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篇(1)

【關鍵詞】可編程控制器（PLC） 機械手 梯形圖

引言

機械手是近幾十年發展起來的一種高科技自動化生產設備。它的特點是可通過編程來完成各種預期的作業任務，在構造和性能上兼有人和機器的優點，尤其體現了人的智能和適應性，在國民經濟各領域有著廣闊的發展前景。

機械手可分為專用機械手和通用機械手兩大類。專用機械手：它作為整機的附屬部分，動作簡單，工作對象單一，具有固定（有時可調）程序，使用大批量的自動生產。通用機械手：它是一種具有獨立的控制系統、程序可變、動作靈活多樣的機械手。本文介紹的機械手屬于包裝機取料垛料的專用機械手。

1 包裝機的介紹

包裝機主要用于將堆放雜亂的板材整齊裝箱并包裝。通過取料機械手將雜亂的料運到輥道上，輥道運行，經過上下清刷輥清洗上下表面，板材繼續前行，行至出料區端部規定位置，接近開關發訊，輥道電機減速運轉，停止開關探測到板材，則輥道停止轉動，停止開關發訊給頂升裝置，將板材頂起，防止對中過程中板材下表面劃傷。對中裝置帶動對中擋板進行寬度定位（對中），長度擋板處的反推氣缸將板材推至滿行程（150mm），反推限位開關發訊給出料機械手，機械手把板材吊運到旁邊平車上的包裝箱內后并返回到原位。一個工藝流程結束。

2 機械手的結構

本文所針對的機械手屬于直角坐標式，用于包裝機上鋁及鋁合金板材的表面處理后的取料、垛料工序。該設備主要由鋼結構框架、真空吸盤吊升降機構、橫移傳送小車、行程檢測與控制裝置、真空泵、吸盤、氣動定位系統、電控及PLC控制系統等部分組成。

3 本系統的控制方案

整套包裝機通過PLC系統控制，其中垛料機械手有35路輸入信號，23路輸出信號，根據設備維護的通用性及性價比原則，采用西門子S7-300 PLC即可滿足要求，并通過profibus總線協議與現場機械設備組成控制回路，可以根據上游工位生產情況調整設備本身工作模式，并將設備情況反饋給上游工位，以確保生產安全。

（1）機械手的手動控制過程。按下“停止”按鈕，將自動運行中的吸盤機停止，真空泵停止。再將“自動/手動”旋鈕撥至手動位。“行車 前進/返回”旋鈕，即行車前進至放料工位，返回到取板工位；當移動到工作位時行車自動停止。“機械手 上升/下降”旋鈕，即機械手上升跟下降。當吸附板材后，綠燈閃爍才可以上升，搬運板材。“真空 吸/釋放”旋鈕，即機械手下降到位后，對板的吸附與卸板。卸板時，旋動旋鈕，等待3秒，完成卸板。 “真空 吸/釋放”旋鈕，即機械手下降到位后，對板的吸附與卸板。卸板時，旋動旋鈕，等待3秒，完成卸板。“真空泵”按鈕，即啟動真空泵，每次開機啟動一次，按下“停止”按鈕，真空泵停止工作。“停止”按鈕，將自動運行中的機械手停止，真空泵停止。“緊急停止”按鈕，當在自動運行中，發生誤動作時，可迅速的按下此按鈕，停止動作。再按下“停止”按鈕，將自動運行中的機械手停止，通過手動控制旋鈕，讓機械手返回原始位。

（2）機械手的自動控制過程。將“手動/自動”旋鈕撥至自動位，此時機械手應處于起始位置，真空泵處于釋放狀態，否則將無法工作；若未處于起始位置，必須手動控制旋鈕，讓機械手返回原始位。機列準備就緒后，啟動真空泵，達到工作壓力。接收到總控發出的“反推到位”與“小車到位信號”后，機械手下降吸料。機械手自動下降到板面后停止，開始吸附，當達到吸附壓力后，輸出壓力達到信號。反推和對中擋板回位后，接受到“可以上升信號”，機械手上升。機械手上升到位后，定位氣缸縮回，行車開始前進。行車行駛到放板工位停止，定位氣缸頂出，機械手開始下降。機械手下降到位后，真空釋放，并打開吹氣閥，向吸盤吹氣。延時1秒后機械手上升。機械手上升到位后，定位氣缸縮回，行車返回，行車返回到原位，定位氣缸頂出，一次循環完成，等待下接受下一次信號。以此循環工作，按下“停止”按鈕，自動循環停止。

結語

在簡單介紹工業機械手的基礎上，對基于PLC的機械手控制系統的構成進行了詳盡的論述。（1）本論文機械手采用氣動和電動合理結合，具有節能、無污染、高效、低成本、安全可靠、結構簡單等特點；（2）用PLC作為控制器，優化了機械手的控制系統，機械手能夠自動運行或手動運行。

參考文獻

[1]西門子（中國）有限公司.http：//.cn.

[2]殷洪義.可編程序控制器選擇設計與維護.北京：機械工業出版社，2006：181-200.

篇(2)

論文關鍵詞：PLC,三維機械手,步進控制

隨著自動化控制領域的不斷發展，智能機械手的不斷推新，機器人手臂的智能化程度不斷提升，連續多角度控制的機器人手臂的出現，給機械手的教學帶來了新的挑戰。原來的教學機械手均以兩維空間模擬仿真教學為主。自2007年全國電工電子技能大賽以來，三維空間的機械手的教學需求尤為突出。

一、三維機械手的硬件結構

圖1所示是該三維機械手的實物圖。整個三維機械手能完成八個自由度動作，手臂伸縮、手臂旋轉、手爪上下、手爪緊松。手爪提升氣缸采用雙向電控氣閥控制，氣缸伸出或縮回可任意定位。磁性傳感器用來檢測手爪提升氣缸處于伸出或縮回位置。手爪抓取物料由單向電控氣閥控制，當單向電控氣閥得電，手爪夾緊磁性傳感器有信號輸出，指示燈亮，單向電控氣閥斷電，手爪松開。旋轉氣缸用來控制機械手臂的正反轉，由雙向電控氣閥控制。接近傳感器用來判斷機械手臂正轉和反轉到位后，接近傳感器信號輸出。雙桿氣缸用來控制機械手臂伸出、縮回，由雙向電控氣閥控制。氣缸上裝有兩個磁性傳感器，檢測氣缸伸出或縮回位置。緩沖器對旋轉氣缸高速正轉和反轉到位時，起緩沖減速作用。

二、三維機械手的動作過程

圖2所示是該三維機械手的動作示意圖。當需將工件有右工作臺搬至左工作臺時，在按下啟動的時候，右工作臺傳感器判斷有無工作，若有機械手動作，若無，機械手停止。當機械手左旋并前伸到位準備下降時，為了確保安全，必須在左工作臺上無工件時才允許機械手下降。也就是說，若上一次搬運到左工作臺上的工件尚未搬走時，機械手應自動停止下降。

