《機電綜合創(chuàng)新設計》教學大綱

《機電綜合創(chuàng)新設計》教學大綱適用范圍：202X版本科人才培養(yǎng)方案課程代碼：01160104課程性質(zhì)：綜合創(chuàng)新學分：3學分周數(shù)：3周先修課程：機械設計、機電傳動控制與PLC、單片機與嵌入式系統(tǒng)原理及應用等后修課程：畢業(yè)設計適用專業(yè)：機械電子工程（專升本）開課單位：機械工程學院一、課程說明《機電綜合創(chuàng)新設計》是創(chuàng)新能力培養(yǎng)計劃的綜合創(chuàng)新環(huán)節(jié)。本課程針對工業(yè)發(fā)展的需要，培養(yǎng)具備較扎實的自然科學基礎和寬厚的機械專業(yè)知識、實踐能力、創(chuàng)新意識、國際視野、團隊合作精神和良好的溝通能力的綜合型人才，提高學生人文社會科學素養(yǎng)和創(chuàng)新精神，使其在畢業(yè)后可以較好地承擔機電產(chǎn)品研發(fā)、設計、制造、項目管理等工作。本課程面向機電專業(yè)學生，以社會的實際需求為牽引，促使學生綜合應用所學知識和創(chuàng)新方法，對機電領域的前沿發(fā)展進行跟蹤，對社會的主要需求進行分析，完成機電創(chuàng)新產(chǎn)品的完整設計。二、課程目標通過課程設計，使學生達到如下目標：課程目標1：融會貫通機械電子工程課程的理論和方法，能夠綜合應用所學課程對機電產(chǎn)品的原理、結構和控制系統(tǒng)進行分析和測繪。掌握典型機構、電機及傳感器的原理，掌握單片機、PLC等控制器的使用方法。課程目標2：能夠檢索并分析國內(nèi)外機電產(chǎn)品的發(fā)展現(xiàn)狀，學習和總結國內(nèi)外典型機電產(chǎn)品的創(chuàng)新和開發(fā)過程。了解我國機電產(chǎn)品的實際需求和短板，能夠按照具體要求明確研究目標，擬定研究路線，制定研究方案。能夠綜合應用機械設計、機械原理、機電傳動控制與PLC等相關課程內(nèi)容，實現(xiàn)機電產(chǎn)品的結構、控制系統(tǒng)開發(fā)；能夠熟練通過三維模型、圖紙和文檔等形式表達自己的設計方案。課程目標3：培養(yǎng)責任意識和團隊意識，積極承擔相關的研究和生產(chǎn)任務；樹立管理意識，能夠針對項目開發(fā)計劃合理分配任務并規(guī)劃開發(fā)進程，對產(chǎn)品的設計進程進行管理；能夠正確客觀地評價機電產(chǎn)品對環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展的影響。培養(yǎng)全局意識和工匠精神，能夠?qū)Ξa(chǎn)品的市場價值和應用前景進行客觀的評價。三、課程目標與畢業(yè)要求《機電綜合創(chuàng)新設計》課程教學目標對機械電子工程專業(yè)畢業(yè)要求的支撐見表1。表1課程教學目標與畢業(yè)要求關系畢業(yè)要求指標點課程目標支持強度3.設計/開發(fā)解決方案：能夠設計針對機械工程領域的復雜工程問題的解決方案，設計滿足特定需求的機械系統(tǒng)、零部件或工藝流程，并能夠在設計環(huán)節(jié)中體現(xiàn)創(chuàng)新意識，考慮社會、健康、安全、法律、文化以及環(huán)境等因素。3.2能夠設計開發(fā)實現(xiàn)特定功能的復雜機械系統(tǒng)以及系統(tǒng)中的零部件，掌握復雜機械系統(tǒng)及零部件的制造工藝過程，并能夠體現(xiàn)創(chuàng)新意識。課程目標1：融會貫通機械電子工程課程的理論和方法，能夠綜合應用所學課程對機電產(chǎn)品的原理、結構和控制系統(tǒng)進行分析和測繪。