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机械故障诊断基础研究
机械故障诊断基础研究“何去何从”
王国彪1何正嘉2陈雪峰2赖一楠1
(1.国家自然科学基金委员会北京100085;
2.西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室西安710049)
《机械故障诊断基础研究“何去何从”》写作方法分析
摘要:
根据《文摘编写规则》(GB6447-86)等国家标准和公认的写作规范,从整体的构思和主体结构,段落表达和要素配置四个方面,分析了《机械故障诊断基础研究“何去何从”》一文的写作方法,在此基础上,提炼出写好科技文的三条心得。
关键词:
专业学术论文公开发表写作方法整体构思主体结构段落表达要素配置心得体会
心得:
1.摘要便于读者了解论文主题和中心内容
在科技期刊品种和科技论文数量急剧增长的今天,为节约时间,读者常常要用快速“扫描”的方式阅读文献,关键词和摘要一样,都是为读者提供快速“扫描”阅读的信息点,且信息浓度较摘要更高。
读者通过阅读关键词大体上就能一目了然地判明论文阐述的主要内容。
另外,关键词还助于读者了解论文全文的框架,引起读者阅读摘要和全文的兴趣。
2.便于编制索引
目前国内外多数科技学术期刊在每年最后一起都要编制累积索引,关键词即是编制其中的主题词索引和关键词索引的基础。
3便于二次文献检索刊物和计算机数据库收录和检出文献
由于关键词多数是规范化的主题词,故可成为检索刊物和计算机数据库收录和检出文献的标志。
标引关键词有助于提高论文的收录率,检出率和引用率。
当今世界,科技信息迅猛增长,每天发表的论文已超过10万篇。
要从浩如烟海的信息源中找出所需要的论文并非易事。
科技新西街已约定俗成,形成共识,即作者发表论文必须标关键词或主题词,不标就无法被文献数据库收录,读者自然也就检索不到,故关键词的出现也是适应信息时代的需要。
前言
公开发表的专业学术论文,不仅代表一定的研究能力,而且代表一定的写作水平,分析这类文章的写作方法,易于为学生学习论文写作提供借鉴。
本文从专业的角度,选取《机械工程学报》2013年1月第49卷第一期《机械故障诊断基础研究“何去何从”》一文作为分析对象,评价期优劣得失,并提炼心得体会
心得:
(1)本研究课题的历史背景,国内外研究的概况,最新进展和动向,有待解决的问题及作者以往对该课题的研究情况和存在的问题,即选题依据的相关内容。
机械故障诊断技术是监测、诊断和预示连续运行机械设备的状态和故障,保障机械设备安全运行的一门科学技术,也是20世纪60年代以来借助多种学科的现代化技术成果迅速发展形成的一门新兴学科。
其突出特点是理论研究与工程实际应用紧密结合。
机械故障诊断对于保障设备安全运行意义重大。
机械设备一旦出现事故,将带来巨大的经济损失和人员伤亡。
国内外因机械设备故障而引起的灾难性事故屡有发生[2],例如我国三峡工地塔带机断裂事故、美国哥伦比亚号载人航天飞机失事、美国空军F15战机空中解体事件等。
正所谓“千里长堤,溃于蚁穴”,若能准确及时识别设备运行过程中故障
的萌生和演变,对保障机械系统安全运行,减少或避免重大灾难性事故具有非常重要的意义。
美国国家航空航天局(NASA)开展了为期10年的航空安全专项研究(Aviationsafetyprogram,AvSP),并将新的复合材料结构长期服役中性能蜕变、损伤演
化和疲劳等的检测、预测和预防问题列为重要的研究内容之一。
我国国家中长期规划(2006~2020年)和《机械工程学科发展战略报告(2011~2020年)》,均将重大产品和重大设施运行可靠性、安全性、可维护性关键技术列为重要的研究方向。
机械故障诊断是国内外的研究热点。
