淺析高校實驗室設備自制與管理

孫章

【摘 要】實驗設備是高校實踐教學環節中的基礎，良好的實驗設備是促進教學效果、提升學生動手能力的關鍵。分析了高校實驗設備的使用現狀，結合高校實驗室實際情況分析了自制設備在實踐教學環節中的重要作用，并以自制直流電源系統為例對自制設備項目立項、管理方面的做了詳細介紹，最后對如何加強自制設備管理提升質量方面提出了作者的一些建議。

【關鍵詞】實踐教學；自制設備；管理

實驗教學環節在高校教學活動中具有極為重要的作用，通過實驗提升學生實踐動手能力，加強學生對理論知識的理解，而實驗設備是開展實驗的基礎裝置，實驗設備運行狀況直接關系到實驗效果的優劣[1-2]。近年來隨著高校擴大招生規模，學生人數逐年增加，實驗設備負荷增加，對設備更新管理應用方面提出了新的要求。本文首先分析了目前高校實驗設備的使用現狀，結合現狀分析了自制設備在實驗教學中的重要作用，然后以自制直流電源為例介紹了自制設備管理策略，最后針對如何提升自制設備研制及使用效果，提出了作者的一些想法。

1 高校實驗設備使用現狀

1.1 實驗設備負荷重、易老化

目前隨著高校擴大招生規模，學生人數逐年增加，使得實驗設備使用的頻率增加，同時隨著教學計劃的修訂，一些新的實驗開出在沒有相應投入設備的情況下，已有設備必須做一些調整增開實驗項目，從而導致設備負荷重。以我校電機及自動控制實驗裝置為例，該裝置主要服務于電機拖動與控制、電力電子技術、控制電機等實驗課程，主要開始實驗有直流發電機實驗、直流他勵電動機在各種運行狀態下的機械特性測定實驗、三相異步電動機的參數測定實驗、三相異步電動機的起動與調速實驗、異步電機同步化實驗、鋸齒波觸發電路實驗、三相橋式整流實驗、直流斬波實驗、直流伺服電動機實驗。其中電機拖動與控制實驗和電力電子技術相關實驗學時數均超過2000人時/年，每年使用時間長、裝置負荷重，同時設備投入年限較久，導致許多模塊出現不同程度的老化、損壞，嚴重影響正常的實驗教學。

1.2 實驗設備維護、保養困難

實驗設備的有效維護是實驗設備高校運行的基本保障，但是現實使用過程中設備往往得不到良好的維護、保養、設備的使用效果大打折扣[2]。導致這一現象的主要原因有以下幾個方面：（1）設備更新換代快，原有設備的配件購買比較困難：國內許多教學設備生產廠商為了適應市場，推出新產品速度很快，而高校已有設備更新速度相對要慢很多，從而導致設備模塊損壞后無法從原廠商處快速買到原配件，同時高校實驗設備具有一定的特殊性，從市場購買也比較困難，如果定做成本很高。（2）設備生產廠商售后服務跟不上：實驗室設備使用過程中比較容易出現故障，一旦出現比較大的故障需要廠商提供技術支持，廠商響應時間比較長，一般至少是一周左右才能來現場維修，影響了實驗課程正常開展。（3）維護、保養知識缺乏，國內設備廠商一般只注重實驗設備功能滿足客戶需求，很少注重對設備使用者進行系統化的使用培訓，導致設備使用者對設備維護、保養知識不足，設備缺乏必要的維護，精度、壽命受到很大的影響。（4）維護、保養經費不足：高校對于實驗室建設往往只關注前期的一次性投入缺乏后續維護費用投入，設備使用損壞后更換經費緊張。

