“城市轨道交通通信信号技术”专业课程体系构建

伍学珍，姚开武，陈光会

（广西水利电力职业技术学院，广西 南宁 530021）

0 引言

2021年颁布的《国家综合立体交通网规划纲要》指出，要实现“全国123出行交通圈”及城市内外交通有效衔接，推动干线铁路、城际铁路、市域（郊）铁路融合建设。“十四五”城市轨道交通预计新增运营5000多km，相应的人才需求规模约19万，城市轨道交通人才需量大，管理型、技术型、技能型人才比例10%、15%、75%的金字塔比例结构，其中技能型14万。《南宁城市轨道交通线网规划（2020-2035）》13条线路，规模约592.6 km，未建364.4 km，站点206座，全国及广西城市轨道交通人才需要量大。

2016年学院扩大招生，基于广西水利电力职业技术学院60年以水利、电力为主的工程教育的职教积淀，结合“十三五”十大产业之一“先进轨道交通装备”，调研中国城市轨道交通协会公布行业17个技能岗位，选择与自动化技术系统相关的“城市轨道交通通信信号技术”专业，为新建的自动化工程系开枝散叶。专业建设是复杂的系统工程，广西高等教育滞后于发达地区，作为非铁道类院校，在没有上级主管行政资源的支持及校友的就业支撑情况下，自力更生地运用TRIZ创新方法解题第一步，系统组成的要件定义对专业面向的岗位和技术系统进行系统定义，以工程专业教育认证的工程师知识结构（图1）为专业课程体系进行“架构重组”，运用工业工程方法对专业建设实施步骤进行“流程再造”设计，开展了“城市轨道交通通信信号技术”专业课程体系构建的探索与实践。

图1 工程师知识结构（金字塔型）

1 专业建设的“系统定义”

“城市轨道交通通信信号技术”专业的建设是面向企业技能型人才的培养，以深刻洞察企业对技能型人才的需求，解决企业对技能型人才的用人问题，帮助企业提升技能型人才的用人效率，为企业创造价值为目标的核心专业课程体系。表1为中国城市轨道交通协会列出17个技能工种。图2为调研的城市轨道交通通信信号技术专业毕业生的职业通途。

表1 城市轨道交通技能工种表

图2 城市轨道交通通信信号技术专业职业通途

TRIZ创新方法理论体系，从宏观到微观，形成系统性、完整性、严谨性、可行性的解题流程，通过对复杂问题分析，总结出综合性人文、科技的系统解决方案，解题流程：

（1）将涉及复杂问题所相关要件用结构图方式列出，并对需解决问题进行功能的系统定义。

（2）对要件之间的相互作用关系用带箭头线相连，用波浪箭头线或带栅栏的箭头线，标注作用不足或有害关系。

（3）运用“连问五个为什么”的方式，对要件间标注为作用不足或有害的关系；基于专业理论，经验知识、逻辑判断进行因果链分析；而每一个为什么是一个解决问题的切入节点。

（4）对有资源解决问题的因果链切入节点，定义问题模型，如“物--场模型、技术矛盾模型、物理矛盾、技术进化法则等”。

（5）通过查找TRIZ解决各种“问题模型”对应的工具“40个创新原理、HOW TO模型、金鱼法、小人法等”列出不同行业解决相同的“问题模型”的类比解决方案。

运用TRIZ解题流程第一步，对“城市轨道交通通信信号技术”专业建设面向岗位群“信号楼值班员、信号检修工、通信检修工、自动售检票检修工、车站机电设备检修工”5个工种的匹配岗位进行“系统定义”，其次，地铁运营几十个技术系统相互关联，互联协同，技术系统复杂。对“城市轨道交通通信信号技术”专业面向的主要技术系统进行“系统定义”（图3）。城市轨道交通车地通信信号系统包括基于通信的列车运行控制（Communication Based Train Control，CBTC）（列车自动监督（ATS）、列车控制系统（列车自动防护（ATP）和列车自动驾驶（ATO）），以及地面车站设备系统。

图3 轨道交通车地通信信号系统框图

2 专业课程体系的“架构重组”

“城市轨道交通通信信号技术”专业面向信号检修工、通信检修工、机电检修工及（自动售检票系统）AFC检修工岗位，从事与轨道交通通信信号技术系统更为宽泛相关的与车站屏蔽门、车载列控相关技术工作。运用TRIZ创新方法重构与真实技术系统逻辑一致的架构，解决目前“学时少、知识多、技术难”，但原理简扼、通用易学，理实相融”的教学诉求，图4为轨道交通地面信号通信系统构架，图5为轨道交通车地列控通信系统架构。源于真实复杂的CBTC系统技术的原理抽取，遵循职业教育的规律的“架构重组”一个与真实技术原理逻辑性一致的系统架构。

