基于C/S結(jié)構(gòu)的機務(wù)維修工程類綜合實驗教學(xué)平臺建設(shè)與實踐

金洋+陳聰

摘 要 針對現(xiàn)有實驗教學(xué)資源的限制導(dǎo)致的實驗教學(xué)內(nèi)容單一、學(xué)生參與性不足以及平臺利用率低等問題，提出了基于C/S結(jié)構(gòu)的實驗教學(xué)平臺建設(shè)與實踐方案。通過擴展平臺接口并建立優(yōu)化的實驗資源管理模式實現(xiàn)實驗資源有效更新，采用C/S結(jié)構(gòu)提高訪問靈活性。本文提出的實驗教學(xué)建設(shè)與實踐方案能夠為探討新的教學(xué)模式以及解決工程問題提供了支撐，既為順利開展卓越計劃提供了支持，又體現(xiàn)了專業(yè)特色。

關(guān)鍵詞 實驗教學(xué) C/S結(jié)構(gòu) 仿真平臺 人才培養(yǎng)

近年來，中國民航大學(xué)機務(wù)維修工程類專業(yè)在實施具有民航特色的“卓越計劃”培養(yǎng)方案的過程中，以課程群為單位制定培養(yǎng)計劃，以各課程組為橫向聯(lián)合，以機務(wù)維修工程實踐的各個環(huán)節(jié)縱向貫穿，旨在培養(yǎng)具有專業(yè)的維修理論知識和實踐技能的機務(wù)工程技術(shù)人員。

1機務(wù)維修工程類實驗教學(xué)存在的問題

1.1實驗教學(xué)內(nèi)容單一

機務(wù)維修工程的實驗內(nèi)容主要分為機理分析與驗證實驗與操作實踐。后者屬于工程實習(xí)內(nèi)容，而前者則作為實驗教學(xué)的主要內(nèi)容。在機理分析與驗證方面，以航空器主要的故障類型及特征為基礎(chǔ)，驗證關(guān)鍵部件的故障現(xiàn)象以及異常檢測和故障診斷方法的有效性等作為主要的實驗教學(xué)內(nèi)容，需要有充足的實驗或工程積累才能夠?qū)崿F(xiàn)較好的教學(xué)目標(biāo)。

然而，這些實驗教學(xué)素材的自主獲取受到經(jīng)濟性的制約具有非常大的難度，而相關(guān)企業(yè)出于自身的考慮也很難將故障信息公開發(fā)布，這導(dǎo)致了現(xiàn)有的實驗教學(xué)資源貧乏，實驗教學(xué)內(nèi)容更偏重于理論講解輔以圖形示意的方式，同時也很難體現(xiàn)機務(wù)維修工程類的特色。

1.2學(xué)生的參與度不強

在實驗教學(xué)中，學(xué)生的參與度是對實驗教學(xué)模式的一個重要的評價指標(biāo)。學(xué)生的參與內(nèi)容可分為對現(xiàn)有實驗過程的操作以及對實驗的自主設(shè)計。由于目前實驗教學(xué)資源的限制，教學(xué)過程主要以教師操作和學(xué)生思考為主，整個實驗教學(xué)過程中學(xué)生既無法參與到實際的操作過程中，對故障的具體表現(xiàn)產(chǎn)生直觀的認(rèn)識，也無法對根據(jù)以前學(xué)到的知識對關(guān)鍵部件的典型故障模式設(shè)計實驗方案。因此，實驗教學(xué)很容易退化為課堂教學(xué)內(nèi)容的重復(fù)，缺乏可擴展性，靈活性差。

1.3實驗教學(xué)資源的利用率不高

目前的實驗教學(xué)系統(tǒng)只支持在實驗教學(xué)進行過程中訪問的模式，同時由于系統(tǒng)的可擴展性、資源更新模式以及資源訪問方式和系統(tǒng)調(diào)度方式的限制，學(xué)生幾乎無法根據(jù)自己的方式對實驗教學(xué)資源進行利用，導(dǎo)致大多數(shù)時間這些資源出于閑置狀態(tài)。

2基于C/S結(jié)構(gòu)的實驗教學(xué)平臺建設(shè)

2.1建設(shè)目標(biāo)和內(nèi)容

本文提出的實驗教學(xué)平臺的建設(shè)目標(biāo)是建立一個具有通用性的實驗教學(xué)公共平臺，實現(xiàn)實驗資源的整合以及優(yōu)化管理，并在現(xiàn)有實驗資源不足以及更新困難的條件下，通過仿真技術(shù)以理論教學(xué)輔助實驗教學(xué)，為實驗教學(xué)提供有力的支持。

本文提出的實驗教學(xué)平臺的建設(shè)內(nèi)容包括：

（1）定義標(biāo)準(zhǔn)化的交互接口，實現(xiàn)實驗資源集成。實驗教學(xué)平臺通過合理的規(guī)劃，將整個實驗過程分為獨立的模塊，并通過模塊之間的接口實現(xiàn)交互，這樣的方式可以將各個模塊的開發(fā)相互協(xié)作又不依賴其它模塊的實現(xiàn)。

（2）借助模塊化的資源管理方式形成靈活的資源庫更新機制。通過標(biāo)準(zhǔn)化接口，當(dāng)關(guān)鍵部件的常見故障信息無法獲得或檢測方法無法實際測試時，可通過理論分析建立相應(yīng)的仿真模型集成到平臺的資源庫中，從而豐富實驗教學(xué)資源。

