氣動技術范文

導語：如何才能寫好一篇氣動技術，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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1.1氣動技術行業標準化現狀

我國第一項液壓專業的國家標準（GB786-65《液壓系統圖形符號》）于1965年［2］。1979年成立了全國液壓氣動標準化技術委員會，專門負責液壓氣動行業的標準化工作。當時氣動技術尚未有獨立的標準體系，隨著我國氣動技術的飛速發展和廣泛應用，目前已形成比較完善、適合行業發展并逐步與國際標準接軌的液壓氣動標準體系。近年來，國內多家科研院所、企業單位積極投入到標準的修訂工作中，促進了氣動技術行業標準化工作更快、更有利地發展。目前，現行的液壓與氣動標準共有141項，其中氣動相關標準48項。現行的氣動標準中，國家標準26項、行業標準22項、等同采用國際標準4項、等效或修改采用國際標準4項、非等效采用國際標準15項，絕大部分產品在設計、制造和質量控制等環節均做到了有國家標準或行業標準可循。根據最新調查顯示，現行的國家標準和行業標準在生產中得到了廣泛應用，已基本滿足企業的產品生產、新品開發和市場需要。

1.2氣動技術產業分布概況

我國現有氣動設備生產企業1000多家，其中重要生產企業僅為35家，集中分布在上海、無錫、肇慶、奉化、溫州、濟南等東部地區。2010年3月26～27日,中國液壓氣動密封件工業協會六屆一次常務理事會議在遼寧阜新市召開，會議授予阜新、瀘州和奉化為國家產業化集群示范基地，成為中國首批“國家液壓液力氣動密封產業集群示范基地”。在機械工業各主機行業快速發展的帶動下，我國液氣密工業實現了持續、快速、穩定發展。到2004年底，液氣密行業產品工業總產值由2001年的51.1億元增長到172.9億元。另據中國液壓氣動密封件工業協會30家（含外資企業）重點聯系企業統計，到2008年氣動元件行業職工總數為11159人，固定資產總計14.61億元，其中氣動元件工業總產值50.61億元，工業增加值13.58億元，利稅總額2.66億元。據氣動行業粗略統計：氣動工業總產值為88.64億元，其中內資企業約占40%，同比增長19.7%。近幾年世界氣動元件年總產值約70～75億歐元，約合人民幣560億元，我國約占12.7%。

2氣動元件技術和質量水平

我國內資企業生產的氣動元件品種基本上包含了各大類氣動產品，即：氣源處理元件、氣動控制元件、氣動執行元件、氣動輔助元件、氣動系統與氣動機械等，總計約有2200個品種，規格約12000個（電磁閥未計電壓組合，氣缸未計行程組合等）。國內企業產品水平多數達到20世紀90年代國外同類產品的水平，少數主導產品達到當代國外同類產品的水平。方向閥有電控、氣控、人控、機控等四種控制方式，通徑1～25mm，最小幅寬8.5mm，最低功耗1.1W（DC24），最高工作頻率200Hz；多介質電磁閥通徑6～50mm；壓力閥有普通型、精密型，調壓精度±10kPa，靈敏度±9.8kPa；空氣過濾器有普通型、精密型，最高過濾度0.1μm；油霧器最小起霧流量≤30L/min（通徑8mm，進口壓力630kPa）；氣缸缸徑1.5~320mm，最大缸徑1350mm，氣缸最長4000mm，伸縮氣缸最長14500mm；工作壓力有常規壓力，也有高壓，可達5MPa；適應環境溫度有常溫、高溫、低溫，能適應溫度-50～200℃，最高達400℃；工作介質有壓縮空氣、水、油、蒸汽及腐蝕性流體等，能基本滿足各行業中低端市場配套要求。據統計，國內主要氣動產品生產企業已通過ISO9001質量體系認證和歐盟CE認證。國內氣動產品中，省級名牌產品20多種，省級著名商標10多家。

3氣動產品研發與創新能力

隨著時代的發展和市場的需要，國內主要氣動產品生產企業完成了廠房擴建或新建。很多企業還專門設置了技術研發中心，聘請專職研究人員致力于新品開發，并取得了一定的成果，擁有多項國家發明專利、實用新型專利和外觀設計專利。數控技術的發展促進了企業購進大批新型數控機床和加工中心，提高了加工能力。新技術、新裝備、新人才推動氣動產品的研發和創新進入了新的時期。目前，氣動技術廣泛應用于機械制造、電子電器、石油化工、機器人、運輸車輛及制造等行業中。隨著氣動工具的廣泛使用，氣動技術還應用在自動噴氣織布機、自動清洗機、冶金機械、印刷機械、建筑機械、農業機械、制鞋機械、塑料制品生產線、人造革生產線、玻璃制品加工線等許多機械設備和生產線上［3］。在諸如核工業和宇航等尖端技術領域，氣動技術也占有重要的地位。

4我國氣動技術的發展趨勢

4.1標準化

完善氣動行業標準，要以國內生產和市場需要為目的，以轉化國際標準和采用創新技術為前提，優先考慮填補國內空白，對主機應用有關鍵性和突破性的自主創新技術，有促進國內產品結構更新換代的標準項目。到2015年，液壓氣動標準體系基本實現與國際標準接軌，對國際標準的采用比例達到90％以上，主要技術標準能夠開展與國際標準的同步研究。液壓氣動標準要實現與生產技術發展、國內外市場需求同步發展和更新，形成持續穩定和良性循環的標準體系，全面滿足行業生產和市場需要。

4.2精密化

目前開發的非圓活塞氣缸、帶導桿氣缸等可減小普通氣缸活塞桿工作時的擺轉；為了使氣缸精確定位開發了制動氣缸等。為了使氣缸的定位更精確，使用了傳感器、比例閥等實現反饋控制，定位精度達0.01mm。在精密氣缸方面已開發了0.3mm/s低速氣缸和承載力為0.01N的微小氣缸。在氣源處理中，過濾精度0.01mm、過濾效率為99.9999%的過濾器以及靈敏度0.001MPa的減壓閥均已開發出來［4］。

4.3高速化

目前國產氣缸的活塞速度范圍為50~1000mm/s，今后要求氣缸的活塞速度進一步提高，達到國外同類產品水平，并且在運行中要避免沖擊和爬行。閥的響應速度也要求由現在的1/100秒級提高到1/1000秒級，電磁換向閥電功耗為0.1～0.15W，最高換向頻率為500～1000Hz；壽命達到20000～100000萬次。減壓閥設定靈敏度為±0.001MPa；重復精度達到±0.003MPa。提高輔助元件的精度，如壓縮空氣過濾器：過濾度0.01μm，過濾效率達到99.9999%。氣缸的高速化對提高裝置的生產效率具有重要意義，近年來SMC、CKD、TAIYO、ORIGA、NORGREN、MEC-MEN等公司研制的無活塞桿氣缸的速度都已達到2m/s以上，其他類型的高速氣缸甚至達到了3~4m/s的速度［5］。

4.4節能化

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關鍵詞：演示性；驗證性；操作性；實驗

《液壓與氣動技術》課程是機械類專業學生的一門專業必修課，將為學生學習后續專業課和將來從事專業技術工作提供必要的基礎。現代經濟的飛速發展對高職院校的人才培養提出了更高的要求，傳統《液壓與氣動技術》課程教學采用的都是理論教學為主，課后進行單一重復的演示性、驗證性實驗，而這些實驗與實際工作中的應用是脫節的。特別是當前高職院校的學生基礎比較差，對于繁瑣的理論聽不進，聽不懂，驗證性的實驗看過之后也沒什么很深刻的印象。通過畢業班的問卷調查，發現學生認為《液壓與氣動技術》是所有專業課里最沒用的課程，但實際上，液壓與氣動技術廣泛應用于工業、農業、工程機械、汽車、航空、軍事各領域。如何將課程的實驗、實踐性活動與理論教學有機地結合起來，培養學生的動手能力，激發學生的學習興趣，是我們要研究和探索的問題。通過承擔汽車班的《液壓與氣動技術》課程一體化教學，啟用學校新建的液壓實驗室，對于課程的實踐性教學有一點體會和想法與大家分享。

