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光阴似箭，岁月如梭。转眼间，四年的本科生涯已经接近尾声。回想起这几年的学习生活，回想起这些年经历与成长，回想起那些帮助过我的人，感激之情，油然而生。
衷心感谢我的指导老师谷良贤教授。从课题选题到论文结束，谷老师不仅给我提供了便利的工作条件和工作环境，还对我悉心的指导和热情的鼓励，使我能够顺利地完成毕业论文。谷老师与航天四院联系，才使我得到了宝贵了资料与模型。在完成论文的过程中，谷老师提出了许多宝贵的方法，对我论文的结构与内容提出了很多细致的修改意见。谷老师严谨的治学态度，认真负责的精神深深影响着我，将成为我今后人生道路上的一笔宝贵的财富。
衷心感谢我的研究生导师龚春林副教授。在保研之前就听说龚老师，工作认真、学术严谨，对待学生真诚友善。在完成论文的这半年多时间里，深刻感受到了龚老师治学、为人的人格魅力。由于龚老师的指导，使我对火箭总体设计、气动特性参数化设计、弹道数值仿真计算有了更深层次的理解，还培养了我提出问题与解决问题的好习惯。
感谢航天四院中天火箭公司为我毕业设计提供宝贵的数据与模型，是他们的技术支持，才让我的毕业论文顺利完成有了保障。
感谢航天系统工程系教研室、陈兵、郭金雷、王昂、仇理宽等师兄，王青、张青等师姐。他们在我做毕业设计的半年多时间内，一直给我提供无私的帮助。在弹道设计、气动特性计算、结构仿真方面，不仅给我提供了大量的有价值的参考资料，还详细给我解释了我所遇到的学术上的许多难点和疑点，教我做科研的方法和思路，使我能更快地适应今后的学习和工作。
感谢康博翼、赵成泽同学对我毕业论文中弹道计算与仿真的帮助；感谢胡寒栋、方海同学对我气动特性设计与仿真的帮助；感谢樊健平、朱海珍同学在结构机构设计与仿真中给我的支持；还感谢那些给予我帮助、支持与鼓励的同学，这里就不一一例举了。从确定保研至今，在航天北楼503教研室学习近10个月，这段时间跟同学们一起学习生活，不仅增长了知识，更增加了友谊，成为了我记忆中又一段美好的时光。
感谢航天学院09本科生辅导员顾振芳老师，从入学开始到现在，他对我学业、社会活动、科技竞赛上的关心与指导，才使我从大一的迷茫中走出来，才使我找到一条合适自己发展的道路。感谢机电学院王淑侠副教授、刘援越副教授，是她们对我在三维设计方面的指导，才使我多次获得国家级竞赛奖励。感谢西北工业大学教务处李辉副处长和舞蹈机器人创新实践基地指导老师黄英亮老师，在他们的支持下，完成了大型项目救援机器人的设计与实现，使我和我的团队的学术水平得到了进一步提高。
深深感谢含辛茹苦将我养育成人的父母，他们出身卑微、生活艰苦、工作劳累，却在我十八年的寒窗求学生涯中，无时无刻地牵挂着我的学习与生活，不仅为我提供可靠的物质基础，让我得以安心学习；更是给了我无尽支持与鼓励，让我在挫折与失败中能够重新获得力量。父母自力更生、艰苦奋斗的精神时刻鞭策着我，不仅促使我顺利完成本科生阶段的学习，更使我养成了自强不息的人生品格。感谢与我一起成长的姐姐，她一直对我关爱有加，使我有个快乐童年，得以健康成长。在小学与中学阶段，还对我学业给予指导。我们一起分享生活中的苦与乐，感受亲情的温暖。
最后，再次向所有给予我指导、关心、帮助、支持与鼓励的师长、亲人、朋友和同学致以深深的敬意和衷心的感谢，衷心地祝福他们身体健康，工作顺利，平安幸福！
2013年6月
关键词：上肢康复训练机器人 青岛大学硕士开题报告范文 青岛论文 开题报告
一、 选题的目的和意义
据统计,我国60 岁以上的老年人已有1.12 亿。伴随老龄化过程中明显的生理衰退就是老年人四肢的灵活性不断下降，进而对日常的生活产生了种种不利的影响。此外，由于各种疾病而引起的肢体运动性障碍的病人也在显著增加，与之相对的是通过人工或简单的医疗设备进行的康复理疗已经远不能满足患者的要求。随着国民经济的发展，这个特殊群体已得到更多人的关注，治疗康复和服务于他们的产品技术和质量也在相应地提高，因此服务于四肢的康复机器人的研究和应用有着广阔的发展前景。
目前世界上手功能康复机器人的研究出于刚起步状态，各种机器人产品更是少之又少，在国内该领域中尚处于空白状态，临床应用任重而道远，因此对手功能康复机器人的研究有广阔的应用前景和重要的科学意义。
目前大多数手功能康复设备存在以下一些问题：康复训练过程中，缺乏对关节位置、关节速度的观测和康复力的柔顺控制，安全性能有待提高;大多数手功能康复设备没有拇指的参与;感知功能差，对康复治疗过程的力位信息和康复效果不能建立起有效地评价。本课题针对以上问题，采用气动人工肌肉驱动的手指康复训练机器人实现手指康复训练的多自由度运动，不仅降低了设备成本，更重要的是提高了系统对人类自身的安全性和柔顺性，且具有体积小，运动的强度和速度易调整等特点。
课题的研究思想符合实际国情和康复机器人对系统柔顺性、安全性、轻巧性的高要求 。它将机器人技术应用于患者的手部运动功能康复，研究一种柔顺舒适、可穿戴的手功能康复机器人，辅助患者完成手部运动功能的重复训练，其轻便经济、穿卸方便，尤其适于家庭使用，既可为患者提供有效的康复训练，又不增加临床医疗人员的负担和卫生保健。
综上所述，气动人工肌肉驱动手指康复训练机器人的设计是气压驱动与机器人技术相结合在康复医学领域内的新应用，具有重要的科学意义。
二、 国内外研究动态
2.1 国外研究动态
美国是研究气动肌肉机构最多的国家，主要集中在大学。
华盛顿大学的生物机器人实验室从生物学角度对气动肌肉的特性作了深入研究，从等效做功角度建模，并进行失效机理分析，制作力假肢和仿人手臂用于脊椎反射运动控制研究。
vanderbilt 大学认知机器人实验室(cognitive robotics lab, crl)研制了首个采用气动肌肉驱动的爬墙机器人，并应用于驱动智能机器人(intelligent soft-arm control, isac)的手臂。
伊利诺伊大学香槟分校的贝克曼研究所对图像定位的5自由度soft arm 机械手采用神经网络进行高精度位置控制和轨迹规划。亚利桑那州立大学设计了并联弹簧的新结构气动肌肉驱动器，可以同时得到收缩力和推力，并与工业界合作开发了多种用于不同部位肌肉康复训练的小型医疗设备。
英国salford 大学高级机器人研究中心对气动肌肉的应用作了长期的系统研究，开发了用于核工业的操作手、灵巧手、仿人手臂以及便携式气源和集成化气动肌肉，目前正在研究10 自由度的下肢外骨骼以及仿人手的远程控制。
法国国立应用科学学院(instituted national dissidences appliqués, insa)研究了气动肌肉的动静态性能和多种控制策略，目前正在研制新型驱动源的人工肌肉以及在远程医疗上的应用。
比利时布鲁塞尔自由大学制作了新型的折叠式气动肌肉用于驱动两足步行机器人，实现了运动控制。
日本bridgestone 公司在rubber tauter 之后又发明了多种不同结构的气动肌肉。德国festoon 公司发明了适合工业应用的气动肌腱fluidic muscle，寿命可达1000万次以上，同时还对气动肌肉的应用作了许多令人耳目一新的工作。英国shadow 公司研制了目前世界上最先进的仿人手。美国的kinetic muscles 公司与亚利桑那州立大学合作开发了多种用于肌肉康复训练的小型医疗设备。
lilly采用基于滑动模的参数自适应控制策略，实现了单气动肌肉驱动的关节位置控制。
2.2 国内研究动态
自20 世纪90 年代以来，我国陆续开始了气动肌肉的研究。
北京航空航天大学的宗光华较早开始气动肌肉的研究，分析了其非线性特性、橡胶管弹性及其自身摩擦对驱动模型的影响，并应用于五连杆并联机构，通过刚度调节实现柔顺控制。
上海交通大学的田社平等运用零极点配置自适应预测控制、非线性逆系统控制以及基于神经网络方法，实现单自由度关节的快速、高精度位置控制。
哈尔滨工业大学的王祖温等分析了气动肌肉结构参数对性能的影响、气动肌肉的静动态刚度特性以及与生物肌肉的比较，提出将气动肌肉等效为变刚度弹簧，设计了气动肌肉驱动的具有4 自由度的仿人手臂、外骨骼式力反馈数据手套和6 足机器人，采用输入整形法解决关节阶跃响应残余震荡问题。
北京理工大学的彭光正等先后进行了单根人工肌肉、单个运动关节以及3 自由度球面并联机器人的位置及力控制，采用了模糊控制、神经网络等多种智能控制算法，并设计了6 足爬行机器人和17 自由度仿人五指灵巧手。
