時間：2023-03-25 11:25:41
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1手持式醫療器械的特點
1.1安全性
對于手持式醫療器械而言，日常應用廣泛的原因在于，該項產品具有較高的安全性。醫療器械的應用領域非常廣泛，對醫護人員、對殘障患者、對醫療領域的研究工作，都具有較大的積極意義，并且能夠在客觀上改變醫療工作的現狀以及患者的生活方式，使其達到一個新的高度。手持式醫療器械作為醫療器械領域中的一個重點部分，其安全性是有嚴格規范的。第一，手持式醫療器械在出現故障時，必須能夠保證使用人員的人身安全，而不是造成意外事故。第二，手持式醫療器械在日常使用過程中，出現損壞時，應以突出的部位顯示，告知患者醫療器械出現問題，避免患者繼續應用。第三，手持式醫療器械的日常接觸部位是使用人員的手部，因此必須提高對手部的保障措施，避免磨損、劃傷等情況的出現。
1.2復雜性
現代醫療器械融合了多學科的研究成果，功能復雜化、模塊多樣化。同時醫療器械的使用者也具有復雜性，手持式醫療器械的使用者并不全是專業的醫護人員，圍繞著手持式醫療器械產品的用戶環境也并不僅僅只有醫護人員。如家庭環境下，使用者多為非醫護專業人員，甚至可能是病人本身。他們并不具備基本的醫學背常識和醫療器械操作知識。從圖1來看，手持式醫療器械所具有的復雜性，是手持式醫療器械的核心部分，其復雜特性不僅決定了其他特點的表現，同時對該類型醫療器械的實際應用也產生了較大的影響。本研究認為，手持式醫療器械的復雜性并不容易把握，在今后的工作中，一方面要降低復雜特點，提高其他的特性，幫助手持式醫療器械獲得更多的功能；另一方面要把握好復雜性帶來的影響，盡量不要影響到手持式醫療器械的設計和研發工作。
2手持式醫療器械的設計要點
2.1安全性
手持式醫療器械的市場非常廣泛，為了能夠進一步滿足廣大患者的需求，手持式醫療器械在設計過程中，必須滿足固定的要求，也就是日常說的設計要點，同時還要在設計要點方面實現更大的突破，否則很難滿足現實工作中的需求。經過長期的探究發現，手持式醫療器械的設計要點之一在于安全性。圖2為脈搏血氧儀。該產品由深圳市杰納瑞公司生產，該儀器在設計中充分考慮到了以下安全性：第一，使用可充電鎳氫電池：可以避免在患者使用的過程中，人體接觸到市電220V的可能，提高安全性能，另外鎳氫電池非常穩定，存儲時間也比較長，能夠長期安全使用；第二，連接人體的血氧探頭，均使用符合生物兼容性的材料，避免人體長時間接觸可能產生的過敏反應；第三，考慮靜電防護，通過國家檢測要求，提高了產品的穩定性和安全性。由此可見，產品的安全性關系到具體使用和對患者的效果，必須加以重視起來。
2.2造型設計
手持式醫療器械區別于其他醫療器械的一個重點在于，該類型的醫療器械所占有的空間非常小，主要是通過手來進行操作，并且較小的醫療器械在操作過程中，細節操作往往決定了最終的結果。因此，手持式醫療器械的造型設計是非常重要的。第一，手持式醫療器械的造型必須小巧，能夠讓操作人員及時的分辨出該類型醫療器械的作用。在總體的造型方面，要有突出的表現，能夠在眾多的醫療器械當中及時找到。第二，手持式醫療器械的色彩要分明，不同的顏色代表的含義不同，并且要考慮到實際應用的情況。倘若燈光昏暗，手持式醫療器械的設計則要用鮮艷顏色來突出；倘若燈光明亮，則要應用柔和色彩。最終要的是，一旦遇到色盲的特殊人員，色彩所表達的意義則有很大區別，因此在色彩的把握上，必須考慮到多種情況。第三，手持式醫療器械的造型設計，還要便于實際操作。由于該類型醫療產品主要是用于精細手術、患者傷殘應用等領域，操作性能必須達到一個較高的水準，同時還要具備抗污染、抗腐蝕等特點，保證不會對患者、醫護人員造成傷害。
2.3觸覺設計
除了上述的兩項設計要點以外，手持式醫療器械的觸覺設計，也是非常重要的一個方面。觸覺設計主要是讓操作人員能夠明確的感受到自己在操作醫療器械，同時在感覺上比較明顯，避免力度過大或者是力度過小而造成不必要的影響。觸覺設計一直都是手持式醫療器械設計的重要方面，常常作為設計的瓶頸進行突破。例如，薄膜按鍵已經成為輕型觸覺控制器的主要類型。脈搏血氧儀薄膜按鍵上的功能不僅有應用于動力供應中的開/關控制功能，還有用于其他開與關的轉換功能：同時具有步進控制功能。以脈搏血氧儀plus為例，受脈搏血氧儀設備本身結構功能的影響，薄膜按鍵設計應滿足單手持握的操作規程，控制鍵應可使用單個手指操作，應保證控制鍵排布不易造成誤操作的發生。從以上的表述來看，觸覺設計將會直接影響手持式醫療器械的日常使用、修理、優化等工作，并且會對使用者產生較大的影響。在今后的工作中，觸覺設計必須更加人性化，一方面提升觸覺的靈敏度，另一方面增加失誤操作的禁止功能，即便是出現錯誤操作，依靠觸覺設計，也能夠在第一時間，對所有將要發生的問題予以制止。結語本研究對手持式醫療器械的設計要點進行分析，就現有的手持式醫療器械而言，在很大程度上已經滿足了醫護人員及患者的需求，但由于患者數量的增多，以及特殊案例的出現，部分手持式醫療器械在性能上顯得有些不足，今后需要進一步設計。
關鍵詞：氣動機械手，結構優化，結構設計
前 言：
氣動機械手能模仿人手和臂的某些動作功能，用以按固定程序抓取、搬運物件或操作工具的自動操作裝置。氣動機械手具有結構簡單、重量輕、動作迅速、可靠、節能、不污染環境、可實現無級調速、易實現過載保護等優點，特別適用于汽車制造業、食品和藥品包裝行業、化工行業、精密儀器制造業和軍事工業等。
在現代工業技術應用的氣動機械手能夠實現4個自由度的運動，其各自的自由度的驅動全部由氣動肌肉來實現。最前端的氣爪抓取物品，通過氣動肌肉的驅動實現各自關節的轉動，使物品在空間上運動，根據合理的控制，最終實現機械手的動作要求。氣動機械手回轉臂的設計主要是選擇合適的控制閥，設計合理的氣動控制回路，通過控制和調節各個氣缸壓縮空氣的壓力、流量和方向來使氣動執行機構獲得必要的力、動作速度和改變運動方向，并按規定的程序工作。
1.氣動機械手的原理
氣壓傳動機械手是以壓縮空氣的壓力來驅動執行機構運動的機械手。它巧妙地應用力的平衡原理，使操作者對重物進行相應的位移，就可在空間內平衡移動定位負荷。重物在提升或下降時形成浮動狀態，靠氣路實現微重力的物料位移，操作力受工件重量影響。無需熟練的點動操作，操作者用手推拉重物，就可以把重物正確地放到空間中的任何位置，或者通過操作臺控制工件的位移可完成以下動作：送料、預夾緊、手臂上升、手臂旋轉、小臂伸長、手腕旋轉。
圖1：氣動機械手系統工作原理圖
