《自动生产线组建与调试》课程实施机电一体化教学探索

乡碧云

（顺德职业技术学院 广东 顺德 528333）

《自动生产线组建与调试》课程实施机电一体化教学探索

乡碧云

（顺德职业技术学院 广东 顺德 528333）

顺德职业技术学院依托顺德地区装备业的典型产品，从本地装备企业的木工机械自动生产线、食品饼干自动生产线、玻璃机械自动生产线、自动包装生产线等工程设备中提取成熟的技术模块，对《自动生产线组建与调试》课程进行重新建设，设计了6个学习情景教学项目，3个工学结合教学项目，5个核心技术教学分项目，对理论实践一体化教学进行了探索。

自动生产线组建与调试；机电一体化；课堂教学

《自动生产线组建与调试》是机电专业的核心课程，是一门综合性主干课程。本课程适合机械装备业生产线的组建、制造、维修、产品研发等职业岗位的要求。通过本门课程的教学，重点培养学生气动技术、电机驱动技术、传感器与检测技术、PLC安装编程调试等综合技术应用，同时，注重培养学生的质量意识、责任意识、团队合作精神和自主学习能力，使学生掌握机电一体化设备中自动生产线的组建、安装与调试技术，自动生产线设备的故障诊断、维修、技术改造等技术方法与技能。我院《自动生产线组建与调试》课程的教学探索以亚龙YL-335B自动生产线为主要研究对象，以机电设备典型环节为扩展对象，以工程应用为创新点，全面提高学生自动生产线组建、安装与调试能力，如图1所示。

图1 教学工作任务结构图

教学总体设计

根据生产线组建与调试的岗位要求，设置供料、加工、装配、成品分拣、输送搬运、组网整线自动运行等6个学习情境教学项目。同时，在顺德本地装备企业中选取木工机械自动生产线、玻璃机械自动生产线、自动包装生产线作为3个教学项目，建立企业实训基地，设立企业教学课堂，聘请企业工程技术人员为教师，实施理论实践一体化。在情境教学的过程中，提炼出必须掌握的5个核心技术，包含气动控制技术、机械技术（机械传动、机械连接等）、传感器应用技术、PLC控制和组网、伺服电机位置控制和变频器技术。

带领学生到生产现场，在木工机械自动生产线、食品饼干自动生产线、玻璃机械自动生产线、自动包装生产线等工程设备生产车间，由企业教师主持企业课堂，使学生与工作岗位“零距离”接触。

课程内容组织

利用亚龙YL-335B型自动生产线实训考核装备在铝合金导轨式实训台上安装送料、加工、装配、输送、分拣等工作单元，构成一个典型的自动生产线的机械平台，系统各机构采用了气动驱动、变频器驱动和伺服电机位置控制等技术，每一工作单元由一台PLC承担其控制任务，各PLC之间通过RS485串行通讯实现互连的分布式控制方式。YL-335B自动生产线实训考核装备综合应用了多种技术知识，包括气动控制技术、机械技术（机械传动、机械连接等）、传感器应用技术、PLC控制和组网、伺服电机位置控制和变频器技术等，符合教学要求。图2为YL-335B型自动生产线装备图，图3为我院自动生产线组建与调试一体化授课实训室。

图2 YL-335B型自动生产线装备图

图3 自动生产线一体化实训室例图

利用亚龙YL-335B型自动生产线实训考核装备，可以模拟一个与实际生产情况十分接近的控制过程，使学习者得到一个非常接近实际的实训环境，从而缩短了理论教学与实际应用之间的距离。YL-335B采用模块组合式结构，各工作单元是相对独立的模块，并采用了标准结构和抽屉式模块放置架，具有较强的交互性。把各个模块设计成相应的学习情境，可根据实训需要或工作任务进行不同的组合，分别安装和调试，达到模拟生产性功能和整合学习功能的目标，最后综合整体技术实现生产线自动运行与调试，十分适合实训教学考核或技能竞赛的需要。

考虑到亚龙YL-335B型自动生产线实训考核装备毕竟只是一个教学设备，在课程设置中，应把常用的机械机构、传感器及转换技术、气动技术等工程实用参考资料补充进来，并将机电装备制造业中的实用技术也纳入授课内容。

教师参照亚龙YL-335B型自动生产线实训考核装备上的技术模块，讲授顺德本地装备企业中木工机械自动生产线、食品饼干自动生产线、玻璃机械自动生产线、自动包装生产线等工程设备成熟的技术模块。在亚龙YL-335B型自动生产线实训考核装备上实训，学生可熟练掌握气动控制技术、机械技术（机械传动、机械连接等）、传感器应用技术、PLC编程控制和组网、伺服电机位置控制和变频器调速技术、人机交互触摸屏界面应用等。

