基于C/S結構的機務維修工程類綜合實驗教學平臺建設與實踐

金洋+陳聰

摘 要 針對現有實驗教學資源的限制導致的實驗教學內容單一、學生參與性不足以及平臺利用率低等問題，提出了基于C/S結構的實驗教學平臺建設與實踐方案。通過擴展平臺接口并建立優化的實驗資源管理模式實現實驗資源有效更新，采用C/S結構提高訪問靈活性。本文提出的實驗教學建設與實踐方案能夠為探討新的教學模式以及解決工程問題提供了支撐，既為順利開展卓越計劃提供了支持，又體現了專業特色。

關鍵詞 實驗教學 C/S結構 仿真平臺 人才培養

近年來，中國民航大學機務維修工程類專業在實施具有民航特色的“卓越計劃”培養方案的過程中，以課程群為單位制定培養計劃，以各課程組為橫向聯合，以機務維修工程實踐的各個環節縱向貫穿，旨在培養具有專業的維修理論知識和實踐技能的機務工程技術人員。

1機務維修工程類實驗教學存在的問題

1.1實驗教學內容單一

機務維修工程的實驗內容主要分為機理分析與驗證實驗與操作實踐。后者屬于工程實習內容，而前者則作為實驗教學的主要內容。在機理分析與驗證方面，以航空器主要的故障類型及特征為基礎，驗證關鍵部件的故障現象以及異常檢測和故障診斷方法的有效性等作為主要的實驗教學內容，需要有充足的實驗或工程積累才能夠實現較好的教學目標。

然而，這些實驗教學素材的自主獲取受到經濟性的制約具有非常大的難度，而相關企業出于自身的考慮也很難將故障信息公開發布，這導致了現有的實驗教學資源貧乏，實驗教學內容更偏重于理論講解輔以圖形示意的方式，同時也很難體現機務維修工程類的特色。

1.2學生的參與度不強

在實驗教學中，學生的參與度是對實驗教學模式的一個重要的評價指標。學生的參與內容可分為對現有實驗過程的操作以及對實驗的自主設計。由于目前實驗教學資源的限制，教學過程主要以教師操作和學生思考為主，整個實驗教學過程中學生既無法參與到實際的操作過程中，對故障的具體表現產生直觀的認識，也無法對根據以前學到的知識對關鍵部件的典型故障模式設計實驗方案。因此，實驗教學很容易退化為課堂教學內容的重復，缺乏可擴展性，靈活性差。

1.3實驗教學資源的利用率不高

目前的實驗教學系統只支持在實驗教學進行過程中訪問的模式，同時由于系統的可擴展性、資源更新模式以及資源訪問方式和系統調度方式的限制，學生幾乎無法根據自己的方式對實驗教學資源進行利用，導致大多數時間這些資源出于閑置狀態。

2基于C/S結構的實驗教學平臺建設

2.1建設目標和內容

本文提出的實驗教學平臺的建設目標是建立一個具有通用性的實驗教學公共平臺，實現實驗資源的整合以及優化管理，并在現有實驗資源不足以及更新困難的條件下，通過仿真技術以理論教學輔助實驗教學，為實驗教學提供有力的支持。

本文提出的實驗教學平臺的建設內容包括：

（1）定義標準化的交互接口，實現實驗資源集成。實驗教學平臺通過合理的規劃，將整個實驗過程分為獨立的模塊，并通過模塊之間的接口實現交互，這樣的方式可以將各個模塊的開發相互協作又不依賴其它模塊的實現。

（2）借助模塊化的資源管理方式形成靈活的資源庫更新機制。通過標準化接口，當關鍵部件的常見故障信息無法獲得或檢測方法無法實際測試時，可通過理論分析建立相應的仿真模型集成到平臺的資源庫中，從而豐富實驗教學資源。

