張國梁 邢義虎 劉志軍

摘 要 以河北農(nóng)業(yè)大學(xué)木材加工機(jī)電一體化教學(xué)為對象，探索項(xiàng)目驅(qū)動式教學(xué)方法并應(yīng)用于教學(xué)實(shí)踐。首先分析項(xiàng)目設(shè)置的類型，其次重點(diǎn)闡述項(xiàng)目實(shí)踐的具體內(nèi)容和具體實(shí)施過程。教學(xué)實(shí)踐表明，通過實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的完成和自主設(shè)備研發(fā)過程等項(xiàng)目驅(qū)動式教學(xué)方法的實(shí)施，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)了學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新應(yīng)用能力，使學(xué)生掌握了木材加工行業(yè)機(jī)電一體化技術(shù)的基本實(shí)踐技能。

關(guān)鍵詞 木材加工；機(jī)電一體化；項(xiàng)目驅(qū)動式教學(xué)方法；實(shí)驗(yàn)室

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2018）04-0082-04

Abstract Taking teaching of wood processing mechatronics in Hebei Agricultural University as example， the paper explored project-dri-ven teaching method and applied this method on teaching practice. Firstly， types of projects set up was analyzed. Secondly， specific con-tents and implementation process were elaborated emphatically. It was indicated in teaching practice that by implementation of project-driven teaching methods such as completion of experimental projects and development of independent equipment， learning interest of stu-dents was motivated， practical ability and innovative application abi-lity were cultivated and basic practical skill of wood processing me-chatronics was learned by students.

Key words wood processing； mechatronics； project-driven teaching method； laboratory

1 前言

當(dāng)今，機(jī)電一體化及自動化技術(shù)在木材和人造板加工行業(yè)所占比重逐日提高。如美克國際家私制造有限公司引進(jìn)的意大利Morbidelli-SCM集團(tuán)的4軸CNC加工中心、德國豪邁集團(tuán)電子開料鋸，以及從迪芬巴赫和辛貝爾康普集團(tuán)到國內(nèi)公司生產(chǎn)的人造板連續(xù)平壓機(jī)等，諸多加工設(shè)備的共同特點(diǎn)即為自動化程度高，綜合使用機(jī)械、電氣、液壓和氣動技術(shù)[1-2]。

河北農(nóng)業(yè)大學(xué)木材科學(xué)與工程系發(fā)展時(shí)間尚短，不論師資配置、專業(yè)方向，還是實(shí)驗(yàn)室條件，都不及傳統(tǒng)林業(yè)院校的相關(guān)學(xué)科。例如：北京林業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與技術(shù)學(xué)院設(shè)有木材加工裝備與過程自動化研究方向；南京林業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院更是有工業(yè)裝備與自動化系，實(shí)驗(yàn)室建設(shè)也具有一定的規(guī)模。河北農(nóng)業(yè)大學(xué)木材系機(jī)電一體化實(shí)驗(yàn)室剛成立不久，通過充分利用實(shí)驗(yàn)設(shè)備調(diào)動學(xué)生的積極性和學(xué)習(xí)興趣，使之真正掌握自動化技術(shù)的基本實(shí)踐能力是必然選擇[3-6]。

本文探索項(xiàng)目驅(qū)動式木材加工機(jī)電一體化教學(xué)方法，重點(diǎn)研究創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)置和自主設(shè)備研發(fā)，通過實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的完成和自主設(shè)備研發(fā)過程，培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新應(yīng)用能力，使學(xué)生掌握木材加工行業(yè)機(jī)電一體化技術(shù)的基本實(shí)踐技能。

2 項(xiàng)目設(shè)置

學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，完成基本實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目 引領(lǐng)學(xué)生分析木材系機(jī)電一體化實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的機(jī)構(gòu)組成、控制原理和使用方法，并以基本實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目為載體，針對不同設(shè)備完成實(shí)驗(yàn)過程。木材加工一體化實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有設(shè)備包括QSYQ-YQ1型微機(jī)控制液壓與氣動試驗(yàn)教學(xué)平臺、TYKJ-PLC2型可編程控制實(shí)驗(yàn)裝置及單片機(jī)綜合實(shí)驗(yàn)臺、木工銑床電路電氣故障試驗(yàn)臺和三維數(shù)控實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)等設(shè)備。實(shí)驗(yàn)室對學(xué)生開放，每臺設(shè)備的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書印發(fā)給學(xué)生，要求學(xué)生分組完成每一臺實(shí)驗(yàn)設(shè)備的至少一個(gè)基本實(shí)驗(yàn)，每一組4～6人。如此，使學(xué)生熟悉實(shí)驗(yàn)設(shè)備，并對電氣控制的基本知識有所掌握。

探索和設(shè)置探索型和創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目 以學(xué)生為主體建立學(xué)習(xí)興趣小組，通過討論、分析擬定具有一定創(chuàng)新性的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，并以實(shí)驗(yàn)設(shè)備為載體完成自擬項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)。進(jìn)一步，分析總結(jié)所做實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的特點(diǎn)和技術(shù)要點(diǎn)，做到對機(jī)、電、液、氣基本技術(shù)的掌握。木材加工機(jī)電一體化學(xué)習(xí)興趣小組的自擬項(xiàng)目要結(jié)合觸摸屏組態(tài)、電氣圖紙繪制和PLC編程技術(shù)。在現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)條件和資金范圍內(nèi)，觸摸屏選擇MCGS或西門子品牌，電氣圖紙繪制選擇Eplan，PLC選擇西門子S7-200系列。

