機(jī)電一體化工程強(qiáng)化訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與實(shí)踐

1、機(jī)電一體化工程強(qiáng)化訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與實(shí)踐摘要:本文介紹了在華南理工大學(xué)廣州學(xué)院中，對(duì)機(jī)械工程學(xué)院機(jī)電一體化方向開(kāi)設(shè)的工程強(qiáng)化訓(xùn)練的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和實(shí)踐。對(duì)于在獨(dú)立院校中，結(jié)合職業(yè)技能考證開(kāi)展工程訓(xùn)練，培養(yǎng)機(jī)電一體化方向的應(yīng)用型、創(chuàng)新型人才的方法進(jìn)行了探索。關(guān)鍵詞:機(jī)電一體化工程訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)ExperimentalDesignandPracticeofMechatronicsEngineeringIntensiveTrainingAbstract:ThisArticledescribestheexperimentaldesignandpracticeofintensivetrainingtothemech

2、atronicsdirectionofMechanicalEngineeringCollegeintheGuangzhouCollegeofSouthChinaUniversityofTechnology.Forindependentinstitutions,combinedwithvocationalskilltocarriedoutengineeringtraining,themethodtocultivatethedirectionofmechanicalandelectricalintegrationofapplication-oriented,innovativetalentisex

3、plored.Keywords:Mchartonics;Engineeringtraining;ExperimentalDesign在機(jī)電一體化方向的學(xué)習(xí)中，涉及到的基礎(chǔ)課程很多，包括PLC應(yīng)用技術(shù)、觸摸屏應(yīng)用技術(shù)、液壓氣動(dòng)技術(shù)、傳感器與檢測(cè)技術(shù)、機(jī)電傳動(dòng)控制技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)等。從單個(gè)課程來(lái)說(shuō)，這些科目，應(yīng)用性都很強(qiáng)。如果僅僅通過(guò)理論教學(xué)，難以達(dá)到教學(xué)目的，必須配以足夠多的動(dòng)手實(shí)踐。而在傳統(tǒng)的本科教學(xué)當(dāng)中，學(xué)生動(dòng)手不多，對(duì)理解課本上所講述的內(nèi)容會(huì)產(chǎn)生困難。從整個(gè)機(jī)電一體化的教學(xué)來(lái)說(shuō)，其各個(gè)基礎(chǔ)課程雖然分開(kāi)學(xué)習(xí)，但必須結(jié)合應(yīng)用。在實(shí)踐訓(xùn)練中，認(rèn)知階段可以分開(kāi)獨(dú)立實(shí)驗(yàn)，關(guān)鍵是到了深入階段，要把

4、各個(gè)課程結(jié)合起來(lái)，體現(xiàn)出一體化”這樣才能在機(jī)電一體化方向的學(xué)習(xí)中得到提高與突破。為了盡量貼合工業(yè)實(shí)際，我校為機(jī)電一體化方向的學(xué)生開(kāi)設(shè)了的工程強(qiáng)化訓(xùn)練。該工程訓(xùn)練目的為全面提高機(jī)電一體化方向?qū)W生的工程實(shí)踐能力，鼓勵(lì)學(xué)生考取可編程序控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)師。這對(duì)于本學(xué)院來(lái)說(shuō)，是一種新的嘗試，并希望通過(guò)對(duì)該工程訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的實(shí)踐，能夠探索出一種比較適合機(jī)電一體化應(yīng)用型、創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)方法。1實(shí)驗(yàn)設(shè)備在工程強(qiáng)化訓(xùn)練中，最主要的目的是希望學(xué)生能夠通過(guò)動(dòng)手實(shí)踐，掌握機(jī)電一體化的各個(gè)基礎(chǔ)課程，并將各個(gè)課程從總體上得到把握，從而提高工程實(shí)踐能力。其中，學(xué)生接觸到的應(yīng)該是最接近當(dāng)今工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的工程訓(xùn)練環(huán)境。為此，工程訓(xùn)練

5、所用的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，應(yīng)當(dāng)能夠涵蓋機(jī)電一體化的各個(gè)訓(xùn)練內(nèi)容，具有開(kāi)放式的，貼近工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的操作對(duì)象。為此,本學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院從廣東省自動(dòng)化與信息技術(shù)轉(zhuǎn)移中心購(gòu)置了8臺(tái)可編程序控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)師考證設(shè)備（以下簡(jiǎn)稱考證臺(tái)”?？甲C臺(tái)能夠?qū)崿F(xiàn)工件的姿勢(shì)辨別，以及工件顏色、材質(zhì)的分揀。該考證臺(tái)作為可編程序控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)師的考證平臺(tái)，能夠很好地訓(xùn)練到了機(jī)電一體化的各項(xiàng)內(nèi)容。為了配合工程訓(xùn)練中的基礎(chǔ)性練習(xí)，一些具有單一功能的實(shí)驗(yàn)設(shè)備也參與其中。包括PLC實(shí)驗(yàn)臺(tái)、氣動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)、小型分揀機(jī)構(gòu)、小型機(jī)械手以及小型數(shù)控平臺(tái)等。2實(shí)驗(yàn)課程設(shè)計(jì)工程強(qiáng)化訓(xùn)練安排在學(xué)期末，每位學(xué)生有4周的訓(xùn)練時(shí)間。其中，理論知識(shí)還是有必要進(jìn)行復(fù)習(xí)和整合，

