《機電系統(tǒng)設計與創(chuàng)新》教學大綱適用范圍：202X版本科人才培養(yǎng)方案課程代碼：01170032課程性質：專業(yè)創(chuàng)新課學分：2學分學時：32學時（實踐32學時）先修課程：高等數(shù)學、機械制圖、機械原理、機電傳動控制與PLC等后續(xù)課程：機械創(chuàng)新綜合能力訓練適用專業(yè)：機械設計制造及其自動化開課單位：機械工程學院一、課程說明《機電系統(tǒng)設計與創(chuàng)新》是創(chuàng)新能力培養(yǎng)計劃的一門專業(yè)創(chuàng)新課程。本課程面向機械設計制造及其自動化工程專業(yè)學生，以實際工程需求和案例為基礎，綜合應用已掌握的創(chuàng)新、機械、電氣電子等相關知識，培養(yǎng)學生對機械工程領域新產(chǎn)品、新工藝、新技術和新設備進行研究、開發(fā)和設計的能力。培養(yǎng)能在機械工程領域從事產(chǎn)品研發(fā)、設計、制造等工作的復合型工程技術人才。本課程從機械電子工程專業(yè)所面向的企業(yè)需求出發(fā)，選出3種典型的機電綜合實驗裝置（部件），分析其基本原理、結構和控制需求。要求學生靈活運用所學的基礎理論知識設計相關機械結構和控制系統(tǒng)，設計控制邏輯，編寫控制程序，完成給定的裝置設計任務。同時，本課程要求學生分組設計、制造其中的無人小車，并基于該小車參加指定比賽。二、課程目標通過本課程的學習，使學生達到如下目標：課程目標1：掌握常用的機電傳動系統(tǒng)原理和結構，能夠綜合運用機械原理、機械設計以及機電傳動控制與PLC等課程的相關知識，根據(jù)項目需求合理進行電機、傳動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的設計和選型，完成實現(xiàn)特定功能的復雜機電系統(tǒng)和單元的設計。課程目標2：能夠熟練運用三維設計軟件對機電單元與系統(tǒng)進行結構設計和簡單的結構校核，并能夠選擇恰當?shù)能浖瓿蓹C電系統(tǒng)相關的控制系統(tǒng)的分析、設計以及控制程序的編寫。課程目標3：具備責任意識、團隊意識和工匠精神，能夠在課題組中積極參與、組織協(xié)調團隊開展設計工作，通過團隊的合作，保證機電系統(tǒng)設計的合理性與穩(wěn)定性。課程目標4：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，對機電系統(tǒng)的設計進程進行管理。三、課程目標與畢業(yè)要求《機電系統(tǒng)設計與創(chuàng)新》課程教學目標對機械設計制造及其自動化專業(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9.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1：掌握常用的機電傳動系統(tǒng)原理和結構，能夠綜合運用機械原理、機械設計以及機電傳動控制與PLC等課程的相關知識，根據(jù)項目需求合理進行電機、傳動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的設計和選型，完成實現(xiàn)特定功能的復雜機電系統(tǒng)和單元的設計。課程目標3：具備責任意識、團隊意識和工匠精神，能夠在課題組中積極參與、組織協(xié)調團隊開展設計工作，通過團隊的合作，保證機電系統(tǒng)設計的合理性與穩(wěn)定性。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能在多學科環(huán)境下，在工程項目實施過程中有效運用工程管理原理與經(jīng)濟決策方法。課程目標2：能夠熟練運用三維設計軟件對機電單元與系統(tǒng)進行結構設計和簡單的結構校核，并能夠選擇恰當?shù)能浖瓿蓹C電系統(tǒng)相關的控制系統(tǒng)的分析、設計以及控制程序的編寫。課程目標4：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，對機電系統(tǒng)的設計進程進行管理。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、教學內容、基本要求與學時分配教學內容、基本要求與學時分配見表2。表2教學內容、基本要求與學時分配教學內容教學要求，教學重點難點理論學時實踐學時對應的課程目標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。212.輸送系統(tǒng)設計1.1輸送系統(tǒng)的機械結構1.2輸送系統(tǒng)的機電控制方案設計1.3輸送系統(tǒng)的綜合設計教學要求：使學生了解常見輸送系統(tǒng)的種類，掌握其基本原理和結構，掌握皮帶式輸送機的選型和設計流程；學生需根據(jù)給定要求綜合應用所學知識，完成輸送系統(tǒng)結構和控制硬件的設計。完成輸送系統(tǒng)的三維建模與二維圖紙繪制。重點：輸送系統(tǒng)的設計和選型。難點：輸送系統(tǒng)的三維建模與二維圖紙繪制。61、2、33.機器人設計3.1機器人的方案設計3.2機器人的測繪教學要求：使學生了解工業(yè)機器人的種類和基本結構；了解工業(yè)機器人機電控制系統(tǒng)，掌握伺服電機、步進電機和減速箱等部件的選型方法；了解機器人的主流控制方法；學生需根據(jù)給定要求綜合應用所學知識，完成工業(yè)機器人的方案設計。重點：機器人方案設計。難點：機器人測繪。61、2、34.