“设备控制与故障诊断”课程设计教学大纲
英文名称：Equipments Control and Fault Diagnosis
课程编号：CODE4029
学时：56 （理论学时：56 实验学时：0 上机学时：0 课外学时：168（课外学时不计入总学时））
学分：2
适用对象：机械工程及自动化专业
先修课程：机械设计基础、机械工程测试技术、设备故障诊断
使用教材及参考书：
[1] 何正嘉，陈进，王太勇，褚福磊编著，机械故障诊断理论及应用，北京：高等教育出版社，2010年
[3] 屈梁生、何正嘉主编，《机械故障诊断学》，上海：上海科学技术出版社，1986年
[4] 张魁林主编，《数控机床故障诊断》，北京：机械工业出版社，2002年
课程性质和目的
性质：CDIO课程设计。
目的：
1. 本课程以通用机床控制与故障诊断为题目，进行机械工程设计
训练，提高学生动手能力和工程实践能力；
2. 通过学生分组合作及设计实验的形式，逐渐培养学生的团队协
助精神和创新能力。
课程内容简介
设备控制与故障诊断旨在培养学生的工程实践能力和创新精神。课程以CDIO方式实施，注重理论联系实际，密切结合工程应用。理论部分着重使学生掌握设备控制的基本概念和基本原理；振动信号的监测和分析方法；模糊诊断原理、故障树分析与诊断方法、人工神经网络诊断方法、诊断推理与控制策略。实践应用部分以机床这一复杂工程系统为主要应用对象，针对其齿轮、轴承和主轴三大功能部件的各种故障特征，引导学生利用所学的信号处理和传感器相关基础知识，搭建控制与故障诊断实验台，对振动故障的机理和特征进行分析，主动控制以减小设备机械振动，以此熟悉并掌握机械设备控制与故障诊断系统的原理和常用方法。
教学基本要求
1．掌握机床、数控加工中心构成、常见故障模式和现代信号处理方法。
2．能够熟练使用各种传感器采集机床的振动、电流等信号，并能针对实际工程设备，设计控制及诊断系统。
教学内容及安排
第一章：设备控制与故障诊断意义
介绍课程设计的目的和要求，介绍设备控制与故障诊断流程，讨论分组与分工。
教学安排及教学方式
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教学环节学时分配
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课后环节（请打“√”）
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章节数
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授课
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实验
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上机
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讨论
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作业
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自学
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综合
大作业
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其他
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1.1
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2
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|
√
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第二章：信号处理方法程序设计
1．常见的数据处理算法。
2. 在学习信号分析处理基本原理的基础上，通过独立编程，并对采集的数据进行处理，进一步掌握频谱混叠和采样定理、信号调制与解调方法、简单的数字滤波方法。
3. 利用信号发生器、数据采集卡、计算机等设备实现信号的采集、分析。
教学安排及教学方式
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教学环节学时分配
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课后环节（请打“√”）
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章节数
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授课
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实验
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上机
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讨论
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作业
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自学
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综合
大作业
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其他
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2.1-2.3
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10
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|
|
√
|
√
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第三章：构建虚拟测试平台
1．通过独立编程，设计简单的虚拟仪器。
2. 在学习Labview软件的基础上，通过独立编程，设计几个简单的虚拟仪器，初步掌握虚拟仪器的特点和设计方法。
3. 利用信号发生器、数据采集卡、计算机及Labview软件搭建信号的虚拟测试平台。
教学安排及教学方式
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教学环节学时分配
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课后环节（请打“√”）
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章节数
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授课
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实验
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上机
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讨论
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作业
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自学
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综合
大作业
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其他
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3.1-3.3
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10
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|
√
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第四章：齿轮故障诊断平台
1．采集齿轮振动信号，进行信号分析与故障诊断。
2. 了解齿轮常见的齿面磨损，齿面点蚀，齿根裂纹，齿面胶合等故障及其特征。
3. 在学习信号处理方法基础上，利用常用传感器和采集设备在齿轮箱上搭建故障诊断试验台，通过独立计算，对采集的信号进行处理和分析，以了解齿轮常见故障，掌握信号处理和故障诊断方法。
4. 设计包括传感器布置，硬件系统搭建，信号采集、调理和分析系统在内的齿轮箱故障诊断平台。
5. 在所搭建的实验平台上开展齿轮故障诊断实验。
教学安排及教学方式
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教学环节学时分配
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课后环节（请打“√”）
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章节数
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授课
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实验
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上机
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讨论
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作业
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自学
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综合
大作业
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其他
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4.1-4.4
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10
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|
√
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第五章：轴承故障诊断平台
1．采集轴承振动信号，进行信号分析与故障诊断。
2. 了解轴承常见的磨损，座圈裂纹，塑性变形等故障及其特征。
3. 在学习信号处理方法基础上，利用常用传感器和采集设备搭建轴承故障诊断试验台，通过独立计算，对采集的信号进行处理和分析，以了解轴承常见故障，掌握信号处理和故障诊断方法。
4. 利用包括传感器布置，硬件系统搭建，信号采集、调理和分析系统在内的轴承故障诊断平台。
5. 在所搭建的实验平台上开展轴承故障诊断实验。
教学安排及教学方式
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教学环节学时分配
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课后环节（请打“√”）
