机械状态检测和故障诊断

机械故障诊断技术的研究现状及发展趋势

J机械1003 3101101067 孙淼

摘要:随着生产的发展和科学技术的进步，机械的结构越来越复杂，功能越来越完善，自动化程度也越来越高。由于各种各样不可避免的因素的影响，导致机械出现各种故障，以致降低或失去其预定的功能，造成严重的甚至灾难性的事故。因此，保证机械的安全运行，消除事故，是十分迫切的研究课题。随着工程机械的日益复杂化和智能化，传统的故障诊断技术难以满足复杂系统的故障诊断要求，因此智能故障诊断技术得到更广泛的应用。本文介绍了我国工程机械故障诊断技术的研究现状，并阐述工程机械现代智能故障诊断的方法，在此基础上提出工程机械故障诊断技术的发展趋势及需要进一步研究的问题。

（With the development of production and the progress of science and technology,the mechanical structure become more and more complex ,function more perfect,degree of automation is also increasing.due to various impact of various unavoidable factors,cause mechanical malfunction in various ways that reduce or lose its intended function, resulting in serious or even catastrophic accidents. Therefore,ensuring safe operation of the machine and eliminating the accident, is very urgent research topic. With the increasing complexity of construction machinery and intelligence, the traditional fault diagnosis technology is difficult to meet the requirements of complex fault diagnosis system, so intelligent fault diagnosis technology is more widely used.This article describes the research status of the mechanical fault diagnosis technology works, and describes the method of construction machinery modern intelligent fault diagnosis, proposed the development of construction machinery fault diagnosis technology trends and issues that need further research on this basis.）

关键词: 工程机械; 故障诊断; 研究现状；发展趋势

1.机械状态检测与故障诊断的发展现状

机械状态检测和故障诊断在工业中的地位可以从机械故障的危害性和采用故障诊断以后的收益性两个方面来加以考虑。

对机械进行故障诊断，实际上自有工业生产以来就已存在，早期人们依据对机械的触摸，对声音、振动等状态特征的感受···············但是故障诊断技术····综合性应用学科。（书上P8）

目前, 国内检测诊断技术的研究主要集中在以下几个方面:

( 1) 传感技术研究: 传感技术是反映设备状态参数的仪表技术。国内先后开发了各种类型的传感器, 如屯涡流传感器、速度传感器、加速度传感器和温度传感器等; 最近开发的传感技术有光导纤维、激光、声发射等。

（2）关于信号分析与处理技术的研究: 从传统的谱分析、时序分析和时域分析, 开始引入了一些先进的信号分析手段, 如快速傅立叶变换, Wigner谱分析和小波变换等。这类新方法的引入弥补了传统分析法的不足。

（3）关于人工智能和专家系统的研究: 这方面的研究已成为诊断技术的发展主流, 目前已有日程机械故障诊断专家系统，但这一技术在工程方面的研究尚未达到人们所期望的水平。

（4）关于神经网络的研究: 比如旋转机械神经网络分类系统等的研究已经取得了应用, 取得了满意的效果。

（5）关于诊断系统的开发与研究: 从单机巡检与诊断到上下位机式主从机结构, 直至以网络为基础的布式系统的结构越来越复杂, 实时性越来越高。

（6）专门化与便携式诊断仪器和设备的研制与开发。目前, 我国的冶金、电力、化工等行业的故障诊断技术己经很成熟, 得到了广泛的应用。

2.现代故障检测和诊断方法

机械运行的状态千差万别，出现的故障也是多种多样，采用的诊断方

法也各不相同。在众多的诊断方法中，比较常用的诊断方法有温度诊断，

油样诊断，振动诊断和声学诊断等。近十几年来，模糊诊断、故障树分析、专家系统、人工神经网络等新的诊断技术不断出现，故障诊断技术逐步向智能化方向发展。

（1）温度诊断方法

温度是表征物体冷热状态的物理量，测量人体温度可以了解人体健康状况，测量机械温度同样可以反映机械运行状态的优劣，说明机械有无发热、过热现象，若出现上述现象，则表示机械可能存在某种故障。

（2）油样诊断方法

（P35）

（3）振动诊断方法

（P59）

（4）声学诊断方法

声学诊断是机械故障诊断中非常有效的方法之一，主要包括噪声诊断，超声波诊断和声发射诊断等技术。

（5）故障树诊断方法

故障树诊断方法是从研究系统中最不希望发生的故障状态( 结果) 出发，按照一定的逻辑关系从总体到部件一层层的逐级细化，推理分析故障形成的原因，最终确定故障发生的最初基本原因、影响程度和发生概率。它是一种图形演绎法，把系统故障与导致该故障的各种因素形象地绘成故障图表，能较直观地反映故障、元部件、系统及因素、原因之间的相互关系，也能定量计算故障程度、概率、原因等。该方法直观、快速诊断、知识库很容易动态修改，但其缺点是受主观因素影响较大，诊断结果严重依赖于故障树信息的正确性和完整性，不能诊断不可预知的故障。

（6）最新智能诊断技术

最新智能诊断技术包括人工神经网络（人工神经网络以其大规模并行处理能力、自适应学习能力、分布式信息存储、鲁棒性、容错性和推广能力等特点在故障检测和诊断领域受到广泛重视。应用对象主要是设备和子系统。）、小波变换（小波变换是近几年得到迅速发展并形成研究热点的信号分析新技术，被认为是对傅立叶分析方法的突破进展。）、模糊诊断方法（模糊概念是内涵确定而外延不确定的概念，如:“电压过大”，“电机过热”等。正是由于这些模糊知识及故障诊断中的经验知识存在，所以模糊诊断技术具有较多的使用场合。）、专家系统（专家系统是应用大量人类专家的知识和推理方法求解复杂实际问题的一种人工智能计算机程序。一般包括知识库、数据库、推理机、人机接口及知识库管理系统、解释系统等。故障诊断专家系统是专家系统应用的一个重要分支。）等。

（7）其他故障诊断方法

其他故障诊断方法还包括逻辑诊断方法，贝叶斯分类法，距离函数分类法，灰色理论诊断法等。

3.发展方向

设备故障诊断技术与当代前沿科学的融合是设备故障诊断技术的发展方向。当今故障诊断技术的发展趋势是传感器的精密化、多维化, 诊断理论、诊断模型的多元化, 诊断技术的智能化, 具体来说表现在如下方