基于職教分級(jí)制模式下課相載體的開發(fā)與應(yīng)用

李 勇薛 梅黃敦華

1.天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 天津 300222 2.北京電子科技職業(yè)學(xué)院 北京 100176

高職教育園地

基于職教分級(jí)制模式下課相載體的開發(fā)與應(yīng)用

李 勇1，2薛 梅2黃敦華2

1.天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 天津 300222 2.北京電子科技職業(yè)學(xué)院 北京 100176

工件傳送站的安裝與調(diào)試課相是機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)分級(jí)制職業(yè)教育改革中的一項(xiàng)必修課程。課相是職業(yè)教育從職業(yè)出發(fā)的重要體現(xiàn)和教學(xué)形式。而該課相就是在模擬的工作崗位上，從職業(yè)出發(fā)，以典型的工件傳送站為學(xué)習(xí)載體，并以學(xué)生為中心，全面進(jìn)行教，學(xué)、訓(xùn)、做、評(píng)相融合的教學(xué)。工件傳送站實(shí)訓(xùn)臺(tái)是以職業(yè)教育分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)提出的能力目標(biāo)為依據(jù)，經(jīng)多方調(diào)研進(jìn)行設(shè)計(jì)和開發(fā)的。其整體采用了鋁合金型材、模塊化結(jié)構(gòu)，具有開放式和可拆裝式特點(diǎn)。

課相；課相載體；職業(yè)教育；職業(yè)能力

1 背景介紹

我系通過走訪十余家知名企業(yè)和上百名畢業(yè)學(xué)生，根據(jù)調(diào)研結(jié)果，制定了機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)畢業(yè)學(xué)生所具備的職業(yè)能力和機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)分級(jí)制的人才培養(yǎng)方案。首先根據(jù)這些文件和教學(xué)安排，并結(jié)合學(xué)生認(rèn)知水平，參考我校原有相關(guān)設(shè)備和亞龍公司的YL-235A以及生產(chǎn)一線生產(chǎn)設(shè)備，擬定了工件傳送站的安裝與調(diào)試課相內(nèi)容和教學(xué)載體，教學(xué)載體的設(shè)計(jì)如圖1所示。該課相的實(shí)施可以完成以下專業(yè)知識(shí)學(xué)習(xí)和訓(xùn)練。

(1)機(jī)械原理、機(jī)械制圖識(shí)圖、機(jī)械部件裝配專業(yè)知識(shí)和相關(guān)訓(xùn)練；(2)電氣控制、傳感與檢測、電機(jī)與驅(qū)動(dòng)專業(yè)知識(shí)和相關(guān)訓(xùn)練；(3)氣壓傳動(dòng)與控制專業(yè)知識(shí)和相關(guān)訓(xùn)練；(4)可編程控制器PLC專業(yè)知識(shí)和相關(guān)訓(xùn)練；(5)工件傳送站的整體裝配與控制綜合訓(xùn)練。

圖1 工件轉(zhuǎn)送站的設(shè)計(jì)簡圖

2 課相載體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)圖1工件傳送站的設(shè)計(jì)簡圖，首先進(jìn)行了實(shí)體設(shè)計(jì)，然后進(jìn)行了加工及裝配調(diào)試。

2.1 總體設(shè)計(jì)

工件傳送站實(shí)訓(xùn)臺(tái)是模擬工業(yè)生產(chǎn)中工件傳送的設(shè)備，考慮該實(shí)訓(xùn)臺(tái)結(jié)構(gòu)要緊湊、易拆卸、易安裝、易操作、易連接、易移動(dòng)、模塊化等因素，整體結(jié)構(gòu)采用了鋁合金型材制作，形成800 mm×1 000 mm×850 mm的實(shí)訓(xùn)臺(tái)。其中電氣控制單元設(shè)計(jì)為抽屜式推拉平臺(tái)，模塊有電源、繼電器、可編程控制器PLC、主令按鈕、電氣接口、電機(jī)及驅(qū)動(dòng)、工作警示燈等。電氣控制采用易插拔導(dǎo)線連接。機(jī)械結(jié)構(gòu)部分，也是采用模塊化結(jié)構(gòu)，模塊有料倉上料裝置、滑道推送裝置、擺臂推送裝置、直線傳送及分揀裝置四部分，整體結(jié)構(gòu)采用開放式和可拆裝式。實(shí)訓(xùn)臺(tái)可根據(jù)現(xiàn)有的機(jī)械部件組裝成具有模擬生產(chǎn)功能的機(jī)電一體化設(shè)備。其結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 實(shí)訓(xùn)臺(tái)