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章节数
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授课
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实验
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上机
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讨论
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作业
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自学
|
综合
大作业
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其他
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5.1-5.4
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8
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|
√
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第六章：主轴振动控制与故障诊断平台
1．采集主轴振动信号，进行信号分析与故障诊断。
2. 了解主轴常见的弯曲，裂纹和不平衡等故障及其特征。
3. 在学习信号处理方法基础上，利用常用传感器和采集设备在转子试验台上搭建主轴控制与故障诊断试验台，通过独立计算，对采集的信号进行处理和分析，以了解主轴常见故障，掌握信号处理和故障诊断方法。
3. 搭建包括传感器布置，硬件系统搭建，信号采集、调理和分析系统在内的主轴控制与故障诊断平台。
4. 在所搭建的实验平台上开展主轴控制与故障诊断实验。
教学安排及教学方式
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教学环节学时分配
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课后环节（请打“√”）
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章节数
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授课
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实验
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上机
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讨论
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作业
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自学
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综合
大作业
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其他
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6.1-6.5
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|
8
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|
|
|
√
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第七章：撰写课程设计报告
1．总结课程设计内容。
2．报告格式及规范。
3．按格式写出完整、规范的报告并打印。其中模块图、流程图要清楚、规范，不能有错别字。
教学安排及教学方式
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教学环节学时分配
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课后环节（请打“√”）
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章节数
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授课
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实验
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上机
|
讨论
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作业
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自学
|
综合
大作业
|
其他
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|
7.1-7.3
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|
|
|
6
|
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|
√
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第八章：答辩
1．课程设计报告答辩。
教学安排及教学方式
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教学环节学时分配
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课后环节（请打“√”）
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章节数
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授课
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实验
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上机
|
讨论
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作业
|
自学
|
综合
大作业
|
其他
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8.1
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|
|
|
2
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|
|
|
√
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五、实践环节
采取学生利用常用传感器、数采设备和软件模块对车床、铣床、加工中心的功能部件搭建控制与故障诊断台，在此基础上开展机床特征参数采集、分析与诊断工作。（课内实践，集中设计、辅导，学生采取动手实践与设计灵活支配的原则）。
课外学时分配
学生按1:3的课时在课外时间进行调研和设计。
考核方式
考核分为两部分，即课程设计报告及答辩情况。按5级制（优、良、中、及格和不及格）实行综合评价。
本课程各教学环节对人才培养目标的贡献度见下表
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知识能力素质要求
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教学环节
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课后环节
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授课
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实验
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上机
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讨论
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作业
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自学
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综合大作业
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其他
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|
K1
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
K2
|
○
|
|
|
|
|
|
|
|
|
K3
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
K4
|
|
|
|
|
|
|
|
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A1
|
|
◎
|
|
◎
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|
|
|
|
|
A2
|
|
◎
|
|
◎
|
|
|
◎
|
|
|
A3
|
|
◎
|
|
◎
|
|
|
◎
|
|
|
A4
|
|
◎
|
|
◎
|
|
|
◎
|
|
|
A5
|
|
○
|
|
○
|
|
|
○
|
|
|
A6
|
|
◎
|
|
◎
|
|
|
◎
|
|
|
A7
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
A8
|
○
|
◎
|
|
◎
|
|
|
◎
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C1
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|
|
|
|
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|
|
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|
C2
|
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C3
|
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C4
|
|
○
|
|
○
|
|
|
○
|
|
|
C5
|
|
○
|
|
○
|
|
|
○
|
|
|
C6
|
|
○
|
|
○
|
|
|
○
|
|
注：1、各专业课程贡献度表根据本专业知识、能力、素质培养要求填写。基础课程贡献度根据学校知识、能力、素质培养要求填写。
2、贡献度显著表示为◎，贡献度一般表示为○ 。
大纲制定者：李兵
大纲审核者：
