雷翔霄

（长沙民政职业技术学院电子信息工程学院，湖南 长沙，410004）

工程能力是指应用工程科学和技术，解决企业实际工程问题，创造经济和社会效益的能力，亦即解决企业实际工程实践问题的能力。它通常包括：知识的学习与应用能力、思维判断与分析能力、工程设计与实践能力等[1]。制造业是国民经济发展的重要支撑和国家安全的重要保障[2],是立国之本、兴国之器、强国之基[3]。欧美等经济发达国家提出的“工业互联网”“工业4.0”等发展战略，吹响了第四次工业革命的号角。2015 年5 月国务院印发的《中国制造2025》以加快新一代信息技术与制造业深度融合为主线，着力推进智能制造的升级换代，推动制造大国向制造强国发展。2016 年《中共中央、国务院关于进一步加强人才工作的决定》指出：实现制造大国向制造强国转型，离不开高层次、高技能和复合型人才的支撑[4]。高职院校作为高素质复合型技术技能型人才培养和供给的主体，是应用型人才培养的主要平台，承担着复合型技术技能人才培养的重任，在壮大先进制造业人才队伍方面发挥着巨大的作用。

在实现由制造大国向制造强国转变的过程中，由于自动化技术的广泛应用，一些“三无工厂”开始出现，导致生产一线从业人员的数量降低，但对从业人员的综合能力要求在提高，尤其是对从业人员工程实践能力的要求。在一定程度上可以说，中国制造业要在激烈的环境中立足并发展，进而形成一定的优势，从业人员综合工程能力的高低是关键性因素[3]。

西方发达国家非常重视学生工程能力的培养，美国宾州州立大学工学院通过学习工厂模式培养学生的工程能力，给学生在真实的制造环境中实践学习的机会，是综合性的实践模式[5]。德国的双元制和行动导向教学法，采用工程性较强的实训设备开展教学，非常重视学生工程能力的培养[6]。陈波[1]等提出以培养工程能力为目标的“N-CDIO 工程教育模式”。张晓琳[7]等提出通过课内外理论类课程的改进、实践类课程的改进以及利用网络资源培养化工类学生的工程能力。李平[2]等从工程训练中心的建设、工程训练教学改革等方面对学生工程能力的培养提出了思考。近年来，随着加入《华盛顿协议》和开展现代学徒制，学生的工程能力得到了一定程度的提高，但由于高职院校的实训设施脱离工程背景、滞后于现场发展，且大多为验证性实训设备[8]，在一定程度上影响了学生工程能力的培养。在长期的教学、指导学生参加技能竞赛以及参与企业产品研发的实践中发现：锻炼学生工程能力的最有效方法，一是指导学生直接参与企业产品研发，但此类可遇而不可求，不适宜大规模推广；二是因地制宜，自制实训设备，通过研发贴近行业实际的实训系统，培养学生综合利用所学知识解决实际问题的工程能力。

本文以工业生产中常见的伺服电机、步进电机、变频电机、三相异步电机、单相电机、传感器等为对象，综合考虑高职学生的认知能力和企业岗位技能需求，设计开发了一套非接触式智能洗车机实训平台。

1 综合实训设备设计理念

（1）来自生产现场。设备载体来自近年来迅猛发展起来的自动洗车机行业，为学生所易于理解和接受。伺服电机、步进电机、三相异步电机、单相电机、超声波测距、无线遥控、各类传感器、电磁阀等集中在一个系统当中，串联起电气自动化技术专业大学三年的核心知识点，使学生能更加直观地对所学知识的具体应用领域有基本认知。

（2）集成各种典型自动化技术。集电气装配、PLC 程序编写与调试、故障诊断与排除、伺服控制、通信技术、单片机控制技术于一体。具备智能测距、位置检测、状态显示、实时通信及控制等一系列功能，学生可在非接触式智能洗车机实训平台上完成专业核心技能的训练。

（3）项目设置灵活，便于开拓性学习。系统项目设置灵活，彼此相对独立，不同年级的学生均可灵活地根据自己的学习情况选取实训项目，同时完成的实训项目又是整个实验系统的一个有效组成部分。如三相异步电机的星三角启动控制；三相异步电机+电磁阀的组合可以完成系统的底盘冲洗功能；三相异步电机+电磁阀+变频电机可完成车辆的前后高压冲洗；同时所有项目完成后就是一个独立的非接触式洗车机系统，可满足不同课程、不同层次教学的需要。

2 非接触式智能洗车机硬件系统设计

非接触式智能洗车机系统包含机械设计部分和电气设计部分。机械设计部分由于与电气自动化技术专业的核心培养目标关联不大，在此就不赘述。电气设计部分分为硬件设计和软件设计，其中硬件设计包含无线遥控、LED 显示、RFID 刷卡电路以及PLC 控制电路，硬件系统总体结构示意图如图1 所示，图2 为实验系统实物图。

图1 非接触式智能洗车机总体结构示意图

图2 非接触式智能洗车机实物图

非接触式智能洗车机能实现以下功能：

（1）利用超声波传感器自动检测车辆宽度，从而确定洗车机的横向移动距离，以确保最佳冲洗效果；

（2）利用红外对射传感器检测车辆停放位置，确保待洗车辆停在指定区域，保证洗车过程中车辆不受洗车臂的损坏；

（3）RFID 刷卡系统实现付费后自动启动智能洗车流程；

（4）语音与显示部分提示驾驶人员车辆正确的停放位置及洗车的具体进展；

（5）无线遥控部分可实现刷卡后手动遥控洗车；

（6）三相高压泵电路启动高压泵，通过与电磁阀的组合可实现底盘冲洗和高压清水洗车时，水压能达到足够的冲洗压力；

（7）单相泡沫泵启动泡沫泵，通过与电磁阀的组合可实现不同泡沫进行洗车；

（8）触摸屏可显示系统各传感器状态、选择洗车模式、重新设置洗车模式、初始参数设置等；

（9）变频电机可实现智能洗车机活动部分的纵向移动，从车头运动到车尾；

（10）伺服电机可实现智能洗车机的横向运动，从车辆左侧运动到车辆右侧；

（11）步进电机控制洗车臂的旋转运动，保证洗车臂围绕车身旋转，车辆的前脸、尾部、左侧、右侧均能洗到；

（12）通信网络实现两个PLC 之间数据信息的传递。

智能洗车机的实践分为基础实训和拓展实训两大类，基础实训以功能性实训项目为主，让学生利用开发的智能洗车机硬件平台完成基本洗车功能的实训；拓展性实训由学生发挥主观能动性，自主设计部分硬件电路/所有硬件电路和完成部分软件设计/全部软件设计，自由探索解决路径，全流程参与方案设计与系统综合调试，培养学生解决实际工程问题的能力。

3 实训项目开发

基于智能洗车机的实训项目开发如表1 所示。

表1 实训项目

表1 实训项目

4 结语

开发的非接触式智能洗车机来自实际工业产品，涵盖了高职电气自动化技术专业的所有核心能力点，能满足高职电气自动化技术专业综合实训的基本教学要求与技能拓展训练需求，以加强学生的工程概念、工程实践能力和创新意识培养，满足企业岗位实际技能需求为目标。能够有效地完成PLC 技术、传感与检测技术、触摸屏技术、变频控制技术、伺服电机控制技术、步进电机控制技术等课程的实践教学任务，能将课堂知识与工程实践紧密结合，有利于提升教学效果和培养学生的工程实践能力。