（机械工程专业论文）基于rcm理论精轧机组故障诊断的研究.pdf

东北大学硕士论文 摘要 基于r c m 理论精轧机组故障诊断的研究 摘要 随着钢铁工业的发展，国内外钢铁企业之间的竞争也在不断加剧，现 在钢铁企业要求获得更高的产量和质量，因而，需要提高生产效率并采用 连续式生产方式。当前，维修成本和事故时间已成为制约钢铁企业进一步 发展的关键。运用先进的维修理论，建立行之有效的故障诊断和维修体系， 以达到降低维修成本、减少事故时间的目的，从而提高设备运行率，增加 机时产量。 本课题针对唐钢高线摩根精轧机组事故频繁( 2 0 0 4 年全年精轧机损坏 3 9 架次) 、维修成本高( 2 0 0 4 年全线维修费用共计1 2 8 0 万元) 的现状，建 立在线故障监测系统，以此为基础运用以可靠性为中心的维修理论r c m ，根 据故障后果，建立维修体系，制定r c m 工作单，实施维修，达到最佳维修 效果。 本文对国内外故障诊断技术和r c m 理论的原理和发展现状进行了综合 论述，并对高速线材生产线和摩根精轧机组的构成及原理进行了分析研究。 在不断完善精轧机组设备档案的基础上，建立了基于r c m 理论的精轧机组 维修体系。同时，还对通过在线监测系统获取的故障信号进行了技术分析， 论述了维修体系的可行性。因而，在对上述问题作了分析研究的基础上， 本文所作工作分为阱下几个部分： ( 1 ) 分析了流程工业的特点，对精轧机组的原理及结构进行分析，提 出了故障诊断的必要性。 ( 2 ) 建立了精轧机组设备档案，在阐述r c m 理论的基础上，从理论上 建立了基于r c m 的精轧机组故障诊断维修体系。 东北大学硕士论文 摘要 ( 3 ) 对通过在线监测系统获取的信号进行分析，确定故障类型，判断 故障后果，填写r c m 工作单，实施维修。 本文研究工作解决了精轧机过去维修过程中精轧机故障诊断主要依靠 人的感官进行定期点检，故障准确度不高，p - f 间隔时间短，容易出现突发 事故，对生产造成不利影响的一些重点问题。使故障影响程度得到了大幅 度降低，维修成本降低，为成本目标的实现提供了保证。对精轧机组建立 了较完善的设备档案系统，实现了备件的合理储备，对关键数据、图纸资 料可进行快速查询，对设备的运行状况实时跟踪，为全厂设备建立档案系 统提供了支持。对远程故障诊断进行了研究与尝试，为充分利用网络技术 奠定了初步的基础。 通过对精轧机组建立基于r c m 的维修体系，得出具有一定参考价值的 结论，可为全线设备维修体系的建立提供了理论支持和技术保障。 关键词精轧机组r c m 理论在线监测故障诊断维修体系 i i 查! ! 查堂塑主丝查 垒呈! ! 坠垦! t h er e s e a r c ho ff i n i s h i n gm i l lg r o u p f a u l td i a g n o s i sb a s eo nr c m t h e o r y a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to ft h es t e e li n d u s t r y ，c o m p e t i t i o nb e t w e e nf o r e i g n a n dn a t i v es t e e le n t e r p r i s e si sf u r i o u sc o n t i n u o u s l y n o w , s t e e le n t e r p r i s e sn e e d m o r eo u t p u t sa n dh i g h e rq u a l i t y ，s oi tn e e d sh i g h e rp r o d u c t i o ne f f i c i e n c ya n d c o n t i n u o u sm o d e so fp r o d u c t i o n c u r r e n t l y ，t h ek e yp o i n ti st h a tt h eu p k e e p a n da c c i d e n t a lt i m er e s t r i c tt h ef u r t h e rd e v e l o p m e n to fe n t e r p r i s e s i tn e e d s a d v a n c e dm a i n t e n a n c e t h e o r y ，s e t t i n gu p e f f e c t u a lf a u l t d i a g n o s i s a n d m a i n t e n a n c es y s t e m st oc u td o w nt h ec o s to fu p k e e pa n dr e d u c ea c c i d e n t a l t i m e ，c o n s e q u e n t l yi n c r e a s eo p e r a t i n gr a t i oo fe q u i p m e n t ，m a c h i n eh o u r sa n d o u t p u t s t h i st a s