【正文】 《冶金機械設(shè)備維修》教案學(xué)習(xí)情景1：設(shè)備狀態(tài)檢測與故障診斷授課日期授課時數(shù)2授課形式引導(dǎo)文法模塊一設(shè)備狀態(tài)檢測與故障診斷基礎(chǔ)知識教學(xué)目的理解狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷基本概論及分類。掌握故障診斷的基本方法和基本過程。了解故障診斷技術(shù)的作用及意義。培養(yǎng)學(xué)生職業(yè)責(zé)任感及自學(xué)能力。教學(xué)重點、難點重點：狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷方法難點：實際運用、設(shè)備故障分布規(guī)律，典型故障曲線課外作業(yè)閱讀專業(yè)雜志及書籍，多到廠區(qū)了解設(shè)備相關(guān)狀態(tài)課后體會講授方法得當(dāng)，層次分明，重點突出，啟發(fā)思維，互動良好授課主要內(nèi)容或綱要使用教具、掛圖或其它教學(xué)手段時間分配●課程介紹、學(xué)習(xí)要求：設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷是指利用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和儀器、根據(jù)設(shè)備外部信息參數(shù)的變化來判斷機器內(nèi)部的工作狀態(tài)或機械結(jié)構(gòu)的損失狀況，確定故障的性質(zhì)、程度、類別和部位，預(yù)報其發(fā)展趨勢，并研究故障產(chǎn)生的機理。通過學(xué)習(xí)，使學(xué)生針在一定程度選取恰當(dāng)?shù)脑\斷方法對冶金機電設(shè)備的狀態(tài)進行判斷，并能熟練使用各種常見檢測儀器，處理設(shè)備問題。●總結(jié)講解了設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷相關(guān)基礎(chǔ)知識。闡述了監(jiān)測與診斷的重要性?！癫贾米鳂I(yè)故障診斷的基本步驟。演示文檔（PPT）、機電設(shè)備載體、各類診斷監(jiān)測儀器、相關(guān)技術(shù)資料引題5分鐘；授課40分鐘；實訓(xùn)30分鐘；總結(jié)5分鐘設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷 設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷是指利用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和儀器、根據(jù)設(shè)備外部信息參數(shù)的變化來判斷機器內(nèi)部的工作狀態(tài)或機械結(jié)構(gòu)的損失狀況，確定故障的性質(zhì)、程度、類別和部位，預(yù)報其發(fā)展趨勢，并研究故障產(chǎn)生的機理。狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)是近年來國內(nèi)外發(fā)展較快的一門新興學(xué)科，它所包含的內(nèi)容比較廣泛，諸如機械狀態(tài)量（力、位移、振動、噪聲、溫度、壓力和流量等）的監(jiān)測，狀態(tài)特征參數(shù)變化的辨識，機械產(chǎn)生振動和損傷時的原因分析、振源判斷、故障預(yù)防，機械零部件使用期間的可靠性分析和剩余壽命估計等等。設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)是保障設(shè)備安全運行的基本措施之一。一、設(shè)備故障的基本知識1 、定義設(shè)備故障（Fault）的一般性定義是：設(shè)備在規(guī)定時間內(nèi)、規(guī)定條件下，喪失規(guī)定功能的狀況。