基于職業行動導向的鐵路機車制動機模擬操縱臺的開發

辜紅兵 任國軍 齊齊哈爾鐵路職業技術學校

基于職業行動導向的鐵路機車制動機模擬操縱臺的開發

辜紅兵 任國軍 齊齊哈爾鐵路職業技術學校

文章探討了基于職業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應用。

職業行動導向；職業情景；制動機模擬操縱臺

在2004年全國職業教育工作會議上提出了“職業教育就是就業教育”的觀點，并且這種觀點得到社會各界的認同，所以“職業行動導向”就是為將來的職業或職業趨向做準備。職業行動導向的原則是：以企業生產崗位的需求及人才標準為依據——培養目標；以能力本位取代學科體系的主導地位——課程體系；與企業實際生產崗位的技術發展同步——教學內容。職業行動導向教學強調：要以職業情境中的行動能力為目標，以基于職業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，教學中的職業情景是踐行職業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現：模擬現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，保養工作量大，安全性要求較高，難以滿足職業行動導向教學的要求。隨著科學技術的迅猛發展，單片機以其獨有的“功能強、體積小、可靠性好和價格便宜”等優點迅速占領了市場，成為傳統工業技術改造和新產品更新換代的理想機種。筆者就單片機技術替代傳統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一樣，也是由硬件系統和軟件系統組成。

（一）硬件系統

硬件系統由制動機操縱臺（圖一）和單片機控制系統（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，輸出給控制系統的ADC轉換器0809；由57BYG059步進電機驅動的壓力表，根據制動閥手柄位置不同而產生不同的壓力，從而完成制動機的操作；由LED數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

單片機控制系統主要由主板系統、功率系統、測試系統及語音系統組成。主板系統為該控制系統的核心，CPU為INTEL公司生產的MCS-51系列，由它的P1口、P3口直接驅動語音系統板T6668-1，隨著自動制動閥、單獨制動閥手柄位置的不同而產生各種音響，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

鐵路機車制動機模擬操縱臺的軟件系統是為實現仿真培訓而專門編制的，分為正常操作軟件、語音系統軟件、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。這部分軟件的開發工作量占軟件開發總量的絕大部分。

語音系統軟件的開發采用了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位數據位，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機聯機操作，測試各系統板的可靠性，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、模擬現場真實環境，操作顯示系統與語音系統匹配，完成內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，增長經驗，保障完全運行。

3、完成現場機車司乘人員、校內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應用使我校內燃機車運用與檢修專業的制動機課程的職業情景更接近現場實際，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，用我校現有資金，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點，但在使用中筆者發現尚有缺陷，其一，本操縱臺只是模擬制動機現場實際情景，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展打開了廣闊的空間。筆者針對仿真操縱臺存在的缺陷，現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制動機各閥的動作及氣體流向，使教師易教，學生易懂，實現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進行評價，并給出操作成績。

以上是筆者基于職業行動導向的教學理念在內燃機車運用與檢修專業中對制動機課程的職業情景的模擬設計。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”規劃課題（項目編號：FFB090557）“職業院校課程改革理論與實踐”子課題項目編號：MS0201“內燃機車專業基于行動導向利用PLC制作模擬設備的教學實踐研究”課題論文