時間：2023-03-16 15:47:21
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高職《機械制圖》課程要改革，要適應“工作本位學習”形式的要求，首先要對“工作本位學習”的特點進行充分的了解，從上述可知，“工作本位學習”的實施過程是在工作現場完成的，是把完成任務的過程與學習的過程完全結合在一起，工作即課程，課程即工作。那么，對實際工作過程進行調查分析是十分必要的。高職機械專業的培養目標是為機械制造企業生產一線培養技能型人才，根據相關資料顯示，機械制造企業生產一線人才構成比例為：機械零件加工人員為60％，機械裝配人員為20％，機械維修人員為10％，現場工藝和管理人員為10％。我們選擇比例最大的機械零件加工人員作為調查對象，對其工作過程進行調查，整理如下。
通過上表零件加工的工作過程可以知道，圖紙和工作者之間有著十分密切的關系，在工作過程的36個步驟中，有24個步驟與圖紙有直接的關系，其余步驟也有間接的關系。通過對上述過程的分析，我們可以得出以下結論：
（1）圖紙的作用貫穿于整個零件加工工作過程之中；
（2）圖紙產生在工作過程之前；
（3）圖紙是下達工作任務的依據；
（4）圖紙在工作過程中處于指導性地位；
（5）工作者的工作過程自始至終是理解圖紙內涵、服從圖紙指令、遵循圖紙規定、執行圖紙要求、實現圖紙設計思想的過程。
上述調查和分析充分體現了工作過程、工作者、圖樣三者之間的關系，也給高職《機械制圖》的改革指明了方向。
2“工作本位學習”的基本內涵
從20世紀末開始，工作本位學習(workbarninglearning)以一種新的學習形式在全世界范圍得以迅速的發展與普及，它是一種以滿足學習者的需要，把學習和工作結合起來，實現在工作現場創造新的學習機會的大學層次課程的學習計劃。“工作本位學習”本質上是一項在工作現場進行的、以工作任務為單位組織，通過工作任務的完成來建構與職業相關的知識和技能。在這一過程中，強調“學”而非“教”，強調學習者的主動參與實踐。因此是一種合作教育計劃。
3高職《機械制圖》課程改革的思考
3.1正確進行課程目標定位
高等職業教育人才培養目標的定位是以培養生產、建設、服務、管理第一線的高等職業技術應用型和技能操作型人才為根本任務，來適應經濟建設的需求。對機械類而言，就是為機械制造企業培養機械制造、生產、加工一線的高等應用型和技能操作型人才。作為機械類專業的主要基礎課程的《機械制圖》，同樣必須服從和服務于培養生產一線所需要的機械生產、加工崗位人才的目標。根據前文的機械零件加工過程調查可知，其工作過程的主要任務是“識讀”圖樣，通過“識讀”，正確理解圖樣內涵，忠實執行圖樣要求，準確實現圖樣設計目標，而不是設計繪制圖樣。因此，高職《機械制圖》課程的主要任務是，為機械生產、加工一線職業崗位人員培養識圖能力，而不是圖樣繪制能力。所以課程名稱建議改成《機械圖學》，一方面名稱涵蓋更加廣泛，另一方面體現課程目標任務的更改，弱化了圖形繪制這一特定的概念。
3.2努力實現教學中心轉移
按照高職教育教學規律的要求，要實現三個中心的轉移，即以教材為中心向以職業崗位需求為中心轉移；以教師為中心向以學生為中心轉移；以課堂為中心向以工作過程和工作現場為中心轉移。只有理清了高等職業教育的這些新思路和新觀念，才能都搞好《機械制圖》教學改革。高職圖學課程必須緊緊圍繞“識圖”這一目標，著力構建以“基本體識讀――組合體識讀――零件圖識讀――裝配圖識讀”為核心內容的機械圖識讀體系，立足學生圖樣識讀能力的培養，其他相關內容只能服務于“圖樣識讀”這一主題，凡是與圖樣識讀能力相關的內容，例如零件圖知識、國標知識等都要強化，而與制圖能力相關的內容都應該弱化，對理論性過強、過于抽象的內容應該刪除。
3.3培養綜合應用分析能力
(1)總體識讀分析能力：對機械圖樣進行總體識讀，對加工件的名稱、材料、大小、重量、圖物比例等進行全面了解分析，對工作任務形成總體印象；
(2)圖學知識分析能力：每個圖的名稱、圖與圖之間的關系、使用了什么表達方法、特殊畫法、簡化畫法等心中有數；
(3)形體識讀分析能力：運用形體分析方法對零件的形狀、結構進行正確的分析認定；
(4)尺寸識讀分析能力：對照圖樣能準確識別尺寸基準，從功能上對全部尺寸進行分類，能分辨哪些是本工序加工尺寸、哪些是非加工尺寸；
(5)公差識讀分析能力：能對圖樣上的尺寸公差、形狀公差、位置公差進行準確的識讀和理解；
(6)技術條件分析能力：，按照圖樣標注的要求，確定加工件的表面加工要求和其他技術、工藝要求；
(7)加工工藝分析能力：按照圖樣表達的工件特征，確定本崗位加工的任務范圍，編制合理的加工程序；
(8)設備工具分析能力：按照圖樣表達的工件特征，和加工位置及加工尺寸等要求，正確分析選擇加工設備和相關的工具；
(9)定位裝夾分析能力：按照圖樣表達的工件特征，選定合理的定位形式和裝夾方法；
