序論：寫作是一種深度的自我表達。它要求我們深入探索自己的思想和情感，挖掘那些隱藏在內(nèi)心深處的真相，好投稿為您帶來了七篇機電系統(tǒng)設計范文，愿它們成為您寫作過程中的靈感催化劑，助力您的創(chuàng)作。

篇(1)

關鍵詞： 機電系統(tǒng)設計；工程實踐；教學改革

0 引言

隨著制造業(yè)和計算機軟硬件技術的發(fā)展，傳統(tǒng)的加工手段已經(jīng)不能滿足現(xiàn)在設備的高精度、高智能化要求。傳統(tǒng)制造技術不斷地吸收計算機技術、數(shù)控技術、測量傳感技術、伺服傳動技術、自動控制技術等，而且只有各部分之間相互結合，則產(chǎn)品的性能和功能就越好，只有實現(xiàn)多種技術的有機結合，才能實現(xiàn)整體最佳。這些技術就構成了機電一體化技術，因此，運用機電一體化技術設計機電設備或產(chǎn)品，改變機械產(chǎn)品與機械工業(yè)的面貌，滿足社會和生活的物質要求，已成為工程設計人員的使命。要學好機電系統(tǒng)設計這門課不僅需要掌握多門學科的理論，而且需要把這些課程融匯通，有機結合。

1 機電系統(tǒng)設計課程教學中存在的問題

1.1 教材的問題 目前存在很多機電系統(tǒng)設計教材，內(nèi)容不同，側重點不同，深淺不一。由于該課程涉及機械、電子、計算機、伺服傳動及檢測技術等多項內(nèi)容，教材中存在內(nèi)容選定、案例安排、基本概念界定等方面是否科學、合理也值得商榷；甚至大量內(nèi)容堆砌，把各種技術割裂開來講，不能從整體性、關聯(lián)性、集合性及環(huán)境適應性等方面入手，以系統(tǒng)工程的方法為指導，綜合運用機、電、控等各學科的技術設計新型產(chǎn)品，造成和微機控制、數(shù)控技術、伺服驅動、檢測技術等課程內(nèi)容的簡單重復，不能將這些技術有機結合，使這門課缺乏新鮮感，導致學生失去學習興趣。另外，教材內(nèi)容缺乏新穎性，例如，當前精度要求高的機電設備中的伺服驅動元件大都采用交流伺服電機或直流伺服電機，而教材中卻重點在講解步進電機的原理、驅動控制，對伺服電機草草帶過，不作為重點講解內(nèi)容，教學內(nèi)容嚴重滯后，和實際工程應用脫節(jié)。

1.2 教學方法的問題 長期以來，在機電系統(tǒng)設計的教學活動中，教師習慣運用的是“滿堂灌”式的傳統(tǒng)講授教學法。注重具體技術的理論分析和講解，忽視了所講內(nèi)容在工程實際的聯(lián)系、培養(yǎng)學生解決實際問題的能力和實際操作的技能，不能使學生深切感受到機電一體化技術和日常生活中的機電產(chǎn)品的密切關系，感受機電系統(tǒng)學科的博大精深以及這門學科中處處蘊含的技術之美，嚴重影響了學生的學習興趣和學習效果。

隨著計算機、投影儀等先進設備在教學中的普及，使用多媒體教學成為課堂教學的大勢所趨、必然選擇，知識量明顯加大，加之該課程設計內(nèi)容廣，容易造成教學速度過快，導致學生和老師互動較少，不利于調(diào)動積極性。

1.3 教師存在的問題 機電一體化技術具有的實踐性、科學性、綜合性、創(chuàng)新性的特點，意味著講述這門課的教師也要具備實施工程教育的能力和素質。只有教師自身具備工程實踐能力，才能用工程的視野去教學，才能將機電產(chǎn)品的開發(fā)、設計過程以系統(tǒng)的建造能力與講授的課程相融合，為學生提供相關的案例，培養(yǎng)學生的工程意識，增強學生的工程實踐能力，從而培養(yǎng)出更多未來的工程技術人員[1]。據(jù)統(tǒng)計，我國普通高校專任教師中符合“雙師型”教師僅占16.3%[2]，其余青年教師大都從學校到學校，偏重理論知識的學習，從事工程實踐的經(jīng)歷較少，因此在授課中不能引用在工程實踐中積累的案例，更難講授在工程中如何解決實際問題的過程。這些情況嚴重束縛了本學科多樣性、實踐性的發(fā)展。

2 機電系統(tǒng)設計教學改革思考

2.1 優(yōu)化講解內(nèi)容，建立合理的課程內(nèi)容體系 針對當前教材中存在內(nèi)容堆砌、各種技術割裂、各模塊安排雜亂的現(xiàn)象，在講述課程中將內(nèi)容重新安排，這重講解機電系統(tǒng)的總體設計。總體設計是機電系統(tǒng)設計中的最重要環(huán)節(jié)，它的優(yōu)劣直接影響系統(tǒng)的全部性能及使用情況，尤其是總體設計理論還處于經(jīng)驗狀態(tài)時，如何使總體設計最佳化，充分體現(xiàn)現(xiàn)代設計方法成為重點。按照原理方案設計、結構方案設計、總體布局與環(huán)境設計這條主線延伸，進而對機電一體化系統(tǒng)的各組成要素、相關技術（如：機械技術、計算機信息技術、控制技術、傳感器與檢測技術、伺服傳動技術等）及各組成部分之間通過什么接口有機的聯(lián)系在一起進行重點分析講解，重構了課程的內(nèi)容體系和知識結構，使課程知識結構體系內(nèi)容更具條理性、科學性。

2.2 實施多元化的教學方法

2.2.1 理論講授與實踐教學相結合 對機電系統(tǒng)中相關的基本概念、原理、設計方法主要采用講授的方式講解，提高學生的理論水平。另外，引導學生對日常生活中的機電產(chǎn)品進行設計，由學生查資料、制訂方案，然后由師生討論方案的可行性并加以修改，最后由學生完成產(chǎn)品設計，這樣不僅培養(yǎng)了學生包括查文獻、方案設計、方案修改的能力，還提高了學生的自學能力、分析設計能力。

2.2.2 案例法 在講授的過程中通過“舉例”，使用一些工程案例說明問題。使用案例的目的是為了說明所要闡述的理論，幫助學生理解，增強課堂講授的趣味性。學生能通過對案例的“思考—分析—討論—判斷”，進而掌握所學理論如何在工程中應用，如何把理論和實際有機的結合起來，如何分析工程中環(huán)境的復雜性帶來的干擾，采用什么方法加以解決，這些都是教材中很少提到，但在工程中常常遇到的問題，通過這些典型案例加深理解，增強理論聯(lián)系實際的能力。

2.2.3 報告式教學 對一些教師自己參與過的典型案例作專題報告，同時邀請本校老專家走進課堂，把自己如何設計機電產(chǎn)品的過程以及親身感受與學生分享，增強學生學習興趣。

2.2.4 增加實踐教學環(huán)節(jié)，以科研促教學 在實驗教學內(nèi)容中，大大增加了綜合設計性實驗和創(chuàng)新性實驗的比例。對綜合設計性實驗，要求學生自行設計一個產(chǎn)品，既要反映出機電系統(tǒng)的各要素，又要反映出各要素之間的相互關系；對創(chuàng)新性研究實驗，先由學生提出設計方案，教師審查確定其方案合理與可行后，由學生自行設計完成。

2.3 加強教師工程實踐能力 機電系統(tǒng)具有很強的實踐性，教師如果只具備扎實的理論知識而缺乏實踐的經(jīng)歷是難以勝任這門課的教學工作的。因此，加強教師工程實踐能力勢在必行。可以通過校企合作，鼓勵青年教師在具有豐富經(jīng)驗的老教師的帶動下，以項目為驅動，積極參與企業(yè)的攻關課題，促進科研成果向生產(chǎn)力的轉化，并且在參與工程實踐項目的同時，拓展工程視野，提升團隊合作能力[1]。

2.4 參與教師科研，提高學生實踐能力 吸收學生參加教師的科研工作，充當科研助手，接受教師科研思想熏陶和科研方法的鍛煉，通過參與提高從事科研的能力，培養(yǎng)作為一個科技工作者應具備的良好素質，為學生走向工作崗位奠定堅實的基礎[3]。

3 結束語

在機電系統(tǒng)的教學過程中應通過各種形式讓學生更深、更廣、更遠的了解本專業(yè)的特點、內(nèi)容、發(fā)展。充分調(diào)動學生的主動性參與到工程實踐中，才能在實踐中培養(yǎng)出分析解決問題的能力，才能從系統(tǒng)的角度出發(fā)，深刻理解機電系統(tǒng)的各個部分之間是如何有機的聯(lián)系在一起的，設計出更加優(yōu)質的機電產(chǎn)品。

參考文獻：

[1]惠效麗等.高等工科院校青年教師工程實踐能力培養(yǎng)問題研究[J].教育科學，2010，6，[26]6-8.

