《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計》教學(xué)大綱

《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計》教學(xué)大綱適用范圍：2022級本科人才培養(yǎng)方案課程代碼：01150261課程性質(zhì)：專業(yè)選修課學(xué)分：1.5學(xué)分學(xué)時：24學(xué)時（理論24學(xué)時）先修課程：機(jī)械設(shè)計、機(jī)械控制工程等后續(xù)課程：機(jī)電綜合創(chuàng)新設(shè)計適用專業(yè)：機(jī)械電子工程（專升本）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》是機(jī)械電子工程專業(yè)本科學(xué)生的專業(yè)必修課程。本課程主要傳授機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計方法，讓學(xué)生初步建立機(jī)電產(chǎn)品的系統(tǒng)化設(shè)計思想，提高學(xué)生對所學(xué)機(jī)械技術(shù)、傳感器技術(shù)、電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)的綜合運用能力，為學(xué)習(xí)其他有關(guān)課程及以后從事技術(shù)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：學(xué)習(xí)機(jī)電一體化基本概念，理解機(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，初步建立機(jī)電產(chǎn)品的數(shù)學(xué)模型和系統(tǒng)化設(shè)計思想。課程目標(biāo)2：了解并掌握機(jī)電一體化系統(tǒng)中常用傳感器、傳動機(jī)構(gòu)、動力驅(qū)動裝置和計算機(jī)控制系統(tǒng)的種類和技術(shù)特點；了解典型機(jī)電一體化產(chǎn)品的構(gòu)成和特點，熟悉機(jī)電一體化產(chǎn)品的工程路線，掌握典型機(jī)電一體化裝置的技術(shù)原理和設(shè)計方法。課程目標(biāo)3：能夠針對具體的機(jī)電一體化產(chǎn)品確定產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)路線，學(xué)會設(shè)計簡單的機(jī)電一體化產(chǎn)品，使學(xué)生在今后的工作中具有綜合應(yīng)用多學(xué)科知識的能力，具有自主學(xué)習(xí)和終身學(xué)習(xí)的意識，具有不斷學(xué)習(xí)本專業(yè)先進(jìn)技術(shù)和適應(yīng)社會技術(shù)發(fā)展的能力；培養(yǎng)學(xué)生具有堅定正確的政治方向，樹立正確的世界觀、人生觀和價值觀，具有良好的社會公德和職業(yè)道德、較強(qiáng)的社會責(zé)任感和團(tuán)隊合作精神，具有愛國奉獻(xiàn)精神和工匠精神。課程目標(biāo)4：熟悉機(jī)電相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，以及相關(guān)知識產(chǎn)權(quán)、行業(yè)政策，具有良好的專業(yè)素質(zhì)和工作適應(yīng)能力，具有正確的勞動觀念，形成良好的勞動習(xí)慣。三、課程目標(biāo)與畢業(yè)要求《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計》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)點課程目標(biāo)支撐強(qiáng)度1.工程知識: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)知識用于分析解決機(jī)電系統(tǒng)的工程問題。1.2能夠針對機(jī)電系統(tǒng)的具體對象建立數(shù)學(xué)模型并求解。課程目標(biāo)1：學(xué)習(xí)機(jī)電一體化基本概念，理解機(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，初步建立機(jī)電產(chǎn)品的數(shù)學(xué)模型和系統(tǒng)化設(shè)計思想。M2.問題分析：能夠應(yīng)用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)和工程科學(xué)的基本原理，識別、表達(dá)、并通過文獻(xiàn)研究分析復(fù)雜的機(jī)械電子領(lǐng)域工程問題，以獲得有效結(jié)論。2.1能應(yīng)用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)和工程科學(xué)的基本原理和方法，識別和判斷機(jī)電復(fù)雜工程問題的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。2.3能通過文獻(xiàn)查閱、分析或?qū)嶒?、實踐，能認(rèn)識到解決問題有多種方案可選擇，會通過文獻(xiàn)研究尋求可替代的解決方案。課程目標(biāo)2：了解并掌握機(jī)電一體化系統(tǒng)中常用傳感器、傳動機(jī)構(gòu)、動力驅(qū)動裝置和計算機(jī)控制系統(tǒng)的種類和技術(shù)特點；了解典型機(jī)電一體化產(chǎn)品的構(gòu)成和特點，熟悉機(jī)電一體化產(chǎn)品的工程路線，掌握典型機(jī)電一體化裝置的技術(shù)原理和設(shè)計方法。H3.設(shè)計/開發(fā)解決方案：能夠設(shè)計針對復(fù)雜機(jī)械電子工程問題的解決方案，設(shè)計滿足特定需求的系統(tǒng)、單元（部件）或工藝流程，并能夠在設(shè)計環(huán)節(jié)中體現(xiàn)創(chuàng)新意識，考慮社會、健康、安全、法律、文化以及環(huán)境等因素。