“機械電子工程”課程在研究生培養(yǎng)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(yè)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(xù)深造的能力和就業(yè)能力，全面提高研究生培養(yǎng)質(zhì)量。

關鍵詞：機械工程；機電一體化；研究生培養(yǎng)；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(yǎng)的目的和意義

機械工程學科是研究生招生與培養(yǎng)的主要方向之一，現(xiàn)代的機械工程已不是簡單的機械結(jié)構(gòu)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(xiàn)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(fā)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(yǎng)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(shù)出自機械工程及自動化本科專業(yè)，一般具有較扎實的機械專業(yè)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(zhì)量、碩士人才培養(yǎng)的質(zhì)量?！皺C械電子工程”課程是機械工程學科的碩士研究生培養(yǎng)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(yǎng)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(yǎng)中發(fā)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(yǎng)質(zhì)量。

二、全面調(diào)整“機械電子工程”的教學內(nèi)容，培養(yǎng)“機電一體化”的思維與能力

以典型的機電一體化設備—工業(yè)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(nèi)容，將力覺、視覺、觸覺、位置等傳感技術作為主要內(nèi)容，介紹其測量的原理及應用。在控制方面，增加機電系統(tǒng)的常用控制器，PLC、PMAC等的原理及應用，增加機電系統(tǒng)的集成技術，重點講解機電系統(tǒng)的信號傳輸與單元級聯(lián)中的一些重要問題。增加機電系統(tǒng)設計的新技術，介紹機電系統(tǒng)的仿真技術、機電系統(tǒng)的網(wǎng)絡化技術、逆向工程技術及虛擬現(xiàn)實技術等。

1.全面規(guī)劃“機械電子工程“的教學內(nèi)容。發(fā)揮教學科研的優(yōu)勢，重在機電一體化思路的培養(yǎng)，重在系統(tǒng)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(tǒng)仿真技術等有機地結(jié)合起來，突破單一知識點的束縛，突出系統(tǒng)的綜合設計與集成，培養(yǎng)學生在進行系統(tǒng)設計之初就具備機電一體化的設計思想，培養(yǎng)學生的綜合應用能力。機電一體化設計突出體現(xiàn)在兩個方面：一方面，當產(chǎn)品的某一功能單靠某一種技術無法實現(xiàn)時，必須進行機械與電子及其他多種技術有機結(jié)合的一體化設計；另一方面，當產(chǎn)品某一功能的實現(xiàn)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(yōu)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(tǒng)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(tǒng)目標出發(fā)，將總體分解成相互關聯(lián)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(yōu)選出適宜的技術方案。系統(tǒng)總體設計的目的是在機電一體化系統(tǒng)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(xié)調(diào)各組件的相互關系和所用技術的一致性來使系統(tǒng)或產(chǎn)品實現(xiàn)經(jīng)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(wǎng)絡化技術、逆向工程技術、虛擬現(xiàn)實技術等也納入教學內(nèi)容，對學生的工程實踐能力和科研創(chuàng)新能力的提高都將發(fā)揮重要作用。

2.建設豐富的數(shù)字化教學資源。建設“機械電子工程”課程網(wǎng)站，課堂教學與網(wǎng)絡化、開放式教學相結(jié)合，將多種數(shù)字化教學資源綜合運用。開發(fā)完成優(yōu)秀的多媒體課件，實現(xiàn)豐富的教學內(nèi)容與多種教學手段的有效結(jié)合。

3.采用模塊化規(guī)劃教學內(nèi)容，采用深入淺出的教學方式。將教學內(nèi)容分為基本要求、中等要求和較高要求，引導學生根據(jù)自身條件及科研需要有針對性地選擇要學習的內(nèi)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(yǎng)，而自學能力、動手能力卻是進行科研課題研究和創(chuàng)新能力培養(yǎng)的前提。本文結(jié)合學院辦學條件，與企業(yè)緊密合作，以工業(yè)機器人、自動化生產(chǎn)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(gòu)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(yè)參觀，與生產(chǎn)實踐、企業(yè)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(nèi)容，并實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)教學資源共享，與時俱進地豐富研究生課程內(nèi)涵，培養(yǎng)機電一體化思想，追蹤機電一體化新技術，激發(fā)研究生的學習動力，培養(yǎng)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(tǒng)深入的專業(yè)知識，以及將測、控、傳等各專業(yè)知識進行綜合運用的系統(tǒng)集成能力、工程應用能力、科研創(chuàng)新能力，全面提高研究生教育教學質(zhì)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(xù)深造的能力和就業(yè)能力，全面提高研究生培養(yǎng)質(zhì)量。

參考文獻：

[1]王孫安.機械電子工程原理[M].北京：機械工業(yè)出版社，2010.

[2]徐航，徐九南，熊威.機電一體化技術基礎[M].北京：北京理工大學出版社，2010.

[3]隋修武.測控技術與儀器創(chuàng)新設計實用教程[M].北京：國防工業(yè)出版社，2012.

[4]隋修武，葛輝，喬通，等.基于廣義預測控制算法的微裝配精密平臺設計[J].教育教學論壇，2013，2（6）：133-134.

[5]袁中凡，李彬彬，陳爽，等.機電一體化技術[M].第2版.北京：電子工業(yè)出版社，2010.

[6]范寧軍，李杰，王正杰，等.光機電一體化系統(tǒng)設計[M].北京：機械工業(yè)出版社，2010.