近年来,故障诊断技术在国内外受到显著重视,国内外很多学者开展了相关研究工作,本文于2012年6月利用Google学术和Webofscience数据库进行检索:
在Google学术搜索中,2008~2012年标题中含有faultdiagnosis的文献有8070余篇,标题中含有damagedetection的文献有1900篇;在Webofscience数据库中,2008~2012年标题中含有faultdiagnosis的文献有6127余篇,其中我国占46.875%,美国占14.722%,标题中含有damagedetection的文献有928余篇,美国占26.078%,我国占25.862%。
不仅如此,许多著名学术组织和研究机构分别就故障诊断前沿问题召开国际会议。
设备状态监测与故障诊断(Conditionmonitoringanddiagnosis,CMD)国际学术会议两年一届,由IEEE等国际性学术组织技术支持;状态监测与诊断工程管理(Conditionmonitoringanddiagnosticengineeringmanagement,COMADEM)国际会议是每年举行一次的,至2012年已举办25届;机械失效预防技术(Machineryfailureprtechnology,MFPT)是致力于工程领域健康管理与失效预防技术研究的国际会议,每年举办一次,至今已具有四十年的发展历程。
在国内,中国振动工程学会、中国机械工程学会等均每隔两年召开故障诊断会议,旨在加强学术交流和推广成果应用。
(2)本研究工作的目的,性质,范围,预期结果及意义。
弄清故障的产生机理和表征形式,是机械故障诊断的基础。
可靠的信号获取与先进的传感技术,是机械故障诊断的前提。
从运行动态信号中提取出故障征兆,是机械故障诊断的必要条件。
(3)本研究工作的大致过程
近年来国内外学者在机械故障诊断的基础研究和重大工程应用方面取得了突出进展,国外重点以转子故障机理和经验模式分解方法进行介绍;国内典型的原创性成果如取得了全息谱、振动故障治理与非线性动力学、小波有限元裂纹诊断和系统故障自愈诊断等。
1整体构思分析
根据公认的写作规范,专业学术论文的整体构思及六个方面;确定读者,选择文本,材料归类,提炼主旨,安排构思,编写提纲,其中,文章主旨和结构属于属性内容,可以分析,其余属于隐性内容,难以分析
1.1主旨分析
通读全文,《机械故障诊断基础研究“何去何从”》一文的主旨体现在机械故障诊断是一门起源于20世纪60年代的新兴学科,其突出特点是理论研究与工程实际应用紧密结合。
在对国内外机械故障诊断学科基础理论和工程实际应用研究现状分析的基础上,指出目前该学科基础研究存在的问题和今后研究突破的方向。
其具体内容和写作方法如下:
机械故障诊断技术是监测、诊断和预示连续运行机械设备的状态和故障,保障机械设备安全运行的一门科学技术,也是20世纪60年代以来借助多种学科的现代化技术成果迅速发展形成的一门新兴学科。
其突出特点是理论研究与工程实际应用紧密结合[1]。
机械故障诊断对于保障设备安全运行意义重大。
机械设备一旦出现事故,将带来巨大的经济损失和人员伤亡。
国内外因机械设备故障而引起的灾难性事故屡有发生[2],例如我国三峡工地塔带机断裂事故、美国哥伦比亚号载人航天飞机失事、美国空军F15战机空中解体事件等。
正所谓“千里长堤,溃于蚁穴”,若能准确及时识别设备运行过程中故障的萌生和演变,对保障机械系统安全运行,减少或避免重大灾难性事故具有非常重要的意义。
为此,美国国家航空航天局(NASA)开展了为期10年的航空安全专项研究(Aviationsafetyprogram,AvSP),并将新的复合材料结构长期服役中性能蜕变、损伤演化和疲劳等的检测、预测和预防问题列为重要的研究内容之一。
