復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)課程體系研究

上海理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 趙高暉 王新華 陳彩鳳 丁曉紅

一、課程體系平臺構(gòu)建的的思路與實(shí)施方法

本文以能力綜合訓(xùn)練為目的復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)課程體系構(gòu)建為例，打造一個綜合應(yīng)用平臺，將前修課程與實(shí)際產(chǎn)品設(shè)計(jì)進(jìn)行有機(jī)融合，課程作為畢業(yè)設(shè)計(jì)之前的一場實(shí)戰(zhàn)訓(xùn)練，將所學(xué)知識通過該課程進(jìn)行綜合運(yùn)用，打通各知識點(diǎn)之間的銜接，提供一個綜合實(shí)踐運(yùn)用平臺，將零散化的知識體系進(jìn)行系統(tǒng)化串接，形成機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的整體化思路，為畢業(yè)設(shè)計(jì)打下良好的基礎(chǔ)。

課程體系平臺擬采用案例驅(qū)動法教學(xué)模式，以理論與實(shí)踐相融合的教學(xué)模式，通過知識點(diǎn)微課、三維虛擬機(jī)床平臺及案例庫相結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)全方位的場景教學(xué)方式，讓學(xué)生沉浸在實(shí)際產(chǎn)品設(shè)計(jì)場合之中，達(dá)到理論與實(shí)踐的深度融合，從而將知識學(xué)習(xí)能力轉(zhuǎn)化為應(yīng)用能力。

（一）錄制課程知識點(diǎn)微課，建立微課網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺

根據(jù)復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)課程體系建立的目標(biāo)，將課程分為功能原理、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造工藝及機(jī)電系統(tǒng)控制四大模塊，每個模塊針對產(chǎn)品的階段性要求提煉出關(guān)鍵的知識點(diǎn)，挑選相關(guān)的有經(jīng)驗(yàn)的教授錄制成微課，掛在課程體系平臺的微課學(xué)習(xí)網(wǎng)站上，方便學(xué)生需要時學(xué)習(xí)參考。

知識點(diǎn)微課不是傳統(tǒng)課堂上的理論講解教學(xué)，而是針對能力訓(xùn)練課程體系的要求，結(jié)合復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)的綜合應(yīng)用目標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)，知識點(diǎn)需結(jié)合實(shí)際案例應(yīng)用，強(qiáng)調(diào)如何將知識點(diǎn)運(yùn)用在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)之中，真正做到學(xué)有所用，一學(xué)即通。通過這些知識點(diǎn)在實(shí)際案例中的綜合應(yīng)用，學(xué)生即可將這些零散的知識銜接在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程中，做到知其然也知其所以然，將知識真正融會貫通。

（二）建立三維虛擬機(jī)床教學(xué)軟件平臺

為增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐能力和感性認(rèn)識，更好地將理論與實(shí)踐相結(jié)合，有利于學(xué)生融合各學(xué)科知識點(diǎn)，課程體系以典型機(jī)床的設(shè)計(jì)與控制為出發(fā)點(diǎn)，建立復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)三維虛擬機(jī)床教學(xué)軟件平臺。

下面CA6140普通車床為例，介紹教學(xué)軟件平臺的建立。從車床的設(shè)計(jì)制造流程著手，將車床的整個流程分為四大模塊：功能原理，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，制造工藝及控制原理模塊。

1.功能原理模塊有以下內(nèi)容組成

1）以文字，語音或視頻的方式介紹CA6140普通車床整個的加工操作流程，如典型的加工內(nèi)外圓柱面。

2）以文字、語音或視頻的方式介紹數(shù)控機(jī)床的主要技術(shù)參數(shù)，

3）以文字、三維動畫的形式展示出整機(jī)的工作概況，介紹機(jī)床的各部分名稱，總體布局及功能，此部分按照疊加式的安裝順序。

4）以文字、語音或三維動畫的方式展示典型零件加工實(shí)例（如加工外圓的定位工藝流程典型端面、外圓等），展示出整個車床的工作流程。

5）以文字、語音、三維動畫的方式展示各分系統(tǒng)機(jī)構(gòu)，如主傳動系統(tǒng)功能及主要布局、進(jìn)給機(jī)構(gòu)功能，以循環(huán)圖和不同顏色表示不同機(jī)構(gòu)的布局和運(yùn)行狀態(tài)。

