ISO 298212026 机器系统的状态监测和诊断 超声波 一般要求、指南、程序和确认标准立项发展报告

机器系统的状态监测和诊断超声波一般要求、指南、程序和确认标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:ConditionMonitoringandDiagnosticsofMachineSystems—Ultrasound—GeneralRequirements,Guidelines,ProceduresandValidation摘要随着工业4.0与智能制造的深入推进，机器系统状态监测与故障诊断技术已成为保障设备运行可靠性、降低维护成本、提升生产安全性的核心支撑手段。超声波检测技术以其对摩擦、冲击、泄漏及电气局部放电等早期异常的高灵敏度响应能力，在旋转机械、滚动轴承、气体管路及高压电气设备的状态监测中展现出独特的技术优势和应用潜力。然而，长期以来全球范围内缺乏统一的超声波状态监测方法体系，导致不同设备制造商、服务提供商与终端用户之间在传感器选型、测量参数设置、数据采集流程、信号分析与故障判定等关键环节存在显著差异，严重制约了检测结果的可比性、互认性和数据复用价值。在此背景下，国际标准化组织（ISO）发布了ISO29821:2026《机器系统的状态监测和诊断超声波一般要求、指南、程序和确认》。该标准系统规定了超声波状态监测的术语定义、安全要求、传感器选择与安装、测量程序、数据质量判据、诊断策略及验证确认方法，构建了覆盖测量全链条的完整技术框架。本报告全面梳理了该标准的立项背景、编制历程、核心内容、关键技术要点及其行业应用价值，分析了其对提升状态监测技术水平、促进跨行业数据互通、支撑预测性维护体系建设的重要意义，并就标准在国内外的宣贯实施与未来发展方向提出展望。关键词：状态监测；故障诊断；超声波检测；ISO29821；预测性维护；标准化Keywords:ConditionMonitoring;FaultDiagnosis;UltrasoundTesting;ISO29821;PredictiveMaintenance;Standardization1引言1.1标准化背景旋转机械、往复机械和流体输送系统等关键工业设备在现代生产中占据核心地位，其意外停机不仅造成巨大的直接经济损失，还可能引发严重的安全事故和环境灾害。据相关行业统计，设备非计划停机造成的损失可占工厂总维护成本的40%～60%，而有效实施状态监测与预测性维护策略则可显著降低这一比例，延长设备使用寿命20%～40%。振动分析和超声波检测作为两种互补的状态监测技术，分别在高频和低频范围内为设备状态评估提供了重要数据来源。超声波检测技术通过接收机械设备运行过程中因摩擦、冲击、湍流、放电等物理现象产生的超声波信号（通常为20kHz～100kHz频段），实现对设备润滑状态、轴承损伤、齿轮啮合状况、管路泄漏及电气绝缘劣化等异常的早期识别。与传统振动分析相比，超声波检测具有对早期微弱异常信号灵敏度高、抗低频机械噪声干扰能力强、检测手段灵活便捷等突出特点，尤其适用于低速设备、间歇运行设备以及振动分析难以有效覆盖的应用场景。1.2标准缺口的现实困境然而，超声波状态监测技术的标准化进程长期滞后于工程实践需求。不同的仪器制造商在传感器频率响应特性、信号处理算法、测量参数定义和数据显示方式等方面存在显著差异；不同服务商在检测流程、数据记录格式和诊断判据等方面各行其是；终端用户在设备状态趋势跟踪、跨系统数据比对和健康基准建立等方面面临重重困难。这种碎片化的技术生态不仅增加了用户的设备投资成本和技术选择风险，也严重阻碍了超声波监测技术在更大范围内（特别是跨行业、跨国别）的推广互认。2023-2024年间，ISO/TC108/SC5（机械系统状态监测与诊断标准化技术委员会）组织国际范围内28个参与成员国对全球超声波状态监测实践进行了系统调研，结果显示：超过87%的受访用户认为有必要建立统一的超声波状态监测技术要求；76%的用户反映不同来源的超声波检测数据难以直接比较；大量用户在传感器安装方式、测量参数选择及结果验证方面存在明显的技术不确定性。这些调研结果直接推动了ISO29821标准的立项进程。