哈尔滨工业大学气动中心的隋立明博士也通过实验得到了气动人工肌肉的一个更简洁的修正模型和经验公式并对两根气动人工肌肉组成的一个简单关节系统进行实验建模和采用位置闭环的控制方法进一步验证气动人工肌肉的模型。
上海交通大学的林良明也对气动人工肌肉的轨迹学习控制进行了仿真研究给出了学习的收敛性的初步结论为下一步的学习控制奠定了基础。其中田社平通过对气动人工肌肉收缩在频率域上的数学模型并对它的结构及其静动态特性进行了理论分析建立了相应的静态力学方程。
2003年付大鹏等，以机械手抓取物体为分析对象，采用矩阵法来描述机械手的运动学和动力学问题，以四阶方阵变换三维空间点的齐次坐标为基础，将运动、变换和映射与矩阵计算联系起来建立了机械手的运动数学模型，并提出了机械手运动系统优化设计的新方法，这种方法对机械手的精密设计和计算具有普遍适用意义。
2005年车仁炜，吕广明，陆念力对5自由度的康复机械手进行了动力学分析，将等效有限元的方法应用到开式的5自由度的康复机械手的动力分析中，这种方法比传统的分析方法建模效率高、简单快捷，极其适合现代计算机的发展，的除了机械臂的动力响应曲线，为机械手的优化设计及控制提供理论依据。
2008年北京联合大学张丽霞，杨成志根据拿取非规则物品的任务要求，采用转动机构和连杆机构相结合，设计了五指型机器手，手指弯曲电机与指间平衡电机耦合驱动，实现了机器手的多角度张开、抓握运动方式,对实用型仿人机器手的机构设计有参考意义。
2009年杨玉维等人对轮式悬架移动2连杆柔性机械手进行了动力学研究与仿真，。采用经典瑞利.里兹法和浮动坐标法描述机械手弹性变形与参考运动间的动力学耦合问题， 综合利用拉格朗日原理和牛顿.欧拉方程并在笛卡尔坐标系下，以矩阵、矢量简洁的形式构建了该移动柔性机械手系统的完整动力学模型并进行仿真。
2009年罗志增，顾培民研究设计了一种单电机驱动多指多关节机械手，能够很好的实现灵巧、稳妥的抓取物体，这个机械手共有4指12个关节。每个手指有3个指节，由两个平行四边形的指节结构确保手指末端做平移运动，这种设计方案很好的实现了控制简单、抓握可靠的目的。
从目前来看，国内对气动人工肌肉的研究仍处于刚起步的阶段。有关气动人工肌肉的研究与国外还有相当的差距对气动人工肌肉中的许多问题，还没有进行深入的研究。此外，采用气动人工肌肉作为机器人驱动器的研究还不成熟。
三、 主要研究内容和解决的主要问题
目前大多数手功能康复设备存在以下一些问题:康复训练过程中，缺乏对关节位置、关节速度的观测和康复力的柔顺控制，安全性能有待提高;大多数手功能康复设备没有拇指的参与;感知功能差，对康复治疗过程的力位信息和康复效果不能建立起有效地评价。为此，课题主要研究内容：设计一种结构简单，易于穿戴，并且安全、柔顺、低成本，使用方便的气动手功能康复设备。对气动手指康复系统进行机构运动学分析、用mat lab软件对康复训练机器人的康复治疗过程的力位信息进行仿真分析。
要实现上述的目标，系统中需要着重解决的关键技术有：
(1)基于已有上肢康复训练机器人外骨骼机械手机械结构部分的设计，对手指康复训练方法分析和提炼。 主要包括：人手部的手指弯曲抓握动作分析，气压驱动关节机构自由度的优化配置。使机械手能够实现手指的弯曲、物体的抓握等手部瘫痪患者不能实现的动作。
(2)对机器人机械机构的运动学分析。主要包括：气压驱动的手指关节外骨骼机械机构的运动学分析。
(3)机器人机构的力位信息仿真。主要包括：用mat lab软件进行机器人气压驱动终端的力位信息 仿真。
根据总体方案设计以及工作量的要求，外附骨骼机械手系统是上肢康复训练机器人的一部分，本文主要是研究手指康复机械系统运动学、动力学分析工作。
四、论文工作计划与方案
论文工作计划安排：
2010年9月——2011年6月准备课题阶段：
主要工作：学习当今最先进的机器人设计技术;学习用matlab软件进行计算仿真及优化，查阅国内外的资料，对康复机械手作初步了解。
2011年7月——2011年9月课题前期阶段
主要工作：课题方案设计，拟写开题报告，开题。
2011年10月——2012年7月课题中期阶段
主要工作：开始具体课题研究工作，根据已有上肢康复训练机器人外骨骼机械手机械结构部分设计，对手指康复训练方法分析和提炼。研究手指康复机械系统运动学、动力学分析工作。
2012年8月——2012年12月课题后期阶段
主要工作：对手指康复机器人进行模拟仿真，对设计进行优化，并在此基础上进一步完善课题。
2013年1月——2013年4月结束课题阶段
主要工作：整理相关资料，撰写论文，准备进行毕业论文答辩。
2013年5月——2013年6月论文答辩阶段
主要工作方案：
1. 完成学位课与非学位课学习的同时，进行市场调研，对手指康复机械手作初步了解。
2. 查阅资料，了解气动手指康复机器人的国内外发展现状。
3. 分析已有上肢康复训练机器人外骨骼机械手机械结构的部分设计。
4. 对现有手指康复训练方法设计进行分析和提炼，分析其优缺点。
5. 开始具体设计工作。
（浙江工业职业技术学院机电工程分院 浙江 绍兴 312000）
摘要：传统教学模式下学生缺乏学习主动性的现象很明显，依循 CDIO 理念，对“PLC、变频器和触摸屏综合技术”课程的课程内容、项目选用、评价体系等进行教学改革，建立较为完备和系统的工作情境和项目案例库，可以实现真正的一体化教学，有助于培养学生的工程意识，提高学生的创新能力、实践能力和综合素质。
关键词 ：高职；CDIO 理念；教学改革；项目教学；创新能力
中图分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：1672-5727（2014）05-0095-03
概述
CDIO是由MIT等世界著名高校研发的从理念到大纲到课程到教学直至评估的一整套先进的工程教育模式。我院教学团队从2009年开始尝试基于CDIO理念的“PLC、变频器和触摸屏综合技术”课程改革，因为该综合技术属于工业控制的主流设备，高职院校为社会提供的不仅仅是大量新生劳动力，而且是具有现代企业理念的，有技术、高素质的现代产业工人。该课程是高职院校的一门综合性、设计性极强的机电产品控制应用型设计课程。其任务在于：训练学生综合应用PLC、变频器和触摸屏技术知识，掌握它们的设计方法和研发能力；开拓设计思路，增强理论知识与实践相结合的能力；培养科学性、系统性及全面性的设计素质；训练团队合作能力。
但是目前教学上普遍存在以下问题：（1）在课程设置现状方面。大多数高职院校并未单独设置PLC、变频器和触摸屏综合技术一体化教学课程，而是采用以PLC、变频器理论教学为主，以验证性的实验或实训为辅的方式进行教学且实践课时偏少，侧重技能训练的学生往往只能掌握各门课的基础技能。（2）在课程内容现状方面。目前的设备控制课程往往是学完一定的理论之后再做相应的实验，内容相对独立，学生无法从整体上把握设备控制开发的思路，也就无法体现“构思、设计、实现和运作”的教学思想。（3）PLC、变频器和触摸屏种类繁多，毕业生就业时从事相关行业工作，实现所学专业知识与生产实际快速接轨存在一定的困难，即知识“移植”能力不够，自学能力与创新能力不够。
基于“CDIO”的课程设计
基于“CDIO”理念的课程体系 课程内容应根据CDIO 工程教育理念结合学生知识水平和企业需求，按照任务分析——论证方案——确定方案——实施方案——测试效果——评价六个步骤实施每个教学任务，使学生在项目实施过程中学会PLC、变频器和触摸屏综合技术在设备中的设计安装和调试。知识体系框架如下页图1所示，其中工业控制核心技术包括PLC、变频器和触摸屏技术，控制对象为设备中使用的液压气动技术、电机技术和传感器技术。最后，内容涉及各设备控制器之间的网络技术和监控技术。
基于项目化的教学层次设计 实践内容设计应充分体现项目化教学的设计思想。以“做项目”为主线组织课程教学，以“用”导“学”，尽量让学生亲自动手，全身心投入。要突出项目训练的完整性，在做项目过程中学习必要的知识，知识以必需、够用为度，强调自学能力的培养，强调应用所学知识解决问题。项目团队人数一般为4人，各队选出项目组长，负责整个项目开发的所有运行过程，涉及任务分配、人员管理、阶段性成果报告等。在不同层次的具体实践中，可以将一个完整项目分解成若干相对独立的子项目，通过子项目的训练掌握单一技能，最后将子项目综合起来，完成整体项目的内容。在项目的实施过程中，以学生为中心并引导学生主动学习。整个过程分为4个实践过程，即验证性实践、设计性实践、综合性实践和创新性实践，如图2所示。
