機(jī)械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷技術(shù)

機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)東南大學(xué)火電機(jī)組振動國家工程研究中心江蘇省振動工程學(xué)會2015年11月2提綱引言學(xué)科范疇學(xué)科發(fā)展意義監(jiān)測與診斷技術(shù)基礎(chǔ)監(jiān)測與診斷系統(tǒng)監(jiān)測與診斷技術(shù)發(fā)展趨勢結(jié)束語07二月2023東南大學(xué)火電機(jī)組振動國家工程研究中心目錄引言學(xué)科范疇學(xué)科發(fā)展意義監(jiān)測與診斷技術(shù)基礎(chǔ)監(jiān)測與診斷系統(tǒng)監(jiān)測與診斷技術(shù)發(fā)展趨勢結(jié)束語4引言現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)對機(jī)械設(shè)備的要求:可靠性可用性維修性經(jīng)濟(jì)性安全性進(jìn)行全壽命管理，實(shí)行全面質(zhì)量保證體系制度機(jī)械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)在滿足上述這些要求中，扮演著越來越重要的角色07二月2023東南大學(xué)火電機(jī)組振動國家工程研究中心5引言機(jī)械設(shè)備是現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)的物質(zhì)技術(shù)基礎(chǔ)，設(shè)備管理則是企業(yè)管理中的重要領(lǐng)域也就是說，企業(yè)管理的現(xiàn)代化必然要以設(shè)備管理的現(xiàn)代化作為其重要組成部分機(jī)械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)在設(shè)備管理與維修現(xiàn)代化中占有重要的地位我國已將設(shè)備診斷技術(shù)、修復(fù)技術(shù)和潤滑技術(shù)列為設(shè)備管理和維修工作的三項(xiàng)基礎(chǔ)技術(shù)07二月2023東南大學(xué)火電機(jī)組振動國家工程研究中心6引言維修方式歸納起來有三大類，共五種形式：事后維修(BM)改善維修(CM)預(yù)防維修(PM)－視情維修(COM)、狀態(tài)維修(CBM)和計劃(定期)維修(TBM)07二月2023東南大學(xué)火電機(jī)組振動國家工程研究中心7引言狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)是預(yù)防(狀態(tài))維修的必要條件推廣和應(yīng)用設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)可以達(dá)到如下目的：保障設(shè)備運(yùn)行安全，防止突發(fā)事故保證設(shè)備工作精度，提高產(chǎn)品質(zhì)量實(shí)施狀態(tài)維修(或預(yù)防維修)，節(jié)約維修費(fèi)用避免設(shè)備事故帶來的環(huán)境污染及其它危害給企業(yè)部門帶來較大的間接經(jīng)濟(jì)效益07二月2023東南大學(xué)火電機(jī)組振動國家工程研究中心8引言實(shí)踐證明，機(jī)械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)正在改變著我國傳統(tǒng)維修管理的被動局面正在向預(yù)防(狀態(tài))維修的新方式推進(jìn)促使設(shè)備壽命周期費(fèi)用最經(jīng)濟(jì)和綜合效率最高可見，狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)是開展預(yù)防(狀態(tài))維修的重要支撐07二月2023東南大學(xué)火電機(jī)組振動國家工程研究中心9引言機(jī)械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷是一門正在不斷完善和發(fā)展的交叉型學(xué)科是一項(xiàng)與現(xiàn)代化工業(yè)大生產(chǎn)緊密相關(guān)的技術(shù)是機(jī)械學(xué)科領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一故障診斷學(xué)科需解決的重要問題故障特征信息提取和故障分類、識別的新理論及新方法研究復(fù)雜故障產(chǎn)生機(jī)理及模型的深入研究故障診斷智能系統(tǒng)研究，包括診斷專家系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)化遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)07二月2023東南大學(xué)火電機(jī)組振動國家工程研究中心10學(xué)科范疇07二月2023東南大學(xué)火電機(jī)組振動國家工程研究中心11定義機(jī)械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷是識別機(jī)械設(shè)備(機(jī)器或機(jī)組)運(yùn)行狀態(tài)的一門綜合性應(yīng)用科學(xué)和技術(shù)，它主要研究機(jī)械設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的變化在診斷信息中的反映通過測取設(shè)備狀態(tài)信號，并結(jié)合其歷史狀況對所測信號進(jìn)行處理分析，特征提取，從而定量診斷(識別)機(jī)械設(shè)備及其零部件的運(yùn)行狀態(tài)(正常、異常、故障)，進(jìn)一步預(yù)測將來狀態(tài)，最終確定需要采取的必要對策的一門技術(shù)主要內(nèi)容包括監(jiān)測、診斷(識別)和預(yù)測三個方面07二月2023東南大學(xué)火電機(jī)組振動國家工程研究中心07二月2023東南大學(xué)火電機(jī)組振動國家工程研究中心12定義–技術(shù)結(jié)構(gòu)關(guān)系07二月2023東南大學(xué)火電機(jī)組振動國家工程研究中心13定義–監(jiān)測與診斷的關(guān)系機(jī)械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷既有區(qū)別、又有聯(lián)系，同一學(xué)科的兩個層次：[簡易/精密]狀態(tài)監(jiān)測也稱為簡易診斷，一般是通過測定設(shè)備的某些較為單一的特征參數(shù)(如振動、溫度、壓力等)來檢查設(shè)備狀態(tài)，并根據(jù)特征參數(shù)值與門限值之間的關(guān)系來決定設(shè)備的狀態(tài)如果對設(shè)備進(jìn)行定期或連續(xù)的狀態(tài)監(jiān)測，便可獲得有關(guān)設(shè)備狀態(tài)變化的趨勢規(guī)律，據(jù)此可預(yù)測和預(yù)報設(shè)備的將來狀態(tài)。通常這就叫做趨勢分析故障診斷也稱為精密診斷，不僅要掌握設(shè)備的狀態(tài)正常與否，同時還需要對產(chǎn)生故障的原因、部件（位置）以及故障的嚴(yán)重程度進(jìn)行深入的分析和判斷學(xué)科發(fā)展意義引言學(xué)科范疇學(xué)科發(fā)展意義監(jiān)測與診斷技術(shù)基礎(chǔ)監(jiān)測與診斷系統(tǒng)監(jiān)測與診斷技術(shù)發(fā)展趨勢結(jié)束語07二月2023東南大學(xué)火電機(jī)組振動國家工程研究中心15故障診斷的目的目標(biāo)：保證設(shè)備的安全、可靠和高效、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行主要目的：及時、正確、有效地對設(shè)備的各種異?；蚬收蠣顟B(tài)作出診斷，預(yù)防或消除故障；同時對設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)進(jìn)行必要的指導(dǎo)。確?？煽啃?、安全性和有效性制定合理的監(jiān)測維修制度，保證設(shè)備發(fā)揮最大設(shè)計能力,同時在允許的條件下充分挖掘設(shè)備潛力，延長其服役期及使用壽命，降低設(shè)備全壽命周期費(fèi)用通過檢測、分析、性能評估等，為設(shè)備修改結(jié)構(gòu)、優(yōu)化設(shè)計、合理制造及生產(chǎn)過程提供數(shù)據(jù)和信息07二月2023東南大學(xué)火電機(jī)組振動國家工程研究中心16故障診斷的任務(wù)狀態(tài)監(jiān)測：了解和掌握設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。包括采用各種檢測、測量、監(jiān)視、分析和判別方法，結(jié)合設(shè)備的歷史和現(xiàn)狀，考慮環(huán)境因素，對運(yùn)行狀態(tài)作出評估，并為進(jìn)一步分析提供信息故障診斷：根據(jù)狀態(tài)監(jiān)測所得信息，結(jié)合已知的結(jié)構(gòu)特性和參數(shù)、環(huán)境條件及運(yùn)行歷史，對故障進(jìn)行預(yù)報和分析、判斷，確定故障的性質(zhì)、類別、程度、原因、部位，指出故障發(fā)生和發(fā)展的趨勢及其后果07二月2023東南大學(xué)火電機(jī)組振動國家工程研究中心17故障診斷的任務(wù)指導(dǎo)設(shè)備管理和維修：根據(jù)故障診斷的結(jié)果，提出控制故障繼續(xù)發(fā)展和消除故障的對策或措施(調(diào)整、維修、治理)；為推進(jìn)視情維修體制提供依據(jù)07二月2023東南大學(xué)火電機(jī)組振動國家工程研究中心18開展故障診斷工作的意義有利于提高設(shè)備管理水平“

