數控維修技術三向教學研究

范開國

摘要 為適應當前數控技術的不斷發展和企業對高級數控人才的迫切需求，提出數控維修技術的三向教學法（3W教學法）。詳細闡述3W教學法的內涵外延，以及具體實施過程。數控維修技術的3W教學法徹底改變了傳統教學模式，充分培養學生發現問題、分析問題、解決問題的能力。

關鍵詞 數控維修 3W教學法 教學研究

中圖分類號：G424 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2015.08.052

Research on the Three-Way Teaching for NC Machine Maintenance

FAN Kaiguo

（School of Mechanical Engineering， University of Shanghai for Science and Technology， Shanghai 200093）

Abstract In order to adapt the development of the NC technology and the requirements of enterprises for advanced NC talents， a three -Way teaching method （3W method） for NC machine maintenance is proposed in this paper. The intension and extension as well as the concrete implementation process of 3W teaching method are elaborated in this paper. The 3W teaching method changes the traditional teaching mode drastically; and the students' abilities of identifying， analyzing， and solving problems can be fully trained.

Key words NC Machine Maintenance; 3W Teaching method; teaching research

隨著我國國民經濟迅速發展和國防建設的必要強化，國家裝備制造業對數控機床這種基礎性、戰略性生產制造手段提出了急迫且大量的需求。2014年我國機床數控化率由2004年的27%提升至54.7%，在大型制造業密集地區，這一比率相對更高。但是，國內在數控設備的維護管理上基本沿用普通設備的管理模式，高水平維修人才更是長期匱乏，造成數控設備完好率低。

因此，數控設備的維護維修人員是目前企業急需的數控人才。高等學校作為輸送數控人才的教育基地，肩負著培養高素質、高質量、高技術數控人才的重要使命。為滿足企業對高技術數控人才的需求，提高數控教學質量，各院校大力推行數控實踐教學，①②③以提高畢業生的實際動手能力;并且對課程結構進行優化設置，④以適應當前數控技術的不斷發展。為培養高技術數控人才，本文提出數控維修技術的三向教學法（3W教學法：Three-Way Teaching Methods）。

1 數控維修技術3W教學法內涵及外延

1.1 數控維修技術3W教學法的內涵

數控維修技術3W教學法的內涵是指：組成數控維修教學的數控機床、教師、學生三者即為教學主體，同時又都為教學客體。數控機床作為教學主體的本質是機床故障的提出者，作為教學客體的本質是施教對象;教師作為教學主體的本質是知識的傳授者與教學的組織者，作為教學客體的本質是現代數控技術的學習者;學生作為教學主體的本質是機床故障的排除者，作為教學客體的本質是施教對象。

在數控維修技術教學中，數控機床、教師、學生三者相輔相成，數控機床依靠自身信息傳遞故障的發生及解決途徑;教師依靠豐富的理論知識及經驗解密數控機床提出的問題，引導學生發現、分析并最終解決問題;學生依據所學知識及教師的指導確定問題的根源并具體實施。

1.2 數控維修技術3W教學法的外延

數控維修技術3W教學法的外延是指：組成教學主體的數控機床、教師及學生三者可拓展至廣義領域。在數控維修技術3W教學中，數控機床不僅包括機床本體，還包括數控系統、氣液傳動系統、電氣系統、軟硬件以及相關的電子元器件，甚至包括現代集成制造系統（CIMS）及整個生產線;教師不僅包括實際意義上的教育工作者，還包括遠程協助、資深技術人員以及一切可傳授相關知識的媒介;隨著數控技術的不斷發展及功能的不斷強大，所有數控領域的工作人員均是現代數控技術的學習者，因此，學生還包括教師以及該領域的相關人員。

2 數控維修技術3W教學法實施過程

數控維修技術3W教學法的核心是三向信息互動，充分體現教師的引導作用以及數控機床的信息交互作用，并將盡可能多的外部資源引入到信息互動中，充分調動學生的主觀能動性。

數控維修技術3W教學法的實施過程如圖1所示，主要包括機床故障信息的三向交互、機床故障溯源分析和機床故障排除三大過程。

2.1 機床故障信息的三向交互

由于數控機床故障涉及機械、電氣、軟件、電子元器件等諸多方面，并且數控機床故障包括有報警故障和無報警故障，具有隨機性和難預測性。因此，數控機床故障信息的發現與交互是數控維修的基礎與前提。

對于有報警故障，可充分利用機床數控系統的報警信息鎖定故障現象，該過程需要充分理解并掌握數控機床的報警信息，要理解數控機床報警所傳遞信息的本質及內涵，該類機床故障信息的獲取與交互相對直觀，教師、學生可在數控機床現場進行故障信息的提取與交互。

對于無報警故障，其信息又可分為兩類：第一類是機床無報警停止運行;第二類是機床無報警正常運行，但有異響、異味以及在無操作不當情況下的工件超差等現象。對于第一類故障信息的獲取是具有相當難度的工作，需要維修人員、操作人員以及數控機床三向信息交互，教師、學生可在機床現場通過對機床檢查以及對操作人員問詢獲取機床故障信息。對于第二類故障需要正確分析并判斷機床傳遞的信息，從眾多信息中獲取機床故障信息，將機床故障消滅在萌芽狀態，這也是數控機床維修維護的最佳境界。

