机械故障诊断教学改革论文

2022-04-17

近日小编精心整理了《机械故障诊断教学改革论文(精选3篇)》的相关内容,希望能给你带来帮助!摘要针对当前“机械故障诊断技术”课程的问题,提出了新的教改方案。

机械故障诊断教学改革论文 篇1:

“机械设备故障诊断”课程教学改革与探索

[摘 要] 根据“机械设备故障诊断”课程特点,提出一系列课程改革措施,包括整合教学内容,改进教学方法,改革考核方式。通过故障案例研究及讨论式教学、启发式教学和体验式教学方法,分阶段工程故障案例诊断考核等方式,将课堂知识与工程实际问题紧密结合,调动了学生学习的积极性,提高了学生运用所学知识分析、 解决实际问题的能力,增强了课程的教学效果。

[关键词] 机械设备故障诊断;教学内容;教学方法;考核方式

“机械设备故障诊断”是一门给机械设备“看病”的机械类专业课程,它通过对机械设备运行状态参数的处理和分析,结合设备的“健康”档案,来诊断机械设备及其零部件的故障类型、故障程度、故障部位和故障原因,然后根据诊断结果对确定的故障作防治处理或控制措施。课程涉及机械振动、流体力学和结构动力学等机械工程各个方面的知识,内容丰富、知识点较多,又具有较强的工程实践性,教学难度大。作者结合本专业和本课程的特色,重新设计教学方法,加强学生工程实践认识,强化学习效果。本文从“机械设备故障诊断”课程的教学内容、教学方法和成绩考核三个方面入手,尝试进行该课程的教学改革与探索。

一 整合教学内容

1 优化教学内容,使零散的知识条理化、系统化

对于过程装备与控制工程专业的学生来说,学好“机械设备故障诊断”这一课程离不开对于基本理论和基本方法的掌握。而机械设备故障诊断课程具有工程背景强、知识体系复杂、理论性强、实践性强等特点,课程涉及的内容多、知识面广,而我校机械设备故障诊断课程学时有限,在较少的学时内要求学生掌握所有的知识点是不现实的,因此在授课中必须根据课程内容的特点和我校学生面向石油石化行业的特色有所侧重。在实际教学中以故障的机理和故障特征的提取等基本理论和技术作为整个课程的教学主线,通过一根主线贯穿始终,把零散内容条理化、系统化,引导学生掌握基本的学习方法。比如,在讲“转子不平衡故障诊断”这一节中,要以“转子不平衡故障特征”作为主线,先从复习机械原理课程中学习过的转子临界转速的概念开始,接着分析临界转速对不平衡振动的影响,进而引出转子发生不平衡引起机械振动的故障特征,再到转子发生不平衡振动的原因和防治措施。这样一来显得条理清楚,层次较分明,学生也比较容易理解接受。

2 结合现场应用介绍故障诊断的新进展

随着现代生产自动化程度的不断提高和过程工业生产规模的不断扩大,对生产的连续化要求不断提高,传统的状态监测和故障诊断技术已经不能满足要求,先进的故障诊断方法层出不穷。这与目前普遍使用的教材内容中大量篇幅都是传统故障诊断方法,少量篇幅简单介绍故障诊断技术的最新应用进展相矛盾。而在目前的现场应用中也是以先进的计算机智能诊断为主,因此非常有必要结合现场实际状态监测与故障诊断系统介绍故障诊断最新应用进展情况,以实际工程应用为背景,介绍前沿的应用信息,以使学生对设备故障诊断工作有一个感性的认识,激发他们的学习兴趣。

3 扩展工程实际的设备状态监测与故障诊断应用案例

“机械设备故障诊断”课程的实践性较强。在课程原来的培养计划和教材中主要是理论为主,缺少典型的案例,有些案例背景交代得也不是很清楚,不便于案例间的比较与分析,不能切实做到理论联系实际。而工程实际故障案例内容恰恰是与工业生产过程密切相关,很多故障的特征和规律的区分也来源于实践。在新的课程计划中,增加工程实际典型案例分析,引导学生结合生产实习所见所学,增强学生的感性认识,激发他们的求知欲和好奇心。通过对与学习内容相关的工程实际案例问题分析,培养学生的工程意识,引导学生将所学故障诊断知识应用到实际机械设备故障诊断中,加强学生对故障机理和故障特征知识的理解,实现“从实践中来,到实践中去”的理论认知过程。

