冶金機電設備點檢實訓考核裝置設計與實現

摘" 要" 針對目前冶金機電設備點檢實訓考核裝置存在的考核設備成本高、占用場地大等較突出的問題，結合機電點檢技能人才培養需求，提出一套新的考核裝置解決方案。新裝置除進行硬件上的元器件重新選型、安裝、調試以外，更多地采用計算機技術和信息化手段，盡可能避免硬件設備的重復拆裝。為方便推廣以及提高設備的使用效率，注重隨機的課程資源建設，為方便考核，建設一套考核管理系統。

關鍵詞" 冶金機電設備；設備點檢實訓；考核裝置；技術技能型人才

中圖分類號：G712" " 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2024）21-00-04

0" 引言

機電設備的點檢水平，在很大程度上決定了生產的連續性、安全性和設備的性能與使用壽命[1]。推行有效的設備點檢制度是保證設備有效運行、降低設備損耗、保障生產安全的基石。實施以點檢為核心的全員參加的生產維修可以大幅降低生產設備維修費用，保證設備狀態穩定，大大提升維修工效，提高檢修精度[2]?，F有的冶金機電設備點檢實訓考核裝置存在占用場地較大、設備單價較高、單次考核人員較少、不利于教學開展等問題。長春職業技術學院機電學院研究團隊聯合亞龍智能裝備集團股份有限公司，在分析目前我國冶金機電設備點檢中存在的不足的基礎上，同有色金屬人才中心合作，結合機電點檢技能人才培養需求，提出一套新的實訓考核裝置解決方案[3]，以解決機電點檢技能人才培訓時間長、考核設備占地面積大、考核效果差的問題。

1" 冶金機電設備點檢實訓考核裝置設計思路

1.1" 設計考核裝置的目的

所設計的設備點檢實訓考核裝置是通過模擬熱軋鋼機加工工藝流程，使操作者對設備真實生產加工運作有直觀清晰的了解，并在其中加入故障排查功能，可以對設備的運行狀態進行觀察分析，以此來排除故障，達到真實檢修的實訓效果與目標[4]。

1.2" 考核裝置的基本要求

依據冶金機電設備點檢1+X證書考核要求設計考核的知識點，使其能夠基本覆蓋證書初、中、高級考核的全部內容，并能通過軟件選擇的方式，對所有有考核需求的單位和個人進行證書考核。基于這樣的基本需求，提出考核裝置的設計方案，按照虛實結合、軟硬結合的方式進行設計開發，注重虛擬現實技術的融合，本著提高虛擬技術占比的原則開展實訓臺研發，實訓臺尺寸控制在4 m×2 m×2 m以內。

1.3" 電氣元器件、機械元器件選型和機械結構的設計

此環節對于產品的性能、穩定性和生產成本都有極大的影響，應遵循六個原則進行選型：1）要明確所設計產品的基本需求與技術參數，如工作電壓、電流、頻率等電氣參數，以及尺寸、重量、負載等機械參數；2）研究與選擇電氣元器件要查閱相關資料，了解各種電氣元器件的特性、規格、使用場合，選擇滿足需求的元器件，注意考慮其可靠性、使用壽命、維護成本等因素；3）研究與選擇機械元器件需要考慮其材料、強度、耐磨性、耐腐蝕性等，此外，還需要考慮其是否便于安裝、調試和維修；4）基于所選擇的元器件，進行初步的布局設計，確保電氣、機械部件的配置合理；5）要充分利用各種相關軟件進行仿真，查看設計的可行性與潛在問題，然后進行必要的優化；6）基于測試的反饋，對設計進行進一步的調整和優化，使設備的機械結構設計趨于完美。

1.4" 考核裝置軟件系統設計

考核裝置軟件系統，包括設備中各模塊的運行控制程序、組態程序，以及能夠實現考生從入場檢錄、考核到成績評價等無紙化操作的考核管理系統程序等[5]。具體做法：要明確軟件系統的功能需求，包括入場檢錄、考核、成績評價等；根據需求，將軟件系統劃分為不同的模塊，如身份驗證模塊、考核模塊、成績評價模塊等；設計整個裝置運行控制程序，為每個模塊編寫相應的運行控制程序，實現各模塊的基本功能；完成組態程序設計，方便用戶對軟件系統進行配置和管理，通過組態程序，用戶可以自定義界面、調整參數等；為了提高效率和減少資源浪費，軟件系統應支持無紙化操作，可以通過集成電子簽名、電子文檔等技術實現；考慮到考核設備應具有足夠的安全性，應確保軟件系統的數據安全和隱私保護，如采用加密技術、訪問控制等措施；軟件系統的界面應友好、直觀，操作簡便，方便用戶快速上手，并應做好兼容性測試，確保軟件系統在不同的硬件和軟件環境下都能正常運行。

