范開國(guó)

摘要 為適應(yīng)當(dāng)前數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展和企業(yè)對(duì)高級(jí)數(shù)控人才的迫切需求，提出數(shù)控維修技術(shù)的三向教學(xué)法（3W教學(xué)法）。詳細(xì)闡述3W教學(xué)法的內(nèi)涵外延，以及具體實(shí)施過程。數(shù)控維修技術(shù)的3W教學(xué)法徹底改變了傳統(tǒng)教學(xué)模式，充分培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力。

關(guān)鍵詞 數(shù)控維修 3W教學(xué)法 教學(xué)研究

中圖分類號(hào)：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2015.08.052

Research on the Three-Way Teaching for NC Machine Maintenance

FAN Kaiguo

（School of Mechanical Engineering， University of Shanghai for Science and Technology， Shanghai 200093）

Abstract In order to adapt the development of the NC technology and the requirements of enterprises for advanced NC talents， a three -Way teaching method （3W method） for NC machine maintenance is proposed in this paper. The intension and extension as well as the concrete implementation process of 3W teaching method are elaborated in this paper. The 3W teaching method changes the traditional teaching mode drastically; and the students' abilities of identifying， analyzing， and solving problems can be fully trained.

Key words NC Machine Maintenance; 3W Teaching method; teaching research

隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展和國(guó)防建設(shè)的必要強(qiáng)化，國(guó)家裝備制造業(yè)對(duì)數(shù)控機(jī)床這種基礎(chǔ)性、戰(zhàn)略性生產(chǎn)制造手段提出了急迫且大量的需求。2014年我國(guó)機(jī)床數(shù)控化率由2004年的27%提升至54.7%，在大型制造業(yè)密集地區(qū)，這一比率相對(duì)更高。但是，國(guó)內(nèi)在數(shù)控設(shè)備的維護(hù)管理上基本沿用普通設(shè)備的管理模式，高水平維修人才更是長(zhǎng)期匱乏，造成數(shù)控設(shè)備完好率低。

因此，數(shù)控設(shè)備的維護(hù)維修人員是目前企業(yè)急需的數(shù)控人才。高等學(xué)校作為輸送數(shù)控人才的教育基地，肩負(fù)著培養(yǎng)高素質(zhì)、高質(zhì)量、高技術(shù)數(shù)控人才的重要使命。為滿足企業(yè)對(duì)高技術(shù)數(shù)控人才的需求，提高數(shù)控教學(xué)質(zhì)量，各院校大力推行數(shù)控實(shí)踐教學(xué)，①②③以提高畢業(yè)生的實(shí)際動(dòng)手能力;并且對(duì)課程結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)置，④以適應(yīng)當(dāng)前數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展。為培養(yǎng)高技術(shù)數(shù)控人才，本文提出數(shù)控維修技術(shù)的三向教學(xué)法（3W教學(xué)法：Three-Way Teaching Methods）。

1 數(shù)控維修技術(shù)3W教學(xué)法內(nèi)涵及外延

1.1 數(shù)控維修技術(shù)3W教學(xué)法的內(nèi)涵

數(shù)控維修技術(shù)3W教學(xué)法的內(nèi)涵是指：組成數(shù)控維修教學(xué)的數(shù)控機(jī)床、教師、學(xué)生三者即為教學(xué)主體，同時(shí)又都為教學(xué)客體。數(shù)控機(jī)床作為教學(xué)主體的本質(zhì)是機(jī)床故障的提出者，作為教學(xué)客體的本質(zhì)是施教對(duì)象;教師作為教學(xué)主體的本質(zhì)是知識(shí)的傳授者與教學(xué)的組織者，作為教學(xué)客體的本質(zhì)是現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)的學(xué)習(xí)者;學(xué)生作為教學(xué)主體的本質(zhì)是機(jī)床故障的排除者，作為教學(xué)客體的本質(zhì)是施教對(duì)象。

在數(shù)控維修技術(shù)教學(xué)中，數(shù)控機(jī)床、教師、學(xué)生三者相輔相成，數(shù)控機(jī)床依靠自身信息傳遞故障的發(fā)生及解決途徑;教師依靠豐富的理論知識(shí)及經(jīng)驗(yàn)解密數(shù)控機(jī)床提出的問題，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)、分析并最終解決問題;學(xué)生依據(jù)所學(xué)知識(shí)及教師的指導(dǎo)確定問題的根源并具體實(shí)施。

1.2 數(shù)控維修技術(shù)3W教學(xué)法的外延

數(shù)控維修技術(shù)3W教學(xué)法的外延是指：組成教學(xué)主體的數(shù)控機(jī)床、教師及學(xué)生三者可拓展至廣義領(lǐng)域。在數(shù)控維修技術(shù)3W教學(xué)中，數(shù)控機(jī)床不僅包括機(jī)床本體，還包括數(shù)控系統(tǒng)、氣液傳動(dòng)系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、軟硬件以及相關(guān)的電子元器件，甚至包括現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)（CIMS）及整個(gè)生產(chǎn)線;教師不僅包括實(shí)際意義上的教育工作者，還包括遠(yuǎn)程協(xié)助、資深技術(shù)人員以及一切可傳授相關(guān)知識(shí)的媒介;隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展及功能的不斷強(qiáng)大，所有數(shù)控領(lǐng)域的工作人員均是現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)的學(xué)習(xí)者，因此，學(xué)生還包括教師以及該領(lǐng)域的相關(guān)人員。

