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1、机械设备故障诊断技术,振动、冲击、噪声国家重点实验室(上海交通大学) 2005年5月18日,2020年10月25日星期日,上海交通大学 振动、冲击、噪声国家重点实验室,2,提纲,引 言 学科范畴 学科发展意义 监测与诊断技术基础 监测与诊断系统 监测与诊断技术发展趋势 结束语,引言,引 言 学科范畴 学科发展意义 监测与诊断技术基础,监测与诊断系统 监测与诊断技术发展趋势 结束语,2020年10月25日星期日,上海交通大学 振动、冲击、噪声国家重点实验室,4,引言,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 机械设备状态监测
2、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,2020年10月25日星期日,上海交通大学 振动、冲击、噪声国家重点实验室,5,引言,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,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,2020年10月25日星期日,上海交通大学 振动、冲击、噪声国家重点实验室,6,引言,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)
3、预防维修(PM)视情维修(COM)、状态维修(CBM)和计划(定期)维修(TBM),2020年10月25日星期日,上海交通大学 振动、冲击、噪声国家重点实验室,7,引言,状态监测与故障诊断技术是预防(状态)维修的必要条件 推广和应用设备状态监测与故障诊断技术可以达到如下目的： 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,2020年10月25日星期日,上海交通大学 振动、冲击、噪声国家重点实验室,8,引言,实践证明，机械设备状态监测与故障诊断技术 正在改变着我国传
4、统维修管理的被动局面 正在向预防(状态)维修的新方式推进 促使设备寿命周期费用最经济和综合效率最高 可见，状态监测与故障诊断技术是开展预防(状态)维修的重要支撑,2020年10月25日星期日,上海交通大学 振动、冲击、噪声国家重点实验室,9,引言,机械设备状态监测与故障诊断 是一门正在不断完善和发展的交叉型学科 是一项与现代化工业大生产紧密相关的技术 是机械学科领域的研究热点之一 故障诊断学科需解决的重要问题 故障特征信息提取和故障分类、识别的新理 论及新方法研究 复杂故障产生机理及模型的深入研究 故障诊断智能系统研究，包括诊断专家系统和网络化远程诊断系统,学科范畴,引 言 学科范畴 学科发展
5、意义 监测与诊断技术基础,监测与诊断系统 监测与诊断技术发展趋势 结束语,2020年10月25日星期日,上海交通大学 振动、冲击、噪声国家重点实验室,11,学科范畴,2020年10月25日星期日,上海交通大学 振动、冲击、噪声国家重点实验室,12,定义,机械设备状态监测与故障诊断 是识别机械设备(机器或机组)运行状态的一门综合性应用科学和技术，它主要研究机械设备运行状态的变化在诊断信息中的反映 通过测取设备状态信号，并结合其历史状况对所测信号进行处理分析，特征提取，从而定量诊断(识别)机械设备及其零部件的运行状态(正常、异常、故障)，进一步预测将来状态，最终确定需要采取的必要对策的一门技术 主
6、要内容包括监测、诊断(识别)和预测三个方面,2020年10月25日星期日,上海交通大学 振动、冲击、噪声国家重点实验室,13,定义 技术结构关系,2020年10月25日星期日,上海交通大学 振动、冲击、噪声国家重点实验室,14,定义 监测与诊断的关系,机械设备状态监测与故障诊断既有区别、又有联系，同一学科的两个层次：简易/精密 状态监测也称为简易诊断，一般是通过测定设备的某些较为单一的特征参数(如振动、温度、压力等)来检查设备状态，并根据特征参数值与门限值之间的关系来决定设备的状态 如果对设备进行定期或连续的状态监测，便可获得有关设备状态变化的趋势规律，据此可预测和预报设备的将来状态。通常这就
