(完整版)機(jī)械故障診斷學(xué)-緒論課件

1、機(jī)械故障診斷學(xué)2011級碩士研究生課程 2012年4月 梅衛(wèi)江緒論一、機(jī)械故障診斷的意義及發(fā)展現(xiàn)狀 二、機(jī)械故障診斷的基本內(nèi)容與技術(shù)過程 三、大機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷常用的方法 四、計(jì)算機(jī)輔助監(jiān)視診斷系統(tǒng)的主要環(huán)節(jié)及診斷策略 1. 狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷的定義 2. 機(jī)械故障診斷學(xué)的研究目的與研究范疇3. 機(jī)械故障診斷理論與技術(shù)的意義4. 機(jī)械故障診斷技術(shù)的發(fā)展與現(xiàn)狀一、機(jī)械故障診斷的意義及發(fā)展現(xiàn)狀故障的概念故障 是指機(jī)械設(shè)備喪失了原來所規(guī)定的性能或狀態(tài)。通常把設(shè)備在運(yùn)行中所發(fā)生的狀態(tài)異常、缺陷、性能惡化、以及事故前期的狀態(tài)統(tǒng)統(tǒng)稱為故障，有時也把事故直接歸為故障。 簡單而言，設(shè)備故障是指“設(shè)備功能

2、失常”，也就是設(shè)備不能達(dá)到預(yù)期的工作狀態(tài)，無法滿足應(yīng)有的性能、功能。 功能失效，機(jī)械設(shè)備基本功能不能保證； 設(shè)備偏離正常功能1. 狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷的定義 故障診斷的基礎(chǔ)是建立在能量耗散原理上的。所有設(shè)備的作用都是能量轉(zhuǎn)換與傳遞，設(shè)備狀態(tài)愈好，轉(zhuǎn)換與傳遞過程中的附加能量損耗愈小。例如機(jī)械設(shè)備，其傳遞的能量是以力、速度兩個主要物理參數(shù)來表征，附加能量損耗主要通過溫度及振動參數(shù)表現(xiàn)。隨著設(shè)備劣化程度加大，附加能量損耗也增大。因此，監(jiān)測附加能量損耗的變化，可以了解設(shè)備劣化程度。(能量參數(shù)：電壓及電流、壓力及流量等） 機(jī)械故障診斷主要是研究某一機(jī)械設(shè)備在運(yùn)行過程中動態(tài)性能的變化規(guī)律及其運(yùn)行狀態(tài)的識別方

3、法。 中國工程院院士屈梁生診斷是以機(jī)械學(xué)和信息論為依托，多學(xué)科融合的技術(shù)，本質(zhì)是模式識別。 近代科學(xué)技術(shù)的各門學(xué)科的發(fā)展是相互滲透、相互促進(jìn)的。一方面，某些工程技術(shù)，諸如精密機(jī)械、電子技術(shù)的發(fā)展推動了醫(yī)學(xué)的進(jìn)步；另一方面，某些工程學(xué)則從醫(yī)學(xué)中吸取營養(yǎng)而得到發(fā)展。 例如，人體內(nèi)部器官疾病的診斷，不需要對每個病人都做剖腹檢查，而只要求醫(yī)生根據(jù)癥狀或“狀態(tài)”來做診斷，由局部推測整體，由現(xiàn)象判斷本質(zhì)，由當(dāng)前預(yù)示未來。 將醫(yī)療診斷中這樣一些基本邏輯思想，推廣到工程技術(shù)中來，就形成了工程診斷學(xué)。 醫(yī)學(xué)診斷故障診斷原理及特征信息中醫(yī)：望、聞、問、切西醫(yī)：望、觸、扣、聽、嗅聽心音、做心電圖量體溫驗(yàn)血驗(yàn)?zāi)蛄垦獕?/p>

4、X射線、超聲波檢測問病史聽、摸、看、聞?wù)駝优c噪聲監(jiān)測溫度監(jiān)測油樣分析應(yīng)力應(yīng)變測量無損檢測查閱技術(shù)檔案資料通過形貌、聲音、溫度、顏色、氣味的變化來診斷通過振動大小及變化規(guī)律觀察溫度的大小及變化觀察化學(xué)成分及磨粒形狀變化觀察壓力或應(yīng)力變化觀察內(nèi)部結(jié)構(gòu)缺陷找規(guī)律、查原因、作判斷醫(yī)學(xué)診斷與故障診斷按故障性質(zhì)分類 人為故障 自然故障故障率% 圖 浴盆曲線磨合期正常使用期耗損期故障的分類浴盆曲線：設(shè)備維修工程中，根據(jù)統(tǒng)計(jì)得出的一般機(jī)械設(shè)備劣化進(jìn)程規(guī)律曲線。由于曲線的形狀類似浴盆的剖面線，因此稱為浴盆曲線。按故障產(chǎn)生的原因分類 先天性故障 使用性故障按故障發(fā)展速度分類 突發(fā)性故障 漸進(jìn)性故障按故障造成的后果

5、分類 輕微故障 一般故障 嚴(yán)重故障 惡性故障設(shè)備的劣化曲線綠區(qū)(G)包括浴盆曲線的正常使用階段，即故障率最低的階段。機(jī)器處良好狀態(tài)。黃區(qū)(Y)包括浴盆曲線區(qū)的初始階段，故障率已有抬高的趨勢。機(jī)器處警戒狀態(tài)。紅區(qū)(R)包括浴盆曲線區(qū)故障率已大幅度上升的階段。機(jī)器處嚴(yán)重或危險(xiǎn)狀態(tài)。GYR圖1-2劣化曲線取浴盆曲線中后兩階段，第階段（正常使用期）和第階段（耗損期）作為劣化曲線。如下圖：所謂技術(shù)診斷，從廣義而言，就是對系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)做出判斷，也即定量地識別系統(tǒng)的狀態(tài)。從理論上講技術(shù)診斷就是系統(tǒng)識別。 這里系統(tǒng)指機(jī)械設(shè)備、工藝過程、工程結(jié)構(gòu)或生產(chǎn)系統(tǒng)等；系統(tǒng)的狀態(tài)是指系統(tǒng)運(yùn)行中其功能是良好、正常、劣化或

6、發(fā)生故障。 所謂診斷就是根據(jù)機(jī)械設(shè)備運(yùn)行過程中產(chǎn)生的各種信息來判別機(jī)械設(shè)備是正常運(yùn)轉(zhuǎn)還是發(fā)生了異?，F(xiàn)象，也就是識別機(jī)器是否發(fā)生了故障，稱為故障診斷。 至于機(jī)械設(shè)備失效后或發(fā)生事故之后進(jìn)行的分析叫做失效分析，這也是故障診斷的一個方面。 傳感器信號處理系統(tǒng)系統(tǒng)或機(jī)器標(biāo)準(zhǔn)圖和譜狀態(tài)識別診斷決策停機(jī)檢修巡回監(jiān)視重點(diǎn)監(jiān)視技 術(shù) 診 斷 過 程 框 圖所謂機(jī)械故障診斷，是識別機(jī)器或機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)的科學(xué)，它研究機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)的變化在診斷信息中的反映，對機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行識別、預(yù)測和監(jiān)視。簡而言之故障診斷就是通過檢測、提取、利用機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)行中產(chǎn)生的相關(guān)信息，識別其技術(shù)狀態(tài)，確定故障性質(zhì)，分析故障原因，尋找故障部位，

