機械設備狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷技術(shù)PPT

1、機械設備故障診斷技術(shù),振動、沖擊、噪聲國家重點實驗室(上海交通大學) 2005年5月18日,2020年8月29日星期六,上海交通大學 振動、沖擊、噪聲國家重點實驗室,2,提綱,引 言 學科范疇 學科發(fā)展意義 監(jiān)測與診斷技術(shù)基礎 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,引言,引 言 學科范疇 學科發(fā)展意義 監(jiān)測與診斷技術(shù)基礎,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,2020年8月29日星期六,上海交通大學 振動、沖擊、噪聲國家重點實驗室,4,引言,現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)對機械設備的要求: 可靠性 可用性 維修性 經(jīng)濟性 安全性 進行全壽命管理，實行全面質(zhì)量保證體系制度 機械設備狀態(tài)監(jiān)測與故

2、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,2020年8月29日星期六,上海交通大學 振動、沖擊、噪聲國家重點實驗室,5,引言,機械設備是現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)的物質(zhì)技術(shù)基礎，設備管理則是企業(yè)管理中的重要領域 也就是說，企業(yè)管理的現(xiàn)代化必然要以設備管理的現(xiàn)代化作為其重要組成部分 機械設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)在設備管理與維修現(xiàn)代化中占有重要的地位,我國已將設備診斷技術(shù)、修復技術(shù)和潤滑技術(shù)列為設備管理和維修工作的三項基礎技術(shù),2020年8月29日星期六,上海交通大學 振動、沖擊、噪聲國家重點實驗室,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) 預防維修

3、(PM)視情維修(COM)、狀態(tài)維修(CBM)和計劃(定期)維修(TBM),2020年8月29日星期六,上海交通大學 振動、沖擊、噪聲國家重點實驗室,7,引言,狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)是預防(狀態(tài))維修的必要條件 推廣和應用設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)可以達到如下目的： 保障設備運行安全，防止突發(fā)事故 保證設備工作精度，提高產(chǎn)品質(zhì)量 實施狀態(tài)維修(或預防維修)，節(jié)約維修費用 避免設備事故帶來的環(huán)境污染及其它危害 給企業(yè)部門帶來較大的間接經(jīng)濟效益,2020年8月29日星期六,上海交通大學 振動、沖擊、噪聲國家重點實驗室,8,引言,實踐證明，機械設備狀態(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

4、被動局面 正在向預防(狀態(tài))維修的新方式推進 促使設備壽命周期費用最經(jīng)濟和綜合效率最高 可見，狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)是開展預防(狀態(tài))維修的重要支撐,2020年8月29日星期六,上海交通大學 振動、沖擊、噪聲國家重點實驗室,9,引言,機械設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷 是一門正在不斷完善和發(fā)展的交叉型學科 是一項與現(xiàn)代化工業(yè)大生產(chǎn)緊密相關的技術(shù) 是機械學科領域的研究熱點之一 故障診斷學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 復雜故障產(chǎn)生機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)絡化遠程診斷系統(tǒng),學科范疇,引 言 學科范疇 學科發(fā)展意義 監(jiān)測與診

5、斷技術(shù)基礎,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,2020年8月29日星期六,上海交通大學 振動、沖擊、噪聲國家重點實驗室,11,學科范疇,2020年8月29日星期六,上海交通大學 振動、沖擊、噪聲國家重點實驗室,12,定義,機械設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷 是識別機械設備(機器或機組)運行狀態(tài)的一門綜合性應用科學和技術(shù)，它主要研究機械設備運行狀態(tài)的變化在診斷信息中的反映 通過測取設備狀態(tài)信號，并結(jié)合其歷史狀況對所測信號進行處理分析，特征提取，從而定量診斷(識別)機械設備及其零部件的運行狀態(tài)(正常、異常、故障)，進一步預測將來狀態(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

