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時(shí)間:2024-02-08 15:08:47
導(dǎo)言:作為寫(xiě)作愛(ài)好者,不可錯(cuò)過(guò)為您精心挑選的10篇機(jī)電一體化技術(shù)概論,它們將為您的寫(xiě)作提供全新的視角,我們衷心期待您的閱讀,并希望這些內(nèi)容能為您提供靈感和參考。
二、電子技術(shù)專(zhuān)業(yè)傳統(tǒng)教學(xué)方式的弊端
1.傳統(tǒng)教學(xué)資料
電子技術(shù)是一門(mén)理論復(fù)雜、抽象、學(xué)習(xí)難度較大、應(yīng)用范圍較廣的學(xué)科。由于電子技術(shù)在實(shí)際工作中應(yīng)用極為普遍,且實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)情況靈活多變,這就要求電子技術(shù)專(zhuān)業(yè)的人才不僅有扎實(shí)的理論基礎(chǔ),更要有很強(qiáng)的實(shí)際動(dòng)手和操作能力,能將晦澀難懂的知識(shí)靈活運(yùn)用到具體情況中去。但是以往傳統(tǒng)的教學(xué)資料都是以介紹電子技術(shù)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)理論知識(shí)為主,輔以簡(jiǎn)單少量的實(shí)驗(yàn),與現(xiàn)實(shí)工作情況相脫離,這樣對(duì)學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí)水平和學(xué)習(xí)能力提出了很高的要求。此外,現(xiàn)在職業(yè)技術(shù)學(xué)校的學(xué)生普遍基礎(chǔ)薄弱,學(xué)習(xí)能力差,所以教學(xué)效果不僅較差,而且與實(shí)際專(zhuān)業(yè)要求背離。
2.傳統(tǒng)教學(xué)模式
與傳統(tǒng)的教材相對(duì)應(yīng),以往的教學(xué)模式是以理論教學(xué)為主,實(shí)驗(yàn)教學(xué)為輔,老師通過(guò)在黑板上寫(xiě)下大量的文字來(lái)給學(xué)生灌輸知識(shí)。一般情況下,老師講的多,學(xué)生思考的時(shí)間少,教學(xué)缺乏創(chuàng)意,這種教學(xué)方式只重視結(jié)果,而不關(guān)注過(guò)程。結(jié)論與過(guò)程的有機(jī)結(jié)合是深入透徹地驗(yàn)證電子技術(shù)基本原理的必要前提,而傳統(tǒng)的教學(xué)模式忽視了這一點(diǎn)。在傳統(tǒng)的教學(xué)模式下,通常是大部分時(shí)間用于傳授基礎(chǔ)性知識(shí),使課堂教學(xué)喪失了原來(lái)的基本功能,降低了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,極易導(dǎo)致學(xué)生被灌輸了大量理論知識(shí),所學(xué)的理論并沒(méi)有和實(shí)踐活動(dòng)相結(jié)合,學(xué)生沒(méi)有時(shí)間也沒(méi)有意識(shí)去把學(xué)校里學(xué)到的東西應(yīng)用到工廠里面,造成課堂教學(xué)和實(shí)際工作相互脫節(jié),學(xué)生步入社會(huì)之后,專(zhuān)業(yè)知識(shí)根本不能得到很好的發(fā)揮。
3.傳統(tǒng)教學(xué)檢測(cè)模式
由于傳統(tǒng)教學(xué)是以理論教學(xué)為主,因此教學(xué)檢測(cè)手段基本上是理論知識(shí)的考試,考試內(nèi)容一般為專(zhuān)業(yè)名詞、概念、理論性的知識(shí),用理論考試成績(jī)來(lái)判斷學(xué)生學(xué)習(xí)的好壞,忽略了對(duì)學(xué)生的實(shí)際操作技能水平的考察。為了得到高分,多數(shù)學(xué)生花費(fèi)大量的精力去死記硬背基礎(chǔ)知識(shí),形成一種考前沖刺的不良習(xí)慣,潛移默化地使學(xué)生認(rèn)為學(xué)好這門(mén)課就是考試過(guò)關(guān),這種教學(xué)檢測(cè)方法不甚合理,顯示不出學(xué)生的真實(shí)水平,極大地限制了學(xué)生的創(chuàng)新和思維開(kāi)拓。另外,傳統(tǒng)教學(xué)模式以學(xué)歷教育為主,并不注重學(xué)生動(dòng)手能力的培養(yǎng),在工作崗位上也形成了一種注重高學(xué)歷的現(xiàn)象。學(xué)生的思想觀念還停留在以學(xué)歷為主,實(shí)踐操作為輔的過(guò)程中,致使許多學(xué)生不重視個(gè)人能力的培養(yǎng),只是為提高學(xué)歷而學(xué)習(xí)深造。因此,全面改革傳統(tǒng)教學(xué)檢測(cè)模式、摒棄陳舊的思想觀念是教育教學(xué)改革的重要課題。
三、電子技術(shù)專(zhuān)業(yè)施行一體化教學(xué)改革的意義
職業(yè)技術(shù)教育作為教育的一個(gè)重要部分,它的指導(dǎo)思想是以知識(shí)夠用為原則,以就業(yè)為導(dǎo)向,旨在培養(yǎng)學(xué)生的知識(shí)應(yīng)用能力。電子技術(shù)專(zhuān)業(yè)是一門(mén)理論復(fù)雜、實(shí)踐性強(qiáng)、應(yīng)用范圍廣的專(zhuān)業(yè)。隨著我國(guó)科技事業(yè)的迅猛發(fā)展,職業(yè)技術(shù)變化速度已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了職業(yè)技術(shù)教育的發(fā)展速度,電子技術(shù)已由傳統(tǒng)的電力電子學(xué)向現(xiàn)代電力電子學(xué)方向發(fā)展,新的理論、新的應(yīng)用領(lǐng)域、新的科技設(shè)備不斷涌現(xiàn)。但目前技術(shù)學(xué)校電子技術(shù)專(zhuān)業(yè)的教材仍然以經(jīng)典的電子專(zhuān)業(yè)知識(shí)為主,教育模式重理論輕實(shí)踐,培養(yǎng)的技術(shù)人才無(wú)法適應(yīng)當(dāng)前社會(huì)和企業(yè)的需求,出現(xiàn)了教育供應(yīng)與社會(huì)需要相脫離的情況。由于傳統(tǒng)的教學(xué)方式無(wú)法滿足社會(huì)的需要,所以迫切需要建立一種新的教學(xué)模式,以增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐能力、動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力,使學(xué)生更好地符合技能型人才的要求。對(duì)電子技術(shù)專(zhuān)業(yè)施行一體化教學(xué)改革,對(duì)于提高教學(xué)質(zhì)量、快速培養(yǎng)實(shí)用的技能型人才,滿足當(dāng)前科技發(fā)展和社會(huì)需求具有十分重要的意義。
四、電子技術(shù)專(zhuān)業(yè)一體化教學(xué)改革的措施
1.編寫(xiě)符合一體化教學(xué)理念的教材
職業(yè)技術(shù)教育教學(xué)的基本原則要求是基本理論教學(xué)要以應(yīng)用為目的,以必需、夠用為度。新的一體化教學(xué)教材必須以從“廣而博”的專(zhuān)業(yè)理論中選擇“少而精”的實(shí)用知識(shí)為原則,根據(jù)本行業(yè)發(fā)展動(dòng)態(tài)積極推進(jìn)課程和教材改革,開(kāi)發(fā)和編寫(xiě)反映新知識(shí)、新技術(shù)、新工藝和新方法,具有職業(yè)教育特色的課程和教材,加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)推進(jìn)現(xiàn)代信息技術(shù)在教育教學(xué)中的應(yīng)用,加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和專(zhuān)業(yè)技能,提高實(shí)用性課程的教學(xué)比例,強(qiáng)調(diào)知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用的聯(lián)系性。
2.改革教學(xué)方式
與一體化教學(xué)教材相同步,新的教學(xué)模式必須摒棄理論教學(xué)為主導(dǎo)的傳統(tǒng)教育模式,而要采取理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)和社會(huì)實(shí)踐三方面相結(jié)合的教學(xué)方式,實(shí)現(xiàn)教、學(xué)、做的一體化教學(xué)。首先,由教師系統(tǒng)教授電子技術(shù)專(zhuān)業(yè)的基礎(chǔ)理論知識(shí)。在教授過(guò)程中,教師必須將理論與實(shí)際工作應(yīng)用相結(jié)合,以加深學(xué)生對(duì)枯燥難懂的原理的理解。例如,在教學(xué)時(shí),教師可以首先提出實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題,然后以解決問(wèn)題為目的,介紹問(wèn)題涉及知識(shí)點(diǎn)、知識(shí)點(diǎn)的作用,應(yīng)用知識(shí)點(diǎn)解決問(wèn)題的方法步驟。通過(guò)這種方式,教師將知識(shí)點(diǎn)由淺入深,循序漸進(jìn)地教授給學(xué)生,同時(shí)又注重聯(lián)系實(shí)際,對(duì)于學(xué)生整體掌握知識(shí)很有幫助。其次,教師要結(jié)合所傳授理論知識(shí),進(jìn)行相對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)部分,力求讓學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié),鞏固基礎(chǔ)知識(shí),加深對(duì)原理的認(rèn)識(shí),鍛煉動(dòng)手能力。再次,老師可以通過(guò)社會(huì)實(shí)踐環(huán)節(jié),給學(xué)生分配合理的實(shí)踐任務(wù),讓學(xué)生在課余時(shí)間進(jìn)入企業(yè)實(shí)習(xí),通過(guò)實(shí)習(xí)環(huán)節(jié),熟悉專(zhuān)業(yè)現(xiàn)場(chǎng)知識(shí),強(qiáng)化知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合能力,提高學(xué)生的綜合能力,十分有利于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)用性技能。
3.改革教師教學(xué)職能
為了能夠充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性,激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新性思維,教師首先要改變自己作為知識(shí)解說(shuō)員的觀念,改變過(guò)去“以教師為中心、以教材為中心、以課堂為中心”的思想,要“以學(xué)生為中心、以社會(huì)需要為中心、以實(shí)踐為中心”,努力把自己轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生學(xué)習(xí)的指導(dǎo)者、幫助者、促進(jìn)者和學(xué)習(xí)環(huán)境的創(chuàng)設(shè)者。教師應(yīng)該同時(shí)具備理論教授、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)和實(shí)習(xí)輔導(dǎo)的教學(xué)職能,要能夠做到知識(shí)講解的連貫性和引申性。因?yàn)槊课唤處熤v課思路不同,如果理論教授、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)和實(shí)習(xí)輔導(dǎo)這三個(gè)部分分別由不同的老師傳授,極易造成講解知識(shí)點(diǎn)的重復(fù)和脫節(jié),缺乏教學(xué)的系統(tǒng)性和連貫性,又易浪費(fèi)學(xué)生的學(xué)習(xí)時(shí)間,所以在一體化教學(xué)改革中應(yīng)該同時(shí)要求教師一體化,即要求一個(gè)教師能同時(shí)完成上述三個(gè)教師的教學(xué)任務(wù),這樣不僅使教師的理論知識(shí)和技能水平得到很大的提高和發(fā)展,更有利于學(xué)生系統(tǒng)連貫地學(xué)習(xí)知識(shí)。
4.更新教學(xué)設(shè)備
電子技術(shù)專(zhuān)業(yè)的知識(shí)抽象復(fù)雜,傳統(tǒng)的板書(shū)教學(xué)方法教學(xué)效率低下,學(xué)生接受水平不高。教師利用多媒體技術(shù)手段輔助進(jìn)行教學(xué),可以通過(guò)將圖片、文本、聲音和錄像多種手段相結(jié)合,生動(dòng)形象地向?qū)W生講解抽象知識(shí),將枯燥的理論知識(shí)動(dòng)態(tài)地展現(xiàn)在學(xué)生面前,這種方式可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、提高學(xué)生接受和理解知識(shí)的能力,開(kāi)發(fā)學(xué)生的實(shí)踐能力、創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力,提高課堂教學(xué)質(zhì)量和效率。
五、小結(jié)
隨著社會(huì)的發(fā)展、科技的進(jìn)步,現(xiàn)代社會(huì)和企業(yè)對(duì)電子技術(shù)專(zhuān)業(yè)人才提出了更高的要求,不僅要求技術(shù)人員具備扎實(shí)過(guò)硬的理論知識(shí),更要求技術(shù)人才必須有很強(qiáng)的實(shí)際操作能力,并能夠妥善處理好生產(chǎn)中的實(shí)際問(wèn)題,同時(shí)還要有技術(shù)創(chuàng)新的能力。傳統(tǒng)的教學(xué)方法無(wú)法培養(yǎng)出符合現(xiàn)代社會(huì)要求的高新技術(shù)人才,因此為了適應(yīng)現(xiàn)代社會(huì)和企業(yè)的發(fā)展需要,培養(yǎng)順應(yīng)時(shí)代潮流的電子技術(shù)專(zhuān)業(yè)人才,職業(yè)技術(shù)學(xué)校必須盡快采取合理的方式和手段對(duì)電子技術(shù)專(zhuān)業(yè)進(jìn)行一體化教學(xué)改革,這是職業(yè)學(xué)校義不容辭的職責(zé)。
參考文獻(xiàn)
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機(jī)電一體化;故障;診斷
