面向應(yīng)用型人才培養(yǎng)的畢業(yè)設(shè)計(jì)課程創(chuàng)新實(shí)踐

羅艷蕾

摘要：在指導(dǎo)學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，充分利用實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和軟件，使學(xué)生熟練掌握系統(tǒng)設(shè)計(jì)、編程、仿真、控制、繪圖等技能，通過畢業(yè)設(shè)計(jì)這一實(shí)踐環(huán)節(jié)，不僅培養(yǎng)了學(xué)生綜合運(yùn)用四年所學(xué)理論知識的能力，而且培養(yǎng)了學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞：應(yīng)用型人才;畢業(yè)設(shè)計(jì);培養(yǎng);創(chuàng)新;實(shí)踐

中圖分類號：G642 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2015）19-0123-02

一、引言

貴州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院機(jī)電傳動(dòng)與控制實(shí)驗(yàn)室擁有一套綜合實(shí)驗(yàn)設(shè)備，包括液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)、氣動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)以及相關(guān)配套的外圍儀器、電子元件和仿真軟件。基于此實(shí)驗(yàn)臺(tái)可以完成機(jī)電傳動(dòng)與控制專業(yè)的本科生相關(guān)課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)、課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)等實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐內(nèi)容涉及許多基礎(chǔ)理論知識和專業(yè)知識，課程包括電工與電子技術(shù)、液壓傳動(dòng)、氣壓傳動(dòng)、機(jī)電一體化原理與控制、液壓傳動(dòng)系統(tǒng)、液壓控制系統(tǒng)、傳感器原理及應(yīng)用、機(jī)電傳動(dòng)與控制、PLC原理及應(yīng)用以及計(jì)算機(jī)相關(guān)語言及操作系統(tǒng)等。機(jī)電傳動(dòng)與控制專業(yè)的學(xué)生可利用該實(shí)驗(yàn)臺(tái)完成畢業(yè)設(shè)計(jì)：設(shè)計(jì)液壓控制系統(tǒng)或氣壓控制系統(tǒng);設(shè)計(jì)電氣控制回路并編制控制程序;設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)動(dòng)作仿真;動(dòng)手搭建實(shí)際控制系統(tǒng)等，在此過程中，借助計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的功能，利用FluidSIM、AutoCAD、SolidWorks等軟件完成控制程序編制、回路動(dòng)作仿真以及系統(tǒng)圖、裝配圖和非標(biāo)零件圖的繪制等設(shè)計(jì)內(nèi)容。

二、畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)實(shí)例分析

以畢業(yè)設(shè)計(jì)題目“液壓自動(dòng)順序控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)”為例，敘述如何對畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)行創(chuàng)新性指導(dǎo)。

1.明確設(shè)計(jì)對象。液壓順序控制回路是實(shí)現(xiàn)多個(gè)執(zhí)行元件依次動(dòng)作的液壓控制回路，是液壓回路中較為典型的一種控制回路，是液壓系統(tǒng)的一個(gè)重要的應(yīng)用領(lǐng)域。液壓順序控制回路在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用相當(dāng)廣泛，如在自動(dòng)化生產(chǎn)線中的分揀裝置、傳送裝置、提升裝置、進(jìn)給裝置、加工裝置和裝配裝置中均可采用不同形式的液壓順序控制;在薄板壓力機(jī)、拉床、注塑成型機(jī)、自動(dòng)機(jī)床刀架等機(jī)械中也采用各種形式的液壓順序控制系統(tǒng)。

液壓自動(dòng)順序控制是在順序控制液壓回路的基礎(chǔ)上，采用液壓元件、電器控制元件及PLC控制器等實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)控制。按執(zhí)行元件液壓缸的數(shù)量不同，液壓自動(dòng)順序控制分為雙缸控制、三缸控制及多缸控制。按采用控制元件的不同分為液壓元件控制、電器元件控制、PLC控制及計(jì)算機(jī)控制等形式。按控制方法不同，分為壓力控制、行程控制和時(shí)間控制。在壓力控制順序動(dòng)作回路中，可分為用負(fù)載壓力自動(dòng)控制液壓缸順序動(dòng)作的回路、用順序閥的順序動(dòng)作回路及用壓力繼電器的順序動(dòng)作回路等，用壓力控制的順序回路，由于管路中的壓力沖擊，會(huì)使后一行程的液壓缸產(chǎn)生先動(dòng)現(xiàn)象，特別是對多缸的順序動(dòng)作，有時(shí)無法安排各個(gè)壓力順序的調(diào)定壓力，所以對順序要求嚴(yán)格或多缸的液壓系統(tǒng)，用壓力控制方式效果不理想，一般宜采用行程控制方式。在行程控制順序動(dòng)作回路中，可分為用行程閥的順序動(dòng)作回路、用行程開關(guān)的順序動(dòng)作回路、用順序缸的順序動(dòng)作回路及用位置傳感器檢測實(shí)現(xiàn)的順序動(dòng)作回路等，采用順序缸控制的順序回路，一旦設(shè)計(jì)完成，其動(dòng)作順序和行程位置均無法改變。在時(shí)間控制順序動(dòng)作回路中，可分為用延時(shí)閥的順序動(dòng)作的回路、用時(shí)間繼電器實(shí)現(xiàn)的順序動(dòng)作回路及PLC編程實(shí)現(xiàn)時(shí)間延時(shí)的順序動(dòng)作回路等，用延時(shí)閥實(shí)現(xiàn)的順序動(dòng)作回路，調(diào)節(jié)不準(zhǔn)，一般用得較少。在液壓自動(dòng)順序控制系統(tǒng)中，雙液壓缸順序控制是最為典型的順序控制，在雙液壓缸作用下可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)位置控制，每個(gè)液壓缸可以有一個(gè)位置量，也可以有多個(gè)位置量。本畢業(yè)設(shè)計(jì)題目要求設(shè)計(jì)雙液壓缸液壓順序控制回路，控制方式為行程控制和時(shí)間控制相結(jié)合的方式，設(shè)計(jì)兩個(gè)位置量的情況，用位置傳感器進(jìn)行位置信號的采集，并進(jìn)行繼電器控制回路的設(shè)計(jì)和PLC控制回路的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)出的順序動(dòng)作回路，不僅可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，而且在液壓系統(tǒng)不變的情況下，只需修改設(shè)計(jì)的控制程序，可以對控制的行程、控制時(shí)間進(jìn)行調(diào)整和修改。

