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光陰似箭，歲月如梭。轉眼間，四年的本科生涯已經接近尾聲。回想起這幾年的學習生活，回想起這些年經歷與成長，回想起那些幫助過我的人，感激之情，油然而生。
衷心感謝我的指導老師谷良賢教授。從課題選題到論文結束，谷老師不僅給我提供了便利的工作條件和工作環境，還對我悉心的指導和熱情的鼓勵，使我能夠順利地完成畢業論文。谷老師與航天四院聯系，才使我得到了寶貴了資料與模型。在完成論文的過程中，谷老師提出了許多寶貴的方法，對我論文的結構與內容提出了很多細致的修改意見。谷老師嚴謹的治學態度，認真負責的精神深深影響著我，將成為我今后人生道路上的一筆寶貴的財富。
衷心感謝我的研究生導師龔春林副教授。在保研之前就聽說龔老師，工作認真、學術嚴謹，對待學生真誠友善。在完成論文的這半年多時間里，深刻感受到了龔老師治學、為人的人格魅力。由于龔老師的指導，使我對火箭總體設計、氣動特性參數化設計、彈道數值仿真計算有了更深層次的理解，還培養了我提出問題與解決問題的好習慣。
感謝航天四院中天火箭公司為我畢業設計提供寶貴的數據與模型，是他們的技術支持，才讓我的畢業論文順利完成有了保障。
感謝航天系統工程系教研室、陳兵、郭金雷、王昂、仇理寬等師兄，王青、張青等師姐。他們在我做畢業設計的半年多時間內，一直給我提供無私的幫助。在彈道設計、氣動特性計算、結構仿真方面，不僅給我提供了大量的有價值的參考資料，還詳細給我解釋了我所遇到的學術上的許多難點和疑點，教我做科研的方法和思路，使我能更快地適應今后的學習和工作。
感謝康博翼、趙成澤同學對我畢業論文中彈道計算與仿真的幫助；感謝胡寒棟、方海同學對我氣動特性設計與仿真的幫助；感謝樊健平、朱海珍同學在結構機構設計與仿真中給我的支持；還感謝那些給予我幫助、支持與鼓勵的同學，這里就不一一例舉了。從確定保研至今，在航天北樓503教研室學習近10個月，這段時間跟同學們一起學習生活，不僅增長了知識，更增加了友誼，成為了我記憶中又一段美好的時光。
感謝航天學院09本科生輔導員顧振芳老師，從入學開始到現在，他對我學業、社會活動、科技競賽上的關心與指導，才使我從大一的迷茫中走出來，才使我找到一條合適自己發展的道路。感謝機電學院王淑俠副教授、劉援越副教授，是她們對我在三維設計方面的指導，才使我多次獲得國家級競賽獎勵。感謝西北工業大學教務處李輝副處長和舞蹈機器人創新實踐基地指導老師黃英亮老師，在他們的支持下，完成了大型項目救援機器人的設計與實現，使我和我的團隊的學術水平得到了進一步提高。
深深感謝含辛茹苦將我養育成人的父母，他們出身卑微、生活艱苦、工作勞累，卻在我十八年的寒窗求學生涯中，無時無刻地牽掛著我的學習與生活，不僅為我提供可靠的物質基礎，讓我得以安心學習；更是給了我無盡支持與鼓勵，讓我在挫折與失敗中能夠重新獲得力量。父母自力更生、艱苦奮斗的精神時刻鞭策著我，不僅促使我順利完成本科生階段的學習，更使我養成了自強不息的人生品格。感謝與我一起成長的姐姐，她一直對我關愛有加，使我有個快樂童年，得以健康成長。在小學與中學階段，還對我學業給予指導。我們一起分享生活中的苦與樂，感受親情的溫暖。
最后，再次向所有給予我指導、關心、幫助、支持與鼓勵的師長、親人、朋友和同學致以深深的敬意和衷心的感謝，衷心地祝福他們身體健康，工作順利，平安幸福！
2013年6月
關鍵詞：上肢康復訓練機器人 青島大學碩士開題報告范文 青島論文 開題報告
一、 選題的目的和意義
據統計,我國60 歲以上的老年人已有1.12 億。伴隨老齡化過程中明顯的生理衰退就是老年人四肢的靈活性不斷下降，進而對日常的生活產生了種種不利的影響。此外，由于各種疾病而引起的肢體運動性障礙的病人也在顯著增加，與之相對的是通過人工或簡單的醫療設備進行的康復理療已經遠不能滿足患者的要求。隨著國民經濟的發展，這個特殊群體已得到更多人的關注，治療康復和服務于他們的產品技術和質量也在相應地提高，因此服務于四肢的康復機器人的研究和應用有著廣闊的發展前景。
目前世界上手功能康復機器人的研究出于剛起步狀態，各種機器人產品更是少之又少，在國內該領域中尚處于空白狀態，臨床應用任重而道遠，因此對手功能康復機器人的研究有廣闊的應用前景和重要的科學意義。
目前大多數手功能康復設備存在以下一些問題：康復訓練過程中，缺乏對關節位置、關節速度的觀測和康復力的柔順控制，安全性能有待提高;大多數手功能康復設備沒有拇指的參與;感知功能差，對康復治療過程的力位信息和康復效果不能建立起有效地評價。本課題針對以上問題，采用氣動人工肌肉驅動的手指康復訓練機器人實現手指康復訓練的多自由度運動，不僅降低了設備成本，更重要的是提高了系統對人類自身的安全性和柔順性，且具有體積小，運動的強度和速度易調整等特點。
課題的研究思想符合實際國情和康復機器人對系統柔順性、安全性、輕巧性的高要求 。它將機器人技術應用于患者的手部運動功能康復，研究一種柔順舒適、可穿戴的手功能康復機器人，輔助患者完成手部運動功能的重復訓練，其輕便經濟、穿卸方便，尤其適于家庭使用，既可為患者提供有效的康復訓練，又不增加臨床醫療人員的負擔和衛生保健。
綜上所述，氣動人工肌肉驅動手指康復訓練機器人的設計是氣壓驅動與機器人技術相結合在康復醫學領域內的新應用，具有重要的科學意義。
二、 國內外研究動態
2.1 國外研究動態
美國是研究氣動肌肉機構最多的國家，主要集中在大學。
華盛頓大學的生物機器人實驗室從生物學角度對氣動肌肉的特性作了深入研究，從等效做功角度建模，并進行失效機理分析，制作力假肢和仿人手臂用于脊椎反射運動控制研究。
vanderbilt 大學認知機器人實驗室(cognitive robotics lab, crl)研制了首個采用氣動肌肉驅動的爬墻機器人，并應用于驅動智能機器人(intelligent soft-arm control, isac)的手臂。
伊利諾伊大學香檳分校的貝克曼研究所對圖像定位的5自由度soft arm 機械手采用神經網絡進行高精度位置控制和軌跡規劃。亞利桑那州立大學設計了并聯彈簧的新結構氣動肌肉驅動器，可以同時得到收縮力和推力，并與工業界合作開發了多種用于不同部位肌肉康復訓練的小型醫療設備。
英國salford 大學高級機器人研究中心對氣動肌肉的應用作了長期的系統研究，開發了用于核工業的操作手、靈巧手、仿人手臂以及便攜式氣源和集成化氣動肌肉，目前正在研究10 自由度的下肢外骨骼以及仿人手的遠程控制。
法國國立應用科學學院(instituted national dissidences appliqués, insa)研究了氣動肌肉的動靜態性能和多種控制策略，目前正在研制新型驅動源的人工肌肉以及在遠程醫療上的應用。
比利時布魯塞爾自由大學制作了新型的折疊式氣動肌肉用于驅動兩足步行機器人，實現了運動控制。
日本bridgestone 公司在rubber tauter 之后又發明了多種不同結構的氣動肌肉。德國festoon 公司發明了適合工業應用的氣動肌腱fluidic muscle，壽命可達1000萬次以上，同時還對氣動肌肉的應用作了許多令人耳目一新的工作。英國shadow 公司研制了目前世界上最先進的仿人手。美國的kinetic muscles 公司與亞利桑那州立大學合作開發了多種用于肌肉康復訓練的小型醫療設備。
lilly采用基于滑動模的參數自適應控制策略，實現了單氣動肌肉驅動的關節位置控制。
2.2 國內研究動態
自20 世紀90 年代以來，我國陸續開始了氣動肌肉的研究。
北京航空航天大學的宗光華較早開始氣動肌肉的研究，分析了其非線性特性、橡膠管彈性及其自身摩擦對驅動模型的影響，并應用于五連桿并聯機構，通過剛度調節實現柔順控制。
上海交通大學的田社平等運用零極點配置自適應預測控制、非線性逆系統控制以及基于神經網絡方法，實現單自由度關節的快速、高精度位置控制。
哈爾濱工業大學的王祖溫等分析了氣動肌肉結構參數對性能的影響、氣動肌肉的靜動態剛度特性以及與生物肌肉的比較，提出將氣動肌肉等效為變剛度彈簧，設計了氣動肌肉驅動的具有4 自由度的仿人手臂、外骨骼式力反饋數據手套和6 足機器人，采用輸入整形法解決關節階躍響應殘余震蕩問題。
北京理工大學的彭光正等先后進行了單根人工肌肉、單個運動關節以及3 自由度球面并聯機器人的位置及力控制，采用了模糊控制、神經網絡等多種智能控制算法，并設計了6 足爬行機器人和17 自由度仿人五指靈巧手。