掌握典型機構、電機及傳感器的原理，掌握單片機、PLC等控制器的使用方法。H5.使用現(xiàn)代工具：能夠針對機械工程領域的復雜工程問題，開發(fā)、選擇與使用恰當?shù)募夹g、資源、現(xiàn)代工程工具和信息技術工具，包括對機械工程領域的復雜工程問題的預測與模擬，并能夠理解其局限性。5.2針對具體的機械工程中的復雜工程問題，能夠開發(fā)、選擇和使用合適的現(xiàn)代信息技術工具和工程工具對問題進行模擬分析和預測。課程目標2：能夠檢索并分析國內(nèi)外機電產(chǎn)品的發(fā)展現(xiàn)狀，學習和總結國內(nèi)外典型機電產(chǎn)品的創(chuàng)新和開發(fā)過程。了解我國機電產(chǎn)品的實際需求和短板，能夠按照具體要求明確研究目標，擬定研究路線，制定研究方案。能夠綜合應用機械設計、機械原理、機電傳動控制與PLC等相關課程內(nèi)容，實現(xiàn)機電產(chǎn)品的結構、控制系統(tǒng)開發(fā)；能夠熟練通過三維模型、圖紙和文檔等形式表達自己的設計方案。M9.個人和團隊：能夠在多學科背景下的團隊中承擔個體、團隊成員以及負責人的角色。9.1理解團隊合作的重要性，具有與團隊成員或負責人協(xié)調(diào)合作的團隊精神和能力，能夠在多學科背景下的團隊中獨立或合作開展工作并發(fā)揮作用；課程目標3：培養(yǎng)責任意識和團隊意識，積極承擔相關的研究和生產(chǎn)任務；樹立管理意識，能夠針對項目開發(fā)計劃合理分配任務并規(guī)劃開發(fā)進程，對產(chǎn)品的設計進程進行管理；能夠正確客觀地評價機電產(chǎn)品對環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展的影響。培養(yǎng)全局意識和工匠精神，能夠?qū)Ξa(chǎn)品的市場價值和應用前景進行客觀的評價。M11.項目管理：理解并掌握工程管理原理與經(jīng)濟決策方法，并能在多學科環(huán)境中應用。11.2能在具有多學科環(huán)境屬性的復雜機電產(chǎn)品開發(fā)中開展工程進度管理、任務管理等。課程目標3：培養(yǎng)責任意識和團隊意識，積極承擔相關的研究和生產(chǎn)任務；樹立管理意識，能夠針對項目開發(fā)計劃合理分配任務并規(guī)劃開發(fā)進程，對產(chǎn)品的設計進程進行管理；能夠正確客觀地評價機電產(chǎn)品對環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展的影響。培養(yǎng)全局意識和工匠精神，能夠?qū)Ξa(chǎn)品的市場價值和應用前景進行客觀的評價。M注：表中“H（高）、M（中）”表示課程與相關畢業(yè)要求的關聯(lián)度。四、教學內(nèi)容、基本要求與學時分配教學內(nèi)容、基本要求與學時分配見表2。表2教學內(nèi)容、教學要求與學時分配教學內(nèi)容教學要求，教學重點難點教學方式課時安排對應的課程目標1.介紹項目任務教學要求：展示項目所需關鍵元件和技術，介紹項目任務。重點：明確項目任務的需求。難點：理解工業(yè)自動化常用技術。講授實踐1天32.擬定路線，設計技術方案教學要求：（1）學生將工程問題轉(zhuǎn)化為技術問題，擬定技術路線；（2）按照項目需求，設定、討論和制定技術方案。重點：技術方案的合理設計。難點：從原理方案中挑選出可行的技術方案。演示討論2天1、33.產(chǎn)品結構設計教學要求：細化技術方案，完成標準件選型、零件設計和三維模型的建立。