主頁(yè) > 技術(shù)文章 > 機(jī)電一體化技術(shù)人員培養(yǎng)模式初探 2024-10-24

機(jī)電一體化技術(shù)人員培養(yǎng)模式初探

摘要：針對(duì)目前社會(huì)對(duì)高技能人才需求的實(shí)際情況，文章積極探索了機(jī)電一體化技術(shù)專(zhuān)業(yè)“2+1”人才培養(yǎng)模式和工作過(guò)程導(dǎo)向的教學(xué)模式的可行性，并闡述了實(shí)踐以工學(xué)結(jié)合為特點(diǎn)的“2+1”教學(xué)模式和工作過(guò)程導(dǎo)向教學(xué)模式的保障措施。
工學(xué)結(jié)合對(duì)機(jī)電一體化、技術(shù)專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)的意義：
隨著現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)的不斷發(fā)展，由機(jī)械技術(shù)、氣動(dòng)技術(shù)、液壓技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、傳感檢測(cè)技術(shù)、ＰＬＣ技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)及通訊技術(shù)等學(xué)科相互滲透而形成的機(jī)電一體化技術(shù)，已成為當(dāng)今工業(yè)科技的重要組成部分。同時(shí)，機(jī)電一體化技術(shù)的內(nèi)涵也發(fā)生了變化，成為利用電子技術(shù)、信息技術(shù)（主要包括傳感檢測(cè)技術(shù)、控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等）使機(jī)械裝備實(shí)現(xiàn)柔性化和智能化的技術(shù)。
近年來(lái)，經(jīng)過(guò)多次市場(chǎng)調(diào)研和不斷的教學(xué)改革，本專(zhuān)業(yè)的教學(xué)理念和專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)已經(jīng)十分明確：培養(yǎng)德、智、體等各方面全面發(fā)展，具有良好的職業(yè)素質(zhì)，從事機(jī)電一體化設(shè)備制造、裝調(diào)與運(yùn)行、管理營(yíng)銷(xiāo)等工作的高等技術(shù)應(yīng)用型專(zhuān)門(mén)人才。經(jīng)過(guò)不斷的教學(xué)改革與課程建設(shè)，目前已經(jīng)成功增設(shè)了《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》、《電氣設(shè)備與可編程控制器》、《檢測(cè)與轉(zhuǎn)換技術(shù)》、《機(jī)床數(shù)控技術(shù)及應(yīng)用》、《數(shù)控設(shè)備故障診斷與維修》、《電工電子技術(shù)》、《車(chē)間管理》、《質(zhì)量管理》、《可編程實(shí)習(xí)》、《變頻器技術(shù)實(shí)訓(xùn)》、《機(jī)電一體化技術(shù)綜合實(shí)習(xí)》、《畢業(yè)綜合實(shí)踐》等專(zhuān)業(yè)課程，且實(shí)踐類(lèi)課程的學(xué)時(shí)比例達(dá)到了總學(xué)時(shí)的50%。
可以說(shuō)，本專(zhuān)業(yè)的課程設(shè)置與建設(shè)是基于市場(chǎng)導(dǎo)向，且符合機(jī)電類(lèi)行業(yè)的人才需求的。但在教學(xué)實(shí)施過(guò)程中，不論是理論教學(xué)還是實(shí)踐教學(xué)，畢竟都是在校內(nèi)教學(xué)場(chǎng)所進(jìn)行的，與企業(yè)的實(shí)際工作情境有很大的區(qū)別，學(xué)生在校學(xué)習(xí)與實(shí)際工作如果不能很好地結(jié)合，畢業(yè)生就業(yè)面臨新的工作崗位時(shí)就會(huì)覺(jué)得實(shí)際操作與校內(nèi)學(xué)習(xí)有天壤之別。因此，探討和研究工學(xué)結(jié)合的人才培養(yǎng)方式，特別是對(duì)于招生和就業(yè)相對(duì)較為熱門(mén)的機(jī)電一體化技術(shù)專(zhuān)業(yè)來(lái)說(shuō)，有著十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。
機(jī)電一體化技術(shù)專(zhuān)業(yè)新的人才培養(yǎng)模式的構(gòu)建：
