以能力引導(dǎo)為目標(biāo)的機(jī)械故障診斷實(shí)踐教學(xué)改革與探索

申金星，公丕平，高亞明，楊小強(qiáng)

（1.陸軍工程大學(xué)野戰(zhàn)工程學(xué)院，江蘇 南京 210007；2.陸軍工程大學(xué)訓(xùn)練基地，江蘇 徐州 214035）

引言

機(jī)械裝備在工程建設(shè)與國(guó)家現(xiàn)代化建設(shè)中起著非常重要的作用，一旦其發(fā)生故障或健康狀態(tài)嚴(yán)重劣化，則會(huì)嚴(yán)重影響保障效能和工作效率的發(fā)揮。由于機(jī)械裝備種類繁雜、功能各異，其研制、使用與維修保障成本都比較高。特別是隨著機(jī)械裝備的集成化、綜合化和智能化水平的提高，研制的風(fēng)險(xiǎn)越來越大、研制周期越來越長(zhǎng)、研制費(fèi)用越來越高，對(duì)機(jī)械裝備的使用與維修保障提出了更高的要求。為了減少機(jī)械裝備故障對(duì)安全性、可靠性等方面的影響，為縮短停機(jī)時(shí)間，降低維修費(fèi)用，提高保障效率，迫切需要更新保障理念，創(chuàng)新保障技術(shù)，優(yōu)化保障手段，實(shí)現(xiàn)預(yù)防維修和預(yù)測(cè)維修，以適應(yīng)裝備技術(shù)的發(fā)展和體系化使用要求。要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，人才培養(yǎng)至關(guān)重要。

當(dāng)前院校在裝備故障診斷教學(xué)中存在著課時(shí)少、任務(wù)重、理論多、實(shí)踐少、手段單一等問題，難以保證培養(yǎng)出合格的維修保障方面的人才。因此，如何加強(qiáng)學(xué)員的能力培養(yǎng)，通過實(shí)踐環(huán)節(jié)培養(yǎng)學(xué)員的現(xiàn)代化裝備健康管理意識(shí)、掌握狀態(tài)故障的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)技術(shù)和預(yù)先維修技能是擺在面前的一個(gè)重要問題。

1 機(jī)械裝備故障診斷實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的不足

1.1 實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容陳舊、模式單一，在教與學(xué)兩方面的重視程度均有不足

目前，隨著世界軍事理論與科技方面的進(jìn)步，武器裝備的發(fā)展速度越來越快，許多新的技術(shù)已大量應(yīng)用于機(jī)械裝備中，使得機(jī)械裝備的結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，對(duì)其進(jìn)行維修保障的相關(guān)理論和技術(shù)的發(fā)展也日新月異。但目前機(jī)械裝備類課程的相關(guān)教材其更新速度明顯低于機(jī)械裝備發(fā)展的速度，有以下幾方面的原因：

1）新舊裝備同時(shí)存在，多種技術(shù)并存，導(dǎo)致課程內(nèi)容的更新滯后。由于當(dāng)前我軍正處于軍事改革的過渡期，部隊(duì)配屬的各種機(jī)械裝備存在新舊型號(hào)并存，且舊型號(hào)保有量較大的狀況。現(xiàn)有的教材無論是理論版本還是實(shí)踐指導(dǎo)手冊(cè)，均以當(dāng)前列裝比較廣泛的機(jī)械裝備的有關(guān)內(nèi)容為主，給教學(xué)過程帶來極大困難[1-2]。

2）實(shí)踐教學(xué)器材不足，尤其是新型機(jī)械裝備的實(shí)裝資料、維修模擬訓(xùn)練器材匱乏配套的技術(shù)資料相對(duì)簡(jiǎn)略，僅可用于簡(jiǎn)單的操作訓(xùn)練，因此院校在維修保障教學(xué)和故障診斷課程中面臨著很大的困難。而實(shí)踐課程的教學(xué)又繞不開其液壓系統(tǒng)、電控系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)和其他的附屬系統(tǒng)的故障特點(diǎn)的分析、判斷與排除，實(shí)踐教學(xué)中相應(yīng)維修資料、器材和信息的缺乏非常明顯。

1.2 裝備信息掌握不到位，缺少精通裝備維修保障的教學(xué)人員

機(jī)械故障診斷屬于實(shí)踐性非常強(qiáng)的教學(xué)課程，要求任課教員不但具有扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，還需要具有熟練的裝備調(diào)試維修經(jīng)驗(yàn)、嫻熟的操作技術(shù)和故障分析診斷與排除技能。但是，由于機(jī)械裝備型號(hào)種類過于復(fù)雜，部隊(duì)列裝的種類多、數(shù)量少，對(duì)工作原理、結(jié)構(gòu)組成和故障分析排除技能的掌握需要長(zhǎng)時(shí)間的研究探討，同時(shí)需要與部隊(duì)、科研機(jī)構(gòu)、生產(chǎn)工廠和維修單位進(jìn)行廣泛的合作、交流和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)習(xí)。但面對(duì)大量的新型裝備教學(xué)內(nèi)容的加入，合格的實(shí)踐教學(xué)人員的數(shù)量仍然不足。

2 完善和優(yōu)化機(jī)械裝備故障診斷實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的措施

院校人才培養(yǎng)的目的就是提高學(xué)員全面掌握裝備使用操作與維修保障的能力，教學(xué)改革理所當(dāng)然應(yīng)圍繞這一核心進(jìn)行。面對(duì)機(jī)械故障診斷教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)所存在的問題，在機(jī)械裝備實(shí)踐教學(xué)方面，倡導(dǎo)在抓好理論教學(xué)質(zhì)量的基礎(chǔ)上，強(qiáng)化裝備故障診斷分析與排除的實(shí)踐能力，特別是運(yùn)用所學(xué)的理論知識(shí)與技術(shù)知識(shí)解決實(shí)際問題。在機(jī)械裝備實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容的安排和設(shè)置方面，加大實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容比例，采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、虛擬儀器技術(shù)、半實(shí)物仿真技術(shù)等手段強(qiáng)化實(shí)踐課程教學(xué)效果，突出學(xué)員動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，促進(jìn)學(xué)員邏輯思維能力的生成和深化。

