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《工程综合实践》教学大纲

     编辑:詹雯    [发布时间]:2019-03-25    [浏览次数]:

 

课程英文名

Comprehensive practice of industrial   system

课程代码

Y0803K02

学分

3.0

总学时

48

理论学时

8

实验/实践学时

40

课程类别

专业课

课程性质

任选

先修课程

金工电子实习

适用专业

本科理工大类

开课学院

工程训练中心

执笔人

王栋

审定人

毛锡锋

制定时间

2018 5

注:课程类别是指公共基础课/学科基础课/专业课;课程性质是指必修/限选/任选。

 

一、课程地位与课程目标

(一)课程地位

本课程是面向工业系统工程实际的技术综合实践课程,侧重于工程综合实践能力、集成创新意识和职业素养、科学精神的培养,通过做事,学会做人。课程结合工业大系统实践资源,为学生提供多层次、多模式的工程项目实践机会,使学生熟悉工程项目研发程序,体验项目设计和实施过程,进一步加强对专业理论知识的理解,提高分析、解决实际问题的能力。

该课程面向理工大类各个专业,适合大三学生,通过在做中学中将他们的专业理论、基本实验技术与工业背景的综合设计项目有机结合。同时,也对学生大四的毕业设计,企业生产实习等起到有力的衔接作用。

(二)课程目标

专业教学目标:

本课程学生的技术知识和能力培养将充分依托工业化外包装与智能机器人生产线大系统的实训环境,其实践项目的技术范围宽,专业知识覆盖面较广,技术内容主要涉及机械设计基础、电路设计基础、信号处理、自动控制原理、机器人控制技术、单片机原理及应用、计算机信息处理技术、工业可编程控制技术和液压与气动技术等,确立的教学目标如下

1.课程结合工业大系统背景下的实践资源,要为学生提供现实工业环境条件约束下的多层次、多选择的工程项目实践机会,加强其对专业理论知识的理解,提高分析、解决实际生产问题的能力。

2.通过电子质检或机电控制类工程项目实践,使学生熟悉工程项目研发流程。应用机械电路设计分析软件,完成工程项目的CAD设计,工程性的电路板初步制作、项目结构模型搭建或检测、控制系统的各项任务。

3.学生依据专业倾向以及个体情况、以小组团队合作的形式,有选择性地开展设计性综合性实验项目,通过实践过程质量、PPT答辩情况、撰写书面设计报告和技术文稿等形式考察技术层面的综合能力、技术水平。

思政教育目标:

本课程通过为学生提供工业大背景下的生产认知和多任务协同式的大综合工程项目实践环境,一方面,在认知科学的大工程观的基础上,让学生能够体会现代工业快速发展带来的高级工程人才的渴望,另一方面,在加强学生对专业理论知识的理解,提高分析、解决实际问题的能力的同时,强化工程师角色和提高职业素养的意识,并做中学过程中锤炼学生的科学严谨的工作精神和正确的价值观。

具体思政教育目标如下

1.职业素养:本课程通过上述工业生产线大系统的工程综合实践过程,让学生认清职业素养内涵(友善、沟通、团结、合作、责任、诚信、严谨、创新)是现代企业生产与管理的需要,是高级工程技术人才必须具备的重要品质。进而对树立正确的社会主义核心价值观起到积极的导向作用。

2.科学精神:在本课程工业生产系统的综合实践过程中,要让学生认识到大的综合性工程需要具有多学科视野、具有扎实科学基础知识以及较宽的工程背景的人才,要让学生在综合实践过程中体会到各个项目的实现、子任务的完成都要有态度认真、学术严谨、实事求是、追求真理的科学精神。

 

二、课程目标达成的途径与方法

要开展面向大工业生产线的思政性工程实践教学,课程首先会面临学生专业能力弱、实践经验少的问题。因为专业工程师所运用的实践方法,对大三的学生来说肯定是相当复杂且不熟悉的。特别是缺少实际经验的学生来说,这些实践要素是内隐的,是难以理解的。因此,教学环节中除了要凸显学生职业素养和科学精神等要素外,还要通过以下几方面引导学生进入以项目驱动为核心的思维创新综合、技术知识综合、素养价值综合的实践状态,有效促进学生分析、解决实际问题的能力形成、个人角色和价值的认同。

