(优选)机械故障诊断学钟秉林专家系统诊断原理
机械故障诊断专家系统及其应用课件
准确的故障诊断能够减少不必要的维修工 作，降低维修成本和停机时间。
通过有效的故障诊断，企业能够保持设备 的稳定运行，提高生产效率和产品质量， 从而增强市场竞争力。
CHAPTER
02
机械故障诊断专家系统原理
基于知识的推理
知识表示
将领域知识以适当的方式表示出来，便于系统推理和查询。
பைடு நூலகம்知识推理
利用已知的事实和规则进行推理，得出新的结论或解决问题的方 法。
人机交互界面
提供用户与系统的交互通道， 方便用户输入数据、查询诊断
结果和更新知识库。
机械故障诊断的重要性
提高设备运行效率
保障生产安全
及时发现并解决故障，避免设备停机或性 能下降，提高生产效率。
机械故障可能导致设备损坏或生产事故， 故障诊断能够及时预警并采取措施，保障 生产安全。
降低维修成本
提高企业竞争力
根据当前问题的特征和需求 ，从案例库中检索相似的案 例。
案例复用
借鉴和修改相似案例的经验 和解决方案，为当前问题提 供参考。
基于模型的推理
模型建立
根据领域知识和数据建立数学模型或仿真模型 。
模型推理
利用模型进行计算、分析和推理，得出结论或 预测。
模型优化
根据实际应用反馈和效果，对模型进行优化和改进。
风力发电设备故障诊断
专家系统能够监测风力发电设备的运 行状态，及时发现并处理故障，提高 风力发电效率。
制造业领域应用
机械设备故障诊断
专家系统可以对各种机械设备进行实时监测和故障诊断，提高生产效率和设备使 用寿命。
生产线故障诊断
专家系统能够监测生产线的工作状态，及时发现并处理故障，保证生产线的稳定 运行。
机械故障诊断技术_Chapter01_概论
1.3.1.3 温度信号监测诊断技术
很多工业部门在生产过程中都需要掌握和控制设备或物料的 温度参数，不恰当的温度变化意味着存在热故障，从检测设备 某一部分的温度异常变化中可以判断设备是否存在某些故障。 温度信号的测量技术包括物体温度的直接测量技术和热红外分 析技术。 温度的直接测量法，是用膨胀式温度计、半导体、热电阻、 热电偶等接触式测温传感器，测量设备、管道表面的温度、物 料内部的温度，监视机体、管道、轴承、润滑油和工作介质的 温度变化，以了解设备或零部件摩擦面是否磨损，轴承与轴颈 的装配间隙是否过小，轴承润滑是否正常，高温设备和管道保 温隔热是否良好，流体介质的热交换情况和物料反应情况是否 正常等。 热红外测量技术主要用ห้องสมุดไป่ตู้要求远距离、非接触测量物体表面 温度的场合。利用热红外原理制成的温度测试分析仪器有：红 外点温计、红外热像仪和红外热电视。
教材及参考书目
一、教材
《设备故障诊断》沈庆根 化学工业出版社，2006年3月第1版
二、参考书
1、《机械故障诊断学》钟秉林等
机械故障诊断技术
任课教师：王成栋
二〇一一年二月
机械工业出版社，2006年12月第3版 2、《机械故障的全息诊断原理》屈梁生 科学出版社，2007年7月第1版 3、《机械状态检测与故障诊断》张梅军 国防工业出版社，2008年3月第1版 4、《设备振动分析与故障诊断技术》陈长征等 科学出版社，2007年5月第1版 5、《机械故障诊断理论与方法》屈梁生 西安交通大学出版社，2009年12月第1版
机械电子工程学院
机械电子工程学院
3
1.3.1.1 振动信号监测诊断技术
对设备的振动信号进行测试和分析，可获得机体、转子或其 它零部件的振动幅值、频率和相位三个基本要素，经过对信号 的分析处理与识别，可了解到设备的振动特点、结构强弱、振 动来源、故障部位、故障原因，为诊断决策提供依据。因此， 利用振动信号诊断故障的技术应用最为普遍，被绝大多数故障 诊断工作者所接受。 1）由机械振动引起的设备损坏率很高，振动大即是设备有故 障的表现。 2）振动信号中含有丰富的机械状态信息。 3）振动信号转变为电信号后，便于进行数据处理与分析，生 成多种能反映故障状态的特征信息谱图，为进一步的故障识别 提供依据。 利用振动信号诊断设备故障已经成为当前各种监测技术中的 主要方法。 机械电子工程学院
机械故障诊断学--专家系统原理 PPT课件
库以及解释程序、知识获取程序