7、預(yù)報(bào)故障趨勢，并提出相應(yīng)對策檢測縮小故障范圍狀態(tài)檢測提取征兆定期檢測故障診斷原因分析維修決策趨勢分析正常參數(shù)開始尚可正常不可異常狀態(tài)檢測與故障診斷 從以上定義可以看出，機(jī)械故障診斷是一個包含運(yùn)行狀態(tài)檢測、信號分析處理、故障模式識別、未來趨勢預(yù)測、維修決策形成等內(nèi)容的完整而系統(tǒng)的技術(shù)過程。通俗地說，狀態(tài)監(jiān)測或工況監(jiān)視與故障診斷就是給機(jī)器看病。 狀態(tài)檢測與故障診斷 人不可能不生病，機(jī)器在運(yùn)行過程中出現(xiàn)故障也是不可避免的。人生了病需要求醫(yī)就診，機(jī)器出了故障也要找“醫(yī)生”診斷病因。醫(yī)生對病人的診斷是基于體征檢查（先看體溫，再進(jìn)行驗(yàn)血、X光、心電圖、B超、甚至CT等）基礎(chǔ)上的分析判斷，對機(jī)器故障的診斷同

8、樣也是基于狀態(tài)監(jiān)測（先看總振動值，再求助于頻譜、波形、軸心軌跡、趨勢圖、波德圖、全息譜圖等）基礎(chǔ)上的綜合性分析判斷。 狀態(tài)監(jiān)測是指通過一定的途徑了解和掌握設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，包括利用監(jiān)測與分析儀器（在線的或離線的），采用各種檢測、監(jiān)視、分析和判別方法，對設(shè)備當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)做出評估（屬于正常、還是異常），對異常狀態(tài)及時做出報(bào)警，并為進(jìn)一步進(jìn)行的故障分析、性能評估等提供信息和數(shù)據(jù)。狀態(tài)檢測與故障診斷狀態(tài)檢測與故障診斷故障診斷則是根據(jù)狀態(tài)監(jiān)測所獲得的信息，結(jié)合設(shè)備的工作原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、運(yùn)行參數(shù)、歷史狀況，對可能發(fā)生的故障進(jìn)行分析、預(yù)報(bào)，對已經(jīng)或正在發(fā)生的故障進(jìn)行分析、判斷，以確定故障的性質(zhì)、類別、程度、

9、部位及趨勢，對維護(hù)設(shè)備的正常運(yùn)行和合理檢修提供正確的技術(shù)支持。 機(jī)器故障診斷要求定量地掌握設(shè)備的狀態(tài)，即掌握其性能和強(qiáng)度，了解零件的應(yīng)力狀態(tài)、性能的劣化和零部件的損傷等。故障檔案庫各種樣板模式故障信號異常模型向量特征提取典型故障故障模擬信號監(jiān)測設(shè)備信號檢測狀態(tài)信號初始模式特征提取故障特征信息待檢模式比較狀態(tài)故障情況狀態(tài)趨勢診斷決策狀態(tài)及趨勢分析輸出干預(yù)圖 設(shè)備監(jiān)測與診斷過程狀態(tài)檢測 通過監(jiān)視和測量設(shè)備或部件運(yùn)行狀態(tài)信息和特征參數(shù)（例如振動、溫度、壓力等），并以此來判斷其狀態(tài)是否正常。故障診斷 不僅要檢查出設(shè)備是否正常，還要對設(shè)備發(fā)生故障的部位、產(chǎn)生故障的原因、故障的性質(zhì)和程度給出深入的分析和判

10、斷。狀態(tài)檢測與故障診斷關(guān)系 沒有檢測就沒有診斷，診斷是目的，檢測是手段；檢測是診斷的基礎(chǔ)和前提，診斷是檢測的最終結(jié)果。狀態(tài)檢測與故障診斷不是等同的概念，而又統(tǒng)一于動態(tài)系統(tǒng)之中，狀態(tài)檢測的任務(wù)是判別動態(tài)系統(tǒng)是否偏離正常功能，監(jiān)視其發(fā)展趨勢，一旦偏離正常功能，應(yīng)迅速作出調(diào)整，使工況恢復(fù)到正常，預(yù)防突發(fā)性故障產(chǎn)生。如果系統(tǒng)某個環(huán)節(jié)存在故障，就要進(jìn)一步查明故障原因及其部位，這就是診斷。因此，狀態(tài)檢測是故障診斷的基礎(chǔ)。 現(xiàn)在國內(nèi)外流行的有兩種術(shù)語： 機(jī)械系統(tǒng)診斷技術(shù)(Mechanical Fault Diagnosis) 包括機(jī)械設(shè)備、工程結(jié)構(gòu)和工藝過程的故障診斷技術(shù)；機(jī)械設(shè)備的技術(shù)診斷(Technic

11、al Diagnosis) 也叫技術(shù)診斷學(xué)(Technical Diagnostics)或工程診斷(Engineering Diagnosis)，后者可以從更廣泛的角度來理解診斷。 2. 機(jī)械故障診斷學(xué)的研究目的與研究范疇研究故障診斷技術(shù)目的 就是提高設(shè)備效率、運(yùn)行可靠性，延長使用壽命，降低設(shè)備全壽命周期費(fèi)用；分析故障形成原因，以防患于未然。 “保證可靠地、高效地發(fā)揮設(shè)備應(yīng)有的功能”1、保證設(shè)備發(fā)揮最大的設(shè)計(jì)能力，制定合理的檢測維修制度，以便在允許的條件下充分挖掘設(shè)備潛能，延長服役期限和使用壽命，降低設(shè)備全壽命周期費(fèi)用； 2、能及時地、正確地對各種異常狀態(tài)或故障狀態(tài)作出診斷，預(yù)防或消除故障，對

12、設(shè)備的運(yùn)行進(jìn)行必要的指導(dǎo)，提高設(shè)備運(yùn)行的可靠性、安全性和有效性，以期把故障損失降低到最低水平； 3、通過檢測監(jiān)視故障分析性能評估等，為設(shè)備結(jié)構(gòu)修改優(yōu)化設(shè)計(jì)合理制造及生產(chǎn)過程提供數(shù)據(jù)和信息。 故障診斷的目的 盡管人類有關(guān)機(jī)械故障診斷與設(shè)備維修的被動而原始的行為也許可以追溯到自瓦特發(fā)明蒸汽機(jī)后不久的年代，并通過長期實(shí)踐逐漸積累了大量的經(jīng)驗(yàn)，但這些行為與經(jīng)驗(yàn)，遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代工業(yè)對故障診斷與維修技術(shù)的迫切需求，遠(yuǎn)不能與現(xiàn)代意義上的機(jī)械故障診斷理論與技術(shù)相提并論。 機(jī)械故障診斷學(xué)的研究研究范疇 故障診斷的基礎(chǔ)是建立在能量耗散原理上的。所有設(shè)備的作用都是能量轉(zhuǎn)換與傳遞，設(shè)備狀態(tài)愈好，轉(zhuǎn)換與傳遞過程中的附加

13、能量損耗愈小。例如機(jī)械設(shè)備，其傳遞的能量是以力、速度兩個主要物理參數(shù)來表征，附加能量損耗主要通過溫度及振動參數(shù)表現(xiàn)。隨著設(shè)備劣化程度加大，附加能量損耗也增大。因此，監(jiān)測附加能量損耗的變化，可以了解設(shè)備劣化程度。(能量參數(shù)：電壓及電流、壓力及流量等）機(jī)械故障診斷學(xué)的研究研究范疇機(jī)械故障診斷學(xué)的研究研究范疇 一個系統(tǒng)或一臺機(jī)器在運(yùn)行過程中必然有能量、介質(zhì)、力、熱、及摩擦等各種物理和化學(xué)參數(shù)的傳遞和變化，必然會由此而產(chǎn)生各種各樣的信息，這些信息的變化直接和間接地反映出系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，也即正常運(yùn)行和異常運(yùn)行時的信息變化規(guī)律是不一樣的，技術(shù)診斷就是根據(jù)機(jī)器運(yùn)行時產(chǎn)生的不同的信息變化規(guī)律信息特征來識別機(jī)器

