电工设计范文

【摘要】随着我国制造业的发展，电工电子产业迎来了黄金发展时期，再加上互联网和人工智能技术的发展，电工电子虚拟实验室开始出现。电工电子专业研究的主要是自动化控制、电路设计、检修与维护、单片机的维护、电气工程规划等领域，在这些研究领域中都离不开实验室的支持。中职学校电工电子专业对于实验室的依赖更加明显，这是由中职学校的办学特色、中职学生文化水平、企业用人要求来决定的。

【关键词】中职学校；电工电子专业

虚拟实验室电工电子专业一直属于中职学校的热门专业，很多学校都建立了校内电工电子实训室，但是却忽略了虚拟实验室的建设，这对于职业教育来说是一大损失。笔者认为电工电子专业虚拟实验室设计和构建可以从以下几个方面入手：设计专业化电工电路模拟实验台，电路是电工电子专业的基础，这一虚拟实验室可以学生体验电路设计、虚拟示波器、信号器的电路设计与组装；建立专业拓展虚拟实验室，例如单片机、传感器、电子测量仪器；配备LabVIEW虚拟实验室开发软件，让学生在软件平台上操作电路、设备检测、维修等，提升学生的实践操作水准。

一、立足中职电工电子专业特色，设计专业虚拟实验室

中职学校首先要选定计算机设备完善的实验室，在每台电脑上安装虚拟实验室系统，学生通过账号可以登录系统，自主选择想要模拟的课程。例如学校可以根据电工电子专业的主干课程来设计虚拟实验室，例如设计模拟和数字电子技术、微电子元件组装、电路图设计等虚拟教学板块，准备示波器、信号发生器，教师通过虚拟软件平台来虚拟示波器、发生器、电路等，学生在计算机虚拟平台上进行线路设计的练习。此外，教师还可以利用虚拟实验室让学生模拟电子控制技术，例如学生在虚拟平台上把电子元件、传感器、电线、开关、电阻器等专业电子元件连接成相应的电路，如果学生设计的电路是正确的，系统会判定成功，学生连接的电路开始运转；反之如果学生设计和连接的电路不准确，系统会发出警报，学生需要再次进行检查，指导设计出正确的电路。虚拟实验室提供的数字电路虚拟操作，可以让学生认识各种类型的电子元件、常见电路图，在最短时间内进行电路设计，这大大节省了反复拆装电子元件的时间，为学生争取了更多的训练时间，虚拟实验室平台就像是一位“一对一”名师，针对学生的联系情况进行针对性指导，这对于培养中职学生的电工电子操作技术是大有裨益的。

二、构建芯片式模拟实验室，分流数字信号器和单片机课程

单片机是电工电子课程中必不可少的一环，也是众多电子设备重要元件之一。存在传统实验教学中，学校花费巨额资金购买单片机，学生在通过反复拆装来学习单片机的构造和维修。虚拟实验室可以降低学校的支出，减少反复拆装给单片机设备带来的损害。例如教师在虚拟实验室可以建立单片机控制系统程序模拟实验，单片机是电子设备的“中枢神经”，可以向电子设备下达命令，进行电气控制，学生要熟练掌握单片机控制程序的编程和组合，演练32位单片机的程序编程。例如教师可以在虚拟实验室下发任务，例如家用电器、智能机器人、汽车自动控制系统等设备上单片机的设计。虚拟实验室可以先对不同设备的单片机进行拆解，演示不同单片机程序控制的动作，例如汽车中最常见的车钥匙，可以锁车门的命令，演示这一命令的程序组成；扫地机器人是当下最流行的家电之一，可以自动清扫屋内卫生，单片机负责发出前进、后退、旋转等指令。学生要在虚拟实验室完成某一个家电设备的单片机程序编程，让模拟单片机发出正确指令，完成相应的训练任务，发挥出虚拟实验室的价值。

