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過程裝備與控制工程專業(yè)的特點(diǎn)、專業(yè)分類及新課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究
2021-11-24
過程裝備與控制工程專業(yè)的特點(diǎn)、專業(yè)分類及新課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究
工業(yè)中的過程控制是指以溫度、壓力、流量、液位和成分等工藝參數(shù)作為被控變量的自動(dòng)控制。過程控制也稱實(shí)時(shí)控制,是計(jì)算機(jī)及時(shí)的采集檢測(cè)數(shù)據(jù),按最佳值迅速地對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行自動(dòng)控制和自動(dòng)調(diào)節(jié),如數(shù)控機(jī)床和生產(chǎn)流水線的控制等。
過程裝備與控制工程
專業(yè)是以過程裝備設(shè)計(jì)基礎(chǔ)為主體、過程原理與裝備控制技術(shù)應(yīng)用為兩翼的緊缺型、交叉型專業(yè)。研究對(duì)象是國(guó)民經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展和國(guó)家安全中有著重要應(yīng)用,主要用于物料儲(chǔ)存、反應(yīng)、分離、換熱、混合、成型加工、輸送等操作的過程裝備。過程裝備包含石化、能源、輕工、軍工等國(guó)民經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)的重大核心設(shè)備,比如石油儲(chǔ)罐、高壓儲(chǔ)氫容器、加氫反應(yīng)器、油氣長(zhǎng)輸管道、大型離心和往復(fù)式壓縮機(jī)、特種泵、航空發(fā)動(dòng)機(jī)等。本專業(yè)致力于解決過程設(shè)備設(shè)計(jì)、制造、維護(hù)中的前沿性、戰(zhàn)略性和共性重大科技問題,主要研究方向?yàn)橄冗M(jìn)能源裝備與安全技術(shù)、過程裝備數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)、過程裝備節(jié)能與環(huán)保技術(shù)、過程流體機(jī)械、高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械強(qiáng)度及故障診斷,特色為“高壓、高速、高效”。
過程裝備與控制工程
專業(yè)本科核心課程有的基礎(chǔ)課與機(jī)械類專業(yè)的類似,例如工程圖學(xué)、材料力學(xué)、理論力學(xué)、流體機(jī)械原理等,另外還開設(shè)了過程設(shè)備設(shè)計(jì)、過程機(jī)械、過程裝備控制技術(shù)、控制工程基礎(chǔ)等專業(yè)課,以及過程原理、過程熱力學(xué)、過程裝備CAD、現(xiàn)代過程裝備制造技術(shù)、化工安全與防腐、過程裝備故障診斷技術(shù)、有限單元法及應(yīng)用、逆向工程、工程測(cè)試與信息處理、過程裝備工程設(shè)計(jì)、過程設(shè)備機(jī)械設(shè)計(jì)、彈性力學(xué)及應(yīng)用等課程。
圖1 國(guó)內(nèi)各高校過程控制類課程開設(shè)情況
一、
過程裝備與控制工程
專業(yè)的特點(diǎn)
具有工程性、交叉性、集成性。學(xué)生應(yīng)有寬廣視野、良好素質(zhì)、較強(qiáng)創(chuàng)新精神和協(xié)作意識(shí),需要具備扎實(shí)的機(jī)械、化工、力學(xué)、控制和材料等專業(yè)知識(shí),熟悉人文、管理、經(jīng)濟(jì)等相關(guān)領(lǐng)域知識(shí),能在化工、石化、能源、輕工、醫(yī)藥、環(huán)保、軍工等行業(yè)勝任過程裝備與控制相關(guān)的工程設(shè)計(jì)、科學(xué)研究、技術(shù)開發(fā)和經(jīng)營(yíng)管理等工作。
二、改革前實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問題
將兩門課程統(tǒng)籌結(jié)合成一門課程的過程中,相關(guān)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革需求是迫切的。研究發(fā)現(xiàn),改革前實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)在多個(gè)方面存在不足。
1.課程目標(biāo)和任務(wù)不清晰
教學(xué)改革前,授課教師對(duì)兩門不同課程的性質(zhì)及任務(wù)沒有深刻的認(rèn)識(shí),所以開設(shè)的實(shí)驗(yàn)課程并沒有明確的教學(xué)目標(biāo),對(duì)基于原實(shí)踐教學(xué)項(xiàng)目培養(yǎng)出的學(xué)生是否滿足畢業(yè)需求沒有相應(yīng)的思考。實(shí)踐教學(xué)中所使用的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容沒有根據(jù)教學(xué)需要進(jìn)行更新,實(shí)驗(yàn)設(shè)備陳舊、落后,實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目沒更新,阻礙了對(duì)學(xué)生創(chuàng)新性、自主性的培養(yǎng)。
