《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：01150261课程性质：专业选修课学分：1.5学分学时：24学时（理论24学时）先修课程：机械设计、机械控制工程等后续课程：机电综合创新设计适用专业：机械电子工程（专升本）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必修课程。本课程主要传授机电一体化系统的设计方法，让学生初步建立机电产品的系统化设计思想，提高学生对所学机械技术、传感器技术、电子技术、计算机技术、控制技术的综合运用能力，为学习其他有关课程及以后从事技术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：学习机电一体化基本概念，理解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，初步建立机电产品的数学模型和系统化设计思想。课程目标2：了解并掌握机电一体化系统中常用传感器、传动机构、动力驱动装置和计算机控制系统的种类和技术特点；了解典型机电一体化产品的构成和特点，熟悉机电一体化产品的工程路线，掌握典型机电一体化装置的技术原理和设计方法。课程目标3：能够针对具体的机电一体化产品确定产品开发技术路线，学会设计简单的机电一体化产品，使学生在今后的工作中具有综合应用多学科知识的能力，具有自主学习和终身学习的意识，具有不断学习本专业先进技术和适应社会技术发展的能力；培养学生具有坚定正确的政治方向，树立正确的世界观、人生观和价值观，具有良好的社会公德和职业道德、较强的社会责任感和团队合作精神，具有爱国奉献精神和工匠精神。课程目标4：熟悉机电相关的国家标准、行业标准和企业标准，以及相关知识产权、行业政策，具有良好的专业素质和工作适应能力，具有正确的劳动观念，形成良好的劳动习惯。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.工程知识: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系统的工程问题。1.2能够针对机电系统的具体对象建立数学模型并求解。课程目标1：学习机电一体化基本概念，理解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，初步建立机电产品的数学模型和系统化设计思想。M2.问题分析：能够应用数学、自然科学和工程科学的基本原理，识别、表达、并通过文献研究分析复杂的机械电子领域工程问题，以获得有效结论。2.1能应用数学、自然科学和工程科学的基本原理和方法，识别和判断机电复杂工程问题的关键环节。2.3能通过文献查阅、分析或实验、实践，能认识到解决问题有多种方案可选择，会通过文献研究寻求可替代的解决方案。课程目标2：了解并掌握机电一体化系统中常用传感器、传动机构、动力驱动装置和计算机控制系统的种类和技术特点；了解典型机电一体化产品的构成和特点，熟悉机电一体化产品的工程路线，掌握典型机电一体化装置的技术原理和设计方法。H3.设计/开发解决方案：能够设计针对复杂机械电子工程问题的解决方案，设计满足特定需求的系统、单元（部件）或工艺流程，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。3.1能够掌握机电系统设计和产品开发周期、全流程的基本设计/开发方法和技术，了解影响设计目标和技术方案的各个因素。3.3能根据解决方案进行技术参数的设计计算与优化，完成机电系统单元、系统总体设计或开发。课程目标3：能够针对具体的机电一体化产品确定产品开发技术路线，学会设计简单的机电一体化产品，使学生在今后的工作中具有综合应用多学科知识的能力，具有自主学习和终身学习的意识，具有不断学习本专业先进技术和适应社会技术发展的能力；培养学生具有坚定正确的政治方向，树立正确的世界观、人生观和价值观，具有良好的社会公德和职业道德、较强的社会责任感和团队合作精神，具有爱国奉献精神和工匠精神。H6.工程与社会：能够基于工程相关背景知识进行合理分析，评价专业工程实践和复杂工程问题解决方案对社会、健康、安全、法律以及文化的影响，并理解应承担的责任。6．1熟悉机电相关领域的技术标准体系、法律法规、知识产权、产业政策，理解不同社会文化对工程活动的影响等。课程目标4：熟悉机电相关的国家标准、行业标准和企业标准，以及相关知识产权、行业政策，具有良好的专业素质和工作适应能力，具有正确的劳动观念，形成良好的劳动习惯。M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对应的课程目标1.机电一体化系统认识1.1什么是机电一体化技术；1.2机电一体化的相关技术及机电一体化系统的构成；1.3机电一体化技术应用领域及发展前景。教学要求：掌握机电一体化的定义；掌握机电一体化系统的构成；了解机电一体化的相关技术；了解机电一体化技术的应用及前景；尝试培养学生从系统的观点考虑问题，考虑人与自然和谐统一，利用系统方法论打破专业和技术壁垒，将不同专业知识和技术有机融合，实现系统的最优匹配，同时在设计系统或产品过程中考虑生命周期，培养学生树立绿色设计的理念，做到设计的系统或产品达到人与自然和谐共存；激发学生的爱国情怀。