氣壓傳動機械手的優點：（1）不用增速機構就能獲得較高的運動速度，這是簡易機械手的一項主要性能，其可適應各種快速自動搬運的工作。（2）能源方便，工廠都有壓縮工作站。（3）空氣泄漏基本無害。（4）適應易爆、易燃等惡劣環境。
（5）結構、保養都簡單，成本低。（6）可將直線風缸和擺動風缸做成手臂的一部分，結構簡單，剛性好。
2.氣動機械手的主要部件和設計要求
根據模塊化設計思想，機械手的各模塊化機構分別為：立柱、手臂、小臂、手腕和手爪幾個部分。論文選擇圓柱坐標式機械手，木設計的機械手具有3個自由度：手臂伸縮；機身回轉；機身升降。木設計的機械手主要由3個大部件和3個氣缸組成：手部，采用一個氣爪，通過機構運動實現手爪的運動。臂部，采用直線缸來實現手臂的伸縮。機身，采用一個直線缸和一個回轉缸來實現手臂升降和回轉。
機械手的手部是機械手上承擔抓取工件的機構，由于被抓取物件（炮彈）的形狀近似于圓臺，所以，其手爪采用特殊的V字型結構，即手爪的內表而設計成與圓臺斜度相同的斜而，即保證了抓取的穩定又不會因“線接觸”而影響炮彈的表而質量。通過對平衡氣缸內空氣壓力快速精確的調節，實現對某一重量范圍內工件的實時平衡狀態。機械手可選擇定制功能：平衡系統；垂直提升；負載平衡。設備回轉關節設置剎車系統，可在任意所需要的位置剎車，使機械手可以長期或定期保持需要的狀態。翻轉90度、翻轉180度和翻轉任意角度（MAX270°）；斷氣保護：設備被意外斷氣時，設備上的儲氣罐裝置可保證工人正常完成一個循環工作，然后進入剎車狀態指不功能：負載指示、到位指示。誤操作保護功能：工件在懸空時不可被釋放。人性化操作手柄：控制按鈕和人性化防滑手柄集成一體，讓操作人更便捷操縱機體。工件表面保護：夾具接觸工件部位裝置保護物件，保證工件表而不會被刮傷。高效率工作：夾具設置抓取導向，讓工件的拾取更高效。
控制系統可根據動作的要求，設計采用數字順序控制。它首先要編制程序加以存儲，然后再根據規定的程序，控制機械手進行工作程序的存儲方式有分離存儲和集中存儲兩種。分離存儲是將各種控制因素的信息分別存儲于兩種以上的存儲裝置中，如順序信息存儲于插銷板、凸輪轉鼓、穿孔帶內；位置信息存儲于時間繼電器、定速回轉鼓等；集中存儲是將各種控制因素的信息全部存儲于一種存儲裝置內，如磁帶、磁鼓等這種方式使用于順序、位置、時間、速度等必須同時控制的場合，即連續控制的情況下使用。
3.機械手回轉臂的結構優化措施
為防止手臂沿伸縮方向軸線轉動、加大承載能力，以及提高運動精度，必須設有導向裝置。伸縮手臂的導向裝置需根據伸縮手臂的安裝形式、結構及負荷等條件來確定。用的有單導向桿和雙導向桿。在氣動伺服系統中要實現高精度定位比較困難，將旋轉氣缸安裝在底板上，實現機械手的回轉運動，使機械手向左或向右擺動。機械手末端執行器的水平伸縮運動和豎直升降運動各由一個氣缸控制，即以最簡單的形式，在完全伸出和回縮位置之間進行切換。
論文關鍵詞：壓力容器，生產制作工藝，浮動裝置，夾緊機械手，預緊裝置
隨著改革開放的深入和國家“十一五”計劃的實施，壓力容器向大型化發展的速度越來越快。化工、化肥設備中高壓多層包扎設備從60年代的DN500、DN600等系列發展到DN1200~DN2000等系列，產品重量和直徑都翻了幾倍。目前，國內企業使用的捆扎式包扎工藝制作壓容器制造中,深厚環焊縫焊接困難、檢測困難,需經多次熱處理,制造周期長、成本高等缺點已不能滿足設備大型化發展的需要。“卡鉗式多層包扎容器工藝裝備設計”正是為適應制作大型化高壓設備而設計的。整體多層包扎式高壓容器工藝是繼多層包扎、多層繞板、多層熱套、多層繞帶和多層螺旋繞板后的一種新型多層容器的結構工藝，是適合我國國情的一種新型多層高壓容器結構。HG3129-1998《整體多層夾緊式高壓容器》制造工藝特點是:各層層板的縱環焊縫相互錯開,避免了大厚度的焊接、探傷和熱處理;材料利用率高,選材面廣;機械化程度高,層板夾緊裝置操作靈活,夾緊力可控;④制造周期短,成本低。它綜合了現有多層容器的優點，具有結構設計合理、制造工藝先進、成本低以及安全可靠等特點。該包扎式工藝可廣泛適用于化工、化肥、能源及冶金的高壓容器領域。它在制造技術以及安全和經濟效益的提高上都具有十分明顯的優勢。
一、工藝組成組成：
本設備由單臂架、夾緊機械手、浮動裝置、三組預拉緊裝置、行走機構、頂升裝置、YZ-326液壓系統、電器控制、操作臺及軌道等組成，其工作原理見下圖。
二、設備用途特點：
1、單臂架采用單臂鋼架結構，是其它組成部分支承和連接不可缺少的結構，可不受機架剛度和產品重量的影響，同時產品吊裝不受機架自身影響。本設備可夾緊φ800~φ2400mm的多層高壓容器，層板厚度為δ6~16mm，層板寬度為600~2400mm。通過行走機構在軌道上的運動，容器包扎長度可不受限制，夾緊后的質量完全能達到HG3129-1998的行業標準。
2、夾緊機械手的動作采用液壓控制和電器控制，其油缸可以同步往返也可單獨往返移動，缸徑為φ140，行程為250mm，最高工作壓力達到15Mpa。且增設了遠程和近程電控裝置。
3、預緊裝置的上、下拉緊采用液壓控制和電器控制，其油缸上、下可以同步往返也可單獨往返移動，單個行程700mm，油缸最高工作壓力為15Mpa，缸徑φ63中國學術期刊網。采用豎向液壓預緊用多種長度的鋼絲繩來滿足不同直徑規格產品的包扎，運行動作快且預緊力大，工作效率高；
4、夾緊機械通過浮動裝置來滿足機械手在夾緊過程中所產生的位移高度，同時方便機械手手指更好的對位于層板工藝孔；在夾緊機械手設置電器控制，機械手的上、下移動（微調）操作方便；能確保機械手升降靈活，快速，并增設有一道安全保障措施。
5、頂升裝置有利于層板輕松套入整體內筒；在相關結構上增加遠程控制壓力容器，從而減輕勞動強度和提高工作效率。
7、液壓站設計在單臂架下部，油壓調節和維修更為方便。
四、安全性及其環保：
1、 設備起吊安全性較好。該包扎機的整體結構為單臂架，自身結構穩定性較好；設備在吊裝時不會影響單臂架。
2、 浮動裝置上的配重采用鋼絲繩連接，為防止鋼絲繩在使用中產生疲勞斷裂，特增設2根鋼絲繩以保證其安全性。
3、此設備運行采用液壓控制，整個過程安全可靠，無噪音。
4、設備的使用和維護方便。