7、叫做趋势分析 故障诊断也称为精密诊断，不仅要掌握设备的状态正常与否，同时还需要对产生故障的原因、部件（位置）以及故障的严重程度进行深入的分析和判断,学科发展意义,引 言 学科范畴 学科发展意义 监测与诊断技术基础,监测与诊断系统 监测与诊断技术发展趋势 结束语,2020年10月25日星期日,上海交通大学 振动、冲击、噪声国家重点实验室,16,故障诊断的目的,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,
8、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 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,2020年10月25日星期日,上海交通大学 振动、冲击、噪声国家重点实验室,17,故障诊断的任务,状态监测： 了解和掌握设备的运行状态。包括采用各种检测、测量、监视、分析和判别方法，结合设备的历史和现状，考虑环境因素，对运行状态作出评估，并为进一步分析提供信息 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
9、的趋势及其后果,2020年10月25日星期日,上海交通大学 振动、冲击、噪声国家重点实验室,18,故障诊断的任务,指导设备管理和维修： 根据故障诊断的结果，提出控制故障继续发展和消除故障的对策或措施(调整、维修、治理)；为推进视情维修体制提供依据,2020年10月25日星期日,上海交通大学 振动、冲击、噪声国家重点实验室,19,开展故障诊断工作的意义,有利于提高设备管理水平 “ 管好、用好、修好”设备，不仅是保证简单再生产的必要条件，而且能提高企业经济效益，推动国民经济持续、稳定、协调地发展 机械设备状态监测与故障诊断是提高设备管理水平的一个重要组成部分,2020年10月25日星期日,上海交通
10、大学 振动、冲击、噪声国家重点实验室,20,开展故障诊断工作的意义,避免重大事故发生，减少事故危害性 现代设备的结构越来越复杂，功能越来越完善，自动化程度越来越高。但是，当设备出现故障时所带来的影响程度也明显增大，有时不仅仅是造成巨大的经济损失，往往还会带来灾难性的事故 发展机械设备状态监测与故障诊断技术，并进行有效、合理的实施，可以掌握设备的状态变化规律及发展趋势，防止事故于未然，将事故消灭在萌芽,2020年10月25日星期日,上海交通大学 振动、冲击、噪声国家重点实验室,21,开展故障诊断工作的意义,可以获得潜在的巨大经济和社会效益 生产设备停机、停工带来的单位损失越来越大 最大限度降低设
11、备寿命周期费用，最大限度提高以生产经济性为目标的管理 寿命周期费用(LCC) 研制费用生产费用使用、维修费用 购置费用使用、维修费用 推行设备诊断技术和现代维修技术，有助于减少使用、维修费用，从而从整体上降低设备的寿命周期费用,2020年10月25日星期日,上海交通大学 振动、冲击、噪声国家重点实验室,22,开展故障诊断工作的意义 举例,我国因机械设备事故造成的损失十分严重 1985年10月29日山西大同第二电厂20万千瓦2号机组因超速诱发轴系强烈振动，轴系断裂为五段，机组严重损坏，直接经济损失达1400万元； 1988年2月12日陕西秦岭电厂20万千瓦5号机组轴系发生突发性强烈振动，轴系断裂
