蔡　蕾

(天津機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，天津　300350)

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教學(xué)用液壓實(shí)驗(yàn)臺模塊化結(jié)構(gòu)應(yīng)用研究

蔡蕾

(天津機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，天津300350)

本次研究源于企業(yè)真實(shí)案例課題，以教學(xué)用液壓實(shí)驗(yàn)臺為設(shè)計平臺，用戶為出發(fā)點(diǎn)，通過模塊化理論的指導(dǎo)，對現(xiàn)有教學(xué)用液壓實(shí)驗(yàn)臺進(jìn)行結(jié)構(gòu)上的創(chuàng)新和功能上的改進(jìn)，從而大大提升教學(xué)用液壓實(shí)驗(yàn)臺的適用性，改善用戶的使用感受并改良企業(yè)的生產(chǎn)制造模式，提升實(shí)際課程推進(jìn)效果及學(xué)生實(shí)際操作考核評價模式。

教學(xué)用液壓試驗(yàn)臺；模塊化理念；功能有效；結(jié)構(gòu)優(yōu)化

我國當(dāng)前國情和經(jīng)濟(jì)需要，行業(yè)的發(fā)展要求工作人員具備堅實(shí)的專業(yè)理論基礎(chǔ)知識、清晰的分析頭腦、敏銳的行業(yè)發(fā)展洞察力之外，還要有適合于職業(yè)發(fā)展推動所必須的技能以及獨(dú)立提升技能的空間。在教育培養(yǎng)過程中，教師教授普及學(xué)生專業(yè)技能是基礎(chǔ)工作，同時要建立學(xué)生獨(dú)立分析、自我形成應(yīng)對能力的技巧。

液壓傳動技術(shù)作為一種傳統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)的傳動技術(shù)形式于當(dāng)今的生產(chǎn)行業(yè)、人們的生活環(huán)節(jié)中屢見不鮮。因此于職業(yè)院校機(jī)械類專業(yè)教學(xué)過程中推進(jìn)這樣一門課程，進(jìn)行基礎(chǔ)學(xué)科知識技能培養(yǎng)是十分重要的。教學(xué)用液壓實(shí)驗(yàn)臺的結(jié)構(gòu)相對操作指示性及基礎(chǔ)訓(xùn)練引導(dǎo)性強(qiáng)一些，在教學(xué)中對于師生“教——學(xué)”關(guān)系的引入和推進(jìn)起到了重要的影響和推動作用。

一、教學(xué)用液壓實(shí)驗(yàn)臺的作用分析

教學(xué)用液壓實(shí)驗(yàn)臺的作用為學(xué)生可根據(jù)實(shí)驗(yàn)臺的構(gòu)成模式，形象真實(shí)地觀察且觸摸各元件的實(shí)際形式、系統(tǒng)組成以及回路連接方式，通過正確的連接完成基本典型回路傳動效果，理解且掌握液壓傳動技術(shù)工作原理，解決傳動中突發(fā)狀況的出現(xiàn)和系統(tǒng)故障的查找、分析、研究和維護(hù)。但針對教學(xué)用液壓實(shí)驗(yàn)臺的改良及模塊化構(gòu)建的優(yōu)化仍較缺乏。

(一) 國內(nèi)外教學(xué)用液壓實(shí)驗(yàn)臺的特性分析

針對國內(nèi)外現(xiàn)今教學(xué)用液壓實(shí)驗(yàn)臺的特性研究，可以從功能分析，結(jié)構(gòu)分析和形態(tài)分析三個方面入手。

1.功能分析(見圖1-1)

液壓實(shí)驗(yàn)臺實(shí)體化液壓傳動系統(tǒng)的五大組成部分，形象化系統(tǒng)各工作組成部分的連接，邏輯化傳動系統(tǒng)的工作原理，深入強(qiáng)化學(xué)生對于課程技能要求的建立和培養(yǎng)，自主了學(xué)生獨(dú)立分析能力和應(yīng)對突發(fā)問題的解決能力?，F(xiàn)今的多功能教學(xué)用液壓實(shí)驗(yàn)臺的構(gòu)成已經(jīng)轉(zhuǎn)變成模塊化形式。各元件的標(biāo)注符號標(biāo)識在元件本體，元件的背面可與實(shí)驗(yàn)臺自由連接和拆卸更換，各工作元件的連接透明化，傳動系統(tǒng)的邏輯連接以及管路連接通斷都可進(jìn)行自由操作。

