嚴(yán)劍剛,高　琪,楊國策,吳飛科,劉　賽(上海第二工業(yè)大學(xué)工程訓(xùn)練中心,上海201209)

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焊接實(shí)踐教學(xué)探討

嚴(yán)劍剛,高琪,楊國策,吳飛科,劉賽
(上海第二工業(yè)大學(xué)工程訓(xùn)練中心,上海201209)

摘要:焊接實(shí)訓(xùn)的課程改革,應(yīng)以學(xué)生的職業(yè)能力培養(yǎng)為導(dǎo)向,以企業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)為依據(jù),針對(duì)性地對(duì)課程進(jìn)行設(shè)計(jì)。課程改革以提高學(xué)生的職業(yè)能力和創(chuàng)新學(xué)習(xí)能力為根本,焊接實(shí)踐應(yīng)當(dāng)遵循理實(shí)一體化的實(shí)訓(xùn)教學(xué)理念,產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合,將企業(yè)生產(chǎn)方式引入教學(xué),鼓勵(lì)學(xué)生在課堂中獨(dú)立地發(fā)現(xiàn)問題、研究問題和解決問題,形成具有職業(yè)教育特色的新型實(shí)訓(xùn)教學(xué)方法,將產(chǎn)、學(xué)、研有效結(jié)合,提高焊接實(shí)訓(xùn)的教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞:焊接;課程改革;產(chǎn)學(xué)研

0　引言

當(dāng)今人才市場正發(fā)生重大變化,知識(shí)型技能人才是社會(huì)緊缺人才。為此,高等院校越來越注重工程訓(xùn)練教學(xué),把加強(qiáng)工程訓(xùn)練教學(xué)作為培養(yǎng)學(xué)生理論結(jié)合實(shí)踐,提升學(xué)生綜合素質(zhì)的重要措施之一。目前高等院校的工程訓(xùn)練教學(xué)科目如“焊接成形”多以手工電弧焊操作為主,而隨著電子產(chǎn)品的迅猛發(fā)展,社會(huì)對(duì)小功率金屬焊接應(yīng)用型人才的需求越來越大。

焊接實(shí)訓(xùn)是非常注重理論知識(shí)與工廠實(shí)際生產(chǎn)相結(jié)合的教學(xué)活動(dòng),企業(yè)需要的不僅是具有深厚理論知識(shí)水平的學(xué)生,更需要的是能夠快速擔(dān)任并能解決實(shí)際問題的工程技術(shù)人員[1]。

因此,筆者借鑒任務(wù)教學(xué)法和案例教學(xué)法[2],并結(jié)合高等院校的實(shí)際情況,將企業(yè)小功率金屬焊接的生產(chǎn)方式引入到本科焊接實(shí)訓(xùn)教學(xué)中。實(shí)現(xiàn)學(xué)生從了解焊接設(shè)備、焊接材料、焊接夾具設(shè)計(jì)、制定焊接工藝,到焊接操作以及產(chǎn)品檢驗(yàn)等全方位培養(yǎng)[3]。

1　焊接實(shí)踐教學(xué)探討

焊接是指通過加熱或同時(shí)加熱加壓,使分離的焊件金屬之間產(chǎn)生原子間結(jié)合力而連接成一體的方法。它是一種重要的金屬加工工藝手段,在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中廣泛用來制造各種金屬結(jié)構(gòu)和機(jī)械零件[4]。

焊接方法種類很多,按照焊接過程的物理特點(diǎn),可分為:熔化焊、壓力焊、釬焊[4]。

1.1課程要求

小功率金屬焊接工程訓(xùn)練教學(xué)可以分為了解焊接設(shè)備、焊接材料的可焊性、焊接夾具設(shè)計(jì)與加工、焊接工藝制定及焊接操作[5]。焊接實(shí)訓(xùn)貫穿工程訓(xùn)練教學(xué),以焊接任務(wù)為出發(fā)點(diǎn),要求學(xué)生運(yùn)用工程訓(xùn)練的各種訓(xùn)練模塊完成最終任務(wù),提高學(xué)生的知識(shí)構(gòu)建水平,開拓學(xué)生的創(chuàng)新思維,使學(xué)生在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、焊接夾具設(shè)計(jì)加工、工藝制定與操作方面,完成理論到實(shí)踐的全方位學(xué)習(xí),在解決問題的過程中獲得快樂。通過理論與實(shí)踐相結(jié)合,最終提升學(xué)生的綜合競爭實(shí)力。

