时间:2023-08-04 16:59:31
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1引言
在科技迅速发展的时代,机械智能制造与机电一体化技术在不断向前发展。机械智能制造与机电一体化产品设计在社会生产以及日常生活的应用越来越广泛和普遍,它可以反映出电力系统是否稳定安全运行,根据发生情况向运行人员发出警示,便于迅速准确地处理安全隐患。在我国机电一体化是一个综合技术,也是现代化象征。有关企业实现自身的发展并提高生产效率,需要高度重视机电一体化技术,并加强该领域研究与应用。
2机械智能制造的相关概述
机械工程对于当今的机械工程行业发展来说,可谓是新的科技发展方向。机械工程不仅关系到机械的加工与生产,还关系到机械使用方式和效果[1]。
2.1我国机电一体化智能制造现状
我国的机电自动化技术仍处于初级阶段,机电自动化水平仍低于其他发达国家。此外智能制造的总体进程和发展速度较慢,而自动化与机械化是目前机械和电气自动化的两个轴心,需要它们更好地融入到当前机电行业当中。由于我国机械技术发展缓慢,相关理论缺乏完善,其中一些技术通常需要引进其他国家的技术,需要我们不断努力和探索。
2.2机电工程企业的便捷性
在机械智能制造系统控制的产品相关设计上,我们要针对性借助国外先进的系统知识理论,结合我国机电信息发展行情,切实加强自身机械与信息技术工程的发展进步;同时对于现在错综复杂的电子机电信息工程发展环境,需要大力发展机电系统设计与机械智能制造来改善当前的大环境,让人们信息生活更加有秩序,机械控制系统工程的产品设计也更加方便快捷。机电一体化技术在智能制造中的应用能够给相关企业带来稳定且长久的发展空间,在国家的政策和市场调节作用下也能够获得更宽广的企业经营生产模式,也体现智能制造对机电工程企业发展带来的便利性。
3机电一体化技术的优点
3.1安全可靠,提高工作效率
更大的安全性和可靠性,作为机电一体化技术的主要优势,在很大程度上保证了获得机电一体化技术的人员安全,并为电气自动化技术的分析和研究提供了坚实的基础。电机自动化技术的自动检测系统在运行过程中,可以实时监视相关运行状态。安全可靠是机电一体化技术应用所要实现的主要目的之一,这也体现了在未来的超数据时代人工将会被取代的趋势。机电一体化技术在智能制造中的应用能够有效减少由于人工计算、调配等出现的可避免的失误,从而实现在企业生产的各个流程中功效效率的提高。
3.2有利于设备检测和维修
对于机电一体化设备而言,机电一体化设备的组成部分多种多样,主要包括反应设备、仪表、机泵等,它的构成结构复杂多样,维护过程复杂易变化。在企业的具体生产应用当中,所需要的机电一体化设备应用数据也会有所不同,这就会导致机电一体化设备存在一定的损害性与预告性,我们可以借此进行机电设备的相关故障诊断。在实际的设备应用运行维护上,我们要全方位考虑电气维修与运行维护措施、备用的替换措施。在电位计合理调节之后,可以有效修正相关系统故障问题,可将电气系统中电位计进行准确调整,预防因为调节混乱出现问题。机电一体化设备自身在电路数据监测上,可能对一些已经发生的初级电路故障没有及时地反映出来。导致在后面的数据中,根据整条电路中物理量测量值进行比较,会发现有些反应数据与其他位置输出数据有着明显差别。明显的数据差别反映在仪器设备上,会出现设备短路、工作温度降低等电气设备故障的发生;应进行检查和维修,避免滚雪球造成后来较大经济损失[2]。
4机电一体化技术在智能制造中的构想
4.1设计构想
在机电一体化控制下,机械设计制造的相关产品设计可以多用一些智能化设施完善设备的建设,减少一些因设备问题而浪费的时间;同时也使管理更加方便,减少人力的投入,使工作可以被更快且更高效率地完成,减少因人工的粗心而导致的错误;对于机电信息工程技术发展来说,可以有效避免一些错误,从而使效率更高。不同的人要有不同的分工,各部门一起合作,把工作落实到每一个人的身上,利用协同合作来完成上级指定工作任务,工作效率高,负责人满意度高。最后,值得一提的便是设计模型的交付工作,机电信息技术的应用完全改变了原有方式,优化了工作程序。
4.2关键技术
科技不断向前进步发展,单一的主体技术构建模式已经不能满足人们对机电系统整体控制发展的需要,而把不同的系统控制模式融合在一起慢慢地变成了发展的趋势。在机电信息技术工程的系统控制产品设计上,我们要针对性地借助国外先进的系统知识理论,结合我国机电信息发展行情,切实加强自身机械与信息技术工程的发展。在互联网的背景下,机械工程行业自动控制系统的构建以及产品智能化的生产已成为大势所趋。目前机械智能化产品设计行业,需要切实把握时代特点,融合计算机信息元素,开创性地推动机电自动化信息工程技术发展。机电行业自动控制系统的构建,可以极大缩减人的数据计算、工程产品设计、数据模型构建等繁杂的数据操作。
5机电一体化技术在智能制造中的实践
5.1机电一体化技术的系统优化
对于机电工程一体化在智能制造中的应用而言,各模块的整合工作显得尤其重要。我们要切实做好模块整合工作,主要任务是实现机电控制系统的高效有序与运行统一。电子与机械系统的整合控制,实质是机械系统的整合利用,考虑到机电信息模块系统性整合在机电系统整体控制运行中的重要性,相关部门要尽快制定相关操作规范和对操作员专业素养的考核;为保证工程机械的智能化模块系统优化及其发展,必须建立在电子智能化的监控体系上。当今时展背景下,多方位、全面有序系统地控制与整合,已成了必要性。
5.2自动化监控技术
机电工程的自动监视技术是一种远程监视技术,使用传感器和计算机网络实现监控目标。自动电力监视技术提供多个实时监视目标,通过监测中心来建立,不仅有助于打破时间和空间限制,而且在很大程度上为监控提供便利。由于该技术是一种远程监控技术,其运行速度有限,一般不适合大自动化系统的远程监视。在对自动化系统中的多个功能进行集中和统一的监视,需要使用同一处理器来执行中央监视功能。作为一种监视系统的方法,在监视时,根据设备的不同功能需要设置相应的间隔。同时,不同的监视装置在功能上是独立的,并且具有较高可靠性,减少绝缘装置和系统中端子柜的使用频率,从而大大节省了投资成本。
5.3机械与信息技术工程融合发展
对于机电信息工程技术发展来说,可以通过有效避免一些错误来实现效率提高。科技不断向前发展,单一的主体技术构建模式已经不能满足人们对机电系统整体控制发展的需要,而把不同的系统控制模式融合在一起慢慢地变成了发展的趋势。同时对于现在错综复杂的电子机电信息工程发展环境,大型机械设备不可或缺。我们需要两者兼备,同时并用。在此基础上,还要吸收借鉴更为先进的技术、系统知识。最大限度实现机械系统设备中各组成部分有机结合,提升系统巡行质量与优化设计,推进机电一体化在智能制造中的应用进步[3]。
6结语
1.毛管是电子节能灯的重要部件。技术指标主要有光电参数,其次有外形尺寸和外观以及机械强度等,再次是低温启动性能和热态参数稳定特性等。光通量是否合格将直接关系到节能灯的能效等级能否达到标准的要求,光通维持率是产品申请“能源之星”认证时必须要考核的指标,要求节能灯燃点至有效寿命40%时,其光通量不得小于额定值的80%。还有相关色温、显色性、色坐标和色容差等指标,也是应该重视。
