辜紅兵 任國(guó)軍 齊齊哈爾鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)校

基于職業(yè)行動(dòng)導(dǎo)向的鐵路機(jī)車制動(dòng)機(jī)模擬操縱臺(tái)的開(kāi)發(fā)

辜紅兵 任國(guó)軍 齊齊哈爾鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)校

文章探討了基于職業(yè)行動(dòng)導(dǎo)向的教學(xué)理念，利用單片機(jī)技術(shù)進(jìn)行鐵路機(jī)車制動(dòng)機(jī)模擬操縱臺(tái)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用。

職業(yè)行動(dòng)導(dǎo)向；職業(yè)情景；制動(dòng)機(jī)模擬操縱臺(tái)

在2004年全國(guó)職業(yè)教育工作會(huì)議上提出了“職業(yè)教育就是就業(yè)教育”的觀點(diǎn)，并且這種觀點(diǎn)得到社會(huì)各界的認(rèn)同，所以“職業(yè)行動(dòng)導(dǎo)向”就是為將來(lái)的職業(yè)或職業(yè)趨向做準(zhǔn)備。職業(yè)行動(dòng)導(dǎo)向的原則是：以企業(yè)生產(chǎn)崗位的需求及人才標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)——培養(yǎng)目標(biāo)；以能力本位取代學(xué)科體系的主導(dǎo)地位——課程體系；與企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)崗位的技術(shù)發(fā)展同步——教學(xué)內(nèi)容。職業(yè)行動(dòng)導(dǎo)向教學(xué)強(qiáng)調(diào)：要以職業(yè)情境中的行動(dòng)能力為目標(biāo)，以基于職業(yè)情境的學(xué)習(xí)情景中的行動(dòng)過(guò)程為途徑，以獨(dú)立的計(jì)劃、獨(dú)立的實(shí)施與獨(dú)立的評(píng)估即自我調(diào)節(jié)的行動(dòng)為方法，以師生及學(xué)生之間互動(dòng)的合作行動(dòng)為方式，以強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)中學(xué)生自我構(gòu)建的行動(dòng)過(guò)程為學(xué)習(xí)過(guò)程，以專業(yè)能力、方法能力、社會(huì)能力整合后形成的行動(dòng)能力為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。無(wú)疑，教學(xué)中的職業(yè)情景是踐行職業(yè)行動(dòng)導(dǎo)向教學(xué)的基本條件。筆者在擔(dān)任機(jī)車制動(dòng)機(jī)課程中發(fā)現(xiàn)：模擬現(xiàn)場(chǎng)情景所用的制動(dòng)機(jī)模擬操縱臺(tái)均采用風(fēng)缸、電動(dòng)機(jī)、空壓機(jī)、分配閥、作用閥、中繼閥、制動(dòng)缸以及一系列結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格昂貴的部件組成，不易設(shè)置故障，且操作噪音嚴(yán)重，保養(yǎng)工作量大，安全性要求較高，難以滿足職業(yè)行動(dòng)導(dǎo)向教學(xué)的要求。隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，單片機(jī)以其獨(dú)有的“功能強(qiáng)、體積小、可靠性好和價(jià)格便宜”等優(yōu)點(diǎn)迅速占領(lǐng)了市場(chǎng)，成為傳統(tǒng)工業(yè)技術(shù)改造和新產(chǎn)品更新?lián)Q代的理想機(jī)種。筆者就單片機(jī)技術(shù)替代傳統(tǒng)的空氣制動(dòng)進(jìn)行了反復(fù)認(rèn)真的實(shí)踐探索，研制了鐵路機(jī)車制動(dòng)機(jī)模擬操縱臺(tái)，取得了明顯的教學(xué)效果，同時(shí)也填補(bǔ)了同類教學(xué)設(shè)備的空白。

一、鐵路機(jī)車制動(dòng)機(jī)模擬操縱臺(tái)的組成

鐵路機(jī)車制動(dòng)機(jī)模擬操縱臺(tái)與其他的計(jì)算機(jī)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(dòng)機(jī)操縱臺(tái)（圖一）和單片機(jī)控制系統(tǒng)（圖二）兩部分組成。

