多層次協(xié)同式實踐教學(xué)平臺構(gòu)建與研究

崔宏巍, 朱方來

(深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院 汽車與交通學(xué)院, 廣東 深圳 518055

國內(nèi)城市軌道交通產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展對專業(yè)技術(shù)人才培養(yǎng)質(zhì)量提出了較高的要求，如何提高學(xué)生動手能力和創(chuàng)新能力是當(dāng)前高校城市軌道交通控制類專業(yè)建設(shè)的重點。 實踐教學(xué)是高等教育的重要環(huán)節(jié)，需要合理設(shè)計與架構(gòu)實踐教學(xué)體系，不斷提高實踐教學(xué)的水平與質(zhì)量，為提高軌道交通技術(shù)人員的職業(yè)素質(zhì)提供良好的培養(yǎng)手段。

1 基于多層次協(xié)同式實踐教學(xué)平臺的實踐教學(xué)模式與協(xié)同效應(yīng)研究

實踐教學(xué)需要多種教學(xué)資源和實驗設(shè)備的有效參與、調(diào)動和組織，基于多層次協(xié)同式實踐教學(xué)平臺的實踐教學(xué)模式有機整合了校內(nèi)實踐環(huán)節(jié)(實訓(xùn)、實驗、課程設(shè)計)、校外實踐環(huán)節(jié)(生產(chǎn)實習(xí))和校企產(chǎn)學(xué)研3個實踐環(huán)節(jié)，形成了由校外生產(chǎn)實習(xí)基地、校內(nèi)實訓(xùn)室和校企合作技術(shù)中心等共同組成的、面向城市軌道交通專業(yè)學(xué)生培養(yǎng)和企業(yè)員工培訓(xùn)，全方位、多層次、開放式、交叉互動的實踐教學(xué)平臺，充分發(fā)揮了實踐教學(xué)體系的交互共享性，在城市軌道交通專業(yè)群的各專業(yè)之間、專業(yè)群與校外相關(guān)產(chǎn)業(yè)之間實現(xiàn)相互開放、相互滲透、優(yōu)勢互補、資源共享，協(xié)調(diào)校內(nèi)外學(xué)生實踐環(huán)節(jié)的運作機制，促成多方面實踐環(huán)節(jié)的協(xié)作和相長，實現(xiàn)了學(xué)生、學(xué)校和企業(yè)的多贏局面，切實促進了學(xué)生創(chuàng)新能力的提高[1-4]。多層次協(xié)同式實踐教學(xué)平臺如圖1所示。

圖1 多層次協(xié)同式實踐教學(xué)平臺

多層次協(xié)同式實踐教學(xué)平臺的建設(shè)目標是首先滿足城市軌道交通專業(yè)課程教學(xué)的需要，大大提高實踐教學(xué)效率，取得較好的教學(xué)效果。城市軌道交通實踐平臺主要用于培養(yǎng)學(xué)生在城市軌道交通運營管理、車站站務(wù)管理等方面的專業(yè)技能，通過城市軌道交通運營組織(行車組織、客運組織)仿真實訓(xùn)，使學(xué)生掌握城市軌道交通運營組織有相關(guān)流程、方法，培養(yǎng)學(xué)生在城市軌道交通運營組織各崗位的實際操作能力，初步形成解決實際問題的應(yīng)用能力[5-8]。 在此基礎(chǔ)上積極主動地適應(yīng)社會發(fā)展需求，結(jié)合軌道交通行業(yè)用人需求、企業(yè)關(guān)注熱點，規(guī)劃和設(shè)計相應(yīng)的實驗和仿真實訓(xùn)內(nèi)容，合理安排設(shè)備使用，推動專業(yè)科研、培訓(xùn)、職業(yè)資格認證考試、以及其他對外服務(wù)工作，將實驗室建設(shè)、課程建設(shè)、社會需求有機結(jié)合，充分和有效地利用軌道交通專業(yè)校內(nèi)和校外的各項資源。協(xié)同實訓(xùn)是實踐教學(xué)體系一個重要組成部分，它的建立和實施是一個動態(tài)的過程，如何在城市軌道交通專業(yè)實踐教學(xué)體系中采用協(xié)同實訓(xùn)模式和運用現(xiàn)代化的教學(xué)方法和手段，培養(yǎng)具有技術(shù)能力、崗位能力的復(fù)合式創(chuàng)新型應(yīng)用人才，是本文重點探討和研究的內(nèi)容[9-10]。

