CN113268640B - 金属屑故障分析系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的一个目的在于提供一种金属屑故障分析系统，能够及时有效地对金属屑故障进行处理。本发明的另一目的在于提供一种金属屑故障分析方法，能够及时有效地对金属屑故障进行处理。为实现前述目的的金属屑故障分析系统包括：金属材料牌号数据库、金属屑故障信息数据库以及故障分析模块。其中故障分析模块接收金属元素成分分析模块提供的金属屑的金属元素成分数据，根据接收到的金属元素成分数据匹配金属材料牌号数据库中的金属材料牌号数据，根据匹配到的金属材料牌号数据匹配金属屑故障信息数据库中的零件类型信息、对应的历史故障信息以及对应的处理建议并输出。

Description

金属屑故障分析系统和方法
技术领域
本发明涉及一种金属屑故障分析系统和方法。
背景技术
金属屑是对航空发动机进行检查时发现并收集的金属碎屑，当检测或收集到金属屑时，表明发动机中的某个部位零件发生了故障，该故障也被称之为金属屑故障，其中，金属屑故障是航空发动机中最具代表性的故障类型，其故障危害大、处理过程复杂，是影响发动机稳定性的关键因素之一。
现有工程实践中，当检测到金属屑后，是采用如合金分析仪对金属屑的成分进行分析以确定其材料牌号，再进行故障预测。如现有技术的金属颗粒的分析方法是利用背景散射技术，通过颗粒影像衬度差异对其金相大致的分类，然后通过能谱分析手段，对各类碎屑金相成分分析，计算其主要金属元素含量，在此过程中去除样品上残留污染物的影响，根据成分分析结果，结合发动机材料手册，判断碎屑的合金牌号。
然而发明人发现，现有技术中缺少针对金属屑故障进行准确定位并提供故障诊断意见的系统或方法，无法及时有效地对金属屑故障进行处理。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种金属屑故障分析系统，能够及时有效地对金属屑故障进行处理。
本发明的另一目的在于提供一种金属屑故障分析方法，能够及时有效地对金属屑故障进行处理。
为实现前述目的的金属屑故障分析系统，包括：
金属材料牌号数据库，对应所述金属元素成分数据提供金属材料牌号数据；
金属屑故障信息数据库，对应所述金属材料牌号数据提供被分析产品中的一个或多个零件类型信息、对应每个所述零件类型信息的历史故障信息以及对应所述历史故障信息的处理建议；以及
故障分析模块，用于接收所述金属元素成分分析模块提供的金属屑的所述金属元素成分数据，根据接收到的所述金属元素成分数据匹配所述金属材料牌号数据库中的所述金属材料牌号数据，根据匹配到的所述金属材料牌号数据匹配所述金属屑故障信息数据库中的所述零件类型信息、对应的历史故障信息以及对应的处理建议并输出。
在一个或多个实施方式中，金属屑故障分析系统还包括：
金属元素成分分析模块，用于分析金属屑的金属元素成分数据；以及
分析结论输出模块，用于根据所述故障分析模块提供的数据输出分析结论，所述分析结论包括：金属屑的金属材料牌号数据、金属屑的所在零件类型信息、所在零件类型信息的历史故障信息以及对应所述历史故障信息的处理建议。
在一个或多个实施方式中，所述历史故障信息包括：
被分析产品中单个零件的故障模式；
对应所述故障模式的故障次数；
对应所述故障模式的故障原因；以及
对应所述故障模式的故障影响。
在一个或多个实施方式中，金属屑故障分析系统还包括金属屑检测模块，用于检测被分析产品中是否存在金属屑。
在一个或多个实施方式中，所述金属元素成分分析模块为金相分析仪。
在一个或多个实施方式中，所述金属屑故障分析系统用于分析航空发动机中的金属屑故障。
在一个或多个实施方式中，所述金属屑故障信息数据库基于航空发动机的故障模式、影响及危害性分析(FMECA)报告建立。
