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1.引言
随着汽车零部件行业日益激烈的市场竞争,质量的重要性日益突显。只有始终以“零缺陷”作为企业持之以恒追求的质量管理目标方能实现基业长青。“零缺陷质量管理”强调的是在第一次做事情的时候就要把事情做对,在质量管理中应用开展防错技术能够有效的预防差错产生,达到了预防问题发生的效果,从而有效减少企业和客户的损失,提升产品质量表现。
上海沪工汽车电器有限公司是上海仪电控股(集团)公司下属上海仪电汽车电子系统有限公司的全资新国企,主要研发生产新型汽车电子控制系统产品,产品类型主要有继电器、电子控制器、开关、接线盒等,配套服务美国通用汽车、德国大众汽车、德尔福派克电气、上汽集团乘用车公司等国内外主流汽车制造公司。对防错技术的积极应用实施既是响应整车厂质量管理前延的理念和要求。同时,也是企业在转型发展十八年中始终保持的清醒认识:除了注重产品研发设计和市场营销,更要严抓产品质量。公司在成立之初就确立了追求卓越品质、永远满足顾客的基本方针。产品质量是品牌价值的基石,能体现企业的技术含量和文化。只有产品质量过硬,才能提高产品的市场竞争力和市场占有率。反之,会陷入各环节质量损失增加、交货期延长、成本提高、市场份额减少的恶性循环。
本文拟就上海沪工对防错技术的实践做个介绍,诚望交流指正。
2.质量控制的有效手段――防错技术
2.1零缺陷的概念
被誉为“全球质量管理大师”、“零缺陷之父”和“伟大的管理思想家”的菲利浦・克劳士比(Philip B.Crosby)在20世纪60年代初提出“零缺陷”思想。零缺陷理论核心是:“第一次就把事情做对”。
2.2防错技术的定义及应用目的
ISO/TS16949中防错的定义是:“为防止制造不合格产品而进行的产品和制造过程的设计和开发。”
防错技术的应用主要是两个阶段:第一阶段,在产品或过程设计时,在进行FMEA进如RPN值高的话首先应考虑采用防错的方法来降低风险。第二阶段,在批量生产后如发现不合格机会多,应优先考虑采用防错的方法,对现有流程或现有工艺或动作进行改进。防错技术的应用是为了防范于未然。减少风险和损失,提高产品可靠性。由于策划设计的不足,措施不够,造成产品/过程失误,给顾客带来损失;事先花时间很好地进行防错,能够较容易地、低成本地改进产品/过程设计,减少事后修改的风险和巨大损失。是产品实现策划的重要工具,是纠正和预防措施的首选方法。
3.防错技术在上海沪工的实施应用
3.1产品实现策划过程的“零缺陷”防错实践
以质量总线技术为支撑,重点体现策划充分、质量预防、过程控制和持续改进的设计思想,是支持产品研制过程质量保证的重要手段。上海沪工在“零缺陷”防错实践方面不断摸索,积累经验。通过加强产品质量先期策划工作,合理分配和使用企业人力资源,打造客户更满意的产品;力争把一切产品质量问题消灭在萌芽状态;尽量在前期做好产品质量管控,规避后期风险;节约成本,快速响应,质量为上。
3.1.1开发经验履历卡数据库软件平台
经验和教训是企业发展过程中积累的宝贵财富。经验履历卡数据库软件平台是上海沪工为推进公司信息化管理建设的管理平台系统,见图表1。履历卡系统主要由设计研发、质量、工艺、生产管理相关部门员工分别不定期录入数据,对有价值的数据录入时图文并茂,整改措施明确清晰便于检索者理解和借鉴。分类检索时各级别员工有权限设置,可以按产品类型型号检索也可按部门和业务种类检索。通过经验履历卡的建设为质量预防和改进提供了经验支撑,经过消化和吸收既往经验教训,可以不断完善FMEA,使得后人提前规避之前发生过的问题点,进行防错策划,强化了质量工作预防胜于纠正的理念和实践。
3.1.2将上汽KCDS与APQP相融合并推广实施
以上汽乘用车接线盒产品为例,在APQP(质量先期策划)过程中,将上汽KCDS产品特性标识系统与产品质量先期策划相融合,见图表2,有效地达到识别关键特性并实现防错。在产品开发与全业务链质量管理上创建形成KCDS(关键特性标识体系)。通过KCDS系统建设的导入,上海沪工对业务链全过程中所涉及的产品特性和过程特性进行梳理、规范和统一,形成可靠的工作方法和流程,同时建立有效的产品特性管理的过程推进模式,落实有效的防错措施,促进过程质量稳定性,确保质量管理体系稳固有效;加强对质量管理方法和质量管理手段的学习应用,在企业中建设能够独立进行产品研发、工艺设计和质量管理的专业人才队伍。不断完善精益生产制造体系,形成持续改善机制,以优化制造工艺规划质量为龙头,不断改善提升设备开动率、订单完成率、一次通过率等,持之以恒打造优质产品满足用户需求。