ki si na c c o r d a n c ew i t ht h ea c t u a l i t yo ff r e q u e n ta c c i d e n t s ( f i n i s h e r sd a m a g e3 9t i m e si nt h ey e a ro f2 0 0 4 ) a n dh i g hc o s to fu p k e e p ( t h e c o s to fw h o l el i n eu p k e e pi sa m o u n tt o1 2 ，8 0 0 ，0 0 0y u a ni nt h ey e a ro f2 0 0 4 ) i n t a n gg a n g sh i g hs p e e dw i r em o r g a n sf i n i s h i n gr o l l i n gu n i tb ys e t t i n gu p o n l i n ea c c i d e n tm o n i t o r i n gs y s t e m a st h ef o u n d a t i o no fi t ，u s i n gm a i n t e n a n c e t h e o r yr c mw i t ht h ef o c u si sr e l i a b i l i t y ，d e p e n d i n go na c c i d e n ts e q u e n c e s ， s e t t i n gu pm a i n t e n a n c es y s t e m ，w o r k i n go u tr c mj o bn o t e st or e a c ht h eb e s t m a j n t e n a n c er e s u l t s t h i sa r t i c l em a k eas y n t h e t i c a ld i s s e r t a t i o nf o rf a u l td i a g n o s i st e c h n o l o g y i nn a t i v ea n df o r e i g ni nt h ea s p e c t so ft h ep r i n c i p l e ，d e v e l o p m e n ta n dc u r r e n t s i t u a t i o no fr c mt h e o r y ，a n dm a k eaa n a l y s i sa n dr e s e a r c hf o rc o m p o s i t i o na n d p r i n c i p l eo fh i g hs p e e dw i r ew o r kl i n e sa n dm o r g a n sf i n i s h i n gr o l l i n gu n i t b a s eo nt h ei n c e s s a n tc o m p l e t i n ge q u i p m e n tf i l e so ff i n i s h i n gr o l l i n gu n i t ，i t s e t su pa f i n i s h i n gr o l l i n gu n i tm a i n t e n a n c es y s t e mb a s e so nr c mt h e o r y m o r e o v e r ，i tm a k e sat e c h n i c a la n a l y s i sf o rb r e a k d o w ns i g n a l so b t a i n e db y o n l i n e m o n i t o r i n gs y s t e m ，a n dm a k e sa d i s c u s s i o nt ot h ef e a s i b i l i t yo f m a i n t e n a n c es y s t e m t h u s ，b a s eo nt h e a n a l y s i s a n dr e s e a r c ht o w a r d s a b o v e m e n t i o n e dq u e s t i o n s ，t h ew o r ko ft h i sa r t i c l ei sp a r t e da sf o l l o w i n g ： 1 1 1 查! ! 垄兰堡主堕查 垒呈! ! 