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.

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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