基于职业行动导向的铁路机车制动机模拟操纵台的开发

辜红兵 任国军 齐齐哈尔铁路职业技术学校

基于职业行动导向的铁路机车制动机模拟操纵台的开发

辜红兵 任国军 齐齐哈尔铁路职业技术学校

文章探讨了基于职业行动导向的教学理念，利用单片机技术进行铁路机车制动机模拟操纵台的开发应用。

职业行动导向；职业情景；制动机模拟操纵台

在2004年全国职业教育工作会议上提出了“职业教育就是就业教育”的观点，并且这种观点得到社会各界的认同，所以“职业行动导向”就是为将来的职业或职业趋向做准备。职业行动导向的原则是：以企业生产岗位的需求及人才标准为依据——培养目标；以能力本位取代学科体系的主导地位——课程体系；与企业实际生产岗位的技术发展同步——教学内容。职业行动导向教学强调：要以职业情境中的行动能力为目标，以基于职业情境的学习情景中的行动过程为途径，以独立的计划、独立的实施与独立的评估即自我调节的行动为方法，以师生及学生之间互动的合作行动为方式，以强调学习中学生自我构建的行动过程为学习过程，以专业能力、方法能力、社会能力整合后形成的行动能力为评价标准。无疑，教学中的职业情景是践行职业行动导向教学的基本条件。笔者在担任机车制动机课程中发现：模拟现场情景所用的制动机模拟操纵台均采用风缸、电动机、空压机、分配阀、作用阀、中继阀、制动缸以及一系列结构复杂、价格昂贵的部件组成，不易设置故障，且操作噪音严重，保养工作量大，安全性要求较高，难以满足职业行动导向教学的要求。随着科学技术的迅猛发展，单片机以其独有的“功能强、体积小、可靠性好和价格便宜”等优点迅速占领了市场，成为传统工业技术改造和新产品更新换代的理想机种。笔者就单片机技术替代传统的空气制动进行了反复认真的实践探索，研制了铁路机车制动机模拟操纵台，取得了明显的教学效果，同时也填补了同类教学设备的空白。

一、铁路机车制动机模拟操纵台的组成

铁路机车制动机模拟操纵台与其他的计算机系统一样，也是由硬件系统和软件系统组成。

（一）硬件系统

硬件系统由制动机操纵台（图一）和单片机控制系统（图二）两部分组成。

制动机操纵台上有自动制动阀、单独制动阀，其下各有一随阀门手柄旋转位置不同而产生不同模拟信号的电位器。其工作过程是，通过该电位器拾取的制动阀旋转信号，输出给控制系统的ADC转换器0809；由57BYG059步进电机驱动的压力表，根据制动阀手柄位置不同而产生不同的压力，从而完成制动机的操作；由LED数码管显示的制动缸鞲鞴行程装置、故障设置面板、电源装置以及台面下方安装的两个脚踏开关，用以控制机车的鸣笛和撒砂。教学中的讲解、演示、练习、指导以及考核均在此台上完成。

图一 制动机操纵台

图二 单片机控制系统

单片机控制系统主要由主板系统、功率系统、测试系统及语音系统组成。主板系统为该控制系统的核心，CPU为INTEL公司生产的MCS-51系列，由它的P1口、P3口直接驱动语音系统板T6668-1，随着自动制动阀、单独制动阀手柄位置的不同而产生各种音响，使操作形象、逼真。自动制动阀、单独制动阀的信号采集由ADC转换器0809完成。CPU扩展两个可编程并行I/ O接口，接口芯片为8255，分别作用于功率板和测试板，功率板驱动压力表的步进电机，测试板用于采集故障设置信号；由于80C51片内ROM不够使用，因此所编写的软件固化于扩展的EPROM27256（程序存储器）芯片中。