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➢ 知识库 知识库是专家系统的核心 专家知识、经验与书本知识、常识的存储器
专家诊断系统知识库通常包括： ✓ 背景知识 背景知识作为辅助信息，在推理过程中起着 重要作用。如设备运行规范可以成为诊断过 程中触发、激活某一诊断规则的依据等。
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构造专家系统时，要求专业领域的专家和知识 工程师密切合作，总结和提取专家领域知识， 把它形式化并编码存入计算机中形成知识库。 但是，专业领域知识是启发式的，较难捕捉和 描述，专业领域专家通常善于提供事例而不习 惯提供知识，所以，知识获取被公认为是专家 系统开发研究中的瓶颈问题。
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大项
✓ 所有的推理系统都是智能系统； ✓ 专家系统是推理系统； 中项 小项 ✓ 所以，专家系统是智能系统。
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➢ 基于规则的演绎
前提与结论之间有必然性联系的推理。 前提与结论之间的联系可由一般的蕴涵表达式 直接表示，成为知识的规则。例如，所有的哺 乳动物都是动物，可以写成如下的蕴涵式：
( x )[ Mammal (x) → Animal (x) ]
算机程序。
专家系统能够模拟、再现、保存和复制有时还
能超过人类专家的脑力劳动，是人工智能领域
中目前最活跃最成功的一个分支。
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专家系统的基本结构及其功能
数据库管理
任务管理
数据库
推理机
知识库
知识表示
知识库管理
工况分析
诊断结果解释
知识获取
工况报表
动态黑板
诊断结果
诊断实例
机械故障诊断技术的原理与分类
机电设备维修
• 3．故障类型、程度、部位、原因的确定 • 最重要的是故障类型的确定，它是在状态监测的基础上，当确认机
器已处于异常状态时所需要进一步解决的问题，其目的是为最后的 诊断决策提供依据。
二、基本原理
机电设备维修
• 机械故障诊断就利用机械设备劣化进程中产生的 信息(即振动、噪声、压力、温度、流量、润滑状 态及其指标等)来进行状态分析和故障诊断
机电设备维修
• 3．直接观察法 • 传统的直接观察法如“听、摸、看、闻”，在一些情况下仍然十分
有效。但因其主要依靠人的感觉和经验，有较大的局限性。目前出 现的光纤内窥镜、电子听诊仪、红外热像仪、激光全息摄影等现代 手段，大大延长了人的感官器官，使这种传统方法又恢复了青春活 力，成为一种有效的诊断方法。
机电设备维修
• 4．振动噪声测定法 • 机械设备动态下的振动和噪声的强弱及其包含的主要频率成分和故
障的类型、程度、部位和原因等有着密切的联系。因此利用这种信 息进行故障诊断是比较有效的方法。其中特别是振动法，信号处理 比较容易，因此应用更加普遍。
机电设备维修
• 5．无损检验法 • 无损检验法是一种从材料和产品的无损检验技术中发展起来的方法，
计、工业内窥镜、红外点温仪对设备进行人工巡回监测，根据设定 的标准或人的经验分析，了解设备是否处于正常状态。简易诊断法 主要解决的是状态监测和一般的趋势预报问题。
机电设备维修
• 2．精密诊断法 • 精密诊断法指对已产生异常状态的原因采用精密诊断仪器和各种分
析手段(包括计算机辅助分析方法、诊断专家系统等)进行综合分析， 以期了解故障的类型、程度、部位和产生的原因及故障发展的趋势 等问题。精密诊断法主要解决的问题是分析故障原因和较准确地确 定发展趋势。Байду номын сангаас
机械故障诊断学钟秉林第9章专家系统诊断原理
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二、 专家系统的基本结构及其功能
机组病例与运行档案
描述机组以往诊断病例及其安装维修的记录情况， 它对如何沿最有可能的故障方向进行诊断推理具有 很大影响。
过程性知识
一系列分析计算程序，以独立的模块形式存在，在 诊断过程中需要时被调用。如在诊断中需要获取某 振动信号关于转速频率的谱峰情况，就需调用 FFT 频谱计算程序。
