第一章机械故障诊断的基本原理(CUMT)

1第一章机械缺点诊断的根本原理§1.1缺点特征参量§1.2机械缺点诊断的普通思想方法机械缺点诊断2第一节缺点特征参量一、缺点特征参量的定义对于某一详细的缺点类型，我们所关怀的问题是：①这种缺点经过哪些物理量表现出来；②各物理参量与缺点间的关系强弱情况如何。只需那些与某种缺点类型之间的关系亲密、对缺点灵敏可靠的物理参量才被用于缺点的诊断。在机械缺点诊断学领域，将这些对缺点灵敏、稳定可靠的物理量称为缺点特征参量。第一章机械缺点诊断的根本原理3式中F－某种缺点类型；－各种特征参量或缺点缘由

缺点诊断就是确定F与之间的某种对应关系f，以便经过检测来判别缺点类型F能否发生，或在知F发生的情况下去查明呵斥F的缘由等。第二节缺点特征参量缺点表现与特征参量和缺点缘由之间存在如下的对应关系：4对于同一种缺点类型，当它们发生在不同的机械系统上时，其缺点特征参量也不同，因此，在确定某种缺点的特征参量时，应结合详细的系统进展。井下风机轴承缺点5二、缺点特征参量的选取原那么1、高度敏感性机械系统形状的微弱变化应引起缺点特征参量的较大变化。2、高度可靠性缺点特征参量是依赖于机械系统的形状变化而变化的，假设把缺点特征参量取作应变量，系统形状取作自变量，那么缺点持征参量应是系统形状这个自变量的单值函数。3、适用性〔或可实现性〕缺点特征参量应是便于检测的，假设某个物理参量虽对某种缺点足够灵敏，但这个参量不易获得(经济的、技术方面的思索)，那么这个物理参量也不便用作缺点特征参量。第二节缺点特征参量6三、缺点特征参量的选定方法缺点特征参量普统统过实际分析和实验的方法来确定。第二节缺点特征参量不同缺点，特征参量不同同一缺点，当环境发生变化时，特征参量也不同7第二节机械缺点诊断的普通思想方法与传统的诊断手段相对应的识别实际只能借助方式逻辑进展一些简单的推理；而与现代诊断技术相对应，那么有缺点树分析、方式识别以及模糊诊断等多种识别实际。本节讨论：逻辑推理缺点树分析第一章机械缺点诊断的根本原理8可把缺点诊断过程划分为以下五个步骤：①调研调查，得出缺点景象；②假设缘由；③由假设缘由推断出应有的结果；④将推断结果与调查所得的景象进展比较；⑤得出假设成立与否的结论，假设原假设不成立，那么需另立假设。第三节机械缺点诊断的普通思想方法一、方式逻辑推理91．缘由与结果引起某景象产生的景象叫做缘由，由另一景象引起的景象叫结果。2．因果关系的特性(1)因果关系的相对性(2)因果关系确实定性(3)因果关系的普遍性第三节机械缺点诊断的普通思想方法几个逻辑的概念10首先确定能够的缘由或结果从能够的缘由或结果中进展比较删除虚伪成分，找出真正的缘由或结果。113．逻辑推理方法(1)契合法(求同法)场所先行〔或后行〕情况被研讨景象第三节机械缺点诊断的普通思想方法12场所先行〔或后行〕情况被研讨景象(2)差别法(求异法)在缺点分析时，构成上述差别场所的方法有轮番切换法和换件比较法。第三节机械缺点诊断的普通思想方法13轮番切换法：场所先行〔或后行〕情况被研讨景象第三节机械缺点诊断的普通思想方法14换件比较法：分析缺点时，假设疑心某一零件或部件是机器缺点的原因，那么运用完好件交换，并察看换件前后机器形状的变化，以此断定原零件能否是缺点缘由之所在。