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借力老旧设备维修开拓实践教学新途径


近年来,随着国家对高等教育投入力度的加大,各院校资金环境得到改善,大批新型实验仪器被引入实验室,实验环境和实验条件大为改观。对于电子、电气专业的实践教学,大多都引进了技术先进、集成度高的实验箱、实验台。这些实验设备功能完善、自动化程度高,学生实习时,只需做简单的设置,即可开始原理验证、数据测量等实验过程。这种实验方式的优点在于,学生能够将精力集中于实验本身,避免复杂接线,但不足之处是学生动手机会不多,所做实验仍偏重于理论分析,实习课在某种程度上成了理论课的延续,学生实践能力提升较少。因此要想切实提高动手能力,不能仅依靠实验箱上的实验,必须“真刀真枪”地动手去做。然而受多种因素制约,开展难度较大、复杂度较高、面向全体学生的实作项目并不容易。与此同时,各高校一批老旧设备的去留成了难题。
作为固定资产不能随意处理,如报废需满足报废条件,执行严格的报批程序;而留着又常年闲置,无用武之地,成了名副其实的“鸡肋”。在这种情况下,如果能利用这些老旧设备开发一些实作项目,如设备维护、修理、改造等,则既可变废为宝,又能在一定程度上改变实践教学现状,丰富实践教学内容。
笔者所在的中国民航大学,担负着培养机务维修工程师的重任。近些年,中国民航快速发展,飞机引进数量和保有量不断增加。一方面新飞机需要维护,另一方面老龄飞机需要修理,这种新老飞机并存的维修新常态下,为了追求良好的社会和经济效益,就需要企业精益管理,依托传统维修模式,开发飞机维修新技术。可以说在继承中走技术创新路线,是民航维修业发展的大趋势。以此角度思考,开展老旧设备维修,不仅有利于学生实践能力的培养,而且符合行业发展对人才的需求,切合高校新工科建设的内涵。
1 老旧设备的特点
这里所定义的老旧设备,多来源于20世纪八九十年代,甚至更早。归纳其特点包括:自动化程度低、制造工艺差、功能单一,形象点说是“傻大笨粗”。但老旧设备在一定程度上可以担负实践教学任务正是基于它们的这些特点:(1)作为早期的产品,功能较少,工作原理相对简单,学生利用已有知识,容易理解设备原理;(2)所采用的元器件大多为分立器件,集成电路、微处理器较少,而教材也是从最基础的,如二极管、三极管讲起,二者契合度高,这就降低了维修难度,使设备有修复的可能;同时学生已有专业知识储备,有开展设备维修的能力。
基于这两点,在实践教学中,如果对老旧设备开展检测、维修,甚至以新技术实现设备原有功能,对学生来说,虽有难度,但又在其能力范围之内。实践教学经验表明,在这种“可能性与挑战性共存”的状态下,学生的学习积极性很高。由此一些老旧设备不仅不用被淘汰,反而具有继续利用的价值。中国民航大学工程技术训练中心对此进行了积极探索,利用现有的老旧设备开展实践教学,实现了提升学生实践能力、延长设备使用寿命的双赢。
2 开展老旧设备维修的意义
2.1 实现知识体系从单一到系统的跨越
不同于理论课上学到的一种元器件或一个电路,一台设备无论是新是旧,都是完整系统的集合,包含着输入、输出、反馈、控制和保护等诸多部分。维修老旧设备,使学生站在系统的角度思考问题,这是他们以往很少接触的。在维修中,学生逐渐摸清各个子系统的关系,掌握子系统的工作原理、实现方式以及可能的故障所在,这种综合性与复杂性对学生都是锻炼和提高的好机会。
2.2 实现学习方式从被动到主动的转变
不积极思考,被动地接受知识,是很多学生的学习状态。但是在老旧设备维修中,这种局面逐渐被打破。为修复故障设备,学生必须主动了解设备功能,借助说明书、维修手册查找维修依据;通过搜索网络资源、与师生讨论等形式解决疑难问题,学习方式逐步实现从被动到主动的转变。
