行業設備HMI在高職專業課教學中的應用

徐　帥，楊曉芳，高小亮

(鹽城工業職業技術學院 紡織服裝學院，江蘇 鹽城 224005)

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行業設備HMI在高職專業課教學中的應用

徐帥，楊曉芳，高小亮

(鹽城工業職業技術學院 紡織服裝學院，江蘇 鹽城 224005)

摘要：HMI(人機界面)作為現代生產設備的重要組成部分，集中了設備全部的生產信息和重要參數，應在教學中予以充分的重視。針對實際教學中設備HMI數量有限、不足以支撐教學的問題，提出開發虛擬行業設備HMI的教學軟件加以解決。由于虛擬HMI的教學軟件可在PC端運行，因此采用“翻轉課堂”教學法進行教學設計，可以提高其應用價值。

關鍵詞：HMI(人機界面)；專業課教學；教學軟件；翻轉課堂

一、 HMI在生產、教學中的重要性

HMI是Human Machine Interface的縮寫，意為“人機接口”，也叫“人機界面”。行業設備上的觸摸屏控制端就是一種典型的HMI。HMI的主要作用有參數輸入、實時的資料趨勢顯示、警報的產生與記錄等。隨著自動化技術的進步，幾乎所有的行業設備均配備了HMI。衣著整潔的工人站在機器的觸摸屏前進行技術參數設定，輕松完成生產任務，成了現代制造業的典型場景。熟練操作行業設備的HMI，完成技術參數設定，也成為高職學生需要學習和掌握的一項重要技能。

以紡織行業為例，變頻器、PLC、觸摸屏的廣泛使用，對于紡織設備的操作、參數整定已經很少有傳統的那種換齒輪、調定位的方式，而已全部集中到對設備的HMI操作上。HMI集中了現代機器設備全部的生產信息和重要參數，因此，HMI操作非常重要，一般不允許新上崗人員或非專業人員進行體驗和學習性整改參數。因此，高職院校理應承擔起提高學生操作行業設備HMI能力的重任。

二、 高職專業課教學實施中的不足

經過多年的努力，高職尤其是高職工科專業的教學改革已取得一定成效，項目化教學已廣泛采用。目前，多數項目化教學的載體是典型產品，通過如何獲得典型產品這一主線將相關知識和技能組織起來。這種教學方式非常適合高職的專業課教學，但在實際教學實施中還存在如下不足：

1. 針對性、目的性有待提高

雖然典型產品已經使得教學的針對性、目的性明顯增強，但是繼續給出設備HMI需操作內容可進一步增強教學的針對性、目的性。如對于“絡筒”的教學，在生產一個紗筒后繼續明確在HMI端設置一根清紗曲線，可進一步細化、明確任務。

2. 與設備聯系不夠緊密

目前，專業課教學比較重視工藝原理，以及在此基礎上的工藝設計，但產品的生產關鍵還是設備，而設備HMI端的工藝參數設置在教學中體現不夠。如對于“整經”的教學，重視整經根數、軸數的計算，但對速度、橫移量的設置則涉及較少。

3. 實踐中HMI端操作訓練不充分

項目化教學的最重要一環是任務實施、制出產品，但目前對生產設備HMI端的操作一般由師傅或教師指導，學生參與不夠，主要原因是防止整定好的參數被修改而影響企業生產和產品質量。

三、 HMI引入教學的限制因素和解決方法

1. HMI引入教學的限制因素

雖然引入設備HMI能彌補現有教學的一些不足，但也存在一些限制因素。其中最主要的是來自硬件條件的限制：HMI一般只配備在大型的高端行業設備上，這樣的設備高職院校即使有，臺數也很少。如漿紗機是紡織行業的大型設備，中檔品牌機型的售價高達30萬元以上，一般院校只有1臺作為教學用，其HMI(即觸摸屏控制端)也只有1個，無法滿足教學需要。如勉強用于教學，讓學生輪流利用課余時間進行學習，一則教師無法跟蹤指導、實現交互，學習效果無法保障；二則會將設備原有參數搞亂，給設備管理帶來不便。還有一個限制因素是HMI端參數太多，在課堂上難以一一講解，只能有針對性地講解其中幾項，對初次使用的學生來說，要找到這幾項參數也是一個挑戰。因此，學生最好課前先去熟悉HMI界面，這對實訓場所和設備管理帶來很高要求，目前實現起來還比較困難。

2. HMI引入教學的解決方法

采用現代信息技術和計算機技術，在PC上利用VB、WINCC、LabVIEW等編程軟件開發虛擬行業設備HMI的交互式教學軟件，使得教師能在一體化教室或計算機房開展對設備HMI的教學，學生能對著計算機參與教學和自我學習，可以徹底解決教學中因行業設備臺數少而限制教學的問題。

同時，借助相關軟件進行程序開發，還能實現參數匯總輸出，方便教師和學生進行查閱、比較。圖1是采用LabVIEW軟件開發的EJP438型自動絡筒機HMI模擬系統，該系統可在PC端運行，不但具有原設備HMI的所有內容，而且還增添了報表生成功能。圖2為在模擬系統設置參數后生成的參數匯總表。

圖1　虛擬設備HMI教學軟件

圖2　教學軟件生成的報表

四、 虛擬設備HMI軟件的教學設計

有了對應的教學軟件后，就需要圍繞其進行教學設計。這方面可參考目前比較流行的“翻轉課堂”教學法。教師提供以教學視頻為主要形式的學習資源，學生在上課前完成對教學視頻等學習資源的觀看和學習[1]。

圖3是以“絡筒”為例、采用“翻轉課堂”進行的教學設計，可以看出HMI端參數可與書本知識點實現一一對接，教師圍繞HMI參數錄制包含書本知識點的教學微視頻供學生課前學習。由于HMI教學軟件可在PC端運行， 使教師錄制視頻變得更為輕松，同時也可以使學生在課前課后充分熟悉設備HMI的操作。軟件

圖3　圍繞HMI的“翻轉課堂”教學法教學設計

的生成報表功能則為教師布置不同作業以及就作業開展點評提供了便利。

五、 結語

HMI作為現代生產設備的重要組成部分，集中了設備的全部生產信息和重要參數，應在教學中引起充分的重視。但一臺設備往往只有一個HMI，將其直接引入教學并不現實。對此，比較好的解決方法是利用VB、WINCC、LabVIEW等軟件，開發虛擬行業設備HMI的教學軟件。由于虛擬HMI的教學軟件可在PC端運行，可以借鑒“翻轉課堂”教學法進行教學設計，提高其應用價值。

參考文獻：

[1] 鐘曉流,宋述強,焦麗珍.信息化環境中基于翻轉課堂理念的教學設計研究[J].開放教育研究,2013(1):58-64.

基金項目：2014年度江蘇省現代教育技術研究課題(2014-R-31872)；2016年度全國紡織服裝信息化教學研究課題(ZWH-16037)；江蘇省高校品牌專業建設工程資助項目(PPZY2015C254)

作者簡介：徐帥(1983—)，男，江蘇鹽城人，講師，碩士，研究方向為紡織機電一體化和現代紡織技術。 E-mail:xushuai430@163.com

中圖分類號：G712

文獻標志碼：A

文章編號：2095-3860(2016)03-0248-03