机电一体化系统设计与综合实验的改革与实践路径研究

牛军

摘 要： 本文主要探寻机电一体化系统课程设计实践环节存在的诸多问题，并由此提出改革发展的必要性，详细介绍改革按照的创新思路，并在模块化生产中做好系统实践设备的选购和加工，进而设置专业指导教师引导学生开展实践活动。通过总结机电一体化设计的综合实践特色化成果，推动改革发展新模式，并探索出新的改革发展路径，为该行业发展提供文字参考。

关键词： 机电一体化 系统设计 综合实验 改革实践路径

机电一体化课程设置的基础是让学生掌握机械系统的具体设计方法和设置步骤，并在此锻炼学生的数控编程能力，但是受到新的发展形式的影响，该课程的很多弊端逐步暴露出来。如，设备只有一台，学生多次拆装后，设备中的很多元器件已经被损坏，或者丝杠和导管出现不同程度的磨损，不能验证编制程序，这将对培养学生动手能力起到阻碍作用，故此该教学环节需进行改革与优化。

一、机电一体化综合实践设备改革的前提条件

（一）配备高素养的师资队伍

由于机电一体化需要涉及机械、电工、电子等相关专业，在专业化基础建设的过程中，每一个部分都要设置相关的教师开展专业化的指导，这是实现机电一体化的前提条件。同时要求机电一体化教研时和实验室需经多方切磋做好专业教学评定，并追踪确立专业指导教师，这些教师中有专业任课教师、专业实验教师，兼顾设备设计中的各个专项领域，为学生的实验教学活动保驾护航。

（二）专业化教材编写

机械一体化教材的编写需要从头开始，这是促进学生专业发展的关键要素。由于教材是学生获取知识的“阵地”，好的教材能够给学生提供更好的指导作用，学生根据教材的章节设置要求，能够制订教学计划，并结合教材开展实验教学活动，教学内容涉及基本信息评定、实验目的、实验任务等相关的流程。

二、综合实验开展的特色化表现

（一）机电一体化产品

MPS即模块化生产加工系统，是德国的FESTO公司在结合现代化工业特色的前提下研发出的模拟自动化生产流程，主要工作过程过程包括供料工作站、检测工作站、加工工作站等几部分，控制时主要通过I/O数据通讯方式控制整个工作站的具体状况。由于该教学培训系统主要蕴含的内容包括：机械设计、传感器设计、气动技术等。故此，该技术是在工业自动化领域内建立的完整的教学系统。

（二）面向实际的培训设备

从工厂的角度出发，可以获悉面向实际的培训是趋向于理想的培训，工厂在进行实地的培训会让生产系统产生故障，并由此引发生产的风险，甚至在整个生产过程中出现破坏的状况，这一理想通常是不可行的。但是若使用FESTO则能较好地解决这一问题，由于该系统能够模拟整个实际生产的全部过程，因此在实验室运行过程中要求技术人员对设备进行安装、调试和编程等环境的支持，并在此期间维护和确定排除系统故障的工作。

三、综合实践成果总结

（一）独立完成机械图纸设计

由于该设备使用时没有提供相关的机械图纸，学生在实践过程中需根据装备初期的状况做好装配结构的分析与组成要素，并进行测绘，学生可以在短时间内绘制出每一站的机械系统CAD装配图纸，并将各个零部件标注清晰。

（二）独立完成PLC程序设计

该设备最初配置的PLC是西门子公司的可编程控制器，设备供应商在设备供给时只能提供PLC的程序。但是在课程讲解中需要运用欧姆龙公司生产的PLC程序设计，所以学生在使用时更偏重于欧姆龙公司生产的PLC编程模式。设备采购过程中应明确说明安装欧姆龙公司生产的PLC，取代西门子公司的PLC程序，但是很多设备提供商还不能提供欧姆龙的PLC程序。学生在学习时就要根据光盘提供的每站动作录像做动作分解，并画出动作的流程图或者梯形图等，编制正确的PLC程序，学生在完成时需要结合以往学习过的知识做新知识的延伸，且由于每个学生对程序有不同的理解，因此学生都能独立完成学习任务，这将大大提高学生的自主学习能力，并能在此基础上完善学生的知识体系。

（三）独立完成电气原理图和气动回路原理图

在拆装电气或者气路部分的管线装置，学生能够了解I/O口线的地址，并连接所有的控制元器件，弄明白气动电磁阀、气缸或者电机等元器件的具体工作原理和控制要素，学生通过实际手动操作，对位置有初步了解，绘制电气原理图的时候对各个元器件的位置有深刻印象，也能独立完成电气原理图和气动回路图，学生在原课本中的知识就能充分运用到实验过程中，对知识的理解将进一步升华，并对知识的具体使用有新的认识。

（四）答辩夯实毕业设计基础

答辩时要求小组代表先花费十分钟的时间整合整个设计过程，并在综合实践组织的过程中做好任务的分配和实验的全过程跟进，然后指导教师结合实验情况有针对性地对小组成员提出问题，并根据情况做好记录和评分，这样才能客观体现出学生的真实实验成绩。

机电一体化系统设计的综合实验主要是运用闭环式的教学模式，其中涉及的内容包括学生四年时间内学习到的机械制图、机械原理、接卸设计等相关内容。学生在学习期间通过亲自动手拆装和测绘，并在编制和调试的过程中，对知识有新的认识，并且提高动手能力，用以培养创新思维能力。

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