篇(2)

關鍵詞：機電；設備監(jiān)控；火車站

Abstract: according to the system of an alarm BAS signals, such as a day of high energy consumption of mechanical and electrical equipment, a the temperature of the room is not normal, it will remind the maintenance personnel note, find the cause of the highly energy-consuming, formulate measures to reduce the energy consumption. So as to achieve the purpose of saving energy and reducing consumption. This paper HanKouZhan reconstruction project examples railway station monitoring control system for electromechanical equipment design. For your reference.

Keywords: mechanical and electrical; Equipment monitoring; Railway station

中圖分類號：S611文獻標識碼：A 文章編號：

引言

隨著鐵路運輸系統(tǒng)的快速發(fā)展和人們生活水平的不斷提高，以人為本，無論是工作人員還是旅客，對火車站環(huán)境的要求越來越高。為了滿足人們的這些需求，提高鐵路企業(yè)的生產(chǎn)安全水平和現(xiàn)代化管理水平，站房各類機電設備，如通風空調(diào)、給排水、電扶梯等，采用先進的計算機控制技術和通信技術，對它們進行自動監(jiān)視、控制和管理，以達到節(jié)能降耗、減員增效的目標，提高安全水平和管理水平。

一、機電設備監(jiān)控（BAS）系統(tǒng)組成

站房機電設備監(jiān)控系統(tǒng)，簡稱BAS系統(tǒng)，采用分層、分布式結構，由中央監(jiān)控站、現(xiàn)場控制器DDC、輸入輸出設備及相關通信網(wǎng)絡組成；通信網(wǎng)絡由管理層以太網(wǎng)和監(jiān)控層工業(yè)以太網(wǎng)組成。

BAS系統(tǒng)由中央監(jiān)控站、現(xiàn)場控制器、其他監(jiān)控子系統(tǒng)（如中央空調(diào)監(jiān)控子系等）、傳感器、執(zhí)行機構及通信網(wǎng)絡組成。

1、中央監(jiān)控站

設于站房綜合控制室，由工作站、服務器、管理網(wǎng)絡、電子值班系統(tǒng)、打印機及UPS等組成，負責站房所有機電設備的監(jiān)視和控制，并提供與FAS系統(tǒng)的通信接口，在發(fā)生火災時接收FAS火災信息執(zhí)行火災模式。

2、DDC現(xiàn)場控制器

在機電設備相對集中的現(xiàn)場設置DDC，完成對通風、空調(diào)、給排水設備等的監(jiān)控。

DDC采用以太網(wǎng)及TCP/IP網(wǎng)絡技術，直接接入監(jiān)控層工業(yè)以太網(wǎng)；內(nèi)嵌Web服務器，無需特定的軟件，只需使用通用瀏覽器（如IE）便可以進行基本監(jiān)控；擴展靈活方便，通過內(nèi)部總線即可擴展輸入/輸出模塊。

3、其他監(jiān)控子系統(tǒng)

站房監(jiān)控子系統(tǒng)包括中央空調(diào)監(jiān)控子系統(tǒng)、電扶梯智能控制器，這些子系統(tǒng)通過必要的通信適配器接入就近區(qū)域工業(yè)以太網(wǎng)交換機，納入BAS中央監(jiān)控站實現(xiàn)統(tǒng)一監(jiān)控和調(diào)度管理。

4、現(xiàn)場傳感器和執(zhí)行機構

現(xiàn)場層包括各種傳感器、智能儀器儀表、執(zhí)行機構等，負責機電設備運行狀態(tài)的數(shù)據(jù)采集，包括模擬量、交流量、開關量、脈沖量、數(shù)字量等；接收控制器和上級主站的命令，通過開關、閥門（執(zhí)行器）、調(diào)節(jié)器等輸出控制；

5、通信網(wǎng)絡

通信網(wǎng)絡由中央監(jiān)控站管理網(wǎng)和監(jiān)控網(wǎng)絡，采用以太網(wǎng)和TCP/IP網(wǎng)絡協(xié)議，管理網(wǎng)和監(jiān)控網(wǎng)實現(xiàn)無縫集成。如下圖所示

中央監(jiān)控站管理網(wǎng)采用雙以太網(wǎng)結構。

監(jiān)控網(wǎng)絡采用綜合布線技術，由干線網(wǎng)絡和各工作區(qū)域網(wǎng)絡組成。干線網(wǎng)絡采用多模光纜構成具有自愈功能的光纖環(huán)形工業(yè)以太網(wǎng)，連接中央監(jiān)控站和分布在現(xiàn)場的工作區(qū)域網(wǎng)絡。站房機電設備相對集中的區(qū)域組成一個區(qū)域監(jiān)控網(wǎng)絡，區(qū)域網(wǎng)絡由工業(yè)以太網(wǎng)交換機、通信適配器、UPS、配線架等組成，DDC、監(jiān)控子系統(tǒng)和智能控制器就近接入；各監(jiān)控子系統(tǒng)內(nèi)部采用現(xiàn)場總線。

6、 通信協(xié)議

通信協(xié)議要求如下：

1）中央監(jiān)控站

中央監(jiān)控站軟件提供專門的通信規(guī)約庫，支持OPC、ModBus、IEC870-5-101/104等；

2）DDC控制器：提供以太網(wǎng)接口，支持TCP/IP網(wǎng)絡協(xié)議；提供Web服務；支持OPC。

3）監(jiān)控子系統(tǒng):采用現(xiàn)場總線技術，如RS-485、Lon、CAN等。

7、通信接口

BAS系統(tǒng)可與下列系統(tǒng)進行通信：FAS系統(tǒng)、上級監(jiān)控主站、與變電所智能監(jiān)控系統(tǒng)、車站客服系統(tǒng)、智能照明系統(tǒng)。

二、機電設備監(jiān)控（BAS）系統(tǒng)主要監(jiān)控對象

1、通風空調(diào)系統(tǒng)

包括空調(diào)處理機組、新風機、排風機。其中，本站空調(diào)主機房、空調(diào)機房的機組群控及各種設備的連鎖功能集成后，通過通信適配器接入就近區(qū)域網(wǎng)絡，納入BAS中央監(jiān)控站監(jiān)控。

BAS系統(tǒng)監(jiān)測全熱換氣機狀態(tài)、故障、手自動，并遠程控制其啟停。

BAS系統(tǒng)監(jiān)測多聯(lián)室外機運行狀態(tài)、故障、手自動等監(jiān)控點。

2、排水

BAS系統(tǒng)檢查地道排水泵的狀態(tài)、故障、手自動以及污水坑的連續(xù)水位。

3、電扶梯

車站各類電扶梯均配置智能控制器，經(jīng)通信適配器接入就近區(qū)域網(wǎng)絡，納入BAS監(jiān)控，BAS系統(tǒng)讀取其內(nèi)部相關數(shù)據(jù)。

4、照明系統(tǒng)

與智能照明控制系接口。

5、低壓變配電系統(tǒng)

與低壓配電所監(jiān)控系統(tǒng)接口。

6、其他

其他監(jiān)視對象有溫濕度傳感器、溫度傳感器，監(jiān)控對象包括電動風閥、電動防火閥、電動防火調(diào)節(jié)閥及電動卷簾門等。

7、與FAS接口及消防聯(lián)動原則

正常工況和火災工況都需要運行的設備由BAS系統(tǒng)監(jiān)控，僅在火災工況時運行的設備由FAS系統(tǒng)監(jiān)控。

火災時，由FAS系統(tǒng)發(fā)出火災報警信息和火災模式指令，BAS系統(tǒng)按照預先設定好的火災運行模式，聯(lián)動相關設備執(zhí)行火災模式。

三、機電設備監(jiān)控（BAS）系統(tǒng)主要功能

BAS系統(tǒng)只需在中央監(jiān)控站安排一至二名操作管理人員，即可承擔對站房所有監(jiān)控設備管理任務，從而可大大減少有關的設備管理人員。

1、監(jiān)視操作功能

（1）環(huán)境參數(shù)溫濕度監(jiān)視

（2）設備啟停控制及監(jiān)測

（3）調(diào)校設定點

（4）修正時間控制程序

（5）執(zhí)行或接通有關監(jiān)控點的報警狀態(tài)