2.課程教學(xué)體系不系統(tǒng),欠缺完整性
課程體系由特定的課程觀、課程目標(biāo)、課程內(nèi)容、課程結(jié)構(gòu)和課程活動(dòng)方式組成。課題組任課教師對(duì)本專業(yè)各高校實(shí)踐課程調(diào)研發(fā)現(xiàn),很多高校對(duì)實(shí)踐教學(xué)課程的開設(shè)并沒有形成一個(gè)系統(tǒng)、完整的教學(xué)體系,課程之間的教學(xué)目標(biāo)和聯(lián)系不明確,無法體現(xiàn)本科教學(xué)的系統(tǒng)性和連續(xù)性。
3.實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容單一、不靈活,教學(xué)內(nèi)容陳舊
實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容多以演示性和驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主,依然保留著教師為主、學(xué)生為輔的教學(xué)模式,無法提升學(xué)生對(duì)實(shí)踐動(dòng)手環(huán)節(jié)的興趣,學(xué)生主動(dòng)參與的積極性不高; 陳舊的教學(xué)內(nèi)容無法滿足科技進(jìn)步對(duì)本專業(yè)人才的需求。
三、改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)
“
過程控制系統(tǒng)
”和“
過程檢測(cè)技術(shù)
”都是理論性強(qiáng)、實(shí)踐要求高的課程,將兩門課結(jié)合后的新課程內(nèi)容的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)有以下幾個(gè)改革方向。
1.與時(shí)俱進(jìn)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
所選內(nèi)容要緊跟社會(huì)生產(chǎn)的發(fā)展,主要介紹過程控制領(lǐng)域所應(yīng)用的理論和方法,培養(yǎng)學(xué)生在基礎(chǔ)的理論指導(dǎo)下完成實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。
2.多元新穎的實(shí)驗(yàn)方式
總結(jié)傳統(tǒng)教學(xué)方式的缺點(diǎn),改變以教師為課堂主導(dǎo)的教學(xué)方式,將以驗(yàn)證性、演示性為主的實(shí)驗(yàn)方式轉(zhuǎn)化為以自主式、啟發(fā)式、綜合型、創(chuàng)新型、多元化為主的實(shí)驗(yàn)方式。對(duì)于有能力的學(xué)生,還要引導(dǎo)他們多參與各項(xiàng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽和科研項(xiàng)目,鞏固基礎(chǔ)理論知識(shí),提高對(duì)所學(xué)知識(shí)的綜合應(yīng)用能力。
3.現(xiàn)代智能的技術(shù)設(shè)備
根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要,采用雙面多模塊檢測(cè)與控制創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行教學(xué),并在教學(xué)環(huán)節(jié)中加入先進(jìn)的模擬軟件,將抽象的控制過程轉(zhuǎn)變成直觀可見的形式,使學(xué)生更易理解,提高學(xué)習(xí)興趣。
4.科學(xué)合理的學(xué)時(shí)設(shè)置
將原來兩門課各8 學(xué)時(shí)的實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化,縮減到兩門課一共8 學(xué)時(shí),但是其中包含的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容卻更豐富,提高了授課效率和教學(xué)質(zhì)量,符合教學(xué)改革中縮減學(xué)時(shí)數(shù)量的要求。
四、實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革內(nèi)容
