機(jī)電一體化課程實(shí)訓(xùn)教學(xué)探索

機(jī)電一體化是機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制及信息處理技術(shù)、系統(tǒng)工程、檢測(cè)傳感技術(shù)、伺服傳動(dòng)技術(shù)等有機(jī)結(jié)合而成的一門(mén)復(fù)合技術(shù)，它代表著機(jī)械工程技術(shù)革命的前沿方向。機(jī)電一體化是機(jī)械、電子和計(jì)算機(jī)工程等多學(xué)科交叉與融合的產(chǎn)物，如圖1所示。

機(jī)電一體化給傳統(tǒng)的機(jī)械產(chǎn)業(yè)帶來(lái)了根本性的變革和巨大的效益，使產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)方式和管理體制發(fā)生了深刻的變化，社會(huì)對(duì)機(jī)電一體化人才的需求非常大，為此許多職業(yè)院校設(shè)置了相應(yīng)的專業(yè)。

一、機(jī)電一體化課程實(shí)施實(shí)訓(xùn)教學(xué)探討

真正意義上的機(jī)電一體化產(chǎn)品，應(yīng)具備兩個(gè)明顯特征：第一，必須是機(jī)械產(chǎn)品；第二，采用電子技術(shù)，使機(jī)械產(chǎn)品的控制具有可編程和智能化的特性。一個(gè)機(jī)電一體化系統(tǒng)主要由機(jī)械裝置、動(dòng)力源、傳感器、執(zhí)行裝置、控制器這五個(gè)要素構(gòu)成，因此，機(jī)電一體化實(shí)訓(xùn)內(nèi)容、實(shí)訓(xùn)方法和實(shí)訓(xùn)設(shè)備的研制均必須圍繞這些要素設(shè)計(jì)、展開(kāi)。根據(jù)機(jī)電一體化技術(shù)的綜合性及面向?qū)嵺`應(yīng)用的特點(diǎn)，筆者對(duì)機(jī)電一體化實(shí)訓(xùn)內(nèi)容、方法、方式等進(jìn)行了探索。

1.實(shí)訓(xùn)內(nèi)容緊扣相關(guān)知識(shí)點(diǎn)

機(jī)電一體化系統(tǒng)涉及到了機(jī)械設(shè)計(jì)、傳感器、自動(dòng)控制和微機(jī)原理等多門(mén)課程的知識(shí)，這些知識(shí)也是機(jī)電一體化產(chǎn)品設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。盡管學(xué)生在學(xué)習(xí)機(jī)電一體化系統(tǒng)之前，已經(jīng)學(xué)過(guò)一些相關(guān)的理論知識(shí)，但在機(jī)電一體課程的實(shí)訓(xùn)中，對(duì)相關(guān)知識(shí)的回顧和加深是必要的，特別要關(guān)注知識(shí)之間的聯(lián)系和實(shí)際應(yīng)用方法。因此，應(yīng)緊扣這些教學(xué)內(nèi)容，安排若干典型的、與專業(yè)課程相對(duì)應(yīng)的專題實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，通過(guò)在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用，使學(xué)生對(duì)專業(yè)知識(shí)有一個(gè)感性的認(rèn)識(shí)，為綜合性實(shí)訓(xùn)和設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。

2.實(shí)訓(xùn)方法由教師演示過(guò)渡到學(xué)生自我設(shè)計(jì)

從理論學(xué)習(xí)到實(shí)際實(shí)訓(xùn)設(shè)計(jì)，是一個(gè)從知識(shí)接受到知識(shí)應(yīng)用的飛躍。由于機(jī)電一體技術(shù)包含了機(jī)、電、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制等多門(mén)學(xué)科的知識(shí)，實(shí)訓(xùn)的綜合性程度高，因此，對(duì)大多數(shù)中職學(xué)生來(lái)說(shuō)有一定的難度。演示性實(shí)訓(xùn)是一種更直接的實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)，能使學(xué)生對(duì)將要完成的設(shè)計(jì)性實(shí)訓(xùn)的過(guò)程和結(jié)果有一個(gè)直觀的認(rèn)識(shí)，提高完成設(shè)計(jì)性實(shí)訓(xùn)的自信心。實(shí)訓(xùn)最終目的是學(xué)生能夠在相關(guān)的實(shí)訓(xùn)設(shè)備上根據(jù)要求，在實(shí)訓(xùn)裝置上進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，能夠按照設(shè)定的方式正常運(yùn)行。通過(guò)這個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程，可以更好地鍛煉學(xué)生機(jī)電知識(shí)的運(yùn)用能力，理解機(jī)電一體化系統(tǒng)中各學(xué)科知識(shí)的關(guān)聯(lián)性，進(jìn)而提高學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力，達(dá)到實(shí)訓(xùn)教學(xué)的真正目的。

