自动化专业汽车零部件自动检测技术企业课程群建设与实践

陈景波　王伟　王飞　孟翔飞　杨浩东

摘 要：针对自动化技术飞速发展下传统课程群的不足，結合卓越工程师培养和工程教育专业认证，围绕顶层设计课程内容、建设实践教学平台和形成复杂工程案例三个方面的建设进行探讨，为企业课程群的建设提出一种新的方法。实践结果证明，该建设模式符合卓越工程师培养要求和工程教育认证标准，培养的学生具备较强的就业优势。

关键词：自动化专业；企业课程群；卓越工程师；复杂工程问题

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2018）04-0060-03

Abstract： According to the shortcomings of traditional curriculum group under the rapid development of automation technology， this paper discusses three aspects of construction including the top design curriculum content， development practice teaching platform and the formation of complex engineering case， combining excellent engineer training and engineering education accreditation. It puts forward a new method for the construction of enterprise curriculum group. Practice proves that this construction mode can meet the demands of excellent engineer training and accreditation of engineering education， making students have strong advantages of employment.

Keywords： automation specialty； enterprise curriculum group； excellent engineer； complex engineering case

一、概述

常熟理工学院自动化专业是教育部第二批“卓越工程师教育培养计划”试点专业（下面简称“卓越计划”），并在2016年通过了工程教育认证。通过成立卓越教育联盟，建设了企业“深度参与设计、逐步融入教学”的合作平台。企业从参与方案论证、毕业生评价，深入到共同研制综合实训设备、编写教材等教学设计细节；从讲座、专业实习，深入到学科竞赛、毕业设计指导、合作课程教学等过程。经过几年的实践，“以产业发展为导向，以工程认证为依据的卓越现场工程师培养模式改革与实践”获得了2017年江苏省教学成果二等奖。而企业课程群的建设在该成果的形成过程中起到了至关重要的作用，本文就针对自动化专业其中一个方向的汽车零部件自动检测技术企业课程群建设进行阐述。

该专业方向针对该汽车零部件自动检测技术行业的岗位需求，由企业提出，通过学校和企业多次论证开设了“汽车电子检测技术”、“CVI&TestStand测试技术”、“CAN总线技术”、“控制电机与应用”和“专业综合性工程实践”5门课程。设置企业课程群的主要目的一方面是满足“卓越计划”的培养要求，另一方面确实可以解决传统课程群的一些不足：

（1）“智”造时代自动化技术的飞速发展，使应用型人才培养中“教学内容滞后产业发展”的矛盾更突出。

（2）传统的课程之间具有一定的独立性，实验设备是独立的，解决的问题是独立的，无法形成学生系统的思维和整体方案的设计能力。

（3）传统单独设置的一门或者几门课程很难形成一个满足工程教育认证标准的复杂工程案例，因而大多数专业进行工程教育认证时还需要费时费力地再融合、再提炼。

因此，如何在企业课程授课相对集中的条件下，利用一个系统实践平台，培养出迅速适应产业发展，具备工程系统观念、能够解决汽车零部件自动检测系统或相关系统设计和集成这个领域中复杂工程问题的学生，是研究的关键问题[1]。本文主要围绕顶层设计教学内容、建设实践教学平台和形成符合工程教育认证标准的复杂工程案例等方面，介绍对自动化专业汽车零部件自动检测技术企业课程群建设与实践过程中的工作与经验。

二、顶层设计教学内容

由企业根据汽车零部件自动检测行业工程师的岗位职责提炼出核心能力，和校内老师共同制定学生的培养规格，确定了企业课程群包括“汽车电子检测技术”、“CVI&T

estStand测试技术”、“CAN总线技术”、“控制电机与应用”和“专业综合性工程实践”共5门课程，涵盖汽车零部件测试对象工作原理、测试原理、测试环境和编程工具应用、汽车总线通信技术、执行机构、测试系统集成等环节。分成了模拟工程训练和真实工程训练2个层次。课程群的体系结构如图1所示[2][3]。

“汽车电子检测技术”课程教学任务是通过学习现代汽车电器装置和电子控制系统的结构、原理，掌握各类车用传感器的特性、测量原理、性能指标。在课程群中，它的作用是使学生掌握现代检测技术在汽车工业生产中的应用，运用所学知识对汽车内部各部分进行数据采集，信号处理及控制及相关的硬件和软件系统设计，培养解决复杂工程问题的能力。

