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基于工程教育认证下的“自动化专业课程设计”的课程建设

2024-10-05 16 上传者：管理员

摘要：根据自动化专业按工程教育认证标准要求积极推进专业建设要求。本文根据本校当前“自动化专业课程设计”课程的现实情况，分析其不足之处，并提出其建设的总体方案：从教学内容、教学模式和考核机制等方面叙述了课程建设的具体方法和途径，提出了以培养学生运用所学专业知识解决实际工程问题的能力为最终目标的课程建设思路。

关键词：
工程教育工程认证
教育质量
自动化专业课程设计
课程建设
质量保障制度
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1、概述

工程教育专业认证是国际通行的工程教育质量保障制度，也是实现工程教育国际互认和工程师资格国际互认的重要基础[1-3]。

工程教育专业认证要求专业课程体系设置、师资队伍配备、办学条件配置等都围绕学生毕业能力达成这一核心任务展开，并强调建立专业持续改进机制和文化以保证专业教育质量和专业教育活力。

“自动化专业课程设计”是大学本科三年级在修完专业基础课与专业课后的一门综合类专业课程，具有涉及专业知识广，检验学生科研综合能力的一门社会实践类课程。随着机器人技术、人工智能等技术的不断发展，自动化技术面临着新的挑战和机遇，培养适应产业发展需要的高素质自动化专业人才显得尤为紧迫。

2、建设内容

“自动化专业课程设计”是基于多门类学科知识的一门综合类学科，其目的是检验并提高学生解决实际工程问题的能力。

二维通用机械手是一种可仿人操作、可自动控制、重复编程、能在二维平面内完成各种作业的机电一体化自动化生产设备。随着现代工业技术的发展，工业自动化技术越来越高，一些重复的工作由机械手远程控制或自动完成不仅可提高生产效率、降低生产成本，同时也可以避免一些人不能接触的某些物质对从业者身体造成伤害[4-5]。所以本课程以平面二维机械手为例，试述“自动化专业课程设计”的课程建设。

2.1 二维平台系统介绍

2.1.1 系统构成

控制器：工业计算机+运动控制卡；

执行器：步进电机；

驱动器：步进驱动器；

传感器：磁栅尺；

轴数：两轴；

传动：线性模组；

末端：圆珠笔等；

末端安装方式：柔性紧固。

图1二维平台系统

2.1.2 技术指标

2.1.2.1 工业计算技术指标

(1)集成式机箱；

(2)Intel H81工控主板；

(3)Intel I5-4590处理器；

(4)8G-DDR3-1600MHZ内存；

(5)240G固态硬盘；

(6)19英寸显示器。

2.1.2.2 运动控制卡指标

(1)两轴伺服/步进电机运动控制卡；

(2)32位PCI总线，即插即用；

(3)硬件算法支持直线插补、圆弧插补功能；

(4)支持梯形、S形加减速曲线，加减速时间可编程；

(5)脉冲输出支持脉冲/方向和双脉冲两种模式；

(6)编码器输入支持脉冲/方向模式、A/B相模式；

(7)每轴输出最大脉冲频率1MHz,编码器最大脉冲输入频率1MHz;

(8)数字I/O口8进8出。

图2运动控制卡

2.1.2.3 传动机构指标

X轴指标：

型号：CF8610C-440

模组宽度：86mm

轨道长度：440mm

模组全长：540mm

最大行程：330mm

定位精度：0.03mm

导程：10mm

最大运行速度：500mm/s

重量：8.4kg

Y轴指标：

型号：CF6010C-300

模组宽度：60mm

轨道长度：300mm

模组全长：370mm

最大行程：180mm

定位精度：0.03mm

导程：10mm

最大运行速度：500mm/s

重量：2.7kg

前修课程：电路基础、单片机原理、电机与拖动、电力拖动基础、电力电子技术。

后续支撑：毕业设计

课程思政设计：本课程是为自动化专业本科生实践教学环节的重要组成部分，是一门完整的实践操作性课程，致力培养学生综合运用知识能力和创新意识，使学生理论联系实际，培养学生的动手能力，观察、分析、解决问题的能力。鼓励学生建立学习报国的信念。通过本案例的讲述，让学生树立学习报国的信念，教会学生克服困难的勇气与决心。

