复杂机电系统课程体系研究

赵高晖 王新华 陈彩凤 丁晓红

一、课程体系平台构建的的思路与实施方法

本文以能力综合训练为目的复杂机电系统课程体系构建为例，打造一个综合应用平台，将前修课程与实际产品设计进行有机融合，课程作为毕业设计之前的一场实战训练，将所学知识通过该课程进行综合运用，打通各知识点之间的衔接，提供一个综合实践运用平台，将零散化的知识体系进行系统化串接，形成机械产品设计的整体化思路，为毕业设计打下良好的基础。

课程体系平台拟采用案例驱动法教学模式，以理论与实践相融合的教学模式，通过知识点微课、三维虚拟机床平台及案例库相结合的方式实现全方位的场景教学方式，让学生沉浸在实际产品设计场合之中，达到理论与实践的深度融合，从而将知识学习能力转化为应用能力。

（一）录制课程知识点微课，建立微课网络学习平台

根据复杂机电系统课程体系建立的目标，将课程分为功能原理、结构设计、制造工艺及机电系统控制四大模块，每个模块针对产品的阶段性要求提炼出关键的知识点，挑选相关的有经验的教授录制成微课，挂在课程体系平台的微课学习网站上，方便学生需要时学习参考。

知识点微课不是传统课堂上的理论讲解教学，而是针对能力训练课程体系的要求，结合复杂机电系统的综合应用目标进行设计，知识点需结合实际案例应用，强调如何将知识点运用在产品的设计之中，真正做到学有所用，一学即通。通过这些知识点在实际案例中的综合应用，学生即可将这些零散的知识衔接在产品的设计过程中，做到知其然也知其所以然，将知识真正融会贯通。

（二）建立三维虚拟机床教学软件平台

为增强学生的实践能力和感性认识，更好地将理论与实践相结合，有利于学生融合各学科知识点，课程体系以典型机床的设计与控制为出发点，建立复杂机电系统三维虚拟机床教学软件平台。

下面CA6140普通车床为例，介绍教学软件平台的建立。从车床的设计制造流程着手，将车床的整个流程分为四大模块：功能原理，结构设计，制造工艺及控制原理模块。

1.功能原理模块有以下内容组成

1）以文字，语音或视频的方式介绍CA6140普通车床整个的加工操作流程，如典型的加工内外圆柱面。

2）以文字、语音或视频的方式介绍数控机床的主要技术参数，

3）以文字、三维动画的形式展示出整机的工作概况，介绍机床的各部分名称，总体布局及功能，此部分按照叠加式的安装顺序。

4）以文字、語音或三维动画的方式展示典型零件加工实例（如加工外圆的定位工艺流程典型端面、外圆等），展示出整个车床的工作流程。

5）以文字、语音、三维动画的方式展示各分系统机构，如主传动系统功能及主要布局、进给机构功能，以循环图和不同颜色表示不同机构的布局和运行状态。

6）以文字、三维动画的形式展示设计流程，从方案设计规划、原动机及机构选型（此处设计零件库以供选择）、机构运动协调设计到方案评估。让学生明白按照客户的技术要求进行设计（一台机床的设计流程）。

2.结构设计模块有以下内容组成

1）以文字、三维动画的形式展示主轴箱、进给箱和溜板箱的内部三维结构视图的组合。

2）以文字、三维动画的形式展示主轴箱各轴的装配顺序（展开图）。

3）以文字、三维动画的形式展示主轴箱I轴的摩擦离合器的装配及工作过程，包括正反转、启停功能。（三维展示）

4）以文字、三维动画的形式展示主轴前端，后端定位的支承方式三维结构图及轴向力的传递路线。并建立几种典型主轴支承方式资源库以供调用。

5）以文字、三维动画的形式展示床身的三维结构、受力过程的分析（有限元分析）、以及优化过程的分析。

3.制造工艺模块有以下内容组成

1）车床床身：以文字、语音或三维动画的形式展示出床身的热加工流程（铸造）及冷加工流程（沙型模）。

2）主轴：以文字、语音或三维动画的形式展示出主轴的热加工流程（自由锻造）、冷加工流程，可以用特殊颜色来表示主轴加热受力。

3）齿轮：以文字、语音或三维动画的形式展示出齿轮的热加工流程（自由锻造）冷加工流程。

4.控制原理模块有以下内容组成：

1）车床电气设计要求：以文字或图片的形式展示出电气的设计要求、内容及步骤。

2）工作原理：以文字、图片、三维动画的形式展示出车床电气的工作原理。

3）主电路工作原理分析：以文字、图片、三维动画的形式展示出主电路的工作原理。

4）控制电路工作原理分析：以文字、图片、三维动画的形式展示出控制电路工作原理分析。

5）简要分析电气工艺设计过程：以文字、图片的形式展示出电气工艺设计的过程。

6）电器元件选择：以文字、图片三维动画的方式展示电器元件选择的要求及原则，并建立常用电器元件资源库以供调用。

（三）建立复杂机电系统设计案例库

通过上述课程体系平台的构建，学生以案例教学驱动的方式，系统化地掌握了产品的设计制造流程，当然这仅仅达到理论学习的目的，为了让学生真正掌握产品的设计过程，品尝设计成果的喜悦，必须进行真正的设计训练。本课程体系选择典型的机床设备案例，建立常用产品的设计案例库，在课程实践环节进行设计训练。该环节采用分组的形式，学生根据自己专业特长自由组成4-5 的设计小组，协调配合完成产品的设计。这种模式不既可以锻炼学生的设计能力与水平，也可以训练其协作能力，培养团队意识。

二、总结

综上所述，复杂机电系统课程体系的建立，弥补了传统教育中的短板，课程采用案例驱动和能力导向的教学手段，以能力训练为抓手，从而综合训练学生的应用能力，培养整体意思和团队意识，客观地体现学生的学习效果和综合运用知识的能力，最终达到学有所用的目的。