3.1能夠掌握機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計和產(chǎn)品開發(fā)周期、全流程的基本設(shè)計/開發(fā)方法和技術(shù)，了解影響設(shè)計目標(biāo)和技術(shù)方案的各個因素。3.3能根據(jù)解決方案進(jìn)行技術(shù)參數(shù)的設(shè)計計算與優(yōu)化，完成機(jī)電系統(tǒng)單元、系統(tǒng)總體設(shè)計或開發(fā)。課程目標(biāo)3：能夠針對具體的機(jī)電一體化產(chǎn)品確定產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)路線，學(xué)會設(shè)計簡單的機(jī)電一體化產(chǎn)品，使學(xué)生在今后的工作中具有綜合應(yīng)用多學(xué)科知識的能力，具有自主學(xué)習(xí)和終身學(xué)習(xí)的意識，具有不斷學(xué)習(xí)本專業(yè)先進(jìn)技術(shù)和適應(yīng)社會技術(shù)發(fā)展的能力；培養(yǎng)學(xué)生具有堅定正確的政治方向，樹立正確的世界觀、人生觀和價值觀，具有良好的社會公德和職業(yè)道德、較強(qiáng)的社會責(zé)任感和團(tuán)隊合作精神，具有愛國奉獻(xiàn)精神和工匠精神。H6.工程與社會：能夠基于工程相關(guān)背景知識進(jìn)行合理分析，評價專業(yè)工程實踐和復(fù)雜工程問題解決方案對社會、健康、安全、法律以及文化的影響，并理解應(yīng)承擔(dān)的責(zé)任。6．1熟悉機(jī)電相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系、法律法規(guī)、知識產(chǎn)權(quán)、產(chǎn)業(yè)政策，理解不同社會文化對工程活動的影響等。課程目標(biāo)4：熟悉機(jī)電相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，以及相關(guān)知識產(chǎn)權(quán)、行業(yè)政策，具有良好的專業(yè)素質(zhì)和工作適應(yīng)能力，具有正確的勞動觀念，形成良好的勞動習(xí)慣。M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)時分配見表2。表2教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時分配教學(xué)內(nèi)容教學(xué)要求，教學(xué)重點難點理論學(xué)時對應(yīng)的課程目標(biāo)1.機(jī)電一體化系統(tǒng)認(rèn)識1.1什么是機(jī)電一體化技術(shù)；1.2機(jī)電一體化的相關(guān)技術(shù)及機(jī)電一體化系統(tǒng)的構(gòu)成；1.3機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域及發(fā)展前景。教學(xué)要求：掌握機(jī)電一體化的定義；掌握機(jī)電一體化系統(tǒng)的構(gòu)成；了解機(jī)電一體化的相關(guān)技術(shù)；了解機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用及前景；嘗試培養(yǎng)學(xué)生從系統(tǒng)的觀點考慮問題，考慮人與自然和諧統(tǒng)一，利用系統(tǒng)方法論打破專業(yè)和技術(shù)壁壘，將不同專業(yè)知識和技術(shù)有機(jī)融合，實現(xiàn)系統(tǒng)的最優(yōu)匹配，同時在設(shè)計系統(tǒng)或產(chǎn)品過程中考慮生命周期，培養(yǎng)學(xué)生樹立綠色設(shè)計的理念，做到設(shè)計的系統(tǒng)或產(chǎn)品達(dá)到人與自然和諧共存；激發(fā)學(xué)生的愛國情懷。重點:機(jī)電一體化系統(tǒng)的構(gòu)成、相關(guān)技術(shù)、設(shè)計思想及系統(tǒng)開發(fā)工程路線。難點:設(shè)計思想及系統(tǒng)開發(fā)工程路線。21、22.機(jī)械傳動與支承2.1機(jī)械傳動系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立2.2機(jī)械結(jié)構(gòu)因素對伺服系統(tǒng)性能的影響2.3機(jī)械傳動裝置教學(xué)要求：掌握機(jī)械傳動系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立及影響伺服系統(tǒng)性能的因素；掌握影響伺服系統(tǒng)性能的因素；了解常用傳動裝置的選取原則；培養(yǎng)學(xué)生能合理有效選擇技術(shù)，規(guī)范使用現(xiàn)代工程設(shè)計工具。重點:建立機(jī)械傳動系統(tǒng)的模型。難點:機(jī)械傳動模型的建立。41、2、3、43.檢測技術(shù)3.1檢測的基本概念；3.2常見傳感器（位移、位置、速度等傳感器）的原理、應(yīng)用、選擇；3.3傳感器信號處理。教學(xué)要求：了解傳感器的基本評價指標(biāo)；掌握常用傳感器的基本原理與適用場合；了解傳感器信號的處理方法；以典型人物為抓手，對學(xué)生進(jìn)行主人翁意識教育，引導(dǎo)學(xué)生對國家智能制造政策的認(rèn)同、核心價值觀的認(rèn)同，從而激發(fā)其更多的社會責(zé)任感。重點:常用傳感器的原理、應(yīng)用及信號處理。難點:信號處理。41、2、3、44.伺服傳動技術(shù)4.1伺服驅(qū)動系統(tǒng)概述；4.2直流伺服系統(tǒng)；4.3交流伺服系統(tǒng)；4.4步進(jìn)伺服系統(tǒng)。教學(xué)要求：理解并掌握伺服系統(tǒng)的一般組成；掌握步進(jìn)、直流、交流伺服電機(jī)工作原理及調(diào)速方法；調(diào)速過程融入“木桶原理”協(xié)調(diào)發(fā)展思想。重點:各種伺服系統(tǒng)的控制及特點。難點:各種伺服系統(tǒng)的驅(qū)動調(diào)速原理。61、2、3、45.