設備故障診斷的發(fā)展概況摘要：設備故障診斷是指設備在運行中或者在基本不解體設備的情況下，對設備故障的性質、原因、部位、程度等進行識別診斷，并提供維修維護措施。設備故障診斷技術的產生和發(fā)展是企業(yè)實際需要的結果，主要是設備的安全性、維修成本的壓力。對于設備故障診斷來說，主要狀態(tài)參數有功能參數、損傷參數、環(huán)境參數和開關量等。在故障診斷學領域中，將那些對故障反應靈敏、穩(wěn)定可靠的物理量稱之為故障特征參數（或稱故障特征量值）。目前，診斷技術根據不同的信號類型，分為振聲診斷、溫度診斷、油液分析和光譜分析等。隨著人工智能的發(fā)展，診斷自動化，智能化的要求逐漸變?yōu)楝F實，也是現在研究的重點。設備智能診斷技術是一門交叉性很強的學科，不少領域的技術都可在其中得以應用，加強這些方面的理論研究具有重要的意義關鍵詞：故障診斷、設備狀態(tài)、參數測量、智能診斷、展望一、設備故障診斷概述設備故障診斷是指設備在運行中或者在基本不解體設備的情況下，對設備故障的性質、原因、部位、程度等進行識別診斷，并提供維修維護措施。設備故障診斷分為簡易診斷和精密診斷兩個層次：簡易診斷：即設備的“健康檢查”。具體實施時，往往是監(jiān)測設備的某一個特征量值和它的劣化趨勢，根據量值的范圍判斷設備是正常還是異常以及故障的嚴重程度，并對設備進行定期或連續(xù)監(jiān)測，可以得到一些有規(guī)律的東西，借此進行預測、預報。其作用是監(jiān)測和保護，目的是對設備的狀態(tài)做出迅速而有效的定性的概括和評價。簡易診斷一般由設備的操作者或點檢員來實施，所用的儀器簡單、便攜、操作簡易，其判斷標準也很簡單、故障診斷迅速、有效、因而診斷費用也低。它是由點檢和監(jiān)視兩種方式來完成的。精密診斷：是在簡易診斷基礎上更深層次的診斷，通常需要更多的信息。目的是定量的判斷故障的性質、原因、部位、程度以及故障的發(fā)展趨勢等，并提供設備檢修或治理的決策。精密診斷由專業(yè)診斷技術人員來實施，所用的儀器、操作、判斷過程都比較復雜和比較精密。因而診斷費用較高。近幾年以來，由于科技的高速發(fā)展，各種高精度多功能的便攜式數據采集器廣泛的應用于現場的簡易振動診斷。在現場也可以同時進行頻譜分析、有的還能作細化譜、相位測量、波形觀察等，已不僅僅是滿足于對設備的狀態(tài)做出正常與否的概括和評價了。設備故障診斷技術實際上包含運行中的設備狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷兩個部分內容，這兩者既有密切聯系又有區(qū)別。狀態(tài)監(jiān)測：即對運行中的設備，不斷獲取其在運行中或相對于靜態(tài)條件下的狀態(tài)信息---它包括采用各種檢測、監(jiān)視、分析和判斷等方法，及時報告設備當前狀況參數并進行顯示、紀錄、異常狀態(tài)報警。所以說，它是故障診斷的基礎。故障診斷：即對運行中的設備，通過狀態(tài)監(jiān)測所得到的信息，并結合設備的歷史狀況，應用專家的知識和經驗進行分析、判斷，以確定故障的性質、類別、程度、原因、部位和發(fā)展趨勢以及預測設備的剩余壽命，為指導設備運行、備品備件管理和按狀態(tài)維修（狀態(tài)維修）提供技術基礎，以及進一步提出對設備的改造、設計、制造、運行方式等方面的建議。也就是說設備狀態(tài)監(jiān)測又是設備預知維修的基礎。