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隨著電力電子技術的迅猛發展以及石油石化行業電氣自動化水平的不斷提高,教學內容越來越豐富,教學要求也越來越高。但是受到教學學時的限制,課程無法對一些具有石油特色的重要研究熱點進行深入介紹,限制了課程在特色專業建設中的作用,迫切需要解決以下幾個問題:
1.體現精品課程示范作用,解決“電力電子技術”在特色專業建設中促進各課程之間協調發展的問題目前,電氣工程專業各課程的內容較為松散,缺乏一個系統性的提綱,這與“建設國內著名、石油學科國際一流的高水平研究型大學”的目標還存在較大的差距。在山東省電氣專業特色建設的大背景下,如何解決專業課程之間銜接難題、整合各方向的研究領域、切實落實具有“油味”特色的專業建設是當前的一個重要研究課題。而“電力電子技術”由于其自身跨學科、寬領域的特點,恰恰可以作為這樣一個接口和橋梁。因此,作為一門立項建設的校級精品課程如何發揮模范示范作用,在促進各專業課程協調健康發展的同時,如何突出作為石油院校的課程特色,是本教學改革項目的一個挑戰,但更是一個機遇,也是一個創新性的研究內容。
2.改革現有教學手段和內容,解決有限學時與傳統教學方法不匹配的問題“電力電子技術”課程的教學內容以各種變流電路為主線,對電路的波形分析與相位分析的方法貫穿始終。必須更新教學觀念、教學方法和教學內容,使學生在有限的課時盡可能多地掌握和了解本學科的知識,提高課程的教學質量。
3.改革“電力電子技術”的實踐教學環節,解決學生主觀能動性不足問題在“電力電子技術”的實踐教學方面,該課程的教學均采用課堂教學結合課后驗證性實驗的教學模式。目前,學校僅采用掛件結構的實驗臺或實驗箱來完成實驗,學生始終處于被動狀態,不會積極去思考和創新,也找不到探索的目標和方向。這樣一來,如果設備在實驗過程中出現問題使得實驗結果與理論分析不符甚至出現異常現象,學生就會第一時間找老師要答案,不會獨立分析和解決問題。總之,為切實落實省級特色專業的建設目標,“電力電子技術”課程必須提升自身的學科定位,利用課程優勢強化作為特色專業課程之間的橋梁作用,因此對本課程的教學內容、教學方法和教學手段等進行全面的改革勢在必行。
二、課程改革的具體研究方案
1.打破課程壁壘,強化作為特色專業的橋梁作用電氣工程專業各學科的發展已經進入知識相互交叉、共同發展的時期,傳統孤立授課的方法已經不能適應新時期的要求。而“電力電子技術”是一門理論性、綜合性和實踐性都很強的重要專業課程,涉及到多個電氣工程學科課程的知識。利用這個優勢,將其建設成為一個承上啟下、溝通各課程的橋梁是非常合適的。以“電力電子技術”變流技術作為切合點,將“電力拖動自動控制系統”、“交流調速系統”的調速理論、“電力工程”的柔性輸電、智能電網等學科理論緊密結合,消除課程之間的壁壘,實現“弱電控制強電”思想的共通,從而將電氣工程特色專業建設形成一個有機的整體。
2.更新教學內容,突出“油味”特色石油院校所培養出來的人才不僅是電氣工程領域的專業人才,還必須了解石油工業生產對電氣技術的需求,能夠將電氣技術與石油技術很好地結合,為石油工業生產服務。目前,“電力電子技術”中與石油石化科研實踐的結合程度還不夠深入,如何更好地為行業服務,培養合格的電氣化人才,需要在課程內容安排上下功夫。例如,可以增加電驅動鉆機、潛油電泵變流電流拓撲的分析和簡單故障診斷,使課程更貼近現場,突出“油味”特色。
3.改革現有的教學模式,突出設計與創新采用“感知、學習、應用、總結、提高”五層次教學模式,在“感知”模塊中,通過多媒體課件演示與教學內容有關的案例;在“學習”模塊中,通過啟發式、討論式等教學方法,結合現代化的教學手段,使學生掌握“電力電子技術”的理論知識;在“應用”模塊中,通過實際電路的搭建和實驗調試,使學生將所學的課堂理論知識,有效地應用于實踐;在“總結”模塊中,將零碎的知識進行歸納,把對理論的片面認識變成全面掌握,培養學生舉一反三的能力;在“提高”模塊中,將任務驅動式的實踐經驗與理論完全融合,使學生明確崗位對電力電子技術能力的要求,并具備對整個系統的安裝調試能力。
4.培養學生獨立思考問題和解決問題的能力,鼓勵學生撰寫科研報告或者調研報告在本課程教學的前期,向學生介紹科技論文的寫作格式及方法,指導學生撰寫有關電力電子技術方面的調研報告,要求學生按照科技論文的規范進行撰寫。同時介紹一些相關的優秀網絡資源給學生,指導學生通過這些網絡資源去查閱相關的中英文資料,使學生更主動地去了解電力電子發展的動態前沿,因而充分認識到學習本課程的重要性,借此提高學生自主學習的積極性。
5.充分利用當前流行的現代化多媒體教學手段,做到互動教學“電力電子技術”課程涉及到很多電路圖和波形圖,可以采用多媒體教學與傳統的黑板授課方式相結合來進行授課。各種電路圖和波形圖可用多媒體制作,利用多媒體可以把全部波形展現到學生面前,增強課堂學習效果。如果教師講課的方式生動活潑,那么學生就更容易接受,從而實現教師和學生在課堂上的良好互動,大大提高學生的聽課效率。
三、結束語
關鍵詞:教學改革;電氣工程概論;互動式教學法;教學效果
作者簡介:韓楊(1982-),男,四川成都人,電子科技大學機電學院,講師。(四川 成都 611731)
基金項目:本文系電子科技大學中央高校基本科研項目(項目編號:2672011ZYGX2011J093)的研究成果。
中圖分類號:G642.0 文獻標識碼:A 文章編號:1007-0079(2013)10-0057-02
“電氣工程概論”課程是電氣工程及其自動化專業的專業基礎課。課程圍繞電氣工程領域的幾個主要分支——電機電器及其控制、電力系統及其自動化、高電壓與絕緣技術、電力電子與電力傳動、電工新技術等方面進行全面系統的介紹。通過該課程的學習,學生對電氣學科的發展歷史和應用現狀有全景式的了解,對進一步深入電氣工程學科類專業學習起到導航作用,并逐步培養對電氣科學與工程的崇尚與追求的專業精神以及創新意識。[1,2]
實踐表明,學生總是習慣于知識的“定量”化灌輸模式,而對于這樣一門以“定性”介紹為主、沒有公式講解和詳細專業理論分析的課程,最初還有些不適應。如何激發學生對電氣專業的興趣,引導學生通過網絡搜索和圖書館資料查詢等手段,去主動了解和掌握一些專業知識背景,是課堂教學中需要著重思考和實踐的課題。[3-5]筆者經過兩三年的電氣工程概論教學后,在重點講述電力系統自動化、電力電子與電力傳動等的基礎上,把互動式教學方法成功應用到教學實踐中。課堂教學表明,這對于提升學生學習興趣和培養學生自主學習能力方面是非常有效的。
一、 采用互動式教學方法,探索改革教學模式
“電氣工程概論”課程涵蓋內容多,采用傳統滿堂灌式教學方法,效果不佳。筆者通過教學實踐,摸索出一套有效的方法,教學安排按照如下順序:教師理論講解—多媒體PPT展示—視頻演示—給學生布置課后調研題目—學生自主學習、分組研討、制作PPT—學生課堂專題演講—同學問答互動、教師總結—教師提出整改意見—學生課后再次收集資料、完成研究報告。這種互動式方法培養了學生對課程的興趣,使他們在PPT演講、書面表達、創新能力培養方面都起到積極作用。