1.5" 考核裝置樣機制作與調試

制作出點檢實訓考核裝置樣機后，對各個模塊進行調試，包括對硬件和軟件的調試。在硬件調試中，重點對各個接口進行測試，如電源接口、數據接口、通信接口等，確保它們可以正常工作。在軟件測試中，確保驅動程序可以正確識別和控制硬件設備。對每個單站的任務進行單獨測試，確保它們可以正常運行。檢查任務之間的通信和數據傳輸并確保正常。

1.6" 考核裝置功能驗證與性能評估

調試完畢樣機后，要對該樣機進行功能驗證、性能評估和對比分析等。功能驗證中主要關注：按照設計要求，逐一驗證設備的各項功能是否能正常工作；確保軟件系統的各個模塊都能正常運行，并能滿足用戶需求；檢查設備的安全保護功能是否正常，如過載保護、短路保護等。性能評估中要設定一系列的性能測試指標，如響應時間、精度、穩定性等，對樣機進行實際操作和測試，記錄相關數據。然后分析測試數據，評估設備的性能是否達到設計標準。對比分析中要做到將實際測試數據與設計標準進行對比，找出差距，分析造成性能差距的原因，如硬件限制、軟件缺陷等。

2" 冶金機電設備點檢實訓考核裝置技術路線

2.1" 考核裝置功能模塊劃分

通過企業、院?？疾旌蛯＜易劊敿毞治鲆苯饳C電設備點檢職業技能等級標準，設計考核設備所具有的功能，將考核裝置的功能模塊設計確定為：裝置采用桌面型模塊化設計，考核內容分三大類，分別是機械傳動系統的檢維、電氣控制系統的檢修、儀器儀表的使用及維護，減少裝置占地空間及面積，縮減成本，可在同一平臺上進行實訓和初、中、高級的技術技能評價；研發內容緊扣職業技能等級標準與企業典型應用案例，借鑒軋鋼工藝中的部分工藝過程，即板坯上料、粗軋工藝、精軋工藝、冷卻工藝、成品入庫等五個部分。

2.2" 考核裝置硬件設計

根據職業技能等級標準中對齒輪，軸承及變速箱，聯接、傳動系統，液（氣）壓傳動及潤滑系統，旋轉、往復設備，供配電設備，負載設備，自動控制系統設備，傳感與檢測設備，測量、顯示儀表，執行器，儀表控制系統，控制設備、通信網絡設備等的檢測和維修要求，選擇合適的元器件，確定整個考核裝置的硬件組成。

2.3" 考核裝置控制系統設計

圍繞考核裝置各組成單元的數據采集、數據轉換、數據傳輸、數據處理，結合考核裝置軟硬件結合、注重軟件的設計指導思想，采用S7-1200 PLC+Winmation Control System過程控制系統全集成的高效組態工具相結合的方式，實現控制系統設計。

2.4" 智能機電設備點檢實訓系統設計

通過實際調研，實訓系統應包括管理人員模塊、試題庫模塊、考核評價模塊、考核人員檢錄模塊等，對系統的功能和業務流程進行詳細設計。管理人員模塊應該能夠添加、刪除、修改管理員賬號及權限，定義不同角色的權限，如管理員、教師、學生等，并能添加、刪除、修改各種部門信息等。試題庫模塊應該具備將試題信息（如題目內容、答案、難度等）錄入系統，對已錄入的試題進行修改、刪除等操作功能，能根據學科、考核知識點等對試題進行分類?？己嗽u價模塊應具備設定考核的時間、地點、對象和方式，組織并監控考核過程，根據學生的答題情況，給出成績及評價，學生和管理員可以查詢成績和評價等功能?？己巳藛T檢錄模塊應能夠錄入參與考核的人員的基本信息，設定檢錄流程和規則，以及對檢錄的結果進行審核和確認。

對于其他功能，在滿足需求、解決實際問題的前提下，應保證系統的實用性、易操作性、可靠性、安全性、穩定性。基于系統數據操作需求，選用合理的數據庫，給出合理的數據結構，進行詳細的數據庫表設計，基于系統分層架構理論，實現綜合管理平臺相關功能。

