故障诊断07-08试题(a卷)答案

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1、1长安大学 2007-2008 学年第 2 学期制造过程故障诊断技术试题（卷）答案制造过程故障诊断技术试题（卷）答案一一. . 简答题1.（5 分）机械故障诊断学的定义 从系统分析观点出发，工况检测与故障诊断可以理解为识别机械设备运行状态的科学， 也就是说利用现代检测方法和监视诊断手段，从所检测的信息特征判别系统的工况状态。2.（10 分）工况状态监视与故障诊断系统的主要环节。3.（10 分）常用的测振传感器种类及其合理选择。 以被测参数分，有：位移传感器，其中包括接触式（电阻式、应变式）和非接触式（电 容式、电涡流式） ；速度传感器，也有接触式（动圈式、动磁式）和非接触式（变间距式） ； 加

2、速度传感器，常用的有压电式加速度计和应变式加速度计。 按所测的振动性质分有绝对式和相对式。 测振传感器的选择应注意以下几个问题： （1）直接测量参数的选择：低频时用位移拾振器比较合理，而高频时用加速度拾振器。 传感器选择时还应力图使重要的参数以最直接最合理的方式测得。 （2）传感器的频率范围、量程、灵敏度等指标：对于惯性式拾振器，一般质量大的拾 振器上限频率低、灵敏度高；反之亦然。 （3）使用的环境要求、价格、寿命、可靠性、维修、校准等。激光测振只适用于实验 室作精密测量或校准，电涡流和电容传感器均属非接触式，但前者对环境要求低。4.（10 分）工序过程控制的基本原理 机械加工的工况状态受 5

3、M1E 六大因素所制约而处于相对稳定状态。 随着加工过程的延 续，刀具磨损的增加将激发其他物理量的变化，如切削力和切削热增加、颤振产生等，使相 关因素发生变化，不合格品产生。要使加工过程不出现废品，必须控制 5M1E 相对稳定， 这 往往要付出更大的代价。因此，应从零件的实际要求出发，确定合适的不合格率，以提高经 济效益。5.（10 分）特征信息获取和分析处理的基本方法 特征信息获取和分析处理方法包括特征信号的检测、 信号的特征分析与特征量选择等内 容。在特征信号的检测中，关键是正确选择拾振传感器，实现特征信号的采集。在信号的特 征分析与特征量选择中，常涉及时域分析、频域分析和时频域分析，其中

4、：时域分析的主要 分析内容： 内容包括随即过程时间序列的相关概念和性质， 基于时间序列平稳性和遍历性假2设的时间序列统计分析，以及 ARMA(p,q)、AR(p)、MA(q)等经典时间序列模型在故障诊断 中的应用。 频域分析的主要分析内容：内容包括谱分析的重要手段傅里叶变换，针对不具 备绝对科技条件的功率谱， 以及检测复杂谱图中周期分量的有力工具倒谱分析。 时频域 分析的主要分析内容：即小波分析。正是适应于低频时宽时窗、高频时窄时窗要求，采用时 窗宽度可调的小波函数。 6.（5 分）信号调理的基本内容。 信号调理一般包含： 交直流分离：为了使特征信号准确、客观的体现设备运行工况，需采用适当的电

5、路将反 映不同工况特征的交、直流信号分离开来并分别进行采样。 信号滤波：为消除检测到的特征信号中的噪声污染及其对各种后续分析带来的负面影 响，常采用特定的滤波器对检测信号进行滤波。 信号放大： 为了满足 A/D 转换的要求， 需在 A/D 转换之前， 将信号放大到5v 范围内。二. 问答题1 1. .试述试述 5M1E5M1E 对加工过程及工序质量影响的机理对加工过程及工序质量影响的机理。 （15 分） 工件材料是根据零件在机器中的作用规定的。 这不是在工序过程可以变动的参数， 但它 与其他工序的加工质量有关。 机器设备主要是机床，也包括工艺装备，它是影响工序质量的重要因素，机床对加工过 程的

