机械设备状态监测和故障诊断技术PPT课件
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类别 磨损、腐蚀、变形、 裂纹、不平衡、不对 中、松动、渗漏、...
性质与程度 暂时、永久、突发、 渐发、破坏、非破 坏、先天、错用、...
12
13
信号采集
14
信号处理
15
16
17
基于振动(噪声)测量与分析
在这里所提及的状态监测与故障诊断，均是指基于 振动测量与分析方面的技术
事实上状态监测与故障诊断是一门综合性极强、涉及 面非常广泛、学科交叉渗透十分丰富的技术
通过检测、分析、性能评估等，为设备修改结构、优 化设计、合理制造及生产过程提供数据和信息
27
任务
状态监测：
了解和掌握设备的运行状态。
故障诊断：
根据状态监测所得信息，结合已知的结构特性和参数、 环境条件及运行历史，对故障进行预报和分析、判断， 确定故障的性质、类别、程度、原因、部位，指出故 障发生和发展的趋势及其后果
指导设备管理和维修
28
用途 设备维修管理
保障设备运行安全，防止突发事故 保证设备工作精度，提高产品质量 实施状态维修(或预防维修)，节约维修费用 避免设备事故带来的环境污染及其它危害 给企业部门带来较大的间接经济效益
29
B/S模式在线监测诊断系统-总体功能
30
B/S模式在线监测诊断系统-监测界面
改装、改进 (型)、重新 设计、变更 式样
视情维修 给定计划、制 定界限值、有 缺陷和需要时
状态维修 以状态为基础、基 于统计分析、信号 处理、趋势分析
定期维修 以时间为基 础、长期计 划、定期
性能严重劣 化或故障停 机时导致的 非计划维修
6
7
8
9
10
基本工作原理及优势
技术结构关系
在线、离线；定期、连续；...
设备状况监测与故障诊断技术
第四小组 何欢
目录
起源与含义 意义与优势 监测与诊断技术基础原理 监测与诊断系统应用 监测与诊断技术发展趋势 结束语
2
技术概述与用途
起源
现代工业生产对机械设备的要求:
可靠性 可用性 维修性 经济性 安全性 进行全寿命管理，实行全面质量保证体系制度
23
可视化声源定位实例
汽车发动机
电机
24
汽车发动机声场图 – Beamforming(66)
3150 Hz
R 10 cm
4000 Hz
R 8 cm
5000 Hz
R 6 cm
6300 Hz
R 5 cm
近场声全息需要约 3300 个测点，才能识别这样的高频
25
上海交通大学 振动、冲击、噪声国家重点实验室
现代信号处理技术
现代信号处理的本质可用七个“ 非”字来高度概 括，即研究：
非线性、非因果、非最小相位系统 非高斯、非平稳、非整数维(分形)信号 非白色加性噪声
为准确、有效地获得故障特征信息，目前重点是： 研究和发展基于非高斯、非平稳及非线性故障信号 的分析理论及方法
时频分布、小波分析、高阶统计量分析、循环平稳信 号处理、非线性分析、…
机械设备状态监测与故障诊断技术在满足上述这些要求 中，扮演着越来越重要的角色
4
起源
机械设备是现代化工业生产的物质技术基础，设备管理 则是企业管理中的重要领域
也就是说，企业管理的现代化必然要以设备管理的现代 化作为其重要组成部分
机械设备状态监测与故障诊断技术在设备管理与维修现 代化中占有重要的地位
波 形 监 测
频 谱 监 测
波 形 频 谱 监 测
31
Bຫໍສະໝຸດ BaiduS模式在线监测诊断系统-分析界面
32
应用和适用性
适用性
34
35
发展趋势
发展趋势
离线系统与在线系统相互交融，最终形成基于 Internet/Intranet的一体化远程监测与诊断系统，其 中：
分析方法和算法等共享 数据库、知识库共享 设备管理机制共享 在线系统负责关键机组设备 巡检系统面向尚无固定测点的中小设备
21
可视化声源定位技术
通过重建设备辐射的噪声场以直观的动态图像来进 行噪声源的识别和定位，为噪声控制、预测及故障 诊断等提供依据
22
常用的声场可视化方法
近场声全息（NAH）－传统方法 基于边界元建模（BEM）的NAH HELS方法（Helmholtz方程最小平方误差） 波叠加方法（Wave Superposition） 波束形成（Beamforming）
简易、精密
M 监测
(I)
C 工作状态
正常 异常
D 诊断
(II)
表现 振动、噪声、温 度、压力、转速、 扭矩、功率、...
