浅析机电专业实验实训研究
【摘要】当前我国机电专业实验实训存在着一系列的问题，实验教学对高等学校的人才培养质量起着至关重要的作用。本文分析了高职高专机电专业现状对于机电专业骨干课程职业能力训练的要求，探讨了高职机电专业实验实训体系改革的内容和方法。
【关键词】高职，机电，课程体系，改革
实验实训作为实践性教学的一个重要环节，在培养学生形成科学的思维方法和运用实验手段去发现、观察、分析和解决问题的能力方面的作用，是其他课程所难以取代的。实验实训不仅在于帮助学生进一步理解、验证和巩固所学的理论知识，更在于作为能力培养的载体，在学生综合能力的培养、素质的提高和工程意识的形成方面具有独特的作用。正确认识实验教学对人才培养的作用，充分肯定实验实训教学在整个高职高专教育教学工作中的地位，将对高等学校提高人才培养质量起到至关重要的作用。
近年来，由于客观和主观上的原因，实验实训教学改革严重滞后于理论教学改革，已明显不能适应当前形势下人才培养的需要。应该尽快把实验教学改革融入整体教学改革之中，逐步对学生进行知识、能力、素质的综合培养。
一、现状分析
目前，高职高专机电专业教学计划中绝大多数专业基础课和专业课均开设一定数量的实验，大多属于演示、验证性实验。众所周知，很多高职毕业生，实践操作能力很差，毕业工作后很长时间不能独立顶岗，给用人单位带来很大负担，学生的实践操作能力不能适应市场的需求，实践教学已成为高职教育发展的瓶颈。加强实践环节教学，加强学生实践技能的培养，是提高职业教育教学质量的关键。
除了实验仪器陈旧、设备台套数不足、教学手段比较落后、实验教师数量不足、教学观念尚未切实转变等原因之外，还存在以下问题：
1.重理论轻实践
由于实验教学从属于理论教学，实验学时分散在各门课程之中，数量较少，因而在课程的成绩考核中所占的比例极小，且不少实验缺乏完善的考核办法，导致学生对实验课很不重视。重理论轻实践的思想依然大量存在。
2.理论与实践教学脱节
机电技术发展迅猛，出现了许多新技术、新工艺，理论教学中已及时增加了这些新的内容，而实验教学却严重滞后，实验内容长期不变，造成理论与实践教学的脱节。
3.专业特色不明显
各科实验之间的关联性较差，未形成有机的联系，尤其是机、电两方面缺少综合，无法形成专业特色。实验教学缺乏相对的独立性与整体优化，专业实验的工程特征不明显。
二、改革设想
专科教育的目标是培养适应社会需求、具有良好的专业技能和工程意识的一线技术人员，学习理论知识不是目的，而是为了在实践中加以应用。因此，必须彻底转变重理论轻实践的思想，充分认识实验教学在工程教育中的重要性，把培养人才的综合素质和能力作为教学的出发点和归宿，对现行的实验教学进行改革。
1、机械基础系列实验
本实验在学生完成了公共课后的专业基础课程学习阶段进行，主要包含工程力学、工程材料、互换性与技术测量、机械设计等课程中的有关实验内容。通过掌握一些本专业基本的实验手段与实验方法，进一步加深对专业基础课的理解，为后续课程的学习打下良好的基础。
2、电工电子系列实验
本实验主要包含电工技术、电子技术等课程的有关实验内容，1学分，可安排在第三学期。通过实验，使学生获得模拟电子、数字电子、电机等方面的基本实验技能和初步的电路分析能力。
3、测试与控制系列实验
本实验主要包含测试技术、单片机、电气控制与PLC、液压传动等方面的内容。培养学生在测试与控制方面的能力，通过实验，要求学生了解现代测试仪器的使用方法和利用计算机进行数据处理，初步掌握单片机、PLC控制、液压传动方面的基本实验技能，从而锻炼学生的分析、解决问题的能力。
4、机电技术综合实验
为了培养学生综合能力与创新能力，根据现有的实验条件，初步列出若干综合性实验项目(如表1)，今后可适当增加。让学生结合自己的毕业设计课题选做1～2个大型实验，并在教师的指导下独立完成实验的所有环节，从而得到一个全过程的完整锻炼。该实验为1学分，安排在最后学期。
