FB体育 FB体育平台机械系论文(合集7篇)

　　仿真系统其主要实现的功能是通过虚拟的空间，使得学生通过人机界面在系统中实现对虚拟的装配、制造等课程实训，从而提升自身在机械工程专业应用的能力。本文以本校作为实例，结合学校自身的专业情况，将该仿真软件的功能分为虚拟工厂、虚拟制造、虚拟装配和虚拟评价等不同的实训的功能模块。其具体的整体功能设计如图2所示。（1）虚拟工厂环境该模块主要向学生展示在机械设计、模具制造等过程中与工厂的实际相符合的相关背景，从而让学生通过仿真软件可置身在真实的工厂环境当中。同时该功能还提供如机床、量具等相关的模型。（2）虚拟装配该模块是让学生对简单的机械制造模具，如机床、刀具等进行装配，同时在该模块当中还包括简单的机械零部件。（3）虚拟制造该模块的功能则是在虚拟的三维工厂环境中，实现对相关的制造产品的加工、装配和调试。如学生选定轴承类的模具进行加工的时候，会涉及到相关的模具、刀具等的基本的参数，另外还包括其加工的工艺步骤等，系统则会根据其工艺的步骤，自动让学生对每个环节进行实际的操作和训练，从而直至完成对整个模具的加工。（4）学习评价本模块的功能是对学生在设计和操作过程进行评价，从而客观的反应学生在整个实训的过程中存在的问题和需要改善的环节，以此更好的促进学生对课程实训内容的理解。

　　对仿真系统的开发软件有很多，在通常情况下都运用美国微软公司的MFC作为开发的基本框架，同时在开发后采用OpenGL软件对其进行三维立体的渲染，从而增强三维效果。但是采用该开发方式需要处理大量的代码的编辑工作，其设计出来后所得到的三维效果也比较差，因此，在本设计中采用Unity3D游戏引擎对软件进行开发。该软件的优势在于通过创建虚拟环境和实施动画等交换的方式，提供包括图像、文字、网络等的引擎支持，从而实现多功能的编辑器，并可在包括安卓、iOS、WindowS等在内的多个平台上运行，具有很强的优势。

　　在机械制造当中会涉及到的对模型的开发，包括对机床、刀具等。因此，需要采用专门的模型开发软件对这些基本的机械零件进行设计。在本设计，采用SPS软件公司开发的UG软件，该软件是集合CAM、CAD、CAE等为一体的计算机辅助机械设计系统，其在模型加工制造方面有着非常大的优势，并被应用航空、模具等制造业多年。其强大的曲面造型、虚拟装配、实体造型等功能呢，并可在对其进行设计的过程中运用有限元、机构运动、动力学等各种分析，因此大大的提高了软件设计的效果和可靠性。同时其简单的代码生成程序，使得在后续的开发中可节约大量的代码开发的时间，并且其提供的二次开发的语言具有简单和功能多等特点。而对三维模型的渲染则采用常用的3Dmax三维立体软件，该软件具有全功能的三维计算机图形开发功能，从而成为现阶段使用的最多的三维软件之一。

　　为更好的实现对系统的开发，整体的体系架构采用B/S模式。选择该模式其主要是和传统的C/S模式比较，C/S是将相关的资源分配到客户端和服务端，从而通过该模式大幅度的减少对通信的开销，但是B/S模式结合其中的Script技术与ActiveX技术，减少了软件开发的成本和维护成本，因此，该系统选择B/S模式。

　　通过采用UG软件对三维立体模型进行构建，同时采用3DMAX立体软件对图片、模型的渲染，从而让学生能置身于真实的车间工作环境中，并通过建立模型库，从而为后续的装配和制造提供数据基础。

　　结合机械工程类课程，其需要仿真的项目很多，如机床、轴承等，在本设计中以机床加工作为案例。通过机床进行加工其需要将其动作分解成若干个不同的动作，包括控制刀具、工件之间的相对运动，从而加工出相应的制造模型。因此，首先采用三维立体软件3DMAX对其中的几何模型进行建模，包括主轴、床身、工装、刀架等。其中的各个模型有着各自的参数，可对不同的参数进行设置，并通过三维软件定义出不同零件之间的相互约束关系，装配出完整的机床。

　　本模块的设计以数控铣床为例，该模块的实现步骤则是首先导入数控铣床的模型；其次构建相关的工件所需要的毛坯的模型，并和数控的铣床实现装配的定位；第三，编辑NC代码，并设置相关的加工参数，包括其中的工件的坐标；第四则为系统的仿真运行和仿线篇