機(jī)電一體化技術(shù)專(zhuān)業(yè)“2+1”人才培養(yǎng)模式的探索機(jī)電一體化技術(shù)專(zhuān)業(yè)的傳統(tǒng)教學(xué)模式是實(shí)施“2.5+0.5”人才培養(yǎng)模式，其內(nèi)容主要是三年教學(xué)中兩年半在學(xué)校學(xué)完教學(xué)計(jì)劃規(guī)定的所有課程，最后半年赴企業(yè)頂崗實(shí)習(xí)，頂崗實(shí)習(xí)主要是為學(xué)生能夠找到理想的工作而打基礎(chǔ)，并積累一定的就業(yè)經(jīng)驗(yàn)。學(xué)生頂崗實(shí)習(xí)期間，應(yīng)完成企業(yè)分配的工作。
“2+1”是職業(yè)教育人才培養(yǎng)的一種新模式，是產(chǎn)學(xué)研合作辦學(xué)的一種形式。即三年教學(xué)中兩年在學(xué)校進(jìn)行，一年在企業(yè)進(jìn)行，實(shí)施工學(xué)結(jié)合。校內(nèi)教學(xué)主要學(xué)習(xí)公共基礎(chǔ)課程和專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程；校外教學(xué)主要是學(xué)生在企業(yè)的一年頂崗實(shí)習(xí)，同時(shí)學(xué)習(xí)部分專(zhuān)業(yè)課程及綜合實(shí)踐類(lèi)課程，在實(shí)習(xí)過(guò)程中結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際選擇畢業(yè)設(shè)計(jì)題目，并在學(xué)校教師與企業(yè)技術(shù)人員的共同指導(dǎo)下完成畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)。
工作過(guò)程導(dǎo)向的教學(xué)模式探索目前，“以培養(yǎng)職業(yè)能力為核心，以工作實(shí)踐為主線(xiàn)，以工作過(guò)程（項(xiàng)目）為導(dǎo)向，用任務(wù)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，重新序化課程內(nèi)容，實(shí)施理論與實(shí)踐一體化教學(xué)”的課程改革思路，已得到大多數(shù)院校的認(rèn)可。
1.工作過(guò)程導(dǎo)向的教學(xué)思路：
機(jī)電類(lèi)專(zhuān)業(yè)課程實(shí)踐性較強(qiáng)，工作過(guò)程化特點(diǎn)明顯，所以在機(jī)電一體化技術(shù)專(zhuān)業(yè)中開(kāi)展以工作過(guò)程為導(dǎo)向的項(xiàng)目式教學(xué)是符合當(dāng)前職業(yè)教育教學(xué)特點(diǎn)的，是一種先進(jìn)的教學(xué)模式。本模式建議采取“2.5+0.5”人才培養(yǎng)學(xué)制年限，對(duì)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程及專(zhuān)業(yè)課程，應(yīng)根據(jù)相應(yīng)職業(yè)技能的要求，實(shí)施工作過(guò)程導(dǎo)向的教學(xué)設(shè)計(jì)。
工作過(guò)程是指實(shí)現(xiàn)確定目標(biāo)的生產(chǎn)活動(dòng)和服務(wù)活動(dòng)的流程。在企業(yè)中是指產(chǎn)品的研發(fā)、生產(chǎn)及銷(xiāo)售過(guò)程，而在商務(wù)領(lǐng)域中是指經(jīng)營(yíng)過(guò)程的全部活動(dòng)。在職業(yè)教育活動(dòng)中，工作過(guò)程導(dǎo)向課程來(lái)自職業(yè)行動(dòng)領(lǐng)域里的工作過(guò)程，即從職業(yè)典型工作過(guò)程來(lái)確定職業(yè)實(shí)際工作任務(wù)，然后將其歸納為教學(xué)工作任務(wù)，最終轉(zhuǎn)化為職業(yè)教育教學(xué)任務(wù)，是一個(gè)從行動(dòng)領(lǐng)域到學(xué)習(xí)領(lǐng)域，最終到學(xué)習(xí)情境的過(guò)程。因此，工作過(guò)程導(dǎo)向的教學(xué)過(guò)程能夠真正體現(xiàn)工學(xué)結(jié)合的教學(xué)理念，能夠在整個(gè)教學(xué)活動(dòng)中貫穿對(duì)學(xué)生職業(yè)技能的培養(yǎng)。

一、 MYN-238工業(yè)4.0智能控制實(shí)訓(xùn)臺(tái)-技術(shù)性能要求

1. 輸入電源：?jiǎn)蜗?20V±10% 50Hz
2. 工作環(huán)境：溫度-10℃～+40℃ 相對(duì)濕度＜85%(25℃) 海拔≤4000m
3. 裝置容量：≤1kVA
4. 重量：100kg左右
5. 外形尺寸：約1300mm×1200mm×750mm
6. 臺(tái)面平鋪2020歐標(biāo)工業(yè)鋁材、右側(cè)臺(tái)面鋪400×1000mm軟絕緣膠墊，中部抽拉式電氣接線(xiàn)板。