圖1 三維機械手實物圖 圖2三維機械手動作示意圖

三維機械手的工作過程為：（1）從原點開始前伸；（原點位置為機械手右旋到限位，手臂縮回，手爪上升到上限位，手爪放松）（2）到前限位后開始下降；（3）倒下限位后，機械手加緊工件，延時2s；（4）上升；（5）到上限位后，縮回；（6）到后限位后，左旋；（7）到左限位后，前伸；（8）到前限位后，下降；（9）到下限位后，機械手松開，延時2s；（10）上升；（11）到上限位后，縮回；（12）到后限位后，右旋，返回原點。

根據三維機械手的工作過程及要求，可以畫出機械手的動作流程圖，如圖3所示。

圖3 機械手動作流程圖 圖4機械手狀態轉移圖

三、PLC硬件的選擇和I/O點分配

PLC的種類非常多，根據三維機械手的控制要求，由于其輸入、輸出節點少，要求電氣控制部分體積較小，成本低，并能夠用計算機對PLC進行監控和管理，故選用日本三菱（MITSUBISHI）公司生產的多功能小型FX1N-40MR-001主機。該機型合計有輸入輸出點40個，其中24個輸入點和16個輸出點，采用繼電器方式有觸點輸出，能交流、直流負載兩用。內部主要有：輔助繼電器1280個，其殊功能輔助繼電器256個，斷電保持輔助繼電器1152個；狀態繼電器1000個；定時繼電器256個；計數繼電器256個；數據寄存器8256個。

根據圖3所示的三維機械手動作流程圖，確定電氣控制系統的I/O點分配，如表1所示。

根據圖3流程圖和表1的I/O分配表，可以編制出機械手的狀態轉移圖，如圖4所示。

四、控制程序的設計方法及編程運行

常用的PLC程序設計方法有經驗法和順序功能法。根據圖4狀態轉移圖，編制的步進梯形圖程序如圖5所示。

表1 三維機械手控制I/O分配表

輸入

輸出

名稱

輸入點

名稱

輸出點

停止

SB1

X0

手爪緊/松氣缸閥

YV1

Y1

啟動

SB2

X1

手臂氣缸伸出閥

YV2

Y2

物品檢測傳感器

SQ0

X2

手臂氣缸縮回閥

YV3

Y3

氣動手爪傳感器

SQ1

X3

提升氣缸下降閥

YV4

Y4

旋轉左限位接近傳感器

SQ2

X4

提升氣缸上升閥

YV5

Y5

旋轉右限位接近傳感器

SQ3

X5

旋轉氣缸左移閥

YV6

Y6

伸出臂前點限位傳感器

SQ4

X6

旋轉氣缸右移閥

YV7

Y7

縮回臂后點限位傳感器

SQ5

X7

提升氣缸上限位傳感器

SQ6

X10

提升氣缸下限位傳感器

SQ7

X11

圖5 步進控制梯形圖

圖5中，M8044是用作原點條件，判斷機械手是否在原點開始工作。

如果要實現斷電保護，在圖5的步進控制梯形圖中，將普通輔助/計時/狀態繼電器均換成斷電保護型。

上電后，直接初始狀態繼電器S0，在滿足原點條件繼電器M8044下，按下啟動按鈕SB2，X1得電，進入等待狀態繼電器S20；此時物品檢測傳感器SQ0檢測到上料端有料，X2得電，進入機械手臂伸出狀態S21；機械手伸出Y2得電，機械手前伸到前限位時，進入機械手下降狀態；機械手下降Y4得電，機械手下降到下限位時，進入機械手抓料延時狀態；機械手抓緊并延時，延時時間到，進入機械手上升狀態…………如此，每當該步動作到位，限位條件滿足時，狀態轉移進入下一工作步，進行動作。

需要停止時，按下停止按鈕SB1,X0得電，停止標志繼電器M0得電并自鎖，當機械手右旋到有限位時，如果停止標志有信號，則機械手回到初始狀態，如果停止標志沒有信號，則機械手進行下一周期的搬運工作。

五、結束語

本文以三維機械手為例介紹了日本三菱MITSUBISHI公司生產的FX1N系列微型可編程控制器在步進控制中的設計應用。闡述了三維機械手的動作原理，設計要求，程序設計方法等。本文介紹的程序在實際生產和各屆各級電工電子技能大賽中獲得成功的應用。

參考文獻

[1] FX1N series Programmable Controllers Hardware Manual，Mitsubishi electric corporation，1999

[2] MITSUBISHI ELECTRIC CORPORATION 三菱微型可編程控制器MELSEC-F FX1N使用手冊 2007.11.

[3] 亞龍YL-235A型光機電一體化實訓考核裝置實訓指導書.亞龍科技集團.2008.

篇(3)

【關鍵詞】磁性材料；PLC；取出機械手

引言

在發達國家中，工業機器人自動化生產線成套設備已成為自動化裝備的主流。國外的汽車、電子電器、工程機械等行業已經大量使用工業機器人自動化生產線，以保證產品的質量，提高生產效率，同時避免了大量的工傷事故。機械手是最普遍的一種機器人，是機械技術、電子技術、自動控制技術結合的產物。自1959年美國人英格伯格和德沃爾制造出世界上第一臺工業機器人起，在過去的半個世紀里，機器人技術取得了長足的發展。美國、日本、德國等國較早對機器人開展研究并加以應用[1-3]，近年來中國也步入了機器人發展的快車道[4-7]。

我公司主營業務為磁性材料、磁器件、磁分離及相關配套設備研發、生產與銷售。在以往的生產模式中，經鍛壓后的磁器件主要由人工操作取出，這種模式效率低下且存在安全隱患。特別是伴隨著人力資源的短缺、勞務支出成本的增加、機器人技術的不斷提升以及價格不斷下降，采用一款合適的取出機械手來替代人工操作變得日趨重要。在此背景下，經過公司的多次調研論證，選用了杭州史賓納機械設備有限公司的磁性材料濕壓液壓機取出機械手，生產實踐表明，機械手的引用有效的提高了公司的生產效率、改善了產品質量、節約了生產成本。

1 機械結構組成

取出機械手系統機械部分主要由主機和收放紙系統構成（如圖1所示）。主機包括框架，吸取部，檢測部和傳送帶部等。收放紙系統由放紙部和收紙部兩部份組成。

框架結構采用型材焊接，與液壓機相連接。吸取部進出機構采用導軌、齒輪、齒條進行傳動，伺服電機控制其進出速度和位置。檢測部分利用傳感器檢測模具上有無剩余磁性材料（以下簡稱材料）。為了生產的方便和減小機器的占地空間，把收放紙系統安裝在液壓機前后兩側，隨著液壓機模具一起上升或下降，用電機驅動。

圖1 系統結構總圖

1.液壓機 2.收紙部 3.放紙部 4.吸取部 5.傳送帶部 6.框架

2 工作原理

當液壓機部分完成工作以后，向上移動產生一個開模高度，開模高度必須滿足機械手的工作要求，本產品的最小開模高度150mm。通過伺服電機驅動取出部移動至產品上方，真空泵產生真空，利用吸盤的內外產生壓力差抓取材料。對于抓取物體的真空吸盤部分，需要配備真空發生器，由于真空吸盤是抓取物體的關鍵部分，為了防止物體脫落，真空發生器所產生的吸力必須大于或者等于物體的重力。