“CVI&TestStand测试技术”课程教学内容包含LabWindows/CVI程序设计和TestStand应用两部分组成。LabWindows/CVI程序设计部分主要使学生掌握LabWindows/CVI的基础知识和基本技能，能够正确使用该编程语言编写基本的交互式程序，为未来进一步实现系统检测、环境测试和数据采集等相关工作打下基础。TestStand应用部分需要学生掌握TestStand软件环境，如何利用TestStand来创建复杂的测试管理系统。在课程群中，它的作用是让学生掌握测试系统软件编写工具。

“CAN总线技术”教学内容包括汽车通信总线的基本概念和基礎知识、CAN总线的基础知识，CAN网络系统的结构和特点，控制器局域网（CAN）规范、常用CAN控制器、CAN总线在A/D采集控制板传输中的应用等应用。在课程群中，它的作用是学生掌握汽车通信总线技术，能够测试具备CAN通信接口的汽车电子设备。

“控制电机与应用”课程教学任务是学习和掌握常用执行元件及其控制器的基本工作原理和控制方法，内容侧重应用，并通过伺服电机和步进电机的相关实验，掌握伺服电机和步进电机及其控制器的选型、参数配置、控制、调试等方法和步骤。在课程群中，它的作用针对汽车零部件自动测试系统的多维驱动系统的方案，能够根据实际情况，考虑各种制约因素，如成本、体积、环境等因素，细化设计方案，给出硬件连接和配置图、器件选型、软件结构和流程等，并具体实施。

“专业综合性工程实践”是一门企业实践课程，是对前面4门企业课程的一个综合应用。通过参与企业真实工程项目开发的方式让学生了解汽车零部件工作原理、检测标准、检测过程及检测系统的设计。通过掌握设计基本工具、规范，了解系统设计、制造和检测等流程工艺，参与项目开发过程、产品质量控制，来全面提高学生工程意识、创新意识等。

三、建设课程群实践平台

企业课程具有很强的应用性和实践性，采用的授课方式是理实一体化教学。如何采用大平台让不同的课程围绕一个系统进行训练，让学生具备整体的工程观念和与实际工程基本一致的工程设计经验，为此学校课程组老师和企业工程师共同确定学生工程实践能力的规格要求，结合工程教育认证复杂工程问题的特征要求，明确了课程群各门课程的要求和任务。依托自动化卓越联盟企业中的苏州凌创电子系统有限公司，创建了汽车电子检测技术联合示范实训中心，配备6套汽车电器与电子检测技术综合实验平台。该平台把汽车零部件检测技术的典型环节和技术凝练出来，完全按照工业级的设计和制造标准进行。平台配备多种类型的汽车常用的传感器，如接近开关、光电传感器、超声波传感器、红外线温度传感器、激光位移传感器等。利用程控电源、信号发生器、步进电机和伺服电机、三轴运动平台、工业摄像头、串口打印机和扫码枪、数据采集卡和运动控制板卡等设备，可以模拟实际的汽车零部件检测工程环境。实验平台可以涵盖了课程群中前4门课程的实验和实践内容，见表1。

四、形成符合工程教育认证标准的复杂工程案例

企业课程群是整个自动化专业课程体系中较为综合的部分，理应担当起形成符合工程教育认证标准的复杂工程案例的任务。因此，在建设过程中我们综合考虑了这一点，形成了“汽车零部件的分拣和产品外观自动化检测系统设计”复杂工程案例。汽车零部件分拣和产品外观完整性检测是汽车零部件检测的重要环节之一，利用机器视觉检测汽车面板控制按钮的正确性、完整性和指示符号的正确性。检测系统主要包括以下过程：零部件类型识别、定位与抓取、图像采集与处理、测试结果与产品信息记录、通信。检测装置能够实现零部件自动分类、堆料、排序等流程；对零部件测试完成后，还要对其名称、电气特性、产品信息等进行标识以便于追溯。