14、是處于正常運(yùn)行狀態(tài)還是異常運(yùn)行狀態(tài)的。 機(jī)械系統(tǒng)是在給定輸入下通過運(yùn)動實(shí)現(xiàn)預(yù)期功能的人造技術(shù)系統(tǒng)，是動力學(xué)研究與應(yīng)用的主要對象。 機(jī)械故障診斷的基本目的是通過檢測機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)行中的某些特征參量，經(jīng)過分析處理，判斷運(yùn)行狀態(tài)是否正常，識別故障的類型、程度與發(fā)生故障的部位。實(shí)現(xiàn)這個目的，有賴于建立診斷對象正常狀態(tài)和各種故障狀態(tài)下的動力學(xué)模型，并基于模型有針對性地研究給定激勵產(chǎn)生的響應(yīng)及其穩(wěn)定性，建立故障與運(yùn)動狀態(tài)之間的對應(yīng)關(guān)系，分析工況參數(shù)對運(yùn)動及其穩(wěn)定性的影響，開展這些工作的必要基礎(chǔ)正是動力學(xué)理論與方法。 - 從廣義上講，如果表征一種運(yùn)動的物理量作時而增大時而減小的反復(fù)變化，就可以稱這種運(yùn)動為振動-

15、 振動是自然界最普遍的現(xiàn)象之一定義（1）心臟的搏動、耳膜和聲帶的振動，（2）橋梁和建筑物在風(fēng)和地震作用下的振動，（3）飛機(jī)和輪船航行中的振動，（4）機(jī)床和刀具在加工時的振動- 各種物理現(xiàn)象，諸如聲、光、熱等都包含振動- 如果變化的物理量是一些機(jī)械量或力學(xué)量，例如物體的位移、速度、加速度、應(yīng)力及應(yīng)變等等，這種振動便稱為機(jī)械振動 緒論- 各個不同領(lǐng)域中的現(xiàn)象雖然各具特色，但往往有著相似的數(shù)學(xué)力學(xué)描述。正是在這個共性基礎(chǔ)上，有可能建立某種統(tǒng)一的理論來處理各種振動問題振動力學(xué)- 借助數(shù)學(xué)、物理、實(shí)驗(yàn)和計(jì)算技術(shù)，探討各種振動現(xiàn)象，闡明振動的基本規(guī)律，以便克服振動的消極因素，利用其積極因素，為合理解決各種

16、振動問題提供理論依據(jù)緒論 振動問題的提法 - 通常的研究對象被稱作系統(tǒng)系統(tǒng)（輸入）激勵（輸出）響應(yīng)它可以是一個零部件、一臺機(jī)器或者一個完整的工程結(jié)構(gòu)等- 外部激振力等因素稱為激勵（輸入）- 系統(tǒng)發(fā)生的振動稱為響應(yīng)（輸出）緒論第一類：已知激勵和系統(tǒng)，求響應(yīng) 第二類：已知激勵和響應(yīng)，求系統(tǒng) 第三類：已知系統(tǒng)和響應(yīng)，求激勵 系統(tǒng)（輸入）激勵（輸出）響應(yīng)振動問題按這三個環(huán)節(jié)可分為三類問題緒論第一類：已知激勵和系統(tǒng)，求響應(yīng) 動力響應(yīng)分析 主要任務(wù)在于驗(yàn)算結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品等在工作時的動力響應(yīng)（如變形、位移、應(yīng)力等）是否滿足預(yù)定的安全要求和其它要求在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段，對具體設(shè)計(jì)方案進(jìn)行動力響應(yīng)驗(yàn)算，若不符合要求再作修

17、改，直到達(dá)到要求而最終確定設(shè)計(jì)方案，這一過程就是所謂的振動設(shè)計(jì) 正問題系統(tǒng)（輸入）激勵（輸出）響應(yīng)?緒論系統(tǒng)（輸入）激勵（輸出）響應(yīng)第二類：已知激勵和響應(yīng)，求系統(tǒng)系統(tǒng)識別，系統(tǒng)辨識 求系統(tǒng)，主要是指獲得對于系統(tǒng)的物理參數(shù)（如質(zhì)量、剛度和阻尼系數(shù)等）和系統(tǒng)關(guān)于振動的固有特性（如固有頻率、主振型等）的認(rèn)識 以估計(jì)物理參數(shù)為任務(wù)的叫做物理參數(shù)辨識，以估計(jì)系統(tǒng)振動固有特性為任務(wù)的叫做模態(tài)參數(shù)辨識或者試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析第一個逆問題 系統(tǒng)（輸入）激勵（輸出）響應(yīng)?緒論第三類：已知系統(tǒng)和響應(yīng)，求激勵環(huán)境預(yù)測 例如：為了避免產(chǎn)品在公路運(yùn)輸中的損壞，需要通過實(shí)地行車記錄汽車振動和產(chǎn)品振動，以估計(jì)運(yùn)輸過程中是怎樣的一種

18、振動環(huán)境，運(yùn)輸過程對于產(chǎn)品是怎樣的一種激勵，這樣才能有根據(jù)地為產(chǎn)品設(shè)計(jì)可靠的減震包裝 第二個逆問題 系統(tǒng)（輸入）激勵（輸出）響應(yīng)?緒論 振動診斷涉及兩類基本問題，即故障分析與故障診斷。 前者是已知故障的類型、位置與程度，通過分析、計(jì)算或?qū)嶒?yàn)的途徑確定在既定故障激勵下診斷對象的響應(yīng)特性，可以稱之為正問題求解。 故障分析的目的是在故障集與振動狀態(tài)集之間建立確定的映射關(guān)系，進(jìn)而形成診斷知識庫。 后者是根據(jù)異常響應(yīng)的特征，推知故障的類型、位置與程度，可以稱之為逆問題求解。 故障診斷的目的是通過解讀實(shí)測圖譜和數(shù)據(jù)，辨別異常響應(yīng)特性，依據(jù)業(yè)已建立的故障集與振動狀態(tài)集之間的映射關(guān)系，作出診斷結(jié)論。 顯然，無

19、論是故障分析還是故障診斷，都必須依據(jù)一定的動力學(xué)原理，正是在這個意義上，可以認(rèn)為線性振動理論、非線性振動理論、運(yùn)動穩(wěn)定性與分岔理論是振動診斷方法的科學(xué)基礎(chǔ)。 振動測試包括兩種方式：一是測量機(jī)械或結(jié)構(gòu)在工作狀態(tài)下的振動，如振動位移、速度、加速度、頻率和相位等，了解被測對象的振動狀態(tài)，評定等級和尋找振源，對設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測、分析、診斷和預(yù)測。二是對機(jī)械設(shè)備或結(jié)構(gòu)施加某種激勵，測量其受迫振動，以便求得被測對象的振動力學(xué)參量或動態(tài)性能，如固有頻率、阻尼、剛度、頻率響應(yīng)和模態(tài)等。 由傳感器或人的感官所獲得的信息往往不明顯、不直觀，很難直接進(jìn)行故障診斷。 信號分析處理可以將獲得的信息通過一定的方法進(jìn)行變換處理

20、，從不同的角度提取最直觀、最敏感的特征信息。一般情況下要從多重分析域、多個角度來分析觀察這些信息。分析處理方法的選擇、處理過程的準(zhǔn)確性以及表達(dá)的直觀性都會對診斷結(jié)果產(chǎn)生較大影響。 隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，逐步開發(fā)了一些檢測方法和監(jiān)測手段，特別是現(xiàn)代的數(shù)字信號處理技術(shù)的應(yīng)用，使振動診斷及分析技術(shù)更加完善。 該學(xué)科涉及眾多的科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域，具有明顯的“積木式”知識結(jié)構(gòu)，其顯著特點(diǎn)是理論性與實(shí)踐性俱強(qiáng)，新理論與新技術(shù)密集。 機(jī)械故障診斷學(xué)就學(xué)科性質(zhì)而言，是屬于動態(tài)系統(tǒng)辨識的研究范疇； 就工程特點(diǎn)而言，是研究機(jī)械設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的科學(xué)。 由于社會生產(chǎn)和科技發(fā)展對診斷技術(shù)的要求不斷提高，以及相關(guān)知識領(lǐng)域(如計(jì)算