12、为十三段，机组严重损毁，直接经济损失达3000万元； 对石化引进30万吨合成氨和40万吨尿素化肥厂中的五大透平压缩机组的初步调查结果表明，仅1977年和1978年的两年的不完全统计，机械事故就高达一百多次，遭受经济损失约有几个亿,2020年10月25日星期日,上海交通大学 振动、冲击、噪声国家重点实验室,23,开展故障诊断工作的意义 举例,宏观上实施故障诊断能带来经济效益 1980年度美国用于设备维修的费用为2460亿美元，其中有将近1/3 (约750亿美元)属于维修方法采用不当(包括缺乏正确的状态监测和故障诊断技术)而浪费掉的 我国1987年国营工业和交通企业有40万个以上，总固定资产约为7
13、000亿元，每年用于设备大修、小修及处理故障的费用一般占固定资产原值的35%。因此，采用状态监测和故障诊断技术改善设备维修方式和方法后，一年就有可能取得数百亿元的经济效益,2020年10月25日星期日,上海交通大学 振动、冲击、噪声国家重点实验室,24,开展故障诊断工作的意义 举例,对生产单位有很高的收益/投资比 日本资料报道，实施故障诊断后，事故率减少75%，维修费用降低25-50% 英国2000家大型工厂采用诊断技术后每年节省维修费用达3亿英镑，而每年用于投资故障诊断系统和技术手段的费用为0.5亿英镑，从而净获益达2.5亿英镑/年 美国pekrul发电厂实施故障诊断技术后的经济效益达到其本
14、身投入的36倍,2020年10月25日星期日,上海交通大学 振动、冲击、噪声国家重点实验室,25,美国Pekrul电厂故障诊断效益分析,监测与诊断技术基础,引 言 学科范畴 学科发展意义 监测与诊断技术基础,监测与诊断系统 监测与诊断技术发展趋势 结束语,2020年10月25日星期日,上海交通大学 振动、冲击、噪声国家重点实验室,27,管理体制,监测与诊断工作是一个系统工程 首先要有设备 其次要有懂专业的技术人员 更重要的是还必须有系统完善的管理体制,2020年10月25日星期日,上海交通大学 振动、冲击、噪声国家重点实验室,28,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，
15、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 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,2020年10月25日星期日,上海交通大学 振动、冲击、噪声国家重点实验室,29,基于振动(噪声)测量与分析,振动是自然界中的一种很普遍的运动 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
16、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,2020年10月25日星期日,上海交通大学 振动、冲击、噪声国家重点实验室,30,信号处理技术,信号处理技术是进行故障诊断的基础，是特征提取必不可少的工具 信号处理技术分为传统和现代两大类，其中： 传统的信号处理技术是指以FFT为核心的信号分析技术，在实际运用中发挥着重要的作用 而近年来发展起来的现代信号处理技术在故障特征提取方面正崭露出头角,2020年10月25日星期日,上海交通大学 振动、冲击、噪声国家重点实验室,31,(传统)信号处理技术,Transfer Function,FFT (Fast Fourier Transfor
17、m),Correlation,PSD,特征提取技术,2020年10月25日星期日,上海交通大学 振动、冲击、噪声国家重点实验室,32,(传统)信号处理结果示例,2020年10月25日星期日,上海交通大学 振动、冲击、噪声国家重点实验室,33,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、,2020年10月25日
18、星期日,上海交通大学 振动、冲击、噪声国家重点实验室,34,现代信号处理技术,非线性,特征提取技术,现代信号处理,非平稳,非高斯,高阶统计量分析,时频分布、小波分析,分形、关联维数,2020年10月25日星期日,上海交通大学 振动、冲击、噪声国家重点实验室,35,现代信号处理结果示例-时频分布,2020年10月25日星期日,上海交通大学 振动、冲击、噪声国家重点实验室,36,现代信号处理结果示例-时频分布,2020年10月25日星期日,上海交通大学 振动、冲击、噪声国家重点实验室,37,现代信号处理结果示例-小波分析,在时-频平面上，时间-频率分辨率是变化的 高频处：时间分辨率高、而频率分辨率
