機(jī)械故障診斷的基本原理

1、會(huì)計(jì)學(xué)1機(jī)械故障診斷的基本原理機(jī)械故障診斷的基本原理第1頁(yè)/共93頁(yè)2一、故障特征參量的定義一、故障特征參量的定義對(duì)于某一具體的故障類(lèi)型，我們所關(guān)心的問(wèn)題是：對(duì)于某一具體的故障類(lèi)型，我們所關(guān)心的問(wèn)題是：這種故障通過(guò)哪些這種故障通過(guò)哪些物理量物理量表現(xiàn)出來(lái)；表現(xiàn)出來(lái)；各物理參量與故障間的各物理參量與故障間的關(guān)系強(qiáng)弱關(guān)系強(qiáng)弱情況如何。情況如何。 只有那些與某種故障類(lèi)型之間的只有那些與某種故障類(lèi)型之間的關(guān)系密切關(guān)系密切、對(duì)故障對(duì)故障靈敏可靠靈敏可靠的物理參量才被用于故障的診斷的物理參量才被用于故障的診斷。 在機(jī)械故障診斷學(xué)領(lǐng)域，將這些對(duì)故障靈敏、穩(wěn)在機(jī)械故障診斷學(xué)領(lǐng)域，將這些對(duì)故障靈敏、穩(wěn)定可靠的物

2、理量稱(chēng)為定可靠的物理量稱(chēng)為故障特征參量故障特征參量。第一章第一章 機(jī)械故障診斷的基本原理機(jī)械故障診斷的基本原理 第2頁(yè)/共93頁(yè)312, 12, 12, 12, 故障診斷就是確定故障診斷就是確定F與與 之間的某種之間的某種對(duì)應(yīng)關(guān)系對(duì)應(yīng)關(guān)系f，以便通過(guò)檢測(cè)，以便通過(guò)檢測(cè) 來(lái)判斷故來(lái)判斷故障類(lèi)型障類(lèi)型F是否發(fā)生，或在已知是否發(fā)生，或在已知F 發(fā)生的情況下去查發(fā)生的情況下去查明造成明造成F的原因的原因 等。等。 第二節(jié)第二節(jié) 故障特征參量故障特征參量 故障表現(xiàn)故障表現(xiàn)與與特征參量特征參量和和故障原因故障原因之間存在之間存在如下的對(duì)應(yīng)關(guān)系：如下的對(duì)應(yīng)關(guān)系：12(,)Ff 第3頁(yè)/共93頁(yè)4井下風(fēng)機(jī)軸承

3、故障井下風(fēng)機(jī)軸承故障第4頁(yè)/共93頁(yè)5第二節(jié)第二節(jié) 故障特征參量故障特征參量 第5頁(yè)/共93頁(yè)6三、故障特征參量的選定方法三、故障特征參量的選定方法故障特征參量一般通過(guò)故障特征參量一般通過(guò)理論分析理論分析和和實(shí)驗(yàn)的方實(shí)驗(yàn)的方法法來(lái)確定。來(lái)確定。第二節(jié)第二節(jié) 故障特征參量故障特征參量 不同故障，特征參量不同不同故障，特征參量不同同一故障，當(dāng)環(huán)境發(fā)生變化時(shí)，特征參量也不同同一故障，當(dāng)環(huán)境發(fā)生變化時(shí)，特征參量也不同第6頁(yè)/共93頁(yè)7本節(jié)討論：本節(jié)討論： 邏輯推理邏輯推理 故障樹(shù)分析故障樹(shù)分析第一章第一章 機(jī)械故障診斷的基本原理機(jī)械故障診斷的基本原理 第7頁(yè)/共93頁(yè)8第三節(jié)第三節(jié) 機(jī)械故障診斷的一般

4、思維方法機(jī)械故障診斷的一般思維方法 一、形式邏輯推理一、形式邏輯推理第8頁(yè)/共93頁(yè)91 1原因與結(jié)果原因與結(jié)果 引起某現(xiàn)象產(chǎn)生的現(xiàn)象叫做原因，由另一引起某現(xiàn)象產(chǎn)生的現(xiàn)象叫做原因，由另一現(xiàn)象引起的現(xiàn)象叫結(jié)果?，F(xiàn)象引起的現(xiàn)象叫結(jié)果。2 2因果關(guān)系的特性因果關(guān)系的特性(1)(1)因果關(guān)系的相對(duì)性因果關(guān)系的相對(duì)性 (2)(2)因果關(guān)系的確定性因果關(guān)系的確定性(3)(3)因果關(guān)系的普遍性因果關(guān)系的普遍性第三節(jié)第三節(jié) 機(jī)械故障診斷的一般思維方法機(jī)械故障診斷的一般思維方法 幾個(gè)邏輯的概念幾個(gè)邏輯的概念第9頁(yè)/共93頁(yè)10第10頁(yè)/共93頁(yè)11場(chǎng)合場(chǎng)合 先行（或后行）情況先行（或后行）情況 被研究現(xiàn)象被研究

5、現(xiàn)象123ABCaADEaAFGa、 、 、 、結(jié)論：情況A是現(xiàn)象a的原因（結(jié)果）結(jié)論：情況A是現(xiàn)象a的原因（結(jié)果）第三節(jié)第三節(jié) 機(jī)械故障診斷的一般思維方法機(jī)械故障診斷的一般思維方法 第11頁(yè)/共93頁(yè)12場(chǎng)合場(chǎng)合 先行（或后行）情況先行（或后行）情況 被研究現(xiàn)象被研究現(xiàn)象(2)(2)差異法差異法( (求異法求異法) ) 在故障分析時(shí)，形成上述在故障分析時(shí)，形成上述差異差異場(chǎng)合的方法有場(chǎng)合的方法有輪流輪流切換法切換法和和換件比較法換件比較法。 12ABCaBC、 、-、 、結(jié)論：情況A是現(xiàn)象a的原因（結(jié)果）結(jié)論：情況A是現(xiàn)象a的原因（結(jié)果）第三節(jié)第三節(jié) 機(jī)械故障診斷的一般思維方法機(jī)械故障診斷的