堡垒：! ( 1 ) m a k e i n gaa n a l y s i s t ot h ec h a r a c t e r i s t i co ff l o wi n d u s t r y ，a n dt h e c o l n p o s i t i o na n dp r i n c i p l eo ff i n i s h i n gr o l l i n gu n i t ，p u tf o r w a r dt h en e c e s s i t y o ff a u l td i a g n o s i s ( 2 ) s e t i n gu pf i n i s h i n gr o l l i n gu n i te q u i p m e n tf i l e s b a s eo ne x p a t i a t e i n g r c mt h e o r y ，s e tu pt h ef a u l td i a g n o s i sm a i n t e n a n c es y s t e mo ff i n i s h i n gr o l l i n g u n i tb a s eo nr c mi nt h e o r y ( 3 ) b yt h ea n a l y s i sf o ro b t a i n e ds i n g a l sf r o mo n l i n em o n i t o r i n gs y s t e m ， c o n f i r mf a i l u r em o d e s ，i d e n t i f yf a i l u r er e s u l t s ，f i l li nr c mw o r kn o t e s ， i m p l e m e n tm a i n t e n a n c e t h i sa r t i c l es o l v e ss o m ek e yp r o b l e m st h a tu n f a v o r a b l et om a n u f a c t u r ed u e t om a i n l yd e p e n do nh u m a ns e n s et or e g u l a rp o i n te x a m i n ei nt h ep a s td u r i n g t h em a i n t e n a n c ep r o c e s so ff i n i s h e rf a u l td i a g n o s i s ，s u c ha sl o wf a i l u r ed e g r e e o fa c c u r a c y ，s h o r tl e n g t ho ft h ei n t e r v a l s ，t e n dt op a r o x y s m a la c c i d e n t s i t r e s u l ti ng r e a tf a l lo ff a i l u r ee f f e c t ，l o w e rm a i n t e n a n c ec o s t ，m a k i n ga a s s u r a n c ef o ra c h i e v i n gc o s ta i m t h a ts e t t i n gu pm o r ep e r f e c te q u i p m e n tf i l e s s y s t e mt of i n i s h i n gr o l l i n gu n i ta c h i e v e sr e a s o n a b l es t o r eo fs p a r ep a r t s ，f a s t r e s e a r c hf o r k e y d a t a sa n d d r a w i n gm a t e r i a l ，r e a l - t i m ef o l l o w u p f o r e q u i p m e n t so p e r a t i o nc o n d i t i o n s ，a n dp r o v i d e ss u p p o r tf o rt h es e t t i n g - u po f f i l e ss y s t e mi nw h o l ef a c t o r y i tm a k e sa a t t e m p tf o rl o n g d i s t a n c e f a u l t d i a g n o s i s ，a n dm a k e saf o u n d a t i o no fn e t w o r kt e c h n i q u e sf u l l yu s e b yt h ef o u n d a t i o no fm a i n t e n a n c es y s t e mb a s eo nr c m t of i n i s h i n gr o l l i n g u n i t ，i tc o n c l u d e sac o n c l u s i o nw i t hc e r t a i nr e f e r e n c ev a l u et h a tc a np r o v i d e t h e o r e t i cs u p p o r ta n dt e c h n i c a lg u a r a n t e ef o rt h ef o u n d a t i o no fw h o l el i n e e q u i p m e n t sm a i n t e n a n c es y s t e m ， k e yw o r d s ：f i n i s h