机械设备状态监测和故障诊断技术

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1、振动、冲击、噪声国家重点实验室(上海交通大学)2005年5月18日2022年6月1日星期三2提纲提纲n引 言n学科范畴n学科发展意义n监测与诊断技术基础n监测与诊断系统n监测与诊断技术发展趋势n结束语引言引言n引 言n学科范畴n学科发展意义n监测与诊断技术基础n监测与诊断系统n监测与诊断技术发展趋势n结束语2022年6月1日星期三4引言引言n现代工业生产对机械设备的要求:n可靠性n可用性n维修性n经济性n安全性n进行全寿命管理，实行全面质量保证体系制度n机械设备状态监测与故障诊断技术在满足上述这些要求中，扮演着越来越重要的角色2022年6月1日星期三5引言引言n机械设备是现代化工业生产的物质技

2、术基础，设备管理则是企业管理中的重要领域n也就是说，企业管理的现代化必然要以设备管理的现代化作为其重要组成部分n机械设备状态监测与故障诊断技术在设备管理与维修现代化中占有重要的地位我国已将我国已将设备诊断技术设备诊断技术、修复技术修复技术和和润滑技术润滑技术列为设备管理和维修工作的三项基础技术列为设备管理和维修工作的三项基础技术2022年6月1日星期三6引言引言n维修方式归纳起来有三大类，共五种形式：n事后维修(BM)n改善维修(CM)n预防维修(PM)视情维修(COM)、状态维修(CBM)和计划(定期)维修(TBM)改善维修(CM)改装、改进(型)、重新设计、变更式样视情维修视情维修给定计划

3、、制定界限值、有缺陷和需要时状态维修状态维修以状态为基础、基于统计分析、信号处理、趋势分析定期维修定期维修以时间为基础、长期计划、定期性能严重劣化或故障停机时导致的非计划维修事后维修(BM)预防维修(PM)维修方式2022年6月1日星期三7引言引言n状态监测与故障诊断技术是预防(状态)维修的必要条件n推广和应用设备状态监测与故障诊断技术可以达到如下目的：n保障设备运行安全，防止突发事故n保证设备工作精度，提高产品质量n实施状态维修(或预防维修)，节约维修费用n避免设备事故带来的环境污染及其它危害n给企业部门带来较大的间接经济效益2022年6月1日星期三8引言引言n实践证明，机械设备状态监测与故

4、障诊断技术n正在改变着我国传统维修管理的被动局面n正在向预防(状态)维修的新方式推进n促使设备寿命周期费用最经济和综合效率最高n可见，状态监测与故障诊断技术是开展预防(状态)维修的重要支撑2022年6月1日星期三9引言引言n机械设备状态监测与故障诊断n是一门正在不断完善和发展的交叉型学科n是一项与现代化工业大生产紧密相关的技术n是机械学科领域的研究热点之一n故障诊断学科需解决的重要问题n故障特征信息提取和故障分类、识别的新理 论及新方法研究n复杂故障产生机理及模型的深入研究n故障诊断智能系统研究，包括诊断专家系统和网络化远程诊断系统学科范畴学科范畴n引 言n学科范畴n学科发展意义n监测与诊断技

5、术基础n监测与诊断系统n监测与诊断技术发展趋势n结束语2022年6月1日星期三11学科范畴学科范畴机器机器建模技术建模技术测量技术测量技术分析分析声音或振动信号声音或振动信号CAD, CAE图像处理图像处理结构与强度结构与强度参数辨识参数辨识故障诊断故障诊断FEM机械工程机械工程信号处理技术信号处理技术应用力学应用力学* Power Spectral Density (PSD), * Correlation, * Fuzzy Logic, * Bispectrum,* Higher-Order Statics (HOS), * Neural Networks (NN), * Wavelet T

6、ransform,* Spectral Correlation Density (SCD), * Time-Frequency Distribution (TFD),* Sound Intensity, * Near-Field Acoustic Holographics, * .* Stability,* Chaos,* Fractal,* .坐标反求坐标反求2022年6月1日星期三12定义定义n机械设备状态监测与故障诊断n是识别机械设备(机器或机组)运行状态的一门综合性应用科学和技术，它主要研究机械设备运行状态的变化在诊断信息中的反映n通过测取设备状态信号，并结合其历史状况对所测信号进行处