一、有針對性地刪減演示性、驗證性實驗。

演示性、驗證性實驗不是全部放棄，而是根據所教班級和學時，將以前常做的實驗做調整，保留內容簡單而實用的實驗。比如保留簡單機床液壓系統的演示，讓學生對液壓系統有基本認識和感知。實驗臺簡單明了，但“麻雀雖小，五臟俱全”，通過它學生很容易認識液壓系統的五大組成部分，每個學生都可以很快上手進行操作，操作過程中感受液壓傳動的無級調速、操作方便、易發生泄漏等特點，調動學生的興趣和積極性。同時刪除操作復雜、需要繁瑣計算的實驗。比如溢流閥的性能實驗，因為每個小組的實驗時間長，操作復雜；液壓泵的性能實驗，因為計算繁瑣，學生很難掌握，沒耐心，沒興趣。其實液壓泵的性能和溢流閥的性能是本身固有的，企業技術員無需通過實驗照樣知道它的特性，這樣的驗證性實驗可有針對性地刪除。

二、改進演示性實驗、驗證性實驗的教學方式方法。

以前做演示性、驗證性實驗的步驟都是老師先講實驗原理，再實際操作演示，然后學生再操作，記錄數據，效果不是很理想。比如“壓力的形成”實驗是液壓與氣動里非常重要的的一個實驗，目的是要讓學生充分理解“壓力是由負載決定的”這句話的含義，對后續課程內容有著深遠的影響。以往學生做過實驗以后，學習好的學生能記住“壓力是由負載決定的”這句話，但在后續內容講壓力閥，順序動作回路時這句話的實際應用就不知道了，如何讓學生真正理解而不僅僅是記住這句話呢？可以對這個實驗（如圖所示）做新的教學設計，增加課程后續內容的引導。

教學設計如下：在學生完成實驗觀察現象和數據后，老師將溢流閥壓力調整到0，讓學生觀察現象并提出問題：“（1）溢流閥壓力為0，為什么液壓缸不動”？這個時候多數學生都搖頭不知道，老師并不急于給答案，接著調整壓力問：“（2）將壓力調到0.4Mpa為什么只有掛一塊砝碼的缸動”？這時候就有學生回答了“因為壓力不夠”。教師馬上再次調整壓力問：“（3）將壓力調到0.6Mpa為什么二塊的缸可以動，三塊還是動不了”？這次就會有很多學生說“因為壓力只夠提起二塊砝碼而不夠提起三塊”。老師立刻往下問：“（4）要使所有缸都能正常工作，溢流閥壓力應當為多少”？學生就會回答“應該比掛三塊砝碼的缸工作壓力高”。最后得出結論：要使液壓系統正常工作，溢流閥的調整壓力應該大于系統中所有缸的工作壓力。這樣一步一步地將問題深入，使學生充分理解“壓力是由負載決定的”這句話的含義，為課程后續講解壓力控制閥和壓力控制回路打下很好的基礎。

三、強調團隊協作，由淺入深、循序漸進，自己動手搭建回路的操作性實驗。

學校新建的液壓實驗室購入了六臺液壓與氣動雙面實驗臺，它可以搭建各種回路，但是對于操作者的要求很高。它不僅要求學生要自己選擇元件并根據液壓系統原理圖連接液壓管路，而且要根據電路圖連接電路，還牽涉到壓力繼電器、接近開關、plc、單片機等等，學生要單獨完成難度比較大，這就要求要有團隊協作精神，合作完成。實驗過程這樣設計：做單級調壓回路搭建第一個實驗時，老師將學生分組（每個小組5～6人，將成績比較好能力比較強的同學分到每個組任組長），六臺實驗臺老師接好一臺作為樣板，另外五臺由每個組使用。老師先手把手的教組長選擇元件，按圖一步一步接油管、接電路完成回路搭建；然后由每個小組長帶領小組成員重新進行搭建，這個過程中同學會互教、互幫、互助，出現錯誤會互相討論，爭論，參照老師樣板，發現并及時糾正錯誤，直到每個同學都能獨立完成實驗。學生成長快，成就感強，教學效果好。通過實驗學生不僅學會了看液壓系統原理圖，根據原理圖接油管和元件，還能看懂電路圖，根據電路圖接好電路，綜合應用能力得到提高。

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關鍵詞：液壓與氣動技術；一體化教學模式；項目教學；實踐練習

液壓與氣動技術是職業學校機電專業核心的課程之一，職業學校開設的這一課程大多采用“理論講授+實訓”的教學模式進行。其中理論講授在前，時間貫穿一個學期，60課時左右，實踐在理論講授之后單獨用2～4周的時間進行。液壓與氣動技術理論課的教學按照教材的章節知識順序。強調知識的系統性傳授，不注重實踐技能的培養，不能適應現代社會發展的要求。理論與實踐嚴重脫節，對職業學校學生核心能力的培養沒有發揮應有的作用。

職業學校專業課程的改革一直在進行。學校廣大教師都嘗試著進行各種類型，各個層次的教學改革，教育主管部門也重視專業課程教學模式的改革，學校也組織制定了各個層面的專業課程教學指導方案。雖然液壓與氣動技術現有的課程教學計劃設置已經有了改動，加強了教學中的實踐環節。重視了技能的培養，但這些改變并不徹底，技能培養的重視程度還是不夠。

具體表現在：（1）液壓與氣動課程教學模式結構總體上還沒

有跳出先理論課后實習的框架結構；（2）雖然加強了實踐教學環

節，但實踐教學與理論教學分開安排，實踐教學的課時也較少，這樣的安排并不能滿足培養學生技能的需要求。

如何進行有效的教學，使本來底子就不盡如人意的職業學校學生的學習既能達到既定的教學目標和要求，又能激發學生主動參與學習的積極性，我校參與講授液壓與氣動技術課程的專業課老師進行了積極的探索，近五年來在我校做了一些探索，在機電專業部分班級實施在液壓與氣動技術一體化教學模式，取得了比較滿意的效果。教學不摒棄傳統理論的講授，而是理論教學與實踐相交叉進行，對現有的液壓與氣動技術教材進行仔細研究，結合我校的液壓與氣動實驗室，開發了校本教材，在教學模式上采用項目教學法，完成教師事先設計好的教學項目，利用情境、協作、會話等學習環境要素充分發揮學生的主動性、積極性和首創精神，最終達到使學生有效地對當前所學知識的掌握的目的。

以下是實施一體化教學模式液壓與氣動技術課程的項目組成及基本的內容，通過項目的完成實施，理解液壓與氣動技術相關的知識、原理，掌握各種液壓氣壓方向閥、控制閥、壓力閥及流量閥的結構、作用和各種閥在液壓（氣壓）回路中的正確使用，通過一體化的教學，以適當的方式傳授知識，培養了學生各方面能力特別是學生的動手能力，使學生在有目的一體化教學活動中積累了專業素養，逐步建立個人的核心能力。

液壓傳動部分：

項目一 1.液壓傳動基本知識講授。2.液壓系統的基本構成講授。

項目二 雙作用液壓缸手動直接控制操作（涉及液壓系統的構成及液壓傳動的基本知識）。

項目三 1.雙作用液壓缸直接控制操作（涉及手動換向閥的作用演示）。2.方向閥結構及作用知識講解。3.學生實踐練習。

項目四 1.雙作用液壓缸往返運動控制操作（涉及單向閥、手動單向閥、換向閥的作用演示）。2.學生實踐練習。

項目五 1.雙作用液壓缸―往返運動控制（非接觸傳感器控制）操作演示。2.電路控制液壓回路與液壓方向閥共同控制液壓缸操作演示。3.學生實踐練習。

項目六 1.減壓閥減壓回路―控制操作（減壓閥作用）演示。2.順序閥的順序動作回路控制操作（順序閥的作用）演示。3.壓力控制閥的基本知識講授。4.學生實踐練習。

項目七 1.節流閥的節流調速回路控制操作演示。2.調速閥的調速回路控制操作演示。3.節流閥、調速閥結構原理講授。4.學生實踐練習。

項目八 液壓傳動綜合回路實踐練習（教師演示，學生練習實踐）

項目九 液壓傳動綜合回路實踐練習（教師演示，學生練習實踐）

氣壓傳動部分（共四組項目）：

氣壓傳動與液壓傳動內容相差不大，具體項目名稱及內容

相似。

以上一體化教學過程中，液壓與氣壓傳動部分共十三個項

目，均采用一體化教學模式，共五周的時間連續進行，或者十三個項目在一個學期完成教學任務。教師以教學項目中小項目為引領，精心安排教學的各個環節，組織學生完成液壓油路的設計制作任務。實驗班的同學在教師的指導下學習設計制作完成了教學項目。在實驗教學中同學們以極大的興趣投入到學習中，學習的積極性大為提高，在分組設計制作過程中，在教師的管理和協調下，同學們都積極主動地承擔工作任務，分工合作進行設計、安裝、制作、調試，最后進行成果展示和相互評價。實驗班的同學們都非常樂意接受這種新穎的教學改革，認為這樣的學習方法有明確具體的目標，有為了達到目標而進行的探奇過程，有經過自己的努力實現目標而帶來的成功喜悅。學生在不知不覺中學習到了知識，掌握了技能，既培養了與人合作的團隊精神，又張揚了每個人的個性，并充分發揮了每個人的特長，提高了各方面的能力。很多同學都愿意在教師的安排下再次以這樣的方法進行學習。

