機械故障診斷研究生教學(xué)課程改革探討

前言：想要寫出一篇引人入勝的文章？我們特意為您整理了機械故障診斷研究生教學(xué)課程改革探討范文，希望能給你帶來靈感和參考，敬請閱讀。

摘要：故障診斷技術(shù)對現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)至關(guān)重要。《機械故障診斷》這門課程主要講解故障診斷中所涉及的理論與方法。本文闡述了該門課程的主要特點，剖析了教學(xué)過程中存在的問題，對這些問題提出了一些探討性的解決思路。

關(guān)鍵詞：旋轉(zhuǎn)機械；故障診斷；實踐教學(xué)；研究生教學(xué)

一、前言

隨著工業(yè)的快速發(fā)展，機械設(shè)備正朝著大型化、復(fù)雜化、精密化的方向發(fā)展，同時要求機械設(shè)備能夠在比較惡劣的環(huán)境下長時間穩(wěn)定地運行，比如大型風(fēng)力發(fā)電機組。在工業(yè)實踐中，一方面不容許這些機械設(shè)備出現(xiàn)故障，另一方面這些機械設(shè)備一旦出現(xiàn)故障，會導(dǎo)致巨大的經(jīng)濟損失。故障診斷就是尋找故障原因的過程，其實質(zhì)是了解和掌握設(shè)備運行過程中的狀態(tài)，評價、預(yù)測設(shè)備的可靠性，減少企業(yè)的運營成本。目前，故障診斷技術(shù)已被大量地應(yīng)用于石油化工、水利發(fā)電、礦產(chǎn)開采等多個關(guān)系國民經(jīng)濟的重要領(lǐng)域。此外，故障診斷技術(shù)也是實現(xiàn)“中國制造2025計劃”，完成以加工為主導(dǎo)的傳統(tǒng)制造業(yè)向以服務(wù)為主導(dǎo)的現(xiàn)代制造業(yè)轉(zhuǎn)型所必備的核心技術(shù)。在這樣的背景下，將《機械故障診斷》這門課程作為研究生的基礎(chǔ)理論課程。該門課程所涉及的內(nèi)容比較廣泛，包括信號分析與處理、機械動力學(xué)分析、人工智能方法等。同時，這門課程又是一門實踐性很強的課程，理論和實踐結(jié)合十分緊密。此外，該門課程所涉及的內(nèi)容學(xué)術(shù)研究價值很高，可以作為學(xué)生在研究生學(xué)習(xí)階段的研究方向。傳統(tǒng)的教學(xué)模式極大地限制了該門課程的教學(xué)。

二、課程教學(xué)過程中存在的問題

1.教學(xué)內(nèi)容多而泛?！稒C械故障診斷》是一門綜合性很強的課程，課程中不僅涉及到大量的公式推理，如傅里葉變換的推理公式，還包括許多新理論和新方法，如：人工智能算法、專家系統(tǒng)等。而該門課程的授課學(xué)時一般都設(shè)置為32個學(xué)時，學(xué)時數(shù)比較少，難以對相關(guān)知識進行展開授課。同時該門課程各個章節(jié)之間的關(guān)聯(lián)性也不夠強，各知識點之間具有一定的獨立性，造成學(xué)生學(xué)習(xí)和理解困難。2.教學(xué)與實踐嚴重脫節(jié)。《機械故障診斷》這門課程與工業(yè)實踐結(jié)合十分緊密，所涉及到的內(nèi)容實用性極強。該門課程作為研究生的理論基礎(chǔ)課，其教學(xué)目的是使學(xué)生全面、真實地掌握故障診斷的核心思想以及相關(guān)的理論方法，增加學(xué)生的創(chuàng)新思維能力和工程實踐能力。然而，現(xiàn)有的教學(xué)模式大多以書本為主導(dǎo)進行展開，嚴重缺少實踐教學(xué)環(huán)節(jié)。3.教學(xué)過程中“教”與“學(xué)”脫鉤。傳統(tǒng)教學(xué)模式采用“老師授課———學(xué)生聽課”的方式展開，“教”與“學(xué)”缺少良性互動的環(huán)節(jié)，容易導(dǎo)致老師授課時不清楚學(xué)生對知識的實際掌握情況，學(xué)生對課程知識理解不透徹，進而喪失學(xué)習(xí)興趣，使得教學(xué)過程形式化、教學(xué)結(jié)果低效化的問題。

