设备是在各种不同的环境条件下运转的，承受着各种应力与能量的作用，这些作用会使设备的技术状态发生变化，亦即使设备的性能劣化，最终导致设备发生故障。如果故障是由一种主要原因（例如应力）引起的单一类型的故障，只要掌握了发生这类故障的机理和设备应力的状态，就能比较精确地定量预测设备性能的劣化程度和故障发生的时间，从而确定预防故障的对策。但是，如果故障的出现是偶然的，故障的类型是复合的，引起故障的原因是多种多样而又不易检查的，则故障就会呈现明显的随机性，要预测这类故障的发生将是相当困难的。对于简单的小型的机械设备来说，这类偶发性故障比较容易发现，也可用事后维修的办法进行处理。然而对大型、复杂的设备来说，发生故障不仅会造成停产和重大经济损失，而且会造成严重的安全事故和灾害，因而不能采用事后修理的办法，必须采用设备故障诊断技术。
    设备故障诊断技术与人们熟悉的医学上的症状诊断是十分相似的。对设备进行的定期检查，就相当于对人体进行的健康检查，设备定期检查中发现的设备技术状态异常现象，则相当于人体检查中发现的各种症状，根据设备技术状态对设备劣化程度与故障部位、故障类型故障原因所作分析判断就相当于根据人体症状对病位、病名、病因所作的识别鉴定即诊断。不难明白，设备故障的诊断和人体疾病的诊断在实质上是完全相同的，也是利用了温度、颜色、噪音、振动、压力、气味、形变、腐蚀、泄漏、磨损等表示设备状态的各种特征。由此可知，所谓“诊断”就是对诊断对象在出现异常现象时（或进行预防性检查发现有异常现象时）所进行的故障识别和鉴定。设备故障诊断技术的目的在于尽可能早地发现机械设备的劣化现象和故障征兆，或者在故障处于轻微阶段时将其检测出来，采取有针对性的防止或消除措施，恢复和保持设备的正常性能。
    进行设备故障诊断必须有正确的根据，这就必须进行状态监测和记录，掌握设备从过去到现在的经历及状态。状态监测与故障诊断是设备故障诊断技术的两个组成部分，有联系但又不相同。状态监测主要是对设备的技术状态进行初步识别，故障诊断则是对该状态的进一步分析识别和判断。所以，状态监测是设备诊断的基础，设备状态监测是设备故障诊断技术不可缺少的组成部分
    （1)设备故障诊断技术的概念
    设备故障诊断技术又称设备状态诊断技术(Machine Condition Diagnosis Tech-nigue）是一种通过监测设备的状态参数，发现设备异常情况，分析设备故障原因，并预测预报设备未来状态的一种技术。其基本功能是在不拆卸或基本不拆卸设备的情况下，掌握设备运行现状，定量地检测和评价设备的以下状态：①设备所承受的应力；②强度和性能；③故障和劣化；④预测设备的可靠性。在设备发生故障的情况下，对故障原因、故障部位、危险程度进行评定，并确定正确的修复方法。
    设备故障诊断技术包括以下三个环节：①检测异常；②诊断故障症状和故障部位；③掌握故障类型。因此应用设备故障诊断技术，能确定设备存在的问题，及其原因和程度，可以采取最适宜的对策避免故障的发生和确定针对性修复方法，以达到维修目标准确，排除故障及时，减少修理时间，降低维修费用和停机损失，提高设备有效利用率的目的。
    上面所说的设备诊断是针对企业的在用设备而言的。如从设备的一生（寿命周期）而言，不仅要在设备运行阶段进行诊断，以实施状态维修；还必须在设计、制造阶段进行检测，诊断设备是否达到了设计技术要求、精度标准和预定功能；而在设备发生故障后，诊断分析故障发生原因。通过这三个相互联系的阶段和技术数据的积累，必然有助于提高以后的设备设计、制造质量，增大设备的可靠性，延长设备的使用寿命。
    (2)设备故障诊断技术的工作原理和工作手段
    设备故障诊断技术的基本原理及工作程序如图1-1所示，它包括信息库和知识库的建立，以及信号检测、特征提取、状态识别和预报决策等4个工作程序。
 
    图1-1  设备故障诊断技术的基本原理及工作程序
    (2)设备故障诊断技术的工作原理和工作手段
    设备故障诊断技术的基本原理及工作程序如图5-4所示，它包括信息库和知识库的建立，以及信号检测、特征提取、状态识别和预报决策等4个工作程序。
    ①信号检测。按照不同诊断目的和对象，选择最便于诊断的状态信号，使用传感器、数据采集器等技术手段，加以监测与采集。由此建立起来的是状态信号的数据库，属于初始模式。
    ②特征提取。将初始模式的状态信号通过信号处理，进行放大或压缩、形式变换、去除噪声干扰，以提取故障特征，形成待检模式。
    ③状态识别。根据理论分析结合故障案例，并采用数据库技术所建立起来的故障档案库为基准模式。把待检模式与基准模式进行比较和分类，即可区别设备的正常与异常。
    ④预报决策。经过判别，对属于正常状态的可继续监视，重复以上程序；对属于异常状态的，则要查明故障情况，做出趋势分析，估计今后发展和可继续运行的时间，以及根据问题所在提出控制措施和维修决策。
    按照状态信号的物理特征，设备诊断技术的主要工作手段分为10种，如表1-1所示。选用上述主要工作手段要根据对象不同而有所区别，其中以振动、温度、油液及声学的诊断方法应用最多。
                                            表1-1 设备故障诊断技术的主要工作手段