第三节机械缺点诊断的普通思想方法15(3)契合差别并用法(求同求异法)场所先行〔或后行〕情况被研讨景象第三节机械缺点诊断的普通思想方法16场所先行〔或后行〕情况被研讨景象第三节机械缺点诊断的普通思想方法正负两组事例的组成场所越多，结论越可靠负事例组的各个场所应选择与正事例组场所较好类似的来比较，由于负事例的场所是无限多的17(4)共变法场所先行〔或后行〕情况被研讨景象第三节机械缺点诊断的普通思想方法18(5)剩余法知：景象a是情况A作用的结果景象b是情况B作用的结果景象c是情况C作用的结果结论：景象d是情况D作用的结果第三节机械缺点诊断的普通思想方法由a、b、c、d构成的复合的被研讨景象是复合的情况A、B、C、D作用的结果。19①必需确认复杂景象的一部分(a、b、c)是某些情况(A、B、C)引起的，而剩余部分(d)不能够是这些情况(A、B、C)引起的；在运用剩余法进展推断时，有以下两点需提请留意：②复杂景象剩余部分的缘由(D)，不一定是个单一的情况，还能够是个复杂的情况。实践上多层次、多缘由的复杂缺点树正是描画这种逻辑关系的。第三节机械缺点诊断的普通思想方法20二、缺点树分析法(FTA)缺点树分析法(FTA，FaultTreeAnalysis)，简称FTA，是一种将系统缺点构成的原来由总体至部分按树状构造进展逐级细化的分析方法，是一种针对某个特定的不希望发生的事件的由果到因的演绎推理方法。缺点树分析法的作用：是对复杂的动态系统设计、工厂实验或现场发现缺点方式进展可靠性分析的工具，其目的是要判明根本缺点、确定缺点的缘由、影响和发生概率。第三节机械缺点诊断的普通思想方法21缺点树分析法的过程：第三节机械缺点诊断的普通思想方法把所研讨系统的最不希望发生的缺点形状作为缺点分析的目的，然后找到直接导致这一缺点发生的全部要素，再找出呵斥这些全部要素中的每一个要素发生的全部直接要素，不断清查到那些原始的，其缺点机理或概率分布都知的，无需再深化研讨的要素为止。22第三节机械缺点诊断的普通思想方法描画系统形状、部件形状的变化过程就叫做事件。假设系统或元件按规定要求(规定的条件和时间)完成其功能那么称为正常事件；假设系统或元件不可以按规定要求完成指定的功能，或者其功能完成不准确，那么称作缺点事件。通常引起缺点事件的缘由有：硬件失效，软件错误，环境条件影响以及人为要素等。23把最不希望发生的事件(或系统缺点事件)称为顶事件，无需再深究的事件(构成系统缺点的根身手件)称为底事件，或称为初始事件，介于顶事件与底事件之间的一切事件都称为中间事件。凡是能产生缺点事件的元件、子系统、设备、人和环境条件，在缺点树中都定义为部件。第三节机械缺点诊断的普通思想方法24部件的缺点按其产生的缘由分为三类：①由于系统元件的内在缘由而产生的直接缺点；②由于外部缘由、环境恶化等呵斥的系统元件的间接缺点；③由于其他不明缘由(尚需进一步分析)而产生的缺点，也称为受控失效。25第三节机械缺点诊断的普通思想方法262．缺点树分析法的特点(1)直观、笼统(2)灵敏、多用途(3)多目的、可计算缺陷：实际性较强，逻辑性较严密，因此要求分析人员对所研讨的对象(系统或设备)必需有透彻的了解，还应具有比较丰富的设计和运转阅历。优点：第三节机械缺点诊断的普通思想方法273．缺点树分析的步骤(1)对所选定的系统(或设备)进展必要的预分析(2)对系统的缺点进展定义(3)仔细分析构成各种缺点的缘由(4)搜集各种缺点发生概率的数据(5)选定系统能够发生的最不希望发生的缺点形状(事件)作为顶事件，作出缺点树逻辑图(6)对缺点树构造作定性分析(7)对缺点树构造作定量分析第三节机械缺点诊断的普通思想方法28第三节机械缺点诊断的普通思想方法294．缺点树分析法中采用的符号30