（3）采用C/S結(jié)構(gòu)的平臺訪問方式，降低平臺訪問限制。C/S結(jié)構(gòu)的平臺中，實驗的核心模塊在服務(wù)器運行，實驗人員可以通過客戶端遠程定制實驗方案，并根據(jù)需求實現(xiàn)實驗的自主操作和分析，打破了時間和地點的限制。

通過平臺的建設(shè)，可以在工程資源積累不足的情況下有效地緩解實驗教學(xué)資源不足的情況，同時可以有效地提高學(xué)生在實驗過程中的參與程度。

2.2平臺框架和組成

實驗教學(xué)平臺的基本框架如圖1所示。

圖1：實驗教學(xué)平臺的基本框架示意

（1）實驗配置信息庫中是實驗人員定制的實驗流程和所需模塊；

（2）模型加載與編譯模塊將當(dāng)前需要的實驗?zāi)ＤK進行加載，并根據(jù)測量節(jié)點的配置情況進行預(yù)處理；

（3）模型驅(qū)動模塊結(jié)合預(yù)處理后的模型與仿真控制模塊送來的仿真結(jié)果驅(qū)動模型進行狀態(tài)更新，并將更新后的模型作為下一次的仿真輸入，同時將更新后的模型送與可視化模塊；

（4）診斷算法模塊與仿真設(shè)置模塊根據(jù)仿真設(shè)置在平臺運行管理模塊的協(xié)調(diào)下對系統(tǒng)的模型進行診斷，并將診斷結(jié)果送與可視化模塊對模型的狀態(tài)進行更新顯示；

（5）平臺運行管理模塊根據(jù)當(dāng)前的仿真設(shè)置實現(xiàn)對各種仿真資源的協(xié)調(diào)以及仿真過程的同步。

3基于C/S結(jié)構(gòu)的實驗教學(xué)平臺建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)

3.1實驗資源的擴展

（1）在構(gòu)建實驗?zāi)K時，主要考慮兩方面因素：一是當(dāng)前的系統(tǒng)特征參數(shù)的狀態(tài)；二是系統(tǒng)狀態(tài)的變化趨勢。本部分內(nèi)容通過使用合理的建模語言對當(dāng)前的故障狀態(tài)以及故障的發(fā)展過程進行描述，為故障仿真和故障診斷提供依據(jù)。

（2）根據(jù)建立的故障模型，在進行故障仿真時將綜合考慮對系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)的推理過程以及對系統(tǒng)狀態(tài)隨時間推移的轉(zhuǎn)移過程。由于故障的發(fā)生是隨機的，因此在仿真時每一個部件的工作狀態(tài)將采用并行的方式同步進行。

3.2平臺的運行管理

診斷過程的仿真本質(zhì)上是對系統(tǒng)模型的加工過程，這一部分的研究方案主要考慮兩方面的因素：

（1）對診斷算法執(zhí)行過程的仿真，將以診斷步長、故障數(shù)據(jù)的時間戳以及模型的當(dāng)前狀態(tài)為依據(jù)，通過制定不同模塊之間的通訊標(biāo)準(zhǔn)對仿真過程進行同步控制，保證診斷的準(zhǔn)確性；

（2）對仿真結(jié)構(gòu)進行合理化設(shè)計，使得不同的診斷算法能夠方便地嵌入到仿真平臺的框架中。

3.3可視化人機交互

平臺運行包括故障仿真與診斷過程仿真兩部分，而人機交互接口的目的是準(zhǔn)確、完整地將仿真結(jié)果展現(xiàn)出來的關(guān)鍵，同時也為參與仿真實驗的學(xué)生提供對仿真過程的控制與交互能力。因此，在進行人機接口的開發(fā)時，主要從輸入和輸出兩部分進行：前者包括對仿真設(shè)置、仿真過程的管理與控制，后者包括操作的反饋、仿真狀態(tài)的顯示以及仿真結(jié)果的輸出等。

4結(jié)論

通過基于C/S結(jié)構(gòu)的實驗教學(xué)平臺的建設(shè)，能夠增加實驗教學(xué)方案的靈活性。首先，由于平臺采用網(wǎng)絡(luò)客戶端的訪問模式，打破了地點的限制，實驗教學(xué)過程可以方便地融合到理論教學(xué)中；其次，實驗教學(xué)平臺的建設(shè)使得實驗教學(xué)過程打破了時間的限制，在實驗方案的指導(dǎo)下實驗內(nèi)容可以在任何時候自主的完成；再次，由于平臺的整合的實驗教學(xué)資源以維修工程為主線，因此參與者方面打破了課程限制。

通過基于C/S結(jié)構(gòu)的實驗教學(xué)平臺的建設(shè)，能夠為解決工程問題提供有效的支持。平臺內(nèi)的各類資源相對獨立，有統(tǒng)一的調(diào)度機制負(fù)責(zé)調(diào)用。因此，工程中的具體問題可以方便地通過模型得方式利用標(biāo)準(zhǔn)接口集成到平臺中，為解決問題提供有效的途徑。

此外，通過平臺的建設(shè)，還可以將教師的科研工作與教學(xué)工作有機的結(jié)合起來，促進高水平教學(xué)模式的開發(fā)。

參考文獻

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