機(jī)電液綜合設(shè)計(jì)與控制實(shí)驗(yàn)的探索

孟 濤， 劉 忠， 陳啟東， 管建峰

(常熟理工學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院， 江蘇 常熟 215500)

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機(jī)電液綜合設(shè)計(jì)與控制實(shí)驗(yàn)的探索

孟 濤， 劉 忠， 陳啟東， 管建峰

(常熟理工學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院， 江蘇 常熟 215500)

為適應(yīng)高校教學(xué)改革的深入，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際操作能力、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力以及機(jī)、電、液一體化的綜合運(yùn)用能力，以自制機(jī)電液綜合控制實(shí)驗(yàn)裝置為基礎(chǔ)，構(gòu)建了面向機(jī)電液綜合控制的實(shí)驗(yàn)平臺，通過機(jī)電液綜合實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與訓(xùn)練，鍛煉了學(xué)生的文獻(xiàn)資料查閱與方案設(shè)計(jì)能力，掌握了分析設(shè)備基本原理、功能及操作的能力，培養(yǎng)了綜合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的興趣，加強(qiáng)了動手能力，提高了總結(jié)、分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，撰寫計(jì)算說明書的能力，使學(xué)生掌握了初步科學(xué)研究方法，形成了基本的職業(yè)規(guī)范，養(yǎng)成了良好的工程素質(zhì)，對創(chuàng)新有了切實(shí)的體驗(yàn)并在其間感受到創(chuàng)新帶來的成就感。不僅激發(fā)了學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)的熱情，而且增強(qiáng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性，使學(xué)生將所學(xué)的基礎(chǔ)理論、專業(yè)知識和基本技能綜合運(yùn)用，教學(xué)效果明顯提高，切實(shí)提高了學(xué)生的工程意識和創(chuàng)新能力。

機(jī)電液； 綜合控制； 綜合設(shè)計(jì)； 工程環(huán)境

0 引 言

在市場經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的今天，機(jī)電產(chǎn)品的需求量很大，而且要求產(chǎn)品的質(zhì)量可靠，性能好，功效強(qiáng)，同時(shí)要求技術(shù)人員不斷開發(fā)適應(yīng)市場需求的機(jī)電新產(chǎn)品。為使我們的學(xué)生畢業(yè)后，縮短適應(yīng)期，很快勝任工作，并能在工作中充分發(fā)揮綜合技能，進(jìn)行機(jī)電產(chǎn)品的調(diào)試、開發(fā)等。作者利用中心實(shí)驗(yàn)室原有設(shè)備，組織相關(guān)專業(yè)的教師和學(xué)生共同開發(fā)了“機(jī)電液綜合設(shè)計(jì)與控制實(shí)驗(yàn)”的實(shí)驗(yàn)平臺和實(shí)踐課程，創(chuàng)造了一種工程環(huán)境，對學(xué)生進(jìn)行機(jī)電液綜合設(shè)計(jì)與控制能力的培養(yǎng)。通過幾年機(jī)電液綜合設(shè)計(jì)與控制實(shí)驗(yàn)的探索與實(shí)踐，培養(yǎng)了學(xué)生綜合分析、設(shè)計(jì)與動手能力。

1 機(jī)電液綜合設(shè)計(jì)與控制實(shí)驗(yàn)的主要特色

(1) 機(jī)電液綜合設(shè)計(jì)與控制實(shí)驗(yàn)將課程設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)有機(jī)地結(jié)合在一起。以往課程設(shè)計(jì)只是純理論的，實(shí)驗(yàn)又是驗(yàn)證性的，現(xiàn)在通過綜合設(shè)計(jì)與控制實(shí)驗(yàn)，不但做到了理論聯(lián)系實(shí)際，而且證實(shí)了設(shè)計(jì)的可行性及可靠性，獲得了良好的教學(xué)效果。