31建立缺点树的主要步骤：(1)确定顶事件①要有明确的定义；②要能进展分解，③要能度量以便于定量分析。(2)建立边境条件，简化建树任务缺点树的边境条件应包括：①初始形状②不允许事件③不能够事件④必然事件⑤事件概率(3)构建缺点树第三节机械缺点诊断的普通思想方法32第三节机械缺点诊断的普通思想方法油泵驱动电路E蓄电池K1手动开关K2电磁开关M电动机〔24V〕P油泵如下图油泵驱动电路，系统缺点为不供油。知：电动机缺点率0.001，油泵缺点率为0。33油泵驱动电路的缺点树第三节机械缺点诊断的普通思想方法34建立缺点树时必需留意：①缺点定义必需明确，防止多义性②留意系统中事件的逻辑关系③应首先思索主要的、能够性大的以及关键性的缺点事件④严厉区分小概率事件与小部件缺点事件的概念⑤建树时切忌防止“门与门〞直接相连第三节机械缺点诊断的普通思想方法356．缺点树与构造函数思索一个由N个部件组成的系统，将系统失效称为缺点树的顶事件，记作T，系统中各部件失效那么称为底事件。假设系统和部件均只需失效和正常两种形状，那么底事件可以定义如下：第三节机械缺点诊断的普通思想方法36定义为缺点树的构造函数同时第三节机械缺点诊断的普通思想方法系统顶事件的形状如用φ来表示，那么φ必然是底事件形状的函数37“与门〞缺点树“或门〞缺点树38“非门〞缺点树39缺点树的简化在分析系统缺点时，最初建立的缺点树往往并不是最简的，可以对它进展简化。最经常采用的简化方法是借助逻辑代数的逻辑法那么进展简化。40(1)根本逻辑关系逻辑关系表达式含义其它表示方法逻辑非没有