　　可变功能机械系统由不同的分功能组成，且功能间会发生耦合。笔者基于FBS概念设计模型对可变功能机械系统进行研究，先将各分功能独立，分别建立自顶向下的设计模型，即先对功能进行分解，由功能-行为映射求解得到相应的行为层级结构，分析相应的行为模型，得出映射层结构方案。可变功能机械的FBS模型详解如图1所示。在研究可变功能机械系统时，本研究将分功能到行为和行为到结构的映射并行研究，功能总和代表了各分功能不同模型的集合，系统实现其中一个功能时，另一个分功能处于待用模式，为加以区分，用功能符号“F”+“i”（数字）代表分功能序号，用“or”（或者）连接各分功能。之后本研究建立分功能的层级结构及相应的功能分解模型、行为过程层级结构及其行为过程模型，最后进行映射求解。这种并列的设计过程存在交集，即这些分功能间具有耦合性，系统的功能分解有部分相似，例如当农用拖车的连接器连接不同的耕作设备可以完成不同的生产功能，施肥机可以进行移动施肥，洒水机完成浇灌工作等，系统的动力功能和传动功能并未发生改变，改变的仅是执行端的功能。本研究将相似的功能结构和行为结构以及方案层的具体实施构件组合用虚线连接，代表它们之间存在的特殊联系。为具体表达该设计过程中的模型联系，基于经典相似理论中对序结构的定义，本研究将系统要素按一定组成规律、一定顺序出现的序列结构称为序结构，序结构与系统有着紧密的联系。根据可变功能机械系统概念设计层次，笔者对序结构进行特征分析，分为功能序结构、行为序结构以及方案序结构。由于篇幅原因，本研究仅对功能分解和行为结构的序结构表达进行描述，并构建相似模型。

　　2.1功能序结构和行为序结构模型相似包括功能相似以及行为相似，功能具有相同的效果不代表行为也具有相似性。研究系统相似度时需要衡量功能相似度和行为相似度不同的权重值，建立相似模型，从系统的角度将不同的功能及其行为映射用序结构表达出来，用系统要素的方式进行模型构建。功能是表达系统特性最抽象的方式，功能的表达需满足：（1）能根据给定要求表示设计者的意图；（2）能准确描述满足设计要求的设计对象；（3）能被定性或者定量地评价，并可以测定设计意图的满意度。功能的系统要素为能量、物质和信息，每个功能要素都有其输入和输出，因此可以运用“输入流-输出流”的方法进行功能描述。功能要素在时间和空间上有一定的顺序，即功能序。本研究将功能序的关系进行分类，分别有组成关系、时序关系和因果关系如图2、图3所示。时序关系又有顺序关系，并存关系。功能序是功能序结构的基础组成。在概念设计模型中，功能是一个模糊而粗糙的概念，而行为相对而言更为具体，能激发设计者的灵感，引导设计者保证三大流（即物质、能量、信息）的有序流动，不违背自然规律。行为的系统要素包括运动学要素、力学要素和能量要素。结合目前行为结构的表达方法，本研究统一用“输入流-输出流”的方式表达行为序结构。行为可以分为基本行为和组合行为。基本行为对应基本结构，较为简单；组合行为由基本行为构成，包括运动转换行为、执行行为、检测行为、控制行为等，这些基本行为通过一定的顺序连接起来形成组合行为。行为序就是指这些基本行为和组合行为间的连接，行为序结构则表达了行为序间的连接关系。行为序结构分类如图4所示。行为序的关系有以下几种：①串联顺序关系；②并联同时关系；③选择发生关系。

　　2.2基于序结构的相似模型构建由相似第一定律即序结构定律可知，不同类型、不同层次系统存在一定的序结构，当系统序结构存在共同性时，系统之间出现相似特性，相似性大小随序结构的共同性程度增大而上升，反之则下降。上节已将可变功能机械系统概念设计中的功能层和行为层用序结构进行表达来探索功能和行为的相似性，本节在此基础之上运用数学建模对相似度进行计算。可变功能机械系统具有一定的相似性，即相似度大于零，某些功能或行为能通过改变一些系统组成就能形成新的功能系统，若是没有相似性即相似度为零，那么整个分功能系统就转变成了多功能的单个系统的集合，不在本研究的研究范围之内。本研究将系统或者系统的一部分进行序结构构建和分析之后，为每个序进行编码，用eik表示序要素的集合，要素包含属性和特征值，属性由所属功能或者行为的输入输出流决定，i是分功能编号，k是序的编号。相似序的概念是将分功能序结构的要素和特征联系形成两两组合的有序偶，用(e1k,e2k)表示。相似度由相似序的个数和相似序对相似的影响权重所决定，相似度以q表示，相似序个数决定的相似度为q1，影响权重决定的相似度。权重的分配也是相似度量的重要环节之一，主要包括主观权重分配方法和客观权重分配方法。相似序模型分析之后根据经典相似理论进行数学建模，系统的总相似度由功能、行为和结构的相似度综合得出。本研究根据所建立的序结构进行系统知识表达，计算可变功能间的相似性，设机械系统共有两个可变分功能，特征参数取自输入输出流的类型和数值，如功能的能量类型和所代表的数值等，对整个系统进行相似模型构建，并计算相应的相似度数值。相似求解模型如图5所示。建模的一般步骤可表述如下：（1）分别对分功能系统进行层次划分，建立基于功能或者行为结构的模型。可用输入流输出流的方式按2.1节所述分别建立分功能的具体模型，对应的序结构统计如表1所示。

　　笔者选取典型的可变功能机械系统进行研究，选取如图6所示的机床作为研究对象，通过更换不同的刀具执行机构可以获得钻孔，扩孔和铰孔3个不同的功能。可以看出，这是一种通过改变系统执行机构达到改变功能的情况。本研究按上文所述的步骤进行分析，首先由系统的可变功能得到功能的序结构模型，所建立的模型如图7所示。表3所示机床的可变功能由更换执行机构来实现，在系统层面上达到了改变功能的要求。本研究按上文所述，根据所建立的序结构模型，通过分析相似要素应用公式（1~3）得到系统功能级的相似度数值。

