辜紅兵 任國軍 齊齊哈爾鐵路職業(yè)技術學校

基于職業(yè)行動導向的鐵路機車制動機模擬操縱臺的開發(fā)

辜紅兵 任國軍 齊齊哈爾鐵路職業(yè)技術學校

文章探討了基于職業(yè)行動導向的教學理念，利用單片機技術進行鐵路機車制動機模擬操縱臺的開發(fā)應用。

職業(yè)行動導向；職業(yè)情景；制動機模擬操縱臺

在2004年全國職業(yè)教育工作會議上提出了“職業(yè)教育就是就業(yè)教育”的觀點，并且這種觀點得到社會各界的認同，所以“職業(yè)行動導向”就是為將來的職業(yè)或職業(yè)趨向做準備。職業(yè)行動導向的原則是：以企業(yè)生產(chǎn)崗位的需求及人才標準為依據(jù)——培養(yǎng)目標；以能力本位取代學科體系的主導地位——課程體系；與企業(yè)實際生產(chǎn)崗位的技術發(fā)展同步——教學內(nèi)容。職業(yè)行動導向教學強調：要以職業(yè)情境中的行動能力為目標，以基于職業(yè)情境的學習情景中的行動過程為途徑，以獨立的計劃、獨立的實施與獨立的評估即自我調節(jié)的行動為方法，以師生及學生之間互動的合作行動為方式，以強調學習中學生自我構建的行動過程為學習過程，以專業(yè)能力、方法能力、社會能力整合后形成的行動能力為評價標準。無疑，教學中的職業(yè)情景是踐行職業(yè)行動導向教學的基本條件。筆者在擔任機車制動機課程中發(fā)現(xiàn)：模擬現(xiàn)場情景所用的制動機模擬操縱臺均采用風缸、電動機、空壓機、分配閥、作用閥、中繼閥、制動缸以及一系列結構復雜、價格昂貴的部件組成，不易設置故障，且操作噪音嚴重，保養(yǎng)工作量大，安全性要求較高，難以滿足職業(yè)行動導向教學的要求。隨著科學技術的迅猛發(fā)展，單片機以其獨有的“功能強、體積小、可靠性好和價格便宜”等優(yōu)點迅速占領了市場，成為傳統(tǒng)工業(yè)技術改造和新產(chǎn)品更新?lián)Q代的理想機種。筆者就單片機技術替代傳統(tǒng)的空氣制動進行了反復認真的實踐探索，研制了鐵路機車制動機模擬操縱臺，取得了明顯的教學效果，同時也填補了同類教學設備的空白。

一、鐵路機車制動機模擬操縱臺的組成

鐵路機車制動機模擬操縱臺與其他的計算機系統(tǒng)一樣，也是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成。

（一）硬件系統(tǒng)

硬件系統(tǒng)由制動機操縱臺（圖一）和單片機控制系統(tǒng)（圖二）兩部分組成。

制動機操縱臺上有自動制動閥、單獨制動閥，其下各有一隨閥門手柄旋轉位置不同而產(chǎn)生不同模擬信號的電位器。其工作過程是，通過該電位器拾取的制動閥旋轉信號，輸出給控制系統(tǒng)的ADC轉換器0809；由57BYG059步進電機驅動的壓力表，根據(jù)制動閥手柄位置不同而產(chǎn)生不同的壓力，從而完成制動機的操作；由LED數(shù)碼管顯示的制動缸鞲鞴行程裝置、故障設置面板、電源裝置以及臺面下方安裝的兩個腳踏開關，用以控制機車的鳴笛和撒砂。教學中的講解、演示、練習、指導以及考核均在此臺上完成。

圖一 制動機操縱臺

圖二 單片機控制系統(tǒng)

單片機控制系統(tǒng)主要由主板系統(tǒng)、功率系統(tǒng)、測試系統(tǒng)及語音系統(tǒng)組成。主板系統(tǒng)為該控制系統(tǒng)的核心，CPU為INTEL公司生產(chǎn)的MCS-51系列，由它的P1口、P3口直接驅動語音系統(tǒng)板T6668-1，隨著自動制動閥、單獨制動閥手柄位置的不同而產(chǎn)生各種音響，使操作形象、逼真。自動制動閥、單獨制動閥的信號采集由ADC轉換器0809完成。CPU擴展兩個可編程并行I/ O接口，接口芯片為8255，分別作用于功率板和測試板，功率板驅動壓力表的步進電機，測試板用于采集故障設置信號；由于80C51片內(nèi)ROM不夠使用，因此所編寫的軟件固化于擴展的EPROM27256（程序存儲器）芯片中。

（二）軟件系統(tǒng)

