1、電氣設(shè)備故障診斷第一講：目的、意義，現(xiàn)狀及主要研究方向第一講：目的、意義，現(xiàn)狀及主要研究方向1. 序言序言 故障診斷技術(shù)最重要的意義在于改革設(shè)備維修改革設(shè)備維修制度，變傳統(tǒng)的定期檢制度，變傳統(tǒng)的定期檢修為預(yù)知維修修為預(yù)知維修。不僅節(jié)約了大量的維修費用，而且由于減少了許多不必要的維修時間，從而大大增加了設(shè)備正常運行的時間，大幅度提高了生產(chǎn)率，產(chǎn)生附加的經(jīng)濟效益。 故障診斷是根據(jù)設(shè)備和工藝過程根據(jù)設(shè)備和工藝過程中發(fā)生的各種信息來識別和診斷中發(fā)生的各種信息來識別和診斷的的。由于信息的多樣性，幾乎涉及到自然科學的各個領(lǐng)域，需要廣泛的理論基礎(chǔ)。為了開發(fā)設(shè)備故障診斷技術(shù)，對于別的領(lǐng)域中的診斷方法、別的學科

2、中的理論、方法以及各種現(xiàn)代化儀器的最新成就需給予高度重視，比如振動測試和信號分析、聲發(fā)射技術(shù)、紅外測溫技術(shù)、熱象技術(shù)、油液分析技術(shù)以及各種無損檢測技術(shù)。可見，故障診斷是多學科交叉的故障診斷是多學科交叉的邊緣科學邊緣科學。 診斷-根據(jù)設(shè)備運行過程中產(chǎn)生的各種信息來判別設(shè)備是正常運行還是發(fā)生了異?，F(xiàn)象，即識別設(shè)備是否發(fā)生了故障，稱為故障診斷故障診斷設(shè)備診斷技術(shù)的背景設(shè)備診斷技術(shù)的背景 設(shè)備維修的變遷設(shè)備維修的變遷 現(xiàn)代工業(yè)的特點 設(shè)備維修的重要性 設(shè)備事故的危害性 對設(shè)備不解體監(jiān)測和診斷的要求越來越強烈 維修人員高齡化產(chǎn)生的問題 設(shè)備大型化、連續(xù)化、高速化和自動化。在提高生產(chǎn)率，降低成本，節(jié)約能源

3、和人力，減少廢品，保證生產(chǎn)質(zhì)量等方面有很大的優(yōu)勢。另一方面，由于設(shè)備發(fā)生故障而造成的損失成比例增加。 現(xiàn)代化設(shè)備技術(shù)先進，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，點檢工作量大，一般情況下很難依靠人的感官和經(jīng)驗把故障因素檢查出來，且不允許隨便解體設(shè)備。要求采用先進的儀器和科學的方法，進行監(jiān)測和診斷。 在許多工業(yè)化國家中，一方面經(jīng)驗豐富的“標準眼”，“標準耳”越來越少，另一方面青年維修工人往往缺乏應(yīng)有的素質(zhì)豐富的經(jīng)驗。 尋求專家經(jīng)驗的在時間和空間上的延續(xù)。解決問題的出路對設(shè)備維修工作進行改革對設(shè)備維修工作進行改革 1. 管理方面2. 經(jīng)濟方面3. 技術(shù)方面 用“設(shè)備綜合工程學設(shè)備綜合工程學”的觀點來確定維修方針、目標、組織人員

4、和管理系統(tǒng)。以壽命周期費用最佳化為目標壽命周期費用最佳化為目標，根據(jù)對維修的經(jīng)濟性評價，從維修費、劣化損失、固定資產(chǎn)轉(zhuǎn)移和折舊等因素來確定維修的方針、目標、組織人員和管理系統(tǒng)。 大力發(fā)展設(shè)備監(jiān)測和診斷技術(shù)發(fā)展設(shè)備監(jiān)測和診斷技術(shù)，最引人注目的是故障診斷技術(shù)，改革維修方式。 2. 技術(shù)診斷學基礎(chǔ)技術(shù)診斷學基礎(chǔ) 一些認識一些認識 1診斷是一種新技術(shù) 傳統(tǒng)的診斷技術(shù)（或原始的診斷技術(shù)）是憑人的感覺、聽覺和人的經(jīng)驗對機器設(shè)備的健康進行診斷的方法，幾乎是與機器的發(fā)明同時發(fā)生的。現(xiàn)代的診斷技術(shù)是指應(yīng)用最新的現(xiàn)代化儀器設(shè)備和電子計算機系統(tǒng)等當代的最高技術(shù)來檢查和識別機械設(shè)備及其零、部件的實時技術(shù)狀態(tài)，診斷它是

