基于职教分级制模式下课相载体的开发与应用

李 勇薛 梅黄敦华

1.天津职业技术师范大学 天津 300222 2.北京电子科技职业学院 北京 100176

高职教育园地

基于职教分级制模式下课相载体的开发与应用

李 勇1，2薛 梅2黄敦华2

1.天津职业技术师范大学 天津 300222 2.北京电子科技职业学院 北京 100176

工件传送站的安装与调试课相是机电一体化技术专业分级制职业教育改革中的一项必修课程。课相是职业教育从职业出发的重要体现和教学形式。而该课相就是在模拟的工作岗位上，从职业出发，以典型的工件传送站为学习载体，并以学生为中心，全面进行教，学、训、做、评相融合的教学。工件传送站实训台是以职业教育分级标准提出的能力目标为依据，经多方调研进行设计和开发的。其整体采用了铝合金型材、模块化结构，具有开放式和可拆装式特点。

课相；课相载体；职业教育；职业能力

1 背景介绍

我系通过走访十余家知名企业和上百名毕业学生，根据调研结果，制定了机电一体化技术专业毕业学生所具备的职业能力和机电一体化技术专业分级制的人才培养方案。首先根据这些文件和教学安排，并结合学生认知水平，参考我校原有相关设备和亚龙公司的YL-235A以及生产一线生产设备，拟定了工件传送站的安装与调试课相内容和教学载体，教学载体的设计如图1所示。该课相的实施可以完成以下专业知识学习和训练。

(1)机械原理、机械制图识图、机械部件装配专业知识和相关训练；(2)电气控制、传感与检测、电机与驱动专业知识和相关训练；(3)气压传动与控制专业知识和相关训练；(4)可编程控制器PLC专业知识和相关训练；(5)工件传送站的整体装配与控制综合训练。

图1 工件转送站的设计简图

2 课相载体的结构设计

根据图1工件传送站的设计简图，首先进行了实体设计，然后进行了加工及装配调试。

2.1 总体设计

工件传送站实训台是模拟工业生产中工件传送的设备，考虑该实训台结构要紧凑、易拆卸、易安装、易操作、易连接、易移动、模块化等因素，整体结构采用了铝合金型材制作，形成800 mm×1 000 mm×850 mm的实训台。其中电气控制单元设计为抽屉式推拉平台，模块有电源、继电器、可编程控制器PLC、主令按钮、电气接口、电机及驱动、工作警示灯等。电气控制采用易插拔导线连接。机械结构部分，也是采用模块化结构，模块有料仓上料装置、滑道推送装置、摆臂推送装置、直线传送及分拣装置四部分，整体结构采用开放式和可拆装式。实训台可根据现有的机械部件组装成具有模拟生产功能的机电一体化设备。其结构图如图2所示。

图2 实训台

2.2 料仓上料装置

料仓用于存放物料，内槽中放置两种物料：金属和非金属的圆扁形物料。料仓1放在安装支架2上；双作用气缸3固定在立柱上，该气缸用于控制料仓上下运动进行送料，其上的磁性开关4用于检测料仓状态；料仓支点是偏心安装在支架上，上料和复位过程中，具备自动翻转工件的能力，料仓结构设计巧妙，实用性很强(如图3所示)。

图3 料仓装置

2.3 滑道推送装置

滑道用于完成工件滑道传送，并实现物料推送。滑道1首端安装在料仓气缸下部，末端固定在平台上；滑道下装有一个双作用气缸2，完成滑道中的物料送至摇臂的夹爪上；气缸上安装有两个磁性开关3，用于调整推送位置和输出控制信号；滑道底端装有光纤传感器测量头4，用于检测滑道中是否有工件或辨别工件材质(如图4所示)。

图4 滑道推送装置

2.4 摆臂推送装置

摆臂推送装置用于把滑道内推送来的工件从低位传送到高位皮带上。其构成有夹爪、双作用气缸、单摆臂、弹性联轴器、直流电机、摆臂限位开关、摆臂限位挡块、轴承及轴承座等。夹爪2用于抓取滑道中传送过来的工件；磁性开关3用于检测送料气缸的状态和调整推送位置；推送气缸4用于将夹爪上的工件传送到皮带上；弹性联轴节5用于连接直流电机和摆臂；直流电机6用于驱动摆臂运转；摆臂限位开关7用于摆臂到位后通过限位开关控制切断直流电动机电源；摆臂挡块8用于限制摇臂到位位置(如图5所示)。

图5 摆臂送料装置

2.5 直线传送及分拣装置

直线传送及分拣装置的功能是实现工件直线传送，并完成工件分拣。装置构成有直流电机或步进电动机、弹性联轴器、滚轮、支架、皮带、光电传感器、电感传感器、磁性开关、分拣(双作用)气缸、废料仓等。传送皮带1安装在支架和两个滚轮上，用于直线传送工件；光电式检测传感器2安装在传送带首端，用于检测皮带上有无工件；金属(电感)检测传感器3安装在皮带上端，用于检测皮带上的工件是否是金属和非金属；分拣气缸4用于把检测结果为废料的工件剔除；废料仓5用于接收剔除的废料；磁性开关6用于检测分拣气缸状态；弹性联轴器7用于连接直流电机8(步进电机)和皮带滚轮(如图6所示)。