6、斷(識別)和預測三個方面,2020年8月29日星期六,上海交通大學 振動、沖擊、噪聲國家重點實驗室,13,定義 技術(shù)結(jié)構(gòu)關系,2020年8月29日星期六,上海交通大學 振動、沖擊、噪聲國家重點實驗室,14,定義 監(jiān)測與診斷的關系,機械設備狀態(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)來檢查設備狀態(tài)，并根據(jù)特征參數(shù)值與門限值之間的關系來決定設備的狀態(tài) 如果對設備進行定期或連續(xù)的狀態(tài)監(jiān)測，便可獲得有關設備狀態(tài)變化的趨勢規(guī)律，據(jù)此可預測和預報設備的將來狀態(tài)。通常這就叫做趨勢分析 故障診斷

7、也稱為精密診斷，不僅要掌握設備的狀態(tài)正常與否，同時還需要對產(chǎn)生故障的原因、部件（位置）以及故障的嚴重程度進行深入的分析和判斷,學科發(fā)展意義,引 言 學科范疇 學科發(fā)展意義 監(jiān)測與診斷技術(shù)基礎,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,2020年8月29日星期六,上海交通大學 振動、沖擊、噪聲國家重點實驗室,16,故障診斷的目的,目標：保證設備的安全、可靠和高效、經(jīng)濟運行 主要目的： 及時、正確、有效地對設備的各種異常或故障狀態(tài)作出診斷，預防或消除故障；同時對設備的運行維護進行必要的指導。確保可靠性、安全性和有效性 制定合理的監(jiān)測維修制度，保證設備發(fā)揮最大設計能力,同時在允許的條件下充分挖

8、掘設備潛力，延長其服役期及使用壽命，降低設備全壽命周期費用 通過檢測、分析、性能評估等，為設備修改結(jié)構(gòu)、優(yōu)化設計、合理制造及生產(chǎn)過程提供數(shù)據(jù)和信息,2020年8月29日星期六,上海交通大學 振動、沖擊、噪聲國家重點實驗室,17,故障診斷的任務,狀態(tài)監(jiān)測： 了解和掌握設備的運行狀態(tài)。包括采用各種檢測、測量、監(jiān)視、分析和判別方法，結(jié)合設備的歷史和現(xiàn)狀，考慮環(huán)境因素，對運行狀態(tài)作出評估，并為進一步分析提供信息 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)境條件及運行歷史，對故障進行預報和分析、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,2020年

9、8月29日星期六,上海交通大學 振動、沖擊、噪聲國家重點實驗室,18,故障診斷的任務,指導設備管理和維修： 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)；為推進視情維修體制提供依據(jù),2020年8月29日星期六,上海交通大學 振動、沖擊、噪聲國家重點實驗室,19,開展故障診斷工作的意義,有利于提高設備管理水平 “ 管好、用好、修好”設備，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)濟效益，推動國民經(jīng)濟持續(xù)、穩(wěn)定、協(xié)調(diào)地發(fā)展 機械設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷是提高設備管理水平的一個重要組成部分,2020年8月29日星期六,上海交通大學 振動、沖擊、噪聲國家重點實

10、驗室,20,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)代設備的結(jié)構(gòu)越來越復雜，功能越來越完善，自動化程度越來越高。但是，當設備出現(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)濟損失，往往還會帶來災難性的事故 發(fā)展機械設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)，并進行有效、合理的實施，可以掌握設備的狀態(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,2020年8月29日星期六,上海交通大學 振動、沖擊、噪聲國家重點實驗室,21,開展故障診斷工作的意義,可以獲得潛在的巨大經(jīng)濟和社會效益 生產(chǎn)設備停機、停工帶來的單位損失越來越大 最大限度降低設備壽命周期費用，最大限度提高以生產(chǎn)

11、經(jīng)濟性為目標的管理 壽命周期費用(LCC) 研制費用生產(chǎn)費用使用、維修費用 購置費用使用、維修費用 推行設備診斷技術(shù)和現(xiàn)代維修技術(shù)，有助于減少使用、維修費用，從而從整體上降低設備的壽命周期費用,2020年8月29日星期六,上海交通大學 振動、沖擊、噪聲國家重點實驗室,22,開展故障診斷工作的意義 舉例,我國因機械設備事故造成的損失十分嚴重 1985年10月29日山西大同第二電廠20萬千瓦2號機組因超速誘發(fā)軸系強烈振動，軸系斷裂為五段，機組嚴重損壞，直接經(jīng)濟損失達1400萬元； 1988年2月12日陜西秦嶺電廠20萬千瓦5號機組軸系發(fā)生突發(fā)性強烈振動，軸系斷裂為十三段，機組嚴重損毀，直接經(jīng)濟損失