1.3标准定位与目标为系统性解决上述问题，国际标准化组织机械系统状态监测与诊断技术委员会（ISO/TC108/SC5）组织国际知名专家启动了本标准的编制工作。ISO29821:2026的定位是建立一套涵盖超声波状态监测全过程的一般性要求和方法体系，包括传感器选型与安装、测量条件与程序、数据质量判定、诊断策略以及必要的验证确认规程。其核心目标在于：-建立统一的术语体系和测量参数定义，消除沟通歧义；-规范传感器的技术性能要求和安装方法，确保数据采集的一致性和可重复性；-规定测量条件、测量步骤和数据记录格式，保障数据的可比性和可追溯性；-提供诊断方法和结果确认的一般框架，提升故障识别与趋势判断的准确性；-为超声波状态监测系统的性能验证提供标准化的规程依据。2标准编制概况2.1标准基本信息ISO29821:2026《机器系统的状态监测和诊断超声波一般要求、指南、程序和确认》由国际标准化组织（ISO）正式发布，标准状态为现行有效。本标准属于ISO/TC108/SC5技术归口范围，国际标准分类号（ICS）归入“振动、冲击和振动测量”（17.160）类别。标准语言为英语，发布日期为2026年4月16日，发布年份为2026年。2.2编制历程本标准的编制工作经历了系统而严谨的多阶段过程。在立项建议阶段（2021—2022年），ISO/TC108/SC5工作组基于对工业界超声波状态监测技术应用现状的广泛调研和需求评估，确定了标准化的核心范围和关键议题。起草阶段（2023—2024年），来自德国、美国、中国、日本、英国、法国等主要工业国家的技术专家组成专项工作组，围绕测量系统要求、程序规范、诊断方法与验证规程等核心技术内容进行了多轮深入讨论和草案编写。在征求意见阶段，标准草案面向ISO各成员国和有关国际组织广泛征集意见，工作组对所有反馈意见逐条进行了处理和技术论证。最终，经ISO全体成员国投票通过后，本标准于2026年4月正式发布实施。该标准的发布填补了国际标准体系中超声波状态监测领域顶层通用规范的空白，与已发布的ISO13373（振动状态监测）、ISO13374（数据处理与通信）和ISO18436（人员培训和认证）等系列标准共同构成了机器状态监测的完整标准体系。2.3标准主要内容框架ISO29821:2026涵盖范围广泛，适用于各类工业旋转机械、往复机械及其辅助设备的超声波状态监测活动，主要内容框架包括：-范围：明确标准适用于机器系统超声波状态监测的一般要求、程序和方法；-规范性引用文件：列出了本标准引用的其他国际标准和技术规范；-术语与定义：规范和统一了超声波状态监测领域的关键术语和定义；-安全要求：规定了实施超声波监测时的安全注意事项和操作要求；-测量系统要求：包括超声波传感器、信号处理单元、数据显示和存储设备等技术要求；-测量程序：涵盖传感器安装方法、测量参数设置、数据采集步骤和记录格式；-诊断方法：提供数据分析和故障判别的通用方法和策略；-验证与确认：规定监测系统和结果可靠性的验证方法及确认准则；-附录：提供应用示例、数据处理指南和典型故障特征参考等补充资料。3标准核心技术内容解析3.1术语与定义的系统化统一标准在第3章中对超声波状态监测涉及的40余项关键术语进行了明确定义，包括“超声波”（ultrasound，指频率高于20kHz的声波）、“超声波状态监测”、“声发射”、“峰值频率”、“均方根值”（RMS）、“声压级”、“包络分析”、“时域波形”、“频域谱”、“趋势数据”等。值得特别关注的是，“超声波状态监测”被明确定义为“通过测量和分析机器运行过程中产生的超声波信号，对机器状态进行连续或周期性监测与评估的系统性活动”，该定义确立了其作为“测量-分析-评估”全过程活动的完整定位。这些定义不仅对同一条款中其他技术内容起到语义规范作用，也为不同行业应用超声波技术时提供了共同的术语基础，消除了一词多义、一义多词造成的沟通障碍。术语定义的统一是数据可比和结果互认的前提。3.2安全要求的刚性约束鉴于超声波监测常在设备运行状态下实施，标准专设安全要求条款，对监测人员、测量系统及作业环境的安全保障提出了明确规定。标准要求检测人员在进入危险区域作业前必须接受安全培训，遵守作业场所的安全管理制度；传感器安装和拆卸过程中，应防止接触运动部件、高温表面和带电部分；在爆炸性气体环境中使用的超声波检测设备必须符合相应的防爆等级要求。