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關鍵詞:截流井,等截流量,錐體控制
0 引 言
城市污水截流井是合流制管道中一個重要的附屬構筑物,其主要功能是將城市旱流污水和初期雨水截流入污水截流管,以免城市水體受到更為嚴重的污染[1]。截流井設計的基本要求可歸納為幾點[2]:1)保證旱流時污水的截流;2)雨天時保證初期雨水的截流,當達到設計截流倍數時,能順暢地溢流排入水體;3)安全可靠、截流效率高,維修量少,管理方便,能適應不同截流倍數的要求;4)構造簡單、加工方便、造價便宜。
1 國內常用污水截流井類型及其優缺點
國內目前涉及截流井設計及計算的規范和規程主要包括了《合流制系統污水截流井設計規程》(CECS 91: 97)(以下簡稱《規程》) 、《室外排水設計規范》(GB50101—2005)、《給水排水設計手冊》(第5冊)等[3]。在《規程》中提及的污水截流井型式主要有三種,即溢流堰式、截流槽式、跳躍堰式截流井。
1.1溢流堰式截流井
其結構如圖1所示。溢流堰式截流井是在井中設置溢流堰,當上游來水過多時機電一體化論文,超量的水從堰頂跌落排入溢流管。其應用范圍一般在雨、污水管道基本一致或合流管道與污水管道高程相仿時。在兩條管道間加兩個檢查井做連接管,并在雨水或合流管內加設檔堰論文格式。擋堰可以砌磚或做成木板閘,擋堰和擋板的高度視截流污水量的大小而定。這樣在非汛期,管道內的污水被堰或堰板擋住,折返進入污水管。而當雨季來臨,合流管或雨水管道內的雨污混合水就會越過堰排入河湖中。
根據堰的平面布置形式不同,溢流堰可以分為正堰、斜堰、側堰和曲線堰。側堰式截流井在合流制截污系統中的應用是較為成熟的一種[4]。
1.2截流槽式截流井
其結構如圖2所示,截流槽式截流井一般只用于已建的合流制管道,該截流井不用改變下游管道,它可以由已建合流制管道上的污水檢查井改造而成。但由于其截流量難以控制,在雨季時將會有大量的雨水進入截流管道,增加污水處理廠的負荷,當污水截流倍數值選擇不當時,污水又會截不凈,因此在使用中受到一定的限制。
1.3跳躍堰式截流井
其結構如圖3所示。跳躍堰式截流井是一種主要的截流井形式, 該種井的中間固定堰高度可根據手冊提供的公式計算到。由于設計周期較長,而合流管道的旱季污水量在工程竣工之前會有所變化,故將固定堰的上部改為磚砌,且不砌至設計標高,當投入使用后再根據實際水量進行節。但它的使用受到一定的條件限制,即其下游排水管應為新敷設管道。對于已有的合流制管道,不宜采用跳躍式截流井(只有在能降低下管道標高的條件下方可采用)。
圖1圖2圖3
2錐體控制等截流量截流井
2.1工作原理
如圖4所示,一般截流井包括:內部中空且具有一定容積的外形為正方體或長方體的井體機電一體化論文,井體壁上至少一個雨污混合水流進口即合流管,截流污水的截流管,溢流堰和溢流管。錐體控制等截流量截流井的特征在于帶浮力控制裝置的錐體裝置。
1.合流管 2.溢流管3.截流管 4.內錐 5.滑桿 6.滑套 7.滑塊 8.搖桿 9.拉桿10.杠桿和浮球
圖4
錐體裝置由錐管和內錐組成,錐管的左端與截流管連接,內錐位于錐管內,與錐管同軸,兩者的表面之間有一定間隙,內錐的右端與滑桿固定連接。
浮力控制裝置由滑桿、滑套、滑塊、搖桿、拉桿、杠桿和浮球組成,滑桿的左端與內錐固定連接,右端與滑塊鉸接,中間位于、滑套內,滑套與井體固定連接,搖桿是一根彎桿,中間彎頭處與井體鉸接,垂直端部分位于滑塊內,另一端與拉桿鉸接,拉桿的另一端與杠桿的中間部分鉸接,杠桿的一端與浮球固定連接,另一端與井體鉸接。
當旱流或雨量較小時,截流井內水面較低,浮球下落機電一體化論文,帶動杠桿逆時針轉動,杠桿推動拉桿向下運動,拉桿推動搖桿逆時針轉動,搖桿帶動滑塊向右運動,滑塊帶動滑桿向右運動,滑桿帶動內錐向右運動,內錐與錐管之間的間隙加大論文格式。但由于此時水面較低,截流管口的污水的壓強較小,流速較小,流量一定。而當雨量較大時,截流井內水面逐漸升高,浮球抬起,帶動內錐向左運動,內錐與錐管之間的間隙減小。但由于此時水面較高,截流管口的污水的壓強較大,流速較大,流量也一定。如果將浮力控制裝置中的各個構件的尺寸合理確定,就能使錐體左右移動的距離與水面高度相對應,從而使截流管的截流量恒定。
2.2 相關計算過程
(1)當井內的液面高度有h1變化至h2時,截流管處的水流速度變化有v1變化至v2,如圖5所示。
根據伯努利方程有[6]:
式中: 為沿程損失;為局部損失;
λ為沿程阻力系數;為截流管管長;圖5
為截流管管徑;ξ為局部阻力系數;v為截流管內水流速度(m/s)
由此可知:
;
(2)當井內的液面高度有h1變化至h2時機電一體化論文,內錐在雙搖桿機構以及搖桿滑快機構作用下有x1移動至x2,如圖6所示。
液面高度h和杠桿的轉動角度關系:
,
當杠桿產生了轉角()后,搖桿L3也產生了一個轉角()
(取負值) [6]
其中:
當搖桿轉動了角度后,滑塊推動滑桿向前移動了
圖 6
(3)當內錐在滑桿推動下有x1移動至x2時,錐管內的截面積有s1變化至s2,如圖7所示。
即:
而所謂等截流量要求的是:
即:圖 7
有以上推導可知,只要選取合適的雙搖桿的桿長以及內錐的錐角值,即可保證截流量恒定的要求。
3 結 語
本文介紹了一種由液面高度控制截流量的錐體控制等截流量截流井,可用以解決在現有污水處理廠處理、儲存能力和截流井、管網儲存能力的不變的情況下,減少稀釋后的雨污混合水過多地進入截流管,從而進一步稀釋污水處理廠的儲水池的污水的問題,實現截流流域污染物截流的最大化。
參考文獻:
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關鍵詞:電網規劃建設;關系處理;措施辦法
