基于宇龙机电仿真软件电气仿真故障案例库建设研究

江波 JIANG Bo

（青岛港湾职业技术学院电气工程系，青岛 266400）

摘要：现代工业中因为电气原因导致的故障较多，教学过程中，因为器件及安全等方面的考虑，故障排除方法及思路的教学偏重于原理，缺乏应用能力的实践培训。电气故障仿真案例库的建设的重要性凸显，通过宇龙机电仿真软件建设案例库可有效解决此项需求，既保证教学安全，培训效果也得到保证。

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关键词 ：宇龙机电；仿真；案例库

中图分类号：TM77 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2015）24-0135-03

基金项目：本文属于：《基于宇龙机电仿真软件的电气类专业故障案例库开发》课题，课题编号为：GW2014B13。

作者简介：江波（1980-），男，山东青岛人，青岛港湾职业技术学院电气工程系副教授。

0 引言

电气控制系统组装及故障排除技术在现代企业电气控制系统中被广泛应用。各电气类专业均开设有电机电气控制课程。在教学方法上大多院校偏重于原理的教学，缺乏应用能力的实践培训。部分院校加强了电气控制的实践环节内容，取得了一定的效果，但存在对电气控制系统全面性认知缺乏的问题。虽强调实践练习，但相关案例较少，实践环节单一重复，缺乏变通，且初期容易造成实践设备的损坏，教学做一体效果较差。目前较突出的问题一是课程案例库缺乏，学生无法得到与实践相关的技能训练；二是教学案例脱离实际，无法实现实践技能与工作岗位要求能力契合；三是教学手段单一，不利于教学做一体教学方法的开展。

1 仿真故障案例库建设分析

教育部及山东省教育厅关于高职高专课程改革提出了明确要求——大力推行工学结合，突出实践能力培养，改革人才培养模式。企业对电气类人才的要求与学校培养的电气专业人才有一定的差距，需要强化实践技能培训，更加符合企业对人才的需求。案例是进行案例教学的必备条件，案例库的数量和质量直接决定了案例教学实施的效果。

1.1 紧扣实际生产，使学生掌握职业所需实践技能 以人才培养方案为依托，紧扣实际生产中较典型的电气故障环节，基于宇龙机电仿真软件建设故障案例库，将学生典型岗位对应的职业所需实践技能融入其中，实施教学做一体的教学方法，通过改革教学方法教学手段，最终达到提高高职院校电气类专业学生专业技能和动手能力，实现专业技能与岗位能力高度契合。

1.2 促进多课程模块的融合 故障案例库包括多门课程的知识点，强化课程之间的联系，使多门课程在一个体系内以案例库为核心完成各个环节故障排除仿真过程。

1.3 完善项目化教学 完善项目化教学，推行完整故障排除流程项目化教学。并将原有电气类电气控制课程的项目进行延伸，做到项目有来源有结果。

1.4 通过多种多样的教学方式提高学生兴趣，强化实践技能 将原本的演示为主练习为辅的教学方式通过引入案例仿真实现多环节练习为主，通过各种工况加以强化练习，提升实践技能，实现教学做一体。

1.5 降低教学成本 通过仿真案例的引入达到提高技能掌握水平的可信度，进行可行性验证从而降低后续实践技能练习中风险率达到降低教学成本的目的。

2 仿真故障案例库建设实施

调研企业实际生产中电气故障排除技术，结合岗位要求制定项目内容，项目流程。最终到达教学与企业契合，学生所学技能与生产技能契合，使学生上岗即能操作。在教学内容上使一个个案例来源于企业。

宇龙机电控制仿真软件是应用于机电控制及相关专业实验室实训的教学仿真软件，软件是由一个开放式的元器件库、控制对象和可视化的机电控制仿真平台构成。其中元器件库中含有电路、液压、气压中常用到的部件，控制对象（含有传送带、机械手、售货机等），3D控制对象（含水塔、混料罐、传送带等）。《宇龙机电控制仿真软件》可以在全软的环境中，通过系统自带的各种功能部件，自由搭建用户所需要的电、液、气的自动控制系统。