6、所以安排了一定時(shí)間的理論課。理論課與實(shí)操課的比例大概為1:5。本文講述的就是實(shí)操課部分的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。實(shí)操部分是采用先整體認(rèn)識(shí)，然后分步練習(xí)，最后進(jìn)行綜合訓(xùn)練的方式安排實(shí)驗(yàn)時(shí)間。實(shí)驗(yàn)基本上分為3個(gè)層次進(jìn)行：(1)整體認(rèn)識(shí)。將考證臺(tái)的完整分揀動(dòng)作做出演示。此時(shí)即可向?qū)W生闡述本次工程強(qiáng)化訓(xùn)練的最終訓(xùn)練效果，以及要達(dá)到這個(gè)訓(xùn)練效果所要掌握的技能:PLC應(yīng)用技術(shù)、傳感技術(shù)、氣動(dòng)技術(shù)、電機(jī)及傳動(dòng)技術(shù)以及一定的電氣知識(shí)。(2)分步練習(xí)。為了讓學(xué)生在進(jìn)行考證臺(tái)上機(jī)前打好基礎(chǔ)，對(duì)于參加工程訓(xùn)練的整批學(xué)生，分組按順序地先進(jìn)行基礎(chǔ)訓(xùn)練。結(jié)合現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)設(shè)備,基礎(chǔ)訓(xùn)練內(nèi)容有:在PLC實(shí)驗(yàn)臺(tái)上訓(xùn)練PLC基本指令以及編程技巧

7、；在氣動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)上認(rèn)識(shí)氣動(dòng)系統(tǒng)和氣動(dòng)回路；在小型分揀機(jī)構(gòu)上訓(xùn)練利用傳感器分揀不同顏色的工件；而通過(guò)小型機(jī)械手和小型數(shù)控平臺(tái)的訓(xùn)練，提高了學(xué)生對(duì)一個(gè)小型項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、安裝、編程到調(diào)試的能力，為在考證臺(tái)上機(jī)前打好基礎(chǔ)。（3）綜合訓(xùn)練。學(xué)生正式在考證臺(tái)上機(jī)練習(xí)，在老師的指導(dǎo)下，完成逐個(gè)動(dòng)作，最后完成整個(gè)動(dòng)作。該部分占據(jù)大部分訓(xùn)練時(shí)間。3實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)3.1PLC實(shí)驗(yàn)所使用的實(shí)驗(yàn)臺(tái)為傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，控制對(duì)象用彩色LED燈模擬顯示。對(duì)于初始階段的PLC學(xué)習(xí)，該種實(shí)驗(yàn)臺(tái)可以滿足訓(xùn)練要求。該部分的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容有彩燈交替顯示、數(shù)字顯示等比較經(jīng)典的內(nèi)容。其實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)不在結(jié)果，在于過(guò)程。對(duì)于同一個(gè)顯示功能，如何用多種編

8、程方法來(lái)完成，這是練習(xí)的重點(diǎn)。通過(guò)反復(fù)地練習(xí)這種PLC基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn),能夠讓基礎(chǔ)不扎實(shí)的學(xué)生得到鞏固，同時(shí)也可以鍛煉PLC的編程技巧,以及提高對(duì)編程軟件的熟練程度。3.2氣動(dòng)實(shí)訓(xùn)在氣動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)上完成幾個(gè)基本氣動(dòng)回路實(shí)驗(yàn)：雙作用氣缸的換向回路、雙氣缸并聯(lián)同步回路、雙氣缸串聯(lián)同步回路、應(yīng)用接近開(kāi)關(guān)的順序控制回路。經(jīng)過(guò)這幾個(gè)氣動(dòng)回路的搭建，熟悉氣動(dòng)系統(tǒng)的組成熟悉電磁閥的使用。3.3小型分揀機(jī)構(gòu)分揀機(jī)構(gòu)在考證臺(tái)上是比較重要的一部分。利用光電傳感器，能夠?qū)⒐ぜ念伾卣骷右詤^(qū)分，再通過(guò)程序，準(zhǔn)確地將符合條件的工件由氣缸推出。通過(guò)這樣一種小型分揀機(jī)構(gòu)，就能夠在進(jìn)行綜合訓(xùn)練之前，將分揀”的幾個(gè)核心內(nèi)容都預(yù)先進(jìn)行練習(xí)