機(jī)電一體化設(shè)備的診斷技術(shù)在國(guó)內(nèi)外企業(yè)的工業(yè)生產(chǎn)中得到了快速發(fā)展,掌握這門(mén)技術(shù)需要非常了解并且清楚的知道機(jī)電一體化設(shè)備在實(shí)際使用中的工作狀態(tài)是什么樣子的,可以快速的判斷機(jī)電設(shè)備的故障隱患在哪里,能夠從整體到局部做出細(xì)致的檢查,評(píng)估出故障的發(fā)展趨勢(shì)是什么樣子的。使用機(jī)電一體化診斷技術(shù)最大的目的就是可以及時(shí)排除機(jī)電設(shè)備的故障,避免對(duì)企業(yè)員工造成傷害,減少對(duì)自然環(huán)境的污染,降低企業(yè)的生產(chǎn)成本確保機(jī)電設(shè)備可以在工業(yè)生產(chǎn)之中正常的運(yùn)行。從機(jī)電設(shè)備診斷技術(shù)可以劃分為三個(gè)階段,第一步驟是感官極階段,以專(zhuān)業(yè)的理論知識(shí)為職稱(chēng)通過(guò)自己的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)對(duì)機(jī)電設(shè)備做出初步的診斷;第二步是通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感器和動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)行一個(gè)相對(duì)綜合的診斷,第三步是進(jìn)入智能化模式。機(jī)電一體化技術(shù)是將機(jī)械技術(shù)、電子電工、微電子、信息、傳感等技術(shù)結(jié)合而形成的一種技術(shù)。機(jī)電一體化設(shè)備已經(jīng)成為人們?nèi)粘I钪胁豢扇鄙俚囊徊糠帧RWC機(jī)電設(shè)備的正常運(yùn)行就需要使用診斷技術(shù)對(duì)機(jī)電設(shè)備做出即時(shí)的診斷清除故障。機(jī)電一體化設(shè)備在具體的使用之中會(huì)存在一定的磨損,或者出現(xiàn)功率降低的情況。通過(guò)我們的診斷技術(shù)確定故障發(fā)生的位置并且提出解決方案。需要合理利用各種檢測(cè)設(shè)備、專(zhuān)業(yè)的測(cè)試方法對(duì)機(jī)電一體化設(shè)備進(jìn)行檢查。
1機(jī)電一體化設(shè)備的斬?cái)嗉夹g(shù)探討
1.1機(jī)電一體化設(shè)備的常見(jiàn)故障分類(lèi)
現(xiàn)在企業(yè)中所使用的機(jī)電一體化設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜,所使用的零部件比較多,并且設(shè)備的技術(shù)含量也很高,所以對(duì)于機(jī)電一體化設(shè)備的故障排查相對(duì)困難。機(jī)電一體化設(shè)備相對(duì)機(jī)械設(shè)備又比較容易出現(xiàn)故障。依據(jù)常見(jiàn)故障問(wèn)題我們可以做出以下幾種分類(lèi):損壞型的故障,這類(lèi)的故障一般是指機(jī)電設(shè)備的零部件出現(xiàn)斷裂、點(diǎn)蝕、拉傷等等問(wèn)題;退化型的故障是指由于長(zhǎng)時(shí)間使用機(jī)電一體化設(shè)備,機(jī)器出現(xiàn)老化、變質(zhì)、磨損等問(wèn)題;松脫型的故障是指設(shè)備的一些螺絲、螺栓等部件出現(xiàn)松動(dòng)的問(wèn)題;失調(diào)型故障是指機(jī)電設(shè)備使用的壓力比較高,或者零件之間的間隙很大沒(méi)有調(diào)整到合適的比例等等問(wèn)題;堵塞或者滲漏型故障是指機(jī)電設(shè)備發(fā)生漏氣或者漏水,零件出現(xiàn)堵塞等問(wèn)題;性能衰退或者設(shè)備功能失效的故障是指設(shè)備不再具備特定的功能或者性能有所下降等等。
1.2機(jī)電一體化診斷技術(shù)概論
我們可以將機(jī)電一體化診斷技術(shù)看做是一種對(duì)機(jī)器設(shè)備的檢測(cè)技術(shù),具體說(shuō)來(lái)就是對(duì)使用中出現(xiàn)故障的機(jī)電一體化設(shè)備進(jìn)行檢測(cè),然后預(yù)估出發(fā)生故障的位置以及提出解決方案。對(duì)機(jī)電一體化設(shè)備進(jìn)行診斷主要是為了保證機(jī)電一體化設(shè)備可以正常高效的進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn),將機(jī)電一體化設(shè)備可以創(chuàng)造最大的經(jīng)濟(jì)效益,對(duì)機(jī)電一體化設(shè)備已經(jīng)出現(xiàn)的故障做出正確的評(píng)估預(yù)防可能發(fā)生的故障。診斷技術(shù)主要包括四個(gè)方面的內(nèi)容:故障檢測(cè),對(duì)于正在使用中的機(jī)電一體化設(shè)備進(jìn)行故障檢測(cè)判斷設(shè)備是否發(fā)生故障,目前使用的額是故障測(cè)試和診斷測(cè)試兩種測(cè)試方法;對(duì)故障類(lèi)型進(jìn)行判斷,對(duì)于已經(jīng)發(fā)展故障的設(shè)備進(jìn)行故障類(lèi)型判斷;故障定位,判斷發(fā)生故障的位置;故障恢復(fù),前面的三項(xiàng)工作其實(shí)都是為了最后一步做準(zhǔn)備的,對(duì)于已經(jīng)定位好的故障位置要即時(shí)的處理故障從而回復(fù)機(jī)電設(shè)備的工作。
2機(jī)電一體化設(shè)備故障診斷的具體方法研究
機(jī)電設(shè)備在實(shí)際運(yùn)行的時(shí)候發(fā)生的一些變化造成機(jī)電設(shè)備的性能改變。一般來(lái)說(shuō)機(jī)電的檢測(cè)人員是依據(jù)一定的物理參數(shù)來(lái)了解機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。故障診斷技術(shù)主要是依據(jù)這些參數(shù)的變化來(lái)進(jìn)行判斷。技術(shù)人員會(huì)認(rèn)真分析已經(jīng)出現(xiàn)的故障的特征進(jìn)行診斷,依據(jù)一手的故障發(fā)生情況進(jìn)行判斷,然后制定出解決策略,采取有效的措施來(lái)解決和排除故障。具體的診斷方法有溫度測(cè)試法、壓力測(cè)試法和故障樹(shù)分析發(fā)等等。我們需要看一下已經(jīng)出現(xiàn)的故障是否有報(bào)警的提示,現(xiàn)在有的機(jī)電一體化設(shè)備具備自我診斷的報(bào)警提示信號(hào),如果信號(hào)燈亮起來(lái)了我們可以直接依據(jù)故障發(fā)生的具體情況進(jìn)行原因分析及時(shí)的排除故障。對(duì)于沒(méi)有報(bào)警提示的設(shè)備我們需要依據(jù)已有的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行診斷。我們需要看一下機(jī)床的情況,看一下已經(jīng)出現(xiàn)的故障是否破壞了機(jī)床的正常工作。如果已經(jīng)出現(xiàn)的故障并沒(méi)有損害到機(jī)床的工作只需要將其排除就可以了,已經(jīng)嚴(yán)重影響到機(jī)床的正常運(yùn)作就需要永久性的排除這種故障避免對(duì)機(jī)床造成更大程度的傷害。對(duì)于機(jī)電設(shè)備的故障排除我們需要做以下幾個(gè)方面的工作,首先需要了解的是大部分的機(jī)電設(shè)備故障是由于摩擦損耗所造成的,其次是要保證機(jī)械有一個(gè)合理的,再者是要求工作人員可以合理的操作機(jī)電設(shè)備,最后是要積極的做出現(xiàn)場(chǎng)維修。
3結(jié)語(yǔ)
機(jī)電一體化設(shè)備的診斷技術(shù)是一件很重要的工作,目前能夠?qū)ζ湓\斷技術(shù)做專(zhuān)業(yè)的研究機(jī)構(gòu)相對(duì)較少。雖然現(xiàn)階段機(jī)電一體化設(shè)備的操作程序已經(jīng)得到簡(jiǎn)化,但實(shí)際上機(jī)電設(shè)備的診斷和維修難度是有所提高的。機(jī)電設(shè)備一旦發(fā)生故障就會(huì)造成重大的經(jīng)濟(jì)損失。我國(guó)需要加大人力、物力、財(cái)力資源來(lái)進(jìn)行診斷技術(shù)的研究,保障機(jī)電一體化設(shè)備的長(zhǎng)長(zhǎng)運(yùn)行從而保障企業(yè)人員的生產(chǎn)安全避免安全事故的發(fā)生。
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從20世紀(jì)80年代以來(lái),由于計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展,尤其是在大規(guī)模集成電路技術(shù)和微電子技術(shù)取得重大突破后,計(jì)算機(jī)逐漸向價(jià)格低、體積小、性能高、功能強(qiáng)方向發(fā)展。因此,計(jì)算機(jī)也就具備了與工業(yè)生產(chǎn)結(jié)合、向其它學(xué)科滲透的基本條件。這對(duì)其它領(lǐng)域的生產(chǎn)技術(shù)的革命與改革將起到極大地推進(jìn)作用。比如在機(jī)械工程方面,計(jì)算機(jī)已經(jīng)被廣泛用于產(chǎn)品和工藝流程的控制,它將計(jì)算機(jī)、電器、機(jī)械變成一個(gè)有機(jī)的整體,進(jìn)而形成一門(mén)新的技術(shù)—機(jī)電一體化。機(jī)電一體化的出現(xiàn),極大地改變了整個(gè)機(jī)械工業(yè)的面貌;它引導(dǎo)了機(jī)械工業(yè)在技術(shù)、產(chǎn)品、管理、生產(chǎn)方式等方面發(fā)生巨變;使得生產(chǎn)力提高、原料損耗降低、勞動(dòng)強(qiáng)度下降、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力提高、效益顯著提升。從此,工業(yè)化生產(chǎn)就告別了以往的“機(jī)械電氣化”,邁進(jìn)“機(jī)電一體化”的方向發(fā)展。
1、機(jī)電一體化概論
所謂的機(jī)電一體化是一門(mén)綜合技術(shù)群(族)的總稱(chēng),它主要目的是運(yùn)用一些技術(shù)原理來(lái)使用、發(fā)展機(jī)電一體化產(chǎn)品。從系統(tǒng)工程的觀點(diǎn)上來(lái)看,就是將有關(guān)電子技術(shù)運(yùn)用到機(jī)械的主體、動(dòng)力、控制以及信息處理等功能上去;將機(jī)械裝置、電子化設(shè)計(jì)、軟件有機(jī)結(jié)合起來(lái)形成一個(gè)系統(tǒng);進(jìn)而促使系統(tǒng)和產(chǎn)品展現(xiàn)最優(yōu)的整體。
隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展,機(jī)電一體化正在被賦予許多新的內(nèi)容和功能。比如能夠自動(dòng)檢測(cè)和處理信息;能夠先通過(guò)自動(dòng)診斷來(lái)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,然后進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)與控制,達(dá)到自動(dòng)保護(hù)的目的;這表明機(jī)電一體化已經(jīng)具備智能化的特征。而傳統(tǒng)的機(jī)械電氣化只是將機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)等其它幾種新技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)單組合和拼湊,這樣效果只是將體系代替和放大。所以,兩者在功能上有著本質(zhì)的區(qū)別。
目前市面上機(jī)電一體化產(chǎn)品主要有三類(lèi)。一是將機(jī)與電結(jié)合在一起的典型產(chǎn)品,比如彩色復(fù)印機(jī)、自動(dòng)繪圖機(jī);二是用電子裝置來(lái)代替一部分控制功能和機(jī)構(gòu)的機(jī)械產(chǎn)品,如機(jī)電一體化照相機(jī)、帶數(shù)字顯示的機(jī)械設(shè)備;三是通過(guò)微電子裝置代替原設(shè)備的信息處理機(jī)構(gòu)的產(chǎn)品,如全電子式電話交換機(jī)、指針式石英電子表。這些機(jī)電一體化產(chǎn)品都具有輕巧化、多功能化和智能化的特點(diǎn)。
2、機(jī)電一體化的發(fā)展歷程
機(jī)電一體化主要經(jīng)過(guò)了三個(gè)階段的發(fā)展:第一階段為20世紀(jì)60年代以前,在這一初級(jí)的階段,由于人們對(duì)機(jī)電研究和開(kāi)發(fā)從總體上還處在一種自發(fā)的狀態(tài),電子技術(shù)的水平也尚未發(fā)展到一定程度,所以當(dāng)時(shí)的機(jī)械技術(shù)和電子技術(shù)還不能夠廣泛和深入的結(jié)合;正是由于這些原因,盡管第二次世界大戰(zhàn)刺激了當(dāng)時(shí)的機(jī)械產(chǎn)品與電子技術(shù)的結(jié)合,而且在戰(zhàn)后這項(xiàng)機(jī)電結(jié)合的軍用技術(shù)也轉(zhuǎn)化為民用,人們還是只有自覺(jué)地利用這些初步的電子技術(shù)成果來(lái)改善機(jī)械產(chǎn)品的性能,因而那些過(guò)去開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品也就無(wú)法推廣和普及。第二階段為20世紀(jì)70-80年代,在這一時(shí)期,計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)都得到蓬勃發(fā)展,同時(shí)大規(guī)模的集成電路和微型計(jì)算機(jī)也出現(xiàn)了,這些就為機(jī)電一體化的發(fā)展提供了大量的物質(zhì)和技術(shù)基礎(chǔ);至此,機(jī)電一體化開(kāi)始受到世界的廣泛關(guān)注和支持,極大加速了它的發(fā)展。進(jìn)入到20世紀(jì)90年代后期,機(jī)電一體化的發(fā)展邁入到深入發(fā)展的第三階段,機(jī)電一體化技術(shù)正逐漸邁向智能化;由于光纖技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、人工智能技術(shù)等都取得了重大突破,再加上微細(xì)加工技術(shù)的新技術(shù)的引入和系統(tǒng)完整的學(xué)科體系的形成,都極大促進(jìn)了機(jī)電一體化的發(fā)展。
3、機(jī)電一體化發(fā)展趨勢(shì)
3.1微型化和智能化
智能化和微型化是未來(lái)機(jī)電一體化技術(shù)的兩個(gè)重要發(fā)展方向。所謂智能化,就是具有模擬人類(lèi)智能,能夠進(jìn)行獨(dú)立的判斷、推理、決策等邏輯思維能力。由于科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展,特別是模糊技術(shù)、軟件技術(shù)、芯片技術(shù)的取得長(zhǎng)足的進(jìn)步,機(jī)電一體化的智能性越來(lái)越強(qiáng)、產(chǎn)品的信息越來(lái)越凸顯;再加上生理和心理學(xué)、運(yùn)籌學(xué)、混沌學(xué)的引入,機(jī)電一體化的目標(biāo)也越來(lái)越高;因此,人們?cè)絹?lái)越重視機(jī)電一體化中的智能化研究。另一方面,機(jī)電一體化的產(chǎn)品正在向微米,甚至納米的微觀領(lǐng)域發(fā)展,對(duì)機(jī)電一體化產(chǎn)品的微型化研究起源于20世紀(jì)80年代,由于該產(chǎn)品具有靈巧、輕便、低耗能等優(yōu)勢(shì),因此被廣泛地用于通信、醫(yī)療、軍事等多個(gè)領(lǐng)域;雖然目前微機(jī)械技術(shù)的不成熟,阻礙了其發(fā)展步伐,但在未來(lái)必將取得重大突破。
3.2系統(tǒng)化和網(wǎng)絡(luò)化
所謂系統(tǒng)化,就是以靈活的方式來(lái)進(jìn)行多種組合,力求對(duì)多子系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)調(diào)、控制、管理的一種具備模式化而又開(kāi)放式的總線結(jié)構(gòu);它不僅能夠增強(qiáng)機(jī)電的通信能力,甚至可以根據(jù)仿生學(xué)來(lái)賦予機(jī)電一體化產(chǎn)品人的感情,從而不斷地開(kāi)發(fā)出新的機(jī)電一體化產(chǎn)品。另外,由于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的普及和發(fā)展,對(duì)各種遠(yuǎn)程控制和監(jiān)測(cè)的終端設(shè)備的需求量不斷增大,而這些設(shè)備本身就屬于機(jī)電一體化產(chǎn)品的范疇。由此可見(jiàn),機(jī)電一體化絕對(duì)會(huì)向著系統(tǒng)化和網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展。