6、影响一是机床本身精度，机床精度不高自必影响加工精度；二是机床的刚度，直接影响 机床刀具工件的加工系统刚度， 这两方面因素都直接反映在工序质量上。 体改加工 系统的刚度，可增加工序系统的稳定性，在不同的机床上加工相同的零件，加工过程属性也 将产生很大的变化。 加工方法是提高工序质量最积极的因素， 采用不同的方法， 即不同的工艺， 是保证质量， 提高零件寿命的重要因素。用不同的加工方法加工的零件属性不同，不属于同一母体。 操作者的技术水平是影响工序质量的直接因素，例如技术水平高的工人加工的零件， 其 子样均值比较接近零件的公称尺寸， 且分散性较小， 使 6的变化容易控制在容差范围之内，因而工序质量

7、稳定；而技术水平低的工人，子样均值往往偏离理想均值，且n的分散性较大，容易超差。此外，操作者思想素质，工作责任心，重视工序质量的知识水平都是影响质 量过程属性的重要因素。 加工环境包括厂房及环境温度条件， 机床地基是否有隔振措施， 例如精密零件的加工必 须有专门的恒温车间，有些贵重精密设备还得安装在地下室，都是提高环境条件的稳定性， 避免随即干扰 技术测量。测量是检测动态变化过程参数，测量数据的准确性，影响系统的输出，但不 是生成动态变化的原因。 以上 6 种因素是对工序质量影响最基本的也是最重要的因素， 他们彼此相关， 相互影响， 而不是独立无关。 2.2. 画出敏捷制造环境下集成质量系统的

8、功能结构图画出敏捷制造环境下集成质量系统的功能结构图，并简要说明其各个功能模块的主要功并简要说明其各个功能模块的主要功 能能。 （15 分） 总共分为四个子系统：3（）质量规划子系统 ）质量功能配置：是从顾客需求出发，为适应市场的变化和技术的进步，按照技术文 件、合同协议及技术标准，进行产品质量配置和质量职能的分配，得出质量控制方案。 ）质量计划：主要功能包括确定产品的质量目标及实现质量目标的方案；分配动态联 盟各盟员的责任和权限；制定采取的程序、方法和作业指导书；确定达到质量目标的测量方 法；质量计划执行情况的反馈信息的收集和处理。 ）检验计划根据设计文件、工艺信息以及质量计划、质量标准来制

9、定产品的检验计 划。检测仪器、试验设备的检验计划、维修计划。 ）过程监控计划：制定与选择加工设备、辅助设备、刀具、生产环境的监控方案。 确 定影响产品性能的重要零部件的关键质量特性以及关键工序， 并对质控点的加工方案、 预防 和控制步骤制定控制计划。 ）质量成本计划：根据产品设计、工艺、检验计划来确定质量工作的各项成本。 （）质量管理子系统： ）过程质量管理：是指从设计、采购、制造到售后服务等生产过程的质量管理。 ）产品质量跟踪管理：分为硬件和软件两种跟踪方式。 ）计量器具质量管理：是对计量器具的设备计划、设计、采购、待用、监控及投入使 用等的各个阶段。 ）工装和设备质量管理：包括工装和设备定

10、检执行情况记录、出入库质量状况及使用 过程质量状况跟踪、异常情况处理等。 ）人员素质管理：包括质检人员资格印章管理，建立质量人员业务素质档案，并对培 训考核、过失处理等情况进行处理分析。 ）质量成本管理：进行质量成本核算和质量成本分析。 （）质量控制子系统4）过程的检测与监测：在自动化生产条件下往往要求对产品逐件检测。 ） 数据采集与数据处理： 在线及离线采集工作在各工序的质量信息和加工过程中与质 量有关的物理信息、成本信息和环境条件等。 ）评价与分析诊断：根据所获取信息，分析工况状态所存在的规律对产品质量进行评 价，对存在的问题进行分析诊断。 ）控制与调整：根据诊断结果，找到问题存在的原因，

