第二章 文獻探討與回顧
2.4 國外大學相關課程發展
PLC與機電整合課程在不同的國家發展程度不同，針對不同國家工 業自動化的發展特色與需求，在大學講授的機電整合課程發展狀況也五 花八門。世界各地不同的大學採取了不同的授課方式來針對機電整合課 程，以配合當地工業發展所需之技術人才，來滿足國家在工業發展上的 需求。以下茲將所收集文獻上各國大學所發展之機電整合相關課程做些 概述。了解世界各地區機電整合發展概況，以期幫助本研究之課程發展 能有更多的參考與整合。
1. 美國華盛頓 Capstone University 所開發之機電整合課程
華盛頓Capstone University大學開設了一系列的課程，另加入技術的 選修課程。所有的課程涵蓋在三個學年度中，並於大學四年級那年，將 機電整合課程推入最高潮，將前三年的所學實現於專題研究中，為期10 週的設計課程中，讓學生組織成學生團隊，每個團隊負責不同的機電整 合項目，並將成品公開發表出來[42-48]。
2. 澳洲莫納什大學( Monash University) 之機電整合課程
Monash University設計了一套完整且具有平衡性的機電整合課 程。此套課程強調兩大重點：
(1) 建模分析技能 (modelling analysis skills) (2) 實驗/硬體實現技能
(experimentation/hardware implementation skills.)
該校並成立了發展委員會，委員來自不同的工程學科和行業。主要 功能是設置課程目標，希望能與當地產業緊密合作，以確保所培訓之畢 業人才能滿足當地產業的的需求。而機電整合的教學人員大多為從事機
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電整合相關的研究者，以保持他們的知識符合最新潮流。並於課程中教 導學生相關的產業設計和製造，並設計出滿足客戶需求的產品。課程發 展過程中並與業界積極聯絡，以其達到有利於學術與業界之間建立橋樑。
[49-57]
3. 美國喬治亞理工學院-電機工程學系
越來越多的電機工程的學生畢業後在控制系統或製造領域的應用 尋找就業機會。為了希望幫助學生與業界接軌該校理念在於讓學生實際 接觸到整個控制過程。喬治亞理工學院，發展了一套新的工業控制和製 造過程的課程，凸顯該科系電機工程特色有別於和其他學校的基本控制 課程。
課程的核心是利用一組實驗室實體教具，提供學生離散邏輯控制 和連續變數的控制的實際演練與操作機會。課程與實驗的內容包含植基 於PC介面的PID控制和使用PLC的離散邏輯控制，提供學生實際的學習 經驗。課程內容包括程序控制，離散邏輯控制，生產線系統和生產的控 制。其實體教具如圖2-7。[58-63]
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圖2-7 喬治亞理工學院機電整合課程實體展示機 4. 美國喬治亞理工學院-機械工程學系
與其他一般典型的主科相比，其實機電整合這們課程是「瞬息萬 變」的，故必須隨著產業的發產來不斷的將課程做調整規劃與重新評估。
而技術發展其實早在現今已經發生了巨大的變化，因為微處理器和感測 器變得更小，執行效率更快，且可靠度增加而成本降低。故該系所課程 係採用微處理器作為其主要的控制器。該系所之機電整合課程主要被分 成兩個部分。
(1) 課程部分
課程部分主要先介紹機電整合的各部分層面，包含種感測器、
控制與驅動器。接著介紹基礎理論部分，內容包含數位邏輯運算，
程式編譯與撰寫，微處理器結構等。最後介紹進階理論部分，此部 分則是講授電力電子技術、轉接口電路、信號處理、AD/DA轉換、
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串/並連通信與計時器等。
(2) 實驗部分。
實驗部分設計了四項實驗主題，一系列的非正式講座，與最後 的期末報告。
(a) 實驗一
第一項實驗是一項簡單的練習，讓學生熟悉EVB的編輯與程式 的撰寫。學生學習如何從線上下載EVB，利用EVB寫出一則簡單的 程式並做編譯。老師指定要求學生下載老師上傳的程式碼，該程式 碼中有故意插入部分的錯誤，要求學生進行除錯。
(b) 實驗二
第二項實驗是教導如何控制I/O接口來進行8顆LED的順序亮暗 控制，從00到FF，十六進制轉二進制。
(c) 實驗三
第三項實驗是模擬信號進行取樣和處理，並側重運算放大器電 路，A / D轉換器，處理器標誌和數據處理。每一組都利用會斯登電 橋與OPA電路來量測懸臂樑中應變規的數據。
(d) 實驗四
第四項實驗主題是做信號處裡、並將電路區隔和脈衝寬度調變來 做直流馬達傳速控制。這項實驗提供學生實際的閉迴路控制實例與 展示了穩定度與頻寬的觀念。
(e) 期末專題
在期末專題部分，讓學生自行分組，而每一組都需要在期末實 作出一項專題，讓各組學生依照自己的興趣與創意來自訂題目，將 課程中所學的知識作實現。專題原則須滿足本課程需求，建立於機
33 內容[40-50]經研究者整理，如表2-2至表2-6。
表2-2 美國華盛頓Capstone University 機電整合學程發展 美國華盛頓 Capstone University
