《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)》教學(xué)大綱

《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)》教學(xué)大綱適用范圍：2022級本科人才培養(yǎng)方案課程代碼：01150901課程性質(zhì)：專業(yè)選修課學(xué)分：2.0學(xué)分學(xué)時(shí)：32學(xué)時(shí)（理論24學(xué)時(shí)、實(shí)踐8學(xué)時(shí)）先修課程：微機(jī)原理與單片機(jī)接口技術(shù)、機(jī)電傳動(dòng)控制與PLC等后續(xù)課程：機(jī)電綜合創(chuàng)新設(shè)計(jì)適用專業(yè)：機(jī)械電子工程開課單位：機(jī)械工程學(xué)院一、課程說明《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)》是機(jī)械電子工程專業(yè)本科學(xué)生的專業(yè)選修課程。本課程采用項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)方式，主要通過講解典型機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)案例，讓學(xué)生掌握機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，建立機(jī)電產(chǎn)品的系統(tǒng)化設(shè)計(jì)思想，具備一定的機(jī)電一體化系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)能力，提高學(xué)生對所學(xué)的機(jī)械技術(shù)、傳感器技術(shù)、電工電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)的綜合運(yùn)用能力，了解機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，為學(xué)習(xí)其他有關(guān)課程及以后從事機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作打下必要的基礎(chǔ)。二、課程目標(biāo)通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生達(dá)到如下目標(biāo)：課程目標(biāo)1：掌握機(jī)電一體化系統(tǒng)中各結(jié)構(gòu)要素在系統(tǒng)中的作用和相互關(guān)系，能夠建立機(jī)電產(chǎn)品的數(shù)學(xué)模型和系統(tǒng)化設(shè)計(jì)思想，構(gòu)思機(jī)電一體化產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案，能夠?qū)Ω鞣桨高M(jìn)行評價(jià)，具備綜合分析和解決實(shí)際工程應(yīng)用的能力。課程目標(biāo)2：能夠針對具體的機(jī)電一體化產(chǎn)品，明確產(chǎn)品設(shè)計(jì)目標(biāo)，確定開發(fā)特定機(jī)電產(chǎn)品的技術(shù)方案，分析方案可行性，對機(jī)電一體化的數(shù)學(xué)建模和仿真分析，確立系統(tǒng)功能是否達(dá)到預(yù)期，從而解決現(xiàn)代機(jī)電系統(tǒng)的工程問題，樹立知難而進(jìn)，勇攀高峰的學(xué)習(xí)精神。三、課程目標(biāo)與畢業(yè)要求《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)》課程教學(xué)目標(biāo)對機(jī)械電子工程專業(yè)畢業(yè)要求的支撐見表1。表1課程教學(xué)目標(biāo)與畢業(yè)要求關(guān)系畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)課程目標(biāo)支撐強(qiáng)度1.工程：能夠?qū)?shù)學(xué)、自然科學(xué)、工程基礎(chǔ)和機(jī)械電子類等專業(yè)知識(shí)用于分析解決機(jī)電工程領(lǐng)域的復(fù)雜工程問題。1.4能夠?qū)I(yè)知識(shí)用于機(jī)械電子相關(guān)復(fù)雜工程問題解決方案的比較、綜合和交流。課程目標(biāo)1：掌握機(jī)電一體化系統(tǒng)中各結(jié)構(gòu)要素在系統(tǒng)中的作用和相互關(guān)系，能夠建立機(jī)電產(chǎn)品的數(shù)學(xué)模型和系統(tǒng)化設(shè)計(jì)思想，構(gòu)思機(jī)電一體化產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案，能夠?qū)Ω鞣桨高M(jìn)行評價(jià)，具備綜合分析和解決實(shí)際工程應(yīng)用的能力。H3.設(shè)計(jì)/開發(fā)解決方案：能夠設(shè)計(jì)針對復(fù)雜機(jī)電工程工程領(lǐng)域復(fù)雜工程問題的解決方案，設(shè)計(jì)滿足特定需求的系統(tǒng)與單元（部件），并能夠在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中體現(xiàn)創(chuàng)新意識(shí)，考慮社會(huì)、健康、安全、法律、文化以及環(huán)境等因素。