1.设计循序渐进的课程活动。课程活动的设计目的是为了把学生的先验知识、能力、经历与实践串联起来,使学生逐步形成参与实践所需的技能、知识和职业素养、品质意识。主要培养方法:基于真实工业大系统情景,按照情景认知-案例导学-项目驱动-实践总结的流程,循序渐进安排课程活动。具体途径:(1)在真实情景中选择实践主题。在真实的情境中指导学生参观操作生产设备,使学生有意识地了解生产线总体情况和行业人才素养需求,并结合专业方向和感兴趣的问题,选择实践学习主题。(2)在案例分析中系统梳理知识。将现场操作发现的问题和案例中的解决方案进行系统分析,让学生在初步体验之后,更深刻地理解系统各个单元的组成及相互协同的方式。(3)在项目实践中提高实践能力和科学探究精神。把案例分析中学习到的技术知识和系统设计方法融入到小组合作的项目实践中,巩固理论知识和技术方法的同时,培养团队合作精神。(4)在总结反思中形成可迁移的经验和职业品质。通过小组答辩、学生互评,促进学生反思整个实践过程所采用的实践方法,形成把知识、能力、经历与实践连接起来的经验与品质。

    2.提供软硬件综合优势的资源。情境认知学习理论知识,知识的意义是在一定的情境中建构的。真实情境往往更能激发学习者创造性解决问题的欲望和科学探究的精神,去创造独特的方法来解决有多观点和多方法的复杂问题。所以,资源条件建设首要工作是营造一个具有真实情景的实习场,主要培养途径:(1)以自主设计的工业化生产线为核心来营造真实情景的生产车间。(2)配备分立设备,与生产设备组成层次分明的工程综合实训装备系统。(3)通过局域网系统,实现实验室设备系统和实践教学过程的一体化管理。

3.设计应对实践的复杂性的教学策略。除了从教学活动安排、资源配置为应对工程实践项目的复杂性,减少学生认知负荷,和交互方式多个角度进行教学设计。(1)基于先行组织者策略查漏补缺。分析学生开展实践的知识和技能缺口,预先安排知识讲解和基础实践;通过案例分析进行导学,再启动项目实践,每一步都在为下一步的活动提供脚手架。(2)不断循环、不断改进的学习过程。预先安排的知识讲解和基础实践是针对大部分学生的共性缺口进行的,通过提供网络资源查询和分类分层的项目导航,使学生在理论-实践不断循环中不断改进学习过程,解决了小组项目日趋多样化的情况下实践所需知识和技能也在不断扩充的问题。(3)从多个角度使降低复杂度。教师指导学生小组成员分别承担不同的工作任务,分散了个人的认知负荷;通过可回放、有特写的教学录像、装置动画,使复杂工作原理等内隐的技术要素外显化,以便学生进行观察和讨论,逐步理解并掌握技术综合的方法等实践要素。

4. 项目实践的过程评价方法

上述实践教学过程架构的设计、内容的选择以及科学的组织较好地适应工程综合实训对象的多专业多层次特点,引导学生较好、较顺利地进入到工程综合项目情景氛围中。为了使师生明确工程实训目标,进一步加强实训教学效果,需要在实践教学项目的初期导航与指导内容当中建立三表一章程的分层分类的过程评价与验收标准,其能够较客观合理地评价、考量每个小组从项目方案构思、设计、实施到调试验收整个项目运行过程,便于在较短的课程实训教学过程中,全面地体现项目合作运作的关键要素,同时将技术、管理、人文精神的思政要素融入评价方法,提升项目小组成员团队合作的原动力和凝聚力。令分层分类的考评更加灵活多样、科学人性。

 

三、课程目标与相关毕业要求的对应关系

课程目标

课程目标对毕业要求的支撑程度(HML

毕业要求4

毕业要求9

毕业要求10

 

