课程中文名称 |
机电一体化系统设计I |
课程英文名称 |
Design for Mechatronics System I |
课程类别 |
专业教育课程 |
课程性质 |
核心课 |
开课学期 |
第六学期（机电）、第七学期（卓越） |
课程总学时 |
48 |
学分 |
3 |
课内实验学时 |
4 |
课内理论学时 |
44 |
适用专业 |
机械电子工程、机械设计制造及其自动化（卓越班） |
开课单位 |
机械工程学院 |
先修课程 |
工程力学、机械原理、机械设计、电工及电子技术、微机原理与应用、控制工程基础、测试技术、机电传动与控制、数控原理、液压传动与控制等 |
一、课程实验性质和目的
本课程实验是《机电一体化系统设计I》课程的专业性教学实验项目，共开设2个实验，分别为机床的结构剖析及传动系统分析实验、柔性制造系统（FMS）的传动部件及控制功能分析实验。主要针对机床（车床）各部件的结构特点及传动系统进行分析，了解典型机构的工作原理以及传动机构的特点；对数控机床的传动系统及电气控制系统进行结构分析和控制性能分析，掌握数控机床的加工原理及数控系统的控制方式，了解各机电部件在数控机床中的作用；针对FMS柔性加工系统，分析各传动部件的工作原理与控制方式，通过该课程的实验可以使学生对普通机床及数控机床的结构特点及传动系统的工作原理有较深的理解，对数控机床及柔性加工系统的组成及控制功能有较深的感性认识，培养学生分析问题和解决问题的能力，增强学生独立完成实验的能力。
二、课程实验对毕业要求的支撑及课程实验教学目标
《机电一体化系统设计I》课程支撑了机械电子工程本科专业毕业要求1、2和3，具体指标点和对应的课程教学目标见表1。
表1 课程实验对毕业要求的支撑及课程实验教学目标
序号 |
培养方案中的毕业要求指标序号 |
毕业要求 |
课程实验教学目标 |
1 |
1 |
工程知识：能够将数学、自然科学、工程基础和专业知识用于解决复杂机械工程问题。 |
目标1：理解并掌握机电一体化系统中各机构要素在系统中的作用和相互关系、机电一体化系统的功能原理和总体设计方法，建立机电产品的系统化设计思想，初步具备设计机电产品的能力。 |
2 |
2 |
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机械工程问题，以获得有效结论。 |
目标2：能够综合应用数理、工程力学、机械设计、电子技术、控制技术等的基本原理，并结合文献检索分析，研究分析机电一体化系统中机械、传感检测、动力、控制等基本要素的关键技术，熟悉机电一体化产品的设计方法和工程路线，并得到对机电产品设计具有指导或参考意义的分析结论。使学生初步掌握运用现代信息技术获取相关信息的基本方法，培养解决复杂机械工程问题的综合能力。 |
3 |
3 |
设计/开发解决方案：能够设计针对复杂机械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。 |
目标3：能够在综合应用所学的机电一体化系统设计理论与方法的基础上，针对具体的机电产品设计目标，在兼顾技术、经济及HSE等要素的情况下，设计开发出满足特定需求的机电系统、机械电子及控制部件，并能够在设计环节中体现创新意识。 |
三、课程实验教学内容、要求、学时分配与教学方法
课程实验教学内容、要求、学时分配、课程目标与教学方法见表2.