3.3柔性化和環(huán)?;?/p>
關(guān)鍵詞: 機(jī)電一體化;虛擬樣機(jī);CDIO
Key words: mechatronics;virtual prototype;CDIO
中圖分類(lèi)號(hào):G42文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1006-4311(2011)02-0216-02
0引言
2001年,由美國(guó)麻省理工學(xué)院、瑞典查爾姆斯技術(shù)學(xué)院、瑞典林克平大學(xué)、瑞典皇家技術(shù)學(xué)院等4所大學(xué)合作開(kāi)發(fā)了一個(gè)新的工程教育模式,稱(chēng)為CDIO(Conceive-Design-Implement-Operate)模式。CDIO大綱以構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、運(yùn)作為主線,綜合地考慮了專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)、個(gè)人和職業(yè)的技能及團(tuán)隊(duì)協(xié)作與溝通的人際技能,及在整個(gè)企業(yè)、社會(huì)環(huán)境下進(jìn)行CDIO的過(guò)程。近年來(lái),東北石油大學(xué)機(jī)電工程系將CDIO模式引入到實(shí)踐與工程應(yīng)用性較強(qiáng)的“機(jī)電一體化”課程建設(shè)中,以提高課程教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果,本文就其實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中的一些認(rèn)識(shí)作以探討。
1現(xiàn)狀分析
“機(jī)電一體化”是機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的一門(mén)專(zhuān)業(yè)課程,它在培養(yǎng)學(xué)生的機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新能力所需的知識(shí)、能力和素質(zhì)結(jié)構(gòu)中,占有十分重要的地位。課程的任務(wù)是使學(xué)生以系統(tǒng)的角度理解和掌握機(jī)電一體化技術(shù),包括機(jī)械、檢測(cè)、控制、計(jì)算機(jī)軟硬件等方面的基本理論、基本知識(shí)和基本技能,學(xué)會(huì)典型機(jī)電一體化系統(tǒng)的分析和綜合方法,具備進(jìn)行現(xiàn)代機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的初步能力。隨著機(jī)械和電子工業(yè)發(fā)展到新的階段,現(xiàn)代機(jī)械必然是由計(jì)算機(jī)控制的系統(tǒng),理論性與實(shí)踐性聯(lián)系密切、工程實(shí)用性強(qiáng)是該課程最大的特點(diǎn)。近年來(lái)的教學(xué)實(shí)踐表明:原有的課程結(jié)構(gòu)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段、教學(xué)實(shí)踐等,已不能適應(yīng)“寬口徑、重實(shí)踐、應(yīng)用型”的現(xiàn)代工程教育發(fā)展潮流。究其原因,主要有以下幾個(gè)方面。
1.1 課程內(nèi)容繁雜。機(jī)電一體化技術(shù)是機(jī)械技術(shù)、檢測(cè)傳感技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)、信息處理技術(shù)、系統(tǒng)總體技術(shù)等多種技術(shù)的融合。以系統(tǒng)的角度理解和掌握機(jī)電一體化系統(tǒng)的工作原理及其應(yīng)用是教學(xué)的中心內(nèi)容,這對(duì)教師和學(xué)生都提出了非常高的要求。但是針對(duì)具體系統(tǒng)進(jìn)行分析和研究時(shí),常會(huì)出現(xiàn)“一葉障目”,以偏概全之感,并無(wú)總體把握的能力和認(rèn)識(shí)。
1.2 概念抽象,理論繁瑣,并且插圖多、公式多、敘述內(nèi)容多,教師不易抓住教學(xué)重點(diǎn),學(xué)生學(xué)起來(lái)也常感到力不從心,對(duì)某些理論問(wèn)題似是而非、模糊不清、嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致學(xué)不下去。
1.3 教材存在局限性。目前現(xiàn)有的教材雖然版本繁多,但各有局限,在多達(dá)幾十種版本的有關(guān)教材中,內(nèi)容的編排大致相似,框架相同。在選材上為了照顧到內(nèi)容的完整性,主次不分明,重點(diǎn)不突出,尤其是典型機(jī)電一體化系統(tǒng)章節(jié),往往虎頭蛇尾,沒(méi)有受到足夠的重視,不能起到綜合和系統(tǒng)總結(jié)的作用。
1.4 理論與實(shí)踐環(huán)節(jié)脫節(jié)情況嚴(yán)重,實(shí)驗(yàn)內(nèi)容少且針對(duì)性不強(qiáng),學(xué)生不能感受到實(shí)踐的趣味性、知識(shí)性和實(shí)驗(yàn)成功后的成就感,更不要說(shuō)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。
針對(duì)上述這些情況,如何幫助學(xué)生以系統(tǒng)的觀點(diǎn)深入理解知識(shí)、掌握知識(shí),如何培養(yǎng)與增強(qiáng)學(xué)生動(dòng)手操作能力,如何讓學(xué)生學(xué)以致用,始終保持較高的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新意識(shí),是課程教學(xué)的難點(diǎn)所在。
2基于虛擬樣機(jī)技術(shù)的CDIO教學(xué)理念
目前全國(guó)有近百所高校開(kāi)展了CDIO項(xiàng)目的實(shí)踐和探索工作,汕頭大學(xué)、成都信息工程學(xué)院等院校已經(jīng)取得了顯著的成績(jī)。調(diào)研發(fā)現(xiàn),實(shí)施CDIO戰(zhàn)略是一項(xiàng)龐大的系統(tǒng)工程,需要很大資金投入和人員投入。根據(jù)自身實(shí)際情況,我們確立首先以虛擬樣機(jī)技術(shù)為載體,按照CDIO戰(zhàn)略對(duì)“機(jī)電一體化”課程的教學(xué)進(jìn)行了探索和實(shí)踐。
虛擬樣機(jī)技術(shù)是近年來(lái)普遍應(yīng)用的一種全新的機(jī)械設(shè)計(jì)方法,它作為一項(xiàng)計(jì)算機(jī)輔助工程技術(shù)于上個(gè)世紀(jì)80年代隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而出現(xiàn),在90年代特別是進(jìn)入21世紀(jì)以后得到了迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。CDIO標(biāo)準(zhǔn)明確指出采用產(chǎn)品和系統(tǒng)生命周期的開(kāi)發(fā)及使用這一工程教育方法論,它強(qiáng)調(diào)它作為知識(shí)和能力培養(yǎng)的載體及環(huán)境,即知識(shí)和能力之間的關(guān)聯(lián),而不是具體內(nèi)容。從這一角度出發(fā),虛擬樣機(jī)技術(shù)可以為開(kāi)展CDIO戰(zhàn)略提供適合的載體及環(huán)境。具體表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面:
2.1 面向產(chǎn)品全生命周期的設(shè)計(jì)、仿真、分析是虛擬樣機(jī)技術(shù)的核心,這在某種程度上與CDIO戰(zhàn)略產(chǎn)品和系統(tǒng)生命周期的開(kāi)發(fā)及使用標(biāo)準(zhǔn)不謀而合。
2.2 CDIO強(qiáng)調(diào)“做中學(xué)”教學(xué)模式,“做”具有廣泛的含義,既可以是在實(shí)驗(yàn)室親自制作模型、樣機(jī),也可以通過(guò)數(shù)字化工具在設(shè)計(jì)和仿真層面全面展開(kāi)。
2.3 在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈的今天,為了達(dá)到時(shí)間、質(zhì)量、成本、服務(wù)、環(huán)境等多方面要求,必須以最短的時(shí)間、最好的質(zhì)量和最低的價(jià)格推出產(chǎn)品。采用虛擬樣機(jī)技術(shù)既可以減少模型樣機(jī)的試制,降低投入成本,又可以幫助學(xué)生在短時(shí)間內(nèi)掌握產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的全部過(guò)程。
2.4 虛擬樣機(jī)技術(shù)支持并行設(shè)計(jì),便于設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)之間的溝通和交流,這也正是CDIO戰(zhàn)略重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)的一種基本能力。
3機(jī)電一體化課程的CDIO架構(gòu)
CDIO強(qiáng)調(diào)學(xué)生的工程能力不是單純的理論知識(shí)或直觀的技能,而是兩者的有機(jī)融合,這對(duì)學(xué)生的創(chuàng)新能力、學(xué)習(xí)能力、對(duì)新技術(shù)的敏感能力都提出了更高要求。機(jī)電一體化技術(shù)的先修課程除了力學(xué)、模電數(shù)電等基礎(chǔ)課程外,還包括機(jī)械設(shè)計(jì)、微機(jī)與接口技術(shù)、控制工程等專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程,同期學(xué)習(xí)課程有單片機(jī)、可編程控制、機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)等。該課程有著鮮明的技術(shù)基礎(chǔ)和工程背景,因?qū)W時(shí)有限,包含的內(nèi)容較多,所以在教學(xué)中把握一個(gè)基本原則:了解機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展動(dòng)態(tài),掌握其核心思想和技術(shù),運(yùn)用現(xiàn)代工程設(shè)計(jì)方法中的虛擬樣機(jī)技術(shù),完成機(jī)電一體系統(tǒng)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)與仿真分析。基于CDIO的思想,我們對(duì)“機(jī)電一體化技術(shù)”課程教學(xué)分成三個(gè)部分:課堂講授、小組項(xiàng)目、自選實(shí)驗(yàn)。
課堂講授。以教師主講形式進(jìn)行,以傳授基礎(chǔ)知識(shí)。授課時(shí)采用模塊化方式對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了重新編排,側(cè)重于通過(guò)實(shí)例分析加深對(duì)重要知識(shí)點(diǎn)的理解。主要內(nèi)容包括:①概論模塊:主要講解機(jī)電一體化技術(shù)的內(nèi)涵、體系結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)、發(fā)展趨勢(shì)、典型系統(tǒng)(本田機(jī)器人、大狗、數(shù)控加工中心)分析,學(xué)時(shí)數(shù)為4學(xué)時(shí)。②系統(tǒng)部件模塊:主要講解執(zhí)行裝置的工作原理、驅(qū)動(dòng)方法、對(duì)比分析與選用原則;機(jī)械傳動(dòng)部件的種類(lèi)、特點(diǎn)、對(duì)比分析與選用原則;檢測(cè)裝置工作原理、特點(diǎn)、對(duì)比分析與選用原則,學(xué)時(shí)數(shù)為6學(xué)時(shí)。③系統(tǒng)集成模塊:主要講解單片機(jī)、PLC、接口電路結(jié)構(gòu)及特點(diǎn),通過(guò)典型實(shí)例分析理解系統(tǒng)集成的內(nèi)涵與相關(guān)技術(shù),學(xué)時(shí)數(shù)為4學(xué)時(shí)。④系統(tǒng)控制模塊:主要講解機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法與步驟、系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型、現(xiàn)代控制方法簡(jiǎn)介、典型反饋控制和狀態(tài)控制系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì),學(xué)時(shí)數(shù)為4學(xué)時(shí)。⑤虛擬樣機(jī)技術(shù)概論模塊:主要講解虛擬樣機(jī)的概念、原理、方法。通過(guò)典型實(shí)例領(lǐng)會(huì)基于虛擬樣機(jī)技術(shù)的機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想和方法,學(xué)時(shí)數(shù)為4學(xué)時(shí)。小組項(xiàng)目以3-5人為單位自發(fā)形成設(shè)計(jì)小組。該階段需要完成下述內(nèi)容。①項(xiàng)目調(diào)研:查閱資料,擬定項(xiàng)目范疇和設(shè)計(jì)內(nèi)容。②項(xiàng)目申報(bào):功能、原理、創(chuàng)新性、可行性論證。③項(xiàng)目開(kāi)展:制定研究計(jì)劃,分配設(shè)計(jì)任務(wù),選擇設(shè)計(jì)工具和仿真工具,開(kāi)展項(xiàng)目設(shè)計(jì)。④項(xiàng)目匯報(bào):提交項(xiàng)目日志、設(shè)計(jì)報(bào)告。在此期間,教師采取跟蹤方式對(duì)學(xué)生進(jìn)行輔導(dǎo),每個(gè)階段項(xiàng)目小組都要作公開(kāi)匯報(bào),并且需要回答指導(dǎo)老師和其它項(xiàng)目小組提出的問(wèn)題,及時(shí)改進(jìn),完善設(shè)計(jì)。小組項(xiàng)目部分不占用教學(xué)學(xué)時(shí),教師和學(xué)生利用課余時(shí)間開(kāi)展該項(xiàng)內(nèi)容。自選實(shí)驗(yàn)階段,項(xiàng)目小組根據(jù)設(shè)計(jì)需要,可以提出自選實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,用以加強(qiáng)對(duì)機(jī)電一體化系統(tǒng)典型部件和單元的理解與認(rèn)識(shí)。該部分工作由實(shí)驗(yàn)教師配合完成,學(xué)時(shí)數(shù)為10學(xué)時(shí)。
4課程考核與評(píng)價(jià)