为实现前述另一目的的金属屑故障分析方法，包括：
获取金属屑的金属元素成分数据；
提供金属材料牌号数据库，对应所述金属元素成分数据提供金属材料牌号数据；
提供金属屑故障信息数据库，对应所述金属材料牌号数据提供被分析产品中的一个或多个零件类型信息、对应每个所述零件类型信息的历史故障信息以及对应所述历史故障信息的处理建议；
接收所述金属元素成分分析模块提供的金属屑的所述金属元素成分数据，根据接收到的所述金属元素成分数据匹配所述金属材料牌号数据库中的所述金属材料牌号数据，根据匹配到的所述金属材料牌号数据匹配所述金属屑故障信息数据库中的所述零件类型信息、对应的历史故障信息以及对应的处理建议并输出
提供分析结论，包括：所述金属屑的所述金属材料牌号数据、所述金属屑的所在零件类型信息、所述所在零件类型信息的历史故障信息以及对应所述历史故障信息的处理建议。
在一个或多个实施方式中，提供所述历史故障信息包括：
提供被分析产品中单个零件的故障模式；
提供对应所述故障模式的故障次数；
提供对应所述故障模式的故障原因；
提供对应所述故障模式的故障影响。
在一个或多个实施方式中，金属屑故障分析方法用于航空发动机中的金属屑故障分析，所述金属屑故障分析方法还包括：
自发动机磁堵、金属屑信号器、发动机滑油系统的过滤装置以及发动机滑油系统的吸附性装置上收集所述金属屑。
在一个或多个实施方式中，金属屑故障分析方法还包括：
确认金属屑故障的处理结果；
将所述金属屑故障的处理结果更新至所述金属屑故障信息数据库。
本发明的增益效果在于：通过将金属材料牌号数据库与金属屑故障信息数据库之间相互关联结合，使得根据金属屑的金属材料牌号能够确定其所在零件的种类以及分布情况，并有效的提供金属屑故障的分析报告，能够快速、准确的对金属屑故障进行故障隔离，缩短排故周期，降低排故成本，同时为发动机可靠性设计提供依据。
附图说明
本发明的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中：
图1示意性示出了金属屑故障分析系统一个实施方式的示意图；
图2为金属屑故障分析方法一个实施方式的流程示意图；
图3为金属屑故障分析方法另一实施方式的流程示意图；
图4为金属屑故障分析方法又一实施方式的流程示意图。
具体实施方式
下述公开了多种不同的实施所述的主题技术方案的实施方式或者实施例。为简化公开内容，下面描述了各元件和排列的具体实例，当然，这些仅仅为例子而已，并非是对本申请的保护范围进行限制。例如在说明书中随后记载的第一特征在第二特征上方或者上面形成，可以包括第一和第二特征通过直接联系的方式形成的实施方式，也可包括在第一和第二特征之间形成附加特征的实施方式，从而第一和第二特征之间可以不直接联系。另外，这些公开内容中可能会在不同的例子中重复附图标记和/或字母。该重复是为了简要和清楚，其本身不表示要讨论的各实施方式和/或结构间的关系。进一步地，当第一元件是用与第二元件相连或结合的方式描述的，该说明包括第一和第二元件直接相连或彼此结合的实施方式，也包括采用一个或多个其他介入元件加入使第一和第二元件间接地相连或彼此结合。
需要注意的是，这些以及后续其他的附图均仅作为示例，其并非是按照等比例的条件绘制的，并且不应该以此作为对本发明实际要求的保护范围构成限制。此外，不同实施方式下的变换方式可以进行适当组合。
图1示意性示出了金属屑故障分析系统的示意图，其包括金属材料牌号数据库2、金属屑故障信息数据库3以及故障分析模块4。
其中，金属材料牌号数据库2储存有金属材料牌号数据，其中的金属材料牌号数据是与金属元素成分数据相关联，即根据金属元素成分数据可以在金属材料牌号数据库2中匹配到对应的金属材料牌号数据信息。
