案例分析法在机械故障诊断技术课程中的应用
2022-06-09
0引言
机械故障诊断技术课程属过程装备与控制工程专业的专业课，与机械工程测试技术基础、机械振动学等课程衔接紧密并直接与生产实践、科学研究和日常生活紧密相关。随着现代工业的发展，机械设备的故障诊断技术越来越受到人们的重视，已经成为保证生产系统安全稳定运行和提高产品质量的重要手段和关键技术。近年来，随着传感检测技术、电子计算机技术、信号处理技术等的突破性研究，机械故障诊断课程从理论、方法到应用领域都发生了很大的变化。这就要求讲授本课程的老师要知识面广、实践性强，结合新理论、新方法及新的使用领域，使学生了解前沿动态。本课程传统的教育模式有许多值得大家认同的优点，同时也存在明显的不足，例如，教学内容滞后、不能和实际的应用连接起来。教学方法呆板，不合理，缺乏培养学生动手能力和主动思考的方法。所以，本课程教学改革以提高教学质量为主要目的，从教学内容、教学方法上着手，以案例教学、讨论式教学等多种教学方式为手段，提高教学质量。
1案例教学法的实施
1.1案例教学法的特点
在国内，对机械故障诊断理论上的探索和实际生产没有紧密连接起来，很多从事研究的人员只会在理论上进行探索，没有实际的工作经验，造成理论研究实际应用大相径庭。所以一般以高校和研究所的研究作为起点，深入到行业生产当中去。在本课程中是在老师的精心指导下，根据机械故障诊断目标的需要，采用典型的故障诊断案例进行分析，通过老师的引导和学生的独立思考，引导学生进行系统的学习、领会和研究。尤其是在工程实践部分，通过有针对性具体机械类型的诊断案例介绍，从而提高学生的判断能力和识别能力。促使学生深入参与整个教学过程，激发学生学习的兴趣。
（1）目的明确。在机械故障诊断技术这门课中，案例的选择或者设计都是围绕特定的教学内容来进行的，学生通过对具体的案例说明深化理解，加深印象。特别是在安装、检查和测量的实践经验案例中，例如有汽轮机故障诊断、压缩机故障诊断、化工机械故障诊断、液压系统故障诊断等。从故障诊断原理来看，不同诊断对象的动态性能和外部表征各具特点，通过案例分析可以增加丰富的现场工作经验。
（2）问题表现突出。该课程牵涉的内容很多，从章节设计上来讲，贯彻了从数据采集、信号处理、状态识别、趋势预测、直至调理整治等五个设备诊断不可缺少的工作过程，对每一种故障的诊断案例，不仅重点分析故障机理及征兆特点，都附上精确的案例分析说明，在授课老师的细心讲解下，通过对某种故障问题的表述、分析，探求解决问题的方法，提高学生分析和解决问题的能力。
（3）综合性强。案例分析的综合性可以从多个方面来理解，该方法本身具有综合性。每一种故障所呈现出来的特征包含多个，例如连接松动故障所表现出来的轴心轨迹混乱、重心飘逸、频谱图中出现高阶奇次倍频分量、松动方向振幅增大等一系列特征。再者从知识掌握方面来讲，在案例分析法应用当中，需要学生具备丰富的基础理论知识和实践经验，综合运用各种知识和技能分析不同的案例所呈现的问题。
（4）互动性强。案例分析过程是一个教与学的互动过程，以教师为主导，使学生从案例分析中获取知识。每一个学生也根据自己所掌握的知识对每个案例有不同的理解，通过师生间的互动和交流，让学生多渠道获取知识和技能。
1.2实施过程
（1）"师为主生为辅"，以案例分析为载体传授学生理论知识。机械故障诊断涉及的知识面非常宽，内容丰富，传统的教学方法结构不太合理，教学内容一成不变，先讲理论后实验来训练学生的技能，效果不太明显。选用典型的案例，把教学目标要求的一些理论知识和必要的技能融入到实例中去，通过案例分析，让学生掌握相关的知识和技能。打破了传统的教学方法，激发学生的学习兴趣。