3 专业课程体系实施的“流程再造”

3.1 理论课程

基于工业工程以效率和效益为目标的特点，对“城市轨道交通通信信号技术”专业岗位面向主要的车地协同通信信号技术的系统架构，通过“流程再造”梳理的课程体系（表2、表3），构建树型“城市轨道交通通信信号技术”课程体系的五层设计，由根到叶的知识结构稳定，衔接紧凑，实现通识课作为专业基础课的工具，专业基础理论课对专业基础技术的理论支持和引导，而专业基础技术课对专业综合技术课的支撑的目标。具体为：（1）树根为通识课程；（2）树主干为专业基础理论课：电路分析基础；（3）树副主干为支持硬件和软件技术专业理论课程；（4）树枝为专业基础技术课程；（5）树叶为专业综合技术系统课程。如图6所示。

图4 轨道交通地面信号通信系统架构

表2 轨道地面信号、通信系统架构分层及功能

表3 轨道交通车地列控通信系统架构

3.2 实训课程

高职院校肩负着培养高技术、高技能应用型人才重任。“城市轨道交通通信信号技术”专业技能训练由点、连线、成面、立体的城市轨道专业技能训练体系架构，有的放矢对应就业岗位面向技术系统的技能训练。如图7所示。

图5 轨道交通车地列控通信系统架构

图6 树形“城轨通号”课程体系及教学实施流程

图7 轨道交通通信信号技术实训课程体系

3.3 实训室建设

“城市轨道交通通信信号技术”专业对应的主要技术系统，基于通信的列车运行控制CBTC系统通过在车-地间进行连续、双向、大容量的数据传输的，完成列车自动监督（ATS）、列车自动防护（ATP）和列车自动驾驶（ATO）等功能[3]。CBTC系统技术原理先进，主要设备可靠性、安全性要求苛刻，系统复杂，技术掌握不易。基于企业对技能需求调研“今天毕业明天能上岗”，结合实际地铁线路中CBTC系统的具体配置方式，搭建一个和地铁系统相一致的训练环境，将CBTC系统的先进技术原理、系统构建方式和维护操作方法的培训等融入到学生实际技能操作训练中。基于CBTC城市轨道交通通信信号仿真实训系统如图8，与中国铁路通信信号股份有限公司合作共同开发一套虚-实一体的整合ATO/ATP/ATS，模拟驾驶、ZC/CI/继电器、主要轨旁设备，模拟仿真完整南宁地铁1号地铁线路的信号系统，其中一个车站的轨道旁信号设备真实，当车辆运行到有真实轨旁设备的车站时，给轨道旁设备设置故障时，ATOATP能迅速响应，降速，或停止的功能；轨道交通信号系统建设的二期，增加三台模拟车辆驾驶器，可仿真列车无人驾驶自动运行，正线行驶的先后三辆列车，实现移动闭塞的运行功能，满足全自动无人驾驶技术发展对学生知识技能的培训需求。此外与清华同方共建《轨道交通综合监控》实训室，亦教亦训亦培的真实设备的生产性实训基地。

图8 轨道交通通信信号仿真实训系统

4 结束语

随着工业4.0加速技术系统复杂化、多样化及交叉化，对于学时少，又要求高技能的高职专业课程体系构建带来前所未有的挑战。文本运用TRIZ创新方法对“轨道交通通信信号技术”专业面向工作岗位及技术系统的范围进行“系统定义”；基于工程专业教育认证的工程师知识结构，对专业所面向工业4.0的技术系统进行研究、整理、归纳，抽取关键技术主线，重构五层“执行机构、驱动系统、程控系统、现场人机交互、通信系统、远程人机交互”的技术系统逻辑架构。通过对系统各层的知识、技能梳理并设计的“轨道交通通信信号技术”专业课程体系，分为“树根为通识课程、主树干为专业基础理论课程、分副主干为支持硬件和软件技术专业理论课程、树枝为专业基础技术课程、树叶为专业综合技术系统课程”的树型理论课程体系，和由点、连线、成面、立体的技能训练课程体系，通过“注程再造”优化实施教学流程、降低教学成本，配合“2+0.5+0.5”高职教学模式，适应城市轨道交通企业“一人担多岗”和“一岗承多能”的新业态的需求。“系统定义”“架构重组”和“流程再造”的高职工程专业课程体系的构建模式，承待不断地完善与实践。