三、配套措施
要保证基本设想的实现，并能稳步提高实验教学质量，必须改变实验室的现有模式，合并分散的同类实验室，尽快建立面向全院开设专业基础实验的实验中心，组建特色鲜明的机电工程中心。这样既有利于合理配置资源，又可改善实验学科单一、设备台套数欠缺的状况，也便于系列实验课程的开设。同时，必须对相关的教学环节加以改革和完善。
(一)改革教学方法与手段
改变传统实验教学方法，建立以学生为主体、以教师为主导的实验教学新模式。让学生变被动为主动，变消极为积极，使实验课程成为学生自主学习、培养创造性思维和创新能力、掌握科学技术与研究科学理论的有效途径。将现代技术引入实验室，推动实验教学手段现代化，丰富实验教学内容，扩大信息量，提高实验教学质量和效果。使学生在校期间接受较为完整的知识与操作技能的训练，为毕业后尽快适应专业工作打下坚实的基础。
(二) 加强校内实训设施的完善
学院在大规模基本建设的同时，为适应机电专业实践教学的需要共投入980万元，使校内实训设施进一步完善。现有机械制图实训室，CAD／CAM实训室，电工电子实训室，高性能模拟电子实训室，高性能数字电子实训室，电力拖动实训室，材料力学实验室，可编程控制器实训室，单片机实训室、钳工维修实训室等30多个。金工实训中心占地3000多平方米，有新式数控机床13台，普通机床37台，车、铣、刨、磨、线切割等种类齐全，另有电气焊实训室2个，交直流电弧焊机、氩弧焊机、气焊设备等50多台套，。机电专业的实验实训基本上能在校内完成，各实训室同时配有电脑和黑板，现场教学增强了教学的直观性，提高学生的理解能力和动手能力。
捷达汽车电器实验台设计
摘要:依据都市先锋(捷达王GrX)的车身电器设计一个实验台，此实验台可以模拟电源及起动系、照明系、信号系
统及辅助电器系统的实际工作情况。通过实际演示和排除故障使学生对每个电器元件和整个电器系统有更加深刻
的理解，从而达到理论联系实际的目的。
关键词:模拟;电器;故障;实验台;设计
电子技术在汽车上的广泛应用使汽车性能和结构不断
改进和提高。在原来汽车电器系统的基础上，采用电子技
术，一方面提高原机械零件的工作性能及可靠性;另一方面
满足人们对汽车整体性能的要求，使汽车更加豪华、先进、舒
适和安全。
现代轿车广泛采用电子技术，其结构比较复杂，且汽车
运行中电器故障所占的比重远远高于其它故障，约占40%一
60%，这对从事汽车工程相关专业的人员提出了更高的要
求。对于汽车专业技术人才培养来说，如何使理论与实践相
结合，提高工程实践能力，是一项重要的课题。
1捷达(GTX)电器实验台的设计
1.1实验台的总体设计要求
电器实验台的设计要满足教学的需要，即具有良好的示
教效果以及便捷的操控性能。同时进行相关辅助功能的开
发，从而锻炼学生的工程实践应用能力。具体要求体现以下
J七个方面:
l)选型。具有代表性、普及性，同时具有鲜明技术特色。
2)服务教学。示教效果简单、明了，操控方便快捷;并且
具有故障诊断功能，以利于提高学生的工程实践运用能力。
3)实验台布局。在考虑布局合理、结构紧凑的同时，
要便于教学;并注意各个电器元件在工作时相互之间功率的
匹配。
4)实验台功能开发。预留外接端子连接其他设备的插
接件，为实验台的功能扩展和更新元件提供基础和应用平
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1.2选择车型
结合设计要求的普及性、代表性、特色性，中低档经济型
轿车就在设计所考虑的范围内。捷达GTX经过不断发展与
完善，不但技术含量较高，还有许多自身的技术特色，并且是
我国国内目前保有量最多和受欢迎程度最高的普及型轿车
