機(jī)電系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)方法探究

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摘要:機(jī)電系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)是機(jī)械專業(yè)課程體系中必不可少的實(shí)踐環(huán)節(jié)，其內(nèi)容是針對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)控制、傳感檢測(cè)和數(shù)據(jù)處理這四個(gè)主要機(jī)電一體化知識(shí)要素的綜合練習(xí)。針對(duì)綜合性機(jī)電設(shè)備較貴，臺(tái)套數(shù)較少造成設(shè)計(jì)題目數(shù)量單一，每年設(shè)計(jì)題目反復(fù)重復(fù)的問題，提出了一個(gè)課堂實(shí)踐教學(xué)和科技創(chuàng)新訓(xùn)練有機(jī)結(jié)合的方案，豐富了課程設(shè)計(jì)的題目，減少了題目的重復(fù)性，調(diào)動(dòng)了學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性，大大提高了機(jī)械專業(yè)教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生科研實(shí)踐能力。

關(guān)鍵詞:機(jī)電系統(tǒng)課程設(shè)計(jì);實(shí)踐教學(xué);科技創(chuàng)新;能力培養(yǎng)

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

一、《機(jī)電系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)存在的問題

《機(jī)電系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)即機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì)，可以鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力，讓學(xué)生親身體驗(yàn)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)備全自動(dòng)化功能的過程。這類課程設(shè)計(jì)很少采用仿真方式完成，設(shè)計(jì)對(duì)象多為實(shí)際的機(jī)電設(shè)備。這種設(shè)備集成度較高，價(jià)格昂貴，體積比較龐大，所以可供學(xué)生實(shí)踐的臺(tái)套數(shù)少，設(shè)備更新周期較長(zhǎng)，這樣給課程設(shè)計(jì)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(jì)的題目比較單一，而且由于設(shè)備相同，很難使得每個(gè)小組題目的側(cè)重點(diǎn)不同。多個(gè)小組題目相同的結(jié)果，造成部分學(xué)生不做設(shè)計(jì)，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(shí)踐環(huán)節(jié)對(duì)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(zhǎng)，也使得每年的課程設(shè)計(jì)題目都會(huì)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(jì)結(jié)果的機(jī)會(huì)，不能獨(dú)立完成，使課程設(shè)計(jì)流于形式。(3)由于課程設(shè)計(jì)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(jì)指導(dǎo)書按部就班的設(shè)計(jì)就能完成，學(xué)生自己發(fā)揮的空間少，缺少激勵(lì)學(xué)生自主創(chuàng)新的評(píng)價(jià)機(jī)制，導(dǎo)致此實(shí)踐環(huán)節(jié)不能成為對(duì)學(xué)生創(chuàng)新培養(yǎng)的重要平臺(tái)。為此，本文提出了從教學(xué)模式與選題原則，以及方案實(shí)施兩個(gè)方面對(duì)機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì)的教學(xué)改革方案。

