設備狀態監測與故障診斷技術主講人：林英志第二章設備故障診斷的基本概念學習目標：通過本章的學習，了解設備故障診斷的一些基本概念和基本方法，明確設備故障診斷的重要目標——狀態維修。要求掌握設備與設備故障的基本概念，全面、深入了解設備故障的概念、原因、機理、類型、模式、特性、分析及管理；了解設備故障診斷的基本方法和分類，使學生對設備故障診斷方法有一個框架性的認識；熟知設備維修方式的發展與狀態維修，認識設備故障診斷技術與狀態維修的“因果”關系。第一節設備與設備故障一、設備的系統構成從系統論的觀點，設備是由有限個“元素”，通過元素之間的“聯系”，按照一定的規律聚合而構成的。系統中的“元素”與“元素間的聯系”這一總體稱為系統的“構造”。二、故障概念設備的故障，是指系統的構造處于不正常狀態，并可導致設備相應的功能失調，致使設備相應行為（輸出）超過允許范圍，這種不正常狀態稱為故障狀態。三、故障原因與故障機理故障原因是指引起故障模式的故障機理。在應力和時間等條件下，導致發生故障的物理、化學、生物或機械過程，稱為故障機理。如蠕變、腐蝕、磨損、沖擊、疲勞、受熱等。四、故障類型和故障模式⑴工程上有兩種不同性質的故障等級：暫時性故障（間斷性故障）永久性故障⑵按故障與時間的關系和有無發展過程分：突發性故障

漸發性故障⑶按故障嚴重程度和危險性分：破壞性故障（危險性故障）非破壞性故障（安全性故障）⑷按故障原因分：外因故障內因故障

⑸按故障相關性分：相關故障（間接故障）非相關故障（直接故障）⑹按故障發生的時期分：早期故障使用期故障后期故障（耗散期故障）“浴盆”曲線（Bath-tubCurve）

早期使用期后期故障率⑺按故障的發生、發展規律性分隨機故障有規則故障⑻按故障的表現形式分結構型故障（如裂紋、磨損、腐蝕、配合松動等）

參數型故障（如共振、流體渦動、過熱等）對故障進行分類的目的是為了弄清不同的故障性質，從而采取相應的診斷方法。當然，人們特別關心的是破壞性的或危險性的、突發性的、全局性的故障，以便及早采取措施，防止災難性事故的發生。故障模式是故障現象的一種表征，相當于醫學上的疾病癥狀。五、設備故障的基本特性層次性傳播性放射性相關性延時性不確定性六、故障管理做好宣傳教育工作，調動全員參加故障管理工作。從基礎工作抓起，緊密結合生產要求和設備現狀，確定設備故障管理的重點。作好設備的故障記錄，填好原始憑證，以保證信息的及時性、準確性。進行故障的統計、整理和分析。采用監測儀器和診斷技術，對重點設備的重點部位進行有計劃的監督活動，以發現故障的征兆和信息。針對故障的原因、類型，不同設備的特點采取不同的對策，建立適合本企業的設備維修管理制度。建立故障查找邏輯程序。第二節設備故障診斷的基本方法和分類一、設備故障診斷的基本方法1．傳統的故障診斷方法首先是利用各種物理的和化學的原理和手段，通過伴隨故障出現的各種物理和化學現象，直接檢測故障。其次，利用故障所對應的征兆來診斷故障是最常用、最成熟的方法。2．故障的智能診斷方法人工智能、專家系統

3．故障診斷的數學方法基于模式識別的診斷方法，基于概率統計的診斷方法，基于模糊數學的診斷方法，基于可靠性分析和故障樹分析的診斷方法，以及神經網絡、小波變換、分形幾何等二、設備故障診斷的分類1．按診斷對象分類★

旋轉機械診斷技術★

往復機械診斷技術

★

工程結構診斷技術★

運載器和裝置診斷技術★

通迅系統診斷技術★

工藝流程診斷技術2．按診斷參數分類

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振動：適用于旋轉機械、往復機械、軸承、齒輪等。★溫度（紅外）：適用于工業爐窯、熱力機械、電機、電器等。★

聲學：適用于壓力容器、往復機械、軸承、齒輪等。★光學：適用于探測腔室和管道內部的缺陷。如光學探傷法。★油液（污染）：適用于齒輪箱、設備潤滑系統、電力變壓器等。★無損檢測：采用物理化學方法，用于關鍵零部件的故障檢測。★壓力：適用于液壓系統、流體機械、內燃機和液力耦合器等。★強度：適用于工程結構、起重機械、鍛壓機械等。★表面形貌：適用于設備關鍵零部件表面檢查和管道內孔檢查等。★工況參數：適用于流程工業和生產線上的主要設備等。★電參數：適用于電機、電器、輸變電設備、電工儀表等。3．按診斷的目的和要求分類★