圖1-1　教學(xué)用液壓實(shí)驗(yàn)臺的功能劃分

2.結(jié)構(gòu)分析

圖1-2　教學(xué)用液壓實(shí)驗(yàn)臺的結(jié)構(gòu)劃分

圖1-3　教學(xué)用液壓實(shí)驗(yàn)臺的形態(tài)元素劃分

教學(xué)用液壓實(shí)驗(yàn)臺的接觸面板是教師教學(xué)、講授，學(xué)生學(xué)習(xí)、訓(xùn)練中的直觀界面。操作界面使用掌握的便捷性、直觀性及通用性都是實(shí)施過程中需求考慮的關(guān)鍵因素。液壓傳動中各個元件的存在形式、變換模式、連接方式、執(zhí)行元件的靜止與運(yùn)動狀態(tài)；學(xué)生的操作使用活動范圍、觀察范圍、數(shù)據(jù)的記錄等以及實(shí)驗(yàn)臺設(shè)備于空間的擺放、挪動和安置等，都成為其存在的重要因素而受到重視。教學(xué)環(huán)境需要一個相對穩(wěn)定可行的安全支持，產(chǎn)品的使用輸出需要一個嚴(yán)肅安靜的課堂秩序，掌握在可控的經(jīng)濟(jì)成本范圍之內(nèi)，具有一些創(chuàng)新的元素，構(gòu)成形式易于學(xué)生接受，符合師生的審美和情感需求。

3.形態(tài)分析(詳細(xì)劃分內(nèi)容見圖1-3)

材質(zhì)的觸感于用戶與產(chǎn)品使用交互的親和度有著重要的影響作用。在材質(zhì)方面，目前市場上大部分的教學(xué)用液壓實(shí)驗(yàn)臺幾乎都是鋼材制成，目的是保障使用過程的安全可靠且功能實(shí)現(xiàn)的穩(wěn)定性強(qiáng)。其控制按鈕多采用塑料材質(zhì)，回路連接管路多采用膠制以達(dá)到液壓回路正確合理連接。試想我們可以在人機(jī)交互的主要位置更換傳統(tǒng)塑料材質(zhì)，采用與人接觸親切感強(qiáng)的軟性材質(zhì)，拉近用戶與使用對象之間的距離感。控制面板不管作為眼觀的顯示功能或者是人們需要去用手操作的操控功能，需要用不同材質(zhì)區(qū)分開，達(dá)到使用方式的最佳人性化融合。尺度的空間限制和尺寸掌握是為了提升產(chǎn)品對于用戶適用范圍的增加。以往的實(shí)驗(yàn)臺設(shè)計忽略了操作者在使用過程中操作區(qū)尺寸的調(diào)節(jié)，只是在固定模式下去操控和進(jìn)行實(shí)操。在課程中實(shí)驗(yàn)臺的利用率較高，用戶對象有授課教師和身高差距較大的學(xué)生，身材變換范圍較大，所以需要產(chǎn)品在滿足功能使用效果的前提條件下實(shí)現(xiàn)操作尺寸的可調(diào)節(jié)。

(二)教學(xué)用液壓實(shí)驗(yàn)臺的結(jié)構(gòu)相關(guān)性分析

教學(xué)用液壓實(shí)驗(yàn)臺的結(jié)構(gòu)并不復(fù)雜但仍包含了多個部件，各部件之間既有一定的聯(lián)系又具有分割并重新按照功能和需求排列組合的可能，詳細(xì)內(nèi)容見表1-1。利用模塊化設(shè)計理論指導(dǎo)教學(xué)用液壓實(shí)驗(yàn)臺的適用性重構(gòu)是可行并且合理的。

表1-1　教學(xué)用液壓實(shí)驗(yàn)臺的結(jié)構(gòu)分析

二、教學(xué)用液壓實(shí)驗(yàn)臺模塊化構(gòu)建

根據(jù)分析研究教學(xué)用液壓實(shí)驗(yàn)臺特性，其相關(guān)功能可以分為基本功能和附加功能兩大類，而由于附加功能本身就是作為獨(dú)立的結(jié)構(gòu)安裝于液壓實(shí)驗(yàn)臺的相關(guān)部位，對教學(xué)用液壓實(shí)驗(yàn)臺進(jìn)行模塊劃分時，將附加功能考慮在內(nèi)且運(yùn)用新的模式將其融入實(shí)驗(yàn)臺主體?？梢詫⒔虒W(xué)用液壓實(shí)驗(yàn)臺根據(jù)功能模塊的不同劃分為防護(hù)結(jié)構(gòu)、支撐結(jié)構(gòu)、運(yùn)動結(jié)構(gòu)、操作結(jié)構(gòu)和其他必要結(jié)構(gòu)五大塊。