1. 電網改造規劃建設中要處理好的幾個關系
(1)與企業發展需求和規劃統一的關系。
(2)與地方政府和群眾的關系。
(3)與城市電網建設的關系。
(4)與科技含量及發展的關系。
(5)與經濟效益的關系。
電網建設與改造給地方經濟和社會帶來良好發展前景的同時,也加重了電網企業的經濟負擔。
2. 新一輪電網升級改造規劃建設方向
電網智能化建設是當前和今后一段時期電網發展的一個重要內容和方向。農村電網改造中,特別要注重規劃,認真思考如何管理好、運營好、規劃好農網,進一步鞏固和發展農網改造成果,逐步完善農網的建設。農網發展規劃要與城鎮規劃相一致,農網規劃建設與改造既要考慮超前性,又要符合各地區的實際情況。在農村電網建設中,規范中低壓配電網的規劃設計,完善農網網架結構,加強變電所和線路之間的互供能力,實現環網供電,提高農村配電網的轉移負荷能力,即可提高供電可靠性。或者可將農村電網規劃納入城鎮總體規劃中,把農網建成網架堅實、布局合理、裝備先進、運行靈活、管理科學的現代化農村配電網,服務地方經濟發展。
3. 加強電網規劃建設的措施
電網建設堅持做到統一規劃、統一標準和統一管理。以安全穩定為基礎,從改造現有電網入手,新建與改造相結合,近期與遠期相結合,新技術、新設備的應用與舊設備的技術革新相結合,堅決杜絕使用落后或行將淘汰的設備與技術,但是也不能盲目追求高標準,過于超前投入,避免設備長期閑置、空載或輕載運行,以提高設備利用率,努力建成網架堅實、布局合理、裝備先進、自動化程度較高的智能化農村配電網
3.1 科學管理確保工程質量
(1)合理安排建設與改造項目。首先依據地方經濟發展情況,建立電網工程項目庫,篩選出初選項目,進行經濟評估,形成可行性研究報告,然后對項目進行評審論證,全面考慮項目的經濟價值、安全生產等因素,最終改造項目。力爭所確定的項目都應符合經濟社會發展要求,求得到政府的大力支持,使農網改造項目順利地進行。項目的確定必須注意:一是不能偏離減輕農民負擔的大方向;二是不能脫離地方經濟發展的軌道;三是要充分考慮供電企業的經濟效益。
(2)有效建成優質高效農網工程。在農網改造工程建設過程中,嚴格執行工程施工的法律法規要求,做到分工明確,責任落實,措施到位。建設、施工、監理三方共同努力,加強工程質量管理,正確處理好工程進度與工程質量的關系。在工程施工中,牢固樹立“安全第一,預防為主”的思想,加強對施工人員,特別是對臨時用工的教育與培訓。嚴格執行安全生產規程和規定,加強對施工現場的控制與監護,杜絕違章施工,保證人員安全和設備安全,保證農網改造工程項目的順利實施。
3.2 科學規劃提升改造水平
農村配電網規劃相關內容應納入當地發展規劃,應與城鎮的規劃緊密配合、協調并同步實施,以適應農村城市化發展的需要。
3.2.1 加強10kV配電網規劃
(1)將10kV農網線路的建設和改造納入配電網發展規劃。在人口集中、負荷密集的鄉鎮,按照“密布點、短半徑”的原則,形成10kV線路“手拉手”的總體布局,調整原有不合理的網絡結構。
(2)將新規劃建設及改造的10kV線路盡可能建設在規劃走廊內,位于公路旁,以利于運行和日常維護檢修。特別是配合當地工業園區整體發展規劃,確保投資用電。
(3)明確10kV農網的供電范圍,一般不交錯重疊,應可以隨新增加的變電所及負荷增長進行合理調整,還應有一定裕度,以滿足用電負荷增長和轉移的需要。重要用戶至少應具有兩個及以上不同的電源供電。
3.2.2 制訂合理的配電臺區
(1)合理確定變壓器的位置。配電變壓器按“小容量、密布點、短半徑”的原則進行布點,變壓器的位置選擇在地勢較高、線路進出方便、公眾不易聚居的地方,以及便于維護檢修。
(2)合理選擇變壓器容量。變壓器容量按5~10年農村電力發展計劃選定,在設計上有可擴展性。逐步淘汰高能耗配電變壓器,合理調整配電變壓器負荷,避免“大馬拉小車”或“小馬拉大車”等現象。
(3)低壓配電網力求接線簡單、安全可靠。以配電變壓器為中心,低壓配電網一般不跨區供電,避免迂回供電、卡脖子線路;同時要少占農田,線路要盡量短,轉角、跨越盡量少,便于施工、運行維護。
3.2.3 降損節能,改善電能質量
(1)加裝補償裝置,實現無功優化。在配電網的無功補償方面,根據分級補償、就地平衡的原則確定無功優化方案。以臺區為單位,從電網的末端入手,優先補償低壓電動機和配電變壓器的無功負荷,采用集中補償與分散補償相結合。加強對無功補償裝置管理,推廣自動投切裝置。
(2)更新和改造高能耗的電氣設備。對高能耗配電變壓器的改造,將現有高損耗變壓器更換為低損耗型,采用帶有載調壓的變壓器。加強農網電壓水平的監測工作,在10kV線路末端用戶的變壓器二次側、低壓線路末端的計量點選定電壓監測點,安裝電壓監測表,對電壓合格率的情況應每月進行1次技術分析,并針對薄弱環節采取改進措施。
3.2.4 加強農村電網的防雷保護
(1)使配電線路保持正常的絕緣水平,防止直接雷擊事故。消滅絕緣弱點,降低桿塔的接地電阻。架空線路上的各種電氣設備,如柱上斷路器、隔離開關、電容器及電纜終端等亦應加避雷器保護,以提高其耐雷水平。
(2)將配電變壓器作為配電網的防雷重點,在其高、低壓兩側都安裝避雷器。優先選用金屬氧化物避雷器,安裝位置盡量靠近變壓器,以提高保護效果;其接地線應與配電變壓器的金屬外殼、低壓中性點“三位一體”共同接地,接地電阻值、防雷引線的截面積、引線連接頭、接地體的埋設都要符合規程要求,低壓線路要求做好重復接地。
3.2.5 做好電能計量與負荷監控 信息來
加強戶表工程,完善計量管理。對農村低壓戶要實行居民一戶一表制,加大用戶電能表等計量器具的更換投入,合理選擇計量表計,有能力的采用新型的智能化電能計量裝置,其不僅自身功耗少,又具有防竊、短接、反接的指示報警,同時為下一步建設智能化電網打好基礎。
