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時(shí)間:2023-03-30 11:37:53
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2有限元分析
門(mén)蓋閉合過(guò)程中,門(mén)蓋與汽車殼體之間存在接觸非線性.同時(shí),工作過(guò)程中汽車殼體的剛度不是恒定的,它隨著變形的大小而變化,即存在幾何非線性.因此本文作SOL601,106高級(jí)非線性靜力學(xué)分析.非線性分析和線性分析相比,非線性分析的計(jì)算時(shí)間和計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)量要大得多,而且在數(shù)值計(jì)算方法和求解參數(shù)的設(shè)定上有較大區(qū)別[2].邊界條件包括載荷、約束和仿真對(duì)象[3].在門(mén)蓋的左右軸套上分別施加軸承力,力的大小為800KN,方向?yàn)檠刂透椎妮S向,指向門(mén)蓋.在汽車殼體的底部作固定約束、門(mén)蓋的旋轉(zhuǎn)軸處作銷釘約束.同時(shí),忽略門(mén)蓋組件各結(jié)合面之間的接觸變形,近似將各接觸部分看作剛性接觸,在FEM下為門(mén)蓋的各邊、面之間添加1D連接[4-5].門(mén)蓋與汽車殼體之間的接觸是非線性的,在仿真模型下,定義高級(jí)非線性接觸,汽車殼體作為“源區(qū)域”,門(mén)蓋底板作為“目標(biāo)區(qū)域”,“接觸參數(shù)”保持默認(rèn).有限元計(jì)算模型如圖3所示,分析結(jié)果如圖4所示(只顯示門(mén)蓋).根據(jù)圖形可知門(mén)蓋最大等效應(yīng)力為170.76MPa.應(yīng)力主要集中在門(mén)蓋的左右軸套上,即油缸與門(mén)蓋連接處.門(mén)蓋的材料為Q235號(hào)鋼,屈服強(qiáng)度為235MPa,可見(jiàn)在該工況下門(mén)蓋滿足強(qiáng)度要求.
3優(yōu)化設(shè)計(jì)
有限元分析的最終目的是進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),現(xiàn)在需要對(duì)門(mén)蓋結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化,優(yōu)化的目標(biāo)是模型的重量最小[6-7].約束條件是在不改變門(mén)蓋模型網(wǎng)格劃分、邊界約束和載荷大小,并能滿足強(qiáng)度要求的前提下,控制最大等效應(yīng)力值不超過(guò)材料屈服強(qiáng)度的70%(約165MPa).
3.1筋板的布置
根據(jù)分析結(jié)果可知,應(yīng)力主要分布在左右軸套處,大部分的筋板受力極小,因此,可通過(guò)布置筋板的分布進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì).為便于加工和裝配,門(mén)蓋筋板布置采用均勻分布的方式.設(shè)計(jì)變量為筋板的數(shù)量,原結(jié)構(gòu)中單行設(shè)置的筋板數(shù)量為10,考慮減重的目標(biāo)及結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,取筋板數(shù)量為3-7.圖5為筋板數(shù)量與門(mén)蓋最大應(yīng)力和位移關(guān)系,圖6為不同筋板數(shù)量對(duì)應(yīng)底板的應(yīng)力分布圖.結(jié)果表明筋板數(shù)量對(duì)門(mén)蓋的最大應(yīng)力(軸套處)影響較小,對(duì)門(mén)蓋底板的應(yīng)力分布位置影響較大.底板最大應(yīng)力發(fā)生在門(mén)蓋油缸軸線方向上的臨近筋板與主橫筋板接觸處,最大應(yīng)力為N=4時(shí)σmax=61.52MPa.綜合考慮最大應(yīng)力、最大位移和底板的應(yīng)力分布,以及實(shí)現(xiàn)減重的目的,確定新結(jié)構(gòu)的筋板數(shù)量為4.
3.2筋板厚度的優(yōu)化
3.2.1靈敏度分析
靈敏度分析是為優(yōu)化設(shè)計(jì)做鋪墊.通過(guò)靈敏度分析可以確定模型各參數(shù)對(duì)輸出結(jié)果影響的大小.在模型校正過(guò)程中重點(diǎn)考慮對(duì)輸出結(jié)果影響較大的參數(shù),排除那些對(duì)輸出結(jié)果影響很小的參數(shù),這將在很大程度上減小模型校正的工作量,提高優(yōu)化設(shè)計(jì)的效率[8-9].NX高級(jí)仿真中幾何優(yōu)化模塊下提供了全局靈敏度解算方案.設(shè)計(jì)目標(biāo)為門(mén)蓋的重量最小,約束條件為門(mén)蓋的最大應(yīng)力,設(shè)計(jì)變量為筋板厚度.為便于加工與安裝,門(mén)蓋結(jié)構(gòu)中相同結(jié)構(gòu)的尺寸應(yīng)保持一致.筋板厚度參數(shù)主要包括底板厚度T1、主橫筋板厚度T2、橫筋板厚度T3、豎筋板厚度T4、軸套厚度T5、前板厚度T6、門(mén)蓋耳套幫板厚度T7和其他筋板厚度T8.對(duì)上述筋板厚度進(jìn)行全局靈敏度分析,獲得各參數(shù)對(duì)設(shè)計(jì)目標(biāo)影響的全局靈敏度曲線,最后將所有靈敏度曲線調(diào)整到一幅圖表中進(jìn)行比較,根據(jù)各參數(shù)的全局靈敏度曲線的斜率大小判斷設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)設(shè)計(jì)目標(biāo)的靈敏程度,最終確定T1、T2、T3、T4.根據(jù)各參數(shù)對(duì)約束條件的影響曲線,確定T5.全局靈敏度曲線如圖7所示.由圖7(a)可知底板、主橫筋板、橫筋板及豎筋板的厚度對(duì)門(mén)蓋的重量影響較大,其中底板的影響最大.由圖7(b)可知軸套的厚度對(duì)約束條件的影響最大.為提高門(mén)蓋強(qiáng)度以及減輕門(mén)蓋的重量,主要對(duì)底板、主橫筋板、橫筋板、豎筋板厚度進(jìn)行減小,同時(shí)適當(dāng)增加軸套的厚度.
3.2.2尺寸優(yōu)化
尺寸優(yōu)化是建立在數(shù)學(xué)規(guī)劃論的基礎(chǔ)上,在滿足給定條件下達(dá)到最佳經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)[10].NX高級(jí)仿真結(jié)構(gòu)優(yōu)化的解算器采用的是美國(guó)Altair公司的AltairHyperOpt,它擁有高效、強(qiáng)大的設(shè)計(jì)優(yōu)化能力.結(jié)合以上分析結(jié)果,進(jìn)行筋板數(shù)量等于4時(shí)筋板厚度的優(yōu)化分析.在“幾何優(yōu)化”對(duì)話框中作如下設(shè)置:①定義目標(biāo):重量定為最??;②定義約束:門(mén)蓋上的最大等效應(yīng)力為165MPa;③定義設(shè)計(jì)變量見(jiàn)表1;④控制參數(shù):選擇最大迭代次數(shù)為20.經(jīng)解算,找到最佳方案:底板厚度由原來(lái)的52mm修改為45mm,主橫筋板厚度由原來(lái)的50mm修改為45mm,橫筋板厚度由原來(lái)的25mm修改為20mm,豎筋板厚度由原來(lái)的20mm修改為16mm,軸套厚度由原來(lái)的34.5mm修改為35.2mm,為了便于生產(chǎn),將軸套的厚度圓整為35.5mm.優(yōu)化后與優(yōu)化前的分析結(jié)果對(duì)比見(jiàn)表2.從計(jì)算結(jié)果可看出,優(yōu)化后的門(mén)蓋強(qiáng)度得到明顯提高.另外,重量由原來(lái)的10496kg降低為8786kg,減重17.2%,取得了優(yōu)化設(shè)計(jì)的預(yù)期效果.