2 多層次協(xié)同式實踐教學(xué)平臺的構(gòu)建

城市軌道交通多層次協(xié)同式實踐教學(xué)平臺(以下簡稱實踐教學(xué)平臺)是以具體線路的ATC(列車運行自動控制)系統(tǒng)為基礎(chǔ)，面向城市軌道交通控制專業(yè)和運營管理專業(yè)學(xué)生，培養(yǎng)信號維護、行車調(diào)度、車站值班、停車場調(diào)度等崗位技能，進行科學(xué)設(shè)計和構(gòu)建的實踐平臺，平臺采用軟件和硬件相結(jié)合的方式，按照“中心—車站—軌旁—列車”結(jié)構(gòu)，模擬ATC系統(tǒng)的ATP(列車自動防護)子系統(tǒng)、ATS(列車自動監(jiān)控)子系統(tǒng)、ATO(列車自動運行)子系統(tǒng)的功能，構(gòu)建逼真的運營、信號及設(shè)備維護的實踐環(huán)境。

實踐教學(xué)平臺具體由仿真地鐵列車和站臺全比例模型、仿真地鐵沙盤、城市軌道交通控制中心(OCC)、通信控制系統(tǒng)、軌道交通行車調(diào)度仿真系統(tǒng)、計算機編制列車運行圖系統(tǒng)、地鐵微機聯(lián)鎖LOW工作站系統(tǒng)和視頻監(jiān)控系統(tǒng)、車輛段計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)(車場)、以及ATP/ATO等多種設(shè)備和環(huán)境組成，是一個微縮版的軌道交通列車自動控制系統(tǒng)，能夠直觀、具體地全面展示ATC系統(tǒng)，為軌道交通運營管理、ATC系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備的操作使用和維護提供基礎(chǔ)實踐教學(xué)。該實踐教學(xué)平臺的OCC控制中心主要包括數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、通信服務(wù)器、ATS服務(wù)器、模擬機車控制服務(wù)器、ATP/ATO服務(wù)器、C_LOW服務(wù)器和調(diào)監(jiān)服務(wù)器。OCC控制中心和車站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 實踐教學(xué)平臺OCC控制中心和車站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3 城市軌道交通行車組織仿真系統(tǒng)

實踐教學(xué)平臺中的城市軌道交通行車組織仿真系統(tǒng)能夠模擬正常情況下的列車出庫、區(qū)間運行、停站、折返、入庫等運營環(huán)節(jié)的日常調(diào)度工作及各類非正常情況下的調(diào)度處置(如晚點、反向運行、跳停、列車故障救援等)，構(gòu)建了一個用于行車組織業(yè)務(wù)流程培訓(xùn)、實驗與考核的平臺。

仿真系統(tǒng)提供了逼真的行車調(diào)度培訓(xùn)環(huán)境，可以用于行車人員崗前培訓(xùn)，也可用于行車人員的崗后業(yè)務(wù)能力提升的培訓(xùn)，從根本上提高各種現(xiàn)場應(yīng)急處置能力，對于軌道交通運營管理企業(yè)的行車組織和運營安全具有重要的現(xiàn)實意義。仿真系統(tǒng)是面向控制中心行車調(diào)度員、車站值班員、停車場運轉(zhuǎn)值班員、信號樓調(diào)度員、列車司機、COCC值班員而設(shè)計，開發(fā)了控制中心CATS仿真系統(tǒng)、控制中心大屏系統(tǒng)、集中站LATS仿真系統(tǒng)、停車場調(diào)度仿真系統(tǒng)，模擬正常情況下和異常情況下的行車調(diào)度處置功能，用于這些崗位的正常和故障情況下處置流程的培訓(xùn)。