21、機(jī)科學(xué)與技術(shù)、信號與系統(tǒng)分析、動力學(xué)理論與方法、人工智能等)的新成果不斷涌現(xiàn)，機(jī)械故障診斷學(xué)科仍處于高速發(fā)展之中。 機(jī)械故障診斷學(xué)的研究研究范疇設(shè)備故障診斷技術(shù)與各學(xué)科間的關(guān)系設(shè)備故障診斷學(xué)科自動控制學(xué)系統(tǒng)識別理論學(xué)數(shù)值計(jì)算學(xué)數(shù)理統(tǒng)計(jì)學(xué)信息論模糊數(shù)學(xué)灰色系統(tǒng)理論非線性科學(xué)相似理論現(xiàn) 代 數(shù) 學(xué)硬 件信號處理人工智能軟 件計(jì)算機(jī)科學(xué)設(shè)計(jì)制造運(yùn)行維護(hù)機(jī) 械 學(xué)設(shè)備管理學(xué)測試技術(shù)與儀表學(xué)聲 學(xué)振 動力 學(xué)熱 學(xué)光 學(xué)電 學(xué)鐵譜技術(shù)傳感器原理及應(yīng)用科學(xué)摩擦學(xué)油樣分析光譜技術(shù)其它分析技術(shù)機(jī)械設(shè)備故障診斷工程信息論智能論系統(tǒng)論控制論現(xiàn)代診斷工程學(xué)的共同基礎(chǔ)是信息論、智能論、系統(tǒng)論和控制論，機(jī)械設(shè)備診斷技術(shù)

22、的機(jī)理正是建立在這四論的基礎(chǔ)上。設(shè)備診斷的構(gòu)成基礎(chǔ) 機(jī)械故障診斷理論與技術(shù)是近40多年來國際上隨著電子計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代測量技術(shù)和信號處理技術(shù)的迅速發(fā)展而發(fā)展起來的一項(xiàng)新技術(shù)，像技術(shù)科學(xué)所有新興學(xué)科一樣，機(jī)械故障診斷理論與技術(shù)的形成和發(fā)展有其鮮明的社會生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)背景，是社會生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)發(fā)展到一定階段的必然產(chǎn)物。機(jī)械故障診斷學(xué)是一門近四十年年來發(fā)展起來的新學(xué)科，是現(xiàn)代化設(shè)備維修技術(shù)的重要組成部分，并且正在日益成為設(shè)備維修管理工作現(xiàn)代化的一個重要標(biāo)志。 自20世紀(jì)60年代末至今，機(jī)械故障診斷理論與技術(shù)在世界范圍內(nèi)受到政府、學(xué)術(shù)界和工業(yè)界日益廣泛的關(guān)注，一直是技術(shù)科學(xué)中研究與應(yīng)用的熱點(diǎn)。特別是在

23、進(jìn)入20世紀(jì)90年代以后，以前所未有的勢頭在國內(nèi)得到了十分迅速的發(fā)展，并在機(jī)械、冶金、電力等行業(yè)得到了十分廣泛的應(yīng)用。機(jī)械故障診斷理論與技術(shù)已經(jīng)從對機(jī)械零部件的診斷發(fā)展到對整臺機(jī)器、一個機(jī)組、甚至是對一條生產(chǎn)線進(jìn)行診斷，進(jìn)而融入企業(yè)管理的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，已形成一門發(fā)展迅速的、新興的綜合性交叉學(xué)科。 設(shè)備診斷的工程性 機(jī)械故障診斷技術(shù)來自工程實(shí)際，為生產(chǎn)實(shí)踐服務(wù)，又回到工程實(shí)踐中，已發(fā)展成為綜合性的工程系統(tǒng)，隨著機(jī)械故障診斷工程的形成，它的理論和技術(shù)基礎(chǔ)，也就是機(jī)械故障診斷學(xué)科也已形成，這是一門多學(xué)科交叉的新型學(xué)科，它充分應(yīng)用了計(jì)算機(jī)最新技術(shù)和前沿科學(xué)。 機(jī)械設(shè)備故障診斷工程概念圖解機(jī)械設(shè)備故障

24、診斷工程生產(chǎn)工藝狀態(tài)檢測及故障診斷機(jī)械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷機(jī)械設(shè)備故障預(yù)報(bào)及停車控制機(jī)械設(shè)備合理維修的計(jì)劃控制機(jī)械設(shè)備的科學(xué)管理及備件的計(jì)劃控制新產(chǎn)品試制的科學(xué)控制提高生產(chǎn)率的安全控制保證產(chǎn)品質(zhì)量的反饋控制設(shè)備診斷的工程性設(shè)備診斷的工程性 由于機(jī)械設(shè)備和工況條件的復(fù)雜性和多樣性，某種診斷技術(shù)在某一工廠應(yīng)用效果顯著，而在另一工廠并不一定就很合適；或者在實(shí)驗(yàn)室是成功的，而在生產(chǎn)現(xiàn)場就行不通。由于信息的多樣性，為了開發(fā)機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)，就必須對于別的領(lǐng)域中的診斷方法，別的學(xué)科中的理論、方法以及各種現(xiàn)代化儀器的最新成就給予高度重視，如振動測試和信號分析、現(xiàn)代結(jié)構(gòu)動力學(xué)方法、聲發(fā)射技術(shù)、紅外測溫技

25、術(shù)、熱像技術(shù)、油液分析技術(shù)及各種無損檢測技術(shù)等都被用于機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)中，這幾乎涉及到自然科學(xué)的各個領(lǐng)域，所以需要廣泛的理論基礎(chǔ)。 機(jī)械故障診斷技術(shù)屬于一門綜合性很強(qiáng)的技術(shù)領(lǐng)域，它涉及計(jì)算機(jī)軟硬件、傳感器與檢測技術(shù)、信號分析與數(shù)據(jù)處理、預(yù)測預(yù)報(bào)、自動控制、系統(tǒng)辨識、人工智能、力學(xué)、數(shù)學(xué)及振動工程和機(jī)械工程等領(lǐng)域。是以工程數(shù)學(xué)、可靠性理論、信息理論、智能論、系統(tǒng)論和控制論為基礎(chǔ)，以電子計(jì)算機(jī)、人工智能為手段，以機(jī)械故障為主要研究內(nèi)容，研究機(jī)器故障機(jī)理、機(jī)械診斷理論、方法和檢測診斷技術(shù)的一門綜合應(yīng)用學(xué)科。 機(jī)械故障診斷學(xué)的研究研究范疇3. 機(jī)械故障診斷理論與技術(shù)的意義故障診斷的意義，簡單而言就

26、是保障生產(chǎn)安全、改革設(shè)備維修制度、提高生產(chǎn)率。 工業(yè)固定資產(chǎn)的占有量表征個國家的工業(yè)生產(chǎn)能力，占工業(yè)固定資產(chǎn)總值約6070的機(jī)械設(shè)備擁有量構(gòu)成了國家經(jīng)濟(jì)實(shí)力和社會財(cái)富的重要組成都分?，F(xiàn)代機(jī)械設(shè)備的功能綜合與高技術(shù)密集，無疑極大地促進(jìn)了社會生產(chǎn)力的發(fā)展，但另方面，由于現(xiàn)代生產(chǎn)機(jī)械日益高速化、大型化、精密化、自動化，一旦發(fā)生故障，將直接導(dǎo)致巨額經(jīng)濟(jì)損失和災(zāi)難性的人員傷亡。 現(xiàn)代機(jī)械設(shè)備的功能綜合與高技術(shù)密集，無疑極大地促進(jìn)了社會生產(chǎn)力的發(fā)展，但也導(dǎo)致設(shè)備的組成和結(jié)構(gòu)也相應(yīng)地變得更為復(fù)雜，使得設(shè)備的可靠性和可維修性下降，維修保養(yǎng)費(fèi)用居高不下。 所以也同時派生出人們必須直接面對的問題： 維護(hù)管理難度和

