復(fù)雜機電系統(tǒng)課程體系研究

趙高暉 王新華 陳彩鳳 丁曉紅

一、課程體系平臺構(gòu)建的的思路與實施方法

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

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

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

根據(jù)復(fù)雜機電系統(tǒng)課程體系建立的目標，將課程分為功能原理、結(jié)構(gòu)設(shè)計、制造工藝及機電系統(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，挑選相關(guān)的有經(jīng)驗的教授錄制成微課，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)雜機電系統(tǒng)的綜合應(yīng)用目標進行設(shè)計，知識點需結(jié)合實際案例應(yīng)用，強調(diào)如何將知識點運用在產(chǎn)品的設(shè)計之中，真正做到學(xué)有所用，一學(xué)即通。通過這些知識點在實際案例中的綜合應(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）建立三維虛擬機床教學(xué)軟件平臺

為增強學(xué)生的實踐能力和感性認識，更好地將理論與實踐相結(jié)合，有利于學(xué)生融合各學(xué)科知識點，課程體系以典型機床的設(shè)計與控制為出發(fā)點，建立復(fù)雜機電系統(tǒng)三維虛擬機床教學(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，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的工作概況，介紹機床的各部分名稱，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)機構(gòu)，如主傳動系統(tǒng)功能及主要布局、進給機構(gòu)功能，以循環(huán)圖和不同顏色表示不同機構(gòu)的布局和運行狀態(tài)。

6）以文字、三維動畫的形式展示設(shè)計流程，從方案設(shè)計規(guī)劃、原動機及機構(gòu)選型（此處設(shè)計零件庫以供選擇）、機構(gòu)運動協(xié)調(diào)設(shè)計到方案評估。讓學(xué)生明白按照客戶的技術(shù)要求進行設(shè)計（一臺機床的設(shè)計流程）。

2.結(jié)構(gòu)設(shè)計模塊有以下內(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)計要求：以文字或圖片的形式展示出電氣的設(shè)計要求、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)計過程：以文字、圖片的形式展示出電氣工藝設(shè)計的過程。

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)雜機電系統(tǒng)設(shè)計案例庫

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)計制造流程，當(dāng)然這僅僅達到理論學(xué)習(xí)的目的，為了讓學(xué)生真正掌握產(chǎn)品的設(shè)計過程，品嘗設(shè)計成果的喜悅，必須進行真正的設(shè)計訓(xùn)練。本課程體系選擇典型的機床設(shè)備案例，建立常用產(chǎn)品的設(shè)計案例庫，在課程實踐環(huán)節(jié)進行設(shè)計訓(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)計小組，協(xié)調(diào)配合完成產(chǎn)品的設(shè)計。這種模式不既可以鍛煉學(xué)生的設(shè)計能力與水平，也可以訓(xùn)練其協(xié)作能力，培養(yǎng)團隊意識。

二、總結(jié)

綜上所述，復(fù)雜機電系統(tǒng)課程體系的建立，彌補了傳統(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)整體意思和團隊意識，客觀地體現(xiàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和綜合運用知識的能力，最終達到學(xué)有所用的目的。