談汽艇電氣模擬訓(xùn)練平臺(tái)

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摘要:目前電氣模擬訓(xùn)練平臺(tái)的研究，主要集中于車輛、工程機(jī)械電氣系統(tǒng)教學(xué)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的研究，對(duì)汽艇電氣模擬訓(xùn)練平臺(tái)的課題研究較少，本文針對(duì)汽艇電氣模擬訓(xùn)練平臺(tái)進(jìn)行了研究。

關(guān)鍵詞:汽艇;電氣系統(tǒng);模擬訓(xùn)練平臺(tái)

隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和我國(guó)海洋權(quán)益意識(shí)的增強(qiáng)，汽艇在水上指揮、交通、救護(hù)和巡邏執(zhí)法等任務(wù)中發(fā)揮著重要作用?，F(xiàn)代汽艇大量運(yùn)用電氣系統(tǒng)來(lái)提升性能，汽艇電路越來(lái)越復(fù)雜，維修保障難度逐漸增大。因此研制能展示汽艇電氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的教學(xué)器材，解決汽艇電氣系統(tǒng)培訓(xùn)難題任務(wù)擺在面前。汽艇電氣模擬訓(xùn)練平臺(tái)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)用于教學(xué)實(shí)訓(xùn)和考核，可以模擬出汽艇在實(shí)際使用過(guò)程中出現(xiàn)的電氣故障現(xiàn)象，進(jìn)行故障排除訓(xùn)練，對(duì)提高汽艇電氣系統(tǒng)維修課程的教學(xué)效果和受訓(xùn)人員維修技能水平都有顯著效果。

一、汽艇電氣實(shí)物模擬系統(tǒng)方案研究

(一)方案目標(biāo)通過(guò)研究汽艇電氣系統(tǒng)，設(shè)計(jì)功能全面、布局合理的“汽艇電氣實(shí)物模擬訓(xùn)練平臺(tái)”;方案中創(chuàng)新性加入了用于模擬電氣系統(tǒng)故障的設(shè)置模塊，通過(guò)對(duì)故障現(xiàn)象的分析、診斷與排除培養(yǎng)學(xué)員對(duì)電氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、工作原理、故障排除及設(shè)備性能恢復(fù)等知識(shí)和技能的掌握;通過(guò)研究汽艇電氣實(shí)物模擬系統(tǒng)的使用方法，編寫使用指導(dǎo)，為訓(xùn)練平臺(tái)的推廣應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

(二)開(kāi)發(fā)原則(1)實(shí)用性:模擬訓(xùn)練平臺(tái)基于專家和技術(shù)人員經(jīng)驗(yàn)和實(shí)裝研制，受訓(xùn)人員可迅速掌握汽艇電氣系統(tǒng)原理、操作和維修技能。(2)真實(shí)性:模擬訓(xùn)練平臺(tái)應(yīng)用汽艇實(shí)物研制，訓(xùn)練操作和維修過(guò)程有極高的相似度、訓(xùn)練交互性優(yōu)良。(3)易操作性:平臺(tái)簡(jiǎn)潔直觀，操作方式具有易學(xué)、易用、易維護(hù)特點(diǎn)。(4)啟發(fā)性:專家與技術(shù)人員的經(jīng)驗(yàn)缺乏嚴(yán)謹(jǐn)?shù)睦碚撘罁?jù)，很難建立精確的數(shù)學(xué)模型，但對(duì)問(wèn)題解決有很強(qiáng)的針對(duì)性，即啟發(fā)性知識(shí)。模擬訓(xùn)練平臺(tái)有使用邏輯性，也有啟發(fā)性，結(jié)合專業(yè)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題。

(三)總體方案總體方案含教學(xué)和考核模式內(nèi)容，通過(guò)對(duì)汽艇電氣系統(tǒng)模擬，使學(xué)員掌握電氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、工作原理;培養(yǎng)學(xué)員根據(jù)故障現(xiàn)象分析原因，判斷排除故障的能力;達(dá)到理論聯(lián)系實(shí)際，以模擬平臺(tái)統(tǒng)代替實(shí)物的教學(xué)目的。訓(xùn)練平臺(tái)含電源起動(dòng)及系統(tǒng)、儀表與報(bào)警系統(tǒng)、助航電氣系統(tǒng)、故障模擬模塊等組成，需與實(shí)物同樣的操作按鈕，顯示儀表及助航設(shè)備，再現(xiàn)各部件對(duì)電氣系統(tǒng)操作的邏輯反應(yīng)。(1)總體設(shè)計(jì)。用實(shí)物模擬方法實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)如圖1所示。模擬平臺(tái)具有:電源及起動(dòng)系統(tǒng)、儀表與報(bào)警系統(tǒng)、助航電氣系統(tǒng)、故障模擬系統(tǒng)。(2)基本功能模式。教學(xué)訓(xùn)練模式:教學(xué)訓(xùn)練模式主要用于學(xué)員或維修人員的初級(jí)訓(xùn)練，提供電氣系統(tǒng)各部分結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)工作原理、裝備操作、電氣故障設(shè)置及排除等?？己擞?xùn)練模式:考核訓(xùn)練模式用于對(duì)學(xué)員或維修人員技能考核，在模擬訓(xùn)練平臺(tái)上考核進(jìn)行電氣系統(tǒng)操作和故障排除等。(3)系統(tǒng)物理邏輯結(jié)構(gòu)。從物理結(jié)構(gòu)上看，如圖2示，電源及起動(dòng)系統(tǒng)給儀表及報(bào)警系統(tǒng)和助航電氣設(shè)備系統(tǒng)提供電能，故障模擬系統(tǒng)在電源及起動(dòng)系統(tǒng)、儀表報(bào)警系統(tǒng)和助航電氣設(shè)備系統(tǒng)中分別設(shè)置了故障點(diǎn)。