2.2 機床故障溯源分析

由于機床數控系統種類繁多、設計方式多種多樣、故障現象千差萬別，因此，在掌握數控機床故障信息的同時，必須科學分析機床故障信息，最終通過故障信息逐漸縮小故障范圍并最終鎖定故障。

機床故障溯源分析是一個系統化的問題處理過程，包括確定和分析故障原因，找出故障解決辦法，并制定故障排除措施。溯源分析實質是根據機床故障信息， 綜合運用數控原理知識、遠程協助等途徑，逐步找出故障的根源。

機床故障的溯源分析同時又是多方信息交互的過程，教師、學生相互討論，相互學習，根據機床故障信息分析可能的機床故障原因，并繪制機床故障線路圖。根據機床故障線路圖依次由簡到難排除機床故障，并最終鎖定機床故障的根源。對于疑難問題可引入遠程協助及遠程服務，同時還可聘請資深技術人員參與問題的討論與分析，最終達到鎖定并排除機床故障的目的。

機床故障的溯源分析的關鍵是教師、學生、數控機床、遠程終端以及相關技術人員的信息交互與挖據;教師、學生要善于通過機床故障信息挖掘與之相關的信息，并在眾多信息中梳理出機床故障線路，最終確定機床故障信息的根源。

2.3 機床故障排除

機床故障排除是指運用科學的方法對排除機床故障的方案進行研究和選擇的過程。機床故障排除必須依靠科學的知識和方法進行，而不是經驗的積累。科學的故障排除要經過一系列步驟，包括明確問題、制定備選方案、評價與選擇方案，靈活運用數控原理知識及遠程協助與遠程服務，才能起到事半功倍的效果。

機床故障排除是數控維修技術的最終環節，也是決定維修質量的重要環節。在該環節中，教師和學生應充分運用數控原理知識，制定出合理、科學的解決方案。

以上三個過程是依次遞進的過程，每一環節都是下一環節的基礎，三個環節相輔相成，缺一不可。與傳統雙向實踐教學的不同之處在于數控機床本身是施教主體，而并非傳統的驗證對象，只有讓數控機床作為施教主體，才能真正培養學生發現問題、分析問題、解決問題的能力，才能真正培養出理論與實踐相結合、理論與實踐都過硬的高水平數控技術人才。

3 數控維修技術3W教學案例

以一臺實習用快走絲線切割機床隨機突發故障為例，介紹現場3W教學法的施教過程。該線切割機床的故障現象表現為：機床X軸進給時發出有規律的間歇性異響。

針對該線切割機床的這一故障信息，首先要確定異響的具體位置，通過現場實際觀察，確定該異響來源于電機附近。而電機附近的異響一般與軸承和電機相關，由于軸承拆卸要求較高，所以從排除電機故障入手。

首先組織學生從步進電機及其驅動控制系統進行故障溯源分析，初步確定該電機存在失步現象，同時繪制圖2所示故障線路圖。

根據電機失步故障線路圖，組織學生進行故障溯源分析。在故障溯源分析時，引導學生按三步排除故障，即：功率放大故障、環形分配故障和電機繞組故障三部分。

對于功率放大故障，首先確定功率驅動三極管的工作狀態，由于功率驅動三極管的工作狀態會在發光二極管上明確地顯示出來，通過檢查，驅動三極管完好;通過萬用表檢測功率電阻及驅動線路完好，從而排除功率放大故障。

對于環形分配故障，引導學生從檢查環形分配電路中的電阻開始，通過萬用表測試，環形分配電路中的一只電阻損壞，從而鎖定故障根源。

鎖定機床故障根源后要排除機床故障，由于該機床故障的根源就是電阻損壞，因此其故障排除方案首選更換電阻。更換電阻后通電運行，X軸進給異響故障排除。

4 結束語

數控維修技術3W教學法能提供學生豐富的直接經驗，有助于理解和掌握理論知識，有助于培養學生發現問題、分析問題、解決問題的能力。同時，3W教學法注重三向信息互動，在信息交互過程中相互啟發、相互補充，從而達到共識、共享、共進，真正實現教學相長。

注釋

① 劉天祥，戶春影，董曉威.高校數控實踐教學質量提高路徑[J].黑龍江教育（高教研究與評估），2010（9）：64-65.

② 徐婭萍，王潤孝.數控機床課程教學的改革與實踐[J].西北工業大學學報（社會科學版），2007.27（4）：78-80.

③ 張欣波，常雪峰.高等學校數控技術課程教學與實訓內容整合研究[J].中國電力教育，2014（5）：156-157.

④ 王磊，李洪濤，安興偉.裝備制造業高端人才工程能力培養體系構建[J].現代教育科學（高教研究），2014（2）：134-137.