真空發生器的吸引公式為：

其中：F為真空發生器所產生的吸力； 為真空度； 為吸盤的有效面積； 為吸頭個數； 為安全系數，一般來說采用標準吸盤時 。

假設吸盤所抓取的物體最大質量為1kg，吸頭的個數 為6個，有效面積 。通過上述公式計算出 。

檢測部對液壓機模具進行檢測是否有剩余材料，如果有剩余重復上述運動過程。當模具上所有材料均被抓取時，取出部向外移動到目標位置，然后下降，將材料放置在傳送帶上，最后上升到初始高度。上升、下降的兩個過程由四個氣缸進行驅動，通過電磁閥對氣缸進行控制。

當材料取出并放置到傳送帶上后，傳送帶下降到一定目標位置，為下一模產品疊放做準備。當疊放數量到達后，傳送帶向外移出一定距離，然后再上升到上限傳感器的位置后停止，開始重新疊層。傳送帶采用螺旋升降機及四導柱方式完成傳送帶的上下移動。取出部的整個取出、放置和傳送帶的下降的工作周期為8秒，材料疊放層數設計為三層。壓力模具每次工作后由噴霧部分進行清洗，脫模劑桶內的壓力一般設為0.4MPa。

圖2 運動過程簡圖

1.齒輪 2.排氣閥 3.吸頭 4.真空泵 5.傳送帶磁環檢測傳感器

6.傳送帶上下傳動裝置 7.帶輪 8.傳送帶 9.剩余磁環檢查傳感器

10.清掃部 11.氣缸

3 控制系統

控制系統一般由計算機和伺服驅動器組成，前者發出指令協調各運動驅動器之間的運動。同時完成編程和其他環境狀況（傳感器信息）、工藝要求、外部相關設備（吸頭裝置等）之間的信息傳遞和協調工作，后者控制各個運動的控制器，使各部分按照一定的速度、加速度和位置要求進行運動。

3.1 整體方案

本系統選用三菱公司生產的可編程控制器（PLC）FXIN-485-BD進行控制，其中取出機械手橫向的輸入輸出部分采用電機控制，為了使取出機械手的精確定位，采用伺服電機進行控制，電機通過聯軸器帶動齒輪，從而帶動機械手沿直線導軌橫入橫出，而取出機械手的上下行，抓取部分則采用氣動控制，PLC通過繼電器對電磁閥加以控制，而電磁閥通過控制氣缸從而控制取出機械手的上下行動作。關于傳送帶的上下運動部分采用電機進行控制，電機通過減速器和聯軸器與絲杠連接，從而帶動傳送的上下運動。傳送帶的輸出部分采用電機驅動，電機于帶輪通過鍵連，驅動帶輪轉動。收放紙系統部分同樣采用電機用驅動，電機通過聯軸器和紙筒轉軸以鍵連接進行驅動。此外，同時采用觸摸屏進行人機對話，直觀且便于操作。

圖3 結構圖

3.2 電機系統

考慮機械手的橫向運動有著負重大，移動速度快等特點，如果采用氣缸驅動很容易產生氣缸密封圈泄露等現象，所以采用伺服電機驅動。

PLC通過所發脈沖的頻率和數量控制機械手部伺服電機和傳送帶的電機以控制其速度和位置，脈沖信號通過信號分配在經過功率放大驅動電機帶動負載工作。

3.3 氣動系統

氣動控制系統的I/O接線圖如圖4所示，由PLC控制電磁閥的通斷從而實現吸取部分的上下行動作。根據實際的工作需要吸取部分的上行動作負重較大采用動力較好的氣缸并且減小其行程。下行部分負重較小，可采用普通氣缸。

圖4 PLC的I/O接線圖

4 軟件設計

4.1 PLC程序設計

PLC的整體結構包括手動、自動程序，原點復位程序，公用程序四個部分。其中自動程序包括系統在全自動模式下的程序和系統在單循環模式下的程序。PLC的程序流程圖如圖5。

圖5 PLC程序流程圖

4.2 觸摸屏設計

觸摸屏的軟件設計包括創建換面和變量的設計，并將之與PLC連接。畫面的創建包括輸入/輸出區域組態，指示燈組態，功能鍵組態和文本顯示等格式，根據機械手的要求設計出所需要的畫面。所設定的變量就是把觸摸屏的組態功能與PLC相應的I/O接點及存儲單元之間建立聯系，實現觸摸屏敏感元件對PLC參數的輸入，PLC當前值及報警系統向觸摸屏的輸出。

5 結論

本文所介紹的取出機械手可以廣泛的應用于磁性材料生產。實踐表明，該產品可以快速、準確的對控制要求作出反應。并且具有工作效率高，性能穩定且噪音小等一系列優點。

參考文獻：

[1]ThangN Nguyen，Harry E Stephanou.Intelligent Robot Prehension [M]， USA： Kluwer Academic Publishers，1993.

[2]Roman H T，Pellegrino B A，Sigrist W R.Pipe craw ling inspection robots：an overview[J].IEEE Transaction on Energy Conversion，1993（08）.

[3]DuskoKatic， Miomir Vukobratovic.Survey of Intelligent Control Techniques for Humanoid Robots[J].Journal of Intelligent and Robotic Systems，2003（06）.

[4]肖雄軍，蔡自興.服務機器人的發展[J].自動化博覽，2004（06）.

[5]張家梁，呂恬生，宋立博，王鈞功.電動連續式爬纜機器人設計理論分析與試驗[J].上海交通大學學報，2003（01）.

篇(4)

Abstract： Through the statistical analysis on four aspects of papers' published year， involving fields， research agencies and the first author which is related to study virtual prototype technology application included in Chinese sci-tech periodical database of VIP， this paper summarized the research condition of application of virtual prototype technology in nearly 10 years， and found that the research institutions of application of virtual prototype technology focus on colleges and universities， and suggested enterprise should apply virtual prototype technology actively to improve their market competitiveness.

關鍵詞： 虛擬樣機技術；論文統計；計量分析

Key words： virtual prototyping technology；paper statistics；quantitative analysis

中圖分類號：C53 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2013）09-0312-02

0 引言

虛擬樣機技術是上世紀80年代隨著計算機技術的發展而迅速發展起來的一項計算機輔助工程技術。設計人員在計算機上建立能夠反映產品特性的樣機模型，用樣機模型代替物理樣機在各種工況下進行仿真試驗和分析，測試和評估產品的整體性能，進而不斷改進和優化樣機模型的設計，直至獲得最優設計方案后，再制造物理樣機[1]。虛擬樣機技術改變了傳統的產品研發和設計思想，極大地降低了產品研發和設計的技術風險和開發成本，縮短了研發周期，提高了產品性能，加速了新技術向產品轉化的開發、研制與使用過程。進入21世紀以來，虛擬樣機技術及其應用在發達國家已經獲得重大進展，被廣泛地應用于各個不同領域。世界眾多著名的制造公司在生產開發過程中都廣泛采用虛擬樣機技術，設計、裝機、測試都在計算機中模擬完成，保證了產品一次試制成功[2]。虛擬樣機技術的應用，使企業能夠以最低的成本快速推出產品，迅速搶占國際市場，提高了企業的市場競爭力，為企業帶來巨大的經濟效益和社會效益。

