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邓星钟:我所经历的机电一体化教学改革工作的回忆

点击次数:  发布时间:2018-01-08 09:51:03 编辑:校史研究室

学校1954年从各个分部搬来武汉集中之后,就有了机械系。我是1958年从电力系工业企业电气化专业毕业并留校的。1960年以后,我就在机械系从事机械制造专业电工学的教学与研究,一直到1997年退休,我大部分时间都在机械系工作,校史研究室同志要我谈一谈机械系机电一体化教学改革工作,我只能根据我所参与和了解的有关局部情况做些片面的回忆。

段正澄院士于1957年从机械系毕业并留校任教,他和王景岚、哈弘文、谈宗(后来调走了)等老师,很早就开始从事机床自动化方面的教学、科研工作;杨叔子院士等很早就从事机械系统电测与控制技术的教学与科研工作。他们对这方面的情况了解的更多。

一、机械制造专业教学改革的社会调查

1964年,学校领导根据科技发展和培养人才的需要,决定对各院系专业进行教学改革,并指定机械制造专业作为教学改革试点单位。

为了搞好这次教学改革工作,机械系从19648月到19653月,由李德焕(原机械系主管教学的副系主任,后来担任华中理工大学党委书记)和席宏卓(原机械制造专业教研室主任,后调任湖北工业学院院长)具体领导,组织了一个教学改革调查研究工作组,其成员包括机械制造专业基础课、技术基础课和专业课的20多位教师,如杨荣柏、廖效果、杨元山、吴崇仁等,其中搞电工学的就只有我一个人。

为了做好这次教学改革工作,工作组深入到全国各地,包括上海、北京、河南、湖北、湖南和武汉等地,主要是到大型工厂和设计单位进行调查,如上海重型机器厂、武汉重型机床厂、洛阳拖拉机厂等单位。

调查主要围绕学校对培养人才的德智体的全面要求来进行,重点调查专业方向、课程设置、教学内容、实践环节、学生分析和解决实际问题的能力培养,并调查我校机制专业毕业生分配到工作单位后的工作情况及表现,以及能否适应当前生产实际发展的需要等。调查的对象从厂长、总工程师、车间主任到工人师傅;从人事干部到工程技术人员;从我校毕业生到外校毕业生。调查的方法是:我们调查组到一个单位都要呆上好几天,采取分小组开座谈会,个别访谈与请调查对象给我们全组宣讲等形式进行。

二、“机电不能分家”

通过调查,我们对机械制造专业毕业生的实际情况有了一个较全面的了解。调查对象们除了对机制专业毕业生的质量给予了充分肯定,指出了学校培养中存在的问题和不足之外,还根据当时科技生产发展实际的需要,对机械制造专业的教学改革提出了很多建设性意见。其中有一条一致的意见,不管调查对象是领导、技术员,还是设计员和工厂里从事维修工作的工程师、工人,他们都一致认为——“机电不能分家”。就是说在机械制造专业中,机械和电控部分的知识都很重要,两者不能分开。这是这次调查得到的一个很重要的结论。调查对象们普遍认为,如果机电分开的话,比如在实际应用中某台机床发生故障不能使用,而机床的内部构造中既有机械部分,又有电控部分,当然还有液压部分(当时机床设备主要分为机械和电控两部分,液压是和机械合在一起的,学习机械制造的课程同时也要学液压方面的知识)。如果机床出问题一般主要是在机电方面出了问题,再进一步具体分析是机的问题还是电的问题?如果某台机床发生故障不能运转,负责机械部分的人会讲:“机床从机械方面检查没有问题,那就是电控方面出了问题。”而负责机床电控的人则会说:“机床电控方面没有问题,出了问题那一定是机械方面的问题。”所以互相推诿、扯皮,最后搞不清楚问题出在哪?其实双方也不是有意的逃避问题,一般是不会乱推卸责任的,出了问题是搞不清楚才这样说。结果就是有故障的机床长时间的搁置着,维修不好,这样就很影响生产。

在调查的时候我们还了解到,工厂设计科的设计员和车间里面一些搞维修的工程技术人员和工人师傅都认为有些机床设计的不合理,指出机床的部分装置在设计时就应该用电控的方法解决。而实际设计机床的人都是搞机械的人,搞电控的工程师一般都是配合搞机械的工程师。机床设计的过程一般都是搞机械的工程师向搞电控的工程师提出要求,电控系统就是根据这个要求设计出来的。实际应用中机床有些要求用电控的方法比用机械的方法解决要好,但机床的设计师对电控方面的知识不太了解,还是用机械的方法解决了。那个时候工厂的总工程师一般也都是学机械的。