(10)技術測量分析能力：按照圖樣標注的尺寸及公差的特點，正確分析和選擇量具及測量方法。
從上述能力結構可以得知，這種圖樣識讀體系中，一方面注重從圖學知識角度的讀圖能力的應用和延伸，另一方面，更加注重工作現場讀圖的特點，強調圖學知識和其他學科知識的互相滲透、互相融合、互相補充，注重多學科綜合應用能力的形成和培養，養成多角度讀圖和多工種身份讀圖，使圖樣識讀的過程由淺入深、由表及里、由被動到主動。
3.4適應工作現場應用需要
高職教學內容的選取，應該服從和服務于職業崗位的需要。從前述工作過程調查可知，工作者從接受工作任務以后，識讀圖樣幾乎伴隨整個工作過程，而畫圖的機會非常少，使用尺、規、圖板作圖的情況，在工作現場幾乎不可能發生，因此，在《機械圖學》的教學中，應該減少和弱化傳統的尺規作圖內容。但是這并不意味不需要畫圖教學的內容，在工作現場工作者之間的交流是十分頻繁的，根據工作現場的實際需要，培養和強化工作者的徒手畫圖能力是十分必要的，特別是徒手畫立體圖和零件草圖，這方面教學內容的安排和作業訓練應該引起教師的重視。
3.5提供職業應用發展平臺
高職教育是人生職業生涯中的一個階段，它既要前面的教育提供基礎，又要為后續學習和發展提供平臺，因此，《機械圖學》課程同樣要承擔這樣的任務，為此，在確保高職階段以圖樣識讀為主要內容的前提下，在教學安排上可以作兩方面考慮：
其一，引入選學機制，設置畫法幾何、繪圖方法和技巧、展開圖、焊接圖等選學模塊為有制圖職業志向的學生和多崗位發展的學生提供空間。
其二，計算機的發展與普及是科技現代化的時代特征，增加計算機繪圖內容，讓學生了解計算機繪圖的基本方法，為學生未來發展構筑平臺。
摘要：“工作本位學習”是適合高職教育特點的學習形式，通過對工作過程的調查分析，確定高職機械制圖改革的主要任務和改革的基本思路。正確進行課程目標定位，努力實現教學中心轉移，培養綜合應用分析能力，適應工作現場應用需要，提供職業應用發展平臺。
關鍵詞：工作；學習；高職；機械制圖；改革
參考文獻
［1］何銘新，錢可強.機械制圖［M］.北京：高等教育出版社，1999.
［2］呂守祥.機械制圖［M］.西安：西安電子科技大學出版社，2002.
學完機械制造基礎課程后，學生應學會綜合應用機械制圖、金屬材料學、金屬切削原理等專業基礎知識，因此該課程的涉及面廣，綜合性強。同時，課程內容來源于實踐，經歸納、分析，進行系統理論化后又應用于實踐、指導實踐，故其實踐性也強。
二、對機械制造基礎課程教學內容改革
筆者認為，應緊扣大綱，合理調整機械制造基礎課程內容。為了突出機床教學的系統性，筆者把金屬切削機床及其運動、各種典型機床簡介、機床夾具設計基礎、典型機床夾具及其設計方法這幾章放在一起講授，這樣學生對與機床有關的知識才會有全面系統的了解。
三、對機械制造基礎課程教學方法的改革
教師要把握教學目標，理論密切聯系實際。在該課程開講前，學生進行車、銑、磨、刨、鉆等機加工實習，加深對刀具、夾具、機床、定位與夾緊、金屬切削、表面質量、加工工藝、工序、工步等概念的感性認識。學生學習理論后又要重新回到實踐中去，用系統的理論來分析并解決一些簡單的實際問題。經過反復的實踐與理論學習，學生必將加深概念，并學會應用理論指導實踐。
四、教師應不拘一格，靈活使用多種教法
1.舉例引入法
講授新課前，教師先講有關實例以導入新課內容，把生活中與機械相關的內容與教學相相合，讓學生充分體會到學以致用，調動他們的學習興趣。如可以實板上鉆孔為例，導入工步的概念。
2.提出問題法
教師因勢利導地提出與新課知識相關聯的問題，以激發學生的學習興趣。如向學生提問：“普通車床的用途是什么？”學生馬上就會聯想到車工實習，從而進一步想到車床實習的具體內容。
3.小組討論法
教師將學生分為幾個小組，讓學生圍繞新課重點問題展開討論，以培養學生的組織能力、協作精神和團隊意識。
4.課堂演示法
在講課過程中，教師可適時地展示與教學內容相關的實物、模型。這樣不僅能加深學生的感性認識，激發學生的學習興趣，而且有助于他們對所學知識的理解和掌握。
5.對比教學法
通過把同類相近知識對比教學，以使學生牢固掌握新知識。如教師講述麻花鉆切削部分結構時，拿車刀切削部分作比較，使學生認清六個刀具角度的基本定義。6.多媒體教學法教師應該從降低課堂教學的難度出發，多花時間做好多媒體課件，將相關的視頻、動畫等穿插教學中。如將各種機床的外形、車刀的結構等通過計算機投影技術展示給學生，使學生能夠通過動態的畫面，輕松地理解教師的教學意圖。這樣把復雜的內容簡單化、抽象的概念形象化、靜態的問題動態化，有助于學生理解教學內容。
五、小結