我国国家中长期规划(2006~2020年)和《机械工程学科发展战略报告(2011~2020年)》,均将重大产品和重大设施运行可靠性、安全性、可维护性关键技术列为重要的研究方向[35]。
1.1在信号获取与传感技术方面可靠的信号获取与先进的传感技术,是机械故障诊断的前提。
1968年,美国的SOHRE[67]根据600余次事故分析经验,归纳总结了振动特征分析表;在此基础上,Mosanto石油化工公司JACKSON[8]编写了旋转机械振动分析征兆一般变化规律表,国内外旋转机械状态监测和故障诊断分析和研究人员广泛引用。
2009年美国三院院士、西北大学机械工程系ACHENBACH教授[9]对结构健康监控研究范畴作了重要论述,将传感技术等列为重要研究内容;美国斯坦福大学的KIREMIDJIAN[10]开展了传感网络方面的研究;韩国YUN等[11]开展了传感布置的研究;日本东京大学TAKEDA等[12]在复合材料结构健康监测传感方面取得了显著的研究成果;王强等[13]对结构健康监测中的压电阵列技术进行了研究。
1.2在故障机理与征兆联系方面弄清故障的产生机理和表征形式,是机械故障诊断的基础。
2008年意大利学者BACHSCHMID等[14]为纪念裂纹研究50周年,在国际期刊MSSP上客籍主编了一期裂纹研究综述文章,从裂纹转子模型、裂纹机理等多方面做了相关的论述;美国LosAlamos国家实验室的工程研究所FARRAR等在结构健康监测、预测方面做了连续卓有成效的理论与试验研究;德国柏林科技大学ROBERT[15]深入研究了裂纹转子的动力学行为;日本九州工业大学丰田立夫和三重大学CHEN等[16]在故障机理与特征提取等实用技术方面进行大量研究;印度理工学院的SEKHAR等[17]学者研究了转子裂纹动力学行为及其辨识方法;闻邦椿和陈予恕[1819]基于混沌和分岔理论对轴系非线性动力学行为进行了深入研究;钟掘等[20]研究了现代大型复杂机电系统耦合机理问题;褚福磊等[2122]在小波变换理论研究及转子碰摩故障机理等方面取得了显著的进展。
1.3在信号处理与诊断方法方面
从运行动态信号中提取出故障征兆,是机械故障诊断的必要条件。
2006年,加拿大长期从事维护与可靠性研究的ANDREW等[23]综述了视情维护中的诊断与维护,指出信号处理和故障诊断等方法需要继续深入研究;2011年马来西亚的MOHAMMAD等[24]归纳了各种常见转子故障类型,讨论了各种状态监测与信号处理方法的原理与特点,总结了当前转子故障断中取得的各种研究成果;美国佐治亚理工学院GEBRAEEL等[25]在机床制造与寿命预测的研究中提出了新思路;美国斯坦福大学IHN[26]在复合材料结构健康监测方面取得了显著的研究成果;美国康涅狄格大学ROBERT与东南大学YAN__等[2728]出版了故障诊断的小波专著;美国佐治亚理工学院智能控制系统实验室VACHTSEVANOS教授等针对直升机的诊断开展研究工作;英国曼彻斯特和哈德菲尔德大学的BALL所在团队长期从事故障诊断的研究工作[29];英国谢菲尔德大学、南安普顿大学、剑桥大学等长期致力于设备在线监测与损伤识别的研究工作[30];法国贡皮埃涅技术大学ANTONI[31]一直致力于故障信号处理与特征提取的底层研究;希腊佩特雷大学FASSOIS在随机振动应用于结构健康监测方面进行研究。
加拿大阿尔伯塔大学LEI等[32]对齿轮等典型零部件的故障诊断方法进行了深入研究;澳大利亚悉尼大学SU等[33]长期从事复合材料健康监测研究并提出了数码指纹的新概念;澳大利亚新威尔士大学ANTONI等[34]一直致力于故障信号处理与特征提取的底层研究;杨叔子等[35]在先进制造技术和故障诊断新技术等方面取得一系列成果;屈梁生、何正嘉等[3638]长期致力于全息谱、小波变换等先进故障诊断技术的底层研究;张莹等[3940]