专家系统的应用日益广泛，处理问题的难度和复 杂度不断增大，导致了传统的专家系统无法满足较为 复杂的情况，迫切需要新的技术去支持。
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一、概述
• 从80年代后期开始，一方面随着面向对象、神经网络和模 糊技术等新技术迅速崛起，为专家系统注入了新的活力；
另一方面计算机的运用也越来越普及，而且对智能化的要 求出越来越高。由于这些技术发展的成熟，并成功运用到 专家系统之中，使得专家系统得到更广泛的运用。
3.数据库
专家系统中用于存放反映系统当前状态的事实数据 的场所。包括：用户输入的事实、已知的事实以及推理 过程中得到的中间结果等。 动态数据库：保存推理过程中，产生的中间结论（包 括最终结论），以及大量的症状信息和推理路径。
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二、 专家系统的基本结构及其功能
1957年诞生了第一个自动定理证明程序，称为逻辑理论家。 20世纪60年代初，人工智能研究者便集中精力开发通用的方法
和技术，通过研究一般的方法来改变知识的表示和搜索，并且 使用它们来建立专用程序。 到了60年代中期，知识在智能行为中的地位受到了研究者的重 视，这就为以专门知识为核心、求解具体问题的基于知识的专 家系统的产生奠定了思想基础。
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机械故障诊断学钟秉林第10章旋转机械的状态检测与故.pptx
二、振动基础
振动测试的3个基本参数：幅值、频率和相位。
✓ 幅值 幅值是振动强度大小的标志，它可以
用不同的方法表示，如单峰值、有效 值、平均值等；
✓ 频率 为周期的倒数。通过频谱分析可以确 定主要频率成分及其幅值大小，从而 可以寻找振源，采取措施；
✓ 相位 振动信号的相位信息十分重要，利用 相位关系确定共振点、振型测量、旋 转件动平衡、有源振动控制、降噪等。
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一、概述
旋转机械运行速度一般较高，且往往是关键设备，其工况状 态影响机器设备自身的安全稳定、甚至可能导致重大经济损 失、机毁人亡的事故。
随着科学技术和现代工业的发展，旋转机械正朝着大型、高 速和自动化方向发展，这对提高安全性和可靠性，发展先进 的状态监测与故障诊断技术，提出了迫切要求。
利用接触式传感器(例如磁电式振动速度传感器或 压电式振动加速度传感器)放置在轴承座上进行测量；
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三、 转子系统振动故障诊断
✓ 轴振动值评定 这可利用非接触式传感器(例如电涡流式传感器) 测
量轴相对于机壳的振动值或轴的绝对振动值。
➢ 评定参数可用振动位移峰峰值和振动烈度(即均方根 值，它代表了振动能量的大小)来表示。
✓ 在有阻尼的情况下，转子的临界转速略高 于其横向固有频率。
✓ 转子的临界转速个数与转子的自由度相等。 对实际转子来说，理论上有无穷多个临界 转速，但由于转子的转速限制，往往只能 遇见数个临界转速。
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二、振动基础
根据转子的工作转速n与其第一阶临界转速nin1)
≤6500
≤10000
>10000 -16000
≤40
机械故障诊断学_钟秉林_旋转机械的状态检测与故障诊断
1 2
(
v12
v22
v
2 n
)
1( 2
A12
2 1
A22
2 2
An2
2 n
)
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三、 转子系统振动故障诊断
ISO 3945振动标准：适用于大于300kW，转速 为600～12000 r/min的大型原动机和其它具有 旋转质量的大型机器，例如电动机和发电机、 蒸汽轮机和燃气轮机、涡轮 压缩机、涡轮泵和风扇等。
刚性转子 准刚性转子 挠性转子