 

专业目标1

M

L

L

 

 

专业目标2

H

L

L

 

 

专业目标3

M

M

M

 

 

思政目标1

L

H

M

 

 

思政目标2

L

M

H

 

 

 

注:1.支撑强度分别填写HML(其中H表示支撑程度高、M为中等、L为低)。

2.不涉及工程教育认证的公共基础课程(含必修和选修)不填写上表。

3.各专业的非公共基础课程的毕业要求须根据课程所在专业培养方案进行描述。

 

四、课程主要内容与基本要求

知识点

主要内容

基本要求

第一章 工业系统与技术概述

1)机电装备设计技术概述

L1

2计算机过程测控技术概述

L1

3)生产线技术实践平台概述

L1

4)生产线技术实践内容

L2

第二章 生产系统认知

1生产线系统概述

L1

2)工业自动化概述

L1

3) 包装生产系统实例

L2

4) 测试试验系统实例

L2

第三章 工业制造备。

1小型装盒机

L2

2)智能传送系统

L2

3) 中包机

L2

5) 装箱机

L2

6) 码垛机

L2

6)运料小车

L2

7) 自动仓储系统

L2

第四章 机电装置控制基础

1) 运动装置概述

L1

2) 气动装置控制

L3

3) 交流电机控制

L2

4)运动控制系统

L3

第五章 测控电路与算法基础

1)信号与测控电路

L2

2)常用测控电路

L3

3)信号采样处理

L2

4PID控制算法

L2

第六章 机电装置PLC监控项目实践

1PLC应用基础

L2

2)步进电机控制系统设计

L2

3)生产线传送检测与报警系统设计

L3

4)生产线装置系统设计

L3

第七章 测控与信息处理实践

1IPC测试系统应用

L2

2)单片机测控应用

L2

3)检测装置技术应用

L2

4)生产信息管理系统

L2

5测试试验系统应用

L2

第八章 机电系统创新设计

1创新能力与培养

L1

2创新思维与技法

L2

3TRIZ翠智创新

L2

4)现代创新设计与反求设计

L2

基本要求:L1-理解,L2-掌握,L3-熟练掌握

五、课程学时安排

章节号

教学内容

学时数

学生任务

对应课程目标

作业要求

自学要求

讨论

1

绪论:工业系统技术概述、工业技术实践内容概述。

2

完成课程网站的绪论内容测验试题。

 

完成工业生产历史与现代发展的课堂讨论;

 

课程目标1

思政目标1

思政目标2

2

工业生产系统认知:生产系统概述,

2

预习2章内容

 

自学课程网站的网络资源生产动画视频。

 

课程目标1

思政目标1

3

工业自动化与机器人技术概述,包装生产系统概述和工业设备系统认知。

4

 

完成课程网站的生产认知的测验试题。

系统现场认知前需要预习自学3章内容

 

课程目标1

思政目标1

4

机电装置和机器人控制基础:机械运动控制概述,气动装置控制技术,交流变频控制技术和运动控制原理。

8

课前预习4章气动装置控制技术内容;

 

 

完成电机与气动的课堂讨论作业;

课程目标2

思政目标2

5

测控电路与算法基础:信号的类型与测控电路组成,常用测控电路和信号采样处理

10

完成课程网站测控电路的测验试题

课前预习自学5章常用测控电路内容;

 

 

课程目标3

思政目标1

思政目标2

6

机电装置PLC监控项目实践:PLC应用基础,传送检测与故障报警系统设计,中包堆垛系统设计

10

 

完成课程网站的PLC项目实践的测验试题。

课前预习自学6PLC应用基础内容;

 

课程目标3

思政目标1

思政目标2

7

工控机与单片机的测控技术应用,试验系统应用技术。

6

 

预习自学7章内容

 

课程目标3

思政目标1

 

8

创新思维与技法;TRIZ创新设计方法与创新案例应用

6

 

 

完成TRIZ的课堂讨论作业

课程目标3

思政目标2

 