i n gm i l lg r o u p o n - l i n em o n i t o r i n gr c m t h e o r y f a u l t d i a g n o s i s m a i n t e n a n c es y s t e m v 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文 中所取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人 己经发表或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而 使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 己在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：! 如乃 日 期：彳，窖乞。， | | ： 学位论文版权使角授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使 用学位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送 交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北 大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索、交流。 ( 如作者和导师同意网上交流，请在下方签名；否则视为不同意。) 学位论文作者签名三一咀夕己导师签名：雀芬? 签字日期： 厶，2 伽 7 签字日期：j 御上莎2 7 f7 东北大学硕士论文 第一章绪论 第一章绪论 当前成本和事故已成为制约钢铁企业设备维修的一大难题，运用先进 的维修理论，建立行之有效的故障诊断体系，以达到降低维修成本，减少 设备事故的目的，已成为当前故障诊断领域的研究方向。 r c m 理论作为一种新型的设备维修管理方式，与故障诊断有机的结合 起来，强调了可靠性在故障诊断中的作用，解决了传统的故障诊断的为诊 断而诊断的问题，同时强调了设备管理机制的作用。 1 1 故障诊断技术的研究现状 1 1 1 故障诊断的发展 诊断学( d i a g n o s t ic s ) 词源于希腊，意指鉴别、确定。诊断就是由 现象判断本质，由当前预测未来，由局部推测整体的过程。最早的诊断莫 过于医疗的诊断，是指医生借助各种手段对人体进行检查、化验，然后根 据医学理论确定诊断对象是否患病和患有何种疾病的过程。随着人类文明 的进步和科技的发展，人们在越来越多的领域里开展了诊断活动，比如企 业诊断、环境诊断等。在工程技术领域，也需要根据设备各种可测量的物 理现象和技术参数的检测来推断设备是否正常运转，判断发生故障的原因 和部件，预测潜在故障的发生等等，这就是我们通常所说的故障诊断。所 谓故障诊断就是指系统( 或部件) 在一定工作环境下，查明导致系统( 或 部件) 某种功能失调的原因和性质，判断劣化状态发生的部位或部件，寻 找故障起因，提出排除故障的相应措施，以及预测状态劣化的发展趋势。 一般来说，故障诊断对象可以是一个简单的元件、部件或子系统，也可以 是一个复杂的大系统。 故障诊断是人类一项历史悠久的活动，但故障诊断作为门学科的蓬 勃兴起，则是本世纪8 0 年代的事情，它是技术进步和工业发展的必然产物。 在工程技术领域里，自从机器问世以来，人们就非常关心它能否正常 东北大学硕士论文第一章绪论 工作，即机器的故障诊断问题。对机械设备的故障进行诊断的技术至今有 很长的历史，可以说几乎是与机器的发明同时产生的。最初，故障诊断的 对象只是单个机械部件，随着现代工业及科学技术的迅速发展，生产设备 由机械设备占主导地位变为电气设备占主导地位。电气设备与机械设备相 比具有故障隐蔽不易被发现、故障模式种类繁多，难以判断到底是那种故 障模式引发的故障等特点。同时，各种电气设备日趋大型化、高速化、自 动化和智能化，并由各种电气设备，如电机、电气元件、半导体器件等组 成系统，对生产过程进行自动控制，当这些电气设备发生故障时，生产被 迫中断，物质财富遭到破坏，甚至连人员的生存也会受到威胁。这大大增 加了故障诊断的复杂性，对故障诊断提出了更高的要求。纵观故障诊断技 术的发展，一共经历了以下三个阶段： 第一阶段一直延续到4 0 年代，由于设备比较简单，且大部分都是机械 设备，故障诊断主要依靠专家或维修人员的感觉器官、个人经验及简单仪 表就能胜任故障的诊断与排除工作。在这一阶段里，工业机械化程度不高， 设备故障停机时间无足轻重，因此，故障诊断并非头等大事。 4 0 年代后，情况发生明显变化，电气设备在生产设备中的比重越来越大， 同时，传感器技术、动态检测技术及信号分析技术都有了飞速发展，这使 得诊断技术进入了第二阶段，在这一阶段里，设备的数量更多，种类更加 复杂，生产对设备的依赖程度也大大增强，设备故障停机时间越长，损失 越大，因此要求人们能够做出快速而准确的故障诊断。 8 0 年代以来，由于生产设备日趋复杂化、智能化及光机电一体化，需 要进行故障诊断的不仅仅是单个设备，而是整个系统，传统的诊断技术已 经不能适应了。