機電一體化課程實訓教學探索

機電一體化是機械、電子、計算機、自動控制及信息處理技術、系統工程、檢測傳感技術、伺服傳動技術等有機結合而成的一門復合技術，它代表著機械工程技術革命的前沿方向。機電一體化是機械、電子和計算機工程等多學科交叉與融合的產物，如圖1所示。

機電一體化給傳統的機械產業帶來了根本性的變革和巨大的效益，使產業結構、生產方式和管理體制發生了深刻的變化，社會對機電一體化人才的需求非常大，為此許多職業院校設置了相應的專業。

一、機電一體化課程實施實訓教學探討

真正意義上的機電一體化產品，應具備兩個明顯特征：第一，必須是機械產品；第二，采用電子技術，使機械產品的控制具有可編程和智能化的特性。一個機電一體化系統主要由機械裝置、動力源、傳感器、執行裝置、控制器這五個要素構成，因此，機電一體化實訓內容、實訓方法和實訓設備的研制均必須圍繞這些要素設計、展開。根據機電一體化技術的綜合性及面向實踐應用的特點，筆者對機電一體化實訓內容、方法、方式等進行了探索。

1.實訓內容緊扣相關知識點

機電一體化系統涉及到了機械設計、傳感器、自動控制和微機原理等多門課程的知識，這些知識也是機電一體化產品設計的基礎。盡管學生在學習機電一體化系統之前，已經學過一些相關的理論知識，但在機電一體課程的實訓中，對相關知識的回顧和加深是必要的，特別要關注知識之間的聯系和實際應用方法。因此，應緊扣這些教學內容，安排若干典型的、與專業課程相對應的專題實訓項目，通過在機電一體化系統中的應用，使學生對專業知識有一個感性的認識，為綜合性實訓和設計奠定基礎。

2.實訓方法由教師演示過渡到學生自我設計

從理論學習到實際實訓設計，是一個從知識接受到知識應用的飛躍。由于機電一體技術包含了機、電、計算機、自動控制等多門學科的知識，實訓的綜合性程度高，因此，對大多數中職學生來說有一定的難度。演示性實訓是一種更直接的實訓指導，能使學生對將要完成的設計性實訓的過程和結果有一個直觀的認識，提高完成設計性實訓的自信心。實訓最終目的是學生能夠在相關的實訓設備上根據要求，在實訓裝置上進行系統設計，能夠按照設定的方式正常運行。通過這個設計過程，可以更好地鍛煉學生機電知識的運用能力，理解機電一體化系統中各學科知識的關聯性，進而提高學生解決實際問題的能力，達到實訓教學的真正目的。

3.實訓方式為課內和課外相結合、個人和小組相結合

由于教學課時有限，實訓環節的教學要充分發揮學生的主動性，利用課余時間進行設計和準備工作，課內主要是利用實訓平臺來調試和實現設計的內容。因此，機電一體化實訓室應該建設成為開放式的實訓室，便于學生課外時間進行訓練。另外，由于機電一體化實訓包含的知識面廣，綜合性實訓項目包含多個內容，可以采用小組分工、合作完成的模式。這樣，一方面培養學生在科學研究過程中的團隊精神，另一方面也是對模塊化設計的一種鍛煉。

二、機電一體化實訓教學平臺的設計

目前中職學校開設的機電一體化實訓課程，由于缺乏有效的實訓設備，基本上變成了“鉗工+電工”的培養模式，因此，筆者所在學校結合自己的實際情況，開發了一套機電一體化實訓系統——材料分揀實訓系統，如圖2所示。

1.材料分揀實訓系統的結構

材料分揀實訓系統的結構如圖3所示。它采用臺式結構，內置電源，有步進電機、汽缸、電磁閥、旋轉編碼器、氣動減壓器、濾清器、氣壓指示等部件，可與各類氣源相連接，選用顏色識別傳感器及對不同材料敏感的電容式和電感式傳感器，分別固定在網板上，且允許重新排列傳感器位置或選擇網板圖，材料分揀裝置能實現3種基本功能：分揀出金屬與非金屬；分揀某一顏色塊；分揀出金屬中某一顏色塊和非金屬中某一顏色塊。

2.PLC接線以及I/O地址分配

（1）PLC的I/O地址分配見表1所示。

表1 PLC的I/O地址分配

輸入定義輸出定義

X0計數傳感器Y0推氣缸1電磁閥

X1推氣缸2動作限位Y1推氣缸2電磁閥

X2推氣缸3動作限位Y2推氣缸3電磁閥

X3推氣缸4動作限位Y3推氣缸4電磁閥

X4下料氣缸動作限位Y4下料氣缸電磁閥

X5電感傳感器Y5輸送帶電機

X6電容傳感器

X7顏色1傳感器

X10推料缸1回位限位

X11推料缸2回位限位

X12推料缸3回位限位

X13推料缸4回位限位

X14下料氣缸回位限位

X15顏色2傳感器

X16下料傳感器

X17推氣缸1動作限位

（2）PLC接線圖如圖4所示。

三、機電一體化課程專題實訓的開發

專題實訓的進行是綜合性實訓的基礎，機電一體化的專題實訓強調專項知識在實訓裝置中的作用，因而其專題實訓的內容是有針對性的。針對本文中的實訓裝置，其專題實訓內容主要包括：步進電機控制實訓、檢測電路設計實訓、氣動回路實訓、材料分揀實訓。

這些專題實訓都是機電一體化系統設計的基礎，也是機電一體化系統教材中的內容，按照課堂上的教學內容，根據教學課時數可以選做部分或全部。專題實訓的內容及目的如表2所示。

表2 專題實訓的內容及目的

編號實訓名稱實訓內容實訓目的

1步進電機控制實訓步進電機與驅動器的接線及控制掌握步進電機的接線以及驅動方式

2檢測電路實訓傳感器的安裝、接線、檢測學習傳感器的選取過程及接線以及學習A/D電路的設計

3氣動回路實訓氣動回路設計掌握氣動回路的原理及設計方法

4材料分揀實訓按要求實現材料分揀綜合掌握材料分揀實訓系統

（作者單位：金華市高級技工學校）