1.开关电源充电器充电器概述 在电子设备中,电源为重要的组成部分,能否实现电源高效管理直接影响产品性能。而针对便携式设备,对电源输出电压、体积、可靠性等有不同的要求。在电子设备向着智能化、轻薄化和多功能的方向发展的同时,包含电池在内的一些传统电源已经难以在容量、体积等方面满足设备功耗要求。而实现开关电源充电器的设计,则能对开关电源重量轻、体积小、能量转换效率高等优势进行充分利用,满足现代电子设备的充电需求[1]。 2.开关电源充电器的电磁仿真分析 从上述分析来看,开关电源充电器会受到电磁干扰的影响,所以在设计前还应加强电磁仿真分析,以便及早发现电磁兼容隐患,从而通过消除隐患完成电路合理设计。 2.1电磁干扰分析 在开关电源充电器研发方面,还要加强产品电磁仿真分析,即确定产品在抗电磁干扰方面的能力,需要对产品的电磁兼容性进行测试,保证产品质量能够满足要求。针对开关电源充电器,电源噪声干扰主要可以划分为高频震荡噪声和浪涌噪声,采用差模和共模的形式传导,会给周围空间带来辐射噪声。在实际进行电磁仿真测试时,需要完成传导测试、谐波电流测试、浪涌测试等各种测试,确定其能否实现各种电磁噪声干扰的抵抗。在实际进行测试方法选用时,还要结合开关电源电磁干扰产生机理进行分析,方能加强对电源共模和差模噪声源阻抗设计。在实际分析过程中,还要加强仿真技术运用,即完成各种元器件高频模型库的建立,通过仿真在开关电源充电器设计前完成其电磁性能的预测,确保产品得到合理设计。在电磁干扰测试时,需要对被测件产生的非预期电磁分量进行测量,利用时频特性完成产品电磁干扰特性的描述[2]。 2.2电磁干扰测试仿真 从开关电源所受的电磁干扰来看,会受到输入整流回路、开关回路、次级整流回路等各种回路中电感、电容等元器件的电磁干扰,同时也会受到电路构成的空间电磁辐射的干扰。此外,不合理的布线和结构布局,同样会给开关电源带来强烈的电磁干扰。在建模仿真分析时,还应完成元器件和子系统仿真模型的建立,利用计算机完成仿真计算,实现对电磁干扰水平的科学预估。在电磁干扰超出限定值的情况下,可以进行电路设计的修改,达到实现电路合理设计的目标。在仿真建模时,针对分立无源器件,可以通过实验测量完成简化SPICE模型的建立,如图1所示,会利用电磁场模型提取软件进行相应模型的提取,完成元器件端口电气特性的分析,将关键信号和敏感信号的传输关系得到最大限度的建立。对高频开关电源进行仿真,还要对电源外壳内部通风位置和开关面的电场分布进行分析,确定是否存在能量泄露,以免产生较大电磁辐射。针对电源屏蔽结构,需要采用PLO仿真,得到与暗室测试相符合的仿真分析结果。如图2所示,输入3V,输出3.38V,系统无漏电感造成的电压下降情况。采用该种仿真方法,则能找到系统电磁波泄露源头,如穿过机箱的电缆等[3]。通过从源头上防治电磁泄露,则能使产品电磁屏蔽效果得到改善。对子系统进行仿真,则要重点进行部件结构研究,利用CAD实现几何模型的导入,节省仿真建模时间。变压器二次侧电压尖峰得到了有效抑制,可以减少电源损耗。利用仿真得到的各种系统部件,可以对其电磁特性展开分析,完成系统电磁兼容的设计优化。采用仿真软件,也能对系统所受的仅电磁场敷设进行测量,确定系统电磁场分布情况。 3.开关电源充电器的电路设计研究 3.1电路结构设计 在电路结构设计中,采用基于DC-DC转换器的拓扑结构,利用LTC3245电路作为电源电路。而采用该种电路结构,从电磁仿真结果来看电磁干扰较小,能够拥有1:1降压、2:1降压和1:2升压这三种转换模式,通过外界快速充电电容即能结合输入电压和输出电压完成不同转换率的选择。在输入电压超出输出电压两倍时,即选择2:1降压模式,在输入电压在Vout和2Vout之间时,选择1:1降压模式,输入电压小于输出电压选择1:2升压模式。对输出电压进行检测,则能完成每个周期电荷量转移,实现转换率的调节。采用该种方式,可以降低输出纹波。在LTC3245电路中,拥有电荷泵、基准电压源、输出电压可调和PWM控制等部分,以电荷泵为核心,实现电源升降压调节。利用PWM控制信号,则能进行泵的充放电控制。利用MOS管作为模拟开关,则能使输入电阻得到减小,达到提高电路输出效率的目的。利用基准电压源,可以进行稳定参考电压的提供。而电路内部有两个电压源,即1.2V和1.4V。采用电压比较器对多路复用开关输出信号进行比较,则能实现泵脉冲信号控制,满足输出电压的调节需求。 3.2控制电路设计 针对开关电源受到的各种电磁干扰,如谐波电流干扰、线路传导干扰等,在充电器设计时可以通过增强输入和输出端口滤波设计减小干扰,也能通过加强接地处理减少干扰影响,促使电路性能得到进一步提高。在控制电路设计上,为减少电源受到的电磁干扰,还要使电流经过整流器和滤波器后进入电压调节器,以便得到稳定的直流电源。具体来讲,就是在电流经过半波整流电路后,会通过二极管VD。而采用正和负两种半波整流二极管,则能使电流在正弦周期中通过一半,达到引进负半周期参数的目的,完成全波整流器电路的设计。在信号采集方面,多数电路可以在直流电压下稳定控制。而在与负载连接方面,需要采用串联方法,促使稳压电路输出电压与稳压二极管稳压值一致,从而使电压稳定在固定值上。采取该种控制方式,无论输入电压或负载是否发生变化,都能实现稳定电压输出。 3.3电路设计效果 从电路设计效果来看,在充电器工作在固定输出降压模式的情况下,最大输出电流为180mA,电压为3.3V和5V,能够为此稳定输出。在输出电压为3.3V的条件下,电压纹波为44mV;在输出电压为5V的条件下,电压纹波为52mV。由此可见,在该模式下工作,充电器可以保持较小的电压纹波,所受的电磁干扰较小。而在输出升压模式下,最大输出电流为110mA,电压为3.3V和5V,能够为此稳定输出。在输出电压为3.3V和5V的条件下,电压纹波为48mV。此外,在充电器输入电压较大的情况下,输出电压达到5V,可以更快的完成电压转换,转换效率为73%左右,输出电压为3.3V时则能达到73%。分析原因可知,输入电压增加,输出电压不变,将导致充电器产生更大的功率损耗,因此将导致产品转换效率下降。 4.结论 在有限的时空条件中,伴随着电子设备的增多,频率资源占用的密集度不断增大,促使电磁干扰已经成为了电路设计首先需要考虑的问题。而通过电磁仿真分析,则能在开关电源充电器产品设计前对存在于元器件和电路子系统间的电磁兼容问题进行消除。在此基础上实现电路结构合理设计,则能使产品抗干扰能力得到增强,保证产品实现电压的稳定输出,因此能够更好的满足产品设计需求。
计算机仿真论文:汽车动力学性能的计算机仿真探究 【摘要】每一批汽车在投入市场前,必须对所有车辆的动力性能进行检测,这是对汽车用户用车安全的负责,也是制造商制造工作的职业道德。和汽车车检系统一样,目前针对汽车动力性能的检测,主要以计算机仿真模拟检测方式最为先进。本文以汽车动力性能的概念介绍入手,解释了汽车动力性能计算机仿真检测系统的工作原理,提出优势和展望。希望能对相关人员有所启发。 【关键词】汽车动力学;计算机仿真;研究 引言 汽车本身就是一种动力工具。一辆汽车的好坏,更多取决于该车的动力性。检测汽车的动力性,不可能将车开上公路检测,同一批出厂的汽车数量也不允许使用这种检测方式。早在20世纪50年代,西方先进国家就发明了汽车动力性能仿真检测模型,70年代借助工程学的知识,提出了系统的检测方法论。但是传统的检测方法,必须要等到一批汽车生产出来后,才能选用实体样本检测。简而言之,就是抽查。实际上还是采用使用汽车的检测办法,只不过检测地点是在汽车建造工厂内部而不是实际行驶公路。新型的计算机仿真技术,并不需要等到汽车实体制造出来才能进行检测。因为计算机检测,是在建立了特定的检测程序基础上,通过录入汽车各种组件的具体数值,在电脑上建立汽车模型。然后利用虚拟现实技术,让一堆数据组成的虚拟的“数字车”,在同样是电脑模拟出的虚拟行驶环境下,完成动力系统的检测,其实质就是一种计算机模拟程序。检测工作的重点是计算机虚拟检测环境的建构。 1汽车动力性能的内容 汽车动能简而言之就是汽车作为动力工具的使用效果,也是判断一辆汽车市值的重要参考标准。汽车动力性能组成内容如下:1.1最高车速最高车速,是在水平地面行驶的状态下,汽车能达到的行驶速度的最大值。该数值仅仅代表了汽车的行驶极限,并不能说明汽车本身的质量好坏。因为我们实际的生活场景,并不是电影《速度与激情》中描绘的频频飙车,汽车的最高车速一般是用不到的。1.2加速性能加速性能,一般按照欧美国家的评价标准来检测。汽车的加速性能,和汽车加速行驶的距离以及行驶耗时有关,一般情况下,同样的加速距离,所用时间越短,说明汽车的加速性能更好。但是因为实际使用中汽车的加速情况复杂多变,所以汽车加速性能的检测分为多种形式。油门全开时的加速情况以及油门半开状态下的加速情况是不同的,并且汽车的行驶速度处于何种档位也会对加速效果产生影响。1.3爬坡性能爬坡性能也是汽车动能的检测内容之一。在汽车承载力处于饱和状态的情况下,测试汽车能行驶过去的最大坡度。此时汽车的行驶速度一般以一档为标准。和汽车的加速性能一样,爬坡性能也和发动机质量,汽车轮胎的摩擦度以及驾驶员自身的驾驶技术有关,所以检测程序较为复杂。上述三种性能是汽车动力性能主要的检测项目。但是检测标准并不一定,随汽车品牌、用途、发动机型号、汽车车身质量变化而改变具体参考标准。例如军用越野车,其对于爬坡性能的要求特别高,但是对于加速性能,就会相对低一点。利用计算机仿真系统能够在汽车模型设计出来之后就进行检测,检测不合格可以继续修改。避免了传统检测方式中,会出现生产了一批汽车但是由于检测不合格造成资源浪费的情况。 2仿真软件系统设计 目前国内的计算机检测汽车动力性能的仿真系统,主要借助M语言和Simulink模块建立。利用汽车发动机相关的数学模型,加入一定的检测程序代码,设计出实用的仿真系统。 2.1检测系统内容 仿真系统包括四部分。①输入汽车各种参数,从而建立一个仿真的电子汽车模型的部分。②计算机检测系统设定的具体的检测标准数值,检测单元包括最高车速,加速项目以及爬坡性能三个单元,根据不同的车型不同的发动机标准,这三个标准数值会做相应改变。③汽车行驶环境的模拟部分,包括发动,加速,爬坡三种具体的行驶动态的承载环境,这种环境能够代表汽车在具体行驶中会遇到的实地环境,即“虚拟行驶环境”。④针对模拟汽车在模拟环境中行驶状态的分析部分,这个部分借助于强大的算法结构,是计算机仿真检测系统最主要设计复杂度最高的部分。 2.2系统设计原则和要求 仿真系统设计的原则有以下几点。①高度还原汽车实地行驶环境,“虚拟环境”之所以具有真实行驶环境的代表性,就是因为其与真实的行驶环境在坡度、风速、地表等方面相差无几,是对真实环境“镜子”式的反映。②在具体单元中,应当涵盖多种行驶可能,例如,实际使用中汽车的加速情况复杂多变,油门全开时的加速情况以及油门半开状态下的加速情况是不同的,并且汽车的行驶速度处于何种档位也会对加速效果产生影响。所以汽车加速性能检测单元,应当具体细分为不同的加速情况。将行驶中可能出现的各种情况,全面反映到计算机仿真模型系统中,才能使检测结果更加接近实地操作结果,更具说服力。③检测人员,必须具备良好的职业道德,能够认真细致地完成检测工作。目前的汽车行业发展的如火如荼,一批汽车的生产量会多达万辆,如果生产前的检测结果有失误,那么造成的资源浪费会是传统检测失误的数万倍。并且动力性能不过关的汽车流入市场后,产生的危害是不可估计的。汽车动力性能计算机仿真检测系统,虽然比传统的检测技术先进,但是也背负了更多的风险和责任。 3汽车动力性能计算机仿真检测的优势 (1)计算机新型的计算机仿真技术,并不需要等到汽车实体制造出来才能进行检测,这是计算机仿真检测系统和传统汽车动力性能检测方式的最大区别也是最大优势。对汽车模型的检测,由于借助了强大的计算机检测算法,检测人员只需要在检测程序中输入汽车各部分组件的具体数值即可,计算机能自动计算出该款汽车在不同路况下的动力性能的表现。省去了传统检测中人力手动模拟各种路况的麻烦,节约了检测时间的同时,也避免了传统检测有可能出现的人身安全问题。(2)节约汽车制造资源。传统的检测方法,必须要等到一批汽车生产出来后,才能选用实体样本检测。生产汽车检测样本肯定不会只生产一辆,如果实体汽车检测样本合格,那么等待这批汽车样品的只能是废物回收的命运。汽车组件可以被回收,但是生产汽车检测样品所花费的人力物力财力,却是白白浪费。(3)在电子信息技术发展的大社会背景下,人力必然要被机器取代。信息化、智能化是当今社会发展不可更改的方向。建立汽车动能计算机仿真系统,只是机器取代人力的滚滚浪潮中一朵小小的浪花。 4对汽车动能计算机仿真系统未来发展的展望 计算机仿真系统的实质,依然是借助于庞大的计算机运算能力的一种特殊程序,难以全面再现实际生活中的汽车行驶过程,所以并不能百分百代表汽车实际使用过程中的动力性能。笔者对此提出几点展望,希望能对该系统开发人员有所启发。(1)完善现有的仿真系统,加入更多的模拟行驶场景,并在具体场景中对坡度,马力、地表形态、汽车发动机性能、燃油效率等具体指标拆分组合,建立强大的虚拟现实系统。(2)将动能仿真系统和汽车的导航系统相结合,在每一辆汽车的制造中,就加入计算机动能仿真系统。设想一个场景,野外行驶中,驾驶人不确定汽车能否顺利通过眼前的高坡,在冒险和人身安全之间犹豫时,可以启动计算机动能仿真系统,在汽车显示仪上实时模拟出爬坡的场景。从而使司机对接下来的具体行驶情况有所了解,提前做好应对措施。 5结束语 目前我国并没有成熟的自我研发的汽车动力性能计算机仿真检测系统。希望中国该行业的技术人员能够学习西方先进技术,严格按照汽车动力性能检测要求,研发出中国的更安全的汽车动能计算机仿真检测系统。 作者:郑文超 单位:襄阳汽车职业技术学院 计算机仿真论文:计算机仿真辅助RTM工艺模具设计探讨 摘要:运用RTM工艺模具的设计理论及经验,结合尾边条结构尺寸公差要求,设计出RTM工艺模具基本结构尺寸,并以CA-TIA为工具生成模具的三维模型,进而建立模具的有限元模型,运用MSC.Patran/Nastran软件分析出RTM工艺模具的各向位移分布,为进一步模具结构设计提供依据。 关键词:RTM;尾边条;模具;有限元 引言 操纵面的尾边条结构多为长条结构,宽度较小,且截面形状复杂,展向零件尺寸厚度变化大,如采用常规热压罐工艺很难保证尾边条制件内部和表面质量。RTM(ResinTransferMolding,树脂传递模塑)是目前液体复合材料成型工艺中发展得比较迅速的一种先进成型工艺,RTM成型的制件具有表面质量优、精度高、孔隙率低等优点,并且工艺设备简单、挥发物少、制造成本较低[1],因而尾边条成型工艺采用RTM成型技术。李柏松[2]研究了纤维增强材料的铺设结构及树脂液流动方式影响制件成型质量。邱桂杰[3]研究了温度和压力对浸润性的影响,并得出在较低的注射压力和较高的成型温度下,纤维能够得到良好的浸润和粘结,成型复合材料的抗拉伸强度比较高。王[4]提出计算机仿真技术融入到RTM模具的设计工作中能够提高设计效率和节约时间成本。作者通过运用CATIA软件建立模具三维模型,运用MSC.Patran/Nastran软件建立有限元模型,完成边界和热载荷约束,计算分析模具模腔各向的位移分布,评估模具设计方案是否合理。 1尾边条结构 运用CATIA软件建立尾边条的三维模型和模具三维模型,如图1所示。依据尾边条的结构和功能性要求,尾边条基体选用RTM6-2环氧树脂,增强材料选用G0926碳纤维,依据等温度粘度曲线可知,树脂粘度随着温度的升高迅速下降,120℃等温时树脂粘度曲线变化平缓,最为适合树脂固化。 2模具设计 尾边条整体结构简单,但截面尺寸渐变,长度为4135mm,导致模具尺寸较大且为细长型。采用45#钢材制备尾边条RTM模具,其热膨胀系数为11.3×10-6/℃,在180℃下4m长结构的热膨胀量大约为7.2mm;而复合材料的热胀冷缩效应较小,当温度降低后钢模由于其热胀冷缩效应可恢复其原来长度,而复合材料结构件在降温后无法恢复到原来尺寸,则会导致制备的结构件比所要求的结构件长度上增长约7.2mm,则需要从结构件两端分别切割掉约3.6mm。由于截面尺寸渐变,结构件在模具中受到模具的热胀冷缩效应,长度变长,对两端进行切割出实际结构件长度,则要确定结构件两端截面尺寸变化量,需对其进行尺寸大小分析。运用MSC.Patran/Nastran软件建立模具的有限元模型(如图2所示),完成边界约束和热载荷施加定义,计算分析模具模腔贴模面变形情况。在180℃下,有Nastran计算结果可知,钢模空腔在长度方向上由于钢的热胀冷缩效应伸长了5.66mm,尾边条的最大厚度为12.5mm,宽度为55mm,厚度与宽度分别是长度的3‰、13‰,因此尾边条厚度与宽度方向上可以忽略热胀冷缩效应带来的尺寸变化。采用激光跟踪仪所用的POLYWorks软件把尾边条数模放置到热变形的模腔中测量其贴模间隙,以此来分析在钢模中制备的零件与零件数模截面尺寸的变化,分析结果为:点数=11562,平均偏差=0.000,标准偏差=0.005,公差外曲面=0.071%。零件尺寸平均偏差为零,标准偏差为0.5%,说明贴模间隙很小,且均匀分布,则认为可以忽略由于钢的热胀冷缩效应带来截面尺寸的变化,即可以在钢模中制备出零件后在两端进行机加切割。结果表明:模具材料选用和结构设计合理,模具所制得的尾边条制件表面质量和内部质量要求。 3结束语 本文运用MSC.Patran/Nastran软件对RTM成型模具进行有限元建模和分析,可以直观及全面地了解钢模空腔在各向上由于钢的热胀冷缩效应伸长量,从而得出尾边条成型时所需模腔尺寸和尾边条成型后的尺寸,并借助激光跟踪仪所用的POLYWorks软件验证了尾边条贴模间隙极小,表面质量良好。显然,RTM成型模具设计方案和材料选用均较为合理。 作者:司超超 凡玉 单位:中航飞机西安民机有限责任公司 计算机仿真论文:生产系统中计算机仿真技术的应用 【摘要】随着我国社会经济的快速发展,我国各个领域都取得了很大的进步,目前我国加工制造业正面临着激烈的市场竞争,企业逐渐向产品模块化、多产品小批量生产、制造技术与成租技术发展,在应急通信平台中出现了一种仿真技术,利用这种技术能够最大程度的提高工作效率,节省时间从根本上提高了企业的管理水平,本文就对计算机仿真技术在生产系统中的应用问题进行详细的阐述,希望能为以后该方面的工作提供一些帮助。 【关键词】计算机仿真技术;生产系统;应用研究 1前言 21世纪是科技的时代,在各个行业领域中都有计算机技术的应用,所谓计算机仿真技术是基于计算机硬件设备与操作系统的一种仿真环境,对不同的物体与信息进行分析与加工,同时仿真技术也能将真实的事物变为虚拟的环境,帮助用户更好的感受到听觉、视觉的效果,在仿真环境中用户可以同计算机进行虚拟的互动,真正实现身临其境的效果,计算机仿真技术最为重要的一个特点就是构想性,能够通过仿真技术让人们更好的理解抽象的东西,并将这些东西以三维立体的形式表现出来。为了更好的适应市场的需求,提高生产系统规划设计,减少投资风险,就需要让企业的生产系统高效的、可靠的运行与生产。从目前来看,生产系统设计与管理中还存在很多的问题,由于系统自身具有一定的复杂性在调度的时候也比较困难,因此利用计算机仿真技术是最有效、简单的方法,本文就对计算机仿真技术在生产系统中的应用进行具体的分析。 2计算机仿真技术在生产系统中的应用 2.1生产系统的计算机仿真技术 生产系统计算机仿真是一种系统建模与实验分析的方式,它能将生产资源、工艺路线、库存与管理等信息都结合起来,根据系统的活动过程来代替数学方式进行描述,在理解上也更加容易理解,全面的反映出生产系统的特征与过程,近年来,仿真技术在我国制造业已经得到广泛应用,主要用于解决以下方面的问题:(1)生产系统的改造与重组。通过生产系统的流程进行仿真的分析,然后将各个部分的关系进行量化。(2)在制造单元分析问题上建立起仿真模型,确保相关资源的配置情况以及系统的合理性,估算出系统生产能力以及设备故障对系统的影响,从这些方面来确定出方案。(3)在生产系统仿真模型建立完成之后,生产管理人员就可以对生产系统的策略进行调整,根据模型可能造成的结果来做出最科学的管理措施。计算机仿真技术在生产系统中的这些功能,让计算机仿真技术在制造业中获得更大的发展。在生产系统计算机仿真的分析过程中,包括三个方面的内容:第一是根据调查研究来确定系统需要解决的问题,然后建立起概念模型并对相应的系统规则、变量、元件等进行论证,在此过程中除了设计人员之外,相关企业管理人员也要参与进来进行论证。第二是根据生产系统仿真的问题提供相应的数据,然后对仿真模型进行初始化将这些数据进行输入,同时输出最后的仿真结果。第三是对仿真的结果进行分析从而提供更多的决策依据。 2.2生产系统计算机仿真实例 用于生产系统的计算机仿真工具主要有三种类型:第一是计算机算法语言例如C语言、C++、Fortrun等,第二种类型是通用的仿真程序语言,第三种是计算机仿真软件。计算机算法语言与通用的仿真程序语言都需要设计人员具备很好的编程能力,这两种工具的运用相对困难一些,计算机仿真软件就没有这些缺点,它有着简单、易掌握的特点,同时所有的数据都可以在一个图形界面中完成是目前使用最广泛的应用,在国外很多的企业都开发了这种软件,例如Automod、Witness等,在进行实际操作的时候要建立起一个系统规划模型,在这个车间中应该包括两台数控车床、一台清洗机、一套检测设备,如果加工作业到达车间的时间为20分钟,那么就应该按照1:1的比例来分配工作量,车间需要有一位技术人员来复杂加工与检验入库的工作,同时为了扩大车间的生产能力提高设备使用率,应该适当的对现有系统进行完善与改造,如果车间需要雇佣3个技术人员,那么加工过程中的搬运时间就为2分钟,并且加工中的搬运时间就由设备的长度与速度来决定的,每条输送装置的长度为50m,速度为40m/min,通过对生产系统的仿真可以看出,利用仿真可以对生产系统进行简单的描述,这也是为提高生产系统的效率提供依据,这只是一个比较简单的实例过程,对于比较复杂的生产系统来说只依靠人的能力是远远不够的,要想仔细的对这些因素进行分析与预测就应该采用更加先进的办法,将计算机仿真技术加以完善对管理人员的帮助也就更加明显了。 3结语 综上所述,本文主要对计算机仿真技术在生产系统中的应用进行说明,可以看出,随着我国制造业进程的不断深入,计算机仿真技术已经投入使用并得到了广泛的好评,它能够解决制造业系统中的复杂问题,还可以应用于自动制造系统的研究,可以说有着很好的发展前景,在计算机不断普及的今天,相关专业技术人员在该领域做出了很多的讨论与尝试,利用计算机仿真技术对生产系统进行分析也是最经济、有效的方式,相信未来我国的计算机系统会得到更加广泛的应用,迈上新的历史阶段。 作者:袁斌 单位:曲靖师范学院 计算机仿真论文:煤矿计算机仿真模拟技术分析 摘要:煤矿生产技术和生产设备的先进程度直接影响了煤矿生产的效率。作为一项在生产过程应用的技术,计算机仿真模拟技术目前已经广泛应用于煤矿生产的各个方面。本研究通过分析了计算机仿真技术的原理,探讨了计算机仿真模拟技术对煤矿生产效率的影响。 关键词:计算机;仿真模拟技术;煤矿;生产效率; 0、前言 煤矿生产是国家能源生产的重要组成部分之一,而煤矿生产效率直接关系到煤矿企业的生产成本和社会竞争力。在煤矿生产过程中,应用先进的科学成果能够明显促进煤矿生产的效率。其中,计算机仿真模拟技术在煤矿生产领域已经大放异彩,本研究就针对计算机仿真模拟技术对煤矿生产效率的影响进行探讨。 1、计算机仿真技术的原理分析 随着市场对计算机技术要求的不断提高,越来越多的新型的计算机技术不断出现,其类型大致可以分为软件技术、硬件技术和软硬件结合的技术,三者的应用范围各有不同。对于计算机仿真技术来说,它是属于软件和硬件结合的技术,在日常的生产领域有着广泛的应用,起着提高生产效率和节约生产成本的作用。 1.1计算机仿真技术的技术要求 作为一个软硬件结合的技术,计算机仿真技术需要在软件上进行数据处理和图像仿真,在硬件上主要是使用影像拍摄设备,通过影像采集和数据处理,并实现对事物的还原处理。在计算机仿真技术中,需要外部数据采集设备进行信息输入,内部的仿真软件进行数据转换和识别。在实践应用过程中需要从三方面保证计算机仿真技术保证生产要求。外接设备,主要起到数据采集作用的设备,在进行数据采集的过程中需要保证数据的准备性;仿真软件,在采集到的数据的基础上进行图像处理和数据定位,这些数据的处理为仿真技术的实现打下基础;模拟技术,将处理后的数据进行图像化和定位化,通过一定的计算机处理和数学模型分析,实现对外部事物的仿真模拟。 1.2计算机仿真技术的技术原理 计算机仿真软件的开发是实现仿真技术的最后一步,也是直接影响仿真效果的主要因素,要实现良好的计算机仿真效果就需要通过数学建模,通过对数据进行分析和计算,实现不同的模型架构,从而实现仿真效果。计算机仿真软件一般是在装有Linux的操作系统中进行开发,以此尽可能保证数据的稳定和软件调试工作的便利,在编程语言的选择上一般使用Java语言,因为后期仿真软件开发完成应用时常在Windows操作系统中运行,采用Java是为了方便进行跨平台操作。在仿真软件的开发过程中,需要进行实际的生产需求考察,了解生产实践过程需要什么样的仿真软件,对仿真软件的应用范围和使用条件的要求等,之后在进行软件的针对性开发。在软件的开发和调试过程中可使用数学模型作为处理的样本进行测试。对于不同环境下的生产操作需要建立不同的数学模型,以尽可能适应多种复杂应用条件下的仿真模拟要求。对于外界设备的影像数据采集除了需要保证影像的清晰度,还需要做好外界设备和计算机接口的技术对接,开发能够稳定运行的软件,保证接口能够满足日常高流量的数据传输问题,避免在数据传输过程中出现数据丢失和失真现象,影响最终呈现的计算机仿真效果。在仿真模拟技术的实现上可以分为两个部分,一部分是仿真,另一部分是模拟。仿真过程需要对经过处理的数据进行建模,实现基本的逻辑架构。而模拟技术不同于对现实事物的处理,需要利用三维立体数据处理和图像图形技术对原有的事物进行再现。在计算机模拟技术中,需要的技术指标更加严格,而且适合在包括房地产开发和空间设计等领域应用。因此,可以说模拟技术是仿真技术的升级版,模拟技术是对仿真技术的升华。 2、计算机仿真模拟技术对煤矿生产效率的影响 计算机仿真模拟技术应用在煤矿生产中必然会对生产过程产生积极的影响。在实践应用过程中具体通过以下几个方面提高了煤矿的生产效率。应用计算机仿真模拟技术首先需要对煤矿矿井生产作业的环境进行分析,通过对矿井生产作业面的影像采集,经过计算机传输并通过仿真模拟软件的处理之后产生较明确的仿真模拟图像,能够对井下环境做出细致准确的分析,了解井下的地质条件,从而制定正确的煤矿开采方案,提高煤矿开采的科学性和效率。在传统的井下煤矿开采过程中只能通过技术人员下矿井进行实地的技术勘察,往往受制于井下环境和人员经验的限制,无法准确而全面的对井下环境进行地质勘察,不能真正发挥出指导矿井下生产作业的作用,煤矿生产过程存在一定的盲目性。运用计算机仿真模拟技术后能够将影像资料真实仿真模拟呈现到地面专家团队的屏幕中,集中众人的智慧分析出井下可能存在的地质问题和作业环境问题,从而提出正确的生产设备摆放和生产设备作业强度的要求,在保证井下生产安全的情况下,科学生产保证持续高水平的生产效率,避免因对井下情况不清楚造成的生产进步迟滞的情况。例如在井下通风系统中采用计算机仿真模拟技术通过对网络图进行绘制,首先收集巷道和通风的原始数据,了解巷道的各项基础数据,并据此绘制出通风系统图样,将各个监测点进行编号标注。之后利用计算机仿真模拟技术进行仿真模拟,参数输入完成后根据实际情况进行参数修正和模型完善。计算机仿真模拟技术在煤矿生产中应用进一步推动了矿井的机械化生产水平,通过计算机仿真计算对井下情况的实时传输和仿真模拟,随时随地了解井下的操作情况并指导井下自动化生产机械进行生产调整,原本很多需要人工下井操作的项目通过影像的仿真模拟,用机械代替人工操作,提高了井下作业的效率和机械化程度的提高,从而最大程度的提高煤矿生产的效率。 3、结语 计算机仿真模拟技术直接应用于煤矿生产的关键过程中,外接设备、仿真软件、模拟技术三个部分共同完成了全部的计算机仿真模拟过程,通过对井下地质条件的全面细致勘察指导井下进行科学生产,减少了需要人工下井进行操作的项目,推动了煤矿生产工作的机械化程度,提高煤矿生产的效率。 作者:常虎平 单位:潞安集团总调度室 计算机仿真论文:语音识别中计算机仿真的应用 摘要:文章阐述了一种改进的基于自适应模型的语音识别方法。概括归纳了实现这种方法的三大模块:语音数据采集模块,基于自适应模型的语音识别模块和体现应用的结果显示模块。 关键词:计算机仿真;语音识别;算法 引言 当下对于语音识别技术的研究处于初期阶段,但现在市面上出现的大量语音识别的产品例如DragonDictation,Siri等表明语音识别技术还拥有巨大的发展与应用空间。 1提出背景 目前大多数的语音识别设备在算法上都是基于传统的GMM方式,传统的GMM方式的核心思想是利用多个高斯分布的概率密度函数组合来描述特征矢量在概率空间的分布状况。传统的GMM方法需要先计算所有说话人模型的识别概率p,然后取识别概率最大的说话人模型作为识别结果。而人类在进行说话人识别时,是一边听取语音,一边做出判断,同时排除掉绝对不可能的说话人,在若干相似说话人之间选择,当有很大的把握性时,做出最终判定。这不同于目前的机器识别方法,总是取固定时长的语音数据,且对所有的说话人均同等对待。传统的GMM模型在说话人集合很大时需要大量的数据收集和较长的处理时间,会影响到分辨说话人身份的准确性。所以我们需要一种更加高效,高可靠性的方式来改进当前主流的语音识别算法,更好的服务于当前信息化社会。 2自适应模型 自适应[1]是指处理和分析过程中,根据处理数据的数据特征自动调整处理方法、处理顺序、处理参数、边界条件或约束条件,使其与所处理数据的统计分布特征、结构特征相适应,以取得最佳的处理效果。在特征提取阶段,根据不同的说话人,选取不同长度的语音提取特征,对于易于区分的说话人,只选取少量语音就可以正确识别,对于难于区分的说话人,提取大量语音进行识别,从而在整体上减少了提取特征的时间;在识别阶段,只选取少量语音进行总体说话人识别模型的识别概率计算,而选取较多的语音,对前期选取的识别概率较高的说话人模型计算识别概率,从而一方面保证不降低识别率,一方面大幅度减少识别时间。 3研究目标及主要内容 3.1研究目标。我们研究的主要目标是通过MATLAB模型仿真功能,实现基于自适应的语音识别技术来确定说话人身份。在收集到语音信号的后,完成对信号的处理,主要是基于MFCC的特征提取实现语音库的搭建,之后使用自适应的语音识别技术,将原先采集到的信息和后续说话人所说的语音在自适应的模型下进行比对,来确定说话人是否为本人,并且借助外围设别对结果进行显示,最终实现一个输入-处理--输出的语音识别平台搭建。 3.2研究内容。以MATLAB软件为主要工具,配合外围所搭建的输入设备,显示设备完成一个可以应用的说话人身份识别系统的搭建。(1)深入研究语音信号的采集方式,能够将通过外围设备将采集到的语音信号进行处理,并在MATLAB中实现编程,为后续的语音识别提供素材。(2)通过研究自适应模型的原理,设计基于其原理的算法,将(1)中经过处理后的语音信号与应用时输入的语音信号进行识别,通过MATLAB完成计算,这一步是整个研究中最重要的部分,运算完成将给出处理结果。(3)搭建外围显示设备,我们将MATLAB和单片机进行通信,MATLAB将识别结果传输给单片机,我们通过单片机来提供一个显示说话人身份识别信息并与用户交互的平台。 4技术路线 4.1语音数据采集模块。目前所有的语音识别方式都需要一个语音库来进行匹配。基于自适应的语音识别也要在语音库的搭建上进行如下操作。4.1.1采集说话人语音。使用录音笔在消音室中采集到说话人的声音,我们会将模拟信号转成数字信号,并且进行处理。为了得到高质量的声音信号,确保语音库的精确性,我们选择在消音室完成声音采集工作。4.1.2特征提取及语音库搭建。模拟信号进行A/D转换后,我们要对数字信号进行处理,这里我们使用MFCC这种主流的语音信号特征提取方式来进行提取。MFCC[2]是基于了Mel频率的倒谱系数,我们输入样本音频,对样本音频预加重,分帧,加窗,再做傅里叶变换,进行Mel频率滤波,进行Log对数能量提取等操作从而完成采集的语音的特征提取。这一步的核心还是将采集到的模拟信号按照A/D转换使其成为可以通过MATLAB调用的数据。 4.2基于自适应模型的语音识别模块设计。这个模块是我们的研究最核心的部分,我们基于这个模型来实现主要功能。4.2.1当说话人为陌生人,先排除。传统的语音识别主要是将采集到的信号和原来收集的所有信号进行比对从而确定说话人身份,但这样做有时会浪费时间,也可能出现误差。而自适应模型首先去做的就是特征抽取,将已经采集到的语音数据进行处理,寻找到他们的共同特征,当需要识别的信号不符合这种特性的时候,我们首先要将其排除,这样,在排除陌生人说话时会更加简便。在我们对说话人识别前先把陌生人给排除,在说话者不是陌生人的情况下,我们会减少很多干扰因素,能够节约识别时间,提高识别精度。4.2.2当说话人已经在语音库中,确定其身份。我们的算法主要是研究的对象是已经将语音信息导入到语音库中的人群,这里我们要用到SVM[3]技术,SVM是一个可以把低维下线性不可分的问题变成一个高维线性可分问题的技术。在我们自适应语音识别说话人身份时,我们需要对收集到的语音数据进行分类。例如我们收集到1000组语音,按照收集到的语音特征分成250组,每组4个人。当说话人开始识别,我们先去找到这个说话人属于哪个组,然后在这个4人小组里面在进行区分,这样,我们把原先需要一一匹配的说话人识别仅仅需要几步就可以实现。 4.3体现应用的结果显示模块。使用一块单片机与一块显示屏,通过Matlab中的设备控制箱将识别结果传送到单片机,单片机依据识别结果在显示屏进行显示。 5结语 和当前主流的传统高斯混合模型相比,我们设计出的基于自适应的模型结构,可以很大程度上减少在声音识别前所需要收集的数据量,节约空间,同时由于自适应算法的优越性我们也能够在提高语音识别的可靠性,很大程度上减少在识别过程中由于外部因素所造成的误差。 作者:申子健 陈爱月 徐波 单位:南京邮电大学通信与信息工程学院 计算机仿真论文:工程施工管理中计算机仿真技术的运用 摘要:建筑业在我国社会经济产业中占有十分重要的地位,也较大程度上影响着我国社会经济的发展.但是,就目前而言,我国建筑业的整体管理水平较低,不少项目存在较多不合理现象,例如预算超出、工期延误等,导致资源损耗未能得到有效控制,也经常出现重大的质量及安全事故.大型建设项目施工程序的复杂性是普通建设项目所不能比的,工程项目施工也受各方面因素的影响,为保证工程能够得到有效的实施,有必要进行施工进度及资源管理方面的计划,确保计划的科学合理性.传统计划编制方法比较死板,存在较多的缺陷,而仿真技术的应用,能够对施工过程进行模拟,为计划编制提供有效的方法和手段.对此,本文就计算机仿真技术在工程项目施工管理中的运用进行分析. 关键词:计算机仿真技术;工程项目;施工管理;运用 建筑业在我国经济发展中起到十分重要的作用,随着国家对建筑业发展的重视,建筑业在将来具有良好的发展前景.但我国目前的建筑技术水平整体依旧还处于较低位置,其管理水平也是如此,并且存在诸多不合理的现象,同时经常发生一些安全事故以及质量事故,也存在较为严重的资源损耗.尤其是大型工程项目,其具有极其复杂的施工程序,也存在较多因素对施工的顺利进行产生影响,施工的环境条件也有诸多不确定性,导致施工难度增加,也承受更大的风险.为确保施工更加顺利,必须进行施工计划与指导的编制,使施工的各个环节得到指导.工程设计文件中,施工进度以及资源使用计划十分重要,在工程实施的各个阶段均起到十分关键的影响.所以,施工进度以及资源计划的合理安排,对参建方而言,都需要得到足够的重视.传统项目计划的编制主要采用CPM和PERT,两者的使用也存在一定的局限性.其中,后者的缺点在于精度缺乏保障,存在较大的误差,不能使实际工程的要求得到满足.对此,计算机仿真技术的出现,为项目计划的制定带来了极大的帮助.在我国社会与科学不断发展的背景下,计算机仿真技术同样发展显著,在我国工程施工管理领域得到更加广泛的应用,也形成较多趋于完善的施工仿真系统,其中包括GIS以及CY-CLONE等.计算机仿真技术凭借其风险小、成本低的优势,其在工程项目施工管理中的应用,将更好地解决实际问题,对建筑业的发展具有十分重要的意义. 1计算机仿真的相关概念及基本步骤分析 1.1概念 计算机仿真技术与计算机建模技术,是一种新型技术,目前已经得到较大的发展,在现代科学技术研究中占据重要的地位.该技术在多个领域应用广泛,能够有效帮助解决复杂系统的问题.在计算机仿真中,计算机、系统以及系统模型是其主要的三大要素.其中,系统指的是事物及其规律的一种总称;系统模型是指关于系统特性及关系的描述,用于系统功能及部件间规律的研究.目前,系统模型类型更多,其中的数学模型也已经得到更加广泛的应用.目前,仿真的概念也逐渐得到完善,虽然各学者对仿真的定义存在一些区别,但是根据这些定义,可对计算机仿真的定义作出以下概括:计算机仿真是针对实物进行模拟,建立于丰富的技术理论层面,借助计算机等工具,通过系统模型对系统实施动态研究,属于一种新型技术,涉及较多的专业与学科,具有较强的综合性.换句话说,计算机仿真是不改变实际系统运行的基础上,通过计算机构建系统模型进行系统性能研究及系统构造的一种技术.计算机仿真类型各种各样,按照不同的分类依据可得到不同的种类划分.例如以模型的种类为依据,可将计算机仿真分为半实物仿真、物理仿真以及数学仿真.根据仿真时钟和实际时钟之间的比例进行相关划分可得出,计算机仿真可以分为三种仿真,即超实时、亚实时以及实时.若依据系统模型的特征进行相关分化可得出两种仿真,即离散系统以及连续系统. 1.2基本步骤 (1)建立问题及目标.首选需对仿真系统的相关处理对象进行确认,并且明确仿真的目标,也就是通常所说的促使某一问题得到有效的解决.(2)进行建模.仿真模型可以实现对研究对象的抽象描述,能使研究系统的属性特征得到体现.仿真建模特点显著,通常采用针对问题进行建模以及针对运行过程进行建模的方式.(3)数据采集.若仿真模型已经开始进行相关基本框架的建设.那么其所输入的数据必须是准确无误的,以此才能使仿真运行中模型的数学及逻辑关系得到有效利用,从而通过计算与分析得出可信的仿真结果.而离散系统仿真中,数据分布通常存在某种概率,所以,实际系统统计和调查的实施必不可少.(4)验证模型.需要验证仿真模型,判断其是否具有代表性,从而确保模型能够有效体现真实系统的特征及性能,促使仿真得到成功.(5)运用模型,分析结果.完成模型验证后,接下来就是仿真模型的运用.在运用仿真模型的过程中,需要确保初始条件和数据输入一致,进行多次仿真运行,才能通过仿真得到真实的统计数据和输出结果.建筑工程中仿真模型的运用,需要对某事件的概率和随机变量的期望值进行分析,也需要进行敏感性分析. 2计算机仿真技术在施工管理领域中的应用分析 2.1蒙特卡洛模拟(Monte-Carlo)在施工仿真中的应用 该模式方法是根据统计理论,对风险发生率或者风险损失数值进行研究和计算机计算.该方法的基本原理是使用数学模型(模拟模型)将研究对象进行代替,在模型中尽可能将所有的影响因素包含其中.模拟模型中使用具体的概率分布来描述各个风险变量的风险结果和其有关的概率值.然后采用随机的方式给出某个数值,然后根据该数值在各风险变量中的概率分布进行取值,完成各风险变量的取值后,可以模拟模型为依据得出风险总体效果.对这一程序进行重复,以产生的随机数为依据,得出风险总体效果确切值.计算机仿真的概念是在20世纪40年代冯•诺依曼最先提出,而计算机仿真中最早应用的方法就是蒙特卡洛模拟,起初该方法的应用只能对随机过程问题进行解决.现阶段,蒙特卡洛模拟在工程施工领域中的应用越来越广泛,主要体现在对成本以及进度的仿真方面.应用蒙特卡洛模拟于工程网络计划中,凭此对工程进度风险进行仿真分析,能够通过概率计算得出合理的工程工期以及明确工作中的重点,有助于施工管理人员工作的进行.而施工项目成本风险管理中蒙特卡洛模拟技术的应用,则能有效分析以及空时施工项目成本中的相关风险,对施工成本风险分析与管控具有十分积极的作用. 2.2循环网络技术(CYCLONE)在施工仿真中的应用 就循环网络技术而言,该技术能够在仿真系统和建筑建模中体现价值,是最先专门为建筑施工仿真而研发的仿真系统.其有效结合多项理论与技术,包括排队理论、网络计划技术以及计算机模拟技术,利用计算机实现模拟,可对各施工组织的工期和费用进行计算,也能对各项资源的利用率进行计算.CYCLONE模型的组成元素主要包括流水单元、节点以及矢线.其中,流水单元也就是模型中能够流动的部分,包括各方面的资源,例如人力、物力、财力以及控制信息等;矢线则表示的是各节点之间存在的关联以及流水单元的相关位置走向;节点通常可以划分为五种节点:第一种是一般节点.其主要表示非限制性工作和其主动状态,当流水单元经过此节点时能够稍作的停留,但工作仍然是在进行中.第二种是复合节点.表示工作的开始受控,只有确保所有要求得到满足后才能开始工作,所以,复合节点往往处于排队节点之后,而两者又同属于活动节点.第三种是控制节点.能够对流水单元实行监测以及控制.第四是排队节点.该节点主要对流水单元的被动状态进行描述.流水单元进入该节点后进入暂停状态,等其他排队节点满足要求后同时进入复合节点.排队节点是流水单元等待的停留场所.最后是职能节点.其功能在于合成模型中的各个流水单元,使其成为一个流水单元,并且该节点能够对数据进行统计和计算.CYCLONE具有以下优势,例如简单、操作方便、建模容易等,目前其应用已经比较广泛.有学者结合水电站导流隧洞循环施工的特点,将CYCLONE应用于施工仿真中,取得的效果比较显著.也有学者在土石方工程施工模拟中对循环网络技术进行应用,能够得出一些对于管理人员决策而言、具有重要参考意义的参数.此外,CYCLONE模拟同样也在隧道工程施工以及高层建筑施工仿真中得到应用,也取得一定的应用效果. 2.3地理信息系统(GIS)在施工仿真中的应用 地理信息系统,即GIS,是一门新型学科技术,其介于地球科学和信息科学之间,能够有效结合计算机技术以及地学空间数据,属于空间信息技术的范畴.该项技术是对地理空间数据库进行利用,进行集空间数据的采集,然后对其进行分析、操作、管理,最后进行数据显示,且通过地理模型分析,得出各种空间及动态地理信息.GIS使用属性数据和图形数据对空间数据对象进行描述,并通过用户标识码和内部代码连接两者成为公共数据项,促使两者相互对应.施工仿真系统是通过计算机采集、管理、操作以及分析施工过程中的各项数据,并且给出各种空间及动态信息.因此,GIS系统与施工仿真系统能够在多方面实现结合,GIS的属性、位置双向查询技术以及空间处理技术等,均可在施工仿真中得到应用.其中,天津大学对该技术的研究更为广泛,然而目前该项技术仅仅在水利水电工程施工中得到一定程度上应用.GIS技术应用于水利水电工程施工中,主要是在水利工程的施工导流动态可视化仿真中得到应用,建立导流三维可视化模型并采用三维动态演示方法,对三维动态模型进行演示.复杂地下洞室施工仿真系统中GIS技术的应用,使用可视化图像形象地表示大坝施工具体过程,从而使工程人员能够清楚地、及时地了解大坝施工的情况,促使施工组织水平得到有效提高.也有不少学者对施工仿真中GIS技术的应用进行研究,例如在隧道施工的可视化仿真中应用GIS技术,使GIS有效结合工程动态仿真系统,对施工过程中进行模拟,从而得到施工组织管理的一些数据信息. 2.4Petri网在施工仿真中的应用 1962年德国CarlAdamPetrified最先提及Petri网,现阶段,Petri网在自动化科学技术、计算机科学技术、机械设计与制造等相关仿真领域已经有了较为广泛的应用.Petri网属于一种网状的信息流,其节点通常分为两类,即条件、事件,基于节点的有向二分图进行token分布的添加,这些token分布能够表示状态信息.并且,根据引发规则改变事件驱动状态,从而使系统动态运行过程得到体现.Petri网凭借其具备的系统分析及验证方法,能够有效进行不确定性、资源共享性、并发性系统的分析.而建筑工程施工的复杂性,也正是在资源共享、并发性以及不确定性问题上得到体现,因此,建筑工程施工系统仿真中Petri网能够得到有效的应用.在20世纪90年代末,Wakefield等人最先提出在模拟施工系统中应用Petri网,改变了人们认为Petri网只适用于计算机网络及自动化制造技术的观点,并且完成有关仿真模型的建立.随着时代的发展,相继有学者将Petri网应用于工程项目的计划管理、搅拌站混凝土的生产过程的模拟、钢结构的施工仿真建模、公路工程的施工过程仿真、隧洞工程的施工仿真等,同时建立起相应的模型. 2.5施工仿真中虚拟现实技术的有效应用 20世纪末虚拟现实技术被提出,并且很快得到有关领域的关注.该项技术集成了多项先进技术,这些技术主要有计算机仿真技术、人体交互理论、人体工程学、传感技术、计算机图形学以及计算机技术等.虚拟现实技术中计算机占据十分重要的地位,通过计算机及有关输出、输入设备进行逼真、多感官三维虚拟世界的构建.有学者提出这样的观点:21世纪,虚拟现实技术将成为信息技术的典型.虚拟现实技术相比于其他信息技术,其具备三维空间表现能力、人机交互式操作环境具有实时交互性,能给人带来逼真的感受,使人机交互接口的研究领域更加广阔,也有利于各类工程海量资料描述的形象具体化.并且,虚拟现实技术能够将难以观察到的场景进行有效创建和再现,促使人们更好地了解和掌握所描述对象的运动变化规律.系统仿真技术可以抽象的形式,客观展示真实复杂的世界,并且展现客观世界的运动形式,应用虚拟现实技术能够促使系统仿真模型的验证更加合理有效,并且能够将仿真结果更好地进行展示.就目前而言,在军事、航天以及航空领域.虚拟现实技术的应用已经相对广泛.并且,虚拟现实技术在工程建模及仿真领域也将得到较好的发展.工程建模及仿真领域,由于工程规模较大、施工环境条件比较复杂,并且在建模及仿真过程中需要考虑全面,根据系统仿真的要求,选择适用的仿真技术,动画演示虚拟世界的造型,并且进行有效的交互设计,可使以上问题得到有效的处理. 3结语 总而言之,建筑工程施工程序具有较强的复杂性,其涉及到的不确定性因素也多种多样,施工方案是否合理、资源类别及数量是否满足要求,等等诸多因素均对施工进度产生较大的影响.如果继续采用传统施工计划编制方法,将始终无法取得令人满意的效果.在此背景下,施工仿真技术的出现与应用,能够促使这些问题得到有效的解决.目前,我国计算机仿真技术在工程项目施工管理中的应用已经取得较大的发展,例如蒙特卡洛模拟、循环网络技术、地理信息系统(GIS)、Petri网以及虚拟现实技术等均在施工仿真中得到一定的应用,并且取得较好的应用成效.随着社会的发展以及我国科技技术的提升,三维立体的可视化技术终将会实现,不仅能够进行一般仿真数据的提供,也能对施工具体过程进行展示,从而为建筑工程项目施工管理提供更有效的帮助,促使我国建筑行业得到更好的发展。 作者:林振文 单位:厦门软件职业技术学院 计算机仿真论文:计算机仿真技术的发展应用 摘要:随着计算机技术和仿真技术的发展,仿真技术很好地解决了各学科发展中的问题,提高了工作效率,可以更加形象直观地进行仿真实验,节约了产品开发周期,降低了开发成本,提高了产品质量。计算机仿真技术被广泛应用于生产生活中,并取得了较好的效益。本文通过对计算机仿真技术的发展进行分析,进而对计算机仿真技术的应用进行了探究,最后对计算机仿真技术的发展及应用进行了阐述,以期提高仿真技术对生产生活水平提高的推动作用。 【关键词】计算机;仿真技术;发展;应用 1计算机仿真技术简介 随着计算机技术的发展,计算机仿真成为可能,使用专门的软件,借助多媒体技术可以给人身临其境的感觉。仿真技术的发展,很大程度上得益于控制工程技术的发展,在控制工程中需要使用计算机进行仿真实验。计算机仿真技术的应用能够加快产品开发周期,提高产品质量,提高工作效率,减少经费开支。 2计算机仿真技术原理 通常情况下,计算机不能够对外界信息进行认知,因此需要建立相应的数学模型来反映事物的本质特点。通过数学模型能够清楚地反映出研究对象的特点,通过模型转换,使用计算机算法等将数学模型转化成计算机能够处理的形式,也即建立仿真模型。仿真模型是计算机仿真的关键,再进行仿真实验,通过仿真实验对之前设置好的模型进行模拟,获得仿真结果。对仿真实验的结果进行评价通常采用反向验证和置信通道法。 3计算机仿真技术应用 随着信息技术的发展,计算机仿真技术得到了广泛的应用,改变着传统的生产生活方式。计算机仿真在交通工程、制造领域、教育领域等都得到了较好的应用。 3.1交通领域 人和车辆是交通的主要组成部分,要考虑安全的前提下,提高交通效果。交通安全仿真通过虚拟技术,增加各种诱发因素,进而对某一路段的交通安全情况进行评价。计算机仿真可以有效地对交通安全进性评价。仿真过程能够实现可视化操作,能够更加直观地进行分析,不同于传统的数值仿真。比如,对某路段进行交通安全评价时,传统的绝对数和事故率方法可以进行评价,还可以在虚拟环境中设置不同的交通工具,考虑人的行为感知的情况下,进行评价。 3.2制造领域 制造业是国家的第二产业,对各行各业影响深远,汽车制造是制造业的重要组成部分。实验课题难度大,成本高。计算机仿真可以很好地解决这个问题,比如对碰撞试验来说,通过建立相应的数学模型,可以对实验过程进行模拟。 3.3教育领域 使用计算机进行模拟仿真分析已经成为当前重要的研究方法,在教学模拟实验中,采用多媒体可以很好地提高教学水平。计算机模拟实验能够在相关实验设计思想和方法的指导下,改变传统教与学、理论与实践的关系,发挥研究人员的主动性。计算机仿真模拟可以加深对相关理论的理解,提高实验水平。 3.4计算机仿真技术在其他领域的应用 计算机不仅仅在交通、制造、教育领域得到大量应用,在军事领域、消防、音乐等领域均有较广泛的应用。通过计算机仿真,可以使用模拟驾驶器进行模拟,从而降低战机、战车、燃油的损耗,在进行军事武器研发时,可以缩短研发周期,降低研发成本。计算机仿真在消防中的应用,可以对现场的温度、空气流动速度、火荷载、逃生路线等进行模拟,从而提高应对突发事件的能力,提高设计科学性。 4计算机仿真技术的发展方向和趋势 4.1计算机仿真技术发展方向 网络化仿真。仿真系统开发兼容性不强、开始周期长,费用昂贵,难以实现信息共享,随着计算机技术和网络技术的发展,计算机仿真技术取得了较大水平的提高。利用网络技术的优势,可以实现仿真系统共享。系统的网络共享能够提高资源的利用效率,避免不必要的重复开发,减少科研经费。虚拟制造技术。虚拟制造技术发挥计算机仿真技术的虚拟现实技术的优势,使用计算机完成对产品的管理和控制,虚拟制造技术已经成为计算机仿真技术发展的重要方向。 4.2计算机仿真技术发展趋势 随着计算机技术和仿真技术的发展,仿真技术很好地解决了各学科发展中的问题,很大程度上提高了工作效率,更加形象直观地进行仿真实验,节约了产品开发周期,降低了开发成本,提高了产品质量。计算机软硬件性能得到了较大水平的提高,进一步促进了仿真技术的发展。仿真技术主要朝着面向对象的仿真建模、分布式仿真、智能仿真等方向发展。 4.2.1面向对象仿真建模发挥计算机的符号处理能力,可以提高人们对仿真对象的认知速度,与传统的人工建模有着较大的进步。面向对象的仿真建模,可以最大程度提高系统的建模能力。此外,面向对象的仿真建模操作难度小,更容易使用,可以发挥仿真技术的优势。 4.2.2分布式仿真分布式仿真将不同分布位置的计算机通过网络进行连接,形成时间空间相互祸合虚拟仿真环境。分布式仿真系统由几个子模型组成。部分是仿真系统中,主要有动态、静态数据分割技术、功能分割技术等。 4.2.3智能仿真在仿真的不同阶段引入知识表达和处理技术,可以缩短仿真建模时间,提高模型效率,帮助用户做出最优决策,及时修正模型,界面更加智能化,增加仿真系统的寻优能力。 4.2.4其他仿真一些仿真可以实现高度的可视化,对仿真过程进行形象展示,便于研究人员真实地对仿真过程进行分析,易于理解。动画仿真能够将声音、视图等元素加入其中,交互性更强。 5结语 计算机仿真伴随着其他学科的发展而快速发展,随着计算机技术的快速发展,计算机仿真技术很好滴解决了其他学科的问题。计算机仿真经历了从简单的原型到物理模型,再到今天的动态显示仿真过程,并可实现可视化操作。多媒体技术、人工智能、可视化等技术同仿真技术的结合,仿真技术的发展和应用将更加广泛。在不远的将来,计算机仿真技术在生产生活中会发挥更大的作用,促进社会经济的发展。 作者:王振泽 单位:公安海警学院 计算机仿真论文:计算机仿真技术与信息处理的结合 摘要:计算机技术随着经济的进步和社会的发展,在不断得到完善,在一些领域已取得了惊人的成果,尤其在计算机仿真技术方面,已是非常成熟,利用仿真技术可以建构可视化三维模型,节省了大量成本,带来了方便,为各行各业的而发展做出了巨大贡献。笔者主要介绍计算机仿真技术对信息处理的意义,讨论计算机仿真技术与信息处理的结合。 关键词:计算机仿真技术;信息处理;可视化;三维模型 随着行业数量和体量的增多、增大,加上高新技术的助推,海量信息的处理就成为了各行各业关注的重点,与人工处理不同,利用计算机技术可以减少大量人力、物力,这也是计算机技术在信息处理方面得到推广的主要原因。计算机仿真技术作为计算机技术的一种,为信息处理提供了更快捷、更有效的方法,因此,只有深刻理解计算机仿真技术,才能更好地使计算机仿真技术与信息处理结合,对于信息处理的水平提升具有重要意义。 1计算机仿真技术 1.1计算机仿真技术的含义 计算机仿真技术,顾名思义,是仿和真的结合,利用先进的计算机技术,实现对目标物件的仿真,使其达到目标物件的大致轮廓及特点特征,通过命令及语言的输入,实现三维模型的可视化,实现对物体的模拟,在物体还没有建立时,已对其的基本轮廓、物件组成、彼此关系有了一个事先了解,这对全面掌握物体信息具有重要意义。目前计算机仿真技术已被应用到很多行业,例如建筑、地理、航天、生物、医学等,为科学技术的发展做出了巨大贡献。 1.2计算机仿真技术的技术分析 1.2.1物体数据模型构建计算机仿真技术对于模型的建立,首先应建立在数据上,通过演绎和归纳两种方法,将模型的信息形成彼此关联的链条,最终建立起数据模型。演绎和归纳两种方法,一般情况下,选择一种方法就能达到数据模型建立的效果,有时对于样式复杂的模型需要多重的方法,这就要求演绎和归纳两种方法相结合。利用演绎法,首先需要采集模型的基本数据,然后对采集的数据进行参数设计,并根据数据的特点进行演绎分析,让数据之间建立起相关关系,数据模型根据其关联性也就建立起来了。 1.2.2物体仿真模型的实现相对于仿真数据模型的建立,物体仿真模型的实现需要数据建立的程序化,建立程序化需要复杂的编程过程,即计算机编程、数据模型程序化、物体仿真模型实现。物体仿真模型的实现过程是复杂、众多的,需要技术人员准确分析模型的特征特点,然后利用编制程序进行仿真模型化,最终实现模型的程序化管理,建立仿真模型。 1.2.3仿真模型验证仿真模型验证需要数据验证和结果判断,仿真模型的结果是否有效,与数据模型的建立有直接关系,因此,检查模型成果首先验证模型的数据,检查数据是否有不合理的部分,在检查过程中可以利用边检查边修改的方式,这样更具有准确性,检查过后,需要判断模型结果,最终判定模型是否达到标准。以上验证过程是检查一个模型成功与否的重要手段。 1.2.4计算机仿真的类别分析计算机仿真技术应用广泛,实用性强,由于仿真技术的精度高、技术含量高,且经过多年的发展慢慢具有针对性,下面对计算机仿真技术进行分类,主要包括两个方面,即OOS及DIS两种,从形式来讲,OOS是面对对象的仿真技术,而DIS强调的是营造内环境,计算机交互互访的仿真模式,从差别上可以反映两者的区别,同时也强调仿真技术的形式多样,技术特点突出,反映仿真技术发展到今天的地步逐渐成熟。 2计算机仿真技术与信息处理结合的分析 计算机仿真技术与信息处理结合是一个真命题,两者本身是相对独立且又密不可分的,同时兼具优势特点,随着科学技术的发展,仿真技术需要做到更加准确、更加有效,计算机仿真技术与信息处理结合已是趋势,目前计算机仿真技术很大程度上依赖信息处理,根据结合后与结合前比较分析来看,与信息处理结合提升了仿真技术的显示效果,完善了所需的仿真实验。对于信息处理,可以把繁杂无用的仿真数据信息处理简单化,减少计算机运行内存,加快计算机仿真的运行效率,对于信息的处理成果来讲,可以使看似不相关的信息可视化,有效提高准确率。计算机仿真技术与信息处理结合,是技术要求,对于信息管理、仿真效率进行的程序化、精细化管理,使其得到所需的效果。 2.1计算机仿真技术与信息处理结合的处理措施 2.1.1注重关键信息通过以上的探讨,我们了解到理想的效果,离不开关键信息的选取,在计算机识别中,摒弃无用信息,提高科学识别关键信息的能力,最终实现精准模型的可视化。尽管软件编程可以使信息链条程序化,减少人为影响,最终实现数据信息化、图形化、可视化,但是在计算机仿真技术应用时,应以减少信息冗杂为目的,使程序信息条理化,减少计算机识别信息的难度,最终实现简单、精准、有条理,这些都离不开关键信息的选择。同时不同的专业应划分明确,对于不同行业在信息输入时应认为界定,这样在关键信息的选择上,更加高效,目标明确,程序运转快捷,可视化加强。 2.1.2进行合理模拟进行合理模拟是计算机仿真技术与信息处理结合的重要步骤,解释来源于对信息的理解,同样取决于对信息的分析,然后才能进行模拟,这样才能是在精准的模型仿真设计,总结起来,进行合理模拟对于计算机仿真技术特别重要,而且选用正确的方法,也是计算机仿真技术不可缺少的步骤,如果缺少这个步骤,模拟会出现很多预想不到的问题,无法得到满意的结果。在模拟过程中针对其中的不足,调整将要输入的重点信息,让计算机仿真效果更加理想。 2.1.3信息计算计算机仿真技术依托于对信息的处理,信息处理主要的方式是对于信息的程序化处理,重点是对数据的处理,从专业角度来看,主要是对于信息的计算及对于数据的程序化两大方面,这样也回归到,信息是模拟的源头,计算是计算机仿真技术的关键点,最终也是计算机模拟的关键所在。信息计算不光是数据的计算,还包括图像的计算,图像信息的计算将导致图片的识别度是否真实有效,以上几点都是信息处理的基础,说明信息计算在信息处理中的位置,因此,一套完整的计算机信息计算模式,对于完善信息处理具有重要意义,它也是实现计算机仿真技术与信息处理结合的关键,对于能否实现仿真模型,具有决定性意义。 2.2计算机仿真技术与信息处理结合的解析 2.2.1计算机仿真技术与光处理相结合从技术上来看,光处理技术是比较先进的,技术性指标较为明显,也是计算机仿真技术所需要的,首先光处理容量较大、速度较快,还可以并行,这十分符合计算机仿真技术的硬性要求,因此,把光处理技术分为一类技术。通过将光处理与计算机技术相结合,兼具了计算机对二维图像处理的显著优势,由此导致对于图像信息的识别增强,对图片的处理能力大大提升,以现有的软件CAI及CAD为例,都是光处理的新手段。实践表明,计算机仿真技术与光处理相结合,进一步带动了计算机仿真技术的发展,提高了模型显示与图像识别能力,使仿真实验更加完善,改变了以往仿真技术的粗糙模式,使技术更加精细化,计算机仿真技术与光处理相结合,使得模型的可视化程度提高,虚拟信息更加真实化,大大提升了所需信息的准确性。 2.2.2计算机仿真技术与软件信息处理相结合除了前面所提到的计算机仿真技术与光处理相结合的模式,还有一种比较重要的模式就是计算机仿真技术与软件信息处理相结合,它与光处理不同,强调的是信息处理的灵活性,这是它的一个优势特点,以典型的Matlab软件为例,它是计算机软件中的一种,它有两大特点,一是矩阵运算,二是信息处理。在运作过程中,主要是对信号及输入信息进行仿真模拟,利用原有的计算机技术,开展信号信息的可视化,最终实现仿真模型。从整个输入及运算过程来看,软件信息处理更加快捷,运行效率更高,效果更明显,功能更加强大,安全性能更高。近些年来,计算机仿真技术与软件信息处理相结合模式越发普遍,极大推动了计算机仿真技术的发展。 3结语 计算机仿真技术的出现,改变了人们对于计算机技术的认识,为各行各业提供了前所未有的便利,但是我们应清楚认识到,计算机仿真技术的进步,离不开信息处理,信息处理功能的强大与否,直接影响计算机仿真技术的真实性。笔者从计算机仿真技术的介绍开始,同时正确理解信息处理在计算机仿真技术中的作用,探讨计算机仿真技术与信息处理结合的措施,以及计算机仿真技术与光处理相结合的方式方法,计算机仿真技术与软件信息处理相结合的模式,最终对于计算仿真技术与信息处理相结合进行完整的阐述,对于此项内容的研究分析更加完整。 作者:安秀芳 单位:徐州工业职业技术学院 计算机仿真论文:电工实训课程中计算机仿真技术的应用 摘要:随着计算机仿真技术的日渐成熟,其成为高校实验室、实训室的辅助教学也必将成为一种趋势。如何将这些先进的计算机仿真手段运用到高校的电工实验教学中去,使之为教学服务,提高教学质量,是高校教师所面临的一个新课题。 关键词:仿真技术;电工;实训教学 1项目的意义、现状分析 2014年,在学校的大力支持下,我中心扩建了电工实训室,学校结合实际情况,选用合适的实验设备,并配套和完善了实训室硬件设施,使实训室成为了我校工科学生电工实训教学基地,并为之创造了良好条件。同时,实训室配备了计算机,实现了网络化实训教学,并提供了计算机仿真设计软件(宇龙机电仿真软件)的教学环境和条件。在电工实践训练教学过程中引入计算机仿真实验平台后,学生可进行一些虚拟仿真实验,其意义也是对传统电工实训教学的一种有利的补充,是对传统实验教学方法的充实与改进。使用计算机仿真软件作为实训平台,利用其元器件全、界面直观、操作方便、电路分析手段完备等特点,学生根据指导,自主在模拟实验台上设计实验,待设计成熟后,再在实物设备上进行实验,这样可以大大提高学生的效率和兴趣。利用仿真实验平台,可以充分调动学生的主观能动性,对于某些不易观察到的现象进行仿真分析,可保存仿真结果、以做进一步的分析和处理,对实验数据的分析处理方便快捷,提升了实验水平,更有利于学生对实验现象的观察和分析。但由于各种原因也出现了一些问题。具体如下:(1)实训对象范围狭窄:目前,我校电工实训教学仅面向全校理工类专业同一届学生(大二或大三年级)学生开设。实训对象范围狭窄,不能够实现大学四年不间断的教学目标。另外我们的实训室还没有达到完全开放,对于一些创新能力较强的学生,不能提供一个良好的平台。(2)教学内容偏少:在电工电子实训课程中,电子工艺实训十几年来一直以组装调试收音机项目进行,实训内容已显得陈旧。2010年起中心尝试将室内配线纳入其中。目前电工实训教学内容有:1)常用电工工具的使用;2)导线的常用连接;3)室内照明线路:一地控制和两地控制;4)机床电路。电工实训教学刚刚起步,该课程设置内容不够丰富,略显简单。不能完全满足大学本科生的求知和自主创新欲望。2013年引入了机电实训仿真软件,采用虚拟仿真技术,我们只需要计算机,在计算机房就能完成很多实验。2014年又投入140万进行了电工实训平台基地建设,扩大了电工实训课程建设的空间。(3)教学模式与手段使主体作用不能得到充分发挥:在之前的电工实训中,由于课程内容和实训设备局限性,大大限制了同学们自由发挥的空间。一些基础扎实、创新能力强的同学完成规定项目后,意犹未尽。还想做一些其它感兴趣的、实用性较强的电路实训也只能望而叹息。现有的传统的教学模式使主体作用得不到充分发挥。教学方法与手段不能充分调动学生积极性。利用模拟仿真技术进行理论教学,可以将复杂问题简单化,抽象问题形象化,理性知识感性化,让我们的学生在理论学习时不感到枯燥,调动起他们的思维,让学生在不断的探索中学习。在电工实训平台上,学生可以自主操作,提升了学习的主动性,也增强了创新意识。此项目的顺利进行,不仅是我们教学理念的创新,教学内容的创新,也是教学体制的创新。使我校的基础实训逐步的向现代化、多元化、多层次、开放式的方向转化。构建与现代科学技术发展水平相适应的基础工程训练平台。 2项目实施方案及实施计划 2.1研究与改革的内容、目标和拟解决的关键问题 (1)研究与改革的内容和目标:1)改革原有“教学、实操”实践教学模式,引入仿真实训教学环节,按照创新理念培养目标,构建“教学、仿真、实操”电工实训教学模式。同步优化电工实训教学内容;2)改革目标以突出学生的自我参与,体现技能训练的操作性、过程性、情景性、交互性,使学生了解工作场景、熟悉操作步骤、规范操作方法、培养职业意识;3)新引入的仿真实训教学平台,可以扩大学生的实训范围,为一些对电工方面感兴趣、创新能力较强的学生,提供一个良好的开放式平台。(2)拟解决的关键问题:优化以创新理念为培养目标的电工实训教学内容,确立“教学、仿真、实操”一体化电工实训教学模式,优化电工实训教学内容,修订并编写教学大纲、教案、讲义等 2.2实施方案方法及可行性分析 实施方案方法:(1)前期调研,即研究、分析当前多所高等院校实践教学环节,以及通过对老师学生的调查,了解对新实训项目内容、教学模式及课程安排的意见和建议;(2)分析总结,即该专业教师对提出的意见和建议进行分析研究,总结出适合我校电工实训课程的教学内容和课程体系,找出以创新理念为培养目标“教学、仿真、实操”一体化电工实训教学模式,优化教学方法与手段;(3)实践尝试,即根据初步确定的方案进行小范围实践尝试,将出现的问题再进行整理分析总结;(4)优化确定:将实践尝试中的问题进行整改,优化课程体系和教学模式。使教学体系更加完善。可行性分析:我基地现拥有2个电工实训室,电工仿真机房和电工实训平台也基本就绪,能满足140多学生进行实际操作和理论学习。为本项目的顺利进行提供有力的保障。 3项目预期的成果和效果 该项目最终将在全校所有理工科类专业实施,最大限度的让学生实现独立动手能力,提高学生的创新能力。受益人数每年约4000人。 4本项目的特色与创新之处 本项目的创新之处在于针对我校电工实训课程教学现状及其存在的问题,秉承传统与时俱进,将虚拟仿真技术应用到电工实训教学,确立一套适合我校实际教学情况的以创新理念为培养目标的“教学、仿真、实操”一体化电工实训教学模式。优化了我校电工实训课程的教学内容。通过对电工实训教学全方位的优化改革,切实地提高我校理工科类学生的实践动手能力和就业竞争力。 作者:冯强 单位:内蒙古科技大学工程训练中心 计算机仿真论文:计算机仿真在制造业的应用 摘要:随着我国科学技术的快速发展,使得我国的计算机仿真技术得到了质的变化,并且,它也是当前我国信息化社会下的产物。另外,我国本来就是一个制造业大国,通过把计算机仿真技术应用到我国制造业的发展中具有非常重要的作用。本论文对系统仿真类型进行了简单介绍,接下来,对计算机仿真在制造业中的应用及发展现状进行了详细的概述,最后对计算机仿真技术的热点以及对我国制造业的影响进行了研究,希望本论文的研究工作能够为我国计算机仿真技术在制造业中的应用与发展提供一点借鉴意义。 【关键词】计算机仿真技术 信息化 制造业 1对系统仿真类型进行概述 顾名思义,“仿真”就是对现实世界的物体进行模拟的一种状态,使其达到逼真的情形。在工程技术领域,经常采用系统仿真技术来研究相关事物,如通过系统模型的相关实验来研究设计或者存在的某个系统。 2对计算机仿真技术在制造业中的应用以及发展现状进行概述 由于我国是一个制造业大国,并且制造业在我国的国民经济收入中也占很大的比例,因此,国家及企业都非常重视我国制造业技术的发展。随着我国科学技术及制造业的进步,使得CIMS、NC、FMS、CAPP、MRP等都得到了快速发展。而系统仿真技术作为工程领域里面的一个重要手段,其被大量应用到我国制造业进行研究及实践,从而产生出一些先进制造技术。对于系统仿真技术而言,如果从本质上面来讲,其就是通过建立仿真模型,然后再对仿真模型不断进行实践模拟的一种先进技术。它的实现过程主要是由仿真语言、计算机高级语言、以及计算机仿真软件来实现,具体情况如上图2-1所示。可以很明显的看出,对于一个典型的仿真软件来讲,它主要包括程序包、仿真语言、仿真环境三种不同的形式,它的覆盖功能也不是完全相同的,并且,从下到上是大致的反映了计算机仿真软件的一个发展情况。随着相关技术的发展,直到上个世纪80年代后期,出现了一体化的仿真环境。随着我国计算机技术的进一步发展,开始出现了面向对象的并发执行机制,这样,就非常容易的实现在数据库管理的基础之上来对实验及模型数据、以及实验仿真的结果等进行统一的管理,与此同时,人工智能等相关的先进技术也开始应用到仿真建模、运行以及对仿真的结果进行分析之中。另外,广义的制造系统的相关仿真器也开始大量出现,在某种程度上面很好的实现了对制造系统进行的非语言建模、以及模型数据驱动等相关的重要功能。比较典型的一体化仿真软件有TESS等,广义的仿真器有FATOR等。 3计算机仿真研究的热点以及对我国制造业的相关影响 自从上世纪末以来,随着我国制造业的竞争不断加剧,产品生产周期不断缩短,这样就导致系统仿真技术不断向横向的方向发展,在制造业里面比较典型的就是“虚拟制造技术”的发展。根据虚拟制造的概念可以得知,需要先采取计算机来模拟整个产品的设计及制造过程,这样便于发现各种问题,并且在产品制造之前就把问题解决掉,从而提高生产效率及产品质量。随着制造业的发展,仿真技术在我国制造行业里面的又一个重要研究热点诞生,即虚拟产品的开发(VPD),它最早是来源于并行工程的思想。并行工程技术(CE)在对产品进行开发之前就对产品的整个生命周期进行全面的考虑,这样,对解决相关产品的设计以及开发之间的矛盾是非常有益的。而虚拟产品开发是在并行工程的指导下,把大规模的产品数据管理系统以及CAD等产品设计系统等进行综合起来,从而进一步的形成虚拟产品的开发环境,这样就可以在该环境下进行产品的策划、设计等,以及预测产品在真实环境下的相关特征、功能及性能等,这样在进行实际设计、生产的过程中,可以减少反复或者变更等的次数。VPD技术能够深入到各种复杂产品的制造之中,从而为企业产生巨大的经济效益。随着计算机技术的高度快速发展,对仿真技术的相关应用已由单一的形式向复杂性的方向进行发展。由于现代制造企业面向全国甚至全世界,因此,它的仿真对象也是分布在不同的时空,在这样的背景下就产生了分布交互化仿真技术(DIS)。对于这种仿真系统来讲,它所包括的内容有:构造实体、实体-虚体、真实方面的实体等,并且,这些实体是可以基于不同时期的相关技术、不同产品的相互组成、不同的系统方面的目的、以及不同生产厂家的相关技术等,对于这样的复杂情况是允许他们进行交换操作的。分布交互化仿真技术(DIS)通过采用计算机网络将分布在不同地点的仿真设备进行连接起来,这样便可以通过实体之间的数据方面的交换构成时空到合成仿真环境的一种比较先进的仿真技术。如今,在我国制造业中已经产生了虚拟企业或者类似于DIS的虚拟研究开发中心等。就目前来讲,比较出名的就是香港城市大学与香港生产力方面的促进局共同构建的快速科技中心,它就是虚拟研究开发中心。由于当今社会是动态快速发展变化的,人们的需求更多转向个性化、多样化等方向,因此,对于制造企业来讲,它们就要抓住市场的需求,然后采取方式(如柔性生产制造)来快速响应市场需求,这样才能够为企业获取更多的市场利润,但是,通常情况之下,由于企业在短期内存在相关资源欠缺等方面的局限性,在这样的背景下,企业要想获得市场机会,它们就有可能通过互联网来临时连接成一种动态方面的联盟-也就是所谓的虚拟企业。 4结束语 随着我国社会的不断发展,导致计算机仿真技术的发展也日新月异。在制造业中,对于整个产品的生命周期来讲,仿真技术都表现出其强大的发展潜力。在当今制造业竞争激烈的社会,计算机仿真技术在制造领域的应用及发展在不断的扩展,其功能也更多的面向可视化、智能化生产、绿色制造等方面不断发展。 作者:何勰绯 计算机仿真论文:化工中计算机仿真技术研究 摘要:目前,计算机逐渐被普及到生活生产各个方面,并逐渐被拓展至化工行业内应用,计算机仿真技术化工行业内应用范围渐渐被扩大,某种特殊程度上促进化工行业可持续发展。本文由计算机仿真技术化工行业应用角度阐述该技术优势,以及对其应用必要性,希望可以对相关工作者带来一些启示。 关键词:计算机仿真技术;化工;应用 伴随科学技术逐渐发展进步,化工行业设施装置逐渐趋于大型化、复杂化发展,自动化水平逐渐提升,操作要求更加严格。需要相关操作人员与技术人员渐渐提升自身业务能力与水平,不单确保生产设备能够稳定安全与长期运行,还需要有关工作者对于发现事故做到尽快合理处理,争取避免有所损失。在化工行业里,传统培训体系偏向于师傅带领徒弟传帮带形式,而有关工作人员对于故障处理的能力,通常要靠长时间实践积累为主,还要具备资历师傅将其所掌握的原封不动传授给徒弟。该方式比较真实,但却受到授培训时间与周期限制,培训内容缺少丰富性,某种程度上有可能增加相关工作者独立上岗时间,不符合生产技术可持续发展与生产装置更新所需。 1应用计算机仿真技术重要性 化工行业常需要针对部分具体工程设备与工艺流程予以操作,才逐渐深入至岗位操作人员,然后通过培训,培训工作通常结合实物挂图与微缩器具将知识传授出去,传授过程比较枯燥。实物挂图与教具基于实用因素与经济因素,并不选择大尺寸,致使所有培训工作人员详细掌握相关操作与原理。结合3D技术绘制能够让设备形象更趋于逼真化,可做任意旋转,使培训工作人员可实现全方位观察工艺与设备[1]。结合Flash技术制作设备动画有效代替挂图,对设备动态进行演示的时候更为生动形象,帮助相关人员针对设备工作原理予以掌握,能够很好带动培训人员热情。并且,使用设备较为方便,对使用要求可以很好满足。 2基于计算机仿真技术化工数据模型 结合计算机做仿真模拟,是把化工过程数理带入计算机当中,接下来经计算机把工艺过程进行模拟与反映。