面向應用型人才培養的過程裝備制造工藝教學方法研究

孫銅生

（安徽工程大學　機械與汽車工程學院，安徽　蕪湖　241000）

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面向應用型人才培養的過程裝備制造工藝教學方法研究

孫銅生

（安徽工程大學機械與汽車工程學院，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容.為了適應新常態下的應用型人才培養的需要，本文針對課程教學中出現的教學資源不足、教與學的互動性差、和實踐環節的銜接不合理等問題，結合課程內容對教學方法進行了改進，提出了針對該課程的實踐現場教學、案例教學、實驗室教學、科研訓練等方法，著力提高課程的教學效果和學生的實踐能力.

關鍵詞：過程裝備制造工藝；教學方法；人才培養；教學效果

過程工業是加工流程性物質的現代國民經濟的支柱行業，過程裝備與控制工程專業主要為過程工業培養設備設計與制造工藝、設備維護與管理、設備控制技術與工業系統控制等方面的應用型技術人才.過程裝備廣泛應用于化工、石油、輕工、制藥、食品、海洋等多種行業，隨著行業對產品質量、產能效率、經濟和社會綜合效益提出的越來越高的要求，專業人才不僅僅能夠從事過程裝備的設計與制造，更應該具備不斷進行技術升級的能力，具有廣闊知識面的能夠從事行業技術革新的應用型工程人才已經成為行業的迫切需求，高校過程裝備與控制工程的人才培養目標需順應行業發展，專業知識應面向工程實踐作出實時調整，專業教師要構建從過去重理論輕實踐轉變為以實踐為目標導向的教學體系.

1　課程總體介紹

過程裝備是過程工業中實現過程工藝流程的設備的統稱，分為過程設備和過程機器，過程設備以焊接為主要加工手段，過程機器以機械加工為主要制造手段，其中過程設備為過程裝備的主體.對過程設備而言，其從原材料到投入使用需要經歷一系列的過程[1]，分別為：

1.根據過程設備的介質、壓力、溫度等情況進行設計計算，計算出容器的應力及結構尺寸.

2.根據應力計算結果，選擇能滿足強度要求的材料；對容器進行展開計算，可展開曲面直接利用中面進行計算，不可展開曲面利用中面計算后適當地進行修正.

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，加上展開尺寸后計算實際用料量.

4.根據實際用料尺寸選擇合適的原料板材，要充分利用原材料，避免產生邊角料，并且要預先考慮焊縫位置，然后切割下料.

5.采用拋丸法或者酸洗法對板材進行除銹、除污物、氧化皮，進行氧化或鈍化處理，提高表面的耐腐蝕性.

6.對板材在吊裝或者存放過程中因受力不均或環境溫度等因素造成的變形進行校正.

7.進行成形加工，對圓形筒節一般采用彎卷法，對封頭一般采用沖壓或者旋壓法；根據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.對筒節、封頭、接管進行組對裝配，注意對口錯邊量必須在允許的范圍內；同時要使縱向焊縫錯位分布，且距離達到規定值以上.

9.選用合適的焊接方法和焊接工藝進行焊接，注意各種焊接方法的焊接能力是有區別的，充分考慮焊道數和焊接層數.

10.進行焊后熱處理工藝，提高接頭組織的力學性能.

11.采用射線或超聲波對壓力容器的焊接接頭進行無損檢測，消除焊接接頭內部的氣孔、夾渣、裂紋等缺陷；采用磁粉檢測或滲透檢測發現焊接接頭的表面缺陷.

上述針對過程設備的流程，除第1條外，均是過程裝備制造工藝的課程內容，可以說該門課對專業學生系統地了解過程設備的制造流程具有指導意義，內容自成體系，是不可或缺的一門專業課程.

