淺析高校實(shí)驗(yàn)室設(shè)備自制與管理

淺析高校實(shí)驗(yàn)室設(shè)備自制與管理淺析高校實(shí)驗(yàn)室設(shè)備自制與管理

實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)在高校教學(xué)活動(dòng)中具有極為重要的作用，通過實(shí)驗(yàn)提升學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力，加強(qiáng)學(xué)生對理論知識(shí)的理解，而實(shí)驗(yàn)設(shè)備是發(fā)展實(shí)驗(yàn)的根底裝置，實(shí)驗(yàn)設(shè)備運(yùn)行狀況直接關(guān)系到實(shí)驗(yàn)效果的優(yōu)劣[1-2]。近年來隨著高校擴(kuò)大招生規(guī)模，學(xué)生人數(shù)逐年增加，實(shí)驗(yàn)設(shè)備負(fù)荷增加，對設(shè)備更新管理應(yīng)用方面提出了新的要求。本文首先分析了目前高校實(shí)驗(yàn)設(shè)備的使用現(xiàn)狀，結(jié)合現(xiàn)狀分析了自制設(shè)備在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的重要作用，然后以自制直流電源為例介紹了自制設(shè)備管理策略，最后針對如何提升自制設(shè)備研制及使用效果，提出了作者的一些想法。

1高校實(shí)驗(yàn)設(shè)備使用現(xiàn)狀

1.1實(shí)驗(yàn)設(shè)備負(fù)荷重、易老化

目前隨著高校擴(kuò)大招生規(guī)模，學(xué)生人數(shù)逐年增加，使得實(shí)驗(yàn)設(shè)備使用的頻率增加，同時(shí)隨著教學(xué)方案的修訂，一些新的實(shí)驗(yàn)開出在沒有相應(yīng)投入設(shè)備的情況下，已有設(shè)備必須做一些調(diào)整增開實(shí)驗(yàn)工程，從而導(dǎo)致設(shè)備負(fù)荷重。以我校電機(jī)及自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)裝置為例，該裝置主要效勞于電機(jī)拖動(dòng)與控制、電力電子技術(shù)、控制電機(jī)等實(shí)驗(yàn)課程，主要開始實(shí)驗(yàn)有直流發(fā)電機(jī)實(shí)驗(yàn)、直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)在各種運(yùn)行狀態(tài)下的機(jī)械特性測定實(shí)驗(yàn)、三相異步電動(dòng)機(jī)的參數(shù)測定實(shí)驗(yàn)、三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)與調(diào)速實(shí)驗(yàn)、異步電機(jī)同步化實(shí)驗(yàn)、鋸齒波觸發(fā)電路實(shí)驗(yàn)、三相橋式整流實(shí)驗(yàn)、直流斬波實(shí)驗(yàn)、直流伺服電動(dòng)機(jī)實(shí)驗(yàn)。其中電機(jī)拖動(dòng)與控制實(shí)驗(yàn)和電力電子技術(shù)相關(guān)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)數(shù)均超過2000人時(shí)/年，每年使用時(shí)間長、裝置負(fù)荷重，同時(shí)設(shè)備投入年限較久，導(dǎo)致許多模塊出現(xiàn)不同程度的老化、損壞，嚴(yán)重影響正常的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

