“主流技术运用和标准化”的高职教育电气专业意识

张文凡 卢梓江 陈奕骏 柯锡龙

摘 要： 高等职业技术教育电气技术专业专业课程重构要着眼于机电行业规模与技术工艺整合、进步的水平预期，专业建设工作者应该秉持明晰的“主流技术运用和标准化”的高职教育电气专业意识。时下维修电工技师考评过程所展现的知识与技能层次——PLC技术、交流电机变频调速器运用技术等微机化智能控制系统技术等正是符合设备电气时代水平特征的“主流技术”。

关键词： 电气技术 职业能力 标准化

高职技术教育电气技术专业教学的职业能力培养以现代的、主流的机电技术工艺为基础，其实施过程十分强调注重训导培养能够应对工作对象具有技术进步特征的能量控制分配机制的能力——专业软实力。专业软实力的培养方法研究是高等职业教育技术研究的重要内容，专业智能水平是职业适应状况的决定性要素。高等职业技术教育电气技术专业专业课程重构要着眼于机电行业规模与技术工艺整合、进步的水平预期，专业建设工作者应该秉持明晰的“主流技术运用和标准化”的高职教育电气专业意识。

本文所谓电气“主流技术”是指现时的通用机电设备控制分配电能机制特征技术，当然，仍是源于经典电磁理论的、基于新型材料技术成果的、已经形成相应业界新标准的“现代应用技术”。

一、电工学基本原理的本征解析

机电技术中的电工技术是关于电能量分配和智能控制的技术。

应用电工技术的基础原理是欧姆定律定律和麦克斯韦电磁方程组。

1.欧姆定律u=R*i

R=ρ*L/S（材料本质及尺寸）

u=q/C（电荷的容存量，能功量）

i=dq/dt（载能电荷运行的即时规模）

解释定律：客观导电材料上的电量分析应划分为以电压（电动势能信息）为主量的“信息变换及传递系统”和以电流为主量的“能量传输电路”。

控制信息传递系统第一要素是“保证信息的准确”，控制系统传递信息不一定依赖固形材料（例如可通过空间电磁场感应传递）。

使用电动机为电能耗用终端的设备继电器线路形式控制电路主要形成运动控制“逻辑、时间、顺序”机制，自保、互锁、延时、中继等都是形成控制信息的电路。

采用集成运放器为核心的信号电压调节器主要解决比例（信号放大）、微分（信号即时变化率）、积分（信号的时间积累效应）。而整流、检波、限幅、隔离、跟随、调零、保护等都是附加电路。

电能量传输的第一要素是电路成为回路，一定依赖有形的导电材料，再者就是能量规模（大小）和传输时间可控。因此，控制电路的关键功能是信息“变换（如电压放大器）”和“调节”。

主电路的关键功能是能量的“被控”和“驱动”，而反馈电路则是对于完成基本運转功能的、由基本控制器和驱动器（主电路）组成的开环系统输出量检测并形成修正信号的“智能化”部件。

所谓现时的机电“主流技术”是指由集成PID运算器件、高速逻辑运算器件（CPU）及大容量数据存储器件为核心的控制器运用技术、由可高频全控大功率无触点开关元件为核心的驱动器运用技术及由新型传感器为核心的传感信号接收变换电路技术。主流技术，还可理解为富含技术创新意义的、通适于标准化设备运行指标提升的替代性部件运用技术。例如，时下维修电工技师考评过程所展现的知识与技能层次——PLC技术、交流电机变频调速器运用技术等微机化智能控制系统技术等正是符合设备电气时代水平特征的“主流技术”。所以，专攻这些关键功能电路的原理是我们业务水平提高不可回避的。

2.麦克斯韦电磁方程组揭示了客观材料所在空间的牛顿力场（机械力场），电场，磁场之间能量作用关系——机械能转化为电能，或电能转化为机械能，都必然是以磁能为转换介质场（而且经历时间）。因此，机电能量转换技术离不开磁材料技术，也离不开磁路分析技术。

由于传统的磁路材料磁传导敏感介于温度和介质成分，其电气特性检定比较困难，因而在我们的工作环境（教学或试验）中，一般是仅仅浮于引用经典理论判据的层面。但是，近些年来，新型合成磁性材料技术迅猛发展，其运用空间（特别是在机电技术领域）急速扩展。

再者，材料科学技术和信息技术是工业技术发展的双引擎，感知设备运动状态和形成系统信息的传感器技术是智能系统的前端。

事实上，专业教学资料当中，能量转换的“磁性材料”知识结构和信息转换的“传感材料”知识结构最需要进行重整。

从对于控制方式本质的理解判断机电控制技术的发展方向；以一个四端电路（网络）为例若以改变激励能够实现相应响应，则控制方式可分为：

a.电流控制电流（控制机制参数体现为电流放大系数），

b.电压控制电流（控制机制参数体现为转移电导（跨导）），

c.电压控制电压（控制机制参数体现为电压放大倍数），

d.电流控制电压（控制机制参数体现为转移电阻（跨阻）），

实现电能利用的机电设备的电路多以电流为被控量，所以上述a、b两种控制方式是驱动器电路，c是信息处理电路，d不是机电设备电路优选形式（能量控制信号）。

上述a、b方式分别代表两个时代的电能传输电路（主电路、驱动器）形式；

a方式中，电流控制电流的中心技术是：实现小电流控制大电流、一路电流控制多路电流，代表性功能器件有三极管和继电器。

三极管，响应速度高，无动作触点，但控制电路与被控电路有公共支路，控制量与被控量的高次谐波相互影响或制约。而且可承受功率在瓦特级，一般不符合机电设备功率规模要求。

继电器（接触器），以电—磁—力形式驱动开关触点动作，实现小控大和一控多。但触点动作时间不准、电弧现象、线圈断电反电动势高并形成高频干扰源、体积大等固有弱点，长期以来被视为“非理想器件”。