随着计算机技术、人工智能技术特别是专家系统的发展， 诊断技术进入了它的第三个发展阶段，一智能化阶段。在这一阶段里，一 旦设备发生故障，极可能造成全线停产，因此，故障诊断不仅仅是指在故 障发生之后再进行诊断，而是要在故障未发生之前就采取预防措施，避免 故障的发生，最终实现零故障运行。 到了今天，对复杂控制系统，乃至各类企业进行智能诊断已成为智能 东北大学硕士论文 第一章绪论 技术研究的前沿课题和热点。国内外各研究机构纷纷致力于用于故障诊断 的专家系统的研究。在专家系统研究已有较深厚基础的国家中，故障诊断 专家系统已基本完成了研究和实验阶段，开始进入可广泛应用阶段，如 1 9 8 5 年r e g e n ie 等人研究的飞行器故障诊断专家系统等都达到了实际应用 水平，并投入使用。 1 1 2 故障诊断的研究现状 我国的设各诊断技术是从本世纪7 0 年代开始的，1 9 7 8 年中国机械工 程学会设备维修学会恢复活动后，在介绍“国外设备维修”时，将设备诊 断技术作为“设备维修工作中的科学管理方法和新技术”之一介绍和引进 的。随后的几年里，以设备维修协会会刊( 设备维修) 为主的专业杂志， 陆续介绍了一些有关设备状态监测和诊断技术及其应用的文章，起到传播 信息的作用。1 9 8 3 年1 月国家经委( 国营工业交通设备管理试行条例) ， 指出“要根据生产的需要，逐步采用现代故障诊断和状态监测技术，发展 以状态监测为基础的预防性维修体系。”根据此建议，各科研团体开始学习 国外经验，在各行各业中，故障诊断越来越受到重视，迫切需要利用自动 故障诊断和维修的专家系统来保证系统运行的安全。自8 0 年代中期以来， 国内在智能诊断方面的研究已蓬勃展开，并取得了一定研究成果，已有不 少教学科研院开始把专家系统应用到设备故障诊断中来，开展了一系列故 障诊断专家系统的研究工作，并取得一定研究成果。有一些系统已经投入 了运行，如华中理工大学设计的基于知识的汽车发动机的诊断。较为成功 的对一复杂系统进行故障诊断，解放军军械装备故障诊断专家系统也己投 入实际运行了，并取得的良好的效果。可以预见，这一新兴学科的发展将 充满生机，具有广阔的前景。 近年来，设备故障诊断技术正在发生变化，它已经发展成为一门综合 性的交叉学科，在预防故障发生、保证机器设备安全运行及提高设备利用 率等方面，设备故障诊断起了关键作用，并取得了显著的经济效益和社会 效益。这个变化是自动化程度不断提高、设备日益复杂、新的设备故障诊 断技术出现以及对故障诊断含义的理解不断变化的结果。 由于计算机技术、现代测试技术和信号处理技术的迅速发展，设备故 东北大学硕士论文第一章绪论 障诊断技术取得了很大的进展，人们已经开发和研究了一些较成熟的诊断 技术及理论方法，如信号处理、模式识别、模糊推理等理论方法，人们可 对在多种工作环境条件及运行状态下的设备的多种故障模式进行监测、识 别、诊断和排除。然而，在工程实际中存在着大量的多故障、多过程、突 发性故障及需要对庞大机器或工程系统进行的监测和诊断，传统的故障诊 断手段显示出较大的局限性，主要表现在： ( 1 ) 缺少实时的生产现场的在线信息； ( 2 ) 不能有效的利用专家的知识和经验： ( 3 ) 缺乏推理能力，只能向前推理，不能象专家一样既能向前推理，又 能向推理； ( 4 ) 不具备学习机制； ( 5 ) 对测试诊断结果缺乏解释，测试诊断程序的修改和维护性差； ( 6 ) 故障诊断实时性差； ( 7 ) 没有在诊断的同时考虑到应采取的维修策略。 针对上述缺陷，提出故障诊断技术的四个方向： 1 1 2 1 信息集成情况下的故障诊断专家系统 1 9 5 6 年j m c c a r t h y 等人发起并组织了“d a r t m o u t h 会议”，这标志着 人工智能( a i ) 的诞生和a i 理论基础初步形成；1 9 5 7 年，a n e w e l l 和 h ai m a n s 以心理学实验为基础，开始j p s ( 通用问题求解程序，可以用来 求解1 1 种不同类型的问题) 的研究，g p s 虽然失败，但使得a i 理论进一 步成熟；1 9 6 0 年，由j m c c a n t h y 研制的表处理语言l i s p ，奠定了e s 的 开发工具的基础，它除了具有数据处理的功能外，还能方便的进行符号处 理。s t a n d f o r d 大学于1 9 6 8 年提出了世界上第一个专家系统d e n d r a l ，从此专 家系统得到迅速发展，第一代专家系统把a i 的启发式程序和符号推理技术 用于实际问题求解，使a i 转向实用。专家系统由于其广泛的应用范围和能 4 查! ! 查兰塑主笙查 笙二兰竺笙 产生巨大的经济效益，而得到了迅猛的发展，现己成为人工智能( a i ) 的 三大研究前沿之一，它是a i 从理论到实践的尝试，也可以说是a i 从理论 研究到应用研究的一个转折点。现在，专家系统被广泛的应用于设备故障 诊断上。 人们正在积极的寻找这些局限性的方法，如采取专家系统自学习的方 法来解决知识；采取并行处理和分布式系统结构，提高系统实时性等。由 于电气设备故障的多样性、突发性、成因的复杂性和进行故障诊断所需要 的知识对领域专家实践经验和诊断策略的依赖，智能化的故障诊断系统对 电气设备尤为重要。 为了提高企业竞争力，国际上先进的钢铁企业已陆续实施了c 1 m s 工 程，c 1 m s 实施中最显著的特征就是信息化、网络化。