基于鱼骨图的任务驱动法在数控故障诊断与维修课程中的应用

2019-05-22王亚利王鹏飞

产业与科技论坛 2019年8期

□王亚利王鹏飞

数控机床综合了当今世界上许多领域最新技术，主要包括精密机械、自动控制及伺服驱动、计算机及信息处理、网络通信、精密检测及传感器技术[1]。随着数控技术不断发展，机床功能不断增加，结构也更加复杂。数控机床各个组成部分之间精密相连，任何一个部分发生故障都会影响机床的正常工作。机床一旦出现故障，要求维修人员能准确地判断故障产生的原因，根据具体原因及时修复，快速恢复生产。为了满足企业对数控维修人员的需求，高职院校开设“数控故障诊断与维修课程”，以利于就业岗位技能需求和专业素养的有效衔接。但是，由于此课程专业性和综合性都较强，给学生的学习带来了一定的困难和挑战。特别是在寻求和分析机床故障原因时，学生不能快速地梳理思路，无法全面判断故障可能原因，因而也不能准确地选择有效解决方法。因此，本文探讨了鱼骨图的教学方法，旨在帮助学生理清思路，提高解决问题的效率。

一、鱼骨图分析方法

鱼骨图也称因果图，它是一种把与某个问题有关的所有知识组织起来并用图形加以描述的工具图[2]。鱼骨图的构造方法如下[3]:第一，确定需要解决的问题，填写在一个方框，表示鱼头；第二，绘制带箭头的直线，带箭头一端指向鱼头方框，此线表示鱼的主骨；第三，主骨上方、下方分别绘制若干条带箭头的直线，箭头指向主骨，作为鱼的大骨，大骨与主骨之间的夹角一般为60°。大骨上填写第一层原因，且将原因名称标在大骨旁边；第四，画中骨和小骨。中骨与主骨平行，且用带箭头的小横线表示。其中中骨表示第二层原因，小骨表示第三层原因[4]。如图1所示。

图1 鱼骨图

二、鱼骨图分析方法在数控故障诊断与维修课程中的应用

数控故障诊断与维修课程是数控专业的骨干课程之一，在掌握数控机床组成元件的结构、工作机理的基础上，需要学生准确定位故障、分析故障产生的原因。以FANUC系统为例，数控机床在生产中典型的故障可分为通讯及网络故障、数控系统故障、主轴驱动故障、进给系统故障及换刀故障。本文将鱼骨图应用在教学中，旨在激发学生的学习兴趣，锻炼他们发现问题和提升解决问题效率的能力。基于鱼骨图的任务驱动教学法的流程如图2所示。

图2 基于鱼骨图的任务教学法

下文以“通讯及网络故障”的设计为例，说明鱼骨图如何应用到教学课堂上。数控系统具备高可靠性、高速度的通讯传输功能，以太网传输是数控机床通信一种典型的传输方式，可以实现与多台计算机同时进行高速大容量数据传输。利用以太网传输时常见的故障是不能存储远程计算机的程序。因此，以“不能存储远程计算机的程序”作为真实案例导入课程，将鱼骨分析法运用在教学中，一是分析故障产生的可能原因，二是寻求主要原因，三是提出解决故障的对策。

(一)布置任务。本文中以“不能存储远程计算机的程序”为例，并将此问题作为鱼头。考虑到每个学生掌握的知识程度不同，布置任务时，选择的真实故障难度应适中。

(二)任务的实施。在此环节，包括大骨、中骨和小骨的绘制。第一，大骨表示造成故障的第一层原因，本案例中的故障可以从计算机方面、机床方面、网络方面、服务软件方面、人为原因进行综合考虑。在这一过程中，学生要通过所学习的理论知识进行思考，归纳，尽可能多而全地分析故障原因。第二，中骨表示第二层原因。绘制中骨时要表达清楚第一层原因的影响因素。比如计算机方面：计算机IP地址设置有误、计算机故障；机床方面：机床IP地址设置有误、系统主板不良；网络方面：服务器IP地址有误、网卡损坏；服务软件方面：服务器IP地址有误、网络服务软件不良；人为原因：操作错误、编写的程序有误。第三，针对原因提出相应的解决方案。将故障的第一层原因及其相关因素和解决方法分别以鱼骨分布态势展开，完成鱼骨分析图。在此环节，以学生自我学习为主，教师起引导作用。

(三)点评总结。鱼骨图分析活动结束后，展示各小组所画鱼骨，由组长向全班学生汇报绘制鱼骨图的步骤及寻找故障产生原因的思路。通过小组自评、小组互评、教师评价考查知识点的掌握程度，并进行查漏补缺。以数控机床“不能存储远程计算机的程序”为案列的鱼骨图框架设置如图3所示。

图3 “不能存储远程计算机的程序”鱼骨图框架

三、教学效果

基于鱼骨图的任务驱动法，将其应用在教学中，学生根据问题进行分析并归类，在这一过程中，不仅掌握可学习的内容，同时使得学生的学习兴趣得到大大提高，增强了学生学习的主动性。

(一)学生从被动听变为主动学，充分发挥了自主学习能力。跟传统教学方法有着明显的区别是，基于鱼骨图的任务驱动法是以“学生为主，教师为辅”，学生从被动听变为主动学，充分发挥了自主学习能力。传统教学方法，经常会出现学生开小差、玩手机等情况，但是采用鱼骨图的任务驱动法，学生自己是主角，通过独立思考、相互讨论、查询资料、教师指点，提高了课堂的趣味性，能相对轻松掌握知识点。

(二)提升了学生独立思考、分析问题、解决问题的能力。相应的知识内容穿插在鱼骨图的绘制，要求学生自己根据真实故障，去寻求故障产生问题，并能提出相应的解决方案。在这一过程，学生不仅熟悉已经学习过的知识，还要求在此基础上进一步进行分析探索，将理论知识跟实际相结合，驱动学生在思考、理解中取得进步。

(三)通过真实的案例驱动，采取实境式教学，有利于提升学生的维修技能。根据实际故障设置问题，根据学习的理论知识，推测出问题可能产生的原因，然后进行诊断，找出具体原因，再进行实际的检测验证。符合企业真实的场景，使得学生毕业后在实际工作中，能胸有成竹地解决相应的故障。因而，基于鱼骨图的任务驱动法极大地提升了学生维修素养，为以后工作打下坚固的基础。