綜上所述，本裝置屬是一種新型多層高壓包扎工藝裝置。它是資源節約型裝備（如：層板下精料、筒節不再車兩端面焊接坡口、深槽焊等），從而提高了產品的安全性和經濟性；也是環境友好型（如：人性化操作，減輕勞動強度，操作方便且安全可靠），從而提高了生產率。整體包扎式高壓容器的研制、實驗操作過程分析：各部分機構運行正常；操作簡單、方便；包扎層板層間間隙≤0.3mm、松動面積符合HG3129-1998標準要求；包扎效率較高。這種新型容器通過拉緊層板并產生微量伸長產生一定預應力消除層間間隙，利用層間摩擦力的特性，能保證容器安全使用。利用液壓機械手制作，操作靈活、方便，自動化程度高，生產周期短，制造成本低。包扎筒體縱、環縫相互錯開，無深環焊縫，同時減少了焊接，探傷、返片時間。筒體選材范圍增大（壁厚6~16mm，板寬600~2400mm），從而減少了包扎層數，好降低了材料單價。對大型容器可現場組焊制作，避免了運輸困難，因此，設備選用整體多層夾緊式容器結構有非常明顯的優越性，它為我國大型高壓容器國產化開辟了一條新途徑；同時它具有很好的經濟和社會效益，值得大力推廣。
參考文獻：
1、HG3129-1998 整體多層夾緊式高壓容器
2、朱孝欽,吳京生,陳國理;整體多層夾緊式高壓容器研制及應用[J];石油化工設備;1999年04期
3、吳京生,朱孝欽;多層式高壓容器的特性和研究進展[J];化工裝備技術;1988年05期
關鍵詞：PLC 光機電一體化 物料輸送結構
中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）06-0009-01
光機電一體化實訓平臺是根據自動化工業生產現場而設計的集存儲、加工、裝配與輸送等結構為一體的實訓教學模塊，該實訓平臺模擬真實的工業現場，采用西門子PLC控制，通過設定變頻器與伺服驅動器動作參數，進行自動化操作，最終實現了工業現場的仿真教學。學生通過實訓，能夠了解工業現場的自動化控制，同時，在無法到達工業現場或大大降低實訓成本的情況下，鍛煉學生的動手能力、編程思想以及控制理念。
1 物料輸送結構的組成
物料抓取輸送結構主要由抓取機械手裝置、輸送單元、機械手升降裝置、PLC控制模塊和接線端口以及按鈕指示燈等部件組成。其中輸送單元結構如圖1所示、抓取機械手裝置如圖2所示。其功能為：驅動機械手裝置準確定位到相關單元的物料臺上，在其對應的物料臺上抓取工件，最后把工件輸送到指定地方后放下。
2 物料輸送結構的PLC控制
2.1 物料輸送結構控制要求
物料輸送結構單站運行的目標是測試設備輸送工件的功能。要求另外幾個工作單元先正常工作。而且在物料推出裝置的物料臺上放好了工件。具體控制要求如下：
抓取機械手從物料推出裝置物料臺抓取工件。抓取動作完成后，步進電機驅動抓取機械手向物料加工單元移動，移動速度大于等于3m/s；機械手移動到物料加工站料臺的正前方后，把工件放到加工站物料臺上。動作完成1秒后，抓取機械手裝置執行抓取工件的操作。抓取的順序與物料推出站抓取工件的順序相同。抓取動作完成后，步進電機驅動機械手裝置移動到物料裝配單元料臺的正前方。然后把工件放到物料裝配單元的物料臺上。放下工件動作完成 1 秒后，抓取機械手裝置執行抓取物料裝配站工件的操作。執行完動作1秒之后，再把工件移動到物料分揀單元。
2.2 PLC的輸入輸出點分配及系統接線
物料輸送單元所需的輸入和輸出點較多。其中，輸入信號主要包含按鈕與指示燈模塊中的開關與按鈕等主令信號，檢測氣缸和物料的傳感器信號等：輸出信號包含輸出到機械手裝置中各電磁閥的控制信號和輸出到伺服電機驅動器的脈沖和方向信號。基于需要輸出驅動伺服和步進電機的高速脈沖，實訓平臺上的PLC采用晶體管輸出型。因此選用西門子S7-200CPU226型PLC，共24點輸入，16點輸出。
2.3 物料輸送結構PLC控制流程圖
物料輸送控制是按照一定動作流程實現的，因此在程序編寫中采用順序控制法來完成，其步進控制流程圖如圖3所示：
3 結語
光機電一體化實訓平臺物料輸送結構采用的是模塊化設計，無論是機械結構還是控制系統都具有良好的擴展性、高度的柔性和靈活性。該實訓裝置已成功地使用于本課程的實訓教學中，具有一定的推廣應用價值。
參考文獻
[1]何用輝.自動化生產線安裝與調試[M].機械工業出版社，2015.
[2]徐沛.自動生產線應用技術[M].北京郵電大學出版社，2015.
關鍵詞：無氧澆注，長水口機械手水平回轉，上下升降，旋轉，預緊力
1無氧澆注技術
鋼水從盛鋼桶注入中間罐、或者從中間罐注入結晶器的過程中，不可避免地要與空氣接觸而發生氧化反應和吸收氣體。如果不采取措施，即使連鑄鋼水經過了各種處理，鋼水的純度很高，也還是會前功盡棄，結果往往在鑄坯、鋼板和成品加工過程中出現種種表面或內部缺陷，使鋼坯的機械性能變壞。因此，在連鑄過程中必須使鋼水與空氣隔絕，這就是無氧澆注技術。
長水口機械手機構就是通過各種動作把長水口的上端與大包滑動水口相接，下口伸入中間罐鋼水內，從而使鋼水流通過長水口注入中間罐，用長水口將注流與空氣隔絕。。為了防止從上水口與大包滑動水口的連接處吸入空氣，選用Ar氣體密封。這也是無氧澆注中大包與中間罐之間保護形式的一種，是品種鋼澆鑄的必要技術。
2改造前長水口機械手的工作條件和應用狀況
某鋼廠連鑄用鋼包自重130噸，公稱容量為300噸，最大容量為325噸。最大容量時鋼水高度為4707mm。
圖1
鋼水液比重6.8t/m3，上口直徑φ4623mm，鋼水罐總高5445mm，凈空高度504mm（300噸時）吹氬壓力4kgf。耐材自重93-100kg。液壓系統工作壓力100-150bar，最大壓力210bar。液壓缸主要參數為φ50/φ28，行程200，由于液壓缸的位置限制不能使水口向上抬的很高，雖然能夠降得很低，但不能有效地利用行程，不能滿足大包升降的機械要求。液壓系統的工作情況如圖1所示。現有機構無法安全牢靠的把持長水口，經常中斷連鑄的順利進行，無法保證煉鋼質量。
3長水口機械手的結構特點
長水口機械手的升降運動包括配重控制和液壓閥塊控制；在回轉機構上有依靠人工操作和利用蝸輪蝸桿減速機傳動兩種方式。配重式機械手在操作過程中笨拙、沉重且不能有效的保證長水口需要的預緊力。現在的長水口機械手設計常采用液壓控制，利用鑄機主泵站供油，選擇在系統壓力范圍內有效工作的液壓缸，不必配置獨立的液壓站。在機械臂的支撐上有一點支撐和通過旋轉臂兩點支撐這兩種支撐方式。
4長水口機械手的工作原理
4.1液壓缸的設計依據
長水口機械手的升降動作主要依靠液壓缸的動作來完成。液壓缸可分為有桿腔工作和無桿腔工作兩種情況，無桿腔進油推力大速度小，有桿腔進油推力小速度快。或者說在同樣負載下，無桿腔進油需要的壓力小，有桿腔進油需要的壓力大。
根據長水口機械手的工作要求，現場需要動作的范圍進行設計，為某鋼廠改造的該機構工作位置如圖2所示。
圖2
O點為液壓缸的支點，A點為液壓缸最短行程位置，C點為最大行程位置，通過力距的分解與計算，可以選擇一定行程的液壓缸，保證機構升降需要達到的位置。通過分析可知，圖示位置和行程完全可以提起所要求的角度。。該機構是可靠的。
4.2回轉機構設計
