劉紅軍　王運(yùn)江　紀(jì)俐　許良

摘要：介紹了實(shí)踐教學(xué)在機(jī)械電子工程專(zhuān)業(yè)中的重要性，介紹分析了柔性制造系統(tǒng)組成及其在機(jī)械電子工程專(zhuān)業(yè)實(shí)踐能力培養(yǎng)中的作用，針對(duì)各組成模塊，分別設(shè)計(jì)了相應(yīng)的培養(yǎng)項(xiàng)目。就本校在課程項(xiàng)目培養(yǎng)及實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)培養(yǎng)中的應(yīng)用進(jìn)行了說(shuō)明。最后總結(jié)了相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，并提出了進(jìn)一步工作的設(shè)想，為在實(shí)踐環(huán)節(jié)深化改革做準(zhǔn)備工作。

關(guān)鍵詞：實(shí)踐教學(xué)；教學(xué)改革；柔性制造系統(tǒng)

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2016）47-0179-02

一、引言

實(shí)踐教學(xué)是高等教育的重要環(huán)節(jié)，是實(shí)現(xiàn)人才培養(yǎng)目標(biāo)的有效途徑和重要保證。隨著社會(huì)的進(jìn)步和發(fā)展，對(duì)人才的需求也發(fā)生了很大的變化，給實(shí)踐教學(xué)帶來(lái)一些新的問(wèn)題和新的挑戰(zhàn)。我校機(jī)械電子工程專(zhuān)業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)中強(qiáng)調(diào)了機(jī)電結(jié)合的高級(jí)工程技術(shù)人才，為了培養(yǎng)“厚基礎(chǔ)、寬口徑、高素質(zhì)、強(qiáng)能力”的創(chuàng)新型工程技術(shù)人才，適應(yīng)現(xiàn)代社會(huì)的要求，就必須要優(yōu)化實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，推進(jìn)實(shí)踐教學(xué)方法和實(shí)踐教學(xué)體制改革。而營(yíng)造培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新工程技術(shù)人才的實(shí)踐教學(xué)環(huán)境，提供合適的實(shí)踐訓(xùn)練平臺(tái)是達(dá)到培養(yǎng)目標(biāo)的重要保障。為此，我校2012年在共建基金支持下成立了柔性制造實(shí)驗(yàn)室，通過(guò)柔性制造系統(tǒng)對(duì)實(shí)際工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)中的模擬運(yùn)行，讓學(xué)生了解和掌握現(xiàn)代機(jī)電系統(tǒng)運(yùn)行控制技術(shù)，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。本文圍繞該柔性制造系統(tǒng)在我校機(jī)械電子工程專(zhuān)業(yè)實(shí)踐培養(yǎng)上的應(yīng)用，就我校在教學(xué)改革上的措施進(jìn)行論述。

二、柔性制造系統(tǒng)

柔性自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)是將微電子學(xué)、計(jì)算機(jī)信息技術(shù)、控制技術(shù)、機(jī)械制造和系統(tǒng)工程有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，是一種技術(shù)復(fù)雜、高度自動(dòng)化系統(tǒng)，柔性制造技術(shù)更是當(dāng)前機(jī)械制造業(yè)適應(yīng)市場(chǎng)動(dòng)態(tài)需求及產(chǎn)品不斷迅速更新的主要手段，是先進(jìn)制造技術(shù)的基礎(chǔ)。

