一、在線狀態檢測與故障診斷的定義

通俗地說，狀態監測與故障診斷就是給機器看病。人不可能不生病，機器在運行過程中出現故障也是不可避免的。人生了病需要求醫就診，機器出了故障也要找“醫生”診斷病因。醫生對病人的診斷是基于體征檢查（先看體溫，再進行驗血、X 光、心電圖、B 超、…、甚至 CT 等）基礎上的分析判斷，對機器故障的診斷同樣也是基于狀態監測（先看總振動值，再求助于頻譜、波形、軸心軌跡、趨勢圖、波德圖、全息譜圖等）基礎上的綜合性分析判斷。

狀態監測是指通過一定的途徑了解和掌握設備的運行狀態，包括利用監測與分析儀器（在線的或離線的），采用各種檢測、監視、分析和判別方法，對設備當前的運行狀態做出評估（屬于正常、還是異常），對異常狀態及時做出報警，并為進一步進行的故障分析、性能評估等提供信息和數據。

故障是指機械設備喪失了原來所規定的性能或狀態。通常把設備在運行中所發生的狀態異常、缺陷、性能惡化、以及事故前期的狀態統統稱為故障，有時也把事故直接歸為故障。

而故障診斷則是根據狀態監測所獲得的信息，結合設備的工作原理、結構特點、運行參數、歷史狀況，對可能發生的故障進行分析、預報，對已經或正在發生的故障進行分析、判斷，以確定故障的性質、類別、程度、部位及趨勢，對維護設備的正常運行和合理檢修提供正確的技術支持。

二、在線狀態檢測與故障診斷的意義

狀態監測與故障診斷技術的由來及發展，與十分可觀的故障損失以及設備維修費密切相關，而狀態監測與故障診斷的意義 狀態監測與故障診斷的意義則是有效地遏制了故障損失和設備維修費用。具體可歸納如下幾個方面：

① 及時發現故障的早期征兆，以便采取相應的措施，避免、減緩、減少重大事故的發生；

② 一旦發生故障，能自動紀錄下故障過程的完整信息，以便事后進行故障原因分析，避免再次發生同類事故；

③ 通過對設備異常運行狀態的分析，揭示故障的原因、程度、部位，為設備的在線調理、停機檢修提供科學依據，延長運行周期，降低維修費用；

④ 可充分地了解設備性能，為改進設計、制造與維修水平提供有力證據。

自上世紀七十年代以來，國內外石化、化工、電力、鋼鐵等行業為了極大限度地提高經濟效益，生產規模不斷擴大，生產裝置向著大型化、高速化、自動化、連續化、單系列化發展，裝置中的關鍵設備均無備機，一旦出現故障停機，將導致整個裝置停產，所造成的經濟損失是十分巨大的。例如，一個年加工原油 500萬噸的煉油廠，停產一天的經濟損失達二千多萬元；一個年產 30 萬噸合成氨的化肥廠預知性維修比較先進、經濟。據日本資料介紹，采用設備故障診斷技術，故障停機時間可降低 75％，每年設備維修費可減少 25～50％。無怪國外有些專家認為，把少量美元花費在狀態監測上，比把上百萬美元花費在因設備嚴重損壞而引起強迫停機后的檢修上更有價值。從開展此項工作中嘗到甜頭的國內設備專家則說，開展狀態監測與故障診斷工作是花小錢、省大錢，購置監測儀器是花了一些錢，但有效地降低了故障損失和設備維修費，反而節省了大錢。

三、在線狀態檢測與故障診斷的發展與現狀

狀態監測與故障診斷技術是近三十年來國內外發展較快的一門新興學科。我國狀態監測與故障診斷技術起源于上世紀七十年代末。那時，建國后首批從西方工業發達國家成套引進的 13 套大化肥裝置，以及隨后不久引進的大化纖、大乙烯等裝置正處于建成后的試車、開車階段，由于某些機組事故頻發，促進了高校及科研單位對這項技術的理論研究和實際應用。國外某些大公司的監測與診斷部門也同時開展了一些服務與交流，客觀上起到了一定的推動作用。79 年起，有些企業開始研究西方設備維修體制，從中感受到狀態監測與預知性維修的重要意義。79 年到 83 年，一些受故障損失嚴重困擾的石化企業，購置了國外先進的頻譜分析儀等狀態監測儀器，進入了初步的實踐階段，1983 年，原國家經委下達了《國營工業交通設備管理試行條例》，明確提出：“逐步采用現代故障診斷和狀態監測技術，發展以狀態監測為基礎的預知性維修體制” ，從而把故障診斷納入企業管理法規，對發展故障診斷技術具有極為重要的意義。自 1984 年起，石化企業逐步建立起以總公司、公司（總廠）、廠的三級狀態監測機構，配置人員，購置儀器，培訓學習，相互交流，全面開展了狀態監測與故障診斷工作，整體水平得到提高。九十年代起，火力發電行業開始開展大型汽輪發電機組的在線狀態監測與故障診斷工作，并且發展較為迅速。進入本世紀以來，在鋼鐵、煉鋁、水力發電、風力發電、空分等行業內，伴隨著技術先進的大型轉動設備的投入使用，狀態監測與故障診斷技術也開始得到重視與應用，并呈現出上升的趨勢。

狀態監測與故障診斷技術自身的發展過程，大致可歸納為以下三個階段：

① 離線的 FFT 分析儀階段 FFT 分析儀階段

上世紀八十年代初、中期，通過磁帶記錄儀到現場記錄振動信號，然后回實驗室輸入 FFT（快速傅里葉變換）分析儀回放，進行頻譜分析，只有功率譜（幅值譜）及波形，少數配置雙通道時才能看到軸心軌跡，分析方法單一，基本上只能查幅值、頻率。

② 離線或在線的計算機輔助監測、診斷階段

上世紀八十年代末期至九十年代中期，通過計算機完成信息采集、信號分析、數據庫管理、甚至給出診斷結論，有各種圖譜，分析方法多樣，更加注重幅值、頻率、相位信息的全面、綜合利用，還涌現出專家輔助診斷系統。

③ 網絡化監測、診斷階段

上世紀九十年代末以來，充分利用企業內部局域網和 Internet 網絡，做到資源共享、節省投資、遠程診斷，所監測的參數不再局限于振動、軸位移、轉速，進一步擴展到流量、壓力、溫度等工藝過程量，對設備運行狀態的把握更加全面、準確，實現了真正意義上的專家遠程診斷。

如今，在對設備當前運行狀態的監測以及故障原因的診斷方面，可以說國內外狀態監測與故障診斷產品（無論是在線的、還是離線的）的性能都達到了較為令人滿意的水平。然而，用戶現場人員最關心的是設備當前故障的 ，用戶現場人員最關心的是設備當前故障的

嚴重程度如何、今后的發展趨勢怎樣、還能否繼續運行下去 、還能否繼續運行下去、還能運行多久等問題，恰恰在對故障程度的評估上以及故障趨勢的 ，恰恰在對故障程度的評估上以及故障趨勢的預報上，各家產品都顯得欠缺 ，各家產品都顯得欠缺。因此，狀態預報是目前監測診斷技術中較為薄弱的環節。

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