钳工技师论文

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圣甲虫-运动项目的英文

浅析机械故障诊断

关键词:故障诊断;误诊断;

机械故障诊断的发展历程中，故障确诊率的提高一直是研究的热

点，故障的误诊却没有引起人们足够的重视。为了系统地阐述机械故障

诊断中的误诊问题，给出了误诊的含义及分类;按照机械故障诊断推理

过程的环节，详细分析了误诊产生的机理和具体的原因，针对这些误诊

的潜在原因，提出了减少误诊的方法和措施。提高机械故障诊断的可靠

性，降低误诊率，在保证诊断数据准确无误的同时，必须使诊断系统合

理，同时具有开放性和可扩充性，使诊断知识不断得到丰富和充实。

从诊断的结果与诊断对象客观存在的差异来看，故障诊断的结论可

分为确诊、误诊和漏诊，确诊即为对诊断对象的故障判断是准确无误

的。漏诊则是对故障的遗漏。而误诊，顾名思义，就是错误的诊断，也

可称之为误判。漏诊实质上也可归为对设备的误诊。

在故障诊断过程中，诊断对象的故障过程是复杂多变的，在故障发

展过程中，由于引起故障的因素在性质、特点及作用方式上是不同的，

机械功能状况和所受损害的具体情况也不同，使得故障征兆和演变具有

不同形式，诊断中往往难以迅速准确地认识故障的性质，导致误诊，具

体表现在以下几方面:

(1)故障的发展过程中，一种故障可能表现出多种不同故障征兆。

如液压系统故障诊断中，电磁换向阀故障可能导致系统压力、流量不满

足要求，脉动可能加剧，还可能导致系统工作温度升高等。而对不同诊

断对象，即使是同一种机械，对同一种故障的反应也是有差异的。一个

对象的反应可能快，另一个对象反应可能慢，一个对象的某征兆对某故

障反应可能剧烈，而另一个对象反应可能较平稳等。

(2)不同故障在发展过程中，可能出现相似的征兆，同种征兆可能

对应多种故障形式。如回转机械中，各种故障的发生，往往都伴随着振

动的加剧，而且在频域分析时，在相同倍频上，不同故障可能会有相似

的表现形式。这种故障征兆的相似性，使我们在故障诊断中容易产生混

淆。

(3)在很多情况下，随着故障的发展，还可能引起继发性故障，这

种继发性故障可能会掩盖原来的故障，或原来的故障掩盖继发性故障，

这都将造成故障诊断的困难。如液压系统中，由于某种原因引起油液污

染程度增加，这可能引起液压泵运动副的严重磨损，磨损的颗粒混人油

液中，进一步加剧油液污染，液压泵磨损将引起液压系统失效，泵的失

效是油液污染这种原发性故障所引起的，而原发性故障和泵磨损这种继

发性故障混在一起，相互促进，造成恶性循环，这增加了查找原发性故

障的难度。

为克服故障征兆的复杂性给故障诊断带来的困难，必须开阔思路，

不拘泥于典型故障一征兆的狭窄思路，从系统角度出发，进行由环境到

机械，由局部到整体，由阶段到过程的具体分析，将征兆、原因、故障

机理有机结合起来加以研究，减少误诊率。

各种机械设备，由于复杂程度不同，工作环境各异，使我们获得的

有关故障的知识往往有不确定和不完善的一面。一般来说，我们不能等

待某种故障完全发生后再得出结论，而必须实施早期诊断，及时采取措

施避免故障的进一步发展，这样，我们必须依据故障的部分征兆或无任

何征兆情况下作出诊断，这不可避免地带来误诊。

由于故障诊断资料不足，对故障的认识受到较大限制，给明确诊断

带来困难，有时不能将其有类似征兆的故障完全排除，有时所怀疑的故

障的一般规律与故障征兆不完全相符，另外排除了一种故障的可能，又

缺乏对某种故障作出识别的足够依据，因此故障诊断的推理过程往往也

是模糊的，具有一定程度的不确定性。

针对这种情况，充分研究故障诊断对象，建立合理的模糊知识体和

模糊推理机，利用现代人工智能原理实施诊断更符合故障诊断的性质，

将提高诊断的可靠性。

任何理论与实际的故障过程相比，总有局限性，机械设备作为一个

与环境和人共同组成的有机体，是有差异的，理论只能大体概括故障诊

断实践中的具体情况，同时，理论又受到一定科学技术条件的限制，还

存在尚待认知的领域。

理论与具体故障相比，总是有一定距离的。以故障诊断的标准来

说，它是以典型征兆为基础而总结制定的，不太典型的故障，就未必都

与诊断标准相符合，若将诊断标准当作教条而一成不变，难免造成误

诊。

总之，我们所研制的诊断系统，应具有开放性和可扩充性，使系统

具有不断完善的能力，这是降低误诊率的重要途径。

故障诊断的实践是机械故障诊断学形成发展的基础，对故障现象进

行试验研究，虽然也是获取相关知识的重要途径，但由于试验与机械系

统实际运行情况、工作环境是有差异的，所得出的结论必然存在一定的

局限性，作为实施故障诊断的主体—人，对机械系统的了解程度及故障

诊断的实践经验不同，得出的结论也有差异，如观察1幅机械图象，1个

经验丰富的人，头脑中积累了大量故障知识，往往能较准确地从中把握

机械运行状况，作出合理诊断结论，尤其是对早期故障和不典型故障的

诊断更是如此。因此，必须加强诊断的实践环节，从实践中抽取有用的

知识去扩充和丰富我们的诊断系统。

在实施故障诊断过程中，首先应获取机械系统运行的有关数据。机

械运行过程中，往往受外界环境及各种随机因素影响，使获取的数据具

有某种程度的不准确性，容易造成误诊。因此须采取必要数据预处理手

段，减少随机因素的影响，剔除其中的趋势项、奇异项等，提高数据准

确性，这也是降低误诊率的必要条件。

诊断人员的素质也决定了诊断结论的正确程度。诊断人员的理论知

识、实践经验、方法知识以及执行故障诊断时的态度都可能导致误诊。

同时，诊断人员在综合运用知识、理论联系实际、善于解决实际问题等

方面的能力也会影响诊断结论。

机械故障诊断分为直接诊断和间接诊断，但由于受到设备结构和工

作条件的限制，直接诊断往往难以进行。因而，多采用间接诊断，即通

过二次诊断信息来间接判断设备中关键零部件的状态变化。而诊断测试

便是获取二次诊断信息必备的关键环节。最常见的是振动测试(位移、

速度、加速度)和声音测试。

然而，由于各种原因，获取的数据可能发生偏差。体现在3个方面:

(1)数据没有正确反映客观存在;(2)数据的信噪比低;(3)数据的不完备

性。如果把这些不准确的数据当成有效数据来分析，就很可能发生误

诊。

能够快速、有效地提取反映机器故障信息的特征是机械故障诊断的

关键。诊断特征主要通过对设备采集来的信号进行分析和处理获取。这

些特征可能是一些简单的时域特征，如峰峰值、均方根值、峭度等，或

者工艺参数特征，如油温、油压等，还有一些复杂的频域特征及基于全

息谱的特征，如转频椭圆及轴心轨迹等。

目前，各种特征提取方法层出不穷，如统计模拟、小波分析、独立

分量分析、频域分析、全息谱分析等，为诊断对象的特征提取提供了有

效的解决方案。在应用中，许多方法都有其应用的前提条件。而且，在

不同的应用场合，各种方法还可能存在其局限性以及数学上的精确性问

题。在实际应用中，如果没有注意到这些，就可能引起误诊。

对于一个诊断对象，如果其运行状态较复杂，由于客观条件和手段

的限制等原因，可能使获得的信息难以确切地给出诊断结论，主要体现

在以下3个方面:

(1)信息不完备。在诊断实践中，故障与诊断信息之间并非一一对

应的关系。1个信息对应多个不同的故障，而1个故障也表征为多个不同

的信息。这就需要掌握充分的有用信息来区分不同的故障。否则，就可

能出现误诊。

(2)信息不一致。诊断信息不一致在诊断实践中也是较常见的现

象。这些信息之间存在一定程度上的冲突。也就是说，某些信息很大程

度上支持故障F1，否定故障F2;相反，另一些信息则支持故障F2，而否

定故障F1。此时，误诊也容易发生。

(3)信息不确定。来自于诊断对象的诊断信息经历了许多传输途

径，其不确定性可能较小，也可能很大，如传感器、传输线等均影响其

确定性。此外，还有定性与定量信息之间转换导致的不确定性。

提高诊断测试的准确性是保证诊断数据可靠性的重要前提。可以从

以下4方面着手:(1)对传感器进行定期检验;(2)可考虑用多个传感器测

量;(3)采用可靠的传输线;(4)正确设置采样参数。

随着设备运行与维护的需要，各种在线、离线、远程等诊断分析系

统以及人工神经网络、贝叶斯网络、专家系统等智能诊断系统逐渐用于

机械故障诊断，为确诊故障带来了许多便利之余，也增加了机械故障误

诊的可能性。开发合理完善有效的诊断系统，提高它们在特征提取或诊

断推理方面的可靠性，有利于减小误诊率。

参考文献

1屈梁生，何正嘉.机械故障诊断学.上海:上海科技出版社，1986