功能診斷與運行診斷

★

定期診斷和連續診斷★

直接診斷和間接診斷★

常規工況與特殊工況診斷★

在線診斷和離線診斷振動監測手段的分類和選用狀態監測（簡易診斷）內容：識別有無故障明確故障嚴重程度作出故障趨勢分析由設備維修人員在現場進行故障診斷（精密診斷）

內容：確定故障部位確定故障原因提出維修建議由設備診斷人員在現場或中心進行4．按診斷方法的完善程度分類一、設備維修方式的發展

事后維修，故障維修

(Breakdown)

設備壞了后才去修理。定期維修，預防維修(Preventive)

定期地檢查和大修。預測維修，狀態維修

(Predictive)

周期的監測，需要時才去維修。第三節設備維修方式的發展與狀態維修事后維修體制設備運行到壞了再進行修理。不需要安排計劃。對一些設備，更換比修理更便宜。意外停機引起生產損失。災難性的設備事故。庫存備件投資多。引起設備的二次損壞。定義優點缺點定期維修體制按預訂的時間間隔或檢修周期對設備作維修、調整和更換備件。機器壽命較長。減少意外停機。備件庫存較少。意外停機引起生產損失。過剩維修導致維修費用增加。過剩維修引起人為維修故障。定義優點缺點狀態維修體制有計劃地對設備作檢查和測試，以確定其健康狀態。減少非計劃停機損失。維修時間間隔可以延長。非必要維修減到最少。備件庫存最小。需要初始投資。需學習和培訓。定義優點缺點狀態維修方式

定期監測點修理點提出修理計劃點被監測參量時間狀態檢測：三、五、七東風汽車公司二、實施設備狀態維修的指導思想1．建立適合本企業特點的管理體制狀態檢測三必測：固定周期必測修前修后必測工藝變更必測狀態檢測五確保：確保測量數據準確（含測點正確，測量正確，測量過程正確）。確保數據分析正確，數據歸檔及時。確保會用會管儀器。確保報表及時正確。確保信息傳遞及時。狀態檢測七固定：固定專人測量。固定監測設備。固定監測點。固定監測參數。固定檢測儀器。固定測量周期。固定判定標準。中石化儀征化纖公司原滌綸二廠

管理體制“一會”、“二級”、“三定”“一會”即定期召開狀態監測例會，除相互通報狀態監測及維修情況外，還特別以“諸葛亮會”的形式對故障信息進行會診，以便對設備運行狀況作出客觀正確的評價，從而為狀態維修提供依據。另外，針對緊急故障，不定期召開現場急診會，及時解決問題。“二級”

實行廠、車間二級管理，并建立相應組織網絡，網上人員明確分工，緊密配合。“三定”定期、定點、定人對關鍵設備的重點部位進行狀態監測與分析。2．實行科學嚴謹的工作方法人機器電腦測振儀四位一體“Where”──故障部位“What”──什么故障“Why”──故障原因“When”──故障時間四“Ｗ”一“H”“How”──故障程度

采集數據設置巡檢路線在具體實踐中，可以綜合運用比較法：一方面，通過對同類設備的同樣部位進行測量，運用橫向比較的方法分析問題；一方面，通過在不同日期進行測量，運用縱向比較的方法分析問題；一方面，就不同的測點方向（水平、徑向、軸向）、參數（位移、速度、加速度、峰值能量）進行比較分析；一方面，從幾種典型故障如不平衡、不對中、松動、齒輪故障、軸承故障等所表現出的不同頻譜特征作出更加細致的判斷。工作途徑確定診斷范圍

