借力老舊設備維修 開拓實踐教學新途徑

馮 帥， 任勵勇， 韓 勇， 張 鵬

(1. 中國民航大學 工程技術訓練中心， 天津 300300；2. 中國民航大學 適航學院， 天津 300300)

近年來，隨著國家對高等教育投入力度的加大，各院校資金環境得到改善，大批新型實驗儀器被引入實驗室，實驗環境和實驗條件大為改觀。對于電子、電氣專業的實踐教學，大多都引進了技術先進、集成度高的實驗箱、實驗臺[1]。這些實驗設備功能完善、自動化程度高，學生實習時，只需做簡單的設置，即可開始原理驗證、數據測量等實驗過程。這種實驗方式的優點在于，學生能夠將精力集中于實驗本身，避免復雜接線,但不足之處是學生動手機會不多，所做實驗仍偏重于理論分析，實習課在某種程度上成了理論課的延續，學生實踐能力提升較少。因此要想切實提高動手能力，不能僅依靠實驗箱上的實驗，必須“真刀真槍”地動手去做。然而受多種因素制約，開展難度較大、復雜度較高、面向全體學生的實作項目并不容易。

與此同時，各高校一批老舊設備的去留成了難題。作為固定資產不能隨意處理，如報廢需滿足報廢條件，執行嚴格的報批程序；而留著又常年閑置，無用武之地，成了名副其實的“雞肋”。在這種情況下，如果能利用這些老舊設備開發一些實作項目，如設備維護、修理、改造等[2-4]，則既可變廢為寶，又能在一定程度上改變實踐教學現狀，豐富實踐教學內容。

筆者所在的中國民航大學，擔負著培養機務維修工程師的重任。近些年，中國民航快速發展，飛機引進數量和保有量不斷增加。一方面新飛機需要維護，另一方面老齡飛機需要修理[5-6]，這種新老飛機并存的維修新常態下，為了追求良好的社會和經濟效益，就需要企業精益管理，依托傳統維修模式，開發飛機維修新技術。可以說在繼承中走技術創新路線，是民航維修業發展的大趨勢。以此角度思考，開展老舊設備維修，不僅有利于學生實踐能力的培養，而且符合行業發展對人才的需求，切合高校新工科建設的內涵[7-8]。

1 老舊設備的特點

這里所定義的老舊設備，多來源于20世紀八九十年代，甚至更早。歸納其特點包括：自動化程度低、制造工藝差、功能單一，形象點說是“傻大笨粗”。但老舊設備在一定程度上可以擔負實踐教學任務正是基于它們的這些特點：(1)作為早期的產品，功能較少，工作原理相對簡單，學生利用已有知識，容易理解設備原理；(2)所采用的元器件大多為分立器件，集成電路、微處理器較少，而教材也是從最基礎的，如二極管、三極管講起，二者契合度高，這就降低了維修難度，使設備有修復的可能；同時學生已有專業知識儲備，有開展設備維修的能力。

基于這兩點，在實踐教學中，如果對老舊設備開展檢測、維修，甚至以新技術實現設備原有功能，對學生來說，雖有難度，但又在其能力范圍之內。實踐教學經驗表明，在這種“可能性與挑戰性共存”的狀態下,學生的學習積極性很高。由此一些老舊設備不僅不用被淘汰，反而具有繼續利用的價值。中國民航大學工程技術訓練中心對此進行了積極探索，利用現有的老舊設備開展實踐教學，實現了提升學生實踐能力、延長設備使用壽命的雙贏。

2 開展老舊設備維修的意義

2.1 實現知識體系從單一到系統的跨越

不同于理論課上學到的一種元器件或一個電路，一臺設備無論是新是舊，都是完整系統的集合，包含著輸入、輸出、反饋、控制和保護等諸多部分。維修老舊設備，使學生站在系統的角度思考問題，這是他們以往很少接觸的。在維修中，學生逐漸摸清各個子系統的關系，掌握子系統的工作原理、實現方式以及可能的故障所在，這種綜合性與復雜性對學生都是鍛煉和提高的好機會。

