何正嘉:诊断护航正当时

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机械、运载、能源、冶金、石化、国防等国民经济行业的关键机械设备，长期在重载、疲劳、腐蚀、高温等复杂恶劣的工况下运行，设备中的核心零部件和重要机械结构不可避免地发生不同程度的故障。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。近年来，国内外机械设备因各种故障引起的灾难性事故屡有发生。国家中长期科技发展规划纲要（2006-2020年）、国家自然科学基金委机械工程学科发展战略研究报告（2011-2020年），均将故障诊断与预示相关重大产品和重大设施运行可靠性、安全性、可维护性等关键技术列为重要的研究方向

西安交通大学机械装备诊断与控制研究所所长、机械基础实验教学国家级示范中心主任何正嘉，长期从事工矿企业设备状态监测、故障诊断研究及应用40余年，在机械设备结构裂纹定量识别、非平稳信号故障诊断和智能预示等方面开展了基础理论研究和重要工程应用，取得了诸多创新性成果，对推动我国机械设备故障诊断与运行安全保障作出了突出贡献。

潜心探索提出故障诊断新方法

重大装备的各类故障中，因结构裂纹导致的失效占60%以上。裂纹这一“隐形杀手”被形象地称为重大装备安全运行的“癌症”，具有难发现、易扩展、强破坏的特点。何正嘉带领课题组于上世纪90年代中后期重点研究裂纹动态定量诊断新技术，经过10余年的潜心研究和探索，发现并揭示了裂纹位置、裂纹深度与裂纹动态响应信号之间的内在联系，发明了基于小波有限元模型的三线相交结构裂纹的动态定量诊断方法，实现了大型回转机械结构裂纹动态定量诊断，解决了裂纹动态定量诊断这一国内外故障诊断领域的前沿与挑战性难题。

在研究过程中，何正嘉首先建立了适宜结构裂纹故障诊断的小波有限元理论，采用多分辨多尺度小波函数替代传统有限元的多项式插值函数，实现了结构裂纹的高精度建模。最终何正嘉研发出了机械结构裂纹定量诊断仪，可应用于汽轮机和航空发动机转子等结构的裂纹诊断，对关键设备安全运行与避免灾难性事故产生意义重大。

目前，该成果从基础理论、技术实现到仪器开发，已经形成了一整套技术，在东方汽轮机公司、某航空发动机维修厂、西门子信号有限公司、上海宝钢等50余家企业得到应用，获得了良好的经济效益与社会效益。针对某型号航空发动机高压转子内部裂纹因探头不可到达而难以无损探伤的问题，利用小波有限元建模和动态测试，实现了裂纹定量诊断，成为某厂航空发动机安全保障中一种重要检测技术。实践证明，何正嘉所研制的机械结构裂纹定量诊断仪对裂纹位置与深度的定量识别误差均在5%以内。这一成果填补了国内外在机械结构裂纹动态定量诊断领域的技术空白，能够确保设备安全运行，避免因裂纹引起的灾难性事故发生。

在裂纹动态定量诊断新技术研究的同时，何正嘉的主攻方向是机械故障非平稳高精度诊断领域。他在长期的研究中发现，傅里叶变换、小波变换、第二代小波变换、多小波变换等的共同本质是数学上的内积变换，由此揭示了不同机械故障高精度诊断的内积变换数学原理，并指出，构造和运用性能优良的基函数与动态信号进行内积变换，是提高机械监测诊断合理性和准确性的关键技术。

何正嘉率先将先进的非平稳信号处理方法引入机械监测诊断领域，提出了变工况非平稳机械设备运行故障诊断方法，从多尺度、多分辨时频域提取故障信号特征，克服了采用传统平稳信号诊断方法难以准确提取变工况运行设备非平稳故障特征的不足；最终开发了机械故障非平稳高精度诊断系列新技术。开发了机车走行部、发电机组等关键机械设备运行监测诊断系列实用技术和在线监测诊断网络系统，开拓了机械故障非平稳高精度诊断的新领域。