2.2 料倉上料裝置

料倉用于存放物料，內(nèi)槽中放置兩種物料：金屬和非金屬的圓扁形物料。料倉1放在安裝支架2上；雙作用氣缸3固定在立柱上，該氣缸用于控制料倉上下運(yùn)動(dòng)進(jìn)行送料，其上的磁性開關(guān)4用于檢測料倉狀態(tài)；料倉支點(diǎn)是偏心安裝在支架上，上料和復(fù)位過程中，具備自動(dòng)翻轉(zhuǎn)工件的能力，料倉結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)巧妙，實(shí)用性很強(qiáng)(如圖3所示)。

圖3 料倉裝置

2.3 滑道推送裝置

滑道用于完成工件滑道傳送，并實(shí)現(xiàn)物料推送?；?首端安裝在料倉氣缸下部，末端固定在平臺(tái)上；滑道下裝有一個(gè)雙作用氣缸2，完成滑道中的物料送至搖臂的夾爪上；氣缸上安裝有兩個(gè)磁性開關(guān)3，用于調(diào)整推送位置和輸出控制信號(hào)；滑道底端裝有光纖傳感器測量頭4，用于檢測滑道中是否有工件或辨別工件材質(zhì)(如圖4所示)。

圖4 滑道推送裝置

2.4 擺臂推送裝置

擺臂推送裝置用于把滑道內(nèi)推送來的工件從低位傳送到高位皮帶上。其構(gòu)成有夾爪、雙作用氣缸、單擺臂、彈性聯(lián)軸器、直流電機(jī)、擺臂限位開關(guān)、擺臂限位擋塊、軸承及軸承座等。夾爪2用于抓取滑道中傳送過來的工件；磁性開關(guān)3用于檢測送料氣缸的狀態(tài)和調(diào)整推送位置；推送氣缸4用于將夾爪上的工件傳送到皮帶上；彈性聯(lián)軸節(jié)5用于連接直流電機(jī)和擺臂；直流電機(jī)6用于驅(qū)動(dòng)擺臂運(yùn)轉(zhuǎn)；擺臂限位開關(guān)7用于擺臂到位后通過限位開關(guān)控制切斷直流電動(dòng)機(jī)電源；擺臂擋塊8用于限制搖臂到位位置(如圖5所示)。

圖5 擺臂送料裝置

2.5 直線傳送及分揀裝置

直線傳送及分揀裝置的功能是實(shí)現(xiàn)工件直線傳送，并完成工件分揀。裝置構(gòu)成有直流電機(jī)或步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、彈性聯(lián)軸器、滾輪、支架、皮帶、光電傳感器、電感傳感器、磁性開關(guān)、分揀(雙作用)氣缸、廢料倉等。傳送皮帶1安裝在支架和兩個(gè)滾輪上，用于直線傳送工件；光電式檢測傳感器2安裝在傳送帶首端，用于檢測皮帶上有無工件；金屬(電感)檢測傳感器3安裝在皮帶上端，用于檢測皮帶上的工件是否是金屬和非金屬；分揀氣缸4用于把檢測結(jié)果為廢料的工件剔除；廢料倉5用于接收剔除的廢料；磁性開關(guān)6用于檢測分揀氣缸狀態(tài)；彈性聯(lián)軸器7用于連接直流電機(jī)8(步進(jìn)電機(jī))和皮帶滾輪(如圖6所示)。

圖6 直線傳送、分揀裝置結(jié)構(gòu)及裝配情況

3 課相載體控制裝置的設(shè)計(jì)

工件傳送站實(shí)訓(xùn)臺(tái)控制是由氣動(dòng)控制和電氣控制相結(jié)合而成的，從而達(dá)到對(duì)氣壓傳動(dòng)技術(shù)和電氣控制技術(shù)的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練。氣壓傳動(dòng)解決各裝置間工件傳送的問題，電氣控制實(shí)現(xiàn)實(shí)訓(xùn)臺(tái)的不同方式工作和自動(dòng)控制的目標(biāo)。