　　1.1温度过高。主要原因有：油粘度过高、内泄严重、冷却器堵塞、泵修理后性能差及油位低、压力调定过大、摩擦损失大。液压系统的零件因过热而膨胀，破坏了相对运动零件原来正常的配合间隙，导致摩擦阻力增加、液压阀容易卡死，同时，使油膜变薄、机械磨损增加，结果造成泵、阀、马达等的精密配合面因过早磨损而使其失效或报废。

　　1.3因为泵不供油、油箱油位过低吸油困难、油液粘度过高、泵转向不对、泵堵塞或损坏、.接头或密封泄漏、主泵或马达泄漏过大、油温过高、溢流阀调定值低或失效、泵补油不足、阀工作失效造成的系统无压力或压力不足。

　　1.4因为泵工作原理及加工装配误差引起、控制阀阀芯振动、换向时油液惯性造成的压力或流量的波动。

　　1.5因为油温过高、油粘度过大及油液自身发泡、泵自吸性能低、吸油阻力大、油箱液面低、密封失效或接头松动、件结构及加工质量造成的气穴与气蚀。

　　2.1主观诊断技术：指维修人员利用简单的诊断仪器凭借个人的实践经验分析判断故障产生的原因和部位。方便快捷，可靠性较低，属于较简单定性分析。包括直觉经验法、参数测量法、逻辑分析法、堵截法、故障树分析法等。

　　直觉经验法指维修人员凭感官和经验,通过看、听、摸、闻、问等方法判断故障原因:看执行元件是否爬行、无力、速度异常，液位高度、油液变质及外泄漏,测压点工作压力是否稳定，各连接处有无泄漏及泄漏量；听泵和马达有无异常声响、溢流阀尖叫声、软管及弯管振动声等。摸系统元件的油温和冲击、振动的大小、闻油液是否变质、轴承烧坏、油泵烧结等。询问设备操作者，了解液压系统平时工况、元件有无异常、设备维护保养及出现过的故障和排除方法。

　　参数测量法指通过测得系统回路中所需点处工作参数，将其与系统工作正常值比较,即可判断出参数是否正常、是否有故障及故障所在部位，适于在线监测、定量预报和诊断潜在故障。

　　逻辑分析法指根据元件、系统、设备三者逻辑关系和故障现象,通过研究液压原理图和元件结构,进行逻辑分析,找出故障发生部位。

　　堵截法指根据液压系统的组成及故障现象选择堵截点，堵截法观察压力和流量的变化，从而找出故障的方法。堵截法快速准确，但使用较麻烦，拆装量大，需要整套的堵截工具和元件。

　　故障树分析法指对系统做出故障树逻辑结构图，系统故障画在故障树的顶端为顶事件，根据各元件部位的故障率数据，最终确定系统故障。适合较大型、较复杂系统故障的判定和预测。

　　2.2仪器诊断技术：根据液压系统的压力、流量、温度、噪声、震动、油的污染、泄露、执行部件的速度、力矩等，通过仪器显示或计算机运算得出判断结果。诊断仪器有通用型、专用型、综合型、其发展方向是非接触式、便携式、多功能和智能化。包括铁谱记录法、震动诊断法、声学诊断法、热力学诊断法等。如铁谱记录法，通过分析铁粉图谱，根据铁粉记录图片上的磨损粉末、大小和颜色等信息，准确得到液压系统的磨损与腐蚀的程度和部位，并可对液压油进行定量污染分析和评价，做到在线智能诊断技术：指模拟人脑机能，有效获取、传递、处理、再生和利用故障信息，运用大量独特的专家经验和诊断策略，识别和预测诊断对象包括模糊诊断法、灰色系统诊断法、专家系统诊断法、神经网络系统诊断法等。目前研究最活跃的是专家系统和神经网络，使故障诊断智能化，具有广阔发展应用前景。基于人工智能的专家诊断系统，是计算机模仿在某一领域内有经验的专家解决问题的方法，将故障现象输入计算机，计算机根据输入现象及知识库中知识按推理集中存放的推理方法，推算出故障原因，并提出维修或预防措施。人工神经网络是模仿人的大脑神经元结构特性，利用神经网络的容错、学习、联想记忆、分布式并行信息处理等功能，把专家经验输入网络，通过对故障实例和诊断经验的训练学习依据一定的训练算法，得到最佳接近的理想输出。

　　维修的目的在于保证机械设备运转的可靠性和经济性，维修方式的选择应从故障发生的安全性、经济性考虑。机械设备的维修方式是对机械维修时机和维修深度的控制模式。采用合理的维修方式可以有效地延长工程机械的使用寿命，提高机械设备的工作效率。

　　由于矿山设备工作状态的多样性及液压系统的愈加复杂，在生产实践中还应该积极研究与应用多种现代先进诊断技术。随着诊断技术智能化，高精度化，不解体化并与先进通讯技术，网络技术，智能传感器技术等现代信息技术的融合，矿山液压机械系统故障诊断的准确性，快捷性和便利性必将大大提高，

　　[1]朱真才，韩振铎主编.采掘机械与液压传动[M].徐州：中国矿业大学出版社.2005.

　　[2]谢锑纯，李晓豁主编.矿山机械与设备[M].徐州：中国矿业大学出版社.2000.