2.明確順序動(dòng)作要求。對雙液壓缸順序控制，回路有以下三種方式。

（1）A缸推出→A缸停留→B缸推出→B缸停留→A缸返回→A缸停留→B缸返回→B缸停留

（2）A缸推出→A缸停留→B缸推出→B缸停留→B缸返回→B缸停留→A缸返回→A缸停留

（3）B缸停留→A缸推出→A缸停留→A缸返回→A缸停留→B缸推出→B缸停留→B缸返回

3.明確控制方式和要求。采用行程和時(shí)間控制相結(jié)合的自動(dòng)控制方式，分別設(shè)計(jì)繼電器控制系統(tǒng)和PLC控制系統(tǒng)。

三、設(shè)計(jì)過程

1.液壓控制回路的設(shè)計(jì)。首先，要求學(xué)生自行設(shè)計(jì)液壓雙缸自動(dòng)順序控制的液壓控制回路，包括選擇所有的液壓元件和電器元件。讓學(xué)生根據(jù)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求，認(rèn)真做好液壓系統(tǒng)回路的計(jì)算，根據(jù)計(jì)算的結(jié)果，選擇元器件。最后完成完整的順序動(dòng)作液壓系統(tǒng)回路圖的繪制，液壓回路方案不是唯一的。

2.繼電器控制回路設(shè)計(jì)及元器件的選擇。根據(jù)任務(wù)書的控制要求、控制形式和控制方式，設(shè)計(jì)出電氣回路的程序控制。在設(shè)計(jì)過程中，讓學(xué)生學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)臺(tái)配套的液壓仿真軟件FluidSIM，并會(huì)利用該軟件進(jìn)行控制回路和電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。基于FluidSIM界面，根據(jù)氣動(dòng)回路和控制要求，繪制出液壓控制回路和電氣控制回路。設(shè)計(jì)控制回路時(shí)，該軟件還可以檢查回路圖結(jié)構(gòu)的正確性。由于該軟件中的元件參數(shù)的調(diào)節(jié)范圍與工業(yè)生產(chǎn)實(shí)際設(shè)備完全一致，所以可對設(shè)計(jì)的回路進(jìn)行準(zhǔn)確的系統(tǒng)模擬，同時(shí)可不斷對電氣回路進(jìn)行優(yōu)化，使電氣回路最簡單、最合理地實(shí)現(xiàn)控制要求，達(dá)到最佳控制。在這個(gè)過程中，涉及到基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識，包括液壓傳動(dòng)與控制、電氣技術(shù)、機(jī)電傳動(dòng)與控制以及計(jì)算機(jī)仿真等，通過不斷反復(fù)修改和設(shè)計(jì)，使學(xué)生把所學(xué)的知識聯(lián)系在一起，每個(gè)同學(xué)的設(shè)計(jì)方案、程序及其結(jié)果均可以不同。endprint

3.繼電器控制實(shí)驗(yàn)回路的搭建。在液壓仿真軟件FluidSIM中完成液壓回路和電氣回路后，就可在Festo實(shí)驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行液壓回路和繼電器電氣控制回路的搭建。這個(gè)過程使學(xué)生認(rèn)識具體的液壓元件、電氣控制元件等，并選擇所需的部件，完成畢業(yè)設(shè)計(jì)的實(shí)際接線工作和動(dòng)作的檢驗(yàn)，學(xué)生在實(shí)踐中完善自己的知識結(jié)構(gòu)。這個(gè)過程較復(fù)雜，可以根據(jù)以下兩個(gè)步驟完成控制回路的搭建。（1）認(rèn)識實(shí)驗(yàn)臺(tái)和實(shí)驗(yàn)設(shè)備的工作原理和使用，認(rèn)識實(shí)驗(yàn)臺(tái)液壓元件、電氣元件的使用規(guī)則。如紅線用于+24V，藍(lán)線用于接地線，而黑線用于控制信號線。當(dāng)學(xué)生充分地認(rèn)識這些規(guī)則后，在后面進(jìn)行復(fù)雜的電氣回路接線時(shí)，就能方便地檢查可能出現(xiàn)的故障。（2）讓學(xué)生由簡單到復(fù)雜地完成畢業(yè)設(shè)計(jì)的電氣實(shí)驗(yàn)回路的搭建，由單缸到雙缸或多缸，由半自動(dòng)控制到全自動(dòng)控制、由液壓控制到液壓電氣控制等，讓學(xué)生逐步完成電氣控制回路的設(shè)計(jì)。