英文名稱:Mechatronics
主管單位:上海市科學技術情報研究所
主辦單位:上海科技文獻出版社
出版周期:月刊
出版地址:上海市
語
種:中文
開
本:大16開
國際刊號:1007-080X
國內刊號:31-1714/TM
郵發代號:4-565
發行范圍:國內外統一發行
創刊時間:1995
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期刊簡介
《機電一體化》(月刊)創刊于1995年,由上海圖書館、上海科技情報研究所主管,上海科學技術文獻出版社主辦,中國電工技術學會機電一體化專業委員會協辦。
摘要:高職院校畢業設計是一個重要的綜合性實踐教學環節,是培養和鍛煉學生自主學習能力、實踐能力、團隊協作能力、工程實際應用能力以及創新能力的重要途徑。通過分析高職院校畢業設計現狀,結合福建船政交通職業學院機電一體化專業畢業設計教學實踐,提出高職院校機電一體化專業畢業設計環節改革方法,并進行改革效果分析。
關鍵詞:高職院校;機電一體化專業;畢業設計;教學改革
作者:曾思通
1前言
《教育部辦公廳關于加強普通高等學校畢業設計(論文)工作的通知》(教高廳〔2004〕14號)指出,畢業設計實踐環節是實現培養目標的重要教學環節,在培養大學生探求真理、強化社會意識、進行科學研究基本訓練、提高綜合實踐能力與素質等方面具有不可替代的作用,是教育與生產勞動和社會實踐相結合的重要體現,是培養大學生的創新能力、實踐能力和創業精神的重要實踐環節。高職院校的畢業實踐教學環節有別于一般專業課程中的實驗實訓實踐教學,在實踐內容、實踐教學方式、考核方式、評價體系等各方面都沒有統一的規范和標準,因而如何實施這一實踐教學環節,歷來是各高職院校研究和探索的重點和難點。
臺灣技職教育在畢業設計特別是實務專題制作上頗有建樹。2017年,筆者赴臺進行為期33天的教學改革學習,深入了解了臺北城市科技大學畢業設計(實務專題)的設計及制作過程,觀摩了臺灣科技大學、正修科技大學等電機工程系的專題成果展;再通過對大陸相關院校的調研,以及根據自身多年從事機電一體化專業畢業設計指導的經驗,總結目前高職院校畢業教學環節存在的不足,并提出相應的教學改革和實踐方法。
2高職院校畢業設計存在的不足
以畢業論文取代畢業設計實踐環節畢業論文是為獲得學位資格而撰寫的學術性較強的研究論文,是衡量可否畢業及申請和授予相應學位的基本依據,要求在一定的研究方向內選擇論題或課題,對相應的學術問題進行研究論證[1]。針對本科教育的畢業設計(論文)并不適合于培養高素質技術技能型人才為目標的高職教育。高職院校畢業設計環節要求體現以“職業能力培養”為主線,沿用本科院校的畢業設計(論文)模式,勢必不能達到高職院校畢業設計環節的培養目標和要求。
以綜合性實驗報告或說明書作為畢業設計終結材料有些院校考慮到學生綜合能力特別是理論水平不夠,無法完成較高質量的畢業設計,于是索性放棄畢業設計環節,直接讓學生提交一份綜合性實驗報告或說明書作為畢業設計材料。這些綜合性實驗報告或說明書往往又有教材、網絡資料可查閱、參考,于是一部分學生有恃無恐,很少把精力放在畢業設計上,最終提交的材料質量往往讓人大失所望。
以下企業實習的實習報告作為畢業設計以畢業頂崗實習報告代替畢業設計的高職院校也不在少數。通過調研和下企業檢查,畢業頂崗實習也存在一定的不足,很難達到期望的效果和目標。企業鑒于自身經濟效益、管理模式以及實習學生能力的考慮,往往讓學生從事相對簡單,重復性、專業性不高的工作。在畢業頂崗實習還不盡如人意之際,簡單地讓畢業生全部以實習報告頂替畢業設計,往往導致學生為完成任務而虛構實習內容或網絡抄襲相關實習報告。
以實務專題形式開展畢業設計以實務專題的形式開展畢業設計是近年來一些高職院校采取的方式。實務專題是借鑒臺灣技職院校各學科專業普遍推行的專題制作課程,通過專題制作過程培養學生發現問題、分析問題、解決問題能力,整合應用專業知識及綜合技能,還能提升團隊合作、獨立思考、邏輯思維、論文撰寫與口頭報告等諸多能力[2]。實務專題環節主要包括:根據學生的生活、工作實際情況,收集信息、查閱資料,確定具有一定實際意義的選題;提交方案的可行性報告、實施計劃、耗材清單預算、采購方案、預期成效;按計劃開展實務專題制作;提交設計說明書、答辯PPT、視頻;展示產品的功能等。
實務專題制作相比于傳統的畢業設計(論文)具有一定的優勢,取得較好的效果,但在實施過程中也逐漸暴露一些問題。目前實務專題面臨的主要瓶頸有選題難度逐年增大、專題工作量差異大、考核標準不統一、教師指導工作量大、資金有限等。
畢業答辯流于形式通過廣泛調研,不少高職院校存在畢業答辯不規范、流于形式,畢業設計通過率百分百甚至沒有畢業答辯環節的現象。于是不少學生心存僥幸心理,簡單隨意應付畢業設計,在學生中產生不良影響。教師對于這樣的現象難以遏制,對學生越來越沒信心,最終使畢業答辯越來越流于形式,失去應有的作用。
3高職院校畢業設計理念
《教育部辦公廳關于加強普通高等學校畢業設計(論文)工作的通知》(教高廳〔2004〕14號)提出,高職高專學生的畢業設計要與所學專業及崗位需求緊密結合,可以采取崗前實踐和畢業綜合訓練等形式,由學校教師與企業的專業技術人員共同指導,結合企業的生產實際選題,確定訓練內容和任務要求;時間應不少于半年;對高職高專學生要加強畢業設計環節的規范管理,加強過程監控,嚴格考核,采取評閱、答辯、實際操作等形式,檢查和驗收畢業設計成果。基于高職院校人才培養目標、高職學生的特點以及畢業設計實踐教學環節的特殊性,畢業設計實踐教學環節的基本理念有:以“職業能力培養”為主線,堅持以高職教育培養目標為依據,遵循“以應用為目的,以必需、夠用為度”的原則,以“掌握概念、強化應用、培養技能”為重點,力圖做到“降低理論要求、精選設計內容、加強基礎技能訓練、突出應用實踐”,注重學生應用能力、創新意識、創新素質的培養。