（1）三维运动控制平台。通过对XY方向平面运动的控制、以实现摄像头和机械手对零部件位置的定位控制；Z方向的运动控制完成机械手对零部件的抓取、移位和分类操作。

（2）图像采集与处理系统。定位完成后，通过CCD摄像头采集零部件图像，经算法处理后，与标准图像进行比对，得出是否一致性的结论。

（3）零部件类别和产品信息标识。测试时通过条形码确定零件类别与型号；测试结果经打印机打印条码，包括产品类别、型号，生产日期，生产线和人员编号，进行分类存档。

（4）数据通信。数据及控制信号的传输涉及串口通信、USB通信、以太网通信、PCI通信及CAN总线通信等多种通信方式。

每个子系统及其设备的正常运行都与现代自动化测试技术相关。

根据工程专业认证标准定义的复杂工程问题应具备的特征要求，此工程案例符合复杂工程问题要求的特征1、2、4、5、7的要求，本文以特征1为例，说明符合度。

特征1：必须运用深入的工程原理经过分析才能得到解决[4]。

传感器检测技术——模拟量和开关量信号，作为信号采集卡的输入信号。必须深入了解接近传感器原理，完成传感器与采集卡之间的电路设计。

运动控制——必须深入理解运动控制卡的脉冲输出、脉冲计数、数字输出及其如何控制电机速度、加速度、减速度及位置；必须深入了解脉冲计数如何进行位置反馈，提供电机准确位置，保证伺服驱动系统运动的可靠性、平稳性和精度；必须理解数字输入/输出是的限位和原点定位方法；必须熟悉库函数，包括S型、T型、直线插补和圆弧插补、多轴联动函数等。

图像处理——检测产品图像与模板图像是否匹配，需要深入分析分辨度、焦距、景深等因素，选择合适的工业镜头；同时要深入了解CVI中视觉模块，深入分析图像采集时的实时位置跟踪方法，确定合理而又稳定的算法，实现图像采集和匹配的功能。

通信技术——必须深入了解多种通信原理，熟悉各类通信协议及相关标准，这样才能对各类板卡和外围设备进行控制。

现代工具——需掌握多种现代工具。其中，前期电路设计，采用电气设计软件Eplan进行电气图纸设计；中期硬件调试，需要调试监控工具、打印机设计标签工具、运动控制卡调试工具GalilTools等，对打印机、扫描枪、Galil运动控制卡、伺服电机进行参数设置及功能验证；后期，采用面向对象的图形化编程工具CVI实现软件综合控制。

五、结束语

按照这种模式建设的企业课程群符合卓越工程师人才培养要求和工程教育认证的标准。课程之间的关系也更加紧密，学生学习更有针对性，可以得到更加贴近工程实际的训练。经过3年实践，学生在企业完成专业综合性工程实践课程时已经可以成为企业工程师的助手，工作后能较快地独挡一面完成工程项目的设计，在江浙沪地区的非标自动化行业得到一致的肯定，培养的人才供不应求。同时以这种形式建设课程体系能较顺理成章地形成复杂工程案例，是通过教育专业认证的必要保证。该模式可以为课程群的建设提供一种新的思路。

参考文献：

[1]谢启，孟翔飞，陈飞，等.自动化专业测试技术课程群建设与实践[J].中国教育技术装备，2016（16）：53-56.

[2]陈景波，徐本连，谢启，等.电气信息类专业实践教学体系建设及质量控制研究[J].常熟理工学院学报，2012（6）：104-107.

[3]李擎，崔家瑞，杨旭，等.面向解决复杂工程问题的自动化专业实践能力培养体系研究[J].高等理科教育，2017（3）：113-118.

[4]林健.如何理解和解决复杂工程问题——基于《华盛顿协议》的界定和要求[J].高等工程教育研究，2016（5）：17-26.

[5]李晓靖.改革汽修专业人才培养模式，提高学生职业能力[J].高教学刊，2015（09）：58-59.

[6]谢胜利，李卫军，蔡述庭，等.以复杂工程问题解决能力培养为导向的课程体系改革——以广东工业大学自动化专业为例[J].高教学刊，2017（22）：4-9.

[7]赵杨.面对人才需求的高校电气自动化专业创新能力培养模式研究[J].高教学刊，2017（07）：150-151.