金属屑故障信息数据库3储存有被分析产品的零件类型信息，并对应每个零件类型信息提供对应该类型零件的历史故障信息以及对应该故障的处理建议。其中，零件类型信息与该零件的金属材料牌号数据相对应，即根据金属材料牌号数据可以在金属屑故障信息数据库3中匹配到一个或多个对应该金属材料牌号的零件类型。
在一个实施方式中，所输出的历史故障信息包括：被分析产品中单个零件的故障模式、对应该故障模式的故障次数、对应该故障模式的故障原因以及对应该故障模式的故障影响。
故障分析模块4用于接收外部提供的金属屑的金属元素成分数据，并通过所接收到的金属元素成分数据在金属材料牌号数据库2中匹配到对应该金属元素成分数据的金属材料牌号数据，再根据匹配到的金属材料牌号数据匹配金属屑故障信息数据库3中对应该金属材料牌号的一个或多个零件类型信息，以及对应该零件类型所产生的历史故障信息以及对应每种故障信息的处理建议并输出。
可以理解的是，如前的实施方式中的故障分析模块4可以包括一个或多个硬件处理器，诸如片上系统(SOC)、微控制器、微处理器(例如MCU芯片)、精简指令集计算机(RISC)、专用集成电路(ASIC)、应用特定指令集成处理器(ASIP)、中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、物理处理单元(PPU)、微控制器单元、数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)、高级RISC机(ARM)、可编程逻辑器件(PLD)、能够执行一个或多个功能的任何电路或处理器等中的一种或多种的组合。
在一个实施方式中，金属材料牌号数据库2和/或金属屑故障信息数据库3是一种关系型数据库。
在一个实施方式中，金属屑故障分析系统还包括金属元素成分分析模块1以及分析结论输出模块5。金属元素成分分析模块1用于分析金属屑的金属元素成分数据；分析结论输出模块5根据故障分析模块4所提供的数据输出分析结论，该分析结论可包括：金属屑的金属材料牌号数据、金属屑所在零件类型信息、所在零件类型的历史故障信息以及对应故障信息的处理建议。
在一个实施方式中，金属元素成分分析模块1为金相分析仪，其能够提供的金属元素成分数据包括金属屑的金属元素含量以及比例数据，其可以通过如有线传输或无线传输的方式，将信息传递给故障分析模块4。
在一个实施方式中，分析结论输出模块5与故障分析模块4通过有线传输或无线传输的方式连接，其可以是一种显示设备、一种打印终端或是一种云端存储装置。
在一个实施方式中，金属屑故障分析系统用于分析航空发动机中的金属屑故障。
进一步地，金属屑故障信息数据库3是基于航空发动机的故障模式、影响及危害性分析(FMECA)报告建立。可以理解的是，FMECA报告是是针对产品所有可能的故障，并根据对故障模式的分析，确定每种故障模式对产品工作的影响，找出单点故障，并按故障模式的严酷度及其发生概率确定其危害性。其是在产品设计阶段进行制作的，对于产品故障模式的分析具有较好的准确性以及代表性。基于FMECA报告开发的金属屑故障信息数据库3可以完善地收集汇总航空发动机中的故障模式，并且后期根据发动机的新材料、新设计结构、新原理的运用，能够定期更新发动机故障模式数据库。
图2示出了利用金属屑故障分析系统进行故障分析的方法，其中包括如下步骤：
S101：获取金属屑的金属元素成分数据；
S102：提供金属材料牌号数据库，并对应金属元素成分数据提供金属材料牌号数据；
S103：提供金属屑故障信息数据库，对应、金属材料牌号数据提供被分析产品中的一个或多个零件类型信息、对应每个零件类型信息的历史故障信息以及对应历史故障信息的处理建议；
S104：接收金属元素成分分析模块提供的金属屑的金属元素成分数据，根据接收到的金属元素成分数据匹配金属材料牌号数据库中的金属材料牌号数据，根据匹配到的金属材料牌号数据匹配金属屑故障信息数据库中的零件类型信息、对应的历史故障信息以及对应的处理建议并输出；
