“三全育人”格局下“课程思政”建设的着力点探析——以苏州科技大学机械工程学院机械类专业“课程思政”建设为例

在“三全育人”总体工作格局下,“课程思政”教育理念的提出和深化,是新时代加强和改进高校思想政治工作的客观要求,是全面提升高校人才培养质量的重要举措。机械类专业的“课程思政”建设是将思想政治教育元素融入相关专业课程,潜移默化地对学生的思想意识、行为举止进行正向的引导。不同于其他人文社科类专业,机械类专业实施“课程思政”过程存在一些特定的、需要深入思考和着力破解的现实问题。针对机械类专业“课程思政”发展的现状,研究机械类专业“课程思政”建设的着力点,有助于机械类专业课程与“思政课程”同声相应、同气相求,从而形成同频共振效应。

高校机械制图类课程线上教学模式探究与实践——以苏州科技大学为例

【目的】机械制图类课程是高校针对工科专业开设的学科基础必修课,既有投影理论又与生产实践紧密联系,如何保证机械制图类课程在线上教学过程中的质量是高校教师亟待解决的新难题。【方法】课题组针对高校机械制图类课程的线上教学模式,以苏州科技大学为例,就实践过程中存在的问题进行探究。首先,以32学时的机械专业的制图课程为研究对象,在同一任课教师和期末考试出题难度基本一致的情况下,根据期末考试卷面成绩对比分析学生在不同教学模式中对相关知识的掌握度,并以此来反馈教学效果。其次,对线上教学过程中存在的问题进行归因分析,探讨影响线上教学效果的内部及外部原因。最后,提出有效的教学改进措施。【结果】学生在传统线下教学中对知识点的掌握度更高,线上教学效果明显低于线下教学效果。根据归因分析,总结出了影响线上教学效果的内外部因素。【结论】任课教师需要改进线上教学方法并在教学过程中对重难点有所侧重,从而帮助学生理解和掌握相关知识。并从以下方面进行调整:1)打造兴趣与目标导向融合教学机制;2)创新多元化教学方法,在“互联网+”条件下构建可移动的学习系统;3)建立动态反馈与调整机制。

面向材料成型及控制工程专业的“材料热处理综合实践”课程改革探索——以苏州科技大学为例

从课程组织与实施、教学目标与内容设计、考核评价方式方面分析了苏州科技大学材料成型及控制工程专业“材料热处理综合实践”课程教学所存在的问题,并提出了相应的改革措施,以期夯实学生热处理理论知识、提高热处理技能和培养材料科学思维,使该课程适应高质量材料专业人才培养的新要求。

基于改进ESO的柔性机械臂自抗扰-滑模组合控制

为提高柔性机械臂的控制精度以及抗扰动性能,提出了一种基于改进自抗扰控制与滑模控制相结合的组合控制方法。首先,通过Lagrange法和假设模态法构建其动力学模型,进而运用奇异摄动理论对柔性臂进行解耦,获得慢变和快变子系统。对于慢变子系统,采用改进自抗扰控制实现轨迹跟踪,构建了一种新的fal函数,解决了fal函数拐点处不平滑易引起系统抖振以及误差较大时系统增益较大的问题,同时采用滑模控制代替非线性状态误差反馈控制,采用一种新型趋近律,提高了滑模控制的控制品质;对于快变子系统,采用滑模控制进行振动抑制。MATLAB仿真结果表明,该组合控制方法相比于传统自抗扰控制,具有更好的轨迹跟踪性能、抗干扰性能和抑振性能。

结合先验知识与深度强化学习的机械臂抓取研究

在应用深度强化学习(deep reinforcement learning,DRL)实现机械臂自主行为决策过程中,高维连续的状态-动作空间易引起数据采样效率低及经验样本质量低,最终导致奖赏函数收敛速度慢、学习时间长。针对此问题,提出一种引入先验知识的DRL模型。该模型与机械臂逆运动学相结合,在DRL采样阶段引入先验知识指导智能体(Agent)采样,解决学习过程中的数据采样效率低、经验样本质量低的问题;同时通过网络参数迁移的方式验证引入先验知识的DRL模型在面对新任务时仍具有较强的泛化能力;最后,利用Python和CoppeliaSim仿真平台进行联合仿真实验。结果表明:引入先验知识的DRL模型比原始模型的学习效率提升了13.89%、12.82%,完成任务的成功率提高了16.92%、13.25%;在新任务中,学习率提升了23.08%、23.33%,成功率提高了10.7%、11.57%。

