導(dǎo)語：CDIO理念電氣專業(yè)綜合實訓(xùn)改革探索一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要:本文以應(yīng)用型本科院校電氣工程專業(yè)綜合實訓(xùn)教學(xué)改革為例，基于cdio工程教育理念，提出了以工作下料機械臂實訓(xùn)項目教學(xué)改革的新模式，進行了“構(gòu)思—設(shè)計—實施—運行”4個階段的教學(xué)設(shè)計。實訓(xùn)效果表明，基于CDIO理念的工作下料機械臂實訓(xùn)項目，可以有效提高學(xué)生的實踐能力和團隊協(xié)作精神，更好地滿足企業(yè)對工業(yè)機器人人才的需求。

關(guān)鍵詞:機械臂；工程教育；CDIO；電氣專業(yè)；教學(xué)改革

1引言

近年來，隨著“中國制造2025”強國戰(zhàn)略的提出以及我國產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級[1]，企業(yè)對員工的要求更加嚴格?！吨袊圃?025》明確提出了將“高檔數(shù)控機床和機器人”作為大力推動的重點領(lǐng)域之一，必須加快突破機器人本體，減速器、伺服電機、控制器、傳感器與驅(qū)動器等關(guān)鍵零部件及系統(tǒng)集成設(shè)計制造技術(shù)等技術(shù)瓶頸[2]。這將成為我國產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的重點。并且隨著我國人口紅利的逐漸消失，人力資源成本的不斷上升，企業(yè)必將越來越多地采用工業(yè)自動化生產(chǎn)線來取代人工，從而降低成本，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品品質(zhì)。作為一所地方應(yīng)用型本科院校，如何在進行人才培養(yǎng)時形成新的教學(xué)理念，改變傳統(tǒng)信息加工式教學(xué)模式，提高學(xué)生實踐應(yīng)用能力[3]，加快培養(yǎng)滿足企業(yè)要求、具備工程素質(zhì)、能夠適應(yīng)企業(yè)在工業(yè)機器人相關(guān)工作崗位需要的人才至關(guān)重要[4]。為此，在電氣工程專業(yè)的實踐教學(xué)改革中，引入CDIO工程教育理念，并將CDIO工程項目思想應(yīng)用到電氣工程專業(yè)的綜合實訓(xùn)教學(xué)中，具有重要的意義[5]。

2CDIO工程教育理念及項目教學(xué)法

CDIO工程教育理念是由麻省理工學(xué)院、瑞典皇家工學(xué)院等4所歐美院校提出的一種新型工程人才培養(yǎng)模式，該模式由汕頭大學(xué)在2005年最早引入我國高等院校教學(xué)改革實踐中，旨在培養(yǎng)學(xué)生的工程創(chuàng)新能力[6]。CDIO以從產(chǎn)品研發(fā)開始的生命周期為載體，讓學(xué)生以主動的、實踐的、課程間的有機聯(lián)系為主要方式學(xué)習(xí)工程理論、方法與經(jīng)驗[7]，主要以培養(yǎng)學(xué)生適應(yīng)工業(yè)企業(yè)需求的實踐能力、工程意識、操作能力、團隊精神以及系統(tǒng)理念等綜合實踐能力的一種新型工程人才培養(yǎng)模式。因此，CDIO工程教育理念盡可能采用接近工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)實際的綜合性項目作為實踐教學(xué)、訓(xùn)練的載體。而項目教學(xué)法是通過一個完整項目實施過程來達到實現(xiàn)教學(xué)目標的方法，與案列教學(xué)法相似[8]。其目的在于通過一個完整接近企業(yè)實際綜合項目的實施，使學(xué)生在理論水平、協(xié)作能力、個人能力以及與社會、集體相互協(xié)調(diào)合作能力得到訓(xùn)練與提高。徐州工程學(xué)院作為一所從?？茖W(xué)校升級的地方應(yīng)用型本科院校，在電氣工程及其自動化專業(yè)的培養(yǎng)上更注重學(xué)生的應(yīng)用實踐能力、具有服務(wù)企業(yè)與社會的工作能力，以適應(yīng)今后工作中解決企業(yè)生產(chǎn)實際問題的能力[9]。為此，通過在綜合實訓(xùn)教學(xué)中引入CDIO工程教育理念，在綜合實訓(xùn)項目中以企業(yè)需求為依據(jù)，以職業(yè)定位為導(dǎo)向進行設(shè)計。以學(xué)生在項目實施過程中的角色和企業(yè)評價反饋為主要教學(xué)效果及評價，不斷完善和健全項目考核機制，開展符合企業(yè)需求的實訓(xùn)教學(xué)案列與項目。