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關鍵詞：液壓與氣動技術課程；操作能力；實訓基地

在傳統的教學過程中，由于儀器設備的局限，學生對液壓與氣動技術認識不足，同時在生活中比較少會應用到液壓氣動技術，所以學生對學習液壓氣動技術的興趣度不高。在教學時，存在教學方式因循守舊、缺少專業的實訓、課程設置不合理以及學生操作能力不強等不足，同時職業類學校學生掌握的專業基礎知識不扎實，因此在學習理論知識時比較難以進行理解。為了解決學習液壓與氣動技術的問題，需要對高職液壓與氣動技術課程進行全面改革，促進教學效率的提高。

一、高職液壓與氣動技術教學課程存在的問題

在大多數的高職院校的機械類專業中，液壓與氣動技術是比較重要的課程之一。在教學過程中，老師往往比較多采用純理論的講解氣壓傳動系統和液壓傳動系統的構成，還有系統元件的工作原理、使用方法以及存在的問題，接著選擇一些書本上比較典型的例子，對照書上的教學圖進行講解知識點。這樣的教學方法存在許多問題，具體內容如下。

1.教學方式因循守舊

在目前，許多機械類專業的老師，由于受到自身情況、儀器設備和教學環境的制約，在教學中比較因循守舊，常常使用傳統的先理論后實踐的教學方式或者是純理論的教學方式。在日常學習當中，老師在教授理論知識時占用時間較多，而縮短了學生進行實踐的時間。這種教學方式無法將實踐和理論有機結合，打擊了學生進行實踐操作的熱情，阻礙了學生實踐能力的形成。

2.缺少專業的實訓基地

職業學校一直存在錢不夠花的現象，因為專業多，課程種類多，需要花錢購買的儀器設備多，導致學校實踐模擬實驗室的內部設施沒有得到及時的更新，無法滿足學生對提高自身實踐能力的需求。同時現在液壓與氣動技術的應用越來越普遍，沒有專業的實訓基地則無法培養出適應當今社會發展需求的人才。

3.課程設置不合理

在日常的教學當中，學校在缺少相關設備的情況下，設置課程時難免有不合理的地方，同時專業教師比較缺乏，無法使學生擁有專業的操作能力，阻礙了學生培養自身實踐能力的熱情。同時在課堂上，老師多重視理論教學，忽略了對學生實踐能力的培養，使得學生無法充分發揮主觀能動性，也使得課堂教學無法適應學生的要求。

4.學生操作能力不強

現在許多機械類專業的學生存在操作能力不強，實踐經驗匱乏的情況，許多學生在日常學習當中沒有真正進入企業學習，并且學校安排的企業調查也沒有進行實際操作，導致學生理論與實際脫節，無法滿足市場需求。

二、高職液壓與氣動技術教學課程改革的措施

1.改變教學體系

在高職院校的日常教學中，一方面，安排液壓與氣動技術的上課時間比較少，而且學校對課程的編排也存在不合理的現象，導致學生無法深入學習液壓與氣動技術。另一方面，老師通常向學生講解一些復雜的元件回路時，由于沒有直觀手段讓學生直接觀看，導致學生提不起興趣，無法進行正確理解，更不要談可以熟練掌握了。另外液壓氣壓元件的操作過程比較復雜，無法吸引學生的注意力。如果教師在進行講解時，只是按照課本的解析方法進行教學，不僅會讓學生失去學習積極性，也會影響課堂的教學效率。因此教師要充分調動學生的學習積極性，改變教學方式，即要改變灌輸式的教學方法，培養學生進行自主學習的能力，讓學生可以充分發揮主觀能動性，主動進行液壓與氣動技術的學習。同時老師在教學時，可以對教材內容進行適當的整合，可以要把元件的內容時常穿插在回路的內容中，這樣不僅可以幫助學生進行理解，還可以提高他們的學習熱情。

2.改革教學大綱

教學的學時與內容設置是按照由教學大綱進行操作的，教學大綱是讓教學得以正常進行的主要因素。所以教師要改革教學大綱的內容，增加學生學習液壓與氣動技術的時間。按照市場經濟體制發展的要求，制訂教學大綱的內容和液壓與氣動技術課程的安排，不僅要注重知識的實用性，也要適應社會發展的需求，并要結合信息化時代對機械人才的要求，更新教學大綱的內容，減少液壓與氣動技術理論知識教學的時間，增加實踐教學的時間，盡可能地采用理實一體化教學，促進學生的自主操作能力、解決問題的能力以及實際操作能力的提高。例如在教授液壓與氣動技術時，需要增加實踐教學的學時與內容，使學生可以更好地掌握液壓與氣動技術的操作知識，提高學生的操作能力。

3.開展項目式教學和理實一體化教學

液壓與氣動技術的內容包含比較多機械的知識。例如，控制元件、輔助元件、動力元件等部件構成了完整的液壓體系。其中元件的工作位置不僅可以控制回路中的油液流量與流向，也可以影響元件的工作情況。液壓與氣壓系統中不但在操作方面比較復雜，而且系統中的某個元件操作過程也是比較復雜的。例如系統中的溢流閥，其是由不同作用的零件構成的，其中組成結構的安排也是非常復雜的。在教學過程中，許多學生對其操作過程無法進行準確理解，從而無法真正掌握元件的知識。課程的內容比較復雜難懂，極易導致學生在學習時失去耐心，從而影響了學習的效果。所以教師在設計教學方案時，要從實際情況出發，靈活運用教學方法。其中開展項目式教學和理實一體化的教學可以有效提高學生的探究能力。在課堂中使用案例進行教學，可以使學生更快了解系統的運行方式，從而提高學習的積極性。另外，學生在做實際項目時，可以更快地掌握液壓與氣動技術的內容，從而促進課堂效率的提高。

4.建立實訓基地

為了使學生更好地掌握液壓與氣動技術，學校需要提供專業的實訓基地，讓學生在實踐當中理解和掌握知識。實訓基地包括機械模擬實驗室和校外實習基地。機械模擬實驗室可以為學生提供許多應用液壓與氣動技術的機器，可以讓學生親身感受機器的運行情況，從而使學生更容易掌握課本的知識；建立校外實習場所，校外實習場所能夠為學生提供良好的工作環境，并提供匹配的技術與設施，讓學生在暑期進入一些大型機械生產的企業。通過實施校內實訓和校外實習相統一的策略，有效地提高學生的實踐能力。在實訓過程中，可以更好地培養學生的主體地位，讓學生參與到實訓中，更好地理解元件的作用，更好地掌握液壓與氣動技術的知識。

液壓與氣動技術是機械專業的重要課程，對培養學生的實踐能力具有重要作用。目前高職教學液壓與氣動技術課程存在教學方式因循守舊、缺少專業的實訓、課程設置不合理以及學生操作能力不強等不足，為了解決課程教學存在的問題，需要從改變教學體系、改革教學大綱、開展項目式教學和理實一體化教學以及建立實訓基地等方面進行改革，這對于培養適應社會發展需求的綜合型人才具有重要的意義。

參考文獻：

[1]劉旭，于泓，閆潤.淺談高職類液壓與氣動技術課程的教學改革[J].神州，2014（17）：45-47.

[2]林洪.淺談高職液壓與氣動技術課程的改革[J].中國科教創新導刊，2013（23）：96-98.

[3]黃權，李紅斌.高職液壓與氣動技術課程改革探索[J].企業科技與發展，2014（16）：120-123.