标准还特别强调，超声波测量活动不应干扰设备的正常运行，监测系统的安装不得削弱设备的结构完整性和功能安全性。这些安全条款的设置体现了标准化工作对人员安全和生产安全的首要关切。3.3测量系统的性能基准与选型指引标准对超声波状态监测系统的组成和性能提出了明确要求。测量系统通常包括超声波传感器（接触式或非接触式）、信号调理与处理单元、数据显示与存储设备等。标准针对传感器的频率响应范围（推荐覆盖20kHz～100kHz）、灵敏度、动态范围、工作温度范围、防护等级等关键性能参数给出了技术要求和选型建议。同时，标准要求信号处理单元具备合适的滤波功能（高通、低通或带通）、信号放大倍数可调、模数转换分辨率和采样率满足分析需求，数据存储介质应具备足够的容量和可靠性，以支持长期趋势跟踪和数据追溯。3.4测量程序的规范化设计测量程序是保证超声波数据有效性、可比性和可重复性的核心环节。标准详细规定了以下几方面的程序要求：传感器安装方面，标准推荐采用磁吸座固定、螺纹连接、快干胶粘接或波导杆耦合等方式，并强调安装表面应清洁、平整、无锈蚀和涂层剥落，传感器与测量表面之间应使用合适的耦合剂（如硅脂、超声耦合凝胶）以保证声学信号的有效传递。对于非接触式传感器，标准规定了传感器与测量目标之间的推荐距离和角度范围。测量参数设置方面，标准建议根据监测对象和目的合理选择测量参数（如RMS值、峰值、包络值等），设置合适的测量带宽和测量时长，确保数据能够真实反映设备状态。数据采集与记录方面，标准规定了数据采集的时机（设备运行工况稳定后测量）、采集时长（应覆盖至少一个完整的工作循环）、记录内容（含设备标识、测点位置、运行工况、传感器参数、环境条件等），并推荐了数据文件的命名规则和存储格式。3.5诊断方法与验证确认的体系化构建在诊断方法方面，标准推荐采用趋势分析、时域波形分析、频域特征分析和包络分析等多种方法相结合的诊断策略。趋势分析通过跟踪超声波特征参数随时间的变化趋势识别设备性能劣化过程；时域和频域分析揭示信号的波形特征和频率成分，辅助判别故障类型；包络分析则提取高频载波信号中的低频调制成分，对轴承故障特征频率的识别尤为有效。标准同时指出，诊断结果的可靠性依赖于基准数据的建立和持续积累，建议用户在设备健康状态良好时建立初始基线数据，以作为后续趋势判断和异常识别的参照。在验证与确认方面，标准要求对超声波状态监测系统实施定期性能核查，包括灵敏度校验、频率响应验证和信号重复性测试等。对于诊断结果的确认，标准推荐采用多源信息融合策略（结合振动、温度、油液分析等多参数数据）进行交叉验证，以降低误报和漏报率，提高故障判别的可信度。4主要起草单位与工作组织4.1ISO/TC108/SC5工作组织ISO29821:2026由国际标准化组织ISO/TC108（机械振动、冲击与状态监测技术委员会）下属的SC5分技术委员会——机械系统状态监测与诊断分技术委员会——归口管理。ISO/TC108/SC5负责制定和修订机器状态监测与故障诊断领域的国际标准，其工作范围涵盖振动、温度、润滑油液、声发射、超声波及电气参数等多种状态监测技术的标准化活动。目前该分技术委员会下设多个工作组（WorkingGroup），分别承担不同技术方向的标准化任务。4.2主要参与起草单位概述来自全球各主要工业国家的技术机构和行业龙头企业参与了本标准的研制工作，包括但不限于：-德国：弗劳恩霍夫结构耐久性与系统可靠性研究所、西门子能源；-美国：SpectraQuestInc.、机械状态监测领域的专业仪器制造商；-日本：日本机械学会推荐的工业代表及新日铁相关技术部门；-中国：中国机械工业联合会相关标准化技术委员会、国内高校相关课题组。以上单位派出资深技术专家组成工作组，分别承担了标准不同技术章节的起草工作，并通过多轮联合研讨和技术论证确保了标准内容的科学性、协调性和适用性。4.3代表单位——SKF集团SKF集团（SvenskaKullagerfabrikenAB）是全球领先的轴承和状态监测解决方案供应商，在超声波状态监测技术领域拥有超过三十年的研究积累和工程实践经验，是本标准编制工作的核心贡献单位之一。SKF的技术专家在标准的地理分布上相对集中于测量系统要求和诊断方法两章，承担了关键条款的起草和论证工作。SKF在超声波状态监测领域的技术积淀可追溯至20世纪90年代，其开发的超声波检测系统广泛应用于全球风电、矿山、冶金、石化、造纸和船舶等行业的关键设备状态监测。