管好、用好、修好”設(shè)備，不僅是保證簡單再生產(chǎn)的必要條件，而且能提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，推動國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)、穩(wěn)定、協(xié)調(diào)地發(fā)展機(jī)械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷是提高設(shè)備管理水平的一個重要組成部分07二月2023東南大學(xué)火電機(jī)組振動國家工程研究中心19開展故障診斷工作的意義避免重大事故發(fā)生，減少事故危害性現(xiàn)代設(shè)備的結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，功能越來越完善，自動化程度越來越高。但是，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時所帶來的影響程度也明顯增大，有時不僅僅是造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，往往還會帶來災(zāi)難性的事故發(fā)展機(jī)械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)，并進(jìn)行有效、合理的實(shí)施，可以掌握設(shè)備的狀態(tài)變化規(guī)律及發(fā)展趨勢，防止事故于未然，將事故消滅在萌芽07二月2023東南大學(xué)火電機(jī)組振動國家工程研究中心20開展故障診斷工作的意義可以獲得潛在的巨大經(jīng)濟(jì)和社會效益生產(chǎn)設(shè)備停機(jī)、停工帶來的單位損失越來越大最大限度降低設(shè)備壽命周期費(fèi)用，最大限度提高以生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)性為目標(biāo)的管理壽命周期費(fèi)用(LCC)＝研制費(fèi)用＋生產(chǎn)費(fèi)用＋使用、維修費(fèi)用＝購置費(fèi)用＋使用、維修費(fèi)用推行設(shè)備診斷技術(shù)和現(xiàn)代維修技術(shù)，有助于減少使用、維修費(fèi)用，從而從整體上降低設(shè)備的壽命周期費(fèi)用07二月2023東南大學(xué)火電機(jī)組振動國家工程研究中心21開展故障診斷工作的意義–