序号	物理特征	检测目标	适用范围
1	振动	稳态振动、瞬态振动模态参数等	旋转机械、往复机械、流体机械、转轴、轴承、 齿轮等
2	温度	温度、温差、温度场及热图像等	热工设备、工业炉窑、电机电器、电子设备等
3	油液	油品的理化性能、磨粒的铁谱分析 及油液的光谱分析	设备润滑系统、有摩擦副的传动系统、电力变 压器等
4	声学	噪声、声阻、超声波、声发射等	压力容器及管道、流体机械、工业阀门、短路 开关等
5	强度	载荷、扭矩、应力、应变等	起重运输设备、锻压设备、各种工程结构等
6	压力	压力、压差、压力联动等	液压系统、流体机械、内燃机，液力耦合器等
7	电气参数	电流、电压、电阻、功率、电磁特性、 绝缘性能等	电机、电器、输变电设备、微电子设备、电工仪 表等
8	表面状态	裂纹、变形、点蚀、剥脱腐蚀、变色等	设备及零件的表面损伤、交换器及管道内孔 的照相检查等
9	无损检测	射线、超声、磁粉场、渗透、涡流探伤 指标等	压延、铸锻件及焊缝缺陷检查，表面镀层及管 壁厚度测定等
10	工况指标	设备运行中的工况和各项主要性能 指标等	流程工业或生产线上的主要生产设备等

   (3)设备故障诊断技术的组成和功能
    设备故障诊断技术由简易诊断技术和精密诊断技术两种技术组成。
    ①简易诊断技术(Simple Diagnosis Technique)是指使用简单的方法，对设备技术状态快速作出概况性评价的技术。它能够迅速而概括地检查了解设备状态，由现场维修人员施行，普遍应用于各种设备。简易诊断技术一般有以下几个特点：
        i．使用各种较简单、易于携带和便于在现场使用的诊断仪器及检测仪表；
        ii．由设备维护检修人员在生产现场进行；
        iii．仅对设备有无故障、严重程度及其发展趋势做出定性初判；
       iv．涉及的技术知识和经验比较简单，易于学习和掌握；
        v．需要把采集的故障信号储存建档。
    设备的状态监测包括定期的或在线的，都属于简易诊断技术的范围。它可对能反映设备技术状态的一些参数做出正常与否的判断，当存在异常或超过限值时，应能报警或自动停机。但状态监测并不同于故障的识别和判断。
    ②精密诊断技术(Precise Diagnosis Technique)它是指使用精密的仪器和方法，对简易诊断中难以确诊的设备故障进行精确的定量检测与分析，找出故障位置、原因和数据，据以确定应采取的相应措施的技术。一般有以下几个特点：
        i．用各种比较复杂的诊断分析仪器或专用诊断设备；
        ii．由具有一定经验的工程技术人员及专家在生产现场或诊断中心进行；
        iii．需对设备故障的存在部位、发生原因及故障类型进行识别和定量；
        iv．涉及的技术知识和经验比较复杂，需要较多的学科配合；
        v．进行深入的信号处理，以及根据需要预测设备寿命。
    近年开发的计算机辅助设备诊断系统和人工智能与诊断专家系统等，也都属于精密诊断技术范畴，一般多用于关键机组和诊断比较复杂的故障原因。设备简易诊断和精密诊断两者的关系相当于护士与专科医生的关系，可参见图1-2。
 

                  图1-2  设备故障诊断技术的构成

    在一般情况下，多数设备都采用简易诊断技术来诊断设备现时的状态：只有对那些在简易诊断中提出疑难问题的设备（包括关键、高精度、大重型设备），才进行精密诊断。这样使用两种诊断技术，才是最有效而又经济的。图1-3表示了简易诊断技术和精密诊断技术的功能。
 