2 高校實驗設備自制的重要作用

2.1 提升實驗教師專業能力

高校實驗設備具有較強的專業特殊性，實驗教師參與實驗設備自制能夠增加教師的能力，提高高校實驗教師隊伍的整體素質[3]。首先，實驗教師開展設備自制之前必須對設備的工作原理及作用進行充分的學習，從而提高實驗教師的理論知識水平；其次，設備自制過程中實驗教師通過設計硬件電路和軟件程序提升實踐動手能力；第三，提高實驗教師對設備的維護能力，通過自制實驗設備，實驗教師能夠充分掌握設備的工作特性，針對設備故障能夠快速解決問題；第四，提升教師業務能力，實驗教師通過自制設備能夠熟悉自制設備申報流程，經費使用規范以及量化考核指標等方面的知識。

2.2 提高設備綜合利用效率

實驗教師作為實踐環節一線工作者，對實驗室設備應用需求具有清楚認識，研制出的設備更具有綜合性，從而提高實驗設備利用效率。市場上購置實驗產品一般只能滿足基礎實驗要求，不能開展綜合實驗。自制設備能夠根據教學計劃安排在研制階段充分考慮設備的綜合利用性，設備不僅能開展基礎實驗，也能滿足學生做綜合課程設計的需求。同時，學校購置設備產品往往不止一家，購置產品之間的兼容性很差，當有的需要多種產品配合實驗時就會造成相關設備功能上滿足要求但無法接口的難題。自制設備在研發的階段根據現有設備特性，預留多種接口方式，從而能夠滿足與多種產品兼容使用，使用率得到提高。

2.3 降低實驗室投入成本

實驗設備購置時需要投入大量的資金，許多廠商后期維護需要收費，造成實驗室維護費用高[3]。購置實驗設備產品在使用的過程中，設備都會出現一些故障需要維修，廠商一般不會提供元器件級別的維修，往往是一個小問題，廠商便更換一個模塊造成投入增加。而且，有的年限較舊設備，廠商不提供維修，要求你成套更新設備，造成不必要的投入。自制設備從設備設計之初的需求分析、方案設計、研制成功全程由實驗室教師把控，對設備特性非常清楚，設備出現故障時能及時查找問題，更換故障元器件即可解決問題，成本大大降低，同時可以對設備進行終身維護。

3 自制設備管理

作者于2014年申報了電機及自動控制實驗裝置中直流電源系統設備自制，本次研制的直流電源系統是電機及自動控制實驗裝置的核心設備，該設備主要用于電機拖動與控制實驗、電力電子技術實驗以及控制電機實驗中直流電源的供給。該自制設備采用了先進的PWM調制技術，具有過壓、過流保護、軟起動控制等功能，具體達到的技術指標如下：

（1）輸入電壓：AC220V±10% 50/60Hz

（2）適配電機功率：50W～500W

（3）勵磁輸出：電壓220V，電流最大值0.5A

（4）電樞輸出：電壓DC0～250V，電流最大值3A

（5）顯示：LCD顯示，顯示分辨率1V

（6）散熱：風扇散熱

（7）接線方式：抽頭端子式（方便快捷）

（8）保護：外置式過流保護，方便更換保險管

（9）外形尺寸：長320mm×寬2400mm×高110mm

本項目研制的直流電源系統設計初期要求設備能很好的服務于電機拖動基礎、電力電子技術及控制電機等課程的實驗項目。目前，研制的電源系統已經投入到相關課程實驗當中，經過多次實際的運行測試，結果表明該設備能夠穩定的提供兩路直流電源的輸出，且使用方便。該設備能為電機實驗提供良好的勵磁電壓和電樞電壓，能為電力電子變換控制提供精度較高、方便調節的直流電源，并且在實驗過程中具有良好的穩定性和自我保護特性。結合本次研制的自制設備，對自制設備申報、項目審批、驗收進行詳細分析，并針對如何提高自制設備質量提出了一些建議。