n 0.5 ncr1 第一阶临界转速
0.5 ncr1 n 0.7 ncr1
n 0.7 ncr1
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三、 转子系统振动故障诊断
3.1 旋转机械振动评定标准
目前最常采用的是通频振幅来衡量机械运行状态的，根 据所使用传感器的种类分为： ✓ 轴承振动评定
幅频特性和相频 特性曲线综合在 极坐标图上得到。
270
0 2485 0 2415 0 2345 0 2215 1923 0 461
04900 0 3535 0 03150
0 2870 0 2800
0
2555
0
2590 转轴随转
0
90 速变化时
的工频振 0 2621
0 2660
动矢量图
02695
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它和轴承型式，间隙、轴承座刚度、油膜特性等有 关，且同类机组亦不尽相同； ➢ 轴承组水平刚度明显低于垂直刚度；
因此，为了较全面的反映机组的振动情况，必须制定 其它的振动标准：
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三、 转子系统振动故障诊断
以轴承振动烈度作为评定标准
《机械故障诊断学》课程教学大纲
机械工程——《机械故障诊断学》课程教学大纲课程名称(中文)：机械故障诊断学学分数： 2学分课程名称(英文)：Mechanical failure diagnosis 课内学时数：32（最低要求）上机（实验）时数：4小时课外学时数：4 （最低要求）教学方式：课堂授课教学要求：掌握机械设备状态监测与诊断技术的一般原理和方法，了解转轴组件、齿轮和滚动轴承的失效形式，掌握机械设备状态监测的测点布置、信号获取和监测系统构建方法，能够运用信号处理方法分析设备状态及提取特征信号，学习和掌握各种故障诊断方法以及监测手段。
课程内容简介( 500字以内)：本课程内容分为机械系统动态信息处理和状态识别、典型机械零部件的故障诊断以及其它常用的状态监测技术三部分。
具体内容包括：故障诊断技术的发展前沿；机械图象时域、频域及时频分析方法及其建模与识别；转轴组件、滚动轴承和齿轮的失效形式及其诊断方法；转子动平衡理论与方法；声学监测诊断技术；润滑油样分析等。
通过课程的学习，旨在使学生理解和掌握机械监测诊断领域的基础理论和方法及系统深入的专门知识，提高独立解决工程实际中设备运行维护与维修问题的能力，培养学生的科研创新能力。
课程大纲：第1章概论1.1 机械故障诊断学的内容和方法1.1.1状态监测与故障诊断技术的重要性1.1.2故障分类与故障诊断学的内涵1.1.3机械故障诊断过程1.1.4状态监测和故障诊断主要研究领域1.2 故障诊断信息的来源和获取1.2.1直接观察1.2.2振动噪声测量1.2.3磨损残余物测定1.2.4整机和零件性能测定1.2.5监测诊断系统1.3 机械故障诊断的类型1.3.1功能诊断和运行诊断1.3.2定期诊断和连续监控1.3.3直接诊断和间接诊断1.3.4常规工况和特殊工况诊断1.4 机械故障诊断技术的现状和发展1.4.1事后维修1.4.2定期维修1.4.3预知维修1.4.4智能维护第2章机械图像分析基础2.1 时域分析方法2.1.1机械图象分类2.1.2机械图象的随机性2.1.3机械图象的分布密度函数2.1.4机械图象的统计特征参数2.1.5随机机械图象中的平稳性2.1.6各态历经性（遍历性）2.1.7相关函数2.2 频域分析方法2.2.1傅立叶展开（傅立叶级数）2.2.2傅立叶变换（傅氏变换）2.2.3自功率谱密度函数2.2.4互功率谱密度函数2.3 脉冲响应与传递函数2.3.1基本概念2.3.2传递函数计算2.4 时域与频域的转换2.4.1采样定理2.4.2离散傅立叶变换与快速傅立叶变换第3章机械图像的建模与识别3.1 时序模型的概念3.1.1时间序列（Time series）的定义3.1.2时间序列的模型3.1.3 Z变换3.1.4 ARMA ,AR,MA三模型的关系3.2 自回归模型的性质、系数和阶数3.2.1自回归模型性质3.2.2自回归模型系数3.2.3自回归模型阶次3.2.4自回归模型的预报3.3 