（6）執(zhí)行或停止有關監(jiān)控點的時間記錄/趨勢記錄

（7）調(diào)整有關PID控制回路的參數(shù)設定值

（8）設定假期表，修正系統(tǒng)的時間

（9）輸入臨時性的超載控制表

（10）加入或更改模擬量輸入點的報警門值/危險門值的數(shù)值

（11）檢查報警及提示報警上下限數(shù)值

（12）執(zhí)行或終止執(zhí)行任務的“工作次序”

2、模式控制

機電設備監(jiān)控系統(tǒng)按照線路的運行模式可分為：正常運行模式、防災及阻塞模式。當BAS收到FAS火災報警信息后優(yōu)先執(zhí)行防災阻塞模式。

3、節(jié)能控制

監(jiān)控系統(tǒng)節(jié)能軟件，允許用戶根據(jù)現(xiàn)場情況而作出相應的設定，實現(xiàn)優(yōu)化控制。

（1）每日的預定時間表

（2）每年的預定日程表

（3）假期（如春運）的安排表

（4）臨時超越控制安排表

（5）最佳啟/停功能

（6）夜間設定點自動調(diào)節(jié)控制

（7）溫度設定點的重置

（8）冷凍機組/熱交換器的組合及次序控制

（9）用電量高峰期的限制等

4、報警管理

報警管理包括監(jiān)查、緩沖、儲存及將報警送至指定的操作站上。

報警系統(tǒng)覆蓋系統(tǒng)中引發(fā)報警的任何事件以及操作人員采取的應對措施。

狀態(tài)改變也可以產(chǎn)生一段信息傳遞給操作人員。操作人員定義報警對象，然后將其與系統(tǒng)中的信號相連。當其狀態(tài)改變時，數(shù)字信號觸發(fā)報警。模擬信號的值與規(guī)定的高、低限值相比較，如果超出界限則報警。

5、時間管理

接受GPS對時信號，并對整個系統(tǒng)進行對時，保證系統(tǒng)中所有自動化設備和裝置具有統(tǒng)一、正確的時間。

提供時間日歷表，對設備進行時間控制，這些功能可以用來啟動和停止設備間的不同設備；時間表能夠與列車運行圖配合，為行車提供更好的服務。

6、歷史記錄

歷史記錄是用來自動記錄并存貯系統(tǒng)中發(fā)生的每一事件。系統(tǒng)中所有事件均被自動記錄。

歷史記錄可跟蹤諸如對象的創(chuàng)建/編輯/刪除，報警前的事件，登錄和退出等事件進程。

機電設備監(jiān)控系統(tǒng)能夠自動啟動存貯下列事件：

（1）報警激發(fā)、確認、復位、解除和互鎖

（2）記錄對象的更新、變換及刪除。

（3）登錄

（4）退出

（5）文件對象的改變

（6）對物理單元下達命令，命令的下載和上達

（7）配置命令

7、趨勢記錄

根據(jù)具體的對象和處理/顯示的需要而定。趨勢記錄有成效的樓宇管理系統(tǒng)需要讓操作者不僅知道整個建筑物目前的運行情況，而且能了解過去所發(fā)生的事情。

將各控制子站所采集的歷史數(shù)據(jù)送入到中央管理計算機，管理員就能在中央管理計算機上觀察站房機電設備系統(tǒng)在過去曾經(jīng)歷的性能變化曲線。

8、電子值班功能

系統(tǒng)故障報警等通過GSM/GPRS撥號、短信方式，遠程通知值班人員或相關人員，從而可以大大降低調(diào)度人員勞動強大，提高勞動生產(chǎn)率。

四、結束語

綜上所述，我們應根據(jù)歷史數(shù)據(jù)管理功能對機電設備的耗能的進行反饋測量，和現(xiàn)在的運行數(shù)據(jù)進行比較分析，得出設備的最佳運行點。比較每天的耗能變化，當我們預見到一個用電的需求高峰到來的時候，就可以關閉一些用電設備，或延時啟動一些用電設備，來避免超過一個設定的能源損耗目標。

作者簡介

篇(3)

關鍵詞：某型飛機；電傳飛行控制系統(tǒng)；運行安全

1 概述

之所以選擇本型號的飛機進行技術上的研究，主要是因為該型號的飛機目前承擔軍事作戰(zhàn)的任務，對其飛行的安全性和穩(wěn)定性提出了更高的要求。而該型號的飛機目前仍舊采用老舊的機械操作。機械操作的系統(tǒng)龐大，占地面積大，且手動操作的主觀性較強，操作技術水平與操作人員的經(jīng)驗和技能直接聯(lián)系，同時手動操作中難免會出現(xiàn)誤差，摩擦系數(shù)的存在也會影響操作的水平和精準性。這些都不利于軍事作戰(zhàn)。因此，必須扭轉現(xiàn)有的局勢，變手動操作系統(tǒng)為電傳飛行控制系統(tǒng)，提高機械操作的自動化和科學化。

2 電傳飛行控制系統(tǒng)主要功能

通過具體的數(shù)據(jù)分析和研究，基本上確定了該型號飛機的控制系統(tǒng)的主要功能：2.1提高飛機的性能；2.2擴大飛機的使用包線；2.3增強飛機的穩(wěn)定性；2.4改善飛機的飛行品質，使某型飛機主要的飛行品質滿足GJB185標準1要求；2.5自動防尾旋和人工改尾旋；2.6機內(nèi)自動檢測功能，包括飛行前自檢測（PBIT），上電自檢測（UPBIT）、飛行中自檢測（IFBIT）和維修自檢測（MBIT）；2.7輔助模態(tài)功能。

3 系統(tǒng)組成及余度確定

電傳飛行控制系統(tǒng)由不同職能的各個硬件設施構成。對不同的硬件進行劃分便于整體管理，也能夠保證各司其職，提高操作系統(tǒng)的工作效率。根據(jù)本型號飛機的實際情況，工作人員在設計之初，將本型號飛機的控制系統(tǒng)的分系統(tǒng)具體分為飛控計算機分系統(tǒng)、伺服作動器分系統(tǒng)、傳感分系統(tǒng)與控制顯示分系統(tǒng)三大部分，下面將逐一對每一個部分進行具體的數(shù)據(jù)和操作分析。

根據(jù)飛行控制系統(tǒng)的要求，電傳飛行控制系統(tǒng)必須滿足故障-工作/故障-工作/故障-安全（FO/FO/FS）的容錯能力要求和可靠性要求，結合各子系統(tǒng)（部件）的作用和關鍵性確定各子系統(tǒng)的余度數(shù)和自檢測要求。

4 分系統(tǒng)方案

4.1 飛控計算機

電傳飛機控制系統(tǒng)的核心應用技術是飛控計算機，通過飛控計算機的數(shù)據(jù)分析和程序預設，最終實現(xiàn)飛機的自動化控制盒管理。結合本型號飛機的實際情況，工作人員在進行系統(tǒng)設計時進行了多種方案的甄選，最終確定將飛控計算機與伺服控制回路綜合在一起，采用3×2余度配置，本系統(tǒng)需要三臺計算機進行系統(tǒng)的連接，因為進行了大膽的技術嘗試，同時又結合了國內(nèi)外最先進的飛機控制技術，所以這套設計方案是比較科學相對合理的，具有可操作性。

每臺計算機有兩個通道：

工作通道：根據(jù)輸入信號計算機控制面偏轉指令，并且驅動相應的控制面；包括CPU模塊、輸入輸出控制模塊、總線模塊、伺服回路模塊與電源模塊等。

監(jiān)控通道：用于檢測計算機指令的正確性；包括CPU模塊、輸入輸出控制模塊、總線模塊與電源模塊等。

4.2 作動器

升降舵、副翼和方向舵均采用電液伺服作動器，電液伺服作動器具有故障監(jiān)控功能和旁通功能，在故障失效后自動轉入旁通功能，不影響其它作動器工作。單個舵面所有電液伺服作動器均失效后，轉入旁通功能，保持一定的阻尼，該舵面處于阻尼浮動狀態(tài)。