本文依托“維普中文科技期刊數據庫”這一平臺，通過對2003～2012年10年期間與虛擬樣機技術相關的期刊論文的檢索，采用論文計量學方法，對虛擬樣機技術的應用研究論文進行統計分析，概括和總結我國虛擬樣機技術的應用研究狀況，以期為虛擬樣機技術今后在我國更廣泛地推廣應用提供參考。

1 數據來源及分析方法

本文以維普中文科技期刊數據庫收錄的期刊論文為統計分析源，以2003～2012年為時間條件，以“全部期刊”為期刊范圍，以“虛擬樣機”為題名或關鍵詞進行全部專業論文的檢索，經過整理匯總，刪除重復論文后共計2508篇。通過EXCEL將整理后的論文數據套錄成數據庫，采用論文計量學方法對論文的發表年份、涉及領域、研究機構以及第一作者等四個方面進行統計分析，概括和總結近10年來我國虛擬樣機技術的應用研究狀況[3]。

2 統計分析結果

2.1 虛擬樣機技術應用研究論文年份統計分析 從圖1和表1可以看出我國虛擬樣機技術應用研究論文數量的增長態勢。2003年至2009年期間，論文數量逐年增加，2004年和2005年，論文數量增加的幅度最大，之后增加幅度在逐年減小，2009年論文數量達到頂峰。這表明，2003年至2009年，我國虛擬樣機技術應用研究發展得比較快，并取得了大量的研究成果。但是，從2010年開始，論文數量較大幅度減少，特別是2012年，論文數量減少到152篇。產生這種現象的原因有可能是近三年對虛擬樣機技術相關的應用研究力度減小，也有可能是相關研究論文的產出以及中國學術期刊庫的收錄有一定時滯性[4]。

2.2 虛擬樣機技術應用研究涉及領域統計分析 筆者對研究主題涉及到我國航空航天、國防軍工、汽車與發動機、工程機械、礦產機械、農業機械、機器人與機械手、教育等領域的論文數量進行統計，結果顯示，我國虛擬樣機技術應用研究涉及各個領域，部分論文同時涉及多個領域，論文涉及領域分布情況見圖2。論文產出居前三位的領域是汽車、工程機械、機器人，這表明，隨著汽車、工程機械、機器人領域近十年來的迅猛發展，虛擬樣機技術應用研究在這些領域中也取得了不斐的成果。

2.3 虛擬樣機技術應用研究機構統計分析 在2508篇論文中，沒有署名作者單位的共有23篇。筆者將論文作者的工作單位分為本科院校、科研院所、企業和大專院校四類研究機構，統計結果見表2。發文數量最多的機構是本科院校，為2145篇，科研院所、企業和大專院校發文數量分別為419篇、368篇、117篇，其中科研院所、企業、大專院校與本科院校作者合著的論文數量分別為280篇、244篇、46篇，本科院校的發文數量遠遠高于其他機構。這充分顯示，本科院校是虛擬樣機技術應用研究的主要機構。

2.4 虛擬樣機技術應用研究論文作者統計分析 根據論文第一作者發文數量的統計結果可知，無作者數據的論文10篇，大部分作者1至2篇，發文數量排列前10位的作者見表3，其中，七位是本科院校的教授或講師，二位是博士研究生，只有一位是科研院所的高級工程師，由此可見，本科院校的教授和教師是虛擬樣機技術應用研究的中堅力量。

3 結論與建議

從“中國學術期刊網絡出版總庫”檢索及分析結果可以看出，2003～2012年10年期間，我國虛擬樣機技術應用研究發展迅速，至2009年達到頂峰，近年又逐漸回落；應用研究涉及領域極為廣泛，研究成果比較多的是汽車、工程機械、機器人領域；應用研究的主要機構是本科院校，應用研究的主要群體是本科院校的學者和教師。本文的檢索分析結果不一定能夠全面反映我國虛擬樣機技術應用研究狀況，但從一個側面反映了我國虛擬樣機技術的應用研究機構和群體比較單一。

虛擬樣機技術問世之后，得到許多發達國家制造商的高度重視，立即將這一先進制造技術引入企業的產品開發中，取得了很好的經濟效益。我國是一個制造大國，虛擬樣機技術的應用研究，不應僅在本科院校，不應僅有本科院校的學者和教師，更應廣泛推廣到企業和科研院所，讓廣大企業和科研院所的技術人員參與研究和應用。

面對日益激烈的市場競爭，我國企業應積極主動充分利用虛擬樣機技術，減小產品的技術風險，縮短產品的研發周期，降低產品研發的成本，提高產品的性能，從而增強企業的產品開發能力，提高我國企業在世界制造業中的地位和市場競爭力。此外，虛擬樣機技術的研究專家也應加強向企業推廣虛擬樣機技術，推動這一先進制造技術在我國企業和科研院所的普及和應用。

參考文獻：

[1]郭衛東.虛擬樣機技術與ADAMS應用實例教程[M].北京：北京航空航天大學出版社，2003.

[2]熊光楞，李伯虎，柴旭東.虛擬樣機技術[J].系統仿真學報，2001，（1）：114-117.

篇(5)

Abstract： Optimization design is to apply optimum theory and computing technology into the field of mechanical design to provide the optimization design methods for engineering design. MATLAB optimization toolbox has many characteristics， such as the programming workload is less， the grammar conforms to engineering design practice and so on. MATLAB software is applied in this article， the minimum transmission volume of the first RV reducer gear as the objective function to optimize design and put forward the optimal design example. Compared with the original design scheme， it achieves good optimization effect.

關鍵詞： MATLAB優化設計；目標函數；約束函數；RV減速器

Key words： MATLAB optimization design；objective function；constraint function；RV reducer

中圖分類號：TG457.23 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2015）25-0085-03

0 引言

機械優化設計是最優化方法與機械設計的結合，設計工具是計算機軟件及計算程序，設計方法是最優化數學方法。機械優化設計，就是在給定載荷及工作環境條件基礎上，在機械產品的性態、幾何尺寸關系或其他因素的限制（約束）的范圍內，根據設計要求及目標，選定設計變量、建立目標函數，并使其獲得最優值，設計出經濟可靠的機械產品。

換句話說，也就是在滿足一定約束的前提下，尋找一組設計參數，使機械產品單項或多項設計指標達到最優。機械優化設計因其目標函數和約束函數普遍呈非線性的特點，設計步驟為先根據實際的設計問題建立相應的數學模型，在建立數學模型時需要應用專業知識確定設計的限制條件和所追求的目標，確定設計變量之間的相互關系等，并使之滿足強度、剛度及運動學等約束條件。數學模型一旦建立，優化設計問題就變成了一個數學求解問題，應用優化理論，設計優化程序，以計算機為載體計算得到最優化設計參數。

美國可口可樂公司是全球最大的飲料公司，擁有全球市場48%的占有率，為降低生產成本，提升品牌競爭力，可口可樂瓶有一段優化設計的佳話，優化處理后的可口可樂瓶重只有原重量的80%，而瓶子的容量、性能卻絲毫未受影響，僅此一舉就節省了可觀的材料費用，帶來了可觀的利潤。

