机电一体化技术发展与职业学校人才培养和教学内容调查与现状分析
摘 要:根据职业学校机电一体化专业人才培养规格的定位,结合机电一体化技术的发展趋势,从专业发展的方面,探索机电一体化专业发展与职业学校现行教学内容的差异性,明确机电一体化专业课程内容改革的方向。
关键词:机电一体化;职业学校;人才培养
作者简介:张红旗(1970-),男,江苏江都人,江都市职业教育集团机电工程一系主任,讲师,主要研究方向:职业技术教育、机电专业建设与课程改革。(江苏江都225200)
20世纪70年代发展起来的机电一体化技术是综合应用机-械技术、微电子技术、自动控制技术、信息技术、传感测试技术、电力电子技术、接口技术、信号变换技术以及软件编程技术等群体技术,由此而产生的一种系统工程技术。它是多种技术交叉融合的产物,并不断通过学科交叉、技术融合和创新,使其本身持续发展(见图1)。改革开放以来,机电一体化技术在我国,特别是在国内经济较发达地区得到了较快的应用和发展,这对我国职业学校机电一体化技术人才培养规格和课程体系的改革与建设方面提出了新的挑战。
一、机电一体化技术的发展趋势
以微电子技术、软件技术、计算机及通信技术为核心而引发的数字化、网络化、综合化、个性化信息技术革命,不仅深刻地影响着全球的科技、经济、社会和军事的发展,而且也深刻影响着机电一体化的发展趋势。专家预测,机电一体化技术将向以下几个方向发展。
1.光机电一体化方向
引进光学技术、利用光学技术的先天优点,能有效地改进机电一体化系统的传感系统、能源系统和信息处理系统。
2.柔性化方向
未来机电一体化产品,被设计成“自律分配系统”,各子系统是相互独立工作的,子系统为总系统服务,同时具有本身的“自律性”,可根据不同环境条件作出不同反应。其特点是子系统可产生本身的信息并附加所给信息,在总的前提下,具体“行动”是可以改变的。这样,既明显地增加了系统的能力(柔性),又不因某一子系统的故障而影响整个系统。
3.智能化方向
今后的机电一体化产品“全息”特征越来越明显,智能化水平越来越高。这主要得益于模糊技术与信息技术(尤其是软件及芯片技术)的发展。
4.微型化方向
目前,利用半导体器件制造过程中的蚀刻技术,在实验室中已制造出亚微米级的机械元件。当这一成果用于实际产品时,就没有必要再区分机械部分和控制器部分了。那时,机械和电子完全可以“融合”,机体、执行结构、传感器、CPU等可集成在一起,体积很小,并组成一种自律元件。这种微型化是机电一体化的重要发展方向。
二、典型机电一体化产品发展趋势
1.数控机床
目前我国是全世界机床拥有量最多的国家(近300万台),近lO年数控机床为适应加工技术的发展,在以下几个技术领域都取得了巨大进步。
(1)高速化。在高档数控机床中,高速加工技术得到了广泛应用。新机床运动学理论和先进驱动技术的应用、高性能功能部件的采用、移动部件的轻量化、运动惯性的减少等,进一步优化了机床运动结构。在刀具材料和结构的支持下,从单一的刀具高速切削加工,发展到机床加工全面高速化,如数控机床主轴的转速提高到每分钟几万转、几十万转,快速移动速度发展到每分钟几十米、几百米;换刀时间从十几秒下降到10秒、3秒、1秒以下,换刀速度加快了几倍到十几倍。应用高速加工技术可以缩短切削时间和辅助时间,从而实现加工制造的高质量和高效率。
(2)高精度化。通过提高数控系统的控制精度、采用误差补偿技术、提高数控机床的运动轨迹精度、优化机床运动结构、提高机床制造和装配的精度等方法,从而提高机床加工的加工精度,保证零件的加工质量。目前,精密数控机床的重复定位精度可以达到lμm,进入亚微米超精加工时代。
(3)数控复合加工机床大量出现。技术集成与复合是数控机床技术最活跃的发展趋势之一,技术集成和复合形成了新一类机床—复合加工机床,并呈现出复合加工机床的多样性。目前主要体现在加了序复合、加工类别的复合型两个方面。但由机加工复合发展到非机加工复合,进而发展到零件制造和管理信息及应用软件的兼容,已成为数控复合加工机床发展的必然趋势,目的在于实现复杂形状零件的全部加工及生产过程集约化管理。
(4)使用各种高效特殊功能的刀具使数控机床如虎添翼。如静压镗刀,在这里特制的镗刀杆是中空的,由机床主轴引来的高压冷却液(70bar)在已加工孔中形成静压轴承,将下垂的刀杆抬至中心位置,充分保证了被加工孔与相邻孔之间的同轴度。
(5)数控机床的开放性和联网管理。随着计算机集成制造、网络制造、异地诊断、虚拟制造、并行工程等各种新技术在数控机床上的应用,数控机床的开放性和联网管理已成为数控机床的基本功能。机床联网可进行远程控制和无人化操作。通过机床联网,可在任何一台机床上对其他机床进行编程、设定、操作、运行,不同机床的画面可同时显示在每一台机床的屏幕上。它是企业合理化、最佳化利用这些制造手段的重要保障。
2.自动机与自动生产线