二、調整更新教學內容,提升課堂教學質量
1.課程緒論
(1)主要內容:電氣工程在國民經濟中的地位;電氣科學與工程的發展簡史、前景、理論基礎和常用計算機程序,譬如EMTP、MATLAB、BPA、EMTDC、PSPICE等。應達要求:了解電氣科學與工程的產生過程;了解電氣工程及其自動化專業的二級學科分布;了解電氣工程學科的發展前景和在國民經濟中的主要應用和作用。
(2)教學設計:圍繞使學生對本課程的專業背景、主要應用前景有一個清晰的認識和激發其對本專業的熱愛這一目標來展開。在講授過程中,補充智能電網、新能源的開發利用技術等當前國內外的研究熱點,擴展學生的專業視野。
2.電機電器及其控制技術
(1)主要內容:電機的作用及其發展簡史;電機的分類與結構、應用領域、選用與運行控制;電機學的研究內容概要;電器的發展歷史和分類。應達要求:了解電機的基本作用、發展簡史、電器的發展歷史;理解電機在國民經濟中的應用領域;掌握電機的可逆原理;理解電機學的主要研究內容、高壓電器與低壓電器的基本結構與作用;掌握電機分類方法和不同類別的電機特點。
(2)教學設計:介紹電機與電器學科的概況、發展簡史,使學生對電機學等后續專業基礎課程以及電機的微機控制技術等專業課程的學習建立初步的感性認識。通過FLASH制作的同步電機勵磁過程和旋轉磁場模擬動畫來加強學生對電機學理論知識的理解。對于電器部分,通過圖片的形式向學生展示各種電器,增強學生的感性認識;對于高壓電器部分,由于裝置體積龐大,采用視頻錄相講解的方法,拉近學生對高壓電器的感性距離。
3.電力系統及其自動化技術
(1)主要內容:電力系統發展簡史;電力系統簡介;發電廠、電網概述;電力市場簡介;電力新技術與發展趨勢。應達要求:了解電力系統的發展簡史和我國電力工業的發展概況、交直流輸電技術的發展過程、各種類型的能源發電原理及其特點;了解電力市場的概念、電力新技術的發展趨勢;理解電力系統的功能與作用、現代電力系統的主要特點和運行過程。
(2)教學設計:主要講授電力系統的概況、基本概念,內容涉及發、輸、供、配、用幾大部分,按發電部分、電網運行與調度、電力應用三個環節順序介紹。教學過程中首先從系統的角度對電力系統進行介紹,使學生建立對電力系統整體功能及結構的認識,在此基礎上,進一步對各個組成部分分別闡述。在講述電力系統發展前沿技術的時候,本著自動化、數字化、智能化的發展主線,將智能電網的概念引入課堂。
4.電力電子技術與電力傳動
(1)主要內容:電力電子技術的作用與發展簡史;電力電子技術的特點和研究內容、應用領域;電力電子技術的地位、發展方向和電力傳動概況。應達要求:了解電力電子技術的作用、發展歷史;了解電力電子技術的主要應用領域和新技術的發展趨勢;了解電力傳動的主要應用領域;理解電力電子技術的概念與特點和直流電機、交流電機傳動的基本原理。
(2)教學設計:介紹電力電子技術的作用、歷史、主要特點及其發展趨勢。電力電子技術是我院電氣專業一門重要的專業課程。對半導體變流技術的發展歷程進行講授,讓學生明確電力電子技術的本質和重要意義;將實驗室電力電子器件作為道具,在課堂上實物演示,讓學生建立感性認識。在講述電力傳動部分時,結合工程實踐進行案例教學,使學生明確電力傳動在工業中的應用概況;結合科研課題,將典型案例通過PPT向學生展示。
5.高電壓與絕緣技術
(1)主要內容:高電壓與絕緣技術發展簡史及主要內容;高電壓新技術及其在各領域的應用。應達要求:了解高電壓與絕緣技術的作用;了解高電壓的產生原理和試驗設備;了解高電壓新技術及其在各領域的應用;理解基本的高電壓及絕緣試驗操作。
(2)教學設計:介紹高電壓與絕緣技術的發展歷程、應用領域及其試驗技術。本章具有很強的專業背景,因此在教學時,采用了PPT講授和視頻演示相結合的教學手段,突出高電壓技術的產生背景、發展歷程、試驗條件和環境等,達到讓學生建立一個感性認識的目的。
6.電工新技術
(1)主要內容:電工新技術發展趨勢、超導電工技術、聚變電工技術、磁流體技術、可再生能源技術、磁懸浮列車技術、燃料電池技術、飛輪儲能技術和微機電系統。應達要求:了解電工新技術的發展趨勢、超導電工技術、磁聚變電工技術的基本原理及應用,磁流體發電和推進技術、磁懸浮列車技術、燃料電池技術及應用,飛輪儲能技術及應用和微機電系統的基本概念。
(2)教學設計:主要以PPT講授為主。對超導電工、聚變電工、可再生能源發電、燃料電池技術和微機電系統等前沿技術進行專題概述。
三、改革教學方法,創新互動式教學模式
1.注重課堂引導,激發學生學習興趣
在教學過程中,借助網絡資源,向學生介紹電氣行業的應用情況和相關企業的產品和市場情況,譬如給學生介紹聯合證卷行業深度分析“電力電子,我們可以看得更遠”,重點介紹電力電子變頻器、整流設備、無功補償設備SVG、開關電源、直流輸電裝備等技術的實際工程應用,介紹相關企業和上市公司產品和市場概況,激發了學生的學習興趣。
2.加強課堂互動,調動學生積極性
為了加強課堂互動,采用了PPT講解和視頻教學相結合的方法,進行多個專題介紹。譬如:核裂變之歷史回顧、中廣核集團介紹、日本核事故回顧、歐洲核聚變裝置、中國托克馬克聚變裝置、日本新干線與中國高速鐵路、國家電網、南方電網公司宣傳片;汽輪發電機、水輪發電機安裝視頻和三峽發電廠簡介。學生觀看完視頻后,進行提問:裂變和聚變的區別是什么?日本核泄漏事故的原因是什么?避免核事故的方法有哪些?日本新干線和中國高鐵的技術要點有哪些?汽輪機和水輪機的原理是什么等等。鼓勵學生回答問題,凡是舉手回答問題的學生,在平時成績上加2分,調動了學生的積極性。隨后,教師進行總結評論。
3.推行專題報告,活躍課堂氣氛
采用學生專題演講方法,激發自主學習興趣和收集整理資料的能力。學生3人一組,分工協作完成資料收集、PPT制作和課后研究報告撰寫。學生報告題目有:智能電網概述、電氣化鐵路接觸網介紹、電能存儲技術的發展概況、地熱發電的現狀與技術要點、PLC的原理與應用、國內外智能電網發展趨勢、柔性太陽能電池、國內外高壓直流輸電工程簡介、電力系統柔性輸配電技術、城市軌道交通供電系統和電動汽車電源系統等等。學生報告后,其他學生提3~5個問題,報告者首先作答,教師隨后總結,并對相關技術問題進行詳細講解。對提問的同學,在平時成績上加2分。這樣課堂氣氛非常活躍,學生爭先恐后舉手發言。
四、結束語
通過和學生的溝通發現,學生非常喜愛這種互動式教學方法,感覺課堂不再枯燥,而是充滿活力,在知識獲取和創新、演講能力和書面表達方面都得到全面的鍛煉,收獲頗豐。學生的積極性被充分調動起來了,課堂氣氛活躍,學生學習中找到了快樂,對電氣工程專業提升了興趣。教學實踐表明,互動式教學方法在電氣工程概論課程的應用是成功的。
參考文獻:
[1]劉晉,牛印鎖,文俊.國內外“電力電子技術”課程教學研究[J].中國電力教育,2012,(6):64-65.