哈爾濱工業大學氣動中心的隋立明博士也通過實驗得到了氣動人工肌肉的一個更簡潔的修正模型和經驗公式并對兩根氣動人工肌肉組成的一個簡單關節系統進行實驗建模和采用位置閉環的控制方法進一步驗證氣動人工肌肉的模型。
上海交通大學的林良明也對氣動人工肌肉的軌跡學習控制進行了仿真研究給出了學習的收斂性的初步結論為下一步的學習控制奠定了基礎。其中田社平通過對氣動人工肌肉收縮在頻率域上的數學模型并對它的結構及其靜動態特性進行了理論分析建立了相應的靜態力學方程。
2003年付大鵬等，以機械手抓取物體為分析對象，采用矩陣法來描述機械手的運動學和動力學問題，以四階方陣變換三維空間點的齊次坐標為基礎，將運動、變換和映射與矩陣計算聯系起來建立了機械手的運動數學模型，并提出了機械手運動系統優化設計的新方法，這種方法對機械手的精密設計和計算具有普遍適用意義。
2005年車仁煒，呂廣明，陸念力對5自由度的康復機械手進行了動力學分析，將等效有限元的方法應用到開式的5自由度的康復機械手的動力分析中，這種方法比傳統的分析方法建模效率高、簡單快捷，極其適合現代計算機的發展，的除了機械臂的動力響應曲線，為機械手的優化設計及控制提供理論依據。
2008年北京聯合大學張麗霞，楊成志根據拿取非規則物品的任務要求，采用轉動機構和連桿機構相結合，設計了五指型機器手，手指彎曲電機與指間平衡電機耦合驅動，實現了機器手的多角度張開、抓握運動方式,對實用型仿人機器手的機構設計有參考意義。
2009年楊玉維等人對輪式懸架移動2連桿柔性機械手進行了動力學研究與仿真，。采用經典瑞利.里茲法和浮動坐標法描述機械手彈性變形與參考運動間的動力學耦合問題， 綜合利用拉格朗日原理和牛頓.歐拉方程并在笛卡爾坐標系下，以矩陣、矢量簡潔的形式構建了該移動柔性機械手系統的完整動力學模型并進行仿真。
2009年羅志增，顧培民研究設計了一種單電機驅動多指多關節機械手，能夠很好的實現靈巧、穩妥的抓取物體，這個機械手共有4指12個關節。每個手指有3個指節，由兩個平行四邊形的指節結構確保手指末端做平移運動，這種設計方案很好的實現了控制簡單、抓握可靠的目的。
從目前來看，國內對氣動人工肌肉的研究仍處于剛起步的階段。有關氣動人工肌肉的研究與國外還有相當的差距對氣動人工肌肉中的許多問題，還沒有進行深入的研究。此外，采用氣動人工肌肉作為機器人驅動器的研究還不成熟。
三、 主要研究內容和解決的主要問題
目前大多數手功能康復設備存在以下一些問題:康復訓練過程中，缺乏對關節位置、關節速度的觀測和康復力的柔順控制，安全性能有待提高;大多數手功能康復設備沒有拇指的參與;感知功能差，對康復治療過程的力位信息和康復效果不能建立起有效地評價。為此，課題主要研究內容：設計一種結構簡單，易于穿戴，并且安全、柔順、低成本，使用方便的氣動手功能康復設備。對氣動手指康復系統進行機構運動學分析、用mat lab軟件對康復訓練機器人的康復治療過程的力位信息進行仿真分析。
要實現上述的目標，系統中需要著重解決的關鍵技術有：
(1)基于已有上肢康復訓練機器人外骨骼機械手機械結構部分的設計，對手指康復訓練方法分析和提煉。 主要包括：人手部的手指彎曲抓握動作分析，氣壓驅動關節機構自由度的優化配置。使機械手能夠實現手指的彎曲、物體的抓握等手部癱瘓患者不能實現的動作。
(2)對機器人機械機構的運動學分析。主要包括：氣壓驅動的手指關節外骨骼機械機構的運動學分析。
(3)機器人機構的力位信息仿真。主要包括：用mat lab軟件進行機器人氣壓驅動終端的力位信息 仿真。
根據總體方案設計以及工作量的要求，外附骨骼機械手系統是上肢康復訓練機器人的一部分，本文主要是研究手指康復機械系統運動學、動力學分析工作。
四、論文工作計劃與方案
論文工作計劃安排：
2010年9月——2011年6月準備課題階段：
主要工作：學習當今最先進的機器人設計技術;學習用matlab軟件進行計算仿真及優化，查閱國內外的資料，對康復機械手作初步了解。
2011年7月——2011年9月課題前期階段
主要工作：課題方案設計，擬寫開題報告，開題。
2011年10月——2012年7月課題中期階段
主要工作：開始具體課題研究工作，根據已有上肢康復訓練機器人外骨骼機械手機械結構部分設計，對手指康復訓練方法分析和提煉。研究手指康復機械系統運動學、動力學分析工作。
2012年8月——2012年12月課題后期階段
主要工作：對手指康復機器人進行模擬仿真，對設計進行優化，并在此基礎上進一步完善課題。
2013年1月——2013年4月結束課題階段
主要工作：整理相關資料，撰寫論文，準備進行畢業論文答辯。
2013年5月——2013年6月論文答辯階段
主要工作方案：
1. 完成學位課與非學位課學習的同時，進行市場調研，對手指康復機械手作初步了解。
2. 查閱資料，了解氣動手指康復機器人的國內外發展現狀。
3. 分析已有上肢康復訓練機器人外骨骼機械手機械結構的部分設計。
4. 對現有手指康復訓練方法設計進行分析和提煉，分析其優缺點。
5. 開始具體設計工作。
（浙江工業職業技術學院機電工程分院 浙江 紹興 312000）
摘要：傳統教學模式下學生缺乏學習主動性的現象很明顯，依循 CDIO 理念，對“PLC、變頻器和觸摸屏綜合技術”課程的課程內容、項目選用、評價體系等進行教學改革，建立較為完備和系統的工作情境和項目案例庫，可以實現真正的一體化教學，有助于培養學生的工程意識，提高學生的創新能力、實踐能力和綜合素質。
關鍵詞 ：高職；CDIO 理念；教學改革；項目教學；創新能力
中圖分類號：G712 文獻標識碼：A 文章編號：1672-5727（2014）05-0095-03
概述
CDIO是由MIT等世界著名高校研發的從理念到大綱到課程到教學直至評估的一整套先進的工程教育模式。我院教學團隊從2009年開始嘗試基于CDIO理念的“PLC、變頻器和觸摸屏綜合技術”課程改革，因為該綜合技術屬于工業控制的主流設備，高職院校為社會提供的不僅僅是大量新生勞動力，而且是具有現代企業理念的，有技術、高素質的現代產業工人。該課程是高職院校的一門綜合性、設計性極強的機電產品控制應用型設計課程。其任務在于：訓練學生綜合應用PLC、變頻器和觸摸屏技術知識，掌握它們的設計方法和研發能力；開拓設計思路，增強理論知識與實踐相結合的能力；培養科學性、系統性及全面性的設計素質；訓練團隊合作能力。
但是目前教學上普遍存在以下問題：（1）在課程設置現狀方面。大多數高職院校并未單獨設置PLC、變頻器和觸摸屏綜合技術一體化教學課程，而是采用以PLC、變頻器理論教學為主，以驗證性的實驗或實訓為輔的方式進行教學且實踐課時偏少，側重技能訓練的學生往往只能掌握各門課的基礎技能。（2）在課程內容現狀方面。目前的設備控制課程往往是學完一定的理論之后再做相應的實驗，內容相對獨立，學生無法從整體上把握設備控制開發的思路，也就無法體現“構思、設計、實現和運作”的教學思想。（3）PLC、變頻器和觸摸屏種類繁多，畢業生就業時從事相關行業工作，實現所學專業知識與生產實際快速接軌存在一定的困難，即知識“移植”能力不夠，自學能力與創新能力不夠。
基于“CDIO”的課程設計
基于“CDIO”理念的課程體系 課程內容應根據CDIO 工程教育理念結合學生知識水平和企業需求，按照任務分析——論證方案——確定方案——實施方案——測試效果——評價六個步驟實施每個教學任務，使學生在項目實施過程中學會PLC、變頻器和觸摸屏綜合技術在設備中的設計安裝和調試。知識體系框架如下頁圖1所示，其中工業控制核心技術包括PLC、變頻器和觸摸屏技術，控制對象為設備中使用的液壓氣動技術、電機技術和傳感器技術。最后，內容涉及各設備控制器之間的網絡技術和監控技術。
基于項目化的教學層次設計 實踐內容設計應充分體現項目化教學的設計思想。以“做項目”為主線組織課程教學，以“用”導“學”，盡量讓學生親自動手，全身心投入。要突出項目訓練的完整性，在做項目過程中學習必要的知識，知識以必需、夠用為度，強調自學能力的培養，強調應用所學知識解決問題。項目團隊人數一般為4人，各隊選出項目組長，負責整個項目開發的所有運行過程，涉及任務分配、人員管理、階段性成果報告等。在不同層次的具體實踐中，可以將一個完整項目分解成若干相對獨立的子項目，通過子項目的訓練掌握單一技能，最后將子項目綜合起來，完成整體項目的內容。在項目的實施過程中，以學生為中心并引導學生主動學習。整個過程分為4個實踐過程，即驗證性實踐、設計性實踐、綜合性實踐和創新性實踐，如圖2所示。
