原创《基于MCD的PLC实践教学方法》
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摘 要：实践教学是PLC教学中的重要组成部分,而现有的很多实践教学方法在一定程度上限制了学生学习的主动性和积极性.论文创新性地将西门子MCD系统应用到PLC的实践教学改革中,从概念设计、机械设计、电气设计及软件开发四个环节激发学生对PLC控制技术的兴趣,让学生在虚拟环境中实现机构的虚拟运动模拟和设计评估,有效提高了学生学习的主动性和积极性,达到了预期效果.
关键词：MCD；实践教学；PLC；积极性；仿真模拟
中图分类号：G642.41 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）31-0190-02
一、引言
实践教学是PLC教学中的重要组成部分,而现有的很多实践教学方法在一定程度上限制了学生学习的主动性和积极性,不利于“大工程教育”和“新工科”背景下应用型人才的培养[1,2].主要表现在：设备老套、实验内容单一、实践教学方法滞后.基于此,论文将MCD（Mechatronics Conceptual Design）与PLC有机结合,整合校企资源,探讨一种新的实践教学方法.
二、基于MCD的创新实践教学
1.MCD系统简介.MCD具体仿真过程包括零部件的3D数字化建模、运动关系的虚拟约束、PLC硬件的接线、PLC梯形图的编制等.主要用于模拟PLC控制环境中各个机械零件和组件之间的相互运动关系,既可以实现机构的虚拟模拟和评估,也可以真实显示虚拟模型的受控运动行为,初步实现在虚拟现实环境下的PLC实践教学.学生能在虚拟环境中快速评估机械结构设计的合理性及控制系统的科学性,增强了机械、电子和自动化等跨学科设计的协作,可有效培养学生系统性全局性的设计能力.而在企业应用方面,最高可将产品上市时间缩短30%[3].
2.基于MCD的多学科协同式实践教学.借助MCD优化整合教学资源,搭建不同层次、不同类型的突出现场、突出实践、突出一线的准企业、准工程化的虚拟综合型训练平台.同时,将《PLC技术》课程教学大纲中规定的若干教学内容（涵盖PLC基本指令、步进指令、应用功能指令、PLC与变频器、PLC运动控制等）转化为源自企业的实际工程项目,如：电风扇装配流水线控制、机械手上下料动作的控制、运料小车动作控制、零件分拣系统模拟、基于PLC通信方式的变频器开环调速等教学项目.以学生及其兴趣培养为中心,围绕项目组织和展开实践教学,使学生直接参与项目的全过程.
小组的成员可以根据自己的能力选择项目合作完成,很好地培养了学生的团队合作精神和解决实际问题能力.具体包括以下几个环节：控制对象建模、机构的运动约束、分配输入输出点、绘制控制接线图、程序的编制与系统调试,如图1所示.最后,每周汇总点评一次,组长汇报小组的完成情况,组员补充讲解任务实施过程中遇到的问题和解决方法,共同探讨其他小组提出的问题.通过运用MCD仿真软件,极大地调动学生的学习积极性,有效弥补实验内容老套、实验设备不足等问题.基于MCD系统的仿真截面如下页图2所示.
三、综合考核对比
1.课程考试成绩对比.论文研究过程中随机选取机械专业大三某班40名学生作为实践教学改革样本,4人一组进行多学科协同式PLC实践教学,每组随机从以下八个实践项目中选取一个：自动停车场车位PLC控制设计、自助洗车机PLC控制设计、自动售货机的PLC控制设计、电风扇装配流水线控制设计、机械手上下料动作的控制设计、运料小车动作控制设计、零件分拣系统控制设计、基于PLC通信方式的变频器开环调速设计.最后与其他平行班学生同期同卷考试,试题内容为PLC的实际应用,涵盖PLC的系统接线、I/O口的分配、绘制梯形图或指令表.考试成绩结果如图3所示.
从图3数据可看出,样本班级总体考试成绩较其他两个平行班级好.样本班级的各大题的平均得分较另外两个班级的高,且0分人数明显比另外两个班级少,反应出以学生为主体、教师为主导,以学生能力培养为目标的PLC体验式实践教学改革,有效提高了学生学习PLC理论知识并切身体验PLC实际控制的积极性与主动性,让学生从“老师要我做实验”到“我想亲自体验PLC的虚拟控制”完美转变.在巩固知识结构、提高实践能力和创新思维方面初见成效.
2.企业实践评价.在学生完成了五个体验式项目之后,我们在暑期进行了为期一周的企业PLC控制综合训练,进行物料传送分拣系统的安装与调试,将所学的基于MCD的PLC虚拟控制技术应用到实际的生产中.江门市中胜实业有限公司黄照辉副总经理对学生做出了这样的评价：“学生在为期一周的综合实训中能够通盘考虑概念设计、机械设计、电气设计以及软件开发等多领域问题,为我们解决了箱包生产流水线的PLC控制难题,具有很强的创新能力和实践动手能力.”
四、结论
以珠三角地区对人才的需求特色和需求数量为改革目标的PLC创新实践教学方法探索借助MCD优化整合了学校教学资源,试行了多学科协同式实践教学方法并经过了平行班对比考试和企业用人评价,达到了预期效果.大大提高了学生学习的主动性和积极性,朝着“大工程教育”和“新工科”背景下应用型人才培养迈进了坚实的一步.
参考文献：
[1]马秀坤,史运涛,王捷,等.PLC实践教学在应用型人才培养中的探索与创新[J].实验技术与管理,2011,(3):228-231.
[2]杨保健,杨铁牛,叶榕伟.教学型高校机电传动控制课程考核方法改革的探索与实践[J]. 高教研究与探索,2014,(2):47-49.
[3]杨启森.Siemens PLMsoftware MCD:连接虚拟与现实的桥梁[R].智能制造,2015,(12):12-13.
教学方法论文参考资料：
概括总结:本文是关于教学方法和实践和创新方面的教学方法论文题目、论文提纲、教学方法论文开题报告、文献综述、参考文献的相关大学硕士和本科毕业论文。
