針對如何診斷機械故障的基礎性研究

胡立強 郭磊 王振朋 李書華

摘 要：機械故障的診斷源于上世紀的60年代，該新興學科在經過大半個世紀的逐漸發展后慢慢趨于成熟，與此同時形成了一系列較為完善成熟的理論系統。由于該學科擁有理論與工程實際應用緊密結合的特點，所以使得該理論研究在諸多核心領域方面都涌現出具有原創性質的理論成果，并在很多重要行業獲得了大量的工程應用。但隨著時代的發展對其應用的需求，該學科必不可免的存在一系列問題，這使得針對診斷機械故障學科的基礎性研究問題，在其未來的發展情況中起著至關重要的作用。本文將在分析國內外對該學科基礎性研究現狀的基礎上，對該學科目前所存在的一些理論和實際應用問題，及其在未來幾十年中的研究方向加以簡單的說明。

關鍵詞：機械故障的診；壽命的預測；斷特征提取；機械故障的機理

0 引言

關于機械故障診斷的技術是在上世紀60年后形成的一種新興學科。由于該學科注重理論研究和工程實際的應用相結合，對保障機械設備可以安全平穩正常運行的意義起著至關重要的作用，因此使得該學科在的諸多領域得到廣泛的應用眾所周知，若機械設備在運用中出現故障，將造成無可彌補的損失。近些年來，國內外各研究學者對機械故障診斷的技術研究連續不斷，旨在推進該技術不斷的進步。

1 機械故障診斷的基礎研究現狀

上世紀60年代，美國和英國先后成立了故障診斷技術的預防小組和及其保健中心，使得全球的工程領域和研究的工作者們對故障診斷技術不斷進行探索。因為在世界范圍內的普遍推廣，使得故障診斷技術不斷取得令人嘆為觀止的研究成果。

在獲取信號和先進傳感技術先后有美、韓、日等國家進行研究，并取得舉世成就，因為該技術是機械故障診斷不可或缺的前提。而關于該研究的基礎是弄清楚故障產生的表征形式和機理，在此方面則有美、德、日、意、印、中等國家進行不斷的研究，并在很多方面取得了顯著的研究進展。從不斷運行的動態信號中獲得出故障的征兆，這是該技術的必要條件，自2006年開始，有馬來西亞、美國、英國、法國、澳大利亞及我國的專家和研究學者，采用各種不同的方法進行各種研究，目的是為了更及時的在機器運行中取得故障出現的前兆，經過過年的苦心研究，各個國家的專家學者都取得了顯著的研究成果。而在正能診斷和決策方面，通過模擬人類的思維推理方式，在復雜的智能故障診斷的過程中得到有效信息的同時做出智能決策。智能診斷系統和實用診斷系統是決策和診斷的關鍵性應用。也有來自我國、美國、澳大利亞等國家的專家進行艱苦的研究，并取得了不錯的研究成果。在國內，該研究還獲得國家的財政支持，可見我國對于機械故障診斷研究的重視。

2 國內外對其研究的進展

在最近幾十年里，隨著國內外學者在該技術領域的不斷研究，取得了一個個的創新與突破。單我國就有屈梁生、陳予恕、何正嘉、高金吉等幾位學者先后取得科研成果和新方法，為我國做出了巨大的貢獻。

3 此研究中所存在的突出問題

在機械故障診斷的基礎性研究中，存在著諸多問題，如對機械故障機理的研究不足，機械故障的診斷方法也十分有限，智能診斷系統方面的不足和薄弱等相關問題。在此，就這些問題進行一下簡單的描述與解釋說明。

對于機械故障機理研究方面，想要獲得較為系統全面的系統故障數據分析樣本，是非常不現實的，因為故障機理是通過大量的理論分析或實驗研究，所得到的設備故障的規律，而現有的對故障機理研究卻十分不足，更不用提對機械故障機理的研究了。而診斷方法，對單一信號的處理尚且不足，從而在復合故障的處理上更加的不盡人意。隨著時代的發展，科學技術發展迅速，而機械裝備在智能化上更是達到了史無前例的需求，而現在的智能診斷系統的能力較為薄弱，遠遠達不到，反而需要認為的假設條件和參數，在研究過程中仿真實驗診斷算法使用過多。因此，需提升智能診斷技術，在結果人工智能方法的基礎上，重視底層機械故障，更好的應用于智能機械故障的研究問題上來。同時，若是結果不同種類性能的智能技術組合，對于解決問題更為有效。

4 需要實現的研究性突破點

綜上，我們可以輕易的得出八多和八少的情況。為了解決這八多和八少情況，我們的研究必須要有以下幾點突破才行：首先，由于故障機理是故障發生的根本，傳統的對機械設備故障的診斷研究，隨著全球科學技術的進步，新型機械的研發和使用，其早已不適用，因此不需要實現由表及里的研究突破。其次，從故障診斷工作四個層次的劃分中，我們得出必須要在從定性到定量的研究方面有所突破。

再次，由于現在的單故障診斷處理方法比較單一，且在一些性能上出現各種問題，導致很多錯誤的出現，因此制約了機械故障診斷在工程領域中的良好應用，淫才實現從單故障研究至群故障的突破性研究至關重要。此外還要實現從超強至微弱故障的研究突破，可以更加有效的獲取故障特征，從而減少應對措施的失誤。最后，不得不強調一下研究的突破還要實現從機械零部件到系統故障研究，子一點在解決機械設備故障的隱患方面，起著至關重要的作用。

5 結論

在我國財政長期穩定的大力支持下，我國的機械故障診斷研究成果不斷的前進發展和完善，取得了一個個舉世矚目的成就。但這還遠遠不夠，從國內外的發展情況來說，機械故障診斷這門學科還是一門發展很不完善的學科，其理論體系和框架遠遠沒有達到理想的水平。因為我們應該在前人研究的基礎上，自立于現在，展望未來，一基礎性研究為根本的出發點，以解決該學科的基礎科學問題為立腳點，為了不斷的取得自主創新而努力研究。當然，鑒于現在社交平臺發達的基礎上，有必要建立數據信息、研究成果等共享平臺，結合其他領域的發明新成果，來更好的推進機械故障診斷研究技術的理論與實踐的進步，實現個更多的突破。

參考文獻：

[1] 屈梁生，何正嘉，機械故障診斷[M].上海：上海科學技術出版社，1986.

[2]鐘群鵬，張崢，有移亮.我國安全生產（含安全制造）的科學發展若干問題[J].機械工程學報，2007，43（1）：7-18.

[3]中國人民共和國科學技術部，國家“十一五”科學技術發展規劃[Z].2006.

[4]鐘掘，唐華平.高速軋機若干振動問題——復雜機電系統耦合動力學研究[J].振動、測試與診斷，2002，22（1）：1-8.

[5]褚福磊，湯曉瑛，唐云.碰摩轉子系統的穩定性[J].清華大學學報，2000，40（4）：119-123.

[6]丁康.離散頻譜分析矯正原理與技術[D].西安：西安交通大學，2006.

[7]楊叔子，史鐵林.以人為本——樹立制造業發展的新觀念[J].機械工程學報，2008，44（7）：1-5.

[8]張瑩，王太勇，冷永剛，等.雙穩隨機共振的信號恢復研究[J].力學學報，2008，40（4）：528-534.

[9]高金吉.高速渦輪機械振動故障機理及診斷方法的研究[D].北京：清華大學，1993.

[10]何正嘉，陳雪峰，李兵，等.小波有限元理論及其工程應用[M].北京：科學出版社，2006.