采用随机共振技术为早期微弱故障检测开辟了新途径;陈进等[41]在信号处理技术与故障诊断专家系统等方面进行了大量研究;丁康[42]长期以来致力于研究快速傅里叶变换(FastFouriertransform,FFT)信号处理方法。
很明显,《机械故障诊断基础研究“何去何从”》一文的主旨是从机械故障的原因,机械故障的现状,面对机械故障国内外的各种研究等方面的角度提炼而成符合该文研究主题及内在要求。
1.2结构分析
通读全文,《机械故障诊断基础研究“何去何从”》的主体由前言,正文,结语三部分组成,其中,正文部分共有三个层次。
全文篇章结构还原如下:
前言
1
1.1
1.2
1.3
1.4
2
3
3.1
3.2
3.3
4
4.1
4.2
4.3
4.4
4.5
结语
主体构思分析
构思阶段的主要任务是对在采集阶段已被作者“内化”的写作对象进行“意化”,即实现由“内化”到“意化”的转化,并最终在作者头脑里出现一个未来作品的“完形”。
表达阶段的任务则是完成“意化”到“物化”的转化,也就是把无形的思想变为有形的文章。
构思和表达的关系非常密切。
没有完整的沟系,表达就会无的放矢,无从适从;没有恰当的表达,构思永远是空中楼阁。
只有构思和表达有机的结合,两者相辅相成,文章才能骨肉相依,才能根深,干实,枝繁,叶茂。
一些作者对于这两个环节的重要性缺少足够的认识。
他们以为成果已经取得,材料已具备,只要记录下来就万事大吉。
依照这种看法,科学家们就自己熟悉的专业写一本科普著作应当是轻而易举的,但是实施并非如此。
“不少院士反映;写科普书比写学术专注还难。
”为什么?
原因在于没进行新一轮的写作,都需要作者发挥创造力处理掌握的材料,一边写出适时,和度,能够满足特定读者的只是需求和审美需求的文章。
作者对机械事故诊断基础研究的何去何从进行了构思,文章通过对现在国内外的国家行业对机械事故诊断的发展,现状进行了深入的了解,解析,剖析,并为我们讲述了机械诊断的重要性,怎样去发展机械诊断的建议,建议主要通过国外发达国家的一些经验来说明的,在文章的后端更是留下了一些作者的心得。
章层次分析
《机械故障诊断基础研究“何去何从”》分为5个章节,分别为:
国内外研究现状机械故障诊断基础研究的突出进展机械故障诊断基础研究存在的问题几点思考结论
这5个章节从现状国内外的研究的进展和还存在的问题进行了思考并得出了关于机械故障诊断基础研究的何去何从的作者的研究成果
节层次分析
《机械故障诊断基础研究“何去何从”》分为5个章节
第一个章又分:
在信号获取与传感技术方面在故障机理与征兆联系方面在信号处理与诊断方法方面在智能决策与诊断方面。
第二章分为:
机械故障诊断基础研究的突出进展。
第三章分为:
故障机理研究不足
故障诊断方法有限
智能诊断系统薄弱
第四章分为:
实现由表象研究到机理研究的突破
实现由定性研究到定量研究的突破
实现由单故障研究到群故障研究的突破
实现由超强故障研究到微弱故障研究的突破
实现由零部件故障研究到机械系统故障研究的突破
第五章分为:
在国家自然科学基金长期稳定的支持下,国内机械故障诊断领域在理论基础、框架体系和工程应用等方面不断发展完善,取得大量具有自主知识产权的研究成果。
点层次分析
自20世纪60年代美国故障诊断预防小组和英国机器保健中心成立以来,故障诊断技术逐步在世界范围内推广普及,全球科研和工程领域工作者在信号获取与传感技术、故障机理与征兆联系、信号处理与特征提取、识别分类与智能决策等方面开展了积极的探索,取得了丰硕的成果。
可靠的信号获取与先进的传感技术,是机械故结合。
弄清故障的产生机理和表征形式,是机械故障诊断的基础。
从运行动态信号中提取出故障征兆,是机械故障诊断的必要条件。
智能故障诊断是模拟人类思维的推理过程,通过有效地获取、传递和处理诊断信息,能模拟人类专家,以灵活的诊断策略对监测对象的运行状态和故障做出智能判断和决策。
