徐　帅，杨晓芳，高小亮

(盐城工业职业技术学院 纺织服装学院，江苏 盐城 224005)



行业设备HMI在高职专业课教学中的应用

徐帅，杨晓芳，高小亮

(盐城工业职业技术学院 纺织服装学院，江苏 盐城 224005)

摘要：HMI(人机界面)作为现代生产设备的重要组成部分，集中了设备全部的生产信息和重要参数，应在教学中予以充分的重视。针对实际教学中设备HMI数量有限、不足以支撑教学的问题，提出开发虚拟行业设备HMI的教学软件加以解决。由于虚拟HMI的教学软件可在PC端运行，因此采用“翻转课堂”教学法进行教学设计，可以提高其应用价值。

关键词：HMI(人机界面)；专业课教学；教学软件；翻转课堂

一、 HMI在生产、教学中的重要性

HMI是Human Machine Interface的缩写，意为“人机接口”，也叫“人机界面”。行业设备上的触摸屏控制端就是一种典型的HMI。HMI的主要作用有参数输入、实时的资料趋势显示、警报的产生与记录等。随着自动化技术的进步，几乎所有的行业设备均配备了HMI。衣着整洁的工人站在机器的触摸屏前进行技术参数设定，轻松完成生产任务，成了现代制造业的典型场景。熟练操作行业设备的HMI，完成技术参数设定，也成为高职学生需要学习和掌握的一项重要技能。

以纺织行业为例，变频器、PLC、触摸屏的广泛使用，对于纺织设备的操作、参数整定已经很少有传统的那种换齿轮、调定位的方式，而已全部集中到对设备的HMI操作上。HMI集中了现代机器设备全部的生产信息和重要参数，因此，HMI操作非常重要，一般不允许新上岗人员或非专业人员进行体验和学习性整改参数。因此，高职院校理应承担起提高学生操作行业设备HMI能力的重任。

二、 高职专业课教学实施中的不足

经过多年的努力，高职尤其是高职工科专业的教学改革已取得一定成效，项目化教学已广泛采用。目前，多数项目化教学的载体是典型产品，通过如何获得典型产品这一主线将相关知识和技能组织起来。这种教学方式非常适合高职的专业课教学，但在实际教学实施中还存在如下不足：

1. 针对性、目的性有待提高

虽然典型产品已经使得教学的针对性、目的性明显增强，但是继续给出设备HMI需操作内容可进一步增强教学的针对性、目的性。如对于“络筒”的教学，在生产一个纱筒后继续明确在HMI端设置一根清纱曲线，可进一步细化、明确任务。

2. 与设备联系不够紧密

目前，专业课教学比较重视工艺原理，以及在此基础上的工艺设计，但产品的生产关键还是设备，而设备HMI端的工艺参数设置在教学中体现不够。如对于“整经”的教学，重视整经根数、轴数的计算，但对速度、横移量的设置则涉及较少。

3. 实践中HMI端操作训练不充分

项目化教学的最重要一环是任务实施、制出产品，但目前对生产设备HMI端的操作一般由师傅或教师指导，学生参与不够，主要原因是防止整定好的参数被修改而影响企业生产和产品质量。

三、 HMI引入教学的限制因素和解决方法

1. HMI引入教学的限制因素

虽然引入设备HMI能弥补现有教学的一些不足，但也存在一些限制因素。其中最主要的是来自硬件条件的限制：HMI一般只配备在大型的高端行业设备上，这样的设备高职院校即使有，台数也很少。如浆纱机是纺织行业的大型设备，中档品牌机型的售价高达30万元以上，一般院校只有1台作为教学用，其HMI(即触摸屏控制端)也只有1个，无法满足教学需要。如勉强用于教学，让学生轮流利用课余时间进行学习，一则教师无法跟踪指导、实现交互，学习效果无法保障；二则会将设备原有参数搞乱，给设备管理带来不便。还有一个限制因素是HMI端参数太多，在课堂上难以一一讲解，只能有针对性地讲解其中几项，对初次使用的学生来说，要找到这几项参数也是一个挑战。因此，学生最好课前先去熟悉HMI界面，这对实训场所和设备管理带来很高要求，目前实现起来还比较困难。

2. HMI引入教学的解决方法

采用现代信息技术和计算机技术，在PC上利用VB、WINCC、LabVIEW等编程软件开发虚拟行业设备HMI的交互式教学软件，使得教师能在一体化教室或计算机房开展对设备HMI的教学，学生能对着计算机参与教学和自我学习，可以彻底解决教学中因行业设备台数少而限制教学的问题。

同时，借助相关软件进行程序开发，还能实现参数汇总输出，方便教师和学生进行查阅、比较。图1是采用LabVIEW软件开发的EJP438型自动络筒机HMI模拟系统，该系统可在PC端运行，不但具有原设备HMI的所有内容，而且还增添了报表生成功能。图2为在模拟系统设置参数后生成的参数汇总表。

图1　虚拟设备HMI教学软件

图2　教学软件生成的报表

四、 虚拟设备HMI软件的教学设计

有了对应的教学软件后，就需要围绕其进行教学设计。这方面可参考目前比较流行的“翻转课堂”教学法。教师提供以教学视频为主要形式的学习资源，学生在上课前完成对教学视频等学习资源的观看和学习[1]。

图3是以“络筒”为例、采用“翻转课堂”进行的教学设计，可以看出HMI端参数可与书本知识点实现一一对接，教师围绕HMI参数录制包含书本知识点的教学微视频供学生课前学习。由于HMI教学软件可在PC端运行， 使教师录制视频变得更为轻松，同时也可以使学生在课前课后充分熟悉设备HMI的操作。软件

图3　围绕HMI的“翻转课堂”教学法教学设计

的生成报表功能则为教师布置不同作业以及就作业开展点评提供了便利。

五、 结语

HMI作为现代生产设备的重要组成部分，集中了设备的全部生产信息和重要参数，应在教学中引起充分的重视。但一台设备往往只有一个HMI，将其直接引入教学并不现实。对此，比较好的解决方法是利用VB、WINCC、LabVIEW等软件，开发虚拟行业设备HMI的教学软件。由于虚拟HMI的教学软件可在PC端运行，可以借鉴“翻转课堂”教学法进行教学设计，提高其应用价值。

参考文献：

[1] 钟晓流,宋述强,焦丽珍.信息化环境中基于翻转课堂理念的教学设计研究[J].开放教育研究,2013(1):58-64.

基金项目：2014年度江苏省现代教育技术研究课题(2014-R-31872)；2016年度全国纺织服装信息化教学研究课题(ZWH-16037)；江苏省高校品牌专业建设工程资助项目(PPZY2015C254)

作者简介：徐帅(1983—)，男，江苏盐城人，讲师，硕士，研究方向为纺织机电一体化和现代纺织技术。 E-mail:xushuai430@163.com

中图分类号：G712

文献标志码：A

文章编号：2095-3860(2016)03-0248-03