為了推進(jìn)本課程理實(shí)一體化教學(xué),我們采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)、項(xiàng)目導(dǎo)向式的教學(xué)。圍繞工作項(xiàng)目來(lái)組織教學(xué),打亂原有的章節(jié)順序,邊學(xué)邊做,邊做邊學(xué),將所學(xué)理論與實(shí)踐完全融合起來(lái)。讓學(xué)生在操作過(guò)程中掌握理論知識(shí),并學(xué)會(huì)如何運(yùn)用專業(yè)知識(shí)去分析問(wèn)題和解決問(wèn)題?!皼_壓工藝與模具設(shè)計(jì)”教學(xué)內(nèi)容主要涉及沖裁模具、彎曲模具、拉深模具設(shè)計(jì)等內(nèi)容。分析企業(yè)的工作情境與工作流程,構(gòu)建6個(gè)典型項(xiàng)目,每個(gè)項(xiàng)目包括若干模塊。
2.實(shí)施理實(shí)一體化教學(xué)
在教學(xué)項(xiàng)目的基礎(chǔ)上,進(jìn)行課程理實(shí)一體化教學(xué)的實(shí)施。本文以項(xiàng)目二沖裁模的設(shè)計(jì)教學(xué)過(guò)程實(shí)施為典型案例,介紹理實(shí)一體化教學(xué)模式實(shí)施過(guò)程。
3.創(chuàng)新理實(shí)一體化教學(xué)考核評(píng)價(jià)方法
實(shí)施理實(shí)一體化教學(xué),必須創(chuàng)新考核評(píng)價(jià)方法。本課程的考核內(nèi)容主要是對(duì)學(xué)生的專業(yè)知識(shí)、應(yīng)用能力、動(dòng)手能力、團(tuán)結(jié)協(xié)作能力、職業(yè)素養(yǎng)等進(jìn)行考核。首先,將教學(xué)項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中各模塊的理論知識(shí)學(xué)習(xí)效果納入考核成績(jī),如教師布置的工藝分析、工藝計(jì)算、模具零部件設(shè)計(jì)計(jì)算等完成質(zhì)量;其次,將項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程各模塊的實(shí)踐操作納入考核成績(jī),如模具拆裝,模具零部件加工,模具裝配,調(diào)試等完成情況;第三,將模具零件加工工藝編制,圖紙完成質(zhì)量和答辯成績(jī)納入考核成績(jī);第四,將學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度和工作狀況,學(xué)習(xí)紀(jì)律、與同學(xué)之間的交流合作等方面納入考核成績(jī)??己诉^(guò)程中采取多元化的評(píng)價(jià)主體和評(píng)價(jià)方法,將學(xué)生自評(píng)、學(xué)生互評(píng)、教師評(píng)價(jià)按比例計(jì)入成績(jī),這樣既調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性,也保證了成績(jī)的客觀公正。
二、課程理實(shí)一體化教學(xué)模式實(shí)踐的幾點(diǎn)體會(huì)
1.需要高素質(zhì)的教師團(tuán)隊(duì)
要完成理實(shí)一體化教學(xué),必須要有一支精通模具專業(yè)理論知識(shí),而且具有豐富模具制造經(jīng)驗(yàn)的“雙師型”教師團(tuán)隊(duì)作為保障。首先,要求教師深入模具生產(chǎn)一線鍛煉,積累模具制造經(jīng)驗(yàn),了解行業(yè)先進(jìn)技術(shù)及信息;其次,要求教師具有跨學(xué)科綜合教學(xué)能力。模具設(shè)計(jì)教學(xué)項(xiàng)目的完成涉及多學(xué)科教學(xué)內(nèi)容,是以學(xué)生對(duì)“機(jī)械制圖”“公差測(cè)量”“模具材料”“模具制造”等課程的掌握為基礎(chǔ)的,這要求教師不僅熟悉本學(xué)科和本專業(yè)知識(shí),還要了解相鄰學(xué)科或?qū)I(yè)領(lǐng)域的發(fā)展?fàn)顩r。本課程在理實(shí)一體教學(xué)實(shí)施過(guò)程中,采取一名專業(yè)教師與兩名實(shí)訓(xùn)教師的組合授課方式。專業(yè)教師負(fù)責(zé)教學(xué)項(xiàng)目中理論知識(shí)的講授,并指導(dǎo)學(xué)生完成模具設(shè)計(jì)和圖紙繪制;實(shí)訓(xùn)教師指導(dǎo)學(xué)生完成模具零件加工,裝配與調(diào)試。整個(gè)教學(xué)過(guò)程使專業(yè)教師與實(shí)訓(xùn)教師優(yōu)勢(shì)互補(bǔ),發(fā)揮教師團(tuán)隊(duì)的作用。
2.需要突出學(xué)生職業(yè)能力和職業(yè)素養(yǎng)的培養(yǎng)
理實(shí)一體化教學(xué)實(shí)施過(guò)程中,需要加強(qiáng)學(xué)生職業(yè)能力和職業(yè)素養(yǎng)的培養(yǎng),為以后進(jìn)入模具企業(yè)快速適應(yīng)崗位要求打下良好基礎(chǔ)。本課程在理實(shí)一體化教學(xué)實(shí)施過(guò)程中,教師加強(qiáng)了學(xué)生模具零件加工工藝編制能力的訓(xùn)練,根據(jù)教學(xué)項(xiàng)目結(jié)合現(xiàn)有加工設(shè)備條件,指導(dǎo)學(xué)生制定出合理的加工工藝流程。在模具零件生產(chǎn)過(guò)程中,教師嚴(yán)格要求學(xué)生按模具零件圖和加工工藝流程加工模具零件,確保模具零件的加工精度。整個(gè)教學(xué)過(guò)程與企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程緊密結(jié)合,并將教學(xué)目標(biāo)與企業(yè)對(duì)人才的需求相統(tǒng)一。
3.需要科學(xué)的管理方法
理實(shí)一體化教學(xué)實(shí)踐表明,這種教學(xué)模式更能激發(fā)學(xué)生的潛能,使學(xué)生快速融入教、學(xué)、做的過(guò)程中,但課堂管理難度較大。在課程實(shí)踐操作環(huán)節(jié),教師需要投入更大的精力,科學(xué)管理課堂。首先,確保學(xué)生的操作安全問(wèn)題,操作前對(duì)設(shè)備線路進(jìn)行檢查;其次,操作過(guò)程的管理,如果學(xué)生動(dòng)手操作加工模具零件,教師指導(dǎo)不及時(shí),可能出現(xiàn)零件加工不合格而報(bào)廢,不僅浪費(fèi)了耗材,也達(dá)不到教學(xué)目標(biāo)。此外,應(yīng)根據(jù)學(xué)生的實(shí)際能力和個(gè)性發(fā)展,因材施教,合理施加壓力,進(jìn)行適當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)和督促。
終端:匯聚了芯片生產(chǎn)廠商、終端制造商、OS平臺(tái)提供商、應(yīng)用開(kāi)發(fā)商等在內(nèi)的生態(tài)系統(tǒng),當(dāng)前OS平臺(tái)提供商是核心,未來(lái)應(yīng)用開(kāi)發(fā)商(如基于HTML5技術(shù)的瀏覽器開(kāi)發(fā)商)可能成為核心,主要輸出終端能力,是客戶感知移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的入口以及消費(fèi)云服務(wù)的出口。
用戶關(guān)系網(wǎng)絡(luò):匯聚了關(guān)系網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)提供商、應(yīng)用開(kāi)發(fā)商等在內(nèi)的生態(tài)系統(tǒng),主要輸出的是用戶信息、用戶行為信息、用戶與用戶的關(guān)系、用戶與信息的關(guān)系等的能力。用戶關(guān)系網(wǎng)絡(luò)是社會(huì)生態(tài)系統(tǒng)中人際網(wǎng)絡(luò)在虛擬網(wǎng)絡(luò)世界的一種映射,其中又包括基礎(chǔ)關(guān)系網(wǎng)絡(luò),例如人與人之間基于血緣、朋友等關(guān)系建立的關(guān)系網(wǎng)絡(luò),以及人與人之間基于某種興趣愛(ài)好、等建立的關(guān)系網(wǎng)絡(luò)?;谟脩絷P(guān)系網(wǎng)絡(luò),人與人的網(wǎng)絡(luò)行為甚至真實(shí)社會(huì)行為彼此影響和依賴。用戶關(guān)系網(wǎng)絡(luò)包含的用戶關(guān)系越豐富,對(duì)現(xiàn)實(shí)社會(huì)關(guān)系的映射就越真實(shí),對(duì)人的行為影響力就越大。
支付服務(wù):匯聚了包括支付服務(wù)平臺(tái)提供商、支付應(yīng)用開(kāi)發(fā)商、支付終端制造商等在內(nèi)的生態(tài)系統(tǒng),其中支付服務(wù)平臺(tái)提供商是核心,主要輸出移動(dòng)支付能力。支付服務(wù)是貫穿其他4個(gè)層次的輔助生態(tài)系統(tǒng)。除了終端OS平臺(tái)外,其他各層次中的平臺(tái)通常都在云端進(jìn)行管理,例如Facebook既是用戶關(guān)系網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)又是云平臺(tái)。
這4個(gè)層次的子生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成的多樣化能力集復(fù)雜生態(tài)系統(tǒng)形成了從內(nèi)容、應(yīng)用、平臺(tái)到用戶關(guān)系網(wǎng)絡(luò)的完整的生態(tài)循環(huán):更多的內(nèi)容、應(yīng)用、平臺(tái)吸引更多的用戶(通過(guò)關(guān)系網(wǎng)絡(luò)彼此影響),更多的用戶促進(jìn)更多的終端生產(chǎn),更多的終端帶來(lái)更多的通信網(wǎng)絡(luò)使用,更多的通信網(wǎng)絡(luò)使用激發(fā)更多的內(nèi)容、應(yīng)用、平臺(tái)開(kāi)發(fā)。這4個(gè)層次的作用并不一定等同,哪個(gè)層次與客戶更貼近,更能掌控客戶的需求和體驗(yàn),哪個(gè)層次的重要性就更高,其中的主導(dǎo)企業(yè)就越可能成為整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的主導(dǎo)者。當(dāng)然,生態(tài)系統(tǒng)的主導(dǎo)者要促進(jìn)這個(gè)生態(tài)循環(huán)的可持續(xù)健康發(fā)展,還離不開(kāi)其他的輔助能力,其中最關(guān)鍵的是移動(dòng)支付能力。移動(dòng)支付能力幫助主導(dǎo)者簡(jiǎn)化客戶支付程序,為客戶提供安全、流暢的支付體驗(yàn),更快地將客戶的支付意愿轉(zhuǎn)化為收入。