9、了。那么，在綜合訓(xùn)練的時(shí)候，分揀”這部分就會(huì)變得相當(dāng)熟悉了。3.4考證臺(tái)系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)與調(diào)試在考證臺(tái)上，一開(kāi)始就安排了動(dòng)作演示。并且，給出了各個(gè)需要掌握的知識(shí)點(diǎn)。當(dāng)學(xué)生上機(jī)時(shí)，在老師指導(dǎo)下，循序漸進(jìn)地進(jìn)行練習(xí)。在編程方面，大部分學(xué)生使用狀態(tài)轉(zhuǎn)移的方法會(huì)比較容易入手?？墒牵芏嗉?xì)節(jié)問(wèn)題要在練習(xí)當(dāng)中不斷改進(jìn)。在PLC方面，編程是重點(diǎn)。然而，由于傳統(tǒng)的PLC實(shí)驗(yàn)的控制對(duì)象是模擬的，導(dǎo)致在面對(duì)實(shí)實(shí)在在具有機(jī)械結(jié)構(gòu)的控制對(duì)象時(shí)，學(xué)生可能會(huì)一時(shí)不能上手。并且，必須引導(dǎo)學(xué)生，要?jiǎng)邮终{(diào)試硬件，使硬件配合所編寫的程序，最后整個(gè)系統(tǒng)才能無(wú)阻地運(yùn)行起來(lái)。可能會(huì)出現(xiàn)這種情況，同一段程序，在機(jī)器一上能夠運(yùn)行，在機(jī)器二上卻

10、不可以，這就是因?yàn)橛布龀稣{(diào)試，才能夠適應(yīng)程序。對(duì)于部分接受能力強(qiáng)的學(xué)生，可以先介紹PLC的接線，將整臺(tái)設(shè)備的電氣接線都理清一遍，這對(duì)于學(xué)生以后完成工程有很大好處在機(jī)電傳動(dòng)方面，主要的是變頻器的使用。這一部分，要引導(dǎo)學(xué)生自己查閱變頻器使用手冊(cè)。參數(shù)的設(shè)置、故障的排除等等。掌握了這一技能，學(xué)生在以后的工作當(dāng)中，即使遇到不同型號(hào)的變頻器，只要有一本使用說(shuō)明書，就可以自己解決問(wèn)題了。傳感技術(shù)方面，電容傳感器、電感傳感器、光電傳感器、磁性開(kāi)關(guān)等,在考證臺(tái)上都有應(yīng)用，最起碼要辨別傳感器的類型，并清楚該種傳感器的使用場(chǎng)合。在使用當(dāng)中，由于傳感器的檢測(cè)距離問(wèn)題，要適當(dāng)調(diào)整其位置，以及靈敏度，這就是之前所說(shuō)

11、的硬件調(diào)試的一部分。氣動(dòng)部分，要求學(xué)生自己使用電磁閥的開(kāi)關(guān)做出氣路的通斷，從而方便進(jìn)行其他的工作，如查找PLC的I/O、改變系統(tǒng)機(jī)構(gòu)的位置等。從學(xué)生接觸設(shè)備到完全能夠獨(dú)立練習(xí)，需要一個(gè)過(guò)程，最主要是心理過(guò)程。很多學(xué)生就是不敢獨(dú)立去動(dòng)手操作，連程序也要有個(gè)參考才做下去，這樣只會(huì)阻礙學(xué)習(xí)的進(jìn)度。應(yīng)該鼓勵(lì)學(xué)生走出第一步，編寫程序，然后調(diào)試,只要第一步做出來(lái)了，以后按步驟地練習(xí)，到完成整個(gè)動(dòng)作,這個(gè)過(guò)程也不需要太久。當(dāng)練習(xí)到一定程度，就可以給出幾個(gè)完整的項(xiàng)目，讓學(xué)生進(jìn)行獨(dú)立練習(xí)了。4實(shí)驗(yàn)管理組織4.1分組我校機(jī)電方向08級(jí)有200人，分兩個(gè)班每個(gè)班各100人,分別有4周的強(qiáng)化訓(xùn)練時(shí)間。為便于上課管理，

12、每班分為4個(gè)小組，每組25人。實(shí)驗(yàn)分組與實(shí)驗(yàn)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容有關(guān)，同時(shí)考慮到每位學(xué)生在實(shí)操現(xiàn)場(chǎng)能夠自主完成的內(nèi)容。學(xué)生的分組，應(yīng)該是既能使每位學(xué)生都有獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)，同時(shí)也能鍛煉學(xué)生分工合作的團(tuán)隊(duì)精神。而且，分組之后,實(shí)驗(yàn)設(shè)備應(yīng)能夠在使用合理的情況下，盡可能多地使用。4.2聯(lián)系與交流每個(gè)小組設(shè)立2名小組長(zhǎng)，方便平時(shí)實(shí)驗(yàn)的管理與組織。設(shè)立了專屬的QQ群。可以隨時(shí)進(jìn)行師生交流。一些消息能夠及時(shí)做出公布。平時(shí)練習(xí)的資料，可供參考的資料，可以實(shí)現(xiàn)共享。5成績(jī)考核最后成績(jī)，由上機(jī)實(shí)操考核得出。由于參加實(shí)訓(xùn)的學(xué)生人數(shù)多，只好采用多人合作完成上機(jī)任務(wù)的方式來(lái)進(jìn)行考核。最后確定3人一組,在2個(gè)小時(shí)內(nèi)，完成一個(gè)項(xiàng)目，該項(xiàng)目根據(jù)可編程序控制系統(tǒng)