所有原理基于人为因素转变,可以得到与之匹配反应过程与反应结果变化值。通常情况下它存在下述优势。其一,友好人机交互界面。当前,诸多化工业模拟软件设计规则都以微软公司为基础,使相关工作者能快速上手并投入相关操作中,让相关人员感到轻松便捷,培养浓厚实验兴趣,并充分调动起工作积极性与能动性。其二,对工程装备的性能反应较为真实[2]。要充分分析化工设备反应过程,建立同它相互匹配模型,凭借实验把所有过程全权反映出来,对操作工人熟练快速掌握操作技能非常有利。我们在下述文章中列举一个化工工业常会涉及到的一个模型,希望可以供相关操作人员参考。计算机仿真系统具有许多特点,如重复、复杂性和多个,20世纪50年代初,西方国家一直在计算机仿真系统的动态和静态特性进行了研究,并取得了非常重要的影响。仿真系统对我国化工行业也进行了一系列的设计和研究,但也限于静态研究范畴。 3针对电子数字方面的研究 基于计算机仿真系统的特点,可以把它看作是非线性的本质,及其相对高阶的时候,分析方法和经典控制理论,计算机模拟在化工系统动态性能研究是非常困难的[3]。本文通过计算机在电子数字计算机系统微积分方程,计算,介绍了结合时域动态性能指标体系,这将最终调整方案出来。第一,系统是稳定的;第二,在数值计算时,系统的输入值等于0.0123;第三,在排除干扰因素,把化学工作在正常状态;第四,干扰因素考虑在内的情况下,各种干扰因素也作为单独的个体来处理。本文通过预测校正格式,欧拉方法是迭代微分方程数值积分计算。 4计算机仿真系统的改进方案 当前,化工仿真系统应用范围很广,但由于化工设备操作和较大的工艺流程不同,当前的仿真软件,仿真机器,更好的培训新员工无法满足,因此,未来的新的仿真技术和仿真软件的发展空间仍然是大[4]。未来,应该与自动控制理论相结合,适当参考校正环节能有效地改善系统动态性能的质量,使其有较高的稳定性和抗干扰能力。可以连接到气体的输入端仿真系统的微分和积分负反馈环节,最终会使动态性能大大提高,它相当于系列的介绍和链接。我们计算的结果可以看出,只要相应的参数选择正确获得超出预期的效果。微分和积分部分的结构可以被视为一种天然气供应预感桥,放置在相同的速度管道温度传感器已经变成一座桥两个手臂,表达时间常数很小,时间常数相对较长。仿真系统的输入结构的负面反馈链接到系统具有更好的动态性能。基于基本知识理论,修正的链接对系统控制精度的影响,通过计算结果我们可以看到,只要精心挑选的组件参数,达到理想的效果是指日可待。我们提倡这项计划的最明显的特征是它简单易操作,换句话说,只要其中一个传感器连接到导管,同时本文串并联在同一桥臂上面的。连接到放大器的输入和先进的网络,结合线性系统的自动控制原理做提前修正原则,与放大器的输入电阻和电容组成先进的网络,可以很好的改善系统的动态品质。讨论上述3种改进方案是基于先进的理论为基础,由计算结果可以看到,他们所有的3种基本上可以改善系统的动态品质。第一种和第二种的系统还可以明显改善方案来提高抗干扰能力。和改进项目的这些类是基于现有技术的前提下,没有相对比较容易实现的障碍。当然,想把他们对实际系统的引用,还需要很长一段时间。 5结语 目前,计算机仿真技术生产与培训方面应用比较多,所以,要着重强化对仿真软件与仿真机器开发设计,计算机仿真技术进一步推广,要对该项技术加速深化,让它的应用范围与性能得以提升。计算机仿真技术应用,促进高新技术更进一步发展,促进科学技术加速发展,同一时间为化工行业提供更为广阔发展空间。未来可持续发展当中,化工行业把握计算机仿真技术应用措施,为企业赢得更多收益。 作者:宋丽萍 梁成刚 单位:包头轻工职业技术学院 计算机仿真论文:工业工程实验课程计算机仿真技术研究 摘要:为了应对工业工程在有关工业系统设计、管理及优化等综合性实验课程开发难度较大的问题,该文提出将计算机仿真技术与项目教学、案例教学相结合,实现了“教、学、做”一体化,并且,在显著改善实验教学条件、提升实验教学效果的同时,减少了设备消耗,尤其是耗材的使用量,节省了实验经费,而且克服了时间与空间上的限制,使得工业工程综合实验课的开课率和学生的专业综合能力得到显著提升。 关键词:计算机仿真;工业工程;实验教学 计算机仿真技术是继数学推理与科学试验之后认识世界自然规律的第三类基础方法。基于计算机仿真技术的虚拟教学是指利用实物和计算机软件共同模拟出真实的情境,让学生在模拟的情境下进行探究和学习。这种教学方法生动形象,接近现实工作场景,有利于提高学习兴趣,使学生在短时间内进入相应情境,真实的体验如在现实中执行任务的感觉,以达到更快掌握技术手段的目的,而且这种教学方法可以利用计算机软件的优势创造出灵活多样的工作场景且不受行业限制,使学生对实践问题的认识更深入,采用的应对方法更灵活。由此“计算机仿真技术”便成为专业学习及实际应用中的重要方法和技术手段。工业工程作为管理科学与工程的二级学科,其人才培养目标是培养出面向生产、管理、服务的高级专业技术和管理人才,面向的工作岗位主要有制造业现场管理、产能计算、生产计划与控制、项目管理、精益生产等,以及服务业的流程优化、工作研究等。其中,制造业涉及行业范围广、产品种类多、工序过程各异,因此,在教学过程中需要通过一系列系统的实验项目培养学生专业的问题提炼能力及问题分析能力,并采用专业的技术方法和手段有针对性的对问题本质进行处理。然而,正是由于工业工程方法应用行业的广泛性及多样性,使得我们不可能如其他5类工程学科般拥有自己典型的实验实训设备,亟需我们在实践教学过程中探索新的教学方法与实验支撑技术。 1工业工程实验课程教学现状分析 工业工程类实验课程的教学,在传统的教学模式中,主要是以“理论课+实验室”的模式,强调学生对工业工程专业基本方法和技能的掌握与应用,如,工作研究、动素分析、人机工程、物流工程、流程优化、现场改善等基本技能与方法论。传统的实验教学过程中,基本上遵照如下流程:首先,引导学生进行以上理论课的学习,使学生知道、了解并掌握这些基本的专业手法与技能;其次,通过开设相关实验课程让学生对所学的这些技术方法展开实践,从而帮助学生达到训练并养成工业工程专业素养的目的。然而,目前所开设的相关实验课程均是就某一独立技术方法而展开的较为单纯的技能训练,如,工作研究的实验主要是针对动作研究、动素分析、生产节拍平衡开展具体分析过程实践,帮助学生深刻体会这些基本专业手法的实际应用场合;人因工程,主要是通过系列人因实验带领学生亲身体验,感受高度、亮度、颜色、频繁度、规律度等人因影响因素带给人视觉、听觉等感官的切实感受,从而探讨基于人因的合理化设计、布局及工作安排;设施规划布局则是基于物流分析方法,通过物流强度度量,分析部门间的相关性强度,从而为合理布局、物流优化提供有效参考。以上这些实验均对学生在工业工程专业基本方法技能的培训上起到了有效效果。然而,却并未在促进学生养成工业工程职业素养上发挥强化作用。原因在于,缺乏像物流工程、系统工程、系统建模及仿真优化等这类有关工业工程系统设计、管理及优化的主干课程的综合性实践项目,要设计出针对本专业基本技能方法的综合性实践项目,需要的制造业相关设备、产品品种等数量巨大,且耗费大、成本高,很难从实际操作入手,计算机仿真方法不失为解决此问题的一种有效方法。基于计算机仿真技术的虚拟教学则以其高效率、低成本、内容丰富、性能有效和安全等优势得到越来越多的应用和推广。因此,应该将“项目教学”“案例教学”“教、学、做”一体化和基于计算机仿真技术的虚拟教学的方法结合起来,充分发挥各自的优点,提升实践教学效果。基于计算机仿真技术的虚拟教学很容易与其它先进的教学方法相结合,因此,在工业工程类实验课程的教学中,将基于计算机仿真技术的虚拟教学与其它教学方法相结合,有助于提高实验课程教学效果,而且成本低、效率高,使学生可以不受场地、行业、设备与产品的限制,使学生更好的掌握专业技能和方法,并通过基于计算机仿真平台开发的综合性实践项目,锻炼学生的工业工程系统设计、管理及优化的综合能力,培养学生的专业素养,从而促进本专业人才培养效果的提升,计算机仿真技术在工业工程类实验课程的教学中具有重要的意义。 2计算机仿真技术在实验课程教学中的应用 计算机仿真技术为人们提供了一个理想的实践教学手段,目前国内外已经普遍将其应用于军事训练、课程教学、运动训练以及医学研究等方方面面。美国是计算机仿真技术虚拟现实的起源地,现在美国计算机虚拟仿真技术的发展水平也比较高,在这个领域代表了国际先进水平,也是第一个把虚拟仿真技术应用在教育教学中的国家,目前在感知、用户界面、后台软件和硬件等几个方面,形成了一个比较系统的虚拟仿真教学仪器架构。如,美国的卡罗莱纳州立大学利用Java技术建立了基于Web的探索式虚拟物理实验室,主要有以下几个模块:基于JavaApplet的虚拟实验设备和实验设施、相关的实验课程模块、实验结果评价模块、协作模块。在欧洲,英国在计算机仿真技术虚拟现实的相关领域处于领先地位,研究出了虚拟仿真软件包,并应用在教学仪器和工业安全培训等方面。如,英国的诺丁汉大学在教育和学术方面对虚拟仿真技术进行了研究与探索,其目标主要在于探索桌面虚拟仿真的输入设备应用上。此外,该小组还和其他学校紧密合作,将其仿真系统应用在了特殊学生教育中。在中国,目前各个大学和科研机构也广泛采用计算机仿真技术建立虚拟场景进行相关领域的教学与研究。例如:中国科技大学开发出第一套基于虚拟仿真的教学仪器系统——利用虚拟仿真技术进行几何光学实验平台的开发,系统将计算机辅助教学仪器的智能化仪器、计算机技术、虚拟仿真和物理教学仪器等有机结合,把物理教学仪器系统推进到了新的领域;北京润尼尔网络科技有限公司以北京邮电大学强势的网络、通讯、电子三门学科为基础,采用JavaApplet技术、B/S结构、J2EE框架,为解决高校日趋紧张的实验设备及实验场地等实验教学问题,由北京邮电大学网络教育技术研究所组织精英力量,经过多年研究,开发出了配套的虚拟实验系统。通过对国内、外的基于计算机仿真的虚拟现实教学应用情况进行对比,我们发现:当前,国外基于计算机仿真的虚拟实验比国内开发时间早,应用相对成熟,不管是在仿真器材还是仿真软件上都比较丰富、且功能较多;同时,国外很多成熟的仿真实验产品价格普遍偏高,且技术难度也不太适合本科学生,更适合研究所或工程师使用。尽管如此,我国还是有很多现行的成熟的计算机仿真软件供我们选择,这些成熟的仿真软件具有界面友好、可扩充性、支持二次开发等特性,甚至大多实现模块化利于定制化实验的开发,基本上能满足国内高等院校实验教学需要及丰富的仿真实验需求。因此,国内很多高校及科研院所普遍采用购买成熟的仿真软件产品,基于自身的仿真实验需求进行对应的二次开发,从而设计出适合自己的基于计算机仿真的虚拟实验平台,并得到了很好的应用发展。就工业工程类实验课程而言,现在市面上流行的仿真软件,如,Flexsim、witness、em-plan等都能提供给我们一个良好的仿真实验平台,供我们在这些平台上进行综合性实践项目的构建和开发。 3基于计算机仿真技术的实验教学模式开发 在深度分析学生学习特点和企业真实需求的基础上,基于建构主义学习理论和混合式学习理论,按照社会发展对人才培养的要求,结合计算机仿真实验教学设计的基本原则,借鉴信息化和项目教学、案例教学设计方法,探索出基于实践项目、真实案例和工作任务的计算机仿真实验教学模式,实现了“教、学、做”一体化的实验设计。该模式由“项目导入、制定计划、实施计划和成果展示与评价”4个环节组成,其中,计算机仿真实验教学贯穿了该模式的所有环节。下面简单介绍该模式的具体实施方案。 (1)在“项目导入”环节,专业教师的活动包括:借助选定的计算机仿真实验平台,导入项目任务及目标、展示项目结果,让学生对项目有一个直观的认识,然后再布置具体的实践任务;利用计算机仿真实验平台,让学生明确自己应当完成的具体任务和完成任务后可以获得哪些知识以及达到什么样的技能水平;在充分考虑学生的现有知识和能力水平的基础上,适当采取分工协作方式,安排具体的任务完成时间及成果的评定方法等。 (2)在“制定计划”环节,学生的活动包括:通过自主学习、分工协作等方式,对具体实践项目的目标、任务进行分析;确定任务所涉及的专业方法和技能手段,充分应用已掌握的专业知识和能力,借助计算机仿真实验平台,设计出仿真实验模型帮助决策与优化;确定仿真实验任务的实施步骤,为仿真实验任务的实施做好充分的准备。 (3)在“实施计划”环节,学生的活动包括:在计算机仿真实验平台上,按照拟定的计划,逐步完成实践项目的仿真任务;在完成实践项目仿真任务的过程中,学生通过应用所学专业知识和技能,建构自己的专业知识,从而帮助自己养成专业素养。 (4)在“展示与评价”环节,学生的工作包括:在计算机仿真实验平台上展示自己的实践项目仿真成果;参与讨论和评价;通过对比分析,学生对自己的实践项目展开进一步的仿真优化处理。 4结语 将计算机仿真技术与项目教学、案例教学更加紧密的结合起来,能够更好的实现“教、学、做”一体化,并且,在显著改善实验教学条件、提升实验教学效果的同时,减少了设备消耗,尤其是耗材的使用量,节省了实验经费,而且克服了时间与空间上的限制,使工业工程综合实验课的开课率和学生的专业综合能力得到显著提升。计算机仿真技术在专业实验教学方面的应用前景广泛,值得深入研究。 作者:赵灿灿 单位:首都经济贸易大学安全与环境工程学院 计算机仿真论文:计算机仿真技术与信息处理结合分析 摘要:进入新时期以来,得益于计算机技术不断进步,仿真技术成为了当前其主要发展趋势。这是因为借助于该计算机技术,使得人们能够通过构建精准而逼真的模型实现对物体进行三维图像模拟,这一优势使其迅速被应用各行各业生产建设中去。而信息处理作为计算机重要的基础组成,仿真技术在很大程度上依赖于其,因而可以说这二者有着极为密切联系。对此,本文将基于笔者多年计算机研究实践,对计算机仿真技术进行概述,并分析该技术,最后在探究其与信息处理的结合。 关键词:计算机;仿真技术;信息处理;结合;探究 1计算机仿真技术概述 计算机仿真技术(ComputerSimulation)指的是通过运用建模、仿真以及图像处理分析等方式把不可视的物体转变成为可视形象化模拟,从而使得人们能够借助于此了解该物体性质、规律等。结合实践来看,建模可以说是该技术的重要组成部分,通过建模可以实现在实际情况下难以或无法实现对物体内部构造模拟,随后再辅以相关技术,让我们能够全面而准确地掌握物体。正是凭借于这一优势,使得计算机仿真技术被广泛地应用到诸如建筑、航天、交通以及制造等多种行业,并逐渐成为行业中不可获取重要技术。 2计算机仿真技术分析 计算机仿真技术就是通过计算机对物体进行虚拟模拟的技术,结合实践来看,其主要涉及建模思想、图像处理分析与数字化等技术。通过研究可知,该技术在运用过程中一般经历以下几个步骤: 2.1对物体进行数据模型构建 实践中,计算机仿真技术运用第一个步骤便是对物体进行数据模型构建。在此过程中,主要使用归纳与演绎两种分析方法,有时我们只需单独使用某一方法便可以实现数据模型构建,有时则需要将这二者结合,这需要技术人员根据相关要求决定。以演绎法为例,首先计算机将物体模拟的数字化数据进行采集,随后系统在此基础上根据所设定参数对上述数据开展演绎分析,将该物体数据模型构建起来。 2.2物体仿真模型实现 当物体数据模型构建起来后,技术人员需要对其进行仿真模型实现。简单来说,就是技术人员通过使用编程语将所构建数据模型进行程序化处理,从而使得该模型实现仿真。需要注意的是,在物体仿真模型实现时,所使用编程语言众多,技术人员必须在充分结合数据模型特征以及相关要求基础上进行数据分析,随后准确地使用编程语言将其模型化,最后通过程序化管理,确保仿真模型实现。 2.3仿真模型验证 在上述工作完成后,为了确保所构建物体仿真模型有效性,技术人员需要对其进行验证。此项工作的重点主要是在于对该模型中数据根据相关方法开展验证,随后技术人员根据相关标准对验证结果进行判断,从而确定该仿真模型是否达到要求。 3计算机仿真技术与信息处理结合探究 正如上文所述,计算机仿真技术的实现在很大程度上依赖于信息处理,将二者相结合对仿真来说不但有助于有效地提升其效果,同时也可以使得仿真实验功能不断完善;而对于信息处理而言,则可以在把抽象的信息进行可视化、虚拟真实化处理前提下,有效地提高其处理准确性以及效率。有鉴于此,加强二者地结合与应用逐渐成为了当前主要发展趋向。对此,下面笔者将二者一些结合进行简单阐述。 3.1计算机仿真技术与光信息处理结合 光信息处理具有速度快、容量大、可并行等优点,是一类极为先进的信息处理技术。而计算机技术对二维图像信息的处理有着显著的优势,将二者进行有效结合,可以有效识别图像特征、增强图像处理能力。例如CAI、CAD等软件都是现阶段科学研究工程实际的新手段。 3.2计算机仿真技术与软件信息处理结合 除了上述与光信息处理相结合外,计算机仿真技术与软件信息处理结合也是当前极为重要的一种形式,而在此其中以matlab软件最为典型。该软件作为计算机重要软件之一,不但涉及矩阵运算以及信息处理等众多方面,同时还具有很高的灵活性。除此之外,该软件在信息处理上还具有诸如运算安全性高、输入快捷以及功能丰富等诸多优点,因而使得其成为了当前计算机仿真技术与软件信息处理重要的结合与应用。结合实践来看,技术人员在运用matlab软件时,首先将所要处理的信息输入到其中,随后该软件按照相关设定开展仿真模拟,然后计算机在此基础上对信息开展可视化处理,如此一来将极大程度地提升信息处理工作准确性以及效率。 4结束语 总而言之,计算机仿真技术是现阶段应用较为广泛的计算机技术,并且定将在未来发展的道路上越走越远。而对于信息处理来说,大部分信息处理技术已被植入到计算机仿真技术当中,将二者相互结合起来,不能呈现出巨大的优势,并且极具发展空间,具有极为广阔的研究价值。 作者:高晓星 单位:河北省石家庄经济学院 计算机仿真论文:汽车领域计算机仿真技术研究 【摘要】随着控制理论、计算技术、计算机科学与技术的飞速发展,系统科学研究的深入,计算机仿真技术已经逐渐发展为一门新的学科。信息处理技术的突飞猛进,更使得仿真技术得到了迅速发展。计算机仿真技术是分析和研究系统运行行为、揭示系统动态过程和运动规律的一种重要手段和方法。本文分析了轿车产品的特点,研究了计算机仿真技术在轿车全生命周期中不同阶段的应用现状,以及相关技术思想的发展。 【关键词】计算机;仿真技术;轿车;发展 1前言 计算机仿真技术是一门利用计算机软件模拟实际环境进行科学实验的技术。它具有经济、可靠、实用、安全、灵活、可多次重复使用的优点,已经成为对许多复杂系统进行分析、设计、试验、评估的必不可少的手段。它是以数学理论为基础,以计算机和各种物理设施为设备工具,利用系统模型对实际的或设想的系统进行试验仿真研究的一门综合技术。 2计算机仿真技术的发展 计算机仿真技术主要是随着计算机技术、计算技术、图形图像技术、复杂系统建模技术和专业建模技术的发展而发展的。从历史上看,计算机仿真大致经历了四个发展阶段: 2.1模型试验 最原始的仿真思想,其模型试验是基于物理模型进行的,缺乏柔性和精度。 2.2数字化仿真 采用计算机进行分析计算,但是计算结果表达局限于记录文件和图表上,缺乏直观形象。 2.3图像化仿真 大量采用丰富的图形图像技术来表达仿真结果,如三维图形。 2.4虚拟现实技术 不光采用三维图形技术表达计算结果,而且采用特殊装置,如戴上三维数据头盔,触摸仪器等,使人有身临其境的效果。 3计算机仿真技术的关键 目前,计算机仿真计算的关键技术主要包括: 3.1面向对象的仿真 (object-OrientedSimulation-OOS)其主要是将整个系统的功能设计和实现归属为对对象的操作及对象信息的彼此综合利用来实现,对象间信息的传送引起了系统的活动。 3.2分布交互仿真 (DistributedInteractiveSimulation-DIS)主要是通过计算机网络将分散在各地的仿真设备互连,构成时间与空间互相耦合的虚拟仿真环境。 3.3智能仿真 (IntelligenceSimulation-IS)主要是以知识为核心和人类思维行为作背景的智能技术,引入整个建模与仿真过程,构造各处基本知识的开发途径。是人工智能(如专家系统、知识工程、模式识别、神经网络等)与仿真技术(如仿真模型、仿真算法、仿真语言、仿真软件等)的集成化。 3.4人机和谐仿真 主要包括可视化仿真、多媒体仿真、虚拟现实仿真。[1] 4计算机仿真技术在汽车领域的应用 汽车产业是我国的支柱产业之一,具有极大的发展潜力。尤其是在轿车生产方面同其他发达国家相比还有很大差距,入世必然会对我国的民族轿车工业产生一定的冲击。为了抵御这种冲击,迫切要求我们认真分析世界轿车工业发展的新趋势,学习和借鉴其中的新思想和新技术,使我国的轿车产业能够顺利地同国际接轨,争取在未来的竞争中处于有利的位置。目前世界轿车工业的激烈竞争集中反映在降低生产成本上,即以价格优势去争夺市场。围绕着成本的降低,出现了许多新的发展趋势,如开发周期缩短化、生产管理精益化、目标成本控制化、零部件采购全球化等等。在这种情况下,传统的轿车设计开发过程显得周期过长、成本过高、而且效率低下,已经很难适应激烈的市场竞争的需要。为了解决这些问题,各种新的思想和技术纷纷出现,并被各大轿车生产厂家所采用,其中计算机仿真技术就是被广泛应用的技术之一。仿真技术是出自对系统研究的需要,用系统的模型对真实的或设计中的系统进行试验,以达到分析、研究和设计该系统的目的而计算机仿真就是利用现代计算机技术,对待分析的系统进行数字建模,并根据需要编制相应的程序对系统模型进行仿真分析的过程。计算机仿真技术为轿车产品的设计开发提供了强有力的工具和手段。通过将计算机仿真技术全面应用于轿车产品的设计开发过程,使得在设计阶段即可以对产品的全生命周期进行分析和测,[2]从而保证了产品的制造要求、使用要求、维护要求、销毁要求等。由于其先进性和革命性,计算机仿真技术已经得到汽车界的广泛重视。如福特公司第一辆样车定型之前,已经完成了全部仿真分析的95%以上,可以在工程开发阶段节省四千多万美元,在制造阶段节省超过十亿美元。通用公司由于在轿车设计开发过程中全面采用了计算机仿真技术,使得开发时间由原来的39个月减少到24个月奔驰汽车公司1998年之前已经完成了数字化轿车的设计,并实现了较强的虚拟显示技术,可以在设计阶段对轿车的总体性能匹配和车身系统布置设计等进行仿真分析、评价和改进。 4.1计算机仿真技术在轿车方案阶段的应用 方案阶段的主要任务是根据市场的发展和客户的需求等信息进行需求定义,包括参考样车选型、系统功能定义、技术经济评价等等。在方案阶段实际系统并不存在,设计人员根据不同的功能模型建立系统的动态模型,以便于比较不同方案的优劣。尽管此时模型的粒度较粗,但仍可为设计人员提供不同方案下的比较分析结果,并为进一步的设计提供决策依据。例如,轿车的技术经济评价就是在方案阶段,对轿车产品的技术质量信息、成本信息以及竞争对手信息进行建模,并在此基础上运用合适的理论方法综合处理这些模型,从而产生出可以对设计、管理与决策提供依据的综合知识。 4.2计算机仿真技术在轿车设计阶段的应用 在轿车的设计阶段,各种CAD/DAE工具已经得到广泛的应用,具有比较完善的数字化基础。因此这个阶段的仿真活动是同这些计算机辅助工具紧密结合的,甚至可以直接将CAD产品模型作为仿真模型输入,即由CAD软件来完成仿真建模工作,实现了部分的信息集成。这种信息集成是以一些图形信息交互标准为基础的,常用的格式有IGES、STEP等。但在实际使用时,由于各种软件对这些标准支持程度的差别,某些情况下CAD模型直接导入到仿真软件中会产生部分信息丢失现象,需要进行必要的修补工作后才能进行仿真分析。随着信息集成技术的发展,这些问题将会得到很好的解决。[3] 4.3计算机仿真技术在轿车制造阶段的应用 这里的制造主要是从技术角度出发,对产品的制造工艺的进行数值模拟与优化,对制造装备的进行数值模拟与改进。典型的如轿车车身覆盖件冲压成型工艺的数值模拟、模具型面抛光仿真等等。以轿车车身覆盖件冲压成型工艺为例,轿车中金属冲压件占到总重量的3/4,整个轿车的开发周期中,近40%的时间用于车身的设计和定型。采用传统的试错方法来解决冲压成型中的工艺问题已经无法满足现代轿车生产的需要。[4]在计算机仿真技术的支持下,通过在计算机上建立数字化模型,用有限元方法进行成型模拟,可以全面了解板料在成型过程中的应力、应变及厚度分布,预测成型缺陷,从而给设计人员提供进行工艺分析和模具设计的科学依据。通常所用的仿真/分析软件有CATIA、ANSYS、ADAMS、SIMPACK等。在西方发达国家,板料冲压成型的数值模拟技术已经称为缩短模具产品研制周期、提高产品质量、降低生产成本的必不可少的手段和工具。 4.4计算机仿真技术在轿车生产线阶段的应用 计算机仿真技术在轿车生产线阶段的主要应用包括确定生产管理控制策略、车间层的设计和调度、库存的规划管理等。其中用于生产管理控制策略的仿真包括确定有关参数以及用于不同控制策略之间的比较;用于车间设计和调度的仿真主要用于对各种可能方案进行分析评价,进而选择出最优方案;用于库存管理的仿真主要目的为确定订货策略、确定订货点和订货批量、确定仓库的分布、以及确定安全库存水平等等。[5] 4.5计算机仿真技术在轿车销售阶段的应用 在轿车的销售阶段,可以根据收集到的客户和对手的信息,通过计算机仿真手段来分析和比较各种方案,进而调整市场价格、制订销售策略等等。[6] 4.6计算机仿真技术在轿车使用阶段的应用 轿车的使用阶段,可以通过计算机仿真技术对用户进行驾驶培训、维修培训等。同生产设计阶段的仿真相比,这种面向用户的仿真大量应用了虚拟现实技术,由计算机全部或部分生成的多维感觉环境,使参与者产生沉浸感。通过这个虚拟环境,人们可以进行观察、感知和决策等活动。[7] 4.7计算机仿真技术在轿车回收阶段的应用 在回收阶段,计算机仿真技术可以用于对产品拆卸分解过程提供决策支持。严格的说,产品的可拆卸性应该是在设计阶段就予以考虑的因素。产品材料的使用和产品结构的合理性,直接影响废旧产品的可拆卸和回收价值。利用计算机仿真技术对产品回拆卸序列的分析和优化,可以对现有产品给出最大回收价值的拆卸方案。 作者:孙斌 单位:沈阳理工大学汽车与交通学院 计算机仿真论文:电路原理教学中计算机仿真应用 摘要:电路原理是电子信息类专业的必修课,具有理论性和逻辑性强、推导严谨,公式繁杂的特点,所以在电路原理教学中教学的任务中,教学难度大,教学的效果不理想。尤其是传统的教学模式难以满足教学的目标和效果。进行教学方式和方法的改善有重要的意义。因此,计算机仿真技术在电路原理的教学中受到极大的欢迎。本文从传统电路原理教学中存在的问题角度进行分析,探讨计算机仿真技术的特点、计算机仿真技术在教学中的应用以及独特的优势,希望能对电子信息行业的工作者有一定的帮助。 关键词:计算机仿真技术;电路原理教学;Multisin应用 在高校的电子信息类专业中,电路原理教学是一门基础课程,对学生专业知识和技能的掌握具有重要的意义[1]。然而由于抽象性较强、难度较大等原因教学的效果不理想。近年来随着社会经济的发展,计算机也逐渐普及开来,计算机仿真技术在高校教学中的比重越来越大,有利于提高教学的效果和质量[2]。 一、传统电路原理教学中存在的问题 电路原理教学需要作图进行授课,抽象性强。但是传统的教学模式难以满足教学的要求,教学的效果低下。首先是理论性强、抽象。电路原理教学需要学生对电路、元件等等各个环节都要熟悉,比较注重原理概念性的教学。同时还需要学生进行大量的计算推导和联想,将抽象的东西转化为具体的事物,所以整个课堂气氛沉闷,学生感到枯燥乏味,教学效果不理想[3]。其次是在电路原理的教学过程中,需要画大量的电路图,通过图形来进行讲解。在传统的黑板教学中,图形复杂导致画图不精确,另外也浪费了大量的课堂时间,整节课没有很好地利用,教学的效率不高。最后,传统的课堂教学实验中,难免会出现仪器的故障、电子元件的损坏等情况,影响实验的正常开展,不仅浪费了上课的时间,也造成了资金的浪费,打击了学生的动手积极性和参与性,制约了教学工作的开展和完成。在这种形势下,加强对传统教学模式的改革尤为重要。在目前的高校电子信息类专业教学中,计算机仿真技术的应用越来越广泛,教学的效果大幅度提高。 二、计算机仿真技术的特点 第一是更加生动直观,便于学生理解。传统的教学模式以黑板教学为主,图形复杂,注重理性的分析,学生很难接受。在电路原理教学中引入计算机仿真技术,可以将繁复的电路图等资料详细地绘制出来,具备直观、生动的界面,学生也更容易接受,有利于学生的理解和记忆。 第二是为电路原理教学提供了多重的手段。传统的教学理论型较强,需要经过严谨的推导和大量的计算,学习的难度较大。在教学中应用计算机仿真技术,可以把许多元件细致地描绘出来,而且更加的齐全,为学生的学习提供了便利。另外,计算机仿真技术功能强大,不但可以保存各种工作状态中的电路数据,还可以打印出来进行教学。最重要的就是当电路中出现短路或其他故障时,计算机仿真技术可以进行提前的预防和提醒。 第三是为课堂教学提供简单有效的实验方法。在电路原理教学活动中,实验是必不可少的一个环节,对巩固知识具有重要意义。在教学中引进计算机仿真技术,保证了成本的低投入,学生的实验过程避免受到其他不必要因素的影响,保证了实验过程的顺利开展和完成。另外,学生在实验过程中,不会造成原料和器材的损坏浪费,可进行长期的、反复的实验。计算机仿真技术帮助学生学习,激发学生学习的兴趣,提高教学的效果。 三、计算机仿真技术在电路原理教学中的应用 一方面计算机是一种智能化的工具,在电路原理教学中,能够自动建立电路运算方程,并且进行计算,将结果通过图形的方式表达出来。因此,在电路原理教学中,引用Multisin(电路仿真软件)软件进行教学活动,可以激发学生的学习兴趣,提高学生的参与能力和动手操作的能力,有利于帮助学生直观地了解掌握知识,提高教学的效果。 另一方面Multisin软件具备齐全的电子元件,并且可以进行长期的实验而不必担心器材和原料的损坏,资金投入较少。另外,Multisin软件的功能齐全,可以进行各种类型的仿真电路实验活动,得到详细的数据报告和图形,并且可以将Multisin软件和多媒体技术相结合,在大屏幕上演示整个实验的过程,让学生更加直观地参与、了解电路的原理,掌握专业的知识和技能[4]。 再者,因为社会经济的发展和对人才的需求,Multisin软件应用于电路原理教学已经成为一种趋势,对于高校教学工作具有重要意义。Multisin软件是一款专门针对于电路设计和仿真的工具类软件,随着科学技术的进步和多媒体技术的发展,Multisin软件在国内和国外的电子行业应用的范围越来越广泛,已经成为高校电子信息类专业教师和学生进行授课和学习的教学工具。 四、Multisin软件在电路原理教学中的独特优势 第一是有助于帮助学生加强对基本概念和原理的理解和掌握。电路原理课程具有衔接性和实践性,因此在高校的教学活动中,通过将Multisin软件和PPT相结合的方式,制作一个教学用的多媒体课件,并在课件中标明重点和难点。在教学过程中,理论部分的学习通过PPT幻灯片制成文字进行授课;在实验部分,依赖于Multisin软件强大的仿真能力,利用图形、视频、现场操作等方式对学生进行演示,将抽象的、逻辑性较强的文字转变成生动的、具体的图像,实现理论和实践的良好配合。另外,在PPT幻灯片的制作过程中,可以将电路原理的仿真过程穿插到课件当中,使整个多媒体课件内容丰富,文字图形的协调搭配为课件增添了吸引力,同时能够让学生直观地接受知识,提高学生的学习积极性和动手操作能力,保证教学活动的正常开展和完成,促使电路原理教学实现改革和完善。 第二是有利于学生自己分析解决问题,提高自主能力。在“电路原理教学”中,运算量大,公式的运用和推导复杂,造成整个电路的工作原理十分的抽象和枯燥,难以集中学生的学习注意力。其次,教师在授课过程中进行纯理论知识的灌输,用文字对电路工作的原理进行分析和讲授,学生往往是难以接受,教师的“教”和学生的“学”之间脱节,抑制了学生的学习积极性,教学的效果不理想。只有将理论变得生动和具体,抽象变得形象化,学生对知识有充分的兴趣,主动地参与课堂,才能够更好地学习和掌握电路原理,完成教学的任务和进度。因此,在教学中引入Multisin软件,利用Multisin软件独特的电路分析的能力,例如运算放大器对数据的放大性能分析等等,学生可以自主地发现并解决出现的问题,并在实验的过程中通过多次反复的实验来验证结论,提高学生独自分析问题的能力,将对电路原理的学习从理性的认识上升到感性的认识。 第三是有利于帮助学生掌握电路的结构。在电路原理教学中,需要绘制复杂的电路图来进行授课和设计。但是在传统的教学活动中,电路原理是通过黑板教学完成的,用手绘图形保证不了电路绘制的准确性。另外,手绘图形的复杂导致学生难以辨认,无法集中学生的注意力,造成上课的效果低下。在教学中应用Multisin软件后,情况大大改善。因为在Multisin软件的元器件库中,具备数量齐全的各种电子元件,在进行电路原理教学中所需的电子元件都可以找到,而且元件的大小并不是固定的,可以根据实际教学和实验所需的参数和大小进行更换。因此在教学中绘制电路图的效率和速度大幅度的提高,并且还可以随时地增删。与黑板教学相比,Multisin软件仿真技术具有独特的优势,成为电子信息类专业教学中的主流工具。再者,利用Multisin软件绘制完电路图之后,可以直接将电路图进行课堂的演示,在教学中对电路图进行仿真分析,帮助学生更加了解电路的结构和各个元器件的作用,集中学生的注意力,激发学生的学习积极性和能动性,提高教学的效果。 五、结束语 传统的教学模式和教学的手段已经难以适应时代的潮流,所以进行教学方式的改进和完善,应用先进的技术辅助教学是非常有必要的。电路原理这门课程的理论性和操作性强,学生在学习的过程中因为知识比较抽象而感到难度过大,因此在教学中运用Mul-tisin仿真技术辅助教学是非常有作用的。Multisin软件将抽象的理论文字转换成直观的、具体的图形和图像,并且针对教学的重点和难点充分利用自身独特的优势和PPT软件相结合,制作内容丰富、生动的课件,帮助学生更好地进行学习,了解和掌握专业的知识。将传统的教学和先进技术相结合,激发了学生的学习积极性,提高了教学的效果,促进了电子类专业的长远发展。 作者:刘增磊1 高爱莲1 王栋2 陈娟3 单位:1.南阳理工学院 2.山东交通学院 3.国网山东禹城市供电公司
电子设计技术论文:电子设计自动化技术的教学研究与实践 摘 要: 本文讨论了在EDA技术的教学中采用项目式教学法,使学生在参与项目的过程中学习知识。学生在教师的指导下实施并完成一个比较完整的特殊项目工作获取知识,而项目的选择需要根据学生的特点和相关的理论知识特别设置。与此同时,教师在学生参与项目的过程中穿插讲解知识,让学生更容易理解和掌握教学内容。在项目开发的教学过程中,让学生分成不同的研究小组,增强了学生的工程意识和团队意识。 关键词: 项目教学法 EDA技术 教学改革 1.引言 在传统的教学模式下,教学内容是理论教学和实践教学相结合独立开课,而且学生是在学习理论知识的基础之后再到实验室去做相关的实验。而对于电子设计自动化技术,即EDA技术,这门课程的教学来说,这种传统的教学模式存在着一定的弊端,因为很多学生第一次接触这门课程,所以在理论教学的过程中存在很多难以理解的抽象内容,而在做实验的过程中又无法将学习的理论知识运用到实践中去,理论与实践相脱节,这大大降低了学生学习的主动性和兴趣,导致了教学难度成倍增加,所以教学的改革需要加快进行。在传统的教学方式下,其教学目标不明确,传统教学注重理论知识而忽视实践能力。而社会要求高校毕业的学生动手能力提高,动手能力成了高校毕业生的一个重要能力,所以我们要着重培养学生的实践能力。因此,在进行EDA技术教学时,我们需要采用新的教学模式,而项目教学法是在学生参与项目的过程中学习知识,同时理论知识在实践的过程中获取,所以采用新的教学模式,即采用项目教学的方式引导学生成为迫切的要求。 2.研究现状分析 国外的高等职业教育形式多样,各有千秋。德国经济的腾飞与其高等职业教育密切相关,经过多次教学改革,德国目前采用“双元制”的校企合作方式取得了很大成功。法国注重产、学、研的结合,以“大学校”的模式培养人才,强调理论加实践,坚持培养人才的多面性和多学科性。澳大利亚“阶梯教育”模式与证书、学位及工作方向对应。澳大利亚实行“阶梯教育”模式,这种模式将教育水平与所取得的证书、学位及工作方向对应起来。 我国的高等教育从1979年至2009年间教育有关法律、法规及文件的变化可以看出,在改革开放的初级阶段,高等教育发展战略主要还处于探索和调整阶段。从1998年以后,随着高等教育本身实力的不断增强,也随着中国特色的社会主义市场经济体制的初步形成和走向完善,中国高等教育发展战略也逐步自成体系、重点明确,走向有详细规划、有落实措施的新阶段。 随着社会对高等教育要求的不断提高,尤其是北部弯开发区建设的深入,社会需要直接从事生产、建设、管理、服务第一线工作的应用型高等专门人才,高等院校越来越多采用项目教学法培养学生的实践能力及团队合作能力。对人才的需求不断提高,这就要求院校在培养EDA技术人才时结合产品的市场效率和技术要求,加大教学改革的力度,研究实践具有实效的教学方法,培养具有工程意识和创新能力的EDA技术人才。 3.教学形式与内容 如何让学生们对学习的兴趣进一步提高?如何让大部分学生能通过自己的思考完成任务?这些是教学急需解决的问题。理论教学中培养了学生的一种思考方式,但不能最终提高学生的动手能力。在项目教学法中,EDA课程设计和开放的实验给学生提供了进实验室的平台,在EDA课程中采用项目教学能很好地锻炼学生的学习能力、实践能力及创新能力。我们所讨论的项目教学法是以教师为主导、学生为主体、实践为导向的教学方法。在教学活动中,项目教学法最重要的特点是改变了传统教学方法中教师为主体的局面,使学生从被动学习改变为主动探究性学习。在项目教学法的教学过程中,有以下几个重点需要特别注意。 3.1选择合适的教学项目 教学项目的选择主要是从教师层面来讲的,选择好一个好的项目对教学的顺利开展至关重要。采用项目式教学的前期工作是选择合适的工程项目,这些项目应该是从工程实际出发选择符合学生知识水平的典型性的项目,项目的选择应遵循以下几个原则: 3.1.1项目的工程实用性:我们应尽量将真实的工程项目作为教学所用的项目,首先,真实的工程项目可以培养学生的工程意识,学生在参与项目的真实工作和学习环境中更能提高自身的能力;其次,学生对真实的工程项目更感兴趣,学习的热情更高,学习的主动性和积极性也更高;再次,真实的项目不应该只是采用仿真的方法模拟,最好能用实物的形式实现,让项目的真实成果给予学生更多的成就感,最大限度地激发学生的学习兴趣;最后,真实的项目能提高学生动手能力,尤其是调试电子电路的能力,还能促进学生从实践的角度对理论知识进行进一步的综合与理解。 3.1.2项目难易程度需要适合学生的层次:项目教学的进程中,所选择的项目太难可能导致学生无法完成预期目标,从而打击学生的信心,知识的传授也无从说起。另外,太容易的项目则会让学生感觉没有挑战性,即使完成了项目也会缺乏成就感,无法调动学生的积极性,违背了项目教学的初衷。所以,在EDA技术这门课程的教学过程中,项目的难易选择需要教师不断摸索,寻找出难易适中的教学项目。 3.2以学生为主体 以学生为主体是项目教学法的一个重要标志,包括以下几个内容:首先,各个学生小组是完成项目的主体,学生的分组以学生自愿为原则,以体现学生的主动性。另外,不合理的分组可能会使小组内部合作不顺畅,出现小组之间竞争不合理的现象,从而降低学生的学习主动性,所以,分组在学生自愿的基础上,还需要老师根据班级内不同学生的学习情况(包括学生的知识结构、动手能力甚至性格特点等)对分组进行一定程度的干预,从而达到成绩好的学生带动成绩较差的学生的目的,以保证教学效果。其次,小组成员中以投票的方式自由选择并确定小组队长,由队长来分配各个成员的工作任务,对于不同的项目,小组队长可以轮流当选,以培养学生的工程组织与合作能力。再次,在参与项目的过程中,小组中各个成员按不同的任务或搜集、选择信息资料,或搭建电路,或编写程序,由学员共同研究解决问题。最后,任务完成后,每个小组成员都必须汇报工作,汇报内容包括在完成项目的过程中所遇到的问题及解决问题的方法,以督促学生共同合作。 3.3教师适时引导 在项目教学的过程中,虽然是以学生为主体,但教师的地位仍然很重要。教师在教学过程中适时引导与点评是教学顺利开展的必备条件。首先,在项目式教学开始时,教师要对项目有一个整体介绍,还要给予学生必要的引导,并由此上升到理论的知识传授上,使学生在做项目时少走弯路。其次,在项目进行的过程中,学生遇到的难题,应该给予针对性的、启发引导式的指导,引导学生自己总结问题,理论联系实际,避免学生出现“卡壳”的现象而无法跟上项目的进度。只有这样,学生才能在参与项目的过程中提高技能,理解并掌握知识,以避免学生在做项目时盲目处理,手足无措。说到底,在项目式教学的过程中,教师要从知识的灌输者变成组织与引导者。 3.4评价机制 在项目教学法中,对学生的评价机制非常重要,这将极大地影响教学的质量。因为好的评价机制让学生更加勤奋,而差的评价机制则可能扼杀学生的创造性和积极性。所以,在学生的评价机制中,第一,各个项目小组成员要加强合作,学生的相互合作参与能力也作为成绩的一个重点,以提高学习成绩较好的学生对学习较差的学生进行一定程度的帮、传、带的积极性,同时也可以尽量避免出现小组中个别学生偷懒不参与完成项目的情况。第二,在项目完成时,鼓励各个小组之间相互交流,并尽量利用每一次课堂的机会,让每个小组都进行相应的汇报。第三,教师再进行适当的点评和评分,这样做不但可以提高学生的综合能力,还能提高学生对项目中所蕴涵知识点的掌握程度。第四,根据具体情况,将每次课堂的评分为学期成绩的重要组成部分,加大平时课堂评分在评价机制中的比重,让学生更认真地对待平时课堂知识的积累,同时也能最大限度地提高学生的学习积极性,培养学生的能力,增强教学效果。 4.结论与展望 项目教学法在DEA技术教学中的实践表明,学生在参与完成具体项目的过程中学习热情更高,学生的动手能力和团队合作能力得到了大幅度提高。在教学的过程中,不仅使学生在实践中巩固了理论知识,让学生掌握教学中的各个重要知识点,而且让学生学会了在探索中发现问题并解决问题,提高了学生综合能力。 项目教学法的研究与实践是教学改革的一个重要方向,它激发了学生的学习兴趣,培养了学生的综合素质。在今后的研究中,我们可以在项目的选择与讨论及对学生的评价机制上进一步进行完善,以最大限度地调动学生的学习主动性,增强教学效果。 电子设计技术论文:基于电子设计竞赛的电子技术课程教学改革探索 【摘 要】 为激发学生学习电子技术课程的兴趣,增强学生的创新能力,提高教学效果。根据大学生电子设计竞赛的特点,在分析电子技术基础课程教学现状的基础上,对电子技术课程教学方法的改革进行了探讨,提出了改革和调整的方法。实践结果证明,其对培养和激发学生学习的积极性、主动性起到了积极的作用。 【关键词】 电子设计竞赛;数字电子技术;模拟电子技术;教学改革 两年一届的全国大学生电子设计竞赛,为在校大学生开拓视野、促进理论和实践的结合、提高学生动手能力提供了平台。该比赛不但为中国电子信息领域的人才培养做出了贡献,也为促进电子类学科建设和课程教学改革,提高教学水平带来了深刻的启示。如何以电子设计竞赛为锲机,促进电子技术类课程的教学改革成为一个重要的课题。 一、电子设计竞赛的特点 1、竞赛试题的内容及要求 全国大学生电子设计竞赛试题有电源类、信号源类、无线电技术类、自动控制类、测量及仪器仪表类题目。涵盖了电子技术应用的各个方面,涉及数字电子技术、模拟电子技术、高频电路、单片机、传感器、可编程逻辑器件等[1]。竞赛要求参赛学生每3人一队分工协作,在规定的时间内完成题目要求,包括了电路系统的理论设计、实际制作和调试,最后交出制作的成品控制电路及设计报告。试题有基本要求部分和发挥部分,既考察学生的理论基础知识,也考察学生的实际动手能力、创新能力和相互协作能力。使学生在电路分析、设计、制作、调试等方面得到充分的锻炼,也使优秀学生有发挥其优势的余地[2]。 2、新技术、新观念的体现 为鼓励参赛学生使用新电路、新器件和新技术,体现“绿色产品、环保设计”的概念,近年来,一些大的电子器件公司也积极参与竞赛,为竞赛提供器件、设立奖项。例如在2011年大赛中可使用由瑞萨电子公司提供的专用板及瑞萨节能环保元器件,为学生接触新器件和新电路提供了机会。 3、竞赛的积极作用 根据电子设计竞赛的要求,参赛学生需要掌握电子技术中电路的基本分析、设计、制作及调试方法。参赛学生在备赛中都需要经过的一系列培训和磨练,基本具有较强的实践动手能力和分析问题、解决问题的能力,同时也具有较强的团队协作精神。具备这些技能,使他们就业时成为用人单位的首选。由此影响,使得近年来报名参赛的学生人数急剧上升,竞赛规模越来越大、参赛的学校越来越多。2011年第十一届,全国共有1062所高校11002支队伍,参赛学生33006名。但是由于现实客观条件限制,各学校参赛学生只能是各专业选拔出来的少数学生,受益面相对较小。 同时,通过几届电子设计大赛,从中暴露出一些问题:一方面是电子技术类课程教学中理论联系实际不够,新技术、新器件涉及少等;另一方面是学生在学习中综合运用知识能力不强、实践应用技能差等[3]。 如何借助电子设计竟赛的训练和培养模式,改革电子技术课程教学,将其特点与优势更好地发挥出来,使广大学生受益,成为当前亟待解决的问题[4],由此给于了电子技术课程教学改革新的启示。 二、电子技术课程教学的现状 电子技术课程包含模拟电子技术和数字电子技术,是电子类专业重要的专业基础课,也是理论性和实践性都较强的课程。在传统的教学方法中,基本是以理论为主, 辅之以验证性实验。容易出现教学效率不高、教学效果不够理想等问题,其弊端主要表现在以下几个方面: 1、偏重基本原理,理论联系实际不够 传统的教学模式中,侧重基本理论教学,注重基本知识、基本原理及分立元件的内部结构和工作原理的介绍,而对元器件的工程应用实例介绍的比较少,使得理论和实践分离。两者在教学内容、考核等方面由不同的教师负责,互动较少。在有限的实验课中基本以验证性实验为主,设计性、综合性实验较少,学生只能接触到有限几个的器件,了解其简单功能,自己动手设计制作电路的机会少。 2、知识的综合应用少 模拟电子技术与数字电子技术任课教师不同,实验课内容不同,学生少有机会将两门课程的知识融会贯通应用。在分析简单电路时,学生可能比较顺利, 但要分析复杂电路或设计制作一个电路系统时,常常无从下手,画的电路图不实用,不知怎样合理应用器件,不会调试电路。这些严重制约学生创新意识的培养,阻碍学生主动探索的积极性、创新性。 3、新技术、新器件涉及少 当前电子技术的发展非常迅速,特别是新器件日新月异。然而长期以来,由于教材内容更新缓慢,跟不上实际生产和技术的变化,加之课时量的限制,教学中常常仅限于基本原理和中小规模集成电路本身。对如何应用新技术构建电子控制系统的技术和大规模新集成器件,几乎没有涉及。 三、电子技术课程教学改革的措施 在电子技术基础课程教学改革中应该突出基本原理与应用并重,课程之间的衔接及综合应用。在教学内容、方法和教学手段上要多样化,特别在实践教学中突出应用性、综合性和创新性。 1、理论教学的改革 对课程的内容进行适当的调整,在讲解基本原理的基础上,注重应用实例。例如,在数字电子技术中,大量精简压缩分立元件、小规模集成电路的内容;注重器件的外部逻辑功能、特点和重要参数,而对其内部结构不作太多的讲解。如在学习555定时器时,多用实例讲其功能和使用方法,并将在电子设计竞赛中用到的电路及所制作的电路板展示给学生。使学生对这一单元电路有更深刻的了解。 适当的开辟课堂讨论,改变传统的灌输式教学方法[5]。在生动、活跃的课堂气氛中培养学生的自主学习能力,变被动接受为主动思考。在讨论中,引导学生广开思路,对学生发言中暴露的问题及时给予解答,激发学生学习的兴趣和积极性。 2、实践教学的改革 将实践教学分为实验课和电子实训课两个部分,采用由浅入深,由易而难的逐步推进方式。 (1)基础实验 主要使学生在认识器件、了解功能的基础上,完成简单的设计性实验[6]。在进实验室前,让学生先根据实验要求设计好电路,计算好各项指标达后,再到实验室进行插面包板调试。在实验教学中,理论课老师参加也指导学生实践,以便及时帮助学生解决问题,发现和弥补理论上欠缺的内容,使理论与实践一体化,克服两者脱节的现象[7]。 电子设计技术论文:关于微电子设计自动化技术的研究 摘 要 在电气化的当今,基于电子科技的发展,微电子设计技术已逐渐的运用于自动化领域,而且在实际的生产和生活中占据着重要的地位。本文主要论述微电子系统的优越性,以及其各个功能模块的生成。 关键词 微电子设计自动化技术应用研究 一、引言 随着科学技术的不断发展,电子技术已经逐渐的渗入人们的实际生产和生活之中。尤其是基于微电子的自动化技术,其很大程度上改变了我们的生产和生活方式。而且,基于现代人的生活观念的转变,对于电子技术有着更高的要求。微电子自动化的实现,需要合理的生成各个功能模块,尤其是在电子电路的功能模块上,其需要进行有效的功能模块的构建。 二、电子设计自动化的特性 基于计算机技术的发展,微电子设计系统逐渐的采用程序编程的方式进行电子的性能设计。因此,当今的电子技术正朝着高性能、环保、自动化等方向发展。尤其是基于自动化技术的微电子的系统设计,更加加快了电子设计的革新。 (一)基于计算机软件技术,进行电子系统的板块设计 通过有效的程序编程,进而设计出电子系统的各功能板块。这样可以很好的避免传统手工作图设计带来的弊端。同时,基于计算机的软件开发功能,极大地优化了电子系统的革新。 (二)拥有开放式的集成芯片 电子系统的设计可以实现程序的良好转换,并且开放式的集成电路,其电路的功能板块集中于电路板之中,而且具有消耗低、性能高、便于安装的特点。同时,这也是电子产品环保型发展的关键。 (三)具有便捷的升级软件 现代的电子系统设计都是基于计算机软件,进行有效的开发。进而,现代的电子系统具有良好的升级平台,而且依托良好的计算机程序编程,可以做到在线或即时升级。这一特性便于电子系统的性能升级以及修补系统的漏洞。 (四)具有良好的系统仿真功能 这一特性可以很好的解决系统中的电子数值问题,同时可以对系统起到试验或定量分析的目的,进而进一步的开放化系统。微电子设计自动化的过程,需要基于数学、物理等多学科的技术。尤其是计算机的程序编程,极大地丰富了微电子的系统设计,同时使得微电子系统很好的集成于芯片之中。 三、微电子设计自动化系统的功能板块生成 微电子设计自动化很大程度上是基于计算机编程技术,尤其是系统的仿真、升级、集成等功能,为系统的功能板块生成提供了良好的平台。因此,现在的微电子功能通过电子芯片就可以很好的实现。 (一)系统的子板块设计 这一板块的设计主要是对于子版块的输入功能设计,这样可以便于体统开发者对于系统的程序语言进行合理的定义。同时基于子系统的输入功能,便于系统程序的编程的优化处理。子系统的输入板块可以起到程序语言的检查或修正的作用,而且在进行系统程序编程的过程中,还需要基于输入子板块,进行合理的程序语言的数据转化,从而便于系统的内容统一化。对于输入的数据,输入板块可以实现很好的数据储存,进而便于系统的调用。 (二)数据板块的生成 系统的程序编程是一项复杂的工程,其编程的数据比较的庞大。尤其是对于系统的功能编程,会产生大量的结果和调用数据。这样就需要对数据建立一个数据板块,这样便于系统的调用,以及系统的在线升级。 (三)系统的仿真板块 这一板块的生成主要是针对系统的数据进行自动化的试验和数据分析。这样就可以比较真实反应出系统的演变情况及运行发展的全过程。同时,基于“人造”电子环境,对系统的模型进行功能测试,可以对系统进行优化处理,这也是系统现代化的主要特性之一。 (四)功能诊断板块 基于程序系统的微电子技术,其在进行编程的过程中,需要对系统进行自动化的验证和检测。也即是说,这一板块的设计,可以对各个子版块的系统进行故障的排查和诊断。这样,可以保障各个子版块做到无缝连接,避免其系统在运行的过程中,出现系统的规划不合理的问题。 (五)电路板块的有效规划 基于微电子系统的开放式的特性,其在功能的实现过程中,各个板块要实现无缝连接,电路板块的规划非常的重要。而且合理的板块规划可以实现芯片的低消耗、高性能的目的。 四、微电子设计自动化的应用 基于微电子设计自动化的优越性,其已经逐渐的渗入到我们的实际生产和生活之中,尤其是仿真技术的生成,极大地优化了高校的教学改革,以及开放的集成技术,便于各种应用程序的开发。 (一)基于微电子自动化技术的仿真特性,其广泛的应用于高校的教学领域之中 尤其是对于电气工程类的实践性教学,其具有良好的优越性。基于该项技术可以对于专业术语和操作,进行形象的展示和描述,这样便于抽象性问题的解答和知识的传授。 (二)加速了电气设备的革新 基于微电子自动化技术的开放式程序软件,其在后期的改革过程中,为电气设备预备了足够升级的空间。尤其是功能系统的扩容性,极大地优化了电气设备的升级模式。 (三)应用于各种应用软件的开发,尤其是开放式的电路模式,更加实现了电气设备的通用化的进程 一些关键的电气设备制造,已经很好的实现了ASIC的编程。同时,基于这种编程模式,便于专一化的电路集成,进而使得电气设备的规格逐渐的统一化,这样可以极大的方便电气设备的使用,同时降低了电器的生产成本。 五、结语 在电子信息科技时代,基于计算机技术的不断发展,微电子设计自动化逐渐的通过程序化的模式实现其系统化。同时,基于其优越的特性,其已广泛的渗入到实际的生活和生产之中,尤其是应用于高校的教学和应用软件的开发之中。 作者简介:赵上阁,湖北随州市人,就读于长江大学机械工程学院机械设计制造及其自动化. 电子设计技术论文:电工电子技术实验改革基于电子设计竞赛的探索 当前电子设计竞赛进行的如火如荼,作为专业基础课的电工电子技术,其教学和实验安排必然要紧跟时展的脉搏,借助于各种仿真手段,通过综合性的设计培训,达到提高基础知识、选拔优秀人才的目的。 [关键词]电工电子 实验 设计竞赛 探索 当前科技发展日新月异,电工电子技术等基础课程的教学改革也必须跟上信息时代的脚步,在国家倡导技能院校的大背景下,高职院校拥有了前所未有的发展机遇,随着大学生电子设计竞赛在全国各个省市地区的深入发展,势必带动一大批优秀的科技人才进入到科研创新的队伍中来,作为高等学校的一部分,高职院校既承担着大学教育的一部分功能,也天然地继承了作为职业院校的技能教育的基本要求。 一、结合电工电子技术实验进行培训 根据我们最近几年所进行的培训和赛前辅导的相关工作,针对高职院校的特点,探讨如何更好地提高电子技术实验在实际教学中的作用,以及如何推动电子设计竞赛在高职教学过程中的改革和创新。为保证竞赛取得佳绩,同时培养大学生的实践创新意识与基本能力、团队协作精神,提高学生的动手能力,各高校都将在竞赛开展前进行相关的培训,并从中遴选出优秀选手参加每两年举行一届的全国大赛。 培训的过程一般从大一新生就开始入手,以电子协会的名义召集有兴趣的同学加入,然后统一培训,培训的思路基本遵从教师辅导有基础的同学,而让有经验的同学去培训新生,这样既可以节省教师的时间,又可以锻炼高年级同学的组织能力和领导能力。本着“实践、服务、创新、提高、发展、学以致用、技术强身、技术为民”的宗旨来开展工作,在传统工作中具体实现形式上要有所创新。 针对电工电子技术课程的特点,指导教师分配了相应的管理任务,具体工作如下: 1.对新会员进行学习相关协会管理制度和各种用电安全,实行一对一的进行教育和学习,力争每个新会员都能够接纳和理解此次教育目的,以便今后更好的开展各项工作。 2.对新进会员开展培训,主要课程有:电子元器件的认识、电子基本电路的认识、简易电路的制作,并开展电子设计、维修方面的学术讲座,电子设计实验:数字温度计、数字钟、秒表、稳压电源、简易液压控制装置、功率放大器、可调基准等电路的制作,单片机的简单程序的设计等。同时开放实验室让同学们能动手进行更多实际的操作。 3.为了让学生在不断发展过程中获得经验,同时也使他们懂得更多做人的道理,传承一种“团结奋进,甘于奉献”的精神,每个月在学校学院进行一次大型的家电义务维修活动,以此来带动学生的学习热情和扩大影响力。 二、开发工具软件的培训 针对以上的项目,进行相应的课程培训,并收集相关的资料。下面简单介绍一下所需的开发工具软件,当前竞赛一般都用到下面三个工具软件:Protel 2004、Keil μVision、Proteus以及EWB软件,下面具体的一一说明。 1.Protel 2004。电工电子技术的教学目的就是要求学生掌握各类元器件的类型,电路图的读图和绘制以及电路的工作原理,并掌握分析电路的方法。然而在教学过程中,电路元件的特性、工作曲线等十分抽象,课堂教学的直观性差,学习这些内容比较吃力。可以应用电路仿真技术来解决这个问题,Protel 2004就是其中之一。 2.Keil μVision。Keil μVision是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统。其功能强大,生成的代码紧凑,是目前世界上使用最广的51系列兼容单片机开发工具Keil μVision可以编译汇编语言和C语言,但单片机软件是一般采用C语言编写,C51语言是ANSI C的扩展集,其语法结构、关键字等与ANSI C绝大部分是相同的。 3.Proteus设计仿真。Proteus ISIS是英国Labcenter公司开发的电路分析与实物仿真软件,可以仿真、分析(SPICE)各种模拟器件和集成电路,该软件的特点是:实现了单片机仿真和SPICE电路仿真相结合; 支持主流单片机系统的仿真;提供软件调试功能。Proteus与其它单片机仿真软件不同的是,它不仅能仿真单片机CPU的工作情况,也能仿真单片机外围电路或没有单片机参与的其它电路的工作情况。可从工程的角度直接看程序运行和电路工作的过程和结果。 4.EWB。EWB是一款仿真功能十分强大的电子电路仿真分析设计软件,几乎可以完整地仿真出真实电路的效果。EWB具有完整的混合模拟与数字模拟功能,可任意在系统中集成数字及模拟元器件。EWB能自动进行信号转换,在输出信号的观察上,具备即时显示的功能。该软件带有丰富的元器件库,可提供多种电路分析方法。还有虚拟的仪表设备,比如函数信号发生器、万用表、示波器以及逻辑分析仪等,可具体的模拟实际的测量情况。利用EWB提供的虚拟仪器可以用比实验室中更灵活的方式进行电路实验,仿真电路的实际运行情况,熟悉常用电子仪器的测量方法。 三、综合项目设计培训 电子综合设计是电工电子技术实践教学中的重要环节。将“电工技术” “模拟电子技术” “数字电子技术” “电子线路EDA及仿真”等课程融会贯通,整合成一门综合性的实验课程,在前述理论课后单独设课。在设计内容、测试方法及数据处理方面均有一定的深度和广度,在现代电子仪器仪表及设备的使用、实验基本技能方面,使学生得到了很好的锻炼。根据电子设计竞赛所要求的能力,安排相应难度的综合性的设计项目,可以巩固所学的理论知识,并且可以在平时针对竞赛的能力进行分散的锻炼。 电子综合设计的教学目的是培养学生初步具有电子技术的工程技术能力,尽力改变以验证理论性质的纯理论实验,合理使用常用的电子仪器进行电路的设计和测试,巩固和加深所学理论,并通过电子综合设计培养学生的综合能力和创造性,提高实验技能,培养学生严谨的科学态度和作风。电子综合设计以设计为主线,采用仿真与实做调试结合、课内与课外结合、硬件与软件结合的教学模式和手段,全面而系统地培养学生的获知能力、综合设计与研究创新能力。 总之,高职院校由于时间限制,无法开展大规模的系统的集训,只好从开学就着手进行学生的动手能力的培训。经过对电子综合设计教学实践,注意在教学内容上采用适当教学方法,引入EDA仿真技术和现场调试等多种设计手段,完善了设计考核方法,使学生加深了对课程理论内容的理解和消化,培养学生了的综合分析能力和应用能力及创新能力。实践表明这是一种提高电工电子技术课程教学质量和提高学生综合素质的有效方式。 电子设计技术论文:高职电子设计课程中电子线路CAD技术的教学与应用探讨 摘要:电子线路CAD技术在高职的电子信息工程技术专业中是非常重要的一门课程,在电子设计以及毕业设计中都讲用到该技术。电子线路CAD技术主要是用来绘制电路图,并在计算机上利用该绘图软件对电路进行排列,从而让设计出的电路更加的美观。本文主要是针对电子线路CAD技术在高职电子设计中的应用进行研究。 关键词:高职 电子设计 电子线路CAD技术 应用 对于高职学生而言,要学习的不仅仅是专业知识,动手能力是在学好专业知识的基础上更高的一个层次,也是他们必须拥有的一种能力。在高职院校中,电子信息工程技术专业的学生经常会遇到电子设计等问题,因此,在进行电子设计的时候需要用到的很多专业知识他们是必须掌握的。而电子线路CAD技术在电路板的制作方面的应用就必不可少了。下面我们将对电子线路CAD技术在电子设计中的应用进行研究与探索,说明电子线路CAD技术与电子设计的关系以及在电子设计中发挥的作用。 1、电子线路CAD技术与电子设计的关系 随着电子技术的广泛发展以及新型元器件和集成电路的广泛应用,电路在设计方面也越来越复杂与集成化,因此,对电路的要求也越来越精密。而为了达到电路在复杂与集成化方面的要求,在制作电路的时候单靠手工的操作已经不能完成设计的目的了。所以,就产生了现在我们所用到的电子线路CAD技术。我们在电子设计过程中利用它就能达到电路所要求的精密度。 2、电子线路CAD技术在电子设计中的应用 电子线路CAD技术是使用当前被广泛应用的计算机辅助绘图和设计软件,然后结合学过的专业知识进行设计,以加快设计进程、缩短设计周期、提高设计质量等。电子线路CAD技术在电子设计中的应用主要是一下几个方面: 2.1 绘制电路图 在进行电子设计的过程中,要实现电路的功能最重要的就是编程,但是只有编程并不能完善整个设计,还需要有一个完善的电路来承载这个程序,让它实现它本该实现的功能。在电子设计中,我们一般运用的软件是PROTEL,绘制电路原理图的时候就会用到PROTEL的原理图输入功能。该绘图软件在电路原理图输入方面有着非常丰富的电子器件库,能够为我们电子设计的绘图提供所需的各种电子器件。利用该软件进行电子设计确保了电路原理图的精密度,并且绘制过程也更为方便。比如:我们在画好一个元器件后,觉得它应该放在其他的位置,则只要将它拖动到我们想要放置的位置即可。 2.2 计算机仿真 电子线路CAD技术在电子设计的应用过程中还具备运用其仿真的功能,检查电路的功能是否达到了我们所预期的功能,并且能够对一些数据进行仿真,可进一步对电路进行分析。对于PROTEL软件而言,在它的MULTISIM中有很多种仿真功能,这些仿真功能可以进行直流工作电的分析、瞬态分析、温度扫描分析、参数扫描分析、灵敏度分析、零极点分析、傅里叶变换分析、噪声和失真度分析、最坏情况分析以及蒙特卡罗分析等。在进行仿真的时候,我们首先要进行一个功能仿真,大致了解一下该电路的功能是否达到了预期的功能,然后进行数据仿真,对该电路进行具体的分析,并改正错误的地方。在进行仿真过后,分析结果一般都是以数值或波形的方式显示出来。 2.3 PCB板的设计 PCB板是PROTEL软件将电路原理图进行布线后的一种电路板。在进行PCB板的设计之前,首先要将电路原理图导入,而导入的电路原理图必须是通过仿真的,而且电路原理图中各元器件的电器特性必须与PCB板相同元器件的电器特性相同。最后,设计者就可以利用PCB板自动布线以及手动布线的功能对其进行布线。采用该软件对电路图进行布线,设计者可以先采用自动布线功能对电路进行大致的布线,然后用手动布线功能对其进行美化。这样的过程能够让电路的布线更加美观。 2.4 三维视图 在将PCB板设计好之后,在这样的绘图软件上都有三维视图的菜单,只要点击三维视图的菜单就可以观看设计电路板的三维视图。 3、让学生更好地掌握电子线路CAD技术 如上所述,掌握了电子线路CAD技术对于学生而言,可以更好地进行电子线路方面的设计工作。但在学习这一项技术的过程中,我们往往会发现学生心有余而力不足。部分教材多以PROTEL软件为蓝本,介绍软件的功能、菜单等,辅以一些应用的例子。学生学习后多呈现一种临时性的记忆,即在课程中会用,考核结束后在不长的时间后就不再掌握的现象。 解决这一问题的方法以,通过实践我们认为采用类似德国职业教育所推行的以行动为导向的项目教学法为好。其基本的思路是: (1)先整体后具体:在学习CAD技术时,先期进行总体介绍,让学生有全局的认识,打消畏难的情绪;而后开始进入各项目的的学习实践。 (2)先低频后高频:总体而言学生进入学习后应从简而繁,低频的一些电子产品其电路较之高频的简单,学习应从其中入手。 (3)先规范后异型:突出异型电路板的设计制做,其目的是让学生今后在实际工作中具有变通的能力,在CAD技术中也手工调整电路布局的精华所在。 (4)先单层后多层,先分立后贴片。此处不再缀言。 最后一点是,对于各个CAD制作的电路,不应仅停留于电脑的设计,在教学的过程中应让学生的设计成为成品。这样可使学习更为直观,并更有成就感,随之的效果是学生对学习到的技术弥久常新。当然,这种做法也会使教学的成本大幅上扬,但从人才培养的角度看,这样的投入是值得的。 4、结语 在电子设计中运用电子线路CAD技术,不仅解决了电子设计中电路原理图绘制以及功能分析和布线方面的苦难。同时,让学生通过在自主地进行一些电子设计,并在的过程中运用该技术,适于锻炼他们使用电子线路CAD技术的实际能力并有助于其真正了解和掌握这一技术。 电子设计技术论文:试论FPGA技术在电子设计中的运用 摘 要:FPGA(现场可编程门阵)在数字信号处理系统及电子设计自动化中的运用越来越广泛了。FPGA是基于PAL、GAL、PLD等逻辑编程系统发展起来的一种综合性的可编程器件。其自07年开始投入市场以来,在电子设计中的运用是极为广泛和深入的,在电子设计领域担任着各级设计基础的重要角色。 关键词:现场可编程门阵列(FPGA);电子设计;可编程片上系统 FPGA即现场可编程门阵,是一种半定制专用集成电路(ASIC),这个可编程器件的研发主要是为了解决ASIC的不足和PLD电路数的缺点。其包含了可配置逻辑模块、输出输入模块和内部连线三个部分。由于其新的特点和高的运用价值,所以在电子设计中得到了十分广泛的运用。本文就基于FPGA的一些特点结合电子设计的运用进行探讨,得出FPGA在电子设计中的运用方面的结论。 一、FPGA的简介和特点 FPGA是以可编程阵列逻辑、通用阵逻辑、可编程逻辑器件为基础发展起来的,从简单的接口电路设计到复杂的状态机,甚至系统级芯FPGA都扮演着十分重要的角色。其主要的特色就是现场可编程序性,这一点运用到电子设计中,可以灵活地进行控制,缩短产品上市的时间。其采用了逻辑单元阵列的概念,与传统的编辑电路和门列阵相对比而言,FPGA具有不同的结构,它运用的是小型的查找表实现了组合逻辑的编辑,每一个表对应一个D触发器,而这个触发器正好驱动相匹配的I/O,这样的组合模式正好完成了既可实现组合编辑又可以进行时序编辑的功能,这些每一个相邻模块运用金属线连接。通过内部静态存储单元和编程数据,实现逻辑编辑的功能。 FPGA的特点:(1)FPGA特有的可编程片上的特点,就是指设计专用的集成电路的时候,用户不需要投片生产,可直接合成芯片;(2)FPGA以其可由简单接口到复杂接口的设计特点可以作为全定制或者半定制的专用集成电路的中试样片;(3)就其特殊的结构而言,其内部含有极为丰富的触发器和I/O引脚;(4)设计周期短,开发费用低,风险小。 二、电子设计 电子设计技术是指面向专用集成电路设计的计算机技术,在和传统的ASIC的相对比而言,电子设计的性质更加偏向于自动化,所以它具备了几个很突出的特点:(1)设计时是全过程的设计,在整个集成电路中的电路系统、硬件、软件和仿真等包括在内都由计算机完成;(2)与传统的设计不同,电子设计主要担任了两方面的角色,一个是主动的设计者一个是被动的使用者,二者结合就可以直接运用于客户了;(3)实现的途径相对而言更加具有选择性,除了FPGA以外还有CPLD等可编程器件来运用于电子设计当中,但是FPGA的运用较为广泛。电子设计由于其可大规模地进行编程,并且实现了自动化,在用户体现上的优势,所以成为了近年来主要的技术。 三、FPGA在电子设计中的运用 由于市场的竞争十分地激烈,在相应的集成电路的设计中,要有一席之地就需要在电子设计中运用很好的可编程器件,这些器件和传统的相对比而言需要更好的适应市场的能力。 (一)符合电子设计要求的器件的发展 可编程逻辑器件即PLD在电子设计中的运用应该是数百万门的大规模的器件,其中为代表的就是将近10万门宏的FPGA。FPGA的主要结构中包括了一个复杂的电路系统,这样的电路系统是为了迎合电子设计中的需要一个或者多个嵌入式系统处理器,以及控制模板和对应实现控制的通信口而存在的。FPGA正好满足所有的针对于电子设计的关于大规模器件的要求,再加上其独有的可编程片上系统,可以直接装入一个芯片,不需要投片生产,即能满足所谓的SOPC的设计。 电子设计和传统的专用集成电路设计最大的不同就是它的多种专用端口,在FPGA中的一些开发的型号器件,这些器件的主要特点就是其嵌入式的系统块设计,一切的功能都是采用系统块的嵌入式结合而实现的,在这样的一种将处理器和传统器件的优势相结合,创造出的性价比极高的FPGA,适用于电子设计上是十分有利的,针对于自动化的专门集成电路的设计,这样一来可以避免很多不必要的缺点,包括其中的成本问题和高挥发性的问题。总之,FPGA的开发适应了针对于电子设计的一系列的要求是很好的可编程器件。 综上可知,FPGA的研发,结合了传统的各类可编程器件的优势和作用,真正地运用于专门集成电路的自动化设计即电子设计是十分有用的。其可自带编程片上系统,可以就复杂或者简单的芯片的使用,其能耗低可以节省运行的成本,其多种专用端口和附加功能模块的使用可以更加适用于多端口的电子设计上。 (二)植入了嵌入式系统处理器后的FPGA运用于电子设计 在FPGA中植入嵌入式系统处理器是很有必要的,来解决系统的体积、能耗和可靠性等问题。在现行的嵌入式系统中大多都是采用了ARM的32位知识产权处理器核的器件,但是在运用于电子设计领域之中,主要的还是要迎合其对于处理器多接口的要求,如果直接就将二者结合,那么系统运行时的体积和能耗必然会增加而系统可靠性就相应地减少了。将嵌入式系统直接植入到电子设计所使用的FPGA中可以很好地解决这个问题,一般采用的是将知识产权核以硬核的形式植入,和FPGA的可编程逻辑资源以及IP软核相融合,代替原来的FPGA中的硬核的功能。运用于电子设计之中,就是将FPGA的硬件设计和实现了硬件和处理器的强大的软件功能相结合起来,相辅相成实现了一种高效的全新的SOC。 (三)以FPGA为基础的DSP系统在电子设计中的运用 在电子设计当中的DSP处理器必不可少的,但是在过去的电子设计行业中,大多都是利用DSP应用系统,但是其存在的缺点在市场快速发展的过程中得以显现,比如处理的速度、硬件的灵活性或者是效率等方面。 FPGA具有大容量、高速度D的优良特性。所以FPGA为基础而开发的DSP系统可以借助其数字信号处理的能力以及灵活的配置特性来弥补传统的工具的不足,配套的嵌入式先进工具的开发是很好的一种和传统相衔接又进行优化的形式。 电子设计的流程都是自顶向下的顺序,这样的一种特点就表示它是与硬件完全无关的一种系统设置,以FPGA为基础发展起来的DSP系统就是基于这种设计流程的,在仿真测试上,利用了Matlab提供的IP核来完成,接着的转型是通过SignaiCompiier来进行的,将设计的模型转化成了RTL,在此基础上进行时序的仿真,实现硬件DSP系统的仿真测验。 以FPGA为基础的DSP系统,是结合了FPGA的大容量、高速度的优势发展起来的,并且与电子设计中的自顶向下的结构顺序相适应,对于现今市场上存在的硬件灵活性、开发效率和知识产权等许多方面存在难以克服的缺点来进行的改进,很有市场利用价值。 (四)在电子设计的处理器上运用 在通信领域的电子设计技术运用是十分广泛的,将FPGA和一般的处理器相结合来实现通信是稀松平常的一件事。但是真正地将二者相结合还是十分有挑战的,利用FPGA实现高性能的处理器是很有前景的。 如果采用FPGA直接来武装电脑,就会形成超级电脑的概念,由于FPGA拥有独特的嵌入式的微处理器,所以结合他的可重配置的特性就可以对于现场的具体情况来配置整理文件。从而使得同一硬件电路结构在不同的时间段,形成不同的等效硬件结构以高效地对付不同的处理任务。例如,此类超级计算机某一段时间可以用于预报全球天气状况,下一时间则能用于根据某一公司的主要利率对冲情况来评估债券市场的风险,然后又可进入基因组合核对的分析等等。利用FPGA发展的电子设计的处理器虽然还研究地不够深入,但是真正的研究出来的成果是十分符合现今的电子设计市场对于处理器的功能需求的。 四、总结 FPGA技术,即现场可编程门阵,在电子设计领域的运用可以说是十分重要和广泛的。本文就FPGA的主要特点进行了简单的描述,其具有的片上可编程序性是很有特色的一个特点,基于这样的一种设计也可以开发出很好的功能。在电子设计上的运用,主要体现在器件的革新,嵌入式的处理器在设计FPGA时的运用和电子设计相结合,还有DSP系统的革新,以及电子设计处理器的运用等,这些运用足以见得FPGA在电子设计领域的重要性。 电子设计技术论文:微电子设计自动化技术研究与应用 摘 要:在现今电气化的时代,电子自动化技术迅猛发展。将微电子技术应用到自动化领域越来越受到关注,并且逐渐应用到实际生活中。本文系统介绍了微电子设计自动化技术的特点以及设计过程和相关应用。 关键词:微电子;自动化 随着自动化技术的不断深入发展,电子自动化技术也逐渐应用到人们的日常生活中,在很大程度上影响着人们的生活生产过程。