时间：2022-12-04 21:30:18
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇机电系统设计，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
【关键词】机电一体化；控制技术；设计；应用方法
中图分类号：C35文献标识码： A
工业一直以来都是国民经济的主导产业，其不仅关系着国家经济的发展进程，也影响了整个社会科技的发展水平。新经济体制下，我国工业科技取得了新的研究成果，改变了过去单一的技术应用方案。机电一体化控制系统是工业经济中的先进模式，由于多种技术融入而提高技术的实用性，这些都能为企业发展创造有利的条件。
一、机电一体化系统的构成
从构成要素上来看，机电一体化系统由机械系统(机构)、电子信息处理系统(计算机)、动力系统(动力源)、传感检测系统(传感器)、执行元件系统(如电机)等五个子系统组成。机电一体化系统的基本特征是给”机械”增添了头脑(计算机信息处理与控制)，因此是要求传感器技术、控制用接口元件、机械结构、控制软件水平较高的系统。
从所要实现功能上来看，因为机电一体化系统(或产品)是由若干具有特定功能的机械与微电子要素组成的有机整体，要有满足人们使用要求的功能(目的功能)，所以根据不同的使用目的，要求系统能对输入的物质、能量和信息(即工业三大要素)进行某种处理，输出所需要的物质、能量和信息。因此，系统必须具有以下三大“目的功能”：①变换(加工、处理)功能；②传递(移动、输送)功能；③储存(保持、积蓄、记录)功能,不管是实现哪类“目的”功能的系统(或产品)，其系统内部必须具备如下图所示的五种内部功能，即主功能、动力能功能、检测功能、控制功能、构造功能。其中“主功能”是实现系统“目的功能”直接必需的功能，主要是对物质、能量、信息或其相互结合进行变换、传递和存储。“动力功能”是向系统提供动力、让系统得以运转的功能。“检测功能和控制功能”的作用是根据系统内部信息和外部信息对整个系统进行控制，使系统正常运转，实施“目的功能”。而“构造功能”则是使构成系统的子系统及元、部件维持所定的时间和空间上的相互关系所必需的功能。从系统的输入／输出来看，除有主功能的输入／输出之外，还需要有动力输入和控制信息的输入／输出。此外，还有因外部环境引起的干扰输入以及非目的性输出(如废弃物等)。
既然机电一体化系统(产品)可以分解成一系列要素或子系统构成，那么怎样使各要素或子系统之间顺利地进行物质、能量和信息的传递与交换呢?这就涉及到了接口的概念。所谓接口就是各要素或各子系统之间的联系条件。从系统外部看，机电一体化系统的输入／输出是与人、自然及其他系统之间的接口；从系统内部看，机电一体化系统是由许多接口将系统构成要素的输入／输出联系为一体的系统。从这一观点出发，系统的性能在很大程度上取决于接口的性能，各要素或各子系统之间的接口性能就成为综合系统性能好坏的决定性因素。机电一体化系统是机械、电子和信息等功能各异的技术融为一体的综合系统，其构成要素或子系统之间的接口极为重要，在某种意义上讲，机电一体化系统设计归根结底就是“接口设计”。广义的接口功能有两种，一种是输入／输出的功能；另一种是变换、调整的功能。
二、机电一体化控制系统的设计要点
随着计算机技术的迅猛发展和广泛应用，机电一体化技术获得前所未有的发展。现在的机电一体化技术，是机械和微电子技术紧密集合的一门技术，它的发展使冷冰冰的机器有了人性化、智能化。从企业角度分析，开辟新工业生产模式是行业科技的创新要求，也是实现经济收益最大化的必要条件。笔者认为，机电一体化控制系统设计应注重几大模块的控制：
（1）结构模块。机械本体是系统的所有功能要素的机械支持结构，一般包括有机身、框架、支撑、联接等，这是机电系统控制的主要对象。设计一体化系统要考虑设备本身的结构设置，使机电、机械等设备发挥出预期的功效，这样才可以加快控制系统的功能发挥。
（2）动力模块。动力驱动部分依据系统控制要求，为系统提供能量和动力以使系统正常运行。无论是哪一种类型的机械设备，都要借助动力系统才能正常地运转，这是机电一体化设计的主要内容。动力模块设计可选用变频调节技术，根据主电机传输能量的大小，由变频器自动控制电传动速率，进而对设备动力供应系统进行调节，这样能够方便机电系统的自动化运转。
（3）感知模块。测试传感部分对系统的运行所需要的本身和外部环境的各种参数和状态进行检测，并变成可识别的信号，传输给信息处理单元，经过分析、处理后产生相应的控制信息。传感器是信息传递的主要设备，用其作为信号感应与自处理装置，对机电设备调度具有指导作用。无线传感技术的普及应用，能够帮助控制系统快速地分析数据信息，避免其他信号传递造成的干扰。
（4）指令模块。控制及信息处理部分将来之测试传感部分的信息及外部直接输入的指令进行集中、存储、分析、加工处理后，按照信息处理结果和规定的程序与节奏发出相应的指令，控制整个系统有目的的运行。机电一体化控制系统设计应考虑指令的控制，尤其是自然语言与计算机语言之间的转换，更应该朝着一体化方向转变，这是保证机电信号稳定传输的重点条件。
三、机电一体化系统的相关关键技术
（1）机械技术：机电一体化的机械产品与传统的机械产品的区别在于：机械结构更简单、机械功能更强、性能更优越。在设计和制造机械系统时除了考虑静态、动态刚度及热变形等问题外，还应考虑采用新型复合材料和新型结构及新型的制造工艺和工艺装置。
（2）传感检测技术：传感检测技术的内容，一是研究如何将各种被测量转换为与之成比例的电量；二是研究对转换的电信号的加工处理。机电一体化系统要求传感检测装置能快速、准确、可靠地获取信息。
（3）信息处理技术：信息处理的发展方向是提高信息处理的速度、可靠性和智能化程度。人工智能技术、专家系统技术、神经网络技术等都属于计算机信息处理技术的范畴。
（4）自动控制技术：机电一体化系统中的自动控制技术主要包括位置控制、速度控制、最优控制、自适应控制以及模糊控制、神经网络控制等。
（5）伺服传动技术：伺服传动包括电动、气动、液压等各种类型的传动装置，常见的伺服驱动系统主要有电气伺服和液压伺服。
（6）系统总体技术：机电一体化系统是一个技术综合体，它利用系统总体技术将各有关技术协调配合、综合运用而达到整体系统的最佳化。
四、机电一体化控制系统是工业生产调度的主要趋势，也是基于信息科技的自动化控制平台，用其作为工业生产控制模块，有助于加强生产设施的工作性能，带动了生产效率的全面提升。同时，借助控制及信息处理部分发出的指令，可快速完成规定的动作和功能。除此之外，新型机电控制系统应用还表现在其它方面：
（1）人机智能化。从未来科学技术的发展角度考虑，我国机电一体化控制系统也将朝着智能方向改进，这种智能性特点是在原控制模式上的升级，应用了多功能控制技术作为辅助方案。随着计算机应用技术的不断推广，机电一体化作业模式的智能系数更高，大部分人工操作均可通过计算机控制平台处理，这些改变了传统工业生产模式的不足。
（2）数字一体化。数字一体化是对机电一体化控制的延伸，其选用高科技数字系统作为支撑，对机电设备动作指令进行合理地调度，帮助工业系统解决实际生产中的问题。数字一体化以微型计算机为控制平台，这种小型计算机具备了常规计算机的数据处理功能，因其外形轻巧而适合安装于机电设备。利用数字传感器对控制系统实时感应，发现异常信号后及时调整指令，加快了数字系统的自处理效率。
参考文献
[1]丁子华.新时期多功能通信网络的设计与应用[J].工业科技研究.2009，20（12）：19～21
【关键词】地铁机电设备监控系统 设计
中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：
地铁车站设备监控系统( EMCS) 通过中央级、车站级和就地级三级对车站设备进行监控, 通过中央级和车站级进行系统管理。车站设备监控系统对全线各个车站的通风空调系统设备、给排水设备、自动扶梯、电梯、车站公共区照明、广告照明、车站事故照明电源、屏蔽门及人防密闭隔断门等车站设备进行全面、有效的自动化监控及管理，确保设备处于高效、节能、可靠的最佳运行状态，并创造一个舒适的地下环境，此外在火灾等灾害或阻塞事故状态下，能够更好地协调车站设备的运行，充分发挥各种设备应有的作用来保证乘客的安全和设备的正常运行。
一、系统设置目的