7. 安全保護(hù)：具有漏電壓、漏電流保護(hù)裝置，安全符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)

二、基本配置及功能要求
★1、實(shí)訓(xùn)裝置包括電氣接線(xiàn)模塊、上料模塊、輸送線(xiàn)模塊、視覺(jué)識(shí)別模塊、三維模組控制模塊、稱(chēng)重模塊、RFID產(chǎn)品溯源模塊、物料擺放模塊、小車(chē)運(yùn)動(dòng)控制模塊、溫控箱變頻控溫模塊。提供符合上述要求的裝置整體設(shè)計(jì)效果圖。
2、以上模塊對(duì)應(yīng)以下單元：PLC單元、485通信單元、工業(yè)視覺(jué)識(shí)別單元、RFID產(chǎn)品溯源單元、氣動(dòng)控制基本單元、變頻調(diào)速單元、觸摸屏單元、以太網(wǎng)交換機(jī)、伺服系統(tǒng)控制單元等組成、溫度檢測(cè)變送單元。
2.1 PLC單元西門(mén)子主機(jī)1214C
（1）集成電源，可作為寬范圍交流或直流電源(85~ 264VAC或24V DC)
（2）集成的24 V編碼器/負(fù)載電流源:
（3）用于直接連接傳感器和編碼器。帶有400 mA輸出電流，它也可用作負(fù)載電源。
（4）14點(diǎn)集成24V直流數(shù)字量輸入(漏電流/源電流(IEC 1型漏電流) )。
（5）10點(diǎn)集成數(shù)字量輸出，24 V直流或繼電器。
（6）2點(diǎn)集成模擬量輸入0~ 10 V。
（7）2點(diǎn)集成模擬量輸出0~20mA。
（8）4點(diǎn)脈沖輸出(PTO), 頻率高100 kHz。
（9）脈沖寬度調(diào)制輸出(PWM),頻率高100 kHz。
（10）不少于2個(gè)集成以太網(wǎng)接口(TCP/IP native、 ISO-on-TCP) 。
（11）不少于6個(gè)快速計(jì)數(shù)器(3個(gè)大頻率為100 kHz; 3個(gè)大頻率為30 kHz) ，帶有可參數(shù)化
（12）中斷輸入:對(duì)過(guò)程信號(hào)的上升沿或下降沿作出極高速響應(yīng)
（13）所有模塊上均為可拆卸的端子。
14）含一個(gè)拓展模塊。
視覺(jué)識(shí)別單元
一、基本要求：
1、工業(yè)視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)包括相機(jī)、鏡頭、處理軟件、光源等組成。工業(yè)視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)放置在輸送線(xiàn)一測(cè)，對(duì)工件進(jìn)行顏色，尺寸，標(biāo)識(shí)等信息檢測(cè)。
2、檢測(cè)結(jié)果通過(guò)總控通訊，為后續(xù)擺放等作業(yè)做好準(zhǔn)備。
3、具體參數(shù)：1/3" CMOS 成像儀:彩色；S接口/M12鏡頭: 8 mm；成像模式: 640×480；光源: 白色漫射LED環(huán)形燈；通信和I/O: EtherNet/IP、PROFINET、SLMP、SLMP掃描儀、Modbus TCP、TCP/IP、RS-232；防護(hù)等級(jí): IP65防護(hù)級(jí)外殼；工作電源: 24 VDC ±10%，照明開(kāi)啟時(shí)，最大功率：48 W (2.0 A)；工作溫度: 0°C to 40°C (32°F to 104°F)；電源電壓：+24 VDC（22-26 VDC），電流：最大500mA。
4、鏡頭：與上述參照對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)配置。
5、連接電纜與支架
二、軟件要求
1、軟件可進(jìn)行曝光時(shí)間，白平衡設(shè)置。
c.進(jìn)行四點(diǎn)相機(jī)標(biāo)定，能快速讀取標(biāo)定模板的像素值，可獲取對(duì)應(yīng)的位置值。
2、可進(jìn)行日志顯示，并可以清楚歷史日志。
3、可進(jìn)行至少8個(gè)模板匹配，即觸發(fā)1次拍照，匹配模板1，模板1匹配成功，發(fā)出模板1數(shù)據(jù)；若模板1未能匹配成功，視覺(jué)返回s1,0,0,0數(shù)據(jù)給機(jī)器人，機(jī)器人發(fā)命令繼續(xù)匹配模板；
f.可進(jìn)行發(fā)送可接收數(shù)據(jù)顯示。
4、軟件輸出4個(gè)數(shù)據(jù)：類(lèi)型、X、Y、旋轉(zhuǎn)量
h.支持繪制的模板可以進(jìn)行集合運(yùn)算；
i.繪制模板可以使用長(zhǎng)方形，圓形，自由繪制等方式進(jìn)行繪制模板；
5、在機(jī)器人視覺(jué)系統(tǒng)軟件中，拍照的圖像可以自由的拖動(dòng)及放大；
k.支持實(shí)時(shí)采集及單獨(dú)拍照；