項目式教學的設計 沒有項目支撐的工科課程內容是缺乏實踐性和生動性的干癟理論框架。工程項目的設計和選擇是需要專業課教師花工夫來做的事情。在選擇工程項目時可以從以下幾個角度考慮。
1.項目的選用有利于激發學生興趣。我院采用了參加全國機械創新設計大賽的一些娛樂類作品，如獲得全國二等獎的娛樂機器“捕魚達人”，其控制系統采用PLC完成對一組氣缸的控制，在項目實施中，根據游戲的難度設置了5個級別，即5個不同工作情境對應不同的控制方案；又如獲得浙江省機械設計大賽二等獎的“排除萬難”任務型機器人，其控制對象有多個直流電機和電磁閥，在項目實施中，根據機器人的實施任務選擇4個階段性控制要求。這些項目在實施后學生可以在課外一邊練習和改進控制技術，一邊通過娛樂提高學習興趣。其中的一款機器人如圖3所示，通過PLC控制機器人的直流電機和氣動系統實現過隧道、過單邊橋、抓螺母和擰螺母等一系列動作，操作按鈕組和保護裝置的設計對學生的控制能力培養很關鍵。
2.項目的選用對象在生活中比較常見。如我院教學團隊與本地企業合作建立的立體車庫在許多商場、賓館、專門的停車場都能見到，許多學生對其工作過程比較熟悉，有利于減少設備介紹的時間，引起學生對控制方案的共鳴。
3.項目的選用結合本地區的企業設備。學生畢業后大部分在本地區工作，為使學生在畢業后盡快地適應工作需要，在項目內容上可選用本地區的軸承制造業、黃酒制造業、紡織印染制造業等相關設備的控制系統。有的學生在學習中參與了教師的一些簡單項目開發并將其作為畢業設計題目。如圖4（a）是為企業設計的渦流探傷檢測臺，圖4（b）是學生通過實訓室搭建的控制系統，并通過編程完成了畢業設計。
課程評價體系 在CDIO工程訓練模式下，可將項目的整個運行過程“構思——設計——實現——運作”納入考核范圍，鼓勵學生在做中學、在學中做，教師則提供實驗條件和指導，保障學生充分自由地發展，增強創新意識，并為學生提供遇到問題時加以解決的方法、對仍然存在的問題進一步改進的思路等。課程的考核采取多元化的評價體系，具體涉及以下幾方面：基本技能及基礎知識、設計能力、團隊協作能力、職業素質和評價。在針對項目的某一個工作情境中，需要完成設備工藝流程和產品目錄規劃表（涉及工藝流程描述和工作計劃安排）、設備控制實施表（涉及I/O分配表的編寫、控制流程圖、控制程序編寫過程記錄、設備調試過程記錄、實施過程中遇到的問題與對策和總結等）和評價表（涉及每個工作任務的考核要求、配分和評分標準）等等。
課程支撐條件
教師的CDIO能力培養 CDIO教學改革成敗的關鍵在于教師隊伍的能力。很多教師雖然有豐富的理論知識和較強的科研能力，但缺乏相關的企業工作經歷或工程經驗。因此，在選擇教師時應考慮以下三個方面：（1）作為企業科技指導員，與企業有密切的項目合作關系。（2）多次帶領學生參加省級或以上相關競賽并取得一定的成績。（3）在企業一線多次實踐鍛煉并積累一定的經驗，或具有企業相關工作經驗。
實踐平臺的設置 學生一般不具有豐富的設計經驗，創造性地設計新機構的控制系統時往往不知從何處入手。因此，有必要講授一些控制方案設計經驗，幫助學生構思。這項工作主要是通過院團委和相關教師組織并結合教育部、教育廳主辦的一些機械創新設計大賽、自動線安裝與調試大賽等設定比賽題目，號召學生發揮自己的想象力，形成可行控制方案并加以實施。我院的工業控制創新實踐室不僅為學生提供了全過程工程訓練的機會，鍛煉了學生的實際動手能力，同時還培養了學生的創新精神、團結協作精神。
學院政策的支持 我院教學團隊得到了學院在政策上的支持，主要體現為：對教師CDIO教學能力加以培養，與十多家企業開展相關合作并取得了一定成效；學生在完成一套設備控制系統的開發方案后，可作為畢業論文并優先推薦為優秀畢業論文，優先推薦到合作企業，并作為參加控制類相關大賽的重要選拔依據。
改革成效
經過近四年的教學試點，新教學模式下的“PLC、變頻器和觸摸屏綜合技術”課程取得了較好的效果，涌現出了一批優秀的學生和教師。學生的專業基礎水平能更好地適應企業崗位要求，許多學生畢業后能獨立完成企業安排的項目并得到企業的一致好評。學生的團隊協作能力得到明顯提高，與教師交流的能力得到明顯加強。學生的拼搏精神得到激發，許多學生為了完成任務往往工作到很晚才回寢室休息。教師的業務水平不斷提高，與企業的合作更加緊密。需要指出的是，這門綜合類控制課程的教學效果離不開其他專業課程和整個教育環境的配合。
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論文摘要：基于FMS技術開發了模塊化機電一體化教學培訓系統，該系統有助于加深學生對機電一體化系統概念的理解，掌握車間柔性制造的方法，最后以作業計劃與調度教學研究性、綜合性實驗為例，論述了該系統在培養學生理論與實踐相結合的能力，提高學生學習興趣和積極性的重要作用。
為使機械設計制造及其自動化專業學生在學習過程中，有機會將所學到的各門專業課的知識綜合性地應用到接近于生產實際的過程中，為他們走上工作崗位后應用這種新的理念打下基礎，學院除了建立適合于現代教學法模式的幾個獨立的專業實驗室外，籌建了一個開放式自動化綜合實驗室。在這個綜合實驗室中，我們開發了一套完全接近于生產實際的模塊化柔性制造系統，由省部共同投資。實驗室的開放性主要體現在兩個方面:一是系統組成具有開放性，系統中不同生產廠家的設備可相互兼容，便于以后擴展;二是實驗室資源具有開放性，實驗室可面向校內外各種層次的學生或培訓學員，做到資源共享，擴大受益面。
1 FMS系統組成
柔性制造系統機電一體化訓練設備，包含一條閉環柔性輸送裝置和六自由度并聯加工中心(加工站)、三自由度數控雕刻機及其控制系統、四自由度上料檢測站及其控制系統、搬運站、安裝站、安裝搬運站、智能分類站、現場總線、多層次立體原料庫及其控制系統、多層立體成品庫及其控制系統、自動化輸送線及變頻調速控制系統、PLC數據采集及物料監控系統、系統監控及管理控制軟件。
工業控制計算機通過運動控制卡發送位置信號給旋轉立體上料庫電機驅動器，電機驅動器驅動步進電機旋轉一定角度，實現零件位置對準，同時設置檢測開關，通過PLC采集至計算機，判斷托盤上相應位置是否存在零件。自動上料機器人將待加工物料送至加工位置后，系統驅動鎖緊裝置進行物料定位固定，上位機按指定程序控制六自由度并聯機器人，進行零件前序的加工。在主界面中點擊數控雕刻機控制按鈕，進人數控雕刻機控制界面，三自由度數控雕刻機主要實現對工件端面的雕刻，通過用戶編制G代碼也可以用軟件將模型轉化為G代碼，然后通過計算機的串口將G代碼傳到雕刻機，雕刻機執行G代碼。
零件前序加工完畢后，計算機控制零件搬運機器人將加工完的零件搬運至下一工序的加工位置。
在主界面中點擊立體倉庫狀態按鈕，進人立體倉庫狀態界面。立體倉庫狀態是用來實時顯示立體倉庫倉位的占用情況，系統實時檢測各個倉位的狀態，然后系統給碼垛機發指令決定碼垛機下一次將裝配的成品放人哪個倉位，操作者通過觀察狀態位的圖標情況，操作者就可以知道哪個倉位是否為空，并且知道各個倉位物件的重量，通過生產統計還可以知道立體倉庫一共有多少個成品，每一類成品的個數及總重量。
2系統特點
(1)包含多種關鍵技術及單元，使學生了解更多的知識;機器人技術;物流倉儲自動控制系統;立體倉庫;自動輸送線;自動碼垛機;物流倉儲管理和監控;PLC控制系統;傳感器技術;計算機網絡通信技術和現場總線技術;計算機控制;網絡化視頻監控技術;數據庫技術;多軸運動控制器;氣動技術;步進電機及驅動;伺服電機及驅動;VC，VB等高級語言編程。
(2)結合機電教學，編制了的實驗指導書，包含多個實驗:為了方便教學實際使用，我們為系統提供了專門實驗指導書，其內容涵蓋機械、控制、機器人示教、插補、自動裝配、碼垛等多項實驗，供本科生、專科生和研究生專業選開，教師也可以根據實際情況，在實驗指導書的基礎上增開設計性、綜合性實驗。
(3)交互式圖形化操作界面:系統控制軟件采用WINDOWS操作系統，具有交互式和圖形化特點，操作簡單易學，自動化程度高，使教師和學生在很短的時間之內就可以掌握對系統的操作。