课堂教学设计案例

（一）对第一节课的设计

在第一节课进入生产线的开头，教师首先用一条国际先进水平生产线的自动运行完成工作任务的方式，极大地吸引学生的兴趣，点评在线应用的先进技术要点。然后，以YL-335B型自动生产线做供（下）料单元工作演示，分析其工作任务，提示学生从料仓工作台的装配、传感检测料台有无料、气缸如何顶料到控制系统的构成、控制实现工作任务，逐步引领学习任务由浅入深。授课计划如表1所示。

表1 第一节课教学设计表

（二）传感器课堂教学设计

工业现场应用传感检测元件，光纤传感器是近年广泛应用的新型传感器。通过本单元的学习，学生应掌握以下内容：（1）光纤传感器的应用方式；（2）光纤传感器基本结构；（3）光纤传感器正确连接方法；（4）光纤传感器测试、结果判断。

表2 传感器课堂教学设计表

（三）由企业专业技术人员主持工学结合课堂授课形式设计

由索奥斯玻璃技术有限公司周军山老师主持工学结合课堂授课形式设计，以玻璃机械生产线组建与调试为例。

学生先在索奥斯玻璃机械生产线上找出自己熟悉的技术模块，包含气动控制技术、机械技术（机械传动、机械连接等）、传感器应用技术、PLC控制和组网、步进电机位置控制和变频器技术等，提出自己的想法和疑问。由周军山老师分析讲解各技术模块在生产线上的作用和功能，实施的设计方案和组装要求及调试要点。然后，学生分组在车间体验各种工位的工作任务。

企业课堂教学思路 加强工程技术的实际应用的教学法，以步进电机的教学设计为例。

现状 目前，多数教材包括的步进电机的教学内容是步进电机内部结构、工作原理以及驱动器的驱动电路，而对如何将步进电机与控制器连接，使用步进电机驱动机械装置，设置步进驱动参数等内容较少。

问题 企业的一般技术人员是在选型后购买整套的步进电机，只需要将之与控制器联接起来根据工艺要求完成定位和调速，并不涉及电机内部构造。因此，即使出现小问题，他们也难以解决。

方法 确立步进电机的教学设计。（1）步进电机来一个脉冲转一个步矩角；（2）如何调整步进驱动器分辨率以知道发多少个脉冲可以使电机转一圈；（3）如何用PLC控制器发脉冲；（4）如何将控制器与步进电机进行连接，如何计算信号间要加的限流电阻。

效果 学生较容易地掌握了步进电机的原理、应用、连接、控制等技术。

（四）组建网络全线控制教学情境

每6人组成一个学生小组，分配一条生产线，每条生产线有6个工作单元，分为5个任务，要求每个学生轮岗完成每个独立任务的安装、编程及调试，然后，小组成员中产生一个线长，由线长协调网络控制方案的连接与PLC控制器的编程，启动整条生产线的运行。此时，在课堂上讲述企业工作岗位的团队精神，沟通、合作的重要性，特别能够引起学生的共鸣。

在构建网络控制方案时，各站的资源分配、信息通讯交互频繁，各站的驱动任务的控制、零件加工的先后次序，站与站之间物资的传送衔接，都被学生有条不紊地串行起来。学生自主学习能力、行动能力得到有效培养。学生作为学习的主体，在每个学习情境工作页指导下，收集资料，然后小组制定计划，安排组装步骤，绘制气动回路和电气接线图，并进行安装调试。在这个过程中，教师的角色转换为被咨询者，也可以设置一些小故障，或者提出一些更高的要求让学生来完成。最后阶段，各队先自评，然后教师点评。在此过程中，教师应提醒学生注意操作安全。

结语

通过毕业生跟踪调查及企业用人反馈，我们收集到以下意见。索奥斯玻璃技术有限公司的评价：《自动生产线组装与调试》课程设置合理，本课程依据企业生产的实际需要，进行实训项目的设置，能力目标明确，并以YL-335B生产线模拟一个与实际生产情况十分接近的控制进程，使学生在学习每个知识环节时能避虚就实、举一反三、学以致用，将学习的技术技能同将来的工作岗位紧密结合起来，能够满足维修电工岗位对工作技能的要求。

锐亚机械有限公司的评价：学院与公司建立了长期稳定的校企合作关系，机电一体化专业的学生来我们厂实习与就业。由于该院能够及时根据企业实际发展需要，不断改革与更新教学内容，实习生以及毕业生能以良好的综合素质和较强的工程设计实践能力，在任职岗位上很快就发挥作用。有些毕业生已成长为技术骨干，能够很快地履行岗位职责，在能力、素质以及团队意识等方面有较强的优势。

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G712

A

1672-5727（2012）02-0126-02

乡碧云（1964—），女，广东四会人，顺德职业技术学院高级工程师，研究方向为机电控制自动化技术及教学研究。