“機械電子工程”課程在研究生培養中的改革與實踐

隋修武 張宏杰 桑宏強 牛雪娟

摘要：從根本上對機械工程專業的研究生進行機電一體化知識的普及，培育他們“機電一體化”的設計思想，提高“機電一體化”技術的應用能力，在研究生的“設計、制造”能力的基礎上，進一步提高其在“測量、控制”方面的知識水平和應用能力，從而全面提升研究生的“四位一體”的學術科研能力、繼續深造的能力和就業能力，全面提高研究生培養質量。

關鍵詞：機械工程；機電一體化；研究生培養；四位一體

中圖分類號：G643 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）52-0048-02

一、“機電一體化”思維和能力培養的目的和意義

機械工程學科是研究生招生與培養的主要方向之一，現代的機械工程已不是簡單的機械結構的設計與應用，機電一體化是大勢所趨。機電一體化技術很好地體現了機械、電子、計算機的學科交叉，具有極為廣泛的應用前景，成為科研發展和社會需求的主要熱點領域之一。機械工程學科的所有研究生在進行課題研究時，幾乎都要用到機電一體化的思維方法與技術。機械工程學科的研究生培養目標是集“設計、制造、檢測、控制”四位一體的復合型高水平技術人才。機械工程學科的研究生，大多數出自機械工程及自動化本科專業，一般具有較扎實的機械專業的基礎，但是電子方面的基礎知識卻非常薄弱。在機械工程學科的科研課題中，有80%以上都不同程度地應用到了電子技術、計算機技術等方面的知識，這就嚴重影響了科研課題的進一步開展，以至于影響到課題完成的質量、碩士人才培養的質量。“機械電子工程”課程是機械工程學科的碩士研究生培養方案中的一門以電子技術、計算機技術為主，進行機電一體化思路與應用技術培養的課程，在機械工程學科“設計、制造、檢測、控制”四位一體的復合型高水平技術人才的研究生培養中發揮著至關重要的作用。本文的意義就在于從根本上對研究生進行機電一體化知識的普及，培育機電一體化的設計思想，提高機電一體化技術的應用能力，在研究生的“設計、制造”能力的基礎上，進一步提高其在“測量”、“控制”方面的知識水平和應用能力，全面提高研究生培養質量。

二、全面調整“機械電子工程”的教學內容，培養“機電一體化”的思維與能力

以典型的機電一體化設備—工業機器人的測量技術與智能控制技術貫穿教學，將機器人領域的科研成果及最新前沿技術融入其中，形成自己的特色。在測量方面，以機械工程領域的機電測試技術為主，擯棄通用的傳感內容，將力覺、視覺、觸覺、位置等傳感技術作為主要內容，介紹其測量的原理及應用。在控制方面，增加機電系統的常用控制器，PLC、PMAC等的原理及應用，增加機電系統的集成技術，重點講解機電系統的信號傳輸與單元級聯中的一些重要問題。增加機電系統設計的新技術，介紹機電系統的仿真技術、機電系統的網絡化技術、逆向工程技術及虛擬現實技術等。

1.全面規劃“機械電子工程“的教學內容。發揮教學科研的優勢，重在機電一體化思路的培養，重在系統集成。以機器人領域的測控技術為主線，通過將本領域的傳感技術、信息處理技術、控制器與控制技術、機電傳動技術，機電系統仿真技術等有機地結合起來，突破單一知識點的束縛，突出系統的綜合設計與集成，培養學生在進行系統設計之初就具備機電一體化的設計思想，培養學生的綜合應用能力。機電一體化設計突出體現在兩個方面：一方面，當產品的某一功能單靠某一種技術無法實現時，必須進行機械與電子及其他多種技術有機結合的一體化設計；另一方面，當產品某一功能的實現有多種可行的技術方案時，也必須應用機電一體化技術對各種技術方案進行分析和評價。在充分考慮同其他功能單元的連接與匹配的條件下，選擇最優的技術方案。因此，機電一體化設計必須充分考慮各種技術方案的等效性、互補性與可比性。系統集成技術即以整體的概念，組織應用各種相關技術，從全局角度和系統目標出發，將總體分解成相互關聯的若干功能單元，找出能夠完成各個功能的可能技術方案，對方案分析、評價、綜合，優選出適宜的技術方案。系統總體設計的目的是在機電一體化系統各個組成部分的技術成熟、組件性能和可靠性良好的基礎上，通過協調各組件的相互關系和所用技術的一致性來使系統或產品實現經濟、可靠、高效率和操作方便等。同時，將機電一體化設計的新技術仿真技術、網絡化技術、逆向工程技術、虛擬現實技術等也納入教學內容，對學生的工程實踐能力和科研創新能力的提高都將發揮重要作用。

2.建設豐富的數字化教學資源。建設“機械電子工程”課程網站，課堂教學與網絡化、開放式教學相結合，將多種數字化教學資源綜合運用。開發完成優秀的多媒體課件，實現豐富的教學內容與多種教學手段的有效結合。

3.采用模塊化規劃教學內容，采用深入淺出的教學方式。將教學內容分為基本要求、中等要求和較高要求，引導學生根據自身條件及科研需要有針對性地選擇要學習的內容，采用深入淺出的教學方式，從而快速提高其科研能力。做到因需施教，因材施教。

4.加強研究生的實踐教學。針對部分同學在考研階段中只注重考研課的學習，忽略了其他課的學習，特別是放棄了動手能力的培養，而自學能力、動手能力卻是進行科研課題研究和創新能力培養的前提。本文結合學院辦學條件，與企業緊密合作，以工業機器人、自動化生產線為實例，進行多個典型機電一體化設備的分析講解，以汽車底盤測功機、X光機的機構設計與運動控制為例進行多個項目的方案設計，組織研究生到企業參觀，與生產實踐、企業工程師零距離交流，增強研究生的實踐能力。

三、解決的關鍵問題

通過科學性、先進性的改進研究生教學內容，并實現優質教學資源共享，與時俱進地豐富研究生課程內涵，培養機電一體化思想，追蹤機電一體化新技術，激發研究生的學習動力，培養研究生掌握機電領域的檢測、控制、傳動等堅實寬廣的基礎理論、系統深入的專業知識，以及將測、控、傳等各專業知識進行綜合運用的系統集成能力、工程應用能力、科研創新能力，全面提高研究生教育教學質量。解決機械工程學科研究生電子技術基礎十分薄弱，不具備機電一體化的設計思想，機電一體化技術應用的基本技能差的問題，從根本上對研究生進行機電一體化知識的普及，培育機電一體化的設計思想，提高機電一體化技術的應用能力，從而全面提高研究生進行科學研究、繼續深造的能力和就業能力，全面提高研究生培養質量。

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