2.整流二极管。选择整流二极管时,应注意以下参数。最大正向整流电流该参数与灯功率有关,所选二极管的额定电流值至少应是交流母线中峰值电流的3倍以上。对大功率灯而言,整流二极管不可直接并联使用,二极管的热电阻有差异,会使可靠性降低,最好用一组电流大的二极管。峰值反向截止电压,因工作温度高,一般要选用1200V的产品。滤波电解电容器,电解电容因会受到高频脉动电流的冲击和工作温度升高,选用高性价比的电解电容器就显得很重要。电容量及容差、额定电压、耐纹波电流、串联等效电阻(ESR)、允许温度等都是重要的技术指标,质量的好坏直接关系到使用寿命。
电解电容的耐纹波电流值应越大越好,如果电解电容的耐纹波电流值达不到线路要求,会严重影响其使用寿命。纹波电流流经ESR,会产生热量引起电解内部温度升高,目前制造商对电容器在额定工作温度下工作的纹波电流的确定,一般均遵循5℃原则。电容量的选择与输入电流中的谐波含量和灯电流的波峰因数以及镇流器的效率有关。电解电容的标记温度,必须大于实际工作温度,并留出一定的差值。
3.功率晶体管。功率晶体管工作在开关状态,选择的原则是:开关速度要快,饱和压降要小,集电极电流要大,在不增加成本的条件下,功率和二次击穿耐量越大越好。集电极额定电流应依据阴极导人电流峰值并留存足够的安全余量。开关时间要小,应重点关注存贮时间ts,从理论上讲ts小则开关功率损耗也小,更重要的是上、下两管ts值的对称。如果同一电路板上的两个管子的ts严重偏离,会使正负两个波形的面积严重不对称,导致管子过热损坏。
4.振荡变压器。 振荡变压器通常是在环形铁氧体磁芯上绕线制成,实际上是一个电流互感器。对磁环的要求是:首先磁导率应有负温度特性,转折温度在95'C左右;其次磁滞回线左右要对称并且近似为矩形;再次磁导率参数的离散性要小。要与供应商预约电感系数,并做到分档包装,否则,成灯功率的偏差不易把握。
5.滤波电感。灯功率在25w或以下时,通常在直流电路中插入L与C,组成简单的滤波回路。对于串模滤波电感,因其中流过直流电流,故要求磁芯应在不饱和状态下工作。又因灯内温度高,又要求电感量随温度变化要尽可能小。电感量不能随频率的升高而下降。灯功率大于25w时,一般要在交流电路中插入共模电感。共模电感是在同一磁芯上绕有两个相同匝数的线圈,往复的负载电流在磁芯内部产生的磁场相互抵消,磁芯不会饱和。灯功率大于45w时,产生的传导干扰会更大,当单纯使用共模滤波仍然不能解决问题时,还要加入差模电感。
二、 EMC滤波电路调试
分析传导干扰噪声源,可以发现共模噪声与差模噪声是相互独立的。辐射干扰起源于传导干扰。抓住传导噪声的抑制,产品就容易符合EMC要求。为满足标准要求,必要时可对两个噪声分量单独设计合适的滤波器。共模干扰信号主要是通过灯内元器件和线路的分布电容构成回路传输,共模干扰信号基本上都是属于高频信号。共模电感参数的选择,取决于开关频率以及所要求的衰减量,选用不同的电感参数,对应衰减共模干扰信号的频率也不一样。在输入功率较大的电路中,仅用一个共模电感不能达到标准要求时就要用两个共模电感了,其中一个可用环形磁芯电感。
三、开关晶体管的设计
开关晶体管的驱动信号有一个最佳值。基极电流Ib最理想的数值是集电极电流Ic的1/10左右,不过该电流的最优化值也是随晶体管不同而不同的。采用电流互感器驱动时,Ib应始终保持为Ic的1/10左右,无论Ic大小如何,均保持这个关系,就不会出现Ic小时,驱动功率过大;Ic大时,驱动功率不足的现象。按hfe合理设计驱动电流及其匝数比?使开关晶体管在导通时始终处于浅饱和状态。这样可以提高开关管的响应速度,并可最大限度地减少驱动功率的浪费和损耗。
驱动信号不仅有幅度的要求,还有波形的要求,即晶体管的开关渡越时间要短。开关渡越时间既与开关晶体管的开关时间有关,又与磁滞回线的角形比有关,还与电路参数的调试有关。取存贮时间ts相同的开关管制作镇流器,用半导体点温度计检测两开关管的表面温度,如果两管的温度差别较大,就可适当或加或减磁环的初级匝数,使之趋于平衡。开关晶体管的功率容限,即安全工作区SOA。有时灯电路中会有同时出现大电流和高电压的情况,尤其是灯在热态做开关试验时。用SOA值高的管子就不容易损坏。在无条件直接测试管子的SOA值时,可选用BVceo高的晶体管,BVceo高的管子一般SOA也高。
参考文献
关键词:永置式井下监测 水平井 SWOT分析
一、研究背景
永置式井下监测技术已在国外众多油气井中得到了广泛应用。而放眼国内,其应用也是方兴未艾。该技术的最大特点在于,运用永久置于井下的一些列监测元件,实时获取大量数据,为提高油气田的科学化管理水平、实现产量的最优化和效益的最大化,提供强有力的数据支撑。当前,随着该技术的不断发展,一大批高灵敏、长寿命、耐高温、抗腐蚀的井下监测元件正逐步走进油田,推动油气井朝着“智能井”的方向发展,具有广阔的应用前景。
水平井已成为开发非常规油气藏的重要井型。水平井技术所具有的最大优势在于:提高油气井在储层的泄油面积,提高油气井工作液的波及体积,从而增加油气井产量,提高油气采收率。同时,其还可以在一定的产量下降低带气顶油藏或底水油藏的锥进程度,并在一定程度上起到辅助防砂的作用。而在时下正进行得如火如荼的“页岩气革命”中,水平井技术与分段压裂技术一道,成为造就人工缝网、提高储层渗透率的关键开发技术。毫不讳言,水平井技术在未来的油气田开发中,特别是非常规油气的开发中,具有强大的生命力。
两大先进开发技术的完美结合,即可将智能水平井照进现实,变为可能。本文运用成熟的战略分析工具――SWOT分析,分别论述了永置式井下监测技术与水平井技术结合后的优势、劣势、机遇和威胁,以期对这一高新的技术结合点,勾勒出更为清晰的前进方向
二、优势分析
永置式井下监测技术由于运用永久放置于井下的监测元件,相较于传统的监测技术,其测量速度迅速,其测量精度较高,且可以长时间连续测取动态数据。而以水平井为代表的复杂结构井,由于其渗流规律当前仍旧不甚清晰,各种理论仍有待验证,因此更加迫切的需要较为详实的数据支撑。永置式井下监测技术,正好可以契合水平井的这一需要。
同时,以水平井为代表的复杂结构井,其钻井成本、完井成本及修井成本,往往是传统直井的好几倍。因此,一口水平井投产以后,为了追求油气田开发效益的最大化,应当千方百计延长其免修期与工作寿命。而这一切,都有赖于基于详实监测数据的油气井管理水平的提高。而永置式井下监测技术,正好可以较为方便地助力提高油气井的管理水平。
三、劣势分析
虽然这一高新技术结合点具有较为明显的优势,但其劣势也是必须应该清醒对待的。永置式井下监测元件结构复杂,集成度高,而井下空间狭仄,伴随着高温、高压的工作环境。这一方面使得永置式监测元件制造要求高,随之而来的制造成本巨大,系统造价昂贵。另一方面也井下复杂恶劣的工作环境导致了该技术抗干扰能力较弱,使用寿命较短。而以水平井为代表的复杂结构井本就成本高昂,而油田动态监测方面的投入又居高不下且寿命短暂,则无疑会让油气田开发的效益大大折扣。
四、机遇分析