19、低 低频处：时间分辨率低、而频率分辨率高,小波基函数,时-频平面上的分辨率,2020年10月25日星期日,上海交通大学 振动、冲击、噪声国家重点实验室,38,现代信号处理结果示例-小波包分析,2020年10月25日星期日,上海交通大学 振动、冲击、噪声国家重点实验室,39,现代信号处理结果示例-连续小波分析,用Hermitian小波变换探测正弦信号中的微弱准脉冲,用Hermitian小波变换对含有微弱准脉冲和噪声的正弦信号进行分析,2020年10月25日星期日,上海交通大学 振动、冲击、噪声国家重点实验室,40,现代信号处理结果示例-小波尺度与相位谱,2020年10月25日星期日,上海交通大学
20、 振动、冲击、噪声国家重点实验室,41,现代信号处理结果示例-双谱分析,非参数双谱定义为三阶累积量谱,2020年10月25日星期日,上海交通大学 振动、冲击、噪声国家重点实验室,42,现代信号处理结果示例-双谱分析,Input vector for LVQ: 4 x 8 Peak values of projection of Bispectrum,projection of Bi-Sp,2020年10月25日星期日,上海交通大学 振动、冲击、噪声国家重点实验室,43,现代信号处理结果示例-双谱分析,Bi-Sp Method,MAC Method,2020年10月25日星期日,上海交通大学 振
21、动、冲击、噪声国家重点实验室,44,现代信号处理结果示例-循环平稳信号,循环平稳信号是一种带有隐含周期性的特殊非平稳信号，其统计特性表现为周期平稳性，或者说其统计函数呈周期或多周期(各周期不成比例)变化 旋转机械的振动信号，尤其是当故障发生时，往往表现为典型的周期性变化信号,2020年10月25日星期日,上海交通大学 振动、冲击、噪声国家重点实验室,45,现代信号处理结果示例-循环平稳信号,BPSK信号受到白噪声和五个AM干扰信号影响时的SCD 谱相关密度幅值,BPSK信号的谱相关密度(SCD)幅值,白噪声和五个AM干扰信号的SCD 谱相关密度幅值,SCD - Spectral correla
22、tion density BPSK signal - Binary Phase-Shift Keyed signal,2020年10月25日星期日,上海交通大学 振动、冲击、噪声国家重点实验室,46,现代信号处理结果示例-循环平稳信号,给定调制信号 x(t)= (1+cos(2p30t)+cos(2p70t)*cos(2p1000t),循环自相关函数 (CACF),2020年10月25日星期日,上海交通大学 振动、冲击、噪声国家重点实验室,47,现代信号处理结果示例-循环平稳信号,循环频率30 Hz处的切片,循环频率70 Hz处的切片,60 Hz处的切片,2020年10月25日星期日,上海交通
23、大学 振动、冲击、噪声国家重点实验室,48,现代信号处理结果示例-循环平稳信号,循环频率1970 Hz处的切片,循环频率1930 Hz处的切片,2020年10月25日星期日,上海交通大学 振动、冲击、噪声国家重点实验室,49,现代信号处理结果示例-盲源分离,所谓盲源分离技术(Blind Source Separation)，是研究在未知系统的传递函数、源信号的混合系数及其概率分布的情况下，仅利用源信号之间相互独立这一微弱已知条件，从一组传感器测量所得的混合信号中分离出独立源信号的一种技术,2020年10月25日星期日,上海交通大学 振动、冲击、噪声国家重点实验室,50,现代信号处理结果示例-盲
24、源分离,两个源信号的波形,两个源信号的频谱,四个测量信号的波形,四个测量信号的频谱,盲源分离结果,2020年10月25日星期日,上海交通大学 振动、冲击、噪声国家重点实验室,51,现代信号处理结果示例-数据挖掘,KDD从存放在数据库、数据仓库或其他信息库中的大量数据中发现有用知识的过程。 Jiawei Han,由于在研究和应用领域，“数据挖掘 (DM)” 比 “数据库中的知识发现 (KDD)” 这个词更流行，因此，现在多采用 “数据挖掘(DM)” 这个术语。,2020年10月25日星期日,上海交通大学 振动、冲击、噪声国家重点实验室,52,现代信号处理结果示例-数据挖掘,数据挖掘用于知识库建立
25、,2020年10月25日星期日,上海交通大学 振动、冲击、噪声国家重点实验室,53,现代信号处理结果示例-数据挖掘,Fayyad等人提出的过程模型 （1996年）,2020年10月25日星期日,上海交通大学 振动、冲击、噪声国家重点实验室,54,现代信号处理结果示例-数据挖掘,数据挖掘的应用过程,2020年10月25日星期日,上海交通大学 振动、冲击、噪声国家重点实验室,55,现代信号处理结果示例-数据挖掘,美国Marquette大学的R.J. Povinelli等人提出的TSDM（Time Series Data Mining）模型，可以预测和特征化可调速感应电机的故障。,2020年10月2
26、5日星期日,上海交通大学 振动、冲击、噪声国家重点实验室,56,现代信号处理结果示例-数据挖掘,2020年10月25日星期日,上海交通大学 振动、冲击、噪声国家重点实验室,57,现代信号处理结果示例-数据挖掘,德国DataEngine 4.0系统,2020年10月25日星期日,上海交通大学 振动、冲击、噪声国家重点实验室,58,现代信号处理结果示例-数据挖掘,英国Aston大学根据电力工业的需要，开发了一个MODIAROT（Model Based Diagnosis of Rotor Systems in Power Plants）系统，整个系统采用神经网络和模糊逻辑等作为数据挖掘方法，将设备
27、在线测量数据与模型仿真输出进行比较，进而诊断设备故障。,2020年10月25日星期日,上海交通大学 振动、冲击、噪声国家重点实验室,59,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,2020年10月25日星期日,上海交通大学 振动、冲击、噪声国家重点实验室,60,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）,2020年10月25日星期日,
28、上海交通大学 振动、冲击、噪声国家重点实验室,61,可视化声源定位实例,汽车发动机,电机,2020年10月25日星期日,上海交通大学 振动、冲击、噪声国家重点实验室,62,6300 Hz R 5 cm,3150 Hz R 10 cm,4000 Hz R 8 cm,5000 Hz R 6 cm,汽车发动机声场图 Beamforming(66),近场声全息需要约 3300 个测点，才能识别这样的高频,监测与诊断系统,引 言 学科范畴 学科发展意义 监测与诊断技术基础,监测与诊断系统 监测与诊断技术发展趋势 结束语,2020年10月25日星期日,上海交通大学 振动、冲击、噪声国家重点实验室,64,监
29、测与诊断系统,在完成状态监测与故障诊断的过程中，通常需要依靠一定的监测与诊断工具和手段，即需要有相应的计算机化的自动监测与诊断装置、仪器或系统,2020年10月25日星期日,上海交通大学 振动、冲击、噪声国家重点实验室,65,监测与诊断系统前的考虑,建立监测与诊断系统之前应考虑如下问题： 经济性 - 应能够尽可能地节省投资； 可靠性 - 自身应具有更高的可靠性； 实用性 - 实用的功能，操作简便； 有效性 - 分析、诊断结果有效； 扩展性 - 较好的可扩展性和自开发性能。 一般情况下，根据经验企业用于设备状态监测与故障诊断的投资应占其固定资产的15。并且，随着设备复杂程度和技术先进性的增加，此
30、项投资的额度还应有相应的增加,2020年10月25日星期日,上海交通大学 振动、冲击、噪声国家重点实验室,66,监测与诊断系统的分类与选用,离线系统(巡检系统) 在线系统(集中式、分布式) 远程系统(C/S结构、B/S结构),2020年10月25日星期日,上海交通大学 振动、冲击、噪声国家重点实验室,67,离线系统,也称为机械故障巡检系统，通常由传感器、便携式数据采集器和计算机软件组成 采用定期巡回检测和离线分析的方式工作 适合于对工厂中量大面广的中、小型机械设备，尤其是那些尚无固定监测点的机器进行定期的状态监测与故障诊断,2020年10月25日星期日,上海交通大学 振动、冲击、噪声国家重点实
31、验室,68,在线系统,在线监测与诊断系统具有数据采集连续、快速、数据处理实时性好、分析诊断功能全面、丰富等特点 适用于具有固定监测点的大型连续运转的关键机械设备 这类系统又可分为集中式单机系统、集散式系统以及分布式系统,2020年10月25日星期日,上海交通大学 振动、冲击、噪声国家重点实验室,69,集中式结构,是以单一(微型)计算机为主体的监测与诊断系统 由计算机主控完成现场工况监测、数据采集、信号处理与分析、故障诊断等全部工作 优点：便于管理控制，具有较高的稳定性和可靠性;系统具备信号处理、特征提取、状态分类、趋势分析以及分析报告生成、数据库管理等多方面的功能,2020年10月25日星期日
32、,上海交通大学 振动、冲击、噪声国家重点实验室,70,集散式结构,利用多台计算机来联合实施监测与诊断，但这里的每台计算机彼此相互独立，基本上没有联系，其实质是集中式结构的简单迭加 通过RS232或RS422串行通讯方式把一台主控计算机与若干台从属计算机联接起来协同工作的主从式结构。其中，从属计算机(或称辅助计算机)分别独立地完成现场数据采集与状态监测并共享主机，而主机则负责完成分析与诊断功能并始终肩负对从属机进行管理和控制的任务,2020年10月25日星期日,上海交通大学 振动、冲击、噪声国家重点实验室,71,分布式结构-远程系统的雏形,针对地域分布较广的多台机器设备，通过计算机网络把分布于各
33、局部现场、独立完成特定功能的本地计算机互联接起来，并在一台主控计算机的控制下，构成分级管理模式，最终达到资源共享、协同工作、分散监测与集中管理、诊断的目的,2020年10月25日星期日,上海交通大学 振动、冲击、噪声国家重点实验室,72,分布式结构-远程系统的雏形,分布式结构具有资源分散、结构模块性、工作并行性、协作自治性、系统透明性等优点。此外： 分散数据采集，集中状态监测、诊断和管理 可靠性高各现场工作站均能够独立完成分布式处理，各节点具有相对独立性，当某一节点发生问题时，并不影响其它节点的正常工作 可护展性和灵活性好由于采用了网络化结构，系统能在适应新技术的发展过程中，方便地将落后设备从
34、网上卸下、将更新设备挂到网上 功能强系统支持多用户、多任务，可承担较多的工作负荷 成本低网络接口集成度高，网络基础设施可与生产管理控制系统、MIS系统等共享，系统的整体性能价格比高,2020年10月25日星期日,上海交通大学 振动、冲击、噪声国家重点实验室,73,远程故障诊断的基本概念,基于Internet/Intranet的远程故障诊断是设备诊断技术与通信技术、网络技术、计算机技术以及控制技术相结合的产物 远程诊断跨越了企业与研究机构、企业与企业在时间和空间上的距离 学术界可以利用网上诊断服务器开设技术知识讲座，对企业技术人员进行辅导和技术培训，同时发表有关的最新研究成果 企业界则可以利用监
35、测服务器为研究机构提供宝贵的现场数据，向研究机构或其它企业提出咨询,2020年10月25日星期日,上海交通大学 振动、冲击、噪声国家重点实验室,74,远程故障诊断的基本概念,远程诊断系统能够方便地实现企业内部、行业内部、甚至更大范围的诊断数据和知识的共享，能够有效地组织异地专家会诊等 远程诊断系统还是一个集咨询、培训、讨论、数据交换等于一体的全方位的信息交流系统 这样既解决了生产企业技术力量不足和技术水平提高的问题 又有利于研究机构更准确、更有效的获得设备运行的第一手资料，充实理论和技术研究,2020年10月25日星期日,上海交通大学 振动、冲击、噪声国家重点实验室,75,远程故障诊断系统的结
36、构,一个完整的远程故障诊断系统通常应当包括三个主要子系统 远程诊断中心：在高性能WEB服务器和数据库服务器的支撑下担负整个系统的控制协调任务 企业监测分析中心(初级诊断中心)：主要负责企业内部的监测、分析和诊断，以及设备管理工作，同时负责对下属监测工作站的控制及管理 现场监测工作站：由网络化的高性能再线数据采集器或便携式数据采集器所构成，主要负责数据采集、预处理以及报警监控等工作,2020年10月25日星期日,上海交通大学 振动、冲击、噪声国家重点实验室,76,远程故障诊断系统的模型,2020年10月25日星期日,上海交通大学 振动、冲击、噪声国家重点实验室,77,远程故障诊断系统的基本要求,
37、无成本客户端：客户端软件应当是一般用户桌面系统都具有的浏览器 廉价的系统维护：系统功能可以由用户添加组件进行扩展；系统性能可以通过远程升级组件获得提高 低廉的网络投资：用户可以充分利用企业内部已建立的Intranet，进行整个系统的构建 低廉的监测和诊断费用：各种(关键)设备可以共享同一套系统,2020年10月25日星期日,上海交通大学 振动、冲击、噪声国家重点实验室,78,远程故障诊断系统的基本要求,知识共享：对于地域分布的大型企业集团，允许在一个地区获取诊断知识，然后通过中心知识库，让整个企业共享相同或相近知识 专家共享：能够通过网络汇集同行专家完成数据分析和故障原因会诊及评价 协作诊断：
38、不同地区的诊断系统和专家可以在远程诊断中心的协调下组成一个大的诊断网络，通过对不同来源的诊断结果进行融合的形式，最终给出协作诊断的结论,2020年10月25日星期日,上海交通大学 振动、冲击、噪声国家重点实验室,79,远程故障诊断系统的体系结构,三层B/S结构体系 表示层(应用层) 逻辑层 数据层 工作模式,2020年10月25日星期日,上海交通大学 振动、冲击、噪声国家重点实验室,80,远程在线监测与诊断系统示例,VSN-NetMDS,远程诊断中心,企业监测中心,现场监测站,“十五”国家科技攻关计划重点项目支持,2020年10月25日星期日,上海交通大学 振动、冲击、噪声国家重点实验室,81
39、,示例：VSN-NetMDS系统结构框图,2020年10月25日星期日,上海交通大学 振动、冲击、噪声国家重点实验室,82,示例：VSNsNetEMC企业监测中心,状态监测系统,历史数据分析,故障诊断专家系统,设备管理系统,用户管理系统,启停车过程监测,用户帮助系统,2020年10月25日星期日,上海交通大学 振动、冲击、噪声国家重点实验室,83,示例：VSNsNetDAU监测工作站,硬件：基于VXI总线、并受DSP处理器支撑的多通道并行数据采集与预处理装置；可实现振动信号8Ch至64Ch的灵活组织，慢变（温度、压力、流量）信号1Ch至24Ch自由组态 快变（振动）信号完全同步采样。在内时钟控
40、制采样模式时，系统采样频率可设定为：128 kHz、51.2 kHz、25.6 kHz、12.8 kHz、 (按1:2:5分频)；在倍频器控制采样模式下，系统采样频率等于倍频器所提供的采样脉冲的频率,“十五”国家科技攻关计划重点项目支持,2020年10月25日星期日,上海交通大学 振动、冲击、噪声国家重点实验室,84,示例：VSNsNetDAU监测工作站,软件：基于NI公司的LabWindows/CVI、VISA开发环境、Microsoft公司的Visual C+和 DSP过程支持开发环境完成的具有管理控制、参数设置、预处理、特征提取、报警处理、追忆数据存储和监测数据传输等功能的多个子系统,2
41、020年10月25日星期日,上海交通大学 振动、冲击、噪声国家重点实验室,85,示例：VSNsNetDB网络数据库,SQL Server Oracle,2020年10月25日星期日,上海交通大学 振动、冲击、噪声国家重点实验室,86,示例：监测与分析界面汇集,2020年10月25日星期日,上海交通大学 振动、冲击、噪声国家重点实验室,87,远程巡检(离线)系统示例,2020年10月25日星期日,上海交通大学 振动、冲击、噪声国家重点实验室,88,示例：PMS巡检系统功能框图,2020年10月25日星期日,上海交通大学 振动、冲击、噪声国家重点实验室,89,示例：图片导航式设备信息浏览,2020
42、年10月25日星期日,上海交通大学 振动、冲击、噪声国家重点实验室,90,示例：巡检计划组态,2020年10月25日星期日,上海交通大学 振动、冲击、噪声国家重点实验室,91,示例：监测与分析结果报表,2020年10月25日星期日,上海交通大学 振动、冲击、噪声国家重点实验室,92,示例：监测与分析结果,2020年10月25日星期日,上海交通大学 振动、冲击、噪声国家重点实验室,93,B/S模式在线监测诊断系统-总体功能,2020年10月25日星期日,上海交通大学 振动、冲击、噪声国家重点实验室,94,B/S模式在线监测诊断系统-监测界面,波形监测,频谱监测,波形频谱监测,2020年10月25
43、日星期日,上海交通大学 振动、冲击、噪声国家重点实验室,95,B/S模式在线监测诊断系统-分析界面,监测与诊断技术发展趋势,引 言 学科范畴 学科发展意义 监测与诊断技术基础,监测与诊断系统 监测与诊断技术发展趋势 结束语,2020年10月25日星期日,上海交通大学 振动、冲击、噪声国家重点实验室,97,监测与诊断技术发展趋势,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,2020年10月25日星期日,上海交通
44、大学 振动、冲击、噪声国家重点实验室,98,监测与诊断技术发展趋势,监测与分析新技术的不断引入 硬件方面 功能强化 便携式数采增加整周期采样、双通道 可靠性提高 在线系统采用VXI或PXI总线 性能提高 高速多通道并行，DSP器件 软件方面 功能更加丰富完善、准确有效 现代信号处理技术成果实用化 分布式计算技术运用,2020年10月25日星期日,上海交通大学 振动、冲击、噪声国家重点实验室,99,监测与诊断技术发展趋势,系统中故障诊断功能完善 故障分析指导系统：针对有关的机械设备及参数，给出若干可能故障的说明和分析依据，最后由操作者或分析人员来确定结论 故障诊断辅助系统：在给出分析处理结果和故
45、障特征提示的情况下，利用人机结合的方式进行故障分析与判断 故障诊断专家系统：利用知识库和推理机由计算机自主（配合一定的人机交互）完成故障分析与诊断，并提出相应的处理措施,2020年10月25日星期日,上海交通大学 振动、冲击、噪声国家重点实验室,100,监测与诊断技术发展趋势,设备管理功能占重要地位 开发智能维护系统(IMS, Intelligent Maintenance System) IMS是指采用性能衰退分析和预测分析方法，结合信息电子技术(包括：互联网、非接触式通讯技术、嵌入式智能电子技术)，使设备达到近乎零故障的性能的一种新型维护系统 该系统将企业的设备管理、备品备件管理、以及设备
46、信息化管理等融为一体,结束语,引 言 学科范畴 学科发展意义 监测与诊断技术基础,监测与诊断系统 监测与诊断技术发展趋势 结束语,2020年10月25日星期日,上海交通大学 振动、冲击、噪声国家重点实验室,102,结束语,机械设备状态监测和故障诊断技术在保障石化、冶金、钢铁和电力等流程工业中的机械设备安全、可靠和高效运行方面起到了重要的作用，近年来一直是一个重要的研究方向 伴随着信息时代的到来，基于Internet/ Intranet的远程设备状态监测和故障诊断技术展露出无可比拟的优势 相信监测与诊断技术和系统必将在监护设备的过程中，获得自身的完美发展,2020年10月25日星期日,上海交通大学 振动、冲击、噪声国家重点实验室,103,The End,谢谢 !,请批评指正,