2-ø9.1圓孔，法向角度為38.57°，2-ø12.1圓孔，法向角度為51.83°，為保證零件質量，均需采用斜楔沖孔。另外因為型面的坡度較大，若采用正裝斜楔，斜楔滑塊設計在下模，設計和運動都比較簡單，但制件的送入和取出都比較困難，模具的尺寸還要額外加大。為不影響送料和取料，保證了模具結構的緊湊，節約模具的材料，選擇吊裝斜楔的結構，滑塊位于上模。但16.1×10.1的長圓孔，法向角度為58.26°，若采用標準斜楔，則驅動裝置設計困難，并且為保證沖孔凸模的通過，壓料板削弱較多，壓料板強度不好，須采用非標設計的反向運動拉楔結構。
2模具結構
在滿足客戶要求的情況下，模具結構必須達到工序卡、DL圖的要求，保證沖壓件的質量，對于本工序，主要是孔的尺寸和形位要求和零件的輪廓要求。模具設計盡量簡明、精巧。該模具主要由上下底板、壓料板、標準斜楔裝置和非標斜楔組成。上、下底板作為模具的本體，材料采用HT300。這種材料的耐磨性好，減震性好，鑄造工藝簡單，成本較低廉，有一定的抗壓強度，采用實型鑄造，減輕重量，減少加工面。壓料板上由于該工序沖孔較多，形狀相對狹小、細長，為保證模具的強度和導向的平穩、可靠，壓料板設計成框架結構，如圖2所示。另外，還由于緊縮了模具的結構，采用吊楔沖孔，壓料板還需穿過沖孔凸模，背面還需設計出合理的避讓來。
3標準斜楔的選用
為了縮短生產周期，節約生產準備的時間，盡量使用標準斜楔。在不影響沖孔質量的前提下，2-ø9.1圓孔圓整后選擇角度為40°的UCMSC80-40-WC-K型標準斜楔；2-ø12.1圓孔圓整后選擇角度為50°的UCMSC80-50-WC-K型標準斜楔。標準吊裝式斜楔的主要零件組成結構工作原理是滑塊在驅動塊的作用下，滑塊在滑塊座上運動，從而把壓床的上下運動轉化為滑塊按設計角度的傾斜運動。
4非標反向斜楔的設計
采用懸吊式斜楔結構，將滑塊座設計到上底板中去。由驅動塊、滑塊、返楔拉板、側導板等導向裝置組成。驅動塊在下模上固定不動，要求有良好的耐磨性，材料選擇為HT300，在沖孔過程中，滑塊既受較大的沖裁力，又因為其懸伸較長，又受到較大的彎曲力矩，為保證沖壓可靠性，滑塊選用QT600。滑塊隨上底板做上下運動，在與驅動塊接觸后，在上模座內做前后運動，這樣沖孔凸模產生斜向下運動的合成，斜楔結構隨著壓機的運動，完成沖孔沖壓生產的循環。
5斜楔的運動干涉檢查
該結構設計的重點是保證斜楔的運動精度以及滑塊在運動過程中，避免沖孔凸模與壓料板的干涉，保證運動的平穩性和回程的可靠性。將該結構完整運動分析如下：在滑塊隨上底板向下運動，剛接觸到驅動塊時，沖孔凸模垂直向下，與壓料圈無干涉；在驅動座的驅動下，滑塊沿斜向下60度方向直線運動；滑塊隨上底板運動到最低位置，沖孔運動結束，在回程彈簧作用下，沖孔凸模退出沖孔凹模。
6結語
由于該課程設計的內容非常多，而非機械類專業學生的機械基礎較為薄弱，在講授本課的同時有可能補充一些相關的知識點，以便幫助學生的理解，這便使原本緊張的課時安排變得更加緊張。在這種情況下，授課內容需要適當，分清主次，注重一些實用內容的講解，而對一些比較虛的公式以及一些概念可以進行簡單講解，對于重點難點內容如力學部分可以多安排一些課時，而對于相對容易的內容，如材料與焊接部分，可以采用課堂講解并引導學生自學的方式進行授課，從而進行合理授課。
2授課方法的改革與創新
2.1傳統教學與多媒體教學結合提高效果
傳統的教學方法以黑板板書為主，教師可以通過手語、眼神等肢體語言吸引學生注意力，并向學生傳達知識[4]。這種授課方法較為人性化，教師可以在黑板按步驟有條理地向學生演示，條理清晰，步驟分明，易于學生在接受知識的同時積極思考，從而發揮學生的主觀能動性。多媒體教學手段靈活，不僅可以以書面文字的形式表達，還可以用圖片以及視頻的形式向學生展示，加以教師的講解可以達到以視覺和聽覺雙重途徑傳送知識的效果。但是傳統的教學和多媒體教學也都有各自的缺點，傳統教學方法單調呆板，效率低，有時候會顯得枯燥乏味，學生往往容易被老師牽著鼻子走，掌控不好課堂氣氛，容易形成“填鴨式”滿堂灌的教育模式，而降低了學生的學習興趣。多媒體教學則容易造成信息量大，學生承受不了，理論公式演示步驟快，學生不能完全理解，教師的肢體語言不夠豐富，學生和老師之間的交流少，不夠人性化。化工機械基礎這門課本身既有大量的公式推導等理論內容，又有機械傳動和容器設備的實際工程內容，因而可以將傳統教學和多媒體教學結合，發揮這兩種教學方法各自的特長。如在講授到構件受力分析以及及變形形式時，可以通過多媒體展示圖形的形狀以及受力情況，在講授容器設備和機械傳動時，可以運用實物圖片向學生展示，將傳統講課的二維圖形變為動態的三維圖形，全方位地展示設備和零部件的結構；運用視頻播放讓學生理解設備的運作以及工作原理。對于重要的公式推導則可以通過黑板板書，放慢教學步驟，讓學生有充分的思考和記筆記的時間。
2.2以實例或項目為題加強學生理解
根據化工機械基礎的授課目的和主要任務，在授課過程中可以通過工程中一些實例的講解，來提高學生的興趣，并將知識融會貫通，提高學生綜合利用知識解決問題的能力。此外，對于做過有關該課程項目的教師，可以安排出一定的時間，結合具體項目講解課程中有關知識點，從項目的任務、設計思路、所解決的相關問題、設計過程中所要注意的問題以及項目的實施情況等，根據自己的實際經驗有計劃分步逐漸地介紹，從而提高學生的興趣和加強學生對知識的掌握和運用。