學(xué)生的工程能力等素質(zhì)很難通過(guò)傳統(tǒng)的教學(xué)測(cè)試方法進(jìn)行考核與評(píng)價(jià)。在CDIO模式下,課程的考核與評(píng)價(jià)不再是一個(gè)孤立的行為。在“機(jī)電一體化技術(shù)”課程中,我們根據(jù)課程教學(xué)的三個(gè)部分―課堂講授、小組項(xiàng)目、自選實(shí)驗(yàn)分別進(jìn)行測(cè)試,然后與學(xué)生討論考核與評(píng)價(jià)體系,綜合學(xué)生的意見(jiàn),再適當(dāng)修正,盡可能做到靈活多樣。課程教授的理論部分采用傳統(tǒng)的試卷測(cè)試形式,小組項(xiàng)目部分根據(jù)學(xué)生的自我評(píng)價(jià)、公開(kāi)匯報(bào)、虛擬樣機(jī)完成的質(zhì)量等情況進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),自選實(shí)驗(yàn)部分根據(jù)學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)過(guò)程中體現(xiàn)出的創(chuàng)新性、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的連續(xù)性和執(zhí)行完成情況等做出判斷。
按照上述規(guī)劃,近幾年在我校機(jī)自專(zhuān)業(yè)進(jìn)行了CDIO實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)。學(xué)生表現(xiàn)出極高的熱情,圍繞機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床等設(shè)計(jì)主題共提交了眾多項(xiàng)目報(bào)告和虛擬樣機(jī)產(chǎn)品,許多項(xiàng)目小組還額外提供了自己開(kāi)發(fā)的仿真控制程序。在參與同學(xué)中展開(kāi)了問(wèn)卷調(diào)查發(fā)現(xiàn),多數(shù)同學(xué)認(rèn)為課程項(xiàng)目對(duì)于幫助理解機(jī)電一體化系統(tǒng)非常有用。在問(wèn)到課程項(xiàng)目是否有必要繼續(xù)在下一年級(jí)開(kāi)展時(shí),絕大多數(shù)同學(xué)認(rèn)為應(yīng)該繼續(xù)開(kāi)展。總體來(lái)看學(xué)生對(duì)該項(xiàng)活動(dòng)抱有足夠的信心,提出了很多具體意見(jiàn),如提前在低年級(jí)開(kāi)展設(shè)計(jì)工具類(lèi)項(xiàng)目,這樣可以在后續(xù)項(xiàng)目中有更多時(shí)間完成系統(tǒng)的仿真、分析、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證等深層次的設(shè)計(jì)內(nèi)容,提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。
5結(jié)束語(yǔ)
機(jī)電一體化技術(shù)課程博大精深,具有內(nèi)容多、原理深?yuàn)W的特點(diǎn)。根據(jù)國(guó)際工程教育CDIO理念進(jìn)行教學(xué)實(shí)踐,既能使學(xué)生鞏固所學(xué)基本知識(shí),抓住主次,又能鍛煉學(xué)生的觀察能力、設(shè)計(jì)能力、分析問(wèn)題的能力、書(shū)面表達(dá)能力和交流能力,使學(xué)生的積極主動(dòng)性得到最大程度的發(fā)揮。本文將CDIO模式引入到“機(jī)電一體化”的課程建設(shè)中,從教學(xué)理念、課程架構(gòu)、課程考核與評(píng)價(jià)等方面展開(kāi)探討,為“機(jī)電一體化”課程的教學(xué)提供了新的思路,這些對(duì)于提高教學(xué)質(zhì)量和效果,培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐與創(chuàng)新能力具有積極意義。
參考文獻(xiàn):
中圖分類(lèi)號(hào):TH-39文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1672-3791(2012)02(c)-0000-00
進(jìn)入20世紀(jì)60年代以來(lái),微電子技術(shù)、信息技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)得到了迅猛發(fā)展,以信息技術(shù)為中心,極大地提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和工作效率為重要目標(biāo)。測(cè)量與控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù),三者結(jié)合在一起,構(gòu)成完整的信息系統(tǒng)。在這種新技術(shù)革命的影響和沖擊下,機(jī)電業(yè)發(fā)生了深刻的變化。機(jī)電一體化的共性關(guān)鍵技術(shù)是;精密機(jī)械技術(shù)、伺服傳動(dòng)技術(shù)、傳感檢測(cè)技術(shù)、信息處理技術(shù)、白動(dòng)控制技術(shù)以及系統(tǒng)總體技術(shù)。但是區(qū)分機(jī)電一體化或非機(jī)電一體化的機(jī)械系統(tǒng),其核心是計(jì)算機(jī)控制的伺服控制系統(tǒng),其他的都是與此匹配的重要部分現(xiàn)有機(jī)械產(chǎn)品的電子化必須采用系統(tǒng)科學(xué)的觀點(diǎn)和綜合集成的技巧,使機(jī)械、電子設(shè)備和軟件之間相互適應(yīng)和匹配,發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì),才能促進(jìn)工業(yè)產(chǎn)品和消費(fèi)產(chǎn)品向自動(dòng)化方向發(fā)展。
1 機(jī)械機(jī)電一體化技術(shù)及其應(yīng)用
機(jī)電一體化系統(tǒng)的形式多種多樣,其功能也各不相同。一個(gè)較完善的機(jī)電一體化系統(tǒng)應(yīng)包括以下幾個(gè)基本要素:機(jī)械本體、動(dòng)力單元、傳感檢測(cè)單元、執(zhí)行單元、驅(qū)動(dòng)單元、控制及信息處理單元。隨著機(jī)電一體化產(chǎn)品技術(shù)性能、水平和功能的提高,機(jī)械本體需在機(jī)械結(jié)構(gòu)、材料、加工工藝以及幾何尺寸等方面都應(yīng)適應(yīng)產(chǎn)品高效、多功能、可靠、節(jié)能、小型、輕量、美觀等要求。動(dòng)力單元?jiǎng)恿卧墓δ苁前凑諜C(jī)電一體化系統(tǒng)的控制要求,為系統(tǒng)提供能量和動(dòng)力以保證系統(tǒng)正常運(yùn)行。機(jī)電一體化的顯著特征之一是用盡可能小的動(dòng)力輸入獲得盡可能大的功能輸出。與一般的同類(lèi)型機(jī)械裝置相比,機(jī)電一體化系統(tǒng)中的機(jī)械部分精度要求更高,結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單,功能更強(qiáng)大,性能更優(yōu)越,同時(shí)還要有更好的可靠性、維護(hù)性和更新穎的結(jié)構(gòu)。零部件要求模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)格化,還有許多新的課題要加以研究和運(yùn)用,如對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),采用新型復(fù)合材料以使機(jī)械系統(tǒng)既減輕重量、縮小體積,同時(shí)又不降低機(jī)械的靜、動(dòng)剛度,采用高精度導(dǎo)軌、精密滾珠絲杠、高精度主軸軸承和高精度齒輪等,以提高關(guān)鍵零部件的精度和可靠性;開(kāi)發(fā)新型復(fù)合材料以提高刀具、磨具的質(zhì)量;通過(guò)零部件的模塊化和標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì),提高其互換性和維護(hù)性等。因此機(jī)械技術(shù)的出發(fā)點(diǎn)在于如何與機(jī)電一體化技術(shù)相適應(yīng),利用其他高新技術(shù)來(lái)更新概念,實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)上、材料上、性能上以及功能上的變革。
2 信息處理與自動(dòng)控制技術(shù)及其應(yīng)用
機(jī)電一體化系統(tǒng)中主要采用丁業(yè)控制機(jī)(包括可編程控制器,單、多回路調(diào)節(jié)器,單片微控制器,總線式丁業(yè)控制機(jī),分布式計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng))進(jìn)行信息處理。計(jì)算機(jī)應(yīng)用及信息處理技術(shù)已成為促進(jìn)機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展和變革的最重要因素。隨著社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展,對(duì)信息交流的需求越來(lái)越大,這就需要信息傳輸,即通信技術(shù),圍繞如何提高傳輸速度、減少誤碼率等進(jìn)行的。為了共享資源、提供分布式功能和集中管理,可通過(guò)通信設(shè)備和線路,將不同地理位置具有獨(dú)立處理功能的多個(gè)計(jì)算機(jī)連接起來(lái),運(yùn)用功能完善的網(wǎng)絡(luò)軟件按照網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)通信,組成計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展為信息處理技術(shù)提供了技術(shù)保障。
控制與信息處理單元像是對(duì)其他要素和它們之間的連接進(jìn)行有機(jī)的統(tǒng)一控制一樣,其功能是將來(lái)自傳感器的信息和各種命令進(jìn)行集中處理,根據(jù)處理結(jié)果,按照一定的規(guī)則發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào),控制各要素或子系統(tǒng)連接成為一個(gè)有機(jī)整體,使各個(gè)功能環(huán)節(jié)有目的地協(xié)調(diào)一致運(yùn)動(dòng),并達(dá)到預(yù)期的性能,從而形成機(jī)電一體化的系統(tǒng)工程。各子系統(tǒng)之間必須通過(guò)控制信息進(jìn)行聯(lián)系才能協(xié)調(diào)統(tǒng)一的運(yùn)動(dòng),進(jìn)行有規(guī)則地物質(zhì)和能量的交換和轉(zhuǎn)移。因此,控制與信息處理單元是機(jī)電一體化系統(tǒng)的核心單元,一般由計(jì)算機(jī)、可編程控制器、數(shù)控裝置以及各種邏輯電路等組成。信息處理技術(shù)包括信息的交換、存取、運(yùn)算、判斷和決策。自動(dòng)控制技術(shù)包括高精度位置控制、速度控制、自適應(yīng)控制、自校正等技術(shù)。自動(dòng)控制就是依據(jù)自動(dòng)控制原理對(duì)具體控制裝置或系統(tǒng)在設(shè)計(jì)之后進(jìn)行系統(tǒng)仿真,現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試,最后使研制的系統(tǒng)可靠地投入運(yùn)行,尤其是計(jì)算機(jī)技術(shù)高速發(fā)展,使得自動(dòng)控制技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)的結(jié)合越趨密切,因此自動(dòng)控制技術(shù)是機(jī)電一體化技術(shù)中十分重要的關(guān)鍵技術(shù)。
3 伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)及其發(fā)展
電動(dòng)機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)方式在數(shù)控系統(tǒng)中的運(yùn)用非常廣泛,交直流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)主要用在閉環(huán)伺服數(shù)控系統(tǒng)中。由于變頻技術(shù)的進(jìn)步,交流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)取得突破性進(jìn)展,為機(jī)電一體化系統(tǒng)提供了高質(zhì)量的伺服驅(qū)動(dòng)單元,極大地促進(jìn)了機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)主要用在開(kāi)環(huán)伺服數(shù)控系統(tǒng)中。對(duì)機(jī)電一體化系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能、控制質(zhì)量和功能來(lái)說(shuō),伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)具有決定性的作用。液壓伺服系統(tǒng)(如液壓馬達(dá)、脈沖液壓缸等)具有工作穩(wěn)定、響應(yīng)速度快、輸出力矩大等特點(diǎn),特別是在低速運(yùn)行時(shí)其性能更突出,但液壓系統(tǒng)需要增加液壓泵等動(dòng)力源,設(shè)備復(fù)雜、體積大、維修難及污染環(huán)境;而電氣伺服系統(tǒng)(如步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、直流伺服電動(dòng)機(jī)等)具有控制靈活、費(fèi)用較小、可靠性高等優(yōu)點(diǎn),但低速時(shí)輸出力矩不夠大。由于近年來(lái)變頻技術(shù)的進(jìn)步,交流伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)取得突破性進(jìn)展,為機(jī)電一體化系統(tǒng)提供了高質(zhì)量的伺服驅(qū)動(dòng)單元,極大地促進(jìn)了機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展。
4 結(jié)論與展望
機(jī)電一體化技術(shù)需要很多部門(mén)、產(chǎn)業(yè)的配合和支持,才能取得滿意的結(jié)果。我們不僅要對(duì)機(jī)電一體化的各項(xiàng)相關(guān)技術(shù)進(jìn)行全面深入的了解,還要能從系統(tǒng)工程的概念人手,通過(guò)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)來(lái)使各個(gè)相關(guān)技術(shù)形成有機(jī)的結(jié)合,并且要注意研究和解決技術(shù)融合過(guò)程中所產(chǎn)生的新問(wèn)題,只有這樣才能滿足機(jī)電一體化高速發(fā)展的需要。機(jī)電一體化概論都很好,如果整個(gè)系統(tǒng)不能很好地協(xié)調(diào),則它仍然不可能可靠地正常運(yùn)行。隨著科技的進(jìn)步和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,機(jī)電一體化技術(shù)正在不斷地深人到各個(gè)領(lǐng)域,并且迅猛地向前推進(jìn),特別是制造工業(yè)對(duì)機(jī)電一體化技術(shù)提出了許多新的更高的要求。機(jī)電一體化的發(fā)展趨勢(shì)應(yīng)為:在性能上向高精度、高效率、高性能、智能化方向發(fā)展;在功能上向小型化、輕型化、多功能方向發(fā)展;在層次上向系統(tǒng)化、復(fù)合集成化的方向發(fā)展。
參考文獻(xiàn)
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中圖分類(lèi)號(hào):TH-39文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):
引言:
機(jī)電一體化是在機(jī)械的主功能、動(dòng)力功能、信息功能和控制功能上引進(jìn)微電子技術(shù),并將機(jī)械裝置與電子裝置用相關(guān)軟件有機(jī)結(jié)合而構(gòu)成系統(tǒng)的總稱(chēng)。它不是機(jī)械與電子的簡(jiǎn)單的疊加,而是在信息論(利用傳感技術(shù))、控制論(利用控制理論)和系統(tǒng)論(“系統(tǒng)”整體籌劃,機(jī)械和電子分別只是“環(huán)節(jié)”)的基礎(chǔ)上建立起來(lái)的應(yīng)用技術(shù)。目前,隨著機(jī)電一體化系統(tǒng)所需的控制功能、控制形式、控制方式的不同和多控制過(guò)程日趨復(fù)雜,對(duì)控制系統(tǒng)的要求越來(lái)越高。微機(jī)控制系統(tǒng)的引用,在多方面能滿足機(jī)電一體化系統(tǒng)要求。從系統(tǒng)工程觀點(diǎn)出發(fā),才能將機(jī)械、電子、信息等有關(guān)技術(shù),對(duì)它們進(jìn)行有機(jī)的組織和綜合,實(shí)現(xiàn)了整體的最佳化。
1.機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的
1.1提高機(jī)械設(shè)備的精度
在機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中大量使用計(jì)算機(jī)和微電子技術(shù),不但有效提高了機(jī)械設(shè)備控制系統(tǒng)的精度,而且實(shí)現(xiàn)了其在運(yùn)行過(guò)程中的自動(dòng)控制與檢測(cè),降低了因各類(lèi)干擾因素的出現(xiàn)而導(dǎo)致機(jī)械設(shè)備無(wú)法正常運(yùn)行的幾率。
1.2增強(qiáng)機(jī)械設(shè)備的功能性
目前,工程領(lǐng)域?qū)τ跈C(jī)械設(shè)備的功能性提出了較高的標(biāo)準(zhǔn)和要求,即一臺(tái)機(jī)械設(shè)備一般需要具有多種復(fù)合功能,這也是機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中必須關(guān)注的目標(biāo)之一。
1.3提升系統(tǒng)的安全性與可靠性
目前,國(guó)內(nèi)在機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)中普遍設(shè)置了專(zhuān)業(yè)的自動(dòng)檢測(cè)和監(jiān)控子系統(tǒng),其主要作用是在機(jī)電產(chǎn)品發(fā)生各類(lèi)運(yùn)行故障時(shí),可以自動(dòng)進(jìn)行檢測(cè)并調(diào)整設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài),進(jìn)而有效保證機(jī)電一體化系統(tǒng)的整體安全性與可靠性。
1.4縮短產(chǎn)品研發(fā)周期
在機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)的制定中,一定要注意對(duì)于研發(fā)周期的科學(xué)控制,并且組織具有較高專(zhuān)業(yè)技術(shù)水平和豐富工作經(jīng)驗(yàn)的人員參與研發(fā),在有效縮短機(jī)電產(chǎn)品研發(fā)周期的同時(shí),也有效降低了生產(chǎn)的成本。
1.5進(jìn)一步簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
在機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中,技術(shù)人員則要將進(jìn)一步簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)作為重要目標(biāo)之一,盡量在機(jī)電產(chǎn)品中安裝或使用現(xiàn)代化的電子元件和傳動(dòng)技術(shù),并且充分利用先進(jìn)的集成電路、微處理器和程序軟件實(shí)現(xiàn)機(jī)械傳動(dòng)鏈的關(guān)聯(lián)運(yùn)動(dòng),進(jìn)而展現(xiàn)機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)科學(xué)化、智能化的目標(biāo)。
2.機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2.1機(jī)電一體化系統(tǒng)的構(gòu)成
機(jī)電一體化系統(tǒng)的構(gòu)成由5 部分組成:機(jī)械系統(tǒng)(機(jī)構(gòu))、電子信息處理系統(tǒng)(電子計(jì)算機(jī))、動(dòng)力系統(tǒng)(動(dòng)力源)、傳感檢測(cè)系統(tǒng)(傳感器)、執(zhí)行元件系統(tǒng)(電動(dòng)機(jī)等)。5 個(gè)部分組成的機(jī)電一體化系統(tǒng)可分為:閉環(huán)、半閉環(huán) 2 種控制方式,其中,閉環(huán)指對(duì)最終執(zhí)行元件進(jìn)行直接控制,而半閉環(huán)指對(duì)中間元件進(jìn)行控制,從而推算出最終元件的狀態(tài)。
2.2機(jī)電一體化中的集成設(shè)計(jì)
由于機(jī)電一體化方法內(nèi)在的并行性,或同時(shí)性工程,所以樣機(jī)試制階段的建模與仿真很重要。 因?yàn)槟P蛠?lái)自于各學(xué)科的綜合應(yīng)用。 所以應(yīng)用一種可視化的編程軟件是很重要的。 這樣就涉及到了框圖,流程圖,狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖和波特圖。 機(jī)電一體化是一種設(shè)計(jì)哲學(xué),其產(chǎn)品或設(shè)備有一個(gè)重要的特點(diǎn)就是它們內(nèi)部的智能,這是將執(zhí)行器,傳感器,控制系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)組合設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的。 系統(tǒng)的集成是通過(guò)硬件(部件)和軟件(信息處理)的聯(lián)合實(shí)現(xiàn)的。 硬件集成是將機(jī)電一體化系統(tǒng)看成一個(gè)整體系統(tǒng)來(lái)設(shè)計(jì)的,將傳感器、執(zhí)行器和微處理器融入到機(jī)械系統(tǒng)中,軟件集成主要基于高級(jí)控制功能在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)首先分析客戶要求以及系統(tǒng)集成的技術(shù)環(huán)境。在制作時(shí)應(yīng)考慮了解客戶、 市場(chǎng)分析、優(yōu)化性能、生命周期性能、質(zhì)量、可靠性和銷(xiāo)售等因素。
2.3系統(tǒng)中的從屬功能設(shè)計(jì)
機(jī)電一體化系統(tǒng)的所有主功能的實(shí)現(xiàn)或期望目的的達(dá)成,都需要一些從屬功能的協(xié)同配合。這些從屬功能包括: 結(jié)構(gòu)功能、通訊功能、保護(hù)功能、接口功能、控制功能、動(dòng)力功能。結(jié)構(gòu)功能確保滿足主要部件的正常工作所需空間條件。通訊功能保證環(huán)境狀態(tài)與系統(tǒng)部件的信息得以交換。保護(hù)功能將系統(tǒng)重要部件各功能參數(shù)限制在可允許的工作范圍內(nèi)并防止系統(tǒng)中各部件產(chǎn)生對(duì)環(huán)境的不利影響。接口功能使得系統(tǒng)的輸入輸出在與環(huán)境不匹配時(shí)也得以實(shí)現(xiàn)。控制功能整體管理系統(tǒng)部件狀態(tài),并依據(jù)外部輸入狀態(tài)控制系統(tǒng)的內(nèi)在功能特性。動(dòng)力功能提供系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)各功能所需能量。
2.4變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)
伺服電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)部分,目的在于執(zhí)行控制系統(tǒng)的指令,將電能轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)。直流電機(jī)由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜,購(gòu)置和維修成本過(guò)高等問(wèn)題,難以得到廣泛的應(yīng)用。而隨著電機(jī)制造工藝和電機(jī)控制理論發(fā)展,交流電機(jī)控制精度得到了大幅度地提高,再加上自身結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,維修方便,能滿足在惡劣環(huán)境和大負(fù)載下運(yùn)行,受到越來(lái)越多關(guān)注。隨著矢量控制理論(VC), 直接轉(zhuǎn)矩控制(DTC)變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展及空間矢量脈寬調(diào)制技術(shù)(SVPWM)的應(yīng)用,交流電機(jī)往往能達(dá)到極高的控制性能。SVPWM 是當(dāng)今廣泛采用的脈寬調(diào)制技術(shù),與傳統(tǒng)的SPWM相比,具有轉(zhuǎn)矩與電流畸變小,易于數(shù)字化實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn),且其對(duì)電壓利用率相對(duì)提高 16.7%。VC通過(guò)坐標(biāo)系轉(zhuǎn)化,將定子電流分解勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)矩電流兩部分,從而模擬交流電機(jī)的控制策略控制交流電機(jī)。DTC 控制技術(shù)則以電磁轉(zhuǎn)矩為直接控制目標(biāo),達(dá)到高性能的調(diào)速能力。
2.5伺服驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)控制器設(shè)計(jì)
PID 控制器的參數(shù)整定是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容。它是根據(jù)被控過(guò)程的特性確定 PID 控制器的比例系數(shù)、積分時(shí)間和微分時(shí)間的大小。PID 控制器參數(shù)整定方法主要有兩大種:一是理論計(jì)算整定法。依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,經(jīng)過(guò)理論計(jì)算確定控制器參數(shù),但還必須通過(guò)工程實(shí)際進(jìn)行調(diào)整和修改。二是工程整定方法,主要依賴(lài)工程經(jīng)驗(yàn),直接在控制系統(tǒng)的試驗(yàn)中進(jìn)行,且方法簡(jiǎn)單、易于掌握,在工程實(shí)際中被廣泛采用。PID 控制器參數(shù)的工程整定方法,主要有臨界比例法、反應(yīng)曲線法和衰減法。隨著只能控制理論的發(fā)展,許多智能PID 控制算法開(kāi)發(fā)和應(yīng)用,如變結(jié)構(gòu)滑模 PID 控制、模糊 PID、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) PID 控制和神經(jīng)模糊控制等。值得指出,智能 PID 算法大多數(shù)見(jiàn)諸于理論研究,還不能廣泛應(yīng)用到實(shí)際中。
2.6傳感器和變換器設(shè)計(jì)
儀器儀表在現(xiàn)代科技領(lǐng)域中起著關(guān)鍵的作用。 傳感器是與儀器儀表緊密相關(guān)的機(jī)電一體化系統(tǒng)中一個(gè)非常重要的組件,其作用是為特定工業(yè)過(guò)程提供收集不同信息的機(jī)制。 傳感器廣泛應(yīng)用于過(guò)程檢測(cè)以及工況評(píng)價(jià)方面,為用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)制造作業(yè)作較高級(jí)的監(jiān)控提供便利,可應(yīng)用于過(guò)程前,過(guò)程中及過(guò)程后。 有時(shí),傳感器可以將一種物理現(xiàn)象轉(zhuǎn)化為決策分析的可用信號(hào)。智能系統(tǒng)用傳感器來(lái)監(jiān)測(cè)由環(huán)境變化影響的特定場(chǎng)合,然后通過(guò)校正動(dòng)作對(duì)其控制。
3.機(jī)電一體化系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)
機(jī)電一體化系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)是指產(chǎn)品在規(guī)定條件和規(guī)定時(shí)間內(nèi),完成規(guī)定功能的能力。產(chǎn)品的可靠性是一個(gè)綜合性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,常用 MTBF 指標(biāo)來(lái)衡量。
3.1 保證產(chǎn)品(系統(tǒng))可靠性的主要方法
3.1.1提高產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造質(zhì)量———裕度法、自動(dòng)控制;
3.1.2采用冗余技術(shù)———工作冗余、后備冗余;
3.1.3故障診斷技術(shù)———測(cè)試、癥兆、診斷。
3.2 系統(tǒng)干擾和提高抗干擾能力的措施
系統(tǒng)干擾是指產(chǎn)生系統(tǒng)元部件失效或數(shù)據(jù)傳輸、處理失誤,進(jìn)而影響系統(tǒng)可靠工作的內(nèi)部因素和外部因素:
3.2.1系統(tǒng)干擾源的類(lèi)型:傳導(dǎo)型———由線路傳入信號(hào)影響控制系統(tǒng)工作;輻射型———由空間感應(yīng)輸入信號(hào)影響控制系統(tǒng)工作。
3.2.2提高系統(tǒng)抗干擾能力的措施:針對(duì)不同類(lèi)型的干擾信號(hào),采取的抗干擾措施也有所不同;供電系統(tǒng)的抗干擾措施:穩(wěn)壓、濾波、隔離;接口電路的抗干擾措施:吸收抑制、阻斷隔離;轉(zhuǎn)換接口抵消隔離措施:差動(dòng)式運(yùn)算放大器或橋式電路、高頻濾波整形電路;接地系統(tǒng)干擾措施:?jiǎn)吸c(diǎn)接地、并聯(lián)接地、光電隔離接地。
3.3 軟件的可靠性技術(shù)
控制系統(tǒng)由硬件和軟件組成,軟件的可靠性設(shè)計(jì)也至關(guān)重要。主要包括利用軟件提高控制系統(tǒng)的可靠性和提高軟件自身可靠性。
4.結(jié)語(yǔ)
機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是一種復(fù)合技術(shù),它需要很多部門(mén)產(chǎn)業(yè)的支持和配合,才能取得滿意的結(jié)果,我們不僅要對(duì)機(jī)電一體化的各相關(guān)技術(shù)進(jìn)行全面深入的了解,還要從系統(tǒng)工程的概念入手,通過(guò)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)來(lái)使各相關(guān)技術(shù)形成有機(jī)的結(jié)合,并且要注意分析和解決技術(shù)融合過(guò)程中出現(xiàn)的新問(wèn)題,只有這樣,才能滿足機(jī)電一體化系統(tǒng)的飛速發(fā)展。
參考文獻(xiàn):
二、專(zhuān)業(yè)定位、課程體系與教學(xué)改革
(一)專(zhuān)業(yè)定位
