浅析机电控制系统的应用与创新

陈涛

【摘要】随着科技的进步，机电控制方面的产品已经融入了很多现代科技，但仍需不断创新来满足日益高涨的社会需求。创新驱动力因素中最重要的一点是人才，因此创新驱动对高校的专业人才培养提出了更高的要求。结合本校的机电控制原理及应用课程的教学，探讨机电控制系统的应用与创新发展，促进课程体系和教学内容的完善，突出技能培养，从而培养出符合社会需求的技能型和高层次创新型人才。

【关键词】机电控制原理及应用 理论 实践 创新

现代科学技术的不断发展，极大地推动了不同学科的交叉与渗透以及工程领域的技术改革。在机械工程领域，由于微电子技术和计算机技术的迅速发展及其向机械工业的渗透所形成的机电控制系统，使机械工业的技术结构、产品结构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化。而随着数字化、物联网、自动化的进一步发展，工业4.0被提上日程。其中，创新和改革贯穿了从第一次工业革命到工业4.0的整个过程。作为为生产第一线的高级技能型岗位培养人才的高校机电专业，承担着重要的任务和使命。然而，目前高校培养的机电控制专业方面的学生与社会、市场的需要还有不小的距离。

随着我国后经济危机时代产业结构调整与升级大潮的来临，企业产品、设备正在经历一个更新换代的频繁时期和迫切需要创新的时代，因此对高技能的机电一体化人才和高技术含量的机电产品需求越来越大。机电控制系统是从系统的观点出发，综合运用了机械、电气、计算机技术、微电子技术、自动控制技术、信息技术和传感测控技术，根据系统功能目标要求，对各功能单元进行合理配置与布局，在多功能、高质量、高可靠性、低能耗的意义上实现特定功能价值，并使整个系统最优化的系统工程技术。因此，机电控制系统所涵盖的技术是基于上述各技术有机融合的一种综合技术，富含了融合、创新、多元等特点，而不是机械技术、微电子技术及其它新技术的简单组合、拼凑。本校所设置的机电控制原理及应用是一门综合性实践性很强的课程，涉及知识面广，容量大，教与学都不容易。结合技术应用发展与创新驱动的要求，对机电控制原理及应用课程进行进一步的教学探讨。

一、机电控制原理及应用教材及内容设置

机电控制原理及应用课程综合了多门学科，因此所涉及的概念、专业名词较多。目前使用的教材是2006年出版的，包含了机电系统动力学、传感器、继电器、PLC、电机、微机等多个章节的内容，其中每章的内容尤其电机、PLC、微机等均是需要开设专门的专业课进行详细讲述的内容。例如在电机知识的介绍中，概念抽象，理论繁琐，跟数学、物理及电路等相关课程的联系很紧密；在电气控制电路的原理分析、基本控制环节的设计、设计思想的叙述一般都较清楚，但由于原理图多、文字叙述较抽象，学生又无实物接触，在学习过程中普遍感到枯燥乏味，理论教学与实际的控制系统设计要求存在着一定的差距。在章节衔接方面，比如前一章是运动学和动力学方面的，后一章是机电控制应用中传感器的介绍，再下一章又变成了继电器与接触器的介绍等等。各个章节的内容没有有机的联系起来，学生在学习和复习过程中不能够从总体去把握这门课程，只是觉得每个章节都似乎在复习以往所学的知识点。这对教师上课时教授的内容和方式提出了很高的要求。

二、教学课时与实践环节设置

机电控制原理及应用的课程设置为36学时，最初几年有2个学时的实验课时，后来取消了。以往的实验课时由于学时短，一般安排学生进行观摩式或者通过播放视频的方式对部分实验内容进行学习。这些实验主要是认识性和验证性实验。也就是说，对于每一项实验内容，学生不需要提前去思考去设计实验。实验中学生精力大多集中在如何按照老师的详细指导，照抄照搬地完成整个实验，而这些视频或者观摩的实验一般不会有错，学生没有机会自己去分析、思考如果实验失败的话其中的原因是什么。学生的主动性和积极性难以得到充分的发挥。

以PLC章节为例。目前的工业生产开发中，PLC技术被广泛地应用，而且随着生产需求在迅速发展中。基于PLC的实验系统无论其运行过程还是运行结果只能通过对控制对象的观察得以了解，而教学环节中主要以原理和编程内容为主，因此PLC教学的实践环节更应强调对象模型的实例化与控制流程的动态演示。但PLC的大多数系统往往由于其体积大、重量重、价格高等因数难以大量装备于实验室，学生在观摩性或视频播放的实验过程中无法感受到工程实践中的趣味性、知识性和实验成功后的成就感，在很大程度上挫伤了学生的积极性，也被认为是一种形式而得不到重视。