6、一般思維方法 第12頁(yè)/共93頁(yè)13輪流切換法：輪流切換法： 場(chǎng)合場(chǎng)合 先行（或后行）情況先行（或后行）情況 被研究現(xiàn)象被研究現(xiàn)象1234ABCaACaABaBC、 、-、 、-、 、結(jié)論：情況A是現(xiàn)象a的原因（結(jié)果）結(jié)論：情況A是現(xiàn)象a的原因（結(jié)果）第三節(jié)第三節(jié) 機(jī)械故障診斷的一般思維方法機(jī)械故障診斷的一般思維方法 第13頁(yè)/共93頁(yè)14換件比較法：換件比較法： 分析故障時(shí)，如果懷疑某一零件或部分析故障時(shí)，如果懷疑某一零件或部件是機(jī)器故障的起因，則使用完好件替換件是機(jī)器故障的起因，則使用完好件替換，并觀察換件前后機(jī)器狀態(tài)的變化，以此，并觀察換件前后機(jī)器狀態(tài)的變化，以此斷定原零件是否是故障原因

7、之所在。斷定原零件是否是故障原因之所在。第三節(jié)第三節(jié) 機(jī)械故障診斷的一般思維方法機(jī)械故障診斷的一般思維方法 第14頁(yè)/共93頁(yè)15場(chǎng)合場(chǎng)合 先行（或后行）情況先行（或后行）情況 被研究現(xiàn)象被研究現(xiàn)象123ABCDaAEFGaACDFa、 、 、 、 、 、正事例組、結(jié)論：情況A是現(xiàn)象a的原因（結(jié)果）結(jié)論：情況A是現(xiàn)象a的原因（結(jié)果）第三節(jié)第三節(jié) 機(jī)械故障診斷的一般思維方法機(jī)械故障診斷的一般思維方法 第15頁(yè)/共93頁(yè)16場(chǎng)合場(chǎng)合 先行（或后行）情況先行（或后行）情況 被研究現(xiàn)象被研究現(xiàn)象第三節(jié)第三節(jié) 機(jī)械故障診斷的一般思維方法機(jī)械故障診斷的一般思維方法 123BCDDEFCDF、 、 、負(fù)、

8、、 、事、 、 、例組結(jié)論：情況A是現(xiàn)象a的原因（結(jié)果）結(jié)論：情況A是現(xiàn)象a的原因（結(jié)果）正負(fù)兩組事例的組成場(chǎng)合越多，結(jié)論越可靠負(fù)事例組的各個(gè)場(chǎng)合應(yīng)選擇與正事例組場(chǎng)合較好相似的來(lái)比較，因?yàn)樨?fù)事例的場(chǎng)合是無(wú)限多的第16頁(yè)/共93頁(yè)17場(chǎng)合場(chǎng)合 先行（或后行）情況先行（或后行）情況 被研究現(xiàn)象被研究現(xiàn)象112233123ABCDaACDaABDa、 、 、-、 、 、-、結(jié)論：情況A是現(xiàn)象a的原因（結(jié)果）結(jié)論：情況A是現(xiàn)象a的原因（結(jié)果）第三節(jié)第三節(jié) 機(jī)械故障診斷的一般思維方法機(jī)械故障診斷的一般思維方法 第17頁(yè)/共93頁(yè)18已知：現(xiàn)象已知：現(xiàn)象a是情況是情況A作用的結(jié)果作用的結(jié)果 現(xiàn)象現(xiàn)象b是情

9、況是情況B作用的結(jié)果作用的結(jié)果 現(xiàn)象現(xiàn)象c是情況是情況C作用的結(jié)果作用的結(jié)果結(jié)論：現(xiàn)象結(jié)論：現(xiàn)象d是情況是情況D作用的結(jié)果作用的結(jié)果第三節(jié)第三節(jié) 機(jī)械故障診斷的一般思維方法機(jī)械故障診斷的一般思維方法 由由a、b、c、d構(gòu)成的復(fù)合的被研究現(xiàn)象是構(gòu)成的復(fù)合的被研究現(xiàn)象是復(fù)合的情況復(fù)合的情況A、B、C、D作用的結(jié)果。作用的結(jié)果。第18頁(yè)/共93頁(yè)19必須確認(rèn)復(fù)雜現(xiàn)象的一部分必須確認(rèn)復(fù)雜現(xiàn)象的一部分(a(a、b b、c)c)是某些情是某些情況況(A(A、B B、C)C)引起的，而剩余部分引起的，而剩余部分(d)(d)不可能是這些不可能是這些情況情況(A(A、B B、C)C)引起的；引起的；在應(yīng)用剩余法