二 改革教学方法和手段

传统的教学是以教师、课堂、书本为中心的教学模式。这样的教学,虽然循序渐进,有本可依,但对理论性、技术性与实践性紧密结合的机械设备故障诊断课程其效果并不理想。由于该课程的学习需要前期课程的基础,课程的教学基本安排在大四年级的第一学期。这一学期大部分学生忙于找工作,另外一份部分学生忙于考研课程的复习,课堂教学常常出现教师在讲台上唱“独角戏”、学生在下面溜号、开小差的情况,这样的课堂忽视了教师和学生之间的互动和沟通,学生处于被动学习状态,课堂上学生主体参与性差,不能充分发挥其积极性和能动性,教学过程变成了学习主体缺位的纯教师行为, 教学内容落实不到实处。因此,传统的教学方法不能达到预期的教学目标。为提高学生的学习兴趣,培养学生的工程实践意识,强化教学效果,增加了以下教学方法。

1 故障案例研究及讨论式教学

讨论法是双向交流的教学方法,通过故障实例分析讨论能使所讲内容与工程实际紧密结合,可以激发学生就所要讨论的问题进行积极地思考,提高学生学习的积极性与主动性。课堂教学中引入相关工程故障案例,组织学习小组开展案例调研,由主讲教师就关键知识点提出问题研究方向,学生根据需要掌握的知识点调研相关领域并对所给故障进行分析诊断,然后在下一次课上组织学生就调研案例涉及的主要问题自由讨论,在此基础上对学生仍然存在的问题予以讲解和指导。这种工程故障案例研究讨论的方式可以启发学生打开思维,深入思考,调动学生自主学习的热情,提高学生的工程意识,同时学生通过对所需知识点的调研也可了解到相关问题的最新研究进展。经过实践发现,工程故障案例研究讨论法在活跃课堂气氛、促进同学间交流、加强学生的工程实践能力培养方面都有显著的作用。

2 启发式教学

对于枯燥的基本理论部分,一部分学生选择了被动学习,学习的积极性和主动性受到严重影响。因此,调动学生学习积极性还需要采取更容易让学生接受的教学方法。在课堂授课时,我们按课程重点、难点通过对工程典型故障有针对性的设问、引导、鼓励学生跟随课堂内容积极思考来调动学生的学习积极性。例如:对于往复压缩机活塞杆的受力分析和故障诊断这部分内容,不是上来就先介绍活塞杆的受力分析和气体力、惯性力、综合活塞力等计算公式的推导,而是通过幻灯片先引入连杆小头衬套和十字头销烧研故障的照片,对着故障照片引导学生分析得出烧研的原因是衬套和十字头销间没有得到良好的润滑,进而启发学生思考润滑油的进入与哪些因素有关,这时再适时引入活塞杆受拉和受压时十字头销压在连杆小头衬套不同侧的照片进行活塞杆的受力分析。通过这样的启发式教学,不但使得课堂内容生动活泼、学生易于理解和接受综合活塞力负荷反向的概念,而且学生带着问题和好奇心学习,能够充分调动学生学习的积极性。

3 体验式教学

学生是课堂学习的主体。传统的教学方式主要是以教师讲、学生听为主,教师不能完全体会和了解学生的学习需求,因此教与学配合不够。在新的教学实践中,通过角色互换,学生进行体验式教学活动。即由教师布置以实际工程为背景的体验教学内容,学生通过查阅相关资料,最后以书面报告和口头报告的形式完成教学任务,教师做最后的点评和补充。通过体验式教学,也使学生参与了教学过程,并且视野不局限于课堂。在完成报告的写作与讲解过程中,学生也很好地锻炼了组织能力和表达能力。经过实践发现体验式教学在活跃课堂气氛、促进同学间交流、提高学生的注意力方面都有显著的作用。同时通过这样的角色转换,教师也可以更多地体会学生的学习需求,及时调整教学方案和方法,强化教与学的效果。

