多尺度直线位移测量实验系统的开发与应用——以“机械工程测试技术”课程为例

为促进国家级一流本科课程“机械工程测试技术”的建设,开发了一套多尺度直线位移测量实验系统,包括直线位移台、采集控制器、测量分析软件。直线位移台通过步进电机带动丝杠移动检测板改变被测位移,设计了专用的传感器安装支架,可安装多种位移传感器。设计了采集控制器,实现电机控制、数据采集、供电等功能。基于LabVIEW软件开发了位移测量分析软件,可以进行多种位移传感器的灵敏度分析和信号采集分析。该实验系统已用于实验教学,且教学效果良好,可以锻炼学生分析和解决复杂测试问题的能力。

基于智能制造的工业机器人及机器视觉实训平台研发

针对目前高校工业机器人及机器视觉课程群缺少学科交叉、课程融合的综合性实验和实践教学平台的现状,研发了一个智能制造环境下的工业机器人及机器视觉实训平台。该平台主要由工业机器人、智能视觉检测、RFID数据传输等系统组成,模拟智能制造环境下典型工业现场的生产线,可以满足工业机器人、机械控制基础、人工智能、智能制造等课程的实践教学及学科交叉融合的实训项目。

产教融合促进机器人双创教育改革

十九届四中全会提出了深化产教融合,推动高等教育内涵式发展。西安交通大学依托机械工程国家一级重点学科,以机器人为载体结合优质企业资源,联合建设机器人创新创业实践教学平台,打破知识壁垒,加速学科渗透,构建了“自主创新驱动式”实践教学运行机制,提出复合创新人才培养新模式;探索出以CDIO项目实践和毕业设计为载体、以知识产权分配为核心的校企协同育人新范式,实现专业知识为内涵的技术能力和创新创业能力为内涵的非技术能力协同培养;平台人才培养效果突出,示范效应显著,为各高校产教融合提供成功范例。

基于TurtleBot的餐厅服务机器人设计与研发

基于TurtleBot的机器人操作系统(ROS)实现了餐厅服务机器人的设计与研发,机器人主体采用ROS开发平台,机械手臂选择关节式机械臂和单自由度齿轮式双指机械爪。基于ROS分布式、点对点、松耦合的优势,实现了机器人上位机、下位机的控制系统和两者之间的通信协议,设计和开发了基于SLAM的建图与导航、视觉识别、语音交互、物品抓取与运送等功能。对机器人性能进行了测试,验证了机器人具有物品识别、食物收纳和上餐的功能。

基于机器视觉检测的开放创新实验研究

视觉检测技术凭借效率高、成本低、可重复性好、准确性高等优点被越来越广泛地应用在工业自动化生产线上。重点介绍了西安交通大学建设的机器视觉检测实践平台,以及基于此实践平台开设的开放创新实验。设计了零件几何形状检测开放实验和条形码检测开放实验项目。经过多个学期实践表明,该实验项目吸引了学生学习兴趣,拓宽了学生视野,具有良好的实验教学效果。

工程教育认证标准下的课程教学设置

深入剖析工程教育认证标准的内涵,根据工程教育认证三大核心理念:以学生为中心、基于产出(OBE)及持续改进重构课程教学体系。现以"机械工程测试技术"为例,在课程大纲的确定、教学体系的设置、综合性实验的开设、实验评价量规表及课程持续改进等方面深入阐述在工程教育认证标准下专业核心课程的建设理念和过程,经过近2年的实施效果来看,学生在理论知识掌握的深度及问题解决能力等方面均得到了提高,有效保证了本专业毕业生培养质量。同时,可为正在进行工程教育认证的专业提供具体课程重建的参考。

基于工程教育认证的实验教学质量评价体系

根据工程教育认证理念下实验教学评价指标设计、标准设置、数据获取及分析的基本准则与方法原理,提出一套包含学生、教师、专家及教学管理人员三位一体的实验教学质量评价体系,开发推行以学生为评价主体融"评学"与"评教"为一体的实验教学在线评价系统,健全和完善基于工程教育认证的实验教学质量评价机制,为工程类专业教学质量持续改进提供可靠的数据来源。