2.2 课程简介

课程定位：旨在培养适应21世纪科技发展需要，综合素质高，具有坚实理论基础和创新能力，能够在自动化领域从事系统分析、系统设计、系统运行、科技开发及研究等方面工作的高级工程技术人才。

课程内容：本书讲述了自动化专业的基础知识，介绍了自动化专业的特点及就业知识需求，并结合不同的研究方向提供了自动化专业课程设计的实例选题及实验步骤，启发式指导自动化专业的学生自行查找资料，自行设计、实施，并最终完成系统任务。

核心学习成效：进一步掌握和巩固自动化专业的教学内容，全面了解实际自动化控制系统的设计方法、调试方法等，使得学生充分了解控制系统的性能、指标、内容及要求，以便明确系统应完成的任务。培养学生综合运用基础理论知识和专业知识去解决实际应用设计问题的能力。

教学方法：(1)注重培养学生学习兴趣，充分调动学生学习积极性，善于创设情境，充分利用多媒体教学；(2)采用多种教学模式，以学生为主体，理论与实践相结合，变抽象教学为形象教学。

2.2.1 课程目标

目标1:基于本课程的学习，使学生了解过程参数的测量原理和测量方法，掌握一般控制系统的数学建模方法，简单控制系统的设计方法、整定方法，并能够运用所学知识对相关控制系统进行分析、设计、比较和综合。

支撑毕业要求指标点：能够进行自动化装置及系统的设计，在设计中体现创新意识。

目标2:基于本课程的学习，使学生熟悉先进控制系统的结构原理，了解控制系统的发展动态和新成果，并能够运用所学知识分析过程的影响因素，获得有效结论。

支撑毕业要求指标点：能够根据自动化工程领域中研究对象的特征，选择研究路线，设计实验方案。

2.2.2 教学内容

课程主要内容如下，分八个章节：

第一章：运动控制卡驱动安装，硬件结构及手动运动功能编程；第二章：运动控制卡回原点功能编程；第三章：运动控制——IO读写功能及报警程序编写；第四章：运动控制——高速计数器功能(读磁栅尺);第五章：定长控制功能；第六章：运动控制——直线插补功能；第七章：运动控制——圆弧插补功能；第八章：运动控制——综合运动功能(画四边形和圆弧)。

2.2.3 教材与学习资源

课程教材：《二维平台系统配套课程》。

参考书目:《自动化专业课程设计》(张兰勇,清华大学出版社,2015);《MATLAB R2016a控制系统设计与仿真35个案例分析》(李晓东,清华大学出版社,2018);《机器人控制系统的设计与MATLAB仿真:基本设计方法》(刘金琨,清华大学出版社,2016)。

教学条件:授课教师有多年自动化领域行业经验和多年教学经验,进行二维平台运动控制教学。学校教学楼具有智慧教室。

考核内容:运动控制的综合功能编程,通过画四边形和圆弧的动作,对控制卡的编程有一个全面、系统的认识。也是以上章节的知识总结。学完本章后,学生可以编写基本的IPC控制程序。

分析实验结果,完成实验报告。

2.2.4评价标准

优秀(90～100分):态度认真,实验预习充分、实验目的明确、实验操作规范,实验结果正确,实验报告内容完整规范。方法具有创新性。

良好(80～89分):态度认真,实验预习比较充分、实验目的明确、实验操作比较规范,实验结果正确,实验报告内容比较完整规范。

中等(70～79分):态度比较认真,实验预习比较充分、实验目的较明确、实验操作比较规范,实验结果正确,实验报告内容比较完整规范。

及格(60～69分):态度比较认真,实验预习比较充分、实验目的基本明确、实验操作基本规范,实验结果基本正确,实验报告内容不是很完整规范。

不及格(0～59分):态度不认真,无实验预习、实验目的不明确或实验操作不规范、实验结果不正确,实验报告内容不完整。