S105：提供分析结论，具体地，包括：金属屑的金属材料牌号数据、金属屑所在零件类型信息、所在零件类型的历史故障信息以及对应故障信息的处理建议。
其中，步骤S103中提供对应的历史故障信息具体包括：
提供被分析产品中单个零件的故障模式；
提供对应该故障模式的故障次数；
提供对应该故障模式的故障原因；
提供对应该故障模式的故障影响。
采用本金属屑故障分析系统和方法进行分析的一个示例性实施例如下：
首先，金属元素成分分析模块1分析并确定金属屑中的金属元素成分比例A元素占85％、B元素占13％、C元素占2％。
故障分析模块4将金属元素成分分析模块1的分析结果与相关联的金属材料牌号数据库2中储存的发动机金属材料牌号数据库对照分析，确定该发动机中的各种合金的成分比例与金属屑较接近的牌号为A83B13C4。故障分析模块4根据该牌号信息，在金属屑故障信息数据库3中确定牌号A83B13C4为发动机后支点轴承外环材料。
随后，故障分析模块4通过关联的金属屑故障信息数据库3确定后支点轴承外环(A83B13C4)共有7种故障模式，但只曾经发生过2次剥落故障模式，并输出对应后支点轴承外环7种故障模式的故障次数、故障原因、故障影响以及分别对应7种故障模式的处理建议。
最后，经检查，确定该金属屑为发动机后支点轴承外环剥落故障。
采用本金属屑故障分析系统和方法进行分析的另一示例性实施例如下：
故障分析模块4将金属元素成分分析模块1的分析结果与相关联的金属材料牌号数据库2中储存的发动机金属材料牌号数据库对照分析，确定该发动机中的各种合金的成分比例与金属屑较接近的牌号为XY。
当金属屑牌号XY与金属屑故障信息数据库3中的数据进行匹配时，可能出现属于发动机不同位置不同的零件编号为C、D以及E，每个零件都可能发生多种故障模式都有可能产生该金属屑，此时，分析结论输出模块5输出的分析结论应包括：
对应零件C，故障模式1-2分别提供故障次数数据、故障原因数据、故障影响数据以及故障处理建议数据；
对应零件D，故障模式1-4分别提供故障次数数据、故障原因数据、故障影响数据以及故障处理建议数据；
对应零件E，故障模式1-3分别提供故障次数数据、故障原因数据、故障影响数据以及故障处理建议数据。
在一个实施方式中，可以通过标识的方式在分析结论中标识出较易发生的故障模式，如该故障次数数据的值为该零件所有故障模式中的最高值，则在分析结论中对应该故障模式进行标识。该标识方式可以是：采用不同颜色的底色、加粗字体、下划线字体等标识方式的其中之一或其组合。
通过将金属材料牌号数据库2与金属屑故障信息数据库3之间相互关联结合，使得根据金属屑的金属材料牌号能够确定其所在零件的种类以及分布情况，并有效的提供金属屑故障的分析报告，能够快速、准确的对金属屑故障进行故障隔离，缩短排故周期，降低排故成本，同时为发动机可靠性设计提供依据。
如前所述的实施方式中还可以存在如下变化：
在一个实施方式中，在金属屑故障分析系统中，还可以包括金属屑检测模块，其用于检测被分析产品中是否存在金属屑。
对应地，如图3所示的实施方式中，金属屑故障分析方法在图2的基础上还包括：
S100：收集金属屑，具体地，是通过自发动机磁堵、金属屑信号器、发动机滑油系统的过滤装置以及发动机滑油系统的吸附性装置上收集金属屑。
在另一实施方式中，如图4所示，在金属屑故障分析方法在图2的基础上还包括：
S106：确认金属屑故障的处理结果；
S107：将金属屑故障的处理结果更新至金属屑故障信息数据库3，具体地，可以包括更新故障次数、更新故障原因以及更新故障影响。
通过不断更新金属屑故障信息数据库3可以保持其所储存信息的准确性以及数据的完整性。