三 考核方式的改革

考核评价是指挥棒,考核的基本任务就是检测学生的学习情况、促进学生学习、发现教学中存在的问题。目的在于掌握教学情况,改进教学和督促教育目标的实现。机械故障诊断技术理论性和工程性都很强,知识面广,其应用性远超过其理论性。一次性闭卷考试模式难以全面考核学生对故障诊断知识的理解和应用,制约了学生创新精神的发展,不利于培养学生的工程意识、工程素质和解决工程实际问题的能力。

机械设备故障诊断课程考核形式上,改变一次性结课考试的做法,采用分阶段考核的形式,以工程故障案例方式命题,通过典型工程故障案例将故障诊断理论教学中的关键知识体系拆分为若干考点考查学生应用所学故障诊断知识进行故障诊断的能力,使考核转变为重在知识运用上。同时通过分阶段的考核使教师和学生都能及时发现“教”和“学”中存在的问题,教师可以根据考核情况及时调整教学进度、优化教学内容、完善教学方法,进一步提高课堂教学质量。考核结果的及时反馈对学生也有监督和促进作用,学生可以根据分阶段考核检验阶段学习效果,以便及时发现不足,跟上教学节奏。

这种变一次性、终结性考试为分阶段、全过程的考核形式,有利于课程分阶段目标的实现,同时以工程故障实例分析为主题的考核模式将课堂知识与解决实际问题相结合,培养了学生独立且较深入研究问题的能力,调动了学生学习的积极性,减少了学习的功利性。

总之,通过“机械设备故障诊断”课程教学内容的整合、教学方法的改进、考核方式的改变,有效地将课堂知识与工程实际问题紧密结合,充分调动了学生学习的积极性和主动性,分析和解决工程实际问题的能力培养环节得到了进一步的加强,增强了课程的教学效果。

参考文献

[1]陈启卷, 谢诞梅, 郭江. 研究生“机械设备故障诊断”课程的建设与实践[J].中国电力教育, 2011(12).

[2]冷军发,华伟, 荆双喜. 机械故障诊断实验教学改革与创新[J].中国现代教育装备, 2009 (11).

[3]周邵萍.状态监测与故障诊断案例教学实践[J].化工高等教育,2007(4).

[4]丛振宇.浅谈高校考试制度问题的完善与改革[J]. 黑龙江利技信息,2010(8).

[5]刘朝亚,王润孝,支希哲.以优化课程考试推进人才培养模式改革[J].中国大学教学,2011(3).

作者:周昌静 李强

机械故障诊断教学改革论文 篇2:

“机械故障诊断技术”课程教学改革研究

摘 要 针对当前“机械故障诊断技术”课程的问题,提出了新的教改方案。该方案以课程为载体,以课堂和实验室为阵地,以工程应用为根本,不断地将机械故障诊断技术的最新进展及国内外的最新成果融入教学内容之中,基于“知行合一”的教学理念,采用案例为主线的专题式的教学方法,构建出基本案例、拓展案例、能力案例的“三级递进式”的课程架构,初步形成科学、合理、完整、共享的教学体系。

关键词 机械故障诊断 案例 知行合一 教学改革

Research on Teaching Reform of "Mechanical Fault Diagnosis Technology" Course

PEI Hongjie, WANG Guicheng, SHEN Chungen, WANG Zhi, DAI Yachun

(School of Mechanical Engineering, Jiangsu University, Zhenjiang, Jiangsu 212013)

0 引言

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。[1]其研究领域涉及到力学、摩擦学、机械学、非线性科学、信息学、测试技术、计算机技术、设备管理学等多种学科,并在其交叉点上生长出来的成为新兴学科。“机械故障诊断技术”是一门包含很多新技术内容的理论性、应用性、实践性很强的课程,随着科学技术和工程教育的发展,很多高等院校对“机械故障诊断技术”课程进行了改革探索。

在教学理念方面,对教学理念本身研究很少涉及,更多的是先进教学理念在“机械故障诊断”领域中的應用研究。[2-3]

在教学内容方面,针对教学脱离工程实际、学生基础薄弱等主要问题,提出的加强基础知识,采用案例式教学研究较多。[4-7]