在产品开发阶段,结合GVDP流程与上汽供应商质量准则,加强质量工具和防错技术的运用,同步引入《KCDS系统及零缺陷防错实现》,实现产品预防性质量策划和控制要求。作为2013年上汽乘用车十一家电器类KCDS推进活动试点供应商之一,上海沪工在全业务链上,提升供应商对产品关键特性和过程关键特性的认识,以KCDS活动为载体,推进重点供应商的同步工程。在产品的概念功能定义、特性确认、样件开发、认证实验、生产线规划、工装模具开发、检验、测量系统规划、PPPA认可、批量成熟开发、早期产品质量遏止、批产质量控制、产品质量改善、质量能力提升等各阶段,建立同步工作小组,明确同步工作的目标、方法、流程、落实KCDS系统及零缺陷防错技术实现。高度重视产品设计质量,辅助以过程控制质量,持续提升同步开发、技术开发、稳固过程保证、客户服务等四大能力。
3.2防错技术种类及其应用
3.2.1产品设计防错
产品设计防错即:从设计上采取措施,使产品具有自动防错能力,从根本上防止出错。这种错误预防方式是100%不会失效的最安全、最经济的防错措施。
产品质量既不是检测出来的,也不全是制造出来的,而是设计出来的。提高产品质量应该从设计源头入手。据统计,在最终产品的质量问题中,80%是由设计原因引起的,设计是产品质量形成的根源。最有效的防错是在产品的源头即产品设计时采取防错措施,可收到事半功倍的效果,而这一环节恰恰是国内大部分企业所忽视的。
上海沪工应用先进研发技术从设计源头提高产品性能质量,例如发动机舱中央电器盒与电瓶功率分配保险丝盒集成开发技术。在现有技术中,发动机舱中央电器盒和电池总保险丝盒是各自独立设计的,无法适应紧凑型汽车内部设计要求,需要更多的线束,既增加了成本,又降低了整车电器的可靠性;集成设计采用总线控制技术则有效协调了空间、降低了成本,提升了可靠性。同时,在基础结构设计和零件材料颜色的选择定义方面也充分考虑后期生产加工过程的防错。例如对左右对称结构的零件或是同系列不同电压的电器产品外壳在设计时就定义为不同颜色进行加工,使得工人在装配过程中避免了误装或混线生产导致产品混料,同时也方便了客户对产品的识别和使用。
3.2.2工装、设备装置防错
工装、设备装置的防错,是指通过改变或增加工装、设备装置来防错等,比如:对设备增加防错装置,使设备具有自动纠错的能力,对于操作的正确性进行实时的检测判断,发现错误立即停止并自动报警,通知操作者出错的地方,直至操作者纠正了错误,加工制造才继续执行。设备上的防错装置技术的应用一般都是不制造缺陷的防错,消除返工、降低终检和检验成本。这是比较经济的错误预防措施。
上海沪工工装设计工作已经深深植入了工装、设备装置防错意识。以配套通用汽车K211车型电磁铁产线设备策划为例。电磁铁引出线铆装设备工装,引出线放置区域增加限位撞针,若错误放置引出线,将会被撞针顶住,实现设备防错,引出线铆装工序FTQ大大提高。另外,鉴于之前电磁铁总成产品发生过拨叉漏装错误,在同类新产品工装策划时在性能测试设备增加光电传感器检查,自动判别拨叉零件有无,如存在拨叉漏装的不良,测试设备终止测试,同时提示报警。使用新的检测设备后,实现了客户零抱怨。
3.2.3技术工艺防错
技术工艺的防错,是指通过改变加工步骤、产品工艺等来防止出错。上海沪工在生产运营过程大力推行精益生产技术,对于生产线策划始终从最经济合理的角度出发,将防错思想贯穿整个过程。以接线盒产品插装保险丝工序为例。由于保险丝数量多,若集中安排在一个工位进行插装,会造成生产工序时间不平衡及误装。工艺策划后,对工序进行了拆分,分为两位员工插装,每位员工插装时使用防错套板,对应套板上保险丝位置镂空,且有与保险丝颜色一致的色标,从而保证员工可以又快又对的一次性完成保险丝插装。
3.2.4人员防错
人员的防错,例如:增加使用清单、控制图表、现场操作检验步骤等来增加对错误或缺陷的探测能力。要有效的实现人员防错,就要使每位员工具备高度的质量意识。
“领导重视,全员参与”是上海沪工质量管理工作的原则。上海沪工从每月总经理质量巡视审核、公司级质量工程师例会制度、部门每日质量晨会层层递进,使质量意识和全面质量管理理念和要求传递给每位员工。生产部门运用精益生产技术现场管理图表进行质量管理和持续改进,见图表3。技术员以每日晨会的形式向线上员工通报前一天产线出现的问题以及当天生产应该注意事项并以晨会记录的形式保存。生产部门反馈出问题点及注意事项主要包括:现场生产注意事项(不良零件的区分;首件、设备点检;员工防静电要求等)、各项审核发现问题项、现场6S及员工们的工作生活注意事项等。通过晨会部门生产的产品质量得到了很好的控制,员工们的质量意识得到很大的提高并与技术员之间形成了良好的沟通,很大的降低了不合格品率。
