“主流技術(shù)運(yùn)用和標(biāo)準(zhǔn)化”的高職教育電氣專業(yè)意識(shí)

張文凡 盧梓江 陳奕駿 柯錫龍

摘 要： 高等職業(yè)技術(shù)教育電氣技術(shù)專業(yè)專業(yè)課程重構(gòu)要著眼于機(jī)電行業(yè)規(guī)模與技術(shù)工藝整合、進(jìn)步的水平預(yù)期，專業(yè)建設(shè)工作者應(yīng)該秉持明晰的“主流技術(shù)運(yùn)用和標(biāo)準(zhǔn)化”的高職教育電氣專業(yè)意識(shí)。時(shí)下維修電工技師考評(píng)過程所展現(xiàn)的知識(shí)與技能層次——PLC技術(shù)、交流電機(jī)變頻調(diào)速器運(yùn)用技術(shù)等微機(jī)化智能控制系統(tǒng)技術(shù)等正是符合設(shè)備電氣時(shí)代水平特征的“主流技術(shù)”。

關(guān)鍵詞： 電氣技術(shù) 職業(yè)能力 標(biāo)準(zhǔn)化

高職技術(shù)教育電氣技術(shù)專業(yè)教學(xué)的職業(yè)能力培養(yǎng)以現(xiàn)代的、主流的機(jī)電技術(shù)工藝為基礎(chǔ)，其實(shí)施過程十分強(qiáng)調(diào)注重訓(xùn)導(dǎo)培養(yǎng)能夠應(yīng)對(duì)工作對(duì)象具有技術(shù)進(jìn)步特征的能量控制分配機(jī)制的能力——專業(yè)軟實(shí)力。專業(yè)軟實(shí)力的培養(yǎng)方法研究是高等職業(yè)教育技術(shù)研究的重要內(nèi)容，專業(yè)智能水平是職業(yè)適應(yīng)狀況的決定性要素。高等職業(yè)技術(shù)教育電氣技術(shù)專業(yè)專業(yè)課程重構(gòu)要著眼于機(jī)電行業(yè)規(guī)模與技術(shù)工藝整合、進(jìn)步的水平預(yù)期，專業(yè)建設(shè)工作者應(yīng)該秉持明晰的“主流技術(shù)運(yùn)用和標(biāo)準(zhǔn)化”的高職教育電氣專業(yè)意識(shí)。

本文所謂電氣“主流技術(shù)”是指現(xiàn)時(shí)的通用機(jī)電設(shè)備控制分配電能機(jī)制特征技術(shù)，當(dāng)然，仍是源于經(jīng)典電磁理論的、基于新型材料技術(shù)成果的、已經(jīng)形成相應(yīng)業(yè)界新標(biāo)準(zhǔn)的“現(xiàn)代應(yīng)用技術(shù)”。

一、電工學(xué)基本原理的本征解析

機(jī)電技術(shù)中的電工技術(shù)是關(guān)于電能量分配和智能控制的技術(shù)。

應(yīng)用電工技術(shù)的基礎(chǔ)原理是歐姆定律定律和麥克斯韋電磁方程組。

1.歐姆定律u=R*i

R=ρ*L/S（材料本質(zhì)及尺寸）

u=q/C（電荷的容存量，能功量）

i=dq/dt（載能電荷運(yùn)行的即時(shí)規(guī)模）

解釋定律：客觀導(dǎo)電材料上的電量分析應(yīng)劃分為以電壓（電動(dòng)勢(shì)能信息）為主量的“信息變換及傳遞系統(tǒng)”和以電流為主量的“能量傳輸電路”。

控制信息傳遞系統(tǒng)第一要素是“保證信息的準(zhǔn)確”，控制系統(tǒng)傳遞信息不一定依賴固形材料（例如可通過空間電磁場(chǎng)感應(yīng)傳遞）。

使用電動(dòng)機(jī)為電能耗用終端的設(shè)備繼電器線路形式控制電路主要形成運(yùn)動(dòng)控制“邏輯、時(shí)間、順序”機(jī)制，自保、互鎖、延時(shí)、中繼等都是形成控制信息的電路。

采用集成運(yùn)放器為核心的信號(hào)電壓調(diào)節(jié)器主要解決比例（信號(hào)放大）、微分（信號(hào)即時(shí)變化率）、積分（信號(hào)的時(shí)間積累效應(yīng)）。而整流、檢波、限幅、隔離、跟隨、調(diào)零、保護(hù)等都是附加電路。