在這些組成教學(xué)用液壓實(shí)驗(yàn)臺系統(tǒng)的各部分中，首先要考慮的是工作過程中以及效果實(shí)現(xiàn)的安全、穩(wěn)定、可靠性；其次是人機(jī)界面操作的適用性；再者是實(shí)驗(yàn)臺尺寸的可調(diào)節(jié)性，能夠使得實(shí)驗(yàn)臺在操作的時候更優(yōu)化使用效果，滿足提升使用者適用范圍的舒適度；最后就是可以增加功能模塊，達(dá)到任務(wù)效果的多元化、實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)臺功能的增加和學(xué)生能力培養(yǎng)的自主性、自助性。

(一)教學(xué)用液壓實(shí)驗(yàn)臺的模塊內(nèi)容構(gòu)建

對各個模塊進(jìn)行編號和整理，為模塊構(gòu)建的實(shí)際實(shí)現(xiàn)方式提供了可靠的依據(jù)和實(shí)現(xiàn)方式的模擬輸出，具體內(nèi)容見表3-7。

表2-1　模塊編號和相關(guān)內(nèi)容

2支撐結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)臺框架采用金屬材料支撐,可以穩(wěn)固且保證其在放置狀態(tài)和工作過程中的安全性,為教學(xué)過程和實(shí)驗(yàn)操作提供了良好的保障。3運(yùn)動結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)臺是實(shí)訓(xùn)教室中既可固定又可移動的設(shè)備器材,利用滾輪的方式可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的移動,且輪帶與地面的摩擦可以滿足設(shè)備在移動過程中的穩(wěn)定性。當(dāng)移動到需要的位置后可以利用輪帶外側(cè)的金屬卡片,搬動卡片位置來固定輪子的卡定,保證實(shí)驗(yàn)臺非移動狀態(tài)的穩(wěn)定性。4操作結(jié)構(gòu)在液壓實(shí)驗(yàn)臺中存在元件控制操作區(qū),包含液壓缸、閥類元件等相關(guān)元件的固定。另還有電氣控制部分,需要有相關(guān)的電路連接位置點(diǎn)和電路連接線的收納位置。所以在實(shí)驗(yàn)臺的上方設(shè)置了電路控制區(qū),操控臺上把缸體固定區(qū)和閥類固定區(qū)分別設(shè)置在不同方向來滿足使用功能的操作結(jié)構(gòu)。5其他必要結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)臺下面有存放實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書、實(shí)驗(yàn)報告和備用元件的抽屜。實(shí)驗(yàn)臺前方有可放置和收納的腳踏板,在實(shí)驗(yàn)過程中使用,結(jié)束后長時間不使用或者挪用設(shè)備的時候把腳踏板收回。實(shí)驗(yàn)臺移動設(shè)置上方有收納腳踏板的框架,位置適于使用。

(二)教學(xué)用液壓實(shí)驗(yàn)臺模塊的接入可能性構(gòu)建

對各個新構(gòu)建的模塊進(jìn)行可實(shí)現(xiàn)研究，考慮到模塊為實(shí)驗(yàn)臺的可移動組成部分，實(shí)現(xiàn)其連接與更換的接口為進(jìn)行研究的必要內(nèi)容之一，具體內(nèi)容見表2-2。

表2-2　模塊接口設(shè)計及相關(guān)內(nèi)容

(三)教學(xué)用液壓實(shí)驗(yàn)臺的新增功能模塊構(gòu)建

對現(xiàn)有的教學(xué)用液壓實(shí)驗(yàn)臺進(jìn)行模塊分組聚類后，可以得出幾個有效的模塊，每個模塊都有接口相同而功能或者造型不同的幾類供用戶選擇，這也大大提高了教學(xué)用液壓實(shí)驗(yàn)臺的適用性。

表4-2　教學(xué)用液壓實(shí)驗(yàn)臺新增模塊設(shè)計

三、教學(xué)用液壓實(shí)驗(yàn)臺設(shè)計研究價值體現(xiàn)

本次研究主要從用戶的需求和認(rèn)知情況出發(fā)，選取了模塊化設(shè)計理論這一科學(xué)創(chuàng)新設(shè)計方法，對現(xiàn)有教學(xué)用液壓實(shí)驗(yàn)臺的功能和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了新的規(guī)劃。具體的設(shè)計研究價值體現(xiàn)為以下方面：