1.2實(shí)驗(yàn)設(shè)備維護(hù)、保養(yǎng)困難

實(shí)驗(yàn)設(shè)備的有效維護(hù)是實(shí)驗(yàn)設(shè)備高校運(yùn)行的根本保障，但是現(xiàn)實(shí)使用過程中設(shè)備往往得不到良好的維護(hù)、保養(yǎng)、設(shè)備的使用效果大打折扣[2]。導(dǎo)致這一現(xiàn)象的主要原因有下列幾個(gè)方面：〔1〕設(shè)備更新?lián)Q代快，原有設(shè)備的配件購置比擬困難：國內(nèi)許多教學(xué)設(shè)備生產(chǎn)廠商為了適應(yīng)市場，推出新產(chǎn)品速度很快，而高校已有設(shè)備更新速度相對要慢很多，從而導(dǎo)致設(shè)備模塊損壞后無法從原廠商處快速買到原配件，同時(shí)高校實(shí)驗(yàn)設(shè)備具有一定的特殊性，從市場購置也比擬困難，如果定做本錢很高?！?〕設(shè)備生產(chǎn)廠商售后效勞跟不上：實(shí)驗(yàn)室設(shè)備使用過程中比擬容易出現(xiàn)故障，一旦出現(xiàn)比擬大的故障需要廠商提供技術(shù)支持，廠商響應(yīng)時(shí)間比擬長，一般至少是一周左右才能來現(xiàn)場維修，影響了實(shí)驗(yàn)課程正常發(fā)展?！?〕維護(hù)、保養(yǎng)知識(shí)不足，國內(nèi)設(shè)備廠商一般只注重實(shí)驗(yàn)設(shè)備功能滿足客戶需求，很少注重對設(shè)備使用者進(jìn)行系統(tǒng)化的使用培訓(xùn)，導(dǎo)致設(shè)備使用者對設(shè)備維護(hù)、保養(yǎng)知識(shí)缺乏，設(shè)備不足必要的維護(hù)，精度、壽命受到很大的影響?！?〕維護(hù)、保養(yǎng)經(jīng)費(fèi)缺乏：高校對于實(shí)驗(yàn)室建設(shè)往往只關(guān)注前期的一次性投入不足后續(xù)維護(hù)費(fèi)用投入，設(shè)備使用損壞后更換經(jīng)費(fèi)緊張。

2高校實(shí)驗(yàn)設(shè)備自制的重要作用

2.1提升實(shí)驗(yàn)教師專業(yè)能力

高校實(shí)驗(yàn)設(shè)備具有較強(qiáng)的專業(yè)特殊性，實(shí)驗(yàn)教師參與實(shí)驗(yàn)設(shè)備自制能夠增加教師的能力，提高高校實(shí)驗(yàn)教師隊(duì)伍的整體素質(zhì)[3]。首先，實(shí)驗(yàn)教師發(fā)展設(shè)備自制之前必須對設(shè)備的工作原理及作用進(jìn)行充沛的學(xué)習(xí)，從而提高實(shí)驗(yàn)教師的理論知識(shí)水平；其次，設(shè)備自制過程中實(shí)驗(yàn)教師通過設(shè)計(jì)硬件電路和軟件程序提升實(shí)踐動(dòng)手能力；第三，提高實(shí)驗(yàn)教師對設(shè)備的維護(hù)能力，通過自制實(shí)驗(yàn)設(shè)備，實(shí)驗(yàn)教師能夠充沛掌握設(shè)備的工作特性，針對設(shè)備故障能夠快速解決問題；第四，提升教師業(yè)務(wù)能力，實(shí)驗(yàn)教師通過自制設(shè)備能夠熟悉自制設(shè)備申報(bào)流程，經(jīng)費(fèi)使用標(biāo)準(zhǔn)以及量化考核指標(biāo)等方面的知識(shí)。

2.2提高設(shè)備綜合利用效率

實(shí)驗(yàn)教師作為實(shí)踐環(huán)節(jié)一線工作者，對實(shí)驗(yàn)室設(shè)備應(yīng)用需求具有分明認(rèn)識(shí)，研制出的設(shè)備更具有綜合性，從而提高實(shí)驗(yàn)設(shè)備利用效率。市場上購買實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品一般只能滿足根底實(shí)驗(yàn)要求，不能發(fā)展綜合實(shí)驗(yàn)。自制設(shè)備能夠根據(jù)教學(xué)方案安頓在研制階段充沛考慮設(shè)備的綜合利用性，設(shè)備不僅能發(fā)展根底實(shí)驗(yàn)，也能滿足學(xué)生做綜合課程設(shè)計(jì)的需求。同時(shí)，學(xué)校購買設(shè)備產(chǎn)品往往不止一家，購買產(chǎn)品之間的兼容性很差，當(dāng)有的需要多種產(chǎn)品配合實(shí)驗(yàn)時(shí)就會(huì)造成相關(guān)設(shè)備功能上滿足要求但無法接口的難題。自制設(shè)備在研發(fā)的階段根據(jù)現(xiàn)有設(shè)備特性，預(yù)留多種接口方式，從而能夠滿足與多種產(chǎn)品兼容使用，使用率得到提高。