对于接线盒产品,除运用AOI自动光学检测仪等设备检测外,设立了独立于产线的100%加严遏制检查工位,类似于整车厂的Audit检查,检验员对产品尺寸、性能、外观各参数进行逐项检查,并做合格检验标记并形成纸质检验记录,以便产品质量追溯。
4.结束语
产品质量关系到企业的生存与发展,只有那些质量优异的企业才能在竞争大潮中站稳脚跟。上海沪工始终坚持“创新、改进、精益、和谐”的核心价值观,逐步将质量管理从后期纠正转向前期质量预防,运用先进管理方法与工具,不断自省,在生产运营各环节运用防错技术,实现了质量管理的前延。通过近年来防错技术在电子电器产品质量管理工作中的应用和实践为公司及顾客提供了增值效益。通过预防性地对产品设计和生产工艺的改进,更加合理、有效地使用资金和技术力量,充分挖掘了组织的潜力;通过提高产品的制造质量,减少不合格品的出现,实现了增产增效的目的;也正是通过提高产品的适应性,从而大大提高了产品的市场竞争力。
参考文献
随着汽车工业智能化程度、绿色环保、互联网概念的深入,汽车对整车电子系统的开发需求与依赖程度日益提升,电子控制单元(electronics control unit,ECU)软件的开发也越来越复杂。为确保产品的开发质量,开发过程必须遵循严格的流程,且软件产品也必须满足越来越严格的标准。作为软件开发过程改进的运用模型,CMMI已经在国内推广近十年的时间,积累了来自1000多个软件公司的几万条最佳实践,成为目前汽车电子软件开发的首选流程改进模型。在产品的安全标准方面,从工业功能安全标准IEC61508转化而来的ISO26262功能安全标准,已经成为目前非常前沿的汽车安全相关标准,它基于汽车电子行业公认的V模型,强调通过各开发阶段的测试及验证来保证安全相关的电子产品的功能性失效不会造成危险的发生。本文以CMMI与ISO26262在某整车厂的汽车电子软件开发中的有效部署和应用为例,展开相关性探讨。
1 CMMI3在汽车电子软件开发中的应用
CMMI是1997年由卡耐基梅隆大学软件工程研究所(SEI)正式的针对企业集成产品开发过程成熟度等级评定的模型,是世界范围内用于衡量软件过程能力的标准。CMMI将能力成熟度分为5个等级,由于CMMI2级对软件工程活动的指导不足,多数软件公司将最初的改进目标设定为有实际应用价值的CMMI3级。因为它已经完全覆盖了高质量软件开发必备的指导要素:
(1)定义了需求开发(RD,Requirements Development)过程指导需求开发活动。
(2)定义了技术解决方案(TS,Technical Solution)过程指导设计、编码活动。
(3)定义了验证(VER,Verification)过程指导评审及测试活动。
(4)定义了确认(VAL,Validation)过程指导软件产品在使用环境下的验证活动。
(5)定义了集成(PI,Product Integration)过程指导软硬件产品的集成活动。
(6)定义了决策分析与解决方案(DAR,Decision Analysis and Resolution)过程,指导组织如何在设计方案、采购方案等方面做出有效决策。
(7)定义了专门的改进组织(EPG,Engineer Process Group),更有针对性地开展过程改进工作。
CMMI3从项目管理、工程过程、支持过程及过程管理四个改进维度,分别定义了相应的流程规范。其中,工程过程映射了汽车电子软件开发V字模型的全部过程,其他三个改进领域则支持工程过程的执行。图1展示了基于V模型的CMMI3级规范在汽车电子软件开发中的部署。
2 ISO26262介绍
随着汽车电子系统复杂性的提高,从车身电子的雨刮、电源、外灯系统,到主动安全系统的车道保持预警、自动泊车、自适应巡航,普遍包含了大量的电子器件及控制软件的开发,来自系统失效和随机硬件失效的风险与日俱增,因此汽车功能安全开发标准研究成为业界非常关注的课题。2011年11月正式的道路车辆功能安全标准ISO 26262,无疑成为当前汽车业最重要的一份标准,其主要应用于不超过3.5吨的量产乘用车的电子电器系统的功能安全开发。该标准的构成如图 2所示,图中的一个大V和两个小V所含的4.System level、5.Hardware level、6.Software level标准定义以及下方的8.Supporting processes为本文讨论的部署范围。
