面向应用型人才培养的过程装备制造工艺教学方法研究

2016-03-28孙铜生

赤峰学院学报·自然科学版 2016年4期

关键词：人才培养教学效果教学方法

孙铜生

（安徽工程大学　机械与汽车工程学院，安徽　芜湖　241000）

面向应用型人才培养的过程装备制造工艺教学方法研究

孙铜生

（安徽工程大学机械与汽车工程学院，安徽芜湖241000）

摘要：过程装备制造工艺是过程装备与控制工程专业的一门重要的综合课程，涵盖了过程装备的检测及过程装备的制造两大主体内容.为了适应新常态下的应用型人才培养的需要，本文针对课程教学中出现的教学资源不足、教与学的互动性差、和实践环节的衔接不合理等问题，结合课程内容对教学方法进行了改进，提出了针对该课程的实践现场教学、案例教学、实验室教学、科研训练等方法，着力提高课程的教学效果和学生的实践能力.

关键词：过程装备制造工艺；教学方法；人才培养；教学效果

过程工业是加工流程性物质的现代国民经济的支柱行业，过程装备与控制工程专业主要为过程工业培养设备设计与制造工艺、设备维护与管理、设备控制技术与工业系统控制等方面的应用型技术人才.过程装备广泛应用于化工、石油、轻工、制药、食品、海洋等多种行业，随着行业对产品质量、产能效率、经济和社会综合效益提出的越来越高的要求，专业人才不仅仅能够从事过程装备的设计与制造，更应该具备不断进行技术升级的能力，具有广阔知识面的能够从事行业技术革新的应用型工程人才已经成为行业的迫切需求，高校过程装备与控制工程的人才培养目标需顺应行业发展，专业知识应面向工程实践作出实时调整，专业教师要构建从过去重理论轻实践转变为以实践为目标导向的教学体系.

1　课程总体介绍

过程装备是过程工业中实现过程工艺流程的设备的统称，分为过程设备和过程机器，过程设备以焊接为主要加工手段，过程机器以机械加工为主要制造手段，其中过程设备为过程装备的主体.对过程设备而言，其从原材料到投入使用需要经历一系列的过程[1]，分别为：

1.根据过程设备的介质、压力、温度等情况进行设计计算，计算出容器的应力及结构尺寸.

2.根据应力计算结果，选择能满足强度要求的材料；对容器进行展开计算，可展开曲面直接利用中面进行计算，不可展开曲面利用中面计算后适当地进行修正.

3.充分考虑各种加工余量，如坡口间隙、焊缝收缩量、坡口加工余量、卷制伸长量等，加上展开尺寸后计算实际用料量.

4.根据实际用料尺寸选择合适的原料板材，要充分利用原材料，避免产生边角料，并且要预先考虑焊缝位置，然后切割下料.

5.采用抛丸法或者酸洗法对板材进行除锈、除污物、氧化皮，进行氧化或钝化处理，提高表面的耐腐蚀性.

6.对板材在吊装或者存放过程中因受力不均或环境温度等因素造成的变形进行校正.

7.进行成形加工，对圆形筒节一般采用弯卷法，对封头一般采用冲压或者旋压法；根据钢板厚度及材料的不同，选择合适的坡口形式，加工焊接坡口.

8.对筒节、封头、接管进行组对装配，注意对口错边量必须在允许的范围内；同时要使纵向焊缝错位分布，且距离达到规定值以上.

9.选用合适的焊接方法和焊接工艺进行焊接，注意各种焊接方法的焊接能力是有区别的，充分考虑焊道数和焊接层数.

10.进行焊后热处理工艺，提高接头组织的力学性能.

11.采用射线或超声波对压力容器的焊接接头进行无损检测，消除焊接接头内部的气孔、夹渣、裂纹等缺陷；采用磁粉检测或渗透检测发现焊接接头的表面缺陷.

上述针对过程设备的流程，除第1条外，均是过程装备制造工艺的课程内容，可以说该门课对专业学生系统地了解过程设备的制造流程具有指导意义，内容自成体系，是不可或缺的一门专业课程.