3考察方法的改革與創新
3.1平時考察與考試相輔相成
由于化工機械基礎的內容較多，前后內容相互獨立而又緊密聯系，一旦學生對前邊力學知識的掌握不夠，必然會影響到后邊容器設計計算，而材料和焊接不熟悉，則會導致學生在材料選擇和容器設計方面出現困難，因此，為打好基礎必須加大對學生的平時考察，讓學生踏踏實實地掌握知識，避免吃不透掌握不準的現象發生。平時考察的方法可以由課堂上或課堂下的練習題以及知識點的分組討論等與平時有關該的課程任務組成，同時將該部分的考察作為期末總成績的30%計入，讓學生在有壓力的情況下，發揮主觀能動性進行學習。
3.2考試多樣化側重有所不同
對于化工機械基礎這樣一門知識點非常多的課程，很難用一張卷子將大部分知識點考察到，因而需要對考試形式加以改變。可以將考試分為期中期末考試兩次，期中考試著重對前邊所學知識的考察，而期末考試著重考察課程的后半部分知識點，做到期中、期末考試側重點各有不同，從而考察整個課程的知識點，促進學生學習和掌握；同時根據考察內容的不同，可以將考試形式分為開、閉卷相結合的方式，使考試多樣化，避免了學生考前突擊死記硬背，考后立即遺忘的現象出現，而且還可以增加試卷命題的自由度，大膽地出現過去考試試卷中不敢出現的需要應用復雜公式，計算所需的重要知識點也可以出現在考卷中，擴展考查范圍；將過去對有限的知識點考查，轉化到知識和能力并重的全面素質考查上來，而且考試結果也將變得更加真實可信，最后達到對學生課程掌握考查的目的。
4結語
在轉爐和連鑄工藝中，鋼水會在鋼包內停留，隨著爐外精煉的技術普及，鋼水停留在鋼包的時間逐漸變長，從而導致鋼水在鋼包內會發生一系列的溫度波動和熱損失。影響鋼水的因素有兩個方面，一方面是由于鋼包本身材料決定，鋼包本身在鋼水轉運過程中會與外界環境進行熱交換，同時由于材料本身的比熱容決定，會產生一定的溫度內蓄現象，另一方面，鋼水表面會與外界環境產生熱交換，造成一定的熱損失。為了緩解這兩個問題為煉鋼生產帶來的能量損失，一般采用鋼包加蓋的方式解決鋼水表面的熱損失，采用利用新型材料來提升鋼包本身的保溫能力。鋼包加蓋后，鋼水表面的散熱則會被包蓋吸收，并且最終使得包蓋與鋼水表面形成空間上的熱平衡，從而起到一定的保溫作用。如何縮短鋼包加蓋后空間內熱平衡達成時間，是目前許多煉鋼企業對鋼包加蓋設計中考慮的問題。時間縮短的越明顯，煉鋼生產效率就越高。而影響熱平衡達成時間的主要因素為鋼包加蓋的工藝流程。由此可見，鋼包加蓋的機械設計與應用對于煉鋼生產有著重要的意義，深入研究鋼包加蓋工藝，對于提高煉鋼質量、產率是有必要的。
2鋼包加蓋的機械設計
鋼包加蓋的機械設計主要包括有鋼包蓋的設計和鋼包回轉臺設計、加蓋工藝設計三個方面。
2．1鋼包蓋設計
鋼包蓋的設計主要包含對鋼結構和耐火材料的敷設設計。鋼包蓋設計吊耳很重要，方便吊車取蓋，在蓋的周圍需要有翻轉包蓋的穿孔，鋼包蓋結構設計過程中需要考慮到包蓋的機械膨脹性能和熱膨脹性能。為了進一步提高鋼包蓋的保溫性能，柳鋼鋼包內側均有耐火材料的敷設設計，一般采用耐高溫的耐火纖維進行包蓋的內部敷設，加強鋼蓋的接受熱輻射的能力。
2．2鋼包回轉臺設計
鋼包回轉臺設計是鋼包加蓋機械設計中的重點部分，主要是針對鋼包加蓋過程中的升降、回轉等功能進行設計。為了達成這些功能，一般會利用一些電動設備來進行構建。常用的輔助設備包括電動機、離合器、液壓系統、氣動系統等。鋼包回轉臺是實現鋼包自動加工的平臺，它能夠完成鋼包周轉過程中的加蓋、揭蓋操作，能夠保證這些操作過程中鋼包以及包蓋處于安全位置。鋼包加蓋裝置包括有加揭蓋機（柳鋼鋼包揭蓋機），型號有插齒式、移動插齒式、液壓升降／伸縮式、回轉式、懸掛移動式等。根據煉鋼廠的煉鋼工藝布置采取不同的設備組合。還有一系列的輔助設備，如包蓋存放臺、吊具、工裝、鉸鏈座等。
2．3鋼包加蓋工藝設計
鋼包加蓋的一般性工藝設計為以下幾個步驟：
1）準備工作。確保鋼包與爐次之間的準備服務后，將鋼包放回鋼包車，鋼蓋一直蓋在鋼包上，這樣可以省略下一爐的鋼包預熱工作，保證鋼包的溫度。但如果下一爐的時間相距幾個小時，則需要考慮鋼包的預熱準備。鋼包進入煉鋼爐前，需要將鋼包內的鑄余渣，并且需要清洗水口滑板和完成填砂過程。煉鋼爐出鋼時，鋼包經過出鋼線，利用自動揭蓋裝置完成揭蓋，包蓋則放置在存放臺，鋼包進入煉鋼爐下盛接鋼水。
2）出鋼后加蓋。出鋼完成后，鋼包加蓋機自動完成對鋼包的加蓋操作，這個過程中無需人為操作。
3）精煉揭蓋、加蓋。鋼包經過運轉進入LF精煉爐位，此時包蓋被自動揭去，鋼水在精煉爐中完成精煉過程，待這一過程結束后，鋼包回轉臺將包蓋帶回，進行自動加蓋操作。加蓋后，鋼包連蓋一起被吊上連鑄臺。在這一過程中，首先要確保鋼水的精煉達到標準，鋼水的各項指標達到指標，鋼水的溫度達到要求，其次采取對鋼包進行鈣處理或者微合金處理，進一步提高鋼水的潔凈程度。