10、進(jìn)行推斷時(shí)，有以下兩點(diǎn)需提請(qǐng)注意：在應(yīng)用剩余法進(jìn)行推斷時(shí)，有以下兩點(diǎn)需提請(qǐng)注意： 復(fù)雜現(xiàn)象剩余部分的原因復(fù)雜現(xiàn)象剩余部分的原因(D)(D)，不一定是個(gè)單，不一定是個(gè)單一的情況，還可能是個(gè)復(fù)雜的情況。實(shí)際上多層次一的情況，還可能是個(gè)復(fù)雜的情況。實(shí)際上多層次、多原因的復(fù)雜、多原因的復(fù)雜故障樹(shù)故障樹(shù)正是描述這種邏輯關(guān)系的。正是描述這種邏輯關(guān)系的。第三節(jié)第三節(jié) 機(jī)械故障診斷的一般思維方法機(jī)械故障診斷的一般思維方法 第19頁(yè)/共93頁(yè)20 故障樹(shù)分析法的作用故障樹(shù)分析法的作用：是對(duì)復(fù)雜的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)設(shè)計(jì)：是對(duì)復(fù)雜的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、工廠試驗(yàn)或現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)故障形式進(jìn)行可靠性分析的、工廠試驗(yàn)或現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)故障形式進(jìn)行可靠性

11、分析的工具，其目的是工具，其目的是要判明基本故障、確定故障的原因要判明基本故障、確定故障的原因、影響和發(fā)生概率、影響和發(fā)生概率。 第三節(jié)第三節(jié) 機(jī)械故障診斷的一般思維方法機(jī)械故障診斷的一般思維方法 第20頁(yè)/共93頁(yè)21故障樹(shù)分析法的過(guò)程：故障樹(shù)分析法的過(guò)程： 第三節(jié)第三節(jié) 機(jī)械故障診斷的一般思維方法機(jī)械故障診斷的一般思維方法 把所研究系統(tǒng)的把所研究系統(tǒng)的最不希望發(fā)生的故障狀態(tài)最不希望發(fā)生的故障狀態(tài)作為故作為故障分析的障分析的目標(biāo)目標(biāo)，然后找到直接，然后找到直接導(dǎo)致導(dǎo)致這一故障發(fā)生的這一故障發(fā)生的全部因素全部因素，再找出，再找出造成造成這些全部因素中的每一個(gè)因這些全部因素中的每一個(gè)因素發(fā)生的素

12、發(fā)生的全部直接因素全部直接因素，一直追查到那些，一直追查到那些原始的原始的，其故障機(jī)理或概率分布都已知的，無(wú)需再深入研究其故障機(jī)理或概率分布都已知的，無(wú)需再深入研究的因素為止。的因素為止。第21頁(yè)/共93頁(yè)22第三節(jié)第三節(jié) 機(jī)械故障診斷的一般思維方法機(jī)械故障診斷的一般思維方法 描述系統(tǒng)狀態(tài)、部件狀態(tài)的變化過(guò)程就叫做描述系統(tǒng)狀態(tài)、部件狀態(tài)的變化過(guò)程就叫做事件事件。 如果系統(tǒng)或元件按規(guī)定要求如果系統(tǒng)或元件按規(guī)定要求( (規(guī)定的條件規(guī)定的條件和時(shí)間和時(shí)間) )完成其功能則稱(chēng)為完成其功能則稱(chēng)為正常事件正常事件； 如果系統(tǒng)或元件不能夠按規(guī)定要求完成指如果系統(tǒng)或元件不能夠按規(guī)定要求完成指定的功能，或者其功

13、能完成不準(zhǔn)確，則稱(chēng)作定的功能，或者其功能完成不準(zhǔn)確，則稱(chēng)作故障事件故障事件。 通常引起故障事件的原因有：通常引起故障事件的原因有：硬件失效，硬件失效，軟件錯(cuò)誤，環(huán)境條件影響以及人為因素軟件錯(cuò)誤，環(huán)境條件影響以及人為因素等。等。第22頁(yè)/共93頁(yè)23第三節(jié)第三節(jié) 機(jī)械故障診斷的一般思維方法機(jī)械故障診斷的一般思維方法 第23頁(yè)/共93頁(yè)24第24頁(yè)/共93頁(yè)25第三節(jié)第三節(jié) 機(jī)械故障診斷的一般思維方法機(jī)械故障診斷的一般思維方法 第25頁(yè)/共93頁(yè)262 2故障樹(shù)分析法的特點(diǎn)故障樹(shù)分析法的特點(diǎn)(1)(1)直觀、形象直觀、形象 (2)(2)靈活、多用途靈活、多用途 (3)(3)多目標(biāo)、可計(jì)算多目標(biāo)、可

14、計(jì)算 缺點(diǎn)缺點(diǎn)： 理論性較強(qiáng)，邏輯性較嚴(yán)密，因此要求分析人理論性較強(qiáng)，邏輯性較嚴(yán)密，因此要求分析人員對(duì)所研究的對(duì)象員對(duì)所研究的對(duì)象( (系統(tǒng)或設(shè)備系統(tǒng)或設(shè)備) )必須有透徹的了必須有透徹的了解，還應(yīng)具有比較豐富的設(shè)計(jì)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。解，還應(yīng)具有比較豐富的設(shè)計(jì)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：第三節(jié)第三節(jié) 機(jī)械故障診斷的一般思維方法機(jī)械故障診斷的一般思維方法 第26頁(yè)/共93頁(yè)27(1)(1)對(duì)所選定的系統(tǒng)對(duì)所選定的系統(tǒng)( (或設(shè)備或設(shè)備) )進(jìn)行必要的預(yù)分析進(jìn)行必要的預(yù)分析 (2)(2)對(duì)系統(tǒng)的故障進(jìn)行定義對(duì)系統(tǒng)的故障進(jìn)行定義 (3)(3)仔細(xì)分析形成各種故障的原因仔細(xì)分析形成各種故障的原因 (4)(4)收