　　目前国外的机械工程教育正向着复合型人才和工程应用能力培养的趋势发展，学生不仅需要有坚实的数理科学知识，同时需要工程实践方面的训练，强调理解知识、掌握学习的方法、培养独立分析与解决工程实践的能力。在对教学内容和课程体系改革的进程中，不仅仅要加强理论教学和宽厚的基础知识的学习，更要注重工程实践教学环节，它是提高人才素质与能力的重要途径。因此使工程设计的功能与方法从验证理论知识扩大到应用知识与培养能力，从模仿设计上升到独立思考与创新设计，从单一的设计内容拓宽到综合性设计，重构机械类专业的新型工程实践教学体系，全面开展面向21世纪的工程实践内容和方法的探索与实践是十分必要的。

　　机械工程类专业主要培养的是工程技术人才—工程师，其培养的主体是大学本科生和硕士研究生，世界各国的经验表明，培养一名合格的工程师，要经历工程科学知识的学习、工程实践的训练和工作实践的锻炼，大约需要7~9年时间，学生毕业后，需要到企业工作3~4年，取得实际经验后才能成为现代高素质的企业工程师。其中工程实践的训练是十分重要的环节，它能够促进学生理论联系实际、学以致用，培养实际动手能力，因此全面改革工程实践教学，大力加强工程实践能力培养，力求突出专业特色，是工程实践教学体系改革的主要内容。

　　在制订教学计划时应根据社会需求，从培养多类型、多规格的人才培养思想出发，从有利于培养学生的创新意识、工程意识、工程实践能力、社会实践能力出发，对实验、实习、课程设计、社会调查、毕业设计（论文）和课外科技活动等实践性教学环节进行整体的、系统的优化设计，明确各工程实践教学环节在总体培养目标中的作用。把基础知识和专业技术知识与实践教学有机融合在一起，通过教学、实践各个环节的共同作用，注重创新意识、创新能力的培养，并贯穿于人才培养的全过程，坚持产、学、研相结合的方向，逐步形成完善的、能够体现基础性、系统性、实践性和现代性教学内容的工程实践教学体系。

　　全面系统安排实践性教学环节，就是在每个学期均安排有不同的实践教学环节，保证工程实践训练四年不间断。在实验教学方面，减少验证性实验，更新实验内容，有计划地开设设计型、综合性、创新性实验项目，充分调动学生的自主性，开发他们的思维潜能；实习作为培养学生的实践环节，是各高等院校的必修课，它对学生素质的培养和对学生进行机械制造装备和工艺教育起到了十分重要的作用，尤其是对数控机床等现代设备的操作和编程能力的培养、先进制造工艺的熟悉，因此应该把工作的重点放到理论与实践的结合上，让学生通过更多的生产实践去掌握所学到的技能知识，达到硬件软件兼备；加强课程设计环节，建立课程设计系列，加大综合设计力度，鼓励改革课程设计的教学内容，注重学生综合能力的培养，在每个专业至少设置一个综合性课程设计；毕业设计要着重加强现代设计方法和创新能力的训练，要强化学生科技论文写作能力的培养，同时应结合社会融入工程意识和经济观点。

　　工程实践的管理是一个系统工程，其内容要靠制度来体现，制度要准确、合理、可行、方便。首先应明确和理顺各级管理部门的职责范围和内容，明确工程实践在各个环节和各阶段上的建设方向、重点和主要任务，建立和完善各项工作和管理制度，使管理全面步入规范化和制度化的轨道；其次网络技术为实验仪器的运行状况、材料管理与统计、信息交流、管理手段的更新等方面实现科学的管理提供了基础和条件，应用网络技术对工程实践的实施和执行状况进行网络化管理，能够提高工程实践环节的服务水平，促进设备和人力资源的合理配置与优化，提高实验室和设备仪器的利用效率，提高管理的档次、快捷性和全面性，也有助于领导层进行评定、分析和决策。

　　机械工程类专业是一门实践性很强的、以培养工程技术应用型人才为目标的专业，因此在教学的每一个环节都必须配合相应的工程实践教学，来加强学生对理论知识的理解，同时也可以培养学生自己的实际动手能力。在实验仪器设备有限、实习条件相对较差的情况下，通过引入计算机技术和现代教育技术，改变传统的“定时定点”的同步教学方式，构建一种工程实践教学的新模式，从教学方法和手段上解决难题，笔者提出以下建议和设想：

　　（1）购买或录制大型现代化制造企业的高性能加工装备、先进制造过程和生产管理方面的录像或光盘，可以使学生对工程实践有直观形象的认识，对现代制造技术在企业的应用有更深的了解，尤其可以开阔学生的视野，使学生清楚地了解工程实践在制造业中的地位，增强学生的学习信心，培养学生的兴趣，提高学生的积极性。

　　（2）借助计算机和高档图形软件（如Solidworks、Pro/Engineer），利用虚拟现实技术，开发数控机床及其编程仿真系统，如JIBIC公司的CNC教学系统，在计算机上模拟数控机床的控制系统、操作、编程和加工过程、故障检测；利用MAT?鄄LAB、LABVIEW软件，开发虚拟仪器、虚拟仿线）植入多媒体技术，开展CAI工程实践教学，对实践教学中的操作步骤、要领与技巧，以及实践中难以用语言描述的微观组织、结构变化、形成过程等以动画形式直观体现出来，以提高教学的起点和授课信息量，提高教学的质量。