1.2課程設(shè)計(jì)

1.2.1焊接設(shè)備的選擇

電阻焊的工作原理遵循焦耳–楞次定律(Q = I2Rt),因此可根據(jù)被焊件的材料、形狀以及焊接的要求選擇不同的電阻焊接設(shè)備[6]。根據(jù)實(shí)訓(xùn)特點(diǎn),引導(dǎo)學(xué)生選擇正確的設(shè)備,幫助學(xué)生了解不同設(shè)備的性能,擺脫傳統(tǒng)教學(xué)設(shè)備使用指定化的教學(xué)模式,使學(xué)生根據(jù)任務(wù)自行選擇適合的加工設(shè)備。

1.2.2焊接材料的選擇

電阻焊接的質(zhì)量與被焊材料的性質(zhì)關(guān)系密切。一般電阻率大、導(dǎo)熱率小、熔點(diǎn)低的金屬材料容易焊接,反之則不易焊接;易氧化,且氧化層很牢固及難熔的金屬,焊接也困難[3]。當(dāng)兩種不同的金屬進(jìn)行電阻焊接時(shí),要求它們有相近的導(dǎo)電率、導(dǎo)熱率和熔點(diǎn)[7]。因此,教學(xué)時(shí)可指導(dǎo)學(xué)生根據(jù)不同要求選擇所需的材料,充分發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)新性和自主性。

1.2.3焊接工夾具設(shè)計(jì)與加工

電阻點(diǎn)焊的工夾具是點(diǎn)焊過程中保證產(chǎn)品精準(zhǔn)定位、連續(xù)生產(chǎn)的關(guān)鍵,在企業(yè)生產(chǎn)過程中運(yùn)用極為廣泛。在提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低勞動(dòng)強(qiáng)度、實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化中起到了非常重要的作用。在焊接實(shí)訓(xùn)的過程中,學(xué)生可依據(jù)產(chǎn)品要求,自由地發(fā)揮設(shè)計(jì)想象,并運(yùn)用工程訓(xùn)練教學(xué)中的車削加工、銑削加工、鉗工操作、刨削加工、磨削加工、數(shù)控加工、3D打印、激光成形、線切割加工等一系列的加工方法實(shí)現(xiàn)工夾具的制造。使用投影儀、三坐標(biāo)測量儀精準(zhǔn)檢驗(yàn)成型后的工夾具焊接產(chǎn)品的質(zhì)量。工夾具的設(shè)計(jì)、加工、產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)以及后續(xù)的檢驗(yàn)可貫穿工程訓(xùn)練教學(xué)的所有科目,在提高了學(xué)生的興趣及認(rèn)知的同時(shí),又提高了學(xué)生的綜合能力。

1.3制定焊接工藝

在焊接工藝的教學(xué)中采用“教、學(xué)、做”合一的模式進(jìn)行人才培養(yǎng),學(xué)生能夠在做中學(xué),教師在做中教,讓學(xué)生感受情景教學(xué)的氛圍,在課堂中學(xué)習(xí)技能,獲得實(shí)際的操作能力[8]。在學(xué)習(xí)中掌握常用金屬材料焊接工藝方法的制定過程。焊接工藝主要是根據(jù)被焊工件的材質(zhì)、牌號(hào)、化學(xué)成分、焊件結(jié)構(gòu)類型、焊接性能要求來確定。被焊工件的焊接形狀、焊接材料以及焊接要求不同,則采取不同的焊接工藝加工。

1.4教學(xué)實(shí)施

根據(jù)焊接的工藝、焊接材料的特性、經(jīng)驗(yàn)值,用正交試驗(yàn)的方法確定工藝參數(shù)[9],并運(yùn)用人因工程學(xué)有效解決焊接實(shí)訓(xùn)操作問題,使學(xué)生掌握運(yùn)用最低的成本確定最佳工藝的方法,增加其解決實(shí)際問題的能力。下面介紹實(shí)施教學(xué)過程中的教學(xué)實(shí)驗(yàn)案例。