2.3 实现“学过”到“学会”的过渡
“纸上得来终觉浅,要知此事须躬行”。在实践教学中,谈及某个知识点,往往很多学生表示学过,但具体怎么用就不会了。一个非常典型的例子:万用表测量交流电压,表笔如何接?不少学生的反应都是“红正黑负”,红表笔接火线,黑表笔接零线,很少有学生意识到交流电无方向的特点。这个实例说明,“学过”不等于“学会”,“听懂了”不等于“会做了”,再简单的技能和操作只有动手体验了,学过的知识才能内化为个人的能力。这是学生体会最深刻的地方,也是实践教学的目的所在。
2.4 搭建继承和创新的桥梁
创新分为三个层次,原始创新、跟随创新和集成创新。维修、改造老旧设备则是通往创新的一条捷径。比如,在设计新产品时,很多问题难以一次性考虑周全,只能通过多轮样机试制,反复迭代改进,产品才能最终定型。相比于头脑中和图纸上的构思,从老旧设备上吸取设计思路,则既有利于发现已有设计的不足,又能够省时省力的研发新产品。因此老旧与创新二者看似矛盾,却对立统一。目前,各高校普遍开展创新创业教育,重视学生创新能力的培养。开展老旧设备维修,既为学生提供了继承以往产品成功设计经验的机会,又能够激发学生的创造性思维,是引导学生走上创新之路的有效途径。
2.5 发挥老旧设备余热,创造社会和经济效益
老旧设备,说其老旧,是指其采用的技术相对落后,但并不意味着其性能差。例如,早在2006年某机场捐赠我校两台进口中频电源,该电源因存在故障已无法使用。联系售后人员,对方表示年代太久,无法维修,建议购买新产品,售价人民币90万元左右。对此中心教师利用假期对两台电源进行维修、技改,在缺少维修资料的情况下将其成功修复,至今稳定工作十余年,为实践教学的开展提供了极大便利。可见,修复老旧设备不仅发挥了设备的最大价值,延长了设备使用寿命,更为国家和学校节省了资金,取得了良好的社会和经济效益。
3 老旧设备实践项目的开展
3.1 面向对象
老旧设备维修在工程技术训练中心面向飞机电气专业的“飞机电气系统实习”中得到实施。根据教学大纲,该实习是电气专业学生校内第二阶段实习,开设在第七学期,为期两周。主要任务是使学生有效掌握飞机典型电气系统的组成、原理、实际操作及测试。
实习安排了讲授和实作两个环节,其中实作环节为学生提供了两种选择:(1)根据飞机电气系统的工作原理,以近似原则,设计再现系统部分功能;(2)维修某一存在故障的电气设备,恢复设备功能。学生根据自己的学习程度、兴趣爱好,自行选题。由于最终的实习成绩与项目完成质量挂钩,而后者又存在一定的难度和不确定性,为提高学生参与的积极性,教师承诺根据实习表现适当提高实习成绩,以打消学生顾虑,鼓励学生大胆尝试。
3.2 形式及要求
选择设备维修的学生,由3—4人组成一个工作小组。在两周的时间内,完成以下工作:(1)了解设备现状;(2)分析故障原因;(3)制定维修计划;(4)依据计划施工;(5)总结维修成果等。为规范维修流程,贴近一线维修工作实际,学生需详细填写“设备维修报告”,内容包括设备现状、故障原因、维修计划、维修流程、工具设备使用清单、维修结论等,全程记录维修过程,并在实习结束时进行汇报答辩,与师生开展交流讨论。
3.3 待修设备的选取原则
任课教师要先行甄别待修设备,对可修复性、维修难易程度进行评估。原则上应选择集成度不高、维修难度适中、学生易于上手、能够在实习时间内完成维修的设备。按照此原则,入选的部分待修老旧设备如交流稳压电源、机场助航灯光调光柜、硅整流器等,如图1所示。

图1 待修老旧设备