15、集各種故障發(fā)生概率的數(shù)據(jù)收集各種故障發(fā)生概率的數(shù)據(jù) (5)(5)選定系統(tǒng)可能發(fā)生的最不希望發(fā)生的故障狀態(tài)選定系統(tǒng)可能發(fā)生的最不希望發(fā)生的故障狀態(tài)( (事件事件) )作為頂事件，作出故障樹(shù)邏輯圖作為頂事件，作出故障樹(shù)邏輯圖(6)(6)對(duì)故障樹(shù)結(jié)構(gòu)作定性分析對(duì)故障樹(shù)結(jié)構(gòu)作定性分析 (7)(7)對(duì)故障樹(shù)結(jié)構(gòu)作定量分析對(duì)故障樹(shù)結(jié)構(gòu)作定量分析 第三節(jié)第三節(jié) 機(jī)械故障診斷的一般思維方法機(jī)械故障診斷的一般思維方法 第27頁(yè)/共93頁(yè)28第三節(jié)第三節(jié) 機(jī)械故障診斷的一般思維方法機(jī)械故障診斷的一般思維方法 第28頁(yè)/共93頁(yè)294 4故障樹(shù)分析法中采用的符號(hào)故障樹(shù)分析法中采用的符號(hào)分類(lèi)符 號(hào)含 義故障事件符號(hào)頂

16、事件中間事件基本事件未探明事件條件事件開(kāi)關(guān)事件第29頁(yè)/共93頁(yè)30 分類(lèi)符 號(hào)含 義邏輯門(mén)符號(hào)與門(mén)或門(mén)非門(mén) Z Z Z x x x x x x x 1 2 n 1 2 nniixZ1niixZ1xZ 第30頁(yè)/共93頁(yè)31建立故障樹(shù)的主要步驟：建立故障樹(shù)的主要步驟： (1)(1)確定頂事件確定頂事件 要有明確的定義；要有明確的定義； 要能進(jìn)行分解，要能進(jìn)行分解，要能度量以便于定量分析。要能度量以便于定量分析。(2)(2)建立邊界條件，簡(jiǎn)化建樹(shù)工作建立邊界條件，簡(jiǎn)化建樹(shù)工作 故障樹(shù)的邊界條件應(yīng)包括：故障樹(shù)的邊界條件應(yīng)包括： 初始狀態(tài)初始狀態(tài) 不容許事件不容許事件 不可能事件不可能事件 必然事件

17、必然事件 事件概率事件概率 (3)(3)構(gòu)建故障樹(shù)構(gòu)建故障樹(shù) 第三節(jié)第三節(jié) 機(jī)械故障診斷的一般思維方法機(jī)械故障診斷的一般思維方法 第31頁(yè)/共93頁(yè)32第三節(jié)第三節(jié) 機(jī)械故障診斷的一般思維方法機(jī)械故障診斷的一般思維方法 油泵驅(qū)動(dòng)電路油泵驅(qū)動(dòng)電路E 蓄電池蓄電池 K1 手動(dòng)開(kāi)關(guān)手動(dòng)開(kāi)關(guān) K2 電磁開(kāi)關(guān)電磁開(kāi)關(guān) M 電動(dòng)機(jī)（電動(dòng)機(jī)（24V） P 油泵油泵如圖所示油泵驅(qū)動(dòng)電路，系統(tǒng)故障為不供油。已知：電動(dòng)機(jī)故障率0.001，油泵故障率為0。第32頁(yè)/共93頁(yè)33 油泵驅(qū)動(dòng)電路的故障樹(shù)油泵驅(qū)動(dòng)電路的故障樹(shù) 第三節(jié)第三節(jié) 機(jī)械故障診斷的一般思維方法機(jī)械故障診斷的一般思維方法 第33頁(yè)/共93頁(yè)34建立故

18、障樹(shù)時(shí)必須注意：建立故障樹(shù)時(shí)必須注意： 故障定義必須明確，避免多義性故障定義必須明確，避免多義性 注意系統(tǒng)中事件的邏輯關(guān)系注意系統(tǒng)中事件的邏輯關(guān)系 應(yīng)首先考慮主要的、可能性大的以及關(guān)鍵性的應(yīng)首先考慮主要的、可能性大的以及關(guān)鍵性的故障事件故障事件 嚴(yán)格區(qū)分小概率事件與小部件故障事件的概念嚴(yán)格區(qū)分小概率事件與小部件故障事件的概念 建樹(shù)時(shí)切忌避免建樹(shù)時(shí)切忌避免“門(mén)與門(mén)門(mén)與門(mén)”直接相連直接相連 第三節(jié)第三節(jié) 機(jī)械故障診斷的一般思維方法機(jī)械故障診斷的一般思維方法 第34頁(yè)/共93頁(yè)35 考慮一個(gè)由考慮一個(gè)由N個(gè)部件組成的系統(tǒng)，將系統(tǒng)失效稱(chēng)個(gè)部件組成的系統(tǒng)，將系統(tǒng)失效稱(chēng)為故障樹(shù)的頂事件，記作為故障樹(shù)的頂事

19、件，記作T，系統(tǒng)中各部件失效則，系統(tǒng)中各部件失效則稱(chēng)為底事件。假設(shè)系統(tǒng)和部件均只有失效和正常兩稱(chēng)為底事件。假設(shè)系統(tǒng)和部件均只有失效和正常兩種狀態(tài)，則底事件可以定義如下：種狀態(tài)，則底事件可以定義如下： 11,2,0iixini， 當(dāng)?shù)?個(gè)底事件發(fā)生時(shí)（故障），當(dāng)?shù)?個(gè)底事件不發(fā)生時(shí)（正常)第三節(jié)第三節(jié) 機(jī)械故障診斷的一般思維方法機(jī)械故障診斷的一般思維方法 第35頁(yè)/共93頁(yè)3612(,)nx xx1,( )0 x當(dāng)頂事件發(fā)生時(shí)，當(dāng)頂事件不發(fā)生時(shí)( )x定義為故障樹(shù)的定義為故障樹(shù)的結(jié)構(gòu)函數(shù)結(jié)構(gòu)函數(shù) 同時(shí)同時(shí) 第三節(jié)第三節(jié) 機(jī)械故障診斷的一般思維方法機(jī)械故障診斷的一般思維方法 系統(tǒng)頂事件的狀態(tài)如用系