27、運(yùn)行維修費(fèi)用劇增； 故障分析難度和故障危害程度劇增。 血淚教訓(xùn)促使人們清醒地認(rèn)識到，技術(shù)系統(tǒng)的故障已成為現(xiàn)代工業(yè)乃至整個人類的心腹大患，機(jī)械設(shè)備的可靠性、維修性、安全性日顯重要。 故障診斷的意義 預(yù)防事故，保證人身和設(shè)備安全轉(zhuǎn)子事故現(xiàn)實(shí)生活和工業(yè)過程中惡性事故時有發(fā)生透平機(jī)械事故 水輪機(jī)事故調(diào)查委員會在經(jīng)過個月的調(diào)查后，提出長達(dá)頁的調(diào)查報(bào)告。報(bào)告認(rèn)為，“挑戰(zhàn)者”號爆炸的原因是右側(cè)助推火箭存在問題。由于航天飛機(jī)發(fā)射時氣溫過低，寒冷的天氣對火箭墊圈產(chǎn)生影響，最終導(dǎo)致爆炸。斷裂部位三峽塔帶機(jī)斷裂事故 2002年9月3日 設(shè)備維修費(fèi)在生產(chǎn)成本中所占的比重很大，對于工業(yè)發(fā)達(dá)的國家來說，任何一家公司的維修

28、費(fèi)都是一個可觀的數(shù)字。國外研究表明，維修費(fèi)隨設(shè)備技術(shù)含量的提高而增加，并且與維修體制密切相關(guān)。不同制度的維修成本的比較大型鋼鐵企業(yè)在日本，由于較為重視狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷工作，上世紀(jì)九十年代初工業(yè)裝置的維修費(fèi)為年銷售額的610，加上庫存的備品備件，總維修費(fèi)達(dá)銷售額的25；在美國，根據(jù)美國國家統(tǒng)計(jì)局發(fā)布的資料：1980年美國工業(yè)設(shè)備的維修費(fèi)達(dá)2460億美元，幾乎占了中央和地方稅收總額（7500億美元）的三分之一，而其中的750億美元是因不當(dāng)維修，包括缺乏正確的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷給浪費(fèi)了；在我國的石化行業(yè)，伴隨著維修體制的逐步改進(jìn)、以及狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷工作的逐步開展和提高，維修費(fèi)所占的比重呈逐步下

29、降趨勢，上世紀(jì)八十年代為年產(chǎn)值的20左右，九十年代為15左右，近年來為10左右、甚至略低。 日本應(yīng)用故障診斷技術(shù)后，事故發(fā)生率減少75%，維修費(fèi)用降低2550。英國對2000個國營工廠的調(diào)查表明，采用狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷技術(shù)后，每年可節(jié)省維修費(fèi)用3億英鎊，而故障診斷系統(tǒng)的成本為0.5億英鎊。 我國1987年國營公交企業(yè)40萬個，固定資產(chǎn)￥7000億, 維修費(fèi)約為固定資產(chǎn)的 35。提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益 300MW發(fā)電機(jī)組 停產(chǎn)一天損失電720萬kWh，約￥144萬元 30萬噸化肥裝置 停產(chǎn)一天損失化肥1000t，約￥150萬元 三峽2號水輪機(jī)組700MW 停機(jī)4小時損失￥400萬元 另外，機(jī)器一旦出

30、現(xiàn)故障，即使是局部失靈都有可能造成整臺機(jī)器停機(jī)甚至整條流水線或整個自動化車間停產(chǎn)，所造成的經(jīng)濟(jì)損失是十分巨大的，人員傷亡也是不可避免的，給企業(yè)、國家造成不可挽回的巨大的經(jīng)濟(jì)損失。 現(xiàn)實(shí)迫使工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)行兩種根本性的變革： (1)設(shè)計(jì)觀念的變革 長期以來，機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員始終把優(yōu)良的功能作為設(shè)計(jì)的最終(有時甚至是唯一)目標(biāo)，而忽視可靠性、穩(wěn)定性和維修性等方面的問題。這一傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)觀念已經(jīng)給人類帶來過許多損失和災(zāi)難。從單純追求優(yōu)良的功能到自始至終計(jì)及產(chǎn)品壽命周期內(nèi)所有因素的并行工程的設(shè)計(jì)觀念的變革已成為勢在必行。 (2)維修體制的變革 設(shè)備維修體制是與一定的社會生產(chǎn)發(fā)展階段相適應(yīng)的。對于大型、精

31、密、稀貴設(shè)備和流程工業(yè)中連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)、利用率高的關(guān)鍵設(shè)備，傳統(tǒng)的事后維修制(Breakdown Maintenance)和定期預(yù)防維修制(Time-based Preventive Maintenance)因不能及時維修和過剩維修而釀成重大事故和大幅度增加生產(chǎn)成本，無法適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，必將逐步地被一種新的維修體制，即視情維修制 (Condition-based Maintenance)所取代。 維修體制的變革經(jīng)歷了故障維修、預(yù)防性維修和預(yù)知性維修三個階段。 推動設(shè)備維修制度的改革故障維修(Breakdown Maintenance) 又稱為事后維修POM(Postmortem Maintena

32、nce )，屬早期維修制度。其特點(diǎn)為：不壞不修，“小車不倒只管推” ，設(shè)備什么時候壞了、什么時候修，盲目、無計(jì)劃、設(shè)備損壞程度大、維修費(fèi)用高。適應(yīng)于小型設(shè)備。 優(yōu)點(diǎn)： 不需要安排計(jì)劃。 對一些設(shè)備，更換比修理更便宜。缺點(diǎn)： 意外停機(jī)引起生產(chǎn)損失。 可能引起設(shè)備的二次損壞，甚至災(zāi)難性事故。預(yù)防性維修體制PM（Preventive Maintenance） 又稱以時間為基礎(chǔ)的維修制度TBM（Time Based Maintenance）或計(jì)劃維修制度。其特點(diǎn)為：靜態(tài)維修制度。它是根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃和經(jīng)驗(yàn)，規(guī)定在設(shè)備運(yùn)行一確定時間后停下，進(jìn)行解體、檢查、修理、更換零部件。 優(yōu)點(diǎn)： 減少意外停機(jī)缺點(diǎn)： 意外

33、停機(jī)引起生產(chǎn)損失 過剩維修導(dǎo)致維修費(fèi)用增加視情維修制或預(yù)知性維修PRM（Predictive Maintenance） 又稱為以狀態(tài)為基礎(chǔ)的維修制度CBM(Condition Based Maintenance)。其特點(diǎn)為： 以狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)為基礎(chǔ)、根據(jù)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)際優(yōu)劣程度為依據(jù)、根據(jù)生產(chǎn)需要決定維修時間和維修規(guī)模，是動態(tài)維修制度，是發(fā)展方向。預(yù)知性維修要求： 不斷地測知表征設(shè)備實(shí)際狀態(tài)的參數(shù)； 對測得參數(shù)進(jìn)行分析、判斷，做出是否發(fā)生故障以及故障類型、故障程度的評價(jià)； 推測機(jī)器狀態(tài)的發(fā)展趨勢，估算出最佳的維修時機(jī)。預(yù)知性維修的目標(biāo)是： 需要停車時才停車；需要換件時才換件；需要維修