　　（4）探索合作教育的模式，把单一的培养模式改变成灵活多样的培养模式。合作教育是一种将校内学习和校外工作相结合的一种教育模式，通过与本地区企业联合建立实习基地或将学生送到企业进行实践锻炼一年的“三加一教学（即三年学校教学加一年企业教学）”、或每学年设置为三学期制，其中两学期在校内学习，一学期在校外进行实践工作，目的是为了加强学习过程中的理论与实践的联系，提高学生解决实际问题的能力，为学生广泛接触社会，积累工作经验，毕业后顺利就业提供机会。

　　要有计划地开设机构创新设计、产品造型设计、电子设计、包装装璜设计等方面的选修课；引导学生开展各种有益学生身心健康、扩展知识面、开拓视野、培养能力、陶冶情操的活动，开展自主实验、自主设计、自主实习等以学生为主体的自主性实践教学活动，以提高学生的综合能力和全面素质；要组织学生参加各种学术交流活动，以扩大视野、启发科学思维，创造条件把学生引导到各种科学研究活动中去，他们可以参加大学生科协组织的科技创新活动，也可以参加教师的科学研究工作；要积极组织各类科技竞赛，倡导学生参加科研活动，促进学生逐步实现学习知识与工程实践相结合。通过第二课堂活动，开展以学生为主体和中心的集体性自主实践教育活动和课外科研活动，如CAI设计大赛、计算机绘图大赛、机械创新设计大赛，培养学生工程设计思想、敢于创新的精神、分析解决工程实际问题的能力。

　　参加指导工程实践的教师和指导创新训练的理论课教师要协调配合，精心策划出实践教学每个环节，编写优秀的实用的教学实践教材，解决学生在工程实践和创新过程中遇到的构思、设计、工艺等诸多实际问题。要做好这项工作是很不容易的，一方面教师自身必须不断学习、不断实践，另一方面，学校领导要充分认识到加强工程实践的重要意义，有计划地培养一批理论知识深厚、经验丰富、实践能力强、德才兼备、勇于奉献、训练有素的师资队伍，只有这样，才能保证工程实践教学的质量。

　　1时铭显．美国工程教育改革与发展趋势[J].高等工程教育研究，2002(5)

　　2时铭显．面向21世纪的美国工程教育改革[J].中国大学教法，2002(10)

　　由于本文采用的地理信息系统GIS是组件式开发工具，使用支持ActiveX控件的终端可以实时监控和调度，所以着重介绍信息采集部分的硬件电路设计方案。想要对农业机械设备进行定位、监控和信息传输，需要每个农业机械设备安装一个基于嵌入式解决方案的系统，便于信息的采集、处理和互动。由于STM32具有极高的性价比，所以采用基于STM32的嵌入式解决方案，将GPS+GLONASS和CDMA等模块有效地组织起来，构成信息采集系统。

　　本设计中数据采集系统的主控制芯片采用意法半导体公司基于ARMv7架构的32位Cortex－M3内核的微处理器内核STM32F103VCT6。STM32具有产品种类多样化、性价比较高，易于开发等优点，逐渐在众多的Cortex－M3的微处理器崭露头角。其得益于它提出的一种基于固件库的开发方式，可以快速上手，用户只需要根据所需的应用调用库里的应用程序接口(API)，就可以迅速地开发出一个产品级程序。调用库忽略了底层寄存器的操作，大大降低了开发周期，便于一个产品上市收回成本。STM32F103VCT6(见图2)具有72MHz、48kB的RAM，256K的FLASH，100脚，处理速度、存储空间和管脚引用足够本设计使用，不到15元的零售价格极具性价比。另外，该款微处理器还具有各种通信控制器，如I2C、SPI、CAN和USART等，为各个模块之间通信建立良好的硬件基础，且便于升级。特别在本设计中使用了多个RS232通信，而STM32F103VCT6具有3个USART和2个UART接口，方便与各个模块电路通信。由于硬件和软件是相辅相成的，在STM32F103VCT6移植实时操作系统也很方便和简单。实践证明，该款微处理器在可靠性、稳定性、处理速度方面具有非常高的性能。

　　目前，世界最大的4个定位导航系统有美国的GPS定位系统、俄罗斯的GLONASS、欧盟的伽利略定位系统及我国的北斗定位系统。其中，广泛应用于民用的为GPS和GLONASS。GLONASS在2004年完善了定位系统后，性能更加稳定。传统的全球定位系统模块一般只采用单独的导航系统，即只能按照规定获取相应的单独某一个卫星信号，如只能接收到GPS卫星信号。相对于单独GPS和单独GLONASS定位，GPS+GLONASS双重模式定位具有定位速度快的优点，可以搜索到最多增加1倍卫星数量进行精确定位。特别针对峡谷、城市多重路径等复杂环境所设计，增加卫星数量提升优越的定位性能，目前已经广泛应用高端的手机、导航仪等民用电子设备当中。本设计中使用的是联发科技MTK的MT3333五合一全球卫星导航系统接收芯片，便于投入使用，只读取GPS和GLO-NASS的卫星信号;后期可以对系统进行升级读取北斗、伽利略和日本3家的卫星定位系统信号。由于MT3333具备了联发科技独特的AlwaysLocate软件技术，能够通过用户所处状态判断卫星接收模式，使导航更加精确、可靠，更能有效节约系统电力。该芯片出厂设定刷新率为1Hz，通过RS232通信，比特率为9600bps，通过模块电路和STM32F103VCT6连接。