4高職院校機電一體化專業畢業設計實踐教學改革
強化畢業設計教學環節的各級管理畢業設計工作涉及學校培養目標、科研水平、教學管理、教師教學以及學生能力提升等多方面因素,在所有教學工作中占有極其重要的地位。學校應建立職責清晰的畢業設計管理體系,明確相關管理機構、系部、教研室及相關人員職責;各系部、教研室應根據自身專業特點建立畢業設計管理和實施方案,并上報相關管理機構審批。相關規章制度應包括:選題審批制度;開題報告環節,建立過程考核特別是中期檢查制度;答辯資格審查制度;答辯制度等。
將技能大賽與畢業設計結合高職院校職業技能競賽旨在培養和檢驗學生的動手實踐能力、團隊協作能力、發現問題及解決問題的能力、創新能力、安全意識等職業素養[3]。相關高職院校都在機電一體化競賽儀器設備上做了大量投入,而很多機電一體化競賽平臺在培養學生綜合職業技能、素質上可以發揮非常好的作用。
近年來,高職院校機電一體化專業省級、國家級相關的技能競賽主要有自動化生產線的安裝與調試、數控機床裝調與技術改造、機械設備的安裝與調試、工業機器人技術應用等。各院校的硬件設備都較為豐富,通過充分利用這些綜合性硬件平臺,可以為機電一體化專業學生的畢業設計提供很好的平臺。通過多年的摸索,福建船政交通職業學院通過競賽平臺開展畢業設計取得較好的效果,積累了一些經驗。下面以學院機電一體化專業利用自動化生產線的安裝與調試技能競賽平臺開展畢業設計為例,進行說明。
福建船政交通職業學院作為福建省自動化生產線實訓基地,擁有多套不同系列自動化生產線平臺。為了使學生在畢業設計過程中較為系統地應用所學機電一體化專業知識,培養和提升學生的綜合職業素養,在機電一體化專業畢業設計過程中,選擇基于自動化生產線平臺設計與實現的、學生需要完成的基本任務有:通過調研和查閱相關資料,了解自動化生產線相關背景、發展現狀、發展趨勢等;學習和掌握亞龍三菱335B自動化生產線平臺,涉及PLC技術、傳感器技術、氣液動技術、變頻器技術、組態技術和電機驅動等;根據生產實踐案例,設計基于亞龍335B平臺的仿真實踐系統,自行設計自動化生產線的工作目標和控制要求;完成工作任務細節,并展示系統功能;查閱相關技術手冊,整理歸納亞龍335B自動化生產線平臺西門子和三菱系列的區別,最后將完成的自動化生產線控制系統相關的控制器、變頻器等由三菱系統改造為西門子系列;完成畢業設計過程的設計說明書、相關視頻、答辯PPT等。
將創新融入畢業設計近年來,國家高度重視科技創新,并將創新擺在國家發展全局的核心位置[4]。在國家實施知識產權強國戰略的背景下,高職院校應越來越重視創新創意的教學與實踐。畢業設計作為高職院校完成培養目標的重要實踐教學環節,應大力提倡創新設計、創新意識,逐漸提升學校整體科技創新能力。首先應積極鼓勵和引導學生在畢業設計選題時始終貫穿創新性原則;其次是允許老題新做,追求在某些環節、機構、功能上突出變化,不斷提升專業專題設計的專業水平、創新意識和創新思維;最后要積極鼓勵學生就畢業設計中設計并完成的機電一體化產品參加相關成果展、創新創業比賽以及申請相關專利等。
以福建船政交通職業學院經濟型激光雕刻機畢業設計專題為例,該作品是機電一體化技術專業學生“機電創新專題”DIY作品。學生利用數控知識,借鑒3D打印機的相關原理,設計了激光雕刻機的機構、控制電路并編寫了控制程序。激光雕刻機設計并實現后,學生利用該作品免費給廣大師生在U盤、手機、紀念品等物品上雕刻姓名、圖案等,取得很好的影響。該作品參加了2016年海峽兩岸大學生創新創業暨兩岸教育成果展并榮獲一等獎,在學院首屆黃炎培杯創新創業大賽中獲得金獎,申請并獲授權實用新型專利。
調整畢業設計時間多數院校將畢業設計安排在第六學期,難免造成畢業設計與頂崗實習、就業的沖突。根據機電一體化專業的學期教學安排以及畢業設計的特點,對畢業設計的時間安排做了調整,主要有:
1)實行導師制,在第四學期初為學生安排畢業設計導師,并于第四學期末完成選題,匯總教研室;
2)第五學期前兩周完成開題報告;
3)第五學期期末完成實務制作,并開展中期檢查,要求學生在中期檢查前完成實物制作并展示作品功能,中期檢查成績占最終成績的60%;
4)第六學期期末完成實務專題設計說明書、答辯PPT,參加畢業答辯。
5畢業設計改革實踐成效
首先,畢業設計教學環節的改革完善了學校、系部的教學管理體系,強化了師生的質量意識。
其次,通過技能競賽與畢業設計相結合,不僅有效利用了技能競賽設備平臺,也緩解了畢業設計選題難的局面,同時活躍了學生參加技能競賽的氛圍和熱情,提升了學校技能競賽的成績。教育部公布的2017年全國職業院校技能大賽高職組的獲獎名單,福建船政交通職業學院獲獎數量達57個,位居全國第二名。
再次,學生創新能力得到培養,教師科研能力顯著提高,學校的科研創新水平得到提升。在畢業設計環節大力提倡科研、創新,培養了學生的創新能力和實踐能力,學生在相關競賽中均取得優異成績。同時,畢業設計實踐教學環節豐富了教師的實踐知識和實際工作經驗,科研能力和學術水平都得到提高。
最后,畢業設計改革提升了學生畢業設計的水平,鍛煉、培養了學生的職業素養和職業能力,也提高了企業、社會對學生和學校的認可度。
