高职机电专业毕业设计项目式改革的探索 ——基于工程仿真与实践的学生能力培养

来源：论文查重 时间：2019-11-01 17:17:12

［摘 要］ 以实际工程项目对毕业生的能力要求为基础，从典型的实际机电工程项目中提炼适合 高职机电专业学生的毕业设计项目，进行毕业设计教学，对机电专业《毕业设计》进行项目式改革， 改变毕业设计脱离工程实践的现状，从传统理论型设计模式向基于 " 工程仿真与实践 " 的项目式 设计模式转变。探索适合高职机电专业毕业设计的教学模式和方法。改革实践中，要求学生对一个 完整的工程项目进行模拟操作，包括仿真设计、准实物制作、控制系统安装，调试运行等，锻炼学生 对整个实际工程项目的把握能力，培养有较高工程实践能力的毕业生。
［关键词］ 工程；机电；毕业设计；项目式；改革
一、引言
高职机电类专业学生将来所从事的专业性工 作，很多具有实际工程项目的性质，或者是实际工程项目的一部分，有的甚至涉及到对整个工程项 目的掌握和管理能力。这就要求高职生在校学习 期间要较好地形成与专业相关的工程能力。工程 能力包括工程设计和实施能力、沟通协作能力、项目管理能力等[1]，在培养学生的过程中，实践环节 的开展与深化对提升学生工程实践能力，使教学 过程更贴近企业生产和工程实际起着不可替代的 作用。[2]所以，学生在校期间，我们可以在学生掌握 好本专业的专业知识和技能的基础上，通过实训 教学培养学生的工程实践能力。在实践教学环节 中，综合性实践课程更有助于提升学生工程实践 能力。而在综合性实践课程中，综合性最强的就是 毕业设计。因此，我们可以通过基于“工程仿真与 实践”的毕业设计有效地培养学生的工程实践能 力。
二、基于“工程仿真与实践”的机电专业毕业 设计“项目式”改革思路
基于“工程仿真与实践”的高职机电专业毕业 设计“项目式”改革，针对的是涉及机电工程项目 较多的相关企业，瞄准机电控制领域，以 PLC 控制 领域为基础，向其它机电控制领域扩展。本着对接 实际工程项目的原则，根据机电领域的典型工程 项目设置毕业设计教学项目，采用项目式毕业设 计教学方法，教学融入工程任务驱动的理念，创造 性的重新设计毕业设计教学过程，有效地使用实 践教学材料和工具，锻炼学生对整个实际工程项 目的把握能力，提高机电专业学生的工程实践能 力，使学生走向工作岗位后具备独立或者带领团 队完成整个工程项目（或部分）的能力。[3]努力实现 学生学习和就业的趋零对接。
基于“工程仿真与实践”的高职机电专业毕业 设计“项目式”改革以 2015 级机电一体化班作为 具体实验对象，进行毕业设计改革实践。首先，制 定《基于“工程仿真与实践”的高职机电专业毕业 设计“项目式”教学改革方案》，方案指出：第一，成 立基于“工程仿真与实践”的高职机电专业毕业设 计“项目式”改革指导小组，负责机电一体化专业 毕业设计工作的组织与管理。第二，对毕业设计的 工作程序和主要环节进行了具体的安排。第三，对 毕业设计过程的管理提出具体的要求。其次，制定 基于“工程仿真与实践”的高职机电专业《毕业设 计》课程标准。第一，标准规定了毕业设计的性质 和任务。第二，对毕业设计内容及要求做了详细的 阐述。第三，对毕业设计教学实施的条件等方面给 出了具体的建议。第四，指出毕业设计的考核采用 3+1 式考核体系。即答辩小组根据学生毕业设计过程中的表现、毕业设计说明书质量和答辩情况，结 合学生互评、指导教师评价、企业工程技术人员评 价，确定毕业设计最后得分和综合评定等级。 按照基于“工程仿真与实践”的高职机电专业 毕业设计“项目式”改革的指导思想，以毕业设计 教改方案和课程标准为依据，以从典型的实践机 电工程项目中提炼的毕业设计项目为具体的毕业 设计教学改革内容，在指导教师精心的指导、严格 的组织和管理下，在实验对象班进行具体的毕业 设计改革实践。实验对象班毕业设计改革实践完 成后，以问卷调查的形式，对实验对象班的学生进 行毕业设计改革效果调查，收集学生反馈。在理论 研究、改革实践、学生反馈的基础上，结合高等院 校专家、企业工程人员的建议，进一步归纳总结和 分析研究，探索适合高职机电专业学生毕业设计 的教学模式和方法。培养较高工程实践能力的毕 业生，为机电控制领域输送高质量的实用型工程 技术人才。同时，为其他工科类专业毕业设计改革 提供有益的借鉴。
三、毕业设计“项目式”改革实践示例—基于 工程项目的 PLC 控制三基色环形景观灯设 计与安装
工程实践中多使用可编程序控制器实现对三 基色环形景观灯景观系统的控制。三基色环形景 观灯设计与安装，首先要根据工程项目要求完成 PLC 控制系统的硬件设计，比如：三基色环形景观 灯灯组主电路设计、电器元件的选型、可编程序控 制器的外部接线图等。其次是完成软件设计部分， 即 PLC 的控制程序的设计、调试与模拟。再次是完 成 PLC 控制三基色环形景观灯的实物制作，软硬 件安装、调试与运行。最终完成可编程序控制器控 制的三基色环形景观灯项目。
在指导教师的指导下，学生组建工程技术团 队，完成 PLC 控制三基色环形景观灯的实物模型 制作，软硬件设计、安装、调试与运行。体验完整的 基于 PLC 控制的三基色环形景观灯工程项目，培 养学生的工程能力和综合职业能力。
（一）三基色环形景观灯实物模型及控制要求
1. 三基色环形景观灯主要由起固定作用的底 座，起支撑作用的支架，环形灯组以及控制柜等几 部分组成。
2.三基色环形景观灯控制要求
（1）初始状态，所有彩灯均为 OFF。按下启动 按钮 SB0，HL1—HL7 九盏彩灯（HL6， HL7 都为 两盏） 按以下顺序循环点亮：HL1→HL1、HL2→ HL1、HL3 →HL1、HL4 →HL1、HL5 →HL1、HL2、 HL4 →HL1、HL3、HL5 →HL1 →HL2、HL3、HL4、 HL5→HL6、HL7→HL1、HL6→HL1、HL7→HL1 → HL1、HL2、HL3、HL4、HL5 →HL1、HL2、HL3、HL4、 HL5、HL6、HL7→HL1，间隔时间均为 2 秒，不断循 环。按下停止按钮时，循环停止，回到初始状态。[4]
（2）三基色环形景观灯的点亮和熄灭可以实 现自动控制。比如：可以设置为晚上 7 点到早上 6 点期间自动点亮，其它时间自动熄灭。
（二）三基色环形景观灯 PLC I/O 地址分配、元 器件选型及控制电路设计
根据三基色环形景观灯系统的控制要求，可 以列出可编程序控制器 I/O 地址分配表（见表 1）， 元器件清单列表（表 2），设计出三基色环形景观灯 控制系统总电路图（见图 1）。
2.主要电器元件的选型
（1）本控制系统需要 2 个输入点，7 个输出点， 可以选用三菱 FX 系列的 FX1N-40MR 型可编程 序控制器。
（2） 三基色环形景观灯彩灯规格为 25W/ AC220V。
（3） 根据所选彩灯规格，其额定电流约为 0.11A，中间继电器可以选用型号为 JQX-13F 的小 型继电器，能够保证满足要求。
（4）三基色环形景观灯控制系统中，接触器控 制着七个中间继电器，根据所选中间继电器规格， 考虑足够的余量，交流接触器型号可选择 CJT1-10。
（5）按钮型号可以选用 LA4-2H。
（6）根据电压与电流的要求，低压断路器可选 用 DZ47LE-32 C32 型微型断路器。额定电流 32A， 可以满足本控制系统的要求。
工作原理：合上隔离开关 QF，PLC 接通电源， 按下按钮 SB3，交流接触器主触头闭合，接通 PLC 输出电路，同时，常开辅助触头闭合起自保作用。 此时按下 SB0，PLC 开始工作，执行程序，输出端 Y1-Y7 按三基色环形景观灯的控制要求输出电 流，相应的彩灯被点亮，并不断循环。按下停止按 钮 SB1，三基色环形景观灯在完成一个循环后停止 工作。SB2 为急停按钮，用于在出现故障时切断 PLC 输出端电源。三基色环形景观灯点亮与熄灭 时间段的自动控制是通过程序来实现的。
（三）梯形图程序设计、调试及在实验台相应 模块上的模拟
根据工程项目中三基色环形景观灯的控制要 求，运用所学程序设计方法，对三基色环形景观灯 PLC 控制程序进行设计，主要采用经验设计法和 顺序控制设计法相结合的设计方法，先画出顺序 功能图，再将顺序功能图转化为梯形图，同时结合 经验设计法，不断的调整完善，最终得到能够实现 控制要求的梯形图程序。部分梯形图如下：