制動(dòng)機(jī)操縱臺(tái)上有自動(dòng)制動(dòng)閥、單獨(dú)制動(dòng)閥，其下各有一隨閥門(mén)手柄旋轉(zhuǎn)位置不同而產(chǎn)生不同模擬信號(hào)的電位器。其工作過(guò)程是，通過(guò)該電位器拾取的制動(dòng)閥旋轉(zhuǎn)信號(hào)，輸出給控制系統(tǒng)的ADC轉(zhuǎn)換器0809；由57BYG059步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的壓力表，根據(jù)制動(dòng)閥手柄位置不同而產(chǎn)生不同的壓力，從而完成制動(dòng)機(jī)的操作；由LED數(shù)碼管顯示的制動(dòng)缸鞲鞴行程裝置、故障設(shè)置面板、電源裝置以及臺(tái)面下方安裝的兩個(gè)腳踏開(kāi)關(guān)，用以控制機(jī)車的鳴笛和撒砂。教學(xué)中的講解、演示、練習(xí)、指導(dǎo)以及考核均在此臺(tái)上完成。

圖一 制動(dòng)機(jī)操縱臺(tái)

圖二 單片機(jī)控制系統(tǒng)

單片機(jī)控制系統(tǒng)主要由主板系統(tǒng)、功率系統(tǒng)、測(cè)試系統(tǒng)及語(yǔ)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(qū)動(dòng)語(yǔ)音系統(tǒng)板T6668-1，隨著自動(dòng)制動(dòng)閥、單獨(dú)制動(dòng)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(dòng)制動(dòng)閥、單獨(dú)制動(dòng)閥的信號(hào)采集由ADC轉(zhuǎn)換器0809完成。CPU擴(kuò)展兩個(gè)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(cè)試板，功率板驅(qū)動(dòng)壓力表的步進(jìn)電機(jī)，測(cè)試板用于采集故障設(shè)置信號(hào)；由于80C51片內(nèi)ROM不夠使用，因此所編寫(xiě)的軟件固化于擴(kuò)展的EPROM27256（程序存儲(chǔ)器）芯片中。

（二）軟件系統(tǒng)

鐵路機(jī)車制動(dòng)機(jī)模擬操縱臺(tái)的軟件系統(tǒng)是為實(shí)現(xiàn)仿真培訓(xùn)而專門(mén)編制的，分為正常操作軟件、語(yǔ)音系統(tǒng)軟件、故障設(shè)置軟件及調(diào)試軟件。

正常操作軟件是針對(duì)制動(dòng)機(jī)的具體操作過(guò)程而開(kāi)發(fā)的，是本操縱臺(tái)的核心，以此決定其逼真程度。不同的操作過(guò)程對(duì)應(yīng)不同的操作軟件。這部分軟件的開(kāi)發(fā)工作量占軟件開(kāi)發(fā)總量的絕大部分。

語(yǔ)音系統(tǒng)軟件的開(kāi)發(fā)采用了ADMG制式高性能語(yǔ)言處理器，把語(yǔ)音處理技術(shù)與單片機(jī)技術(shù)結(jié)合在一起，T6668-1語(yǔ)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(jī)為主機(jī)，T6668-1語(yǔ)音功能板為從機(jī)。

故障設(shè)置軟件是針對(duì)不同的目的要求而開(kāi)發(fā)的，共設(shè)置二十四個(gè)故障，穿插于制動(dòng)機(jī)正常操作軟件中。

測(cè)試軟件首先就用DICE仿真器與PC機(jī)聯(lián)機(jī)操作，測(cè)試各系統(tǒng)板的可靠性，然后完成正常操作軟件、故障設(shè)置軟件的匯編與反匯編、調(diào)試及固化工作，最后脫機(jī)運(yùn)行。

二、鐵路機(jī)車制動(dòng)機(jī)模擬操縱臺(tái)的功能、應(yīng)用及發(fā)展

研制鐵路機(jī)車制動(dòng)機(jī)模擬操縱臺(tái)的目的是利用高新技術(shù)產(chǎn)品取代一整套JZ-7型制動(dòng)機(jī)機(jī)械設(shè)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(jiǎn)單的先進(jìn)的教學(xué)設(shè)備。

（一）鐵路機(jī)車制動(dòng)機(jī)模擬操縱臺(tái)主要功能

1、模擬現(xiàn)場(chǎng)真實(shí)環(huán)境，操作顯示系統(tǒng)與語(yǔ)音系統(tǒng)匹配，完成內(nèi)燃機(jī)車制動(dòng)機(jī)七步閘的綜合試驗(yàn)過(guò)程，與鐵道部機(jī)務(wù)局頒布的“制動(dòng)機(jī)全面檢查試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)完全一致。