三、引进先进的LabVIEW虚拟实验室开发软件，实施智能化教学

1教学方法与教学手段

整合教学资源，将教具直观化，充分利用各种有用的教育新技术，化整为零，降低学生理解难度，实现高效学习。注重学生主动性、积极性的发挥，例如讲到三相交流电路时，我们可以以本校电路情况为基础，将理论具体化用实验来验证理论的正确性，借助计算机学习Mulsitim，matlab等专业仿真软件，用仿真软件来进行辅助学习。为了实现本课程的教学目标，在教法上采取：

1.1演示法加强教师与学生双边互动，创设问题情境，完善教学过程，充分调动学生的积极性于主动性，尽量通过实物直观、语言直观来讲授知识，从而发展学生的能力，实现其自主、合作、探究学习。

1.2实验法通过大量的实验现象与数据，让学生对比分析，提高学生的分析能力与动手能力，加强学生对理论知识的理解深度。

2学习方法与考核方式

2.1归纳演绎法一方面，让学生充分利用具体形象思维及抽象逻辑思维能力，从典型例题中探寻学习的过程与结果，实现思维的飞跃；另一方面，培养学生自主学习、合作学习、探究学习，提高解决问题的能力。

2.2实验学习法充分吸引学生的注意力，让学生观察实验现象，搜集实验数据，分析与归纳实验结果，促使其将实验的学习与实际问题结合起来，将试验的分析能力、动手能力转化为职业技能。

2.3对学生进行形成性的考核测试考核项目包括平时和项目实验成绩及期末考试成绩。转变评价方式，既评价学生的学习过程，又评价学生的学习结果，以促进学生全面发展。把考核项目量化，实行百分制，即平时成绩为30分，包括出勤次数、课上表现及作业完成情况；实践成绩为20分，包括实践操作、资料搜集整理情况；考试成绩为50分，包括学生基本知识与能力。

1设计咨询单位作为EPC项目总承包商的设计管理优势

1.1熟悉输变电工程项目投资分布，有助于提高项目投资收益输变电工程项目投资主要是由设备购置费和建筑安装费等其他相关费用组成的，其中设备及材料购置费约占项目总投资的65%以上，因此，如何更好地发挥输变电工程设备及材料购置费的价值，是输变电工程项目投资成败的关键。设计咨询单位长期从事输变电行业的设计咨询业务，熟悉各类设备技术参数及设备制造工艺发展前景和趋势。同时，对设备选型与工程造价的关联性具有较高的敏感度。对于以设计咨询单位作为总承包商的输变电工程项目，设计咨询单位能够从最大程度地实现项目投资效益的角度出发，对输变电工程EPC项目的投资需求和效益进行分析，发挥设计咨询单位的设计资源和专业技术优势，根据建设单位的投融资能力提出适合建设单位业务发展的需求且经济实用的技术优选方案。

1.2熟悉输变电工程项目建设程序，有效控制EPC项目建设成本由设计咨询单位为总承包方的输变电EPC项目成本统计显示，输变电行业设计费用约占项目总投资额的3%～5%，而设计涉及的设备采购及建筑安装工程费用占整个输变电工程项目建设总投资的比例高达约85%左右。由此可见，设计咨询费用虽然占比不高，但对项目总投资的影响却不容小觑。输变电设计咨询企业长期从事输变电工程项目的设计工作，熟悉输变电工程项目的建设程序和发展规律，掌握输变电工程项目的成本分析的第一手资料。因此，以设计咨询单位为总承包方的设计管理工作对整个EPC项目的成本控制起着举足轻重的作用。不同项目阶段对项目投资的影响程度如图1所示。

1.3熟悉设计流程，可有效控制设计计划对项目进度控制的影响输变电项目是一个系统工程，涉及供电系统的各个环节，项目建设过程的顺利实施需要参建图1不同项目阶段对项目投资的影响程度示意图各方的协调配合。项目进度计划的制定实施，在受控于投资进度的同时，设计进度是否满足项目建设进度要求也至关重要。设计咨询单位熟悉输变电工程项目的特点，根据系统工程的各个环节的重要性和项目建设先后顺序，针对重点环节开展专题研究和优先设计，制订合理的设计计划和项目进度计划。同时，设计咨询单位熟悉设计流程各个环节，对设计工期进行合理调控，可以确保项目设计质量和设计进度按计划执行。

