復雜機電系統(tǒng)設計機械設計 教學大綱

《復雜機電系統(tǒng)設計》教學大綱課程名稱：復雜機電系統(tǒng)設計課程類別（必修/選修）：必修課課程英文名稱：ComplexElectromechanicalSystemsDesign總學時/周學時/學分：24/2/1.5其中實驗/實踐學時：10先修課程：機械制圖、材料力學、機械原理、機械設計后續(xù)課程支撐：機制技術基礎、機械工程試技術、物聯網技及用授課時間：2，4-14周，周四，3-4節(jié)授課地點：7B-310答疑時間、地點與方式：1.每次上課的課前、課間和課后，在上課教室答疑；2.工作日辦公室12N206答疑；3.平時郵件、微信、電話答疑課程考核方式：開卷（√）閉卷（）課程論文（）其它（）使用教材：《機電一體化系統(tǒng)設計》丁金華，王學俊，魏鴻磊著，清華大學出版社，2019(第1版)。課程簡介：《復雜機電系統(tǒng)設計》是一門培養(yǎng)學生具有機電一體化技術綜合應用能力的專業(yè)選修課程。本課程從系統(tǒng)的觀點出發(fā)，利用機械技術和電子技術，通過機電有機結合構造最佳的機電系統(tǒng)。主要學習機械系統(tǒng)、傳感檢測系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等設計和選擇方法，討論機電一體化系統(tǒng)的接口、精度設計和可靠性等系統(tǒng)總體技術。機電一體化技術是與實踐聯系非常緊密的學科，在教學過程中綜合運用先修課程中有關的知識與技能，結合各實踐環(huán)節(jié)進行工程技術人員所需的基本訓練，為學生日后從事技術革新創(chuàng)造條件。課程教學目標及對畢業(yè)要求指標點的支撐：課程教學目標支撐畢業(yè)要求指標點畢業(yè)要求目標1：學習機電系統(tǒng)的基本概念，理解機電系統(tǒng)中各結構要素在系統(tǒng)中的作用和相互關系，初步建立機電產品的系統(tǒng)化設計思想。1.4能夠將機械工程相關知識和數學模型方法用于復雜機械工程問題解決方案的比較與綜合。1工程知識：掌握扎實的數學知識、物理、化學等自然科學知識，力學、電工電子學、計算機學、工程材料學等工程基礎知識以及機械制圖、機械原理、機械設計、機械傳動與控制等專業(yè)知識，并將其用于解決機電產品設計、開發(fā)、制造、管理等過程中的復雜機械工程問題。目標2：掌握機電系統(tǒng)中機械、傳感檢測、動力、控制等基本結構要素的技術特點，解決針對機電產品的復雜機械工程問題。5.3能夠針對具體機械工程問題，開發(fā)或選用滿足特定需求的現代工具，模擬和預測專業(yè)問題，并能夠分析其局限性。5使用現代工具：能夠針對機電產品設計、開發(fā)、制造、管理等過程中的復雜機械工程問題，開發(fā)、選擇與使用恰當的技術、資源、現代工程工具和信息技術工具，包括對復雜機械工程問題的預測與模擬，并能夠理解其局限性。目標3：掌握典型裝置的技術原理和使用方法；掌握典型機電產品的構成、特點和設計方法，能夠進行復雜機電系統(tǒng)的設計。3.2能夠設計出滿足特定需求的機械系統(tǒng)、單元（部件）和工藝流程，并能夠在設計中體現創(chuàng)新意識。3設計/開發(fā)解決方案：能夠設計針對機電產品設計、開發(fā)、制造、管理等過程中的復雜機械工程問題的解決方案，設計滿足特定需求的機械系統(tǒng)、單元（部件或工藝流程，并能夠在設計環(huán)節(jié)中體現創(chuàng)新意識，考慮社會、健康、安全、法律、文化以及環(huán)境等因素。目標4：培養(yǎng)學生具有主動參與、積極進取、探究工程的學習態(tài)度和思想意識；養(yǎng)成理論聯系實際、科學嚴謹、認真細致、實事求是的態(tài)度和職業(yè)道德。