1 第一章 机械故障诊断的基本原理

第三节 机械故障诊断的一般思维方法
系统顶事件的状态如用φ来表示，则φ必然 12 2, , n) 的函数 是底事件状态 xi (i 1,
( x1 , x2 , , xn )
同时
1, 当顶事件发生时 ( x) 0， 当顶事件不发生时
定义为故障树的结构函数
( x)
第二节 故障特征参量
三、故障特征参量的选定方法
不同故障，特征参量不同 同一故障，当环境发生变化时，特征参量也不同
故障特征参量一般通过理论分析和实验的方 法来确定。
第一章 机械故障诊断的基本原理
第二节
机械故障诊断的一般思维方法
与传统的诊断手段相对应的识别理论只能 借助形式逻辑进行一些简单的推理；而与现 代诊断技术相对应，则有故障树分析、模式 识别以及模糊诊断等多种识别理论。
第三节 机械故障诊断的一般思维方法 几个逻辑的概念 1．原因与结果 引起某现象产生的现象叫做原因，由另一 现象引起的现象叫结果。 2．因果关系的特性 (1)因果关系的相对性 (2)因果关系的确定性 (3)因果关系的普遍性
首先确定可能的原因或结果 从可能的原因或结果中进行比较删除虚假成 分，找出真正的原因或结果。
第三节 机械故障诊断的一般思维方法
故障树分析法的过程： 把所研究系统的最不希望发生的故障状态作为故 障分析的目标，然后找到直接导致这一故障发生的 全部因素，再找出造成这些全部因素中的每一个因 素发生的全部直接因素，一直追查到那些原始的， 其故障机理或概率分布都已知的，无需再深入研究 的因素为止。
第三节 机械故障诊断的一般思维方法 描述系统状态、部件状态的变化过程就叫做 事件。 如果系统或元件按规定要求(规定的条件 和时间)完成其功能则称为正常事件； 如果系统或元件不能够按规定要求完成指 定的功能，或者其功能完成不准确，则称作 故障事件。 通常引起故障事件的原因有：硬件失效， 软件错误，环境条件影响以及人为因素等。
第三节 机械故障诊断的一般思维方法
系统故障 或门 部件A故障 或门 元件1故障 元件2故障 元件3故障 部件B故障 与门 元件4故障
第三节 机械故障诊断的一般思维方法
2．故障树分析法的特点 优点 优点： (1)直观、形象 (2)灵活、多用途 (3)多目标、可计算 缺点： 理论性较强，逻辑性较严密，因此要求分析人 员对所研究的对象(系统或设备)必须有透彻的了 解，还应具有比较丰富的设计和运行经验。
(2)差异法(求异法) 场合
1
先行（或后行）情况
被研究现象
A、B、C a 2 -、B、C 结论 情况 是现象 的原因（结果） 结论：情况A是现象a的原因（结果）
在故障分析时，形成上述差异场合的方法有轮流 切换法和换件比较法。
第三节 机械故障诊断的一般思维方法
轮流切换法： 场合 先行（或后行）情况 被研究现象
含
n
义
逻 辑 门 符 号
与门 Z xi
i 1
n
xx x
1 2
Z
或门
xx
1 2
x Z
Z xi
i 1
n
n
非门
x
Zx
建立故障树的主要步骤： (1)确定顶事件
第三节 机械故障诊断的一般思维方法
①要有明确的定义 ①要有明确的定义； ②要能进行分解， ③要能度量以便于定量分析 (2)建立边界条件，简化建树工作 。
第三节 机械故障诊断的一般思维方法 二、故障树分析法(FTA)
故障树分析法(FTA，Fault Tree Analysis)， 简称FTA，是一种将系统故障形成的原因由总体至局 部按树状结构进行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。 故障树分析法的作用：是对复杂的动态系统设计 、工厂试验或现场发现故障形式进行可靠性分析的 工具，其目的是要判明基本故障、确定故障的原因 、影响和发生概率。
第三节 机械故障诊断的一般思维方法 6．故障树与结构函数
考虑一个由N件，记作T，系统中各部件失效则 称为底事件。假设系统和部件均只有失效和正常两 种状态，则底事件可以定义如下：
1， 当第i个底事件发生时（故障） xi 当第i个底事件不发生时（正常) 0，当第 i 1, 2, , n
1 2 3
、B、C、D 、D、E、F 、C、D、F

负 事 例
组 结论：情况A是现象a的原因（结果） 正负两组事例的组成场合越多，结论越可靠 负事例组的各个场合应选择与正事例组场合较好 相似的来比较，因为负事例的场合是无限多的
第三节 机械故障诊断的一般思维方法
(4)共变法 场合 先行（或后行）情况 被研究现象
本节讨论： 逻辑推理 故障树分析
第三节 机械故障诊断的一般思维方法 一、形式逻辑推理 可把故障诊断过程划分为以下五个步骤：