在新型生产模式和 全新理念的支配下，故障诊断系统的发展也产生了网络化、信息化等新的 趋势。因而故障诊断学的发展应当不断的从信息科学、管理科学、计算机 科学吸取新鲜血液，并借助于望网络技术、通信技术产生新一代的信息集 成环境下的故障诊断系统。 1 1 2 2r c m 理论与故障诊断技术相结合 r c m ( r e l i a b i l i t y c e n t e r e dm a i n t e n a n c e ) 理论是一种新型的设备维修管 理方式，是一种用于确定为确保任一设备在运行使用环境下，保持实现其 设计功能的状态所必须的活动的方法。与传统的维修方法相比，r c m 方法 更加注重结果，在进行维修之前，人们首先要决定哪些维修工作是值得做 的，哪些工作是不值得做的，如果作出了正确的选择，就能够改善设备的 性能且同时控制、甚至降低维修费用。如果选择是错误的，就会产生新的 问题，同时，现存问题只能更加严重。由于r c m 强调了维修结果，人们 在研究中发现将r c m 技术与故障诊断有机的结合起来，提出了基于r c m 技术的故障诊断方案，强调了可靠性在故障诊断中的作用，解决了传统的 故障诊断的为诊断而诊断的问题。同时强调了设备管理机制的作用。把 r c m 理论与专家系统理论相结合对设备进行故障诊断已成为先进故障诊 断一个新发展方向。 5 东北大学硕士论文 第一章绪论 1 1 2 3 远程诊断技术 远程诊断各成员( 即各个客户方、服务器方) 之间的连接可采用专线 连接、电话线连接及基于因特网的连接三种方法。因特网成本低，网络传 输速度快，具有较好的性能价格比，并且开放性好，各种资源能得到充分 的共享，多用户可以并行操作；所以因特网应用技术与故障诊断技术相结 合，可构成一种全新的故障诊断系统。既基于因特网远程诊断系统。它具 有更强的诊断能力，将分布在异地的诊断系统及专家形成一个诊断网络， 实现诊断资源共享。远程诊断对于作业分布面广，工作条件恶劣的电气设 备更加急需。 远程诊断与一般故障诊断系统相似，首先是诊断任务调度，包括两个 方面：一是诊断任务分解，既将单诊断请求按一定策略分解或分送不同 的诊断子系统进行诊断；二是管理多个诊断任务；其次是远程数据获取。 理想的情况是能以远程控制采集系统的方式获取需要的信息，并可以网上 获取该设备的设计、制造、维修等相关信息。然后针对某个诊断对象，采 用相应的某一诊断方法或某些诊断方法的融合。对异地设备进行远程故障 诊断、快速传递诊断结果。远程故障诊断与维修将具有更高的总体可靠性、 先进性、良好的可扩充性和相对低廉的建设维护成本。 1 1 2 4 复杂系统的智能诊断 信息化的推广和应用，丰富了企业管理网的信息，伴随着控制理论的 不断发展，特别是神经网络、预测控制、模糊覆盖集、p e t r i 网等理论在诊 断领域中的应用，迫使人们对诊断问题进行了更加深入与系统的研究。人 们正在积极的寻找复杂系统( 包括企业) 的智能诊断的解决方案，复杂系 统的智能诊断方法是未来故障诊断的发展方向。 1 2 课题研究的意义 随着钢铁企业的不断发展，自动化新技术的不断应用，对钢铁企业设 备进行故障诊断就越来越迫切了。从目前国内的情况来看，现有的故障诊 6 东北大学硕士论文 第一章绪论 断仍停留在对现场设备进行实时监测，停留在故障发生后，对故障进行事 后诊断的层次上，然而对于唐山钢铁集团公司棒线材厂这样的的连续作业 型企业来说，一旦该厂的设备发生故障，极可能造成全线停产，这将严重 影响生产的产量和产品的质量，造成人力、物力、财力的极大浪费。如何 避免这种情况的发生，将设备的故障率降到最低，己成为人们迫切解决的 问题。 仔细研究国内外科研机构对故障诊断技术的研究成果，不难发现国内 外故障诊断专家系统在实验室研究阶段，已取得一定进步，积累了不少经 验，但缺乏与企业单位的合作，实际经验比较欠缺。因此，本课题着重研 究利用现有的故障诊断专家系统，对我厂精轧机组关键设备进行故障诊断 同时将故障诊断专家系统与通过r c m 理论建立起来的设备故障模型相结 合，利用现场监测的实时数据，可以快速查找出发生故障的设备，并在故 障发生之前就给出预防性维修建议，真正做到防患于未然。因而大大缩短 了故障诊断的时间，另外，要在实际工作中不断调整设备的故障模型，以 便给出准确的故障结论，提出预防性维修建议。对于轧钢企业来说生产线 是企业的生命线，因而利用先进的信息技术和智能诊断技术在不停机的条 件下，对设备进行离线或在线监测，完成故障信号的采集，实现其故障的 诊断与检测，无疑对保证连续生产和防止安全事故起到至关重要的作用。 1 3 本文主要研究内容 本文研究的主要内容有以下几个方面： ( 1 ) 通过分析现有流程工业的特点，提出故障诊断的必要性。 ( 2 ) 从解决r c m 的基本问题入手，建立摩根精轧机组设备档案，制定预 防性维修大纲，分析了预防性维修的多种情况，建立了以可靠性为中心的 高速线材摩根精轧机组的预防性维修。 ( 3 ) 从信号分析入手，建立摩根精轧机组状态监测系统，完成精轧机组振 动信号的采集、分析、判断，为预防性维修提供保障。 ( 4 ) 从故障诊断的角度出发，提出利用i n t e r n e t 和i n t r a n e t 技术，实现利 用现有专家诊断系统的远程故障诊断技术。 