[2]楊鴻波,高晶敏,侯霞,等.“電路分析”課程教學改革的探索與實踐[J].中國電力教育,2011,(2):99-100.
[3]蔣陸萍,蔣宇琦.自主教學法在“電力生產概論”課程教學中的應用[J].中國電力教育,2012,(15):67-68.
【關鍵詞】開放式教學;電力電子技術
0 引言
隨著電力電子技術的不斷發展,相關企業在招聘大學生時,對其在電力電子技術方面的理論知識和實踐能力要求越來越高。然而受制于教學水平的限制和教學觀念的落后,目前我國普通高等院校相關專業的畢業生普遍存在動手能力差、主動性不強、缺乏發現問題分析問題解決問題的能力等缺點,特別是在專業基礎課方面,比如《電力電子技術》、《數字電子技術》、《模擬電子技術》等課程。
隨著開放式教學的推廣[1-3],其以學生為主體,教師為輔導、企業需求為目標的教學理念受到了越來越多高校的青睞。本文針對傳統《電力電子技術》教學中存在的等問題,結合學院近年來建設的開放式實驗系統,將一部分教學內容從課堂移植入開放式實驗系統,采取理論教學、自主仿真、預約實驗的流程,改變了以往以教師為主導地位的教學模式,提高了對學生創新能力和動手能力的培養。
1 電力電子技術教學的現狀
電力電子技術是一門理論性很強的課程,但受制于本科教學的特點(單節課授課量遠遠大于高中階段),學生往往在課堂上對相關知識理解不透,知其然而不知其所以然。通過教學發現,學生對相關電力電子電路原理的理解往往是在做完實驗后再同書本相互印證才掌握的。因此在電力電子技術的教學體系內應該堅持“理論與實踐相結合”的基本原則,也即要開展一定課時的實驗課程。但是在當前的電力電子技術的實驗教學中,受傳統教學理念的影響,仍存在以下不足:
(1)認識性實驗居多,學生只會按教材接線,甚至部分同學只會按其他同學的接線來接線,往往導致同樣的錯誤扎堆出現;
(2)實驗課排課時間不科學,通常安排在理論課即將結束時,學生此時已對之前所學的理論知識部分忘記,致使學生無法相互印證所學知識;
(3)師生間溝通渠道不暢,許多學生有問題得不到及時的指導,致使學習的積極性下降;
(4)學生缺乏自主性實驗的平臺,其創新能力得不到施展;
(5)實驗臺不符合實際現場,學生看到的和操作的僅僅是連接線和接線插孔,起不到實踐能力的鍛煉。
2 開放式實驗系統
2.1 開放式實驗系統的流程
開放式實驗系統可分為課內實驗開放和學生自主實驗開放,即可以為正常的實驗教學進行開放式服務,也可以實現學生的自主實驗。在正常的實驗教學中,教師可以根據理論課程的進度在合適的時間來預約實驗和安排實驗,學生在指定時間進行實驗。學生提交實驗報告和教師批改均可在線進行。對于學生的自主實驗功能,學生可以根據自己理論知識的掌握程度,結合自己的時間,進行實驗室預約,在實驗過程中還可進行在線提問和答疑,極大的激發了學生的學習自主性和積極性。開放式實驗系統的刷卡制度保證了考勤的記錄,此外每個實驗室均安裝有網絡攝像頭,實驗室管理人員可以在值班室對各個實驗室進行有效監視,從而保證了實驗的安全性。
2.2 開放式實驗系統的優點
通過兩個學期的實施,我們發現與傳統的實驗教學模式相比,開放式實驗教學具有以下優勢。
(1)充分給予學生思考的過程,避免學生一味地按照教材上的要求和教師的要求去完成實驗,從而激發學生的學習興趣,也可以提高學生抗挫折的能力。
(2)開放式實驗教學可以實現信息資源共享,其特點是借助互聯網技術的優勢,實現信息的交互,從而整體提高學生的知識能力。
(3)學生可以自主進行課程外的實驗,在指導教師的協助下進行方案設計、仿真分析、元器件選型、電路板焊接、調試等過程,極大的鍛煉了其綜合能力。
(4)學生在自主開放式實驗過程中不僅僅是學到了知識,更為重要的是其逐漸會掌握科研的方法,而這往往是研究生階段才能得到鍛煉的。
3 結論
本文將開放式實驗系統貫穿于電力電子技術教學中,為提高電力電子技術課程教學質量提供了一條新的途徑,一方面可以有效加深學生對理論知識的理解,另一方面也提高了學生的創新能力和實踐能力,為其今后走上工作崗位奠定堅實的基礎。
【參考文獻】
[1]陳冬.開放式實驗系統實現[J].信息技術與信息化,2016(4).
關鍵詞:電力電子技術;綜合創新性;實驗
中圖分類號:G642.0 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2016)14-0209-02
《電力電子技術》是本校自動化、電氣工程及其自動化專業的9門專業核心課程之一。電力電子技術跨“電力”、“電子”和“控制”3個領域,是“弱電子”對“強電力”實現控制的橋梁和紐帶。該課程的實踐性非常強,很多概念和方法必須通過實踐環節才能較好地領會和掌握。在做好理論教學的同時,加強實驗教學非常重要。實驗教學對幫助學生理解和鞏固課堂理論知識,培養學生的操作技能、創新意識和探索精神具有重要的作用。在工程實踐中,該課程始終呈現高速發展趨勢,不斷有新的器件、新的電路拓撲結構與新的控制方法問世。這些因素決定了對該課程的實踐環節進行改革是非常必要的。
一、教學改革背景
目前我院在電力電子技術實驗教學環節中仍在使用某公司的“TKDD一1型電力電子技術及電機控制實驗裝置”,該實驗裝置經過多年使用,器件老化,存在如下問題:
1.故障率高,燒壞設備的情況經常出現,如直流斬波電路的MOSFET管子經常燒壞,概率幾乎達到100%,做完一組下一組幾乎沒法做,三相全控整流電路的晶閘管也有類似情況。
2.實驗數據與理論值之間的誤差很大,嚴重影響了實驗效果,如控制角α的調整范圍很窄,無法實現逆變,這些實驗參數廠家也無法完全修復。
3.能做的實驗數量少,而且多數為驗證性實驗,學生只能被動地接受實驗結果,學習興趣不大。
4.現有的實驗設備是模塊化、封閉的實驗箱,學生在上面進行接線、用示波器觀察波形,測試數據,能夠理解基本電力電子電路的原理和工作過程,但是對電力電子實際元器件電路缺乏直觀的認識,也缺乏個人發揮空間。
5.目前學生的畢業設計面臨硬件電路制作無從下手的局面,所以必須進行前期積累,掌握基本的硬件電路制作方法,為以后畢業設計制作綜合性電路打下基礎。
二、教學改革的內容
1.保留必要的驗證性實驗。在實驗初級階段,學生剛接觸電力電子技術實驗,對實驗設備和儀器還很陌生,此時采用傳統的“老師講、學生聽”的方式,通過教師操作演示給學生看,對學生掌握實驗設備和儀器的正確使用方法、強電實驗中安全用電的基本知識和注意事項以及進行規范操作很有好處。
需要根據現有設備的情況以及該實驗課程特點,確定3個驗證性實驗,最好包括整流、斬波、調壓、逆變四個基本電路拓撲。
2.開展綜合創新性實驗教學改革。該課程是一門實踐性非常強的課程,需要學生熟悉常用電力電子仿真軟件的使用、常用的元器件及選型、掌握高頻變壓器的繞制、高頻電感的制作、熟悉電路原理圖繪制、熟悉電路板布線及制作、掌握常用的硬件電路調試方法,最后完成電力電子電路制作的完整工藝流程。
根據學生的情況分為兩個層次:
第一個層次:欠缺電路制作經驗的學生選作教師提供的課題;
第二個層次:有基礎的學生可以自主設計產品。設計過程中教師要給予一定的指導,學生可自行查閱資料,購買元器件,設計、焊接和調試電路。學生在采購元器件的過程中了解了元件的參數和特性,在調試過程中學會了使用示波器等設備,培養了分析問題、解決問題的能力,這樣做不僅有利于因材施教,為學生的自由發展創造良好條件,而且可以提高實驗室的利用率,同時還開發了學生的潛力,為學校組織廣東省機電產品創新大賽、全國電子設計大賽、機器人比賽、三菱自動化杯等培養人才。
三、具體的實施方案與方法
該實驗課總共16個學時,其中一部分為基本的驗證性實驗,另外的學時作為綜合創新性實驗,學生分組進行電力電子實際電路的制作和調試,每組(2~3人)上交一個電路作為考核依據,并每人提交綜合創新性實驗報告一份。學生需要完成以下工作:原理電路仿真、電路拓撲確定、元器件參數計算及選型、元器件清單列表、高頻變壓器繞制或者電感繞制、原理圖繪制、電路板布線、電路焊接、電路調試,從而掌握電力電子電路制作的完整過程。
1.2013―2014年第1學期在11自動化A、B班做過初步嘗試,已經采用其中的8個學時做了綜合創新性實驗教學改革,學生能夠初步掌握高頻變壓器的繞制,接近60%的同學能夠焊接并調試出開關電源(輸入85~220V,單輸出或者雙輸出10~24V)電路,11自動化B接近80%,初步達到目的,但仍然存在如下關鍵問題:因為輸入電壓過高的原因,出于安全性考慮,所有的電路調試都是老師在場進行調試的,學生沒有掌握硬件電路調試的要點,這是下一步必須改善的地方;
2.2014―2015年第1學期實施方案:在12自動化3個班進一步開展綜合創新性實驗教學改革,合理確定題目,降低輸入電壓要求,實現36V以下安全電壓輸入,目標是實現90%以上的學生能自主繞制高頻變壓器或者高頻電感、焊接、調試電路,并且形成積累,為相關學科競賽培養和物色人才。
3.2015―2016年第1學期實施方案:在13自動化1個班、電氣工程及其自動化2個班進一步開展綜合創新性實驗教學改革,在前兩輪改革的基礎上,可以增加題目的數量,優化題目的內涵,目標是學生的作品可以參加學科競賽。
四、實施案例
在全世界致力于發展低碳經濟的大環境下,高效節能的高頻開關電源具有廣闊的市場,高頻化、高效率、小型化和綠色化是高頻開關電源的發展趨勢。針對本校學生的特點和接受能力,考慮安全性的前提下,制作小功率輔助開關電源,輸入為36V直流電,輸出為5V直流電,選用PI公司的DPA-Switch系列,基于PI Expert v9.0進行電路設計。
1.電路原理圖和PCB圖紙。設計的DC/DC 5V高頻開關電源以DPA422為核心控制芯片,將220 V高頻MOSFET與全部控制和故障保護電路集成在一起的單片IC,具有較寬的直流電壓輸入范圍(16 VDC至75 VDC),開關頻率可選300/400 kHz。高頻開關電源原理圖如圖1所示,PCB圖紙如圖2所示。
2.電路制作和調試。高頻變壓器的繞制是整個硬件電路制作的關鍵環節。圖3是高頻變壓器繞制的電特性原理圖。分為初級繞組、次級繞組和偏置繞組。圖4是輸出電壓的測試結果。
五、結論
本教學改革以11級、12級、13級自動化、電氣工程及其自動化專業的學生為教學改革的對象,完成電力電子電路制作的完整工藝流程。為學校組織廣東省機電產品創新大賽、全國電子設計大賽等各類型學科競賽培養人才,促進我院工科類教學質量的提高。同時也為學生的畢業設計打下良好的基礎。根據這幾年帶畢業設計的經驗,很多學生到大四都無法獨立進行硬件電路制作,只是停留在簡單的電裝實習階段,所以一到畢業設計,遇到綜合性較強的硬件制作,根本無法下手。通過此訓練,這種情況將會得到較大改善。
參考文獻
[1]邢巖,劉建宏,龔春英,等.科研推動電力電子技術課程實踐性教學改革[J].電氣電子教學學報,2006,28(5).
新一代高壓直流輸電技術中,已經使用了GTO、JGBT等可關斷器件,以及脈寬調制等新型的電子產品。目前,一些學者已著手開始研究FACTS技術。另外,電力電子技術支持下的電機調速、供電電源、電力較配電等方面已經取得了廣泛的應用。這些無論對改革傳統工業,還是高技術產業的發展和高效利用都至關重要。經濟發展的巨大需求,刺激著電力電子技術以每年百分之十幾的高速度增長,使其成為本世紀重要的技術支柱之一。電力發電系統也是電力電子技術的應用之一。電子技術的發展改善了電力系統發電機組的多種設備的運行特性。總之,在電力行業中,電子技術的應用會越來越廣泛和深入,電子技術與電力行業的結合推動電力行業的長足進步和發展。
電子技術與國防事業
電子技術在國防事業的結合,產生了軍事電子技術的概念。軍事電子技術是指在軍事系統和裝備中使用的電子技術,包括軍事電子材料、軍用電子元器件、軍用軟件、軍事通信技術等。微電子技術是保持軍事技術領先的重要基礎,在以信息技術為表征的新軍革中更具有特殊的戰略地位。目前,信息技術的突飛猛進已把電磁頻譜的競爭開發推至白熱化階段,具體表現在電子元器件開發上,就是尋求能更適合更高頻段、更寬頻譜、更高工作溫度和更高可靠性的材料和器件。這引發了寬禁帶半導體器件等新型軍用微電子器件的開發熱潮。在我國國防事業中,電子技術作為改進和提升國防軍事裝備的一門重要技術越來越明顯。軍事電子技術提升了我國國防電子企業的研發水平和生產水平,從而也推進了國防事業的穩定健康的發展。國防電子企業以電子技術和信息技術的優勢不斷提升自己,使自己始終與新國防軍革的需要相匹配,同時也優化了整個國防電子工業的布局,使之更加合理、可靠。如今,信息網絡技術是各種武器平臺的重要支撐,電子設備在各種武器裝備中的應用使武器裝備更具有智能化的功能。目前,世界軍事環境和和全球市場需求的日益變化,使我國國防電子企業相應地作出調整,這是其生存之本。總而言之,現代電子技術的迅猛發展正在推進軍事電子技術的高速進步,信息化、網絡化技術是未來國防軍事裝備的關鍵技術。
電子技術與汽車行業
電子技術在汽車行業中的運用,形成了汽車電子技術。汽車電子技術是指汽車上應用的電子化和電子信息技術及相關電子技術的總稱。目前,汽車行業在電子技術的支持下,已經進入電子控制的時代。汽車上裝備而來大量的越來越高級的電子裝置,這些裝備推進著汽車向智能化、舒適化、安全化、環保化方向發展,成為“電子智能汽車”。有些專家甚至預言,未來的汽車就是“一臺電腦+四個輪子”。目前,汽車電子技術也正處于全面快速發展的階段,其特征主要體現在:①功能多樣化;②技術一體化;③系統集成化;④通信網絡化。現代汽車電子技術是提高汽車整體性能的保障,其功能上包括舒適性、安全性、經濟性、操縱性、動力性、能源節約性和環保性等。汽車電子技術在功能多樣化、系統集成化、體積微型化、系統網絡化等方面取得一個又一個的突破,這也迎合了人們對汽車的安全、環保、舒適、娛樂等要求的逐步提高。汽車電子技術已經進入了人-車-環境三位一體的和諧關系的階段。汽車電子技術顯著地改善了汽車的綜合水平,使之在安全、節能、環保、舒適等各方面都有長足的進步。而汽車電子技術本身也從單個部件電子化發展到總成電子化、網絡化、智能化、環保化、安全化、智能化、綜合化、信息化。
