机械设备状态监测和故障诊断技术课件

目录06一月20231起源与含义意义与优势监测与诊断技术基础原理监测与诊断系统应用监测与诊断技术发展趋势结束语目录28十二月20221起源与含义1技术概述与用途技术概述与用途2起源3现代工业生产对机械设备的要求:可靠性可用性维修性经济性安全性进行全寿命管理，实行全面质量保证体系制度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起源3现代工业生产对机械设备的要求:3起源4机械设备是现代化工业生产的物质技术基础，设备管理则是企业管理中的重要领域也就是说，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设备诊断技术、修复技术和润滑技术列为设备管理和维修工作的三项基础技术起源4机械设备是现代化工业生产的物质技术基础，设备管理则是企4起源06一月2023上海交通大学振动、冲击、噪声国家重点实验室5维修方式归纳起来有三大类，共五种形式：事后维修(BM)改善维修(CM)预防维修(PM)－视情维修(COM)、状态维修(CBM)和计划(定期)维修(TBM)起源28十二月2022上海交通大学振动、冲击、噪声国家5666777888999基本工作原理及优势基本工作原理及优势10技术结构关系06一月2023上海交通大学振动、冲击、噪声国家重点实验室11技术结构关系28十二月2022上海交通大学振动、冲击、1112121213信号采集13信号采集1314信号处理14信号处理14151515161616基于振动(噪声)测量与分析06一月2023上海交通大学振动、冲击、噪声国家重点实验室17在这里所提及的状态监测与故障诊断，均是指基于振动测量与分析方面的技术事实上状态监测与故障诊断是一门综合性极强、涉及面非常广泛、学科交叉渗透十分丰富的技术除了应用振动分析方法之外，还可采用油液分析、红外热像、超声探伤以及温度、压力分析等多种不同技术基于振动(噪声)测量与分析28十二月2022上海交通大学17基于振动(噪声)测量与分析06一月2023上海交通大学振动、冲击、噪声国家重点实验室18机械振动信号中包含了丰富的机器状态信息，它是机械设备故障特征信息的良好载体利用振动信号来获取机械设备的运行状态并进行故障诊断具有如下优点：方便性：利用各种振动传感器及分析仪器，可以很方便地获得振动信号在线性：振动监测可在现场不停机的情况下进行无损性：在振动监测过程中，不会对被测对象造成损伤除了应用振动分析方法之外，还可采用油液分析、红外热像、超声探伤以及温度、压力分析等多种不同技术基于振动(噪声)测量与分析28十二月2022上海交通大学18信号处理技术06一月2023上海交通大学振动、冲击、噪声国家重点实验室19特征提取必不可少的工具传统：以FFT为核心的信号分析技术现代：在故障特征提取方面信号处理技术28十二月2022上海交通大学振动、冲击、19现代信号处理技术06一月2023上海交通大学振动、冲击、噪声国家重点实验室20现代信号处理的本质可用七个“非”字来高度概括，即研究：非线性、非因果、非最小相位系统非高斯、非平稳、非整数维(分形)信号非白色加性噪声为准确、有效地获得故障特征信息，目前重点是：研究和发展基于非高斯、非平稳及非线性故障信号的分析理论及方法时频分布、小波分析、高阶统计量分析、循环平稳信号处理、非线性分析、…现代信号处理技术28十二月2022上海交通大学振动、冲20可视化声源定位技术06一月2023上海交通大学振动、冲击、噪声国家重点实验室21通过重建设备辐射的噪声场以直观的动态图像来进行噪声源的识别和定位，为噪声控制、预测及故障诊断等提供依据可视化声源定位技术28十二月2022上海交通大学振动、21常用的声场可视化方法06一月2023上海交通大学振动、冲击、噪声国家重点实验室22近场声全息（NAH）－传统方法基于边界元建模（BEM）的NAHHELS方法（Helmholtz方程最小平方误差）波叠加方法（WaveSuperposition）波束形成（Beamforming）常用的声场可视化方法28十二月2022上海交通大学振动22可视化声源定位实例06一月2023上海交通大学振动、冲击、噪声国家重点实验室23汽车发动机电机可视化声源定位实例28十二月2022上海交通大学振动、23汽车发动机声场图

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Beamforming(66)06一月2023上海交通大学振动、冲击、噪声国家重点实验室246300HzR