基于宇龙机电仿真软件电气故障仿真案例库教学内容分为以下三个部分：

第一，宇龙机电仿真软件基本操作。此部分主要使学生熟悉仿真软件的各项操作方法、步骤和注意事项，为下一步电气线路的安装做好准备工作。第二，以基本电气控制为主的仿真案例。此部分主要根据绘制原理图、器件和线路选型、组装线路、电气测试几个步骤，培养学生认识器件、熟悉器件图形符号、安装线路的要求、测试电控系统的能力，通过完整的线路组装熟悉电气控制系统的特点及相关注意事项。第三，工业电气控制系统典型故障案例库。此部分为整个案例库的重点，一是包括CA6140车床、M7120磨床、Z3040钻床、X62W铣床、T68镗床为代表的机床电气故障案例库；二是包括港口皮带输送机、港口起重机械为代表的港口电气故障案例库；三是包括建筑线路为代表的民用电气故障案例库。通过以上三部分故障案例库将学生毕业后从事职业中典型岗位对应的职业能力融入其中，使学生熟悉电气控制故障排除的一般步骤和方法，既保证了安全，又在教学过程中对出现的典型问题进行了解决。

2.1 电动机正反转控制故障仿真案例 正反转控制线路中，正转接触器和反转接触器同时得电，主电路会出现相间短路现象，实物接线设置故障会导致器件烧毁且危险性较高。利用仿真软件搭建的仿真案例可有效解决此类问题。在讲解原理的过程中可展示故障现象，是学生有直观的认识，强化学习的效果。故障案例见图1。

2.2 X62W铣床故障仿真案例 以X62W铣床为例，针对铣床经常出现的电气故障设置整体故障案例，此案例中共设以下16个故障（如表1所示）。

通过宇龙机电仿真软件搭建仿真实物接线图，培训学生按照对应故障现象使用万用表查找故障。（图2）

在排除故障的过程中，着重培养学生根据故障现象分析故障原因，结合电路图识图分析，利用工具仪表排除相应故障，可有效融合电气专业学生需要掌握的专业实践技能，实现教学过程与工业过程的有效对接。工业过程中电气故障主要有断路、短路、器件损坏等典型原因，基于宇龙机电仿真软件可将上述故障原因融入其中，故障案例库培养学生按照故障现象分析、确定故障原因、分析电路图、使用仪表排除故障的步骤进行故障排除，使学生掌握试灯法、短接法、电压电阻的分阶/分段等常用排除故障的方法，学会万用表、钳形电流表等仪表的使用注意事项，同时在仿真故障案例库建设过程中，对接电气职业资格标准，过程考核可得到有效实施。

3 仿真故障案例库建设特色

①将岗位实践技能要求作为目标引入教学当中，达到学生上岗即能操作的目的。在教学过程中产生案例可充实案例库，深化校企合作。

②创新点：将教师教学——学生学习——学生练习融合为一体达到零距离贴近岗位要求的教学过程。学生可在保证安全的前提下，重复练习各种故障的排除方法及步骤，逐步形成正确的故障排除思路，对各种故障的排除可对号入座，总结故障现象及其对应的故障原因，为以后工作岗位排除故障打下基础。

③应用价值及推广途径：技能培训手段具有普视性，有利于工科各专业的推广。先仿真再实物操作，可消除学生的畏难情绪，增强学生排除故障的成就感，同时教学内容承前启后有利于各项专业知识的相互融合，可有效保证项目化教学的实施。

经该系涉电专业一个年级12个班约600人使用，可保证人均30课时的仿真练习时间，学生实践技能提升明显，中级电工证及高级电工证通过率均超过90%。通过问卷调研及实地考察，毕业生岗位对接效果良好，现场查找、排除故障的能力得到用人单位肯定。

综上所述，通过基于宇龙机电仿真软件开发电气故障案例库，可研发出适应于电气类电气控制课程教学的教学模式。仿真故障案例数量多且贴近生产现场实际情况，故障设置灵活，学生可重复练习，实践设备投入少，可有效解决实践设备缺乏与实践培训要求之间的矛盾。既保证培训效果，且使得完整技能培训项目化教学在课程教学中得以实施，并发挥其贴近生产，实践环节完整，利于调动学生积极性等特点。通过教学做一体化教学的实施最终达到提高教学质量的目的。

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参考文献：

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