例如,在通信網(wǎng)絡(luò)時(shí)代,電信運(yùn)營(yíng)商能夠更好地滿足用戶當(dāng)時(shí)的通信需求,因而成為主導(dǎo)者,盡管當(dāng)時(shí)的生態(tài)系統(tǒng)僅僅覆蓋了網(wǎng)絡(luò)這一層次。而在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展初期,云和終端這兩個(gè)層次的重要性超越了網(wǎng)絡(luò),正是因?yàn)榭蛻舻男枨蟀l(fā)生了變化,從通信需求向內(nèi)容和應(yīng)用需求的更高層次發(fā)展,而云和終端能夠更好地掌控客戶的需求和體驗(yàn),蘋(píng)果公司就是這一時(shí)期主導(dǎo)企業(yè)的典型代表。未來(lái),人與人之間溝通交流的需求日益凸顯,內(nèi)容和應(yīng)用的消費(fèi)將更多地基于用戶關(guān)系網(wǎng)絡(luò)展開(kāi),因此,客戶關(guān)系網(wǎng)絡(luò)由于能夠更好地掌控客戶需求和體驗(yàn),有可能超越現(xiàn)在“云+終端”的重要性,成為最重要的層次。隨著HTML5技術(shù)的發(fā)展,終端的角色可能進(jìn)一步弱化,因此,“云+終端”將可能被“云+用戶關(guān)系網(wǎng)絡(luò)”取代,其中的主導(dǎo)企業(yè)也就可能成為整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的主導(dǎo)者。
未來(lái),隨著競(jìng)爭(zhēng)的進(jìn)一步加劇,各個(gè)層次的關(guān)系將會(huì)越來(lái)越密切,互相的影響和依賴也會(huì)日益加深。任何企業(yè)想要在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)地位,必定要將其生態(tài)系統(tǒng)完整覆蓋5個(gè)層次,并盡力將自身或其合作伙伴的能力滲透到5個(gè)層次成為核心力量,這樣才可能鞏固其在整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)中的主導(dǎo)地位。
4個(gè)典型企業(yè)在多樣化能力集生態(tài)系統(tǒng)各層次參與模式對(duì)比當(dāng)前,多樣化能力集生態(tài)系統(tǒng)還處在發(fā)展初期,遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到穩(wěn)定的狀態(tài)。每個(gè)層次的參與者都在發(fā)展多樣化的能力,盡力將自己的生態(tài)系統(tǒng)覆蓋4個(gè)層次,朝著成為整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)主導(dǎo)者這一目標(biāo)進(jìn)發(fā)。4個(gè)典型企業(yè)在生態(tài)系統(tǒng)各層次參與情況分析見(jiàn)表1。
從表中可以看出,4個(gè)企業(yè)在各個(gè)層次的主導(dǎo)者角色方面都盡力以自己為主導(dǎo),在非主導(dǎo)者角色方面主要依賴第三方合作伙伴。在當(dāng)前“云+終端”模式還占據(jù)重要地位的情況下,終端OS平臺(tái)提供商蘋(píng)果和谷歌成為生態(tài)系統(tǒng)的主導(dǎo)者。但隨著用戶關(guān)系網(wǎng)絡(luò)的重要性日益提升,谷歌在這一層次開(kāi)始大手筆投入,甚至希望通過(guò)收購(gòu)Pinterest拓展自己的關(guān)系網(wǎng)絡(luò)。Facebook除了通過(guò)收購(gòu)Instagram強(qiáng)化自己的關(guān)系網(wǎng)絡(luò)之外,在云基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)和終端層面還比較薄弱。Facebook曾與運(yùn)營(yíng)商合作推廣Facebook手機(jī),但效果不明顯,因此Facebook積極推動(dòng)HTML5技術(shù)發(fā)展,力圖通過(guò)HTML5的跨平臺(tái)特性繞過(guò)終端OS平臺(tái)的控制,以彌補(bǔ)終端能力的不足。
電信運(yùn)營(yíng)商如何建設(shè)多樣化能力集生態(tài)系統(tǒng)電信運(yùn)營(yíng)商要成為生態(tài)系統(tǒng)的主導(dǎo)者,并推動(dòng)整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的良性循環(huán),最后形成規(guī)模發(fā)展的格局,需要在幾個(gè)方面進(jìn)行努力:努力成為重要層次生態(tài)系統(tǒng)的平臺(tái)提供商從上述分析可見(jiàn),云、通信網(wǎng)絡(luò)、終端、用戶關(guān)系網(wǎng)絡(luò)、支付服務(wù)這5個(gè)生態(tài)系統(tǒng)中,主導(dǎo)者實(shí)際上都是平臺(tái)提供商,哪怕是電信運(yùn)營(yíng)商,其通信網(wǎng)絡(luò)背后也是大量的平臺(tái)。因此,要成為整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的主導(dǎo)者,首先要成為各個(gè)層次的主導(dǎo)者,也就是平臺(tái)提供者,尤其是重要層次生態(tài)系統(tǒng)的平臺(tái)提供者,例如用戶關(guān)系網(wǎng)絡(luò)、云、終端OS平臺(tái)提供者。在用戶關(guān)系網(wǎng)絡(luò)和終端OS平臺(tái)方面,電信運(yùn)營(yíng)商普遍不具有優(yōu)勢(shì),因此成為云平臺(tái)的提供者就成了運(yùn)營(yíng)商當(dāng)前可行的首選方式。
2機(jī)電一體化系統(tǒng)異地設(shè)計(jì)多能量域集成仿真技術(shù)解析
結(jié)合早期設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)分析,有關(guān)產(chǎn)品功能需求與工作原理需要得到進(jìn)一步重視,所以在設(shè)計(jì)計(jì)算期間應(yīng)該針對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部組件形態(tài)加以簡(jiǎn)化,包括線性近似、阻尼剛性影響忽略等。目前設(shè)計(jì)精確度不斷提升,有關(guān)CAD、行為、配置模型逐步完善;現(xiàn)實(shí)中系統(tǒng)中組件主要采用實(shí)際模型搭配,其間有必要針對(duì)系統(tǒng)實(shí)際性能指標(biāo)加以預(yù)測(cè)。因?yàn)榉蔷€性、時(shí)變、離散等實(shí)際情況都要考慮在內(nèi),涉及傳遞函數(shù)形式開(kāi)始不再適用,數(shù)值求解便成為唯一出路。需要特別注意的是,透過(guò)產(chǎn)品模型中推導(dǎo)出如果所有組件的行為模型都已知,則根據(jù)系統(tǒng)的配置模型,利用Mapple等工具包可以進(jìn)行符號(hào)求解。但由于整個(gè)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目參與者之間存在競(jìng)爭(zhēng)合作并重關(guān)系,這便導(dǎo)致系統(tǒng)組件行為模型的形式多樣性,包括HDL、XML等可執(zhí)行代碼及其他MDL等。這時(shí)可將系統(tǒng)組件模型進(jìn)行封裝,通過(guò)提供封裝器的標(biāo)準(zhǔn)API接口,可以開(kāi)發(fā)出各種系統(tǒng)組件模型的封裝器。利用封裝器可以實(shí)現(xiàn)基于配置的多能量域集成聚臺(tái)仿真改造。在此基礎(chǔ)上,如果利用CORBA/JAVA/XML/Web技術(shù),則可實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化系統(tǒng)異地設(shè)計(jì)的分聚臺(tái)仿真目標(biāo)。此外,基于XML的多能量域集成產(chǎn)品建模機(jī)電一體化系統(tǒng)異地設(shè)計(jì)的演化過(guò)程對(duì)組件的可演化性提出了很高的要求。就是在設(shè)計(jì)的早期階段,強(qiáng)調(diào)組件的功能需求及性能、結(jié)構(gòu)與形狀方面的約束,此時(shí)主要定義復(fù)合組件的接口、配置模型、附加的約束;而在設(shè)計(jì)的后期階段,強(qiáng)調(diào)組件在系統(tǒng)中的裝配關(guān)系、端口連結(jié)關(guān)系以及組件內(nèi)部各能量域內(nèi)的行為屬性參數(shù)件是否滿足設(shè)計(jì)需求,此時(shí)需要詳細(xì)定義組件的端口模型、配置模型、行為模型、幾何模型、關(guān)聯(lián)模型、約束模型。需要特別注意的是,整個(gè)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目中,任何參與者之間都存在競(jìng)爭(zhēng)、合作關(guān)系,這便令行為組件模型樣式更加豐富多樣,如XML、可執(zhí)行代碼等,此時(shí)技術(shù)人員可考慮進(jìn)行組件模型封裝處理,并透過(guò)封裝器標(biāo)準(zhǔn)化API接口實(shí)現(xiàn)配置多能量域集成聚合仿真操作目標(biāo)。
機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)通過(guò)運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù),由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)調(diào)及控制,從而完成運(yùn)動(dòng)、能量流和機(jī)械力等各項(xiàng)動(dòng)力學(xué)相關(guān)的任務(wù),同時(shí)其各個(gè)機(jī)電部件相互聯(lián)系、相互配合和相互協(xié)調(diào),組成完整的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。基于該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的程序性和任務(wù)性,在機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究上應(yīng)該站在“系統(tǒng)”的相關(guān)角度,以便進(jìn)行有效科學(xué)的安排設(shè)計(jì)。
1機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求
1.1保證較高的精確性
機(jī)電相關(guān)產(chǎn)品的精確程度直接關(guān)系著系統(tǒng)整體的質(zhì)量和效益,機(jī)電一體化機(jī)械的技術(shù)性能、工藝水平及功能都要求選擇優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品,也就是說(shuō),機(jī)電一體化產(chǎn)品的首要標(biāo)準(zhǔn)和要求便是高精確度。
1.2反應(yīng)性能要強(qiáng)
機(jī)電系統(tǒng)具有良好的反應(yīng)性能,即在系統(tǒng)接受某一指令后,能夠較短時(shí)間內(nèi)對(duì)該指令進(jìn)行任務(wù)的執(zhí)行,從而保證系統(tǒng)能夠更加精確地完成任務(wù)。另外根據(jù)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況,做好準(zhǔn)確、及時(shí)獲得相應(yīng)指令的控制,能夠增加任務(wù)完成和執(zhí)行的準(zhǔn)確性。
