設(shè)備診斷與故障自愈工程

設(shè)備診斷與故障自愈工程第1頁(yè)/共162頁(yè)1設(shè)備診斷工程及其發(fā)展趨勢(shì)

2機(jī)泵群實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與預(yù)知維修平臺(tái)3旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷及工程實(shí)例

設(shè)備診斷與故障自愈工程4機(jī)械故障診斷專家系統(tǒng)5過程裝備故障自愈工程6未來(lái)裝備醫(yī)工程思維第2頁(yè)/共162頁(yè)1、設(shè)備診斷工程及其發(fā)展趨勢(shì)

1.1設(shè)備診斷工程與維修

1.2設(shè)備診斷工程目標(biāo)和措施

1.3設(shè)備診斷工程的發(fā)展方向

設(shè)備診斷與故障自愈工程第3頁(yè)/共162頁(yè)MechanicalfaultdiagnosisexpertsystembasedonBlack-Gray-WhitegatheringsievemethodDr.GaojinjiBeijingUniversityofChemicalTechnology,China

1.診斷是現(xiàn)代設(shè)備維修工程中關(guān)鍵一環(huán)

故障:

故障失穩(wěn)功能下降損傷征兆出現(xiàn)機(jī)器非正常運(yùn)行零部件功能、形態(tài)和結(jié)構(gòu)改變以及對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性下降由干擾因素造成的損傷與設(shè)備抗損傷間的斗爭(zhēng)

初始的有序穩(wěn)定被打破

機(jī)器干擾或內(nèi)變第4頁(yè)/共162頁(yè)MechanicalfaultdiagnosisexpertsystembasedonBlack-Gray-WhitegatheringsievemethodDr.GaojinjiBeijingUniversityofChemicalTechnology,China設(shè)備診斷工程:設(shè)備診斷工程(PDE)機(jī)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和工況監(jiān)測(cè)故障診斷和預(yù)測(cè)優(yōu)化操作維修決策指導(dǎo)改進(jìn)機(jī)器及其設(shè)計(jì)第5頁(yè)/共162頁(yè)第6頁(yè)/共162頁(yè)表2實(shí)施設(shè)備診斷工程的措施和效果序號(hào)措施效果1早期探測(cè)故障征兆，及時(shí)報(bào)警采取應(yīng)急對(duì)策杜絕事故，減少故障停機(jī)損失和非計(jì)劃停機(jī)檢修2長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)機(jī)器狀態(tài)、工況，據(jù)此安排檢修計(jì)劃實(shí)行狀態(tài)檢修，減少檢修次數(shù)，縮短檢修時(shí)間3探測(cè)出機(jī)器異常原因、缺陷部位，盡早確定檢修項(xiàng)目，超前準(zhǔn)備防止過剩維修，減少停車檢修中的等待時(shí)間，減少備件、備臺(tái)儲(chǔ)備4改進(jìn)裝備，消除瓶頸，提高系統(tǒng)可靠度和功能可利用性延長(zhǎng)裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)周期5監(jiān)測(cè)異常工藝參數(shù)，及時(shí)調(diào)整指導(dǎo)優(yōu)化操作，節(jié)能降耗6據(jù)監(jiān)測(cè)診斷資料，對(duì)在用裝備評(píng)價(jià)指導(dǎo)裝備選型、采購(gòu)和設(shè)計(jì)改進(jìn)第7頁(yè)/共162頁(yè)圖1設(shè)備故障診斷的研究領(lǐng)域MechanicalfaultdiagnosisexpertsystembasedonBlack-Gray-Whitegatheringsievemethod信息技術(shù)IT知識(shí)工程

KE設(shè)備專業(yè)知識(shí)設(shè)備故障診斷

PFD設(shè)備診斷工程

PED設(shè)備醫(yī)療工程

PME實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集信號(hào)分析處理電子網(wǎng)絡(luò)技術(shù)數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)故障機(jī)理研究識(shí)別方法研究專家系統(tǒng)研制防治對(duì)策研究診斷監(jiān)控遠(yuǎn)程診斷主動(dòng)控制

實(shí)時(shí)監(jiān)控

預(yù)防減災(zāi)診斷維修CBMPDM診斷改進(jìn)

延壽對(duì)策

過程破頸

消患治本

在線治理診斷優(yōu)化

優(yōu)化運(yùn)行

安全運(yùn)行

經(jīng)濟(jì)運(yùn)行診斷評(píng)估健康安全環(huán)境HSE

壽命預(yù)測(cè)技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估診斷設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)創(chuàng)新

造型配置

無(wú)維修設(shè)計(jì)

高可靠性

高功能第8頁(yè)/共162頁(yè)第9頁(yè)/共162頁(yè)2、機(jī)泵群實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與預(yù)知維修平臺(tái)

2.1DMS機(jī)泵群實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)及工程應(yīng)用

2.2指令化檢測(cè)及預(yù)知維修平臺(tái)

設(shè)備診斷與故障自愈工程第10頁(yè)/共162頁(yè)第11頁(yè)/共162頁(yè)第12頁(yè)/共162頁(yè)第13頁(yè)/共162頁(yè)第14頁(yè)/共162頁(yè)虛擬儀器技術(shù)美國(guó)國(guó)家儀器公司（NationalInstrument，簡(jiǎn)稱NI）提供的應(yīng)用軟件LABVIEW是一種典型的虛擬儀器開發(fā)平臺(tái)。虛擬儀器是計(jì)算機(jī)硬件資源、儀器測(cè)控硬件和用于數(shù)據(jù)分析、過程通訊及圖形用戶界面的軟件之間的有效結(jié)合。其基本構(gòu)成包括計(jì)算機(jī)、虛擬儀器軟件、硬件接口和（或）測(cè)控儀器。第15頁(yè)/共162頁(yè)Labview開發(fā)平臺(tái)的特點(diǎn)LABVIEW的基本編程單元是圖標(biāo)，不同的圖標(biāo)表示不同的功能模塊。

LABVIEW繼承和發(fā)展了結(jié)構(gòu)化和模塊化程序設(shè)計(jì)的概念，使虛擬儀器是分層次和模塊化的LABVIEW支持多種系統(tǒng)平臺(tái)，在任何一個(gè)平臺(tái)上開發(fā)的LABVIEW應(yīng)用程序都可直接移植到其它平臺(tái)上。

LABVIEW是一個(gè)帶有擴(kuò)展功能庫(kù)和子程序庫(kù)的通用程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)第16頁(yè)/共162頁(yè)虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器比較

虛擬儀器傳統(tǒng)儀器開放性、靈活，可與計(jì)算機(jī)技術(shù)保持同步發(fā)展封閉性、儀器間相互配合較差關(guān)鍵是軟件，系統(tǒng)性能升級(jí)方便，通過網(wǎng)絡(luò)下載升級(jí)軟件關(guān)鍵是硬件，升級(jí)成本較高，且升級(jí)必須上門服務(wù)價(jià)格低廉，儀器間資源可重復(fù)利用率高價(jià)格昂貴，儀器間一般無(wú)法相互利用用戶可定義儀器功能只有廠家能定義儀器功能可以與網(wǎng)絡(luò)及周邊設(shè)備方便連接功能單一，只能連接有限的獨(dú)立設(shè)備開發(fā)與維護(hù)費(fèi)用降至最低開發(fā)與維護(hù)開銷高技術(shù)更新周期短（1—2年）技術(shù)更新周期長(zhǎng)（5—10年）第17頁(yè)/共162頁(yè)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)采集站現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備傳感器信號(hào)調(diào)理數(shù)據(jù)采集監(jiān)測(cè)分析站2監(jiān)測(cè)分析站1……系統(tǒng)服務(wù)器網(wǎng)關(guān)3Internet23遠(yuǎn)程診斷中心第18頁(yè)/共162頁(yè)設(shè)備診斷中的Labview的應(yīng)用

第19頁(yè)/共162頁(yè)程序流程圖第20頁(yè)/共162頁(yè)第21頁(yè)/共162頁(yè)3、旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷及工程實(shí)例

3.1旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷

3.2同頻振動(dòng)的故障診斷

3.3多機(jī)組軸系振動(dòng)及防治對(duì)策

設(shè)備診斷與故障自愈工程第22頁(yè)/共162頁(yè)第23頁(yè)/共162頁(yè)第24頁(yè)/共162頁(yè)第25頁(yè)/共162頁(yè)第26頁(yè)/共162頁(yè)第27頁(yè)/共162頁(yè)第28頁(yè)/共162頁(yè)第29頁(yè)/共162頁(yè)軸彎曲1第30頁(yè)/共162頁(yè)軸彎曲2第31頁(yè)/共162頁(yè)軸彎曲2第32頁(yè)/共162頁(yè)第33頁(yè)/共162頁(yè)輪盤中心不對(duì)中第34頁(yè)/共162頁(yè)第35頁(yè)/共162頁(yè)第36頁(yè)/共162頁(yè)第37頁(yè)/共162頁(yè)輪盤受力圖第38頁(yè)/共162頁(yè)第39頁(yè)/共162頁(yè)第40頁(yè)/共162頁(yè)第41頁(yè)/共162頁(yè)第42頁(yè)/共162頁(yè)第43頁(yè)/共162頁(yè)第44頁(yè)/共162頁(yè)兩跨和三跨轉(zhuǎn)子的有限元模型第45頁(yè)/共162頁(yè)第46頁(yè)/共162頁(yè)