2.1 面向教學(xué)需求，采用裝備維修知識(shí)的層次表示法以優(yōu)化實(shí)踐教學(xué)模式

針對(duì)新舊機(jī)械裝備并存，維修保障能力急需提高的現(xiàn)狀，需改革教學(xué)方式和手段，從學(xué)員的課前準(zhǔn)備、課內(nèi)學(xué)習(xí)、課后復(fù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)實(shí)踐等多個(gè)環(huán)節(jié)，對(duì)能力進(jìn)行培養(yǎng)。除加大實(shí)踐教學(xué)課時(shí)比重外，建立實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容的層次結(jié)構(gòu)。以機(jī)械裝備電控系統(tǒng)故障分析與診斷為例，論述層次教學(xué)模式的實(shí)施過程。

對(duì)電控系統(tǒng)從核心向外圍器件進(jìn)行分層。如圖1所示，常見機(jī)械裝備電控系統(tǒng)可分為5層，第一層控制層是電控系統(tǒng)的控制核心，一般為工控機(jī)、PLC或單片機(jī)等。第二層信號(hào)轉(zhuǎn)換層主要承擔(dān)傳感器/執(zhí)行器信號(hào)的調(diào)理與轉(zhuǎn)換。第三層為數(shù)據(jù)采集層，主要包括各種行程開關(guān)、接近傳感器等開關(guān)量輸入器件，以及角位移傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器等模擬量輸入器件等。第四層為信號(hào)驅(qū)動(dòng)層，主要包括伺服電機(jī)、電液比例多路閥、控制電磁鐵等驅(qū)動(dòng)元件。最后一層為信號(hào)執(zhí)行層，包括液壓油缸、連桿機(jī)構(gòu)等作業(yè)裝置和末端減速機(jī)等執(zhí)行機(jī)構(gòu)。根據(jù)這種層次化知識(shí)表示體系，在實(shí)踐課程的安排中可針對(duì)性地安排實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，最大限度地增加學(xué)員掌握工程機(jī)械故障診斷與排除方面的動(dòng)手能力。

圖1 工程裝備電控系統(tǒng)知識(shí)的分層結(jié)構(gòu)

2.2 加強(qiáng)實(shí)踐課教員隊(duì)伍建設(shè)，充分利用各種資源進(jìn)行教員實(shí)踐能力的培養(yǎng)

實(shí)踐課教員在學(xué)員的課程學(xué)習(xí)和實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中承擔(dān)著極為重要的角色。教學(xué)人員的理論水平、專業(yè)素養(yǎng)、故障分析與排除能力對(duì)學(xué)員掌握故障特點(diǎn)、分析方法、判斷排除步驟和綜合應(yīng)用能力影響很大。因此，學(xué)院提出廠校聯(lián)合來全面提高任課教員的故障分析能力。同時(shí)，大學(xué)和學(xué)院也采用請(qǐng)進(jìn)來的方法，延請(qǐng)工廠技術(shù)造詣?shì)^深的工程師，利用他們豐富的一線故障排除與調(diào)試維修經(jīng)驗(yàn)，指導(dǎo)學(xué)員掌握最新的故障排除與維修方法，以充分滿足學(xué)員將來走向部隊(duì)后進(jìn)行機(jī)械裝備使用操作、維修保障與綜合管理的基本要求[3-4]。

2.3 在學(xué)員整個(gè)培養(yǎng)周期內(nèi)充分利用院校條件，進(jìn)行實(shí)踐能力的培養(yǎng)

在學(xué)員的整個(gè)培養(yǎng)周期內(nèi)，從課程實(shí)踐教學(xué)、課外科技活動(dòng)、學(xué)科競(jìng)賽、畢業(yè)設(shè)計(jì)等全方位對(duì)能力進(jìn)行培養(yǎng)。除對(duì)上述實(shí)踐課程的動(dòng)手能力培養(yǎng)加強(qiáng)外，在大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新、全國(guó)大學(xué)生機(jī)器人大賽、畢業(yè)設(shè)計(jì)等活動(dòng)中，引導(dǎo)學(xué)員將裝備故障診斷相關(guān)的知識(shí)和能力轉(zhuǎn)化應(yīng)用到這些活動(dòng)中。極大地提高了學(xué)員的動(dòng)手實(shí)踐能力。

3 結(jié)語

機(jī)械裝備故障診斷課程的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)在院校學(xué)員的培養(yǎng)目標(biāo)和部隊(duì)任職中起著非常重要的作用，是提高學(xué)員掌握裝備使用、管理、維修、保障等綜合能力，提高其創(chuàng)新思維能力的較為有效的手段。通過對(duì)院校學(xué)員在機(jī)械裝備故障診斷與維修保障實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中存在的一些不足和發(fā)展現(xiàn)狀的分析，提出了優(yōu)化機(jī)械裝備故障診斷實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，加強(qiáng)實(shí)踐課程教員隊(duì)伍建設(shè)等措施。這些措施的運(yùn)用，顯著提高了學(xué)員機(jī)械裝備管理、運(yùn)用和維修保障的水平。學(xué)員的實(shí)踐課程和實(shí)踐活動(dòng)成果也在相關(guān)的競(jìng)賽活動(dòng)中取得比較好的成績(jī)，對(duì)于任職方面的能力也得到了一定的提高。