(4)豐富的狀態反饋功能:通過計算機與各單元及傳感器的通訊，將系統中各環節的狀態顯示在操作界面上，使操作者通過計算機隨時了解系統各環節的工況、狀態、運行數據，掌握系統運行狀態。
(5)完善的生產及物料存儲統計功能:根據現代柔性制造系統的特點及倉儲物流的發展動向，不但在工作過程和原理上仿真實際生產過程，而且開發了生產及物料存儲數據庫，根據系統的運行隨時記錄和分析生產和存儲數據。
(6)開放式系統結構:為了增強學生的參與性，系統采用了開放式結構，提供了完善的控制功能動態鏈接庫和二次開發函數，不用了解底層復雜的時序和操作過程，只需要在VC或VB中簡單的幾行代碼，學生即可開發出自己的運動或控制功能，激發學生的學習興趣。
(7)網絡化視頻監控:系統提供網絡化視頻監控模塊，使操作者在操作系統的同時，也可通過電腦屏幕實時觀看系統的實際運行狀況。同時對于有條件的學校，可將控制計算機與校園網相連解，使更多的學生和老師通過網絡觀看現場實驗過程，提高系統利用率，也可實現遠程教學。
3如何應用FMS進行本科實驗教學
由于近年來高校的擴招，學生人數大幅上升，而大型實驗設備臺套數少;而且大型實驗設備的實驗通常包括編程、上機、結果分析等，需要的時間較長。因此，大型設備開設的實驗不能簡單的照搬其它實驗教學的模式。我們分別探索了以下幾種模式:
3. 1開設綜合設計性實驗
本中心老師提出項目申請，參加學校實驗室設備管理處組織的“工程實踐”和機電工程學院組織的“機電一體化實訓中心”項目。這些項目結合指導老師的科研項目，通過雙向選擇接受學校相關專業本科三年級以上的學生參加。學生分為2-4人一組;在教師的指導下，首先查閱文獻和學習FMS的有關知識，編制程序，上機測試;實驗的內容根據項目的研究內容而定，一般涉及多種設備;實驗時間根據老師和學生雙方商定，實行彈性制，不拘泥于課堂安排的時間。由于學生人數少，在實驗過程中可以做到師生面對面的隨時交流。
例如:作業計劃與調度教學實驗。
“作業計劃與調度教學實驗”的內容是讓學生根據給定的加工工件信息，設計一個單件小批量零件加工的“作業計劃與調度”的仿真系統，使目標函數“最長流程時間”的值最小，然后對仿真結果進行驗證。實驗的目標是:使學生加深對“作業計劃與調度”概念的理解，掌握車間調度的方法，培養學生理論與實踐相結合的能力，提高學生的學習興趣和積極性。實驗系統要具備以下功能:
(1)提供一個很好的、有代表性的研究對象，也就是使學生知道他們是在那個車間、那個環境為加工那些工件設計“作業計劃與調度”的方案;
(2)提供一個很好的仿真環境及工具，用來建立仿真模型，使學生形象直觀地看到車間調度的運行過程;
(3)提供實現“作業計劃與調度”的算法和軟件開發環境，使學生了解并掌握該算法的原理，并在仿真環境中實現算法，得到仿真結果;
(4)提供一個真實環境，如FMS車間或可真正運行的FMS車間模型，在此環境中對上面得到的仿真結果進行驗證。
針對“FMS教學實驗系統”只討論一種特殊情況，即最長流程時間Fmax的計算先討論n/m/P/Fmax問題，目標函數是使最長流程時間最短。最長流程時間又稱作加工周期，它是從第一個工件在第一臺機器開始加工時算起，到最后一個工件在最后一臺機器上完成加工時為止所經過的時間，由于假設所有工件的到達時間都為零(Ri，I=1 ，2 ，3，…，n)，所以Fmax等于排在末位加工的工件在車間的停留時間，也等于一批工件的最長完工時間C max 。
設n個工件的加工順序為S=(S1 ，.S2 ， ……，，Sn)，其中Si為排第i位加工的工件的代號。以CK(Si)表示工件Si在機器Mk上的完工時間，Pk表示工件Si在Mk上的加工時間，K=1，2，3，……，m；i=1 ，2， ……，n，
式(1)是一個遞推公式，當由式(1)得出Cm(sn)時，Fmax、就求得了。在熟悉以上公式之后，可以直接在加工時間矩陣上從左向右計算完工時間。對于某一工作地，在給定的一段時間內，順次決定下一個被加工的工件。
3. 2開設選修課
由于學習FMS的有關知識，需要學生們具有一定的專業知識;而且大型設備一般只有一套設備，要面向學生人數眾多的本科生開設實驗課有一定的難度。因此，我們首先開設了FMS的選修課。在講授FMS技術的理論知識的基礎上，開設FMS的上機實驗課，學生分為3 -5人一組。由于課堂講授FMS的時間有限，加之是選修課;因此，在實驗課之前，面對設備再介紹一次設備的原理、結構和用途等，以加深學生的印象;然后指導學生編制程序、適當的上機操作，輔導學生處理實驗結果。
3. 3為本科畢業設計提供實驗
本科生的畢業論文是進行專業基本技能培養的重要環節，同時也是培養學生創造性思維方法、提高動手和解決問題能力的不可缺少的過程。參加本科畢業論文的學生，有充分的時間利用所掌握的專業基礎知識，解決具體的問題;因此畢業論文是本科生學習和掌握大型實驗設備的一個非常好的機會。
4 FMS進行本科教學的體會和希望
4. 1 FMS進行本科教學的效果
通過上述三種方式向本科生開放大型實驗設備，對學生選擇專業有一定的幫助，也增加了學生參加推薦免試研究生和就業等的競爭力。例如，一名機電學院的學生參加了“FMS研究”項目后，對數控技術有關知識和應用有了一定的了解和興趣，報考研究生時選擇數控技術專業。另一名機電學院的學生參加“開放式數控系統的研究”，學習了切削圖形設計、數控雕刻機及其控制系統等一系列操作，在老師的指導下自己操作選擇刀具和切削參數，觀察不同的切削過程，加深了所學的理論知識，熟悉了作業計劃與調度的原理、立體倉庫的基本操作;該生通過面試后順利地被華中科技大學錄取為研究生。
近年來為了適應地方經濟和社會發展的需要，拓寬人才培養領域，在開設綜合性實驗項目和選修課時，也接受其他學院的學生。學生結束項目后，對所參加的研究工作非常有興趣。
相比較而言，綜合設計性實驗效果明顯好于選修課的實驗。前者由于有充分的時間，我們摒棄了傳統的驗證實驗的模式，采取了“雙向互動”，教師以更多的精力啟發學生的創造力，調動其主動性和積極性，發揮他們運用所學的知識去解決實際問題。對這種實驗模式，學生表現出極大的興趣。這種實驗教學模式，不僅拓展了學生現代科學技能的理論和知識;在實驗方法，應用技能方面也得到了提高，為他們今后走上社會，服務于社會，縮短理論與實踐的差距奠定了良好的基礎。
4. 2存在的問題
如何克服目前機電專業畢業設計中存在的問題，進一步提高畢業設計質量，已成為當前高校教學改革中的重大問題之一。筆者根據近些年畢業設計的指導經驗，從設計選題、組織形式、過程管理和考核評價等方面提出幾點建議。
1.1選題以機電類為主
兼顧多樣性現代機械工程是一門綜合性很強的學科，很多先進的機械設備都是機、電、液、光、微機和控制的精密結合體，機電類題目對提升學生的設計水平和綜合能力能起到重要的作用，因此，機電專業的畢業設計題目應以機電綜合類題目為主，題目來源于真實課題，強調真題真做。畢業設計選題在以機電類真實課題為主的同時，須適當兼顧多樣性[3]，如結構設計類、軟件開發類、控制類、工藝類、仿真類、探索類課題。這里有兩方面的原因：1）由于高校擴招，學生規模擴大，每個教師每年都提供大量的新的機電類真實課題不是很現實。教師的科研工作除了熟悉的領域外，還需要從事一些領域前沿的探索性研究。這些工作對于教師也同樣是未知的、有很強的挑戰性，卻是科學研究的必經之路。教師安排少量涉及領域前沿動態的題目，鼓勵感興趣的學生做，對于激發學生的創新意識、培養學生的探索精神、樹立良好的學術風氣具有重要的實踐意義。2）即便都是機電類學生，每個學生的興趣愛好也不盡相同。高校的根本任務是培養人才，教育應該以人為本，培育和發揚個性。學生參加創新設計大賽、挑戰杯設計大賽、機器人設計大賽等科技活動的成果，可以進一步的深化、擴展和改進，作為畢業設計選題。在學習專業課的過程中，學生對某一問題的質疑、改進或推廣，也可以作為畢業設計選題。這類選題由于從學生的興趣愛好出發，學生樂于投入精力，易于產生創新性成果。
1.2組織形式以課題小組為宜
畢業設計的組織形式，宜以3~5人組成畢業設計小組，一組一題，以小組為單位完成畢業設計。設計內容中的查閱文獻、方案選擇和系統總體設計，要求所有成員共同完成，而局部計算和結構設計等分工進行。設計小組在每人分別調研的基礎上經討論得出統一的方案，經指導教師同意后將方案確定下來，然后明確分工，各展所長，協作互補，這個過程能有效地鍛煉學生的溝通能力和協作能力。與一人一題的形式相比，課題組的形式有利于培養學生的交流和溝通能力，加強學生的團隊合作精神。在21世紀的今天，人的溝通能力和合作精神非常重要，因為幾乎沒有項目是一個人可以單獨完成的，一個人哪怕是天才，如果他不能融洽的和他人溝通合作，一味的孤僻自傲，那么他的價值將大幅度下降。