系統(tǒng)振幅隨安裝相位角變化的關(guān)系

第47頁(yè)/共162頁(yè)

118號(hào)結(jié)點(diǎn)幅值隨安裝相對(duì)相位的變化

第48頁(yè)/共162頁(yè)218號(hào)結(jié)點(diǎn)幅值隨安裝相對(duì)相位的變化

第49頁(yè)/共162頁(yè)4、機(jī)械故障診斷專家系統(tǒng)

4.1振動(dòng)故障機(jī)理及一次原因分析法

4.2振動(dòng)的主導(dǎo)頻率及識(shí)別特征

4.3基于黑灰白集合篩選法的故障診斷專家系統(tǒng)

4.4與國(guó)外專家系統(tǒng)的對(duì)比

設(shè)備診斷與故障自愈工程第50頁(yè)/共162頁(yè)MechanicalfaultdiagnosisexpertsystembasedonBlack-Gray-Whitegatheringsievemethod2最佳診斷方法探討.診斷——由果求因的逆過程

振動(dòng)是表征機(jī)器運(yùn)行狀態(tài)最敏感的征兆參數(shù)。其響應(yīng)、激勵(lì)和系統(tǒng)動(dòng)力特性三者之間關(guān)系為：

X=Z(ω)-1F其中,Z(ω)=(k-ω2m)+jωc

為動(dòng)力系統(tǒng)的特征矩陣或稱阻抗矩陣。振動(dòng)故障的診斷就是由響應(yīng)（征兆參數(shù)）探求故障原因－－外因激勵(lì)和內(nèi)因剛度、阻尼、質(zhì)量變化的逆過程。Dr.GaojinjiBeijingUniversityofChemicalTechnology,China第51頁(yè)/共162頁(yè)Dr.GaojinjiBeijingUniversityofChemicalTechnology,ChinaMechanicalfaultdiagnosisexpertsystembasedonBlack-Gray-Whitegatheringsievemethod

征兆參數(shù)和故障原因并非一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，是多果（征兆參數(shù)）和多因（故障原因）的復(fù)雜對(duì)應(yīng)關(guān)系。

征兆譜原因譜

S={S1,S2,---Sn}R={R1,R2---Rm}圖2診斷--逆過程系統(tǒng)動(dòng)力特性剛度、阻尼、質(zhì)量響應(yīng)振幅、頻率、相位激勵(lì)故障診斷外因內(nèi)因第52頁(yè)/共162頁(yè)第53頁(yè)/共162頁(yè)表2NspectrⅡDiagnosisDiagnosticSummaryFor(271900001)#2BCCTPUMP-MIDDLEKEYPOINT(S)PROBLEMCERTAINTYM2AM2VP1HP2HCouplingislockeduporworn77%P2V

P1HP1VP2HP2VCavitationfromlackofsuctionpressure76%P1HBPFOandotherbearingfailurepatterns75%P1VBPFI,BPFOandotherbearingfaultpatterns75%P2VBPFI,BPFOandotherbearingfaultpatterns73%P2ABPFOandBPFI(race)defectsinbearing70%P2HBPFOandotherbearingfailurepatterns70%M1VBPFO(outerrace)defectinbearing68%P1HP1VP2HP2VHydraulicproblemduetoprocess/clearance66%M2VPossibleshortedlaminations/turnsinstator60%Dr.GaojinjiBeijingUniversityofChemicalTechnology,ChinaMechanicalfaultdiagnosisexpertsystembasedonBlack-Gray-Whitegatheringsievemethod第54頁(yè)/共162頁(yè)第55頁(yè)/共162頁(yè)第56頁(yè)/共162頁(yè)第57頁(yè)/共162頁(yè)Dr.GaojinjiBeijingUniversityofChemicalTechnology,ChinaMechanicalfaultdiagnosisexpertsystembasedonBlack-Gray-Whitegatheringsievemethod探求好的診斷方法至少要研究以下兩方面內(nèi)容。1)故障信息的提取和分析常用的提取分析方法：趨勢(shì)分析法類比分析法時(shí)序分析法故障樹分析法概率統(tǒng)計(jì)法綜合法黑箱法數(shù)據(jù)融合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障機(jī)理研究數(shù)據(jù)挖掘第58頁(yè)/共162頁(yè)Dr.GaojinjiBeijingUniversityofChemicalTechnology,ChinaMechanicalfaultdiagnosisexpertsystembasedonBlack-Gray-Whitegatheringsievemethod2)推理方法

常用的主要有兩種方法

IFaandborc,THEN.例如，旋轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)子不平衡推理過程為：如果1倍頻高如果波形為正炫波如果轉(zhuǎn)子兩端振動(dòng)差別小如果振幅隨轉(zhuǎn)速升高增大或振幅隨轉(zhuǎn)速下降減少如果相位穩(wěn)定則轉(zhuǎn)子不平衡。模糊或灰色理論：推斷出故障原因的隸屬度和關(guān)聯(lián)度均用百分?jǐn)?shù)表示

然而：最終驗(yàn)證的結(jié)果要么為“是！”，要么為“不是！”第59頁(yè)/共162頁(yè)

4.基于黑灰白集合篩選法的機(jī)械振動(dòng)故障診斷專家系統(tǒng)

旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷系統(tǒng)總體框架，實(shí)際上是一種故障樹結(jié)構(gòu)。其診斷過程是以人機(jī)對(duì)話形式，逐層用判據(jù)進(jìn)行黑?灰?白集合篩選法來(lái)完成的。Dr.GaojinjiBeijingUniversityofChemicalTechnology,ChinaMechanicalfaultdiagnosisexpertsystembasedonBlack-Gray-Whitegatheringsievemethod第60頁(yè)/共162頁(yè)黑灰白集合矩陣篩選法MechanicalfaultdiagnosisexpertsystembasedonBlack-Gray-WhitegatheringsievemethodDr.GaojinjiBeijingUniversityofChemicalTechnology,China

SnCnG1是否S1c1

不清楚RnG2W2R2C2S2B1,s1c1W1,S1c1R1S1R0C1B2BnWnGn圖3黑灰白集合篩選方法圖第61頁(yè)/共162頁(yè)表1黑灰白集合篩選方過程Dr.GaojinjiBeijingUniversityofChemicalTechnology,ChinaMechanicalfaultdiagnosisexpertsystembasedonBlack-Gray-Whitegatheringsievemethod

對(duì)某種故障原因R，可能有三種征兆

肯定征兆一次或二保留可能征兆次因獲得否定征兆排除滿意結(jié)果ReasonR1R2┉RnCriterionsignBGWBGWBGWC1S1001010001C2S2010001100┋CmSm001100Result100關(guān)鍵在于找出能將故障原因分類的識(shí)別特性即判據(jù)(C)!第62頁(yè)/共162頁(yè)

該專家系統(tǒng)由6個(gè)層次組成：

I:機(jī)器類型及測(cè)試方式

機(jī)器類型:

輸入主機(jī)和驅(qū)動(dòng)機(jī)名稱、聯(lián)機(jī)方式、密封形式、測(cè)試傳感器配置等。

矩陣判別法

程序判據(jù)取舍

II:初步診斷和精確診斷

初步診斷是按振動(dòng)趨勢(shì)及其隨轉(zhuǎn)速、負(fù)荷等變化規(guī)律來(lái)初步判別，一般難以得出一、二種可能的故障原因。

精確診斷用于頻譜分析等信號(hào)處理和分析。Dr.GaojinjiBeijingUniversityofChemicalTechnology,ChinaMechanicalfaultdiagnosisexpertsystembasedonBlack-Gray-Whitegatheringsievemethod第63頁(yè)/共162頁(yè)選擇機(jī)器類型及測(cè)試方法

初步診斷按振動(dòng)趨勢(shì)及其隨轉(zhuǎn)速負(fù)荷變化等判別（得出大致原因一般難以精確到一兩種原因）

精確診斷（按振動(dòng)信號(hào)分析進(jìn)行判別）主導(dǎo)頻率主導(dǎo)頻率主導(dǎo)頻率

原因類別一次因一次因二次因............ⅠⅠⅡⅢⅣⅤⅥ...預(yù)防和治愈Ⅶ開始

原因類別原因類別圖4基于黑灰白集合篩選法的旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷專家系統(tǒng)總體框架第64頁(yè)/共162頁(yè)

