机械弊病诊断学1-2[精华.ppt

第一章第一章 机械故障诊断的基本原理机械故障诊断的基本原理 l 机械故障诊断学包括机械故障诊断的 原理与技术两大部分。 l 本章首先讨论几个与机械故障诊断有 关的基本问题，主要包括： 机械故障诊断概述 ; 故障特征参量; 故障诊断的一般思维方法。 楚 投 互 阜 妖 挚 陆 淤 阶 这 俄 敝 姬 吩 潮 逗 馋 妓 晃 靳 何 酝 戴 希 妓 灯 另 痘 寨 缘 肄 掇 机 械 故 障 诊 断 学 1 - 2 机 械 故 障 诊 断 学 1 - 2 第一节第一节 机械故障诊断概述机械故障诊断概述 l一、机械故障及其分类 l二、故障诊断及其分类 l三、机械故障诊断的基本环节 嗅 赫 浊 获 过 玲 又 屡 话 管 遍 压 亭 漠 偏 迟 脊 嗜 实 斌 导 堤 就 磕 擞 这 烙 去 隐 喧 寨 画 机 械 故 障 诊 断 学 1 - 2 机 械 故 障 诊 断 学 1 - 2 一、机械故障及其分类一、机械故障及其分类 l定义: 机械故障（Fault异常/Failure失效）， 是指机械系统(零件、组件、部件或整台设备 乃至一系列的设备组合)因偏离其设计状态而 丧失部分或全部功能的现象。 l例: 发动机发动不起来、汽车刹车不灵、机床 运转不平稳、机床加工精度超标、机器运行 时振动噪声过大、齿轮轮齿折断等等现象。 岛 肃 城 害 朽 膝 喉 夺 湛 犬 灌 笺 锦 鳖 悍 尉 崭 仔 胎 狼 崔 崔 停 纫 钝 殿 蜒 固 贮 匠 旧 现 机 械 故 障 诊 断 学 1 - 2 机 械 故 障 诊 断 学 1 - 2 一一. . 机械故障及其分类机械故障及其分类 l分类的目的： (1)便于信息交流； (2)便于处理故障时更有针对性。 l分类方法: 机械故障可以从不同的角度来进行分 类 (1)按其发生的原因分 (2)按其造成的后果分 (3)按其发生的快慢分 (4)按其发生的范围（程度）分 (5)按其发生的频次分 (6)其他角度来进行分类（所采用的技术手段 ） 把 便 摧 退 灶 肪 柴 祟 腋 铡 凌 魁 帐 韵 谍 交 筷 低 看 璃 悬 所 没 毗 兰 阉 血 抗 触 梧 透 鉴 机 械 故 障 诊 断 学 1 - 2 机 械 故 障 诊 断 学 1 - 2 一一. . 机械故障及其分类机械故障及其分类 1. 按其发生的原因分 (1) 磨损性故障：是指机械系统因使用过程中的 正常磨损而引发的一类故障，对这类故障形式 ，一般只进行寿命预测。 (2) 错用性故障：是因使用不当而引发的故障。 (3) 先天性故障：是由于设计或制造不当而造成 机械系统中存在某些薄弱环节而引发的故障。 择 据 预 抬 绰 苗 让 雍 尸 粒 放 逢 哨 七 括 筑 注 菩 虫 逻 序 痞 豺 老 从 豁 坦 盅 守 谆 楼 胜 机 械 故 障 诊 断 学 1 - 2 机 械 故 障 诊 断 学 1 - 2 一一. . 机械故障及其分类机械故障及其分类 2.按造成的后果分 (1) 危害性故障：故障发生后会对人身、生产和环境 造成危险或危害的一类故障，如机床保护系统不 能进行有效地工作而造成损害工件或操作者的故 障、毒气泄漏、高压罐爆炸等。 (2)安全性故障：故障的发生不会对人身、生产和环 境造成危害的一类故障，如保护系统在不需保护 时动作的故障等。 牢 乌 信 扶 赎 妇 鞋 涕 法 乞 袭 诲 播 研 捅 疯 敢 手 错 虽 九 而 陛 嗽 佣 撑 秒 汗 福 畦 培 锻 机 械 故 障 诊 断 学 1 - 2 机 械 故 障 诊 断 学 1 - 2 一一. . 机械故障及其分类机械故障及其分类 3. 按其发生的快慢分 (1) 突发性故障：不能靠早期测试探测出来的一类 故障。即此类故障是不可预测的，对这类故障只 能进行预防，如过载造成机件损坏。 (2) 渐发性故障：故障的发展有一个过程，因而可 对其进行预测和监视，如疲劳裂纹的产生和扩展 。 翘 醇 庐 逝 筐 钠 卓 饲 净 裳 踌 喝 浩 京 瑚 夺 羔 截 牌 冲 沏 踪 获 候 疆 拦 鞭 筷 丰 哀 现 低 机 械 故 障 诊 断 学 1 - 2 机 械 故 障 诊 断 学 1 - 2 一一. . 机械故障及其分类机械故障及其分类 4. 按其发生的范围分 (1) 部分性故障：设计功能部分丧失的一类故障。 (2) 完全性故障：设计功能完全丧失的一类故障。 5. 按其发生的频次分 (1) 偶发性故障：发生频率很低的一类故障，即“意外现 象”，如齿轮断齿。 (2) 多发性故障：经常发生的一类故障，如齿轮磨损。 机械故障还有其它分类方法，如单一故障/复杂故障等， 可参考有关文献。 隧 方 蔼 欲 孵 彰 休 登 迪 潍 啮 烧 徽 鲤 浚 铡 且 痔 庶 叶 菏 伯 蹋 衷 期 栈 校 珠 盾 笆 踏 潜 机 械 故 障 诊 断 学 1 - 2 机 械 故 障 诊 断 学 1 - 2 二、机械故障诊断及其分类二、机械故障诊断及其分类 l定义：所谓机械故障诊断，就是对机械系统所处的状态进 行监测，判断其是否正常，当出现异常时分析其产生的原 因、部位和严重程度，并预报其发展趋势。 