之一，在很大程度上能代表我国轿车行业的先进水平。具有
一定的代表性和可以开发利用的前景。综合以上，设计车型
选定为捷达GTX型轿车。
1.3捷达GTX电器实验台的设计与校核
电器实验台的设计要实现良好的操控性能及示教效果，
要求台架可以实现翻转折叠，并考虑到电器系统构件的支撑
及定位紧凑、台面质量分布均匀度、台面的整洁度、台面稳定
性、运动件与固定件是否发生干涉等因素。
1.3.1台面设计
电器实验台的板面设计和制作主要依据捷达(汀X轿车
的车身线束进行布置，同时也参照了捷达车身的各电器元件
的布置情况。该设计可以合理地利用板面空间，还可以尽最
大可能地再现各电器元件在原车上的位置。但由于在同一
平面上，没有空间位置关系，这样在某些细节部分和原车的
实际位置就有一定的差别。板面尺寸的确定主要依据各个
电器元件的形位尺寸和位置尺寸。根据线束的布置及几个
主要元件的形位尺寸，然后初步估算板面的大小，把布置在
板面轮廓上的元件的位置确定下来。
1.3.2台架的设计
电器实验台台架的设计是根据板面的布置情况和大小
以及某些元件的传动需要进行的，电器实验台为平面可翻转
折叠式，有良好的稳定性和足够的强度来支撑板面，能翻转
便于教学。由于实验台上装有起动机、发电机以及带动发电
机的电动机，为了不增加板面的负荷，利于翻转，在板面下方
的台架上装一U型架，将发电机输出端导线沿着台面翻转
合叶处引上台面，从而使发电机和电动机不参与翻转。
1.3.3台架的选材
台架的材料选用45钢，强度、价格均可行。台架的各连
接处均采用焊接，其强度不低于原材料的强度，可以达到支
撑台面及固定、稳定的作用。为了移动方便，采用橡胶轮，起
到减震的作用。
1.3.4对台架的强度校核
台架有2个稳定位置，即水平位置和与水平方向成70c
夹角的位置。
1)水平状态时，台架所受的重力对台架支撑点的作用力
由面板的材料强度承受，合力矩为零，此时台架处于稳定状
态。
1.4附属件的选择与定位
1.4.1电动机的选择
因捷达王的车用发电机的额定功率为1.26kw，额定转
速为600Or/而n，所以要求选用的电动机的额定功率应大于
发电机的额定功率。考虑到电动机的工作环境，选用Y系列
的三项鼠笼式异步电动机。
为实现可靠的传动，依据设计目的，考虑到实验台是用
于教学，工作时间短，且周期性工作。选择V带传动，皮带的
工作表面在短期内不会过量磨损，而使用寿命能够足够长，
无需经常更换。
1.4.2发电机及电动机位置的确定
发电机是汽车电器设备的重要元件之一，是汽车电源系
统的主要来源，在汽车正常运行时，除向全部用电设备(除起
动机外)供电之外，还可以为蓄电池充电。
因为发电机工作转速约为6000r/而n，质量在Zkg左
右，与其配合用的电动机质量为电器元件中最大的(含电动
机转动)，对整个实验台的稳定性会产生一定影响。
考虑以上原因，把发电机及电动机的位置确定在板面下
方的底架上，由板面位置示意图可以清晰看到发电机的位
置，如图2所示。
〔汀X电器进行了一系列的挑选，局部做出替换如下:
1)所选电器元件包括蓄电池、发电机、大灯、仪表盘、中
控门、电动车窗等。
2)元件的替换。从实用美观考虑，对部分元件进行调
整例如，汽车上的喇叭开关是方向盘的顶盖，而实验台用
按键开关替代;考虑到教学的针对性及台架的整体布局，选
用电动机代替发动机带动发电机转动。
1.5.2捷达电器常见故障列表
为实现对于实验台教学诊断功能，将常见的电器系统故
障进行归纳总结，选取具有代表性的故障为参考，进而实现
相关故障的设置与诊断。电器系统常见故障如表1所示。
1.5.3实验台电器系统故障的设置
为实现教学目的，根据表1中常见的故障，在实验台设
置故障断路，例如车灯不亮会有很多种原因:蓄电池可能电