(2) 機(jī)電液綜合設(shè)計(jì)與控制實(shí)驗(yàn)將機(jī)械傳動、液壓傳動、電氣控制及計(jì)算機(jī)應(yīng)用等相關(guān)課程內(nèi)容有機(jī)地結(jié)合在一起。使電氣控制與計(jì)算機(jī)應(yīng)用有了實(shí)際的控制對象，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)、設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)過程中更加直觀地了解整個(gè)控制過程。

(3) 機(jī)電液綜合設(shè)計(jì)與控制實(shí)驗(yàn)將設(shè)計(jì)、安裝及調(diào)試相結(jié)合。以往設(shè)計(jì)只是體現(xiàn)在圖紙上，實(shí)驗(yàn)也是教師準(zhǔn)備好的?，F(xiàn)在讓學(xué)生自己動手安裝、調(diào)試自己設(shè)計(jì)的液壓回路、電氣控制回路及編寫計(jì)算機(jī)控制程序。不但改變了教師做學(xué)生看的情況，而且能讓學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)、調(diào)試中的錯(cuò)誤和存在的問題，從而提高學(xué)生現(xiàn)場分析問題、解決問題的能力。

(4) 機(jī)電液綜合設(shè)計(jì)與控制實(shí)驗(yàn)發(fā)揮了師生的積極性：① 提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，以往實(shí)驗(yàn)成績只占該課程成績很小的比例，只要理論考試成績好，實(shí)驗(yàn)往往走過場，現(xiàn)在作為一門課程來處理，單獨(dú)考核、記分。對學(xué)生的學(xué)習(xí)有了很大的促進(jìn)作用，改變了以往被動學(xué)習(xí)的習(xí)慣，取而代之的是出現(xiàn)爭著做的現(xiàn)象；② 提高了指導(dǎo)教師的教學(xué)積極性，以往實(shí)驗(yàn)處在從屬的地位，現(xiàn)在地位變了，對實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的隨機(jī)問題必須有所準(zhǔn)備，要求指導(dǎo)教師知識面廣，處理問題的能力要強(qiáng)，從而提高了指導(dǎo)教師的學(xué)習(xí)積極性和責(zé)任心。

2 機(jī)電液綜合設(shè)計(jì)與控制實(shí)驗(yàn)臺的改造

2.1 尋找機(jī)械、電氣、液壓課程的結(jié)合點(diǎn)

隨著專業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃的深入，課程體系發(fā)生了重大變化，教學(xué)和培養(yǎng)規(guī)格也進(jìn)行了新的調(diào)整，形成了基礎(chǔ)模塊、計(jì)算機(jī)模塊、控制模塊、設(shè)計(jì)和制造模塊的新格局。對實(shí)驗(yàn)教學(xué)提出了更高的要求，強(qiáng)化綜合性和設(shè)計(jì)性，特別強(qiáng)調(diào)提高學(xué)生的動手能力。在學(xué)校、學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)的支持下，學(xué)院教師和學(xué)生利用畢業(yè)設(shè)計(jì)，逐步對原有設(shè)備進(jìn)行了一系列的改造，并自行研制了新設(shè)備，將機(jī)、電、液有機(jī)結(jié)合在一起，在實(shí)踐環(huán)節(jié)中加強(qiáng)電氣控制、綜合設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)控制。學(xué)生通過實(shí)踐型、綜合型、設(shè)計(jì)型的設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步加深了對金屬切削、液壓傳動、機(jī)械加工、繼電器-接觸器控制、PLC控制、單片機(jī)控制、IPC機(jī)控制等知識的理解和綜合應(yīng)用能力。

2.2 教師與學(xué)生共同參與設(shè)備改造

找到結(jié)合點(diǎn)，理清教改思路，教師帶領(lǐng)學(xué)生對多臺設(shè)備進(jìn)行了改造，有常規(guī)電氣、單片機(jī)、PLC控制的液壓試驗(yàn)臺、自主設(shè)計(jì)制作的模擬電梯、機(jī)械加工自動線等，把機(jī)械、液壓、電氣控制等課程內(nèi)容有機(jī)地結(jié)合在一起。具體改造項(xiàng)目介紹如下：

