行業(yè)設(shè)備HMI在高職專業(yè)課教學(xué)中的應(yīng)用

徐　帥，楊曉芳，高小亮

(鹽城工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 紡織服裝學(xué)院，江蘇 鹽城 224005)

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行業(yè)設(shè)備HMI在高職專業(yè)課教學(xué)中的應(yīng)用

徐帥，楊曉芳，高小亮

(鹽城工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 紡織服裝學(xué)院，江蘇 鹽城 224005)

摘要：HMI(人機界面)作為現(xiàn)代生產(chǎn)設(shè)備的重要組成部分，集中了設(shè)備全部的生產(chǎn)信息和重要參數(shù)，應(yīng)在教學(xué)中予以充分的重視。針對實際教學(xué)中設(shè)備HMI數(shù)量有限、不足以支撐教學(xué)的問題，提出開發(fā)虛擬行業(yè)設(shè)備HMI的教學(xué)軟件加以解決。由于虛擬HMI的教學(xué)軟件可在PC端運行，因此采用“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)法進行教學(xué)設(shè)計，可以提高其應(yīng)用價值。

關(guān)鍵詞：HMI(人機界面)；專業(yè)課教學(xué)；教學(xué)軟件；翻轉(zhuǎn)課堂

一、 HMI在生產(chǎn)、教學(xué)中的重要性

HMI是Human Machine Interface的縮寫，意為“人機接口”，也叫“人機界面”。行業(yè)設(shè)備上的觸摸屏控制端就是一種典型的HMI。HMI的主要作用有參數(shù)輸入、實時的資料趨勢顯示、警報的產(chǎn)生與記錄等。隨著自動化技術(shù)的進步，幾乎所有的行業(yè)設(shè)備均配備了HMI。衣著整潔的工人站在機器的觸摸屏前進行技術(shù)參數(shù)設(shè)定，輕松完成生產(chǎn)任務(wù)，成了現(xiàn)代制造業(yè)的典型場景。熟練操作行業(yè)設(shè)備的HMI，完成技術(shù)參數(shù)設(shè)定，也成為高職學(xué)生需要學(xué)習(xí)和掌握的一項重要技能。

以紡織行業(yè)為例，變頻器、PLC、觸摸屏的廣泛使用，對于紡織設(shè)備的操作、參數(shù)整定已經(jīng)很少有傳統(tǒng)的那種換齒輪、調(diào)定位的方式，而已全部集中到對設(shè)備的HMI操作上。HMI集中了現(xiàn)代機器設(shè)備全部的生產(chǎn)信息和重要參數(shù)，因此，HMI操作非常重要，一般不允許新上崗人員或非專業(yè)人員進行體驗和學(xué)習(xí)性整改參數(shù)。因此，高職院校理應(yīng)承擔(dān)起提高學(xué)生操作行業(yè)設(shè)備HMI能力的重任。

二、 高職專業(yè)課教學(xué)實施中的不足

經(jīng)過多年的努力，高職尤其是高職工科專業(yè)的教學(xué)改革已取得一定成效，項目化教學(xué)已廣泛采用。目前，多數(shù)項目化教學(xué)的載體是典型產(chǎn)品，通過如何獲得典型產(chǎn)品這一主線將相關(guān)知識和技能組織起來。這種教學(xué)方式非常適合高職的專業(yè)課教學(xué)，但在實際教學(xué)實施中還存在如下不足：

1. 針對性、目的性有待提高

雖然典型產(chǎn)品已經(jīng)使得教學(xué)的針對性、目的性明顯增強，但是繼續(xù)給出設(shè)備HMI需操作內(nèi)容可進一步增強教學(xué)的針對性、目的性。如對于“絡(luò)筒”的教學(xué)，在生產(chǎn)一個紗筒后繼續(xù)明確在HMI端設(shè)置一根清紗曲線，可進一步細化、明確任務(wù)。

2. 與設(shè)備聯(lián)系不夠緊密

目前，專業(yè)課教學(xué)比較重視工藝原理，以及在此基礎(chǔ)上的工藝設(shè)計，但產(chǎn)品的生產(chǎn)關(guān)鍵還是設(shè)備，而設(shè)備HMI端的工藝參數(shù)設(shè)置在教學(xué)中體現(xiàn)不夠。如對于“整經(jīng)”的教學(xué)，重視整經(jīng)根數(shù)、軸數(shù)的計算，但對速度、橫移量的設(shè)置則涉及較少。

3. 實踐中HMI端操作訓(xùn)練不充分

項目化教學(xué)的最重要一環(huán)是任務(wù)實施、制出產(chǎn)品，但目前對生產(chǎn)設(shè)備HMI端的操作一般由師傅或教師指導(dǎo)，學(xué)生參與不夠，主要原因是防止整定好的參數(shù)被修改而影響企業(yè)生產(chǎn)和產(chǎn)品質(zhì)量。