研發(fā)實(shí)驗(yàn)室所需的自主設(shè)備，提升學(xué)生實(shí)踐能力 以木材科學(xué)與工程系承擔(dān)的河北省自然科學(xué)基金項(xiàng)目“面向?qū)嶒?yàn)室的纖維板鋪裝機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)理論及實(shí)現(xiàn)方法研究”和河北省科技計(jì)劃項(xiàng)目“精密轉(zhuǎn)臺式纖維板鋪裝成型技術(shù)及設(shè)備研發(fā)”為載體，通過機(jī)械建模、電氣設(shè)計(jì)完成設(shè)備的開發(fā)文件，并利用可能條件完成設(shè)備加工和裝備以及調(diào)試，以機(jī)電一體化技術(shù)的綜合應(yīng)用切實(shí)提高學(xué)生的實(shí)踐能力。

3 項(xiàng)目實(shí)踐

實(shí)踐內(nèi)容 在授課過程中，木材加工機(jī)電一體化輔助教學(xué)主要完成三項(xiàng)實(shí)踐內(nèi)容。

1）繼電器-接觸器基本控制單元搭建和連接。繼電器-接觸器控制是機(jī)床電氣控制中最為常用的技術(shù)之一，熟悉并掌握其工作原理是電氣控制的基本要求。為使學(xué)生能夠掌握控制精髓和要點(diǎn)，特搭建出繼電器—接觸器控制基本單元。實(shí)驗(yàn)課上要求學(xué)生完成相關(guān)電氣圖紙的繪制和電氣元件的接線，導(dǎo)線的兩端需標(biāo)注線號。圖1所示為“木材加工自動化”實(shí)驗(yàn)課學(xué)生完成接線的繼電器—接觸器基本控制單元。

2）MCGS觸摸屏基本組態(tài)。MCGS是當(dāng)前應(yīng)用較為廣泛的觸摸屏，本實(shí)踐環(huán)節(jié)要求學(xué)生采用TPC7062KX觸摸屏，基于三相異步電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制完成HMI的界面組態(tài)。組態(tài)內(nèi)容包括用戶窗口圖形設(shè)計(jì)，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中建立相關(guān)變量，并以西門子S7-200PLC為主控制器，在設(shè)備窗口中完成通道建立、變量連接和通信連接。圖2所示為實(shí)驗(yàn)課學(xué)生完成的電機(jī)延時(shí)正反轉(zhuǎn)的HMI。

3）木材加工實(shí)驗(yàn)室自主設(shè)備研發(fā)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。此項(xiàng)內(nèi)容面向機(jī)電一體化興趣小組，以承擔(dān)的河北省自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金項(xiàng)目“面向?qū)嶒?yàn)室的纖維板鋪裝機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)理論及實(shí)現(xiàn)方法研究”和河北省科技計(jì)劃自籌項(xiàng)目“精密轉(zhuǎn)臺式纖維板鋪裝成型技術(shù)及設(shè)備研發(fā)”為載體，完成轉(zhuǎn)臺式纖維板鋪裝成型機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)以及轉(zhuǎn)臺式纖維板鋪裝成型機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)的單元控制柜設(shè)計(jì)和安裝，見圖3至圖7所示。

實(shí)踐對象 自木材加工機(jī)電一體化實(shí)驗(yàn)室建設(shè)至今，共經(jīng)歷一個(gè)學(xué)年的本科實(shí)踐教學(xué)過程。選課班級：2013級木材科學(xué)與工程01、02、03班。選課時(shí)間：2015—2016學(xué)年第一、二學(xué)期。對應(yīng)課程：木材加工自動化、木工機(jī)械。具體情況見表1。

具體實(shí)施過程 具體實(shí)施過程隨項(xiàng)目的設(shè)置和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的不同而改變。對繼電器—接觸器基本控制單元搭建和連接內(nèi)容，要求學(xué)生定時(shí)練習(xí)，木材加工機(jī)電一體化實(shí)驗(yàn)室全程對學(xué)生開放，學(xué)生可以在與教師協(xié)商時(shí)間段內(nèi)進(jìn)入練習(xí)；MCGS觸摸屏基本組態(tài)內(nèi)容要求學(xué)生隨學(xué)隨練，實(shí)驗(yàn)課和講授課皆可進(jìn)行，學(xué)生自帶筆記本計(jì)算機(jī)，隨時(shí)學(xué)習(xí)，隨時(shí)練習(xí)并仿真下載分析問題，進(jìn)一步掌握組態(tài)技術(shù)；木材加工實(shí)驗(yàn)室自主設(shè)備研發(fā)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)以教師所承擔(dān)的課題時(shí)間節(jié)點(diǎn)為依據(jù)，逐步進(jìn)行。

教學(xué)效果分析 針對2013級木材科學(xué)與工程專業(yè)共有學(xué)生70人，且全部選修“木材加工自動化”課程，課后問卷調(diào)查統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表2。

4 結(jié)語

以河北農(nóng)業(yè)大學(xué)木材科學(xué)與工程系木材加工機(jī)電一體化教學(xué)為對象，探索項(xiàng)目驅(qū)動式教學(xué)方法并應(yīng)用于教學(xué)實(shí)踐。實(shí)踐表明，項(xiàng)目驅(qū)動式教學(xué)方法的應(yīng)用既增強(qiáng)了課堂教學(xué)效果，又激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。隨技術(shù)進(jìn)步和行業(yè)的快速發(fā)展，木材加工自動化的知識將不斷更新。為此，項(xiàng)目驅(qū)動式教學(xué)方法的內(nèi)容和手段將與時(shí)俱進(jìn)、不斷革新。

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