自回归谱的概念和应用3.3.1自回归谱的概念3.3.2自回归谱的优点3.3.3自回归谱的应用第4章机械信号处理的特殊方法及新进展4.1 时域平均方法4.1.1基本原理4.1.2应用实例4.2 倒频谱分析方法4.2.1基本原理4.2.2应用实例4.3 信号时频分析方法4.3.1短时傅立叶变换4.3.2 Wigner-Ville分布4.3.3小波变换4.4 信号解调分析方法4.4.1平方解调法4.4.2 Hilbert 解调法第5章转轴组件的振动监测技术5.1 转轴组件的振动剖析和限值5.1.1转轴组件基本概念5.1.2导致亚同步振动的原因5.1.3转轴组件的振动监测方式5.1.4转轴组件的振动限值5.2 转轴组件振动原因识别5.2.1常态频域分析（稳态分析）5.2.2暂态频域分析（瞬态分析）5.2.3汽轮机组高压缸转子径向碰磨故障分析5.3 现场动平衡技术5.3.1动平衡基本概念5.3.2现场动平衡基本原理第6章滚动轴承的振动监测技术6.1 滚动轴承失效的基本形式6.1.1磨损失效6.1.2疲劳失效6.1.3腐蚀失效6.1.4断裂失效6.1.5压痕失效6.1.6胶合失效6.2 滚动轴承的故障监测方法6.2.1振动监测诊断6.2.2温度监测诊断6.2.3声学监测诊断6.2.4磨屑分析6.2.5油膜电阻法6.2.6光纤监测技术6.3 滚动轴承的振动监测分析方法6.3.1振动测点位置选择及要求6.3.2振动信号测试与分析诊断方法6.3.3滚动轴承振动标准6.3.4轴承故障特征频率计算公式6.4 机车轮对滚动轴承监测诊断应用6.4.1 机车故障诊断现有方法的不足6.4.2 第二代小波解调分析6.4.3混合智能诊断6.4.4诊断案例介绍第7章齿轮箱的振动监测技术7.1 齿轮和齿轮箱的失效原因分析7.1.1常见齿轮的失效形式7.1.2疲劳裂纹的产生原因分析7.2 齿轮和齿轮箱的振动剖析7.2.1齿轮振动的力学模型7.2.2齿轮载荷的周期性7.2.3齿轮传递误差的测量7.2.4振动、噪声产生机理7.3 齿轮箱振动信号分析方法7.3.1频域诊断7.3.2时域诊断7.3.3时频诊断7.4 齿轮箱的故障诊断案例7.4.1大型矿山电铲提升系统振动分析7.4.2齿轮箱止推夹板端面摩擦故障分析第8章其它故障诊断技术简述8.1 声学监测诊断技术8.1.1声学基础8.1.2噪声诊断方法8.1.3超声波诊断方法8.1.4声发射诊断方法8.2 润滑油样分析8.2.1润滑油的常规分析及监测8.2.2润滑油光谱分析技术8.2.3润滑油铁谱分析技术参考教材名称：屈粱生、何正嘉编著：《机械故障诊断学》，上海：上海科技出版社，1986年。
机械故障诊断的原理及应用
机械故障诊断的原理及应用机械故障诊断是一种通过分析和研究故障现象，找出故障原因的技术方法。
机械故障诊断的原理主要包括故障数据采集、特征提取和故障诊断三个步骤。
在实际应用中，机械故障诊断广泛应用于各个行业，如制造业、涡轮机械、电力系统等，以提高设备的稳定性和可靠性。
机械故障诊断的第一步是故障数据采集。
通常使用传感器、观察和检查等手段收集机械设备的运行数据。
传感器可以直接测量机械设备的振动、温度、压力等参数，将数据转换为电信号，并传输到数据采集系统中进行记录和分析。
观察和检查是直接观察机械设备的工作状态，如外部磨损、生锈、松动等，并记录相关信息。
第二步是特征提取。
特征提取是将采集到的原始数据转换成有效的特征参数，用于描述机械故障的不同特征。
常用的特征参数包括时域特征、频域特征和时频域特征等。
时域特征包括均值、方差、峰值等；频域特征包括功率谱密度、频率谱等；时频域特征包括小波包分析、瞬时参数等。
特征提取的目的是为了从大量的故障数据中提取出能够表征机械故障的相关特征。
第三步是故障诊断。
在故障诊断中，根据特征参数进行故障分析和判断，确定机械设备的故障原因。
常见的故障诊断方法包括统计法、模型法和知识法。
统计法是通过建立基于统计学模型的概率分布，对特征参数进行分析和判断。
模型法是通过建立机械设备的数学模型，并根据模型的预测结果对故障进行诊断。
知识法是根据人工经验和专家知识，对故障进行判断和诊断。
在实际应用中，通常会采用多种方法相结合，以提高故障诊断的准确性和可靠性。
机械故障诊断广泛应用于各行各业。
