机电一体化系统设计基础考核说明.doc

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机电一体化系统设计基础课程考核说明
( 审定稿)
第一部分 课程考核有关说明
1. 启用时间
秋季学期。
2. 考核对象
广播电视大学工科类机械设计制造及其自动化专业本科生。
3. 考核目标
掌握机电一体化的基础理论与关键技术, 熟悉机电一体化单元技术的接口和运用, 了解典型机电一体化系统的结构、 性能和特点, 经过学习机电一体化系统设计原理和综合集成技术, 能够把各项技术有机地结合起来进行简单的机电一体化系统的分析和设计。
4. 考核依据
本考核说明是以机械设计制造及其自动化专业本科生《机电一体化系统设计基础教学大纲》( 9月) 和机电一体化系统设计基础( 李建勇、 中央广播电视大学出版社、 ) 为依据而编制的, 本考核说明是形成性考核和终结性考试命题的依据。
5. 考核方式
采用形成性考核和终结性考核相结合的方式。
学习测评

终结性考核70%

形成性考核30%

4次作业20%

1次专题报告10%

图1 本课程学习测评形式
6．计分方法
本课程考核成绩统一采用百分制。形成性考核和终结性考核比例为3∶7。形成性考核包括平时作业和专题报告两项, 占30%, 形成性考核不合格者, 不得参加终结性考核; 终结性考核为笔试, 占70%。总成绩60分及以上为合格。
7．考试时限、 方式、 形式及辅助说明。
本课程终结性考试采用闭卷形式, 答题时限为90分钟。考生需自备计算器、 直尺、 铅笔、 橡皮等文具。
第二部分 课程考核的相关内容
一、 形成性考核内容
形成性考核包括4次形成性考核作业和1次专题报告, 由各地电大根据课程要求组织实施。
1．形成性考核作业
4次形成性考核作业采用纸质作业形式, 要求认真学习, 按时、 按质、 按量的独立完成4次形成性考核作业。
2．专题报告
( 1) 目的
经过对社会生活或生产实践中某一种典型的机电一体化产品进行分析和研究, 理解机电一体化系统的组成结构、 关键技术与原理, 培养对机电一体化产品进行分析和研究的能力。
( 2) 选题
选择社会生活或生产实践中机电一体化技术的典型应用的产品。同一班级中, 可按照个人或小组在指导教师的指导下进行选题。
( 3) 报告
专题报告内容应包括机电一体化产品( 设备) 的基本结构及工作原理、 主要技术特点、 主要用途、 与本课程相关内容的联系等。
专题报告撰写要做到形式和内容规范、 专业, 文字部分不少于1000字。专题报告应独立完成, 如有抄袭或雷同部分, 专题报告成绩计为0分。
二、 终结性考核内容
1．考核要求
重点考核本课程所涉及到的基本概念、 基础知识和基本分析方法。考核分三个层次要求:
了解: 对教学内容达到一般认知的要求。
理解: 对教学内容涉及到的基本概念、 基本理论和基本分析方法达到领会的要求。
掌握: 对教学内容涉及到的基本理论、 基本分析方法以及技能达到运用的要求。
2．组卷原则
在教学大纲和考核说明所规定的目的、 要求和内容范围之内命题。在教学内容范围之内, 按照理论联系实际原则, 考察学员应用所学知识解决实际问题能力的试题, 不属于超纲。
试题的考察要求覆盖面广, 并适当突出重点。试题兼顾各个能力层次, 掌握60%, 理解占30%, 了解占10%。
试题的难易程度和题量适当, 按难易程度分为三个层次: 较易约占30%, 一般约占50%, 较难约占20%。题量安排以平时基本能够独立完成作业者, 以能在规定的考试时间内完成为原则。
3．考核内容
(一) 机电一体化技术导论
[考核内容]:
( 1) 机电一体化技术的基本概念、 特点和分类方法;
( 2) 机电一体化系统的组成结构;
( 3) 机电一体化关键技术。
[考核要求]:
( 1) 理解机电一体化技术的基本概念、 特点和分类方法;
( 2) 掌握机电一体化系统的组成结构;
( 3) 了解机电一体化关键技术。
(二) 机电一体化机械技术
[考核内容]:
( 1) 机电一体化中的机械系统;
( 2) 机电一体化系统中常见的传动机构;
( 3) 机电一体化系统中常见执行机构;
( 4) 机电一体化中的虚拟样机技术。
[考核要求]:
( 1) 掌握机电一体化中机械系统的基本要求;
( 2) 了解机电一体化系统中常见传动机构的工作原理与选用;
( 3) 了解机电一体化系统中常见执行机构的工作原理与选用;
( 4) 了解机电一体化中的虚拟样机技术。
(三) 传感检测技术
[考核内容]:
( 1) 常见传感器的类型、 特点及工作原理;
( 2) 常见传感器的选用原则及使用方法;
( 3) 常见传感器与计算机接口方式。
[考核要求]:
( 1) 掌握常见传感器的类型、 特点及工作原理;