(1) 設(shè)計(jì)并制造了《GLD-I固定邏輯電路實(shí)驗(yàn)裝置》，用于繼電器-接觸器控制電路的連接、安裝、調(diào)試，實(shí)現(xiàn)各種機(jī)械設(shè)備的電氣動作。學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，按照課程設(shè)計(jì)的要求，獨(dú)立進(jìn)行液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)及液壓油路的連接。獨(dú)立進(jìn)行常規(guī)電氣控制電路設(shè)計(jì)并進(jìn)行線路連接，最后調(diào)試系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動作要求。

(2) 將原有設(shè)備改造成《單片機(jī)控制液壓滑臺》，學(xué)生可進(jìn)行液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、連接、單片機(jī)程序的設(shè)計(jì)、輸入與計(jì)算機(jī)的通訊，最后進(jìn)行調(diào)試。實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)控制油缸的不同動作要求。

(3) 設(shè)計(jì)并制作了模擬電梯，根據(jù)電梯的不同請求，通過PLC控制完成各種要求。使得學(xué)生得到了模擬真實(shí)環(huán)境的鍛煉。

(4) 結(jié)合學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)制作了模擬機(jī)械加工自動線，采用GENIE組態(tài)軟件及VB進(jìn)行編程，制作了IPC機(jī)控制模擬加工自動線的控制界面，使機(jī)械動作能在計(jì)算機(jī)屏幕上實(shí)時(shí)動態(tài)地反映出來。使學(xué)生得到了工程環(huán)境的鍛煉。

(5) 流體參數(shù)檢測裝置的改造，原來做液阻特性實(shí)驗(yàn)時(shí)，使用普通的壓力表和流量計(jì)，數(shù)據(jù)誤差較大，改造后，采用流量傳感器和壓力傳感器及相應(yīng)的變送器把信號送給遠(yuǎn)程模塊，再傳送給計(jì)算機(jī)，進(jìn)行工控程序處理，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)處理和相關(guān)檢測。

3 機(jī)電液綜合設(shè)計(jì)與控制實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)結(jié)合

3.1 以機(jī)電液控制為主線將理論與實(shí)踐緊密結(jié)合

用常規(guī)電氣、單片機(jī)控制液壓試驗(yàn)臺，用PLC控制模擬電梯，用工控機(jī)控制模擬加工自動線和流體參數(shù)的監(jiān)測，這樣把機(jī)械、液壓、電氣控制等課程內(nèi)容有機(jī)結(jié)合在一起。通過這一教學(xué)環(huán)節(jié)，幫助學(xué)生將機(jī)械、電氣、液壓知識融會貫通。具體如圖1所示：

3.2 以計(jì)算機(jī)應(yīng)用為輔助貫穿整個(gè)教學(xué)過程

在整個(gè)設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)過程中，始終堅(jiān)持計(jì)算機(jī)的綜合應(yīng)用，通過單片機(jī)程序設(shè)計(jì)及調(diào)試、PLC程序設(shè)計(jì)與調(diào)試、IPC遠(yuǎn)程控制及調(diào)試和課程設(shè)計(jì)中的CAD繪圖環(huán)節(jié)加強(qiáng)了學(xué)生應(yīng)用當(dāng)今最新技術(shù)的能力，為他們將來適應(yīng)現(xiàn)代化技術(shù)工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。具體如圖2所示。

圖2 教學(xué)環(huán)節(jié)聯(lián)系圖

3.3 機(jī)電液綜合設(shè)計(jì)與控制實(shí)驗(yàn)貫穿實(shí)踐性環(huán)節(jié)

我們緊密結(jié)合各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，把課程設(shè)計(jì)、綜合實(shí)驗(yàn)、畢業(yè)設(shè)計(jì)緊密結(jié)合在一起。具體如圖3所示。