在教学方法方面,为了更好的贯彻教学理念,提出了项目式、案例式、讨论式、多媒体式、开放实验式等教学方法。[2,5,8-9]

随着国家制造业行动纲要-《中国制造2025》[10]的提出,催生了“新工科”[11]和“双一流”[12]建设的迫切需求。在新的时代背景下,如何贯彻创新型、综合化、全周期工程教育的“新理念”,实现“机械故障诊断技术”的教学理念、教学内容、教学方式的三位一体的教学体系,进一步展开了教改研究,以期对培养创新性人才起到作用。

1 原课程存在的问题

目前“机械故障诊断技术”课程主要讲授机械故障诊断的基本原理、油样诊断技术、温度诊断技术、声学诊断技术、振动诊断技术、故障树分析方法及应用实例等方面的内容。由于课程内容丰富,知识点多,课时量少(总学时16学时),使得教学过程中产生了很多问题,主要问题如下:

1.1 应知不知

应该掌握的相关知识,没有掌握,或者理解肤浅。其原因在于,一方面,机械故障诊断学是综合了机械工程、力学、数学、计算机、传感器、信号处理、无损检测和人工智能等诸多方面知识,知识面宽广,理论性强,部分内容抽象。限于课时量,知识点的讲授普遍不能深入。另一方面,学生先期修学课程掌握不足(总课时量大幅减少,内容简化)或尚未开课,导致学生在学习故障诊断过程中理解能力欠缺,造成了学生似懂非懂的窘境。

1.2 知而难行

难于应用所学知识,解决实际问题。其原因在于,一方面,教学内容偏重于基础理论,与工程实际结合不紧密,忽略了本科生授课对象的特点。另一方面,教学所用案例不具备代表性,不能很好的贯穿基础理论和实际应用。

1.3 事事不行

只能解决相似案例,对于形式较大变化的应用工况,茫然不能理出头绪。其原因在于,课堂还是以教为主,学为辅,颠倒了教与学的关系,极大挫伤了学生独立学习和思考的积极性,未能培养出解决问题的能力。

2 教学改革目标

通过教学改革,使学生能够了解机械故障诊断学科发展现状,能正确认识机械故障领域新产品、新技术、新工艺、新材料的开发和应用对于客观世界和社会的影响,初步掌握并使用现代工程技术、方法和工具,具备了不断学习、适应发展、解决问题的能力,圆满达到“机械设计制造及其自动化专业”本课程应支撑的毕业要求。

3 课程教学改革方案

3.1 “知行合一”的教学体系

知行合一,指知识和行动的统一。根据专业培养目标,按照以果推因的因果逻辑,把培养过程倒推分为三个阶段,“知行合一”(理论与实践的统一)——“行”(拓宽知识和初步应用)——“知”(掌握基础知识),构建出教学架构,如图1所示。课程体系分为“知”和“行”两个部分,“知”部分包括课堂教学和网络教学,“行”部分包括实验教学和网络教学,其中网络教学为“知”“行”共有。根据知行合一的教学理念,采用案例为主线的专题式教学方式,构建出基本案例、拓展案例、能力案例的“三级递进式”的课程架构。

课程教学,属于应知的内容,共分为7个专题,包括总论、温度诊断技术、油液诊断技术、振动诊断技术、声学诊断技术、故障树分析技术和综合应用。每个专题,以典型案例为主线,以故障问题为起点,分析其现象,给出解决问题的步骤,寻求出解决方法,介绍相关基础理论、实验系统和信号处理,从而夯实基础。

网络教学,属于拓展内容,包括6项专题。限于有限课时,有些内容课堂不能展开,另外,由于学生的前期基础不一样,使得应知应会的内容没有掌握和理解。增加网络视频教学,讲解拓宽的基礎知识,供学生学习和参考。另外,在网络课程里面,增加相似案例和拓展案例及作业案例,供学生学习和练习。

实验教学,属于实践内容,用于提高解决问题的能力。通过课程教学和网络教学,学生已经初步具备了解决问题的能力。设计出各种故障的综合开放式实验,由学生组成小组,自行设计方案,寻求出故障所在。