继往开来科研团队促发展

何正嘉教授治学严谨，倡导团队精神，在学术梯队建设方面成绩突出。担任机械制造系统工程国家重点实验室系统监控与诊断方向学术带头人，负责建设机械基础实验教学国家级示范中心。创建的“装备智能诊断与控制”科研教学团队拥有教授16名，其中教育部长江学者1名、教育部新世纪优秀人才6名、全国百篇优秀博士论文获得者1名、交大腾飞教授3人；承担国家级精品课程3门。为装备制造学科发展凝聚了CAD/CAM、数控技术、故障诊断和减振降噪等一批骨干力量。他为人师表，举贤荐能，甘为人梯，乐于奉献，扶持青年学者成长为学科发展带头人，支持和帮助青年骨干教师主持或参与各类重大项目申报，在教学科研方面多次取得国家级成果奖励。教学中，他负责并组织建设了机械基础实验教学国家级示范中心和3门国家级精品课程，何正嘉教授获2008年陕西省师德标兵称号、2010年全国优秀科技工作者称号。

何正嘉在指导研究生的过程中投入巨大的精力，同步严格要求研究生不断提升道德品质和学术水准。培养的博士研究生陈雪峰获得了2007年全国百篇优秀博士学位论文，2008年入选教育部新世纪人才、2009年入选陕西省科技新星、2010年入选西安交通大学腾飞人才，陈雪峰教授已成为我校机械工程学科的教学科研骨干，主持2项国家自然科学基金、1项863项目以及多项横向合作课题。培养的博士研究生訾艳阳教授2010年入选教育部新世纪人才，主持3项国家自然科学基金、1项863项目以及多项横向合作课题，2009年当选机械工程学院分党委副书记。培养的博士研究生向家伟先后以德国洪堡学者和日本JSPS学者的身份，出国深造。培养的胡桥博士2006年毕业后在西安705所工作，工作业绩突出，目前担任总工程师助理；祁克玉博士在212所勤奋工作，获得了单位高度好评。

在科研中，他以西安交通大学机械装备诊断与控制研究所所长、机械制造系统工程国家重点实验室系统监控与诊断方向学术带头人的身份，领导开创了诸多创新性理论、技术与系统，推动了中国机械设备故障诊断的发展，被评为“全国优秀科技工作者”。他从事工矿企业设备状态监测、故障诊断研究及应用四十余年，在机械设备结构裂纹定量识别、非平稳信号故障诊断和智能预示等方面开展基础理论研究和重要工程应用，取得创新性成果。主持2项国家自然科学基金重点项目“大型复杂机电系统早期故障智能预示的理论与技术”(50335030，2004―2007)和“关键设备故障预示与运行安全保障的新理论和新技术”(51035007，2011―2014)以及4项国家自然科学基金面上项目；主持2项高等学校博士学科点专项科研基金资助项目“小波有限元理论与转子横向裂纹故障诊断的研究”（20040698026，2005―2007）和“优良特性多小波构造原理与机电设备复合故障诊断”(200806980011，2009―2011)；参加2项国家973项目“数字化制造基础研究（2005CB724100, 2006―2010）”和“超高速加工及其装备基础研究”(2009CB724405，2009-2014)；负责20余项与企业合作项目。以第一完成人获国家技术发明二等奖1项(2009年)、国家科技进步三等奖1项(1999年)和省部级一等奖2项、二等奖1项。授权发明专利6项。出版著作7部，350篇，其中SCI收录72篇、EI收录100篇，论著被国内外引用3613次。

“天时不如地利，地利不如人和”何正嘉和他的科研团队，淋漓尽致的诠释了这一真理。正是他执着探索、无私奉献，才有了我国机械故障诊断事业的发展。中国机械设备故障诊断的进步是一个的长期艰巨的过程，这漫漫路程中深深地烙着他们艰辛的脚印，这是历史的见证，未来的阶梯，而这样的精神，需要我们继续传承、创新，并肩求索下去。

人物简介：

何正嘉（1942-）西安交通大学教授，博士生导师，西安交通大学教育质量督导专家。1968年毕业于西安交通大学应用力学专业，后获西安交通大学机械制造工学硕士学位及日本九州工业大学信息工学博士学位。研究领域为机械制造及其自动化、测试计量技术及仪器、机械系统信号处理、状态监测与故障诊断、机械动态分析与动态设计。现任西安交通大学机械工程学院装备智能诊断与控制研究所所长和机械基础实验教学国家级示范中心主任、中国振动工程学会常务理事、故障诊断学会副理事长、国家自然科学基金评委、上海交大机械系统与振动国家重点实验室学术委员、国际ISO/ TC108/SC5中国专家组成员。享受国务院政府特殊津贴，获2008年陕西省师德标兵称号、2010年全国优秀科技工作者称号。