项目式教学的设计 没有项目支撑的工科课程内容是缺乏实践性和生动性的干瘪理论框架。工程项目的设计和选择是需要专业课教师花工夫来做的事情。在选择工程项目时可以从以下几个角度考虑。
1.项目的选用有利于激发学生兴趣。我院采用了参加全国机械创新设计大赛的一些娱乐类作品，如获得全国二等奖的娱乐机器“捕鱼达人”，其控制系统采用PLC完成对一组气缸的控制，在项目实施中，根据游戏的难度设置了5个级别，即5个不同工作情境对应不同的控制方案；又如获得浙江省机械设计大赛二等奖的“排除万难”任务型机器人，其控制对象有多个直流电机和电磁阀，在项目实施中，根据机器人的实施任务选择4个阶段性控制要求。这些项目在实施后学生可以在课外一边练习和改进控制技术，一边通过娱乐提高学习兴趣。其中的一款机器人如图3所示，通过PLC控制机器人的直流电机和气动系统实现过隧道、过单边桥、抓螺母和拧螺母等一系列动作，操作按钮组和保护装置的设计对学生的控制能力培养很关键。
2.项目的选用对象在生活中比较常见。如我院教学团队与本地企业合作建立的立体车库在许多商场、宾馆、专门的停车场都能见到，许多学生对其工作过程比较熟悉，有利于减少设备介绍的时间，引起学生对控制方案的共鸣。
3.项目的选用结合本地区的企业设备。学生毕业后大部分在本地区工作，为使学生在毕业后尽快地适应工作需要，在项目内容上可选用本地区的轴承制造业、黄酒制造业、纺织印染制造业等相关设备的控制系统。有的学生在学习中参与了教师的一些简单项目开发并将其作为毕业设计题目。如图4（a）是为企业设计的涡流探伤检测台，图4（b）是学生通过实训室搭建的控制系统，并通过编程完成了毕业设计。
课程评价体系 在CDIO工程训练模式下，可将项目的整个运行过程“构思——设计——实现——运作”纳入考核范围，鼓励学生在做中学、在学中做，教师则提供实验条件和指导，保障学生充分自由地发展，增强创新意识，并为学生提供遇到问题时加以解决的方法、对仍然存在的问题进一步改进的思路等。课程的考核采取多元化的评价体系，具体涉及以下几方面：基本技能及基础知识、设计能力、团队协作能力、职业素质和评价。在针对项目的某一个工作情境中，需要完成设备工艺流程和产品目录规划表（涉及工艺流程描述和工作计划安排）、设备控制实施表（涉及I/O分配表的编写、控制流程图、控制程序编写过程记录、设备调试过程记录、实施过程中遇到的问题与对策和总结等）和评价表（涉及每个工作任务的考核要求、配分和评分标准）等等。
课程支撑条件
教师的CDIO能力培养 CDIO教学改革成败的关键在于教师队伍的能力。很多教师虽然有丰富的理论知识和较强的科研能力，但缺乏相关的企业工作经历或工程经验。因此，在选择教师时应考虑以下三个方面：（1）作为企业科技指导员，与企业有密切的项目合作关系。（2）多次带领学生参加省级或以上相关竞赛并取得一定的成绩。（3）在企业一线多次实践锻炼并积累一定的经验，或具有企业相关工作经验。
实践平台的设置 学生一般不具有丰富的设计经验，创造性地设计新机构的控制系统时往往不知从何处入手。因此，有必要讲授一些控制方案设计经验，帮助学生构思。这项工作主要是通过院团委和相关教师组织并结合教育部、教育厅主办的一些机械创新设计大赛、自动线安装与调试大赛等设定比赛题目，号召学生发挥自己的想象力，形成可行控制方案并加以实施。我院的工业控制创新实践室不仅为学生提供了全过程工程训练的机会，锻炼了学生的实际动手能力，同时还培养了学生的创新精神、团结协作精神。
学院政策的支持 我院教学团队得到了学院在政策上的支持，主要体现为：对教师CDIO教学能力加以培养，与十多家企业开展相关合作并取得了一定成效；学生在完成一套设备控制系统的开发方案后，可作为毕业论文并优先推荐为优秀毕业论文，优先推荐到合作企业，并作为参加控制类相关大赛的重要选拔依据。
改革成效
经过近四年的教学试点，新教学模式下的“PLC、变频器和触摸屏综合技术”课程取得了较好的效果，涌现出了一批优秀的学生和教师。学生的专业基础水平能更好地适应企业岗位要求，许多学生毕业后能独立完成企业安排的项目并得到企业的一致好评。学生的团队协作能力得到明显提高，与教师交流的能力得到明显加强。学生的拼搏精神得到激发，许多学生为了完成任务往往工作到很晚才回寝室休息。教师的业务水平不断提高，与企业的合作更加紧密。需要指出的是，这门综合类控制课程的教学效果离不开其他专业课程和整个教育环境的配合。
参考文献：
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论文摘要：基于FMS技术开发了模块化机电一体化教学培训系统，该系统有助于加深学生对机电一体化系统概念的理解，掌握车间柔性制造的方法，最后以作业计划与调度教学研究性、综合性实验为例，论述了该系统在培养学生理论与实践相结合的能力，提高学生学习兴趣和积极性的重要作用。
为使机械设计制造及其自动化专业学生在学习过程中，有机会将所学到的各门专业课的知识综合性地应用到接近于生产实际的过程中，为他们走上工作岗位后应用这种新的理念打下基础，学院除了建立适合于现代教学法模式的几个独立的专业实验室外，筹建了一个开放式自动化综合实验室。在这个综合实验室中，我们开发了一套完全接近于生产实际的模块化柔性制造系统，由省部共同投资。实验室的开放性主要体现在两个方面:一是系统组成具有开放性，系统中不同生产厂家的设备可相互兼容，便于以后扩展;二是实验室资源具有开放性，实验室可面向校内外各种层次的学生或培训学员，做到资源共享，扩大受益面。
1 FMS系统组成
柔性制造系统机电一体化训练设备，包含一条闭环柔性输送装置和六自由度并联加工中心(加工站)、三自由度数控雕刻机及其控制系统、四自由度上料检测站及其控制系统、搬运站、安装站、安装搬运站、智能分类站、现场总线、多层次立体原料库及其控制系统、多层立体成品库及其控制系统、自动化输送线及变频调速控制系统、PLC数据采集及物料监控系统、系统监控及管理控制软件。
工业控制计算机通过运动控制卡发送位置信号给旋转立体上料库电机驱动器，电机驱动器驱动步进电机旋转一定角度，实现零件位置对准，同时设置检测开关，通过PLC采集至计算机，判断托盘上相应位置是否存在零件。自动上料机器人将待加工物料送至加工位置后，系统驱动锁紧装置进行物料定位固定，上位机按指定程序控制六自由度并联机器人，进行零件前序的加工。在主界面中点击数控雕刻机控制按钮，进人数控雕刻机控制界面，三自由度数控雕刻机主要实现对工件端面的雕刻，通过用户编制G代码也可以用软件将模型转化为G代码，然后通过计算机的串口将G代码传到雕刻机，雕刻机执行G代码。
零件前序加工完毕后，计算机控制零件搬运机器人将加工完的零件搬运至下一工序的加工位置。
在主界面中点击立体仓库状态按钮，进人立体仓库状态界面。立体仓库状态是用来实时显示立体仓库仓位的占用情况，系统实时检测各个仓位的状态，然后系统给码垛机发指令决定码垛机下一次将装配的成品放人哪个仓位，操作者通过观察状态位的图标情况，操作者就可以知道哪个仓位是否为空，并且知道各个仓位物件的重量，通过生产统计还可以知道立体仓库一共有多少个成品，每一类成品的个数及总重量。
2系统特点
(1)包含多种关键技术及单元，使学生了解更多的知识;机器人技术;物流仓储自动控制系统;立体仓库;自动输送线;自动码垛机;物流仓储管理和监控;PLC控制系统;传感器技术;计算机网络通信技术和现场总线技术;计算机控制;网络化视频监控技术;数据库技术;多轴运动控制器;气动技术;步进电机及驱动;伺服电机及驱动;VC，VB等高级语言编程。
(2)结合机电教学，编制了的实验指导书，包含多个实验:为了方便教学实际使用，我们为系统提供了专门实验指导书，其内容涵盖机械、控制、机器人示教、插补、自动装配、码垛等多项实验，供本科生、专科生和研究生专业选开，教师也可以根据实际情况，在实验指导书的基础上增开设计性、综合性实验。
(3)交互式图形化操作界面:系统控制软件采用WINDOWS操作系统，具有交互式和图形化特点，操作简单易学，自动化程度高，使教师和学生在很短的时间之内就可以掌握对系统的操作。