3.1 氣壓傳動(dòng)

正如實(shí)訓(xùn)臺(tái)氣動(dòng)控制原理圖(如圖7所示)，由壓縮空氣泵提供氣源，經(jīng)氣動(dòng)二聯(lián)件調(diào)壓、過濾，再通過二位五通單電控彈簧復(fù)位換向閥控制雙作用氣缸的伸出和縮回，實(shí)現(xiàn)各裝置對(duì)工件的推送。另外，由每個(gè)氣缸上的磁開關(guān)信號(hào)結(jié)合PLC控制器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。

圖7 實(shí)訓(xùn)臺(tái)氣動(dòng)控制原理圖

3.2 電氣控制

實(shí)訓(xùn)臺(tái)電氣部分采用模塊化結(jié)構(gòu)，主要有：電源、按鈕、PLC控制器、繼電器、電氣接口、傳感器、電機(jī)及驅(qū)動(dòng)等，各模塊如圖8所示，實(shí)現(xiàn)實(shí)訓(xùn)臺(tái)相應(yīng)控制功能。該電氣控制部分核心是PLC控制器，學(xué)生訓(xùn)練過程中，容易實(shí)現(xiàn)各種控制功能，利于學(xué)生的創(chuàng)新，提高學(xué)習(xí)興趣。

圖8 電氣各控制模塊

4 課相載體的應(yīng)用

實(shí)訓(xùn)臺(tái)各個(gè)單元可根據(jù)機(jī)械、氣動(dòng)、電氣、PLC所學(xué)知識(shí)理論聯(lián)系實(shí)際，學(xué)生通過綜合運(yùn)用提高動(dòng)手實(shí)踐能力。整體裝置可根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場要求，組建模擬的生產(chǎn)線，并能實(shí)現(xiàn)功能創(chuàng)新。下面以一模擬生產(chǎn)現(xiàn)場要求，說明其應(yīng)用。

控制要求包括：(1)具備工件識(shí)別功能，直線傳送工件時(shí)能識(shí)別金屬和非金屬材料，非金屬材料工件被剔除；(2)該裝置傳送為循環(huán)過程，具有單周、循環(huán)、步進(jìn)控制方式；(3)實(shí)訓(xùn)臺(tái)有相應(yīng)操作按鈕：急停、停止、起動(dòng)、復(fù)位等功能；(4)利用紅黃綠警示燈實(shí)現(xiàn)相應(yīng)工作指示。根據(jù)控制要求，學(xué)生實(shí)訓(xùn)過程步驟如下：(1)實(shí)訓(xùn)臺(tái)機(jī)械裝置裝調(diào)。按照零件圖、裝配圖進(jìn)行組裝和調(diào)整，使模擬生產(chǎn)線正常運(yùn)行(如圖2所示)。(2)按照氣動(dòng)控制原理圖，搭建氣動(dòng)控制回路，調(diào)整系統(tǒng)壓力，調(diào)試運(yùn)行氣缸動(dòng)作，使其工作平穩(wěn)(如圖7所示)。(3)根據(jù)控制要求，設(shè)置PLC的I/O口，見表1。設(shè)計(jì)并繪制電氣控制原理圖(如圖9所示)。?

表1 輸入輸出分配表

表1(續(xù))