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隨著機械工業的蓬勃發展,世界各國對機械類專業的高等教育越來越注重實踐性、應用性及前沿性。德國機電一體化專業課程體系建設是通過校企合作和工學結合的形式,以學習者專業能力、方法應用能力和適應社會能力等綜合職業能力培養為本位,以市場需求為目標,以就業為導向,將學習和工作要素相結合,并通過分析與綜合,把工作過程的各個部分按一定的順序,導入課程體系中以構成一個有機的整體。美國賓夕法尼亞大學機械工程與應用力學系提出“機電一體化”課程改革思路,在學期項目中預定實驗方案,根據實驗方案決定課程內容。南京航空航天大學在機電一體化課程教學改革中,將科研成果引入課程的理論和實驗教學中,自主研發教學實驗系統平臺,簡化項目研究內容,研究一體化的系統教學法,培養學生的創新意識,提高學生綜合素質。國內高校關于機電一體化專業人才的教育改革各有特色,但與國外教學水平相比,仍處于初級階段,還沒有形成系統的改革方案。建立適應機電一體化系統設計課程本身特點的教學模式任重而道遠。
二、機電一體化系統設計教學改革研究
從機電一體化系統設計課程實踐性、綜合性特點出發,對其進行教學改革,是高校培養應用型機械類人才的關鍵。機電一體化技術課程教學改革主要包括教學內容改革、教學方法改革、實驗內容改革及考核方式改革四個方面。
1.教學內容改革
以系統設計思想為主線,機電一體化的研究方法不能只是簡單拼湊,應該從系統設計方案開始到各元部件選擇到系統最終成形的全過程都要貫徹系統設計的思想。首先是從整體角度及可行性方面對系統進行多種整體方案設計;然后對其機械機構、執行元件、微機控制系統、檢測傳感裝置等組成部分及相關接口進行細節設計;最后對系統性價比進行衡量,得出優化設計方案。選擇原則是在保證目的功能要求與適當壽命的前提下不斷降低成本。在講授每一部分內容時都結合該案例,并將系統設計方法融于其中,既利于學生對知識的掌握,又能起到舉一反三的作用,便于學生分析和設計其他的機電一體化產品。
2.教學方法改革
充分運用現代化教學手段,不斷提高教學效果,由于機電一體化技術普遍應用于自動化設備(如數控機床、加工中心、機器人等)和自動化生產線(如柔性制造系統等),而學生基本未見過上述自動化設備和生產線,無法了解自動化設備和生產線是如何利用機電一體化技術進行工作的。另外,機電一體化技術是集控制技術、伺服傳動技術、傳感檢測技術、計算機信息技術等于一體的新興綜合性學科,具有涉及面廣、綜合性強的特點。
3.實驗內容改革
在實驗教學環節開設的多為演示性、驗證性實驗,學生動手操作調試的機會少,學習積極性不高。機電一體化教學團隊探索構建以學生為主體,以項目驅動為主線,通過項目任務引導理論教學和理論教學指導項目實踐的互推互動的教學新模式。在剖析某幾個典型機電一體化系統(項目)的結構組成、工作原理、設計過程中,串聯講解知識點并在實驗環節進行知識點在項目中的具體應用實現,進而將項目實施和理論講授有機融合,使學生所學知識得到利用,也提高學生對本課程的學習興趣,將加強學生的工程實踐能力、創新能力和工程意識培養與訓練切實落實到每個教學環節中去。
4.考核方式改革
2.先進教學手段的應用。(1)運用多媒體進行直觀教學。課程中的原理圖、梯形圖、程序及電路圖較多,利用Authorware、Powerpiont制作成多媒體課件,集文字、圖片、動畫和聲音于一體,不僅僅大大減少了老師課堂上畫圖的時間,而且學生興趣倍加,容易理解,提高了教學效率,增大了課堂教學的信息量。(2)聯系生活,啟發學生思維。課堂教學重在理論聯系實際,運用生活中的實例,既有助于學生對理論知識的掌握,又有益于提高學生的興趣和對實際問題的思考能力。如在講解三相異步電機的變頻調速時,結合變頻空調原理和特點,來分析變頻空調與普通空調之間的區別,從而闡述變頻調速的優點,學生增加了生活知識和學習的趣味性。(3)與時俱進,激發學生的求知欲。教師應該與時俱進,了解課程最新的技術動態,并把它傳授給學生,只有這樣才能激發學生的求知欲,真正的把課教好。如在介紹直流電機中,運用高速磁懸浮列車的例子給學生進行了講解,從而大大提高了學生的興趣、求知欲和學習的動力。
3.改革優化實踐環節。實踐教學是技術應用能力形成的重要環節,也是高職專業教育教學的重點。為了培養學生專業技術能力,改革傳統的實踐教學模式,將實踐教學分為三個階段進行:(1)實驗技能訓練。實驗技能訓練主要包括專業基礎課和專業課中的實驗,使學生掌握基本實驗儀器的使用,基本數據的測量、采集和基本實驗方法的運用。(2)單項技能訓練。單項技能訓練主要包括金工實習、數控實訓等,學生進行基本技能(鉗工、機加工、電工)、職業基本素質(數控車、數控銑、加工中心的編程和操作)的訓練。通過訓練使學生掌握相應的技能,參加職業資格考核取得數控工藝員或數控車、銑、加工中心操作工等級職業資格證書。(3)綜合技能訓練。綜合技能訓練主要包括生產實習、頂崗實習等,學在實訓中,采用邊教、邊學、邊做的教學方法,通過典型零件數控加工案例引導教學設計,針對實際零件數控加工任務討論工藝解決方案,并在加工現場實施,形成不同零件加工效果的直觀比較和認識,以合作完成實訓教學過程。融“理論、示范、練習、反饋”于一體,將“教、學、做”合而為一。有效培養學生的技術應用能力。生根據實際生產任務,在不同的崗位上完成實踐任務,畢業后實現“零距離上崗”。
(四)建設特色課程
在課程設置上根據對企業人才需求情況和對近幾年畢業生就業情況的調查,以工作過程為導向,以工作任務或產品為載體,根據學生就業崗位群的任職要求,參照相關的職業資格標準,通過與企業有關人員共同論證,進行課程設置。課程內容的確立與工作過程各階段的任務密切相關,在與企業的深度耦合中,通過對職業崗位群從業人員和與職業崗位群有關的人員及專家進行調查,通過對在職業崗位上工作的學生的描述,經過分析、歸納、整理、綜合,確立職業崗位工作過程中不同階段的工作任務,將工作任務和內容轉化為學習領域的課程內容,通過對工作過程各階段的各級工作任務的使用頻率和難易程度進行分析,確定適用于不同層次的專業核心課程內容和學時安排。