量不足、保险丝可能烧坏、车灯灯丝可能烧坏，学生在诊断过
程中结合实验台电路进行查找，就会发现具体原因及问题所
在。了解电器系统工作原理的同时，提高工程分析能力。
充分考虑实验台的局限性，设置的故障点全部为电路的
故障，使学生结合电路图快速查找故障。
2捷达电器实验台的升级
作为有一定使用年限的教学设备，实验台的后续功能开
发是很必要的。为了充分实现教学功能，要求在使用过程中
不断完善实验台的相关功能，进行定期更新升新升级。
2.1设备本身进行升级
电子设备更新越来越快，在其原有设备的基础上对淘汰
较快的进行更换，以达到充分利用设备潜能的目的，不断延
续实验台的使用寿命，减少不必要的资金投人。
2.2通过预留端口或改造其控制线路进行升级
这样做可以对一些原本不能在实验台实现的功能进行
演示，让同一个实验台可以完成多个实验项目。例如，在实
验台接有自诊断端口接头，一旦接上转用的诊断设备就能实
现模拟的诊断过程，充分展示数据流功能。如果有相应的发
动机实验台架，将其进行连接，便能真正的演示汽车的大部分使
用工况，这实际上是对已有台架的功能进行很大的扩充。
2.3实验台的控制功能升级
根据汽车电器系统中使用的传感器的工作特性，利用单
片机编程模拟信号，同时实现相应的演示功能。并且在信号
调试过程中了解车用电器系统信号的特征，完善实验台电器
系统装备，实现电器系统、电控系统功能合一。同时在故障
设置以及故障诊断过程使用遥控器进行控制，操作便捷的同
时对学生的故障诊断能力提出更高的要求，能够在更大程度
上加强对学生工程实践应用能力的培养。
3结束语
汽车行业的迅猛发展，汽车控制装备的广泛应用，势必
对汽车相关专业从业人员的素质要求越来越高。为更好地
适应电子技术的更新，捷达GTX型轿车实验台对于提升学
生的工程实践能力将会起到巨大的作用。
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机电一体化技术的应用与发展前景
摘要：机电一体化是一种复合技术，是机械技术与微电子技术、信息技术互相渗透的产物，是机电工业发展的必然趋势。文章简述了机电一体化技术的基本结构组成和主要应用领域，并指出其发展趋势。
关键词：机械工业；机电一体化；数控；模块化
现代科学技术的发展极大地推动了不同学科的交叉与渗透，引起了工程领域的技术改造与革命。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一体化，使机械工业的技术结构、产品机构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化，使工业生产由“机械电气化”迈入了“机电一体化”为特征的发展阶段。
一、机电一体化的核心技术
机电一体化包括软件和硬件两方面技术。硬件是由机械本体、传感器、信息处理单元和驱动单元等部分组成。因此，为加速推进机电一体化的发展，必须从以下几方面着手。
（一）机械本体技术
机械本体必须从改善性能、减轻质量和提高精度等几方面考虑。现代机械产品一般都是以钢铁材料为主，为了减轻质量除了在结构上加以改进，还应考虑利用非金属复合材料。只有机械本体减轻了重量，才有可能实现驱动系统的小型化，进而在控制方面改善快速响应特性，减少能量消耗，提高效率。
（二）传感技术
传感器的问题集中在提高可靠性、灵敏度和精确度方面，提高可靠性与防干扰有着直接的关系。为了避免电干扰，目前有采用光纤电缆传感器的趋势。对外部信息传感器来说，目前主要发展非接触型检测技术。
（三）信息处理技术
机电一体化与微电子学的显著进步、信息处理设备（特别是微型计算机）的普及应用紧密相连。为进一步发展机电一体化，必须提高信息处理设备的可靠性，包括模/数转换设备的可靠性和分时处理的输入输出的可靠性，进而提高处理速度，并解决抗干扰及标准化问题。