電能量傳輸?shù)牡谝灰厥请娐烦蔀榛芈?，一定依賴有形的?dǎo)電材料，再者就是能量規(guī)模（大?。┖蛡鬏敃r(shí)間可控。因此，控制電路的關(guān)鍵功能是信息“變換（如電壓放大器）”和“調(diào)節(jié)”。

主電路的關(guān)鍵功能是能量的“被控”和“驅(qū)動(dòng)”，而反饋電路則是對(duì)于完成基本運(yùn)轉(zhuǎn)功能的、由基本控制器和驅(qū)動(dòng)器（主電路）組成的開環(huán)系統(tǒng)輸出量檢測(cè)并形成修正信號(hào)的“智能化”部件。

所謂現(xiàn)時(shí)的機(jī)電“主流技術(shù)”是指由集成PID運(yùn)算器件、高速邏輯運(yùn)算器件（CPU）及大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器件為核心的控制器運(yùn)用技術(shù)、由可高頻全控大功率無觸點(diǎn)開關(guān)元件為核心的驅(qū)動(dòng)器運(yùn)用技術(shù)及由新型傳感器為核心的傳感信號(hào)接收變換電路技術(shù)。主流技術(shù)，還可理解為富含技術(shù)創(chuàng)新意義的、通適于標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)備運(yùn)行指標(biāo)提升的替代性部件運(yùn)用技術(shù)。例如，時(shí)下維修電工技師考評(píng)過程所展現(xiàn)的知識(shí)與技能層次——PLC技術(shù)、交流電機(jī)變頻調(diào)速器運(yùn)用技術(shù)等微機(jī)化智能控制系統(tǒng)技術(shù)等正是符合設(shè)備電氣時(shí)代水平特征的“主流技術(shù)”。所以，專攻這些關(guān)鍵功能電路的原理是我們業(yè)務(wù)水平提高不可回避的。

2.麥克斯韋電磁方程組揭示了客觀材料所在空間的牛頓力場(chǎng)（機(jī)械力場(chǎng)），電場(chǎng)，磁場(chǎng)之間能量作用關(guān)系——機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，或電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，都必然是以磁能為轉(zhuǎn)換介質(zhì)場(chǎng)（而且經(jīng)歷時(shí)間）。因此，機(jī)電能量轉(zhuǎn)換技術(shù)離不開磁材料技術(shù)，也離不開磁路分析技術(shù)。

由于傳統(tǒng)的磁路材料磁傳導(dǎo)敏感介于溫度和介質(zhì)成分，其電氣特性檢定比較困難，因而在我們的工作環(huán)境（教學(xué)或試驗(yàn)）中，一般是僅僅浮于引用經(jīng)典理論判據(jù)的層面。但是，近些年來，新型合成磁性材料技術(shù)迅猛發(fā)展，其運(yùn)用空間（特別是在機(jī)電技術(shù)領(lǐng)域）急速擴(kuò)展。

再者，材料科學(xué)技術(shù)和信息技術(shù)是工業(yè)技術(shù)發(fā)展的雙引擎，感知設(shè)備運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和形成系統(tǒng)信息的傳感器技術(shù)是智能系統(tǒng)的前端。

事實(shí)上，專業(yè)教學(xué)資料當(dāng)中，能量轉(zhuǎn)換的“磁性材料”知識(shí)結(jié)構(gòu)和信息轉(zhuǎn)換的“傳感材料”知識(shí)結(jié)構(gòu)最需要進(jìn)行重整。

從對(duì)于控制方式本質(zhì)的理解判斷機(jī)電控制技術(shù)的發(fā)展方向；以一個(gè)四端電路（網(wǎng)絡(luò)）為例若以改變激勵(lì)能夠?qū)崿F(xiàn)相應(yīng)響應(yīng)，則控制方式可分為：

a.電流控制電流（控制機(jī)制參數(shù)體現(xiàn)為電流放大系數(shù)），

b.電壓控制電流（控制機(jī)制參數(shù)體現(xiàn)為轉(zhuǎn)移電導(dǎo)（跨導(dǎo)）），

c.電壓控制電壓（控制機(jī)制參數(shù)體現(xiàn)為電壓放大倍數(shù)），

d.電流控制電壓（控制機(jī)制參數(shù)體現(xiàn)為轉(zhuǎn)移電阻（跨阻）），

實(shí)現(xiàn)電能利用的機(jī)電設(shè)備的電路多以電流為被控量，所以上述a、b兩種控制方式是驅(qū)動(dòng)器電路，c是信息處理電路，d不是機(jī)電設(shè)備電路優(yōu)選形式（能量控制信號(hào)）。