重點：合理設計機械結構。難點：零件的結構設計、零件間的連接關系等機械結構細節(jié)特征的設計。演示討論3天2、34.設計和展示電氣原理教學要求：設計和展示電氣原理圖、電氣接線圖。重點：領會設計思想，掌握設計方法，合理表達設計方案。難點：方案可行，符合規(guī)范。演示討論3天2、35.設計和展示人機界面和控制程序教學要求：設計和展示人機交互界面、控制程序。重點：領會設計思想，掌握設計方法，合理表達設計方案。難點：遵循人機工程原則，界面美觀可行，程序優(yōu)化。演示討論3天2、36.設計和展示技術文檔教學要求：設計和展示產(chǎn)品設計說明書、產(chǎn)品使用手冊。重點：有效傳達、展示設計理念和設計過程。難點：產(chǎn)品設計說明書邏輯清晰、數(shù)據(jù)準確；產(chǎn)品使用手冊圖文豐富，符合規(guī)范。演示討論2天2、37.匯總資料，項目展示教學要求：（1）將圖紙、程序、設計報告等資料匯總打印，行成完整的技術資料。（2）匯報展示整體方案設計和預期效果。重點：匯總資料，項目展示；難點：采用合適的方式將技術方案和工作量完整展示。演示1天3合計3周五、教學方法及手段《機電綜合創(chuàng)新設計》采取工程項目驅(qū)動，學生組織團隊，自主挑選項目后，教師分配題目，布置設計任務。本課程注重理論知識的深入和綜合交叉運用，強調(diào)培養(yǎng)運用基礎理論知識解決生產(chǎn)實際中問題的能力，同時兼顧新技術、新工藝及其發(fā)展方向的介紹，培養(yǎng)學生解決機械工程領域中的復雜問題的能力、團隊協(xié)作能力和工程管理能力。本課程采用講授、討論、演示和實踐等教學方法，依據(jù)項目中題目的要求，學生組成團隊合作進行原理方案設計、技術方案可行性分析、機械機構設計、程序設計、人機界面設計、電氣控制設計及技術資料的整理。在此過程中，培養(yǎng)學生自主學習能力、動手能力、綜合運用知識的能力和創(chuàng)新思維能力。六、教材和參考書1.教材：《機電綜合創(chuàng)新設計》自編2.參考書：（1）機械設計手冊（第六版）[M].化學工業(yè)出版社.2017.（2）創(chuàng)新算法—TRIZ、系統(tǒng)創(chuàng)新和技術創(chuàng)造力[M].華中科技大學出版社.2008（3）J.Craig.機器人學導論（原書第4版）[M].北京:機械工業(yè)出版社.2018.（4）機械設計實用機構與裝置圖冊（原書第5版）[M].機械工業(yè)出版社.20143.期刊：（1）TheInternationalJournalofRoboticsResearch[J].ISSN:1741-3176.SAGEPublicationsInc.（2）機械工程學報[J].ISSN:0577-6686.中國機械工程學會.（3）機器人[J].ISSN:1002-0446.中國科學院沈陽自動化研究所.（4）TransactionsonRobotics[J].ISSN:1552-3098.InstituteofElectricalandElectronicsEngineersInc.（5）RoboticsandComputer-integratedManufacturing[J].ISSN:0736-5845.ElsevierLtd.4.網(wǎng)絡資源：（1）中國大學MOOC(慕課)/course/YZPC-1449956184（2）機械社區(qū)/forum-1460-1.html七、課程考核對課程目標的支撐課程成績由：學習態(tài)度、工作量完成情況、設計能力、設計說明書（報告書）和圖紙質(zhì)量、和答辯成績五部分構成，具體考核/評價細則及對課程目標的支撐關系見表3。