電子技術與商務
電子商務是大家比較熟悉的一個概念。它通常是指處于全球不同地方的廣泛的商業貿易活動中,在Internet開放的網絡環境下,基于Browser/Server的方式,買賣雙方不謀面地進行各種商貿活動,即消費者進行網上購物,商戶之間進行網上交易,以及買賣雙方進行各種商務活動、交易活動、金融活動和相關的綜合服務活動。電子技術涉及了商品的整個運轉周期中的各種大大小小的商業活動。這里僅說說電子化采購。電子化采購是由采購方發起的一種采購行為,是一種利用Internet網絡進行的不見面的交易,如網上招標、網上競標、網上談判等。電子化采購不僅僅完成采購行為,而且利用網絡技術對采購全程的各個環節進行管理,可有效地整合采購資源,提高采購效率,幫助供求雙方降低成本。
電子技術與標簽技術
電子信息技術的飛速發展,推動了各行各業大步地向前發展,甚至是質的飛躍。電子技術與標簽技術的結合,就形成了電子標簽技術。電子標簽又稱為Tag、SmartLa-bels或者智能標簽。它的核心技術是無線射頻識別技術,或稱射頻識別技術(RFID)。可以說,它是IC卡技術的拓展,是微電子技術和新型芯片封裝技術相結合的產物。電子標簽通過采用一些先進的技術手段,實現了人們對各類對象在不同狀態下的自動識別和管理。電子標簽技術在近些年發展迅猛,被公認為是本世紀最有發展前途的信息技術,目前已廣泛地應用于工業自動化、智能交通、物流管理、海關檢測管理、身份認證等多個領域。
電子技術與病歷的結合
傳統病歷的媒介是紙質的,將傳統病歷與電子技術掛鉤,形成一種新的記載病人歷程的方式,這就形成了電子病歷。美國國立醫學研究對電子病歷的定義是這樣的:電子病歷是病人的一些電子化的記錄,它包括病人基本信息的記錄、病人健康的記錄、病人臨床記錄、醫療保健的記錄等。電子病歷打破了病歷傳統的概念,使病人的各種信息更加豐富,而且易于管理。電子病歷是病人資料的數字化檔案庫集合,如病人身份信息、檢驗報告信息、影像診斷報告信息、病歷記錄、醫囑治療記錄、藥品使用信息。這些通過一些有好的界面展現在管理者的面前,更加便于醫生診斷。通過信息化服務,醫生在任何地點和時間都可以獲取病人的相關信息,為醫生提供決策,這就避免了重復檢查,提高了用藥的合理性,提高臨床檢驗、處方、處置的效率,降低患者診療成本。電子病歷的出現給管理者和病人雙方都帶了很多好處,是雙方在信息透明的情況下互動,這就可以建立一種和諧的醫患關系。隨著電子技術的不斷進步,一些新技術逐漸投入使用,網絡化的廣泛普及,以及第三代數字通信(3G)時代的發展,都將推進電子病歷更深入的發展。
電子技術與照明的結合
電子技術和照明技術的結合,發展成為電子照明技術,它不屬于電子電力技術的內容。以前,人們眼中的照明只是表現在照明電器工作的有效性和安全性方面。然而,隨著電子技術的進步以及對生存環境和生活質量要求的不斷提高,人們的觀念已經改變,現逐漸轉向追求照明質量、強調照明環境的舒適性。我國于19%年正式決定實施“中國綠色照明工程”。所謂“綠色照明”,是指通過科學的照明設計,采用效率高、壽命長、安全和性能穩定的照明電器產品(電光源、燈用電器附件、燈具、配線器材,以及調光和控光器件),改善提高人們工作、學習、生活的條件和質量,從而創造一個高效、舒適、安全、經濟、有益的環境并充分體現現代文明的照明。
電子技術與服裝的結合
電子技術在服裝行業的運用,就形成了電子服裝技術。電子服裝正逐漸地被人們所認識和接受,它是時裝與高新技術融為一體的產物,成為人們現在生活方式與高技術功能融合點,智能服裝概念的提出,又使電子服裝想高層推進了一步。目前的電子服裝具有一定功能,既能感知外界壓力、溫度、電荷等的刺激,又能根據這些刺激作出相應的變化。電子服裝采用了多種學科交叉的技術,開發思路獨特新穎,符合當今時代的發展需求。它在如下方面發揮越來越重要的作用:①提升服裝的舒適性;②提高人們的生活質量水平;③改善人們的勞動環境;④滿足特種行業、特種場合的要求;⑤提高產品附加值,引起人們的興趣,促進消費。未來的電子服裝將面向智能化,朝著具有高附加價值以及高科技應用方向發展。
新能源是21世紀人類解決能源問題和環境問題兩大關鍵問題的鑰匙,未來50年是人類大規模開發利用新能源的關鍵期,21世紀也是圍繞新能源的技術革命和產業高速發展期。新能源技術是涉及電氣、動力、材料、控制、電子、計算機、信息等多個學科交叉的高新技術,為了推動新能源發電技術的快速發展,目前需要加緊新能源技術的知識傳播和相關人才的培養,為此,北京信息科技大學電氣工程專業開設了“新能源發電技術”課程。
根據本校的實驗條件和綜合實力,新能源發電技術課程的重點不是新能源與電力系統的結合,而是新能源發電技術、電力電子技術和控制技術的結合。該課程旨在使學生了解國內外新能源發電技術現狀,掌握風力發電、太陽能光伏發電、水力發電、生物質能發電、核能發電、分布式發電等新能源發電系統的工作原理、系統硬件組成和控制技術,為進一步分析和研究新能源發電系統及控制技術、電力電子系統設計與控制打下基礎。
一、新能源發電技術課程教學改革的意義
隨著新能源發電技術的快速發展,《新能源發電技術》課程的教學內容要不斷更新,實踐環節也隨之更新,這就需要進行教學改革,其中實踐教學改革是重中之重。教學實踐表明《新能源發電技術》課程需要工程實踐能力加深對新能源發電及控制技術的理解,教學過程中需要突出實踐能力的培養,鍛煉學生的獨立思考能力、動手能力和工程實踐能力;《新能源發電技術》課程教學改革更加注重實踐性、創新性、開放性,重視培養學生的實踐能力和創新能力,以便更好的和課題、科研銜接,為從事新能源專業打好基礎。綜上,急需進行《新能源發電技術》課程實踐教學改革。
二、新能源發電技術課程教學內容
新能源發電技術突出新能源發電技術、電力電子技術與控制技術的有機結合,除了講透三部分內容,還要將他們有機結合起來。但授課學時僅為32學時,內容繁多,課時有限,要想在課堂教學時間內使學生有效掌握關鍵技術,需要合理設置課程結構,對教學內容進行有效篩選。梳理教學內容,將其分成兩部分:一是利用可再生能源和清潔能源發電,以便持續獲得二次清潔能源――電能;二是對電能通過變換與控制,滿足高質量的終端能源消費需求和電力的高效管理。
我國具有開發可再生能源的條件和歷史,近年來可再生能源的開發和利用取得了長足的進展,以年均超過25%的增長速度成為世界能源領域增長最快的兩點。截至2014年上半年,中國水電裝機容量達到了2.9億千瓦,風電裝機容量達到了8300萬千瓦,太陽能發電裝機容量達到了2200萬千瓦。其中,可再生能源發電裝機超過全部發電裝機的30%,可再生能源發電量超過全部發電電量的20%,風電裝機容量連續5年快速增長,發展速度大大超過了預期,連續五年新增裝機容量位居世界第一,太陽能光伏電池和太陽能熱水器產量均居世界第一,水力發電、風力發電、太陽能光伏發電是新能源發電的主力軍。生物質能、海洋能、地熱源、核能等其他新能源發電技術還處于實驗研究或商業探索階段,市場份額較小。鑒于此,本課程首先介紹國內外新能源發展狀況和最近技術,然后介紹新能源發電系統中涉及的電力電子變換電路及相關參數設計,再介紹新能源發電系統中的控制技術及控制算法,最后介紹各種新能源發電系統的工作原理,硬件組成及相關的控制技術。
