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      面向應(yīng)用型人才培養(yǎng)的過程裝備制造工藝教學(xué)方法研究

      2016-03-28 23:32:20孫銅生
      關(guān)鍵詞:人才培養(yǎng)教學(xué)效果教學(xué)方法

      孫銅生

      (安徽工程大學(xué) 機(jī)械與汽車工程學(xué)院,安徽 蕪湖 241000)

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      面向應(yīng)用型人才培養(yǎng)的過程裝備制造工藝教學(xué)方法研究

      孫銅生

      (安徽工程大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院,安徽蕪湖241000)

      摘要:過程裝備制造工藝是過程裝備與控制工程專業(yè)的一門重要的綜合課程,涵蓋了過程裝備的檢測及過程裝備的制造兩大主體內(nèi)容.為了適應(yīng)新常態(tài)下的應(yīng)用型人才培養(yǎng)的需要,本文針對(duì)課程教學(xué)中出現(xiàn)的教學(xué)資源不足、教與學(xué)的互動(dòng)性差、和實(shí)踐環(huán)節(jié)的銜接不合理等問題,結(jié)合課程內(nèi)容對(duì)教學(xué)方法進(jìn)行了改進(jìn),提出了針對(duì)該課程的實(shí)踐現(xiàn)場教學(xué)、案例教學(xué)、實(shí)驗(yàn)室教學(xué)、科研訓(xùn)練等方法,著力提高課程的教學(xué)效果和學(xué)生的實(shí)踐能力.

      關(guān)鍵詞:過程裝備制造工藝;教學(xué)方法;人才培養(yǎng);教學(xué)效果

      過程工業(yè)是加工流程性物質(zhì)的現(xiàn)代國民經(jīng)濟(jì)的支柱行業(yè),過程裝備與控制工程專業(yè)主要為過程工業(yè)培養(yǎng)設(shè)備設(shè)計(jì)與制造工藝、設(shè)備維護(hù)與管理、設(shè)備控制技術(shù)與工業(yè)系統(tǒng)控制等方面的應(yīng)用型技術(shù)人才.過程裝備廣泛應(yīng)用于化工、石油、輕工、制藥、食品、海洋等多種行業(yè),隨著行業(yè)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)能效率、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)綜合效益提出的越來越高的要求,專業(yè)人才不僅僅能夠從事過程裝備的設(shè)計(jì)與制造,更應(yīng)該具備不斷進(jìn)行技術(shù)升級(jí)的能力,具有廣闊知識(shí)面的能夠從事行業(yè)技術(shù)革新的應(yīng)用型工程人才已經(jīng)成為行業(yè)的迫切需求,高校過程裝備與控制工程的人才培養(yǎng)目標(biāo)需順應(yīng)行業(yè)發(fā)展,專業(yè)知識(shí)應(yīng)面向工程實(shí)踐作出實(shí)時(shí)調(diào)整,專業(yè)教師要構(gòu)建從過去重理論輕實(shí)踐轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫?shí)踐為目標(biāo)導(dǎo)向的教學(xué)體系.

      1 課程總體介紹

      過程裝備是過程工業(yè)中實(shí)現(xiàn)過程工藝流程的設(shè)備的統(tǒng)稱,分為過程設(shè)備和過程機(jī)器,過程設(shè)備以焊接為主要加工手段,過程機(jī)器以機(jī)械加工為主要制造手段,其中過程設(shè)備為過程裝備的主體.對(duì)過程設(shè)備而言,其從原材料到投入使用需要經(jīng)歷一系列的過程[1],分別為:

      1.根據(jù)過程設(shè)備的介質(zhì)、壓力、溫度等情況進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算,計(jì)算出容器的應(yīng)力及結(jié)構(gòu)尺寸.

      2.根據(jù)應(yīng)力計(jì)算結(jié)果,選擇能滿足強(qiáng)度要求的材料;對(duì)容器進(jìn)行展開計(jì)算,可展開曲面直接利用中面進(jìn)行計(jì)算,不可展開曲面利用中面計(jì)算后適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行修正.