2　课程教学存在的问题

2.1教学资源不足

过程装备制造工艺是一门综合性课程，课程内容较为庞杂，包括过程装备的检测和制造两大块内容.过程装备检测部分包含：射线检测、超声波检测、磁粉检测、渗透检测等；过程装备制造部分包含：焊接工艺、钢材的预处理及排样、成形加工等.根据应用型人才培养要求，势必需要引入各类无损检测设备、各类焊接焊机（手工电弧焊、埋弧焊、电渣焊、气体保护电弧焊）、各类成形加工设备（卷板机、冲压机、旋压机、弯管机）等，这些设备大部分都是大型设备，投资巨大且实验室场地不足，在实际教学中是不可能全部引进，因课程的工程实践性较强，课程的教学效果受影响.另外，课程的综合性对授课教师的知识体系提出了较高的要求[2-3]，必须对各类专业设备的结构与制造工艺有全面的认识，如果教师没有企业的工作经历，对应用性较强的知识点往往偏离实际，那么课程很难达到预定的教学目标.

2.2教与学的互动性差

课程教学通过教师和学生的互动才能达到良好的教学效果，由于课程教学内容理论内容较少，均和实践内容想关，如果没有对现场设备的了解，很难对课程讲授内容形成认识，就很难形成教学互动.比如在讲授斜探头超声探伤时，首先需要校正斜探头的入射点和折射角，然后进行一次声程和二次声程的标定，最后进行距离-波幅的测试.这一些过程中，需要了解如下问题：为什么斜探头超声波沿斜向入？如果探伤部位存在内部缺陷，为什么示波器上会在一次底波或二次底波前会产生缺陷波？为什么同一尺寸的缺陷在不同的深度处的反射波波幅会不一样？没有现场探伤操作，对一些器件如对比试块、校验试块、探伤仪、衰减器等认识不足，很难对这些问题做出互动.再如，埋弧自动焊的辅助设备如焊接夹具、工件变位设备、焊机变位设备、焊接成形设备、焊剂回收输送设备结构复杂，对这些设备原理讲解仅通过书本上的示意图也很难形成认识，在教学时让同学们去认识设备的工作流程则非常困难，课堂上提出的一些问题也就很难得到同学们的响应.

2.3和实践环节的衔接不合理

鉴于教学经费和实验场地的限制，大规模的采购实验设备显然不合时宜，在这种背景下，和专业实习的衔接显得尤为重要.一方面，要选择和课程内容相关的企业，由于课程的综合性，选择一两个企业显然不能覆盖课程涉及到的全部设备；另一方面，实习的时间需要和课程的教学时间衔接，而专业实习往往从专业的课程总体进行考虑，这样就不一定能满足本课程的教学需要，极有可能形成两个局面：一是实习结束后半年或者以上的时间才进入本课程学习，对实习的设备的印象已经变得非常模糊；二是在课程结束之后再进入相关企业实习，这是一种更坏的局面，对该课程教学并没有起到促进作用.

3　课程教学方法

针对课程的综合性和教学存在的上述问题，为了在有限的学时内能够让学生系统掌握课程内容，提出了如下教学方法供参考.

3.1实践现场教学法

合理地选择实习企业[4]，针对课程内容复杂且繁多的情况，选择典型内容重点安排.将过程装备制造工艺分为过程装备制造和过程装备检测两大块，过程装备制造可以分解为焊接工艺、预处理及号料、成形加工，过程装备检测分解为内部缺陷检测和表面缺陷检测.焊接工艺所涉及到的设备庞大且众多，如气体保护电弧焊中涉及到焊接电源、送丝系统、焊枪或行走系统、供气系统、冷却系统，另外还有前面提及的焊接辅助设备；弯卷成形中各种形式的卷板机，结构上来看都是由主动辊和从动辊组成，但是工作原理及实现的功能各有区别；冲压成形和旋压成形设备规模也庞大，没有现场经验，很难了解冲压机的上下模的结构特点及冲压过程，也难以理解旋压成形中的有模旋压、无模旋压、冲旋联合的工作机制.可通过课程教学计划的调整，将上述过程装备的制造内容安排在实习现场教学，上午讲解基本理论，下午到现场逐个进行讲解.这种分块式的计划调整不会影响课堂其它内容的教学，现场教学会给学生留下深刻的印象.