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關鍵詞： 液壓與氣動技術 課程改革 教學內容

一、教學內容改革的指導思想

《液壓與氣動技術》是高職高專機械類、近機械類專業的一門必修專業基礎課程。近年來，高職高專《液壓與氣動技術》課程改革的總方向是將由原來本科壓縮而來的準學科型教學模式改為能力培養型教學模式，課程改革的總方向是基于工作過程導向、任務驅動進行課程開發。但教學內容還是基于“理論知識液壓元件液壓回路”的模式，將元件與回路割裂開來，學生要在課程學習的后期，才能接觸到課程的核心：液壓回路，以致學生先期學習時對課程的目的不理解，部分學生學習興趣全無。

為此，近年我們對課程內容的整合進一步探索和實踐，打破先液壓元件、后液壓回路的模式，以液壓方向控制、壓力控制、速度控制三大基本控制回路為主體，在主體中再整合理論基礎、液壓元件等必學內容，系統性進一步增強，使之更切合高職高專教學的實際。

二、教學內容優化整合的總體設計

下面僅以液壓傳動部分為例，比較教學內容整合前后的安排。見表1、表2。

在教學內容的處理和安排上，主要是將流體力學基礎、基本液壓元件兩部分的內容不再單獨作為重點集中列出，用到即講，不用即罷，體現了高職高專教學“理論夠用為度”的原則；按照執行元件對外的出力、方向、速度等表現將元件和回路合在一起講，突出了應用概念；鑒于液壓傳動技術與氣壓傳動技術兩者既有很多共同之處，又有不少相異之點，故沒有將液壓和氣動完全融為一體；為適應數控、模具、機電等專業的不同需求，典型液壓系統課題中改以數控車床、組合機床、注射機、壓力機、汽車起重機作為典型系統例子。

例如，在“節流調速控制”一節中，先述流量控制閥，再以進油、回油、旁路節流調速回路為重點，其后是液壓動力元件概述、定量泵的內容。而變量泵、變量馬達則放到了“容積調速”一節中。

三、教材建設

教材是教學內容的載體，依據整合后的教學內容，與其他院校合作編寫并出版相應教材，是教學改革實施的重要保證。我作為副主編參與編寫的《液壓與氣動技術》教材2008年正式出版，全書由緒論和八個課題共九個部分組成，每個部分都至少由一個實踐性較強的實驗／實訓項目或案例進行導引，突出以能力為本位、以應用為目的，符合“用感性引導理性，從實踐導入理論，從形象過渡到抽象，從整體到細節”的認識規律，具有“寓基礎于應用中，寓理論于實踐中，寓枯燥于興趣中”的特點。

考慮到項目導引、任務驅動的課程教學，目前也只是在示范性高職院校中進行試驗，雖已取得很好的效果，但也存在運行占用教學資源多、成本高，教學內容系統性有一定欠缺，對師資隊伍要求偏高等缺點，因此教材還只按課題編排，而不是按項目、任務編排。但基于工作過程導向、任務驅動進行課程開發，應是今后教材建設的方向。

四、結語

通過幾年來的努力與探索，我們在課程教學改革特別是教學內容優化整合方面取得了一定收獲，在適應理論課時大幅減少、實驗實訓課時增多等方面做出了有益的探索。但還存在不少問題，如在因材施教方面，新技術新應用內容的增添方面，等等。科技發展一日千里，教學改革要與時俱進。只有適時調整自我、更新觀念、改進教學，才能滿足時代的要求，培養出當代社會需要的高級技術人才。

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【關鍵詞】項目教學；液壓與氣動技術；教學內容；教學方法；應用能力

液壓與氣動技術在上世紀隨著原子能、空間技術、計算機技術等的發展，滲透到國民經濟的各個領域。其發展迅速、應用廣泛，是機械設備中的重要技術之一。在國民經濟中的作用很大，它可以用來作為衡量一個國家工業水平的重要標志之一。因而《液壓與氣動技術》課程在機械專業中的地位也越發重要。

職業教育的培養目標和任務是適應生產、建設、管理、服務第一線需要的德、智、體、美等全面發展的高等技術應用型專門人才。《液壓與氣動技術》是我校一門重要的專業技術課，主要任務是培養學生分析液壓與氣動基本回路，安裝、調試、使用、維護液壓與氣動系統及診斷和排除液壓與氣動系統故障三項能力。傳統職業教育教學的“教師講，學生聽”的教學形式很難實現這一目標和任務，無法實現對學生職業能力的培養，因而嚴重地影響了人才的培養質量，改革傳統職業教育模式勢在必行。

項目教學法主張“先練后講，先學后教”，強調學生的自主學習，主動參與，從嘗試入手，從練習開始，調動學生學習的主動性、創造性、積極性等，學生唱“主角”，而老師轉為“配角”，實現了教師角色的換位，有利于加強對學生自學能力、創新能力的培養。筆者就多個方面對項目教學法進行了嘗試性的研究與實踐，也取得了一定的效果。

1 項目教學在《液壓與氣動技術》課程中的實施

1.1 向學生布置項目任務

例如，在認識液壓系統的工作原理及組成時，以磨床工作臺液壓傳動系統為例，創設問題情境，提出問題：磨床工作臺如何運動？對此運動有何要求？如何來實現？引導學生提出方案，分析其工作原理，并對元件進行分類。認識到一個完整的液壓傳動系統由四大類元件組成，將所學內容具體化、目標化，則理解透、認識深刻，有利于后面的學習。

1.2 制定項目實訓計劃

每組同學根據實訓項目安排具體的項目實施計劃，做出一份切實可行的實訓項目計劃。計劃的主要內容包含：任務、目的、終期結果、評定標準、所需元器件，制定安全操作流程項等。教師對學生的實施計劃進行點評，讓學生不斷調整項目實施計劃。

1.3 按計劃實施

該階段教師應準備足夠的實驗實訓器材。另外，教師還要把時間分配情況告訴每組成員。學生根據規劃進行液（氣）路連接及檢測、電路的連接及檢測。學生根據項目要求進行項目檢測并詳細記錄過程，對運行狀態進行分析，與目標進行比較，如果與目標要求不一致，學生要進行修改，達到目標要求后請指導教師驗收。教師在該過程中要詳細記錄每組試驗結果及工藝情況，以便對學生的考核有一個比較詳細的參考。在學生實施實訓項目期間教師除了做好巡回檢查指導外，還要對整個項目實施過程進行檢查和監控，同時注意安全規范的督促。

1.4 評價、回顧及總結

評價階段最后要求小組成員對項目成果進行展示和演示。由學生自我評價、相互評價及教師評價結合，對照項目實訓過程進行回顧、總結。這樣就拓寬了學生的思路，同時也是對學生個人在項目活動實施過程中的參與程度、所起作用、合作能力及團隊精神等多個方面進行綜合評價，可提高學生學習的積極性和主動性。

1.5 指導教師對全班的項目實訓情況進行全面的總結。

2 項目教學實施要求

項目教學法是以行為導向為主一種教學方法，師生不再相互獨立，而是以一個團隊或一個整體的形式共同實施一個完整的“項目”工作。項目教學法不注重教法，而是注重學法，體現了以學為本、因學施教的教學準則；它不僅讓學生學知識和技能，而且讓學生學會學習，學會與他人交往，學會思考，學會發現問題、解決問題，進而增強信心、提高學習積極性、鍛煉能力，最后進行展示和自我評價；它采用以學生為中心的教學組織形式，讓學生邊做邊學，把看到的、聽到的結合起來，讓學生以團隊的形式進行學習，強調在團隊學習中發揮每個學生的主體作用，重視學習過程的體驗。

在項目教學實施過程中，教師是活動的引導者，教學的主持人。通過創造某種特定的環境或情境，讓學生在教師所設計的學習環境中進行學習，強調學生學習動機的激發和學習興趣的培養，這種情境是建立在讓學生熟悉周圍的環境的基礎上，對所學的內容感到好奇、感到驚訝繼而能對此提出問題。

教師教學模式的轉變要嚴格遵守計劃、任務的安排；教師要備好課，要有更多的預設；教學中可使用多媒體等教學設備進行一些有關課題相關信息的展示，使學生的學習直觀易懂，輕松高效。例如，在學習液壓元件時，在實物認識的基礎上，拆裝元件，認識內部結構。而對其工作原理則采用多媒體演示，象液壓泵的吸油與排油，方向控制閥的液體流動方向與閥口通斷的關系，壓力控制閥如何改變閥口的通斷，通過動畫演示讓復雜的分析簡單化，變抽象為具體。把元件的工作過程清楚地展示出來，學生易理解且感興趣，就能更好的應用。