（2）"生为主师为辅"，以学生为主体，对所学知识加以应用。在学习完一种诊断方法后，教师根据学生所学的知识和技能，举出一些具体的案例让学生分组判断和分析，学生在分析的过程中，充分发挥了主体能动性，把学到的知识和技能进行运用。培养学生知识运用能力、独立学习的能力以及同学之间的协助能力等综合素质。
（3）加强师生的互动性。提高故障诊断教学中学生的参与程度，让学生主动、有效地学习。首先，创设民主和谐的课堂教学氛围，使学生勤于思考，善于发言。其次，养成良好的学习习惯，使学生在讨论交流的氛围中学习。还要鼓励学生善于动手实验。例如，传统的温度测量法是热电偶测量，在生产条件下，将它用于测量轴承温度，可得到良好的测量效果；而对于切削、磨削温度，在生产条件下就不可能用热电偶测量，因为在许多零件上一般都不允许钻孔、开槽来埋臵热电偶。这时候要鼓励学生勤于思考、多动手、多动脑。师生相互配合，学生才能把学到的理论知识和技能在实践中充分运用，提升教学有效性，做到学以致用。
2注意事项
2.1学习方法的调整
机械故障诊断的教学过程是培养学生把以往所学的知识连贯起来用于故障诊断中，所以要处理好教与学的关系，加强与学生的互动。多采用启发式教学，让学生变被动学习为主动学习。例如在讲到齿轮箱故障诊断时，"对于齿面磨损，烧伤是不是一种磨损形式，为什么会归到齿面磨损这个问题？"把学生的积极性调动起来，老师要从烧伤本身和效果上引导学生，这样会起到理想的效果。在分析讨论结束之后，老师要给学生留出一定的空间让学生自己学会思考和总结，最后老师给出正确的答案和见解。
机械故障诊断技术课程属过程装备与控制工程专业的专业课，与机械工程测试技术基础、机械振动学等课程衔接紧密并直接与生产实践、科学研究和日常生活紧密相关。随着现代工业的发展，机械设备的故障诊断技术越来越受到人们的重视，已经成为保证生产系统安全稳定运行和提高产品质量的重要手段和关键技术。近年来，随着传感检测技术、电子计算机技术、信号处理技术等的突破性研究，机械故障诊断课程从理论、方法到应用领域都发生了很大的变化。这就要求讲授本课程的老师要知识面广、实践性强，结合新理论、新方法及新的使用领域，使学生了解前沿动态。本课程传统的教育模式有许多值得大家认同的优点，同时也存在明显的不足，例如，教学内容滞后、不能和实际的应用连接起来。教学方法呆板，不合理，缺乏培养学生动手能力和主动思考的方法。所以，本课程教学改革以提高教学质量为主要目的，从教学内容、教学方法上着手，以案例教学、讨论式教学等多种教学方式为手段，提高教学质量。
1案例教学法的实施
1.1案例教学法的特点
在国内，对机械故障诊断理论上的探索和实际生产没有紧密连接起来，很多从事研究的人员只会在理论上进行探索，没有实际的工作经验，造成理论研究实际应用大相径庭。所以一般以高校和研究所的研究作为起点，深入到行业生产当中去。在本课程中是在老师的精心指导下，根据机械故障诊断目标的需要，采用典型的故障诊断案例进行分析，通过老师的引导和学生的独立思考，引导学生进行系统的学习、领会和研究。尤其是在工程实践部分，通过有针对性具体机械类型的诊断案例介绍，从而提高学生的判断能力和识别能力。促使学生深入参与整个教学过程，激发学生学习的兴趣。