具體章節安排如下:第1章新能源與發電技術綜述,介紹國內外新能源發展技術及經濟數據,這部分內容具有較強的時效性,結合每年的BP世界能源統計年鑒、國內外政策分析、各國的能源發展規劃,使本章更具科學性和實效性。第2章介紹新能源變換與控制技術基礎知識,除了復習電力電子技術里講述的AC-DC、DC-DC、DC-AC、AC-AC四類典型變換電路,還增加了新能源發電系統里常用的驅動和保護電路分析,新的拓撲結構分析等內容。第3章為太陽能光伏發電技術,重點介紹光伏發電原理,太陽能電池板的電特性,離網型及并網型光伏發電系統、最大功率跟蹤控制技術、光伏發電系統的控制策略。第4章為風力發電控制技術,介紹風力發電機組及工作原理,控制策略及相關的并網技術。第5~8章分別介紹水力發電技術、生物質能發電技術、海洋能發電技術及溫差發電技術,第5~8章根據學時安排及教學效果,可安排自學,或者作為選學內容。
三、新能源發電技術實踐內容建設
新能源發電技術具有很強的實踐性和工程性。在實際教學過程中,應該添加實驗教學內容,實踐教學對幫助學生理解和掌握基本理論,培養學生的操作動手技能、創新意識和探索精神具有非常重要的作用。
實踐教學內容分為兩部分,仿真實驗和實際電路設計實驗。仿真實驗主要包括太陽能光伏電池建模及電輸出特性,光伏并網逆變器非線性控制策略仿真研究,雙饋風力發電系統變流器非線性控制策略研究。實際電路設計實驗共4個,分別是太陽能最大功率跟蹤控制器設計、鉛酸蓄電池充電控制器設計、小功率風力發電系統設計、基于uc3906的蓄電池充電管理器。
具體實施辦法為,仿真實驗在matlab仿真實驗環境下進行,每個學生獨立完成,仿真完成后按照要求的格式撰寫實驗報告。實際電路設計實驗首先學生選題,根據不同的內容2~5人一組,然后小組成員分工,教師根據學生的程度可適當調整;然后設計電路,進行相關參數計算、器件選型;然后進行電路焊接、調試、軟件編程、軟硬件聯合調試;組織學生答辯,最后撰寫報告。由于實際電路設計實驗以設計和分析為主,電路選型、參數計算、控制算法都要學生自己設計,要求每個學生都要動手,單獨操作,掌握實驗的方法和技能,培養獨立分析問題和解決問題的能力。
四、教學方法和手段改革
采用開放式、案例式、討論式、實操式教學方法。開放式教學指教學內容不局限于課本,而是多渠道開放式的,可選自圖書館,也可以選自互聯網,教師有引導性的推薦一些主要參考書和閱讀資料,鼓勵學生自己查找和組織學習資料,這樣一方面可以讓學生接觸國內外最新、最成功的教學內容和學科前沿信息,使學生了解科技的最近發展形勢,站在學科發展的前列;另一方面,通過自己查找資料、組織學習內容,培養學生學習主動性、知識管理能力、自學能力和習慣。案例式教學將身邊案例搬進課堂,幫助學生理解書本知識,建立起系統設計概念,了解系統設計步驟、設計方法、實驗方法和實驗設計等。討論式教學鼓勵學生積極參加課堂討論,幫助學生建立新能源系統的知識結構,同時也鍛煉了語言表達能力,將學習過程轉化為師生共同學習、共同探索的提高過程。太陽能光伏發電小系統項目式實操教學,在風光互補發電實驗平臺上,實操太陽能光伏板能量轉換實驗、環境對光伏轉換影響實驗、太陽能電池光伏系統直接負載特性實驗、太陽能控制器工作原理實驗、接反保護實驗、太陽能控制器對蓄電池的過充保護實驗、太陽能控制器對蓄電池的過放保護實驗、夜間防反充實驗、離網型逆變器工作原理實驗、獨立光伏發電實驗、并網型逆變器工作原理實驗、光伏并網實驗、風光互補功能操作。
五、存在的問題
新能源發電技術及相關的控制技術的實際應用越來越多,需要大量的應用技術型人才和研究型人才,在授課過程中發現該課程存在如下問題:(1)教材問題。國內外已經有多種版本的新能源發電及利用技術的專著,由于新能源發電技術涉及能源種類繁多,應用規模和水平相對較低,許多技術有待完善,開設新能源發電技術課程的專業也比較繁雜,缺少一本能兼顧各種新能源發電技術、控制技術、實驗設備,并且能和學生專業基礎很好結合的教材。(2)缺乏實踐教學內容。現有的新能源發電技術實驗平臺大都是演示型操作平臺,價格昂貴,導致不能滿足每個學生都有動手設計、動手操作的實驗要求,可操作性比較差。(3)師資隊伍建設相對薄弱。目前新能源發電技術一線教師大都是從相近專業轉型過來的,缺乏新能源發電系統研究,缺乏工程實踐背景。
關鍵詞:電氣信息工程;創新培養;實驗實踐
中圖分類號:G642.0?????文獻標識碼:A?????文章編號:1007-0079(2012)18-0066-02
隨著信息時代的到來、社會和科技的發展,信息技術在實際生活中得到了廣泛應用,急需培養既具備系統的電氣專業理論和技能又掌握扎實的信息技術及應用的高級專門人才。電氣信息工程專業就是將電力系統、電氣自動化設備、信息技術相結合的國家引導性、跨專業的新型綜合性專業。它具有專業口徑寬、就業適應面廣的特點。隨著電力系統、電氣自動化設備相關企業、林業高科技加工企業等相關行業的可持續發展,以后該專業的人才需求量更大。
如何辦好該專業,使學生順利畢業,順利勝任新崗位,服務單位,回報社會是現實急切需要解決的問題。
一、確立切合實際的專業培養目標
全國也只有幾所高校開設此專業,不同高校有不同的辦學思想和特色優勢。[1-2]依據最近幾年的專業調研,該專業畢業生供不應求。在了解并熟悉與本專業相關的社會需求的基礎上,結合南京林業大學(簡稱“我校”)自身特點和優勢,逐步確立了專業培養目標:培養德、智、體、美全面發展的,擁有扎實的理論知識并具有一定實際操作能力、創新能力及素質協調發展的,可以從事與電氣信息工程相關的系統運行、自動控制、電力電子技術、研制開發、試驗分析、信息處理和計算機技術應用等領域工作的應用型高層次人才,以適應我國電力領域不同層次、林業高科技加工企業等相關行業的發展需求。
二、確立合理的專業課程體系,并不斷優化
1.專業課程體系設置原則
電氣信息工程專業是將電氣工程、控制科學與工程、信息與通信工程、計算機科學四個專業方向融合在一起的新型專業。考慮到我校該專業畢業生主要流向林業高科技加工企業等相關行業,依托我校信息科學技術學院在信息、控制等方面的優勢,在進行該專業課程結構設置時,遵循“以弱電為主體,強電為用,電氣控制與信息技術相結合”的原則。按照“加強公共基礎和專業基礎,拓寬專業,適度交叉;整合相關課程,適當減少學時,增加教學內容的廣度;增加綜合性和設計性實驗,強化實踐環節;以培養能力、注重應用”的人才培養模式設置了公共基礎課程模塊、專業基礎課程模塊、專業方向課程模塊和實踐課程模塊。