1.3具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性
在機(jī)電一體化機(jī)械設(shè)計(jì)中,為了保證更好的系統(tǒng)精確度和反應(yīng)性能,往往會(huì)在無(wú)間隙、低摩擦、高剛度和高諧振頻率等方面對(duì)系統(tǒng)提出較高的要求。另一方面,還要求機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)有壽命長(zhǎng)、體積小、重量輕和可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。
2機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)的構(gòu)成
機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)通常是由傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)三部分構(gòu)成。
2.1傳動(dòng)機(jī)構(gòu)
機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)中的傳動(dòng)機(jī)構(gòu),不僅僅是轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)換器,耗時(shí)伺服系統(tǒng)中的重要組成部分,因此,在機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求中,傳動(dòng)機(jī)構(gòu)首先要具有較高的精確度,同時(shí)必須滿足重量輕、噪音低、體積小、運(yùn)轉(zhuǎn)速度高和可靠性高等方面的要求和特點(diǎn),結(jié)合機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)中對(duì)伺服控制的要求和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)研究,以便更好地提升系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)中的伺服性能。
2.2導(dǎo)向機(jī)構(gòu)
導(dǎo)向機(jī)構(gòu)在機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)中主要起到的是導(dǎo)向作用和支撐作用,一般包括導(dǎo)軌和軸承等。導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的正常作用的發(fā)揮可以有效保證機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)中的組成部分和各個(gè)裝置能夠安全、準(zhǔn)確完成指定的任務(wù)運(yùn)動(dòng)。
2.3執(zhí)行機(jī)構(gòu)
執(zhí)行機(jī)構(gòu),是指在機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)中直接完成任務(wù)指令的操作裝置和部分,一般情況下,執(zhí)行機(jī)構(gòu)所具備的高靈敏度和精確度以及高重復(fù)性能和可靠性,可以保證其根據(jù)不同的任務(wù)指令和相關(guān)要求,在動(dòng)力源的推動(dòng)下完成預(yù)先設(shè)定的各種操作任務(wù)。在目前經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的社會(huì),計(jì)算機(jī)的應(yīng)用能通過(guò)其強(qiáng)大有效的功能,使傳統(tǒng)機(jī)電的動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)換成為可變速、動(dòng)力和執(zhí)行的多功能發(fā)動(dòng)機(jī),從而使得執(zhí)行機(jī)構(gòu)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)得到進(jìn)一步的簡(jiǎn)化。
3機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想
3.1動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)思想
在機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中,通過(guò)靜態(tài)設(shè)計(jì)的有效協(xié)助,為了更好的研究整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的頻率特點(diǎn)和性質(zhì),完成各個(gè)系統(tǒng)環(huán)節(jié)數(shù)字模型的建立,推動(dòng)促進(jìn)機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)的傳遞函數(shù),必須充分有效地通過(guò)自控方法進(jìn)行頻率特性的計(jì)算,這便是動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)。機(jī)械系統(tǒng)的頻率特性,在一定程度上不但能夠反映出整個(gè)系統(tǒng)在不同信號(hào)頻率下的相應(yīng)反應(yīng),還決定了系統(tǒng)的工作最大頻率、抗干擾性和穩(wěn)定性。
3.2靜態(tài)設(shè)計(jì)思想
靜態(tài)設(shè)計(jì)是指按照機(jī)電一體化各個(gè)機(jī)械系統(tǒng)的功能要求,通過(guò)相關(guān)的研究和經(jīng)驗(yàn)初步、大體上制定出機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)的步驟及方案。方案中主要涉及整個(gè)系統(tǒng)部件之間的控制、連接以及部件的種類和對(duì)能源的需求等。基本方案設(shè)計(jì)完成后,應(yīng)以技術(shù)手段為基礎(chǔ),設(shè)計(jì)出系統(tǒng)中各部件的運(yùn)動(dòng)關(guān)系、參數(shù)及結(jié)構(gòu),確定部件及相應(yīng)零件的材料、精確度和結(jié)構(gòu)方式,并對(duì)執(zhí)行元件發(fā)電功率、參數(shù)和過(guò)載能力進(jìn)行驗(yàn)算,對(duì)其他相關(guān)的元件和部件進(jìn)行配置系統(tǒng)的選擇等等。
4機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)的性能分析
想要使機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)良好的伺服性能得到保證,不但需要從機(jī)械系統(tǒng)的靜態(tài)特征方面得到更好的滿足,同時(shí)還要充分的運(yùn)用理論研究和自動(dòng)化的控制方法對(duì)整個(gè)系統(tǒng)體系進(jìn)行動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)和分析。另外,機(jī)械系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)應(yīng)該以系統(tǒng)靜態(tài)的數(shù)字模型為基礎(chǔ),根據(jù)自動(dòng)化控制的要求和方法研究分析系統(tǒng)的整個(gè)頻率特性,并通過(guò)調(diào)整相應(yīng)的頻率,改善系統(tǒng)整體的伺服性能。
4.1數(shù)字模型的建立
機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)數(shù)字模型的建立和電氣系統(tǒng)的數(shù)字模型的建立在一定程度上基本相似,即都是通過(guò)折算將比較負(fù)責(zé)的結(jié)構(gòu)裝置簡(jiǎn)單化,轉(zhuǎn)為等效的數(shù)學(xué)函數(shù)關(guān)系,并用數(shù)學(xué)中的線性微分方程表達(dá)式將其表達(dá)出來(lái)。機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)的數(shù)字模型分析通常情況下都是輸入與輸出的聯(lián)系。比如,把比較復(fù)雜的系統(tǒng)機(jī)械參數(shù),彈性模量、阻尼和系統(tǒng)慣量等統(tǒng)一進(jìn)行處理,并對(duì)各個(gè)機(jī)械參數(shù)進(jìn)行數(shù)學(xué)方式的分析,從而得出它們對(duì)整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)的影響。在數(shù)字模型的建立之前,需要先對(duì)機(jī)械系統(tǒng)中的不同物理量進(jìn)行折算,使它們直接轉(zhuǎn)化到某個(gè)元件上,從而把多變、復(fù)雜的多軸傳動(dòng)變?yōu)閱屋S傳動(dòng),在此過(guò)程中,必須嚴(yán)格按照總機(jī)械系統(tǒng)性能不變的原則。這樣,以單軸為基礎(chǔ)的輸入量和輸出量的關(guān)系,就能夠建立相關(guān)的數(shù)學(xué)表達(dá)式,從中反應(yīng)出機(jī)械的相應(yīng)性能,從而應(yīng)用并指導(dǎo)實(shí)際中的設(shè)計(jì)。
4.2性能參數(shù)的影響
機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求必須要工作可靠、精確度高、運(yùn)行平穩(wěn)等,既是靜態(tài)設(shè)計(jì)中的研究問(wèn)題,也是動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)對(duì)伺服機(jī)構(gòu)的要求,這就應(yīng)該通過(guò)對(duì)有關(guān)參數(shù)的調(diào)整,優(yōu)化整體系統(tǒng)的性能。
5結(jié)語(yǔ)
通過(guò)以上論述,從機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)的性質(zhì)、概念等方面進(jìn)行相關(guān)分析,分別從機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求、基本構(gòu)成、設(shè)計(jì)思想和性能分析四個(gè)方面進(jìn)行了研究分析,機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究進(jìn)行了詳細(xì)的論述。
作者:朱翔宇 王玉樂(lè) 單位:聊城大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院 青島科技大學(xué)自動(dòng)化與電子工程學(xué)院
參考文獻(xiàn):
[1]農(nóng)明武.技校生參加"機(jī)電一體化"技能競(jìng)賽的指導(dǎo)策略[J].中小企業(yè)管理與科技(下旬刊),2016(01).
