復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)計(jì) 教學(xué)大綱

《復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)》教學(xué)大綱課程名稱：復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程類別（必修/選修）：必修課課程英文名稱：ComplexElectromechanicalSystemsDesign總學(xué)時(shí)/周學(xué)時(shí)/學(xué)分：24/2/1.5其中實(shí)驗(yàn)/實(shí)踐學(xué)時(shí)：10先修課程：機(jī)械制圖、材料力學(xué)、機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)后續(xù)課程支撐：機(jī)制技術(shù)基礎(chǔ)、機(jī)械工程試技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技及用授課時(shí)間：2，4-14周，周四，3-4節(jié)授課地點(diǎn)：7B-310答疑時(shí)間、地點(diǎn)與方式：1.每次上課的課前、課間和課后，在上課教室答疑；2.工作日辦公室12N206答疑；3.平時(shí)郵件、微信、電話答疑課程考核方式：開卷（√）閉卷（）課程論文（）其它（）使用教材：《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)》丁金華，王學(xué)俊，魏鴻磊著，清華大學(xué)出版社，2019(第1版)。課程簡(jiǎn)介：《復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)》是一門培養(yǎng)學(xué)生具有機(jī)電一體化技術(shù)綜合應(yīng)用能力的專業(yè)選修課程。本課程從系統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā)，利用機(jī)械技術(shù)和電子技術(shù)，通過機(jī)電有機(jī)結(jié)合構(gòu)造最佳的機(jī)電系統(tǒng)。主要學(xué)習(xí)機(jī)械系統(tǒng)、傳感檢測(cè)系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等設(shè)計(jì)和選擇方法，討論機(jī)電一體化系統(tǒng)的接口、精度設(shè)計(jì)和可靠性等系統(tǒng)總體技術(shù)。機(jī)電一體化技術(shù)是與實(shí)踐聯(lián)系非常緊密的學(xué)科，在教學(xué)過程中綜合運(yùn)用先修課程中有關(guān)的知識(shí)與技能，結(jié)合各實(shí)踐環(huán)節(jié)進(jìn)行工程技術(shù)人員所需的基本訓(xùn)練，為學(xué)生日后從事技術(shù)革新創(chuàng)造條件。課程教學(xué)目標(biāo)及對(duì)畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)的支撐：課程教學(xué)目標(biāo)支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)畢業(yè)要求目標(biāo)1：學(xué)習(xí)機(jī)電系統(tǒng)的基本概念，理解機(jī)電系統(tǒng)中各結(jié)構(gòu)要素在系統(tǒng)中的作用和相互關(guān)系，初步建立機(jī)電產(chǎn)品的系統(tǒng)化設(shè)計(jì)思想。1.4能夠?qū)C(jī)械工程相關(guān)知識(shí)和數(shù)學(xué)模型方法用于復(fù)雜機(jī)械工程問題解決方案的比較與綜合。1工程知識(shí)：掌握扎實(shí)的數(shù)學(xué)知識(shí)、物理、化學(xué)等自然科學(xué)知識(shí)，力學(xué)、電工電子學(xué)、計(jì)算機(jī)學(xué)、工程材料學(xué)等工程基礎(chǔ)知識(shí)以及機(jī)械制圖、機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械傳動(dòng)與控制等專業(yè)知識(shí)，并將其用于解決機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)、開發(fā)、制造、管理等過程中的復(fù)雜機(jī)械工程問題。目標(biāo)2：掌握機(jī)電系統(tǒng)中機(jī)械、傳感檢測(cè)、動(dòng)力、控制等基本結(jié)構(gòu)要素的技術(shù)特點(diǎn)，解決針對(duì)機(jī)電產(chǎn)品的復(fù)雜機(jī)械工程問題。5.3能夠針對(duì)具體機(jī)械工程問題，開發(fā)或選用滿足特定需求的現(xiàn)代工具，模擬和預(yù)測(cè)專業(yè)問題，并能夠分析其局限性。5使用現(xiàn)代工具：能夠針對(duì)機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)、開發(fā)、制造、管理等過程中的復(fù)雜機(jī)械工程問題，開發(fā)、選擇與使用恰當(dāng)?shù)募夹g(shù)、資源、現(xiàn)代工程工具和信息技術(shù)工具，包括對(duì)復(fù)雜機(jī)械工程問題的預(yù)測(cè)與模擬，并能夠理解其局限性。