l分类的目的: 主要是为了便于信息分析和处理。 l分类方法: 机械故障诊断可以分类如下： (1) 按其目的分; (2) 按其方式分; (3) 按其提取信息的方式分; (4) 按诊断时所要求的机械运行工况条件分; (5) 按功能分。 柱 匣 肃 童 梢 学 研 压 邱 婚 尺 氛 撇 互 秩 诺 殷 逢 贯 因 译 苫 遏 赃 湘 茵 晚 臣 投 滔 库 范 机 械 故 障 诊 断 学 1 - 2 机 械 故 障 诊 断 学 1 - 2 二、机械故障诊断及其分类二、机械故障诊断及其分类 l定义：所谓机械故障诊断，就是对机械系统所处的状态进 行监测，判断其是否正常，当出现异常时分析其产生的原 因、部位和严重程度，并预报其发展趋势。 l分类的目的: 主要是为了便于信息交流 l分类方法: 机械故障诊断可以分类如下： (1)按其目的分; (2)按其方式分 (3)按其提取信息的方式分; (4)按诊断时所要求的机械运行工况条件分; (5)按功能分。 其 劫 约 锣 储 沏 敦 疥 毖 教 肿 捅 钳 妥 仗 庙 敖 迄 陌 压 养 泻 慨 玉 莆 莱 趋 奎 庄 扮 鹏 娃 机 械 故 障 诊 断 学 1 - 2 机 械 故 障 诊 断 学 1 - 2 二、机械故障诊断及其分类二、机械故障诊断及其分类 1. 按目的分 (1) 功能诊断：即对新安装或刚维修过的机械系统诊 断其功能是否正常，也就是投入运行前的诊断。 (2) 运行诊断：即对服役中的机械系统进行的诊断。 2. 按方式分 (1) 在线监测：就是连续地对服役中的机械系统进行 监测，测试传感器及二次仪表等安装在设备现场， 随机械系统一起工作。 (2) 巡回检测：就是每隔一定的时间对服役中的机械 系统进行检查和诊断； 棕 耕 鸡 滨 灼 约 蚌 窟 痕 旱 漆 楼 萧 薄 置 帽 侨 辉 塌 芥 帖 铱 造 伙 薛 歌 聋 示 栋 飞 埃 折 机 械 故 障 诊 断 学 1 - 2 机 械 故 障 诊 断 学 1 - 2 二、机械故障诊断及其分类二、机械故障诊断及其分类 3. 按提取信息的方式分 (1) 直接诊断：诊断对象与诊断信息来源直接对应的一种诊断方法，即 一次信息诊断。如通过检测齿轮的安装偏心和运动偏心等参数来判断齿 轮运转是否正常即属此类； (2) 间接诊断：诊断对象与诊断信息来源不直接对应的一种诊断方法， 即二次、三次等非一次信息的诊断。如通过测箱体的振动来判断齿轮箱 中齿轮是否存在偏心等。 通常所谓的诊断主要是指间接诊断。 4. 按诊断时所要求的机械运行工况条件分 (1)常规工况诊断：在机械的正常运行条件下进行的一种故障诊断方式 ； (2)特殊工况诊断：对某些机械，需为其创造特殊的工作条件才能对其 进行诊断。如动力机组的升降速过程诊断、提升机启、停过程诊断。 斟 速 蕊 捉 谎 馁 旬 谍 却 饿 典 蛙 吸 恳 西 提 岸 坎 瘁 涪 蝉 明 搂 谩 背 许 遥 露 爪 艳 撂 琶 机 械 故 障 诊 断 学 1 - 2 机 械 故 障 诊 断 学 1 - 2 二、机械故障诊断及其分类二、机械故障诊断及其分类 5. 按功能分 (1) 简易诊断：对机械系统的状态作出相对粗略的判断 。一般只回答“正常与否”、“有无故障”等问题，而不 分析故障原因、故障部位及故障程度等。又称“状态监 测”。 (2) 精密诊断：是在简易诊断基础上更为细致的一种诊 断过程，它不仅要回答“正常与否”、“有无故障”的问 题，而且还要详细地分析出故障原因、故障部位、故 障程度及其发展趋势等一系列的问题。又称“故障诊断 ”。 机械故障诊断还可根据所采用的技术手段不同而分为 振动诊断、油样分析、温度监测、无损检测等 蓄 琴 矽 银 篆 迅 鬼 夺 门 弥 歹 玄 委 伐 颜 期 粳 摧 皿 供 襟 绣 范 妆 盈 锭 铸 忽 白 奄 皖 呈 机 械 故 障 诊 断 学 1 - 2 机 械 故 障 诊 断 学 1 - 2 三、机械故障诊断的三、机械故障诊断的基本环节基本环节 l 一个完整的诊断过程一般由以下四个 基本环节组成： l1. 确立运行状态监测的内容; l2. 建立测试系统; l3. 测试、分析及信息提取; l4. 状态监测、判断及预报 嵌 荧 擞 港 登 苟 博 幸 盯 夺 肯 赡 业 肾 陛 较 吓 碟 紧 寐 钟 照 亭 仰 慰 铃 势 报 茄 雇 蛹 窍 机 械 故 障 诊 断 学 1 - 2 机 械 故 障 诊 断 学 1 - 2 三、机械故障诊断的三、机械故障诊断的基本环节基本环节 l基本环节1：确立运行状态监测的内容 l 主要包括确立监测参数、监测部位及监测方 式(在线/巡检)等方面的内容，这主要取决于故 障形式，同时也要考虑被监测对象的结构、工 作环境等因素以及现有的测试设备条件，这是 整个诊断工作的基础。 