4 機(jī)電液綜合設(shè)計(jì)與控制實(shí)驗(yàn)的實(shí)施過程

機(jī)電液綜合設(shè)計(jì)與控制實(shí)驗(yàn)是課程設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的實(shí)踐環(huán)節(jié)。學(xué)生必須完成液壓傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝及調(diào)試，常規(guī)電氣控制設(shè)計(jì)、接線及調(diào)試、單片機(jī)或PLC控制程序設(shè)計(jì)及調(diào)試等內(nèi)容。實(shí)施過程如下：

(1) 教師給任務(wù)書(機(jī)械加工動作要求及有關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù))，由學(xué)生自己收集設(shè)計(jì)資料。

(2) 學(xué)生根據(jù)任務(wù)書提供的液壓、電器元件設(shè)計(jì)出液壓傳動系統(tǒng)原理圖和常規(guī)電氣控制原理圖，根據(jù)設(shè)計(jì)的液壓傳動系統(tǒng)及動作要求，分別設(shè)計(jì)繼電器-接觸器控制原理圖、單片機(jī)控制程序或PLC控制程序。

(3) 由教師審核、學(xué)生修改后在試驗(yàn)臺進(jìn)行液壓系統(tǒng)的安裝、電氣線路的連接及程序輸入。

(4) 檢查無誤后，通電調(diào)試，過程中出現(xiàn)問題由學(xué)生自己分析解決，直至達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

(5) 根據(jù)給定的設(shè)計(jì)參數(shù)，繪制液壓油缸裝配圖及零件圖。

(6) 編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書。

(7) 進(jìn)行答辯及評分。

5 機(jī)電液綜合設(shè)計(jì)與控制實(shí)驗(yàn)的整體效果

(1) 鍛煉了教師的科研能力。經(jīng)過幾年的努力，改造的設(shè)備用到學(xué)生的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐中，得到了充分肯定，教師發(fā)表了多篇教改論文論文，研制設(shè)備屢屢在江蘇省自制儀器設(shè)備獲獎(jiǎng)。

(2) 提高了學(xué)生綜合各門學(xué)科知識應(yīng)用的能力和實(shí)際動手能力。

(3) 提高了老設(shè)備的利用率，采用現(xiàn)階段較為先

進(jìn)的控制手段對原有設(shè)備進(jìn)行改造，花較少的資金達(dá)到較好的教學(xué)目的。

(4) 提高了教學(xué)質(zhì)量。把本來依賴課程的實(shí)驗(yàn)改為獨(dú)立課程，單獨(dú)考核和記分，學(xué)生也重視，老師也重視，收到了良好的教學(xué)效果。

(5) 充分采用了當(dāng)今時(shí)代比較先進(jìn)的控制手段，營造了良好的工程環(huán)境，讓學(xué)生系統(tǒng)地接觸到先進(jìn)的控制技術(shù)，為將來較快的適應(yīng)工作打下良好的基礎(chǔ)。

6 結(jié) 語

機(jī)電液綜合設(shè)計(jì)與控制實(shí)驗(yàn)的改革與探討，在師生的共同努力下，改制與自制多套實(shí)驗(yàn)設(shè)備，提高教師科研與教育水平，并使設(shè)備得到充分利用，不僅給學(xué)生提供工程實(shí)踐環(huán)境，而且使學(xué)生得到實(shí)際鍛煉，提高學(xué)生綜合運(yùn)用專業(yè)知識的能力，特別是增強(qiáng)了學(xué)生自行設(shè)計(jì)、調(diào)試、分析問題、解決問題及創(chuàng)新能力。

[1] 錢 波． 應(yīng)用型工科院校多元化實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的創(chuàng)新探究[J]．實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2011，30( 8) : 121-124．

[2] 陳 爽． 應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革[J]．實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2012，31( 8) : 3-5．

[3] 鄭發(fā)平，錢 波． 加強(qiáng)工科實(shí)踐環(huán)節(jié) 彰顯應(yīng)用型人才培養(yǎng)特色[J]． 西昌學(xué)院學(xué)報(bào)( 自然科學(xué)版) ，2010，24( 2) : 122-124．