目標(biāo)3：掌握典型裝置的技術(shù)原理和使用方法；掌握典型機(jī)電產(chǎn)品的構(gòu)成、特點(diǎn)和設(shè)計(jì)方法，能夠進(jìn)行復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。3.2能夠設(shè)計(jì)出滿足特定需求的機(jī)械系統(tǒng)、單元（部件）和工藝流程，并能夠在設(shè)計(jì)中體現(xiàn)創(chuàng)新意識(shí)。3設(shè)計(jì)/開發(fā)解決方案：能夠設(shè)計(jì)針對(duì)機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)、開發(fā)、制造、管理等過程中的復(fù)雜機(jī)械工程問題的解決方案，設(shè)計(jì)滿足特定需求的機(jī)械系統(tǒng)、單元（部件或工藝流程，并能夠在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中體現(xiàn)創(chuàng)新意識(shí)，考慮社會(huì)、健康、安全、法律、文化以及環(huán)境等因素。目標(biāo)4：培養(yǎng)學(xué)生具有主動(dòng)參與、積極進(jìn)取、探究工程的學(xué)習(xí)態(tài)度和思想意識(shí)；養(yǎng)成理論聯(lián)系實(shí)際、科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)、認(rèn)真細(xì)致、實(shí)事求是的態(tài)度和職業(yè)道德。4.2能夠針對(duì)具體機(jī)械工程問題，選擇研究路線，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，并能夠構(gòu)建實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，安全的開展相關(guān)實(shí)驗(yàn)，正確地采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。4研究：能夠基于科學(xué)原理并采用科學(xué)方法對(duì)機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)、開發(fā)、制造、管理等過程中的復(fù)雜機(jī)械工程問題進(jìn)行研究，包括實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、分析與數(shù)據(jù)解釋，并通過信息綜合得到合理有效的結(jié)論。課程思政目標(biāo)：通過課程的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的人文關(guān)懷、愛國(guó)精神以及團(tuán)隊(duì)合作精神，培養(yǎng)學(xué)生的全局觀與辯證觀，養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度、實(shí)事求是的工作作風(fēng)以及良好的職業(yè)素養(yǎng)。理論教學(xué)進(jìn)程表周次教學(xué)主題授課教師學(xué)時(shí)數(shù)教學(xué)內(nèi)容（重點(diǎn)、難點(diǎn)、課程思政融入點(diǎn)）教學(xué)模式線下/混合式教學(xué)方法作業(yè)安排支撐課程目標(biāo)1緒論；機(jī)電一體化技術(shù)的主要特點(diǎn)；功能及組成王帥2重點(diǎn)：機(jī)電一體化的功能構(gòu)成和組成要素；機(jī)電一體化的共性關(guān)鍵技術(shù)。難點(diǎn)：機(jī)電一體化耦合關(guān)系。課程思政融入點(diǎn)：介紹我國(guó)近年來(lái)在重大機(jī)電裝備取的舉世矚目的成果，增強(qiáng)學(xué)生科技強(qiáng)國(guó)的自信。勞動(dòng)教育融入點(diǎn)：通過虛擬仿真介紹航母、艦載機(jī)關(guān)鍵零部件裝配過程，沉浸式體驗(yàn)勞動(dòng)過程的樂趣。線下教學(xué)課堂講授與小組討論課后作業(yè)：優(yōu)學(xué)院相關(guān)習(xí)題。目標(biāo)1課程思政作業(yè)：學(xué)生結(jié)合中國(guó)航母/艦船的發(fā)展討論對(duì)機(jī)電系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，報(bào)告1篇（不少于1500字）。2機(jī)電一體化對(duì)機(jī)械系統(tǒng)、機(jī)械傳動(dòng)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的基本要求；性能影響王帥2重點(diǎn)：位姿描述和齊次變換；滾珠絲杠副傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。難點(diǎn)：傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法；執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。線下教學(xué)課堂講授優(yōu)學(xué)院專題作業(yè)目標(biāo)23機(jī)電系統(tǒng)中的檢測(cè)傳感系統(tǒng)（上）王帥2重點(diǎn)：各類傳感器的工作原理；傳感器的功用和特性。難點(diǎn)：傳感器的選擇與使用。課程思政融入點(diǎn)：介紹黃大年重點(diǎn)攻關(guān)國(guó)家急需的“地球深部探測(cè)儀器”，這種探測(cè)傳感器能探清深層地下的礦產(chǎn)、海底的隱伏目標(biāo)，對(duì)國(guó)土安全具有重大價(jià)值。