面向“中国制造2025”双能力融合的智能制造人才培养探索与实践

我国高等工程教育长期以来存在重视学生技术性能力培养忽视非技术性能力培养的问题,机械工程学院前瞻性地开展了双能力融合人才培养探索。深入聚焦双能力融合的新型工程人才培养,围绕能力培养目标及教学体系设计、智能制造教学平台构建、基于主动学习的教学模式改革、面向产出的多主体教学质量评价与激励机制建设等重点内容,全方位推进教学改革,成效显著,为“中国制造2025”所需的新型工程人才培养提供了新范式。

优化支持向量机及其在智能故障诊断中的应用

单一支持向量机在轴承齿轮故障诊断中精度较低,为了提高支持向量机在轴承齿轮故障诊断中的精度,对支持向量机的样本特征提取方法以及支持向量机参数优化的方法进行了研究。首先,通过核主成分分析方法构造支持向量机的输入样本,可以减少数据间的冗余,提取数据的高维信息;其次,通过粒子群优化算法优化支持向量机核函数参数和惩罚因子;最后,使用优化后的支持向量机模型进行故障诊断。通过实际轴承齿轮故障诊断对比实验,结果表明,所提方法相比一般的支持向量机诊断方法诊断精度大幅提高,验证了该混合智能诊断方法的有效性和优势。

基于“双导师制CDIO”本科生课程教学改革与实践

为了实现我校行业领军人才的培养目标,在"卓越计划"的框架指导下,采用CDIO的工程教育理念,加入学校-企业双导师制的教学手段,建设了《设备控制与故障诊断》课程,详细介绍了课程前期建设目标、建设理念及具体教学流程,经过两年的开设实践表明,该课程组织形式新颖、教学理念先进、教学成果突出,为我国高校的工程教育改革提供了一个成功的范例。

围护结构变形模式对土压力的影响

围护结构的变形模式、土体的性质、墙土间的摩擦特性以及墙后填土随位移增大产生的变形和强度的发展等因素都对围护结构所受的土压力的大小和分布产生影响,而经典的土压力理论无法考虑以上除土体性质之外的诸多因素的影响。本文利用三维数值分析方法,在考察计算范围和边界条件对计算结果产生的影响的基础上,把围护结构变形模式加以简化,探讨了不同的围护结构变形模式对土压力大小和分布的影响,经分析发现围护结构变形模式不同,土压力达到极限状态所需位移不同,而且所受土拱效应的影响程度也显著不同。同时本文分析了围护结构单一变形模式下,土体参数对土压力的影响。

基坑围护结构变形模式对地表沉降的影响

利用三维数值分析方法,在考察计算范围和边界条件对计算结果产生影响的基础上,把围护结构变形模式加以简化,探讨了不同的围护结构变形模式与基坑四周土体沉降范围、沉降分布形式以及沉降最大值和所处位置之间的关系。经分析发现,围护结构变形越向下发展,引起的墙后土体沉降范围越大,沉降最大值的位置也越向远离墙体的方向移动,而沉降曲线呈越来越平缓的趋势。同时,围护结构变形扫掠过的体积和墙后土体下沉量具有某种相关性,扫掠过的体积越大,墙后土体下沉的体积也越大。

“卓越工程师教育培养计划”下的机械工程测试技术教学改革与实践

卓越工程师计划培养内涵在于深化工程实践教学改革,把教学模式由传统的理论教学改革为工程素质和能力的培养,根据"卓越工程师教育培养计划"的基本要求,机械工程测试技术从课程的教学内容、教学方法及考核体系进行了改革和实践。课程加强实践教学环节,加大实验课时,实验教学体系改革为课内必做实验、CDIO选做实验和开放创新实验,三层次实验体系逐步提升学生动手能力、创新能力和思考应变能力,有力地保证了我校机械工程专业卓工计划的顺利实施。

