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关键词：冲压模具；数字化技术；设计应用
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.12.009
0 前言
目前我国以航空制造业和汽车工业为主的机械类制造业发展迅速，促使我国冲压模具以年20%的速度持m增长。冲压模具本质上属于技术密集型产品，冲压生产中的冲压产品的智联、生产效率等与模具设计具有较大的关联，大力发展模具的数字化设计与制造技术的分析与研究，将数字化技术广泛应用在模具工业中，促使现代机械制造业得到快速发展。
1 冲压模具设计和制造中的数字化关键技术
在冲压模具的使用上，要将数字化技术应用在模具制造的全过程，实现自动化制造和精确化制造，促使冲压模具的高效开发。模具制造的数字化技术主要是将计算机技术应用在模具制造的过程中，实现每一制造环节的精确控制，从而满足冲压生产的要求。数字化关键技术具体包括以下几种：
（1）冲压成形CAE技术。冲压成形CAE技术本质上是利用计算机技术制造计算机软件，并将计算机通用软件应用在模具自动化质量控制过程中，促使该技术能够满足模具制造的精确度要求，也显著提高冲压模具的使用周期。如AutoForm/PAM-STAMP软件应用在模具制造过程中，通过计算机分析、模拟机械用材的流动、厚度的变化以及材料的破坏、起皱等，以此来对模具产品零件的成形、工艺设计进行准确的预见和建议，实现模具的形变。
（2）模块化的快速设计系统。对于冲压模具的制造与设计，要重视结果设计，能够将技术系统应用于模具制造上，提高模具设计的质量。如随着现代计算机技术的发展，冲压CAD/CAM的一体化技术应用在模具设计上，可以有效避免单一软件使用的弊端。
CAD通用软件主要是应用在交互绘图和造型层次的设计上，一般是以模具设计人员的设计经验为主来进行模具绘图和造型设计，这种软件设计方法不能够及时发现模具设计中的不足之处，一定情况下会延误模具设计周期，影响模具的设计质量。因此在数字化关键技术的使用上，可以将模具设计的技术结合起来，弥补单一技术应用中的不足之处。
2 冲压模具设计和制造中的数字化技术的优点
（1）数字化装配技术的优点。冲压模具的装配方法一般分为4种，包括互换装配法、分组装配法、修配装配法以及调整装配发等具体内容，在模具设计上，可以将这四种装配法按照先后顺序应用在设计环节中，有利于进行精加工，减少装配过程中模具标准件的损毁。
（2）计算机仿真技术的优点。在传统的冲压模具设计上，高度钢材在循环加载条件的作用下，会产生较强的包辛格效应，而计算机仿真技术的应用极大程度上改变了冲压设计现状，通过计算机仿真模拟将设计参数设计在固定范围内，进行冲压设计，提高了模具设计的精确度。
（3）数字化参数的程编优点。参数化程编应用在冲压模具的加工制造上，在数字化技术的作用下，逐渐从单纯的型面加工扩展到结构面加工，由中低速加工变化为高速加工，从小切深变为高进给，有效改善工件加工质量，减少加工打磨面；减少试模的工作量，提高模具制造的精度；刀具使用上以小型加工模具为主，注重细节制造，以此既满足模具的设计精确度要求，也有效降低使用费用。
3 冲压模具设计和制造中的数字化技术的应用
3.1 软件技术在模具产品设计同步工程中的应用
在模具产品的同步开发中，要想满足冲压模具的建设要求，就要将冲压工艺贯穿于冲压模具的同步开发过程中。在冲压模具的开发设计上，要求设计人员全员参与，从冲压模具的生产工艺、产品的冲压技术再到模具的具体开发，都要依据冲压成形的物理规律进行模具设计，借助计算机数字化技术真实的反映模具与板料的的关系，并将计算机软件应用在模具变形设计的全过程中。
在冲压模具的设计上，可以应用非线性理论、有限元方法以及各项计算机软硬件，以此来对产品零件的成行进行精确的预算，全面提高冲压模具的技术机控制质量与效率。
3.2 模块结构化的快速设计应用
