《机电系统设计与创新》教学大纲

《机电系统设计与创新》教学大纲适用范围：202X版本科人才培养方案课程代码：01170032课程性质：专业创新课学分：2学分学时：32学时（实践32学时）先修课程：高等数学、机械制图、机械原理、机电传动控制与PLC等后续课程：机械创新综合能力训练适用专业：机械设计制造及其自动化开课单位：机械工程学院一、课程说明《机电系统设计与创新》是创新能力培养计划的一门专业创新课程。本课程面向机械设计制造及其自动化工程专业学生，以实际工程需求和案例为基础，综合应用已掌握的创新、机械、电气电子等相关知识，培养学生对机械工程领域新产品、新工艺、新技术和新设备进行研究、开发和设计的能力。培养能在机械工程领域从事产品研发、设计、制造等工作的复合型工程技术人才。本课程从机械电子工程专业所面向的企业需求出发，选出3种典型的机电综合实验装置（部件），分析其基本原理、结构和控制需求。要求学生灵活运用所学的基础理论知识设计相关机械结构和控制系统，设计控制逻辑，编写控制程序，完成给定的装置设计任务。同时，本课程要求学生分组设计、制造其中的无人小车，并基于该小车参加指定比赛。二、课程目标通过本课程的学习，使学生达到如下目标：课程目标1：掌握常用的机电传动系统原理和结构，能够综合运用机械原理、机械设计以及机电传动控制与PLC等课程的相关知识，根据项目需求合理进行电机、传动系统和控制系统的设计和选型，完成实现特定功能的复杂机电系统和单元的设计。课程目标2：能够熟练运用三维设计软件对机电单元与系统进行结构设计和简单的结构校核，并能够选择恰当的软件完成机电系统相关的控制系统的分析、设计以及控制程序的编写。课程目标3：具备责任意识、团队意识和工匠精神，能够在课题组中积极参与、组织协调团队开展设计工作，通过团队的合作，保证机电系统设计的合理性与稳定性。课程目标4：树立管理意识，能够针对项目开发计划合理分配任务并规划开发进程，对机电系统的设计进程进行管理。三、课程目标与毕业要求《机电系统设计与创新》课程教学目标对机械设计制造及其自动化专业毕业要求的支撑见表1。表1课程教学目标与毕业要求关系毕业要求指标点课程目标支持强度9.个人和团队：能够在多学科背景下的团队中承担个体、团队成员以及负责人的角色。9.1理解团队合作的重要性，具有与团队成员或负责人协调合作的团队精神和能力，能够在多学科背景下的团队中独立或合作开展工作并发挥作用。课程目标1：掌握常用的机电传动系统原理和结构，能够综合运用机械原理、机械设计以及机电传动控制与PLC等课程的相关知识，根据项目需求合理进行电机、传动系统和控制系统的设计和选型，完成实现特定功能的复杂机电系统和单元的设计。课程目标3：具备责任意识、团队意识和工匠精神，能够在课题组中积极参与、组织协调团队开展设计工作，通过团队的合作，保证机电系统设计的合理性与稳定性。M11.项目管理：理解并掌握工程管理原理与经济决策方法，并能在多学科环境中应用。11.2能在多学科环境下，在工程项目实施过程中有效运用工程管理原理与经济决策方法。课程目标2：能够熟练运用三维设计软件对机电单元与系统进行结构设计和简单的结构校核，并能够选择恰当的软件完成机电系统相关的控制系统的分析、设计以及控制程序的编写。课程目标4：树立管理意识，能够针对项目开发计划合理分配任务并规划开发进程，对机电系统的设计进程进行管理。M注：表中“H（高）、M（中）”表示课程与相关毕业要求的关联度。四、教学内容、基本要求与学时分配教学内容、基本要求与学时分配见表2。表2教学内容、基本要求与学时分配教学内容教学要求，教学重点难点理论学时实践学时对应的课程目标1.介绍项目任务教学要求：展示项目所需关键元件和技术，介绍项目任务。重点：明确项目任务的需求。难点：理解工业自动化常用技术。212.输送系统设计1.1输送系统的机械结构1.2输送系统的机电控制方案设计1.3输送系统的综合设计教学要求：使学生了解常见输送系统的种类，掌握其基本原理和结构，掌握皮带式输送机的选型和设计流程；学生需根据给定要求综合应用所学知识，完成输送系统结构和控制硬件的设计。完成输送系统的三维建模与二维图纸绘制。重点：输送系统的设计和选型。难点：输送系统的三维建模与二维图纸绘制。61、2、33.机器人设计3.1机器人的方案设计3.2机器人的测绘教学要求：使学生了解工业机器人的种类和基本结构；了解工业机器人机电控制系统，掌握伺服电机、步进电机和减速箱等部件的选型方法；了解机器人的主流控制方法；学生需根据给定要求综合应用所学知识，完成工业机器人的方案设计。重点：机器人方案设计。难点：机器人测绘。61、2、34.智能小车结构与控制程序设计4.1智能小车的方案设计4.2智能小车的结构设计4.3控制系统与引导方式设计4.4智能小车的控制程序设计教学要求：使学生了解智能小车的基本原理、行业应用以及未来的发展前景；掌握智能小车的基本结构和主要技术方式；了解主要引导方式的种类与原理；了解智能小车的控制方法。使学生掌握自上而下的设计方法，学生需根据给定要求综合应用所学知识，完成智能小车的结构与程序设计。重点：智能小车的基本结构；主要控制与引导方式的原理和特点；智能小车的行业应用；智能小车的技术参数。难点：导航方式的选择；智能小车传动系统的设计。