地下铁路作为现代化城市建设的标志之一，因其具有无污染、低噪音、高速度等优点，目前已被越来越多的城市所采用。机电设备监控系统( EMCS) 是将计算机及其网络技术相结合的机电设备自动化控制系统，该系统的控制对象主要为地铁通风空调设备、给排水设备、正常照明设备及电扶梯等设备。其主要作用为：对地铁内的环境质量进行监视和控制，使其在正常情况下满足乘客舒适度的要求，并在紧急情况下提供正确可靠的信息来保证乘客等人员安全。其中，由于地铁工程的通风空调系统与一般的地上建筑完全不同，其温湿的变化既有它的周期性，也有受外界干扰的随机变化无规律性，因此，通风空调系统容量大且复杂。在这种情况下，如果没有计算机控制系统，只靠工作人员人为去控制是根本无法实现的。所以在全线设置EMCS 系统非常重要。设置机电设备监控系统是想借一斑而窥全貌，想以此达到反映整个监控系统的设计思路，确保以上这些系统的安全可靠运行的目的。特别是在地下车站发生火灾事故的情况下，能够使有关救灾设施按照设计工况及时有效地运行，从而保障人身安全。
二、地铁监控系统的技术特点
1、环境条件特殊
地铁建筑所处环境具有特殊性，由于机车为电力牵引,且地下相对外界隔绝，环境潮湿。既不同于地面商用建筑物，一般所处环境较好，电磁干扰较轻，也不同于工厂金属粉尘等有害物质较多，环境恶劣。
2、功能要求特殊
地下铁路属于公共交通行业, 是城市交通的一面窗口，是面向乘客的优质服务，反映了城市的先进程度。这种服务除了人的因素以外，设备的安全、可靠、高效、节能所带来的舒适感、安全性也非常重要。不同于智能楼宇侧重于办公自动化、通信自动化、长时间工作下环境智能调节的要求,地铁建筑监控系统则更侧重有利于安全行车管理、变化客流下的环境调节、灾害情况下的疏散导引、相关设备在各种情况下的有效运行。
三、监控系统组成及功能
1、车站级监控系统组成由设置于车站环控电控室和车站控制室( SCR) 的可编程序控制器( PLC) 采集现场设备的状态信号，通过网络通讯线传递到车站级服务器及监控工作站，车站监控人员再通过工作站下达控制指令，由PLC 传递到现场设备完成。
2、中央级监控系统由中央级局域网络构成，网络内包括主备监控主机、主备服务器、档案管理计算机、网络交换机、打印机、打印机服务器、大屏幕显示系统和UPS 等设备。
3、就地级监控设备组成：作为车站级监控设备PLC 控制器的组成部分，远程I/ O 设备直接与现场设备连接，采集从现场传感器检测到的各类信号；同时，远程I/ O 也将上级下达的控制任务，直接传递到现场的阀门、开关及电机等执行机构，从而完成系统的控制指令。对于关键性的监控场合，使用带CPU 处理器的远程I/ O 来实现独立控制功能。
4、地铁监控系统从全线功能来讲，包括了设在全线调度指挥中心的中央级功能，设在各个车站控制室和环控电控室的车站级功能，以及设在被控设备附近的就地级功能。
车站级设备监控系统负责统一管理本车站的被控设备。接收中央级下达的指令，完成其控制要求，以及实现对车站的环境监控、其他机电设备的监控管理和导向设备监控。
四、车站级网络构成
1、点对点形式
车站局域网采用1: N 点对点的结构方式，局域网上设置服务器，通过集线器可同时与所有子网控制器进行点对点数据交换，通信方式采用轮回仲裁方法，实现点对点的通信方式。该方案属于集中式通信策略，网络结构简单，易于扩充，但需要的数据通路多，而且工作站处容易形成通信故障的瓶颈。
2、环形以太网形式
局域网通过连接设备将网络连接成环型，系统各控制器作为环网上的节点互通信息。网络通信协议采用TCPPIP 协议组标准，通信方式为CSMAPCD。由于以太网是一个非常开放的网络，且通讯能力强大，网络通讯设备成熟。但其传输效率的能力相对薄弱，如果采用高可靠、高品质的交换机作为连接设备，利用它的存储转发功能，建立逻辑上的多通道，则可以较好地解决这一问题。另外，为了保证系统的控制和信息的响应时间，可选择通信速率为100Mbps 的高速以太网。
3、工业总线形式
系统各控制器作为网络节点连接在总线网上，利用总线作为节点的共同信道互通信息。采用广播或主从等方式通信。这种总线方式，通讯效率高，节点增加容易。常用在工业网络中，通信效率和可靠性依据大量的工业实践有所保证。但不同厂家的总线系统有各自的数据通信特点，相应的总线产品有其自己的市场定位，在开放性方面都有所努力，以达到通用性的目的。
五、设备选型分析
车站级局域网的高效运行，往往取决于网络连接设备和信息传输的物理介质，而控制器的选择又直接关系到系统控制性能的高低。在高速以太网尚未普及之前，大多数以太网10Mbps，没有交换机的需求。对于百兆以太网，选用高品质10P100Mbps 自适应端口的交换机，可以使其连接的每个端口设备拥有足够的带宽。其自动侦测交换和全双工功能，使网络有着良好的扩充延伸性能。而支持冗余双环硬件自动切换的功能，使以太网的双环结构成为可能， 这样就在网络故障自愈能力上提高了系统的可靠性。
采用多模光缆作为传输介质，避免了强电磁感应、高电压引起的干扰。选用带有钢护带，具有良好抗拉伸和抗侧压，以及防湿防潮性能的光缆，更有利于在地下的安装敷设和系统传输可靠性的提高。
作为车站级监控系统的核心部件，控制器的处理能力、处理速度、扩展能力、可靠性、易维护性等诸多方面都要有所考虑。而PLC 在这些方面则有很好的性能和实践。在对实际数量的IPO 数据收发的同时，有大量的中间处理数据，选择CPU 的处理能力就要远大于实际的IPO 数量。对于不同的指令，处理速度有几倍，甚至几十倍的差别，选择基本赋值指令作为参考，具有可比性。为提高可靠性，如一台PLC 被诊断故障，另一台必须保证所有下层设备及数据通讯不间断、无扰动的继续正常运行，PLC 常需要冗余配置。配置方式有单电源- 双CPU、双电源- 单CPU、双电源- 双CPU的多种组合, 采用后一种及双背板结构，更能保证PLC 的完全冗余。采用标准化选件、模块化结构、可带电插拔方式等，为运营维修部门的现场设备维护和日后系统的扩展创造了条件。
总结
地铁机电设备的自动监控是一项十分重要的控制技术，也是一项繁杂的系统工程，涉及许多专业的设备监控及运行要求，有着地铁行业的特殊性。这就要以接口协调配合为基础，设备选型为根本，网络构造为条件，以管理措施为保证，以实际运营经验作为优化的前提，才能使得地铁监控系统有更好的发展前景。
参考文献
关键词：机电一体化系统设计；教学方法；创新能力
中图分类号：TH-39 文献标识码： A
0前言
就目前而言，独立学院的的培养目标大都定位于应用型本科人才的培养，人才的培养模式必须与人才培养的目标相适应。机械和电子制造业快速发展，生产领域的科技含量日益增大，使得企业需要大量既懂机械又懂电子的机电一体化复合型人才。因此，依据应用型本科教育的培养目标和机电一体化系统设计课程自身的特点，现从课程的教学内容与方法、实践环节及考核方式等方面对课程教学做一些探讨，并在实际课程教学过程中进行尝试，以期能逐步完善本课程的教学系统。
1教学内容的改革
目前，《机电一体化系统设计》的教材数十种之多，在对教材的选择上应把握以下几点：（1）实用性，教材避免纸上谈兵，避免冗长的理论推理、介绍，要突出实用性，更多介绍实际设计。（2）系统性，教材针对机电一体化系统的设计展开，因此，对于每一环节都要强调在整个系统中的作用及其与系统其他要素的关联性。（3）先进性，介绍最新技术前沿，让学生了解最新发展状况，激发学生学习兴趣，把握学习方向。
在此基础上，选择张健民编写的《机电一体化系统设计》为教材。在选择教材的基础上，对于教学内容也应作出相应的选择与调整。《机电一体化系统设计》课程涵盖知识面宽，包括机电一体化相关概念、机械机构、执行元件、微机控制系统、检测传感装置、可靠性设计、安全性设计、典型案例分析等。如果一一介绍，授课学时有限( 48 学时)，势必造成每一知识点都点到为止，学生只能了解皮毛，而无法深入本质。
考虑到我校学生机械方面知识掌握较为良好，而电的相关知识则较为薄弱，因此，独立学院教师在教学过程中可以根据自己院校的特点在内容的选择上，有所侧重。在对教材内容的把握上, 对于机械系统部分知识点到为止，只重点介绍其中典型的、先进的技术的应用。对于与电结合的部分知识，则重点介绍。
2教学方法的改革
2.1教学手段的灵活化