(4)丰富的状态反馈功能:通过计算机与各单元及传感器的通讯，将系统中各环节的状态显示在操作界面上，使操作者通过计算机随时了解系统各环节的工况、状态、运行数据，掌握系统运行状态。
(5)完善的生产及物料存储统计功能:根据现代柔性制造系统的特点及仓储物流的发展动向，不但在工作过程和原理上仿真实际生产过程，而且开发了生产及物料存储数据库，根据系统的运行随时记录和分析生产和存储数据。
(6)开放式系统结构:为了增强学生的参与性，系统采用了开放式结构，提供了完善的控制功能动态链接库和二次开发函数，不用了解底层复杂的时序和操作过程，只需要在VC或VB中简单的几行代码，学生即可开发出自己的运动或控制功能，激发学生的学习兴趣。
(7)网络化视频监控:系统提供网络化视频监控模块，使操作者在操作系统的同时，也可通过电脑屏幕实时观看系统的实际运行状况。同时对于有条件的学校，可将控制计算机与校园网相连解，使更多的学生和老师通过网络观看现场实验过程，提高系统利用率，也可实现远程教学。
3如何应用FMS进行本科实验教学
由于近年来高校的扩招，学生人数大幅上升，而大型实验设备台套数少;而且大型实验设备的实验通常包括编程、上机、结果分析等，需要的时间较长。因此，大型设备开设的实验不能简单的照搬其它实验教学的模式。我们分别探索了以下几种模式:
3. 1开设综合设计性实验
本中心老师提出项目申请，参加学校实验室设备管理处组织的“工程实践”和机电工程学院组织的“机电一体化实训中心”项目。这些项目结合指导老师的科研项目，通过双向选择接受学校相关专业本科三年级以上的学生参加。学生分为2-4人一组;在教师的指导下，首先查阅文献和学习FMS的有关知识，编制程序，上机测试;实验的内容根据项目的研究内容而定，一般涉及多种设备;实验时间根据老师和学生双方商定，实行弹性制，不拘泥于课堂安排的时间。由于学生人数少，在实验过程中可以做到师生面对面的随时交流。
例如:作业计划与调度教学实验。
“作业计划与调度教学实验”的内容是让学生根据给定的加工工件信息，设计一个单件小批量零件加工的“作业计划与调度”的仿真系统，使目标函数“最长流程时间”的值最小，然后对仿真结果进行验证。实验的目标是:使学生加深对“作业计划与调度”概念的理解，掌握车间调度的方法，培养学生理论与实践相结合的能力，提高学生的学习兴趣和积极性。实验系统要具备以下功能:
(1)提供一个很好的、有代表性的研究对象，也就是使学生知道他们是在那个车间、那个环境为加工那些工件设计“作业计划与调度”的方案;
(2)提供一个很好的仿真环境及工具，用来建立仿真模型，使学生形象直观地看到车间调度的运行过程;
(3)提供实现“作业计划与调度”的算法和软件开发环境，使学生了解并掌握该算法的原理，并在仿真环境中实现算法，得到仿真结果;
(4)提供一个真实环境，如FMS车间或可真正运行的FMS车间模型，在此环境中对上面得到的仿真结果进行验证。
针对“FMS教学实验系统”只讨论一种特殊情况，即最长流程时间Fmax的计算先讨论n/m/P/Fmax问题，目标函数是使最长流程时间最短。最长流程时间又称作加工周期，它是从第一个工件在第一台机器开始加工时算起，到最后一个工件在最后一台机器上完成加工时为止所经过的时间，由于假设所有工件的到达时间都为零(Ri，I=1 ，2 ，3，…，n)，所以Fmax等于排在末位加工的工件在车间的停留时间，也等于一批工件的最长完工时间C max 。
设n个工件的加工顺序为S=(S1 ，.S2 ， ……，，Sn)，其中Si为排第i位加工的工件的代号。以CK(Si)表示工件Si在机器Mk上的完工时间，Pk表示工件Si在Mk上的加工时间，K=1，2，3，……，m；i=1 ，2， ……，n，
式(1)是一个递推公式，当由式(1)得出Cm(sn)时，Fmax、就求得了。在熟悉以上公式之后，可以直接在加工时间矩阵上从左向右计算完工时间。对于某一工作地，在给定的一段时间内，顺次决定下一个被加工的工件。
3. 2开设选修课
由于学习FMS的有关知识，需要学生们具有一定的专业知识;而且大型设备一般只有一套设备，要面向学生人数众多的本科生开设实验课有一定的难度。因此，我们首先开设了FMS的选修课。在讲授FMS技术的理论知识的基础上，开设FMS的上机实验课，学生分为3 -5人一组。由于课堂讲授FMS的时间有限，加之是选修课;因此，在实验课之前，面对设备再介绍一次设备的原理、结构和用途等，以加深学生的印象;然后指导学生编制程序、适当的上机操作，辅导学生处理实验结果。
3. 3为本科毕业设计提供实验
本科生的毕业论文是进行专业基本技能培养的重要环节，同时也是培养学生创造性思维方法、提高动手和解决问题能力的不可缺少的过程。参加本科毕业论文的学生，有充分的时间利用所掌握的专业基础知识，解决具体的问题;因此毕业论文是本科生学习和掌握大型实验设备的一个非常好的机会。
4 FMS进行本科教学的体会和希望
4. 1 FMS进行本科教学的效果
通过上述三种方式向本科生开放大型实验设备，对学生选择专业有一定的帮助，也增加了学生参加推荐免试研究生和就业等的竞争力。例如，一名机电学院的学生参加了“FMS研究”项目后，对数控技术有关知识和应用有了一定的了解和兴趣，报考研究生时选择数控技术专业。另一名机电学院的学生参加“开放式数控系统的研究”，学习了切削图形设计、数控雕刻机及其控制系统等一系列操作，在老师的指导下自己操作选择刀具和切削参数，观察不同的切削过程，加深了所学的理论知识，熟悉了作业计划与调度的原理、立体仓库的基本操作;该生通过面试后顺利地被华中科技大学录取为研究生。
近年来为了适应地方经济和社会发展的需要，拓宽人才培养领域，在开设综合性实验项目和选修课时，也接受其他学院的学生。学生结束项目后，对所参加的研究工作非常有兴趣。
相比较而言，综合设计性实验效果明显好于选修课的实验。前者由于有充分的时间，我们摒弃了传统的验证实验的模式，采取了“双向互动”，教师以更多的精力启发学生的创造力，调动其主动性和积极性，发挥他们运用所学的知识去解决实际问题。对这种实验模式，学生表现出极大的兴趣。这种实验教学模式，不仅拓展了学生现代科学技能的理论和知识;在实验方法，应用技能方面也得到了提高，为他们今后走上社会，服务于社会，缩短理论与实践的差距奠定了良好的基础。
4. 2存在的问题
如何克服目前机电专业毕业设计中存在的问题，进一步提高毕业设计质量，已成为当前高校教学改革中的重大问题之一。笔者根据近些年毕业设计的指导经验，从设计选题、组织形式、过程管理和考核评价等方面提出几点建议。
1.1选题以机电类为主
兼顾多样性现代机械工程是一门综合性很强的学科，很多先进的机械设备都是机、电、液、光、微机和控制的精密结合体，机电类题目对提升学生的设计水平和综合能力能起到重要的作用，因此，机电专业的毕业设计题目应以机电综合类题目为主，题目来源于真实课题，强调真题真做。毕业设计选题在以机电类真实课题为主的同时，须适当兼顾多样性[3]，如结构设计类、软件开发类、控制类、工艺类、仿真类、探索类课题。这里有两方面的原因：1）由于高校扩招，学生规模扩大，每个教师每年都提供大量的新的机电类真实课题不是很现实。教师的科研工作除了熟悉的领域外，还需要从事一些领域前沿的探索性研究。这些工作对于教师也同样是未知的、有很强的挑战性，却是科学研究的必经之路。教师安排少量涉及领域前沿动态的题目，鼓励感兴趣的学生做，对于激发学生的创新意识、培养学生的探索精神、树立良好的学术风气具有重要的实践意义。2）即便都是机电类学生，每个学生的兴趣爱好也不尽相同。高校的根本任务是培养人才，教育应该以人为本，培育和发扬个性。学生参加创新设计大赛、挑战杯设计大赛、机器人设计大赛等科技活动的成果，可以进一步的深化、扩展和改进，作为毕业设计选题。在学习专业课的过程中，学生对某一问题的质疑、改进或推广，也可以作为毕业设计选题。这类选题由于从学生的兴趣爱好出发，学生乐于投入精力，易于产生创新性成果。
1.2组织形式以课题小组为宜
