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雷達故障快速檢修訓練方法研究

時間:2015-09-21 來源:未知 作者:傻傻地魚 本文字數:6189字
摘要

  當前,軍隊對裝備經費投入大幅提升,基層雷達兵部隊裝備日新月異,更新換代速度、數量大大增加。在此大背景下,院校教學必須緊跟部隊實戰需求,摸索一套新的訓練方法,使學員和裝備保障技術人員快速成長,以滿足部隊崗位任職能力和作戰需求。

  1 軍校雷達裝備教學現狀和部隊實戰需求分析

  當前,院校新裝備的技術保障、人才高效訓練一直是個難題。對于如何提高雷達裝備教學的效率和質量,近年來總結的一些教學方法和模式值得借鑒。文獻[1]提出理實一體化教學模式,強調了理論與實踐如何有機結合,并給出了實踐教學的具體步驟和案例;文獻[2-3]中都提出系列化雷達聯合組訓裝備教學模式,對同一系列不同型號裝備以新裝備教學為主、老裝備教學為輔,并增加裝備學習的一般方法和規律等教學內容;文獻[4-5]提出以開放式和虛擬現實技術為支撐的雷達裝備教學模式,核心是完成雷達裝備教員和學員在教學活動中角色的轉變,拓展了教學的內容、平臺、過程;文獻[6]提出了基于認知心理學和人本主義理論的雷達故障維修案例教學法,可活躍教學氣氛、提升學員積極性。運用以上給出的方法,可以使學員既掌握知識又培養思維,達到增強動手能力和創新能力的目的,在一定程度上解決了人多機少的現實問題,提高了訓練效率和質量。

  從目前對雷達裝備教學方法的研究內容來看,普遍向傳統教學方法外圍拓展,而傳統教學方法始終是教學的基礎和根本,不可或缺,但對其內部資源優化組合運用、縱深拓展的研究較少。例如,對外圍拓展平臺的方法,模擬訓練、雙現場、虛擬現實技術支撐等應用效果較好,但開發軟、硬件及推廣時間長、效費比較低;對外圍拓展內容的方法,系列化雷達聯合組訓裝備教學模式內容豐富,但對裝備數量要求較高;基于認知心理學和人本主義理論的雷達故障維修案例教學法,可提升學員對裝備學習的熱情,但心理和人本因素的影響和滲透周期長、可操作性不強。在當前的現實條件下,以上方法都難以快速適應部隊和實戰需求。

  部隊當前實戰化的需求是:①裝備保障要求越來越高,雷達新裝備技術、原理比較復雜,圖紙、連接關系不易掌握,維修保障效率低下,要在實戰情況下做到排除故障"快速、準確、合理"難度較大;②裝備保障人才培訓機制模式相對滯后,人員培訓周期長、效費比低,培訓結果通常存在"通而不精、會而不熟"的尷尬局面。因此,院校要從雷達裝備保障人才培訓組織模式和人才實戰檢修效果2個方面,貼近部隊實戰化需求,實現教學方法手段創新,完成實戰化教學改革問題研究。

  2 基于信號流程的雷達故障快速檢修訓練方法

  2.1 基本思想

  1) 以人為本。將以人為本作為核心指導思想貫穿始終,發揮出人的主觀能動性,充分調動學員學習積極性,強調學員的主體作用和教員的主導作用。

  2)貼近實戰。通過調研收集基層雷達兵部隊常見雷達故障,并研究其維修保障人員對故障的檢修流程,結合教學需求,編寫典型故障庫、總結維修流程,為實現"軍隊訓練要向實戰靠攏、院校教學要向部隊靠攏"的總要求打下良好基礎。

  3) 立足現有。充分利用已有的教學資源,包括雷達裝備、儀器儀表、教材、技術(使用)說明書、維修圖冊、多媒體資料和模擬訓練平臺等,不額外增加其它裝備、設備及費用,針對傳統教學方法,完成教學訓練及縱深拓展研究工作。

  4) 教研并行。為提升研究效率,根據教學時間節點,制定合理的研究計劃,在完成教學任務的同時,使學員間接參與課題研究,達到事半功倍的效果。

  5) 資源優化。將已有的、內容復雜多元的、數量龐大的教學資源通過信號流程圖自然、有機地組織在一起,將一些視頻、音頻、圖片、文本等素材,根據典型故障檢修需要,分類優化處理,編輯成多媒體課件。

