《机电一体化系统设计》教学大纲

《机电一体化系统设计》教学大纲适用范围：2022级本科人才培养方案课程代码：01150901课程性质：专业选修课学分：2.0学分学时：32学时（理论24学时、实践8学时）先修课程：微机原理与单片机接口技术、机电传动控制与PLC等后续课程：机电综合创新设计适用专业：机械电子工程开课单位：机械工程学院一、课程说明《机电一体化系统设计》是机械电子工程专业本科学生的专业选修课程。本课程采用项目驱动教学方式，主要通过讲解典型机电系统设计案例，让学生掌握机电一体化系统的设计方法，建立机电产品的系统化设计思想，具备一定的机电一体化系统总体设计能力，提高学生对所学的机械技术、传感器技术、电工电子技术、计算机技术、控制技术的综合运用能力，了解机电一体化技术的发展现状和发展趋势，为学习其他有关课程及以后从事机电系统设计工作打下必要的基础。二、课程目标通过本课程的学习，使学生达到如下目标：课程目标1：掌握机电一体化系统中各结构要素在系统中的作用和相互关系，能够建立机电产品的数学模型和系统化设计思想，构思机电一体化产品设计方案，能够对各方案进行评价，具备综合分析和解决实际工程应用的能力。课程目标2：能够针对具体的机电一体化产品，明确产品设计目标，确定开发特定机电产品的技术方案，分析方案可行性，对机电一体化的数学建模和仿真分析，确立系统功能是否达到预期，从而解决现代机电系统的工程问题，树立知难而进，勇攀高峰的学习精神。三、课程目标与毕业要求《机电一体化系统设计》课程教学目标对机械电子工程专业毕业要求的支撑见表1。表1课程教学目标与毕业要求关系毕业要求指标点课程目标支撑强度1.工程：能够将数学、自然科学、工程基础和机械电子类等专业知识用于分析解决机电工程领域的复杂工程问题。1.4能够将专业知识用于机械电子相关复杂工程问题解决方案的比较、综合和交流。课程目标1：掌握机电一体化系统中各结构要素在系统中的作用和相互关系，能够建立机电产品的数学模型和系统化设计思想，构思机电一体化产品设计方案，能够对各方案进行评价，具备综合分析和解决实际工程应用的能力。H3.设计/开发解决方案：能够设计针对复杂机电工程工程领域复杂工程问题的解决方案，设计满足特定需求的系统与单元（部件），并能够在设计环节中体现创新意识，考虑社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素。3.2能够根据要求，设计开发实现特定功能的复杂机电系统和单元（部件）。课程目标2：能够针对具体的机电一体化产品，明确产品设计目标，确定开发特定机电产品的技术方案，分析方案可行性，对机电一体化的数学建模和仿真分析，确立系统功能是否达到预期，从而解决现代机电系统的工程问题，树立知难而进，勇攀高峰的学习精神。H注：表中“H（高）、M（中）”表示课程与相关毕业要求的关联度。四、教学内容、基本要求与学时分配1.理论部分理论部分的教学内容、基本要求与学时分配见表2。表2教学内容、基本要求与学时分配教学内容教学要求，教学重点难点理论学时实践学时对应的课程目标项目一：车床的机电一体化改造系统设计教学要求：了解车床的结构特点及机电一体化改造意义；掌握普通车床数控化改造方案及过程；掌握车床数控改造的计算机控制系统硬件设计方案及改造过程；掌握数控系统软件的设计方案及设计方法。重点:车床数控改造的计算机控制系统硬件设计方案及改造过程、数控系统软件的设计方案及设计方法。难点:数控系统硬件及软件的设计方案及设计方法。61、2项目二：道路交通信号灯教学要求：了解全自动洗衣机的结构类型、工作原理及主要性能指标；掌握全自动洗衣机结构的设计过程；掌握全自动洗衣机微机控制系统电路设计思想；掌握全自动洗衣机电气控制工艺设计及程序设计。重点:全自动洗衣机控制系统电路设计思想、全自动洗衣机电气控制工艺设计及程序设计。难点:全自动洗衣机电气控制工艺设计及程序设计。641、2项目三：全自动洗衣机的机电一体化系统设计教学要求：了解全自动洗衣机的结构类型、工作原理及主要性能指标；掌握全自动洗衣机结构的设计过程；掌握全自动洗衣机微机控制系统电路设计思想；掌握全自动洗衣机电气控制工艺设计及程序设计。重点:全自动洗衣机控制系统电路设计思想、全自动洗衣机电气控制工艺设计及程序设计。难点:全自动洗衣机电气控制工艺设计及程序设计。61、2项目四:雷达天线的光电跟踪伺服系统设计教学要求：了解雷达天线的工作原理及、组成及结构类型；掌握雷达天线光电跟踪伺服的工作原理及伺服传动机构的选用原则；掌握雷达天线的光电跟踪伺服系统设计思路。重点:雷达天线光电跟踪伺服的工作原理及伺服传动机构的选用原则、雷达天线的光电跟踪伺服系统设计思路。难点:雷达天线的光电跟踪伺服系统设计思路。641、2合计242.实践部分实践部分的教学内容、基本要求与学时分配见表3。表3实践项目、实践内容与学时实践项目实践内容和要求实践学时对应的课程目标1.带行人呼叫的道路交通信号灯实践内容：带行人呼叫的道路交通信号灯。实践要求：了解交通信号灯的工作原理，掌握交通灯灯杆结构设计方法，掌握带行人呼叫的交通信号灯产品的方案设计，完成带行人呼叫的交通信号灯编程。