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    “胡格教學(xué)模式”背景下的機(jī)電實(shí)訓(xùn)裝置研發(fā)與應(yīng)用

    2022-03-22 04:58:54江玉才徐巧玲
    關(guān)鍵詞:分揀機(jī)專業(yè)課程電氣

    江玉才,徐巧玲

    (六安職業(yè)技術(shù)學(xué)院,安徽 六安 237158)

    1 引言

    為進(jìn)一步探索機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)教學(xué)改革,學(xué)校組建了機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)“胡格教學(xué)模式”實(shí)驗(yàn)班(以下簡稱實(shí)驗(yàn)班),采用基于德國職業(yè)教育專家托馬斯·胡格提出“能力模型+課程大綱+方法大綱”三位一體的課程和教學(xué)模式,即胡格教學(xué)模式[1]。“胡格教學(xué)模式”的要素特點(diǎn)是:理論依據(jù)的精髓在于行動導(dǎo)向;操作程序是打造鮮活的教學(xué)組織形式和教學(xué)方法;實(shí)現(xiàn)條件則需要師生互動、團(tuán)隊(duì)的建設(shè)與合作以及硬件的保障等;教學(xué)評價是通過課程考核與職業(yè)行動能力測評進(jìn)行[2]。因此,從學(xué)生的學(xué)習(xí)成果導(dǎo)向出發(fā),需要做好硬件保障工作。

    為了創(chuàng)設(shè)集教學(xué)做一體,且滿足專業(yè)技術(shù)綜合應(yīng)用能力培養(yǎng)的實(shí)訓(xùn)教學(xué)環(huán)境,同時實(shí)現(xiàn)體驗(yàn)式學(xué)習(xí)和陪伴式教學(xué)的運(yùn)行目標(biāo)[3]。在對機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)課程教學(xué)內(nèi)容梳理、解析后,明確教學(xué)目標(biāo),通過逆向開發(fā)設(shè)計機(jī)電實(shí)訓(xùn)裝置(以下簡稱裝置),即分揀機(jī)系統(tǒng),作為正向組織開展胡格模式教學(xué)的實(shí)踐載體。

    2 裝置總體設(shè)計思路

    分揀機(jī)系統(tǒng)是工業(yè)生產(chǎn)中常見的機(jī)電一體化設(shè)備,控制方法與組成形式多樣,從專業(yè)教學(xué)內(nèi)容實(shí)際出發(fā),解構(gòu)并重新設(shè)計產(chǎn)品。產(chǎn)品的組成及使用,要有機(jī)融入機(jī)械制圖與CAD、傳感器與自動檢測技術(shù)、數(shù)控機(jī)床編程與操作、可編程序控制器技術(shù)、液壓與氣動技術(shù)、組態(tài)軟件技術(shù)、變頻與調(diào)速技術(shù)、電機(jī)及電氣控制等專業(yè)課程內(nèi)容。學(xué)生以小組為單位(兩人一組),輔以教師的陪伴式教學(xué),可以通過對分揀機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計、加工(分揀零件的加工)、組裝、編程、調(diào)試等一系列教學(xué)過程,完成最終學(xué)習(xí)成果——分揀機(jī)系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用。

    為體現(xiàn)工廠實(shí)際操作的要求,拉近與機(jī)電類相關(guān)崗位的距離,本分揀機(jī)系統(tǒng)控制側(cè)設(shè)備放置在電氣柜中,裝置側(cè)在工作臺上,兩者通過電氣端子排(航空插頭)連接。電氣柜按照工廠常用電氣柜進(jìn)行設(shè)計,學(xué)生可根據(jù)控制要求,自主選擇低壓電器,完成電氣接線。工作臺上的各部件按照控制任務(wù)的要求不同,可進(jìn)行自由布置、靈活拆裝。

    3 裝置設(shè)備的構(gòu)成及各部分功能

    分揀機(jī)系統(tǒng)以三菱FX3U-48MTPLC作為控制核心,接入FX3U-3A-ADP模擬量輸入輸出適配器。整個系統(tǒng)主要分為工作臺上的裝置側(cè)與電氣柜中的電氣控制側(cè)。其中裝置側(cè)的主要結(jié)構(gòu)有:鋁合金型材工作臺、搬運(yùn)機(jī)構(gòu)裝置、分揀機(jī)構(gòu)裝置、供料機(jī)構(gòu)裝置、人機(jī)界面等。具體細(xì)節(jié)組成與實(shí)物結(jié)構(gòu)如圖1和圖2所示。

    圖1 自動分揀系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)示意圖

    圖2 自動分揀系統(tǒng)實(shí)物圖

    電氣柜規(guī)格尺寸(長×寬×高)約為800 mm×600 mm×1600 mm。內(nèi)部裝有鍍鋅板制作的網(wǎng)孔板,網(wǎng)孔板間距采用科學(xué)合理的布局和尺寸,分揀系統(tǒng)相關(guān)的電氣設(shè)備如:PLC、變頻器、伺服驅(qū)動器、接觸器、開關(guān)電源、低壓斷路器等布置在網(wǎng)孔板上。為方便所有電氣元件的拆裝,電氣控制柜配有接線端子排和多芯航空插座,可以實(shí)現(xiàn)電氣控制柜和工作臺裝置間的快速電氣連接。

