現代裝備與控制工程專業方向的專業課程設計環節安排的探討

摘要：對現代裝備與控制工程專業的專業課程設計環節設置相關課程，周密組織專業課程設計的過程，合理安排專業課程設計的教學內容，采用多形式的專業課程設計教學方法，培養學生綜合運用機、電、控制、信息等多學科知識解決實際問題的能力。

關鍵詞：現代裝備與控制工程；課程設計；教學

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A？搖 文章編號：1674-9324（2013）41-0074-02

專業課程設計作為本專業課程體系中的一個綜合性實踐教學環節，在本科教學體系中起到重要的作用。學生可以綜合運用本專業的學科基礎課程、專業課程和前修的基礎理論課程，嘗試對特定的對象進行工程設計，既可以有效地對前期教學效果進行檢驗和評價，又切實地培養學生的綜合應用能力和創新意識，促使學生及時將課堂理論知識轉化為實際應用能力。我校機械設計制造及其自動化（現代裝備與控制工程）專業的專業課程設計方案曾獲得上海市教學成果二等獎，并應用到本專業方向的專業課程設計中作為學生的實踐環節。

一、專業課程設計的目的與基本要求

專業課程設計教學環節可以促進學生應用、鞏固、豐富所學的專業領域知識，培養學生的實踐創新能力，獲得分析和解決實際問題的方法與策略。專業課程設計，需要達到以下基本教學要求：掌握數控銑床設計的基本要求和方法；能正確分析數控銑床各主要和關鍵零部件受力大小和性質，學會其基本尺寸和結構的確定原則以及計算方法[1]。

二、針對專業課程設計的相關課程設置

本專業的專業課程設計環節安排在第七學期的期末，該環節的主要任務是促使學生在經過三年半的理論課程學習后，進一步理解、鞏固所學專業知識，并能綜合運用所學的相關課程的理論和知識，也有助于第八學期的畢業設計環節。因此，專業課程設計的相關課程設置必須在培養計劃中合理安排。這些相關的專業理論課程有：機電一體化系統設計、計算機控制技術、微機原理及接口技術、數控技術、單片機技術、PLC技術基礎、控制理論基礎、機械工程測量技術基礎、液壓與氣壓傳動、機電傳動控制、機械制造工藝等課程。

三、周密組織專業課程設計的過程

多年來的教學實踐證明，專業課程設計的組織在形式上需嚴格過程管理，周密控制各個環節的時間節點。在整個階段，事先必須充分進行動員，讓學生明確專業課程設計的目的、意義、方法和要求等，促使學習態度不好或基礎較差的學生轉變思想，及時跟進。需要定期對專業課程設計的教學大綱進行重新修改或編撰，按課程設計指導書和授課教學方案等教學文件嚴格執行；在課程設計的跟蹤指導交流和紀律執行方面嚴格執行過程考核的原則，最后的考評方式是每個學生必須參加答辯，將結果考核與過程考核結合起來。這種周密組織的教學過程對課程設計教學質量的提高起到了十分有益的促進作用。

四、合理安排專業課程設計的教學內容

專業課程設計與機械原理、機械設計課程設計不同，需要綜合應用相關理論課程的知識與內容掌握和靈活運用機電系統、裝備的設計方法與制造技術對各門課程涉及的獨立分散的知識進行融會貫通來完成一項真正的機電裝備的設計。本專業課程設計主要完成一臺教學型數控銑床的設計，主要內容包括：系統方案設計、數控系統控制軟件設計、主軸和進給系統電氣控制設計和機床傳動系統及結構設計[2]。系統方案設計是機床全部系統的總體框架設計，通過方案比較擬定系統整體方案，并合理確定機械部件、電氣部件和系統控制軟件的功能分配。機械部件按機床的功能來確定系統的基本結構，針對機械部件的功能和作用完成其結構設計；設計過程中應考慮結構的強度及其制造的工藝性等問題。電氣部件設計部分要完成的主要內容有：控制部件的電氣原理設計和電機驅動電路。系統控制軟件是系統工作運行的控制核心，主要內容有：系統軟件框圖設計和部分軟件的程序編寫，其中包含步進電機的驅動程序，用C語言或BASIC語言編寫的兩軸聯動插補的控制程序。調試部分包含：聯接微機接口、驅動、步進電機；軟件調試；綜合調試機械、電氣和軟件部件。本教學型數控銑床有三個可控制的直線運動軸，其中X、Y軸兩軸聯動，因為精度要求不太高，采用步進電機驅動。把電機的旋轉運動轉換成直線運動采用絲杠/螺母機構。主電機采用直流伺服電機，直接驅動銑刀。導軌結構設計采用滑動圓柱導軌，結構簡單，制造方便，成本低，精度一般，但精度保持特性差，磨損后需更換零件。機床結構設計時要注意滿足機構的功能、結構的強度和剛度、結構工藝性等方面的要求。數控銑床機構的功能主要是圍繞控制軌跡的精確實現，因此，其機構除了要保證各運動的實現外，還要注意運動的精度實現，精度的保持性等因素，進給系統要考慮消除機械部件的間隙。在結構工藝性方面要考慮操作方便、便于保養和維修、利于加工制造和裝配；采用計算機繪制裝配圖和零件圖；對于學習能力強的學生，鼓勵采用solidworks/solidcam、Pro/Engineer、UG等軟件進行機床的三維造型和裝配仿真。最后撰寫設計計算說明書。

五、采用多形式的專業課程設計的教學方法

在教與學的過程中，專業課程設計著重強調的是學生的自覺性和主動性，能夠自主地負責自己的學習情況，指導教師每天定時進行集中輔導、答疑，教師在指導課程設計過程中的控制作用很重要。同時，采用多種形式的教學方法，根據學生的實際情況，按不同的學生分類指導和因材施教，有的學生學習基礎較差，需依靠教師的主導作用，直接進行正面的幫助，確保學生提交合格的課程設計材料，并弄清基本設計內容，獲得基本的綜合應用的鍛煉；有的學生學習基礎較好，需要適時采用啟發引導式的教學方法，激發學生的創新創意的思路；有的學生學習基礎中等，則可將上述兩種教學方法結合起來，既保證了其綜合應用能力的提高，也可催化學生的創新意識的產生[3]。有些問題是大部分學生共同關心或者共同存在的，需要采用不同范圍內討論式的教學方法。學生經過這樣的設計過程的思考和鍛煉，教師再根據學生的設計結果進行成績評定，就可以保證較高的圖紙、設計說明書等的質量。

本專業課程設計可以進一步與學生的科技創新活動結合起來，按照這樣的教學理念，我們鼓勵學生在許可的范圍內自主選題，借助機械科創競賽的機會，學生自主擬定專業課程設計的題目，有助于提高學生的創新設計興趣，培養學生創新思維。一旦設計完成時，教師對學生的創新設計進行評審，讓學生利用課余時間把其設計思想由圖紙加工制作成模型或實物，選拔出參加機械創新設計大賽的參賽作品。專業課程設計與學生的課外科技創新活動的緊密結合，也對提高設計質量有很大的促進作用。

參考文獻：

[1]王春潔，李曉利.機械設計與自動化“專業課程設計”的改革與實踐[J].北京航空航天大學學報（社會科學版），2002，15（4）：60-62.

[2]王明紅.數控技術課程教學內容和教學環節的安排與實施[J].機械設計教學研究，2012：189-192.

[3]鄭清平.動力機械及工程專業課程設計改革探索[J].中國電力教育，2012，（27）：66-67.