3.1 自制設備申報

實驗室設備自制的第一個環節為自制設備申報，這也是自制設備過程中一個最基礎的部分。自制設備申報主要包括以下幾個方面：（1）需求分析，自制設備教師首先要對目前已有設備的運行現狀有一個清楚的了解，然后結合教學大綱要求開具的實驗制定出一個具體的自制規劃，包括具體的功能、參數指標。（2）自制設備利用效率評估，根據具體實驗學時與學生人數評估設備使用的詳細情況，確立研制目標、明確研制意義。（3）立項申報書，自制設備教師根據需求分析和相關評估撰寫詳細的申報文檔，并與相關教學老師討論反復修改。

3.2 項目審批

自制設備必須嚴格按照程序完成審批，采取逐級上報方式進行審核。首先，實驗中心全體教師進行內部評審，針對研制設備的目標、意義進行綜合評定，然后上報學院領導審批，學院綜合考慮確定初步上報項目到學校實驗室與設備管理處，設備處組織相關專家進行評審確定立項項目。項目審批是保障自制設備質量的關鍵環節，必須注意以下幾點：（1）準確評估自制設備必要性，立項本著節約成本，提高利用率思想，綜合考慮自制設備投入的價值；（2）公平、公開，項目審批必須本著設備本身研制的意義、可行性立項，并進行公示接受監督；（3）嚴格經費預算，結合自制設備情況，嚴格審核經費預算指標，堅決杜絕不合理支出；（4）加大力度，重點支持，自制設備對實驗室建設具有重要的意義，高校應加大投入力度，同時考慮到有的自制設備屬于十分緊缺投入價值相對更大，應該重點支持投入；（5）嚴格控制研制周期，自制設備必須在規定的時間內完成，并投入使用。

3.3 自制設備驗收

設備研制完畢后，研制人員撰寫結題報告，提交結題申請，學校設備管理處組織相關人員組織驗收。驗收過程中應注意以下幾點：（1）驗收申請，研制人員完成設備研制后撰寫研制報告，提交驗收申請；（2）功能驗收，驗收人員根據立項申請書所述研制目標對自制設備進行功能性測試；（3）財務驗收，財務管理人員根據經費預算表對自制設備支出項目進行詳細審核；（4）審核設備利用效率，驗收人員結合教學大綱對設備利用情況進行評估。

3.4 加強管理提升質量

高校自制設備對于實驗室建設具有重要作用，探索高效管理方法提升自制設備質量具有重要意義[4-5]。（1）加強過程管理，自制設備在研制過程中應加強過程監管，研制人員根據研制的進展定期進行階段匯報；（2）注重反饋建議，自制設備在實際應用過程中應廣泛收集教師、學生對設備使用的意見、建議，根據意見、建議不斷完善自制設備；（3）全程監管，自制設備應進行全壽命周期監管，研制設備后續有效應用情況必須進行監控；（4）以科研促自制，自制設備應與科研結合，高校應積極利用科研優勢將科研成果轉化為產品應用于實驗自制設備，提升實驗教學水平；（5）績效評估，高校應鼓勵教師進行設備自制，納入教師的績效考核。

4 結束語

自制設備對于高校實驗室建設具有重要意義，本文對高校實驗設備的現狀進行了分析，并結合使用現狀分析了自制設備的重要作用，最后作者根據直流電源系統自制，對自制設備的管理進行了分析，并提出了一些建議。高校應加強對自制設備管理，增加資金投入鼓勵教師參與設備自制，對于提升實驗教學水平、促進教學改革具有重要意義。

【參考文獻】

[1]楊宏.走自制實驗設備之路 促進實驗教學改革[J].實驗室技術與管理，2013，30（1）：225-227.

[2]宋陽.自制實驗設備，加快實驗室建設[J].考試周刊，2013（66）：155-155.

[3]周童.走自制設備之路提高師生實驗創新能力[J].實驗室研究與探索，2010，29（2）：168-169.

[4]董曉芳.自行研制儀器設備的規范化管理[J].實驗技術與管理，2007（5）.

[5]曹勇鋒.自制設備在專業實驗教學中的應用[J].實驗科學與技術，2009，7（3）：135-137.

[責任編輯：湯靜]