2.3降低實(shí)驗(yàn)室投入本錢

實(shí)驗(yàn)設(shè)備購買時(shí)需要投入大量的資金，許多廠商后期維護(hù)需要收費(fèi)，造成實(shí)驗(yàn)室維護(hù)費(fèi)用高[3]。購買實(shí)驗(yàn)設(shè)備產(chǎn)品在使用的過程中，設(shè)備都會(huì)出現(xiàn)一些故障需要維修，廠商一般不會(huì)提供元器件級別的維修，往往是一個(gè)小問題，廠商便更換一個(gè)模塊造成投入增加。而且，有的年限較舊設(shè)備，廠商不提供維修，要求你成套更新設(shè)備，造成不必要的投入。自制設(shè)備從設(shè)備設(shè)計(jì)之初的需求分析、計(jì)劃設(shè)計(jì)、研制成功全程由實(shí)驗(yàn)室教師把控，對設(shè)備特性非常分明，設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)能及時(shí)查找問題，更換故障元器件即可解決問題，本錢大大降低，同時(shí)可以對設(shè)備進(jìn)行終身維護(hù)。

3自制設(shè)備管理

作者于2022年申報(bào)了電機(jī)及自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)裝置中直流電源系統(tǒng)設(shè)備自制，本次研制的直流電源系統(tǒng)是電機(jī)及自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)裝置的核心設(shè)備，該設(shè)備主要用于電機(jī)拖動(dòng)與控制實(shí)驗(yàn)、電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)以及控制電機(jī)實(shí)驗(yàn)中直流電源的供應(yīng)。該自制設(shè)備采用了先進(jìn)的PWM調(diào)制技術(shù)，具有過壓、過流愛護(hù)、軟起動(dòng)控制等功能，具體到達(dá)的技術(shù)指標(biāo)如下：

〔1〕輸入電壓：AC220V±10%50/60Hz

〔2〕適配電機(jī)功率：50W～500W〔3〕勵(lì)磁輸出：電壓220V，電流最大值0.5A

〔4〕電樞輸出：電壓DC0～250V，電流最大值3A

〔5〕顯示：LCD顯示，顯示分辨率1V

〔6〕散熱：風(fēng)扇散熱

〔7〕接線方式：抽頭端子式〔方便快捷〕

〔8〕愛護(hù)：外置式過流愛護(hù)，方便更換保險(xiǎn)管

〔9〕外形尺寸：長320mm×寬2400mm×高110mm

本工程研制的直流電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)初期要求設(shè)備能很好的效勞于電機(jī)拖動(dòng)根底、電力電子技術(shù)及控制電機(jī)等課程的實(shí)驗(yàn)工程。目前，研制的電源系統(tǒng)已經(jīng)投入到相關(guān)課程實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，經(jīng)過屢次實(shí)際的運(yùn)行測試，結(jié)果說明該設(shè)備能夠穩(wěn)定的提供兩路直流電源的輸出，且使用方便。該設(shè)備能為電機(jī)實(shí)驗(yàn)提供良好的勵(lì)磁電壓和電樞電壓，能為電力電子變換控制提供精度較高、方便調(diào)節(jié)的直流電源，并且在實(shí)驗(yàn)過程中具有良好的穩(wěn)定性和自我愛護(hù)特性。結(jié)合本次研制的自制設(shè)備，對自制設(shè)備申報(bào)、工程審批、驗(yàn)收進(jìn)行詳細(xì)分析，并針對如何提高自制設(shè)備質(zhì)量提出了一些倡議。

3.1自制設(shè)備申報(bào)

實(shí)驗(yàn)室設(shè)備自制的第一個(gè)環(huán)節(jié)為自制設(shè)備申報(bào)，這也是自制設(shè)備過程中一個(gè)最根底的局部。自制設(shè)備申報(bào)主要包括下列幾個(gè)方面：〔1〕需求分析，自制設(shè)備教師首先要對目前已有設(shè)備的運(yùn)行現(xiàn)狀有一個(gè)分明的了解，然后結(jié)合教學(xué)大綱要求開具的實(shí)驗(yàn)制定出一個(gè)具體的自制規(guī)劃，包括具體的功能、參數(shù)指標(biāo)?！?〕自制設(shè)備利用效率評估，根據(jù)具體實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)與學(xué)生人數(shù)評估設(shè)備使用的詳細(xì)情況，確立研制目標(biāo)、明確研制意義?！?〕立項(xiàng)申報(bào)書，自制設(shè)備教師根據(jù)需求分析和相關(guān)評估撰寫詳細(xì)的申報(bào)文檔，并與相關(guān)教學(xué)老師討論反復(fù)修改。