3 在CMMI3基础上部署ISO26262标准
ISO26262标准中未对项目管理及过程管理作相应的要求,因此在部署时,这两个维度的活动可沿用原有组织内CMMI3级的规范,而支持过程的活动二者是高度重合的,因此工程过程才是部署的重点。
3.1 工程过程的部署
在一个已实施CMMI3级的汽车电子软件开发组织内部署ISO26262相关标准,首先需对CMMI3级过程与ISO26262标准在工程技术方面的要求做详细的差异分析,再根据差异分析结果实施的部署。
3.1.1 两者的差异分析
ISO 26262工程技术活动详细拆解为系统级、硬件级以及软件级活动。与CMMI3定义的工程过程维度的活动进行对比分析,梳理出的具体差异如表1所示。灰色部分表示ISO26262与CMMI3级流程要求一致;对于在CMMI3级流程体系中无法实现的工程技术要求,则作为ISO26262特有的过程定义补充在CMMI标准中,并通过制定相应过程的裁剪指南来满足功能安全开发的特殊要求。
3.1.2 具体部署
在CMMI的工程过程部署的基础上,将需要部署的ISO26262相关部分整合,整合后如图3所示。
3.1.3 部署举例
以软件级产品开发生命周期中的软件架构设计、软件单元设计及实现的验证活动为例,讨论如何将ISO26262标准的验证要求与CMMI3级要求的验证过程要求统一部署。
在CMMI的验证过程定义中,评审方式的定义比较简单,如自查、走查、正式评审等。基于该评审策略,将功能安全开发要求的验证方式整合到评审方式章节,原有非功能安全开发的评审方式不变,在此基础上,增加了对功能安全开发的相关验证活动裁剪指南,如表2所示。
通过上述验证规范的部署举例,将ISO26262工程过程部署在现有CMMI3级组织内的主要步骤总结如下:
(1)EPG必须详细理解ISO26262标准所提出的工程开发的技术要求,分析与现有流程的差异性;
(2)EPG将ISO26262标准的各项要求追加或合并到已定义的CMMI流程中,并制定详细的裁剪指南,以满足功能安全开发及非功能安全开发的不同要求。
(3)工程师根据裁剪指南及开发要求,选择合适的开发流程及标准。
4 结束语
随着现代汽车工业的迅猛发展,汽车电子已经成为汽车的核心竞争力。这不仅要求汽车电子产品质量高,而且必须符合严格的功能安全标准。本文以某整车厂的汽车电子软件开发为例,介绍了在基于V模型的汽车电子软件开发中如何高效地部署CMMI3级规范,并在此基础上,重点介绍了如何将ISO26262标准的工程技术要求与CMMI3的工程过程域相结合并统一部署,从而指导开发高质量、高安全等级的汽车电子产品。
关键词:专业环境;岗位需求;素质情况;培养模式;校企合作
中图分类号:G718.5文献标识码:A文章编号:1009-3044(2011)26-6546-02
Higher Vocational Automobile Electronic Specialty Construction Exploration
LU Yu-ting
(Changzhou Textile Garment Institute, Changzhou 213164, China)
Abstract: The demand of professionals in automobile industry has been increasing dramatically with the development of auto market itself while the relevant personnel qualification in China is falling far behind the calendar. The whole industry is in urgent demand of high-skilled professionals. A new major is to be set based on education- employment combination and industry-university cooperation so as to improve the adaptability of human resources, satisfy the personnel demand in auto industry and advance the employment of students.