（3）采用C/S結構的平臺訪問方式，降低平臺訪問限制。C/S結構的平臺中，實驗的核心模塊在服務器運行，實驗人員可以通過客戶端遠程定制實驗方案，并根據需求實現實驗的自主操作和分析，打破了時間和地點的限制。

通過平臺的建設，可以在工程資源積累不足的情況下有效地緩解實驗教學資源不足的情況，同時可以有效地提高學生在實驗過程中的參與程度。

2.2平臺框架和組成

實驗教學平臺的基本框架如圖1所示。

圖1：實驗教學平臺的基本框架示意

（1）實驗配置信息庫中是實驗人員定制的實驗流程和所需模塊；

（2）模型加載與編譯模塊將當前需要的實驗模模塊進行加載，并根據測量節點的配置情況進行預處理；

（3）模型驅動模塊結合預處理后的模型與仿真控制模塊送來的仿真結果驅動模型進行狀態更新，并將更新后的模型作為下一次的仿真輸入，同時將更新后的模型送與可視化模塊；

（4）診斷算法模塊與仿真設置模塊根據仿真設置在平臺運行管理模塊的協調下對系統的模型進行診斷，并將診斷結果送與可視化模塊對模型的狀態進行更新顯示；

（5）平臺運行管理模塊根據當前的仿真設置實現對各種仿真資源的協調以及仿真過程的同步。

3基于C/S結構的實驗教學平臺建設的關鍵技術

3.1實驗資源的擴展

（1）在構建實驗模塊時，主要考慮兩方面因素：一是當前的系統特征參數的狀態；二是系統狀態的變化趨勢。本部分內容通過使用合理的建模語言對當前的故障狀態以及故障的發展過程進行描述，為故障仿真和故障診斷提供依據。

（2）根據建立的故障模型，在進行故障仿真時將綜合考慮對系統當前狀態的推理過程以及對系統狀態隨時間推移的轉移過程。由于故障的發生是隨機的，因此在仿真時每一個部件的工作狀態將采用并行的方式同步進行。

3.2平臺的運行管理

診斷過程的仿真本質上是對系統模型的加工過程，這一部分的研究方案主要考慮兩方面的因素：

（1）對診斷算法執行過程的仿真，將以診斷步長、故障數據的時間戳以及模型的當前狀態為依據，通過制定不同模塊之間的通訊標準對仿真過程進行同步控制，保證診斷的準確性；

（2）對仿真結構進行合理化設計，使得不同的診斷算法能夠方便地嵌入到仿真平臺的框架中。

3.3可視化人機交互

平臺運行包括故障仿真與診斷過程仿真兩部分，而人機交互接口的目的是準確、完整地將仿真結果展現出來的關鍵，同時也為參與仿真實驗的學生提供對仿真過程的控制與交互能力。因此，在進行人機接口的開發時，主要從輸入和輸出兩部分進行：前者包括對仿真設置、仿真過程的管理與控制，后者包括操作的反饋、仿真狀態的顯示以及仿真結果的輸出等。

4結論

通過基于C/S結構的實驗教學平臺的建設，能夠增加實驗教學方案的靈活性。首先，由于平臺采用網絡客戶端的訪問模式，打破了地點的限制，實驗教學過程可以方便地融合到理論教學中；其次，實驗教學平臺的建設使得實驗教學過程打破了時間的限制，在實驗方案的指導下實驗內容可以在任何時候自主的完成；再次，由于平臺的整合的實驗教學資源以維修工程為主線，因此參與者方面打破了課程限制。

通過基于C/S結構的實驗教學平臺的建設，能夠為解決工程問題提供有效的支持。平臺內的各類資源相對獨立，有統一的調度機制負責調用。因此，工程中的具體問題可以方便地通過模型得方式利用標準接口集成到平臺中，為解決問題提供有效的途徑。

此外，通過平臺的建設，還可以將教師的科研工作與教學工作有機的結合起來，促進高水平教學模式的開發。

參考文獻

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