通過師生相互交流，積極互動，共同參與，共同創造，項目教學法在教學中將理論與實踐教學有機地結合起來，充分發掘了學生的自學能力、創新能力和創業精神，培養了學生團隊合作的精神和職業道德，全面培養了學生分析問題和解決問題的綜合能力。這種教學方法使課堂教學的質量和效率得到了更大幅度的提高。

在項目教學法的具體實踐中，教師的作用不再是一部百科全書或一個供學生利用的資料庫，而成為了一名向導和顧問。他幫助學生在獨立研究的道路上迅速前進，引導學生如何在實踐中發現新知識，掌握新內容。學生作為學習的主體，通過獨立完成項目把理論與實踐有機地結合起來，不僅提高了理論水平和實操技能，而且又在教師有目的地引導下，培養了合作、解決問題等綜合能力。同時，教師在觀察學生、幫助學生的過程中，開闊了視野，提高了專業水平。可以說，項目教學法是師生共同完成項目，共同取得進步的教學方法。

項目教學是一門學問，也是一種藝術式的教學模式，需要教師轉變傳統觀念，著重全面提高學生的綜合能力，讓學生在一個個項目的完成的過程中獲得知識和能力的全面提升，讓項目教學法在不斷的嘗試中逐漸成熟發展，發揮它在實訓教學上的積極作用。總之，實施項目教學法，推動了教學革新，改變了傳統教學模式，為學生提供了更加有效的學習環境。隨著社會的發展，職業教育培養出來的人才將更能適應社會發展的需要。

【參考文獻】

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關鍵詞：工作過程 項目教學法 液壓與氣動技術

中圖分類號： G642 文獻標識碼： A 文章編號：1672-1578（2014）10-0051-02

項目教學法是行為引導教學法之一，是師生通過共同實施一個完整的“項目”工作而進行的教學活動[2]。“以項目為主線、學生為主體、教師為主導”是項目教學法最顯著的特點，它改變了以往“教師講，學生聽”的被動教學模式，創造了學生主動參與、自主協作、探索創新的新型教學模式。基于工作過程的項目教學法強調對工作過程性知識和經驗性知識的學習。工作過程性知識是隱性的工作經驗和理論知識的集成，是與具體的工作環境直接相關，能夠直接指導實際工作的知識。工作過程性知識以實踐經驗、技能和理論為基礎，以培養職業能力為目標的、從事某一職業的“干什么”和“怎么干”的知識[3，4]。

《液壓與氣動技術》是機電類設備維修與管理專業的核心課程，也是機電一體化專業和電氣自動化技術專業的專業課程之一[1]。《液壓與氣動技術》課程現有的教學資源多是以知識傳授為主要特征的傳統學科模式，主要存在著教學培養目標不明確，教學效果差，學生聽課積極性比較低等問題。在《液壓與氣動技術》教學中引入基于工作過程的項目教學法，以“工學結合、校企合作”為指導，分別從教學情境設計、教學內容整合、教學評價改革等方面進行改進提高，最終實現《液壓與氣動技術》課程改革的目的，更好地促進學生知識和技能的提高，符合學生發展需要。

本文以“折邊裝置氣動控制回路設計與調試”教學過程為例，探討基于工作過程的項目教學法在《液壓與氣動技術》課程中的應用。

1 案例主題

本案例是在工作過程的情境下，用工作任務驅動實施教學。在教學中，以一個實際工作任務為中心，圍繞這個中心任務完成各個子任務，把教學內容巧妙設置在各個任務中，使學生在工作任務的驅動下，通過自主學習、小組討論等方式完成一個項目的學習。在學習中，學生是學習的主動者，教師是學習的指導者，這種角色的轉變，使學生更加主動、愉快的學習，學生分析、解決問題的能力得到很大的提高。

2 教學思路

本次教學過程采用模擬實際生產方式進行，通過“客戶需求方案分析方案設計方案實施客戶驗收”的流程開展教學。在教學實施中，教師作為客戶，以小組為單位的學生被標記為企業①、企業②、……企業⑩。

“客戶需求”環節：教師作為客戶，通過展示數控機床鈑金外殼的圖片，播放折邊裝置的視頻，提出任務需求。本環節通過設置實際的教學情境，引出了折邊裝置的課題，使學生對折邊裝置有更進一步的了解，對折邊裝置的工作過程有更充分的感性認識。

“方案分析”環節：學生作為企業方，通過分析折邊裝置原理圖，結合對折邊裝置的感性認識，以小組為單位探究折邊裝置的工作原理。本環節學生作為企業方積極進行討論，形成初步的認識，使學生明確折邊裝置所要實現的動作。

“方案設計”環節：學生以企業①、企業②、……企業⑩的形式進行分別討論，各企業形成自己的折邊裝置氣動回路初步方案，并分別在仿真軟件環境下進行氣動回路搭建和仿真調試。本環節中，學生通過潛在的企業競爭關系，在小組內通過激烈討論，形成氣動回路設計方案，并進行模擬搭建，完善設計方案，激發學生的創新思維和學習興趣。

“方案實施”環節：學生根據仿真調試后的氣動回路選擇相應元件，在實驗臺上搭建氣動回路，根據搭建后運行的氣動回路驗證自己的設計方案的合理性，并進行調整，以滿足客戶需求。在這個環節中，學生將自己的設計成果進行了實施，學生獲得了很大的成就感，使學生對本門課程的學習充滿興趣，而各企業之間的競爭關系，使學生不斷改進優化本企業的方案，獲得更多的知識和技能的提升。

“客戶驗收”環節：10個企業進行展示和介紹，教師作為客戶對10個企業的結果進行比較驗收，評價各企業產品的優點和缺點，最終選定一家企業的成果作為自己的中標方案，并進行展示。本環節是模擬現實中的企業合作，通過真實的體驗，使學生更深刻的體會到自己的產品優劣將直接影響企業的生存發展，促進學生努力學習，不斷提高。

3 教學實施過程

3.1教學目標

知識目標：認識構成氣動系統的元件，會分析氣動回路的工作原理；根據工作要求，能設計氣動回路，并進行回路搭建和調試。

技能目標：具備正確選用氣動元件，搭建氣動回路的能力；能對氣動回路進行調試，并實現氣動回路正常工作。

情感目標：通過探究式的教學方法，培養學生愛動腦、勤思考的良好習慣，使學生體驗突破難題的成就感；通過小組合作培養學生團隊協作的精神，溝通交流的能力。

3.2教法：基于工作過程的項目教學。

3.3學習重點：折邊裝置氣動回路的工作原理及設計過程。

學習難點：折邊裝置氣動回路設計思路。

3.4教學過程：

（師活動）我是某制造企業負責人，現需要為我企業的一臺金屬板折邊機選用一套可靠、有效的氣動系統。演示數控機床鈑金外殼圖片，折邊裝置工作視頻。

（生活動）學生傾聽，觀看圖片和視頻，教師作為企業負責人介紹企業需求，學生形成對氣動回路設計任務的初步認識。

（師活動）投影展示折邊裝置氣動系統工作要求：（1）同時操作二個相同開關，使裝置的成型模具快速向下鍛壓，將平板折邊；（2）同時松開二個或僅松開一個開關，都能使氣缸緩慢退回到初始位置；（3）為了適應不同材料的加工，系統壓力可以調節；（4）該氣動回路應具有方便操作、實用性好、性價比高等特點。

（生活動）學生根據折邊裝置氣動系統工作要求，討論探究實現工作要求的主要方式，綜合運用所學氣動知識，初步選定相關氣動元件，初定氣動回路的方案。

（師活動）在學生組建的各企業間進行輪流巡視指導，傾聽每個企業的討論情況，給予指導。觀察每個企業的氣動回路設計情況，提出問題和建議，引導學生完善氣動回路設計方案。

（生活動）學生在仿真軟件中進行回路的仿真設計，進一步優化設計回路。

（師活動）提出探究問題：（1）常用開關控制方式哪種類型更簡單實用？（2）控制活塞速度，采用流量控制還是速度控制更好？為什么

（生活動）學生思考回答問題，教師講解、引導。

（師活動）觀察每個企業的氣動回路搭建情況，評價回路的優缺點，提出改進意見。提出探究問題：回路存在的優勢和缺陷，如何改進？

（生活動）學生在實驗臺上搭建回路，并根據回路運行情況進行調試。結合生產實際，學生充分理解所設計搭建回路的優勢和缺陷，進一步對氣動回路進行優化改進。各企業分別展示介紹自己的方案，客戶和企業共同參與評價。