12、達3000萬元； 對石化引進30萬噸合成氨和40萬噸尿素化肥廠中的五大透平壓縮機組的初步調(diào)查結(jié)果表明，僅1977年和1978年的兩年的不完全統(tǒng)計，機械事故就高達一百多次，遭受經(jīng)濟損失約有幾個億,2020年8月29日星期六,上海交通大學 振動、沖擊、噪聲國家重點實驗室,23,開展故障診斷工作的意義 舉例,宏觀上實施故障診斷能帶來經(jīng)濟效益 1980年度美國用于設備維修的費用為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(包括缺乏正確的狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷技術(shù))而浪費掉的 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，每年用于設備大修、小修及處

13、理故障的費用一般占固定資產(chǎn)原值的35%。因此，采用狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷技術(shù)改善設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)濟效益,2020年8月29日星期六,上海交通大學 振動、沖擊、噪聲國家重點實驗室,24,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，實施故障診斷后，事故率減少75%，維修費用降低25-50% 英國2000家大型工廠采用診斷技術(shù)后每年節(jié)省維修費用達3億英鎊，而每年用于投資故障診斷系統(tǒng)和技術(shù)手段的費用為0.5億英鎊，從而凈獲益達2.5億英鎊/年 美國pekrul發(fā)電廠實施故障診斷技術(shù)后的經(jīng)濟效益達到其本身投入的36倍,2020年8月29日星期

14、六,上海交通大學 振動、沖擊、噪聲國家重點實驗室,25,美國Pekrul電廠故障診斷效益分析,監(jiān)測與診斷技術(shù)基礎,引 言 學科范疇 學科發(fā)展意義 監(jiān)測與診斷技術(shù)基礎,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,2020年8月29日星期六,上海交通大學 振動、沖擊、噪聲國家重點實驗室,27,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,2020年8月29日星期六,上海交通大學 振動、沖擊、噪聲國家重點實驗室,28,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) 事實上狀態(tài)

15、監(jiān)測與故障診斷是一門綜合性極強、涉及面非常廣泛、學科交叉滲透十分豐富的技術(shù) 除了應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),2020年8月29日星期六,上海交通大學 振動、沖擊、噪聲國家重點實驗室,29,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動 機械振動信號中包含了豐富的機器狀態(tài)信息，它是機械設備故障特征信息的良好載體 利用振動信號來獲取機械設備的運行狀態(tài)并進行故障診斷具有如下優(yōu)點： 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)場不停機的情況下進行 無損性：在振動監(jiān)測過程中，不會對被測

16、對象造成損傷,2020年8月29日星期六,上海交通大學 振動、沖擊、噪聲國家重點實驗室,30,信號處理技術(shù),信號處理技術(shù)是進行故障診斷的基礎，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)，在實際運用中發(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,2020年8月29日星期六,上海交通大學 振動、沖擊、噪聲國家重點實驗室,31,(傳統(tǒng))信號處理技術(shù),Transfer Function,FFT (Fast Fourier Transform),Correlation,PSD,特征提取技術(shù),

17、2020年8月29日星期六,上海交通大學 振動、沖擊、噪聲國家重點實驗室,32,(傳統(tǒng))信號處理結(jié)果示例,2020年8月29日星期六,上海交通大學 振動、沖擊、噪聲國家重點實驗室,33,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 為準確、有效地獲得故障特征信息，目前重點是：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、,2020年8月29日星期六,上海交通大學 振動、沖擊、噪聲國家重點實驗室,34

18、,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、關聯(lián)維數(shù),2020年8月29日星期六,上海交通大學 振動、沖擊、噪聲國家重點實驗室,35,現(xiàn)代信號處理結(jié)果示例-時頻分布,2020年8月29日星期六,上海交通大學 振動、沖擊、噪聲國家重點實驗室,36,現(xiàn)代信號處理結(jié)果示例-時頻分布,2020年8月29日星期六,上海交通大學 振動、沖擊、噪聲國家重點實驗室,37,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