機(jī)電一體化技術(shù)涉及的知識(shí)面寬廣,是集機(jī)械、電子、信息和管理等諸多學(xué)科于一體的新興交叉學(xué)科,因此機(jī)電一體化專(zhuān)業(yè)是一個(gè)很寬泛的專(zhuān)業(yè),也可以說(shuō)是一個(gè)專(zhuān)業(yè)平臺(tái)。[3]我們對(duì)接廣東省區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展,通過(guò)對(duì)機(jī)電專(zhuān)業(yè)相關(guān)的企業(yè)、行業(yè)、企業(yè)聯(lián)盟調(diào)研,分析與預(yù)測(cè)專(zhuān)業(yè)對(duì)應(yīng)的區(qū)域產(chǎn)業(yè)人才需求,提煉出軌道交通行業(yè)特定工作崗位(崗位群)對(duì)機(jī)電一體化人才的職業(yè)技能與素質(zhì)要求,其畢業(yè)生主要面向機(jī)電行業(yè),以及軌道交通行業(yè)的機(jī)電產(chǎn)品研發(fā)制造企業(yè)、設(shè)備運(yùn)行等就業(yè)單位,面向的主要職業(yè)崗位有:自動(dòng)化設(shè)備檢修、電氣設(shè)備安裝調(diào)試、機(jī)電產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)等。據(jù)此,我們依據(jù)高技能人才培養(yǎng)要求,將專(zhuān)業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)定為:以市場(chǎng)為導(dǎo)向,主動(dòng)適應(yīng)珠江三角洲傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)和新型特色制造業(yè)發(fā)展需要,面向生產(chǎn)、建設(shè)、服務(wù)和管理第一線,以“產(chǎn)教一體,寓學(xué)于工”的模式培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和良好職業(yè)道德,具備機(jī)電一體化技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)和專(zhuān)業(yè)技能,適應(yīng)機(jī)電一體化產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造、軌道交通機(jī)電一體化設(shè)備的安裝調(diào)試、維護(hù)與保養(yǎng)、管理等工作崗位,具有工匠精神、創(chuàng)新精神的技術(shù)技能型人才。
(二)課程體系的構(gòu)建
堅(jiān)持一條主線、強(qiáng)化能力的原則。即從專(zhuān)業(yè)技術(shù)應(yīng)用出發(fā),以培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)能力為主線,運(yùn)用倒推法,從職業(yè)能力結(jié)構(gòu),演繹出知識(shí)、能力、素質(zhì)結(jié)構(gòu),直至人才培養(yǎng)方案、課程標(biāo)準(zhǔn)。其“公共基礎(chǔ)課”按照國(guó)家和省教育主管部門(mén)的有關(guān)精神設(shè)置基礎(chǔ)性人文課程以外,根據(jù)專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)和就業(yè)市場(chǎng)需求,精心設(shè)置了“機(jī)械+電氣”雙支撐的“專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程(專(zhuān)業(yè)群平臺(tái)課程)”,設(shè)置了“機(jī)械制圖與CAD”“機(jī)械基礎(chǔ)”“電工電子技術(shù)應(yīng)用”“機(jī)電傳動(dòng)與控制”“液壓與氣動(dòng)技術(shù)”“可編程控制器”六門(mén)課程。在此基礎(chǔ)上,根據(jù)就業(yè)市場(chǎng)需求和學(xué)生的職業(yè)發(fā)展需要,設(shè)置“專(zhuān)業(yè)核心課”和“綜合能力課”,專(zhuān)業(yè)核心課開(kāi)設(shè)了“單片機(jī)原理及應(yīng)用”“數(shù)控機(jī)床電氣控制”“生產(chǎn)線組裝與調(diào)試”“機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用”;綜合能力課開(kāi)設(shè)了機(jī)加工實(shí)訓(xùn)、鉗工實(shí)訓(xùn)、機(jī)電設(shè)備拆裝實(shí)訓(xùn)、電氣控制綜合實(shí)訓(xùn)、數(shù)控機(jī)床操作與編程、畢業(yè)頂崗實(shí)習(xí)。專(zhuān)業(yè)核心課中還開(kāi)設(shè)了城市軌道交通車(chē)站機(jī)電設(shè)備、車(chē)站電梯維護(hù)課程;專(zhuān)業(yè)選修模塊中還設(shè)置了鐵道概論、軌道交通車(chē)輛構(gòu)造與維修、車(chē)站空調(diào)與通風(fēng)系統(tǒng)維護(hù)課程,以對(duì)接軌道交通行業(yè)發(fā)展對(duì)車(chē)站設(shè)備管理和維護(hù)人員的需求。為了激發(fā)并培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識(shí),還開(kāi)設(shè)了就業(yè)指導(dǎo)、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)指導(dǎo),以及專(zhuān)業(yè)選修課中設(shè)置了機(jī)電產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)課程,鼓勵(lì)學(xué)生參加市級(jí)及以上大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽或各類(lèi)科技創(chuàng)新、創(chuàng)意設(shè)計(jì)、創(chuàng)業(yè)計(jì)劃等專(zhuān)題競(jìng)賽,獲得三等獎(jiǎng)及以上獎(jiǎng)項(xiàng)的學(xué)生可以免修該課程。
(三)教學(xué)方法改革
深入開(kāi)展課程建設(shè)與改革,創(chuàng)新課堂教學(xué)。推行項(xiàng)目教學(xué)、案例教學(xué)、工作過(guò)程導(dǎo)向教學(xué)等融“教、學(xué)、做”為一體的教學(xué)模式。改革教學(xué)方法和手段,強(qiáng)化“以學(xué)生為中心”的理念,廣泛運(yùn)用啟發(fā)式、討論式、探究式等教學(xué),以激發(fā)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的動(dòng)力。通過(guò)建設(shè)專(zhuān)業(yè)核心課程的精品在線開(kāi)放課程,使教師利用課程平臺(tái),自主搭建課程、輔助教學(xué)實(shí)施,實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo);使學(xué)生利用該開(kāi)放的平臺(tái),通過(guò)動(dòng)畫(huà)變換視角、直觀形象地學(xué)習(xí)抽象的概念,使教學(xué)活動(dòng)更加符合學(xué)習(xí)者的自然思維習(xí)慣,提高學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣和積極性,用虛擬仿真替代危險(xiǎn)性高或難以安排的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)習(xí),或展示現(xiàn)實(shí)教學(xué)中難以理解的復(fù)雜結(jié)構(gòu)、復(fù)雜運(yùn)動(dòng)等,提高實(shí)際教學(xué)效果,在課堂教學(xué)以外鞏固所學(xué)和拓展學(xué)習(xí)。構(gòu)建選課平臺(tái),借助網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí),真正實(shí)現(xiàn)彈性教學(xué)模式[4]。
三、專(zhuān)業(yè)的主要特色和成就
(一)進(jìn)行訂單班培養(yǎng)模式探索
緊密對(duì)接廣東省軌道交通行業(yè)的發(fā)展需求,依托學(xué)院的傳統(tǒng)和專(zhuān)業(yè)集群優(yōu)勢(shì),牽手軌道交通行業(yè)企業(yè),聯(lián)合培養(yǎng)適應(yīng)企業(yè)特殊需求的高端技能型人才。目前與廣州地鐵、廣州鐵路(集團(tuán))公司、東莞地鐵、深圳地鐵、香港地鐵等軌道行業(yè)企業(yè)開(kāi)展“訂單式”培養(yǎng),逐漸形成“人才共育、過(guò)程共管”的緊密型校企合作機(jī)制,開(kāi)設(shè)“2+1”模式訂單班。校企雙方形成共同制定人才培養(yǎng)方案、共同培養(yǎng)學(xué)生、師傅教師互派共培、資源共享的機(jī)制。同時(shí)建立企業(yè)兼職教師庫(kù),聘請(qǐng)企業(yè)的能工巧匠與校內(nèi)教師共同講授課程,針對(duì)學(xué)生未來(lái)的工作崗位技能進(jìn)行授課。在跟崗、頂崗過(guò)程中采用企業(yè)教師一對(duì)多、一對(duì)一的教學(xué),指導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立操作。通過(guò)半年的企業(yè)頂崗實(shí)習(xí),切實(shí)提高學(xué)生職業(yè)素質(zhì),實(shí)現(xiàn)頂崗實(shí)習(xí)與工作崗位對(duì)接。
(二)建成中高職銜接培養(yǎng)體系
近年來(lái)先后實(shí)施了3+證書(shū)、三二分段、中職自主招生等中高職銜接的人才培養(yǎng)模式改革,在人才培養(yǎng)規(guī)格定位、人才培養(yǎng)方案、課程設(shè)置、實(shí)訓(xùn)實(shí)習(xí)、培養(yǎng)模式、實(shí)訓(xùn)條件建設(shè)及師資隊(duì)伍培養(yǎng)等方面做好銜接和溝通,探索構(gòu)建中高職模塊化課程體系,形成中高職一體化的人才培養(yǎng)方案以及相應(yīng)的人才培養(yǎng)機(jī)制,促進(jìn)中等職業(yè)教育與高等職業(yè)教育協(xié)調(diào)發(fā)展。在項(xiàng)目建設(shè)中從實(shí)踐上升到理論,并制訂了中高職銜接的專(zhuān)業(yè)教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)和課程標(biāo)準(zhǔn)。
(三)利用工學(xué)結(jié)合園中的“校中廠”和校內(nèi)實(shí)習(xí)基地,提高學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力
專(zhuān)業(yè)以培養(yǎng)學(xué)生的崗位職業(yè)能力為核心,構(gòu)建以校內(nèi)專(zhuān)業(yè)崗位實(shí)踐和校外頂崗實(shí)習(xí)組成的實(shí)踐教學(xué)體系。校內(nèi)生產(chǎn)性實(shí)訓(xùn)教學(xué)根據(jù)教學(xué)目標(biāo)和畢業(yè)生就業(yè)崗位能力要求,按照由淺入深,從簡(jiǎn)到繁,從單一到綜合的邏輯進(jìn)行安排。校內(nèi)生產(chǎn)性實(shí)訓(xùn)注重單項(xiàng)能力的強(qiáng)化訓(xùn)練及簡(jiǎn)單功能系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、裝調(diào)、維修等。為此我們通過(guò)“引企入園”的方式,引進(jìn)了廣州市鴻輝電工機(jī)械有限公司、廣州冠通機(jī)械設(shè)備實(shí)業(yè)有限公司、東莞景騰自動(dòng)化科技有限公司等以機(jī)電一體化產(chǎn)品為主業(yè)的實(shí)體企業(yè),校企共建“校中廠”。在“校中廠”內(nèi)安排對(duì)應(yīng)的崗位進(jìn)行頂崗實(shí)習(xí),達(dá)到綜合鍛煉畢業(yè)生解決問(wèn)題、適應(yīng)工作崗位要求的培養(yǎng)目標(biāo)。如在“校中廠”進(jìn)行可編程控制設(shè)計(jì)、機(jī)電設(shè)備拆裝實(shí)訓(xùn)、單片機(jī)產(chǎn)品控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)線的安裝與運(yùn)行調(diào)試、數(shù)控機(jī)床的電氣線路連接及系統(tǒng)調(diào)試等。
(四)畢業(yè)生得到社會(huì)認(rèn)可
根據(jù)廣東省教育廳委托第三方專(zhuān)業(yè)評(píng)估機(jī)構(gòu)麥可斯MICOS對(duì)畢業(yè)生評(píng)估報(bào)告數(shù)據(jù)顯示,我校機(jī)電一體化技術(shù)專(zhuān)業(yè)2014屆畢業(yè)生畢業(yè)半年后就業(yè)率高達(dá)100%,高于全國(guó)94%的水平。畢業(yè)半年后平均月收入為3746元,高于其他國(guó)家骨干校相第2期鄒偉全,張曉東,張楊:具有軌道交通特色的機(jī)電一體化技術(shù)專(zhuān)業(yè)建設(shè)探索與實(shí)踐關(guān)專(zhuān)業(yè)3478元的水平。近三年用人單位對(duì)畢業(yè)生綜合評(píng)價(jià)的稱(chēng)職率達(dá)100%,優(yōu)良率大于70%。畢業(yè)生就業(yè)后,在較短的時(shí)間內(nèi)得到了企業(yè)的高度認(rèn)可,其工作態(tài)度端正,具有較強(qiáng)的吃苦耐勞、勤奮務(wù)實(shí)的精神;知識(shí)面寬,上手快,并具有較強(qiáng)的創(chuàng)新精神,贏得了良好的社會(huì)聲譽(yù)。
(五)報(bào)考、報(bào)到率處于較高的水平
從廣東省自主招生分專(zhuān)業(yè)報(bào)名情況來(lái)看,機(jī)電一體化專(zhuān)業(yè)報(bào)考率2015年達(dá)604.44%,2016年達(dá)513.24%;在普通高校招生考試中2015年報(bào)考率達(dá)147.37%,2016年達(dá)153.22%。從報(bào)到率來(lái)看,2015年為92.39%,2016年為93.12%,以上數(shù)據(jù)說(shuō)明廣州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電一體化專(zhuān)業(yè)得到社會(huì)的認(rèn)可。
四、結(jié)語(yǔ)
經(jīng)過(guò)多年的建設(shè),機(jī)電一體化技術(shù)專(zhuān)業(yè)依托廣州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院在軌道交通行業(yè)的傳統(tǒng)和集群優(yōu)勢(shì),定位于軌道交通特色的機(jī)電一體化人才培養(yǎng),從人才培養(yǎng)模式改革、教學(xué)方法創(chuàng)新、師資隊(duì)伍建設(shè)、實(shí)踐教學(xué)條件改善等方面開(kāi)展一系列特色專(zhuān)業(yè)實(shí)踐活動(dòng),各項(xiàng)工作卓有成效,特色更加鮮明,現(xiàn)已成為面向軌道交通車(chē)站培養(yǎng)特色專(zhuān)門(mén)人才的基地。
作者:鄒偉全 張曉東 張楊 單位:廣州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院
參考文獻(xiàn):
[1]教育部.關(guān)于印發(fā)《高等職業(yè)教育創(chuàng)新發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃(2015—2018年)》的通知[Z].教職成[2015]9號(hào).