Key words: professional environment; job demand; personnel qualification; training pattern; industry-university cooperation
1 专业发展环境分析
信息产业和汽车产业的融合或者说信息技术在汽车工业的应用产生了新兴的汽车电子产业,使汽车在安全、节能、环保、舒适等方面的性能都得到明显改善,给汽车工业的持续快速发展注入了新的生机和活力。汽车电子化被认为是汽车技术发展进程中的一次革命,未来汽车工业的技术创新将主要体现在汽车电子技术的创新,在电子信息技术的推动下汽车已经不仅仅是一个代步的交通工具,还具备办公、娱乐、学习和通讯等多种功能,并逐步向电子化、信息化、网络化和智能化方向发展,汽车已经由传统的机械产品演变为高级机电一体化产品,并将最终成为集各种先进电子信息技术为一体的电子产品[1]。上世纪90年代初,国外每辆汽车中汽车电子产品约占汽车成本的10%,90年代末达到15%,目前,汽车电子产品所占汽车成本的比例已经超过25%,一些豪华轿车甚至已经达到成本的50%。
随着国内汽车的普及,社会急需大量掌握汽车电子技术专业人才,进行汽车、汽车电子部件生产、汽车修理、销售和售后服务。汽车电子专业人才的需求迅速增加,已被国家教育部定为第一批急需和紧缺人才。而根据市场调查研究表明,汽车服务行业中最缺乏的是具有汽车电子技术的高技能型人才,汽车服务企业特别是汽车4S店(4S店是集汽车销售、售后服务、配件和信息服务为一体的销售店,包括整车销售(Sale)、零配件(Spare Part)、售后服务(Service)、信息反馈(Survey)等。对高技能性人才的需求更突出表现为对汽车电子技术专业人员的需求。
2 职业岗位需求分解
目前汽车服务业呈现出职业岗位归并和重组的趋势,分析汽车服务企业岗位设置及结构状况,在企业设置众多技工岗位中,机修(发动机底盘修理工)、电子电器、钣金(车身)、涂漆等岗位数占80%多,构成现代汽车维修的四大主体生产岗位,而为修复旧零件设置的机械加工职业(工种)岗位,仅占技工岗位的5%左右,并且日渐失去了独立存在的地位。这种岗位的重组,一方面大大地简化和减少了企业岗位类别,同时对从业人员技能的一专多能也提出了更多的要求,与此同时,现代汽车结构的发展,维修新技术的广泛运用和普及,又催生出一些新的智能型且具有复合特征的岗位,例如:机械维修与电器维修两个技术岗位复合而产生的机电一体化的岗位,已呈现迅速发展趋势[2]。
随着汽车服务技术的快速发展,在服务企业职业岗位归并的同时,又分化独立出一些诸如EFI(Electronic Fuel Injection System电子燃料注入系统),ABS(Anti-locked Braking System防抱死刹车系统),ESP(Electronic Stability Program车身电子稳定系统)等专业维修岗位或技术支持岗位。这一大批符合现代汽车维修技术和工艺发展趋势的新岗位已经与旧有的工种概念有原则的区别。随着汽车后市场的不断发展和壮大,汽车营销相关岗位对服务人才的需求量在不断增加,汽车营销人员也必须了解相应汽车电子知识,便于他们更好的为顾客介绍及服务。目前整个汽车服务行业对人才的需求趋势呈现由单一技术型向复合型人才方向发展,具备汽车电子专业知识并掌握技能的人才可以胜任的岗位有:汽车机械维修工、汽车电子维修工、汽车钣金维修工、汽车喷漆维修工、汽车检测工、汽车前台接待员(服务顾问)、汽车销售顾问、汽车按揭(保险投保)员、汽车上牌办证员、汽车整车销售员(销售顾问)、汽车配件销售员、二手车专(销售)员、汽车保险理赔员、质量担保员、导车员、服务专员、汽车车间主管等等。
3 从业人员情况剖析
根据调查,目前本地区的汽车服务行业突出矛盾是人员素质远远满足不了行业发展需要,由于经过系统学习的汽车维修专业人员供不应求,导致大量未经任何培训的人员进入汽车维修行业,因为从业人员素质普遍不高,许多企业中出现了劳动生产效率低下、管理水平不高、服务质量不到位、事故率偏高的问题。针对本地区20多家国内一线品牌4S店1000多员工的调查,分析具体如下:
1) 高等级技能人才比例偏低
以具备技术等级证书的技术工人为样本比较,初级工\中级工\高级工及以上(含技师、高级技师)比例约为36%\41%\23%(发达国家为15%\50%\35%);调查的一、二类企业中,尚有22%左右的从业人员不具备任何技术等级证书;三类企业中技术等级的比例应该远远低于上述数据。
2) 文化程度偏低
初中\ 高中\ 专科及以上的比例约为35%\50%\15%(达国家为20%\40%\40%)。