設備故障診斷技術是一門了解和掌握設備在使用過程中的工作狀態(tài)，確定其整體和局部是否正常，早期發(fā)現設備的故障及其產生原因,能夠預報故障發(fā)展趨勢的技術。它一直與設備維修緊密聯系，與維修發(fā)展階段對應經歷了事后維修階段、預防維修階段、狀態(tài)監(jiān)測階段和的智能管理階段。由于它具有保障生產正常運行、防止突發(fā)事故、節(jié)約維修成本等顯著特點，在現代化大生產中發(fā)揮著重要作用，越來越受到人們普遍重視。人們投人大量精力進行研究，設備故障診斷技術取得了很大的進展探索出一系列新的理論方法與技術應用于實際，增加了對設備故障判斷的效率，奠定了對設備實施故障診斷分析與修復的堅實基礎，產生了明顯的經濟效益和社會效益。二、設備故障診斷的作用和意義設備故障診斷技術產生、發(fā)展并被廣泛應用的原因來自三個方面，即：流程工業(yè)生產的現實需要，故障診斷理論、測試技術和儀器的發(fā)展完善以及國家相關的政策。首先，設備故障診斷技術的產生和發(fā)展是企業(yè)實際需要的結果，主要是設備的安全性、維修成本的壓力。20世紀60年代以來，隨著電子技術和計算機技術的快速發(fā)展，工業(yè)生產越來越現代化。設備和生產朝著大型化、高速化、自動化、連續(xù)化、智能化、環(huán)?；确较虬l(fā)展。一方面設備更加精密復雜，許多故障很難靠人的感官發(fā)現，而且有些設備精密復雜，不允許隨便解體檢查；另一方面設備突發(fā)性事故造成的損失越來越大；三是設備的維修成本占總的生產成本越來越大。所以追求設備的高可靠性和最合理的維修方式是企業(yè)設備工程管理的焦點。其次，從技術背景方面看，20世紀60年代是計算機技術、電子測量技術和信號處理技術飛速發(fā)展的年代，FFT算法語言的出現，把信號處理分析技術從硬件到軟件，推向了全新的高度。此外可靠性工程、零部件失效機理的研究等，都為設備狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷技術的產生和發(fā)展創(chuàng)造了有利條件。20世紀70年代以后，設備狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷技術在發(fā)達國家得到了快速推廣和發(fā)展，特別是美國、英國、日本、德國等國家。我國從80年代初期開始引進并應用設備診斷技術，20年來,此項技術在中國各個行業(yè)得到了快速應用和發(fā)展，也受到我國政府的重視。經過多年發(fā)展，設備故障診斷技術已成為現代化管理的技術基礎。當前我國的設備維修體制，已開始從早期的事后維修和長期的按計劃維修體制，過渡到現代的、具有預知性的狀態(tài)維修階段。在企業(yè)推廣設備故障診斷技術，可以達到以下目的和作用：（1）保障設備安全運行，防止突發(fā)事故；（2）保證設備工作精度，提高產品質量；（3）實施預防維修與按狀態(tài)維修，節(jié)約維修費用；（4）避免因設備事故造成的環(huán)境損壞和其它危害；（5）給企業(yè)帶來較大的間接經濟效益。企業(yè)開展設備故障診斷的最終目的是：服從和服務于生產經營大局，提高對設備狀態(tài)、劣化趨勢的認知和控制能力；提高設備的作業(yè)率、延長設備的使用壽命，降低設備全壽命周期費用；為保證設備處于最佳狀態(tài)而對設備的設計和制造進行改進。三、描述設備狀態(tài)的參數及其測量方法描述設備狀態(tài)的參數很多，對于設備故障診斷來說，主要有功能參數、損傷參數、環(huán)境參數和開關量等。