机电系统课程设计实践教学方法研究

张蓬++赵弘++彭鹤

机电系统课程设计是机械专业课程体系中必不可少的实践环节，其内容是针对执行机构、运动控制、传感检测和数据处理这四个主要机电一體化知识要素的综合练习。针对综合性机电设备较贵，台套数较少造成设计题目数量单一，每年设计题目反复重复的问题，提出了一个课堂实践教学和科技创新训练有机结合的方案，丰富了课程设计的题目，减少了题目的重复性，调动了学生主动学习的积极性，大大提高了机械专业教学质量和学生科研实践能力。

机电系统课程设计实践教学科技创新能力培养《机电系统综合设计》是本科机械专业继《机械设计课程设计》之后设置的，培养机电一体化技术复合型技术人才的另一个必修的、非常重要的综合实践环节。其内容主要是锻炼学生对所学自动控制、机电传动、传感检测和计算机控制的综合应用。

一、《机电系统综合设计》课程设计存在的问题

《机电系统综合设计》课程设计即机电一体化课程设计，可以锻炼学生的动手能力，让学生亲身体验设计和实现机械设备全自动化功能的过程。这类课程设计很少采用仿真方式完成，设计对象多为实际的机电设备。这种设备集成度较高，价格昂贵，体积比较庞大，所以可供学生实践的台套数少，设备更新周期较长，这样给课程设计带来以下不利的因素：

（1）由于设备种类不多，造成课程设计的题目比较单一，而且由于设备相同，很难使得每个小组题目的侧重点不同。多个小组题目相同的结果，造成部分学生不做设计，只等其他小组调试成功后将程序复制过来，再根据自己设备的参数稍加修改，就可完成老师布置的任务。这种情况使得此实践环节对于某些学生来说学习效果很差。

（2）由于设备更新周期长，也使得每年的课程设计题目都会重复使用。这样也给部分学生带来向已经留校读研的学生直接索取设计结果的机会，不能独立完成，使课程设计流于形式。

（3）由于课程设计题目大部分都是指定性题目，学生基本上只要按照课程设计指导书按部就班的设计就能完成，学生自己发挥的空间少，缺少激励学生自主创新的评价机制，导致此实践环节不能成为对学生创新培养的重要平台。

为此，本文提出了从教学模式与选题原则，以及方案实施两个方面对机电一体化课程设计的教学改革方案。

二、机电一体化课程设计教学模式的改革

1.改变设计任务布置的方法让学生有自主发挥空间

课程设计的教学模式通常为首先给学生下达任务书，其次让学生根据课程设计指导书，查阅设计手册和资料，按部就班的进行设计，学生很少有发挥的空间，这样不利于调动学生的主动性和积极性，学生只忙于应付交差。

为改变这种状况，首先在给学生布置任务时只列出某个项目应该完成的基本功能，让学生在完成基本功能的基础上自主添加3～4个功能，并根据自主添加功能的复杂程度给予评价。

2.机电一体化课程设计选题原则

（1）重视学生对软件工具的学习和掌握。对于机电一体化设计来说，常用的工具软件主要有用于机械结构设计和仿真的软件，如Solidworks、ABAQUS、ANSYS、和ADAMS等，以及用于机电控制技术开发的工具软件，如Proteus、Keil、PLC开发平台、HMI开发平台、VC++和虚拟仪器开发平台等。设计题目的选择要求学生至少能够用到1～2种这类的软件工具，才能完成设计任务。

（2）课程设计的内容要与生产实际相联系。实际的机电产品常用的运动控制方式：PLC+驱动器、单片机+驱动器和IPC+驱动器等，构成机电一体化的运动控制部分。传动部分包括了气压与液压传动、电气传动、机械传动等。这些都是数控系统和工业机器人的组成要素。结合现有的实验设备和这些要素，为学生设计了如下的课程设计题目，如表1所示：

这些课程设计题目，都是2人一组的小组可以独立完成的设计任务。这类任务的设备由于设备更新周期长，所以容易存在每年重复使用的情况。而且多个小组的题目相同，容易出现抄袭现象。为避免这种情况就需要减少题目相同的组数，但是这又带来学生人数多于题目数量的问题，为解决这个问题，丰富题目的数量，可将学生参加科技创新的作品引入课程设计。

Robcon机器人大赛和全国机械创新设计大赛的设计题目，其要求学生提交的作品有很多可以设计成机电一体化装置。而且这种设计是从产品的设计方案做起，历经结构设计、加工制造、组装调试直至所有功能实现的机电一体化产品制造的全过程。这个过程使得教学更贴近实际，更好地发挥了学生的自主创新能力。以下是这几年学生申报的机电一体化课程设计的题目：①自动搬运机器人；②越障排爆机器人设计；③自动检测清障机器人设计；④爬杆机器人的设计与实现；⑤小型3自由度机械手臂的设计。以上作品学生都能在规定的时间里完成，图1（a）（b）分别是学生提交的部分样机作品。

（3）课程设计题目的工作量和难度应该以大多数学生能达到的知识能力范围为准，设计内容应属于先修机电控制系列课程的知识范围，不要超纲，既强调实践性又要兼顾知识性。

三、机电一体化课程设计改革的实施方案

1.抽签选题分组。由于课程设计所用的设备不一样，考查的知识侧重点也不尽相同，为避免因选题而出现的不和谐因素，学生首先自愿结合小组，然后每小组派出1人抽题，抽到题目后每小组还容许根据自身的优势与其它组交换题目，以便更好的发挥学生的个人所长。

2.认识实验台总体构成及功能。学生抽完题目后，教师要给各个小组介绍设计所用到的设备结构及其工作原理，布置和解释设计任务，提供设计手册及相关设计资料的查阅方向。

3.安排设计进度。对于设计进度的安排，发给学生的进度表要明确给出能够进行核查的，设计任务阶段性完成的指标节点，以便督促和监督学生的设计进程，保证课程设计能够顺利的完成。为保证设计质量还应让每个设计小组进行中期汇报。

4.演示答辩与设计报告撰写。学生要通过现场演示和ppt汇报的形式完成课程设计成果的验收，并按要求提交设计报告。

四、结束语

通过几年的实践，逐渐规范了机电一体化课程设计的教学，部分地解决了课程设计教学中存在的问题，特别是将学生的科技竞赛作品作为课程设计的题目补充，既丰富了课程的题目，又使学生通过课程设计对题目的规范要求，重新认识了机电一体化设计的含义。

参考文献：

[1]袁冬梅.机电综合课程设计教学模式的研究与实践[J].科教导刊，2012，（04）：133-134.

[2]谭为民.机电一体化课程设计教学实践[J].西南师范大学学报，2011，06）：193-196.

[3]尹志强.机电一体化系统课程设计的研究与实践[J].机电一体化，2009，（07）：100-103.endprint