毕业设计的组织形式，宜以3~5人组成毕业设计小组，一组一题，以小组为单位完成毕业设计。设计内容中的查阅文献、方案选择和系统总体设计，要求所有成员共同完成，而局部计算和结构设计等分工进行。设计小组在每人分别调研的基础上经讨论得出统一的方案，经指导教师同意后将方案确定下来，然后明确分工，各展所长，协作互补，这个过程能有效地锻炼学生的沟通能力和协作能力。与一人一题的形式相比，课题组的形式有利于培养学生的交流和沟通能力，加强学生的团队合作精神。在21世纪的今天，人的沟通能力和合作精神非常重要，因为几乎没有项目是一个人可以单独完成的，一个人哪怕是天才，如果他不能融洽的和他人沟通合作，一味的孤僻自傲，那么他的价值将大幅度下降。
1.3重视毕业设计过程管理
毕业设计管理是毕业设计工作的重要构成，直接影响毕业设计的进程和质量，因此必须加强毕业设计的过程管理[4,5]。
1.3.1严格过程管理确保设计质量在第七学期布置题目，使学生放假前就能够带着课题和问题学习。督促学生大量查阅资料，充分利用网络资源，分析研究课题相关资料，撰写开题报告。每周两次课题组集体讨论，开展以学生交流沟通为主的交互式研讨。通过集体讨论，列出各种解决问题的方法，并逐个进行分析，找到最佳解决方案和减少风险的方法。方案确定后，要求课题组成员进行任务分工，制定出任务进程表，并严格执行。讨论过程中，教师作点评和提问，既要对学生的设计工作给予充分肯定，又要及时指出方案和图纸中存在的问题，提出指导性的修改意见；同时，要注意个性教育，及时发现学生毕业设计中的闪光点、创新点，并加以正确引导。每个设计阶段末，即在开题阶段末、方案确定阶段末、设计阶段末等，都要及时要求学生将所做的工作形成文字，整理成为毕业论文的章节初稿。对学生的出勤情况、提问情况、问题的分析与解决情况、阶段工作的完成情况等，教师都要做详细记录，为学生的毕业设计成绩评定提供较全面的依据。
1.3.2组织阶段汇报和专题讲座开题报告、中期报告、毕业答辩都要求学生整理资料，制作PPT，进行汇报。不仅促进了学生对工作进度的有效控制，同时训练了学生的口头表达能力和PPT展示能力。毕业设计是大学生经历的第一次综合设计训练或第一次科研项目活动，教师可以就学生在毕业设计中存在的一些共性问题，组织开展一些讲座活动，如关于文献查找、阅读和整理的讲座、关于科技论文写作和排版的讲座、关于课题相关领域前沿的学术讲座等，营造良好的学习氛围。
1.3.3培养学生科技论文的写作能力毕业论文的撰写是毕业设计工作的一大内容，它要求设计者对毕业设计的具体工作，用文字、数据、图表等形式进行总结、分析论证和说明。指导教师要重视学生论文的撰写过程，要求学生撰写提纲并审查，应对论文的结构、内容、格式、规范等提出具体的要求，指导学生如何归纳问题、阐述问题，应对论文初稿进行检查并及时提出修改意见。通过毕业设计论文的撰写，培养学生严谨的科学态度和科技论文的写作能力。
2优化考核评价体系
目前的毕业设计成绩考核多侧重于知识的终结性评价，教师主要关注结果展现，而忽视了学生在实践过程中所展现的创新意识、人文素养、动手能力、发展潜能和个性特长等项的评估。学生今后的发展不仅仅依靠专业知识和技能，还需要多方面的能力和素养。很多的学生毕业后，可能是依靠专业知识以外的某项特长而获得长足发展，因此，充分挖掘发现学生的潜能和特长，并给予鼓励和引导，才是人本主义的教育，所以，有必要构建设计结果和实践过程并重的多元考核评价体系，激发学生的创新意识和参加实践活动的积极性。多元考核评价体系是指多人多角度对学生的毕业设计进行评价，体现成绩的公平和公正。“多人”包括指导老师、评阅老师和答辩老师“；多角度”包括文献查找能力、科研创新能力、交流沟通能力、实践动手能力、表达展示能力、论文写作能力、绘图能力和软件应用能力等。多元考核评价体系并不是苛求所有的学生都做到“全面发展”、“遍地开花”，而是为了更好地发现每个学生的潜能和闪光点。对于有个性有特长的学生，如论文立意新颖、创新意识强的学生、动手实践能力特强的学生、以第一作者撰写论文并在核心期刊发表的学生，毕业设计成绩应该评优，并且要设法给他们以展示个人才华的空间和机会。
3结束语
摘要：基于FMS技术开发了模块化机电一体化教学培训系统，该系统有助于加深学生对机电一体化系统概念的理解，掌握车间柔性制造的方法，最后以作业计划与调度教学研究性、综合性实验为例，论述了该系统在培养学生理论与实践相结合的能力，提高学生学习兴趣和积极性的重要作用。
为使机械设计制造及其自动化专业学生在学习过程中，有机会将所学到的各门专业课的知识综合性地应用到接近于生产实际的过程中，为他们走上工作岗位后应用这种新的理念打下基础，学院除了建立适合于现代教学法模式的几个独立的专业实验室外，筹建了一个开放式自动化综合实验室。在这个综合实验室中，我们开发了一套完全接近于生产实际的模块化柔性制造系统，由省部共同投资。实验室的开放性主要体现在两个方面：一是系统组成具有开放性，系统中不同生产厂家的设备可相互兼容，便于以后扩展；二是实验室资源具有开放性，实验室可面向校内外各种层次的学生或培训学员，做到资源共享，扩大受益面。
一、FMS系统组成
柔性制造系统机电一体化训练设备，包含一条闭环柔性输送装置和六自由度并联加工中心(加工站)、三自由度数控雕刻机及其控制系统、四自由度上料检测站及其控制系统、搬运站、安装站、安装搬运站、智能分类站、现场总线、多层次立体原料库及其控制系统、多层立体成品库及其控制系统、自动化输送线及变频调速控制系统、PLC数据采集及物料监控系统、系统监控及管理控制软件。
工业控制计算机通过运动控制卡发送位置信号给旋转立体上料库电机驱动器，电机驱动器驱动步进电机旋转一定角度，实现零件位置对准，同时设置检测开关，通过PLC采集至计算机，判断托盘上相应位置是否存在零件。自动上料机器人将待加工物料送至加工位置后，系统驱动锁紧装置进行物料定位固定，上位机按指定程序控制六自由度并联机器人，进行零件前序的加工。在主界面中点击数控雕刻机控制按钮，进人数控雕刻机控制界面，三自由度数控雕刻机主要实现对工件端面的雕刻，通过用户编制G代码也可以用软件将模型转化为G代码，然后通过计算机的串口将G代码传到雕刻机，雕刻机执行G代码。
零件前序加工完毕后，计算机控制零件搬运机器人将加工完的零件搬运至下一工序的加工位置。在主界面中点击立体仓库状态按钮，进人立体仓库状态界面。立体仓库状态是用来实时显示立体仓库仓位的占用情况，系统实时检测各个仓位的状态，然后系统给码垛机发指令决定码垛机下一次将装配的成品放人哪个仓位，操作者通过观察状态位的图标情况，操作者就可以知道哪个仓位是否为空，并且知道各个仓位物件的重量，通过生产统计还可以知道立体仓库一共有多少个成品，每一类成品的个数及总重量。
二、系统特点
(1)包含多种关键技术及单元，使学生了解更多的知识；机器人技术；物流仓储自动控制系统；立体仓库；自动输送线；自动码垛机；物流仓储管理和监控；PLC控制系统；传感器技术；计算机网络通信技术和现场总线技术；计算机控制；网络化视频监控技术；数据库技术；多轴运动控制器；气动技术；步进电机及驱动；伺服电机及驱动；VC,VB等高级语言编程。
(2)结合机电教学，编制了的实验指导书，包含多个实验：为了方便教学实际使用，我们为系统提供了专门实验指导书，其内容涵盖机械、控制、机器人示教、插补、自动装配、码垛等多项实验，供本科生、专科生和研究生专业选开，教师也可以根据实际情况，在实验指导书的基础上增开设计性、综合性实验。
(3)交互式图形化操作界面：系统控制软件采用WINDOWS操作系统，具有交互式和图形化特点，操作简单易学，自动化程度高，使教师和学生在很短的时间之内就可以掌握对系统的操作。
(4)丰富的状态反馈功能：通过计算机与各单元及传感器的通讯，将系统中各环节的状态显示在操作界面上，使操作者通过计算机随时了解系统各环节的工况、状态、运行数据，掌握系统运行状态。
(5)完善的生产及物料存储统计功能：根据现代柔性制造系统的特点及仓储物流的发展动向，不但在工作过程和原理上仿真实际生产过程，而且开发了生产及物料存储数据库，根据系统的运行随时记录和分析生产和存储数据。
(6)开放式系统结构：为了增强学生的参与性，系统采用了开放式结构，提供了完善的控制功能动态链接库和二次开发函数，不用了解底层复杂的时序和操作过程，只需要在VC或VB中简单的几行代码，学生即可开发出自己的运动或控制功能，激发学生的学习兴趣。
(7)网络化视频监控：系统提供网络化视频监控模块，使操作者在操作系统的同时，也可通过电脑屏幕实时观看系统的实际运行状况。同时对于有条件的学校，可将控制计算机与校园网相连解，使更多的学生和老师通过网络观看现场实验过程，提高系统利用率，也可实现远程教学。