在数字化技术使用上，要预先消化模具的任务要求（冲压要求），结合现场模具生产经验，应用模具结构库，进行模具的初设计；其次再要进行模面设计，这一阶段调用标准机械件库，组装成一套完整的模具。在参数化模块设计上，要实现典型结构模板化和重复工作智能化，以此来提高冲压模具的制造水平。
典型结构模块化，主要是基于模块化的思想，对冲压模具的典型结构进行分类总结，应用数字化技术进行模具设计参数的控制，生成智能化模板，以此在模具设计过程中完成建模；重复工作智能化应用上，主要是将模具设计过程的重复工作利用智能化模板和二次开发工具来实现缩短设计周期的目的，以此来实现冲压模具的智能化、自动控制化进程。
3.3 信息系统的应用
在冲压模具设计上，要将数字化技术应用在制造业的每一环节中，如可以将数字化技术应用在机械自动化管理、绘图设计、参数分析、模具制造以及模具检测中，在这一过程中应用信息化系统，可以实现产品信息的共享，并将模具制造信息以计算机信息化的形式固定下来，从而为冲压模具的制造设计提供借鉴意见，降低模具设计人员的工作量。
4 结语
随着信息技术以及科学技术的发展，我国的冲压模具已经由传统的机械模具形式转变为机械自动化体系，将先进的数字化技术应用在模具制造上，极大提高了我国冲压模具的发展速度，也提高了冲压模具的精确度和使用周期，推进了我国冲压模具的行业的发展进程。
参考文献：
[1]潘宇祥.探讨数字化技术在冲压模具设计与制造中的应用[J]. 工程技术：全文版，2016（07）：00258.
[2]肖乐.数字化技术在冲压模具设计与制造中的应用[J].工业c， 2016（06）：00201.
关键词：电工电路；实验课程；教材；考核
作者简介：唐方骏（1984-），男，上海人，上海海事大学电工电子实验中心，助理工程师。（上海201306）
中图分类号：G642.423 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2012）13-0097-02
电工电路实验作为一门历史悠久的基础课程，有着其自身的特殊意义。在科技高速发展、参加实验人数大规模增加的背景下，目前的实验课程显得缺少变化，存在一些需要优化提高的环节，对此提出了一些解决方案。
一、实验课程目前所存在的问题
电工电路实验是所有电学实验中最基础的一部分，上海海事大学所有工科类学生都将参加。最基础的往往看似也相对最简单，得不到重视，但它却又是所有电学知识中的基石，为学生未来学习其他电学知识做铺垫，电工电路实验的作用不容小觑。
传统课堂上的教学把重点放在理论知识上，涵盖了很多计算公式、推论过程，相对缺少对实际物体感性的认识，有时碰见实际问题，不知如何运用书本上的知识来解决。开展实验课程的目的就是弥补理论课的不足之处，增加感性理解，巩固理论知识，锻炼学生的动手能力和解决问题的能力，培养严谨的、科学的思维方式。
上海海事大学搬迁到新校区后，学生人数和专业种类增加了很多，对实验室的要求也提高了。经过两年多在实验室工作的实践，认识到目前实验课程和管理存在一些问题，有改进提高的空间。
学生对实验课积极性不高以及重视度不够是目前存在的问题，实验课前的预习不是很充分，实验过程不专心，实验器材损坏较多，实验报告完成也不认真。实验课程中对电工电路理论的验证性实验占大多数，学生在操作实验时往往很机械地为了完成实验而实验，在实验中遇到线路问题首先找老师解决，独立思考能力欠缺，有时即使完成实验也弄不清楚一些实验原理和现象。验证性实验过多导致实验难度不够，学生以模仿教师的演示实验和操作接线为主，被动地完成实验，在实验前即知道实验结果，直接影响了学生对实验的兴趣。目前实验室关于电工电路的实验项目、实验指导教材和实验内容多年没变，还是停留在老思路、老方法中，偏重于理论验证部分，缺少与现实应用的联系，没有紧跟现代科技高速发展的步伐。实验指导教材对于数据测量的要求过于死板，条条框框太多，都是一些现成制作好的表格，使学生局限于实验教材的思路，多数人的实验目的变成了测量数据以完成表格，而对数据背后的意义不太关心。