近年来国内外学者在机械故障诊断的基础研究和重大工程应用方面取得了突出进展,国外重点以转子故障机理和经验模式分解方法进行介绍
故障机理研究不足
故障诊断方法有限
智能诊断系统薄弱
实现由表象研究到机理研究的突破
2主体结构分析
2.1前言分析
2.2正文分析
2.3结语分析
2.4参考文献表分析
参考文献表编制分析
参考文献著录分析
著作类著录分析
期刊类著录分析
参考文献权威性分析
前言分析
前言又称引言,序言,在长篇论文中还可以称为导言,导论,绪论,序言的昂。
前言是写在正文之前的一段短文,是论文的开端其作用主要是回答“为什么研究”这个问题,对全文起引导作用,使读者在阅读题名,摘要,关键词和前言后,不仅了解该文的主要内容和观点,并进一步了解论文研究的背景,目的和立题依据,感受到论文的意义和价值以及通读全文的必要性。
前言是对振文内容的简要引导,其内容主要包括以下几个方面:
1.本研究课题的历史背景,国内挖泥研究的概况,最新进展和动向,有待解决的问题及作者以往对该课题的研究情况和存在问题,即选题依据的相关内容。
2.本研究工作的目的,性质,范围,预期的结果及意义
3.本研究工作的大致过程
机械故障诊断技术是监测、诊断和预示连续运行机械设备的状态和故障,保障机械设备安全运行的一门科学技术,也是20世纪60年代以来借助多种学科的现代化技术成果迅速发展形成的一门新兴学科。
其突出特点是理论研究与工程实际应用紧密结合。
机械故障诊断对于保障设备安全运行意义重大。
机械设备一旦出现事故,将带来巨大的经济损失和人员伤亡
机械故障诊断是国内外的研究热点。
近年来,故障诊断技术在国内外受到显著重视,国内外很多学者开展了相关研究工作,本文于2012年6月利用Google学术和Webofscience数据库进行检索:
在Google学术搜索中,2008~2012年标题中含有faultdiagnosis的文献有8070余篇,标题中含有damagedetection的文献有1900篇;在Webofscience数据库中,2008~2012年标题中含有faultdiagnosis的文献有6127余篇,其中我国占46.875%,美国占14.722%,标题中含有damagedetection的文献有928余篇,美国占26.078%,我国占25.862%。
不仅如此,许多著名学术组织和研究机构分别就故障诊断前沿问题召开国际会议。
设备状态监测与故障诊断(Conditionmonitoringanddiagnosis,CMD)国际学术会议两年一届,由IEEE等国际性学术组织技术支持;状态监测与诊断工程管理(Conditionmonitoringanddiagnosticengineeringmanagement,COMADEM)国际会议是每年举行一次的,至2012年已举办25届;机械失效预防技术(Machineryfailurepreventiontechnology,MFPT)是致力于工程领域健康管理与失效预防技术研究的国际会议,每年举办一次,至今已具有四十年的发展历程。
在国内,中国振动工程学会、中国机械工程学会等均每隔两年召开故障诊断会议,旨在加强学术交流和推广成果应用。
以上这段前言只有近500个字,但基本上介绍了该研究课题的背景,国内外研究进展情况及存在的问题,也介绍了作者以往对这一课题的研究情况,概述了该研究的目的,方法和内容,虽然文字简略,但激发了该研究课题感兴趣的读者通读全文的欲望。
正文分析
正文是论文的核心组成部分,占据论文篇幅的大部分。
正文应全面阐述研究的方法,过程,步骤和结果,分析讨论研究的就过和到处的九轮。
正文自始至终要注意论文的科学性,突出论文的创造性,充分体现论文的学术价值。
由于科研所设计的学科不同,振文的陈述方式有很大差异,很难做出统一的规定。