6、在機(jī)器人視覺(jué)系統(tǒng)軟件中，有紅色十字光標(biāo)方便安裝調(diào)節(jié)相機(jī)位置。
3、RFID識(shí)別單元：RFID射頻單元帶集成天線(xiàn)的方型讀寫(xiě)器（RS422）；50×50×30 mm（L×D×H）
標(biāo)簽使用螺紋式小尺寸標(biāo)簽。
4. 觸摸屏單元（步科品牌）
4.1顯示模塊：≥7"TFT
4.2顯示色彩：≥65536彩色
4.3分辨率：≥800×480像素
4.4背光類(lèi)型：≥LED 亮度 300cd/m2
4.5液晶壽命: ≥50000小時(shí)
4.6觸控面板:4線(xiàn)精密電阻網(wǎng)絡(luò)（表面硬度不低于4H）
4.7CPU: ≥800MHz RISC
4.8存儲(chǔ)器: ≥128MB閃存+64MB 內(nèi)存 RTC
4.9通訊接口:COM0:RS485-2W/4W, RS232; COM2: RS232
5. 以太網(wǎng)交換機(jī)：
5.1以太網(wǎng)交換機(jī)采用非網(wǎng)管型工業(yè)以太網(wǎng) 100MBIT/S交換機(jī)，自帶5個(gè)雙絞線(xiàn)端口，RJ45 接口；
5.2用于構(gòu)建小型星形和總線(xiàn)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；自帶LED診斷顯示，供電電源DC 24V 。
5.3不低于IEC/EN 61000-4工業(yè)級(jí)防護(hù)，不低于IP30防護(hù)，9.6-60VDC三冗余電源輸入，多重保護(hù)。
6. 變頻調(diào)速單元：
6.1單相220V供電，輸出功率0.37KW。
6.2集成RS-485通訊接口，提供操作面板；
6.3具有線(xiàn)性V/F控制、平方V/F控制、可編程多點(diǎn)設(shè)定V/F控制，磁通電流控制、直流轉(zhuǎn)矩控制；
6.4集成4路數(shù)字量輸入，2路模擬量輸入；
6.5具備過(guò)電壓、欠電壓保護(hù)，變頻器、電機(jī)過(guò)熱保護(hù)，短路保護(hù)等。
7. 小車(chē)運(yùn)動(dòng)控制單元：主要由運(yùn)動(dòng)小車(chē)（直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)）、同步帶輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、直流電機(jī)、光電傳感器、電感式傳感器、電容式傳感器、行程開(kāi)關(guān)等組成，通過(guò)傳感檢測(cè)、PLC編程，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)距離測(cè)量、傳動(dòng)控制、鍵值優(yōu)化比較行走控制、定向控制、報(bào)警運(yùn)行控制、點(diǎn)動(dòng)控制等，能實(shí)現(xiàn)小車(chē)的精確定位。該系統(tǒng)外觀精美，體積緊湊，重量輕。提供符合上述功能的小車(chē)運(yùn)動(dòng)控制單元設(shè)計(jì)效果圖。
8. 三維模組控制單元：
8.1三維絲桿或同步帶控制單元主要由伺服驅(qū)動(dòng)和步進(jìn)驅(qū)動(dòng)組成。
8.2伺服驅(qū)動(dòng)用于控制X軸，采用交流伺服驅(qū)動(dòng)，工作電壓AC220V，輸出功率200W。
8.3采用數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）作為控制核心，智能功率模塊（IPM）內(nèi)部集成了驅(qū)動(dòng)電路,同時(shí)具有過(guò)電壓、過(guò)電流、過(guò)熱、欠壓等故障檢測(cè)保護(hù)電路，具有較強(qiáng)的溫度、濕度、振動(dòng)等環(huán)境適應(yīng)能力和很強(qiáng)的抗干擾的能力。
8.4支持位置、速度和力矩三種方式對(duì)伺服馬達(dá)進(jìn)行控制。
8.5步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)用于控制Y軸，采用交流伺服驅(qū)動(dòng)，工作電壓DC24V，輸出功率>=30W；
8.6內(nèi)部集成控制電路和功率電路，具有自檢線(xiàn)圈和短路保護(hù)等功能。
9. 溫控箱變頻控溫模塊：加熱板通電加熱，溫度變送器檢測(cè)加熱板到達(dá)一定溫度后，PLC控制系統(tǒng)控制臺(tái)達(dá)變頻器使電機(jī)旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)扇葉加強(qiáng)空氣流動(dòng)，快速散熱，使箱內(nèi)環(huán)境溫度穩(wěn)定。。
10.溫變變送器。
10.1二線(xiàn)制輸出，無(wú)需補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)；
