主頁 > 新聞動態 > 過程裝備與控（kòng）製工程專業的特點（diǎn）、專業分類及新課程實驗教學研究 2021-11-24

過程裝備與控製工程專（zhuān）業的特點、專業分類及（jí）新課程實驗教學研究

工業中的過程控製是指以溫度、壓力、流量、液（yè）位和成（chéng）分（fèn）等工藝參數作為被控變量的自動控製。過程控製也稱（chēng）實時控製，是計算機及時的采集檢測數據，按最佳值迅速（sù）地對控製對象進行自動控製和自動調節，如數控機床和生產流（liú）水線的控製等。
過程（chéng）裝備與控製工（gōng）程專業是以過程裝備設計基礎（chǔ）為主體、過（guò）程原理與裝備（bèi）控製技術應用為兩翼（yì）的緊缺型、交叉型專業（yè）。研究對象是國民經濟、社會發展和國家安全中有著重要應用，主要用於物料儲存（cún）、反應、分離、換熱、混合、成型加工、輸送等操作的過程裝備。過（guò）程裝備包含石化（huà）、能源（yuán）、輕工、軍工等國民經濟支（zhī）柱產業（yè）的重（chóng）大核心設備，比如石油儲罐、高壓儲氫容器、加氫反應器、油（yóu）氣長輸管（guǎn）道、大（dà）型離心和往複式壓縮機、特種（zhǒng）泵（bèng）、航空發動機等（děng）。本專業致力於解決（jué）過程（chéng）設備設計、製造、維護中的前沿（yán）性、戰略性和共性重大科技問（wèn）題，主（zhǔ）要研究方向為先進能（néng）源裝備與安全技術、過程裝（zhuāng）備（bèi）數字化（huà）設計（jì）技術、過程裝備（bèi）節能（néng）與環保技術、過程流體（tǐ）機械、高速旋轉機械強度及故障診斷，特色為“高壓、高速、高效”。
過程裝備與控製工程專（zhuān）業本科核心課程有的基礎課與機械類專業的類似，例如工程圖學、材料力學、理論力學、流體機械原理等，另外還開設了過程設備設計、過程機械、過程裝備控製技（jì）術、控製（zhì）工程基（jī）礎等專業課，以及（jí）過程原理、過程熱力（lì）學、過程裝備CAD、現代過（guò）程（chéng）裝備製造技術、化工安全與防腐、過程裝備（bèi）故障診（zhěn）斷技術、有限單元法及應（yīng）用、逆向工程、工程測試與信息處理、過程裝備工程設計、過程設備機械設計、彈性力學（xué）及應用等課程（chéng）。