5、否健康的技術(shù)。2技術(shù)診斷的基本思路識別現(xiàn)狀識別現(xiàn)狀 預(yù)測未來預(yù)測未來 3目標 診斷的目的是為了預(yù)防事故的發(fā)生，包含失效分析和故障預(yù)防 技術(shù)診斷學基礎(chǔ)技術(shù)診斷學基礎(chǔ) 一些認識一些認識 名詞及定義名詞及定義 1.故障的定義故障在英語中是Fault，或失效Failure故障比失效廣泛些，有時機器發(fā)生輕微或不很嚴重的故障時，它還沒有完全失效。 機器故障一臺機器在它應(yīng)達到的功能上喪失了能力稱為這臺機器發(fā)生了故障。故障包括使機器設(shè)備立刻喪失其功能的破壞性故障、降低設(shè)備功能的但沒有完全喪失功能的功能性故障和人為的誤操作停車故障。產(chǎn)生故障的原因有人為誤操作、由正常磨損或疲勞使機械設(shè)備達到其自然壽命和環(huán)境影響等

6、三方面的因素。 2. 技術(shù)診斷的定義技術(shù)診斷就是對系統(tǒng)的運行狀態(tài)做出判斷，其含義是定量地識別系統(tǒng)的狀態(tài)。系統(tǒng)指機械設(shè)備、工藝過程、工程結(jié)構(gòu)或生產(chǎn)系統(tǒng)，系統(tǒng)的狀態(tài)是指系統(tǒng)運行中其功能是良好、正常、劣化或發(fā)生故障。如果系統(tǒng)是指機械設(shè)備，那么技術(shù)診斷就是機械設(shè)備故障診斷，要求定量地掌握設(shè)備的狀態(tài)，即掌握其性能和強度，了解零件的應(yīng)力狀態(tài)、性能的劣化和零部件的損傷等等。從理論上講技術(shù)診斷就是系統(tǒng)辨識。 3. 技術(shù)診斷學的定義識別系統(tǒng)運行狀態(tài)的科學就是技術(shù)診斷學，它研究系統(tǒng)運行狀態(tài)的變化在診斷信息中的反映。 由于診斷信息的多樣性，幾乎涉及到自然科學的各個領(lǐng)域，所以需要廣泛的理論基礎(chǔ)。診斷學是多學科交叉的邊

7、緣科學 技術(shù)診斷學基礎(chǔ)技術(shù)診斷學基礎(chǔ) 一些認識一些認識 名詞及定義名詞及定義 技術(shù)診斷學的內(nèi)容技術(shù)診斷學的內(nèi)容 1診斷對象 零部件的技術(shù)診斷和系統(tǒng)的技術(shù)零部件的技術(shù)診斷和系統(tǒng)的技術(shù)診斷。系統(tǒng)故障與部件故障互相診斷。系統(tǒng)故障與部件故障互相有關(guān)但也有差別，而部件故障與有關(guān)但也有差別，而部件故障與系統(tǒng)故障的關(guān)系，對于不同的系系統(tǒng)故障的關(guān)系，對于不同的系統(tǒng)也不相同，必須具體分析后才統(tǒng)也不相同，必須具體分析后才能確定。能確定。 2診斷過程 技術(shù)診斷學的內(nèi)容包括狀態(tài)監(jiān)測狀態(tài)監(jiān)測、識別診斷識別診斷和預(yù)測預(yù)測三個方面，在預(yù)測系統(tǒng)的可靠性和性能時，如果識別出異常狀態(tài)，就要對其原因、部位和危險程度進行診斷和評價，

8、研究決定其修正和預(yù)防的方法，整個診斷過程表示在框圖中。一個系統(tǒng)在運行過程中必然有能量、介質(zhì)、力、熱及摩擦等各種物理和化學參數(shù)的傳遞和變化產(chǎn)生各種各樣的信息。這些信息的變化直接和間接地反映出系統(tǒng)的運行狀態(tài)，也就是說正常運行和異常運行時的信息變化規(guī)律是不一樣的，技術(shù)診斷就是根據(jù)機器運行時產(chǎn)生的不同的信息變化規(guī)律信息特征來識別機器是處在正常運行狀態(tài)還是異常運行狀態(tài)的。技術(shù)診斷的過程技術(shù)診斷的過程包括“信息的采集、處理系統(tǒng)”和“狀態(tài)識別、故障診斷和決策系統(tǒng)”兩大部分。信息采集和處理系統(tǒng)包括把信息轉(zhuǎn)換成電信號輸出的傳感器和對電信號進行數(shù)據(jù)處理的信號處理系統(tǒng)；狀態(tài)識別和診斷決策系統(tǒng)包括狀態(tài)識別系統(tǒng)運行特性

