智能制造行業痛點之一：工業設備的運轉狀態監測和預見性維護。目前制造業成本不斷上升、利潤空間越來越小，倒逼制造業升級，隨著物聯網、云計算、工業大數據的技術成熟，使通過技術手段對設備運行狀態進行在線監測和預測設備故障成為可能。將來機器的維護成本降低的主要途徑是預見性維護和共享經濟。

設備維護的3階段

l 設備運維目前碰到的痛點

目前大部分工業電機、風機、空壓機、水泵、減速機、數控機床、火車輪軸、軋機、工程機械等都有軸承磨損和不平衡引起的機械故障而造成非預期停產，對企業造成巨大損失，這些設備目前基本靠人工巡檢、定期保養和故障維修，存在如下問題：

① 維護人員多、成本高、效率低；

② 無法提前發現故障征兆，只能故障發生后維修，造成停工和損失；

③ 故障發生后局部維修，解決當前問題，難以找到設備故障的根本原因；

④ 以故障維修和計劃性維修為主，存在過修漏修；

⑤ 庫存備件沒有指導信息，無法確定備件的種類、庫存量等，少購影響生產，超量浪費成本；

⑥ 設備實際可靠性數據缺乏統計和定量分析，采購部低價低質量采購設備難以全局了解生產線運行健康狀態、風險和整體成本。

振動監測對象

l 振動監測的必要性

振動對設備帶來的危害非常大，以電機為例，主要表現在如下幾個方面：1)導致電機定轉子線圈相互摩擦，線圈與絕緣之間導線與外殼之間的摩擦會造成絕緣破損；2)絕緣縫隙擴大，使外界粉塵和水分入侵其中，造成絕緣電阻降低，甚至形成絕緣擊穿等事故，電機報廢；3)軸承滾動體、內外圈、加劇磨損，惡性循環；4)軸斷裂；5)與電機相連接的負載機械受到損傷，焊點裂開，結構強度下降；6)嚴重時導致設備停機甚至報廢，帶來直接的經濟損失和影響生產。

振動極端情況下造成的斷軸和損壞

l 為什么用振動傳感器來檢測設備運行狀態？

振動傳感器是旋轉類設備狀態監測的“聽診器+心電圖儀”。不同行業每種設備都有其振動標準,超過標準表明機器出現或者將要出現故障,從而實現狀態監控以及預測性維護。目前主要有MEMS和壓電兩類傳感器，各有其優缺點和適用場景。

心電圖

電機的振動圖譜

l 振動監測原理與方法

振動通常是由于部件不平衡 、未對準、磨損、松動、不正確的驅動等，對設備進行運動狀態監測，及早發現振動值升高有助于減少機器損壞和避免故障。振動傳感器在能源、化工、汽車、冶金、機器制造、軍工和科研教學等諸多領域得到廣泛的應用。不同行業，每種設備都有其振動標準,超過標準表明機器出現或者將要出現故障,如同監測人的心電圖一樣，通過獲得設備振動的監測數據，并對數據進行分析和大數據建模，從而及時發現和預測設備故障，實現狀態監控以及執行預防性維護。

設備運轉所處階段與維護手段

振動測量得到的大量原始數據必須經過各種處理，才能作為工程設計的計算依據。測試的原始記錄是物理量的時間歷程，通過直觀分析可將數據分為瞬態的、周期的、隨機的3種，然后在時域、頻域和幅域中進行統計分析和譜分析等，從而得到表征響應特征的各種信息。振動傳感器輸出的3個核心指標：加速度峰值(m/s^2)、 速度RMS值(振動烈度)(mm/s)和位移峰峰值(um)。

加速度時域圖

l 振動傳感器的安裝

以泵、電機為例，振動測點位置應選在振動能量向彈性基礎或其他部件進行傳遞的位置。離心泵的測點一般選在泵自由端的軸承徑向、動力輸入端軸承徑向，電機動力輸出端軸承徑向、動力自由端軸承徑向，每一級葉輪殼體外部，如下圖所示。

測點

1：泵自由端 2：泵輸入端 3：電機輸入端 4：電機自由端 5-9：葉輪

l 振動監測的發展趨勢

旋轉類設備振動監測技術應用行業非常廣泛，已經在石油、化工、鋼鐵、造紙等行業得到普遍的應用，主要以手持式人工點檢設備為主，現有的大部分在線監測系統由于部署繁瑣，部署成本居高不下，主要應用在設備價格昂貴、維修費用高、維修周期長、停機影響大的工業現場的核心設備和區域。對于工廠內使用最廣范的輔機，如電機、風機、空壓機、水泵、減速機等非關鍵工藝和流程節點上的設備絕大部分尚沒有使用到在線監測系統。

新型的智能振動傳感和端云統籌結合的監測系統將有助于顯著降低設備在線監測的部署成本、使用成本和維護成本，必將迎來巨大的增量市場，目前很多設備制造商也在積極推進將設備狀態監測用的振動傳感器作為出廠設備的選配或標配。

振動監測主要應用行業

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捷杰傳感由智能傳感器領域的專家及中科院菁英人才創辦，為蘇州捷研芯子公司。捷杰傳感擁有多傳感器融合算法、低功耗電路設計、端計算、無線通訊和組網等關鍵技術。提供硬件+算法的智能傳感器模塊及產品，采集+傳輸的成套產品和方案，陸續推出無線(Bluetooth、Zigbee、Wifi、LoRa、RS485+LoRa)振動監測傳感器、寬量程壓電振動傳感器、九軸慣導模塊(內置姿態識別算法)、自適應GPS+慣導模塊(車輛軌跡監測算法)、數傳網關等產品和解決方案。

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總結

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