◎ 韋瑞棉 北部灣大學(xué)海運學(xué)院

《海船船員考試大綱》（2022版）[1]已經(jīng)正式生效，新大綱對750kW及以上船舶電子電氣員適任理論考試“船舶機艙自動化”科目中推進控制系統(tǒng)要求船舶電子電氣專業(yè)畢業(yè)生熟悉掌握如下內(nèi)容：主推進控制系統(tǒng)的分類、組成及功能，啟動、換向和制動控制邏輯，轉(zhuǎn)速與負荷控制，典型數(shù)字調(diào)速系統(tǒng)組成及工作原理，典型安全保護系統(tǒng)組成及工作原理，電/氣（E/P）轉(zhuǎn)換器、電/液（E/H）轉(zhuǎn)換器的工作原理，典型主機遙控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、各個組成單元的功能，變距槳的特點、變距槳主機控制系統(tǒng)的組成、變距槳主機遙控系統(tǒng)的控制方式，低速大功率電噴柴油機控制系統(tǒng)的組成、功能及重要參數(shù)的設(shè)置。

參照2022版大綱，船舶主機控制系統(tǒng)課程教學(xué)在內(nèi)容和要求上有一些區(qū)別，對該課程的教材選擇、授課進度以及教學(xué)方法進行探究。

1.船舶主機控制系統(tǒng)課程概述

1.1 以柴油機基礎(chǔ)和柴油機的基本結(jié)構(gòu)作為課程導(dǎo)入

《船舶主機控制系統(tǒng)》是船舶電子電氣專業(yè)的核心專業(yè)課，其先修課程為電路原理、模擬與數(shù)字電子技術(shù)、電機學(xué)、自動控制原理和測試與傳感技術(shù)。與輪機工程專業(yè)不同，船舶電子電氣專業(yè)沒有主推進動力裝置這門課程，即學(xué)生對船舶主機知之甚少。任課教師需要把船舶主機和控制系統(tǒng)按先后順序進行講授，讓學(xué)生掌握柴油機基礎(chǔ)和柴油機的基本結(jié)構(gòu)之后，才能更好地引入控制系統(tǒng)，最后形成船舶主機控制系統(tǒng)的完整教學(xué)。

1.2 主機遙控系統(tǒng)在輪機自動化中的重要地位

主機遙控系統(tǒng)不僅能改善輪機人員的工作條件，改善船舶的操縱性，而且還能提高船舶航行的安全性以及主機工作的可靠性和經(jīng)濟性，是輪機自動化的重要組成部分，也是現(xiàn)代船舶實現(xiàn)無人機艙必不可少的條件之一[2]。船舶電子電氣員掌握船舶主機控制系統(tǒng)的工作原理，熟悉控制系統(tǒng)的布置、系統(tǒng)外圍設(shè)備和各I/O的安裝位置，才能更好地對該系統(tǒng)進行維修、維護和管理工作。

2.船舶主機控制系統(tǒng)課程教學(xué)所面臨的問題

《海船船員考試大綱》（2022版）規(guī)定的內(nèi)容，在課程學(xué)時少的情況下，要把船舶主機控制系統(tǒng)課程講好難度不小。不同遠洋船舶在使用的主機生產(chǎn)廠家和柴油機型號各不相同，船舶主機控制系統(tǒng)各異，內(nèi)容繁多。對于沒有校船的海事院校，無法在學(xué)生入學(xué)之后安排上船進行認知實習(xí)，學(xué)生對船舶知之甚少，對船舶主機更是一無所知。主機遙控系統(tǒng)的邏輯控制是船舶主機控制系統(tǒng)的難點，學(xué)生往往在學(xué)習(xí)該部分內(nèi)容時感覺非常吃力?，F(xiàn)有專業(yè)教材無法完全覆蓋新的考試大綱的要求。

3.船舶主機控制系統(tǒng)教學(xué)方法探究

3.1 合理分配各主要知識點的學(xué)時和教學(xué)方法

目前，很多學(xué)校船舶主機控制系統(tǒng)課程設(shè)置成64學(xué)時，其中理論教學(xué)48學(xué)時，實踐教學(xué)12學(xué)時，實訓(xùn)環(huán)節(jié)4學(xué)時。在64學(xué)時的總課時不變情況下，根據(jù)各知識點的難度和廣度不同，在課程開課之前制定出教學(xué)計劃表，如表1所示。在授課過程中，嚴格按照課時計劃進行，由淺到深，循序漸進，由具體到抽象，讓學(xué)生在潛移默化的學(xué)習(xí)進程中掌握到本課程的專業(yè)知識；最終達到事半功倍的教學(xué)效果。