2.課程體系優化配置的特色
首先,加強信息技術在電氣工程領域的應用,保持電子與計算機技術相關課程的教學不斷線。開設以信號處理、單片機原理及應用、計算機控制技術、電氣控制與PLC和電力通信技術等為主的弱電課程。其次,突出強電特色。開設電力與拖動、電力系統分析、工廠供電、電力系統繼電保護、高電壓技術、電力系統自動化、電力系統遠動及調度自動化等為主的強電課程。最后,在不同的教學階段充分利用Protel 2004、Multisim 7、autoCAD和matlab等軟件技術和實驗硬件設備,進行電子電路設計、單片機應用設計、PLC控制設計、電力工程課程設計和電力系統綜合設計等課內外實踐教學。要求學生得到電工電子技術、信息控制技術及計算機技術等方面的相關訓練,從而具備分析與解決電氣工程技術及控制技術問題的能力。該專業課程體系充分體現了電氣信息類學科“強弱結合、軟硬兼施”的理念。[3-4]
時代在發展,企業在進步。要求我們要不斷地了解企業用人需求變化,及時調整專業課程結構,力求逐漸形成自己的專業特色。
三、建設并完善實驗和實踐教學體系
1.加快強電實驗室建設的同時不斷提高教師自身的工程素質
利用2010年中央財政支持地方高校發展專項資金教學實驗平臺建設項目啟動的契機,加快繼電保護、電力系統綜合自動化、現代電網模擬實驗室等強電課程實驗室建設,編制適合專業課程的實驗內容,并嘗試進行部分設備的自主研發和校企合作。不僅提高了教師自身的工程素質和專業科研水平,增強科學研究和生產實踐能力,形成以科研促進教師教學水平提高的良好態勢。
2.建立“遞進式”的實驗和實踐教學體系
關鍵詞:船舶電力推進 仿真 考證
中圖分類號:U664 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2014)04(c)-0009-02
船舶電力推進系統不同于傳統的柴油機―軸系―螺旋槳直接推進,它是通過柴油機―― 發電機機組向中心電網供電,采用變壓變頻技術,諧波濾波技術,監測控制等處理,帶動推進電機推動螺旋槳。電力推進的船舶與直接推進相比,驅動力矩大,調速范圍廣,船舶機動性好,機艙的布置更加靈活,船舶的空間能得到更有效的利用;由于采用中高速柴油機,主機的體積和重量減輕;系統冗余度高,增加了對單個故障的抵抗性;噪音和震動都減小;環境更加友好,應用范圍不斷擴大。不僅應用于破冰船、渡輪、挖泥船等工程船舶,還廣泛應用于游輪、油輪、滾裝船等大型的常規船舶,顯示了廣泛的市場前景。
船舶電力推進系統由發電系統、配電系統、變頻調速系統、推進器單元構成,是一個融合了機械、流體力學、計算機、自動化、電力電子與電力傳動、網絡技術等多學科的復雜系統,它的推廣應用一方面產生了廣泛的經濟效益和社會效益;另一方面對于其中電氣設備的操作、管理和維護人員也提出了新的要求。國家海事局頒布的《關于STCW公約馬尼拉修正案過渡規定的實施辦法》中指定了電子電氣員過渡期培訓綱要,其中船舶電氣部分明確提出:在電力推進知識的補差培訓教學中,必須突出船舶電力推進系統的推進器型式與結構,推進電動機種類及控制,推進系統的變頻裝置和變頻推進自動電源管理系統(PMS)主要功能等內容,為不遠的將來邁入全電船舶時代奠定基礎。
江蘇海事職業技術學院于2013年批準了“船舶電力推進仿真實訓平臺的研究與開發”的立項,與相關企業合作,把先進的交互式多媒體的理念引進課程建設中來。本文介紹該軟件平臺的建設實踐。
1 仿真平臺的建設
仿真平臺的建設由三個階段構成。第一個階段是調研階段,在這個階段,課題組成員多方尋求資料,以保證平臺資源的完整性和先進性。形成需求分析報告;第二個階段是仿真平臺建設階段,企業根據需求分析,搭建仿真軟件。第三個階段是推廣應用的階段,在教學過程中,應用平臺,逐步完善平臺,整合教學資源,以期獲得良好的教學效果。
船舶電力推進系統由發電系統、配電系統、變頻系統和推進器單元組成。這是一個綜合了船舶電站技術、現代電機控制技術、電力電子技術、船舶電站及其管理技術、動態定位技術、計算機仿真技術的一個高技術含量,高復雜度的綜合現代化自動控制系統。在平臺的建設過程中涉及各種技術中各種設備的工作原理、常用設備型號、常用系統構成等錯綜復雜的資料類型。課題組經過嚴謹的分析,綜合整合,多方搜集資源,形成了本平臺的需求分析報告。在需求報告的基礎上,合作公司進行下一步的工作,實現船舶電力推進計算機仿真平臺的建設。
需求報告中,明確了本仿真平臺的各個組成部分和各個組成部分的呈現方式。其中,主菜單界面主題是三維海工船模型,船身外輪廓為透明線條,主要交互模型為二級菜單入口,二級菜單包括“電力推進系統總體介紹、發電機系統、配電系統、變頻系統、推進器系統、功率管理系統、電子電氣員考證題集”。圖1中,在船體模型的下方用相應的小圖標表達,鼠標滑過時顯示二級菜單名稱。
其中,在“電力推進系統總體介紹”中,呈現電力推進系統的概念,電力推進的發展歷史,系統的優點,以及系統的組成。
“發電機系統”由原動機和發電機兩大模塊組成。“原動機介紹”以文字圖片形式分別介紹內燃機即柴油機、燃料電池、燃氣輪機、蒸汽輪機等原動機種類。“發電機介紹”主要包含“同步電機”和“無刷永磁電機”兩類,其中同步電機以文字圖片介紹。無刷永磁電機則采用經典樣式的三維模型,可以點擊后拆解。
配電系統包括三個子菜單,“半潛船配電系統示例、中壓配電柜、干式變壓器”。“半潛船配電系統示例”以文字圖片方式呈現,如圖2所示。圖片是西門子為某半潛運輸船的電力推進系統進行的系統設計。
“中壓配電柜”為三維模型,如圖3是世界主流的電氣設備生產廠家的主流產品的解剖視頻截圖。該動畫可以360度展示開關柜內部的器件排列,主要器件的外形和動作情況,同時,難以觀察到的內部變化以結構示意圖或Flash小動畫方式呈現。
變頻系統分為兩個子菜單,“電動機示例、變頻器示例”。“電動機示例”包含“直流電動機、異步電動機、同步電動機、永磁同步電動機”等四種典型船用推進電動機,主要以文字圖片形式呈現,同時配合參考視頻。“變頻器示例”又分為兩個部分,第一部分以文字圖片方式介紹常見的變頻調速方式;第二部分以動畫方式介紹主流變頻器。
推進器系統分為三個子菜單,“常見推進器示例、ABB_XO推進器結構示例、常見推進器產品示例”。“常見推進器示例”中,以三維交互模型方式,分別呈現“軸系推進、全方位角推進器、吊艙推進器”,可以旋轉縮放,可以點擊主要部件,配合介紹文字和圖片素材。“ABB_XO推進器結構示例”,模型可以旋轉縮放,主要部件可以點擊查詢,可以用不同色彩顯示各主要構成部件,清晰展現推進器內部的結構,如圖4。“常見推進器產品示例”主要為文字圖片介紹,分別介紹Azipod的標準型、緊湊型、對轉式,Mermaid與Azipod區別,SSP雙螺旋漿設計高效推進,Dolphin低噪低振高效,呈現各自的外形結構圖以及在實船中的應用情況。
功率管理系統PMS主要呈現電力推進船舶的功率管理系統的功率管理控制的各個層級,各個層級的功能構成。
