以能力引导为目标的机械故障诊断实践教学改革与探索

申金星，公丕平，高亚明，杨小强

（1.陆军工程大学野战工程学院，江苏 南京 210007；2.陆军工程大学训练基地，江苏 徐州 214035）

引言

机械装备在工程建设与国家现代化建设中起着非常重要的作用，一旦其发生故障或健康状态严重劣化，则会严重影响保障效能和工作效率的发挥。由于机械装备种类繁杂、功能各异，其研制、使用与维修保障成本都比较高。特别是随着机械装备的集成化、综合化和智能化水平的提高，研制的风险越来越大、研制周期越来越长、研制费用越来越高，对机械装备的使用与维修保障提出了更高的要求。为了减少机械装备故障对安全性、可靠性等方面的影响，为缩短停机时间，降低维修费用，提高保障效率，迫切需要更新保障理念，创新保障技术，优化保障手段，实现预防维修和预测维修，以适应装备技术的发展和体系化使用要求。要实现这一目标，人才培养至关重要。

当前院校在装备故障诊断教学中存在着课时少、任务重、理论多、实践少、手段单一等问题，难以保证培养出合格的维修保障方面的人才。因此，如何加强学员的能力培养，通过实践环节培养学员的现代化装备健康管理意识、掌握状态故障的预测预报技术和预先维修技能是摆在面前的一个重要问题。

1 机械装备故障诊断实践教学环节的不足

1.1 实践教学内容陈旧、模式单一，在教与学两方面的重视程度均有不足

目前，随着世界军事理论与科技方面的进步，武器装备的发展速度越来越快，许多新的技术已大量应用于机械装备中，使得机械装备的结构越来越复杂，对其进行维修保障的相关理论和技术的发展也日新月异。但目前机械装备类课程的相关教材其更新速度明显低于机械装备发展的速度，有以下几方面的原因：

1）新旧装备同时存在，多种技术并存，导致课程内容的更新滞后。由于当前我军正处于军事改革的过渡期，部队配属的各种机械装备存在新旧型号并存，且旧型号保有量较大的状况。现有的教材无论是理论版本还是实践指导手册，均以当前列装比较广泛的机械装备的有关内容为主，给教学过程带来极大困难[1-2]。

2）实践教学器材不足，尤其是新型机械装备的实装资料、维修模拟训练器材匮乏配套的技术资料相对简略，仅可用于简单的操作训练，因此院校在维修保障教学和故障诊断课程中面临着很大的困难。而实践课程的教学又绕不开其液压系统、电控系统、机械系统和其他的附属系统的故障特点的分析、判断与排除，实践教学中相应维修资料、器材和信息的缺乏非常明显。

1.2 装备信息掌握不到位，缺少精通装备维修保障的教学人员

机械故障诊断属于实践性非常强的教学课程，要求任课教员不但具有扎实的理论基础，还需要具有熟练的装备调试维修经验、娴熟的操作技术和故障分析诊断与排除技能。但是，由于机械装备型号种类过于复杂，部队列装的种类多、数量少，对工作原理、结构组成和故障分析排除技能的掌握需要长时间的研究探讨，同时需要与部队、科研机构、生产工厂和维修单位进行广泛的合作、交流和现场实习。但面对大量的新型装备教学内容的加入，合格的实践教学人员的数量仍然不足。

2 完善和优化机械装备故障诊断实践教学环节的措施

院校人才培养的目的就是提高学员全面掌握装备使用操作与维修保障的能力，教学改革理所当然应围绕这一核心进行。面对机械故障诊断教学实践环节所存在的问题，在机械装备实践教学方面，倡导在抓好理论教学质量的基础上，强化装备故障诊断分析与排除的实践能力，特别是运用所学的理论知识与技术知识解决实际问题。在机械装备实践教学内容的安排和设置方面，加大实践教学内容比例，采用虚拟现实技术、虚拟仪器技术、半实物仿真技术等手段强化实践课程教学效果，突出学员动手能力和创新能力的培养，促进学员逻辑思维能力的生成和深化。

2.1 面向教学需求，采用装备维修知识的层次表示法以优化实践教学模式

针对新旧机械装备并存，维修保障能力急需提高的现状，需改革教学方式和手段，从学员的课前准备、课内学习、课后复习、实验实践等多个环节，对能力进行培养。除加大实践教学课时比重外，建立实践教学内容的层次结构。以机械装备电控系统故障分析与诊断为例，论述层次教学模式的实施过程。

对电控系统从核心向外围器件进行分层。如图1所示，常见机械装备电控系统可分为5层，第一层控制层是电控系统的控制核心，一般为工控机、PLC或单片机等。第二层信号转换层主要承担传感器/执行器信号的调理与转换。第三层为数据采集层，主要包括各种行程开关、接近传感器等开关量输入器件，以及角位移传感器、转速传感器、压力传感器、温度传感器等模拟量输入器件等。第四层为信号驱动层，主要包括伺服电机、电液比例多路阀、控制电磁铁等驱动元件。最后一层为信号执行层，包括液压油缸、连杆机构等作业装置和末端减速机等执行机构。根据这种层次化知识表示体系，在实践课程的安排中可针对性地安排实践教学内容，最大限度地增加学员掌握工程机械故障诊断与排除方面的动手能力。

图1 工程装备电控系统知识的分层结构

2.2 加强实践课教员队伍建设，充分利用各种资源进行教员实践能力的培养

实践课教员在学员的课程学习和实践教学环节中承担着极为重要的角色。教学人员的理论水平、专业素养、故障分析与排除能力对学员掌握故障特点、分析方法、判断排除步骤和综合应用能力影响很大。因此，学院提出厂校联合来全面提高任课教员的故障分析能力。同时，大学和学院也采用请进来的方法，延请工厂技术造诣较深的工程师，利用他们丰富的一线故障排除与调试维修经验，指导学员掌握最新的故障排除与维修方法，以充分满足学员将来走向部队后进行机械装备使用操作、维修保障与综合管理的基本要求[3-4]。

2.3 在学员整个培养周期内充分利用院校条件，进行实践能力的培养

在学员的整个培养周期内，从课程实践教学、课外科技活动、学科竞赛、毕业设计等全方位对能力进行培养。除对上述实践课程的动手能力培养加强外，在大学生机械创新、全国大学生机器人大赛、毕业设计等活动中，引导学员将装备故障诊断相关的知识和能力转化应用到这些活动中。极大地提高了学员的动手实践能力。

3 结语

机械装备故障诊断课程的实践教学环节在院校学员的培养目标和部队任职中起着非常重要的作用，是提高学员掌握装备使用、管理、维修、保障等综合能力，提高其创新思维能力的较为有效的手段。通过对院校学员在机械装备故障诊断与维修保障实践教学环节中存在的一些不足和发展现状的分析，提出了优化机械装备故障诊断实践教学内容，加强实践课程教员队伍建设等措施。这些措施的运用，显著提高了学员机械装备管理、运用和维修保障的水平。学员的实践课程和实践活动成果也在相关的竞赛活动中取得比较好的成绩，对于任职方面的能力也得到了一定的提高。