六、实践环节及基本要求

序号

实验项目名称

学时

基本要求

学生任务

实验性质

实验类别

1

工程现场认知和案例分析

4

培养学生工程综合技术运用视野,要求学生了解工程师职业素养的内涵、客观需要。

结合工业大系统,了解系统功能要求、工作特点,理解分析系统组成、工作过程,以及相关领域的背景知识。填写认知实验思考题。

演示

必做

2

项目平台基础实践

6~8

培训理工大类专业的工程技术基础。培养学生逻辑思维,程序设计的科学性,严谨性。

选择一种项目系统开发平台,熟悉软件系统和硬件环境,结合工程案例,初步掌握的机电产品及测控软件开发平台的综合应用方法与技术实现。

验证/设计

必做

2.1

配电控制电路设计

2

掌握设备自保持配电电路设计原理。

完成生产线设备配电线路的反求设计,画出电路原理图。

设计

选做

2.1

变频器控制应用

2

掌握设备变频器控制应用方法。

掌握变频器外部命令控制以及调速设置,画出运行框图。

验证

选做

2.3

气动控制系统实践

2

掌握常用气动元件应用技术。

掌握两位三通、五通阀与缸的应用方法,画出典型气路图

验证

选做

2.4

步进电机应用实践

2

了解步进电机原理掌握其控制技术。

完成两相步进电机驱动模块的应用方法,画出典型控制图

验证

选做

2.5

PLC基本程序设计

4

掌握基本位逻辑程序设计方法。

运用典型位逻辑指令完成信号灯的三种启动工作方式。

设计

选做

2.6

PLC测控程序设计

4

掌握定时器计数器程序设计方法。

运用典型定时计数指令实现传送带零件的自动运送功能。

设计

选做

2.7

触摸屏监控程序设计

2

掌握工业触屏PLC监控程序设计方法。

设计触屏和PLC自动启停程序,实现触屏的虚拟控制功能

设计

选做

2.8

PLC伺服控制程序设计

2

掌握PTO脉冲程序设计方法。

设计电机包络表,实现PTO脉冲升频稳频降频计数指令功能。

设计

选做

2.9

单片机基础认知实验

2

熟悉51单片机测控板软硬应用环境

通过测试程序查验记录MCU各项功能和IO配置情况。

验证

选做

2.10

单片机测控设计实验

4

掌握MCU数据采集与处理设计方法

通过设计程序采集模拟量信号并处理显示正确标称数值

设计

选做

2.10

机器人控制基础设计实验

4

掌握机器人PTO脉冲程序控制或MCU/PLC通讯控制技术。

设计PTO脉冲/通讯自动控制程序,完成5自由度机器人自动控制功能

设计

选做

2.12

动态信号测试实验

2

理解数据采集处理掌握复杂周期信号合成方法

运用PCI-9111采集卡完成复杂周期信号采集与频率幅值合成数据记录工作

设计

选做

2.13

条码信息管理应用

2

理解条码编码掌握产品抽检信息统计方法

完成产品代码编制控制数据采集实现自动质检完成质检信息统计分析。

设计

选做

2.14

检重系统静态标定

2

理解称重传感器原理掌握产品静态重量测量标定方法

完成标定产品的重量数据检测与采集记录标度变换和量程切换数据,填写静态标定

设计

选做

2.15

采集数据FFT频谱分析

2

掌握测量数据数字滤波处理干扰信号的原理与方法

运用Matlab分析软件,调用FFT函数算法处理干扰数值,填写分析参数记录表

设计

选做

3

机电装备综合项目实践

20~24

综合项目的技术运用能力培养。培养学生项目过程的责任、合作意识和奉献精神。

结合一个机电工业装备,分析装备的工作原理和结构组成,以小组为单位,合作完成设备测控、机电系统软硬件项目的应用方案设计与技术功能实现。

综合

必做

3.1

动态称重系统综合设计

20~24

掌握动态检重信号的调理与数据采集、信号处理以及机器人控制设计方法(MCU/PLC平台自选)