將實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目按學(xué)生是否可選的角度分為必做實(shí)驗(yàn)和選做實(shí)驗(yàn)兩類。必做實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的是使學(xué)生消化在理論課上學(xué)習(xí)到的基本知識(shí)點(diǎn),訓(xùn)練基本的實(shí)驗(yàn)操作能力,了解過程裝備中常用的控制類儀器儀表。選做實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,指導(dǎo)學(xué)生發(fā)揮自主性和創(chuàng)新性增加學(xué)生的實(shí)驗(yàn)熱情。在必做實(shí)驗(yàn)和選做實(shí)驗(yàn)分類的基礎(chǔ)上,依據(jù)實(shí)驗(yàn)的開放程度和創(chuàng)新要求,將實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目再次分為三個(gè)層次。
1.演示性實(shí)驗(yàn)和驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)
這類實(shí)驗(yàn)為必做類實(shí)驗(yàn),上課時(shí)間確定,上課人員為全體過程裝備及控制工程專業(yè)學(xué)生。這類實(shí)驗(yàn)設(shè)置的目的是使學(xué)生首先對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備有一個(gè)感性認(rèn)識(shí),然后根據(jù)教師在實(shí)驗(yàn)課上的引導(dǎo),將課內(nèi)所介紹的關(guān)于檢測(cè)類機(jī)器儀表及自動(dòng)控制各組成部分的元件與實(shí)物對(duì)接,并鞏固理論課學(xué)習(xí)的基本理論與常規(guī)自動(dòng)化類的實(shí)驗(yàn)方法。
2.設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)
這類實(shí)驗(yàn)為必做實(shí)驗(yàn),上課時(shí)間確定,上課人員固定,實(shí)驗(yàn)題目由實(shí)驗(yàn)教師給出,其中規(guī)定了實(shí)驗(yàn)任務(wù),其他實(shí)驗(yàn)流程由學(xué)生自行設(shè)計(jì)完成。命題教師可以選擇實(shí)際中的應(yīng)用案例作為實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目題目,學(xué)生在設(shè)計(jì)過程中充分掌握工程中關(guān)于控制方案的設(shè)計(jì)流程。
3.綜合性實(shí)驗(yàn)
這類實(shí)驗(yàn)屬于選擇性實(shí)驗(yàn),授課教師只針對(duì)此類實(shí)驗(yàn)特點(diǎn)選擇合適的實(shí)驗(yàn)方向,并不給學(xué)生設(shè)定任何實(shí)驗(yàn)設(shè)施、實(shí)驗(yàn)方案、實(shí)驗(yàn)步驟,學(xué)生可以依照自己的想法應(yīng)用學(xué),F(xiàn)有的開放設(shè)備進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)過程中,學(xué)生通過對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)的全程把握,能夠系統(tǒng)、全面地學(xué)習(xí)相關(guān)理論知識(shí)。然后調(diào)研論證并確定設(shè)計(jì)方案,進(jìn)入設(shè)計(jì)階段。最后進(jìn)行系統(tǒng)測(cè)試,并形成技術(shù)文件。此類項(xiàng)目為選做內(nèi)容,采用開放式教學(xué)模式,整個(gè)過程在教師監(jiān)督指導(dǎo)下獨(dú)立完成。
將實(shí)驗(yàn)分層次,使學(xué)生接觸到的實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容是由簡(jiǎn)單到復(fù)雜、由抽象到具體、由特殊到一般、由接受到創(chuàng)新的。在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)上,不同知識(shí)點(diǎn)對(duì)應(yīng)著多個(gè)可做的實(shí)驗(yàn),學(xué)生可以自行選擇有興趣的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容完成實(shí)驗(yàn)課程。
五、拓展實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新教學(xué)平臺(tái)