国家标准《科学技术报告,学位论文和学术论文的编写格式》(GB7713-87)只笼统地提及正文的内容应包括调查对象,实验和观测方法,仪器设备,材料原料,实验结果,计算方法编程原理,经过加工整理的图标,形成的论文和导出的结论等;对正文的图标,公式,符号,计量单位等也做出了规定。
另外,正文还应该根据内容需要和分量轻重,安排适当的标题层次。
在正文中要求各级标题层次分明,内容前后尽量平衡统一。
1.4在智能决策与诊断方面智能故障诊断是模拟人类思维的推理过程,通过有效地获取、传递和处理诊断信息,能够模拟人类专家,以灵活的诊断策略对监测对象的运行状态和故障做出智能判断和决策。
智能故障诊断具有学习功能和自动获取诊断信息对故障进行实时诊断能力。
复杂机械设备故障的智能诊断技术与实用诊断系统,是实现机械故障诊断的应用关键。
2001年,肖健华[43]研究了故障诊断中的支持矢量机理论;2002年,张周锁[44]对基于支持矢量机的多故障分类器进行了研究;2007年韩国学者WIDODO等[45]综述了支持矢量机在机械故障诊断中的研究进展和前景。
2009年美国俄勒冈州立大学KRUZIC教授[4在《Science》著文“Predictingfatiguefailures”强调结构疲劳寿命预测研究的重要性;2009年澳大利亚学者HENG[47]综述了旋转机械故障诊断技术研究进展,强调结合真实工况开展故障诊断研究的重要性;美国密执安大学倪军、辛辛那提大学李杰等在美国自然科学基金(NSF)的资助下,联合工业界共同成立了“智能维护系统(IMS)中心”,旨在研究机械设备性能衰退分析和预测性维护方法[48];高金吉[49]归纳总结了旋转机械常见故障机理及其征兆和自愈诊断方法,提出了往复压缩机诊断的冲击信号分析法等;杨绍普、熊诗波、杨世锡、黄文虎、徐小力、秦树人、韩捷、于德介和李学军等[5051]长期从事机械状态监测与故障诊断技术的研究。
国内在诊断系统的研发方面取得了很好的成果。
在国内,国家自然科学基金委员会(NSFC)非常重视对机械故障诊断领域优势项目的培育、优选和资助工作。
目前,该领域的项目申请主要集中在NSFC机械工程学科(E05代码)的E0503(机械动力学)、E0504(机械结构强度学)、E0510(制造系统与自动化)和E0511(机械测试理论与技术)等4个二级代码。
据统计,1986~2011年E05代码共资助机械故障诊断领域面上项目、青年科学基金和地区科学基金项目440项,资助经费16170.4万元。
资助数量和经费从2009年开始有较大增长,2011年共计资助91项,资助经费总计6154万元。
此外,机械工程学科在“十五”至“十二五”期间,资助与机械故障诊断直接相关的重点项目6项(项目清单如下表所示),资助经费1330万元。
材料与方法是科学学术论文的基础,是判断论文科学性,创新性的主要依据,对论文质量起保证作用。
材料与方法主要应建明,准确地一次叙述研究工作是如何进展。
材料与方法主要有以下几个方面的内容:
主要仪器,设备的名称,型号。
写上述内容的目的是说明本研究是建立在科学可靠的基础上的,是可以重复进行验证的
以上这段是正文的一部分,它遵循国家标准的写作规范,文中包括材料与方法,结果和讨论。
结语分析
结论也成结语或小结,是论文最后的总结,是从正文中概括出来的精髓。
它集中体现了论文学术水平的高低和创造性的大小,在论文中占有举足轻重的地位,但不一定是论文的必要组成部分。
本文的结论高度概括地说明本文解决了什么问题,发现了什么规律,获得了什么创见,研究出了什么新物质,建立了什么新方法等,即对本文的创造性做出建明的总结。
画龙点睛地评价研究结果的理论意义和使用价值。
扼要得说明本研究工作与文献报
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