，逻辑与

与逻辑或

或或两者蕴涵有必有同一

同有同无两个变量的根本逻辑关系41两个变量逻辑运算的真值表0011001101101010100110001100111142Exp.张三：“今天一定不点名，假设点名我就宴请全寝室同窗。〞点名宴请全寝室真话111100001011蕴涵43逻辑运算的根本法那么44常用的缺点树化简方法有：修剪法、模块法、卡诺图法和计算机辅助化简法等。7．缺点树化简第三节机械缺点诊断的普通思想方法A+A=AA*A=A45第三节机械缺点诊断的普通思想方法A+A*B=A4647第三节机械缺点诊断的普通思想方法吸收率48第三节机械缺点诊断的普通思想方法吸收率49508缺点树的定性分析目的:为了找出导致顶事件发生的一切能够的缺点方式，即弄清系统(或设备)出现某种最不希望发生的事件(缺点)有多少种能够性。第三节机械缺点诊断的普通思想方法51缺点树的某几个底事件组成一个集合，假设集合内的几个底事件同时发生时，将引起顶事件(系统缺点)的发生，那么这个集合就称为割集。(1)割集与最小割集最小割集：指满足这样条件的割集，假设将某一割集中的底事件恣意去掉一个就不再是割集，那么这个割集就被称为最小割集。第三节机械缺点诊断的普通思想方法52缺点树定性分析的主要义务就在于寻觅并确定系统的最小割集。(2)最小割集算法①上行法又称塞迈特里斯(Semanderes)算法②下行法又称富塞尔(Fussell)算法第三节机械缺点诊断的普通思想方法53①上行法对给定的缺点树，从最下一级中间事件开场，分别运用下面两个公式依次往上进展计算，直至顶事件为止。第三节机械缺点诊断的普通思想方法54第三节机械缺点诊断的普通思想方法55第三节机械缺点诊断的普通思想方法4个最小割集：x1x3，x1x4，x2x4，x3x45657②下行法第三节机械缺点诊断的普通思想方法根据缺点树中的逻辑或门会添加割集的数目，逻辑与门会增大割集容量的性质，从缺点树的顶事件开场，由上到下，依次把上一级事件置换为下一级事件，遇到与门将输入横向并列写出，遇到或门那么将输入事件竖向串列写出，直至把全部逻辑门都置换为底事件为止，由此可得该缺点树的全部割集。58T↓bc↓x1dx4e↓x1x3x1x4x4x2x4x3或门或门与门运用下行法前需对缺点树进展布尔运算简化599．缺点树的定量分析缺点树的定量分析：就是以缺点树为根底，分析系统缺点的发生概率以及各底事件的重要程度，包括构造重要度、概率重要度和关键性重要度等三个不同含义的定量目的。第三节机械缺点诊断的普通思想方法60第三节机械缺点诊断的普通思想方法(1)概率计算的根本公式设事件x1、x2、…、xn的发生概率分别为P1、P2、…Pn。和的概率①当x1、x2、…、xn为相互独立的事件时，有积的概率或门与门61②当x1、x2、…、xn为相斥事件时，有积的概率和的概率第三节机械缺点诊断的普通思想方法62③当x1、x2、…、xn为相容事件时，有和的概率：积的概率63实践计算时，当Pi<0.1,i=1,2,…,n时，相容事件近似于独立事件；当Pi<0.01,i=1,2,…,n时，相容事件近似于相斥事件。第三节机械缺点诊断的普通思想方法64留意:在运用上述公式计算系统缺点的概率时，当缺点树中包含两个以上同一底事件时，那么必需运用逻辑代数整理简化后，才干运用以上概率计算公式，否那么会得出错误的结论。因此，在计算概率之前，必需将缺点树化为构造最简，即与最小割集对应。第三节机械缺点诊断的普通思想方法先简化缺点树65(2)顶事件的发生概率该算法的根本思绪是：将缺点树的构造函数表示成最小割集和的方式，然后运用概率计算的根本公式求出系统缺点发生的概率。即将系统的最小割集构造函数表达为要求系统顶事件发生的概率，就是求使的概率。第三节机械缺点诊断的普通思想方法最小割集数某一最小割集66例1对于由二个单元组成的并联络统假设相互独立，其缺点树如右图所示，求顶事件的发生的概率。并联络统缺点树第三节机械缺点诊断的普通思想方法67例2对于由二个单元组成的串联络统，其缺点树如右图所示，求顶事件的发生的概率。串联络统缺点树第三节机械缺点诊断的普通思想方法68对右图所示的缺点树，令底事件x1，x2，x3，x4的发生概率分别为P1＝0.01，P2＝0.005，P3＝0.02，P4＝0.03。求系统(顶事件)缺点发生的概率。69各最小割集间看作相斥事件，于是70计算如以下图所示的超压维护系统缺点树的顶事件发生概率。超压维护系统的简化缺点树第三节机械缺点诊断的普通思想方法71(3)事件的重要度计算在顶事件的发生中由于底事件的发生所作的奉献，或者说各个底事件(或各最小割集)对顶事件发生的影响称为底事件(或最小割集)的重要度。研讨事件重要度对改善系统设计、提高系统的可靠性或确定缺点监测的部位、制定系统缺点诊断方案、减小排除缺点的时间等具有重要意义。为了比较它们在缺点树中的重要程度，在缺点树的定量分析中常作构造重要度、概率重要度和关键重要度等计算。第三节机械缺点诊断的普通思想方法72①构造重要度某个底事件的构造重要度，是在不思索其发生概率值的情况下，察看缺点树的构造，以决议该事件的位置重要程度。由于底事件的形状为0或l，当xi处于某一形状时，其他n－1个底事件组合之系统形状数为2n-l。因此、第i个底事件xi的构造重要度定义为第三节机械缺点诊断的普通思想方法73式中第三节机械缺点诊断的普通思想方法ΣΦ(1ix)表示底事件xi和顶事件同时发生的形状组合数目，ΣΦ(0ix)表示底事件xi不发生而顶事件发生的形状组合数目，两者相减那么代表了底事件xi发生那么顶事件发生、且底事件xi不发生顶事件也不发生(其他底事件不变)的情况。74xi发生顶事件发生xi不发生顶事件发生xi不发生顶事件不发生第三节机械缺点诊断的普通思想方法↓其它底事件不变75例：试计算如下图缺点树各底事件的构造重要度。缺点树各底事件的构造第三节机械缺点诊断的普通思想方法解：缺点树构造函

数为7677对底事件1，首先找出底事件1和顶事件同时发生的集合，再找出底事件1不发生而顶事件发生的集合。78底事件1的构造重要度为：同理79第三节机械缺点诊断的普通思想方法②概率重要度底事件xi发生概率的变化引起顶事件发生概率的变化程度定义为该底事件的概率重要度，记作Ig(i)，其数学表达式为式中——顶事件发生的概率，Pi——底事件xi发生的概率。80在缺点树为“与门〞与“或门〞相结合的普通情况时，那么有：式中