  6) 流程優化。以形象直觀的信號流程為基礎,將雷達故障檢修思路優化,使檢修過程明晰化、流程化;將教學組織過程優化,使教學易操作、可控性強、效率高,呈現出一種開放的、發散的、交互式的和探索式的學習環境。

  7)提升效益。按照以上 6 點實施,雷達裝備課的課堂教學信息量將更加飽滿、結構更加緊湊、內容更易理解;課外時間也可以有效利用,由于本教學方法的操作性較強,在教員帶領學員掌握總體操作流程,熟悉教學要素后,以典型故障為案例,在課外復制課堂內容,培養"小教員"(裝備學習成績較好的學員),實現"好幫差"一對一或者一對多幫帶,使得學員自學、復習十分方便。

  2.2 組織實施方法

  雷達故障快速檢修訓練方法實施過程通常包括典型故障案例精選、多媒體資料收集、信號流程圖繪制、多媒體課件制作、典型故障上機實裝排故實習、典型故障機下虛擬排故實習等步驟。

  1)典型故障案例精選

  雷達故障快速檢修訓練方法成功與否,與選擇典型故障案例密切相關,典型故障案例精選由教員完成。典型故障案例選擇的原則是能夠覆蓋較多具有邏輯關系的知識點,體現雷達故障檢修的基本思想,緊貼實際應用,難易適中,從部隊收集來的大量雷達裝備實際故障案例為首選。針對雷達各分系統,分別精選 6~10 個典型故障案例,結合教學實際作適當修改,要注意涵蓋分系統的主要原理知識、三大信號流程,能夠達到訓練學員的故障檢修分析思路、動手能力的目的。選擇的典型故障案例也要有一定的延展性,能夠給學員提供思考和探索空間。

  2)多媒體資料收集

  多媒體資料收集主要通過實裝的工作原理、結構線路、操作運用、參數測試等教學實踐過程,得到第一手素材,包括動態錄像、動畫、照片和文本或對話,其內容主要包括雷達的結構、面板、線纜、管腳及參數測量過程和典型故障檢修過程。

  3)信號流程圖的繪制

  信號流程圖的繪制包括 2 個部分:①關鍵線路跑圖習題集。學員掌握《某雷達隨機維修圖冊》跑圖規律后,教員以習題的形式,帶領學員跑通雷達整機及各分系統的關鍵線路。關鍵線路圖中各連接點上標有轉接板編號、接頭編號、線路管腳編號、在某雷達隨機維修圖冊中的頁碼,各連接點之間標有線纜編號。由此,可繪制出整部雷達的所有關鍵線路圖,并按照"信號、電源、監控"三大流程分類,形成《某雷達關鍵線路跑圖習題集圖冊》。②在完成理論教學和實裝操作/觀測教學之后,總結出一種以三大流程為劃分、貼近雷達實物結構的電氣連接與信號傳遞的關系圖(簡稱三大流程連接關系圖),它的詳細程度介于雷達原理框圖和關鍵線路圖之間,其框圖內部要素貼近雷達實物結構和布局,并依據《某雷達關鍵線路跑圖習題集圖冊》逐個連接,多條關鍵線路可組成一幅反映電氣連接與信號傳遞的關系圖。將以上做法應用到雷達各分系統,形成《某雷達三大流程連接關系圖圖冊》,并結合《某雷達關鍵線路跑圖習題集圖冊》使用。以上 2 種信號流程圖可作為后續期班教學及基層部隊雷達保障訓練及檢修的重要素材,對于教員、學員和基層雷達技師快速掌握雷達工作原理、框圖結構、線纜流程、參數測試及故障分析檢修思路具有較強的操作性和實用性。

  4)多媒體課件制作

  多媒體課件制作是對已有多媒體資料優化的過程。

  將已經收集的多媒體資料根據典型故障案例進行理論升華處理,優化成為優質的多媒體教學資源,將雷達結構、面板、線纜、管腳及參數測量過程和典型故障檢修過程呈現出來,以簡化問題,增強說服力,增強和豐富學員正確觀察和解釋事物相互關系的能力。多媒體內容應該遵循雷達分系統結構框架,以文件形式分層存儲,便于在課堂教學時快速查閱。