近年來制造業轉型升級、國家推出“機器換人”工程，把機器人、高端數控設備的應用推向了，但基于機器人的RV減速器一直是個技術難題，直接影響到機器人的工作性能指標。

RV減速器產品在結構上由一級漸開線齒輪傳動和一級擺線針輪行星傳動串聯構成，漸開線齒輪傳動構成第一級傳動，擺線齒輪行星傳動構成第二級傳動。RV減速器是一款剛度最高、振動最低的機器人用減速器，能夠提高機器人工作時的動態特性，減小傳動回差，而且還具有體積小重量輕、結構緊湊、傳動比范圍大、承載能力大、運動精度高、傳動效率高等優點。

RV減速器廣泛應用在機器人、數控機床行業，傳統設計全由設計人員手工完成，但在性能更好、使用更可靠方便、成本更低、體積或質量更小的指標要求下，希望能從一系列可行的設計方案中精選最優，傳統的設計方法做不到，因而有必要采用優化方法來確定其設計參數。

RV減速器優化設計要解決的問題，與其使用場合的具體要求有關。在保證傳動能力的條件下要求齒輪傳動及針擺傳動體積最小或質量最小；在要求較高時，需要優選齒輪的幾何參數使齒輪副具有形成油膜的最佳條件；優化齒輪傳動的慣性質量分配，以便最大限度地減少工作時間的振動和噪聲，以及傳動功率最大和工作壽命最長等。

對于不同類型的RV減速器，其優化設計具有各自的特點，設計變量一般選擇齒輪傳動的基本幾何參數或性能參數，如齒數、模數、齒寬系數、傳動比、螺旋角、變位系數和中心距等。

根據優化目標的不同，RV減速器設計可以有多種最優化方案，本文討論的是在滿足齒輪傳動強度、剛度和壽命條件下，使RV減速器轉矩最大、體積最小或質量最小。

基于RV減速器的機器人抓握機械手工況條件，8小時工作，正反轉，輕載平穩，空載起動，室內工作，使用壽命5年，在溫州職業技術學院工業中心單件生產，機器人機械手轉矩T3=20 N?m，轉速n3=5rpm，為優化設計對象，要求在保證齒根彎曲疲勞強度和齒面接觸疲勞強度的條件下，獲得轉矩最大、體積最小、重量最輕的傳動裝置。應用MATLAB軟件優化工具箱對電機轉矩做最大值優化，即應用fmincon函數對電機轉矩的倒數求最小值優化，優化的目的是求出在轉矩最大的情況下，齒輪傳動體積最小，實際上就是求齒輪齒數的取值。因此以轉矩最大為優化目標，建立優化設計數學模型。

1 目標函數

①工作載荷計算功率P3。

因為T3=9550*P3′/n3 ，代入得20=9550*P3′/5，所以P3′=0.01kW，把P3′打上機器工作載荷系數K=1.5，得

P3=P3′*K=0.01*1.5=0.015kW

②應用針擺傳動效率η2=97%，計算第二級針擺傳動功率P2，得

P2=P3/η2=0.015/0.97=0.016kW

③應用漸開線齒輪傳動效率η1=95%，計算第一級齒輪傳動功率P1，得

P1=P2/η1=0.016/0.95=0.017kW

④應用電機傳動效率η=99%，計算電機功率P，得

P= P1/η=0.017/0.99=0.018 kW

⑤計算電機轉矩。

因為RV減速器總傳動比為i=-Z2/Z1*Zb，則電機轉速為n=i*n3=5*（-Z2/Z1*Zb），

所以電機轉矩為T=9550*P/n=（9550*0.018）/（5*（（Z2/Z1）*Zb））N?m

對于第二級針擺傳動，設計采用一齒差擺線針輪行星傳動，因此針齒齒數Zb必須為偶數，Zb用數學表達式來表達，即Zb=2*k，而10≤k≤50，則電機轉矩表達式為

T=（9550*0.018）/（5*（（Z2/Z1）*（2*k）））N?m。

所以，電機轉矩表達式有3個變量Z1、Z2、k，即X=[x1，x2，x3]T=[Z1，Z2，k]T，表達式變為T=（9550*0.018）/（5*（（x（2）/x（1））*（2*x（3））））。

機械手的工作要求是轉矩足夠大，而MATLAB軟件的fmincon函數只能進行最小值優化，所以對電機轉矩求倒數，對電機轉矩的倒數作最小值優化，即

1/T=（5*（（x（2）/x（1））*（2*x（3））））/（9550*0.018），

所以在MATLAB中，目標函數f（x）=（5*（（x（2）/x（1））*（2*x（3））））/（9550*0.018）。

2 非線性約束條件

①非線性約束條件1。

根據機器人抓握機械手工況條件、載荷條件，可以判定齒輪幾何尺寸不大，模數較小，初定為0.5或1mm；轉矩也不大，約為20N?m，電機轉矩理論上應該可以控制在1 N?m以內，即T=（9550*0.018）/（5*（（x（2）/x（1））*（2*x（3））））≤1，則

1/T=（5*（（x（2）/x（1））*（2*x（3））））/（9550*0.018）≥1

所以1-（5*（（x（2）/x（1））*（2*x（3））））/（9550*0.018）≤0構成非線性約束條件1。

②非線性約束條件2、非線性約束條件3。

RV減速器對總傳動比有范圍要求，140≤i≤180，即

140≤（（x（2）/x（1））*2*x（3））≤180，展成兩個表達式，即

140-（（x（2）/x（1））*2*x（3））≤0，（（x（2）/x（1））*2*x（3））-180≤0，整理后140-（x（2）/x（1））*2*x（3）≤0及（x（2）/x（1））*2*x（3）-180≤0構成非線性約束條件2、3。

綜上，非線性約束條件共3個，

1-（5*（（x（2）/x（1））*（2*x（3））））/（9550*0.018）≤0140- （x（2）/x（1））*2*x（3）≤0（x（2）/x（1））*2*x（3）-180≤0

3 線性約束條件

①線性約束條件1、線性約束條件2。

為使RV減速器偏心軸軸承與擺線輪之間的作用力不至過大，漸開線齒輪傳動中心距a應是針齒基圓半徑R的0.35～0.65倍，這個可歸為結構尺寸條件。

因為要設計出在轉矩最大前提下，體積最小質量最輕的RV減速器，必須使齒輪傳動的中心距最小，RV減速器的結構緊湊，所以初定針齒基圓半徑R=（30～40）mm，所以

a=（0.35～0.65）*R=（0.35～0.65）*（30～40）=（10.5～26）mm，取整后11≤a≤26。因為

a=1/2*m*（Z2+Z1），因為模數越小，齒輪的幾何尺寸就越小，所以模數取0.5，則

a=1/2*0.5*（Z2+Z1）=0.25*（Z2+Z1），所以11≤0.25*（Z2+Z1）≤26，即

11≤0.25*（x（2）+x（1））≤26，展成兩個表達式，

-0.25*x（1）-0.25*x（2）≤11及0.25*x（1）+0.25*x（2）≤26構成線性約束條件1、2。

②線性約束條件3、線性約束條件4。

為使第二級擺線針輪行星傳動部分輸入轉矩不至過大，第一級漸開線齒輪傳動的傳動比必須控制為i≥1.5，但單級齒輪傳動比又不宜大于5，所以1.5≤Z2/Z1≤5，即

1.5≤x（2）/x（1）≤5，展成兩個表達式，

1.5*x（1）-x（2）≤0及-5*x（1）+x（2）≤0構成線性約束條件3、4。

③線性約束條件5、6、7。

小齒輪齒數的取值范圍8≤Z1≤20，展成兩個表達式，-Z1≤-8，Z1≤20，即

-x（1）≤-8及x（1）≤20構成線性約束條件5、6。

大齒輪齒數的取值范圍Z2≤100，即x（2）≤100構成線性約束條件7。

④線性約束條件8、9。

因為Zb必須為偶數，所以Zb用數學表達式來表達，即Zb=2*k，10≤k≤50，展成兩個表達式，-k≤-10，k≤50，即-x（3）≤-10及x（3）≤50構成線性約束條件8、9。

