MPS在機(jī)電一體化專業(yè)實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用

郭文靜（蘭州工業(yè)學(xué)院，甘肅 蘭州730050）

MPS在機(jī)電一體化專業(yè)實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用

郭文靜
（蘭州工業(yè)學(xué)院，甘肅 蘭州730050）

針對(duì)機(jī)電一體化專業(yè)傳統(tǒng)教學(xué)的缺陷，蘭州工業(yè)學(xué)院將模塊化生產(chǎn)制造系統(tǒng)引入實(shí)踐教學(xué)中，改善了理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)相分離的局面，提高了學(xué)生對(duì)專業(yè)知識(shí)的綜合運(yùn)用能力。從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法等方面探討了模塊化生產(chǎn)制造系統(tǒng)在機(jī)電一體化實(shí)踐教學(xué)中的必要性，加強(qiáng)了專業(yè)教學(xué)的建設(shè)，為今后學(xué)生就業(yè)及盡快適應(yīng)社會(huì)需求打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

機(jī)電一體化、模塊化生產(chǎn)制造系統(tǒng)、自動(dòng)化制造系統(tǒng)、實(shí)踐教學(xué)

機(jī)電一體化是機(jī)械制造中采用電子技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械的動(dòng)力功能、信息與控制等功能的控制，由機(jī)械制造與微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)有機(jī)組合而成的一種新興生產(chǎn)制造技術(shù)。而面對(duì)新的就業(yè)形勢(shì)和社會(huì)需求，高校應(yīng)該要培養(yǎng)什么樣的機(jī)電一體化人才才能適應(yīng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求？這一直是我們不斷探索與改進(jìn)的問(wèn)題。在機(jī)電一體化的教學(xué)中，傳統(tǒng)教學(xué)模式即教師講，學(xué)生聽(tīng)與看的教學(xué)模式已完全不適于機(jī)電行業(yè)對(duì)人才知識(shí)廣度和深度的需要。針對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)存在的缺陷，通過(guò)采用MPS模塊化教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)，使學(xué)生掌握引領(lǐng)制造工業(yè)發(fā)展的“光機(jī)電液氣一體化”核心技術(shù)，改善理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)相分離的局面［1］。

1　MPS介紹

MPS（ModularProductionSystem），即模塊化生產(chǎn)制造系統(tǒng)。我院引進(jìn)了由博創(chuàng)科技研制的“UPMPS模塊化工業(yè)生產(chǎn)制造系統(tǒng)”，它是一套模擬實(shí)際工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)制造系統(tǒng)中產(chǎn)品生產(chǎn)流水線的教學(xué)培訓(xùn)設(shè)備。這套系統(tǒng)有多個(gè)相互獨(dú)立又彼此聯(lián)系的單元，主要由供料檢測(cè)、次品處理、加工檢驗(yàn)、表面處理、分揀、裝配、機(jī)械臂、六軸機(jī)器人、沖壓、產(chǎn)品標(biāo)記、立體倉(cāng)儲(chǔ)、工業(yè)視覺(jué)、帶式輸送、AGV和總控共15個(gè)模塊組成（如圖1所示）。

2　MPS的特點(diǎn)

2.1工藝引導(dǎo)

MPS模塊化生產(chǎn)制造系統(tǒng)包含了實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)線從原料到產(chǎn)品的主要工藝節(jié)點(diǎn)，包含坯料供料、加工、檢測(cè)、裝配、倉(cāng)儲(chǔ)等工藝流程（如圖2所示），模擬了實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)線的工藝流程，每個(gè)模塊完成不同的工藝過(guò)程，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)產(chǎn)品生產(chǎn)制造過(guò)程的工藝有一個(gè)直觀地認(rèn)識(shí)。

圖1　模塊化生產(chǎn)制造系統(tǒng)

圖2　UP-MPS系統(tǒng)工藝流程圖

2.2模塊化

MPS系統(tǒng)具有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)的接口，能夠自由組合相關(guān)模塊，構(gòu)成不同工藝過(guò)程的生產(chǎn)線。各模塊采用西門(mén)子S7-200系列PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)時(shí)序控制，可“單機(jī)/聯(lián)機(jī)”運(yùn)行，滿足聯(lián)機(jī)協(xié)同和單模塊平臺(tái)訓(xùn)練多種教學(xué)需求，便于進(jìn)行創(chuàng)新實(shí)踐。

