采取相应措施。（2）在远程维护系统中利用监控视频、报警信息等方式对盾构机进行远程控制。 

结语：通过对盾构机智能维修技术理论的研究，结合盾构机的组成和工作原理，针对盾构机主要功能模块提出了盾构机智能维修技术的总体框架和各组成部分的技术方法，并对盾构机智能维修技术进行了重点研究，包括盾构机故障诊断与预测模型、基于状态的智能检测与监测算法、基于大数据和云计算的盾构机状态监测与预警系统、基于人工智能和物联网的盾构机故障诊断与维修决策系统，可为我国盾构机智能维修技术的研究和应用提供理论支撑。

参考文献：

[1]唐亚军.盾构机变径改造技术理论研究[J].山东交通科技,2015:75-80.

[2]李芳,毛荐其,郭怡君.基于技术协同演化理论的智能手机技术研究[J].山东工商学院学报,2015:85-90.

[3]李兰友;印志鸿;陆金桂;李娜;张建德.基于TRIZ技术理论的智能手机设计演进研究[J].包装工程,2020:8.