3.2能夠根據(jù)要求，設(shè)計(jì)開發(fā)實(shí)現(xiàn)特定功能的復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)和單元（部件）。課程目標(biāo)2：能夠針對具體的機(jī)電一體化產(chǎn)品，明確產(chǎn)品設(shè)計(jì)目標(biāo)，確定開發(fā)特定機(jī)電產(chǎn)品的技術(shù)方案，分析方案可行性，對機(jī)電一體化的數(shù)學(xué)建模和仿真分析，確立系統(tǒng)功能是否達(dá)到預(yù)期，從而解決現(xiàn)代機(jī)電系統(tǒng)的工程問題，樹立知難而進(jìn)，勇攀高峰的學(xué)習(xí)精神。H注：表中“H（高）、M（中）”表示課程與相關(guān)畢業(yè)要求的關(guān)聯(lián)度。四、教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時(shí)分配1.理論部分理論部分的教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時(shí)分配見表2。表2教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時(shí)分配教學(xué)內(nèi)容教學(xué)要求，教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)理論學(xué)時(shí)實(shí)踐學(xué)時(shí)對應(yīng)的課程目標(biāo)項(xiàng)目一：車床的機(jī)電一體化改造系統(tǒng)設(shè)計(jì)教學(xué)要求：了解車床的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及機(jī)電一體化改造意義；掌握普通車床數(shù)控化改造方案及過程；掌握車床數(shù)控改造的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方案及改造過程；掌握數(shù)控系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)方案及設(shè)計(jì)方法。重點(diǎn):車床數(shù)控改造的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方案及改造過程、數(shù)控系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)方案及設(shè)計(jì)方法。難點(diǎn):數(shù)控系統(tǒng)硬件及軟件的設(shè)計(jì)方案及設(shè)計(jì)方法。61、2項(xiàng)目二：道路交通信號燈教學(xué)要求：了解全自動(dòng)洗衣機(jī)的結(jié)構(gòu)類型、工作原理及主要性能指標(biāo)；掌握全自動(dòng)洗衣機(jī)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程；掌握全自動(dòng)洗衣機(jī)微機(jī)控制系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)思想；掌握全自動(dòng)洗衣機(jī)電氣控制工藝設(shè)計(jì)及程序設(shè)計(jì)。重點(diǎn):全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)思想、全自動(dòng)洗衣機(jī)電氣控制工藝設(shè)計(jì)及程序設(shè)計(jì)。難點(diǎn):全自動(dòng)洗衣機(jī)電氣控制工藝設(shè)計(jì)及程序設(shè)計(jì)。641、2項(xiàng)目三：全自動(dòng)洗衣機(jī)的機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)教學(xué)要求：了解全自動(dòng)洗衣機(jī)的結(jié)構(gòu)類型、工作原理及主要性能指標(biāo)；掌握全自動(dòng)洗衣機(jī)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程；掌握全自動(dòng)洗衣機(jī)微機(jī)控制系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)思想；掌握全自動(dòng)洗衣機(jī)電氣控制工藝設(shè)計(jì)及程序設(shè)計(jì)。重點(diǎn):全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)思想、全自動(dòng)洗衣機(jī)電氣控制工藝設(shè)計(jì)及程序設(shè)計(jì)。難點(diǎn):全自動(dòng)洗衣機(jī)電氣控制工藝設(shè)計(jì)及程序設(shè)計(jì)。61、2項(xiàng)目四:雷達(dá)天線的光電跟蹤伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)教學(xué)要求：了解雷達(dá)天線的工作原理及、組成及結(jié)構(gòu)類型；掌握雷達(dá)天線光電跟蹤伺服的工作原理及伺服傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的選用原則；掌握雷達(dá)天線的光電跟蹤伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路。