勞動(dòng)教育融入點(diǎn)：同時(shí)黃大年是“最美奮斗者”“時(shí)代楷模”“全國(guó)五一勞動(dòng)獎(jiǎng)?wù)隆钡墨@得者，勞模的奮斗百年路，至誠(chéng)報(bào)國(guó)心。線下教學(xué)課堂講授優(yōu)學(xué)院專題作業(yè)目標(biāo)24機(jī)電系統(tǒng)中的檢測(cè)傳感系統(tǒng)（下）王帥2重點(diǎn)：信號(hào)調(diào)理電路（濾波、相關(guān)、調(diào)制、解調(diào)）；信號(hào)變換技術(shù)(傳感器接口電路、放大電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)模轉(zhuǎn)換)。難點(diǎn)：信號(hào)調(diào)理電路（濾波、相關(guān)、調(diào)制、解調(diào)）。線下教學(xué)課堂講授優(yōu)學(xué)院專題作業(yè)目標(biāo)25信號(hào)、系統(tǒng)與控制信號(hào)調(diào)節(jié)與接口設(shè)計(jì)王帥2重點(diǎn)：信號(hào)、系統(tǒng)的概念，與控制的關(guān)系；信號(hào)調(diào)節(jié)方法和接口設(shè)計(jì)技術(shù)難點(diǎn)：控制系統(tǒng)中信號(hào)處理、信號(hào)與系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)；復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)中各個(gè)子系統(tǒng)的協(xié)作線下教學(xué)課堂講授優(yōu)學(xué)院專題作業(yè)目標(biāo)36伺服控制系統(tǒng)；步進(jìn)、直流、交流伺服控制技術(shù)及設(shè)計(jì)王帥2重點(diǎn)：步進(jìn)電機(jī)、交直流伺服電機(jī)的控制與驅(qū)動(dòng)；伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。難點(diǎn)：伺服電機(jī)的選擇與校核；2．交流伺服的矢量控制；開、閉環(huán)控制。線下教學(xué)課堂講授優(yōu)學(xué)院專題作業(yè)目標(biāo)37機(jī)電一體化系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)；總體設(shè)計(jì)方法王帥2重點(diǎn)：一體化產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方法。難點(diǎn)：功能定義、性能指標(biāo)分配。線下教學(xué)課堂講授優(yōu)學(xué)院專題作業(yè)目標(biāo)1合計(jì)14實(shí)踐教學(xué)進(jìn)程表周次實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱授課教師學(xué)時(shí)教學(xué)內(nèi)容（重點(diǎn)、難點(diǎn)、課程思政融入點(diǎn)）項(xiàng)目類型（驗(yàn)證/綜合/設(shè)計(jì)）教學(xué)方法支撐課程目標(biāo)8傳感器識(shí)別系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)王帥2重點(diǎn)：傳感器基本原理及組成，陣列化原理；條形碼識(shí)別原理和編程；難點(diǎn)：條形碼識(shí)別原理和編程。勞動(dòng)教育融入點(diǎn)：參與一個(gè)傳感器模塊制作過程，全程真正體驗(yàn)勞動(dòng)的價(jià)值以及成就感。驗(yàn)證教師講解，指導(dǎo)學(xué)生動(dòng)手操作。學(xué)生實(shí)操，須完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。目標(biāo)49光電式傳感器轉(zhuǎn)速與旋向測(cè)量實(shí)驗(yàn)黃泳波2重點(diǎn)：光電式傳感器的基本結(jié)構(gòu)及轉(zhuǎn)換電路的工作原理；差動(dòng)變壓器的調(diào)試方法，旋轉(zhuǎn)方向的測(cè)量方法；難點(diǎn)：雙通道示波器識(shí)別八組波形，相差與旋轉(zhuǎn)方向的關(guān)系。驗(yàn)證教師講解，指導(dǎo)學(xué)生動(dòng)手操作。學(xué)生實(shí)操，須完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。目標(biāo)410外部模擬量變頻調(diào)速控制實(shí)驗(yàn)黃泳波2重點(diǎn)：變頻器外部接線的控制方式，運(yùn)行模式參數(shù)的設(shè)置與調(diào)試方法；電機(jī)的模擬信號(hào)控制方法；難點(diǎn)：三菱變頻器實(shí)驗(yàn)箱使用；各參數(shù)對(duì)電機(jī)的影響，電機(jī)信號(hào)與輸出頻率的關(guān)系。綜合教師講解，指導(dǎo)學(xué)生動(dòng)手操作。學(xué)生實(shí)操，須完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。