1.3重視畢業設計過程管理
畢業設計管理是畢業設計工作的重要構成，直接影響畢業設計的進程和質量，因此必須加強畢業設計的過程管理[4,5]。
1.3.1嚴格過程管理確保設計質量在第七學期布置題目，使學生放假前就能夠帶著課題和問題學習。督促學生大量查閱資料，充分利用網絡資源，分析研究課題相關資料，撰寫開題報告。每周兩次課題組集體討論，開展以學生交流溝通為主的交互式研討。通過集體討論，列出各種解決問題的方法，并逐個進行分析，找到最佳解決方案和減少風險的方法。方案確定后，要求課題組成員進行任務分工，制定出任務進程表，并嚴格執行。討論過程中，教師作點評和提問，既要對學生的設計工作給予充分肯定，又要及時指出方案和圖紙中存在的問題，提出指導性的修改意見；同時，要注意個性教育，及時發現學生畢業設計中的閃光點、創新點，并加以正確引導。每個設計階段末，即在開題階段末、方案確定階段末、設計階段末等，都要及時要求學生將所做的工作形成文字，整理成為畢業論文的章節初稿。對學生的出勤情況、提問情況、問題的分析與解決情況、階段工作的完成情況等，教師都要做詳細記錄，為學生的畢業設計成績評定提供較全面的依據。
1.3.2組織階段匯報和專題講座開題報告、中期報告、畢業答辯都要求學生整理資料，制作PPT，進行匯報。不僅促進了學生對工作進度的有效控制，同時訓練了學生的口頭表達能力和PPT展示能力。畢業設計是大學生經歷的第一次綜合設計訓練或第一次科研項目活動，教師可以就學生在畢業設計中存在的一些共性問題，組織開展一些講座活動，如關于文獻查找、閱讀和整理的講座、關于科技論文寫作和排版的講座、關于課題相關領域前沿的學術講座等，營造良好的學習氛圍。
1.3.3培養學生科技論文的寫作能力畢業論文的撰寫是畢業設計工作的一大內容，它要求設計者對畢業設計的具體工作，用文字、數據、圖表等形式進行總結、分析論證和說明。指導教師要重視學生論文的撰寫過程，要求學生撰寫提綱并審查，應對論文的結構、內容、格式、規范等提出具體的要求，指導學生如何歸納問題、闡述問題，應對論文初稿進行檢查并及時提出修改意見。通過畢業設計論文的撰寫，培養學生嚴謹的科學態度和科技論文的寫作能力。
2優化考核評價體系
目前的畢業設計成績考核多側重于知識的終結性評價，教師主要關注結果展現，而忽視了學生在實踐過程中所展現的創新意識、人文素養、動手能力、發展潛能和個性特長等項的評估。學生今后的發展不僅僅依靠專業知識和技能，還需要多方面的能力和素養。很多的學生畢業后，可能是依靠專業知識以外的某項特長而獲得長足發展，因此，充分挖掘發現學生的潛能和特長，并給予鼓勵和引導，才是人本主義的教育，所以，有必要構建設計結果和實踐過程并重的多元考核評價體系，激發學生的創新意識和參加實踐活動的積極性。多元考核評價體系是指多人多角度對學生的畢業設計進行評價，體現成績的公平和公正。“多人”包括指導老師、評閱老師和答辯老師“；多角度”包括文獻查找能力、科研創新能力、交流溝通能力、實踐動手能力、表達展示能力、論文寫作能力、繪圖能力和軟件應用能力等。多元考核評價體系并不是苛求所有的學生都做到“全面發展”、“遍地開花”，而是為了更好地發現每個學生的潛能和閃光點。對于有個性有特長的學生，如論文立意新穎、創新意識強的學生、動手實踐能力特強的學生、以第一作者撰寫論文并在核心期刊發表的學生，畢業設計成績應該評優，并且要設法給他們以展示個人才華的空間和機會。
3結束語
摘要：基于FMS技術開發了模塊化機電一體化教學培訓系統，該系統有助于加深學生對機電一體化系統概念的理解，掌握車間柔性制造的方法，最后以作業計劃與調度教學研究性、綜合性實驗為例，論述了該系統在培養學生理論與實踐相結合的能力，提高學生學習興趣和積極性的重要作用。
為使機械設計制造及其自動化專業學生在學習過程中，有機會將所學到的各門專業課的知識綜合性地應用到接近于生產實際的過程中，為他們走上工作崗位后應用這種新的理念打下基礎，學院除了建立適合于現代教學法模式的幾個獨立的專業實驗室外，籌建了一個開放式自動化綜合實驗室。在這個綜合實驗室中，我們開發了一套完全接近于生產實際的模塊化柔性制造系統，由省部共同投資。實驗室的開放性主要體現在兩個方面：一是系統組成具有開放性，系統中不同生產廠家的設備可相互兼容，便于以后擴展；二是實驗室資源具有開放性，實驗室可面向校內外各種層次的學生或培訓學員，做到資源共享，擴大受益面。
一、FMS系統組成
柔性制造系統機電一體化訓練設備，包含一條閉環柔性輸送裝置和六自由度并聯加工中心(加工站)、三自由度數控雕刻機及其控制系統、四自由度上料檢測站及其控制系統、搬運站、安裝站、安裝搬運站、智能分類站、現場總線、多層次立體原料庫及其控制系統、多層立體成品庫及其控制系統、自動化輸送線及變頻調速控制系統、PLC數據采集及物料監控系統、系統監控及管理控制軟件。
工業控制計算機通過運動控制卡發送位置信號給旋轉立體上料庫電機驅動器，電機驅動器驅動步進電機旋轉一定角度，實現零件位置對準，同時設置檢測開關，通過PLC采集至計算機，判斷托盤上相應位置是否存在零件。自動上料機器人將待加工物料送至加工位置后，系統驅動鎖緊裝置進行物料定位固定，上位機按指定程序控制六自由度并聯機器人，進行零件前序的加工。在主界面中點擊數控雕刻機控制按鈕，進人數控雕刻機控制界面，三自由度數控雕刻機主要實現對工件端面的雕刻，通過用戶編制G代碼也可以用軟件將模型轉化為G代碼，然后通過計算機的串口將G代碼傳到雕刻機，雕刻機執行G代碼。
零件前序加工完畢后，計算機控制零件搬運機器人將加工完的零件搬運至下一工序的加工位置。在主界面中點擊立體倉庫狀態按鈕，進人立體倉庫狀態界面。立體倉庫狀態是用來實時顯示立體倉庫倉位的占用情況，系統實時檢測各個倉位的狀態，然后系統給碼垛機發指令決定碼垛機下一次將裝配的成品放人哪個倉位，操作者通過觀察狀態位的圖標情況，操作者就可以知道哪個倉位是否為空，并且知道各個倉位物件的重量，通過生產統計還可以知道立體倉庫一共有多少個成品，每一類成品的個數及總重量。
二、系統特點
(1)包含多種關鍵技術及單元，使學生了解更多的知識；機器人技術；物流倉儲自動控制系統；立體倉庫；自動輸送線；自動碼垛機；物流倉儲管理和監控；PLC控制系統；傳感器技術；計算機網絡通信技術和現場總線技術；計算機控制；網絡化視頻監控技術；數據庫技術；多軸運動控制器；氣動技術；步進電機及驅動；伺服電機及驅動；VC,VB等高級語言編程。
(2)結合機電教學，編制了的實驗指導書，包含多個實驗：為了方便教學實際使用，我們為系統提供了專門實驗指導書，其內容涵蓋機械、控制、機器人示教、插補、自動裝配、碼垛等多項實驗，供本科生、專科生和研究生專業選開，教師也可以根據實際情況，在實驗指導書的基礎上增開設計性、綜合性實驗。
(3)交互式圖形化操作界面：系統控制軟件采用WINDOWS操作系統，具有交互式和圖形化特點，操作簡單易學，自動化程度高，使教師和學生在很短的時間之內就可以掌握對系統的操作。
(4)豐富的狀態反饋功能：通過計算機與各單元及傳感器的通訊，將系統中各環節的狀態顯示在操作界面上，使操作者通過計算機隨時了解系統各環節的工況、狀態、運行數據，掌握系統運行狀態。
(5)完善的生產及物料存儲統計功能：根據現代柔性制造系統的特點及倉儲物流的發展動向，不但在工作過程和原理上仿真實際生產過程，而且開發了生產及物料存儲數據庫，根據系統的運行隨時記錄和分析生產和存儲數據。
(6)開放式系統結構：為了增強學生的參與性，系統采用了開放式結構，提供了完善的控制功能動態鏈接庫和二次開發函數，不用了解底層復雜的時序和操作過程，只需要在VC或VB中簡單的幾行代碼，學生即可開發出自己的運動或控制功能，激發學生的學習興趣。
(7)網絡化視頻監控：系統提供網絡化視頻監控模塊，使操作者在操作系統的同時，也可通過電腦屏幕實時觀看系統的實際運行狀況。同時對于有條件的學校，可將控制計算機與校園網相連解，使更多的學生和老師通過網絡觀看現場實驗過程，提高系統利用率，也可實現遠程教學。
三、如何應用FMS進行本科實驗教學