11、对过程进行调整。 ） 设计质量控制： 总结设计产品质量和用户对产品质量的要求， 对设计质量进行控制。 （）质量评价子系统 ）质量体系审核：对质量体系的现状和适合性进行评价 ）过程质量审核：对加工过程进行质量评价 ）产品质量审核：对成品进行质量评价 ）设计质量评价：包括产品设计评审和工艺设计评审。 3.以汽轮机压缩机组的计算机辅助工况监视与故障诊断系统为例，回答以下问题以汽轮机压缩机组的计算机辅助工况监视与故障诊断系统为例，回答以下问题（20 分） ： （1）画出在线分析与智能诊断系统的功能模块图，并对各个功能模块作简要说明画出在线分析与智能诊断系统的功能模块图，并对各个功能模块作简要说明；在线

12、分析与智能诊断系统的功能模块图 知识库管理模块：向领域专家获取知识和管理知识，该模块包括浏览知识库、建立知识 库、扩展知识库、添加、修改、删除规则等功能子模块。在系统运行过程中，可以对知识库 的诊断性能进行测试，根据测试结果，用户对知识库可以进行扩充、修改、完善，使诊断系 统的诊断能力不断提高。5数据库管理模块： 该模块主要由数据通信、 数据标定与参数设置和数据预处理这三个子 模块组成。 在数据通讯模块中将下位机采集分析得到的数据传到上位机， 用数据标定子模块 进行标定，以转化成具有物理意义的数据，通过数据预处理子模块中的特征提取功能，对振 动信号进行分析与处理以提取特征量，并对这些数据进行压

13、缩与重新组织。 知识库模块： 用于存储领域专家对汽轮发电机组各类故障的诊断经验和相关知识。 该知 识库由知识库管理模块人工编辑输入或通过机器学习的方式得到。知识库主要包括背景知 识、诊断知识、机组病理与运行档案、过程性知识、控制性知识、决策知识。 数据库模块：建立起关于机组运行信息的数据库。数据库中包括振动信号的原始数据、 经 FFT 分析后的频谱及谱阵、轴心轨迹及变化趋势、表征机组运行特征的特征数据的变化 趋势、缓变信号的变化趋势。还有机组最近一个月的运行状态，该状态是在数据预处理中根 据设置的门限判别而得， 汇总后醒目的显示给用户， 用户可以根据最近一个月的任意时刻所 对应的工况状态进行诊

14、断分析 。 推理机模块：根据机组当前的运行信息和过去的历史情况，激活知识库中的有关规则， 对故障树完成证据与假设之间的映射关系， 刷新动态数据库并保存推理轨迹以期对诊断结果 进行解释。 动态数据库模块：在诊断过程中，随着推理机沿着故障树匹配规则，要不断地产生中间 结论（包括最终结论） ，同时还有大量的症状信息和推理路径需要保存，为此专门设计了一 个动态数据库存放上述数据信息。 工况分析模块： 不仅在机组发生故障时进行故障诊断， 而且当机组还处在正常状态时也 能对机组的工况进行各种方法的分析。在工况分析模块中开发了 FFT 谱分析、时域波形、 轴心轨迹、参数棒图、趋势分析、启停数据分析和工况综合分析等功能模块。 帮助与服务模块： 通过该模块， 打印出机组运行报表和诊断报告， 对诊断结果进行解释， 并对故障给出其对策，供用户参考。该模块主要由诊断结果解释、故障对策、诊断报告、 打 印报表、打印屏幕等功能子模块组成。 任务管理模块： 诊断子系统的管理与控制机构， 完成以下功能模块： 提供人机交互接口， 不同模块之间的调度与信息传递，选择不同的功能模块。 （2）简述大型机电装备工况监视与故障诊断的发展趋势简述大型机电装备工况监视与故障诊断的发展趋势。 远程分布式工况监视与故障诊断系统； 基于行为和基于知识的智能诊断方法研究； 面向机器监测的实时数据库技术； 机器的智能监测与诊断技术。