III:由主導(dǎo)征兆頻率確定故障原因類別

用判據(jù)篩選出一類或幾類故障類別，排除其余類。

可以根據(jù)表3進(jìn)行判斷，如所測(cè)得征兆為精確1/2分頻振動(dòng)，則故障原因的類別只可能是支承系統(tǒng)、磨碰、流體動(dòng)力和共振四類故障，可以排除其余六類故障原因。

Dr.GaojinjiBeijingUniversityofChemicalTechnology,ChinaMechanicalfaultdiagnosisexpertsystembasedonBlack-Gray-Whitegatheringsievemethod第65頁(yè)/共162頁(yè)故障類別精確分頻、同頻和倍頻振動(dòng)非精確分頻、同頻和倍頻振動(dòng)故障主導(dǎo)頻率特征（1/2~1/n）分頻（精確1倍）同頻（2~n）倍頻一般亞異步分頻滯后同頻滯后倍頻滯后故障特征轉(zhuǎn)子自轉(zhuǎn)（2~n）周發(fā)生一次渦動(dòng)轉(zhuǎn)子自轉(zhuǎn)一周發(fā)生一次振動(dòng)轉(zhuǎn)子自轉(zhuǎn)一周振動(dòng)（2~n）振動(dòng)頻率小于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)頻率但無(wú)規(guī)律，有的為第一臨界振動(dòng)頻率總是略低于分頻振動(dòng)頻率總是略低于同頻振動(dòng)頻率總是略低于倍頻

轉(zhuǎn)子、定子偏心引起流體激振故障機(jī)理在非線性系統(tǒng)中激勵(lì)出的切向力使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生渦動(dòng)離心力引起的旋轉(zhuǎn)矢量激振力過大或是每轉(zhuǎn)一周產(chǎn)生一次交變力轉(zhuǎn)子自轉(zhuǎn)一周受（2~n）交變力轉(zhuǎn)子內(nèi)磨擦或轉(zhuǎn)子內(nèi)部積液流體激振油膜渦動(dòng)，油膜振蕩轉(zhuǎn)子的部件松動(dòng)、旋轉(zhuǎn)失速滑差引起故障直接原因類別支承系統(tǒng)、摩碰、流體動(dòng)力、共振轉(zhuǎn)子自身、軸系（預(yù)負(fù)荷）、支承系統(tǒng)、電磁力、摩碰、流體動(dòng)力、臨界轉(zhuǎn)速（僅同頻、共振、部件、其他）轉(zhuǎn)子自身、流體動(dòng)力支承系統(tǒng)、流體動(dòng)力轉(zhuǎn)子自身、流體動(dòng)力部件表3旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)故障主導(dǎo)頻率及故障原因?qū)?yīng)表第66頁(yè)/共162頁(yè)

IV:由諸故障原因類中確定一類

同一主導(dǎo)頻率可能有幾種至十種故障原因類，如同頻振動(dòng)就有可能有十類故障原因，由規(guī)則來(lái)判別其可能的故障類。Ⅴ:由故障原因類確定故障一次原因?yàn)榱舜_定故障一次原因到底是哪一類，進(jìn)而查明是該類中的哪一種或幾種原因，還需要研究出更多的識(shí)別特征或稱判據(jù)。Dr.GaojinjiBeijingUniversityofChemicalTechnology,ChinaMechanicalfaultdiagnosisexpertsystembasedonBlack-Gray-Whitegatheringsievemethod第67頁(yè)/共162頁(yè)例如可采用如下多種途徑尋求多判據(jù)：①振動(dòng)方向；②振動(dòng)穩(wěn)定性；③振動(dòng)相位特性；④轉(zhuǎn)子軌跡；⑤振動(dòng)隨轉(zhuǎn)速的變化；⑥振動(dòng)隨油溫的變化；⑦振動(dòng)隨負(fù)荷的變化；⑧與其它振動(dòng)的區(qū)別方法。

Dr.GaojinjiBeijingUniversityofChemicalTechnology,ChinaMechanicalfaultdiagnosisexpertsystembasedonBlack-Gray-Whitegatheringsievemethod第68頁(yè)/共162頁(yè)VI:由故障一次原因查找故障二次原因

由于采用了科學(xué)的判據(jù)和黑·灰·白集合篩選法，逐步地排除不可能原因，得出真正的原因和個(gè)別暫時(shí)難以排除的原因。由得出的故障一次原因可以查得引起這些一次原因的故障二次原因，諸如設(shè)計(jì)制造、安裝維修、運(yùn)行操作、機(jī)器劣化等問題及防治對(duì)策，可以較好地指導(dǎo)工程實(shí)踐。

Dr.GaojinjiBeijingUniversityofChemicalTechnology,ChinaMechanicalfaultdiagnosisexpertsystembasedonBlack-Gray-Whitegatheringsievemethod第69頁(yè)/共162頁(yè)

基于上述的黑灰白集合篩選法，旋轉(zhuǎn)機(jī)械的FDES（FaultDiagnosisExpertSystem）已經(jīng)程序化.

ZZB-1vibrationDiagnosisEngineeringSoftware(UndertheauspicesofChinaAssociationofPlantEngineering(CAPE)).識(shí)別10類56種機(jī)械故障并給出最終的原因；人機(jī)對(duì)話；獨(dú)特的知識(shí)規(guī)則和推理模式;已在國(guó)內(nèi)20多家大中型企業(yè)中應(yīng)用；取得實(shí)效;

作為FDES應(yīng)用實(shí)例表4列出了工程上一個(gè)實(shí)際故障的診斷推理過程。

Dr.GaojinjiBeijingUniversityofChemicalTechnology,ChinaMechanicalfaultdiagnosisexpertsystembasedonBlack-Gray-Whitegatheringsievemethod第70頁(yè)/共162頁(yè)目標(biāo)故障：徑向軸承間隙過大機(jī)組

參數(shù)

一、機(jī)器類型

L、離心式壓縮機(jī)F、風(fēng)機(jī)R、燃?xì)廨啓C(jī)B、離心泵類Z、軸流式或軸流

+離心式壓縮機(jī)

二、驅(qū)動(dòng)機(jī)D、電動(dòng)機(jī)C、電動(dòng)機(jī)附齒輪箱G、工業(yè)汽輪機(jī)Q、其他

三、聯(lián)接形式C、齒形聯(lián)軸節(jié)T、彈性聯(lián)軸節(jié)P、皮帶傳動(dòng)X、懸臂式結(jié)構(gòu)Q、其他

四、軸承形式K、可傾瓦滑動(dòng)軸承B、園瓣式滑動(dòng)軸承G、滾動(dòng)軸承

五、轉(zhuǎn)子形式J、實(shí)心金屬軸K、可進(jìn)液體中空轉(zhuǎn)子Q、其他

六、密封形式M、迷宮式密封F、浮環(huán)式密封O、油封Q、其他

七、工作轉(zhuǎn)速D、轉(zhuǎn)速低于第一臨界Z、轉(zhuǎn)速在一、二臨界之間G、轉(zhuǎn)速高于第二臨界

八、測(cè)試方式D、位移探頭V、速度探頭A、加速度探頭W、Ｘ-Ｙ雙向位移探頭K、有鍵相信號(hào)初步診斷

1、N振動(dòng)值是否穩(wěn)定6、Y振動(dòng)值是否隨負(fù)荷明顯變化

2、C振動(dòng)值是否有突變（較長(zhǎng)時(shí)間觀測(cè)）7、N機(jī)器軸向振動(dòng)是否明顯

3、C振動(dòng)值是否隨轉(zhuǎn)速變化而變化8、N如切斷電機(jī)（驅(qū)動(dòng)機(jī)）電源振動(dòng)是否突然變小

4、Y振動(dòng)值是否隨轉(zhuǎn)速變化而突變9、N臨近設(shè)備開停及大幅度變速對(duì)振動(dòng)值有否影響（大范圍內(nèi)如起停機(jī)）10、N機(jī)器出口壓力波動(dòng)

5、Y振動(dòng)值是否隨潤(rùn)滑油油溫變化而明顯變化11、N在機(jī)殼上測(cè)振動(dòng)有明顯方向性精確診斷JZG2

振動(dòng)主導(dǎo)頻率為精確分頻或此分量增長(zhǎng)顯著JFG1、N隨機(jī)器轉(zhuǎn)速變化振動(dòng)值突然變小5、N失穩(wěn)時(shí)為第一臨界轉(zhuǎn)速2、N振動(dòng)值為精確分頻且為倍數(shù)多峰值6、C振動(dòng)有時(shí)突變伴隨相位、軌跡、軸

3、Y振動(dòng)值對(duì)潤(rùn)滑油溫變化敏感心位置突變4、C機(jī)器負(fù)荷變化對(duì)振動(dòng)值有影響7、Y振動(dòng)為反進(jìn)動(dòng)，常為8字或香蕉形軌跡