34、什么項(xiàng)目（如某處軸承、某根轉(zhuǎn)子、某處對中、某個齒輪、）才維修什么項(xiàng)目。 順利地完成這兩種變革的必要基礎(chǔ)正是機(jī)械故障診斷理論與技術(shù)。“社會一旦有技術(shù)上的需要，則這種需要就會比十所大學(xué)更能把科學(xué)推向前進(jìn)。”(馬克思恩格斯選集)。 到20世紀(jì)60年代，航天技術(shù)的興起、核能工業(yè)的發(fā)展、高技術(shù)密集型大型工程和機(jī)組的出現(xiàn)，又給發(fā)展機(jī)械故障診斷理論與技術(shù)施加了強(qiáng)大的推動力?？梢灾v對故障診斷技術(shù)是社會生產(chǎn)的迫切需求。設(shè)備診斷技術(shù)的意義： 機(jī)械診斷技術(shù)是改革維修制度、實(shí)行視情維修的必要手段； 是提高維修效率、監(jiān)督維修質(zhì)量的迫切需要； 是提高運(yùn)行安全可靠性、保證機(jī)器安全的有效手段； 提高設(shè)備效率、降低全壽命周期費(fèi)

35、用。 保證設(shè)備精度，提高產(chǎn)品質(zhì)量4. 機(jī)械故障診斷技術(shù)的發(fā)展與現(xiàn)狀 故障診斷技術(shù)是近四十年來國內(nèi)外發(fā)展較快的一門新興學(xué)科，是現(xiàn)代化生產(chǎn)的產(chǎn)物。 第二次世界大戰(zhàn)中，由于缺乏先進(jìn)的故障診斷技術(shù)和相應(yīng)的維修手段，以及設(shè)計(jì)時片面追求優(yōu)良性能而忽視可靠性、穩(wěn)定性和維修性，以致盟軍的不少武器裝備未能實(shí)現(xiàn)預(yù)期的效能。盡管此時人們對于診斷技術(shù)的重要性已經(jīng)有所認(rèn)識，但發(fā)展這項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)的科學(xué)技術(shù)條件并不成熟。直至20世紀(jì)60年代中期和末期，與故障診斷技術(shù)密切相關(guān)的科學(xué)理論與技術(shù)才獲得突破性的進(jìn)展。 4. 機(jī)械故障診斷技術(shù)的發(fā)展與現(xiàn)狀 (1)數(shù)學(xué)、力學(xué)相關(guān)分支(如模糊數(shù)學(xué)、斷裂力學(xué)、損傷力學(xué)、計(jì)算力學(xué)等)的創(chuàng)立和發(fā)

36、展，以及模式識別、非線性科學(xué)的興起，深化了人們對于故障的生成與演化、機(jī)械動力學(xué)過程與現(xiàn)象的認(rèn)識，并為分析故障機(jī)理、識別故障模式、預(yù)報(bào)故障趨勢提供了有效的理論與方法。(2)振動測試、紅外熱像、聲發(fā)射、油樣分析等技術(shù)和傳感技術(shù)的發(fā)展，豐富了信號檢測與分析的手段、方法和應(yīng)用范圍，為故障診斷提供了各具特色的有效技術(shù)途徑。(3)計(jì)算機(jī)和電子技術(shù)的進(jìn)步，快速傅里葉變換的出現(xiàn)，把信號處理與分析技術(shù)推到了前所未有的高度，從而使得機(jī)械設(shè)備的在線監(jiān)測與實(shí)時診斷成為可能。(4)動力系統(tǒng)辨識和建模理論與方法的新發(fā)展，使得人們有可能在狀態(tài)集與故障集之間確立較為可靠的映射關(guān)系，井以此為基礎(chǔ)進(jìn)行故障診斷和趨勢預(yù)報(bào)。 4.

37、機(jī)械故障診斷技術(shù)的發(fā)展與現(xiàn)狀 科學(xué)技術(shù)的上述進(jìn)步，為機(jī)械故障診斷理論與技術(shù)的形成和發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的知識基礎(chǔ)和技術(shù)基礎(chǔ)。到20世紀(jì)60年代末期，由于具備了來自現(xiàn)代社會生產(chǎn)的必要性和科學(xué)技術(shù)提供的可能性，機(jī)械故障診斷理論與技術(shù)使應(yīng)運(yùn)而生了。 故障診斷技術(shù)的發(fā)展概況美國： 1967年美國國家宇航局（NASN）創(chuàng)立機(jī)械故障預(yù)防小組MFPG（Machinery Fault prevention group）， 在航空、航天、軍事、核能等尖端部門目前處于領(lǐng)先地位。 英國：70年代初成立成立機(jī)械保健中心(UK, Mechanical Health Monitoring Center）與狀態(tài)監(jiān)測協(xié)會，在摩擦、

38、磨損、汽車、飛機(jī)發(fā)動機(jī)監(jiān)測與診斷具有領(lǐng)先地位。 歐洲一些國家：瑞典SPM公司-軸承監(jiān)測技術(shù)，AGEMA公司-紅外熱像技術(shù)； 丹麥B&K公司-振動、噪聲監(jiān)測技術(shù)；挪威-船艦診斷技術(shù)。 日本：70年代起步，在民用工業(yè)（鋼鐵、化工、鐵道等）有優(yōu)勢。 中國：1979年第一次辦學(xué)習(xí)班，80年代初開始，目前在石化、冶金、電力等行業(yè)應(yīng)用較好，在其它領(lǐng)域逐步展開。4. 機(jī)械故障診斷技術(shù)的發(fā)展與現(xiàn)狀 1979年機(jī)械工業(yè)部在長春舉辦設(shè)備科長學(xué)習(xí)班1983年在南京舉辦首屆設(shè)備診斷技術(shù)專題座談會 天津大學(xué)：1982年起研究齒輪傳動、軸承、齒輪箱、切削過程等方面的診斷與監(jiān)控技術(shù) 華中理工大學(xué)：汽輪發(fā)電機(jī)組診斷專家系統(tǒng)、

39、鋼絲繩診斷系統(tǒng) 西安交通大學(xué)：旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷RB20，用于煉油行業(yè) 國防科技大學(xué)：望遠(yuǎn)號遠(yuǎn)洋考察船的在線監(jiān)控與故障診斷系統(tǒng) 哈爾濱工業(yè)大學(xué)： 20萬KW汽輪發(fā)電機(jī)組診斷4. 機(jī)械故障診斷技術(shù)的發(fā)展與現(xiàn)狀 狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)自身的發(fā)展過程，大致可歸納為以下三個階段： 離線的FFT分析儀階段 上世紀(jì)八十年代初、中期，通過磁帶記錄儀到現(xiàn)場記錄振動信號，然后回實(shí)驗(yàn)室輸入FFT（快速傅里葉變換）分析儀回放，進(jìn)行頻譜分析，只有功率譜（幅值譜）及波形，少數(shù)配置雙通道時才能看到軸心軌跡，分析方法單一，基本上只能查幅值、頻率。 離線或在線的計(jì)算機(jī)輔助監(jiān)測、診斷階段 上世紀(jì)八十年代末期至九十年代中期，通過計(jì)

40、算機(jī)完成信息采集、信號分析、數(shù)據(jù)庫管理、甚至給出診斷結(jié)論，有各種圖譜，分析方法多樣，更加注重幅值、頻率、相位信息的全面、綜合利用，還涌現(xiàn)出專家輔助診斷系統(tǒng)。 網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)測、診斷階段 上世紀(jì)九十年代末以來，充分利用企業(yè)內(nèi)部局域網(wǎng)和Internet網(wǎng)絡(luò)，做到資源共享、節(jié)省投資、遠(yuǎn)程診斷，所監(jiān)測的參數(shù)不再局限于振動、軸位移、轉(zhuǎn)速，進(jìn)一步擴(kuò)展到流量、壓力、溫度等工藝過程量，對設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的把握更加全面、準(zhǔn)確，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的專家遠(yuǎn)程診斷。 監(jiān)視診斷技術(shù)的現(xiàn)狀 各個工程領(lǐng)域?qū)收显\斷的敏感程度和需求迫切性并不相同。目前監(jiān)視診斷技術(shù)主要用于連續(xù)生產(chǎn)系統(tǒng)或與產(chǎn)品質(zhì)量有直接關(guān)系的關(guān)鍵設(shè)備，如汽輪機(jī)、高速離心壓