表2 课程实验教学内容与要求
教学内容 |
要 求 |
学时 |
课程目标 |
教学方法 |
对普通车床及数控机床进行部分机构的剖析，分析部件的结构特点及传动原理，与课堂所述部件进行对比分析。 |
要求学生理解普通车床及数控机床机构及部件的结构特点及传动原理。 |
2 |
目标1：理解并掌握机电一体化系统中各机构要素在系统中的作用和相互关系、机电一体化系统的功能原理和总体设计方法，建立机电产品的系统化设计思想，初步具备设计机电产品的能力。 目标2：能够综合应用数理、工程力学、机械设计、电子技术、控制技术等的基本原理，并结合文献检索分析，研究分析机电一体化系统中机械、传感检测、动力、控制等基本要素的关键技术，熟悉机电一体化产品的设计方法和工程路线，并得到对机电产品设计具有指导或参考意义的分析结论。使学生初步掌握运用现代信息技术获取相关信息的基本方法，培养解决复杂机械工程问题的综合能力。 |
讨论与实验 |
柔性制造系统（FMS）的传动部件及控制功能分析。 |
要求学生通过FMS柔性加工系统，分析各运动部件的工作原理，设计相应的工作参数，完成部件的运动过程。针对三维数控雕刻机，分析传动系统的结构特点及控制功能，分析数控系统的组成及各控制单元的作用。 |
2 |
目标3：能够在综合应用所学的机电一体化系统设计理论与方法的基础上，针对具体的机电产品设计目标，在兼顾技术、经济及HSE等要素的情况下，设计开发出满足特定需求的机电系统、机械电子及控制部件，并能够在设计环节中体现创新意识。 |
讨论与实验 |
四、考核及成绩评定方式
1.考核方式
通过实验中现场动手能力、实验报告两种方式考核学生的学习效果，见表3。
现场动手能力：40%。主要考核学生是否按时在教室进行课程实验，评价标准见表4。
实验报告：60%。主要考核学生对所做实验的掌握程度，评价标准见表5。
2.成绩评定
表3 学生成绩评定基础数据表
序号 |
毕业要求 |
课程教学目标 |
考核评价方式的成绩占（%） |
指标点占总成绩的比例（%） |
现场动手能力 |
实验报告 |
1 |
工程知识：能够将数学、自然科学、工程基础和专业知识用于解决复杂机械工程问题。 |
目标1：理解并掌握机电一体化系统中各机构要素在系统中的作用和相互关系、机电一体化系统的功能原理和总体设计方法，建立机电产品的系统化设计思想，初步具备设计机电产品的能力。 |
10 |
20 |
30 |
2 |
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机械工程问题，以获得有效结论。 |
目标2：能够综合应用数理、工程力学、机械设计、电子技术、控制技术等的基本原理，并结合文献检索分析，研究分析机电一体化系统中机械、传感检测、动力、控制等基本要素的关键技术，熟悉机电一体化产品的设计方法和工程路线，并得到对机电产品设计具有指导或参考意义的分析结论。使学生初步掌握运用现代信息技术获取相关信息的基本方法，培养解决复杂机械工程问题的综合能力。 |
20 |
20 |
40 |
3 |
设计/开发解决方案：能够设计针对复杂机械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。 |
目标3：能够在综合应用所学的机电一体化系统设计理论与方法的基础上，针对具体的机电产品设计目标，在兼顾技术、经济及HSE等要素的情况下，设计开发出满足特定需求的机电系统、机械电子及控制部件，并能够在设计环节中体现创新意识。 |
10 |
20 |
30 |
合计 |
40 |
60 |
100 |
表4现场动手能力评价标准
评分标准 |
90–100分 |
80–89分 |
70–79分 |
60–69分 |
0–59分 |
按时到教室进行课程实验，积极主动参与讨论；动手能力强；在实验时能表现较强的创新意识和团队合作精神。 |
按时到教室进行课程实验，积极主动参与讨论；能正确操作实验设备；在课设时具有团队合作精神。 |
按时到教室进行课程实验，能参与讨论；基本能正确操作实验设备；在课程实验时讨论发言较少。 |
基本按时到教室进行课程实验，迟到3次以内；能参与讨论；操作实验设备较少；在课程实验时讨论发言少。 |
点名时被发现旷课或讨论中注意力不集中；进行与课程实验内容无关的活动；检查其课程实验时，回答思路混乱，答非所问，实验设备操作错误。 |
表5实验报告评价标准
要求 |
评分标准 |
权重（%） |
90–100分 |
80–89分 |
70–79分 |
60–69分 |
0–59分 |
|
内容完整，计算正确，分析及回答问题。 |
按时完成实验报告，报告形式规范，态度认真。阐述过程概念清晰、逻辑条理性强，知识点掌握准确完整，阐述全面正确。实验结果分析科学合理。 |
按时完成实验报告，报告形式规范，态度认真。阐述过程概念清晰、逻辑条理性强，知识点掌握较准确完整，阐述较全面正确。实验结果分析科学合理。 |
按时完成实验报告，报告形式规范，态度认真。阐述过程概念较清晰、逻辑条理性较强，知识点掌握基本准确完整，阐述基本全面正确。实验结果分析基本科学合理。 |
按时完成实验报告，报告形式规范，态度较认真。阐述过程概念较清晰、逻辑条理性欠佳，知识点掌握基本准确，阐述不太全面。实验结果分析基本合理。 |