5cm3150HzR

10cm4000HzR

8cm5000HzR

6cm近场声全息需要约3300个测点，才能识别这样的高频汽车发动机声场图–Beamforming(66)28十24目的和意义目的和意义25目的06一月2023上海交通大学振动、冲击、噪声国家重点实验室26目标：保证设备的安全、可靠和高效、经济运行主要目的：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通过检测、分析、性能评估等，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目的28十二月2022上海交通大学振动、冲击、噪声国家26任务27状态监测：了解和掌握设备的运行状态。故障诊断：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指导设备管理和维修任务27状态监测：27用途28设备维修管理保障设备运行安全，防止突发事故保证设备工作精度，提高产品质量实施状态维修(或预防维修)，节约维修费用避免设备事故带来的环境污染及其它危害给企业部门带来较大的间接经济效益用途28设备维修管理28B/S模式在线监测诊断系统-总体功能06一月2023上海交通大学振动、冲击、噪声国家重点实验室29B/S模式在线监测诊断系统-总体功能28十二月2022上29B/S模式在线监测诊断系统-监测界面06一月2023上海交通大学振动、冲击、噪声国家重点实验室30波形监测频谱监测波形频谱监测B/S模式在线监测诊断系统-监测界面28十二月2022上30B/S模式在线监测诊断系统-分析界面06一月2023上海交通大学振动、冲击、噪声国家重点实验室31B/S模式在线监测诊断系统-分析界面28十二月2022上31应用和适用性应用和适用性3233适用性33适用性33343434发展趋势发展趋势35发展趋势06一月2023上海交通大学振动、冲击、噪声国家重点实验室36离线系统与在线系统相互交融，最终形成基于Internet/Intranet的一体化远程监测与诊断系统，其中：分析方法和算法等共享数据库、知识库共享设备管理机制共享在线系统负责关键机组设备巡检系统面向尚无固定测点的中小设备发展趋势28十二月2022上海交通大学振动、冲击、噪声36发展趋势37监测与分析新技术的不断引入硬件方面功能强化–便携式数采增加整周期采样、双通道可靠性提高–在线系统采用VXI或PXI总线性能提高–高速多通道并行，DSP器件软件方面功能更加丰富完善、准确有效现代信号处理技术成果实用化分布式计算技术运用发展趋势37监测与分析新技术的不断引入37发展趋势38系统中故障诊断功能完善故障分析指导系统：针对有关的机械设备及参数，给出若干可能故障的说明和分析依据，最后由操作者或分析人员来确定结论故障诊断辅助系统：在给出分析处理结果和故障特征提示的情况下，利用人机结合的方式进行故障分析与判断故障诊断专家系统：利用知识库和推理机由计算机自主（配合一定的人机交互）完成故障分析与诊断，并提出相应的处理措施发展趋势38系统中故障诊断功能完善38发展趋势39设备管理功能占重要地位开发智能维护系统(IMS,IntelligentMaintenanceSystem)IMS是指采用性能衰退分析和预测分析方法，结合信息电子技术(包括：互联网、非接触式通讯技术、嵌入式智能电子技术)，使设备达到近乎零故障的性能的一种新型维护系统该系统将企业的设备管理、备品备件管理、以及设备信息化管理等融为一体发展趋势39设备管理功能占重要地位39TheEnd40谢谢!请批评指正TheEnd40谢谢!请批评指正40目录06一月202341起源与含义意义与优势监测与诊断技术基础原理监测与诊断系统应用监测与诊断技术发展趋势结束语目录28十二月20221起源与含义41技术概述与用途技术概述与用途42起源43现代工业生产对机械设备的要求:可靠性可用性维修性经济性安全性进行全寿命管理，实行全面质量保证体系制度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起源3现代工业生产对机械设备的要求:43起源44机械设备是现代化工业生产的物质技术基础，设备管理则是企业管理中的重要领域也就是说，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设备诊断技术、修复技术和润滑技术列为设备管理和维修工作的三项基础技术起源4机械设备是现代化工业生产的物质技术基础，设备管理则是企44起源06一月2023上海交通大学振动、冲击、噪声国家重点实验室45维修方式归纳起来有三大类，共五种形式：事后维修(BM)改善维修(CM)预防维修(PM)－视情维修(COM)、状态维修(CBM)和计划(定期)维修(TBM)起源28十二月2022上海交通大学振动、冲击、噪声国家4546646477474884849949基本工作原理及优势基本工作原理及优势50技术结构关系06一月2023上海交通大学振动、冲击、噪声国家重点实验室51技术结构关系28十二月2022上海交通大学振动、冲击、5152125253信号采集13信号采集5354信号处理14信号处理54551555561656基于振动(噪声)测量与分析06一月2023上海交通大学振动、冲击、噪声国家重点实验室57在这里所提及的状态监测与故障诊断，均是指基于振动测量与分析方面的技术事实上状态监测与故障诊断是一门综合性极强、涉及面非常广泛、学科交叉渗透十分丰富的技术除了应用振动分析方法之外，还可采用油液分析、红外热像、超声探伤以及温度、压力分析等多种不同技术基于振动(噪声)测量与分析28十二月2022上海交通大学57基于振动(噪声)测量与分析06一月2023上海交通大学振动、冲击、噪声国家重点实验室58机械振动信号中包含了丰富的机器状态信息，它是机械设备故障特征信息的良好载体利用振动信号来获取机械设备的运行状态并进行故障诊断具有如下优点：方便性：利用各种振动传感器及分析仪器，可以很方便地获得振动信号在线性：振动监测可在现场不停机的情况下进行无损性：在振动监测过程中，不会对被测对象造成损伤除了应用振动分析方法之外，还可采用油液分析、红外热像、超声探伤以及温度、压力分析等多种不同技术基于振动(噪声)测量与分析28十二月2022上海交通大学58信号处理技术06一月2023上海交通大学振动、冲击、噪声国家重点实验室59特征提取必不可少的工具传统：以FFT为核心的信号分析技术现代：在故障特征提取方面信号处理技术28十二月2022上海交通大学振动、冲击、59现代信号处理技术06一月2023上海交通大学振动、冲击、噪声国家重点实验室60现代信号处理的本质可用七个“非”字来高度概括，即研究：非线性、非因果、非最小相位系统非高斯、非平稳、非整数维(分形)信号非白色加性噪声为准确、有效地获得故障特征信息，目前重点是：研究和发展基于非高斯、非平稳及非线性故障信号的分析理论及方法时频分布、小波分析、高阶统计量分析、循环平稳信号处理、非线性分析、…现代信号处理技术28十二月2022上海交通大学振动、冲60可视化声源定位技术06一月2023上海交通大学振动、冲击、噪声国家重点实验室61通过重建设备辐射的噪声场以直观的动态图像来进行噪声源的识别和定位，为噪声控制、预测及故障诊断等提供依据可视化声源定位技术28十二月2022上海交通大学振动、61常用的声场可视化方法06一月2023上海交通大学振动、冲击、噪声国家重点实验室62近场声全息（NAH）－传统方法基于边界元建模（BEM）的NAHHELS方法（Helmholtz方程最小平方误差）波叠加方法（WaveSuperposition）波束形成（Beamforming）常用的声场可视化方法28十二月2022上海交通大学振动62可视化声源定位实例06一月2023上海交通大学振动、冲击、噪声国家重点实验室63汽车发动机电机可视化声源定位实例28十二月2022上海交通大学振动、63汽车发动机声场图