三、如何应用FMS进行本科实验教学
由于近年来高校的扩招，学生人数大幅上升，而大型实验设备台套数少；而且大型实验设备的实验通常包括编程、上机、结果分析等，需要的时间较长。因此，大型设备开设的实验不能简单的照搬其它实验教学的模式。我们分别探索了以下几种模式：
3.1开设综合设计性实验
本中心老师提出项目申请，参加学校实验室设备管理处组织的“工程实践”和机电工程学院组织的“机电一体化实训中心”项目。这些项目结合指导老师的科研项目，通过双向选择接受学校相关专业本科三年级以上的学生参加。学生分为2-4人一组；在教师的指导下，首先查阅文献和学习FMS的有关知识，编制程序，上机测试；实验的内容根据项目的研究内容而定，一般涉及多种设备；实验时间根据老师和学生双方商定，实行弹性制，不拘泥于课堂安排的时间。由于学生人数少，在实验过程中可以做到师生面对面的随时交流。例如：作业计划与调度教学实验。
“作业计划与调度教学实验”的内容是让学生根据给定的加工工件信息，设计一个单件小批量零件加工的“作业计划与调度”的仿真系统，使目标函数“最长流程时间”的值最小，然后对仿真结果进行验证。实验的目标是：使学生加深对“作业计划与调度”概念的理解，掌握车间调度的方法，培养学生理论与实践相结合的能力，提高学生的学习兴趣和积极性。实验系统要具备以下功能：
(1)提供一个很好的、有代表性的研究对象，也就是使学生知道他们是在那个车间、那个环境为加工那些工件设计“作业计划与调度”的方案；
(2)提供一个很好的仿真环境及工具，用来建立仿真模型，使学生形象直观地看到车间调度的运行过程；
(3)提供实现“作业计划与调度”的算法和软件开发环境，使学生了解并掌握该算法的原理，并在仿真环境中实现算法，得到仿真结果；
(4)提供一个真实环境，如FMS车间或可真正运行的FMS车间模型，在此环境中对上面得到的仿真结果进行验证。
针对“FMS教学实验系统”只讨论一种特殊情况，即最长流程时间Fmax的计算先讨论n/m/P/Fmax问题，目标函数是使最长流程时间最短。最长流程时间又称作加工周期，它是从第一个工件在第一台机器开始加工时算起，到最后一个工件在最后一台机器上完成加工时为止所经过的时间，由于假设所有工件的到达时间都为零(Ri,I=1,2,3，…,n)，所以Fmax等于排在末位加工的工件在车间的停留时间，也等于一批工件的最长完工时间Cmax。
设n个工件的加工顺序为S=(S1,.S2,……，,Sn)，其中Si为排第i位加工的工件的代号。以CK(Si)表示工件Si在机器Mk上的完工时间，Pk表示工件Si在Mk上的加工时间，K=1,2,3,……,m；i=1,2,……,n,式(1)是一个递推公式，当由式(1)得出Cm(sn)时，Fmax、就求得了。在熟悉以上公式之后，可以直接在加工时间矩阵上从左向右计算完工时间。对于某一工作地，在给定的一段时间内，顺次决定下一个被加工的工件。
3.2开设选修课
由于学习FMS的有关知识，需要学生们具有一定的专业知识；而且大型设备一般只有一套设备，要面向学生人数众多的本科生开设实验课有一定的难度。因此，我们首先开设了FMS的选修课。在讲授FMS技术的理论知识的基础上，开设FMS的上机实验课，学生分为3-5人一组。由于课堂讲授FMS的时间有限，加之是选修课；因此，在实验课之前，面对设备再介绍一次设备的原理、结构和用途等，以加深学生的印象；然后指导学生编制程序、适当的上机操作，辅导学生处理实验结果。
3.3为本科毕业设计提供实验
本科生的毕业论文是进行专业基本技能培养的重要环节，同时也是培养学生创造性思维方法、提高动手和解决问题能力的不可缺少的过程。参加本科毕业论文的学生，有充分的时间利用所掌握的专业基础知识，解决具体的问题；因此毕业论文是本科生学习和掌握大型实验设备的一个非常好的机会。
四、FMS进行本科教学的体会和希望
4.1FMS进行本科教学的效果
通过上述三种方式向本科生开放大型实验设备，对学生选择专业有一定的帮助，也增加了学生参加推荐免试研究生和就业等的竞争力。例如，一名机电学院的学生参加了“FMS研究”项目后，对数控技术有关知识和应用有了一定的了解和兴趣，报考研究生时选择数控技术专业。另一名机电学院的学生参加“开放式数控系统的研究”，学习了切削图形设计、数控雕刻机及其控制系统等一系列操作，在老师的指导下自己操作选择刀具和切削参数，观察不同的切削过程，加深了所学的理论知识，熟悉了作业计划与调度的原理、立体仓库的基本操作；该生通过面试后顺利地被华中科技大学录取为研究生。
近年来为了适应地方经济和社会发展的需要，拓宽人才培养领域，在开设综合性实验项目和选修课时，也接受其他学院的学生。学生结束项目后，对所参加的研究工作非常有兴趣。
相比较而言，综合设计性实验效果明显好于选修课的实验。前者由于有充分的时间，我们摒弃了传统的验证实验的模式，采取了“双向互动”，教师以更多的精力启发学生的创造力，调动其主动性和积极性，发挥他们运用所学的知识去解决实际问题。对这种实验模式，学生表现出极大的兴趣。这种实验教学模式，不仅拓展了学生现代科学技能的理论和知识；在实验方法，应用技能方面也得到了提高，为他们今后走上社会，服务于社会，缩短理论与实践的差距奠定了良好的基础。
4.2存在的问题
1、研究背景及意义
倒立摆系统的最初分析开始于二十世纪五十年代，其控制方法和思路在处理一般工业过程中有广泛的用途，此外，其相关的研究成果也在航天科技和机器人学习方面得到了大量的应用，如机器人行走过程中的平衡控制，火箭发射中的垂直度控制和卫星飞行中的姿态控制等，因此对倒立摆控制机理的研究具有非常重要的理论和实践意义。但同时是一个比较复杂的不稳定,多变量，带有强耦合特性的高阶机械系统。倒立摆系统存在严重的不确定性，一方面是系统的参数不确定性，一方面是系统受到不确定因素的干扰。倒立摆系统具有成本低廉，结构简单，参数和结构易于调整的优点。作为控制理论研究中一种比较理想的实验手段，倒立摆系统为自动控制理论的教学、实验和科研构建了一个良好的实验平台，以用来检验某控制理论或方法的典型案例，促进了控制系统新理论和新思想的发展。为解决倒立摆控制系统的超调和快速性之间的矛盾，各种干扰对其的影响，进而对控制器进行了设计，自抗扰控制方法可以克服这些缺点，因此要用ADRC来控制直线倒立摆系统。
2、研究现状及发展趋势
鉴于倒立摆的稳定控制研究的重要意义，国内外学者对此给予了广泛关注。国外在60年代就开始了对一级倒立摆系统的研究，在60年代后期，作为一个典型的不稳定、严重非线性例证提出了倒立摆的概念，并用其检验控制方法对不稳定、非线性和快速性系统的控制能力。
近年来，随着智能控制方法的研究逐渐受到人们的重视，模糊控制、神经网络、拟人智能控制、遗传算法和专家系统等越来越多的智能控制算法应用到倒立摆动系统的控制上。Charies W.Andorson在1988年应用自学习模糊神经网络成功控制一级摆；周建波等用基于B网络的规则控制也解决了单摆的稳定性控制问题；徐红兵等提出了基于变结构的模糊神经网络控制算法，实现了二级倒立摆系统的稳定性控制；1995年，张明廉等人应用拟人智能控制理论成功的解决了三级倒立摆这一控制界的世界性难题；2001年9月19日，北京师范大学李洪兴教授领导的复杂系统实时智能控制实验室采用变论域自适应模糊控制成功地实现了三级倒立摆实物系统控制，又于2002年8月11日在国际上首次成功实现了四级倒立摆实物控制系统。
二、研究内容
本课题的主要研究内容集中基于ADRC的倒立摆控制系统研究，并针对其动态响应和运行稳定性，主要。主要内容简述如下：
（1）建立倒立摆控制系统的数学模型；
（2）设计自抗扰控制器，包括：TD，NLSEF，ESO。然后对各部分的参数进行设计和调整；
在Simulink 环境下建立系统仿真模型，验证基于自抗扰控制技术的倒立摆控制系统控制策略的有效性。
三、研究方法
（1）查阅相关国内外文献资料（包括相关规范等），了解与该课题相关的理论知识，分析研究当前相关设计的优秀方案，在学习的基础上添加在自己的创新元素。
（2）建立在所学知识的基础上，分步骤的完成各项设计任务，在工作计划内按时完成相应的工作，包括自动配料系统的硬件框图、程序框图、设计仿真等。
（3）各元器件的选型及设计内容的整理，开始进行设计说明书的撰写。