① 调研考察，得出故障现象； ② 假设原因； ③ 由假设原因推断出应有的结果； ④ 将推断结果与考察所得的现象进行比较； ⑤ 得出假设成立与否的结论，如果原假设不成立， 则需另立假设。
第三节 机械故障诊断的一般思维方法
(3)契合差异并用法(求同求异法) 场合
1 2 3
先行（或后行）情况
A、B、C、D A、E、F、G A、C、D、F
被研究现象
a a a 正 事 例 组
结论：情况A是现象a的原因（结果）
第三节 机械故障诊断的一般思维方法
场合 先行（或后行）情况 被研究现象
第三节 机械故障诊断的一般思维方法
3．逻辑推理方法 (1)契合法(求同法) 场合 先行（或后行）情况 被研究现象 1 A、B、C a 2 A、D、E a 3 A、F、G a 结论：情况 是现象 的原因（结果） 结论：情况A是现象a的原因（结果）
第三节 机械故障诊断的一般思维方法
机械故障诊断
第一章
§1.1 §1.2
机械故障诊断的基本原理
故障特征参量 机械故障诊断的一般思维方法
第一章 机械故障诊断的基本原理
第 第一节
故障 故障特征参量 参
一、故障特征参量的定义
对于某一具体的故障类型，我们所关心的问题是： ①这种故障通过哪些物理量表现出来； ②各物理参量与故障间的关系强弱情况如何。 只有那些与某种故障类型之间的关系密切、 对故障灵敏可靠的物理参量才被用于故障的诊断 。 在机械故障诊断学领域，将这些对故障灵敏、稳 定可靠的物理量称为故障特征参量。
(1)基本逻辑关系
两个变量的基本逻辑关系
逻辑关系 表达式 逻辑非 逻辑与 逻辑或 蕴涵 同一 含义 没有 x1 其它表示方法
x1 与 x2 x1 x2 x1 x2 x1 x2 x1 或x2 或两者 x1 x2 x1 x2 x1 x2 有x1 必有 x2 x1 x2 , x1 x2 , x1 x2 x1 x2 x1 , x2同有同无 x1 x2 x1 x2 x1 x2
对于同一种故障类型，当它们发生在不 同的机械系统上时，其故障特征参量也不 同，因此，在确定某种故障的特征参量 时，应结合具体的系统进行。
井下风机轴承故障
第二节 故障特征参量 二、故障特征参量的选取原则
1、高度敏感性 机械系统状态的微弱变化应引起故障特征参量的 较大变化。 2、高度可靠性 故障特征参量是依赖于机械系统的状态变化而变化 的，如果把故障特征参量取作应变量，系统状态取 作自变量，则故障持征参量应是系统状态这个自变 量的单值函数。 3、实用性（或可实现性） 故障特征参量应是便于 检测的，如果某个物理参量虽对某种故障足够灵敏， 但这个参量不易获得(经济的、技术方面的考虑)， 那么这个物理参量也不便用作故障特征参量。
“与门 与门”故障树 故障树
( x)＝ xi
i 1 n
“或门”故障树
( x)＝ xi
i 1
n
( x)＝ xi 1 (1 xi )
i 1 i 1
n
n
T
x
“非门”故障树
( x) 1 x
故障树的简化
在分析系统故障时 最初建立的故障 在分析系统故障时，最初建立的故障 树往往并不是最简的，可以对它进行简化。 树往往并不是最简的，可以对它进行简化 最经常采用的简化方法是借助逻辑代数的 逻辑法则进行简化。
第三节 机械故障诊断的一般思维方法
在应用剩余法进行推断时，有以下两点需提请注意： ①必须确认复杂现象的一部分(a、b、c)是某些情 况(A、B、C)引起的，而剩余部分(d)不可能是这些 情况(A、B、C)引起的； ②复杂现象剩余部分的原因(D)，不一定是个单 一的情况，还可能是个复杂的情况。实际上多层次 、多原因的复杂故障树正是描述这种逻辑关系的。
故障树的边界条件应包括： ①初始状态 ②不容许事件 ③不可能事件 ④必然事件 ⑤事件概率 (3)构建故障树
第三节 机械故障诊断的一般思维方法
如图所示油泵驱动电路，系统故障为不供油。 已知：电动机故障率0.001 0 001，油泵故障率为 油泵故障率为0。
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
第二节 故障特征参量
故障表现与特征参量和故障原因之间存在 如下的对应关系：
F f (1 , 2 ,)
式中
F －某种故障类型 ； 1 , 2 , －各种特征参量或故障原因
故障诊断就是确定F与 1 , 2 , 之间的某种 对应关系f，以便通过检测 1 , 2 , 来判断故障 类型F是否发生，或在已知F 发生的情况下去查明 造成F的原因 1 , 2 , 等。
x1 x1 x2
cx1
， x
1
'
两个变量逻辑运算的真值表
x1 x2
0 0 1 1 0 1 0 1
1 2 3
A、B、C A、-、C A、B、-