4.2能夠針對具體機械工程問題，選擇研究路線，設計實驗方案，并能夠構建實驗系統(tǒng)，安全的開展相關實驗，正確地采集實驗數據。4研究：能夠基于科學原理并采用科學方法對機電產品設計、開發(fā)、制造、管理等過程中的復雜機械工程問題進行研究，包括實驗設計、分析與數據解釋，并通過信息綜合得到合理有效的結論。課程思政目標：通過課程的學習，培養(yǎng)學生的人文關懷、愛國精神以及團隊合作精神，培養(yǎng)學生的全局觀與辯證觀，養(yǎng)成嚴謹的科學態(tài)度、實事求是的工作作風以及良好的職業(yè)素養(yǎng)。理論教學進程表周次教學主題授課教師學時數教學內容（重點、難點、課程思政融入點）教學模式線下/混合式教學方法作業(yè)安排支撐課程目標1緒論；機電一體化技術的主要特點；功能及組成王帥2重點：機電一體化的功能構成和組成要素；機電一體化的共性關鍵技術。難點：機電一體化耦合關系。課程思政融入點：介紹我國近年來在重大機電裝備取的舉世矚目的成果，增強學生科技強國的自信。勞動教育融入點：通過虛擬仿真介紹航母、艦載機關鍵零部件裝配過程，沉浸式體驗勞動過程的樂趣。線下教學課堂講授與小組討論課后作業(yè)：優(yōu)學院相關習題。目標1課程思政作業(yè)：學生結合中國航母/艦船的發(fā)展討論對機電系統(tǒng)的認識，報告1篇（不少于1500字）。2機電一體化對機械系統(tǒng)、機械傳動、執(zhí)行機構的基本要求；性能影響王帥2重點：位姿描述和齊次變換；滾珠絲杠副傳動機構。難點：傳動機構的設計方法；執(zhí)行機構設計。線下教學課堂講授優(yōu)學院專題作業(yè)目標23機電系統(tǒng)中的檢測傳感系統(tǒng)（上）王帥2重點：各類傳感器的工作原理；傳感器的功用和特性。難點：傳感器的選擇與使用。課程思政融入點：介紹黃大年重點攻關國家急需的“地球深部探測儀器”，這種探測傳感器能探清深層地下的礦產、海底的隱伏目標，對國土安全具有重大價值。勞動教育融入點：同時黃大年是“最美奮斗者”“時代楷?！薄叭珖逡粍趧营務隆钡墨@得者，勞模的奮斗百年路，至誠報國心。線下教學課堂講授優(yōu)學院專題作業(yè)目標24機電系統(tǒng)中的檢測傳感系統(tǒng)（下）王帥2重點：信號調理電路（濾波、相關、調制、解調）；信號變換技術(傳感器接口電路、放大電路、模數轉換、數模轉換)。難點：信號調理電路（濾波、相關、調制、解調）。線下教學課堂講授優(yōu)學院專題作業(yè)目標25信號、系統(tǒng)與控制信號調節(jié)與接口設計王帥2重點：信號、系統(tǒng)的概念，與控制的關系；信號調節(jié)方法和接口設計技術難點：控制系統(tǒng)中信號處理、信號與系統(tǒng)的關聯；復雜機電系統(tǒng)中各個子系統(tǒng)的協(xié)作線下教學課堂講授優(yōu)學院專題作業(yè)目標36伺服控制系統(tǒng)；步進、直流、交流伺服控制技術及設計王帥2重點：步進電機、交直流伺服電機的控制與驅動；伺服系統(tǒng)的設計。難點：伺服電機的選擇與校核；2．交流伺服的矢量控制；開、閉環(huán)控制。線下教學課堂講授優(yōu)學院專題作業(yè)目標37機電一體化系統(tǒng)總體設計；總體設計方法王帥2重點：一體化產品的設計方法。難點：功能定義、性能指標分配。線下教學課堂講授優(yōu)學院專題作業(yè)目標1合計14實踐教學進程表周次實驗項目名稱授課教師學時教學內容（重點、難點、課程思政融入點）項目類型（驗證/綜合/設計）教學方法支撐課程目標8傳感器識別系統(tǒng)實驗王帥2重點：傳感器基本原理及組成，陣列化原理；條形碼識別原理和編程；難點：條形碼識別原理和編程。