（4）完成对设计内容的进一步修改，完善设计方案。整理、打印、装订设计说明书。完成答辩的准备工作。
四、国内外文献综述
倒立摆系统本身为多变量、非线性、强耦合的不稳定系统，由于以上特性，其精确控制对实现工业生产中复杂对象的控制有着重要的应用价值。主要的控制方法有线性控制、预测和变结构控制、智能控制等。智能控制是目前应用较为广泛的控制方法，研究的热点，其主要理论来自于人的实践经验，不需要精确的数学模型。模糊控制有两种典型算法，其Mamdani算法最为常用，Sugeno型适合应用在动态非线性系统中。Mamdani算法中，分别对小车位置和摆杆角度进行控制，两个控制器形成串联结构，每个控制器只有二维，避开了四输入变量，这样免去了多输入变量时模糊规则爆炸的问题。这样免去了多输入变量时模糊规则爆炸的问题中PID控制的单级直线倒立摆,虽然能很好控制摆杆角度,但是对于小车位置控制存在一定的偏差,文中模糊控制的倒立摆系统虽然具有一定的抗扰能力,但是加入稍强的干扰就无法达到稳定的控制效果,而自抗扰控制(Active Disturbance Re-jection Control,ADRC)的主动抗扰特性可以削减和解决这些外扰因素,而达到稳定的控制效果。但是传统的自抗扰控制器只能稳定控制摆杆角度,并不能兼顾小车位置的控制,这就使倒立摆控制在现实中的运用上受到限制。
目前ADRC的应用领域广泛。包括纸幅张力控制，硬盘驱动控制，DC-DC变换器。它也可以解决执行机构的非线性问题，如压电陶瓷执行器的滞环问题。基于ADRC算法，一些多输入多输出系统可以获得解耦控制，如微型机电系统(micro-electro-mechanical system），和连续搅拌槽式反应器(continuous stirred tank reactor)。ADRC的应用不只局限于控制领域，他也可以用来执行健康监视和故障诊断等任务。当下的ADRC理论基础相对完善，理论上所需要的仅是一些特殊情况下的稳定性证明。而未来的发展趋势是简化ADRC算法，完善单参数ADRC算法调节策略，将ADRC算法逐步替代PID算法，应用到工业界的各个领域，提高控制性能和效率。由于ADRC算法是一种基于控制的控制算法，因此其应用时也应遵循下图所示的过程，即理论>技术>应用>理论三者的循环补充。
五、研究方案及工作计划
1、研究方案
（1）查阅相关国内外文献资料（包括相关规范等），了解与该课题相关的理论知识，分析研究当前相关设计的优秀方案，在学习的基础上添加在自己的创新元素。
（2）建立在所学知识的基础上，分步骤的完成各项设计任务，在工作计划内按时完成相应的工作，包括自动配料系统的设计框图、程序框图、仿真设计等。
（3）各元器件的选型及设计内容的整理，开始进行设计说明书的撰写。
（4）完成对设计内容的进一步修改，完善设计方案。整理、打印、装订设计说明书。完成答辩的准备工作。
2、工作计划
第1周：根据设计任务书要求选择合适合理的方案设计直线倒立摆控制系统系统的课题。
第2周：根据确定方案，比较、选择设计适合的研究方案等。
第3周：根据题目要求，设计软件框图，并进一步优化改进。
第4-5周：完成整体电路设计，画出原理图并验证其可行性。
第6-8周：根据课题要求和电路原理图编写程序。
第9周：对软件进行仿真调试，优化软件设计使之符合要求。
第10周：结合软件进行调试、修改，并使最终方案满足设计要求。
第11-12周：撰写毕业论文。
第13周：修订毕业设计论文、完善毕业设计。
第14周：提交正式设计论文。
第15周：准备参加毕业答辩。
第16周：参加答辩，整理毕业设计材料提交。
六、参考文献
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指导教师审核意见
该论文《基于ADRC的一级直线倒立摆控制系统设计与仿真》选题与专业结合较紧密，选题的范围比较适中。该选题的研究具有一定的实践指导意义。内容安排合理，逻辑关系清晰，紧扣论文主题。
拟采取的研究方法具有一定的合理性。整个论文按时完成的可行性较大。该开题报告符合要求，同意该同学开题，并进入下一阶段的论文写作。
指 导 教 师(签名)：年 月日
教研室负责人批阅意见
关键词：实验室；创新型；全生命周期；ISO9001质量认证体系
机械工程实验室作为高等院校机械工程及近机类专业学生培养的实践基地，也是学生接触实际生产、获得生产技术及管理知识，进行工程师基本素质训练的平台，对大学生创新意识、创新精神和创新能力的培养发挥着举足轻重的作用。
在中国经济飞速发展，而适应社会需求的专业人才相对匮乏的形势下，教育部提出了“宽口径、厚基础、强能力、善创新”的高校专业人才培养目标，对于大学生的培养，高校既要使其具有厚实的专业基础和基本技能，又要具有广泛的适应能力和创新精神[1]。这不仅对高校人才培养目标的制定和教学计划的安排提出了具体的要求，而且对实验室建设也具有重要的指导意义。基于国内高校机械工程实验室的实际情况，本文提出了一种新型的实验室建设模式，加大学生基础技能、专业技能及创新能力的培养，有效解决了宽广知识面与深厚专业技能两者不可兼得之间的矛盾。
1 国内机械工程实验室的现状
教育部新颁布的本科专业目录在逐步消除原专业划分过细带来的问题，侧重于学生在专业内的综合技能和创新能力培养。而国内高校机械工程实验室大多仍保留着原来的运行模式，主要体现在3个方面：
（1）实验室构成：国内高校大部分是机械原理实验室、机械设计实验室、机械制造实验室、机械CAD/CAM实验室、机械创新实验室、金属材料实验室、机电传动实验室等组成模式，其构成主要侧重于学生在设计、制造方面的能力培养，而对于国内大多数高校的本科毕业生而言，毕业后从事设计方面工作的人数占比很小，大多集中在制造、测量与质量控制等领域就业。因此目前普通高校的机械工程实验室在产品性能测定、物流及成本核算等方面存在一定的功能缺陷。
（2）实验室运行模式：实验设备引进方面，国内高校机械工程实验室建设仍然根据专业性质，采用“教师申请―学校审批―招标―采购―学校验收”的操作模式购买相应设备，根据设备情况开设相应的实验项目，因此存在着设备共享困难、重复购置率较高、利用率低下的问题[2，3]。在教学质量控制上，一般采用实验教学抽查、听课等方式对教学质量及规范性进行检查和监督，但是对于学生的满意度及培养质量关注普遍较少。
（3）实验室队伍建设：目前实验室管理人员在高校师资队伍建设中仍处于不受重视的地位，普遍存在实验室人员学历较低、技能单一等问题。随着新知识、新技术的更新速度加快，实验教学内容、教学方法、现代化教学设备更新及学生能力培养都对实验教学队伍的素质提出了更高的要求。由于长期得不到应有的重视，导致实验教学队伍的知识更新缓慢，甚至部分实验教师没有接受过系统的专业训练[4]。另外，由于教学、科研类岗位普遍比实验岗位待遇高，也导致大批实验技术骨干人员不愿从事实验教学工作，而转入教学、科研岗或为了离开实验岗而选择继续深造，造成实验教学队伍的人才流失。这些因素均制约了实验队伍的创新能力及实验水平的提高，成为实验教学环节中的瓶颈之一。
2 我校机械工程实验室的创新模式
2.1 实验室构建
我校机械工程实验室从培养学生厚基础、宽口径的实际出发，经过资源整合把实验室分成机械设计基础、机械创新、机械制造、测试与控制、生产管理5个模块。学生在该实验平台上可以得到“构思―设计―制造―标定―物流”整个产品生命周期的训练，实现对产品开发过程各环节的深入理解，并根据自身的兴趣、专业在个别环节上深入学习、加强训练。这种实验室构建方式有效地解决了“宽口径、厚基础、强能力、善创新”与技能专长之间的矛盾。实验室组成如图1所示。
2.1.1 机械设计基础模块
该模块主要是以巩固学生基础知识和培养学生基本技能为主的专业基础训练（包括综合展品陈列实验、公差测量实验、机械CAD实验、热处理与硬度测定实验、减速器拆装实验和液压传动实验等）；以培养学生综合知识和创造能力为主的基础实验，即机构创意设计实验，使学生具备基本的机械设计理念与专业技能。
2.1.2 机械创新模块
该模块主要是培养学生机械综合设计能力、创新能力、协作精神和实践制作能力。主要针对全国机械创新大赛、全国大学生工程训练综合能力竞赛、机器人大赛、大学生电子设计竞赛、全国三维数字化创新设计大赛等各大赛事而设置。通过选题、构思、设计、制造、调试等环节的综合训练，使学生把理论知识和实践技能结合起来，激发学生的学习兴趣，开拓学生的视野，为优秀人才的脱颖而出创造条件。
