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机械系统可监测性设计理论及在船舶机械中的应用研究

张月雷

  近年来,飞机失事、航天器爆炸、桥梁坍塌、大型船舶和潜艇失事、核电站泄露等事故的频发,使人们对机械系统安全和可靠性的水平愈加关注;市场竞争的加剧、用户对机械系统产品属性要求的提高,使人们对机械系统的智能化水平要求更高;作为世界机械制造大国而非制造强国的中国,以“中国装备装备中国走向世界”为主旨的中国机械工业呼唤机械系统的原始创新。在这种前提背景下,机械系统运行性能状态监测技术得到了广泛关注和快速发展,状态监测故障诊断技术已在相关领域取得明显成效。随着节能减排的步伐加快,机械系统当前的维修保障模式也正在面对着巨大的挑战。如何保障机械系统安全、可靠、高效、低耗地运行仍是机械系统要研究解决的难题。 针对目前机械系统普遍存在可监测性水平低、在产品设计时未考虑系统可监测性问题的现状,文中围绕机械系统可监测性这一主题,以实现机械系统CBM和PHM为目标,以确保机械系统安全、可靠、高效、低耗、经济的运行为宗旨,将机械系统的可监测性上升到可靠性、维修性同等重要的性能地位,将状态监测设计纳入产品全寿命周期设计范畴,从状态监测技术和机械系统现代设计相结合的角度,基于系统理论和全寿命周期理论提出了机械系统可监测性设计理论体系。将可监测性设计理论体系的研究内容划分为四个方面:可监测性设计内涵;可监测性设计方法;可监测性分配方法(监测点优化布置方法);可监测性设计评价方法。文中主要研究内容和成果如下: (1)在大量阅读国内外文献、开展科学问卷调研和对工程化项目总结的基础上,归纳整理出机械系统状态监测故障诊断目前存在的问题和不足,即机械系统的现代设计和状态监测故障诊断这两个方面在实际生产过程中存在相互脱节和各自为政的问题。 (2)针对当前机械系统的现代设计与机械系统状态监测故障诊断脱节的问题,在研究机械系统运行特征及故障特点基础上,形成了可监测性的概念定义、内涵及外延等,规范了可监测性设计理论体系的基本术语;基于系统论和全寿命周期理论提出了完整的机械系统可监测性设计理论体系;将可监测性设计内容划分为四个部分,构建了可监测性设计理论体系框架和基于全寿命周期的可监测性设计理论工程化实施应用基本框架。 (3)在论述可监测性设计工程实施特点的基础上,引入协同理论构建了基于协同理论的机械系统可监测性综合优化设计方法;基于分布式系统设计实现了机械系统可监测性设计信息协同通讯系统; (4)研究了机械系统可监测性分配(监测点优化布置),提出了监测点选取的要求和策略;传感器选取时注意的事项和制定了选取策略;基于层次理论的机械系统监测点优化布置方法和基于故障树理论的机械系统监测点优化布置方法。 (5)构建了可监测性设计评价指标体系;提出了基于三阶段可监测性设计综合评价方法和基于灰色理论的可监测性设计综合评价方法。 (6)以交通运输部的远洋救助船为研究对象,进行了可监测性设计理论在船舶动力机械设计中的工程化示范应用。基于船舶设计制造流程的特点构建了船舶动力机械系统可监测性设计工程化应用框架,为可监测性设计理论的推广奠定了基础。最后提出了基于可监测性设计理论的机械系统综合保障系统的未来发展框架。 机械系统可监测性设计理论的全面研究和工程化应用将有助于提高机械系统可监测性水平;有助于提高机械系统状态监测故障诊断技术水平的发展;有助于提高机械系统故障诊断中微弱信号的获取和识别;有助于推动机械系统状态监测新技术的研究和应用;有助于机械系统产品的设计创新;有助于提高机械系统的市场竞争力;有助于提高机械系统的智能化化设计水平和可靠性、安全性水平;有助于机械系统现代维修保障模式的发展。……   
[关键词]:机械系统;可监测性;状态监测;产品设计;设计评价;船舶机械
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:武汉理工大学2011年
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