并且,随着生活水平的提高,人们对于微电子技术的要求也日益提高,因此深入研究基于微电子的自动化技术对于提高人们的生活质量有很大作用。系统实现微电子的自动化过程,需要构建合适的功能模块,尤其是电子电路的设计。 一、基于微电子的自动化技术特点 随着计算机技术的快速发展,微电子系统的性能设计逐步采用编程的方式完成。这种程序编程的方式使微电子技术更加的高性能化、高自动化以及高节能环保。同时,将微电子技术与自动化技术结合起来,更加推进了自动化领域的发展与创新。基于微电子的自动化技术主要有以下几个特性[1]: (一)基于计算机编程 电子设计自动化设计采用计算机软件相关技术,通过编程的手段来完成系统各个功能模块的设计与传统的手工做图方式相比,误差小、效率高、简单易行等特点。同时应用软件功能开发各个系统模块,优化了整个自动化系统的性能。 (二)芯片集成度较高 电子系统的整体设计,在一块小尺寸的电路板上集成很多具有不同功能的相关电路,减小了电子线路的占用面积,使芯片集成度高、功耗较小、性价比高并且便于安装,与此同时,这种高集成的芯片符合节能环保的设计理念。 (三)软件升级方便 电子自动化系统的设计是基于计算机技术的,利用计算机软件进行升级和维护,具有优良的系统升级平台。采用计算机编程的方式对电子系统进行升级和维护,可以做到实时在线工作,使系统的性能升级便捷,漏洞修补及时。 (四)具备仿真功能 计算机仿真功能是电子自动化技术的一大特色,可以解决自动化系统设计过程中的数值问题。同时,利用仿真功能可以很好的对系统进行检测和分析,方便进一步进行系统优化[2]。 整个电子自动化系统的设计要涉及数学、物理、计算机等多门学科的理论知识。其中计算机编程的应用,推动了系统设计的发展,使整个复杂的电子系统集成在小规格芯片之上成为可能。 二、微电子自动化系统设计过程 整个电子自动化系统的设计主要是包括各个功能模块的生成、系统的维护与升级以及各功能版的集成等内容。利用计算机编程技术来完成系统的设计过程,为系统功能模块的生成和功能的实现提供了良好的技术平台,使电子自动化系统的功能可以通过高集成的电子芯片体现出来。 (一)输入模块设计 系统的输入版块主要是负责完成系统的输入功能这一子模块的设计是基于计算机编程语言完成的。首先,要对输入内容用程序语言的方式进行定义,这样便于系统程序的优化处理。进而,还需要对程序语言进行合理的数据转化,从而使整个系统一体化。最后输入数据才可以被很好的储存供系统调用。简言之,输入版块设计就是程序语言设计过程。 (二)数据模块设计 计算机编程系统是一个数据量比较庞大的复杂的过程。在整个系统编程设计的过程中,会产生大量的过程数据和结果数据等,调用数据的过程变得很是复杂。因此,设计一个数据模块,对系统各阶段的数据进行存储和调用,便于系统的生成和在线维护。另外,数据模块可以在一定程度上拓展系统的功能,推动自动化的革新[3]。 (三)仿真模块设计 仿真模块的功能主要是完成系统的功能检测和数据分析。通过仿真模块的运行状况反映出整个实际系统的工作过程,方便及时发现系统漏洞并进行在线升级。 (四)检测模块设计 利用计算机编程技术设计电子系统的过程中,需要对系统进行故障检测和漏洞排查。检测模块可以保证各个功能模块之间更好的匹配运行,避免程序运行过程中的系统规划故障的发生。 (五)各功能模块规划 将各个功能模块合理规划集成到一块小规格的芯片之上,是系统实现高集成、低功耗的关键步骤。 三、微电子自动化技术的应用 微电子自动化技术主要是应用在高校教学、电气设备以及应用软件开发等方面。 首先,基于计算机仿真技术的电子自动化系统设计可以很好的应用到高校电气电子工程的教学实践过程中。采用各专业术语和特定操作对整个系统进行形象描述和展示,可以使抽象的知识具体化,同时自动化技术的实践教学可以提高学生的自主学习能力和动手能力,提高学生的整体素质。 其次,微电子自动化技术的发展,推动了电气设备的升级。利用计算机程序语言来完成后期的系统革新阶段,为电气设备的更新升级提供了很大的空间。同时,微电子技术的集成特性,使电气设备更好的实现了高集成、高性能的特点。 最后,软件编程技术方便了各个应用软件的开发,在电气设备设计过程中统一编程,实现各软件的兼容,从而便于各功能模块的集成,推动电气设备的统一化,同时降低了研发成本。 四、小结 随着电子信息技术的飞速发展,为电子自动化研究越来越深入,基于计算机编程的电子设计业逐渐系统化和模式化。微电子自动化系统凭借其高集成、高性能、易拓展以及低成本等特性,逐渐应用到人们的日常生产和生活过程中。 电子设计技术论文:应用电子技术专业实践性教学与电子设计竞赛研究 摘 要:随着电子信息技术的快速发展,新形势下社会需求对电子技术专业人才的“技能型”、“应用型”提出了新的更高要求,结合我校参加相关电子设计竞赛的经验提出了实践性教学模块的设计思想及其实现方法。 关键词:电子设计竞赛;实践性教学 近年来,我校学生分别参加了“全国大学生电子设计竞赛”、“全国职业院校技能大赛”、等多项比赛。经过我们努力,我们取得了可喜的成绩。通过比赛,我们深刻认识到参加电子设计竞赛不但提高了学生的水平,同时也是对我系电子专业实践性教学环节工作的检验。为了全面提升电子专业学生的实践动手能力和综合创新能力来适应各类电子设计大赛对高职学生的要求,应用电子技术专业的实践性教学体系改革刻不容缓。 1 改革传统的教育教学模式 我校应用电子技术专业于1999年开始进行招生,在早期的教学过程中,我们专业教师就根据本专业的特点和实际需要,对教学计划进行适当的微调。2006年,我校电子专业成功申报河南省教学改革省级试点专业,我们对“应用电子技术专业教学计划与大纲”进行了大范围的调整。 根据“以提高人才质量为宗旨,以培养综合能力为目标,以强化职业技能为核心,以就业为导向”的高等职业教育改革指导思想,适时对教学计划做出微调以适应电子信息技术的快速发展。如:2008年,对电子课程设计课程进行了重订,由原来的纯理论教学变为理论加实践操作的教学,使学生要通过本课程的学习,对电子系统的设计过程有个系统的了解,即:理论设计、绘制原理图、制造电路板、焊接元器件、调试电路以及完成课程设计报告。从改革的总体效果看,学生也从实践教学过程中学到了“实实在在”的知识,激发了学生的学习积极性,提高了学生的实践动手能力。 在教学模式上将理论知识和实际操作紧密结合起来,使枯燥的理论知识变得易于接受和理解,大大提高了学生的学习兴趣。要求各门专业课尽量安排在相应的实验实训场所上课,利用实物教学、网络教学,力争教学方案的最佳化,从根本上改变了传统的教学模式。比如单片机、可编程序控制器完全安排在实验室中,随讲随做,对学生进行实践训练。极大地增强了理论与实践教学的直观性和生动性,提高了课堂教学的效益,吸引了更多学生的主动参与,活跃课堂气氛,取得了较好的教学效果,显著提高了教学质量。 通过以上三个环节来综合提高学生的生产劳动技能,取得了良好的教学效果。除此之外,我们还开设了综合开发应用实验选修课来锻炼一部分动手能力比较强的学生,提高他们的学习积极性和创造性。 通过这些改革,学生的实际动手能力和工程设计能力明显提高,毕业生受到了社会的欢迎和好评。参加过电子设计竞赛的学生,他们在系统设计、方案论证、整机装调、选用新器件及创新能力与合作精神等方面得到了全面提高,他们的自信心增强了。他们在毕业设计和科研中,独立工作的能力较强,受到了教师的欢迎和好评。 2 “五环”实践教学体系 按传统教学方法培养的学生,在实践性环节上发生诸多的问题,比如:单元电路正确却无法实现系统联调;理论设计正确却无法在工程上实现功能等等。这种问题的症结点在于电子设计既不是单纯的理论设计也不仅仅是实验设计,而是实践性很强的有特定工程背景的项目。 根据认识规律和学科规律而设计的“五环”实践、实训教学体系。“五环”指的是五个实践环节(基本技能训练、专业技能实训、专业综合实训、顶岗实习和毕业设计)。“五环”教学体系环环相扣、层层递进。 (1)基本技能训练:重点培养学生读图能力,电子元器件的识别、检测技能,仪器仪表的使用技能,电子元器件的焊接与拆卸技能。 (2)专业技能实训:通过EDA电路设计、电工学、数字电子技术、模拟电子技术、单片机、可编程控制器等课程的实训,培养学生按原理图组装功能电路的能力,选择正确仪器、仪表获取关键数据、波形的技能,进行电路参数调整、完成电路整体调试的能力。 (3)专业综合实训:安排一个月的专业综合实训,主要培训学生分析和解决系统问题的能力,整机电路的组装和调试技能,维护、维修技能。 (4)顶岗实习:本专业安排了10个月的顶岗实习,重点培养学生职业综合能力。 (5)毕业设计(论文):要求学生从生产、工程和实际生活中寻找设计题目,独立完成电路设计、元器件选择、印刷电路版制作、元器件焊接、整机调试等环节。本专业安排了三个月的毕业设计,培养学生的创新能力、独立工作能力。 实践教学环节在整个教学时数中所占的比重较大。应用电子技术专业授课学时总量为2600学时,理论授课学时数为1158学时,占学时总数的46%;实践教学(实验、实训、实习、毕业设计等)多达1405学时,占学时总数的54%。整个课程体系的设置中体现实践教学的重要性,为培养学生的实际动手能力和应用技能提供了保障。 3 引入虚拟仿真技术 众所周知,现代电子技术的发展为计算机技术的发展提供了物质基础,计算机技术的发展又为电子信息技术的发展提供了前进的动力,二者是相互促进、相互渗透、共同发展的。 为了将可编程技术及系统模拟仿真技术应用引入教学,我们开设了追踪电子技术发展前沿的“在线系统可编程技术”及“虚拟与仿真技术”等课程;同时,尽可能将各种EDA软件穿插于各门相关课程中,如Protel、Workbench、QuartusⅡ、MATLAB、labview等软件的应用,大大开阔了学生的视野,提高了学生的综合设计能力,提高了设计效率。 4 实践教学与电子设计竞赛紧密结合 全国大学生电子设计竞赛是面向大学生的群众性科技活动,推动高等学校信息与电子类学科课程体系和课程内容的改革,有助于高等学校实施素质教育,培养大学生的实践创新意识与基本能力、团队协作的人文精神和理论联系实际的学风;有助于学生工程实践素质的培养、提高学生针对实际问题进行电子设计制作的能力。[4] 电子设计大赛,积极推动了我系对电子专业实践性教学环节的教学改革。在平时的实践教学中综合设计环节中,引入电子设计大赛的赛题,电子设计竞赛试题具有实用性强、综合性强、技术水平发挥余地大的特点;所涉及的电类专业的课程有:模拟电路、数字电路、C语言程序设计、单片机原理、电子设计、EDA技术等; 电子设计竞赛成绩作为检验教学改革是否成功的标准。通过近几年的比赛,我们取得了可喜的成绩,2011年,获得参加全国大学生电子设计竞赛河南赛区二等奖1个、三等奖3个,获得全国职业院校技能大赛河南赛区二等奖1个,三等奖1个;2012年,获“毕杯”全国大学生创新设计竞赛全国一等奖,获全国职业院校技能大赛电子产品检测与维修项目全国第三名;从获奖情况不难看出,专业实践教学环节改革的效果在电子设计竞赛中得到了检验,切实提高了学生的实践水平。 我们将不断的调整专业的实践教学体系以适应电子设计大赛对学生知识水平的要求,从而满足不断发展的信息化时代对毕业生的更高需求。 作者单位:焦作师范高等专科学校物理与电子工程系,河南焦作 454001 电子设计技术论文:现代电子设计技术课程模块实验教学综述 摘要:为契合我院开展模块化教学改革的需求,培养社会所需要的应用型人才,我系现代电子设计课程模块化建设正是在这一背景下应运而生。本文论述了目前高校现代电子设计技术课程实验教学的现状、问题,以及我系自制定并实施现代电子设计技术课程模块以来在实验教学这一块所进行的一些新思路和新做法。 关键词:现代电子设计技术 模块化 实验教学 在市场竞争和教育竞争日益激烈的今天,如何求得合理的自身定位和发展空间是摆在各大高校面前的一大难题,正是在这样的形势和背景下,合肥学院(以下简称我院)提出了“地方型、应用型、国际化”的办学思路,并在全院各系部围绕如何更好的培养应用型人才为核心和主线开展了系列教学改革,模块化课程改革便是其中的一项重要举措。 众所周知,课程的好坏和贯彻实施的程度直接关系到人才培养质量的高低。基于这一大的前提和背景,合肥学院电子信息与工程系(以下简称我系)现代电子设计技术课程模块应运而生,经过近几年的探索与实践,现代电子设计技术课程模块已经形成了相对完善的体系,在近几年的教学实践中取得了良好的预期效果,但与此同时,与之相配套的实验教学尚未同步跟上,依然存有较大的有待完善的空间。现代电子设计技术课程模块的实验教学指的是将传统数字电路、在系统编程技术、SOPC实践这三门课程的内容按照“即学即用”、“活学活用”的原则进行重新编排,注重及时给予学生验证、操作和强化所学习理论知识的时机和实验操作机会,从而实现从“知识输入”为导向走向 “能力输出”为导向,面向社会和市场培养实践能力和动手能力强的应用型电子信息人才。 2 现代电子设计术技实验教学的现状 现代电子设计技术这一门课程,无论从外延和内涵上都很丰富。首先,从内涵来讲,模拟电路、数字逻辑电路,硬件描述语言,微机原理,单片机原理与应用,DSP原理等课程都属于现代电子设计技术的范畴;第二,从外延的角度来讲,现代电子设计技术应用的范围极为广泛,DSP技术,嵌入式系统,传感与控制,PCB设计,电源技术等在工业、农业、商业、军事等方面都有用武之地。如何在短时间内让学生对这一领域有比较精准到位的理解和认知,就相当不容易的事情。此外,身处信息社会,知识的更新速度越来越快,电子行业更是如此,知识和技术的不断创新与教学内容的相对滞后是各高校工科专业所共同面临的问题。总体而言,从各高校实践的情况来看,现代电子设计技术课程实验主要呈现出以下局面[1-12]。 2.1教材改革滞后 大部分高校依然沿用以前的老教材,这样一来,就可能存在这样的问题:教材缺乏更新显然就不能及时更新,缺少最新鲜的一线现代电子技术信息;从教材本身来讲,偏重于理论基础部分,实践部分得不到应有的重视;教材的趣味性和可操作性不够,缺乏针对性,对学生的吸引力不够;部分教材虽然加入了新内容和新元素,但是介绍得不够详细,往往一带而过;就选题而言,其范围往往有所侧重而失之全面,体系繁琐而逻辑性不够。目前我国所选用的电子设计应用设计所采用的教材以传统教材偏多,无论从内容的新颖性而言还是从教学内容的应用性而言,都跟不上现代电子设计技术的发展的节奏。 2.2硬件设备不配套 对于实验教学而言,先进的教学设备必不可少。对于相当部分高校而言,由于实验设备使用周期长,电子设备更新速度快,在硬件设备的配套方面,难以做到满足实际的客观需求。对于现代电子设计技术课程而言,基础知识的理解和掌握和内化需要建立在学生实际参与,动手实验的基础之上,迫切需要为学生提供丰富的、及时的、开放的实验室硬件支持体系。 此外,各高校纷纷采用扩招来应对高等教育大众化时代的 到来,学生数量的激增却并未能伴随实验设备购置和更新的同步增加,远不能满足现实实验教学的需求。 2.3教师的教学水平整体不高 师资队伍建设直接关系到人才培养质量的高低,电子信息专业作为一门工科专业,要求所任教的教师拥有丰富、精湛的理论知识,同时,同时对其实验、实践操作要求亦很高,需要教师能够双肩挑。但是,从目前的现状来看,教师队伍的现状还不尽如意,主要表现在:年龄层次结构不合理,一般而言,年龄结构过老化,要么年龄结构年轻化都不利于人才培养。对于刚从相关院校毕业的年轻教师而言,从业经验和专业实践经验上的缺乏,造成他们不易发挥年轻人敢于尝试敢于创新的优势,而走向“传统依赖”路径,习惯性地依从传统的教学模式,过于依赖书本知识,实践、实验教学指导力不够;同样的道理,年龄结构中青年成分不够,对于人才培养也是不利的。 2.4教学手段和方法滞后 对于现代电子设计课程这一门课程而言,如果单纯地依托传统的授课方式,恐怕是难以有效地完成教学任务的。这里不是否认传统授课方式的作用和价值,而是因为,现在电子设计技术这一课程本身的特殊性决定了必须依托多媒体等现代化这样的媒介,具体而言表现在:第一,现代电子设计技术本身就是信息革命的产物,体现了信息化社会的最新成果,具有先进性、前瞻性和复杂性;第二,现代电子设计技术的知识具有丰富性、生动性和复杂性的特点,虽然部分知识依托传统的教授和讲课方式是可行的,但是总体如若不能很好地利用现代化信息手段的作用的话,是不利于学生的理解和接受的。然而,现实的情况是,很多高校在教学过程中仍以传统的板书设计为主要内容,若教材和教法不能同步跟进,想要有良好的教学效果几乎可能性不大,这些和培养适合市场需求的一线人才是相背离的。 2.5实验教学环节薄弱 对于工科专业,对一些知识点的理解和把握需要建立在亲自实验、反复验证的基础之上;而对于一些有创意,想要拔高的学生,若脱离了实验教学这一环节,单凭大脑和想象几乎是无法获取想要的知识信息,取得原本可以的进步的,尤其是电子设计技术这样的课程,若脱离实验教学,无异于无源之水无本之木。然而,现实的情况是,在相当一部分高校,实验教学环节未能得到应有的重视,具体体现在:与理论课课时相比,实验课课时偏低;实验课内容陈旧,多为验证性实验;实验教师师资薄弱;学校重视程度不够,经费投入偏低,导致仪器设备陈旧,不能适应行业发展。 3 现代电子设计技实验教学存在的问题 3.1实验设备陈旧,利用率低 首先体现在在实验室设备陈旧。一方面,信息社会科学技术知识本身的更新速度越来越快,电子行业仪器设备更新换代的速度在加快,高校如何跟上节奏为学生提供合适的最新的实验室仪器设备本身就是一个考验;与此同时,很多地方高校,由于种种原因其所使用的设备还是几年前甚至是十几年前的东西。 再就是由于师资匮乏、实验室管理理念和技术不能同步跟上等方方面的原因,导致已有的设备并不能发挥最大的功效。一个典型的例子就是各个学生在实验过程当中的各项具体情况不能得到得到及时有效的识别和跟踪,学生是不是掌握了正确的试验方法,有没有掌握正确的操作步骤,操作是否规范等等都变得无法识别。这样一来,最有技术含量的实践考核成了学生最容易通过或那份的项目。 3.2教材内容面向基础,与社会发展相脱节 除去教材本身的局限性不讲,从现行各高校使用的现代电子设计技术教材而言,普遍存在以下问题:第一,题材范围求全,求广,百科全书的倾向严重,但缺乏针对性,深度不够,也就是当教师和学生对某一个内容和知识点需要的时候,我们的教材不能提供所需要的支持;第二,重基础,轻应用,往往对电子信息这一专业的基础知识有浓墨重彩的讲解,但是对具体知识点在现实中有什么应用缺乏必要的延伸;第三,各章节内容分立,连贯性和一致性不够,教材内容多为现代电子技术这一领域基础知识分章节的汇聚,这种知识组合未必符合所指教的教师和学生的认知和逻辑,如果缺乏指导教师深入地指导的话,学生往往学到的是一些零散的,随机的知识,而不是整体的有机的统一的知识。 3.3理论教学与实验教学相脱节 首先表现在理论教学与实验教学衔接不紧密。电子信息工程作为工科专业,学生必须在实际操作,实际动手,必须在实验教学的过程中,所习得的理论知识才可能为学生所掌握;再好的理论教学如果没有实验教学的支撑,也会因此而大打折扣。第二,从实验类型来说,验证性实验居多,而综合性实验居少、创新性实验少或几乎没有。再者,从学生毕业设计的角度而言,毕业论文设计是主体,然后才是学生的设计制作。以上种种,导致的一个基本问题就是理论教学与实验教学两者的分离,而不是统一,不利于学生的动手能力、应用能力等的培养。 3.4实验类型单一,与高速社会发展的现实相脱节 实验教学得不到足够重视的必然结果就是会导致实验类型单一,即多为验证性实验。所谓验证性实验,是在对书本知识有一定了解的基础上,提出一种假说,验证假说的正确性,往往有一套较完整和程序化的步骤和方法,因而,它更加强调实验的结果,而不是实验过程。换言之,是一种“按方抓药”、高度固化的实验模式,这对于学生的积极性和兴趣显然是不利的,因而,要论及真正提高学生的主动性,积极性,提高学生的动手能力,显然是不够的。 3.5实验环节成摆设,实验教学地位得不到应有的体现 作为工科专业,现代电子信息技术知识的习得和理解必须依赖足够的、及时的实验实践联系机会,然后现实的情况是,在相当部分高校,实验实践教学虽然也有开设课程,但是总体处于依附状态,形同摆设,其教学地位得不到应有的体现。比如总体实验实训课时不足总课时的一半;实践教学的教学考核往往伴随相关课程的考核进行,具有较大的随意性等等。 3.6实验教学师资薄弱 高质量的实验实践教学需要一支同样高质量的实验教学师资队伍,方如此,才能保证实验实践教学落到实处,进而也就无法保证学生能够保证学生习得基础的电子信息技术知识,基础不牢,学生的创新能力和动手能力也就成为空中楼阁,纸上谈兵了。一方面,在部分院校,实践教学被编排在电子相关课程的实验中,课时严重不足;另一方面,师资力量的匮乏是其硬伤,在实验过程中,一名教师需要同时指导几十名学生,除去教师讲解、示范的时间,剩余的时间学生才能用于模仿,求证,其实验效果让人质疑。再者,由于实验实践场地的限制,加上实验室管理未能同步跟上等多因素,师资不足会导致教师不能及时、充分识别、监督并及时纠正学生在实验操作过程中的种种问题。如此一来,实验实践考核成为学生最容易通过的项目也就不足为怪了。 4 新思路 如何进一步推进我院实验室信息化建设和实验教学改革与创新,促进创新人才成长,提高人才培养质量,并最终形成优质资源融合、教学科研协同、学校企业联合培养人才的实验教学新模式,我系在现代电子设计课程模块的实验教学中进行了以下尝试: 4.1“少台套、大循环” 前面我们讲到,对于电子设计技术这样的工科专业,面临着双重困境:电子设计知识和设备的更新速度越来越快;学院对于实验设备的投入资金总是有限的,不可能完全跟进电子设备的更新速度。这样一来,如何最大化地使用已购设备,同时将资金花在“刀刃”上,及时为师生引进先进设备就成为摆在我院决策和管理层面前的一大难题和挑战了。基于这一问题,我院在各系部上下进行了广泛而深入的交流和探讨,最终提出“少台套、大循环”的基本理念,一方面,充分发挥仪器、设备的利用率,另一方面,通过加强管理,逐步建立起“宽口径、厚基础、重应用、多方向”的实验管理体系,整合并优化现代电子设计课程模块的实验资源,倡导学生亲自动手,学以致用的能力,致力于培养应用型人才。 与先进硬件设备的引进和先进管理理念相配套的是,我系注重采用丰富多样的教学手段以提高实验教学的效果,如充分利用计算机网络和多媒体的优势,借助仿真软件,为学生购置机器人等模型,为学生提供全方位立体的实验教学刺激和环境,让学生在耳濡目染中不知不觉乐于动手、勤于动手,养成基本的实验素养,这点可在我系历届电子竞赛中学生的优异表现中窥见一斑。 4.2教材内容与社会发展高度挂钩 模块化课程改革的一个基本特点就是打破原来学科间的界限,依据一定的目的和标准,对若干学科的教学内容进行整合、重组、优化,形成具有可操作性的模块。具体而言,我系积极响应学院全面开展模块化课程改革的理念和号召,积极开展“电气信息类”专业电子设计技术模块建设,具体而言,就是将传统的数字电路、在系统编程技术、SOPC实践课程三门课程进行重新整合,打破了过去学科间固有的界限,按照市场对电子技术人才需求和知识本身的逻辑体系进行重新编排,重新组合,按照“即学即用”、“活学活用”的原则对各子模块进行最优化组合,将应用型办学理念深入渗透到各个教学环节,内化到师生的教学过程当中,以致力于培养符合市场需求的电子类应用型人才。从日前的改革成效来看,我系所进行的这一现代电子设计技术模块成果是喜人的。 如果说模块化课程改革是为学生精心准备的“主食”和“大餐”的话,那么组织学生开展相关竞赛无疑就是一道道美味可口的“点心”和“佳肴”了。自2007年以来,我系组织学生开展了各种类型和层次的竞赛,取得了丰硕的成果,学生多次获得国家级、省级大奖。这样大张旗鼓大力组织师生投身竞赛活动的初衷就在于为学生提供新的契机和视野,竞赛能够很好地为教材内容补充新鲜血液,及时为师生呈现电子设计技术的最新信息,增强和提高学生的动手能力,这些和我院“地方型、应用型、国际化”的办学定位是相符合的。 4.3理论教学与实验教学紧密联系,各有侧重 对于工科专业而言,如何正确处理好理论教学与实验教学的关系是一道值得认真对待的课题。传统教学中过于重视基础教学,忽视或者不重视实验教学的做法肯定是不对的,但是,我们也不能走入非此即彼的另一个误区,即重视实验教学,忽视理论教学的重要性。我们以为,理论教学和实验教学都是现代电子设计模块的两个非常重要的组成部分,学生需要具备扎实的电子设计基础知识,在这个基础上,学生的实验教学会进行的比较顺利,同时因为学生的基础知识掌握得系统、扎实,那么,在实验教学的过程当中,当学生头脑中更好的创意的时候,才有可能付诸实践并进而激发更多的灵感和创意。 在我系电子设计模块化教学的过程,采用的正是基于理论教学与实验教学并重,两者互为基础这样一种理念,比如电子设计技术模块理论和实验采用的便是灵活穿插的这样一种方式,当理论知识要验证、强化、延伸的时候,实验教学及时地跟上,什么时候需要上理论,什么时候需要上实验,能够实现比较灵活的切换,学生在书本上学到的知识能够得到及时的动手操作和强化,往往学习效果也最佳。 4.4实验体系丰富,层次多样 解决了理论教学与实验教学的关系,接下来面临的问题就是如何建立多层次、丰富的实验教学体系了。传统的实验教学是理论教学的辅助,依附于理论教学,数量上验证性实验居多,类型上比较单一,加上实验室管理未必到位,导致学生参与实验教学的积极性有限,实验教学的功效不能得到有效发挥。鉴于此,在现代电子设计技术模块在设计实验教学中,充分发挥了“即学即用”的原则,为学生提供丰富多样的实验体系,满足不同口味和需求的学生的需要。我系在“宽口径、厚基础、重应用、多方向”的指导思想下,积极建立相对独立的实验教学体系,有计划有步骤地调整实验教学内容,逐步减少验证性实验的比例,增加综合设计型实验和创新型实验的比例,建立起集验证性实验、综合型实验和创新型实验于一体的综合性实验教学体系。在实验教学过程中,通过创设宽松的氛围,引导学生积极探索,鼓励学生大胆设想并实践自己的猜测和设想,从而培养学生自主学习,主动探究,分析问题和解决问题的能力,为将来的职业生涯奠定良好的基础,比如在综合设计型实验中,我们鼓励学生根据个人兴趣和偏好自主选题,在为学生提供的实验指导书中,只为学生提供一些基本的资料题,留白部分就需要学生独立完成了,这就需要学生自己依据所学知识,多方查阅相关资料,最后再提交可行的实验方案交与老师进行探讨和完善。无疑,在学生选择可行的实验方案,制定详细的实验步骤,完成实验计划的过程中,学生的动手能力,自主意识和创新能力都得到了全面的提升。 4.5让实验教学地位得到充分体现 对于应用型高校,要培养面向市场面向社会的电子技术人才,这就意味这,相对研究型高校而言,需要更加重视实验和实践教学,唯有如此,才能促进学生动手能力,实践能力等综合素养的提升,为社会培养应用型电子技术人才。以我系电子设计技术课程模块实验教学为例,我系在领导班子的部署下,采取了一系列积极的举措,如自2007年下半年,成立专门的实验技术教研室:实验室成员主要由中青年博士和硕士担任,由他们来承担系里的绝大部分实验教学和其它实践教学的工作,确保实践教学的教师班子基础扎实;又如积极鼓励并组织中青年教师(特别是实验教师)担任学生的第二课堂指导教师,这一方面能有效提高我系学生的创新意识、创新能力、培养学生动手能力等综合素养,另一方面也能积极调动一线教职工的积极性,为他们走在电子信息技术的最前沿,立足课堂教学实践,不断总结反思搭建了一个崭新的平台,八年来,我系取得了丰硕的成果,搭建了从教学理念、教师团队、活动内容、组织形式、管理模式到年度考核等方面一体化的第二课堂实践平台。 4.6加强应用型师资队伍建设 建设一支高素质的实验室师资队伍对于实验教学而言,具有举足轻重的作用,所有物的因素,包括先进的理念,方式方法等要起作用,都必须依托教师这一能动要素才能起作用,这是因为:再好的理念,若不能被教师所理解,领会并实践到起教学科研的过程当中去,也会是海市蜃楼,不能成为现实的美景;再好的设备,若没有得到合理的组织和管理,也会丧失起先进的理由和价值,不能物尽其用;再好的模块化教学,内容设置得再合理再精巧,若没有好的教师团体去实现它,也会泯然于众不能凸显其实际的价值。 鉴于此,我系在充分挖掘人的要素方面做出了新的探索。首先,积极组织青年教师参加合肥学院青年教师大奖赛,切实提高一线青年教师的教学水平和实践操作素养,具体到实践教学这一块时,我系在教学环节、实验步骤、操作规范、操作流程等方面都作了较详尽的规范和指导。第二,组织青年教师单人第二课堂指导教师,去企业挂职锻炼。一般而言,系统化的学科知识总是滞后于生产一线的,这在瞬息万变的信息化社会更是如此,因而,为加强我系实验教师培养,丰富他们的社会实践经验,切实提高他们的业务能力和教学水平,及时更新观念和知识体系,提升我系“双师型”教师的综合素质,组织青年教师去企业挂职锻炼,使其熟悉企业的基本情况和对电子行业知识的需求。第三,以电子信息与电气工程系这一团体组织为依托,积极鼓励中青年教师,特别是实验教师开展与企业的横向合作课题。这一举措对于更好地激发青年教师了解企业发展最新动态的热情,挖掘青年教师参与横向课题研究的潜力,提高我系教职工科研水平、理论教学和实践教学水平发挥了不可估量的作用和影响,充分体现了学院“地方型、应用型、国际化”的办学定位。 5 结语 总而言之,我系紧跟学院模块化教学改革的步伐,围绕现代电子设计技术课程模块的实验室建设和教学改革教学进行的系列改革成效显著,为我系培养应用型电子信息人才提供了新思路,这对于其他高校的实验教学改革具有积极意义。 电子设计技术论文:微电子设计自动化技术研究与应用 摘 要 在当今这个科技高速发展的时代,不论是工业还是生活中无处不见自动控制的影子,随着对高级控制的需求,将微电子技术应用到自动化控制领域越来越受到人们的关注。微电子技术不仅可以使电气控制更加精确,同时还能极大的缩小设备体积,是将来发展的大趋势所在。本文就微电子设计自动化技术进行简单的介绍,了解微电子技术在自动化控制中的应用和发展趋势。 【关键词】微电子技术 自动控制 1 微电子设计自动化技术概述 随着社会的发展,自动化控制也不断更新,由原来的简单控制向更加智能的方向发展。近几年,自动化技术不断进步,微电子技术也逐渐被应用到自动化控制当中,直接促进这工业的进步和人们生活水平的提高。微电子设计自动化技术,就是将微电子技术和自动化技术相结合的综合智能控制系统。将电子电路和机械控制相结合,只要合理的设计控制电路,不仅可以大量的解放人力,还能更加的环保,并提高控制效率。微电子技术使得电路向集成化方向发展,不仅体积小,而且具有极低的功耗,目前最先进的微电子技术产品是SOC系统,它将所需要的功能和外围电路集成在一个非常小的芯片上,只要对外留出预定的接口就可以直接使用在各种控制系统中,这也是自动化控制中的“大脑”,控制这整个自动化系统的正常运行。 2 微电子设计自动化的特点 与计算机技术的发展相同步,微电子系统的设计采用计算机编程的方式来完成。只要将所需要的控制功能通过计算机程序编写出来,下载到控制芯片中就可以完成预想的控制效果。另外编程的方式,不仅大量节约了硬件资源,还是得控制系统更加灵活,需要增加或更改控制方式时,只要重新编写控制代码即可,不需要更改硬件,节约了成本,提高了效率。微电子技术与自动化技术的完美结合,更加推动了自动控制领域的发展和创新。其主要有一下几个特点。 2.1 使用计算机编程控制 集成电路的飞速发展,可以将所需要的各个功能都集成在一块芯片上,不同的控制系统所需要的控制功能可以通过计算机编程进行选择。与古老的控制系统相比,它不需要额外的硬件开销,针对不同的控制,只需要改变控制代码即可。无论是从调试上,还是从成本上,甚至是效率上,采用编程的方式都具有无可挑剔的优势。 2.2 集成度高 微电子技术的发展,决定了今后的电子线路越来越小,在一块芯片上集成很多不同功能的相关电路,减少了系统体积,而且非常方面移动和安装。当然功耗也随着集成度的提高在不断下降,无疑这是控制系统中不可忽略的优势,将这种集成控制系统应用在工业控制上,会省下大量的空间和成本。 2.3 功能调节方便 在实际的控制应用中,控制的对象不可能相同,而且就算是同一个对象,随着工业系统的升级,控制功能也需要随之升级。前面提到,微电子自动化技术是基于计算机编程控制的,需要新的控制功能时只需要将新功能编写成代码下载到控制芯片中即可。另外,采用计算机编程的控制系统还能及时的修补系统漏洞,对电子系统随时进行升级和维护。 2.4 开发时能进行仿真 在使用之前能对自动化系统进行仿真,是微电子自动化技术的一大特点,在之前所有的自动化控制技术都需要在实际的场合进行数据的调试和采集,也就是需要现场调试。微电子技术的一大优势就是可以使用计算机技术进行仿真,将微电子技术应用到自动化控制当中,可以解决之前自动化系统设计过程中的数值问题,只要经过严格的仿真就可以保证控制系统在实际的工作过程的准确性。 3 微电子设计自动化系统设计过程 微电子设计自动化系统主要有两部分组成:微电子控制端和自动化执行端。 按照详细的功能设计来划分,整个系统由输入模块、数据模块、仿真模块和检测模块组成。 3.1 输入模块的设计 输入模块是系统控制的命令输入端,所有的控制命令都由此模块输入。所以输入模块就是计算机编程的设计,采用计算机语言对输入的命令进行定义,进行解析,对整个控制系统的功能进行合理的拆分。输入模块设计的好坏直接决定着整个系统的执行效率,所以设计时要做到最简化,执行速度最大化,不要有冗余的代码出现。 3.2 数据模块的设计 控制系统中存放着大量的控制数据信息,如何管理这些数据就是数据模块功能。自动化系统对控制的精确度要求是非常高的,这也就要求对数据的提取和存储有极高的速度,数据模块的设计关键就是对数据的处理速度上。一个好的数据模块直接决定着系统的性能。 3.3 仿真模块的设计 仿真的目的就是对系统的运行情况做出反映,模拟实际的运行条件,及早的发现系统缺陷,即使调整系统功能。 3.4 检测模块的设计 检测模块不属于系统的功能模块,是在系统运行过程中,对系统分进行故障检测用的。保证系统在出现问题时及早的发现和更正。 4 微电子设计自动化技术的应用 微电子自动化技术一般应用在工业电气控制、高校教学和计算机开发等方面。 4.1 工业电气控制 首先,微电子技术的进步促使自动化的飞速发展,可以说是推动了工业社会的前进,在目前的各个工业领域自动控制机器人必不可少。例如,汽车制造行业基本上全是机器人自动控制化,解放了人力劳动。机器人自动化设备就是采用的微电子设计自动化技术[3],所有的机器人都通过微电子技术芯片进行控制,并且可以认为的干预和升级,给工业发展带来了极大的推动力。 4.2 高校教学 由于将来的自动化控制都将采用微电子技术,这是技术发展的总趋势,之前的单纯的机械控制已经淘汰,高校的教学设备也必须跟上时代的步伐,对学生进行微电子设计自动化技术的教学,使他们满足社会的需求,提高学生在新时代下的专业技能。 5 结束语 随着信息技术和计算机技术的发展,微电子自动化技术的使用会越来越广泛,逐渐渗入到人们生活的方方面面,为人类社会的发展做出重大贡献。 作者单位 湖北工程学院物理与电子信息工程学院 湖北省孝感市 432000 电子设计技术论文:汽车电子设计中仿真技术的应用分析 引言:在汽车技术开发迅速的背景下,逐渐有更多的新型技术被应用到汽车设计中,可以有效的缩短汽车总体开发周期,同时可以降低开发试验成本。仿真技术是现在被广泛用于汽车电子设计中的一种新兴技术,通过专业仿真技术的应用,结合汽车电子设计特点以及要求,利用仿真结果不断对原设计进行验证与完善,提高汽车电子设计的合理性与有效化。本文分析了汽车电子设计中仿真技术的应用策略。 电子设计是汽车设计周期中的重点,在设计管理上存在一定的难度,传统的设计方式需要借助各种液压、机械与电子零部件等来对汽车各子项系统功能进行验证,周期与成本控制难度比较大。为提高汽车电子设计的效率,可以将仿真技术应用到其中,选择合适的仿真软件等,来对汽车系统进行建模与分析,可以节约大量的试验设备与试验时间,达到缩短设计周期,降低成本的目的。 一、EDA仿真技术分析 EDA仿真技术现在已经被广泛的应用到汽车电子设计中,主要是利用计算机为工具,设计人员通过EDA软件平台,用硬件描述语言VHDL进行文件设计,最后通过计算机自动完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、布局以及仿真等,最终完成对特定目标芯片的适配翻译、逻辑映射与编程下载等。将EDA仿真技术应用到汽车电子设计中,可以有效提高电路设计的可操作性,降低了工作量。其中EDA技术中存在的Multisin仿真设计软件可以在汽车电子线路中实现软件仿真技术所具有的虚拟设计功能[1]。 Multisin仿真设计软件可以完成对模拟、数字以及混合电路进行电路性能仿真与分析,主要包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式等,交由比较高的仿真分析能力。第一,直观的图形界面。在软件操作界面,绘制电路所需要的元器件,以及仿真所需要的测试仪器可以直接拖放在屏幕界面上,通过鼠标就可以将各个器件连接起来。并且还可以直接通过仪观察到数据、波形以及特性曲线等。第二,较高的仿真能力。软件引擎为SPICE3F5和Xspice的内核,通过Electronic workbench带有的增强设计功能可以完成数据与混合模式仿真性能的优化,如MCU仿真、RF仿真、VHDL仿真等[2]。第三,丰富的元器件。可以完成对原件各种参数的编辑与修改,并且可以利用模型生成器与代码模式创建模型等功能,来达到创建自己元器件的目的。将此种仿真软件应用到汽车电子设计中,可以有效减少资源的浪费,缩短系统设计周期。并且,通过仿真设计软件所具有的虚拟性特点,设计人员能够在计算机平台内完成模拟试验,对于存在的错误可以及时更改,最后将完善的设计方案落实到硬件上,提高设计方案的可行性。 二、仿真技术在汽车电子中应用分析 1.建立数学模型。计算机仿真即利用数学形式将实际系统的运行规律表达出来,一般情况下为微分方程或者差分方程,最后通过计算机以数值求解的方式完成方程的解答。在进行仿真设计前,应先将电子系统原理图中所有零部件抽象化并建立数学模型。一般情况下,为满足系统计算机仿真要求,应开发一个或者一组模型。通过对电路特性的研究,针对不同物理器件来建模,存在部分情况需要对大型电路或者系统建模。系统零部件数学模型质量与仿真设计结果有着直接联系,应合理设置各模型的参数属性,并且在不断计算与试验中对数模进行修正与完善。在受到外界一定条件影响下,从系统一定初始状态出发,所经历的尤其内部固有特性决定了整个动态工程,通过对系统、输入与输出之间的动态关系,就可以确定其性能属性。 2.系统原理仿真。在仿真设计过程中,通过仿真软件将数学模型转变为计算机上运行的仿真模型,并根据仿真模型来编制仿真程序。在实现系统的仿真设计后,可以随时得出各个子系统或者零部件的瞬时工作状态以及性能参数变化,包括电流、电压、功率以及转矩等参数的波形变化,通过对各类波形与试验结果的对比,即可确定设计中存在的问题,最终对其进行改善即可。 3.双电压系统。对于双电压系统,需要将用电设备分成两各部分,即中小功率负载与大功率负载。小功率负载主要通过14V电压完成供电,如中控锁、室内灯、仪表、收音机等主要车身电子设备;大功率负由42V电压供电,如电控机械制动装置、三元催化转换加热器、电控机械气门正时装置以及电控悬架等,主要为汽车发动机、底盘系统电子设备等。汽车双电压供电系统中含有两个关键性部件,即DC/DC变换器以及启动发电机,其中对于DC/DC变化器,主要是将交流发电机输出的42V高电压转换成为14V电压;而启动发电机一般会安装在发动机与变速器之间,通过半导体整流-逆变功率变化器,实现交流发电机的功能,发出42V高电压,同时也可以在发动机启动时实现启动作用,在启作用实现时,其直接作用于启动发动机,启动时间仅为0.5s,设备所具有的噪音比较小[3]。 4.仿真模型修改完善。通过对汽车电子系统的仿真设计,一般情况下得出的初步结果与理想值存在一定的偏差,为达到电子设计结果,就需要对初步结果进行研究分析,通过与试验结果进行全面对比,完成系统严厉与数学模型的修改。通过仿真软件可以实现分析工作,如直流工作点分析、顺态分析、交流小信号分析等,在进行分析时,应在模型参数值浮动的范围内随机取样,然后完成所取数值的分析,测定器件参数在特定范围内浮动对输出的影响,进而可以不断完善模型设计。 结束语 现在仿真技术逐渐被应用到新车型的开发中,并且取得了一定的成果,尤其是在选择发动机容量参数上取得显著的效果。想要进一步提升仿真技术在汽车电子设计中的应用效果,必须要不断加强对此方面的研究,选择合适的仿真软件进行设计,争取进一步缩短汽车开发的周期,提高设计的综合效益。 电子设计技术论文:探析FPGA技术在电子设计中的相关应用 摘要随着电子技术的飞速发展,对各种硬件资源、电子产品的可扩展性、可靠性的要求也逐渐提高。FPGA作为一种可编程的逻辑器件,具有高容量、高性能、低成本等优点,在电子设计中应用日益广泛。基于此本文对FPGA技术在电子设计中的相关应用进行探讨。 【关键词】探析FPGA技术 电子设计 相关应用 1 FPGA技术简介 FPGA技术是在CPLD、GAL、PAL等编程器件的基础上发展而来的,作为专用集成电路领域中的一种半定制电路而出现的,解决了定制电路的不足,克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。 FPGA基本的逻辑功能是由内部进行规则排列的逻辑单元阵列(LCA)来完成的。逻辑单元阵列主要由输入输出模块(IOB)、可配置逻辑模块CLB、内部连线(Interconnect)构成。电子设计人员根据需要通过可编辑的连接把FPGA内部的逻辑块连接起来,实现所需要的逻辑功能。 随着超大规模集成电路技术及计算机辅助技术的发展,FPGA的容量和性能也不断提高,FPGA内部集成的片内外设也越来越多,可集成SRAM、Flash、AD、RTC、CPU硬核等。现在FPGA已被用于实现大的逻辑电路甚至整个系统。 FPGA的设计流程就是利用EDA开发软件和编程工具对FPGA芯片进行开发的过程。简单的FPGA设计主要包括以下几个方面: 1.1 功能定义/器件选型 在FPGA项目开始设计之前,首先要根据FPGA器件在电子系统中的功能进行系统功能的定义和模块的划分;然后根据任务要求,如系统的功能和复杂度,对工作速度和器件自身的资源、成本、以及连线的可布性等方面进行权衡,选择合适的设计方案和合适的器件类型。 1.2 设计输入 指的是使用原理图输入、状态图输入、流程图输入、硬件描述语言HDL等方法对设计的电路进行描述并输入EDA工具的过程。常用的硬件描述语言是Verilog / SystemVerilog,其次是VHDL。设计输入编辑的EDA工具有很多,常用的EDA软件ModelSim、Visual HDL、ActiveHDL、Xilinx ISE、Quartus II 都有针对HDL的编辑工具。 1.3 功能仿真 功能仿真是最基本的仿真验证,主要针对实现前的设计文件。功能仿真的主要是验证设计文件的逻辑功能是否正确、满足设计要求。此时的仿真没有延迟信息,仅对初步的功能进行检测。仿真前,要先利用波形编辑器或HDL等建立仿真激励文件,仿真结果将会生成报告文件和输出信号波形,从中便可以观察各个节点信号的变化。如果发现错误,则返回设计修改逻辑设计。 1.4 综合设计 综合就是将设计输入依据给定的硬件结构组件和约束控制条件进行编译、优化、转换盒综合,最终获得门级电路甚至更底层的电路描述网表文件。综合优化根据目标与要求优化所生成的逻辑连接,使层次设计平面化,供FPGA布局布线软件进行实现。目前,各个FPGA厂家都推出了自己的综合开发工具。 1.5 实现(适配) 实现是指利用工具把综合后生成的网表文件针对具体目标器件进行逻辑映射,配置到具体的FPGA芯片上。主要包括底层器件配置、逻辑分割、逻辑优化、逻辑布局布线等过程。 实现(适配)结束后,可以利用其产生的仿真文件作精确的时序仿真,同时产生可用于编程的文件。 由于开发商对产品内部的结构非常了解,通常要选择生产商开发的布线工具。比如在Sie集成环境中,可以使用FlowEngine来进行布局布线。 1.6 时序仿真 时序仿真也叫后仿真,时序仿真是接近真实器件运行特性的仿真,是必不可少的仿真验证形式。时序仿真通过计算各信号之间的时间延迟,可以有效地分析设计中可能存在的竞争和冒险,从而确定设计的实际工作性能,将芯片的具体情况准确的反映出来。时序仿真使用的仿真工具和综合前仿真工具是一样的。 1.7 编程下载 在时序仿真和功能仿真都无误的基础上,将实现(适配)后的设计文件,通过编程器或编程电缆下载到FPGA芯片或配置芯片中。 1.8 硬件测试 将含有FPGA芯片的硬件系统进行统一测试,验证FPGA设计在整个在电路中工作情况,以排除错误,改进设计,有效的降低资源的浪费以及电路逻辑搭配功能错误的概率,提高电子设计的速度。同时这也是FPGA在电子设计中得到广泛使用的一个重要原因。 2 在电子设计中FPGA技术的应用重点 随着半导体技术不断的发展,FPGA的复杂程度也逐渐提高,所具有的功能也越来越完善,芯片体积也逐渐缩小,正逐渐成为复杂的数字化电路设计的重点。在电路设计中,FPGA技术主要在下面几个方面应用:(1)通过对FPGA内部资源进行利用,来达到一些外围芯片的功能,从而减少系统中的外围芯片,节约系统的成本。(2)作为系统外围芯片的驱动。(3)可以利用FPGA编写数字滤波器、胶合逻辑、计算密集算法加速器、FFT等,同时也可以利用IP内核来提升系统的稳定性,降低工作量,对很多的数字信号进行处理。(4)在时序上对数据流进行综合管理,尤其是进行数据存储等方面的应用。 3 电子设计中FPGA技术的实际应用 FPGA技术的不断发展为电子设计技术提供了成本低廉、设计灵活的解决方案。当前,国内外的汽车电子设计大都是基于FPGA来完成的。由于FPGA的处理速度非常快,在汽车信息娱乐系统使用非常广泛,比如影音视频播放功能、GPS导航系统、FM收音机、车载电视功能等。本文对FPGA在汽车方向盘测试仪电子设计过程中的实际应用进行介绍。如图1所示。 3.1 FPGA在ADC模块中的运用 由于精准度比较高、运行速度比较快的A/D芯片对电源的噪音很敏感,并且在连入数字系统后,精准度降低。为了解决这个问题,可以使用差分驱动器、光电耦合器对数字系统和ADC芯片进行隔离。不仅提升了A/D采样的精确度而且,A/D采样的噪音也降低了很多,数字信号和隔离模拟框图如图2所示。在ADC驱动模块中FPGA主要有下面几个方面构成:(1)ADC采样数据暂存区域;(2)ADC收集控制模块;(3)ADC数据存储区域;(4)ADC滤波数据修正模块。 3.2 在角度信号收集模块中的运用 角度信号收集模块主要是使用FPA器件和光电编码器进行设计的,利用四倍频、辨向和计数的方法对契合方向盘角度测量的精准度进行了提升,达到了汽车方向盘角度高精度测量的目的。角度信号收集模块主要是为了处理光电编码器输出的信号,主要有判向信号、四倍频信号、24位计数器,数据存储、清零、数据锁存等。FPGA的角度测量功能结构如图3所示。通过利用光电编码器,在输出脉冲不断的增加下,分辨率也有了比较的大的提高。 3.3 在接口控制模块中的应用 使用总线的方法进行MCU和FPGA通讯,使用这种方法把MCU总线转变成分离的数据总线和地址,总线通信方法具有编程容易、传播速率高、控制稳定,而且通过在FPGA中进行逻辑切换,更加便于ROM或RAM和MCU之间进行数据通讯,将MCU数据处理的能力充分的发挥了出来。 3.4 使用FFT算法处理ADC信号 在收集和处理ADC信号的过程中,使用FFT(快速傅立叶变换)对信号进行分析。FFT算法是利用FPGA自带的IP核来进行设计的,主要由IP核和接口两个部分构成,接口的主要作用是将对应的存储区域的A/D转换数据传送到IP核模块,然后利用FFT对信号进行分析处理,将变换后的结果送到对应的存储区域。FFT计算结果的精准度主要是由输入数据、精准度、运算中的位数来决定的,另外和数据表现的基本形式也有着较大的联系。通常情况下,浮点要高于定点的精准度。在定点计算的过程中,存储器数据的位数越高、数据计算的准确度就越高,可以利用逻辑单位和存储单元也越多。在实际使用的过程中,要参考具体的情况选择资源和精确度。 4 在电子设计中使用FPGA需要注意的地方 在电子设计中使用FPGA主要是为了对系统的稳定性进行提升,对系统的性能进行改善,对外界的干扰进行抑制,确保设计的合理性。在设计的过程中,主要需要注意下面几个方面的问题:(1)消除毛刺。为了降低FPGA设计电路的过程中,毛刺的出现概率,降低逻辑错误,提高电路的稳定性,要对设计进行改变,对毛刺出现的原因进行控制,从而降低毛刺的出现概率,使结构更加的科学合理。(2)时序设计的注意事项。在设计时序的过程中,要对设计的时钟速率进行考虑,尽可能使用全局时钟来对时钟信号进行控制,使用一个时钟来对数据进行寄存,不使用全局网络的时候,要将约束条件加入到设计中。(3)由于代码推断即不可靠,又很麻烦,要多使用自带的Core genrate。(4)仿真方面的设计。在进行仿真设计的过程中,要对调试工具进行充分使用,在进行功能仿真的过程中,要重点考虑功能的稳定性和可靠性,对各方面的初始情况进行考。(5)对设计功能块进行层次化。要先对顶层的功能块进行设计,然后对底层的功能块进行设计,通过对设计功能进行层次化,可以使得设计调试起来更加容易,可读性更好。 5 结语 在电子设计中应用FPGA技术,在设计完成前,通过短时间内设计和修改FPGA内部逻辑,不仅有效的提升了产品的性能,而且也降低了产品开发的时间。随着FPGA技术的高速发展,FPGA产品的规模越来越大,集成度越来越高,价格不断降低,FPGA技术必将在电子设计中得到越来越广泛的应用。 作者单位 天津市安中通讯电子有限公司天津市300300 电子设计技术论文:试述电子设计中EDA技术的应用 【摘要】随着科技的发展,电子设计也得到迅速发展。在电子设计领域中,EDA技术得到了广泛的应用,基于此,本文就对电子设计中EDA技术的应用进行了深入地研究。 【关键词】电子设计;EDA技术;应用 前 言:EDA又称电子设计自动化,它是电子技术的发展潮流,是电子技术及仿真模拟工作的基础技术,因此,在电子设计中,EDA得到了广泛的应用。 1.EDA技术概述 在电子设计技术中以可编程逻辑器件在数字系统中的应用为电子设计工作带来了极大的灵活性,可编程逻辑器件在软件编程时重构器件的结构及工作方式,从而大大的提高了设计硬件的效率。PLD应用的结构原理、下载方式及集成规模等方面的具体的进步都在一定程度上推动了现代电子技术的革命的发展,它使得传统的数字系统设计方法、设计理念及设计过程等都发生了改变。随着PLD技术的不断完善及计算机技术的快速发展,EDA技术开始在电子设计领域中发光发热。EDA技术在计算机上的EDA工具软件平台完成设计文件时利用硬件描述语言来进行系统逻辑描述。EDA技术实现了设计者利用硬件描述语言及电子设计自动化软件等完成对系统硬件功能的设计工作,EDA技术可以自动的完成逻辑编译、逻辑分割及布局布线等功能从而使电子线路系统功能全部实现。 2.EDA技术的现状及发展 随着半导体工艺技术的不断发展,EDA技术也不断地推动着电子设计技术的发展。IC设计产业在不断高度发展的同时也面临着巨大的挑战,产品上市周期越来越短、成本越来越低等要求都迫使设计者在进行电子设计时选用更高效的EDA技术。设计者在设计的过程中必须全面的考虑问题,不仅要考虑硬件的物理特性对设计时序及功能可靠性等的影响,同时也要选用合适的设计术语及抽象形式等数据来描述设计。EDA技术不仅需要测试深验证亚微米技术的物理效应的能力同时也需要提供抽象设计的能力。EDA技术的发展离不开计算机、电子系统设计及集成电路等,EDA技术的发展大致上可以分为计算机辅助阶段、计算机辅助工程设计阶段及电子设计自动化阶段这三个阶段。电子辅助阶段主要是在计算机辅助的前提下进行的电路原理图编辑,用PCB进行布线布局,从而使得设计师从传统的绘图工作中解放出来。计算机辅助工程设计阶段主要是解决电路设计中的电路检测等问题,CAE以逻辑模拟、故障仿真及定时分析等为核心,从而使得设计可以提前预知产品的相关性能及功能。电子设计自动化阶段主要是通过高级描述语言、综合技术及系统仿真等“自上而下”的完成设计前期的高层次设计。 3.EDA技术的要点分析 3.1硬件描述语言 硬件描述语言是一种进行电子系统硬件设计的计算机语言,它通过软件编程来具体的描述电子系统中的电路结合、连接形式及逻辑功能等,硬件描述语言适应于设计大规模的电子系统。高速集成电路(VHDL)硬件描述语言于1985年美国国防部推出的目的是为了克服EDA产品不兼容问题,同时也可以进行多层次设计。IEEE以VHDL为硬件描述语言柄滩以覆盖之前的硬件描述语言的各种功能。IEEE是一种全方位的硬件描述语言,包括系统行为级、逻辑门级及寄存器传输等多个设计层次,同时也支持数据流、结构及行为等三种形式进行混合描述整个项目。VHDL硬件描述语言不仅移植性好,同时它的设计也方便了工艺间的转换,而且VHDL使得设计人员的主要工作是进行实现与调试系统功能。 3.2ASIC设计 在集成电路的设计中加入ASIC芯片可以解决电子系统集成电路存在的功耗的、可靠性差及体积大等主要问题。随着现代电子产品市场的门槛不断提高,ASIC芯片分为全定制或半定制ASIC及可编程,因此在设计ASIC芯片时应该尽可能的是芯片获得最优的性能,从而达到高利用率、高速度及低耗能的目标。 4.EDA技术在电子设计流程 EDA技术是系统级的设计方法,是一种层次相对较高的电子设计方式,EDA技术以概念为驱动从而使电子设计工作者在设计时无需利用门级原理图,电子设计工作者在确定设计目标之后就可以用EDA技术来表述电路,这样不仅可以减少电路细节的约束及限制,同时也可以使设计者的设计更具创造性。EDA系统在电子设计人员将概念构思及高层次的描述输入计算机之后在系统规则下完成对电子产品的设计。EDA技术的电子设计工作流程大致包括系统划分、代码级功能仿真、VHDL代码或图形的输入、送配前时序仿真及ASIC实现部分。首先,电子设计借助文本或者图形编辑器呈现出设计描述,也就是实现设计表述。其次,电子设计借助编译器对设计进行错排编译,即输入HDL程序。然后,设计人员需要沟通软件和硬件设计,以便实施功能仿真,即综合。最后,在确认仿真设计无误时,通过FPGA或CPLD完成逻辑映射操作,即编程下载,系统级设计完成。 5.EDA技术的应用 EDA技术在电子工程设计中扮演着非常重要的角色,它的作用体现在不同的方面。首先,电子自动化技术可以验证电路设计方案的正确性,在进行电子设计时,待设计方案确定之后,会利用结构模拟或者系统仿真等方式来验证设计方案的正确性,在验证过程中系统中的各个环节的传递函数确定之后设计方案便可以实现。这种系统仿真技术推广到非电子专业的系统设计也会得到充分的发展。EDA技术在系统进行仿真之后的电路结构进行模拟分析,从而使得电路设计方案的可行性及正确性得到充分的保障。其次,电子自动化字数也可以对电路特性进行优化设计。电路的稳定性能受到元器件容差及工作环境温度等的影响。在传统设计过程中难以对电路的整体进行优化设计,也无法全面的分析电路稳定性的影响因素。EDA技术中的温度分析及统计分析等功能的应用则可以全面的分析电路特性影响因素,从而对电路特性进行整体的优化设计。最后,电子自动化技术也可以实现电路特性的全功能模拟测试。 6.以EDA技术为基础电子设计的注意事项 在利用EDA技术进行电子设计时,首先应充分的考虑电子电路延时的不确定性,以及在系统进行自动编译时会被冗余的电路简化,因此,在应用EDA技术时,应注意采用的反向器个数避为偶数,同时以并联的方式将反向器连接成延时电路。其次,在设计过程中输入的引脚不能处于置空状态,要保证有信号源来驱动引脚,及保持部分不用的引脚保持接地,同时,器件的电源应始终与地线引脚保持相连,彼此之间可以进行滤波及去耦。最后,在设计中药避免器件过于发热。 结束语: 我国经济的进步带动着我国科学技术的不断发展,从而也使得了电子产品得到了飞速的发展。在现阶段的电子设计中,EDA技术是电子设计过程中的核心技术,是电子产品研制开发的源动力。随着EDA技术的不断深入发展,EDA技术将引发电子产业界及电子设计领域的技术革命变革,EDA技术的不断完善使得电子设计的水平在不断的提升。为了使电子系统朝着集成化及规模化等方向的发展,电子设计工程师应该充分的掌握EDA技术,以便开发出更多的高性能电子产品。 电子设计技术论文:电子设计自动化技术的发展与应用 摘 要:随着集成电路和微电子技术的发展,电子设计自动化技术(简称EDA)已经成为一门电子领域的重要学科。EDA技术的发展与应用成为21世纪电子设计的主流方向。本文主要介绍EDA技术的发展内容,展望EDA技术的应用蓝图。 关键词:电子设计;自动化发展;应用蓝图 一、电子设计自动化技术的概况 现代电子产品多体现开发周期短、更新换代快、功能多重、能耗偏低等特点,产品体积日趋小巧,相比较传统电子产品,其广泛运用现代科学技术,电子设计自动化程度提升,产品的竞争力迅速提高,能够更有效运用现代化科学技术,以适应时展变化。而这归因于电子设计自动化技术,集合众多学科的最新研究成果发展而来的一门新科学领域技术。 电子设计自动化技术内容主要为大规模可编程逻辑器件(简称PLD)、硬件描述语言(简称VHDL)、软件开发工具(主要为MAX+plusII、ispEXPERT和Foundation Series)和实验开发系统四个方面。大规模可编程逻辑器件是EDA技术的设计载体物质,帮助用户利用编程实现逻辑功能;硬件描述语言是电子系统设计实现功能的表达手段;软件开发工具则是系统化、自动化的设计工具,帮助EDA技术设计电子系统;实验开发系统则是有助于电子系统设计的系列下载工具和硬件验证工具。 电子设计自动化技术的发展也并非一日而成,由一学科而诞生,其发展经历三个阶段:计算机辅助技术(简称CAD),计算机辅助工程设计(简称CAE)和电子设计自动化(简称EDA)。 (一)CAD阶段(20世纪70年代) 早期电子系统硬件设计经由分立元件向集成电路模式发展,硬件设计随之进入早期发展阶段。硬件设计主要采用集成电路,并将其焊接在电路板上,做成早期的电子系统,而对系统的调整试验则是在PCB上进行。制作过程的复杂性要求,传统的利用手工图纸方式无法实现,因此过程高度复杂的产品设计工作由CAD工具,利二维图形编辑和分析完成。在20世纪70年代EDA技术发展阶段,电路板画图工具受到计算机工作平台的约束,其设计的性能较差,工作时间受制约有限。 (二)CAE阶段(20世纪80年代) 20世纪80年代推出了新的EDA工具,伴随着计算机和集成电路的推广发展而来的计算机辅助工程设计阶段到来――CAE阶段。其推出的EDA工具主要核心为逻辑形式模拟、计划性分析、模拟故障分析和自动布局布线,解决之前无法完成的对工具功能检测的重点问题。设计师在产品制造之前可以提前知晓产品的功能,利用计算机生成有关产品制造的文件,帮助在设计古城有效对产品性能进行早期分析检测。 EDA工具核心之一――自动布局功能与早期阶段产品设计工具解决人工重复绘图的缺陷相比较,80年代的CAE工具可以保证设计和制造出最优的电子产品,该工具不仅可以为产品开发提供便利,也能帮助设计人员提供最佳脑力创作。然而,电子系统复杂多样化,EDA工具无法全面满足设计要求,无法对产品设计元件进行优化处理。 (三)EDA阶段(20世纪90年代) 这一阶段EDA技术向电子产品自动化设计方向大幅度进步,归功于微电子技术的迅猛发展――芯片集成于工作效率的技术创新。集成电路高速率设计和电子系统的高水平发展趋势,极大促进了电子设计自动化技术取得进步发展。EDA工具实现设计、测试、生成文件等系统化的电子系统设计自动化,其不仅仅具备系统设计能力,并且包含各个工艺标准元件库,实现系统设计能力独立化,帮助设计工程师熟练设计电子系统[1]。 二、EDA技术应用蓝图 EDA技术应用前景广泛,可应用于高校实验教学活动、产品开发和科研、电器设备的更新换代与改造。随着软件开发功能的完善,电子系统可以集成在一个芯片上,产品设计硬件则可以利用软件方式完成,全面实现系统的编程和升级活动,因此,在科研活动和产品的开发过程中,EDA技术可被广泛运用。 各高校电子类专业较为火热的教学活动以及研究课题,都较多借用EDA技术设计各种复杂的数字系统,完成系统的开发与实验,同时也可以便捷地应用该技术进行硬件验证,简化数字电子设计实验的流程,而不同的学生可以根据自身的设计完成各项实验活动,便于高校教学活动的进行,也有利于提高学生的自我创造能力。这种技术大大简化了高校实验教学成本,因而也被推广应用。 采用EDA技术可以对机电设备中的电器控制系统进行重新设计或改造,设计时间较短,成本较低,同时可以提高机电设备的性能,增加产品的技术含量。电子产品更新换代速率愈来愈快,为满足市场消费需求,不一定要求所有的工程师创造出新的产品设计,在传统机电设备的基础上,对设备电子系统进行规划设计或改造,有利于产品额外价值的实现[2]。 三、总结 进入21世纪90年代,随着集成电路、微电子技术和芯片组合技术的发展完善,EDA技术在数字系统和微电子技术领域不断发展,现代电子系统设计成为电子领域发展的重要内容,同时EDA技术也需要在PLD和VHDL方面做出不断的更新完善,使之在计算机、工业、电器等领域广泛拓宽应用市场,利用电子设计的优势制造出领域更宽广的电子产品。在此可以展望EDA技术的兴起将超越电子设计领域向其他领域发展,设计不再单纯是电子类专业的设计,电子系也不再是工程师的代名词。
1前言 汽车电子集成化、网联化、智能化是世界汽车发展的主流趋势,各职业类技术院校的汽车专业基本都开设了智能网联汽车技术相关方向的课程,该类课程的技术相关概念复杂、深奥、抽象,学生根本无法深刻理解其本质含义。本文尝试使用目前主流的软硬件仿真系统Tinkercad与Proteus进行联合仿真,基于智能网联汽车技术的车载超声波雷达测距[1]模块教学案例,仿真实现基本的车载超声波雷达测距系统测距功能,使学生能透彻地理解其测距原理。Tinkercad仿真系统连线简单明了,界面友好,通过几根简单的电路接线即可形象地显示雷达测距原理与各模块之间地逻辑关系,特别适合于没有专业基础或专业基础薄弱的学生入门学习,Proteus软件则侧重于实践开发,如具体硬件模块选型、元器件种类的选择、各元器件参数的设置及具体的电子系统布线图,而且可以完成整个超声波雷达测距系统从硬件系统到软件系统的细节基础设计。显然,整个教学实践过程主要分成两大步骤,即先进行Tinkercad仿真实践,然后再进行Proteus仿真实践。 2车载超声波雷达测距原理Tinkercad仿真 Tinkercad是世界著名图形设计公司Autodesk(AutoCAD为其代表产品之一)近年来新推出的一款开源软硬件电子仿真设计系统,该设计系统提供了许多市场上典型的开源硬件处理器及电子元器件,可以进行电子电路设计及单片机或嵌入式系统仿真设计,并支持C或C++语言进行系统编程。在Tinkercad网站完成Autodesk账户的注册之后,如图1所示,进入Tinkercad电子电路设计界面,界面简单明了,只需把右侧“基本组件”的元器件拖拽至左侧”电路设计区”,采用简单的连线即可完成车载雷达系统硬件设计。其中,微处理器芯片采用ArduinoUNO,雷达传感器采用HC-SR04型号。在教学过程中,重点向学生阐明雷达传感器四个引脚的物理意义,分别是电源引脚VCC、地引脚GND、Trig引脚为超声波触发引脚、Echo为雷达反馈信号接收引脚,引脚物理意义阐述清楚,学生即可初步理解超声波测距原理,与蝙蝠探测食物昆虫距离类似,超声波测距雷达系统只需计算发射的超声波信号与接收的超声波信号时间间隔,声波速度乘以间隔时间除以2即为汽车与障碍物之间的距离。如图1所示,Arduino单片机[2]的5V电源引脚接到面包板的正极,Arduino单片机板的GND引脚接到面包板的负极,雷达传感器HC-SR04的VCC与GND引脚再分别接到面包板的正负极,即Arduino单片机通过面包板给雷达传感器HC-SR04供电。Arduino单片机的9号引脚通过面包板连接到HC-SR04的Trig端子,用以触发HC-SR04工作,8号引脚通过面包板连接到雷达传感器HC-SR04的Echo端子,用以接收超声波反射信号,该反射信号为高电平,高电平持续时间即为超声波从发射到探测到障碍物后反射的时间间隔。同时,在8号超声波信号接收引脚外接一个简易示波器,用以直观显示超声波传感器的返回高电平信号持续时间。其中示波器的分辨率设置为10ms(具体分辨率参数设置可根据不同的系统实测后设定)。在连接完成硬件电路之后,点击“图标菜单栏”右侧的“代码”按钮进行程序编辑,编辑完成右侧所示代码区代码。车载雷达测距仿真案例采用Arduino单片机,该类型单片机具有强大的函数库功能,在编程过程中避免初学学生陷入复杂的单片机寄存器编程操作,使得编程更容易上手,软硬件结合方便学生更好地理解车载雷达测距原理。如图2所示,在代码区,Arduino单片机核心函数有两个,一个是setup函数,该函数主要用来设置Arduino单片机引脚工作模式,根据前述硬件连线方式,采用pinMode函数设置8号引脚为接收雷达测距传感器反馈信号引脚,9号引脚为雷达测距传感器触发信号引脚。Arduino单片机第二个核心函数为loop循环函数,该函数主要实现具体的系统功能,在每一个循环内,利用digitalWrite函数先设定9号引脚为高电平,然后利用延迟函数delayMicroseconds令9号引脚的高电平持续10微秒,只有这样,雷达传感器才能触发工作,最后利用digitalWrite函数设置9号引脚为低电平,这样便完成一次雷达传感器SR04的触发工作。最终,每一个循环,9号引脚高电平持续10微秒一次,雷达传感器SR04触发工作一次。在每一个循环最末尾利用delay函数延迟100毫秒,以避免雷达传感器触发工作太频繁,影响示波器信号的采样与显示。点击图1中Tinkercad上方菜单栏里的“开始模拟“按钮,进入Tinkercad仿真环境,在仿真状态下,如图2所示,点击超声波传感器,在其图形的上方出现一个带有绿点的扇形区域,该绿点即为障碍物,通过鼠标拖拽该绿点,使其与超声波传感器的距离不停变化,雷达传感器SR04上的距离数值也不停变化,同时,示波器的电压脉冲信号宽度大小将随着绿点障碍物的远近发生变化,学生通过Tinkercad的简单仿真,即可充分理解障碍物距离、超声波发射与返回间隔时间、超声波传感器返回高电平信号持续时间三者之间严密的逻辑关系。 3车载超声波雷达测距系统Proteus仿真 Proteus仿真软件界面较复杂,菜单栏与工具栏功能强大,对学生专业基础知识及操作技能要求较高,学生通过前期Tinkercad软件系统仿真,已经理解了车载雷达系统的基本原理、核心雷达传感器SR04的测距原理及主要端子的功能及信号特点,对车载雷达测距系统的编程逻辑也有了一定了解。以此为基础,学生可以细致全面地在Proteus仿真软件实现车载雷达系统的硬件设计及软件仿真,如图4所示,与Tinkercad软件仿真类似,Arduino通过IO2与IO3引脚分别连接雷达测距模块的ECHO与TR端子相连,即IO2引脚接收雷达传感器的反馈测距信号,IO3引脚控制雷达传感器工作触发。同时,IO2(ECHO)引脚连接到示波器模块的A通道,IO3引脚(TR)引脚连接到示波器模块的B通道,在程序仿真运行时,能实时显示SR04雷达模块的工作时序,显示曲线明显比Tinkercad示波器更加详实细致,SR04雷达模块的触发信号与输出回想信号(反馈信号)在Proteus示波器动态数据显示中具有更强的对比度与可调整性。在授课过程中,Proteus仿真比Tinkercad仿真更能说明如图3所示的雷达模块SR04工作时序原理图,即Arduino通过IO3(TR)引脚持续输出10微秒以上高电平触发雷达模块SR04工作,SR04模块连续发出8个40KHz雷达脉冲,Arduino通过IO2(ECHO)收到SR04模块反馈回声信号,回声高电平信号持续时间与所测障碍物距离成正比。得益于Proteus元器件库的系统全面,学生更能细节掌握LCD显示模块[3]的硬件电路布线及LCD基于Arduino的软件编程函数库。如图3所示,Arduino的IO8号引脚连接LCD1602模块的数据/指令寄存器选择控制端,IO9引脚连接LCD1602模块的R/W读写选择控制端,IO10引脚连接LCD1602模块的使能端E。Arduino的IO4~IO7四个引脚分别连接LCD1602模块的D4~D7端,使得LCD1602模块工作于4位显示模式下。Proteus程序代码比Tinkercad程序代码更加详实具体,全面细致。在Proteus仿真编程中,除了要求学生更加熟练掌握利用digitalWrite函数与delayMicroseconds延迟函数触发雷达模块SR04工作的编程技能,还要求学生掌握利用pulseIn函数读取雷达反馈信号高电平脉冲宽度,从而通过计算获得雷达测距数值。此外,还要求学生掌握关于液晶显示模块LCD1602的Arduino库函数库LiquidCrystal里面常见的显示参数与显示模式设置相关函数的编程。在实践教学过程中,学生需掌握的Arduino软件编程库函数如表1所示。至此,分别通过Tinkercad仿真与Proteus仿真,学生由浅入深,循序渐进地掌握了车载雷达测距系统测距原理、系统硬件电路设计及布线、软件系统编程。 4结论 智能网联汽车技术相关课程概念深奥难懂,硬件化实现困难,采用仿真系统不仅可以大大降低硬件成本,把深奥抽象的概念理论转化成看得见的可视化的仿真结果,使学生不再局限于理论知识的粗浅了解,对车载雷达测距系统有了深刻的理解与认知,大大提高学生学习兴趣与教学效果。Tinkercad电子电路仿真软件特点是界面友好,操作极其简单。所以在本教学案例中,主要用该软件来进行简单的系统原理仿真,使无理论与实践基础的学生对车载雷达测距系统有初步理解及概念。但其不足也较明显,其核心芯片及元器件种类有限,芯片与元器件硬件资源库远远比不上Proteus的全面系统,具体的芯片引脚及端口不如Proteus标注详实具体,不能体现系统连线布线细节,且Proteus能直接生成PCB图,更贴合实际嵌入式系统设计情况。但Proteus对学生操作技能要求较高,要求学生必须掌握所设计系统基本原理,相关微处理器芯片及核心元器件主要信号物理意义及布线原理。两款仿真软件的结合,更能优势互补,达到最佳的教学效果。 参考文献: [1]基于超声波雷达的自动泊车自适应测距与定位设计[J].张海焕,陈彩霞,马逸.科技视界.2020(28). [2]基于Arduino的智能家居控制系统设计[J].李宗峰.信息技术与信息化.2021(06). [3]TFT-LCD源驱动电路设计和仿真[D].申国辉.上海交通大学.2015. 作者:陆人定 单位:常州信息职业技术学院