3.2 教学内容

3.2.1 教学案例

案例设计要围绕课程理念和教学目标来进行,使学生掌握基本原理和理论知识,提高学生分析问题和解决问题的能力。设计的案例要难易适中,要紧跟最新研究热点,这样既能够激发学生学习的热情,又具有前瞻性,为学生以后的学习和研究指明了方向。

案例分为精选的实际案例和设计的虚拟案例。实际案例,来源于工程应用;虚拟案例,是根据实际案例进行改编,针对不同目标而专门设计的。根据学生培养的不同阶段,选择和设计出“三级递进式”的教学案例:基本案例、拓展案例和能力案例。

基本案例,在课堂教学阶段,以虚拟案例为主,应体现出相关专题的主要基础理论,代表性的实验系统和典型的信号处理技术,为学生进一步学习打下基础。基本案例是课堂教学的主线,串联整个专题,需要涵盖所有流程和知识点,需要根据实际案例修改和完善,达到教授知识,培养学生思考的能力。

拓展案例,在拓展阶段,拓展案例包括实际案例和虚拟案例,一方面拓宽知识的广度,另一方面延伸知识的深度,以补充课堂的不足,训练学生具备了初步解决问题的能力。

能力案例,在“知行合一”阶段,能力案例全部为实际案例,充分发挥学生的潜力。针对实际工况选择并设计,以开放性实验呈现给学生,由学生组成团队,提出方案,构建实验系统,采集信号并处理,寻求出故障所在,并提出解决办法。从而达到知行合一,学以致用的培养目标。

3.2.2 共享式在线内容

增加网络课程,用于完善和补充课堂教学的不足。主要包括课堂教学课件及录像、拓展知识讲课课件及录像、案例库(包括基本案例和拓展案例)、仪器库、习题库及最新技术介绍等板块内容。其中习题库是设计的各种虚拟案例和选择的实际案例,供学生练习,训练学生获得初步解决问题的能力。

3.2.3 开放性实验

在拓展阶段,结合学校实验的情况,精选若干实际案例,由学生组成小组,选择其中1个案例,自己组建实验系统,判断系统的状态,寻求出故障所在,判断出故障的原因,并提出解决办法。

3.2.4 国际视野的打造

国际化是现在学生培养的一个主要方向。为了打造学生的国际视野,在每项专题中增加前沿技术介绍,在网络平台上增加前沿模块,并让学生研读部分国内外最近相关论文或资料,翻译最新的外文文献,以开阔其视野,培养其自学和分析问题的能力。

3.3 研讨式的教学方式

学生是教学的主体,教师是教学的主导,只有发挥两个方面的积极性,才能教学相长,提高授课质量。在教学过程中,以案例为主向,以问题为起点,采用师生共同进行研讨的方式,在教学过程中让学生的主动参与,鼓励其对学术问题或工程实际问题进行研讨。

3.4 团队精神的历练

在拓展阶段,3-5名学生可以组成小组,每个学生根据自己独立思考的结果,进行小组内的交流讨论,最终每个小组形成相对统一的结论,交流中达到互相启发和提高的目的,充分发挥团队协作的精神。在能力阶段,小组共同决定选择案例,对案例进行分析和决策,分工协作,构建实验系统,数据分析,解决问题,教师可以现场进行指导和评论。

4 结语

课程教学目标和教学内容,是根据社会的需求而修订,其教学案例来源于企业。通过全部学习训练过程,学生不仅掌握了机械故障诊断技术的基础知识,而且掌握了如何使用现代工程技术、方法和工具,具备了解决实际问题的能力,进到企业里面很快就会上手,解决工程问题。本课程所构建的案例库,通过网络课程,可实现跨领域、校际、校内等共享,对需要提高业务水平或者解决企业问题的员工或者学生,提供一个基本的平台。

江苏大学高等教育教改研究课题资助项目(2017JGYB013),教育部人文社会科学研究专项(10JDGC023)

参考文献

[1] 王国彪,何正嘉,陈雪峰,赖一楠.机械故障诊断基础研究“何去何从”[J].机械工程学报,2013.49(1):63-72.