( 2) 了解常见传感器选择及使用方法;
( 3) 了解常见传感器与计算机接口方式。
(四) 伺服驱动技术
[考核内容]:
( 1) 伺服驱动的基本原理;
( 2) 伺服驱动系统的种类及其特点;
( 3) 机电一体化系统常见的伺服驱动电机的工作原理、 特点、 选用及其控制方式。
[考核要求]:
( 1) 掌握伺服驱动的基本原理;
( 2) 了解机电一体化伺服驱动系统的种类及其特点;
( 3) 理解常见伺服驱动电机的工作原理、 特点、 选用及其控制方式。
(五) 自动控制技术
[考核内容]:
( 1) 机电一体化系统的控制方式及特点;
( 2) 计算机控制系统的组成和常见类型;
( 3) 可编程序控制器的组成技术及控制系统设计;
( 4) 嵌入式系统的特点。
[考核要求]:
( 1) 理解机电一体化系统的控制方式及特点;
( 2) 理解计算机控制系统的组成和常见类型;
( 3) 理解可编程序控制器的组成, 掌握可编程序控制器控制系统设计;
( 4) 了解嵌入式系统的特点。
(六) 机电一体化系统设计与综合
[考核内容]:
( 1) 机电一体化系统设计流程;
( 2) 机电一体化系统的产品规划的主要内容;
( 3) 机电一体化系统的概念设计的内涵、 特征及方法;
( 4) 机电一体化系统的评价与决策方法;
( 5) 机电一体化系统的现代设计方法。
[考核要求]:
( 1) 掌握机电一体化系统设计流程;
( 2) 了解机电一体化系统的产品规划的主要内容;
( 3) 了解机电一体化系统的概念设计的内涵、 特征及方法;
( 4) 了解机电一体化系统的评价与决策方法;
( 5) 了解机电一体化系统的现代设计方法。
(七) 典型机电一体化系统分析
[考核内容]:
( 1) 工业机器人系统组成、 分类及工作原理;
( 2) 数控机床分类及构成;
( 3) 机电一体化系统实现特殊机构功能的方法和原理。
[考核要求]:
( 1) 了解工业机器人系统组成、 分类及工作原理;
( 2) 了解常见的数控机床分类及构成;
( 3) 了解机电一体化系统实现特殊机构功能的方法和原理。
第三部分 试题类型及规范解答举例
本课程终结性考试的试题包括: 判断题、 选择题、 简答题、 计算题和综合题5种题型, 具体说明如下:
( 一) 判断题
此类型试题考查学生对基本概念的掌握程度, 要非常准确的判断命题的正确与错误。
例1: 数字式位移传感器有光栅、 磁栅、 感应同步器等, 它们的共同特点是利用自身的物理特征, 制成直线型和圆形结构的位移传感器, 输出信号都是脉冲信号, 每一个脉冲代表输入的位移当量, 经过计数脉冲就能够统计位移的尺寸。( )
说明: 由光栅传感器、 磁栅传感器、 感应同步器的工作原理可知, 这些传感器的输出端得到一串电脉冲, 经过放大、 整形、 辨向和计数系统产生数字信号输出, 可知被测的位移量。故本题的叙述是正确的, 括号内应填入”√”号。
例2: 数字化物理样机就是一种结构设计软件, 强调结构上的设计。( )
说明: 数字化物理样机, 不是强调结构上的设计, 而是更重视物理样机零部件的形态特性和系统装配特性的数字化检视。故结论是错误的, 括号内应填入”×”号。
( 二) 选择题
此类型试题考查学生对基本理论和应用性知识的理解、 对常见的重要概念和公式的掌握程度。如不注明, 则为单项选择题。
题型举例:
例: 在机电一体化系统中, 机械传动要满足伺服控制的三个主要要求是( ) 。
A．传动精度、 稳定性、 快速响应性 B．传动精度、 稳定性、 低噪声
C．传动精度、 高可靠性、 小型轻量化 D．传动精度、 高可靠性、 低冲击振动
说明: 这里只有一个答案是正确的, 应在括号中填A。
( 三) 简答题
简答题考察学生对重要概念和公式的掌握情况, 要抓住问题的要点进行回答, 不需要过于具体地描述。
例: 简述机械系统的刚度对系统动态特性的影响。
机械系统的刚度对系统的主要影响表现为以下几方面:
( 1) 失动量 系统刚度越大, 因静摩擦力的作用所产生的传动部件的弹性变形越小, 系统的失动量也越小;
( 2) 固有频率 机械系统刚度越大, 固有频率越高, 可远离控制系统或驱动系统的频带宽度, 从而避免产生共振;
( 3) 稳定性 刚度对开环伺服系统的稳定性没有影响, 而对闭环伺服系统的稳定性有很大影响, 提高刚度可增加闭环系统的稳定性。
( 四) 计算题
计算题考察学生的基本计算能力, 对重要公式的掌握情况, 以及对数据进行分析的水平。
例: 如图所示的电机驱动工作台系统, 其中驱动x向工作台的三相单三拍步进电机, 转子齿数z为100。滚珠丝杠的基本导程为l0=6mm。已知传动系统的横向(x向)脉冲当量δ为0.005mm/脉冲。试求:
功放
电机
滚珠丝杠
工作台
i