通過(guò)對(duì)產(chǎn)品的構(gòu)成進(jìn)行分析,考察其中的功能互換性與結(jié)構(gòu)互換性的關(guān)系,將立體車庫(kù)模塊劃分為鋼結(jié)構(gòu)、橫移機(jī)構(gòu)、載車板等幾大模塊,包括了系統(tǒng)級(jí)模塊、部件級(jí)模塊和零件級(jí)模塊,以模塊為基礎(chǔ)進(jìn)行接口,通過(guò)模塊的組合來(lái)滿足不同車庫(kù)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。同時(shí)對(duì)工藝進(jìn)行優(yōu)化,達(dá)到同類型零部件工藝的統(tǒng)一。
1.1鋼結(jié)構(gòu)的模塊化設(shè)計(jì)
對(duì)升降橫移立體車庫(kù)的鋼結(jié)構(gòu)立柱、前后橫梁、縱梁、斜撐等進(jìn)行通用化設(shè)計(jì),無(wú)論立體車庫(kù)方案如何變化,只要方案中的結(jié)構(gòu)能由現(xiàn)有結(jié)構(gòu)配型得到,就只需對(duì)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)進(jìn)行橫向、縱向、豎向的組合,無(wú)法通過(guò)組合得到的,只需對(duì)不匹配模塊進(jìn)行更改,以項(xiàng)目圖紙形式對(duì)項(xiàng)目模塊進(jìn)行匹配搭建。新式六層升降橫移立體車庫(kù)鋼結(jié)構(gòu)如圖1所示。
1.2鋼絲繩設(shè)備橫移機(jī)構(gòu)與鏈條設(shè)備橫移機(jī)構(gòu)的
模塊化設(shè)計(jì)
將橫移機(jī)構(gòu)分解為橫移傳動(dòng)系統(tǒng)、提升傳動(dòng)系統(tǒng)和橫移框架3個(gè)主模塊,通過(guò)使用相同型材和改變鋼絲繩纏繞方式,實(shí)現(xiàn)了兩種類型橫移框架的模塊化設(shè)計(jì)(前后吊點(diǎn)中心距、防墜鉤中心距、定位針中心距等關(guān)鍵配合尺寸一致),達(dá)到了兩種類型的橫移機(jī)構(gòu)共用一套橫移傳動(dòng)系統(tǒng)的目的,也為鋼絲繩設(shè)備與鏈條式設(shè)備載車板的統(tǒng)一奠定了基礎(chǔ)。1.3載車板的模塊化設(shè)計(jì)載車板對(duì)邊梁結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行了模塊化設(shè)計(jì),提高了邊梁模塊的通用性,并確定了載車板自帶斜坡與載車板無(wú)斜坡兩種載車板結(jié)構(gòu),通過(guò)對(duì)斜坡的優(yōu)化設(shè)計(jì)使兩種載車板結(jié)構(gòu)除斜坡外其他橫向構(gòu)件模塊完全通用,通過(guò)對(duì)橫向構(gòu)件進(jìn)行選型調(diào)整來(lái)實(shí)現(xiàn)載車板與設(shè)備的匹配。
1.4工藝的模塊化設(shè)計(jì)
以傳動(dòng)軸的加工為例:模塊化前的傳動(dòng)軸如圖5所示,模塊化后的傳動(dòng)軸如圖6所示。對(duì)比可以看到,所有傳動(dòng)軸(包括提升、橫移)軸身由原來(lái)的必須經(jīng)過(guò)車床倒角、車內(nèi)孔、齊總長(zhǎng)的工序變?yōu)楝F(xiàn)在的直接鋸床下料;軸頭由原來(lái)的指定尺寸改為根據(jù)無(wú)縫管材料內(nèi)徑的進(jìn)行配車,并將原來(lái)較長(zhǎng)的階梯進(jìn)行分段處理,以方便鏈輪的安裝,焊縫由原來(lái)的角焊縫改為縫焊縫,通過(guò)工裝對(duì)焊縫寬度的調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)傳動(dòng)軸總長(zhǎng)的尺寸控制,這樣極大地簡(jiǎn)化了大軸、長(zhǎng)軸的加工工藝,節(jié)省了工時(shí)。
2模塊化機(jī)械設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)
通過(guò)前述模塊化設(shè)計(jì)在升降橫移立體車庫(kù)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用可以明顯地看出模塊化設(shè)計(jì)具有以下優(yōu)勢(shì)。1)盡管升降橫移立體車庫(kù)形式多樣,具體項(xiàng)目方案千變?nèi)f化,給設(shè)計(jì)帶來(lái)極大不便,但是模塊化設(shè)計(jì)可以通過(guò)模塊的選擇和組合構(gòu)成不同顧客定制的產(chǎn)品,以滿足市場(chǎng)的不同需求,對(duì)于設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)設(shè)計(jì)任務(wù)趨于簡(jiǎn)單化、輕量化,設(shè)計(jì)周期大大縮短,可以給產(chǎn)品的生產(chǎn)加工與安裝留出更多的緩沖時(shí)間。2)模塊化設(shè)計(jì)可以在很大程度上減少圖紙的數(shù)量,同一零件可以在多種產(chǎn)品上使用,從一定程度上節(jié)約了紙張,也方便了圖紙的管理。3)很多通用化的零件可以批量地進(jìn)行儲(chǔ)備式生產(chǎn),這必然帶來(lái)成本的降低和人力、物力投入的減少,并能從一定程度上緩解了多個(gè)項(xiàng)目同時(shí)開(kāi)工生產(chǎn)時(shí)加工工期緊張的問(wèn)題,尤其是當(dāng)安裝過(guò)程中項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)零件丟或失損壞時(shí),可以直接跳過(guò)加工,直接從備品庫(kù)中出庫(kù)發(fā)貨,節(jié)約了時(shí)間,有助于合同的按期兌現(xiàn)。
3結(jié)語(yǔ)
模塊化設(shè)計(jì)理念已被引進(jìn)立體車庫(kù)的機(jī)械設(shè)計(jì)中,特別是在常規(guī)的升降橫移立體車庫(kù)中表現(xiàn)得更為明顯,模塊化給機(jī)械設(shè)計(jì)帶來(lái)效率和效益的大幅提升。
作者:丁翔 單位:江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗(yàn)研究院
帶著這樣的問(wèn)題筆者閱讀學(xué)習(xí)了《新一輪課程改革探索與實(shí)踐》對(duì)其中體會(huì)較深的內(nèi)容做了筆記并結(jié)合自身教育教學(xué)的實(shí)踐體會(huì)如下
首先為達(dá)到這樣的教學(xué)目的教師要努力為學(xué)生創(chuàng)設(shè)必要的情境
在《新一輪課程改革探索與實(shí)踐》中有一個(gè)典型的教學(xué)案例一位美國(guó)歷史教師在教授南北戰(zhàn)爭(zhēng)的歷史背景時(shí)成功的創(chuàng)設(shè)了必要的背景他先進(jìn)行一次考試看到成績(jī)后很多學(xué)生垂頭喪氣這時(shí)教師提出可以加分但只能給白人學(xué)生加分而且十美元加一分這樣激起班里大部分學(xué)生的不滿學(xué)生們向教師投擲書(shū)本食物教師拿出事先準(zhǔn)備好的盾牌掩護(hù)自己并用水槍掃射學(xué)生事后教師才向?qū)W生點(diǎn)明剛才那混亂的一幕正是南北戰(zhàn)爭(zhēng)前林肯所面臨的歷史背景
無(wú)疑這次教學(xué)的情景設(shè)計(jì)是成功的類推到目前的初中思想政治課教學(xué)無(wú)論是討論經(jīng)濟(jì)現(xiàn)象還是學(xué)習(xí)法律常識(shí)只有創(chuàng)設(shè)好情境使學(xué)生能盡快進(jìn)入角色才能更多更充分的激發(fā)學(xué)生的積極性和創(chuàng)造性使下面問(wèn)題的打開(kāi)水到渠成尤其是在許多教師報(bào)怨死氣沉沉的班級(jí)這一點(diǎn)尤其重要
下面試舉一例進(jìn)行分析說(shuō)明在上海市八年級(jí)思想政治課本《依法保護(hù)自己合法經(jīng)濟(jì)權(quán)益》一課的教學(xué)設(shè)計(jì)中筆者導(dǎo)入新課用的就是一段錄像錄像中具有代表性地反映了學(xué)生們所熟悉的社會(huì)上打的付假鈔或賴車費(fèi)等現(xiàn)象其目的就是要在引起同學(xué)們對(duì)本課興趣的基礎(chǔ)上使同學(xué)們能擺脫目前課堂環(huán)境的束縛更快更全身心地投入經(jīng)濟(jì)權(quán)益的特定概念范圍
而緊跟其后的問(wèn)題設(shè)計(jì)中筆者也是作了精心的安排沒(méi)有習(xí)慣地按照保護(hù)消費(fèi)者的經(jīng)濟(jì)利益這一慣常思路來(lái)提出問(wèn)題而是相反從經(jīng)營(yíng)者的經(jīng)濟(jì)利益也需要保護(hù)這一較冷僻思路來(lái)引出問(wèn)題令學(xué)生覺(jué)得經(jīng)濟(jì)權(quán)益這個(gè)看似熟悉的概念還有著廣闊的拓展空間其效果是值得肯定的
其次好的問(wèn)題必須給學(xué)生的思維創(chuàng)造留下充分的空間
在《新一輪課程改革探索與實(shí)踐》中關(guān)于這個(gè)方面有一個(gè)典型的教學(xué)案例有一次蘇格拉底的一個(gè)學(xué)生很苦惱的來(lái)問(wèn)蘇格拉底說(shuō)自己怎麼也學(xué)習(xí)不進(jìn)蘇格拉底端給他一盆水讓他把頭浸在水中然后自己用手摁住他的頭不讓他出來(lái)當(dāng)那個(gè)學(xué)生終于掙扎著抬起頭蘇格拉底問(wèn)他剛才他在水中最渴望什麼那位學(xué)生說(shuō)空氣于是蘇格拉底讓他回去自己思考剛才他自己提出的問(wèn)題第二天那個(gè)學(xué)生興高采烈地來(lái)找蘇格拉底他已經(jīng)能夠回答自己的問(wèn)題只要自己象渴望新鮮空氣版權(quán)所有,全國(guó)公務(wù)員共同的天地!一樣渴望學(xué)習(xí)肯定是能夠?qū)W進(jìn)去的
筆者從自己的教學(xué)實(shí)踐中試舉一例以進(jìn)一步探討在對(duì)話式課堂教學(xué)中問(wèn)題設(shè)計(jì)的新思路上海市九年級(jí)政治教材第六課《明確社會(huì)責(zé)任》第二框中社會(huì)責(zé)任意識(shí)與社會(huì)貢獻(xiàn)的關(guān)系既有區(qū)別又有一致性這個(gè)問(wèn)題面臨的困難是教材所上升的理論高度主觀條件客觀條件要與社會(huì)責(zé)任意識(shí)相結(jié)合才能為社會(huì)做貢獻(xiàn)主觀條件客觀條件這些概念屬于哲學(xué)范疇對(duì)于初三的學(xué)生來(lái)說(shuō)學(xué)習(xí)起來(lái)是有難度的如果把相應(yīng)的哲學(xué)概念理論解釋一遍恐怕既占用了太多時(shí)間學(xué)生又不得要領(lǐng)