在调查中,我们发现类似的情况很多,这样就给我形成了一个比较深的印象——搞机械研究的技术人员需要在电控方面加强学习,要多学一点电控方面的知识。不然的话,对于搞好机械设计和维修,都会存在一些较大的问题。

三、教学调整

这次调查回来后,根据调查结果,系里很快就写出了调研报告,并提出了具体的整改意见,做出了教学调整,例如在原来的教学计划中,除了物理课中讲述电学知识外,还有电工学和机床电器设备两门课。原来电工学这门课是在电工学教研室上,机床电器设备这门课是工业电气自动化教研室上的。为了不增加教学学时(因教学计划中学时是有限的),避免内容重复而可增加电控知识的内容,以提高教学质量,我提出将电工学与机床电器设备两门课程合并为“电工学及机床电力装备”课程,并与相关教研室教师商讨取得一致意见,并于1966年初我们就编出了《电工学及机床电力装备》教材。经过教学实践,教学效果良好。这次教学改革刚进行了一段时间,就被文化大革命冲击逼迫停了下来。

四、“七二一”试办班

到了1969年,文化大革命期间,那个时候学校都停止招生和教学了。后来根据毛主席的 “七二一指示”(1968721日,在毛主席的指示下,《人民日报》刊载了《从上海机床厂看培养工程技术人员的道路》的报道,毛主席亲自写了一段编者按。他说:“大学还是要办的,我这里主要说的是理工科大学还要办,但学制要缩短,教育要革命,要无产阶级政治挂帅,走上海机床厂从工人中培养技术人员的道路。要从有实践经验的工人农民中间选拔学生,到学校学几年以后,又回到生产实践中去。”这段话就是后来的“七二一指示”),学校还是要办的,我们学校很快就响应了,并决定在机械系开办了一个华中工学院机制专业“七二一”试办班(从196911月开始,到19718月)。这个班还不是后来所说的工农兵班,工农兵学员实际上是从1972年才开始招生的。“七二一”试办班选拔上来的学生都是一线有实践经验的工人师傅。

这个班招收了39名学员,他们来自湖北省各市、县的机械厂、设备厂、拖拉机厂、油泵油咀厂、汽车标准件厂、机床厂、农机厂和内燃机厂等。因为要办“七二一”试办班,学校抽调出包括基础课、技术基础课、专业课等30位教师,如钱福新(学校在这个班的负责人)、邹珊刚、张伯霖、李鹤九、刘少媚、黄国才、宋天霞、余鄂西等老师,为了加强电控知识的传授,电工学的教师有两位,赵荫棠和我。这些老师没有下放到咸宁去参加农场集体劳动,而是留在学校从事全职教学工作。

“七二一”试办班在学校工宣队干部胡友才领导下,认真贯彻毛主席的指示,师生结合踏踏实实地进行教学改革。由于这些工人学员来自的工厂专用机床特别多,为了根据具体情况,更好地理论联系实际,我就编了一本《专用机床电力装备》教材。它把专用机床里面的一些电气设备知识单独拿出来,加以总结、归纳和提高。在机械制造专业的教学中又加强了电控方面的知识传授。同时,我们也带领学生下到工厂里面,加强机电结合方面的工作实践,以提高学员的实际工作能力。

可惜的是,“七二一”试办班这种人才培养方式,即从有实践经验的工人农民中选拔学生加以培养,以及以后从1972年到1977年,从工农兵里面招收学员,这两种经过实践检验的人才培养方式后来完全取消了,我个人认为从整个国家对不同的人才需求来看,这种一刀切的做法不一定恰当。事实上,我们学校当时的“七二一”试办班学员,通过两年的学习,主要是提高了他们的理论水平,因为他们都是有实践经验的,回去以后都成了单位的技术骨干力量,其中大部分都先后担任了工厂厂长、设备处长、设计科科长、车间主任等职务。如“七二一”试办班学员中的胡厚堂任黄石拖拉机厂厂长,郑立仁任湖北省柴油机厂副厂长,朱福新任武汉第三机床厂设计科科长,陈治权与王心泉分别任襄樊通用机械厂与咸宁工程机械厂设备处处长,卢进武与李重阳分别任沙市电机厂与应城机械厂的车间主任等等。

五、数控系统和加工中心的研制

19731月,湖北省科技厅委托给学校一个数控机床的科研项目,学校通知了几个单位去开会,当时工业企业电气自动化专业的老师不太想接,我们电工学教研室(当时在电力系)把这个项目接了下来。