7、理分析，特征提取，从而定量诊断(识别)机械设备及其零部件的运行状态(正常、异常、故障)，进一步预测将来状态，最终确定需要采取的必要对策的一门技术n主要内容包括监测、诊断(识别)和预测三个方面2022年6月1日星期三13定义定义 技术结构关系技术结构关系S症状逻辑关系F故障 正向逻辑：故障反映C工作状态M监测正常异常D诊断表现振动、噪声、温度、压力、转速、扭矩、功率、.诊断理论与方法 统计识别， 模糊逻辑， 灰色理论， 神经网络，.简易、精密类别磨损、腐蚀、变形、裂纹、不平衡、不对中、松动、渗漏、.性质与程度暂时、永久、突发、渐发、破坏、非破坏、先天、错用、.分析参数监测，症状识别，特征提取，.

8、逻辑关系简单映射、加权相关、规则相关、置信因子、.逆向逻辑：机理研究在线、离线；定期、连续；.(I)(II)2022年6月1日星期三14定义定义 监测与诊断的关系监测与诊断的关系n机械设备状态监测与故障诊断既有区别、又有联系，同一学科的两个层次：简易/精密n状态监测也称为简易诊断，一般是通过测定设备的某些较为单一的特征参数(如振动、温度、压力等)来检查设备状态，并根据特征参数值与门限值之间的关系来决定设备的状态n如果对设备进行定期或连续的状态监测，便可获得有关设备状态变化的趋势规律，据此可预测和预报设备的将来状态。通常这就叫做趋势分析n故障诊断也称为精密诊断，不仅要掌握设备的状态正常与否，同时

9、还需要对产生故障的原因、部件（位置）以及故障的严重程度进行深入的分析和判断学科发展意义学科发展意义n引 言n学科范畴n学科发展意义n监测与诊断技术基础n监测与诊断系统n监测与诊断技术发展趋势n结束语2022年6月1日星期三16故障诊断的目的故障诊断的目的n目标：保证设备的安全、可靠和高效、经济运行n主要目的：n及时、正确、有效地对设备的各种异常或故障状态作出诊断，预防或消除故障；同时对设备的运行维护进行必要的指导。确保可靠性、安全性和有效性n制定合理的监测维修制度，保证设备发挥最大设计能力,同时在允许的条件下充分挖掘设备潜力，延长其服役期及使用寿命，降低设备全寿命周期费用n通过检测、分析、性能

10、评估等，为设备修改结构、优化设计、合理制造及生产过程提供数据和信息2022年6月1日星期三17故障诊断的任务故障诊断的任务n状态监测：n了解和掌握设备的运行状态。包括采用各种检测、测量、监视、分析和判别方法，结合设备的历史和现状，考虑环境因素，对运行状态作出评估，并为进一步分析提供信息n故障诊断：n根据状态监测所得信息，结合已知的结构特性和参数、环境条件及运行历史，对故障进行预报和分析、判断，确定故障的性质、类别、程度、原因、部位，指出故障发生和发展的趋势及其后果2022年6月1日星期三18故障诊断的任务故障诊断的任务n指导设备管理和维修：n根据故障诊断的结果，提出控制故障继续发展和消除故障的

11、对策或措施(调整、维修、治理)；为推进视情维修体制提供依据2022年6月1日星期三19开展故障诊断工作的意义开展故障诊断工作的意义n有利于提高设备管理水平n“ 管好、用好、修好”设备，不仅是保证简单再生产的必要条件，而且能提高企业经济效益，推动国民经济持续、稳定、协调地发展n机械设备状态监测与故障诊断是提高设备管理水平的一个重要组成部分2022年6月1日星期三20开展故障诊断工作的意义开展故障诊断工作的意义n避免重大事故发生，减少事故危害性n现代设备的结构越来越复杂，功能越来越完善，自动化程度越来越高。但是，当设备出现故障时所带来的影响程度也明显增大，有时不仅仅是造成巨大的经济损失，往往还会带