目標(biāo)411伺服升降機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與測(cè)試實(shí)驗(yàn)（接線組裝設(shè)置部分）黃泳波2重點(diǎn)：機(jī)電綜合控制系統(tǒng)的組成的組裝；伺服電機(jī)控制方法設(shè)置、控制信號(hào)、控制接口電路的設(shè)計(jì)方法難點(diǎn)：上位機(jī)Mach3控制軟件與運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的搭建、參數(shù)設(shè)置和系統(tǒng)測(cè)試方法課程思政融入點(diǎn)：以航天器伺服對(duì)準(zhǔn)研究為背景闡述控制系統(tǒng)的重要性，強(qiáng)調(diào)復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)建立精準(zhǔn)模型的重要性，需要力求精益求精。.設(shè)計(jì)教師講解，指導(dǎo)學(xué)生動(dòng)手操作。學(xué)生實(shí)操，須完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。課程思政作業(yè)：結(jié)合實(shí)驗(yàn)以及所學(xué)知識(shí)，闡述伺服控制的哲學(xué)思想。目標(biāo)412伺服升降機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與測(cè)試實(shí)驗(yàn)(VB控制運(yùn)動(dòng)曲線算法設(shè)計(jì)）黃泳波2重點(diǎn)：機(jī)電綜合控制系統(tǒng)的組成及控制方法。難點(diǎn)：利用VB軟件編寫控制程序的界面。課程思政融入點(diǎn)：以工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線為背景闡述控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)的重要性設(shè)計(jì)教師講解，指導(dǎo)學(xué)生動(dòng)手操作。學(xué)生實(shí)操，須完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。目標(biāo)4合計(jì)10課程考核課程目標(biāo)支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)評(píng)價(jià)依據(jù)及成績(jī)比例（%）作業(yè)實(shí)驗(yàn)考試合計(jì)目標(biāo)11-4301518目標(biāo)25-3642535目標(biāo)33-2461020目標(biāo)44-2225027總計(jì)153550100注：（1）考核環(huán)節(jié)應(yīng)能支撐課程目標(biāo)所述能力的達(dá)成；（2）各類考核評(píng)價(jià)的具體評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見《附錄：各類考核評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)表》.備注：附錄：各類考核評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)表作業(yè)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)觀測(cè)點(diǎn)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)A(100)B(85)C(70)D(0)基本概念掌握程度概念清楚，答題正確。概念比較清楚，作業(yè)比較認(rèn)真，答題比較正確。概念基本清楚，答題基本正確。概念不太清楚，答題錯(cuò)誤較多。解決問題的方案正確性解題思路清晰，計(jì)算正確概念比較清楚，作業(yè)比較認(rèn)真，答題比較正確。概念基本清楚，答題基本正確。概念不太清楚，答題錯(cuò)誤較多。作業(yè)完成態(tài)度按時(shí)完成，書寫工整、清晰，符號(hào)、單位等按規(guī)范要求執(zhí)行按時(shí)完成，書寫清晰，主要符號(hào)、單位按照規(guī)范執(zhí)行按時(shí)完成，書寫較為一般，部分符號(hào)、單位按照規(guī)范執(zhí)行未交作業(yè)或后期補(bǔ)交，不能辨識(shí)，符號(hào)、單位等不按照規(guī)范執(zhí)行

實(shí)驗(yàn)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)觀測(cè)點(diǎn)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)A(100)B(85)C(70)D(0)預(yù)習(xí)報(bào)告（權(quán)重0.3）按時(shí)完成，內(nèi)容完整、正確，字跡清晰工整按時(shí)完成，內(nèi)容基本完整，書寫清晰延時(shí)完成，內(nèi)容基本完整，能夠辨識(shí)未提交或后期補(bǔ)交，內(nèi)容不完整，不能辨識(shí)實(shí)驗(yàn)操作（權(quán)重0.4）操作規(guī)范，步驟合理清晰，在規(guī)定的時(shí)間完成實(shí)驗(yàn)?zāi)馨匆筝^完整完成操作，實(shí)驗(yàn)過程安排較為合理，在規(guī)定時(shí)間完成實(shí)驗(yàn)基本能按要求進(jìn)行操作，實(shí)驗(yàn)部分步驟安排不合理，完成實(shí)驗(yàn)時(shí)間稍為滯后操作不規(guī)范，實(shí)驗(yàn)步驟不合理，未在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成實(shí)驗(yàn)總結(jié)報(bào)告（權(quán)重0.3）按時(shí)完成，內(nèi)容