1.4.1正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

確定工藝參數(shù)的試驗(yàn)采用正交試驗(yàn)與單因素試驗(yàn)相結(jié)合的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)[10]。通過分析正交試驗(yàn)得到的試驗(yàn)數(shù)據(jù),確定各因素影響試驗(yàn)指標(biāo)的主次順序,對(duì)于影響試驗(yàn)指標(biāo)的主要因素再通過單因素試驗(yàn)(極差計(jì)算)進(jìn)一步分析其對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)的影響規(guī)

律[11]。

在設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)前,首先需要將各因素劃為不同的水平,根據(jù)試驗(yàn)中各因素的變化范圍及取值大小可以把每種影響因素劃分為低、中、高3種水平。表1為設(shè)計(jì)的水平取值表。其中因素A為電極壓力,B為焊接電流,C為焊接時(shí)間。

表1　水平取值表Tab.1 The table of level value

1.4.2正交試驗(yàn)結(jié)果分析

依照表1中的因素,結(jié)合某企業(yè)的實(shí)際電阻焊接的生產(chǎn)方法,設(shè)計(jì)并完成正交試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果見表2。學(xué)生通過對(duì)比9組試驗(yàn)的數(shù)據(jù),不難發(fā)現(xiàn)第9組試驗(yàn)的抽檢合格率99.2%是試驗(yàn)中最高的,將會(huì)直觀地判斷,A3B3C2即為試驗(yàn)的最佳組合。但實(shí)際上,最佳組合也有可能不在其中,因?yàn)閷?duì)于一個(gè)3因素3水平的試驗(yàn)來講,共有33即27種組合方案,而正交試驗(yàn)L9(33)只挑選了其中具有代表性的9組組合方案進(jìn)行試驗(yàn),因此為找出最優(yōu)組合方案還必須運(yùn)用極差的方法進(jìn)行分析驗(yàn)證[9]。學(xué)生將通過試驗(yàn)逐步探索工藝參數(shù)變化對(duì)最終產(chǎn)品的影響。

1.4.3單因素結(jié)果分析

極差計(jì)算就是單獨(dú)考慮每個(gè)因素,并認(rèn)為一種因素的3個(gè)同水平試驗(yàn)結(jié)果的差異是由這種因素本身引起的。計(jì)算的步驟為:首先考慮因素A,將A因素1水平對(duì)應(yīng)的3個(gè)試驗(yàn)結(jié)果相加并記為K1,取K1的算術(shù)平均數(shù)記為,再將2水平的試驗(yàn)結(jié)果相加,取平均值分別記為K2和K2;同樣地,3水平的試驗(yàn)結(jié)果相加,取平均值分別記為K3和。用三者中的最大值減去最小值就得出了因素A的極差值R[A9]。依照上述步驟,就能得出其他兩種因素的極差值RB、RC。極差試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2。

表2　正交試驗(yàn)和極差分析表Tab.2 The table of orthogonal test and range analysis

表3　驗(yàn)證性試驗(yàn)結(jié)果Tab.3 Confirmatory test results

通過極差值的大小,可以對(duì)各因素的影響排序,從表2可以看出,因素A是影響試驗(yàn)結(jié)果的首要因素,其水平變化時(shí)會(huì)明顯影響試驗(yàn)結(jié)果。通過正交試驗(yàn)與極差分析可知,最優(yōu)水平組合為A2B1C1,但這個(gè)組合并不在正交試驗(yàn)表中,正交試驗(yàn)中最佳組合是A3B3C2。為確定哪一組才是最優(yōu)方案,必須對(duì)這兩種方案再做一組試驗(yàn),其驗(yàn)證結(jié)果如表3所示。驗(yàn)證表明,方案A2B1C1比方案A3B3C2的抽檢合格率更高。雖然A2B1C1組合并沒有出現(xiàn)在正交試驗(yàn)表中,但通過科學(xué)地計(jì)算分析和試驗(yàn)驗(yàn)證,最終找出了最優(yōu)水平組合為A2B1C1。通過教學(xué)中的試驗(yàn)設(shè)計(jì),既為學(xué)生實(shí)際操作提供了科學(xué)依據(jù),又能有效運(yùn)用科學(xué)的設(shè)計(jì)方法降低試驗(yàn)的成本。