城市軌道交通行車組織仿真系統(tǒng)包括教員端和學(xué)員端，任何一個崗位可以單獨進行培訓(xùn)，也可以按照不同的運營事件，以“COCC—控制中心—車站—停車場—司機”的結(jié)構(gòu)多機聯(lián)網(wǎng)培訓(xùn)。通過單機培訓(xùn)可使受訓(xùn)人員熟練掌握控制中心、停車場、車站、司機等各崗位的日常調(diào)度工作和特殊情況下的調(diào)度處置；通過聯(lián)網(wǎng)培訓(xùn)，可使受訓(xùn)人員掌握各個崗位相互協(xié)作完成全線出入庫、正線運行等行車調(diào)度工作的處置流程。行車調(diào)度仿真與駕駛模擬器聯(lián)動結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 行車調(diào)度仿真與駕駛模擬器聯(lián)動結(jié)構(gòu)示意圖

4 城市軌道交通列車模擬駕駛仿真系統(tǒng)

城市軌道交通列車駕駛模擬系統(tǒng)，面向軌道交通運營單位的駕駛?cè)藛T、行車調(diào)度員、車站行車值班員等崗位，構(gòu)建逼真的列車駕駛環(huán)境，模擬列車駕駛操作，安全、高效、科學(xué)地對軌道交通列車司機進行培訓(xùn)和考核，提高司機操縱、故障判斷和應(yīng)急處理能力。系統(tǒng)利用計算機生成一種與現(xiàn)場基本一致的司機駕駛列車的模擬環(huán)境，通過多種傳感設(shè)備使培訓(xùn)人員投入到該環(huán)境中，從而產(chǎn)生沉浸于等同真實環(huán)境的感受和體驗，實現(xiàn)列車駕駛的培訓(xùn)功能。系統(tǒng)具有列車駕駛基本操作技能、應(yīng)急操作技能培訓(xùn)功能以及列車駕駛操作考核功能；采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)構(gòu)建逼真的3D列車運行環(huán)境。城市軌道交通列車駕駛模擬系統(tǒng)可與軌道交通行車調(diào)度仿真培訓(xùn)系統(tǒng)進行聯(lián)動，按照“中心—車站—列車”的結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)不同崗位協(xié)同完成各種情況下行車調(diào)度的培訓(xùn)。

5 計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)

實踐教學(xué)平臺中的計算機聯(lián)鎖教學(xué)系統(tǒng)充分利用計算機、通信技術(shù)，對信號聯(lián)鎖邏輯關(guān)系集中判斷，實現(xiàn)車站信號、道岔、進路的控制。計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)分3層結(jié)構(gòu)：聯(lián)鎖計算機(包括操作表示機和邏輯處理機)、驅(qū)動采集接口機箱、現(xiàn)場信號設(shè)備。計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4所示。其中聯(lián)鎖計算機能夠完成人機對話、圖形界面顯示、通過驅(qū)動采集機傳來的現(xiàn)場信號設(shè)備數(shù)據(jù)完成聯(lián)鎖邏輯運算；驅(qū)動采集機可以完成信號機、轉(zhuǎn)轍機的驅(qū)動輸出控制，實現(xiàn)軌道電路狀態(tài)、信號機狀態(tài)、道岔狀態(tài)的表示采集等功能；繼電器組合機架設(shè)備由安全繼電器、上位機柜、專用驅(qū)動采集接口箱等組成，實現(xiàn)對現(xiàn)場信號設(shè)備如信號機、轉(zhuǎn)轍機的驅(qū)動。 計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的特點是不但能夠通過現(xiàn)場實物的真實組合給學(xué)生以直觀的信號系統(tǒng)及設(shè)備的概念，同時更重要的是可以讓學(xué)生動手實驗及操作。通過學(xué)生的實際動手操作，培養(yǎng)鍛煉其實際現(xiàn)場設(shè)備操作方法及能力，同時可以通過故障模擬盤來設(shè)置各種現(xiàn)場常見設(shè)備故障，學(xué)生可以自己設(shè)置，自己排除，也可以由教師設(shè)置，學(xué)生排除以考核其學(xué)習(xí)成果及對現(xiàn)場設(shè)備的操控能力。