    4 裝置運(yùn)行的基本流程

    系統(tǒng)啟動運(yùn)行后,分揀機(jī)系統(tǒng)通過分揀機(jī)構(gòu)頂料氣缸、退料氣缸的動作配合,推出工件到傳感帶滾筒上,待工件被光電傳感器檢測到位后,電機(jī)運(yùn)行,驅(qū)動傳感帶把工件帶往檢測區(qū)。經(jīng)檢測區(qū)的光纖傳感器、霍爾傳感器、電容傳感器等多種傳感器檢測判斷,按照工藝要求,工件運(yùn)行至指定滑槽位置,推料氣缸把不同類型的工件推向相應(yīng)的滑槽。然后機(jī)械手在伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)和直線氣缸作用下,分別可實(shí)現(xiàn)x、y、z三個方向的運(yùn)動定位,把滑槽中的不同零件送到不同料倉中。其整機(jī)工作參考框圖如圖3所示。

    圖3 系統(tǒng)整體運(yùn)行流程框圖

    5 裝置的特點(diǎn)及應(yīng)用情況介紹

    裝置經(jīng)過多輪教學(xué)使用,取得了良好的使用效果。強(qiáng)化了學(xué)生對課程理論知識的理解,提升了學(xué)生的實(shí)踐技能水平,通過靈活組合變動、培養(yǎng)了學(xué)生專業(yè)知識的綜合運(yùn)用能力。該裝置在的特點(diǎn)及應(yīng)用情況總結(jié)如下:

    5.1 裝置應(yīng)用和專業(yè)課程內(nèi)容緊密聯(lián)系

    裝置的設(shè)計開發(fā),從機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)的專業(yè)課程出發(fā),融機(jī)、電、氣為一體,突出對專業(yè)課程知識的綜合運(yùn)用。裝置應(yīng)用時所包含的工作任務(wù)與課程(知識)對應(yīng)關(guān)系如表1所示。

    表1 工作任務(wù)與課程(知識)對應(yīng)情況表

    通過每個工作任務(wù)的逐步推進(jìn)實(shí)施,分揀機(jī)系統(tǒng)也逐步搭建完成。此外,為了滿足學(xué)生個性化、多樣化的學(xué)習(xí)需求[4]。在整體的結(jié)構(gòu)設(shè)計上,預(yù)留多處相應(yīng)的位置(部件),豐富控制要求,如:在分揀區(qū)搭建多級門型架預(yù)留孔位安裝不同類型傳感器、機(jī)械手夾具可換接氣動手指和氣動吸盤、供料機(jī)構(gòu)預(yù)裝多個滿足不同尺寸工件推料動作的筆形氣缸等。此外,在工作任務(wù)設(shè)置上還增加了拓展部分,引入了工業(yè)機(jī)器人、智能視覺識別等新技術(shù)、新工藝,推進(jìn)專業(yè)教學(xué)緊貼技術(shù)進(jìn)步。

    5.2 裝置的應(yīng)用增強(qiáng)學(xué)生對專業(yè)知識的綜合運(yùn)用能力

    傳統(tǒng)的單一課程配套的實(shí)訓(xùn)室裝置,往往只圍繞該門課程的知識點(diǎn)展開相應(yīng)的技能訓(xùn)練,存在“單打獨(dú)斗”“只知其一”的狀況[5]。該裝置基于成果導(dǎo)向,采用工作任務(wù)驅(qū)動,讓學(xué)生通過一個個任務(wù)的解決,和前后課程內(nèi)容的銜接、融匯,最終完成整個分揀系統(tǒng)。在此過程中,每個人都是參與者,更是專業(yè)課程知識的綜合運(yùn)用者,全面提升學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)造能力、實(shí)踐能力、解決復(fù)雜問題等綜合能力[6]。

    5.3 裝置的應(yīng)用推動構(gòu)建良好課程生態(tài)

    裝置的應(yīng)用過程中,按照從簡單到復(fù)雜,層層推進(jìn)完成分揀機(jī)系統(tǒng)的各部分。學(xué)生針對明確的學(xué)習(xí)任務(wù)目標(biāo),采用小組合作(兩人一組),自主分析,自主解決問題的方式極大地提高學(xué)習(xí)的積極性和主動性。同時,采取陪伴式教學(xué),讓教師與學(xué)生應(yīng)成為課堂上合作的探索者、平等的對話者,學(xué)生與學(xué)生成為協(xié)同的學(xué)習(xí)者[7]。大家圍繞同一目標(biāo),各司其職,相互協(xié)作,通過每一個學(xué)習(xí)成果的達(dá)成(即工作任務(wù)的完成),最終匯集組合成整個分揀機(jī)系統(tǒng)。

    6 結(jié)語

    通過裝置在教學(xué)中的實(shí)際應(yīng)用,課堂氣氛變得更加活躍,學(xué)生對相關(guān)專業(yè)知識點(diǎn)的理解、掌握更加透徹,實(shí)踐技能操作更加嫻熟,取得了良好的教學(xué)成效。實(shí)驗(yàn)班學(xué)生平均成績較普通班高24%,在學(xué)校組織的校級“自動線安裝與調(diào)試”技能競賽中,前5名中均是實(shí)驗(yàn)班學(xué)生。盡管在軟硬件方面,裝置已經(jīng)做出了很多的優(yōu)化和改進(jìn),盡可能真實(shí)反映工廠的崗位實(shí)際。但與企業(yè)生產(chǎn)還是有較大的差距,下一步在教學(xué)中應(yīng)用好裝置的同時,還須嘗試引入企業(yè)簡單的研發(fā)或技改項(xiàng)目,讓學(xué)生利用裝置,在掌握一定專業(yè)知識的前提下,以小組為單位,完成相應(yīng)項(xiàng)目或項(xiàng)目中的部分內(nèi)容,錘煉學(xué)生的實(shí)際知識應(yīng)用能力,繼續(xù)提高教育教學(xué)質(zhì)量。

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