设备状态监测与故障诊断技术综述

广东化工 2009年第12期· 168 · 第36卷总第200期设备状态监测与故障诊断技术综述李建华(南京化工职业技术学院机械系，江苏南京 210048)[摘 要]文章在介绍了设备状态监测与故障诊断技术的概念和主要内容的基础上，阐述了设备状态监测与故障诊断技术发展的几个阶段，分析了设备状态监测与故障诊断技术的在企业应用情况和发展趋势，充分说明了在企业中推广设备状态监测与故障诊断技术的必要性。

[关键词]设备维护；状态检测；故障诊断；综述[中图分类号]TH [文献标识码]A [文章编号]1007-1865(2009)12-0168-02The Overview on Techniques of Equipment Condiction Monitoring and FaultDiagnosisLi Jianhua(Department of MeChanical Engineering, Nanjing Chemical Industry V ocational and Technical College,Nanjing 210048, China)Abstract: Based on the introduction of the concept and main content of equipment condition monitoring and fault diagnosis Technology. The article described several development stages of equipment condition monitoring and fault diagnosis technology, analyzed the application and development trend when they were used in the enterprise, and fully illustrated the necessity of their promoting in the entorprice.Keywords: Equipment Maintenance；stateful inspection；troubleshooting设备状态监测与故障诊断技术是一种了解和掌握设备在使用过程中的状态，确定其整体或局部正常或异常，早期发现故障及其原因，并能预报故障发展趋势的技术。

这里所说的“设备”是广泛意义上的设备，不仅包括各类运转的机器，还包括管道、阀门、工业炉等静态设备以及电气设备。

一台设备从设计、制造到安装、运行、维护、检修有许多环节，任何环节的偏差都会造成设备性能劣化或故障。

同时，运行过程中设备处于各种各样的条件下，其内部必然会受到力、热、摩擦等多种物理、化学作用，使其性能发生变化，最终导致设备故障。

随着科学技术的进步与发展，设备越来越大型化，功能越来越多，结构越来越复杂，自动化程度越来越高，随之而来的问题是，一旦关键设备发生故障，不仅设备受损、生产线停工，造成巨大的经济损失，而且可能危及人身安全、造成环境污染，带来严重的社会问题。

早期的设备维修体制基本上是事后维修，即设备发生故障后再进行检修；后来又逐步推行定期维修，随着对设备故障机理的研究和设备管理水平的提高，人们认识到定期检修存在着“维修不足”和“维修过剩”的问题。

因此，通过设备状态监测与故障诊断技术，实现设备的“状态维修”成为现代设备管理和维护的必然需要。

1 状态测试与故障诊断技术的概念设备状态监测与故障诊断技术的实质是了解和掌握设备在运行过程中的状态，评价、预测设备的可靠性，早期发现故障，并对其原因、部位、危险程度等进行识别，预报故障的发展趋势，并针对具体情况作出决策。

由此可见，设备状态监测与故障诊断技术包括识别设备状态监测和预测发展趋势两方面的内容。

具体过程分为状态监测、分析诊断和治理预防三个基本环节，如图1所示。

1.1 状态监测状态监测是在设备运行中，对特定的特征信号进行检测、变换、记录、分析处理并显示、记录，是对设备进行故障诊断的基础工作。

检测的信号主要是机组或零部件在运行中的各种信息(振动、噪声、转速、温度压力、流量等)，通过传感器把这些信息转换为电信号或其他物理量信号，送入信号处理系统中进行处理，以便得到能反映设备运行状态的特征参数，从而实现对设备运行状态的监测和下一步诊断工作。

1.2 分析诊断分析诊断实际上包括两方面的内容：信号分析处理、故障诊断。

信号分析处理的目的是把获得的信息通过一定的方法进行变换处理，从不同的角度提取最直观、最敏感、最有用的特征信息。

分析处理可用专门的分析仪器或计算机进行，一般情况下要从多重分析域、多个角度来分析观察这些信息。

分析处理方法的选择、处理过程的准确性以及表达的直观性都会对诊断结果产生较大影响。

故障诊断是在状态监测与信号分析处理的基础上进行的。

进行故障诊断需要根据状态监测与信号分析处理所提供的能反映设备运行状态的症兆或特征参数的变化情况，有时还需要进一步与某些故障特征参数(模式)进行比较，以识别设备是在运转正常还是存在故障。

如果存在故障，要诊断故障的性质和程度、产生原因或发生部位，并预测设备的性能和故障发展趋势。

这是设备诊断的第二阶段。

1.3 治理预防治理预防措施是在分析诊断出设备存在异常状态，即存在故障时，就其原因、部位和危险程度进行研究并采取治理措施和预防的办法。

通常包括调整、更换、检修、改善等方面的工作。

如果经过分析认为设备在短时间内尚可继续维持运行时，那就要对故障的发展加强监测，以保证设备运行的可靠性。

根据设备故障情况，治理预防措施有巡回监测、监护运行、立即停机检修三种。

2 状态测试与故障诊断技术的发展阶段设备状态监测与故障诊断思想的酝酿，可以追溯到很久以前，但真正形成一种技术并应用到生产实际中，还是近几十年的事。

特别是近30年来，随着科学技术的不断进步和发展，尤其是测试技术、计算机技术的迅速发展和普及，以及计算机硬件的大幅度降价，为设备状态监测与故障诊断技术的广泛推广应用创造了条件。