　　本设计使用KS－97嵌入式CDMA模块将采集的数据通过无线通信方式与终端通信，信号覆盖广，通信简单易于控制。其中，KS－97嵌入式CDMA模块针对仪器仪表或者自动化等产品设计，具有体积小、性价比高等优点，广泛应用于物联网、电力、农业、工业当中。其内置PPP/TCP/UDP/IP协议，针对工业应用优化网络，CDMA的速率上下行最高153．6kbps，足以应付地理信息的信息传输。

　　采集系统的硬件电路需要安放在农业机械设备上，使用农业机械设备的12V电瓶电源或者外接4．2V锂电池，而系统使用的电压为3．3V，输入电压变化范围宽且压差比较大，故需要设计一个输入电压范围宽的电源电路。本设计采用德州仪器(TI)公司的TPS7A4700低噪声低压差线性稳压器，实现输入最小电压为3．0V，最大输入电压为36V，输出电流为1A，足以应付CDMA数据传输最大300mA电流的需求。

　　监控系统采集电路完成了对地理定位的信息的采集、通过CDMA模块向终端传输数据后，系统软件需要对该系统的硬件各个模块进行驱动、信息处理和控制。为实现控制的实时性，本设计采用μC/OS－Ⅲ实时操作系统。

　　实时操作系统是指外界事件或者数据变化时，能够接收并以最快的速度予以处理，其处理的结果又有能在短时间内控制生产过程或对处理系统做出快速响应，并控制所有实时任务协调一致运行的操作系统。因此，实时操作系统具有严格的事件响应，并且具有非常好的稳定性能。μC/OS－Ⅲ是Micrium公司开发的微型实时操作系统，因为STM32具备移植μC/OS－Ⅲ的条件，所以只需要修改部分μC/OS代码。本设计中主要从os_cpu．c和stm32f10x_it．c文件的修改进行阐述。μC/OS－Ⅲ的内核使用一个周期时钟中断，以计算任务延时时间和进行任务调度，FB体育 FB体育平台所以和STM32的SysTick一致，只需要注释掉os_cpu．h中的OS_CPU_SysTickHandler()和OS_CPU_SysTickInit()函数声明即可，修改os_cpu．c的文件和库文件一致，注释掉这两个函数即可。由于使用STM3的中断函数替换μC/OS－Ⅲ的中断服务函数，那么需要对stm32f10x_it．c文件进行修改。首先将该文件中原有的PendSV_Handler空函数注释掉，然后最重要的是编写SysTick中断服务函数。本设计使用IAR编译环境，使用PROBE插件即可对μC/OS－Ⅲ进行调试，为软件调试和系统调试提供很大方便。

　　配置SSS的系统功能是由一个个宏组成，这类可移植、扩展性强的代码都有类似于这样的文件，以一个系列的宏命令，配合子程序模块的条件编译语句实现功能剪裁。

　　根据以上设计建立的系统，实际应用在农业自动化相对较高的农场。本设计中主要应用在久保田PRO488联合收割机靠近电瓶位置。由于久保田PRO488联合收割机的直流12V电瓶维护方便，高达52Ah的容量，每月例行充电一次，平时例行补充蒸馏水即可工作，可以为本系统提供稳定的电源。在实际应用中，系统运行稳定。由于农机设备之间通信采用数字通信，传输可靠、隐蔽性强，能够在客户端上实现基础功能，如车辆点名、车辆信息追踪、命令下发、变更命令参数等功能，还能够查询到历史记录，一般采用回放、显示等方式。关键的统计分析中，可对各个农机设备传回的实时信息进行分析，对不同的设备之间不同类别主动查询报警记录、使用信息等。应用表明，系统运行效果良好，运行可靠稳定。

　　机电一体化机械系统通过运用计算机技术，由计算机系统进行协调及控制，从而完成运动、能量流和机械力等各项动力学相关的任务，同时其各个机电部件相互联系、相互配合和相互协调，组成完整的系统结构。基于该系统结构的程序性和任务性，在机电一体化机械系统的设计与研究上应该站在“系统”的相关角度，以便进行有效科学的安排设计。

　　机电系统具有良好的反应性能，即在系统接受某一指令后，能够较短时间内对该指令进行任务的执行，从而保证系统能够更加精确地完成任务。另外根据系统的运行状况，做好准确、及时获得相应指令的控制，能够增加任务完成和执行的准确性。

　　在机电一体化机械设计中，为了保证更好的系统精确度和反应性能，往往会在无间隙、低摩擦、高刚度和高谐振频率等方面对系统提出较高的要求。另一方面，还要求机电一体化机械系统有寿命长、体积小、重量轻和可靠性高等优点。

　　机电一体化机械系统中的传动机构，不仅仅是转速和转矩的转换器，耗时伺服系统中的重要组成部分，因此，在机电一体化机械系统设计要求中，传动机构首先要具有较高的精确度，同时必须满足重量轻、噪音低、体积小、运转速度高和可靠性高等方面的要求和特点，结合机电一体化机械系统中对伺服控制的要求和标准进行传动机构的设计研究，以便更好地提升系统机械结构中的伺服性能。

　　导向机构在机电一体化机械系统中主要起到的是导向作用和支撑作用，一般包括导轨和轴承等。导向机构的正常作用的发挥可以有效保证机电一体化机械系统中的组成部分和各个装置能够安全、准确完成指定的任务运动。