4.2.1 升降舵作動器

每個升降舵面采用2臺臺電液伺服作動器并聯(lián)安裝，同步工作，具有力均衡功能。每臺電液伺服作動器具有單獨控制單個升降舵面的能力，左右兩個升降舵面共采用4個電液伺服作動器，需3套液壓系統(tǒng)提供動力，升降舵作動器接受飛控計算機指令，控制升降舵偏轉。

4.2.2 副翼作動器

每個副翼采用2臺電液伺服作動器并聯(lián)安裝，同步工作，具有力均衡功能。每臺電液伺服作動器具有單獨控制單個副翼的能力，左右兩個副翼共采用4個電液伺服作動器，需3套液壓系統(tǒng)提供動力，副翼作動器接受飛控計算機指令，控制副翼偏轉。

4.2.3 方向舵作動器

在方向舵上并聯(lián)安裝3臺電傳控制的電液伺服作動器，同步工作，具有力均衡功能。方向舵作動器接受飛控計算機指令，控制方向舵偏轉，實現(xiàn)對飛機航向控制，需3套液壓系統(tǒng)提供動力。

4.3 傳感分系統(tǒng)

傳感器分系統(tǒng)負責所有的數(shù)據(jù)傳輸和接收，是整個系統(tǒng)的關鍵組成部分。一方面需要及時接收信息，另一方面還要對接收到的信息進行篩選和分類，最終利用具有關聯(lián)性的安全信息，具體包括駕駛員指令傳感器、飛行運動傳感器和大氣數(shù)據(jù)傳感器三個部分。

駕駛員指令傳感器顧名思義，就是將操作人員的操作數(shù)據(jù)和操作動作，以數(shù)據(jù)的形式傳輸給計算機裝置；飛機運動傳感器將飛機在運動過程中的所有動態(tài)數(shù)據(jù)進行敏感處理和數(shù)據(jù)傳送；所有的數(shù)據(jù)最終通過大氣數(shù)據(jù)傳感器統(tǒng)一進行匯總和分析。需要進行強調(diào)的是，為了保證飛機運行的安全和信號的穩(wěn)定，以上三種數(shù)據(jù)傳輸工作不能應用飛機上的航電總線，需要安裝獨立的信號傳輸線。確保所有數(shù)據(jù)的可靠性。

4.4 控制顯示分系統(tǒng)

控制顯示系統(tǒng)是操作人員進行飛機控制的主要參考數(shù)據(jù)來源，操作人員需要根據(jù)顯示的數(shù)據(jù)采用相應的操作程序。顯示的信息量大，信息復雜，主要包括幾下幾種重要的數(shù)據(jù)：（1）人工進行系統(tǒng)控制的程序指示數(shù)據(jù)，主要包括提醒操作人員進行系統(tǒng)切換的信息和操作人員進行不同模式轉換的信息等；（2）系統(tǒng)運行的安全性顯示。包括系統(tǒng)常規(guī)運行下的各項數(shù)據(jù)，以及系統(tǒng)運行出現(xiàn)故障時發(fā)出的警示信息以及相應應急自動處理信息；（3）系統(tǒng)定期檢測和維護的信息。電傳控制系統(tǒng)需要定期進行維護和保養(yǎng)，顯示系統(tǒng)會根據(jù)設定好的程序提醒操作人員進行相應的操作和管理。

5 控制律設計概略

電傳飛行控制系統(tǒng)實現(xiàn)了駕駛員操縱指令（桿位移或桿力）與飛機運動參量響應相對應的控制，從而使飛行控制“目標”由原機械操縱系統(tǒng)的舵面偏角操縱，變成了對飛機響應的控制。作為某型飛機電傳飛行系統(tǒng)控制模態(tài)包括基本模態(tài)和自動飛行控制模態(tài)。基本模態(tài)包括主控制模態(tài)、獨立備份模態(tài)及主動控制功能；其中主控制模態(tài)與獨立備份模態(tài)是系統(tǒng)必須具備的兩個基本控制模態(tài)。主控制模態(tài)包括控制增穩(wěn)、中性速度穩(wěn)定性、飛行參數(shù)（法向過載，迎角限制和滾轉速率等）邊界限制與慣性耦合抑制等功能；其中控制增穩(wěn)功能是電傳飛行控制系統(tǒng)最基本的工作模態(tài)，在整個飛行包括內(nèi)全時、全權應用。獨立備份模態(tài)是電傳飛行控制系統(tǒng)的備份模態(tài)，是獨立于所有的其他控制律模態(tài)的應急工作模態(tài)。

6 結束語

綜上所述，傳統(tǒng)的手動操作控制系統(tǒng)存在諸多問題，不能符合當前飛機運行的精準性和安全性，尤其是不能滿足戰(zhàn)斗飛機的作戰(zhàn)需求，因此進行控制系統(tǒng)的電傳化改革是一種必然的趨勢。通過文章中技術的分析，能夠意識到，電傳飛行控制系統(tǒng)采用機械化的操作原理和設備，提高了操作的精準性、及時性、可靠性。隨著未來飛機技術的不斷完善，電傳飛機控制系統(tǒng)也需要進一步加深研究和分析，以便更好地提高我國航空航天的技術水平。

參考文獻

篇(4)

關鍵詞:機電一體化 系統(tǒng) 目標 實現(xiàn)

中圖分類號:TH-39 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2012)04(b)-0106-01

機電一體化起源于上世紀八十年代的日本,它融合了機械、自動控制、伺服傳動、電子、信息處理、傳感檢測、系統(tǒng)總體等多種技術,并綜合應用到實際中去的綜合技術。它不是上述技術的簡單疊加,而是在從系統(tǒng)理論出發(fā)根據(jù)系統(tǒng)功能目標和優(yōu)化組織結構目標,對各組成部分及其間的信息處理,接口耦合,運動傳遞,物質運動,能量變換進行研究,組成有機的系統(tǒng),集成各種技術,并在系統(tǒng)軟件程序和微電子的有序控制信號的作用下,使物質和能量形成有規(guī)律運動的軌跡,在多功能性、高精度、高安全性、高可靠性、低能耗等諸多方面實現(xiàn)多種技術功能融合成最優(yōu)效果的系統(tǒng)工程技術。

1 機電一體化系統(tǒng)設計的目標

機電一體化系統(tǒng)的總體目標就是中和利用機械、電子、信息、控制等各種相關技術的優(yōu)勢,使系統(tǒng)的效果最優(yōu)化,從而產(chǎn)生良好的經(jīng)濟和社會效益。具體可以分為以下幾條。

1.1 提高系統(tǒng)的精度

機電一體化系統(tǒng)采用了大量的電子裝置來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機械傳動裝置,消除了原來的機械損耗、彈性形變所引起的誤差,簡化了系統(tǒng)的結構,采用電子裝置實現(xiàn)自動檢測和控制,從而縮小了動態(tài)誤差,使工作精度得到大幅度的提升。

1.2 增強系統(tǒng)的功能

由于采用了多種新型的技術,從而使傳統(tǒng)的機械裝置擁有了電氣產(chǎn)品的功能,比如系統(tǒng)向智能化方向發(fā)展,在自動控制理論的基礎上,吸收人工智能、運籌學、計算機科學、模糊數(shù)學和動力學等新思想、新方法,模擬人類的功能,使它具有自動判斷、邏輯推理、自主決策等能力,以求獲得更高的控制性能。使原來的機械裝置,擁有了人工智能的功能。

1.3 提高系統(tǒng)的安全行和可靠性

機電一體化系統(tǒng)由于采用了多種新型的技術,從而使系統(tǒng)具有自動檢測的功能,當運行的設備中出現(xiàn)潛藏的故障時,系統(tǒng)可以實時進行在線檢測和修復,從而提高了系統(tǒng)的安全性和可靠性。

1.4 降低能耗、節(jié)約能源

機電一體化系統(tǒng)采用了一些低能耗的電子裝置,有些裝置的材料是可以重復利用的,這些綠色材料在使用時不污染生態(tài)環(huán)境,報廢后還能回收利用。這些低能耗的裝置在使用的過程中節(jié)約了能源,符合現(xiàn)在建設資源節(jié)約型社會的要求。

1.5 提高效率、降低成本

由于使用了機電一體化系統(tǒng),在產(chǎn)品的研發(fā)過程中,縮短了準備時間,減少了產(chǎn)品的開發(fā)時間,使不合格產(chǎn)品的數(shù)量大大減少,提高了生產(chǎn)效率,降低了成本。在產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中,機電一體化系統(tǒng)可以使用計算機、數(shù)控機床等輔助設備,把人們從一些復雜、危險的勞動環(huán)境中解放出來,同時生產(chǎn)過程又可以實現(xiàn)過程控制,提高了生產(chǎn)效率。