[2] 宿磊,李可,吴静静等.基于CDIO 的机械故障诊断课程改革实践[J].科技视界,2017(8):70-72.

[3] 冯秀.基于工作过程系统化“化工机械状态监测与故障诊断”改革[J].中国电力教育,2011(29):92-93.

[4] 李宁,范勤,王志刚等.机械设备故障监测与诊断本硕博系列课程教学改革[J].中國冶金教育,2014(3):28-30.

[5] 巩晓赟,侯俊剑,马建荣.机械故障诊断课程的教学研究与实践[J].中国轻工教育,2015(5):74-76.

[6] 郑近德,潘海洋,潘紫微.本科生机械故障诊断学课程教学改革研究[J].安徽工业大学学报(社会科学版),2016.33?(2):101-102.

[7] 黄广霞,布占伟.案例分析法在机械故障诊断技术课程中的应用[J].科教导刊(上旬刊),2013?(11):176-177.

[8] 向家伟.基于LabView 的“机械故障诊断学”课程CAI教学系统设计[J].中国科技信息?,2007(4):253-254.

[9] 冷军发,华伟,荆双喜.机械故障诊断实验教学改革与创新[J].中国现代教育装备,2009(11):104-106.

[10] 中华人民共和国国务院.《国务院关于印发“中国制造2025”》的通知(国发〔2015〕28号) .[EB/OL].http://www.gov.cn/gongbao/content/2015/content_2873744.htm.

[11] 中华人民共和国教育部.“新工科”建设复旦共识[EB/OL]. http://www.moe.gov.cn/s78/A08/moe_745/201702/t20170223_297122.html.[2017-02-18].

[12] 雷环,田慧君,王孙禺.“双一流”建设与工程教育研究[J].中国大学教学,2017(12):27-30.

作者:裴宏杰 王贵成 沈春根 王志 戴亚春

机械故障诊断教学改革论文 篇3:

《现代故障诊断技术》研究生课程教学实践

【摘要】《现代故障诊断技术》课程理论性和工程性较强,对现代工业生产至关重要。本文拟结合该课程所涉及的内容特点和教学现状,剖析教学过程中存在的问题,并通过对比传统的故障诊断方法及设计教学案例,最终使学生尽快掌握每种故障诊断方法的原理和适用特点,提高教学质量。

【关键词】故障诊断 教学实践 研究生教学 案例教学

【基金项目】河南省研究生优质课程资助; 自动化类专业教学指导委员会专业教育教学改革研究课题(2015A17); 河南理工大学教育教学改革研究项目(2015JG027)。

随着科学技术的发展,航空航天控制系统以及煤矿、石油化工等工业生产设备正朝着高度自动化和高度集成化的方法发展,使得系统或设备的复杂程度随之提高,之间的关联程度越加密切,随之而来的问题是:一方面,故障的危害程度增大;另一方面,设备的成本和维修费用急剧增加。因此,降低成本和维修费用,提高系统或设备的可靠性和有效性,是故障诊断技术研究所面临的重大课题。

1.课程所涉及的内容和教学现状

1.1 课程所涉及的内容

传统的故障诊断方法通常分为三类,即基于解析模型的诊断方法、基于信号分析与处理的诊断方法和基于知识的诊断方法。根据系统或设备的特性以及是否考虑外界影响,每种故障诊断方法又扩展多种研究分支。所以,现代故障诊断技术无论从理论上,还是从工程应用上,所涉及的内容多、知识面广,不易系统掌握所有相关知识。从事故障诊断技术研究的研究生,根据本人所在课题组的要求,有针对性地掌握具体某种方法或某种方法下的某个研究分支,而且要了解其他故障诊断方法,以便针对不同的复杂系统环境或工况,合理选择故障诊断方法,或融合多种故障诊断方法实施故障诊断。故,《现代故障诊断技术》所涉及的内容多、范围广,诊断方法涉及到计算机技术、控制技术、辨识估计技术、信息融合技术等学科交叉,具有课堂讲授和学生全面接受较困难的特点。