关键词:汽车电子控制技术;模块化;基于模型设计;教学改革
一、引言
现代汽车的电子化及智能化程度越来越高,一些高档汽车上的电子电器及控制系统占整车成本的40%~50%左右[1]。同时汽车整车与零部件企业对汽车电子方向的人才需求也越来越多,因此对于车辆工程专业的学生来说,掌握汽车电子的基础知识及开发流程十分必要。目前很多高校的车辆工程专业都开设了汽车电子方向的课程,主要讲解汽车上的基本电子与电器系统及一些典型控制系统,课程内容涉及到多门课程,而且内容高度抽象,存在着“教师难教,学生难学”的现象。因此,有必要对该课程的教学方法与手段、教学内容配置进行改革。
上海理工大学车辆工程系在本科与研究生中开设“汽车电子控制技术”课程多年,在多年的教学实践中改革教学方法及手段,总结教学经验,优化课程内容,提高实践教学比重,取得了较好的教学效果。本文主要对该课程教学内容、教学方法、教学手段、课后实践等方面的改革进行介绍。
二、课程特点及教学过程中存在的问题
“汽车电子控制技术”课程存在以下特点。
1.知识点多,且碎片化较为严重,学习难度大。该课程涉及的前期课程内容较多,主要课程包括电工电子技术、控制理论、测量技术、网络技术、程序设计、车辆工程专业课程等。对于车辆工程的学生来说,电子与控制的基础知识相对较薄弱,因此学生在该课程的学习过程中感觉难度较大。
2.内容较为抽象。很多概念及电子元器件都是初次接触,因此学习时只能停留在较为抽象的层面上。如课程内有关车载网络的相关内容,学生对其工作原理及结构构成的理解难度较大。
3.实践性强。该课程既具有较强的理论性,同时具备很强的实践性,包含硬件设计、软件设计、控制算法的仿真与实现等。
根据笔者多年的教学实践,在教学的过程中存在的主要问题有:(1)授课的课时不够。课程涉及的内容多,却只安排了36课时,因此只能选讲一些内容。(2)实践的机会少。基本上只能停留在课堂讲授的层面,开设的实验综合性不够,动手操作的机会少。在硬件设计方面涉及得很少,软件调试也仅限于简单操作。(3)学生的学习积极性不高。由于课程难度大且较为抽象,学生的学习积极性随着教学进程而逐步降低,大多是为了应付考试才听课与做笔记,教学效果不理想。(4)考核方式的问题。由于该课程内容多且实践性强,传统的笔试造成了学生只需要做做往年的试题,对书本上的知识点进行记忆就能取得较高的分数。因此这种方式无法真正考察学生的真实水平及学术能力。
三、课程综合改革与实践探索
针对该课程目前存在的问题,主要在以下几方面进行了有益的尝试,并取得了较好的教学效果。
1.以学生需求为中心,通过模块化优化教学内容,加大实践比重。根据汽车电子控制技术在内容上多而杂的特点,我们在内容上设置了知识模块(20课时)、专题模块(8课时)、实践模块(8课时)等三个模块。知识模块主要对汽车电子相关的知识进行讲解,主包括汽车电子基础(主要讲解内容分布为车用传感器、信号处理方法、控制器、执行器、控制系统的基本框架、控制理论等)、汽车电子硬件设计、汽车电子软件设计等。专题模块主要是结合知识模块对三个典型的汽车电子控制系统进行专题讲解。三个专题模块分别设置为:(1)发动机电子控制系统;(2)ABS电子控制系统;(3)基于模型设计的汽车电子软件设计方法。通过三个专题模块的讲解与演示,把零散的知识点串连起来,加深对基础知识的理解,同时通过实际案例的讲解让学生熟悉汽车电子系统的开发流程。实践模块主要包括二个大作业、一个研究性课题及六个实验(选做三个)。实施的时间穿插在知识模块与专题模块中,两个大作业由学生在课后单独完成。研究性课题为小型研究项目,通过学生组队在课堂与课后完成。为满足学生兴趣与个性的需求,我们设置了六个实验,学生可自由选做三个。通过实践性专题,加深学生对知识点的理解,提高解决复杂工程问题的能力。
2.对接企业,引入先进的汽车电子控制系统设计与开发方法。基于模型设计及控制代码自动生成技术是目前汽车企业在汽车电子开发中广泛采用的开发方法[2]。该方法的主要特点是可以从Matlab/Simulink仿真模型到控制源代码,因此能大大的缩短开发周期,并节约开发成本。但是,在目前的汽车电子方面的相关课程中,很少涉及到该方法的教授。因此我们在专题模块中把该方法作为一个专题来进行讲授及演示,并在实践模块中让学生亲自实践代码自动生成的全过程:从建立仿真模型,到生成控制代码,到写进控制器并运行,最后测试实验结果。整个实践过程操作简单,有利于学生掌握该方法,为今后进入企业从事汽车电子开发工作提供了技术基础。同时,这种从模型直接到代码的快速开发方法可以提高学生的学习成就感与兴趣。例如在讲授CAN总线时,学生觉得非常抽象,所以一般很难应用C语言成功编写出完整的CAN通信程序,但是应用基于模型设计的代码自动生成技术后,学生能快速地搭建CAN网络与编写出通信程序,对于CAN的理解也较为深入。