1.5焊接實(shí)踐教學(xué)的流程

以焊接實(shí)踐教學(xué)的任務(wù)為出發(fā)點(diǎn),建立以焊接實(shí)踐教學(xué)為主的貫穿式教學(xué)模式,實(shí)踐教學(xué)過程依照?qǐng)D1進(jìn)行。

圖1　焊接實(shí)踐教學(xué)流程圖Fig.1 The flow chart of welding practice teaching

2　焊接實(shí)訓(xùn)的5　S和TPM管理

將企業(yè)的生產(chǎn)管理方式引入焊接實(shí)踐教學(xué)中,真正做到與企業(yè)接軌。5S是整理、整頓、清掃、清潔、素養(yǎng)的簡稱。TPM(全員生產(chǎn)維護(hù))管理是目前企業(yè)設(shè)備管理的重要方法。5S活動(dòng)是一項(xiàng)基本活動(dòng),是現(xiàn)場一切活動(dòng)的基礎(chǔ),是推行TPM的前提,是TPM其他支柱活動(dòng)的基石[12]。將5S管理體制融入到實(shí)訓(xùn)中,可以更好地改善學(xué)生的精神面貌及素養(yǎng),提高生產(chǎn)安全意識(shí)。可對(duì)設(shè)備建立點(diǎn)檢記錄、設(shè)備保養(yǎng)記錄表、設(shè)備潤滑圖表等[13]。目前焊接實(shí)訓(xùn)中開展了可視化管理,對(duì)操作規(guī)范與安全、加工工藝、教學(xué)掛圖、設(shè)備日常使用的清理記錄、生產(chǎn)區(qū)域的劃分、工具工裝等均進(jìn)行規(guī)范管理,這些運(yùn)用于企業(yè)的管理方法使學(xué)生在畢業(yè)后能很快地融入企業(yè),提升自身的競爭實(shí)力。

3　結(jié)束語

運(yùn)用任務(wù)教學(xué)法,布置焊接實(shí)訓(xùn)任務(wù),并運(yùn)用工程訓(xùn)練教學(xué)中各種模塊的加工與操作方法完成任務(wù)。這種焊接實(shí)踐教學(xué)的方法有助于:

(1)建立新型的焊接實(shí)踐教學(xué)模式。以焊接任務(wù)為出發(fā)點(diǎn),運(yùn)用工程訓(xùn)練教學(xué)的各種模塊,形成工程訓(xùn)練教學(xué)的貫穿式培養(yǎng)模式,提升各種工程訓(xùn)練的技能。

(2)使學(xué)生能運(yùn)用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)、極差分析方法,在實(shí)踐中運(yùn)用理論知識(shí),達(dá)到理論與實(shí)踐相結(jié)合的目的。

(3)將企業(yè)的生產(chǎn)及管理方式引入教學(xué)中,鼓勵(lì)學(xué)生在課堂中發(fā)現(xiàn)問題、研究問題和解決問題,加深理論結(jié)合實(shí)踐的學(xué)習(xí),從而提升學(xué)生的綜合競爭實(shí)力。

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簡訊

Discussion on Teaching of Welding Practice

YAN Jiangang,GAO Qi,YANG Guoce,WU Feike,LIU Sai
(Engineering Training Center,Shanghai Polytechnic University,Shanghai 201209,P.R.China)

Abstract:To reform the curriculum of welding practice,it should design the content of curriculum orientating to the training of professional ability based on the actual production of enterprises.It is fundamental for curriculum reform to improve the professional ability and innovation ability.We follow the integration of theory and practice,improve the production-teaching-research combination in order to introduce producing mode into welding practice curriculum,which encourage students to find problems,research problems and solve problems individually in the classroom.The innovative practice method will improve the teaching quality combined with production,teaching and research effectively.

Keywords:welding;curriculum reform;production-teaching-research

通信作者:嚴(yán)劍剛(1979–),男,上海人,高級(jí)工程師,碩士,主要研究方向?yàn)楣庠磁c照明、產(chǎn)教研究。電子郵箱jgyan@sspu.edu.cn。

收稿日期:2015-06-03

文章編號(hào):1001-4543(2016)01-0065-05

中圖分類號(hào):G710

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:B