2.專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課學(xué)習(xí)階段紡織機(jī)械門(mén)類(lèi)繁多、性能各異,有紡紗機(jī)械、織造機(jī)械、化纖機(jī)械、針織機(jī)械、非織造機(jī)械、染整機(jī)械、服裝機(jī)械、紡織器材與儀器8大類(lèi),分別對(duì)應(yīng)8個(gè)紡織機(jī)械子行業(yè),僅紡織機(jī)械的主流機(jī)型就超過(guò)200種。這些門(mén)類(lèi)繁多的紡織機(jī)械幾乎涵蓋了所有的機(jī)械結(jié)構(gòu)、光機(jī)電控制系統(tǒng)及工程材料。因此,在通用機(jī)械類(lèi)課程教學(xué)中,以紡織機(jī)械為載體,將紡織機(jī)械的案例融入到如“機(jī)械原理”“機(jī)械設(shè)計(jì)”“機(jī)械工程材料”“機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)”“微機(jī)原理及應(yīng)用”“測(cè)試技術(shù)”“液壓氣動(dòng)技術(shù)”等相關(guān)課程中,盡可能以紡織機(jī)械為案例進(jìn)行授課。
3.專(zhuān)業(yè)課學(xué)習(xí)階段對(duì)于實(shí)行學(xué)分制的高校來(lái)說(shuō),學(xué)生有一定的選課自由,但由于專(zhuān)業(yè)課的學(xué)時(shí)有限,因此,紡織機(jī)械類(lèi)選修課不宜開(kāi)設(shè)太多,以免因選課人數(shù)太少而導(dǎo)致課程設(shè)置流產(chǎn)。我校(東華大學(xué))機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程及自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)設(shè)有4個(gè)專(zhuān)業(yè)方向:機(jī)械設(shè)計(jì)及理論、機(jī)械制造及其自動(dòng)化、機(jī)械電子工程、幕墻工程與機(jī)械。在機(jī)械設(shè)計(jì)及理論專(zhuān)業(yè)方向開(kāi)設(shè)3門(mén)紡織機(jī)械類(lèi)課程:(1)“紡織機(jī)械概論”,64學(xué)時(shí),基于大紡織范疇,涉及紡紗機(jī)械、織造機(jī)械、針織機(jī)械、化纖機(jī)械、染整機(jī)械、非織造機(jī)械等內(nèi)容,使學(xué)生了解紡織機(jī)械的工作原理、基本構(gòu)成。(2)“紡織機(jī)械設(shè)計(jì)(1)”,48學(xué)時(shí),使學(xué)生掌握紡紗機(jī)械、織造機(jī)械、針織機(jī)械的共性關(guān)鍵機(jī)構(gòu)及系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理和方法。(3)“紡織機(jī)械設(shè)計(jì)(2)”,48學(xué)時(shí),使學(xué)生掌握化纖機(jī)械、染整機(jī)械、非織造機(jī)械的共性關(guān)鍵機(jī)構(gòu)及系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理和方法。機(jī)械設(shè)計(jì)及理論專(zhuān)業(yè)方向的選修課設(shè)置如表1所示。要求學(xué)生至少選修12學(xué)分。選課組合方案如下:(1)偏“通用機(jī)械”的選課方案:紡織機(jī)械概論、現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法、機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)、機(jī)械動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)、機(jī)械噪聲控制。(2)偏“紡織機(jī)械”的選課方案:紡織機(jī)械概論、現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法、紡織機(jī)械設(shè)計(jì)(1)、紡織機(jī)械設(shè)計(jì)(2)。(3)“通用機(jī)械+經(jīng)典紡織機(jī)械”的選課方案:紡織機(jī)械概論、現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法、紡織機(jī)械設(shè)計(jì)(1)、機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)、機(jī)械動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)(或機(jī)械噪聲控制)。(4)“通用機(jī)械+新型紡織機(jī)械”的選課方案:紡織機(jī)械概論、現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法、紡織機(jī)械設(shè)計(jì)(2)、機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)、機(jī)械動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)(或機(jī)械噪聲控制)。
4.實(shí)踐教學(xué)在機(jī)械類(lèi)實(shí)驗(yàn)教學(xué)、工程實(shí)踐教學(xué)、課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)中,以紡織機(jī)械為載體,設(shè)計(jì)相關(guān)題目或課題;在專(zhuān)業(yè)實(shí)習(xí)(實(shí)驗(yàn))階段,確保有4個(gè)學(xué)時(shí)的參觀實(shí)習(xí),要求撰寫(xiě)參觀實(shí)習(xí)報(bào)告。
二、編寫(xiě)適應(yīng)新形勢(shì)的紡織機(jī)械類(lèi)教材
(1)首次出版“十二五”省部級(jí)規(guī)劃教材《紡織機(jī)械概論》(陳革、楊建成主編,中國(guó)紡織出版社,2011年5月出版)。該教材基于“大紡織”的概念,介紹紡織機(jī)械的分類(lèi),分析紡紗機(jī)械、織造機(jī)械、針織機(jī)械、化纖機(jī)械、染整機(jī)械、非織造機(jī)械的基本工藝原理、核心技術(shù)、關(guān)鍵設(shè)備、產(chǎn)品分類(lèi)等;還簡(jiǎn)要介紹了國(guó)內(nèi)外紡織機(jī)械制造業(yè)的現(xiàn)狀、光機(jī)電一體化技術(shù)在各類(lèi)紡織機(jī)械上的應(yīng)用情況及現(xiàn)代紡織機(jī)械設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)。
(2)出版“十二五”省部級(jí)規(guī)劃教材《織造機(jī)械》(陳革主編,中國(guó)紡織出版社),獲2011年中國(guó)紡織服裝教育學(xué)會(huì)優(yōu)秀教材獎(jiǎng)、2012年中國(guó)紡織工業(yè)聯(lián)合會(huì)科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。
(3)出版“十二五”省部級(jí)規(guī)劃教材《紡紗機(jī)械》(毛立民、裴澤光主編,中國(guó)紡織出版社)。教材介紹了紡紗機(jī)械的分類(lèi)、機(jī)構(gòu)組成、工藝過(guò)程和工作原理,以及近年來(lái)紡紗機(jī)械的新裝備和新技術(shù),特別是機(jī)電一體化技術(shù)在紡紗機(jī)械上的應(yīng)用。
(4)正在編寫(xiě)“十二五”部委級(jí)規(guī)劃教材《機(jī)械專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論》。該書(shū)為面向紡織特色高校機(jī)械工程及自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的概論性教材,其中包含紡織機(jī)械概論的相關(guān)內(nèi)容。主要內(nèi)容有:機(jī)械工程概述、機(jī)械工程中的力學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械制造基礎(chǔ)、機(jī)電一體化技術(shù)、新材料及其工程應(yīng)用、紡織機(jī)械導(dǎo)論。
(5)正在編寫(xiě)“十二五”部委級(jí)規(guī)劃教材《紡織機(jī)械設(shè)計(jì)》。教材從各類(lèi)紡織機(jī)械中提煉出關(guān)鍵共性機(jī)構(gòu)(裝置或系統(tǒng)),強(qiáng)調(diào)對(duì)機(jī)構(gòu)(裝置或系統(tǒng))的綜合設(shè)計(jì)。主要內(nèi)容有:梳理機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、牽伸機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、卷繞機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、同步傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、烘干裝置的設(shè)計(jì)、紡絲成型裝置的設(shè)計(jì)、自調(diào)勻整系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、針織成圈機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、立體織物編織機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。
三、編寫(xiě)《機(jī)械類(lèi)課程的紡織機(jī)械案例集》
《機(jī)械類(lèi)課程的紡織機(jī)械案例集》擬收集各類(lèi)紡織機(jī)械的典型機(jī)構(gòu)(裝置或系統(tǒng))案例,可用于“機(jī)械原理”“機(jī)械設(shè)計(jì)”“機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)”“液壓與氣動(dòng)技術(shù)”“測(cè)試技術(shù)”“機(jī)電控制系統(tǒng)”“機(jī)械工程材料”等機(jī)械類(lèi)課程的教材編寫(xiě)、課件制作、授課舉例等,從而將紡織機(jī)械的案例融入到相關(guān)課程中。表2為機(jī)械類(lèi)課程的知識(shí)點(diǎn)與紡織機(jī)械典型機(jī)構(gòu)(裝置或系統(tǒng))的對(duì)照表。
四、編寫(xiě)《紡織機(jī)械課程設(shè)計(jì)(畢業(yè)設(shè)計(jì))選題集》
從以往的畢業(yè)設(shè)計(jì)或課程設(shè)計(jì)題目中,精選出包括各類(lèi)紡織機(jī)械典型機(jī)構(gòu)、典型系統(tǒng)的題目,在此基礎(chǔ)上修改、擴(kuò)展,設(shè)計(jì)新的課程設(shè)計(jì)或畢業(yè)設(shè)計(jì)題目;從所承擔(dān)的紡織機(jī)械類(lèi)科研項(xiàng)目中,提煉出一些典型機(jī)構(gòu)或共性技術(shù),設(shè)計(jì)出適合本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)或課程設(shè)計(jì)的選題,同時(shí)編寫(xiě)《紡織機(jī)械課程設(shè)計(jì)(畢業(yè)設(shè)計(jì))選題集》。
在第一學(xué)年第一學(xué)期開(kāi)設(shè)的“機(jī)械專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論”為所有機(jī)械專(zhuān)業(yè)本科生的必修課(32學(xué)時(shí))。該課程保證有8學(xué)時(shí)的關(guān)于紡織機(jī)械的授課內(nèi)容,重點(diǎn)介紹紡織機(jī)械行業(yè)的情況、紡織機(jī)械的分類(lèi)、紡織機(jī)械的主要設(shè)備,使學(xué)生對(duì)紡織機(jī)械有初步的感性認(rèn)識(shí)。
2.專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課學(xué)習(xí)階段
紡織機(jī)械門(mén)類(lèi)繁多、性能各異,有紡紗機(jī)械、織造機(jī)械、化纖機(jī)械、針織機(jī)械、非織造機(jī)械、染整機(jī)械、服裝機(jī)械、紡織器材與儀器8大類(lèi),分別對(duì)應(yīng)8個(gè)紡織機(jī)械子行業(yè),僅紡織機(jī)械的主流機(jī)型就超過(guò)200種。這些門(mén)類(lèi)繁多的紡織機(jī)械幾乎涵蓋了所有的機(jī)械結(jié)構(gòu)、光機(jī)電控制系統(tǒng)及工程材料。因此,在通用機(jī)械類(lèi)課程教學(xué)中,以紡織機(jī)械為載體,將紡織機(jī)械的案例融入到如“機(jī)械原理”“機(jī)械設(shè)計(jì)”“機(jī)械工程材料”“機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)”“微機(jī)原理及應(yīng)用”“測(cè)試技術(shù)”“液壓氣動(dòng)技術(shù)”等相關(guān)課程中,盡可能以紡織機(jī)械為案例進(jìn)行授課。
3.專(zhuān)業(yè)課學(xué)習(xí)階段
對(duì)于實(shí)行學(xué)分制的高校來(lái)說(shuō),學(xué)生有一定的選課自由,但由于專(zhuān)業(yè)課的學(xué)時(shí)有限,因此,紡織機(jī)械類(lèi)選修課不宜開(kāi)設(shè)太多,以免因選課人數(shù)太少而導(dǎo)致課程設(shè)置流產(chǎn)。我校(東華大學(xué))機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程及自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)設(shè)有4個(gè)專(zhuān)業(yè)方向:機(jī)械設(shè)計(jì)及理論、機(jī)械制造及其自動(dòng)化、機(jī)械電子工程、幕墻工程與機(jī)械。在機(jī)械設(shè)計(jì)及理論專(zhuān)業(yè)方向開(kāi)設(shè)3門(mén)紡織機(jī)械類(lèi)課程:(1)“紡織機(jī)械概論”,64學(xué)時(shí),基于大紡織范疇,涉及紡紗機(jī)械、織造機(jī)械、針織機(jī)械、化纖機(jī)械、染整機(jī)械、非織造機(jī)械等內(nèi)容,使學(xué)生了解紡織機(jī)械的工作原理、基本構(gòu)成。(2)“紡織機(jī)械設(shè)計(jì)(1)”,48學(xué)時(shí),使學(xué)生掌握紡紗機(jī)械、織造機(jī)械、針織機(jī)械的共性關(guān)鍵機(jī)構(gòu)及系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理和方法。(3)“紡織機(jī)械設(shè)計(jì)(2)”,48學(xué)時(shí),使學(xué)生掌握化纖機(jī)械、染整機(jī)械、非織造機(jī)械的共性關(guān)鍵機(jī)構(gòu)及系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理和方法。機(jī)械設(shè)計(jì)及理論專(zhuān)業(yè)方向的選修課設(shè)置如表1所示。要求學(xué)生至少選修12學(xué)分。選課組合方案如下:(1)偏“通用機(jī)械”的選課方案:紡織機(jī)械概論、現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法、機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)、機(jī)械動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)、機(jī)械噪聲控制。(2)偏“紡織機(jī)械”的選課方案:紡織機(jī)械概論、現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法、紡織機(jī)械設(shè)計(jì)(1)、紡織機(jī)械設(shè)計(jì)(2)。(3)“通用機(jī)械+經(jīng)典紡織機(jī)械”的選課方案:紡織機(jī)械概論、現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法、紡織機(jī)械設(shè)計(jì)(1)、機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)、機(jī)械動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)(或機(jī)械噪聲控制)。(4)“通用機(jī)械+新型紡織機(jī)械”的選課方案:紡織機(jī)械概論、現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法、紡織機(jī)械設(shè)計(jì)(2)、機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)、機(jī)械動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)(或機(jī)械噪聲控制)。