19、上的分辨率,2020年8月29日星期六,上海交通大學 振動、沖擊、噪聲國家重點實驗室,38,現(xiàn)代信號處理結(jié)果示例-小波包分析,2020年8月29日星期六,上海交通大學 振動、沖擊、噪聲國家重點實驗室,39,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脈沖,用Hermitian小波變換對含有微弱準脈沖和噪聲的正弦信號進行分析,2020年8月29日星期六,上海交通大學 振動、沖擊、噪聲國家重點實驗室,40,現(xiàn)代信號處理結(jié)果示例-小波尺度與相位譜,2020年8月29日星期六,上海交通大學 振動、沖擊、噪聲國家重點實驗室,41,現(xiàn)代信號處理結(jié)果示例-雙譜分析,

20、非參數(shù)雙譜定義為三階累積量譜,2020年8月29日星期六,上海交通大學 振動、沖擊、噪聲國家重點實驗室,42,現(xiàn)代信號處理結(jié)果示例-雙譜分析,Input vector for LVQ: 4 x 8 Peak values of projection of Bispectrum,projection of Bi-Sp,2020年8月29日星期六,上海交通大學 振動、沖擊、噪聲國家重點實驗室,43,現(xiàn)代信號處理結(jié)果示例-雙譜分析,Bi-Sp Method,MAC Method,2020年8月29日星期六,上海交通大學 振動、沖擊、噪聲國家重點實驗室,44,現(xiàn)代信號處理結(jié)果示例-循環(huán)平穩(wěn)信號,循環(huán)平

21、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)機械的振動信號，尤其是當故障發(fā)生時，往往表現(xiàn)為典型的周期性變化信號,2020年8月29日星期六,上海交通大學 振動、沖擊、噪聲國家重點實驗室,45,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 譜相關密度幅值,BPSK信號的譜相關密度(SCD)幅值,白噪聲和五個AM干擾信號的SCD 譜相關密度幅值,SCD - Spectral correlation density BPSK signal - Binary Phase-

22、Shift Keyed signal,2020年8月29日星期六,上海交通大學 振動、沖擊、噪聲國家重點實驗室,46,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)自相關函數(shù) (CACF),2020年8月29日星期六,上海交通大學 振動、沖擊、噪聲國家重點實驗室,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30 Hz處的切片,循環(huán)頻率70 Hz處的切片,60 Hz處的切片,2020年8月29日星期六,上海交通大學 振動、沖擊、噪聲國家重點實驗室,48,現(xiàn)代信號處理結(jié)果示例-循環(huán)平穩(wěn)信號,循環(huán)頻

23、率1970 Hz處的切片,循環(huán)頻率1930 Hz處的切片,2020年8月29日星期六,上海交通大學 振動、沖擊、噪聲國家重點實驗室,49,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)(Blind Source Separation)，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立源信號的一種技術(shù),2020年8月29日星期六,上海交通大學 振動、沖擊、噪聲國家重點實驗室,50,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

24、離結(jié)果,2020年8月29日星期六,上海交通大學 振動、沖擊、噪聲國家重點實驗室,51,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。 Jiawei Han,由于在研究和應用領域，“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。,2020年8月29日星期六,上海交通大學 振動、沖擊、噪聲國家重點實驗室,52,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,2020年8月29日星期六,上海交通大學 振動、沖擊、噪聲國家重點實驗室,53,現(xiàn)代信號處理

25、結(jié)果示例-數(shù)據(jù)挖掘,Fayyad等人提出的過程模型 （1996年）,2020年8月29日星期六,上海交通大學 振動、沖擊、噪聲國家重點實驗室,54,現(xiàn)代信號處理結(jié)果示例-數(shù)據(jù)挖掘,數(shù)據(jù)挖掘的應用過程,2020年8月29日星期六,上海交通大學 振動、沖擊、噪聲國家重點實驗室,55,現(xiàn)代信號處理結(jié)果示例-數(shù)據(jù)挖掘,美國Marquette大學的R.J. Povinelli等人提出的TSDM（Time Series Data Mining）模型，可以預測和特征化可調(diào)速感應電機的故障。,2020年8月29日星期六,上海交通大學 振動、沖擊、噪聲國家重點實驗室,56,現(xiàn)代信號處理結(jié)果示例-數(shù)據(jù)挖掘,202