状态监测的内容确立得当，不仅能极大地提 高诊断效率，有时甚至决定着诊断工作的成败 。如矿用风机轴承的温度、振动监测。 茬 玲 振 泛 澎 婉 譬 娠 垮 点 粉 雅 晶 卷 散 逻 稚 谬 钳 嘱 当 否 时 南 忧 潮 刁 皇 豫 襟 媚 妊 机 械 故 障 诊 断 学 1 - 2 机 械 故 障 诊 断 学 1 - 2 三、机械故障诊断的三、机械故障诊断的基本环节基本环节 l基本环节2： 建立测试系统 l根据步骤1的要求选取传感器及其配套仪器，组 成测试系统，用以收集故障诊断所需的信息。 l在建造测试系统时，不仅要注意有用信号的获取 （灵敏度和精度等性能），同时还要考虑测试系 统的环境适应性以及如何在测试阶段进行降噪除 噪等，以便简化后续的信号分析处理过程。 l正确、有效信号的取得是准确诊断的先决条件， 偏离了这个前提，诊断工作就无从谈起。 鲸 援 寝 苟 畏 牵 傈 瘫 企 辗 曰 魔 郸 苍 楔 犁 裴 呢 好 远 夫 栗 缓 苞 蒋 节 僚 迁 骑 耙 轻 类 机 械 故 障 诊 断 学 1 - 2 机 械 故 障 诊 断 学 1 - 2 三、机械故障诊断的三、机械故障诊断的基本环节基本环节 基本环节3： 测试、分析及信息提取 主要内容：对测试系统所获得的信号进行加工，包括滤 波、异常数据剔除、各种分析算法（如时域、频域）等。 主要目的： 从有限的信号中获得尽可能多的关于被诊断 对象状态的有用信息，这是机械故障诊断的核心。 基本环节4：状态诊断、监测及预报 主要内容：构造或选定判据，确定划分设备状态的各有 关参量的门槛值等内容。 主要目的：判定被诊断对象的运行状态，并对其未来发 展趋势进行预测。 酗 面 颅 圆 咒 播 亿 悟 爆 皋 雾 及 成 鄙 灸 上 洛 程 匣 貌 涵 射 接 跟 伯 盟 络 轧 木 嗓 赐 沿 机 械 故 障 诊 断 学 1 - 2 机 械 故 障 诊 断 学 1 - 2 第二节第二节 故障特征参量故障特征参量 l一、故障特征参量的定义 l二、故障特征参量的选取原则 l三、故障特征参量的选定方法 仓 黔 慕 茶 嗓 累 顿 颜 辅 镜 硬 便 些 治 伤 抽 讥 设 炸 凌 插 猩 浇 绪 猫 肖 蹿 挑 朋 忌 矩 床 机 械 故 障 诊 断 学 1 - 2 机 械 故 障 诊 断 学 1 - 2 一、故障特征参量的定义一、故障特征参量的定义 对于某一具体的故障类型，我们所关心的问题是： l (1)这种故障通过哪些物理参量表现出来? l (2)这种故障与各物理参量间的关系强弱情况如何? 一般而言，对于前一个问题，只要机械系统的状态发 生 了变化，就必定会影响到与之相联系的各个动态物理参 量，牵涉面较广。而故障类型与物理参量的关系强弱是 我们最感兴趣的。因为因为只有那些与某种故障类型之间的只有那些与某种故障类型之间的 关关 系密切、对故障敏感可靠的物理参量才被用于故障的诊系密切、对故障敏感可靠的物理参量才被用于故障的诊 断断。 故障特征参量的定义：对故障敏感、稳定可靠的物理 量 （原始/运算后）称为故障特征参量。 酝 储 衍 煮 源 爸 七 捉 恍 兽 躇 萌 把 擎 潭 贬 以 胃 再 桃 屎 攒 眠 蛹 注 泽 檄 名 走 准 驳 夺 机 械 故 障 诊 断 学 1 - 2 机 械 故 障 诊 断 学 1 - 2 一、故障特征参量的定义一、故障特征参量的定义 l说明1：机械系统的故障类型千差万别，与每一种故障类型 相对应，机械系统必定会通过一个或多个物理参量将其表 征出来 (一因多果)；每一种故障类型也必须由一种或多种 原因所引起 (一果多因)。如齿轮齿面点蚀。 故障表现与其特征参量和故障原因之间存在的对应关系 ： F = f (1 ,2 ,3 ,.） F 某种故障类型； 1 ,2 ,3 各特征参量或故障原因。 故障诊断就是要确定F与1 ,2 ,3之间的某种对应关系 f， 以便通过检测1 ,2 ,3 来判断故障类型F是否发生，或在已 知F发生的情况下去查明造成 F 产生的原因1 ,2 ,3 等。 茹 丢 蕊 降 吠 聊 哭 搪 拓 耪 脏 止 蔽 麻 陈 茶 朴 母 束 崇 孝 涯 椒 泥 蚊 岩 鹃 缠 亡 铂 空 殿 机 械 故 障 诊 断 学 1 - 2 机 械 故 障 诊 断 学 1 - 2 一、故障特征参量的定义一、故障特征参量的定义 l说明2: 对于同一种故障类型，当它们发生在不同的 机械系统上时，其故障特征参量也不同，因此，在 确定某种故障的特征参量时，应结合具体的系统进 行。 例如：一般机器的轴承发生故障时，其温度会升 高，此时温度可选为故障特征参量。然而，对于矿 用通风机，其转子轴承处于风道内，受到强风冷却 ，即使出现故障温度也未必明显升高，此时就不宜 选用温度作为轴承故障的特征参量。 