光纤传感技术的迅猛发展,为永置式井下技术的改良和进步,创造了巨大可能。其核心在于安装在储层的光纤传感器。将储层中的流压、温度、流量、流体密度等物性参数的变化,转化为光的相位、波长、频率等等方面的变化,光纤传感器便可以光速实现高效传感的功能。而由于光信号独到的电磁特征,以及制备光纤的二氧化硅材料的优良性质,永置式光纤监测系统具有抗干扰能力强、适应高温高压、使用寿命长等多项优势。同时,伴随着现代通信网络建设步伐的加快,光纤元件的制造成本将逐渐降低,使得永置式光纤监测系统更具有竞争力。可以预见,光纤监测系统将在未来数十年间,成为这一高新技术结合点的巨大发展机遇。
五、威胁分析
永置式井下监测技术与水平井的完美结合,其最大的威胁来源于“大数据(big data)”的挑战。“大数据(big data)”,是指规模巨大到无法通过目前主流软件工具,在合理时间内达到撷取、管理、处理、并整理成为有价值信息的巨量资料。当前,大数据的概念已成为互联网时代的热门话题,而延伸至油气田开发领域,我们依旧可以从中找到大数据及其挑战的影子。
永置式井下监测元件,在长达数年的时间里,于1-2秒/次的速率采集生产动态数据,从而产生浩如烟海的数据量。而这些数据都是提高油气田开发管理水平的宝贵资料,需要传输、储集和分析,同时出于各种各样的研究目的,这些数据需要被随时提取。这些特征与当前的信息软件配置和硬件设施严重不适应。长此以往,随着永置式井下监测技术的逐步普及,这一矛盾将日益尖锐,称为制约这一高新技术结合点发展的巨大威胁。
六、结论
1.优势分析:永置式井下监测技术测量速度迅速,其测量精度较高,且可以长时间连续测取动态数据,有利于研究水平井的渗流规律,提高水平井的监测和管理水平,延长水平井的免修期和寿命。
2.劣势分析:永置式井下监测元件结构复杂,集成度高,而井下工作条件复杂恶劣,这一方面使得永置式监测元件成本高昂,另一方面使得其抗干扰能力弱,寿命短暂。
3.机遇分析:光纤传感技术的发展,使得永置式光纤监测系统成为可能,为这一技术的发展带来巨大机遇。
4.威胁分析:“大数据”的挑战在长期将成为这一技术结合点的巨大威胁。
参考文献:
关键词:机械制造技术基础;精品课程建设;工程能力培养;教学改革
作者简介:王(1966-),女,河南郑州人,北京信息科技大学机电工程学院,教授;张怀存(1956-),男,陕西延安人,北京信息科技大学机电工程学院,副教授。(北京 100192)
基金项目:本文系北京信息科技大学市级精品课程建设项目、北京信息科技大学2010教学改革项目(项目编号:2010JG06)的研究成果。
中图分类号:G642.0 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2013)01-0087-03
一、“机械制造技术基础”精品课程建设的背景
随着高等教育改革的不断深入和发展,课程作为高等学校培养计划的基本组成单元,是实现高等学校教育目标的基本保证。课程体系、内容的合适与否影响着培养目标实现。教育部在2003 年正式启动国家精品课程建设项目并在《教育部关于启动高等学校教学质量与教学改革工程精品课程建设工作的通知》中指出“国家精品课程是具有一流教师队伍、一流教学内容、一流教学方法、一流教材、一流教学管理等特点的示范性课程”。[1]即精品课程应该具有体系的整体性、内容的先进性、资源的开放性和师生之间的互动性并具有强烈的示范作用。要求精品课程以多媒体信息技术为实现手段,基于互联网,包括课程的历史沿革、网上教学资源如大纲、电子教案、多媒体课件、教材和课堂录像、教育理念、师资队伍、教学方法手段与教学改革、学生和专家的评价考核等建设要素。[2]精品课程不单纯是教学方法和教学模式的改革,更是一个包含教师、学生、教材、教学技术手段、教学制度等多种要素的系统工程。精品课程建设一般分为内容建设、队伍建设、教学方法和手段建设、教材建设、实验内容建设及机制建设等六个方面。[3]
1997年国家教委工科处委托制图与机械基础两课委员会组织全国重点工科高校就工程材料和机械制造基础课程召开会议,对原金工系列课程改革的必要性和基本思路进行了探讨,会议通过了《高等工科院校金工系列课程改革指南》。提出根据“以培养学生创新能力为核心,以CAD/CAM为主线,拓宽基础,重视实践”的总体改革思路;重新规划了机械制造系列课程的内容体系。按照其改革方案而设置的“机械制造技术基础”课程是机械制造基础系列课程中的一门主要专业基础课程。1998年配合北京信息科技大学拓宽专业口径和人才培养模式改革,进行专业改革,将原机械制造及其自动化、机械设计和机械电子等专业合并为机械设计制造及其自动化专业。为了适应扩宽机械类专业人才培养模式的需要,将“机械制造工艺学”、“金属切削原理与刀具”、“金属切削机床”和“机床夹具设计”四门课程按照重基础、少学时、新知识、宽面向的原则整合优化合并为“机械制造技术基础”。[4]“机械制造技术基础”不仅是机械设计制造及其自动化专业的专业基础课程,也是工业工程、车辆工程等专业的专业基础课程。目前北京信息科技大学机械设计制造及其自动化、工业工程、车辆工程等专业均设置该门课程。机械设计制造及其自动化专业计划80学时、工业工程专业计划72 学时,其中实验8学时;车辆工程专业计划40 学时,其中实验6学时。
北京信息科技大学一直以来非常重视精品课程建设。为了适应当今社会对机械专业人才需求,实现机械设计制造及其自动化专业应用型人才专业核心能力的要求,[5]学生既要具有必备的理论基础,又要具有快速适应工作岗位的工程能力。2006年“机械制造技术基础”被列为北京信息科技大学重点建设课程、2007年被评为校精品建设课程。经过多年的建设和完善,2009年被评为北京市精品课程。在精品课程建设过程中进行了深入思考,特别注重教学内容的与时俱进;注重教学方法和教学模式的改革;构建了公益劳动、金工实习、课程内实验、生产实习、综合实验周、课程设计、制造综合能力学科竞赛的基于工程的实践教学体系,实现对学生工程能力的培养。
二、与时俱进优化课程体系和教学内容,适应学科最新发展
“机械制造技术基础”课程内容涉及知识面宽、知识点多、综合性强,与实际工程结合紧密,图多、层次多。科学技术的迅猛发展不断促进制造技术的发展,新材料新技术不断涌现。要实现与工业企业的无缝连接,教师需密切关注学科发展,与时俱进优化课程体系和教学内容,协调传统内容与先进性。
课程的内容围绕产品的加工制造,以机械加工工艺为主线,以优质、高效、低成本、节能减排为宗旨,将涉及到的机床设备、金属切削原理与刀具、工艺装备等有关内容有机结合起来,并根据这条主线的需求作为取舍的原则,强调以产品质量、生产率、经济性、可持续发展为中心融入节约能源和绿色制造的理念。从培养学生的综合工程素质出发,使学生熟悉和掌握基本理论和专业知识,具有能够在理论上进行分析、在实践上具有解决一般技术问题能力。补充新知识,增加现代工业领域采用的新刀具材料、新加工方法、数控机床的基本介绍、数控加工工艺的特点、计算机辅助工艺设计、绿色制造等内容,使教学内容能够充分反映现代制造技术的发展。