8、N振動(dòng)為正向渦動(dòng)，軌跡雜亂JT3G1、N在軸承箱上測(cè)振動(dòng)有明顯方向性2、C潤(rùn)滑油溫降低振動(dòng)可能明顯下降3、C振動(dòng)可能有突變，轉(zhuǎn)子軌跡有時(shí)從橢圓變成8字香蕉形表4設(shè)備故障的診斷推理過程實(shí)例第71頁(yè)/共162頁(yè)第72頁(yè)/共162頁(yè)

5.結(jié)論（1）故障診斷在現(xiàn)代維修工程中將發(fā)揮越來(lái)越關(guān)鍵的作用。（2）黑?灰?白集合篩選法是一種用于編制專家系統(tǒng)的新的推理方法，不同于IF、THEN和模糊診斷方法。此方法的關(guān)鍵在于在故障機(jī)理研究基礎(chǔ)上獲取判據(jù)。Dr.GaojinjiBeijingUniversityofChemicalTechnology,ChinaMechanicalfaultdiagnosisexpertsystembasedonBlack-Gray-Whitegatheringsievemethod第73頁(yè)/共162頁(yè)（3）黑?灰?白集合篩選法應(yīng)用計(jì)算機(jī)程序矩陣判別，不易漏掉可能原因，又妥善處理了一些難以確認(rèn)（灰色）的工程實(shí)際問題。（4）采用黑?灰?白集合篩選法編制的機(jī)械故障診斷專家系統(tǒng)在工程上應(yīng)用取得滿意結(jié)果。Dr.GaojinjiBeijingUniversityofChemicalTechnology,ChinaMechanicalfaultdiagnosisexpertsystembasedonBlack-Gray-Whitegatheringsievemethod第74頁(yè)/共162頁(yè)5、過程裝備故障自愈工程

5.1過程裝備復(fù)雜系統(tǒng)的故障自愈調(diào)控

5.2故障自愈調(diào)控研究的內(nèi)容

5.3典型實(shí)驗(yàn)及工程應(yīng)用探討

設(shè)備診斷與故障自愈工程第75頁(yè)/共162頁(yè)主要內(nèi)容：一、引言二、過程裝備復(fù)雜系統(tǒng)的故障自愈調(diào)控過程裝備故障自愈工程研究三、故障自愈調(diào)控研究的主要內(nèi)容及方法四、典型故障自愈調(diào)控技術(shù)實(shí)驗(yàn)及工程應(yīng)用研究五、結(jié)論第76頁(yè)/共162頁(yè)一、引言

過程裝備故障自愈工程研究

狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷技術(shù)，開始改變了傳統(tǒng)的事后維修(BM：BreakdownMaintenance)、定期計(jì)劃?rùn)z修（TBM：TimeBasedMaintenance），逐步實(shí)施預(yù)知維修（PdM：PredictiveMaintenance）和智能維護(hù)（IntellgentMaintenance），應(yīng)用信息技術(shù)和知識(shí)工程去指導(dǎo)人們何時(shí)停機(jī)檢修，指明故障的可能原因和要維修的部位。第77頁(yè)/共162頁(yè)一、引言

為了防止故障蘊(yùn)成機(jī)毀人亡的惡性事故，在石化、冶金、電力等流程工業(yè)，許多重要裝備都設(shè)有停車連鎖或緊急停車系統(tǒng)（ESD:EmergencyShutDown）。

第78頁(yè)/共162頁(yè)

共同特點(diǎn)就是必須停機(jī)后由人去修復(fù)機(jī)器和重新啟動(dòng)裝備使其恢復(fù)正常。這可能是因?yàn)檠b備是非生命的人工裝置與有生命的自組織如人和動(dòng)物不同，依賴人是必須的。

一、引言第79頁(yè)/共162頁(yè)

在系統(tǒng)論（Systemics）指導(dǎo)下，移植現(xiàn)代醫(yī)學(xué)“自主調(diào)理”治療原理，本文研究以故障預(yù)防和自愈為目標(biāo)的過程裝備自主調(diào)控原理。探討改變裝備完全靠人去“治愈”的傳統(tǒng)維修方式，應(yīng)用狀態(tài)監(jiān)測(cè)診斷技術(shù)、人工智能技術(shù)、主動(dòng)控制技術(shù)、信息和計(jì)算機(jī)技術(shù)等，在裝備發(fā)生故障之前，實(shí)現(xiàn)故障“自愈”的可能性。一、引言第80頁(yè)/共162頁(yè)二、過程裝備復(fù)雜系統(tǒng)的故障自愈調(diào)控

過程裝備故障自愈工程研究

大多數(shù)故障發(fā)生漸進(jìn)的，而相互作用是故障的終極原因。在故障形成過程中可能有若干因果關(guān)系，其最初始原因，往往是由于工藝、環(huán)境或輸入條件變化或操作不當(dāng)引起的，如果早期發(fā)現(xiàn)，及時(shí)采取恰當(dāng)?shù)拇胧┦峭耆梢苑乐沟?。但?duì)大量的由儀表或DCS測(cè)得的數(shù)據(jù)，操作人員難以及時(shí)發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生故障的最初始原因，錯(cuò)過了調(diào)控的時(shí)機(jī)，導(dǎo)致設(shè)備故障和事故。

第81頁(yè)/共162頁(yè)二、過程裝備復(fù)雜系統(tǒng)的故障自愈調(diào)控

如石化行業(yè)常用的關(guān)鍵設(shè)備離心分離機(jī)經(jīng)常發(fā)生軸承、密封等損壞嚴(yán)重事故,其原因往往是由于內(nèi)轉(zhuǎn)子和外轉(zhuǎn)鼓的強(qiáng)烈振動(dòng)，而振動(dòng)的原因又是由固、液物料分布不勻或堵塞造成動(dòng)不平衡引起的。一般情況，從轉(zhuǎn)鼓開始不平衡到產(chǎn)生振動(dòng)、再到機(jī)器損壞是有一段時(shí)間的，如果實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)機(jī)器的扭矩、電機(jī)電流，并對(duì)其振動(dòng)頻譜、相位進(jìn)行分析可以早期發(fā)現(xiàn)這一故障，采取暫停進(jìn)料和沖洗等措施是可以將這一故障在初始階段就消除的。

第82頁(yè)/共162頁(yè)

又如，大型工業(yè)爐經(jīng)常發(fā)生爐管結(jié)焦甚至爐管燒損事故，其原因常常是因?yàn)檫M(jìn)料泵異常，造成流量不足，而供加熱爐的燃料油沒及時(shí)調(diào)整仍保持原量，多余部分轉(zhuǎn)化為有害能量使?fàn)t管過熱，造成事故。類似的實(shí)例在工廠里經(jīng)?？梢姡收虾褪鹿试斐傻纳a(chǎn)損失驚人。

二、過程裝備復(fù)雜系統(tǒng)的故障自愈調(diào)控第83頁(yè)/共162頁(yè)

其根本的原因還是傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法有問題，即使國(guó)際上最先進(jìn)的石化裝備，設(shè)計(jì)時(shí)工藝、設(shè)備、儀表控制、電氣、計(jì)算機(jī)等都是以各專業(yè)為主單獨(dú)設(shè)計(jì)、互相交叉提供邊界條件，由各專業(yè)分別完成后組成一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)。但是,工程實(shí)踐表明，這種方法無(wú)法適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)的復(fù)雜系統(tǒng)的要求。二、過程裝備復(fù)雜系統(tǒng)的故障自愈調(diào)控第84頁(yè)/共162頁(yè)

現(xiàn)代系統(tǒng)論告訴我們，整體具有的特性并不存在于分離的部分之中，統(tǒng)一體要比它的各個(gè)部分的簡(jiǎn)單集合包含更多的東西。上述方法不是取決于裝備本身，而是由于人的局限性對(duì)總體各部分之間互相依賴、互相協(xié)調(diào)、互相關(guān)聯(lián)統(tǒng)籌研究甚少，實(shí)際上形成了許多“專業(yè)壁壘”，這是長(zhǎng)期以來(lái)“還原論”研究方法的產(chǎn)物。二、過程裝備復(fù)雜系統(tǒng)的故障自愈調(diào)控第85頁(yè)/共162頁(yè)

現(xiàn)代系統(tǒng)論揭示了生命系統(tǒng)與非生命系統(tǒng)之間的內(nèi)在聯(lián)系，指出了兩類系統(tǒng)之間并沒有嚴(yán)格的界線。人類本身與其創(chuàng)造的裝備在本質(zhì)上是有共性的，在與疾病和與故障作斗爭(zhēng)的方面也有許多相同之處。二、過程裝備復(fù)雜系統(tǒng)的故障自愈調(diào)控第86頁(yè)/共162頁(yè)