計算機(jī)控制技術(shù)5.1計算機(jī)控制系統(tǒng)概述；5.2計算機(jī)控制系統(tǒng)的接口技術(shù)；5.3計算機(jī)控制算法（PID）。教學(xué)要求：了解計算機(jī)控制系統(tǒng)的類型及其特點；掌握計算機(jī)接口的工作原理與使用方法；掌握PID控制算法及其參數(shù)調(diào)節(jié)；培養(yǎng)學(xué)生能合理有效選擇技術(shù)，規(guī)范使用現(xiàn)代工程設(shè)計工具。重點:計算機(jī)接口的工作原理及計算機(jī)控制算法。難點:計算機(jī)控制算法。41、2、3、46.機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計6.1工業(yè)機(jī)器；6.2數(shù)控機(jī)床。教學(xué)要求：了解機(jī)電一體化系統(tǒng)的組成及應(yīng)用；掌握機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計方法；構(gòu)建以學(xué)生為主體的理論學(xué)習(xí)與項目研究相輔相成的一體化教學(xué)體系，授課過程中加強(qiáng)人文情懷培養(yǎng)，要讓學(xué)生以健康的人文情懷去指導(dǎo)他們的專業(yè)課程學(xué)習(xí)。重點:機(jī)電一體化系統(tǒng)的組成及設(shè)計。難點:機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計。41、2、3、4合計24五、教學(xué)方法及手段《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計》課程具有理論性、工程性、實踐性相結(jié)合的特點，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)和項目驅(qū)動等多種教學(xué)方式，采用學(xué)習(xí)通為線上教學(xué)平臺，實現(xiàn)線上線下混合式教學(xué)，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；通過對典型機(jī)電一體化裝置的技術(shù)原理和設(shè)計方法的學(xué)習(xí)，使學(xué)生學(xué)會設(shè)計簡單的機(jī)電一體化產(chǎn)品。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[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[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.2019.2.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)計與研究[J].ISSN1006-2343.上海市機(jī)械工程學(xué)會.（4）《機(jī)器人》[J].ISSN1002-0446.中國科學(xué)院沈陽自動化研究所.3.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，/（3）中國慕課，/course/YSU-1463076164?from=searchPage七、課程考核對課程目標(biāo)的支撐課程成績由過程性考核成績和期末考核成績兩部分構(gòu)成，具體考核/評價細(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/評價細(xì)則課程目標(biāo)1234過程性考核課堂表現(xiàn)20（1）根據(jù)課堂出勤情況和課堂回答問題情況進(jìn)行考核，滿分100分。（2）以課堂表現(xiàn)成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績。√√√√3331小組討論5（1）根據(jù)課堂情況，對課堂同學(xué)進(jìn)行分組討論，每次討論滿分為100分。（2）以小組討論成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績。?！?7作業(yè)15（1）主要考核學(xué)生對各章節(jié)知識點的復(fù)習(xí)、理解和掌握程度，滿分100分；（2）每次作業(yè)單獨評分，取各次成績的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績。（3）以作業(yè)成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績?！獭獭?55期末考核60（1）卷面成績100分，以卷面成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績。（2）主要考核機(jī)電一體化系統(tǒng)中常用傳感器、傳動機(jī)構(gòu)、動力驅(qū)動裝置和計算機(jī)控制系統(tǒng)的種類、特點、選擇計算等內(nèi)容。（3）考試題型為：選擇題、填空題、判斷題、簡答題、計算題和分析題等多種類型?！獭獭獭?220153合計：100分3036304八、考核與成績評定1.考核方式及成績評定考核方式：本課程主要以課堂表現(xiàn)、小組討論、作業(yè)、期末考試等方式對學(xué)生進(jìn)行考核評價?？己嘶疽螅嚎己丝偝煽冇善谀┰嚲沓煽兒瓦^程性考核成績組成。其中：期末試卷成績?yōu)?00分（權(quán)重60%），試題類型為單項選擇題、填空題、判斷題、簡答題和綜合分析題等類型，試卷中基本知識、基本理論、基本技能的試題分值不超過50%，綜合應(yīng)用題、分析題不低于50%；課堂表現(xiàn)、實驗、作業(yè)等過程性考核成績?yōu)?00分（權(quán)重40%）；過程性考核和考試試題分值分配應(yīng)與教學(xué)大綱各章節(jié)的學(xué)時基本成比例。2.過程性考核成績的標(biāo)準(zhǔn)過程性考核方式重點考核內(nèi)容、評價標(biāo)準(zhǔn)、所占比重見表5。表5過程性考核方式評價標(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)50筆記完整，積極參與教學(xué)活動，踴躍回答問題，準(zhǔn)確率大于90%。筆記完整，認(rèn)真參與教學(xué)活