MPS在機電一體化專業實踐教學中的應用

郭文靜（蘭州工業學院，甘肅 蘭州730050）

MPS在機電一體化專業實踐教學中的應用

郭文靜
（蘭州工業學院，甘肅 蘭州730050）

針對機電一體化專業傳統教學的缺陷，蘭州工業學院將模塊化生產制造系統引入實踐教學中，改善了理論教學和實踐教學相分離的局面，提高了學生對專業知識的綜合運用能力。從教學內容、教學方法等方面探討了模塊化生產制造系統在機電一體化實踐教學中的必要性，加強了專業教學的建設，為今后學生就業及盡快適應社會需求打下了堅實的基礎。

機電一體化、模塊化生產制造系統、自動化制造系統、實踐教學

機電一體化是機械制造中采用電子技術，以實現對機械的動力功能、信息與控制等功能的控制，由機械制造與微電子技術、計算機技術有機組合而成的一種新興生產制造技術。而面對新的就業形勢和社會需求，高校應該要培養什么樣的機電一體化人才才能適應社會經濟發展需求？這一直是我們不斷探索與改進的問題。在機電一體化的教學中，傳統教學模式即教師講，學生聽與看的教學模式已完全不適于機電行業對人才知識廣度和深度的需要。針對傳統教學存在的缺陷，通過采用MPS模塊化教學實驗設備進行實踐教學，使學生掌握引領制造工業發展的“光機電液氣一體化”核心技術，改善理論教學和實踐教學相分離的局面［1］。

1　MPS介紹

MPS（ModularProductionSystem），即模塊化生產制造系統。我院引進了由博創科技研制的“UPMPS模塊化工業生產制造系統”，它是一套模擬實際工業自動化生產制造系統中產品生產流水線的教學培訓設備。這套系統有多個相互獨立又彼此聯系的單元，主要由供料檢測、次品處理、加工檢驗、表面處理、分揀、裝配、機械臂、六軸機器人、沖壓、產品標記、立體倉儲、工業視覺、帶式輸送、AGV和總控共15個模塊組成（如圖1所示）。

2　MPS的特點

2.1工藝引導

MPS模塊化生產制造系統包含了實際工業生產線從原料到產品的主要工藝節點，包含坯料供料、加工、檢測、裝配、倉儲等工藝流程（如圖2所示），模擬了實際工業生產線的工藝流程，每個模塊完成不同的工藝過程，引導學生對產品生產制造過程的工藝有一個直觀地認識。

圖1　模塊化生產制造系統

圖2　UP-MPS系統工藝流程圖

2.2模塊化

MPS系統具有統一標準化設計的接口，能夠自由組合相關模塊，構成不同工藝過程的生產線。各模塊采用西門子S7-200系列PLC來實現時序控制，可“單機/聯機”運行，滿足聯機協同和單模塊平臺訓練多種教學需求，便于進行創新實踐。

2.3綜合化

該系統結合工藝需求特點，分別采用不同的功能原理和技術實現方式。它集成了自動供料、原料檢測、柔性加工、半成品檢驗、表面處理、柔性裝配、產品標記、智能倉儲等多個產品生產工藝；技術構成涵蓋了機械、電氣、計算機信息、傳感器、液壓、氣動、真空等多學科領域；運用了帶傳動、齒輪傳動、渦輪蝸桿、凸輪、連桿、槽輪等多種機構運動方式以及步進電機控制、直流電機控制、三相交流電機變頻控制、伺服控制等多種電機拖動方式。

3　MPS在機電一體化專業教學中的必要性

“UP-MPS模塊化工業生產制造系統”為學生提供了一個半開放式的學習環境，基本涵蓋了加工、組裝、檢測工件和倉儲的全部流程，涉及了多種技術知識，如氣動控制技術、機械技術（機械傳動、機械連接等）、工業機器人、電工電子技術、傳感器應用技術、PLC控制技術、組態控制技術和信息技術等［2］。學生運用所學的理論知識，在各個固定組成單元結構的基礎上，對設備各個執行機構的動作執行順序、各個單元的配合關系、整個MPS要模擬的生產加工控制過程以及作為一條自動化生產流水線MPS的操作運行模式進行相應的PLC控制程序設計，實現一個最符合實際的自動控制過程。利用該系統進行教學和實訓，學生不僅可以進行單學科知識的學習和實踐，還可以為學生提供一個類似真實工業環境的操作平臺，真正做到了將專業理論知識運用到生產實踐中去。