基于三角函数正交性的永磁伺服系统机械参数辨识

为抑制永磁伺服系统机械参数不确定对系统控制性能的影响,提出一种利用三角函数正交性进行机械参数辨识的方法。给电机施加两个不同幅值、相同角频率的机械角速度指令,通过正弦、余弦函数在不同区间内的积分实现系统摩擦系数与转动惯量的解耦,在提高辨识精度的同时消除了不定负载转矩对黏滞摩擦系数、库仑摩擦系数和转动惯量辨识结果的影响。利用辨识得到的机械参数值对负载转矩进行观测,并针对系统的摩擦转矩、负载转矩进行对应的前馈补偿。仿真和实验结果均验证了该方法的有效性,机械参数辨识误差在1%左右,进行前馈补偿后转速环的控制性能得到一定的提升。

新工科背景下“机械制造技术基础”教学综合改革探讨与实践

【目的】“机械制造技术基础”课程存在教学模式单一、教学目标与考核方法脱节、思政要素欠缺及缺乏复杂工程项目牵引等问题,造成“机械制造技术基础”课程思政教学难以满足现阶段教学要求。【方法】面向新工科建设、工程教育专业认证与课程思政改革的要求,课题组提出了线上线下混合翻转课堂的教学模式、融入课程思政要素、OBE导向教学考核改革、引入复杂工程案例等“机械制造技术基础”课程改革的思路与方法。【结果】通过上述措施,可以增强学生的创新意识,培养学生的工程实践能力和解决复杂工程问题的能力,有助于培育具有社会责任感和职业道德的创新型高质量工程应用人才,有助于使该课程教育满足高端制造类人才培养需求,满足新工科建设要求,对提升课程教学质量具有一定的参考意义。

基于新型趋近律的柔性机械臂滑模-最优组合控制

为提高柔性机械臂的控制精度,提出一种基于滑模控制与最优控制相结合的组合控制方式。通过Lagrange法和假设模态法构建其动力学模型,进而运用奇异摄动理论对柔性臂进行解耦,获得慢变和快变子系统。对于慢变子系统,采用滑模控制实现轨迹跟踪,提出一种新型趋近律,该趋近律在幂次趋近律基础上加入变速趋近项,引入系统状态变量,动态调整趋近速率,同时增加指数项提高趋近速度,使用双曲正切函数替代符号函数以抑制抖振;对于快变子系统,采用最优控制进行振动抑制。MATLAB仿真结果表明,该组合控制方法相比于纯滑模控制,具有更好的动态性能和鲁棒性能。

面向制造强国战略的机械类研究生创新能力培养

【目的】随着我国制造强国战略的实施,社会对于机械类研究生的培养提出了更高要求,而科研创新能力是衡量机械类研究生培养质量的重要标志。【方法】课题组瞄准研究生创新能力培养,根据苏州科技大学的定位和机械工程学科的特色,分析了机械类研究生创新能力培养需要解决目标不明确、课程体系不合理、科研创新能力不足和培养考核机制不完善等主要问题,阐述了苏州科技大学近年来对研究生创新能力培养途径的持续探索:聚焦立德树人,以课堂思政为载体,全方位开展研究生爱国情怀、责任担当教育;跟进机械工程行业的最新发展,及时更新课程体系,优化课程内容,改革教学模式;以国家需求为导向,以解决“卡脖子”问题为己任,在实战中锻炼培养创新能力;深化产教融合协同育人,完善研究生质量保障体系,加强过程管理。【结果】苏州科技大学经过持续实践,思政教育效果明显,科研生力军角色逐渐显现,机械类研究生培养质量和创新能力稳步上升,科研成果突出。

基于OBE的机械专业课程目标多元量化评价方法研究

学习产出(Outcomes-based Education, OBE)强调以学生为中心、以产出为导向、以持续改进为重点。机械专业兼具理论性、方法性、实用性,强调研究对象的客观原理及规律,在教学效果及学生能力评价上,强调教学效果评价与考核的多元性,主张以多种形式对学生能力进行考核评价。基于此,课题组在分析机械专业课程教学评价特点的基础上,借助OBE理念,将OBE教学理念引入机械专业课程教学评价中,提出一种基于OBE的机械类课程目标多元量化评价方法,并以“机械设计基础”课程为例进行说明。教学实践表明,基于OBE的机械专业课程目标多元量化评价方法,具有多元化评价、过程性评价与终结性评价相结合,可以量化评定等优点。将思政教育教学效果评价引入机械专业课程教学评价中,可以更好地考核学生的组织、协调、沟通能力,培养学生的团队意识、合作精神。