在制造业中，通过对机械设备的故障诊断，可以及时发现并排除故障，保证设备的正常运行。
在涡轮机械领域，机械故障诊断可以对故障进行准确定位，避免故障扩大并影响机械设备的稳定性和安全性。
在电力系统中，机械故障诊断可以对电力设备的故障进行准确诊断，提前采取维修措施，以保证电力系统的正常运行。
总之，机械故障诊断的原理是通过故障数据采集、特征提取和故障诊断三个步骤来找出机械设备的故障原因。
《机械故障诊断学》研究生教学大纲-机电工程学院
研究生课程教学大纲课程编号：S292011课程名称：机械故障诊断学开课院系：机电工程学院任课教师：刘文艺先修课程：机械工程测试技术，信号处理适用学科范围：机械工程学时：36 学分：2开课学期：2 开课形式：讲授课程目的和基本要求：本课程的授课对象是机械设计制造及其自动化专业硕士研究生，属机械类专业的专业选修课。
开设本课程的目的是研究以振动、噪声测量为基础、以信号处理和分析为手段的机械设备状态监测、故障诊断和故障预测的理论、方法以及技术。
该课程研究的内容为机械系统动态信号处理与分析及以上内容在典型机械零部件运行过程中的状态分析与识别。
在本课程中，培养学生利用所学知识正确分析与判断典型机械零部件运行过程中的状态的技能，并了解掌握故障诊断知识的更新及发展动向。
课程主要内容：本课程主要介绍机械故障诊断的基础理论和工程应用，阐述机械动态信号数学变换的本质、物理意义和工程背景。
内容包括信号的时域分析、频域分析、时频域分析，基于小波变换和第二代小波变换、模型以及动力学机理的故障诊断方法，故障微弱信号的随机共振、循环平稳理论以及盲源分离诊断技术，智能诊断与状态评估、典型故障诊断系统、远程监测诊断系统以及故障诊断标准(振动与噪声)等。
通过课程的学习，旨在使学生理解和掌握机械监测诊断领域的基础理论和方法及系统深入的专门知识，提高独立解决工程实际中设备运行维护与维修问题的能力，培养学生的科研创新能力。
课程主要内容如下：第1章绪论机械故障诊断的课程概述、机械故障诊断的意义、机械故障诊断的国内外研究现状、基础和关键科学问题及发展趋势分析。
第2章特征信号检测信号分析基础、数据采集与数字信号处理、工程信号分析基础、信号处理方法。
第3章动态系统特性的时域分析随机过程的基本概念及其数字特征，线性时间序列模型分析及其应用，工况状态变化趋势性模型分析，时间序列的预报信号的典型时域分析方法如时域统计分析、相关分析知识介绍。
第4章动态系统特性的频谱分析周期信号的傅里叶级数及频谱，非周期信号的傅里叶变换原理，傅里叶变换的周期性与离散性，频谱分析和FFT算法、相干分析、频谱细化分析、倒频谱分析、信号调制与解调分析、全息谱理论和方法介绍。
机械故障诊断学1-1机械故障诊断的基本原理-故障诊断的一般方法
五种逻辑方法（穆勒五法）
1. 契合法(求同法);
2. 差异法(求异法);
3. 契合差异并用法(求同求异法); 4. 共变法；
5.
精选课件
一、形式逻辑推理（续）
3. 逻辑推理方法：（1）契合法(求同法)
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二、机械故障诊断及其分类
1. 按目的分
(1) 功能诊断：即对新安装或刚维修过的机械系统诊断 其功能是否正常，也就是投入运行前的诊断。
(2) 运行诊断：即对服役中的机械系统进行的诊断。
2. 按方式分
(1) 在线监测：就是连续地对服役中的机械系统进行监 测，测试传感器及二次仪表等安装在设备现场，随 机械系统一起工作。
监测，判断其是否正常，当出现异常时分析其产生的原因、 部位和严重程度，并预报其发展趋势。
分类的目的: 主要是为了便于信息分析和处理。 分类方法: 机械故障诊断可以分类如下：
(1) 按其目的分; (2) 按其方式分; (3) 按其提取信息的方式分; (4) 按诊断时所要求的机械运行工况条件分; (5) 按功能分。
第一章 机械故障诊断的基本原理
机械故障诊断学包括机械故障诊断的 原理与技术两大部分。
本章首先讨论几个与机械故障诊断有关 的基本问题，主要包括： 机械故障诊断概述 ; 故障特征参量;
精选课件
第一节 机械故障诊断概述
一、机械故障及其分类 二、故障诊断及其分类 三、机械故障诊断的基本环节
精选课件
精选课件
二、机械故障诊断及其分类
5.