舉例我國因機(jī)械設(shè)備事故造成的損失十分嚴(yán)重1985年10月29日山西大同第二電廠20萬千瓦2號機(jī)組因超速誘發(fā)軸系強(qiáng)烈振動，軸系斷裂為五段，機(jī)組嚴(yán)重?fù)p壞，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)1400萬元；1988年2月12日陜西秦嶺電廠20萬千瓦5號機(jī)組軸系發(fā)生突發(fā)性強(qiáng)烈振動，軸系斷裂為十三段，機(jī)組嚴(yán)重?fù)p毀，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)3000萬元；對石化引進(jìn)30萬噸合成氨和40萬噸尿素化肥廠中的五大透平壓縮機(jī)組的初步調(diào)查結(jié)果表明，僅1977年和1978年的兩年的不完全統(tǒng)計，機(jī)械事故就高達(dá)一百多次，遭受經(jīng)濟(jì)損失約有幾個億07二月2023東南大學(xué)火電機(jī)組振動國家工程研究中心22開展故障診斷工作的意義–

舉例宏觀上實(shí)施故障診斷能帶來經(jīng)濟(jì)效益1980年度美國用于設(shè)備維修的費(fèi)用為2460億美元，其中有將近1/3(約750億美元)屬于維修方法采用不當(dāng)(包括缺乏正確的狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷技術(shù))而浪費(fèi)掉的我國1987年國營工業(yè)和交通企業(yè)有40萬個以上，總固定資產(chǎn)約為7000億元，每年用于設(shè)備大修、小修及處理故障的費(fèi)用一般占固定資產(chǎn)原值的3～5%。因此，采用狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷技術(shù)改善設(shè)備維修方式和方法后，一年就有可能取得數(shù)百億元的經(jīng)濟(jì)效益07二月2023東南大學(xué)火電機(jī)組振動國家工程研究中心23開展故障診斷工作的意義–