新工科背景下三维建模与机械创新设计课程教学改革探索

三维建模与机械创新设计课程具有专业基础知识点多、学科交叉性强、理论与实践结合紧密的特点。基于本课程特点和线上线下教学过程中出现的问题,开展教学方式更新、教学内容组织、思政元素融入等探索与研究。在此基础上,依据学生学习反馈结果,分析总结教学改革经验并完善课程教学,从而提升新工科专业建设水平。

机械-电磁混合驱动磁控微机器人系统设计

设计了一种新型磁控微机器人驱动系统,采用机械-电磁混合驱动方式控制磁性微机器人在二维平面内进行任意方向的运动。对磁场发生装置和控制系统工作原理进行了详细论述,并进行了基于位置信息的自动控制实验。实验结果表明,机械-电磁混合驱动系统不仅结构简单,而且具有转向精度高、响应速度快等优点,验证了混合驱动系统的有效性,为磁控微机器人驱动系统的研制提供了新的思路。

机械专业课程思政体系与方法探索

针对目前课程思政在实施过程中存在的主要问题,结合机械专业特点,按照核心课程模块挖掘思政元素,将教学内容与思政元素有机融合,建立核心思政元素与专业课教学内容之间的内在关联关系,采用适合的教学方法实施教学,最终建立和完善以马克思主义哲学与中国特色社会主义为核心的课程思政体系。

基于BANs的通信及定位仿真实验平台

近年来,BANs在医学检测、监测和急救等领域被广泛应用,因此BANs对医学传感器的通信和定位系统的性能也提出了更高的要求,但利用实际设备直接在体内实验的不便,给WBAN中实现实时性能的测试和定位带来极大的困难,因此,开发了一个实时的性能测试硬件平台,用于BANs的通信和定位测试。在验证平台的有效性后,通过比较分析发现,不同调制方式中,低数据速率的调制具有更好的通信性能;并且体内的信道模型比穿透体的信道模型有更好的通信性能;对于体内定位,在RSS定位算法的基础上,利用调整矩阵改进最大似然算法,并应用于沿小肠传播路径中的若干点,结果有效地验证了系统的定位算法。

基于全部参数自适应Smith预估补偿的永磁同步电机滑模前馈控制及扰动抑制

在永磁同步电机控制系统中,逆变器的延迟效应会降低系统的跟踪性能和稳定裕度。引入Smith预估补偿器可以补偿延迟环节对系统性能的影响,但Smith预估补偿器要求延迟时间和被控对象模型参数已知,这不符合实际情况。为此提出时变模型自适应预估方法,分别对延迟时间和被控对象模型参数进行自适应估计,实现Smith预估补偿器的全参数自适应。设计基于位置输出超前值预测和扰动抑制的滑模前馈控制器,与全参数自适应Smith预估补偿控制相结合,确保控制系统的全局稳定,降低系统对参数不确定的敏感性,并提高系统的抗扰性。仿真结果表明,与传统及多种改进的Smith预估补偿方法相比,该方法有着更高的跟踪精度,即使在非理想条件下,对参数不确定依然具有较强的鲁棒性,对随机扰动依然具有较强的干扰抑制能力。

改进扩张状态观测器下永磁同步电动机滑模控制

为了提高永磁同步电动机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)伺服系统的鲁棒性,提出了一种基于改进扩张状态观测器(expanded state observer,ESO)和滑模控制(sliding mode control,SMC)相结合的复合控制器。首先,提出了一种基于新型趋近律的SMC,该新型趋近律中引入系统状态变量,使趋近速度变得与系统状态相关,同时能够保证系统状态在有限时间到达滑模面并收敛到零;其次,利用ESO估计系统状态并抵消外部扰动,且针对传统的fal函数易引起系统抖振和误差较大时引起系统增益大的问题,提出了一种新的fal函数;最后,在Matlab/Simulink中进行仿真。仿真结果表明:相比于使用传统SMC的系统,使用了该新型控制器的系统其响应时间快0.042 s,加入负载扰动时有更好的抗扰动性能,故在使用新型控制器下的系统有更好动态性能和控制精度。