实验教材中有些内容过于简单或具体，使得学生完成实验的时间偏少。电工电路实验面向的学生主要分为电类专业（电气、自动化、电子、通信等）与非电类专业（电类以外的工科专业）。对于前者，实验课程结束后需要进行考核，而对于后者，只需完成实验课程，不需要考核。不需要考核的学生自然不太重视实验课；需要接受考核的，虽然重视，但还是为了应付考试，而目前的考核方式还是操作原有的实验，比较单一，并没有起到检验锻炼学生能力的效果。目前的实验课还是依附在理论课程中，只是属于其中的一个环节，限制了实验教学的管理与运作，有时会出现排课不当，导致实验教学进度超前理论课进度的情况。
二、改进实验课程的一些举措
1.改编实验指导教材
目前的实验指导教材已经使用了好多年，里面的内容并没有做过大的改动，随着参加电工电路实验的学生人数、专业种类的增多，有必要对实验指导教材进行改编，电类专业与非电类专业所使用的实验指导教材应该有所区分。对于非电类学生所使用的实验指导教材，还是保持以验证性实验为主，适当增加些设计性实验。而对于电类学生，实验指导教材中应该要增大自主设计性实验在整个实验课程中的所占比例。现在所使用的实验指导教材中，关于实验操作方法、实验步骤等描述太详细，对于数据的测量又制定了统一的表格，规定了所要测量的数据，学生完全按照着实验指导教材的思路做实验，缺乏独立思考。实验指导教材应该在保持原有的实验原理介绍及实验操作规范、安全守则的基础上尽量删减那些指导过于详细的、冗余的部分，给予学生更多的自我思考与自由发挥的空间。此外，实验指导教材中多年未变的实验内容也应相应改变和调整。有些实验比较简单，耗时较短，出现学生做完实验后还剩余一些时间无所事事的情况，建议把这些用时较短的实验合并在一起。比如基尔霍夫定律的验证与电位的研究和叠加原理、最大功率传输定理这两个实验是分开的，可以考虑把叠加原理合并到基尔霍夫定律验证中去，而最大功率传输定理可以划分到其他实验中。最后，在实验指导教材的改编过程中，应该在每个实验后列出更多的相关思考题，利于学生对所做实验的总结，加深对理论知识的理解。
2.增加实验内容，提高实验难度，尝试更多的设计性实验
上海海事大学非电类专业学生参加电工电路实验一共是8课时，也就是来实验室4次，电类专业实验课一共是18课时，其中2课时是进行实验考核。在总课时固定不变的情况下，可以设法改变原来的实验内容（形式）来达到改进实验课程的效果。非电专业的实验课时少，要求也比电类专业低很多，在达到了解电气设备仪器、掌握基本测量方法的基础上，增加一些设计性实验。对于那些学有余力、动手能力强、对电学知识兴趣高的非电类学生，可以为他们增加电类专业的实验内容。在电类专业的实验课程上作更大的调整，改变原来的实验模式，更新实验内容，提高实验课时的利用率，对设计性实验提出更多的要求。
针对非电类专业，可以增加如戴维南、诺顿定理的验证、三相交流电路参数测量的实验，某些机械类专业也可以考虑增加三相异步电动机、继电器等实验。这样在实验课时不变的条件下，可以缓解有些实验过早结束的情况，学生也会感到时间的紧迫，更认真地去完成实验项目。而针对电类专业，为他们提供更全面、更系统的实验项目。可以在现有的实验基础上完善的参考实验项目有电源等效变换、二阶动态电路、受控源研究、RC选频网络、互感电路等。
在实验讲解过程中，在确保安全的前提下，尽量减少现场对实验的演示，主要明确实验原理和大致方法即可，给予学生更多探索未知实验现象的空间。在实验过程中，学生碰到问题时，尽量让他们自己来发现和改正错误，增加独立性和解决问题的能力。这样可以在某些程度上提高实验的难度。再者，原先只做一阶动态电路的实验，可以增加二阶动态电路的实验，只做一端口网络的加上二端口网络，通过这样也可以提高实验的难度。