20、統(tǒng)頂事件的狀態(tài)如用來(lái)表示，則來(lái)表示，則必然必然是底事件狀態(tài)是底事件狀態(tài) 的函數(shù)的函數(shù)(1,2, )ix in第36頁(yè)/共93頁(yè)37“與門(mén)與門(mén)”故障樹(shù)故障樹(shù)“或門(mén)或門(mén)”故障樹(shù)故障樹(shù)1( )niixx1( )niixx11( )1(1)nniiiixxx 第37頁(yè)/共93頁(yè)38 xTxx1)(“非門(mén)非門(mén)”故障樹(shù)故障樹(shù)第38頁(yè)/共93頁(yè)39第39頁(yè)/共93頁(yè)40邏輯關(guān)系表達(dá)式含義其它表示方法邏輯非沒(méi)有 ，邏輯與 與邏輯或 或 或兩者蘊(yùn)涵有 必有同一 同有同無(wú)1x21xx21xx 21xx 21xx 1x1x2x1x2x2x1x21,xx1cx1x21xx 21xx 21xx 21xx 212121,

21、xxxxxx212121xxxxxx兩個(gè)變量的基本邏輯關(guān)系第40頁(yè)/共93頁(yè)41 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 11x2x21xx 21xx 21xx21xx 1x2x第41頁(yè)/共93頁(yè)42 1 1 1 1 0 0 0 0 1 0 1 121xx 蘊(yùn)涵蘊(yùn)涵第42頁(yè)/共93頁(yè)43第43頁(yè)/共93頁(yè)44 常用的故障樹(shù)化簡(jiǎn)方法有：常用的故障樹(shù)化簡(jiǎn)方法有：修剪法修剪法、模塊法、模塊法、卡諾圖法和計(jì)算機(jī)輔助化簡(jiǎn)法卡諾圖法和計(jì)算機(jī)輔助化簡(jiǎn)法等。等。 7 7故障樹(shù)化簡(jiǎn)故障樹(shù)化簡(jiǎn) 第三節(jié)第三節(jié) 機(jī)械故障診斷的一般思維

22、方法機(jī)械故障診斷的一般思維方法 A+A=AA*A=A第44頁(yè)/共93頁(yè)45第三節(jié)第三節(jié) 機(jī)械故障診斷的一般思維方法機(jī)械故障診斷的一般思維方法 A+A*B=A第45頁(yè)/共93頁(yè)46第46頁(yè)/共93頁(yè)47第三節(jié)第三節(jié) 機(jī)械故障診斷的一般思維方法機(jī)械故障診斷的一般思維方法 3134113411321)()(xxxxxxxxxxxxxT吸收率第47頁(yè)/共93頁(yè)48第三節(jié)第三節(jié) 機(jī)械故障診斷的一般思維方法機(jī)械故障診斷的一般思維方法 1451143121)()(xxxxxxxxxxT吸收率第48頁(yè)/共93頁(yè)49212121212121)()(xxxxxxxxxxAAT第49頁(yè)/共93頁(yè)50第三節(jié)第三節(jié) 機(jī)

23、械故障診斷的一般思維方法機(jī)械故障診斷的一般思維方法 第50頁(yè)/共93頁(yè)51 故障樹(shù)的某幾個(gè)底事件組成一個(gè)集合，故障樹(shù)的某幾個(gè)底事件組成一個(gè)集合，如果集合內(nèi)的幾個(gè)底事件同時(shí)發(fā)生時(shí)，將如果集合內(nèi)的幾個(gè)底事件同時(shí)發(fā)生時(shí)，將引起頂事件引起頂事件( (系統(tǒng)故障系統(tǒng)故障) )的發(fā)生，則這個(gè)集的發(fā)生，則這個(gè)集合就稱(chēng)為合就稱(chēng)為割集割集。 (1) (1) 割集與最小割集割集與最小割集最小割集最小割集：指滿足這樣條件的割集，如果將：指滿足這樣條件的割集，如果將某一割集中的底事件某一割集中的底事件任意去掉一個(gè)任意去掉一個(gè)就不再是就不再是割集，則這個(gè)割集就被稱(chēng)為最小割集。割集，則這個(gè)割集就被稱(chēng)為最小割集。 第三節(jié)第三

24、節(jié) 機(jī)械故障診斷的一般思維方法機(jī)械故障診斷的一般思維方法 第51頁(yè)/共93頁(yè)52(2) (2) 最小割集算法最小割集算法 上行法上行法 又稱(chēng)塞邁特里斯又稱(chēng)塞邁特里斯(Semanderes)算算法法 下行法下行法 又稱(chēng)富塞爾又稱(chēng)富塞爾( (Fussell) )算法算法 第三節(jié)第三節(jié) 機(jī)械故障診斷的一般思維方法機(jī)械故障診斷的一般思維方法 第52頁(yè)/共93頁(yè)53 上行法上行法1( )niixx1( )niixx 對(duì)給定的故障樹(shù)，從最下一級(jí)中間事件開(kāi)始，分對(duì)給定的故障樹(shù)，從最下一級(jí)中間事件開(kāi)始，分別應(yīng)用下面兩個(gè)公式順次往上進(jìn)行計(jì)算，直至頂事別應(yīng)用下面兩個(gè)公式順次往上進(jìn)行計(jì)算，直至頂事件為止。件為止。