勞動教育融入點：參與一個傳感器模塊制作過程，全程真正體驗勞動的價值以及成就感。驗證教師講解，指導學生動手操作。學生實操，須完成實驗報告。目標49光電式傳感器轉速與旋向測量實驗黃泳波2重點：光電式傳感器的基本結構及轉換電路的工作原理；差動變壓器的調試方法，旋轉方向的測量方法；難點：雙通道示波器識別八組波形，相差與旋轉方向的關系。驗證教師講解，指導學生動手操作。學生實操，須完成實驗報告。目標410外部模擬量變頻調速控制實驗黃泳波2重點：變頻器外部接線的控制方式，運行模式參數的設置與調試方法；電機的模擬信號控制方法；難點：三菱變頻器實驗箱使用；各參數對電機的影響，電機信號與輸出頻率的關系。綜合教師講解，指導學生動手操作。學生實操，須完成實驗報告。目標411伺服升降機運動控制系統(tǒng)設計與測試實驗（接線組裝設置部分）黃泳波2重點：機電綜合控制系統(tǒng)的組成的組裝；伺服電機控制方法設置、控制信號、控制接口電路的設計方法難點：上位機Mach3控制軟件與運動控制系統(tǒng)的搭建、參數設置和系統(tǒng)測試方法課程思政融入點：以航天器伺服對準研究為背景闡述控制系統(tǒng)的重要性，強調復雜機電系統(tǒng)建立精準模型的重要性，需要力求精益求精。.設計教師講解，指導學生動手操作。學生實操，須完成實驗報告。課程思政作業(yè)：結合實驗以及所學知識，闡述伺服控制的哲學思想。目標412伺服升降機運動控制系統(tǒng)設計與測試實驗(VB控制運動曲線算法設計）黃泳波2重點：機電綜合控制系統(tǒng)的組成及控制方法。難點：利用VB軟件編寫控制程序的界面。課程思政融入點：以工業(yè)自動化生產線為背景闡述控制系統(tǒng)的設計開發(fā)的重要性設計教師講解，指導學生動手操作。學生實操，須完成實驗報告。目標4合計10課程考核課程目標支撐畢業(yè)要求指標點評價依據及成績比例（%）作業(yè)實驗考試合計目標11-4301518目標25-3642535目標33-2461020目標44-2225027總計153550100注：（1）考核環(huán)節(jié)應能支撐課程目標所述能力的達成；（2）各類考核評價的具體評分標準見《附錄：各類考核評分標準表》.備注：附錄：各類考核評分標準表作業(yè)評分標準觀測點評分標準A(100)B(85)C(70)D(0)基本概念掌握程度概念清楚，答題正確。概念比較清楚，作業(yè)比較認真，答題比較正確。概念基本清楚，答題基本正確。概念不太清楚，答題錯誤較多。解決問題的方案正確性解題思路清晰，計算正確概念比較清楚，作業(yè)比較認真，答題比較正確。概念基本清楚，答題基本正確。概念不太清楚，答題錯誤較多。作業(yè)完成態(tài)度按時完成，書寫工整、清晰，符號、單位等按規(guī)范要求執(zhí)行按時完成，書寫清晰，主要符號、單位按照規(guī)范執(zhí)行按時完成，書寫較為一般，部分符號、單位按照規(guī)范執(zhí)行未交作業(yè)或后期補交，不能辨識，符號、單位等不按照規(guī)范執(zhí)行

實驗評分標準觀測點評分標準A(100)B(85)C(70)D(0)預習報告（權重0.3）按時完成，內容完整、正確，字跡清晰工整按時完成，內容基本完整，書寫清晰延時完成，內容基本完整，能夠辨識未提交或后期補交，內容不完整，不能辨識實驗操作（權重0.4）操作規(guī)范，步驟合理清晰，在規(guī)定的時間完成實驗能按要求較完整完成操作，實驗過程安排較為合理，在規(guī)定時間完成實驗基本能按要求進行操作，實驗部分步驟安排不合理，完成實驗時間稍為滯后操作不規(guī)范，實驗步驟不合理，未在規(guī)定的時間內完成實驗總結報告（權重0.3）按時完成，內容