《机电一体化系统设计》课程具有内容丰富、信息含量大、抽象等特点，内容比较枯燥。可采用形式多样的教学方法，例如多媒体教学法、启发式教学法等，来激发学生的学习兴趣。重点讲授知识的精华、知识的内在联系。以实例为引线， 从系统观点出发，增加课堂讨论环节，通过提问、讨论的形式引导学生考虑并发现系统设计时应注意的问题，总结系统的应用场合、控制方法等问题，使学生进一步理解与掌握所学知识，增强学生的实际应用能力。
2.2实践教学环节的加强
实践环节包括实验、课程设计等。针对《机电一体化系统设计》课程综合性强的特点，增加综合性、创新性实验。
课程设计可利用实验室的模块化生产加工系统( MPS) 教学设备，该系统囊括了机电一体化专业学习中所涉及的诸如电机驱动、气动、PLC( 可编程控制器) 、传感器等多种技术，给学生提供了一个典型的综合科技环境。通过完成系统故障检测试验、站点间联网程序控制实验等，使学生曾学过的诸多单科专业知识在这里得到全面认识、综合训练和相互提升。
创新实验，可利用慧鱼模块，任意搭建各种机械模块，如起重机、挖土机等， 在构建机械模块之余，完成电机、传感器的选择、安装，程序的编制等。通过实验环节，使学生能够带着问题来学习和实践，并从中初步掌握科学研究的基本过程和基本方法，培养了学生独立分析、解决问题的能力和创新能力。
此外，鼓励学生参加科研项目，也有利于提高学生的学习兴趣，增强其学习的主动性和目的性。
2.3教学场所的多样化
教学场所作为教学手段应用的环境，不必总是拘泥于教室。实验室和学生生产实习的工厂都是良好的现场教学手段，让学生走出课堂、步入工程现场，让理论联系实际。
3创新能力的培养
创新来自观察，来自实践，可以有计划地设置主体（例如机械创新设计大赛），引导学生课外科技创新活动。目的在于通过这一主体活动，引导更多的学生进行应用型学习。我校新引进了慧鱼的一系列产品，目的在于让学生在拼装各种模型的过程中，不断思索不断创新。
4考核方法的改革
为了更好落实本专业 “一线工程师” 的人才培养目标，提高学生的动手能力势在必行。在考核方式上，根据我校实际情况，在50分的平时成绩中，改变过去以点名和教师对学生的大概印象来评分的模式。即：出勤考核占10分，回答问题和作业占10分，实验占10分，课设占20分。操作增加了学生的动手能力，课设对培养学生主动学习能力、熟悉和深化某一专业知识点大有益处，同时对于专业知识的学习和综合素质的提高作用明显。
5结语
只有将教学内容、教学方法、考核方法等教学改革应用到《机电一体化系统设计》中，才能更好地为教学服务，才能显著提高教学质量。
一、基于CDIO的教学改革方案设计
1.CDIO的基本思想。CDIO①（Conceive,Design,Implement,Operate）是美国麻省理工学院(MIT)和瑞典皇家工学院等4所大学联合探索创立的工程教育理念，以构思(Conceive)—设计(Design)—实现(Implement)—运作(Operate)理念开展基于工程项目全过程的学习，着重培养学生全面的工程实践能力。其指导思想是：以诚信、职业道德培养为基础，以工程设计任务为导向，以培养个人能力(实践能力和终生学习能力)、团队能力和系统的适应与调控能力为主要目标，让学生以主动的、实践的、课程之间有联系的方式学习工程②③。《机电一体化系统设计》是一门农业工程学科课程群中最具专业特色的专业基础课程，教学改革中，完全可以在相应的教学中应用CDIO的理念。2.基于项目教学法的教学改革方案。在教学过程中打破原有的教师讲授，研究生被动接受知识的模式，采用以项目为驱动的教学方法，增添师生通过共同实施一个完整的项目工作而有目标进行的教学活动。这种方式可以提高研究生的学习兴趣，让其有目标地自主学习，进而很好地融入到有意义的任务完成的过程中，使学习变成一个生动有趣的事情。同时，研究生可以通过自己的实践进行知识构建和技能训练④，不再需要枯燥无味的重复就能理解并牢牢记忆理论知识。项目法教学流程图如图1所示。（1）研究项目的确定。如图1所示，在教学活动实施之初根据机电一体化系统设计课程的需要及参与本门课程学习的研究生人数，由教师确定项目个数并进行分配任务。（2）研究生分组。由教师主导根据研究生的不同兴趣、个人擅长的特点及团队合作需求，对研究生进行分组作业并选举各组组长。（3）讨论项目目标和任务。由教师布置相关教学任务，组长协助并组织组员进行项目内容讨论并确定具体任务目标，进而分配各成员任务分工。（4）制定项目实施时间表。教师根据本课程的学时数和项目内所包含的任务量，制定具体的项目实施时间表。（5）讲授项目实施规范与考核标准。项目实施前，教师专题讲授项目实施规范与具体的相关考核标准，及研究报告的书写规范。考核制度采用百分制标准，其中项目研究占80%的分数，其余20%教师根据组员的团队合作情况酌情给分。（6）项目实施阶段。教师跟踪各组研究的进展状态，项目实施过程中根据所遇到困难及问题的普遍性，组织专题讨论或者进行个别组具体指导，解决所出现的问题。本课程涉及的主要问题在于硬件系统搭建和上位机软件设计部分。通过举办讲座进行具体讲解示范及解惑。（7）项目结题阶段。项目完成后组织答辩，各组需要准备好项目技术报告及幻灯片材料，由各组组长汇报项目流程，其他研究生成员分别负责答辩涉及具体问题的解答。答辩结束并完成后，教师会对课程进行综合总结并给所有研究生打分作为最终成绩。
二、教改方案实践
基于本文的教学改革在佳木斯大学农业工程学科2011级、2012级研究生及2013级留学生教学中实行了教改方案实践，并取得了良好效果。1.项目任务的确定。本课程主要讲授步进电机、伺服电机的驱动原理、运动控制系统的设计与调试。以我校农业工程学科2011级研究生课程为例，选修机电一体化系统设计这门课共有12名研究生，共计确定分为2组研究项目，每组人数为6人，研究项目表如表1所示。期间开展的基础知识讲座内容如表2所示。2.项目实施时间表的确定。培养计划中规定本门课程共计38个学时，其中理论学时占20学时,实验占18学时。本次课程改革将全部学时用于项目开发，教学过程中根据各组项目进展和需要，开展定向基础知识讲座，同时要求各组成员每两周进行一次项目进展报告，每组每周开两次组会，时间地点由各组自行商议选定，组长负责考核各成员绩效并作详细记录。学生边做边学，理论和实践结合，教学效果非常好。3.项目实施过程。在教学改革实践过程中，全体参与教学改革的研究生体现出极大热情投入到项目开发过程中，在学习中不但掌握了实践技能，培养了科研素养，还对自己即将从事的科研项目有了明确思路与方法。对研究生完成后续的硕士学位论文具有重要意义。
三、结论
本文打破原有的机电一体化系统设计课程教授式教学方法，在CDIO教学理念的指导下，进行了基于项目教学法的教学改革实践活动并取得了良好的效果。具体总结如下：1.CDIO理念在实践性较强的机电一体化系统设计课程中的应用符合教学规律，研究生学习方式由被动接受转为主动探索，达到课堂与课间一致均能开展研究，教学效果良好。2.研究生通过参与项目的讨论研究，使其增强了团队协作感，能够各司其职，具有强烈的责任感，看到自己的项目科研成果也有巨大的成就感，这种教学方式有利于研究生科研素养、实践技能、自信心的提高。研究生随着项目研究的需要主动探索其他课程，学以致用，知识掌握牢靠。3.项目教学法需对带队教师的水平有一定要求，教师额外的工作量核定、研制资金、必要的设备的支持，在教学方法改革的同时相应的保障机制要随之改革，才能达到良好教学效果。4.本次教学改革产生的科研成果不但对我校研究生培养起到巨大提高作用，还对其他兄弟院校的研究生培养起到一定的借鉴意义，具有一定的推广价值。
作者：姜永成 华秀萍 颜兵兵 郭晓云 陈思羽
关键词：模块化；传感器；实时监控；双级保护
EBZ260掘进机适用于煤矿井下半煤岩或全岩巷道的掘进工作，也可在铁路、公路、水利工程隧道施工中使用，属于机电液一体化设备，其中电控系统的技术水平决定掘进机的智能化程度。
EBZ260掘进机的电控系统主要是由电控箱和操作箱两部分组成，它们和截割电机、油泵电机、二运电滚筒、电铃外部元器件共同构成了掘进机的电气系统。
1 总体要求
电控系统要求能够控制执行元件的启动停止和电磁阀的开关，通过各种传感器检测部分执行元件的运行状态，并提供相应的保护功能。该系统应具有程序化、模块化、可靠性高、抗震动、抗干扰等特点，能够显示系统工作电压、各电机运行状态和工作时间等内容，使掘进机操作者对机器工作情况一目了然。
2 控制对象分析及主回路设计