3.2案例教学法

前一种教学方法对所有大型设备及对应工艺并不能全面实行，有如下因素：（1）实习经费限制，只能安排部分项目进行现场教学；（2）区域限制，设置该专业的高校周边城市无该方面的相关企业；（3）企业的接待意愿不积极，规模数量的学生进入厂区实习势必会影响企业的正常生产；（4）安全生产不允许，学生没有经过系统的安全教育，进入生产现场有一定的安全隐患.基于以上原因，必须在课堂对一些工艺过程进行讲解，而前已述及课堂教学存在缺陷，可以积极进行教学方法及教学手段的改进.如对复杂工艺过程可在相关生产企业录制视频，再课堂上按照工艺过程的发生次序播放，先整体讲解和播放，使同学们对整个工艺有个全面的认识，然后分工艺播放并讲解，对具体的工艺手段和内容有系统的了解.如电渣焊过程可按照此方法，先通过一段整体视频，让同学们充分理解其工艺原理，即利用电流通过液体熔渣产生的电阻热作热源，将母材和焊丝熔化形成的焊液熔合成焊缝，再按照电渣焊的工艺步骤，分别播放引弧造渣阶段、正常焊接阶段及引出阶段的视频，并配合文字讲解.对视频录制也存在问题的工艺，要全面系统地收集现场设备图片，按照工艺过程合成一个整体，并辅助以文字解释.

3.3实验室教学法

过程装备的检测包含射线检测、超声波检测、磁粉检测和渗透检测等，各个检测所涉及到的仪器和设备简单，同时不占空间，且投资较小，现有的教学经费可以满足需要，可以采购相关的实验设备，建立起无损检测实验室.将课堂教学和实验室教学有机合成，在实验室中进行基础知识的讲解，讲解每一个仪器和设备时，都能同时看到实物，面对实物讲授其结构特点、工作原理、使用要点及作用等，可以达到教室教学不能达到的教学效果.同时，实验室教学可以将知识进行串联，比如讲授完超声波探伤仪、直探头与斜探头、标准试块的作用与原理后，再进行超声波的应用-距离与波幅曲线绘制和缺陷等级的综合评定的讲解时，需要用到前面的各仪器，如用标准试块进行校验和对比，在实验室中可以找到该试块，结合实例再次讲授，实现串联，这在教室中是无法实现的.

3.4科研训练法

过程装备制造与检测会涉及到很多有待改进的技术问题.制造方面部分问题举例如下：如何减少焊缝的缺陷；如何减少焊接热影响区；如何正确地确定焊接电流、电弧电压、焊接速度；如何合理地进行焊缝位置的布局及排料；如何选择合理的焊接接头；如何选择合适的成形方法避免塑性性能的损失等.检测方面部分问题举例如下：如何提高缺陷检测的灵敏度；如何提高相邻缺陷的分辨力；如何识别缺陷的形态和位置等.现场出现的技术问题远多于这些问题，都会影响到产品的质量和可靠性，也是企业所关注的一些共性问题.

针对上述问题，可以项目为载体来进行研究，有两种方式可以参考：（1）专业教师和相关企业进行产学研合作[5]，吸引部分优秀学生参与，利用教师的理论优势和企业的试验条件来解决问题，学生的工程能力可得到进一步锻炼，作为协议条件，可争取到全部学生到现场实习的机会；（2）引导部分学生申报国家级和省级大学生创新创业训练项目，进行设备和技术的创新，作者已经进行了实践，指导了两届学生成功申报了国家级大学生创新训练项目，每届4-5个学生参与到项目当中，对离心机的制造工艺和结构进行了改进，通过项目的实施，提高了对过程装备制造工艺的认识.