7 东北大学硕士论文 第二章线材生产工艺流程分析 第二章线材生产工艺流程分析 线材是钢铁产品的重要品种之一，线材中高速线材轧机生产的产品比 例为3 0 左右，高速线材生产线作为流程工业的典范，如何充分发挥其优 势具有十分重要的意义。 2 1 线材生产企业等流程工业的技术特点 2 1 1 连续工业的特点 连续工业生产：除了启停及异常情况外，生产中物料是连续状态通过 整个生产流程。经过化学、物理变化实现产品的工业生产，典型的工业如 轧钢、石化、天然气、电力、造纸等。 ( 1 ) 同步串行生产 由于物料是液态或气态，为了便于加工、输送，生产设备通过管道相 互连接，按照串行方式生产，在物理上形成固定的生产路径。设备间同步 要求较高，生产的进度常常经过一个或几个变量控制。 ( 2 ) 设备功能的冗余度低 生产过程中的设备，一般是面向特定产品或特定加工环节的，功能比 较单一，而且由于以串行方式生产，一旦发生故障影响较大。所以，要保 障生产的顺利进行，设备故障的预防和诊断非常重要。 ( 3 ) 控制量相互耦合 产品生产主要通过物理、化学变化实现。主要控制量为温度、压力、 速度等变量，由于通常其反应机理较为复杂，物料成分不同，生产的控制 参数不同，而且控制量间常相互耦合，因此对流程各变量的控制是至关重 要的，将决定产品的质量及成本学关键指标。 ( 4 ) 切换代价大 由于启动和停机的时间较长，控制复杂，生产流程的串行方式相互衔 接柔性弱、设备清洁耗费大等因素，使得流程工业生产切换或设备故障造 成中断的代价大。另一方面，流程工业各行业的产品类型比较固定，因此 东北大学硕士论文第二章线材生产工艺流程分析 生产工业切换少，调度主要根据生产计划进行排产。由于生产路径比较稳 定，物料种类及产品种类比较固定，因而调度的复杂性较低。 ( 5 ) 生产的安全和污染控制要求高 由于生产条件多为高温、高压，存在副产物及不稳定特征，使得在生 产过程中对生产的安全和污染的控制要求较高。 2 1 2 高速线材生产的工艺流程 高速线材生产的工艺流程在钢材生产中较为典型，相对工艺流程较长 要求也较高。其生产工艺流程见图2 1 所示。 中 甲 l 切头尾 | 中轧 l 钢坯运入i t v+ i 压紧打捆ii 预精轧l 成批称重| v tv f 称重挂牌f 切头尾i 入库存放f +v t 卸卷 i 精轧 jj 炉前上料i 中 + 库 穿水冷却 l 钢坯质量榆查 审 + l 吐丝成圈l l 单根称重i + + l 散卷控冷l 加热 + v 集卷 粗轧 + t 图21 高速线材生产的工艺流程图 f i g2 1p r o c e s sc h a r tf o rh i g h s p e e dw i r e sm a n u f a c t u r e 东北大学硕士论文第二章线材生产工艺流程分析 2 2 高速线材轧机的技术特点 轧制速度大于4 0 m s 的轧机称为高速轧机，摩根精轧机是当代具有代 表性的高速轧机。摩根公司从1 9 6 2 年开始研制新式线材精轧机，现在摩根 线材精轧机的发展已进入第代。据1 9 8 9 年统计，摩根4 5 。无扭精轧机 自1 9 6 6 年9 月在加拿大钢铁公司的哈密尔顿厂投产以来，已在3 0 个国家 和地区建设了l8 8 台4 5 。无扭精轧机，轧制速度从第一台的4 3 m s 提高到 目前的1 2 0 m s ，并在设计更高速度的精轧机组。我厂现在所用的精轧机组 为西安航空公司制造的摩根第v 代精轧机组，机型为项交4 5 。无扭精轧机 组，轧制速度为8 6 m s 。 高速无扭精轧机组的技术特点： ( 1 ) 为实现高速无扭轧制，采用机组集中传动，由一个电动机或串连 的电动机组通过增速齿轮箱将传动分配给两根主传动轴，再分别传动奇数 和偶数精轧机架。相邻机架轧辊转速比固定，轧辊轴线互成9 0 。交角； ( 2 ) 为使结构紧凑和减小在微轧制时轧件失张段长度，尽可能缩小机 架中心距； ( 3 ) 为提高变形效率和降低变性能耗，均采用较小的轧辊直径，各类 高速无扭精轧机组辊环直径均为中1 5 0 2 2 0 m m ： ( 4 ) 为便于在小机架中心距情况下调整及更换轧辊和导卫装置，轧机 工作机座采用悬臂辊形式，采用装配式短辊身轧辊，用无键连接将高耐磨 性能的硬质合金辊环固定在悬臂的轧辊轴上，辊环上刻有2 - 4 个轧槽，辊 环宽度6 2 9 2 m m ； ( 5 ) 为适应高速轧制，并保证在小辊环制精的情况下轧辊轴有尽可能 大的强度和刚度，轧辊轴承采用油膜轴承； ( 6 ) 为使用高速轧制，轧机工作机座采用轧辊对称压下调整方式，以 保证轧制线固定不变。 东北大学硕士论文第二章线材生产工艺流程分析 唐钢高速线材生产线摩根精轧机组齿轮传动结构如图2 2 所示，精轧 机组结构与整体外观分别如图2 3 、图2 4 所示。 