(四)系統(tǒng)布局參考實(shí)裝結(jié)構(gòu)、根據(jù)理論教學(xué)和故障考核的實(shí)際需求，模擬訓(xùn)練平臺(tái)布局基于安全、易于觀察、操作方便，便于現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)等要求，系統(tǒng)布局如圖3所示。模擬訓(xùn)練平臺(tái)以開(kāi)關(guān)電源代替部分電源，以直流電機(jī)代替柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，用可調(diào)電阻替代傳感器，利用開(kāi)關(guān)狀態(tài)模擬故障的設(shè)置和排除。

二、汽艇電氣模擬訓(xùn)練平臺(tái)功能

“汽艇電氣模擬訓(xùn)練平臺(tái)”具有完整的電氣結(jié)構(gòu)，布局合理，創(chuàng)新性加入故障設(shè)置模塊，可模擬各種電氣系統(tǒng)故障，平臺(tái)具有功能:(1)原理教學(xué):幫助受訓(xùn)人員掌握汽艇電氣系統(tǒng)的組成、功能和構(gòu)造原理．學(xué)習(xí)汽艇電氣系統(tǒng)常見(jiàn)故障的排除方法。(2)操作訓(xùn)練:以強(qiáng)化操作技能為目的，培養(yǎng)受訓(xùn)人員按照相關(guān)規(guī)程，準(zhǔn)確、迅速地完成汽艇電氣系統(tǒng)操作。(3)維修訓(xùn)練:幫助受訓(xùn)人員掌握型汽艇電氣系統(tǒng)維修技能。提供實(shí)物模擬的汽艇電氣系統(tǒng)的維修，受訓(xùn)人員在實(shí)物模擬系統(tǒng)的幫助下，快速診斷汽艇電氣系統(tǒng)故障，并進(jìn)行故障排除。(4)訓(xùn)練考核:在完成汽艇電氣系統(tǒng)的教學(xué)任務(wù)后，可對(duì)受訓(xùn)人員直接進(jìn)行維修技能考核，確認(rèn)受訓(xùn)人員技能水平。汽艇電氣模擬訓(xùn)練平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)“講學(xué)練考評(píng)”一體化多和功能化，提高了教學(xué)的方便性和效率。

三、汽艇電氣模擬訓(xùn)練平臺(tái)特色

“汽艇電氣模擬訓(xùn)練平臺(tái)”包括電源起動(dòng)系統(tǒng)、儀表與報(bào)警系統(tǒng)、助航電氣系統(tǒng)、故障模擬系統(tǒng)等部分，是高相似度模擬訓(xùn)練平臺(tái)。臺(tái)面設(shè)計(jì)了集成性接線端子，用于電氣系統(tǒng)的檢測(cè)、故障設(shè)置及排除。平臺(tái)的布線針對(duì)不同電路和功率的選用不同顏色、線徑的導(dǎo)線用于連接和標(biāo)識(shí)(參考圖3)。電氣系統(tǒng)布線用明線，開(kāi)關(guān)電源及故障設(shè)置模塊布線用暗線布設(shè)方式。

(一)汽艇起動(dòng)系統(tǒng)汽艇動(dòng)力系統(tǒng)有兩套柴油發(fā)動(dòng)機(jī)組，對(duì)應(yīng)兩個(gè)起動(dòng)系統(tǒng)，其包括蓄電池組、起動(dòng)開(kāi)關(guān)、起動(dòng)按鈕、起動(dòng)繼電器、起動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)組、狀體檢測(cè)儀表等。平臺(tái)所用器件均與汽艇實(shí)物相同，從使用和維護(hù)等方面考慮，供電系統(tǒng)用小容量蓄電池和開(kāi)關(guān)電源供電(24V30A)。直流電機(jī)(柴油發(fā)動(dòng)機(jī))用皮帶驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電力，為理解發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速與輸出電壓關(guān)系，發(fā)電機(jī)組內(nèi)加裝調(diào)速電位器，用于調(diào)節(jié)直流電機(jī)轉(zhuǎn)速，改變發(fā)電機(jī)輸出電壓。開(kāi)關(guān)電源及直流電機(jī)裝在訓(xùn)練平臺(tái)背面。