电控系统的控制对象主要包括与电气相关的执行元件和液压系统中的电磁阀，主要有截割电机、油泵电机、二运电滚筒等，技术参数如表1所示。
由上表可得出系统的供电电压为1140V。总电流最大约为282A，选用额定电流为400A隔离开关即可满足要求。
截割电机内部有两套独立的线圈，对应两种不同的转速和功率，需要两个真空交流接触器来控制它的动作，可选用SIEMENS的3RT10.6系列接触器，同样控制油泵电机和二运电滚筒的接触器也选用该系列。
以上各电动机在启动和停止瞬间会产生较大的自感电动势，为防止损坏其他电气元件，每个电动机的主回路中还需要增加阻容吸收装置。
隔爆电铃、照明灯和电磁阀等元件的工作电压等级不同，可通过变压器和本安电源获得，输入电压为1140V AC，输出电压等级至少需要包含24V、127V、220V。综上所述，可设计出主回路图纸，如图1所示。
3 控制回路设计
控制回路以松下FPG-C32T型PLC为核心控制单元，具有体积小、速度快、可靠性高、扩展能力强等特点，输入端最多可以扩展至24路模拟量。PLC接受外部传感器和按钮开关的输入信号，通过内部程序处理，使中间继电器动作，控制交流接触器的吸合或断开。
3.1 操作按钮
根据控制要求每个电动机需要启动和停止两个按钮，急停、电铃和PLC复位各自需要一个按钮，屏幕参数设置需要四个按钮，本系统中选用瑞士eao按钮，防护等级高达IP68，安装方便，可靠性极高。设计完成后操作面板如图2所示。
（下转第162页）
（上接第158页）
3.2 传感器
在掘进机控制系统中，需要对某些元件的参数进行检测，并将信号传送给PLC，由PLC根据这些信号判断系统运行是否正常，并作出相应动作。
3.2.1 温度变送器
电机在运行过程中会产生热量，导致温度升高，温度过高时将会导致密封损坏，轴承的滚动体和内外圈的硬度下降，整个电机寿命缩短。油箱中的液压油是整个液压系统的工作介质，油温过高将造成液压元件的密封性能下降，因此需要监测电机绕组和液压油的温度。
截割电机和油泵电机内部都预埋了PTC和PT100。 PTC为继电器形式，开关量输出，但PT100为电阻信号，PLC无法直接处理，需要用隔离栅将其转化为4-20mA的电流信号，然后传入到PLC中。此处选用STWB-TR4型温度变送器，不仅提高抗干扰能力，而且能够同时转换4路电阻信号。
油箱中选用GWP200Z型温度变送器，该变送器为不锈钢材质，前部带有探头，可插入到液压油中测定温度值，测量范围为0-200℃，输出形式为4-20mA的电流信号。在主程序中对油温的监测也采用了双级保护，即当液压油温度升至70℃和90℃时，系统会报警或停机，温度恢复正常值前报警会持续。
3.2.2 液位控制器
液压系统工作过程中会有油液损失，油箱液位过低可能导致液压系统中的组合变量泵吸空，空气进入到液压管路中在巨大的压力作用下造成气蚀，对液压元件损害极大。选用YKJD系列液位继电器对页面高度进行监测，当液面高度低于设定值时，系统发出报警，提醒工作人员油箱液位低，加油至规定值后可重新开机。
3.2.3 压力传感器
液压系统额定工作压力为25MPa，当压力过低时马达或油缸动作无力，压力过高时会对液压胶管和其他元件造成破坏。在泵的出油口处安装了GPD60（B）隔爆型压力变送器，测量范围为0-60MPa，输出信号为4-20mA，PLC检测到压力异常时会发出声光报警。
3.2.4 压力控制器
外喷雾工作压力不小于1.5MPa，当水压过低时将影响喷雾降尘效果。在外喷雾管路中增加GPD10K隔爆型压力控制器，可在1-10MPa范围内任意设定一个压力值，当压力过低时继电器触电动作，将信号传入PLC中，系统发出水压过低的报警信号，可以实现水电闭锁、压力切断等保护功能[1]。
4 主控器
主控器是整个电控系统中最重要的部分，本设计中将PLC、本安电源、继电器板和光耦板集成到一个不锈钢箱体内，作为主控箱。所有控制线从主控箱前侧的接线端子中引出，实现了主控器的模块化设计，如果使用过程中某个元件出现问题，直接更换主控箱即可。
5 结语
本套电控系统具有操作简单，维护方便可靠性高的特点，经实践证明能够满足EBZ260掘进机的所有动作要求，并具备全面的保护功能，提高了掘进机的智能化水平。
参考文献：
关键词 项目教学法 创新能力 实践能力
机电控制系统设计作为机电专业研究生的一门重要专业课程，该课程涉及机械学、电子学、控制理论、微机应用、软件编程等多方而知识，其内容丰富、信息含量大、理论性强等特点，内容比较枯燥，教学中很难引人入胜，现有的“板书式”教学已经无法适应教学的需要，因此要获得好的教学效果就必须对教学方法进行改革。笔者在机电控制系统设计教学中尝试采用了项目教学法，充分利用我们现有的科研条件，把专业的理论知识融入项目实践之中，使理论课程授课与项目实践结合在一起，提高了研究生的学习兴趣，教学效果显著。
1 开展项目教学的意义
1.1 培养学生创新思维，提高学生动手能力
项目教学就是以科研课题实例为主线，让学生围绕对工程实践的解决来学习知识、发展智力、培养创新精神和实践能力的一种先进的教学组织形式。项目教学法在软件培训中广泛使用。因此，培养研究生的创新能力，就需要引导学生在课程学习过程中不断地发现和解决实际问题。
1.2 项目教学是解决实际工程问题的基础
研究生的专业课需要很多本科所学的基础课程，通过项目教学，使学生不断发现问题，为解决这些工程问题，促使学生去学习新的知识和技术，提高分析、解决实际问题的能力。科研调动学生的学习兴趣，激发了学生的学习热情，能使学生始终保持主动的求知欲望。
1.3 提高教学质量
项目教学是基于实际课题进行的。每课题都能讲授、示范、技能训练同步进行，突出了现场示范，增强了直，观性，使学生能够用理论指导实践、在实践中消化理论。学生的知识和技能就在这样的过程中生成，学习能力得到有效的开发，教学收到事半功倍的效果。
2 目前机电控制系统设计课程教学存在的问题
机电专业是一个宽口径的，机械与电子共同支撑该专业。研究生在本科阶段有学机械的，也有学控制的，水平参差不齐，而机电控制系统设计课程同时需要机械和电子方面的知识。这样严重地影响了教学任务的顺利完成和教学目标的顺利实现。目前机电控制系统设计课程教学存在的主要问题如下。
（1）教学内容因知识点繁多，没有得到有效的梳理。机电控制系统设计课程涉及内容繁多，包括控制电机、气压和液压系统、检测装置、 自动控制理论、微机控制系统、PLC控制等内容，这些具体课程内容相互之间联系又相对较少，所以现有的课程体系没有从总体角度说明为什么课程内容要这样安排，势必就会大大降低学生的学习兴趣和积极性。因此，在课程内容体系上进行梳理性教学改革，是非常有必要的。
（2）课程教学理论较多，工程应用很少。课程的设置仍保留传统的“重理论，轻工程应用”的培养模式。如所设置的“控制工程基础”和“测试技术”两门课程均属于理论性较强的课程，不利于机械专业学生将学到的机电控制理论知识与现场的工程实际相结合，也就不能够很好地锻炼学生的动手能力，那么，培养应用型人才的目标也就无法很好地实现。因此，进行教学改革研究，也是非常有必要的。
（3）课程缺乏系统性和前瞻性。许多工程上已得到广泛应用的机电控制新技术在已设置的课程中没有体现，如现场总线技术、智能控制技术、ARM技术等。这样，我们培养出来的学生也就很难适应高新技术和现代化的要求，也就无法培养出大量的符合社会主义现代化建设要求的应用型人才。
存在上述问题的课程体系，使得学生难以将所学的机电控制知识灵活运用到机械设计与制造中去解决机械行业越来越多的先进制造设备或系统的控制技术问题，难以胜任机电产品或系统的设计工作，可见，在机电控制系统设计课程教学中引项目教学已势在必行。
3 机电控制系统设计课程项目教学实践
3.1 项目教学内容
机电控制系统设计课程的主要内容包括：机电系统控制电路设计、检测系统设计、微机控制系统设计、机械系统的选择与设计、PLC应用系统设计、伺服控制技术等。根据课程要求设计以下3个项目，每个项目下设若干子项目。这3个项目涵盖了课程的大部分内容。
项目一：变频真空泵恒压控制系统设计。
该系统是由一台三相交流电机带动真空负压泵抽真空，三相交流电机由变频器驱动。负压传感器测量负压，使压力稳定在4Kpa到6Kpa的某一设定值上。系统的组成如图1所示。单片机完成压力设定及实际值的显示、压力调整等功能。当压力小于设定值时，通过RS485总线驱动变频器，使变频增加，电机转速加快，提高压力，使其接近于设定值。项目所涉及的知识点有：单片机应用、RS485总线、汇编语言编程、传感器、放大器、变频器应用、控制算法等。