舉例對生產(chǎn)單位有很高的收益/投資比日本資料報道，實(shí)施故障診斷后，事故率減少75%，維修費(fèi)用降低25-50%英國2000家大型工廠采用診斷技術(shù)后每年節(jié)省維修費(fèi)用達(dá)3億英鎊，而每年用于投資故障診斷系統(tǒng)和技術(shù)手段的費(fèi)用為0.5億英鎊，從而凈獲益達(dá)2.5億英鎊/年美國pekrul發(fā)電廠實(shí)施故障診斷技術(shù)后的經(jīng)濟(jì)效益達(dá)到其本身投入的36倍07二月2023東南大學(xué)火電機(jī)組振動國家工程研究中心24美國Pekrul電廠故障診斷效益分析監(jiān)測與診斷技術(shù)基礎(chǔ)引言學(xué)科范疇學(xué)科發(fā)展意義監(jiān)測與診斷技術(shù)基礎(chǔ)監(jiān)測與診斷系統(tǒng)監(jiān)測與診斷技術(shù)發(fā)展趨勢結(jié)束語07二月2023東南大學(xué)火電機(jī)組振動國家工程研究中心26管理體制監(jiān)測與診斷工作是一個系統(tǒng)工程首先要有設(shè)備其次要有懂專業(yè)的技術(shù)人員更重要的是還必須有系統(tǒng)完善的管理體制07二月2023東南大學(xué)火電機(jī)組振動國家工程研究中心27基于振動(噪聲)測量與分析在這里所提及的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷，均是指基于振動測量與分析方面的技術(shù)事實(shí)上狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷是一門綜合性極強(qiáng)、涉及面非常廣泛、學(xué)科交叉滲透十分豐富的技術(shù)除了應(yīng)用振動分析方法之外，還可采用油液分析、紅外熱像、超聲探傷以及溫度、壓力分析等多種不同技術(shù)07二月2023東南大學(xué)火電機(jī)組振動國家工程研究中心28基于振動(噪聲)測量與分析振動是自然界中的一種很普遍的運(yùn)動機(jī)械振動信號中包含了豐富的機(jī)器狀態(tài)信息，它是機(jī)械設(shè)備故障特征信息的良好載體利用振動信號來獲取機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)并進(jìn)行故障診斷具有如下優(yōu)點(diǎn)：方便性：利用各種振動傳感器及分析儀器，可以很方便地獲得振動信號在線性：振動監(jiān)測可在現(xiàn)場不停機(jī)的情況下進(jìn)行無損性：在振動監(jiān)測過程中，不會對被測對象造成損傷07二月2023東南大學(xué)火電機(jī)組振動國家工程研究中心29信號處理技術(shù)信號處理技術(shù)是進(jìn)行故障診斷的基礎(chǔ)，是特征提取必不可少的工具信號處理技術(shù)分為傳統(tǒng)和現(xiàn)代兩大類，其中：傳統(tǒng)的信號處理技術(shù)是指以FFT為核心的信號分析技術(shù)，在實(shí)際運(yùn)用中發(fā)揮著重要的作用而近年來發(fā)展起來的現(xiàn)代信號處理技術(shù)在故障特征提取方面正嶄露出頭角07二月2023東南大學(xué)火電機(jī)組振動國家工程研究中心30(傳統(tǒng))信號處理技術(shù)TransferFunctionFFT(FastFourierTransform)CorrelationPSD特征提取技術(shù)07二月2023東南大學(xué)火電機(jī)組振動國家工程研究中心31(傳統(tǒng))信號處理結(jié)果示例07二月2023東南大學(xué)火電機(jī)組振動國家工程研究中心32現(xiàn)代信號處理技術(shù)現(xiàn)代信號處理的本質(zhì)可用七個“非”字來高度概括，即研究：非線性、非因果、非最小相位系統(tǒng)非高斯、非平穩(wěn)、非整數(shù)維(分形)信號非白色加性噪聲為準(zhǔn)確、有效地獲得故障特征信息，目前重點(diǎn)是：研究和發(fā)展基于非高斯、非平穩(wěn)及非線性故障信號的分析理論及方法時頻分布、小波分析、高階統(tǒng)計量分析、循環(huán)平穩(wěn)信號處理、非線性分析、…07二月2023東南大學(xué)火電機(jī)組振動國家工程研究中心33現(xiàn)代信號處理技術(shù)非線性特征提取技術(shù)現(xiàn)代信號處理非平穩(wěn)非高斯高階統(tǒng)計量分析時頻分布、小波分析分形、關(guān)聯(lián)維數(shù)…07二月2023東南大學(xué)火電機(jī)組振動國家工程研究中心34現(xiàn)代信號處理結(jié)果示例-時頻分布07二月2023東南大學(xué)火電機(jī)組振動國家工程研究中心35現(xiàn)代信號處理結(jié)果示例-時頻分布07二月2023東南大學(xué)火電機(jī)組振動國家工程研究中心36現(xiàn)代信號處理結(jié)果示例-小波分析在時-頻平面上，時間-頻率分辨率是變化的高頻處：時間分辨率高、而頻率分辨率低低頻處：時間分辨率低、而頻率分辨率高小波基函數(shù)時-頻平面上的分辨率07二月2023東南大學(xué)火電機(jī)組振動國家工程研究中心37現(xiàn)代信號處理結(jié)果示例-小波包分析07二月2023東南大學(xué)火電機(jī)組振動國家工程研究中心38現(xiàn)代信號處理結(jié)果示例-連續(xù)小波分析用Hermitian小波變換探測正弦信號中的微弱準(zhǔn)脈沖用Hermitian小波變換對含有微弱準(zhǔn)脈沖和噪聲的正弦信號進(jìn)行分析07二月2023東南大學(xué)火電機(jī)組振動國家工程研究中心39現(xiàn)代信號處理結(jié)果示例-小波尺度與相位譜07二月2023東南大學(xué)火電機(jī)組振動國家工程研究中心40現(xiàn)代信號處理結(jié)果示例-雙譜分析非參數(shù)雙譜定義為三階累積量譜07二月2023東南大學(xué)火電機(jī)組振動國家工程研究中心41現(xiàn)代信號處理結(jié)果示例-雙譜分析InputvectorforLVQ:4x8PeakvaluesofprojectionofBispectrumprojectionofBi-Sp07二月2023東南大學(xué)火電機(jī)組振動國家工程研究中心42現(xiàn)代信號處理結(jié)果示例-雙譜分析Bi-SpMethodMACMethod07二月2023東南大學(xué)火電機(jī)組振動國家工程研究中心43現(xiàn)代信號處理結(jié)果示例-循環(huán)平穩(wěn)信號循環(huán)平穩(wěn)信號是一種帶有隱含周期性的特殊非平穩(wěn)信號，其統(tǒng)計特性表現(xiàn)為周期平穩(wěn)性，或者說其統(tǒng)計函數(shù)呈周期或多周期(各周期不成比例)變化旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動信號，尤其是當(dāng)故障發(fā)生時，往往表現(xiàn)為典型的周期性變化信號07二月2023東南大學(xué)火電機(jī)組振動國家工程研究中心44現(xiàn)代信號處理結(jié)果示例-循環(huán)平穩(wěn)信號BPSK信號受到白噪聲和五個AM干擾信號影響時的SCD譜相關(guān)密度幅值BPSK信號的譜相關(guān)密度(SCD)幅值白噪聲和五個AM干擾信號的SCD譜相關(guān)密度幅值SCD--SpectralcorrelationdensityBPSKsignal--BinaryPhase-ShiftKeyedsignal07二月2023東南大學(xué)火電機(jī)組振動國家工程研究中心45現(xiàn)代信號處理結(jié)果示例-循環(huán)平穩(wěn)信號給定調(diào)制信號x(t)=(1+cos(2p30t)+cos(2p70t))*cos(2p1000t)循環(huán)自相關(guān)函數(shù)(CACF)07二月2023東南大學(xué)火電機(jī)組振動國家工程研究中心46現(xiàn)代信號處理結(jié)果示例-循環(huán)平穩(wěn)信號循環(huán)頻率30Hz處的切片循環(huán)頻率70Hz處的切片60Hz處的切片07二月2023東南大學(xué)火電機(jī)組振動國家工程研究中心47現(xiàn)代信號處理結(jié)果示例-循環(huán)平穩(wěn)信號循環(huán)頻率1970Hz處的切片循環(huán)頻率1930Hz處的切片07二月2023東南大學(xué)火電機(jī)組振動國家工程研究中心48現(xiàn)代信號處理結(jié)果示例-盲源分離所謂盲源分離技術(shù)(BlindSourceSeparation)，是研究在未知系統(tǒng)的傳遞函數(shù)、源信號的混合系數(shù)及其概率分布的情況下，僅利用源信號之間相互獨(dú)立這一微弱已知條件，從一組傳感器測量所得的混合信號中分離出獨(dú)立源信號的一種技術(shù)07二月2023東南大學(xué)火電機(jī)組振動國家工程研究中心49現(xiàn)代信號處理結(jié)果示例-盲源分離兩個源信號的波形兩個源信號的頻譜四個測量信號的波形四個測量信號的頻譜盲源分離結(jié)果