目前,“机械制造技术基础”教学内容多课时少,在教学内容的讲授上既要加强基础,又要拓宽知识面;既要保持经典,又要体现先进制造技术的发展;既要掌握基本理论,又要加强工程实践能力和创新思维的培养。在教学内容上以少、精、宽、新为原则,对教学内容进行必要的调整,如减少车床进给和螺纹加工运动传动链的讲授,而将这部分内容放在实验课中,学生在现场对着实物进行感性观察,学得更快、记得更牢。对于机械加工工艺拟定、加工精度部分等重点内容仍进行重点讲解,但是更加注重对实际工程问题的分析和理解,强化学生在实际工程中应用所学知识解决问题的能力。
高水平教材的建设是课程建设的基本,本课程选用韩秋实和王主编《机械制造技术基础(第3版)》作为教材。该教材是普通高等教育“十一五”国家级规划教材和北京市精品教材立项,该教材还获得中国机械工业科技进步三等奖。编写出版与之配套的《机械制造技术基础习题集》,分为学习指导和习题(包括填空题、选择题、判断题、简答题、分析题、计算题和参考答案)。编写《机械制造技术基础实验指导书》和实验报告,用于实验教学。编写《综合实验周大纲》和《综合实验周指导书》用于指导学生完成综合实验周的学习。建设了“机械制造技术基础”的课程教学网络化平台。制作了网络课件、编写了多媒体教案,网上提供教学大纲、教案、电子讲义等资料,实现教学资源的共享。开设网上答疑和交流通道。学生利用网络资源巩固课本知识的同时,进一步拓宽知识面,增强理论学习的深入性,使课堂教学得到扩展。
三、以工程能力培养为中心,构建层次式的实践教学体系,实现理论教学和创新实践活动的有机融合
深入企业调研,分析整合和提炼典型生产流程所需的知识、技能、核心能力和态度,构建专业认知与实践-金工实习-课程实验教学-生产实习-课程设计-综合实验周-制造综合能力-数控加工学科竞赛“多元结合”的实践教学体系。在实践性教学体系构建的过程中,特别注重学生实践能力的培养,努力实现从模拟型向实战型转变,由限制性向自主性转变,由验证性向综合性转变,由理论性向应用性转变。注重让学生建立起工程的系统概念,了解工艺设计、制造、检验等过程。从机械制造技术基础—先进制造技术—数控编程—实际加工操作,注重层次化、从设计、仿真到实际零件加工的动手能力培养,体现渐进性教学方式。
金工实习使学生了解基本的机械制造知识和方法;生产实习使之了解机械产品加工与装配工艺过程和工艺装备,将所学理论知识与生产实际紧密联系起来;课程实验教学将科研成果引入教学,教师运用现代实验手段开出综合性、设计性实验,让学生亲自动手,提高了学生实验技能和实际动手能力;课程设计选自实际生产课题,要求学生独立完成,同时注意发挥团队作用。重点培养学生制订零件机械加工工艺规程和分析工艺问题的能力;综合实验课使学生受到一次接近实际的工程训练,全面实践和了解产品从设计、分析、制造、装配的全过程,提高学生综合分析能力、解决工程实际问题能力、协同工作能力和系统集成能力。制造综合能力-数控加工学科竞赛满足学生进行创新的需求,进一步融合理论与实践,使学生的工程能力得到进一步提升。
在课程建设过程中,本校进一步强化和加强生产实习组织、指导教师队伍的建设,设立长春一汽生产实习基地,使生产实习取得实效。综合实验周通过学生对产品的设计建模,进行工艺设计、数控编程和在机床上加工出产品,使学生综合运用知识解决问题的能力大大提高。
实验指导教师在实验中只讲述实验中的难点、应注意的事项,而实验原理、仪器的工作原理和使用方法由学生自己在实验预习中完成。另外,安排学生生产实习,使学生对机械制造工艺及设备有一个切身的感性认识,每年还鼓励学生参加各种比赛和见习工程师考试,取得了较好的效果。
在专业课程设计中融入现代计算机工程软件的应用,实现与先进制造技术和信息技术的融合。从计算机辅助设计进行产品的建模分析,然后基于计算机辅助制造软件进行零件的数控编程,通过DNC系统将程序传到数控机床上进行加工,得到零件。通过实验为学生建立起制造系统的概念。专业课程设计过程中教师的指导和讨论环节规范化,使学生的课程设计真正取得实效。
面向工程实际,为学生营造现代工业背景的工程大环境。利用北京市的相关资源为学生提供实践机会。与机床协会密切合作,每年组织学生参观机床展览会并进行讨论和研讨。邀请相关企业的技术工程师到校讲座、联系北汽福田、现代等现代化企业组织学生进行参观,为学生创造机会接触了解先进制造技术的最新发展动向和行业发展趋势,增加对现代化企业实际的感性认识。学校购置了各种教学模型、高档加工中心、数控车床、FMS系统、机床静刚度测试仪、主轴动态特性测试试验台等实验设备,设有专门的制造实验室,为学生构建了实际的工程环境,使从未接触过工程实际的学生建立应用的整体概念,突出实验的演示性、设计性和综合性,追求实验手段的先进性。
为了适应应用型高级人才培养目标的实验体系研究和实验环节的建设,学校开设综合性和设计性实验,构建实验平台,编写实验指导书和任务书;编写相关的课程设计指导书。开设综合性和设计性实验,初步设想设定加工某零件要求达到的精度目标,让学生自主设计实验项目和方案,并独立完成实验。利用综合实验周的时间开设计算机辅助工艺设计和先进制造技术实验等。主要安排反映制造工程领域技术先进性和技术发展动向的实验,包括数控机床加工操作、计算机辅助工艺设计、计算机辅助制造等实验,使学生了解先进制造技术的研究发展和基本技术方法,建立现代制造工业先进技术的实际概念,完成先进技术设备实际操作的基础训练。
四、实施工程意识培养和实践能力提高的基于项目的教学改革
1.以建构主义理论为指导,以工程应用为主线,研究基于项目的教学模式,注重工程能力的培养
针对目前普遍存在的教学与科研相脱节,课堂教学内容缺乏现实感,学生缺乏对先进制造技术的认识和专业学习积极性;课堂教学与企业的实践操作彼此割裂,学生运用学科理论与方法解决工程实际问题的能力得不到培养和锻炼;校园生活与工业实际彼此分离等问题,以建构主义理论为指导,在机械制造及其自动化专业方向实施基于项目的教学模式改革的实践,整个过程贯穿学习—实践—再学习—再实践,以项目引领、任务驱动、教学做一体化课程教学模式设计和组织教学内容。
从“机械制造技术基础”课程的第一节课,提出基于项目研究的学习。给每个同学发一份项目研究任务书,一个“机械制造技术基础课程”项目研究活动一览表。学生自愿组合,1~3人为一个小组,以小组为单位开展研究。随着教学内容的开展,基于项目的要求,在教师的指导下,学生通过课堂学习、下课到图书馆查阅相关资料,遇到问题请教教师,循序渐进地完成项目的研究。学生成为学习主体,充分调动学生的主观能动性,将教师的教学与学生的学习活动融为一体。学生以小组为单位通过解决实际问题而学习,通过讨论与小组其他成员进行积极的良性互动,相互交流想法、相互鼓励和沟通,培养了学生的团队合作意识和工程能力。实行新的教学模式后,学生的学习积极性和主动性提高,解决工程实际问题的能力得到了锻炼和提高。
2.课堂讨论法
在课程讲授过程中常注意提出一些思考问题启发学生积极主动思考。结合课程的重点、难点,设计课堂讨论题目,通过讨论、质疑和总结提高学生学习的兴趣和课堂活力,使学生对知识易于理解和掌握。对于习题中的错误,教师设计题目,供同学们讨论。比如对于机械加工关键工序的工序尺寸的拟订,如何判断封闭环是关键,教师给出一个实例,给同学们讨论,然后通过正确和不正确方法的比较,和同学们一起总结出“尺寸链很重要,基准转换用得着;先看封闭环,再判增和减,极值和概率法帮计算;多尺寸计算,图表法最有效” 等朗朗上口的口诀,便于学生记忆。注重结合生产实践,讲课过程中还经常结合科研项目中的问题与学生进行课堂讨论得出解决方案。