(五)總結
機電專業教學中必須堅持“面向現代,面向世界,面向未來”的發展方針,從實際出發,確定教學改革思路、培養目標,深入改革課程體系、教學方法和教學內容,使專業人才培養與未來社會發展需要相適應。在對學生的培養方面要做到:1.培養學生的綜合應用能力、實際動手能力、工程設計和創新能力,學生能根據一般的設計要求和動作流程完成整個控制系統的設計。2.提高教學質量,培養了學生的學習興趣。3.在實驗和設計中增強了他們的團隊合作精神。從一個目的、兩個原則的教改思想出發,抓好課程理論、實踐、考核的每一個教學環節,不僅充分發揮了學生的開拓創新精神,而且充分調動教師教學和教改的積極性,在教與學兩個積極性的推動下,教學質量得以大幅度提高,使高校為社會主義現代化建設培養出更多優秀的人才。
【論文關鍵詞】機電一體化教學改革專業特色
【論文摘要】針對機電一體化專業教學不能滿足經濟快速發展的需求這一現狀,提出了以實踐為導向的機電一體化教學改革。闡述了機電教學改革的必要性、思路和方法,提出在實踐環節深化改革,在專業培養方案上努力突出專業特色的重要性,淡化了原專業課和專業基礎課的界限,對課程實踐教學進行了改革,體現了機電教學的特色。
【參考文獻】
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[論文摘要]機電一體化產品的功能是通過其內部各組成部分功能的協調和綜合來共同實現的。
一、機電一體化的基本概念
機電一體化是在以機械、電子技術和計算機科學為主的多門學科相互滲透、相互結合過程中逐漸形成和發展起來的一門新興邊緣技術學科,而機電一體化產品是在機械產品的基礎上,采用微電子技術和計算機技術生產出來的新一代產品。機電一體化技術同時也是工程領域不同種類技術的綜合及集合,它是建立在機械技術、微電子技術、計算機和信息處理技術、自動控制技術、電力電子技術、伺服驅動技術以及系統總體技術基礎之上的一種高新技術。與傳統的機電產品相比,機電一體化產品具有下述優越性。
(一)使用安全性和可靠性提高。機電一體化產品一般都具有自動監視、報警、自動診斷、自動保護等功能。在工作過程中,遇到過載、過壓、過流、短路等電力故障時,能自動采取保護措施,避免和減少人身和設備事故,顯著提高設備的使用安全性。
(二)生產能力和工作質量提高。機電一體化產品大都具有信息自動處理和自動控制功能,其控制和檢測的靈敏度、精度以及范圍都有很大程度的提高,通過自動控制系統可精確地保證機械的執行機構按照設計的要求完成預定的動作,使之不受機械操作者主觀因素的影響,從而實現最佳操作,保證最佳的工作質量和產品的合格率。同時,由于機電一體化產品實現了工作的自動化,使得生產能力大大提高。例如,數控機床對工件的加工穩定性大大提高,生產效率比普通機床提高5 ~6 倍。
(三)使用性能改善。機電一體化產品普遍采用程序控制和數字顯示,操作按鈕和手柄數量顯著減少,使得操作大大簡化并且方便、簡單。機電一體化產品的工作過程根據預設的程序逐步由電子控制系統指揮實現,系統可重復實現全部動作。高級的機電一體化產品可通過被控對象的數學模型以及外界參數的變化隨機自尋最佳工作程序,實現自動最優化操作。
(四) 具有復合功能并且適用面廣。機電一體化產品跳出了機電產品的單技術和單功能限制,具有復合技術和復合功能,使產品的功能水平和自動化程度大大提高。機電一體化產品一般具有自動化控制、自動補償、自動校驗、自動調節、自動保護和智能化等多種功能,能應用于不同的場合和不同領域,滿足用戶需求的應變能力較強。例如,電子式空氣斷路器具有保護特性可調、選擇性脫扣、正常通過電流與脫扣時電流的測量、顯示和故障自動診斷等功能,使其應用范圍大為擴大。
(五)調整和維護方便。機電一體化產品在安裝調試時,可通過改變控制程序來實現工作方式的改變,以適應不同用戶對象的需要以及現場參數變化的需要。這些控制程序可通過多種手段輸入到機電一體化產品的控制系統中,而不需要改變產品中的任何部件或零件。對于具有存儲功能的機電一體化產品, 可以事先存入若干套不同的執行程序,然后根據不同的工作對象,只需給定一個代碼信號輸入,即可按指定的預定程序進行自動工作。機電一體化產品的自動化檢驗和自動監視功能可對工作過程中出現的故障自動采取措施,使工作恢復正常。
機電一體化技術和產品的應用范圍非常廣泛,涉及到工業生產過程的所有領域,因此,機電一體化產品的種類很多,而且還在不斷地增加。按照機電一體化產品的功能,可以將其分成下述幾類。
①數控機械類。主要產品包括數控機床、機器人、發動機控制系統以及全自動洗衣機等。這類產品的特點是執行機構為機械裝置。
②電子設備類。主要產品包括電火花加工機床、線切割機、超聲波加工機以及激光測量儀等。這類產品的特點是執行機構為電子裝置。
③機電結合類。主要產品包括自動探傷機、形狀自動識別裝置、CT 掃描診斷機以及自動售貨機等。這類產品的特點是執行機構為電子裝置和機械裝置的有機結合。
④電液伺服類。主要產品為機電液一體化的伺服裝置, 如電子伺服萬能材料試驗機。這類產品的特點是執行機構為液壓驅動的機械裝置,控制機構是接受電信號的液壓伺服閥。
⑤信息控制類。主要產品包括傳真機、磁盤存儲器、磁帶錄像機、錄音機、復印機等。這類產品的主要特點是執行機構的動作由所接收的信息類信號來控制。除此之外,機電一體化產品還可根據機電技術的結合程度分為功能附加型、功能替代型和機電融合型三類。
二、機電一體化產品的構成及特點
機電一體化產品的功能是通過其內部各組成部分功能的協調和綜合來共同實現的。從其結構來看,機電一體化產品具有自動化、智能化和多功能的特性,而實現這種多功能一般需要機電一體化產品具備五種內部功能,即主功能、動力功能、檢測功能、控制功能和執行功能,而實現這些功能的各個組成部分及其技術就構成了機電一體化產品的總體或系統。