動力定位系統的呈現模擬海上鉆井平臺實景,二級菜單為圖標,分別是“監控界面、DP系統分級、DP系統工作模式及應用場合、控制系統原理介紹”。
2 仿真平臺的特點
為了確保本仿真實訓平臺能夠反映現代船舶電力推進技術的先進性,使學員在工作中遇到類似船舶的時候,做到“所見即所學”,在資料調研的過程中,多渠道,多途徑的搜集相關的行業資料,與多家相關行業的企業包括揚州易倍得,武漢712研究所,無錫714研究所,ABB,西門子,芬蘭delft大學等多家國內外業界的知名的公司和研究所,主動交流,參加國內“船舶電力推進技術峰會”等等,獲得了第一手的現場資料。
軟件教學平臺與硬件平臺相比,大大降低了研發成本,減小了占地面積,降低了硬件設備維護和管理中的工作量,在教學工作中顯示了突出的優點。這種新穎的教學平臺形象、生動、直觀、動態,充分調動了學生的學習積極性,激發了學生的學習興趣,而且,在平臺的設計之初已經充分考慮了電子電氣員考試的知識點要求,因此滿足了電力推進知識的補差培訓教學。
參考文獻
[1] 林春熙,郭宏林.船舶電力推進的應用對輪機電氣教學培訓和發證的影響[J].航海教育研究,2003(4):59-61
【關鍵詞】電氣工程與自動化;探索;應用
中圖分類號:F407.6 文獻標識碼:A 文章編號:
電氣工程與自動化的發展探索
1.1建設目標
在新的科學技術不斷出現的今天,現代電子學、計算機技術都得到了飛速發展,并迅速被傳統的電工學科領域所吸收。這使得電工學科理論上和技術上都發生了很大變化。就職于電工行業的人員明顯感受到了只知道傳統的電工理論和其運用的知識已經無用。所以世界各
國電氣工程都普遍關注到了如何才能培養新的電氣工程人才這一問題。這門學科主要綜合了微電子,計算機,電力電子,傳感器技術,檢測與轉換,控制等多項技術性學科。可以說,
它是強弱電的結合,電工技術和電子技術的結合,軟硬件的結合,元件與系統的結合,運行研制的結合。其發展目標在于堅持貫徹拓寬面向,加強基礎,增強素質,提高能力的建設思路,用知識能力,素質互相協調,共同發展,改善培訓課程的體系,培養一些高素質的人才,
通過一段時間的努力,在改革建設師資的基礎上,總結出一套人才培養的模式方案,課程體系內容、方法和手段,工程的能力等一系列具有競爭力的優勢。培養高素質的人才。
1.2建設的思路
社會的經濟發展和社會的進步,離不開高素質人才的使命感、責任感。電氣工程也為現代化的建設有著舉足輕重的地位,電氣工程與自動化的發展目標是培養能夠操作電氣工程相關的系統運行,電力電子技術,信息的處理,自動控制,試驗的分析,研制的開發,經濟管理和電子的計算機運用技術領域,做到寬口徑復合型的高級工程技術型的人才,以深厚的知識做基礎和寬闊的知識面,應變能力要非常強,學習能力良好和創新能力。
電力工程與自動化的實踐
2.1要明確發展的目標,優化人才體系現代科學的發展趨勢是綜合化,整體化,要求做到文理滲透,理工管結合,學科互補,在這種趨勢的影響下就要求電氣工程與自動化工作人員,必須掌握基本的專業知識技術能力為目標的較寬的專業教育,還應該做到全面提高人的綜合素質。所以基于該專業的人才培養基本要求而言,要體現知識結構中的通識的自然科學,經管,人文社科,外語,計算機、體育等課程外,還要設有體現一級學科的電氣工程特色,強弱電結合的三大知識系類的培訓工作。計算機與信息處理系列的應用發展,包括程序設計語言,計算機基礎,軟件技術基礎,檢測技術,微機原理及其應用,單片機原理,計算機的信息網絡等。電機和佃農系統的基本建設,電力工程基礎,電機學,自動控制原理等。這些
都是有關電氣工程與自動化建設的前提與理論基礎,可以促進相關思想的建立,理解專業體系和進一步的專業研究都有重要作用。
2.2推動生產建設的改革與發展,提高生產效率與生產質量在現代化生產中,強調符合技術的應用,提高電氣工程與自動化員工工作的實踐性,在以工程為背景的前提下,把理論和實際相聯系,對知識加深掌控,清楚認知學有所用。與此同時,不斷提高外語學習能力,引導員工在設備的實際現場進行實踐學習,這樣更直觀的方式使他們記憶深刻,理解透徹等。
另外,員工培訓質量的監控體制要不斷完善,培訓質量要提高。
2.3發揮實踐的重要性,培養開發員工的創新能力創作力是一種非常重要的能力,同時也是一種綜合的能力,怎么樣才能開發員工的創作力呢?另外,有關專業實踐培訓,是一種全新發展模式,其目的就是增強員工的實踐和創新能力,將原本專業的基礎實驗分成了認知,
基礎,提高,創新這四個階段,使得員工能夠結合電工電子的測量和實驗技術,電子工程實踐,微機控制和EDA實驗,單片機的應用綜合技術,電子線路的綜合設計等等綜合的設計加以實驗訓練。提高工作實驗和實踐的能力,專業實驗的目的就是培養員工的工程的實踐能力,科研和創新的能力,按照能力培養的目的可以將課程實驗分成電機實驗,微機控制實驗,電力傳動實驗,微機控制實驗,電力電子實驗,電力傳動實驗,還有獨立專業綜合實踐。可編程控制的PLC綜合實踐,微電保護實驗,電力自動化實驗等等。建立相關的實驗基地進行電子創新和晶振實驗室,做到讓員工把學到的知識進行總結創新的積極性。基礎的設施包含了電腦,信號發生器,示波器,穩壓電源,等等,EDA開發系統,DSP開發系統,單片機開發系統等,這樣增加了員工的創新科技活動,提供了實驗條件,科技活動可以鞏固員工對專業知識的掌握,增強了他們掌握知識的能力,加大他們的知識面,大大提高了創新意識,
也幫助了他們在遇到問題時想出解決問題的辦法,挖掘了員工的潛能力。
2.4建設出實踐學能力強、管理能力強的復合型領導體系電氣工程與自動化的建設與發展,離不開“以人為本”,強調理論與實際相結合、知識和技能緊密的結合在一起,不但能做到動口也能動手,要壯大這樣的領導型隊伍。企業的領導隊伍大多注重管理方面,所以對實際操作經驗來講相對比較缺乏,所以讓他們能夠培養出適應企業發展與生產建設的人才
是不太現實的,考慮到企業領導的日常工作較為繁重,所以在淡季期間可以安排員工進廠實際訓練,交流專業,參與到更多優秀企業的實際技術開發中,并且還可以鼓勵員工申報相關的一些專業課題項目,快速的讓他們將知識和技能結合在一起。經過不斷的努力相信在幾年
的時間里可以逐步提升員工知識水平與創新能力。
2.5生產管理的質量監控體系要做到完善要做到生產運行管理和日常工作的質量監控體系的完善,二者有機結合。主要體現在:完善生產運行管理的相關制度,使得生產的管理工作規范化、科學化、制度化,不但使生產遵循企業本身的發展需要,還要符合社會對員工發展的實際需求。要依據員工個性擬定并執行制度、規劃,要逐漸加強對生產情況的監控工作,努力執行各項規章制度。要做到生產雙向考勤制度的日常化。做到領導聽課,員工反饋。動
態的生產管理評估。對全程進行考察,從生產初期到生產末期,都進行檢查。全面開展師徒制,這樣可以加快年輕員工的成長,傳授更多技術知識。要開展各種教研室活動,例如公開研討,報告會,論壇研究等,改革管理手段與管理制度,解決工作中遇到的各種疑難問題,