物流系统中计算机仿真技术的应用:计算机仿真软件模拟物流系统研究 摘要:现如今,伴随着我国计算机相关技术的不断成熟,计算机仿真软件的应用范围也越来越广泛,据统计,使用计算机仿真软件进行物流系统的模拟能够有效减少总投资,但这方面的技术在我国尚未得到有效应用。现就笔者观点,根据我国物流系统发展实例进行计算机仿真软件的应用研究。 关键词:计算机技术;仿真软件;物流系统 引言 现阶段,我国在物流系统方面的发展正逐渐步入高速时期。由于网络经济的发展,网上购物的便利性以及现阶段我国基础建设发展的需求,物流系统在我国资源运输方面正扮演着越来越重要的角色。在这一大环境下,为实现当下我国对物流系统高效高速的需求,物流系统的内部环境正在变得越来越复杂,相关的建设改革手段也变得越来越难进行。因此,以计算机软件为载体的计算机仿真软件就应运而生了。物流仿真技术借助了网络技术、计算机技术等当下较为发展完善的智能技术,对物流系统进行了实际模仿。利用计算机技术对物流系统进行模拟,能够避免传统模拟技术建立物理模型的大量投资,且在精确计算和验证分析方面相比于传统模拟技术更加具有优势。根据物流企事业单位建立起的计算机仿真系统能够直观有效的提供生产系统的生产量,确定瓶颈位置,报告资源利用率。因此决策者建立物流系统时进行计算机模拟技术的应用能够有效降低成本。本文就笔者观点,重点对现阶段国内外计算机物流仿真软件的应用现状进行分析,旨在为我国计算机物流仿真技术的提升做出帮助。 一、计算机模拟仿真技术 (一)计算机模拟仿真过程 计算机模拟仿真技术,即上文中所说的使用计算机软件对目标进行分析及模拟运算的相关技术手段。现阶段的计算机模拟仿真过程中主要涉及系统、目标模型以及计算机三大模拟仿真要素。其中目标模型的建立以及计算机相关技术都服务于系统。模拟仿真过程中的系统并不同于其他类型技术中的系统,其建立在模拟目标的系统流程之上。例如在对物流系统进行模拟仿真时,系统就由物流系统中物料的运输、与存储的动态过程和各种运输设备以及运输路线等元素构成的.计算机模拟仿真技术会通过对建立的系统中存在的各项因素进行分析,进而对物流系统中所有涉及物流运输的元素进行仿真算法,并建立组织模型,逐渐的形成了物流系统模拟现实的整个过程。在进行计算机软件模拟技术时,还应对模拟过程中存在的相关因素进行归纳分析,以确保构建出的模拟系统科学完整。例如模拟过程中的设备利用率、运输路线的走向以及物料搬运系统的流动周期、物流系统的实施微调整因素等。如果在计算机模拟软件中各项因素均得到了相关参考,且不存在对系统造成影响的无关变量,则可以确定完整的物流模拟仿真系统构建完毕。 (二)仿真数学模型的建立 仿真模型的建立,将直接影响到计算机仿真软件的模拟计算能否得到与实际情况无较大出入的预期结果。因此在物流系统的计算机仿真软件模拟中,利用QSIM算法以模拟出最为系统和理论化的应用常量及变量,能够为整体模拟环境的展开提供一个良好的数学运算基础。QSIM算法能够为整体模拟运算提供较为良好的数学基础的原因就在于其理论系统的建立较为牢固可靠。 二、计算机模拟仿真技术的物流系统 (一)计算机模拟仿真技术的类型 现如今,我国在计算机模拟仿真技术中主要存在着三种正在进行相关应用的仿真技术类型,即连续系统仿真、混合系统仿真以及离散型系统仿真。其中离散系统仿真耗时短、投资小且应用较为简便,因而在我国的物流计算机仿真软件中得到了广泛的使用。在物流系统中,核心竞争力就在于对时间的利用。物流体系中耗时的长短能够直接左右物流系统整体的工作效率,因而离散系统仿真利用了时间推进以及事件调度,进而对整个物流系统体系进行了实际物流动态过程的整体模拟,从而实现了软件模拟以及实际物流相结合的模拟方式达成。 (二)计算机仿真软件模拟技术如何应用于物流系统 计算机仿真软件模拟技术作为对实际物流系统的实时分析以及整体监控,目前在整体物流系统的实际应用中普遍参考着以下方式。1、建立数学模型计算机模拟仿真模型建立于实际物流自动化系统运行状态中,是一套非常智能的模拟仿真系统。因而在整体系统的模拟中,需要特别注意对系统结果的反馈程度。因此在模拟软件系统的建立中,需要对所模拟系统的整体进行较为精细化的还原,对系统中设备运行参数、实际物流运行状态的数据都进行完整的收集及运算,确保数学模型建立的完整性及科学性。2、编写程序根据收集完毕的数据以及当前系统的完整程度,对计算机模拟软件的程序进行编写。编写过程中应当注意程序的逻辑控制,避免程序执行时出现错误。同时在程序的实际编写阶段中应注重对模拟系统实际需求的参照,根据所模拟物流系统存在的特性,根据实际需求进行具体分析。在避免了程序出现不必要功能的同时缩短了计算机仿真软件模拟过程的时间。3、运行仿真系统的建立在模拟系统的数学模型建立完成以及系统编写完毕后,就需要建立仿真系统。建立仿真系统要按照物流自动化系统的预计流量和物料输出的频率来确定,因此在仿真系统的运行阶段,系统不仅会对整个模拟系统进行相关分析与优化,且在系统运行汇总时还能够针对物流系数的变化实现自身的实时变化,进而根据实际过程中出现的变化进行系统自身的调整。 (三)计算机模拟仿真技术在物流自动化系统设计中的优点 目前,由于物流系统的复杂性以及物流程序进行传统模拟的困难性,使用计算机仿真软件物流模拟技术进行模拟无疑对我国物流企事业单位进行模拟带来了极大便利,且由于其具有高效性和实用性,因此计算机仿真软件物流模拟目前最有优势的物流系统规划方案。与传统物流模拟技术相比,计算机仿真软件模拟技术的优点在于:一,由于在物流模拟过程中是由软件进行数据的相关操作,因而在方案的评估阶段能够有效的避免过多的主管参与,能够更加包容的进行相关模拟技术的实现,进而在评价过程中做到定量性以及客观性。二,由于在进行系统化模拟之前计算机仿真软件中收录了目标物流系统的全部参数,因此在该物流系统的模拟过程中能够对全部情况进行相关分析,甚至对人员、机械设备的利用效率都可以做出相关分析,是一套全面性的系统。三,由于仿真软件并非以一次性为目的的设计产物,因此在其实际应用中根据物流系统数据的实际变换不需要对系统进行再设计,模拟仿真的最大优势能够得以体现,通过数据来分析真实物流系统中可能遇到的困难只有仿真实验能够做到。 三、计算机仿真软件模拟物流系统的实际应用 现阶段,我国在计算机模拟物流的相关技术方面正处于脱离起步期,正在进行着发展速度的提升。就计算机仿真软件的应用而言,当前在实际应用的案例方面主要表现在以下两个方面: (一)港口物流系统 计算机仿真技术在港口物流系统中的应用主要是船舶泊位设计、货柜堆场设计、装运搬卸工艺设计等等。在港口物流中,由于涉及的船舶型号、种类、编号以及载货量、货物的种类等方面都存在着较大的数据量以及较为庞大的数据系统,因而计算机仿真软件在港口物流系统的模拟中能够帮助港口物流较为科学合理的进行资源分配。在港口物流中进行计算机仿真软件模拟的应用另一大作用,还表现在港口物流工作作业中进行车辆作业路线、港口生产调度等作业时实现港口物流的实时化,通过物流系统的实时分析及最终从而达到节约物流总时间及总工作成本的目的,并能加强对物流系统性能的数据分析工作,进而为港口物流的工作提供最优方案。 (二)自动化立体仓库 作为现代物流作业的一大分支,自动化立体仓库与其他物流分支类似,同样具有着较为庞大的工作量以及较为繁复的工作流程。因此,在自动化立体仓库物流中进行管理和优化水平能够提高整个物流环节的效能。自动化立体仓库包括立体货架、出入库托盘输送机、通讯系统、有轨巷道堆垛机、尺寸检测条码阅读系统、计算机监控系统、调节平台、架配电柜等。由于计算机仿真软件模拟的真实性,因而在自动化仓库物流中进行相关模拟工作有助于仓库作业较为繁复的流程得到简洁化的表现,在管理人员进行仓库的整理工作以及相关管理中,对现实情境的模拟能够更好的实现对仓库物流的统计,从而进行全方面的快捷管理。 四、国内物流仿真软件应用分析 现如今我国在相关计算机仿真软件的使用中正借鉴着国外在计算机仿真技术方面的经验,其中使用的主要软件有AutoMod、Witness、Arena、Flexsim、ShowFlow等专业性仿真软件。 (一)AutoMod 作为国内离散事件系统仿真软件中相对功能较为完善的一款计算机模拟物流软件,AutoMod在工作中能够实现对制造系统、港口、车站、配送中心、自动化仓库、企业内部物流等多种情况下的物流模拟。该软件具有着精确三维建模功能,在功能方面具有着实现虚拟现实建模功能,且在物料操作中能够实现对物流系统的动态监测,即在参数发生变化时能够进行持续化的模拟。就仿真策略来看,AotoMod主要着重于进程交互方面,是应用范围较广的一个模拟仿真软件。AutoMod软件中包括着三大模块,用于给用户提供基于不同类型物流管理系统而进行分类划分的分析工具,在建模阶段流程较为繁琐。此软件在进行作业流程时,需要使用编程语言进行相关指令的输送,但在于功能性全面。如果对该软件能够进行灵活运用则能够实现其他软件难以实现的高难度仿真。 (二)Witness 作为上文中所提到的离散型系统仿真相关软件,Witness相对于其他同类型软件而言的优势在于,其采用的仿真原理是离散系统生产线仿真器,因此在硬件需求上需求较低,不需要像其他计算机仿真软件一样需要较为大型的集成计算机作为技术依赖,因而在家用电子计算机或个人计算机上就可以实现该软件的运行。且在硬件需求不高的同时,该软件同时还具有着基本需求的仿真模拟功能。同时作为应用能力拓展,该软件同时具有着三维立体显示功能。因此作为使用条件较低的仿真模拟软件,由于其适用范围广泛性而得到了计算机仿真技术应用受众的一致好评。 (三)ArenaArena 能够有效的解决计算机仿真与可视化的有机集成,其应用范围极广,包含可视化仿真技术所能够运用的几乎全部领域。而在物流方面上,Arena能够运用在整个价值链当中,从商品的供应到客户的配送,其中包括库房管理、分销物流、客户服务等,都能够起到重要的作用。 (四)FlexsimFlexsim 主要应用在系统的仿真和建模,或是业务流程的可视化方向。Flexsim中的各项数据直观的反映出了各种现实事物的数据,例如包装箱、车辆、人员等。通过利用Flexsim的层级结构,可以有效的优化系统内部的组织结构,提升工作效率。 结语 基于计算机仿真软件的物流系统模拟技术,作为能够实现物流企业长期运作的一项基础保障,能够对物流系统的运行进行简化,使得物流过程更加直观化,且对于物流系统的管理存在着一定积极意义。因此在物流管理中对仿真软件的相关应用,还需要相关管理者在实际应用时进行相关层面经验的丰富,进而真正的实现对企业实际问题的解决。 作者:王力锋 杨华玲 杨浩雄 单位:江西农业大学南昌商学院 北京工商大学商学院 物流系统中计算机仿真技术的应用:计算机仿真技术在物流中的应用 【摘要】本文主要针对计算机仿真技术的发展进行研究,探讨了计算机仿真技术在物流服务中的应用。随着计算机技术与物流行业的发展,自动化物流系统中对计算机仿真技术的应用逐渐增多,在计算机仿真技术的支持下,物流行业也呈现出快速发展的趋势。而当前针对自动化物流系统的研究还不多,本文也针对自动化物流系统中对计算机仿真技术的应用进行实践与探索,为自动物流系统的发展提供支持。 【关键词】物流服务;计算机仿真技术;应用 随着科学技术的发展,自动化技术在物流行业中的应用增多,提高了工作效率的同时,自动化系统也越来越复杂。对于管理者而言,需要在生产过程中谨慎考虑每一个决策。在对B2B、C2C服务模式的特性与共性研究基础上,对物流服务评价指标体系进行设计,通过确定物流服务质量评价维度,在不同模式下,对电子商务物流服务质量评价指标体系进行构建。在这一背景下,计算机仿真技术的出现满足了物流服务的需求,管理者也将计算机仿真技术用于自动化物流系统中,提高了管理质量及服务质量。 1计算机仿真技术与自动化物流系统概述 计算机仿真技术在计算机技术的发展背景下也呈现出快速发展的趋势。计算机仿真技术是对研究对象应用数学模型进行模式,实现对研究对象了解的目的。对于计算机仿真技术而言,包含的学科内容比较多,如控制、多媒体及计算机技术等,属于多领域、跨专业的综合性学科。现阶段,人们也越来越多的会应用到计算机仿真技术,其发展潜力非常大。尤其是在一些研究对象对人体有危害或自身存在危险性中,通过计算机仿真技术都能解决。如核电站、宇宙飞船等研究。在物流行业的发展中,提高物流服务质量是行业发展的基础,而自动化物流系统的应用,能够促使物流服务质量的提升。自动化物流系统属于复杂的系统工程,在物流各个作业环节中集合了光、机、电等技术,实现了全过程自动化作业。该系统属于综合性计算机集成化物流管理系统,包含自动化高架立体库、自动引导车及往复式穿梭车、自动化输送、逻辑控制等系统。 2计算机仿真技术应用的步骤与方法 2.1仿真软件的选择 现阶段,市场中的计算机仿真软件种类非常多,适合物流系统仿真的软件数量也特别多,不同软件具有不同的特点、优势及局限。因此,在对物流系统仿真软件进行选择时候,要结合实际情况来选择。尽管仿真软件的种类较多,但其主要模块的功能都是一致的,主要包含以下模块:①Conveyer。仿真系统的速度、斜坡及宽度等参与均由该模块设置,由滚筒传输、非积放式传输及含积放式系统混合构成,其功能非常强大。②PathmOVer。在往复穿梭车、自动引导车及升降机等模型汽车中应用广泛且效果较好。③AS/RS。模块主要功能是自动存取,仿真系统自动仓的确定按照货架参数的选取实现。④Kine-matoc。对物流系统运行过程进行模拟是该模块的主要功能,对对象的自由度、运动方向等在仿真模型中定义,保证实体动作的详细模拟,如码盘动作、机械臂动作等。⑤BidgeCrane。机械臂的移动由该模块控制,实现对获取的拾起、下放等操作。⑥POWer Free。与Conveyer模块的功能基本类似,都是对目标对象进行控制,不同之处是该模块主要针对的是悬挂在空中的对象。⑦Tanks TIPes/Trains。主要针对气体、液体等物体进行处理,如配置、传输等。⑧AutOVie。用户可通过模型自定义相机的移动和场景,对高质量画面进行采集。同时,用户可对相机进行设置,实现采集画面的逼真,对图像可进行平移、缩放等处理。⑨Autostat。对仿真结果进行收集与分析,按照用户既定目标,给予参考方案,如降低成本、提高工作效率等方案。对仿真系统进行合理选择以后,就可以进行具体操作, 2.2建立仿真模型 按照系统工作流程与实际工作需求,对系统仿真模型进行构建,并对仿真系统相关运行参数进行确定。仿真模型建立以后,要进行逻辑控制程序的编写,依据自动化物流系统的工艺流程、物料流动过程及逻辑控制过程等仿真系统在对物料自动处理时需要的时间,对逻辑控制程序进行编写。 2.3仿真系统运行 在自动化物流系统中,应用计算机仿真技术,能够对物料出现的时间频率依据物流系统实际需求量进行计算,在物流自动化仿真系统中直接输入计算出的值,就能够对该仿真系统进行运行。根据物流系统生产班次,决定仿真系统的运行时间,二者的对应的关系,也可按照大物流系统来模拟。 2.4仿真结果优化分析 按照该仿真系统的运行结果来看,需要对无流量是否满足需求、流程是否畅通、系统是否存在问题等进行分析。对无流量是否满足要求按照数据统计结果能够直接判断。与传统的物流方式不同,商务物流整合了物流与电子商务的资源。商务物流在我国也经历了多年的发展,当前商务物流模式主要包含B2B、C2C两种。企业对企业的商务物流采用B2B模式,主要针对企业电子商务物流进行研究;消费者对消费者的商务物流采用C2C模式,主要以零售电子商务为研究内容。本文结合两种服务模式的特点与共性,设计电子商务物流评价指标体系,为物流方案的科学、合理建立提供依据。 3计算机仿真技术在物流行业中的应用前景 在通信、电力、生物、化工、交通等诸多行业和领域内,对计算机仿真技术已经普遍应用,并且随着技术的不断发展成熟,在更多的领域内必然会有更多的应用。在物流服务中应用计算机仿真技术,手下要对电子商务两种常用模式的特定与共性进行研究,B2B与C2C二者的共性主要表现为:在物流服务的内容方面二者是类似的;特性表现为:B2B是针对企业与企业之间的合作,而C2C是针对消费者对消费者之间的合作,将两种模式合作应用,能够使产业链更完整。在自动化物流仿真系统中,可对参数输入进行改变,实现对生产情况及波动进行仿真,模拟对系统带来的冲击,避免一些无法预料的因素出现,对系统堵塞可直观、形象的给出解决方案。能够在系统未投资建设前,就能够对自动化物流系统的生产信息及实际流程进行全面了解。现代物流产业在我国的起步时间较晚,因此在物流服务评价指标体系设计方面,还存在诸多不足,需要对电子商务物流服务从不同层面、不同角度来全面分析,对所涉及到的各类因素进行综合评估,并集合相关评价指标构成评价体系,实现不同模式下评价内容的不同。在实际工作开展中,要坚持遵循中心、重要、基本、关键及必要五大原则,确保评价指标体系的客观合理。本文对整体物流服务质量评价指标制度及物流服务质量评价量表进行参考,对评价的维度与模式从便利、可靠、响应及关怀四个方面确定,实现度电子商务物流服务的跟东与定位定价,促使我国物质服务质量的不断提升。 4结语 对自动化系统中应用计算机仿真技术的必要性进行分析,在此基础上对计算机仿真步骤和方法进行说明,讨论了物流行业中计算机仿真技术应用的前景。随着技术的不断成熟与发展,尤其是在物流领域内,对计算机仿真技术的应用必然会越来越多,加之在其它行业、领域内,也在不断对仿真技术进行应用,所以计算机仿真技术的发展前景非常广阔。本文同时也对电子商务物流模式进行研究,针对不同模式下服务质量评价指标体系的构建方法进行了简单介绍,为物流服务的客观、科学评价提供了依据。 作者:严小玲 单位:广西机电工程学校 物流系统中计算机仿真技术的应用:基于计算机仿真技术的企业生产物流系统优化研究 摘 要:随着计算机的普及,网络对人们的影响日益深入。各种现代化智能设备大量涌入市场。对计算机技术的要求也越来越高。企业生产物流系统是企业的一个重要部分。企业想要获得良好发展,必须加强企业生产物流系统的管理。在智能化设备不断涌现的今天,传统的企业生产物流管理系统显现出了越来越多的弊端,已经不能完全适应企业的发展要求。因此,寻求新的企业生产物流管理系统显得尤为重要。本文,结合计算机技术,提出利用计算机仿真技术对企业的生产物流系统进行优化的方案。并对比了传统的企业生产物流系统和新的系统之间的差异,评价了新系统的优点。 关键词:计算机仿真;技术;企业;物流系统;优化;研究 一、引言 随着互联网技术和计算机技术的不断发展,各行各业之间的相互交叉发展,对计算机又提出了新的要求。同时,计算机技术的发展又促进了各行业的发展和良性竞争。众所周知,企业的发展离不开好的企业管理模式。随着人们生活水平的提高,以及经济的不断发展等。企业面临着前所未有的挑战,各企业间的竞争日益加剧。企业尤其是大型企业,一般包括物品生产,销售和物品运输等环节。而企业管理模式中,对企业生产物流系统的管理部分一直是比较薄弱的环节。因为,一般来说,企业会将管理重点放在产品销售阶段,往往忽视了物流系统。但是,由于企业生产物资或销售商品占到整个企业费用的30%-40%,可见企业生产物流系统的好坏往往会对企业的发展起到至关重要的影响。为了改善我国目前企业的生产物流系统,在原始物流管理系统的基础上,进行改进,降低成本,提高收益。提出利用计算机仿真技术,对企业生产物流系统进行优化管理,并进行总结。 二、我国企业生产物流系统现状 1.企业生产物流优化研究意义 企业的发展离不开管理,好的管理模式不仅可以降低企业成本,提高企业受益,还可以从根本上给企业创造新的发展机遇。从表面来看,我国企业处于不断发展中,并且发展速度逐年增加。但是,我国企业中任然存在一些不足。比如,生产物流设施布局不合理等。而这往往不利于企业的进一步发展。而利用计算机仿真技术对企业生产物流系统进行优化。对企业生产物流系统的优化的意义主要有:合理布局厂区位置,方便生产物资的运输,降低企业生产运输成本;稳固系统,提高系统管理力度,提高企业生产效益;优化企业生产物流系统,加强各子系统间的联系,使其分工合作,提高企业生产效率。 2.我国企业生产物流现状 企业的生产物流是企业物流的一个子模块,是企业物流的一个重要组成部分。生产环节是企业的最初环节,也是最为重要的环节,同时还是资金投入最多的环节。其中,在企业的生产过程中,生产物流占据着整个资金投入的绝大部分。因此,在企业生产物流是整个企业物流的重点。通过研究发现,我国企业生产物流总共经历了5个阶段,分别是: (1)人工物流阶段 此阶段是企业生产物流发展的最原始阶段,其特点是完全依赖人力资源,靠人的力量去解决问题。缺点是需要大量的劳动力,企业生产成本高,并且对操作人员的要求较高,出现误差的可能性较大。不利于企业的长久健康发展。 (2)机械物流阶段 机械物流阶段是在人工物流阶段发展到一定时期后发展起来的。在一定程度上减少了对人员的依赖性,提高了企业的生产效率。为后来自动化及智能化物流阶段提供依据。 (3)自动化物流阶段 自动化物流是现代智能物流的雏形。大规模的利用现代计算机技术和网络技术,建立自动化生产物流管理系统。通过计算机实时操控生产物流的运输情况。 (4)集成化物流阶段 集成化物流是指在集成思想的指导下,为了提高企业核心竞争力,将企业生产物流的各个子系统,按照一定的模式构成集成系统进行管理。通过生产物流的集成化管理,大大提高了各子系统间的相互交流运作,提高了工作效率,为企业节省一大笔资金,是一种比较先进的生产物流管理系统。 (5)智能物流阶段 随着现代化各种技术的发展,我国企业的生产物流系统也随之不断更新。目前提出的最为先进的生产物流系统是智能物流管理系统。此阶段,生产物流系统的最主要特点是方便,高效。利用计算机网络系统,建立数据库,将信息通过数据库直接传递。降低了出错的可能,提高了企业的综合竞争力。 3.仿真技术在现代企业生产物流中的应用 仿真技术的出现和发展已经具有很长的历史。最初,人们通过手工仿真完成仿真工作,承担了大量的工作量。20世纪50年代开始,随着计算机的发展,人们开始尝试用计算机编程技术进行仿真。直到70年代后期,科学家们研发出专门做仿真的仿真计算机,大大提高了仿真效率。近年来,仿真技术越来越普及,得到人们的广泛认可。仿真技术在现代各行业的发展中也得到了广泛的应用。如今,由于经济的不断发展,企业间的竞争不断加剧。各企业为了在如此激烈的竞争中占据一席发展之地,必须想方设法的提高企业自身综合竞争力。众所周知,企业管理是企业获得良好发展的前提,是企业综合竞争力提高的必要条件。而企业的生产物流系统占据着整个企业资金的30%-40%,因此,管理好企业生产物流对提高整个企业的综合竞争力有着十分重要的帮助。仿真技术的出现正好解决了企业生产物流系统的优化问题。利用仿真技术优化企业生产物流系统,简化原本复杂的生产物流结构,优化生产物流处理方式等。 三、基于仿真技术的企业生产物流系统构建 1.仿真技术简介 仿真技术是一种利用多种交叉学科为基础进行模拟操作的现代化操作方法。具体来说,仿真技术利用系统理论、随机理论、数理统计、概率论以及优化理论等相关知识,对采集到的信息通过计算机分析,进行模拟,并估计系统性能和可行性的方法。近年来,仿真技术不断发展,市场上出现了很多仿真软件,其中,目前企业采用较多的软件是Arena软件。Arena软件是一款商业化仿真软件,具有强大的功能,并自带动画显示的优点。Arena软件主要可以用在公共服务领域、企业管理领域以及生产物流管理领域等。 物流系统中计算机仿真技术的应用:基于计算机仿真的高端物流管理人才培养模式探讨 [摘要]针对我国现有物流管理人才培养模式存在的实践环节缺乏、系统性不强、教学考核形式单一等问题,指出基于计算机仿真的高端物流管理人才培养模式既具有实践上的可行性又具有理论上的必要性,然后以“啤酒游戏”为实例阐述仿真培养模式的优点,提出引导基础理论学习、选择恰当仿真软件、建立仿真数据库和案例库、运用角色扮演等具体的高端物流人才培养机制。 [关键词]计算机仿真;物流管理:人才培养 一 引言 随着我国经济快速发展和全球一体化日益加强,对物流人才的需求呈现数量不断增多和层次不断提高的特征,而与人才需求数量增加和层次提高的客观状况相比,我国现有物流人才的培养模式相对滞后,许多物流专业毕业生仅具备操作性岗位所需能力,高端物流管理知识缺乏,为此一些外资企业甚至需要将员工送到国外进行工作培训以使其具备相应工作能力。高校物流人才培养与社会对人才需求的不匹配使我们必须寻求一种更为科学可行的物流人才培养模式。 计算机仿真是物流专业的核心技术,是一门综合性交叉学科,它涵盖了物流学、管理科学、信息科学、系统科学、计算机科学和通信技术等学科的内容。作为一门实践技术课程,物流仿真课程的教学效果直接影响学生的物流理念形成和运用能力培养。虽然物流仿真与物流管理存在差异,但在现代物流管理体系的建设中,管理和技术缺一不可,只有懂得仿真技术如何运用于物流管理活动,理解物流管理活动如何获得仿真技术支持的人才,才能真正推动现代物流产业发展。 二 现有物流人才培养模式存在的问题 从学生意见反馈和老师教学感受来看,目前高等院校物流管理人才培养主要存在以下方面不足: 1 教学内容系统性、整体性及专业性不强 物流管理是一个涉及多领域、多行业、多环节的复杂大系统,相应地物流管理课程也必然涵盖多学科、多层次、多方面的知识。从内容的丰富性来看,现有物流管理教材和课程无疑正在逐步完善,所涉及内容揽括了管理学、经济学、运筹学、信息科学、工程技术、计算机和通讯技术等各个领域的知识,但是目前这些知识多以独立知识点形式存在,不同领域之间内容交互融合不足,与物流管理实践融会贯通不够,教学内容的系统性、整体性、针对性不强。知识点广泛但离散独立存在的状态将使物流专业人才培养出现“全而泛”的趋势,只能培养“通才”而不能造就“专才”和“精才”。由于同学对本学科知识缺乏深入了解和掌握,将使培养出来的毕业生在从事物流信息管理工作时不如信息管理专业的同学精通,从事生产物流管理工作时不如生产运作管理专业同学适应的被动局面。 2 缺乏实践和互动培养环节 当前绝大多数物流管理课程的教学仍以老师讲授为主,随着多媒体技术在高校教学中的推广,老师们尝试结合图片、案例、视频等方式向同学讲授相关知识。新教学方法解决了学生“百闻不如一见”的学习瓶颈,但仍不能达到“百见不如一试”的教学目的。同学们普遍反映,课堂上当欣赏着老师精心准备、制作精美的PPT和视频材料,聆听着各种观点新颖、内涵丰富的物流理论时,他们瞬时感觉学习收获颇丰,但往往课堂一结束,离开老师讲授和多媒体配合,同学们却很难描述具体学习内容,更罔论将理论知识运用于物流实践。同学们知识运用能力和动手操作能力的欠缺,说明物流管理课堂实践互动环节不可或缺。 3 教学考核方法需改进 物流管理是基础性理论课程,所涉及的内容包括仓储、配送、装卸搬运、库存、信息技术、物流装备等方面,由于所讲授课程多以识记性理沦为主,如果老师仅以口头讲解和板书形式授课就必然显得枯燥乏味,无法调动学生上课积极性。经过老师们的努力,图片展示、案例教学、影像教学正不断走进物流管理课堂,但总体上新教学方法的运用还相对缺乏,与课程相关的案例积累仍显不足,需要更多引入有本专业特色的教学模式,使教学更好地服务于物流管理实践。另外目前物流管理相关课程的考核仍以闭卷考试为主,学生们长于死记硬背而疏于理解运用,所培养的学生考分虽高但能力仍显不足。 三 基于仿真的高端物流人才培养可行性与必要性 针对前文所述现有物流管理人才培养模式存在的问题,结合业内人士和本专业同学的建议,本文认为迫切需要将物流仿真实践课程引入人才培养机制,以解决人才培养的教学实践和互动不足、教学内容系统性针对性不强、教学考核方法滞后等问题。 1 高等院校开展物流仿真实践教学的可行性 当前我国高等院校物流实践课程开展情况如何?2006年,教育部高等学校物流类专业指导委员会专门对全国开设物流专业的高校进行了调查,其中关于实习实践情况的调查结果显示:95.7%的高校设立了专业实践基地,其中55%的院校选择物流企业作为实践基地,另有34%的院校选择制造企业,部分高校则拥有物流企业和制造企业等多个实践基地。实验室建设方面,我国60%的高校已经建立专业物流实验室,其中投资规模在100万元以下的实验室占46%,100万元~300万元的实验室占40%,还有14%的高等院校物流实验室投资金额在300万元以上(参见图1)。 这些数据表明,我国高等院校已意识到实习实践对物流管理人才培养的重要作用,大部分高校认识到专业实验室对物流人才的培养不可或缺,并投入大量资金进行硬件建设和软件购买,从而为基于仿真技术的高层次物流人才培养创造了有利条件。 2 高端物流人才培养的重点领域 (1)物流需求分析与预测。很多物流设施,如港口,作为交通运输的枢纽,对其物流能力的需求是一个庞大而复杂的随机服务系统,需求量具有极大的不确定性,因而提前对其进行准确的分析预测将十分困难,但是由于经由预测所确定的设施规模大小又直接影响设施建成后的经济效益和服务水平,因此在对物流设施进行规划之前,必须对经由该物流设施的货物、路线以及外部经济趋势等因素进行系统分析预测,以确定设施的吞吐量和服务水平,便于在此基础上进行物流设施规划和设计。因此物流需求分析与预测是高端物流人才培养的重要方向之一。 (2)物流系统设计与布局优化。物流系统的设计与布局优化将对其未来运行产生重大影响。如仓储系统的选址决策,就需要确定所要设置仓库的数量、位置与容量,其设计和布局是在已知物流系统的相关参数和工艺流程情况下,为实现系统未来正常稳定运行而进行的整体优化过程。物流系统设计与布局是一个复杂的系统工程,其影响因素既包括宏观政治经济、基础设施与整体环境、竞争对手状态等外部因素,也包括企业发展战略、人力资本、现有网络布局等内部因素,是目前物流管理领域最关键和最核心的内容,而涵盖如此众多影响因素的物流系统优化设计必须借助先进的预测、规划和仿真模拟技术才能实现。 (3)物流资源配置与协调。由于资源的稀缺性和系统的复杂性,物流资源协调配置是该领域的重要课题。以库存决策为例,最优的库存资源配置策略必须考虑服务成本与服务水平之间的平衡,而这种平衡的实现又依赖于:1.合理的库存层级划分和库存资源分配;2.反应灵敏的订单处理和订单管理系统;3.正确的库存品种和数量决策;4.先进的物流信息传递和协调机制;5.强大可靠的物流运输系统。这其中任何一个方面所涉及的知识均十分复杂,如库存订购决策需考虑产品需求的从属性或独立性,考虑拉式与推式运作模式对订购决策的影响;而订购模型的选择又有定量订购模型和定期订购模型的区别,决策变量更是包括再订货点(Reorder Point)、补货期(Replenishment Time)、提前期(Lead Time)、订货批量(Order Quantity)、安全库存(safe Inventory)、最高库存(Maximum Inventory)等多个指标变量。显然,众多的影响因素和决策指标使物流资源协调配置工作远远超出普通操作型物流人才的培养范畴。 3 仿真技术对培养高端物流人才的适用性 仿真技术对于培养解决物流规划、物流决策与协调、物流资源优化配置问题的高端物流人才具有理论和技术上的适用性。由于仿真技术能借助计算机对物流系统进行真实模拟,通过实验得到各种动态活动及过程瞬间的仿效记录,进而验证物流项目的有效性、合理性及优化性,从而对物流管理决策起到切实可行的指导。 具体来说,仿真技术对于高端物流管理人才的培养具有以下几个方面的优势:首先,提供学生以物流实践机会。借助仿真软件和设备对相应物流理论进行模拟,可以增强学生对相关知识的理解和运用能力。其次,仿真技术可以完整展现物流系统的全流程,并对各环节的运作过程和运作效率进行精确的定量分析,使学生形成全局、系统和精确的思考范式。再次,高端仿真软件具有较强的交互性,有效提高同学们的学习热情和效率。另外,拓展了物流学习的领域。由于资金、场所或教学资源有限,物流管理课程的教学内容有所限制,而建立虚拟仿真实验室使航空运输、跨国海运等领域的模拟教学均可在实验室内进行,极大地拓展了物流学习的领域(如图2、图3所示)。最后基于仿真的物流人才培养模式具有一定的经济性,因为采用物流仿真教学可以在一定程度上节省设备、人员、差旅等方面费用。 四 基于仿真的高端物流管理人才培养机制 目前高等院校运用仿真技术进行高层次物流人才培养尚属于探索阶段,缺乏系统的培养思路。笔者在教与学的过程中积累了以下几点具体培养机制,供老师们参考: 1 引导学生深入掌握专业基础知识 物流仿真需要用到高等数学、概率论、统计学、计算机数据库等基础知识,同时还包括物流管理、供应链管理、运筹学、生产运营管理、管理信息系统等专业知识,缺乏这些专业基础知识作为铺垫,学生进行仿真模拟时将由于缺乏理论支撑而影响教学效果,因此在开展仿真教学之前应通过合理的课程配置使学生系统掌握物流管理的基础理论知识。 2 选择合适的物流仿真软件 现在针对物流领域的仿真软件正不断出现和逐渐运用到物流管理实践中来,可选择的物流仿真软件很多,如Flexism、Witness、RaLC、Automode、Arena等,它们各有特色,也各有优点与不足,譬如Flexism以其高度的开放性和柔韧性受到不同产业仿真模型定制者的偏好,而Witness则是平面离散系统生产仿真器,操作简单,对电脑配置要求不高。在物流教学中应根据学生特点、教学要求及实验室条件选择恰当的仿真软件。 3 建立仿真数据库和案例库 案例教学是实践型人才培养模式不可或缺的重要组成部分,高层次物流管理人才的培养也需要案例的支撑和数据的积累。借鉴哈佛大学案例教学经验,建立物流仿真数据库和案例库时要注意几个方面:第一,广泛积累案例。哈佛大学肯尼迪政府学院拥有一个多达1300余案例的资料库,教师可以随时根据教学需要调为所用。第二,善于运用案例。哈佛案例来源于课堂,在课堂中经由师生交流得到升华,然后通过杂志和期刊论文传播而超越了课堂。第三,善于导演案例。哈佛课堂是由学员主演老师导演的一场戏,教室不是法庭,教师也不是法官,不负责裁定学生答案的对错,而是引导学员从不同角度看待问题,用所学的理论框架和分析工具解决问题,培养学生的思维方式和思维能力。 4 善于运用角色扮演 物流管理所涉及的功能领域非常多,以前台管理工作为例,前台业务系统可分为六大模块:生产企业管理模块、商场管理模块、物流中心管理模块、车队管理模块、出库管理模块、入库管理模块。各模块的主要功能也各不相同,此时可以通过仿真过程中对不同角色的扮演使同学们更加具体地参与到物流管理实践中去,为日后顺利融入物流管理工作提供经验。 五 教学实例――“啤酒游戏” 1 游戏介绍 在风靡全球的《第五项修炼》中,管理大师彼得・圣吉详尽而生动地描述了著名的“啤酒游戏(Beer Game)”,这个由麻省理工学院斯隆管理学院于50年前创建并发展起来的库存管理策略游戏直到今天仍被来自全球各地的商业精英们在MBA等课堂上不断演练着。尽管参与者作为各个国家、各个行业的精英,有着产、配、销等领域的丰富实践经验和杰出管理能力,但相同的危机还是在游戏中不断重演:随着运作过程的推进,无论是下游零售商、中游批发商还是上游制造商,起初总是缺货,然后是货物积压,之后是更严重的缺货,紧接着是更严重的积压:整个物流系统,从下游的零售商到上游的制造商,库存与缺货幅度逐渐上涨,就像挥动的牛鞭,从手柄到鞭梢,波动的幅度越来越大,这一现象被人们称为牛鞭效应(Bullwhip Effect)。 2 不同模式的教学效果比较 针对物流管理领域最著名的牛鞭效应问题,现有的教学方法主要以教师课堂讲授为主。但是,通过老师讲授学生仅能了解存在该问题,却不知其根源和解决方法。由于课时的限制,老师们在有限的课堂时间内全面透彻地讲授上述内容是非常困难的,往往课堂成为理论分析的场所,而同学对游戏中所涉及的管理思想和物流原理掌握较少。不仅如此,由于课程中缺乏实践互动环节,很多同学对于学习牛鞭理论的目的并不明确,缺乏学习的主动性和积极性。 较为先进的教学方法是沙盘模拟等游戏教学法,通过游戏中的角色扮演让学生充当物流系统中的不同参与者,了解牛鞭效应产生的根源,体会物流协调的困难,并在角色扮演中作为实际参与者进行协调沟通,以加强对牛鞭理论和啤酒游戏的理解。 而物流仿真教学模式则借助计算机软件对啤酒游戏的各参与者订货及库存决策进行实时动态模拟,通过实验得到各种动态决策数据和活动过程的瞬间仿效记录,使同学真实感受到牛鞭效应会随着他们自身决策而真实出现,然后通过对仿真数据的分析,定位问题所在的关键环节和核心部门,从而使同学们认识到物流信息失真的巨大影响,并尝试通过决策变更来缓解牛鞭效应问题。这一系列亲身实践使学生对问题的根源和解决方式形成自己的观点和看法,对相关理论的理解也变得透彻,从而显示出仿真教学在高层次物流人才培养中的独特优势。
妇科检查是一项私密性、侵入性操作,受传统文化影响以及当下人们维权意识不断增强,产妇和家属对私密处检查的保护意识越来越强,护理专业学生(护生)进入检查室观摩带教老师对病人进行妇科检查的机会变少[1]。显然,传统妇产科护理教学对男护生来说变得更加艰难。传统的教学模式是在高仿真模型上示教,模型价格昂贵,数量有限,而且教学资源有限,教学安排时长受限,学生不能反复实践操作,也无法满足大规模学生个体化教学需求[2]。造成护生对妇产科中抽象的知识难以理解及对妇科护理技能操作练习不熟练,没有达到良好的学习效果,打击其未来步入临床岗位的自信心。新型冠状病毒感染疫情期间,妇产科护理课程大部分课时是教师网上传授理论知识,实践教学难以开展,产程阴道检查虚拟仿真教学系统的开发以及应用符合时代需求且势在必行。基于上述问题,本研究运用虚拟结合互联网技术的现代化教学手段开发出新的软件并应用到妇产科护理教学中。虚拟仿真技术[3](virtualrealitytechnology,VR)是利用互联网构建出一个让用户通过视觉、听觉、触觉等方面建立起的真实、生动的三维虚拟仿真环境,用户通过特定的设备能模拟现实中的操作。有研究表明,在产科中应用虚拟仿真教学可对学生参与新的学习方式发挥积极作用,能极大地提高学生的个人能力[4]。该系统可供学习者沉浸在特定、逼真的学习环境中感知抽象的学习内容,使学习不限时间、不限地点和性别差异,让学生在反复练习掌握阴道检查操作流程的基础上提高自己的技能水平,有效地弥补了传统教学上的不足。现将该系统的开发及应用情况汇报如下。 1产程阴道检查虚拟仿真教学系统的设计思路 基于建构主义理论指导,项目设计坚持以学生为中心、产出为导向的理念,遵循自主学习—虚拟训练—考核评价的学习过程设计虚拟仿真教学系统[5]。该教学系统是桌面虚拟现实系统[6](desktopVRsystem),计算机显示器是其最通常的一种显示媒体,用户在计算机显示器上体验虚拟环境,在这一过程中使用者必须全程观看计算机屏幕。因此,虚拟教学系统设计了两种模式,即学习模式、考核模式,让学习者在高度逼真的环境中认识并熟悉阴道检查用物、操作要点及整体流程。结合阴道检查操作的三维虚拟仿真交互系统,通过VR/3D融合技术实现虚拟仿真的教学效果。计算机图形模拟技术可将传统模拟人无法展现的一些子宫内部器官以任何角度的三维透视和剖视动态实时地表现出来,学习者可多方位对护理操作过程进行观看和学习。围绕为学生构建一个虚拟的临床场景及操作环境,计算机虚拟仿真技术运用图片、文字、语音、三维交互动画等打造虚拟场景,再现临床产程阴道检查全过程,可有效弥补传统教学的不足[7]。为学生提供深度交互式学习环境,多维度呈现学习内容,使抽象的操作过程更加直观化、形象化,极大提升教学的趣味性,在根本上解决了学生在学习妇产科护理相关知识和操作中的难题,同时可通过在线考核了解学生的知识掌握程度[8]。 2系统的构成及功能 2.1虚拟场景构建 确定设计思路后,开始构建虚拟场景,实现该虚拟画面教学是核心技术。软件的开发过程如下:①组建由妇产科护理、助产教学队伍及计算机专业工程师组成的研发团队。专业教师根据教学目标设计虚拟仿真教学方案,包括设置题目、编写教学案例和设计场景中图片、动画等所涉及的知识点。②虚拟场景的实现主要依靠软件及设备,包括计算机、客户端应用程序(阴道检查虚拟仿真教学系统)等。在虚拟场景构建中,技术团队应用3D仿真、3D绘图标准(WebGL)等技术设计高度仿真的虚拟环境,呈现阴道检查的场景,由虚拟产科病房、虚拟产妇、虚拟仪器设备、虚拟检测设备、虚拟医疗器械(无菌包、无菌手套、0.5%碘伏纱布缸、一次性臀垫、无菌持物钳等)构成,目的是为了确保人物、环境、场景的逼真程度。 2.2学习模式 据上述设计思路,该系统将产程阴道检查的所有贯穿在情境模拟教学中,点击学习模式即显示以下3个模块,即窥器检查、骨盆内测量、阴道检查,每个模块内容均包含了理论学习、技能操作、案例分析、回答问题等步骤。学习模式允许学生多次反复、随时开展虚拟仿真学习,且允许试错,出现错误时系统会提供正确指引或答案,初步指导学生正确操作的意识,为后续的考核模式奠定良好的基础。 2.2.1窥器检查 学习模式中全程穿插理论知识内容,进入窥器检查模块后首先以选择题导入系统内供学生思考做出选择后了解窥镜检查的目的和注意事项,通过3D动态模拟进入阴道窥器检查操作流程。系统会语音提示学习者窥镜检查时的操作要点,此模块还可隐藏窥器使学生更直观地观察阴窥镜检查下所看到的宫颈口状况,可使学生对检查操作细节更注重,所需用物记忆更深刻。 2.2.2骨盆内测量 点击骨盆内测量模块时学习者可以查看并了解虚拟产妇的骶尾关节活动度、对角径、坐骨棘间径、坐骨切迹宽度、出口后矢状径等。虚拟操作者手指进入虚拟产妇阴道3~4cm时,系统能够实时标记手指伸入阴道长度,到一定程度后手指向上翻转,可以以透视、剖视、多视角局部放大观察、记录产妇骨盆各解剖平面大小情况。每次测量不同的骨盆间径都会以文字、线条连接长度结合语音提示骨盆间径的大小,直观、清晰的画面可使学生的印象加深。 2.2.3阴道检查 步骤1,进入产程阴道检查模块时学习者通过鼠标点击拖拽用物放在指定位置即可完成技能操作,但是操作步骤不能出现顺序上的错误,如学生点击顺序正确后,虚拟操作者会按顺序进行会阴消毒,其中消毒范围以碘伏消毒的痕迹保留在虚拟产妇身上,此处图像记忆使用让学生不拘泥于文字描述,教学方式更新颖。步骤2,点击手套图标进入下一检查步骤,检查宫颈扩张情况,以三维透视画面实时输出,此环节根据产程进展的不同阶段观察模拟产妇的宫口扩张程度,下拉选项判断宫颈管状态为未开、消失、展平至宫口开1~10cm等情况。检查胎先露下降情况时,模拟产妇的胎儿胎头自动下降到不同距离,若先露为头,判断胎先露下降情况,用“s”表示,负值代表胎先露在坐骨棘平面以上,正值代表胎儿先露部在坐骨棘平面以下。通过检查胎方位,学习者可以查看到虚拟产妇的胎头囟门及矢状缝的位置,确定胎方位。检查破膜情况时,学习者检查模拟产妇的羊膜囊是否完整,系统画面可以直观地观察到产妇破膜情况,辅助学生判断并记录。检查胎先露下降情况、胎方位、破膜情况和骨盆状况时,以透视图显示宫内胎儿、胎膜、骨盆的大小与位置。此步骤的问题集中于一个对话框,如3个问题有1个问题回答错误,则系统语音提示回答错误,回答正确则直接点击确定。步骤3,学习者在以上虚拟仿真场景学习完后点击胎心监测进入下一虚拟场景,分别点击第一步、第二步、第三步、第四步的标识观看4步触诊的完整操作流程,且每点击一步就会出现不同的规范操作手法以及文字、语音提示,结束4步触诊学习者需判断胎方位并做出选择。步骤4,按照系统提示点击用物为虚拟产妇上胎心监护仪监测胎心率,胎心监测环节设置了3个不同的案例以及不同的胎监图,学习者需逐一根据病例及胎监图分析并回答问题。步骤5,绘制产程图。 2.3考核模式 2.3.1学生端 学生点击产程阴道检查虚拟仿真系统链接,输入学号和密码正确后即可进入初始页面,点击考核模式进行考试。进入考核模式没有试错和任何提示,本系统考核包括技能和理论两部分。教师设计考核比例,技能考核分为过程性考核(30%)和终结性考核(70%),通过虚拟系统的统计功能记录学生练习次数及正确性,完成过程性考核。终结性考核是通过虚拟系统考核模式中的窥镜检查、骨盆内测量、阴道检查三部分技能操作内容综合而成。理论考核是学习者随机抽取供选择的试卷套题进行考核。过程性考核中如有操作遗漏和错误,系统不予提示。考核结束系统会反馈考试者在每个步骤中出现的错误以及得分,系统按照学习者在考核中的理论知识回答和技能操作表现给出最终成绩,该模式巧妙地将理论知识和实践操作相结合。 2.3.2教师端 教学人员在考试或开课前将学生的账号密码登录系统设置完成并授权登录,教师根据各项妇科检查护理操作的重难点、关键环节和注意事项等在系统教师端里设置题库,筛选出合适的题目,以图文形式呈现。学生考核完毕,教师在系统内的项目管理界面即时获得学生的测评结果,查看学生的学习记录和考核成绩,整理数据并分析学生操作失败的原因,暴露学生操作中出错的细节问题。教师还可查看班级的整体情况,通过点击“导出用户”可把所有学生的姓名、学号、班级、成绩等导出到Excel表格。 3产程阴道检查虚拟仿真教学系统的应用 3.1应用对象 选取我校2020级助产学专业三年级学生为应用对象,共53人,全部为女生,年龄18~22(22.51±0.75)岁。 3.2实施方法 将产程阴道检查虚拟仿真教学系统应用于妇产科护理实践课程中。实践教学前学生已通过线下课堂或腾讯直播参与了理论学习,在此基础上教师通过班级QQ群将该系统的使用方法以文字结合截图形式制作成Word版文件发给学生。此外,教师还将系统的使用教程视频一起发布在班级QQ群并布置课前作业。课堂上,学生通过电脑端访问产程阴道检查虚拟仿真教学系统,进行实时学习,如有疑问可随时线上咨询老师帮助其解决。课后继续开放该系统,学生可在学校的虚拟仿真实验室电脑端或个人电脑端进入系统反复练习和自我考核,不断熟悉其操作流程。 3.3应用效果 该系统应用于妇产科实践教学后,通过问卷星对2020级助产学专业三年级学生进行问卷调查,调查其对产程阴道检查虚拟仿真教学系统的主观评价。共发放问卷53份,回收53份,有效回收率为100%。结果见表1。 4讨论 4.1产程阴道检查虚拟仿真教学系统开发及应用的优势 阴道检查是本学院虚拟仿真项目的试点,为了全面提高学生的个人能力,培养综合性人才,达到学生的知识学习目标,研发初期不断对设计方案进行改良,在应用阶段取得了良好的教学反馈,获得本校的大力支持。2017年教育部高等教育司发布通知,要求在高等院校进行示范虚拟仿真教学,促进其发展[9]。现代信息技术的广泛运用,促进各大高校建设示范性虚拟仿真教学项目,形成智能化、泛在化的实践教学模式及教学效果优良的高等教育教学示范体系[10]。虚拟仿真技术作为一种创新的护理教学手段,具有良好的技术优势[11]。在现代信息技术和国家政策的支持下,虚拟仿真系统在国内护理院校实践教学中应用日益广泛,给我校产程阴道检查虚拟仿真教学系统的开发与应用提供了经验性的借鉴。由于妇产科护理实践教学的特殊性,该教学系统的开发及应用符合教学需求。 4.2产程阴道检查虚拟仿真教学系统的应用效果 对2020级助产学专业学生的问卷调查显示,大部分学生(66.0%)认为应用产程阴道检查虚拟仿真教学系统进行教学可以提高学生的沟通能力和分析问题的能力,64.2%的学生认为能提高自主学习、动手、解决问题的能力,与Kuszajewski等[12]的研究结果相似。该系统需要学生熟悉操作用物、流程,进行思考后用鼠标点击完成操作,使学生的实践能力有所提升。75.5%的学生认为该系统能培养临床思维能力,与李静等[13]的研究结果相似,究其原因为虚拟仿真教学系统呈现出的画面与临床场景相似,较易扩散学生们的思维。该系统包括产程阴道检查的多项技能操作及注意事项,理论知识覆盖面与实际贴切,高校学生对知识的需求得到了良好的解决。高达86.8%的学生认为该系统能增强对抽象知识的理解和拓展,与王兰等[14]的研究结果相似。69.8%的学生认为技能操作水平得到了提高。因此,将产程阴道检查虚拟仿真教学系统融入整个教学过程,不但能有效提高学生的个人综合能力[15],而且对其理论知识水平的提高有积极影响,促进学生把理论知识转化为技能知识,最终提高学生的学习效率。合理使用新教学模式能增强学生的学习效果,通过问卷调查中学习效果板块的调查可知,60.4%的学生认为该系统的操作方便,66.0%的学生喜欢虚拟仿真教学系统,67.9%的学生认为虚拟仿真教学系统能激发学习的兴趣。虚拟仿真教学是当前新兴的教学模式,拥有快捷便利的特点,只需要在网络环境下就可实现学习自由,这种体验增强了学习效果[16],使学生巩固知识的能力提升,也完成了现实教学难以完成的教学功能,减轻教师的教学压力,符合现代教育发展观念[17]。尤其是该系统的考核模式有助于提高教师的教学质量和效率,在教学中减少人力和物力的投入[18],可按照系统反馈的结果在课堂上对学生进行纠正和针对性辅导,在提高学生操作技能的同时,也增加了学生未来步入临床岗位的自信心[19]。71.7%的学生认为该系统的仿真程度逼真、可以减少不良事件的发生,该系统能有效避免学生在实际技能操作不熟练的情况下产生的职业暴露,产生保护学生的效果,符合学生的安全需求。79.2%的学生认为该系统的学习形式更有趣,81.1%的学生认为该系统的学习形式更新颖。以形式创新为特点,虚拟仿真技术的推广有利于我国护理教育的改革,更有利于适应社会需求[20]。认为符合妇产科护理临床教学的学生人数占83.0%,认为能够辅助学习的学生人数占88.7%。该系统拥有学生理想的学习形式和教学功能,使学生产生积极的反馈。因此,应该加大对虚拟仿真教学平台的投入与使用,改革教学模式,让学生在与时俱进的学习过程中提高学习效果。 5小结 产程阴道检查虚拟仿真教学系统为学生提供了自主学习平台,形成了理论教学与虚拟实践教学相结合的教学模式。帮助学生以更新颖的学习形式理解妇产科护理中抽象的理论知识,能够规范学习者的技能操作手法和操作流程,有效提高其分析问题、解决问题能力的同时,也减缓了教师的教学负担。将来可根据学生对学习的要求,采纳更多学生对虚拟仿真教学系统的建议,补足系统硬件难以保障、教学内容单一、仿真程度达不到学生预期效果的缺点。尽力完善虚拟仿真教学系统,加强系统优化,开发出内容更丰富、方式更灵活多变的教学模块;注重为学生提供教学上的视觉、听觉真实感更强的系统,供广大师生学习使用,将虚拟仿真教学系统更广泛地应用于妇产科护理教学中。 参考文献: [1]姜小鹰,胡蓉芳,颜艺鹭,等.分娩护理虚拟仿真实验项目的设计与应用[J].中华护理教育,2020,17(3):197-201. 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医学虚拟仪器技术分析:虚拟仪器技术在医学影像实验课程中的应用及研究 摘要: 在科学技术的不断发展的情况下,逐渐兴起的虚拟仪器技术在我国教育体系中的地位越来越高。本文探讨了该技术在医学影像实验教学中的应用,构建了一个仿真的医学影像技术实验环境,采取人机交互方式实施实验,具有创新性、交互性、智能性、仿真性、开放性和可扩展性等优点。在增强影像技术实验教学效果、提高学生学习兴趣、培养学生操作技能和思维能力等方面取得显著效果。 关键词: 虚拟仪器技术;医学影像技术;课程评价;虚拟实验 1 概述 随着现代医学实验课程的不断发展,传统的医学仪器实验由于场地、维护费用等现实条件的限制,大部分医学院校的实验教学资源都比较匮乏,使得医学实验教学不得不寻求更新的更符合时代要求的实验手段。虚拟仪器技术即在计算机技术、数据库技术与网络技术等支撑下,架构支持真实实验环境的虚拟实验平台。虚拟实验平台形成了一个虚拟环境,在这种环境中进行操作、控制、分析、观察和实验,同时控制真实的实验环境。这一技术有许多的优点,如交互性很灵活、对硬件资源要求不复杂,更简易,因此在实验教学中广泛应用,成为解决可视化知识学习的又一重要媒体技术。而信息技术与学科整合,正是立足于时代的高度。虚拟仪器技术与课程整合,与传统的教学模式不同,在丰富学科知识、优化学生认知、优化课堂教学结构等方面影响比较大。 近年来,在医学类高职院校实验实践教学中,非常强调学生的实际操作和动手能力,所以基于虚拟仪器的实验教学更突出了其优势,因而该技术在医学高职院校的实验教学中得到了进一步发展和完善。 2 医学影像技术传统教学的缺陷 板书教学是医学影像传统教学模式,学生在实验室动手操作实验。医学影像实验教学在学生获取专业知识时具有极大的重要性。它在使学生深入理解理论知识、形成职业岗位能力等方面起到许多积极的作用。传统的实验教学并不完善,还有不少的不足。由于大型影像设备昂贵,验耗材较多,综合性实验和开放性实验无法或很少实现。实验资源有限,不能做到人手一机,分组过大,难以反复训练,造成实验教学难以达到预期效果,严重阻碍了学生能动性和实践能力的培养。 3 医学影像虚拟实验的设计和优势 医学影像技术专业要求学生能够操作大型的影像设备,如CT、MRI等,这些设备价格昂贵,体积庞大,操作使用复杂,需要学生长时间练习操作。一般院校很难满足这些大型设备的教学使用需要,而虚拟仪器技术可以解决和克服这一难题。我们学院和徐州医学院合作,利用计算机仿真、数据库、图像处理、虚拟实现和三维重建等编程技术对现有的影像设备实验教学进行改革,开发了系列化大型医学影像设备CT、MRI、PET-CT仿真操作训练系统。仿真当今主流CT、MRI、PET-CT扫描工作站的常规操作,不需要设备主机,形成相应的仿真工作站,模仿真实CT、MRI、PET-CT扫描工作站的操作流程;从而实现不需要投入大型设备,就能做到学生人手一机进行操作训练,满足学生学习和掌握大型医疗设备扫描操作基本技术的需求。 3.1 虚拟实验的设计理念 在现代信息技术的协助下,将其与传统教学手段结合起来,创建一个模拟的、开放的学习环境,逐步添加新的学习内容。让学生能够自主开放地学习影像技术,可自由选择实验内容,反复操作演练,将个性化学习体现的淋漓尽致。医学影像虚拟实验在解决难以反复训练的困难中发挥了重要的作用。 3.2 虚拟实验的设计思路 利用计算机技术、数据库、图像处理、虚拟现实和三维重建技术,采用Dreamweaver、Flash、.asp, SQL Server完成影像设备医工综合学习网站的设计,形成大型医疗设备仿真训练系统。如仿真CT扫描工作站的常规操作,做到全真模拟当今主流CT扫描工作站的工作流程,定位图像的扫描采用动态出现的方式,与真实CT模式相似,扫描图像与CT机扫描出现方式一样,使用户如同使用真实CT。同时具有强大的图像显示与处理的功能,图像源于CT,界面设计采用与真实CT界面同样的方式,使用户身临其境,在真实CT与本系统之间转换变化感觉不大。 医学虚拟仪器技术分析:医学超声诊断虚拟仪器的探索与开发 摘 要:超声诊断虚拟仪器在设计原理中不断应用了多普勒相干波的测试原理,而且在标配程序中还采用了C++语言的编程代码以及较高配置的硬件设备,使其能够实现远端控制技术以及动态测试分析数据读取的过程。这种技术的发开以及应用在今后医学界有着广泛的应用,对病人的数据信息的读取更加准确。 关键词:超声诊断;多普勒;血液测试;C++语言;远端控制 前言 根据当前的虚拟仪器的测定标准,主要采用超声波回波反射的原理进行数据的读取、信息的采集。其中这种仪器的设定标准是根据电子仪器以及微型计算机的复合应用共同完成的,并且在相关硬件和软件的驱动下仪器的运行才能发挥出原本的功能,使其能够在有效时间内读取信息的有效值。在运行电路数据读取过程中主要完成A/D之间数据的转换,其中在终端设备处完成的是模拟信息的读取然后在传输设备中完成模拟信息向数字信号转化的过程。 1 虚拟仪器系统的相关配置 1.1 软件系统的设定标准 虚拟仪器在软件程序设定标准程序中主要采用了C++的编程模式,使得能有正确读取各种编程语言的操作程序。其中软件系统设定的原始代码如下所示,这种代码的编辑程序,不但能够读取数据在信息采集过程中传输的信令代码,而且还对传输设备中相关数据信息的处理以及分析过程都可以进行细致的分化,使得以不同子列的形式输出至交换设备。在软件运行过程中会根据编程语言代码设定的逻辑结构进行数据运算及数据分析,并且还会根据C++语言设定的交叉性信息的读取进行对上层信息的再次进行分析,使之完成上层信息与下层信息的一致性。其次该编程兼容性较强,打破了传统设备制造厂商专用的循环程序,使得对各种系统都能得到应用,并且读取的有效值失真现象发生的可能性小,确保数据信息的有效性,其次在编辑代码中还融合了检错系统查询能力,在运行过程中出现意外性故障,该程序会自动运行其纠错代码指令,分析其错误报告。 1.2 硬件设备的配置标准 在硬件配置过程中主要考虑数据信息的容量以及输入和输出信息的显示问题,其中在硬件配置过程中加大了对信道传输的容量,使之完成信息的扩增功能。其中在压缩空间上采用了频分和时分共同压缩的模式,使其压缩速度快且信息有效性能高。分为频分压缩和时分压缩,根据传输信息源中频率的不同进行信息代码之间的压缩;其次是时分压缩是根据传输数据信息代码中时隙间的间隔进行有效性的压缩,使之完成有效信息的交换功能。这种双模式结合的形式,能够有效性压缩信息量,增大其传输信道的容量。 不会因信息数据量大造成存储空间小,运转效率达不到预先设定的标准,使其读取信息片面性的丢失现象减少,其次处理器的运行速度每秒能达20万次,传统的处理器的处理数据运算的速度只能达到几万次,使得不能有效性的处理数据之间的运算程序,造成数据逻辑性的差错,使之这种处理运算的速度能够在短时间内完成数据信息交换功能。在信息读取分辨程度上进行了改进分析,显示器的分辨率能够显示出数据处理程度的操作过程,使其能够分析仪器测量的标准动态。 2 虚拟仪器在医学界中的应用 虚拟仪器在实际原理分析应用中主要采用了脉冲回波扫描的动态测试分析以及多普勒相干波的检测。其中在脉冲回波扫描中主要适用于当前的B超的使用,对人体的肝脏结构以及其他器官扫描其空间断面图形。在脉冲回波扫描过程中主要是超声波回波检测的动态分析,其中在数据分析过程中采用了C++设定的编辑程序,使得能够有效的读取人体各个部位相关信息的分析情况。以此检测人体部位是否有病变可能的发生,假设仪器在动态分析过程中分析某部位可能有病变的可能,这种分析的扫描程序会经过软件设备的处理程序进行综合分析,然后再根据编辑代码中的操作命令进行环回综合评定,最后将读取的信息结果显示在显示屏幕上。 其次便是在血液测量中的分析检测,利用多普勒超声波的测试分析原理。其中仪器的感应探头便是发出超声波的感应光源,在人体血液检测过程中,感应探头发出的超声波根据反馈的动态信息进行标准测定,主要是利用不同反馈的波长进行血液中各成分的测量。然后将这种动态分析的标准结果显示出来,最终完成其动态信息评定的标准,在超声检测回波过程中,仪器根据标准人体血液中各组成部分的结构设定光波的波长,然后进行人体内部有效信息的扫描,最终完成数据读取的过程。 3结束语 随着现代信息技术的不断发展,虚拟仪器在技术改进中有了较大的改进,其中在软件和硬件设备中都做出了相应的规划调整。使之能够满足信息评定标准的结果,这种动态测试分析程序的设定,使之确保数据信息的有效性。 作者简介:郑旋(1985,10,16-),女,江西(吉安峡江县),硕士研究生,研究方向:计算机技术。 医学虚拟仪器技术分析:基于虚拟仪器的医学模拟人在临床实验中的应用 摘 要:基于虚拟仪器的医学模拟人仿真系统可以根据用户需求进行模拟病例的诊断,通过模拟大型医学影像设备MRI、CT的临床实践,不仅能为学生提供生动、逼真的实践环境,让学生达到身临其境的效果,而且还可以用虚拟设备和模型替代价格昂贵的实验设备和材料。建构了一个基于虚拟仪器的医学模拟人仿真操作系统,并在相应的临床实验课程中进行了应用。 关键词:虚拟仪器 模拟人 临床实验 目前,在我国临床医学教育中,普遍存在以下几个问题:第一,医学教育对临床实践技能的基本要求,强调能及时、有效地诊断和处理病人。但是,临床实践技能的培养一直是医学教育过程中的薄弱环节;第二,传统的临床实践教学多是通过观察或是重复老师、高年资医生的操作来进行,学习者只能学习到接触过的病例,而对于无法接触到的病例只能通过书本教材去想象。第三,医学临床实验一般使用活体动物较为普遍,但是,随着近年来学生人数大幅增加,学生实际临床实验无法得到保证。 医学模拟人作为一种新的临床实践手段,基本上可以解决以上难题。 基于虚拟仪器的医学模拟人是计算机科学、信息科学和医学相结合的系统。通过云计算数据库技术在医院、学校、教室以及实验室之间建立一个可共享的病例数据库,在客户端实现医学教学、研究和实验的目的。 中国正式开始对模拟可视人的研究,是2001年在北京香山会议上提出的,很快被列入国家“863”启动项目――“数字化模拟人若干关键技术的研究”。由于可视人体研究在与人体形态结构有关的众多研究领域具有重要的理论意义及广阔的应用前景,国内不少学者一直关注着这一研究领域的进展,并利用美国的VHP 数据集进行了卓有成效的研究。如清华大学利用VHP数据集,在基于模拟人体的计算机医学研究方面, 对人体多个器官的结构与功能进行了可视化显示;中国科学院自动化研究所构建了开放的虚拟人体试验平台, 对于数据压缩、图像分割、配准与融合、三维重建与绘制等算法进行了研究。 1 基于虚拟仪器的医学模拟人的构建 在构建基于虚拟仪器的医学模拟人仿真操作系统的过程中,具体完成了如下工作:(1)参照国内主流医学影像设备的操作界面来确定系统的功能和模式,根据相关原理、成像参数、各参数之间的关系及参数的选择对影像质量、显示效果的影响,确定系统的具体功能。(2)根据主流设备的共性,采用模块化设计来确定仿真系统的整体框架,通过编写软件流程图,绘制结构方框图,以达到最优化的仿真效果。(3)确定人体各成像部位图片与软件操作界面及各成像参数之间的对应关系。(4)建立仿真操作系统的影像图片数据库,确定人体各部位影像图片的格式、适用范围、质量要求等。重点研究了图像显示、数据调用、运行速度、仿真效果等要素。 技术要求:确定了模拟软件平台的主界面与从属扫描界面之间的功能链接,数据的调用、显示、保存。探索软件操作过程中与理论知识的结合点或切入点,让学生在牢固掌握论知识的基础上,正确完成各N选项和各项参数的设定,并能顺利保存扫描协议,启动仿真扫描进程;功能模块的选项及参数的设定在符合临床实际的同时,依照常规扫描限定参数的选取范围。并且,各选项和参数之间按照实际情况进行准确的互动和链接。其模拟仿真操作界面如图1所示。 该模拟仿真系统建立后,不仅能为学生提供生动、逼真的实践环境,让学生达到身临其境的效果,而且还可以用虚拟设备和模型替代价格昂贵的实验设备和材料,把具体的实验操作转化为使用鼠标、键盘等对模型的交互操作,可有效降低实验的成本和风险。 2 基于虚拟仪器的医学模拟人在临床实验中的应用 自2013年以来,该校对原来的课程体系进行了优化重组,增加了开设的《医学影像原理与技术》实验课程的学时,在以培养学生的创新精神和实践能力为核心的素质教育方面进行了有益的探索和实践,取得了令人满意的效果。从技术角度提出了《医学影像原理与设备》实践教学中虚拟现实技术选择的应用方案,引进设计了系列化大型医学影像设备CT、MRI、超声等仿真操作训练系统,使得实验环境条件得到很大改善。 经过2年临床实践教学应用,该模拟仿真系统获得师生的肯定。在虚拟仪器的配套仿真软件基础上,实现了临床理论与临床实践教学的有效衔接与互补,拓展了临床实践教学的深度和广度、提高了学生进行仿真实验的实效,同时也尽可能地减少了实验成本和避免了对患者的侵扰。教师在课堂进行理论教学时,利用专业的模拟仿真平台,采用多媒体技术,构建了具有高度真实感、直观性和精确性模拟仿真实验平台,实现了临床理论教学与临床实践教学的有益补充和创新。基于虚拟仪器的模拟人仿真平台除了在模拟MRI、CT大型设备的界面、功能、操作过程上具有高仿真度外,系统还具有参数设定范围限制、必选项规定、智能纠错、自动判断并提示参数及选项错误等特点。在临床实验、实训的同时促进对理论知识的理解和掌握。 该文利用赣南医学院医学影像技术专业和生物医学工程专业的样本数据,分析了基于虚拟仪器的医学模拟人仿真软件在《医学影像原理与设备》临床实验教学的应用效果。结果表明,模拟仿真软件在《医学影像原理与设备》临床实验课的使用效果受到学生计算机操作技能、软件的仿真度、实验教学与理论教学是否能相互配合、学生的学习兴趣以及实验室的设备情况等多种因素的影响。为了能够更好地发挥模拟仿真系统在《医学影像原理与设备》临床实践的效果,针对调查中的问题提出如下建议。 第一,将临床实验和理论同等重视,科学合理地安排临床实验教学课程。赣南医学院医学影像技术专业和生物医学工程专业模拟软件的使用多是设置在课程的实验部分,而未单独设课。通过扩充该专业实验课的学时或单独设置实验课程,更能激发学生的学习兴趣,充分调动学生学习的主动性和积极性。 第二,任课教师应使学生重视临床实验,认识到通过模拟临床实践教学的训练能够有效地提升学生动手能力和创新能力,对学生今后实际工作也有所裨益。 第三,可以尝试校企联合开发模拟软件,来提高操作系统的仿真度。通过学校与软件公司携手开发,一方面,企业具有的软件设计和程序设计的专业性可以保证仿真软件平台的专业性;另一方面,学校任课教师能够更准确地表述模拟仿真软件的功能需求,从而使得理论课程与临床实践相匹配,从而保证了临床实践中教师与学生的需求。 第四,加强该学科实验室的规划和建设。实验室的建设应根据学科的办学规模、专业设置以及教学和科研的需求,对实验室的功能和预期效果进行准确定位和分析,让仅有的资源效益最大化。
版图设计论文:一种基于厚膜工艺的电路版图设计 摘 要: 在电子线路版图设计中,通常采用印刷线路板技术。如果结合厚膜工艺技术,可以实现元器件数目繁多,电路连接复杂,且安装空间狭小的电路版图设计。通过对3种不同电路版图设计方案的理论分析,确定了惟一能满足要求的设计方案。基于外形尺寸的要求,综合考虑电路的性能和元件的封装形式,通过合理的电路分割和布局设计,验证了设计方案的合理性和可实现性。体现了厚膜工艺技术在电路版图设计中强大的优越性,使一个按常规的方法无法实现的电路版图设计问题迎刃而解。 关键词: 电路版图设计; 电路分割设计; 厚膜混合集成电路; 厚膜工艺 0 引 言 随着电子技术的飞速发展,对电子设备、系统的组装密度的要求越来越高,对电路功能的集成度、可靠性等都提出了更高的要求。电子产品不断地小型化、轻量化、多功能化。除了集成电路芯片的集成度越来越高外,电路结构合理的版图设计在体积小型化方面也起着举足轻重的作用。 1 厚膜工艺技术简述 厚膜工艺技术是将导电带和电阻通过丝网漏印、烧结到陶瓷基板上的一种工艺技术[1]。 厚膜混合集成电路是在厚膜工艺技术的基础上,将电阻通过激光精调后,再将贴片元器件或裸芯片装配到陶瓷基板上的混合集成电路[2]。 厚膜混合集成电路基本工艺流程图见图1。 图1 厚膜工艺流程图 厚膜工艺与印制板工艺比较见表1。 2 电路版图设计 2.1 设计要求 将电路原理图(图2,图3)平面化设计在直径为34 mm的PCB板上(对电路进行分析后无需考虑相互干扰),外形尺寸图见图4。其中:序列号及电源为需要引出的引脚。 表1 厚膜工艺与印制板工艺比较 图2 原理图(1) 图3 原理图(2) 图4 外形尺寸图 2.2 设计步骤 2.2.1 分类清点电路中的元器件数量 分类清点电路中的元器件数量见表2。 表2 元器件数量 2.2.2 确定电路设计方案 根据电路原理图,对以下3个方案逐一进行分析: (1) 方案1:在印制板上双面布线 简单计算一下各种元器件所占面积:贴片电阻电容:4.8×46=220.8 mm2;贴片二三极管:8.9×5=44.5 mm2; 贴片集成电路:77×3+72=303 mm2;贴片运算放大器:33.44×11=367.84 mm2;电 位 器: 38×4=152 mm2;晶振:16 mm2。 元器件的总面积:220.8+44.5+303+367.84+152+16=1 104.14 mm2≈11 cm2。 印制板的可利用面积(单面):3.14×14.52=660.185 mm2≈6.6 cm2。 很显然,利用双面布局布线,印制板的面积远远满足不了设计的需要。另外,印制板为圆形,元件布局时面积的利用率更低。所以仅仅利用印制板的面积来进行平面化设计,理论上不可行。 (2) 方案2:印制板上安装双列直插式厚膜电路模块 采用厚膜工艺和印制板工艺相结合的方法进行布局布线。首先将电路原理图进行合理分割,确定要利用厚膜工艺进行设计的那部分电路,剩余部分电路则布线到印制板上。用厚膜工艺的电路,在陶瓷基板上采用双面布线,组装贴片元器件,可以增大布线的面积。然而,为了和印制板结合起来,双列直插式厚膜电路模块的引出端数目需求较多,采用最多的引出脚数量,也满足不了印制板与厚膜电路电连接的需要。 若采用裸芯片元件进行布线,则必须采用金属全密封封装。由于金属外壳的存在,导致基片的面积变得更小,模块的引出端数目随之减少。另外,裸芯片的电路只能采用单面布线,这样不能满足元件放置的需要,更不可能实现布线的需求。 所以该方案也不可行。 (3) 方案3:印制板上安装2个单列直插式厚膜电路模块 由方案1和方案2得知: (1) 必须在印制板上安装厚膜电路模块; (2) 采用2个单列直插式厚膜电路模块,且均采用双面布线。 2个单列直插式厚膜电路模块和1个双列直插式模块进行比较,虽然引出脚数目相等,但2个单列直插式电路比1个双列直插式电路的布线面积增大了1倍。对于圆形的印制板,将2个厚膜电路模块平行放置在直径上和与直径平行的最近位置,就可以保证厚膜电路模块和印制板之间的过渡线数目最多,且高度不会超过允许高度。经验证,这样的布局达到了厚膜电路模块和印制板上电路连接的需要,而且所有元件达到合理放置。 所以,方案3是可行的。 2.2.3 电路版图设计过程[3?4] 根据印制板外形尺寸的要求,2个单列直插式厚膜电路模块的陶瓷基片分别选用32 mm×16.5 mm×0.8 mm和30 mm×16.5 mm×0.8 mm两种,根据电路的工作原理,对2个电路原理图进行合理分割,可调元器件和大体积元件放置在印制板上,不可调部分分别放置在两个陶瓷基片上,经过合理布图,陶瓷基板上PCB图分别见图5,图6。 图5 厚膜电路1(正面和反面) 图6 厚膜电路2(正面和反面) 红色为一次导体,浅绿色为介质,深蓝色,红色为一次导体,湖蓝色为介质,为二次导体,其余颜色为厚膜电阻,紫色为二次导体,其余颜色为厚膜电阻,共有13个引出脚。共有12个引出脚。 将两个厚膜电路模块按照厚膜电路的工艺进行封装完成后,作为印制板上的两个元器件,将其与厚膜电路模块外的元件在印制板上进行布局布线设计,即可完成整个电路的版图设计,并达到了设计要求。整个产品的印制板装配图见图7。 图7中,W1~W4为电位器,X为晶振,J1和J2分别为两块单列直插式厚膜电路模块。C2为片式钽电容,U7为SO?8集成电路,R*为片电容,其余为引出脚。 图7 印制板装配图 3 结 语 在电路版图的设计过程中,充分考虑到调试的需要,将需调试的元件和体积较大的元件放置在印制板上,无需调试的小体积元件放置在厚膜电路模块里,使得仅利用印制板难以完成的布图任务因巧妙利用厚膜工艺集成而大大缩小了产品的体积,从而实现了复杂电路体积小型化的目的,而且使产品美观,调试方便。 厚膜技术从早期应用在航空航天、卫星通信等领域,发展到现在的汽车、家用电器、音响设备等工业领域,无不说明厚膜工艺技术有着很好的发展前景和实用价值。 版图设计论文:《集成电路版图设计》课程教学改革与探索 【摘要】《集成电路版图设计》课程对微电子专业学生理解电路设计的概念和工艺技术的认识,起到承前启后的作用,对此课程教学方法的研究有着重要的理论和现实意义。 【关键词】集成电路版图;教学方法;改革 集成电路版图设计是集成电路设计的最终结果,版图质量的优劣直接关系到整个芯片的性能和经济性,因此,如何培养学生学好集成电路版图设计技术,具备成为合格的版图设计工程师的基本潜质,是摆在微电子专业老师面前的一个普遍难题。如何破解这个难题,我们做了以下探索。 一、突出实践,理论配合 传统的《集成电路版图设计》课程采取理论教育优先,学生对于版图的基本理论和设计规则非常熟悉,但动手实践能力缺乏培养,往往在学生毕业后进入集成电路设计企业还需二次培训版图设计能力,造成了严重的人力资源浪费。这是由于没有清晰的认识《集成电路版图设计》课程的性质,造成对它的讲授还是采取传统教学方式:老师讲,学生听,偏重理论,缺乏实践,影响到学生在工作中面临实际设计电路能力的发挥。《集成电路版图设计》是一门承接系统、电路、工艺、EDA技术的综合性课程,如果按照传统方式授课,课程的综合性和实践性无法得到体现,违背了课程应有的自身规律,教学效果和实用意义不能满足工业界的要求。我们在重新思考课程的本质特点后,采取了实践先行,理论配合的教学方法,具体如下:集成电路版图是根据逻辑与电路功能和性能要求,以及工艺水平要求来设计光刻用的掩膜图形,实现芯片设计的最终输出。版图是一组相互套合的图形,各层版图相应于不同的工艺步骤,每一层版图使用不同的图案来表示。我们首先讲授版图设计工具EDA软件的使用,让学生掌握EDA软件的每一个主要功能,从图形的选择、材料的配置,让学生从感性角度认识实际的版图设计是如何开展的,每一个步骤是如何使用软件完成的,整体芯片版图设计的流程有哪些规定,学生此时设计的版图可能不是很精确和完美,但学生对于什么是版图和如何设计版图有了初步的感性认识,建立起版图设计的基本概念,对于后续的学习奠定了牢实的实践基础,此时再去讲授版图设计理论知识,学生更能理解深层的工艺知识和半导体理论,真正做到了知行合一,实践先行的教育理念,对学生能力的培养大有裨益。 二、注重细节,加强引导 传统方式讲授《集成电路版图设计》理论占大部分时间,学生知道二极管、晶体管、场效应管、电阻、电容等基本元器件的工作原理和构成要素,但是在版图设计中,这些元器件为什么要这样设计,其实内心中充满着疑惑和不解。针对学生的疑惑,我们从工艺细节入手来解决这个问题。作为集成电路版图设计者,首先要熟悉工艺条件和期间物理,才能确定晶体管的具体尺寸、连线的宽度、间距、各次掩膜套刻精度等。版图设计的规则也是由工艺来确定的,掌握了工艺也就掌握了版图设计的钥匙。我们将通用工艺文件的每一条规则向学生讲解,通用元器件的规则整理出它们的共性,最小宽度、长度、间距的尺寸提醒学生要记忆,不同芯片生产厂的工艺对比学习和研究,学生在这一系列规则的学习过程中,慢慢理解熟悉了工艺规则文件的组织构成及学习要点,能够举一反三的在不同工艺规则下,设计同一种元器件的版图,即使电路元器件的数量巨大,电路拓扑关系复杂,在老师耐心的讲解下,学生也能够依据工艺规则设计出符合要求的版图,这都是在理解了工艺规则细节的基础上完成的。所以,关注细节,加强引导,是提高学生学习效果的一个重要方法。 三、完善考核机制,争取比赛练兵 学生成绩的提高,合理完善的考核机制不可或缺。以往《集成电路版图设计》课程的考核主要是理论知识作业和课程报告,学生的学习效果和实际动手能力没有得到考核,造成不能全面评价学生的学习成绩。我们采取项目形式,全方位考核学生的学习效果。根据知识点,将通用模拟电路分成五大类,每个大类提取出经典的电路10种,使用主流芯片加工厂的生产工艺,由经验丰富的老师把它们的版图全部设计出来,作为库单元放在服务器中供学生参考。在学生充分理解库单元实例的基础上,将以往设计的一些实用电路布置给学生,要求在规定的时间内,设计出合格的版图,以此作为最终的考核结果。学生在学习课程期间,可以接触到不同工艺、不同结构的多种类电路,而且必须在规定的时间内设计出版图,这极大的促进了他们学习的积极性和时间观念。学生在设计版图的过程中,会遇到多种问题,他们会采取问老师答疑,和同学讨论的多种方式解决,不仅能督促他们平时上课认真听讲,而且对遇到的问题也能多角度思考,最重要的是他们亲自动手设计版图,将工艺、电路、器件综合考虑,在约定的时间内能力得到极大提高。老师根据学生上传至服务器中设计的不同项目版图打分,而且将每个项目的得分出具详细的报告,对学生的成绩进行点评。学生通过查阅报告,能够知道课程学习的缺点和得分项,为下一次提高设计成绩是一个很好的参考。除了日常学习设计版图项目,学生可以争取参加微电子专业的一些比赛,通过比赛体会一些具有挑战性的版图设计项目,来提高学生在实际场景下如何发挥设计能力和项目组织能力,为他们未来进入职场从事版图设计工作奠定坚实的专业能力和实际解决问题能力。 四、总结 《集成电路版图设计》课程是一门兼具理论基础和实践锻炼想结合的课程,对它的讲授不仅需要扎实的理论基础,还需合理的实践环节配合,才能取得良好的教学效果。 版图设计论文:微电子专业集成电路版图设计的教学研究 摘要:集成电路版图设计涵盖了微电子学、电路理论、计算机图形学等诸多学科的基础理论,这是微电子学专业的办学重要特色和人才培养重点方向。以CMOS反相器和基本MOS差分放大器为例,介绍了集成电路版图设计的教学内容。学生通过集成电路版图设计的教学环节,巩固了专业课程的理论知识,提高了集成电路设计的实践能力。 