3應用效果
在煉鋼生產全程中實現鋼包自動加蓋有效地減少了鋼包周轉過程的熱損失，同時保證了鋼包中鋼水的溫度趨于穩定，有助于煉鋼生產提高質量并且降低生產成本，鋼包全程加蓋后的應用效果主要體現在以下幾個方面：
1）鋼包全程加蓋能夠起到對鋼水的保溫作用；并且能夠降低鋼水出爐溫度。柳鋼轉爐加蓋出爐鋼溫度較之不加蓋降低了15℃左右，柳鋼轉爐加蓋后，出鋼過程中的溫度損失降低4℃，鋼包運輸過程中溫度損失減少15℃左右，全程溫度損失減少19℃左右。鋼包加蓋后起到的保溫作用還有效的減少了包內鋼水的冷卻作用，免除了連鑄過程中對鋼包的預熱過程，可實現低過熱度澆注，有效提高合金收得率，降低鋼包廢鋼率和保溫劑的使用率，節約了經濟成本。
2）鋼包全程加蓋有助于延長鋼包的使用壽命。連鑄澆注完畢后，包蓋懸掛在鉸鏈上，鋼包可實現帶蓋倒渣和回澆余。減少了對鋼包的清理需求，同時翻鑄余更加干凈，降低了殘渣量。鋼包自動加蓋降低了對包內耐火材料的機械損傷，因此提高了鋼包的使用壽命。柳鋼實現鋼包全程加蓋后，轉爐出鋼口壽命提高了5爐以上，鋼包壽命延長至95爐。
3）鋼包全程技改有助于減少LF爐的升溫時間，減少RH、CAS的OB頻率及時間，同時降低了廢鋼的產生率，有效提高了煉鋼效率和質量。除此之外，采用鋼包全程自動加蓋可以節省鋼包服務區的空間，減少人力勞動，降低人力成本。
4）鋼包全程加蓋有助于煉鋼廠的節能減排，一定程度降低生產成本，增加收益。鋼包全程加蓋后，轉爐出鋼溫度升高，降低吹氧升溫的吹氧量，降低了氧氣能源的使用。若采用焦爐煤氣升溫模式，則可降低煉鋼廠眼氣排放，起到節能減排的效益，有助于煉鋼廠的可持續發展。除此之外，柳鋼實現鋼包全程加蓋后，降低噸鋼成本10元左右。同時由于煉鋼質量的提升，進一步提高了噸鋼實際收益，能夠有效提高煉鋼廠的經濟利益，實現企業的經營目標。
4結語
1教學理念的與時俱進
把握工程教育要面向工程實際的基本原則。對于機械制造裝備設計過程，不僅僅關注結構與功能原理的實現，也要從經濟性、安全性、環境保護與節能減排等方面將其視為一個系統的工程技術項目來加以考慮，全方位引導學生培養運用所學知識解決實際工程問題的能力，正確認識工程對于客觀世界和社會的影響。教師對于學生的要求更多地集中在培養學生的學習主動性、對問題的深入探究和鉆研精神以及追求創新的態度和意識。這就對教師本身在知識結構、教育教學技能、教學與管理藝術等方面提出了更高的要求，要不斷更新自身教育理念，與時俱進。
2教學內容的改革與優化
課程教學內容要面向機械設計制造及自動化專業工程教育認證目標，以培養行業認可的復合型工程人才為導向，突出學校與學科專業特色，緊隨生產與社會的發展，與相關產業與領域的需求相結合。以此為原則，保留原有教學內容中的經典核心部分，刪減或剔除與專業認證目標不相符合的內容。針對湖南科技大學機械設計制造及自動化專業面向礦山機械、工程機械及數控機床產品設計制造的專業培養特色，教學內容中適當增加礦山機械裝備與工程機械裝備的設計方法與過程，對于金屬切削機床的設計著重講解數控機床的主傳動系設計、進給傳動系設計與典型部件設計，減少普通機床設計相關內容。機床控制系統設計重點介紹數字控制技術原理與設計過程，其它控制方式酌情刪減或剔除。同時教師在授課過程中應結合自身研究方向，增補介紹反映本專業前沿發展現狀和趨勢的有關新材料、新工藝、新技術和新裝備的內容，使教學內容做到融經典、基礎、實用、前沿于一體。適當淡化教學內容中的深奧理論知識，增強應用與實踐，增加實驗與實踐教育環節時長，以激發學生的學習興趣。可以更多地與企業生產實際相結合，與企業溝通聯系，創造機會讓學生深入企業生產一線，直觀接觸與動手實踐，深入理解機械制造裝備的設計原理與方法。強調對重點和難點的把握，精心組織，講深講透，如金屬切削機床的工作原理、幾何表面成形原理和機床主傳動系設計過程、夾具定位方案的設計與分析等。對于物流系統設計和機械加工生產線的總體設計，則可以采取學術講座的形式加以介紹。
3教學方法的突破與創新
面向工程教育專業認證需求，教師要實現教學方法與手段的不斷突破與創新，以提高教學質量。教學方法要針對工程實際，可以更多地采用案例分析、綜合設計、小組學習、項目訓練等方式，培養學生主動學習和團隊合作能力，提高工程意識和設計技能。教師也要深入研究當前國內外工程教育的發展形勢，將國際上最新的科學思想和科學成果傳遞給學生。在教學過程中教師要有效利用多媒體教學資源，使知識直觀化、形象化，激發學生學習興趣，調動主觀學習積極性。如為使學生對于裝備制造業有清晰的認知，激發學生對于機械制造裝備設計課程學習的熱情，在緒論中詳細介紹制造業與裝備制造業的內涵，多方搜集資料，以詳實的圖片、文字、視頻和數據資料深入透析裝備制造業的地位與作用、我國裝備制造業迄今所取得的成就以及面臨的機遇與挑戰，鼓勵學生為我國裝備制造業的發展與進步貢獻自己的力量。為訓練學生的獨立分析與思考能力，教師也在課堂上提出問題或布置課后作業，啟發學生去思考并分組討論，教師再進行歸納總結和點評，讓學生能夠主動參與學習。在機械制造裝備設計課程教學中可根據教學難點與重點，有針對性地開展專題討論與專題作業。討論與作業的形式也需多樣化，以便于活躍學生思維，增強創新意識。