1.6 簡化系統(tǒng)的結構

傳統(tǒng)的產(chǎn)品大都采用笨重的電氣結構和機械變速裝置,這不但阻礙了生產(chǎn)的效率,而且也增加了系統(tǒng)的體積和重量,在使用和維護的過程中帶來了諸多的不便。現(xiàn)在采用微電子和集成電路構成的系統(tǒng),不但大幅提高了生產(chǎn)的效率,還減小了系統(tǒng)的體積,簡化了結構,減輕了重量。

1.7 降低了產(chǎn)品的價格

隨著現(xiàn)代電力電子技術的發(fā)展,新型的電力電子器件層出不窮,新的生產(chǎn)工藝不斷出現(xiàn),而且電子器件的價格也在不斷地下降,電子器件日益平民化,極大地擴展了使用的范圍。而且功能越來越完善,維護越來越方便,使用壽命在不斷地延長。所有這些因素相加導致產(chǎn)品的價格在不斷地下降,從而反過來擴大其應用范圍。

1.8 增加特殊的應用功能

隨著用戶對產(chǎn)品要求的多樣性,系統(tǒng)可以通過軟件編程或者是數(shù)控加工中心等來實現(xiàn)客戶的產(chǎn)品的特殊要求,生產(chǎn)出個性化的產(chǎn)品,使其滿足用戶的要求及不同現(xiàn)場的需求。系統(tǒng)對這些功能的實現(xiàn),形成了控制系統(tǒng)的智能化的發(fā)展趨勢。

2 機電一體化系統(tǒng)設計的實現(xiàn)方法

2.1 機電互補法

機電互補法也就是我們常說的取代法,這種方法的特點是:為了逆補傳統(tǒng)機械裝置或者子系統(tǒng)的不足,而采用新型的電子元件來代替機械裝置。該方法就是改造舊產(chǎn)品、開發(fā)新產(chǎn)品或對原系統(tǒng)進行技術改造常用的方法,也是改造傳統(tǒng)機械產(chǎn)品的常用方法。比如用電氣調(diào)速系統(tǒng)取代機械式變速結構等。

2.2 融合法

融合法就是將具有一定功能的部件或者子系統(tǒng)按照他們的功能有機的融合在一起,構成一些具有更高性能的系統(tǒng)。比如激光打印機的激光掃描鏡,它就是電機的轉子軸,這是執(zhí)行元件和執(zhí)行機構融合的一個具體實例。機電一體化系統(tǒng)強調(diào)技術的融合和學科的交叉作用,各單元相互輔助、相互促進、相互提高,使整體的功能遠大于各單元的簡單相加。

2.3 組合法

組合法就是將融合法所形成的標準功能部件或者子系統(tǒng),按照功能分類,采用搭積木的方式組合成各種機電一體化系統(tǒng)。機電一體化產(chǎn)品的種類繁多,生產(chǎn)廠家眾多,他們的產(chǎn)品也就五花八門,導致使用時不能通用,無形中浪費了大量的資源,因此,研制和開發(fā)具有標準機械接口、電氣接口、通信接口、控制接口的機電一體化系統(tǒng)單元子系統(tǒng)就顯得尤為重要。比如研制集減速、智能調(diào)速、電機控制于一身的動力單元模塊,具有遙感、圖像處理、路徑識別等功能的控制單元,以及各種能完成典型操作的機械裝置。利用這些標準單元模塊就可以迅速開發(fā)出新的產(chǎn)品,同時也可以擴大生產(chǎn)規(guī)模。這樣可以節(jié)約生產(chǎn)的成本,也便于后期的維修和護理。

3 結語

綜上所述,機電一體化系統(tǒng)設計是一項非常復雜的工程,不是單一部門能夠獨自完成的,它需要眾多行業(yè)合作才能實現(xiàn)。在設計系統(tǒng)時,應根據(jù)機械系統(tǒng)的結構特點來確定電氣參數(shù),綜合運用多學科知識,充分體現(xiàn)機電一體化的優(yōu)越性。

參考文獻

[1] 武藤一夫.機電一體化[M].北京:科學出版社,2007.

篇(5)

論文摘要：分析汽輪機電液聯(lián)調(diào)系統(tǒng)的設計原理、設計方法，并介紹本系統(tǒng)在電廠中應用，闡述系統(tǒng)的發(fā)展前景。

1 前言

隨著我國電力自動化程度的提高和用電形勢的變化，對電網(wǎng)調(diào)度和機組調(diào)峰的要求越來越高，而我國90年代前投產(chǎn)的125MW等老機組汽輪機使用純液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)，即采用雙磁場換向式單相串激交直流兩用電動機、控制同步器。由于電動機本身的惰走和慣性等原因，控制精度不太理想，由液壓調(diào)速系統(tǒng)和同步器組成的控制系統(tǒng)，在可控性和保護功能上不能完全滿足機組協(xié)調(diào)控制(CCS)和自動發(fā)電控制(AGC)的要求，一種簡易可行的DEH系統(tǒng)被開發(fā)并成功應用于電廠，以下進行介紹。

2 系統(tǒng)組成及原理

系統(tǒng)由液壓部分、高中壓油動機行程傳感器、基于DCS的控制系統(tǒng)平臺及網(wǎng)絡、超速保護(OP C)裝置、手操盤等組成，改造后的油系統(tǒng)見圖1。

(1)淮壓集成塊：在原有調(diào)速系統(tǒng)的二次脈動油壓管路上開孔引一油管進入液壓集成塊(圖2)，排油口進入油系統(tǒng)排油母管，液壓集成塊上裝有電液伺服閥(D634)、截止閥、差壓開關、旁路節(jié)流閥、進排油口、隔離電磁閥及動力油接口。

①電液伺服閥：這是DEH系統(tǒng)的主要部件，其主要工作原理如下：電液伺服閥D634是一種直接驅動式伺服閥，簡稱DDV閥，用集成電路實現(xiàn)閥芯位置的閉環(huán)控制，閥芯的驅動裝置是永磁直線馬達，閥芯位置閉環(huán)控制電子線路和脈寬調(diào)制驅動電子線路固化為一塊集成塊，用特殊的技術固定在伺服閥內(nèi)，取消了傳統(tǒng)的噴嘴—擋板前置級，簡化了線路，提高了可靠性，卻保持了帶噴擋前置級的兩級伺服閥的基本性能與技術指標。一個電指令信號施加到閥芯位置控制器集成塊上，電子線路在直線馬達上產(chǎn)生一個脈寬調(diào)制電流，震蕩器就使閥芯位置傳感器勵磁。經(jīng)解調(diào)以后的閥芯位置信號和指令位置信號進行比較，閥芯位置控制器產(chǎn)生一個電流輸給直線力馬達，力馬達驅動閥芯，使閥芯移動到指令位置。其示意圖如圖2。

②同步器控制裝置：保留原有同步器馬達，在馬達線圈回路中加裝大功率限流電阻等措施來克服馬達的惰走和慣性，在本系統(tǒng)中作為DEH系統(tǒng)故障或檢修情況下的調(diào)節(jié)手段，本文不再詳細敘述。

(2)DEH系統(tǒng)主要檢測參數(shù)

利用DCS操作平臺，所有檢測信號參數(shù)直接進入DCS系統(tǒng)，因而無須專門操作員及管理員系統(tǒng)，主要信號有：

轉速三路WS進入同一塊測速卡HS2M200

功率一路：MW

主汽壓力一路TP

汽機掛閘：ASL，由主汽門全開、安全油壓、啟動油壓三取二所得。

(3)OPC功能：當轉速達3090r/min(103%)關調(diào)門，轉速小于3090r/min時恢復，當轉速達3300r/min時關主汽門及調(diào)門，聯(lián)跳發(fā)電機。為確保機組安全，以上系統(tǒng)均由軟邏輯和硬邏輯同時發(fā)出工作信號。

(4)手操盤

作為緊急手操備用，手操盤上有DDV閥控制電流的百分數(shù)，50對應DDV閥排油口全關，100對應DDV閥排油口全開，操作盤上還有閥門增減按鈕及指示燈，電調(diào)和同步器控制手、自動切換按鈕。

(5)位移傳感器

選用0-200mmTDZ-1D200中頻位移傳感器來顯示高中壓油動機的位移。

3 控制方式及主要設計功能

DEH系統(tǒng)輸出的信號到伺服單元，先經(jīng)過函數(shù)變換(凸輪特性)，變換為閥位指令去DDV閥控制二次油壓來調(diào)節(jié)油動機位移，而達到控制轉速及負荷的目的。控制方式有：