3.案例教学法
本课程主讲教师近年承担国家高档数控机床科技重大专项、国家和北京市自然基金、北京市科技计划等多项科研项目,得到科研经费上千万,获得省部级科技奖励7项。在高端数控装备的研制和开发上取得多项科研成果。在教学过程中,将科研成果作为案例介绍给学生,从实际需求、方案的构思、方案的设计和实施方式,使学生较真实地接触工程实际,将其中的科学规律与教学内容有机地结合起来,培养学生科学思考问题的工程能力。比如在讲到提高生产效率的时候,将研制的复合机床作为实例,使学生深刻理解提高效率的各种不同途径。在讲到机床传动链时,介绍传动链的长短的优点和不足。在介绍数控机床时,以研究的电主轴为例,提出电主轴概念的来源,在于缩短传动链,揭示机械制造科学技术进步内在规律,开阔了学生的学术眼界。其次,鼓励学生参与科研,积极拓展第二课堂,吸收学生参与教师科研项目,依托科研项目培养学生的综合素质、实际解决问题的能力和创新能力。
在“机械制造技术基础”精品课程建设中,基于工程能力培养的精品课程的建设是一个长期的工作,需要不断凝练课程特色、持续完善课程体系和优化教学内容、在教学模式和教学方法的改革等方面不断探索实践改进,才能将“机械制造技术基础”课程建设成真正意义上的精品课程。
参考文献:
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关键词 绿色制造;工艺规划;节能降耗
中图分类号:TF046 文献标识码:A 文章编号:1671-7597(2013)15-0051-01
1 绿色制造技术
广义的绿色制造涉及的问题包括四部分:首先是设计;其次是制造;再次是资源;最后是环境。绿色制造是这四部分内容的交叉和集成。
绿色设计是以保护环境资源为核心理念的设计过程,在产品及其寿命周期全过程的设计中,要充分考虑对资源和环境的影响,在充分考虑产品的功能、质量、开发周期和成本的同时,更重要是使产品及其制造过程对环境的总体破坏减到最小。在绿色制造实施过程中,绿色设计是关键。绿色产品设计,不仅要减少物质和能源的消耗,减少有害物质的排放,而且要使产品及零部件能够方便的分类回收并再生循环或重新利用。
绿色制造工艺技术是在传统工艺技术的基础上,结合环境科学、材料科学、能源科学、控制技术等新技术融合进化发展出的先进制造工艺技术。绿色制造工艺技术根据制造系统的实际,尽量研究和采用物料和能源消耗少、废弃物少、噪声低、对环境污染小的工艺方案和工艺路线,实现绿色制造的目标
要求。
绿色制造工艺技术可划分为3 种类型:节约资源型、降低能耗型、环境保护型。节约资源型工艺技术是以加工制造工艺的整体流程为改造载体,着力降低环境污染并且提高资源的利用率。降低能耗型工艺技术是指在生产过程中,降低能源及能量消耗的工艺技术。环境保护型工艺技术是指采用一定的技术革新,使工业生产中产生的废气、废液、废渣、噪声等危害因素尽可能的减少或彻底消除。
绿色资源包括绿色材料和绿色能源的合理使用。对于绿色材料,绿色制造要求选用来源广泛、加工制造方便、可以再生和回收,便于降解的材料。绿色能源要求选用能耗省、环保好、储量多、可再生的能源。大力发展使用太阳能、风能、水能、地热能、生物能、潮汐能等可再生能源的制造业。
2 绿色制造技术在机械加工中的应用
2.1 干式切削技术
干式切削是为保护环境、降低成本而有意识地不使用切削液,在无冷液条件下进行切削加工的切削加工的方法。
2.2 准干式切削技术
准干式切削技术是将干、湿加工的有点结合,是在切削刀具的切削刃上喷上一层油,切削加工的时候,油在刀具和工件之间形成一层油膜,保护刀具和工件,避免热量产生,提高加工精度。它所使用的切削液很少,约占湿加工的六万分之一, 但其效果却十分明显,并可取得与完全干式加工相同的效果。
2.3 风冷却切削技术
风冷却切削技术是经过除湿器将水分除去后的空气,输送进入空气冷却器,当温度达到-30°后,再将冷风送至切削部位,同时向加工部位喷少量的无害植物油,会起到防锈并且有一定作用,从而有效地实现节约资源的机械加工。在风嘴的对面装置有集尘设备来收集废屑和尘土,通过集尘器滤去切屑。
2.4 刀具技术
干式加工对刀具材料要求很高,它要求材料要具有很高的红硬性和热韧性以及良好的耐磨性和抗粘结性。对刀具的几何参数和结构进行设计时,要满足干切屑对断屑和排屑的要求。
2.5 机床技术
干式加工在切屑区域会产生大量的切削热,不及时散热,机床会因受热不均匀而产生热变形,因此机床应装备循环冷却系统。干切削产生的切屑是干燥的,所以尽可能的将干切削机床设计成立轴和倾斜式床身。对于精密切削加工机床,应在机床上配备监控系统。
2.6 水喷射加工技术
水喷射加工技术是利用水或水中加添加剂的液体经增压器、储液蓄能器后,形成300 m/s~900 m/s的高速液体流,喷射到工件表面,达到去除材料的目的。
2.7 减磨技术
在机械工业中,适当的使用减磨剂能有效地降低摩擦阻力、减小机械磨损、降低能源消耗及延长发动机使用寿命。除使用减磨剂外,可以采用将金属抗磨剂混入到油中的方法来达到节能降耗的目的。
2.8 优质清洁表面技术
对于一些耐磨性要求高的重要零件,采用离子束辅助镀膜技术,利用沉积原子和轰击离子之间一系列的物理化学作用,可在常温下合成各种优质薄膜。采用新型节能表面涂装技术——自泳涂装,由于没有磷化工艺,整个自泳涂装系统中没有重金属的参与,简化了后续的废水处理程序,属无污染清洁生产工艺。另外,自泳涂装所需工位少、操作简单、运行成本低廉。
2.9 快速成型制造技术
快速成型制造技术是一种快速生成模型或者零件的制造技术。在计算机控制与管理下,依靠已有的CAD数据,采用材料精确堆积的方式,即由点堆积成面,由面堆积成三维,最终生成实体。依靠此技术可以生成非常复杂的实体,而且成型的过程中无需模具的辅助。快速成形技术就是利用三维CAD的数据,通过快速成型机,将一定厚度的材料反复打印在平台上,循环往复,直到生成整个成型件。按照不同的实现工艺,材料可以是纸张、塑料、金属、陶瓷等各种材料。快速成型制造技术既节约资源、降低制造成本,又能减少加工废弃物对环境的污染,同时也大大提高了新产品样件的制造速度。
2.10 工艺模拟技术
工艺模拟技术主要用于热加工过程,是应用模拟仿真、实验测试等方法,在模拟真实的环境下进行材料加工,显示出材料在加工过程中的理化性质和缺陷的演变情况,预测其性能质量,达到优化工艺设计的目的。
3 结束语
随着我国经济的加速发展,环境破程度加剧,面对资源枯竭与能源危机,大力倡导绿色制造技术能够缓和经济发展与环境保护之间的冲突,并且符合可持续发展的策略。所以,绿色制造技术的应用势在必行,广大从事机械制造、加工的人员必须不断的提高自己的科学技术水平,使我国的绿色制造技术能够走在世界的前列。
参考文献
[1]刘飞,陈晓慧,张华.绿色制造[M].北京:中国经济出版社,1998.