2.2 實現學習方式從被動到主動的轉變

不積極思考，被動地接受知識，是很多學生的學習狀態。但是在老舊設備維修中，這種局面逐漸被打破。為修復故障設備，學生必須主動了解設備功能，借助說明書、維修手冊查找維修依據；通過搜索網絡資源、與師生討論等形式解決疑難問題，學習方式逐步實現從被動到主動的轉變。

2.3 實現“學過”到“學會”的過渡

“紙上得來終覺淺，要知此事須躬行”。在實踐教學中，談及某個知識點，往往很多學生表示學過，但具體怎么用就不會了。一個非常典型的例子：萬用表測量交流電壓，表筆如何接？不少學生的反應都是“紅正黑負”，紅表筆接火線，黑表筆接零線，很少有學生意識到交流電無方向的特點。這個實例說明，“學過”不等于“學會”，“聽懂了”不等于“會做了”，再簡單的技能和操作只有動手體驗了，學過的知識才能內化為個人的能力。這是學生體會最深刻的地方，也是實踐教學的目的所在。

2.4 搭建繼承和創新的橋梁

創新分為三個層次，原始創新、跟隨創新和集成創新[9]。維修、改造老舊設備則是通往創新的一條捷徑。比如，在設計新產品時，很多問題難以一次性考慮周全，只能通過多輪樣機試制，反復迭代改進，產品才能最終定型。相比于頭腦中和圖紙上的構思，從老舊設備上吸取設計思路，則既有利于發現已有設計的不足，又能夠省時省力的研發新產品。因此老舊與創新二者看似矛盾，卻對立統一。目前，各高校普遍開展創新創業教育，重視學生創新能力的培養[10-11]。開展老舊設備維修，既為學生提供了繼承以往產品成功設計經驗的機會，又能夠激發學生的創造性思維，是引導學生走上創新之路的有效途徑。

2.5 發揮老舊設備余熱，創造社會和經濟效益

老舊設備，說其老舊，是指其采用的技術相對落后，但并不意味著其性能差。例如，早在2006年某機場捐贈我校兩臺進口中頻電源，該電源因存在故障已無法使用。聯系售后人員，對方表示年代太久，無法維修，建議購買新產品，售價人民幣90萬元左右。對此中心教師利用假期對兩臺電源進行維修、技改，在缺少維修資料的情況下將其成功修復，至今穩定工作十余年，為實踐教學的開展提供了極大便利。可見，修復老舊設備不僅發揮了設備的最大價值，延長了設備使用壽命，更為國家和學校節省了資金，取得了良好的社會和經濟效益。

3 老舊設備實踐項目的開展

3.1 面向對象

老舊設備維修在工程技術訓練中心面向飛機電氣專業的“飛機電氣系統實習”中得到實施[12]。根據教學大綱，該實習是電氣專業學生校內第二階段實習，開設在第七學期，為期兩周。主要任務是使學生有效掌握飛機典型電氣系統的組成、原理、實際操作及測試。實習安排了講授和實作兩個環節，其中實作環節為學生提供了兩種選擇：(1)根據飛機電氣系統的工作原理，以近似原則，設計再現系統部分功能；(2)維修某一存在故障的電氣設備，恢復設備功能。學生根據自己的學習程度、興趣愛好，自行選題。由于最終的實習成績與項目完成質量掛鉤，而后者又存在一定的難度和不確定性，為提高學生參與的積極性，教師承諾根據實習表現適當提高實習成績，以打消學生顧慮，鼓勵學生大膽嘗試。

3.2 形式及要求

選擇設備維修的學生，由3—4人組成一個工作小組。在兩周的時間內，完成以下工作：(1)了解設備現狀；(2) 分析故障原因；(3) 制定維修計劃；(4) 依據計劃施工；(5) 總結維修成果等。為規范維修流程，貼近一線維修工作實際，學生需詳細填寫“設備維修報告”，內容包括設備現狀、故障原因、維修計劃、維修流程、工具設備使用清單、維修結論等，全程記錄維修過程，并在實習結束時進行匯報答辯，與師生開展交流討論。

3.3 待修設備的選取原則

任課教師要先行甄別待修設備，對可修復性、維修難易程度進行評估。原則上應選擇集成度不高、維修難度適中、學生易于上手、能夠在實習時間內完成維修的設備。按照此原則，入選的部分待修老舊設備如交流穩壓電源、機場助航燈光調光柜、硅整流器等，如圖1所示。