（師活動）評價每個企業的設計方案，提出最優設計方案的選擇理由。

（生活動）學生觀看、思考，傾聽教師的講評，以及最優方案選擇的原因，結合自己企業的設計方案進行比較思考。

（師總結）在大家的積極配合下，我們的任務進行的很順利。今天的任務僅為今后同學們在實際工作崗位中遇到的工作之一。在充滿競爭當代，要想提高業務水平，必須提高專業力，夯實基礎。

課后請大家思考問題：如果為了提高工作效率，要求有兩個折邊模具同時進行折邊操作，將如何進行回路設計？

3.5教學評價方案

根據教學組織形式，采用客戶評價和企業自評互評相結合進行。

4 小結

在本節課中采用模擬實際生產方式進行，通過“客戶需求”提出實際生產要求，設置學習情境，激發學生的學習興趣，引入課題。

隨后由學生作為企業方，主導完成“方案分析”、“方案設計”和“方案實施”，在此過程中教師主要采取巡視指導方式輔助教學，使學生真正成為課堂的主人。學生以企業形式接受任務，肩負了更多的使命感，無形中給學生更多的學習動力，使學生積極主動參與學習。而企業間的競爭又使學生有很大的緊迫感，促使學生不斷優化自己的設計方案，希望獲得企業的青睞，學生的學習積極性得到了很大的提高。客戶和企業的方式也讓學生獲得了很大的新鮮感，提升了學生的學習興趣。

最后，教師作為客戶對所有方案進行評價，并選出最優方案作為中標方案，使學生獲得了成功感，也體會到了市場競爭中必須提升自身能力和素質才能取得成功的道理。最優方案的展示使學生認識到自己的不足，學習他人的優點，有利于學生的自我進步和發展。

本次課改變了傳統教學中教師任務，學生接受任務、完成任務的傳統學習方式，采用客戶和企業的模擬方式，增加了學習的趣味性和真實性，使學生體驗到了實際生產的過程，學生在學習中通過團結合作，討論探究的方式解決遇到的困難和問題，獲得了知識和技能的提升，體現出情境學習和探究學習的優勢。

參考文獻：

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[2]方良材，黃衛萍，梁剛.項目教學法在高職《液壓與氣動》課程教學中的應用[J].廣西輕工業，2008（11）：122-123.

[3]管秀君.基于工作過程的學習領域課程開發與項目教學法[J].職業技術教育，2008（23）：14-15.

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關鍵詞：教學質量；理實一體化；高職院校

在《氣液動技術及其應用》課程教學過程中，僅用傳統的教學方法很難讓一般學生達到教學要求，培養出高素質、高技能、適應社會發展需求的應用型人才這一目標也無從實現。基于此考慮，結合我們近幾年的教學實踐，我們嘗試了理實一體化的教學模式，收到了較好的教學效果，提高了教學質量，而且鍛煉了學生自我學習、溝通協作等能力。

一、理論聯系生活實際，提升學生學習興趣

在教學中運用理論聯系實際不僅能夠提高學生的聽課興趣，增加課程的知識含量，引導學生的思維，還可以有效地提高教學效率。例如，在緒論這一章上可以首先通過實物圖片、視頻影像為學生介紹千斤頂、推土機、沖壓機、磨床、工業機器人等現實生活中我們常見的實例，以此引導學生總結《氣液動技術及其應用》的基本特點。

總的來說，有了這樣一個感性過程的引領，學生開始關注這項技術，多舉出實例，能夠拓展學生的層次，調動學生對知識需求的主動性，提升學生的學習興趣。

二、改進教師的教學方法，提高教學質量

在日常的教育教學中，需要教師集思廣益、多聽取不同的建議和意見，總結自己的教學方法，這樣可以有效地提高學生的積極性，從而提高學習效率。

1.動畫視頻直觀表述法

在《氣液動技術及其應用》這門課程中采用多媒體化教學能夠有效地使抽象的教學內容變得具體，為課堂教學提供了便利。多媒體教學不同于傳統的教學模式，它可以給學生營造一種放松的氛圍，更加可以吸引學生的注意力。因此，在課堂教學中采用教學用多媒體課件，通過元件和回路的結構、工作原理動畫或視頻，讓學生能清晰地觀察油液流動方向、活動元件的動作情況和工作完成情況，可以將以前枯燥呆板的圖示講解變成現身說法，使學生在聽課理解上不會感覺到抽象。

2.舉例類比式教學法

例如，《氣液動技術及其應用》課程中的流體傳動過程十分枯燥，不易理解，液壓元件的工作過程對于初次接受知識的學生來說顯得很陌生且不易理解。因此，就采用舉例類比式教學法，在講到液壓傳動系統的組成及壓力概念時，就可以聯系生活中高血壓問題來展開教學：人體血液循環系統就像一個“液壓系統”，心臟就是“液壓泵”，血管就是“管路”，人體的高血壓是因為血液在血管中流動阻力大造成的，而液壓系統中也會存在“高血壓”的故障現象，這兩者的產生原因是相似的。通過橫向聯系比較法，學生很快能掌握液壓系統及其壓力等相關概念，這樣不僅開闊了學生的思維，還增加了學生聽課的興趣。

3.集思廣益沙龍式教學法

在授課時，單純的講解與聽教，并不能使上課效果得到很好的發揮，所以，我經常督促我的學生積極參加討論，集思廣益，積極思考、主動學習。同時，學生在思考和回答過程中，教師不要急于給予正確答案，應該去促使學生更加集中注意力，這樣有利于發揮學生的主體作用。教學需要老師引導我們的學生不斷地發現問題―提出問題―分析問題―解決問題，這樣可以挖掘學生的求知欲，拓展他們的創造性思維，有效地提高學生處理知識的能力。

三、實施理實一體化教學，提高實踐教學效果

《氣液動技術及其應用》不但需要學生動腦學，而且需要他們動手實踐。為了得到、適應社會發展需求的高技能、高水準人才，在教學實踐這個環節里，為了提高實踐教學效率，應側重理論與實際應用穿插的教學模式，實施理實一體化教學。教師通過將一些章節的課堂教學內容搬進實驗室，不僅僅淡化教室和實驗室的界限性，而且使傳授知識和訓練能力進行融會貫通，教學效果會得到顯著提高。

在《氣液動技術及其應用》中采用理實一體化的教學模式，不僅可以有效地提高學生接受知識的能力，更加有效提高了我們的教學效率。

參考文獻：

[1]劉嘉亮，彭城，葉美玲，等.淺析液壓傳動課程教學改革的實踐探究[J].中國教育期刊，2009（8）.

[2]張萬福，劉伶，齊明山.液壓與氣壓傳動教學改革初探[J].西安師范大學，2010（6）.

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(廣東讀者　廖勇浩)

答：如果在后續的使用中所有系統均未存儲故障碼，且發動機及其他系統均能正常運轉，那么我們可以暫且不去考慮其他控制系統，這樣就可以把故障范圍縮小到變速器本身了。根據我們的維修經驗，對于與大排量發動機匹配的雙離合直接換擋變速器，就變速器本身故障來講，可能原因在于電子液壓控制單元J743總成、雙離合器(確切的講應該是K1離合器)總成以及離合器軸向間隙等方面。

該車1擋起步后未換入2擋前的沖擊，我們不能定義為1―2擋沖擊，這樣就不必考慮離合器交接所帶來的慣性能量引起的沖擊。根據以往的維修經驗，導致該故障發生的原因有2個。

首先可能是離合器K1的壓力再次上升時帶來的扭矩振動。因為此時是車輛的起步扭矩控制范圍，因此離合器還沒有達到完全接合狀態，而是以滑動起步來傳遞發動機輸出扭矩的，所以很有可能是控制方面的問題。當然也可能是離合器本身問題(離合器工作間隙或元件的緩沖功能)。

其次。如果離合器控制壓力及離合器本身均沒有問題，那么則很可能是在扭矩變化中離合器軸向間隙稍大而引起的沖擊。無論問題出在哪里，我們都應該通過在試車過程中觀察離合器動態數據(離合器壓力調節電磁閥的控制電流、離合器真實壓力及離合器打滑量等)及發動機扭矩輸出的動態數據，來分析并確定故障范圍。