实现对产品的重量信号的动态检测与单片机数据处理、显示的功能,实时显示称重结果,通过多自由度机器臂对于不合格产品完成剔除功能。

综合

选做

3.2

车间环境检测与安防系统

20~24

掌握常见环境传感器应用与MCU数据参数采集处理设计方法

完成车间温湿度和光照度等环境参数采集,环境参数实时显示,电器控制与报警功能,选修电网电压频率检测设计。

综合

选做

3.3

中包堆垛监控系统

20~24

掌握中包堆垛装置基本的软硬件机电系统设计方法

堆垛装置的PLC/自动控制程序设计、气动控制回路选型、设计与计算,触摸屏上位机软件设计。

综合

选做

3.4

气动下料与在线检重

20~24

理解气动下料结构原理掌握下料与检重装置的软硬件系统设计方法

下料装置PLC硬件电路设计与实现,PLC/自动控制与数据处理程序设计,装置的触摸屏监控软下料装置件设计

综合

选做

3.5

三坐标码垛装置

20~24

理解伺服电机定位机构结构原理,掌握运动机构与伺服定位控制技术

三坐标码垛装置PLC硬件电路设计,PLC伺服定位程序设计,触摸屏等上位机虚拟参数设定与显示。

综合

选做

3.6

运料小车控制系统设计

20~24

理解运料小车控制系统原理,掌握循线运货控制系统的设计技术

基于步进电机的循线运料控制方案设计,常规开环循线控制的PLC/MCU控制程序设计,闭环纠偏控制程序设计,接货的控制程序设计

综合

选做

3.7

立体仓储系统设计

20~24

理解立体仓储结构与控制系统组成原理,掌握结构建模设计与分析、存储码垛控制系统的设计技术

完成仓储与码垛结构仿真设计与建模任务,基于步进(直流)电机的二/三轴定位控制方案设计,一次码垛二/三轴定位控制的PLC控制程序设计。

综合

选做

3.8

气压检测与控制系统

20~24

理解车间气源压力传感器原理,掌握MCU气压检测与稳压控制系统的设计技术

气压信号采集及信号调理单片机处理与气压值显示气压干扰信号的硬件滤波电路不合格产品的声光报警电路程序设计

综合

选做

4

生产线创新设计项目实践

6~8

自主创新的技术运用能力培养。科学严谨作风和创新探究的精神。

运用机电装备反求与创新、测控系统设计与开发,以及机械机构、测控系统的创新设计过程和TRIZ基本创新技法,自主设计创新子项目。

综合

选做

注:1.实验性质指演示性、验证性、设计性、综合性等;2.实验类别指必做、选做等。

    2.选做实验学时总计应达到36学时,学生在老师指导下根据专业分类选择具体实验项目。

 

七、考核方式及成绩评定

考核内容

考核方式

评定标准(依据)

占总成绩比例

过程考核

含到课率、课堂讨论发言、平时课堂作业、课程网站测验试题。

平时成绩登记表(课堂作业),学生测验试题成绩。

30

项目考核

平时实验作业、课程网站测验试题。网上主题讨论,项目总结报告

平时实验操作成绩,数据记录,项目验收数据记录、项目总结报告内容评价规范等。

40

期末考核

项目小组PPT答辩

项目总结与答辩规范。

30

考核类别

考查

成绩登记方式

百分制

 

八、推荐教材与主要参考书

(一)推荐教材:

1测控系统工程实训教程张新娜等编著.(讲义).自编,20086月。

2机电综合工程实训教程王栋等编著. (讲义).自编,20086月。

(二)主要参考书:

1)《机电一体化实用手册》[]三浦宏文编著..科学出版社.20011月。

2)《数据采集与处理技术》马建明主编:,西安交通大学出版社20059月。

3)《工业生产自动化》王威 主编..科学出版社.20039月。

4)《工业PC与测控系统》陈曾汉编著..机械工业出版社.20041月。

5参考资料51/430单片机、TMS2812 DSPPCI-9111USB6008PLC和工业监控组态使用说明书等。