回轉機構采用下置式蝸輪減速機，傳動比40：1。。根據輸出軸軸端許用負載選擇蝸輪軸的轉速及額定轉矩。
輸出軸軸端徑向許用負荷FR=FL·R（其中FL為速度系數，R為徑向載荷系數）
輸出軸軸端軸向許用負荷FA=FL·A（其中FL為速度系數，A為軸向載荷系數）
蝸輪減速機在啟動機器之前，要正確加注蝸輪減速機專用油N220-N680，不能使用其他油。新減速機第一次使用時，經運轉7~14天（150~300小時）的磨合期后，必須更換新油。使用至三個月時必須第二次更換新油。在以后的使用過程中，應定期檢查油質，必須隨時更換含有雜質、污染，或已分解、老化的變質油品，確保減速機的使用性能，從而保證長水口機械手機構靈活、安全的回轉。
5、使用狀況
該長水口機械手機構在現場使用過程中轉動靈活，操作簡單，工作可靠，達到了鋼廠的使用要求。
根據某鋼廠板坯澆鑄機生產實績統計，在鋼包與中間罐間敞開澆注，中間罐內鋼水平均增氮20ppm；采用長水口密封澆注，平均增氮約12ppm；在長水口頂部與滑動水口連接處通過Ar密封，鋼液增氮平均僅為2ppm。
在無氧澆注過程中使用長水口機械手機構和氬氣密封技術，為控制鋼坯缺陷，保證了鑄坯質量，滿足了現代化大規模生產品種鋼的需求提供了有利的支持。
論文關鍵詞：PLC；項目法；教學設計；組織實施；考核評價
可編程控制器（PLC）是自動控制技術、微計算機技術和通信技術相結合的通用工業控制裝置，目前已被廣泛地應用于機電一體化、工業自動化控制等各個領域，被譽為現代化工業生產自動化的三大支柱（PLC技術、機器人、計算機輔助設計和制造）之一。基于PLC廣闊的發展空間，PLC課程已成為高職院校的機電、電氣類等專業的核心課程。
PLC課程實踐性、應用性較強，強調理論知識和技能訓練并重。傳統的教學方式是依照教材，按基本工作原理、基本指令、基本應用、基本操作的順序進行理論講授和實驗訓練。一方面由于高職生整體學習能力較弱，另一方面由于指令多而抽象，大多學生在學習過程中學了后面的就忘了前面的，對各指令的功能混淆不清，不能正確地理解與應用，學生學習的主動性和積極性差。為了改變這一狀況，采用“項目導向，任務驅動”的項目式教學，通過師生共同完成學習項目和學習任務，有效地提高了學生的實踐動手能力、分析問題和解決問題的能力，提高了教學效果與教學質量。
一、PLC課程項目教學法的整體設計
（一）確定設計思路
課程整體設計充分體現項目導向，任務驅動的思想，依據企業需求和崗位技能需求，遵循學生認知規律，將課程的教學活動分解設計成若干由簡單到復雜的項目和任務，以項目為單位組織教學，以典型任務為載體，引出相關專業理論知識，使學生在實踐操作過程中加深對專業知識、技能的理解和應用，培養學生的綜合職業能力。
（二）明確教學目標
確定PLC課程知識目標與能力目標，這是PLC教學的出發點，也是PLC教學的歸宿。具備PLC控制系統維護能力以及PLC程序設計能力是PLC崗位對PLC技術人員的核心能力要求。依據這一要求，高職PLC課程的知識目標是：使學生掌握可編程控制器技術的基本組成、工作原理及PLC編程軟件的使用，掌握PLC基本指令、應用指令及編程規則，掌握PLC基于梯形圖的常用的設計方法，掌握PLC應用系統的設計、安裝、調試和維護，并具備PLC的通信與網絡的基本知識。能力目標是：培養學生具備PLC安裝能力、硬件接線能力、常用指令的分析應用能力、PLC程序設計與調試能力、PLC控制系統設計、安裝、接線、調試及故障排除能力。進而實現培養學生學習的能力、分析問題和解決問題的能力及溝通協作的能力。
（三）設計教學項目與任務
PLC課程的項目與任務的設計即是教學內容的設計，它是課程設計思路和教學目標的具體體現。它即要符合企業和崗位技能需求，具有針對性，又要保持PLC知識的系統性與完整性。因此，可以將PLC課程按項目教學模式分為五個學習項目，即PLC基礎、基本指令及應用、常用應用指令及應用、PLC控制系統的設計、PLC的通信與網絡。然后詳細分解每個學習項目所包含的知識點和能力點，形成具體的學習任務。例如在項目四“PLC控制系統的設計”中，按邏輯設計法、時序圖設計法、經驗設計法、繼電器控制電路圖轉換設計法、順序控制設計法分別設計一個學習任務。任務有時也被稱為子項目。任務的選取要注意三點：一是盡量采用學生易懂的三相電動機控制及易演示的彩燈（交通燈）控制和機械手控制；二是盡量按由簡到繁、循序漸進的方式安排任務順序，并注意控制PLC課程的整體難度；三是各任務針對性要強，要能充分體現相應知識點的學習和相關能力的培養。
二、項目教學的組織與實施
科學地組織項目教學是實現教學目標的有效途徑。堅持項目導向，任務驅動的教學思路，按照“任務目標－任務分析－關聯知識－任務實施－擴展知識－能力測試－效果評估”的順序組織教學，實現完整的“教、學、做”一體化。以項目四中的任務“搬運機械手控制設計”為例，教學活動組織過程可以分成三個階段：
（一）準備階段
在一項新的學習任務啟動之初，首先要明確任務的目標，它決定著本次任務的教學方向，指引著師生教與學活動的開展。第二步是確定任務載體，任務載體應是實現任務目標最直接、最有效的途徑。在“搬運機械手控制”學習任務中，任務目標是掌握順序控制設計法，考慮到在搬運機械手手動、單步自動、單周期自動、連續自動多種工作方式中，連續自動控制最能突出順序控制設計的特點，所以選擇搬運機械手連續自動控制作為任務的載體。第三步任務分析，針對機械手連續自動控制，細致地分析機械手的工作方式、機械手每個工作步的控制要求及應禁止的誤操作，繪制出機械手自動工作流程圖。工作流程圖是順序功能圖的基礎，因此是這一步教學活動的重點內容。第四步是關聯知識即順序功能圖知識的學習，這是學生運用順序控制設計法實現機械手自動控制的理論基礎，學習的內容包括順序功能圖的組成、結構類型、順序功能圖與梯形圖的對應關系、根據順序功能圖畫梯形圖的方法等。
在準備階段，為保證知識的完整性，同時兼顧時間限制，任務訊息（任務目標、任務載體、任務分析）與相關知識主要由教師講授，教師是這一階段的活動主體，時間安排為2個課時。需要說明的是，如果將機械手每個工作步驟、自動流程圖、順序功能圖制作成動畫，用多媒體進行演示，將增加授課的趣味性、直觀性，提高教學效果。
（二）實施階段