通過(guò)該系統(tǒng)，能使學(xué)生可通過(guò)實(shí)驗(yàn)了解柔性制造自動(dòng)化生產(chǎn)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的基本組成和基本原理，能為學(xué)生提供一個(gè)開(kāi)放性的，創(chuàng)新性的和可參與性的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，讓學(xué)生全面掌握機(jī)電氣一體化與物流技術(shù)的應(yīng)用開(kāi)發(fā)和集成技術(shù)，能夠幫助學(xué)生從系統(tǒng)整體角度去認(rèn)識(shí)系統(tǒng)各組成部分，從而掌握柔性制造相關(guān)系統(tǒng)的組成、功能及控制原理。促進(jìn)學(xué)生在機(jī)械設(shè)計(jì)制造、電氣自動(dòng)化、數(shù)字控制技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)、生產(chǎn)線(xiàn)技術(shù)等方面的學(xué)習(xí)，并對(duì)數(shù)控加工、電機(jī)驅(qū)動(dòng)及控制技術(shù)、PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用、機(jī)器人控制技術(shù)、高級(jí)語(yǔ)言編程等技能得到實(shí)際的訓(xùn)練，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生在光機(jī)電氣一體化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、裝配、調(diào)試能力等方面均能得到綜合提高。系統(tǒng)組成如圖1所示，共分為總控系統(tǒng)、自動(dòng)化立體庫(kù)及碼垛機(jī)、自動(dòng)化輸送線(xiàn)系統(tǒng)單元、CCD形狀顏色尺寸檢測(cè)單元、上下料搬運(yùn)機(jī)器人單元、數(shù)控加工單元、串聯(lián)機(jī)器人裝配與分揀單元、視覺(jué)導(dǎo)引搬運(yùn)AGV幾個(gè)單元部分。系統(tǒng)模擬某自動(dòng)化加工、分揀、自動(dòng)裝配及自動(dòng)出入庫(kù)完整制造過(guò)程。立體庫(kù)由兩排貨架及中間的碼垛機(jī)構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)毛坯及成品部件的存儲(chǔ)；傳送線(xiàn)負(fù)責(zé)從立體庫(kù)取件、傳送工件到到各工作單元及傳送入庫(kù)；通過(guò)圖像識(shí)別功能，對(duì)工件進(jìn)行形狀與顏色識(shí)別，通過(guò)信息識(shí)別，六自由度行走搬運(yùn)機(jī)器人可選擇把工件放入相應(yīng)的數(shù)控加工設(shè)備（車(chē)削加工中心或銑削加工中心）當(dāng)中。加工完畢，通過(guò)CCD視覺(jué)裝置進(jìn)行高度與直徑等尺寸識(shí)別。并為下一工序做好準(zhǔn)備。

該柔性制造系統(tǒng)可聯(lián)機(jī)/單機(jī)兩種運(yùn)行模式，方便學(xué)生進(jìn)行PLC控制、生產(chǎn)線(xiàn)控制、機(jī)器人控制及數(shù)控機(jī)床應(yīng)用實(shí)訓(xùn)。

三、柔性制造系統(tǒng)在機(jī)械電子工程專(zhuān)業(yè)實(shí)踐能力培養(yǎng)中的應(yīng)用

1.課程實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)。利用該柔性制造系統(tǒng)的各組成單元，對(duì)原有相關(guān)課程中的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行了調(diào)整整合，增加了綜合性實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)內(nèi)容設(shè)計(jì)，根據(jù)教師授課情況，結(jié)合學(xué)生特點(diǎn)進(jìn)行選取。主要服務(wù)的課程包括：機(jī)電傳動(dòng)與控制（步進(jìn)電機(jī)、伺服電機(jī)控制）、PLC控制技術(shù)（立體庫(kù)碼垛機(jī)控制、傳送線(xiàn)控制）、機(jī)器人技術(shù)（分揀機(jī)械手、搬運(yùn)機(jī)械手）、機(jī)床數(shù)控技術(shù)（數(shù)控加工單元）、傳感與測(cè)試技術(shù)（傳送線(xiàn)、CCD等單元）、機(jī)電一體化技術(shù)。