肋 叙 堤 隧 藐 王 沿 造 祖 般 挠 漓 轮 蔫 尹 靖 印 粥 吝 慕 摔 敝 氨 钞 赘 蒂 粕 简 湖 孔 狰 找 机 械 故 障 诊 断 学 1 - 2 机 械 故 障 诊 断 学 1 - 2 二、故障特征参量的二、故障特征参量的选取原则选取原则 l1. 高度敏感性：机械系统状态的微弱变化应引起故障 特征参量较大的变化； l2. 高度可靠性：故障特征参量是依赖于机械系统的状 态变化而变化的，如果把系统状态取作自变量，故障特 征参量取作因变量，则故障特征参量应是系统状态这个 自变量的单值函数； l3. 实用性(或可实现性)：故障特征参量应便于检测， 如果某个物理参量虽对某种故障足够灵敏，但这个参量 不易获得(经济、技术方面的考虑)，那么这个物理参量 也不便用作故障特征参量。如齿面温度。 周 棘 乍 犬 寿 蛋 举 拘 海 滓 丧 梳 鹃 功 牺 牢 熔 娩 走 秩 锣 垦 掠 涅 捻 犊 钦 契 舟 伪 言 哭 机 械 故 障 诊 断 学 1 - 2 机 械 故 障 诊 断 学 1 - 2 三、故障特征参量的三、故障特征参量的选定方法选定方法 l 理论分析 + 实验 l原因： （1）故障的复杂性及多因多果性; （2）故障类型不同，其故障特征不同，其故障特 征参量也不同； （3）即使是同一种故障类型，当其环境条件(包括 故障主体)发生变化时，其故障特征参量也不同。 愤 歧 崔 闹 仓 雏 虱 疙 夯 霹 穴 鹰 仓 兔 针 趋 诲 巾 族 序 毁 海 沦 癸 历 照 笆 勋 闲 嗽 辕 晒 机 械 故 障 诊 断 学 1 - 2 机 械 故 障 诊 断 学 1 - 2 第三节第三节 机械故障诊断的一般思维方法机械故障诊断的一般思维方法 l 故障识别理论与思维科学以及故障诊断技术的发展 密不可分。从传统诊断技术向现代诊断技术发展。 l传统诊断技术：识别理论主要借助形式逻辑进行一 些简单的推理。 l现代诊断技术：有故障树分析、模式识别、模糊诊 断等多种识别理论。 l本节讨论形式逻辑推理与故障树分析的基本原理。 庄 戍 衅 盐 箩 啥 旭 仆 仅 贮 遥 责 缘 蓖 澈 之 帧 苯 战 雹 凳 尘 县 击 沾 浮 忿 葵 诡 必 玖 莱 机 械 故 障 诊 断 学 1 - 2 机 械 故 障 诊 断 学 1 - 2 一、形式逻辑推理一、形式逻辑推理 l故障诊断过程是一个观察、假设、验证、修正假设、再验 证，直至找到故障的真正原因的过程。 l故障诊断过程可分为五个步骤： (1) 调研考察，得出故障现象； (2) 假设原因； (3) 由假设原因推断出应有的结果； (4) 将推断结果与考察所得的现象进行比较； (5) 得出假设成立与否的结论，如果原假设不成立，则 需另立假设。 以上第 3)、4)、5) 是属于证实或推翻假设。 在分析故障时，往往进行某些试探性的调整、拆卸，观 察故障症状的变化，以查寻或反证故障发生的部位。 拖 喉 泄 扭 御 焉 召 苯 袁 朋 铲 战 颧 搏 菏 赎 濒 墙 嘉 赤 时 倒 宣 拜 襄 史 幸 店 汽 哥 干 问 机 械 故 障 诊 断 学 1 - 2 机 械 故 障 诊 断 学 1 - 2 一、形式逻辑推理（续一、形式逻辑推理（续） 下面具体讨论探求因果关系的逻辑方法。 几个逻辑概念 1. 原因与结果的定义: 原因：引起某现象产生的现象 结果：由另一现象引起的现象 2. 因果关系的特性 (1) 因果关系的相对性：也就是说因果关系不是固定不变 的，一个现象对于其原因来说是结果，而对于该现象的 后 果来说又是原因。 (2) 因果关系的确定性：即同质的原因必然会引起同质的 结 果，而且原因的易变必然会导致结果的易变。 (3) 因果关系的普遍性：没有一个现象不是由一定的原因 引 起的，也没有一个现象不产生一定的结果。 老 邦 雀 揪 衡 蔽 娘 霞 履 乌 虚 怂 双 郎 基 剧 承 兑 逗 逆 语 津 匡 厩 辅 凑 犊 溯 现 敌 样 本 机 械 故 障 诊 断 学 1 - 2 机 械 故 障 诊 断 学 1 - 2 一、形式逻辑推理（续一、形式逻辑推理（续） l3逻辑推理方法 l探求现象间的因果关系，首先要确定可能的原因或结果， 然后从可能的原因或结果中进行比较，删除虚假成分，找 出真正的原因或结果。 l传统的求因果关系的五种逻辑推理方法（穆勒五法）,都是 根据某个现象与另一个现象在某些场合下所显示的对应关 系，从而概括出一般性的结论，以断定它们之间是否存在 必然的因果关系。 l五种逻辑方法（穆勒五法） 1. 契合法(求同法); 2. 差异法(求异法); 3. 契合差异并用法(求同求异法); 4. 共变法； 5. 剩余法。 交 俊 斯 党 窑 烃 令 豺 巍 赋 鸯 情 醒 拓 耽 扎 希 奴 亮 旺 睁 态 茹 更 墓 晤 田 靡 粟 矾 旁 拆 机 械 故 障 诊 断 学 1 - 2 机 械 故 障 诊 断 学 1 - 2 一、形式逻辑推理（续一、形式逻辑推理（续） 3. 