智能小車結構與控制程序設計4.1智能小車的方案設計4.2智能小車的結構設計4.3控制系統(tǒng)與引導方式設計4.4智能小車的控制程序設計教學要求：使學生了解智能小車的基本原理、行業(yè)應用以及未來的發(fā)展前景；掌握智能小車的基本結構和主要技術方式；了解主要引導方式的種類與原理；了解智能小車的控制方法。使學生掌握自上而下的設計方法，學生需根據(jù)給定要求綜合應用所學知識，完成智能小車的結構與程序設計。重點：智能小車的基本結構；主要控制與引導方式的原理和特點；智能小車的行業(yè)應用；智能小車的技術參數(shù)。難點：導航方式的選擇；智能小車傳動系統(tǒng)的設計。81、2、35.智能小車制造與綜合調試5.1制造工具使用方法5.2智能小車制造5.3智能小車綜合調試教學要求：使學生了解基本制造方法與儀器；學生需根據(jù)所設計的智能小車，綜合應用所學制造知識與相關儀器，完成智能小車的制造，并完成控制系統(tǒng)與結構系統(tǒng)綜合調試。重點：智能小車的制造。難點：智能小車綜合調試。81、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。23合計32五、教學方法及手段本課程以動手實踐為主，結合討論、案例、視頻資源共享等教學手段完成課程教學任務和相關能力的培養(yǎng)。課堂講授主要由教師引領，引導學生就實際案例進行討論和分析，復習、貫穿所學知識，在已掌握課程的基礎之上，初步培養(yǎng)學生機電綜合設計以及創(chuàng)新的能力。同時，對國內外相關產(chǎn)品的發(fā)展進行綜述，融入課程思政教育。在實踐教學環(huán)節(jié)中，通過啟發(fā)式、討論式教學和案例教學等，使學生了解機電產(chǎn)品開發(fā)的基本流程；通過將學生分組并設定任務節(jié)點和考核方式，培養(yǎng)學生資料搜集、自主學習能力和團隊合作意識；實踐環(huán)節(jié)主要通過動手操作實現(xiàn)，即學生通過計算機實現(xiàn)資料的搜集與整理，依托所學的設計軟件完成相關原理樣機的設計和相關工程圖、原理圖的繪制；實踐環(huán)節(jié)強調對實驗結果的把控，不對學生的開發(fā)過程進行限制，以激發(fā)學生的創(chuàng)新思維。最后，本課程基于OBE理念，要求學生完成輸送系統(tǒng)設計、機械手結構設計以及智能小車的設計與制造，并基于該智能小車參加指定的比賽以完成本課程的考核，更大限度的提高學生的綜合實踐能力。六、課程資源1.推薦教材：（1）丁曉紅.復雜機電系統(tǒng)綜合設計[M].北京:化學工業(yè)出版.2022.2.參考書：（1）成大先.機械設計手冊（第六版）[M].北京:化學工業(yè)出版.2017.（2）譚培波.創(chuàng)新算法—TRIZ、系統(tǒng)創(chuàng)新和技術創(chuàng)造力[M].武漢: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.2018.3.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）在線CAD創(chuàng)建三維數(shù)字設計Tinkercad，/（2）沐風網(wǎng)，/（3）米思米，/七、課程考核對課程目標的支撐課程成績由課堂表現(xiàn)、項目競賽與設計說明書三部分構成，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)占比考核/評價細則課程目標1234過程性考核課堂表現(xiàn)20（1）根據(jù)過程記錄文檔完整以及階段匯報情況進行考核，滿分100分。（2）以平時考核成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績。√√1010項目競賽50（1）競賽部分滿分100分，其中包括必做競賽與選做競賽，根據(jù)實際比賽完成情況評分。（2）必做項目根據(jù)所有參加競賽小組的總時長，由低到高依次獲得相應的分數(shù)，選做項目完成后，可獲得相應的分，如無法成功完成比賽，該部分不得分。（3）以競賽成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績。√√√√301055設計說明書30（1）設計說明書內容要求學生詳細介紹其所設計的三種機械裝置，并講明其設計、制造過程。要求學生綜合利用機械原理與機械設計、機電傳動控制、傳感器等方面的知識完成作品的設計并編寫相應的設計文檔。（2）設計說明書中應至少包含以下內容：項目的背景及意義，國內外研究現(xiàn)狀，設計思路，相關原理和零件圖等內容。√√√√101055合計：100分40202020八、考核與成績評定1.考核方式及成績評定考核方式：本課程主要以課堂表現(xiàn)、項目競賽與設計說明書等方式對學生進行考核評價。考核基本要求：設計說明書成績?yōu)?00分（權重30%），需撰寫3000字以上的設計文檔；課堂表現(xiàn)（20%）與項目競賽（50%）考核成績?yōu)?00分（權重70%）；其分值分配應與教學大綱各章節(jié)的學時基本成比例。2.考核成績的標準過程性考核方式重點考核內容、評價標準、所占比重見表4。表4過程性考核方式評價標準考核方式所占比重(%)100>x≥9090>x≥8080>x≥7070>x≥60x<60課堂表現(xiàn)20過程記錄文檔完整，匯報次數(shù)大于90%。過程記錄文檔完整，匯報次數(shù)大于80%。過程記錄文檔不完整，匯報次數(shù)大于70%。過程記錄文檔不完整，匯報次數(shù)大于60%。無過程記錄文檔，匯報次數(shù)小于60%。項目競賽50必做競賽計時排名前20%，圓滿完成