(一)理論意義

課題探討基于傳統(tǒng)液壓實(shí)驗(yàn)臺改進(jìn)后的現(xiàn)今教學(xué)用液壓實(shí)驗(yàn)臺的應(yīng)有形態(tài)和其具備的合理結(jié)構(gòu)。符合當(dāng)前社會職業(yè)化技能需求，順應(yīng)了當(dāng)前液壓傳動于行業(yè)的廣泛應(yīng)用于教學(xué)方面的技能普及和推進(jìn)。更重要的是優(yōu)化了職業(yè)需求技能于學(xué)生在學(xué)期間技能培養(yǎng)的對接，提出了對教學(xué)用液壓實(shí)驗(yàn)臺的優(yōu)化構(gòu)建方案。

(二)實(shí)際意義

本研究將以高職院校實(shí)際情況為例，結(jié)合具體課程實(shí)施過程中問題出現(xiàn)的可能性，提出具有針對性的問題和可行有效的教學(xué)用液壓實(shí)驗(yàn)臺構(gòu)建理論。改進(jìn)已有模塊的不合理性，增加新的功能模塊利于操作障礙的解決，滿足教師和學(xué)生的實(shí)際使用操作要求；模塊化理論的運(yùn)用為教學(xué)用液壓實(shí)驗(yàn)臺的改良和優(yōu)化提供了指導(dǎo)性的方向，使得其在滿足教學(xué)基本使用的同時最大化地培養(yǎng)了學(xué)生的操作技能，更有效的順應(yīng)了職業(yè)技能的長遠(yuǎn)需求。

(三)對用戶的關(guān)注度

本次研究從教學(xué)用液壓實(shí)驗(yàn)臺的適用性出發(fā)，結(jié)合不同用戶的生理狀況、使用習(xí)慣和操作過程中遇到的困難和障礙，分析得到用戶的潛在需求，以及被現(xiàn)有用戶適應(yīng)但是不適于人對機(jī)器的操控內(nèi)容點(diǎn)，提出了更優(yōu)化、更加人性化的適用性設(shè)計。新方案融入了模塊化理論的適時運(yùn)用，讓用戶可以有更多的新奇體驗(yàn)和良好的使用感受。

(四)概念構(gòu)建具有一定的延伸空間

本次設(shè)計研究所提出的概念設(shè)計，只涉及當(dāng)前職業(yè)教育模式對于學(xué)生人才培養(yǎng)要求內(nèi)容中技能培養(yǎng)的基礎(chǔ)內(nèi)容，并根據(jù)這些基礎(chǔ)需求提供了必要的功能模塊和創(chuàng)新性結(jié)構(gòu)。但是隨著研究的深入，在此概念設(shè)計的基礎(chǔ)上，可以保持原有基本結(jié)構(gòu)形式及連接形式不變的前提條件下，設(shè)計出今后更加適合行業(yè)發(fā)展大形勢下的職業(yè)教育人才培養(yǎng)方向和專業(yè)技能培養(yǎng)水平。其中模塊化設(shè)計理論和方法具有很好的適用性，可以在一定范圍內(nèi)通過對模塊的不同設(shè)計，滿足今后更多的功能拓展需求。

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[2]姚春江，陳小虎，毋文峰，何慶飛.多功能液壓實(shí)驗(yàn)臺設(shè)計.液壓與氣動，2009，(03)：15.

[3]喻楠霖.新型液壓教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺設(shè)計及實(shí)現(xiàn)方法的研究.湖南大學(xué)，2013，(12)：20.

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Research on Application of Modular Structure of Teaching-Use Hydraulic Test-bed

CAI Lei

(TianjinEngineeringVocationalTechnicalCollege,Tianjin,300131)

derived from real case of enterprises,with the hydraulic test-bed teaching as the design platform,this study carries out structural innovation and functional improvements of the existing teaching-use hydraulic test-bed with the modular theory as instruction and the user as the starting point,thereby the applicability of the teaching-use hydraulic test-bed is greatly enhanced,the user’s experience is improved and enterprise’s manufacturing model is enhanced,the evaluation model of the actual course’s effectiveness and students’ practical operation is promoted.

teaching-use hydraulic test-bed; modular concept; function effectiveness; optimizing of structure

2016-04-12

蔡蕾(1984-)，女，浙江省人，講師，研究方向：機(jī)械設(shè)計、液壓與氣動技術(shù)、逆向工程與快速成型。

G484

A

1673-582X(2016)10-0069-06