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关键词: 应用型本科机械专业 工程软件 数字化制造工程能力培养 教学方法改革
一、引言
以信息技术为主导的现代科技的迅速发展推动了制造业和数字化产品开发技术的快速发展,现代制造业则借助数字化产品开发技术实现了从设计、制造全过程的并行模式,采用数字化三维数据模型取代原来的物理原型,从而缩短了新产品开发周期。现代制造业正逐步普及以三维CAD/CAM技术为核心的产品数字化制造,企业的数字化制造水平可以说在一定程度上反映了企业的核心竞争力。
目前许多高校传统机械工程学科的教学模式是以常规机械设计制造流程为主线的,课程体系的设置重理论轻实践,各单元技术间存在很大的脱节与重复现象,没有形成完整的体系,与企业的工程实践结合不紧密,没有体现行业的发展技术现状。
我院是新建本科院校,提出“工程教育,职业取向”的人才培养模式,将原有课程体系调整为:“以综合素质培养为核心、创新教育为主线、以数字化产品开发技术为手段、拓宽基础、加强工程实践能力培养”。
企业在制造活动中广泛使用工程软件,工程软件的应用能力和水平直接反映了企业的先进制造水平。为面向企业就业客户群,培养适销对路的应用型机械专业人才,必须紧跟企业的生产技术,以典型企业的工程应用软件为教学工具,规划教学内容,探索行之有效的工程软件教学方法,通过工程软件实现产品的数字化的制造流程,将理论知识应用于软件的使用中去指导应用,通过软件使用促进学生理解和掌握理论知识,培养学生的数字化制造综合工程应用能力。
二、教学规划
依据典型企业调研结果确定机械专业培养方案和课程大纲标准,形成数字化制造课程群。数字化制造课程群分理论课程、实践课程、课外培养三大体系。以企业使用的主流典型工程软件为应用工具培养工程能力,在教学过程中应用的工程软件如表1所示。
课程采用基于企业情境的项目教学法、理实一体化教学法等多种形式,以企业典型零件加工为项目内容,每个项目包含若干子项目。项目分为基础项目、提高项目和拓展项目三大类,项目设计遵循由浅入深、循序递进的原则。
理论环节与实践环节密切结合,多媒体教室、CAD/CAM机房和数控实训室交替上课。讲授软件时,讲述基本的原理,学生课上和课后做练习,习题取自实际工程实例。
注重学生自学和课外培养相结合,机房根据学生申请开放管理,教师现场答疑,培养学生的工程软件使用能力。
课程考核有多种形式,理论课程考核有平时考核和期末考核,平时考核包括课程表现、课后作业质量、阶段大作业质量、实验完成质量;期末考核包括试卷成绩、现场考核等几部分。课程表现主要考核学生对教师课程参与的能力,占总成绩分数的15%,具体包括出勤情况、课上听课和上机的态度、课上回答问题的情况、完成软件练习的情况;课后作业的完成质量,完成与课上内容相关的软件使用解决具体问题。
对于纯工程软件应用类课程的考试,比如现代CAD/CAM应用,试卷采用理论和实际相结合考试形式,统一于一张试卷内,在CAD/CAM机房考试,理论笔试和上机考试相结合进行,理论考试考查对工程软件基本知识和基本技能的理解,占总成绩分数的25%;上机考查利用工程软件解决零件的数控程序编制问题的能力。
对于基于项目的实践课程的考核,教师汇总学生的所有考核分数评定成绩,成绩由四部分组成,包括出勤率分数、教师过程考核分数、项目分数、设计资料质量分数,总成绩按百分制给出。其中出勤率占10%,教师过程考核占10%,项目分数占70%,设计资料质量占10%。项目分数由个人自评分数、组内互评分数、组长评分分数、组间互评分数加权综合而成。
三、结语
我们在应用型本科机械专业的人才培养中利用工程软件培养学生的数字化制造工程能力,改革教学方法,学生乐于将知识应用于实践,使理论有用武之地,激发出浓厚的学习兴趣,培养了动手能力,加强了团队的合作精神。对就业企业单位和就业学生的跟踪调查,表明学生从学校向企业的职场转换的时间明显缩短,工作后对岗位的适应能力明显增强,企业反映效果较好。
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[关键词]信息技术;智能化;监管平台;安全管理
doi:10.3969/j.issn.1673 - 0194.2016.18.038
[中图分类号]TP311.52 [文献标识码]A [文章编号]1673-0194(2016)18-00-01
0 引 言
工业和信息化部在《信息化和工业化深度融合专项行动计划(2013-2018年)》中明确提出:“建设覆盖各级民爆主管部门、民爆企业的行业综合管理服务平台,实现民爆物品生产经营动态信息全程监测。建立民爆企业生产、流通全过程安全管控体系,实现对关键安全生产要素的闭环信息化管控,提升民爆行业本质安全生产水平”。因此,如何借助物联网、云计算、大数据等新一代信息技术来更好地实现民爆行业的“两化融合”,更好地提升民爆企业安全生产、管理水平,这是摆在民爆企业管理者面前的问题。
1 夯实信息基础设施,搭建高效通讯网络
信息技术的应用离不开网络、硬件资源等基础设备、设施。企业根据信息化发展与应用的需要,应当建立企业级标准中心机房、配置专业企业级服务器、部署企业内部的VPN网络或SDH网络及建立数据统一存储管理平台等,夯实网络基础设施。
2 加快生产技术改造,提升制造两化水平
为提高民爆产品生产技术水平,确保产品质量,企业需要对传统包装炸药生产线进行全面技术改造,实现生产线连续化、自动化控制,为工业生产实现信息化管理奠定基础。在生产线的技术改造中,应当选用了大量的安全可靠的智能传感器,实时采集生产数据和各工序的反馈信号,经过安全型的PLC集中控制处理,将生产各环节的控制系统组成一个具有自我决策能力的工业互联网络,同时与“四超”信息动态监管、现场巡检和设备综合管理等系统集成,实现生产控制与信息化管理的高度集中。如产品捡装工序,可采用基于视觉系统的抓取机器人,实现对高速运动药卷的动态跟踪、方向定位,以便抓取机器人能够精准定位药卷位置,智能抓取药卷,极大地提高了捡装效率。
3 构建智能化监管平台,实现安全管理智能化
3.1 构建智能化视频监控系统,实现生产场所安全监管
民爆行业属于高危行业,加强对生产过程的视频监管尤为重要。企业应构建起覆盖全生产厂区的视频监控系统,实现对全部生产线、库房、厂区视频的远程实时监控。为了让海量的视频监控图像变成系统可识别、可跟踪、可管控的数据信息,企业还应加强对图像动态分析技术与现场安全管理的融合应用研究,通过对关键监控区域部署视频智能分析器,运用人体体型、运动位移等特征算法,实现了智能化监管,提高了监管效率。通过智能化视频监控系统的建设,极大地降低了现场作业人员的习惯性违章频率,进一步提升了安全操作水平。
3.2 构建集团化参数监控系统,实现生产过程安全监管
民爆企业还应建立生产工艺、设备参数运行实时监控系统,对每条生产线生产工艺参数、核心设备参数运行数据,可以借助二维流程图的方式直观展示。通过阈值设定,实现参数自动报警提示,并与视频监控系统进行匹配。通过参数监控系统的建设,实现了对生产过程工艺运行参数直观的、可视化的监管,有效地控制和降低了生产过程的风险,保障了生产过程的安全,同时采集的生产数据为大数据应用奠定基础。
3.3 构建可视化运输监管系统,实现流通过程安全监管
借助物联网技术,即在每件炸药箱上粘贴RFID标签,在产品下线、车间出门、入库门、出库门等处设置FRID读写器,RFID读写器数据实时更新至物流管理系统,实现对民爆物品信息从产品下线到出入库过程的动态监管,改变了传统手动扫描模式。同时在危险品运输车上安装基于GIS、GPS、3G、传感器、视频监控的车载终端,实现对车辆运行视频、行驶路径、责任人、行驶目的及运输货物等信息绑定,实时更新、追踪产品的生产量、库存量、销售量及物流过程。通过可视化运输监管系统的建设,实现从产品下线到产品运输过程的可追溯、可追踪,有效地控制危险源,保障物流过程的安全。
3.4 拟建大数据基础分析系统,实现生产经营辅助决策