增速机 2 5 2 3 1 7 1 6 图2 2 摩根耩轧机组齿轮传动简圈 f i g 2 2g e a rd r i v es k e t c ho fm o r g a nf i n i s h i n gm i l lg r o u p 串峄；上艚警 一 口一目 口一口 菲弗 孽 靠：靠 靠 争p1一争 东北大学硕士论文笫二章线材生产工艺流程分析 图2 3 精轧机组结构图 f i 9 2 3s t r u c t u r cd r a w i n go ff i n i s h i n gm i l lg r o u p 图2 4 精轧机组外观图 f i 9 2 4o u t s i d ed r a w i n go ff i n i s h i n gm i l lg r o u p 1 2 东北大学硕士论文 第三章r c m 理论概述 第三章r c m 理论概述 r c m ( r e l i a b i l i t y - c e n t e r e dm a i n t e n a n c e ) 技术根据故障结果，以可靠 性为中心，在设备运行环境下进行维修，以控制工厂停工期、产品质量、 安全性和维修费用上涨问题为关键，在使设备保持可靠性能的前提下采取 适当的措施，以达到降低成本，提高轧机作业率的目的。 3 1 维修演变的3 个阶段 维修：确保设备保持实现其设计功能的状态。它的内容主要有两个方 面：一方面是机械设备的维护和修理，包括正确的操作和维护保养，及时、 快速和高质量的检修。另方面是机械设备的革新和改造，它是积极的维 修。 维修主要经历了三个阶段： 第一阶段一直延续到二次世界大战，当时工业机械化程度不高，因此， 停机时间无足轻重，同时，大部分设备都比较简单，而且其中大多数的设 计余量很大，这就使设备比较可靠且易于修复。因此，除了简单的清洁、 维护和润滑等日常检修工作外，不需要进行什么系统的维护，预防设备的 故障也不太重要。 第二阶段，第二次世界大战期间，战争带来的压力增加了对各种物品 的需求，而产业劳动力都锐减，这导致了机械化程度的提高。到了5 0 年代， 所有设备的数量都更多，生产开始依赖于这些设备，随着这种依赖性的增 强，停机时间就成为很突出的问题了。为预防设备故障，逐渐形成了预防 性维修的概念。在6 0 年代，预防性维修主要表现为定期对设备进行大修。 第三阶段，自7 0 年代中叶，工业领域新期望植、新研究、新技术的变 革进程异常迅猛。 图3 1 显示了维修期望值的演变过程。 东北大学硕士论文第三章r c m 理论概述 1 9 4 01 9 5 01 9 6 01 9 7 01 9 8 019 9 02 0 0 0 图3 1维修期望值的增加 f i 9 3 1 t h ei n c r e a s eo fs e r v i c e se x p e c t e dv a l u e 除了增高的期望值外，新研究认为大多数设施的运行工龄与设施发生 故障可能性之间的联系越来越少，图3 2 表明早期的故障观点比较简单， 认为设施越陈旧越容易发生故障。人们对“强化实验”的深入认识，产生 了在第二阶段普遍相信“浴盆”曲线的观点。但是，第三阶段的研究揭示 事实上实际中出现的故障模型不是一种、两种，而是6 种，它对维修产生 了深刻的影响。 第三阶段 卜 i l i | f 舻触一卜第二阶段卅 j 图3 2 设备故障观点的变化 f i 9 32c h a n g eo fe q u i p m e n tf a i l u r ev i e w p o i n t 东北大学硕士论文 第三章r c m 理论概述 新的维修观念和技术迅猛发展，图3 3 表明了维修技术的变化。 1 9 4 01 9 5 01 9 6 019 7 0 1 9 8 019 9 02 0 0 0 图33 维修技术的变化 对新技术研究包括： ( 1 ) 决策支持手段，如危害度分析、故障模式及影响分析，以及专家 系统。 ( 2 ) 新的维修技术，如状态监测； ( 3 ) 更加注重设备的可靠性和可维修性设计； ( 4 ) 组织中的主要方法朝参与、合作、灵活的方面转变。 因此，现代维修管理人员面临着如下挑战： ( 1 ) 选择最合适的技术； ( 2 ) 研究每种故障过程； ( 3 ) 以满足设备拥有者、使用者和全社会的期望值为目的； ( 4 ) 经济效益最佳和最持久的形式： ( 5 ) 所有相关人员的合作与积极支持； r c m 提供一种能使用户迅速而简单的应付这些挑战的框架系统，它根 据维修是针对设施而言这一事实，从对各设施在其使用环境内的维护需求， 东北大学硕士论文第三章r c m 理论概述 进行一个全面的零基审查入手。 3 2 维修与r c m 3 2 1r c m 定义 r c m ( r e l i a b i l i t y - c e n t e r e dm a i n t e n a n c e ) ：一种用于确定为确保任一设 施在现行使用环境下，保持实现其设计功能的状态所必须的活动方法。 3 2 2r c m 的发展史 r c m ( r e l i a b i l i t y - c e n t e r e d m a i n t e n a n c e ) 理论起源于航空业，最早出现 于1 9 7 8 年。1 9 7 4 年，美国国防部委托联合航空公司编写了一份关于民用 航空工业编写飞机维修大纲所采用的方法的报告，题目为以可靠性为中 心的维修。1 9 7 8 年由n o w l a n 和h e a p 将报告编写完成，r c m 概念开始 出现。 在此之前，人们制定预定维修大纲的传统做法基于这样一个概念，即 复杂设备中的每一个部件都有一个“正常的工龄”，达到此工龄就必须大修， 以确保安全性和运行可靠性。然而，多年来人们发现无论这种维修活动进 行的多么充分