在任務實施階段，學生是活動的主體。首先學生按2－4人一組，根據機械手控制要求確定輸入輸出元件，進行I/O點分配，設計外部接線，繪制機械手自動控制順序功能圖，初步設計PLC控制程序，這些活動由學生課外完成。教師負責布置任務，提供咨詢。第二步學生匯報，教師檢查評價。教學活動主要以師生共同討論的方式展開，著重對比置位復位指令、位移位指令、步進指令三種編程方案。步進指令在項目三“常用應用指令及應用”中有過初步的學習，大多學生可能并不熟悉，但不排除有好學的學生會應用它來編程。采用置位復位指令和步進指令編程的程序會較長，但邏輯關系清楚，而運用位移位指令編程的程序則顯得緊湊而簡捷，而且位移位指令在這里的妙用對學生更具吸引力。學生設計的每一種方案都應該得到教師的鼓勵，即使不完整或有明顯的錯誤。師生討論的主要目的在于確定方案、完善程序，時間安排為2個課時。第三步是程序輸入與調試。學生分組上機操作，教師進行指點和檢查。時間安排也為2個課時。對于提前完成的小組，可以安排他們先進入下一個環節，即機械手手動控制、單步自動、單周期自動控制設計。上機操作完成后，學生在課外完成程序設計與調試報告。第四步擴展知識的學習。在熟悉掌握機械手連續自動控制設計后，機械手手動控制、單步自動、單周期自動控制設計在教師指導下，也可以較快地被學生掌握，時間安排為1個課時。至此用順序控制設計法實現的完整的搬運機械手控制的學習基本完成，總計7個課時。對于學習能力較強的學生，教師還可以指導其將中斷指令應用于機械手控制中。
在任務實施階段，教師主要是營造學習氛圍，創設學習情境，提供幫助與咨詢，引導教學過程順利進行。
（三）評價階段
在這個階段里，需要做個能力測試檢查評估任務目標完成情況。教師可以布置用順序功能圖實現某些簡易的順序控制的作業由學生分組完成，根據學生作業評定成績。這一階段的師生活動均安排在課外。
由上所述，每個任務教學過程劃分為任務的準備、實施與評價三個階段，每個階段又細分為子階段，每個子階段所要進行的具體的教學活動不同，師生在各個階段所處的地位與作用也有所不同。
在PLC課程項目教學組織與實施過程中，教師還要注意三點：一是要選擇既能體現項目教學理念，又適合學校實驗實訓條件的教材，必要時可以自編教材；二是要充分利用現場教學、多媒體技術等方式生動直觀地進行講授和指導，使枯燥、抽象的PLC硬件系統學習形象化，使復雜、難以理解的PLC控制任務趣味化，有效地激發學生學習的興趣。三是項目教學中，學生不再是被動的接受者，不確定的因素會有所增加，如教學進度的減慢、學生掌握程度不一、專業知識涉及面擴大等，教師只有不斷提高教學能力和業務水平，才能較好地運用項目教學法。
三、項目教學的考核與評價
PLC課程項目教學的考核與評價是檢驗教學目標是否實現，判定教學效果是否達到預期的重要環節。在PLC課程結束時進行綜合項目考核，依據PLC項目實現的功能是否完整、設計方案是否最優、I/O接線是否正確、聯機調試是否按時完成、技術報告是否規范等五項指標，考核評定學生實踐動手能力、分析問題和解決問題的能力。但綜合項目的考核成績并不是學生學習PLC課程的最終成績，它在總成績里所占的比例是40%，另有60%是平時成績。PLC項目教學的評價堅持以下幾個原則：
（一）過程評價與結果評價相結合的原則。評價的活動滲透在教學的整個過程之中，課堂表現、活動小組中的表現、操作技能水平、各項任務完成程度等都是教師平時采分的內容。
（二）小組評價與個人評價相結合的原則。教師對小組的整體評價在于鼓勵團隊協作能力的培養，教師對小組成員個人的評價在于督促個人學習自覺性的培養。
（三）職業能力評價與職業基本素質評價相結合的原則。從學生所獲得的分析解決問題能力、學習能力、創新能力等職業能力，以及所培養的勞動紀律、安全操作等職業基本素質兩大方面進行全面、科學的評價。
關鍵詞：微動開關 自動化 分料 抓持 安裝
中圖分類號：TN42 文獻標識碼：A 文章編號：1007-3973（2013）001-043-03
1引言
在集成電氣元件的設計中，微動開關以其觸點間距小、動作行程短、按動力小、通斷迅速的優點，被廣泛的應用于家用電器、軍用產品當中。但與此同時，由于微動開關體積小重量輕，結構多變而復雜，目前，在國內微動開關的安裝主要是依靠手工安裝，因而大批量安裝效果并不理想，難以保證精度，工作效率低，勞動強度大，因此實現微動開關的自動化裝配是一項十分重要的實用化工程，關系到電子電氣產品的成本和質量。
微動開關自動化裝配線是通過振動分料使微動開關姿態統一，并由后續傳動裝置將其送至安裝平臺，由機械手對其進行抓持并最終安裝到電路板上。其為可循環使用的設備，完全取代了人力完成的所有工序。由此可見，此裝配系統應有機械本體，驅動傳動系統，信號采集傳遞和控制系統組成，其中振動分料的效率，抓持機械手的精度以及控制系統的穩定性是此裝配線設計的核心部分。目前，國內對于微小元件安裝的研究并不是很廣泛，只有少數的論文提及，并沒有完整的可行性方案。
值得說明的是，微動開關內部結構種類繁多，本文以依靠兩側支腳固定于電路板上的微動開關為研究對象。其結構特點是金屬簧片觸點在零件中間，兩側有帶有倒鉤的支腳，并向外形成一定的角度。安裝時需將兩個支腳插入電路板上相應的孔中，依靠支腳上的倒鉤和其向外的角度固定在電路板上，結構視圖如圖1。
2振動分料機的結構與原理
因為微動開關體積小質量輕且多個微動開關常不規則的牽連在一起不易分離，所以微動開關振動分料機在提高裝配效率方面的作用要大于用于微動開關抓持與安裝的機械手。振動分料機主要由振動分料盤，分料導軌以及送回傳送帶組成，在分料盤，導軌以及基座上分別固定偏心電機產生振動。其主要功能是將姿態不符合要求的微動開關剔出分料軌道，重新送回分料盤進行振動分料。振動分料的結果是將所有符合要求的微動開關通過后續的傳送裝置間隔的傳輸到機械手抓持的工作臺上。在整個分料過程中一定要盡量保證相對數量多的微動開關是符合姿態要求的從而不會影響到后續的工作。
微動開關的姿態可以分為三大類五小類。第一大類是幾個開關牽連在一起或者單個微動開關發生變形出現不規則形狀而產生的不規則姿態。第二大類與第三大類都是規則姿態，其中第二大類是微動開關支腳朝上，第三大類是微動開關支腳朝下，且規則姿態的兩大類又分支腳靠左（相對分料導軌）與支腳靠右兩小類。我們通過實驗發現支腳朝上的微動開關因為重心較低，所以大多數從分料盤上振落下來的微動開關都是支腳朝上的。在支腳朝上的兩小類姿態中我們選擇支腳朝上且靠右的微動開關為我們預期的輸出姿態，這樣能夠保證盡可能多的微動開關符合我們的姿態要求。