圖9 電氣控制原理圖

(4)實(shí)訓(xùn)臺(tái)傳感器及電氣各接口連接，見表2。按照其接口編號(hào)連接各傳感器至接線端子，并做好檢測。

表2 實(shí)訓(xùn)臺(tái)電氣接口一覽

(5)按照電氣原理圖和I/O口、電氣接口表搭接實(shí)訓(xùn)臺(tái)電路，并做好檢測工作。

(6)編制PLC控制程序功能狀態(tài)表圖(如圖10所示)，編寫并調(diào)試梯形圖程序。

圖10 PLC控制程序功能狀態(tài)表圖

(7)總結(jié)實(shí)訓(xùn)，展示工作成果，編寫工件傳送站產(chǎn)品說明書。

5 工件傳送站的安裝與調(diào)試課相教學(xué)載體的實(shí)施效果

工件傳送站實(shí)訓(xùn)臺(tái)的研制成功，并在學(xué)校大力支持下，實(shí)訓(xùn)臺(tái)套數(shù)已有十臺(tái)，建立了一個(gè)專業(yè)實(shí)訓(xùn)室，并運(yùn)用到了教學(xué)中。以該實(shí)訓(xùn)臺(tái)為課相教學(xué)載體，并應(yīng)用到二級(jí)和四級(jí)2個(gè)班級(jí)的教學(xué)中。《工件傳送站的安裝與調(diào)試》課相教學(xué)完美實(shí)施了以學(xué)生為中心，“教、學(xué)、訓(xùn)、做、評(píng)”相融合上教學(xué)模式，形成該課相的課程標(biāo)準(zhǔn)、授課計(jì)劃、教學(xué)載體、教學(xué)實(shí)施、教學(xué)方法、教學(xué)課相學(xué)材、教學(xué)課相學(xué)習(xí)指導(dǎo)手冊(cè)等課相內(nèi)容。通過該課相的推進(jìn)，從職業(yè)出發(fā)，學(xué)生在知識(shí)水平和技能水平方面都有了大幅提高，這一教學(xué)成果獲得了學(xué)生的一致好評(píng)和學(xué)院的高度贊賞。

該課相載體不僅體現(xiàn)了科研、教學(xué)、學(xué)習(xí)一體化關(guān)系，而且經(jīng)濟(jì)效益方面也顯現(xiàn)突出。該載體若在專業(yè)教學(xué)廠家開發(fā)和制作，每臺(tái)設(shè)備需要投資大約4萬元，而采取自己設(shè)計(jì)、廠家加工方式進(jìn)行，每臺(tái)設(shè)備節(jié)省大約近一半資金。

另外，該設(shè)備在社會(huì)培訓(xùn)中也發(fā)揮了積極重要的作用。在2012年12月對(duì)“SMC中國公司”部分員工培訓(xùn)中，進(jìn)行了氣動(dòng)、電氣、PLC等方面的綜合應(yīng)用培訓(xùn)，收到了很好的效果，有待進(jìn)一步推廣。

6 結(jié)束語

工件傳送站的開發(fā)，在我校教學(xué)和社會(huì)培訓(xùn)中發(fā)揮了很好的作用，在分級(jí)制職業(yè)教育中也是成功的課相載體之一，它必將在北京市職業(yè)教育分級(jí)制中發(fā)揮更大的作用。通過這次項(xiàng)目的研發(fā)與實(shí)施，自身也感覺受益匪淺，同時(shí)還需要進(jìn)一步學(xué)習(xí)與探究，有責(zé)任把更多的專業(yè)技術(shù)運(yùn)用到工作實(shí)踐中去。

參考資料

[1] 孫善學(xué).職業(yè)教育目標(biāo)、目標(biāo)分類與標(biāo)準(zhǔn)研究[J].職教理論前沿，2012(15)：20-23.

[2] 趙堂春.機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)教育分級(jí)制改革探索[J].中國職業(yè)技術(shù)教育，2013(8)：5-8.

[3] 孫善學(xué).從職業(yè)出發(fā)的教育[J].教育與職業(yè)，2011(8)：45-47.

[4] 劉彬.自動(dòng)化生產(chǎn)線安裝與調(diào)試[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2012.

Development and Application of Course Carrier under the Mode of Occupation Education Classification

Li Yong1，2， Xue Mei2， Huang Dunhua2
1. Tianjin University of Technology and Education， Tianjin， 300222， China；2. Beijing Polytechnic， Beijing， 100176， China

Installation and debugging of the workpiece transfer station is a compulsory course for Mechatronics System occupation in education reform. Course is an important form of teaching occupation education. The course is a simulated job， starting from occupation，take the workpiece transfer typical station as the study carrier， and take the student as the center， a integrated teaching of teaching， learning，training， assessment. Workpiece transfer station training platform take occupation education objective as the basis， design and development. It adopts aluminum alloy profile， modular structure， with open and detachable characteristics.

course； course carrier； occupation education； occupation ability

2013-10-31

李勇，在職碩士，講師。