2、教師可以隨機(jī)設(shè)定各種典型故障，然后由學(xué)員進(jìn)行處理。通過(guò)分析、判斷，使他們能比較深入地理解制動(dòng)機(jī)工作原理，熟悉操作，預(yù)見(jiàn)事故，增長(zhǎng)經(jīng)驗(yàn)，保障完全運(yùn)行。

3、完成現(xiàn)場(chǎng)機(jī)車司乘人員、校內(nèi)培訓(xùn)學(xué)員的各種考核任務(wù)，包括技能鑒定考核。

（二）鐵路機(jī)車制動(dòng)機(jī)模擬操縱臺(tái)的應(yīng)用情況

鐵路機(jī)車制動(dòng)機(jī)模擬操縱臺(tái)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用使我校內(nèi)燃機(jī)車運(yùn)用與檢修專業(yè)的制動(dòng)機(jī)課程的職業(yè)情景更接近現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，已培訓(xùn)學(xué)員逾萬(wàn)人。過(guò)去我校因價(jià)值昂貴，資金短缺，僅能購(gòu)置一臺(tái)“制動(dòng)機(jī)模擬操縱臺(tái)”。自鐵路機(jī)車制動(dòng)機(jī)模擬操縱臺(tái)研制成功后，由于功能顯著，價(jià)格低廉，用我?，F(xiàn)有資金，可同時(shí)設(shè)置6臺(tái)鐵路機(jī)車制動(dòng)機(jī)模擬操縱臺(tái)。過(guò)去每次只有一人上臺(tái)練習(xí)，而現(xiàn)在可同時(shí)四人上臺(tái)，培訓(xùn)效率提高四倍，每位學(xué)生都有更多的時(shí)間和機(jī)會(huì)進(jìn)行操作練習(xí)，從而提高了他們把理論知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際的能力。

（三）仿真型制動(dòng)機(jī)模擬操縱臺(tái)的缺陷與改進(jìn)

鐵路機(jī)車制動(dòng)機(jī)模擬操縱臺(tái)雖有其獨(dú)到的優(yōu)點(diǎn)，但在使用中筆者發(fā)現(xiàn)尚有缺陷，其一，本操縱臺(tái)只是模擬制動(dòng)機(jī)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情景，學(xué)生在此操縱臺(tái)上尚不能進(jìn)行理論學(xué)習(xí)；其二，對(duì)學(xué)員的考核成績(jī)不能自動(dòng)評(píng)判。隨著計(jì)算機(jī)普及和應(yīng)用，其功能不斷加強(qiáng)，性價(jià)比大幅提升，為鐵路機(jī)車制動(dòng)機(jī)模擬操縱臺(tái)的改進(jìn)和發(fā)展打開(kāi)了廣闊的空間。筆者針對(duì)仿真操縱臺(tái)存在的缺陷，現(xiàn)在正在進(jìn)行單片機(jī)與計(jì)算機(jī)測(cè)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)，應(yīng)用計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言VISUAL BASIC 6.0，借助3DSMAX動(dòng)畫(huà)軟件等技術(shù)開(kāi)發(fā)制動(dòng)機(jī)綜合軟件，把制動(dòng)機(jī)圖板上的聲、光、電功能溶進(jìn)每一步制動(dòng)機(jī)操作中。當(dāng)操縱自動(dòng)制動(dòng)閥、單獨(dú)制動(dòng)閥的手柄時(shí)，在計(jì)算機(jī)顯示屏幕上便出現(xiàn)制動(dòng)機(jī)各閥的動(dòng)作及氣體流向，使教師易教，學(xué)生易懂，實(shí)現(xiàn)理論教學(xué)和實(shí)習(xí)教學(xué)的高度一體化。同時(shí)學(xué)員所做的操作由評(píng)分系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)價(jià)，并給出操作成績(jī)。

以上是筆者基于職業(yè)行動(dòng)導(dǎo)向的教學(xué)理念在內(nèi)燃機(jī)車運(yùn)用與檢修專業(yè)中對(duì)制動(dòng)機(jī)課程的職業(yè)情景的模擬設(shè)計(jì)。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(diǎn)只能是一家之言，僅供大家參考。

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.18.040

全國(guó)教育科學(xué)“十一五”規(guī)劃課題（項(xiàng)目編號(hào)：FFB090557）“職業(yè)院校課程改革理論與實(shí)踐”子課題項(xiàng)目編號(hào)：MS0201“內(nèi)燃機(jī)車專業(yè)基于行動(dòng)導(dǎo)向利用PLC制作模擬設(shè)備的教學(xué)實(shí)踐研究”課題論文