项目二：某污水处理控制系统设计。
该系统有A、B、C三个水池。每个水池都有电动进水阀、出水阀、曝气风机、排泥泵等，还有水位传感器、浓度传感器反馈元件。用西门子S-200PLC来控制系统按一定的工艺路径运行。采用PLC加触摸屏控制，有手动和自动控制方式。系统框图如图2。项目涉及的知识点有：PLC应用、梯形图编程、传感器样本、电机及阀门控制等。
项目三：基于ARM的交流伺服电机位置控制系统设计
项目内容及要求：该系统由ARM9263作为控制器，驱动两台伺服电机，伺服电机通过连轴器带动滚珠丝杠作X-Y向直线运动。伺服电机由编码器作为位置反馈，系统结构如图3。
通过触摸屏可以控制X、Y向的独立加减速运动，通过直线插补算法让系统在第一象限直线运动。所有软件是在WinCE操作系统下，由EVC编程环境下完成的。项目所涉及的知识点有：VC系统编程、伺服电机及驱动器的使用、位置反馈编码器、直线插补算法、滚珠丝杠的使用、ARM系统的使用等。
每个项目都有较详细的设计任务书给学生，介绍项目所需的知识点，再将每个知识点做简单说明。对于一些较难的部分就直接给出图纸。最后推荐一些相关的参考书，要求在规定的时间内将相关章节学完。所有项目都要完成设计文件和设计图纸，并提交电子文档。
3.2 教学方法与手段
机电控制系统设计课程共有40学时，只留10学时讲课，其余30学时全部采用实训教学，课本知识要求学生自主完成通过学习，学生应该掌握机电控制系统设计的基本方法和理论。研究生在本科阶段所学知识水平参差不齐，还需要求同学根据自身情况，补学模电、数电、单片机、微机原理、VC编程等课程，为项目教学打下基础。
以上的三个项目全是笔者的实际科研项目，并且已经完成交给企业了，有做好的实物。提供开放实验室和创新实验室，带学生到企业观看实际的系统，让学生有更多的动手动脑机会，可以对课堂上的内容进行加深与巩固，还可以促进项目的完成，使学生可以有更多的时间进行实践训练，进一步提高学生的实践能力和创新能力。
以项目为基础，激发研究生潜在的学习动力，围绕完成任务中出现的问题、难题进行理论知识的学习，引导学生综合运用所学的知识和技能，进行工作任务的策划与设计、实施和评价，训练学生有序的工作方法，培养学生的工作能力。项目实施过程中鼓励学生有一部分的创新和发挥，通过分析和解决完成任务中的创新要求，培养学生创新思维和创新能力。
定期开展讨论交流，把实际中遇到的问题拿出来，大家一起提出解决方案，教师可以直接或间接给予提示，也可以让不同的学生使用不一样的方案，最后讨论各种方案的优缺点。要求学生独立完成项目最后，在学生间进行互帮评价，让教师进行指导性评价，还可以请企业方工程技术人员给予评价以集思广益、促进交流和鼓励探究。
3.3 项目教学评估考核
项目教学法在于过程而不是结果，过程性考核在学生按计划完成每个项目时进行，每个项目完成后要进行一个阶段性考核，教师根据项目的要点对学生完成的项目进行考核。本课程着重点是应用，所以不安排在期末考试。平时表现如课堂表现、项目实践过程、讨论交流情况、课外项目任务等占40%；根据每一个项目完成情况、文档的完整性、图纸的规范性、软件编写和说明文件、最终项目能否使用等，由教师给出项目成绩，每个项目占20%。最后算出综合成绩。改变仅以几次考试分数来评价学生的传统做法。着重考核研究生的实际动手能力和创新能力。
关键词： 机电一体化 系统设计 综合实验 改革实践路径
机电一体化课程设置的基础是让学生掌握机械系统的具体设计方法和设置步骤，并在此锻炼学生的数控编程能力，但是受到新的发展形式的影响，该课程的很多弊端逐步暴露出来。如，设备只有一台，学生多次拆装后，设备中的很多元器件已经被损坏，或者丝杠和导管出现不同程度的磨损，不能验证编制程序，这将对培养学生动手能力起到阻碍作用，故此该教学环节需进行改革与优化。
一、机电一体化综合实践设备改革的前提条件
（一）配备高素养的师资队伍
由于机电一体化需要涉及机械、电工、电子等相关专业，在专业化基础建设的过程中，每一个部分都要设置相关的教师开展专业化的指导，这是实现机电一体化的前提条件。同时要求机电一体化教研时和实验室需经多方切磋做好专业教学评定，并追踪确立专业指导教师，这些教师中有专业任课教师、专业实验教师，兼顾设备设计中的各个专项领域，为学生的实验教学活动保驾护航。
（二）专业化教材编写
机械一体化教材的编写需要从头开始，这是促进学生专业发展的关键要素。由于教材是学生获取知识的“阵地”，好的教材能够给学生提供更好的指导作用，学生根据教材的章节设置要求，能够制订教学计划，并结合教材开展实验教学活动，教学内容涉及基本信息评定、实验目的、实验任务等相关的流程。
二、综合实验开展的特色化表现
（一）机电一体化产品
MPS即模块化生产加工系统，是德国的FESTO公司在结合现代化工业特色的前提下研发出的模拟自动化生产流程，主要工作过程过程包括供料工作站、检测工作站、加工工作站等几部分，控制时主要通过I/O数据通讯方式控制整个工作站的具体状况。由于该教学培训系统主要蕴含的内容包括：机械设计、传感器设计、气动技术等。故此，该技术是在工业自动化领域内建立的完整的教学系统。
（二）面向实际的培训设备
从工厂的角度出发，可以获悉面向实际的培训是趋向于理想的培训，工厂在进行实地的培训会让生产系统产生故障，并由此引发生产的风险，甚至在整个生产过程中出现破坏的状况，这一理想通常是不可行的。但是若使用FESTO则能较好地解决这一问题，由于该系统能够模拟整个实际生产的全部过程，因此在实验室运行过程中要求技术人员对设备进行安装、调试和编程等环境的支持，并在此期间维护和确定排除系统故障的工作。
三、综合实践成果总结
（一）独立完成机械图纸设计
由于该设备使用时没有提供相关的机械图纸，学生在实践过程中需根据装备初期的状况做好装配结构的分析与组成要素，并进行测绘，学生可以在短时间内绘制出每一站的机械系统CAD装配图纸，并将各个零部件标注清晰。
（二）独立完成PLC程序设计
该设备最初配置的PLC是西门子公司的可编程控制器，设备供应商在设备供给时只能提供PLC的程序。但是在课程讲解中需要运用欧姆龙公司生产的PLC程序设计，所以学生在使用时更偏重于欧姆龙公司生产的PLC编程模式。设备采购过程中应明确说明安装欧姆龙公司生产的PLC，取代西门子公司的PLC程序，但是很多设备提供商还不能提供欧姆龙的PLC程序。学生在学习时就要根据光盘提供的每站动作录像做动作分解，并画出动作的流程图或者梯形图等，编制正确的PLC程序，学生在完成时需要结合以往学习过的知识做新知识的延伸，且由于每个学生对程序有不同的理解，因此学生都能独立完成学习任务，这将大大提高学生的自主学习能力，并能在此基础上完善学生的知识体系。
（三）独立完成电气原理图和气动回路原理图
在拆装电气或者气路部分的管线装置，学生能够了解I/O口线的地址，并连接所有的控制元器件，弄明白气动电磁阀、气缸或者电机等元器件的具体工作原理和控制要素，学生通过实际手动操作，对位置有初步了解，绘制电气原理图的时候对各个元器件的位置有深刻印象，也能独立完成电气原理图和气动回路图，学生在原课本中的知识就能充分运用到实验过程中，对知识的理解将进一步升华，并对知识的具体使用有新的认识。
（四）答辩夯实毕业设计基础
答辩时要求小组代表先花费十分钟的时间整合整个设计过程，并在综合实践组织的过程中做好任务的分配和实验的全过程跟进，然后指导教师结合实验情况有针对性地对小组成员提出问题，并根据情况做好记录和评分，这样才能客观体现出学生的真实实验成绩。
机电一体化系统设计的综合实验主要是运用闭环式的教学模式，其中涉及的内容包括学生四年时间内学习到的机械制图、机械原理、接卸设计等相关内容。学生在学习期间通过亲自动手拆装和测绘，并在编制和调试的过程中，对知识有新的认识，并且提高动手能力，用以培养创新思维能力。
参考文献：
[1]鞠勇.面向实际工程应用的PLC实验室建设[J].实验室研究与探索，2002，（01）.
[2]林志坚，沈萌红.基于仿真技术的PLC模拟实验系统[J].实验室研究与探索，2006，（02）.
[3]鲁晓阳.中等职业学校网络型PLC实验室建设和课程开发[D].浙江工业大学，2007.