图6 直线传送、分拣装置结构及装配情况

3 课相载体控制装置的设计

工件传送站实训台控制是由气动控制和电气控制相结合而成的，从而达到对气压传动技术和电气控制技术的学习和训练。气压传动解决各装置间工件传送的问题，电气控制实现实训台的不同方式工作和自动控制的目标。

3.1 气压传动

正如实训台气动控制原理图(如图7所示)，由压缩空气泵提供气源，经气动二联件调压、过滤，再通过二位五通单电控弹簧复位换向阀控制双作用气缸的伸出和缩回，实现各装置对工件的推送。另外，由每个气缸上的磁开关信号结合PLC控制器实现自动控制。

图7 实训台气动控制原理图

3.2 电气控制

实训台电气部分采用模块化结构，主要有：电源、按钮、PLC控制器、继电器、电气接口、传感器、电机及驱动等，各模块如图8所示，实现实训台相应控制功能。该电气控制部分核心是PLC控制器，学生训练过程中，容易实现各种控制功能，利于学生的创新，提高学习兴趣。

图8 电气各控制模块

4 课相载体的应用

实训台各个单元可根据机械、气动、电气、PLC所学知识理论联系实际，学生通过综合运用提高动手实践能力。整体装置可根据生产现场要求，组建模拟的生产线，并能实现功能创新。下面以一模拟生产现场要求，说明其应用。

控制要求包括：(1)具备工件识别功能，直线传送工件时能识别金属和非金属材料，非金属材料工件被剔除；(2)该装置传送为循环过程，具有单周、循环、步进控制方式；(3)实训台有相应操作按钮：急停、停止、起动、复位等功能；(4)利用红黄绿警示灯实现相应工作指示。根据控制要求，学生实训过程步骤如下：(1)实训台机械装置装调。按照零件图、装配图进行组装和调整，使模拟生产线正常运行(如图2所示)。(2)按照气动控制原理图，搭建气动控制回路，调整系统压力，调试运行气缸动作，使其工作平稳(如图7所示)。(3)根据控制要求，设置PLC的I/O口，见表1。设计并绘制电气控制原理图(如图9所示)。?

表1 输入输出分配表

表1(续)

图9 电气控制原理图

(4)实训台传感器及电气各接口连接，见表2。按照其接口编号连接各传感器至接线端子，并做好检测。

表2 实训台电气接口一览

(5)按照电气原理图和I/O口、电气接口表搭接实训台电路，并做好检测工作。

(6)编制PLC控制程序功能状态表图(如图10所示)，编写并调试梯形图程序。

图10 PLC控制程序功能状态表图

(7)总结实训，展示工作成果，编写工件传送站产品说明书。

5 工件传送站的安装与调试课相教学载体的实施效果

工件传送站实训台的研制成功，并在学校大力支持下，实训台套数已有十台，建立了一个专业实训室，并运用到了教学中。以该实训台为课相教学载体，并应用到二级和四级2个班级的教学中。《工件传送站的安装与调试》课相教学完美实施了以学生为中心，“教、学、训、做、评”相融合上教学模式，形成该课相的课程标准、授课计划、教学载体、教学实施、教学方法、教学课相学材、教学课相学习指导手册等课相内容。通过该课相的推进，从职业出发，学生在知识水平和技能水平方面都有了大幅提高，这一教学成果获得了学生的一致好评和学院的高度赞赏。

该课相载体不仅体现了科研、教学、学习一体化关系，而且经济效益方面也显现突出。该载体若在专业教学厂家开发和制作，每台设备需要投资大约4万元，而采取自己设计、厂家加工方式进行，每台设备节省大约近一半资金。

另外，该设备在社会培训中也发挥了积极重要的作用。在2012年12月对“SMC中国公司”部分员工培训中，进行了气动、电气、PLC等方面的综合应用培训，收到了很好的效果，有待进一步推广。

6 结束语

工件传送站的开发，在我校教学和社会培训中发挥了很好的作用，在分级制职业教育中也是成功的课相载体之一，它必将在北京市职业教育分级制中发挥更大的作用。通过这次项目的研发与实施，自身也感觉受益匪浅，同时还需要进一步学习与探究，有责任把更多的专业技术运用到工作实践中去。

参考资料

[1] 孙善学.职业教育目标、目标分类与标准研究[J].职教理论前沿，2012(15)：20-23.

[2] 赵堂春.机电一体化技术专业教育分级制改革探索[J].中国职业技术教育，2013(8)：5-8.

[3] 孙善学.从职业出发的教育[J].教育与职业，2011(8)：45-47.

[4] 刘彬.自动化生产线安装与调试[M].北京：化学工业出版社，2012.

Development and Application of Course Carrier under the Mode of Occupation Education Classification

Li Yong1，2， Xue Mei2， Huang Dunhua2
1. Tianjin University of Technology and Education， Tianjin， 300222， China；2. Beijing Polytechnic， Beijing， 100176， China

Installation and debugging of the workpiece transfer station is a compulsory course for Mechatronics System occupation in education reform. Course is an important form of teaching occupation education. The course is a simulated job， starting from occupation，take the workpiece transfer typical station as the study carrier， and take the student as the center， a integrated teaching of teaching， learning，training， assessment. Workpiece transfer station training platform take occupation education objective as the basis， design and development. It adopts aluminum alloy profile， modular structure， with open and detachable characteristics.

course； course carrier； occupation education； occupation ability

2013-10-31

李勇，在职硕士，讲师。