2.5" 考核裝置軟硬件測試和系統優化

在裝置試制完成后，對系統的軟硬件進行調試，測試系統中各功能模塊的功能實現性、運行穩定性，通過系統調試發現系統存在的問題，并對系統進行優化。

3" 冶金機電設備點檢實訓考核裝置采用的關鍵技術

本裝置根據冶金機電設備點檢職業技能等級標準進行系統設計，除了進行硬件上的元器件的重新選型、安裝、調試以外，采用Winmation Control System過程控制系統作為組態工具，軟件上基于系統分層架構理論，采用MVC開發模式開發基于Web應用的綜合管理平臺，應用Java技術進行程序設計，數據庫方面以MySQL為依托，構建一套擴展性強的軟件系統，實現綜合管理平臺相關功能。同時應用西門子S7-1200及相關傳感技術對整套設備各模塊的數據進行采集。此外，本裝置采用串口I/O控制器LH-IO3200H，并將其串聯到各子模塊功能設備與PLC的I/O之間，通過桌面軟件操控，實現在電腦桌面完成硬件排故與檢修的功能。

4" 冶金機電設備點檢實訓考核裝置實現的功能

所研發的冶金機電設備點檢實訓考核裝置采用桌面型模塊化設計，包括電機驅動軋機模塊、液壓驅動軋機模塊、供料模塊和傳輸模塊。供料模塊的推料驅動件將料倉的物料推至電機驅動軋機模塊的第一軋輥位置，物料通過第一軋輥后，到達傳輸模塊，傳輸模塊上的傳送帶組件將物料輸送至液壓驅動軋機模塊；物料通過第二軋輥后進入冷卻噴淋環節，通過模擬灑水的方式使經過此處的熱軋鋼板進行冷卻，然后一直隨著輸送帶運行到末端；待傳感器檢測到鋼板后，通過直角坐標機器人將其放到成品庫中。這樣就完成了一次實訓演練。

裝置可在同一平臺上進行實訓，可以完成冶金機電設備點檢全工作流程評價，研發內容緊扣職業技能等級標準與企業典型應用案例，通過模擬熱軋鋼機加工工藝流程，使操作者對設備真實生產加工運作有直觀清晰的了解，并在其中加入了故障排查功能，在電腦桌面軟件中進行故障設置，然后觀察點檢裝置的運行情況，通過觀察分析找到原因，在電腦中選擇正確的選項進行故障排除，如果排故正確，設備恢復正常運行，能夠達到真實檢修的實訓效果與目標。避免了重復拆裝設備對設備造成的損壞。

本裝置外觀如圖1所示，主要工作流程如圖2所示。

本裝置除了用于實訓教學以外，還可以用于冶金機電設備點檢證書初、中和高級考核，裝置配備的綜合能力考評系統主要面向教師及管理員，可用于管理用戶信息、裁判信息、學生信息、課程信息、設備信息、轉換模塊信息、設備配置信息等基本信息，添加實操題庫、排故題庫、理論題庫等題庫信息，也可添加理論試卷、實操試卷、排故試卷等試卷信息，添加方案等考試信息，添加實操評分、考試成績等數據信息，適用于中大型職業院校實操、排故以及理論等考試需求。

5" 結束語

冶金機電設備點檢實訓考核裝置是一個旨在培養點檢類人員機電設備管理、維護、點檢、檢修等能力的技術支撐平臺，通過這個裝置，點檢類人員可以掌握較系統的基礎理論知識、必要的實踐技能和一定的分析解決實際冶金機電設備問題的能力。這個項目的實施，不僅提高了點檢類人員的實踐技能和解決問題的能力，而且提高了教師團隊的科研能力。

在研發過程中，教師團隊與有色金屬人才中心緊密合作，共同完成裝置的研發。他們緊扣職業技能等級標準和企業典型應用案例，成功探索了專業課程和職業技能等級證書課證融通的新途徑，構建了產教融合新模式。這種合作模式使得教育更加貼近實際，增強了教育的實用性和針對性，為未來的教育發展提供了新的思路和方法，有利于培養更多符合企業需求的高素質技術技能人才。

6" 參考文獻

[1] 李藺.煤礦機電設備管理安全探討[J].機械管理開發，2017，32（2）：136-137.

[2] 王維，陳海舟，魏波.以點檢為核心的冶金設備管理實踐與創新[J].金屬世界，2016（1）：72-76.

[3] 畢小彬.電氣設備點檢的重要性[J].設備管理與維修，2020（9）：12-13.

[4] 常勇.一種關于機電設備點檢執行標準的思路[J].設備管理與維修，2019（1）：24-25.

[5] 鄔如梁.基于“1+X”證書制度試點的機床電氣智能實訓考核系統設計分析[J].教育觀察，2021，10（22）：63-65.

*項目來源：長春職業技術學院2021年度應用技術研發服務項目“‘1+X’冶金機電設備點檢考核設備研發”（基金編號：02-3-2-JD022）。

作者簡介：唐敏，副教授；張繼媛、宋云艷，教授。