4考核評價機制的多元化
為檢驗課程教學效果，考核評價必不可少。在常用的平時考勤、課堂作業與期末考試成績的考核評價機制基礎上進行多元化拓展，以助于提高學生的學習積極性，培養創新態度和意識。針對機械制造裝備設計課程教學特點，采取“日常課堂教學考核+創新實踐考核+期末閉卷考試”模式。日常課堂教學考核從考勤、課堂討論、課堂作業等方面進行綜合評定，重點考查學生的學習態度、學習紀律性與主觀能動性等;創新實踐考核結合實驗教學進行，考察學生的創新思維和創新能力、實踐動手能力等;期末閉卷考試適當增加主觀題和應用型試題比重。通過考核評價機制的多元化拓展，全面準確地反映學生學習效果。
二結語
本課程教學團隊中承擔主講教學工作的有5人，承擔輔助教學工作的有2人，所有教師均參與本課程的教材建設、教學改革、實驗教學、網絡資源建設等工作。多年來，教學團隊努力加強梯隊建設，支持、鼓勵青年教師攻讀博士學位(有2人博士在讀)，并且針對青年教師在教學工作中存在的問題，積極開展教學研討，交流教學經驗，幫助他們盡快提高教學、科研水平。目前，團隊所有成員堅持在教學、實驗、科研和教學改革四個層面全方位開展工作，始終把本科生教育放在首位，并同研究生培養、科研課題緊密結合，已形成一支結構合理、綜合素質高、教學效果好、積極致力于教學改革的課程教學團隊。
2教學方法與手段
在長期的《表面改性技術》教學過程中，我們一直致力于教學方法的改革，以求達到最佳的教學效果。當今的本科教學強調素質教育，其教學結構是學教并重，即"主導－主體"教學模式。這種教學模式的核心在于既要發揮教師的指導作用，又要充分體現學生的主體作用。據此，我們對《表面改性技術》課程教學方法及手段進行了多方面的改革:
2．1采取“研究性教學和研究性學習”的教學方法
從研究問題入手，將“原理－設備－工藝－工程”的知識構建過程展現出來，同時提出新的問題，組織學生展開思考和研討，引導學生把所學知識與煤礦設備工程實際緊密結合，變單向傳輸式教學為雙向互動式教學，變以強調理論內容為主的灌輸式講授為探究理論研究過程為主的引導式講授，實現真正意義上的“雙主”教學。
2．2積極組織學生開展研討活動
例如在學習有關熱噴涂的內容時，以井下帶式輸送機底托架熱噴涂鋁加封孔劑處理可大幅提高使用壽命為例，讓學生進行討論，幫助、引導學生從材料的選擇、涂層的結構以及噴涂工藝流程、實施過程等各個方面進行考慮、分析，并提出解決的方法。這樣，通過啟發式教學，不僅可以鞏固所學知識，而且可以幫助學生學會從多方位、多角度去思考問題，去了解煤礦機械的使用情況，有利于調動學生的學習積極性。
2．3理論結合實際
加強校外實踐基地建設《表面改性技術》課程是一門理論性與實踐性相結合的課程，學生在學習過程中往往對煤礦機械表面處理工藝的理解不深入。為此，我們通過學生參加實踐，組織現場教學，把理論與生產實際相結合，極大地提高了教學效果。例如，我們在江蘇中礦大正表面工程技術有限公司以及鄭州煤礦機械集團股份有限公司建立了校外實踐基地，從而使學生的實踐活動常態化。江蘇中礦大正表面工程技術有限公司是國內表面工程領域的龍頭企業，主要從事鋼結構長效防腐涂裝、纜索涂裝工程、電廠特種表面處理、機械零件表面修復等，是國內熱噴涂領域首家通過ISO9001質量體系認證的企業。鄭州煤礦機械集團股份有限公司是中國領先的煤炭綜采綜掘設備制造商，是國內最大的液壓支架制造商。企業被科學技術部、國務院國資委和中華全國總工會授予“國家創新型企業”稱號，同時被國家五部委共同認定為國家級的企業技術中心。
2．4利用多媒體技術、結合英文教材
開展雙語教學采用現代化教學手段可以節省時間，而且生動、直觀、動態地展示各種表面技術的原理、工藝流程等，化抽象知識為具體知識。我們在教學媒體現代化建設中堅持走立體化建設之路，形成以教材、電子教案、多媒體CAI課件及網絡學習系統為一體的立體化教學體系，為課程的教學提供了內容豐富、高質量的教學媒體資源。除PPT外，還利用動畫、視頻等進行輔助教學。如我們依靠自身力量開發了等離子噴涂法原理、電弧噴涂原理、化學氣相沉積、粉末火焰噴涂、離子束沉積、真空鍍膜、金屬蒸鍍等25套動畫模擬示意圖，這些輔助教學手段生動、直觀、動態地展示了各種技術的原理、工藝流程，化抽象知識為具體知識，極大地激發了學生的學習熱情。2011年，教學團隊建立了《表面改性技術》課程網站，并已將教學大綱、實驗教學大綱、實驗指導書、英文教材、教學課件、教學錄像、視頻、動畫等資料上傳至網站供學生參考，網站還開辟有“答疑園地”欄目，團隊的全體教師通過這一欄目答疑、批改作業、安排和指導實驗。經運行使用，學生普遍反映良好。另外，從2004年開始，我們致力于英文教材《IntroductionofSurfaceEngineering》的編寫及雙語課件的開發，并適時地開展了雙語教學，形成了自己的特色。