各种自动机械、自动生产线、各种自动化设备在国民经济生产和生活中广泛使用,成为机电一体化技术应用的5L--具体体现。如啤酒自动生产线、卷烟自动生产线、汽车自动组装生产线等等,这些自动机或生产线无一例外地都采用先进的机aa--体化技术。我国的自动机与生产线产品的水平,在近阶段得到了快速发展,使用这些自动机和生产线的企业也越来越多,但其技术水平与发达国家相比还有一定的差距。这就需要越来越多的专业人才来从事自动机与自动生产线产品的设计与开发、维护和管理等工作,来不断提高和推广我国的自动机与自动生产线产品的水平。
三、职业学校对机电一体化专业人才培养规格定位的现状分析
根据对扬州市及周边部分地区中等职业学校的实际调查研究,大部分的职业学校都制定了以传统机械制造业为基础,开发了以现代加工制造技术为主的数控技术应用专业和以传统机电瑟备的维修为基础,开发了以自动化生产线的安装、调试、运行、维护和管理为主的机电一体化专业。
数控技术应用专业的人才培养规格主要集中在以下几个方面:第一,工艺规程的编制及实施;第二,传统机械加工的工装设计,第三,数控加工程序的编制,第四,数控机床的操作、加工调试、维护与保养,第五,数控机床的安装调试-第六,数控机床故障诊断及初步维修,第七,车间生产管理。
机电一体化专业的人才培养规格主要集中在以下几+2r面:第一,电路分析和电气测量的技术,具备电工,电子技术操作的基础技能。第二,典型机电设备的调试与维护,第三,可编程控制器(PLC)的编程及应用,第四,一般自动化生产线的保养和维护。
综合两个方向的人才培养规格及调研学校的实训设备、师资队伍建设情况,进行分析,得出以下结论。
(1)学校与企业在机电专业人才培养目标上的认识差距。学校希望学生有较强的专业理论知识和一定的专业技能,具备较强的发展潜力,企业则希望学生立即能顶岗作业,产生效益。学校传递给学生的知识和培养的能力比较单一,企业则要求学生有较强的综合应用能力,学校希望按专业方向培养人才,企业希望按专业项目培养人才。
(2)现代企业对岗位能力要求的变化。企业岗位劳动强度要求在降低,工作责任心的要求在不断提高。对学生适应一种岗位的专业技能要求在下降,而对适应多种岗位的技能要求在不断上升。
(3)职业学校专业人才培养规格的定位与企业机电一体化新技术的应用存在差异性,学校的定位不能跟上机电一体化新技术的发展。
四、机电一体化技术发展与现行教学内容的差异性分析
由于机电一体化技术是多种技术交叉融合的产物,相关技术的发展都在推动着机电一体化技术的发展。因此,机电一体化技术的发展也是日新月异的。社会对机电一体化专业性人才的需求问题、办学指导思想问题、学校教师整体教学水平问题、教学设备仪器和教学场地问题及日常教学经费等问题的相互联系与制约,这就容易导致教学内容与其发展不相适应。具体表现在以下几方面。
1.控制技术方面
企业对控制技术方面的教学要求是能选用成熟的控制器件(产品)组成一个完整的控制系统,对设备进行自动控制。现有的教学内容与实际应用存在较大的差距。一些反映新技术的课程没有纳入机电一体化专业课程体系,没有较多使用与课程相关的应用软件,实践教学环节脱离工厂的真实环境,一些实践性强的实验、实训设备由于缺乏技能型教师和真实的工厂生产环境,没有充分发挥其培养学生技术实践能力的作用,教学内容整合度不高,使学生只见树木,不见森林。
2.机械传动与制造技术方面
现代精密机械的新机构、新传动、新零件在现代机械中已广泛应用,而目前教学内容多数仍停留在传统机械上,传统的机械传动技术占据教学内容的主导地位。先进制造技术介绍也不够,应不断加强在计算机数控CNC、计算机辅助设计/制造CAD/CAM、柔性制造单元FMC、柔性制造系统FMS、计算机集成制造系统CIMS等方面专业技术的学习。
3.单片机和PLO技术方面
单片机和PLC技术是信息技术在工业界的具体运用。目前单片机的教学内容仍以MCS-51单片机为主,PLC仍以介绍小型PLC的原理、编程为主,没有形成企业的实践应用与学校教学的有机结合。因此,该方面的教学应围绕企业的实践应用情况,进一步拓宽教学内容。
4.检测技术与传感器方面
各种高精度、智能化、组合化的传感器层出不穷,但在教学内容中反映不够。
5.机械与电气技术综合方面
目前学校在机械与电气技术两方面的教学仍相对分割。企业生产的产品及所使用的各种设备综合了各种技术,为使机电一体化专业毕业生能处理设备(产品)的基本故障问题,保证生产顺利进行并提供相关产品的技术服务,针对机电设备维修方面的教学内容,应把机械维修和电气维修两方面的内容加以整合,培养机电复合型的人才。
职业教育的特点之一就是毕业生上手快,其教学内容的针对性要求也是其教学的基本要求。但机电一体化专业的教学内容丰富,处理不好就容易成为知识的堆积。从调研情况来分析,重理论、轻实践,教学内容陈旧。实验和实训装备缺乏,双师型教师数量不足等问题还一定程度上困扰着机电一体化专业的教学改革。
参考文献:
[1]李其儒.等.北京发展“机电一体化”的思路和对策[G].研究成果摘编,2002.
[2]中国机电一体化协会用信息化提高我国制造业竞争能力[J]cameta资讯,2003
[3]中国机电一体化协会国内外数控机床发展状况[J].cameta资讯,2003.