41、縮機(jī)等。這一領(lǐng)域所采用的監(jiān)視診斷技術(shù)可以概括為三類或三種層次的監(jiān)測方法：1. 以監(jiān)測儀表為主體的監(jiān)測裝置：如Bently序列、Philips序列等，由傳感器和指示儀表構(gòu)成，主要用于監(jiān)測振動。缺點(diǎn)：幅值監(jiān)測不能動態(tài)過程特征；強(qiáng)烈振動前，故障征兆不明顯；儀表無分析功能，靠人工經(jīng)驗(yàn)判斷。 2. 監(jiān)測儀表配備軟硬件裝置：由傳感器+頻譜分析儀構(gòu)成，具有頻譜分析、譜陣圖、波特圖、軸心軌跡圖等功能。缺點(diǎn)：不能自動判斷，診斷依賴于領(lǐng)域?qū)＜遥徊荒茴A(yù)防突發(fā)性故障；大型設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故障與征兆無一一對應(yīng)關(guān)系，難免誤診斷。 3. 計(jì)算機(jī)輔助監(jiān)測與診斷系統(tǒng)：由傳感器+接口裝置+計(jì)算機(jī)（含人工智能技術(shù)）組成?？蓪?shí)時監(jiān)測和

42、自動診斷，是機(jī)械工況監(jiān)測與故障診斷的主要發(fā)展領(lǐng)域。（目前無商品供應(yīng)，但國內(nèi)外有這種系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用）故障診斷發(fā)展趨勢分布式、網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)測代替集中監(jiān)測。實(shí)時的在線監(jiān)測替代定期監(jiān)測和巡回監(jiān)測。以多參數(shù)、大容量替代單參數(shù)監(jiān)測。平穩(wěn)運(yùn)行監(jiān)測到非平穩(wěn)的狀態(tài)監(jiān)測發(fā)展?；谛畔⒓?、融合、信息分解、提純等技術(shù)取代單參數(shù)的閾值比較。4. 機(jī)械故障診斷技術(shù)的發(fā)展與現(xiàn)狀 計(jì)算機(jī)輔助監(jiān)視與診斷系統(tǒng)今后發(fā)展方向主要是減少人工干預(yù)、提高自動化及自適應(yīng)能力的多層次的人工智能診斷系統(tǒng)發(fā)展。診斷技術(shù)的自動化、智能化水平將進(jìn)一步提高；故障診斷將向多參數(shù)綜合發(fā)展；故障診斷的速度更快，診斷的準(zhǔn)確度將進(jìn)一步提高；互聯(lián)網(wǎng)將為故障診斷提供

43、源源不斷不斷的信息。 4. 機(jī)械故障診斷技術(shù)的發(fā)展與現(xiàn)狀 回顧工程診斷技術(shù)的發(fā)展，從20世紀(jì)60年代開始實(shí)現(xiàn)單機(jī)監(jiān)測，70年代形成機(jī)組在線監(jiān)測系統(tǒng)及工藝參數(shù)在線監(jiān)測系統(tǒng)，到80年代出現(xiàn)機(jī)械設(shè)備故障診斷專家系統(tǒng)，進(jìn)入90年代在開發(fā)新的信號處理技術(shù)（如小波分析法等）和把人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法引入診斷方法的同時，機(jī)械故障診斷系統(tǒng)正向著工程化的方向發(fā)展，專家們愈來愈重視機(jī)械故障診斷的工程性，把故障診斷和工程控制結(jié)合起來，形成了狀態(tài)監(jiān)測故障診斷工程控制科學(xué)管理綜合連接的機(jī)械設(shè)備故障診斷工程，它包括了機(jī)械設(shè)備的監(jiān)測診斷管理維修和生產(chǎn)工藝的最優(yōu)控制。1. 故障診斷的意義：保障生產(chǎn)安全、改革設(shè)備維修制度、提高

44、生產(chǎn)率。 2. 故障的含義： 機(jī)械系統(tǒng)偏離功能；功能失效。 3. 故障診斷技術(shù)： 是了解、掌握設(shè)備在使用中的狀態(tài)，確定其整體或局部是否正常，早期發(fā)現(xiàn)故障及其原因，并預(yù)報(bào)故障發(fā)展趨勢的技術(shù)。 4. 故障診斷基本內(nèi)容： 設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測-利用監(jiān)測信息，判斷是否正常？發(fā)現(xiàn)故障苗頭； 設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的趨勢預(yù)報(bào)-利用運(yùn)行狀態(tài)的發(fā)展趨勢，預(yù)知設(shè)備的劣化速度，為生產(chǎn)安排、維修計(jì)劃做準(zhǔn)備。 故障類型、程度、部位和原因的確定-為診斷決策提供依據(jù)。故障診斷的意義、內(nèi)容、方法緒論一、機(jī)械故障診斷的意義及發(fā)展現(xiàn)狀 二、機(jī)械故障診斷的基本內(nèi)容與技術(shù)過程 三、大機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷常用的方法 四、計(jì)算機(jī)輔助監(jiān)視診斷系統(tǒng)

45、的主要環(huán)節(jié)及診斷策略 診斷對象 故障診斷技術(shù)已經(jīng)從對機(jī)械零部件的診斷發(fā)展到對整臺機(jī)器、一個機(jī)組、甚至是對一條生產(chǎn)線進(jìn)行診斷，進(jìn)而融入企業(yè)管理的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)（采用由計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)形成的DCS-DiagnosticCommunication System，診斷通信系統(tǒng)，對復(fù)雜的加工中心進(jìn)行監(jiān)視）。 A 機(jī)械零部件的技術(shù)診斷 包括對工程結(jié)構(gòu)的損傷診斷，如齒輪、軸、軸承、梁、柱、板、殼等等的損傷診斷。二、機(jī)械故障診斷的基本內(nèi)容與技術(shù)過程 一）故障診斷基本內(nèi)容 B 機(jī)器的技術(shù)診斷 包括對機(jī)器的性能和強(qiáng)度的診斷和評價(jià)。 性能評價(jià)方面：要診斷功能的正常和異常、故障和劣化，要分析其產(chǎn)生的原因； 強(qiáng)度評價(jià)方面：要

46、分析其主要零部件的可靠性，預(yù)測其壽命； 在機(jī)械設(shè)備的性能和強(qiáng)度的檢測評價(jià)的基礎(chǔ)上確定出修復(fù)和改善的方法。二、機(jī)械故障診斷的基本內(nèi)容與技術(shù)過程 機(jī)械設(shè)備在安裝完成投入運(yùn)行后就很難對它的關(guān)鍵零件直接測試取得信息，所以在絕大多數(shù)情況下都采用間接測量的方法間接測取的信息叫做機(jī)器的“二次信息”。由于二次信息帶有一定程度的“不確定性”，因此根據(jù)二次信息進(jìn)行的間接診斷就不象直接診斷那樣準(zhǔn)確。為了避免誤診斷，就需要研究識別理論。二、機(jī)械故障診斷的基本內(nèi)容與技術(shù)過程 在識別理論中首先要求明確提出所需診斷的對象，也就是要明確區(qū)分所要識別的狀態(tài)；其次要選定檢測和診斷用的特征及確定這些特征參數(shù)和所要診斷的機(jī)械設(shè)備狀態(tài)