      3.充分考慮各種加工余量,如坡口間隙、焊縫收縮量、坡口加工余量、卷制伸長量等,加上展開尺寸后計(jì)算實(shí)際用料量.

      4.根據(jù)實(shí)際用料尺寸選擇合適的原料板材,要充分利用原材料,避免產(chǎn)生邊角料,并且要預(yù)先考慮焊縫位置,然后切割下料.

      5.采用拋丸法或者酸洗法對(duì)板材進(jìn)行除銹、除污物、氧化皮,進(jìn)行氧化或鈍化處理,提高表面的耐腐蝕性.

      6.對(duì)板材在吊裝或者存放過程中因受力不均或環(huán)境溫度等因素造成的變形進(jìn)行校正.

      7.進(jìn)行成形加工,對(duì)圓形筒節(jié)一般采用彎卷法,對(duì)封頭一般采用沖壓或者旋壓法;根據(jù)鋼板厚度及材料的不同,選擇合適的坡口形式,加工焊接坡口.

      8.對(duì)筒節(jié)、封頭、接管進(jìn)行組對(duì)裝配,注意對(duì)口錯(cuò)邊量必須在允許的范圍內(nèi);同時(shí)要使縱向焊縫錯(cuò)位分布,且距離達(dá)到規(guī)定值以上.

      9.選用合適的焊接方法和焊接工藝進(jìn)行焊接,注意各種焊接方法的焊接能力是有區(qū)別的,充分考慮焊道數(shù)和焊接層數(shù).

      10.進(jìn)行焊后熱處理工藝,提高接頭組織的力學(xué)性能.

      11.采用射線或超聲波對(duì)壓力容器的焊接接頭進(jìn)行無損檢測,消除焊接接頭內(nèi)部的氣孔、夾渣、裂紋等缺陷;采用磁粉檢測或滲透檢測發(fā)現(xiàn)焊接接頭的表面缺陷.

      上述針對(duì)過程設(shè)備的流程,除第1條外,均是過程裝備制造工藝的課程內(nèi)容,可以說該門課對(duì)專業(yè)學(xué)生系統(tǒng)地了解過程設(shè)備的制造流程具有指導(dǎo)意義,內(nèi)容自成體系,是不可或缺的一門專業(yè)課程.

      2 課程教學(xué)存在的問題

      2.1教學(xué)資源不足

      過程裝備制造工藝是一門綜合性課程,課程內(nèi)容較為龐雜,包括過程裝備的檢測和制造兩大塊內(nèi)容.過程裝備檢測部分包含:射線檢測、超聲波檢測、磁粉檢測、滲透檢測等;過程裝備制造部分包含:焊接工藝、鋼材的預(yù)處理及排樣、成形加工等.根據(jù)應(yīng)用型人才培養(yǎng)要求,勢必需要引入各類無損檢測設(shè)備、各類焊接焊機(jī)(手工電弧焊、埋弧焊、電渣焊、氣體保護(hù)電弧焊)、各類成形加工設(shè)備(卷板機(jī)、沖壓機(jī)、旋壓機(jī)、彎管機(jī))等,這些設(shè)備大部分都是大型設(shè)備,投資巨大且實(shí)驗(yàn)室場地不足,在實(shí)際教學(xué)中是不可能全部引進(jìn),因課程的工程實(shí)踐性較強(qiáng),課程的教學(xué)效果受影響.另外,課程的綜合性對(duì)授課教師的知識(shí)體系提出了較高的要求[2-3],必須對(duì)各類專業(yè)設(shè)備的結(jié)構(gòu)與制造工藝有全面的認(rèn)識(shí),如果教師沒有企業(yè)的工作經(jīng)歷,對(duì)應(yīng)用性較強(qiáng)的知識(shí)點(diǎn)往往偏離實(shí)際,那么課程很難達(dá)到預(yù)定的教學(xué)目標(biāo).