美國政府《工程項目管理人員測試性與診斷性指南》(AD－A208917)中，則把故障定義為：“造成裝置、組件或元件不能按規(guī)定方式工作的一種物理狀態(tài)”。在工程實例中，我們還常常聽到另一個詞匯：失效（Failure）。國家標準GB3187—82《可靠性基本名詞術(shù)語及定義》中規(guī)定，失效是產(chǎn)品喪失規(guī)定的功能，對可修復(fù)產(chǎn)品通常稱為故障。國家軍用標準GJB451—90《可靠性維修性術(shù)語》指出，故障是產(chǎn)品或產(chǎn)品的一部分不能或?qū)⒉荒芡瓿深A(yù)定功能的事件或狀態(tài)，對某些產(chǎn)品稱為失效。由此可見，“失效”和“故障”均為表示產(chǎn)品不能完成或喪失功能的現(xiàn)象。在實際工程中，對于“失效”和“故障”沒有嚴格的區(qū)別，通常對于可修復(fù)產(chǎn)品常用“故障”，而對于不可修復(fù)產(chǎn)品常用“失效”。對于各種設(shè)備系統(tǒng)而言，其包含著大量可修復(fù)的零部件，因此常常統(tǒng)一用“故障”來表示各級零部件直至系統(tǒng)不能完成規(guī)定功能的事件。設(shè)備故障分布規(guī)律設(shè)備故障的發(fā)生、發(fā)展過程都有其客觀規(guī)律。研究故障規(guī)律對制定維修策略，以及建立更加科學(xué)的維修體制都是十分有利的。典型故障曲線——浴盆曲線 11典型故障曲線——浴盆曲線通過大量的實踐證明，可維修設(shè)備的故障率λ(t)隨著設(shè)備使用期的延續(xù)，而呈現(xiàn)三個不同趨勢的階段。典型的故障率分布曲線，可參見圖11所示的浴盆曲線(bathtub curve)，它將使用維修期間的設(shè)備故障狀態(tài)分為三個時間： （1）早期故障期(0≤tt1)：是指設(shè)備安裝調(diào)試過程至移交生產(chǎn)試用階段。這一時期的特點是故障率由高到低。造成早期故障的原因主要是由設(shè)計、制造上的缺陷，包裝、運輸中的損傷，安裝調(diào)試不到位，使用工人操作不習(xí)慣或尚未全部熟練掌握其性能等原因所造成的。設(shè)備處于早期故障期，其故障率開始往往很高，但通過跑合運行、故障排除和使用維修人員對設(shè)備的逐步熟悉，故障率將逐漸降低并趨于穩(wěn)定，設(shè)備進入正常工作階段。此段時間的長短，隨產(chǎn)品、系統(tǒng)的設(shè)計與制造質(zhì)量而異。不過，當(dāng)設(shè)備進行大修理或技術(shù)改造后，早期故障期還將再次出現(xiàn)。 早期故障率是影響設(shè)備可靠性的一個重要因素，會使設(shè)備的平均無故障工作時間減少。從設(shè)備的總役齡來看，這段時間雖不長，但必須認真對待，否則影響新設(shè)備效能的正常發(fā)揮，對資金回收不利。對于已定型的成批生產(chǎn)的設(shè)備和熟練的操作人員來說，早期故障期相對較短。工程實例：攀鋼二期工程新建的深井泵站在投產(chǎn)初期，水泵運行臺時時常只有數(shù)百小時，甚至只有幾十小時就必須檢修，且檢修1臺水泵耗時近半個月。當(dāng)時只能出動車間絕大部分的檢修力量，不分黑天白夜的加班加點組織搶修。 （2）偶發(fā)故障期 (t1≤tt2)：經(jīng)過第一階段的調(diào)試、試用后，設(shè)備的各部分機件進人正常磨損階段，操作人員逐步掌握了設(shè)備的性能、原理和機構(gòu)調(diào)整的特點。設(shè)備進入偶發(fā)故障期。在此期間故障率大致處于穩(wěn)定狀態(tài)，趨于定值。在此期間，故障的發(fā)生是隨機的。在偶發(fā)故障期內(nèi)，設(shè)備的故障率最低，而且穩(wěn)定。因而可以說，這是設(shè)備的最佳狀態(tài)期或稱正常工作期。這個區(qū)段稱為有效壽命。 偶發(fā)故障期的故障，一般是由于設(shè)備使用不當(dāng)，維修不力，工作條件（負荷、環(huán)境等）變化，或者由于材料缺陷、控制失靈、結(jié)構(gòu)不合理等設(shè)計、制造上存在的問題所致。