機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)與綜合實(shí)驗(yàn)的改革與實(shí)踐路徑研究

牛軍

摘 要： 本文主要探尋機(jī)電一體化系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)實(shí)踐環(huán)節(jié)存在的諸多問題，并由此提出改革發(fā)展的必要性，詳細(xì)介紹改革按照的創(chuàng)新思路，并在模塊化生產(chǎn)中做好系統(tǒng)實(shí)踐設(shè)備的選購(gòu)和加工，進(jìn)而設(shè)置專業(yè)指導(dǎo)教師引導(dǎo)學(xué)生開展實(shí)踐活動(dòng)。通過(guò)總結(jié)機(jī)電一體化設(shè)計(jì)的綜合實(shí)踐特色化成果，推動(dòng)改革發(fā)展新模式，并探索出新的改革發(fā)展路徑，為該行業(yè)發(fā)展提供文字參考。

關(guān)鍵詞： 機(jī)電一體化 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 綜合實(shí)驗(yàn) 改革實(shí)踐路徑

機(jī)電一體化課程設(shè)置的基礎(chǔ)是讓學(xué)生掌握機(jī)械系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)方法和設(shè)置步驟，并在此鍛煉學(xué)生的數(shù)控編程能力，但是受到新的發(fā)展形式的影響，該課程的很多弊端逐步暴露出來(lái)。如，設(shè)備只有一臺(tái)，學(xué)生多次拆裝后，設(shè)備中的很多元器件已經(jīng)被損壞，或者絲杠和導(dǎo)管出現(xiàn)不同程度的磨損，不能驗(yàn)證編制程序，這將對(duì)培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力起到阻礙作用，故此該教學(xué)環(huán)節(jié)需進(jìn)行改革與優(yōu)化。

一、機(jī)電一體化綜合實(shí)踐設(shè)備改革的前提條件

（一）配備高素養(yǎng)的師資隊(duì)伍

由于機(jī)電一體化需要涉及機(jī)械、電工、電子等相關(guān)專業(yè)，在專業(yè)化基礎(chǔ)建設(shè)的過(guò)程中，每一個(gè)部分都要設(shè)置相關(guān)的教師開展專業(yè)化的指導(dǎo)，這是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的前提條件。同時(shí)要求機(jī)電一體化教研時(shí)和實(shí)驗(yàn)室需經(jīng)多方切磋做好專業(yè)教學(xué)評(píng)定，并追蹤確立專業(yè)指導(dǎo)教師，這些教師中有專業(yè)任課教師、專業(yè)實(shí)驗(yàn)教師，兼顧設(shè)備設(shè)計(jì)中的各個(gè)專項(xiàng)領(lǐng)域，為學(xué)生的實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)保駕護(hù)航。

（二）專業(yè)化教材編寫

機(jī)械一體化教材的編寫需要從頭開始，這是促進(jìn)學(xué)生專業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵要素。由于教材是學(xué)生獲取知識(shí)的“陣地”，好的教材能夠給學(xué)生提供更好的指導(dǎo)作用，學(xué)生根據(jù)教材的章節(jié)設(shè)置要求，能夠制訂教學(xué)計(jì)劃，并結(jié)合教材開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)，教學(xué)內(nèi)容涉及基本信息評(píng)定、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)任務(wù)等相關(guān)的流程。

二、綜合實(shí)驗(yàn)開展的特色化表現(xiàn)

（一）機(jī)電一體化產(chǎn)品

MPS即模塊化生產(chǎn)加工系統(tǒng)，是德國(guó)的FESTO公司在結(jié)合現(xiàn)代化工業(yè)特色的前提下研發(fā)出的模擬自動(dòng)化生產(chǎn)流程，主要工作過(guò)程過(guò)程包括供料工作站、檢測(cè)工作站、加工工作站等幾部分，控制時(shí)主要通過(guò)I/O數(shù)據(jù)通訊方式控制整個(gè)工作站的具體狀況。由于該教學(xué)培訓(xùn)系統(tǒng)主要蘊(yùn)含的內(nèi)容包括：機(jī)械設(shè)計(jì)、傳感器設(shè)計(jì)、氣動(dòng)技術(shù)等。故此，該技術(shù)是在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域內(nèi)建立的完整的教學(xué)系統(tǒng)。

（二）面向?qū)嶋H的培訓(xùn)設(shè)備

從工廠的角度出發(fā)，可以獲悉面向?qū)嶋H的培訓(xùn)是趨向于理想的培訓(xùn)，工廠在進(jìn)行實(shí)地的培訓(xùn)會(huì)讓生產(chǎn)系統(tǒng)產(chǎn)生故障，并由此引發(fā)生產(chǎn)的風(fēng)險(xiǎn)，甚至在整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)破壞的狀況，這一理想通常是不可行的。但是若使用FESTO則能較好地解決這一問題，由于該系統(tǒng)能夠模擬整個(gè)實(shí)際生產(chǎn)的全部過(guò)程，因此在實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行過(guò)程中要求技術(shù)人員對(duì)設(shè)備進(jìn)行安裝、調(diào)試和編程等環(huán)境的支持，并在此期間維護(hù)和確定排除系統(tǒng)故障的工作。