10.2要求溫變變送器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單安裝方便，使用壽命≥10000次；
10.3結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，合理安裝方便；小型化，安全可靠，使用壽命長(zhǎng)；
10.4插頭式溫度變送器，量程0-100OC，電源24VDC，輸出0-10V。
11.加熱器：工作電壓AC220V、持續(xù)功率30W-150W、外殼材質(zhì)鋁合金、尺寸不大于160*100。
12. 伺服系統(tǒng)控制單元：輸入電源單相或三相AC220V，-15~+10%，50/60HZ，調(diào)速比1：5000，脈沖頻率<500KHZ,控制輸入：伺服使能、報(bào)警復(fù)位、緊急停止、指令脈沖禁止、脈沖偏差清除、零件速鉗位、正向行程限位、反向行程限位、內(nèi)部速度選擇1等。控制輸出：伺服準(zhǔn)備好、定位完成、零偏差、零速度、報(bào)警檢出、緊急停止檢出，
13.稱(chēng)物體重量或壓力并觸摸屏顯示重量值：稱(chēng)重傳感器、重量變送器、稱(chēng)重不銹鋼承重板，可稱(chēng)重0-10KG。
三、實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目
1. PLC認(rèn)知實(shí)訓(xùn)（軟硬件結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)組成、基本指令、接線(xiàn)、編程下載等）
(一).PLC虛擬控制應(yīng)用實(shí)訓(xùn)
1. 數(shù)碼顯示控制
2. 搶答器控制
3. 天塔之光控制
4. 音樂(lè)噴泉控制
5. 十字路口交通燈控制
6. 水塔水位控制
7. 自動(dòng)送料裝車(chē)系統(tǒng)控制
8. 四節(jié)傳送帶控制
9. 裝配流水線(xiàn)控制
10. 多種液體混合裝置控制
11. 自動(dòng)洗衣機(jī)控制
12. 貨物分揀機(jī)控制
13. 自動(dòng)售貨機(jī)控制
(二).PLC實(shí)物控制應(yīng)用實(shí)訓(xùn)
14. 視覺(jué)識(shí)別控制
15. RFID控制
16. 長(zhǎng)度定長(zhǎng)控制
17. 稱(chēng)重控制
18. 氣動(dòng)基本回路控制
19. 直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)位置檢測(cè)、定位控制
20. 步進(jìn)電機(jī)定位控制
21. 步進(jìn)電機(jī)的速度控制
22. 步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制
23. 伺服電機(jī)定位控制
24. 伺服電機(jī)的速度控制
25. 伺服電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制
26. 伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)的綜合控制
(三).PLC、變頻器、觸摸屏綜合應(yīng)用技能實(shí)訓(xùn)
27. 變頻器功能參數(shù)設(shè)置與操作
28. 外部端子點(diǎn)動(dòng)控制
29. 變頻器控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)
30. 多段速度選擇變頻調(diào)速
31. 變頻器無(wú)級(jí)調(diào)速
32. 外部模擬量方式的變頻調(diào)速控制
33. 基于PLC的變頻器外部端子的電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制
34. 基于PLC模擬量方式變頻開(kāi)環(huán)/閉環(huán)調(diào)速控制
35. 基于PLC通信方式的變頻開(kāi)環(huán)調(diào)速
36. 基于觸摸屏控制方式的基本指令編程練習(xí)
37. 基于觸摸屏控制方式的數(shù)碼顯示控制
(四).網(wǎng)絡(luò)通訊綜合實(shí)訓(xùn)
38. PLC與變頻器RS485通訊實(shí)訓(xùn)
39. PLC、觸摸屏與變頻器通信控制
40. PLC主機(jī)之間PROFINET通訊實(shí)訓(xùn)
41. PLC、變頻器、觸摸屏組網(wǎng)綜合應(yīng)用實(shí)訓(xùn)
42、PLC與RFID通訊控制
43、PLC與工業(yè)相機(jī)通訊

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機(jī)電一體化技術(shù)人員培養(yǎng)模式初探

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