筆者原本在教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)這個(gè)問(wèn)題還沒(méi)有很詳細(xì)的思路只是設(shè)計(jì)了一個(gè)問(wèn)題你認(rèn)為只要有了社會(huì)責(zé)任意識(shí)就一定能為社會(huì)做貢獻(xiàn)嗎請(qǐng)舉例說(shuō)明可是在上課的時(shí)候?qū)W生的一句話卻令筆者茅塞頓開(kāi)一個(gè)女同學(xué)舉例上海市勞動(dòng)模范徐虎是一名優(yōu)秀的水暖工是具有很強(qiáng)社會(huì)責(zé)任感的可是他也不見(jiàn)得每一次都修得好
受到啟發(fā)的筆者馬上把問(wèn)題展開(kāi)話說(shuō)有一次徐虎接到報(bào)修一戶居民水管爆裂請(qǐng)他去修可這次徐虎卻沒(méi)有修好這根水管請(qǐng)你設(shè)想一下有哪些可能的原因同學(xué)們覺(jué)得很有趣不假思索就回答出了幾個(gè)原因①徐虎真的遇到了技術(shù)難題不能解決②這戶居民家用的水管是進(jìn)口產(chǎn)品國(guó)內(nèi)沒(méi)有生產(chǎn)徐虎手頭沒(méi)有備用零件來(lái)替換所以沒(méi)法修③水暖工各有各的管轄范圍這戶居民恰好不在徐虎的管片上而負(fù)責(zé)這個(gè)范圍的水暖工不高興讓徐虎幫忙④徐虎住在上海的東部報(bào)修的居民住在上海的西部這家人想想太不劃算索性在附近找人修了了事越回答到后來(lái)難度越大因?yàn)槿菀紫氲降亩急徽f(shuō)過(guò)了但同學(xué)們的興趣卻越來(lái)越濃課堂里一片沸騰大家爭(zhēng)先恐后地舉手發(fā)言
通過(guò)學(xué)生和教師的相互啟發(fā)學(xué)生又說(shuō)出了幾種可能的原因⑤這戶居民的水管已經(jīng)徹底地爛透了徐虎覺(jué)得修了是浪費(fèi)干脆建議他們換一根新的⑥徐虎在路上遇到了塞車錯(cuò)過(guò)了與客戶約定的時(shí)間⑦這戶居民的水管是私接的違章用水徐虎不能為他們修……
最后同學(xué)們說(shuō)出了大約十條原因如果不是時(shí)間原因可能還會(huì)有更多的解釋在這個(gè)基礎(chǔ)上筆者對(duì)已經(jīng)分析出來(lái)的原因進(jìn)行區(qū)分這里有的是屬于來(lái)自徐虎自身的原因有的是屬于來(lái)自外部社會(huì)的原因而這里面又可區(qū)分來(lái)自不同方面的原因……也不盡相同
這時(shí)候筆者進(jìn)行了總結(jié)一個(gè)人的社會(huì)責(zé)任意識(shí)同有利的主觀和客觀條件結(jié)合起來(lái)付諸于社會(huì)實(shí)踐才能有效地履行自己的社會(huì)責(zé)任為社會(huì)多作貢獻(xiàn)這是二者區(qū)別的一方面
接著筆者又乘勝追擊問(wèn)徐虎作為我們上海乃至全國(guó)的著名勞動(dòng)模范在困難面前會(huì)不會(huì)就此罷手輕易就放棄努力同學(xué)們自然而然地分析徐虎有極強(qiáng)的責(zé)任意識(shí)會(huì)想出各種辦法來(lái)解決所遇到的困難技術(shù)難題他會(huì)想辦法攻克沒(méi)有零件他會(huì)通過(guò)技術(shù)革新來(lái)代替……
這樣教學(xué)中的下一個(gè)問(wèn)題也就迎刃而解了社會(huì)責(zé)任意識(shí)和為社會(huì)作貢獻(xiàn)還有一致性的一面有沒(méi)有社會(huì)責(zé)任意識(shí)大不一樣
這樣本來(lái)高深的理論變成了身邊的日常生活枯躁的灌輸變成了自主愉快的獲取通過(guò)這一次教學(xué)實(shí)踐其實(shí)筆者的收獲和學(xué)生一樣多甚至更多因?yàn)樗蚬P者顯示了教學(xué)改革的無(wú)窮魅力和永無(wú)止境告訴筆者什么叫作教學(xué)相長(zhǎng)教師并不應(yīng)該用俯視的態(tài)度來(lái)對(duì)待學(xué)生而應(yīng)該認(rèn)為學(xué)生比老師想得更多做得更好是正常的蘇格拉底曾說(shuō)過(guò)教師的作用就是通過(guò)他的幫助使學(xué)生把自己頭腦中本已存在的東西表達(dá)出來(lái)他還形象地將其比喻成催生婆想來(lái)意即在此
2課程設(shè)計(jì)的實(shí)施方式
課程設(shè)計(jì)實(shí)施方案:設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)是對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程的總結(jié)和提升,也是進(jìn)行工程交流的重要文獻(xiàn)資料,通過(guò)指導(dǎo)學(xué)生撰寫(xiě)課程設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū),培養(yǎng)學(xué)生撰寫(xiě)工程技術(shù)文檔的能力。對(duì)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)的撰寫(xiě),提出如下要求:1)嚴(yán)禁課程設(shè)計(jì)報(bào)告抄襲,基本工作獨(dú)立完成;2)根據(jù)任務(wù)書(shū)能提出合理的設(shè)計(jì)方案和機(jī)構(gòu)的工作原理;3)設(shè)計(jì)要符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),學(xué)會(huì)使用設(shè)計(jì)手冊(cè)、專業(yè)術(shù)語(yǔ)、專業(yè)名詞規(guī)范;4)設(shè)計(jì)圖圖紙規(guī)范,符合設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)的要求,不照抄手冊(cè)和案例,設(shè)計(jì)參數(shù)與圖紙相一致;5)學(xué)會(huì)使用專業(yè)相關(guān)軟件,對(duì)設(shè)計(jì)的機(jī)械機(jī)構(gòu)和控制部分進(jìn)行分析和仿真,是驗(yàn)證設(shè)計(jì)正確的有效手段之一;6)課程設(shè)計(jì)配備了一些實(shí)際的零部件可供學(xué)生設(shè)計(jì)使用,以及基本的控制電路,學(xué)生要具備一定的實(shí)踐操作能力,掌握器件的選擇與焊接,會(huì)進(jìn)行程序的編寫(xiě),掌握系統(tǒng)故障的檢測(cè)與維修能力。課程設(shè)計(jì)采用分組式進(jìn)行,每個(gè)小組3~5人,視工作量而定。課題難度較大可以分五人,原則上一般三人為一組。每個(gè)小組在規(guī)定的時(shí)間完成基本要求,每個(gè)學(xué)生都要參與該組課程設(shè)計(jì)答辯,通過(guò)問(wèn)題了解學(xué)生在課程設(shè)計(jì)中所做的主要工作,檢查有無(wú)抄襲情況、有無(wú)坐享其成的學(xué)生,結(jié)合設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)的撰寫(xiě)質(zhì)量和實(shí)際所做的產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行綜合評(píng)定。
3實(shí)施效果
通過(guò)在重慶大學(xué)機(jī)械電子工程專業(yè)的實(shí)踐,在機(jī)械電子工程專業(yè)中開(kāi)設(shè)機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì),已基本摸索出培養(yǎng)機(jī)電復(fù)合型技術(shù)人才的規(guī)律。普通型題目實(shí)現(xiàn)機(jī)電融合、知識(shí)整合理論教學(xué)與工程實(shí)踐并重。由于在教學(xué)中缺乏機(jī)電知識(shí)綜合運(yùn)用能力的培養(yǎng)和訓(xùn)練,學(xué)生在學(xué)習(xí)了機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械制造和電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和傳感器技術(shù)等基礎(chǔ)課程后,不能很好地將機(jī)、電的知識(shí)融會(huì)貫通,大多數(shù)學(xué)生也只是了解基本的機(jī)電設(shè)備的基本功能,在系統(tǒng)運(yùn)用中存在問(wèn)題,在機(jī)電一體化系統(tǒng)的綜合設(shè)計(jì)方面存在不少困難。通過(guò)開(kāi)設(shè)機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié),通過(guò)理論設(shè)計(jì)與實(shí)際操作,比如數(shù)控工作臺(tái)進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì),從電機(jī)、聯(lián)軸器、絲杠、導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)到型號(hào)的選擇、控制單片機(jī)的設(shè)計(jì)與仿真,最終實(shí)現(xiàn)數(shù)控工作臺(tái)進(jìn)給系統(tǒng)的裝配與調(diào)試。機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì)對(duì)學(xué)生的理論知識(shí)與實(shí)踐緊密地連接起來(lái),提高了學(xué)生的綜合應(yīng)用能力。創(chuàng)新型題目為學(xué)生參加機(jī)械創(chuàng)新競(jìng)賽做了鋪墊通過(guò)課程設(shè)計(jì),為機(jī)械學(xué)科學(xué)生參加如全國(guó)大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽做了鋪墊。在第六屆全國(guó)大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽(重慶賽區(qū))中,學(xué)生榮獲重慶賽區(qū)一等獎(jiǎng)一項(xiàng)、二等獎(jiǎng)一項(xiàng)。其中,“幻顯黑板”作品獲得國(guó)家專利。該作品包括了框架的設(shè)計(jì)、傳動(dòng)系統(tǒng)布置,控制系統(tǒng)采用單片機(jī)控制,執(zhí)行元件有步進(jìn)電機(jī)、直流電機(jī)、電磁離合器、電磁制動(dòng)器、光電編碼器等器件。本次參賽作品充分運(yùn)用機(jī)電一體化技術(shù),機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì)改革效果顯著。
二、教學(xué)體系創(chuàng)新思考
(一)創(chuàng)新教學(xué)方法
(1)培養(yǎng)大工程觀。