把9個線性約束條件寫矩陣表達式，即

-0.25 * x（1）- 0.25 * x（2） ≤-11

0.25 * x（1）+ 0.25 * x（2） ≤26

1.5 * x（1）- x（2） ≤0

-5 * x（1）+ x（2） ≤0

-x（1） ≤-8

x（1） ≤20

x（2） ≤100

-x（3） ≤-10

x（3） ≤50

4 MATLAB編程

把上述計算過程編寫成MATLAB程序，應用MATLAB軟件優化工具箱對電機轉矩做最大值優化，即應用fmincon函數對電機轉矩的倒數求最小值優化，優化的目的是求出在轉矩最大的情況下，RV減速器中心距最小，實際上就是求齒輪齒數的取值。

該數學模型為3個設計變量、12個約束條件的多元函數最小值問題，采用MATLAB軟件優化工具箱求解最優結果，進行非線性有約束多元函數最小值計算，命令函數為fmincon，主程序如圖1，非線性約束條件如圖2，程序運行結果如圖3。

程序經過6次迭代計算，MATLAB計算優化結果：

Z1 =9.7009，Z2=34.8305，k=19.4962，1/T=4.0721，

即T=0.24 N?m。

5 數據優化處理

因為齒數一定為整數，所以取Z1=10，Z2=36，i1=36/9=4。

又因為Z1

因為齒輪模數m=0.5mm，所以齒輪傳動中心距a=0.5*m*（Z2+Z1）=0.5*0.5*（48+12）=15mm，滿足初定的齒輪傳動中心距取值范圍11～26mm。

用優化處理的參數計算電機轉矩的最大值T=0.24 N?m。

6 比較與結論

RV減速器齒輪傳動原設計電機轉矩為0.2N?m，中心距為20mm，經過MATLAB軟件優化工具箱優化處理，電機轉矩增至0.24N?m，中心距降為15mm，滿足齒根彎曲疲勞強度條件和齒面接觸疲勞強度條件，在保證傳動能力的前提下減速器體積減少了約30%，效能非常可觀。

參考文獻：

[1]鄭寶乾.ZD型減速器整體結構有限元模態分析[J].煤炭技術，2010，12（18）.

[2]席平原.應用MATLAB工具箱實現機械優化設計[J].機械設計與研究，2003，19（3）：40-42.

篇(6)

論文摘 要: 概括說明機械電子控制產業發展的情況,重點介紹計算機技術在機械電子控制產業領域以及工業生產制造和人們日常生活中的廣泛應用。

0 引言

現代科學技術的發展極大地推動了機械工業領域的變革,同時給相關生產產業帶來了巨大的影響,提高了生產水平和技術。隨著各種技術之間相融合的發展,以計算機電子技術、機械技術為核心的機電控制領域將給工業及科研等領域帶來更多的實際應用。

1 計算機技術與機電控制技術的發展概況

1.1 計算機控制理論的形成與技術的發展

忽略數字信號的量化效應,可以將計算機控制系統看成采樣控制系統,在這一系統中,將其中連續的環節離散化,則整個系統又可看成由不同的離散系統構成。計算機控制理論的發展主要是將采樣理論、差分方程、變換理論、狀態空間理論和系統辨識自適應控制等理論綜合應用到控制技術中,使計算機控制系統有了初步發展。對于結構復雜、時變的非線性系統,控制系統則融入了魯棒控制、模糊控制、預測控制等多種新型理論,逐步形成了工業過程控制系統的一個新方向。

自世界第一臺電子計算機問世后,計算機首先被用來自動檢測化工生產過程的過程參量并進行相關的數據處理,同時也研究了計算機的開環控制。到二十世紀六十年代,出現了用于過程控制的計算機,實現了直接數字控制。后經集中式計算機控制系統發展到現在的以微處理器為核心的分層式控制系統控制,通過計算機對生產過程進行集中監視、操作和管理控制等。伴隨著計算機處理器等技術的發展,計算機控制技術也隨之發生相應的變革,最終應用到工業生產中并對其產生巨大影響。

1.2 機械和電子控制技術的發展和現狀

在生產、科研等諸多領域里,有大量的物理量需要按某種變化規律進行控制。在二十世紀三十年代之前,工業生產多處于手工操作的狀態。最初采用基地式儀表控制壓力溫度等在一恒定范圍內,初步有了對工業生產的機械控制實踐。隨著電子技術的迅速發展和計算機控制系統的出現,直接實現了工業生產中各參量和過程的數字控制。計算機的微型化使控制技術更加智能化,同時將機械、電子、計算機技術和控制技術有機結合的機電一體化技術也得到迅猛發展,且越來越被廣泛的應用到各生產領域。目前主要形成并應用的機電控制技術主要有PID控制,PID是經典控制理論的代表,它吸收了智能控制思想并利用計算機的優勢,形成了自適應PID和非線性PID等更利于控制的變種PID控制器。另外還有模糊控制(FLC)、變結構控制等,均隨著計算機領域的發展在不斷地拓寬。

2 機電一體化的發展及在工業上的廣泛應用

2.1 機電一體化的簡介和生產應用

機電一體化是指在機構的主功能、動力功能、信息處理功能和控制功能上引進電子技術,將機械裝置與電子化設計及計算機軟件系統集合起來所構成的系統總稱,綜合運用機械技術、微電子技術、計算機技術、電力電子技術等對各生產領域的控制過程進行監督操作。它主要應用領域有數控機床,通過相應的數控技術,在工業操作上結構、功能、操作精度上都有明顯的提高。采用多CPU和多主線的體系結構,豐富了數控功能,也提高了生產效率。

柔性制造系統的應用是計算機技術和制造系統在機電控制工業的應用,是計算機化的制造系統。它主要由計算機、數控機床、自動化倉庫等組成。在工業上,它可以隨機地、按量地按照裝配部門的要求,生產其能力范圍內的任何工件,更適用于多品種,小批量等的離散零件的批量生產。

交流傳動技術的發展也是隨著電子技術和計算機技術的發展在工業上有了重要的應用,尤其是在鋼鐵工業中,使復雜的矢量控制技術得以實現,無論是大容量電機還是小容量電機現均可使同步電機或者異步電機實現可逆滑調速。也使交流傳動系統在軋鋼生產中得到廣泛的應用。