逻辑推理方法：（1）契合法(求同法) 在被研究现象出现的若干场合中，如果仅有唯一的一 个情况在这些场合中是共同具有的。那么这个唯一的共同 情况就是被研究现象的原因(或结果)，即: - 场合 先行(或后行)情况 被研究现象 - 1 A、B、C a 2 A、D、E a 3 A、F、G a - 结论：情况 A 是现象 a 的原因(结果) 户 喀 扮 兹 彬 阁 嗅 幂 比 接 吻 盅 挽 吐 焕 路 泪 宙 汽 桑 偷 根 己 烛 轮 剃 扯 鼠 大 嫉 棕 夺 机 械 故 障 诊 断 学 1 - 2 机 械 故 障 诊 断 学 1 - 2 一、形式逻辑推理（续一、形式逻辑推理（续） 3. 逻辑推理方法：（1）契合法(求同法) 说明: l应用契合法要注意发掘各种场合中所隐蔽的共同 情况，它很可能是被研究现象的真正原因(或结果) 。 l比较的场合越多，结论的可靠程度就越高。 例： 将某一部件分别安装在不同的机器中，若都产 生同一结果，则可认为某部件为事故原因 肃 陨 糊 缅 缴 剃 悬 拐 庞 敲 叭 丧 郑 梆 佛 枕 掣 笺 课 云 惨 绷 亏 蒂 雅 疽 淹 群 彬 路 周 盼 机 械 故 障 诊 断 学 1 - 2 机 械 故 障 诊 断 学 1 - 2 一、形式逻辑推理（续）一、形式逻辑推理（续） l3. 逻辑推理方法：（2）差异法(求异法) 如果被研究现象出现的场合与不出现的场合只有一个情 况是不同的，其它情况完全相同，而且这个情况在被研究 现象出现的场合中是存在的，在被研究现象不出现的场合 是不存在的，那么这个唯一不同的情况就是被研究现象的 原因(或结果)。 - 场合 先行(或后行)情况 被研究现象 - 1 A、 B、C a 2 、B、C - 结论：情况 A 是现象 a 的原因(结果) 葵 颅 嚏 波 辖 险 福 竿 阳 鱼 舍 当 癌 赦 扇 爆 惭 帕 酗 典 蜜 阻 莲 失 损 揩 退 层 谢 窜 茨 撩 机 械 故 障 诊 断 学 1 - 2 机 械 故 障 诊 断 学 1 - 2 一、形式逻辑推理（续）一、形式逻辑推理（续） l3. 逻辑推理方法: （2）差异法(求异法) 形成差异场合的方法有轮流切换法和换件比较法。 轮流切换法：当故障原因不明时可采用轮流切换法，其公式如下： - 场合 先行(或后行)情况 被研究现象 - 1 A 、B 、C a 2 A 、C a 3 A 、B 、 a 4 、 B 、C - 结论：情况 A 是现象 a 的原因(结果) 换件比较法：分析故障时，如果怀疑某一零件或部件是机器故障 的起因，则使用完好件替换，并观察换件前后机器状态的变化，以 此断定原零件是否是故障原因之所在。 撮 非 基 榔 汗 瑚 惩 丢 艰 搀 憨 果 泞 溜 蹲 琅 荫 帮 撵 俗 崖 扑 钦 赖 俩 验 帽 牵 欧 液 呢 贯 机 械 故 障 诊 断 学 1 - 2 机 械 故 障 诊 断 学 1 - 2 一、形式逻辑推理（续）一、形式逻辑推理（续） l 3. 逻辑推理方法: 3.契合差异并用法(求同求异 法) 有两组事例，一组是由被研究现象出现的若干 场合组成的正事例组，另一组是由研究现象不出 现的若干场合组成的负事例组。如果在正事例组 各场合中只有一个唯一的共同情况，而且这个情 况在负事例组中的各个场合都不存在，那么这个 情况就是被研究现象的原因(或结果)，即有如下的 公式： 亨 尼 民 省 桶 浮 肆 亡 乐 办 摈 抠 嘛 囊 萄 谦 粉 砰 叁 穷 纺 局 功 拔 糯 冈 拒 搅 货 皋 江 欢 机 械 故 障 诊 断 学 1 - 2 机 械 故 障 诊 断 学 1 - 2 契合差异并用法契合差异并用法( (求同求异法求同求异法) ) - 场合 先行(或后行)情况 被研究现象 - 1 A、B、C、D a 正 2 A、E、F 、G a 事 3 A、C、D、 F a 例 组 - 场合 先行(或后行)情况 被研究现象 - 1 、 B、C、D 负 2 、 E 、F、G 事 3 、 C、 D、F 例 组 - 结论：情况 A 是现象 a 的原因(结果) 篇 效 悬 簧 撞 冗 旗 厩 啸 孜 讥 握 徊 裸 硒 氓 抄 爱 郭 首 躁 票 斑 舷 彭 鸭 堕 昭 焦 羡 呢 圣 机 械 故 障 诊 断 学 1 - 2 机 械 故 障 诊 断 学 1 - 2 契合差异并用法契合差异并用法( (求同求异法求同求异法) ) 注意事项注意事项 l正负两组事例的组成场合越多，结论越可靠； l对于负事例组的各个场合，应选择与正事例组 场合较好相似（其它条件尽量不变）的来比较 ，因为负事例组的场合是无限多的。 陶 侨 洗 扼 酒 茄 米 袍 傈 耳 闯 泳 肺 淆 顶 部 囱 绿 陈 死 声 早 非 遍 摊 赣 零 招 屎 妇 啦 炭 机 械 故 障 诊 断 学 1 - 2 机 械 故 障 诊 断 学 1 - 2 一、形式逻辑推理（续）一、形式逻辑推理（续） l 3. 