MPS在機電一體化專業(yè)實踐教學中的應(yīng)用

郭文靜（蘭州工業(yè)學院，甘肅 蘭州730050）

MPS在機電一體化專業(yè)實踐教學中的應(yīng)用

郭文靜
（蘭州工業(yè)學院，甘肅 蘭州730050）

針對機電一體化專業(yè)傳統(tǒng)教學的缺陷，蘭州工業(yè)學院將模塊化生產(chǎn)制造系統(tǒng)引入實踐教學中，改善了理論教學和實踐教學相分離的局面，提高了學生對專業(yè)知識的綜合運用能力。從教學內(nèi)容、教學方法等方面探討了模塊化生產(chǎn)制造系統(tǒng)在機電一體化實踐教學中的必要性，加強了專業(yè)教學的建設(shè)，為今后學生就業(yè)及盡快適應(yīng)社會需求打下了堅實的基礎(chǔ)。

機電一體化、模塊化生產(chǎn)制造系統(tǒng)、自動化制造系統(tǒng)、實踐教學

機電一體化是機械制造中采用電子技術(shù)，以實現(xiàn)對機械的動力功能、信息與控制等功能的控制，由機械制造與微電子技術(shù)、計算機技術(shù)有機組合而成的一種新興生產(chǎn)制造技術(shù)。而面對新的就業(yè)形勢和社會需求，高校應(yīng)該要培養(yǎng)什么樣的機電一體化人才才能適應(yīng)社會經(jīng)濟發(fā)展需求？這一直是我們不斷探索與改進的問題。在機電一體化的教學中，傳統(tǒng)教學模式即教師講，學生聽與看的教學模式已完全不適于機電行業(yè)對人才知識廣度和深度的需要。針對傳統(tǒng)教學存在的缺陷，通過采用MPS模塊化教學實驗設(shè)備進行實踐教學，使學生掌握引領(lǐng)制造工業(yè)發(fā)展的“光機電液氣一體化”核心技術(shù)，改善理論教學和實踐教學相分離的局面［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)”，它是一套模擬實際工業(yè)自動化生產(chǎn)制造系統(tǒng)中產(chǎn)品生產(chǎn)流水線的教學培訓設(shè)備。這套系統(tǒng)有多個相互獨立又彼此聯(lián)系的單元，主要由供料檢測、次品處理、加工檢驗、表面處理、分揀、裝配、機械臂、六軸機器人、沖壓、產(chǎn)品標記、立體倉儲、工業(yè)視覺、帶式輸送、AGV和總控共15個模塊組成（如圖1所示）。

2　MPS的特點

2.1工藝引導

MPS模塊化生產(chǎn)制造系統(tǒng)包含了實際工業(yè)生產(chǎn)線從原料到產(chǎn)品的主要工藝節(jié)點，包含坯料供料、加工、檢測、裝配、倉儲等工藝流程（如圖2所示），模擬了實際工業(yè)生產(chǎn)線的工藝流程，每個模塊完成不同的工藝過程，引導學生對產(chǎn)品生產(chǎn)制造過程的工藝有一個直觀地認識。

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)一標準化設(shè)計的接口，能夠自由組合相關(guān)模塊，構(gòu)成不同工藝過程的生產(chǎn)線。各模塊采用西門子S7-200系列PLC來實現(xiàn)時序控制，可“單機/聯(lián)機”運行，滿足聯(lián)機協(xié)同和單模塊平臺訓練多種教學需求，便于進行創(chuàng)新實踐。

2.3綜合化

該系統(tǒng)結(jié)合工藝需求特點，分別采用不同的功能原理和技術(shù)實現(xiàn)方式。它集成了自動供料、原料檢測、柔性加工、半成品檢驗、表面處理、柔性裝配、產(chǎn)品標記、智能倉儲等多個產(chǎn)品生產(chǎn)工藝；技術(shù)構(gòu)成涵蓋了機械、電氣、計算機信息、傳感器、液壓、氣動、真空等多學科領(lǐng)域；運用了帶傳動、齒輪傳動、渦輪蝸桿、凸輪、連桿、槽輪等多種機構(gòu)運動方式以及步進電機控制、直流電機控制、三相交流電機變頻控制、伺服控制等多種電機拖動方式。

3　MPS在機電一體化專業(yè)教學中的必要性

“UP-MPS模塊化工業(yè)生產(chǎn)制造系統(tǒng)”為學生提供了一個半開放式的學習環(huán)境，基本涵蓋了加工、組裝、檢測工件和倉儲的全部流程，涉及了多種技術(shù)知識，如氣動控制技術(shù)、機械技術(shù)（機械傳動、機械連接等）、工業(yè)機器人、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］。學生運用所學的理論知識，在各個固定組成單元結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，對設(shè)備各個執(zhí)行機構(gòu)的動作執(zhí)行順序、各個單元的配合關(guān)系、整個MPS要模擬的生產(chǎn)加工控制過程以及作為一條自動化生產(chǎn)流水線MPS的操作運行模式進行相應(yīng)的PLC控制程序設(shè)計，實現(xiàn)一個最符合實際的自動控制過程。利用該系統(tǒng)進行教學和實訓，學生不僅可以進行單學科知識的學習和實踐，還可以為學生提供一個類似真實工業(yè)環(huán)境的操作平臺，真正做到了將專業(yè)理論知識運用到生產(chǎn)實踐中去。

4　MPS在機電一體化專業(yè)教學中的應(yīng)用

MPS模塊化生產(chǎn)制造系統(tǒng)綜合了機電一體化專業(yè)中的多門專業(yè)技術(shù)，不但可以為掌握單一專業(yè)技術(shù)提供實驗平臺，還能進行多種專業(yè)技術(shù)結(jié)合的專業(yè)綜合實訓。

4.1單一專業(yè)技術(shù)實訓

（1）氣動技術(shù)實訓該系統(tǒng)采用了多種氣缸、氣動手爪、電磁閥、真空發(fā)生器、真空吸盤等氣動執(zhí)行元件、氣動控制元件和氣動輔助元件，通過設(shè)計一些氣缸原理及特性實驗、氣缸運動控制及速度調(diào)節(jié)實驗等，加深學生氣動元件的認識，掌握各氣動元件與其他元件之間的應(yīng)用，并根據(jù)執(zhí)行機構(gòu)的動作設(shè)計各個模塊的氣動回路圖，從而更好地掌握氣動技術(shù)的知識。

（2）傳感器技術(shù)實訓根據(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的基礎(chǔ)上，讓學生親自體驗系統(tǒng)中每一個傳感器的功能以及其在相應(yīng)模塊中發(fā)揮的作用，如在供料檢測站點中，色標傳感器通過辨別顏色來達到分離不合格原材料的目的。基于這種功能，開設(shè)色標傳感器的顏色檢測試驗，加深對傳感器的認識，使其在實際工業(yè)生產(chǎn)制造系統(tǒng)中能靈活應(yīng)用。

（3）工業(yè)機器人實訓MPS系統(tǒng)中六軸機器人由機器人本體、機器人控制器、示教單元和編程及仿真系統(tǒng)組成，實現(xiàn)多個工位點的物料傳遞、輔助裝配等功能。可進行六自由度垂直關(guān)節(jié)工業(yè)機器人的工作空間分析實驗、工業(yè)機器人的電氣接口實驗以及編程實驗等，深刻理解工業(yè)機器人的基礎(chǔ)知識，如自由度、作業(yè)范圍、運動速度、定位精度等，并利用工業(yè)機器人示教盒進行示教編程，使學生對工業(yè)機器人應(yīng)用技術(shù)從軟件、硬件等方面有全面的認識和理解。

（4）PLC技術(shù)實訓各站點控制系統(tǒng)選用的是西門子S7-200系列的小型可編程控制系統(tǒng)，學生根據(jù)每個站點要完成的動作來設(shè)計PLC控制程序，并對所設(shè)計的程序進行調(diào)試，學生通過實訓可以掌握PLC控制程序的設(shè)計要領(lǐng)與編程技巧，為學習PLC的各方面知識提供了條件。

4.2多種專業(yè)技術(shù)結(jié)合的綜合實訓

MPS模塊化生產(chǎn)制造系統(tǒng)中各模塊既可以獨立自成系統(tǒng)，又可以實現(xiàn)模塊的柔性組合。可根據(jù)學生對專業(yè)知識和技術(shù)的掌握程度，自由組合模塊，進行設(shè)計、裝配、編程和操作等多方面的訓練，從模仿開始逐步提升學生的創(chuàng)新能力，將機電一體化專業(yè)的多學科知識進行充分的綜合運用，為今后就業(yè)、適應(yīng)社會需求打下了堅實的基礎(chǔ)。

5　結(jié)語

在機電一體化專業(yè)的實踐教學中引入MPS模塊化生產(chǎn)制造系統(tǒng)，為教師和學生提供了一套模擬實際生產(chǎn)的教學實驗平臺。

實踐教學中從基礎(chǔ)理論到綜合應(yīng)用、從知識的學習到能力的培養(yǎng)，循序漸進，使學生能運用基礎(chǔ)理論知識和實驗技能以提高分析問題和解決問題的能力，進一步提升學生機電一體化技術(shù)的綜合應(yīng)用能力。

［1］李戰(zhàn)明，李二超.借助開放式實驗平臺培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力［J］.實驗室研究與探索，2013，32（11）：299-302.

［2］何步，陳永平.基于MPS系統(tǒng)的機電設(shè)備綜合實訓設(shè)計［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)的開發(fā)和研究［D］.沈陽：沈陽理工大學，2007.

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