故通過提高設(shè)計質(zhì)量、改進使用管理、加強監(jiān)視診斷與維護保養(yǎng)等工作，可使故障率降低到最低。對于偶發(fā)期故障，一般需要進行統(tǒng)計分析。為此，必須健全設(shè)備運行、故障動態(tài)和維修保養(yǎng)的記錄，建立設(shè)備檢查與生產(chǎn)日志等制度，對故障進行登記與分析。工程實例：上述的深井泵站在投產(chǎn)2～3年后，隨著對設(shè)備的逐步熟悉，檢修維護水平的逐步提高，設(shè)備便進入偶發(fā)故障期，這一時期水泵的大修臺時普遍提高到7000h，部分甚至可到12000h以上。一般每年大修臺數(shù)為2～3臺，大修臺時60工。相對早期故障期，工作量極大減少，目前只配備數(shù)個鉗工就可完全勝任設(shè)備檢修工作。 （3）耗損故障期 (t2≤t)：這段時期的特點是設(shè)備故障率急劇升高。此時設(shè)備經(jīng)過上述穩(wěn)定階段，大多數(shù)零部件由于長期的運轉(zhuǎn)，其機械磨損、疲勞、老化、腐蝕逐步加劇而喪失機能，使設(shè)備故障率開始上升，進人耗損故障期。這說明設(shè)備的一些零部件已經(jīng)達到了其使用壽命。因此，應(yīng)在這一時期出現(xiàn)前不久，進行針對性的預(yù)防維修，或在這一時期剛出現(xiàn)時，進行設(shè)備修理，便可防止故障大量涌現(xiàn)，降低故障率和維修工作量，延長設(shè)備的使用壽命。但如果堅持繼續(xù)使用，就可能造成設(shè)備事故。歸納來說，這三個階段對應(yīng)著故障分布的三種基本類型：早期為故障遞減型；偶發(fā)期為故障恒定型；耗損期為故障遞增型。 故障分類故障的分類方法有多種，它們可分別從不同的角度，如經(jīng)濟性、安全性、復(fù)雜性、故障發(fā)展速度、起因等方面，觀察設(shè)備喪失工作效能的程度。不同的分類方法反映了設(shè)備故障的不同側(cè)面，對機械故障進行分類的目的是為了更好地針對不同的故障形式采取相應(yīng)的對策。常見的故障分類如下所述：（1）按故障的性質(zhì)分類：間斷性故障和永久性故障（2）按故障形成的速度（即發(fā)生的快慢）分類：突發(fā)性故障和漸發(fā)性故障（3）按故障的原因分類：外因故障和內(nèi)因故障（4）按故障危害性分類：危險性故障和安全性故障（5）按功能喪失程度分類：局部性故障和完全性故障（6）按故障的相關(guān)性分類：相關(guān)故障和非相關(guān)故障（7）按功能分類：潛在故障和功能故障（8）按故障影響的程度分：輕微故障、一般故障、嚴重故障和惡性故障二、故障診斷及其分類故障診斷，就是對機械系統(tǒng)所處的狀態(tài)進行監(jiān)測，判斷其是否正常，當(dāng)出現(xiàn)異常時分析其產(chǎn)生的原因和部位，并預(yù)報其發(fā)展趨勢。在設(shè)備故障診斷技術(shù)中，診斷方法的分類問題是一個比較重要的問題，它不僅是建立一個學(xué)科所必需的條件，給人以明確的科學(xué)體系，而且更能啟迪人們，改進已有的診斷方法，尋求新的突破。因此，了解設(shè)備故障診斷的分類，對我們今后更好地理解和運用診斷技術(shù)，具有積極的意義。下面，簡要介紹一些常見的故障分類方法。 按目的分：分成功能診斷和運行診斷 按方式分：分成巡回檢測和在線監(jiān)測 按提取信息的方式分：分成直接診斷和間接診斷 按診斷時所要求的機械運行工況條件分：分成常規(guī)工況診斷和特殊工況診斷 按功能分：分成簡易診斷和精密診斷三、設(shè)備故障診斷技術(shù)的發(fā)展與展望 故障診斷技術(shù)是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)與生產(chǎn)高度發(fā)展，各學(xué)科相互滲透、相互交叉、相互促進的產(chǎn)物。