分料主要分為三個步驟，第一步是將成堆的微動開關放到帶有孔的分料盤上，所有微動開關隨著振動連續進行微小位移，當振動到孔中則掉落下來進入分料導軌。通過第一步驟成堆的微動開關將間隔掉落下來，而且部分牽連在一起的微動開關也會在從孔中掉落或落到分料導軌的過程中因為振動和撞擊分離。微動開關在分料導軌中會因為振動與導軌的斜度繼續向前運動而且會因為導軌變細側向運動。分料的第二步是在導軌中設置一個封閉口，如圖2。根據測量，支腳朝上的微動開關要比支腳朝下的微動開關在高度上少1mm左右，通過對封閉口高度的恰當設置，支腳朝下的微動開關將不能通過封閉口而是從一側掉出分料軌道，形狀不規則的微動開關同樣無法通過封閉口。所有掉出分料軌道的微動開關將會由送回傳送帶重新送至分料盤。分料的第三步是在軌道上的右側設置導槽且軌道本身有一個向左的傾角，如圖3。剩下的兩個姿態的微動開關中支腳靠右的微動開關的支腳會進入導槽，而靠左的會因為導軌的斜度從一側滑出軌道。最終只有支腳朝上且靠右的微動開關可以順利通過分料導軌進入后續的傳送裝置。
3 抓持機械手的結構與原理
此類帶有支腳的微動開關在抓持與裝配的過程中不僅需要對其穩定的抓持，同樣需要對其支腳的角度進行調整以便順利插入電路板的孔中。我們設計的機械手的結構簡圖如圖4所示。其主要由基座1，夾持塊2，彈簧3以及兩塊下擋板4和5組成。在基座的滑槽下表面及夾持塊上加工出直圓孔，將彈簧嵌入。夾持塊整體放置于基座1的滑槽內；兩個與基座以螺釘固連的下擋板對夾持塊進行限位。整個機械手與運動機構連接實現相關運動。經過力學分析，只要選擇合適的材料與型號，夾持塊的應力以及彈簧的回復力完全可以滿足工程需要。
機械手對微動開關的抓持是依靠可移動的夾持塊實現的。具體抓持過程如下：機械手下降使微動開關的兩側支腳進入夾持塊的狹縫中，直至開關支腳頂端與下擋板的凸起相接觸，避免開關兩支腳完全進入狹縫，便于安裝。微動開關支腳進入夾持塊的狹縫即完成了對微動開關的抓持同樣將其支腳角度束縛至九十度左右。夾起微動開關后進行安裝時，微動開關的支腳露在外面的部分首先進入電路板的孔中，機械手繼續下降接觸電路板，由于受到外力作用，位于圓孔中的彈簧發生壓縮，夾持塊與下擋板發生相對運動，下擋板將微動開關下壓，使微動開關的支腳完全進入電路板的孔中，隨著微動開關與夾持塊的分離，支腳又恢復其原有角度。最終微動開關依靠支腳的角度以及支腳上的倒鉤固定在電路板中。隨著機械手的上升，微動開關與機械手完全分離，夾持塊也在彈簧力作用下恢復原始狀態，完成一次安裝。具體流程如圖5所示。
4 控制系統
我們設計的微動開關自動裝配設備的原理機利用慧魚公司開發的控制電路，其采用COM端口與計算機進行通信。該電路有2個模擬輸入接口，8個數字輸入接口，4個輸出接口。8個數字輸入接口可以連接行程開關等，檢測開關的開斷情況。4個輸出接口可連接4個電機。控制電路配套的編程軟件是LLwin 2.1，使用該軟件可以檢測和監控原理機各開關和電機的運行情況，并通過編程控制電機運動。
微動開關自動裝配設備的控制系統主要是控制振動分料機以及抓持機械手上的電機從而實現振動分料機的振動以及機械手的升降、旋轉、前進后退等運動。抓持機械手的運動主要包括微動開關定位，微動開關抓取，電路板定位，安裝微動開關等運動，其一個控制周期運動如圖6所示。
LLwin 2.1軟件是一種圖形化的編程軟件，比較類似流程圖。我們利用并行程序同時控制多個電機以提高工作效率。每個主程序可以實現子程序的調用控制具體電機的運動。圖7為并行主程序與調用的一個子程序的示例。
5結論
本文介紹了一種實用的微動開關自動化裝配設備的設計，解決了目前微動開關手工安裝的問題。該裝配設備具有結構簡單、抓持精度高、運動靈活、適應性強等特點，對抓持機械手局部結構進行調整就可以完成不同結構的微動開關的裝配。目前，微動開關自動裝配設備的原理機已經驗證了設計方案的可行性，具備了應用于工業生產線的前提條件。
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關鍵詞：自動化生產線；教學方法；電機與電氣控制；PLC；課程設計
中圖分類號：G712文獻標識碼：B文章編號：1006-5962（2013）02-0027-02
高職機電一體化專業課程設置的培養目標是：面向工業企業生產現場，電氣控制系統制造公司、機電設備制造公司、機電設備、電氣設備、工控設備制造公司或公司、科技開發公司，培養適應社會需要，全面發展，適應本專業相對應職業崗位的高等技術應用性專門人才，主要崗位群定位是自動化設備安裝員、自動化設備調試員、中高級維修電工等，本專業有五個主干學科：電氣工程、電子工程、機械工程、計算機科學與技術、控制科學與工程，都是為了崗位需要設置的專業知識。其中《自動化生產線安裝與調試》作為一門核心專業課在第四學期進行了貫穿和綜合。
1自動化生產線的課程設置
機電一體化專業人才培養能力有：識圖繪圖能力、機電安裝調試維修能力、電控系統調試檢修能力、自動線調試維護能力、機電設備管理能力及機電產品營銷能力等。《自動化生產線安裝與調試》前序課程有PLC技術、傳感器技術、電機與控制，后序課程有機床維修等。在我們所要實現的教學目標中知識目標涉及到：機械手工作原理、握機械手控制原理、機械手氣動原理、熟悉安全操作規程；能力目標有：對已安裝的機械手機械部件進行測量；對機械手的氣路進行基本調試；根據故障現象判斷故障部位；檢查分析、找到故障點并分析解決故障；遵守安全操作規程；素質目標有嚴謹的職業態度、規范的操作習慣、創新精神、團結協作精神、自主學習精神及溝通能力。
此核心課程以項目驅動教學開展課程教學，提升學生的職業能力，以具體自動化生產線為載體，融合認知、安裝、調試和檢測等內容，實現教、學、做、評一體化教學，突出課程的職業性、實踐性和開放性。以學生為主體，采取多樣化教學方法。以自動化設備改造為工作過程，涉及電路圖分析、電氣圖設計、程序設計、設備組裝、設備運行調試、設備檢測、設備維護等行動領域，設置六個學習情境：零配件拆裝、傳感器檢測、氣路檢測、異步電機檢測、步進電機檢測、整體檢測調試，分成20個任務。
項目一：供料站的安裝，有機械拆裝、氣路拆裝、電器拆裝三個任務；項目二：加工站的安裝，設計任務有加工站組裝、光電傳感器檢測、限位傳感器檢測三個任務；項目三：裝配站的安裝，設計任務有裝配站組裝、電磁閥檢測、氣缸檢測三個任務；項目四 ：分揀站的安裝，設計任務有分揀站組裝、傳送帶的檢測、異步電機的檢測、變頻器的檢測四個任務；項目五：輸送站的安裝，設計任務有輸送站組裝、光纖傳感器檢測、機械手檢測、步進電機的檢測、溜板檢測四個任務；項目六：整體運行調試，有PLC控制網絡構建、程序編寫、綜合調試三個任務。
2自動化生產線的教學方法與評價設計
2.1教學方法。
（1）講授法：講解項目任務，傳授項目任務相關的知識點，針對學生實施過程中出現的不足進行知識點的說明。
（2）現場教學法：在符合生產要求的工作環境中進行操作技能和維修應用能力實踐，提高職業氛圍，在工作過程中提升學生的職業道德、職業素養和崗位適應能力。
（3）任務驅動法：將教學過程融入項目任務中，讓學生自主討論分析實施，學生在工作過程中得到知識。