      2.2教與學(xué)的互動(dòng)性差

      課程教學(xué)通過教師和學(xué)生的互動(dòng)才能達(dá)到良好的教學(xué)效果,由于課程教學(xué)內(nèi)容理論內(nèi)容較少,均和實(shí)踐內(nèi)容想關(guān),如果沒有對(duì)現(xiàn)場設(shè)備的了解,很難對(duì)課程講授內(nèi)容形成認(rèn)識(shí),就很難形成教學(xué)互動(dòng).比如在講授斜探頭超聲探傷時(shí),首先需要校正斜探頭的入射點(diǎn)和折射角,然后進(jìn)行一次聲程和二次聲程的標(biāo)定,最后進(jìn)行距離-波幅的測試.這一些過程中,需要了解如下問題:為什么斜探頭超聲波沿斜向入?如果探傷部位存在內(nèi)部缺陷,為什么示波器上會(huì)在一次底波或二次底波前會(huì)產(chǎn)生缺陷波?為什么同一尺寸的缺陷在不同的深度處的反射波波幅會(huì)不一樣?沒有現(xiàn)場探傷操作,對(duì)一些器件如對(duì)比試塊、校驗(yàn)試塊、探傷儀、衰減器等認(rèn)識(shí)不足,很難對(duì)這些問題做出互動(dòng).再如,埋弧自動(dòng)焊的輔助設(shè)備如焊接夾具、工件變位設(shè)備、焊機(jī)變位設(shè)備、焊接成形設(shè)備、焊劑回收輸送設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜,對(duì)這些設(shè)備原理講解僅通過書本上的示意圖也很難形成認(rèn)識(shí),在教學(xué)時(shí)讓同學(xué)們?nèi)フJ(rèn)識(shí)設(shè)備的工作流程則非常困難,課堂上提出的一些問題也就很難得到同學(xué)們的響應(yīng).

      2.3和實(shí)踐環(huán)節(jié)的銜接不合理

      鑒于教學(xué)經(jīng)費(fèi)和實(shí)驗(yàn)場地的限制,大規(guī)模的采購實(shí)驗(yàn)設(shè)備顯然不合時(shí)宜,在這種背景下,和專業(yè)實(shí)習(xí)的銜接顯得尤為重要.一方面,要選擇和課程內(nèi)容相關(guān)的企業(yè),由于課程的綜合性,選擇一兩個(gè)企業(yè)顯然不能覆蓋課程涉及到的全部設(shè)備;另一方面,實(shí)習(xí)的時(shí)間需要和課程的教學(xué)時(shí)間銜接,而專業(yè)實(shí)習(xí)往往從專業(yè)的課程總體進(jìn)行考慮,這樣就不一定能滿足本課程的教學(xué)需要,極有可能形成兩個(gè)局面:一是實(shí)習(xí)結(jié)束后半年或者以上的時(shí)間才進(jìn)入本課程學(xué)習(xí),對(duì)實(shí)習(xí)的設(shè)備的印象已經(jīng)變得非常模糊;二是在課程結(jié)束之后再進(jìn)入相關(guān)企業(yè)實(shí)習(xí),這是一種更壞的局面,對(duì)該課程教學(xué)并沒有起到促進(jìn)作用.

      3 課程教學(xué)方法

      針對(duì)課程的綜合性和教學(xué)存在的上述問題,為了在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)能夠讓學(xué)生系統(tǒng)掌握課程內(nèi)容,提出了如下教學(xué)方法供參考.