9、辨識、標準圖和標準譜數(shù)據(jù)庫及診斷決策。技術(shù)診斷學基礎(chǔ)技術(shù)診斷學基礎(chǔ) 一些認識一些認識 名詞及定義名詞及定義 技術(shù)診斷學的內(nèi)容技術(shù)診斷學的內(nèi)容 技術(shù)診斷的分類技術(shù)診斷的分類 1功能診斷和運行診斷2定期診斷和在線監(jiān)控 3直接診斷和間接診斷 4常規(guī)診斷和特殊診斷 5簡易診斷和精密診斷 簡易診斷一般由現(xiàn)場作業(yè)人員實施，能對設(shè)備的狀態(tài)迅速有效地作出概括性的評價，它具有下列功能：l設(shè)備的應(yīng)力狀態(tài)和趨向控制，異常應(yīng)力的檢測；l設(shè)備的劣化和故障的趨向控制及早期發(fā)現(xiàn)（功能方面）；l 設(shè)備的監(jiān)測與保護，及早發(fā)現(xiàn)有問題的設(shè)備。精密診斷目的是對由簡易診斷判定的“大概有點異?！钡脑O(shè)備進行專門的精確診斷，由精密診斷的專家

10、來進行，它具有下列功能：l 確定故障的類型，了解故障產(chǎn)生的原因；l 估算故障的危險程度，預(yù)測其發(fā)展；l 確定消除故障、恢復(fù)和改善機械設(shè)備正常狀態(tài)的方法。精密診斷技術(shù)的功能包括應(yīng)力定量技術(shù)、故障檢測分析技術(shù)。應(yīng)力定量技術(shù)指用試驗測定和計算技術(shù)對設(shè)備的各種應(yīng)力（如電應(yīng)力、機械應(yīng)力、化學應(yīng)力、溫度應(yīng)力和等）定量判定。故障檢測分析技術(shù)指用失效分析和故障診斷技術(shù)對設(shè)備的關(guān)鍵零件進行檢驗、分析和對各種設(shè)備、結(jié)構(gòu)、工藝流程進行診斷的技術(shù)，必要內(nèi)容必要內(nèi)容：1.與異常或故障相對應(yīng)的信號的檢測2.引出信號的特征，即信號處理3.識別故障原因，標定故障部位，即用于判定故障的軟件 技術(shù)診斷學基礎(chǔ)技術(shù)診斷學基礎(chǔ) 一些認

11、識一些認識 名詞及定義名詞及定義 技術(shù)診斷學的內(nèi)容技術(shù)診斷學的內(nèi)容 技術(shù)診斷的分類技術(shù)診斷的分類 技術(shù)診斷的經(jīng)濟效益技術(shù)診斷的經(jīng)濟效益 潛在效益 ：維修量優(yōu)化維修工作的周期和內(nèi)容，減少維修費用；因素的重要性取決于設(shè)備在系統(tǒng)中的地位。 故障率降低一些設(shè)備的不可用率，提高運行效率；可靠性在過負載期間，能提高設(shè)備控制性能和運行可靠性。 對經(jīng)濟效益的評估是一個很復(fù)雜的問題，一致的看法是經(jīng)濟效益主要表現(xiàn)在減少事故、降低維修費用、減少維修時間、增加運行時間。 3. 技術(shù)診斷的發(fā)展概況技術(shù)診斷的發(fā)展概況 歐洲維修團體聯(lián)盟（FENMS） 英國提倡的設(shè)備綜合工程學（Terotechnology） 美國的后勤學（

12、Logistics） 1986年6月4日7日在沈陽東北工學院召開了國內(nèi)第一次機械設(shè)備診斷技術(shù)國際會議，會上交流了100多篇論文 1. 診斷技術(shù)的發(fā)展動向，診斷方法和原理，疲勞失效及可靠性；2. 旋轉(zhuǎn)往復(fù)機械的技術(shù)診斷，事故分析及預(yù)防；3. 工程結(jié)構(gòu)、機械零件和工藝過程技術(shù)診斷的研究與應(yīng)用；4. 診斷、監(jiān)視、測試儀表、計算機在診斷技術(shù)中的應(yīng)用 故障診斷和狀態(tài)監(jiān)控的應(yīng)用現(xiàn)狀 國外國外： 美國最早，1967年美國宇航局倡導成立了機械故障預(yù)防小組（MFPG） 70年代英國機械保健中心成立，并用于核發(fā)電、鋼鐵、電力等診斷。 71年日本開始發(fā)展自己的TPM（全員生產(chǎn)維修）：鋼鐵、化工、鐵路 歐美許多國家都

