以能力引導為目標的機械故障診斷實踐教學改革與探索

申金星，公丕平，高亞明，楊小強

（1.陸軍工程大學野戰工程學院，江蘇 南京 210007；2.陸軍工程大學訓練基地，江蘇 徐州 214035）

引言

機械裝備在工程建設與國家現代化建設中起著非常重要的作用，一旦其發生故障或健康狀態嚴重劣化，則會嚴重影響保障效能和工作效率的發揮。由于機械裝備種類繁雜、功能各異，其研制、使用與維修保障成本都比較高。特別是隨著機械裝備的集成化、綜合化和智能化水平的提高，研制的風險越來越大、研制周期越來越長、研制費用越來越高，對機械裝備的使用與維修保障提出了更高的要求。為了減少機械裝備故障對安全性、可靠性等方面的影響，為縮短停機時間，降低維修費用，提高保障效率，迫切需要更新保障理念，創新保障技術，優化保障手段，實現預防維修和預測維修，以適應裝備技術的發展和體系化使用要求。要實現這一目標，人才培養至關重要。

當前院校在裝備故障診斷教學中存在著課時少、任務重、理論多、實踐少、手段單一等問題，難以保證培養出合格的維修保障方面的人才。因此，如何加強學員的能力培養，通過實踐環節培養學員的現代化裝備健康管理意識、掌握狀態故障的預測預報技術和預先維修技能是擺在面前的一個重要問題。

1 機械裝備故障診斷實踐教學環節的不足

1.1 實踐教學內容陳舊、模式單一，在教與學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步，武器裝備的發展速度越來越快，許多新的技術已大量應用于機械裝備中，使得機械裝備的結構越來越復雜，對其進行維修保障的相關理論和技術的發展也日新月異。但目前機械裝備類課程的相關教材其更新速度明顯低于機械裝備發展的速度，有以下幾方面的原因：

1）新舊裝備同時存在，多種技術并存，導致課程內容的更新滯后。由于當前我軍正處于軍事改革的過渡期，部隊配屬的各種機械裝備存在新舊型號并存，且舊型號保有量較大的狀況。現有的教材無論是理論版本還是實踐指導手冊，均以當前列裝比較廣泛的機械裝備的有關內容為主，給教學過程帶來極大困難[1-2]。

2）實踐教學器材不足，尤其是新型機械裝備的實裝資料、維修模擬訓練器材匱乏配套的技術資料相對簡略，僅可用于簡單的操作訓練，因此院校在維修保障教學和故障診斷課程中面臨著很大的困難。而實踐課程的教學又繞不開其液壓系統、電控系統、機械系統和其他的附屬系統的故障特點的分析、判斷與排除，實踐教學中相應維修資料、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人員

機械故障診斷屬于實踐性非常強的教學課程，要求任課教員不但具有扎實的理論基礎，還需要具有熟練的裝備調試維修經驗、嫻熟的操作技術和故障分析診斷與排除技能。但是，由于機械裝備型號種類過于復雜，部隊列裝的種類多、數量少，對工作原理、結構組成和故障分析排除技能的掌握需要長時間的研究探討，同時需要與部隊、科研機構、生產工廠和維修單位進行廣泛的合作、交流和現場實習。但面對大量的新型裝備教學內容的加入，合格的實踐教學人員的數量仍然不足。

2 完善和優化機械裝備故障診斷實踐教學環節的措施

院校人才培養的目的就是提高學員全面掌握裝備使用操作與維修保障的能力，教學改革理所當然應圍繞這一核心進行。面對機械故障診斷教學實踐環節所存在的問題，在機械裝備實踐教學方面，倡導在抓好理論教學質量的基礎上，強化裝備故障診斷分析與排除的實踐能力，特別是運用所學的理論知識與技術知識解決實際問題。在機械裝備實踐教學內容的安排和設置方面，加大實踐教學內容比例，采用虛擬現實技術、虛擬儀器技術、半實物仿真技術等手段強化實踐課程教學效果，突出學員動手能力和創新能力的培養，促進學員邏輯思維能力的生成和深化。

2.1 面向教學需求，采用裝備維修知識的層次表示法以優化實踐教學模式

針對新舊機械裝備并存，維修保障能力急需提高的現狀，需改革教學方式和手段，從學員的課前準備、課內學習、課后復習、實驗實踐等多個環節，對能力進行培養。除加大實踐教學課時比重外，建立實踐教學內容的層次結構。以機械裝備電控系統故障分析與診斷為例，論述層次教學模式的實施過程。

對電控系統從核心向外圍器件進行分層。如圖1所示，常見機械裝備電控系統可分為5層，第一層控制層是電控系統的控制核心，一般為工控機、PLC或單片機等。第二層信號轉換層主要承擔傳感器/執行器信號的調理與轉換。第三層為數據采集層，主要包括各種行程開關、接近傳感器等開關量輸入器件，以及角位移傳感器、轉速傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器等模擬量輸入器件等。第四層為信號驅動層，主要包括伺服電機、電液比例多路閥、控制電磁鐵等驅動元件。最后一層為信號執行層，包括液壓油缸、連桿機構等作業裝置和末端減速機等執行機構。根據這種層次化知識表示體系，在實踐課程的安排中可針對性地安排實踐教學內容，最大限度地增加學員掌握工程機械故障診斷與排除方面的動手能力。

圖1 工程裝備電控系統知識的分層結構

2.2 加強實踐課教員隊伍建設，充分利用各種資源進行教員實踐能力的培養

實踐課教員在學員的課程學習和實踐教學環節中承擔著極為重要的角色。教學人員的理論水平、專業素養、故障分析與排除能力對學員掌握故障特點、分析方法、判斷排除步驟和綜合應用能力影響很大。因此，學院提出廠校聯合來全面提高任課教員的故障分析能力。同時，大學和學院也采用請進來的方法，延請工廠技術造詣較深的工程師，利用他們豐富的一線故障排除與調試維修經驗，指導學員掌握最新的故障排除與維修方法，以充分滿足學員將來走向部隊后進行機械裝備使用操作、維修保障與綜合管理的基本要求[3-4]。

2.3 在學員整個培養周期內充分利用院校條件，進行實踐能力的培養

在學員的整個培養周期內，從課程實踐教學、課外科技活動、學科競賽、畢業設計等全方位對能力進行培養。除對上述實踐課程的動手能力培養加強外，在大學生機械創新、全國大學生機器人大賽、畢業設計等活動中，引導學員將裝備故障診斷相關的知識和能力轉化應用到這些活動中。極大地提高了學員的動手實踐能力。

3 結語

機械裝備故障診斷課程的實踐教學環節在院校學員的培養目標和部隊任職中起著非常重要的作用，是提高學員掌握裝備使用、管理、維修、保障等綜合能力，提高其創新思維能力的較為有效的手段。通過對院校學員在機械裝備故障診斷與維修保障實踐教學環節中存在的一些不足和發展現狀的分析，提出了優化機械裝備故障診斷實踐教學內容，加強實踐課程教員隊伍建設等措施。這些措施的運用，顯著提高了學員機械裝備管理、運用和維修保障的水平。學員的實踐課程和實踐活動成果也在相關的競賽活動中取得比較好的成績，對于任職方面的能力也得到了一定的提高。