基于网络权重参数敏感度分析的终身视觉回环检测方法

在基于视觉的同时定位和地图构建系统中通过回环检测判别机器人是否到达过先前的位置,可有效消除位姿估计造成的累积误差。随着数据量的增大,现有方法会导致网络模型泛化性能降低。为实现可持续回环检测,提出一种网络权重参数敏感度分析视觉回环检测方法,将残差神经网络与广义均值池化相结合来构建轻量化特征提取网络;设计了可变相似感知区域,将可变滑动窗口和相似度矩阵相结合来提取三重样本;提出的网络权重参数敏感度分析方法降低了网络模型的灾难性遗忘。与典型方法MAC相比,所提方法在Nordland等数据集的召回率提高了42%左右。

卡尔曼滤波方法在腔衰荡光谱技术探测气体中的应用

腔衰荡光谱技术(CRDS)是一种高灵敏度的痕量气体浓度测量技术,其中衰荡时间的处理尤为重要。为减小由采集和实时测量过程中的噪声影响而引入的衰荡信号测量误差,采用了卡尔曼(Kalman)滤波处理腔衰荡光谱。该方法通过传统滤波方法预处理获取卡尔曼滤波参数观测噪声协方差σ_(v)^(2)(R),并调整过程激励噪声协方差σ_(w)^(2)(Q),评估滤波效果来优化测量结果。采用含有白噪声的模拟衰荡信号,利用线性回归总和法(LRS)拟合出本底衰荡时间和衰荡时间并进行卡尔曼滤波处理。从均值、标准偏差、残差标准偏差(RMSE)和不同噪声水平四个方面来比较分析,获取合适的Q值范围,分别是小于1×10^(-7)和0.001。实验条件下,应用基于中心波长405nm的二极管激光器和反射率达99.99%以上的高反镜搭建的CRDS气体检测系统,进行大气环境下的NO_(2)浓度测量。采用卡尔曼滤波对本底衰荡时间和衰荡时间进行处理分析。实验结果表明:(1)选取Q值小于1×10^(-7)的卡尔曼滤波处理本底衰荡时间,滤波后的最低检测限提高了9.12倍,并达到4.9×10^(-11);(2)取Q值为0.001处理衰荡时间,保留了时间响应信息,达到明显的降噪作用;(3)系统时间分辨率为1s,相比于以往降低时间分辨率以提高检测限的方法,卡尔曼滤波方法提升了系统灵敏度。实验结果与模拟结果的吻合度,验证了卡尔曼滤波在稳定性和降噪方面的效果。卡尔曼滤波方法在CRDS光谱探测气体的应用,具有很好的实用性,为其他气体的测量优化提供了方法和参考依据。

医用镍钛合金性能特征及其表面改性技术研究进展

镍钛合金基于特有的超弹性、形状记忆性以及良好的物理机械性与生物相容性,广泛应用于介入医疗领域。同时,由于人体生理环境复杂,镍钛合金不可避免地存在镍离子释放和细菌黏附等问题,通过表面改性技术提升镍钛合金耐蚀性及生物相容性成为了镍钛合金的研究热点。简要介绍了镍钛合金的性能特征以及电火花表面改性、激光诱导、阳极氧化、自组装合成及化学改性等表面处理方法的最新研究进展。总结出微纳结构、元素类型等对镍钛合金表面润湿性、耐蚀性以及生物相容性的影响规律。指出采用多种表面改性技术复合的方法提升植入体性能是未来镍钛合金表面改性的主要方向。

芳纶纸蜂窝材料超声波振动切割刀的设计研究

采用传统的铣削方式对芳纶纸蜂窝材料加工时,芳纶纸蜂窝材料会产生蜂窝坍塌、撕裂和纤维拉毛等质量问题,而采用超声波振动切割方式加工蜂窝材料时,可以避免传统铣削加工中出现的问题。文中首先对芳纶纸蜂窝材料超声振动切割刀进行总体结构设计,使用ANSYS有限元软件进行模态分析和谐响应分析,并根据分析结果优化超声波振动切割刀振子结构,确定其谐振频率,并分析其振动特性;然后对超声波振动切割刀样机进行阻抗测试和振幅测试,验证芳纶纸蜂窝材料超声波振动切割刀设计的合理性及可行性;最后观察芳纶纸蜂窝材料切割表面形貌,发现随着振幅的增大,样件切割表面成形更加完好,验证了超声波振动切割加工蜂窝材料能够提高芳纶纸蜂窝材料的加工质量。