1.4基于自身质量管理需要，对项目质量控制的影响“设计改条线，现场忙一片，费用千千万”，这句话说明了工程设计质量的重要性［2］。对于输变电工程项目来说，图样、说明书、计算书等设计成品的质量，直接关系到建设单位电网系统的安全运行和建设单位自身工艺生产的平稳运行。同时，输变电工程项目是一项系统工程，各个专业、各个环节间的协调配合尤为重要。由于设计咨询单位参与EPC项目的全过程管理，既了解项目整体概况，同时又具有专业技术优势，在控制建设过程中的专业间接口、各分项工程建设顺序、各专业内设计质量等质量控制关键环节，具有一定的优势。设计咨询单位积累了丰富的输变电工程设计经验和设备参数资料，有助于在施工、安装、采购等项目实施阶段开展EPC项目管理工作。

1.5重视企业文化发展，提供全方位的咨询服务设计咨询单位作为项目建设的重要参与方，从项目建设的准备阶段介入，几乎涵盖整个项目建设的全过程。设计咨询单位作为输变电工程EPC项目总承包商，以服务业主为理念的企业文化为支撑，从项目准备阶段的项目报批核准，到项目实施阶段的的规划设计、设备技术规范书的编写、输变电项目调试阶段的技术配合，再到项目试运行和生产前准备阶段的技术服务等，都具有极强的技术咨询服务优势。

2设计管理存在的问题及对策

2.1转变设计思想理念，适应EPC项目发展需求在EPC模式下，工程设计不是独立单一的工作，而是与采购、施工、试运行等阶段相互交叉、相互配合的有机整体［3］。输变电工程EPC项目建设为项目设计人员提供了更为广阔的发展平台，需要设计人员重新认识传统项目设计工作在EPC项目建设过程中的作用和地位。输变电工程EPC项目作为一个系统工程，以实现EPC项目投资效益为根本目的，各专业间开展协同设计有助于发挥设计咨询单位优势，实现EPC项目建设投资效益。较传统的项目设计工作而言，EPC项目的设计工作需要设计人员灵活运用丰富的专业技术知识，同时还需打破设计工作专业局限性，以有效推动EPC项目建设整体运作为前提，解决设计及项目建设过程中出现的问题。

一、从水电工程设计过程的特点来看对档案管理的要求

（一）水电工程设计的时间周期长

一个水电站从最初的规化到最后的投产运行，多则十几年，少则几年，在这么长的时间范围内，不同的设计阶段对工程设计的要求也不同，随着社会环境在变化，科学技术在发展，人员流动也非常大，那么对于在设计过程中产生的科技文件材料，在各个设计阶段中，要想收集齐全多种零散的科技文件，越早介入项目管理之中，对档案收集、管理工作越有利。从项目的立项开始，就应该启动相应的档案管理办法和归档范围，指导专业设计人员的归档工作。

（二）水电工程设计是一个水电工程项目的核心工作

是集中了地质勘探、测量、水文、规划、水工、机电、金属结构、施工、水保、环保、移民、概算等多个专业的共同工作的集合，这么多的专业会产生多种不同专业的科技文件材料，所以档案管理人员也要对所涉及的专业知识有一定的了解，所以对档案管理人员也提出了更高的要求。

（三）水电工程设计地域跨度大

水电站的建成地点都相对比较偏远，有的甚至可能是在国外，地域范围的广阔，加大了档案收集的困难。如何想办法减少科技文件材料的流失，也是对档案管理工作的考验。

二、水电工程设计中科技档案的范围

摘要：从20世纪80年代开始实行改革以来，我国的基本建设项目推行了项目法人负责制，招投标制、建设项目监理制和合同管理制，但勘测设计项目实行上述“四制”滞后。实行设计监理是完善项目法人负责制的一项重要措施，也是更好地控制设计质量、进度和费用的一项保证。