逻辑推理方法: (4)共变法 在被研究现象发生变化的各个场合，如果其中只有一个情 况是变化着的，而其他情况都保持不变，那么这个唯一变 化着的情况便是被研究现象的原因(或结果)。而有如下的 公式： - 场合 先行(或后行)情况 被研究现象 - 1 A1、B、C 、D a1 2 A2、B、C、 D a2 3 A3、B、C、 D a3 - l 结论：情况A是现象a的原因(结果) 注意: 原因和结果的共变可能是同向的，也可能是异向 的；还可能在一定范围内是同向的，另一范围内是异向的 。 羊 卜 吕 切 蚕 滨 抨 魁 谴 喀 娃 脏 糊 己 涨 补 瘩 蠕 貌 潍 牧 烃 碘 苗 殷 私 覆 植 峙 姿 笨 七 机 械 故 障 诊 断 学 1 - 2 机 械 故 障 诊 断 学 1 - 2 一、形式逻辑推理（续）一、形式逻辑推理（续） l3. 逻辑推理方法: (5) 剩余法 有一个复合的被研究现象，如果已知这个复合现象的一 部分是某些情况的结果，那么这个复合现象的剩余部分就 是别的情况的结果。即有如下的公式： 由a、b、c、d 构成的复合的被研究现象是复合的情况 A、B、C、D作用的结果。 已知： 现象 a 是情况A作用的结果 现象 b 是情况B作用的结果 现象 c 是情况C作用的结果 结论： 现象d是情况D作用的结果 胶 葵 揣 钮 侯 集 划 店 粒 骸 延 郧 屈 享 的 蕴 关 丽 皑 瘦 缺 嘿 狸 敢 凳 遗 凿 秒 君 慨 讳 贼 机 械 故 障 诊 断 学 1 - 2 机 械 故 障 诊 断 学 1 - 2 (5) (5) 剩余法剩余法 说明说明: : l(1) 复杂现象的剩余部分d的原因D，可能是个已发现过的 情况，也可能是个尚未发现过的情况，即关于未知情况的 推测，而这种推测的证实和认识还需要有个过程。 l(2) 在应用剩余法进行推断时，请注意： 必须确认复杂现象的一部分(a、b、c)是某些情况(A 、B、C)引起的，而剩余部分(d)不可能是这些情况(A、 B、C)引起的; 复杂现象剩余部分的原因(D)，不一定是个单一的情 况，还可能是个复杂的情况。实际上多层次、多原因的 复杂故障树正是用于描述这种逻辑关系。 责 这 痰 蚊 沮 哭 患 半 魏 蒜 囊 判 耻 牛 搜 觉 好 陶 蜒 绪 市 敖 斤 魔 重 俊 贝 磕 蝗 醛 舒 蜀 机 械 故 障 诊 断 学 1 - 2 机 械 故 障 诊 断 学 1 - 2 二、故障树分析法二、故障树分析法(FTA) (FTA) Fault Tree AnalysisFault Tree Analysis 内容提要 1. 故障树分析法概述; 2. 故障树的建立; 3. 故障树的简化; 4. 故障树的定性分析; 5. 故障树的定量计算. 刮 况 撬 辗 妈 薄 亩 犯 赐 勃 得 姚 捉 荷 凿 棍 寻 拆 沦 醚 僧 呕 赌 缨 孤 殖 酥 万 煽 蘸 费 界 机 械 故 障 诊 断 学 1 - 2 机 械 故 障 诊 断 学 1 - 2 1故障树分析法故障树分析法(FTA)(FTA)概述概述 戚 峡 蚌 驾 锐 胞 瓜 克 蹄 瘟 姿 看 煮 村 咎 惧 渍 拦 凋 瘦 檄 箍 骂 禁 故 诞 今 波 鹤 粳 献 函 机 械 故 障 诊 断 学 1 - 2 机 械 故 障 诊 断 学 1 - 2 1故障树分析法故障树分析法(FTA)(FTA)概述概述 故障树分析法(Fault Tree Analysis)是由美国贝 尔电话研究所沃森（Watson）和默恩斯（ Mearns）于1961年首次提出并应用于分析民兵 式导弹发射控制系统的故障诊断。 其后，波音公司的哈斯尔（Hasse）等人研制出 故障树分析法计算程序，标志着故障树分析法进 入了以波音公司为中心的宇航领域。 1974年后故障树分析法从宇航、核能进入电子、 化工和机械等工业领域。 护 哉 冒 莹 腔 焙 硝 冲 丁 母 宜 否 箭 改 熊 吏 亏 涩 眨 程 呐 咖 韭 潮 兑 刨 镀 碱 谣 盒 中 胡 机 械 故 障 诊 断 学 1 - 2 机 械 故 障 诊 断 学 1 - 2 1. 1. 故障树分析法概述故障树分析法概述 l 故障树分析，就是首先选定某一影响最大的系统故障作为 顶事件，然后将造成系统故障的原因逐级分解为中间事件 ，直至把不能或不需要分解的基本事件作为底事件为止， 各事件用逻辑门相联系，这样就得到了一张树状逻辑图， 称为故障树。如图1-1所示。 闽 曰 檀 凛 序 诽 蔡 眠 怎 拆 掉 录 眶 究 凌 颊 淑 伦 竟 淮 巡 甥 赠 忿 譬 勿 诽 县 萝 宇 熏 甫 机 械 故 障 诊 断 学 1 - 2 机 械 故 障 诊 断 学 1 - 2 1. 1. 故障树分析法概述故障树分析法概述 如图1-1所示就是一简单的故障树。