25、第三節(jié)第三節(jié) 機(jī)械故障診斷的一般思維方法機(jī)械故障診斷的一般思維方法 第53頁(yè)/共93頁(yè)54第三節(jié)第三節(jié) 機(jī)械故障診斷的一般思維方法機(jī)械故障診斷的一般思維方法 dcbGGGT 第54頁(yè)/共93頁(yè)55第三節(jié)第三節(jié) 機(jī)械故障診斷的一般思維方法機(jī)械故障診斷的一般思維方法 434241314342413142141413424141433423241314143321)()()()(xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxGGGTdcb432431)()(xxxxxxT4個(gè)最小割集：x1x3，x1x4，x2x4，x3x4第55頁(yè)/共93頁(yè)56432

26、431)()(xxxxxxT第56頁(yè)/共93頁(yè)57 下行法下行法 第三節(jié)第三節(jié) 機(jī)械故障診斷的一般思維方法機(jī)械故障診斷的一般思維方法 根據(jù)故障樹(shù)中的邏輯根據(jù)故障樹(shù)中的邏輯或門(mén)會(huì)增加割集或門(mén)會(huì)增加割集的數(shù)目的數(shù)目，邏輯，邏輯與門(mén)會(huì)增大割集容量與門(mén)會(huì)增大割集容量的性質(zhì)的性質(zhì)，從故障樹(shù)的頂事件開(kāi)始，由上到下，順，從故障樹(shù)的頂事件開(kāi)始，由上到下，順次把上一級(jí)事件置換為下一級(jí)事件，遇到次把上一級(jí)事件置換為下一級(jí)事件，遇到與門(mén)與門(mén)將輸入將輸入橫向并列寫(xiě)出橫向并列寫(xiě)出，遇到，遇到或門(mén)或門(mén)則將則將輸入事件輸入事件豎向串列豎向串列寫(xiě)出，直至把全部邏輯寫(xiě)出，直至把全部邏輯門(mén)都置換為底事件為止，由此可得該故障門(mén)都置

27、換為底事件為止，由此可得該故障樹(shù)的全部割集。樹(shù)的全部割集。第57頁(yè)/共93頁(yè)58x1dx4ex1x3x1x4x4x2x4x3或門(mén)或門(mén)與門(mén)運(yùn)用下行法前需對(duì)故障樹(shù)進(jìn)行布爾運(yùn)算簡(jiǎn)化運(yùn)用下行法前需對(duì)故障樹(shù)進(jìn)行布爾運(yùn)算簡(jiǎn)化第58頁(yè)/共93頁(yè)59第三節(jié)第三節(jié) 機(jī)械故障診斷的一般思維方法機(jī)械故障診斷的一般思維方法 第59頁(yè)/共93頁(yè)60第三節(jié)第三節(jié) 機(jī)械故障診斷的一般思維方法機(jī)械故障診斷的一般思維方法 (1) (1) 概率計(jì)算的基本公式概率計(jì)算的基本公式 設(shè)事件設(shè)事件x1、x2、xn的發(fā)生概率分別為的發(fā)生概率分別為P1、P2、Pn 。和的概率和的概率當(dāng)當(dāng)x1、x2、xn為相互獨(dú)立的事件時(shí)，有為相互獨(dú)立的事件

28、時(shí)，有 11()nniiiiPxP積的概率積的概率或門(mén)與門(mén)第60頁(yè)/共93頁(yè)61當(dāng)當(dāng)x1、x2、xn為相斥事件時(shí)，有為相斥事件時(shí)，有 積的概率積的概率和的概率和的概率11()nniiiiPxP1()0niiPx第三節(jié)第三節(jié) 機(jī)械故障診斷的一般思維方法機(jī)械故障診斷的一般思維方法 第61頁(yè)/共93頁(yè)62當(dāng)當(dāng)x1、x2、xn為相容事件時(shí)，有為相容事件時(shí)，有 1121123()( )()()( 1)()nnnnniijkijkniiijij kPxP xP x xP x x xP x xx 和的概率：和的概率：1213121211()() (/) (/)(/)ninniPxP x P xx P xx

29、xP xx xx積的概率積的概率第62頁(yè)/共93頁(yè)63 實(shí)際計(jì)算時(shí)實(shí)際計(jì)算時(shí)，當(dāng)，當(dāng)Pi0.1,i=1,2, ,n時(shí)，相時(shí)，相容事件近似于獨(dú)立事件；當(dāng)容事件近似于獨(dú)立事件；當(dāng)Pi0.01,i=1,2, ,n時(shí)，相容事件近似于相斥事件。時(shí)，相容事件近似于相斥事件。 第三節(jié)第三節(jié) 機(jī)械故障診斷的一般思維方法機(jī)械故障診斷的一般思維方法 11()nniiiiPxP11()nniiiiPxP第63頁(yè)/共93頁(yè)64注意注意: :在應(yīng)用上述公式計(jì)算系統(tǒng)故障的概率時(shí)，在應(yīng)用上述公式計(jì)算系統(tǒng)故障的概率時(shí)，當(dāng)故當(dāng)故障樹(shù)中包含兩個(gè)以上同一底事件時(shí)，則必須應(yīng)用邏障樹(shù)中包含兩個(gè)以上同一底事件時(shí)，則必須應(yīng)用邏輯代數(shù)整理簡(jiǎn)

