第1章故障诊断学第一节2008

1、机械故障诊断，机械故障诊断，赵永满，故障诊断的起源，“诊断”这个词来自生物医学的人谁想知道什么是在里面，所以他们应该看看外面；如果你在外面被诊断，你会知道的；覆盖所有内部部分的人将形成所有外部部分。现代设备诊断经验：列车检查员敲轮壳科学：借助现代测试和分析手段，研究和识别系统的运行状态是一门科学。它是系统运行状态变化在诊断信息中的反映。对于机械来说，机械故障诊断是区分机器或单元运行状态的科学。机械故障诊断需要对设备状态的定量了解，即掌握其性能和强度，了解零件的受力状态、性能的劣化和零件的损坏情况。(1)故障诊断的意义(2)故障诊断技术的发展(3)计算机辅助监测诊断系统的主要环节和诊断策略(4)

2、故障诊断与机械系统可靠性和维修性的关系(1)故障诊断的意义，即有效遏制故障损失和设备维修费用。减少重大事故的发生，避免类似事故的再次发生，延长运行周期，降低维护成本，提高设计、制造和维护水平，并提供有力证据。I)故障的含义机械系统偏离正常功能参数调整或零件维修功能失效。故障类型间歇性故障、永久性故障、局部功能故障和整体功能故障、突发性故障和渐进性故障、突发性故障和渐进性故障引起的故障、机器内部原因引起的故障、危险故障和非危险故障、早期故障、随时间变化的故障和随机故障，3)故障诊断方法包括离线手动分析和诊断、振动、噪声、温度、压力、声发射、油液监测和诊断、金相分析和诊断等在线和远程监测和诊断。统

3、计分析、信息论分析、模式识别、人工神经网络、专家系统等。汽轮机、压缩机、化工机械和液压系统等。4)机械系统故障的特征是随机的，不同时间的观测数据不能重复，代表机器工作状态的特征值在一定范围内波动。多层次故障和原因之间没有一一对应的因果关系。五)故障诊断的研究目的和范畴识别机械设备运行状态的科学最终目标是保证机械系统运行的可靠性，提高设备使用效率和产品质量进行预测维修和科学管理的重要基础研究领域主要集中在在线诊断以及工况监测与故障诊断的关系上。工况监测的任务是判断动态系统是否偏离正常功能，监测各种故障的症状、发生和发展趋势，防止突发故障。故障诊断的任务是找出故障的原因和位置。工况检测是故障诊断的

4、基础。1.故障诊断技术的发展历史在第二次世界大战期间，我们认识到这项技术的重要性；第二次世界大战后，相应的技术没有发展起来，发展得很快；20世纪60年代以后，电子技术、计算机技术、FFT方法以及相应的数字信号处理和分析技术的发展为1965年的设备诊断技术奠定了技术基础。第二，美国故障诊断技术的发展：1967年，美国国家航空航天局(NASN)成立了机械故障预防小组(MFPG)，该小组目前在航空、航天、军事和核能等前沿部门处于领先地位。英国：机械健康监测中心(Uk)和状态监测协会成立于20世纪70年代初，在摩擦、磨损、汽车和飞机发动机监测和诊断方面处于领先地位。日本：始于20世纪70年代，在民用行

5、业(钢铁、化工、铁路等)具有优势。)。瑞典SPM公司-轴承监控技术，AGEMA公司-红外热成像技术；丹麦BK公司振动和噪声监测技术；挪威-船舶诊断技术。中国：第一个学习班于1979年举办，始于20世纪80年代初。目前，它在石化、冶金、电力等行业得到了很好的应用，并在其他领域逐步发展。国内：天津大学从1982年开始研究齿轮传动、轴承、齿轮箱和切削过程的诊断与监测技术。主要成果如下：设备智能诊断与预测维修系统、设备在线自动报警与保护、通用监控系统、动态测试与信号分析系统、模态分析系统、华中科技大学研发的汽轮发电机组诊断专家系统、Xi交通大学钢丝绳诊断系统、旋转机械故障诊断RB-20、国防科技大学炼

6、油工业在线监测与故障诊断系统：王源远洋研究船；哈尔滨工业大学：20万千瓦汽轮发电机组诊断；1.以监测仪器为主体的监测装置，如本特利序列和飞利浦序列，由传感器和指示仪器组成，主要用于监测振动。缺点：振幅监测不能动态处理特性；强烈振动前，故障症状不明显；该仪器没有分析功能，只能通过人工经验来判断。2.监测仪器配备软硬件设备：由传感器光谱分析仪组成，具有光谱分析、光谱阵列图、波特图、轴轨迹图等功能。缺点：不能自动判断，诊断依赖于领域专家；未能防止突然故障；大型设备结构复杂，故障和症状之间没有一一对应关系，因此很难避免误诊。3.计算机辅助监测与诊断系统：它由传感器接口设备计算机(包括人工智能技术)组成