(1) 简易诊断：对机械系统的状态作出相对粗略的判断。 一般只回答“正常与否”、“有无故障”等问题，而不 分析故障原因、故障部位及故障程度等。又称“状态监 测”。 (2) 精密诊断：是在简易诊断基础上更为细致的一种诊断 过程，它不仅要回答“正常与否”、“有无故障”的问 题，而且还要详细地分析出故障原因、故障部位、故障 程度及其发展趋势等一系列的问题。又称“故障诊断”。
机械故障诊断分析课件(第一章)
of
Science 9 and Technology
of
China
诊断：确定疾病和病因。 诊—状态检查(身体检查)； 断—故障确定(包括故障产生的原因)。
什么是故障？
设备功能失常(Malfunction)，一般是功能可以 恢复的，不是设备的损坏(Breakdown)。 不同的国家和组织有不同的定义。 (GB3187－82)规定：给定层次级上的子分系统 的故障是指该子分系统“丧失规定的功能”，或者 说，给定层次级上的子分系统的输出与所预期的 输出不相容。
机械故障诊断学 Mechanical Fault Diagnostics
教材：《设备状态监测与故障诊断技术》 陈克兴，李川奇 主编，科学技术文献出版社 参考书：《机械故障诊断学》 钟秉林，黄仁 主编，机械工业出版社
University Science 1 and Technology China
of
of of
§1.4 故障分类
目的：在于揭示故障的实质，以利于选择适合 的诊断方法。
特点：在一定条件下系统所发生的功能上 的故障，带有间断性。 治理：通过调整系统参数和运行参数，不 需要换零部件又可恢复原系统的正常功能。
暂时性故障 按设备工作状态 永久性故障
原因：是由某些零、部件损坏而引起的 治理：必须经过更换或修复后才能消除故 障。
Science 8 and Technology
of
China
§1.1 什么是故障诊断技术？
“诊断”一词来源于仿生学。早在公元前五世纪 的史书中就有中医的望、闻、问、切“四诊”的 记载。 中医诊断实质上利用病人外部的信息与内部信 息的关联性进行的。 这种利用外部的信息与内部信息的关联性对 现代设备诊断也有普遍的意义。
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2020/8/14
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一、概述
➢ 在这期间开发的专家系统按其处理问题的类型可以分为： 解释型、预测型、诊断型、设计型、规划型、监视型、调 试型、修正型、教学型和控制型。
➢ 其应用领域也涉及到农业、商业、化学、通信、计算机系 统、医学等多个方面，并已成为常用的解决问题的手段之 一。
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一、概述
2.在故障诊断中的应用
（优选）机械故障诊断学钟秉 林专家系统诊断原理
一、概述
• 一般认为，专家系统就是应用于某一专门领域，由知识工 程师通过知识获取手段，将领域专家解决特定领域的知识， 采用某种知识表示方法编辑或自动生成某种特定表示形式， 存放在知识库中，然后用户通过人机接口输入信息、数据 或命令，运用推理机构控制知识库及整个系统，能像专家 一样解决困难的和复杂的实际问题的计算机（软件）系统。
➢ 20世纪70年代初，匹兹堡大学的鲍波尔和内科医生合作 研制了第一个用于医疗的内科病诊断咨询系统 INTERNIST。
这些系统的研制成功使得专家系统受到学术界及 工程领域的广泛关注。
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一、概述
1.2 成熟期
• 到20世纪70年代中期，专家系统已逐步成熟起来，其观点逐 渐被人们接受，并先后出现了一批卓有成效的专家系统。
专家系统的应用日益广泛，处理问题的难度和复 杂度不断增大，导致了传统的专家系统无法满足较为 复杂的情况，迫切需要新的技术去支持。
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一、概述
• 从80年代后期开始，一方面随着面向对象、神经网络和模 糊技术等新技术迅速崛起，为专家系统注入了新的活力；
➢ 另一方面计算机的运用也越来越普及，而且对智能化的要 求出越来越高。由于这些技术发展的成熟，并成功运用到 专家系统之中，使得专家系统得到更广泛的运用。
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一、概述
• 另一个非常成功的专家系统是PROSPCTOR系统，它用 于辅助地质学家探测矿藏，是第一个取得明显经济效益的 专家系统。PROSPCTOR的性能据称完全可以同地质学家 相比拟。它在知识的组织上，运用了规则与语义网相结合 的混合表示方式，在数据不确定和不完全的情况下，推理 过程运用了一种似然推理技术。
➢ 除这些成功实例以外，在这一时期另外两个影响较大的专 家系统是斯坦福大学研制的AM系统及PUFF系统。AM是 一个用机器模拟人类归纳推理、抽象概念的专家系统，而 PUFF是一个肺功能测试专家系统，经对多个实例进行验 证，成功率达93%。
诸多专家系统地成功开发，标志着专家系统逐渐走 向成熟。
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➢专家系统：基于知识(Knowledge-based)的人工智能系统。
➢专家系统实质是应用大量人类专家的知识和推理方法求解 复杂的实际问题的一种人工智能计算机程序。 ➢专家系统能够模拟、再现、保存和复制，有时还能超过人 类专家的脑力劳动，是人工智能领域中目前最活跃最成功的 一个分支。 ➢就的（即只是来源可以从类似机器获取）的大型动 态系统，如针对汽轮发电机组等研发的诊断专家系统，已经 在工程实际中取得了良好的经济效益。
➢ 1957年诞生了第一个自动定理证明程序，称为逻辑理论家。 ➢ 20世纪60年代初，人工智能研究者便集中精力开发通用的方
法和技术，通过研究一般的方法来改变知识的表示和搜索，并 且使用它们来建立专用程序。 ➢ 到了60年代中期，知识在智能行为中的地位受到了研究者的 重视，这就为以专门知识为核心、求解具体问题的基于知识的 专家系统的产生奠定了思想基础。
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一、概述
• 1965年在美国国家航空航天局要求下，斯坦福大 学研制成功了DENRAL系统，DENRAL的初创工作 引导人工智能研究者意识到智能行为不仅依赖于 推理方法，更依赖于其推理所用的知识。该系统 具有非常丰富的化学知识，是根据质谱数据帮助 化学家推断分子结构，被广泛地应用于世界各地
• 专家系统有三个特点，即： ✓ 启发性，能运用专家的知识和经验进行推理和判断； ✓ 透明性，能解决本身的推理过程，能回答用户提出的问题； ✓ 灵活性，能不断地增长知识，修改原有的知识。
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一、概述
1.1 初创期
• 人工智能早期工作都是学术性的，其程序都是用来开发游戏的。 尽管这些努力产生了如国际象棋、跳棋等有趣的游戏，但其真 实目的在于计算机编码加入人的推理能力，以达到更好的理解。 在这阶段的另一个重要领域是计算逻辑。
的大学及工业界的化学实验室。
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一、概述
• 这个系统的完成标志着专家系统的诞生。在此之后，麻 省理工学院开始研制MACSYMA系统，它作为数学家的 助手使用启发式方法变换代数表达式，现经过不断扩充， 能求解600多种数学问题，其中包括微积分、解方程和方 程组，矩阵运算等。
➢ 同期，还有美国卡内基－梅隆大学开发的用于语音识别 的专家系统HEARSAY，该系统表明计算机在理论上可按 编制的程序同用户进行交谈。
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一、概述
1.3 发展期
• 从20世纪80年代初，医疗专家系统占了主流，主要原因 是它属于诊断类型且开发比较容易。
➢ 但是到了80年代中期，专家系统发展在应用上最明显的 特点是出现大量的投入商业化运行的系统，并为各行业 产生了显著的经济效益。其中一个著名的例子是DEC公 司与卡内基－梅隆大学合作开发的XCON-R1专家系统， 它用于辅助数据设备公司（DEC）的计算机系统的配置 设计。它每年为DEC公司节省数百万美元。