(1)手動就地掛閘后的沖轉、升速，臨界轉速的變速率控制

(2)同期、并網(wǎng)控制

(3)協(xié)調(diào)控制

(4)參與一次調(diào)頻

(5)超速限制(OPC)功能

(6)電調(diào)和同步器后備手操方式

(7)超速試驗功能

4 電液聯(lián)調(diào)DEH系統(tǒng)在銅陵電廠的應用

(1)

試驗數(shù)據(jù)

首先經(jīng)過試驗確認汽輪機的凸輪特性，找出二次油壓，油動機，閥位指令之間的關系。試驗數(shù)據(jù)如下：

由數(shù)據(jù)表知，當二次油壓 為0.109MPa時油動機開始開啟，閥位指令定為5%，當二次油壓為0.286時油動機開足，閥位指令定為100%，其它按插值法填上述表的閥位指令信號。為保證此函數(shù)關系能真實反映實際，規(guī)定機組油系統(tǒng)檢修后均重新試驗并記錄二次油壓與閥位指令之間的關系，以修正函數(shù)曲線。

(2)啟動過程

系統(tǒng)按照凸輪特性的要求進行組態(tài)后，機組采用本套系統(tǒng)控制汽輪機沖轉。啟動時，同步器置于上限位置，手動掛閘主汽門開啟后由DEH啟動控制回路逐漸提升DDV閥，使控制油口逐漸關小實現(xiàn)沖轉、升速、定速、并網(wǎng)，再由DEH負荷控制回路繼續(xù)完成升負荷控制，一組系統(tǒng)沖轉過程曲線如圖5

由圖可知：①0-500r/min升速，500r/min暖機

②500-1650r/min 1650rmin暖機

③1650-2500r/min升速2500r/min暖機

④轉速在1100-1420r/min、1800-2150r/min為一階慣性區(qū)和二階慣性區(qū)，速率自動變?yōu)?00r /min，快速沖過，避免機組振動過大。

機組轉速在3000±5r/min時發(fā)“同期允許”信號至電氣，此時電氣投同期，熱工接受到其信號，投入“自動同期”同期范圍為3000±20r/mi n進入自動同期方式后，DEH系統(tǒng)可以接受自動同期裝置來的觸點脈沖輸入信號，將脈沖信號轉換成速度給定值，以±1r/min的速率使得機組轉速等于網(wǎng)頻，實現(xiàn)并網(wǎng)。

DEH系統(tǒng)的負荷控制主要由頻差控制、功率控制、壓力控制、閥位控制和被控對象(汽輪機組)等環(huán)節(jié)組成，它是一個多參數(shù)、多回路反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)。經(jīng)過參數(shù)的優(yōu)化整定，無論轉速還是負荷均達到較高的水準，轉速控制精度：±1r/min，負荷控制精度：±0.5MW，主汽壓控制精度達：±0.1MPa。

5 結論

根據(jù)本DEH系統(tǒng)在銅陵電廠投用半年多的實踐，我們認為：(1)本系統(tǒng)投資小，只需幾萬元，控制精度基本達到高壓純電調(diào)的水平，電調(diào)投用后，有功合格率明顯提高，運行勞動強度大為降低，深受運行人員歡迎。

(2)本系統(tǒng)利用原有的DCS操作平臺，無需增加操作員，組態(tài)方便。

(3)維護量小，所增加硬件設備不多。

(4)機組更加安全，增加OPC功能代替原有的由油壓信號表示的轉速信號，準確度高，可達±1r/min。

該系統(tǒng)還存在下列問題：

(1)三路測速信號進入同一測速板，按分散度考慮應分別進入各自測速板。(2)運行中曾出現(xiàn)電調(diào)緊急切手動現(xiàn)象，說明系統(tǒng)抗干擾能力有待進一步提高。

篇(6)

Abstract "The Design of Mechatronics System" is a practical and comprehensive curriculum， but there are disadvantages like outdated content， insufficient practicality monotonous teaching methods in the present teaching.In order to improve the the effect and quality of teaching，and to strengthen the students' practical ability， a series of reform measures on the teaching goal， teaching content， teaching methods， teaching practice and exam method are proposed.

Key words The design of mechatronic system； teaching system； higher vocational education； reform measures

高等職業(yè)教育近幾年來在中國得到了飛速發(fā)展，高等職業(yè)教育的培養(yǎng)目標是具備某一特定職業(yè)或職業(yè)群所需綜合職業(yè)能力的，為生產(chǎn)和管理第一線服務的應用型、技術型人才。而傳統(tǒng)的課程教學體系已遠遠不能適應技術技能型人才培養(yǎng)的目標，改革課程的教學體系，加強學生動手和應用能力培養(yǎng)是實現(xiàn)高等職業(yè)教育辦學特色的根本途徑。

高等職業(yè)教育機電類畢業(yè)生主要面向現(xiàn)代制造業(yè)等高新技術企業(yè)從事機電一體化產(chǎn)品、現(xiàn)代制造設備、IT產(chǎn)品、生物醫(yī)藥產(chǎn)品等智能化生產(chǎn)線的設計、安裝調(diào)試、運行維護、生產(chǎn)管理和經(jīng)營銷售等技術工作。“機電一體化系統(tǒng)設計”是高職機電類專業(yè)的一門重要的專業(yè)核心課程，對培養(yǎng)學生機電產(chǎn)品設計、控制及調(diào)試能力具有重要作用。這門課程涉及了PLC、單片機、傳感與檢測、機電傳動控制等多門課程的知識，綜合性、系統(tǒng)性和應用性強，僅僅通過課堂教學是遠遠無法達到這門課程的教學目標的。本文結合“機電一體化系統(tǒng)設計”課程教學中存在的問題，為高等職業(yè)教育教學體系的改革做一些有益的探討。

1 存在的問題

（1）內(nèi)容多。對機械類專業(yè)本科生而言，“機電一體化系統(tǒng)設計”的教學內(nèi)容包括機電一體化相關概念、機械系統(tǒng)、機電接口技術、氣動執(zhí)行機構、伺服系統(tǒng)、微機控制與編程、檢測傳感裝置、典型機電一體化系統(tǒng)實例等諸多內(nèi)容。許多學生反映知識點多而繁雜，難以記住。

（2）難度高。“機電一體化系統(tǒng)設計”的教學內(nèi)容中的步進電機和交流伺服電機的控制，涉及復雜的參數(shù)設置和接線，接口技術中涉及不同I/O模塊的校準、轉換與編程，這些知識抽象，理解起來比較困難，很多同學在學習時都是一臉茫然，叫苦不迭。

（3）不會用。“機電一體化系統(tǒng)設計”課程中涉及許多機電一體化元器件，上課時老師很賣力地講，學生凝神地聽，但是實際中使用這些元器件時，往往不會選擇型號，選擇了型號又不知道如何接線。

（4）教學方法單一。這是高職“機電一體化系統(tǒng)設計”課程的主要問題。受傳統(tǒng)教育觀念的影響，課堂形成了“講臺上老師滔滔不絕，講臺下學生昏昏欲睡”的狀況，結果是“老師怒其不爭，學生卻哀其不幸”。這種教學局面形成造成了學生根本無法真正理解機電一體化課程的基礎知識，很多學生學了一學期卻還不知道如如何控制機電一體化設備，這樣的教學無法達到課程的教學目標。

（5）教材內(nèi)容不適應高職教育的新要求。目前可以將學校中使用的“機電一體化系統(tǒng)設計”教材歸為兩類，一類是常規(guī)類，另一類是項目驅動類。常規(guī)類教材按照機電一體化的概念、機械系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、接口技術、控制系統(tǒng)等內(nèi)容劃分各個獨立章節(jié)。這類教材具有完整的體系、模塊化的結構、層次分明的內(nèi)容，但其重理論輕實踐，實理脫節(jié)，對職業(yè)院校學生的工程應用能力培養(yǎng)不足。如果任課教師按照教材的順序進行教學，學生就難以搞清楚如何設計并控制某一種機電一體化產(chǎn)品，不利于培養(yǎng)學生的機電設計能力和編程控制思維。項目驅動式類教材能從職業(yè)崗位需求出發(fā)，以項目和任務引出知識點。該類教材編寫形式直觀生動，增強了可操作性和可讀性。但是，該類教材的系統(tǒng)在面向職業(yè)崗位的系統(tǒng)性方面稍顯不足。當學生很努力地學會了書本知識，信心滿滿地去設計一個新項目時，卻仍然感覺無從下手。