2.實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)。根據(jù)專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)及實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)要求，對(duì)原有實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)進(jìn)行了改革。將原第七學(xué)期三周的實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)分割成幾個(gè)模塊，其中一個(gè)模塊是2.5天的柔性制造系統(tǒng)實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)模塊，每次二十余人分成多個(gè)小組進(jìn)行該模塊的實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)。對(duì)學(xué)生獲得的專(zhuān)業(yè)知識(shí)和專(zhuān)業(yè)技能進(jìn)行的一次全面考核和綜合檢驗(yàn)。按照機(jī)械電子工程專(zhuān)業(yè)設(shè)置的要求，通過(guò)柔性制造系統(tǒng)平臺(tái)開(kāi)展的集中實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，讓學(xué)生完成的主要任務(wù)為：氣路、電路或控制回路的構(gòu)成的模擬設(shè)計(jì)及運(yùn)行調(diào)試；根據(jù)工作要求對(duì)PLC控制程序進(jìn)行修改或編寫(xiě)，模擬實(shí)際的控制過(guò)程；對(duì)人為設(shè)定的故障（電氣及PLC故障）進(jìn)行故障診斷及排除練習(xí)，提高學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力；模擬系統(tǒng)的各單元之間可以通過(guò)I/O進(jìn)行通訊，將多個(gè)加工單元連接構(gòu)成系統(tǒng)。通過(guò)這個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，讓學(xué)生自己動(dòng)手來(lái)搭建實(shí)際機(jī)電一體化設(shè)備，以此來(lái)提高學(xué)生解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力。實(shí)習(xí)的內(nèi)容：①柔性制造系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)教學(xué)。主要講授柔性制造系統(tǒng)技術(shù)的一些基本概念，讓學(xué)生對(duì)柔性制造系統(tǒng)有全面的了解和認(rèn)識(shí)。②立體庫(kù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。通過(guò)對(duì)立體庫(kù)實(shí)際操作，了解立體庫(kù)工作過(guò)程；以立體庫(kù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及PLC控制為主要教學(xué)內(nèi)容，了解并掌握立體庫(kù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)，學(xué)生能夠完成單元格的設(shè)計(jì)出圖。了解立體庫(kù)控制要求，采用PLC實(shí)現(xiàn)取、送工件的控制設(shè)計(jì)。③搬運(yùn)線(xiàn)設(shè)計(jì)。以搬運(yùn)線(xiàn)為教學(xué)對(duì)象，使學(xué)生了解掌握生產(chǎn)線(xiàn)工作原理及操作方法，了解生產(chǎn)線(xiàn)基本結(jié)構(gòu)及控制方法，了解典型分揀、傳送、檢測(cè)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)方法及操作。④AGV尋跡車(chē)設(shè)計(jì)。了解尋跡車(chē)基本結(jié)構(gòu)組成和功能；了解AGV尋跡車(chē)車(chē)體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，了解尋跡車(chē)控制原理和操作。⑤機(jī)械手。了解工業(yè)機(jī)器人基本原理，了解和掌握工業(yè)機(jī)器人機(jī)構(gòu)及基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)知識(shí)，掌握工業(yè)機(jī)器人操作知識(shí)，了解和掌握機(jī)器人控制原理，掌握機(jī)器人編程控制，利用測(cè)繪技術(shù)實(shí)現(xiàn)實(shí)物的測(cè)繪建模使學(xué)生在掃描和建模。⑥數(shù)控機(jī)床編程操作。以典型車(chē)、銑零件為對(duì)象，讓學(xué)生能夠通過(guò)動(dòng)手實(shí)踐將其數(shù)控加工程序編制出來(lái)，并在數(shù)控車(chē)及數(shù)控銑削加工中心完成各自零件的裝夾、對(duì)刀及加工仿真操作。

本實(shí)習(xí)重點(diǎn)強(qiáng)化動(dòng)手能力的訓(xùn)練，鼓勵(lì)學(xué)生在對(duì)柔性制造系統(tǒng)全面了解和認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，獨(dú)立完成系統(tǒng)的運(yùn)行和各分系統(tǒng)的設(shè)計(jì)操作。

四、結(jié)論

柔性制造實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)的建成與投入使用，豐富提高了我校機(jī)械電子工程專(zhuān)業(yè)在開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)教學(xué)和實(shí)訓(xùn)的能力。以此平臺(tái)為基礎(chǔ)，在授課教師及實(shí)驗(yàn)教師的共同努力下，有針對(duì)性地開(kāi)展相關(guān)實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，使學(xué)生可以更好地掌握機(jī)械、電子、電氣、液壓、自動(dòng)控制、數(shù)控等專(zhuān)業(yè)知識(shí)，并以實(shí)際設(shè)備為對(duì)象，建立機(jī)電一體化設(shè)備調(diào)試、運(yùn)行、維護(hù)等相關(guān)能力，有效地對(duì)應(yīng)本專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)要求。經(jīng)過(guò)學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，學(xué)生的綜合素質(zhì)得到提高并激發(fā)了部分學(xué)生的專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)興趣和科技創(chuàng)新興趣，為今后的能力培養(yǎng)和就業(yè)發(fā)展打下了基礎(chǔ)。

通過(guò)一年多時(shí)間的應(yīng)用，實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)等項(xiàng)目?jī)?nèi)容在不斷充實(shí)完善，在其間也發(fā)現(xiàn)了一些問(wèn)題，例如包括對(duì)指導(dǎo)教師的能力要求、系統(tǒng)運(yùn)行耗材費(fèi)用控制等將在今后工作中逐步完善。

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