关键词：基本建设项目勘测设计水利水电工程设计监理咨询

1概述

我国的基本建设项目，从20世纪80年代开始实行改革，从计划经济逐步向市场经济体制过渡。基本建设项目推行了项目法人(业主)负责制、招标投标制、建设项目监理制和合同管理制。发展到现在，我国的水利、能源、交通、建工、铁路等基本建设行业的建筑安装工程、设备制造采购工程的合同实施均采用了“四制”。实践证明，采用“四制”可以在市场体制条件下更好地保证工程质量、工程进度、控制工程项目投资。

然而，基本建设工程的勘察设计项目实行上述“四制”比起工程建设项目工程来还滞后很多。特别是勘察设计项目的招标投标制和项目监理制在许多行业还未真正实行。究其原因，我认为有以下几点：

(1)我国勘测设计单位原来是按行业分属各部门，条块分割管理的。计划经济时期，其勘测设计任务由上级主管部门下达。目前，勘测设计单位正在由事业单位向企业单位转化，但还没有真正脱离部门领导，推向社会。近年来，各个行业的勘测设计企业化的改革力度很大，但发展很不均衡。

(2)我国基本建设项目大多是由国家投资兴建的公共工程项目，许多项目是项目的可行性研究完成报国家批准后才组建项目业主，由项目业主代表国家管理该项目。许多大型工程项目，勘测设计单位比业主先介入项目，仅由设计单位与业主签订“勘测设计合同”，谈不上业主对设计项目进行招标。

(3)我国规范勘测设计市场的法律、法规和相应的勘测设计市场管理制度还不健全。尽管我国在1983年颁布了《勘察设计合同管理条例》，但我国勘测设计市场发育不完善，相应的设计规程规范、勘察设计收费办法、勘测设计资质管理等文件和条例等有很多部分不适宜市场管理体制的需要。所以我国基本建设项目，特别是大型工程项目的勘测设计招标还有很长的一段路要走。

1抓好设计管理工作，有利于控制工程投资

1．1慎选设计单位

过去十几年是我国水电工程设计与施工的快速发展阶段，培养了一大批有经验的设计人员及团队，主要有中国水电工程顾问集团旗下的几大设计院、各省水利水电设计院以及个别民营企业。在我国，大型水电工程的设计单位基本没有选择的条件，一般是基础资料掌握在谁的手上就由谁设计，基本形成了“划江而治”的格局。但中小型水电站的基础资料大部分都相对匮乏，所以项目开发单位在选择设计单位时较大型水电站更为主动和灵活，可根据实际情况择优选取。设计资质、设计水平和类似工程经验是选择设计单位的基础，但不一定是设计院越大或资质越高越好，还应重点关注三方面:(1)现有设计任务是否已很饱满?否则难以保证设计质量和供图进度;(2)该设计单位是否愿意或善于采纳业主和监理的合理建议?否则施工过程中的设计优化工作难以推动;(3)设计人员是否相对充裕?是否有较强的现场服务意识?否则会因设代现场工作不到位而影响工程进度，同时也就很难做好过程设计优化工作。

1．2深入细致地开展好地勘工作

地质条件变化(变差)是导致工程投资失控的最重要因素之一，尤其是中小型水电工程，以长引水式开发方式为主，引水隧洞占建筑工程投资的比例较高。当施工中实际揭露的地质条件远比设计预测情况更差时，必然会导致工程工期延长、投资大幅增加，此种因地质条件大幅变化造成工程投资失控的水电工程在国内实例已较多。在地勘阶段多花点精力、多投入点资金，把地质条件尽可能摸清楚是很有必要的。同时，对不良地质部位应做好相应预案。某装机容量110MW的中型水电站，工程总投资13亿元，在施工阶段现场揭露的地质条件比设计勘测预测情况明显更差，设计不得不增加工程措施加强支护。由于此前准备不够，在地下洞室施工过程中，还出现了多次围岩较大变形并伴有不同程度的塌方，直接导致增加工程投资近1亿元，投产发电时间推迟了半年，完工时工程总投资超概25%(核准设计概算)，以致该项目投产即连续亏损。