三、机电控制系统的应用与创新思路

1.教材与教学方式

结合机电专业的特点，对教材进行多元化优化，在现有教材基础上增加对特定章节特定内容的“链接型”提示。例如通过指定具体其它专业类书籍、指定特定网站等方式，让学生对所学内容有拓展性的学习和认识，加深知识点的掌握程度。

随着科学技术的不断发展更新，教学资源越来越丰富，尤其是视频类资源的日益丰富。传统的“黑板加粉笔”教学方式已不能满足学生的需求。多媒体教学不仅能够提供图文声像并茂的知识表达形式，还能够提供界面友好，形象直观的交互式学习环境，提高了课堂教学效果，丰富了课堂的生动性，同时，精彩的多媒体课件也能激发学生的兴趣，提高学习的主动性，提高学生学习的积极性，培养学生的创造力。

在上述基础上，可以在教学过程中引入项目教学式的方式。方式一，将传统的学科体系中的知识内容转化为若干个教学项目，围绕着项目组织和展开教学，使学生直接参与项目过程。老师和学生通过共同实施一个完整的项目工作而进行的教学活动，这种方式对课时的要求较高，需要增加更多的实践学时。或者将教材中某部分内容结合当前技术发展引导学生进行设计思考，例如讲加速度传感器前，让学生进行汽车安全气囊设计或者手机摇一摇功能的设计思考。方式二，将现有项目中的问题细分后布置给学生，让学生对当前實际问题有深入理解。教师一般都有国家级或省级项目的科研任务，可以将项目中的实际问题进行细化，摘出部分作为小项目，在课堂中与学生进行互动和交流，让学生在思考和表达的同时，对教师的思路也是一种开阔。

2.实践环节

在工业4.0时代，机电控制系统比以往的关联度更高。回顾机电控制系统的发展历史，每一个进步都是源于人们在机电控制系统中创新性的引入了各种先进技术。对于相关行业发展来说，创新是重中之重。而机电行业中最重要的是实践和应用。一切理论的学习和模拟仿真的训练，最终都要落脚到实践应用中，应用到产业中。产业和技术的创新都离不开对当代新技术的应用。机电控制系统技术从最初简单的机械与电子技术结合，发展到与计算机技术、集成技术、通信技术等的集合，最重要的是对每个阶段的尖端技术进行了深入研究并引入到机电行业实践中。因此加强实践环节的培养和锻炼，提高行业科技含量是机电控制技术创新的关键。

传统的理论教学方法，一般是教师在课堂上按知识结构进行授课，然后在课程理论教学结束后进入实践环节，使用现成机电控制系统的产品，指导学生实验。这种教学过程缺少授课内容与实践内容的紧密结合，对培养学生的动手能力、创新能力及综合运用知识的能力收效甚微。笔者认为，针对课程中的各个章节，例如传感器应用、继电器、典型机电控制系统设计等环节在每章结束后即加入實践或实训环节，促进学生更加及时系统的领会和掌握该章节内容，给学生提供一个典型的综合科技环境。

为进一步加强与社会实践的接轨，应充分利用学校优势，与企业或者研究机构建立联合培养基地，有计划的组织学生进行培训实习。在适当时间建立课题或毕业设计方面的合作，为企业进行一些研究型或分析型的项目合作研究，同时为学生，尤其是即将毕业的学生提供接触实际工程项目的机会，对培养学生就业能力和素养起到促进作用。目前随着国家对专业型人才培养的重视，社会上涌现出很多研制教学型机器人自动化线的公司和厂家，所设计的教学自动化产线可以满足机电系统课程中所需要的几乎所有实践环节的需要。因此，可以考虑建立类似的联合实验室，引入类似产线，并将公司内的产线课程纳入到教学课程中来，一些基本的教学系统，甚至交给学生自己管理。打破传统的学生按照教师事先布置好内容和程序，按部就班地进行操作的实践教学模式，学生可以自由选择实训项目和设备进行实训，充分发挥其主动性和创造性。专业实践必须在与实际工作环境基本类似的实践环境中进行。最后，在一专多能的前提下，必须确保学生获得综合性训练。

四、结束语

本文结合目前科技发展的创新需求，对机电控制系统方面课程的应用和创新教学进行了探讨，通过理论结合实践、教程多元化、引入项目教学等模式对机电控制原理及应用教学进行了分析。总之教学应坚持以学生未来就业为目标，以创新发展为前提，加强理论、实验、实习和社会实践等环节教育，增强学生的动手能力和创新能力，使人才培养方案更加符合社会需求，增强毕业生对岗位的适应性，提升毕业生就业的竞争力。

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