汽车自动清洗机主要包括机架行走机构、侧刷刷洗机构、顶刷刷洗机构、风干系统、清水管路系统和清洗剂管路系统。
龙门架（机架）通过两台交流异步电动机作为驱动源。通过控制行走电机的正转、反转。使机架前进或后退。同时，为保证汽车清洗机在轨道上运行的安全性、有效性，在轨道两端特设立两个行程开关，即一个汽车前端感测开关和汽车后端感测开关，以控制机架行走的范围。
侧刷刷洗机构，刷子转动由两台交流异步电动机作为驱动源，通过控制两台电机的启动与停止，来控制刷子的转动。
顶刷刷洗结构，刷子转动由一台交流异步电动机作为驱动源，不需要进行正反转控制。它也是通过控制电机的起停来控制刷子的转动。
风干系统由一台风机和相应管路组成。它的通断可通过控制电机的启动与停止来实现。
清水管路系统主要由一台水泵以及相应的管路组成，水泵的运转通过控制电机的起停来完成。
清洗剂管路系统与清水管路系统相似，也是由一台水泵和相应的清洗剂管路构成，清洗剂管路工作也是通过控制电机的启动与停止来实现。
2.汽车自动清洗机的控制系统的电路设计
顶刷、侧刷的转动、汽车清洗机的供水、风干系统的风机等均采用电力驱动的方式。汽车自动清洗机供电电源为三相380V交流电，一共需要8台异步交流电动机。两台行走电机分别由KM1、KM2和KM3、KM4控制器正反转从而实现机架的前进、后退。顶刷电机由KM5控制启动与停止。两台侧刷电机由KM6、KM7控制其启动与停止。清水水泵电机由KM8控制启动和停止。清洗剂泵由KM9控制启动和停止。风干电机由KM10控制启动和停止。同时为进行过载保护，在每个电机线路中加装一个热保护器。并在母线上加装一个熔断器。其主电路图如图1所示。
3. 汽车自动清洗机控制系统中电动机的选择
通过对汽车自动清洗机主要机构的运行过程分析可以确定，机架的行走，顶刷、侧刷的转动、汽车清洗机的供水、风干系统的风机等采用电力驱动的方式
电动机的选择包括电动机的功率、种类、电压、转速和结构形式选择等[12]。
1）电动机功率的选择
电动机的功率反映了它的负载能力，对电动机的选择首先是对电动机功率的选择。如果选择的电动机功率过小，则不能是机械设备在正常工作状态下运行，无法完成相应的生产任务，电动机在过载条件下运行，会造成电动机损坏或其他机械故障。如果选择的电动机功率过大，则设备投资费用增加，电动机运行效率下降。
电动机的功率选择选择应根据以下原则进行：
（1）允许温升保证电动机在运行时的实际最高温度θmax不高于电动机绝缘材料所允许的的最高温度θa，即
（3.1）
（2）过载能力电动机热惯性大，在短期内承受高于额定功率的负载时所达到的温度不会高于电动机绝缘材料所允许的最高温度，有一定的过载能力.但是电动机的最大转矩Tmax（对于异步电动机）或最大电流Imax（对于直流电动机）必须大于运行过程中可能出现的最大负载转矩TLmax和最大负载电流ILmax，即
（对于异步电动机） （3.2）
（对于直流电动机） （3.3）
式中：λm、λi为电动机过载能力系数。
（3）启动能力 为了保证电动机能够可靠启动，必须使
式中：λst为电动机启动能力系数；Tst为电动机的起动转矩。
根据负载图按发热理论进行计算来选择电动机的方法，理论依据可靠，但计算过程复杂。而且只是在一些假设的条件下得到的；此外，对于大多数的生产机械来说，找出具有代表性的典型负载图有困难，因此得到的结果差异往往较大。因而，在电动机的功率选择中常用：统计法和类比法。
2）电动机类型的选择
满足生产机械对拖动系统启动、调速、制动、正反转、负载等要求，是电动机类型选择的基本原则。
（1）对于不要求调速、对启动性能无过高要求的生产机械，应当优先选择一般的鼠笼式异步电动机（如YL、JS、Y系列等）。若要求启动转矩较大，则可选用高启动转矩的鼠笼式异步电动机。
（2）对于要求经常启动和制动，且负载转矩较大，还有一定调速要求的生产机械，应考虑选用线绕式异步电动机（如YR、YZR系列等）。
（3）对于需要几种速度，而不要求无极调速的生产机械，可选用YD等系列多速异步电动机。
（4）对于需要恒转速运行的生产机械，且需要补偿电网功率因素的场合，应优先考虑选用TD等系列的同步电动机。
（5）对于需要大范围无极调速，且要求经常启动、制动、正反转的生产机械，则可以选用带调速装置的直流电动机或鼠笼式异步电动机、同步电动机。
3）电动机额定电压的选择
电动机额定电压与供电电压一致是电动机额定电压选择的基本原则，交流电动机额定电压应与供电电网电压一致。直流电动机的额定电压也要与电源电压相一致。
4）电动机额定转速的选择
对于额定功率相同的电动机，额定转速越高，电动机尺寸、质量和成本越小，因此选用高速电动机较为经济。因此，在确定电动机额定转速时应全面考虑各方面的因素，综合分析做出选择。
5）电动机的结构形式选择
关键词： 机电一体化系统设计 考核方式 思路 改革
《机电一体化系统设计》是一门面向机械设计制造类专业所开设的专业综合特色课程，是集机械、电子等基础课程知识为一体的综合性专业课程，课程在学生所学专业课的基础上，从机械电子结合的角度介绍机电一体化的主要研究内容及应用领域，并结合机电一体化典型设备，讲述相关系统产品的组成原理及工作过程，阐明机电一体化技术原理。课程具有较强的实践性特征，因此，要求学生在学习过程中既重视和掌握基本概念、基本原理和基本方法，又重视相关理论的应用，加强实践环节的学习和运用[1-2]。针对该课程以上特点，如何开展课程的考核成为课程教学改革的关键，本文在综合分析课程特点的基础上，论述了现有考核方式的特点，分析探讨了不同考核方式优缺点，提出课程考核方式改革的思路，为高校机械设计制造类专业《机电一体化系统设计》课程教学改革提供一定参考。
1.《机电一体化系统设计》课程特点
《机电一体化系统设计》课程作为机械技术与微电子技术的新兴交叉学科，在机制专业课程体系中占据重要地位，融合了机械技术、电子技术、信息技术等多种学科，将机械技术、检测传感技术、自动控制技术、伺服驱动技术、信息处理技术、系统总体技术等多种技术融于一体，体现了“以机为主、以电为用、机电有机结合”的原则，具有综合性和应用性强的突出特点，课程对培养学生机电一体化设计能力具有重要作用。
课程在学生所学专业课的基础上，从机械电子结合的角度介绍机电一体化的主要研究内容及应用领域，结合机电一体化典型设备，讲述相关系统产品的组成原理及工作过程，使学生了解机电一体化的组成及发展方向，掌握典型机电一体化系统及产品的基本工作原理，了解有关机电一体化仪器、设备的应用。通过该课程的学习，以期达到课程教学目标，即通过相关学科知识的学习和掌握，促进学生系统了解机电技术学科知识，掌握机电一体化产品系统设计方法，提高学生“机电有机结合”的实际应用能力[3-4]。
2.当前主要的考核方式及其特点
2.1试卷考试。
试卷考试主要通过期末考试评估学生对专业知识的掌握情况，主要有开卷考试、闭卷考试及半开卷考试等形式。试卷考试一定程度上反映了学生对于机电一体化系统设计课程知识点的学习水平，但是，学生突击背复习题应付考试现象较为普遍，而且结合《机电一体化系统设计》实践性、应用性强的课程特点，单纯采用试卷考试很难实现课程“提升学生机电有机结合的实际应用能力”的教学目标，而且课程考试一般在结课后一次性完成，无法完全反映学生对于课程的整体学习效果，缺乏对于课程的过程管理。
2.2平时成绩与试卷考试相结合。
针对试卷考试存在的过程监控不足等弊端，许多院校在考核过程中引入平时成绩考核环节，平时成绩主要由期中考试测验、出勤、平时作业等组成，一般权重在20―40%。课程总评成绩最终由平时成绩和期末成绩两部分组成，期末成绩为试卷成绩。该种方式对课程的过程管理进行了监控，提高了学生平时学习的积极性，有助于学生在课堂上认真学习、积极思考，课下认真完成作业，但是该种考核方式对于课程考核权重及平时考核项目的设置要求较高，教师需对平时作业的布置、创新类实践项目设置等平时考核环节进行较好的把握。
2.3结课论文。
结课论文通过学生在课程结束后提交结课论文的方式完成课程考核，结课论文考核方式有助于培养学生的创新和初步的科研能力，有助于培养学生查阅文献的能力，对于课程论文，一般要求选题结合机电一体化系统设计方面的内容，原则上一人一题。
结课论文考核方式一定程度上调动了学生的学习主动性，但是在实施过程中，针对《机电一体化系统设计》实践性、应用性强的课程特点，要求学生在结课后期较短时间内完成质量较高的课程结课论文难度较大，易出现论文分析肤浅、运用课程理论知识点不足等问题。
2.4基于CDIO的“机电一体化系统设计”考核方式[5]。
基于传统考核方式存在的问题，相关人员提出CDIO考核方式，该方式以项目设计为导向，强调学习评估方法和学习成果相结合。考核模式采取“4+3+1+2”考核方式。具体做法是：在考核前一个月左右给学生布置一批应用性比较强的机电一体化系统设计方面的课题，学生在这段时间内有针对性地查阅有关资料，编制程序框架，调试程序并进行仿真，在考前一周，进一步强化学生的上机调试能力，适当缩小命题范围，减小难易程度，突出重点，命题采用分类随机抽签的方法，学生在上机考核过程中，规定时间，一人一机，分组进行，教师重点考核其对课程内容的掌握及实践技能，并进行答辩。答辩时，教师针对考题进行提问，考核成绩最终由平时、上机技能、答辩情况及调试结果综合评定，从而考核学生对课题的准备情况、理解程度及实践技能。对于动手能力较强的学生，鼓励成立兴趣小组，开展科技创新活动，明确职责，利用实验室的开放，对自己的课题设计一个机电一体化系统实物模型，通过当场演示，讲解分析，教师注重过程考核，根据学生的分工、设计、演示情况和答辩情况综合打分，得出本门课程成绩。这种考核方式的优点是引导学生平时注重学习，有的放矢，积极主动地配合教师的日常教学活动，上课互动性好，能有效地激发学生上课学习的积极性，提高学习效率。