3.以实践为纽带,扩充课堂教学,促进学生自主学习。实践是认识事物的不可或缺的环节。在本课程的学习过程中,在实践模块中的大作业中设置了3个较为综合性的命题,要求学生在课后通过自我组队,自主学习完成。在项目执行的过程中,学生带着问题在课堂外与老师讨论。在完成这些大作业的过程中,学生需要自行查阅文献,学习软件(例如仿真软件Matlab/Simulink、电路图绘制软件PROTEL、上位机图形化编程软件Labview等)。通过这种团队合作完成的方式能够带动学生的自主学习,将课程教学扩充到课外,提高学生的解决复杂工程问题的能力。通过近两年的实践表明,这种变被动学习为主动学习的方式有效的提高了学生的学习积极性,学生普遍表示通过实践环节,学会了主动思考,提高了解决问题的能力,同时也理解了课程相关的重点与难点。
4.通过综合考评的方式,全面评价学习效果。在本课程的实施过程中,改变原来笔试成绩(70%)+平时成绩(30%,主要考核指标为出勤)的情况,采用了一种综合考评的方式。这种考评方式的基本构成如下:(1)笔试,闭卷考试,主要对一些基本的知识点进行考核,占考试成绩的40%。(2)实践考核。大作业的考核形式为大作业的完成情况,研究性课题的考核形式为以小组进行答辩,每位同学对自己负责的部分进行讲解,教师综合小组完成情况及个人贡献评判每位学生的成绩,该部分成绩的比重为40%。(3)其他部分。该部分成绩比重为20%,主要为实验部分及平时表现情况。实验部分主要考核三个实验的完成情况,平时表现如综合出勤情况、课题表现情况等给出分数。
5.教师辅导方式的改革。在上海市实施的本科教学激励计划中,明确要求教师对课程进行集中辅导与答疑。本课程利用答疑与辅导时间对同学们在基础知识点及实践过程中出现的疑惑进行解答,引导学生进行思考与自主学习。
四、结语
针对“汽车电子控制技术”课程的特点,对该课程的教学内容、教学手段与方法、考核方式等进行改革与实践。以学生需求为中心,对教学内容进行了重组与优化;以实践创新为驱动,培养学生解决复杂工程问题的能力;以企业实际需求为基础,引入新技术与新方法,简化控制系统的设计过程,通过现实体验来提高学生的学习积极性;以综合考评的方式全面评价教学效果。教学实践表明,通过这些改革,能有效的提升教学效果,培养学生的创新实践能力与解决工程问题的能力。
参考文献:
相信第一个能够将上述设想变成现实的汽车制造商将可能拥有庞大的销售数量和巨大的利润。但在此之前,汽车行业还有很多事情需要做。虽然汽车的数字革命已经为该行业注入了无穷的生命力,但是传统的汽车行业是一个产品规划周期相当长的行业,要跟上瞬息万变的IT行业,需要的不仅仅是一点创造力或者汽车联网(Car Connectivity)之类的新概念,而是需要不同行业之间更深层次的合作以及行业内部共同的努力。
产品
宝马:支持LTE网络的移动互联网热点
宝马将为驾驶者提供目前最快的移动互联网连接,称为BMW Car Hotspot LTE的移动互联网热点设备支持LTE移动通信网络,只需安装一个LTE网络的SIM卡,并将设备连接到仪表板贮物箱的USB插座上,即可建立一个移动互联网热点,让车上的所有人都可以使用他们的设备接入互联网。由于该设备内置充电电池,所以在不借助汽车供电的情况下仍然可以工作30min的时间。而在LTE网络不可用的情况下,BMW Car Hotspot LTE将自动切换到UMTS或GSM网络。
可用性:已上市
奥迪Connect:A3的模块化高端信息娱乐系统
即将上市的奥迪A3配备了最新的模块化信息娱乐组件(MIB),之所以被冠以“模块化”的标签,是因为该系统可以通过插入式的模块轻松地进行扩展和升级,例如当前系统采用被广泛应用于智能手机和平板电脑的英伟达Tegra 2处理器,但未来通过更换模块,即可轻松地升级到更高性能的Tegra 3或者其他更新型号的处理器。
导航部分,奥迪A3采用MMI增强型导航系统(MMI Navigation plus),该系统配备了5.8英寸或7英寸显示屏,用户可以通过控制台上集成的MMI touch触摸感应旋钮进行控制,通过触摸屏可以输入字母或数字,操作导航和电话功能,每输入一个字符,系统都会发出相应的声音提供反馈。除此以外,模块化信息娱乐组件不仅配备了DVD驱动器,还集成了一个60GB的硬盘驱动器以及Bang & Olufsen音响系统。通过内置的UMTS模块(不确定未来是否支持LTE),系统还可以为多达8个终端设备(如笔记本电脑、平板电脑、智能手机、音乐播放机等)提供无线网络连接功能。