　　执行机构，是指在机电一体化机械系统中直接完成任务指令的操作装置和部分，一般情况下，执行机构所具备的高灵敏度和精确度以及高重复性能和可靠性，可以保证其根据不同的任务指令和相关要求，在动力源的推动下完成预先设定的各种操作任务。在目前经济快速发展的社会，计算机的应用能通过其强大有效的功能，使传统机电的动力发动机转换成为可变速、动力和执行的多功能发动机，从而使得执行机构和传动机构得到进一步的简化。

　　在机电一体化机械系统的设计中，通过静态设计的有效协助，为了更好的研究整个机械系统结构的频率特点和性质，完成各个系统环节数字模型的建立，推动促进机电一体化机械系统的传递函数，必须充分有效地通过自控方法进行频率特性的计算，这便是动态设计。机械系统的频率特性，在一定程度上不但能够反映出整个系统在不同信号频率下的相应反应，还决定了系统的工作最大频率、抗干扰性和稳定性。

　　静态设计是指按照机电一体化各个机械系统的功能要求，通过相关的研究和经验初步、大体上制定出机械系统设计的步骤及方案。方案中主要涉及整个系统部件之间的控制、连接以及部件的种类和对能源的需求等。基本方案设计完成后，应以技术手段为基础，设计出系统中各部件的运动关系、参数及结构，确定部件及相应零件的材料、精确度和结构方式，并对执行元件发电功率、参数和过载能力进行验算，对其他相关的元件和部件进行配置系统的选择等等。

　　想要使机电一体化机械系统良好的伺服性能得到保证，不但需要从机械系统的静态特征方面得到更好的满足，同时还要充分的运用理论研究和自动化的控制方法对整个系统体系进行动态设计和分析。另外，机械系统的动态设计应该以系统静态的数字模型为基础，根据自动化控制的要求和方法研究分析系统的整个频率特性，并通过调整相应的频率，改善系统整体的伺服性能。

　　机电一体化机械系统数字模型的建立和电气系统的数字模型的建立在一定程度上基本相似，即都是通过折算将比较负责的结构装置简单化，转为等效的数学函数关系，并用数学中的线性微分方程表达式将其表达出来。机电一体化机械系统的数字模型分析通常情况下都是输入与输出的联系。比如，把比较复杂的系统机械参数，弹性模量、阻尼和系统惯量等统一进行处理，并对各个机械参数进行数学方式的分析，从而得出它们对整个机械系统的影响。在数字模型的建立之前，需要先对机械系统中的不同物理量进行折算，使它们直接转化到某个元件上，从而把多变、复杂的多轴传动变为单轴传动，在此过程中，必须严格按照总机械系统性能不变的原则。这样，以单轴为基础的输入量和输出量的关系，就能够建立相关的数学表达式，从中反应出机械的相应性能，从而应用并指导实际中的设计。

　　机电一体化机械系统设计要求必须要工作可靠、精确度高、运行平稳等，既是静态设计中的研究问题，也是动态设计对伺服机构的要求，这就应该通过对有关参数的调整，优化整体系统的性能。

　　通过以上论述，从机电一体化机械系统的性质、概念等方面进行相关分析，分别从机电一体化机械系统的设计要求、基本构成、设计思想和性能分析四个方面进行了研究分析，机电一体化机械系统设计研究进行了详细的论述。

　　作者:朱翔宇 王玉乐 单位:聊城大学机械与汽车工程学院 青岛科技大学自动化与电子工程学院

　　［1］农明武．技校生参加机电一体化技能竞赛的指导策略［J］．中小企业管理与科技(下旬刊)，2016(01)．

　　［2］韩向可，吴耀春．应用型本科机电一化系统设计课程改革探索［J］．装备制造技术，2016(01)．

　　《机械原理》和《机械设计》是我国高等工科院校机械类专业学生都要学习的两门重要的技术基础课程，其课程教材体系设置、教学内容、教学质量影响巨大。笔者从事《机械原理》和《机械设计》课程的教学工作多年，也多次参与相关课程的教学改革。结合我校精品本科建设项目的实施，下面分别从教学内容的优化整合、教学方式的改革、创新实践活动等角度对机械设计类课程教学作一些有益的改革探索和尝试。

　　作为机械类专业学生都要学习的两门重要的技术基础课程《机械原理》和《机械设计》，其教材的体系和内容通常相对独立。《机械原理》主要介绍机构学以及机器动力学的知识，主体内容是各种常用机构的分析与设计；《机械设计》主要内容是通用零部件的设计计算。这两门课程的内容体系，存在如下问题：一是把机械产品的整个设计过程割裂开来；二是整个课程体系对机械系统总体方案设计和机械创新设计方面的内容较少涉及。因此，很有必要修改这样的课程结构体系以适应创新人才培养的要求。基于上述原因，我们对机械设计系列课程的教材体系和教学内容进行了较大的改革。我们编写了《机械设计基础》和《高等机械设计》两本教材，打破了传统教学的格局。教材编写依据机械设计系列课程的改革目标和实践成果，以培养学生基本设计能力和创新能力为目标。《机械设计基础》教材的主要内容为常用机构的设计、通用零部件工作能力设计与结构设计，《高等机械设计》教材的主要内容包括机械创新理论与方法、机构的组成原理与类型综合、组合机构设计、平面机构的运动分析与力分析、现代机械系统的总体方案设计以及机器动力学的内容，还有一些机械设计的专题内容，如变位齿轮与变速器设计、机械密封、机械摩擦磨损等。对教学内容进行优化整合时，注意分析机械设计的主要内容与培养学生能力的关系，合理安排课程内容。由于目前机械设计系列课程的授课现状是内容多、课时少，这就要求教师在制定教学计划时有的放矢；在教学内容的安排上围绕“需要”、“够用”、“会用”三方面的要求。授课时注重“掌握概念、突出技能、重在应用”，既要注意理论知识的学习，又要强调实际能力的培养。在教学过程中要不断学习，密切关注科技术发展的新成果、新应用并及时反映到授课当中去，激发学生的学习积极性和创造性。