47、之間的關(guān)系；第三還要提出決策的規(guī)則診斷的原則。 必須在著三方面都正確處理后才能對機(jī)械設(shè)備進(jìn)行正確的診斷。二、機(jī)械故障診斷的基本內(nèi)容與技術(shù)過程 C 系統(tǒng)的技術(shù)診斷二、機(jī)械故障診斷的基本內(nèi)容與技術(shù)過程 故障診斷是根據(jù)機(jī)械設(shè)備和工藝過程種發(fā)生的各種信息來識別和診斷的，是一個包含運(yùn)行狀態(tài)檢測、信號外析處理、故障模式識別、未來趨勢預(yù)測、維修決策形成等內(nèi)容的完整而系統(tǒng)的技術(shù)過程。簡而言之，技術(shù)診斷的基本內(nèi)容包括狀態(tài)監(jiān)測、識別診斷和預(yù)測三個方面。 圖 機(jī)械故障診斷過程 故障診斷基本內(nèi)容： 設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測-利用監(jiān)測信息，判斷是否正常？發(fā)現(xiàn)故障苗頭； 設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的趨勢預(yù)報(bào)-利用運(yùn)行狀態(tài)的發(fā)展趨勢，預(yù)知設(shè)備

48、的劣化速度，為生產(chǎn)安排、維修計(jì)劃做準(zhǔn)備。 故障類型、程度、部位和原因的確定-為診斷決策提供依據(jù)。二、機(jī)械故障診斷的基本內(nèi)容與技術(shù)過程 包括：機(jī)械故障機(jī)理、診斷數(shù)學(xué)和檢測技術(shù)等三方面的內(nèi)容。故障機(jī)理：又稱失效理論，是研究機(jī)器元件、部件失效機(jī)理，即失去功能的物理化學(xué)過程和失效模式。診斷數(shù)學(xué)：是研究診斷信息的選擇、采集、處理和判斷的數(shù)學(xué)原理與方法。檢測診斷技術(shù)：是診斷理論與方法的一種工程實(shí)現(xiàn)，包括檢測儀器的研制、無損檢測技術(shù)、壽命估計(jì)與預(yù)報(bào)技術(shù)和診斷系統(tǒng)等。二、機(jī)械故障診斷的基本內(nèi)容與技術(shù)過程 故障檔案庫各種樣板模式故障信號異常模型向量特征提取典型故障故障模擬信號監(jiān)測設(shè)備信號檢測狀態(tài)信號初始模式特征

49、提取故障特征信息待檢模式比較狀態(tài)故障情況狀態(tài)趨勢診斷決策狀態(tài)及趨勢分析輸出干預(yù)圖 設(shè)備監(jiān)測與診斷過程二、機(jī)械故障診斷的基本內(nèi)容與技術(shù)過程 二）機(jī)械故障診斷技術(shù)過程 設(shè)備故障診斷的內(nèi)容包括狀態(tài)監(jiān)測、分析診斷和故障預(yù)測三個方面。其具體實(shí)施過程可以歸納為以下四個方面：1、信號采集；2、信號處理（特征提?。?；3、狀態(tài)識別；4、診斷決策。 二）機(jī)械故障診斷技術(shù)過程 故障診斷技術(shù)的環(huán)節(jié)二）機(jī)械故障診斷技術(shù)過程 1、診斷信號的采集/獲??；診斷信息的獲取方法：直接觀察、性能測定、殘余物測定、溫度測定、壓力測定、聲發(fā)射檢測等。信號檢測傳感器、采樣與予處理、A/D、數(shù)字信號予處理。 2、特征信號分析/提?。?）

50、時域分析法：1）概率密度涵數(shù)；2）隨即過程的數(shù)字特征：均值、方差、有效值；3）自相關(guān)函數(shù)。2）頻域診斷法：自功率譜密度函數(shù) 3、狀態(tài)識別及趨勢分析 以模式識別為理論基礎(chǔ)，有兩種： 1、統(tǒng)計(jì)模式識別 2、結(jié)構(gòu)模式識別基于模糊數(shù)學(xué)的模糊診斷；基于灰色理論的灰色診斷 基于信息論的信號采集和信號處理技術(shù)是診斷過程的第一和第二個環(huán)節(jié)； 機(jī)械設(shè)備的工作狀態(tài)通過其運(yùn)行時產(chǎn)生的各種信息反映出來，所以診斷過程的第一步就是用傳感器把能表征機(jī)械設(shè)備狀態(tài)的信號采集出來；每一種傳感器采集到的信號中都包含有對診斷有用的信號和與診斷無關(guān)的噪聲信號；診斷過程的第二步就是從采集到的信號中提取有用的信號并把它加工成能二）機(jī)械故障

51、診斷技術(shù)過程 三）監(jiān)測與診斷系統(tǒng)硬件構(gòu)成 目前所采用的檢測診斷技術(shù)，其系統(tǒng)硬件主要由傳感器、接口裝置及磁帶記錄儀或示波器或譜分析儀等指示儀表箱或計(jì)算機(jī)構(gòu)成。 A/D接口版打印機(jī)振動傳感器示波器電荷放大器設(shè)備其它傳感器磁帶記錄儀預(yù)處理器計(jì)算機(jī)顯示器CRT譜分析儀圖 監(jiān)測和診斷系統(tǒng)硬件框圖三）監(jiān)測與診斷系統(tǒng)硬件構(gòu)成 圖 測量系統(tǒng)示意 圖 軸承振動信號測量 三）監(jiān)測與診斷系統(tǒng)硬件構(gòu)成 圖 計(jì)算機(jī)輔助振動信號測試系統(tǒng) 緒論一、機(jī)械故障診斷的意義及發(fā)展現(xiàn)狀 二、機(jī)械故障診斷的基本內(nèi)容與技術(shù)過程 三、大機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷常用的方法 四、計(jì)算機(jī)輔助監(jiān)視診斷系統(tǒng)的主要環(huán)節(jié)及診斷策略 三、大機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測與故

52、障診斷常用的方法 對研究的對象進(jìn)行分類實(shí)際上是一種分析問題的方法，從各種不同的角度進(jìn)行分類就是從不同的側(cè)面和深度來研究問題。 可作為機(jī)械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷的信息是多種多樣的，主要有：振動、聲音、變形、應(yīng)力、裂紋、磨損、腐蝕、溫度、壓力、流量、電流、轉(zhuǎn)速、扭矩、功率、等等。因此其方法也有多種。一） 故障診斷技術(shù)的方法與分類 二） 監(jiān)測與故障診斷常用的方法 按照診斷模式分 離線分析診斷 在線分析診斷 遠(yuǎn)程檢測診斷故障診斷技術(shù)的方法與分類離線分析診斷 定期或不定期的巡檢的方式采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，然后回放到計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行監(jiān)測與診斷分析。 特點(diǎn)：離線分析，對突發(fā)故障無能為力，但可精細(xì)分析 計(jì)算機(jī)

53、監(jiān)控箱記錄、文件在線分析診斷 由傳感器及高速實(shí)時數(shù)采硬件、控制計(jì)算機(jī)及監(jiān)測分析軟件組成。 特點(diǎn)：在線監(jiān)測，可以給出設(shè)備的當(dāng)前狀態(tài)，捕捉突發(fā)故障并進(jìn)行及時分析。 。.信號調(diào)理信號調(diào)理信號調(diào)理機(jī)組機(jī)組現(xiàn)場工控機(jī).信號調(diào)理信號調(diào)理信號調(diào)理機(jī)組機(jī)組現(xiàn)場工控機(jī)。.信號調(diào)理信號調(diào)理信號調(diào)理機(jī)組機(jī)組現(xiàn)場工控機(jī)遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)實(shí)時遠(yuǎn)程監(jiān)測 充分挖掘和發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)信息交換、資源共享的優(yōu)點(diǎn)，充分利用科研院所的專家資源，實(shí)現(xiàn)“移動的是數(shù)據(jù)而不是人”，在網(wǎng)絡(luò)層面上實(shí)現(xiàn)故障信息的挖掘和故障類型的確診。 按檢測參數(shù)分 振動：適用于旋轉(zhuǎn)機(jī)械、往復(fù)機(jī)械、軸承、齒輪等。 溫度（紅外）：適用于工業(yè)爐窯、熱力機(jī)械、電機(jī)、電器等。 聲發(fā)射：適用于壓力容器、往復(fù)機(jī)械、軸承、齒輪等。 油液（鐵譜）：