接下来后,我们就立即开始进行数控机床中数控系统的研制。这个研制小组当时由我负责,参加研制的老师中有电子学权威康华光老师、吴鸿修老师、温中一老师等十来人。从1973年的1月到7月,我们在文化大革命中日夜奋战,克服许多困难,从数控系统的设计到安装、调试,较顺利地完成了这项任务。但最后没有与机床进行联调,这是个遗憾。

1973年的下半年,在我们完成数控机床数控系统项目之后不久,学校又组织了机械制造、工业企业电气自动化和液压传动等3个专业的部分教师和机械厂的一些技术人员,开始研制“加工中心”。它是机电一体化产品中的一种典型装置,在当时研制的时候,项目名称叫数控镗铣床,后简称加工中心。参加研制加工中心的团队是一个实实在在的机、电、液人才的综合团队,实力非常雄厚。研发工作从1973年下半年开始启动,到1974年底就基本研制成功。

研制加工中心的工作很好地锻炼了参与的教师队伍。比如熊有伦院士当时就参加了加工中心的研制工作,设计了数控机床自动换刀刀架系统,应用效果非常好。因此,自动换刀刀架系统的机械设计从此在全国就有了名气。加工中心的研制成功在全国也产生了很大的影响,并获得了多项奖励。参加过加工中心研制的搞电控的部分教师,原来是在自控系从事工业企业电气自动化专业教学科研的,此后就留在机械系机械制造专业了,如林奕鸿、胡乾斌、李光斌等老师。加工中心的研制对机制专业的机电一体化起到了很大的促进作用。

六、加强对学生下厂时电控知识的实习

到了1974年的下半年,工农兵学员已进校两年。当时特别要求理论联系实际,各个专业含机制专业等非电专业的学生都要下到工厂实习。由于工厂车间里的生产设备多是包含电气控制装置的机电一体化设备,非电专业的教师给学生讲述电气控制装置的内容有些困难,因为电工学教研室是面对全院非电专业的学生开课的,所以学校要求教电工学的老师要下到各个非电专业去,与专业教师们一起带学生到工厂去实习。

当时我担任电工学教研室的副主任,负责抓教学工作。人员的分配主要由我来定,但各系专业的教学任务不一样,有的多有的少,如机械系机制专业的最多,而船舶系的船舶机械设备专业(简称船机专业)的最少,一般教师愿意到任务(电工学的学时)多的专业去,所以由我个人来定有一定的难度,于是我决定先由大家自选,自选后有矛盾再来调整。结果选机制专业的老师较多(我以前一直担任机制专业的教学任务),而船机专业没人选,我是个小领导,必须要带头,所以我就到船机专业去了。

那个时候船舶系的领导张以书他们得知我到船舶系来了,不久就把我调到船舶电气自动化专业(简称船电)了。到船电以后,我讲了一段时间的数控技术课后,就分配我带船电专业的毕业设计和实习。

毕业设计的内容是与黄树槐教授(后来担任华中理工大学校长)合作搞自由锻造液压机的自动控制(含数控系统)研发。在武昌青山471厂搞厂校结合,黄树槐老师负责机方面的工作,我负责电控方面的工作,机电结合。

我在船舶系工作了三年,带了两届学员的毕业设计,自由锻造液压机自动控制(含锻压机的数控系统)这个科研项目获全国1978年重大科研成果奖。1974年~1978年后我就离开机械系了。

样,为了执行学校要求电工学教师下到非电专业去指导学生下厂实习时电控知识的学习,1974年下半年,电工学教研室的部分教师就调到了机械系。他们一方面上课;一方面跟学生们一起下到工厂实习,另外也参加机械制造专业的一些机电结合方面的科研工作,于是机制专业的机电结合就又进一步加强了

七、机电结合比较全面地开展起来了

经过几年的实践,机电结合又取得了一些成效,使得机械系的领导尝到了甜头,就向学校提出要求,将电工学教研室从电力系调到机械系来,以加速机电一体化的进程,结果学校真的同意了机械系的要求,于是1978年下半年,学校就把整个电工学教研室从电力系全部调到机械系了。这时我也回到机械系电工学教研室了。

电工学教研室到了机械系之后,机械系从事电控研究的人就更多了,分散在各个教研室和从事机制专业教学研究的教师一起搞科研,机制专业的机电一体化就搞得更加热火了。

在完成加工中心的研制以后,为了不断优化数控机床的设计,后来引进了一批国外的数控机床。机械系专门腾出一间房子,就是现在的东一楼的一楼,安装了这批数控机床。甘锡英、朱志红、胡乾斌等几位教师利用这批进口数控机床进行科研工作。1979年下半年,机械系又建立了一个计算机站,由我负责,周祖德(后来到武汉理工大学当校长)、王楚英等参与了此项工作。不久以后,我因其他工作离开了计算机站,后来由周祖德负责,计算机站也和机械制造其他方面的一些科研结合起来了。