由于近年來高校的擴招，學生人數大幅上升，而大型實驗設備臺套數少；而且大型實驗設備的實驗通常包括編程、上機、結果分析等，需要的時間較長。因此，大型設備開設的實驗不能簡單的照搬其它實驗教學的模式。我們分別探索了以下幾種模式：
3.1開設綜合設計性實驗
本中心老師提出項目申請，參加學校實驗室設備管理處組織的“工程實踐”和機電工程學院組織的“機電一體化實訓中心”項目。這些項目結合指導老師的科研項目，通過雙向選擇接受學校相關專業本科三年級以上的學生參加。學生分為2-4人一組；在教師的指導下，首先查閱文獻和學習FMS的有關知識，編制程序，上機測試；實驗的內容根據項目的研究內容而定，一般涉及多種設備；實驗時間根據老師和學生雙方商定，實行彈性制，不拘泥于課堂安排的時間。由于學生人數少，在實驗過程中可以做到師生面對面的隨時交流。例如：作業計劃與調度教學實驗。
“作業計劃與調度教學實驗”的內容是讓學生根據給定的加工工件信息，設計一個單件小批量零件加工的“作業計劃與調度”的仿真系統，使目標函數“最長流程時間”的值最小，然后對仿真結果進行驗證。實驗的目標是：使學生加深對“作業計劃與調度”概念的理解，掌握車間調度的方法，培養學生理論與實踐相結合的能力，提高學生的學習興趣和積極性。實驗系統要具備以下功能：
(1)提供一個很好的、有代表性的研究對象，也就是使學生知道他們是在那個車間、那個環境為加工那些工件設計“作業計劃與調度”的方案；
(2)提供一個很好的仿真環境及工具，用來建立仿真模型，使學生形象直觀地看到車間調度的運行過程；
(3)提供實現“作業計劃與調度”的算法和軟件開發環境，使學生了解并掌握該算法的原理，并在仿真環境中實現算法，得到仿真結果；
(4)提供一個真實環境，如FMS車間或可真正運行的FMS車間模型，在此環境中對上面得到的仿真結果進行驗證。
針對“FMS教學實驗系統”只討論一種特殊情況，即最長流程時間Fmax的計算先討論n/m/P/Fmax問題，目標函數是使最長流程時間最短。最長流程時間又稱作加工周期，它是從第一個工件在第一臺機器開始加工時算起，到最后一個工件在最后一臺機器上完成加工時為止所經過的時間，由于假設所有工件的到達時間都為零(Ri,I=1,2,3，…,n)，所以Fmax等于排在末位加工的工件在車間的停留時間，也等于一批工件的最長完工時間Cmax。
設n個工件的加工順序為S=(S1,.S2,……，,Sn)，其中Si為排第i位加工的工件的代號。以CK(Si)表示工件Si在機器Mk上的完工時間，Pk表示工件Si在Mk上的加工時間，K=1,2,3,……,m；i=1,2,……,n,式(1)是一個遞推公式，當由式(1)得出Cm(sn)時，Fmax、就求得了。在熟悉以上公式之后，可以直接在加工時間矩陣上從左向右計算完工時間。對于某一工作地，在給定的一段時間內，順次決定下一個被加工的工件。
3.2開設選修課
由于學習FMS的有關知識，需要學生們具有一定的專業知識；而且大型設備一般只有一套設備，要面向學生人數眾多的本科生開設實驗課有一定的難度。因此，我們首先開設了FMS的選修課。在講授FMS技術的理論知識的基礎上，開設FMS的上機實驗課，學生分為3-5人一組。由于課堂講授FMS的時間有限，加之是選修課；因此，在實驗課之前，面對設備再介紹一次設備的原理、結構和用途等，以加深學生的印象；然后指導學生編制程序、適當的上機操作，輔導學生處理實驗結果。
3.3為本科畢業設計提供實驗
本科生的畢業論文是進行專業基本技能培養的重要環節，同時也是培養學生創造性思維方法、提高動手和解決問題能力的不可缺少的過程。參加本科畢業論文的學生，有充分的時間利用所掌握的專業基礎知識，解決具體的問題；因此畢業論文是本科生學習和掌握大型實驗設備的一個非常好的機會。
四、FMS進行本科教學的體會和希望
4.1FMS進行本科教學的效果
通過上述三種方式向本科生開放大型實驗設備，對學生選擇專業有一定的幫助，也增加了學生參加推薦免試研究生和就業等的競爭力。例如，一名機電學院的學生參加了“FMS研究”項目后，對數控技術有關知識和應用有了一定的了解和興趣，報考研究生時選擇數控技術專業。另一名機電學院的學生參加“開放式數控系統的研究”，學習了切削圖形設計、數控雕刻機及其控制系統等一系列操作，在老師的指導下自己操作選擇刀具和切削參數，觀察不同的切削過程，加深了所學的理論知識，熟悉了作業計劃與調度的原理、立體倉庫的基本操作；該生通過面試后順利地被華中科技大學錄取為研究生。
近年來為了適應地方經濟和社會發展的需要，拓寬人才培養領域，在開設綜合性實驗項目和選修課時，也接受其他學院的學生。學生結束項目后，對所參加的研究工作非常有興趣。
相比較而言，綜合設計性實驗效果明顯好于選修課的實驗。前者由于有充分的時間，我們摒棄了傳統的驗證實驗的模式，采取了“雙向互動”，教師以更多的精力啟發學生的創造力，調動其主動性和積極性，發揮他們運用所學的知識去解決實際問題。對這種實驗模式，學生表現出極大的興趣。這種實驗教學模式，不僅拓展了學生現代科學技能的理論和知識；在實驗方法，應用技能方面也得到了提高，為他們今后走上社會，服務于社會，縮短理論與實踐的差距奠定了良好的基礎。
4.2存在的問題
1、研究背景及意義
倒立擺系統的最初分析開始于二十世紀五十年代，其控制方法和思路在處理一般工業過程中有廣泛的用途，此外，其相關的研究成果也在航天科技和機器人學習方面得到了大量的應用，如機器人行走過程中的平衡控制，火箭發射中的垂直度控制和衛星飛行中的姿態控制等，因此對倒立擺控制機理的研究具有非常重要的理論和實踐意義。但同時是一個比較復雜的不穩定,多變量，帶有強耦合特性的高階機械系統。倒立擺系統存在嚴重的不確定性，一方面是系統的參數不確定性，一方面是系統受到不確定因素的干擾。倒立擺系統具有成本低廉，結構簡單，參數和結構易于調整的優點。作為控制理論研究中一種比較理想的實驗手段，倒立擺系統為自動控制理論的教學、實驗和科研構建了一個良好的實驗平臺，以用來檢驗某控制理論或方法的典型案例，促進了控制系統新理論和新思想的發展。為解決倒立擺控制系統的超調和快速性之間的矛盾，各種干擾對其的影響，進而對控制器進行了設計，自抗擾控制方法可以克服這些缺點，因此要用ADRC來控制直線倒立擺系統。
2、研究現狀及發展趨勢
鑒于倒立擺的穩定控制研究的重要意義，國內外學者對此給予了廣泛關注。國外在60年代就開始了對一級倒立擺系統的研究，在60年代后期，作為一個典型的不穩定、嚴重非線性例證提出了倒立擺的概念，并用其檢驗控制方法對不穩定、非線性和快速性系統的控制能力。
近年來，隨著智能控制方法的研究逐漸受到人們的重視，模糊控制、神經網絡、擬人智能控制、遺傳算法和專家系統等越來越多的智能控制算法應用到倒立擺動系統的控制上。Charies W.Andorson在1988年應用自學習模糊神經網絡成功控制一級擺；周建波等用基于B網絡的規則控制也解決了單擺的穩定性控制問題；徐紅兵等提出了基于變結構的模糊神經網絡控制算法，實現了二級倒立擺系統的穩定性控制；1995年，張明廉等人應用擬人智能控制理論成功的解決了三級倒立擺這一控制界的世界性難題；2001年9月19日，北京師范大學李洪興教授領導的復雜系統實時智能控制實驗室采用變論域自適應模糊控制成功地實現了三級倒立擺實物系統控制，又于2002年8月11日在國際上首次成功實現了四級倒立擺實物控制系統。
二、研究內容
本課題的主要研究內容集中基于ADRC的倒立擺控制系統研究，并針對其動態響應和運行穩定性，主要。主要內容簡述如下：
（1）建立倒立擺控制系統的數學模型；
（2）設計自抗擾控制器，包括：TD，NLSEF，ESO。然后對各部分的參數進行設計和調整；
在Simulink 環境下建立系統仿真模型，驗證基于自抗擾控制技術的倒立擺控制系統控制策略的有效性。
三、研究方法
（1）查閱相關國內外文獻資料（包括相關規范等），了解與該課題相關的理論知識，分析研究當前相關設計的優秀方案，在學習的基礎上添加在自己的創新元素。
（2）建立在所學知識的基礎上，分步驟的完成各項設計任務，在工作計劃內按時完成相應的工作，包括自動配料系統的硬件框圖、程序框圖、設計仿真等。
（3）各元器件的選型及設計內容的整理，開始進行設計說明書的撰寫。
（4）完成對設計內容的進一步修改，完善設計方案。整理、打印、裝訂設計說明書。完成答辯的準備工作。
四、國內外文獻綜述