随着两化融合的不断深入,尤其是互联网、大数据的发展,数据与物质、能源一样,逐步成为企业的基本生产要素。数据的管理能力已成为现代企业的核心竞争力之一,数据日益成为企业生产、经营和决策的重要依据。通过上述3个系统的建立与运行,积累了大量的基础数据,实现了少部分数据的分析,例如:对违章事件的趋势分析,可以较为客观地反映各单位在纠正习惯性违章的力度;对生产工艺参数的报警分析,可以客观地反映出设备的稳定性,对设备管理部门的设备选型起到辅助作用等。
目前,大数据的利用是安全管理信息化的薄弱环节,企业应利用大数据对企业的生产经营管理系统(如ERP)进行集成,使企业的生产控制和产供销、人财物等经营活动有机地结合在一起,推动生产过程自动控制、企业资源计划管理、企业经营分析与决策管理、安全监控管理等信息系统建设稳步推进、协调发展。
4 结 语
民爆企业通过物联网、大数据等新一代信息技术的应用,实现了安全监管的可视化、智能化,取得了一定的成效,但面对高危生产的管理,信息化建设任务仍然是任重而道远,应充分借力新一代信息技术,保障企业安全、快速、可持续发展。
主要参考文献
关键词 机械制造技术基础;实践能力;课程改革
中图分类号:G642.3 文献标识码:B
文章编号:1671-489X(2016)20-0142-02
1 前言
机械制造技术基础是目前我国机械类专业本科期间普遍开设的主要专业课程。课程主要包括机械加工工艺、金属切削原理与刀具、金属切削机床、机床夹具、机械零件加工质量分析与控制等几个主要部分[1],旨在加强学生对机械加工工艺、机床、夹具以及刀具等机械加工中的常识性知识的理解,使学生具备一定的分析和解决机械加工中实际问题的能力,并且初步具备解决加工现场工艺问题的能力,为以后实际工程问题的解决奠定基础。机械制造技术基础课程在整个机械设计和制造及生产过程中都占据着重要地位,该课程实践性强,涉及知识面广,因此,机械类学生必须具备一定的实践能力。
2 当前教学模式
目前的机械制造技术基础课程的授课模式仍然是以传统的课堂讲授为主。对于抽象知识,通常使用图示和多媒体教学的方式辅助学生理解。在本科教学方式还不成熟的时期,灌输式教学是必然的选择,亦是无奈的选择。灌输式的教学方式可以最快地使学生熟悉大量的知识点,了解繁复的制造技术。但是现在若仍采用灌输式教学,则难以继续满足该门课程的教学需求,更难以培养出能做到学以致用的机械类人才[2-3]。
首先,灌输式教学无法使学生直观地理解课程中大量的抽象概念;
其次,该种教学模式难以激发学生的学习热情;
最后,一味地由教师在课堂上讲述而脱离了生产实际,将会使得学生在参加工作后无所适从,不能真正理解自己的工作内容[4]。
3 关于机械制造技术基础课程改革的讨论
机械工程是一门理论与实践并重的学科,教学必须要以实践为出发点和落脚点。在教学过程中应当从实践出发,引导学生参与课程,而最终的目的是要培养出具有解决实际问题能力的优秀机械人才[5]。显然,当前的填鸭式教学模式难以充分实现这一目标。因此,下面结合对该门课程的教学经验,探讨关于机械制造技术基础课程改革的一些观点。
机械制造技术基础课程是对原来的“机械制造工艺学”“金属切削机床”“金属切削原理与刀具”和“机床夹具设计原理”4门课程的教学内容进行重新集成、整合和更新,导致目前课程学时相对少、内容多,理论与实践分离,使学生难以真正地理解课程内容。由于课程的特殊性,机械制造技术基础是无法脱离实践而进行教学的,然而现在普遍的教学方式都是由教师在课堂上讲授课程,缺少实践环节。
应用型的本科教育既不是培养传统的技术工人,也不是培养主攻理论的科研人员,而是致力于培养一种介于二者之间的人才,既具备理论基础,又具备解决实际问题能力的工程技术人才。因此,机械制造技术基础课程不能脱离实践,而应该同实践紧密结合。
在授课形式上,应当有充分的课时引导学生利用学校资源参与实践。仅以金属切削为例,对于刀面、切削刃等较为直观、容易掌握的知识点,通过图示或多媒体的教学方式就可以使学生得到充分理解;但是对于诸如不同的切削用量对加工表面质量究竟会造成何种影响等更为感性和抽象的知识点,没有亲自的实践和现场观摩是难以得到深刻理解的。
4 关于机械制造技术基础课程改革方案的实施
由前述讨论可知,机械制造技术基础课程需要安排一定量的实践课时,以实现理论与实际相结合的教学效果。实践课程至少要占到总课时的1/3以上,有条件的学校甚至可以考虑将比例扩大至1/2左右。以下是结合教学经验提出的机械制造技术基础各个部分实践课时具体内容的实施方案。
金属切削与磨削加工 在实践课时中让学生亲自体验各种成型方法的工作方式,加深对各种成型方法的理解;让学生直观地感受不同的切削和磨削用量对表面质量的影响,以及不同的刀具材料和几何参数对加工表面质量的影响;如果教学条件不足,可以由教师选择较优和较劣的方案分别进行加工以节省成本和时间。
机械加工工艺规程的制订 工艺规程的制订是一项需要长时间积累的工作,然而当前的教学中关于工艺学的部分更注重理论授课而缺乏实践操作。在理论课程讲授完之后,可以让学生在课下完成某个工件的工艺规程的制订,并在实践课时中让学生按照自己所编写的工艺规程进行加工,通过实际操作切实感受到不同水平的工艺规程对加工效率和加工质量的影响,加深对工艺规程的理解,了解工艺规程的制订在机械加工中占据何种地位,工艺规程的优劣对机械加工将会产生何种影响。同样,如果客观条件无法满足每个学生都实际参与加工,可以由教师选择较优和较劣方案分别进行加工。
机床夹具 机床夹具种类繁多,仅靠图示难以表述清楚,而类似三爪卡盘等较大夹具难以拆卸,不方便在课堂上展示,具体的工作原理仅靠课堂讲述也难以表达清楚。在实践课时中,可以让学生亲自体验各种机床夹具的夹紧定位方式,更能加深对六点定位原理的理解,使学生可以切实地理解到每一个定位点是如何限制工件的自由度的,而过定位、欠定位和不完全定位在工件的定位中又是如何产生不同的影响的。也能使学生直观地观察到各种典型的定位方式,理解它们各自的优缺点。
关于其他知识点的实践课时安排 在机械制造技术基础课程中,有一些理论性较强或是需要大量的实验数据支持的知识点,如机械加工质量的影响因素及控制,机器装配方法的选择及确定。这些知识点或者是研究性较强,不适宜在本科教育阶段深入讨论;或者是需要大量的实践经验,而这种经验在本科阶段也难以获得。因此,这些知识点并不适宜于安排过多的实践课时,但是安排一定的实践课时仍然是必要的。
掌握一定的理论性较强的知识,可以激发学生的科研兴趣。机械工程作为一门建立在实践基础上的学科,科研需要大量的实验数据作为支撑,在本科教学中有意识地引导培养学生的科研能力,可以帮助学生发掘自己的兴趣,为以后的择业或深造做好准备。
掌握一定的经验性知识,可以使学生在日后的工作中具备一定的管理生产的能力,而参与生产管理是机械类本科教育的目的之一。因此,在教学过程中应当有意识地使学生了解并参与到整个生产过程中去,为日后的工作打下坚实的基础。所以在教学过程中对于这些知识点仍然需要安排一定的实践课时。
关于先进制造技术单元的实践课时安排 当下在本科教育中对于先进制造技术涉猎甚少,这样是不利于培养出优秀的、现代化的机械工程师的。对于本科生的教育,要能做到立足基础、放眼未来,对于前沿的、先进的技术不能忽略,而是要由教师引导学生去关注了解。充分利用学校实验室的便利条件,让学生了解到最前沿的制造技术,既可以为国家培养更高级的机械人才做准备,也可以激发起学生的学习和科研热情。
关于机械制造技术基础考试方式改革的设想 在教学中经常见过所谓“高分低能”的学生,该类学生在理论考试中可以获得优秀的成绩,但是在实际解决问题中的表现并不尽如人意。在本科生教育中,关于理论知识的考查固然重要,但是对于实际操作能力的考查也不能轻易舍弃。因此,在机械制造技术基础的考试中可以采用理论与实际操作按不同比例参与最终分数的评定方式,具体比例可以依照各学校不同的课程安排和实际情况适当调节。
5 总结与展望
机械工程作为工程学的一大分支,需要建立在坚实的实践基础之上。而当今我国机械类的本科教育过于偏重理论而忽略实践,是一种本末倒置的做法。机械类的课程应当走出教室,回归到实践当中去。这种想法不止局限于机械制造技术基础这门课程,同样适用于整个机械大类乃至于整个工科类的课程。对于目前的教育模式,应在理论教学中适时、适量地穿插一些实践学时。因此,通过该教学改革方法的实施,可为社会培养出合格的、能够学以致用的机械类人才。