除了故障機理的研究得益于數(shù)學(xué)、物理學(xué)、力學(xué)、機械學(xué)、聲學(xué)、化學(xué)等基礎(chǔ)學(xué)科之外，還特別地從自動控制、信號處理、人工智能、計算機技術(shù)的發(fā)展中得到支持。 追溯設(shè)備故障診斷的歷史，實際上自有工業(yè)生產(chǎn)以來就已存在。早期的人們主要是依據(jù)五官感覺，如對設(shè)備的觸摸，對聲音、振動等狀態(tài)特征的感受，同時憑借工匠的經(jīng)驗，以此來判斷某些故障的存在，并提出修復(fù)的措施，例如，有經(jīng)驗的工人常利用聽棒來判斷旋轉(zhuǎn)設(shè)備軸承及轉(zhuǎn)子的狀態(tài)等。這一階段我們估且稱之為感性階段，即利用人的五官來感受各種設(shè)備故障信息。 之后，隨著振動、溫度、壓力、流量等傳感器的廣泛應(yīng)用，設(shè)備故障診斷的歷史發(fā)生了第一次革命性的轉(zhuǎn)變，進入了量化階段。但是故障診斷技術(shù)真正作為一門學(xué)科，則是20世紀60年代以后才發(fā)展起來的，這也是設(shè)備故障診斷歷史上第二次革命性的轉(zhuǎn)變。近年來，人工智能和網(wǎng)絡(luò)化已逐步成為故障診斷的主要發(fā)展方向，這必將推動設(shè)備故障診斷第三次革命性的轉(zhuǎn)變。簡而言之，設(shè)備故障診斷技術(shù)是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)與生產(chǎn)高度發(fā)展，各學(xué)科相互滲透、相互交叉、相互促進的產(chǎn)物，其真正發(fā)展成為一門學(xué)科的時期大約在20世紀60年代，是在設(shè)備管理與維修模式發(fā)展的基礎(chǔ)上成長起來的。 故障診斷技術(shù)經(jīng)過40多年的研究與發(fā)展，已應(yīng)用于飛機自動駕駛、人造衛(wèi)星、航天飛機、核反應(yīng)堆、汽輪發(fā)電機組、大型電網(wǎng)系統(tǒng)、石油化工過程、飛機、汽車、冶金、礦山設(shè)備等領(lǐng)域。但同時我們也應(yīng)該看到，盡管設(shè)備故障診斷技術(shù)已取得了長足的進步，但它作為一門正在發(fā)展的新型學(xué)科，目前還遠未達到完善的水平，主要表現(xiàn)在：理論與實際結(jié)合力度不夠，故障診斷是一門實踐性極強的技術(shù)，目前從事設(shè)備故障診斷研究的人員多為高?；蜓芯繂挝?，他們對現(xiàn)場設(shè)備缺乏深入了解，而現(xiàn)場技術(shù)人員通常又沒有足夠的時間和技術(shù)基礎(chǔ)，將所觀察、檢測到的現(xiàn)象上升到理論加以分析、歸納、總結(jié)；診斷技術(shù)發(fā)展不平衡，雖然旋轉(zhuǎn)機械的故障診斷理論和實踐都取得了較成熟的效果，但是往復(fù)機械的診斷理論和實踐還有待提高；診斷儀器的性能與現(xiàn)場設(shè)備的實際需求存在差距；現(xiàn)場設(shè)備診斷系統(tǒng)的實際效果表現(xiàn)欠佳，智能化水平較低，簡易診斷的儀器功能較為單一，精度不高，而精密診斷的儀器價格較為昂貴，且對使用人員的專業(yè)技術(shù)水平要求很高，在易用性方面還存在較大不足等。相信隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，這些問題都將逐步得以緩解，并最終得到有效解決。四、診斷技術(shù)基本方法簡介對設(shè)備的診斷有不同的技術(shù)手段，較為常用的有振動監(jiān)測與診斷、溫度監(jiān)測與診斷、噪聲監(jiān)測、油液診斷、無損探傷技術(shù)等。設(shè)備診斷技術(shù)盡管很多，但基本上離不開信息的采集，信息的分析處理，狀況的識別、診斷、預(yù)測和決策三個環(huán)節(jié)。