2 改革措施

2.1 教學目標

教學的目標不僅要使學生必須掌握典型機電一體化元器件與典型機電一體化設備的基本原理，形成機電一體化技術的思維理念，更重要的是根據(jù)實際情況會合理選用機電一體化元器件型號，能夠根據(jù)元器件說明書接線，將若干元器件組合成機電一體化系統(tǒng)完成一定的控制功能。

2.2 教學內(nèi)容

機電一體化技術是發(fā)展非常迅速的一種技術，市場上新技術、新產(chǎn)品不斷出現(xiàn)，但現(xiàn)有的“機電一體化系統(tǒng)設計”教材內(nèi)容比較陳舊，與實際生產(chǎn)脫節(jié)；偏重理論講解，應用實例少，實用性差；實物插圖少，內(nèi)容抽象；機電一體化實例不夠典型，不能與前面章節(jié)形成有效融合。

根據(jù)目前教材中存在的問題，筆者結合多年教學經(jīng)驗，認為“機電一體化系統(tǒng)設計”教材編寫應遵循以下要求：理論要本著“夠用”和“實用”的原則，依托本地區(qū)目前及今后機電領域發(fā)展情況，在全面調(diào)研的基礎上合理選擇機電類企業(yè)的典型產(chǎn)品所用到的知識和技術作為教材內(nèi)容。特別是考慮到近十幾年非標準自動化設備產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，教材各章節(jié)中應包含以下內(nèi)容：機械技術章節(jié)中應包含滾珠絲桿與直線導軌；微機控制章節(jié)應包含PLC的常用控制功能及變頻器控制；接口技術章節(jié)應包含PLC的各種控制模塊，尤其是I/O轉換模塊與溫度模塊，還應該包含觸摸屏技術；檢測與傳感裝置章節(jié)中應包含各種接近開關、色標傳感器、光電編碼器和光纖傳感器；伺服系統(tǒng)章節(jié)應包含PLC如何控制步進電機和交流伺服電機；氣動技術中應包含帶磁環(huán)的直線氣缸與旋轉氣缸選型與控制；機電一體化產(chǎn)品實例可以選擇數(shù)控機床、工業(yè)自動化生產(chǎn)流水線、電梯、工業(yè)機械手等幾種典型產(chǎn)品。

教材內(nèi)容的選擇除了要考慮與生產(chǎn)密切結合的實用性外，還應具有理論聯(lián)系實踐可操作性。教材中應增加所講元器件的實物圖片和生產(chǎn)該元器件的知名企業(yè)信息，并增加該元器件的典型說明書一份，這樣既使學生對該元器件有了全方位認識，又能夠學會實際使用時應該如何選擇型號。這部分內(nèi)容可與企業(yè)工程師聯(lián)合共同完成。

2.3 教學方法

“機電一體化系統(tǒng)設計”課程具有知識點繁多、內(nèi)容不易理解、應用性強等特點。因此，采用形式多樣的教學方法，有助于激發(fā)學生的學習興趣，提升課堂教學質量。在授課過程中，每個章節(jié)的內(nèi)容用典型自動化設備引入，先觀看視頻，再提出問題，通過學習最后解決問題。講基本元器件的原理時，課前充分發(fā)揮學生自主學習能力，讓學生廣泛查找搜集相關資料，課堂上由學生進行講解，老師提出一些問題，大家一起討論。老師做詳細講解時應配合元器件實物，增強學生感性認識。講基本元器件在實際生產(chǎn)中如何選擇時，可以通過企業(yè)產(chǎn)品實例，提出使用條件，結合元器件型號和使用場合，選擇出適合該產(chǎn)品實例的元器件型號。拿出該課程部分課時，聘請企業(yè)的一線工程師結合經(jīng)驗來講，使學生能夠獲得來自生產(chǎn)一線的信息，更加深刻地理解所學內(nèi)容的重要性與實用性。

此外，建立課程的學習網(wǎng)站，將課程的相關內(nèi)容與資料放入網(wǎng)絡中，實現(xiàn)開放性教學，引導學生自主學習和拓寬知識廣度，以解決授課學時不足的問題。

2.4 實踐環(huán)節(jié)

實踐教學內(nèi)容應密切與理論結合，每完成一章的內(nèi)容，應及時安排實驗。機電一體化綜合實訓臺可以幫助學生學會使用元器件，完成一定的控制功能，但是由于實訓臺各部分結構已模塊化，這樣不利于學生掌握元器件接線方法。為此，綜合實踐環(huán)節(jié)的任務安排不應該局限于在綜合實訓臺上完成，而應配備足夠的散件，提出控制要求，讓學生自己選擇器件，完成接線與參數(shù)設置，并根據(jù)要求編程實現(xiàn)控制功能。對于能力較強的同學，可以安排到自動化企業(yè)去完成綜合實踐，配合企業(yè)的實際產(chǎn)品完成某部分控制功能，在實踐中積累經(jīng)驗。

2.5 構建機電教學企業(yè)

“教學企業(yè)”是它集生產(chǎn)功能和教學實訓功能于一體，并按市場機制運營，兼顧經(jīng)濟效益、社會效益和教學效益的校企合作實體。它是職業(yè)院校謀求自身發(fā)展、實現(xiàn)與市場接軌、大力提高育人質量、有針對性地為企業(yè)培養(yǎng)一線實用型技術人才的重要舉措。我院教學企業(yè)的具體的做法是由學院提供場地，與某自動化企業(yè)合作，將企業(yè)生產(chǎn)設備、技術人員等資源引入學校實訓基地與學校設備，按企業(yè)化要求組織生產(chǎn)和科研，結合企業(yè)自動化生產(chǎn)線訂單并結合課程需要開展理論和實踐教學。企業(yè)的工程技術人員參與“機電一體化系統(tǒng)設計”課程培養(yǎng)方案的制訂，教學標準的制定、教學組織的實施、教材內(nèi)容的編寫、一起學生成績的考核等工作，而且企業(yè)技術人員作為兼職教師在“教學企業(yè)”中承擔的教學工作量不少于30%。在“教學企業(yè)”中，通過規(guī)范化的運作，將教學實訓活動融合在企業(yè)的生產(chǎn)過程之中，實現(xiàn)經(jīng)濟利益和教學效益的雙贏。由于課程依托教學企業(yè)，能夠以自動化生產(chǎn)線的設計、制造、調(diào)試、檢測等真實任務作為教學載體，學生直接參與企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營過程，實現(xiàn)“教、學、做”的一體化，有效提高學生的專業(yè)技能和綜合素質。

2.6 考核方式

教學方案的改革要求考核方式也要多樣化。針對基本概念、理論和計算仍采取閉卷考核。但是試卷內(nèi)容應更加綜合化與實用化。筆者在實踐教學中，已將傳統(tǒng)試卷的填空、選擇、判斷、問答、分析等題型綜合在一起，安排7～8個大題，所有大題都根據(jù)實際產(chǎn)品來編寫，每個題目里包含選擇、填空、連線、問答等題目，這樣的考試內(nèi)容既能夠避免學生為應付考試死記硬背，培養(yǎng)和鍛煉學生的綜合分析能力，在一定程度上也考查了學生解決實際問題的能力。

篇(7)

關鍵詞：CDIO 研究生 項目教學法 實踐 科研素養(yǎng)

中圖分類號：G642

文獻標識碼：A

文章編號：1004-4914（2015）08-242-02

前言

機電一體化系統(tǒng)設計這門課是一門關于農(nóng)業(yè)工程學科研究生教育的研究農(nóng)業(yè)工程領域里許多基本問題的核心專業(yè)基礎課程。研究生經(jīng)過對本門課的學習能學會如步進電機原理，運動控制方法，上位機軟件設計、機械系統(tǒng)設計等重要技術知識。本課程的開設不僅可以提高研究生的科研素質，為后續(xù)科學研究的進行提供必要的專業(yè)技術基礎。而且以往的教學過分強調(diào)理論教學，僅有的實驗環(huán)節(jié)也大多是做的演示性實驗，本門課程教學實踐環(huán)節(jié)卻非常多，可以大幅度提高研究生學習的興趣和主動性、參與度，使教學目標不再難以實現(xiàn)。