(一)機械系統。機電一體化產品的機械系統包括機身、框架、機械傳動和聯接等機械部分。這部分是實現產品功能的基礎, 因此對機械結構提出了更高的要求, 需在結構、材料、工藝加工及幾何尺寸等方面滿足機電一體化產品高效、多功能、可靠、節能和小型輕量等要求。
(二)動力系統。動力系統為機電一體化產品提供能量和動力功能,去驅動執行機構工作以完成預定的主功能。動力系統包括電、液、氣等動力源。機電一體化產品以電能利用為主,包括電源、電動機及驅動電路等。
(三)傳感與檢測系統。傳感器的作用是將機電一體化產品在運行過程中所需要的自身和外界環境的各種參數轉換成可以測定的物理量,同時利用檢測系統的功能對這些物理量進行測定,為機電一體化產品提供運行控制所需的各種信息。傳感與檢測系統的功能一般由測量儀器或儀表來實現,對其要求是體積小、便于安裝與聯接、檢測精度高、抗干擾等。
關鍵詞:工學結合 實踐教學模式 產學合作緊密
一.提出問題
現代化工業生產不斷發展,集機械技術、氣動技術、液壓技術、計算機控制技術、傳感檢測技術、PLC技術、網絡及通訊技術等學科相互滲透于一體的機電一體化技術,已成為當今工業科技的重要組成部分。機電一體化技術成為利用電子技術、信息技術使機械裝備實現柔性化和智能化。考慮社會對機電類人才要求機應用型與高技能型,企業希望所招聘的人員能直接上崗。婁底職院機電技術教學團隊順應時代需要,已對機電一體化技術專業進行了根本性改革,構建了創新提升的工學結合的教學體系與人才培養模式。本文只探討實踐教學模式。
高職實踐教學模式是高等職業教育的核心內涵,它決定了高等職業教育是以社會和企業需要為原則的特征,決定了高等職業教育人才培養目標的切實現。本研究是目前高職教育亟待解決的問題。
二.研究方向
本課題的研究對象是高職機電一體化技術專業人才實踐模式的研究。以企業需求的實際機電工程項目帶動機電一體化技術專業“工學結合”的實踐教學,可以把學生的專業職業技能培養與企業的運作有機結合起來;能使學生在企業人員的指導下參與企業的運作和機電工程項目;能使學生成為勞作的主體,又為學習的主體,在做中學,在學中做,有利于他們的協調發展;能高度利用以我院為龍頭的婁底職業教育集團在校企合作中發揮校企人才共育、過程共管、成果共享、責任共擔的緊密型合作辦學,合作企業深度參與人才培養的重要作用;能為高職院校的機電專業探索一條更切合企業和社會需求的人才培養模式。
三.研究價值
婁底職業技術學院機電一體化技術專業技術團隊確立了以企業需求的實際機電工程項目帶動機電一體化技術專業“工學結合”的實踐教學模式,其意義在于以下幾個方面:1.它把學生的專業職業技能培養與企業的運作有機結合起來。能使學生在企業人員的指導下參與企業的運作和機電工程項目;能使學生成為學習的主體,在做中學,在學中做;2.它能促使合作企業深度介入職業教育,做好人才培養的接力棒,同時又能滿足企業對人才的需求,滿足企業真實的機電工程發展的需要;3.它能使工學結合交替環節高效有序地完成,創新了高職專業教育管理方式;4.它要求專業教師輪流下駐企業帶隊實習,參與企業管理與技術支持,使教師及時獲得企業管理的前沿信息,為更新專業教學內容,提煉并開展課題、教學項目研究提供保障;5.它有利于機電企業開拓市場,有利于傳統企業開拓現代化技術市場,從而有利于加快地方機電建設的步伐,使人們充分享受現代手段帶來的便利。
四.研究內容
1.完善機電一體化技術專業人才培養計劃。建立專業指導委員會,指導專業制定適應企業需要與提高學生應用技能的機電一體化專業人才培養計劃,使教師授課與學生實踐能同步進行,隨時解決學生遇到的各種難題。
2.優化課程結構并開發項目化課程。建立以專業培養目標相一致的課程體系,確立8門左右的專業核心能力課程。與企業、學院網站和國內互聯網站合作,開發項目化實訓教材,實現課程教學與工程項目的完全融合。
3.改革專業教學環節。重新設計專業教學環節,使更趨于工學結合。采用了在第三學期開始上午學校教學、下午上崗操作或今天學校教學、明天上崗操作的“工學交替”方式,真正做到了理論與實踐的高度融通,學生在實際企業上崗操作中學到技能、學會處事、提高素養,也能學會思考、分析和解決問題。
五.研究創新
1.實踐內容體現了項目驅動性。根據我院國家骨干院校建設方案要求及機電一體化技術專業的培養目標,對相關主干課程進行改造,對機電一體化技術專業實踐教學模式進行全面的改革,采用以實際機電工程項目帶動機電一體化技術專業“工學結合”實踐教學模式。
2.實踐項目實現了實際工程性
機電一體化教學團隊與機電企業深度合作,基于企業對市場的需求、企業機電運作的現狀與機電一體化技術專業學生能力培養的要求,開發建立企業參與下的實際工程實訓項目。
3.實踐教學突出了靈活實用性
基于機電一體化技術專業的特點,依據與企業實際機電工程項目的要求,學生在學完第一學年基礎和專業基礎課程及基本技能的基礎上,從第二學年開始推行實際工程項目帶動下的“半天學習、半天上崗”和“第二學年暑假去企業實訓”的實踐教學,實現理論學習與技能訓練、學生角色與員工角色的緊密結合。
關鍵詞:知識密集型產業;可持續發展;創新能力;智能化;綠色化;就業
1 機械設計制造及其自動化的發展方向
機械設計制造及其自動化是機械技術和電子技術為主體、多門技術學科相互滲透相互融合的產物,是在發展工程中逐步完善的一門新興的邊緣學科。實現機械自動化改變了工業的產品結構、技能結構并且使得機械工業的生產及管理發生了重大變化。
機械設計制造及其自動化專業培養具備機械設計制造基礎知識與應用能力,能在工業主產第一線從事機械制造領域內的設計制造、科技開發、應用研究、運行管理和經營銷售等方面工作的高級工程技術人才.