07二月2023東南大學(xué)火電機(jī)組振動國家工程研究中心50現(xiàn)代信號處理結(jié)果示例-數(shù)據(jù)挖掘KDD從存放在數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)倉庫或其他信息庫中的大量數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)有用知識的過程?！狫iaweiHan由于在研究和應(yīng)用領(lǐng)域，“數(shù)據(jù)挖掘(DM)”比“數(shù)據(jù)庫中的知識發(fā)現(xiàn)(KDD)”這個詞更流行，因此，現(xiàn)在多采用“數(shù)據(jù)挖掘(DM)”這個術(shù)語。07二月2023東南大學(xué)火電機(jī)組振動國家工程研究中心51現(xiàn)代信號處理結(jié)果示例-數(shù)據(jù)挖掘數(shù)據(jù)挖掘用于知識庫建立狀態(tài)識別診斷決策特征提取如何更好解決同樣的問題如何更新知識庫如何利用歷史數(shù)據(jù)DataMining海量數(shù)據(jù)海量數(shù)據(jù)知識庫07二月2023東南大學(xué)火電機(jī)組振動國家工程研究中心52現(xiàn)代信號處理結(jié)果示例-數(shù)據(jù)挖掘Fayyad等人提出的過程模型（1996年）07二月2023東南大學(xué)火電機(jī)組振動國家工程研究中心53現(xiàn)代信號處理結(jié)果示例-數(shù)據(jù)挖掘數(shù)據(jù)挖掘的應(yīng)用過程測試數(shù)據(jù)故障數(shù)據(jù)DataMining評估更新XX故障機(jī)器現(xiàn)場數(shù)據(jù)分類規(guī)則現(xiàn)場評判07二月2023東南大學(xué)火電機(jī)組振動國家工程研究中心54現(xiàn)代信號處理結(jié)果示例-數(shù)據(jù)挖掘美國Marquette大學(xué)的R.J.

Povinelli等人提出的TSDM（TimeSeriesDataMining）模型，可以預(yù)測和特征化可調(diào)速感應(yīng)電機(jī)的故障。入相空間將時間序列嵌選擇臨時模式長度Q定義事件特征函數(shù)g(t)、目標(biāo)函數(shù)f(P)和優(yōu)化公式索臨時模式簇在相空間中搜定義TSDM目標(biāo)測試時間序列被觀測的時間序列將時間序列嵌入相空間預(yù)測事件發(fā)生評價訓(xùn)練結(jié)果07二月2023東南大學(xué)火電機(jī)組振動國家工程研究中心55現(xiàn)代信號處理結(jié)果示例-數(shù)據(jù)挖掘正常電機(jī)扭矩信號3個柵條斷裂后的扭矩信號3個端面連接條斷裂后的扭矩信號扭矩相空間圖TSDM挖掘算法

時間序列07二月2023東南大學(xué)火電機(jī)組振動國家工程研究中心56現(xiàn)代信號處理結(jié)果示例-數(shù)據(jù)挖掘德國DataEngine4.0系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析數(shù)據(jù)挖掘數(shù)據(jù)預(yù)處理獲得診斷模型可視化模糊邏輯神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)07二月2023東南大學(xué)火電機(jī)組振動國家工程研究中心57現(xiàn)代信號處理結(jié)果示例-數(shù)據(jù)挖掘英國Aston大學(xué)根據(jù)電力工業(yè)的需要，開發(fā)了一個MODIAROT（ModelBasedDiagnosisofRotorSystemsinPowerPlants）系統(tǒng)，整個系統(tǒng)采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊邏輯等作為數(shù)據(jù)挖掘方法，將設(shè)備在線測量數(shù)據(jù)與模型仿真輸出進(jìn)行比較，進(jìn)而診斷設(shè)備故障。

采用先進(jìn)計算方法比較信號處理合成振動信號系統(tǒng)模型實(shí)際振動信號故障模型結(jié)合實(shí)際故障機(jī)器辨識07二月2023東南大學(xué)火電機(jī)組振動國家工程研究中心58可視化聲源定位技術(shù)通過重建設(shè)備輻射的噪聲場以直觀的動態(tài)圖像來進(jìn)行噪聲源的識別和定位，為噪聲控制、預(yù)測及故障診斷等提供依據(jù)07二月2023東南大學(xué)火電機(jī)組振動國家工程研究中心59常用的聲場可視化方法近場聲全息（NAH）－傳統(tǒng)方法基于邊界元建模（BEM）的NAHHELS方法（Helmholtz方程最小平方誤差）波疊加方法（WaveSuperposition）波束形成（Beamforming）07二月2023東南大學(xué)火電機(jī)組振動國家工程研究中心60可視化聲源定位實(shí)例汽車發(fā)動機(jī)電機(jī)07二月2023東南大學(xué)火電機(jī)組振動國家工程研究中心616300HzR