虚实结合的故障诊断课程教学改革与实践

根据"机械系统故障诊断"课程理论性和实践性要求高的特点及理论教学和实验教学脱节的现状,借助计算机仿真技术开发了课程适用的虚拟仿真软件,建设了虚实结合的课程教学模式。虚拟仿真软件既可以作为理论课教学的课件也可以作为单独的一项虚拟仿真实验,为理论教学和实验教学搭建了桥梁。同时增加了实物实验的设备台套数以保证实物实验的教学质量,实物实验采用基于项目的综合设计性实验模式,以提高学生综合实践能力为目的,经过几年的实践,该模式教学效果良好。

基于“项目”的综合设计性实验及学生评价体系改革

本文针对目前我国高校传统实验教学中学生动手少、思考少、创新能力不足的问题,提出了基于"项目"的实践教学改革,在传统的课内验证性实验的基础上增加基于"项目"的课程综合设计性实验,并完善对应的学生实践评价体系,有助于提高了学生自主学习的积极性,培养学生创新能力和科研素质。

基于当代大学生心理特征的课程教学改革与实践

依据当代高等教育全面素质质量观,深入剖析90后大学生的心理特征,在顺应当代大学生心理特征的基础上,对本科生的课程设置、教学理念、教学方式、评价机制进行了改革和实践,建设了四层次实验教学体系,在专业基础课及专业课中增加综合性实验教学学时,增设了实践创新课程,充分利用学生独立性强、创新能力强的心理特征,尊重他们的兴趣,让学生在创新活动中学习知识、培养能力,学生认可这种教学模式,教学效果良好。

学生社团在机器人双创教育中的应用——以西安交通大学VEX机器人社团为例

机器人技术是典型的多学科交叉技术,是当今社会发展的前沿技术,是创新创业教育的主阵地。机器人教学活动具有实践操作性和跨学科性,如何有效地开展机器人技术双创教育是高校面临的重要课题。西安交通大学以VEX机器人社团为载体,完善社团管理体制,提出先进教育理念,落实可靠教育模式,在师资队伍、项目来源、经费支持、学生考核等方面全方位落实机器人双创教育。经过多年的实践在学生实践,创新能力、竞赛获奖、社会影响力与示范辐射作用及学生创业方面都取得显著成效,是我国高校机器人双创教育的一个典型范例。

多功能机械系统故障综合模拟试验台开发及教学应用

针对目前市场上机械故障诊断产品存在的不足,研发了多功能机械系统故障综合模拟试验台。试验台采用模块化设计,通过不同模块组合实现用户需求,可以快速模拟转子、轴承及齿轮各种类型单一故障或耦合故障。试验台阶梯轴及齿轮箱的设计保证在模拟故障时操作简便,同时配套开发了故障模拟的虚拟仿真教学平台,采用了虚实结合的教学模式。经过多年的教学实践,教学效果显著。

滚动轴承寿命预测综述

滚动轴承是决定机械健康状态与寿命的关键部件之一,寿命是衡量滚动轴承性能的重要指标。针对滚动轴承寿命特性与应用,综述滚动轴承寿命预测的研究现状,总结滚动轴承寿命预测研究成果,将当前轴承寿命理论归纳为基于统计分析的寿命模型、基于断裂力学分析的寿命模型、以及基于状态监测的寿命模型。分析得出当前研究中的热点方向是基于状态监测的寿命预测方法,着重指出轴承寿命预测研究的难点具有寿命影响因素多、寿命分散度大、试验费时、数据积累难、理论建模难等特点,为轴承寿命的深入研究提供方向。

基于NI ELVIS Ⅱ+和LabVIEW的转速测量实验平台开发

为了满足"测试技术"课程的教学需要,设计了多传感器转速测量实验平台。该实验平台以小型转子为被测对象,搭载了电涡流传感器、磁电传感器、光电传感器等多种传感器,以NI ELVIS Ⅱ+为硬件基础,设计了多种信号调理电路板,利用LabVIEW软件开发了转速测试分析软件,可以实现多种传感器同时采集分析信号。基于该实验平台规划了综合实验项目,通过实验可以锻炼学生分析和解决复杂测试问题的能力。