科學技術是第一生產力,隨著科學技術的發展,機械設計及其自動化已經成為一門獨特的新興學科,那未來發展的方向如何?
我國從20世紀80年代開始進行機械設計及其自動化研究,但同美歐日特別是日本相比,距離很大,我國起步晚、發展程度低是一個毋庸置疑的社會事實,我國是世界上最大的發展中國家,因此,發展機械實際制造及其自動化應該與我國基本國情相適應。立足于基本國情,實現機械設計制造及其自動化的高效穩步發展。
1.1 把機械設計制造與機電一體化進行有效結合
機電一體化是機械自動化的高級形態,是機械工業發展的延伸,也是機械工業的重要的發展方向。機電一體化改變了人類對機器的看法,機電一體化使得機器不在是冷冰冰的鋼鐵,是機器擁有了智能化的特點。改變了機器的模式。
1.2 把機械設計制造與信息技術有機結合
現代社會信息技術已經成為人類不可分離的一部分,隨著信息技術的強大,機械設計制造沒有跟上信息技術發展的腳步。信息技術日新月異,但在我國,大部分的機械制造乃至大部分的工廠都是以密集的人力勞動為主,隨著勞動力成本的上升,這些工廠面臨市場的洗禮,實時轉型成為工廠生存的關鍵。機械制造與計算機結合,可以有效的把人從繁重的體力勞動中解放出來,實現我國從勞動密集型向知識密集型轉型,增加企業抵抗市場洗牌的能力,增強抗風險能力。
1.3 在機械設計制造與信息技術結合的基礎上實現機械自動化的網絡化
同計算機一樣,網絡也成為人們生活的一部分,機械的制造、組裝、推廣都離不開網絡,特別是機械成品的使用和推廣離不開網絡的作用。
1.4 機械設計制造及其自動化同樣要走可持續發展之路
環境污染已經成為當今社會一個很重要的問題,前些年,我們一味追求經濟效益,犧牲了環境,現在我們正在品嘗環境污染的惡果,特別京津冀地區飽受霧霾的侵襲。從食品工業的機械自動化來看,我國和其他國家有著很大的差距。本身機械工業是一個污染比較強的工業類型,發展見效快的低成本自動化技術,潛力大、前景好、投資不多、見效快,是比較符合我國現階段的工業水平,但在發展過程中,要節約能源、減少耗材,走綠色化、可持續化之路,總之,經濟不應該以環境作為代價。
1.5 機械設計制造及其自動化需要較強的自學和創新能力
理論是實踐的基石,因此,在本專業的學習中,要注重對專業知識的學習,只有打下良好的專業基礎,才能在實踐中學以致用。現代社會技術日新月異,只具備良好的專業素質也是遠遠不夠的,我們要在專業知識的基礎上增強自身的創新能力。把理論和創新能力結合,才能跟上科技發展的步伐。
機械設計制造及其自動化并不是單純的機械零部件的加工,本專業涉及范圍較廣,不僅要去具備本專業必需的制圖、計算、實驗、測試、文獻檢索和基本工藝操作等基本技能;還要具備本專業領域內某個專業方向內所必要的專業知識,了解其科學前沿發展趨勢。
2 機械設計制造及其自動化的發展前景
機械設計制造及其自動化涉及到很多專業,正如本論文所闡述的觀點,本專業需要的機電一體化、網絡計算機乃至環境保護有機結合,因此機械制造及其自動化專業要求學員利用一切能夠利用的時間去學習、鍛煉,到基層到工廠,在實踐中發現自己理論上的不足和欠缺,只有把理論和實際工作經驗完美結合,才能完成從理論到實踐的“蛻化”。
現代社會,競爭最激烈的是人才的競爭,機械類專業的就業,除了教學、營銷外,常見的還有生產總監、設備物流管理、開發機械產品、開發儀器乃至武器,甚至一些模具的設計制造,更有甚者CNC工程師等等, 中國加入世界貿易組織后,對機械方面的人才需求日益強烈,機械方面人才就要迎來復蘇的春天。
自己的路需要自己去行走,自己的人生需要自己去拼搏,就業也是需要個人的興趣和能力的,所謂“干一行愛一行”只有愛一行才能干好一行。
無論一個社會的文明發展到什么程度,都離不開機械制造,它是人類生活的物質基本保障,因此,在目前形勢下,我國機械設計制造及其自動化的發展現狀和前景都是非常好的行業。
參考文獻: