張蓬++趙弘++彭鶴

機電系統(tǒng)課程設計是機械專業(yè)課程體系中必不可少的實踐環(huán)節(jié)，其內容是針對執(zhí)行機構、運動控制、傳感檢測和數(shù)據(jù)處理這四個主要機電一體化知識要素的綜合練習。針對綜合性機電設備較貴，臺套數(shù)較少造成設計題目數(shù)量單一，每年設計題目反復重復的問題，提出了一個課堂實踐教學和科技創(chuàng)新訓練有機結合的方案，豐富了課程設計的題目，減少了題目的重復性，調動了學生主動學習的積極性，大大提高了機械專業(yè)教學質量和學生科研實踐能力。

機電系統(tǒng)課程設計實踐教學科技創(chuàng)新能力培養(yǎng)《機電系統(tǒng)綜合設計》是本科機械專業(yè)繼《機械設計課程設計》之后設置的，培養(yǎng)機電一體化技術復合型技術人才的另一個必修的、非常重要的綜合實踐環(huán)節(jié)。其內容主要是鍛煉學生對所學自動控制、機電傳動、傳感檢測和計算機控制的綜合應用。

一、《機電系統(tǒng)綜合設計》課程設計存在的問題

《機電系統(tǒng)綜合設計》課程設計即機電一體化課程設計，可以鍛煉學生的動手能力，讓學生親身體驗設計和實現(xiàn)機械設備全自動化功能的過程。這類課程設計很少采用仿真方式完成，設計對象多為實際的機電設備。這種設備集成度較高，價格昂貴，體積比較龐大，所以可供學生實踐的臺套數(shù)少，設備更新周期較長，這樣給課程設計帶來以下不利的因素：

（1）由于設備種類不多，造成課程設計的題目比較單一，而且由于設備相同，很難使得每個小組題目的側重點不同。多個小組題目相同的結果，造成部分學生不做設計，只等其他小組調試成功后將程序復制過來，再根據(jù)自己設備的參數(shù)稍加修改，就可完成老師布置的任務。這種情況使得此實踐環(huán)節(jié)對于某些學生來說學習效果很差。

（2）由于設備更新周期長，也使得每年的課程設計題目都會重復使用。這樣也給部分學生帶來向已經(jīng)留校讀研的學生直接索取設計結果的機會，不能獨立完成，使課程設計流于形式。

（3）由于課程設計題目大部分都是指定性題目，學生基本上只要按照課程設計指導書按部就班的設計就能完成，學生自己發(fā)揮的空間少，缺少激勵學生自主創(chuàng)新的評價機制，導致此實踐環(huán)節(jié)不能成為對學生創(chuàng)新培養(yǎng)的重要平臺。

為此，本文提出了從教學模式與選題原則，以及方案實施兩個方面對機電一體化課程設計的教學改革方案。

二、機電一體化課程設計教學模式的改革

1.改變設計任務布置的方法讓學生有自主發(fā)揮空間

課程設計的教學模式通常為首先給學生下達任務書，其次讓學生根據(jù)課程設計指導書，查閱設計手冊和資料，按部就班的進行設計，學生很少有發(fā)揮的空間，這樣不利于調動學生的主動性和積極性，學生只忙于應付交差。

為改變這種狀況，首先在給學生布置任務時只列出某個項目應該完成的基本功能，讓學生在完成基本功能的基礎上自主添加3～4個功能，并根據(jù)自主添加功能的復雜程度給予評價。

2.機電一體化課程設計選題原則

（1）重視學生對軟件工具的學習和掌握。對于機電一體化設計來說，常用的工具軟件主要有用于機械結構設計和仿真的軟件，如Solidworks、ABAQUS、ANSYS、和ADAMS等，以及用于機電控制技術開發(fā)的工具軟件，如Proteus、Keil、PLC開發(fā)平臺、HMI開發(fā)平臺、VC++和虛擬儀器開發(fā)平臺等。設計題目的選擇要求學生至少能夠用到1～2種這類的軟件工具，才能完成設計任務。

（2）課程設計的內容要與生產(chǎn)實際相聯(lián)系。實際的機電產(chǎn)品常用的運動控制方式：PLC+驅動器、單片機+驅動器和IPC+驅動器等，構成機電一體化的運動控制部分。傳動部分包括了氣壓與液壓傳動、電氣傳動、機械傳動等。這些都是數(shù)控系統(tǒng)和工業(yè)機器人的組成要素。結合現(xiàn)有的實驗設備和這些要素，為學生設計了如下的課程設計題目，如表1所示：

這些課程設計題目，都是2人一組的小組可以獨立完成的設計任務。這類任務的設備由于設備更新周期長，所以容易存在每年重復使用的情況。而且多個小組的題目相同，容易出現(xiàn)抄襲現(xiàn)象。為避免這種情況就需要減少題目相同的組數(shù)，但是這又帶來學生人數(shù)多于題目數(shù)量的問題，為解決這個問題，豐富題目的數(shù)量，可將學生參加科技創(chuàng)新的作品引入課程設計。

Robcon機器人大賽和全國機械創(chuàng)新設計大賽的設計題目，其要求學生提交的作品有很多可以設計成機電一體化裝置。而且這種設計是從產(chǎn)品的設計方案做起，歷經(jīng)結構設計、加工制造、組裝調試直至所有功能實現(xiàn)的機電一體化產(chǎn)品制造的全過程。這個過程使得教學更貼近實際，更好地發(fā)揮了學生的自主創(chuàng)新能力。以下是這幾年學生申報的機電一體化課程設計的題目：①自動搬運機器人；②越障排爆機器人設計；③自動檢測清障機器人設計；④爬桿機器人的設計與實現(xiàn)；⑤小型3自由度機械手臂的設計。以上作品學生都能在規(guī)定的時間里完成，圖1（a）（b）分別是學生提交的部分樣機作品。

（3）課程設計題目的工作量和難度應該以大多數(shù)學生能達到的知識能力范圍為準，設計內容應屬于先修機電控制系列課程的知識范圍，不要超綱，既強調實踐性又要兼顧知識性。

三、機電一體化課程設計改革的實施方案

1.抽簽選題分組。由于課程設計所用的設備不一樣，考查的知識側重點也不盡相同，為避免因選題而出現(xiàn)的不和諧因素，學生首先自愿結合小組，然后每小組派出1人抽題，抽到題目后每小組還容許根據(jù)自身的優(yōu)勢與其它組交換題目，以便更好的發(fā)揮學生的個人所長。

2.認識實驗臺總體構成及功能。學生抽完題目后，教師要給各個小組介紹設計所用到的設備結構及其工作原理，布置和解釋設計任務，提供設計手冊及相關設計資料的查閱方向。

3.安排設計進度。對于設計進度的安排，發(fā)給學生的進度表要明確給出能夠進行核查的，設計任務階段性完成的指標節(jié)點，以便督促和監(jiān)督學生的設計進程，保證課程設計能夠順利的完成。為保證設計質量還應讓每個設計小組進行中期匯報。

4.演示答辯與設計報告撰寫。學生要通過現(xiàn)場演示和ppt匯報的形式完成課程設計成果的驗收，并按要求提交設計報告。

四、結束語

通過幾年的實踐，逐漸規(guī)范了機電一體化課程設計的教學，部分地解決了課程設計教學中存在的問題，特別是將學生的科技競賽作品作為課程設計的題目補充，既豐富了課程的題目，又使學生通過課程設計對題目的規(guī)范要求，重新認識了機電一體化設計的含義。

參考文獻：

[1]袁冬梅.機電綜合課程設計教學模式的研究與實踐[J].科教導刊，2012，（04）：133-134.

[2]譚為民.機電一體化課程設計教學實踐[J].西南師范大學學報，2011，06）：193-196.

[3]尹志強.機電一體化系統(tǒng)課程設計的研究與實踐[J].機電一體化，2009，（07）：100-103.endprint