表1 船舶主機控制系統(tǒng)的教學(xué)大綱設(shè)定

3.2 不同的主機生產(chǎn)廠家、主機型號，選用的控制系統(tǒng)各有不同

目前，國內(nèi)常見的船舶主機生產(chǎn)廠家是滬東重機、大連柴油機廠和宜昌柴油機廠，國外主要船舶柴油機生產(chǎn)廠家有：Win GD公司，MAN B&W公司等。船舶主機控制系統(tǒng)國內(nèi)外常見品牌：

國內(nèi)主機控制系統(tǒng)常見品牌：上海駟博，錦州航星。

國外主機控制系統(tǒng)常見品牌：挪威Kongsberg AutoChief系列，日本Nabtesco Nabco系列，德國SAM SAM-Lyngso系列。

典型船舶主機控制系統(tǒng)AutoChief系列的發(fā)展歷程：第一代和第二代產(chǎn)品為1967年—1988年AutoChief Ⅰ&Ⅱ，主要以TTL邏輯電路、繼電器邏輯電路和模擬電路為核心；第三代產(chǎn)品為1979年—1994年Auto Chief Ⅲ，主要以C-Mos邏輯電路和模擬器電路為核心；第四代產(chǎn)品為1991年—2006年AutoChief 4&7，主要以模塊化的微處理器及現(xiàn)場總線為核心；第五代產(chǎn)品為2004年AutoChief（AC C20），以嵌入式系統(tǒng)為核心，在AutoChief 4的基礎(chǔ)上進行了進一步革新，HMI系統(tǒng)界面更加友好。第六代產(chǎn)品為2013年AutoChief C600（AC C600），AC C 6 0 0 在AC C 2 0 的 基 礎(chǔ) 上 融入了Touchscreen Operation，Touchscreen Technical實現(xiàn)了輸入設(shè)備、輸出設(shè)備共用一個屏幕的功能；觸摸屏界面、菜單及其導(dǎo)航功能更加實用、直觀。

“基于現(xiàn)場總線的主機控制系統(tǒng)”知識點教學(xué)過程中，以AutoChief C600控制系統(tǒng)為講課重點，引導(dǎo)學(xué)生觸類旁通，以便在今后實船工作中靈活、快速地學(xué)會其它類型的主機控制系統(tǒng)，真正做到學(xué)以致用。AC C600是一種集控制、報警和安全保護于一體的綜合推進控制系統(tǒng)。它采用分布式模塊化設(shè)計，DPU（Distribution Processor Unit）模塊采用標(biāo)準化設(shè)計，模塊之間通過雙冗余CAN總線互聯(lián)。

如圖1所示是AC C600主機遙控系統(tǒng)標(biāo)準結(jié)構(gòu)框圖，AC C600是與MAN B&W ME系列船舶智能柴油機相配套使用，即主機生產(chǎn)廠家根據(jù)特定的柴油機型號選用合適的主機控制系統(tǒng)，最終達到控制系統(tǒng)與控制對象完美結(jié)合。

圖1 AC C600主機遙控系統(tǒng)標(biāo)準結(jié)構(gòu)框圖

3.3 走進實驗室，通過實踐加深課程學(xué)習(xí)

傳統(tǒng)海事院校歷史悠久，資金雄厚，學(xué)校擁有自主經(jīng)營、自負盈虧的遠洋船舶校船，供海上專業(yè)學(xué)生上船進行認知實習(xí)的條件，這對大三安排的《船舶主機控制系統(tǒng)》教學(xué)提供先導(dǎo)知識，學(xué)生更加容易理解。非傳統(tǒng)海事院校由于沒有校船，需要充分利用實驗室的現(xiàn)有條件，引導(dǎo)學(xué)生通過實踐課快速學(xué)習(xí)柴油機的相關(guān)知識。“柴油機的基本結(jié)構(gòu)”教學(xué)內(nèi)容以實際操作為主，帶領(lǐng)學(xué)生走進實驗室，指導(dǎo)學(xué)生使用各種機器拆裝工具，讓學(xué)生親自動手拆開一個柴油機的氣缸蓋、曲軸箱道門，同時一一講解相關(guān)組件，通過實踐課讓抽象的教材知識變得立體、生動、具體起來，便于學(xué)生理解并掌握。圖2所示是實驗室船舶主機實物。

圖2 實驗室船舶主機實物

燃燒室部件是柴油機中最重要的部件，包括活塞組件、氣缸蓋組件和氣缸組件。當(dāng)活塞處在上止點時，由氣缸蓋底面、氣缸套內(nèi)表面及活塞頂共同組成的燃料與空氣混合燃燒的這一空間稱為燃燒室[3]。