表3課程考核對課程目標的支撐考核環(huán)節(jié)分值考核/評價細則課程目標123學習態(tài)度10(1)主要考核學生學習紀律和答疑情況。(2)教師根據(jù)課堂整體表現(xiàn)情況評分?！獭?5工作量完成情況30(1)主要考核學生分組任務完成設計任務情況。(2)教師根據(jù)小組和個人完成任務情況評分?！獭獭?01010設計能力20(1)主要考核產(chǎn)品結構、控制與程序正確合理性。(2)教師根據(jù)產(chǎn)品結構和控制系統(tǒng)的完整度、程序的質(zhì)量進行評分?！獭獭?055設計說明書（報告書）和圖紙質(zhì)量20(1)主要考核學生的繪圖（建模）、說明書撰寫水平高低情況。(2)教師根據(jù)模型、圖紙和說明書的質(zhì)量高低評分?！獭獭?055答辯成績20(1)主要考核學生答辯自述和回答問題情況。(2)教師根據(jù)答辯自述情況和回答問題正確性與否進行評分?！獭獭?68合計：100413128八、考核與成績評定1.考核方式及成績評定課程設計采用優(yōu)、良、中、及格、不及格五級評分制。即90分以上為優(yōu)，80~89分為良，70~79分為中，60~69分為及格，60分以下為不及格?？偝煽兎治宀糠郑簩W習態(tài)度、工作量完成情況、設計能力、設計說明書（報告書）、圖紙（模型）質(zhì)量和答辯成績。其中：(1)學習態(tài)度占10%，無故曠課達3次取消總成績；(2)工作量完成情況占30%；(3)設計能力占20%；(4)設計說明書（報告書）和圖紙質(zhì)量占20%；(5)答辯成績占20%。最后一周的周五進行驗收、答辯，由2-3位教師組成答辯考核小組，對每位學生進行口試答辯，要求學生根據(jù)設計回答教師所提出的問題。課程設計成績根據(jù)學生設計的合理性、計算的準確性、設計說明書和圖紙的規(guī)范性、設計中分析與解決問題的能力及設計態(tài)度和答辯情況綜合評定。2.成績評定標準考核內(nèi)容、評價標準、所占比重見表4。表4考核方式評價標準考核方式所占比重(%)100>x≥90（優(yōu)秀）90>x≥80（良好）80>x≥70（中等）70>x≥60（及格）x<60（不及格）課堂表現(xiàn)10學習認真、態(tài)度端正，遵守紀律,表現(xiàn)優(yōu)秀學習認真、態(tài)度端正，遵守紀律,表現(xiàn)良好遵守紀律，學習態(tài)度良好，表現(xiàn)中等遵守紀律，學習態(tài)度一般，表現(xiàn)一般學習紀律較差，表現(xiàn)較差工作量完成情況30小組完成設計任務的90%以上，個人承擔任務50%以上。小組完成設計任務的80%以上，個人承擔任務40%以上。小組完成設計任務的70%以上，個人承擔任務30%以上。小組完成設計任務的60%以上，個人承擔任務20%以上。小組完成設計任務的60%以下。設計能力20綜合運用理論知識、計算機技能較強，程序設計完善，能夠較好地處理工程實際問題綜合運用理論知識、計算機技能較好，程序設計滿足功能要求，能夠處理工程實際問題綜合運用理論知識、計算機技能一般，控制程序可以運行，基本能夠處理工程實際問題綜合運用理論知識、計算機技能一般，控制程序不完整，不能處理工程實際問題綜合運用理論知識、計算機技能較差，沒有控制程序，不能處理工程實際問題設計說明書（報告書）和圖紙質(zhì)量20設計方案正確、表達清楚；設計思路、實驗（論證）方法科學合理；達到課程設計規(guī)定的要求；圖紙（模型）質(zhì)量較高設計方案正確、表達較為清楚；設計思路、實驗（論證）方法科學合理；達到課程設計規(guī)定的要求；圖紙（模型）質(zhì)量良好設計方