b方式是经典控制技术体系中理想的控制方式——信息控制能量。

上世纪后半期，业界使用大功率半控型电子器件晶闸管加之PWM技术的移相触法器实现有缺陷的“信息控制能量”方式于机电设备能量控制——主要是直流电动机的荷载调速。

直到上世纪末期大功率全控型电子器件IGBT（一种增强型绝缘栅场效应管器件）的商品化普及，机电设备用全控型的信息控制能量方式成为现实——例如在结构简单价格低廉的交流电动机实现宽范围的荷载变频调速。

二、电气主流技术发展的瞻望

机电设备机械构件的技术进步程度受制于材料技术发展及其成果的商品化程度。

电工技术是机电设备“血脉与神经”的构做，半个多世纪以来，电工器件材料技术成果极为丰富，加之微机系统技术渗入或者说嵌入电气控制系统，全控型电力电子元件实现专利商品化，使得设备电气系统日新月异。

通用机电电工技术范畴的电工新技术重点有：

——电力电子技术；利用电力电子器件实现工业规模电能变换的技术，是建立在电子学、电工原理和自动控制三大学科上的新兴学科成果。器件以半导体为基本材料，根据器件的特点和电能转换的要求，开发电能转换电路，包括各种控制、触发、保护、显示、信息处理、继电接触等二次回路及外围电路。

——电动机技术；强磁材料与低温环境技术。

——虚拟现实技术；软件型传感系统分析与仪表。

——机电液智能控制技术；机械、液压、电子融合控制技术使得机器的效率、性能、品质、可靠性等大大提升，如大型工程机械设备、深海或隧道的巨力液压控制系统。

——微机电系统技术；常规电气系统元器件微型化组件化甚至实现“叠层组件—集成化”即把微型化的敏感元器件、微处理器、执行器、各种机械构件、电动机、能源、光学系统等都集成于一个极小的几何空间内，并且也能像集成电路一样大批量、廉价地生产。

——电致流体相变技术；电场作用下电流变液（ERF，electrorheological fluid）可在“固”—“液”两相之间转换，转换过程可控而且可逆，转换时间为ms級，利用其电控力学行为，可以预期得到较之传统力学元件更为理想的（机—电能量转换控制的）响应指标。

——磁致流体相变技术；磁流变液是由高磁导率、低磁滞性的微小软磁性颗粒和非导磁性液体混合而成的悬浮体。在零磁场条件下呈现出低黏度的牛顿流体特性；而在强磁场作用下，则呈现出高黏度、低流动性。由于磁流变液在磁场作用下的流变是瞬间的、可逆的，而且其流变后的剪切屈服强度与磁场强度具有稳定的对应关系，因此是一种用途广泛、性能优良的智能材料。

硅胶导电与绝缘的智能化控制技术——导电硅胶是具备导电性能的硅胶制品，用于一些电子硅胶产品上开关接通的作用，现时应用于一些电子设备、家用设备、办公设备中，比如导电硅胶按键，电线连接管、影印机滚轴，电缆插头、连接器衬垫。作为可以在电磁场发挥“柔性”功能的新型器件必将影响机电设备电路构造技术。

三、通用的电工学知识与电工新技术运用衔接的工艺能力要素

——机电设备技术标准（国家标准、国际电工委员会文件、超级公司企业标准）的意志和执行能力。

标准化是机电设备可靠性的保障。国家标准中对机床的控制方式、接地方式、抗干扰、容错、机械连锁、危险部件防护等，作了较完善规定，有效保障了机床安全可靠地运转。经验证明，符合标准的机床，故障率较低，反之故障率则高。可靠的保护措施是防止器件和装置损坏的重要方面。

当前的国家职业技能鉴定技师和高级技师考评体系强调了标准化水平是素质和技术能力的体现。

——技术资料规范化编整能力。

——微机控制应用程序解析能力。

——逆向工程能力；逆向于在确定材料条件下设计制造的路径对产品拆解—解析技术工艺特征，提交改进或改性方案以期获得结构或功能更优化的产品。

——工程数学与物理运动现实的映射解释能力；例如df（t）/dt——f（t）——？蘩f（t）*dt的数理解释可以是：某起因引起的变化率（暂态因子）——稳态规律——依时间的积累效应，其平面图像表征是：波动剧烈程度——波动规律——波动量的时空功效。

参考文献：

[1]张文凡.以联合办学企业素质标准为导向的高职机电专业课程案例及建设要略.考试周刊，2012，95.

[2]解军.《电子电路实践》课程的教学研究与实践.华北航天工业学院学报，2011，3.