4.實(shí)踐教學(xué)
在機(jī)械類(lèi)實(shí)驗(yàn)教學(xué)、工程實(shí)踐教學(xué)、課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)中,以紡織機(jī)械為載體,設(shè)計(jì)相關(guān)題目或課題;在專(zhuān)業(yè)實(shí)習(xí)(實(shí)驗(yàn))階段,確保有4個(gè)學(xué)時(shí)的參觀實(shí)習(xí),要求撰寫(xiě)參觀實(shí)習(xí)報(bào)告。
二、編寫(xiě)適應(yīng)新形勢(shì)的紡織機(jī)械類(lèi)教材
(1)首次出版“十二五”省部級(jí)規(guī)劃教材《紡織機(jī)械概論》(陳革、楊建成主編,中國(guó)紡織出版社,2011年5月出版)。該教材基于“大紡織”的概念,介紹紡織機(jī)械的分類(lèi),分析紡紗機(jī)械、織造機(jī)械、針織機(jī)械、化纖機(jī)械、染整機(jī)械、非織造機(jī)械的基本工藝原理、核心技術(shù)、關(guān)鍵設(shè)備、產(chǎn)品分類(lèi)等;還簡(jiǎn)要介紹了國(guó)內(nèi)外紡織機(jī)械制造業(yè)的現(xiàn)狀、光機(jī)電一體化技術(shù)在各類(lèi)紡織機(jī)械上的應(yīng)用情況及現(xiàn)代紡織機(jī)械設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)。
(2)出版“十二五”省部級(jí)規(guī)劃教材《織造機(jī)械》(陳革主編,中國(guó)紡織出版社),獲2011年中國(guó)紡織服裝教育學(xué)會(huì)優(yōu)秀教材獎(jiǎng)、2012年中國(guó)紡織工業(yè)聯(lián)合會(huì)科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。
(3)出版“十二五”省部級(jí)規(guī)劃教材《紡紗機(jī)械》(毛立民、裴澤光主編,中國(guó)紡織出版社)。教材介紹了紡紗機(jī)械的分類(lèi)、機(jī)構(gòu)組成、工藝過(guò)程和工作原理,以及近年來(lái)紡紗機(jī)械的新裝備和新技術(shù),特別是機(jī)電一體化技術(shù)在紡紗機(jī)械上的應(yīng)用。
(4)正在編寫(xiě)“十二五”部委級(jí)規(guī)劃教材《機(jī)械專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論》。該書(shū)為面向紡織特色高校機(jī)械工程及自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的概論性教材,其中包含紡織機(jī)械概論的相關(guān)內(nèi)容。主要內(nèi)容有:機(jī)械工程概述、機(jī)械工程中的力學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械制造基礎(chǔ)、機(jī)電一體化技術(shù)、新材料及其工程應(yīng)用、紡織機(jī)械導(dǎo)論。
(5)正在編寫(xiě)“十二五”部委級(jí)規(guī)劃教材《紡織機(jī)械設(shè)計(jì)》。教材從各類(lèi)紡織機(jī)械中提煉出關(guān)鍵共性機(jī)構(gòu)(裝置或系統(tǒng)),強(qiáng)調(diào)對(duì)機(jī)構(gòu)(裝置或系統(tǒng))的綜合設(shè)計(jì)。主要內(nèi)容有:梳理機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、牽伸機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、卷繞機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、同步傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、烘干裝置的設(shè)計(jì)、紡絲成型裝置的設(shè)計(jì)、自調(diào)勻整系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、針織成圈機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、立體織物編織機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。
三、編寫(xiě)《機(jī)械類(lèi)課程的紡織機(jī)械案例集》
《機(jī)械類(lèi)課程的紡織機(jī)械案例集》擬收集各類(lèi)紡織機(jī)械的典型機(jī)構(gòu)(裝置或系統(tǒng))案例,可用于“機(jī)械原理”“機(jī)械設(shè)計(jì)”“機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)”“液壓與氣動(dòng)技術(shù)”“測(cè)試技術(shù)”“機(jī)電控制系統(tǒng)”“機(jī)械工程材料”等機(jī)械類(lèi)課程的教材編寫(xiě)、課件制作、授課舉例等,從而將紡織機(jī)械的案例融入到相關(guān)課程中。表2為機(jī)械類(lèi)課程的知識(shí)點(diǎn)與紡織機(jī)械典型機(jī)構(gòu)(裝置或系統(tǒng))的對(duì)照表。
四、編寫(xiě)《紡織機(jī)械課程設(shè)計(jì)(畢業(yè)設(shè)計(jì))選題集》
從以往的畢業(yè)設(shè)計(jì)或課程設(shè)計(jì)題目中,精選出包括各類(lèi)紡織機(jī)械典型機(jī)構(gòu)、典型系統(tǒng)的題目,在此基礎(chǔ)上修改、擴(kuò)展,設(shè)計(jì)新的課程設(shè)計(jì)或畢業(yè)設(shè)計(jì)題目;從所承擔(dān)的紡織機(jī)械類(lèi)科研項(xiàng)目中,提煉出一些典型機(jī)構(gòu)或共性技術(shù),設(shè)計(jì)出適合本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)或課程設(shè)計(jì)的選題,同時(shí)編寫(xiě)《紡織機(jī)械課程設(shè)計(jì)(畢業(yè)設(shè)計(jì))選題集》。
中圖分類(lèi)號(hào):U671.91+5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A
1 機(jī)電一體化集成裝配裝置概述
原有機(jī)電一體化集成裝配裝置主要由機(jī)械本體、控制系統(tǒng)、工控機(jī)測(cè)量系統(tǒng)、力傳感器系統(tǒng)、真空系統(tǒng)和氣動(dòng)系統(tǒng)及工裝等組成。由于工控機(jī)測(cè)量系統(tǒng)與控制系統(tǒng)是相對(duì)獨(dú)立的一套系統(tǒng),本論文將不論述??刂葡到y(tǒng)采用西門(mén)子840D和FM-NC數(shù)控系統(tǒng)來(lái)控制7個(gè)數(shù)字軸和2個(gè)模擬軸,其中840D系統(tǒng)控制7個(gè)數(shù)字軸(X、Y、Z、C1、C2、C3、W軸)的運(yùn)動(dòng)和處理力傳感器的快速響應(yīng)及相關(guān)實(shí)時(shí)控制,以及和工控機(jī)測(cè)量系統(tǒng)間的通訊和協(xié)調(diào)控制。FM-NC系統(tǒng)控制2個(gè)模擬軸(W1、W2軸)的運(yùn)動(dòng),實(shí)現(xiàn)調(diào)姿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)控制,從而達(dá)到對(duì)待裝配工件的姿態(tài)調(diào)整。在上述的9個(gè)軸中,X、Y、Z、W、W1和W2軸是直線軸,C1、C2、C3軸是旋轉(zhuǎn)軸,其中C1軸的旋轉(zhuǎn)角度范圍為0°~380°。W1、W2軸組成調(diào)姿機(jī)構(gòu),在調(diào)姿機(jī)構(gòu)的下端裝有拾取工件的真空吸盤(pán)和在移動(dòng)過(guò)程中對(duì)工件起保護(hù)作用的氣動(dòng)手爪。W軸作為加載機(jī)構(gòu)的加載軸在所有工件裝配完成后對(duì)整個(gè)產(chǎn)品進(jìn)行下壓加載。C2軸作為裝配工位,C3軸作為待裝配工件放置工位裝置的系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示,其中控制系統(tǒng)為SINUMERIK840D數(shù)控系統(tǒng)(CNC)。
2 電氣系統(tǒng)的優(yōu)化和改進(jìn)設(shè)計(jì)
2.1 冗余設(shè)計(jì)
工作冗余應(yīng)用在抓取所用的抓具以及吸納裝置,這使得裝置更加穩(wěn)定,對(duì)于裝置以及器具的安全更具效果,如圖2,若想要杜絕抓具產(chǎn)生錯(cuò)誤操作,例如應(yīng)當(dāng)閉合的時(shí)候顯示敞開(kāi),而本應(yīng)敞開(kāi)的時(shí)候發(fā)生了閉合,而應(yīng)當(dāng)將目標(biāo)吸上的時(shí)候不產(chǎn)生效果,以上為誤操作的表現(xiàn),另外還有精度的掌握,抓合的力度以及方位,時(shí)間的準(zhǔn)確,為了達(dá)到最佳操作效果,采用兩個(gè)模塊一個(gè)信號(hào)的對(duì)應(yīng)模式加入設(shè)計(jì)。而對(duì)氣動(dòng)抓合也有更好的設(shè)計(jì),被作為并聯(lián)冗余的,除此,織襪器對(duì)于信號(hào)輸出系統(tǒng)進(jìn)行的控制也采用這一方法,不過(guò)在繼電器控制電路不適用這一方式,而選用串聯(lián)和并聯(lián)配合的設(shè)計(jì)。
在圖2中Gn和Gn+1是兩塊完全一樣的SIEMENSDO模塊,模塊以及信號(hào)相互對(duì)應(yīng),模塊的工作時(shí)間同步,因?yàn)槔^電器是并聯(lián)的,都通過(guò)同一個(gè)輸出點(diǎn)來(lái)控制,所以通常兩個(gè)繼電器同時(shí)有效,但是如果其中一個(gè)發(fā)生狀況,可利用的輸出信號(hào)就會(huì)產(chǎn)生,特別針對(duì)氣動(dòng)手抓。根據(jù)經(jīng)驗(yàn),只要并聯(lián)的兩個(gè)模塊當(dāng)中有一個(gè)不在狀態(tài),或者兩個(gè)都出了問(wèn)題,即可收到輸出信號(hào)。
2.2 抗干擾設(shè)計(jì)
機(jī)電一體化內(nèi)容很多,電流充足和電壓很高的裝置以及電壓需求小,電流較低的裝置,也就是通常所說(shuō)的弱電設(shè)備,這二者都是存在的,而通常強(qiáng)電裝置本身的磁力以及聲音會(huì)將弱電裝置干擾,弱電裝置不但受到強(qiáng)電裝置的干擾,其也會(huì)受到相似信號(hào)的干擾。此外,對(duì)弱電裝置造成干擾的還有磁力聲音以及供電系統(tǒng),并且可以將供電干擾當(dāng)做是元件受到干擾并且運(yùn)行不穩(wěn)定的主要方面,可以導(dǎo)致內(nèi)容處理偏差,影響整個(gè)系統(tǒng)的最終效果,因此,在設(shè)計(jì)中一定要注意抗干擾能力。下面幾種方法的抗干擾能力十分有效,被廣泛使用。
2.2.1 屏蔽技術(shù)
屏蔽技術(shù)可抑制電磁噪聲沿著空間的傳播,及切斷輻射電磁噪聲的傳輸途徑。在裝置中,除了380V和220V電源電纜之外,其余電纜均使用了帶屏蔽層的電纜,這將本信號(hào)的干擾源禁錮起來(lái)不會(huì)對(duì)外形成干擾,并且也阻止了外界的向內(nèi)干擾。
2.2.2 接地技術(shù)
接地技術(shù)的應(yīng)用是電路設(shè)計(jì)中一個(gè)不能缺少的角色。系統(tǒng)以及電路將“地”作為一個(gè)重要的參考方面,而其中的各個(gè)部分,例如電路和電流等都要經(jīng)過(guò)地面,才能形成可以循環(huán)的回路。這一裝置中包含了工地,屏蔽以及保護(hù)等連地接線,其中,保護(hù)地線是將電氣控制柜柜體、操作臺(tái)機(jī)殼和裝置本體都可靠接地;地線使用的方法都是并聯(lián)和單點(diǎn)的形式,對(duì)于干擾的抵抗能力很強(qiáng),屏蔽接地是將所有的屏蔽電纜的屏蔽層通過(guò)接地線可靠地接到同一個(gè)接地銅排上,電源變壓器和隔離變壓器的屏蔽層接到保護(hù)地線。
2.2.3 濾波技術(shù)
濾波器是由電感、電容、電阻或鐵氧體器件構(gòu)成的頻率選擇性二端口網(wǎng)絡(luò),可以插入傳輸線中,抑制不需要的頻率進(jìn)行傳播,能較小衰減地通過(guò)濾波器的頻率段稱(chēng)為濾波器的通帶。通過(guò)時(shí)受到很大衰減的頻率段稱(chēng)為濾波器的阻帶。為了抑制供電電網(wǎng)系統(tǒng)和裝置周邊環(huán)境用電設(shè)備所產(chǎn)生的電磁噪聲對(duì)控制系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的影響,可以達(dá)到排除干擾的電氣系統(tǒng)的方式,例如浪涌吸收器等也是其中一項(xiàng)。
2.3 熱設(shè)計(jì)
元件生產(chǎn)的原料用一定的溫度適應(yīng),如果溫度不適宜可能造成原料的性能出現(xiàn)改變,而制造出的元件的效果也會(huì)發(fā)生差異,但是只強(qiáng)調(diào)溫度還不夠,如果溫度適宜,而太長(zhǎng)時(shí)間也會(huì)引起故障,根據(jù)發(fā)生故障類(lèi)型和次數(shù)的統(tǒng)計(jì),溫度和使用時(shí)間的適當(dāng)和工作效果聯(lián)系十分緊密。
通常,溫度如果不正常,太低溫和過(guò)高溫都將引起故障,而高溫尤其是引起故障的原因,數(shù)據(jù)表明高溫度和故障指數(shù)之間有直接關(guān)系,其各種性能參數(shù),如耐壓值、漏電流、放大倍數(shù)、允許功率等都是溫度的函數(shù)。在本裝置中,SINUMERIK840D數(shù)控系統(tǒng)、SIMODRIVE611D數(shù)字伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、松下模擬伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、可編程邏輯控制器(PLC)以及它們的電源都是模塊化結(jié)構(gòu)。每個(gè)模塊內(nèi)都有大量的電子元器件。
結(jié)語(yǔ)
本文總結(jié)說(shuō)明了機(jī)電裝置中的連接方式和抵抗干擾之間的關(guān)系,通過(guò)系統(tǒng)的介紹這些方法的運(yùn)行過(guò)程以及缺陷等,提出合理的優(yōu)化手段,有助于使用者和設(shè)計(jì)者參考自身所具有的條件對(duì)各個(gè)線路裝置進(jìn)行最優(yōu)設(shè)計(jì),找到元件與效果之間的最好關(guān)系,促進(jìn)使用的合理性。
參考文獻(xiàn)