3工業(yè)機器人綜合實訓(xùn)項目設(shè)計

對江蘇艾邦機器人有限公司、徐州金剛機器人有限公司、徐州賽義維電氣技術(shù)有限公司以及徐州華恒機器人系統(tǒng)有限公司等多家企業(yè)的工業(yè)機器人應(yīng)用崗位人才需求情況進行了調(diào)研。其崗位需求主要體現(xiàn)在機器人設(shè)計、機器人應(yīng)用程序開發(fā)、機器人售前售后服務(wù)以及現(xiàn)場操作等4類需求，如圖1所示。本文主要對電氣專業(yè)綜合實訓(xùn)課程針對工業(yè)機器人應(yīng)用技術(shù)崗位技能需求進行開發(fā)。3.1實訓(xùn)項目平臺簡介。工業(yè)機器人實訓(xùn)平臺采用工業(yè)下料機械手臂系統(tǒng)，主要由電源系統(tǒng)、控制器系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)、流水線系統(tǒng)、機械手臂機械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)及遠程監(jiān)控系統(tǒng)組成。其涉及機械學(xué)、電氣學(xué)、力學(xué)、傳感器技術(shù)、自動控制技術(shù)以及計算機控制技術(shù)等，適合電氣工程專業(yè)學(xué)生系統(tǒng)變頻調(diào)速技術(shù)、伺服電機理論、單片機知識、CAD技術(shù)、PLC技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及機器人技術(shù)等方面的知識以及系統(tǒng)的設(shè)計、維修及應(yīng)用等，適合為服務(wù)地方經(jīng)濟發(fā)展的人才。3.2電氣專業(yè)綜合實訓(xùn)項目設(shè)計。根據(jù)機器人應(yīng)用崗位特點及技術(shù)要求，將綜合實訓(xùn)項目分為3大模塊：（1）基礎(chǔ)設(shè)計模塊主要完成電氣原理圖設(shè)計、應(yīng)用軟件安裝、基礎(chǔ)硬件安裝以及CAD圖紙制作等內(nèi)容；（2）應(yīng)用開發(fā)模塊主要完成機械手臂程序開發(fā)、PLC基本組網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)通信組網(wǎng)設(shè)計等；（3）綜合應(yīng)用模塊主要完成機械臂各模塊的組成，機械與電氣模塊的設(shè)計、安裝與維護，機械臂與PLC之間的通信、伺服電機的控制以及各檢測模塊的安裝與使用。