参考文献
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关键词:机械制造;实训教学;校企合作;项目驱动;企业需求
中图分类号:G424 文献标识码:A 文章编号:1009-3044(2012)33-7979-02
机械制造技术是高职机电一体化、数控技术、机电设备维修与管理专业的一门专业核心课,在整个教学体系中起着举足轻重的作用。该课程前后应有机械制图、金属工艺学、工程力学、公差配合与测量技术、机械设计基础,液压与气动技术、机械制造技术、数控加工工艺与编程、机械CAD/CAM、模具技术、机电设备故障诊断与维护,重点在于机械制造工艺系统内在规律的研究[1]。而随着社会的发展进步,社会对人才的需求逐渐从数量型向技能型转变,越来越需要高素质的应用创新型人才。而实训教学作为《机械制造技术》课程理论教学相配合进行的集中性实践教学,是课程由理论层次提升到应用层次的关键环节。其目的是培养学生掌握机械零件的加工工艺过程所需要的机械制造技术知识,培养学生的创新能力和面向企业需求及社会生产实践的适应性和综合解决工程问题的能力等。
1 目前实训教学中存在问题
当学生完成“机械制造技术”课程中大部分教学内容的学习之后,绝大部分高职院校都会安排大约2周左右的时间进行相应内容的实训教学环节。要求学生对本课程及其相关课程的理论和生产实习的实践知识有进一步理解,例如需要掌握工艺文件的编制或者进行专用夹具的设计等。笔者发现目前大部分职业院校在“机械制造技术”课程实训教学存在如下问题[2-4]:
1)实训时间短,任务重。
“机械制造技术”课程内容多而广, 但涉及到一些具体教学内容时却又不够深入,学生感觉很难理解和掌握,如讲授刀具时只以车刀为例讲解,对于成形表面加工刀具、孔加工刀具复合刀具、螺纹加工刀具、平面加工刀具等常用表面的加工刀具讲解较少;在讲授机械加工装备与方法时也仅简单的介绍的常用的设备和加工对象,对各设备加工质量、尺寸精度、粗糙度、形位精度等介绍很少,而这些内容在工艺设计中又是非常重要的。这就造成了理论课程和工程实践之间的脱节,这就需要在实训环节进行加强。但是随着教学改革的不断深入,实训环节的教学时间不断进行压缩。而为了保证教学质量,实训教学内容并没有减少,这样导致的结果就是学生在实训时有些细节问题不可能去认真思考,从而影响了教学效果。
2)实训内容相对陈旧,缺乏数控加工工艺的训练。
随着数控技术的普及,对数控工艺处理能力的训练和培养日益成为机械制造专业高级技能人才培养的基本能力要求。然而当前机械制造技术实训教学依然以传统机械加工为主线进行的,它涵盖了“机械制造技术”课程中大部分内容,但对数控加工工艺设计的训练很少甚至没有,从而也严重影响着学生对先进制造技术的熟悉和掌握。
3)缺乏对零部件及整机检测相关工艺内容的训练。
当前的实训教学环节中,尤其是在工艺分析阶段,设计人员往往侧重于对零件的技术要求和质量标准的分析,但在后续的设计中由于学生或者教师缺乏对企业技能整体需求的缺乏导致对整机、零件及工序加工检验的具体设计无法进行贯通,致使学生缺乏对典型检测方法、设备及应用的训练。
4)CAD\CAE技术应用很难少。
三维CAD\CAE技术目前已广泛应用于机械设计与制造企业的各个领域,并颁发制定了许多三维设计的有关标准。当前的实训教学过程中CAD技术虽然也有一定的应用,但几乎以AutoCAD等二维软件为主,而对于在大量企业中广泛应用的三维CAD软件如UG、PRE等则应用较少,致使学生缺乏实际企业需求的相关技能的训练,不利于职业类学生独立自主学习和创新能力的培养。
5)标准化问题。
在应用创新人才和卓越工程师的培养中,标准化训练是基本素质训练,主要涉及图纸标准化、公差标准化、表面粗糙度标准化、技术文件填写的标准化(切削用量、机床设备、夹具、量具、刀具、工序余量、工时额定等)等内容。当前的实践环节中,由于图纸主要以二维为主,致使学生浪费了大量时间在图纸标准化上,而用在加工工艺能力培养上的时间减少,最终导致所出技术文件质量不高,也即缺乏技术文件填写的标准化的能力和训练。
2 整合企业需求技能训练的实训模式
针对当前的问题,在多年实践的基础上,提出了整理企业需求技能训练、以应用创新型能力培养为目的的机械制造实训教学模式,其主流程如图1示[5]。
我校一直致力于在机械制造实训教学过程中最大程度整合企业需求技能的训练研究工作,经过最近几年的探索和实践,将企业需求提炼为一个个的实训项目,逐渐形成了“项目驱动式”人才培养模式[6]。“项目驱动式”人才培养模式是根据企业在实际生产中所需要的需求技能,将其融入到课程理论教学体系和实践性教学体系中,将学生所学的专业理论基础和实际技能知识“活化”,使学生具备一定的创新能力和可持续发展能力,形成和社会、行业无缝连接的人才培养方式。
实训中心聘请企业工程技术人员和技师指导学生实习,通过模拟企业各个部门的工作情境,通过在真实的职业环境中体验职业角色,让学生直接感受机床操作、生产管理、品质管理等活动以及企业的考核、激励、管理机制,提高对专业知识和技能要求熟练度的认识,体会职业竞争所带来的压力,积累工作经验。通过将企业需求技能训练融合到机械制造实训教学中,能够让学生直接面对企业生产中技术的难题,极大地锻炼了学生解决工程实际问题的能力。通过这种模拟企业实际技能需求的教学模式,学生能够更好的感受未来将要进入的企业氛围及文化,极大增强了学员今后岗位适应能力,教学效果非常显著。
在实训教学过程中整合企业需求技能对于提高劳动者素质、拓宽就业渠道具有不可替代的作用。目前,我国正在大力发展新型工业,急需调整机械制造行业产业结构,对技术型、应用型等人才的需求量将越来越多。通过在实训教学中最大程度整合企业技能需求,可以促进企业、社会等多角色全面参与到专业建设以及教学全过程中,必然会促进企业、社会对职业院校毕业生的认可程度,提高毕业生的就业率,为学校赢得声誉,同时也可利用企业、社会的设备等,弥补职业技术院校教学资源的不足。这种教育模式是未来机械制造专业实训教学的必由之路,其整合的核心是充分利用学校和社会物质与智力的双向资源,为学校的人才培养和地方经济发展服务。实训中心采用互利互惠、双向共赢的原则引进企业的设备和项目,通过邀请企业工程技术人员进入实训中心充当兼职教师或者让实训教师去企业接受对应培训;广泛联系行业协会、企业和职业技能鉴定部门,对机械制造类专业的学生进行技能鉴定,加强对外技术服务、新产品开发和新技术研究工作,这是不断提升实训技术水平的重要工作。
合作企业也可以通过机械制造实训过程来考察学生的表现以及专业能力,挑选到他们满意的准员工。在实训教学中通过整合企业需求技能训练已经使得这些准员工熟悉了企业工作流程、运作机制,在技术上已经成熟,不需要再培训就可走上工作岗位,解决了企业高技能型应用人才的储备,其他学生也能够非常迅速地适应使用同类设备企业的岗位要求,进一步扩大了学生的就业渠道,达到了双方共享校企合作成果的目的。
3 结论
机械制造实训是和机械制造技术课程配合进行的独立实践教学模块,旨在培养学生独立分析和解决机械加工工程实践的能力。构建和实施新的数控实训教学体系,对培养新世纪高技能的人才有着举足轻重的作用,目前各高职院校的校内实训教学内容还存在学校教学与现代工业技术发展脱节的问题,只有紧贴企业生产实际需求构建实训技能教学训练体系,并不断根据企业技术发展状况进行动态调整,才能真正为社会培养高水平的数控高技能型应用技术人才。
该文分析了当前实训教学环节存在的问题,以应用创新型人才培养为主线,提出了以项目教学为依托,整合企业需求技能训练,将企业实际技能需求融入到实训教学,提高实训教与学的目的性、针对性的教学方法,和松散和集中相结合的综合实训模式。
参考文献:
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[3] 路海萍.课程项目化:高职院校课程改革走向的选择[J].职业技术教育,2009(8).
[4] 钟波,陈容,冯云.高职机电一体化专业实践教学模式的改革与探索[J].职教论坛,2006(06).