圖1 國內各（gè）高校過（guò）程控製類課程開設情況

一、過程裝備（bèi）與控製工程專業的特點
具有工程性、交叉性、集成性。學生應（yīng）有寬廣視野、良好（hǎo）素質（zhì）、較強創新精神和協作意識，需要具備（bèi）紮實的機械、化工、力學、控製和材料等專業知識，熟悉人文、管理、經濟等相關領域知識（shí），能在化工、石化、能源、輕工、醫藥、環保、軍工等（děng）行（háng）業勝任過程裝備與控製相關的工程設計、科學研究、技術（shù）開發和經營管理等工作。
二、改革前（qián）實驗教學存在的問題
將兩門課程統籌結合成（chéng）一門課程的過程中，相關實驗教學（xué）的改革需求是迫切的。研究發現，改革前實驗教（jiāo）學環（huán）節在多個方麵（miàn）存在不足。
1.課程目標和任務不清晰
教學改（gǎi）革前，授課教師對兩門（mén）不同課（kè）程的性質及任務沒有深刻的認識，所以開設的實驗課程並沒有明確的教學（xué）目標，對基於原實（shí）踐（jiàn）教學項目培（péi）養出的學生是否滿足畢業需求沒有相（xiàng）應的思考。實踐教學中所使用的實（shí）驗內容沒有根據教學需要進行更（gèng）新，實驗設備陳舊、落後，實驗項目沒更新，阻礙了對學生創新性、自主性的培養。
2.課程教學體係不係統，欠缺完（wán）整性
課程體係由特定的課程觀、課程目標、課程內容、課程（chéng）結構和課程活（huó）動方式組成。課題組任課教師對（duì）本專業各高校實踐課程調研發現，很多高校對實踐教學課程的開設並沒有形成一個係統、完整的教學體係，課程之間的教學目標和聯係不明確，無法體現本科教學的係（xì）統性（xìng）和連續性。
3.實驗教學（xué）內容單一、不靈活，教學內容陳舊
實驗教學內容多（duō）以演示（shì）性和驗證性實驗為主，依然保留（liú）著教師為主、學生為輔（fǔ）的教學模式（shì），無法（fǎ）提（tí）升（shēng）學生對（duì）實踐（jiàn）動手環節的興趣，學生主動參與的積極性不高; 陳舊的教學內容無法（fǎ）滿足科技進步對本專業人才的需求。
三、改（gǎi）革實驗（yàn）教（jiāo）學（xué）目標
“過程控製係統”和“過程檢測技術”都（dōu）是理論性強、實踐要求（qiú）高（gāo）的（de）課程，將兩（liǎng）門課結合後的新課程內容的實驗教學環節有以下幾（jǐ）個改革方向。
1.與時俱進的實驗內容（róng）
所（suǒ）選內容要（yào）緊跟社會生產的（de）發展，主要介紹過（guò）程控製領（lǐng）域所應用的理（lǐ）論和方法（fǎ），培養學生在基礎的理論指（zhǐ）導下完成實驗教學內容。
2.多元新穎的（de）實驗（yàn）方式
總結傳統（tǒng）教學方式的缺點，改變以教師（shī）為課堂主導的教學（xué）方式，將以驗證性、演示性為主的實驗方式轉化為以自主式、啟發式、綜合（hé）型（xíng）、創新型（xíng）、多元化為主的實驗方式。對於有能（néng）力的學生，還要引導他們多參（cān）與各項（xiàng）創新設計大賽和（hé）科研項目，鞏固基礎理論知識，提高對所學知識的綜合（hé）應用能力。
3.現代（dài）智能的技術設備
根據實（shí）驗需要，采（cǎi）用雙麵多（duō）模塊檢測（cè）與控製創新實（shí）驗台進行教學，並在教學環節中加入先進的模擬軟（ruǎn）件，將抽象的控製過程轉（zhuǎn）變成（chéng）直觀可見的形式，使學生更易理解，提高學習興趣。
4.科學合理的學時設（shè）置（zhì）
將原來兩門課各8 學時的實（shí）踐教學內容進行優化，縮減到兩門課一（yī）共8 學時，但（dàn）是其（qí）中包含的（de）實驗內容卻更豐富，提高了授課效率和教學質量，符合教學改革中縮減（jiǎn）學時數量的（de）要求。
四、實驗教學改革內容
將實驗項目（mù）按學生是否可（kě）選的角度分為必做實驗和選做實（shí）驗兩類（lèi）。必做實驗教學的目的是使學生消化在理論課上學習到的基（jī）本知識（shí）點，訓練基本的實驗操作能力，了解過程裝（zhuāng）備中常（cháng）用的控製類儀器儀表。選做實驗教學中，指導學生發揮自主性和創新性增加學（xué）生的實驗（yàn）熱情。在必做實驗（yàn）和選做實驗分類的（de）基礎上，依據實驗的開放程度和創新要求，將（jiāng）實驗項目再次分為（wéi）三個層次。