梯形图设计完成后，团队成员将梯形图程序 写入到 PLC 实训室天煌教仪 THPLC—B 型 PLC 实训系统中，反复调试，进行三基色环形景观灯仿 真模拟，最终模拟成功，为三基色环形景观灯的实 物模型制作做好准备。
（四）基于 PLC 控制的三基色环形景观灯实物 模型制作
学生工程技术团队通过对三基色环形景观灯 工程项目进行讨论分析，确定了三基色环形景观 灯的实物模型制作方案。团队成员通过团结协作， 良好配合，完成三基色环形景观灯实物模型制作。 之后，团队成员在实物模型上进行软硬件安装，安装完成后，技术团队对灯塔组、控制柜、接线等进 行全面的检查。检查完毕，在指导老师的指导下， 团队成员进行通电试车，出现问题，团队成员讨论 解决，最后试车成功。完成毕业设计的过程，就是 完成三基色环形景观灯工程项目的过程，有助于 提高团队成员的实践技能、工程能力和综合职业 能力。
四、结论
实验对象班毕业设计改革实践完成后，以问 卷调查的形式，对实验对象班的学生进行毕业设 计改革效果调查。调查结果显示，学生对毕业设计 改革是认同的，他们普遍认为基于“工程仿真与实 践”的高职机电专业毕业设计“项目式”改革提高 了他们的设计积极性，较好地提升了他们的实践 技能、工程能力和综合职业能力，为将来在实践中 主持或参与类似工程项目打下了较好的基础。同 时，此次毕业设计的改革成果也可以为其他工科 类专业毕业设计改革提供有益的借鉴。

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