對于反映在降擋上的故障，由于恰恰出現在2擋降1擋上，我們暫不去考慮1擋換2擋前的沖擊現象。可能的原因會是離合器K1的控制壓力異常造成的沖擊，也可能是因離合器K1和K2交替工作時，重疊時間過長或重疊扭矩偏大。當然，也有可能是發動機輸出扭矩所產生的慣性能量，在2擋換1擋換擋點上過大而形成的沖擊。不管怎樣，故障分析及判斷上應該遵循科學的診斷流程，一定要對相關動態數據進行合理的分析。

簡單分析后。在進行故障檢查操作時，應該按照先易后難的操作步驟來進行為好。因此，可以先更換電子液壓控制單元(不抬下變速器)，如果考慮到更換配件會帶來維修風險，這個操作步驟可以取消。這樣我們可以先把變速器抬下來，然后進行2方面的檢查：一是檢查離合器K1本體，重點檢查其工作標準間隙(圖1)、密封性能及摩擦元件等：二是離合器軸向間隙的檢查和調整。

在完成上述操作后，將變速器裝車，先進行相關匹配和自適應，然后進行道路試驗，看故障現象是否會再現。如果故障依然存在，則需要更換電子液壓控制單元，此時故障應該能夠得到解決。

考考你

上期問題：現代自動變速器電子化程度越來越高，其控制單元也都與其他控制系統實現了網絡通信，采用網絡通信技術后，各控制單元之間就能進行協調，從而實現更優化的車輛控制。請問在城市道路行駛和高速公路行駛條件下，自動變速器采用的控制策略一樣嗎?它們是怎樣控制的?

標準答案：

(1)網絡通信功能

現在大部分新款車型均采用控制器局域網總線通信技術，采用此種技術后，使得各控制單元的信息得以共享，從而實現更強大的控制功能。對于大多數車型而言，一般發動機控制單元、自動變速器控制單元、防抱死制動系統控制單元及安全氣囊控制單元多是車輛上傳輸速率最快的網絡，且多會以儀表控制單元作為與其他網絡通信的網關。

采用網絡通信技術的優點是信息資源共享、信息傳輸速率快，同時信息傳遞的可靠性增強。另外。在采用網絡通信技術后，可以大量減少線束的使用，不但節約了生產成本，也降低了車輛的整體質量，從而實現更強的動力性及燃油經濟性。如果系統要增加額外的信息，一般只需修改系統的軟件即可，而不需要在進行大范圍的改動。

(2)市區行車控制功能

在很多現代都市行車時，經常會因信號燈或車輛較多使得車輛長時間處在走走停停狀態。在傳統型電子控制自動變速器上，會出現頻繁的低擋位切換，這樣就會導致相應的執行元件(離合器或制動器)頻繁摩擦式切換，從而造成變速器過熱，產生大量的能量損失。發動機的動力輸出也會因受到同樣的影響，而達不到最佳工況的使用要求。

在現代新型自動變速器上，該問題得到了解決。目前，在大部分新型自動變速器的控制系統中，研發人員在軟件方面及時改變了相應的換擋控制策略。新的換擋控制策略是：由于城市道路交通擁擠，汽車發動機只需要輸出較低的行駛功率即可(根據車速及駕駛員的操作信息，自動變速器控制單元會通過網絡將該信號傳送給發動機控制單元，發動機控制單元在接收到相應的信息后，改變發動機的動力輸出，以改變其載荷)，并減少低速范圍內的換擋次數，以改善行駛舒適性并降低油耗(不會頻繁地進行擋位的切換)，體現出市區行車的最佳使用要求。

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基金項目：國家自然科學基金資助（60705035，61075087，61203331）;冶金工業過程系統科學湖北省重點實驗室開放基金重點項目（Z201102）；河南省高等學校控制工程重點學科開放基金項目（KG2011-01）；湖北省教育廳科研計劃重點項目（D20131105）

作者簡介：張 東（1989―），男，湖北隨州人，研究生，研究方向：移動機器人，智能控制。

文章編號：1003-6199(2014)02-0007-04

摘 要：使用移動機器人來定位氣味源已經成為一個研究熱點，機器人主動嗅覺是指使用機器人自主發現并跟蹤煙羽，最終確定氣味源所在位置的技術。本文對當前主動嗅覺技術進行概述，并根據生物嗅覺行為介紹一種氣味源定位算法，這種算法不依賴某一點氣味濃度值，僅依靠氣味濃度變化率就可找到氣味源。并在高斯模型下對煙羽分布模型進行仿真。

關鍵詞：機器人；仿生嗅覺；氣味源定位

中圖分類號：TP391文獻標識碼：A

お

Active Olfaction Technology Research Based on Mobile Robot

お

ZHANG Dong1k，CHENG Lei1,2，LIU Bo1，ZHOU Mingda1

(1.College of Information Science and Engineering ,Wuhan University of Science and Technology,Wuhan,Hubei 430081,China;

2.Henan Provincial Open Laboratory for Control Engineering Key Disciplines,Henan Polytechnic University,Jiaozuo,Henan 454000,China)

Abstract:Using mobile robot to locate the odor source has become a hot research，Robot active olfaction refers to the use of robots find and track plume, ultimately determine the odor source location．This article summarizes the current active olfaction technology, and according to the biological olfactory behavior to design an algorithm for odor source localization, the algorithm does not rely on a little odor concentration values, only rely on the odor concentration rate we can find the odor source. The simulation and the plume distribution model in the Gauss model.

Key words:robot; bionic olfaction;odor source localization

1 引 言

氣味跟蹤和定位在自然界普遍存在。近年來，研究人員使用智能移動機器人來探測定位危險氣源已經成為了一個研究熱點。移動嗅覺機器人可以從事與氣味跟蹤相關的工作，例如：尋找有毒氣體泄漏源、尋找地下煤礦瓦斯氣體泄漏源［1］、尋找爆炸源等。目前機器人嗅覺還處于初級階段，這也是機器人領域最后及最難攻克的感知模擬問題。移動嗅覺機器人具有開發快速，可長時間工作，且能完成高危作業的特點，這種氣味源跟蹤及定位的嗅覺機器人具有廣闊的應用前景。

2 移動嗅覺機器人研究現狀分析

自1990年開始，日本和美國的研究員就開始從事機器人主動嗅覺方面的研究，并取得了豐富的成果。在國內此方面的研究還處于起步階段，但由于其研究意義重大，相關成果迅速獲得關注。

在國外, 美國智利圣地亞哥大學的Rozas早在 1991 年就開始研制電子鼻［1］進行氣味搜索方面研究，他們把電子鼻安裝到小型移動機器人上，使移動機器人具有氣味跟蹤的能力，并提出了氣味濃度梯度算法使機器人具有跟蹤氣體，尋找氣味源的能力。從此很多研究員就開始這方面的研究。1992年后，日本東京工業大學的Ishida［2］和他的團隊就開始機器人主動嗅覺方面的研究，他通過仿生學原理提出了一種根據風向信息及氣味濃度信息兩種搜索策略相結合實現氣味源定位，提高的移動機器人定位的效率。Ishida還開發出電子鼻如圖1所示：

圖1 電子鼻オ

計算技術與自動化2014年6月

第33卷第2期張 東等：基于移動機器人的主動嗅覺技術研究

這種電子鼻［3］的原理是用石英晶體當檢測氣味分子的敏感天平，在石英晶體表面涂上一層可以捕獲氣味的化學原料，當電子鼻在遇到氣味時，石英晶體表面會附上此種氣味微粒，導致石英晶體質量增加從而影響共振頻率。石英晶體質量增加對共振的影響公式如下：

ΔX=2X2ΔaPV(1)

其中X表示石英晶體的共振頻率，ΔX表示石英晶體共振頻率的變化量，Δa表示石英晶體的單位面積質量增加，P表示石英晶體的密度，V表示聲音在石英晶體中傳播速度。2004年，Ishida開發出三維氣味源定位器如圖2所示；

ネ2 三維氣味源定位器オ

并利用三維氣味源定位器進行了三維空間的機器人嗅覺定位實驗。澳大利亞Russell也較早帶領他的團隊從事機器人主動嗅覺方面的工作，受到生物觸覺啟發，Russell［4］設計出半八字形機器人主動嗅覺氣味尋源算法。2002年美國的Hayes提出了螺旋式氣味跟蹤算法。并提出機器人氣味尋源系統的簡單評定指標，即：