图2 电机驱动工作台示意图

( 1) 步进电机的步距角α;
( 2) 减速齿轮的传动比i。
解: ( 1) 步进电机的步距角
( 2) 减速齿轮的传动比
( 五) 综合题
综合题考察学生对本课程所学知识的综合运用能力, 包括对简单机电一体化系统或产品的分析或设计。
例: 已知某物料搬动机械手的结构如图所示, 动作过程如图所示, 要求机械手的操作方式分为手动方式和自动方式。机械手有升降、 水平移动、 手爪夹持等3个自由度, 采用电磁阀控制的气缸驱动, PLC控制。要求写出物料搬动机械手设计和产品开发的详细工程路线。

图3 物料搬动机械手结构原理图
解:
机电一体化系统的主要设计流程分为五个阶段: 产品规划、 概念设计、 详细设计、 设计实施和设计定型阶段。
第一阶段: 产品规划阶段: 进行需求分析和需求设计, 以明确设计任务。
机械手的用途:物料搬运。
工作方式: 手动、 自动方式。
主要技术参数: 3自由度。
使用环境要求: 生产线。
第二阶段: 概念设计阶段: 在功能分析的基础上, 优化筛选取得较理想的工作原理方案。
第三阶段: 详细设计阶段。对各功能模块进行细部设计, 绘制相应的工程图。该阶段的工作量既包括机械、 电气、 电子、 控制与计算机软件等系统的设计, 又包括总装图和零件图的绘制。
第四阶段: 设计实施阶段。首先根据机械、 电气图纸和算法文件, 制造、 装配和编制各功能模块; 然后进行模块的调试; 最后进行系统整体的安装调试, 复核系统的可靠性及抗干扰性。
第五阶段: 设计定型阶段。对调试成功的系统进行工艺定型, 整理设计资料。小批量生产, 试销。