3.實(shí)訓(xùn)方式為課內(nèi)和課外相結(jié)合、個(gè)人和小組相結(jié)合

由于教學(xué)課時(shí)有限，實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)的教學(xué)要充分發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性，利用課余時(shí)間進(jìn)行設(shè)計(jì)和準(zhǔn)備工作，課內(nèi)主要是利用實(shí)訓(xùn)平臺(tái)來(lái)調(diào)試和實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的內(nèi)容。因此，機(jī)電一體化實(shí)訓(xùn)室應(yīng)該建設(shè)成為開(kāi)放式的實(shí)訓(xùn)室，便于學(xué)生課外時(shí)間進(jìn)行訓(xùn)練。另外，由于機(jī)電一體化實(shí)訓(xùn)包含的知識(shí)面廣，綜合性實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目包含多個(gè)內(nèi)容，可以采用小組分工、合作完成的模式。這樣，一方面培養(yǎng)學(xué)生在科學(xué)研究過(guò)程中的團(tuán)隊(duì)精神，另一方面也是對(duì)模塊化設(shè)計(jì)的一種鍛煉。

二、機(jī)電一體化實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺(tái)的設(shè)計(jì)

目前中職學(xué)校開(kāi)設(shè)的機(jī)電一體化實(shí)訓(xùn)課程，由于缺乏有效的實(shí)訓(xùn)設(shè)備，基本上變成了“鉗工+電工”的培養(yǎng)模式，因此，筆者所在學(xué)校結(jié)合自己的實(shí)際情況，開(kāi)發(fā)了一套機(jī)電一體化實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)——材料分揀實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，如圖2所示。

1.材料分揀實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

材料分揀實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖3所示。它采用臺(tái)式結(jié)構(gòu)，內(nèi)置電源，有步進(jìn)電機(jī)、汽缸、電磁閥、旋轉(zhuǎn)編碼器、氣動(dòng)減壓器、濾清器、氣壓指示等部件，可與各類(lèi)氣源相連接，選用顏色識(shí)別傳感器及對(duì)不同材料敏感的電容式和電感式傳感器，分別固定在網(wǎng)板上，且允許重新排列傳感器位置或選擇網(wǎng)板圖，材料分揀裝置能實(shí)現(xiàn)3種基本功能：分揀出金屬與非金屬；分揀某一顏色塊；分揀出金屬中某一顏色塊和非金屬中某一顏色塊。

2.PLC接線以及I/O地址分配

（1）PLC的I/O地址分配見(jiàn)表1所示。

表1 PLC的I/O地址分配

輸入定義輸出定義

X0計(jì)數(shù)傳感器Y0推氣缸1電磁閥

X1推氣缸2動(dòng)作限位Y1推氣缸2電磁閥

X2推氣缸3動(dòng)作限位Y2推氣缸3電磁閥

X3推氣缸4動(dòng)作限位Y3推氣缸4電磁閥

X4下料氣缸動(dòng)作限位Y4下料氣缸電磁閥

X5電感傳感器Y5輸送帶電機(jī)

X6電容傳感器

X7顏色1傳感器

X10推料缸1回位限位

X11推料缸2回位限位

X12推料缸3回位限位

X13推料缸4回位限位

X14下料氣缸回位限位

X15顏色2傳感器

X16下料傳感器

X17推氣缸1動(dòng)作限位

（2）PLC接線圖如圖4所示。

三、機(jī)電一體化課程專題實(shí)訓(xùn)的開(kāi)發(fā)

專題實(shí)訓(xùn)的進(jìn)行是綜合性實(shí)訓(xùn)的基礎(chǔ)，機(jī)電一體化的專題實(shí)訓(xùn)強(qiáng)調(diào)專項(xiàng)知識(shí)在實(shí)訓(xùn)裝置中的作用，因而其專題實(shí)訓(xùn)的內(nèi)容是有針對(duì)性的。針對(duì)本文中的實(shí)訓(xùn)裝置，其專題實(shí)訓(xùn)內(nèi)容主要包括：步進(jìn)電機(jī)控制實(shí)訓(xùn)、檢測(cè)電路設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)、氣動(dòng)回路實(shí)訓(xùn)、材料分揀實(shí)訓(xùn)。

這些專題實(shí)訓(xùn)都是機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，也是機(jī)電一體化系統(tǒng)教材中的內(nèi)容，按照課堂上的教學(xué)內(nèi)容，根據(jù)教學(xué)課時(shí)數(shù)可以選做部分或全部。專題實(shí)訓(xùn)的內(nèi)容及目的如表2所示。

表2 專題實(shí)訓(xùn)的內(nèi)容及目的

編號(hào)實(shí)訓(xùn)名稱實(shí)訓(xùn)內(nèi)容實(shí)訓(xùn)目的

1步進(jìn)電機(jī)控制實(shí)訓(xùn)步進(jìn)電機(jī)與驅(qū)動(dòng)器的接線及控制掌握步進(jìn)電機(jī)的接線以及驅(qū)動(dòng)方式

2檢測(cè)電路實(shí)訓(xùn)傳感器的安裝、接線、檢測(cè)學(xué)習(xí)傳感器的選取過(guò)程及接線以及學(xué)習(xí)A/D電路的設(shè)計(jì)

3氣動(dòng)回路實(shí)訓(xùn)氣動(dòng)回路設(shè)計(jì)掌握氣動(dòng)回路的原理及設(shè)計(jì)方法

4材料分揀實(shí)訓(xùn)按要求實(shí)現(xiàn)材料分揀綜合掌握材料分揀實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)

（作者單位：金華市高級(jí)技工學(xué)校）