建立監測數據庫了解診斷對象

確定診斷方案

回放數據分析數據判斷故障作出診斷決策擇時檢修檢查驗證3．及時研究新情況，解決新問題，總結新經驗，實現資源共享

以中國石化儀征化纖股份有限公司為例進行說明。在長期的生產實踐中，技術人員親身經歷和耳聞目睹了大量故障實例的監測、分析、判斷和處理過程，逐步摸索出了對一些典型案例的判斷、處理方法，這為今后工作的進一步開展打下了良好的基礎和積累了寶貴的經驗。只要繼續持之以恒地做到及時研究新情況，解決新問題，總結新經驗，那么，該公司《機器設備振動判別標準》的誕生就一定指日可待。由于狀態監測工作實行計算機管理，振動頻譜圖分析、狀態趨勢圖分析、按月數據備份和故障診斷處理資料的歸檔等各項工作均是由計算機來完成，這也給實現資源共享提供了便利的條件，狀態監測傻瓜包的開發并非遙不可及的夢想。4．循序漸進推行設備狀態維修設備狀態維修被譽為維修技術的一次重大革命，其優點和經濟性主要表現在：可以防患于未然，最大限度地減少突發故障，保證設備經常處于良好的技術狀態，穩定產品產量，并提高產品質量；這樣做能充分掌握維修活動的主動權，便于對整條生產線的裝置設備進行整體考慮，并且可以和生產計劃協調安排；便于做好各項修前準備，保證備品備件的及時供應，并可避免不合理庫存的產生；可以避免過剩的維修，提高設備的可利用率，充分發揮零件的最大壽命；節約能源，避免不必要的浪費；能夠合理地安排維修人員，并為維修社會化改革和進一步減員增效打下基礎。以儀化公司為例，在具體工作中，我們可以采取如下循序漸進的方式：

先輔助廠，后主體廠先輔助裝置，后主裝置先簡單設備，后復雜設備先一般設備，后主要、關鍵設備和大機組先間歇制工作設備（如滌綸短纖維后處理裝置及所有有備臺可以切換的設備），后連續制工作設備（如聚酯裝置和短纖前紡裝置）先有成熟判斷標準的設備，后仍處于經驗探索階段的設備最終全面實行狀態維修小結（一）從系統論的觀點，設備是由有限個“元素”，通過元素之間的“聯系”，按照一定的規律聚合而構成的。設備的故障，是指系統的構造處于不正常狀態，并可導致設備相應的功能失調，致使設備相應行為（輸出）超過允許范圍，這種不正常狀態稱為故障狀態。理解故障原因、故障機理、故障模式、故障分析等概念。設備故障具有層次性、傳播性、放射性、相關性、延時性、不確定性等基本特性。對故障進行分類的目的是為了弄清不同的故障性質，從而采取相應的診斷方法。小結（二）設備故障診斷的基本方法包括傳統的故障診斷方法、故障的智能診斷方法和故障診斷的數學方法。設備故障診斷的分類根據診斷對象、診斷參數、診斷的目的和要求、診斷方法的完善程度等不同可以有各種分類方法。我國的維修體制也在發生著深刻而巨大的變化，已從早期的事后維修和實施多年的定期預防維修開始進入現代的預知性的視情（狀態）維修。實施設備狀態維修的指導思想。問題與回答互動時間一、單項選擇題（在備選答案中選出一個正確答案，并將其號碼填在題干中的橫線上）

1．在應力和時間等條件下，導致發生故障的物理、化學、生物或機械過程，稱為

。A、故障狀態B、故障機理C、故障類型D、故障模式2．設備故障的基本特性不包括

。A、層次性B、放射性C、延時性D、確定性3．傳統的故障診斷方法不包括

。A、振動診斷B、溫度診斷C、專家系統D、電參數診斷4．不屬于故障診斷數學方法的是

。A、故障樹分析B、人工智能C、小波變換D、分形幾何5．設備故障診斷按

分類，有旋轉機械診斷技術、往復機械診斷技術、工程結構診斷技術、運載器和裝置診斷技術等。A、診斷對象B、診斷參數C、診斷的目的和要求D、診斷方法的完善程度6．

是目前所有故障診斷技術中應用最廣泛也是最成功的診斷方法。A、振動診斷B、溫度診斷C、聲學診斷D、光學診斷7．對于簡單低值、利用率低、維修性好或修理不復雜且出現故障停機不影響生產大局的設備，維修經濟性最好的維修方式是

；在現代化大生產中，最應提倡的維修方式是

。A、事后維修B、定期維修C、狀態維修8．設備狀態維修被譽為維修技術的一次重大革命，其優點和經濟性不包括

。A、防止失修B、防止過修C、做好修前準備D、零件實現最大壽命二、判斷題（在括號內選擇打“√”或“×”）

1．永久性故障無需經過更換或修復便能消除故障。（）2．漸發性故障可轉化為突發性故障。（）3．破壞性故障既是突發性又是永久性的。（）4．磨損性故障、錯用性故障均屬于外因故障。（）5．設備處于使用期故障階段時，故障率最高。（）6．磨損既是故障機理，又是故障模式。