現(xiàn)代醫(yī)學(xué)認(rèn)為“自主調(diào)理是治療學(xué)的第一原理”，人的疾病可以“自愈”，也可以“治愈”，而迄今為止裝備的故障幾乎全部是靠人來(lái)修復(fù)即“治愈”的?，F(xiàn)代醫(yī)學(xué)已經(jīng)向修理機(jī)器學(xué)習(xí)，更換人的心臟、腎等零部件了，工程上也應(yīng)借鑒移植現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的“自主調(diào)理”治療原理，實(shí)現(xiàn)故障在裝備運(yùn)行中的“自愈”。

二、過程裝備復(fù)雜系統(tǒng)的故障自愈調(diào)控第87頁(yè)/共162頁(yè)

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界對(duì)裝備的故障自愈問題已開展了一些研究工作，如美國(guó)Michigan大學(xué)研究旋轉(zhuǎn)機(jī)械主動(dòng)平衡和振動(dòng)控制，美國(guó)LORD公司開發(fā)出的自動(dòng)平衡器（Auto-balancer），國(guó)內(nèi)浙江大學(xué)研究的旋轉(zhuǎn)機(jī)械失穩(wěn)，不平衡和不對(duì)中的在線消除等。但絕大多數(shù)研究還是局限于機(jī)械工程專業(yè)自身的范圍。

二、過程裝備復(fù)雜系統(tǒng)的故障自愈調(diào)控第88頁(yè)/共162頁(yè)

本項(xiàng)目研究是將過程裝備當(dāng)作一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)，即由相互作用和相互依賴的若干零部件、儀表、管路、閥門、控制器和執(zhí)行器組合的有能量、物質(zhì)、信息輸入和輸出的具有特定功能的有機(jī)整體進(jìn)行研究。本文以系統(tǒng)論為指導(dǎo)，應(yīng)用系統(tǒng)的聯(lián)系性原理，研究由監(jiān)測(cè)系統(tǒng)早期發(fā)現(xiàn)機(jī)械故障征兆，診斷出產(chǎn)生故障征兆的原因，并探明系統(tǒng)內(nèi)部的相互作用，分析因果鏈，查出最初始的原因，采取智能決策，在運(yùn)行中靠系統(tǒng)自身主動(dòng)調(diào)節(jié)控制措施將故障抑制在萌芽之中。

二、過程裝備復(fù)雜系統(tǒng)的故障自愈調(diào)控第89頁(yè)/共162頁(yè)

裝備故障自愈的方式1機(jī)器零部件損傷的探測(cè)與自修復(fù)，如止推軸承的自修復(fù)2轉(zhuǎn)動(dòng)部件的自動(dòng)平衡，如Autobalancer3機(jī)器內(nèi)部的自清潔,如離心機(jī)的主動(dòng)沖洗4對(duì)環(huán)境變化的自適應(yīng)，如潤(rùn)滑油溫的自動(dòng)調(diào)控5對(duì)輸入輸出條件變化的自適應(yīng)，如防喘振系統(tǒng)6熱后備系統(tǒng)的智能切換，如去氣動(dòng)三位兩通切換閥

二、過程裝備復(fù)雜系統(tǒng)的故障自愈調(diào)控第90頁(yè)/共162頁(yè)

為達(dá)到自愈的調(diào)控方法可以是多種多樣的，如上述工藝沖洗的方法消除動(dòng)不平衡、采用智能診斷切換熱后備（hotbackup）設(shè)備或系統(tǒng)、注入適量水降低被壓縮氣體溫度以防止壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)焦、注入改性-修復(fù)劑來(lái)修復(fù)柱塞泵已磨損的摩擦副等等。對(duì)于裝備故障的早期智能診斷和運(yùn)行中故障的預(yù)防和消除對(duì)策，國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界已經(jīng)進(jìn)行了許多研究工作，但將兩者結(jié)合為一體研究機(jī)、電、儀和工藝復(fù)雜系統(tǒng)運(yùn)行中的故障自愈調(diào)控原理至今尚未見報(bào)道。

二、過程裝備復(fù)雜系統(tǒng)的故障自愈調(diào)控第91頁(yè)/共162頁(yè)

故障自愈調(diào)控原理的研究為開發(fā)置于ESD前的故障自愈調(diào)控系統(tǒng)FSR（FaultSelf-recoveringregulator）提供了技術(shù)依據(jù)，F(xiàn)SR不停機(jī)故障自愈與ESD停機(jī)檢修功能對(duì)比如圖1所示。應(yīng)用這一原理可以改進(jìn)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，在設(shè)計(jì)階段就統(tǒng)籌考慮過程裝備復(fù)雜系統(tǒng)的智能監(jiān)控一體化，使其具備早期故障智能診斷和自愈調(diào)控功能。這樣可使未來(lái)的過程裝備減小依賴人的程度，使維修的責(zé)任從裝備的使用方轉(zhuǎn)移到裝備的設(shè)計(jì)制造方。這會(huì)迫使后者改進(jìn)傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，研制出具有故障自愈調(diào)控功能的、無(wú)故障、少故障或免維修、少維修的新一代過程裝備。二、過程裝備復(fù)雜系統(tǒng)的故障自愈調(diào)控第92頁(yè)/共162頁(yè)

研究以故障預(yù)防和自愈為目標(biāo)的過程裝備復(fù)雜系統(tǒng)自主調(diào)控原理和方法，要解決的關(guān)鍵問題，其一是過程裝備復(fù)雜系統(tǒng)早期故障初始原因的探查，含弱信息特征參量提取識(shí)別以及復(fù)雜系統(tǒng)因果鏈的分析，早期發(fā)現(xiàn)故障并查明導(dǎo)致故障發(fā)生的初始原因，這是故障自愈調(diào)控的前提；其二是以故障預(yù)防和自愈為目標(biāo)的自主調(diào)控方法及其關(guān)聯(lián)性，為抑制故障的自主調(diào)控方法及其對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)內(nèi)部及上層次更大系統(tǒng)多模型的關(guān)聯(lián)，以及如何確保過程裝備自身系統(tǒng)和其所在的大系統(tǒng)均進(jìn)入穩(wěn)定的有序狀態(tài)，是故障自愈調(diào)控的難點(diǎn)。

三、故障自愈調(diào)控研究的主要內(nèi)容及方法

過程裝備故障自愈工程研究第93頁(yè)/共162頁(yè)3．1過程裝備復(fù)雜系統(tǒng)早期故障初始原因探測(cè)3．2過程裝備復(fù)雜系統(tǒng)故障自愈調(diào)控的方法及其關(guān)聯(lián)性3．3故障自愈調(diào)控典型方法的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

三、故障自愈調(diào)控研究的主要內(nèi)容及方法

第94頁(yè)/共162頁(yè)

據(jù)系統(tǒng)論的“非加和原理”，不僅研究故障征兆信息與故障原因的對(duì)應(yīng)關(guān)系，而且把裝備看作多層次、非線性的復(fù)雜整體進(jìn)行研究。建立多維、多參數(shù)、非線性復(fù)雜系統(tǒng)模型。深入研究系統(tǒng)內(nèi)部各組成部分、系統(tǒng)與環(huán)境以及輸入和輸出物質(zhì)、能量、信息之間的相互作用、相互依賴關(guān)系；研究系統(tǒng)從穩(wěn)定的有序狀態(tài)變成無(wú)序狀態(tài)的過程、特點(diǎn)和規(guī)律；研究高層次的有序與低層次混沌的辯證關(guān)系。打破工藝、設(shè)備、儀表自控、電氣等專業(yè)壁壘，重點(diǎn)研究其相互作用、相互影響，找出故障形成過程、發(fā)展和防治規(guī)律，特別是故障萌芽時(shí)的特征。

3．1過程裝備復(fù)雜系統(tǒng)早期故障初始原因探測(cè)第95頁(yè)/共162頁(yè)

在過程裝備工況和狀態(tài)早期故障弱信號(hào)征兆的識(shí)別方法研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步通過采用計(jì)算機(jī)模擬，計(jì)算輸入、輸出系統(tǒng)能量的協(xié)調(diào)性及其有害能量的轉(zhuǎn)化和輸入輸出物質(zhì)特性的變化異常等，研究早期故障的探測(cè)。重點(diǎn)研究應(yīng)用系統(tǒng)的聯(lián)系性原理，即故障的最終極原因是相互作用的結(jié)果，研究系統(tǒng)故障形成的因果關(guān)系鏈，研究多因多果的復(fù)雜對(duì)應(yīng)關(guān)系及其分析方法，應(yīng)用諸多方面知識(shí)和現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)查明最初始原因。

3．1過程裝備復(fù)雜系統(tǒng)早期故障初始原因探測(cè)第96頁(yè)/共162頁(yè)