倒立擺系統本身為多變量、非線性、強耦合的不穩定系統，由于以上特性，其精確控制對實現工業生產中復雜對象的控制有著重要的應用價值。主要的控制方法有線性控制、預測和變結構控制、智能控制等。智能控制是目前應用較為廣泛的控制方法，研究的熱點，其主要理論來自于人的實踐經驗，不需要精確的數學模型。模糊控制有兩種典型算法，其Mamdani算法最為常用，Sugeno型適合應用在動態非線性系統中。Mamdani算法中，分別對小車位置和擺桿角度進行控制，兩個控制器形成串聯結構，每個控制器只有二維，避開了四輸入變量，這樣免去了多輸入變量時模糊規則爆炸的問題。這樣免去了多輸入變量時模糊規則爆炸的問題中PID控制的單級直線倒立擺,雖然能很好控制擺桿角度,但是對于小車位置控制存在一定的偏差,文中模糊控制的倒立擺系統雖然具有一定的抗擾能力,但是加入稍強的干擾就無法達到穩定的控制效果,而自抗擾控制(Active Disturbance Re-jection Control,ADRC)的主動抗擾特性可以削減和解決這些外擾因素,而達到穩定的控制效果。但是傳統的自抗擾控制器只能穩定控制擺桿角度,并不能兼顧小車位置的控制,這就使倒立擺控制在現實中的運用上受到限制。
目前ADRC的應用領域廣泛。包括紙幅張力控制，硬盤驅動控制，DC-DC變換器。它也可以解決執行機構的非線性問題，如壓電陶瓷執行器的滯環問題。基于ADRC算法，一些多輸入多輸出系統可以獲得解耦控制，如微型機電系統(micro-electro-mechanical system），和連續攪拌槽式反應器(continuous stirred tank reactor)。ADRC的應用不只局限于控制領域，他也可以用來執行健康監視和故障診斷等任務。當下的ADRC理論基礎相對完善，理論上所需要的僅是一些特殊情況下的穩定性證明。而未來的發展趨勢是簡化ADRC算法，完善單參數ADRC算法調節策略，將ADRC算法逐步替代PID算法，應用到工業界的各個領域，提高控制性能和效率。由于ADRC算法是一種基于控制的控制算法，因此其應用時也應遵循下圖所示的過程，即理論>技術>應用>理論三者的循環補充。
五、研究方案及工作計劃
1、研究方案
（1）查閱相關國內外文獻資料（包括相關規范等），了解與該課題相關的理論知識，分析研究當前相關設計的優秀方案，在學習的基礎上添加在自己的創新元素。
（2）建立在所學知識的基礎上，分步驟的完成各項設計任務，在工作計劃內按時完成相應的工作，包括自動配料系統的設計框圖、程序框圖、仿真設計等。
（3）各元器件的選型及設計內容的整理，開始進行設計說明書的撰寫。
（4）完成對設計內容的進一步修改，完善設計方案。整理、打印、裝訂設計說明書。完成答辯的準備工作。
2、工作計劃
第1周：根據設計任務書要求選擇合適合理的方案設計直線倒立擺控制系統系統的課題。
第2周：根據確定方案，比較、選擇設計適合的研究方案等。
第3周：根據題目要求，設計軟件框圖，并進一步優化改進。
第4-5周：完成整體電路設計，畫出原理圖并驗證其可行性。
第6-8周：根據課題要求和電路原理圖編寫程序。
第9周：對軟件進行仿真調試，優化軟件設計使之符合要求。
第10周：結合軟件進行調試、修改，并使最終方案滿足設計要求。
第11-12周：撰寫畢業論文。
第13周：修訂畢業設計論文、完善畢業設計。
第14周：提交正式設計論文。
第15周：準備參加畢業答辯。
第16周：參加答辯，整理畢業設計材料提交。
六、參考文獻
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[2]孫德寶.自動控制原理[M].北京:化學工業出版社,2002.
[3]胡壽松.自動控制原理(第四版)[M].北京:科學出版社,2001.
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[15]韓京清.自抗擾控制器及其應用[J].控制與決策,1998(001):19-23.
指導教師審核意見
該論文《基于ADRC的一級直線倒立擺控制系統設計與仿真》選題與專業結合較緊密，選題的范圍比較適中。該選題的研究具有一定的實踐指導意義。內容安排合理，邏輯關系清晰，緊扣論文主題。
擬采取的研究方法具有一定的合理性。整個論文按時完成的可行性較大。該開題報告符合要求，同意該同學開題，并進入下一階段的論文寫作。
指 導 教 師(簽名)：年 月日
教研室負責人批閱意見
關鍵詞：實驗室；創新型；全生命周期；ISO9001質量認證體系
機械工程實驗室作為高等院校機械工程及近機類專業學生培養的實踐基地，也是學生接觸實際生產、獲得生產技術及管理知識，進行工程師基本素質訓練的平臺，對大學生創新意識、創新精神和創新能力的培養發揮著舉足輕重的作用。
在中國經濟飛速發展，而適應社會需求的專業人才相對匱乏的形勢下，教育部提出了“寬口徑、厚基礎、強能力、善創新”的高校專業人才培養目標，對于大學生的培養，高校既要使其具有厚實的專業基礎和基本技能，又要具有廣泛的適應能力和創新精神[1]。這不僅對高校人才培養目標的制定和教學計劃的安排提出了具體的要求，而且對實驗室建設也具有重要的指導意義。基于國內高校機械工程實驗室的實際情況，本文提出了一種新型的實驗室建設模式，加大學生基礎技能、專業技能及創新能力的培養，有效解決了寬廣知識面與深厚專業技能兩者不可兼得之間的矛盾。
1 國內機械工程實驗室的現狀
教育部新頒布的本科專業目錄在逐步消除原專業劃分過細帶來的問題，側重于學生在專業內的綜合技能和創新能力培養。而國內高校機械工程實驗室大多仍保留著原來的運行模式，主要體現在3個方面：
（1）實驗室構成：國內高校大部分是機械原理實驗室、機械設計實驗室、機械制造實驗室、機械CAD/CAM實驗室、機械創新實驗室、金屬材料實驗室、機電傳動實驗室等組成模式，其構成主要側重于學生在設計、制造方面的能力培養，而對于國內大多數高校的本科畢業生而言，畢業后從事設計方面工作的人數占比很小，大多集中在制造、測量與質量控制等領域就業。因此目前普通高校的機械工程實驗室在產品性能測定、物流及成本核算等方面存在一定的功能缺陷。
（2）實驗室運行模式：實驗設備引進方面，國內高校機械工程實驗室建設仍然根據專業性質，采用“教師申請―學校審批―招標―采購―學校驗收”的操作模式購買相應設備，根據設備情況開設相應的實驗項目，因此存在著設備共享困難、重復購置率較高、利用率低下的問題[2，3]。在教學質量控制上，一般采用實驗教學抽查、聽課等方式對教學質量及規范性進行檢查和監督，但是對于學生的滿意度及培養質量關注普遍較少。
（3）實驗室隊伍建設：目前實驗室管理人員在高校師資隊伍建設中仍處于不受重視的地位，普遍存在實驗室人員學歷較低、技能單一等問題。隨著新知識、新技術的更新速度加快，實驗教學內容、教學方法、現代化教學設備更新及學生能力培養都對實驗教學隊伍的素質提出了更高的要求。由于長期得不到應有的重視，導致實驗教學隊伍的知識更新緩慢，甚至部分實驗教師沒有接受過系統的專業訓練[4]。另外，由于教學、科研類崗位普遍比實驗崗位待遇高，也導致大批實驗技術骨干人員不愿從事實驗教學工作，而轉入教學、科研崗或為了離開實驗崗而選擇繼續深造，造成實驗教學隊伍的人才流失。這些因素均制約了實驗隊伍的創新能力及實驗水平的提高，成為實驗教學環節中的瓶頸之一。
2 我校機械工程實驗室的創新模式
2.1 實驗室構建
我校機械工程實驗室從培養學生厚基礎、寬口徑的實際出發，經過資源整合把實驗室分成機械設計基礎、機械創新、機械制造、測試與控制、生產管理5個模塊。學生在該實驗平臺上可以得到“構思―設計―制造―標定―物流”整個產品生命周期的訓練，實現對產品開發過程各環節的深入理解，并根據自身的興趣、專業在個別環節上深入學習、加強訓練。這種實驗室構建方式有效地解決了“寬口徑、厚基礎、強能力、善創新”與技能專長之間的矛盾。實驗室組成如圖1所示。
2.1.1 機械設計基礎模塊
該模塊主要是以鞏固學生基礎知識和培養學生基本技能為主的專業基礎訓練（包括綜合展品陳列實驗、公差測量實驗、機械CAD實驗、熱處理與硬度測定實驗、減速器拆裝實驗和液壓傳動實驗等）；以培養學生綜合知識和創造能力為主的基礎實驗，即機構創意設計實驗，使學生具備基本的機械設計理念與專業技能。
2.1.2 機械創新模塊