（二）软件系统

铁路机车制动机模拟操纵台的软件系统是为实现仿真培训而专门编制的，分为正常操作软件、语音系统软件、故障设置软件及调试软件。

正常操作软件是针对制动机的具体操作过程而开发的，是本操纵台的核心，以此决定其逼真程度。不同的操作过程对应不同的操作软件。这部分软件的开发工作量占软件开发总量的绝大部分。

语音系统软件的开发采用了ADMG制式高性能语言处理器，把语音处理技术与单片机技术结合在一起，T6668-1语音功能板采用SIO 工作方法，波特率为2400BIT/S,传递方式为10位（1位起始位，8位数据位，1位停止位），单片机为主机，T6668-1语音功能板为从机。

故障设置软件是针对不同的目的要求而开发的，共设置二十四个故障，穿插于制动机正常操作软件中。

测试软件首先就用DICE仿真器与PC机联机操作，测试各系统板的可靠性，然后完成正常操作软件、故障设置软件的汇编与反汇编、调试及固化工作，最后脱机运行。

二、铁路机车制动机模拟操纵台的功能、应用及发展

研制铁路机车制动机模拟操纵台的目的是利用高新技术产品取代一整套JZ-7型制动机机械设备，免去日常的维修保养的烦恼，提供一种占地面积小、操作简单的先进的教学设备。

（一）铁路机车制动机模拟操纵台主要功能

1、模拟现场真实环境，操作显示系统与语音系统匹配，完成内燃机车制动机七步闸的综合试验过程，与铁道部机务局颁布的“制动机全面检查试验标准完全一致。

2、教师可以随机设定各种典型故障，然后由学员进行处理。通过分析、判断，使他们能比较深入地理解制动机工作原理，熟悉操作，预见事故，增长经验，保障完全运行。

3、完成现场机车司乘人员、校内培训学员的各种考核任务，包括技能鉴定考核。

（二）铁路机车制动机模拟操纵台的应用情况

铁路机车制动机模拟操纵台的开发应用使我校内燃机车运用与检修专业的制动机课程的职业情景更接近现场实际，已培训学员逾万人。过去我校因价值昂贵，资金短缺，仅能购置一台“制动机模拟操纵台”。自铁路机车制动机模拟操纵台研制成功后，由于功能显著，价格低廉，用我校现有资金，可同时设置6台铁路机车制动机模拟操纵台。过去每次只有一人上台练习，而现在可同时四人上台，培训效率提高四倍，每位学生都有更多的时间和机会进行操作练习，从而提高了他们把理论知识应用到实际的能力。

（三）仿真型制动机模拟操纵台的缺陷与改进

铁路机车制动机模拟操纵台虽有其独到的优点，但在使用中笔者发现尚有缺陷，其一，本操纵台只是模拟制动机现场实际情景，学生在此操纵台上尚不能进行理论学习；其二，对学员的考核成绩不能自动评判。随着计算机普及和应用，其功能不断加强，性价比大幅提升，为铁路机车制动机模拟操纵台的改进和发展打开了广阔的空间。笔者针对仿真操纵台存在的缺陷，现在正在进行单片机与计算机测验的实验，应用计算机编程语言VISUAL BASIC 6.0，借助3DSMAX动画软件等技术开发制动机综合软件，把制动机图板上的声、光、电功能溶进每一步制动机操作中。当操纵自动制动阀、单独制动阀的手柄时，在计算机显示屏幕上便出现制动机各阀的动作及气体流向，使教师易教，学生易懂，实现理论教学和实习教学的高度一体化。同时学员所做的操作由评分系统进行评价，并给出操作成绩。

以上是笔者基于职业行动导向的教学理念在内燃机车运用与检修专业中对制动机课程的职业情景的模拟设计。由于作者本人的水平有限，掌握的资料不一定全面，所以有些观点只能是一家之言，仅供大家参考。

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.18.040

全国教育科学“十一五”规划课题（项目编号：FFB090557）“职业院校课程改革理论与实践”子课题项目编号：MS0201“内燃机车专业基于行动导向利用PLC制作模拟设备的教学实践研究”课题论文