分析 参数监测， 症状识别， 特征提取，...
正向逻辑：故障反映
S 症状
逻辑关系
F 故障
逆向逻辑：机理研究
逻辑关系 简单映射、加权相关、规则相关、置信因子、...
诊断理论与方法
统计识别， 模糊逻辑， 灰色理论， 神经网络，...
我国已将设备诊断技术、修复技术和润滑技术 列为设备管理和维修工作的三项基础技术
5
起源
维修方式归纳起来有三大类，共五种形式：
事后维修(BM) 改善维修(CM) 预防维修(PM)－视情维修(COM)、状态维修(CBM)和
计划(定期)维修(TBM)
改善维修(CM)
维修方式 预防维修(PM)
事后维修(BM)
除了应用振动分析方法之外，还可采用油液分析、红 外热像、超声探伤以及温度、压力分析等多种不同技 术
18
基于振动(噪声)测量与分析
机械振动信号中包含了丰富的机器状态信息，它是机械 设备故障特征信息的良好载体
利用振动信号来获取机械设备的运行状态并进行故障诊 断具有如下优点：
方便性：利用各种振动传感器及分析仪器，可以很方便地 获得振动信号
在线性：振动监测可在现场不停机的情况下进行 无损性：在振动监测过程中，不会对被测对象造成损伤
除了应用振动分析方法之外，还可采用油液分析、红外热 像、超声探伤以及温度、压力分析等多种不同技术
19
信号处理技术
特征提取必不可少的工具
传统：以FFT为核心的信号分析技术 现代：在故障特征提取方面
20
2020/11/8
目的和意义
目的
目标：保证设备的安全、可靠和高效、经济运行 主要目的：
及时、正确、有效地对设备的各种异常或故障状态作 出诊断，预防或消除故障；同时对设备的运行维护进 行必要的指导。确保可靠性、安全性和有效性
制定合理的监测维修制度，保证设备发挥最大设计能 力,同时在允许的条件下充分挖掘设备潜力，延长其 服役期及使用寿命，降低设备全寿命周期费用
性质与程度 暂时、永久、突发、 渐发、破坏、非破 坏、先天、错用、...
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信号采集
14
信号处理
15
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基于振动(噪声)测量与分析
在这里所提及的状态监测与故障诊断，均是指基于 振动测量与分析方面的技术
事实上状态监测与故障诊断是一门综合性极强、涉及 面非常广泛、学科交叉渗透十分丰富的技术
通过检测、分析、性能评估等，为设备修改结构、优 化设计、合理制造及生产过程提供数据和信息
27
任务
状态监测：
了解和掌握设备的运行状态。
故障诊断：
根据状态监测所得信息，结合已知的结构特性和参数、 环境条件及运行历史，对故障进行预报和分析、判断， 确定故障的性质、类别、程度、原因、部位，指出故 障发生和发展的趋势及其后果
指导设备管理和维修
28
用途 设备维修管理
保障设备运行安全，防止突发事故 保证设备工作精度，提高产品质量 实施状态维修(或预防维修)，节约维修费用 避免设备事故带来的环境污染及其它危害 给企业部门带来较大的间接经济效益
29
B/S模式在线监测诊断系统-总体功能
30
B/S模式在线监测诊断系统-监测界面
改装、改进 (型)、重新 设计、变更 式样
视情维修 给定计划、制 定界限值、有 缺陷和需要时
状态维修 以状态为基础、基 于统计分析、信号 处理、趋势分析
定期维修 以时间为基 础、长期计 划、定期
性能严重劣 化或故障停 机时导致的 非计划维修
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基本工作原理及优势
技术结构关系
在线、离线；定期、连续；...