實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)不應(yīng)該僅局限在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)課堂上,應(yīng)為學(xué)生提供更廣闊的可施展創(chuàng)新能力的平臺(tái),為學(xué)生創(chuàng)造更多參加創(chuàng)新項(xiàng)目的機(jī)會(huì)。目前,大學(xué)生能夠參與的創(chuàng)新項(xiàng)目模式主要是在帶隊(duì)教師的指導(dǎo)下,根據(jù)所參加的比賽主題由學(xué)生自由選擇參賽內(nèi)容、擬定參賽題目、獨(dú)立完成比賽作品的制作、完成比賽需要的文字性材料等,整個(gè)過程中教師只起到點(diǎn)撥性的指導(dǎo)作用,全部作品幾乎都由學(xué)生團(tuán)隊(duì)自主完成。可見,創(chuàng)新項(xiàng)目既有利于發(fā)揮學(xué)生的自主性、參與性和創(chuàng)造性,又可激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新意識(shí); 既可以鞏固學(xué)生所學(xué)的現(xiàn)有知識(shí),又能夠訓(xùn)練學(xué)生的動(dòng)手能力; 既可培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立思考能力、獨(dú)立創(chuàng)造性分析和解決問題的能力,又可有效地訓(xùn)練學(xué)生在未知領(lǐng)域的探索精神。
“
過程裝備控制技術(shù)及應(yīng)用
”課程大多被安排在教學(xué)計(jì)劃的第六或第七學(xué)期,學(xué)生的基本知識(shí)、基本技能、創(chuàng)新意識(shí)等已逐步形成。如果只從這個(gè)時(shí)間才開始讓學(xué)生開始接觸不同類型的創(chuàng)新項(xiàng)目,無法滿足對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)要求。鑒于此,本專業(yè)教師從學(xué)生入學(xué)開始就要做好讓學(xué)生參加各類創(chuàng)新活動(dòng)的動(dòng)員工作,并且從大二開始組織有潛力和有興趣的學(xué)生接受相關(guān)培訓(xùn)。在2017 年全國(guó)大學(xué)生過程裝備與控制工程設(shè)計(jì)大賽中,我校過程裝備與控制工程專業(yè)參賽項(xiàng)目“管道探傷機(jī)器人”獲得了國(guó)家一等獎(jiǎng)。傳統(tǒng)的在確定的時(shí)間和地點(diǎn)、用固定的實(shí)驗(yàn)儀器進(jìn)行固定的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,可作為培訓(xùn)學(xué)生基本功的一個(gè)必要環(huán)節(jié)。同時(shí),還可結(jié)合學(xué)校和專業(yè)情況采用實(shí)驗(yàn)室開放的模式,增加學(xué)生自主選擇和自由創(chuàng)新能力。
六、
教學(xué)設(shè)備
的舉例與推薦
MYG-68B
過程控制技能實(shí)訓(xùn)考核裝置
一、
過程控制技能實(shí)訓(xùn)考核裝置
,
過程控制技能實(shí)訓(xùn)考核設(shè)備
,
過程控制技能實(shí)訓(xùn)考核臺(tái)
系統(tǒng)概述
本實(shí)訓(xùn)裝置是針對(duì)職業(yè)院校相關(guān)專業(yè)的實(shí)訓(xùn)教學(xué)而研制的,適用于各類職業(yè)院校、技工學(xué)校的機(jī)電一體化、自動(dòng)化、傳感器儀器儀表等專業(yè)的實(shí)訓(xùn)教學(xué)。該模型配有經(jīng)典的過程控制系統(tǒng)。它可滿足各大院校所開設(shè)的《傳感器檢測(cè)與轉(zhuǎn)換技術(shù)》、《生產(chǎn)過程自動(dòng)化技術(shù)》、《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》及《檢測(cè)技術(shù)及應(yīng)用》等課程實(shí)訓(xùn)教學(xué)的要求,本裝置根據(jù)過程控制儀表,自動(dòng)化儀表及相近專業(yè)的教學(xué)特點(diǎn)及以培養(yǎng)學(xué)生操作、實(shí)訓(xùn)考核為目標(biāo),集智能化儀表、故障排除、自動(dòng)控制為一體的普及型多功能過程控制考核的實(shí)訓(xùn)裝置。為將來從事生產(chǎn)過程自動(dòng)化與儀表工程的安裝、工程設(shè)計(jì)、儀表測(cè)量、儀器的使用、過程自動(dòng)化儀表的檢測(cè)調(diào)校、安裝調(diào)度、工藝管理、在線運(yùn)行的儀表自動(dòng)化控制裝置的投運(yùn)、調(diào)試、運(yùn)行、維護(hù)維修、故障處理、操作和系統(tǒng)的管理工作等崗位奠定基礎(chǔ)。
二、
過程控制技能實(shí)訓(xùn)考核裝置
,
過程控制技能實(shí)訓(xùn)考核設(shè)備
,
過程控制技能實(shí)訓(xùn)考核臺(tái)
產(chǎn)品特點(diǎn)
1.對(duì)象系統(tǒng)采用網(wǎng)孔板設(shè)計(jì),方便安裝各被控對(duì)象及現(xiàn)場(chǎng)儀表
2.一個(gè)被調(diào)參數(shù)在不同控制器、不同的執(zhí)行器、不同的工藝線路下可演變成多種調(diào)節(jié)回路,以利于討論、比較各種調(diào)節(jié)方案的優(yōu)劣
3.通過對(duì)對(duì)象系統(tǒng)進(jìn)行不同的組合,結(jié)合不同的實(shí)訓(xùn)目的,可進(jìn)行多種過程控制實(shí)訓(xùn),也可自行組建不同的控制工程實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)