在職高機(jī)械設(shè)計(jì)制造與自動(dòng)化創(chuàng)新教學(xué)過(guò)程中,應(yīng)該引進(jìn)并重視世界上一些先進(jìn)的職業(yè)技能培養(yǎng)理念,注重機(jī)械設(shè)計(jì)制造與自動(dòng)化理論與實(shí)踐的結(jié)合,培養(yǎng)學(xué)生形成客觀的、理性的大工程觀,充分理解和重視機(jī)械設(shè)計(jì)制造理論與實(shí)踐相互支撐以及相互促進(jìn)的重要作用。
(2)重視實(shí)踐教學(xué)。
只有通過(guò)具體實(shí)踐,才能真正將書(shū)本理論知識(shí)轉(zhuǎn)化成相關(guān)的職業(yè)技能,才能真正將機(jī)械設(shè)計(jì)制造與自動(dòng)化知識(shí)學(xué)以致用,并在不斷的實(shí)踐過(guò)程中積累經(jīng)驗(yàn),提升自我職業(yè)技能以及創(chuàng)新能力,因此,在職高機(jī)械設(shè)計(jì)制造與自動(dòng)化創(chuàng)新教學(xué)過(guò)程中,必須重視實(shí)踐教學(xué),努力培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力。
(3)強(qiáng)化實(shí)習(xí)基地。
提高職高學(xué)生機(jī)械設(shè)計(jì)制造與自動(dòng)化專業(yè)技能以及實(shí)踐能力的一個(gè)最重要的途徑就是通過(guò)在實(shí)習(xí)基地的實(shí)踐與學(xué)習(xí)。因此,在實(shí)際創(chuàng)新教學(xué)過(guò)程中,應(yīng)該重視校外實(shí)習(xí)基地的作用,著重發(fā)展和建設(shè)一些先進(jìn)的、功能性較強(qiáng)的現(xiàn)代化實(shí)習(xí)基地,讓職高學(xué)生能夠很好用來(lái)進(jìn)行工程機(jī)械方面的訓(xùn)練和實(shí)踐。
(4)強(qiáng)化設(shè)計(jì)能力。
在職高學(xué)生機(jī)械設(shè)計(jì)制造與自動(dòng)化創(chuàng)新教學(xué)過(guò)程中,能夠很好地反映出學(xué)生綜合能力和設(shè)計(jì)能力的途徑就是進(jìn)行課程設(shè)計(jì)。在我國(guó)目前的職高機(jī)械課程設(shè)計(jì)教學(xué)過(guò)程中,往往不利于學(xué)生的個(gè)性化發(fā)展和需求,應(yīng)該重視課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容和目標(biāo)設(shè)計(jì),突出對(duì)實(shí)踐過(guò)程中的應(yīng)用,選擇綜合質(zhì)量較高的設(shè)計(jì)課題,減少學(xué)生之間雷同設(shè)計(jì)的可能性,最大化地提升職高學(xué)生的設(shè)計(jì)能力、綜合能力以及個(gè)性化發(fā)展能力。(5)提高新型教師。教師在職高機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化教學(xué)中發(fā)揮著巨大的作用,直接影響著學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和各項(xiàng)技能的提高,在創(chuàng)新教學(xué)體系中,應(yīng)該重視和培養(yǎng)一批高素質(zhì)新型教師,除了具備熟練的專業(yè)技術(shù)技能外,還應(yīng)該能全面培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì),重視學(xué)生在教學(xué)過(guò)程中的主體地位,積極培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力、綜合能力以及創(chuàng)新思維及創(chuàng)新能力。
(二)創(chuàng)新教學(xué)體系
(1)在職高機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化創(chuàng)新教學(xué)中
應(yīng)該建立和健全專業(yè)的知識(shí)教育體系,強(qiáng)化學(xué)生的專業(yè)技術(shù)和技能的培養(yǎng),優(yōu)化專業(yè)知識(shí)的教學(xué)環(huán)節(jié)和教學(xué)內(nèi)容,提高專業(yè)知識(shí)的教學(xué)效率。
(2)在職高機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化創(chuàng)新教學(xué)中
應(yīng)該建立和健全學(xué)生能力培養(yǎng)體系,通過(guò)參加實(shí)習(xí)以及參加各種課外技能活動(dòng)的形式等,培養(yǎng)和提升學(xué)生的實(shí)踐能力。
(3)在職高機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化創(chuàng)新教學(xué)中
應(yīng)該建立和健全培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)的教育體系。現(xiàn)代化建設(shè)和現(xiàn)代教育改革不斷重視綜合素質(zhì)較高的新型人才,在實(shí)際創(chuàng)新教學(xué)過(guò)程中,應(yīng)該通過(guò)各種實(shí)踐活動(dòng)、專業(yè)學(xué)術(shù)報(bào)告等形式,提高職高學(xué)生的綜合素質(zhì),培養(yǎng)職高學(xué)生的創(chuàng)新思維以及創(chuàng)新能力。
(三)創(chuàng)新教學(xué)方式
(1)啟發(fā)式教學(xué)。
在職高機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化創(chuàng)新教學(xué)過(guò)程中,學(xué)生應(yīng)該作為教學(xué)過(guò)程的主體,教師對(duì)學(xué)生起著引導(dǎo)作用,應(yīng)該善于啟發(fā)學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)的思考和討論,引導(dǎo)學(xué)生自動(dòng)地進(jìn)行設(shè)計(jì)及相關(guān)的學(xué)習(xí),提高學(xué)生自己解決問(wèn)題的能力,充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用。
(2)信息網(wǎng)絡(luò)教學(xué)。
在信息科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展的時(shí)代,信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在教學(xué)過(guò)程中的運(yùn)用越來(lái)越重要。在職高機(jī)械實(shí)際制造及自動(dòng)化創(chuàng)新教學(xué)過(guò)程中,可以充分利用多媒體教學(xué)方式,給學(xué)生的視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)造成新的沖擊,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,提高學(xué)習(xí)效率。
(3)企業(yè)內(nèi)部教學(xué)。
應(yīng)該將傳統(tǒng)的課堂教學(xué)與企業(yè)教學(xué)結(jié)合起來(lái),將機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化教學(xué)中的理論和實(shí)踐有機(jī)地整合在一起,使學(xué)生對(duì)所學(xué)專業(yè)有深刻和全面的了解。
1.1種類比較少
現(xiàn)在市場(chǎng)上常見(jiàn)的有各種修剪機(jī)、灑水機(jī)等,這些比較單一,還有許多機(jī)電一體化機(jī)械并不常見(jiàn),如移植機(jī)等。在許多發(fā)達(dá)國(guó)家,其園林設(shè)計(jì)機(jī)電一體化設(shè)備更加多樣化,在美國(guó)、歐洲等國(guó)家,其園林設(shè)計(jì)設(shè)備種類就更多,用途也更廣泛。國(guó)內(nèi)也有許多知名品牌的銷售,如綠友、東方園林等,在國(guó)內(nèi)還有許多生產(chǎn)園林機(jī)械的著名廠家,在淮安、揚(yáng)州等地就有許多知名廠家。
1.2普及率低
與數(shù)十年前相比,園林設(shè)計(jì)中采用機(jī)電一體化機(jī)械的頻率雖然有所升高,但就目前來(lái)講,機(jī)械的使用率還是偏低,還不夠普及。與發(fā)達(dá)地區(qū)相比,我國(guó)大部分地方還在用半自動(dòng)化機(jī)械工作,距離全自動(dòng)機(jī)械工作還有一定距離。
1.3利用率較低
部分園林機(jī)電設(shè)備會(huì)投入使用,但機(jī)電設(shè)備的使用效率不高,其原因有二,一是存在人為操作的問(wèn)題,錯(cuò)誤的操作規(guī)程對(duì)機(jī)電設(shè)備造成很嚴(yán)重的破壞,導(dǎo)致維修費(fèi)用升高,使成本不降反增;二是沒(méi)有將機(jī)電設(shè)備的利用效率最大化,導(dǎo)致資源浪費(fèi),增加了管理與維護(hù)的成本,阻礙了機(jī)電設(shè)備在園林設(shè)計(jì)方面的投入和使用。
1.4保管和維護(hù)不到位
機(jī)械是易損耗的,使用過(guò)程中難免會(huì)出現(xiàn)故障,但有些企業(yè)由于缺乏技術(shù)人員維修不到位,有的根本不進(jìn)行定期維修,故障的機(jī)器多數(shù)被棄置倉(cāng)庫(kù),卻利用人力完成作業(yè),這成為園林設(shè)計(jì)中機(jī)電一體化的缺點(diǎn)。不懂得機(jī)械結(jié)構(gòu)和原理,不熟悉機(jī)械的操作,不知道如何保養(yǎng)機(jī)械,導(dǎo)致機(jī)械使用壽命降低。對(duì)上述問(wèn)題,企業(yè)必須制定相關(guān)的操作規(guī)程,讓員工認(rèn)真學(xué)習(xí)操作規(guī)范以及正確的使用方法。另外,在大規(guī)模使用園林機(jī)電一體化機(jī)械時(shí)引起的噪音、環(huán)境污染等問(wèn)題也有待解決。機(jī)電一體化的知識(shí)總量已擴(kuò)大到遠(yuǎn)非個(gè)人所能全部掌握,專業(yè)化是必不可少的。由于各類科技學(xué)科發(fā)展及相互滲透,促使了機(jī)電一體化技術(shù)和產(chǎn)品在各行業(yè)、部門(mén)的飛速發(fā)展。其中機(jī)電一體化在園林設(shè)計(jì)中也得到了應(yīng)用。
2機(jī)電一體化在園林設(shè)計(jì)中的應(yīng)用