设备状况监测与故障诊断技术
第四小组 何欢
目录
起源与含义 意义与优势 监测与诊断技术基础原理 监测与诊断系统应用 监测与诊断技术发展趋势 结束语
2
技术概述与用途
起源
现代工业生产对机械设备的要求:
可靠性 可用性 维修性 经济性 安全性 进行全寿命管理，实行全面质量保证体系制度
23
可视化声源定位实例
汽车发动机
电机
24
汽车发动机声场图 – Beamforming(66)
3150 Hz
R 10 cm
4000 Hz
R 8 cm
5000 Hz
R 6 cm
6300 Hz
R 5 cm
近场声全息需要约 3300 个测点，才能识别这样的高频
25
上海交通大学 振动、冲击、噪声国家重点实验室
现代信号处理技术
现代信号处理的本质可用七个“ 非”字来高度概 括，即研究：
非线性、非因果、非最小相位系统 非高斯、非平稳、非整数维(分形)信号 非白色加性噪声
为准确、有效地获得故障特征信息，目前重点是： 研究和发展基于非高斯、非平稳及非线性故障信号 的分析理论及方法
时频分布、小波分析、高阶统计量分析、循环平稳信 号处理、非线性分析、…
机械设备状态监测与故障诊断技术在满足上述这些要求 中，扮演着越来越重要的角色
4
起源
机械设备是现代化工业生产的物质技术基础，设备管理 则是企业管理中的重要领域
也就是说，企业管理的现代化必然要以设备管理的现代 化作为其重要组成部分
机械设备状态监测与故障诊断技术在设备管理与维修现 代化中占有重要的地位
波 形 监 测
频 谱 监 测
波 形 频 谱 监 测
31
Bຫໍສະໝຸດ BaiduS模式在线监测诊断系统-分析界面
32
应用和适用性
适用性
34
35
发展趋势
发展趋势
离线系统与在线系统相互交融，最终形成基于 Internet/Intranet的一体化远程监测与诊断系统，其 中：
分析方法和算法等共享 数据库、知识库共享 设备管理机制共享 在线系统负责关键机组设备 巡检系统面向尚无固定测点的中小设备
21
可视化声源定位技术
通过重建设备辐射的噪声场以直观的动态图像来进 行噪声源的识别和定位，为噪声控制、预测及故障 诊断等提供依据
22
常用的声场可视化方法
近场声全息（NAH）－传统方法 基于边界元建模（BEM）的NAH HELS方法（Helmholtz方程最小平方误差） 波叠加方法（Wave Superposition） 波束形成（Beamforming）
简易、精密
M 监测
(I)
C 工作状态
正常 异常
D 诊断
(II)
表现 振动、噪声、温 度、压力、转速、 扭矩、功率、...
分析 参数监测， 症状识别， 特征提取，...
正向逻辑：故障反映
S 症状
逻辑关系
F 故障
逆向逻辑：机理研究
逻辑关系 简单映射、加权相关、规则相关、置信因子、...
诊断理论与方法
统计识别， 模糊逻辑， 灰色理论， 神经网络，...
我国已将设备诊断技术、修复技术和润滑技术 列为设备管理和维修工作的三项基础技术
5
起源
维修方式归纳起来有三大类，共五种形式：
事后维修(BM) 改善维修(CM) 预防维修(PM)－视情维修(COM)、状态维修(CBM)和
计划(定期)维修(TBM)
改善维修(CM)
维修方式 预防维修(PM)
事后维修(BM)
除了应用振动分析方法之外，还可采用油液分析、红 外热像、超声探伤以及温度、压力分析等多种不同技 术
18
基于振动(噪声)测量与分析
机械振动信号中包含了丰富的机器状态信息，它是机械 设备故障特征信息的良好载体
利用振动信号来获取机械设备的运行状态并进行故障诊 断具有如下优点：
方便性：利用各种振动传感器及分析仪器，可以很方便地 获得振动信号
在线性：振动监测可在现场不停机的情况下进行 无损性：在振动监测过程中，不会对被测对象造成损伤
除了应用振动分析方法之外，还可采用油液分析、红外热 像、超声探伤以及温度、压力分析等多种不同技术
19
信号处理技术
特征提取必不可少的工具
传统：以FFT为核心的信号分析技术 现代：在故障特征提取方面
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2020/11/8
目的和意义
目的
目标：保证设备的安全、可靠和高效、经济运行 主要目的：
及时、正确、有效地对设备的各种异常或故障状态作 出诊断，预防或消除故障；同时对设备的运行维护进 行必要的指导。确保可靠性、安全性和有效性
制定合理的监测维修制度，保证设备发挥最大设计能 力,同时在允许的条件下充分挖掘设备潜力，延长其 服役期及使用寿命，降低设备全寿命周期费用