機電一體化系統設計與綜合實驗的改革與實踐路徑研究

牛軍

摘 要： 本文主要探尋機電一體化系統課程設計實踐環節存在的諸多問題，并由此提出改革發展的必要性，詳細介紹改革按照的創新思路，并在模塊化生產中做好系統實踐設備的選購和加工，進而設置專業指導教師引導學生開展實踐活動。通過總結機電一體化設計的綜合實踐特色化成果，推動改革發展新模式，并探索出新的改革發展路徑，為該行業發展提供文字參考。

關鍵詞： 機電一體化 系統設計 綜合實驗 改革實踐路徑

機電一體化課程設置的基礎是讓學生掌握機械系統的具體設計方法和設置步驟，并在此鍛煉學生的數控編程能力，但是受到新的發展形式的影響，該課程的很多弊端逐步暴露出來。如，設備只有一臺，學生多次拆裝后，設備中的很多元器件已經被損壞，或者絲杠和導管出現不同程度的磨損，不能驗證編制程序，這將對培養學生動手能力起到阻礙作用，故此該教學環節需進行改革與優化。

一、機電一體化綜合實踐設備改革的前提條件

（一）配備高素養的師資隊伍

由于機電一體化需要涉及機械、電工、電子等相關專業，在專業化基礎建設的過程中，每一個部分都要設置相關的教師開展專業化的指導，這是實現機電一體化的前提條件。同時要求機電一體化教研時和實驗室需經多方切磋做好專業教學評定，并追蹤確立專業指導教師，這些教師中有專業任課教師、專業實驗教師，兼顧設備設計中的各個專項領域，為學生的實驗教學活動保駕護航。

（二）專業化教材編寫

機械一體化教材的編寫需要從頭開始，這是促進學生專業發展的關鍵要素。由于教材是學生獲取知識的“陣地”，好的教材能夠給學生提供更好的指導作用，學生根據教材的章節設置要求，能夠制訂教學計劃，并結合教材開展實驗教學活動，教學內容涉及基本信息評定、實驗目的、實驗任務等相關的流程。

二、綜合實驗開展的特色化表現

（一）機電一體化產品

MPS即模塊化生產加工系統，是德國的FESTO公司在結合現代化工業特色的前提下研發出的模擬自動化生產流程，主要工作過程過程包括供料工作站、檢測工作站、加工工作站等幾部分，控制時主要通過I/O數據通訊方式控制整個工作站的具體狀況。由于該教學培訓系統主要蘊含的內容包括：機械設計、傳感器設計、氣動技術等。故此，該技術是在工業自動化領域內建立的完整的教學系統。

（二）面向實際的培訓設備

從工廠的角度出發，可以獲悉面向實際的培訓是趨向于理想的培訓，工廠在進行實地的培訓會讓生產系統產生故障，并由此引發生產的風險，甚至在整個生產過程中出現破壞的狀況，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，由于該系統能夠模擬整個實際生產的全部過程，因此在實驗室運行過程中要求技術人員對設備進行安裝、調試和編程等環境的支持，并在此期間維護和確定排除系統故障的工作。

三、綜合實踐成果總結

（一）獨立完成機械圖紙設計

由于該設備使用時沒有提供相關的機械圖紙，學生在實踐過程中需根據裝備初期的狀況做好裝配結構的分析與組成要素，并進行測繪，學生可以在短時間內繪制出每一站的機械系統CAD裝配圖紙，并將各個零部件標注清晰。

（二）獨立完成PLC程序設計

該設備最初配置的PLC是西門子公司的可編程控制器，設備供應商在設備供給時只能提供PLC的程序。但是在課程講解中需要運用歐姆龍公司生產的PLC程序設計，所以學生在使用時更偏重于歐姆龍公司生產的PLC編程模式。設備采購過程中應明確說明安裝歐姆龍公司生產的PLC，取代西門子公司的PLC程序，但是很多設備提供商還不能提供歐姆龍的PLC程序。學生在學習時就要根據光盤提供的每站動作錄像做動作分解，并畫出動作的流程圖或者梯形圖等，編制正確的PLC程序，學生在完成時需要結合以往學習過的知識做新知識的延伸，且由于每個學生對程序有不同的理解，因此學生都能獨立完成學習任務，這將大大提高學生的自主學習能力，并能在此基礎上完善學生的知識體系。

（三）獨立完成電氣原理圖和氣動回路原理圖

在拆裝電氣或者氣路部分的管線裝置，學生能夠了解I/O口線的地址，并連接所有的控制元器件，弄明白氣動電磁閥、氣缸或者電機等元器件的具體工作原理和控制要素，學生通過實際手動操作，對位置有初步了解，繪制電氣原理圖的時候對各個元器件的位置有深刻印象，也能獨立完成電氣原理圖和氣動回路圖，學生在原課本中的知識就能充分運用到實驗過程中，對知識的理解將進一步升華，并對知識的具體使用有新的認識。

（四）答辯夯實畢業設計基礎

答辯時要求小組代表先花費十分鐘的時間整合整個設計過程，并在綜合實踐組織的過程中做好任務的分配和實驗的全過程跟進，然后指導教師結合實驗情況有針對性地對小組成員提出問題，并根據情況做好記錄和評分，這樣才能客觀體現出學生的真實實驗成績。

機電一體化系統設計的綜合實驗主要是運用閉環式的教學模式，其中涉及的內容包括學生四年時間內學習到的機械制圖、機械原理、接卸設計等相關內容。學生在學習期間通過親自動手拆裝和測繪，并在編制和調試的過程中，對知識有新的認識，并且提高動手能力，用以培養創新思維能力。

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