上述a、b方式分別代表兩個(gè)時(shí)代的電能傳輸電路（主電路、驅(qū)動(dòng)器）形式；

a方式中，電流控制電流的中心技術(shù)是：實(shí)現(xiàn)小電流控制大電流、一路電流控制多路電流，代表性功能器件有三極管和繼電器。

三極管，響應(yīng)速度高，無動(dòng)作觸點(diǎn)，但控制電路與被控電路有公共支路，控制量與被控量的高次諧波相互影響或制約。而且可承受功率在瓦特級(jí)，一般不符合機(jī)電設(shè)備功率規(guī)模要求。

繼電器（接觸器），以電—磁—力形式驅(qū)動(dòng)開關(guān)觸點(diǎn)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)小控大和一控多。但觸點(diǎn)動(dòng)作時(shí)間不準(zhǔn)、電弧現(xiàn)象、線圈斷電反電動(dòng)勢(shì)高并形成高頻干擾源、體積大等固有弱點(diǎn)，長(zhǎng)期以來被視為“非理想器件”。

b方式是經(jīng)典控制技術(shù)體系中理想的控制方式——信息控制能量。

上世紀(jì)后半期，業(yè)界使用大功率半控型電子器件晶閘管加之PWM技術(shù)的移相觸法器實(shí)現(xiàn)有缺陷的“信息控制能量”方式于機(jī)電設(shè)備能量控制——主要是直流電動(dòng)機(jī)的荷載調(diào)速。

直到上世紀(jì)末期大功率全控型電子器件IGBT（一種增強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管器件）的商品化普及，機(jī)電設(shè)備用全控型的信息控制能量方式成為現(xiàn)實(shí)——例如在結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單價(jià)格低廉的交流電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)寬范圍的荷載變頻調(diào)速。

二、電氣主流技術(shù)發(fā)展的瞻望

機(jī)電設(shè)備機(jī)械構(gòu)件的技術(shù)進(jìn)步程度受制于材料技術(shù)發(fā)展及其成果的商品化程度。

電工技術(shù)是機(jī)電設(shè)備“血脈與神經(jīng)”的構(gòu)做，半個(gè)多世紀(jì)以來，電工器件材料技術(shù)成果極為豐富，加之微機(jī)系統(tǒng)技術(shù)滲入或者說嵌入電氣控制系統(tǒng)，全控型電力電子元件實(shí)現(xiàn)專利商品化，使得設(shè)備電氣系統(tǒng)日新月異。

通用機(jī)電電工技術(shù)范疇的電工新技術(shù)重點(diǎn)有：

——電力電子技術(shù)；利用電力電子器件實(shí)現(xiàn)工業(yè)規(guī)模電能變換的技術(shù)，是建立在電子學(xué)、電工原理和自動(dòng)控制三大學(xué)科上的新興學(xué)科成果。器件以半導(dǎo)體為基本材料，根據(jù)器件的特點(diǎn)和電能轉(zhuǎn)換的要求，開發(fā)電能轉(zhuǎn)換電路，包括各種控制、觸發(fā)、保護(hù)、顯示、信息處理、繼電接觸等二次回路及外圍電路。

——電動(dòng)機(jī)技術(shù)；強(qiáng)磁材料與低溫環(huán)境技術(shù)。

——虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)；軟件型傳感系統(tǒng)分析與儀表。

——機(jī)電液智能控制技術(shù)；機(jī)械、液壓、電子融合控制技術(shù)使得機(jī)器的效率、性能、品質(zhì)、可靠性等大大提升，如大型工程機(jī)械設(shè)備、深?；蛩淼赖木蘖σ簤嚎刂葡到y(tǒng)。