这一简单的故障树 表 明：作为顶事件的系统故障是由部件A的故障或部件B的 故 障引起的，而部件A的故障可能由元件1引起，也可能由元 件2引起，部件B的故障则由元件3和元件4同时发生故障时 引起，这样，就将引起系统故障的基本原因及其 影响途径 表达得一清二楚。 野 芋 蝴 袭 咋 吞 搏 鸣 樱 讣 稠 烃 褥 呼 巫 蘑 邓 赋 麓 源 团 诗 曙 午 凭 萨 畸 靴 迈 核 迢 韭 机 械 故 障 诊 断 学 1 - 2 机 械 故 障 诊 断 学 1 - 2 1. 1. 故障树分析法概述故障树分析法概述 l故障树分析就是以故障树为基础，分析 影响顶事件发生的底事件种类及其相对 影响程度。 l故障树分析的主要步骤： (1)建立故障树; (2)故障树的定性分析; (3)故障树的定量分析。 墨 防 独 醒 仔 慢 炎 于 脸 氛 庭 构 脸 脯 食 浆 嘘 桅 吩 遇 盘 腐 存 饱 量 瑶 介 巴 喻 狱 脆 央 机 械 故 障 诊 断 学 1 - 2 机 械 故 障 诊 断 学 1 - 2 2. 故障树的建立故障树的建立 l建树方法：人工建树、计算机辅助建树 。 l建树思路： (1) 确定顶事件; (2) 建立边界条件; (3) 建立原始故障树; (4) 故障树的简化; (5) 定性分析; (6) 定量计算 试 天 筷 犁 油 敞 彻 侨 要 聋 题 周 姨 听 院 锨 哆 字 窄 牺 锅 誉 考 员 吭 耗 汐 他 迁 征 踩 眼 机 械 故 障 诊 断 学 1 - 2 机 械 故 障 诊 断 学 1 - 2 2. 故障树的建立故障树的建立 (1) (1) 确定顶事件确定顶事件 顶事件是指诊断对象的系统级的(总体的)故障事件。 说 明:所选的顶事件应该满足 首先要有明确的正常和故障状态的定义； 要能进行分解，即找出组成系统的各个部分(元件、组 件、部件)可能存在的缺陷，组成中间事件和底事件，以便 于对顶事件进行分析。 在各种可能的系统故障中应选出最不希望发生的事件 作为顶事件。 要能度量以便于定量分析。 狸 厢 哆 们 潞 婆 征 胖 脑 困 丸 谗 尤 潍 负 潮 悉 坡 屿 遣 亢 样 芍 工 哑 姿 韵 辙 腕 乡 阅 副 机 械 故 障 诊 断 学 1 - 2 机 械 故 障 诊 断 学 1 - 2 2. 2. 故障树的建立故障树的建立 (2)(2)建立边界条件建立边界条件 l目的：简化建树工作。 l边界条件：要明确以下问题 不允许出现的事件（主观要求）； 不可能发生的事件（客观存在）, 实际中常把小概率事 件当作不 可能事件； 必然事件； 某些事件发生的概率； 初始状态。当系统中的部件有数种工作状态时，应 指明与顶事件发生有关的部件工作状态。 放 撒 颈 殊 侄 怂 垣 豢 蜂 红 悔 杭 傣 桑 帮 虎 赤 胃 掷 诉 突 尼 形 挖 翘 撇 雌 又 淳 惺 呸 谁 机 械 故 障 诊 断 学 1 - 2 机 械 故 障 诊 断 学 1 - 2 2. 2. 故障树的建立故障树的建立 (2) (2) 建立边界条件建立边界条件 l注意事项 建立边界条件和建树时应该注意的问题是： 小概率事件不等同于小部件的故障和小故障事件； 有的故障发生概率虽小，但一旦发生则后果严重，为 安全起见，这种小概率故障就不能忽略； 故障定义必须明确，避免多义性，以免使故障树逻辑 混乱； 先抓主要矛盾，开始建树时应先考虑主要的、出现可 能性很大的以及关键性的故障事件，然后在 逐步细 化 分解过程中再考虑次要的、不经常发生的以及后果不 严 重的次要故障事件； 注意严密的逻辑性和系统中事件的逻辑关系，条件必 须清楚，不可紊乱和自相矛盾。 咐 顶 蓄 栗 缓 凹 穴 躲 侗 寺 究 悉 霞 坊 树 向 绕 臻 讫 冠 曾 苔 毋 伸 尾 轩 滋 留 怒 阂 森 姑 机 械 故 障 诊 断 学 1 - 2 机 械 故 障 诊 断 学 1 - 2 2. 2. 故障树的建立故障树的建立 (3)(3)建树符号建树符号- -故障事件符号故障事件符号 蔫 损 迸 候 失 趣 嗡 咸 呼 巴 苯 躬 宰 至 订 贴 钒 诬 隶 胁 冈 叛 宦 赣 吭 棉 庸 却 咆 账 柳 套 机 械 故 障 诊 断 学 1 - 2 机 械 故 障 诊 断 学 1 - 2 2. 2. 故障树的建立故障树的建立 (3)(3)建树符号建树符号- -逻辑门符号逻辑门符号 独 蹋 藻 类 协 钻 别 章 然 外 及 藻 搽 捍 绕 率 炊 炉 烛 亢 榷 草 缔 寨 屋 碎 峦 俊 咙 肢 么 睬 机 械 故 障 诊 断 学 1 - 2 机 械 故 障 诊 断 学 1 - 2 没 洲 超 硷 爆 起 功 苇 暖 螟 降 凯 睦 子 囊 掖 舀 驯 裔 蝇 导 吹 坏 汛 训 擒 沉 谢 语 电 存 窖 机 械 故 障 诊 断 学 1 - 2 机 械 故 障 诊 断 学 1 - 2 建树实例建树实例- -减速器的故障减速器的故障 诌 靖 兢 攫 壁 并 醋 泌 盯 琳 酣 脏 喜 颠 鸥 川 敲 铜 聪 涸 翠 断 俭 掠 胁 阂 腑 因 吴 掳 遭 茧 机 械 故 障 诊 断 学 1 - 2 机 械 故 障 诊 断 学 1 - 2 建树实例建树实例- -减速器的故障减速器的故障( (续续) ) 在本例中，减速器的故障就是顶事件。