  5)典型故障上機實裝排故實習

  教員運用"雷達故障檢修通用流程[7]",嚴格控制教學過程,以教材和信號流程圖為基本教學資料,組織學員進行實際雷達裝備典型故障的現場檢修,培養學員綜合運用理論知識和實裝操作觀測學習環節所學知識進行故障綜合分析、故障定位到系統和現場可更換單元的能力,使學員具有雷達檢修的基本技能、獨立學習和掌握新型雷達裝備的能力和進一步發展與創新的潛力。

  6)典型故障機下虛擬排故實習

  典型故障機下虛擬排故實習必須在上機實裝排故實習之后進行,其組織流程與上機實裝排故實習類似,教學基本資料增加了針對典型故障制作的多媒體課件和模擬軟件,教學場所為配備電腦的教室,將上機實裝排故實習的故障分析環節復制到課堂或者課外,在多個教室由多個教員或"小教員"帶領,并行開展 5~8 人小組的雷達機下虛擬檢修訓練,提升學員典型故障檢修的熟練程度及教學的效率和質量。

  2.3 需要注意的問題

  1)課題研究與裝備教學一體化

  基于信號流程的雷達故障快速檢修訓練方法如表1 所示,課題研究與裝備教學的關系如圖 1 所示。以教員為核心,在現有某型雷達教材、教案、畢業設計成果的基礎上,以"某型雷達設備原理與維修"課程教學實踐為牽引,以計算機多媒體技術為依托,帶領學員完成相關研究工作。

  2)理論與實踐一體化

  采用理論與實踐一體化的研究方法,可有效避免理論研究與實際情況相互脫節的問題[1].例如圖 1 中:①圖冊的繪制優化過程。可先以理論習題的形式給學員布置任務,完成書面作業,然后再上機實習驗證,最終繪制形成簡單、形象、直觀的《某雷達三大流程連接關系圖圖冊》、《某雷達關鍵線路跑圖習題集圖冊》[7];②多媒體課件制作優化過程。完成實踐教學,再進行理論升華處理,優化成為優質的多媒體教學資源。多媒體的表現方式具有簡化問題、增強說服力、增強和豐富學生正確觀察和解釋事物相互關系的能力。采用理論與實踐一體化的研究方法,在培養學員動手能力的同時,提升其抽象總結能力。

  3)教員和學員一體化

  采用教員和學員一體化的研究方法,可實現教學相長,促進課題研究的實戰性和高效性。①實戰性。通過教員與學員共同在實際的課程教與學的過程中研究問題,可以發現和掌握教與學互動過程中存在的關鍵問題,摸索出一套實用的機制模式,其成果對后繼訓練工作具有實踐指導性;②高效性。通過教員總結規律、制定計劃、分配任務,引導學員共同完成表 1 中大量的研究任務,以提高研究效率。在實踐應用過程中,雷達檢修教學組織,以形象直觀的實裝信號流程圖為核心,學員思維被圖中貼近實物的電氣連接與信號傳遞線路和結構所牽引,能有效激發學員的學習興趣。教員通過實裝信號流程圖引導學員由被動變為主動學習,從而使學習效率得到很大提高。

  4)實裝檢修與虛擬檢修一體化

  采用基于信號流程的雷達故障實裝檢修和虛擬檢修結合的教學是本課題的關鍵和目標所在,教學過程按照"雷達故障檢修通用流程[7]"嚴格控制,優化組織教學實施中的人員、裝備和資料,使得課堂教學信息量更加飽滿、結構更加緊湊、內容更易理解。這在一定程度上解決了長期以來雷達裝備教學中存在的裝備少、學員多、實習周期短、自習時間長的矛盾,同時也對教員、學員、雷達裝備、教學資料和場所都提出了一系列要求。

  對教員的要求有:①有豐富的雷達裝備教學實踐經驗。以中級以上職稱的教員較為合適,要求獨立承擔過 1~2 個某專業(本科班)的雷達裝備課程的教學任務,且至少完成了雷達裝備中 1 個或多個分系統 40 學時以上的教學任務;②針對承擔教學任務的裝備,深入開展"九個一遍"實踐"(機電結構查看一遍、電氣結構對應一遍、原理電路精跑一遍、信號流程梳理一遍、靈敏點參數測試一遍、檢查調整操作一遍、裝備維護組織一遍、作戰運用演練一遍、典型故障檢修一遍")。