1.2教学现状

目前,《现代故障诊断技术》是针对本校电气工程、控制工程的学术型和专业型硕士研究生所开的课程。一方面,需要针对不同学生类别,制定不同的教学大纲,在授课时注意理论知识和工程实践的侧重,以达到各自的不同培养目标;另一方面,36个学时授课,学时少,难以对相关知识进行展开授课[1],更重要的是利用较少的学时,难以使学生掌握理论研究的方法,以及分析解决具体工程案例的能力。因此,需要合理安排教学内容,在方法上注意每种故障诊断方法的实施过程,尤其是各种故障诊断方法适用的具体环境和优缺点,以便在后期的理论研究或工程应用中,能够根据系统特性或设备工况,采取便捷有效的故障诊断方法。

本文一方面剖析各种故障诊断方法的具体内容;另一方面,指出诸多故障诊断方法的特点及适用环境,之后通过设计教学案例[2]加以说明。

2.故障诊断方法的特点

在基于解析模型的故障诊断方法中,针对具体控制对象,需要建立系统的数学模型,而在系统建模的过程中,往往会忽略一些次要因素,从而形成系统建模带来的不确定性。对于可以容易建立精确模型的控制系统,采用基于解析模型的故障诊断方法,无疑是最精确、最便捷的;而建模带来的不确定性或系统受到的未知外部扰动等未知信息,往往需要采用其它基于模型的鲁棒故障诊断方法,对未知信息加以抑制。基于解析模型的故障诊断另一个特点是:故障诊断实时性较强,能够跟随系统的运行,对故障实行在线实时检测、隔离和重构。

基于信号分析与处理的诊断方法则不需要数学模型,而是从测量信号中提取有效反映故障的特征信息,用来判断系统是否出现故障,适用于无法或不易于建立解析模型的控制系统或设备;其缺点是需基于以往数据提取特征并实施故障诊断。

基于知识的故障诊断方法是以知识处理技术为基础,实现辩证逻辑和数理逻辑的集成,通过在概念和处理方法上的知识化,实现设备故障诊断智能化。

3.教学案例设计

针对故障诊断课程上述内容特点、授课对象的复杂性以及课程学时的限制,为便于掌握传统故障诊断方法的实施思路及繁杂的知识点,下面将针对基于模型的故障诊断方法和基于信号处理的诊断方法,通过设计“电动机转子断条故障诊断系统”教学案例,说明本课程主要方法的适用特点,以便于学生能够总体掌握传统诊断方法中的要点。

基于解析模型的转子断条故障诊断实施过程如图1所示,由图1可知,该诊断方法必须借助于系统的数学模型,并结合电动机系统本身的已知输入或可测输出,进而构建状态或输出估计器;之后,利用估计器输出和系统输出得到残差,该残差是故障诊断的依据,并据此得到故障判断逻辑。图2为基于信号分析与处理的故障诊断总体结构框图,可以知道该方法主要是依据测得的电流信号,经过滤波、A/D转换后经下位机传至上位机,之后根据上位机上的故障诊断算法及提取得到的故障特征,判断系统是否出现故障。由此可见,基于解析模型的故障诊断方法对模型的依赖性较大,但在得到系统模型之后,其不仅可以实现故障检测,而且可采用重构算法对故障信息进行估计,这为系统的容错控制提供了基础;另一方面,基于信号分析与处理的故障诊断方法不需要数学模型,但特征提取需要基本的信息集,而在形成故障特征之前,并没有较好的办法对期间发生的故障进行诊断,尤其是系统的初始故障。故,需要针对建立准确数学模型的难易程度,合理选择诊断方法解决故障诊断的问题。

因此,在建立较为准确数学模型的情况下,采用基于模型的故障診断方法较好;而无法或难于建立系统数学模型的控制系统,在采用基于信号处理或基于知识的故障诊断方法的较好。通过图1和图2,可清晰掌握各种诊断方法的设计过程,实现对课程的全局把握。

参考文献:

[1]苏祖强, 熊英, 罗久飞, 张毅. 《机械故障诊断》研究生教学课程改革的思考[J]. 教育教学论坛, 2017,(41).

[2]关秋, 陈梅. 案例教学的理论研究综述[J]. 教育与职业, 2011, (20).

作者:杨俊起 王新 付子义

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