关键词:集成电路设计;版图;CMOS 集成电路(Integrated Circuit)产业是典型的知识密集型、技术密集型、资本密集和人才密集型的高科技产业,是关系国民经济和社会发展全局的基础性、先导性和战略性产业,是新一代信息技术产业发展的核心和关键,对其他产业的发展具有巨大的支撑作用。经过30多年的发展,我国集成电路产业已初步形成了设计、芯片制造和封测三业并举的发展格局,产业链基本形成。但与国际先进水平相比,我国集成电路产业还存在发展基础较为薄弱、企业科技创新和自我发展能力不强、应用开发水平急待提高、产业链有待完善等问题。在集成电路产业中,集成电路设计是整个产业的龙头和灵魂。而我国集成电路设计产业的发展远滞后于计算机与通信产业,集成电路设计人才严重匮乏,已成为制约行业发展的瓶颈。因此,培养大量高水平的集成电路设计人才,是当前集成电路产业发展中一个亟待解决的问题,也是高校微电子等相关专业改革和发展的机遇和挑战。[1-4] 一、集成电路版图设计软件平台 为了满足新形势下集成电路人才培养和科学研究的需要,合肥工业大学(以下简称“我校”)从2005年起借助于大学计划,和美国Mentor Graphics公司、Xilinx公司、Altera公司、华大电子等公司合作建立了EDA实验室,配备了ModelSim、IC Station、Calibre、Xilinx ISE、Quartus II、九天Zeni设计系统等EDA软件。我校相继开设了与集成电路设计密切相关的本科课程,如集成电路设计基础、模拟集成电路设计、集成电路版图设计与验证、超大规模集成电路设计、ASIC设计方法、硬件描述语言等。同时对课程体系进行了修订,注意相关课程之间相互衔接,关键内容不遗漏,突出集成电路设计能力的培养,通过对课程内容的精选、重组和充实,结合实验教学环节的开展,构成了系统的集成电路设计教学过程。[5,6] 集成电路设计从实现方法上可以分为三种:全定制(full custom)、半定制(Semi-custom)和基于FPGA/CPLD可编程器件设计。全定制集成电路设计,特别是其后端的版图设计,涵盖了微电子学、电路理论、计算机图形学等诸多学科的基础理论,这是微电子学专业的办学重要特色和人才培养重点方向,目的是给本科专业学生打下坚实的设计理论基础。 在集成电路版图设计的教学中,采用的是中电华大电子设计公司设计开发的九天EDA软件系统(Zeni EDA System),这是中国唯一的具有自主知识产权的EDA工具软件。该软件与国际上流行的EDA系统兼容,支持百万门级的集成电路设计规模,可进行国际通用的标准数据格式转换,它的某些功能如版图编辑、验证等已经与国际产品相当甚至更优,已经在商业化的集成电路设计公司以及东南大学等国内二十多所高校中得到了应用,特别是在模拟和高速集成电路的设计中发挥了强大的功能,并成功开发出了许多实用的集成电路芯片。 九天EDA软件系统包括ZeniDM(Design Management)设计管理器,ZeniSE(Schematic Editor)原理图编辑器,ZeniPDT(physical design tool)版图编辑工具,ZeniVERI(Physical Design Verification Tools)版图验证工具,ZeniHDRC(Hierarchical Design Rules Check)层次版图设计规则检查工具,ZeniPE(Parasitic Parameter Extraction)寄生参数提取工具,ZeniSI(Signal Integrity)信号完整性分析工具等几个主要模块,实现了从集成电路电路原理图到版图的整个设计流程。 二、集成电路版图设计的教学目标 根据培养目标结合九天EDA软件的功能特点,在本科生三年级下半学期开设了为期一周的以九天EDA软件为工具的集成电路版图设计课程。 在集成电路版图设计的教学中,首先对集成电路设计的一些相关知识进行回顾,介绍版图设计的基础知识,如集成电路设计流程,CMOS基本工艺过程,版图的基本概念,版图的相关物理知识及物理结构,版图设计的基本流程,版图的总体设计,布局规划以及标准单元的版图设计等。然后结合上机实验,讲解Unix和Linux操作系统的常用命令,详细阐述基于标准单元库的版图设计流程,指导学生使用ZeniSE绘制电路原理图,使用ZeniPDT进行NMOS/PMOS以及反相器的简单版图设计。在此基础上,让学生自主选择一些较为复杂的单元电路进行设计,如数据选择器、MOS 差分放大器电路、二四译码器、基本RS触发器、六管MOS 静态存储单元等,使学生能深入理解集成电路版图设计的概念原理和设计方法。最后介绍版图验证的基本思想及实现,包括设计规则的检查(DRC),电路参数的检查(ERC),网表一致性检查(LVS),指导学生使用ZeniVERI等工具进行版图验证、查错和修改。 版图设计论文:基于平衡技术的微带低通滤波器版图优化设计 摘要:微带线结构的不连续性,使反射损耗和插入损耗较大,影响滤波器性能。利用平衡法提升滤波器并联分支中较低的特性阻抗,达到降低微带线宽度的目的,从而均衡整个滤波器的宽度,使版图仿真优化。以一个5阶切比雪夫微带低通滤波器设计为例,仿真结果表明,滤波器通带内反射损耗从-9.566 dB降低到-15.837 dB,插入损耗从0.679 dB降低到0.322 dB,与直接采用Richards变换和Kuroda规则设计微带低通滤波器相比,该方法能缩短滤波器设计周期,获得满意的滤波器性能。 关键词:低通滤波器; 微带线; 平衡技术; 版图优化 收稿日期:20110911微带滤波器是无线通信的重要部件。随着无线通信系统的发展,加速了微带滤波器的研究进程,发明许多Q值适中、重量轻、稳定性好的微带滤波器。计算机辅助设计软件的出现,使设计者在设计过程中避免繁杂的计算过程,提高复杂电路设计效率,缩短设计周期。设计者通常运用Richards变换与Kuroda规则设计微带低通滤波器[13]。该方法设计的滤波器在接头处会由于相邻耦合线线宽不同产生不连续性,使插入损耗较大,不满足一些射频通信的要求。为了解决此问题,采用电磁带隙结构与高低阻抗线结合的方法,改善了通带性能,但阻带性能变差,体积变大[4]。运用分形技术设计高低阻抗滤波器取得了一定的效果,但设计方法复杂,对于加工精度要求较高[5]。 本文提出一种采用平衡技术优化微带低通滤波器版图的方法,并以5节切比雪夫微带低通滤波器为例,通过在低特性阻抗并联传输线节点处再并联相同长度的微带线,修改两条微带线特性阻抗为原来的两倍达到优化版图的目的。原理图仿真和版图仿真均验证了该方法的可行性。该方法简单易行,只需使用ADS软件就能方便修改,并且可以用于带阻滤波器等其他微带结构的滤波器,具有良好的应用前景。 1平衡技术设计原理 使用Richards变换和Kuroda规则设计微带滤波器,所得串并联传输线长度理论上是相同的。选取各支节传输线长度l为截止频率下波长的1/8,由终端开路传输线阻抗分布表达式:Zin(l)=-jZ0tan β1(1)式中:传播常数β=2π/λ;Z0为特性阻抗。将l=λ/8带入式(1)可得:Zin(l)=-jZ0(2)若传输线长度l保持不变,使两条特性阻抗Z0相同长度l相等的终端开路传输线并联于同一点,则其输入阻抗会减半为Z0/2;反之,将两段并联终端开路传输线特性阻抗提高1倍并联于同一点且保持传输线长度l不变,则输入阻抗保持不变为Z0。 由以上推导可知,用平衡技术修改滤波器并联终端开路传输线不影响各节的输入阻抗。 2用Richards变换、Kuroda规则设计微带低通滤波器由于当频率较高时电感和电容应选的元件值过小,由于寄生参数的影响,如此小的电感和电容已经不能再使用集中参数元件并且工作波长与滤波器元件的物理尺寸相近,滤波器元件之间的距离不可忽视,需要考虑分布参数效应[67]。基于以上原因,设计者先设计出有电感、电容组成的集中参数滤波器,然后运用Richards变换和Kuroda规则转换为合适的微带滤波器结构。 本文设计的微带低通滤波器指标如下: 截止频率为f0=3 GHz,通带内波纹为0.5 dB,在2倍截止频率处具有不小于40 dB的带外衰减,输入/输出阻抗为50 Ω。基板厚度H=0.762 mm,基板相对介电常数Er=3.66,磁导率μ=1 H/M,金属电导率为5.88 mS/m,封装高度Hu=1.0+33 mm,金属层厚度T=0.035 mm。 通过计算选用5阶切比雪夫微带低通滤波器模型进行设计[8]。电路原理及其仿真结果如图1所示。 图1微带低通滤波器原理电路及仿真结果由图可以看出串联和并联的微带线长度均为λ/8,而宽度与特性阻抗大小相关。 由于原理图仿真是在理想条件下进行的,而实际的电路板需要考虑耦合和干扰等因素的影响。ADS版图仿真是采用矩量法进行电磁仿真,对版图的仿真结果更符合电路实际情况[8]。图1所示的滤波器原理图对应的版图结构及仿真结构如图2所示。 图2微带低通滤波器版图结构及仿真结果3用平衡技术设计微带低通滤波器 由于微带传输线的特性阻抗越高,传输线的宽度就越窄。反之,阻抗越低,宽度就越宽。从第2节中的滤波器原理图可看出,TL3和TL5两段并联的微带线,他们的宽度比较宽即特性阻抗偏大,使用平衡技术,在TL3并联点处再并联一根相同长度的终端开路微带线,将两根线的特性阻抗扩大为原来的2倍,并运用ADS软件中的LineCalc工具推算出线的宽度W。对于TL5用同样的方法设计。电路原理及仿真结果如图3所示。 图3改进后微带低通滤波器原理电路及仿真结果图3所示的滤波器原理图对应的版图结构及仿真结构如图4所示。 图4改进后微带低通滤波器版图结构及仿真结果由图1和图3的原理图仿真结果可以看出,优化前的反射损耗,插入损耗与优化后的数值几乎相同。这与使用平衡技术修改原理图后不改变原有滤波器阻抗的结论相一致。 由图2和图4的版图仿真结果可以看出,通带内反射损耗由-9.566 dB降低到-15.837 dB,插入损耗由0.679 dB降低到0.322 dB。 可以看出,运用平衡技术均衡微带低通滤波器微带线宽度后,使通带内反射损耗明显改善,插入损耗明显降低,达到了性能指标。证明了该方法的有效性。 4结语 本文提出一种用平衡技术优化微带低通滤波器版图的方法,讨论了平衡技术的设计原理,并以一个5阶切比雪夫微带低通滤波器设计为例,仿真结果表明此滤波器版图仿真性能优于传统方法设计的微带滤波器。该方法简单易行,只需使用ADS软件就能方便修改,并且可以用于带阻滤波器等其他微带结构的滤波器,有效地缩短了设计周期,具有良好的应用前景。 版图设计论文:引入CDIO模式的《集成电路版图设计》课程开发实践 摘要:伴随着高等职业院校的教育改革,将CDIO的教育模式引入到《集成电路版图设计》教学开发中。鉴于CDIO教育理念的先进性、教学层面的系统性及其广泛的适应性,对《集成电路版图设计》课程进行了重新设计。本文从引入CDIO教育模式的必要性与必然性的分析到课程评估的结论,阐述了该课程设计开发的整个过程。 关键词:CDIO;高职教育;集成电路版图设计;课程开发 CDIO是基于项目学习的一种模式,是工科教育“做中学”的一种。CDIO代表构思(Conceive)、设计(Design)、实施(Implement)、运作(Operate),它以工程项目生命周期为载体,培养学生的学术知识、职业道德和运用知识解决问题的能力、终生学习能力、团队交流能力和大系统掌控能力。此教育模式是由麻省理工学院(MIT)和瑞典皇家工学院等发起,现已运用到几十个大学的众多专业,并获得产业界认可。 高职教育改革及引入CDIO教育模式的必要性与必然性 高等教育是在完成中等教育的基础上进行的专业教育,是培养高级专门人才的社会活动。职业教育是对受教育者施以从事某种职业所必需的知识与技能的训练,因此,职业教育亦称职业技术教育或实业教育。“高等职业教育”是“高等”与“职业教育”两个概念的复合。 我国高等职业教育的人才培养目标从开始提出的“技术型人才”、“应用型人才”,到后来的“实用型人才”,再到现在提出的“高技能人才”,多年来一直处于变化不定之中。高职培养的人才类型是实用型、应用型,与普通高等教育培养的人才是有差异的。所谓高技能人才,工作内涵是将成熟的技术和管理规范转变为现实的生产和服务,工作场合和岗位是基层第一线。 苏州工业园区职业技术学院的办学理念为“企业的需要,我们的目标;学生的需求,我们的追求”。近些年,我们在专业建设和课程教学改革方面做了许多探索,协助毕业生提高就业信心,实现优质就业,传统教育下的毕业生上岗适应慢,沟通能力差,动手能力弱,缺乏团队合作经验,缺少创新精神和创新能力、职业道德、敬业精神等人文素质薄弱,频繁“跳槽”等,而这些都难以符合现代企业的需要。教育模式的改革势在必行,而CDIO教育模式恰恰有针对性地对传统教学中存在的诸多弊端做出了全面、系统的指导,CDIO教育模式引领了高等职业教育改革的必然性。 应用CDIO模式开发《集成电路版图设计》课程 (一)《集成电路版图设计》的课程理念与思路 《集成电路版图设计》课程是一门实践性很强的课程,针对课程特点,课程设计的基本思路是从岗位实际需求出发,从培养学生学习兴趣入手,在传授知识过程中重视能力培养,强化学生的自学能力和分析、解决问题的能力。具体做法是: 全程实施项目教学 本课程围绕多个相对独立的案例展开。案例的选择强调源于工程实际,注重内容的代表性、针对性、实用性以及先进性,理论知识的选择以“必需,够用”为原则。教学实践表明,案例教学使教学内容直观、具体、形象,易于接受,也使教学内容与工程实际及职业岗位紧密联系,有利于课内知识向工程实际拓宽、技术知识向工程实践迁移,从而有力促进了学生职业能力的发展。 全程实施情境式教学 本课程改变了将理论与实训分开的传统模式,在教学中设计了8个学习情境,每个情境都以相应的工业案例为主线,按照“资讯决策计划实施检查评价”的流程授课,使学员在学中做、做中学,以提高IC版图设计技能训练的水平。同时,通过情境式教学,学生的学习兴趣和参与度大大提高,不仅培养了团队合作精神和沟通能力,还培养了学生的组织协调能力。 小班互动式教学 为达到更好的教学效果,本课程采用24人小班制教学,全程在实训室教学。根据教学内容采取“先讲,后练”、“边讲,边练”、“先练,后讲”等方法,从第一次课开始就设置实训操作内容,调动学生的主观能动性,增加师生互动性。 企业实训 通过校企合作建设校外实训基地的方式,安排学生到专业设计公司进行实训,扩展学生的知识面和工程认识,同时,提高学生对项目整个流程的认知,提高学生的抗压力,对职业道德和敬业精神的培养具有实践意义。 (二)《集成电路版图设计》之课程标准 《集成电路版图设计》课程标准涉及四个方面内容。 专业知识设计 专业知识方面围绕IC版图设计职业标准所要求的必要的基础知识和基本技能把本课程的内容分成多个模块:基础模块(系统操作部分)、应用模块(软件使用部分)、 基本技能训练模块(基本单元的版图设计)、技能提升模块(整体布局与项目掌控)等4个模块包含了8个情境。具体内容包括:Linux基础、版图识读与电路提取、design rule简表整理、绘制符合design rule的NAD2/NOR2版图、DRC及LVS验证及冲突识别和修改、standard cell的框架结构制定、standard cell版图设计、芯片CD4013的版图设计等,每一个情境都对应了某个特定岗位的部分工作内容。这些情境不仅可提供学生对岗位的认知机会,同时,也可激发自主学习的能动性和积极性。 个人职业技能和职业道德培养 在教学中注重对学生职业技能培养的同时也加强对学生职业道德的养成,用企业对员工的标准来要求学生进行实训,采用定期上交项目总结报告和分组进行项目实施进度报告等方式,为学生今后在企业的发展奠定基础。 团队意识的培养 能够快速地融入一个集体当中是从事设计与研发人员必备的能力,而常常被教育者和学生所忽视,因为传统的教育方式更多地关注对单独个体培养的成效,而实际工作中“独自作战”的时代过去了,取而代之的是团队合作,绝大多数的设计工作需要一个团队协作完成,所以这时人际交往就凸显其重要性。在教学中,我们让学生意识到团队协作的重要性和必要性,并在实训过程中从点滴做起,让学生具有团队合作的意识,如文件夹命名方式、文件管理等采取利于团队完成项目的方式进行设置。 《集成电路版图设计》课程的CDIO系统的搭建 《集成电路版图设计》课程的CDIO系统按照下面的框架完成了搭建任务,如表1所示。 (三)《集成电路版图设计》课程CDIO系统的具体实施 我们在CDIO教学大纲的指导下,对《集成电路版图设计》课程进行设计如下:本课程以源于企业真实的项目(如design rule简表整理,见表2)为载体,将所有需要学习和掌握的内容都围绕该项目设计,形成一个整体。紧紧围绕知识体系教学专业技能提升职业道德养成主线组织教学,快乐教学、快乐学习,引导学生主动学、能做事、会做人。 本课程特色 (1)双语教学,强化应用,适应外企工作。 教师采用双语教学课件与讲义,用两种语言进行教学,学生采用两种语言进行作业,从而强化专业词汇的学习,为适应全英文的工作环境打下了良好的基础。(2)按企业标准建设,内容先进、实用。采用了与众多研发设计公司一致的SUN工作站,建立以UNIX/LINUX系统为基础的网络,安装版图设计普遍使用的Cadence工具软件。(3)企业项目实训。以企业的研发项目(Reverse、design rule简表整理;DRC及LVS验证及冲突识别和修改、standard cell库的建立、芯片CD4013设计等)为载体,在真实的环境(按照企业标准进行实训室配置)下,完成生产性实训任务,完成课程开发教学任务的教师具有多年在外企研发设计的工程背景,学生完成工学结合的作品符合企业设计需要。(4)综合全面的评价体系。理论与实践评价结合,技能训练与表达训练结合,校内教师评价与企业评价结合,学生的自评与互评结合。评价方面包括学习态度、5S素养、项目报告的书写、项目汇报、实践考核和理论考试(按版图设计职业标准四级难度要求随机从题库抽取试题)。(5)增强教师的教学技能。中青年教师、工程师都有学院内部培训课程和企业项目参与的经验,并且要求每年都要开新课和实验、训练项目。每个月都有业务和管理能力评价和学期段考核。参加过的培训都要有项目报告和培训体验交流。在实行课程轮换的同时,实行岗位轮换,使教师熟悉专业核心技术并有扎实的基本功。专业教师通过深入企业和承当企业培训等途径,促使教学与生产实际结合。倡导教师既是讲师、又是实训指导教师,还是培训师和项目工程师,促进“双师型”教师培养。组织教师参加行业比赛,掌握行业的发展动向和需求,客观评价教师的技能水平。 课程质量监控体系的建立 教学质量的好与坏,不单是从学生的考核成绩上来评价,还在学院内设立了专门的教学监管体系,督导组会不定期地进行课堂教学的抽查与监管。更重要的是毕业的学生受到企业的好评,这是对我们课程质量最客观的评价。 课程评估 (一)基本达到预期目的 经过多年的教学实践,CDIO教学模式在《集成电路版图设计》课程中已初见成效,不仅学生在学习过程中表现出很高的积极性,参加职业资格认证测试的微电子专业的学生全部取得了集成电路版图设计师四级职业证书,通过对2008届、2009界毕业生就业调查,我院微电子类专业的毕业生,被苏州工业园区、苏州新区多家知名外企争相录用,就业率达100%。这些企业普遍认为我院的学生工作上手快,适应能力强,担任技术员及助理工程师以上岗位的占75%左右,不少学生已升任工程师助理及工程师。 (二)改进方向和途径 配合微电子专业建设,进行课程教学改革,使我们培养出来的学生全方位发展,符合企业的需求,不是单搞课程的开发,而是要建立起贯通的课程体系,从研发到制造,把先进的CDIO教学模式合理运用到自己的教学实践中去,不能机械地照搬照抄;要针对学生的实际水平和教学内容,提供知识供学生学习。要加强与企业的合作,紧随行业技术的更新步伐,及时更新案例项目。 CDIO教育模式的先进性、普遍实用性是毋庸置疑的,许多学院结合本校和行业特点都探索出新的模式。我们借鉴新加坡南洋理工学院教学模块化的成功案例,利用CDIO教育模式对《集成电路版图设计》课程进行开发,对高等职业教育的课程改革有一定的指导和借鉴作用。 版图设计论文:基于九天EDA系统的全定制版图设计 摘要:以反相器等基本单元版图设计为基础,利用华大电子推广的九天EDA系统软件,采用0.6um硅栅CMOS工艺,按照全定制集成电路的后端设计流程,即基本单元建立、版图布局布线以及版图验证对用于数据采集的D触发器进行版图设计。其中着重对数字电路基本逻辑门版图设计技术进行了探讨。此版图已用于相关芯片的设计中,结果表明通过该软件系统设计的D触发器完全符合设计要求。 关键词:版图设计;九天EDA系统;D触发器 1引言 集成电路(Integrated Circuit,IC)把成千上万的电子元件包括晶体管、电阻、电容甚至电感集成在一个微小的芯片上。集成电路版图设计的合理与否、正确与否直接影响到集成电路产品的最终性能[1]。目前,集成电路版图设计的EDA ( Electronic Design Automation)工具较多,但主流的集成电路版图设计的EDA工具价格昂贵,而我国自主开发的九天EDA系统,具有很高的性价比,为我们提供了理想的集成电路设计工具。 2基本概念 2.1 版图 版图是将三维的立体结构转换为二维平面上的几何图形的设计过程,是一组相互套合的图形,各层版图相应于不同的工艺步骤,每一层版图用不同的图案来表示。它包括了电路尺寸、各层拓扑定义等器件的相关物理信息,是设计者交付给代工厂的最终输出。 2.2 版图设计 它将电路设计中的每一个元器件包括晶体管、电阻、电容等以及它们之间的连线转换成集成电路制造所需要的版图信息。主要包括图形划分、版图规划、布局布线及压缩等步骤[2]。版图设计是实现集成电路制造的必不可少的环节,它不仅关系到集成电路的功能是否正确,而且会在一定程度上影响集成电路的性能、面积、成本与功耗及可靠性等[3]。版图设计是集成电路从设计走向制造的桥梁。 2.3 集成电路版图实现方法 集成电路版图实现方法可以分为全定制(Full-Custom)设计和半定制(Semi-Custom)设计[4]。半定制设计方法包括门阵列设计方法、门海设计方法、标准单元设计方法、积木块设计方法及可编程逻辑器件设计方法等。全定制设计方法是利用人机交互图形系统,由版图设计人员从每一个半导体器件的图形、尺寸开始设计,直至整个版图的布局和布线。全定制设计的特点是针对每一个元件进行电路参数和版图参数的优化,可以得到最佳的性能以及最小的芯片尺寸,有利于提高集成度和降低生产成本。随着设计自动化的不断进步,全定制设计所占比例逐年下降[5]。 3九天EDA系统简介 华大电子推广的应用的九天EDA系统是我国自主研发的大规模集成电路设计EDA工具,与国际上主流EDA系统兼容,支持百万门级的集成电路设计规模,可进行国际通用的标准数据格式转换,它已经在商业化的集成电路设计公司以及东南大学等国内二十多所高校中得到了应用,特别是在模拟和高速集成电路的设计中发挥了作用,成功开发出了许多实用的集成电路芯片[6]。其主要包括下面几个部分[7]:ZeniSE( Schematic Editor)原理图编辑工具,它可以进行EDIF格式转换,支持第三方的Spice仿真嵌入; ) ZeniPDT ( Physical Design Tool)版图编辑工具;它能提供多层次、多视窗、多单元的版图编辑功能,同时能够支持百万门规模的版图编辑操作;ZeniVERI ( Physical Design Verification Tools)版图验证工具它可以进行几何设计规则检查(DRC) 、电学规则检查( ERC) 及逻辑图网表和版图网表比较(LVS)等。 版图设计用到的工具模块是ZeniPDT,它具备层次化编辑和在线设计规则检查能力,并提供标准数据写出接口。其设计流程如图1所示[8], 4设计实例 任何一个CMOS数字电路系统都是由一些基本的逻辑单元(非门、与非门、或非门等)组成,而基本单元版图的设计是基于晶体管级的电路图设计的。因而在版图设计中,主要涉及到如何设计掩膜版的形状、如何排列晶体管、接触孔的位置的安排以及信号引线的位置安排等。以下以一个用于数据采集的D触发器为例进行设计。 4.1 D触发器电路图及工作原理 D触发器电路图,如图2所示,此电路图是通过九天EDA系统工具的ZSE模块构建的,其基本工作原理是:首先设置CLB=1。当时钟信号CLK=0时,DATA信号通过导通的TG1进入主寄存器单元,从寄存器由于TG4的导通而形成闭合环路,锁存原来的信号,维持输出信号不变。当CLK从0跳变到1时,主寄存器单元由于TG2的导通而形成闭合回路,锁存住上半拍输入的DATA信号,这个信号同时又通过TG3经一个与非门和一个反相器到达Q端输出。当CLK再从1跳变到0时,D触发器又进入输入信号并锁存原来的输出状态。对于记忆单元有时必须进行设置,电路中的CLB信号就担当了触发器置0 的任务。当CLB=0时,两个与非门的输出被强制置到1,不论时钟处于0还是1,输出端Q均被置为0。 4.2 D触发器子单元版图设计 图2所示的D触发器由五个反相器、两个与非门、两个传输门和两个钟控反相器组成。选择适当的逻辑门单元版图,用这些单元模块构成D触发器。 对于全定制的集成电路版图设计,需要工作平台,包括设计硬件、设计使用的EDA软件以及版图设计的工艺文件和规则文件。此D触发器的设计硬件是一台SUN Ultra10工作站,设计软件是九天EDA系统,采用0.6um硅栅CMOS工艺。 CMOS反相器是数字电路中最基本单元,由一对互补的MOS管组成。上面为PMOS管(负载管),下面为NMOS管(驱动管)。由反相器电路的逻辑“非”功能可以扩展出“与非”、“或非”等基本逻辑电路,进而得到各种组合逻辑电路和时序逻辑电路。 在电路图中,各器件端点之间所画的线表示连线,可以用两条线的简单交叉来表示。但对于具体的物理版图设计,必须关心不同连线层之间物理上的相互关系。在硅CMOS工艺中,不能把N型和 P型扩散区直接连接。因此,在物理结构上必须有一种实现简单的漏极之间的连接方法。例如,在物理版图中至少需要一条连线和两个接触孔。这条连线通常采用金属线。可得如图3(a)所示的反相器的局部的符号电路版图。同理,可以通过金属线和接触孔制作MOS管源端连接到电源VDD和地VSS的简单连线,如图3(b)所示。电源线和地线通常采用金属线,栅极连接可以用简单的多晶硅条制作。图3(c)给出了最后的符号电路版图。 通过九天版图设计工具绘制的反相器版图如图4所示。其他基本单元的版图可依此建立。 4.3 D触发器版图设计 先建立一个名为DFF的库,然后把建立的各个单元版图保存在DFF库中,同时在库中建立名为dff的新单元。调用各子单元,并进行相应D触发器的版图布局,接着就是单元间的连线。主要用到的层是金属1、金属2和多晶硅进行连接布线。接触孔是用来连接有源区和金属1,通孔用来连接金属1和金属2,多晶硅和多晶硅以及相同层金属之间可以直接连接。版图设计完成后,再利用版图验证工具ZeniVERI对该版图进行了版图验证。最后,经过验证后D触发器的版图如图5所示。 5结语 在分析CMOS 0.6um设计规则和工艺文件后,采用九天EDA系统,以D触发器为例进行了版图设计。实践表明,九天EDA系统工具具有很好的界面和处理能力。该版图已用于相关芯片的设计中,设计的D触发器完全符合设计要求。 版图设计论文:企业版图设计教学与实践 一、企业对IC版图设计的要求分析 集成电路设计公司在招聘版图设计员工时,除了对员工的个人素质和英语的应用能力等要求之外,大部分是考查专业应用的能力。一般都会对新员工做以下要求:熟悉半导体器件物理、CMOS或BiCMOS、BCD集成电路制造工艺;熟悉集成电路(数字、模拟)设计,了解电路原理,设计关键点;熟悉Foundry厂提供的工艺参数、设计规则;掌握主流版图设计和版图验证相关EDA工具;完成手工版图设计和工艺验证[1,2]。另外,公司希望合格的版图设计人员除了懂得IC设计、版图设计方面的专业知识,还要熟悉Foundry厂的工作流程、制程原理等相关知识[3]。正因为其需要掌握的知识面广,而国内学校开设这方面专业比较晚,IC版图设计工程师的人才缺口更为巨大,所以拥有一定工作经验的设计工程师,就成为各设计公司和猎头公司争相角逐的人才[4,5]。 二、针对企业要求的版图设计教学规划 1.数字版图设计。数字集成电路版图设计是由自动布局布线工具结合版图验证工具实现的。自动布局布线工具加载准备好的由verilog程序经过DC综合后的网表文件与Foundry提供的数字逻辑标准单元版图库文件和I/O的库文件,它包括物理库、时序库、时序约束文件。在数字版图设计时,一是熟练使用自动布局布线工具如Encounter、Astro等,鉴于很少有学校开设这门课程,可以推荐学生自学或是参加专业培训。二是数字逻辑标准单元版图库的设计,可以由Foundry厂提供,也可由公司自定制标准单元版图库,因此对于初学者而言设计好标准单元版图使其符合行业规范至关重要。2.模拟版图设计。在模拟集成电路设计中,无论是CMOS还是双极型电路,主要目标并不是芯片的尺寸,而是优化电路的性能,匹配精度、速度和各种功能方面的问题。作为版图设计者,更关心的是电路的性能,了解电压和电流以及它们之间的相互关系,应当知道为什么差分对需要匹配,应当知道有关信号流、降低寄生参数、电流密度、器件方位、布线等需要考虑的问题。模拟版图是在注重电路性能的基础上去优化尺寸的,面积在某种程度上说仍然是一个问题,但不再是压倒一切的问题。在模拟电路版图设计中,性能比尺寸更重要。另外,模拟集成电路版图设计师作为前端电路设计师的助手,经常需要与前端工程师交流,看是否需要版图匹配、布线是否合理、导线是否有大电流流过等,这就要求版图设计师不仅懂工艺而且能看懂模拟电路。3.逆向版图设计。集成电路逆向设计其实就是芯片反向设计。它是通过对芯片内部电路的提取与分析、整理,实现对芯片技术原理、设计思路、工艺制造、结构机制等方面的深入洞悉。因此,对工艺了解的要求更高。反向设计流程包括电路提取、电路整理、分析仿真验证、电路调整、版图提取整理、版图绘制验证及后仿真等。设计公司对反向版图设计的要求较高,版图设计工作还涵盖了电路提取与整理,这就要求版图设计师不仅要深入了解工艺流程;而且还要熟悉模拟电路和数字标准单元电路工作原理。 三、教学实现 1.数字版图。数字集成电路版图在教学时,一是掌握自动布局布线工具的使用,还需要对UNIX或LINUX系统熟悉,尤其是一些常用的基本指令;二是数字逻辑单元版图的设计,目前数字集成电路设计大都采用CMOS工艺,因此,必须深入学习CMOS工艺流程。在教学时,可以做个形象的PPT,空间立体感要强,使学生更容易理解CMOS工艺的层次、空间感。逻辑单元版图具体教学方法应当采用上机操作并配备投影仪,教师一边讲解电路和绘制版图,一边讲解软件的操作、设计规则、画版图步骤、注意事项,学生跟着一步一步紧随教师演示学习如何画版图,同时教师可适当调整教学速度,适时停下来检查学生的学习情况,若有错加以纠正。这样,教师一个单元版图讲解完毕,学生亦完成一个单元版图。亦步亦趋、步步跟随,学生的注意力更容易集中,掌握速度更快。课堂讲解完成后,安排学生实验以巩固所学。逻辑单元版图教学内容安排应当采用目前常用的单元,并具有代表性、扩展性,使学生可以举一反三,扩展到整个单元库。具体单元内容安排如反相器、与非门/或非门、选择器、异或门/同或门、D触发器与SRAM等。在教授时一定要注意符合行业规范,比如单元的高度、宽度的确定要符合自动布局布线的要求;单元版图一定要最小化,如异或门与触发器等常使用传输门实现,绘制版图时注意晶体管源漏区的合并;大尺寸晶体管的串并联安排合理等。2.模拟版图。模拟集成电路版图设计更注重电路的性能实现,经常需要与前端电路设计工程师交流。因此,版图教学时教师须要求学生掌握模拟集成电路的基本原理,学生能识CMOS模拟电路,与前端电路工程师交流无障碍。同时也要求学生掌握工艺对模拟版图的影响,熟练运用模拟版图的晶体管匹配、保护环、Dummy晶体管等关键技术。在教学方法上,依然采用数字集成电路版图的教学过程,实现教与学的同步。在内容安排上,一是以运算放大器为例,深入讲解差分对管、电流镜、电容的匹配机理,版图匹配时结构采用一维还是二维,具体是如何布局的,以及保护环与dummy管版图绘制技术。二是以带隙基准电压源为例,深入讲解N阱CMOS工艺下双极晶体管PNP与电阻匹配的版图绘制技术。在教学时需注意晶体管与电阻并联拆分的合理性、电阻与电容的类型与计算方法以及布线的规范性。3.逆向版图设计。逆向集成电路版图设计需要学生掌握数字标准单元的命名规范、所有标准单元电路结构、常用模拟电路的结构以及芯片的工艺,要求学生熟悉模拟和数字集成单元电路。这样才可以在逆向提取电路与版图时,做到准确无误。教学方法同样还是采用数字集成电路版图教学流程,达到学以致用。教学内容当以一个既含数字电路又含模拟电路的芯片为例。为了提取数字单元电路,需讲解foundry提供的标准单元库里的单元电路与命名规范。在提取单元电路教学时,说明数字电路需要归并同类图形,例如与非门、或非门、触发器等,同样的图形不要分析多次。强调学生注意电路的共性、版图布局与布线的规律性,做到熟能生巧。模拟电路的提取与版图绘制教学要求学生掌握模拟集成电路常用电路结构与工作原理,因为逆向设计软件提出的元器件符号应该按照易于理解的电路整理,使其他人员也能看出你提取电路的功能,做到准确通用规范性。集成电路版图设计教学应面向企业,按照企业对设计工程师的要求来安排教学,做到教学与实践的紧密结合。从教学开始就向学生灌输IC行业知识,定位准确,学生明确自己应该掌握哪些相关知识。本文从集成电路数字版图、模拟版图和逆向设计版图这三个方面就如何开展教学可以满足企业对版图工程师的要求展开探讨,安排教学有针对性。在教学方法与内容上做了分析探讨,力求让学生在毕业后可以顺利进入IC行业做出努力。 作者:李亮工作单位:苏州市职业大学电子信息工程学院 版图设计论文:基于Virtuoso平台的单片射频收发系统电路仿真与版图设计 引言 在当前通信市场的带动下,通信技术飞速向前发展,手持无线通信终端成为其中的热门应用之一。因此,单片集成的射频收发系统正受到越来越广泛的关注。典型的射频收发系统包括低噪声放大器(LNA)、混频器(Mixer)、滤波器、可变增益放大器,以及提供本振所需的频率综合器等单元模块,对于工作在射频环境的电路系统,如2.4G或5G的WLAN应用,系统中要包含射频前端的小信号噪声敏感电路、对基带低频大信号有高线性度要求的模块、发射端大电流的PA模块、锁相环频率综合器中的数字块,以及非线性特性的VCO等各具特点的电路。众多的电路单元及其丰富的特点必然要求在这种系统的设计过程中有一个功能丰富且强大的设计平台。在综合比较后,本文选定了cadenceVirtuoso全定制IC设计工具。 Virtuoso是Cadence公司推出的用于模拟,数字混合电路仿真和射频电路仿真的专业软件。基于此平台,Cadence公司还开发了面向射频设计的新技术,包括射频提取技术、针对无线芯片设计的两个新设计流程。不仅如此,目前的Virtuoso已经整合了来自合作伙伴安捷伦、Coware、Helic和Mathworks等公司的技术,射频设计能力大为增强。使用该项新技术,可以减少设计反复,并缩短产品上市时间。其AMS工具可以实现自顶向下、数/模混合的电路设计;Composer工具可以方便地进行电路设计的输入和管理;spectre/SpectreRF仿真器精度高,适合不同特点的电路设计;Layout工具包含了布局、交叉参考、布线、版图验证、参数提取等功能;此外,Virtuoso能进行可靠的后仿真和成品率控制。 基于Virtuoso的行为仿真和系统规划 射频收发系统的设计最终能否成功,以及模块指标分配是否合理可行,都有赖于具体电路设计之前对系统的行为建模和计算,即所谓的行为仿真。这也是自顶向下设计模式的关键一步。Cadence内置的Verilog-A和VHDL仿真器,以及混合输入模式的仿真方法提供了这种可能性。而且,Cadence软件免费提供了大量的行为模型供选择使用,对于射频系统设计,所要做的就是调用并设定各个模块预期的指标要求,通过仿真很快就能得到系统的行为特征。根据要求可以方便地修改各个模块的指标重新仿真,直到系统的行为满足要求为止。以接收机为例,接收系统。每个模块的指标设定非常具体,如输入输出阻抗、增益、隔离度、噪声系数NF、线性度IP3、直流偏移IP2等。仿真完成后,每个模块的指标分配任务也同时完成。 每个模块用具体电路实现后可以逐一取代相应的设计模块,进行系统仿真,可以看出每个模块是否满足系统的需要,进而评估每个实际模块对系统性能的影响。 基于Virtuoso Spectre/SpectreRF的电路模块仿真设计 基于上述的行为仿真结果和指标分配结果,可以划分系统模块设计任务,对每个单元块分别进行设计仿真。 LNA LNA是射频接收机最前端的一个有源部件,它决定了系统的噪声性能。对它的要求主要是具有尽量低的NF和足够的功率增益、好的输入匹配,其次是高线性度和隔离度。其电路如图3所示。利用Spectre的SP分析或SpectreRF的PSS+Pnoise分析都可以进行NF分析。还可以利用NFmin的结果来挑选晶体管的尺寸,以使最优源阻抗满足最小的噪声要求。 Mixer 混频器是收发机的核心,由于完成的是变频工作,其主要仿真方法需采用SpectreRF仿真器。混频器的益、NF等与输入输出有关,但输入和输出工作在不同的频段上,往往要在PSS分析的基础上进行其它分析才能得到正确结果,如PSP、Pnoise、PAC等。混频器的结构是典型双平衡吉尔伯特。 VGA 基带VGA由于频率低、增益大,因此对噪声要求不高,主要是对线性度、增益等指标有较高的要求,SpectreRF的PSS扫描可以方便地对模块的输入进行扫描并自动对扫描曲线作延长,直接标示出线性度PldB和IIP3的交点位置及数值大小,非常方便直观。这种方法与传统的two tone测试相比更加灵活高效。VGA在不同增益状态下的IIP3指标的仿真只需把控制写成变量,在ADE环境中进行扫描变量的值即可完成。所得的结果可以方便地进行比较分析。通过调整可以获得理想的VGA电路。甚至可以把ADE下的各种设置保存成ocean的脚本文件,利用脚本的自动运行,只要事先安排好各种仿真任务,Cadence就能自动完成各项仿真并保存数据结果。对数据进行比较分析后能获悉电路的性能,以此为指导逐步改进,便可获得一个满足系统需要的电路模块。 PLL模块 PLL各模块的仿真是一个比较有挑战性的任务,PLL本身是一个数字/模拟混合的模块,但是一般都用模拟的方式设计各个模块。PLL的仿真包含了上百项指标的测试工作,这些仿真要用到几乎所有Spectre和SpectreRF的仿真工具。以其中VCO和CP的仿真为例,VCO非线性的工作特点决定了它的噪声计算不能以小信号的方式进行,采用PSS+Pnoise的方式则可以准确地仿真VCO的相位噪声性能。通过扫描可以得到VCO的频率调谐增益Kvcvcd。 电荷泵输出电流特性是衡量CP性能的常用曲线,CP决定了PLL环路的增益和带内噪声性能。通过扫描也可以容易地得到CP在不同状态下电流源的恒流和匹配特性。 以上所述是射频接收机几个典型单元模块的电路设计仿真过程。系统各个单元块的仿真是可以同时展开的,完成的模块可以随时代人行为系统来验证设计结果。经过若干次反复修改与验证,最终可以得到符合要求的接收系统。 温度分析 要保证最终系统设计的可靠性和成品率,很关键的一步是在各个单元块的设计中进行温度、极端情况等分析。这些功能可以在CadenceVirtuoso中通过设置不同的仿真温度、通过仿真模型的Corner设置,以及直接使用其提供的MonteCarlo仿真工具来进行。 射频收发系统的整体电路仿真 各个模块电路分别设计验证完成以后,就可以把所有模块连成系统,并加上PAD、ESD等构成一个完整的芯片系统,对这个系统加上激励进行仿真测试,可以对整个系统电路进行仿真。如果仿真计算所用的硬件资 源足够大,可以直接对系统进行tran、SP、PSS,以及PSP、Pnoise、PAC等分析,获得整个芯片的性能。如果资源不足,则可以考虑对系统按功能进行分组、分块仿真。由于分出的块之间相对独立,因此整体系统的特性与分块仿真差别不大。 版图设计与后仿真 在各模块的设计指标满足自身及系统要求的基础上可以开始各个模块的版图设计,首先利用Layout-XL的元件调入功能可以直接由原理图调入版图元件,进行各个模块的粗略布局,主要是安排与其它模块的连接端口以及一些重要元件的预布局。然后从系统上将所有模块的预布局调入进行整体布局考虑。利用Virtuoso Layout工具所具有的层次化管理和操作的特性,可以对每个模块的安放及其与其它模块的衔接进行系统考虑。 系统布局以后,将边界条件分配给每个模块。在模块单独的布局过程中要遵守其边界约定。版图进行到一定阶段后,即可以调入到系统版图中来检查,随时作必要的调整以满足每个模块的具体情况。 具体版图绘制过程中可以充分利用Virtuoso版图工具的强大功能,比如充分发挥快捷键功能可以使版图设计流畅高效;利用Layout-XL的交叉参考可以随时发现错误的连线或因疏忽造成的短路;利用DRD的实时规则检查可以避免绝大多数违反设计规则的布图。 版图的规则检查可以采用Virtuoso的Diva工具,DRC、LVS、Exlract等工作都可以在其友好的界面下完成。对于射频电路版图元件数规模不大的特点,利用Diva完成绝大部分工作是很合适的。如果想进一步提高版图提取和后仿真的精确度,可以考虑采用Assure工具来进行。 结语 本文详细讨论了基于CadenceVirtuoso设计平台的单片射频收发集成电路的设计过程。讨论了利用Virtuoso工具完成的自顶向下、从系统到模块、从前端都后端的整个设计步骤,直到实现一个完整的射频芯片。可以看出,Virtuoso平台工具在IC设计的各个阶段所发挥的重要作用。 文中所述的单片射频芯片设计中所采用的Virtuoso工具只是Virtuoso家族中最常用的几个工具,依靠他们的强大功能足以完成复杂的射频系统设计,是性价比较高的一种解决方案。如果再结合Virtuoso的AMs、UltraSim、VoltageStorm、ElectronStorm等工具,将会使设计效率更高,设计更精确。 版图设计论文:数模混合集成电路版图设计的涨缩技术 摘 要:文章介绍了在数模混合版图设计中,如何把版图不同模块的涨缩需求,用一种完善的自动化程序技术方案来实现,并且可以批处理所有需要涨缩的版图数据。 关键词:数字;模拟;集成电路;版图设计;人工处理;程序化处理 随着集成电路技术的进步,晶体管尺寸越来越小。对于很多经过晶圆片验证的产品,需要通过版图等比例缩小,直接用于更小的工艺平台,不用重新设计版图,就可以流片,从而获得高集成度的效果,极大地提高了效率,节省了成本。而一个数模混合产品中包含数字部分和模拟部分,对于数字 IP,尤其是标准单元, 用于更小工艺平台的时候,可以直接采用版图等比例缩小的方式;而对于一些模拟IP来说,应用于更小工艺平台的时候,为了保持性能的最优化,需要保持原验证的同等条件;而对于工艺的临界尺寸(Critical Dimension, CD)来说,希望整个产品的接触孔的宽度是一致的。对于这样一个产品多种涨缩,部分还需要层次之间布尔操作的需求,本文提供一种完善的自动化流程方案来解决这种版图特殊涨缩的方法,可以程序化地批处理所有需要涨缩的版图数据。 1 客户项目涨缩需求概述 华润上华0.18 μm工艺线有3个差异不大的平台―0.18 μm, 0.162 μm ,0.153 μm。客户的产品很多已经在0.18 μm工艺平台验证过,为了增加单片晶圆片上的管芯的数量,提高利润空间,客户会直接把0.18 μm工艺平台验证过的产品等比例缩小到0.162 μm或者0.153 μm的两个工艺平台进行重新流片。而数字IP可以直接等比例缩小,但是模拟IP希望能直接用0.18 μm工艺平台设计方案,这两种IP类型共存于一个数模混合产品中,需要分别对这两种IP进行不同的操作,而且由于工艺要求需要,某些版图层次需要进行其他特殊的处理。 图1是数模混合的简化示意图,包含了数字IP和模拟IP。客户需求有两个要求:(1)模拟IP尺寸保持不变,数字IP尺寸缩小到原始的0.9倍;(2)整个产品的接触孔的宽度保持原始的0.22 μm。 2 人工涨缩技术操作方式 传统的操作技术中,大部分需要靠人工干涉和人工画图来实现,效率很低,下面简述一下传统人工操作技术方案: (1)在图1的版图EDA工具窗口菜单中,调用图2版图属性对话框,通过修改其参数选项Magnification等于0.9,把数字IP缩小到原始的0.9倍。 (2)这种修改的方式会导致版图层次之间出现0.001 μm的gap(空隙),如图3所示,金属层出现的gap图形;这种0.001 μm的gap会出现在很多不同分层结构的连接层次之间。 (3)人工修补版图,首先要把所有出现gap的图形一一填充好,然后把模拟IP和数字IP之间的连接金属线的位置分别调整好。 (4)因为原始接触孔宽度等于0.22 μm,如图4所示,而缩小到0.9倍以后数字 IP部分的接触孔宽度等于0.198 μm;为了保持全芯片的接触孔宽度一致,必须人工的把数字 IP内部的接触孔宽度修改为0.22 μm。 每一个数模产品都是非常巨大的,包含的contact的数量是数以万计的,模拟IP和数字IP连线也都是非常复杂的,而且要从底层单元开始修改,单靠这种传统的人工修改,工作量是超负荷的,从而使客户产品直接shrink的效率就大大降低,影响到客户产品的上市时间。 3 程序化处理涨缩技术 3.1 程序化涨缩技术原理 针对传统方案的缺点,结合我们客户需求,同时更多的是依赖个人技术经验,发明了一种自动化批处理,人工干预少的技术方案,从而大大提高了客户产品涨缩的效率。核心技术方案是采用EDA工具calibre drc语言,编写涨缩程序,再运行程序,从而达到客户需求。图5是客户数模产品的涨缩批处理流程。 基本原理:整个程序分为涨大(enlarge)和整体缩小(shrink )两个过程。IP涨大以后,会把相关的接触孔的宽度恢复到0.22 μm,然后把涨大后的IP重新整合在原始的版图中,最后把整合好的数据进行整体shrink,从而达到版图等比例缩小的目的。 3.2 批处理程序的结构 根据图5的客户需求原理,我们用calibre语言需要编写了两个程序,一个是enlarge程序,一个是shrink程序,两者程序架构大体相同。程序架构包含以下几个方面。 (1)Specification Statement(规范说明):定义版图数据基本信息和需要的功能选项。 (2)Input Layers Statement(输入层次说明):把版图数据的所有输入层次信息定义出来。 (3)Layer Operations(版图层次运算):根据项目要求,进行所有层次之间的布尔运算。 (4)Output New Layer(输出新的版图层次):把最终完成各种处理的版图数据输出。 通过上面3个语句,就可以把版图Metal1层次的gap修补,以此类推,所有需要修改gap的版图层次都可以按照此语法命令结构来完成。 整体shrink的程序和enlarge的程序结构相同,在shrink程序中可以把客户所有层次之间的布尔运算需求,通过命令语句执行,从而完成客户数据光罩层次的输出。其中的shrink选项,只需要在程序的规范说明里面来定义即可,命令行如下:DRC MAGNIFY RESULTS 0.9,即可完成shrink 90%的功能任务,如果定义DRC MAGNIFY RESULTS 0.85,即可完成shrink 85%的功能需求。 3.4 q缩程序的执行 编写完程序以后,把版图数据等比例缩小的任务就可以按照步骤执行,首先运行enlarge(涨大)程序,然后运行shrink(缩小)程序。步骤如下: (1)在enlarge程序里面定义要涨大的版图数据的gds;运行enlarge程序:caliberCdrc Chier enlarge程序。 (2)把前两步运行出来的版图数据,放入原始的版图gds中,修补接口连线;在shrink程序里面把第(3)输出的版图数据定义进入;运行shrink程序:calibre Cdrc Chier shrink程序。 (3)通过这几个步骤,我们就可以把版图等比例缩小,同时还维持了模拟IP的原始状态。 (4)程序运行出来的版图,我们就可以直接拿到工艺厂流片。 4 结语 本文详细讲述了如何利用常用的EDA calibre工具语言,批处理集成电路版图等比例缩小的方法。现在集成电路行业发展迅速,工艺水平不断提高,而器件特征尺寸也随着摩尔定律不断缩小,如果一些数模混合产品经过缩小,可以在新的工艺平台流片,有些经过验证的IP希望在原始的工艺尺寸下复用,这些客户需求,都可以通过本文所阐述的技术原理,高效率地实现,极大地节省了设计成本。涨缩程序可以推广于任何后端版图设计中,简单编写一个小的程序,就可以代替人工繁重的全定制版图设计,从而大大提高设计效率。 版图设计论文:“集成电路版图设计”教学探索与实践 摘要:集成电路版图设计起着承接电路设计和芯片实现的重要作用,是集成电路设计流程中必不可少的环节,同时也是应用型集成电路人才的培养方向。对集成电路版图设计理论教学和实验教学过程的实施进行了探索和实践。以CMOS与非门为例,介绍了基于主流EDA工具的完整集成电路版图设计流程的教学实例。 关键词:集成电路设计;版图;EDA 集成电路是当今信息技术产业高速发展的基础和源动力,已经高度渗透与融合到国民经济和社会发展的每个领域,其技术水平和发展规模已成为衡量一个国家产业竞争力和综合国力的重要标志之一[1],美国更将其视为未来20年从根本上改造制造业的四大技术领域之首。我国拥有全球最大、增长最快的集成电路市场,2013年规模达9166亿元,占全球市场份额的50%左右。近年来,国家大力发展集成电路,在上海浦东等地建立了集成电路产业基地,对于集成电路设计、制造、封装、测试等方面的专门技术人才需求巨大。为了适应产业需求,推进我国集成电路发展,许多高校开设了电子科学与技术专业,以培养集成电路方向的专业人才。集成电路版图设计是电路设计与集成电路工艺之间必不可少的环节。据相关统计,在从事集成电路设计工作的电子科学与技术专业的应届毕业生中,由于具有更多的电路知识储备,研究生的从业比例比本科生高出很多。而以集成电路版图为代表包括集成电路测试以及工艺等与集成电路设计相关的工作,相对而言对电路设计知识的要求低很多。因而集成电路版图设计岗位对本科生而言更具竞争力。在版图设计岗位工作若干年知识和经验的积累也将有利于从事集成电路设计工作。因此,版图设计工程师的培养也成为了上海电力学院电子科学与技术专业本科人才培养的重要方向和办学特色。本文根据上海电力学院电子科学与技术专业建设的目标,结合本校人才培养和专业建设目标,就集成电路版图设计理论和实验教学环节进行了探索和实践。 一、优化理论教学方法,丰富教学手段,突出课程特点 集成电路版图作为一门电子科学与技术专业重要的专业课程,教学内容与电子技术(模拟电路和数字电路)、半导体器件、集成电路设计基础等先修课程中的电路理论、器件基础和工艺原理等理论知识紧密联系,同时版图设计具有很强的实践特点。因此,必须从本专业学生的实际特点和整个专业课程布局出发,注重课程与其他课程承前启后,有机融合,摸索出一套实用有效的教学方法。在理论授课过程中从集成电路的设计流程入手,在CMOS集成电路和双极集成电路基本工艺进行概述的基础上,从版图基本单元到电路再到芯片循序渐进地讲授集成电路版图结构、设计原理和方法,做到与上游知识点的融会贯通。 集成电路的规模已发展到片上系统(SOC)阶段,教科书的更新速度远远落后于集成电路技术的发展速度。集成电路工艺线宽达到了纳米量级,对于集成电路版图设计在当前工艺条件下出现的新问题和新规则,通过查阅最新的文献资料,向学生介绍版图设计前沿技术与发展趋势,开拓学生视野,提升学习热情。在课堂教学中尽量减少冗长的公式和繁复的理论推导,将理论讲解和工程实践相结合,通过工程案例使学生了解版图设计是科学、技术和经验的有机结合。比如,在有关天线效应的教学过程中针对一款采用中芯国际(SMIC)0.18um 1p6m工艺的雷达信号处理SOC 芯片,结合跳线法和反偏二极管的天线效应消除方法,详细阐述版图设计中完全修正天线规则违例的关键步骤,极大地激发了学生的学习兴趣,收到了较好的教学效果。 集成电路版图起着承接电路设计和芯片实现的重要作用。通过版图设计,可以将立体的电路转化为二维的平面几何图形,再通过工艺加工转化为基于半导体硅材料的立体结构[2]。集成电路版图设计是集成电路流程中的重要环节,与集成电路工艺密切相关。为了让学生获得直观、准确和清楚的认识,制作了形象生动、图文并茂的多媒体教学课件,将集成电路典型的设计流程、双极和CMOS集成电路工艺流程、芯片内部结构、版图的层次等内容以图片、Flash动画、视频等形式进行展示。 版图包含了集成电路尺寸、各层拓扑定义等器件相关的物理信息数据[3]。掩膜上的图形决定着芯片上器件或连接物理层的尺寸。因此版图上的几何图形尺寸与芯片上物理层的尺寸直接相关。而集成电路制造厂家根据版图数据来制造掩膜,对于同种工艺各个foundry厂商所提供的版图设计规则各不相同[4]。教学实践中注意将先进的典型芯片版图设计实例引入课堂,例如举出台湾积体电路制造公司(TSMC)的45nm CMOS工艺的数模转换器的芯片版图实例,让学生从当今业界实际制造芯片的角度学习和掌握版图设计的规则,同时切实感受到模拟版图和数字版图设计的艺术。 二、利用业界主流EDA工具,构建基于完整版图设计流程的实验体系 集成电路版图设计实验采用了Cadence公司的EDA工具进行版图设计。Cadence的EDA产品涵盖了电子设计的整个流程,包括系统级设计、功能验证、集成电路(IC)综合及布局布线、物理验证、PCB设计和硬件仿真建模模拟、混合信号及射频IC设计、全定制IC设计等。全球知名半导体与电子系统公司如AMD、NEC、三星、飞利浦均将Cadence软件作为其全球设计的标准。将业界主流的EDA设计软件引入实验教学环节,有利于学生毕业后很快适应岗位,尽快进入角色。 专业实验室配备了多台高性能Sun服务器、工作站以及60台供学生实验用的PC机。服务器中安装的Cadence 工具主要包括:Verilog HDL的仿真工具Verilog-X、电路图设计工具Composer、电路模拟工具Analog Artist、版图设计工具Virtuoso Layout Editing、版图验证工具Dracula 和Diva、自动布局布线工具Preview和Silicon Ensemble。 Cadence软件是按照库(Library)、单元(Cell)、和视图(View)的层次实现对文件的管理。库、单元和视图三者之间的关系为库文件是一组单元的集合,包含着各个单元的不同视图。库文件包括技术库和设计库两种,设计库是针对用户设立,不同的用户可以有不同的设计库。而技术库是针对工艺设立,不同特征尺寸的工艺、不同的芯片制造商的技术库不同。为了让学生在掌握主流EDA工具使用的同时对版图设计流程有准确、深入的理解,安排针对无锡上华公司0.6um两层多晶硅两层金属(Double Poly Double Metal)混合信号CMOS工艺的一系列实验让学生掌握包括从电路图的建立、版图建立与编辑、电学规则检查(ERC),设计规则检查(DRC)、到电路图-版图一致性检查(LVS)的完整的版图设计流程[5]。通过完整的基于设计流程的版图实验使学生能较好地掌握电路设计工具Composer、版图设计工具Virtuoso Layout Editor以及版图验证工具Dracula和Diva的使用,同时对版图设计的关键步骤形成清晰的认识。 以下以CMOS与非门为例,介绍基于一个完整的数字版图设计流程的教学实例。 在CMOS与非门的版图设计中,首先要求学生建立设计库和技术库,在技术库中加载CSMC 0.6um的工艺的技术文件,将设计库与技术库进行关联。然后在设计库中用Composer中建立相应的电路原理图(schematic),进行ERC检查。再根据电路原理图用Virtuoso Layout Editor工具绘制对应的版图(layout)。版图绘制步骤依次为MOS晶体管的有源区、多晶硅栅极、MOS管源区和漏区的接触孔、P+注入、N阱、N阱接触、N+注入、衬底接触、金属连线、电源线、地线、输入及输出。基本的版图绘制完成之后,将输入、输出端口以及电源线和地线的名称标注于版图的适当位置处,再在Dracula工具中利用几何设计规则文件进行DRC验证。然后利用GDS版图数据与电路图网表进行版图与原理图一致性检查(LVS),修改其中的错误并按最小面积优化版图,最后版图全部通过检查,设计完成。图1和图2分别给出了CMOS与非门的原理图和版图。 三、结束语 集成电路版图设计教学是电子科学与技术专业和相关电类专业培养应用型集成电路人才的重要环节,使学生巩固了集成电路电路原理、工艺和器件等理论知识,掌握了集成电路版图设计流程、方法和主流的EDA版图工具的使用,提高了学生的工程实践能力,同时培养了学生分析问题、解决问题的能力。随着集成电路飞速发展到纳米工艺,版图相关的新技术和设计规则不断涌现。因此,在今后的教学改革工作中,与时俱进,围绕先进的实际设计案例将课堂教学和设计应用紧密结合,构建集成电路版图设计的教学和实践体系,具有重要的意义。 版图设计论文:汽车电打火控制芯片的输入模块的版图设计与验证 摘 要 本文介绍了一款应用于汽车工程领域的电打火控制芯片的输入模块的版图设计与验证。采用标准双极工艺,全定制的设计对输入模块进行布局布线,并完成了后端验证。本芯片功耗低、成本低,性能稳定。 【关键词】电打火控制芯片 版图设计 1 引言 汽车电打火控制芯片是为使用霍尔效应管的无触点点火系统所设计的一款电打火控制芯片。芯片通过驱动外接的NPN达林顿管来控制点火线圈,使其获得足够的点火能量,只伴随很少的能量损失。本次设计的汽车电打火芯片共包含10个模块:基准电压模块、霍尔效应管输入模块、过压保护模块、占空比控制模块、限流保护电流模块、控制转换模块、缓慢恢复模块、不饱和感应模块、衡通保护模块、驱动电路模块和RPM模块。本文主要讨论了在系统设计和电路设计完成后,对输入模块:基准电压模块和霍尔效应管输入模块电路进行详细分析,并进行仿真,然后完成后端设计以及相关的验证工作。 本文电路中所采用的器件全部是双极型器件,采用5微米标准双极工艺进行版图设计。由于芯片整体电路图比较大,所以将电路图分成若干个模块分别设计,设计前先要将每个模块中的器件的大致位置规划好,在后面的整体版图整理中,再根据工艺线给出的封装结构调整各模块中器件和焊盘的位置。 2 电路分析、仿真结果以及版图设计 2.1 基准电压模块 电路如图1所示,当V3开始给整个电路供电时,随着V3的升高,Q58先导通,从而使Q60导通,Q57、Q58构成达林顿管。Q60的导通,使得镜像电流源Q59-1和Q59-2导通,开始为Q56,Q53,R33组成的能隙基准源供电,并最终在Q38的基极上产生1.25V的基准电压。基准电压产生后,Q61的B极电位为1.9V左右,高于Q60的B极电位(1.4V),所以,Q60截止。R31,Q57,Q58,Q60组成了基准电压部分的启动电路。 基准电压模块中的关键器件: (1)Q53和Q56的面积比要严格匹配,R33的大小影响基准电压值。 (2)R27、R28匹配。 基准电压模块的版图设计:根据隔离区划分标准,集电极电位相同晶体管可以放在同一个隔离区内,将基准电压模块电路图划分成10个隔离区。然后在各个隔离区内设计器件。 2.1.1 晶体管的设计 设计芯片一般情况下先调整晶体管的尺寸。虽然将晶体管的尺寸调到最小,会增大串联器件的电阻和增大时间常数,但是可以减小芯片面积,权衡利弊,缩小器件尺寸所Ю吹暮么σ远远大于它所带来的坏处。设计晶体管版图,首先要设计出一个最小尺寸的晶体管,这个最小尺寸的晶体管是根据本工艺线的工艺水平定出来的,本设计中最小尺寸晶体管的发射极面积是14×14μm2,然后在这个基础上考虑图形最小间距,逐步套合成一个最小尺寸的晶体管,也就是单位管。 根据对电路的分析、仿真,计算出电路图中所有晶体管发射区的尺寸,以单位管为标准,将计算出的发射区面积都表示为单位管的N倍。然后根据单位管的尺寸和本条工艺线所给出的最小设计规则,设计出各个晶体管的版图。 2.1.2 电阻的设计 根据不同类型的电阻具有不同的方块电阻,将大阻值的电阻设计为注入电阻,小阻值的电阻设计为扩散电阻,更大阻值的电阻设计为夹层电阻。 根据电阻公式: 可以根据工艺线的端头修正因子和版图中的布局情况电阻的形状和拐角个数。模块中共有15个电阻,经过计算分析,其中有一个是基区扩散电阻,其余的是注入电阻,方块电阻数全部标注在电路图中。 2.1.3 电容的设计 模块中只有一个电容,电容值为2pF,根据式(2)可以算出电容面积为: 算出电容的面积后,将这个电容做成梳状电容,使P区和N区的重迭面积为5000 就可以满足电容值为2pF的要求。 将电路图中的每个器件设计好之后,对比电路图,符合低风险合并规则的器件可以合并以减少面积。然后再参考电路图进行布线。基准电压模块版图设计如图2所示。 2.2 霍尔效应管输入模块 电路如图3所示,Q108的基极为其输出信号。霍尔效应管产生的信号从PIN5进入(V1),直接传给Q113的B极,Q113的B极与Q119的B极电位进行比较。当霍尔效应管产生的信号为高时,Q113极的B极电位为高,高于Q119的B极电位,所以,Q119导通,Q113截止。Q119的导通,使得Q111的B极电位为高,导通,从而将Q120-2的电流全部拉走,使得没有电流从Q108、Q112和R75中流过,此时模块的输出(Q108的基极)为低,约为0V。反之,上述各管子工作状态相反,模块输出为高,约为0.7V。Q114、Q115和D4组成了一个过压保护,使从霍尔效应管输入的信号不会过高,将其上限限定为(Vcc+2.1)V。霍尔效应管输入电路模块版图设计如图4所示。 3 版图验证 完成版图设计的电路性能由于诸多物理因素的介入,与逻辑设计、电路设计的结果相比,会有一定的变化,因此必须对版图进行验证,主要包括几何设计规则检查(DRC),电学规则检查(ERC),网表一致性检查(LVS),电路功能和性能验证(后仿真)等部分。这些检查工作能为电路的版图设计的正确性提供依据。本设计对绘制完的版图进行了DRC和LVS验证。 4 结论 这款电打火控制芯片的设计成功,填补了国内类似芯片的设计空白,更重要的是这款芯片的所有元器件几乎都采用最小设计尺寸,使芯片面积、功耗最小,从而提高了芯片的利用率,节省了设计成本。 版图设计论文:JFET输入双运算放大器集成电路芯片的版图设计 摘要:介绍了基于4μm双极对通隔离兼容JFET工艺的双运算放大器集成电路芯片的版图设计。版图设计的主出发点是高精度、高速和高可靠性三方面。版图中各模块采用对称设计,关键元件的匹配采用了共质心对称设计。芯片测试结果表明,JFET输入双运算放大器的输入偏置电流和失调电流均达到了200pA以下,电路的转换速率达到了10V/μs,增益带宽积4.5MHz,很好的实现了预定电路功能。芯片成品率达90%。 关键词:JFET;运算放大器;版图设计;可靠性 0 引言 该JFET输入运算放大器主要用在高速积分器、快速D/A转换器、采样-保持等电路中,其关键技术指标是高精度、高速和高可靠。作为集成电路设计流程中最重要的一个环节,芯片版图的设计将是提高电路精度、成品率和可靠性的关键因素。 1 芯片功能及原理图 本文设计的JFET输入双运算放大器输入偏置电流最大200pA,失调电流最大50pA,失调电压最大2mV,共模抑制比最小85dB,电源抑制比最小85dB,电压增益最小90dB,转换速率最小10V/μs,增益带宽积最小4.5MHz。电路由失调调零电路、输入ESD保护电路、偏置电路、差分输入电路、电压放大电路、输出扩流电路、保护电路组成。电路原理图如图1所示。 2 芯片版图设计 2.1 芯片版图的平面设计 本文设计的JFET输入双运算放大器最大的热源就是输出扩流电路,为了保证电路精度,降低温度对输入部分的影响,应该将差分输入电路远离输出扩流电路;保护电路需要测量输出管的电流和结温(主要是电流),因此需把它放在贴近输出扩流电路的位置;电路失调调零电路考虑到电路中测应放在芯片边缘;偏置电路采用正温度系数的扩散电阻和负温度系数的齐纳二极管串联,基本消除了温度的影响,可以放在输出扩流电路边上,同时降低了温度对差分输入电路的影响。 考虑到电路的高可靠性能,在电路的输入、输出、电源端均加上ESD保护电路,提高电路抗静电等级。 综上所述,结合具体布线情况,得出了芯片版图的整体布局,如图2所示。 2.2 主要模块及元器件版图设计 本设计采用4μm双极对通隔离兼容JFET工艺,单层金属布线,共15次光刻版,全部采用负胶接触光刻。最小特征尺寸为4μm,外延层厚度12μm,电阻率3Ω・cm,基区结深2.5~3.0μm。 2.2.1 标准元器件版图设计 本设计中用到的标准元件主要有P沟道JFET、外延型JFET,小功率npn晶体管、横向pnp管、电阻、电容。P沟道JFET沟道长度设计为10μm。外延型JFET沟道宽度设计为32μm。小功率npn晶体管发射区下限尺寸主要受光刻精度的限制,小于4mA的npn晶体管发射区为φ22μm圆形,发射极电流按0.1mA/μm计算【1】;4~25mA的npn晶体管发射区设计为200μm×18μm的矩形。纵向pnp晶体管发射区设计为350μm×30μm的矩形,同时在发射区做重掺杂,提高纵向pnp管的大电流增益。横向pnp管基区宽度设计为14μm。 另外,设计时还采用了发射极铝层大面积覆盖(过EB结势垒区),以减少表面复合,提高npn管和横向pnp管的小电流放大倍数【1】。 本设计中采用的电阻主要有基区电阻和高硼注入电阻。对于精度要求高、匹配性好的电阻采用基区电阻,如差分输入端要求精确匹配的电阻。为了保证电阻的精度和好的匹配性,设计时尽量避免弯头的出现。其余要求不高且阻值较大的电阻采用高B注入电阻,为了形成可靠的欧姆接触,在接触孔下的扩散区做了重掺杂。 电容器的设计采用MIS电容器,考虑电路对转换速率的要求,电容面积按2pF/10000μm2计算。 2.2.2 差分输入电路的版图设计 差分输入电路的精度是影响JFET输入运算放大器的最主要因素。因此,在版图设计时除了合适的布局外,还要充分考虑到该部分电路所用元器件的匹配性,设计时主要采用以下匹配原则:(1)JFET采用统一的几何形状,放置在最相邻的位置,采用共质心拓扑结构交叉耦合的版图设计【2】;(2)JFET所属隔离岛外围实行N+重掺杂,保证隔离岛等电位,减小JFET表面漏电;(3)npn晶体管发射区采用φ22μm圆形结构,放置在JFET边上,采用交叉耦合的版图设计,减小输入级有源负载失配对失调的影响;(4)匹配好的JFET远离芯片热源,放置在芯片的对称轴上;(5)所用电阻均为基区电阻,条宽为20μm。采用上述原则设计出如下结构: 经布局规划,模块实现和版图优化,得到芯片的整体版图(图4),芯片版图尺寸为:3380μm×1860μm。 3 流片结果及分析 芯片版图经总体布局、布线设计完成后,对版图进行了DRC和LVS检查,并在流片厂双极对通隔离兼容JFET工艺线成功流片,芯片图形如图5所示。 表1是该运算放大器样品的上机测试参数与国外同型号产品对比结果。从表1可以看出,该运算放大器达到了国外同型号产品的参数要求(实测时TI公司同类产品IB为100pA左右,Linear Technology公司同类产品IB为150pA左右),可以替代进口的同型产品。 4 结语 为了实现高精度、高速、高可靠运算放大器,本文设计出了一种输入级完全对称的版图结构。芯片版图经总体布局、布线设计完成,并在流片厂成功流片。结果表明,该芯片的性能指标优于国内同型产品,版图设计很好地实现了电路功能,初测芯片的成品率达90%。 版图设计论文:面向企业的IC版图设计教学探讨 摘要:本文在分析国内集成电路(IC)设计企业对版图设计要求的基础上,调查了已从事版图设计的一些学生在校期间所学的版图知识与企业要求的差异,针对版图教学存在的一些教学与企业对版图设计具体要求的不同,深入探讨IC版图教学内容和实现方法,规划版图教学与实践的紧密结合。强调版图教学与目前主流工艺、常用电路以及设计软件同步并重。 关键词:版图设计;集成电路;教学与实践 目前,集成电路设计公司在招聘新版图设计员工时,都希望找到已经具备一定工作经验的,并且熟悉本行业规范的设计师。但是,IC设计这个行业圈并不大,招聘人才难觅,不得不从其他同行业挖人才或通过猎头公司。企业不得不付出很高的薪资,设计师才会考虑跳槽,于是一些企业将招聘新员工目标转向了应届毕业生或在校生,以提供较低薪酬聘用员工或实习方式来培养适合本公司的版图师。一些具备版图设计知识的即将毕业学生就进入了IC设计行业。但是,企业通常在招聘时或是毕业生进入企业一段时间后发现,即使是懂点版图知识的新员工,电路和工艺的知识差强人意,再就是行业术语与设计软件使用不够熟练、甚至不懂。这就要求我们在版图教学时渗入电路与工艺等知识,使学生明确其中紧密关联关系,树立电路、工艺以及设计软件为版图设计服务的理念。 一、企业对IC版图设计的要求分析 集成电路设计公司在招聘版图设计员工时,除了对员工的个人素质和英语的应用能力等要求之外,大部分是考查专业应用的能力。一般都会对新员工做以下要求:熟悉半导体器件物理、CMOS或BiCMOS、BCD集成电路制造工艺;熟悉集成电路(数字、模拟)设计,了解电路原理,设计关键点;熟悉Foundry厂提供的工艺参数、设计规则;掌握主流版图设计和版图验证相关EDA工具;完成手工版图设计和工艺验证[1,2]。另外,公司希望合格的版图设计人员除了懂得IC设计、版图设计方面的专业知识,还要熟悉Foundry厂的工作流程、制程原理等相关知识[3]。正因为其需要掌握的知识面广,而国内学校开设这方面专业比较晚,IC版图设计工程师的人才缺口更为巨大,所以拥有一定工作经验的设计工程师,就成为各设计公司和猎头公司争相角逐的人才。 二、针对企业要求的版图设计教学规划 1.数字版图设计。数字集成电路版图设计是由自动布局布线工具结合版图验证工具实现的。自动布局布线工具加载准备好的由verilog程序经过DC综合后的网表文件与Foundry提供的数字逻辑标准单元版图库文件和I/O的库文件,它包括物理库、时序库、时序约束文件。在数字版图设计时,一是熟练使用自动布局布线工具如Encounter、Astro等,鉴于很少有学校开设这门课程,可以推荐学生自学或是参加专业培训。二是数字逻辑标准单元版图库的设计,可以由Foundry厂提供,也可由公司自定制标准单元版图库,因此对于初学者而言设计好标准单元版图使其符合行业规范至关重要。 2.模拟版图设计。在模拟集成电路设计中,无论是CMOS还是双极型电路,主要目标并不是芯片的尺寸,而是优化电路的性能,匹配精度、速度和各种功能方面的问题。作为版图设计者,更关心的是电路的性能,了解电压和电流以及它们之间的相互关系,应当知道为什么差分对需要匹配,应当知道有关信号流、降低寄生参数、电流密度、器件方位、布线等需要考虑的问题。模拟版图是在注重电路性能的基础上去优化尺寸的,面积在某种程度上说仍然是一个问题,但不再是压倒一切的问题。在模拟电路版图设计中,性能比尺寸更重要。另外,模拟集成电路版图设计师作为前端电路设计师的助手,经常需要与前端工程师交流,看是否需要版图匹配、布线是否合理、导线是否有大电流流过等,这就要求版图设计师不仅懂工艺而且能看懂模拟电路。 3.逆向版图设计。集成电路逆向设计其实就是芯片反向设计。它是通过对芯片内部电路的提取与分析、整理,实现对芯片技术原理、设计思路、工艺制造、结构机制等方面的深入洞悉。因此,对工艺了解的要求更高。反向设计流程包括电路提取、电路整理、分析仿真验证、电路调整、版图提取整理、版图绘制验证及后仿真等。设计公司对反向版图设计的要求较高,版图设计工作还涵盖了电路提取与整理,这就要求版图设计师不仅要深入了解工艺流程;而且还要熟悉模拟电路和数字标准单元电路工作原理。 三、教学实现 1.数字版图。数字集成电路版图在教学时,一是掌握自动布局布线工具的使用,还需要对UNIX或LINUX系统熟悉,尤其是一些常用的基本指令;二是数字逻辑单元版图的设计,目前数字集成电路设计大都采用CMOS工艺,因此,必须深入学习CMOS工艺流程。在教学时,可以做个形象的PPT,空间立体感要强,使学生更容易理解CMOS工艺的层次、空间感。逻辑单元版图具体教学方法应当采用上机操作并配备投影仪,教师一边讲解电路和绘制版图,一边讲解软件的操作、设计规则、画版图步骤、注意事项,学生跟着一步一步紧随教师演示学习如何画版图,同时教师可适当调整教学速度,适时停下来检查学生的学习情况,若有错加以纠正。这样,教师一个单元版图讲解完毕,学生亦完成一个单元版图。亦步亦趋、步步跟随,学生的注意力更容易集中,掌握速度更快。课堂讲解完成后,安排学生实验以巩固所学。逻辑单元版图教学内容安排应当采用目前常用的单元,并具有代表性、扩展性,使学生可以举一反三,扩展到整个单元库。具体单元内容安排如反相器、与非门/或非门、选择器、异或门/同或门、D触发器与SRAM等。在教授时一定要注意符合行业规范,比如单元的高度、宽度的确定要符合自动布局布线的要求;单元版图一定要最小化,如异或门与触发器等常使用传输门实现,绘制版图时注意晶体管源漏区的合并;大尺寸晶体管的串并联安排合理等。 2.模拟版图。模拟集成电路版图设计更注重电路的性能实现,经常需要与前端电路设计工程师交流。因此,版图教学时教师须要求学生掌握模拟集成电路的基本原理,学生能识CMOS模拟电路,与前端电路工程师交流无障碍。同时也要求学生掌握工艺对模拟版图的影响,熟练运用模拟版图的晶体管匹配、保护环、Dummy晶体管等关键技术。在教学方法上,依然采用数字集成电路版图的教学过程,实现教与学的同步。在内容安排上,一是以运算放大器为例,深入讲解差分对管、电流镜、电容的匹配机理,版图匹配时结构采用一维还是二维,具体是如何布局的,以及保护环与dummy管版图绘制技术。二是以带隙基准电压源为例,深入讲解N阱CMOS工艺下双极晶体管PNP与电阻匹配的版图绘制技术。在教学时需注意晶体管与电阻并联拆分的合理性、电阻与电容的类型与计算方法以及布线的规范性。 3.逆向版图设计。逆向集成电路版图设计需要学生掌握数字标准单元的命名规范、所有标准单元电路结构、常用模拟电路的结构以及芯片的工艺,要求学生熟悉模拟和数字集成单元电路。这样才可以在逆向提取电路与版图时,做到准确无误。教学方法同样还是采用数字集成电路版图教学流程,达到学以致用。教学内容当以一个既含数字电路又含模拟电路的芯片为例。为了提取数字单元电路,需讲解foundry提供的标准单元库里的单元电路与命名规范。在提取单元电路教学时,说明数字电路需要归并同类图形,例如与非门、或非门、触发器等,同样的图形不要分析多次。强调学生注意电路的共性、版图布局与布线的规律性,做到熟能生巧。模拟电路的提取与版图绘制教学要求学生掌握模拟集成电路常用电路结构与工作原理,因为逆向设计软件提出的元器件符号应该按照易于理解的电路整理,使其他人员也能看出你提取电路的功能,做到准确通用规范性。 集成电路版图设计教学应面向企业,按照企业对设计工程师的要求来安排教学,做到教学与实践的紧密结合。从教学开始就向学生灌输IC行业知识,定位准确,学生明确自己应该掌握哪些相关知识。本文从集成电路数字版图、模拟版图和逆向设计版图这三个方面就如何开展教学可以满足企业对版图工程师的要求展开探讨,安排教学有针对性。在教学方法与内容上做了分析探讨,力求让学生在毕业后可以顺利进入IC行业做出努力。 版图设计论文:做好凹版图文设计 提高印品质量 在凹版印前制作中,需要对客户设计好的图文进行适当地修改,使其尽可能满足凹印的要求。其中,线条、文字和色彩等都是重要的考查对象,只有设计和控制合理,才能达到理想的印刷效果。下面,笔者将谈一谈我公司凹版图文设计的要点,供同行参考。 文字和线条设计 文字和线条的设计一般应注意以下3个方面。 (1)由于较细小的文字和线条在印刷时不宜采用多色套印,所以,不能在套色图案上设计更加细小的反白字,且不宜在套色图案上留白后,再套印其他细小的文字,否则会增加套印难度。 (2)文字字号不应小于5号字,字高不得小于2mm;线条线宽不得小于0.1mm,但如果采用金属油墨印刷,考虑到金属油墨颗粒太大,在印刷时较难呈现理想的效果,所以其线条线宽就要大于0.1mm;细小的线条、文字等在设计时需要加上宽度为0.02mm的实边,加上实边后这些文字和线条本身的宽度应保持不变。 (3)文字与底图之间的压边在印刷时往往容易出现变色问题,如果客户不能接受这种问题,在图文设计时就要在文字边缘加白边,且白边宽度不得小于0.3mm。 色彩控制 (1)对人像等套印精度要求较严的图像,在图文设计时黄品青各色之间尽量不要加入其他色彩。 (2)印品上条形码的色彩多以黑色、深蓝色为主,不宜采用金属油墨或浅色油墨印刷。另外,条形码的大小应符合国家要求,为保证条形码印刷的完整性及清晰度,条形码的线条方向应尽量与版辊圆周方向一致。 (3)在油墨色彩能够达到客户要求的前提下,设计图文时尽量不使用叠色,例如,如果直接采用黑色挂网能够满足色彩要求的话,就不要选择由黄品青叠加而得到的黑色;过渡网能通过改变加网线数来达到色彩渐变效果的话,就不需要采用多色叠加去完成。 其他方面 加网时必须充分考虑80%和5%这两个色彩跳跃区,渐变挂网时最小网点极限应在10%以上,可印刷的最小网点面积率为15%~25%,尽量不要做大面积挂浅网,以免大批量印刷时造成网点丢失。另外,透明油墨和金属油墨必须要采用专色版,大面积实地底色最好要与网目调图案分开制版,且尽量采用专色版。