3.4 教师在实习中的角色
实习过程中,教师是指导者也是参与者。既不能以训练学生为由,放任不管,全由学生动手;也不能大包大揽,出方案、定计划,把学生当小工。得体的做法是,教师将设备维修的理念、方法讲述给学生,在关键环节上指导和把关,协助学生完成整个维修流程,提升学生分析问题、解决问题的能力。
4 维修实例
4.1 维修实例一:交流稳压电源维修
交流稳压电源是一种三相可调式交流稳压器,如图1(a)所示。基本原理是利用采样控制电路带动可逆电机正反转,自动控制三相自耦调压器的输出,使三相电压达到稳定。
通过现场查看,设备现状是:柜内电机支撑架损坏,电机倾斜;采样控制电路板缺失;维修资料不全。由三名学生组成的维修小组承担了该项工作。他们首先对电机支架进行修复。使用2mm 厚铝板,通过剪板机切割、弯板机弯板,自制了电机支架,并打孔安装,恢复了电机支撑。接着通过设备内部器件、导线连接关系及设备说明书,分析了设备工作原理,绘制了交流稳压电源原理框图(见图2),明确了采样电路与外部电路的线路连接关系。然后经过电路设计、器件选型、仿真调试等环节,完成了采样电路板的制作,如图3所示。最终接入系统,完成了系统联调,恢复了设备功能。当调试成功的一刻,学生和教师都感到很兴奋。
在汇报答辩时,学生们表示,不同于以往,此次实习是实实在在的动脑思考,动手干活。设备功能的恢复带给他们很大的成就感,极大的增强了自信心。
4.2 维修实例二:机场助航灯光调光柜维修
助航灯光是为保障飞机夜间和白天低能见度条件下正常飞行,在机场飞行场地设置的灯光设备,调光柜是助航灯光系统的核心部分,如图1(b)所示。助航灯的开启关闭、光级控制、状态监控均由调光柜完成。待修设备现状是:调光柜柜体生锈,内部大量灰尘积聚;控制电路板因短路局部烧毁;部分元器件管脚、接线片生锈;导线标识模糊;缺少维修资料。
通过评估设备现状,认为设备维修工作量较大,因此安排了两组学生。一组任务是,测试调光柜内部电气线路通断,更换故障导线及接线片,重新标记导线线号,绘制调光柜电气线路图,对调光柜内电气部件如升压变压器、电压互感器、电流互感器等进行检测;另一组任务是,研究调光控制器工作原理,测试、更换故障电子元器件,采用飞线方式修复损毁电路板,制定和实施设备调试方案。
通过合理安排任务,维修工作有序开展。在教师的引导下,采用电气设备修理程序,两组学生分工协作,很好地完成了上述任务,基本修复了设备,实现了助航灯的光级调整。维修期间,学生积极性很高,多次主动要求利用课下时间继续开展工作。这让教师体会到,学生不是不愿动手,而是缺少平台。一个充满可能性与挑战性的实践平台能够激发学生的学习热情,提升动手能力,养成优良的工作作风。通过此次实习,在后续第八学期第三阶段的实习中,相比于其他学生,这些学生表现出有更强烈的参与意愿,实训成绩也更加突出。
5 结语
在实践教学中引入老旧设备,丰富了实践教学内容,给学生提供了可切实动手的训练平台。维修过程涉及电气、电子、机械等多个领域,是对学生能力全面的锻炼,符合人才培养理念。相对而言,老旧设备维修又存在一定困难,如技术资料难找、配件难买、存在安全风险,维修结果存在不确定性等。同时,对教师来说,待修设备的故障原因是未知的,教师和学生一样,都没有现成的解决方法,对如何开展维修需要逐步摸索。这对教师的专业知识、实践能力、指导水平都提出了更高的要求。开展老旧设备维修,作为实践教学的一种探索,存在着盲区和困难,如何更好地利用这种形式,还需在教学中不断尝试,进而推动实践教学改革走向更深层次。

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