2.5采用职业技术资格考试来代替传统考试[6]。
职业资格证书是反映劳动者具备某种职业所需要的专门知识和技能的证明，与学历文凭不同，职业资格证书更多地反映了特定职业的实际工作标准和规范，以及劳动者从事这种职业所达到的实际能力水平。它是劳动者求职、任职、开业的资格凭证，是用人单位招聘、录用劳动者的主要依据，也是境外就业、对外劳务合作人员办理技能水平公证的有效证件。
职业技术资格证书涉及知识、技能、能力和素质等多个角度，并侧重于技能、能力和素质的提高。因此，在利用其取代传统考试的同时，需对照人才培养目标和课程教学目标的要求，从认知、操作技能与能力和职业素质等方面，全面系统地考察其可行性，并将其作为选择和确定结业考试内容的依据。目前，可参照“数控中级工”、“维修电工”等工种中的一类或多类项目进行考虑，学生通过取得相应职业资格证书后申请课程免考的方式进行。
3.课程考核方式改革思路
基于《机电一体化系统设计》课程实践性、应用性强的课程特点，结合机械类专业人才培养目标，考核过程中，可在充分论证的基础上，将简单的一次性考试考核向多种形式并重的方式转变，将理论考核向理论与实践相结合方向转变，将组织方式由学校组织向社会认可的职业资格考试方式转变，具体思路如下：
3.1丰富考试考核形式，强化其合理性。
为了提高考试考核的公平性与合理性，考试考核的形式不能仅仅局限于传统方式[7]。考核过程中，合理引入平时成绩考核，将现有的一次性考试考核转变为多次考核，通过综合课堂表现成绩、随堂测验成绩、平时作业成绩、实习成绩等多方面的指标决定最终的综合考核成绩，在此基础上，确立合理的评价指标体系，优化评价标准，合理分配考核指标权重，以期合理、公正地反映学生对于课程的学习效果。
3.2完善考核内容，强化考核过程管理。
为了使课程考核能够真实反映学生学校效果，课程组需在进一步分析课程教学目标的基础上，完善课程考核内容，形成理论考核与实践考核试题库，并结合机电一体化技术发展方向，及时更新完善考核内容，根据实际及时修正考试内容，提高考核内容更新效率。在平时考核环节，需进一步加强过程管理，完善平时考核方式方法，提高其可操作性。
3.3拓展考核组织方式，多渠道实现课程考核。
在考核组织方式上，突出国家职业资格鉴定考试，引入职业资格证书制度[8]，通过课程学习，在合理分析人才培养目标及课程教学目标的基础上，确立适于课程考核要求的职业资格类别，建立与国家职业资格鉴定考试考核接轨的以职业综合能力（职业技能）和职业素质考核为主线、知识能力素质全面全程考核的考试考核体系，实现课程的多方式考核，使学生在实现课程教学目标的同时，达到国家职业资格考核要求，从而提高学生创新能力与应用能力。
4.结语
本文在综合分析《机电一体化系统设计》课程特点的基础上，论述了现有考核方式的特点，提出了课程考核方式改革的思路，然而课程考核改革是一个长期过程，要改变先前的考核模式，必须引导学生注重平时学习和技能训练，同时要求教师加强课程教学改革的研究，这对教师、对学生都将是一种挑战。因此，要想切实做好《机电一体化系统设计》课程考核方式改革，务必制定好长期策略，注重积累，保障落实，只有这样，才能建立科学、规范、合理的考核机制。
参考文献：
[1]董爱梅.《机电一体化系统设计》课程考核改革的探索与实践[J].考试周刊，2008，41：11-12.
[2]朱国云.基于过程化考核的机电一体化实训教学实践研究[J].科教导刊（中旬刊），2014，05：110-111.
[3]叶慧群.项目教学法在高职机电一体化专业实践教学中的应用[J].科技创新导报，2013，34：145+147.
[4]刘延霞，宁玲玲，马广勇.《机电一体化技术》课程教学改革研究[J].中国校外教育，2013，09：111.
[5]袁健，朱龙英.基于CDIO的“机电一体化系统设计”课程考核方法改革的探索[J].中国地质教育，2010，02：18-20.
[6]朱敏红，闫红蕾.机电一体化专业课程考核改革的研究与实践[J].职业时空，2012，06：24-25.
[7]肖海平.探究高职机电一体化专业考试考核方法改革的探索与实践[J].考试周刊，2015，24：1.
关键词：机电；一体化；系统工程设计
中图分类号：TH-39文献标识码：A文章编号：
引言：
机电一体化是在机械的主功能、动力功能、信息功能和控制功能上引进微电子技术，并将机械装置与电子装置用相关软件有机结合而构成系统的总称。它不是机械与电子的简单的叠加，而是在信息论（利用传感技术）、控制论（利用控制理论）和系统论（“系统”整体筹划，机械和电子分别只是“环节”）的基础上建立起来的应用技术。目前，随着机电一体化系统所需的控制功能、控制形式、控制方式的不同和多控制过程日趋复杂，对控制系统的要求越来越高。微机控制系统的引用，在多方面能满足机电一体化系统要求。从系统工程观点出发，才能将机械、电子、信息等有关技术，对它们进行有机的组织和综合，实现了整体的最佳化。
1.机电一体化系统设计的目的
1.1提高机械设备的精度
在机电一体化系统的设计中大量使用计算机和微电子技术，不但有效提高了机械设备控制系统的精度，而且实现了其在运行过程中的自动控制与检测，降低了因各类干扰因素的出现而导致机械设备无法正常运行的几率。
1.2增强机械设备的功能性
目前，工程领域对于机械设备的功能性提出了较高的标准和要求，即一台机械设备一般需要具有多种复合功能，这也是机电一体化系统设计过程中必须关注的目标之一。
1.3提升系统的安全性与可靠性
目前，国内在机电一体化系统设计中普遍设置了专业的自动检测和监控子系统，其主要作用是在机电产品发生各类运行故障时，可以自动进行检测并调整设备的运行状态，进而有效保证机电一体化系统的整体安全性与可靠性。
1.4缩短产品研发周期
在机电一体化系统设计目标的制定中，一定要注意对于研发周期的科学控制，并且组织具有较高专业技术水平和丰富工作经验的人员参与研发，在有效缩短机电产品研发周期的同时，也有效降低了生产的成本。
1.5进一步简化系统结构
在机电一体化系统的设计中，技术人员则要将进一步简化系统结构作为重要目标之一，尽量在机电产品中安装或使用现代化的电子元件和传动技术，并且充分利用先进的集成电路、微处理器和程序软件实现机械传动链的关联运动，进而展现机电一体化系统设计科学化、智能化的目标。
2.机电一体化系统设计
2.1机电一体化系统的构成
机电一体化系统的构成由5 部分组成：机械系统（机构）、电子信息处理系统（电子计算机）、动力系统（动力源）、传感检测系统（传感器）、执行元件系统（电动机等）。5 个部分组成的机电一体化系统可分为：闭环、半闭环 2 种控制方式，其中，闭环指对最终执行元件进行直接控制，而半闭环指对中间元件进行控制，从而推算出最终元件的状态。
2.2机电一体化中的集成设计
由于机电一体化方法内在的并行性，或同时性工程，所以样机试制阶段的建模与仿真很重要。 因为模型来自于各学科的综合应用。 所以应用一种可视化的编程软件是很重要的。 这样就涉及到了框图，流程图，状态转换图和波特图。 机电一体化是一种设计哲学，其产品或设备有一个重要的特点就是它们内部的智能，这是将执行器，传感器，控制系统和计算机组合设计实现的。 系统的集成是通过硬件（部件）和软件（信息处理）的联合实现的。 硬件集成是将机电一体化系统看成一个整体系统来设计的，将传感器、执行器和微处理器融入到机械系统中，软件集成主要基于高级控制功能在设计时应首先分析客户要求以及系统集成的技术环境。在制作时应考虑了解客户、 市场分析、优化性能、生命周期性能、质量、可靠性和销售等因素。
2.3系统中的从属功能设计
机电一体化系统的所有主功能的实现或期望目的的达成，都需要一些从属功能的协同配合。这些从属功能包括: 结构功能、通讯功能、保护功能、接口功能、控制功能、动力功能。结构功能确保满足主要部件的正常工作所需空间条件。通讯功能保证环境状态与系统部件的信息得以交换。保护功能将系统重要部件各功能参数限制在可允许的工作范围内并防止系统中各部件产生对环境的不利影响。接口功能使得系统的输入输出在与环境不匹配时也得以实现。控制功能整体管理系统部件状态，并依据外部输入状态控制系统的内在功能特性。动力功能提供系统实现各功能所需能量。
2.4变频调速系统设计