版图设计毕业论文:《集成电路版图设计》课程教学改革与探索 【摘要】《集成电路版图设计》课程对微电子专业学生理解电路设计的概念和工艺技术的认识,起到承前启后的作用,对此课程教学方法的研究有着重要的理论和现实意义。 【关键词】集成电路版图;教学方法;改革 集成电路版图设计是集成电路设计的最终结果,版图质量的优劣直接关系到整个芯片的性能和经济性,因此,如何培养学生学好集成电路版图设计技术,具备成为合格的版图设计工程师的基本潜质,是摆在微电子专业老师面前的一个普遍难题。如何破解这个难题,我们做了以下探索。 一、突出实践,理论配合 传统的《集成电路版图设计》课程采取理论教育优先,学生对于版图的基本理论和设计规则非常熟悉,但动手实践能力缺乏培养,往往在学生毕业后进入集成电路设计企业还需二次培训版图设计能力,造成了严重的人力资源浪费。这是由于没有清晰的认识《集成电路版图设计》课程的性质,造成对它的讲授还是采取传统教学方式:老师讲,学生听,偏重理论,缺乏实践,影响到学生在工作中面临实际设计电路能力的发挥。《集成电路版图设计》是一门承接系统、电路、工艺、EDA技术的综合性课程,如果按照传统方式授课,课程的综合性和实践性无法得到体现,违背了课程应有的自身规律,教学效果和实用意义不能满足工业界的要求。我们在重新思考课程的本质特点后,采取了实践先行,理论配合的教学方法,具体如下:集成电路版图是根据逻辑与电路功能和性能要求,以及工艺水平要求来设计光刻用的掩膜图形,实现芯片设计的最终输出。版图是一组相互套合的图形,各层版图相应于不同的工艺步骤,每一层版图使用不同的图案来表示。我们首先讲授版图设计工具EDA软件的使用,让学生掌握EDA软件的每一个主要功能,从图形的选择、材料的配置,让学生从感性角度认识实际的版图设计是如何开展的,每一个步骤是如何使用软件完成的,整体芯片版图设计的流程有哪些规定,学生此时设计的版图可能不是很精确和完美,但学生对于什么是版图和如何设计版图有了初步的感性认识,建立起版图设计的基本概念,对于后续的学习奠定了牢实的实践基础,此时再去讲授版图设计理论知识,学生更能理解深层的工艺知识和半导体理论,真正做到了知行合一,实践先行的教育理念,对学生能力的培养大有裨益。 二、注重细节,加强引导 传统方式讲授《集成电路版图设计》理论占大部分时间,学生知道二极管、晶体管、场效应管、电阻、电容等基本元器件的工作原理和构成要素,但是在版图设计中,这些元器件为什么要这样设计,其实内心中充满着疑惑和不解。针对学生的疑惑,我们从工艺细节入手来解决这个问题。作为集成电路版图设计者,首先要熟悉工艺条件和期间物理,才能确定晶体管的具体尺寸、连线的宽度、间距、各次掩膜套刻精度等。版图设计的规则也是由工艺来确定的,掌握了工艺也就掌握了版图设计的钥匙。我们将通用工艺文件的每一条规则向学生讲解,通用元器件的规则整理出它们的共性,最小宽度、长度、间距的尺寸提醒学生要记忆,不同芯片生产厂的工艺对比学习和研究,学生在这一系列规则的学习过程中,慢慢理解熟悉了工艺规则文件的组织构成及学习要点,能够举一反三的在不同工艺规则下,设计同一种元器件的版图,即使电路元器件的数量巨大,电路拓扑关系复杂,在老师耐心的讲解下,学生也能够依据工艺规则设计出符合要求的版图,这都是在理解了工艺规则细节的基础上完成的。所以,关注细节,加强引导,是提高学生学习效果的一个重要方法。 三、完善考核机制,争取比赛练兵 学生成绩的提高,合理完善的考核机制不可或缺。以往《集成电路版图设计》课程的考核主要是理论知识作业和课程报告,学生的学习效果和实际动手能力没有得到考核,造成不能全面评价学生的学习成绩。我们采取项目形式,全方位考核学生的学习效果。根据知识点,将通用模拟电路分成五大类,每个大类提取出经典的电路10种,使用主流芯片加工厂的生产工艺,由经验丰富的老师把它们的版图全部设计出来,作为库单元放在服务器中供学生参考。在学生充分理解库单元实例的基础上,将以往设计的一些实用电路布置给学生,要求在规定的时间内,设计出合格的版图,以此作为最终的考核结果。学生在学习课程期间,可以接触到不同工艺、不同结构的多种类电路,而且必须在规定的时间内设计出版图,这极大的促进了他们学习的积极性和时间观念。学生在设计版图的过程中,会遇到多种问题,他们会采取问老师答疑,和同学讨论的多种方式解决,不仅能督促他们平时上课认真听讲,而且对遇到的问题也能多角度思考,最重要的是他们亲自动手设计版图,将工艺、电路、器件综合考虑,在约定的时间内能力得到极大提高。老师根据学生上传至服务器中设计的不同项目版图打分,而且将每个项目的得分出具详细的报告,对学生的成绩进行点评。学生通过查阅报告,能够知道课程学习的缺点和得分项,为下一次提高设计成绩是一个很好的参考。除了日常学习设计版图项目,学生可以争取参加微电子专业的一些比赛,通过比赛体会一些具有挑战性的版图设计项目,来提高学生在实际场景下如何发挥设计能力和项目组织能力,为他们未来进入职场从事版图设计工作奠定坚实的专业能力和实际解决问题能力。 四、总结 《集成电路版图设计》课程是一门兼具理论基础和实践锻炼想结合的课程,对它的讲授不仅需要扎实的理论基础,还需合理的实践环节配合,才能取得良好的教学效果。 作者简介:鞠家欣(1972—),黑龙江双城人,硕士,讲师,研究方向:集成电路设计与测试技术。 版图设计毕业论文:微电子专业集成电路版图设计的教学研究 摘要:集成电路版图设计涵盖了微电子学、电路理论、计算机图形学等诸多学科的基础理论,这是微电子学专业的办学重要特色和人才培养重点方向。以CMOS反相器和基本MOS差分放大器为例,介绍了集成电路版图设计的教学内容。学生通过集成电路版图设计的教学环节,巩固了专业课程的理论知识,提高了集成电路设计的实践能力。 关键词:集成电路设计;版图;CMOS 集成电路(Integrated Circuit)产业是典型的知识密集型、技术密集型、资本密集和人才密集型的高科技产业,是关系国民经济和社会发展全局的基础性、先导性和战略性产业,是新一代信息技术产业发展的核心和关键,对其他产业的发展具有巨大的支撑作用。经过30多年的发展,我国集成电路产业已初步形成了设计、芯片制造和封测三业并举的发展格局,产业链基本形成。但与国际先进水平相比,我国集成电路产业还存在发展基础较为薄弱、企业科技创新和自我发展能力不强、应用开发水平急待提高、产业链有待完善等问题。在集成电路产业中,集成电路设计是整个产业的龙头和灵魂。而我国集成电路设计产业的发展远滞后于计算机与通信产业,集成电路设计人才严重匮乏,已成为制约行业发展的瓶颈。因此,培养大量高水平的集成电路设计人才,是当前集成电路产业发展中一个亟待解决的问题,也是高校微电子等相关专业改革和发展的机遇和挑战。[1-4] 一、集成电路版图设计软件平台 为了满足新形势下集成电路人才培养和科学研究的需要,合肥工业大学(以下简称“我校”)从2005年起借助于大学计划,和美国Mentor Graphics公司、Xilinx公司、Altera公司、华大电子等公司合作建立了EDA实验室,配备了ModelSim、IC Station、Calibre、Xilinx ISE、Quartus II、九天Zeni设计系统等EDA软件。我校相继开设了与集成电路设计密切相关的本科课程,如集成电路设计基础、模拟集成电路设计、集成电路版图设计与验证、超大规模集成电路设计、ASIC设计方法、硬件描述语言等。同时对课程体系进行了修订,注意相关课程之间相互衔接,关键内容不遗漏,突出集成电路设计能力的培养,通过对课程内容的精选、重组和充实,结合实验教学环节的开展,构成了系统的集成电路设计教学过程。[5,6] 集成电路设计从实现方法上可以分为三种:全定制(full custom)、半定制(Semi-custom)和基于FPGA/CPLD可编程器件设计。全定制集成电路设计,特别是其后端的版图设计,涵盖了微电子学、电路理论、计算机图形学等诸多学科的基础理论,这是微电子学专业的办学重要特色和人才培养重点方向,目的是给本科专业学生打下坚实的设计理论基础。 在集成电路版图设计的教学中,采用的是中电华大电子设计公司设计开发的九天EDA软件系统(Zeni EDA System),这是中国唯一的具有自主知识产权的EDA工具软件。该软件与国际上流行的EDA系统兼容,支持百万门级的集成电路设计规模,可进行国际通用的标准数据格式转换,它的某些功能如版图编辑、验证等已经与国际产品相当甚至更优,已经在商业化的集成电路设计公司以及东南大学等国内二十多所高校中得到了应用,特别是在模拟和高速集成电路的设计中发挥了强大的功能,并成功开发出了许多实用的集成电路芯片。 九天EDA软件系统包括ZeniDM(Design Management)设计管理器,ZeniSE(Schematic Editor)原理图编辑器,ZeniPDT(physical design tool)版图编辑工具,ZeniVERI(Physical Design Verification Tools)版图验证工具,ZeniHDRC(Hierarchical Design Rules Check)层次版图设计规则检查工具,ZeniPE(Parasitic Parameter Extraction)寄生参数提取工具,ZeniSI(Signal Integrity)信号完整性分析工具等几个主要模块,实现了从集成电路电路原理图到版图的整个设计流程。 二、集成电路版图设计的教学目标 根据培养目标结合九天EDA软件的功能特点,在本科生三年级下半学期开设了为期一周的以九天EDA软件为工具的集成电路版图设计课程。 在集成电路版图设计的教学中,首先对集成电路设计的一些相关知识进行回顾,介绍版图设计的基础知识,如集成电路设计流程,CMOS基本工艺过程,版图的基本概念,版图的相关物理知识及物理结构,版图设计的基本流程,版图的总体设计,布局规划以及标准单元的版图设计等。然后结合上机实验,讲解Unix和Linux操作系统的常用命令,详细阐述基于标准单元库的版图设计流程,指导学生使用ZeniSE绘制电路原理图,使用ZeniPDT进行NMOS/PMOS以及反相器的简单版图设计。在此基础上,让学生自主选择一些较为复杂的单元电路进行设计,如数据选择器、MOS 差分放大器电路、二四译码器、基本RS触发器、六管MOS 静态存储单元等,使学生能深入理解集成电路版图设计的概念原理和设计方法。最后介绍版图验证的基本思想及实现,包括设计规则的检查(DRC),电路参数的检查(ERC),网表一致性检查(LVS),指导学生使用ZeniVERI等工具进行版图验证、查错和修改。 版图设计毕业论文:基于平衡技术的微带低通滤波器版图优化设计 摘要:微带线结构的不连续性,使反射损耗和插入损耗较大,影响滤波器性能。利用平衡法提升滤波器并联分支中较低的特性阻抗,达到降低微带线宽度的目的,从而均衡整个滤波器的宽度,使版图仿真优化。以一个5阶切比雪夫微带低通滤波器设计为例,仿真结果表明,滤波器通带内反射损耗从-9.566 dB降低到-15.837 dB,插入损耗从0.679 dB降低到0.322 dB,与直接采用Richards变换和Kuroda规则设计微带低通滤波器相比,该方法能缩短滤波器设计周期,获得满意的滤波器性能。 关键词:低通滤波器; 微带线; 平衡技术; 版图优化 微带滤波器是无线通信的重要部件。随着无线通信系统的发展,加速了微带滤波器的研究进程,发明许多Q值适中、重量轻、稳定性好的微带滤波器。计算机辅助设计软件的出现,使设计者在设计过程中避免繁杂的计算过程,提高复杂电路设计效率,缩短设计周期。设计者通常运用Richards变换与Kuroda规则设计微带低通滤波器[13]。该方法设计的滤波器在接头处会由于相邻耦合线线宽不同产生不连续性,使插入损耗较大,不满足一些射频通信的要求。为了解决此问题,采用电磁带隙结构与高低阻抗线结合的方法,改善了通带性能,但阻带性能变差,体积变大[4]。运用分形技术设计高低阻抗滤波器取得了一定的效果,但设计方法复杂,对于加工精度要求较高[5]。 本文提出一种采用平衡技术优化微带低通滤波器版图的方法,并以5节切比雪夫微带低通滤波器为例,通过在低特性阻抗并联传输线节点处再并联相同长度的微带线,修改两条微带线特性阻抗为原来的两倍达到优化版图的目的。原理图仿真和版图仿真均验证了该方法的可行性。该方法简单易行,只需使用ADS软件就能方便修改,并且可以用于带阻滤波器等其他微带结构的滤波器,具有良好的应用前景。 1平衡技术设计原理 使用Richards变换和Kuroda规则设计微带滤波器,所得串并联传输线长度理论上是相同的。选取各支节传输线长度l为截止频率下波长的1/8,由终端开路传输线阻抗分布表达式:Zin(l)=-jZ0tan β1(1)式中:传播常数β=2π/λ;Z0为特性阻抗。将l=λ/8带入式(1)可得:Zin(l)=-jZ0(2)若传输线长度l保持不变,使两条特性阻抗Z0相同长度l相等的终端开路传输线并联于同一点,则其输入阻抗会减半为Z0/2;反之,将两段并联终端开路传输线特性阻抗提高1倍并联于同一点且保持传输线长度l不变,则输入阻抗保持不变为Z0。 由以上推导可知,用平衡技术修改滤波器并联终端开路传输线不影响各节的输入阻抗。 2用Richards变换、Kuroda规则设计微带低通滤波器由于当频率较高时电感和电容应选的元件值过小,由于寄生参数的影响,如此小的电感和电容已经不能再使用集中参数元件并且工作波长与滤波器元件的物理尺寸相近,滤波器元件之间的距离不可忽视,需要考虑分布参数效应[67]。基于以上原因,设计者先设计出有电感、电容组成的集中参数滤波器,然后运用Richards变换和Kuroda规则转换为合适的微带滤波器结构。 本文设计的微带低通滤波器指标如下: 截止频率为f0=3 GHz,通带内波纹为0.5 dB,在2倍截止频率处具有不小于40 dB的带外衰减,输入/输出阻抗为50 Ω。基板厚度H=0.762 mm,基板相对介电常数Er=3.66,磁导率μ=1 H/M,金属电导率为5.88 mS/m,封装高度Hu=1.0+33 mm,金属层厚度T=0.035 mm。 通过计算选用5阶切比雪夫微带低通滤波器模型进行设计[8]。电路原理及其仿真结果如图1所示。 图1微带低通滤波器原理电路及仿真结果由图可以看出串联和并联的微带线长度均为λ/8,而宽度与特性阻抗大小相关。 由于原理图仿真是在理想条件下进行的,而实际的电路板需要考虑耦合和干扰等因素的影响。ADS版图仿真是采用矩量法进行电磁仿真,对版图的仿真结果更符合电路实际情况[8]。图1所示的滤波器原理图对应的版图结构及仿真结构如图2所示。 图2微带低通滤波器版图结构及仿真结果3用平衡技术设计微带低通滤波器 由于微带传输线的特性阻抗越高,传输线的宽度就越窄。反之,阻抗越低,宽度就越宽。从第2节中的滤波器原理图可看出,TL3和TL5两段并联的微带线,他们的宽度比较宽即特性阻抗偏大,使用平衡技术,在TL3并联点处再并联一根相同长度的终端开路微带线,将两根线的特性阻抗扩大为原来的2倍,并运用ADS软件中的LineCalc工具推算出线的宽度W。对于TL5用同样的方法设计。电路原理及仿真结果如图3所示。 图3改进后微带低通滤波器原理电路及仿真结果图3所示的滤波器原理图对应的版图结构及仿真结构如图4所示。 图4改进后微带低通滤波器版图结构及仿真结果由图1和图3的原理图仿真结果可以看出,优化前的反射损耗,插入损耗与优化后的数值几乎相同。这与使用平衡技术修改原理图后不改变原有滤波器阻抗的结论相一致。 由图2和图4的版图仿真结果可以看出,通带内反射损耗由-9.566 dB降低到-15.837 dB,插入损耗由0.679 dB降低到0.322 dB。 可以看出,运用平衡技术均衡微带低通滤波器微带线宽度后,使通带内反射损耗明显改善,插入损耗明显降低,达到了性能指标。证明了该方法的有效性。 4结语 本文提出一种用平衡技术优化微带低通滤波器版图的方法,讨论了平衡技术的设计原理,并以一个5阶切比雪夫微带低通滤波器设计为例,仿真结果表明此滤波器版图仿真性能优于传统方法设计的微带滤波器。该方法简单易行,只需使用ADS软件就能方便修改,并且可以用于带阻滤波器等其他微带结构的滤波器,有效地缩短了设计周期,具有良好的应用前景。 版图设计毕业论文:引入CDIO模式的《集成电路版图设计》课程开发实践 摘要:伴随着高等职业院校的教育改革,将CDIO的教育模式引入到《集成电路版图设计》教学开发中。鉴于CDIO教育理念的先进性、教学层面的系统性及其广泛的适应性,对《集成电路版图设计》课程进行了重新设计。本文从引入CDIO教育模式的必要性与必然性的分析到课程评估的结论,阐述了该课程设计开发的整个过程。 关键词:CDIO;高职教育;集成电路版图设计;课程开发 CDIO是基于项目学习的一种模式,是工科教育“做中学”的一种。CDIO代表构思(Conceive)、设计(Design)、实施(Implement)、运作(Operate),它以工程项目生命周期为载体,培养学生的学术知识、职业道德和运用知识解决问题的能力、终生学习能力、团队交流能力和大系统掌控能力。此教育模式是由麻省理工学院(MIT)和瑞典皇家工学院等发起,现已运用到几十个大学的众多专业,并获得产业界认可。 高职教育改革及引入CDIO教育模式的必要性与必然性 高等教育是在完成中等教育的基础上进行的专业教育,是培养高级专门人才的社会活动。职业教育是对受教育者施以从事某种职业所必需的知识与技能的训练,因此,职业教育亦称职业技术教育或实业教育。“高等职业教育”是“高等”与“职业教育”两个概念的复合。 我国高等职业教育的人才培养目标从开始提出的“技术型人才”、“应用型人才”,到后来的“实用型人才”,再到现在提出的“高技能人才”,多年来一直处于变化不定之中。高职培养的人才类型是实用型、应用型,与普通高等教育培养的人才是有差异的。所谓高技能人才,工作内涵是将成熟的技术和管理规范转变为现实的生产和服务,工作场合和岗位是基层第一线。 苏州工业园区职业技术学院的办学理念为“企业的需要,我们的目标;学生的需求,我们的追求”。近些年,我们在专业建设和课程教学改革方面做了许多探索,协助毕业生提高就业信心,实现优质就业,传统教育下的毕业生上岗适应慢,沟通能力差,动手能力弱,缺乏团队合作经验,缺少创新精神和创新能力、职业道德、敬业精神等人文素质薄弱,频繁“跳槽”等,而这些都难以符合现代企业的需要。教育模式的改革势在必行,而CDIO教育模式恰恰有针对性地对传统教学中存在的诸多弊端做出了全面、系统的指导,CDIO教育模式引领了高等职业教育改革的必然性。 应用CDIO模式开发《集成电路版图设计》课程 (一)《集成电路版图设计》的课程理念与思路 《集成电路版图设计》课程是一门实践性很强的课程,针对课程特点,课程设计的基本思路是从岗位实际需求出发,从培养学生学习兴趣入手,在传授知识过程中重视能力培养,强化学生的自学能力和分析、解决问题的能力。具体做法是: 全程实施项目教学 本课程围绕多个相对独立的案例展开。案例的选择强调源于工程实际,注重内容的代表性、针对性、实用性以及先进性,理论知识的选择以“必需,够用”为原则。教学实践表明,案例教学使教学内容直观、具体、形象,易于接受,也使教学内容与工程实际及职业岗位紧密联系,有利于课内知识向工程实际拓宽、技术知识向工程实践迁移,从而有力促进了学生职业能力的发展。 全程实施情境式教学 本课程改变了将理论与实训分开的传统模式,在教学中设计了8个学习情境,每个情境都以相应的工业案例为主线,按照“资讯决策计划实施检查评价”的流程授课,使学员在学中做、做中学,以提高IC版图设计技能训练的水平。同时,通过情境式教学,学生的学习兴趣和参与度大大提高,不仅培养了团队合作精神和沟通能力,还培养了学生的组织协调能力。 小班互动式教学 为达到更好的教学效果,本课程采用24人小班制教学,全程在实训室教学。根据教学内容采取“先讲,后练”、“边讲,边练”、“先练,后讲”等方法,从第一次课开始就设置实训操作内容,调动学生的主观能动性,增加师生互动性。 企业实训 通过校企合作建设校外实训基地的方式,安排学生到专业设计公司进行实训,扩展学生的知识面和工程认识,同时,提高学生对项目整个流程的认知,提高学生的抗压力,对职业道德和敬业精神的培养具有实践意义。 (二)《集成电路版图设计》之课程标准 《集成电路版图设计》课程标准涉及四个方面内容。 专业知识设计 专业知识方面围绕IC版图设计职业标准所要求的必要的基础知识和基本技能把本课程的内容分成多个模块:基础模块(系统操作部分)、应用模块(软件使用部分)、 基本技能训练模块(基本单元的版图设计)、技能提升模块(整体布局与项目掌控)等4个模块包含了8个情境。具体内容包括:Linux基础、版图识读与电路提取、design rule简表整理、绘制符合design rule的NAD2/NOR2版图、DRC及LVS验证及冲突识别和修改、standard cell的框架结构制定、standard cell版图设计、芯片CD4013的版图设计等,每一个情境都对应了某个特定岗位的部分工作内容。这些情境不仅可提供学生对岗位的认知机会,同时,也可激发自主学习的能动性和积极性。 个人职业技能和职业道德培养 在教学中注重对学生职业技能培养的同时也加强对学生职业道德的养成,用企业对员工的标准来要求学生进行实训,采用定期上交项目总结报告和分组进行项目实施进度报告等方式,为学生今后在企业的发展奠定基础。 团队意识的培养 能够快速地融入一个集体当中是从事设计与研发人员必备的能力,而常常被教育者和学生所忽视,因为传统的教育方式更多地关注对单独个体培养的成效,而实际工作中“独自作战”的时代过去了,取而代之的是团队合作,绝大多数的设计工作需要一个团队协作完成,所以这时人际交往就凸显其重要性。在教学中,我们让学生意识到团队协作的重要性和必要性,并在实训过程中从点滴做起,让学生具有团队合作的意识,如文件夹命名方式、文件管理等采取利于团队完成项目的方式进行设置。 《集成电路版图设计》课程的CDIO系统的搭建 《集成电路版图设计》课程的CDIO系统按照下面的框架完成了搭建任务,如表1所示。 (三)《集成电路版图设计》课程CDIO系统的具体实施 我们在CDIO教学大纲的指导下,对《集成电路版图设计》课程进行设计如下:本课程以源于企业真实的项目(如design rule简表整理,见表2)为载体,将所有需要学习和掌握的内容都围绕该项目设计,形成一个整体。紧紧围绕知识体系教学专业技能提升职业道德养成主线组织教学,快乐教学、快乐学习,引导学生主动学、能做事、会做人。 本课程特色 (1)双语教学,强化应用,适应外企工作。 教师采用双语教学课件与讲义,用两种语言进行教学,学生采用两种语言进行作业,从而强化专业词汇的学习,为适应全英文的工作环境打下了良好的基础。(2)按企业标准建设,内容先进、实用。采用了与众多研发设计公司一致的SUN工作站,建立以UNIX/LINUX系统为基础的网络,安装版图设计普遍使用的Cadence工具软件。(3)企业项目实训。以企业的研发项目(Reverse、design rule简表整理;DRC及LVS验证及冲突识别和修改、standard cell库的建立、芯片CD4013设计等)为载体,在真实的环境(按照企业标准进行实训室配置)下,完成生产性实训任务,完成课程开发教学任务的教师具有多年在外企研发设计的工程背景,学生完成工学结合的作品符合企业设计需要。(4)综合全面的评价体系。理论与实践评价结合,技能训练与表达训练结合,校内教师评价与企业评价结合,学生的自评与互评结合。评价方面包括学习态度、5S素养、项目报告的书写、项目汇报、实践考核和理论考试(按版图设计职业标准四级难度要求随机从题库抽取试题)。(5)增强教师的教学技能。中青年教师、工程师都有学院内部培训课程和企业项目参与的经验,并且要求每年都要开新课和实验、训练项目。每个月都有业务和管理能力评价和学期段考核。参加过的培训都要有项目报告和培训体验交流。在实行课程轮换的同时,实行岗位轮换,使教师熟悉专业核心技术并有扎实的基本功。专业教师通过深入企业和承当企业培训等途径,促使教学与生产实际结合。倡导教师既是讲师、又是实训指导教师,还是培训师和项目工程师,促进“双师型”教师培养。组织教师参加行业比赛,掌握行业的发展动向和需求,客观评价教师的技能水平。 课程质量监控体系的建立 教学质量的好与坏,不单是从学生的考核成绩上来评价,还在学院内设立了专门的教学监管体系,督导组会不定期地进行课堂教学的抽查与监管。更重要的是毕业的学生受到企业的好评,这是对我们课程质量最客观的评价。 课程评估 (一)基本达到预期目的 经过多年的教学实践,CDIO教学模式在《集成电路版图设计》课程中已初见成效,不仅学生在学习过程中表现出很高的积极性,参加职业资格认证测试的微电子专业的学生全部取得了集成电路版图设计师四级职业证书,通过对2008届、2009界毕业生就业调查,我院微电子类专业的毕业生,被苏州工业园区、苏州新区多家知名外企争相录用,就业率达100%。这些企业普遍认为我院的学生工作上手快,适应能力强,担任技术员及助理工程师以上岗位的占75%左右,不少学生已升任工程师助理及工程师。 (二)改进方向和途径 配合微电子专业建设,进行课程教学改革,使我们培养出来的学生全方位发展,符合企业的需求,不是单搞课程的开发,而是要建立起贯通的课程体系,从研发到制造,把先进的CDIO教学模式合理运用到自己的教学实践中去,不能机械地照搬照抄;要针对学生的实际水平和教学内容,提供知识供学生学习。要加强与企业的合作,紧随行业技术的更新步伐,及时更新案例项目。 CDIO教育模式的先进性、普遍实用性是毋庸置疑的,许多学院结合本校和行业特点都探索出新的模式。我们借鉴新加坡南洋理工学院教学模块化的成功案例,利用CDIO教育模式对《集成电路版图设计》课程进行开发,对高等职业教育的课程改革有一定的指导和借鉴作用。 版图设计毕业论文:基于九天EDA系统的全定制版图设计 摘要:以反相器等基本单元版图设计为基础,利用华大电子推广的九天EDA系统软件,采用0.6um硅栅CMOS工艺,按照全定制集成电路的后端设计流程,即基本单元建立、版图布局布线以及版图验证对用于数据采集的D触发器进行版图设计。其中着重对数字电路基本逻辑门版图设计技术进行了探讨。此版图已用于相关芯片的设计中,结果表明通过该软件系统设计的D触发器完全符合设计要求。 关键词:版图设计;九天EDA系统;D触发器 1引言 集成电路(Integrated Circuit,IC)把成千上万的电子元件包括晶体管、电阻、电容甚至电感集成在一个微小的芯片上。集成电路版图设计的合理与否、正确与否直接影响到集成电路产品的最终性能[1]。目前,集成电路版图设计的EDA ( Electronic Design Automation)工具较多,但主流的集成电路版图设计的EDA工具价格昂贵,而我国自主开发的九天EDA系统,具有很高的性价比,为我们提供了理想的集成电路设计工具。 2基本概念 2.1 版图 版图是将三维的立体结构转换为二维平面上的几何图形的设计过程,是一组相互套合的图形,各层版图相应于不同的工艺步骤,每一层版图用不同的图案来表示。它包括了电路尺寸、各层拓扑定义等器件的相关物理信息,是设计者交付给代工厂的最终输出。 2.2 版图设计 它将电路设计中的每一个元器件包括晶体管、电阻、电容等以及它们之间的连线转换成集成电路制造所需要的版图信息。主要包括图形划分、版图规划、布局布线及压缩等步骤[2]。版图设计是实现集成电路制造的必不可少的环节,它不仅关系到集成电路的功能是否正确,而且会在一定程度上影响集成电路的性能、面积、成本与功耗及可靠性等[3]。版图设计是集成电路从设计走向制造的桥梁。 2.3 集成电路版图实现方法 集成电路版图实现方法可以分为全定制(Full-Custom)设计和半定制(Semi-Custom)设计[4]。半定制设计方法包括门阵列设计方法、门海设计方法、标准单元设计方法、积木块设计方法及可编程逻辑器件设计方法等。全定制设计方法是利用人机交互图形系统,由版图设计人员从每一个半导体器件的图形、尺寸开始设计,直至整个版图的布局和布线。全定制设计的特点是针对每一个元件进行电路参数和版图参数的优化,可以得到最佳的性能以及最小的芯片尺寸,有利于提高集成度和降低生产成本。随着设计自动化的不断进步,全定制设计所占比例逐年下降[5]。 3九天EDA系统简介 华大电子推广的应用的九天EDA系统是我国自主研发的大规模集成电路设计EDA工具,与国际上主流EDA系统兼容,支持百万门级的集成电路设计规模,可进行国际通用的标准数据格式转换,它已经在商业化的集成电路设计公司以及东南大学等国内二十多所高校中得到了应用,特别是在模拟和高速集成电路的设计中发挥了作用,成功开发出了许多实用的集成电路芯片[6]。其主要包括下面几个部分[7]:ZeniSE( Schematic Editor)原理图编辑工具,它可以进行EDIF格式转换,支持第三方的Spice仿真嵌入; ) ZeniPDT ( Physical Design Tool)版图编辑工具;它能提供多层次、多视窗、多单元的版图编辑功能,同时能够支持百万门规模的版图编辑操作;ZeniVERI ( Physical Design Verification Tools)版图验证工具它可以进行几何设计规则检查(DRC) 、电学规则检查( ERC) 及逻辑图网表和版图网表比较(LVS)等。 版图设计用到的工具模块是ZeniPDT,它具备层次化编辑和在线设计规则检查能力,并提供标准数据写出接口。其设计流程如图1所示[8], 4设计实例 任何一个CMOS数字电路系统都是由一些基本的逻辑单元(非门、与非门、或非门等)组成,而基本单元版图的设计是基于晶体管级的电路图设计的。因而在版图设计中,主要涉及到如何设计掩膜版的形状、如何排列晶体管、接触孔的位置的安排以及信号引线的位置安排等。以下以一个用于数据采集的D触发器为例进行设计。 4.1 D触发器电路图及工作原理 D触发器电路图,如图2所示,此电路图是通过九天EDA系统工具的ZSE模块构建的,其基本工作原理是:首先设置CLB=1。当时钟信号CLK=0时,DATA信号通过导通的TG1进入主寄存器单元,从寄存器由于TG4的导通而形成闭合环路,锁存原来的信号,维持输出信号不变。当CLK从0跳变到1时,主寄存器单元由于TG2的导通而形成闭合回路,锁存住上半拍输入的DATA信号,这个信号同时又通过TG3经一个与非门和一个反相器到达Q端输出。当CLK再从1跳变到0时,D触发器又进入输入信号并锁存原来的输出状态。对于记忆单元有时必须进行设置,电路中的CLB信号就担当了触发器置0 的任务。当CLB=0时,两个与非门的输出被强制置到1,不论时钟处于0还是1,输出端Q均被置为0。 4.2 D触发器子单元版图设计 图2所示的D触发器由五个反相器、两个与非门、两个传输门和两个钟控反相器组成。选择适当的逻辑门单元版图,用这些单元模块构成D触发器。 对于全定制的集成电路版图设计,需要工作平台,包括设计硬件、设计使用的EDA软件以及版图设计的工艺文件和规则文件。此D触发器的设计硬件是一台SUN Ultra10工作站,设计软件是九天EDA系统,采用0.6um硅栅CMOS工艺。 CMOS反相器是数字电路中最基本单元,由一对互补的MOS管组成。上面为PMOS管(负载管),下面为NMOS管(驱动管)。由反相器电路的逻辑“非”功能可以扩展出“与非”、“或非”等基本逻辑电路,进而得到各种组合逻辑电路和时序逻辑电路。 在电路图中,各器件端点之间所画的线表示连线,可以用两条线的简单交叉来表示。但对于具体的物理版图设计,必须关心不同连线层之间物理上的相互关系。在硅CMOS工艺中,不能把N型和 P型扩散区直接连接。因此,在物理结构上必须有一种实现简单的漏极之间的连接方法。例如,在物理版图中至少需要一条连线和两个接触孔。这条连线通常采用金属线。可得如图3(a)所示的反相器的局部的符号电路版图。同理,可以通过金属线和接触孔制作MOS管源端连接到电源VDD和地VSS的简单连线,如图3(b)所示。电源线和地线通常采用金属线,栅极连接可以用简单的多晶硅条制作。图3(c)给出了最后的符号电路版图。 通过九天版图设计工具绘制的反相器版图如图4所示。其他基本单元的版图可依此建立。 4.3 D触发器版图设计 先建立一个名为DFF的库,然后把建立的各个单元版图保存在DFF库中,同时在库中建立名为dff的新单元。调用各子单元,并进行相应D触发器的版图布局,接着就是单元间的连线。主要用到的层是金属1、金属2和多晶硅进行连接布线。接触孔是用来连接有源区和金属1,通孔用来连接金属1和金属2,多晶硅和多晶硅以及相同层金属之间可以直接连接。版图设计完成后,再利用版图验证工具ZeniVERI对该版图进行了版图验证。最后,经过验证后D触发器的版图如图5所示。 5结语 在分析CMOS 0.6um设计规则和工艺文件后,采用九天EDA系统,以D触发器为例进行了版图设计。实践表明,九天EDA系统工具具有很好的界面和处理能力。该版图已用于相关芯片的设计中,设计的D触发器完全符合设计要求。 作者简介 杨依忠,讲师,主要研究方向是混合集成电路设计。 版图设计毕业论文:企业版图设计教学与实践 一、企业对IC版图设计的要求分析 集成电路设计公司在招聘版图设计员工时,除了对员工的个人素质和英语的应用能力等要求之外,大部分是考查专业应用的能力。一般都会对新员工做以下要求:熟悉半导体器件物理、CMOS或BiCMOS、BCD集成电路制造工艺;熟悉集成电路(数字、模拟)设计,了解电路原理,设计关键点;熟悉Foundry厂提供的工艺参数、设计规则;掌握主流版图设计和版图验证相关EDA工具;完成手工版图设计和工艺验证[1,2]。另外,公司希望合格的版图设计人员除了懂得IC设计、版图设计方面的专业知识,还要熟悉Foundry厂的工作流程、制程原理等相关知识[3]。正因为其需要掌握的知识面广,而国内学校开设这方面专业比较晚,IC版图设计工程师的人才缺口更为巨大,所以拥有一定工作经验的设计工程师,就成为各设计公司和猎头公司争相角逐的人才[4,5]。 二、针对企业要求的版图设计教学规划 1.数字版图设计。数字集成电路版图设计是由自动布局布线工具结合版图验证工具实现的。自动布局布线工具加载准备好的由verilog程序经过DC综合后的网表文件与Foundry提供的数字逻辑标准单元版图库文件和I/O的库文件,它包括物理库、时序库、时序约束文件。在数字版图设计时,一是熟练使用自动布局布线工具如Encounter、Astro等,鉴于很少有学校开设这门课程,可以推荐学生自学或是参加专业培训。二是数字逻辑标准单元版图库的设计,可以由Foundry厂提供,也可由公司自定制标准单元版图库,因此对于初学者而言设计好标准单元版图使其符合行业规范至关重要。2.模拟版图设计。在模拟集成电路设计中,无论是CMOS还是双极型电路,主要目标并不是芯片的尺寸,而是优化电路的性能,匹配精度、速度和各种功能方面的问题。作为版图设计者,更关心的是电路的性能,了解电压和电流以及它们之间的相互关系,应当知道为什么差分对需要匹配,应当知道有关信号流、降低寄生参数、电流密度、器件方位、布线等需要考虑的问题。模拟版图是在注重电路性能的基础上去优化尺寸的,面积在某种程度上说仍然是一个问题,但不再是压倒一切的问题。在模拟电路版图设计中,性能比尺寸更重要。另外,模拟集成电路版图设计师作为前端电路设计师的助手,经常需要与前端工程师交流,看是否需要版图匹配、布线是否合理、导线是否有大电流流过等,这就要求版图设计师不仅懂工艺而且能看懂模拟电路。3.逆向版图设计。集成电路逆向设计其实就是芯片反向设计。它是通过对芯片内部电路的提取与分析、整理,实现对芯片技术原理、设计思路、工艺制造、结构机制等方面的深入洞悉。因此,对工艺了解的要求更高。反向设计流程包括电路提取、电路整理、分析仿真验证、电路调整、版图提取整理、版图绘制验证及后仿真等。设计公司对反向版图设计的要求较高,版图设计工作还涵盖了电路提取与整理,这就要求版图设计师不仅要深入了解工艺流程;而且还要熟悉模拟电路和数字标准单元电路工作原理。 三、教学实现 1.数字版图。数字集成电路版图在教学时,一是掌握自动布局布线工具的使用,还需要对UNIX或LINUX系统熟悉,尤其是一些常用的基本指令;二是数字逻辑单元版图的设计,目前数字集成电路设计大都采用CMOS工艺,因此,必须深入学习CMOS工艺流程。在教学时,可以做个形象的PPT,空间立体感要强,使学生更容易理解CMOS工艺的层次、空间感。逻辑单元版图具体教学方法应当采用上机操作并配备投影仪,教师一边讲解电路和绘制版图,一边讲解软件的操作、设计规则、画版图步骤、注意事项,学生跟着一步一步紧随教师演示学习如何画版图,同时教师可适当调整教学速度,适时停下来检查学生的学习情况,若有错加以纠正。这样,教师一个单元版图讲解完毕,学生亦完成一个单元版图。亦步亦趋、步步跟随,学生的注意力更容易集中,掌握速度更快。课堂讲解完成后,安排学生实验以巩固所学。逻辑单元版图教学内容安排应当采用目前常用的单元,并具有代表性、扩展性,使学生可以举一反三,扩展到整个单元库。具体单元内容安排如反相器、与非门/或非门、选择器、异或门/同或门、D触发器与SRAM等。在教授时一定要注意符合行业规范,比如单元的高度、宽度的确定要符合自动布局布线的要求;单元版图一定要最小化,如异或门与触发器等常使用传输门实现,绘制版图时注意晶体管源漏区的合并;大尺寸晶体管的串并联安排合理等。2.模拟版图。模拟集成电路版图设计更注重电路的性能实现,经常需要与前端电路设计工程师交流。因此,版图教学时教师须要求学生掌握模拟集成电路的基本原理,学生能识CMOS模拟电路,与前端电路工程师交流无障碍。同时也要求学生掌握工艺对模拟版图的影响,熟练运用模拟版图的晶体管匹配、保护环、Dummy晶体管等关键技术。在教学方法上,依然采用数字集成电路版图的教学过程,实现教与学的同步。在内容安排上,一是以运算放大器为例,深入讲解差分对管、电流镜、电容的匹配机理,版图匹配时结构采用一维还是二维,具体是如何布局的,以及保护环与dummy管版图绘制技术。二是以带隙基准电压源为例,深入讲解N阱CMOS工艺下双极晶体管PNP与电阻匹配的版图绘制技术。在教学时需注意晶体管与电阻并联拆分的合理性、电阻与电容的类型与计算方法以及布线的规范性。3.逆向版图设计。逆向集成电路版图设计需要学生掌握数字标准单元的命名规范、所有标准单元电路结构、常用模拟电路的结构以及芯片的工艺,要求学生熟悉模拟和数字集成单元电路。这样才可以在逆向提取电路与版图时,做到准确无误。教学方法同样还是采用数字集成电路版图教学流程,达到学以致用。教学内容当以一个既含数字电路又含模拟电路的芯片为例。为了提取数字单元电路,需讲解foundry提供的标准单元库里的单元电路与命名规范。在提取单元电路教学时,说明数字电路需要归并同类图形,例如与非门、或非门、触发器等,同样的图形不要分析多次。强调学生注意电路的共性、版图布局与布线的规律性,做到熟能生巧。模拟电路的提取与版图绘制教学要求学生掌握模拟集成电路常用电路结构与工作原理,因为逆向设计软件提出的元器件符号应该按照易于理解的电路整理,使其他人员也能看出你提取电路的功能,做到准确通用规范性。集成电路版图设计教学应面向企业,按照企业对设计工程师的要求来安排教学,做到教学与实践的紧密结合。从教学开始就向学生灌输IC行业知识,定位准确,学生明确自己应该掌握哪些相关知识。本文从集成电路数字版图、模拟版图和逆向设计版图这三个方面就如何开展教学可以满足企业对版图工程师的要求展开探讨,安排教学有针对性。在教学方法与内容上做了分析探讨,力求让学生在毕业后可以顺利进入IC行业做出努力。 作者:李亮工作单位:苏州市职业大学电子信息工程学院 版图设计毕业论文:基于Virtuoso平台的单片射频收发系统电路仿真与版图设计 引言 在当前通信市场的带动下,通信技术飞速向前发展,手持无线通信终端成为其中的热门应用之一。因此,单片集成的射频收发系统正受到越来越广泛的关注。典型的射频收发系统包括低噪声放大器(LNA)、混频器(Mixer)、滤波器、可变增益放大器,以及提供本振所需的频率综合器等单元模块,对于工作在射频环境的电路系统,如2.4G或5G的WLAN应用,系统中要包含射频前端的小信号噪声敏感电路、对基带低频大信号有高线性度要求的模块、发射端大电流的PA模块、锁相环频率综合器中的数字块,以及非线性特性的VCO等各具特点的电路。众多的电路单元及其丰富的特点必然要求在这种系统的设计过程中有一个功能丰富且强大的设计平台。在综合比较后,本文选定了cadenceVirtuoso全定制IC设计工具。 Virtuoso是Cadence公司推出的用于模拟,数字混合电路仿真和射频电路仿真的专业软件。基于此平台,Cadence公司还开发了面向射频设计的新技术,包括射频提取技术、针对无线芯片设计的两个新设计流程。不仅如此,目前的Virtuoso已经整合了来自合作伙伴安捷伦、Coware、Helic和Mathworks等公司的技术,射频设计能力大为增强。使用该项新技术,可以减少设计反复,并缩短产品上市时间。其AMS工具可以实现自顶向下、数/模混合的电路设计;Composer工具可以方便地进行电路设计的输入和管理;spectre/SpectreRF仿真器精度高,适合不同特点的电路设计;Layout工具包含了布局、交叉参考、布线、版图验证、参数提取等功能;此外,Virtuoso能进行可靠的后仿真和成品率控制。 基于Virtuoso的行为仿真和系统规划 射频收发系统的设计最终能否成功,以及模块指标分配是否合理可行,都有赖于具体电路设计之前对系统的行为建模和计算,即所谓的行为仿真。这也是自顶向下设计模式的关键一步。Cadence内置的Verilog-A和VHDL仿真器,以及混合输入模式的仿真方法提供了这种可能性。而且,Cadence软件免费提供了大量的行为模型供选择使用,对于射频系统设计,所要做的就是调用并设定各个模块预期的指标要求,通过仿真很快就能得到系统的行为特征。根据要求可以方便地修改各个模块的指标重新仿真,直到系统的行为满足要求为止。以接收机为例,接收系统。每个模块的指标设定非常具体,如输入输出阻抗、增益、隔离度、噪声系数NF、线性度IP3、直流偏移IP2等。仿真完成后,每个模块的指标分配任务也同时完成。 每个模块用具体电路实现后可以逐一取代相应的设计模块,进行系统仿真,可以看出每个模块是否满足系统的需要,进而评估每个实际模块对系统性能的影响。 基于Virtuoso Spectre/SpectreRF的电路模块仿真设计 基于上述的行为仿真结果和指标分配结果,可以划分系统模块设计任务,对每个单元块分别进行设计仿真。 LNA LNA是射频接收机最前端的一个有源部件,它决定了系统的噪声性能。对它的要求主要是具有尽量低的NF和足够的功率增益、好的输入匹配,其次是高线性度和隔离度。其电路如图3所示。利用Spectre的SP分析或SpectreRF的PSS+Pnoise分析都可以进行NF分析。还可以利用NFmin的结果来挑选晶体管的尺寸,以使最优源阻抗满足最小的噪声要求。 Mixer 混频器是收发机的核心,由于完成的是变频工作,其主要仿真方法需采用SpectreRF仿真器。混频器的益、NF等与输入输出有关,但输入和输出工作在不同的频段上,往往要在PSS分析的基础上进行其它分析才能得到正确结果,如PSP、Pnoise、PAC等。混频器的结构是典型双平衡吉尔伯特。 VGA 基带VGA由于频率低、增益大,因此对噪声要求不高,主要是对线性度、增益等指标有较高的要求,SpectreRF的PSS扫描可以方便地对模块的输入进行扫描并自动对扫描曲线作延长,直接标示出线性度PldB和IIP3的交点位置及数值大小,非常方便直观。这种方法与传统的two tone测试相比更加灵活高效。VGA在不同增益状态下的IIP3指标的仿真只需把控制写成变量,在ADE环境中进行扫描变量的值即可完成。所得的结果可以方便地进行比较分析。通过调整可以获得理想的VGA电路。甚至可以把ADE下的各种设置保存成ocean的脚本文件,利用脚本的自动运行,只要事先安排好各种仿真任务,Cadence就能自动完成各项仿真并保存数据结果。对数据进行比较分析后能获悉电路的性能,以此为指导逐步改进,便可获得一个满足系统需要的电路模块。 PLL模块 PLL各模块的仿真是一个比较有挑战性的任务,PLL本身是一个数字/模拟混合的模块,但是一般都用模拟的方式设计各个模块。PLL的仿真包含了上百项指标的测试工作,这些仿真要用到几乎所有Spectre和SpectreRF的仿真工具。以其中VCO和CP的仿真为例,VCO非线性的工作特点决定了它的噪声计算不能以小信号的方式进行,采用PSS+Pnoise的方式则可以准确地仿真VCO的相位噪声性能。通过扫描可以得到VCO的频率调谐增益Kvcvcd。 电荷泵输出电流特性是衡量CP性能的常用曲线,CP决定了PLL环路的增益和带内噪声性能。通过扫描也可以容易地得到CP在不同状态下电流源的恒流和匹配特性。 以上所述是射频接收机几个典型单元模块的电路设计仿真过程。系统各个单元块的仿真是可以同时展开的,完成的模块可以随时代人行为系统来验证设计结果。经过若干次反复修改与验证,最终可以得到符合要求的接收系统。 温度分析 要保证最终系统设计的可靠性和成品率,很关键的一步是在各个单元块的设计中进行温度、极端情况等分析。这些功能可以在CadenceVirtuoso中通过设置不同的仿真温度、通过仿真模型的Corner设置,以及直接使用其提供的MonteCarlo仿真工具来进行。 射频收发系统的整体电路仿真 各个模块电路分别设计验证完成以后,就可以把所有模块连成系统,并加上PAD、ESD等构成一个完整的芯片系统,对这个系统加上激励进行仿真测试,可以对整个系统电路进行仿真。如果仿真计算所用的硬件资 源足够大,可以直接对系统进行tran、SP、PSS,以及PSP、Pnoise、PAC等分析,获得整个芯片的性能。如果资源不足,则可以考虑对系统按功能进行分组、分块仿真。由于分出的块之间相对独立,因此整体系统的特性与分块仿真差别不大。 版图设计与后仿真 在各模块的设计指标满足自身及系统要求的基础上可以开始各个模块的版图设计,首先利用Layout-XL的元件调入功能可以直接由原理图调入版图元件,进行各个模块的粗略布局,主要是安排与其它模块的连接端口以及一些重要元件的预布局。然后从系统上将所有模块的预布局调入进行整体布局考虑。利用Virtuoso Layout工具所具有的层次化管理和操作的特性,可以对每个模块的安放及其与其它模块的衔接进行系统考虑。 系统布局以后,将边界条件分配给每个模块。在模块单独的布局过程中要遵守其边界约定。版图进行到一定阶段后,即可以调入到系统版图中来检查,随时作必要的调整以满足每个模块的具体情况。 具体版图绘制过程中可以充分利用Virtuoso版图工具的强大功能,比如充分发挥快捷键功能可以使版图设计流畅高效;利用Layout-XL的交叉参考可以随时发现错误的连线或因疏忽造成的短路;利用DRD的实时规则检查可以避免绝大多数违反设计规则的布图。 版图的规则检查可以采用Virtuoso的Diva工具,DRC、LVS、Exlract等工作都可以在其友好的界面下完成。对于射频电路版图元件数规模不大的特点,利用Diva完成绝大部分工作是很合适的。如果想进一步提高版图提取和后仿真的精确度,可以考虑采用Assure工具来进行。 结语 本文详细讨论了基于CadenceVirtuoso设计平台的单片射频收发集成电路的设计过程。讨论了利用Virtuoso工具完成的自顶向下、从系统到模块、从前端都后端的整个设计步骤,直到实现一个完整的射频芯片。可以看出,Virtuoso平台工具在IC设计的各个阶段所发挥的重要作用。 文中所述的单片射频芯片设计中所采用的Virtuoso工具只是Virtuoso家族中最常用的几个工具,依靠他们的强大功能足以完成复杂的射频系统设计,是性价比较高的一种解决方案。如果再结合Virtuoso的AMs、UltraSim、VoltageStorm、ElectronStorm等工具,将会使设计效率更高,设计更精确。 版图设计毕业论文:数模混合集成电路版图设计的涨缩技术 摘 要:文章介绍了在数模混合版图设计中,如何把版图不同模块的涨缩需求,用一种完善的自动化程序技术方案来实现,并且可以批处理所有需要涨缩的版图数据。 关键词:数字;模拟;集成电路;版图设计;人工处理;程序化处理 随着集成电路技术的进步,晶体管尺寸越来越小。对于很多经过晶圆片验证的产品,需要通过版图等比例缩小,直接用于更小的工艺平台,不用重新设计版图,就可以流片,从而获得高集成度的效果,极大地提高了效率,节省了成本。而一个数模混合产品中包含数字部分和模拟部分,对于数字 IP,尤其是标准单元, 用于更小工艺平台的时候,可以直接采用版图等比例缩小的方式;而对于一些模拟IP来说,应用于更小工艺平台的时候,为了保持性能的最优化,需要保持原验证的同等条件;而对于工艺的临界尺寸(Critical Dimension, CD)来说,希望整个产品的接触孔的宽度是一致的。对于这样一个产品多种涨缩,部分还需要层次之间布尔操作的需求,本文提供一种完善的自动化流程方案来解决这种版图特殊涨缩的方法,可以程序化地批处理所有需要涨缩的版图数据。 1 客户项目涨缩需求概述 华润上华0.18 μm工艺线有3个差异不大的平台―0.18 μm, 0.162 μm ,0.153 μm。客户的产品很多已经在0.18 μm工艺平台验证过,为了增加单片晶圆片上的管芯的数量,提高利润空间,客户会直接把0.18 μm工艺平台验证过的产品等比例缩小到0.162 μm或者0.153 μm的两个工艺平台进行重新流片。而数字IP可以直接等比例缩小,但是模拟IP希望能直接用0.18 μm工艺平台设计方案,这两种IP类型共存于一个数模混合产品中,需要分别对这两种IP进行不同的操作,而且由于工艺要求需要,某些版图层次需要进行其他特殊的处理。 图1是数模混合的简化示意图,包含了数字IP和模拟IP。客户需求有两个要求:(1)模拟IP尺寸保持不变,数字IP尺寸缩小到原始的0.9倍;(2)整个产品的接触孔的宽度保持原始的0.22 μm。 2 人工涨缩技术操作方式 传统的操作技术中,大部分需要靠人工干涉和人工画图来实现,效率很低,下面简述一下传统人工操作技术方案: (1)在图1的版图EDA工具窗口菜单中,调用图2版图属性对话框,通过修改其参数选项Magnification等于0.9,把数字IP缩小到原始的0.9倍。 (2)这种修改的方式会导致版图层次之间出现0.001 μm的gap(空隙),如图3所示,金属层出现的gap图形;这种0.001 μm的gap会出现在很多不同分层结构的连接层次之间。 (3)人工修补版图,首先要把所有出现gap的图形一一填充好,然后把模拟IP和数字IP之间的连接金属线的位置分别调整好。 (4)因为原始接触孔宽度等于0.22 μm,如图4所示,而缩小到0.9倍以后数字 IP部分的接触孔宽度等于0.198 μm;为了保持全芯片的接触孔宽度一致,必须人工的把数字 IP内部的接触孔宽度修改为0.22 μm。 每一个数模产品都是非常巨大的,包含的contact的数量是数以万计的,模拟IP和数字IP连线也都是非常复杂的,而且要从底层单元开始修改,单靠这种传统的人工修改,工作量是超负荷的,从而使客户产品直接shrink的效率就大大降低,影响到客户产品的上市时间。 3 程序化处理涨缩技术 3.1 程序化涨缩技术原理 针对传统方案的缺点,结合我们客户需求,同时更多的是依赖个人技术经验,发明了一种自动化批处理,人工干预少的技术方案,从而大大提高了客户产品涨缩的效率。核心技术方案是采用EDA工具calibre drc语言,编写涨缩程序,再运行程序,从而达到客户需求。图5是客户数模产品的涨缩批处理流程。 基本原理:整个程序分为涨大(enlarge)和整体缩小(shrink )两个过程。IP涨大以后,会把相关的接触孔的宽度恢复到0.22 μm,然后把涨大后的IP重新整合在原始的版图中,最后把整合好的数据进行整体shrink,从而达到版图等比例缩小的目的。 3.2 批处理程序的结构 根据图5的客户需求原理,我们用calibre语言需要编写了两个程序,一个是enlarge程序,一个是shrink程序,两者程序架构大体相同。程序架构包含以下几个方面。 (1)Specification Statement(规范说明):定义版图数据基本信息和需要的功能选项。 (2)Input Layers Statement(输入层次说明):把版图数据的所有输入层次信息定义出来。 (3)Layer Operations(版图层次运算):根据项目要求,进行所有层次之间的布尔运算。 (4)Output New Layer(输出新的版图层次):把最终完成各种处理的版图数据输出。 通过上面3个语句,就可以把版图Metal1层次的gap修补,以此类推,所有需要修改gap的版图层次都可以按照此语法命令结构来完成。 整体shrink的程序和enlarge的程序结构相同,在shrink程序中可以把客户所有层次之间的布尔运算需求,通过命令语句执行,从而完成客户数据光罩层次的输出。其中的shrink选项,只需要在程序的规范说明里面来定义即可,命令行如下:DRC MAGNIFY RESULTS 0.9,即可完成shrink 90%的功能任务,如果定义DRC MAGNIFY RESULTS 0.85,即可完成shrink 85%的功能需求。 3.4 q缩程序的执行 编写完程序以后,把版图数据等比例缩小的任务就可以按照步骤执行,首先运行enlarge(涨大)程序,然后运行shrink(缩小)程序。步骤如下: (1)在enlarge程序里面定义要涨大的版图数据的gds;运行enlarge程序:caliberCdrc Chier enlarge程序。 (2)把前两步运行出来的版图数据,放入原始的版图gds中,修补接口连线;在shrink程序里面把第(3)输出的版图数据定义进入;运行shrink程序:calibre Cdrc Chier shrink程序。 (3)通过这几个步骤,我们就可以把版图等比例缩小,同时还维持了模拟IP的原始状态。 (4)程序运行出来的版图,我们就可以直接拿到工艺厂流片。 4 结语 本文详细讲述了如何利用常用的EDA calibre工具语言,批处理集成电路版图等比例缩小的方法。现在集成电路行业发展迅速,工艺水平不断提高,而器件特征尺寸也随着摩尔定律不断缩小,如果一些数模混合产品经过缩小,可以在新的工艺平台流片,有些经过验证的IP希望在原始的工艺尺寸下复用,这些客户需求,都可以通过本文所阐述的技术原理,高效率地实现,极大地节省了设计成本。涨缩程序可以推广于任何后端版图设计中,简单编写一个小的程序,就可以代替人工繁重的全定制版图设计,从而大大提高设计效率。 版图设计毕业论文:“集成电路版图设计”教学探索与实践 摘要:集成电路版图设计起着承接电路设计和芯片实现的重要作用,是集成电路设计流程中必不可少的环节,同时也是应用型集成电路人才的培养方向。对集成电路版图设计理论教学和实验教学过程的实施进行了探索和实践。以CMOS与非门为例,介绍了基于主流EDA工具的完整集成电路版图设计流程的教学实例。 关键词:集成电路设计;版图;EDA 集成电路是当今信息技术产业高速发展的基础和源动力,已经高度渗透与融合到国民经济和社会发展的每个领域,其技术水平和发展规模已成为衡量一个国家产业竞争力和综合国力的重要标志之一[1],美国更将其视为未来20年从根本上改造制造业的四大技术领域之首。我国拥有全球最大、增长最快的集成电路市场,2013年规模达9166亿元,占全球市场份额的50%左右。近年来,国家大力发展集成电路,在上海浦东等地建立了集成电路产业基地,对于集成电路设计、制造、封装、测试等方面的专门技术人才需求巨大。为了适应产业需求,推进我国集成电路发展,许多高校开设了电子科学与技术专业,以培养集成电路方向的专业人才。集成电路版图设计是电路设计与集成电路工艺之间必不可少的环节。据相关统计,在从事集成电路设计工作的电子科学与技术专业的应届毕业生中,由于具有更多的电路知识储备,研究生的从业比例比本科生高出很多。而以集成电路版图为代表包括集成电路测试以及工艺等与集成电路设计相关的工作,相对而言对电路设计知识的要求低很多。因而集成电路版图设计岗位对本科生而言更具竞争力。在版图设计岗位工作若干年知识和经验的积累也将有利于从事集成电路设计工作。因此,版图设计工程师的培养也成为了上海电力学院电子科学与技术专业本科人才培养的重要方向和办学特色。本文根据上海电力学院电子科学与技术专业建设的目标,结合本校人才培养和专业建设目标,就集成电路版图设计理论和实验教学环节进行了探索和实践。 一、优化理论教学方法,丰富教学手段,突出课程特点 集成电路版图作为一门电子科学与技术专业重要的专业课程,教学内容与电子技术(模拟电路和数字电路)、半导体器件、集成电路设计基础等先修课程中的电路理论、器件基础和工艺原理等理论知识紧密联系,同时版图设计具有很强的实践特点。因此,必须从本专业学生的实际特点和整个专业课程布局出发,注重课程与其他课程承前启后,有机融合,摸索出一套实用有效的教学方法。在理论授课过程中从集成电路的设计流程入手,在CMOS集成电路和双极集成电路基本工艺进行概述的基础上,从版图基本单元到电路再到芯片循序渐进地讲授集成电路版图结构、设计原理和方法,做到与上游知识点的融会贯通。 集成电路的规模已发展到片上系统(SOC)阶段,教科书的更新速度远远落后于集成电路技术的发展速度。集成电路工艺线宽达到了纳米量级,对于集成电路版图设计在当前工艺条件下出现的新问题和新规则,通过查阅最新的文献资料,向学生介绍版图设计前沿技术与发展趋势,开拓学生视野,提升学习热情。在课堂教学中尽量减少冗长的公式和繁复的理论推导,将理论讲解和工程实践相结合,通过工程案例使学生了解版图设计是科学、技术和经验的有机结合。比如,在有关天线效应的教学过程中针对一款采用中芯国际(SMIC)0.18um 1p6m工艺的雷达信号处理SOC 芯片,结合跳线法和反偏二极管的天线效应消除方法,详细阐述版图设计中完全修正天线规则违例的关键步骤,极大地激发了学生的学习兴趣,收到了较好的教学效果。 集成电路版图起着承接电路设计和芯片实现的重要作用。通过版图设计,可以将立体的电路转化为二维的平面几何图形,再通过工艺加工转化为基于半导体硅材料的立体结构[2]。集成电路版图设计是集成电路流程中的重要环节,与集成电路工艺密切相关。为了让学生获得直观、准确和清楚的认识,制作了形象生动、图文并茂的多媒体教学课件,将集成电路典型的设计流程、双极和CMOS集成电路工艺流程、芯片内部结构、版图的层次等内容以图片、Flash动画、视频等形式进行展示。 版图包含了集成电路尺寸、各层拓扑定义等器件相关的物理信息数据[3]。掩膜上的图形决定着芯片上器件或连接物理层的尺寸。因此版图上的几何图形尺寸与芯片上物理层的尺寸直接相关。而集成电路制造厂家根据版图数据来制造掩膜,对于同种工艺各个foundry厂商所提供的版图设计规则各不相同[4]。教学实践中注意将先进的典型芯片版图设计实例引入课堂,例如举出台湾积体电路制造公司(TSMC)的45nm CMOS工艺的数模转换器的芯片版图实例,让学生从当今业界实际制造芯片的角度学习和掌握版图设计的规则,同时切实感受到模拟版图和数字版图设计的艺术。 二、利用业界主流EDA工具,构建基于完整版图设计流程的实验体系 集成电路版图设计实验采用了Cadence公司的EDA工具进行版图设计。Cadence的EDA产品涵盖了电子设计的整个流程,包括系统级设计、功能验证、集成电路(IC)综合及布局布线、物理验证、PCB设计和硬件仿真建模模拟、混合信号及射频IC设计、全定制IC设计等。全球知名半导体与电子系统公司如AMD、NEC、三星、飞利浦均将Cadence软件作为其全球设计的标准。将业界主流的EDA设计软件引入实验教学环节,有利于学生毕业后很快适应岗位,尽快进入角色。 专业实验室配备了多台高性能Sun服务器、工作站以及60台供学生实验用的PC机。服务器中安装的Cadence 工具主要包括:Verilog HDL的仿真工具Verilog-X、电路图设计工具Composer、电路模拟工具Analog Artist、版图设计工具Virtuoso Layout Editing、版图验证工具Dracula 和Diva、自动布局布线工具Preview和Silicon Ensemble。 Cadence软件是按照库(Library)、单元(Cell)、和视图(View)的层次实现对文件的管理。库、单元和视图三者之间的关系为库文件是一组单元的集合,包含着各个单元的不同视图。库文件包括技术库和设计库两种,设计库是针对用户设立,不同的用户可以有不同的设计库。而技术库是针对工艺设立,不同特征尺寸的工艺、不同的芯片制造商的技术库不同。为了让学生在掌握主流EDA工具使用的同时对版图设计流程有准确、深入的理解,安排针对无锡上华公司0.6um两层多晶硅两层金属(Double Poly Double Metal)混合信号CMOS工艺的一系列实验让学生掌握包括从电路图的建立、版图建立与编辑、电学规则检查(ERC),设计规则检查(DRC)、到电路图-版图一致性检查(LVS)的完整的版图设计流程[5]。通过完整的基于设计流程的版图实验使学生能较好地掌握电路设计工具Composer、版图设计工具Virtuoso Layout Editor以及版图验证工具Dracula和Diva的使用,同时对版图设计的关键步骤形成清晰的认识。 以下以CMOS与非门为例,介绍基于一个完整的数字版图设计流程的教学实例。 在CMOS与非门的版图设计中,首先要求学生建立设计库和技术库,在技术库中加载CSMC 0.6um的工艺的技术文件,将设计库与技术库进行关联。然后在设计库中用Composer中建立相应的电路原理图(schematic),进行ERC检查。再根据电路原理图用Virtuoso Layout Editor工具绘制对应的版图(layout)。版图绘制步骤依次为MOS晶体管的有源区、多晶硅栅极、MOS管源区和漏区的接触孔、P+注入、N阱、N阱接触、N+注入、衬底接触、金属连线、电源线、地线、输入及输出。基本的版图绘制完成之后,将输入、输出端口以及电源线和地线的名称标注于版图的适当位置处,再在Dracula工具中利用几何设计规则文件进行DRC验证。然后利用GDS版图数据与电路图网表进行版图与原理图一致性检查(LVS),修改其中的错误并按最小面积优化版图,最后版图全部通过检查,设计完成。图1和图2分别给出了CMOS与非门的原理图和版图。 三、结束语 集成电路版图设计教学是电子科学与技术专业和相关电类专业培养应用型集成电路人才的重要环节,使学生巩固了集成电路电路原理、工艺和器件等理论知识,掌握了集成电路版图设计流程、方法和主流的EDA版图工具的使用,提高了学生的工程实践能力,同时培养了学生分析问题、解决问题的能力。随着集成电路飞速发展到纳米工艺,版图相关的新技术和设计规则不断涌现。因此,在今后的教学改革工作中,与时俱进,围绕先进的实际设计案例将课堂教学和设计应用紧密结合,构建集成电路版图设计的教学和实践体系,具有重要的意义。 版图设计毕业论文:汽车电打火控制芯片的输入模块的版图设计与验证 摘 要 本文介绍了一款应用于汽车工程领域的电打火控制芯片的输入模块的版图设计与验证。采用标准双极工艺,全定制的设计对输入模块进行布局布线,并完成了后端验证。本芯片功耗低、成本低,性能稳定。 【关键词】电打火控制芯片 版图设计 1 引言 汽车电打火控制芯片是为使用霍尔效应管的无触点点火系统所设计的一款电打火控制芯片。芯片通过驱动外接的NPN达林顿管来控制点火线圈,使其获得足够的点火能量,只伴随很少的能量损失。本次设计的汽车电打火芯片共包含10个模块:基准电压模块、霍尔效应管输入模块、过压保护模块、占空比控制模块、限流保护电流模块、控制转换模块、缓慢恢复模块、不饱和感应模块、衡通保护模块、驱动电路模块和RPM模块。本文主要讨论了在系统设计和电路设计完成后,对输入模块:基准电压模块和霍尔效应管输入模块电路进行详细分析,并进行仿真,然后完成后端设计以及相关的验证工作。 本文电路中所采用的器件全部是双极型器件,采用5微米标准双极工艺进行版图设计。由于芯片整体电路图比较大,所以将电路图分成若干个模块分别设计,设计前先要将每个模块中的器件的大致位置规划好,在后面的整体版图整理中,再根据工艺线给出的封装结构调整各模块中器件和焊盘的位置。 2 电路分析、仿真结果以及版图设计 2.1 基准电压模块 电路如图1所示,当V3开始给整个电路供电时,随着V3的升高,Q58先导通,从而使Q60导通,Q57、Q58构成达林顿管。Q60的导通,使得镜像电流源Q59-1和Q59-2导通,开始为Q56,Q53,R33组成的能隙基准源供电,并最终在Q38的基极上产生1.25V的基准电压。基准电压产生后,Q61的B极电位为1.9V左右,高于Q60的B极电位(1.4V),所以,Q60截止。R31,Q57,Q58,Q60组成了基准电压部分的启动电路。 基准电压模块中的关键器件: (1)Q53和Q56的面积比要严格匹配,R33的大小影响基准电压值。 (2)R27、R28匹配。 基准电压模块的版图设计:根据隔离区划分标准,集电极电位相同晶体管可以放在同一个隔离区内,将基准电压模块电路图划分成10个隔离区。然后在各个隔离区内设计器件。 2.1.1 晶体管的设计 设计芯片一般情况下先调整晶体管的尺寸。虽然将晶体管的尺寸调到最小,会增大串联器件的电阻和增大时间常数,但是可以减小芯片面积,权衡利弊,缩小器件尺寸所Ю吹暮么σ远远大于它所带来的坏处。设计晶体管版图,首先要设计出一个最小尺寸的晶体管,这个最小尺寸的晶体管是根据本工艺线的工艺水平定出来的,本设计中最小尺寸晶体管的发射极面积是14×14μm2,然后在这个基础上考虑图形最小间距,逐步套合成一个最小尺寸的晶体管,也就是单位管。 根据对电路的分析、仿真,计算出电路图中所有晶体管发射区的尺寸,以单位管为标准,将计算出的发射区面积都表示为单位管的N倍。然后根据单位管的尺寸和本条工艺线所给出的最小设计规则,设计出各个晶体管的版图。 2.1.2 电阻的设计 根据不同类型的电阻具有不同的方块电阻,将大阻值的电阻设计为注入电阻,小阻值的电阻设计为扩散电阻,更大阻值的电阻设计为夹层电阻。 根据电阻公式: 可以根据工艺线的端头修正因子和版图中的布局情况电阻的形状和拐角个数。模块中共有15个电阻,经过计算分析,其中有一个是基区扩散电阻,其余的是注入电阻,方块电阻数全部标注在电路图中。 2.1.3 电容的设计 模块中只有一个电容,电容值为2pF,根据式(2)可以算出电容面积为: 算出电容的面积后,将这个电容做成梳状电容,使P区和N区的重迭面积为5000 就可以满足电容值为2pF的要求。 将电路图中的每个器件设计好之后,对比电路图,符合低风险合并规则的器件可以合并以减少面积。然后再参考电路图进行布线。基准电压模块版图设计如图2所示。 2.2 霍尔效应管输入模块 电路如图3所示,Q108的基极为其输出信号。霍尔效应管产生的信号从PIN5进入(V1),直接传给Q113的B极,Q113的B极与Q119的B极电位进行比较。当霍尔效应管产生的信号为高时,Q113极的B极电位为高,高于Q119的B极电位,所以,Q119导通,Q113截止。Q119的导通,使得Q111的B极电位为高,导通,从而将Q120-2的电流全部拉走,使得没有电流从Q108、Q112和R75中流过,此时模块的输出(Q108的基极)为低,约为0V。反之,上述各管子工作状态相反,模块输出为高,约为0.7V。Q114、Q115和D4组成了一个过压保护,使从霍尔效应管输入的信号不会过高,将其上限限定为(Vcc+2.1)V。霍尔效应管输入电路模块版图设计如图4所示。 3 版图验证 完成版图设计的电路性能由于诸多物理因素的介入,与逻辑设计、电路设计的结果相比,会有一定的变化,因此必须对版图进行验证,主要包括几何设计规则检查(DRC),电学规则检查(ERC),网表一致性检查(LVS),电路功能和性能验证(后仿真)等部分。这些检查工作能为电路的版图设计的正确性提供依据。本设计对绘制完的版图进行了DRC和LVS验证。 4 结论 这款电打火控制芯片的设计成功,填补了国内类似芯片的设计空白,更重要的是这款芯片的所有元器件几乎都采用最小设计尺寸,使芯片面积、功耗最小,从而提高了芯片的利用率,节省了设计成本。 版图设计毕业论文:JFET输入双运算放大器集成电路芯片的版图设计 摘要:介绍了基于4μm双极对通隔离兼容JFET工艺的双运算放大器集成电路芯片的版图设计。版图设计的主出发点是高精度、高速和高可靠性三方面。版图中各模块采用对称设计,关键元件的匹配采用了共质心对称设计。芯片测试结果表明,JFET输入双运算放大器的输入偏置电流和失调电流均达到了200pA以下,电路的转换速率达到了10V/μs,增益带宽积4.5MHz,很好的实现了预定电路功能。芯片成品率达90%。 关键词:JFET;运算放大器;版图设计;可靠性 0 引言 该JFET输入运算放大器主要用在高速积分器、快速D/A转换器、采样-保持等电路中,其关键技术指标是高精度、高速和高可靠。作为集成电路设计流程中最重要的一个环节,芯片版图的设计将是提高电路精度、成品率和可靠性的关键因素。 1 芯片功能及原理图 本文设计的JFET输入双运算放大器输入偏置电流最大200pA,失调电流最大50pA,失调电压最大2mV,共模抑制比最小85dB,电源抑制比最小85dB,电压增益最小90dB,转换速率最小10V/μs,增益带宽积最小4.5MHz。电路由失调调零电路、输入ESD保护电路、偏置电路、差分输入电路、电压放大电路、输出扩流电路、保护电路组成。电路原理图如图1所示。 2 芯片版图设计 2.1 芯片版图的平面设计 本文设计的JFET输入双运算放大器最大的热源就是输出扩流电路,为了保证电路精度,降低温度对输入部分的影响,应该将差分输入电路远离输出扩流电路;保护电路需要测量输出管的电流和结温(主要是电流),因此需把它放在贴近输出扩流电路的位置;电路失调调零电路考虑到电路中测应放在芯片边缘;偏置电路采用正温度系数的扩散电阻和负温度系数的齐纳二极管串联,基本消除了温度的影响,可以放在输出扩流电路边上,同时降低了温度对差分输入电路的影响。 