Q=XN1+YN2P (2)

P=XN+YM(3)

其中M是完成嗅覺定位所需要的總距離，N是完成嗅覺定位所需要的總時間，X和Y是分別是時間和距離的加權函數，N1是完成嗅覺定位所需的最短時間，N2是完成嗅覺定位所需要最短距離。

在國內，張小俊［8,9］等人研究了一種基于動物捕食行為的移動機器人氣味源定位策略；路光達等人基于扁形蟲動態刺激反應模式；天津大學孟慶浩教授在多機器人主動嗅覺領域取得了較大成果。

3 移動嗅覺機器人硬件設計

3.1 嗅覺機器人GaPTR型

早在1992年，日本東京工業大學的Ishida和他的同事開始進行機器人嗅覺定位方面的研究。他們從飛蛾嗅覺行為中獲得啟示，提出了一種模仿飛蛾的嗅覺定位策略，制成了氣味方向檢測裝置，該移動機器人利用四個氣味傳感器和四個方向傳感器實現氣味的搜索。嗅覺機器人GaPTR-Ⅰ如圖3［7］所示。

ネ3 嗅覺機器人GaPTR并癃オ

2002年，為了提高機器人氣味的搜索的性能，Ishida開發了第二代嗅覺機器人GaPTR并頡GaPTR并蛐托峋躉器人同樣采用類型的氣味傳感器和飛向傳感器，但把傳感器的擺放位置做了調整。如圖4［7］所示，在第二代嗅覺機器人上安裝了一個延伸臂，在延伸臂的兩端是兩個氣味傳感器Ra和Rl通過比較它們的濃度差從而確定嗅覺機器人的前進方向。嗅覺機器人所在位置的氣體濃度是由Rc傳感器輸出，來判斷此時嗅覺機器人是否接觸煙羽。兩個氣流傳感器為嗅覺機器人提供風向信息。

3.2 基于MTU移動機器人的嗅覺機器人設計

本文設計的移動嗅覺機器人主要由五個模塊組成，即DSP TMS320F2407核心控制模塊、傳感器控制和信號調理模塊、電機控制和驅動模塊、無線通信模塊、AD和DA轉換模塊、系統電源等。結構圖如下圖5，6所示。

ね4 嗅覺機器人GaPTR并顙オ

ネ5 移動嗅覺機器人硬件模塊お

ネ6 移動嗅覺機器人實物オ

4 移動嗅覺機器人氣味源定位策略設計

4.1 機器人仿生嗅覺技術

機器人仿生嗅覺技術即模仿生物嗅覺追蹤氣味的能力，嗅覺機器人通過傳感器自主發現，跟蹤，并確認氣味源的能力。Hayes［5］對機器人嗅覺定位進行了定義,即怎么讓移動機器人在封閉環境下尋找到氣味源，并對其分解為三個任務，如圖7所示。

圖7 氣味源定位オ

4.2 嗅覺機器人氣味源定位策略

濃度梯度搜索策略是國內外研究較多的氣味源定位策略之一，移動機器人僅僅依靠氣味濃度的變化就可以找到氣味源。濃度梯度搜索策略是受到生物趨化而發明的，趨化性是指微生物在受到刺激時一種定向移動的能力，例如細菌的趨光性等，是使其適應環境變化的能力。機器人采用濃度梯度法時通常在機器人前后各安裝一個氣味傳感器，通過比較這兩個氣味傳感器得到的濃度差值確定機器人的前進方向。

Z字形跟蹤法搜索策略［6］是國內外研究較多的氣味源定位策略之一。它是研究飛行生物追蹤信息素而發明的。例如，飛蛾發現氣味時后，跟蹤方法為其飛行軌跡在煙羽內部，當遇到煙羽邊界是改變方向，到達煙羽另一邊界在改變方向，軌跡為Z字形，這樣就能找到氣味源。濃度梯度法［7］和Z字形搜索策略示意圖如圖8所示。

ネ8 濃度梯度法和Z字形搜索策略示意圖［6］お

4.3 基于昆蟲激化的氣味源定位算法

受到生物趨激性啟示，路光達等設計了不依靠某一點氣味濃度值，不依靠風向，僅僅依靠氣味濃度變化率就可找到氣味源的定位算法［10］。昆蟲激化的氣味源定位策略：把移動嗅覺機器人放到密閉有煙羽的空間中，讓其以任意步長任意角度運動，當沒有檢測到煙羽則繼續隨機運動，當其檢測到煙羽后，這時嗅覺機器人根據最后兩步的氣味濃度變化率來判斷步長及偏轉角度，當濃度變化率保持最小值閥值時表示嗅覺機器人尋找到氣味源，該處即為氣味源。氣味源定位流程如圖9所示：

圖9 氣味源定位流程オ

設定嗅覺機器人每步移動L，機器人每步的轉角為P,定義XL、XP為與氣味濃度變化率相關的變化因子，根據氣味濃度變化率決定下一步的步長及轉角。其中LK=XL*LK－1,PK=XP*PK－1。某一點氣味濃度值設為D，氣味濃度變化率設為Y,其中YK=DK－DK－1/DK－1，DMAX為濃度的最大值，YMIN為濃度變化率的最小值，設a為DK相對DMAX的最小值，當DK－DMAX=a時，此時的位置就是氣味源，移動嗅覺機器人搜索模式偽代碼如下：

while(濃度變化率小于閥值)

{

if ((YK＞YK-1)&&(K-1處左轉))||

(( YK＜YK-1)&&(K-1處右轉))

前進L右轉P

else

前進L左轉P

}

5 仿真實驗

如今常用的氣體擴散模型有：高斯模型，FEM3模型，Britter and McQuaid 模型，高斯煙羽擴散模型通常適用統計方法來考察煙羽擴散的濃度分布，高斯煙羽擴散模型適用于擴散時間長且是連續源的擴散，由于高斯煙羽擴散模型適合作為主動嗅覺技術［8，9］的模擬環境，所以選擇高斯煙羽擴散模型［10］。公式如下：

c(x,y,z)=A2πfρyρzexp (－y22ρ2y+－z22ρ2z) (4)

試中：c――煙羽濃度，A――源強，ρy――煙羽沿水平方向擴散參數，ρz――煙羽沿垂直方向擴散參數，其中ρy，ρz由x確定。f――平均風速。設濃度最大點為氣味源。高斯煙羽分布模型如下圖10所示。圖中設風速為0.2m/s，源強為6.22， (0.0)表示氣味源，x軸與風向平行。

ネ10 高斯煙羽分布模型オ

6 總 結

機器人主動嗅覺技術是一個新的研究方向，以其為背景研發的危險氣源定位機器人將具有廣闊的科研空間。本文分析了當前的嗅覺機器人發展現狀，并介紹了一種仿生氣味源定位算法。

參考文獻

［1］ RUSSELL R A. Locating underground chemical sources by tracking chemical gradients in 3 dimensions［C］. Proceedings of the 2004 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems. USA: IEEE, 2004. 325-330.

［2］ ISHIDA H, NAKAMOTO T, MORIIZUMI T. Study of odor compass［C］. IEEE/SICE/RSJ International Conference on Multisensor Fusion and Integration for Intelligent Systems .Washington, DC, USA: IEEE, 1996. 222-226.

［3］ FARRELL J A, PANG S, LI W. Plume mapping via hidden Markov methods［J］. IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics, Part B: Cybernetics, 2003, 33(6): 850-863

［4］ ISHIDA H, SUETSUGU K,NAKAMOTO T, et al. Study of autonomous mobile sensing system for localization of odor source using gas sensors and anemometric sensors［J］. Sensors and Actuators A, 1994, 45(2): 153-157.

［5］ HAYES A T, MARTIONLI A, GOODMAN R M. Distributed odor source localization ［J］. IEEE Sensors, 2002, 2(3):260-271.

［6］ 李飛.湍動氣流主控環境下多機器人氣味源定位［D］.天津:天津大學電氣與自動化工程學院,2009,6.

［7］ 李飛.小型移動機器人嗅覺定位研究［D］.天津：天津大學電氣與自動化工程學院,2006.1.

［8］ 孟慶浩, 李飛, 張明路. 湍流煙羽環境下多機器人主動嗅覺實現方法研究［J］.自動化學報： 2008,34(10): 1281-1290.