81、2、35.智能小车制造与综合调试5.1制造工具使用方法5.2智能小车制造5.3智能小车综合调试教学要求：使学生了解基本制造方法与仪器；学生需根据所设计的智能小车，综合应用所学制造知识与相关仪器，完成智能小车的制造，并完成控制系统与结构系统综合调试。重点：智能小车的制造。难点：智能小车综合调试。81、2、36.设计和展示技术文档教学要求：设计和展示产品设计说明书、产品使用手册。重点：有效传达、展示设计理念和设计过程。难点：产品设计说明书逻辑清晰、数据准确；产品使用手册图文丰富，符合规范。23合计32五、教学方法及手段本课程以动手实践为主，结合讨论、案例、视频资源共享等教学手段完成课程教学任务和相关能力的培养。课堂讲授主要由教师引领，引导学生就实际案例进行讨论和分析，复习、贯穿所学知识，在已掌握课程的基础之上，初步培养学生机电综合设计以及创新的能力。同时，对国内外相关产品的发展进行综述，融入课程思政教育。在实践教学环节中，通过启发式、讨论式教学和案例教学等，使学生了解机电产品开发的基本流程；通过将学生分组并设定任务节点和考核方式，培养学生资料搜集、自主学习能力和团队合作意识；实践环节主要通过动手操作实现，即学生通过计算机实现资料的搜集与整理，依托所学的设计软件完成相关原理样机的设计和相关工程图、原理图的绘制；实践环节强调对实验结果的把控，不对学生的开发过程进行限制，以激发学生的创新思维。最后，本课程基于OBE理念，要求学生完成输送系统设计、机械手结构设计以及智能小车的设计与制造，并基于该智能小车参加指定的比赛以完成本课程的考核，更大限度的提高学生的综合实践能力。六、课程资源1.推荐教材：（1）丁晓红.复杂机电系统综合设计[M].北京:化学工业出版.2022.2.参考书：（1）成大先.机械设计手册（第六版）[M].北京:化学工业出版.2017.（2）谭培波.创新算法—TRIZ、系统创新和技术创造力[M].武汉:华中科技大学出版社.2008.（3）J.Craig.机器人学导论（原书第4版）[M].北京:机械工业出版社.2018.3.期刊：（1）TheInternationalJournalofRoboticsResearch[J].ISSN:1741-3176.SAGEPublicationsInc.（2）机械工程学报[J].ISSN:0577-6686.中国机械工程学会.（3）机器人[J].ISSN:1002-0446.中国科学院沈阳自动化研究所.（4）TransactionsonRobotics[J].ISSN:1552-3098.InstituteofElectricalandElectronicsEngineersInc.（5）RoboticsandComputer-integratedManufacturing[J].ISSN:0736-5845.ElsevierLtd.4.网络资源：（1）在线CAD创建三维数字设计Tinkercad，/（2）沐风网，/（3）米思米，/七、课程考核对课程目标的支撑课程成绩由课堂表现、项目竞赛与设计说明书三部分构成，具体考核/评价细则及对课程目标的支撑关系见表3。表3课程考核对课程目标的支撑考核环节占比考核/评价细则课程目标1234过程性考核课堂表现20（1）根据过程记录文档完整以及阶段汇报情况进行考核，满分100分。（2）以平时考核成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√1010项目竞赛50（1）竞赛部分满分100分，其中包括必做竞赛与选做竞赛，根据实际比赛完成情况评分。（2）必做项目根据所有参加竞赛小组的总时长，由低到高依次获得相应的分数，选做项目完成后，可获得相应的分，如无法成功完成比赛，该部分不得分。（3）以竞赛成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√√301055设计说明书30（1）设计说明书内容要求学生详细介绍其所设计的三种机械装置，并讲明其设计、制造过程。要求学生综合利用机械原理与机械设计、机电传动控制、传感器等方面的知识完成作品的设计并编写相应的设计文档。（2）设计说明书中应至少包含以下内容：项目的背景及意义，国内外研究现状，设计思路，相关原理和零件图等内容。√√√√101055合计：100分40202020八、考核与成绩评定1.考核方式及成绩评定考核方式：本课程主要以课堂表现、项目竞赛与设计说明书等方式对学生进行考核评价。考核基本要求：设计说明书成绩为100分（权重30%），需撰写3000字以上的设计文档；课堂表现（20%）与项目竞赛（50%）考核成绩为100分（权重70%）；其分值分配应与教学大纲各章节的学时基本成比例。2.考核成绩的标准过程性考核方式重点考核内容、评价标准、所占比重见表4。表4过程性考核方式评价标准考核方式所占比重(%)100>x≥9090>x≥8080>x≥7070>x≥60x<60课堂表现20过程记录文档完整，汇报次数大于90%。过程记录文档完整，汇报次数大于80%。过程记录文档不完整，汇报次数大于70%。过程记录文档不完整，汇报次数大于60%。无过程记录文档，汇报次数小于60%。项目竞赛50必做竞赛计时排名前20%，圆满完成