在故障診斷學領域中，將那些對故障反應靈敏、穩(wěn)定可靠的物理量稱之為故障特征參數（或稱故障特征量值）。（見下頁表）設備狀態(tài)信息的獲得有很多種方法，其中振動監(jiān)測和診斷技術是目前較普遍采用的方法之一。設備內部發(fā)生異常時，一般都會伴隨著出現異常振動、聲音和設備性能的變化。而振動信號中含有豐富的信息，很多設備故障都能以振動狀態(tài)的異常反映出來。通過對設備振動信息的測量和分析，往往可以不停機或不解體設備就可以對設備劣化的部位和故障的性質做出判斷。由于振動測試的理論、技術和儀器都比較成熟，因而在企業(yè)中得到了廣泛的應用，并且產生了大量的經濟效益和社會效益。所以利用振動信號監(jiān)測和診斷的設備故障已成為當前各種監(jiān)測技術中的主要方法。狀態(tài)參數分類描述測量方法功能參數生產能力、能耗、工藝參數（電、磁）…輸出功率、效率、能耗…損傷參數承載件裂紋及擴展參數、接觸運動副的磨損參數、腐蝕環(huán)境的腐蝕參數…目測、光學、射線、超聲、磁粉、滲透、電渦流、聲發(fā)射…環(huán)境參數振動參數感官、機械式測量、非電量測量、光學振動測量…噪聲參數感官（耳朵）、聲強、聲壓、聲功率…溫度參數熱電偶、熱電阻、紅外、光纖檢測…油污染參數污染度、磁性磨屑、鐵譜、光譜…排氣成分參數CO濃度、HC濃度、NOx濃度…開關參數開關量、繼電器動作信號等記錄四、設備智能診斷技術的研究識別設備的狀態(tài)為正常或異常，這是狀態(tài)監(jiān)測的功能判斷為異常后再進行原因分析，這才是診斷的實質。目前，診斷技術根據不同的信號類型，分為振聲診斷、溫度診斷、油液分析和光譜分析等。隨著人工智能的發(fā)展，診斷自動化，智能化的要求逐漸變?yōu)楝F實，也是現在研究的重點。其中基于知識的專家系統（簡稱專家系統）的研究起步最早，目前在診斷中已有成功的應用。信號分析和處理方法的研究是設備診斷技術的核心之一，也是理論研究的熱點之一，它實際上就是診斷技術中的特征因子敏感因子提取技術傳感器拾取的信號，稱為原始信號，一部分可直接利用，如溫度、位移等但大部分不可直接利用，如振動雖然經過放大，由于含有噪聲，一般從單個波形上反映不了問題，必須利用信號分析與處理技術，把信號轉化在不同的域內進行分析，才能得到更能敏感反映機器狀態(tài)的特征因子濾波技術和頻譜分析技術是傳統的信號處理方法近年來出現的數字濾波技術、自適應技術、小波分析技術等極大豐富了信號處理技術的內容以頻譜分析技術為例，有FFT分析、倒譜分析、短時Fourier分析和Wigner分布等，在傳統的工程中占有非常重要的地位變換和倒譜分析對平穩(wěn)信號的分析非常有效為了對工程中廣泛存在的非平穩(wěn)信號進行分析，引人了短時Fourier變換和Wigner分布，但二者對非平穩(wěn)信號的分析能力不理想近年來出現的小波分析技術為此提供了強有力的支持它不僅適合分析平穩(wěn)信號，而且適合分析非平穩(wěn)信號從根本上講，小波分析將有望取代傳統的Fourier分析技術另外，近年來發(fā)展起來的分形幾何技術，也為信號處理提供了嶄新的手段陰模糊技術的應用也豐富了信號處理的內容一叨由于特征因子提取的重要性，信號處理中每一種新技術在設備診斷中的應用，都是對診斷技術的一次重大變革設備智能診斷技術是一門交叉性很強的學科，不少領域的技術都可在其中得以應用，加強這些方面的理論研究具有重要的意義，應當注意以下幾點：（1）進一步開展智能診斷理論和技術的研究，充分應用各種當代前沿科學的研究成果,推動該項技術的發(fā)展，使故障診斷技術獲得