三、 HMI引入教學(xué)的限制因素和解決方法

1. HMI引入教學(xué)的限制因素

雖然引入設(shè)備HMI能彌補現(xiàn)有教學(xué)的一些不足，但也存在一些限制因素。其中最主要的是來自硬件條件的限制：HMI一般只配備在大型的高端行業(yè)設(shè)備上，這樣的設(shè)備高職院校即使有，臺數(shù)也很少。如漿紗機是紡織行業(yè)的大型設(shè)備，中檔品牌機型的售價高達30萬元以上，一般院校只有1臺作為教學(xué)用，其HMI(即觸摸屏控制端)也只有1個，無法滿足教學(xué)需要。如勉強用于教學(xué)，讓學(xué)生輪流利用課余時間進行學(xué)習(xí)，一則教師無法跟蹤指導(dǎo)、實現(xiàn)交互，學(xué)習(xí)效果無法保障；二則會將設(shè)備原有參數(shù)搞亂，給設(shè)備管理帶來不便。還有一個限制因素是HMI端參數(shù)太多，在課堂上難以一一講解，只能有針對性地講解其中幾項，對初次使用的學(xué)生來說，要找到這幾項參數(shù)也是一個挑戰(zhàn)。因此，學(xué)生最好課前先去熟悉HMI界面，這對實訓(xùn)場所和設(shè)備管理帶來很高要求，目前實現(xiàn)起來還比較困難。

2. HMI引入教學(xué)的解決方法

采用現(xiàn)代信息技術(shù)和計算機技術(shù)，在PC上利用VB、WINCC、LabVIEW等編程軟件開發(fā)虛擬行業(yè)設(shè)備HMI的交互式教學(xué)軟件，使得教師能在一體化教室或計算機房開展對設(shè)備HMI的教學(xué)，學(xué)生能對著計算機參與教學(xué)和自我學(xué)習(xí)，可以徹底解決教學(xué)中因行業(yè)設(shè)備臺數(shù)少而限制教學(xué)的問題。

同時，借助相關(guān)軟件進行程序開發(fā)，還能實現(xiàn)參數(shù)匯總輸出，方便教師和學(xué)生進行查閱、比較。圖1是采用LabVIEW軟件開發(fā)的EJP438型自動絡(luò)筒機HMI模擬系統(tǒng)，該系統(tǒng)可在PC端運行，不但具有原設(shè)備HMI的所有內(nèi)容，而且還增添了報表生成功能。圖2為在模擬系統(tǒng)設(shè)置參數(shù)后生成的參數(shù)匯總表。

圖1　虛擬設(shè)備HMI教學(xué)軟件

圖2　教學(xué)軟件生成的報表

四、 虛擬設(shè)備HMI軟件的教學(xué)設(shè)計

有了對應(yīng)的教學(xué)軟件后，就需要圍繞其進行教學(xué)設(shè)計。這方面可參考目前比較流行的“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)法。教師提供以教學(xué)視頻為主要形式的學(xué)習(xí)資源，學(xué)生在上課前完成對教學(xué)視頻等學(xué)習(xí)資源的觀看和學(xué)習(xí)[1]。

圖3是以“絡(luò)筒”為例、采用“翻轉(zhuǎn)課堂”進行的教學(xué)設(shè)計，可以看出HMI端參數(shù)可與書本知識點實現(xiàn)一一對接，教師圍繞HMI參數(shù)錄制包含書本知識點的教學(xué)微視頻供學(xué)生課前學(xué)習(xí)。由于HMI教學(xué)軟件可在PC端運行， 使教師錄制視頻變得更為輕松，同時也可以使學(xué)生在課前課后充分熟悉設(shè)備HMI的操作。軟件

圖3　圍繞HMI的“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)法教學(xué)設(shè)計

的生成報表功能則為教師布置不同作業(yè)以及就作業(yè)開展點評提供了便利。

五、 結(jié)語

HMI作為現(xiàn)代生產(chǎn)設(shè)備的重要組成部分，集中了設(shè)備的全部生產(chǎn)信息和重要參數(shù)，應(yīng)在教學(xué)中引起充分的重視。但一臺設(shè)備往往只有一個HMI，將其直接引入教學(xué)并不現(xiàn)實。對此，比較好的解決方法是利用VB、WINCC、LabVIEW等軟件，開發(fā)虛擬行業(yè)設(shè)備HMI的教學(xué)軟件。由于虛擬HMI的教學(xué)軟件可在PC端運行，可以借鑒“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)法進行教學(xué)設(shè)計，提高其應(yīng)用價值。

參考文獻：

[1] 鐘曉流,宋述強,焦麗珍.信息化環(huán)境中基于翻轉(zhuǎn)課堂理念的教學(xué)設(shè)計研究[J].開放教育研究,2013(1):58-64.

基金項目：2014年度江蘇省現(xiàn)代教育技術(shù)研究課題(2014-R-31872)；2016年度全國紡織服裝信息化教學(xué)研究課題(ZWH-16037)；江蘇省高校品牌專業(yè)建設(shè)工程資助項目(PPZY2015C254)

作者簡介：徐帥(1983—)，男，江蘇鹽城人，講師，碩士，研究方向為紡織機電一體化和現(xiàn)代紡織技術(shù)。 E-mail:xushuai430@163.com

中圖分類號：G712

文獻標(biāo)志碼：A

文章編號：2095-3860(2016)03-0248-03