MPS在机电一体化专业实践教学中的应用

2016-08-29郭文静兰州工业学院甘肃兰州730050

甘肃科技 2016年13期

郭文静（兰州工业学院，甘肃兰州730050）

MPS在机电一体化专业实践教学中的应用

郭文静
（兰州工业学院，甘肃兰州730050）

针对机电一体化专业传统教学的缺陷，兰州工业学院将模块化生产制造系统引入实践教学中，改善了理论教学和实践教学相分离的局面，提高了学生对专业知识的综合运用能力。从教学内容、教学方法等方面探讨了模块化生产制造系统在机电一体化实践教学中的必要性，加强了专业教学的建设，为今后学生就业及尽快适应社会需求打下了坚实的基础。

机电一体化、模块化生产制造系统、自动化制造系统、实践教学

机电一体化是机械制造中采用电子技术，以实现对机械的动力功能、信息与控制等功能的控制，由机械制造与微电子技术、计算机技术有机组合而成的一种新兴生产制造技术。而面对新的就业形势和社会需求，高校应该要培养什么样的机电一体化人才才能适应社会经济发展需求？这一直是我们不断探索与改进的问题。在机电一体化的教学中，传统教学模式即教师讲，学生听与看的教学模式已完全不适于机电行业对人才知识广度和深度的需要。针对传统教学存在的缺陷，通过采用MPS模块化教学实验设备进行实践教学，使学生掌握引领制造工业发展的“光机电液气一体化”核心技术，改善理论教学和实践教学相分离的局面［1］。

1　MPS介绍

MPS（ModularProductionSystem），即模块化生产制造系统。我院引进了由博创科技研制的“UPMPS模块化工业生产制造系统”，它是一套模拟实际工业自动化生产制造系统中产品生产流水线的教学培训设备。这套系统有多个相互独立又彼此联系的单元，主要由供料检测、次品处理、加工检验、表面处理、分拣、装配、机械臂、六轴机器人、冲压、产品标记、立体仓储、工业视觉、带式输送、AGV和总控共15个模块组成（如图1所示）。

2　MPS的特点

2.1工艺引导

MPS模块化生产制造系统包含了实际工业生产线从原料到产品的主要工艺节点，包含坯料供料、加工、检测、装配、仓储等工艺流程（如图2所示），模拟了实际工业生产线的工艺流程，每个模块完成不同的工艺过程，引导学生对产品生产制造过程的工艺有一个直观地认识。

图1　模块化生产制造系统

图2　UP-MPS系统工艺流程图

2.2模块化

MPS系统具有统一标准化设计的接口，能够自由组合相关模块，构成不同工艺过程的生产线。各模块采用西门子S7-200系列PLC来实现时序控制，可“单机/联机”运行，满足联机协同和单模块平台训练多种教学需求，便于进行创新实践。

2.3综合化

该系统结合工艺需求特点，分别采用不同的功能原理和技术实现方式。它集成了自动供料、原料检测、柔性加工、半成品检验、表面处理、柔性装配、产品标记、智能仓储等多个产品生产工艺；技术构成涵盖了机械、电气、计算机信息、传感器、液压、气动、真空等多学科领域；运用了带传动、齿轮传动、涡轮蜗杆、凸轮、连杆、槽轮等多种机构运动方式以及步进电机控制、直流电机控制、三相交流电机变频控制、伺服控制等多种电机拖动方式。

3　MPS在机电一体化专业教学中的必要性

“UP-MPS模块化工业生产制造系统”为学生提供了一个半开放式的学习环境，基本涵盖了加工、组装、检测工件和仓储的全部流程，涉及了多种技术知识，如气动控制技术、机械技术（机械传动、机械连接等）、工业机器人、电工电子技术、传感器应用技术、PLC控制技术、组态控制技术和信息技术等［2］。学生运用所学的理论知识，在各个固定组成单元结构的基础上，对设备各个执行机构的动作执行顺序、各个单元的配合关系、整个MPS要模拟的生产加工控制过程以及作为一条自动化生产流水线MPS的操作运行模式进行相应的PLC控制程序设计，实现一个最符合实际的自动控制过程。利用该系统进行教学和实训，学生不仅可以进行单学科知识的学习和实践，还可以为学生提供一个类似真实工业环境的操作平台，真正做到了将专业理论知识运用到生产实践中去。

4　MPS在机电一体化专业教学中的应用

MPS模块化生产制造系统综合了机电一体化专业中的多门专业技术，不但可以为掌握单一专业技术提供实验平台，还能进行多种专业技术结合的专业综合实训。

4.1单一专业技术实训

（1）气动技术实训该系统采用了多种气缸、气动手爪、电磁阀、真空发生器、真空吸盘等气动执行元件、气动控制元件和气动辅助元件，通过设计一些气缸原理及特性实验、气缸运动控制及速度调节实验等，加深学生气动元件的认识，掌握各气动元件与其他元件之间的应用，并根据执行机构的动作设计各个模块的气动回路图，从而更好地掌握气动技术的知识。

（2）传感器技术实训根据MPS系统中所使用的传感器，在介绍传感器的概念、种类和工作原理等知识的基础上，让学生亲自体验系统中每一个传感器的功能以及其在相应模块中发挥的作用，如在供料检测站点中，色标传感器通过辨别颜色来达到分离不合格原材料的目的。基于这种功能，开设色标传感器的颜色检测试验，加深对传感器的认识，使其在实际工业生产制造系统中能灵活应用。

（3）工业机器人实训MPS系统中六轴机器人由机器人本体、机器人控制器、示教单元和编程及仿真系统组成，实现多个工位点的物料传递、辅助装配等功能。可进行六自由度垂直关节工业机器人的工作空间分析实验、工业机器人的电气接口实验以及编程实验等，深刻理解工业机器人的基础知识，如自由度、作业范围、运动速度、定位精度等，并利用工业机器人示教盒进行示教编程，使学生对工业机器人应用技术从软件、硬件等方面有全面的认识和理解。

（4）PLC技术实训各站点控制系统选用的是西门子S7-200系列的小型可编程控制系统，学生根据每个站点要完成的动作来设计PLC控制程序，并对所设计的程序进行调试，学生通过实训可以掌握PLC控制程序的设计要领与编程技巧，为学习PLC的各方面知识提供了条件。

4.2多种专业技术结合的综合实训

MPS模块化生产制造系统中各模块既可以独立自成系统，又可以实现模块的柔性组合。可根据学生对专业知识和技术的掌握程度，自由组合模块，进行设计、装配、编程和操作等多方面的训练，从模仿开始逐步提升学生的创新能力，将机电一体化专业的多学科知识进行充分的综合运用，为今后就业、适应社会需求打下了坚实的基础。