重点:机电一体化系统的构成、相关技术、设计思想及系统开发工程路线。难点:设计思想及系统开发工程路线。21、22.机械传动与支承2.1机械传动系统数学模型的建立2.2机械结构因素对伺服系统性能的影响2.3机械传动装置教学要求：掌握机械传动系统数学模型的建立及影响伺服系统性能的因素；掌握影响伺服系统性能的因素；了解常用传动装置的选取原则；培养学生能合理有效选择技术，规范使用现代工程设计工具。重点:建立机械传动系统的模型。难点:机械传动模型的建立。41、2、3、43.检测技术3.1检测的基本概念；3.2常见传感器（位移、位置、速度等传感器）的原理、应用、选择；3.3传感器信号处理。教学要求：了解传感器的基本评价指标；掌握常用传感器的基本原理与适用场合；了解传感器信号的处理方法；以典型人物为抓手，对学生进行主人翁意识教育，引导学生对国家智能制造政策的认同、核心价值观的认同，从而激发其更多的社会责任感。重点:常用传感器的原理、应用及信号处理。难点:信号处理。41、2、3、44.伺服传动技术4.1伺服驱动系统概述；4.2直流伺服系统；4.3交流伺服系统；4.4步进伺服系统。教学要求：理解并掌握伺服系统的一般组成；掌握步进、直流、交流伺服电机工作原理及调速方法；调速过程融入“木桶原理”协调发展思想。重点:各种伺服系统的控制及特点。难点:各种伺服系统的驱动调速原理。61、2、3、45.计算机控制技术5.1计算机控制系统概述；5.2计算机控制系统的接口技术；5.3计算机控制算法（PID）。教学要求：了解计算机控制系统的类型及其特点；掌握计算机接口的工作原理与使用方法；掌握PID控制算法及其参数调节；培养学生能合理有效选择技术，规范使用现代工程设计工具。重点:计算机接口的工作原理及计算机控制算法。难点:计算机控制算法。41、2、3、46.机电一体化系统设计6.1工业机器；6.2数控机床。教学要求：了解机电一体化系统的组成及应用；掌握机电一体化系统的设计方法；构建以学生为主体的理论学习与项目研究相辅相成的一体化教学体系，授课过程中加强人文情怀培养，要让学生以健康的人文情怀去指导他们的专业课程学习。重点:机电一体化系统的组成及设计。难点:机电一体化系统的设计。41、2、3、4合计24五、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，采用学习通为线上教学平台，实现线上线下混合式教学，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，使学生学会设计简单的机电一体化产品。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.2019.2.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.3.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由过程性考核成绩和期末考核成绩两部分构成，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1234过程性考核课堂表现20（1）根据课堂出勤情况和课堂回答问题情况进行考核，满分100分。（2）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。√√√√3331小组讨论5（1）根据课堂情况，对课堂同学进行分组讨论，每次讨论满分为100分。（2）以小组讨论成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。。√87作业15（1）主要考核学生对各章节知识点的复习、理解和掌握程度，满分100分；（2）每次作业单独评分，取各次成绩的平均值作为此环节的最终成绩。（3）以作业成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√555期末考核60（1）卷面成绩100分，以卷面成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。（2）主要考核机电一体化系统中常用传感器、传动机构、动力驱动装置和计算机控制系统的种类、特点、选择计算等内容。（3）考试题型为：选择题、填空题、判断题、简答题、计算题和分析题等多种类型。√√√√2220153合计：100分3036304八、考核与成绩评定1.考核方式及成绩评定考核方式：本课程主要以课堂表现、小组讨论、作业、期末考试等方式对学生进行考核评价。考核基本要求：考核总成绩由期末试卷成绩和过程性考核成绩组成。其中：期末试卷成绩为100分（权重60%），试题类型为单项选择题、填空题、判断题、简答题和综合分析题等类型，试卷中基本知识、基本理论、基本技能的试题分值不超过50%，综合应用题、分析题不低于50%；课堂表现、实验、作业等过程性考核成绩为100分（权重40%）；过程性考核和考试试题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50笔记完整，积极参与教学活动，踊跃回答问题，准确率大于90%。笔记完整，认真参与教学活