圖1 待修老舊設備

3.4 教師在實習中的角色

實習過程中，教師是指導者也是參與者。既不能以訓練學生為由，放任不管，全由學生動手；也不能大包大攬，出方案、定計劃，把學生當小工。得體的做法是，教師將設備維修的理念、方法講述給學生，在關鍵環節上指導和把關，協助學生完成整個維修流程，提升學生分析問題、解決問題的能力。

4 維修實例

4.1 維修實例一：交流穩壓電源維修

JWS-15-A型交流穩壓電源是一種三相可調式交流穩壓器，如圖1(a)所示。基本原理是利用采樣控制電路帶動可逆電機正反轉，自動控制三相自耦調壓器的輸出，使三相電壓達到穩定。

通過現場查看，設備現狀是：柜內電機支撐架損壞，電機傾斜；采樣控制電路板缺失；維修資料不全。由三名學生組成的維修小組承擔了該項工作。他們首先對電機支架進行修復。使用2 mm厚鋁板，通過剪板機切割、彎板機彎板，自制了電機支架，并打孔安裝，恢復了電機支撐。接著通過設備內部器件、導線連接關系及設備說明書，分析了設備工作原理，繪制了交流穩壓電源原理框圖(見圖2)，明確了采樣電路與外部電路的線路連接關系。然后經過電路設計、器件選型、仿真調試等環節，完成了采樣電路板的制作，如圖3所示。最終接入系統，完成了系統聯調，恢復了設備功能。當調試成功的一刻，學生和教師都感到很興奮。在匯報答辯時，學生們表示，不同于以往，此次實習是實實在在的動腦思考，動手干活。設備功能的恢復帶給他們很大的成就感，極大的增強了自信心。

圖2 交流穩壓電源原理框圖

圖3 學生設計制作的采樣電路板

4.2 維修實例二：機場助航燈光調光柜維修

助航燈光是為保障飛機夜間和白天低能見度條件下正常飛行，在機場飛行場地設置的燈光設備[13]，調光柜是助航燈光系統的核心部分，如圖1(b)所示。助航燈的開啟關閉、光級控制、狀態監控均由調光柜完成。待修設備現狀是：調光柜柜體生銹，內部大量灰塵積聚；控制電路板因短路局部燒毀；部分元器件管腳、接線片生銹；導線標識模糊；缺少維修資料。

通過評估設備現狀，認為設備維修工作量較大，因此安排了兩組學生。一組任務是，測試調光柜內部電氣線路通斷，更換故障導線及接線片，重新標記導線線號，繪制調光柜電氣線路圖，對調光柜內電氣部件如升壓變壓器、電壓互感器、電流互感器等進行檢測；另一組任務是，研究調光控制器工作原理，測試、更換故障電子元器件，采用飛線方式修復損毀電路板，制定和實施設備調試方案。

通過合理安排任務，維修工作有序開展。在教師的引導下，采用電氣設備修理程序，兩組學生分工協作，很好地完成了上述任務，基本修復了設備，實現了助航燈的光級調整。維修期間，學生積極性很高，多次主動要求利用課下時間繼續開展工作。這讓教師體會到，學生不是不愿動手，而是缺少平臺。一個充滿可能性與挑戰性的實踐平臺能夠激發學生的學習熱情，提升動手能力，養成優良的工作作風。通過此次實習，在后續第八學期第三階段的實習中，相比于其他學生，這些學生表現出有更強烈的參與意愿，實訓成績也更加突出。

5 結語

在實踐教學中引入老舊設備，豐富了實踐教學內容，給學生提供了可切實動手的訓練平臺。維修過程涉及電氣、電子、機械等多個領域，是對學生能力全面的鍛煉，符合人才培養理念。相對而言，老舊設備維修又存在一定困難，如技術資料難找、配件難買、存在安全風險，維修結果存在不確定性等。同時，對教師來說，待修設備的故障原因是未知的，教師和學生一樣，都沒有現成的解決方法，對如何開展維修需要逐步摸索。這對教師的專業知識、實踐能力、指導水平都提出了更高的要求。開展老舊設備維修，作為實踐教學的一種探索，存在著盲區和困難，如何更好地利用這種形式，還需在教學中不斷嘗試，進而推動實踐教學改革走向更深層次。