[4] 褚曉銳，錢 波． 基于應(yīng)用能力培養(yǎng)的工科開放實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理研究[J]． 高校實(shí)驗(yàn)室工作研究，2010，12( 4) : 170-171．

[5] 錢 波． 基于應(yīng)用能力培養(yǎng)的工科開放實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的構(gòu)建[J]． 實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2010，27( 7) : 136-138．

[6] 王松武，王 傘． 開放實(shí)驗(yàn)室中創(chuàng)建實(shí)驗(yàn)室文化[J]． 實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2010，29( 10) :154-156.

[7] 王姝歆． 機(jī)械創(chuàng)新訓(xùn)練的實(shí)踐與探索[J]． 實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2007，26 ( 2) : 110-112．

[8] 暢超珍，趙偉敏，袁云龍，等．機(jī)械專業(yè)應(yīng)用型人才培養(yǎng)實(shí)踐教學(xué)的改革與實(shí)踐E1]．寧波工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2009，21(3)：107—110．

[9] 陳 煒，張其平． 重新認(rèn)識與組織實(shí)驗(yàn)教學(xué)[J]． 實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2011，30( 10) : 357-359．

[10] 朱根萍，郟珍珍．工科實(shí)踐教學(xué)與創(chuàng)新人才培養(yǎng)的初步探索[J]．教育教學(xué)論壇，2012(8)：45-46．

[11] 耿葵花，覃海英，盧翠英，等． 強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)實(shí)踐環(huán)節(jié) 培養(yǎng)機(jī)械類學(xué)生“四種能力”[J]． 實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2011( 7) : 96-99．

[12] 崔海亭，郭彥書． 強(qiáng)化工程實(shí)際訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力[J]． 實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2010( 12) : 13-15．

[13] 王 勇，宋萬年． 改進(jìn)綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)考核辦法，提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰J]． 實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2006( 4) : 105-107．

[14] 劉永平，李 濤，吳愛梅，等． 機(jī)械類專業(yè)學(xué)生科技創(chuàng)新能力培養(yǎng)方式探討[J]． 實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2011( 5) : 86-87，113．

[15] 王 勇，宋萬年． 改進(jìn)綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)考核辦法，提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰J]． 實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2006( 4) : 105-107．

[16] 耿葵花，李 亮，羅叢敏． 強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)獨(dú)立設(shè)課，培養(yǎng)理工類工業(yè)設(shè)計(jì)學(xué)生綜合表達(dá)能力[J]． 中國現(xiàn)代教育裝備，2010( 17) : 63-65．

The Exploration of the Electromechanical Liquid Integrated Design and Control Experiment

MENGTao，LIUZhong,CHENQi-dong,GUANJian-feng

(School of Mechanical Engineering，Changshu Institute of Technology, Changshu 215500，China)

In order to meet the reform in university’s education, an experimental platform is set up towards the mechanic-electric-hydraulic control. It aims at improving the practical operation ability, experimental design ability and comprehensive application ability of students. This platform is based on the self-produced mechanic-electric-hydraulic controlling experimental device. Through this platform, students' writing instruction ability can be strengthened and their overall abilities can be improved. Students can grasp the preliminary method of scientific research, and form the basic professional norm and quality. In a word, a better teaching efficiency is achieved together with students' engineering consciousness and innovation ability.

electromechanical liquid； integrated control； integrated design； engineering environment

2014-11-17

江蘇省高校實(shí)驗(yàn)室研究會項(xiàng)目(GS2012YB08)

孟 濤(1968-),男,安徽宿州人,實(shí)驗(yàn)師,主要從事實(shí)驗(yàn)教學(xué)與實(shí)驗(yàn)室管理工作。

Tel.:13962380760;E-mail:mengtao_68@163.com

TP 23

A

1006-7167(2015)11-0173-03