26、0年8月29日星期六,上海交通大學 振動、沖擊、噪聲國家重點實驗室,57,現(xiàn)代信號處理結(jié)果示例-數(shù)據(jù)挖掘,德國DataEngine 4.0系統(tǒng),2020年8月29日星期六,上海交通大學 振動、沖擊、噪聲國家重點實驗室,58,現(xiàn)代信號處理結(jié)果示例-數(shù)據(jù)挖掘,英國Aston大學根據(jù)電力工業(yè)的需要，開發(fā)了一個MODIAROT（Model Based Diagnosis of Rotor Systems in Power Plants）系統(tǒng)，整個系統(tǒng)采用神經(jīng)網(wǎng)絡和模糊邏輯等作為數(shù)據(jù)挖掘方法，將設備在線測量數(shù)據(jù)與模型仿真輸出進行比較，進而診斷設備故障。,2020年8月29日星期六,上海交通大學 振動、沖

27、擊、噪聲國家重點實驗室,59,可視化聲源定位技術(shù),通過重建設備輻射的噪聲場以直觀的動態(tài)圖像來進行噪聲源的識別和定位，為噪聲控制、預測及故障診斷等提供依據(jù),2020年8月29日星期六,上海交通大學 振動、沖擊、噪聲國家重點實驗室,60,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NAH HELS方法（Helmholtz方程最小平方誤差） 波疊加方法（Wave Superposition） 波束形成（Beamforming）,2020年8月29日星期六,上海交通大學 振動、沖擊、噪聲國家重點實驗室,61,可視化聲源定位實例,汽車發(fā)動機,電機,2020年8月29日星

28、期六,上海交通大學 振動、沖擊、噪聲國家重點實驗室,62,6300 Hz R 5 cm,3150 Hz R 10 cm,4000 Hz R 8 cm,5000 Hz R 6 cm,汽車發(fā)動機聲場圖 Beamforming(66),近場聲全息需要約 3300 個測點，才能識別這樣的高頻,監(jiān)測與診斷系統(tǒng),引 言 學科范疇 學科發(fā)展意義 監(jiān)測與診斷技術(shù)基礎,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,2020年8月29日星期六,上海交通大學 振動、沖擊、噪聲國家重點實驗室,64,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，即需要有相應的計算機化的自動

29、監(jiān)測與診斷裝置、儀器或系統(tǒng),2020年8月29日星期六,上海交通大學 振動、沖擊、噪聲國家重點實驗室,65,監(jiān)測與診斷系統(tǒng)前的考慮,建立監(jiān)測與診斷系統(tǒng)之前應考慮如下問題： 經(jīng)濟性 - 應能夠盡可能地節(jié)省投資； 可靠性 - 自身應具有更高的可靠性； 實用性 - 實用的功能，操作簡便； 有效性 - 分析、診斷結(jié)果有效； 擴展性 - 較好的可擴展性和自開發(fā)性能。 一般情況下，根據(jù)經(jīng)驗企業(yè)用于設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷的投資應占其固定資產(chǎn)的15。并且，隨著設備復雜程度和技術(shù)先進性的增加，此項投資的額度還應有相應的增加,2020年8月29日星期六,上海交通大學 振動、沖擊、噪聲國家重點實驗室,66,監(jiān)測與診

30、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) 遠程系統(tǒng)(C/S結(jié)構(gòu)、B/S結(jié)構(gòu)),2020年8月29日星期六,上海交通大學 振動、沖擊、噪聲國家重點實驗室,67,離線系統(tǒng),也稱為機械故障巡檢系統(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、小型機械設備，尤其是那些尚無固定監(jiān)測點的機器進行定期的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷,2020年8月29日星期六,上海交通大學 振動、沖擊、噪聲國家重點實驗室,68,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)處理實時性好、分析診斷功能全面、豐富等特點 適用于具有固