　　传统课堂以教师讲授为主，教与学互动不多，很难调动学生的学习积极性，更难激发其创造性。而新型的教学模式要求“以学生为主体，教师为主导，以能力培养为主线，以素质培养为目标”。这些都要求教师必须改革现有的教学方式，丰富教学方法和手段。

　　教师认真备课，设计教案。加强师生互动，课堂教学过程中灵活运用设问、延伸、小组讨论等多种教学形式。通过启发教学和知识拓展来激发学生的学习积极性创造性。教案的设计要涵盖教学目的、教学内容、重点和难点、教学方法与教学手段、作业布置、主要参考资料等方面。及时进行课后自我总结分析，找出授课过程中的学生较难理解的地方，采用新的讲课思路，协调师生间的认识理解差距，从而不断提高教师的授课水平，改善学生听课效果，并最终达到提高教学质量的目的。

　　为达到教学目的，教师在授课过程中，应调动学生的学习积极性。这要求教师必须发挥在教学中的主导作用，采用灵活的教学方法，将“教”与“学”有效结合起来，形成一个以教师为主导，学生为主体的良好教学氛围。比如项目教学法，在教学中利用一个项目引入课题，再围绕课题讲授相关知识、理论和方法，并通过设置问题、组织讨论等方式来解决问题。其它如类比式、启发式等各种教学方法都可以在课堂上灵活运用，激发学生的兴趣，加深其对相关知识的掌握与运用。学生通过积极主动思考，锻炼了发散性思维能力，也逐渐了解机械设计的多解性。这些方法都收到了良好的教学效果。

　　充分利用现代化教学手段增强教学效果，激发学生学习兴趣。课堂讲授通常使用多媒体课件以节约时间。FB体育 FB体育平台更重要的是多媒体课件有丰富的视听资源，可以利用图像、动画的视觉效果吸引学生的注意力，便于把抽象理论形象直观地表达出来，激发学生的学习兴趣，从而提高教学质量。例如，在平面机构运动分析部分的教学中，因抽象概念多，传统的图解法和解析法又存在繁琐或难以实际操作的缺点，学生较难理解掌握。我们在课堂教学中引入SolidWorks、ADAMS等三维建模仿真软件，利用虚拟样机技术对机构进行三维建模，动态仿真分析，从而有效地解决了学生对机构的运动特性不易理解掌握的问题，同时极大地提高了学生的学习兴趣和课堂效果。此外，我们通过制作网络课程教学平台，加强师生之间的交流沟通。学生随时能够到网上学习，实现师生实时互动交流。

　　对于机械类的学生来说，机械设计系列课程是启迪学生创新思维、开拓学生创新潜能、培养学生创新能力的重要课程。通过创新实践活动，学生所学的设计理论知识得到实际应用，对培养他们理论联系实际、综合设计能力和创新设计能力非常重要。要培养学生的创新能力，必须打造创新平台，使理论联系实际，知识服务实践。上海理工大学每年都会开展机械工程创新大赛，并且已经连续三届成功承办了上海市教委主办的大学生机械工程创新大赛。该赛事对推进我校“精品本科”建设，营造创新创业教育和学生创新创业的良好生态环境起到了积极促进作用。学院同时还开设了《机械创新及实践》公选课，建立了大学生课外科技创新工作室。大学生创新实践活动也得到了工程实训中心的大力支持，现在工程实训中心已经成为了学院大学生课外科技创新活动的基地。由此，我院的大学生科技创新活动蓬勃发展起来。机械工程学院充分利用这些平台，积极鼓励和组织学生参加创新大赛，培养学生的创新设计能力。上海理工大学在2012年的第五届全国大学生机械创新设计大赛决赛中，获得一等奖2项，二等奖3项；在2014年的第六届全国大学生机械创新设计大赛决赛中，又获得一等奖5项。骄人的成绩进一步成为大学生们在机械创新设计道路上前行的强大推力。

　　基于高等教育教学改革和创新应用型人才培养规划的提出，机械设计类课程教学改革也必须与时俱进。通过对课程体系、教学内容和教学方法以及创新实践教学等的改革探索，为更好地培养学生的工程实践能力和创新能力奠定了坚实的基础。实践证明，经过一系列的教学改革，机械设计系列课程的教学质量得到了明显的提升，学生的学习积极性被激发出来，其创新能力和分析问题、解决问题能力有了极大的提高，这在学生后续的课程设计、毕业设计以及一系列的创新大赛活动中都有显著体现，并终将为他们未来的工作带来及其深刻的影响。

　　[1]徐鹏云,李晨光,张秀花.提高机械设计课程教学质量的研究[J].河北农业大学学报，2012,(4):119-121.

　　[2]朱永梅,撒红,王明强.以工程能力培养为导向的机械设计课程改革研究[J].江西农业大学学报,2012,(12):89-92.

　　[3]蒋天弟,颜玄洲.机械设计系列课程改革与课程素质教育[J].江西农业大学学报,2002,(9):162-165.