可用性:已上市,仅适合奥迪A3
雷克萨斯:操作简便的触摸遥控器
丰田的豪华品牌雷克萨斯改进了信息娱乐系统:新的SUV RX 450h配备了一个第二代的触摸遥控器,可以通过指尖控制屏幕上的光标,轻按手指可代替鼠标的单击操作。系统配备的8英寸彩色显示屏可以显示车辆配置、音频设置、气候和导航信息以及进行相关的操作。
可用性:已上市
奔驰:随时获知最新新闻的应用程序
制造商正在为汽车开发新的应用程序,以便能够更灵活地利用车载的信息娱乐系统。例如奔驰车的COMAND多媒体系统,现在只需要安装一个新闻应用程序,即可在中控台的屏幕上浏览政治、经济、技术和娱乐新闻。
可用性:已上市
奥迪:数字后视镜
R8 e-tron跑车在平常安装后视镜的位置安装了一个7.7英寸的AMOLED屏幕,屏幕显示数字摄像头拍摄的图像数据以代替传统后视镜。与普通的后视镜相比,数字后视镜视野更大并且能够自动调整光线以避开眩目的灯光。
可用性:已上市,仅适合奥迪R8 e-tron
研究项目
哈曼卡顿:HTML5格式的移动数据
倡导永远在线概念的车联网(Car Connectivity),可以让驾驶者(或乘客)的智能手机通过NFC(近场通信技术)自动连接车载电脑,通过灵活的HTML5格式组织所有个人数据,提供操作和访问的便利。
可用性:尚未确定
宝马:可配置的无线网络
宝马和慕尼黑技术大学合作研发了一个可以接收所有无线标准的可编程远程信息处理单元,并可以很容易地通过软件更新升级,支持新的无线网络标准。
可用性:尚未确定
simTD:德系车的“社交网络”
德国正在测试一个名为simTD的项目,该项目的目的非常简单,那就是让道路使用者分享他们的信息,例如当某条道路出现拥堵的情况时,驾驶者如果将这一信息分享出来,其他驾驶者将能够提前了解这一情况,及时改道。道路交通管理系统能够及时地调整附近的交通管制措施,尽可能地疏导拥堵的车辆。可以说,所有人都能够从中获益,驾驶者可以减少因道路拥堵所浪费的时间,减少燃料消耗,交通管理系统也会更有效。不过,要实现这一目的,所有的车辆必须连通,形成一个网络。目前,通信的方法有两种,一种是车与车之间的连接(Car to Car/C2C),另一种则是汽车与基础设施(Car to Infrastructure/C2X)之间的连接。毫无疑问,在不考虑可能被滥用的情况下,同时使用两种方法将能够获得最佳的效果。目前,simTD是世界上同类测试项目中最大的一个,它可能会影响欧洲乃至整个世界。
可用性:尚未确定
GM:打发无聊时光的互动式车窗
现在,美国家长普遍担心在长途跋涉的漫长旅程中孩子们坐在后座会感到无聊和厌烦,为此,美国通用汽车公司开发出了一种使用触控式玻璃屏幕的互动式车窗,它的第一个应用程序Foofu来自以色列,孩子们可以将互动式车窗当成有雾的窗户来绘制图画。
可用性:尚未确定
应用
欧宝:用智能手机跟踪驾驶数据
欧宝公司是世界上第一个提供智能手机应用程序供用户跟踪驾驶数据的汽车制造商,以往当我们希望检索车辆的驾驶数据时,需要获取连接汽车各区域电子控制单元的所谓CAN总线数据,但是只有专业的修理厂通过专业软件才可获得CAN总线数据。而通过欧宝公司的智能手机应用程序Astra OPC PowerApp,只需要有一部iPhone手机和一个特殊的模块(约290欧元),用户也可以自行读取CAN总线数据。获得包括引擎增压、节气门位置、侧向加速度、发动机扭矩、刹车点、区域速度等多达60种车辆数据,并且能够以高达每秒30次的扫描速度,实时地传输数据到智能手机的应用程序上,并能够提供各种分析的图表,供驾驶者参考或与朋友分享自己的驾驶体验,平添无穷的驾驶乐趣。目前,该应用程序除了已经可以下载使用的iOS版本以外,Android版本也正在制作中,大约在2013年年中可以开始提供。不过,该应用程序并不适用于所有的车辆,而是专门为新的欧宝雅特OPC所设计。
可用性:CAN模块+iOS应用程序:已可使用、Android程序:2013年年中提供
奔驰:智能的交通计划应用程序
奔驰提供的这个应用程序令人叹为观止,因为它不仅提供与奔驰汽车相关的内容,还会提供公共交通工具、出租车和其他人合伙用车的信息,以及如何最快或者最便宜地从A点去到B点的选择。软件结合“mitfahrgelegenheit.de”等多种交通信息工具为用户提供服务,目前从柏林开始逐渐增加新的服务城市。
可用性:全球少数城市提供
大众:通过智能手机了解车库信息
大众汽车开发了一个应用程序,目前已有数以百万计的客户。应用程序提供了一系列与“大众服务”相关的功能,例如最近的大众汽车服务中心的地点等。
可用性:已上市,提供iOS和Android版本
Garmin:Digitalradio(DAB)导航