1．3切实抓好设计优化工作

水电工程由于技术难题较多，工程的安全性又非常重要，加之工程投资规模大，故对工程的经济性和可靠度有很高的要求。在工程实施前进行大量的方案比选及分析研究工作，用以论证设计方案的可行性和合理性就显得十分重要。设计方案比选的首要原则是“切合实际，避免人为因素”，对各方案的控制因素进行客观地、科学地对比分析。影响水电工程设计方案比选的控制性因素很多，应结合现场实际，既要有地质条件、水工建筑物布置、工期、投资、施工条件、占地范围等可量化成经济指标的因素，也应包括施工的可靠度、运行管理方便与否、环境及社会影响等难以量化的因素;同时，还应注意杜绝设计单位的“偏好”或“习惯”。水电工程建设中出现过因为设计方案的“生搬硬套”导致工程投资大幅增加的实例。由于大部分设计单位对某类大坝、厂房的布置型式及结构有多个类似电站的经验，所以有的设计单位再遇上类似电站的方案设计时，自然会优先考虑以前设计过的方案，在方案比选过程中，常常会掺杂着一定的主观意愿，最终可能会影响到方案决策的合理性。项目开发单位可根据工程实际条件，多请行业内的专家进行专题咨询，切实参与好设计方案比选和设计方案优化工作，选择技术上较先进、可靠度高，施工难度小、施工干扰小，自然条件利用充分，生产运行管理较方便、成本较低、相对经济的设计方案;同时，如有必要，可开展一些专项科研，为优化设计方案提供依据，因为水电工程优化设计对于工程投资的控制具有决定性的作用。总之，把好设计方案比选和优化关，能为有效控制工程投资奠定坚实的基础。某装机容量132MW的中型水电站，工程总投资近15亿元，在技施阶段结合现场实际情况，项目开发单位组织设计人员开展了一系列的设计优化工作，直接节约工程投资1．3亿元，经济效益十分显著。

1．4重视设计概算审查工作

《无线互联科技杂志》2014年第四期

1网上电工实验室环境的建立

构建开放大学网上电工实验室可以使用Multisim电路仿真软件模拟建立实验环境，学习者通过软件的下载和安装即可以建立一个属于自己的网上电工实验室，并可以在网上实验指导书的指导下进行基础实验和创新性设计。在众多的电路仿真软件中，Multisim是最容易上手的，它的工作界面非常直观，原理图和各种工具都在同一个窗口内，未接触过它的学习者稍加学习就可以很熟练地使用该软件。因此，对于学习者来说，在软件操作和使用方面的难度几乎为零，学习者可以方便地进行自主学习和创新。除了能进行基础的验证性试验以外，该软件的兼容性也较好，其文件格式可以导出成能被ORCAD或PROTEL读取的格式，学习后学习者可以直接完成电路的实验、设计与开发。因此，该软件特别适合开放大学《电路分析基础》课程实验教学使用。

2网上电工实验室实验项目的设计

为了面向开放大学远程学习支持服务的要求，同时开发一个以学习者为中心，基于网络自主学习的教学模式，网上电工实验室开发设计了多个以学习者能力培养为核心的实验教学项目，这些项目以能力培养为主线，将所有实验针对不同的能力要求划分成了基础型、综合型和研究创新型三个层次目标，同时，针对理论教学内容将实验项目划分为9个模块共22个项目。这些项目在教学组织上按照认识规律采用循序渐进的方式，由基础到综合、由简单到复杂设计实验项目。让学习者先对电路形成一个感性的认识，并学会软件中实验仪器和设备的使用方法，然后指导学习者进行综合电路的设计、连接、调试，并掌握类似EDA软件使用方法的应用，最后再引导学习者进行创新研究性质的教学实践活动。