4.可對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀表設(shè)置不同故障、鍛煉學(xué)生排故的能力
三、
過程控制技能實(shí)訓(xùn)考核裝置
,
過程控制技能實(shí)訓(xùn)考核設(shè)備
,
過程控制技能實(shí)訓(xùn)考核臺(tái)
技術(shù)指標(biāo)
1.輸入電壓:三相四線~380V±10% 50Hz
2.工作環(huán)境:環(huán)境溫度范圍為-5℃~+40℃ 相對(duì)濕度<85%(25℃) 海拔<4000m
3.裝置容量:<4kVA
四、
過程控制技能實(shí)訓(xùn)考核裝置
,
過程控制技能實(shí)訓(xùn)考核設(shè)備
,
過程控制技能實(shí)訓(xùn)考核臺(tái)
系統(tǒng)組成
1.對(duì)象系統(tǒng):主要由實(shí)訓(xùn)考核裝置、動(dòng)力系統(tǒng)、不銹鋼儲(chǔ)水箱、有機(jī)玻璃水箱、電加熱鍋爐、板式換熱器、氣動(dòng)閥、差壓變送器、流量計(jì)、電磁閥、管道及手動(dòng)調(diào)節(jié)閥等組成;
2.控制系統(tǒng):由電源控制面板、漏電保護(hù)器、控制開關(guān)、交流電壓表、變頻器、故障箱、考核裝置、現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)裝置等組成。
五、
過程控制技能實(shí)訓(xùn)考核裝置
,
過程控制技能實(shí)訓(xùn)考核設(shè)備
,
過程控制技能實(shí)訓(xùn)考核臺(tái)
實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目
1.過程控制及檢測(cè)裝置硬件結(jié)構(gòu)組成認(rèn)知
2.傳感器的校正(零點(diǎn)遷移與量程調(diào)整)
3.單容水箱特性測(cè)試
4.液位測(cè)量技能實(shí)訓(xùn)
(1)電容式液位變送器測(cè)量
(2)擴(kuò)散硅液位變送器測(cè)量
(3)擴(kuò)散硅差壓變送器測(cè)量
(4)磁翻板液位計(jì)測(cè)量
(5)超聲波液位計(jì)測(cè)量
5.壓力測(cè)量技能實(shí)訓(xùn)
(1)電容式差壓變送器測(cè)量
(2)擴(kuò)散硅壓力變送器測(cè)量
6.流量測(cè)量技能實(shí)訓(xùn)
(1)渦輪流量計(jì)測(cè)量
(2)電磁流量計(jì)測(cè)量
(3)孔板流量計(jì)測(cè)量
(4)渦街流量計(jì)測(cè)量
(5)超聲波流量計(jì)測(cè)量
(6)玻璃管式轉(zhuǎn)子流量計(jì)測(cè)量
(7)橢圓齒輪流量計(jì)測(cè)量
7.溫度測(cè)量技能實(shí)訓(xùn)
(1)熱電偶溫度變送器測(cè)量
(2)熱電阻溫度變送器測(cè)量
(3)熱電偶溫度傳感器測(cè)量
(4)熱電阻溫度傳感器測(cè)量
(5)熱電偶冷端補(bǔ)嘗器測(cè)量
8.氣動(dòng)閥安裝、調(diào)試技能考核實(shí)訓(xùn)
9.差壓變送器安裝、調(diào)試、檢修技能考核實(shí)訓(xùn)
10.流量計(jì)安裝、調(diào)試、檢修技能考核實(shí)訓(xùn)
11.壓力變送器安裝、調(diào)試、檢修
12.溫度傳感器安裝、調(diào)試、測(cè)量
13.單閉環(huán)液位控制工程設(shè)計(jì)
14.單閉環(huán)流量控制工程設(shè)計(jì)
15.單閉環(huán)壓力控制工程設(shè)計(jì)
16.溫度定值控制工程設(shè)計(jì)
17.緊急停車控制工程設(shè)計(jì)
七、結(jié)語(yǔ)
在高校課程改革要求的大前提下,針對(duì)“
過程控制系統(tǒng)
”和“
過程檢測(cè)技術(shù)
”課程的教學(xué)改革是必要的。本課題組結(jié)合十幾年的教學(xué)實(shí)踐,有機(jī)地將兩門課合并成一門,形成新的課程內(nèi)容體系,改革相應(yīng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。改革的主體思想是既要注重理論知識(shí),又要結(jié)合工程實(shí)踐。合理配置的實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容,會(huì)使理論課程和實(shí)驗(yàn)教學(xué)科學(xué)合理地組合成全部的教學(xué)內(nèi)容。改革后的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)是在以學(xué)生為主導(dǎo)的基礎(chǔ)上,配以豐富的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、多元的實(shí)驗(yàn)過程,發(fā)揮每一個(gè)學(xué)生的潛能,激發(fā)學(xué)生的自主性、創(chuàng)造性和積極性。
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