13、在重視發(fā)展。如瑞典SPM軸承監(jiān)測、挪威船舶診斷、丹麥B&K的振動與聲發(fā)射診斷故障診斷和狀態(tài)監(jiān)控的應(yīng)用現(xiàn)狀國內(nèi)國內(nèi)： 天津大學從1982年起研究齒輪傳動、軸承、齒輪箱、切削過程等方面的診斷與監(jiān)控技術(shù)，成果有：1、 設(shè)備的智能診斷與預(yù)測維修系統(tǒng)2、 設(shè)備在線自動報警與保護通用監(jiān)控系統(tǒng)3、 動態(tài)測試與信號分析系統(tǒng)4、 模態(tài)分析系統(tǒng) 華中理工大學研究開發(fā)的汽輪發(fā)電機組診斷專家系統(tǒng)、鋼絲繩診斷系統(tǒng) 西安交大：旋轉(zhuǎn)機械故障診斷RB-20，用于煉油行業(yè) 國防科大：望遠號遠洋考察船的在線監(jiān)控與故障診斷系統(tǒng) 哈工大： 20萬kW汽輪發(fā)電機組診斷故障診斷和狀態(tài)監(jiān)控的應(yīng)用現(xiàn)狀特點特點： 技術(shù)研究和積累較多 在石化、

14、電力等方面的應(yīng)用較多，效益好、易診斷 傳統(tǒng)機械制造業(yè)應(yīng)用少，主要原因是傳動結(jié)構(gòu)復(fù)雜、企業(yè)效益普遍不好 汽車制造業(yè)已經(jīng)逐步重視，如：玉柴、吉普、桑塔納、一汽、重慶長安、九五攻關(guān)項目等技術(shù)診斷應(yīng)用的動向 現(xiàn)在國內(nèi)外已把技術(shù)診斷應(yīng)用到各種機械設(shè)備、儀器儀表，電子器件和電子計算機、交通工具和航空航天器中；應(yīng)用到工程結(jié)構(gòu)方面，譬如對各種建筑和水工結(jié)構(gòu)、橋梁和鋼結(jié)構(gòu)等進行損傷診斷；焊縫質(zhì)量的診斷也引起了人們的興趣，這樣技術(shù)診斷從設(shè)備的故障診斷發(fā)展到產(chǎn)品的質(zhì)量檢驗和結(jié)構(gòu)損傷或完好程度的鑒定。 在工藝過程的診斷和控制中，在國內(nèi)已廣泛地開展了機械加工工藝質(zhì)量的監(jiān)視、診斷和控制，對帶鋼冷軋質(zhì)量的振動監(jiān)測，對熱處理

15、工藝過程，煉鋼工藝過程和化工工藝過程的診斷；發(fā)展到對控制系統(tǒng)、電網(wǎng)輸配等能源系統(tǒng)的故障診斷。 診斷方法的發(fā)展方向 60年代計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，出現(xiàn)了快速富里葉變換，從而把信號處理和分析技術(shù)的軟件和硬件推向新的高度。設(shè)備系統(tǒng)和零部件的可靠性工程的發(fā)展以及對零件失效分析機理的研究等等。推動了技術(shù)診斷的飛速發(fā)展。國內(nèi)外對別的領(lǐng)域中的診斷方法、理論和各種現(xiàn)代化的儀器的最新成就保持高度敏感性，凡是成熟的可借用的拿來就用，成熟的可借用的拿來就用，不成熟的也拿過來完善它不成熟的也拿過來完善它，使它適用于診斷的目的。象振動信號處理技術(shù)、聲發(fā)射技術(shù)、紅外測溫技術(shù)、油液分析技術(shù)以及各種無損檢測技術(shù)，都是被借用于

16、診斷目的，成為設(shè)備診斷技術(shù)的重要內(nèi)容。兩種以上方法的綜合診斷具有較高的確診率，象振聲診斷就是其中最活躍的代表。 診斷的智能化是重要的研究課題診斷的智能化是重要的研究課題。診斷理論的發(fā)展動向 診斷技術(shù)是根據(jù)設(shè)備運行過程中發(fā)生的各種各樣的信息（一次信息一次信息）來識別和進行診斷的，或者對結(jié)構(gòu)、零件和部件進行激勵使之產(chǎn)生各種不同的信息（二次信息二次信息）來診斷其損傷。由于信息的多樣性，診斷技術(shù)的理論基礎(chǔ)非常廣泛，已經(jīng)應(yīng)用到自然科學的各個學科。涉及最多的學科有高等數(shù)學和現(xiàn)代數(shù)學各個分支，電子計算機計算方法，物理學中的熱學、光學和聲合一力學以及化學等。這些數(shù)學、物理、力學和化學等等的方法為我們對設(shè)備、工藝過程和生產(chǎn)系統(tǒng)的正確診斷提供了各方面的信息，為由局部推測整體、由現(xiàn)象判斷本質(zhì)和由當前預(yù)見未來建立了可靠的依據(jù)。 診斷裝置的發(fā)展動向 診斷