2.3綜合化

該系統(tǒng)結(jié)合工藝需求特點(diǎn)，分別采用不同的功能原理和技術(shù)實(shí)現(xiàn)方式。它集成了自動(dòng)供料、原料檢測(cè)、柔性加工、半成品檢驗(yàn)、表面處理、柔性裝配、產(chǎn)品標(biāo)記、智能倉(cāng)儲(chǔ)等多個(gè)產(chǎn)品生產(chǎn)工藝；技術(shù)構(gòu)成涵蓋了機(jī)械、電氣、計(jì)算機(jī)信息、傳感器、液壓、氣動(dòng)、真空等多學(xué)科領(lǐng)域；運(yùn)用了帶傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)、渦輪蝸桿、凸輪、連桿、槽輪等多種機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方式以及步進(jìn)電機(jī)控制、直流電機(jī)控制、三相交流電機(jī)變頻控制、伺服控制等多種電機(jī)拖動(dòng)方式。

3　MPS在機(jī)電一體化專業(yè)教學(xué)中的必要性

“UP-MPS模塊化工業(yè)生產(chǎn)制造系統(tǒng)”為學(xué)生提供了一個(gè)半開(kāi)放式的學(xué)習(xí)環(huán)境，基本涵蓋了加工、組裝、檢測(cè)工件和倉(cāng)儲(chǔ)的全部流程，涉及了多種技術(shù)知識(shí)，如氣動(dòng)控制技術(shù)、機(jī)械技術(shù)（機(jī)械傳動(dòng)、機(jī)械連接等）、工業(yè)機(jī)器人、電工電子技術(shù)、傳感器應(yīng)用技術(shù)、PLC控制技術(shù)、組態(tài)控制技術(shù)和信息技術(shù)等［2］。學(xué)生運(yùn)用所學(xué)的理論知識(shí)，在各個(gè)固定組成單元結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，對(duì)設(shè)備各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作執(zhí)行順序、各個(gè)單元的配合關(guān)系、整個(gè)MPS要模擬的生產(chǎn)加工控制過(guò)程以及作為一條自動(dòng)化生產(chǎn)流水線MPS的操作運(yùn)行模式進(jìn)行相應(yīng)的PLC控制程序設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)一個(gè)最符合實(shí)際的自動(dòng)控制過(guò)程。利用該系統(tǒng)進(jìn)行教學(xué)和實(shí)訓(xùn)，學(xué)生不僅可以進(jìn)行單學(xué)科知識(shí)的學(xué)習(xí)和實(shí)踐，還可以為學(xué)生提供一個(gè)類似真實(shí)工業(yè)環(huán)境的操作平臺(tái)，真正做到了將專業(yè)理論知識(shí)運(yùn)用到生產(chǎn)實(shí)踐中去。

4　MPS在機(jī)電一體化專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用

MPS模塊化生產(chǎn)制造系統(tǒng)綜合了機(jī)電一體化專業(yè)中的多門(mén)專業(yè)技術(shù)，不但可以為掌握單一專業(yè)技術(shù)提供實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，還能進(jìn)行多種專業(yè)技術(shù)結(jié)合的專業(yè)綜合實(shí)訓(xùn)。

4.1單一專業(yè)技術(shù)實(shí)訓(xùn)

（1）氣動(dòng)技術(shù)實(shí)訓(xùn)該系統(tǒng)采用了多種氣缸、氣動(dòng)手爪、電磁閥、真空發(fā)生器、真空吸盤(pán)等氣動(dòng)執(zhí)行元件、氣動(dòng)控制元件和氣動(dòng)輔助元件，通過(guò)設(shè)計(jì)一些氣缸原理及特性實(shí)驗(yàn)、氣缸運(yùn)動(dòng)控制及速度調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)等，加深學(xué)生氣動(dòng)元件的認(rèn)識(shí)，掌握各氣動(dòng)元件與其他元件之間的應(yīng)用，并根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作設(shè)計(jì)各個(gè)模塊的氣動(dòng)回路圖，從而更好地掌握氣動(dòng)技術(shù)的知識(shí)。