3网上电工实验室实验指导体系的构成

依据开放大学网上实验教学的教学特点，本着为学习者提供多媒体资源并且能够实现教学交互、学习评价和学习支持的原则，网上电工实验室具有更细致、具体的实验指导体系，通过这种方式对学习者进行指导，使学习者加深对理论的认识，并牢固地掌握基础理论，训练学习者将理论应用于实践，培养学习者独立思考和独立工作的能力，网上电工实验指导体系包括以下基本部分：⑴Multisim软件使用简明教程。使学习者学会熟悉Multisim软件布局，并能熟练的使用软件进行相关电路的设计、器件选型、连接、观察、测量和分析等功能，相当于软件和整个网上实验室使用方法的介绍；⑵实验项目指导。包括实验目的、实验原理、实验内容及步骤、实验数据和实验思考，突出每个实验项目的目的性、指导性和创新性开发；⑶实验报告。使学习者能够及时的记录实验现象和实验数据，并对实验结果和数据进行一个科学、准确的分析，培养学习者的思维能力和工程实践能力，提高科技文献写作能力；⑷实验指导网站。实现网上实验软件、实验资料的下载，并且能够实现在线实验指导，为学习者提供指导和远程学习支持服务，并能够进行在线形成性考核。

4结论

一、交通控制系统

公路隧道交通的控制需要在不同的运营的状态下都能够得到有效的控制，在隧道机电工程的安装中一般都设置有交通监视和控制系统，这样可以保持控制的安全高效。公路隧道交通控制系统的主要功能是实现交通的控制和诱导、车辆的检测和CCTV监视功能。交通的诱导和控制能够有效保障交通的正常进行，在火灾等事故发生时进行高效的交通管制。通过信号的开放和关闭来改变轨道的运行方式。交通控制系统主要由可变限速标志、车道指示器、交通信号灯和车辆检测器等结构组成。交通控制系统工作时，通过车辆检测进行车辆密度的检测，随后通过交通信号灯和可变限速标志对道路的运行情况进行控制；通过交通流量和隧道运行的具体情况，通过车道的指示器等装置进行装置的控制。在本系统的组成中，所使用的信号检测装置和交通的诱导与控制都使用PLC来完成。公路隧道的运行方式是全封闭的，对隧道运行情况的及时掌握是十分必要的，所以在公路隧道的建设中一般都会安装CCTV监视系统。

二、供配电系统

供电和配电系统是隧道继电工程的重要组成部分，供配电系统运行的质量直接影响着整个隧道运行的安全性和可靠性。供配电系统在工程的建设中要求其具有安全、可靠、优质、经济等性能。根据我国相关法规的规定，在隧道的建设中其通风、监控、照明、消防系统的用电为一级用电负荷，供电时一般采用两源供电的方式进行供电。为了在特殊情况下维持公路运行的安全性和可靠性，必须设置独立的备用电源和应急电源。在公路隧道机电工程的建设中，一般采用高压双回路供电、高压计量、增设自动化发电机组。在特长的隧道供配电系统的建设中电线路距离而引起的线路损耗。针对此种问题，在工程的实际中一般采用高压集中工程的建设还需要考虑到工程的成本，在中程隧道的建设和短程隧道的建设中，一般采用箱式变电站。为了保障隧道备用电源的安全性和可靠性，必须要使用UPS供电电源。在市政供电发生故障时，UPS能够在发电机完全启动之前进行供电，保证公路隧道的正常运行。

三、紧急疏散控制系统

在公路隧道的运行中，针对隧道内可能发生的事故（火灾）等状况，在隧道的设计和施工中设置紧急疏散系统。双向通行长隧道其紧急疏散系统的设置为人行横通道、汽车横通道。在交通事故发生时，经过检测系统进行信号的传输，中央控制室进行控制确认后，紧急疏散系统就会发挥作用，进行车辆的疏导和伤员的抢救，将损失降到最低。

四、中央控制系统

中央控制系统是隧道机电工程运行的中枢。其控制相关信号检测设备进行信号的检测，回馈检测信号的分析，然后进行相关控制指令的发出。在控制的形式上其采用多层网络的形式由中央控制计算机实现对各系统的控制与管理，对各个子系统的功能进行协调和互锁控制。中央控制系统能够保障整个系统正常有序的进行，极大的提高了隧道系统运行的安全性和可靠性。