2 數(shù)控維修技術(shù)3W教學(xué)法實(shí)施過程

數(shù)控維修技術(shù)3W教學(xué)法的核心是三向信息互動(dòng)，充分體現(xiàn)教師的引導(dǎo)作用以及數(shù)控機(jī)床的信息交互作用，并將盡可能多的外部資源引入到信息互動(dòng)中，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性。

數(shù)控維修技術(shù)3W教學(xué)法的實(shí)施過程如圖1所示，主要包括機(jī)床故障信息的三向交互、機(jī)床故障溯源分析和機(jī)床故障排除三大過程。

2.1 機(jī)床故障信息的三向交互

由于數(shù)控機(jī)床故障涉及機(jī)械、電氣、軟件、電子元器件等諸多方面，并且數(shù)控機(jī)床故障包括有報(bào)警故障和無報(bào)警故障，具有隨機(jī)性和難預(yù)測(cè)性。因此，數(shù)控機(jī)床故障信息的發(fā)現(xiàn)與交互是數(shù)控維修的基礎(chǔ)與前提。

對(duì)于有報(bào)警故障，可充分利用機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的報(bào)警信息鎖定故障現(xiàn)象，該過程需要充分理解并掌握數(shù)控機(jī)床的報(bào)警信息，要理解數(shù)控機(jī)床報(bào)警所傳遞信息的本質(zhì)及內(nèi)涵，該類機(jī)床故障信息的獲取與交互相對(duì)直觀，教師、學(xué)生可在數(shù)控機(jī)床現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行故障信息的提取與交互。

對(duì)于無報(bào)警故障，其信息又可分為兩類：第一類是機(jī)床無報(bào)警停止運(yùn)行;第二類是機(jī)床無報(bào)警正常運(yùn)行，但有異響、異味以及在無操作不當(dāng)情況下的工件超差等現(xiàn)象。對(duì)于第一類故障信息的獲取是具有相當(dāng)難度的工作，需要維修人員、操作人員以及數(shù)控機(jī)床三向信息交互，教師、學(xué)生可在機(jī)床現(xiàn)場(chǎng)通過對(duì)機(jī)床檢查以及對(duì)操作人員問詢獲取機(jī)床故障信息。對(duì)于第二類故障需要正確分析并判斷機(jī)床傳遞的信息，從眾多信息中獲取機(jī)床故障信息，將機(jī)床故障消滅在萌芽狀態(tài)，這也是數(shù)控機(jī)床維修維護(hù)的最佳境界。

2.2 機(jī)床故障溯源分析

由于機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)種類繁多、設(shè)計(jì)方式多種多樣、故障現(xiàn)象千差萬(wàn)別，因此，在掌握數(shù)控機(jī)床故障信息的同時(shí)，必須科學(xué)分析機(jī)床故障信息，最終通過故障信息逐漸縮小故障范圍并最終鎖定故障。

機(jī)床故障溯源分析是一個(gè)系統(tǒng)化的問題處理過程，包括確定和分析故障原因，找出故障解決辦法，并制定故障排除措施。溯源分析實(shí)質(zhì)是根據(jù)機(jī)床故障信息， 綜合運(yùn)用數(shù)控原理知識(shí)、遠(yuǎn)程協(xié)助等途徑，逐步找出故障的根源。

機(jī)床故障的溯源分析同時(shí)又是多方信息交互的過程，教師、學(xué)生相互討論，相互學(xué)習(xí)，根據(jù)機(jī)床故障信息分析可能的機(jī)床故障原因，并繪制機(jī)床故障線路圖。根據(jù)機(jī)床故障線路圖依次由簡(jiǎn)到難排除機(jī)床故障，并最終鎖定機(jī)床故障的根源。對(duì)于疑難問題可引入遠(yuǎn)程協(xié)助及遠(yuǎn)程服務(wù)，同時(shí)還可聘請(qǐng)資深技術(shù)人員參與問題的討論與分析，最終達(dá)到鎖定并排除機(jī)床故障的目的。

機(jī)床故障的溯源分析的關(guān)鍵是教師、學(xué)生、數(shù)控機(jī)床、遠(yuǎn)程終端以及相關(guān)技術(shù)人員的信息交互與挖據(jù);教師、學(xué)生要善于通過機(jī)床故障信息挖掘與之相關(guān)的信息，并在眾多信息中梳理出機(jī)床故障線路，最終確定機(jī)床故障信息的根源。