6）以文字、三維動畫的形式展示設(shè)計(jì)流程，從方案設(shè)計(jì)規(guī)劃、原動機(jī)及機(jī)構(gòu)選型（此處設(shè)計(jì)零件庫以供選擇）、機(jī)構(gòu)運(yùn)動協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)到方案評估。讓學(xué)生明白按照客戶的技術(shù)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)（一臺機(jī)床的設(shè)計(jì)流程）。

2.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模塊有以下內(nèi)容組成

1）以文字、三維動畫的形式展示主軸箱、進(jìn)給箱和溜板箱的內(nèi)部三維結(jié)構(gòu)視圖的組合。

2）以文字、三維動畫的形式展示主軸箱各軸的裝配順序（展開圖）。

3）以文字、三維動畫的形式展示主軸箱I軸的摩擦離合器的裝配及工作過程，包括正反轉(zhuǎn)、啟停功能。（三維展示）

4）以文字、三維動畫的形式展示主軸前端，后端定位的支承方式三維結(jié)構(gòu)圖及軸向力的傳遞路線。并建立幾種典型主軸支承方式資源庫以供調(diào)用。

5）以文字、三維動畫的形式展示床身的三維結(jié)構(gòu)、受力過程的分析（有限元分析）、以及優(yōu)化過程的分析。

3.制造工藝模塊有以下內(nèi)容組成

1）車床床身：以文字、語音或三維動畫的形式展示出床身的熱加工流程（鑄造）及冷加工流程（沙型模）。

2）主軸：以文字、語音或三維動畫的形式展示出主軸的熱加工流程（自由鍛造）、冷加工流程，可以用特殊顏色來表示主軸加熱受力。

3）齒輪：以文字、語音或三維動畫的形式展示出齒輪的熱加工流程（自由鍛造）冷加工流程。

4.控制原理模塊有以下內(nèi)容組成：

1）車床電氣設(shè)計(jì)要求：以文字或圖片的形式展示出電氣的設(shè)計(jì)要求、內(nèi)容及步驟。

2）工作原理：以文字、圖片、三維動畫的形式展示出車床電氣的工作原理。

3）主電路工作原理分析：以文字、圖片、三維動畫的形式展示出主電路的工作原理。

4）控制電路工作原理分析：以文字、圖片、三維動畫的形式展示出控制電路工作原理分析。

5）簡要分析電氣工藝設(shè)計(jì)過程：以文字、圖片的形式展示出電氣工藝設(shè)計(jì)的過程。

6）電器元件選擇：以文字、圖片三維動畫的方式展示電器元件選擇的要求及原則，并建立常用電器元件資源庫以供調(diào)用。

（三）建立復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)案例庫

通過上述課程體系平臺的構(gòu)建，學(xué)生以案例教學(xué)驅(qū)動的方式，系統(tǒng)化地掌握了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)制造流程，當(dāng)然這僅僅達(dá)到理論學(xué)習(xí)的目的，為了讓學(xué)生真正掌握產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程，品嘗設(shè)計(jì)成果的喜悅，必須進(jìn)行真正的設(shè)計(jì)訓(xùn)練。本課程體系選擇典型的機(jī)床設(shè)備案例，建立常用產(chǎn)品的設(shè)計(jì)案例庫，在課程實(shí)踐環(huán)節(jié)進(jìn)行設(shè)計(jì)訓(xùn)練。該環(huán)節(jié)采用分組的形式，學(xué)生根據(jù)自己專業(yè)特長自由組成4-5 的設(shè)計(jì)小組，協(xié)調(diào)配合完成產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。這種模式不既可以鍛煉學(xué)生的設(shè)計(jì)能力與水平，也可以訓(xùn)練其協(xié)作能力，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)意識。

二、總結(jié)

綜上所述，復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)課程體系的建立，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)教育中的短板，課程采用案例驅(qū)動和能力導(dǎo)向的教學(xué)手段，以能力訓(xùn)練為抓手，從而綜合訓(xùn)練學(xué)生的應(yīng)用能力，培養(yǎng)整體意思和團(tuán)隊(duì)意識，客觀地體現(xiàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和綜合運(yùn)用知識的能力，最終達(dá)到學(xué)有所用的目的。