考虑到电路的高可靠性能,在电路的输入、输出、电源端均加上ESD保护电路,提高电路抗静电等级。 综上所述,结合具体布线情况,得出了芯片版图的整体布局,如图2所示。 2.2 主要模块及元器件版图设计 本设计采用4μm双极对通隔离兼容JFET工艺,单层金属布线,共15次光刻版,全部采用负胶接触光刻。最小特征尺寸为4μm,外延层厚度12μm,电阻率3Ω・cm,基区结深2.5~3.0μm。 2.2.1 标准元器件版图设计 本设计中用到的标准元件主要有P沟道JFET、外延型JFET,小功率npn晶体管、横向pnp管、电阻、电容。P沟道JFET沟道长度设计为10μm。外延型JFET沟道宽度设计为32μm。小功率npn晶体管发射区下限尺寸主要受光刻精度的限制,小于4mA的npn晶体管发射区为φ22μm圆形,发射极电流按0.1mA/μm计算【1】;4~25mA的npn晶体管发射区设计为200μm×18μm的矩形。纵向pnp晶体管发射区设计为350μm×30μm的矩形,同时在发射区做重掺杂,提高纵向pnp管的大电流增益。横向pnp管基区宽度设计为14μm。 另外,设计时还采用了发射极铝层大面积覆盖(过EB结势垒区),以减少表面复合,提高npn管和横向pnp管的小电流放大倍数【1】。 本设计中采用的电阻主要有基区电阻和高硼注入电阻。对于精度要求高、匹配性好的电阻采用基区电阻,如差分输入端要求精确匹配的电阻。为了保证电阻的精度和好的匹配性,设计时尽量避免弯头的出现。其余要求不高且阻值较大的电阻采用高B注入电阻,为了形成可靠的欧姆接触,在接触孔下的扩散区做了重掺杂。 电容器的设计采用MIS电容器,考虑电路对转换速率的要求,电容面积按2pF/10000μm2计算。 2.2.2 差分输入电路的版图设计 差分输入电路的精度是影响JFET输入运算放大器的最主要因素。因此,在版图设计时除了合适的布局外,还要充分考虑到该部分电路所用元器件的匹配性,设计时主要采用以下匹配原则:(1)JFET采用统一的几何形状,放置在最相邻的位置,采用共质心拓扑结构交叉耦合的版图设计【2】;(2)JFET所属隔离岛外围实行N+重掺杂,保证隔离岛等电位,减小JFET表面漏电;(3)npn晶体管发射区采用φ22μm圆形结构,放置在JFET边上,采用交叉耦合的版图设计,减小输入级有源负载失配对失调的影响;(4)匹配好的JFET远离芯片热源,放置在芯片的对称轴上;(5)所用电阻均为基区电阻,条宽为20μm。采用上述原则设计出如下结构: 经布局规划,模块实现和版图优化,得到芯片的整体版图(图4),芯片版图尺寸为:3380μm×1860μm。 3 流片结果及分析 芯片版图经总体布局、布线设计完成后,对版图进行了DRC和LVS检查,并在流片厂双极对通隔离兼容JFET工艺线成功流片,芯片图形如图5所示。 表1是该运算放大器样品的上机测试参数与国外同型号产品对比结果。从表1可以看出,该运算放大器达到了国外同型号产品的参数要求(实测时TI公司同类产品IB为100pA左右,Linear Technology公司同类产品IB为150pA左右),可以替代进口的同型产品。 4 结语 为了实现高精度、高速、高可靠运算放大器,本文设计出了一种输入级完全对称的版图结构。芯片版图经总体布局、布线设计完成,并在流片厂成功流片。结果表明,该芯片的性能指标优于国内同型产品,版图设计很好地实现了电路功能,初测芯片的成品率达90%。 版图设计毕业论文:面向企业的IC版图设计教学探讨 摘要:本文在分析国内集成电路(IC)设计企业对版图设计要求的基础上,调查了已从事版图设计的一些学生在校期间所学的版图知识与企业要求的差异,针对版图教学存在的一些教学与企业对版图设计具体要求的不同,深入探讨IC版图教学内容和实现方法,规划版图教学与实践的紧密结合。强调版图教学与目前主流工艺、常用电路以及设计软件同步并重。 关键词:版图设计;集成电路;教学与实践 目前,集成电路设计公司在招聘新版图设计员工时,都希望找到已经具备一定工作经验的,并且熟悉本行业规范的设计师。但是,IC设计这个行业圈并不大,招聘人才难觅,不得不从其他同行业挖人才或通过猎头公司。企业不得不付出很高的薪资,设计师才会考虑跳槽,于是一些企业将招聘新员工目标转向了应届毕业生或在校生,以提供较低薪酬聘用员工或实习方式来培养适合本公司的版图师。一些具备版图设计知识的即将毕业学生就进入了IC设计行业。但是,企业通常在招聘时或是毕业生进入企业一段时间后发现,即使是懂点版图知识的新员工,电路和工艺的知识差强人意,再就是行业术语与设计软件使用不够熟练、甚至不懂。这就要求我们在版图教学时渗入电路与工艺等知识,使学生明确其中紧密关联关系,树立电路、工艺以及设计软件为版图设计服务的理念。 一、企业对IC版图设计的要求分析 集成电路设计公司在招聘版图设计员工时,除了对员工的个人素质和英语的应用能力等要求之外,大部分是考查专业应用的能力。一般都会对新员工做以下要求:熟悉半导体器件物理、CMOS或BiCMOS、BCD集成电路制造工艺;熟悉集成电路(数字、模拟)设计,了解电路原理,设计关键点;熟悉Foundry厂提供的工艺参数、设计规则;掌握主流版图设计和版图验证相关EDA工具;完成手工版图设计和工艺验证[1,2]。另外,公司希望合格的版图设计人员除了懂得IC设计、版图设计方面的专业知识,还要熟悉Foundry厂的工作流程、制程原理等相关知识[3]。正因为其需要掌握的知识面广,而国内学校开设这方面专业比较晚,IC版图设计工程师的人才缺口更为巨大,所以拥有一定工作经验的设计工程师,就成为各设计公司和猎头公司争相角逐的人才[4,5]。 二、针对企业要求的版图设计教学规划 1.数字版图设计。数字集成电路版图设计是由自动布局布线工具结合版图验证工具实现的。自动布局布线工具加载准备好的由verilog程序经过DC综合后的网表文件与Foundry提供的数字逻辑标准单元版图库文件和I/O的库文件,它包括物理库、时序库、时序约束文件。在数字版图设计时,一是熟练使用自动布局布线工具如Encounter、Astro等,鉴于很少有学校开设这门课程,可以推荐学生自学或是参加专业培训。二是数字逻辑标准单元版图库的设计,可以由Foundry厂提供,也可由公司自定制标准单元版图库,因此对于初学者而言设计好标准单元版图使其符合行业规范至关重要。 2.模拟版图设计。在模拟集成电路设计中,无论是CMOS还是双极型电路,主要目标并不是芯片的尺寸,而是优化电路的性能,匹配精度、速度和各种功能方面的问题。作为版图设计者,更关心的是电路的性能,了解电压和电流以及它们之间的相互关系,应当知道为什么差分对需要匹配,应当知道有关信号流、降低寄生参数、电流密度、器件方位、布线等需要考虑的问题。模拟版图是在注重电路性能的基础上去优化尺寸的,面积在某种程度上说仍然是一个问题,但不再是压倒一切的问题。在模拟电路版图设计中,性能比尺寸更重要。另外,模拟集成电路版图设计师作为前端电路设计师的助手,经常需要与前端工程师交流,看是否需要版图匹配、布线是否合理、导线是否有大电流流过等,这就要求版图设计师不仅懂工艺而且能看懂模拟电路。 3.逆向版图设计。集成电路逆向设计其实就是芯片反向设计。它是通过对芯片内部电路的提取与分析、整理,实现对芯片技术原理、设计思路、工艺制造、结构机制等方面的深入洞悉。因此,对工艺了解的要求更高。反向设计流程包括电路提取、电路整理、分析仿真验证、电路调整、版图提取整理、版图绘制验证及后仿真等。设计公司对反向版图设计的要求较高,版图设计工作还涵盖了电路提取与整理,这就要求版图设计师不仅要深入了解工艺流程;而且还要熟悉模拟电路和数字标准单元电路工作原理。 三、教学实现 1.数字版图。数字集成电路版图在教学时,一是掌握自动布局布线工具的使用,还需要对UNIX或LINUX系统熟悉,尤其是一些常用的基本指令;二是数字逻辑单元版图的设计,目前数字集成电路设计大都采用CMOS工艺,因此,必须深入学习CMOS工艺流程。在教学时,可以做个形象的PPT,空间立体感要强,使学生更容易理解CMOS工艺的层次、空间感。逻辑单元版图具体教学方法应当采用上机操作并配备投影仪,教师一边讲解电路和绘制版图,一边讲解软件的操作、设计规则、画版图步骤、注意事项,学生跟着一步一步紧随教师演示学习如何画版图,同时教师可适当调整教学速度,适时停下来检查学生的学习情况,若有错加以纠正。这样,教师一个单元版图讲解完毕,学生亦完成一个单元版图。亦步亦趋、步步跟随,学生的注意力更容易集中,掌握速度更快。课堂讲解完成后,安排学生实验以巩固所学。逻辑单元版图教学内容安排应当采用目前常用的单元,并具有代表性、扩展性,使学生可以举一反三,扩展到整个单元库。具体单元内容安排如反相器、与非门/或非门、选择器、异或门/同或门、D触发器与SRAM等。在教授时一定要注意符合行业规范,比如单元的高度、宽度的确定要符合自动布局布线的要求;单元版图一定要最小化,如异或门与触发器等常使用传输门实现,绘制版图时注意晶体管源漏区的合并;大尺寸晶体管的串并联安排合理等。 2.模拟版图。模拟集成电路版图设计更注重电路的性能实现,经常需要与前端电路设计工程师交流。因此,版图教学时教师须要求学生掌握模拟集成电路的基本原理,学生能识CMOS模拟电路,与前端电路工程师交流无障碍。同时也要求学生掌握工艺对模拟版图的影响,熟练运用模拟版图的晶体管匹配、保护环、Dummy晶体管等关键技术。在教学方法上,依然采用数字集成电路版图的教学过程,实现教与学的同步。在内容安排上,一是以运算放大器为例,深入讲解差分对管、电流镜、电容的匹配机理,版图匹配时结构采用一维还是二维,具体是如何布局的,以及保护环与dummy管版图绘制技术。二是以带隙基准电压源为例,深入讲解N阱CMOS工艺下双极晶体管PNP与电阻匹配的版图绘制技术。在教学时需注意晶体管与电阻并联拆分的合理性、电阻与电容的类型与计算方法以及布线的规范性。 3.逆向版图设计。逆向集成电路版图设计需要学生掌握数字标准单元的命名规范、所有标准单元电路结构、常用模拟电路的结构以及芯片的工艺,要求学生熟悉模拟和数字集成单元电路。这样才可以在逆向提取电路与版图时,做到准确无误。教学方法同样还是采用数字集成电路版图教学流程,达到学以致用。教学内容当以一个既含数字电路又含模拟电路的芯片为例。为了提取数字单元电路,需讲解foundry提供的标准单元库里的单元电路与命名规范。在提取单元电路教学时,说明数字电路需要归并同类图形,例如与非门、或非门、触发器等,同样的图形不要分析多次。强调学生注意电路的共性、版图布局与布线的规律性,做到熟能生巧。模拟电路的提取与版图绘制教学要求学生掌握模拟集成电路常用电路结构与工作原理,因为逆向设计软件提出的元器件符号应该按照易于理解的电路整理,使其他人员也能看出你提取电路的功能,做到准确通用规范性。 集成电路版图设计教学应面向企业,按照企业对设计工程师的要求来安排教学,做到教学与实践的紧密结合。从教学开始就向学生灌输IC行业知识,定位准确,学生明确自己应该掌握哪些相关知识。本文从集成电路数字版图、模拟版图和逆向设计版图这三个方面就如何开展教学可以满足企业对版图工程师的要求展开探讨,安排教学有针对性。在教学方法与内容上做了分析探讨,力求让学生在毕业后可以顺利进入IC行业做出努力。 作者简介:李亮(1979-),男,内蒙察右前旗人,讲师,就职于苏州市职业大学电子信息工程学院,研究方向:集成电路设计与教学研究。 版图设计毕业论文:做好凹版图文设计 提高印品质量 在凹版印前制作中,需要对客户设计好的图文进行适当地修改,使其尽可能满足凹印的要求。其中,线条、文字和色彩等都是重要的考查对象,只有设计和控制合理,才能达到理想的印刷效果。下面,笔者将谈一谈我公司凹版图文设计的要点,供同行参考。 文字和线条设计 文字和线条的设计一般应注意以下3个方面。 (1)由于较细小的文字和线条在印刷时不宜采用多色套印,所以,不能在套色图案上设计更加细小的反白字,且不宜在套色图案上留白后,再套印其他细小的文字,否则会增加套印难度。 (2)文字字号不应小于5号字,字高不得小于2mm;线条线宽不得小于0.1mm,但如果采用金属油墨印刷,考虑到金属油墨颗粒太大,在印刷时较难呈现理想的效果,所以其线条线宽就要大于0.1mm;细小的线条、文字等在设计时需要加上宽度为0.02mm的实边,加上实边后这些文字和线条本身的宽度应保持不变。 (3)文字与底图之间的压边在印刷时往往容易出现变色问题,如果客户不能接受这种问题,在图文设计时就要在文字边缘加白边,且白边宽度不得小于0.3mm。 色彩控制 (1)对人像等套印精度要求较严的图像,在图文设计时黄品青各色之间尽量不要加入其他色彩。 (2)印品上条形码的色彩多以黑色、深蓝色为主,不宜采用金属油墨或浅色油墨印刷。另外,条形码的大小应符合国家要求,为保证条形码印刷的完整性及清晰度,条形码的线条方向应尽量与版辊圆周方向一致。 (3)在油墨色彩能够达到客户要求的前提下,设计图文时尽量不使用叠色,例如,如果直接采用黑色挂网能够满足色彩要求的话,就不要选择由黄品青叠加而得到的黑色;过渡网能通过改变加网线数来达到色彩渐变效果的话,就不需要采用多色叠加去完成。 其他方面 加网时必须充分考虑80%和5%这两个色彩跳跃区,渐变挂网时最小网点极限应在10%以上,可印刷的最小网点面积率为15%~25%,尽量不要做大面积挂浅网,以免大批量印刷时造成网点丢失。另外,透明油墨和金属油墨必须要采用专色版,大面积实地底色最好要与网目调图案分开制版,且尽量采用专色版。
计算机控制技术论文:计算机控制技术课程考核方案设计 [摘 要]计算机控制技术课程是自动化专业的核心课程,该门课程融合了多个相关课程的内容,又与工程实践结合紧密,以往单纯的笔试方式无法全面了解学生对该门课程的掌握程度,也无法对动手能力比较强的学生产生激励作用,因此本文提出根据教学大纲要求,采用以能力评判为导向的课程改革新方法,实际考核操作过程表明该方法具有良好的评价效果,可实现性良好。 [关键词]计算机;控制技术;考核方案;设计 计算机控制技术课程是自动化核心专业课程,其主要内容包括计算机硬件接口技术、硬件抗干扰技术、网络通信技术、数字PID(比例-积分-微分)及先进控制技术,DCS(分布式控制系统)以及FCS(集中式控制系统)技术等核心内容,根据教学大纲要求,该课程需要掌握计算机硬件接口的实现方法和基本的抗干扰设计方法,掌握数字PID参数整定及优化方法,熟悉DCS和FCS基本结构,熟悉DCS在火电厂的具体应用,掌握DCS编程的基本方法。 由于该课程综合了微机原理、自动控制原理、信号处理与火电厂检测技术等课程的一些知识,学习内容又跟火电厂热工控制结合紧密,根据大纲培养要求以及现有的实验条件,以课程学习后应达到的专业能力进行综合评估为改革方向,改变以单纯的闭卷考试或者写课程总结方式考核的方式,对于促进教学相长,提高学生工程能力有一定价值。 为此,特结合大纲要求以及火电厂热工专业的相关能力的培养要求,拟充分利用现有的实验条件和图书馆的文献检索条件,对学生的专业能力进行相关考核具体内容如下。 1 文献检索和阅读分析能力考核(15%) 根据课程教学内容学生可对以下5个方面的内容进行研究及应用前沿进行分析与综述,最后提交综述报告,具体如下。 ①硬件接口技术与抗干扰技术,包括AI、AO、DI、DO以及共模干扰信号的抑制方法;②数字PID以及先进控制技术,包括PID参数整定及优化方法,串级及前馈,模糊控制;③网络通信技术,包括DCS以及FCS所用的网络拓扑结构,网络存储方式,网络访问方式等国内外研究现状;④DCS及FCS技术,包括两种火电厂计算控制技术的发展趋势与方向以及研究进展。 2 热工控制系统实现方案设计能力(25%) 给定某一热工被控对象及其被控参数相关技术要求,对DCS或者FCS相关的硬件设备进行选型,包括采集模件、DPU、通信模块以及对执行器进行选型,主要对选型合理性进行评价,包括技术实现的可行性,性价比的合理性、可靠性以及维护的便捷性等多种因素进行综合分析。若采用IPC+板卡的方式实现,则须选择相应的工控机,I/O板卡、端子板、信号调理等相关的硬件,最后提交文字方案。 3 热工软件设计能力考核(25%) 结合热电厂的某一被控对象参数控制要求,在DCS编程环境上利用图元进行操作画面组态,达到基本形象和直观的要求,并利用动态显示方式对被控对象参数进行模拟仪表功能的实现;控制功能的实现主要以利用DCS组态环境中的逻辑和控制模块来实现对被控参数的调节,以及PID参数的整定和优化功能,可以结合MATLAB软件进行参数优化。该内容具体考核的实施在DCS实验室软件平台上实现。 4 I/O接口实现及硬件抗干扰设计能力考核(25%) I/O接口以以下三种方式进行评价。 (1)给出输入输出信号范围,自行设计信号调理电路和抗干扰电路,并利用电路仿真方式观察调理电路设计的合理性,提交仿真结果。 (2)给定不同类型的多路标准信号,自行设计多通道采集系统,包含多路开关,A/D总线接口,查询或中断方式下跟ISA总线或者单片机(ARM)之间的扩展电路,提交相关的原理图。 (3)利用实验室现有的亚当模块和信号发生器实现信号采集功能,并利用软件编程实现抗干扰功能。 5 创新设计能力考核(10%) 虽然结合现有的DCS在火电厂产生了海量数据,但海量数据却具有无法对火电厂工艺管理进行指导的特点,因此,应有针对性地设计一套能结合应用的数据提取方案。 在对某专业班级学生进行实际考核过程中,考核方案具有可操作性强,能比较客观反映学生对课程的掌握程度等优点。 计算机控制技术论文:基于现代信息技术下“计算机控制技术”教学模式探讨 摘要:针对“计算机控制技术”一课的特点,本文主要对基于现代信息技术下“计算机控制技术”教学模式进行探讨,分别从教学方法、教学方式以及考试模式等方面探讨“计算机控制技术”的教学模式。经多年对该专业课教学经验,该教学模式不仅能提高学生的学习兴趣,而且能提高学生的综合素质。 关键词:计算机控制技术;教学方法;教学模式 随着信息技术、计算机技术的发展,大多院校将“计算机控制技术”作为自动化类专业学生的专业课,该课程的教学方式方法直接影响学生对现有控制算法的实用性[1]学习。从往届大学毕业生的毕业设计中表现出来的一些问题,绝大多数学生甚至卷面考试成绩优秀的学生都不能较好地将课堂讲过的理论知识很好地应用。因此,在后来的课程教学中,笔者努力探索如何让学生将理论知识应用于实际课题中,总结出了提高学生综合应用能力的教学方法、教学方式以及考试模式。 一、现代信息技术下课堂教学方法的探讨 工科教育作为我国高等教育中规模最大的教育,在整个教育体系中具有举足轻重的地位[2,3]。工科专业课主要是面向工程实际,培养学生专业素质和实践创新能力,直接为学生工作与就业做准备[4]。工科专业课教学是大学阶段重要的学习环节之一,直接关系到专业人才培养的质量问题,为适应时展的要求,专业课教学应改进教学方法、教学内容与考核方式,因材施教,结合多种实践形式巩固加深教学效果。教学方法是师生为完成教学任务,传授与学习教学内容所运用的手段和途径,包括教师教的方法和学生学的方法。 教学前应有充分的准备,教学大纲的制定、教材的选择、教案的撰写以及教学讲义的准备等都对课堂教学具有重要的作用。在明确教学课程后,首先分析学生的专业背景,因材施教,对不同的教学对象制定不同的教学内容,如对于自动控制理论专业学生,主要讲解一些控制算法以及控制器的设计;而对于电气自动化专业学生,教学内容应偏向电气类控制,如典型的PID算法在电机转速中控制的应用等。大纲的制定是教学的前提,教学应该根据相应的大纲内容选择相应的教材以及制定讲义。教学内容和目标确定后,教学方法是否得当,对教学效果起着非常关键的作用。高等学校常用的教学方法主要有三类[5]:第一类是运用语言传递教学内容的方法,如讲授法、问答法、讨论法等;第二类是通过直观感知和传递教学内容的方法,如实验实习法、演示法、参观法等;第三类是通过教师指导学生独自活动获取知识技能的方法,如自学指导法、练习法等。 随着现代信息技术的发展,课堂教学方法应从传统的课堂板书讲授为主的教学方法转变为多媒体教学板书辅助的教学方法。引入现代信息技术能帮助教师更生动地教学,教师的讲授过程中添加演示方法能使课堂教学变得更加生动有趣,增加课堂教学容量,加大教学密度,提高课堂教学效率,有些比较抽象的概念经多媒体的演示变得形象、生动,使教学更富直观性,教学过程更加活泼、有趣,也能增加学生的参与程度。结合多媒体技术能提高学生的学习主动性,激发起学生继续学习的积极性,同时开拓学生的视野,增强学生对现代科学技术的了解和兴趣。增加与教学内容有关的动画、影像、图片等素材,为学生创设愉快的语言学习氛围,让学生从上课开始就进入一个具有魅力、引人入胜的学习境界,加深了学生对专业知识的理解和记忆,引发学生的创新思维,从而优化课堂教学,提高教学效果。 对于典型的计算机控制技术算法如PID控制算法,可以通过多媒体仿真演示的方式,使学生明白什么条件下系统性能更好。例如PID直流电机转速控制,在多媒体下将电路以及参数设置过程给学生演示,根据自动控制原理知识建立直流电机转速控制的数学模型,根据数学模型建立仿真模型,绘制直流电机参数设置仿真图(如图1所示),然后建立PID仿真控制器,所有参数的设置以及模型的建立均在课堂经多媒体演示给学生,学生能明白如何将PID控制算法运用于实际电机转速控制。 二、现代信息技术下的教学方式探讨 教好一门课,除了课堂教学方法能提高学生的学习兴趣与积极性以外,现代信息技术下可以借助于网络技术实现远程教学、远程答疑辅导等,结合传统的课堂教学,使学生课后更好地了解所学知识。 学生可以通过实践来进一步了解理论知识的应用,实践课程包括校外的与校内的实践。根据学校条件,联系校外的智能仪器仪表等工厂,让学生了解如何实现智能控制,如何将智能控制算法应用于实际。校内开设1~2周课程设计,每个学生可以自己选定一种控制对象如炉温、电机转速等,将所学的控制算法用微处理器进行控制实现,设计一个闭环控制系统,使控制精度达到规定的要求范围。通过课程实践的教学模式能提高学生的动手能力。 三、现代信息技术下考试方法探讨 目前大多国内高校普遍采用单一的闭卷考试形式,考试内容一般以教材为主,考查学生对知识的记忆与理解,学生为考试而学习,缺乏学习的主动性和创造性。这种考核方式无法反映学生通过课程学习所获得的动手实践能力和创新思维能力,也与工科专业课以培养学生工程实践和创新能力的教学目标不相适应[6],容易出现高分低能的现象。因此,为了全面推进素质教育,对于“计算机控制技术”课程,采取1:1的考试方式,即设计题与考试试卷各50分。为了激发学生的自主学习能力,将所学的专业知识综合地运用到实践中,提高动手能力以及协作、探索和创新能力,考核方式采用大作业的方式,对每个学生找一个自己喜欢且能实现的控制算法,并明确控制对象与控制目标,设计程序。针对实验室能演示的控制对象,每个同学要求对控制算法设计控制程序,对控制对象进行控制,并实现控制目标,达到要求的控制精度,如直流电机转速控制,要求转速控制精度在5%以内。如何编程实现,如果没有实现的对象,要求学生利用Matlab的仿真软件实现对控制对象的仿真控制实现。用多媒体ppt形式演示给同学们看,或者网络视频共享实现整个仿真过程。为了提高同学们的撰写科技说明文写作水平,每个同学写出一篇科技论文,讲述清楚对控制对象实现控制的目标,写明控制算法,如电机转速的控制,允许控制误差,附上演示的程序与流程框图、参考文献等。通过大作业的形式,不仅加深了学生对课本知识的了解,也锻炼了学生对科技论文的撰写能力,为学生毕业设计做好了准备。同时,专业课的理论知识也应该掌握,因此理论闭卷考试也是有必要的,对于控制器设计如最小拍有波纹、无波纹等控制器的设计与系统性能分析等理论计算测试是必须的。 四、结论 针对现代信息技术下“计算机控制技术”课程的特点,从教学方法、教学方式手段以及考试模式等方面探讨该门课的教学模式,对学生学好控制算法具有重要的作用。教学方法主要针对教师的课堂教学前材料的准备、课堂教学方法进行了探讨,对于典型算法的实现需要利用现有的多媒体技术,一步一步演示给学生看,激发学生的兴趣,课堂多讨论、多提问实现师生互动。基于现代信息技术下“计算机控制技术”的教学方式进行了讨论,充分利用信息技术、网络技术等实现远程视频教学,远程答疑。最后对该门课的考核方式提出了1∶1的考核模式,有助于提高学生的综合素质。 计算机控制技术论文:铝电解槽生产工艺计算机控制技术优化应用 摘 要:铝解不仅属于高耗能、高污染行业,国家产业政策对其严格限制,而且在经济形势低迷、产能严重过剩的情况下,诸多新兴企业以技术、装备、资金及成本等优势占据了市场主动,相对而言,投产较早、相对落后的企业或系列则处境艰辛,如何利用计算机新型技术对其进行优化控制成为当前该行业应首要考虑的问题。 关键词:铝电解; 计算机技术;生产工艺 中国铝电解槽工业发展速度之快, 已推动中国成为铝工业强国。近年来, 在中国经济快速发展的进程中,电解铝产能得到了突飞猛进的扩张,电解槽设计技术已成功投产了 500 kA 系列,并将试验研究的触角伸向了 600 kA 系列,目前 600 kA 电解槽已在中铝连城分公司投入试验应用。无疑,借助先进的计算机控制技术对铝电解槽生产工艺技术进行调整,实现各种技术及其工艺参数间的响应与匹配,减少人为因素干预,达到铝电解生产完全自动控制的理想境界。 一、铝电解槽生产工艺计算机控制技术优化 (1)技术原理 新的技术原理依然是建立在以槽温、 电解质体系初晶温度、分子比、 槽工作电压、 氧化铝浓度及氟盐量等为主的铝电解槽静态平衡的基础上, 在实际生产中,由于多项工艺技术共同发生作用,电解槽实际已由最初的静态平衡发展成为新的动态平衡, 动态平衡依然是由上述多项工艺技术支撑。但关键在于,由于多项工艺技术及其参数不能有效地匹配,难以实现多参数平衡控制, 电解槽的某些技术本身已发生了严重的偏离, 恶性循环影响了体系的生产效力。因此, 新技术目的很简单, 依据电解槽原理, 通过调整各技术参数,还原动态平衡为静态平衡,然后对动态平衡下的各项工艺技术通过计算机程序进行重新调整,实现最佳匹配。 (2)主要问题与原因 以某企业16kA系列槽况为例,其主要特征如表1所示,该系列槽电解质体系分子较高,锂盐含量过高,颅底压降高,槽工作电压也明显较高,槽实际运行状况无法维持稳定状态,运行状态较为脆弱,易引发病槽事故,对其原因进行相关性梳理,总结结果如下: 二、新开动铝电解槽电流效率较低的原因 (1)温度 在初始时 , 电解槽本身温度低 , 尚未达到热平衡 。故启动后一段时间内, 电解槽保持较高的电压和阴极效应系数, 以保持较高的温度。启动后期要逐渐提高铝水平, 使槽膛内壁逐渐形成结壳。 (2)电解质酸化 由于此段时间炭阴极强烈吸收氟化钠 , 除了较先析出钠的原因之外, 本身由于不使电解质酸化 , 需保持较高的分子比外, 也不允许加入过量的氧化铝。 (3)预热 在预热、 启动和启动后期的前 3个月内的能量消耗, 与电解槽走入正常后的能量消耗相比, 显然要高很多 。仅启动后期前 3个月内的电流效率降低一项 , 多用的电能消耗就高达正常槽能量消耗的 3 ~ 4倍 。 三、大型铝电解槽生产初期的工艺控制优化 (1)新开动的铝电解槽的特点 其主要特征是新开动铝电解槽阴极上析出铝又同时析出钠。钠从铝液中扩散入阴极炭块的表层, 并通过炭块的气孔和晶格 2条途径顺次向下扩散。因此, 在电解槽开动初期, 需要添加相当数量的炭酸钠 ( 相当于添加氟化铝),以保持电解质成分一定。虽然采用的阴极块种类不同, 此段时间吸收氟化钠的程度不同,但对于一个 280k A以上的大型铝电解槽在启动后的前 2个月内 , 至少需要补给 2t 以上的氟化钠 ( 用炭酸钠) 。 (2)计算机控制技术优化 电解槽技术参数间呈现的不匹配及紊乱现象,不稳定的槽运行状况,较低的主要技术经济指标,说明该系列铝电解槽技术体系发生了偏离, 且与行业先进技术相比,该体系中计算机控制技术没有充分发挥优势,需要对该体系的计算机控制技术进行强化,从而实施技术纠偏。技术纠偏是建立在计算机管理技术基础之上的,是依靠计算机控制程序,通过对铝电解生产过程相关技术及其参数适当进行匹配调整,提高计算机自动控制性能, 减少人为干预, 实现稳定性增强、 自控能力强的槽况。 四、结语 对投产较早的铝电解系列, 因其技术装备水平相对落后,所进行的技术调整是在对槽况还原为理想的静态平衡的基础上, 对其动态平衡的诸项工艺技术参数进行平衡控制的过程。这个过程尽管是借助铝电解槽生产的计算机控制技术来实现, 但因改善体系性能是个系统性的工程, 调整过程存在长期性、 复杂性, 甚至存在艰巨性和反复性。大型铝电解槽生产初期的工艺控制优化 ,对减少超大型预焙铝电解槽阴极早期破损 、提高其寿命和技术经济指标 , 意义极为重大 ,然而, 它亦是一项需要设计与生产相互协作 、紧密配合才能很好完成的科研项目。 计算机控制技术论文:计算机控制技术原理及设计 摘 要 随着科学技术的发展,人们越来越多的用计算机来实现控制。近年来,计算机技术、 自动控制技术、检测与传感器技术、CRT显示技术、通信与网络技术和微电子技术的高速发展,给计算机控制技术带来了巨大的发展,因此,设计一个性能良好的计算机控制系统是非常重要的。计算机控制系统包括硬件、软件和控制算法等方面,一个完整的设计还需要考虑系统的抗干扰性能,使系统能长期有效地运行。本文简单分析了计算机控制技术原理及其应用。 关键词 计算机控制技术 特点 设计 1计算机控制系统的组成 计算机控制系统由硬件和软件两大部分组成。计算机控制系统的硬件构成将自动控制系统中的控制器的功能用计算机来实现,就组成了典型的计算机控制系统。计算机控制系统由工业控制机和生产过程两大部分组成。工业控制机是指按生产过程控制的特点和要求而设计的计算机,它包括硬件和软件两部分。生产过程包括被控对象、测量变送、执行机构、电气开关等装置。软件系统是控制机不可缺少的重要组成部分。只有在适当的软件系统支持下,控制机才能按设计的要求正常地工作。控制机的软件系统包括系统软件和应用软件两大类。系统软件是用于计算机系统内部的各种资源管理、信息处理相对外进行联系及提供服务的软件。应用软件是用来使被控对象正常运行的控制程序、控制策略及其相应的服务程序。应用软件是在系统软件的支持下编制完成的,它随被控对象的特性和控制要求不同而异。通常应用软件由用户根据需要自行开发。随着计算机过程控制技术的日趋成熟,应用软件正向标准化、模块化的方向发展。标准的基本控制模块由制造厂家提供给用户,用户只需根据控制的要求,经过简单的组态过程即可生成满足具体要求的专用应用软件,大大方便了用户,缩短了应用软件的开发周期,提高了应用软件的可靠性。 2计算机控制系统的特点 计算机控制系统中除测量装置、执行机构等常用的模拟部件之外,其执行控制功能的核心部件是数字计算机,所以计算机控制系统是模拟和数字部件的混合系统。其具有以下几种特性: (1)计算机控制系统中除了包含连续信号外,还包含有数字信号,从而使计算机控制系统与连续控制系统在本质上有许多不同,需采用专门的理论来分析和设计; (2)计算机控制系统中,修改一个控制规律,只需修改软件,便于实现复杂的控制规律和对控制方案进行在线修改,使系统具有很大灵活性和适应性; (3)计算机控制系统中,由于计算机具有高速的运算能力,一个控制器经常可以采用分时控制的方式而同时控制多个回路; (4)采用计算机控制,便于实现控制与管理一体化,使工业企业的自动化程度进一步提高; (5)对来自测量变送装置的被控量的瞬时值进行检测和输入,对采集到的被控量进行数据分析和处理,并按已定的控制规律决定进一步的的控制过程,根据控制决策,适时地对执行机构发出控制信号,完成控制任务。 3计算机控制系统的设计 3.1系统方案设计 我们依据设计任务书进行总体方案设计,对体系的硬件、软件的构造考察它的要求,推算出合适的系统,组成一个新的系统。设计人员也可以组织自己设计的模式,但是要控制体系结构,包括微型的处理器、存储器、选择好接线口、传感器、硬件的设计与调试的基本内容。 3.2控制任务 我们要对超控设备进行调研和研究,了解工作程序的要求,了解需要接收的任务,涵盖体系的终极目标,数据流量还有准确度,现场的要求,时间的控制,要严格按照计划说明操控,实现整个系统操作。 3.3软件设计 计算机软件的设计要依据体系规划的总意见,确定体系下所要完成的各种功能及完成这些系统性能的推理和时差序关系,并用合理组成部件表格画出来。它们是根据体系组成表格不同的功能,分别规划出相应的控制体系所需要的软件。例如仿真的量输入和仿真量输出及数据处理还有互联和打字版处理格式等。每一种表格都可以单独进行实验调试,各种表格分别实验调试好以后,再按工作路线图推理和时间顺序关系将它们正确组合、互相连接、实验和调试。 3.4现场安装调试 首先要按设计计划合理组装,对体系结构进行大体的演练和比较准确的演练,结合演练的结构数据重置体系和储存数据进行软硬件的调试,他们的构件组成都可以在演练数据下用对演练数据进行试研的办法同时进行,同时他们要进行统一的实验及推理,仿真物体是这个体系验证的最基本要求,而好的体系数据调整试验要在现场进行。 在计算机控制系统中,用计算机代替自动控制系统中的常规控制设备,对动态系统进行调节和控制,这是对自动控制系统所使用的技术装备的一种革新。总之,随着计算机软件技术的逐渐发展,计算机的操作控制正逐步进入到生产的各个领域。 计算机控制技术论文:《计算机控制技术》课程教改探讨 【摘 要】近年来随着互联网、物联网、云计算的迅猛发展,数据多元化将当今的信息社会推向了“大数据”时代,所以顺应时代的潮流,有必要将“大数据”的思想融入到《计算机控制技术》的教学改革当中去。本文提出一种基于“数据驱动建模”的教学方法,致力于培养学生对数据建模的融合贯通能力,适应当今社会对人才的更高要求。 【关键词】计算机控制技术;教学改革;系统建模;数据驱动 0 引言 随着计算机技术的飞速发展,计算机控制技术被广泛应用于工业生产、电子通讯、机械设备等各个领域。因此,许多高等院校都开设了《计算机控制技术》这门课程,它是以自动控制原理为基础,以计算机控制技术为核心,综合测控技术、可编程控制技术、计算机网络技术等的综合性学科,致力于培养企业生产技术的精密化、生产设备的信息化、生产过程的自动化的专业人才。计算机控制技术本身的特点决定了可以利用软件来实现控制算法,通过强大的的运算功能和逻辑判断功能来实现最优控制、自适应控制等连续控制系统难以胜任的复杂规律[1]。鉴于《计算机控制技术》课程的重要性,对课程教学的研究、探索和实践是十分必要的。 近年来,随着互联网、物联网、云计算的迅猛发展,由“人、机、物”三元世界在网络空间(Cyberspace)中交互、融合所产生的数据多元化将当今的信息社会推向了“大数据”时代[5],大数据的涌现正逐步改变人们的生活和工作方式、企业的运营模式,IBM公司提出了“智慧地球”的理念,德国提出了步向“工业4.0”的目标,今年总理在政府工作报告上也提出了“互联网+”的概念。同时,大数据也吸引了不少学术界的广泛关注,2008年,英国《自然》杂志推出大数据专列,专门探讨“P8时代的科学”以及科研形态的变化,指出:“数据为准绳的理念指导,以及强大的计算能力支撑,正在驱动一次科学科学方法的革命”。美国《科学》杂志也在2011年推出专刊“Dealing with Data”,围绕“数据洪流”展开讨论,将大数据深度分析作为未来研究的重要突破点[2]。所以顺应时代的潮流,将“大数据”的思想融入到《计算机控制技术》的教育改革,既是一项严峻的挑战也是一个宝贵的机遇。 1 课程教学中的普遍问题 《计算机控制技术》课程所涉及内容丰富,大体可以分为控制系统和计算机系统两大方向。具体的内容主要包括如下几个方面:①以控制理论为主体,阐明离散系统和连续系统在建模、推理、结论上的区别;②将计算机系统与控制系统进行融合;③传统控制论优化算法及其仿真模拟;④智能算法、模糊识别的应用;⑤微型计算机的嵌入式开发,如ARM、PLC、等;⑥计算机系统的软件开发等[3]。 目前,多数院校对于《计算机控制技术》这么课程,主要采用“以课堂为主,实验为辅”的教学模式,加上该课程是一门专业性和综合性较强的学科,涵盖的内容较多,所以学生在学习过程中普遍感到吃力[4]。此外,课程教材和参考书种类众多,但内容并不统一,基本分为偏重理论教学和实际工程应用两大类。然而,真正能运用到当今主流的大数据、云计算相关技术的并不多。所以,基于上述问题,对目前《计算机控制技术》教学中存在的不足总结如下: (1)数据的概念不强 目前,许多院校对于《计算机控制技术》这门课程的重心停留在理论授课上,即使开设的实验课程还是以演示性为主,如A/D转换实验。学生没有系统的将所学知识转化为实践,更谈不上对实验数据的信息进行有效的存储,并结合所学习的理论知识对其进行分析和验证。此外,对于当今主流的数据挖掘算法,提供相应的实践机会较少。 (2)传统建模思维的束缚 传统控制理论过于依赖模型的建立,为了保证所建立模型的精确性,模型的阶次有时会变得很高,基于高阶系统模型的控制器设计、稳定性分析等问题就会变得很复杂。事实上,数据只是为了辅助算法,实现对模型进行较好的评估和预测等功能。 (3)数据挖掘算法的普及不深 利用计算机技术对大数据进行挖掘分析,发现蕴含的知识,研究运行的规律和发展的趋势是挖掘网络大数据的深层价值和实现社会行为可计算的主要途径[5]。然而,许多院校在《计算机控制技术》这门课程中,并没有在数据驱动这个方向上进行改革和突破。 值得注意的是,很多院校对《计算机控制技术》教学的思维方式还停留在工业时代,即以控制系统相关学科作为理论基础,再通过科学实验来强化学生在计算机软硬件方面的学习。但是随着信息技术的快速发展,“物联网、云计算、大数据”的提出,迅速取代了人们对于传统行业的认知。所以,有必要借助“大数据”的思维方式来思考《计算机控制技术》的课程改革。 2 基于“大数据思维”的《计算机控制技术》课程教学改革 在传统建模仿真研究中,数据不是模型的本体,它只是为模型的仿真运行提供基础条件。然而,随着大数据的迅速发展,由“人、机、物”三元世界的互相交融将数据的来源也变得多元化,通过仪器采集、网络存储、仿真模拟生成等方式来获取数据,所以数据对建模的作用也愈发重要,并开始逐渐成为主导地位。只要数据足够大,只靠数据就可以完成科学发现,因此不再需要数学模型。这就是所谓的“数据优先”模式[2],一种由数据驱动的新模式、新思维。正如《连线》主编Chris Anderson所断言:“数据的洪流是传统科学方法变得过时,相互关系已经足够,没有了具有一致性的模型、统一的理论和任何机械式的说明,科学也可以进步”。换句话说,传统建模方法对于科学而言并不是必须的,大数据建模方法将会是一种新的科研范式。 2.1 将“数据驱动建模方法”作为思考问题的出发点 数据驱动的概念最早来自计算机科学领域,在设计过程中以数据库中的数据为导向,利用受控系统大量的在线、离线数据,实现对系统的评价、诊断、决策、调度及监控等功能[6],探索背后的科学规律。近年来,随着人工智能技术的发展,特别是机器学习领域,迅速丰富了经验建模方法。通过获得系统的各过程变量(输入、输出和中间变量)描述表达式,这种方法称为“数据驱动”建模方法。 基于实际工业生产系统的数学模型复杂、测控信号精度差且不完整、易受随机扰动的影响、状态维数高等特点,传统的建模方法,为了保证模型的精确性,模型的阶次会变得很高,这样研究系统的控制方法和动态特性会变得复杂,而利用“数据驱动”建模方法,将已知的输入、输出数据在线或离线学习计算与当前状态相匹配的控制量,再将模式识别、人工智能方法作为补充,从而满足系统的静态和动态性能要求。目前,利用“数据驱动”的思想建立研究对象的预测和控制模型是主流的趋势,而已经形成系统的建模方法主要有:线性/非线性自回归模型、神经元网络模型、基因算法模型、模糊人工智能模型、贝叶斯分析网络模型以及支持向量机模型等。 2.2 基于“数据驱动建模”的教学方法 一般来说,数据驱动建模流程可分为:数据初始化、变量的统计分析、算法模拟和模型的在线校正等过程。 (1)数据初始化 通常,数据的初始化大致可以分为数据的采集、选择、预处理。具体的步骤如下:①通过采集的数据,对数据结构有一定的认识,同时对数据辨识可能产生的问题及建模的复杂程度有所估计,从而决定适宜的训练模型。②对数据模型评估之后,即可以对数据进行选择,一般选取70%的比例作为算法数据,其余的30%数据作为测试数据;③选择好训练数据以及测试数据之后,为了能够获得较好地训练效果,必须对数据进行预处理,使其满足所选辨识方法的要求。例如归一化处理,填补缺失值,异常值检验等。 (2)变量的统计分析 通常,在完成第一步的基础上,需要结合统计理论方法对输入、输出变量进行相关性分析、主元分析等,以研究二者间的关联关系,从而对模型进行预估判断。此外,为了更好地定性分析,需要适当地增加与主导变量有关的辅助变量,通过机理、经验构造辅助变量与主导变量的数学关系,从而更好地对主导变量进行估计。 (3)算法模拟 在经过统计方法的分析之后,利用模糊识别、人工智能算法对训练数据进行回归分析,例如神经网络、支持向量机、贝叶斯网络等工具实现线性或非线性的预测逼近能力。然后再利用测试数据在预测模型上进行测试,得到的输出结果和目标数据进行比对,根据预先制定的统一规则进行评判。通过不断训练学习的办法获取输入、输出之间的函数逼近关系式,得到合适的模型。 (4)模型的在线校正 在线校正是数据驱动建模应用中不可缺少的一部分,尽管已有不少离线校正的方法,但在线校正的方法十分有限。因此,开发更多实用方法,以适应复杂工业过程控制的需要。判断预测模型的某个关键参数是否最优,其本质上就是如何对参数值进行调优,使预测模型的错报率最小化[7]。目前,解决参数寻优问题的研究成果主要有两种:①定期进行非训练样本与固定参数值得的错误率敏感性分析,依据敏感性分析曲线优化关键参数值,如交叉性验证技术、留一交叉验证法等;②根据知识经验或统计分析确定机器学习方法错误率的上界,并不断优化错误率的上界,使边界差距尽可能小,从而实现参数校正目的[8]。 3 结语 本文围绕“数据洪流”展开讨论,尝试对《计算机控制技术》进行教学改革,提倡培养“大数据”的思维对系统进行建模。通过调整教学内容,结合各种交互式教学方法,提出了一种基于“数据驱动建模”的教学方法,致力于培养学生的学术理论的融合贯通能力,技术创新思维和动手实践能力。 计算机控制技术论文:“计算机控制技术”双语教学初探 摘 要:首先介绍了在高校理工科学生中开展双语教学的重要意义和必要性。然后结合作者所在学院双语教学的现状和“计算机控制技术”课程的特点讨论了在学院开展“计算机控制技术”课程双语教学的实施计划。最后结合实际教学情况阐述了进行“计算机控制技术”课程双语教学应该注意的一些问题。 关键词:计算机控制技术;双语教学;必要性;实施计划 机械电子是工程科学的一个跨学科的新兴专业,为了开阔教师和学生的国际化视野,探索一条适合于机械电子工程类课程的双语教学模式极为重要。本文在充分调研相关参考文献的基础上,立足于“计算机控制技术”课程,从开展机械电子工程专业课双语教学的重要意义与必要性、开展“计算机控制技术”课程双语教学的实施计划和进行“计算机控制技术”课程双语教学中应该注意的一些问题等方面进行阐述。 一、开展双语教学的重要意义和必要性 一般来说,双语教学指的是在教学过程中以外语为教学媒介来进行非英语专业课程的教学方式。双语教学可以完成专业课程的教学任务,通过使用原版英文教材、制作英语课件、英文授课、使用英语完成作业和考核等手段来提高学生的英语听说读写能力和使用英文进行交流和表达的能力。目前,比较受关注的双语教育模式有沉浸式双语教学模式、导入型双语教学模式和三向分流双语教育模式等。近些年来,我国的综合国力得到了迅速提高,在经济、科技、文化等方面与国际交流不断增加。这对英语的使用和交流表达能力提出了更高的要求。为了更好地适应经济全球化,英语的熟练掌握和灵活使用起着至关重要的作用。因此,大学学习中除了进行相应英语课程的教授外,专业课程双语教学也势在必行。 双语教学有利于学生提高英语的听说读写能力和交流水平。在专业课程双语教学中既传授了专业理论和英语语言知识,也可以通过课堂讨论、专题研讨等形式培养学生的语言交流能力,提高学生使用英语进行文献查询、问题讨论的水平。这样可以在很大程度上丰富学生的词汇。计算机技术和互联网技术的飞速发展使得学生获取知识和信息的手段与速度大大提高。双语教学中,学生可以频繁地接触和使用英语进行学习和交流。 二、“计算机控制技术”双语教学的实施计划 “计算机控制技术”是机械电子工程方向的一门重要的专业课程。涉及的教学内容丰富,难度相对较高,英语专业词汇多。因此在准备教学辅助材料时要做到精挑细选。计算机控制技术双语教学辅助材料的建设包括原版教材配套的讲义的制作、制作与收集相关音像资料和建立与双语教学相应的题库。在讲义中,要对原版教材的重点和难点内容进行注释,可以让学生更好地理解教材内容,避免因英文太难而产生厌学情绪。对书中的相关专业词汇和术语增加中文注释,在书后增加中英文词汇对照表,这样有利于学生对教学要点的理解和掌握。为了提高学生学习的积极性,应建立有利于激发学生学习主动性的试题库。 为了适应高校教学的要求和提高专业课程的授课效果,应该采用启发探究式的教学模式和研讨式的教学方法。在教学方法上,要充分调动学生的学习热情和积极性。在教学中,既要注重发挥传统教学灵活性强、节奏感好的优点,又要充分利用多媒体等新兴的教学手段教学形象、直观的特点。 三、双语教学中应该注意的一些问题 1.注重双语教学师资力量的培养。在双语教学中,常常会遇到这种情况,一方面,外语专业出身的教师具有较强的外语听说读写能力,但欠缺理工科专业课程的知识;另一方面,部分专业课知识扎实的相关专业教师由于缺乏外语使用的环境,虽然有一定的外语基础,却受到外语听和说的限制,无法胜任相关专业课程双语教学任务。因此,要重视双语教学教师的选拔和培养,积极引进英语水平高的年轻博士和有海外留学经历的教师。鼓励年轻教师积极阅读英文文献,撰写英文文章,安排教师去国外进行中长期的访学和短期的英文培训,提高教师的英文听说读写能力。 2.随着我国社会经济和国际化进程的不断发展,社会对大学毕业生外语能力的要求越来越高。这就对高校理工科的双语教学提出了更高的要求。 本文结合我院“计算机控制技术”课程双语教学的思考,阐述了在高校理工科学生中开展双语教学的重要意义和必要性,讨论了在学院开展“计算机控制技术”课程双语教学的实施计划。最后结合实际教学情况阐述了进行“计算机控制技术”课程双语教学中应该注意的一些问题。 计算机控制技术论文:《计算机控制技术》课程实验教学探讨 摘要:《计算机控制技术》是一门理论与实践相结合的课程,也是计算机、信息和控制类专业的必修课,在专业课程体系中处于至关重要的位置。本文以《计算机控制技术》的课程实验为基础,总结了实验过程中所遇到的困难以及实验教学中所面临的问题,介绍了在实验教学改革中已经取得一定效果的具体措施。 关键词:微机原理;课程;实验教学 一、引言 《计算机控制技术》是计算机、信息和控制类专业的一门专业必修课。该课程将自动控制原理、计算机技术和通信技术进行了结合,具体而言,就是通过计算机替代传统的控制器构成闭环反馈系统并实现较为复杂的控制算法。随着计算机技术、传感技术和通讯技术的发展,传统的控制系统正由集中的模拟控制体系加速向开放的数字控制体系发展。越来越多的控制系统正采用计算机来取代传统的控制器。与传统的控制系统相比,计算机控制系统具有成本低、效率高、安装和维修简便以及灵活性和可操作性强等优点,同时可实现计算资源共享,从而提高系统资源的利用率。这类日益广泛的计算机控制技术已在各类工农业生产、航空航天、交通系统、无线通信、机器人、智能建筑、国防等领域获得了广泛的应用。由于计算机控制系统本身所具有的特性,要求相关专业人员在了解并掌握工业计算机的软件、硬件以及外围设备的基本原理和方法的基础上,将被控对象、传感器、控制器、执行机构相联接构成一个有机的整体,完成预定的任务。 本门课程是在开设了《汇编语言》、《微机原理与接口技术》、《自动控制原理》及《电路电子技术》等先修课程后,再为学生开设。《计算机控制技术》是一门理论与实践相结合的课程,学生只有通过本课程的理论学习,在掌握了计算机控制系统的分析和设计的基础上,动手构造有关电路并上机调试设计的程序,才能充分领会、理解并掌握教材中的内容。 二、《计算机控制技术》实验教学存在的问题 在传统的教学活动中都是以教师为中心,教师的主要任务就是在课堂上以生动的语言来进行知识的传播,学生则在教学过程中处于一种被动的认知和接受的位置。《计算计控制技术》课程通常采用理论教学和实验相结合的方法进行教学,课堂讲解传授理论知识,实践教学帮助学生认知、提高应用能力。但以往的教学普遍以课堂教学研究为重点,而对学生进行有效的试验实践研究不够重视。尤其传统的实践教学通常是以验证为主的实验方法,一般只要求学生根据试验原理总结实验现象,而这些试验现象都是一种必然的结果,这种实验教学方法往往可以使学生取得一些深层次的认识或体验,但是对学生分析与综合设计能力、整体创新能力的培养仍然不够。达不到提高学生独立创新和应用能力的教学目标[1]。因此,对传统实验教学方法的改革迫在眉睫。 三、《计算机控制技术》实验教学的改革 1.重新编写与实验设备配套的实验指导书。试验教学的改革从编写新的试验指导书开始,新的试验指导书既与选用教材又与试验设备相配套。实验指导书的改革主要体现在三个方面:第一,增加学生独立设计试验步骤的部分。具体而言,在试验指导书中只需提出实验的目标、功能要求和性能指标,然后由学生独立完成所需要的试验步骤。只提实验要求,能够改变学生只按照实验指导书的步骤而不加思考的状况[2]。第二,由学生独立设计试验数据表格。试验的结论都是由试验数据总结出来的,所以要求学生能够完成试验表格的设计,且系统的设计与实验过程等所有工作也都由学生自己完成。第三,增加一些加宽、加深的试验内容。由于学生的试验能力不处于同一层次,所以需要为那些基础好、动手能力强的学生提供更多的学习机会。 2.减少验证性的实验内容,增加综合性的实验内容。教师要从教授实验方法、检查实验结果转变为引导学生完成相关实验项目,共同分析、解决实验中的相关难题。这样就给学生造成了一种学习压力,促使其提高学习热情和主动性,使学生从被动的学习转向自觉的研讨。在试验内容的安排上,要减少验证性的试验内容并相应增加综合性的试验。除个别规定的验证性实验外,不给定实验电路图,不指定详细的接线步骤,完全由学生在掌握现有实验资源的前提下设计相应的实验电路。在程序设计上也要强调学生在实践活动中的主观能动作用,除专门规定的验证性实验外,不指定详细的编程步骤,不给定详细的流程图和实验程序,对学生完全开放,由学生自主地编写相应的程序。同时学生也可以自由发挥,去做自己想做的不受教学内容局限的实验[3]。根据一直以来的教学总结,发现计划实验教学课上的时间还不足以满足同学门的实践需求。这就要求实验室除进行计划实验教学之外,还应满足学生自由进行实验的要求。为此,采取了开放式的实验室管理办法,将空闲实验室向学生开放。学生可以根据计算机控制系统的基本原理和现有的实验室资源,自己拟定试验目的以及预期试验结果,并设计构造相关的试验内容以及试验步骤。并且鼓励学生根据自己的兴趣爱好自由地去做想做的实验,这样学生的实验内容和要求都会有所不同,进而促进学生的学习兴趣。 3.组织学生参加课外兴趣小组。以上讨论的都是课程中的实验教学,除了规定的课程实验之外,教师还要组织对计算机控制技术感兴趣的同学成立计算机控制技术兴趣小组。这种兴趣小组可以让同学们自由发挥,比如,对新技术理论感兴趣的同学,可以在教师的指导下围绕最新技术收集资料,探索科学研究的前沿,成立讨论小组,并开设专题报告,从而增加自己的阅历;对设计感兴趣的同学,可以提供基本的原材料,让学生开发和研制一些实用的科技小产品。这种做法的最大好处就是带动了学生的学习积极性,让学生能够感到学习也是一种乐趣,同时还能让同学在无意识之中巩固了理论知识,并将理论应用到实践,提高了学生的实际应用能力。兴趣小组成立后,在兴趣小组中选取一部分优秀作品,根据作品的创新性和实用性,指导学生申报校级甚至更高级别的学生科研课题。对于有课题的教师,可以让部分优秀同学加入到教师的科研课题中,让同学尽早地接触科研活动的整个过程,启发学生独立思考,充分发挥学生的创造性,提高学生的综合素质。然后再从学生的科研课题中选拔优秀的项目参加设计大赛,比如电子设计大赛、飞思卡尔智能车大赛、机械创新设计大赛等,这些竞赛活动使学生受益非浅,从学生被动地要求做实验,到学生主动地要求进实验室做实验,加深了对课本知识的理解与融会贯通,学到了许多书本上所学不到的东西,培养了创新设计能力。 四、《计算机控制技术》实验教学改革的效果 1.激发了学习积极性,提高了自学能力。实验指导书中的设计内容都是根据学生的实际情况和当前计算机应用领域的最新案例自行设计的。这些案例在学生身边都能经常地接触到,也是学生非常感兴趣而又特别好奇的计算机控制系统,这可使学生感到所学内容跟得上时展的需求并具有相当的实用价值,学习积极性能够得到进一步的提高。由于部分实验是考查学生的自学能力,无法在课本中找到现成的答案,只能通过所学到的理论知识并查阅相关资料才能解决,从而促进了学生学习和自主思考的能力。 2.培养了学生的创新能力。在传统的实验教学中,学生不用思考也不需思考,只是按照已知的实验步骤完成实验,只是一个被动的接受者,很难谈得上训练创新能力和创新意识。而将学习的主动权交给学生,让学生成为实验的主体,改变学生从书本出发而不是从问题本身出发的思路,摆脱书本的束缚。让学生从查阅资料开始,进行总体方案设计、编写控制算法程序、调试系统、选择参数、直到得到最佳实验结果。在这种创造性的工作中,给他们提供了一个自由想象和大胆创新的空间,激发了他们的创新欲望。实验把动脑和动手有机地结合起来,培养了他们的创新意识和创新能力。 3.提高了学生的工程实践能力。实践是创新之源,工程实践是创新的基础,提高学生的工程实践能力才是工科教学的重点之重点3]。由于编写了新的实验指导书,学生在实验中必须考虑各部件之间的电路连接、相互控制、整体配合等细节,需要通过不断的摸索,总结出一套行之有效的办法。在这样的实验活动中,学生通过对相关资料的归纳、整理,对实验过程做有效的梳理,认真总结实践中出现问题的原因和解决问题的方法,充分地认识设计的优缺点,为探索更加优化的设计、实现方案,为今后的工作实践打下良好的基础,从而使学生不论是从知识的积累上还是能力的提高上都会产生一个极大的飞跃[4]。 五、结论 通过实验指导书的改编,提倡学生自己编程做计算机控制技术实验,这激发了学生的兴趣,增强了学生自主思考、综合运用知识的能力,提高了学生分析问题解决问题的能力,训练了学生的创新能力和创新意识,取得了良好的实验教学效果。随着学科建设以及实验室建设的发展,一些先进的实验设备已经到位,如过程控制实验系统、倒立摆实验系统、随动系统等,我们将逐步把这些设备与计算机控制技术实验结合起来,开发更加先进、更具有实际意义的新实验,为感兴趣的学生提供纵深发展的机会。 计算机控制技术论文:自动化生产线上计算机控制技术的应用探析 摘 要:计算机控制技术在自动化生产线上的应用,能够有效的提升自动化生产线的智能程度,从自动化生产线上的各个生产环节中减轻工人的工作量,从整体上提升自动化生产线的工作效率,有效的提升自动化生产线的生产质量和生产效益,但是值得注意的是,计算机控制技术在自动化生产线上的应用必须做好计算机控制系统的设计,保证计算机控制系统的设计能够有效的满足自动化生产线的生产要求,避免计算机控制技术在自动化生产线应用过程中的不合理现象。本文将针对计算机控制系统的设计进行分析,进而针对自动化生产线上计算机控制技术的相关应用进行具体的探析和阐述。 关键词:自动化生产线;计算机控制技术;计算机控制系统 计算机控制技术是当前科学技术发展过程中的重要技术结晶,其囊括了包括电子技术、自动控制技术以及计算机应用技术等诸多技术内容,同时使用计算机控制技术作为核心控制技术,综合应用可编程控制技术、单片机技术以及计算机网络技术在内的多种技术,有效的提升了生产技术应用过程中的精密化、信息化以及智能化和自动化,对于提升生产技术的生产质量、生产标准以及生产效率等都有着十分重要的意义。将计算机控制技术应用在自动化生产线上,同样能够有效的提升自动化生产线的可控制性,更进一步的提升自动化生产线的相关特性,而想要充分的发挥计算机控制技术的相关性能,首先就需要完成计算机控制系统的设计工作。 1 计算机控制系统的设计 计算机控制系统的设计一般可以分为系统硬件、系统软件两个部分的设计任务,因此计算机控制系统的设计主要包括以下内容: (1)计算机控制系统方案 计算机控制系统方案主要是针对计算机控制系统的硬件系统以及软件系统进行全面细致的分析,建立相应的模型,保证计算机控制系统的设计方案能够具备相应的合理性以及科学性,同时计算机控制系统方案还应该针对软件系统、硬件系统的价格与时间进行合理的控制,提升计算机控制系统的实践性、经济性以及实用性,注重计算机控制系统的使用寿命。此外,计算机控制系统设计的过程中可以在计算机系统现场安装的过程中再次进行优化,直到满足自动化生产线的要求为止。 (2)计算机控制系统任务 计算机控制系统任务的设计主要是针对计算机控制系统运行过程中的相关运行标准、运行要求以及运行时间等等内容进行全面细致的分析和记录,保证计算机控制系统能够更加有效的融入到自动化生产线的生产任务中,保证计算机控制系统工作过程中的健康使用,避免出现计算机控制系统不堪使用的现象。 (3)计算机控制系统软件 计算机控制系统软件主要还是针对计算机控制系统组成内容中的各个功能性模块进行设计,同时将计算机控制系统相关功能模块的连接关系进行科学合理的处理,针对计算机控制系统的功能模块合成性进行设计,确保计算机控制系统软件应用过程中的功能性得到有效的满足。 (4)计算机控制系统硬件 计算机控制系统硬件的设计主要还是完成对计算机控制系统的整体组装工作,计算机控制系统一般都会直接安装在自动化生产线的生产现象,同时相关工作人员还应该针对计算机控制系统组装以后的功能进行调试,确保计算机控制系统的实践性。 (5)计算机控制系统合成 计算机控制系统的合成主要指的是将计算机控制系统的主要组成结构,计算机系统的自动检测仪器以及计算机控制系统的设计软件等等进行全面的安装和使用,确保计算机控制系统能够充分的发挥相应的功能作用,为自动化生产线的生产效率发挥更加有效的促进力量。 2 计算机控制技术在自动化生产线上的具体应用 自动化生产线事实上指的是将自动化技术应用在相应的生产过程中,并最终形成的具体生产流程。一般来说自动化生产线包括原料、加工、运送、装配、成品、检验等一系列的工作流程,在具体的自动化生产线运作过程中依然需要工作进行相关操作,完成产品加工监督工作。而将计算机控制技术应用在自动化生产线上,主要是通过对计算机控制系统的有效应用,采用PLC控制的控制方式完成对自动化生产线的监督、控制以及管理工作,PLC控制方式能够为自动化生产线提供包括单独控制、自动控制以及仿真模拟的相关功能,减少自动化生产线运作过程中可能出现的种种控制错误现象,减少自动化生产线的调试过程,有效的提升自动化生产线的经济效益。具体来讲,计算机控制技术在自动化生产线上的应用主要包括以下内容: (1)可编程计算机控制器的应用 可编程计算机控制器事实上是一种运用于自动化生产过程中的数字运算操作电子设备,可编程计算机控制器能够帮助工作人员更好的完成对自动生产线控制程序的编辑、储存、运算、检验以及执行等相关功能,可编程计算机控制器能够针对自动化生产线应用过程中的相关流程进行数字转换,并最终编写出相应的控制程序,实现自动化生产线生产过程中的智能化和自动化,提升自动化生产线的生产效率和生产质量。同时可编程计算机控制器还能够有效的融入到工业制造系统中,提升工业制造系统的扩展性以及丰富性,从整体层面上提升自动化生产线生产过程中相关流程的优化性。 (2)现场控制总线的应用 现场总线是自动化生产线运转过程中的重要设备,其负责自动化生产线中的数字通信转换以及信息测量控制等相关功能,将计算机控制技术应用在自动化生产线中,事实上也就是将计算机控制技术与现场控制总线实现了有效的连接,更进一步的丰富了现场控制总线在自动化生产线上的相关功能,提高了现场控制总线的工作标准。举例来讲,计算机控制技术背景下的现场控制总线能够使用多个测量控制器与计算机网络控制中心形成有效的连接,加强对自动化生产线的远程控制功能,进一步加强了自动化生产线与相关监测设备之间的良好通信,提高自动化生产线应用过程中的安全性和稳定性。 3 结语 综上所述,本文对计算机控制系统的构成以及计算机控制技术在自动化生产线上的应用进行了具体的分析,计算机控制技术应用在自动化生产线上已经成为当前重要的工业发展趋势,计算机控制技术也将进一步提升自动化生产线的生产标准。 计算机控制技术论文:基于项目驱动的“计算机控制技术”教学研究与实践 摘 要: 本文主要讨论了项目驱动法在“计算机控制技术”课程中的教学研究与实践,分三步讨论了项目驱动法的实施过程及各步骤中教师所起的作用。教学效果明显,学生的动手能力、创新能力、实践能力等各方面能力都会得到提高。 关键词: 计算机控制技术 项目驱动法 教学研究 一、引言 计算机控制技术是电子信息工程、电气工程及其自动化、测控技术与仪器等专业的一门重要的专业技术基础课,是为培养从事自动控制和自动化仪表等专业领域的工程技术人员设置的,是一门涉及基础理论和知识面较广、知识集成度高的一门实践性较强的技术类课程。 项目驱动法是一种建立在建构主义教学理论基础上的教学法,其原则是将学生的学习活动与大的项目或问题相结合,以探究问题引出和维持学习者的学习兴趣和动机;创造真实的教学环境,让学生带着真实的项目学习,在这个过程中,学生拥有学习的主动权,教师不断激励学生前进,从而使学生真正掌握所学内容,并通过此项目举一反三,收到更好的学习效果[1]。因此,探索如何将项目驱动法应用于“计算机控制技术”的教学与实践,培养学生系统的设计能力与创新能力具有实际意义。 二、项目驱动法的实施过程 项目驱动教学法要求在教学过程中以完成一个个具体的项目为线索,把教学内容巧妙地隐含在每个项目之中,让学生自己提出问题,并经过思考和老师的点拨,自己解决问题。在完成项目的同时,学生树立创新意识,形成创新能力,养成自主学习习惯,学会如何发现问题、思考问题、寻找解决问题的方法。具体教学过程举例如下。 1.结合学生特点,精心设计项目。 项目驱动教学法需要教师在教学中投入大量的精力,教师不仅要组织好教学,还要具备扎实的专业基础知识,进行项目策划、管理和评价。教师要根据教学内容进行合理策划,明确项目要解决的关键问题,在项目实施过程中容易出现的问题及解决方法。项目的选择要难易适中,不能因为难度过大而使学生失去自信和学习的兴趣[2]。计算机控制技术的主要内容有:计算机控制系统的硬件设计技术,主要包括总线和输入输出接口与过程通道;数字控制技术,主要包括逐点比较法插补原理、步进电机、伺服电机;常规及复杂控制技术,主要包括数字PID控制,最少拍控制,纯滞后控制技术、串级控制技术、前馈-反馈控制技术等;计算机控制系统的软件设计,包括人机接口、测量数据预处理、数字控制器的工程实现、软件抗干扰技术等;还根据有分布式测控网络技术等。根据这些教学内容,可以设计如下项目:数据采集系统的设计、步进电机控制器的设计、直流电机调压调速系统的设计、锅炉内胆温度计算机控制系统设计等。 2.引导学生分解项目并提出问题。 项目设计好后,首先进行学生分组,项目教学法的实质是按照项目运作方式,分组协作共同完成项目,学生可以按组别围绕各自的项目学习、讨论、实践,分组的组员搭配,内容分工等都会影响实施效果,因此要分工明确[2]。本次教学实践针对的对象是电子信息工程专业卓越班的学生,这些学生学习态度认真,头脑灵活,实践能力强,根据实际情况,分为五组,每组五六人。拿到项目后,学生先考虑如何简化项目,把总项目分解成一个个阶段项目,并把这些阶段项目分解成更小的分项目。细化项目之后,学生就可确定解决这些分项目的方法,最后再由分项目到阶段项目再到总项目,完成学习任务[1]。在这个过程中,引导学生不断地思考如何完成项目,遇到哪些不能解决的问题,这些学生提出的问题是他们要知道的关键知识,这时候讲授这些新知识,激发学生的学习欲望。比如直流电机调压调速系统的设计中,学生接受任务后,需要查阅资料,了解直流电机测速和调速的原理,然后确定设计方案,最后进行系统的软硬件设计与仿真,这些都是阶段性项目。这个项目涉及的知识点有计算机控制系统的硬件设计,计算机控制系统的软件设计,数字PID控制器及其参数整定等内容,这些都可以分解成更小的分项目,教师引导学生进行项目分解并明确分工。学生在项目实施过程中,会提出各种他们遇到的问题。 3.根据提出的问题,及时讲授新知识。 问题提出后,就要开始寻求解决问题的方法,老问题学生自己解决,可以查阅文献,复习以往教材等,新问题要通过师生的共同探索解决。教师的教学活动既要重视学生项目各阶段的问题,又不能忽略基础知识的讲授,将学生各个阶段遇到的问题分成若干模块,由浅入深、层次分明地讲授,给学生架构一个系统的全面的知识框架。在学生分析解决每个具体任务时,教师辅导学生将相关的知识点都串联起来。 三、项目驱动法的实施效果 将项目驱动法引入“计算机控制技术”的教学实践中,取得非常好的效果:学生学习兴趣提高,学习主动性明显提高;提高学生的动手能力、文献查阅与综合能力;学生的创新能力得到提高,在完成项目的过程中,学生会思考如何将所学知识应用到实际生活中,也会思考怎样更好地执行,这些都是创新的体现。学生在执行项目的过程中,既学到新知识,又巩固旧知识,还从系统层面掌握计算机控制系统的设计方法,学生在分组合作过程中又增强团队协作能力,各方面都能力都得到提高,为他们以后的就业提供保障。 四、结语 本文主要讨论了项目驱动法在“计算机控制技术”课程中的教学研究与实践,教学效果明显,学生的动手能力、创新能力、实践能力等各方面能力都得到提高。 计算机控制技术论文:基于互联网时代背景下的计算机控制技术 摘 要 信息技术以互联网为主要载体,在当今社会工作和日常生活中发挥着日益重要的作用。在这个互联网为主要交流媒介的时代背景下,加强对计算机的控制运用对于改善社会工作机制、促进全民范围内的技术创新与理论创新存在着非比寻常的价值和意义。基于互联网时代背景下对计算机控制技术的加强和改善,既在理论研究层面上达到了一定的高度,也经历了一个发展与过渡的历程。 关键词 互联网 互联网时代 计算机控制技术 发展历程 0前言 互联网时代的来临,以不可逆转的趋向和进程改变着传统的社会工作和社会生活,使得人们不论在物质水平上还是在理念思维上进行着不自觉的创新,并在人类文明的页码上实现着越高频度的翻阅。计算机的控制技术在今天占据举足轻重的地位,并且在互联网科学结晶的辅助下,形成了高速率的发展历程。互联网的迅速发展,通过改变信息传播方式而改变了世界,同时对于计算机控制技术相关领域来说,也产生了翻天覆地的变化。 1计算机控制技术的理论概念 计算机的技术层面可谓是多种多样,单论起控制技术方面,就具有着科学史上的里程碑意义。计算机控制技术,究其理论概念而论,就是一计算机应用技术、电子技术以及自动控制技术等多种技术手段为科学基础,通过以计算机控制技术为核心,实现对工业生产技术的精密化运作的技术运用模式。在这种模式中主要具备用武之地的元素包括编程控制技术、计算机网络技术、单片机技术等各种媒介手段。也就是说,这种控制技术实质上就是针对计算机指导于生产中对生产设备的自动化控制的全部过程。这种控制技术主要通过计算机电子技术及其自动控制的能力和技术水平为重要的科学依托,辅之以编程控制与单片机技术的诸多手段来实现对生产精密化与信息自动化的高效率指导实践的理论结晶。同时结合逻辑控制、智能控制以及顺序控制的计算机控制技术可以提高生产的效率,同时保证生产质量和安全。 2计算机控制技术的发展历程 (1)从集中控制到集散控制的发展 计算机虽然和很多设备一样,代表着诞生时代生产力的最发达载体与最高端发明成就,然而一样也经历了一个漫长而又曲折的发展过程。计算机的控制技术在早期计算机问世不久的时候,主要的功能不过是在工作中实行集中控制,通过采集信号、运算处理、信息反馈并及时申报状态灯一列亟待完成的任务,形成自身的工作能力体系。这种工作性能的实现主要以IPC为主要载体,虽然在当时取得了巨大的飞跃成就,但如今随着控制系统复杂程度的日趋繁杂,传统的依赖IPC技术的工作流程已经难以满足业务量日益增加的工作效率的需求,这便需要计算机由集中控制实现朝向分散控制的及时转变。基于这种理论认识,DCS技术便应运而生,并逐渐取代了传统的IPC技术。这种技术就是以通讯为主要基地的中央神经系统,以扩展范围的广袤、安全性能的良好与工作效率的神速著称于科学研究与技术生产领域之内。由于这种技术的存在,直接衍生出分布式的控制系统的出现和推广。这种控制系统主要分为上位机和下位机两大结构,前者主要负责监视集体工作,后者的任务在于及时传递信息情报。 (2)从封闭系统到工业现场总线的发展 DCS技术在兼容性、开放性以及目的性等各种工作需求的支配下,不断被计算机控制技术体系赋予崭新的内容。虽然DCS技术较之传统技术而言,优势是十分显而易见的,然而如果能够更有效和更直接地引导于工业生产,就必须促进其网络协议的公开化和标准化,所以这就实现了封闭系统到开放性的工业现场总线格局的发展和飞跃。工业现场的总线控制系统通常被称为FCS技术,主要功能便是实现工作格局中点到总线的方针。按照总线的方式,整个控制系统均可以实现有条不紊地运行,各种设备的工作都是一个“总线单元”,工业现场化的技术生产便能够取代原来的封闭系统式的生产。相比于传统的DCS技术系统,FCS技术系统在很大程度上能够满足用户的更多要求,以其开放式的现场总线协议进行对现场工作的统筹驾驭和全面协调,最终实现成本的降低和工作效率的全面提高,并实现工作流程中各个细节之间的有机协调和紧密联系。 (3)从现场控制到企业自动化的发展 计算机的控制技术能够满足实用性的生产需求,这是互联网时代下普遍性的社会基础和技术价值,更是工业控制网络必须遵从的根本原则。只有及时有效地进行对信号加以传输,才能保障工作环节的稳定与完善。现场控制指的是在活动过程中对活动现场进行控制和管理的基本过程,按照标准实施以实现对活动规范进行的有效保障与全盘肯定。这种方略虽然在一定程度上也能实现自动化的控制,但是约束的因素仍旧是尾大不掉。所以企业自动化时代的来临便应运而生,这是现场控制技术不断优化和完善的必然结果。太网工业协议与技术的形成,使得企业技术自动化的应用功能有所大大提高,辅之以互联网的有效手段,使得控制技术呈现出更加实用与可靠的性能。 3结论 科学在发展,技术在进步,互联网时代的来临,产生出的直接影响便是计算机控制技术在短暂的历史岁月中,便经历过三个具有跨越性意义的发展历程和飞跃阶段,不断指导于工业生产,并在互联网技术体系的丰富过程中,不断赋予崭新的科学意义。 计算机控制技术论文:《计算机控制技术》课程中控制算法仿真平台设计 【摘 要】本文基于MATLAB建立了《计算机控制技术》课程控制算法仿真平台,通过友好的人机交互界面,实现控制算法的选择、参数的设置、动态仿真以及算法改进前后的控制效果对比等。将抽象的理论知识变成直观的感性认识,使学生能更直观、高效地理解和掌握所学内容,培养学习兴趣和能力,取得了良好的教学效果。 【关键词】控制;算法;仿真 0 引言 《计算机控制技术》是工业电气自动化、自动控制、计算机应用等专业的主要专业课程之一[1]。具有实践性和综合性强、课程抽象、学习难度大等特点。尤其是其中的控制算法,既是计算机控制系统的核心,也是整个计算机控制系统设计中的难点,并且由于控制算法数量多,理论性强,采用常规的讲授方法,学生不易理解,教学效果不是很理想。基于此,本文以MATLAB为工具,通过编写M文件、构建SIMULINK框图对主要算法进行仿真实现,并通过 GUI (图形用户界面 )设计友好的人机交互界面,实现控制算法的选择、参数的设置、动态仿真以及不同算法的控制效果对比等。在建模仿真的过程中将抽象的理论知识变成直观的感性认识,使学生可以更直观、高效地理解和掌握所学知识,培养学生的学习兴趣和能力,提高教学质量。 1 仿真平台规划 MATLAB是目前应用最广泛的科学工程运算软件,内嵌的SIMULINK是MATLAB的重要组件之一,无需大量的程序代码,只需建立仿真框图即可实现对复杂系统的交互式动态建模、仿真以及综合分析,令繁琐的仿真实现过程变得清晰可见。MATLAB的M文件工作方式,可以将MATLAB的语言代码全部写在一个文本文件――M文件中运行,用户还可以根据需要自编一些函数,方便程序的修改与维护,提高代码的可重用性。MATLAB GUI是MATLAB的图形用户界面开发环境[2],使用它,用户无需了解图形实现的细节内容,便可以绘制复杂的图形以及设计出美观、方便的菜单化和控件式的人机交互界面。本文使用SIMULINK、M文件以及GUI实现《计算机控制技术》课程中的控制算法仿真平台设计。 2 控制算法的M文件仿真 《计算机控制技术》课程中的控制算法主要有数字PID的各类控制算法、Smith补偿算法、最少拍控制器的设计方法、大林算法以及滞后过程的预估控制算法等。数字PID控制算法有常规算法和改进算法两大类,常规算法分为位置型和增量型,改进算法主要有积分分离PID算法、抗积分饱和PID算法、变速积分PID算法等,这部分使用M文件进行仿真。M文件仿真时,首先新建一个空M文件,之后依据算法表达式在空M文件中输入MATLAB程序并以.m后缀保存,最后在命令窗口键入保存的文件名即可以运行该文件。之后通过 GUI开发环境设计友好的人机交互界面,实现控制算法的选择、算法参数的设置、系统的动态仿真以及不同算法效果对比等。 仿真平台中的人机交互界面之一如图1所示。在该界面中点击相应按钮可以选择不同的PID算法,算法改进前后的效果对比也可以直观地得以呈现。