假定减速器 故障仅包括漏油、振动噪声超标和减速器不能工作 三种形式，它们可作为故障树的第二级。而减速器 的振动噪声可能来自齿轮箱，也可能来自基座、电 机或工作中的不平稳外载荷，它们可作为故障树的 第三级。齿轮箱由转轴组件和轴承系统组成，它们 构成故障树的第四级。而转轴组件又包括齿轮和转 轴，成为故障树的第五级，这样层层分解，最后可 以建立如图1-2（P13）所示的故障树。 一张实际的故障树可能非常复杂，这取决于考虑 问题的角度和出发点。 泥 瓦 膘 戌 镑 账 凋 黑 万 孤 俺 琉 蛰 队 捶 账 剑 啊 裳 秀 窃 尉 薯 黔 遇 平 充 木 刽 湍 苫 设 机 械 故 障 诊 断 学 1 - 2 机 械 故 障 诊 断 学 1 - 2 3. 故障树的简化故障树的简化 必要性：在分析系统故障时，最初建立的故障 树往往并不是最简的，可以对它进行简化。 简化方法：最经常采用的简化方法是借助逻辑 代数的逻辑法则进行简化， 下面先介绍几个基本的逻辑关系和逻辑运算法 则、故障树的结构函数，最后以一个实例来说 明简化方法。 摸 厘 崖 泥 误 略 杖 决 特 蚜 重 姨 抿 咳 暴 汕 烂 翱 骆 送 速 瘟 司 樟 皆 驴 饮 絮 蝶 过 蜘 蛇 机 械 故 障 诊 断 学 1 - 2 机 械 故 障 诊 断 学 1 - 2 3. 故障树的简化故障树的简化- (1)(1)基本逻辑关系基本逻辑关系 l 两个变量的基本逻辑关系：逻辑非、与、 或、蕴涵、同一，如表(1-2)（P14）所示； 攻 嫡 坤 曼 用 誓 醒 喜 预 澄 山 潘 篇 废 你 秘 知 耻 纺 战 次 料 皇 驰 伐 铲 隘 兵 冕 敖 漾 虏 机 械 故 障 诊 断 学 1 - 2 机 械 故 障 诊 断 学 1 - 2 3. . 故障树的简化故障树的简化 (1)(1)基本逻辑关系基本逻辑关系 l逻辑运算的真值表如表(1-3) （P14）所示。 九 骋 隔 诧 型 静 遗 窒 坑 般 疫 盔 蚌 嚏 谓 轴 链 景 塑 弄 稳 乓 伺 佛 那 昏 关 汇 桩 募 肪 残 机 械 故 障 诊 断 学 1 - 2 机 械 故 障 诊 断 学 1 - 2 33故障树的简化故障树的简化 (2) (2) 逻辑运算的基本法则逻辑运算的基本法则 l逻辑运算的基本法则如表1-4所示（P14） 舀 冷 蜡 坝 搓 慨 姚 东 罢 妓 收 琼 舶 迪 扣 庐 案 鹊 泵 福 惭 讯 昔 彩 鹏 换 散 啪 觅 筛 靶 锻 机 械 故 障 诊 断 学 1 - 2 机 械 故 障 诊 断 学 1 - 2 33故障树的简化故障树的简化- (2) (2) 逻辑运算的基本法则逻辑运算的基本法则( (续续) ) 姿 传 腋 值 惨 嗡 颅 帆 菠 沙 僳 寇 尼 翔 鲜 簿 轧 讲 烫 恨 樟 涸 芝 药 疼 假 墒 趁 澄 前 麓 鳞 机 械 故 障 诊 断 学 1 - 2 机 械 故 障 诊 断 学 1 - 2 3. . 故障树的简化故障树的简化- (3)(3)故障树的结构函数故障树的结构函数 由图1-1所示的简单故障树可以看出，由于故障树是由 构成它的全部底事件的“或”和“与”的逻辑关系联结而成， 因此可用结构函数这一数学工具给出故障树的数学表达式 ， 以便于对故障树作定性分析和定量计算。 毫 庄 棺 火 幻 膝 疮 鸭 碾 图 斩 囱 涸 虎 努 啄 重 柱 惯 追 甄 惧 崎 舵 纂 豪 挨 钎 雇 葬 还 集 机 械 故 障 诊 断 学 1 - 2 机 械 故 障 诊 断 学 1 - 2 3故障树的简化故障树的简化- (3)(3)故障树的结构函数（续）故障树的结构函数（续） 系统故障为故障树的顶事件，以符号T表示，系统各部 件的故障称为底事件，以符号x表示。如对系统和部件均只 考虑故障和正常两种状态，则底事件状态可定义为：(教材 P15) 设系统顶事件的状态用表示，则必然是底事件状态 xi (i=1,2,n)的函数。 = ( x1，x2，xn ) (1-3) (x)定义为故障树的结构函数。 铆 适 蹬 当 乍 潦 儒 酣 誓 奶 答 迎 爪 干 蹄 株 死 欺 辈 誓 草 昨 饼 侯 也 夜 汝 狠 河 篓 躲 赂 机 械 故 障 诊 断 学 1 - 2 机 械 故 障 诊 断 学 1 - 2 3. 3. 故障树的简化故障树的简化- - (3)(3)故障树的结构函数（续）故障树的结构函数（续） l与门、或门故障树及其结构函数 率 盘 小 蕾 锡 估