(二)汽艇儀表及報(bào)警指示系統(tǒng)設(shè)備儀表及報(bào)警指示系統(tǒng)用于顯示系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，讓駕駛員實(shí)時(shí)了解各系統(tǒng)的工作情態(tài)。兩套儀表報(bào)警系統(tǒng)主要包括油壓表、油位表、轉(zhuǎn)速表、水溫表、油壓報(bào)警指示燈、水溫報(bào)警指示燈、消警音、各種傳感器、儀表斷路器等。平臺(tái)所用各傳感器由可調(diào)電阻器替代，來(lái)模擬汽艇燃油箱中燃油的油位、發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)油溫度和壓力、冷卻水溫度、齒輪箱的機(jī)油壓力等傳感器產(chǎn)生的信號(hào)，經(jīng)線束與控制總成和儀表相連接。燃油位置傳感器檢測(cè)燃油箱的油量，旋轉(zhuǎn)油位旋鈕即模擬當(dāng)前油量。模擬水溫傳感器可以模擬當(dāng)前冷卻水的溫度。油溫傳感器檢測(cè)當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油的溫度，旋轉(zhuǎn)油溫旋鈕可以模擬當(dāng)前機(jī)油溫度。發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油壓力傳感器檢測(cè)當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油壓力，旋轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油壓力旋鈕可以模擬當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油壓力。齒輪箱機(jī)油壓力傳感器檢測(cè)齒輪箱機(jī)油壓力，旋轉(zhuǎn)齒輪箱油壓旋鈕可以模擬當(dāng)前齒輪箱機(jī)油壓力。油壓報(bào)警開(kāi)關(guān)、水溫報(bào)警開(kāi)關(guān)采用鈕子開(kāi)關(guān)模擬。合上儀表燈斷路器，按下儀表燈按鈕給各個(gè)儀表燈供電，調(diào)節(jié)電位器旋鈕調(diào)模擬油壓、油位、水溫、油溫的變化，觀察相應(yīng)儀表數(shù)值變化情況。合上油壓報(bào)警開(kāi)關(guān)，油壓過(guò)低，報(bào)警指示燈亮。合上水溫報(bào)警開(kāi)關(guān)，水溫過(guò)高，水溫指示燈亮，同時(shí)水溫報(bào)警喇叭進(jìn)行聲音報(bào)警，按下消警音按鈕，喇叭停止工作。

(三)汽艇助航電氣設(shè)備系統(tǒng)汽艇助航電氣設(shè)備幫助汽艇正常工作，該系統(tǒng)共用了五個(gè)斷路器，斷路器起短路、過(guò)載、失壓保護(hù)功能，助航電氣設(shè)備主要包括航行燈、搜索燈、電喇叭、雨刮電機(jī)、疏水泵、手提燈及左右投錨等。接通電源，合上航行燈斷路器，按下航行燈按鈕，觀察航行燈情況，一切正常后，依次合上其他各路斷路器，按下相應(yīng)按鈕，觀察其他助航設(shè)備工作情況。

(四)電氣系統(tǒng)故障設(shè)置模塊故障排除可以培養(yǎng)學(xué)員或維修人員電氣維修能力。故障設(shè)置有兩種方式:一是可以隨機(jī)設(shè)置故障，無(wú)故障指示燈。隨機(jī)故障可通過(guò)改變系統(tǒng)中接線端子的狀態(tài)來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可通過(guò)改變?cè)O(shè)備結(jié)構(gòu)等方式實(shí)現(xiàn)。二是可以通過(guò)故障設(shè)置開(kāi)關(guān)模擬故障，有故障指示燈指示。系統(tǒng)設(shè)置故障設(shè)置開(kāi)關(guān)，以鈕子開(kāi)關(guān)控制故障點(diǎn)，模擬相應(yīng)的電氣故障產(chǎn)生，且對(duì)應(yīng)指示燈亮。模擬訓(xùn)練平臺(tái)可靜態(tài)展示汽艇電氣系統(tǒng)、動(dòng)態(tài)演示工作過(guò)程和故障設(shè)置及排除功能。教員利用實(shí)訓(xùn)平臺(tái)系統(tǒng)講授電氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作原理，幫助學(xué)員厘清汽艇電氣系統(tǒng)的工作過(guò)程，掌握常見(jiàn)的故障現(xiàn)象、原因及排除方法，提升汽艇電氣系統(tǒng)維修的教學(xué)效果?？傊?，汽艇電氣模擬訓(xùn)練平臺(tái)滿足了汽艇電氣系統(tǒng)的理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)的需要，滿足電氣系統(tǒng)訓(xùn)練和維修技能考核的需要，解決理實(shí)一體化教學(xué)需求，提高了教學(xué)效果和教學(xué)效率。

參考文獻(xiàn):

［1］劉照，何珊，等．自主開(kāi)放式汽車實(shí)訓(xùn)平臺(tái)建設(shè)探索．實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理雜志，2016，11．

作者：王正蘭 單位：陸軍工程大學(xué)訓(xùn)練基地