7、。它可用于实时监测和自动诊断，是机械状态监测和故障诊断的主要发展领域。(目前没有商品供应，但国内外都有该系统的开发和应用)。监测与诊断技术的现状。机械故障诊断技术的发展趋势，诊断技术的自动化和智能化水平将进一步提高；故障诊断将向多参数综合发展。故障诊断的速度更快，诊断的准确性将进一步提高；互联网将为故障诊断提供稳定的信息流。人工智能在故障诊断应用中的发展：人工智能的研究始于20世纪50年代，以游戏和游戏为对象；启发式技术和一般问题在20世纪60年代左右被应用。这些系统解决了知识表达和逻辑推理等基本问题，为专家诊断系统的发展奠定了基础。自20世纪70年代末以来，专家系统被应用于工程领域，推理技术

8、、知识获取、自然语言理解和机器视觉成为研究的主流。对不确定推理、非单调推理和定性推理进行了研究，其中知识获取和自学习尤为引人注目。这时，研究思路是以知识为核心，从整体出发，从上到下，体现在诊断策略上，即建立某种故障模型来解决问题。它的缺点是知识对环境的适应性差，知识空间大，解决问题困难。85年后，基于行为的研究思想出现了，即基于自下而上对象实际行为的人工智能。回顾工程诊断技术的发展，60年代开始实现单机监控，70年代形成机组在线监测系统和过程参数在线监测系统，80年代出现机械设备故障诊断专家系统。20世纪90年代，在发展新的信号处理技术(如小波分析)和将人工神经网络和传统算法引入诊断方法的同时

9、，机械故障诊断系统正朝着工程化方向发展。专家们越来越重视机械故障诊断的工程性，将故障诊断与工程控制相结合，形成了一个综合集成的机械设备故障诊断项目在过程诊断与控制中，加工过程质量的监测、诊断与控制、带钢冷轧质量的振动监测、热处理过程的诊断、炼钢过程和化学过程的诊断在我国已经广泛开展。它发展到控制系统、电网输配电和其他能源系统的故障诊断。诊断理论、诊断技术的发展趋势是根据设备运行过程中出现的各种信息(主要信息)进行识别和诊断，或者刺激结构、零件和部件产生各种信息(次要信息)来诊断它们的损伤。由于信息的多样性，诊断技术有着广泛的理论基础，并已被应用于自然科学的各个学科。涉及最多的学科包括高等数学和

10、现代数学的各个分支、计算机计算方法、热力学、光学和和声力学以及物理学中的化学等。这些数学、物理、机械和化学方法为我们提供了正确诊断设备、工艺过程和生产系统的各种信息，为局部推断整体、现象判断本质、现在预测未来奠定了可靠的基础。诊断设备的发展趋势可分为两类：便携式简易诊断和在线检测精密诊断。便携式监测诊断工具、在线监测系统、长期监测系统、定期监测系统和随时智能监测系统(如专家系统)、主要研究方向、故障结构分析、老化机理研究、与设备异常和老化相关的故障机理。监控传感器的发展，并获得与被测设备相对应的适当状态量。诊断设备的改进，包括简单诊断系统和在线监测系统。运用知识工程的诊断方法，应用知识工程的知

11、识信息处理，研究开发诊断知识。诊断必须依靠人类的思维，比如寻找失败的原因，预测和预测未来，并且要有知识。故障诊断的基本内容：监测设备的运行状态-利用监测信息判断是否正常？找到失败的迹象；设备运行状态趋势预测-利用运行状态的发展趋势预测设备的劣化速度，为生产安排和维护计划做准备。确定故障类型、程度、位置和原因，为诊断和决策提供依据。它包括三个方面：机械故障物理学、诊断数学和检测技术。失效机理，又称失效理论，是研究机械零部件的失效机理，即失效的物理化学过程和失效模式。诊断数学是研究诊断信息的选择、收集、处理和判断的数学原理和方法。检测与诊断技术：是诊断理论和方法的工程化实现，包括检测仪器的发展、无

12、损检测技术、寿命预测技术和诊断系统等。设备故障诊断技术与各学科的关系；3.计算机辅助监测诊断系统的主要环节和诊断策略、诊断决策、故障诊断内容和实施过程、诊断信号的采集/诊断信息的采集方法：振动测量、噪声测量、温度测量、压力测量等。信号检测传感器、采样和预处理、模数转换和数字信号预处理。特征信号分析/提取1)时域分析2)频域分析3)时频分析4)波形结构分析和其他状态识别和趋势分析是基于模式识别的：1)统计模式识别2)基于模糊数学的结构模式识别的模糊诊断；基于灰色理论的灰色诊断：1。收集/获取诊断信号，当齿轮正常工作时，当齿轮出现故障时，2。特征信号的分析/提取。状态识别和趋势分析，能够反映故障状态的特征参数和信息进行识别，并利用专家知识和经验对机械故障的类型、位置、程度和原因进行诊断。机械故障诊断，思考问题：诊断测试的工程应用特点：不坏不坏，适用于小型设备。预防性维护系统预防性维护也称为基于时间的维护系统或计划维护系统。特点：静态维护系统。当设备达到规定的强制维修小时数或吨公里数时，大多数工商