借鑒現(xiàn)代醫(yī)學(xué)“自主調(diào)理是治療學(xué)的第一原理”的原則，研究以故障預(yù)防和自愈為目標(biāo)的過程裝備智能自主調(diào)控機(jī)制，從而變機(jī)器的被動(dòng)修理為具有自愈功能，過程裝備自身可對(duì)發(fā)生故障的初始原因進(jìn)行自主調(diào)控，使其恢復(fù)到正常，并具有保持穩(wěn)定有序的機(jī)制和能力。研究故障自愈調(diào)控方法在過程裝備復(fù)雜系統(tǒng)中應(yīng)用的條件和場(chǎng)合。

3．2過程裝備復(fù)雜系統(tǒng)故障自愈調(diào)控的方法及其關(guān)聯(lián)性第97頁(yè)/共162頁(yè)

研究故障自愈調(diào)控的方法：系統(tǒng)小量變化的重新調(diào)整和恢復(fù)；過閾值的穩(wěn)定有序狀態(tài)的新的建立；機(jī)器的自修復(fù)及在運(yùn)行中采取防治技術(shù)對(duì)策的方法和可操作性等。研究自主調(diào)控方法對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)內(nèi)部及上層次更大系統(tǒng)多模型的關(guān)聯(lián)和影響，以及如何確保過程裝備自身系統(tǒng)和其所在的大系統(tǒng)均進(jìn)入穩(wěn)定的有序狀態(tài)。

3．2過程裝備復(fù)雜系統(tǒng)故障自愈調(diào)控的方法及其關(guān)聯(lián)性第98頁(yè)/共162頁(yè)

研究離心分離機(jī)械、工業(yè)加熱爐、往復(fù)壓縮機(jī)等各復(fù)雜系統(tǒng)內(nèi)各零部件及其與輸入輸出和環(huán)境的相互作用，以及可能發(fā)生的典型故障的諸因素間因果關(guān)聯(lián)鏈和早期消除方法等，并對(duì)可能發(fā)生的主要故障提出自愈調(diào)控的方法并進(jìn)行可行性分析；對(duì)離心分離機(jī)械系統(tǒng)故障自愈調(diào)控原理進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

3．3故障自愈調(diào)控典型方法的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證第99頁(yè)/共162頁(yè)

（1）汲取中醫(yī)樸素系統(tǒng)論的“黑箱法”和西醫(yī)還原論的“白箱法”的精髓，應(yīng)用“水晶箱法”原理，即認(rèn)為裝備是整體的又是透明的，內(nèi)部的結(jié)構(gòu)和作用機(jī)理是清楚的，整體又是沒有被分解的，并將此原理應(yīng)用于過程裝備復(fù)雜系統(tǒng)。將運(yùn)行中的過程裝備看成是動(dòng)態(tài)的、“活的”，研究其整體輸入輸出物質(zhì)、能量、信息，并了解其與環(huán)境以及裝備內(nèi)部結(jié)構(gòu)、多組成部分相互作用、相互依賴的關(guān)系?？朔鹘y(tǒng)的分離為多專業(yè)的研究設(shè)計(jì)方法，探索復(fù)雜系統(tǒng)多要素之間的作用和故障的復(fù)雜的因果對(duì)應(yīng)關(guān)系。3．3故障自愈調(diào)控典型方法的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證第100頁(yè)/共162頁(yè)

（2）用“定性和定量相結(jié)合的綜合集成法”，總結(jié)歸納工程實(shí)踐中事故、故障診斷和防治的案例，整理形成唯象理論，建立多模型的多維、多專業(yè)的互關(guān)聯(lián)系統(tǒng)。重點(diǎn)研究多參數(shù)、多因素互相作用、互相依賴、互相影響的復(fù)雜關(guān)系，從而研究出故障早期防止的途徑和方法。3．3故障自愈調(diào)控典型方法的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證第101頁(yè)/共162頁(yè)四、典型故障自愈調(diào)控技術(shù)實(shí)驗(yàn)及工程應(yīng)用研究

4．1工程實(shí)踐歸納總結(jié)4．2以典型過程裝備為對(duì)象，建立復(fù)雜系統(tǒng)的模型，研究故障發(fā)生、發(fā)展及防治共同規(guī)律4．3通過建立的復(fù)雜系統(tǒng)模型研究以故障自愈為目標(biāo)的自主調(diào)控方法4．4建立以故障預(yù)防和自愈為目標(biāo)的新型離心分離機(jī)及其主動(dòng)調(diào)控實(shí)驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證過程裝備故障自愈工程研究第102頁(yè)/共162頁(yè)

總結(jié)、調(diào)研、歸納石化企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)典型事故和故障案例，研究早期故障征兆識(shí)別特征及從多因多果復(fù)雜關(guān)系鏈中分析其初始原因及早期防止故障發(fā)生、發(fā)展的對(duì)策。要打破工藝、設(shè)備、儀表自動(dòng)控制和電氣以及人操作等因素的“專業(yè)壁壘”，總結(jié)出故障預(yù)防或故障自愈的對(duì)策，并歸納成唯象理論即定性的認(rèn)識(shí)及規(guī)律。

4．1工程實(shí)踐歸納總結(jié)第103頁(yè)/共162頁(yè)

建立離心分離機(jī)械、工業(yè)加熱爐、往復(fù)壓縮機(jī)等典型過程裝備復(fù)雜系統(tǒng)模型。通過對(duì)系統(tǒng)輸入、輸出物質(zhì)、能量平衡及有害能量轉(zhuǎn)換的計(jì)算以及狀態(tài)、工況信息的若干早期故障征兆特性來(lái)識(shí)別裝備故障，并采用經(jīng)驗(yàn)歸納和知識(shí)工程、專家系統(tǒng)分析找出復(fù)雜因果關(guān)系鏈中的最初始故障原因。

4．2以典型過程裝備為對(duì)象，建立復(fù)雜系統(tǒng)的模型，研究故障發(fā)生、發(fā)展及防治共同規(guī)律第104頁(yè)/共162頁(yè)

系統(tǒng)少量變化時(shí)的及時(shí)調(diào)整與恢復(fù)原狀態(tài)；過某一閾值的新的穩(wěn)定有序狀態(tài)的建立；并研究機(jī)器的自修復(fù)及反作用等抑制故障的若干方法和對(duì)策。

4．3通過建立的復(fù)雜系統(tǒng)模型研究以故障自愈為目標(biāo)的自主調(diào)控方法第105頁(yè)/共162頁(yè)

建立物料混合、液固輸送、離心分離機(jī)閉路循環(huán)系統(tǒng)并將其工藝控制系統(tǒng)與機(jī)器狀態(tài)監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)融為一體，開發(fā)出故障自愈調(diào)控系統(tǒng)。設(shè)計(jì)新型離心機(jī)，將自動(dòng)平衡系統(tǒng)用于其轉(zhuǎn)鼓之上。在此實(shí)驗(yàn)臺(tái)上至少可進(jìn)行如下故障自愈實(shí)驗(yàn)。

4．4建立以故障預(yù)防和自愈為目標(biāo)的新型離心分離機(jī)及其主動(dòng)調(diào)控實(shí)驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證第106頁(yè)/共162頁(yè)

（a）當(dāng)離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓出現(xiàn)振動(dòng)時(shí)自動(dòng)平衡系統(tǒng)可通過測(cè)試其在軸承上的振動(dòng)，分析其振動(dòng)原因是否由于不平衡引起的，并測(cè)定其不平衡量相位，調(diào)控系統(tǒng)通過安在機(jī)殼上的靜環(huán)對(duì)安在轉(zhuǎn)子上的動(dòng)環(huán)發(fā)出指令，調(diào)整動(dòng)環(huán)質(zhì)量分布，用來(lái)抵消轉(zhuǎn)鼓不平衡量引起的振動(dòng)，使機(jī)器振動(dòng)趨于平穩(wěn)。

4．4建立以故障預(yù)防和自愈為目標(biāo)的新型離心分離機(jī)及其主動(dòng)調(diào)控實(shí)驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證第107頁(yè)/共162頁(yè)

（b）當(dāng)機(jī)器發(fā)生振動(dòng)時(shí)，可以通過電機(jī)電流、轉(zhuǎn)鼓扭矩、軸承處振動(dòng)分析等判別是否轉(zhuǎn)鼓物料不均勻造成振動(dòng)，如果是，可以通過FSR故障自愈調(diào)控系統(tǒng)主動(dòng)關(guān)閉進(jìn)料閥，并開啟沖洗閥門，消除物料引進(jìn)的轉(zhuǎn)鼓不平衡，待判斷機(jī)器狀態(tài)良好時(shí)，重新啟動(dòng)進(jìn)料閥門，恢復(fù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。同時(shí)也要分析物料堵、不均勻的原因是漿料固液比還是物料粘度等，并指令工藝方面進(jìn)行另外的調(diào)控。

4．4建立以故障預(yù)防和自愈為目標(biāo)的新型離心分離機(jī)及其主動(dòng)調(diào)控實(shí)驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證第108頁(yè)/共162頁(yè)