2．5設置實驗環節，提高能力培養
《表面改性技術》課程涉及的表面處理工藝種類多，主要有熱滲鍍技術、熱噴涂技術、堆焊技術、化學轉化膜技術、氣相沉積技術、“三束改性”等。每一種表面技術都有其特點，而且相互獨立。根據我院實驗室的條件，我們開設了熱噴涂、熱噴涂涂層性能表征、等離子化學氣相沉積DLC膜、等離子化學氣相沉積DLC膜的表征、離子注入改性等實驗，力求做到使學生對相關工藝與設備有深入了解，并能進行操作，為今后從事相關工作打下良好基礎。總之，經過長期不斷的教學改革和實踐，《表面改性技術》課程教學安排更趨合理，內容不斷深化，學生學習興趣濃厚，能夠將課堂上所學理論知識應用到科研與生產實際中，學生的動手能力及創新意識明顯提高，教學效果顯著。
3教材建設
本課程是重要的技術基礎課，又是培養發展創新能力的一門舉足輕重的課程，是材料科學與工程專業學生進行綜合工程素質教育和現代技術教育的重要陣地。結合煤礦機械行業背景及材料專業特點，教學團隊編著并出版了教材《材料表面工程技術》，編印了英文教材《IntroductionofSurfaceEngineering》以及實驗教材《材料改性實驗》，同時自編課程講義和教案。目前，《材料表面工程技術》作為高等教育(礦業)“十二五”規劃教材已編寫完成，并將于近期出版。此外，我們對教材內容在以下方面進行了調整。(1)著重介紹每章要點，便于學生預習和復習。注意和后續課程教學內容的分工、銜接和配合。增加英文專業名詞，為今后學習外文資料奠定基礎。(2)部分章節設立課堂討論環節，列舉大量實例，增加與學生的互動，便于學生理解掌握知識點。例如:對掘進機、采煤機中的礦用截齒，在使用過程中承受高的壓應力、剪切應力、沖擊載荷以及溫度變化，因而極易磨損。通常采用熱噴涂、等離子熔覆、激光熔覆、堆焊耐磨焊條、等離子束表面冶金、釬焊－熱處理一體化等表面改性技術提高其耐磨性。對煤礦綜采工作面的液壓支架而言，由于礦井特殊的環境，因而對支架立柱、千斤頂表面、油缸、活塞等產生強烈的腐蝕，最終導致支架失效。常采用的表面處理技術有:化學熱處理，如滲鋁、滲鉻、滲硼、硼鋁共滲等，電鍍鋅、銅、鉻、鎳，化學鍍鎳、磷化，堆焊以及熱噴涂鋅鋁合金層等。對于煤礦罐道，一般采用普通碳鋼制造，其傳統的表面處理方法包括:涂料防腐、熱浸鍍鋅、熱噴涂鋅+涂料防腐等。(3)針對近幾年發展起來的新的煤礦機械表面處理技術如達克羅表面處理、Q－P－Q鹽浴復合處理技術，陰極氧化法等進行簡明扼要地講解，以擴大學生的知識面。
4教學管理
功能分解策略
廣義上說，功能是對于某一機械產品工作能力的抽象，它包括產品的功用、用途、性能、能力等。從系統工程學的角度來看，可將機械產品看成是技術系統，功能是以實現某種任務為目標，對其輸入量(信息流、能量流、物料流)和輸出量之間的相互轉換。在概念設計階段之初，通常要對產品的功能進行分解。通過對現有機械系統的分析，筆者提出功能分解的三個策略:①從解決問題的目的和手段著手;②從產品生產的工藝動作過程(生產的空間順序和時間順序)著手;③從機械系統四大模塊著手。在實際的產品功能分解中，往往需要采用多種功能分解策略。對機械系統而言，執行系統是機械系統的核心，最終決定產品的功能輸出。執行系統的功能是通過工藝動作過程來實現，因此可通過工藝動作過程對其進行分解;而對于機械系統的其他子系統(包括傳動系統、控制系統、驅動系統)，可采用“目的－手段”進行功能分解。下面詳細介紹這三個功能分解策略的運用方法和步驟。
首先從目的和手段來分解功能，可以把目的稱為上位功能，手段稱為下位功能，目的功能是主功能，手段功能從屬于目的功能，為實現目的功能起手段作用，屬于下一級分功能，在下一級分功能中，手段功能又稱為目的功能，如圖1所示，手段功能2在下一級分功能中稱為目的功能3。通過“目的－手段”可以將復雜的產品進行功能分解，同時又可將各個分功能之間的邏輯關系聯系在一起，最終獲得產品的功能系統圖。接著按照工藝動作過程對功能進行分解。工藝動作過程是實現機器功能所需要的一系列動作型式，按一定順序組合而成的系列動作。機械產品的執行系統功能是通過其工藝動作過程來完成的。例如，汽水灌裝自動機的功能包括瓶、蓋、汽水的貯存與輸送、灌裝、加蓋、封口、貼商標、成品輸送的工藝動作過程來實現灌裝功能。又如，平板印刷機的功能是通過上墨、刷墨、印刷的工藝動作來實現印刷功能。
