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机电一体化综合实训课程教学模式探讨
作者：宋志刚 朱 梅 孙卫和
关键词：机电一体化；教学模式；综合实训
机电一体化类综合实训课程一般为机电一体化、自动化生产设备应用、工业自动化等相关专业开设的一门专业技能实训必修课程，课程安排一般为期3～5周。下面以深圳职业技术学院自动化生产设备应用专业开设的机电一体化技术综合实训课程为例来探讨此类实训课程的教学模式。
机电一体化技术综合实训课程的任务
机电一体化技术综合实训课程的任务是：让机电一体化、自动化生产设备应用等相关专业的学生在经过课堂理论学习后，亲自对各类自动生产线系统（自动化专机、自动生产线、柔性制造系统等）进行认识实践、解剖分析、装配、调试纠错，对自动生产线系统的组成、结构原理、系统控制等进行更深入的了解，进一步培养学生的实际动手能力。要求学生能够运用所学的知识，熟练进行自动生产线的装配、调试和故障排除，包括从元器件到系统的组装、纠错、调试、PLC程序编程、下载及完整系统的运行、了解网络连接，具有分析和排除常见设备故障的能力，同时具备进行简单机构设计的能力，并且对常见自动输送系统有深入分析和研究。本实训课程主要考虑的问题是如何整合学生以前所学的理论和实践知识，提高学生的专业技能和解决实际问题的能力，让学生在毕业前就能够和企业所需完全接轨。
实训设备
本课程的实训设备是以德国FESTO公司开发的综合技术在国际上领先的FMS50机电一体化模块式教学培训系统，如图1所示。它是FESTO公司结合现代工业特点开发研制的模拟自动化生产过程，集机械、电子、通讯于一体的高度集成的机电信息一体化实训教学装置。它涵盖了机械设计、传感器技术、自控技术、信息技术和计算机技术等多项学科的内容。该系统是一个模拟生产中、短行程气缸的柔性自动生产线，由10个独立的工作站、1个物流传输系统、2台CNC机床和特殊的软件及控制主机等组成。该系统使用与实际生产加工相同的工业元件，系统中的各工作站的功能单元能完成供料、工件检测、工件提取、工件加工、质量控制、机械手组装、工件暂存、工件提取及成品分捡等一系列过程。FMS50的每个单元均根据设定的任务，选择相应功能和技术参数的气动元件、传感器、电气元件及标准型材集成而成。它代表了当今现代化企业产品开发“采购和集成”的先进设计理念。工作单元之间具有柔性的结合方式，可以任意组合，系统的开放性很强，可以不断地将新技术融入系统中。
基于实际功能要求,整个系统可以划分为原料输入单元、加工单元、质量检测单元、装配单元、暂存单元和成品输出单元六个功能单元（如图2所示）。
实训教学组织与运行
参考国际奥林匹克机电一体化职业技能大赛的模式和首届中国青年机电一体化大赛的模式并结合本校本专业学生的实际情况，我们对本实训课程的教学模式和过程进行探索，决定采用“化整为散，合散为整”的教学模式，即将整套FMS50系统全部拆散成零部件，然后再将零部件组装成系统，在拆与装的过程中训练学生各方面的技能与技巧。
教学过程本实训课程的教学过程为：FMS50系统整体运行介绍——FMS50系统各工作站运行和功能分析——各工作站从系统上的拆解——单台工作站的解剖分析——单台工作站的装配——单台工作站气路联接——单台工作站电路联接——单台工作站电气路故障设置——单台工作站电气路故障排除和调试——工作站和输送系统联调——系统正常运行——整个过程结束。整个教学过程即为“化整为散，合散为整”的模式。对一套系统先进行功能分析，然后选取典型部件进行解剖，化整为散，化整为散后再根据相应的技术资料，对解剖后的零部件进行装配调试和故障分析。教学过程中首先讲解FMS50系统功能及工作流程，其次分组讲解各种典型工作站的功能及工作流程，接着教会学生看各种技术资料（机械装配图、气动回路图、电气接线图等），在拆工作站之前，要求学生完全明白各个工作站的功能、工作流程并作记录，注意拆卸前各个工作站的工艺及外观，并且各小组要先讨论拆卸方案与要点，保证设备能恢复原工作状态，实训过程中不得损坏元件，尤其是传感器、气缸活塞杆表面等。接着再让学生按照技术资料进行拆卸和安装，并严格要求学生正确使用工具和做好笔记，训练良好的工作作风，拆卸方案得到指导教师同意后方可进行，此项措施是保证设备完好的一项重要工作。各小组轮换工作站之前都要和控制系统相连，学习系统调试及系统使用的各项通讯技术，并保证轮换前每个工作站工作是完全正常的。防止轮换后损坏的元器件责任不清，并严格强调发生任何故障一定要立即报告指导教师，否则责任由小组学生自己承担。实训教学的具体过程如图3所示。
教学组织在实训教学过程中将30人左右的教学班分为5组，每组自主产生组长，负责小组的实训过程管理和指导，每组有一人负责做记录，记录实训过程的各项任务以及在实训过程中遇到的难题等。这样可以锻炼学生的组织能力，培养他们做笔记的良好习惯。先让每组成员用3～4天的时间对FMS50系统中单一工作站的机械单元、气动单元、电气单元及气路和电路进行拆装。再将小组按编号轮换工作站，使学生熟悉FMS50系统中常用工作站。在最后整个系统运行中，通过连接工作站和系统，可以使学生认识当前自动化生产中主要应用的通讯技术。
教学运行在实训方法上，为激发学生参与的主动性和团队合作精神，在实训过程中穿插各小组的指定项目竞赛，诸如开展工作站的拆卸、元器件安装、电气路连接、调试与故障排除等项目，各项目评判采用计时和教师阶段检查为主，并成立考核评判小组，由指导教师和5个小组组长组成，指导教师占50％权值，每小组组长各占10％权值。考核评判小组不但负责整个考核成绩的认定，还负责将本组成员的一些不足和其他组的优势传达给本小组成员。各小组之间可以互设故障，各小组内成员协同工作进行系统分析和查找故障。
实训课程采用形成性的考核方法为确保本实训课程教学任务和目标的实现，我们采取了严格有效的形成性考核方式。根据实训课程的任务和教学内容，本课程考核基本内容包括：（1）四篇周记，要求每个学生每周总结一次自己的学习内容和学习体会等。（2）两篇调查报告（输送系统的种类、FMS系统的发展概况等），扩充学生的知识面。（3）两套零件图（选取工作站中典型零件，主要是非标准连接件），训练学生的绘图能力和零件设计能力。（4）一篇实训总结报告。以上材料缺一不可，否则没有成绩。具体分值分布情况如下：（1）为了提高出勤率和严肃实训纪律，考勤和实训表现占10％。（2）为提高小组长的工作积极性和责任心，允许小组长对自己组员进行评分，便于团队协调工作，小组长评分占10％。（3）小组项目竞赛所获成绩占20％。（4）四篇周记占20％。（5）两篇调查报告占10％。（6）两套零件图占10％。（7）一篇实训总结报告占20％。
通过以上“化整为散，合散为整”的实训教学模式，提高了学生学习的积极性和学习成就感，顺利地完成了实训课程的教学目标和任务。在实训过程中，每个学生都能积极参与，真正提高了各方面的综合能力和素质。
参考文献：
[1]朱梅.柔性制造机电一体化教学培训系统[J]．液压与气动，2005，（2）：66-68.
作者简介：
宋志刚（1977—），男，江西人，讲师，主要从事工厂自动化、液压与气动技术等教学及研究工作。