自動控制
(7)Routh-Hurwitz and Nyquist 穩定性分析 (8)增益補償和相位補償
(9)系統設計
(10)計算的分析和設計工具-Matlab
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授課內容：
(1)決策過程 (2)設計模型 (3)知識產權 (4)工程經濟學 (5)項目規劃
(6)產品責任和道德等。
機電整合工程 設計(ME495)
授課目標：
(1)旨在為學生提供的一個機會，讓學生以整合研究的 思路的方式，在每個獨立的課程主題中，完成開放式 設計的問題。
(2)本學程的機電整合課程頂點。
授課內容：
(1)每個團隊都負責開發自己的主題功能和設計規範，
組織並展開工程設計工作。
(2)發表專題舉例：
‧人力潛艇的軸測力計設計。
‧板載汽車測功機
‧滑雪板受力分布的量測
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表2-3 喬治亞理工學院-機械工程系機電整合課程發展 喬治亞理工學院-機械工程系
機電整合設計 (ME4447)
課程目標：
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‧Motorola 68HC11 EVB 模組板的認識與介紹。
‧熟悉 EVB 的編輯與程式的撰寫。
‧控制 I/O Port 來進行 8 顆 LED 的順序亮暗控制。
‧模擬信號進行取樣和處理。(包含 OPA、A / D 轉換器 惠斯登電橋的應用。)
(4) 期末專題
表 2-4 澳大利亞莫納什大學機電整合(一)課程 澳大利亞莫納什大學
機電整合(一)
授課目標：
為學生建立一個機電整合的基礎知識。本課程分為兩個 層面，為機電整合作介紹，如下。
(1) 知識與理論層面
‧職業介紹。
‧了解機電整合所涵蓋的多學科領域。
‧熟悉目前業界熱門的機電整合技術。
‧熟悉機電整合技術的基礎理論。
‧熟悉機電整合設計過程的知識。
(2) 技術與實作層面
‧能夠識別企業自動化任務與效益最大化。
‧團隊工作，利用機電整合技術知識解決 「真實生活」工業的問題。
‧利用電腦與工具解決工程問題。
‧與業界聯絡和群體間的溝通。
‧有效的書面和口頭溝通。
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授課內容：
(1) 課程主題：
(2) 固體力學，應用力學（機械原理）;
(3) 基礎電子產品（類比與數位）;
(4) 電機和電子驅動器 (5) 電力電子技術
(6) 計算機工具和編程語言簡介 (7) 機電整合設計
(8) 機電整合項目 (9) 材料力學。
(10) 相關數學。
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表2-5 澳大利亞莫納什大學機電整合(二)課程 澳大利亞莫納什大學
機電整合 (二)
授課目標：
本課程分為兩個層面，為機電整合作介紹，如下。
(1) 知識層面
‧ 熟悉智慧型控制系統。
‧ 理解感測，人工知覺在工業自動化中的應用。
‧ 熟悉工業自動化與機器人技術，感測器和人工知覺 的概念。
‧ 熟悉工程的生產和計算機輔助製造。
(2) 技術層面
‧ 培養團隊執行與參與關於機電整合
‧ 製造環境中執行工程任務。
‧ 培養選擇和設計自動化的技能（任務和設備），學習 如何以最大限度提高效率和生產率。
‧ 滿足工業的技術需求，希望學生能夠利用現有的知 識與方法(機械，電子和計算機領域知識)，來全面 的解決現代製造系統的問題。
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(4) 數位影像 (5) 重要專題
世界各大學為了應對產業對機電整合工程師的需求，在大多數國家 學術單位都在想盡辦法發展高效率課程。透過上述資料的整理與歸納發 可普遍發現，一門成熟的機電整合課程，往往需要具備以下幾點特色。
(1) 能夠配合適當的教具展示機電整合的控制過程(例：機械手臂操作)，
提供學生能夠學習達到機電整合技術與工業自動化的教學目標。
(2) 可提供高品質的培訓的實作課程，學習到更多學科的知識。並融合 控制理論的多樣性，配合實際的實驗與操作，讓學生同時學習到硬 體架構、PC 與 PLC 的操作，與程式的撰寫等。
(3) 在機電整合課程中，授課的主題範圍和時間跨度分配，需要具有可 調整的彈性空間。並讓學生在此過程中一直不斷的反饋並修改教學 方式。
(4) 機電整合可透過與業界合作發展課程，將以加強學術界和工業界之 間的關係。
(5) 機電整合教育的本質，是向學生傳授有關團隊工作的概念，以實現 共同的目標。
本節探討了國外大學的機電整合課程發展，膫解機電整合課程儘 管在工程學科上的發展深具挑戰，但機電課程發展迄今為止，是非常令 人期盼的。如何選定課程主題與教學方式，來配合學生的需求與程度，
在教學中是需要不停學習並修正的課題。
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