1.演示性實驗和驗證性實驗
這類實驗為必做類實驗，上課時間確定，上課人員為（wéi）全體過程裝備及控製工程專業學生。這類實驗設置的目的是使學生首先對實驗設備有（yǒu）一個感性認識，然（rán）後根（gēn）據教師（shī）在實驗課上的引導，將課內所介紹的關於檢測（cè）類（lèi）機器（qì）儀表及自動（dòng）控製（zhì）各組成部分的元（yuán）件與實物對接，並鞏固理論課學習的基本理論（lùn）與（yǔ）常（cháng）規自（zì）動化類的實驗方法。
2.設計性（xìng）實驗
這類實驗為必做實驗，上課時間確（què）定，上課人員（yuán）固定，實驗題目由（yóu）實驗教師給出，其中規定了（le）實驗（yàn）任務，其他實驗（yàn）流程由學生自行設計完成。命題教（jiāo）師可以選擇實際中的應用案例作為實驗項目題目，學生在設計過（guò）程中充分掌握工程中（zhōng）關於控（kòng）製方案的設計流程。
3.綜合性實驗
這類實驗屬於選擇性實驗，授課教師隻針對此類實驗特點選擇合適的實驗（yàn）方向，並不給學生設定任（rèn）何實驗設施、實驗（yàn）方案（àn）、實驗步驟，學生（shēng）可以依照（zhào）自己（jǐ）的想法應用學校現有的開（kāi）放設備（bèi）進行實驗。在實驗過程中，學生通過對整個實驗的全程把握，能夠係統、全麵地學（xué）習相關理論（lùn）知識。然後調研論證並確定設計方案，進入設計階段。最後進行係（xì）統測試，並（bìng）形成技術文（wén）件。此類項目為選做內容，采用開放（fàng）式教學模式，整個過程在教師監督指導下獨立完成。
將實驗分層次，使學生接觸到的實踐（jiàn）教學內容是由簡（jiǎn）單到複雜、由抽象到具（jù）體、由特殊到一般、由接受到（dào）創（chuàng）新的。在實驗（yàn）內容設計上，不同知識點對應著（zhe）多個可做的實驗，學（xué）生可以自行選擇有興趣的實驗內容（róng）完成實驗課程（chéng）。
五、拓展實驗創新教學平台（tái）
實踐教學環節不應該僅局限在傳統的實驗課堂上，應為學生提供更廣闊（kuò）的可（kě）施展創新（xīn）能（néng）力（lì）的平台，為學生創造更多參加創新（xīn）項目的（de）機會。目前，大學生能夠參（cān）與的創新項目模式主要（yào）是在帶隊教師的指導下，根據所參加的比賽主題由學（xué）生（shēng）自由選擇參賽內容、擬定參賽題目、獨立（lì）完成比賽作品的製作、完（wán）成比賽需要的文字性材料等，整個過程中教師隻起（qǐ）到點撥性（xìng）的（de）指導作用，全（quán）部作（zuò）品幾乎都由學生團隊自主完成。可見，創新項目既有利於發揮（huī）學（xué）生的自主性、參與性和創造性，又可激（jī）發學生的創新思（sī）維和創新意識; 既可以鞏固學生所學的現有知識，又能夠訓練學生的動手能力; 既可培（péi）養（yǎng）學生的獨立思考能力、獨立創造性分析和解決問題的能力，又（yòu）可有效（xiào）地訓練學生在未知（zhī）領域的探索精神。
“過程裝備控製技（jì）術及應用（yòng）”課程大（dà）多被安排在（zài）教學計劃的第六或第七（qī）學期，學生的基本知（zhī）識、基（jī）本（běn）技能、創新意識等已逐步形成。如果隻從這個時間才開始讓學生開始接觸不同（tóng）類型的創新項目，無（wú）法滿（mǎn）足對學生創新能力的培養要求。鑒於此，本專業教師從學生入學開始就要做好讓學生參加各類創新活動的（de）動員工作，並且從大（dà）二開始組織有潛力和有興趣的學生接受相關（guān）培訓。在2017 年全國大學生（shēng）過程裝備與控製工程設計大賽中，我校過程裝備與控製工程專業參賽（sài）項目（mù）“管（guǎn）道探傷機器人”獲（huò）得（dé）了國家一等獎。傳統的在確定的時間和地點（diǎn）、用（yòng）固定的實驗儀器進（jìn）行固定的實驗項目，可作為（wéi）培訓學生基本功的一個必要環節。同時，還可結（jié）合（hé）學校和專（zhuān）業情況（kuàng）采用（yòng）實驗室開放的模式，增加學生自主選（xuǎn）擇和自由創（chuàng）新能力。
六、教學設（shè）備的舉例與推薦