一、教學現(xiàn)狀分析

對于現(xiàn)在的研究生教育，要求研究生不但要在專業(yè)技術知識方面有扎實的基本功，還必須具備團隊協(xié)作精神、動手操作能力、系統(tǒng)分析問題并解決問題的能力。為了更好地適應當前國內(nèi)迅猛發(fā)展的研究生教育水平，分析教學現(xiàn)狀，目前機電一體化系統(tǒng)設計教學主要存在以下問題：

1.授課方法簡單，以教師傳授研究生被動接受式教學模式為主，這種教學形式簡單死板，不能激發(fā)研究生的研究潛能、更不利于提高研究生學習興趣和調(diào)動其學習的積極性。

2.授課實踐環(huán)節(jié)較少，以理論知識講授為主，缺乏綜合性實驗，不能幫助提高研究生的動手能力。這種教學方式對研究生教育要求來說遠遠不足。

3.現(xiàn)有的教學模式達不到教學目的，不能提高研究生應有的團隊協(xié)作能力、動手操作能力以及科研技能。因此，機電一體化系統(tǒng)設計這門課程急需改革，以便研究生能學以致用，提高自身綜合能力。

二、基于CDIO的教學改革方案設計

1.CDIO的基本思想。CDIO①（Conceive，Design，Implement，Operate）是美國麻省理工學院（MIT）和瑞典皇家工學院等4所大學聯(lián)合探索創(chuàng)立的工程教育理念，以構思（Conceive）―設計（Design）―實現(xiàn)（Implement）―運作（Operate）理念開展基于工程項目全過程的學習，著重培養(yǎng)學生全面的工程實踐能力。其指導思想是：以誠信、職業(yè)道德培養(yǎng)為基礎，以工程設計任務為導向，以培養(yǎng)個人能力（實踐能力和終生學習能力）、團隊能力和系統(tǒng)的適應與調(diào)控能力為主要目標，讓學生以主動的、實踐的、課程之間有聯(lián)系的方式學習工程②③。

《機電一體化系統(tǒng)設計》是一門農(nóng)業(yè)工程學科課程群中最具專業(yè)特色的專業(yè)基礎課程，教學改革中，完全可以在相應的教學中應用CDIO的理念。

2.基于項目教學法的教學改革方案。在教學過程中打破原有的教師講授，研究生被動接受知識的模式，采用以項目為驅動的教學方法，增添師生通過共同實施一個完整的項目工作而有目標進行的教學活動。這種方式可以提高研究生的學習興趣，讓其有目標地自主學習，進而很好地融入到有意義的任務完成的過程中，使學習變成一個生動有趣的事情。同時，研究生可以通過自己的實踐進行知識構建和技能訓練④，不再需要枯燥無味的重復就能理解并牢牢記憶理論知識。項目法教學流程圖如圖1所示。

（1）研究項目的確定。如圖1所示，在教學活動實施之初根據(jù)機電一體化系統(tǒng)設計課程的需要及參與本門課程學習的研究生人數(shù)，由教師確定項目個數(shù)并進行分配任務。

（2）研究生分組。由教師主導根據(jù)研究生的不同興趣、個人擅長的特點及團隊合作需求，對研究生進行分組作業(yè)并選舉各組組長。

（3）討論項目目標和任務。由教師布置相關教學任務，組長協(xié)助并組織組員進行項目內(nèi)容討論并確定具體任務目標，進而分配各成員任務分工。

（4）制定項目實施時間表。教師根據(jù)本課程的學時數(shù)和項目內(nèi)所包含的任務量，制定具體的項目實施時間表。

（5）講授項目實施規(guī)范與考核標準。項目實施前，教師專題講授項目實施規(guī)范與具體的相關考核標準，及研究報告的書寫規(guī)范。

考核制度采用百分制標準，其中項目研究占80%的分數(shù)，其余20%教師根據(jù)組員的團隊合作情況酌情給分。

（6）項目實施階段。教師跟蹤各組研究的進展狀態(tài)，項目實施過程中根據(jù)所遇到困難及問題的普遍性，組織專題討論或者進行個別組具體指導，解決所出現(xiàn)的問題。本課程涉及的主要問題在于硬件系統(tǒng)搭建和上位機軟件設計部分。通過舉辦講座進行具體講解示范及解惑。

（7）項目結題階段。項目完成后組織答辯，各組需要準備好項目技術報告及幻燈片材料，由各組組長匯報項目流程，其他研究生成員分別負責答辯涉及具體問題的解答。答辯結束并完成后，教師會對課程進行綜合總結并給所有研究生打分作為最終成績。

三、教改方案實踐

基于本文的教學改革在佳木斯大學農(nóng)業(yè)工程學科2011級、2012級研究生及2013級留學生教學中實行了教改方案實踐，并取得了良好效果。

1.項目任務的確定。本課程主要講授步進電機、伺服電機的驅動原理、運動控制系統(tǒng)的設計與調(diào)試。以我校農(nóng)業(yè)工程學科2011級研究生課程為例，選修機電一體化系統(tǒng)設計這門課共有12名研究生，共計確定分為2組研究項目，每組人數(shù)為6人，研究項目表如表1所示。

期間開展的基礎知識講座內(nèi)容如表2所示。

2.項目實施時間表的確定。培養(yǎng)計劃中規(guī)定本門課程共計38個學時，其中理論學時占20學時，實驗占18學時。本次課程改革將全部學時用于項目開發(fā)，教學過程中根據(jù)各組項目進展和需要，開展定向基礎知識講座，同時要求各組成員每兩周進行一次項目進展報告，每組每周開兩次組會，時間地點由各組自行商議選定，組長負責考核各成員績效并作詳細記錄。學生邊做邊學，理論和實踐結合，教學效果非常好。

3.項目實施過程。在教學改革實踐過程中，全體參與教學改革的研究生體現(xiàn)出極大熱情投入到項目開發(fā)過程中，在學習中不但掌握了實踐技能，培養(yǎng)了科研素養(yǎng)，還對自己即將從事的科研項目有了明確思路與方法。對研究生完成后續(xù)的碩士學位論文具有重要意義。

四、結論

本文打破原有的機電一體化系統(tǒng)設計課程教授式教學方法，在CDIO教學理念的指導下，進行了基于項目教學法的教學改革實踐活動并取得了良好的效果。具體總結如下：

1.CDIO理念在實踐性較強的機電一體化系統(tǒng)設計課程中的應用符合教學規(guī)律，研究生學習方式由被動接受轉為主動探索，達到課堂與課間一致均能開展研究，教學效果良好。

2.研究生通過參與項目的討論研究，使其增強了團隊協(xié)作感，能夠各司其職，具有強烈的責任感，看到自己的項目科研成果也有巨大的成就感，這種教學方式有利于研究生科研素養(yǎng)、實踐技能、自信心的提高。研究生隨著項目研究的需要主動探索其他課程，學以致用，知識掌握牢靠。

3.項目教學法需對帶隊教師的水平有一定要求，教師額外的工作量核定、研制資金、必要的設備的支持，在教學方法改革的同時相應的保障機制要隨之改革，才能達到良好教學效果。

4.本次教學改革產(chǎn)生的科研成果不但對我校研究生培養(yǎng)起到巨大提高作用，還對其他兄弟院校的研究生培養(yǎng)起到一定的借鑒意義，具有一定的推廣價值。

[基金項目：黑龍江省新世紀教育教學改革工程項目“地方高校課堂教學有效性的‘分析―策略―實施―評價’過程集成系統(tǒng)研究”（JG2014011044）;黑龍江省教育科研“十二五”規(guī)劃2014年度課題“基于CDIO模式的卓越工程師培養(yǎng)中機械設計類主干課程改革”（14G134）;黑龍江省高教學會重點項目“大類招生模式下機械類高素質應用型創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式的研究與實踐”（14Z023）。]

參考文獻：

[1] Worldwide CDIO Initiative，CDIO Knowledge Library [EB/OL]（2000-01-10）[2009-09-15].http：//

[2] 顏兵兵，姜永成，殷寶麟.大類招生模式下專業(yè)分流方案設計與實例分析[J].高教論壇，2014（9）：44-47

[3] 姜永成，華秀萍，孫勇，等.基于CDIO的檢測與轉換技術課程教學改革探索[J].中國電力教育，2014（6）：71-74

[4] 馮巧玲，楊存祥，張文忠.基于CDIO模式的“電氣工程基礎“課程的教與學[J].中國電力教育，2010（1）：118-119

（作者單位：佳木斯大學機械工程學院 黑龍江佳木斯 154007）