（c）安有氣動(dòng)控制的三位兩通切換閥，其上裝有兩個(gè)爆破片。當(dāng)系統(tǒng)瞬間超壓時(shí)，工作的爆破片爆開，故障自愈調(diào)控系統(tǒng)將啟動(dòng)切換閥，使備用爆破片投入運(yùn)行。

4．4建立以故障預(yù)防和自愈為目標(biāo)的新型離心分離機(jī)及其主動(dòng)調(diào)控實(shí)驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證第109頁(yè)/共162頁(yè)

4．4建立以故障預(yù)防和自愈為目標(biāo)的新型離心分離機(jī)及其主動(dòng)調(diào)控實(shí)驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證第110頁(yè)/共162頁(yè)第111頁(yè)/共162頁(yè)

這一課題是從工程實(shí)踐中提出的，流程工業(yè)中大量裝備事故如何早期預(yù)防，故障如何防治是迫切需要解決的重大技術(shù)難關(guān)。研究故障自愈調(diào)控原理有工程基礎(chǔ)是一個(gè)十分有利的條件。許多科學(xué)原理、理論如著名科學(xué)家錢學(xué)森創(chuàng)立的工程控制論就是源于工程實(shí)踐的。

4．4建立以故障預(yù)防和自愈為目標(biāo)的新型離心分離機(jī)及其主動(dòng)調(diào)控實(shí)驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證第112頁(yè)/共162頁(yè)

近年來(lái)國(guó)內(nèi)外在狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷、人工智能控制、優(yōu)化控制等眾多領(lǐng)域已取得了許多成果，可以博采眾長(zhǎng)，綜合集成，直接應(yīng)用于故障自愈調(diào)控原理研究。有現(xiàn)代系統(tǒng)科學(xué)指導(dǎo)，借鑒現(xiàn)代醫(yī)學(xué)在診病、治病方面的成果和經(jīng)驗(yàn)，有可能對(duì)過程工業(yè)裝備故障防治原理和應(yīng)用上有所突破。現(xiàn)代工程裝備專業(yè)壁壘等問題在系統(tǒng)論指導(dǎo)下可以迎刃而解。

4．4建立以故障預(yù)防和自愈為目標(biāo)的新型離心分離機(jī)及其主動(dòng)調(diào)控實(shí)驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證第113頁(yè)/共162頁(yè)五、結(jié)論

過程裝備故障自愈調(diào)控原理研究的特色在于是從裝備早期故障征兆探測(cè)分析出發(fā)，在故障沒有形成之時(shí)，找出其初始原因，并對(duì)工藝過程操作等采取主動(dòng)調(diào)控方法，達(dá)到故障自愈。不同于傳統(tǒng)的處理機(jī)械故障僅采取機(jī)電系統(tǒng)本身對(duì)策來(lái)消除故障的自愈方法。其創(chuàng)新之處有二：過程裝備故障自愈工程研究第114頁(yè)/共162頁(yè)

(1)在過程裝備復(fù)雜系統(tǒng)中引入以故障預(yù)防和自愈為目標(biāo)的自主調(diào)控機(jī)制，打破傳統(tǒng)的“專業(yè)壁壘”，從多因多果復(fù)雜因果鏈中找出產(chǎn)生故障征兆的最初始原因，通過裝備運(yùn)行中主動(dòng)調(diào)控消除產(chǎn)生故障的初始原因，將故障消除在萌芽之中。

(2)首次提出在流程工業(yè)廣泛應(yīng)用的緊急停車系統(tǒng)（ESD）之前增設(shè)故障自愈調(diào)控系統(tǒng)（FSR），可在確保安全的前提下大幅度減少自動(dòng)連鎖緊急停車，在某些過程裝備的一些場(chǎng)合五、結(jié)論第115頁(yè)/共162頁(yè)

五、結(jié)論第116頁(yè)/共162頁(yè)6、未來(lái)裝備醫(yī)工程思維

6.1引言

6.2關(guān)于自組織和他組織，裝備和人的異同

6.3疾病和故障成因及其診斷

設(shè)備診斷與故障自愈工程第117頁(yè)/共162頁(yè)6、未來(lái)裝備醫(yī)工程思維

6.4治療原理和治療深度

6.5中西醫(yī)的黑箱法和白箱法，醫(yī)工程的水晶箱法

6.6設(shè)備診斷技術(shù)研究的一些誤區(qū)

6.7結(jié)論和展望

設(shè)備診斷與故障自愈工程第118頁(yè)/共162頁(yè)主要內(nèi)容：一、前言二、關(guān)于自組織和他組織，裝備與人的異同關(guān)于裝備醫(yī)工程的若干思考三、

疾病和故障成因及其診斷四、治療原理和治療深度五、中西醫(yī)的黑箱法和白箱法，醫(yī)工程的水晶箱法七、結(jié)論和展望六、當(dāng)前設(shè)備診斷研究的若干誤區(qū)分析第119頁(yè)/共162頁(yè)一、前言關(guān)于裝備醫(yī)工程的若干思考

安全和可靠度對(duì)現(xiàn)代裝備至關(guān)重要。1967年美國(guó)宇航局（NASA）在推行阿波羅計(jì)劃中專門成立了國(guó)家機(jī)械故障預(yù)防小組（MFPG）；不久英國(guó)也成立了由R.A.Collacott領(lǐng)導(dǎo)的機(jī)械保健中心（UKMHMC），其后相應(yīng)的機(jī)構(gòu)也應(yīng)運(yùn)而生。近些年來(lái)，國(guó)際科學(xué)和工程界開始大量借用機(jī)器健康、診斷、防治、工業(yè)大夫等醫(yī)學(xué)術(shù)語(yǔ)，將醫(yī)學(xué)上的一些理念運(yùn)用到設(shè)備工程中，這已成為該領(lǐng)域新的發(fā)展趨勢(shì)。

第120頁(yè)/共162頁(yè)一、前言

人類醫(yī)學(xué)歷史悠久，1747年歐洲人在《人是機(jī)器》一書中提出應(yīng)該用機(jī)器原理來(lái)分析人體結(jié)構(gòu)、病因和病理，認(rèn)為臨床診治是：“身體是機(jī)器，疾病是機(jī)器故障的結(jié)果，醫(yī)生的任務(wù)是修機(jī)器”。第121頁(yè)/共162頁(yè)

人類本身與其所創(chuàng)造的裝備在本質(zhì)上是有共性的，在與疾病和與故障的斗爭(zhēng)方面也有很多相同或相近之處。機(jī)械工程關(guān)于故障防治的許多關(guān)鍵技術(shù)可以而且應(yīng)該借鑒醫(yī)學(xué)科學(xué)原理去探索解決。一、前言第122頁(yè)/共162頁(yè)

因此，將醫(yī)學(xué)理論和方法用于裝備的故障診斷、預(yù)測(cè)和防治，有可能逐步形成、用工程手段來(lái)防治故障的專門用于裝備的新醫(yī)學(xué)，本文將其稱作“裝備醫(yī)工程”（PME:PlantMedicalEngineering）。一、前言第123頁(yè)/共162頁(yè)

裝備醫(yī)工程（簡(jiǎn)稱醫(yī)工程）是研究裝備一生全過程及其同故障斗爭(zhēng)的一門科學(xué)體系，屬工程科學(xué)范疇。

一、前言第124頁(yè)/共162頁(yè)

視裝備為有物質(zhì)和能量輸入輸出的、能接收和發(fā)出信息的“活機(jī)器”，從裝備的整體性及其同外界環(huán)境的特征關(guān)系出發(fā)，用實(shí)驗(yàn)研究、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、臨床診斷等方法，不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，研究裝備和外界環(huán)境相互關(guān)系，研究裝備故障發(fā)生、發(fā)展及其防治、根除的規(guī)律，以提高裝備素質(zhì)、杜絕事故、減少故障、延長(zhǎng)壽命和運(yùn)轉(zhuǎn)周期，改進(jìn)裝備功能。

一、前言裝備醫(yī)工程第125頁(yè)/共162頁(yè)二、關(guān)于自組織和他組織，裝備與人的異同關(guān)于裝備醫(yī)工程的若干思考

自組織是指動(dòng)力、指令、調(diào)節(jié)都來(lái)自系統(tǒng)自身內(nèi)部的組織機(jī)制和過程；

他組織是指動(dòng)力、指令、調(diào)節(jié)都來(lái)自系統(tǒng)自身外部的組織機(jī)制和過程。第126頁(yè)/共162頁(yè)二、關(guān)于自組織和他組織，裝備與人的異同

人是天然自然物，是世界上最高級(jí)的自組織。裝備則是由人來(lái)創(chuàng)建的人工自然物，其設(shè)計(jì)制造、安裝檢修、操作調(diào)節(jié)都完全依靠人去完成，是典型的他組織。

顯而易見，裝備和人是截然不同的。第127頁(yè)/共162頁(yè)