三、綜合實(shí)踐成果總結(jié)

（一）獨(dú)立完成機(jī)械圖紙?jiān)O(shè)計(jì)

由于該設(shè)備使用時(shí)沒有提供相關(guān)的機(jī)械圖紙，學(xué)生在實(shí)踐過(guò)程中需根據(jù)裝備初期的狀況做好裝配結(jié)構(gòu)的分析與組成要素，并進(jìn)行測(cè)繪，學(xué)生可以在短時(shí)間內(nèi)繪制出每一站的機(jī)械系統(tǒng)CAD裝配圖紙，并將各個(gè)零部件標(biāo)注清晰。

（二）獨(dú)立完成PLC程序設(shè)計(jì)

該設(shè)備最初配置的PLC是西門子公司的可編程控制器，設(shè)備供應(yīng)商在設(shè)備供給時(shí)只能提供PLC的程序。但是在課程講解中需要運(yùn)用歐姆龍公司生產(chǎn)的PLC程序設(shè)計(jì)，所以學(xué)生在使用時(shí)更偏重于歐姆龍公司生產(chǎn)的PLC編程模式。設(shè)備采購(gòu)過(guò)程中應(yīng)明確說(shuō)明安裝歐姆龍公司生產(chǎn)的PLC，取代西門子公司的PLC程序，但是很多設(shè)備提供商還不能提供歐姆龍的PLC程序。學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)就要根據(jù)光盤提供的每站動(dòng)作錄像做動(dòng)作分解，并畫出動(dòng)作的流程圖或者梯形圖等，編制正確的PLC程序，學(xué)生在完成時(shí)需要結(jié)合以往學(xué)習(xí)過(guò)的知識(shí)做新知識(shí)的延伸，且由于每個(gè)學(xué)生對(duì)程序有不同的理解，因此學(xué)生都能獨(dú)立完成學(xué)習(xí)任務(wù)，這將大大提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，并能在此基礎(chǔ)上完善學(xué)生的知識(shí)體系。

（三）獨(dú)立完成電氣原理圖和氣動(dòng)回路原理圖

在拆裝電氣或者氣路部分的管線裝置，學(xué)生能夠了解I/O口線的地址，并連接所有的控制元器件，弄明白氣動(dòng)電磁閥、氣缸或者電機(jī)等元器件的具體工作原理和控制要素，學(xué)生通過(guò)實(shí)際手動(dòng)操作，對(duì)位置有初步了解，繪制電氣原理圖的時(shí)候?qū)Ω鱾€(gè)元器件的位置有深刻印象，也能獨(dú)立完成電氣原理圖和氣動(dòng)回路圖，學(xué)生在原課本中的知識(shí)就能充分運(yùn)用到實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，對(duì)知識(shí)的理解將進(jìn)一步升華，并對(duì)知識(shí)的具體使用有新的認(rèn)識(shí)。

（四）答辯夯實(shí)畢業(yè)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

答辯時(shí)要求小組代表先花費(fèi)十分鐘的時(shí)間整合整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程，并在綜合實(shí)踐組織的過(guò)程中做好任務(wù)的分配和實(shí)驗(yàn)的全過(guò)程跟進(jìn)，然后指導(dǎo)教師結(jié)合實(shí)驗(yàn)情況有針對(duì)性地對(duì)小組成員提出問題，并根據(jù)情況做好記錄和評(píng)分，這樣才能客觀體現(xiàn)出學(xué)生的真實(shí)實(shí)驗(yàn)成績(jī)。

機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的綜合實(shí)驗(yàn)主要是運(yùn)用閉環(huán)式的教學(xué)模式，其中涉及的內(nèi)容包括學(xué)生四年時(shí)間內(nèi)學(xué)習(xí)到的機(jī)械制圖、機(jī)械原理、接卸設(shè)計(jì)等相關(guān)內(nèi)容。學(xué)生在學(xué)習(xí)期間通過(guò)親自動(dòng)手拆裝和測(cè)繪，并在編制和調(diào)試的過(guò)程中，對(duì)知識(shí)有新的認(rèn)識(shí)，并且提高動(dòng)手能力，用以培養(yǎng)創(chuàng)新思維能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]鞠勇.面向?qū)嶋H工程應(yīng)用的PLC實(shí)驗(yàn)室建設(shè)[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2002，（01）.

[2]林志堅(jiān)，沈萌紅.基于仿真技術(shù)的PLC模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2006，（02）.

[3]魯曉陽(yáng).中等職業(yè)學(xué)校網(wǎng)絡(luò)型PLC實(shí)驗(yàn)室建設(shè)和課程開發(fā)[D].浙江工業(yè)大學(xué)，2007.

[4]秦法富.機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)[J].河南科技，2011，（02）.

[5]張春芝.高職《機(jī)電一體化技術(shù)》專業(yè)課程體系構(gòu)建[A].2009無(wú)錫職教教師論壇論文集[C].2009.