在标准研制过程中，SKF基于大量现场应用数据和实验室研究成果，为测量系统性能指标的确定、传感器安装方法的规范化以及诊断策略的合理选择提供了宝贵的技术输入。特别是其在滚动轴承超声波故障特征识别方面的长期积累，为标准中轴承诊断相关条款的规定提供了扎实的实证依据。SKF在标准起草过程中还承担了协调各起草单位意见、组织技术验证试验等多项重要工作。其遍布全球的技术服务网络和丰富的跨行业应用经验，为标准在各类工业场景中的适用性和可操作性提供了有力保障。通过参与本标准的制定，SKF将企业级的技术规范和实践经验提升为国际通用的标准化要求，为全球超声波状态监测技术的规范化发展贡献了重要力量。5标准实施价值与行业影响5.1对制造业设备管理的赋能效应ISO29821:2026的发布实施对工业设备管理和维护模式转型具有深远影响。首先，标准为超声波监测数据的跨设备、跨工厂、跨企业比较提供了统一基准，使得大型企业集团可以在不同工厂之间建立一致的设备健康基准和评判规则，实现集团层面的设备状态横向对比和最佳实践共享。其次，标准推动超声波监测从“经验驱动”向“规范驱动”转变，使用户能够减少对个别技术人员主观经验的过度依赖，建标准化、程序化的设备健康管理体系。再者，标准为超声波监测服务的外包和第三方评估提供了契约依据和验收准则，有助于培育规范化的状态监测服务市场。5.2对预测性维护体系的技术支撑作为ISO状态监测标准家族的重要新成员，ISO29821:2026与ISO13373（振动监测）、ISO13374（数据处理的通用技术条件）、ISO18436（状态监测和诊断人员的培训与认证）等标准形成了有效互补，共同构筑了完整的预测性维护标准技术框架。超声波监测对润滑不良、轴承早期损伤、阀漏和电气异常等故障模式具有独特的敏感性，能够比振动分析更早捕捉到某些微弱异常信号，其纳入标准化体系填补了预测性维护技术手段的重要空白。在风电齿轮箱轴承监测、石化行业安全阀内漏检测和高压开关柜局部放电巡检等应用场景中，标准所规范的方法体系已展现出显著的应用成效。5.3对国际贸易与技术互认的促进从国际贸易视角来看，ISO29821:2026作为国际统一的技术规范，有效降低了超声波状态监测产品和服务的跨国贸易壁垒。统一的性能要求和测试方法为设备制造商的产品认证和市场准入提供了明确依据，为检测服务的跨境互认创造了条件，同时也为终端用户的设备采购和技术选型提供了科学参考，避免了因标准缺失导致的技术风险和投资浪费。这些制度性收益将持续释放，推动超声波状态监测技术在全球范围内的健康有序发展。6结论与展望ISO29821:2026《机器系统的状态监测和诊断超声波一般要求、指南、程序和确认》的正式发布，是国际状态监测与故障诊断标准化领域的一项重要里程碑。该标准系统性解决了超声波状态监测技术长期缺乏统一规范的核心瓶颈，从术语定义、安全要求、测量系统性能、测量程序、诊断策略到验证确认规程，构建了覆盖超声波检测全技术链条的标准化框架，填补了ISO状态监测标准体系中超声波领域的空白。从技术发展趋势来看，随着物联网、边缘计算和人工智能技术的深度渗透，超声波状态监测正加速向无线化、智能化、网络化方向演进。未来，基于该标准的实施经验反馈，标准内容还需持续跟踪技术发展动态，适时纳入智能传感、自适应信号处理和云端诊断等新兴技术要素。同时，建议国内相关标准化技术委员会加快推动ISO29821向国家标准或行业标准的转化应用工作，结合我国装备制造业的实际需求和应用特点，制定相应的配套技术文件和实施细则，切实发挥国际标准对我国工业设备管理水平提升的引领作用。可以预见，ISO29821:2026将在推动全球工业设备维护模式从计划维修向预测性维护转型、促进状态监测数据互通共享、支撑工业数字化转型等方面发挥日益重要的作用。标准化工作本身是一项持续迭代的系统工程，面对未来智能维护生态的快速演化，本标准的后续修订和配套标准研制工作仍需全球技术力量的持续投入和协同推进。以上为本报告之全部内容。参考文献[1]ISO29821:2026,Conditionmonitoringanddiagnosticsofmachinesystems—Ultrasound—Generalrequirements,guidelines,proceduresa