可編程控制器(PLC)是集計算機技術和自動控制化技術于一體的新型控制系統。這一系統解決了工業控制系統中大量開關控制的問題,逐漸取代了耗能多、故障率高的繼電器控制系統。隨著PLC技術的進步,其應用領域更是不斷擴大,可采集存儲數據,還可對控制系統進行監控。PLC能編制各種各樣的控制算法程序,完成閉環控制。這種過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應用。此外,隨著工廠網絡自動化的發展,PLC可實現通信及聯網功能,更有助于工業生產的控制過程的監控。如今,PLC技術已經被廣泛應用于冶金、石油、化工、建材、機械制造、電力、汽車、輕工、環保以及文化娛樂等各行各業。

2.2 計算機在機械和電子控制產業的應用實例

計算機技術和機械電子控制技術一體化的有機結合,不斷使相關的新技術應用到更多的領域中去,這些應用到的領域已經不再局限于工業的生產,更多技術是切身關系到我們日常的工作和生活。下面舉幾個具體實例來介紹計算機技術和機電控制相結合的實際應用。

PLC實現了機械手移動工件的控制過程。隨著世界經濟和技術的發展,人類活動的范圍不斷擴大,機器人的應用正迅速向社會生產和生活的各個領域擴展,并從制造領域轉向非制造領域,各種各樣的機器人產品隨之出現。隨著機器人的生產和大量應用,很多領域,許多單一、重復的機械工作由機器人(也稱機械手)來完成。工業機器人是一種能進行自動控制的、可重復編程的、多功能的、多自由度的、多用途的操作機,廣泛采用工業機器人,不僅可提高產品的質量與產量,而且對保障人身安全,改善 勞動環境,減輕勞動強度,提高勞動生產率,節約原材料消耗以及降低生產成本有重要意義。與計算機及網絡技術相結合應用的工業機器人的廣泛使用正在日益改變著人類的生產和生活方式。

農業方面,機械作業過程中駕駛室內的儀表盤正迅速由電子監視儀表取代并逐步由單一參數顯示方式向智能化信息顯示終端過渡,以此來改善人機交互界面。這種智能化顯示終端又被稱為虛擬化儀器顯示終端(Virtual Display Terminal),它代表了當代儀器與控制裝置發展的主流方向。它可通過屏幕任意選擇顯示機組中不同部分的終端信息,在屏幕上按操作者的需求,調用數據庫信息,顯示數據、圖形、語音等多媒體信息。另外,還可以將數據信息動態存入類似信用卡尺寸大小的高密度智能化數據存儲卡,將農業作業過程的數據信息通過智能卡帶回辦公室,由計算機應用高級軟件進行處理。也可以將管理者的決策和操作指令通過智能卡傳送到拖拉機上的智能控制終端,實現自動控制農機的操作。

PLC在自動售貨機中的應用。自動售貨機通過顧客選擇商品開關,投入的硬幣值由PLC驅動數碼管顯示,經過光傳感器識別,通過判斷,進行下一步操作,經過PLC的系統控制和信號輸出完成售賣過程。計算機技術和機電自動控制在自動售貨機中的這項應用極大方便了人們的生活,也使PLC的應用更加廣泛。

交通信號燈系統也是微機軟件應用到電子控制系統中的典型實例。通過主要應用PLC技術控制十字路口的信號燈動作。準確無誤的完成信號燈的變燈動作來控制時間,這項應用更是極大方便了人們日常生活工作的出行。

電腦橫機中計算機技術的應用給機械編織行業帶來了巨大的變革。現在的電腦橫機是一種涉及到計算機、機械、電子、控制等諸多領域的復雜系統。電腦橫機的編織是一個極其復雜的過程,最初的橫機是手動橫機,只能勝任比較簡單的編織過程。隨著計算機技術應用到電腦橫機中,通過電腦的自動控制,設計人員可對編織花型進行數字化設計,通過計算機數字直接控制機械的退圈、墊沙、脫圈、彎沙等相應的機械編織動作,由計算機指令控制系統完成整個設計的編織,極大地提高了工業生產效率。

與機電一體化相關的技術還有很多,并且隨著科學技術的發展,各種技術相互融合的趨勢將越來越明顯,以機械技術、微電子技術的有機結合為主體的機電一體化技術是機械工業發展的必然趨勢。

3 總結

在機械生產領域,電子技術和計算機技術的融入發展,機電一體化的形成是機械工業中的重要變革。通過不斷發展的計算機技術,使機電一體化相關的技術在諸多領域中得到了廣泛的應用。

參考文獻:

[1]張東寶,工程機械與控制技術[M].筑路機械與施工機械化,2007.

[2]馬增強等,數據采集系統的研究,微計算機信息,1998.

[3]王立新,淺談數控技術的發展趨勢[J].赤峰學院學報,2007.

[4]楊明等,機電一體化的研究現狀及發展趨勢,農機化研究,2006.

篇(7)

關鍵詞： 五年制高職 機電專業 畢業設計

一、引言

畢業設計是教學過程中最后一個重要的實踐性教學環節，五年制高職機電專業畢業設計的目的是培養學生綜合運用所學的基礎理論、專業知識和基本技能，提高獨立分析和解決問題的能力，也是培養以后從事企業進行技術改革工作的初步能力的一個重要環節。為了貫徹《關于全面提高高等職業教育教學質量的若干意見》（教高［2006］16號）文件精神，“以服務為宗旨，以就業為導向，走工學結合發展道路”的辦學方針，根據教育部高等職業教育畢業設計方面的要求，我們總結了近幾年各職業院校的實際教學經驗與教改情況：由具有豐富專業教學經驗及生產實際經驗的雙師型教師來指導學生的畢業設計，以工作任務為驅動、工作過程為導向的“教、學、做”三合一的職業技術項目的設計。其特點有以下幾點。

1.內容選擇上充分體現“理論夠用，能力為本，應用型人才培養”的新世紀應用型人才培養的思想，以工作任務為中心，彰顯針對性、實踐性和指導性強的特征，通過設計日常生活中經常遇到的實例，按照生產實際要求和實際方法、步驟，進行設計、選材、加工等。

2.精選日常生活中常見的典型題目，查詢所必需的一般設計資料和最新的國家標準及行業標準，對產品的加工工藝及畢業設計的相關知識進行必要的融合，對引導學生形成實踐計劃方案，完成具體的工作任務，針對性很強。

3.從拓展學生對本專業廣度和深度的要求角度出發，我們選擇了10個典型的畢業設計課題，對于培養學生解決實際問題有很好的作用。

從當前機電專業的普通高校的本科、專科；職業院校的專科、電大生五年制高職的學生畢業設計的情況（如下表）調查情況看：

1.普通高校的多以論文和樣品的形式，論文為主，樣品為輔；

2.職業院校的專科、電大生以論文的形式，論文為主；

3.五年制高職以論文和樣品的形式，論文為輔，機械加工產品為主。

畢業課題列表

根據高職學生的技能優勢，我校根據學生的實際情況，對2005級學生的畢業設計小組要進行課題的開題報告論證、要進行中期畢業設計進程的報告、要進行畢業設計答辯及畢業成果演示。