31、定監(jiān)測點的大型連續(xù)運轉(zhuǎn)的關鍵機械設備 這類系統(tǒng)又可分為集中式單機系統(tǒng)、集散式系統(tǒng)以及分布式系統(tǒng),2020年8月29日星期六,上海交通大學 振動、沖擊、噪聲國家重點實驗室,69,集中式結(jié)構(gòu),是以單一(微型)計算機為主體的監(jiān)測與診斷系統(tǒng) 由計算機主控完成現(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：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,2020年8月29日星期六,上海交通大學 振動、沖擊、噪聲國家重點實驗室,70,集散式結(jié)構(gòu),利用多臺計算機來聯(lián)合實施監(jiān)測與診斷，但這里的每臺計算機彼此相互

32、獨立，基本上沒有聯(lián)系，其實質(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與若干臺從屬計算機聯(lián)接起來協(xié)同工作的主從式結(jié)構(gòu)。其中，從屬計算機(或稱輔助計算機)分別獨立地完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集與狀態(tài)監(jiān)測并共享主機，而主機則負責完成分析與診斷功能并始終肩負對從屬機進行管理和控制的任務,2020年8月29日星期六,上海交通大學 振動、沖擊、噪聲國家重點實驗室,71,分布式結(jié)構(gòu)-遠程系統(tǒng)的雛形,針對地域分布較廣的多臺機器設備，通過計算機網(wǎng)絡把分布于各局部現(xiàn)場、獨立完成特定功能的本地計算機互聯(lián)接起來，并在一臺主控計算機的控制下，構(gòu)成分級管理模式，最終達到資源共享、協(xié)同工作、分散監(jiān)

33、測與集中管理、診斷的目的,2020年8月29日星期六,上海交通大學 振動、沖擊、噪聲國家重點實驗室,72,分布式結(jié)構(gòu)-遠程系統(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。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)場工作站均能夠獨立完成分布式處理，各節(jié)點具有相對獨立性，當某一節(jié)點發(fā)生問題時，并不影響其它節(jié)點的正常工作 可護展性和靈活性好由于采用了網(wǎng)絡化結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)能在適應新技術(shù)的發(fā)展過程中，方便地將落后設備從網(wǎng)上卸下、將更新設備掛到網(wǎng)上 功能強系統(tǒng)支持多用戶、多任務，可承擔較多的工作負荷 成本低網(wǎng)絡接口集成度高，網(wǎng)絡基礎設施可與生產(chǎn)管理控

34、制系統(tǒng)、MIS系統(tǒng)等共享，系統(tǒng)的整體性能價格比高,2020年8月29日星期六,上海交通大學 振動、沖擊、噪聲國家重點實驗室,73,遠程故障診斷的基本概念,基于Internet/Intranet的遠程故障診斷是設備診斷技術(shù)與通信技術(shù)、網(wǎng)絡技術(shù)、計算機技術(shù)以及控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物 遠程診斷跨越了企業(yè)與研究機構(gòu)、企業(yè)與企業(yè)在時間和空間上的距離 學術(shù)界可以利用網(wǎng)上診斷服務器開設技術(shù)知識講座，對企業(yè)技術(shù)人員進行輔導和技術(shù)培訓，同時發(fā)表有關的最新研究成果 企業(yè)界則可以利用監(jiān)測服務器為研究機構(gòu)提供寶貴的現(xiàn)場數(shù)據(jù)，向研究機構(gòu)或其它企業(yè)提出咨詢,2020年8月29日星期六,上海交通大學 振動、沖擊、噪聲國家重點

35、實驗室,74,遠程故障診斷的基本概念,遠程診斷系統(tǒng)能夠方便地實現(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 遠程診斷系統(tǒng)還是一個集咨詢、培訓、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 又有利于研究機構(gòu)更準確、更有效的獲得設備運行的第一手資料，充實理論和技術(shù)研究,2020年8月29日星期六,上海交通大學 振動、沖擊、噪聲國家重點實驗室,75,遠程故障診斷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),一個完整的遠程故障診斷系統(tǒng)通常應當包括三個主要子系統(tǒng) 遠程診斷中心：在高性能WEB服務器和數(shù)據(jù)庫服務器的支撐下?lián)撜麄€系統(tǒng)的控制協(xié)調(diào)任

