機電系統(tǒng)課程設(shè)計實踐教學(xué)方法探究

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摘要:機電系統(tǒng)課程設(shè)計是機械專業(yè)課程體系中必不可少的實踐環(huán)節(jié)，其內(nèi)容是針對執(zhí)行機構(gòu)、運動控制、傳感檢測和數(shù)據(jù)處理這四個主要機電一體化知識要素的綜合練習(xí)。針對綜合性機電設(shè)備較貴，臺套數(shù)較少造成設(shè)計題目數(shù)量單一，每年設(shè)計題目反復(fù)重復(fù)的問題，提出了一個課堂實踐教學(xué)和科技創(chuàng)新訓(xùn)練有機結(jié)合的方案，豐富了課程設(shè)計的題目，減少了題目的重復(fù)性，調(diào)動了學(xué)生主動學(xué)習(xí)的積極性，大大提高了機械專業(yè)教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生科研實踐能力。

關(guān)鍵詞:機電系統(tǒng)課程設(shè)計;實踐教學(xué);科技創(chuàng)新;能力培養(yǎng)

《機電系統(tǒng)綜合設(shè)計》是本科機械專業(yè)繼《機械設(shè)計課程設(shè)計》之后設(shè)置的，培養(yǎng)機電一體化技術(shù)復(fù)合型技術(shù)人才的另一個必修的、非常重要的綜合實踐環(huán)節(jié)。其內(nèi)容主要是鍛煉學(xué)生對所學(xué)自動控制、機電傳動、傳感檢測和計算機控制的綜合應(yīng)用。

一、《機電系統(tǒng)綜合設(shè)計》課程設(shè)計存在的問題

《機電系統(tǒng)綜合設(shè)計》課程設(shè)計即機電一體化課程設(shè)計，可以鍛煉學(xué)生的動手能力，讓學(xué)生親身體驗設(shè)計和實現(xiàn)機械設(shè)備全自動化功能的過程。這類課程設(shè)計很少采用仿真方式完成，設(shè)計對象多為實際的機電設(shè)備。這種設(shè)備集成度較高，價格昂貴，體積比較龐大，所以可供學(xué)生實踐的臺套數(shù)少，設(shè)備更新周期較長，這樣給課程設(shè)計帶來以下不利的因素:(1)由于設(shè)備種類不多，造成課程設(shè)計的題目比較單一，而且由于設(shè)備相同，很難使得每個小組題目的側(cè)重點不同。多個小組題目相同的結(jié)果，造成部分學(xué)生不做設(shè)計，只等其他小組調(diào)試成功后將程序復(fù)制過來，再根據(jù)自己設(shè)備的參數(shù)稍加修改，就可完成老師布置的任務(wù)。這種情況使得此實踐環(huán)節(jié)對于某些學(xué)生來說學(xué)習(xí)效果很差。(2)由于設(shè)備更新周期長，也使得每年的課程設(shè)計題目都會重復(fù)使用。這樣也給部分學(xué)生帶來向已經(jīng)留校讀研的學(xué)生直接索取設(shè)計結(jié)果的機會，不能獨立完成，使課程設(shè)計流于形式。(3)由于課程設(shè)計題目大部分都是指定性題目，學(xué)生基本上只要按照課程設(shè)計指導(dǎo)書按部就班的設(shè)計就能完成，學(xué)生自己發(fā)揮的空間少，缺少激勵學(xué)生自主創(chuàng)新的評價機制，導(dǎo)致此實踐環(huán)節(jié)不能成為對學(xué)生創(chuàng)新培養(yǎng)的重要平臺。為此，本文提出了從教學(xué)模式與選題原則，以及方案實施兩個方面對機電一體化課程設(shè)計的教學(xué)改革方案。