状态监测与故障诊断技术的发展可分为以下几个阶段：第一阶段：依靠现场获取设备运行时的感观状态(如异常震动、异常噪音、异常温度、润滑油液中是否含有磨削物等)[收稿日期] 2009-08-04[作者简介]李建华(1963-)，男，江苏姜堰人，本科，讲师，厂长，主要研究方向为机械制造和状态检测。

并凭经验或多位专家进行分析研究确定可能存在何种故障或故障隐患。

第二阶段：随着测量以及测量仪器的深入研究发展，状态监测逐步发展为依靠测量仪器测量设备的某些关键部位，以获取参数(如频率、振幅、速度、加速度、温度等参数)并记录下来，通过计算出某些固有参数与测量参数进行对比，确定故障点或故障隐患点，或者通过对某些参数多次测量的数值进行比较，依据其劣化趋势确定其工作状态(是否出现故障或故障隐患)。

第三阶段：随着计算机的发展，软件的开发，设备管理已进入计算机管理模式，状态监测与故障诊断技术也发展到计算机时代，一些专用的状态监测仪器(如数据采集器)不仅具有测量、记录现场参数，还能进行一些简单的数据分析处理，要作进一步的分析处理时，只需将数据采集器上的参数通过通讯线传入计算机，计算机便能对这些数据作出综合分析，并显示出相关的图谱如：倍频谱图、倒频谱图、时域频谱图、幅值图等。

并可通过计算机上的专家系统对所测的数据进行综合评价(如设备是否该修理或还可使用多长时间后应修理)。

第四阶段：随着其他各门学科的进一步发展和计算机网络技术的飞速发展，状态监测域故障诊断技术方面的研究工作已进入深度和广度发展的阶段，研究工作从监测诊断系统的开发研制进入到诊断方法的研究；监测诊断手段由震动工艺参数的监测扩大到油液、扭矩、功率、甚至能量损耗的监测诊断；研究对象由旋转机械扩展到发动机、工程施工机械以及生产线；时空范围由当地监测诊断扩大到异地监测，即监测诊断网络。

图1 状态监测与故障诊断的三个阶段Fig.1 Three stages of condition Monitoring and Fault Diagnosis3 状态测试与故障诊断技术的发展趋势3.1 智能化诊断技术的推广应用近几年随着对状态监测和诊断技术理论研究与开发工作的不断深入以及高精度、高性能、高信息量的传感器的出现，状态测试与故障诊断技术的新方法也不断出现，如模糊诊断、专家诊断、神经网络诊断以及上述各种诊断的复合。

在诊断方法方面，人工智能已成为当今的发展趋势，不仅是因为人工智能的发展为其提供了强大的理论基础及实现工具，而且还因为对于复杂系统的诊断确实需借助于人工智能，才能达到最佳效果。

3.2 大型关键机组网络化在线监测的推广应用大型关键机组的故障对企业生产秩序有严重影响，而传统的人工定期监测和轴振动仪表在线监测无法适应快节奏生产的要求，存在着诸如机组起停机及异常等重要瞬态过程难以捕捉，异常原因难以追溯；尽管某些设备安装了在线监测仪表，但仅有一个轴振动总值，没有频率分析、窄带分析、存储和专家诊断功能；精密点检周期间隔内，慢性事故突发或不确定因素引起的突发事故无法预知等缺陷。

通过在线监测，可将关键机组置于全过程监控之下，连续监测诊断各种问题，有效保证机组安全运行，为适时维修提供依据。

因此关键机组安装在线系统是今后的必然趋势。

3.3 由分散性状态监测向综合监测或信息化监测诊断发展在传统的设备管理模式下，设备状态信息分散地存储在安装检修部门、运行车间、机动科(点检站)等不同的地方，成为信息孤岛，难以发挥应有的作用。

建立设备管理信息系统后，可使分散的状态信息集成化，由分散性的设备状态监测向设备状态综合监测或信息化监测诊断转变，并逐步成为设备管理信息系统中设备点检子系统的主要内容。

随着该系统的发展完善，将可自动生成设备维修工单甚至备品备件工单。

3.4 向网络化专业设备监测诊断发展设备状态监测和故障诊断技术在许多企业难以推广，原因不在于技术，主要是缺少人才。

状态监测与诊断技术是涉及多学科的综合性技术。

人才的培养需要较长时间。

从发达国家的发展过程来看，未来技术人员的分工越来越细，设备监测和故障诊断的开展将以社会化为主，设备监测诊断公司(设备诊断医院)以及基于Internet网络的远程设备监测诊断服务将逐步成为主流。

随着技术的发展，还将形成行业性、区域性甚至国家级的设备监测诊断中心。

设备监测诊断公司将与许多企业的监测中心相连接，积累大量的设备监测和诊断信息。

为企业提供异地诊断服务。

还可在网上组织或邀请不同行业、不同地区甚至不同国家的诊断专家对设备故障进行会诊，实现专家知识共享。

3.5 向全员设备状态监测管理发展企业设备管理人员可以分为以下三类：(1)决策控制层又称高级管理层；(2)过程控制层又称中级管理层；(3)现场控制层又称低级管理层。