重點(diǎn):雷達(dá)天線光電跟蹤伺服的工作原理及伺服傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的選用原則、雷達(dá)天線的光電跟蹤伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路。難點(diǎn):雷達(dá)天線的光電跟蹤伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路。641、2合計(jì)242.實(shí)踐部分實(shí)踐部分的教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時(shí)分配見表3。表3實(shí)踐項(xiàng)目、實(shí)踐內(nèi)容與學(xué)時(shí)實(shí)踐項(xiàng)目實(shí)踐內(nèi)容和要求實(shí)踐學(xué)時(shí)對應(yīng)的課程目標(biāo)1.帶行人呼叫的道路交通信號燈實(shí)踐內(nèi)容：帶行人呼叫的道路交通信號燈。實(shí)踐要求：了解交通信號燈的工作原理，掌握交通燈燈桿結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，掌握帶行人呼叫的交通信號燈產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)，完成帶行人呼叫的交通信號燈編程。41、22.VGA智能搬運(yùn)小車實(shí)踐內(nèi)容：采用微機(jī)控制技術(shù)搭建VGA智能搬運(yùn)小車。實(shí)踐要求：了解VGA搬運(yùn)小車的結(jié)構(gòu)組成、常用傳感器的用途，掌握VGA小車車架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，掌握傳感器的選用原則，掌握步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)原理及方法，掌握VGA智能搬運(yùn)小車設(shè)計(jì)路線。41、2合計(jì)8五、教學(xué)方法及手段《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)》課程具有理論性、工程性、實(shí)踐性相結(jié)合的特點(diǎn)，教學(xué)手段和方法要盡量呈現(xiàn)多元化。本課程以課堂講授為主，采用啟發(fā)式、討論式、問題導(dǎo)向、案例教學(xué)和項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)等多種教學(xué)方式，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)學(xué)生積極思考，開發(fā)學(xué)生的潛能，培養(yǎng)學(xué)生思考問題、分析問題和解決問題的能力；以“少而精”為原則，精選教學(xué)內(nèi)容，精講多練；安排習(xí)題課，鞏固課堂所學(xué)知識(shí)；通過對典型機(jī)電一體化裝置的技術(shù)原理和設(shè)計(jì)方法的學(xué)習(xí)，使學(xué)生學(xué)會(huì)設(shè)計(jì)常見得的機(jī)電一體化產(chǎn)品，并能夠?qū)?fù)雜機(jī)電產(chǎn)品的設(shè)計(jì)提出合理的設(shè)計(jì)思路和解決方案。實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中，通過啟發(fā)式教學(xué)、討論式教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)機(jī)電一體化系統(tǒng)的基本理論、基本知識(shí)和基本技能，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、實(shí)際動(dòng)手能力，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維。采用教師講授和學(xué)生動(dòng)手操作的方法；在實(shí)踐前學(xué)生應(yīng)復(fù)習(xí)和掌握與實(shí)踐項(xiàng)目有關(guān)的教學(xué)內(nèi)容、認(rèn)真閱讀實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書；實(shí)踐要求5-6人一組，按要求獨(dú)立完成規(guī)定的實(shí)踐項(xiàng)目。在實(shí)踐過程中要嚴(yán)格遵守紀(jì)律，按操作規(guī)程使用儀器；實(shí)踐結(jié)束后，按規(guī)定對儀器進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)；每完成一項(xiàng)實(shí)踐，要認(rèn)真完成一份實(shí)踐報(bào)告。六、課程資源1.推薦教材：（1）梁景凱等著，機(jī)電一體化技術(shù)與系統(tǒng)（第二版）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2020.