对待实验的态度不端正，不能按时完成报告；基本概念模糊；报告有抄袭现象。 |
60 |
五、课程实验教学目标达成度评价
依据表6对课程目标达成度进行评价，表7为课程目标达成度专业评价审核表。
表6 毕业要求达成度评价表
毕业要求 |
课程实验教学目标 |
预设的考核方式 |
实际学习成果 |
达成度值 |
工程知识：能够将数学、自然科学、工程基础和专业知识用于解决复杂机械工程问题。 |
目标1：理解并掌握机电一体化系统中各机构要素在系统中的作用和相互关系、机电一体化系统的功能原理和总体设计方法，建立机电产品的系统化设计思想，初步具备设计机电产品的能力。 |
现场动手能力 实验报告 |
该项指标对应分数求平均值 |
该项平均值 30 |
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机械工程问题，以获得有效结论。 |
目标2：能够综合应用数理、工程力学、机械设计、电子技术、控制技术等的基本原理，并结合文献检索分析，研究分析机电一体化系统中机械、传感检测、动力、控制等基本要素的关键技术，熟悉机电一体化产品的设计方法和工程路线，并得到对机电产品设计具有指导或参考意义的分析结论。使学生初步掌握运用现代信息技术获取相关信息的基本方法，培养解决复杂机械工程问题的综合能力。 |
现场动手能力 实验报告 |
该项指标对应分数求平均值 |
该项平均值 40 |
设计/开发解决方案：能够设计针对复杂机械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。 |
目标3：能够在综合应用所学的机电一体化系统设计理论与方法的基础上，针对具体的机电产品设计目标，在兼顾技术、经济及HSE等要素的情况下，设计开发出满足特定需求的机电系统、机械电子及控制部件，并能够在设计环节中体现创新意识。 |
现场动手能力 实验报告 |
该项指标对应分数求平均值 |
该项平均值 30 |
表7 课程实验目标达成度专业评价审核表
一、课程实验基本信息 |
课程实验名称 |
机床结构及传动系统分析、柔性制造系统传动部件及控制功能分析 |
授课学时/学分 |
4/3 |
开课学期 |
第六学期（机电）、第七学期（卓越） |
授课班级 |
机电、卓越 |
任课老师 |
张钊源 |
选课人数 |
90 |
二、课程目标达成度评价 |
专业评价组审核 |
评价审核内容 |
评价依据 |
评价结果 |
教学日历或实习教学计划 |
教学计划、教学大纲 |
与大纲相符（ ）/不相符（ ） |
教案、课件、或实习指导书 |
教案或电子课件 |
与大纲相符（ ）/不相符（ ） |
课程归档材料 |
课程组提供归档材料、教学大纲 |
资料完整（ ）/不完整（ ） |
教学过程记录 |
出勤、回答提出问题、作业 |
记录完整（ ）/不完整（ ） |
课程实验对毕业要求指标点达成度情况评价 |
工程知识：能够将数学、自然科学、工程基础和专业知识用于解决复杂机械工程问题。 |
（源自于表6中的计算结果） |
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机械工程问题，以获得有效结论。 |
（源自于表6中的计算结果） |
设计/开发解决方案：能够设计针对复杂机械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。 |
（源自于表6中的计算结果） |
专业评价组队课程持续改进意见 |
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专业负责人签字 |
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年 月 日 |
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注：此表为课程实验实施结束后提交给专业评价组按照教学大纲要求对课程达成度评价进行审核。
六、教材与参考资料
[1] 朱林，《机电一体化系统设计》，石油工业出版社，2008年2月；
[2] 《机电专业实验指导书》，彭海，西安石油大学机械工程学院，2012年。
附表：
实验项目信息 |
实验项目名称 |
所在实验室名称 |
实验室 编号 |
实验中心名称 |
项目编号 |
每组人数 |
项目学时 |
实验类别 |
实验要求 |
实验类型 |
面向专业 |
实验室分室 |
仪器设备名称 |
是否开出 |
实验1:机床结构及传动系统分析 |
机械制造实验室 |
530101012 |
机械工程实验教学中心 |
530101012001 |
8 |
2 |
专业 |
必做 |
演示性 |
机械电子工程 |
129 |
普通机床 |
是 |
实验2：柔性制造系统传动部件及控制功能分析 |
自动化制造实验室 |
530101008 |
机械工程实验教学中心 |
530101008004 |
8 |
2 |
专业 |
必做 |
设计性 |
机械电子工程 |
127 |
柔性制造系统 |
是 |