圖4 計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

6 協(xié)同式教學(xué)方法與實踐項目

在構(gòu)建好功能強大的城市軌道交通多層次實踐教學(xué)平臺之后，還需要采用協(xié)同式實踐教學(xué)方法才能取得較好的教學(xué)效果。在教學(xué)過程中，可以按照實際地鐵公司的不同工作崗位進行角色扮演，主要分為4個角色：車站值班員角色、控制中心值班員角色、司機角色及車輛段值班員角色。其中車站值班員角色可以根據(jù)實踐平臺中的車站數(shù)量進行再分，每一個車站為一個組，而司機角色又可以根據(jù)列車的數(shù)量來安排司機人數(shù)。不同角色的主要實踐項目如表1所示。

表1 協(xié)同式實踐項目

表1(續(xù))

7 協(xié)同式實踐教學(xué)效果

城市軌道交通專業(yè)多層次協(xié)同式實踐教學(xué)平臺已應(yīng)用在高職院校城市軌道交通專業(yè)的教學(xué)活動中，經(jīng)過近兩年的教學(xué)實踐，不斷改進和完善，取得了較好的效果。在實踐教學(xué)過程中充分發(fā)揮了學(xué)生的主動性和創(chuàng)造性，通過教師精心設(shè)計的、真實的工作情境，讓學(xué)生在不同的情境下應(yīng)用所學(xué)過的知識，通過自身的學(xué)習(xí)和實踐形成對城市軌道交通專業(yè)知識的認識，并能制訂出解決實際問題的方案。在實踐教學(xué)平臺基礎(chǔ)上開展了多項創(chuàng)新項目，由師生一起設(shè)計，學(xué)生制作，在制作過程中加深對軌道交通專業(yè)知識的理解[11-12]。近年來通過分析專業(yè)學(xué)生在協(xié)同式實踐教學(xué)平臺上完成實踐課程的考核成績，如圖5所示。可以看出：所有學(xué)生都通過了考核，其中42%的學(xué)生成績優(yōu)秀，因為實踐教學(xué)平臺是按照城市軌道交通運營企業(yè)的員工崗位工作標準進行考核，成績優(yōu)秀就表明與企業(yè)崗位零距離對接，能夠直接上崗工作；有35%的學(xué)生成績良好，需要培訓(xùn)后即可勝任崗位工作；有23%的學(xué)生成績中等，這部分學(xué)生還需要進一步補充相關(guān)的專業(yè)知識和技能，培訓(xùn)后也可以滿足工作崗位的要求。

圖5 考核成績分析

8 結(jié)束語

本文從協(xié)同效應(yīng)的視角，全面和系統(tǒng)地探索了城市軌道交通專業(yè)多層次協(xié)同式實踐教學(xué)平臺的構(gòu)建與教學(xué)方法，介紹了多層次協(xié)同式實踐教學(xué)平臺中城市軌道交通行車組織仿真系統(tǒng)、城市軌道交通列車駕駛模擬系統(tǒng)和計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)的功能和結(jié)構(gòu)，提出了協(xié)同式角色扮演教學(xué)方法和具體實踐項目，對于提升高校城市軌道交通類專業(yè)的教學(xué)水平、科研力量和實踐課程質(zhì)量具有重要的意義。本文同時也在搭建校企合作平臺，為培養(yǎng)面向城市地鐵、輕軌及城際軌道交通專門應(yīng)用型技術(shù)人才，培養(yǎng)城市軌道交通運營管理、車站站務(wù)管理方面的專門人才方面提供了一些有益的思路。

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