本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本发明权利要求所界定的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种金属屑故障分析系统，其特征在于，包括：
金属元素成分分析模块，用于分析金属屑的金属元素成分数据；
金属材料牌号数据库，对应所述金属元素成分数据提供金属材料牌号数据；
金属屑故障信息数据库，对应所述金属材料牌号数据提供被分析产品中的一个或多个零件类型信息、对应每个所述零件类型信息的历史故障信息以及对应所述历史故障信息的处理建议；
故障分析模块，用于接收所述金属元素成分分析模块提供的金属屑的所述金属元素成分数据，根据接收到的所述金属元素成分数据匹配所述金属材料牌号数据库中的所述金属材料牌号数据，根据匹配到的所述金属材料牌号数据匹配所述金属屑故障信息数据库中的所述零件类型信息、对应的历史故障信息以及对应的处理建议并输出；以及
分析结论输出模块，用于根据所述故障分析模块提供的数据输出分析结论，所述分析结论包括：金属屑的金属材料牌号数据、金属屑的所在零件类型信息、所在零件类型信息的历史故障信息以及对应所述历史故障信息的处理建议。
2.如权利要求1所述的金属屑故障分析系统，其特征在于，所述历史故障信息包括：
被分析产品中单个零件的故障模式；
对应所述故障模式的故障次数；
对应所述故障模式的故障原因；以及
对应所述故障模式的故障影响。
3.如权利要求2所述的金属屑故障分析系统，其特征在于，还包括金属屑检测模块，用于检测被分析产品中是否存在金属屑。
4.如权利要求1所述的金属屑故障分析系统，其特征在于，所述金属元素成分分析模块为金相分析仪。
5.如权利要求1至4任一项所述的金属屑故障分析系统，其特征在于，所述金属屑故障分析系统用于分析航空发动机中的金属屑故障。
6.如权利要求5所述的金属屑故障分析系统，其特征在于，所述金属屑故障信息数据库基于航空发动机的故障模式、影响及危害性分析(FMECA)报告建立。
7.一种金属屑故障分析方法，其特征在于，包括：
获取金属屑的金属元素成分数据；
提供金属材料牌号数据库，对应所述金属元素成分数据提供金属材料牌号数据；
提供金属屑故障信息数据库，对应所述金属材料牌号数据提供被分析产品中的一个或多个零件类型信息、对应每个所述零件类型信息的历史故障信息以及对应所述历史故障信息的处理建议；
接收金属元素成分分析模块提供的金属屑的所述金属元素成分数据，根据接收到的所述金属元素成分数据匹配所述金属材料牌号数据库中的所述金属材料牌号数据，根据匹配到的所述金属材料牌号数据匹配所述金属屑故障信息数据库中的所述零件类型信息、对应的历史故障信息以及对应的处理建议并输出；
提供分析结论，包括：所述金属屑的所述金属材料牌号数据、所述金属屑的所在零件类型信息、所述所在零件类型信息的历史故障信息以及对应所述历史故障信息的处理建议。
8.如权利要求7所述的金属屑故障分析方法，其特征在于，提供所述历史故障信息包括：
提供被分析产品中单个零件的故障模式；
提供对应所述故障模式的故障次数；
提供对应所述故障模式的故障原因；
提供对应所述故障模式的故障影响。
9.如权利要求7所述的金属屑故障分析方法，其特征在于，用于航空发动机中的金属屑故障分析，所述金属屑故障分析方法还包括：
自发动机磁堵、金属屑信号器、发动机滑油系统的过滤装置以及发动机滑油系统的吸附性装置上收集所述金属屑。
10.如权利要求7所述的金属屑故障分析方法，其特征在于，还包括：
确认金属屑故障的处理结果；
将所述金属屑故障的处理结果更新至所述金属屑故障信息数据库。
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