 图1-3  设备故障诊断技术的功能

   （4）设备故障诊断的判定标准及其制定方法
    设备故障诊断的判定标准是用以评价设备技术状态的一种标准。据此可以判定设备的正常、异常和故障，以实施超限报警或自动停机。常用的判定标准有以下三种。
    ①绝对判定标准。根据对某类设备长期使用、维修与测试所积累的经验，并由企业、行业或国家归纳而制订的一种可供工程应用的标准。这类标准一般都是针对某类设备，并在规定了正确的测定方法后制订的，故在使用时必须掌握标准的运用范围和测定方法。
    ②相对判定标准。对同一台设备，在同一部位定期测定参数，并按时间先后进行比较，以正常情况下的值为原始值，用实测值与该值的倍数作为判定标准。
    ③类比判定标准。数台同样型号、规格的设备在相同条件下运行时，通过对各台设备的同一部位进行测定和相互比较来掌握异常程度。
    目前，国内外比较普遍使用的判定标准的制定方法有两种。
    ①株洲冶炼厂建立标准的四个步骤。
    i．根据以往多次测试、检修的数据，大致确定判定标准，即确定故障的上限控制值。
    ii．根据某一周期（检修后开始运行至停机检修）测试数据找出变化规律并做出浴盆曲线。
    iii．由步骤ii确定设备下一运行周期故障的类型（递减型、恒定型和递增型）并重点研究后两种。利用一元回归直线方程，判断能否按正态分布规律作曲线，如可能即求出上限值。
    iv.将此上限值与步骤i由实际经验得出的大致值相比较，看是否有较大出入。
    在实际工作中，常会发现同一型号的不同机组，其正常上限值与临界值都不一定相同。因此，应尽可能给每一台机组建立一个档案，在积累数据后，再建立该机型的判定标准。
    ②日本丰田利夫教授制定判定标准的四个步骤。
    i．在设备正常时，进行20次以上(n≥20)的非连续测量。ii．计算其数学平均值
   
    式中X1，X2…，X n―第1～N的测量值iii．计算标准偏差σ0  
    
    iv．按照以下公式计算判定标准
    异常（注意）值：X e= μ0 ＋2σ0
    危险（报警）值：X e= μ0 十3σ0
    (5)设备故障诊断技术在设备工程中的作用
    根据世界发达国家的经验和中国企业的实践经验，设备故障诊断技术在现代设备工程中的作用，大致有以下7点。
    ①为优化设备设计及消除设计缺陷提供明确的方向。有些设备设计时因未认真考虑动态效应，从而造成难以使用的缺陷，可以通过设备故障诊断技术予以解决。如上海人造板机器厂所设计制造的木材生产线上的高速双面磨光机，在试车时出现异常振动，经应用诊断技术查找振源，发现由于机架导向辊的转动频率接近机架的固有频率，因而造成机组共振。
    ②为新设备验收安装提供重要手段。新设备在投人使用前，要进行产品验收，以及测试其原始运行数据，为以后的状态识别提供可靠依据。设备故障诊断技术可以作为重要手段。例如上海汽车齿轮总厂在验收一台有争议的新磨床时，通过诊断发现磨头后端轴承的滚珠存在严重点蚀与失圆缺陷，更换后故障得以排除。
    ③为进口设备经济索赔提供重要依据。有些技术上有缺陷的进口设备，可以通过设备故障诊断技术获取科学数据，作为经济索赔的重要依据。如株洲化工厂一台从国外进口的水环压缩机，在交付试车时出现异响。用CMJ-1轴承故障检测仪检查，发现振动量级超标，怀疑存在间题。但外方否认，并拒绝提供内部结构参数。经用共振解调分析，查明振动中有相当于工作频率的20倍频成分，从而判断叶片有问题，并确定叶片数为20片，使外商惊服，从而获赔5万美元。
    ④为旧设备进行价值评估及处理报废提供依据。在对设备资产进行评估，特别是技术状态的评估中，设备故障诊断技术可以提供有力支持。通过简单的检测，在短时间内可做出正确评价。从而确定该设备当前的实际价值。
    ⑤为解决因突发事故而造成的责任纠纷提供线索。在一些大型关键设备上多次发生突发事故后，因原因不明，造成责任纠纷，例如大同发电厂2号发电机组和秦岭发电厂5号发电机组的事故，都因为缺乏故障诊断的“黑盒子”系统，而造成分析识别的困难。可见在一些发电厂、化工厂的设备上安装有具备此项功能的诊断系统是很必要的。
    ⑥为建立大型设施的可靠性数据库提供依据。不少大型矿山和施工机械价格昂贵，工作条件恶劣，而其使用可靠性对完成工期、保证质量起着重要作用。为此，建立该类设备的可靠性数据库并及时进行可靠性分析，对发生频率高、严重影响可靠性的故障提出有效排除措施，就显得十分重要。诊断技术可为此提供重要数据，并找出易损件的薄弱环节。一些单位已对大型挖掘机及自卸车进行了大量工作，取得良好效果。
    ⑦为特殊设施提供远程诊断。在海上钻井平台上进行操作和监控作业的生产人员，当强烈台风来临时，需暂时撤离，以保障人身安全。而此时的设备运行与监控工作，完全依赖于通信卫星遥控远程设备诊断系统，最终在陆上基地进行信号处理和维修决策。与此相似，天津电力试验所对相距54公里以外的天津军粮城发电厂5号机组成功地进行了远程诊断。今后，集优势诊断手段和专家经验于一体，以互联网络和卫星通信为传输控制手段的“设备医院”，必将日益发展。