（4）小組討論法：學生每六～八人為一個小組，小組討論分析，討論解決，分工協作完成項目任務。
六步教學實施：明確任務、討論分析、制定方案、檢測故障、檢驗效果、總結分析。老師交代目標，注意觀察和記錄小組對現象分析情況，解答學生提出的問題，對跟主題分析偏離太遠的小組予以引導，讓學生自行摸索，在后期對學生可能會引起事故或損壞設備和工具的異常操作給予糾正，最后老師組織小組進行故障排除工作匯報，互評，并對每組進行考核評價，再引導學生自行總結。
2.2評價設計。
課程采用過程考核與期終考核相結合、企業考核與校內項目考核相結合、教師考核與學生考核相結合的多元化考核方式，利于理論聯系實際，有利于學生的學習創新和思考，更督促他們到實際中去發現和改進，去尋找合適自己的項目和課題。
課程考核為：校內項目，企業，綜合實訓三大類。當堂課的考核有：教師考核、小組互評、小組自評；教師考核內容為五項：任務分析情況，實施方案制定，任務完成質量、分工協作精神、故障檢測手段、安全操作規范、小組總結。
和很多專業課一樣，多種教學方法和全面的評價方案，有效保證了教學效果。
3相關課教學
3.1電機與電氣控制的教學。
本課程以發電機為主題，以工作任務為導向，以工廠實用型電氣控制系統設計、安裝、調試與維護情景教學為主線貫穿全課程，用實物進行直觀性教學，使學生感性認識強，理性認識夠。
典型的教學任務有三相異步電動機全壓啟動、三相異步電動機長動控制、三相異步電動機正反轉控制、三相異步電動機延時啟動控制（或三相異步電動機Y-降壓啟動）、機械手控制等。
課程特色是學生充分利用所學知識、網絡資源、閑瑕時間作為期三個月的“繼電控制課程設計”。任務書要求能夠根據功能要求選擇個元器件的類型及其型號；了解個元器件的工作原理和使用方法；把各元器件連接起來實現本課程設計的要求。設計內容和要求：兩臺電動機都存在重載啟動的可能，任何一級傳送帶停止工作時，其他傳送帶都必須停止工作，控制線路有必要的保護環節，有故障報警裝置。課程設計書要有課題介紹、題目、摘要、總體方案設計、設計目的、控制要求、設計要求、 硬件選型、主電路原理圖的設計、 控制電路原理圖的設計、重載保護電路設計、欠壓保護電路設計、總結。
3.2PLC教學。
PLC是可編程序邏輯控制器（Programmable Logic Controller）的簡稱，早期是一種開關邏輯控制裝置，隨著計算機技術和通信技術的發展，其控制核心采用微處理器，功能有了極大擴展，除了最廣泛的取代傳統的繼電器-接觸器控制的開關量邏輯控制外，還有過程控制，數據處理，通信聯網與顯示打印，PLC接口采用光電隔離，實現了PLC的內部電路與外部電路的電氣隔離，減小了電磁干擾。
PLC有5種編程語言：
（1）順序功能圖（SFC）。
順序功能圖常用來編制順序控制類程序，包含步、動作、轉換三個要素。順序功能編程法是將一個復雜的控制過程分解為小的工作狀態，這些狀態按順序連接組合成整體的控制程序。
（2）梯形圖（LD）。
梯形圖沿襲了繼電器控制電路的形式，是在常用的繼電器、接觸器邏輯控制基礎上簡化了符號演變而來的，形象、直觀、實用，電氣技術人員容易接受，要求用帶CRT屏幕顯示的圖形編程器才能輸入圖形符號，是目前用得最多的一種PLC編程語言。
（3）功能塊圖（FBD）。
功能圖編程語言是用邏輯功能符號組成的功能塊來表達命令的圖形語言，與數字電路中的邏輯圖一樣，極易表現條件與結果之間的邏輯功能。
（4）指令表（IL）。
采用經濟便攜的編程器將程序輸入到可編程控制器就用指令表，使用的指令語句類似微機中的匯編語言。指令表程序較難閱讀，其中的邏輯關系很難一眼看出，所以在設計時一般使用梯形圖語言。如果使用手持式編程器，必須將梯形圖轉換成指令表后再寫入PLC，在用戶程序存儲器中，指令按步序號順序排列。
（5）結構文本（ST）是文字語言。
編程語言的學習是PLC教學的一項重要內容，中間加以不同的應用實例：順序控制電路、常閉觸點輸入信號的處理，使用多個定時器接力定時的時序控制電路、三相異步電動機正反轉控制電路、鉆床刀架運動控制系統的設計，LED數碼管顯示設計，還經常根據繼電器電路圖設計梯形圖。
增加的學習情境還常有如下任務：洗手間的沖水清洗控制、進庫物品的統計、競賽搶答器裝置設計、彩燈或噴泉PLC控制；尋找數組最大值并求和運算、電熱水爐溫度控制等。
3.3單片機。
單片微型計算機就是將CPU、RAM、ROM、定時/計數器和多種接口都集成到一塊集成電路芯片上的微型計算機。用于示波器、報警系統、移動電話、彩電等日常方面，在智能儀器儀表、工業控制、家用電器、計算機網絡和通信領域、醫用設備領域、工商，金融，科研、教育，國防航空航天等領域也都有廣泛應用。
數據大都在單片機內部傳送，運行速度快，抗干擾能力強，可靠性高，微型單片化集成了如看門狗、AD/DA等更多的其它資源。教學內容以80C51為核心講授單片機的的引腳、存儲器組織結構、典型語句，以實例應用為線索：單燈受控閃爍、P1口外接8只LED發光二極管模擬彩燈、單片機做加、減、乘、除運算等項目。各子任務都作硬件電路及工作原理分析、主程序流程圖設計、源程序的編輯、編譯、下載、單片機的I/O接口分配及連接。
教學采用ISP-4單片機實驗開發板，可以完成大量的單片機學習、開發實驗，對學習單片機有極大的幫助。該板采用在線可編程的AT89S51單片機，有程序下載功能，可將編輯、編譯、調試好的單片機代碼下載到AT89S51單片機中。
3.4變頻器技術及應用。
變頻技術讓學生熟練掌握各種電力電子器件的工作原理、主要參數、驅動電路與保護技術；掌握交-直-交變頻器、交-交變頻器、諧振型變頻的工作原理和應用范圍；掌握脈寬調制控制、矢量控制和直接轉矩控制等先進技術；了解變頻器與感應電動機組成變頻調速系統、變頻器與雙饋電機組成調速系統、變頻器與同步電動機組成變頻調速系統，掌握電力電子電機系統的組成、工作原理、控制方法、運行特性等，是強電應用和現代技術推廣的有力體現。
3.5傳感器與自動檢測技術。
傳感器技術代替人的感觀，在各種環境下應用，檢測技術是一套有效的反應體系，包括信息的獲得、測量方法、信號的變換、處理和顯示、誤差的分析以及干擾的抑制、可靠性問題等。因此掌握常用傳感器的工作原理、結構、性能，并能正確選用，了解傳感器的基本概念和自動檢測系統的組成，對常用檢測系統有相應的分析與維護能力。對工業生產過程中主要工藝參數的測量能提出合理的檢測方案，能正確選用傳感器及測量轉換電路組成實用檢測系統的初步能力。