5cm3150HzR

10cm4000HzR

8cm5000HzR

6cm汽車發(fā)動機(jī)聲場圖

–

Beamforming(66)近場聲全息需要約3300個測點(diǎn)，才能識別這樣的高頻監(jiān)測與診斷系統(tǒng)引言學(xué)科范疇學(xué)科發(fā)展意義監(jiān)測與診斷技術(shù)基礎(chǔ)監(jiān)測與診斷系統(tǒng)監(jiān)測與診斷技術(shù)發(fā)展趨勢結(jié)束語07二月2023東南大學(xué)火電機(jī)組振動國家工程研究中心63監(jiān)測與診斷系統(tǒng)在完成狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷的過程中，通常需要依靠一定的監(jiān)測與診斷工具和手段，即需要有相應(yīng)的計算機(jī)化的自動監(jiān)測與診斷裝置、儀器或系統(tǒng)07二月2023東南大學(xué)火電機(jī)組振動國家工程研究中心64監(jiān)測與診斷系統(tǒng)前的考慮建立監(jiān)測與診斷系統(tǒng)之前應(yīng)考慮如下問題：經(jīng)濟(jì)性-應(yīng)能夠盡可能地節(jié)省投資；可靠性-自身應(yīng)具有更高的可靠性；實(shí)用性-實(shí)用的功能，操作簡便；有效性-分析、診斷結(jié)果有效；擴(kuò)展性-較好的可擴(kuò)展性和自開發(fā)性能。一般情況下，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)企業(yè)用于設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷的投資應(yīng)占其固定資產(chǎn)的1％～5％。并且，隨著設(shè)備復(fù)雜程度和技術(shù)先進(jìn)性的增加，此項(xiàng)投資的額度還應(yīng)有相應(yīng)的增加07二月2023東南大學(xué)火電機(jī)組振動國家工程研究中心65監(jiān)測與診斷系統(tǒng)的分類與選用離線系統(tǒng)(巡檢系統(tǒng))在線系統(tǒng)(集中式、分布式)遠(yuǎn)程系統(tǒng)(C/S結(jié)構(gòu)、B/S結(jié)構(gòu))07二月2023東南大學(xué)火電機(jī)組振動國家工程研究中心66離線系統(tǒng)也稱為機(jī)械故障巡檢系統(tǒng)，通常由傳感器、便攜式數(shù)據(jù)采集器和計算機(jī)軟件組成采用定期巡回檢測和離線分析的方式工作適合于對工廠中量大面廣的中、小型機(jī)械設(shè)備，尤其是那些尚無固定監(jiān)測點(diǎn)的機(jī)器進(jìn)行定期的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷07二月2023東南大學(xué)火電機(jī)組振動國家工程研究中心67在線系統(tǒng)在線監(jiān)測與診斷系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)采集連續(xù)、快速、數(shù)據(jù)處理實(shí)時性好、分析診斷功能全面、豐富等特點(diǎn)適用于具有固定監(jiān)測點(diǎn)的大型連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵機(jī)械設(shè)備這類系統(tǒng)又可分為集中式單機(jī)系統(tǒng)、集散式系統(tǒng)以及分布式系統(tǒng)07二月2023東南大學(xué)火電機(jī)組振動國家工程研究中心68集中式結(jié)構(gòu)是以單一(微型)計算機(jī)為主體的監(jiān)測與診斷系統(tǒng)由計算機(jī)主控完成現(xiàn)場工況監(jiān)測、數(shù)據(jù)采集、信號處理與分析、故障診斷等全部工作優(yōu)點(diǎn)：便于管理控制，具有較高的穩(wěn)定性和可靠性;系統(tǒng)具備信號處理、特征提取、狀態(tài)分類、趨勢分析以及分析報告生成、數(shù)據(jù)庫管理等多方面的功能07二月2023東南大學(xué)火電機(jī)組振動國家工程研究中心69集散式結(jié)構(gòu)利用多臺計算機(jī)來聯(lián)合實(shí)施監(jiān)測與診斷，但這里的每臺計算機(jī)彼此相互獨(dú)立，基本上沒有聯(lián)系，其實(shí)質(zhì)是集中式結(jié)構(gòu)的簡單迭加通過RS232或RS422串行通訊方式把一臺主控計算機(jī)與若干臺從屬計算機(jī)聯(lián)接起來協(xié)同工作的主從式結(jié)構(gòu)。其中，從屬計算機(jī)(或稱輔助計算機(jī))分別獨(dú)立地完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集與狀態(tài)監(jiān)測并共享主機(jī)，而主機(jī)則負(fù)責(zé)完成分析與診斷功能并始終肩負(fù)對從屬機(jī)進(jìn)行管理和控制的任務(wù)07二月2023東南大學(xué)火電機(jī)組振動國家工程研究中心70分布式結(jié)構(gòu)-遠(yuǎn)程系統(tǒng)的雛形針對地域分布較廣的多臺機(jī)器設(shè)備，通過計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)把分布于各局部現(xiàn)場、獨(dú)立完成特定功能的本地計算機(jī)互聯(lián)接起來，并在一臺主控計算機(jī)的控制下，構(gòu)成分級管理模式，最終達(dá)到資源共享、協(xié)同工作、分散監(jiān)測與集中管理、診斷的目的07二月2023東南大學(xué)火電機(jī)組振動國家工程研究中心71分布式結(jié)構(gòu)-遠(yuǎn)程系統(tǒng)的雛形分布式結(jié)構(gòu)具有資源分散、結(jié)構(gòu)模塊性、工作并行性、協(xié)作自治性、系統(tǒng)透明性等優(yōu)點(diǎn)。