      3.1實(shí)踐現(xiàn)場教學(xué)法

      合理地選擇實(shí)習(xí)企業(yè)[4],針對(duì)課程內(nèi)容復(fù)雜且繁多的情況,選擇典型內(nèi)容重點(diǎn)安排.將過程裝備制造工藝分為過程裝備制造和過程裝備檢測兩大塊,過程裝備制造可以分解為焊接工藝、預(yù)處理及號(hào)料、成形加工,過程裝備檢測分解為內(nèi)部缺陷檢測和表面缺陷檢測.焊接工藝所涉及到的設(shè)備龐大且眾多,如氣體保護(hù)電弧焊中涉及到焊接電源、送絲系統(tǒng)、焊槍或行走系統(tǒng)、供氣系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng),另外還有前面提及的焊接輔助設(shè)備;彎卷成形中各種形式的卷板機(jī),結(jié)構(gòu)上來看都是由主動(dòng)輥和從動(dòng)輥組成,但是工作原理及實(shí)現(xiàn)的功能各有區(qū)別;沖壓成形和旋壓成形設(shè)備規(guī)模也龐大,沒有現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn),很難了解沖壓機(jī)的上下模的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及沖壓過程,也難以理解旋壓成形中的有模旋壓、無模旋壓、沖旋聯(lián)合的工作機(jī)制.可通過課程教學(xué)計(jì)劃的調(diào)整,將上述過程裝備的制造內(nèi)容安排在實(shí)習(xí)現(xiàn)場教學(xué),上午講解基本理論,下午到現(xiàn)場逐個(gè)進(jìn)行講解.這種分塊式的計(jì)劃調(diào)整不會(huì)影響課堂其它內(nèi)容的教學(xué),現(xiàn)場教學(xué)會(huì)給學(xué)生留下深刻的印象.

      3.2案例教學(xué)法

      前一種教學(xué)方法對(duì)所有大型設(shè)備及對(duì)應(yīng)工藝并不能全面實(shí)行,有如下因素:(1)實(shí)習(xí)經(jīng)費(fèi)限制,只能安排部分項(xiàng)目進(jìn)行現(xiàn)場教學(xué);(2)區(qū)域限制,設(shè)置該專業(yè)的高校周邊城市無該方面的相關(guān)企業(yè);(3)企業(yè)的接待意愿不積極,規(guī)模數(shù)量的學(xué)生進(jìn)入廠區(qū)實(shí)習(xí)勢必會(huì)影響企業(yè)的正常生產(chǎn);(4)安全生產(chǎn)不允許,學(xué)生沒有經(jīng)過系統(tǒng)的安全教育,進(jìn)入生產(chǎn)現(xiàn)場有一定的安全隱患.基于以上原因,必須在課堂對(duì)一些工藝過程進(jìn)行講解,而前已述及課堂教學(xué)存在缺陷,可以積極進(jìn)行教學(xué)方法及教學(xué)手段的改進(jìn).如對(duì)復(fù)雜工藝過程可在相關(guān)生產(chǎn)企業(yè)錄制視頻,再課堂上按照工藝過程的發(fā)生次序播放,先整體講解和播放,使同學(xué)們對(duì)整個(gè)工藝有個(gè)全面的認(rèn)識(shí),然后分工藝播放并講解,對(duì)具體的工藝手段和內(nèi)容有系統(tǒng)的了解.如電渣焊過程可按照此方法,先通過一段整體視頻,讓同學(xué)們充分理解其工藝原理,即利用電流通過液體熔渣產(chǎn)生的電阻熱作熱源,將母材和焊絲熔化形成的焊液熔合成焊縫,再按照電渣焊的工藝步驟,分別播放引弧造渣階段、正常焊接階段及引出階段的視頻,并配合文字講解.對(duì)視頻錄制也存在問題的工藝,要全面系統(tǒng)地收集現(xiàn)場設(shè)備圖片,按照工藝過程合成一個(gè)整體,并輔助以文字解釋.