（1）目的明确。在机械故障诊断技术这门课中，案例的选择或者设计都是围绕特定的教学内容来进行的，学生通过对具体的案例说明深化理解，加深印象。特别是在安装、检查和测量的实践经验案例中，例如有汽轮机故障诊断、压缩机故障诊断、化工机械故障诊断、液压系统故障诊断等。从故障诊断原理来看，不同诊断对象的动态性能和外部表征各具特点，通过案例分析可以增加丰富的现场工作经验。
（2）问题表现突出。该课程牵涉的内容很多，从章节设计上来讲，贯彻了从数据采集、信号处理、状态识别、趋势预测、直至调理整治等五个设备诊断不可缺少的工作过程，对每一种故障的诊断案例，不仅重点分析故障机理及征兆特点，都附上精确的案例分析说明，在授课老师的细心讲解下，通过对某种故障问题的表述、分析，探求解决问题的方法，提高学生分析和解决问题的能力。
（3）综合性强。案例分析的综合性可以从多个方面来理解，该方法本身具有综合性。每一种故障所呈现出来的特征包含多个，例如连接松动故障所表现出来的轴心轨迹混乱、重心飘逸、频谱图中出现高阶奇次倍频分量、松动方向振幅增大等一系列特征。再者从知识掌握方面来讲，在案例分析法应用当中，需要学生具备丰富的基础理论知识和实践经验，综合运用各种知识和技能分析不同的案例所呈现的问题。
（4）互动性强。案例分析过程是一个教与学的互动过程，以教师为主导，使学生从案例分析中获取知识。每一个学生也根据自己所掌握的知识对每个案例有不同的理解，通过师生间的互动和交流，让学生多渠道获取知识和技能。
1.2实施过程
（1）"师为主生为辅"，以案例分析为载体传授学生理论知识。机械故障诊断涉及的知识面非常宽，内容丰富，传统的教学方法结构不太合理，教学内容一成不变，先讲理论后实验来训练学生的技能，效果不太明显。选用典型的案例，把教学目标要求的一些理论知识和必要的技能融入到实例中去，通过案例分析，让学生掌握相关的知识和技能。打破了传统的教学方法，激发学生的学习兴趣。
（2）"生为主师为辅"，以学生为主体，对所学知识加以应用。在学习完一种诊断方法后，教师根据学生所学的知识和技能，举出一些具体的案例让学生分组判断和分析，学生在分析的过程中，充分发挥了主体能动性，把学到的知识和技能进行运用。培养学生知识运用能力、独立学习的能力以及同学之间的协助能力等综合素质。
（3）加强师生的互动性。提高故障诊断教学中学生的参与程度，让学生主动、有效地学习。首先，创设民主和谐的课堂教学氛围，使学生勤于思考，善于发言。其次，养成良好的学习习惯，使学生在讨论交流的氛围中学习。还要鼓励学生善于动手实验。例如，传统的温度测量法是热电偶测量，在生产条件下，将它用于测量轴承温度，可得到良好的测量效果；而对于切削、磨削温度，在生产条件下就不可能用热电偶测量，因为在许多零件上一般都不允许钻孔、开槽来埋臵热电偶。这时候要鼓励学生勤于思考、多动手、多动脑。师生相互配合，学生才能把学到的理论知识和技能在实践中充分运用，提升教学有效性，做到学以致用。
2注意事项
2.1学习方法的调整
机械故障诊断的教学过程是培养学生把以往所学的知识连贯起来用于故障诊断中，所以要处理好教与学的关系，加强与学生的互动。多采用启发式教学，让学生变被动学习为主动学习。例如在讲到齿轮箱故障诊断时，"对于齿面磨损，烧伤是不是一种磨损形式，为什么会归到齿面磨损这个问题？"把学生的积极性调动起来，老师要从烧伤本身和效果上引导学生，这样会起到理想的效果。在分析讨论结束之后，老师要给学生留出一定的空间让学生自己学会思考和总结，最后老师给出正确的答案和见解。