二、確定選題進行理論設計

05大專機電有兩個班級，80多人，我們把它分成10個小組。每個小組7―9名學生。

1.選題并確立10個課題。選題主要從機電專業的培養目標出發，在利于鞏固、深化、擴大所學知識；利于培養學生獨立工作能力，使學生能夠得到全面的訓練；盡可能與生產、科研、管理、教學等實際需要相結合。課題由指導教師組提供十個選題方向的主導意見，允許學生提供建議供指導教師組參考。選題應盡可能選擇已經在實際生產中投入使用的，在內容的深度和廣度符合教學要求、價格適中、能夠組裝完成的產品。選題難度要適中，任務量應保證中等水平學生經努力八周時間內能完成，不得選擇純論文性的選題。教師指導組經過分析、篩選提供的十個題目是：交通燈智能控制系統的設計、自動化立體倉庫的設計、弓形模具的設計、基于單片機的路燈照明控制系統設計與應用、物料自動分揀系統、圓形薄片沖裁模的設計、智能小車的設計、CA6140車床控制系統的設計、機械手的制作設計、四層樓自動控制系統的設計。

學生可以自由結合組成10個小組，但是每個組的人員不能偏差過大。每個小組組長根據學生個人的特點，合理地把小組成員進行分工。允許每個小組在10個課題內自選，每個小組完成一個選題相關資料的查閱工作。

根據選題時查閱資料的情況，學生要做好開題報告。開題報告是畢業設計可行性的論證，也可作為畢業設計（論文）答辯委員會對學生答辯資格審查的依據材料之一。此報告應在指導教師指導下，由學生在畢業設計（論文）工作前期內完成，經指導教師簽署意見及系審查后生效。

開題報告一般由本課題的研究目的及意義、本課題的國內外的研究現狀；本課題的研究內容和擬解決的主要問題、本課題的研究思路和方法、本課題的預期效果、本課題研究的進度安排六個部分組成。

中期匯報主要是學生對前期設計的情況是否和計劃中一致，存在什么問題，如何解決，后期如何修正計劃，可能出現什么問題，采取什么措施進行完善。答辯領導小組的建議。

2.畢業設計的書面文字的形成

畢業設計既要保證每個學生經歷一個課題的全過程，又要保證每個學生均有其獨立完成的部分。學生通過網上查詢，圖書資料的查閱，把自己的思路和指導老師交流，通過多次的修改后，形成書面文字，理論部分的文字說明和圖形不得少于8000字，不包括封面、目錄、總結、參考資料，等等。所有圖形、表格和文字都須用計算機打印，裝訂成冊，人手兩冊。

3.答辯

答辯是檢查學生畢業設計質量的一場“口試”。通過這一形式，有助于學生進一步總結設計、材料購買、零件加工、產品裝配的過程中需要注意的問題，提高應變能力及自信心，為真正走上社會打下堅實的基礎。答辯主要考查學生的一些專業基礎知識和基本理論。答辯的過程實際上也是幫助學生總結的過程。教師要積極引導學生總結在設計過程中積累起來的經驗，分析設計效果，找出不足和改進方法，幫助學生把實踐轉化成自己的知識和技能。答辯專家組由本專業的專家和校外院校專家組成，指導教師不能參加，并邀請學生家長和相關用人企業的領導參加，讓家長和企業了解畢業生的學習情況和工作能力，為下一步學生就業做好宣傳工作。

學生答辯小組，由本小組推選一到兩人主答辯，其他同學輔助答辯，主答辯要把小組人員的分配情況、開題報告的論證、設計的思路、設計過程遇到的問題及解決方法、零件購買、加工、裝配過程、演示效果進行匯報。專家組提出的問題原則上應該由分工的組員回答，其他同學可以進行補充，并充分利用畢業設計成果的運行，回答直到專家滿意為好。

4.成績評定

評定成績的根據主要有幾個方面：一是畢業設計的質量；二是答辯的表現，而答辯的表現不低于畢業設計的質量；三是選題報告；四是畢業設計中期匯報；五是材料購買的價格及質量的好壞的評定；六是產品加工、裝配后的運行效果如何。成績評定分優秀、良好、及格和不及格四個檔次。

三、產品的形成

購買小組的同學要進行市場調研，了解材料及各種零件的性價比。把需要的材料、外購件及標準件買回來。

負責加工小組的同學了解零件使用的材料及性能，熟悉零件圖紙，了解加工方法及加工設備。同學們有的要進行鉗工加工、焊接、車工加工、數控加工、線切割，等等。

裝配小組要了解機電設備的裝配工藝過程，做好裝配前的準備工作，研究和熟悉產品裝配圖及有關的技術資料，了解產品的結構，各零件的作用，相互關系及連接方法。確定裝配方法，確定裝配順序，檢查裝配時所需的工具、量具和輔具，對照裝配圖清點零件、外購件、標準件，等等。對裝配零件進行清理和清洗，對某些零件還需進行裝配前的鉗加工（如：刮削、修配、平衡試驗、配鉆、鉸孔，等等）。先進行組件裝配，再部件裝配，最后總裝配。調節零件和機構的相互位置、配合間隙、結合松緊，等等，使機構或機器工作協調(軸承間隙、鑲條位置、齒輪軸向位置的調整，等等）。用量具或量儀對產品的工作精度、幾何精度進行檢驗，直至達到技術要求為止。進行空運轉和負載運轉，試驗其靈活性、振動、溫升、密封性、轉速、功率、動態性能。凡要求不發生漏油、漏水和漏油的零件或部件在裝配前都需做密封性試驗。為了防止不加工面銹蝕和使產品外表美觀要進行噴漆和涂油處理。

四、實物成果演示

學生通過親自動手購買材料，加工零件，組裝產品，試運轉，收獲了成果，感到五年的學習還是有成效的，心理上得到滿足。小組成員輪流擔任演示員，向評委專家、企業領導、學生家長及學校領導、老師和學生展示自己的成果，向他們解說產品的功能；也是向領導、老師、同學們匯報自己五年來的學習是有效的勞動；還可以把自己畢業設計產品的制作過程用相機錄制下來，作為自己就業時的一種很好的推薦材料。

五、成果擴大

經過05級學生的第一次畢業設計的成功，我們對五年制高職畢業設計的前景有了很大的信心；06機電大專我們也選擇了10個不同課題，不同的是畢業設計指導老師的經驗豐富多了，把05機電學生畢業設計的優缺點分析給06的學生聽，讓他們在畢業設計中少走彎路；07機電大專也選擇了10個不同的課題，他們畢業設計的質量將會越來越高。現在我們的畢業設計成果展覽室的樣品越來越多，我們誠心地邀請領導、專家和同行們來我校指導、交流。

五、結語

我校機電專業的學生，通過畢業設計，既能符合普通大專生理論畢業設計的要求，又能把五年制高職學生的技能水平展示出來。這向社會說明在職業學校的學習是有很大收獲的，展示了高職學校學生的能力，向社會交出了一份滿意的答卷。

參考文獻：

［1］張桂香主編.機電類專業畢業設計指南.機械工業出版社.

［2］張華主編.電類專業畢業設計指導.機械工業出版社.

［3］孫波主編.機械專業畢業設計寶典.西安電子科技大學出版社.

［4］宋守許，劉志峰，夏鏈，李軍鵬，李旗號.工科大學畢業設計調查及其分析.合肥工業大學學報.

［5］韓曉燕，張彥通，李漢邦.對本科教學工作水平評估中畢業設計評審的分析和建議.高教發展與評估.

［6］曹成茂，李玉潔.畢業設計質量的影響因素與對策研究.安徽農業大學學報.