36、務 企業(yè)監(jiān)測分析中心(初級診斷中心)：主要負責企業(yè)內(nèi)部的監(jiān)測、分析和診斷，以及設備管理工作，同時負責對下屬監(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，主要負責數(shù)據(jù)采集、預處理以及報警監(jiān)控等工作,2020年8月29日星期六,上海交通大學 振動、沖擊、噪聲國家重點實驗室,76,遠程故障診斷系統(tǒng)的模型,2020年8月29日星期六,上海交通大學 振動、沖擊、噪聲國家重點實驗室,77,遠程故障診斷系統(tǒng)的基本要求,無成本客戶端：客戶端軟件應當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：系統(tǒng)功能可以由用戶添加組件進行擴展；系統(tǒng)性能可以通過遠程升級組件

37、獲得提高 低廉的網(wǎng)絡投資：用戶可以充分利用企業(yè)內(nèi)部已建立的Intranet，進行整個系統(tǒng)的構(gòu)建 低廉的監(jiān)測和診斷費用：各種(關鍵)設備可以共享同一套系統(tǒng),2020年8月29日星期六,上海交通大學 振動、沖擊、噪聲國家重點實驗室,78,遠程故障診斷系統(tǒng)的基本要求,知識共享：對于地域分布的大型企業(yè)集團，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)和專家可以在遠程診斷中心的協(xié)調(diào)下組成一個大的診斷網(wǎng)絡，通過對不同來源的診斷結(jié)果進行融合的形式，最終給出協(xié)作診斷的結(jié)論,2020

38、年8月29日星期六,上海交通大學 振動、沖擊、噪聲國家重點實驗室,79,遠程故障診斷系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu),三層B/S結(jié)構(gòu)體系 表示層(應用層) 邏輯層 數(shù)據(jù)層 工作模式,2020年8月29日星期六,上海交通大學 振動、沖擊、噪聲國家重點實驗室,80,遠程在線監(jiān)測與診斷系統(tǒng)示例,VSN-NetMDS,遠程診斷中心,企業(yè)監(jiān)測中心,現(xiàn)場監(jiān)測站,“十五”國家科技攻關計劃重點項目支持,2020年8月29日星期六,上海交通大學 振動、沖擊、噪聲國家重點實驗室,81,示例：VSN-NetMDS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖,2020年8月29日星期六,上海交通大學 振動、沖擊、噪聲國家重點實驗室,82,示例：VSNsNetEMC企

39、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),2020年8月29日星期六,上海交通大學 振動、沖擊、噪聲國家重點實驗室,83,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)采集與預處理裝置；可實現(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)采樣頻率可設定為：128 kHz、51.2 kHz、25.6 kHz、12.8 kHz、 (按1:2:5分頻)；在倍頻器控制采樣模式下，

40、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”國家科技攻關計劃重點項目支持,2020年8月29日星期六,上海交通大學 振動、沖擊、噪聲國家重點實驗室,84,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Visual C+和 DSP過程支持開發(fā)環(huán)境完成的具有管理控制、參數(shù)設置、預處理、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),2020年8月29日星期六,上海交通大學 振動、沖擊、噪聲國家重點實驗室,85,示例：VSNsNetDB網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫,SQL Server Oracle,202

41、0年8月29日星期六,上海交通大學 振動、沖擊、噪聲國家重點實驗室,86,示例：監(jiān)測與分析界面匯集,2020年8月29日星期六,上海交通大學 振動、沖擊、噪聲國家重點實驗室,87,遠程巡檢(離線)系統(tǒng)示例,2020年8月29日星期六,上海交通大學 振動、沖擊、噪聲國家重點實驗室,88,示例：PMS巡檢系統(tǒng)功能框圖,2020年8月29日星期六,上海交通大學 振動、沖擊、噪聲國家重點實驗室,89,示例：圖片導航式設備信息瀏覽,2020年8月29日星期六,上海交通大學 振動、沖擊、噪聲國家重點實驗室,90,示例：巡檢計劃組態(tài),2020年8月29日星期六,上海交通大學 振動、沖擊、噪聲國家重點實驗室,91,示例：監(jiān)測與分析結(jié)果報表,2020年8月29日星期六,上海交通大學 振動、沖擊、噪聲國家重點實驗室,92,示例：監(jiān)測與分析結(jié)果,2020年