4　MPS在機電一體化專業教學中的應用

MPS模塊化生產制造系統綜合了機電一體化專業中的多門專業技術，不但可以為掌握單一專業技術提供實驗平臺，還能進行多種專業技術結合的專業綜合實訓。

4.1單一專業技術實訓

（1）氣動技術實訓該系統采用了多種氣缸、氣動手爪、電磁閥、真空發生器、真空吸盤等氣動執行元件、氣動控制元件和氣動輔助元件，通過設計一些氣缸原理及特性實驗、氣缸運動控制及速度調節實驗等，加深學生氣動元件的認識，掌握各氣動元件與其他元件之間的應用，并根據執行機構的動作設計各個模塊的氣動回路圖，從而更好地掌握氣動技術的知識。

（2）傳感器技術實訓根據MPS系統中所使用的傳感器，在介紹傳感器的概念、種類和工作原理等知識的基礎上，讓學生親自體驗系統中每一個傳感器的功能以及其在相應模塊中發揮的作用，如在供料檢測站點中，色標傳感器通過辨別顏色來達到分離不合格原材料的目的。基于這種功能，開設色標傳感器的顏色檢測試驗，加深對傳感器的認識，使其在實際工業生產制造系統中能靈活應用。

（3）工業機器人實訓MPS系統中六軸機器人由機器人本體、機器人控制器、示教單元和編程及仿真系統組成，實現多個工位點的物料傳遞、輔助裝配等功能。可進行六自由度垂直關節工業機器人的工作空間分析實驗、工業機器人的電氣接口實驗以及編程實驗等，深刻理解工業機器人的基礎知識，如自由度、作業范圍、運動速度、定位精度等，并利用工業機器人示教盒進行示教編程，使學生對工業機器人應用技術從軟件、硬件等方面有全面的認識和理解。

（4）PLC技術實訓各站點控制系統選用的是西門子S7-200系列的小型可編程控制系統，學生根據每個站點要完成的動作來設計PLC控制程序，并對所設計的程序進行調試，學生通過實訓可以掌握PLC控制程序的設計要領與編程技巧，為學習PLC的各方面知識提供了條件。

4.2多種專業技術結合的綜合實訓

MPS模塊化生產制造系統中各模塊既可以獨立自成系統，又可以實現模塊的柔性組合。可根據學生對專業知識和技術的掌握程度，自由組合模塊，進行設計、裝配、編程和操作等多方面的訓練，從模仿開始逐步提升學生的創新能力，將機電一體化專業的多學科知識進行充分的綜合運用，為今后就業、適應社會需求打下了堅實的基礎。

5　結語

在機電一體化專業的實踐教學中引入MPS模塊化生產制造系統，為教師和學生提供了一套模擬實際生產的教學實驗平臺。

實踐教學中從基礎理論到綜合應用、從知識的學習到能力的培養，循序漸進，使學生能運用基礎理論知識和實驗技能以提高分析問題和解決問題的能力，進一步提升學生機電一體化技術的綜合應用能力。

［1］李戰明，李二超.借助開放式實驗平臺培養學生的創新能力［J］.實驗室研究與探索，2013，32（11）：299-302.

［2］何步，陳永平.基于MPS系統的機電設備綜合實訓設計［J］.科技信息，2009（22）：455-457.

［3］劉增輝.模塊化生產加工系統應用技術［M］.北京電子工業出版社，2005.

［4］周聰霞.模塊化生產系統的開發和研究［D］.沈陽：沈陽理工大學，2007.

TP278