此外：分散數(shù)據(jù)采集，集中狀態(tài)監(jiān)測、診斷和管理可靠性高各現(xiàn)場工作站均能夠獨(dú)立完成分布式處理，各節(jié)點(diǎn)具有相對獨(dú)立性，當(dāng)某一節(jié)點(diǎn)發(fā)生問題時，并不影響其它節(jié)點(diǎn)的正常工作可護(hù)展性和靈活性好由于采用了網(wǎng)絡(luò)化結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)能在適應(yīng)新技術(shù)的發(fā)展過程中，方便地將落后設(shè)備從網(wǎng)上卸下、將更新設(shè)備掛到網(wǎng)上功能強(qiáng)系統(tǒng)支持多用戶、多任務(wù)，可承擔(dān)較多的工作負(fù)荷成本低網(wǎng)絡(luò)接口集成度高，網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施可與生產(chǎn)管理控制系統(tǒng)、MIS系統(tǒng)等共享，系統(tǒng)的整體性能價格比高07二月2023東南大學(xué)火電機(jī)組振動國家工程研究中心72遠(yuǎn)程故障診斷的基本概念基于Internet/Intranet的遠(yuǎn)程故障診斷是設(shè)備診斷技術(shù)與通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)以及控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物遠(yuǎn)程診斷跨越了企業(yè)與研究機(jī)構(gòu)、企業(yè)與企業(yè)在時間和空間上的距離學(xué)術(shù)界可以利用網(wǎng)上診斷服務(wù)器開設(shè)技術(shù)知識講座，對企業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行輔導(dǎo)和技術(shù)培訓(xùn)，同時發(fā)表有關(guān)的最新研究成果企業(yè)界則可以利用監(jiān)測服務(wù)器為研究機(jī)構(gòu)提供寶貴的現(xiàn)場數(shù)據(jù)，向研究機(jī)構(gòu)或其它企業(yè)提出咨詢07二月2023東南大學(xué)火電機(jī)組振動國家工程研究中心73遠(yuǎn)程故障診斷的基本概念遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)能夠方便地實(shí)現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部、行業(yè)內(nèi)部、甚至更大范圍的診斷數(shù)據(jù)和知識的共享，能夠有效地組織異地專家會診等遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)還是一個集咨詢、培訓(xùn)、討論、數(shù)據(jù)交換等于一體的全方位的信息交流系統(tǒng)這樣既解決了生產(chǎn)企業(yè)技術(shù)力量不足和技術(shù)水平提高的問題又有利于研究機(jī)構(gòu)更準(zhǔn)確、更有效的獲得設(shè)備運(yùn)行的第一手資料，充實(shí)理論和技術(shù)研究07二月2023東南大學(xué)火電機(jī)組振動國家工程研究中心74遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)一個完整的遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)通常應(yīng)當(dāng)包括三個主要子系統(tǒng)遠(yuǎn)程診斷中心：在高性能WEB服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的支撐下?lián)?fù)整個系統(tǒng)的控制協(xié)調(diào)任務(wù)企業(yè)監(jiān)測分析中心(初級診斷中心)：主要負(fù)責(zé)企業(yè)內(nèi)部的監(jiān)測、分析和診斷，以及設(shè)備管理工作，同時負(fù)責(zé)對下屬監(jiān)測工作站的控制及管理現(xiàn)場監(jiān)測工作站：由網(wǎng)絡(luò)化的高性能再線數(shù)據(jù)采集器或便攜式數(shù)據(jù)采集器所構(gòu)成，主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集、預(yù)處理以及報警監(jiān)控等工作07二月2023東南大學(xué)火電機(jī)組振動國家工程研究中心75遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)的模型07二月2023東南大學(xué)火電機(jī)組振動國家工程研究中心76遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)的基本要求無成本客戶端：客戶端軟件應(yīng)當(dāng)是一般用戶桌面系統(tǒng)都具有的瀏覽器廉價的系統(tǒng)維護(hù)：系統(tǒng)功能可以由用戶添加組件進(jìn)行擴(kuò)展；系統(tǒng)性能可以通過遠(yuǎn)程升級組件