耗散結(jié)構(gòu)理論是比利時(shí)物理學(xué)家普利高津于1969年創(chuàng)立的，于1977年榮獲諾貝爾獎(jiǎng)。他證明了，在不違背熱力學(xué)第二定律的前提下，系統(tǒng)可以出現(xiàn)負(fù)熵增加機(jī)制，使系統(tǒng)總的熵變化趨于減少，即增加有序性，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)從無(wú)序向有序的進(jìn)化。這為理解生命的本質(zhì)、健康的本質(zhì)，提供了最新的理論支柱。二、關(guān)于自組織和他組織，裝備與人的異同

第128頁(yè)/共162頁(yè)

有些學(xué)者認(rèn)為，人與機(jī)器的最為深刻和本質(zhì)的特征是，人是耗散結(jié)構(gòu)，而機(jī)器不是耗散結(jié)構(gòu)。原因：(a)機(jī)器是封閉系統(tǒng)，不是開放系統(tǒng)；(b)機(jī)器是平衡系統(tǒng)，必須保持熱力學(xué)的平衡條件，(c)機(jī)器不存在非線性相互作用，不能把從環(huán)境輸入的物質(zhì)轉(zhuǎn)化為機(jī)體自身，沒有負(fù)熵產(chǎn)生，不能自己升高有序度。二、關(guān)于自組織和他組織，裝備與人的異同

第129頁(yè)/共162頁(yè)

筆者認(rèn)為，這結(jié)論僅僅適用于停運(yùn)的“死機(jī)器”。運(yùn)行中的“活機(jī)器”不是遠(yuǎn)離而是靠近乃至符合耗散結(jié)構(gòu)的3個(gè)基本條件：(a)機(jī)器是開放系統(tǒng)，如一臺(tái)工業(yè)泵，它輸入電能，吸入流體，排出壓力升高后的流體，并產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲，與環(huán)境有物質(zhì)、能量和信息的交換；(b)機(jī)器在運(yùn)行時(shí)，不是簡(jiǎn)單的熱力學(xué)平衡系統(tǒng)，而是與外界有物質(zhì)、能量和信息的交換的動(dòng)態(tài)的有序穩(wěn)定系統(tǒng)，與外界的交換并不能使機(jī)器瓦解；(c)機(jī)器存在非線性的相互作用。二、關(guān)于自組織和他組織，裝備與人的異同

第130頁(yè)/共162頁(yè)例如：透平壓縮機(jī)的防喘振和自動(dòng)平衡系統(tǒng)，都是通過機(jī)體的自身調(diào)節(jié)來(lái)升高其有序度；

近些年，能自動(dòng)修復(fù)已磨損的透平機(jī)械軸承和柱塞泵的潤(rùn)滑油填充劑業(yè)已問世。二、關(guān)于自組織和他組織，裝備與人的異同

第131頁(yè)/共162頁(yè)二、關(guān)于自組織和他組織，裝備與人的異同

按照耗散結(jié)構(gòu)理論，宇宙中的各種系統(tǒng)，不論是有生命的、無(wú)生命的，實(shí)際上無(wú)一不是與周圍環(huán)境有著相互依存和相互作用的開放系統(tǒng)。因而，運(yùn)行的裝備和人一樣，都是開放系統(tǒng)，兩者并無(wú)嚴(yán)格界限。第132頁(yè)/共162頁(yè)

人類的科學(xué)研究活動(dòng)是原因和結(jié)果及其相互關(guān)系的探討。人的疾病和裝備故障的成因及其診斷無(wú)疑是人類生存面臨的永恒課題。三、疾病和故障成因及其診斷關(guān)于裝備醫(yī)工程的若干思考第133頁(yè)/共162頁(yè)

醫(yī)學(xué)研究病理的深層規(guī)律并提出“系統(tǒng)的聯(lián)系性”原理，認(rèn)為“相互作用是疾病的真正終極原因”；提出“要素質(zhì)”、“系統(tǒng)質(zhì)”以及“系統(tǒng)的非加合性”原理等。三、疾病和故障成因及其診斷第134頁(yè)/共162頁(yè)

可以借鑒這些原理和方法去研究裝備部件和整機(jī)及其相互作用的關(guān)系，在多因多果的復(fù)雜關(guān)系中，找出故障原因與征兆的因果對(duì)應(yīng)關(guān)系，攻克當(dāng)前故障機(jī)理、故障診斷和預(yù)測(cè)方法研究中的技術(shù)難關(guān)。三、疾病和故障成因及其診斷第135頁(yè)/共162頁(yè)

1、系統(tǒng)論的整體性原理，疾病和故障的層次性；三、疾病和故障成因及其診斷2、系統(tǒng)論的聯(lián)系性原理，病因病機(jī)和故障機(jī)理的深層規(guī)律；3、健康的本質(zhì)是有序穩(wěn)定。第136頁(yè)/共162頁(yè)1、系統(tǒng)論的整體性原理，疾病和故障的層次性；三、疾病和故障成因及其診斷

整體性原理，即系統(tǒng)整體的屬性、功能、行為原則上區(qū)別于系統(tǒng)內(nèi)各要素的屬性、功能、行為或其相加和。該原理可簡(jiǎn)述為：系統(tǒng)的整體大于它各部分的總和。第137頁(yè)/共162頁(yè)

人是典型的非加和系統(tǒng)，系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)和層次序列，在人身上典型的表現(xiàn)出來(lái)。例如，在器官水平上，神經(jīng)、循環(huán)、呼吸、泌尿、內(nèi)分泌等器官系統(tǒng)的整體功能，并不是各系統(tǒng)內(nèi)相關(guān)器官的簡(jiǎn)單相加，而是在系統(tǒng)水平上呈現(xiàn)的整體性能。

3.1系統(tǒng)論的整體性原理，疾病和故障的層次性第138頁(yè)/共162頁(yè)

在機(jī)械工程實(shí)踐中，機(jī)器的零部件均合格達(dá)標(biāo)，組裝起來(lái)的整機(jī)發(fā)生故障的實(shí)例屢見不鮮，完全符合醫(yī)學(xué)上常用的“系統(tǒng)的非加合性”原理。實(shí)例：六維對(duì)中3.1系統(tǒng)論的整體性原理，疾病和故障的層次性第139頁(yè)/共162頁(yè)

三、疾病和故障成因及其診斷2、系統(tǒng)論的聯(lián)系性原理，病因病機(jī)和故障機(jī)理的深層規(guī)律

系統(tǒng)論的聯(lián)系性原理反映了相互作用在事物的形成和發(fā)展和變化中的決定作用和地位，這是世界上的一種普遍規(guī)律。黑格爾在對(duì)立統(tǒng)一規(guī)律的研究中，明確提出，交互作用是事物的真正終極原因。

第140頁(yè)/共162頁(yè)

現(xiàn)代科學(xué)和哲學(xué)的系統(tǒng)中心論揭示了因果關(guān)系的更深刻、更本質(zhì)的客觀規(guī)律性，更符合人的疾病和裝備故障的實(shí)際，可以用來(lái)指導(dǎo)研究病因、病理和故障機(jī)理。其特點(diǎn)：其一，人的病變和裝備的故障的終極原因是其所處的相互作用異常。其二，“實(shí)體”致病的“因”作用不過是關(guān)系網(wǎng)異常的一種“果”實(shí)體性因素是否發(fā)生致病和產(chǎn)生故障的作用并不是由其本身決定，而是由其所處的關(guān)系網(wǎng)決定。3.2系統(tǒng)論的聯(lián)系性原理，病因病機(jī)和故障機(jī)理的深層規(guī)律第141頁(yè)/共162頁(yè)三、疾病和故障成因及其診斷3、健康的本質(zhì)是有序穩(wěn)定

現(xiàn)代醫(yī)學(xué)將人看成是一個(gè)“耗散結(jié)構(gòu)”，健康的本質(zhì)是處于“有序穩(wěn)定”狀態(tài)，保持健康的根本點(diǎn)不在于那種宏觀的穩(wěn)定狀態(tài)，而在于調(diào)節(jié)控制那些建立和保持這種狀態(tài)的具體機(jī)制，對(duì)于這個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)可用“熵病”和“有序度”來(lái)評(píng)價(jià)。所以應(yīng)該引入機(jī)器運(yùn)行“健康狀態(tài)”的評(píng)價(jià)方法和標(biāo)準(zhǔn)。第142頁(yè)/共162頁(yè)

深入研究設(shè)備故障的深層次內(nèi)涵，探討其與“有序穩(wěn)定度”和與可靠度間的關(guān)系。在理論上，研究“熵病”和“有序度”在裝備工程上的含義，提出新的概念。結(jié)合工程實(shí)例，以高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械為突破，研究滑動(dòng)軸承——轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的振動(dòng)故障機(jī)理，建立數(shù)學(xué)模型，計(jì)算分析故障和“