MYG-68B 過程控製技能實訓考核裝置

一、過程（chéng）控製技能實訓考核（hé）裝置,過程控（kòng）製技（jì）能（néng）實訓考核設備,過（guò）程控製技能實訓考核台係統概述
本實訓（xùn）裝置是針對職業院校（xiào）相關專業的實訓教學而研製的，適用於各（gè）類職業院校、技工學校的機電一（yī）體（tǐ）化、自動化、傳感器儀器儀表等專業的實訓教學。該模型配有經典的過程（chéng）控製係（xì）統。它可滿足各（gè）大院校所開設（shè）的《傳感（gǎn）器檢測與轉換技術》、《生產過程自動化技術》、《計算（suàn）機（jī）控（kòng）製（zhì）技術》及《檢測技術及應用》等課程（chéng）實訓教學的要求，本裝置根（gēn）據過程控製儀（yí）表，自（zì）動化儀表（biǎo）及相近專業的教學特點及以培養學生操作、實訓考核為目標，集智能化（huà）儀表、故障排除、自（zì）動控製為一體的（de）普及型多功能過程控製（zhì）考核的實（shí）訓裝置。為將來從事生（shēng）產過程自動化（huà）與儀表（biǎo）工程（chéng）的安裝、工程設計、儀表測量、儀器的使用、過程自動化儀表的檢測調（diào）校、安裝調度、工藝管理、在線運行的（de）儀表自動化控製（zhì）裝置的投（tóu）運、調試、運行、維護維修、故（gù）障處理、操作和係統的管理工作等崗位奠定基礎。
二、過程控製技能實訓考核裝置,過程（chéng）控製技能實訓考核設備,過程控製技能實訓考核台產品特點
1.對象係統采用網孔板設計，方便安裝各被（bèi）控對象及現場（chǎng）儀表
2.一個被調（diào）參數在不同控（kòng）製（zhì）器、不同的執行器、不同的工藝（yì）線路下可演變成（chéng）多種（zhǒng）調節回路，以利於討論、比較各種調節（jiē）方案的優劣
3.通過對對象係統進行不同的組合，結合不同的實訓目的，可進行多種過程（chéng）控製（zhì）實訓，也可自行組建不同的控製工程實訓係（xì）統
4.可對現場儀表（biǎo）設置不同故障、鍛（duàn）煉學生排故的能力
三、過程控製技能實訓考核裝置,過程控製技能實訓考核設備,過程控製技能實（shí）訓（xùn）考核台技術指標
1.輸入電壓：三相四線～380V±10% 50Hz
2.工作環境：環境溫度範圍為-5℃～+40℃ 相對濕度＜85%（25℃）海拔（bá）＜4000m
3.裝置容量（liàng）：＜4kVA
四、過程（chéng）控製技能實訓考核裝置,過（guò）程控製技能實訓考（kǎo）核設備,過程控製技能（néng）實訓考（kǎo）核台（tái）係統組成
1.對象係統：主要由實訓考核裝置、動力係統、不鏽鋼（gāng）儲水箱（xiāng）、有機玻璃水箱、電加熱鍋爐、板式換熱器、氣動閥、差壓變送器、流量計、電磁閥、管道及手動調節閥等組成；
2.控（kòng）製係統：由電（diàn）源控製麵板、漏電保護器、控製開關、交流電壓表、變頻器、故障箱、考核裝置、現場信號（hào）裝置（zhì）等組成。
五、過程控（kòng）製技能實訓考（kǎo）核裝置,過程控製技能實訓（xùn）考核設備,過（guò）程控製技能實訓考核台實訓項目
1.過程（chéng）控製及檢測裝置硬件結構組成認知
2.傳感器的校正(零點遷移與量程調整)
3.單容水箱特性測試（shì）
4.液位測量技能實（shí）訓
(1)電容式液位變送器測量
(2)擴散（sàn）矽液位變送器測量
(3)擴散矽差壓變送器測量
(4)磁翻板液位計（jì）測量
(5)超聲（shēng）波液位計測量
5.壓（yā）力測量技能實訓（xùn）
(1)電容式差壓變送器測量
(2)擴（kuò）散矽壓力變（biàn）送器測量
6.流量測量技能實訓
(1)渦輪流量計測量
(2)電（diàn）磁流量計測（cè）量
(3)孔板流（liú）量計測量
(4)渦街流量計（jì）測量
(5)超聲波流量計測量
(6)玻（bō）璃管式轉子流量（liàng）計測量（liàng）
(7)橢圓齒（chǐ）輪流量計測量
7.溫度測量（liàng）技能實訓
(1)熱電偶溫（wēn）度（dù）變（biàn）送器測量
(2)熱電阻溫度變送器測量
(3)熱電偶溫度（dù）傳感器測量
(4)熱電阻溫度（dù）傳感器測量
(5)熱電偶冷端補嚐器測（cè）量
8.氣動閥安裝、調試技能考核實訓
9.差壓變送器安裝、調試、檢修技能（néng）考核實訓
10.流量計安裝、調試、檢修（xiū）技（jì）能考核實訓
11.壓力變送器安裝、調試、檢（jiǎn）修
12.溫度傳感器安裝、調（diào）試、測量
13.單閉環液位控製工程設（shè）計
14.單閉環（huán）流量（liàng）控製工程設計（jì）
15.單閉環壓力控製工程設（shè）計
16.溫度定值控製工程設計
17.緊急停車控製工程設計
七、結語
在高校課程改革要求（qiú）的大前提下，針對“過程控製係統”和“過程檢測技術”課程的教學改革是必要的。本課（kè）題組結合十幾年的教學實踐（jiàn），有機地將兩門課合並成一門，形成（chéng）新的課程內（nèi）容（róng）體（tǐ）係，改革相應實驗教學內容。改革的主體思想是既要注重理論知識，又要結合工程實踐。合理（lǐ）配置的實踐教學（xué）內容，會使（shǐ）理論課（kè）程和實驗教學科學合理地組合成全部的教學內容（róng）。改革後的實踐教學環節是（shì）在以學生為主導的基礎（chǔ）上，配以豐富的實驗內容、多元（yuán）的實驗過程，發揮每一個學生的（de）潛能，激發學生的自主性（xìng）、創造性和積極性。

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