（四）驱动技术
电机作为驱动机构已被广泛采用，但在快速响应和效率等方面还存在一些问题。目前，正在积极发展内部装有编码器的电机以及控制专用组件-传感器-电机三位一体的伺服驱动单元。
（五）接口技术
为了与计算机进行通信，必须使数据传递的格式标准化、规格化。接口采用同一标准规格不仅有利于信息传递和维修，而且可以简化设计。目前，技术人员正致力于开发低成本、高速串行的接口，来解决信号电缆非接触化、光导纤维以及光藕器的大容量化、小型化、标准化等问题。
（六）软件技术
软件与硬件必须协调一致地发展。为了减少软件的研制成本，提高生产维修的效率，要逐步推行软件标准化，包括程序标准化、程序模块化、软件程序的固化、推行软件工程等。
二、机电一体化技术的主要应用领域
（一）数控机床
数控机床及相应的数控技术经过40年的发展，在结构、功能、操作和控制精度上都有迅速提高，具体表现在：
1、总线式、模块化、紧凑型的结构，即采用多CPU、多主总线的体系结构。
2、开放性设计，即硬件体系结构和功能模块具有层次性、兼容性、符合接口标准，能最大限度地提高用户的使用效益。
3、WOP技术和智能化。系统能提供面向车间的编程技术和实现二、三维加工过程的动态仿真，并引入在线诊断、模糊控制等智能机制。
4、大容量存储器的应用和软件的模块化设计，不仅丰富了数控功能，同时也加强了CNC系统的控制功能。
5、能实现多过程、多通道控制，即具有一台机床同时完成多个独立加工任务或控制多台和多种机床的能力，并将刀具破损检测、物料搬运、机械手等控制都集成到系统中去。
6、系统的多级网络功能，加强了系统组合及构成复杂加工系统的能力。
7、以单板、单片机作为控制机，加上专用芯片及模板组成结构紧凑的数控装置。
（二）计算机集成制造系统（CIMS）
CIMS的实现不是现有各分散系统的简单组合，而是全局动态最优综合。它打破原有部门之间的界线，以制造为基干来控制“物流”和“信息流”，实现从经营决策、产品开发、生产准备、生产实验到生产经营管理的有机结合。企业集成度的提高可以使各种生产要素之间的配置得到更好的优化，各种生产要素的潜力可以得到更大的发挥。
（三）柔性制造系统（FMS）
柔性制造系统是计算机化的制造系统，主要由计算机、数控机床、机器人、料盘、自动搬运小车和自动化仓库等组成。它可以随机地、实时地、按量地按照装配部门的要求，生产其能力范围内的任何工件，特别适于多品种、中小批量、设计更改频繁的离散零件的批量生产。
摘 要
直流电动机具有良好的起动、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速或快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。从控制的角度来看，直流调速还是交流拖动系统的基础。早期直流电动机的控制均以模拟电路为基础，采用运算放大器、非线性集成电路以及少量的数字电路组成，控制系统的硬件部分非常复杂，功能单一，而且系统非常不灵活、调试困难，阻碍了直流电动机控制技术的发展和应用范围的推广。随着单片机技术的日新月异，使得许多控制功能及算法可以采用软件技术来完成，为直流电动机的控制提供了更大的灵活性，并使系统能达到更高的性能。采用单片机构成控制系统，可以节约人力资源和降低系统成本，从而有效的提高工作效率[1]。
本设计主电路采用晶闸管三相全控桥整流电路供电方案，控制电路由软件实现系统的功能，取代传统的双闭环调速系统。系统用一台单片机及外部扩展设备代替原模拟系统中速度调节器、电流调节器、触发器、锁零单元和电流自适应调节器等，从而使直流调速系统实现数字化[2]。
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