4工作下料機械手臂實訓(xùn)項目設(shè)計

在工業(yè)自動化生產(chǎn)線上，如電子產(chǎn)品裝配、建筑材料、化工等生產(chǎn)型企業(yè)，經(jīng)常會利用機械臂來實現(xiàn)物料的運送，從而達到減人增效、提高勞動效率的作用。4.1實訓(xùn)任務(wù)描述在生產(chǎn)流水線上，若有產(chǎn)品到來，檢測系統(tǒng)模塊通過信號線，傳遞信號給控制器系統(tǒng)。控制器給流水線系統(tǒng)發(fā)出指令，流水線停止運行，而后再發(fā)出指令，驅(qū)動機械手臂將產(chǎn)品取走。檢測系統(tǒng)檢測到產(chǎn)品被取走，通過信號線傳遞給控制器?？刂破靼l(fā)出指令，流水線流動。如此步驟周而復(fù)始。4.2實訓(xùn)方法設(shè)計。（1）案例教學(xué)法。采用工廠生產(chǎn)線實際案列講解機械臂在工業(yè)自動化領(lǐng)域的應(yīng)用情況，讓學(xué)生自己通過案例理解工業(yè)機械臂的作用、設(shè)計需要的知識。教師指導(dǎo)學(xué)生建立知識儲備清單，明確綜合實訓(xùn)目標以及實訓(xùn)方法，并向?qū)W生列出所需學(xué)習(xí)資源，促進學(xué)生主動學(xué)習(xí)。（2）拓展校外實訓(xùn)場地。由于校內(nèi)實訓(xùn)平臺有限，通過校外實訓(xùn)基地徐州華恒機器人系統(tǒng)有限公司等企業(yè)提供的實訓(xùn)場地，并聘請企業(yè)工程師作為實訓(xùn)教師，從而增加實訓(xùn)項目自生的實用性，培養(yǎng)學(xué)生適應(yīng)企業(yè)的工作方式。（3）團隊協(xié)作精神的培養(yǎng)。由于現(xiàn)代企業(yè)需要高度的協(xié)作精神，尤其是大型項目的開發(fā)與設(shè)計，需要多家企業(yè)協(xié)作。在實訓(xùn)過程中，通過組織3-5人的項目團隊，讓學(xué)生相互之間通過分工協(xié)作推進實訓(xùn)項目的完成。在這個過程中，通過學(xué)生相互之間的分工交流達到培養(yǎng)團隊精神的目的。（4）任務(wù)驅(qū)動法。綜合實訓(xùn)項目的設(shè)計以任務(wù)完成情況作為考核結(jié)果。學(xué)生將實訓(xùn)項目分解為一個個任務(wù)并逐級完成。這樣可以培養(yǎng)學(xué)生的工程意識與素養(yǎng)，通過任務(wù)驅(qū)動法不斷增強學(xué)生的自信心，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題解決問題的能力。（5）行為方式的培養(yǎng)。實訓(xùn)項目注重培養(yǎng)學(xué)生的安全意識、職業(yè)素養(yǎng)。徐州工程學(xué)院在實訓(xùn)過程中要求學(xué)生按時上課，不遲到早退，正確擺放實訓(xùn)工具、儀器設(shè)備，不帶與實訓(xùn)項目無關(guān)的物品與設(shè)備，注意用電安全，實訓(xùn)結(jié)束整理好相關(guān)實訓(xùn)平臺，做好斷電等工作。通過實訓(xùn)項目培養(yǎng)學(xué)生適應(yīng)企業(yè)工作的良好行為規(guī)范。4.3實訓(xùn)任務(wù)實施過程。針對工作下料機械臂實訓(xùn)項目，在實訓(xùn)任務(wù)實施過程中主要分解為如下任務(wù)：相關(guān)知識儲備過程、系統(tǒng)硬件及電氣原理圖設(shè)計、機械臂應(yīng)用程序設(shè)計以及機械臂的測試4項任務(wù)。4.3.1相關(guān)知識儲備。知識儲備工作主要是為了對工作下料機械臂的安裝與調(diào)試做準備。包括認識機械臂相關(guān)的元器件：電源、傳感器、控制器、步進電機、機械收、生產(chǎn)線模塊等；系統(tǒng)硬件電路設(shè)計知識；應(yīng)用軟件編寫以及測試工具的使用等。4.3.2系統(tǒng)硬件及電氣原理圖設(shè)計。機械臂系統(tǒng)硬件主要包括電源電路、控制器最小模塊電路、復(fù)位電路、紅外模塊電路、步進電機電路、伺服舵機電路。其中，步進電機電路包括驅(qū)動器和步進電機兩部分，伺服舵機電路包括驅(qū)動電路與伺服舵機兩部分。在實訓(xùn)過程中，通過學(xué)生的分工協(xié)作完成整體電路的設(shè)計。4.3.3機械臂應(yīng)用程序設(shè)計。根據(jù)系統(tǒng)硬件電路組成，本系統(tǒng)軟件部分包括各模塊初始化程序、紅外檢測程序、步進電機程序，機械手臂控制程序。主程序流程圖如圖2所示。4.3.4機械臂的測試。機械臂的測試過程主要包括系統(tǒng)接線、參數(shù)調(diào)試以及紅外模塊調(diào)試、步進電機調(diào)試和機械手調(diào)試等內(nèi)容。在測試過程中，學(xué)生需要完成各模塊初始化程序、紅外檢測程序、步進電機程序，機械手臂控制程序等的編程與參數(shù)調(diào)整等工作。在實訓(xùn)過程中，通過學(xué)生自己編寫部分測試程序的方法來培養(yǎng)學(xué)生的編程能力，開拓學(xué)生程序設(shè)計的思路。4.4實訓(xùn)項目考核評價。本實訓(xùn)重在使學(xué)生在實訓(xùn)過程中養(yǎng)成工程素養(yǎng)，提高其動手能力和團隊協(xié)作意識。在綜合實訓(xùn)考核中，實訓(xùn)指導(dǎo)教師和項目組成員之間對實訓(xùn)過程中每個學(xué)生的知識和能力有充分的了解和客觀的實訓(xùn)記錄，因此對學(xué)生實訓(xùn)的評價可以采用項目組成員互評、系統(tǒng)方案設(shè)計、測試過程評價、實訓(xùn)報告等相結(jié)合的方式進行評價。在實訓(xùn)過程中，通過對學(xué)生之間的共性問題進行分析總結(jié)來拓展學(xué)生的思路。對于在校外實訓(xùn)基地進行實訓(xùn)的學(xué)生，增加企業(yè)工程師的評價內(nèi)容，由指導(dǎo)教師和企業(yè)項目工程師對學(xué)生進行共同評定。

5結(jié)束語

工作下料機械臂等機器人實訓(xùn)項目的實施是中國邁向制造強國的重要基礎(chǔ)。隨著我國企業(yè)的轉(zhuǎn)型升級，未來采用工業(yè)機器人代替人力將成為一種趨勢。本文通過介紹CDIO工程教育理念，在電氣工程專業(yè)綜合實訓(xùn)課程中引入工作下料機械臂實訓(xùn)項目，可以有效提高學(xué)生的實踐能力和團隊協(xié)作精神，更好地滿足企業(yè)對工業(yè)機器人人才的需求。

作者:王峰 張旭隆 方蒽 曹言敬 紀雯 單位:徐州工程學(xué)院電氣與控制工程學(xué)院