2　課程教學存在的問題

2.1教學資源不足

過程裝備制造工藝是一門綜合性課程，課程內容較為龐雜，包括過程裝備的檢測和制造兩大塊內容.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、鋼材的預處理及排樣、成形加工等.根據應用型人才培養要求，勢必需要引入各類無損檢測設備、各類焊接焊機（手工電弧焊、埋弧焊、電渣焊、氣體保護電弧焊）、各類成形加工設備（卷板機、沖壓機、旋壓機、彎管機）等，這些設備大部分都是大型設備，投資巨大且實驗室場地不足，在實際教學中是不可能全部引進，因課程的工程實踐性較強，課程的教學效果受影響.另外，課程的綜合性對授課教師的知識體系提出了較高的要求[2-3]，必須對各類專業設備的結構與制造工藝有全面的認識，如果教師沒有企業的工作經歷，對應用性較強的知識點往往偏離實際，那么課程很難達到預定的教學目標.

2.2教與學的互動性差

課程教學通過教師和學生的互動才能達到良好的教學效果，由于課程教學內容理論內容較少，均和實踐內容想關，如果沒有對現場設備的了解，很難對課程講授內容形成認識，就很難形成教學互動.比如在講授斜探頭超聲探傷時，首先需要校正斜探頭的入射點和折射角，然后進行一次聲程和二次聲程的標定，最后進行距離-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部缺陷，為什么示波器上會在一次底波或二次底波前會產生缺陷波？為什么同一尺寸的缺陷在不同的深度處的反射波波幅會不一樣？沒有現場探傷操作，對一些器件如對比試塊、校驗試塊、探傷儀、衰減器等認識不足，很難對這些問題做出互動.再如，埋弧自動焊的輔助設備如焊接夾具、工件變位設備、焊機變位設備、焊接成形設備、焊劑回收輸送設備結構復雜，對這些設備原理講解僅通過書本上的示意圖也很難形成認識，在教學時讓同學們去認識設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們的響應.

2.3和實踐環節的銜接不合理

鑒于教學經費和實驗場地的限制，大規模的采購實驗設備顯然不合時宜，在這種背景下，和專業實習的銜接顯得尤為重要.一方面，要選擇和課程內容相關的企業，由于課程的綜合性，選擇一兩個企業顯然不能覆蓋課程涉及到的全部設備；另一方面，實習的時間需要和課程的教學時間銜接，而專業實習往往從專業的課程總體進行考慮，這樣就不一定能滿足本課程的教學需要，極有可能形成兩個局面：一是實習結束后半年或者以上的時間才進入本課程學習，對實習的設備的印象已經變得非常模糊；二是在課程結束之后再進入相關企業實習，這是一種更壞的局面，對該課程教學并沒有起到促進作用.

3　課程教學方法

針對課程的綜合性和教學存在的上述問題，為了在有限的學時內能夠讓學生系統掌握課程內容，提出了如下教學方法供參考.

3.1實踐現場教學法

合理地選擇實習企業[4]，針對課程內容復雜且繁多的情況，選擇典型內容重點安排.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、預處理及號料、成形加工，過程裝備檢測分解為內部缺陷檢測和表面缺陷檢測.焊接工藝所涉及到的設備龐大且眾多，如氣體保護電弧焊中涉及到焊接電源、送絲系統、焊槍或行走系統、供氣系統、冷卻系統，另外還有前面提及的焊接輔助設備；彎卷成形中各種形式的卷板機，結構上來看都是由主動輥和從動輥組成，但是工作原理及實現的功能各有區別；沖壓成形和旋壓成形設備規模也龐大，沒有現場經驗，很難了解沖壓機的上下模的結構特點及沖壓過程，也難以理解旋壓成形中的有模旋壓、無模旋壓、沖旋聯合的工作機制.可通過課程教學計劃的調整，將上述過程裝備的制造內容安排在實習現場教學，上午講解基本理論，下午到現場逐個進行講解.這種分塊式的計劃調整不會影響課堂其它內容的教學，現場教學會給學生留下深刻的印象.

