机械设备监测诊断技术综述

机械设备监测诊断技术综述
一设备故障诊断技术
产品在工作中，因某种原因，“丧失规定功能”的现象，称之为故障。

这里所指的“产品”，可以是元件、部件、装置、系统或设备。

这里所指的“规定的功能”是在产品的技术文件中明确规定的功能，“故障”有时也称之为“失效”，在一般情况下两者是同义词。

在上述国标规定中指出，对于可修复的产品通常称之为故障。

根据机器设备出现故障后能不能予以消除的想法，可以把产品划分为可修复的和不可修复的两大类。

而在机械设备中，大多数产品是属于可修复的产品。

设备故障诊断技术：是一种了解和掌握设备在使用过程中的状态，确定某整体或局部是正常运转还是发生了异常现象，早期发现故障及其原因，并预报故障发展趋势的技术。

通俗的说法，它是一种给机器“看病”的技术。

这当中包含“监测”和“诊断”两层意思。

设备故障诊断技术，又称机械设备状态监测和故障诊断技术，通常简称为设备诊断技术。

设备诊断技术属于信息技术范畴，因此，它包括信息的采集、信息的分析处理（数据处理）和状态识别（包括判断和预报）三个基本环节。

然而，信息技术不等于诊断技术。

为了开展设备诊断工作还必须具备有关设备及其零部件故障或失效机理方面的知识，以及被诊断对象的有关知识。

设备诊断技术所涉及的有关问题如图1.1所示。

由于信息的多样性，使诊断技术的理论基础非常广泛，它涉及到数学、物理、化学、机械、电子技术、传感技术、计算机以及数字信号处理、统计模式识别等技术，因此说设备诊断技术是实用性强多学科交叉的新技术。

设备诊断技术是一门正在不断完善和发展中的新技术，它可以从各技术领域中吸收最新成果推动自己的发展，不断提高技术水平，目前虽然已有不少行之有效的方法和手段，但与工业生产发展的水平和实际的需要相比，尚存在很大差距，设备诊断技术毕竟还是比较年轻的，需要各行各业共同去开发创新。

表1.1归纳整理了目前已经开发和正在开发的诊断技术及其适用范围。

二设备状态监测与故障诊断
设备状态监测与故障诊断是设备诊断中的两个过程，两者既有密切联系又有区别。

设备状
态监测是指对设备某些特征参数（如振动、噪声、温度等）进行测取。

将测定值与规定的正常值（门限值）进行比较，以判别设备的工作状态是否正常。

若对设备进行定期或连续监测便可获得设备状态变化的趋势性规律，进而对设备剩余的寿命作出估计，于是便可对设备状态进行预测、预报。

图1.2为振动监测趋势分析图。

上述整个工作可由计算机来完成，形成自动监测系统。

状态监测又称为简易诊断，只要恰当选择监测参数、测点以及监测周期等，一般都能取得良好的效果。

这种初级性诊断适于现场作业人员实施
如图1.3所示，设备诊断不仅要对设备是否正常作出简易诊断，还要对设备产生故障的原因、部位和严重程度作出判断，为设备管理决策提供依据，这称之为精密诊断，它是由专门技术人员实施，这两者相当于医学上的护士与专门医生的关系。

简易诊断相当于人的初级健康检查，目的是为了能对设备的状态迅速有效的作出概括的目标，是对简易诊断判定为有异常的设备进行专门的测量、分析和判别，最后确定采取哪些必要的技术措施。

从设备管理全过程看，状态监测是基础，采集的数据应准确无误，而故障诊断是在监测基础上的深入和发展，加强分析和判别工作。

工作过程如图1.4所示。

目前我国有些大型厂矿企业，基于上述考虑和实际需要，从班组、车间、分厂、总厂以至公司（或工业局）建立了一套设备监测诊断技术网络。

实践证明：经济有效，值得推广。

三设备诊断的基本方法
设备诊断的方法很多，并且还在不断发展，按照利用设备状态信号的物理特征有以下几种：（1）振动诊断：以机械振动、冲击、机械导纳以及模态参数为检测目标。

（2）声学诊断：以噪声（声压和声强）、声阻、超声、声发射为检测目标。

（3）温度诊断：以温度、温差、温度场、热象为检测目标。

（4）污染物诊断：以泄漏、残留物、气、液、固体磨粒成份变化为检测目标。

（5）光学诊断：以亮度、光谱和各种射线效应为检测目标。

（6）性能趋向诊断：以机械设备各种主要性能指标为检测目标。

（7）强度诊断：以力、应力、扭矩为检测目标。

（8）压力诊断：以压力、压差以及压力脉动为检测目标。

（9）电参数诊断：以电流、电压、电阻、功率等电信号及磁特性为检测目标。

（10）表面形貌诊断：以变形、裂纹、斑点、凹坑、色泽等为检测目标。

以上这些方法对不同的机械设备有不同的灵敏程度，所以效果也不同。

因此，有个合理选用的问题，这些方法可以单独使用，也可几种联合对比使用。

为了进一步普及和发展设备诊断技术，这当中对人工参与、计算机辅助诊断和专家系统这三个问题应该给予足够的重视。

1、人工参与诊断
使用较复杂的诊断设备及分析仪器，除能对设备有无故障，故障的严重程度作出判断外，在有经验的工程技术人员参与下，还能对某些特殊类型的典型故障的性质、类别、部位、原因以及发展趋势作出判断和预报，在设备诊断中人工的介入和经验的参与是十分重要的，往往可以收到事半功倍的效果。

2、计算机辅助诊断系统的建立
当今是计算机信息时代，充分利用计算机技术是各学科共同关注的课题。

在设备状态监测与诊断工作中，建立一种以计算机辅助诊断为基础的多功能自动化诊断系统是十分重要的。

在这类系统中（如图1.5所示），不仅都配有自动诊断软件，实现了状态信号采集、特征提取、状态识别的自动化；还能以显示、打印、绘图等多方式输出分析结果。

当设备发生故障超过门限位后，能用声光方式发出报警指令，并通过微机自动进行故障性质、程度、
类别、部位、原因及趋势的诊断及预报；能将大量设备（机组等）运行资料贮存起来。

工作人员随时通过人机对话调出查阅历史运行资料，帮助工程技术人员作出设备管理和诊断决策。

这种诊断系统对电力、石化、冶金系统中机组实施在线监测和自诊断非常适用。

它对用户来讲，诊断软件可以不断完善和扩充，若该系统与机组控制系统相连，还可以进一步实施自动监控。

3、设备诊断的专家系统
这是设备诊断技术的高级形式，又称知识库咨询系统，它实质上是一种具有人工智能的计算机软件系统，是设备诊断技术发展方向之一，设备诊断专家系统如图1.5所示.
专家系统用于设备诊断时，不仅包括从信号检测到状态识别，而且还包括了从决策形成到干预的全过程。

它不仅具有计算机辅助诊断系统的全部功能，更重要它还将设备管理专家的宝贵经验和思想方法同当代计算机巨大存贮、运算与分析能力相结合，形成人工智能的计算机系统。

它事先将有关专家的知识和经验加以总结分类，形成规则存入计算机构成知识库，根据数据库中自动采集或人们输入的原始数据，通过专家系统的推理机，模拟专家的推理、判断思维过程来建立故障档案、解决状态识别和诊断决策中的各种复杂的问题，最后对用户给出正确的咨询答案、处理对策和操作指导等。

这种诊断专家系统具备学习的功能，可以很方便地修改、增加和删除知识库中的内容，还能高度仿真各个专家辩证施治解决问题的思维方法，使知识库的内容不断充实完善，诊断水平和准确度不断提高。

就设备诊断而言，专家系统具有十分有效的诊断与干预能力，但目前设备诊断专家系统在国内尚处于研究和开发阶段，特别是知识库的建立有待进一步努力。

四小结
1、机械设备诊断技术是以设备及其系统为对象，建立在检测技术、信号处理、识别理论、决策预报及计算机技术等多种现代学科成就基础上的一门新学科。

它具有实用和综合性强的特点，近年来，在设备安全运行、合理使用、适时维修、性能评价以及产品质量控制上获得了广泛的应用，并取得了明显的经济和社会效益。

2、在设备诊断技术中，振动诊断是普遍采用的基本方法和手段。

当机器内部发生异常时，一般都会随之出现振动加大和性能变化，因此，根据对振动信号的测量分析，可不用停机和解体方式，就可以对机器的劣化和故障有所了解。

另外，振动理论和测试仪器相对比较成熟，其方法也简单易行。