AI/ML/DS в вибродиагностике. Часть 2 — погружение
Часть 1. Продолжаем с Даниилом цикл, посвящённый вибродиагностике роторного оборудования.

⛓️‍💥Неразрушающий контроль
Вибродиагностика является частью более обширной области неразрушающего контроля (см. ГОСТ Р 56542-2015). Последнее означает, что нам не требуется демонтировать и разбирать оборудование для оценки его технического состояния. При этом, существуют как активные методы, связанные с искусственным воздействием на диагностируемый объект (ультразвуком, ударными импульсами, электромагнитными полями и тд), так и пассивные. Последние собирают информацию об оборудовании во время его работы. Этим они и привлекательны, поскольку о возникшей неисправности можно узнать сразу или даже заранее, не останавливая производственный процесс. Возвращаясь к вибродиагностике, постулируем, что вибрация изменяется одновременно с изменением состояния оборудования [1]. Этот и другие факты делают вибродиагностику одним из самых распространённых методов неразрушающего контроля. При этом, не стоит забывать о контроле температуры подшипников и измерении фазного тока электродвигателя❗️

Информативность вибрации
➕Измерение вибрации привлекательно ещё и тем, что вибрация очень информативна. Она содержит в себе информацию о взаимодействии деталей машины между собой и с окружающей средой, поскольку представляет собой перемещение элементов упругой системы под воздействием на неё динамических сил. Кстати, эти силы возникают как в ходе нормальной эксплуатации машины, так и при отклонении её состояния от нормы. Они имеют механическую природу (кинематические силы и силы дисбаланса), электромагнитную или аэро-, гидродинамическую природу [2].
➖Но у такой информативности есть и обратная сторона: нужны методы для разделения компонентов вибрации и интерпретации полученных результатов. Измеренная в каждой точке вибрация является суперпозицией производимых несколькими элементами колебаний. Методы её обработки, разработанные исходя из наших физических представлений и накопленной диагностами практики, учитывают это. В дальнейшем пробежимся по многообразию существующих методов и поймём, почему они появились и используются. При этом, речь будет идти о диагностике роторного оборудования по сигналам его вибрации, записанным во время его работы.

💯Базовые понятия
• Под "вибрацией" можно понимать перемещение s(t), скорость v(t), ускорение a(t) поверхности в точке измерения. Все три величины однозначно взаимосвязаны (рис. 1), поэтому можно измерять одну из них, а другие высчитывать [3]. В большинстве случаев, используется сигнал виброускорения, чего будем придерживаться и мы (если не сказано иное). В таком случае для измерения вибрации используется акселерометр.
• Выбор точки измерения очень важен, но в большинстве случаев вибрация измеряется на корпусе машины в месте установки подшипника (рис. 2-4). Считается, что в этой точке "слышны" колебания самого подшипника, вала и насаженных на него элементов (например, рабочих и зубчатых колёс). При этом, корпус должен быть монолитным, а датчик устанавливается перпендикулярно оси вращения вала и не отделяется от корпуса подшипника крышкой, кожухом и т.п.
• Дополнительные точки установки — в месте крепления оборудования к фундаменту, на корпусе ступени насоса. Подробнее об установке датчиков — см. [2], раздел 4.2.
• Упомянутая здесь "слышимость" элементов связана с затуханием высокочастотных колебаний в материале. А лучшая проводимость обеспечивается в наиболее жёстких элементах конструкции. С этим связана и возможность локализации дефекта: в выбранной точке в выбранном направлении (как правило — радиальном, реже выбирается осевое) датчиком регистрируются колебания нескольких элементов. Существуют методы, как разделяющие вибросигнал на компоненты, так и нет, о чём поговорим в дальнейшем.

📚Список литературы
[1] Абрамов И. Л. Вибродиагностика энергетического оборудования
[2] Барков А. В. и др. Мониторинг и диагностика роторных машин по вибрации
[3] Brandt A., etc. Integrating time signals in frequency domain – Comparison with time domain integration