柴油機的主要運動部件是曲柄連桿機構(gòu)，主要包過連桿和曲軸。曲柄連桿機構(gòu)的作用是將活塞的往復(fù)運動轉(zhuǎn)換成回轉(zhuǎn)運動，并通過曲軸驅(qū)動負載輸出動力。曲軸的作用是把活塞的往復(fù)運動通過連桿變成回轉(zhuǎn)運動；把各缸所做的功匯集起來向外輸出、同時驅(qū)動柴油機的附屬設(shè)備如機帶泵等。

3.4 耐心講解課程中的難點

主機遙控系統(tǒng)的邏輯控制是船舶主機控制系統(tǒng)的難點，需要耐心講解，舉一反三，把復(fù)雜的邏輯表達式每一個元素分開解釋清楚，最后通過與、或、非最簡單的邏輯運算連接起來，在理解的基礎(chǔ)上對知識點進行記憶。

主機起動準備邏輯條件的邏輯表達式為：

YSC=TG·MV·PA·PC·PL·ES·PS·T S·ST·F3·TM·NI

YSC=1，表示滿足起動準備邏輯條件；YSC=0，表示不滿足起動準備邏輯條件，不能對主機進行起動。把等式右邊每個輸入信號用縮寫字母表達的英文詞匯根據(jù)其意義逐一還原出來，并進行耐心地解釋，結(jié)合先導(dǎo)課程數(shù)字電子技術(shù)中的邏輯運算，讓學(xué)生把學(xué)過的知識融會貫通到本課程中來。

TG，Turning Gear，盤車機脫開信號；

MV，Main starting Valve，主起動閥位置信號；

PA，starting Air Pressure，起動空氣壓力信號；

PC，Control air Pressure，控制空氣信號；

P L ，L u b r i c a t i o n o i l Pressure，滑油壓力信號；

ES，Electrical Switch，遙控系統(tǒng)電源信號；

PS，Position Switch，操縱部位轉(zhuǎn)換信號；

TS，Simulation Test，模擬試驗開關(guān)位置信號；

ST，fault Stop，故障停車復(fù)位信號；

F 3，three time starting Failure，三次起動失敗信號；

TM，starting Time limit，起動限時信號；

NI，turn speed of engine Igniting，發(fā)火轉(zhuǎn)速邏輯鑒別信號。

最后，用如下表達式把上面復(fù)雜的邏輯運算連接起來，有利于掌握和理解：

Starting Condition=（Turning Gear）·（Main starting Valve）·（starting Air Pressure）·（Controlair Pressure）·（Lubrication oil Pressure）·（Electrical Switch ）·（ Position Switch）·（Simulation Test）·（not fault Stop）·（not three time starting Failure）·（not star ting Time limit）·（turn speed of engine Igniting）.

3.5 優(yōu)化課件，適應(yīng)《海船船員考試大綱》（2022版）的要求

《海船船員考試大綱》（2022版）對船舶主機控制系統(tǒng)課程要求的考核內(nèi)容中，現(xiàn)實中很難找到一本完全覆蓋新大綱的規(guī)定；在給學(xué)生預(yù)定最合適的教材之后，需要對先前的教學(xué)課件進行優(yōu)化和增添選定教材里沒有的考核內(nèi)容，讓教學(xué)內(nèi)容更加充實、豐滿。

3.6 利用輪機模擬器進行仿真教學(xué)

輪機模擬器是各海事院校對高級船員進行培訓(xùn)的重要設(shè)備，仿真了機艙監(jiān)測報警系統(tǒng)和船舶主機遙控系統(tǒng)。安排4學(xué)時的實訓(xùn)環(huán)節(jié)，帶學(xué)生進入輪機模擬器實驗室，把船舶主機遙控系統(tǒng)中的控制與報警功能、菜單和文本進行現(xiàn)場分析與問答，讓學(xué)生具備對主柴油機控制系統(tǒng)常見故障的分析判斷及排查處理能力。在輪機模擬器上，學(xué)會船舶電控柴油機的備車、啟動、完車；掌握船舶電控柴油機的日常管理；熟悉船舶電控柴油機的參數(shù)設(shè)定和修改；掌握船舶主柴油機啟動后的參數(shù)調(diào)整與監(jiān)測、掌握船舶主柴油機定速后的維護與管理。

4.結(jié)語

在《海船船員考試大綱》（2022版）實施生效之后，各海事院校對學(xué)生的實踐能力培養(yǎng)慢慢重視起來，主要體現(xiàn)在教學(xué)理念要與時俱進，學(xué)生能力培養(yǎng)與社會需求相適應(yīng)。船舶電子電氣專業(yè)本科教育重點培養(yǎng)為遠洋船舶服務(wù)的應(yīng)用型人才，船舶主機控制系統(tǒng)作為一門實踐性很強的專業(yè)核心課程，需要合理分配課時，加強實驗室實踐環(huán)節(jié)的教學(xué)效率，讓學(xué)生做到學(xué)以致用。