3.2工程審批

自制設(shè)備必須嚴(yán)格按照程序完成審批，采取逐級上報(bào)方式進(jìn)行審核。首先，實(shí)驗(yàn)中心全體教師進(jìn)行內(nèi)部評審，針對研制設(shè)備的目標(biāo)、意義進(jìn)行綜合評定，然后上報(bào)學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)審批，學(xué)院綜合考慮確定初步上報(bào)工程到學(xué)校實(shí)驗(yàn)室與設(shè)備管理處，設(shè)備處組織相關(guān)專家進(jìn)行評審確定立項(xiàng)工程。工程審批是保障自制設(shè)備質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，必須注意下列幾點(diǎn)：〔1〕準(zhǔn)確評估自制設(shè)備必要性，立項(xiàng)本著節(jié)約本錢，提高利用率思想，綜合考慮自制設(shè)備投入的價(jià)值；〔2〕公平、公開，工程審批必須本著設(shè)備本身研制的意義、可行性立項(xiàng)，并進(jìn)行公示接受監(jiān)督；〔3〕嚴(yán)格經(jīng)費(fèi)預(yù)算，結(jié)合自制設(shè)備情況，嚴(yán)格審核經(jīng)費(fèi)預(yù)算指標(biāo)，堅(jiān)定杜絕不合理支出；〔4〕加大力度，重點(diǎn)支持，自制設(shè)備對實(shí)驗(yàn)室建設(shè)具有重要的意義，高校應(yīng)加大投入力度，同時(shí)考慮到有的自制設(shè)備屬于十分緊缺投入價(jià)值相對更大，應(yīng)該重點(diǎn)支持投入；〔5〕嚴(yán)格控制研制周期，自制設(shè)備必須在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成，并投入使用。

3.3自制設(shè)備驗(yàn)收

設(shè)備研制完畢后，研制人員撰寫結(jié)題報(bào)告，提交結(jié)題申請，學(xué)校設(shè)備管理處組織相關(guān)人員組織驗(yàn)收。驗(yàn)收過程中應(yīng)注意下列幾點(diǎn)：〔1〕驗(yàn)收申請，研制人員完成設(shè)備研制后撰寫研制報(bào)告，提交驗(yàn)收申請；〔2〕功能驗(yàn)收，驗(yàn)收人員根據(jù)立項(xiàng)申請書所述研制目標(biāo)對自制設(shè)備進(jìn)行功能性測試；〔3〕財(cái)務(wù)驗(yàn)收，財(cái)務(wù)管理人員根據(jù)經(jīng)費(fèi)預(yù)算表對自制設(shè)備支出工程進(jìn)行詳細(xì)審核；〔4〕審核設(shè)備利用效率，驗(yàn)收人員結(jié)合教學(xué)大綱對設(shè)備利用情況進(jìn)行評估。

3.4加強(qiáng)管理提升質(zhì)量

高校自制設(shè)備對于實(shí)驗(yàn)室建設(shè)具有重要作用，探索高效管理辦法提升自制設(shè)備質(zhì)量具有重要意義[4-5]?！?〕加強(qiáng)過程管理，自制設(shè)備在研制過程中應(yīng)加強(qiáng)過程監(jiān)管，研制人員根據(jù)研制的進(jìn)展定期進(jìn)行階段匯報(bào)；〔2〕注重反應(yīng)倡議，自制設(shè)備在實(shí)際應(yīng)用過程中應(yīng)廣泛收集教師、學(xué)生對設(shè)備使用的意見、倡議，根據(jù)意見、倡議不斷完善自制設(shè)備；〔3〕全程監(jiān)管，自制設(shè)備應(yīng)進(jìn)行全壽命周期監(jiān)管，研制設(shè)備后續(xù)有效應(yīng)用情況必須進(jìn)行監(jiān)控；〔4〕以科研促自制，自制設(shè)備應(yīng)與科研結(jié)合，高校應(yīng)積極利用科研優(yōu)勢將科研成果轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)自制設(shè)備，提升實(shí)驗(yàn)