該模塊主要是培養學生機械綜合設計能力、創新能力、協作精神和實踐制作能力。主要針對全國機械創新大賽、全國大學生工程訓練綜合能力競賽、機器人大賽、大學生電子設計競賽、全國三維數字化創新設計大賽等各大賽事而設置。通過選題、構思、設計、制造、調試等環節的綜合訓練，使學生把理論知識和實踐技能結合起來，激發學生的學習興趣，開拓學生的視野，為優秀人才的脫穎而出創造條件。
2.1.3 機械制造模塊
該模塊主要讓學生深入了解和掌握機械制造方面的知識，提高學生的動手操作技能，強化對機械制造工藝、機械制造技術基礎等課程的理解。具體內容主要是結合產品的制造過程，對車、鉗、刨、磨、銑等常見工藝進行基本操作技能訓練，使學生對工業產品制造過程有較完整的體驗和認識，更好地學習、掌握數控機床的基本結構、基本操作、編程、工件與夾具的裝夾、刀具選用及裝夾、基本工藝的擬定、 CAM應用，對工業機器人結構、編程、設計及在生產線上的應用深入理解，以適應現代制造業對人才素質的需求。
2.1.4 測量與控制模塊
該模塊主要訓練學生測試典型機構及機械傳動裝置的運動、動力學特性及工作能力；分析其影響因素，了解提高機械性能的措施；掌握現代機械物理量的測試與實驗研究方法和手段。
2.1.5 生產管理模塊
該模塊通過分布式制造系統實時仿真系統的軟硬件環境，提供生產系統的規劃、設計、運作管理方面的實驗，使學生學習典型車間作業調度問題的基本方法、技術以及對生產系統的布置和調度管理，培養學生運用生產系統設計和現代集成制造設計理論、方法從事制造系統規劃設計的能力。
2.2 管理模式
機械工程實驗室除執行我校國資處制定的各項有關規章制度以及學院GB/T19001-2000質量認證管理制度外，建立并實施了《機械工程實驗室管理規則》，包括實驗室各類人員崗位責任制、工作考核制度、安全衛生管理制度、檔案管理制度、實驗室運行經費管理規定、儀器管理規定等，各實驗室有實驗室規則、安全衛生制度、學生守則等管理制度。
2005年，實驗室進行了ISO9001質量管理體系認證，將ISO9001質量管理認證體系引入實驗室教學管理工作中。按照ISO9001質量認證體系的核心PDCA（計劃―實施―檢查―持續改進）要求，進行閉環、循環式管理，對實驗教學過程的各個環節進行連續控制，使全面質量管理成為基本工作方法，最終提高實驗教學質量和實驗室管理水平。
2.3 實驗教學隊伍建設
實驗室積極鼓勵學術水平較高、教學經驗豐富、具有團隊精神的教師參與實驗教學、實驗課程改革和實驗室建設，盡量減少專職實驗崗位的設置。按照學校、學院和學科師資隊伍培養的政策和要求，定期從實驗教學任務、實施過程、教學難點、教學方法、教學手段、技術改革等方面進行培訓，通過輪訓的模式加強實驗隊伍對產品生命周期各環節技能的深刻理解，使之熟悉實驗教學的全過程和具體要求，保證實驗教學的順利進行。
3 運行效果
經過幾年的改革與實踐，學生主動參與實驗的興趣明顯提高：（1）動手能力得到加強。以學生參加各類科技競賽為例，以往學生需要加工零部件時，往往直接請教師指導操作，甚至部分零部件由教師代為加工。現在指導教師只需要參與前期的方案討論，后期的加工制造與調試則完全由學生自行完成。（2）工程素質和創新能力得到提升。近三年來，學生在全國和省級科技競賽中獲獎22項，較以往有明顯的提高。（3）畢業論文質量提高。很多學生在理解了工業產品的整個生命周期過程后，根據自己的興趣選擇畢業論文的方向或題目。近年來，本科畢業論文的質量有了明顯提高，申請實用新型專利十多項。（4）學生滿意度提高。我院根據ISO9001質量管理認證體系的要求，針對實驗教學對學生進行滿意度調查。結果顯示，學生滿意度由原來的89.8%提高到2012年的98.7%。
4 結束語
采用產品生命周期理念建立的機械工程實驗室，是對于傳統實驗室培養理念的革新，引進的ISO9001質量管理體系有效地保障了實驗教學的運行，提高了實驗教學質量。實踐證明，該模式對于系統培養學生的工程理念具有明顯優勢，使學生能夠在產品設計與制造時充分理解各環節的運行與成本核算，有效地解決了寬口徑與技能專長培養之間的矛盾。
參考文獻
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SAT更有含金量
2012年香港科技大學計劃在內地招收160人。校方表示，在他們看來，高考成績比SAT（美國高考）成績更有含金量。選用國際高考成績申請港科大的學生，如果他持的是中國護照，那么他還是與其他參加中國高考的內地學生在一塊競爭，并沒有取巧的機會。
廈門大學新招
醫學專業學生免學費
從今年9月開始，廈門大學所有新招的醫學生免除學費，學校希望借此吸引更多優秀的醫學生源，改善學校醫學學科生源質量，提高醫學人才培養質量。該校歡迎有志于報考學校醫學院、藥學院、公共衛生學院以及護理學院，準備投身醫藥衛生事業的同學們報考。
據武書連2011中國大學醫學專業排行顯示，廈門大學醫學專業排名第45位。排在前十位的高校分別為北京大學、上海交通大學、復旦大學、浙江大學、中山大學、華中科技大學、四川大學、首都醫科大學、中南大學、中國藥科大學。
高校專家評說
作文網絡語言
多年從事高考作文閱卷工作的專家、華東師大中文系周宏教授提醒考生和家長，高考作文的評判標準是非常開放、非常寬容的，但沒有個性、思想、真情的文章不可能在高考中獲評一類卷。
“對待網絡語言，我們持寬容的態度。”周宏介紹道，“‘網絡語言’需要更清楚的界定，在網絡上所使用的語言并不等于‘網絡語言’。比如，‘浮云’一詞只是在網絡上出現得比較多而已，而其實‘浮云’一詞早就有了。再說，網上‘打醬油’這樣的詞匯也很好，它不過是賦予了這個詞以新的涵義，而不是錯別字。”
曾經有中學老師表示，一些已被實體媒體使用的“網絡語言”，如“神馬都是浮云”，運用到作文中去，是可以接受的。對此，周宏教授表示了不同的意見：“浮云”是可以的，“神馬”是不可以的。因為“神馬”是漢語拼音輸入法打錯之后出現的錯別字。網絡語言中的錯別字是不應該在我們主流語言的陣地中出現的。
周宏說道：“如果想表達‘今天，我很激動’，可以把‘激動’寫成‘雞凍’嗎？它在網絡中確實可以生存，但是要想到主流語言的陣地里來走一走，對不起，不可以！我們反對的是這種網絡語言中的錯別字。比如說‘灰機’，這是錯別字+讀音錯誤；再比如說‘杯具’，‘杯具’是悲劇，這個‘杯具’會成為將來中國的語言嗎？作為一名大學老師、語文老師，我態度很鮮明，堅決反對這種錯別字。”
湖南師大獲批
自主招生資格
繼中南大學、湖南大學之后，湖南師范大學成為湖南省第三所經教育部批準具有自主招生資格的高校。
今年該校自主招生面向湖南省應往屆畢業生，明年將會在全國范圍內進行自主招生。自主招生人數控制在本科招生計劃總數的2%。
參加今年該校自主招生的考生，高考總分須達到湖南省本科一批文史或理工最低控制分數線，在此基礎上，取得該校自主招生合格證且在自主招生志愿欄中填報該校志愿的考生，該校將予以錄取，并加5分參加專業志愿錄取。
湖南高考報名人數
較去年降2.6萬
湖南省2012年高考報名人數為35.2萬，相比去年又減少2.6萬人，相對生源高峰的2008年下降了34%。
2007年湖南省高考報名人數51.8萬，2008年53.4萬，2009年50.8萬，2010年41.3萬，2011年37.8萬。
上海高校新增
14個本科專業
教育部日前公布2012年審批同意設置的高校本科專業名單，其中，上海11所高校新增14個本科專業，均為當前的緊缺、熱門專業，從今年開始招生。
新增的專業分別是：同濟大學的海洋資源開發技術，華東理工大學的景觀學，上海外國語大學的漢語言和印地語，上海電機學院的物聯網工程，上海建橋學院的網絡工程，上海應用技術學院的通信工程、給水排水工程，上海電力學院的應用化學，上海第二工業大學的材料科學與工程、酒店管理，上海商學院的朝鮮語，上海外國語大學賢達經濟人文學院的數字媒體藝術，復旦大學上海視覺藝術學院的公共藝術。
清華網絡機器人
說黃段子被停用
清華大學圖書館工作人員設計的一款網絡機器人小圖備受關注。在網上，小圖能夠在線自如地與網友交流。設計者稱制作小圖的目的是讓其更好地服務于圖書館。學生及網友可以在圖書館下班時間在網上與小圖交流，咨詢在圖書館遇到的問題。
但由于小圖具有學習功能，對網友教它的話能夠記憶，日前，小圖被“教壞”，甚至在與網友交流時頻出黃段子，不得已，設計者將小圖暫時“停職”。
天津工大今年首招
數字媒體專業方向