——微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)；常規(guī)電氣系統(tǒng)元器件微型化組件化甚至實(shí)現(xiàn)“疊層組件—集成化”即把微型化的敏感元器件、微處理器、執(zhí)行器、各種機(jī)械構(gòu)件、電動(dòng)機(jī)、能源、光學(xué)系統(tǒng)等都集成于一個(gè)極小的幾何空間內(nèi)，并且也能像集成電路一樣大批量、廉價(jià)地生產(chǎn)。

——電致流體相變技術(shù)；電場(chǎng)作用下電流變液（ERF，electrorheological fluid）可在“固”—“液”兩相之間轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換過程可控而且可逆，轉(zhuǎn)換時(shí)間為ms級(jí)，利用其電控力學(xué)行為，可以預(yù)期得到較之傳統(tǒng)力學(xué)元件更為理想的（機(jī)—電能量轉(zhuǎn)換控制的）響應(yīng)指標(biāo)。

——磁致流體相變技術(shù)；磁流變液是由高磁導(dǎo)率、低磁滯性的微小軟磁性顆粒和非導(dǎo)磁性液體混合而成的懸浮體。在零磁場(chǎng)條件下呈現(xiàn)出低黏度的牛頓流體特性；而在強(qiáng)磁場(chǎng)作用下，則呈現(xiàn)出高黏度、低流動(dòng)性。由于磁流變液在磁場(chǎng)作用下的流變是瞬間的、可逆的，而且其流變后的剪切屈服強(qiáng)度與磁場(chǎng)強(qiáng)度具有穩(wěn)定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，因此是一種用途廣泛、性能優(yōu)良的智能材料。

硅膠導(dǎo)電與絕緣的智能化控制技術(shù)——導(dǎo)電硅膠是具備導(dǎo)電性能的硅膠制品，用于一些電子硅膠產(chǎn)品上開關(guān)接通的作用，現(xiàn)時(shí)應(yīng)用于一些電子設(shè)備、家用設(shè)備、辦公設(shè)備中，比如導(dǎo)電硅膠按鍵，電線連接管、影印機(jī)滾軸，電纜插頭、連接器襯墊。作為可以在電磁場(chǎng)發(fā)揮“柔性”功能的新型器件必將影響機(jī)電設(shè)備電路構(gòu)造技術(shù)。

三、通用的電工學(xué)知識(shí)與電工新技術(shù)運(yùn)用銜接的工藝能力要素

——機(jī)電設(shè)備技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)際電工委員會(huì)文件、超級(jí)公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)）的意志和執(zhí)行能力。

標(biāo)準(zhǔn)化是機(jī)電設(shè)備可靠性的保障。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)機(jī)床的控制方式、接地方式、抗干擾、容錯(cuò)、機(jī)械連鎖、危險(xiǎn)部件防護(hù)等，作了較完善規(guī)定，有效保障了機(jī)床安全可靠地運(yùn)轉(zhuǎn)。經(jīng)驗(yàn)證明，符合標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)床，故障率較低，反之故障率則高。可靠的保護(hù)措施是防止器件和裝置損壞的重要方面。

當(dāng)前的國(guó)家職業(yè)技能鑒定技師和高級(jí)技師考評(píng)體系強(qiáng)調(diào)了標(biāo)準(zhǔn)化水平是素質(zhì)和技術(shù)能力的體現(xiàn)。

——技術(shù)資料規(guī)范化編整能力。

——微機(jī)控制應(yīng)用程序解析能力。

——逆向工程能力；逆向于在確定材料條件下設(shè)計(jì)制造的路徑對(duì)產(chǎn)品拆解—解析技術(shù)工藝特征，提交改進(jìn)或改性方案以期獲得結(jié)構(gòu)或功能更優(yōu)化的產(chǎn)品。

——工程數(shù)學(xué)與物理運(yùn)動(dòng)現(xiàn)實(shí)的映射解釋能力；例如df（t）/dt——f（t）——？蘩f（t）*dt的數(shù)理解釋可以是：某起因引起的變化率（暫態(tài)因子）——穩(wěn)態(tài)規(guī)律——依時(shí)間的積累效應(yīng)，其平面圖像表征是：波動(dòng)劇烈程度——波動(dòng)規(guī)律——波動(dòng)量的時(shí)空功效。

參考文獻(xiàn)：

[1]張文凡.以聯(lián)合辦學(xué)企業(yè)素質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)為導(dǎo)向的高職機(jī)電專業(yè)課程案例及建設(shè)要略.考試周刊，2012，95.

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