30、化后，才能使用以上概率計(jì)算公式，輯代數(shù)整理簡(jiǎn)化后，才能使用以上概率計(jì)算公式，否則會(huì)得出錯(cuò)誤的結(jié)論。否則會(huì)得出錯(cuò)誤的結(jié)論。因此，在計(jì)算概率之前，因此，在計(jì)算概率之前，必須將故障樹(shù)化為結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)，即與必須將故障樹(shù)化為結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)，即與最小割集最小割集對(duì)應(yīng)。對(duì)應(yīng)。 第三節(jié)第三節(jié) 機(jī)械故障診斷的一般思維方法機(jī)械故障診斷的一般思維方法 先簡(jiǎn)化故障樹(shù)第64頁(yè)/共93頁(yè)65(2) (2) 頂事件的發(fā)生概率頂事件的發(fā)生概率 該算法的基本思路是：該算法的基本思路是：將故障樹(shù)的結(jié)構(gòu)函數(shù)表示將故障樹(shù)的結(jié)構(gòu)函數(shù)表示成最小割集和的形式成最小割集和的形式，然后應(yīng)用概率計(jì)算的基本公，然后應(yīng)用概率計(jì)算的基本公式求出系統(tǒng)故障發(fā)生的概

31、率。即將系統(tǒng)的最小割集式求出系統(tǒng)故障發(fā)生的概率。即將系統(tǒng)的最小割集結(jié)構(gòu)函數(shù)表達(dá)為結(jié)構(gòu)函數(shù)表達(dá)為 1( )( )kiixMx( )jiijxMM xx 要求系統(tǒng)頂事件發(fā)生的概率，就是求使要求系統(tǒng)頂事件發(fā)生的概率，就是求使 的概率。的概率。 ( )1x第三節(jié)第三節(jié) 機(jī)械故障診斷的一般思維方法機(jī)械故障診斷的一般思維方法 )1)()(1kiixMPPg最小割集數(shù)某一最小割集第65頁(yè)/共93頁(yè)66例例1 1 對(duì)于由二個(gè)單元組對(duì)于由二個(gè)單元組成的并聯(lián)系統(tǒng)假設(shè)相互獨(dú)成的并聯(lián)系統(tǒng)假設(shè)相互獨(dú)立，其故障樹(shù)如右圖所示立，其故障樹(shù)如右圖所示，求頂事件的發(fā)生的概率，求頂事件的發(fā)生的概率。 并聯(lián)系統(tǒng)故障樹(shù)并聯(lián)系統(tǒng)故障樹(shù)

32、第三節(jié)第三節(jié) 機(jī)械故障診斷的一般思維方法機(jī)械故障診斷的一般思維方法 21)(PPPg第66頁(yè)/共93頁(yè)67例例2 2 對(duì)于由二個(gè)單元組成的串對(duì)于由二個(gè)單元組成的串聯(lián)系統(tǒng)，其故障樹(shù)如右圖所示，聯(lián)系統(tǒng)，其故障樹(shù)如右圖所示，求頂事件的發(fā)生的概率。求頂事件的發(fā)生的概率。 串聯(lián)系統(tǒng)故障樹(shù)串聯(lián)系統(tǒng)故障樹(shù) 第三節(jié)第三節(jié) 機(jī)械故障診斷的一般思維方法機(jī)械故障診斷的一般思維方法 21)(PPPg第67頁(yè)/共93頁(yè)68第68頁(yè)/共93頁(yè)6943424131xxxxxxxxT00125. 003. 002. 003. 0005. 003. 001. 002. 001. 0) 1)()(434241311PPPPPPP

33、PxMPPgkii第69頁(yè)/共93頁(yè)70 計(jì)算如下圖所示的超壓保護(hù)系統(tǒng)計(jì)算如下圖所示的超壓保護(hù)系統(tǒng)故障樹(shù)的頂事件發(fā)生概率。故障樹(shù)的頂事件發(fā)生概率。 超壓保護(hù)系統(tǒng)的簡(jiǎn)化故障樹(shù)超壓保護(hù)系統(tǒng)的簡(jiǎn)化故障樹(shù) 第三節(jié)第三節(jié) 機(jī)械故障診斷的一般思維方法機(jī)械故障診斷的一般思維方法 第70頁(yè)/共93頁(yè)71 為了比較它們?cè)诠收蠘?shù)中的重要程度，在故障樹(shù)為了比較它們?cè)诠收蠘?shù)中的重要程度，在故障樹(shù)的定量分析中常作的定量分析中常作結(jié)構(gòu)重要度、概率重要度和關(guān)鍵結(jié)構(gòu)重要度、概率重要度和關(guān)鍵重要度重要度等計(jì)算。等計(jì)算。 第三節(jié)第三節(jié) 機(jī)械故障診斷的一般思維方法機(jī)械故障診斷的一般思維方法 第71頁(yè)/共93頁(yè)72 由于底事件由于底

34、事件 的狀態(tài)為的狀態(tài)為0或或l，當(dāng)當(dāng)xi處于某一狀態(tài)時(shí)，其余處于某一狀態(tài)時(shí)，其余n1個(gè)底事件組合之個(gè)底事件組合之系統(tǒng)狀態(tài)數(shù)為系統(tǒng)狀態(tài)數(shù)為2n-l。因此、第。因此、第i i個(gè)底事件個(gè)底事件xi的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)重要度定義為重要度定義為(1,2, )ix in第三節(jié)第三節(jié) 機(jī)械故障診斷的一般思維方法機(jī)械故障診斷的一般思維方法 )0()1 (21)(1xxiIiin第72頁(yè)/共93頁(yè)73式中式中 第三節(jié)第三節(jié) 機(jī)械故障診斷的一般思維方法機(jī)械故障診斷的一般思維方法 )0()1 (21)(1xxiIiin (1ix)表示底事件xi和頂事件同時(shí)發(fā)生的狀態(tài)組合數(shù)目，(0ix)表示底事件xi不發(fā)生而頂事件發(fā)生的狀態(tài)