      3.3實(shí)驗(yàn)室教學(xué)法

      過程裝備的檢測包含射線檢測、超聲波檢測、磁粉檢測和滲透檢測等,各個(gè)檢測所涉及到的儀器和設(shè)備簡單,同時(shí)不占空間,且投資較小,現(xiàn)有的教學(xué)經(jīng)費(fèi)可以滿足需要,可以采購相關(guān)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備,建立起無損檢測實(shí)驗(yàn)室.將課堂教學(xué)和實(shí)驗(yàn)室教學(xué)有機(jī)合成,在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行基礎(chǔ)知識(shí)的講解,講解每一個(gè)儀器和設(shè)備時(shí),都能同時(shí)看到實(shí)物,面對(duì)實(shí)物講授其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工作原理、使用要點(diǎn)及作用等,可以達(dá)到教室教學(xué)不能達(dá)到的教學(xué)效果.同時(shí),實(shí)驗(yàn)室教學(xué)可以將知識(shí)進(jìn)行串聯(lián),比如講授完超聲波探傷儀、直探頭與斜探頭、標(biāo)準(zhǔn)試塊的作用與原理后,再進(jìn)行超聲波的應(yīng)用-距離與波幅曲線繪制和缺陷等級(jí)的綜合評(píng)定的講解時(shí),需要用到前面的各儀器,如用標(biāo)準(zhǔn)試塊進(jìn)行校驗(yàn)和對(duì)比,在實(shí)驗(yàn)室中可以找到該試塊,結(jié)合實(shí)例再次講授,實(shí)現(xiàn)串聯(lián),這在教室中是無法實(shí)現(xiàn)的.

      3.4科研訓(xùn)練法

      過程裝備制造與檢測會(huì)涉及到很多有待改進(jìn)的技術(shù)問題.制造方面部分問題舉例如下:如何減少焊縫的缺陷;如何減少焊接熱影響區(qū);如何正確地確定焊接電流、電弧電壓、焊接速度;如何合理地進(jìn)行焊縫位置的布局及排料;如何選擇合理的焊接接頭;如何選擇合適的成形方法避免塑性性能的損失等.檢測方面部分問題舉例如下:如何提高缺陷檢測的靈敏度;如何提高相鄰缺陷的分辨力;如何識(shí)別缺陷的形態(tài)和位置等.現(xiàn)場出現(xiàn)的技術(shù)問題遠(yuǎn)多于這些問題,都會(huì)影響到產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性,也是企業(yè)所關(guān)注的一些共性問題.

      針對(duì)上述問題,可以項(xiàng)目為載體來進(jìn)行研究,有兩種方式可以參考:(1)專業(yè)教師和相關(guān)企業(yè)進(jìn)行產(chǎn)學(xué)研合作[5],吸引部分優(yōu)秀學(xué)生參與,利用教師的理論優(yōu)勢和企業(yè)的試驗(yàn)條件來解決問題,學(xué)生的工程能力可得到進(jìn)一步鍛煉,作為協(xié)議條件,可爭取到全部學(xué)生到現(xiàn)場實(shí)習(xí)的機(jī)會(huì);(2)引導(dǎo)部分學(xué)生申報(bào)國家級(jí)和省級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目,進(jìn)行設(shè)備和技術(shù)的創(chuàng)新,作者已經(jīng)進(jìn)行了實(shí)踐,指導(dǎo)了兩屆學(xué)生成功申報(bào)了國家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目,每屆4-5個(gè)學(xué)生參與到項(xiàng)目當(dāng)中,對(duì)離心機(jī)的制造工藝和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn),通過項(xiàng)目的實(shí)施,提高了對(duì)過程裝備制造工藝的認(rèn)識(shí).

      4 結(jié)束語

      過程裝備制造工藝是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的專業(yè)課程,教學(xué)中存在的一些問題要引起必要的重視.在新的制造業(yè)革命的大環(huán)境下,傳統(tǒng)的教學(xué)手段已經(jīng)不適應(yīng)新的形勢要求,為了提高課程的教學(xué)效果,必須不斷改進(jìn)教學(xué)方法,使同學(xué)們對(duì)裝備的制造與檢測形成系統(tǒng)地認(rèn)識(shí),培養(yǎng)出企業(yè)認(rèn)可的應(yīng)用型人才.

      參考文獻(xiàn):

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      基金項(xiàng)目:安徽省高等學(xué)校專業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整與專業(yè)改造項(xiàng)目“過程裝備與控制工程”(2013zytz033)

      收稿日期:2015年9月22日

      中圖分類號(hào):G642.4

      文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

      文章編號(hào):1673-260X(2016)02-0253-03

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