三、探索性的教學(xué)改革

1.課程內(nèi)容設(shè)置的改革。《機械故障診斷》這門課程所涉及的內(nèi)容比較豐富，同時又是一門理論性很強的課程，如果不結(jié)合工程應(yīng)用案例，相關(guān)知識點的講解將會十分的空洞。因此，在教學(xué)過程中可以引入工程實際應(yīng)用案例進行分析，如可以對齒輪箱不同故障情況（如缺齒、斷齒、齒輪裂紋、軸承故障、軸不對中、軸偏心等）下的振動機理進行分析，講解不同故障的特點以及應(yīng)當采用的信號分析方法。此外，還需要額外講解Matlab等計算軟件使用方面的知識。Matlab是一種交互式的程序語言，計算功能強大，算法實現(xiàn)容易、結(jié)果顯示直觀，在教學(xué)過程中采用Matlab語言實現(xiàn)相關(guān)算法，并將算法運行結(jié)果直觀地展現(xiàn)給學(xué)生，可以加深學(xué)生對相關(guān)知識的直觀理解，提升學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動性。2.實踐教學(xué)的改革?！稒C械故障診斷》這門課程所涉及到的內(nèi)容實用性非常強，學(xué)生要學(xué)好本門課程就必須要培養(yǎng)實踐動手能力。在實踐教學(xué)改革中，擬從以下幾個方面展開：（1）熟悉和掌握采集相關(guān)知識。機械運行過程中產(chǎn)生的信號及其特征信息是分析機械及其運行狀態(tài)的主要手段，而對這些信號的有效采集是進行故障診斷的前提。實驗室采用VC++語言搭建了信號采集的軟件部分，硬件部分采用了NI9234采集卡和PCB加速振動傳感器。NI9234采集卡擁有4個采集通道，最大采樣率為51.2KS/s，分辨率為24位，已經(jīng)完全滿足教學(xué)需求。PCB加速度傳感器具有工作穩(wěn)定、無需增加額外的放大電路的優(yōu)點，使用十分方便，非常適合教學(xué)。（2）齒輪箱實驗臺故障診斷實驗。齒輪箱的故障診斷在故障診斷中具有一定的代表性，實驗室的齒輪箱故障診斷試驗臺能夠有效模擬缺齒、斷齒等常見的齒輪箱故障，并且拆卸和安裝方便，使用成本低廉，非常適合教學(xué)。（3）機床狀態(tài)監(jiān)測實例應(yīng)用。我校實訓(xùn)加工中心有多臺老式機床，包括車床、銑床和磨床，采集相應(yīng)部件的運行信號進行故障診斷的實例分析。3.教學(xué)方式方法的改革。研究生的教學(xué)目的與本科階段的教學(xué)目的有較大的區(qū)別，本課程研究生階段的教學(xué)目的是使學(xué)生掌握故障診斷的基本理論和知識，增加學(xué)生的自學(xué)能力以及搜集資料和分析資料的能力。因此，在教學(xué)過程中可以采用學(xué)生自主授課的方式進行。學(xué)生要完成老師布置的授課內(nèi)容，必須要對相關(guān)知識進行詳細的梳理和剖析，在遇到理解困難的知識點時需要通過各種途徑查找大量文獻資料，同時需要對文獻資料進行消化和總結(jié)。在這個過程中，學(xué)生不僅深刻地掌握了相關(guān)知識點，同時培養(yǎng)了學(xué)生的自學(xué)能力，為學(xué)生以后的學(xué)習(xí)打下了堅實的基礎(chǔ)。此外，學(xué)生需要將相關(guān)知識點在自己理解的基礎(chǔ)上進行授課，需要將相關(guān)知識點深入淺出地表述出來，可以極大地鍛煉學(xué)生的語言組織能力，在參與教學(xué)的過程中也可以極大地拓展學(xué)生的視野，突破以往學(xué)生被動接受知識的學(xué)習(xí)模式。4.考核方式的改革。以往的考核方式只以期末考試成績作為考核指標，這種方式的考核存在諸多問題，如：對學(xué)生學(xué)習(xí)的監(jiān)督性不夠強，容易引起學(xué)生功利性的學(xué)習(xí)態(tài)度，學(xué)生只關(guān)心考試過關(guān)與否，而不是真正用心學(xué)習(xí)課程知識，難以對學(xué)生的學(xué)習(xí)情況進行全面、綜合的考察。因此，在課程考核方面，可以采用實踐考核、平時小論文撰寫、期末考試相結(jié)合的方式進行考核。在實踐教學(xué)過程中，需要自己完成數(shù)據(jù)采集、實驗臺故障診斷實驗和機床故障診斷實驗，學(xué)生的現(xiàn)場表現(xiàn)以及實驗報告能夠體現(xiàn)學(xué)生的工程實踐能力，以及學(xué)生對相關(guān)知識的掌握情況。在自主授課環(huán)節(jié)，學(xué)生需要收集和分析大量的文獻資料，在這個過程中需要學(xué)生根據(jù)自己收集到的資料文獻，撰寫一篇小論文。小論文的撰寫情況不僅能夠體現(xiàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度，也能鍛煉學(xué)生的學(xué)術(shù)技能，為以后的研究工作打下基礎(chǔ)。期末考試采用閉卷的方式進行。期末考試可以有效考察學(xué)生對課程知識點的掌握情況。結(jié)合實踐考核、平時小論文撰寫、期末考試對學(xué)生進行考核，可以全面、綜合地考察學(xué)生對《機械故障診斷》課程知識掌握的真實情況。

參考文獻：

[1]周昌靜,李強.“機械設(shè)備故障診斷”課程教學(xué)改革與探索[J].教書育人:高教論壇,2016,(15).

[2]鄭源,潘虹.計算機仿真系統(tǒng)在水電機組監(jiān)測與故障診斷教學(xué)中的應(yīng)用[J].中國電力教育,2012,(6):110-110.

[3]嚴學(xué)書,林樹興,楊明倫.旋轉(zhuǎn)機械故障教學(xué)實驗臺的設(shè)計[J].機械,1998,(3):30-31.

[4]冷軍發(fā),荊雙喜.機械故障診斷課程教學(xué)改革探析[J].中國現(xiàn)代教育裝備,2011,(11):88-90.

作者:蘇祖強 熊英 羅久飛 張毅 單位:重慶郵電大學(xué)先進制造工程學(xué)院