35、組合數(shù)目， 兩者相減則代表了底事件xi 發(fā)生則頂事件發(fā)生、且底事件xi不發(fā)生頂事件也不發(fā)生(其他底事件不變)的情況。第73頁(yè)/共93頁(yè)74 xi 發(fā)生發(fā)生 頂事件發(fā)生頂事件發(fā)生 xi 不發(fā)生不發(fā)生 頂事件發(fā)生頂事件發(fā)生 xi 不發(fā)生不發(fā)生 頂事件不發(fā)生頂事件不發(fā)生 第三節(jié)第三節(jié) 機(jī)械故障診斷的一般思維方法機(jī)械故障診斷的一般思維方法 其它底事件不變第74頁(yè)/共93頁(yè)75例：試計(jì)算如圖所例：試計(jì)算如圖所示故障樹(shù)各底事件示故障樹(shù)各底事件的結(jié)構(gòu)重要度。的結(jié)構(gòu)重要度。 故障樹(shù)各底事件的結(jié)構(gòu)故障樹(shù)各底事件的結(jié)構(gòu) 第三節(jié)第三節(jié) 機(jī)械故障診斷的一般思維方法機(jī)械故障診斷的一般思維方法 432431)()(xxx

36、xxxT第75頁(yè)/共93頁(yè)76432431)()(xxxxxxT第76頁(yè)/共93頁(yè)773)0(6)1 (11xx第77頁(yè)/共93頁(yè)7883) 36(81 )0()1 (21) 1 (1114xxI底事件1的結(jié)構(gòu)重要度為：同理第78頁(yè)/共93頁(yè)79第三節(jié)第三節(jié) 機(jī)械故障診斷的一般思維方法機(jī)械故障診斷的一般思維方法 式中式中 頂事件發(fā)生的概率，頂事件發(fā)生的概率， Pi 底事件底事件xi發(fā)生的概率。發(fā)生的概率。 igPPgiI)()()(Pg第79頁(yè)/共93頁(yè)80在故障樹(shù)為在故障樹(shù)為“與門(mén)與門(mén)”與與“或門(mén)或門(mén)”相結(jié)合的一般情況相結(jié)合的一般情況時(shí)，則有：時(shí)，則有：式中式中 底事件發(fā)生時(shí)頂事件發(fā)生的概率

37、；底事件發(fā)生時(shí)頂事件發(fā)生的概率； (1, )igP第三節(jié)第三節(jié) 機(jī)械故障診斷的一般思維方法機(jī)械故障診斷的一般思維方法 (0 , )igP底事件不發(fā)生時(shí)頂事件發(fā)生的概率。底事件不發(fā)生時(shí)頂事件發(fā)生的概率。),0()1 (),1 ()(PgPPgPPgiiii底事件底事件xi的概率重要度的概率重要度第80頁(yè)/共93頁(yè)81從這里可以看出，從這里可以看出，如果能使概率重要度較大的底事如果能使概率重要度較大的底事件的發(fā)生概率下降，就能夠使頂事件發(fā)生的概率有件的發(fā)生概率下降，就能夠使頂事件發(fā)生的概率有效地降低。效地降低。 第三節(jié)第三節(jié) 機(jī)械故障診斷的一般思維方法機(jī)械故障診斷的一般思維方法 上式表明，頂事件發(fā)

38、生的概率上式表明，頂事件發(fā)生的概率 g(P)的變化量的變化量 g(P)與底事件發(fā)生的概率與底事件發(fā)生的概率 Pi的變化量的變化量 Pi間的近似關(guān)系為間的近似關(guān)系為：igPPgiI)()(niniigiiPiIPPPgPg11)()()(概率重要度概率重要度第81頁(yè)/共93頁(yè)82例：計(jì)算如圖所示例：計(jì)算如圖所示故障樹(shù)各底事件的故障樹(shù)各底事件的概率重要度。概率重要度。(假定假定P10.01，P20.005，P30.02，P40.03)。第三節(jié)第三節(jié) 機(jī)械故障診斷的一般思維方法機(jī)械故障診斷的一般思維方法 第82頁(yè)/共93頁(yè)83第三節(jié)第三節(jié) 機(jī)械故障診斷的一般思維方法機(jī)械故障診斷的一般思維方法 在上表

39、中找出右邊 =1，左邊 =0的事件組合。即只有底事件1發(fā)生，頂事件才發(fā)生的概率組合（1001） （1010） （1110）第83頁(yè)/共93頁(yè)84049. 0048653. 097. 002. 003. 098. 0995. 0) 1 (43432432432432PPPPPPPPPPPPPPIg第84頁(yè)/共93頁(yè)85 即關(guān)鍵性重要度是即關(guān)鍵性重要度是頂事件發(fā)生概率變化率頂事件發(fā)生概率變化率與與某事某事件概率變化率件概率變化率之比，式中之比，式中g(shù)(P)為頂事件發(fā)生的概率為頂事件發(fā)生的概率。 關(guān)鍵性重要度關(guān)鍵性重要度Ic(i) 與概率重要度的關(guān)系為與概率重要度的關(guān)系為 第三節(jié)第三節(jié) 機(jī)械故障診斷的一般思維方法機(jī)械故障診斷的一般思維方法 iiiiiicPPgPgPPPgPPgPPPgPgiI)()()()()()()()()()(iIPgPiIgic概率重要度概率重要度頂事件概率頂事件概率底事件概率底事件概率第85頁(yè)/共93頁(yè)86 可以看出，可以看出，關(guān)鍵性重要度是頂事件發(fā)生概率相對(duì)關(guān)鍵性重要度是頂事件發(fā)生概率相對(duì)變化率與引起頂事件發(fā)生的