（2）張建民.機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京：高等教育出版社.2020.2.參考書：（3）陳鼎南.機(jī)電一體化設(shè)計(jì)[M].北京：清華大學(xué)出版社.2013.（4）劉宏新.機(jī)電一體化技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2020.（5）周德卿.機(jī)電一體化技術(shù)與系統(tǒng)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2019.3.期刊：作者.文題.刊名，年，卷號（期號）．或者：刊名，主辦單位（1）機(jī)電一體化[J].ISSN1007-080X.上?？萍嘉墨I(xiàn)出版社.（2）機(jī)電工程[J].ISSN1001-4551.浙江大學(xué).（3）機(jī)械設(shè)計(jì)與研究[J].ISSN1006-2343.上海市機(jī)械工程學(xué)會(huì).（4）《機(jī)器人》[J].ISSN1002-0446.中國科學(xué)院沈陽自動(dòng)化研究所.4.網(wǎng)絡(luò)資源：（1）機(jī)電之家，/（2）機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用協(xié)會(huì)，/（3）中國慕課，/course/YSU-1463076164?from=searchPage七、課程考核對課程目標(biāo)的支撐課程成績?yōu)橛烧n堂測試、實(shí)踐成績、期末作業(yè)組成的過程性考核成績，具體考核/評價(jià)細(xì)則及對課程目標(biāo)的支撐關(guān)系見表4。表4課程考核對課程目標(biāo)的支撐考核環(huán)節(jié)占比考核/評價(jià)細(xì)則課程目標(biāo)12過程性考核課堂表現(xiàn)10（1）根據(jù)課堂表現(xiàn)情況進(jìn)行考核，滿分100分。（2）每次課堂表現(xiàn)單獨(dú)評分，取各次課堂表現(xiàn)成績的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績。（3）以課堂表現(xiàn)成績乘以其在總評成績中所占的比例計(jì)入課程總評成績。√√55實(shí)踐成績40（1）根據(jù)每次實(shí)踐操作完成情況單獨(dú)評分，滿分20分；（2）每次實(shí)踐操作單獨(dú)評分，取各次課堂測試成績的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績。（3）以實(shí)踐操作成績乘以其在總評成績中所占的比例計(jì)入課程總評成績。√√2515期末作業(yè)50以某一機(jī)電產(chǎn)品為設(shè)計(jì)對象，對其進(jìn)行機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，給出三個(gè)以上設(shè)計(jì)方案，闡述設(shè)計(jì)思想，并論述設(shè)計(jì)方案的優(yōu)缺點(diǎn)，確定最佳設(shè)計(jì)方案，選擇合適的元器件類型，設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)和程序，完成機(jī)電產(chǎn)品的設(shè)計(jì)?！獭?010合計(jì)：100分7030八、考核與成績評定1.考核方式及成績評定考核方式：本課程主要以課堂測試、實(shí)踐成績、期末作業(yè)等方式對學(xué)生進(jìn)行考核評價(jià)?？己嘶疽螅嚎己丝偝煽冇烧n堂表現(xiàn)（占比10%）、實(shí)踐成績（占比40%）、期末作業(yè)（占比50%）等過程性考核成績（滿分100分）組成；過程性考核分值分配應(yīng)與教學(xué)大綱各章節(jié)的學(xué)時(shí)基本成比例。2.過程性考核成績的標(biāo)準(zhǔn)過程性考核方式重點(diǎn)考核內(nèi)容、評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)、所占比重見表5。表5過程性考核方式評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)考核方式所占比重(%)100>x≥9090>x≥8080>x≥7070>x≥60x<60課堂表現(xiàn)10能夠積極參加課堂活動(dòng)，遵守課堂紀(jì)律，能夠積極回答課堂問題并卻回答問題正確5次以上。能夠積極參加課堂活動(dòng)，遵守課堂紀(jì)律，積極回答課堂問題并卻回答問題正確4次以上。能夠積極參加課堂活動(dòng)，遵守課堂紀(jì)律，積極回答課堂問題并卻回答問題正確3次以上。偶爾參加課堂活動(dòng)，遵守課堂紀(jì)律，積極回答課堂問題并卻回答問題正確2次以上。不積極參加課堂活動(dòng)，遵守課堂紀(jì)律，積極回答課堂問題并卻回答問題正確1次及以下。實(shí)踐成績40預(yù)習(xí)認(rèn)真、熟練掌握方法與步驟、遵規(guī)守紀(jì)、操作熟練、團(tuán)結(jié)協(xié)作預(yù)習(xí)認(rèn)真、掌握方法與步驟、遵規(guī)守紀(jì)、操作正確有序、團(tuán)結(jié)協(xié)作預(yù)習(xí)認(rèn)真、熟練掌握方法與步驟、遵規(guī)守紀(jì)、操作基本正確、有協(xié)作有