【正文】 《冶金機(jī)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(shí)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(diǎn)、難點(diǎn)重點(diǎn)：狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷方法難點(diǎn)：實(shí)際運(yùn)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(diǎn)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(shí)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(jī)器內(nèi)部的工作狀態(tài)或機(jī)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(bào)其發(fā)展趨勢，并研究故障產(chǎn)生的機(jī)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(jī)電設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行判斷，并能熟練使用各種常見檢測儀器，處理設(shè)備問題?！窨偨Y(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(jī)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(shí)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(jī)器內(nèi)部的工作狀態(tài)或機(jī)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(bào)其發(fā)展趨勢，并研究故障產(chǎn)生的機(jī)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(jī)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(jī)械產(chǎn)生振動和損傷時(shí)的原因分析、振源判斷、故障預(yù)防，機(jī)械零部件使用期間的可靠性分析和剩余壽命估計(jì)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(yùn)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(shí)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(xiàng)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(shí)例中，我們還常常聽到另一個(gè)詞匯：失效（Failure）。國家標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(shí)際工程中，對于“失效”和“故障”沒有嚴(yán)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(shí)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(gè)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(gè)時(shí)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(shí)期的特點(diǎn)是故障率由高到低。造成早期故障的原因主要是由設(shè)計(jì)、制造上的缺陷，包裝、運(yùn)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(yùn)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(jìn)入正常工作階段。此段時(shí)間的長短，隨產(chǎn)品、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制造質(zhì)量而異。不過，當(dāng)設(shè)備進(jìn)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(gè)重要因素，會使設(shè)備的平均無故障工作時(shí)間減少。從設(shè)備的總役齡來看，這段時(shí)間雖不長，但必須認(rèn)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(shí)例：攀鋼二期工程新建的深井泵站在投產(chǎn)初期，水泵運(yùn)行臺時(shí)時(shí)常只有數(shù)百小時(shí)，甚至只有幾十小時(shí)就必須檢修，且檢修1臺水泵耗時(shí)近半個(gè)月。當(dāng)時(shí)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(diǎn)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(jī)件進(jìn)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(jī)構(gòu)調(diào)整的特點(diǎn)。設(shè)備進(jìn)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(jī)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(gè)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(fù)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(jì)、制造上存在的問題所致。故通過提高設(shè)計(jì)質(zhì)量、改進(jìn)使用管理、加強(qiáng)監(jiān)視診斷與維護(hù)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(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。為此，必須健全設(shè)備運(yùn)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(jìn)行登記與分析。工程實(shí)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(hù)水平的逐步提高，設(shè)備便進(jìn)入偶發(fā)故障期，這一時(shí)期水泵的大修臺時(shí)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(shí)60工。相對早期故障期，工作量極大減少，目前只配備數(shù)個(gè)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(shí)期的特點(diǎn)是設(shè)備故障率急劇升高。此時(shí)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(yùn)轉(zhuǎn)，其機(jī)械磨損、疲勞、老化、腐蝕逐步加劇而喪失機(jī)能，使設(shè)備故障率開始上升，進(jìn)人耗損故障期。這說明設(shè)備的一些零部件已經(jīng)達(dá)到了其使用壽命。因此，應(yīng)在這一時(shí)期出現(xiàn)前不久，進(jìn)行針對性的預(yù)防維修，或在這一時(shí)期剛出現(xiàn)時(shí)，進(jìn)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(jiān)持繼續(xù)使用，就可能造成設(shè)備事故。歸納來說，這三個(gè)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(jì)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(jī)械故障進(jìn)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(xiǎn)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(yán)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(jī)械系統(tǒng)所處的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，判斷其是否正常，當(dāng)出現(xiàn)異常時(shí)分析其產(chǎn)生的原因和部位，并預(yù)報(bào)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(gè)比較重要的問題，它不僅是建立一個(gè)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(jìn)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(yùn)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(yùn)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(shí)所要求的機(jī)械運(yùn)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(jìn)的產(chǎn)物。除了故障機(jī)理的研究得益于數(shù)學(xué)、物理學(xué)、力學(xué)、機(jī)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(jì)算機(jī)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(shí)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(shí)憑借工匠的經(jīng)驗(yàn)，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(yàn)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(jìn)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(jì)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(jìn)的產(chǎn)物，其真正發(fā)展成為一門學(xué)科的時(shí)期大約在20世紀(jì)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(jī)自動駕駛、人造衛(wèi)星、航天飛機(jī)、核反應(yīng)堆、汽輪發(fā)電機(jī)組、大型電網(wǎng)系統(tǒng)、石油化工過程、飛機(jī)、汽車、冶金、礦山設(shè)備等領(lǐng)域。但同時(shí)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(jìn)步，但它作為一門正在發(fā)展的新型學(xué)科，目前還遠(yuǎn)未達(dá)到完善的水平，主要表現(xiàn)在：理論與實(shí)際結(jié)合力度不夠，故障診斷是一門實(shí)踐性極強(qiáng)的技術(shù)，目前從事設(shè)備故障診斷研究的人員多為高?；蜓芯繂挝唬麄儗ΜF(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(shí)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(jī)械的故障診斷理論和實(shí)踐都取得了較成熟的效果，但是往復(fù)機(jī)械的診斷理論和實(shí)踐還有待提高；診斷儀器的性能與現(xiàn)場設(shè)備的實(shí)際需求存在差距；現(xiàn)場設(shè)備診斷系統(tǒng)的實(shí)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(jià)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(gè)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(jī)器運(yùn)行狀態(tài)在設(shè)計(jì)的范圍內(nèi)（2） 隨時(shí)報(bào)告運(yùn)行狀態(tài)的變化情況和惡化趨勢（3） 提供機(jī)器狀態(tài)的準(zhǔn)確描述（4） 故障報(bào)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(qiáng)度不斷增大，生產(chǎn)效率、自動化程度越來越高，同時(shí)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(gè)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(jì)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(jī)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(jì)，重要設(shè)備因事故停機(jī)造成的損失極為嚴(yán)重：一個(gè)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(shí)，損失產(chǎn)值80萬元。有國外研究標(biāo)明，對大型汽輪發(fā)電機(jī)組進(jìn)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(yùn)行是極為重要的。另一個(gè)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(fèi)用。過去國內(nèi)外對設(shè)備主要采用計(jì)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(fèi)人力、物力、財(cái)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(fèi)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(fèi)減少20～50%，故障停機(jī)減少75%。我國冶金企業(yè)的維修費(fèi)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(fèi)達(dá)數(shù)億萬元以上。對此，上海寶鋼提出并實(shí)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(fèi)用持續(xù)下降，公司年噸鋼維修費(fèi)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(jī)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(dá)國家的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)和中國企業(yè)的多年實(shí)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(shí)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(yùn)行進(jìn)行必要的指導(dǎo)，提高設(shè)備運(yùn)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(jì)能力，制定合理的檢測維修制度，以便在允許的條件下充分