在设计性实验上也需要下功夫。非电类专业的要求较低，可以在提供了实验原理图后让学生自行选取所要测量的参数，设计数据测量的表格。对于电类专业，则可以在8次实验课中抽出2课时专门进行自我设计的实验。例如在戴维南、诺顿定理实验的基础上，设计一个含源一端口网络，电路原理图自己画，参数自选，明确可以达到怎样的效果（如端口输出的最大功率）。学生也可以根据所学的电路理论知识来自行创建一个实验题目，编写实验指导提纲：明确实验目的、介绍实验内容、所需仪器和元件、阐述实验原理（包括计算部分）和实验步骤，提出思考题。
3.适当使用EDA软件来辅助实验教学
现在实验课程中所使用的实验台虽包含了大多数类型的实验项目，基本能够满足课程的需求，但这些实验项目都是固化不变的，很难轻易改动。因此，在实验课程中引入EDA软件可以在虚拟中完成更多个性化的实验，弥补固定实验设备的柔性不足。同时，把EDA软件带入实验课程符合21世纪信息化社会的趋势与要求，能够提高学生对于实验课程的兴趣，加深对实验原理的理解，在进行设计性实验方面给予更多自我发挥创造的空间。学生掌握了仿真软件对以后学习模拟电路、数字电路也有所帮助。通过比较，考虑使用EWB软件作为实验课程的仿真工具。EWB全称Electronics Workbench（虚拟电子工作台），是交互式图像技术有限公司在20世纪90年代初开发的EDA软件。EWB小巧但仿真功能强大，简单易学，使用方便（图形界面直观、实时显示测量结果、带有丰富的元件库、提供多种电路方法），适合实验室教学。下面图1、图2、图3是使用EWB进行RLC串联谐振实验仿真的例子。
4.考核形式及其他方面的改进
实验考核的目的是检验学生对于实验的掌握和认知情况，在另一个方面也可以提高学生对于实验课程的重视程度。非电类专业的实验课程不设有专门的考核环节，为此，可以在平时的实验课中加入考核。对于实验前的预习与实验报告的完成要有严格的要求，此外，在实验过程中的表现情况也可以计入到平时考核中。比如，非电类学生主要是做验证性的实验，在讲解完实验后，学生依然在连接电路、选择电表量程时经常出现电源短路、报警等错误，造成器件不必要的损坏，可以把这些作为平时考核的评分标准，也促使学生在进行实验操作时更认真、专注、仔细。电类专业在完成实验课程后有一次实验考试，但考核主要是针对以前做过的实验，缺少变化，形式单一。考虑在今后的考核中，不单单要完成验证性实验的操作，还要加上设计性部分，让学生自己来设计考试的电路，并且要把原理阐述清楚，分析产生误差的原因，这样可改变一些学生会操作实验但不明白实验原理的状况。而对于设计性实验的考核，不用去考虑器件损坏的扣分情况。
目前实验室所用的实验仪器都是一些集成化的实验箱，安全、可靠，但缺点也很明显，减小了学生对于电气设备的认知度，降低了动手难度。通过在实验课程中展示一些实验器件来尽量弥补这些不足。比如，在做单相变压器的实验中，可以把实验箱内的变压器实物拿出来介绍，或让学生接触实验箱内部一些结构。再者，在做三相电路时，让学生看一下实验台三相电源的内部结构，或可以进一步在指导下对三相调压器校准，使三相电源对称。而对于三相异步电动机，可以在实验中拆开，展示电动机中定子、转子、线圈的结构，给予学生更直观的感受。如果在实验课程中有剩余的时间，讲解一些电工技术（电工常用工具、电工基本技能、基本常识等），也是让实验课程更紧密联系实际的一个方法。此外，开放实验室，把实验课程的多媒体课件放在校园网上也是未来的方向。
三、结束语
对于电工电路实验课程所存在的问题，提出了改编实验指导教材、增加实验内容、提高实验难度、进行设计性实验、在实验课程中引入EDA软件、考核方式改进等一些方案。在具体落实改进措施的道路上还有很多工作要做，还会碰到更多新的问题。在改进电工电路实验课程的过程中，不仅要认真解决现有的问题，也要积极吸取和学习其他优秀高校实验室的经验，不断完善实验课程。
参考文献：
[1]沈小丰.电子线路实验――电路基础实验[M].北京:清华大学出版社,2007.
[2]邹其洪,黄智伟,高嵩,等.电工电子实验与计算机仿真[M].北京:电子工业出版社,2003.
[3]刘鼎,许晓彦.改进“电工技术”教学效果方法探讨[J].中国电力教育,2010,(34).