二、機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì)教學(xué)模式的改革

1．改變?cè)O(shè)計(jì)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(jì)的教學(xué)模式通常為首先給學(xué)生下達(dá)任務(wù)書，其次讓學(xué)生根據(jù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書，查閱設(shè)計(jì)手冊(cè)和資料，按部就班的進(jìn)行設(shè)計(jì)，學(xué)生很少有發(fā)揮的空間，這樣不利于調(diào)動(dòng)學(xué)生的主動(dòng)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(shí)只列出某個(gè)項(xiàng)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(gè)功能，并根據(jù)自主添加功能的復(fù)雜程度給予評(píng)價(jià)。2．機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì)選題原則(1)重視學(xué)生對(duì)軟件工具的學(xué)習(xí)和掌握。對(duì)于機(jī)電一體化設(shè)計(jì)來說，常用的工具軟件主要有用于機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和仿真的軟件，如Solidworks、ABAQUS、ANSYS、和ADAMS等，以及用于機(jī)電控制技術(shù)開發(fā)的工具軟件，如Proteus、Keil、PLC開發(fā)平臺(tái)、HMI開發(fā)平臺(tái)、VC++和虛擬儀器開發(fā)平臺(tái)等。設(shè)計(jì)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(jì)任務(wù)。(2)課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容要與生產(chǎn)實(shí)際相聯(lián)系。實(shí)際的機(jī)電產(chǎn)品常用的運(yùn)動(dòng)控制方式:PLC+驅(qū)動(dòng)器、單片機(jī)+驅(qū)動(dòng)器和IPC+驅(qū)動(dòng)器等，構(gòu)成機(jī)電一體化的運(yùn)動(dòng)控制部分。傳動(dòng)部分包括了氣壓與液壓傳動(dòng)、電氣傳動(dòng)、機(jī)械傳動(dòng)等。這些都是數(shù)控系統(tǒng)和工業(yè)機(jī)器人的組成要素。結(jié)合現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和這些要素，為學(xué)生設(shè)計(jì)了如下的課程設(shè)計(jì)題目，完成的設(shè)計(jì)任務(wù)。這類任務(wù)的設(shè)備由于設(shè)備更新周期長(zhǎng)，所以容易存在每年重復(fù)使用的情況。而且多個(gè)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(gè)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(jì)。Robcon機(jī)器人大賽和全國(guó)機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽的設(shè)計(jì)題目，其要求學(xué)生提交的作品有很多可以設(shè)計(jì)成機(jī)電一體化裝置。而且這種設(shè)計(jì)是從產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方案做起，歷經(jīng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、加工制造、組裝調(diào)試直至所有功能實(shí)現(xiàn)的機(jī)電一體化產(chǎn)品制造的全過程。這個(gè)過程使得教學(xué)更貼近實(shí)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(bào)的機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì)的題目:①自動(dòng)搬運(yùn)機(jī)器人;②越障排爆機(jī)器人設(shè)計(jì);③自動(dòng)檢測(cè)清障機(jī)器人設(shè)計(jì);④爬桿機(jī)器人的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn);⑤小型3自由度機(jī)械手臂的設(shè)計(jì)。以上作品學(xué)生都能在規(guī)定的時(shí)間里完成.(3)課程設(shè)計(jì)題目的工作量和難度應(yīng)該以大多數(shù)學(xué)生能達(dá)到的知識(shí)能力范圍為準(zhǔn)，設(shè)計(jì)內(nèi)容應(yīng)屬于先修機(jī)電控制系列課程的知識(shí)范圍，不要超綱，既強(qiáng)調(diào)實(shí)踐性又要兼顧知識(shí)性。

三、機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì)改革的實(shí)施方案

1．抽簽選題分組。由于課程設(shè)計(jì)所用的設(shè)備不一樣，考查的知識(shí)側(cè)重點(diǎn)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(shì)與其它組交換題目，以便更好的發(fā)揮學(xué)生的個(gè)人所長(zhǎng)。2．認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)臺(tái)總體構(gòu)成及功能。學(xué)生抽完題目后，教師要給各個(gè)小組介紹設(shè)計(jì)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(jì)任務(wù)，提供設(shè)計(jì)手冊(cè)及相關(guān)設(shè)計(jì)資料的查閱方向。3．安排設(shè)計(jì)進(jìn)度。對(duì)于設(shè)計(jì)進(jìn)度的安排，發(fā)給學(xué)生的進(jìn)度表要明確給出能夠進(jìn)行核查的，設(shè)計(jì)任務(wù)階段性完成的指標(biāo)節(jié)點(diǎn)，以便督促和監(jiān)督學(xué)生的設(shè)計(jì)進(jìn)程，保證課程設(shè)計(jì)能夠順利的完成。為保證設(shè)計(jì)質(zhì)量還應(yīng)讓每個(gè)設(shè)計(jì)小組進(jìn)行中期匯報(bào)。4．演示答辯與設(shè)計(jì)報(bào)告撰寫。學(xué)生要通過現(xiàn)場(chǎng)演示和ppt匯報(bào)的形式完成課程設(shè)計(jì)成果的驗(yàn)收，并按要求提交設(shè)計(jì)報(bào)告。四、結(jié)束語通過幾年的實(shí)踐，逐漸規(guī)范了機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì)的教學(xué)，部分地解決了課程設(shè)計(jì)教學(xué)中存在的問題，特別是將學(xué)生的科技競(jìng)賽作品作為課程設(shè)計(jì)的題目補(bǔ)充，既豐富了課程的題目，又使學(xué)生通過課程設(shè)計(jì)對(duì)題目的規(guī)范要求，重新認(rèn)識(shí)了機(jī)電一體化設(shè)計(jì)的含義。

參考文獻(xiàn):

［1］袁冬梅．機(jī)電綜合課程設(shè)計(jì)教學(xué)模式的研究與實(shí)踐［J］．科教導(dǎo)刊，2012，(04):133－134．

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［3］尹志強(qiáng)．機(jī)電一體化系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)的研究與實(shí)踐［J］．機(jī)電一體化，2009，(07):100－103.

作者:張蓬 趙弘 彭鶴 單位:中國(guó)石油大學(xué)機(jī)械與儲(chǔ)運(yùn)工程學(xué)院機(jī)電系