伺服电机作为驱动部分，目的在于执行控制系统的指令，将电能转化为相应的机械运动。直流电机由于其结构复杂，购置和维修成本过高等问题，难以得到广泛的应用。而随着电机制造工艺和电机控制理论发展，交流电机控制精度得到了大幅度地提高，再加上自身结构简单，维修方便，能满足在恶劣环境和大负载下运行，受到越来越多关注。随着矢量控制理论（VC）, 直接转矩控制（DTC）变频调速技术的发展及空间矢量脉宽调制技术（SVPWM）的应用,交流电机往往能达到极高的控制性能。SVPWM 是当今广泛采用的脉宽调制技术，与传统的SPWM相比，具有转矩与电流畸变小，易于数字化实现等优点，且其对电压利用率相对提高 16.7%。VC通过坐标系转化，将定子电流分解励磁电流和转矩电流两部分，从而模拟交流电机的控制策略控制交流电机。DTC 控制技术则以电磁转矩为直接控制目标，达到高性能的调速能力。
2.5伺服驱动子系统控制器设计
PID 控制器的参数整定是控制系统设计的核心内容。它是根据被控过程的特性确定 PID 控制器的比例系数、积分时间和微分时间的大小。PID 控制器参数整定方法主要有两大种：一是理论计算整定法。依据系统的数学模型，经过理论计算确定控制器参数，但还必须通过工程实际进行调整和修改。二是工程整定方法，主要依赖工程经验，直接在控制系统的试验中进行，且方法简单、易于掌握，在工程实际中被广泛采用。PID 控制器参数的工程整定方法，主要有临界比例法、反应曲线法和衰减法。随着只能控制理论的发展，许多智能PID 控制算法开发和应用，如变结构滑模 PID 控制、模糊 PID、神经网络 PID 控制和神经模糊控制等。值得指出，智能 PID 算法大多数见诸于理论研究，还不能广泛应用到实际中。
2.6传感器和变换器设计
仪器仪表在现代科技领域中起着关键的作用。 传感器是与仪器仪表紧密相关的机电一体化系统中一个非常重要的组件，其作用是为特定工业过程提供收集不同信息的机制。 传感器广泛应用于过程检测以及工况评价方面，为用计算机系统对制造作业作较高级的监控提供便利，可应用于过程前，过程中及过程后。 有时，传感器可以将一种物理现象转化为决策分析的可用信号。智能系统用传感器来监测由环境变化影响的特定场合，然后通过校正动作对其控制。
3.机电一体化系统的可靠性设计
机电一体化系统的可靠性设计是指产品在规定条件和规定时间内，完成规定功能的能力。产品的可靠性是一个综合性评价指标体系，常用 MTBF 指标来衡量。
3.1 保证产品（系统）可靠性的主要方法
3.1.1提高产品的设计和制造质量———裕度法、自动控制；
3.1.2采用冗余技术———工作冗余、后备冗余；
3.1.3故障诊断技术———测试、症兆、诊断。
3.2 系统干扰和提高抗干扰能力的措施
系统干扰是指产生系统元部件失效或数据传输、处理失误，进而影响系统可靠工作的内部因素和外部因素：
3.2.1系统干扰源的类型：传导型———由线路传入信号影响控制系统工作；辐射型———由空间感应输入信号影响控制系统工作。
3.2.2提高系统抗干扰能力的措施：针对不同类型的干扰信号，采取的抗干扰措施也有所不同；供电系统的抗干扰措施：稳压、滤波、隔离；接口电路的抗干扰措施：吸收抑制、阻断隔离；转换接口抵消隔离措施：差动式运算放大器或桥式电路、高频滤波整形电路；接地系统干扰措施：单点接地、并联接地、光电隔离接地。
3.3 软件的可靠性技术
控制系统由硬件和软件组成，软件的可靠性设计也至关重要。主要包括利用软件提高控制系统的可靠性和提高软件自身可靠性。
4.结语
机电一体化系统的设计是一种复合技术，它需要很多部门产业的支持和配合，才能取得满意的结果，我们不仅要对机电一体化的各相关技术进行全面深入的了解，还要从系统工程的概念入手，通过系统总体设计来使各相关技术形成有机的结合，并且要注意分析和解决技术融合过程中出现的新问题，只有这样，才能满足机电一体化系统的飞速发展。
参考文献：
[1] 赵再军主编.机电一体化概论.浙江大学出版社，2004.
为了实现其安全、稳定、经济、可控、便捷、实用、美观等功能，大桥机电系统设计一般主要包括:供电系统、照明系统、监控系统、通信系统、收费系统、景观照明、大桥除湿、通航及防雷接地等。本文以几个典型的大桥项目机电工程的近期费用作为研究基础，结合项目的设计情况进行分析。由于项目的设计原则和设计方案对造价的影响很大，因此，本文首先对设计内容和原则进行分析。
2大桥机电系统的一般设计原则
大桥机电系统由于高速公路所在地区的具体条件和投资状况等，设计方案会有所不同，但设计原则一般如下所示。
2．1收费系统
收费系统收费方式一般采用当地高速公路路网标准，结合该项目实际交通量情况及服务标准要求设计。但以现行高速公路的标准，一般采用半自动收费方式，并结合不停车收费的方式。采用非接触IC卡作为通行卡。车型分类标准与当地收费总体规划及路网内其他道路车型分类标准一致。采用分散式的两级管理模式，即收费分中心和收费站。
2．2监控系统
监控系统遵循安全可靠、先进实用、系统性、协调性、易于操作、便于维护、可扩充性以及远近结合(一次设计、分期实施)的原则进行设计，并符合国家和各相关部委的政策以及国家或部颁的现行标准和规范。
2．3通信系统
结合实际情况，通信系统设计原则如下:确保通信质量，系统功能可靠，技术先进;符合安徽省交通专用通信网的总体要求;系统设计经济合理;系统具有自我诊断能力，有冗余功能;系统便于维护。
2．4景观照明系统
通过对桥梁的不同部位做不同的照明设计，突出桥的结构整体性和空间流动性，使其在夜间有突出的形象和深刻的艺术效果。在夜景照明的设计中，桥梁道路的功能性照明优先，满足桥面的行车要求。整体设计符合国家有关标准、规范，绿色照明，避免形成光污染。本着经济、实用、节能的原则。
3大桥机电系统造价指标
将上述几个大桥机电系统工程的造价进行计算整理后。
4对大桥机电造价经济指标进行分析
4．1收费系统
大桥上设置收费站较少，桥区一般不设收费广场、服务区等。多设置ETC车道，收费方式多采用全封闭式或半自动与不停车收费相结合的方式。桥梁由于荷载的考虑，可能会设置限载称重等系统、ETC无人值守设备等。而上述类型设备费用一般较高，导致每千米造价指标高于一般公路沿线的造价指标。
4．2通信及通信管道系统
大桥通信系统考虑到整体布局的优化，以及便于规划管理，提高服务水平。一般都设置紧急电话、语音电话、会议电视、大桥广播等系统。特大桥对于传输设备要求较高，光缆敷设均采用分缆方式，敷设费用较大。因此每千米造价指标高于一般公路沿线的造价指标。
4．3供电照明系统
大桥供电一般采用中压供电，中压线缆规格较高。考虑到桥上收费、通信、监控系统及照明设施较多，一般设置房建区变电站较密集。桥上照明要求较高，一般分为道路照明、收费广场照明、内部照明及检修设施、景观照明及通航设施照明。所需照明灯具及配套线缆设施较多。综上原因，其每千米造价指标高于一般公路沿线的造价指标。
4．4监控系统
桥上监控设施除一般设施外，还包含道路及路网的协调监控、跨江大桥的监控、气象信息的检测等子系统。桥上监控需考虑到水文原因，对于监控要求较一般公路要高，尤其是闭路电视系统及气象信息监测、大型可变标志等，均设置较高等级。因此每千米造价指标高于一般公路沿线的造价指标。
5结语
1.1电动机典型电气控制系统设计与实现:
(1)金型铸造厂冷却电气控制系统的设计与实现;(2)高炉车间往复运料车电气控制系统设计与实现;(3)吉化污水处理厂1号排水泵电气控制系统设计与实现;(4)整流车间水冷自动投切控制系统的设计与实现。
1.2常用机床电气控制线路的故障诊断与检修:
(1)‘巨达机械厂23040摇臂钻床电气控制线路的故障诊断与检修;(2)恒达机械厂x62w万能铣床电气控制线路的故障诊断与检修;(3)‘巨达机械厂20/5t桥式起重机控制线路的故障诊断与检修。
2课外项目选取
2.1电动机典型电气控制系统设计与实现
(1)物流传输线自动控制系统的设计;(2)一汽轻型喷涂车间搅动泵电气控制系统的设计。常用机床电气控制线路的故障诊断与检修:(1)‘巨达机械厂M7120平面磨床电气控制线路的故障诊断与检修;(2)恒达机械厂23040摇臂钻床电气控制线路的故障诊断与检修;(3)‘巨达机械厂电动葫芦电气控制线路的故障诊断与检修。
2.2知识处理项目(1一4)技能点
电路的设计;电路的布局;电路的装接;电路的调试。知识点:器件的识别;器件的检查;器件的选取;自锁电路;联锁电路;互锁电路;时间控制;降压起动;顺序控制。项目(5一7)技能点:机床操作;机床电气故障维修;起重机操作;起重机电气故障维修。知识点:机床电路识读;机床控制电路分析;机床电路故障分析;起重机电路识读;起重机控制电路分析;起重机电路故障分析。
3实施过程(例:龙山机械厂工业风机电气控制线路的设计)
3.1教师(甲方)活动提出工作任务。
3.2学生(乙方)活动
(1)按计划方案设计冷却系统电气控制原理图;(2)根据被控系统的电路参数选择低压电器元件型号及导线规格;(3)列出冷却系统电气控制线路元器件清单;(4)根据现场安装条件及控制要求设计控制柜柜体;(5)根据已设计的柜体尺寸来设计电气元件布置图;(6)根据电器元件布置图设计电气安装接线图。
3.3教师(甲方)活动
教师巡回指导并提问。54甲方提高制冷速度，需要提高电动机转速，给出新的生产任务书。55乙方根据任务书中电动机参数的改变重新选取电器元件的型号及导线规格。
4考核方案
对学生在项目实施过程中的表现进行跟踪记录，注重能力考核;教学考核方法和企业作效能考核方法相结合;教师考核与学生评价相结合;技能考核和综合素质考核相结合。
5结语