二、機電一體化課程設(shè)計教學(xué)模式的改革

1．改變設(shè)計任務(wù)布置的方法讓學(xué)生有自主發(fā)揮空間課程設(shè)計的教學(xué)模式通常為首先給學(xué)生下達任務(wù)書，其次讓學(xué)生根據(jù)課程設(shè)計指導(dǎo)書，查閱設(shè)計手冊和資料，按部就班的進行設(shè)計，學(xué)生很少有發(fā)揮的空間，這樣不利于調(diào)動學(xué)生的主動性和積極性，學(xué)生只忙于應(yīng)付交差。為改變這種狀況，首先在給學(xué)生布置任務(wù)時只列出某個項目應(yīng)該完成的基本功能，讓學(xué)生在完成基本功能的基礎(chǔ)上自主添加3～4個功能，并根據(jù)自主添加功能的復(fù)雜程度給予評價。2．機電一體化課程設(shè)計選題原則(1)重視學(xué)生對軟件工具的學(xué)習(xí)和掌握。對于機電一體化設(shè)計來說，常用的工具軟件主要有用于機械結(jié)構(gòu)設(shè)計和仿真的軟件，如Solidworks、ABAQUS、ANSYS、和ADAMS等，以及用于機電控制技術(shù)開發(fā)的工具軟件，如Proteus、Keil、PLC開發(fā)平臺、HMI開發(fā)平臺、VC++和虛擬儀器開發(fā)平臺等。設(shè)計題目的選擇要求學(xué)生至少能夠用到1～2種這類的軟件工具，才能完成設(shè)計任務(wù)。(2)課程設(shè)計的內(nèi)容要與生產(chǎn)實際相聯(lián)系。實際的機電產(chǎn)品常用的運動控制方式:PLC+驅(qū)動器、單片機+驅(qū)動器和IPC+驅(qū)動器等，構(gòu)成機電一體化的運動控制部分。傳動部分包括了氣壓與液壓傳動、電氣傳動、機械傳動等。這些都是數(shù)控系統(tǒng)和工業(yè)機器人的組成要素。結(jié)合現(xiàn)有的實驗設(shè)備和這些要素，為學(xué)生設(shè)計了如下的課程設(shè)計題目，完成的設(shè)計任務(wù)。這類任務(wù)的設(shè)備由于設(shè)備更新周期長，所以容易存在每年重復(fù)使用的情況。而且多個小組的題目相同，容易出現(xiàn)抄襲現(xiàn)象。為避免這種情況就需要減少題目相同的組數(shù)，但是這又帶來學(xué)生人數(shù)多于題目數(shù)量的問題，為解決這個問題，豐富題目的數(shù)量，可將學(xué)生參加科技創(chuàng)新的作品引入課程設(shè)計。Robcon機器人大賽和全國機械創(chuàng)新設(shè)計大賽的設(shè)計題目，其要求學(xué)生提交的作品有很多可以設(shè)計成機電一體化裝置。而且這種設(shè)計是從產(chǎn)品的設(shè)計方案做起，歷經(jīng)結(jié)構(gòu)設(shè)計、加工制造、組裝調(diào)試直至所有功能實現(xiàn)的機電一體化產(chǎn)品制造的全過程。這個過程使得教學(xué)更貼近實際，更好地發(fā)揮了學(xué)生的自主創(chuàng)新能力。以下是這幾年學(xué)生申報的機電一體化課程設(shè)計的題目:①自動搬運機器人;②越障排爆機器人設(shè)計;③自動檢測清障機器人設(shè)計;④爬桿機器人的設(shè)計與實現(xiàn);⑤小型3自由度機械手臂的設(shè)計。以上作品學(xué)生都能在規(guī)定的時間里完成.(3)課程設(shè)計題目的工作量和難度應(yīng)該以大多數(shù)學(xué)生能達到的知識能力范圍為準，設(shè)計內(nèi)容應(yīng)屬于先修機電控制系列課程的知識范圍，不要超綱，既強調(diào)實踐性又要兼顧知識性。

三、機電一體化課程設(shè)計改革的實施方案

1．抽簽選題分組。由于課程設(shè)計所用的設(shè)備不一樣，考查的知識側(cè)重點也不盡相同，為避免因選題而出現(xiàn)的不和諧因素，學(xué)生首先自愿結(jié)合小組，然后每小組派出1人抽題，抽到題目后每小組還容許根據(jù)自身的優(yōu)勢與其它組交換題目，以便更好的發(fā)揮學(xué)生的個人所長。2．認識實驗臺總體構(gòu)成及功能。學(xué)生抽完題目后，教師要給各個小組介紹設(shè)計所用到的設(shè)備結(jié)構(gòu)及其工作原理，布置和解釋設(shè)計任務(wù)，提供設(shè)計手冊及相關(guān)設(shè)計資料的查閱方向。3．安排設(shè)計進度。對于設(shè)計進度的安排，發(fā)給學(xué)生的進度表要明確給出能夠進行核查的，設(shè)計任務(wù)階段性完成的指標節(jié)點，以便督促和監(jiān)督學(xué)生的設(shè)計進程，保證課程設(shè)計能夠順利的完成。為保證設(shè)計質(zhì)量還應(yīng)讓每個設(shè)計小組進行中期匯報。4．演示答辯與設(shè)計報告撰寫。學(xué)生要通過現(xiàn)場演示和ppt匯報的形式完成課程設(shè)計成果的驗收，并按要求提交設(shè)計報告。四、結(jié)束語通過幾年的實踐，逐漸規(guī)范了機電一體化課程設(shè)計的教學(xué)，部分地解決了課程設(shè)計教學(xué)中存在的問題，特別是將學(xué)生的科技競賽作品作為課程設(shè)計的題目補充，既豐富了課程的題目，又使學(xué)生通過課程設(shè)計對題目的規(guī)范要求，重新認識了機電一體化設(shè)計的含義。

參考文獻:

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［2］譚為民．機電一體化課程設(shè)計教學(xué)實踐［J］．西南師范大學(xué)學(xué)報，2011，06):193－196．

［3］尹志強．機電一體化系統(tǒng)課程設(shè)計的研究與實踐［J］．機電一體化，2009，(07):100－103.

作者:張蓬 趙弘 彭鶴 單位:中國石油大學(xué)機械與儲運工程學(xué)院機電系