鐵路機車制動機模擬操縱臺的軟件系統(tǒng)是為實現(xiàn)仿真培訓而專門編制的，分為正常操作軟件、語音系統(tǒng)軟件、故障設置軟件及調試軟件。

正常操作軟件是針對制動機的具體操作過程而開發(fā)的，是本操縱臺的核心，以此決定其逼真程度。不同的操作過程對應不同的操作軟件。這部分軟件的開發(fā)工作量占軟件開發(fā)總量的絕大部分。

語音系統(tǒng)軟件的開發(fā)采用了ADMG制式高性能語言處理器，把語音處理技術與單片機技術結合在一起，T6668-1語音功能板采用SIO 工作方法，波特率為2400BIT/S,傳遞方式為10位（1位起始位，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位），單片機為主機，T6668-1語音功能板為從機。

故障設置軟件是針對不同的目的要求而開發(fā)的，共設置二十四個故障，穿插于制動機正常操作軟件中。

測試軟件首先就用DICE仿真器與PC機聯(lián)機操作，測試各系統(tǒng)板的可靠性，然后完成正常操作軟件、故障設置軟件的匯編與反匯編、調試及固化工作，最后脫機運行。

二、鐵路機車制動機模擬操縱臺的功能、應用及發(fā)展

研制鐵路機車制動機模擬操縱臺的目的是利用高新技術產(chǎn)品取代一整套JZ-7型制動機機械設備，免去日常的維修保養(yǎng)的煩惱，提供一種占地面積小、操作簡單的先進的教學設備。

（一）鐵路機車制動機模擬操縱臺主要功能

1、模擬現(xiàn)場真實環(huán)境，操作顯示系統(tǒng)與語音系統(tǒng)匹配，完成內(nèi)燃機車制動機七步閘的綜合試驗過程，與鐵道部機務局頒布的“制動機全面檢查試驗標準完全一致。

2、教師可以隨機設定各種典型故障，然后由學員進行處理。通過分析、判斷，使他們能比較深入地理解制動機工作原理，熟悉操作，預見事故，增長經(jīng)驗，保障完全運行。

3、完成現(xiàn)場機車司乘人員、校內(nèi)培訓學員的各種考核任務，包括技能鑒定考核。

（二）鐵路機車制動機模擬操縱臺的應用情況

鐵路機車制動機模擬操縱臺的開發(fā)應用使我校內(nèi)燃機車運用與檢修專業(yè)的制動機課程的職業(yè)情景更接近現(xiàn)場實際，已培訓學員逾萬人。過去我校因價值昂貴，資金短缺，僅能購置一臺“制動機模擬操縱臺”。自鐵路機車制動機模擬操縱臺研制成功后，由于功能顯著，價格低廉，用我?，F(xiàn)有資金，可同時設置6臺鐵路機車制動機模擬操縱臺。過去每次只有一人上臺練習，而現(xiàn)在可同時四人上臺，培訓效率提高四倍，每位學生都有更多的時間和機會進行操作練習，從而提高了他們把理論知識應用到實際的能力。

（三）仿真型制動機模擬操縱臺的缺陷與改進

鐵路機車制動機模擬操縱臺雖有其獨到的優(yōu)點，但在使用中筆者發(fā)現(xiàn)尚有缺陷，其一，本操縱臺只是模擬制動機現(xiàn)場實際情景，學生在此操縱臺上尚不能進行理論學習；其二，對學員的考核成績不能自動評判。隨著計算機普及和應用，其功能不斷加強，性價比大幅提升，為鐵路機車制動機模擬操縱臺的改進和發(fā)展打開了廣闊的空間。筆者針對仿真操縱臺存在的缺陷，現(xiàn)在正在進行單片機與計算機測驗的實驗，應用計算機編程語言VISUAL BASIC 6.0，借助3DSMAX動畫軟件等技術開發(fā)制動機綜合軟件，把制動機圖板上的聲、光、電功能溶進每一步制動機操作中。當操縱自動制動閥、單獨制動閥的手柄時，在計算機顯示屏幕上便出現(xiàn)制動機各閥的動作及氣體流向，使教師易教，學生易懂，實現(xiàn)理論教學和實習教學的高度一體化。同時學員所做的操作由評分系統(tǒng)進行評價，并給出操作成績。

以上是筆者基于職業(yè)行動導向的教學理念在內(nèi)燃機車運用與檢修專業(yè)中對制動機課程的職業(yè)情景的模擬設計。由于作者本人的水平有限，掌握的資料不一定全面，所以有些觀點只能是一家之言，僅供大家參考。

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.18.040

全國教育科學“十一五”規(guī)劃課題（項目編號：FFB090557）“職業(yè)院校課程改革理論與實踐”子課題項目編號：MS0201“內(nèi)燃機車專業(yè)基于行動導向利用PLC制作模擬設備的教學實踐研究”課題論文