隨著現(xiàn)代化技術(shù)的廣泛應(yīng)用,機(jī)電一體化技術(shù)也逐漸滲透進(jìn)了園林設(shè)計(jì)。經(jīng)過(guò)兩千多年的發(fā)展,中國(guó)古典傳統(tǒng)園林所講究的意境已經(jīng)到了爐火純青的地步,雖然可能會(huì)有更好的園林出現(xiàn),但是機(jī)電化已經(jīng)成了一個(gè)重要的發(fā)展趨勢(shì),這是大勢(shì)所趨。園林設(shè)計(jì)中會(huì)融入更多的機(jī)電一體化等元素。沿著這個(gè)思路走,創(chuàng)造園林的科技文明和傳統(tǒng)意境對(duì)園林現(xiàn)代化的普遍需求相結(jié)合,是成就上流園林的必要條件之一。
由于每屆或每班的指導(dǎo)教師不同,設(shè)計(jì)題目、內(nèi)容、要求、難易程度偏離太大。如有數(shù)控機(jī)床改造設(shè)計(jì)、伺服系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)、交通燈控制設(shè)計(jì)等,要求、工作量也不相同。有的設(shè)計(jì)任務(wù)偏難,有的設(shè)計(jì)任務(wù)又太簡(jiǎn)單。
(2)設(shè)計(jì)資料缺乏。
由于機(jī)電一體化是一門(mén)新興的技術(shù)和專業(yè),這方面的知識(shí)內(nèi)容都在相關(guān)的雜志刊物登載,書(shū)籍相對(duì)少一些。要進(jìn)行課程設(shè)計(jì),收集這方面的資料較困難。沒(méi)有現(xiàn)成的資料匯編及設(shè)計(jì)手冊(cè),學(xué)生要花費(fèi)較多的時(shí)間找資料,往往是教師幫助尋找資料。而且沒(méi)有像機(jī)械零件設(shè)計(jì)那樣的系統(tǒng)完整的課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)。在設(shè)計(jì)中盲目性較大。
(3)師資不足。
最早幾年機(jī)電專業(yè)方向只有一個(gè)班或兩個(gè)班,指導(dǎo)教師有2~4人即可。一般由主講或熟悉機(jī)電一體化控制系統(tǒng)課程的教師指導(dǎo)。近幾年隨著學(xué)生的擴(kuò)招,機(jī)電專業(yè)擴(kuò)展到4~5個(gè)班,指導(dǎo)教師需要8~10人,明顯不夠,因此有必要進(jìn)行培養(yǎng)。
2機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì)改進(jìn)措施
(1)編寫(xiě)合適的機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū),配齊設(shè)計(jì)資料。
到目前為止未見(jiàn)過(guò)公開(kāi)出版的機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū),所以有必要編寫(xiě)合適的機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū),并收集較全的資料進(jìn)行匯編,與指導(dǎo)書(shū)匯編成冊(cè)。
(2)規(guī)范設(shè)計(jì)題目,統(tǒng)一要求。
規(guī)范設(shè)計(jì)題目不是整個(gè)設(shè)計(jì)都用同一個(gè)題目,而是在一個(gè)范圍內(nèi)選擇題目,教師根據(jù)所選的題目按統(tǒng)一的要求下達(dá)任務(wù)書(shū)。設(shè)計(jì)題目一般以簡(jiǎn)易數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)、數(shù)控機(jī)床改造設(shè)計(jì)、機(jī)器人及控制設(shè)計(jì)較為合適。在市場(chǎng)上可見(jiàn)的機(jī)電產(chǎn)品多得很,不是所有的機(jī)電產(chǎn)品都適合做題目,因其難易程度是不同的。機(jī)電專業(yè)的課程設(shè)置是以機(jī)床設(shè)計(jì)、機(jī)器人設(shè)計(jì)控制為典型產(chǎn)品的,在機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì)中要反映課程設(shè)置的內(nèi)容。機(jī)電專業(yè)方向課程有機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)、機(jī)器人導(dǎo)論等課程。這些課程的內(nèi)容在電的方面主要介紹了以計(jì)算機(jī)為核心的控制系統(tǒng);機(jī)械方面介紹了機(jī)械運(yùn)動(dòng)、機(jī)械傳動(dòng)、機(jī)械結(jié)構(gòu)及相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)部件,如滾動(dòng)導(dǎo)軌、滾珠絲杠等。在選題及設(shè)計(jì)中要反映上述的內(nèi)容。因此規(guī)范化的題目主要為數(shù)控車床(或銑床、鉆床等)設(shè)計(jì)、車床(或銑床、鉆床等)數(shù)控化改造設(shè)計(jì)、或是工業(yè)機(jī)器人及控制設(shè)計(jì)。這些都具有一定的機(jī)械部分內(nèi)容,如數(shù)控機(jī)床進(jìn)給軸傳動(dòng)部件,機(jī)器人的腰身、手臂運(yùn)動(dòng)部件及滾珠絲杠、導(dǎo)軌的應(yīng)用等。電的方面包含數(shù)控系統(tǒng)電路設(shè)計(jì),計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及對(duì)機(jī)械部分的控制;從而實(shí)現(xiàn)了機(jī)電結(jié)合。對(duì)規(guī)范化的題目、要求及上述設(shè)計(jì)內(nèi)容都已編入指導(dǎo)書(shū)中。
(3)指導(dǎo)教師的培養(yǎng)。
首先被培訓(xùn)的教師可以跟班聽(tīng)課,熟悉掌握相關(guān)的課程內(nèi)容,然后在機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì)進(jìn)行中跟班輔導(dǎo),以培養(yǎng)出合格的指導(dǎo)教師。
(4)加強(qiáng)督察。
當(dāng)指導(dǎo)教師接到指導(dǎo)課程設(shè)計(jì)任務(wù)后,首先拿到機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū),根據(jù)要求寫(xiě)出課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū);并由教研室主任或院教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)審查,合格才可向?qū)W生下達(dá)任務(wù)。指導(dǎo)中,教師要填寫(xiě)指導(dǎo)日志,隨時(shí)記錄指導(dǎo)中的難點(diǎn)、及出現(xiàn)的問(wèn)題和解決方法,并進(jìn)行小結(jié),以便下一次指導(dǎo)時(shí)提高設(shè)計(jì)水平。
3機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)主要內(nèi)容
3.1設(shè)計(jì)題目確定及要求
3.2總體方案確定
(1)總體方案設(shè)計(jì);
(2)繪制總體方案圖。
3.3伺服系統(tǒng)機(jī)械傳動(dòng)部件設(shè)計(jì)
(1)切削力計(jì)算;
(2)滾動(dòng)絲杠螺母副的計(jì)算與選型;
(3)伺服系統(tǒng)傳動(dòng)設(shè)計(jì);
(4)步進(jìn)電機(jī)當(dāng)量扭矩計(jì)算及選型;
(5)機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(繪制一個(gè)軸的機(jī)械裝配圖)。
3.4控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)
(1)確定控制系統(tǒng)方案及繪制系統(tǒng)框圖;
(2)單片機(jī)的選用;
(3)存儲(chǔ)器的選用與擴(kuò)展;
(4)譯碼電路設(shè)計(jì);
(5)接口電路設(shè)計(jì);
(6)繪制控制系統(tǒng)硬件電路原理圖。
3.5基本的參考圖表匯編。
4近一屆學(xué)生機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì)進(jìn)行情況
4.1教師配備
近一屆機(jī)電專業(yè)學(xué)生,每屆有四個(gè)班進(jìn)行機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì),共配備6名教師;其中有四名為獨(dú)立指導(dǎo)教師,兩名為輔導(dǎo)教師,為培養(yǎng)新的指導(dǎo)教師儲(chǔ)備力量。
4.2指導(dǎo)書(shū)的使用及設(shè)計(jì)過(guò)程
設(shè)計(jì)學(xué)生和指導(dǎo)教師每人一份機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)。教師按照要求寫(xiě)出機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū),并經(jīng)研究所長(zhǎng)審查后發(fā)給學(xué)生。設(shè)計(jì)題目主要有CA6140普通車床數(shù)控化改造設(shè)計(jì)、C6132普通車床數(shù)控化改造設(shè)計(jì)。在同一個(gè)題目的學(xué)生中,要求設(shè)計(jì)進(jìn)給軸部件時(shí),一部分學(xué)生設(shè)計(jì)X軸進(jìn)給部件,另一部分學(xué)生設(shè)計(jì)Z軸進(jìn)給部件。整個(gè)過(guò)程根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)的題目、要求和機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)給出的設(shè)計(jì)步驟、方法,先進(jìn)行總體方案設(shè)計(jì),再進(jìn)行機(jī)械傳動(dòng)部件設(shè)計(jì),最后進(jìn)行CNC硬件電路設(shè)計(jì)。整個(gè)過(guò)程經(jīng)過(guò)了機(jī)械、電子兩方面的訓(xùn)練,實(shí)現(xiàn)了機(jī)電結(jié)合,達(dá)到預(yù)期效果。
4.3填寫(xiě)指導(dǎo)日志
教師在指導(dǎo)設(shè)計(jì)的過(guò)程中,及時(shí)填寫(xiě)指導(dǎo)日志,記錄設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)、問(wèn)題,并進(jìn)行小結(jié)。