  對學員的要求有:教學實施的對象為某專業本科班學員,對其要求有:①基本要求。能較好掌握前期學習過的模擬和數字電子線路、計算機軟件和硬件、微波技術與天線、儀器儀表使用、雷達收發原理、雷達信號處理、雷達系統和機械制圖等眾多基礎課和專業基礎課的知識;②專業要求。熟悉所學雷達裝備的基本原理、跑圖方法、結構線路、操作運用、參數測量和雷達故障檢修基本方法。

  對雷達裝備的要求包括:①雷達裝備性能良好,《某雷達技術說明書》、《某雷達隨機維修圖冊》等隨機資料、隨機儀器儀表、備件和工具等配備完整;②教學培訓使用的雷達裝備數量為 1-2 部,并可方便進行上機實習。對教學資料的要求是指實裝檢修與虛擬檢修教學所需要調用的相關資料,如表 2 所示。

  對教學場所的要求有:①雷達故障實裝檢修教學場所。包括雷達陣地及具體型號雷達裝備;②雷達故障虛擬檢修教學場所。布置教學場所時,所有教學資源、教學用具都圍繞教員或小教員布置展開。需要電腦 1 臺、投影 1 套(可選擇)、桌子 3 張、椅子 9 把、教學資料 9 套。

  3 應用效果評估
  
  3.1 教學內容及課時對比

  以某型號新、老裝備為例,表 3 給出了本科層次具體教學內容及課時的變化情況。由表 3 可知,老裝備教學的理論和實習學時數比為 1∶2;到了 2010 年左右,學習新裝備,教學內容增加了約 1 倍,而總的教學時數卻只增加了 1/8,且理論與實習教學比例不變。新型雷達裝備的教學內容大大增加,而理論教學和實習教學時間增加太少。在新型雷達裝備教學中,這種矛盾表現尖銳,教學課時捉襟見肘。在只增加原來教學時數1/8 時間的情況下,利用本文提出的基于信號流程的雷達故障快速檢修訓練方法,完成原來教學約 2 倍的內容是可行的。

  3.2 實習教學效果對比

  到實際雷達裝備上上機實習是裝備課教學的實踐性教學環節,是學員嚴謹的機務作風養成、準確的檢調操作訓練、熟練儀器儀表使用技能的重要培養環節。

  可是,由于新型雷達裝備教學中存在的受訓人員多、訓練實裝少的突出矛盾,使得受訓者人均上機實習時間嚴重不足。為此,教員可以利用多媒體教室開展虛擬檢修,自習的學員可以以"小教員"為核心進行虛擬檢修,使得機下開展規模化虛擬檢修訓練成為可能。

  表 4 給出了運用基于信號流程的實裝檢修與虛擬檢修結合的教學方法前后,學員實習課時數對比情況。

  表中教員和"小教員"組織的機下虛擬檢修效果預期分別約為上機檢修的 70%和 30%.運用本文教學方法前,人均實裝實習總學時的計算方法為:實習總學時÷分組數=180÷6=30,這里不考慮機上每名學員輪流操作的情況。運用本文教學方法后,每名學員的實裝上機實習總學時仍為 30 學時,但由于有了雷達故障虛擬檢修教學場所,學員可以在輔導教員的指導下開展虛擬故障檢修。依照分組,在教員組織下的虛擬檢修時間仍為人均 30 學時,余下的時間由小教員組織。綜合起來,運用本文教學方法的人均實習效益學時為:30+30 × 0.7 +120 × 0.3 = 87.雖然雷達故障虛擬檢修效果較之上機實裝檢修效果有所減弱,但總的來看學員實習課時數相當于成倍增加了,從而大大提高了實習效果。

  4 結束語

  本文提出了基于信號流程的雷達故障快速檢修訓練方法,采用雷達故障實裝檢修與虛擬檢修相結合的教學模式,并對其應用效果進行了評估。經過多個本科畢業期班教學實踐和考核,各期班學員的優良率都在 95%以上,這表明了該方法的科學性、高效性和經濟性,對提高雷達裝備教學效益是有效的。本文研究成果可在其他型號雷達及其他電子設備課程中推廣應用,所總結的相關雷達檢修資料也可在雷達兵部隊中推廣運用。

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