1978年受湖北省教委的委托,在当年秋季,招收了一个电工师资班。学员都是考上来的1978级的学生。当时主办这个班是为了培养湖北省高等学校电气方面的师资人才。学校决定这个班由机械系负责管理,但要按工业电气自动化专业的培养目标培养。到了这个班三年级的时候,19811月,机械系决定要我负责这个电工师资班的教学工作,包括负责他们的所有课程的辅导、批改作业、带实验、课程设计、毕业设计和实习等。我和他们一起学习、生活了两年。到19828月,这个师资班的学生毕业之后,学校留下了56个学生,留在机械系的有金建新、冯清秀、刘勃等。他们留下来以后都是从事机械制造电控方面的科研课题,也从事教学工作,带学生实习、毕业设计。留下的年轻教师充实了有关教研室力量,对于促进机电一体化专业的发展又起到了很好的作用。我本人除了1983年到1984年去国外工作一年多外,回国后都在机械系搞教学和科研,并于19851月起担任机械系副主任,负责抓研究生培养工作。

1978年电工学教研室调到机械系以后,因为又有了电方面的教师和研究人员的充实,机制专业的数控机床等科研项目就搞得越来越好了,这样一来,其他的系看到这个成功经验以后,就向学校领导反映,说电工学教研室是负责全院的,不能只留在机械系,希望电工学教研室的教师也能够参与到其他系相关的专业教学和科研中去。

这样,为了提高全校其他非电专业的电工学方面的教学研究质量,学校就在1987年初又把电工学教研室从机械系调回到电力系去了。但电工学教研室的多数骨干青年教师(如艾武、郑小年、唐小琦等)和个别骨干中年教师(如周祖德、马德华等)没有随电工学教研室回到电力系去,我也因为已担任机械系副系主任等原因,没有要我回电工学教研室。由于电工学教研室有相当一部分教师留在了机械系,这对机械制造专业的机电一体化教学和科研无疑是带来很多好处的,但对全校非电专业的电工学教学质量是不太有利的。

八、创建机电结合新专业

1987年后,为了进一步加强机电一体化,加强机和电的结合促进教学与科研,机械系又招聘了一些学电气控制方面的青年教师,如朱国力、龚时华等,他们和段正澄、李培根等教授一起从事自动化和数控方面的科研。

这样一来,机械系搞电控和电测方面的教师就更多了,对机制专业来说,机电结合、机电一体化的教学科研等各个方面都比过去大大加强了。根据当时科技发展形势对机电结合复合型人才的迫切需求,基于我校机械系长期从事自动线、数控技术、加工中心、CADCAMFMS、机器人技术等方面的科研教学和狠抓了学科建设,并具有一支雄厚的机电结合的师资队伍等条件,经过研究,机械系决定从1987年开始创建机电一体化新专业(机械电子专业),简称“机电专业”。为了培养具有机电知识结构的复合型人才,必须要从整体上优化教学计划,并组织实施,我们主要采取了以下措施:

1. 建立了新的课程体系

加强基础、电控、计算机、信号分析与处理、现代制造技术方面的课程,从知识结构和系统性来考虑,综合了一些课程,并增加了一些新的内容和课程。例如我们决定将电类课程重组为电路与磁路、模拟电子技术、机电传动控制(由我创建的)、数字电路与微型计算机原理4门课程,大大加强了电气控制和计算机方面的内容,将机床概论、工艺规程编制和夹具设计综合为机械制造基础,将金属切削机床改为数控机床,机械控制工程中增加了现代控制理论,机械工程测试技术基础改为工程测试与信号处理,增加了信号分析与处理,增加了计算机绘图、软件技术基础、CAD/CAM、现代设计方法、机器人技术、机械制造系统等课程。

2. 大大加强了实践性教学

①除了原来的实验室外,又增加了微机控制系统、机电传动控制、工程测试与信号处理、机器人、机电一体化等综合实验室,建立了计算机房。

②增加了课程设计与毕业设计

除了机械原理、机械零件、机床工艺课程设计外,在毕业设计中特别增加了机电结合的毕业设计,如两坐标经济型数控系统的设计。

③增加了下厂实习中的内容

除增加金工实习、电工实习、认识实习中的内容外,特别在生产实习中增加对机床电气自动控制系统内容的实习。

3. 强化了外语、计算机等能力的培养

为保证外语、计算机四年不断线,建成了第二课堂机房,成立了外语协会等,规定了毕业设计论文中的外文文献阅读与翻译要求。在学生中组织了计算机、无线电、摄影等协会,培养学生的广泛学习兴趣和综合能力。