設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與診斷技術(shù)的主要工作內(nèi)容是：（1） 保證機器運行狀態(tài)在設(shè)計的范圍內(nèi)（2） 隨時報告運行狀態(tài)的變化情況和惡化趨勢（3） 提供機器狀態(tài)的準確描述（4） 故障報警五、故障診斷技術(shù)作用及意義現(xiàn)今社會，設(shè)備診斷技術(shù)日益獲得重視和發(fā)展，一方面是隨著科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)發(fā)展，設(shè)備工作強度不斷增大，生產(chǎn)效率、自動化程度越來越高，同時設(shè)備更加復(fù)雜，各部分間的關(guān)聯(lián)更加密切，往往微小的故障就可能引發(fā)連鎖反應(yīng)，從而導(dǎo)致整個設(shè)備系統(tǒng)或與設(shè)備有關(guān)的環(huán)境遭受災(zāi)難性的破壞。這不僅會造成巨大經(jīng)濟損失，而且會危及人身安全，導(dǎo)致環(huán)境事故等，后果不堪設(shè)想。例如：1973年美國三里島核電站堆芯損壞事故；1985年美國“挑戰(zhàn)者”號航天飛機墜毀；1984年印度博帕爾市農(nóng)藥廠異氰酸甲酯毒氣外泄事故；1986年前蘇聯(lián)切爾若貝利核電站泄漏事故；1986年歐洲萊茵河瑞士化學(xué)工業(yè)污染事故等，這些都是由設(shè)備故障造成的震驚世界的惡性事故。據(jù)統(tǒng)計，重要設(shè)備因事故停機造成的損失極為嚴重：一個乙烯球罐停產(chǎn)一天，損失產(chǎn)值500萬元，利潤200萬元；一臺大型化纖設(shè)備停產(chǎn)一小時，損失產(chǎn)值80萬元。有國外研究標明，對大型汽輪發(fā)電機組進行振動監(jiān)視，獲利與投資之比為17：1。這表明采用設(shè)備診斷技術(shù)，保證設(shè)備可靠而有效地運行是極為重要的。另一個不可忽視的重要因素是維修體制的變革，尤其是狀態(tài)維修的推行，迫切需要提升設(shè)備綜合效率，降低設(shè)備壽命周期費用。過去國內(nèi)外對設(shè)備主要采用計劃維修或事后維修。在許多場合下，這是非常不合理的，致使不該修的修了（即過維修），不僅浪費人力、物力、財力，甚至還會降低設(shè)備工作性能；而該修的可能又沒修（即欠維修），不僅降低設(shè)備壽命，而且還將導(dǎo)致事故發(fā)生。例如：英國曾對2000家工廠調(diào)查，結(jié)果表明采用診斷技術(shù)后，每年設(shè)備維修費可節(jié)約3億英鎊。日本有資料指出，采用診斷技術(shù)后，每年設(shè)備維修費減少20～50%，故障停機減少75%。我國冶金企業(yè)的維修費用一般占到生產(chǎn)成本的8～10％，許多大型鋼廠，每年設(shè)備維修費達數(shù)億萬元以上。對此，上海寶鋼提出并實施了從“以周期檢修為基礎(chǔ)，以預(yù)防維修為主線”的維修模式向“以設(shè)備狀態(tài)受控管理為基礎(chǔ)，以狀態(tài)維修為主線”的綜合維修模式轉(zhuǎn)變的戰(zhàn)略決策，從而使其維修費用持續(xù)下降，公司年噸鋼維修費用均降5%左右，創(chuàng)效上億元，而且近幾年來公司各條主作業(yè)線設(shè)備狀態(tài)逐年趨于穩(wěn)定，重(特)大設(shè)備事故為零，主要生產(chǎn)設(shè)備事故故障停機率持續(xù)降低，領(lǐng)先國內(nèi)同行企業(yè)。根據(jù)世界發(fā)達國家的先進經(jīng)驗和中國企業(yè)的多年實踐探索，設(shè)備診斷技術(shù)在現(xiàn)代設(shè)備工程中的作用，大致可歸納為以下幾方面：1. 能及時科學(xué)地對設(shè)備各種異常狀態(tài)或故障狀態(tài)做出診斷，預(yù)防或消除故障，對設(shè)備的運行進行必要的指導(dǎo)，提高設(shè)備運行的可靠性、安全性和有效性，以期把故障損失降低到最低水平。2. 保證設(shè)備發(fā)揮最大的設(shè)計能力，制定合理的檢測維修制度，以便在允許的條件下充分