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Beamforming(66)06一月2023上海交通大学振动、冲击、噪声国家重点实验室646300HzR

5cm3150HzR

10cm4000HzR

8cm5000HzR

6cm近场声全息需要约3300个测点，才能识别这样的高频汽车发动机声场图–Beamforming(66)28十64目的和意义目的和意义65目的06一月2023上海交通大学振动、冲击、噪声国家重点实验室66目标：保证设备的安全、可靠和高效、经济运行主要目的：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通过检测、分析、性能评估等，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目的28十二月2022上海交通大学振动、冲击、噪声国家66任务67状态监测：了解和掌握设备的运行状态。故障诊断：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指导设备管理和维修任务27状态监测：67用途68设备维修管理保障设备运行安全，防止突发事故保证设备工作精度，提高产品质量实施状态维修(或预防维修)，节约维修费用避免设备事故带来的环境污染及其它危害给企业部门带来较大的间接经济效益用途28设备维修管理68B/S模式在线监测诊断系统-总体功能06一月2023上海交通大学振动、冲击、噪声国家重点实验室69B/S模式在线监测诊断系统-总体功能28十二月2022上69B/S模式在线监测诊断系统-监测界面06一月2023上海交通大学振动、冲击、噪声国家重点实验室70波形监测频谱监测波形频谱监测B/S模式在线监测诊断系统-监测界面28十二月2022上70B/S模式在线监测诊断系统-分析界面06一月2023上海交通大学振动、冲击、噪声国家重点实验室71B/S模式在线监测诊断系统-分析界面28十二月2022上71应用和适用性应用和适用性7273适用性33适用性73743474发展趋势发展趋势75发展趋势06一月2023上海