3.2案例教學法

前一種教學方法對所有大型設備及對應工藝并不能全面實行，有如下因素：（1）實習經費限制，只能安排部分項目進行現場教學；（2）區域限制，設置該專業的高校周邊城市無該方面的相關企業；（3）企業的接待意愿不積極，規模數量的學生進入廠區實習勢必會影響企業的正常生產；（4）安全生產不允許，學生沒有經過系統的安全教育，進入生產現場有一定的安全隱患.基于以上原因，必須在課堂對一些工藝過程進行講解，而前已述及課堂教學存在缺陷，可以積極進行教學方法及教學手段的改進.如對復雜工藝過程可在相關生產企業錄制視頻，再課堂上按照工藝過程的發生次序播放，先整體講解和播放，使同學們對整個工藝有個全面的認識，然后分工藝播放并講解，對具體的工藝手段和內容有系統的了解.如電渣焊過程可按照此方法，先通過一段整體視頻，讓同學們充分理解其工藝原理，即利用電流通過液體熔渣產生的電阻熱作熱源，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.對視頻錄制也存在問題的工藝，要全面系統地收集現場設備圖片，按照工藝過程合成一個整體，并輔助以文字解釋.

3.3實驗室教學法

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，各個檢測所涉及到的儀器和設備簡單，同時不占空間，且投資較小，現有的教學經費可以滿足需要，可以采購相關的實驗設備，建立起無損檢測實驗室.將課堂教學和實驗室教學有機合成，在實驗室中進行基礎知識的講解，講解每一個儀器和設備時，都能同時看到實物，面對實物講授其結構特點、工作原理、使用要點及作用等，可以達到教室教學不能達到的教學效果.同時，實驗室教學可以將知識進行串聯，比如講授完超聲波探傷儀、直探頭與斜探頭、標準試塊的作用與原理后，再進行超聲波的應用-距離與波幅曲線繪制和缺陷等級的綜合評定的講解時，需要用到前面的各儀器，如用標準試塊進行校驗和對比，在實驗室中可以找到該試塊，結合實例再次講授，實現串聯，這在教室中是無法實現的.

3.4科研訓練法

過程裝備制造與檢測會涉及到很多有待改進的技術問題.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；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；如何識別缺陷的形態和位置等.現場出現的技術問題遠多于這些問題，都會影響到產品的質量和可靠性，也是企業所關注的一些共性問題.

針對上述問題，可以項目為載體來進行研究，有兩種方式可以參考：（1）專業教師和相關企業進行產學研合作[5]，吸引部分優秀學生參與，利用教師的理論優勢和企業的試驗條件來解決問題，學生的工程能力可得到進一步鍛煉，作為協議條件，可爭取到全部學生到現場實習的機會；（2）引導部分學生申報國家級和省級大學生創新創業訓練項目，進行設備和技術的創新，作者已經進行了實踐，指導了兩屆學生成功申報了國家級大學生創新訓練項目，每屆4-5個學生參與到項目當中，對離心機的制造工藝和結構進行了改進，通過項目的實施，提高了對過程裝備制造工藝的認識.

4　結束語

過程裝備制造工藝是一門實踐性很強的專業課程，教學中存在的一些問題要引起必要的重視.在新的制造業革命的大環境下，傳統的教學手段已經不適應新的形勢要求，為了提高課程的教學效果，必須不斷改進教學方法，使同學們對裝備的制造與檢測形成系統地認識，培養出企業認可的應用型人才.

參考文獻：

〔1〕鄒廣華，劉強編.過程裝備制造與檢測[M].北京：化學工業出版社，2012.

〔2〕楊紅,喻九陽,徐建民，等.過程裝備與控制工程專業應用型人才實踐創新教學模式的探索與實踐[J].化工高等教育，2011（118）：37-40.

〔3〕劉雪東,張炳生.過程裝備與控制工程專業學生工程實踐能力的培養[J].江蘇工業學院學報，2004,5（4）：66-69.

〔4〕劉雁，郭福平.過程裝備與控制工程專業應用型人才培養研究與實踐-廣東石油化工學院之探索[J].化工高等教育，2011（118）：60-61.

〔5〕王中輝，劉錄，戴靜君，等.過程裝備與控制工程專業應用型人才培養與實踐[J].廣州化工，2012,40（13）：206-207.

基金項目：安徽省高等學校專業結構優化調整與專業改造項目“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：G642.4

文獻標識碼：A

文章編號：1673-260X（2016）02-0253-03