獲得提高低廉的網(wǎng)絡(luò)投資：用戶可以充分利用企業(yè)內(nèi)部已建立的Intranet，進(jìn)行整個系統(tǒng)的構(gòu)建低廉的監(jiān)測和診斷費(fèi)用：各種(關(guān)鍵)設(shè)備可以共享同一套系統(tǒng)07二月2023東南大學(xué)火電機(jī)組振動國家工程研究中心77遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)的基本要求知識共享：對于地域分布的大型企業(yè)集團(tuán)，允許在一個地區(qū)獲取診斷知識，然后通過中心知識庫，讓整個企業(yè)共享相同或相近知識專家共享：能夠通過網(wǎng)絡(luò)匯集同行專家完成數(shù)據(jù)分析和故障原因會診及評價協(xié)作診斷：不同地區(qū)的診斷系統(tǒng)和專家可以在遠(yuǎn)程診斷中心的協(xié)調(diào)下組成一個大的診斷網(wǎng)絡(luò)，通過對不同來源的診斷結(jié)果進(jìn)行融合的形式，最終給出協(xié)作診斷的結(jié)論07二月2023東南大學(xué)火電機(jī)組振動國家工程研究中心78遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)三層B/S結(jié)構(gòu)體系表示層(應(yīng)用層)邏輯層數(shù)據(jù)層工作模式07二月2023東南大學(xué)火電機(jī)組振動國家工程研究中心79遠(yuǎn)程在線監(jiān)測與診斷系統(tǒng)示例VSN-NetMDS現(xiàn)場監(jiān)測站DBServerWebServer分析工作站企業(yè)監(jiān)測中心現(xiàn)場監(jiān)測站DBServerWebServer企業(yè)監(jiān)測中心DBServerWebServer遠(yuǎn)程診斷中心Internet診斷計算工作站計算工作站分析工作站計算工作站領(lǐng)域?qū)＜翌I(lǐng)域?qū)＜褹DSLModemISDNISDNCERNETVXI系統(tǒng)主控機(jī)VXI系統(tǒng)主控機(jī)防火墻防火墻防火墻遠(yuǎn)程診斷中心企業(yè)監(jiān)測中心現(xiàn)場監(jiān)測站“十五”國家科技攻關(guān)計劃重點(diǎn)項(xiàng)目支持07二月2023東南大學(xué)火電機(jī)組振動國家工程研究中心80示例：VSN-NetMDS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖07二月2023東南大學(xué)火電機(jī)組振動國家工程研究中心81示例：VSNsNetEMC企業(yè)監(jiān)測中心狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)分析故障診斷專家系統(tǒng)設(shè)備管理系統(tǒng)用戶管理系統(tǒng)啟停車過程監(jiān)測用戶幫助系統(tǒng)07二月2023東南大學(xué)火電機(jī)組振動國家工程研究中心82示例：VSNsNetDAU監(jiān)測工作站硬件：基于VXI總線、并受DSP處理器支撐的多通道并行數(shù)據(jù)采集與預(yù)處理裝置；可實(shí)現(xiàn)振動信號8Ch至64Ch的靈活組織，慢變（溫度、壓力、流量）信號1Ch至24Ch自由組態(tài)快變（振動）信號完全同步采樣。在內(nèi)時鐘控制采樣模式時，系統(tǒng)采樣頻率可設(shè)定為：128kHz、51.2kHz、25.6kHz、12.8kHz、…(按1:2:5分頻)；在倍頻器控制采樣模式下，系統(tǒng)采樣頻率等于倍頻器所提供的采樣脈沖的頻率“十五”國家科技攻關(guān)計劃重點(diǎn)項(xiàng)目支持07二月2023東南大學(xué)火電機(jī)組振動國家工程研究中心83示例：VSNsNetDAU監(jiān)測工作站軟件：基于NI公司的LabWindows/CVI、VISA開發(fā)環(huán)境、Microsoft公司的VisualC++和DSP過程支持開發(fā)環(huán)境完成的具有管理控制、參數(shù)設(shè)置、預(yù)處理、特征提取、報警處理、追憶數(shù)據(jù)存儲和監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ艿亩鄠€子系統(tǒng)07二月2023東南大學(xué)火電機(jī)組振動國家工程研究中心84示例：VSNsNetDB網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫SQLServerOracle診斷知識庫確診故障庫臨時庫歷史庫測點(diǎn)管理庫用戶管理庫報警數(shù)據(jù)庫機(jī)器簡圖庫啟停車庫VSNsNetDB網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫07二月2023東南大學(xué)火電機(jī)組振動國家工程研究中心85示例：監(jiān)測與分析界面匯集07二月2023東南大學(xué)火電機(jī)組振動國家工程研究中心86遠(yuǎn)程巡檢(離線)系統(tǒng)示例07二月2023東南大學(xué)火電機(jī)組振動國家工程研究中心87示例：PMS巡檢系統(tǒng)功能框圖07二月2023東南大學(xué)火電機(jī)組振動國家工程研究中心88示例：圖片導(dǎo)航式設(shè)備信息瀏覽

07二月2023東南大學(xué)火電機(jī)組振動國家工程研究中心89示例：巡檢計劃組態(tài)07二月2023東南大學(xué)火電機(jī)組振動國家工程研究中心