2.3 機(jī)床故障排除

機(jī)床故障排除是指運(yùn)用科學(xué)的方法對(duì)排除機(jī)床故障的方案進(jìn)行研究和選擇的過程。機(jī)床故障排除必須依靠科學(xué)的知識(shí)和方法進(jìn)行，而不是經(jīng)驗(yàn)的積累。科學(xué)的故障排除要經(jīng)過一系列步驟，包括明確問題、制定備選方案、評(píng)價(jià)與選擇方案，靈活運(yùn)用數(shù)控原理知識(shí)及遠(yuǎn)程協(xié)助與遠(yuǎn)程服務(wù)，才能起到事半功倍的效果。

機(jī)床故障排除是數(shù)控維修技術(shù)的最終環(huán)節(jié)，也是決定維修質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。在該環(huán)節(jié)中，教師和學(xué)生應(yīng)充分運(yùn)用數(shù)控原理知識(shí)，制定出合理、科學(xué)的解決方案。

以上三個(gè)過程是依次遞進(jìn)的過程，每一環(huán)節(jié)都是下一環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)，三個(gè)環(huán)節(jié)相輔相成，缺一不可。與傳統(tǒng)雙向?qū)嵺`教學(xué)的不同之處在于數(shù)控機(jī)床本身是施教主體，而并非傳統(tǒng)的驗(yàn)證對(duì)象，只有讓數(shù)控機(jī)床作為施教主體，才能真正培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力，才能真正培養(yǎng)出理論與實(shí)踐相結(jié)合、理論與實(shí)踐都過硬的高水平數(shù)控技術(shù)人才。

3 數(shù)控維修技術(shù)3W教學(xué)案例

以一臺(tái)實(shí)習(xí)用快走絲線切割機(jī)床隨機(jī)突發(fā)故障為例，介紹現(xiàn)場(chǎng)3W教學(xué)法的施教過程。該線切割機(jī)床的故障現(xiàn)象表現(xiàn)為：機(jī)床X軸進(jìn)給時(shí)發(fā)出有規(guī)律的間歇性異響。

針對(duì)該線切割機(jī)床的這一故障信息，首先要確定異響的具體位置，通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際觀察，確定該異響來源于電機(jī)附近。而電機(jī)附近的異響一般與軸承和電機(jī)相關(guān)，由于軸承拆卸要求較高，所以從排除電機(jī)故障入手。

首先組織學(xué)生從步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行故障溯源分析，初步確定該電機(jī)存在失步現(xiàn)象，同時(shí)繪制圖2所示故障線路圖。

根據(jù)電機(jī)失步故障線路圖，組織學(xué)生進(jìn)行故障溯源分析。在故障溯源分析時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生按三步排除故障，即：功率放大故障、環(huán)形分配故障和電機(jī)繞組故障三部分。

對(duì)于功率放大故障，首先確定功率驅(qū)動(dòng)三極管的工作狀態(tài)，由于功率驅(qū)動(dòng)三極管的工作狀態(tài)會(huì)在發(fā)光二極管上明確地顯示出來，通過檢查，驅(qū)動(dòng)三極管完好;通過萬(wàn)用表檢測(cè)功率電阻及驅(qū)動(dòng)線路完好，從而排除功率放大故障。

對(duì)于環(huán)形分配故障，引導(dǎo)學(xué)生從檢查環(huán)形分配電路中的電阻開始，通過萬(wàn)用表測(cè)試，環(huán)形分配電路中的一只電阻損壞，從而鎖定故障根源。

鎖定機(jī)床故障根源后要排除機(jī)床故障，由于該機(jī)床故障的根源就是電阻損壞，因此其故障排除方案首選更換電阻。更換電阻后通電運(yùn)行，X軸進(jìn)給異響故障排除。

4 結(jié)束語(yǔ)

數(shù)控維修技術(shù)3W教學(xué)法能提供學(xué)生豐富的直接經(jīng)驗(yàn)，有助于理解和掌握理論知識(shí)，有助于培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力。同時(shí)，3W教學(xué)法注重三向信息互動(dòng)，在信息交互過程中相互啟發(fā)、相互補(bǔ)充，從而達(dá)到共識(shí)、共享、共進(jìn)，真正實(shí)現(xiàn)教學(xué)相長(zhǎng)。

注釋

① 劉天祥，戶春影，董曉威.高校數(shù)控實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量提高路徑[J].黑龍江教育（高教研究與評(píng)估），2010（9）：64-65.

② 徐婭萍，王潤(rùn)孝.數(shù)控機(jī)床課程教學(xué)的改革與實(shí)踐[J].西北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），2007.27（4）：78-80.

③ 張欣波，常雪峰.高等學(xué)校數(shù)控技術(shù)課程教學(xué)與實(shí)訓(xùn)內(nèi)容整合研究[J].中國(guó)電力教育，2014（5）：156-157.

④ 王磊，李洪濤，安興偉.裝備制造業(yè)高端人才工程能力培養(yǎng)體系構(gòu)建[J].現(xiàn)代教育科學(xué)（高教研究），2014（2）：134-137.