4. 编写、出版了系列教材

先后出版了《机械原理》、《计算机图形学》、《机械工程控制基础》、《工程测试与信号处理》、《机电传动控制》、《数字控制机床》、《机械制造技术基础》、《机器人技术基础》、《软件技术基础》等20余种教材。

九、新专业的创办获得良好社会反响

“机电专业”的创办与实践大大提高了教学质量,加强了学生的机电综合工作能力,在社会上引起了强烈的反响,具体表现在以下几方面:

1. 毕业设计的质量普遍提高

教师反映机电班学生知识面宽,结构合理,工作能力强,上手快。例如:金建新老师指导机电8733名学生的毕业设计,进行鞋模CAD/CAM一体化技术的研究,要求利用STD总线完成普通铣床的数控改造等,在答辩会上他深有感触地说:“这些学生能机能电、机电结合比机制专业的学生能力强”。又如机电885班学生秦志强在毕业设计中出色地完成了基于微机的汽车车身的曲面构型设计,并用于机器人离线编程系统HOLPS中,在湖北省科委主持的鉴定会上被认为:此HOLPS系统在国内外处于领先地位,该生还设计了弯管三坐标测量机器人,其算法和测量软件都具有一定的创造性。该生现在是深圳固高科技有限公司的老总。

2. 学生的创新意识和动手能力较强

例如:①机电885班学生杨坚,几年来一直参加科技活动,在教师指导下,他完成的“字符图形扫描输入系统”荣获1991年湖北省大学生优秀科技成果一等奖和全国挑战杯鼓励奖。

②机电895班学生朱恒荣荣获第二届华工杯大学生科技制作类最高奖。

机电895班学生冯卫在世界大学生数学模型竞赛中获得特等奖。

机电901班学生在学校举办的制图竞赛中,夺取了一个集体一等奖和一个个人一等奖。

1991年学校举办的计算机应用大奖赛中,进入前十名的获奖选手中机电885班学生就占了两名。

英语水平普遍提高,例如机电895班英语四级考试通过率为90.63%,六级考试通过率为37.5%,该班的刘沐全同学还承担了与外商谈判的专业翻译。

3. 毕业生深受用人单位欢迎

那些年我校机电专业的毕业生供不应求,供求比一般为1:10,毕业生到工作单位后很快就适应了工作,并得到用人单位的普遍好评。例如:

机电885班林智伟在广州机电系统招聘会上,由法国专家组对几十名应聘者进行考核,只录取了两人,其中有他。专家们认为:他们两人专业知识扎实,思路敏捷,且多才多艺,知识面广(1992216日广州日报)。

机电873班沈剑1991年分配到机械电子工业部工作,19927月该部下属原单位领导专门给我们来信说:沈剑业务基础知识比较扎实,尤其是电的知识,对机电结合理解较好,独立工作能力强。在现代化建设中机电结合越来越重要,我们希望有更多的具有这方面特长的科技人员。

机电883班姜长城分配到哈尔滨量具量仪厂,在车间工作一段时间后,就完成了一台进口数控车床的调试、运行及编程加工,深受单位好评。

得到了兄弟院校和社会的普遍好评。

机电专业的创办与实践得到了社会上的普遍认可。例如:

我们在有关会议上介绍了以后,得到了与会者一致赞扬,并有近百所院校向我们索取了教学计划等资料。

许多地区、大型企业要求我校去办成人教育“机电一体化班”。很快我们就在长沙、南昌、山东、安庆、沙市、北京、广州、武汉钢铁公司、洛阳拖拉机厂等地开办了“机电班”。

很多学校办起了“机电专业”,并采用了我们编写出版的教材。例如由杨叔子院士主编的《机械工程控制基础》和邓星钟教授主编的《机电传动控制》教材有两百多所院校采用,年销售量数万册。

来我校参观学习的高校同行很多。

由于机电班毕业生分配工作十分走俏,那几年报考我系机电专业的考生和我们机电专业录取的成绩都大幅度提高。

我系机电一体化教学改革多次获国家级教学成果奖和教材奖等奖励。

由于机电结合,机电一体化适应现代科技发展的形势,所以我校机械系(学院)一直坚持改革,不断取得新的成果,由于机电结合的目的是为了实现机械装置的自动化,所以现在已将“机械制造”和“机电”专业合并统称为“机械设计制造及其自动化”专业了。

邓星钟口述,潘群访谈整理。邓星钟,机械科学与工程学院教授,曾任华中理工大学机械系副系主任,湖北省电工学研究会理事长、顾问等职。)

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