（2）傳感器技術(shù)實(shí)訓(xùn)根據(jù)MPS系統(tǒng)中所使用的傳感器，在介紹傳感器的概念、種類和工作原理等知識(shí)的基礎(chǔ)上，讓學(xué)生親自體驗(yàn)系統(tǒng)中每一個(gè)傳感器的功能以及其在相應(yīng)模塊中發(fā)揮的作用，如在供料檢測(cè)站點(diǎn)中，色標(biāo)傳感器通過(guò)辨別顏色來(lái)達(dá)到分離不合格原材料的目的。基于這種功能，開(kāi)設(shè)色標(biāo)傳感器的顏色檢測(cè)試驗(yàn)，加深對(duì)傳感器的認(rèn)識(shí)，使其在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)制造系統(tǒng)中能靈活應(yīng)用。

（3）工業(yè)機(jī)器人實(shí)訓(xùn)MPS系統(tǒng)中六軸機(jī)器人由機(jī)器人本體、機(jī)器人控制器、示教單元和編程及仿真系統(tǒng)組成，實(shí)現(xiàn)多個(gè)工位點(diǎn)的物料傳遞、輔助裝配等功能?？蛇M(jìn)行六自由度垂直關(guān)節(jié)工業(yè)機(jī)器人的工作空間分析實(shí)驗(yàn)、工業(yè)機(jī)器人的電氣接口實(shí)驗(yàn)以及編程實(shí)驗(yàn)等，深刻理解工業(yè)機(jī)器人的基礎(chǔ)知識(shí)，如自由度、作業(yè)范圍、運(yùn)動(dòng)速度、定位精度等，并利用工業(yè)機(jī)器人示教盒進(jìn)行示教編程，使學(xué)生對(duì)工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)從軟件、硬件等方面有全面的認(rèn)識(shí)和理解。

（4）PLC技術(shù)實(shí)訓(xùn)各站點(diǎn)控制系統(tǒng)選用的是西門(mén)子S7-200系列的小型可編程控制系統(tǒng)，學(xué)生根據(jù)每個(gè)站點(diǎn)要完成的動(dòng)作來(lái)設(shè)計(jì)PLC控制程序，并對(duì)所設(shè)計(jì)的程序進(jìn)行調(diào)試，學(xué)生通過(guò)實(shí)訓(xùn)可以掌握PLC控制程序的設(shè)計(jì)要領(lǐng)與編程技巧，為學(xué)習(xí)PLC的各方面知識(shí)提供了條件。

4.2多種專業(yè)技術(shù)結(jié)合的綜合實(shí)訓(xùn)

MPS模塊化生產(chǎn)制造系統(tǒng)中各模塊既可以獨(dú)立自成系統(tǒng)，又可以實(shí)現(xiàn)模塊的柔性組合?？筛鶕?jù)學(xué)生對(duì)專業(yè)知識(shí)和技術(shù)的掌握程度，自由組合模塊，進(jìn)行設(shè)計(jì)、裝配、編程和操作等多方面的訓(xùn)練，從模仿開(kāi)始逐步提升學(xué)生的創(chuàng)新能力，將機(jī)電一體化專業(yè)的多學(xué)科知識(shí)進(jìn)行充分的綜合運(yùn)用，為今后就業(yè)、適應(yīng)社會(huì)需求打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

5　結(jié)語(yǔ)

在機(jī)電一體化專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)中引入MPS模塊化生產(chǎn)制造系統(tǒng)，為教師和學(xué)生提供了一套模擬實(shí)際生產(chǎn)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

實(shí)踐教學(xué)中從基礎(chǔ)理論到綜合應(yīng)用、從知識(shí)的學(xué)習(xí)到能力的培養(yǎng)，循序漸進(jìn)，使學(xué)生能運(yùn)用基礎(chǔ)理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能以提高分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，進(jìn)一步提升學(xué)生機(jī)電一體化技術(shù)的綜合應(yīng)用能力。

［1］李戰(zhàn)明，李二超.借助開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)平臺(tái)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力［J］.實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2013，32（11）：299-302.

［2］何步，陳永平.基于MPS系統(tǒng)的機(jī)電設(shè)備綜合實(shí)訓(xùn)設(shè)計(jì)［J］.科技信息，2009（22）：455-457.

［3］劉增輝.模塊化生產(chǎn)加工系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)［M］.北京電子工業(yè)出版社，2005.

［4］周聰霞.模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和研究［D］.沈陽(yáng)：沈陽(yáng)理工大學(xué)，2007.

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