41、22.VGA智能搬运小车实践内容：采用微机控制技术搭建VGA智能搬运小车。实践要求：了解VGA搬运小车的结构组成、常用传感器的用途，掌握VGA小车车架结构设计方法，掌握传感器的选用原则，掌握步进电机驱动原理及方法，掌握VGA智能搬运小车设计路线。41、2合计8五、教学方法及手段《机电一体化系统设计》课程具有理论性、工程性、实践性相结合的特点，教学手段和方法要尽量呈现多元化。本课程以课堂讲授为主，采用启发式、讨论式、问题导向、案例教学和项目驱动等多种教学方式，激发学生学习兴趣，促进学生积极思考，开发学生的潜能，培养学生思考问题、分析问题和解决问题的能力；以“少而精”为原则，精选教学内容，精讲多练；安排习题课，巩固课堂所学知识；通过对典型机电一体化装置的技术原理和设计方法的学习，使学生学会设计常见得的机电一体化产品，并能够对复杂机电产品的设计提出合理的设计思路和解决方案。实践教学环节中，通过启发式教学、讨论式教学培养学生设计机电一体化系统的基本理论、基本知识和基本技能，培养学生自主学习能力、实际动手能力，激发学生的创新思维。采用教师讲授和学生动手操作的方法；在实践前学生应复习和掌握与实践项目有关的教学内容、认真阅读实验指导书；实践要求5-6人一组，按要求独立完成规定的实践项目。在实践过程中要严格遵守纪律，按操作规程使用仪器；实践结束后，按规定对仪器进行维护保养；每完成一项实践，要认真完成一份实践报告。六、课程资源1.推荐教材：（1）梁景凯等著，机电一体化技术与系统（第二版）[M].北京：机械工业出版社，2020.（2）张建民.机电一体化系统设计[M].北京：高等教育出版社.2020.2.参考书：（3）陈鼎南.机电一体化设计[M].北京：清华大学出版社.2013.（4）刘宏新.机电一体化技术[M].北京：机械工业出版社.2020.（5）周德卿.机电一体化技术与系统[M].北京：机械工业出版社.2019.3.期刊：作者.文题.刊名，年，卷号（期号）．或者：刊名，主办单位（1）机电一体化[J].ISSN1007-080X.上海科技文献出版社.（2）机电工程[J].ISSN1001-4551.浙江大学.（3）机械设计与研究[J].ISSN1006-2343.上海市机械工程学会.（4）《机器人》[J].ISSN1002-0446.中国科学院沈阳自动化研究所.4.网络资源：（1）机电之家，/（2）机电一体化技术应用协会，/（3）中国慕课，/course/YSU-1463076164?from=searchPage七、课程考核对课程目标的支撑课程成绩为由课堂测试、实践成绩、期末作业组成的过程性考核成绩，具体考核/评价细则及对课程目标的支撑关系见表4。表4课程考核对课程目标的支撑考核环节占比考核/评价细则课程目标12过程性考核课堂表现10（1）根据课堂表现情况进行考核，满分100分。（2）每次课堂表现单独评分，取各次课堂表现成绩的平均值作为此环节的最终成绩。（3）以课堂表现成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√55实践成绩40（1）根据每次实践操作完成情况单独评分，满分20分；（2）每次实践操作单独评分，取各次课堂测试成绩的平均值作为此环节的最终成绩。（3）以实践操作成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√2515期末作业50以某一机电产品为设计对象，对其进行机电一体化系统设计，给出三个以上设计方案，阐述设计思想，并论述设计方案的优缺点，确定最佳设计方案，选择合适的元器件类型，设计控制系统和程序，完成机电产品的设计。√√4010合计：100分7030八、考核与成绩评定1.考核方式及成绩评定考核方式：本课程主要以课堂测试、实践成绩、期末作业等方式对学生进行考核评价。考核基本要求：考核总成绩由课堂表现（占比10%）、实践成绩（占比40%）、期末作业（占比50%）等过程性考核成绩（满分100分）组成；过程性考核分值分配应与教学大纲各章节的学时基本成比例。2.过程性考核成绩的标准过程性考核方式重点考核内容、评价标准、所占比重见表5。表5过程性考核方式评价标准考核方式所占比重(%)100>x≥9090>x≥8080>x≥7070>x≥60x<60课堂表现10能够积极参加课堂活动，遵守课堂纪律，能够积极回答课堂问题并却回答问题正确5次以上。能够积极参加课堂活动，遵守课堂纪律，积极回答课堂问题并却回答问题正确4次以上。能够积极参加课堂活动，遵守课堂纪律，积极回答课堂问题并却回答问题正确3次以上。偶尔参加课堂活动，遵守课堂纪律，积极回答课堂问题并却回答问题正确2次以上。不积极参加课堂活动，遵守课堂纪律，积极回答课堂问题并却回答问题正确1次及以下。实践成绩40预习认真、熟练掌握方法与步骤、遵规守纪、操作熟练、团结协作预习认真、掌握方法与步骤、遵规守纪、操作正确有序、团结协作预习认真、熟练掌握方法与步骤、遵规守纪、操作基本正确、有协作有