4.PLC控制回路的設(shè)計(jì)及元器件的選擇。（1）PLC控制回路的設(shè)計(jì)。學(xué)生完成液壓回路和電氣回路設(shè)計(jì)，并按控制要求實(shí)現(xiàn)PLC的控制。實(shí)驗(yàn)室有西門子公司的S7-300型號的PLC，首先讓學(xué)生基于可編程控制原理及應(yīng)用課程中所學(xué)到的知識，學(xué)習(xí)S7-300PLC的編程環(huán)境、編程語言，了解PLC控制的特點(diǎn)，并學(xué)會(huì)將其下載到PLC中進(jìn)行運(yùn)行。在學(xué)習(xí)過程中，讓學(xué)生了解PLC與繼電器控制的不同，并將兩者作一個(gè)對比，細(xì)心體會(huì)它們的優(yōu)缺點(diǎn)，更有利于學(xué)生對這兩個(gè)知識點(diǎn)的掌握。根據(jù)設(shè)計(jì)的功能和考慮問題的全面與否，每個(gè)同學(xué)可設(shè)計(jì)出不同的PLC控制的LAD圖，最終實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求。（2）PLC元器件的選擇。實(shí)驗(yàn)時(shí)的PLC控制電氣元件以及傳感器等是實(shí)驗(yàn)室提供的，在實(shí)際生產(chǎn)中，可以根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況通過網(wǎng)絡(luò)、聯(lián)系生產(chǎn)廠家、設(shè)計(jì)手冊等途經(jīng)進(jìn)行控制電氣元件和傳感器的選擇，在選擇具體元?dú)饧r(shí)，注意其功能、型號、應(yīng)用范圍以及成本等方面的要求。

5.PLC控制實(shí)驗(yàn)回路的搭建。PLC控制實(shí)驗(yàn)回路的搭建與繼電器控制回路的搭建有共同相似的部分，區(qū)分它們的不同點(diǎn)，主要注意PLC控制的地址分配應(yīng)與設(shè)計(jì)的程序相對應(yīng)，位置傳感器采集信號轉(zhuǎn)換為電信號后輸入電氣控制元件的接線部分不要錯(cuò)。

四、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)功能的利用

在上述設(shè)計(jì)過程中的許多方面，都需要借助計(jì)算機(jī)才能完成。如控制程序的編制、動(dòng)作的仿真、系統(tǒng)圖的繪制等。同時(shí)畢業(yè)設(shè)計(jì)的最后一項(xiàng)，需要學(xué)生完成非標(biāo)件的設(shè)計(jì)，非標(biāo)件包括液壓缸、溢流閥、換向閥、節(jié)流閥、油箱等，考慮設(shè)計(jì)的工作量，每個(gè)學(xué)生可任意分配一個(gè)非標(biāo)液壓元件進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)內(nèi)容包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和計(jì)算，繪制裝配圖和對應(yīng)的所有零件圖，在這方面，訓(xùn)練學(xué)生利用AutoCAD、SolidWorks等軟件進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)，充分鍛煉學(xué)生應(yīng)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行繪圖、計(jì)算的能力。

五、結(jié)論

通過上面的幾個(gè)步驟，學(xué)生就可以掌握利用先進(jìn)實(shí)驗(yàn)設(shè)備和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)功能，完成相應(yīng)的畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)。學(xué)生通過四年的系統(tǒng)學(xué)習(xí)，在掌握本專業(yè)的基礎(chǔ)知識和專業(yè)知識的基礎(chǔ)上，利用實(shí)驗(yàn)設(shè)備和相關(guān)軟件為學(xué)生提供的綜合實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)場所，通過綜合性的畢業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)踐環(huán)節(jié)的教學(xué)，把所學(xué)的各門基礎(chǔ)理論知識和專業(yè)知識結(jié)合起來，建立起綜合性知識結(jié)構(gòu)，使學(xué)生對所學(xué)的知識達(dá)到靈活掌握和融會(huì)貫通。同時(shí)，通過實(shí)際實(shí)驗(yàn)控制回路的設(shè)計(jì)、計(jì)算、仿真、搭建，不僅鍛煉了學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力，而且還培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新能力，使學(xué)生能夠把實(shí)際學(xué)到的知識得心應(yīng)手地進(jìn)行綜合運(yùn)用，培養(yǎng)學(xué)生成為高素質(zhì)應(yīng)用型人才。

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