生機和活力，模糊診斷、專家系統、神經網絡等仍將是今后發(fā)展方向；（2）診斷系統將由集中式向分布式發(fā)展，系統的硬件設計、生產應標準化和專業(yè)化、軟件設計應規(guī)范化和模塊化，以縮短系統的開發(fā)周期并提高診斷系統的可靠性,是今后長期努力的方向；（3）診斷技術的發(fā)展應促進傳統的設備定期維修方式向更科學的狀態(tài)維修方式過渡，為此應開展對設備的綜合診斷，除振動診斷外，應進行工況參數的診斷，必要時，采用多種診斷手段，如鐵譜技術、紅外技術、聲發(fā)射技術、無損探傷技術等，以提高診斷正確性；（4）網絡化是今后發(fā)展方向，利用各種通訊手段將故障診斷系統與數據采集系統結合起來組成網絡，有利于對機組的管理，減少設備投資，提高系統利用率，必要時可與企業(yè)的局域網系統相聯結，將有助于促進企業(yè)管理現代化。五、設備故障診斷存在的問題和未來展望雖然設備故障診斷技術得到很大發(fā)展，但是至今為止未形成一套完整的理論體系和有效的診斷技術。絕大多數技術都是針對特定的故障、特定的設備來研究，目前設備故障診斷的研究都是根據故障的種類、特定的設備、特定的層次建立自己的設備故障診斷技術。這些理論和方法在實際中廣泛應用的較少，即使在實際得到應用也沒有一個完善的評價體系對其效果做出合理的評價。目前,設備故障診斷技術是一個開放性課題，有必要建立一套完整的理論方法體系來指導設備故障診斷技術的研究。目前存在的具體問題有（1）模糊理論、神經網絡、小波分析、智能方法等研究熱點主要停留在理論研究上,實際應用較少；（2）搭建的故障診斷操作平臺繁瑣且可操作性差。應用在實際生產中既不便操作,也不便管理；（3）許多設備故障診斷技術主要注重故障的診斷而沒有考慮設備故障的修復,為后面的修復工作帶來不便；（4）企業(yè)對設備故障診斷的重視不夠,追求短期效益,成熟的診斷技術應用于生產實際的較少。隨著傳感器技術、數據處理技術、人工智能技術、無線通信技術等相關技術的發(fā)展，設備故障診斷技術的發(fā)展趨勢是傳感器的精密化、多維化,診斷理論、診斷模型的多元化，診斷技術的智能化。成熟的技術將大量運用到國民經濟建設和國防建設中，促進國家和軍隊的現代化建設。從目前的研究資料來看，今后設備故障診斷技術的發(fā)展方向可歸納如下（1）故障樹分析法具有圖文兼?zhèn)?、表達清晰、簡明直觀、可讀性好等特點,在實際運用中效果明顯。將模糊理論和灰色系統黑匣子引人故障樹分析法，進一步分析故障發(fā)生的根本原因及概率，增強故障樹分析法的指導性，使故障樹分析法更加具有發(fā)展?jié)摿?。?）基于復合知識庫的專家系統故障診斷方法把傳統的專家經驗與現代計算機數據管理巧妙結合，在許多領域有著廣泛的應用。如何進一步提高專家系統的穩(wěn)定性與可靠性、診斷精度與速度、專家知識的豐富程度和專家知識水平,把人工神經網絡與專家系統相結合、將神經網絡的自學習機制引人專家系統,提高專家系統的判斷準確性,是今后研究的重點。（3）將模糊理論、神經網絡、小波分析方法等有機結合起來,把最新傳感技術、最新信號處理方法、多元傳感器信息等與設備故障診斷與檢測相融合,運用現代線形和非線性理論和智能方法,引人醫(yī)學等相關學科的診斷思想,必將提高設備故障識別的準確性,是一個重要的發(fā)展方向。（4）復雜設備的設計、制造、安裝、使用以及維護等各個環(huán)節(jié)密不可分。進行設備故障診斷,必須考慮設備的結構特點、制造材料、故障檢測的信號傳輸和處理等因素,把設備故障的檢測、傳輸、診斷與修復融為一體,為快速修