教學過程進行小論文制作，讓學生提高計算機應用水平，使學生從文字處理水平提高到辦公處理水平。對分節、目錄、文獻標識作嚴格要求。題目如數字顯示電子稱、基于霍爾傳感器的轉速表、單片機電子秤研究、光纖測溫儀、煙霧報警器、小車尋跡設計、電熨斗自動恒溫系統、電渦流探傷、電感測厚儀等。
4畢業論文指導分析
畢業論文專業聯系實際，通常小型自動化系統以單片機為主，大型自動化生產線以PLC為主，系統運行動力離不開電機，觀察離不開傳感器，調速可用變頻器，綜合所學，學生的論文涉及廣泛，有效教學可對應從如下方面側重指導。
4.1立意選題。
根據實際和研究方向做好側重和體現，如“觸摸屏控制的堿液配置系統”和“兩種液體混合裝置的PLC控制系統”的系統性和方向性，“車庫自動門的PLC自動控制”和“測速雷達信號處理系統”的檢測指標要求等。
4.2材料整合。
在任務要求明確的基礎上，首先確定相關技術指標，對應查找并列出論文結構，一份畢業論文至少含有三到五門課的內容，對應于研究方向進行相應編排和取舍。
4.3技術處理。
所搜集圖片的背景往往有水印，要去掉，圖片按要求進行不同方向的剪切。圖表里的文字應是五號或小五，注意表格標題要單獨標出等等格式要求。流程圖、梯形圖的設計與表現。
多種教學方法和理論聯系實際教出具有學習能力和創新能力的學生，系統的學習與應用創造練就出具有競爭力的學生，專業課的有效教學和畢業論文的順利設計將顯示本專業沉甸甸的含金量。
參考文獻
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關鍵詞 UG；ADAMS；焊接機器人；建模；聯合仿真
中圖分類號：TP3 文獻標識碼：A 文章編號：1671―7597（2013）031-060-02
隨著人類社會進步的加快，科學技術水平的不斷提高，人們對產品的要求也越來越高。這就需要提高產品質量，同時縮短開發周期。此時以仿真技術和系統建模為核心的虛擬樣機技術得到了的廣泛應用，在真實的產品沒有真正生產出以前就對它進行仿真模擬，這樣的話防止各種設計缺陷的存在。其中一款具有代表性的軟件系統：機械系統動態仿真軟件ADAMS，這一款軟件包括了高效的求解器、可視界面、各種簡便的建造模型的工具和具有強大功能的后處理模塊等，利用ADAMS軟件來對機械系統的結構進行分析，在物理樣機設計之前就可以對數控玻璃磨邊機產品的各種性能進行測評，不僅能夠降低開發費用，而且能夠減少開發周期，很大的提高了機械系統仿真的效率。ADAMS在機械系統運動學、動力學和靜力學仿真方面的功能十分的強大，但是當ADAMS軟件建立一些比較復雜機械系統的時候，就會比較困難。這方面常見的就是使用UG軟件和ADAMS軟件結合來開發復雜的機械系統的虛擬樣機。
1 UG軟件和ADAMS軟件的介紹
UG（Unigraphics NX）是一個產品工程的解決方案，它是由Siemens PLM Software公司出品的一款軟件，它為用戶的加工過程及產品設計提供了數字化模型和檢驗的手段。UG Unigraphics NX根據用戶的工藝設計和虛擬產品設計的要求，提供了解決方案，這種解決方案是經過實踐驗證的。UG具有三個設計層次，即子系統設計、組件設計和結構設計。所有的信息被分布于各子系統之間。
本論文使用的運動仿真軟件是由美國MDI公司進行開發設計的ADAMS軟件，這款軟件是現在最具權威性的機械系統運動學與動力學仿真的軟件。它的求解器是使用的拉格郎日方程來進行建立系統運動學和動力學方程，對虛擬的機械系統進行運動學和動力學的分析，并且在分析之后輸出加速度、反作用力、速度和位移的曲線，整個運動的過程是通過在計算機上建立虛擬樣機來模擬復雜的機械系統的。其中ADAMS軟件的核心模塊包括ADAMS/View和ADAMS/Solver。
2 ADAMS和UG的運動聯合仿真
在利用ADAMS和UG進行運動聯合仿真設計的時候，通常我們現在先在UG軟件當中建立三維模型，建立模型的過程：首先通過二維圖紙在UG軟件中建立三維零件模型，然后在將零件進行裝配同時進行干涉檢查，最后將建立的三維裝配圖形導入到 ADAMS軟件當中，在ADAMS軟件中首先對三維裝配圖形的仿真參數進行設定，這樣就產生了參數化的機構模型，最后進行運動學和動力學的仿真。下圖1所示的就是一般情況下的聯合仿真設計流程。
3 焊接機器人聯合仿真分析
3.1 UG三維建模
焊接機器人主要有底座、軀干、肩、手臂、手腕、機械手6部分組成。在UG中建立焊接機器人的各零部件，裝配后得到焊接機器人實體模型，見圖2所示。
3.2 三維模型導入ADAMS
在UG中，選擇“文件”“導出”Parasolid，然后打開ADAMS，選擇FileImport，彈出文件導入對話框，在File Type下拉框中選Parasolid類型，然后在File To Read選擇欄中點右鍵選擇Browse，最后選擇讀入UG輸出的文件。三維圖導入到ADAMS中如圖3所示。
3.3 ADAMS運動仿真
導入模型之后，首先要給焊接機器人添加約束副，給底座與大地之間添加固定副，分別在底座與軀干、軀干和肩、肩和手臂、手臂和手腕、手腕和機械手之間添加旋轉副。然后給所有旋轉副添加旋轉驅動，肩和手臂之間旋轉副的驅動參數為15d*sin（180d*time-90d）+15d，手臂和手腕之間旋轉副的驅動參數為-15d*sin（180d*time-90d）-15d，底座和軀干之間旋轉副的驅動參數為180d*time，其它旋轉副的驅動參數為0d*time。至此，已完成整個樣機約束的添加如圖4所示。
停止仿真運動，右鍵點擊機械手，在下拉菜單中選擇measure，出現對話框，在characteristic中選擇選項，輸出機械手在X，Y軸方向的位移、速度、加速度曲線。如圖5-圖10所示。
從上面圖中可以看出，機械手的運行曲線平滑且有規律，說明該機構的整個運動過程平穩無沖擊震蕩現象，通過觀察機構仿真運動并結合曲線，可以證實該機構的運行曲線與實際情況相符。
4 結束語
ADAMS軟件和UG軟件作為動力學仿真分析領域和三維建模領域的優勢產品，二者的聯合仿真廣泛應用于產品開發、工程校驗、機械設計等過程中。本文通過UG和ADAMS之間的無縫接口程序，將在UG中創建的焊接機器人三維模型成功導入到ADAMS中，并通過在ADAMS中進行運動學仿真分析，根據仿真分析的結果，驗證了將UG與ADAMS軟件相結合的建模設計和運動學仿真方法的可行性，不僅提高了數據轉換的可靠性，還大大提高了仿真效率，是虛擬樣機技術研究中的嶄新應用，促進了虛擬仿真的發展，對于教學和實踐具有廣泛的意義。
參考文獻
[1]張磊.UG NX6.0后處理技術培訓教程[M].北京：清華大學出版社，2009.
[2]孫恒，陳作模，葛文杰.機械原理[M].北京：高等教育出版社，2006.