最后是從機械系統四大子系統模塊來對產品的功能進行分解，這四大系統分別為驅動系統(動力系統)、執行系統、控制系統和架體支撐系統。任何機械產品的技術過程(主體功能)都是原動機到傳動部分，再到工作機構(即執行系統)部分。原動機主要提供機械能或轉換為有效的機械功，傳動部分主要傳遞運動和動力要求，工作部分是機器的執行機構，架體支撐系統主要起支撐部件的作用。在主體功能的基礎上，再添加輔助功能，通過控制系統來控制協調各部件的工作。下面綜合前面講述的三種分解策略，以挖掘機為例進行功能分解，如圖2所示。
尋求功能作用原理策略思想
機械產品功能目標確定后，可針對產品的主要功能提出原理性構思，這可以通過科學原理向技術原理的轉變加以實現，技術的需求是科學發展的動力，而技術開發必須以科學規律為基礎，產品開發過程就是科學原理與技術經驗相結合的過程。作為設計開發人員，應在產品概念設計階段中，掌握廣泛的科學原理，善于實現科學原理向技術原理的轉變，例如，在機電行業中，為能實現電能向機械能的轉換，一般通過能量轉換科學原理向“電磁效應”這一技術原理轉變，開發出了電動機。其次，可由已有的技術原理形成新的技術原理，有些技術的產生是在已有技術成果的基礎上進行移植、綜合和革新的結果。例如，愛因斯坦提出受激輻射理論奠定了激光技術的理論基礎。微波波譜的成果進而為激光的應用提供了技術原理。現今，激光已應用于機械制造行業，可對材料進行熱加工，如表面熱處理，焊接和切割打孔等。因此，在產品概念設計階段，不斷尋找適合的作用原理有利于產品的創新。
執行系統概念設計過程模型探討
基于FBS概念設計過程模型進行研究，此模型在“功能分解－載體”映射模型的基礎上引入行為作為橋梁，即“功能－行為－載體”過程模型。在此基礎上進行改進，提出了“功能－作用原理－工藝動作過程－執行動作－行為－功能載體”概念設計過程模型。根據機械產品的功能要求和工作性能要求來驅動尋找實現功能的作用原理。同一功能可通過不同的作用原理來實現功能，從而實現產品創新。
其次，工藝動作過程取決于所需實現功能的工作原理，不同的工作原理有不同的工藝動作過程，本過程模型可通過工藝動作過程支持功能分解。工藝動作過程包括一系列按照時間順序排列的工藝動作，通過工藝動作進一步分解可以得到按照一定時間順序的執行動作。最后，通過執行動作與功能載體之間引入機械動作行為作為橋梁，以實現尋找實現功能的載體。圖3給出了基于“功能－作用原理－工藝動作過程－執行動作－行為－功能載體”的概念設計過程模型。
執行系統概念設計過程模型映射分析
上述概念設計過程模型的關鍵是各階段的求解映射策略，使得尋求作用原理解的關系脈絡更為清楚和詳細，這使得設計人員在概念設計中能符合設計思維邏輯，并促進開發人員的創新能力。為此筆者提出如圖4所示的求解映射策略。從圖4中映射層之間的關系，可以看出產品的功能可以通過不同的作用原理來實現，子功能(F123)可由原理層的多個作用原理分別來實現。由于執行系統功能是通過工藝動作過程來實現的，同時工藝動作過程的分解又能實現產品功能分解，而工藝動作過程的分解又取決于工作原理，不同的工作原理有不同的工藝動作過程，例如對齒輪進行加工，有兩種不同的工作原理，分別為滾齒原理和插齒原理，顯然這兩種工作原理的工藝動作過程是不一樣的。同時，同一種工作原理的工藝動作過程也可以有不同的工藝動作過程，因此在進行工藝動作過程分解時，可通過增加、減少或者合并工序改變機器的工藝動作，這有利于獲得新的結構，創造新的機械設備。如果工藝動作比較簡單，可直接采用工藝動作到載體的直接映射求解;反之，就需要對工藝動作進行分解。對于每一個具體分解的執行動作，如果執行動作比較簡單，可采用直接映射求解。反之，需要通過行為層為橋梁，來更好的實現從執行動作到載體的映射求解。對于同一個執行動作可采用不同行為關系來實現。行為庫中主要包括執行動作的類型、連續性、運動速率特性和運動往復性，由于執行動作的的類型很多，按照機構的運動類型進行分類，主要包括以下幾種類型，其分類如表1所示。
應用分析
本節以縫紉機中的GC30型平縫機的執行系統設計為例，對以上提出的執行系統概念設計過程模型進行實例說明。縫紉機的總功能是完成對棉、皮革、人造纖維的縫制作用，完成此功能的工藝動作過程為刺布－供線－勾線－收線－送布來實現此功能的。對于每一個具體工藝動作來說，如果工藝動作比較簡單，只需某一種機構就能實現，如果比較復雜，需對每一個工藝動作進行按照實現工藝動作一系列執行動作來完成，即按照實現每一個執行動作的簡單機構的組合。機構每一個執行動作的類型可以參照表1，下面主要以送布機構設計為例。需要對送布工藝動作進行分解為具體的執行動作，一般分解的結果會有很多種，容易設計出新的結構，把送布工藝動作分解為:實現針跡距的調節運動－旋轉到直線運動－直線到擺動。然后分別通過實現不同執行動作的簡單機構來進行組合即可實現送布這一工藝動，送布機構如圖5所示。基于圖5所示的執行動作過程，簡述其傳動關系，通過送料調節器螺釘改變送料調節器凸輪面的工作位置，實現不同的針跡距，當針跡距一定時，上軸帶動送料偏心輪旋轉，通過送料連桿使送料曲柄繞著送料軸擺動形成送料牙的水平運動。