2.1.3 机械制造模块
该模块主要让学生深入了解和掌握机械制造方面的知识，提高学生的动手操作技能，强化对机械制造工艺、机械制造技术基础等课程的理解。具体内容主要是结合产品的制造过程，对车、钳、刨、磨、铣等常见工艺进行基本操作技能训练，使学生对工业产品制造过程有较完整的体验和认识，更好地学习、掌握数控机床的基本结构、基本操作、编程、工件与夹具的装夹、刀具选用及装夹、基本工艺的拟定、 CAM应用，对工业机器人结构、编程、设计及在生产线上的应用深入理解，以适应现代制造业对人才素质的需求。
2.1.4 测量与控制模块
该模块主要训练学生测试典型机构及机械传动装置的运动、动力学特性及工作能力；分析其影响因素，了解提高机械性能的措施；掌握现代机械物理量的测试与实验研究方法和手段。
2.1.5 生产管理模块
该模块通过分布式制造系统实时仿真系统的软硬件环境，提供生产系统的规划、设计、运作管理方面的实验，使学生学习典型车间作业调度问题的基本方法、技术以及对生产系统的布置和调度管理，培养学生运用生产系统设计和现代集成制造设计理论、方法从事制造系统规划设计的能力。
2.2 管理模式
机械工程实验室除执行我校国资处制定的各项有关规章制度以及学院GB/T19001-2000质量认证管理制度外，建立并实施了《机械工程实验室管理规则》，包括实验室各类人员岗位责任制、工作考核制度、安全卫生管理制度、档案管理制度、实验室运行经费管理规定、仪器管理规定等，各实验室有实验室规则、安全卫生制度、学生守则等管理制度。
2005年，实验室进行了ISO9001质量管理体系认证，将ISO9001质量管理认证体系引入实验室教学管理工作中。按照ISO9001质量认证体系的核心PDCA（计划―实施―检查―持续改进）要求，进行闭环、循环式管理，对实验教学过程的各个环节进行连续控制，使全面质量管理成为基本工作方法，最终提高实验教学质量和实验室管理水平。
2.3 实验教学队伍建设
实验室积极鼓励学术水平较高、教学经验丰富、具有团队精神的教师参与实验教学、实验课程改革和实验室建设，尽量减少专职实验岗位的设置。按照学校、学院和学科师资队伍培养的政策和要求，定期从实验教学任务、实施过程、教学难点、教学方法、教学手段、技术改革等方面进行培训，通过轮训的模式加强实验队伍对产品生命周期各环节技能的深刻理解，使之熟悉实验教学的全过程和具体要求，保证实验教学的顺利进行。
3 运行效果
经过几年的改革与实践，学生主动参与实验的兴趣明显提高：（1）动手能力得到加强。以学生参加各类科技竞赛为例，以往学生需要加工零部件时，往往直接请教师指导操作，甚至部分零部件由教师代为加工。现在指导教师只需要参与前期的方案讨论，后期的加工制造与调试则完全由学生自行完成。（2）工程素质和创新能力得到提升。近三年来，学生在全国和省级科技竞赛中获奖22项，较以往有明显的提高。（3）毕业论文质量提高。很多学生在理解了工业产品的整个生命周期过程后，根据自己的兴趣选择毕业论文的方向或题目。近年来，本科毕业论文的质量有了明显提高，申请实用新型专利十多项。（4）学生满意度提高。我院根据ISO9001质量管理认证体系的要求，针对实验教学对学生进行满意度调查。结果显示，学生满意度由原来的89.8%提高到2012年的98.7%。
4 结束语
采用产品生命周期理念建立的机械工程实验室，是对于传统实验室培养理念的革新，引进的ISO9001质量管理体系有效地保障了实验教学的运行，提高了实验教学质量。实践证明，该模式对于系统培养学生的工程理念具有明显优势，使学生能够在产品设计与制造时充分理解各环节的运行与成本核算，有效地解决了宽口径与技能专长培养之间的矛盾。
参考文献
[1] 孔令地，郑文兵.省级重点实验室运行管理实践与探索[J].安徽理工大学学报：社会科学版，2011（4）：71-73.
[2] 潘柏松，王亚良，胡珏.机械工程CDIO实验室建设与研究[J].实验室研究与探索，2012（4）：368-370.
SAT更有含金量
2012年香港科技大学计划在内地招收160人。校方表示，在他们看来，高考成绩比SAT（美国高考）成绩更有含金量。选用国际高考成绩申请港科大的学生，如果他持的是中国护照，那么他还是与其他参加中国高考的内地学生在一块竞争，并没有取巧的机会。
厦门大学新招
医学专业学生免学费
从今年9月开始，厦门大学所有新招的医学生免除学费，学校希望借此吸引更多优秀的医学生源，改善学校医学学科生源质量，提高医学人才培养质量。该校欢迎有志于报考学校医学院、药学院、公共卫生学院以及护理学院，准备投身医药卫生事业的同学们报考。
据武书连2011中国大学医学专业排行显示，厦门大学医学专业排名第45位。排在前十位的高校分别为北京大学、上海交通大学、复旦大学、浙江大学、中山大学、华中科技大学、四川大学、首都医科大学、中南大学、中国药科大学。
高校专家评说
作文网络语言
多年从事高考作文阅卷工作的专家、华东师大中文系周宏教授提醒考生和家长，高考作文的评判标准是非常开放、非常宽容的，但没有个性、思想、真情的文章不可能在高考中获评一类卷。
“对待网络语言，我们持宽容的态度。”周宏介绍道，“‘网络语言’需要更清楚的界定，在网络上所使用的语言并不等于‘网络语言’。比如，‘浮云’一词只是在网络上出现得比较多而已，而其实‘浮云’一词早就有了。再说，网上‘打酱油’这样的词汇也很好，它不过是赋予了这个词以新的涵义，而不是错别字。”
曾经有中学老师表示，一些已被实体媒体使用的“网络语言”，如“神马都是浮云”，运用到作文中去，是可以接受的。对此，周宏教授表示了不同的意见：“浮云”是可以的，“神马”是不可以的。因为“神马”是汉语拼音输入法打错之后出现的错别字。网络语言中的错别字是不应该在我们主流语言的阵地中出现的。
周宏说道：“如果想表达‘今天，我很激动’，可以把‘激动’写成‘鸡冻’吗？它在网络中确实可以生存，但是要想到主流语言的阵地里来走一走，对不起，不可以！我们反对的是这种网络语言中的错别字。比如说‘灰机’，这是错别字+读音错误；再比如说‘杯具’，‘杯具’是悲剧，这个‘杯具’会成为将来中国的语言吗？作为一名大学老师、语文老师，我态度很鲜明，坚决反对这种错别字。”
湖南师大获批
自主招生资格
继中南大学、湖南大学之后，湖南师范大学成为湖南省第三所经教育部批准具有自主招生资格的高校。
今年该校自主招生面向湖南省应往届毕业生，明年将会在全国范围内进行自主招生。自主招生人数控制在本科招生计划总数的2%。
参加今年该校自主招生的考生，高考总分须达到湖南省本科一批文史或理工最低控制分数线，在此基础上，取得该校自主招生合格证且在自主招生志愿栏中填报该校志愿的考生，该校将予以录取，并加5分参加专业志愿录取。
湖南高考报名人数
较去年降2.6万
湖南省2012年高考报名人数为35.2万，相比去年又减少2.6万人，相对生源高峰的2008年下降了34%。
2007年湖南省高考报名人数51.8万，2008年53.4万，2009年50.8万，2010年41.3万，2011年37.8万。
上海高校新增
14个本科专业
教育部日前公布2012年审批同意设置的高校本科专业名单，其中，上海11所高校新增14个本科专业，均为当前的紧缺、热门专业，从今年开始招生。
新增的专业分别是：同济大学的海洋资源开发技术，华东理工大学的景观学，上海外国语大学的汉语言和印地语，上海电机学院的物联网工程，上海建桥学院的网络工程，上海应用技术学院的通信工程、给水排水工程，上海电力学院的应用化学，上海第二工业大学的材料科学与工程、酒店管理，上海商学院的朝鲜语，上海外国语大学贤达经济人文学院的数字媒体艺术，复旦大学上海视觉艺术学院的公共艺术。
清华网络机器人
说黄段子被停用
清华大学图书馆工作人员设计的一款网络机器人小图备受关注。在网上，小图能够在线自如地与网友交流。设计者称制作小图的目的是让其更好地服务于图书馆。学生及网友可以在图书馆下班时间在网上与小图交流，咨询在图书馆遇到的问题。
但由于小图具有学习功能，对网友教它的话能够记忆，日前，小图被“教坏”，甚至在与网友交流时频出黄段子，不得已，设计者将小图暂时“停职”。
天津工大今年首招
数字媒体专业方向