此外,通过修改算法的参数,可以让学生高效地理解不同参数对系统性能的影响。图1的曲线是积分分离PID控制算法的仿真结果,被控对象为,采样时间为1ms,rin(k)=1.0。 3 控制算法的SIMULINK仿真 《计算机控制技术》课程中的Smith补偿算法、最少拍数字控制器、大林算法以及滞后过程的预估控制算法等使用SIMULINK进行仿真。之后在 GUI开发环境中设计友好的人机交互界面,实现控制算法的选择、参数的设置以及系统的动态仿真等,如图2所示。图中的曲线是未消除振铃的Dahlin算法的仿真结果,被控对象,采样周期T=0.08s。 4 编译GUI生成应用程序 为了能够在没有安装MATLAB的计算机上使用该仿真平台,需要将以上设计文件编译成可以独立执行的应用程序。该过程分三个步骤:安装Lcc编译器(MATLAB自带),配置编译器,编译脚本。最后生成的后缀为.ctf和.exe的文件即为脱离MATLAB环境运行必需的文件。此后若要在未安装MATLAB的机器上运行该可执行程序,只需将MATLAB安装目录下的\toolbox\compiler\deploy\win32中的MCRinstaller.exe安装到该计算机后,点击执行编译生成的.exe文件即可。 5 结论 本文针对《计算机控制技术》课程中控制算法数量多,理论性强,采用常规的讲授方法,学生不易理解、教学效果不理想的问题,设计了该课程的控制算法仿真平台,让抽象的理论得以直观、生动的呈现,使学生深入、高效地理解和掌握所学内容,在教学中取得了良好的教学效果。 计算机控制技术论文:计算机控制技术在工业上的应用 摘 要:随着科学技术的快速发展,计算机应用技术被应用到各个领域,包括国防、航空航天、工业、农业、医学等行业,不仅提高了生产效率,也促进了企事业单位的快速发展。本文主要阐述了计算机技术在工业自动控制系统中的应用。 关键词:计算机应用;工业;自动控制 自从工业技术革命以来,工业生产技术得到了快速发展。在工业生产过程中自动化系统的发展受到了人们的广泛关注,计算机技术在自动化系统中的应用,取得了非常明显的效果。当前,它已经成为了工业生产中不可或缺的工具。 “计算机控制系统”综合了计算机、自动控制理论和自动化仪表等项技术,并将这些先进技术集成起来应用于工业生产过程。计算机控制系统是自动控制技术和计算机技术相结合的产物,利用计算机来实现生产过程自动控制的系统,它由控制计算机本体和受控对象两大部分组成。 一、计算机控制技术的发展 计算机控制技术的思想始于上世纪五十年代中期,美国TRW航空公司与美国德克萨斯州的一个炼油厂合作,进行计算机控制的研究,他们设计出了一个利用计算机控制实现反应器供料最佳分配,根据催化剂活性测量结果来控制热水的流量以及确定最优循环的系统。这项具有跨时代意义的工作为计算机控制技术的发展奠定了基础,从此,计算机控制技术迅速发展,并被各行各业广泛应用。 伴随着计算机技术的飞速发展,计算机控制技术也紧随其后,迅猛的发展起来,其发展过程大致可以分为四个阶段:(1)开创时期(2)直接数字控制时期(3)小型计算机时期(4)微型计算机时期。如今计算机控制技术的发展又多了许多新的方向:计算机控制的网络化;计算机控制的集成化;计算机控制的智能化;计算机控制技术的标准化。 二、计算机控制技术的应用领域 (1)计算机控制技术在工业领域的应用:计算机控制技术在工业上的发展有几个阶段:最初能实现如信息处理、数据采集、过程控制、在线优化、甚至实时调度、生产计划等操作控制功能;到能满足如非线性、时变动态特性等要求的递阶控制;再到基于微处理器的分散控制;再到过程诊断技术,目前主要应用于电力和化工工业;然后到广泛地用于产品质量检测与控制等方面的传感器开发及高级控制技术;现在,美国、日本及其它工业发达的国家正投入大量的人力、物力和财力致力于机器人的研制与开发。这些机器人主要应用于制造行业,也将在过程工业中发挥越来越重要的作用。今后,社会将面临新的研究课题,制造系统和专家系统。(2)计算机控制技术在医学领域的应用:根据我国现状,中药生产企业,一般把综合间歇控制系统分成两部分来搞,即生产管理部分和实时控制部分。(3)计算机控制技术在农业领域的应用:智能温室大棚中利用计算机进行远程监控和操作,还可设计自动控制无人管理温室大棚。根据远程传感器搜集来的温度、湿度、光照等模拟信息,经输入通道进行AD转换,传入计算机,计算机既可以利用这些数据进行监控,同时又可以利用这些数据对大棚进行控制,进行加湿、加温、增加光照等控制,从而实现温室大棚的自动化智能控制。(4)计算机控制技术在航空领域的应用:近几年来,从我国载人航天技术成功以来,航空航天技术已经得到越来越多的国人关注,一个又一个瞩目成绩的取得离不开自动化控制技术的发展,而这其中计算机控制技术又占据着重要的位置。 三、工业计算机控制技术的发展趋势 (1)工业计算机控制技术的网络化。将控制系统网络化,使控制作用的实现不再局限于传统意义上的控制系统,而是由各种仪表单元分别独立完成各自的工作,然后再通过网络进行彼此间的信息交换和组织,并相互协作,最终实现预定完成的控制任务。这种近似于模块化的思想,可以使各部分独立工作,不产生干扰,有可以根据需要增减控制网络中的个体,大大增强了系统的实用性。(2)工业计算机控制技术的集成化。计算机集成制造系统将成为21世纪占主导地位的新型生产方式,世界上很多国家包括我国都已经把发展计算机控制技术作为本国制造工业的发展战略,并制定了许多由政府或工业界支持的计划,用以推动计算机集成制造系统的开发与应用。计算机控制系统的集成化也已经成为当今计算机控制技术的又一发展趋势。(3)工业计算机控制技术的智能化。目前的典型智能控制方法有:模糊控制、专家控制、神经网络控制等。模糊控制绕过了对象的不确定性、不精确性、噪声、非线性、时变性以及时滞性等影响,实现简单,适应面广。(4)工业计算机控制技术的标准化。任何技术的发展最终都会趋向于标准化,计算机控制技术也不例外,将计算机控制技术标准化,可大大促进计算机控制技术的发展。目前国际公认的标准尚未建立,但已有很多厂商愿意采用一些通用性较强的产品,相信不久的将来,计算机控制技术必将建立一套国际化通用标准。 综上所述,计算机控制在工业系统中的应用已取得了可喜的进展,而且随着计算机技术的继续发展,系统和控制理论与实践的不断深化,将得到进一步完善和发展,并为提高生产设备性能、产品质量,稀有资源的有效利用发挥更大的作用。 计算机控制技术论文:基于项目教学法的计算机控制技术课程教学改革与探索 摘要:为进一步提高计算机控制技术课程的教学质量,设计了基于项目教学法的教学内容,探讨了项目教学中出现的问题。教学实践表明,项目教学法是一种值得探索的教学模式。 关键词:项目教学法;课程教学;计算机控制技术 一、前言 项目教学法也称为“基于项目活动的研究性学习”,是由美国著名教育家、伊利诺易大学教授凯兹博士和加拿大教育家、阿尔伯特大学教授查德博士共同创建的一种以学生为本的活动教学法,是一个全新的教学方法。它的理论基础是建构主义学习理论、情境学习理论和杜威的实用主义教育理论。在项目教学中教师根据各学期学习领域的教学要求,适时安排教学计划,制定和设计项目合同,组织学生以小组工作的方式加以实施,在整个教学活动中学生的积极性和求知欲望被有效地调动。项目教学法具有鲜明的特征:首先,学习过程是理论知识与实践相结合的过程;其次,增强了学生学习的主动性和创新能力;最后,项目教学法是以“学习任务”为载体来引导学生自主学习和探索的,这使得学生在学习过程中清晰地意识到自身的学习目标。此外,在教学过程中同学之间的交流与合作、组员之间的优势互补,培养了学生的团队合作精神[1-3]。 项目教学法起源于美国,盛行于德国。上个世纪80年代开始,德国的应用科技类大学就已经广泛开展了项目教学法的教学实践,取得了令人瞩目的成绩[4]。我国职业教育的课程教学已经普遍采用项目教学法,可以查阅到大量的相关教学论文,已有基于项目教学法的教材出版,例如单片机技术、PLC技术、磨具设计等教材[5-6]。我国普通高等教育由于受传统教学模式的影响,课程教学多数还是“理论教学+验证性实践环节+期终考试”的模式。近年来随着我国普通高等改革的不断深入,高校教师开始对传统教学模式进行反思,在一些实践性较强的课程教学中,已有教师引入了项目教学法进行课程教学改革。有部分地方院校的电视新闻学专业和机械设计专业在人才培养模式中强调项目教学法的应用,在专业课程教学中普遍采用了项目教学法,已取得了比较好的成效[7]。 二、计算机控制技术课程教学现状 “计算机控制技术”是我校电气工程及其自动化专业的主要专业课程之一,它是继“自动控制理论”之后的一门专业主干课程。本课程主要介绍计算机控制系统的基本理论和计算机控制器的设计方法,介绍计算机控制系统的分析及系统的实现。从计算机控制系统应用的角度出发,培养学生对计算机控制系统的分析能力和设计能力。 在传统计算机控制技术理论教学方法中,多为老师讲解为主学生听课为辅的教学方法,教学以教师讲授为中心,对教学信息进行加工处理后,通过语言、文字等形式呈现给学生,学生则通过自己的感官接受教师的教学信息。实践教学环节主要是做验证性实验,缺乏综合性和设计性实验项目。教师在教学过程中处于绝对的主动地位,学生在被动的环境中学习。学生的的主动性和创造性受到极大的压制。 “计算机控制技术”课程是一门电类专业的主干课程,教学内容的实践性强,适合项目教学法。教师和学生可以在实施项目的过程中,完成该课程的教学内容。项目的设计与生产实际联系密切,学生在“做中学”,能够调动学生的学习积极性。 三、基于项目教学的改革思路 1.教学内容和方式的改革。课程教学实行项目教学法改革,选择合适的项目是关键。通过创设问题情境,把所要学习的内容巧妙地隐含在每一个项目中去,对项目进行分析、设计和探索研究,引导学生针对项目展开讨论,可以使学生通过完成项目内容达到掌握所学知识,提高分析问题、解决实践问题能力的目的。 通过走访兄弟院校和工矿企业,结合我校电类专业定位,构建了计算机控制技术课程的知识体系,制定了计算机控制技术课程的教学内容。主要教学内容应该包含以下内容:(1)计算机控制系统的组成和计算机控制系统的典型形式;(2)输入输出通道、典型接口和硬件抗干扰技术;(3)逐点比较法插补原理和步进电机控制技术;(4)数字PID控制、最少拍控制和纯滞后控制;(5)计算机控制系统的程序设计技术、数据预处理技术、软件抗干扰技术等;(6)工业控制网络技术、集散控制系统介绍和现场总线控制系统;(7)计算机控制系统设计的原则与步骤、设计举例等。 根据我校的实验条件,我们构建了三个教学项目,通过这些项目的实施,基本上可以涵盖上面所提出的教学内容,能够达到我们预期的教学要求。三个项目的要求如右表。 2.对学生考评的改革。项目的评估总结是项目教学法的重要环节,学生项目的评估总结过程是学生一个学习、提高的过程。学生在项目实施的过程中会发现各种问题,学生要组织自评和互评,发现自己的不足及别人的长处,从而提高自己的各种能力。我们取消了计算机控制技术课程期末考试的环节,教师主要通过考核出勤、工作态度、项目的硬件设计与制作、项目的软件编写、项目的调试和结果、项目报告书、项目组成员的答辩等情况,综合给出一个合理的考核分数。 四、教学改革中需要探索的问题 1.选择合适的项目是进行教学成功与否的关键。进行项目教学的课程项目不宜过多,每个项目涉及的知识点要满足课程要求,不能有过多的重复内容,难度不宜过大,需要的实验条件基本能够满足,等等。 2.如何合理地给出项目组成员的考评成绩。项目一般需要小组合作的形式来完成,任课教师不能时时刻刻了解每个学生的情况,很难公证公平地对每个学生给出合理的成绩。 3.现有实验设备多数为验证性实验项目设计,基本上不符合设计性实验要求。由于近年来高校扩招,实验设备台套数严重不足,因此,项目教学对实验室设备的采购和管理提出了更高的要求。 4.缺乏适合本科层次的项目教学教材。近年来,国内职业教学已经出现了一些按照项目教学编写的教材,其中大多数项目实施过程编写得过于详细,类似于验证性实验,而且其广度和深度不符合本科教学的要求。如何在教材中将理论与教学项目进行结合,如何介绍项目的内容和实施过程,是教材编写者需要思考的问题。 5.高校现有的体制很难对实施项目教学的教师一个合理的评价。 五、结论 1.教师的教学围绕项目展开,教学过程有了变化,重点讲解项目所需要的主要知识点,教师给出项目名称,让学生在“做中学”,可以激发学生的自主学习能力、实践能力和创新能力。 2.计算机控制技术的教学项目将采用单片机(DSP或嵌入式系统)、PLC和工控机作为控制器,可以充分利用现有实验室的条件,拓展实验室功能,提高设备的利用率。 3.本课程教学改革模式可以应用到电类专业大量的计算机软硬件课程和实践性较强的专业课程的教学改革中,为这些课程进行“项目教学法”改革积累了经验。 4.本科课程教学中实施项目教学法是一种有益的尝试,在教学过程中还有很多实际问题需要探索和研究。 计算机控制技术论文:小型非球面数控抛光的计算机控制技术分析 摘要:随着经济的快速发展和科技的进步,计算机技术已经广泛应用于社会生产的各个行业,利用计算机控制抛光的方法对小型非球面进行数控抛光控制,通过计算模拟结果,得出研制的小型非球面光学元件有良好的精度,计算机控制技术能有效的提高小型非球面光学元件的生产效率,对企业生产有十分重要的意义。 关键词:小型非球面;数控抛光;计算机控制技术 随着经济的快速发展和科技的进步,光学元件在社会生产和建设中发挥着越来越重要的作用,利用计算机抛光控制技术对小型非球面数控抛光进行控制,生产出的小型非球面光学元件表面粗糙度很低,面形精度高,并且重复精度良好,计算机抛光控制技术能有效的提高小型非球面光学元件的生产效率,这企业生产中发挥着很高的作用。 1. 计算机控制抛光技术 小型非球面光学元件是光电传感器件的主要组成部分,对光电传感器的生产有十分重要的作用,一直以来,小型非球面的抛光是影响红外热成像光学技术发展的因素,传统的手工修带抛光技术生产周期比较长、生产效率低、重复精度很差,小型非球面光学元件批量成产效率低,严重的影响了企业的发展。计算机控制抛光技术可以将计算机的记忆性强、执行能力高等优点良好的发挥出来,计算机控制抛光技术是以定量的检测结果作为加工指导,极大的提高了小型非球面光学元件的重复精度和生产效率。 2. 计算机控制抛光的理论和方法 2.1 计算机控制非球面加工技术的理论 计算机控制非球面加工技术是利用计算机控制一个小于元件直径四分之一的小磨头,对小型非球面光学元件进行打磨、抛光,计算机控制抛光技术主要是控制磨头在光学元件表面的打磨、抛光时间和磨头与光学元件的压力,从而确定材料的去除量。用公式表示为:ΔZ(x,y)=kP(x,y)V(x,y),ΔZ(x,y)代表磨头和光学元件接触的某一点材料在单位时间内的去除量;k为光学元件在生成过程中的温度比例常数;P(x,y)代表磨头和光学元件接触的某一点的相对压力;V(x,y)代表磨头在光学元件某一点的移动速度;x、y代表磨头与光学元件接触点的坐标。 2.2 材料去除量的计算机模拟 当磨头在光学元件表面转动时,绕被加工工件的对称轴会产生一个摆动运动,从而保磨头用合适的压力和接触面积对光学元件进行加工,在加工过程中,抛光磨头的旋转轴、磨头始终和光学元件接触面中心点的切线保持垂直,光学元件随着加工台按一定的速度进行移动。当磨头工作函数中心与光学元件中心的距离大于磨头工作半径时,磨头和光学元件在同一周期内的接触区域为环带,当磨头工作函数中心与光学元件中心的距离小于磨头工作半径时,磨头和光学元件在同一周期内的接触区域为园带,此时磨头工作函数中心到光学元件中心的距离与磨头工作半径的和值为磨头的覆盖区域。 在加工过程中如果压力和其他加工工艺保持不变,则材料的去除量只受磨头在光学元件上移动速度的影响,所以只需要求得磨头在光学元件上的移动速度,就可以得出材料的去除量。根据公式, 可以计算出材料的去除量。其中R(r)表示磨头工作函数,r表示接触点到光学元件中心的距离,v表示磨头在光学元件的移动速度, 表示在加工中磨头对材料去除作用的角度, 表示磨头工作函数中心与光学元件中心的距离, 表示磨头旋转半径。当光学元件的旋转角度同磨头的旋转角度比为定值1/5, > 时,磨头和光学元件在同一周期内的接触区域为环带,磨头的工作函数会随着 和 比的变化而变化;当光学元件的旋转角度同磨头的旋转角度比为定值1/5, < 时,磨头和光学元件在同一周期内的接触区域为园带,此时磨头的工作函数会随着 的变化而变化。在实际生产中,由于存在一定的误差,因此要根据最接近磨头工作函数的曲线进行材料的去除量计算。 2.3 光学元件整个工作面去除量函数的计算模拟 通过对磨头工作函数进行优化,将磨头的驻留函数做成卷积,就可以得到光学元件整个工作面的去除量函数。当磨头工作函数在光学元件上的运行轨迹为螺旋线时,如果螺距比磨头工作函数的直径小,而光学元件的旋转速度大于磨头径向移动速度,磨头和光学元件的接触点在圆形磨头工作函数区域内的接触时间很短,因此可以近似的认为光学元件的中心和磨头工作中心相对称。去除量函数曲线容易受磨头工作函数中心与光学元件中心偏移度的影响,当磨头工作函数中心与光学元件中心偏移度大于磨头工作函数时,接触点在磨头工作函数区域内的运行轨迹为圆形,当磨头工作函数中心与光学元件中心偏移度小于磨头工作函数时,接触点在磨头工作函数区域内的运行轨迹为椭圆形,通过分析光学元件整个工作面的去除量函数曲线,可以发现元件的中间和边缘部分的去除量不够,因此,可以采用调整磨头驻留时间来进行补偿。 在实际生产中,小型非球面数控抛光是一个十分复杂的过程,数控抛光的影响因素很多,如抛光摸的运行方式、抛光元件的材料、光学元件的材料、几何尺寸、结构构造、磨头与光学元件的接触面积、压力的大小、抛光环境的温度、抛光材料的浓度等都会对抛光造成影响,因此,在实际生产过程中,要根据实际抛光的参数制作合理的材料去除量分布曲线,从而确定出光学元件的抛光材料去除量。 3. 结果 根据计算机控制抛光理论,对小型非球面数控抛光进行计算机模拟计算,得出的计算机模拟结果和理论计算结果很接近,并且抛光非球面元件的表面粗糙度很低,面形精度良好,重复精度高,计算机控制抛光技术能适用于小型非球面元件的批量生产,因此,利用计算机控制抛光技术能有效提高小型非球面光学元件的生产效率,促进企业的发展和建设。 计算机控制技术论文:计算机控制技术及网络通信的发展应用 摘要:计算机的控制系统因借助辅助部件和被控对象参与并控制应用计算机,从而达到控制的目的。网络通讯技术的应用越来越广泛、功能越来越强大、系统越来越安全和可靠。基于计算机远程网络通讯技术的各种应用软件已广泛应用于人们的生产和生活中,并成为人们生产和生活中重要的组成部分。本文介绍了计算机的控制系统组成及分类,计算机的控制系统硬件通常由微型计算机、外部设备、输入输出导通及操作台等组成。最后还评价了计算机的控制技术。 关键词:计算机 控制技术 应用探索 计算机的控制系统因借助辅助部件和被控对象参与并控制应用计算机,从而达到控制的目的。计算机是指数字计算机,辅助部件指输入输出接口,检测装置以及执行装置等。被控对象的联系以及部件之间的联系,一种是有线方式,例如通过电缆的模拟信号或数字信号联系。一种是无线方式,如红外线、微波、光波等联系。被控对象包括各行各业的机械装置、实验装置、仪器仪表、机器人、生产过程等。近些年,随着计算机硬件及软件的快速发展和普及,计算机远程网络通讯的应用范围越来越广,数据传输量越来越大,传输效率也越来越高,已广泛应用于各个领域,并且已成为人们生产、生活和公众服务中不可或缺的一部分。相信在未来较短的时间内,计算机远程网络通讯技术将会得到更快的发展,其应用范围将会更广,为人们的生产和生活提供更为高效、优质的服务。 1 计算机控制系统的组成和分类 计算机的控制系统是由工业计算机和工业对象组成。与普通控制系统一样,计算机的控制系统是开环的或闭环的。而闭环的方式运用最普遍,是一种最基本的控制方式。 1.1 硬件组成 计算机的控制系统硬件一般都是由计算机、外部设备、输入输出通道以及操作台等构成,如(图1)所示。 1.2 计算机的控制系统软件 计算机的控制系统有以下四种系统:操作指导控制系统、直接数字控制系统(DDC)、计算机监督系统(SCC)、分级计算机控制系统。 2 计算机远程网络通讯技术 (1)根据信息传输方向的不同,可将计算机远程网络通讯技术分为双工通讯、半双工通讯及单工通讯三种类型:双工通讯是指通过复杂的通讯线路结构,信息能够向两个方向同时传递;半双工通讯是指信息虽然可向两个方向传递,旦不是同时进行的,每次只能向单一方向传递;单工通讯则是信息只能向固定的一个方向传递。在实际应用中,网络线路通讯方式多为半双工方式,即多为四线制传输方式,而在计算机与计算机终端之间多采用单工通讯方式,这样在满足实际实用要求的前提下,通信线路得到了有效简化。 (2)计算机远程网络通讯的组成。计算机远程网络通讯系统根据硬件的不同主要包括计算机终端、主机、数据交换设备、数据传输线路等部分。其中,计算机终端主要负责控制企业用户的通讯量和信息规模;数据交换设备主要负责对数据进行分类、归整、处理和储存。主机则包括微型计算机和小型计算机,其中以微型计算机最为常见。数据传输线路主要有电话线路、微波线路、光纤线路等,其中光纤线路因其高效性而被广泛应用。系统中的计算机终端、主机等硬件通过数据传输线路实现互联,数据交换设备将各种终端设备连入网络,然后远程网络通讯系统中的计算机能够通过网络协议对终端设备进行相应的控制。当数据传输线路为电话线时,数据交换器则为计算机远程网络通讯系统的调制解调器,从而实现数据信号向模拟信号、模拟信号向数据信号的转换。 (3)计算机远程网络通讯的连接形式。随着计算机远程网络技术的快速发展,目前,其连接形式主要有分支式、多路复式、集线式、点到点式四种。其中以点到点式最为常见,该种连接形式以计算机为核心,通过数据传输线路和数据交换设备来实现数据信息的输送。当数据传输线路为电话线路时,同一时间内,计算机仅可以与一个搅拌站终端连接,此时如果计算机与其它搅拌站终端间有数据输送任务,则会导致计算机出现忙号。 3 计算机控制的发展现状及应用探索 3.1 网络化 随着计算机和网络技术的发展,各种计算机网络广泛应用于控制系统,规模越来越大,从而使传统的回路控制系统所具有的特点在系统网络化过程中发生了根本变化,并逐步完成了控制系统网络化。现场网络技术的产生及成功的应用改变了这种局面。他将所有的网络接口移到了各种仪表单元,从而使仪表单元均具有了直接的通讯功能。网络技术的这一新发展是得网络延伸到控制系统的末端。结合原有控制系统的网络结构,就实现了最基本控制任务的底层到完成优化调度工作的最高层的网络优化连接。各种仪表单元是控制网络的最小实现环节,他们的网络化是在这些仪表单元数字化的基础上实现的,及原有仪表单元数字化后,再增加网络通讯专用单元,构成现场总线系统。在网络化的计算机控制系统中,及现场总线控制系统中,具体的控制作用的实现不再只限于传统意义上的控制系统,而是有各种仪表单元分别独立完成各自的工作,然后再通过网络进行彼此间的信息交换和组织,并相互协作,最终实现预定完成的控制任务。 3.2 扁平化 根据不同功能的网络结构,在系统集散以及分布式计算机的控制系统中,系统将以网络为限分成了多个层次,各层网络之间由计算机相连接。因为各个网络层次之间互相独立,在信息传递和交换中,将受计算机的影响,是信息传递以及交换的主要问题。并由于集散以及分布式的控制系统[3]本身网络以及数据结构有封闭性,造成了不同厂家之间的产品交互性差。 4 结语 随着计算机控制技术的不断发展,对控制系统的控制水平要求越来越高,将推动了计算机的控制水平向更高层次的发展。本文首先介绍了计算机控制技术的组成与分类;然后对计算机的起源、发展现状以及应用探索进行了说明;最后评价了计算机控制系统。
数字电路设计性实验探索与实践:基于CPLD/FPGA的数字电路设计方法变革必要性研究 摘 要: 大规模可编程逻辑器件的应用已经为数字系统的设计带来了极大的灵活性。标准化逻辑设计语言的引入,极大地改变了传统的数字系统设计方法、设计过程和设计观念。作为大学的技术基础教学环节,应做出相应的调整。分别通过组合逻辑和时序逻辑设计实例比较了传统设计方法存在的问题和现代逻辑设计方法的优势。通过对比可以看到,现代逻辑设计技术取代传统的数字系统设计方法而成为数字电路设计的主流,是电子技术发展的必然趋势。 关键词: 数字电路设计; 现代数字逻辑设计方法; 数字电路教学改革; 转换真值表 0 引 言 20世纪90年代,国际上电子和计算机技术较为先进的国家,一直在积极探索新的电子电路设计方法,并在设计方法、工具等方面进行了彻底的变革,取得了巨大成功。在电子技术设计领域,可编程逻辑器件(如CPLD、FPGA)的应用,已得到广泛的普及,这些器件为数字系统的设计带来了极大的灵活性。这些器件可以通过类似软件编程的方式对其硬件结构和工作方式进行重构,从而使硬件设计像软件设计那样方便快捷。这就极大地改变了传统的数字系统设计方法、设计过程和设计观念,促进了数字逻辑电路设计技术的迅速发展。本文通过几个设计实例的对比阐述一个道理,随着数字电路中先进设计方法的引入,高等学校中数字电子技术的教学内容必须随之得到改善,使之与技术进步相互适应[1?3]。 数字电路根据逻辑功能的特点,分成两类,一类叫组合逻辑电路(简称组合电路),另一类是时序逻辑电路(简称时序电路)。组合逻辑电路在逻辑功能上的特点是任意时刻的输出仅取决于该时刻的输入,与电路初态无关。而时序逻辑电路任意时刻的输出不仅取决于当时的输入信号,还取决于电路原来的状态。本文从这两方面就传统手工设计存在的问题进行讨论。 1 组合逻辑设计中传统设计方法与可编程逻辑 设计方法的对比 列真值表,逻辑关系式,逻辑化简是组合逻辑设计的几个重要步骤。但这一经典的组合逻辑设计步骤并不总是必须的。实现特定逻辑功能的逻辑电路也是多种多样的。为了使逻辑电路的设计更简洁,通过各种方法对逻辑表达式进行化简是必要的。组合电路设计就是用最简单的逻辑电路实现给定逻辑表达式。在满足逻辑功能和技术要求基础上,力求电路简单、可靠。实现组合逻辑函数可采用基本门电路,也可采用中、大规模集成电路。 例1:三个人表决一件事情,结果按“少数服从多数”的原则决定这一逻辑问题[4?5]。在“三人表决”问题中,将三个人的意见分别设置为逻辑变量A、B、C,只能有同意或不同意两种意见。将表决结果设置为逻辑函数F,结果也只有“通过”与“不通过”两种情况。 传统的逻辑设计需要由下面的4个步骤完成: (1) 列真值表 对于逻辑变量A、B、C,设同意为逻辑1,不同意为逻辑0。对于逻辑函数F,设表决通过为逻辑1,不通过为逻辑0。 根据“少数服从多数”的原则,将输入变量不同取值组合与函数值间的对应关系列成表,得到函数的真值表如表1所示。 (2) 列逻辑函数表达式 三人表决器的逻辑表达式为: [F=ABC+ABC+ABC+ABC] (1) 设N为上式中的逻辑项数,这时,共有逻辑项[N=C23+C33=4]项。 (3) 逻辑化简 三人表决器的逻辑表达式可化简为: [F=BC+AC+AB] (4) 画出逻辑电路图如图1所示。 尽管上面的分析看上去没有错误,但上例中的“三人表决器”设计给学生一个误导,好像按照上述的设计步骤就可以进行组合逻辑设计了。可以推导,若表决人数用[p]来表示,逻辑表达式的项数为[Np=k=p2+1pCkp,]其中[Ckp]为逻辑项的组合数。以[p=7]为例,这时表1中的表项为27=128项,式(1)中的逻辑项数N变为[N7=C47+C57+C67+C77=64]。 图1 例1的逻辑图 显然,随着表决者数量的增加,逻辑项数急剧增加,真值表不易绘制,逻辑公式无法手工书写,逻辑化简也非常困难。 多数表决器的逻辑公式由于过多的项数不易采用公式法化简。如果采用卡诺图化简法也会因输入变量过多而导致传统化简方法失效。 标准逻辑设计语言的出现给大规模逻辑设计带来了新的希望。硬件描述语言(HDL)的采用可以使设计者的精力集中于所设计的逻辑本身,不必过多的考虑如何实现这个逻辑以及需要用哪些定型的逻辑模块。这在以往中小规模集成电路逻辑设计与大规模可编程逻辑设计方法上产生了本质的差别。Verilog是一种以文本形式来描述数字系统硬件结构和行为的语言,用它可以表示逻辑电路图、逻辑表达式,还可以表示数字逻辑系统所完成的逻辑功能。在此,用Verilog设计一个“七人表决”逻辑,以考察采用现代逻辑设计方法较传统设计方法的优势。 在表决器的设计中,关键是对输入变量中为1的表决结果进行计数,如果把全部的逻辑状态列表分析,势必存在冗余的设计资源。根据多数表决的性质,考虑采用加法逻辑来统计表决结果,之后再判决加法器输出中1的个数即可实现该逻辑。 在“七人表决”逻辑中,不再专注于每个逻辑变量状态的变化,只抓住关键问题多数表决有效,并用条件操作符“?”设计出所需的Verilog行为逻辑,剩下的实现问题交由计算机综合(synthesis)。可以看到,采用标准化的硬件描述语言,能有效地避开以往组合逻辑设计中逐一考察每个输入逻辑状态所带来的逻辑状态分析的爆炸,从而可以用较短的设计时间得到正确的逻辑输出。众所周知,加法器、比较器都是传统的组合逻辑教学内容,但以往的教学中由于采用手工分析方法,很难把这些不同的逻辑设计内容综合考虑进来。笔者认为,现代逻辑设计方法的引入将逐渐转化人们对传统逻辑设计中的关注点,势必引起逻辑设计教学方法的更新。有必要加大逻辑功能综合设计的内容,减少元器件级逻辑单元选型在教学中的比例。 2 时序逻辑设计中传统设计方法与现代可编程 逻辑设计方法的对比 数字电路的另一类设计内容是时序逻辑设计。时序逻辑设计分为同步与异步时序逻辑设计。一般地,同步时序逻辑设计的难度要高于异步时序逻辑。因此,也在时序逻辑电路设计上占有较多的学时。如果在教学改革中仅把可编程逻辑设计作为传统时序逻辑设计内容的补充,不但不能使学生体会到先进的计算机辅助逻辑设计所带来的便捷,还可能使学生按照传统的手工时序逻辑设计步骤去理解可编程时序逻辑,导致时序逻辑设计的复杂化,增加逻辑验证的成本。因此,有必要探讨传统设计方法与现代逻辑设计方法之间的差别。下面根据一个典型的时序逻辑设计来说明。 例2:试设计一个序列编码检测器[6?7],当检测到输入信号出现110序列时,电路输出1,否则输出0。 这个序列编码检测器如果按照传统的时序设计步骤,将会异常繁琐: (1) 由给定的逻辑功能建立原始状态图和原始状态表 从给定的逻辑功能可知,电路有一个输入信号A和一个输出信号Y,电路功能是对输入信号A的编码序列进行检测,一旦检测到信号A出现连续编码为110的序列时,输出为1,检测到其他编码序列时,输出为0。 设电路的初始状态为a,如图3中箭头所指。在此状态下,电路输出[Y=0,]这时可能的输入有[A=0]和[A=1]两种情况。当CP脉冲相应边沿到来时,若[A=0,]则是收到0,应保持在状态a不变;若[A=1,]则转向状态[b,]表示电路收到一个1。当在状态[b]时,若输入[A=0,]则表明连续输入编码为10,不是110,则应回到初始状态[a,]重新开始检测;若[A=1,]则进入状态[c,]表示已连续收到两个1。在状态[c]时,若A=0,表明已收到序列编码110,则输出[Y=1,]并进入状态d;若[A=1,]则收到的编码为111,应保持在状态[c]不变,看下一个编码输入是否为[A=0;]由于尚未收到最后的0,故输出仍为0。在状态[d,]若输入[A=0,]则应回到状态[a,]重新开始检测;若[A=1,]电路应转向状态[b,]表示在收到110之后又重新收到一个1,已进入下一轮检测;在[d]状态下,无论[A]为何值,输出[Y]均为0。根据上述分析,可以得出如图3所示的原始状态图和表2所示的原始状态表。 (3) 状态分配 化简后的状态有三个,可以用2位二进制代码组合(00,01,10,11)中的任意三个代码表示,用两个触发器组成电路。观察表3,当输入信号A=1时,有abc的变化顺序,当A=0时,又存在ca的变化。综合两方面考虑,这里采取00011100的变化顺序,会使其中的组合电路相对简单。于是,令a=00,b=01,c=11,得到状态分配后的状态图。 (4) 选择触发器类型 这里选用逻辑功能较强的JK触发器可以得到较简化的组合电路。 (5) 确定激励方程组和输出方程组 用JK触发器设计时序电路时,电路的激励方程需要间接导出。表4所示的JK触发器特性表提供了在不同现态和输入条件下所对应的次态。而在时序电路设计时,状态表已列出现态到次态的转换关系,希望推导出触发器的激励条件。所以需将特性表做适当变换,以给定的状态转换为条件,列出所需求的输入信号,称为激励表。根据表4建立的JK触发器激励表如表5所示。表中的[x]表示其逻辑值与该行的状态转换无关。 从上例可以看到,传统的时序逻辑设计方法尽管可以用来实现时序逻辑的设计,但设计步骤不仅复杂且需要设计者大费周折。可以预见,使用传统的时序逻辑设计方法设计复杂时序电路的难度很大。那么,采用什么方法才能使教学与现代逻辑设计技术接轨呢? 时序电路也被称为有限状态机(FSM)[6,8],因为它们的功能行为可以用有限的状态个数来表示。在与可编程逻辑设计的对比分析中,这里采用FSM设计这个序列检测器。 根据图3的状态转换图(采用图4中化简的状态转换图亦可),给逻辑状态[a,b,c,d]分别分配以Gray编码(00,01,11,10)。之所以采用Gray编码方法,是可以省掉序列检测中的计数检测。序列检测器的FSM逻辑如图7所示。经仿真验证,符合设计要求。 图7 例2的FSM实现 从上面的对比可以看出,传统时序逻辑设计以人工逻辑分析为基础,现有逻辑器件为基础构件,历经基本逻辑方程转换及最后的状态验证等多个环节,设计周期长,仅适合设计小规模、时序简单的逻辑单元[9];现代标准逻辑设计语言的设计方法以逻辑状态转换本身为要点,从逻辑门与触发器级逻辑设计上升的行为逻辑设计,更易于用来设计复杂的现代大规模时序逻辑。 3 结 论 现代逻辑设计方法的引入将逐渐转化人们对传统逻辑设计的关注点,大学基础教学中逻辑电路的设计方法也应随着这一技术的引入更新它的内容,改变传统逻辑设计占主导地位的现状。可以预见,大规模可编程逻辑器件的引入将会从根本上改变数字电子技术的教学模式。现代逻辑设计概念的引入,减少手工逻辑设计方法的比重、增加现代数字电路设计方法,注重基本概念的灵活运用都是数字电路教学改革的选题。广泛开展现代逻辑设计方法的研究,势必带来逻辑设计方法教学的变革。对于高等学校的教师来说,做好改革的思想准备已经是刻不容缓的了。 数字电路设计性实验探索与实践:高速数字电路设计中信号完整性分析与研究 摘 要:在高速数字电路的设计过程中,必须确保信号的完整性,因此对信号完整性进行分析和验证十分必要。当下电子产品的更新换代速度极快,完整性设计的重要性也愈加突出,本文将对高速数字电路设计中的信号完整性影响因素进行分析,并在此基础上,针对其主要影响因素,提出几种信号完整性的仿真分析方法。 关键词:高速数字电路;设计;信号完整性;分析 前言:高速数字电路有一个重要的衡量指标,即时钟频率,由于时钟频率不断提升,信号完整性也在不断发生变化,在电路设计过程中,应以信号完整性为导向,在提升时钟频率的同时,做到对信号完整性的实时监测,确保电路运行安全。从影响信号完整性的主要因素着手,探讨信号完整性的分析和验证方法。 一、信号完整性的主要影响因素 (一)反射影响作用 PCB板是高速数字电路设计的关键部分,对电路稳定性和可靠性有重要影响,在PCB板设计过程中,必须处理好信号完整性问题。但是信号完整性有多种影响因素,而且对供电和时序的稳定有直接影响,因此,需要对信号完整性的主要影响因素进行深入分析。传输影响作用是信号完整性的主要影响因素之一,作为高速数字电路的基本组成部分,传输线组是电流的媒介, 信号以电流的形式在传输线组中通过,线组的阻力直接决定着电流的流畅性。因此,传输线组的阻力上升,会直接导致信号完整性下降。当传输线组上的阻力非常大时,会阻碍部分电流通过,导致另一端接受到信号时出现信号失真现象,使信号完整性遭到严重破坏[1]。 (二)串扰影响作用 串扰是信号在网络回路中传输的一种普遍效应,信号经过一个网络到达另一个网络时,有害信号总是具有较快的传输速度,再加上相邻网络传输速度的影响,信号在传输过程中,会产生一个电磁场,其作用是引导信号,在引导过程中,磁场线圈绕磁场旋转。因此,串扰是由静态线和动态线两部分组成的,其各自产生的传输阻力不同,这种差异的存在使网络中传输信号的电流强度不同。在串扰模型中,其中性点位置是绕组电压能够保持正常的主要影响因素,如果中性点位置处于模型中部,则绕组电压速率较高,信号通行能力较强。而中性点位置如果位于模型首部,则会导致电压电流无法通过,出现定子接地异常[2]。 二、信号完整性的仿真分析技术 (一)EDA技术 EDA技术即电路仿真技术,目前在数字电路设计中得到了较为广泛的应用。EDA技术以计算机为基础,通过软件设计方式和仿真测试验证,将硬件设计的操作过程和测试过程转化为软件处理过程,极大的提高了数字电路设计的自动化程度和设计效率。相比于传统设计方式,EDA技术具有许多优点,目前在高速数字电路的信号完整性验证方面也得到了广泛应用。采用EDA技术对高速数字电路完整性进行验证,可以在电路实现以前完成,避免重复设计,保证设计的合理性,提高一次性设计的成功率。 (二)反射仿真分析技术 高速数字电路是数字电子产品设计与开发的重要组成部分,对电路系统的稳定运行有至关重要的影响,而数据完整性分析则是保证高速数字电路合理设计的基础,因此在数字电子产品的设计与开发中占有重要地位。在EDA技术的支持下,可以通过模拟电路实际运行过程中的信号高低问题,为电路设计提供参考,对信号完整性加以测定。反射仿真分析技术的应用关键是建立信号完整性的分析模型,并使验证过程在PCB生产前进行,提前确定信号完整性是否符合要求,对PCB电流进行模拟,建立反射仿真模型,并利用端接技术,改变信号的完整性。这是目前反射仿真分析的主要发展方向,在该模型建立过程中,引入了IBIS模型,驱动端和接受端采用IBIS模型对电路传输信号的完整新进行验证。其中,主要运用的元件是电流阻力线。 (三)串扰仿真分析技术 串扰仿真分析技术在EDA技术的支持下,利用相邻网络的信号串扰作用,建立串扰仿真分析模型,通过模型对信号完整性进行分析和验证。在该类线路仿真设备维护中,经常会出现一个保护屏柜内存在多条传输线路的情况,而且有一部分线路不在系统运行范围内,多以要对工作线路和非工作线路加以区分,并对临近传输线进行隔离。避免传输线路在复杂的工作环境下出现误接线等状况,从而避免设备跳闸和设备误动。串扰仿真分析技术遵循PCB走线规律,对其实际运行线路的走线和与临近传输线路的作用进行信号完整性模拟验证,判断是否存在上述问题。应创新防误闭保护方式,提高设备敏感度,利用电子系统和感应系统提高设备自身的防误闭能力。针对目前使用广泛的接线端子,采用串扰仿真分析技术对其进行模拟测试,并采用防误闭隔离工具在接线端子出进行警示和保护,提高电路运行的安全性。 结束语:总而言之,信号完整性的分析验证是高速数字电路设计中的重要环节,对电路的运行效率和信号传输效果有直接影响。必须采用有效的分析验证手段,针对高速数字电路信号完整性的主要影响因素,对其进行准确验证。本文主要分析了高速数字电路信号完整性的影响因素,包括反射影响作用和串扰影响作用,并针对这些主要影响因素,提出采用EDA技术进行信号完整性分析,通过建立相关模型,在PCB板实现前对信号完整性进行准确验证,保证设计和合理性。 数字电路设计性实验探索与实践:高职院校数字电路设计性实验的探索与实践 论文关键词:高等职业教育 设计性实验 实验教学 创新能力 论文摘要:结合高职院校数字电路实验教学现状,以培养学生的电子设计能力、实践能力与创新能力为目标,对数字电路设计性实验进行了研究,提出了构建实验课程体系、加强实验教师队伍建设、完善实验考核机制等措施,取得了良好的教学效果。 随着高职院校实验教学改革的深人,实验教学已成为高职院校教学工作的重要组成部分。实验教学已从过去单纯的验证性实验逐步深人到综合性、设计性实验,从利用实验来加深对已学理论知识的理解,深人到将实验作为学生学习新知识、新技术、新器件,培养学生实践能力、创新能力的重要目的。 1高职院校实验教学存在的问题 数字电路实验是高职院校电子信息类、机电类专业必修的实践性技术基础课程,对培养学生的综合素质、创新能力具有重要的地位。在传统的实验教学中,数字电路实验教学多以验证性实验为主,并按实验指导书的实验步骤去完成实验,这种实验教学模式禁锢了学生的创新思维,失去了“实验”真正的含义,培养出来的学生实践技能差,无法达到高职教育人才培养的要求. 2开设数字电路设计性实验采取的措施 通过多年来的实验教学改革实践,证明了开设设计性实验有利于巩固课堂所学的理论知识;有利于提高学生电子系统设计能力、综合素质、创新能力[’]。2005年我校电子技术实验教学中心(以下简称中心)以“加强基础训练,培养能力,注重创新”为指导思想,在面向各类专业的数字电路实验教学中,开设了以学生为主、教师为辅的数字电路设计性实验教学,取得了良好的教学效果。 2. 1构建实验教学课程体系 数字电路设计性实验是一种较高层次的实验教学,是结合数字电路课程和其它学科知识进行电路设计,培养学生电子系统设计能力、创新能力的有效途径,具有综合性、创新性及探索性[[4]。数字电路设计性实验是学生根据教师给定的实验任务和实验条件,自行查阅文献、设计方案、电路安装等,激发学生的创新思维。设计性实验的实施过程,如图1所示。 为了提高学生的电子设计能力和创新能力,中心根据高职教育教学特点与规律,构建了基础型、提高型、创新型三个递进层次的数字电路设计性实验课程体系。三个实训模块的内容坚持以“加强基础型设计性实验,培养学生的电子设计能力、创新意识”为主线,由单元电路设计到系统电路设计,循序渐进,三年不断线,为不同基础、不同层次的学生逐步提高电子设计能力、创新能力的空间,如图2所示。 基础型设计性实验是课程中所安排的教学实验,学生在完成了验证性、综合性实验以后,具有了一定的实验技能,结合数字电路的基本原理设计一些比较简单的单元电路,学生按照教师给出的实验要求根据实验室所拥有的仪器设备、元器件,从实验原理来确定实验方法、设计实验电路等,且在规定的实验学时内完成实验。如表1所示。这一阶段主要是让学生熟悉门电路逻辑功能及应用,掌握组合逻辑电路、时序电路的设计方法,培养学生的设计意识、查阅文献等能力。 提高型设计性实验对高职院校来说,可认为是数字电路课程设计。它体现了学生对综合知识的掌握和运用,课题内容是运用多门课程的知识及实验技能来设计比较复杂的系统电路,如表2所示。整个教学过程可分10单元,每个单元为4学时,每小组为一个课题。学生根据教师提供的设计题目确定课题,查阅文献、设计电路、电路仿真、电路安装调试、撰写课程设计报告等,完成从电路设计到制作、成品的全部实践过程。通过这一阶段的训练,学生的软硬件设计能力进一步提高,报告撰写趋于成熟,善于接受新器件,团队协作趋于成熟。 创新型设计性实验主要为理论基础知识扎实、实验技能熟练的优秀学生选做,为“开放式”教学,实验内容主要是结合专业的科研项目、工程实际及全国或省级电子设计竞赛的课题。通过创新型设计性实验,强化学生电子系统设计能力,充分发挥学生的潜能,全面提高学生的电子系统设计能力、创新能力,为参加大学生电子设计竞赛奠定坚实的基础。 数字电路设计性实验课程体系将数字电路基本原理、模拟电路、eda技术等多门课程知识点融合在一起,从单元电路设计到系统电路设计,深化了“系统”概念的意识。在每一轮设计性实验结束后进行总结,开展学生问卷调查,对设计性实验的教学方法、手段等进行全面评估,从而了解设计性实验教学的效果。在实验过程中,实验教师鼓励学生从不同角度去分析,大胆创新,设计不同的方案。 2. 2加强实验教师队伍的建设 近年来,中心依托省级精品课程“数字电路与逻辑设计基础”、省级应用电子技术精品专业建设,合理规划,制定了实验教师队伍培养计划;专业教师定期到企业培训;专职实验教师参加实验教学改革研讨和对新知识、新技术的培训;同时制定优惠政策,吸引企业中具有丰富实践经验的工程师、技师到实训基地担任实验教师tb},形成一支能培养高素质技能型人才、能跟踪电子信息技术发展、勇于创新并积极承担教学改革项目的专兼职结合的实验教师队伍,实现了实验教师队伍的整体优化。 2. 3开放实验室 为了保证设计性实验教学的有效实施,中心实行时间和内容两方面开放的教学方法。学生除了要完成教学计划内指定实验外,还可以根据自己的专业和兴趣,选择规定以外的实验项目。为了提高设计性实验的教学效果,学校制定了系列激励政策,调动了实验教师及学生的积极性。 2. 4建设创新实训室 为了培养学生的电子设计能力、创新能力,给优秀学生营造良好的自主学习环境,提供展现创新设计的舞台,中心先后投人了30多万元,更新了实验仪器设备,建设了一个软件环境优良、硬件条件先进的创新实训室。该实训室配置了计算机、函数信号发生器、频率计、扫频仪、数字存储示波器、单片机系统设计实验开发系统、打孔机、制版机等仪器设备〔7〕。 2. 5完善实验考核机制 对于数字电路设计性实验的考核,不能仅靠一份实验报告或作品来评定成绩,要关注设计方案的可行性、实验过程中学生的操作能力、创新能力等方面。如以100分计,分别从实验设计方案(20分)、实验方案的实施和完善(40分)、设计的创新性(20分)、实验报告或论文、成品(20分)几个环节来评定学生的实验成绩。为了激励优秀学生,激发创新欲望,中心建立了“创新设计性实验优秀论文、作品评奖制度”,对经专业教师评审选出的优秀论文、创新作品的学生给予表彰、奖励。 3结束语 通过开设数字电路设计性实验教学,不仅加强了学生的电子系统设计能力、制作能力和工程实践的训练,还促进了不同层次学生的实践能力、创新能力、写作能力。教师的专业知识水平、科技创新能力、学术水平也得到了提高。
电气自动化技术在电力应用篇1 1电气自动化技术 1.1电气自动化概述 电气工程自动化技术是一项涵盖范围较广的综合性技术,它将电子信息技术、智能仿真技术和计算机网络技术等多种技术有机地结合起来,是顺应时代提出的智能化要求从而形成的一项新兴技术。这项应运而生的技术的标签是“自动化”“智能化”,无论是在日常生活中还是在企业生产中都表现出重要作用。电气自动化技术在某种程度上象征着创新,换句话说,它代表着国际竞争力,因此,在国内和国外都得到了足够的重视,各个国家争相发展这项技术来提高自己的竞争力和科技水平。 1.2我国电气自动化发展的现状分析 电气自动化技术在我们国家起步较晚,因此,相比于其他发达国家,我们国家这项技术的发展较为落后且发展速度缓慢,但是近年来它在国内的发展整体处于稳步上升的状态,逐渐成为国家发展核心之一,大力发展电气自动化技术成为大势所趋。在电力系统中,电气自动化技术的应用弥补了原来生产模式的不足,顺应时代的潮流,更好地满足了实际需要,同时带动着其他相关行业的发展。由此可见,我们需要重视这项技术的应用。但需要注意的是,电气自动化技术的蓬勃发展也给技术人员提出了更高的要求。上文提到,电气自动化技术是将电子信息技术、智能仿真技术和计算机网络技术等多种技术有机结合起来的一项新兴技术,因此,相关技术人员要精通各方面的知识。这就要求国家应保证对技术人员的基础培训,同时加强实践,注重理论和实践的结合,提升技术人员的综合素质、工作技能。 2电气自动化技术在电力系统中的应用 电气自动化技术的应用范围较广泛,在不同领域所起的作用也不尽相同。本文主要分析电气自动化技术在电力系统中的应用,主要包括人工智能技术的应用、集成技术的应用、监控技术的应用、仿真技术的应用。 2.1人工智能技术的应用 人工智能技术也是一种新兴技术,它以计算机技术为基础,利用计算机进行智能化分析以及数据处理。人工智能技术是电气自动化技术的主要组成部分,电力系统充分利用人工智能的优势来优化自身。在电力系统运行过程中,出现故障是不可避免的。如果按照之前传统的技术,需要对整个电力系统、整个运作环节进行排查,这样会浪费人力和物力,增加成本,大大降低了故障维修效率。人工智能技术利用互联网的优势可以实现信息共享,系统出现问题即可自动报错,很大程度上提高了工作效率,能做到出现问题及时处理,满足智能化监察系统故障的要求。 2.2集成技术的应用 传统电力系统兼容性不强,每项职能都由不同的部门负责管理,如准备工作、运行过程、检验维修都是相互独立的,之前的电力系统还未形成一个统一的整体。实践证明,这样会出现许多问题,如各个环节很难正常衔接、系统运作效率低下、耗费大量人力物力增加了系统成本。而引入集成技术之后,轻而易举地就形成了科学合理、完整统一的管理模式,将各个环节紧密联系在一起,同时融入了新技术,增加了创新性,追求效率的同时又能够保证质量过关。这样一来,电力系统整体得到了提升,迈入了一个全新的阶段,进一步增强了我国电力行业的竞争力。 2.3监控技术的应用 监控技术作为实现监视功能的一项必要技术,在任何领域的应用都是十分重要的。电力系统中通过对整个系统进行实时监控,出现故障报警提醒,更智能的是监控技术可以对系统问题进行初步分析,确定了是哪方面的故障之后将信息准确无误地传递给工作人员,工作人员可以第一时间了解情况前去维修,极大程度上节约了时间。除此之外,监控系统相比于之前也进行了升级,在报错之后可以先自发对故障进行简单处理,如果发生的是小故障可以先维持系统的正常运作,如果是有风险的故障,则监控系统会立即中断其运作工程,为维修人员争取时间。通过实时监控保证电力系统以及工作人员的安全,真正对人们最关心的安全问题作出了保障。 2.4仿真技术的应用 仿真技术,顾名思义是指通过一些仿真实验,借助数值的运算来进行问题的求解,从而反映系统的仿真模型技术。仿真技术在电力系统中的应用主要是以下三个方面:首先,应用在工作人员的培训中,仿真技术可以模拟更真实的虚拟工作环境,工作人员可以得到更有效的培训,通过实战演练深入了解工作环境。其次,在电力系统运行之前,准备工作是不可缺少的。通过仿真技术来检验运行条件、运行环境是否符合标准。传统检验模式不仅流程过于烦琐,而且无法保证安全性,容易出现检查漏洞造成结果偏差。相比之下,利用仿真技术可以确保检验结果的精准性,一定程度上弥补了传统模式的不足。最后,也是最关键的运行过程,利用互联网可以得到更真实有效的数据信息,确保信息传递的准确无误,同时可以实现信息共享。利用虚拟仿真操作还可以提前分析出系统运行的各项标准,从而校对实际操作是否符合标准,消除影响电力系统正常运行安全性的风险因素。 3电力系统中电气自动化技术广泛应用的意义 3.1优化系统结构,提升效率 电气自动化技术的应用优化了电力系统结构,提升了整个系统的运作效率。在任何领域,效率一直以来都是各个行业追求的核心,在竞争力不断增强的环境下,效率成为各个行业制胜的关键,因为在同等时间、同等水平的条件下,高效往往能够带来更大的利润。而电力系统中引进的电气自动化技术通过改变电力系统原有的结构,对可以改进的地方进行完善,减少不必要环节,简化系统,使整个运作过程更加科学合理、井然有序。大量实践证明,电气自动化技术的融合真正提升了电力系统的效率。 3.2及时维修故障,提供安全保障 无论电力系统设计有多么精密,在实际运行过程中也无法保证万无一失,难免会出现故障。既然故障无法避免,只能想方设法使故障在最短时间内得到处理维修。而电气自动化技术的应用就可以满足这个要求,在系统出现故障时可以及时维修,提供了安全保障。相比于之前的人工检修,现在的系统不仅可以在第一时间自动报错,并且能够反映故障的所在之处。显然,这不仅节约了检修时间和检修成本,还能确保检查结果的精准性,进一步保证维修人员和工作人员的安全。 4电力系统中电气自动化技术的应用前景分析及启示 就目前来说,电气自动化技术在全世界各个行业都很受欢迎,是智能化时代的新宠。我们国家的这项技术也在逐步走向成熟,电气自动化技术在电力系统中的应用是最广泛的,事实证明其效果也极好,很大程度上提升了我国智能化进程,是电力系统今后大力研究的一个方向。上文提到,这项技术作为我国的新兴技术,发展得不是很成熟,要想不断完善这项技术,可以从以下三点入手:首先,可以多借鉴在这方面已取得显著成就的西方发达国家的做法,其无论是在技术完善还是技术应用方面都比我们有优势,我们可以从模仿到创新。其次,制定严格标准规范化应用。众所周知,电力系统的安全问题是大家最为关心的,每年都会有安全事故发生,因此,电力系统内部应当进行规范化要求,从严格制定标准开始。规则是硬性要求,是必须要遵守的,制定了严格的标准就会规范工作人员的行为,一定程度上是可以减少安全隐患的,保证了安全性和稳定性。最后,积极引进、开发其他先进技术,进行优势互补,更好地服务于电力系统。 5结语 电力系统在我们日常生活中起着不可替代的作用,尤其是我们这种人口大国,用电量巨大。电气自动化技术对电力系统的发展起着助推作用,优化了整个系统,提升了运作效率,同时保障了安全,从而推进了整个电力行业的发展进程。面对国家和人民的需要,电力系统需要更加重视像电气自动化技术这类新技术的引进,追求创新的同时要保证质量、确保人员的安全,进而带动整个社会的进步。 作者:刁成妍 张明齐 丁增琳 欧阳湘龙 单位:山东科技大学济南校区 电气自动化技术在电力应用篇2 随着电气自动化技术的广泛普及和应用,使得我国社会生活发生了翻天覆地的改变。另外,其所应用的领域,以及涉及的技术领域都较为广泛,其中就包括电力工程领域,将其应用于电力系统中,对电气工程行业发展也具有一定推动作用,在为人们生活、生产提供极大便利的同时,也为推动我国稳定发展提供了一定助力。 1电气自动化技术在电力系统中的应用价值及现状 随着现代科学技术的不断发展,电力工程领域对科学技术的应用越来越广泛,尤其是在电力系统(如图1所示)中,电气自动化技术的应用十分普遍,为推动我国电力行业发展提供了一定助力。基于电气自动化技术在电力系统中的应用,其不但能够降低人工操作压力,同时也能够减少人工成本,使得电力系统的运行效率及质量得到大幅度提升。就当前我国电气自动化技术在电力系统中的应用情况,虽然整体效果较好,但是还存在一些弊端,比如电力自动化技术研发力度较差,在电力系统中的应用不够科学等,都是影响其价值充分显现的因素。基于此,也就需要相关工作人员能够对其进行优化和改进,以此使得电气自动化技术的价值得到充分显现。 2电力自动化技术在电力系统中的应用 通过上述对电气自动化技术在电力系统中的应用价值及现状分析可知,电力自动化技术能够带动电力系统的发展,使其在日常工作中更加稳定的运行。关于电力自动化技术在电力系统中的实际应用,主要体现在以下几方面: 2.1电力自动化技术在发电厂中的应用 对于电力系统而言,其能够正常运行主要是将发电厂作为关键能源驱动,以此实现对能源的直接性供给,进而保证电力系统可以在一定区域内完成对用户实行资源的合理配置,推动电力网络整体能够更高效地运行。基于发电厂设备而言,整个系统的设备较多,所采用的操作工艺也较为复杂。除此以外,整个设备体系在实际运行时,其设备的分布并不均匀,比较分散,也就导致相应的管理工作过于混乱。目前,我国大多数发电厂所采用的电力系统都呈现出外部机制与内部机制混合并联的形式,导致整个系统结构呈现出复杂性。在实际运行过程中,将电气自动化技术融入其中,不仅能够为整个系统提供一定的参数,并据此设置合理、有序的设备操作工艺,使得电力系统能够更稳定、高效、可靠地运行。关于电力自动化技术在发电厂中的具体应用,主要有以下体现: 2.1.1远程监测模块 该自动化技术的应用,主要是为了实现对电厂内各类设备的高效管理,同时还能够利用有线和无线信息传输模式,实现对电力系统的功能化保护,进而保证电力系统在工作环节始终按照基准参数进行,使其运行模式更加规范,实现对其的远程监测。如图2所示,为远程监测模块示意图。 2.1.2数据传输网络模块 电力系统在实际运行的过程中,主要是以信息化体系实现对内部数据的传输目标,并利用网络架构内信息节点与设备节点的对接形式,确保其指令的下达,进而完成各类操控目标。在此过程中,将电气自动化技术融入其中,能够在电力系统及网络节点之前形成一个对接平台,进而实现对系统信息的有效采集,并将其反馈到主系统中,确保主系统能够对整个电力系统有一个全面掌控,避免导致数据传输出现问题,影响到电力系统的稳定运行。 2.1.3监控模块 电厂在实际运行时,数据信息大多呈现出多结构化特征,也就导致整个数据系统在运行的过程中出现一些难以解决的问题,即通讯形式会出现冗余性问题。在此过程中,将电气自动化技术融入到其中,可实现对整个电力系统的全面性监管,而其主要依托于交互平台的建设,确保信息能够及时反馈到交互界面中,以此确保操作人员能够随时了解当前厂内电力系统的运行情况,为后续管理提供有效依据。 2.2电力自动化技术在供配电系统中的应用 对于电力自动化技术在电力系统中的实际应用,除了体现在发电厂中以外,还体现在供配电系统方面。通过将二者融合,能够建设起一体化监管体系,以此实现对电力系统配电形式的有效分析。在此过程中,电力自动化技术的应用还能够完成对传统人工操作形式的优势,将其转化为智能化操作,以此减少人工操作出现的几率。除此以外,在数据基准参数核定的前提下,还能够确保电力系统在实际工作的过程中,能够对某一类信息机制完成及时的反馈处理,以此将电力系统故障问题进行有效控制,以及确保出现问题时能够得到第一时间的处理。最后,在对数据信息进行采集的过程中,有了电力自动化技术的融入,还能够提升电力网络远程计算效率,并确保其在某一系统运行过程中,能够将电力网络系统运行中的故障问题及时反馈出来,以此实现对其的自动化管理。在此过程中,通过对基准参数分析,还能够发现各类电力系统在运行的过程中是否出现耦合问题,确保在超出系统基准范围后,能够及时给出警报,并未相关技术人员提供相应的解决措施,确保电力系统在任何环境下都能够稳定运行。 2.3电力自动化技术在故障诊断中的应用 电力自动化技术在电力系统中的应用,最突出的一个应用价值就是能够提升故障诊断效率。在电力自动化技术的融入下,电力系统的故障诊断技术也得到了相应改善,不仅检查和测试设备的方式发生了改变,而且整体检测效果也提升了很多,判断故障位置及程度的准确率越来越高。对于电气工程项目而言,在其中所涉及到的电力系统数量多,种类繁杂,并且每一项电力系统都较为庞大,性能指标要求极高,其内部零部件的组成也比较复杂,所以一旦出现故障,将会导致电力系统整体受到影响,甚至可能导致电力工程项目延期,导致电力工程效益大大降低。在此过程中,将电力自动化技术融入故障诊断中,可以在电力系统运行的过程中实现对其的有效检测,并且也不需要将系统拆除下来,即可通过技术手段掌握系统在工作中的状态。例如,可以利用振动噪声测试法、无损检测方法、磨损检测方法等,这些电力自动化技术与故障诊断技术的融合,可以将故障点准确定位出来。然后,相关技术人员能够据此分析故障原因及故障程度。最后,依据分析结果,对电力系统展开针对性的维修和维护工作。随着现代化技术的不断发展,当前电力系统的故障诊断技术也在随之发生改变,现多以计算机系统为主,其中包含监测和诊断两大系统,不仅可以准确接受到各电力系统发出的故障信息,并对信息进行进一步的分析和处理,以此初步确定电力系统的运行状态,以及其存在的故障问题,最后在经过进一步的确定,还能够准确定位故障类型、位置和原因,给出相应的处理措施。 2.4电力自动化技术在调度系统中的应用 在将电力自动化技术应用于电力系统中时,还体现在调度系统上。根据电网调度工作来看,电力自动化技术在其中的应用主要体现在以下几方面: 2.4.1实时化监督 电力自动化技术在调度系统中的应用,能够实现对电网运行情况的实时监督目标,以此确保每一个电力系统都能够将电力精准输送到客户家中,进而确保电力系统的整体稳定性,大大提升其工作效率。 2.4.2降低风险 在电力自动化技术的应用下,在确保整个电力系统安全运行的基础上,还需要对经济效益进行充分考虑,将其作为整个线路运行的保障,以此确保在电力系统工作时,不会由于发生经济效益耦合问题而对实际运行产生影响,或者无法满足预期运行要求,进而使得运行风险大大降低。 2.4.3优化处理 在电气自动化技术的支撑下,调度系统的故障问题将得到优化处理,进而确保整个电力系统在运行的过程中,一旦出现故障问题,可立即将故障问题位置找出来,以此避免故障机制发生蔓延,影响到电力系统的运行,导致电力企业整体运行受到影响。 3电力自动化技术在电力系统中的应用前景 针对上述电力自动化技术在电力系统中的应用价值和现状,以及对其在电力系统中实际应用的探究可知,电力自动化技术还会在时代变迁中得到不断优化和完善,也就表示其在电力系统中的应用前景更佳。本文结合当下其在电力系统中的实际应用效果,对其应用前景进行了如下展望,也是其在电力系统中的未来应用形式。 3.1新技术的大力研发 随着科学技术的不断发展及创新,电力系统也将随之发生变化,也就需要电力自动化技术研究人员能够紧跟时代及发展的步伐,对其进行大力研发,以此满足电力工程行业为电力自动化技术的更高需求,使其能够为电力系统的稳定、高效运行提供更为有力的保障。基于此,也就需要相关企业及人员能够在实现各类具有挑战性研发目标的同时,也要注重创新问题,要能够积极融入当下最先进的技术。同时,也需要借助高新技术,不断提升电力系统的效能,使其能够更加稳定、高效,进而促使我国电力系统水平能够赶追国际标准水平。 3.2人工智能 在人工智能技术不断发展的今天,电气自动化技术也应该朝其发展,将二者进行有效融合,以此完善信息平台,建立更为庞大的信息数据库,使得电气自动化技术得到更好发展,能够在电力系统中发挥更大价值。基于此,也就需要相关研发人员能够对人工智能技术进行充分了解和掌握,在电气自动化技术中融入人工智能技术,并且可以申请政府支持,以此确保我国电力自动化技术水平得到不断提升。 3.3标准化平台 在对电气自动化技术进行创新的过程中,还需要相关技术人员能够对系统进行整合升级,要能够开发出一套相对标准的系统平台,以此实现电气自动化工程控制系统的统一性发展,促使电气自动化技术水平得到不断升级。在标准化平台的创建下,电气自动化技术在电力系统中的应用将会更加高效,在提升电力系统运行效率的同时,也会推动企业的稳步及高速发展,是未来电力系统中电气自动化技术发展的关键。4结束语随着现代科学技术的不断发展,电气自动化技术在各领域中得到广泛普及和应用,并已取得良好应用效果。本文主要是对其在电力系统中应用的探索,由此看出电气自动化技术在电力系统中的应用能够促使其得到有效优化,同时使其管理和维护效果也能够随之得到提升,不仅保障了电力系统的高效运行,也能够大大降低电力系统出现故障的几率,即使出现故障也能够得到及时处理,进而推动电力事业的良好发展。 作者:钱叶牛 赵薇 许德阳 单位:国网北京市电力公司 国网北京市电力昌平供电公司 电气自动化技术在电力应用篇3 引言 电气自动化技术在当前的电力系统中有着十分重要的作用,其主要应用于电力系统智能化工作当中,对于电力系统的改善有着很好的效果。 1电气自动化技术的应用 1.1实时仿真技术 在电力系统当中,实时仿真技术通常应用于暂态或者隐态的多种形式进行试验,还可以通过实时仿真系统获取相关的实验信息。此外,实时仿真技术还可以对技术人员设计的各项设备进行测试。由此可见,实时仿真技术在电力系统的应用中有着十分良好的效果,可以对电力系统中动态负荷情况予以准确的监测[1]。 1.2智能保护系统 在电力系统当中,如果发生故障,通常需要通过人工进行检查和维护处理,这种情况导致电力系统的故障检修和保护工作十分繁重。而通过智能化的保护系统,可以通过电气工程的自动化技术中馈线自动化终端FTU,把故障的相关数据进行上传,再通过串口485、232、DTU终端进行,最后通过2G/3G的基站将上传的故障信息通过路由器进行传送,发送到发电厂的检测机构,最终形成电力系统故障的检查与分析[2]。图1是智能化技术应用的电力系统故障维修示意图。 1.3配电系统电气自动化技术 在配电系统当中,电气自动化技术能够将理论方面与软件系统进行有效的结合,配电系统的电气自动化技术在信息数据模型方面采用了较为先进的国际标准的信息数据模型。在这一技术当中对配电负荷可以通过人工智能进行计算,计算后再通过配电网络的递归虚拟计算模式进行配电网络潮流计算。 2在电力系统中应用电气自动化技术 2.1计算机技术 计算机技术在电力系统当中可以发挥出关键的作用。在信息管理工作方面,电力系统将会在运行工作中出现大量的信息数据,通过计算机技术可以最大程度地整合电力系统的数据信息,进而有效地解决电力系统中的问题。在电力系统当中应用计算机技术可以对产生的信息数据进行有效的保持,在需要的时候形成参考数据,并支持对数据信息进行浏览和阅读,进而可以最大程度地改善电力系统数据的使用效率。此外,应用计算机技术可以有效地提高电气自动化技术的实际效果,反之电气自动化技术也提高了计算机技术在电力系统当中的实际价值[3]。在电力系统当中应用计算机技术可以让系统的设备进行更新,提高系统的数字化和网络化程度。尤其在变电站系统当中,通过计算机技术可以有效地实现自动记录、自动统计等功能。通过计算机设备对电力系统进行远程的监测,改善电力系统的监测模式。在电力系统中应用计算机技术,可以保证自动化技术在电网调度工作中有更高的效率。当前,我国在电网调度方面一共可以分为五个等级,其中计算机技术将发挥重要的作用。配电系统中包括变电站的终端设备以及服务器、工作站、显示器等设备,这些设备对调度工作将发挥关键的作用,可以有效地改善配电系统管理工作的效果。同时,计算机技术对配电系统的监测工作也有良好的辅助作用,可以对各项数据信息进行准确的采集和处理分析,并对整个电力系统的运行状态予以客观准确的评估[4]。 2.2PLC技术 PLC是一种可以进行编辑逻辑的控制器。PLC技术是自动化技术中十分关键的部分之一。这一技术在实际应用中有着较高的便捷性。PLC技术在电力系统当中通常是在数字控制系统的逻辑控制方面进行应用,也是系统反馈的重要环节。因此,PLC技术在我国的配电系统自动化当中有着重要的推动效果。此外,PLC技术在电力系统的故障检修和养护方面也有着很好的作用,可以有效地降低电力系统的故障检修成本。在电力系统当中PLC技术主要在以下几个方面进行应用:1)PLC技术在闭环操作中的应用。在电力系统的闭环操作中,需要对环境温度等因素进行模拟计算,在确定数值后对环境因素进行有效的控制。模拟计算的过程中需要使用PLC技术当中的I/O状态对环境因素进行闭环控制。其中D/A和A/D之间的转换操作十分重要,需要应用PID系统技术进行对应的操作。要最大程度上保证系统的转换效率。通过对信息数据系统转换效率的提高,整个电力系统的运行效果也会随之增长[5]。2)PLC技术的顺序控制应用。当前,我国的科学技术水平有着十分明显的提高,因此很多电力企业在系统方面也进行了相应的更新,一些传统的控制系统也开始应用PLC技术的控制系统。这种系统在实际应用过程中能够最大程度地提高电力系统的生产效率,降低系统对资源的损耗,为电力企业带来良好的经济效益。PLC技术在控制系统的改善过程中,可以利用信息模块提高系统效率。通过PLC技术可以对电力生产工作进行有效的管理和调控,并对系统的操作顺序有极大的改善[6]。 3电气自动化技术在电力系统中应用的改善效果 3.1对节能环节进行设计 当前,节能已经成为我国最为重要的话题之一,是可持续发展中关键的内容,而在电气自动化系统中同样需要落实节能效果,这就需要应用电阻较低的变压器设备,落实节能的设计理念。 3.2对电气自动化的品质进行控制 在电气自动化系统中,还需要对质量进行有效的控制。相关的技术人员应当对电力系统的电气自动化系统予以重视,提高电气自动化在质量方面的有效控制,保证电气自动化技术在配电系统当中的合理应用。 3.3对电气自动化系统进行优化 当前,电气自动化系统都是应用统一的平台,也就是通过集成化对电气自动化系统进行优化。在实际的应用中,集成电气自动化系统具有很高的优势:首先可以改善电力系统的运行成本,其次可以改善系统资源浪费的现象。 4结语 在当前的电力行业中,电力系统应用电气自动化技术可以有效地改善系统的工作效率和速度,对于提高配电系统的质量有着十分关键的作用。目前,我国在电力系统应用电气自动化技术方面还存在一定的不足之处,需要相关的技术人员对电气自动化技术予以进一步的改进,切实提高电气自动化技术的发展和应用。 参考文献 [1]隋涛.电气自动化技术在电力系统中的应用[J].数码设计(下),2019(10):265-266. [2]刘帅威,尚朝翔.电气自动化控制技术在电力系统中的应用[J].建筑工程技术与设计,2019(29):2800. [3]赵强.电气自动化控制技术在电力系统中的应用[J].建筑工程技术与设计,2019(29):2931. [4]焦传儒.电气自动化控制技术在电力系统中的应用[J].建筑工程技术与设计,2019(29):2949. [5]史生龙.电气自动化控制技术在电力系统中的应用研究[J].建筑工程技术与设计,2019(29):3390. [6]张丽丽,马都军,马都师.电气自动化控制技术在电力系统中的应用[J].建筑工程技术与设计,2019(29):2811. 作者:王冠宇 单位:广东电网有限责任公司茂名供电局
电子设计自动化课程教学探析:电子设计自动化精品课程建设的实践 【摘 要】从课程内容体系结构的构建、教学方法及手段的改革、实训基地和教材的建设、教学团队建设和课程网站建设等方面阐述电子设计自动化精品课程建设的工作,为其他精品课程建设提供借鉴。 【关键词】精品课程 电子设计自动化 项目教学法 电子设计自动化课程是我校电子信息工程技术、应用电子技术和太阳能光电子技术专业的核心专业课程,其前身叫“Protel电路设计”。2010年我校的“电工电子与自动化实训基地”获自治区高等职业教育能力建设专项项目并获自治区财政支持,建设了电子设计与生产工艺实训室和大学生创新实训室,随着印制电路板的设计、生产制作设备和电子产品生产工艺生产线投入教师教学和学生实训中,从而形成了电子设计自动化课程。2014年电子设计自动化课程被确认为校级精品建设课程。 精品课程应该体现学科现代教学思想,符合现代科学技术和地方产业发展或行业技术的需要,有利于带动高校教育教学改革,科学性、先进性、教育性、整体性、有效性和示范性是精品课程较显著的特点。 一、加强课程内容体系结构设计,对接岗位能力选取教学内容 (一)电子设计自动化课程的内容。一是基本知识的学习。将电路原理图的绘制、元器件封装库制作和使用、印制电路板(PCB)的设计和打印等基本知识融入项目进行学习。二是以电子产品设计、制作实例进行综合实训。把印制电路板制作、电子产品生产工艺与规范融入这一阶段的学习和实训,培养学生电子产品的设计和制作能力,满足职业岗位能力培养的要求。 (二)教学内容的选取符合岗位能力培养的要求。邀请企业工程师到我校讲座、指导实训,参与课程大纲、课程教学内容、实训内容、实训指导的制定,使我们的教学能跟上行业的新技术、新工艺,培养的学生符合行业、就业岗位的需求。 依照项目教学法设置教学内容,将实际开发项目、典型产品案例和学生创新项目引入到教学当中,基于工作过程构建学习情境,如表1所示,教学情境的设置遵循由感性到理性,由简单到综合的过程。首先通过学习情境1单管放大电路的印制板制作这个简单项目的实训,使学生掌握绘制原理图、生成网络表、合理的规划印制板、导入元件的封装、元件的布局及布线这些制作印制板的基本知识。然后再进入学习情境2、3的学习,进一步巩固上面的基本知识,同时引入元件封装库的制作等知识的学习。最后通过学习情境4加入复杂原理图绘制和多层印制板的制作等内容。整个课程以电路的原理图、PCB 图设计、元件封装制作为基础,以培养学生印制板的制作、电子电路设计和制作能力为核心,将课程建设成集能力培养、职业素养训导和学生创新能力培养为一体的教学平台。 二、加强教学方法与手段改革,不断提高课程的教学质量 电子设计自动化是一门实践性很强的课程,采用项目教学法、任务驱动法将理论知识融入电子产品制作中,实现理论与实践的有机结合。充分运用精品课程网站的教学资源,利用网站的“电子论坛”“在线讨论”及时为学生解决问题,引导和启发学生自主进行知识的建构,激发学生的学习兴趣,全面提高学生的实践动手能力和创新能力。 (一)采用集“教、学、练”于一体的项目教学模式。以企业项目、真实产品和学生创新项目设置教学情境,以项目为载体学习电路原理图的绘制、元件封装的制作和PCB板的制作等基本知识,克服了传统的计算机辅助软件教学和实际使用脱节的教学模式,实现了理论与实践的紧密结合。该课程在机房和电子设计与工艺实训室进行教学,建设了一套电路制板设备和一条焊接工艺生产线,做到了教学环境一体化。“电工电子与自动化实训基地”的大学生创新实训室和电子设计工艺实训室是全天开放式运作模式,学生可以随时进行电子电路的设计和制作。 (二)把综合项目化为子任务,做到深入浅出,激发学生的学习兴趣。根据产品制作的过程,将项目化为一个个子任务,让学生在完成项目的过程中掌握制作印制板的基本知识和技能,进而完成相应电子产品的制作、调试,使学生能感觉到学习的快乐和动手制作的成就感,让学生成为学习的主体,不再是被动的学习。 (三)采用分层次教学。对于能力强、乐于助人的学生进行强化训练,增强他们的分析问题能力和动手能力,培养成为班级的“学科带头人”,并鼓励他们多帮助其他同学。而对于理解能力不强、动手能力较差的学生,采用多关注、主动引导他们解决问题,培养学习兴趣,保护他们的学习积极性。在这些年的教学中发现培养班级“带头人”在班风、学风建设中非常有用,能带动整个班的学习积极性。 (四)与企业合作教学。利用校企合作的平台开展教学,把电子产品的调试与制造工艺阶段的学习部分尽量放在企业进行。设计的学习情境尽量以企业项目、真实产品为载体,缩短了教学与行业、产业的距离。安排行业工程技术人员定期到学校交流,他们不断带来新的行业或技术信息,使课程教学和技术进步保持同步。 (五)建立有利于激发学生学习兴趣、动手能力和创新能力培养的考核体系。包含考勤、课堂表现、阶段学习效果评价,从理解能力、动手能力和团队合作能力进行评价,达到既能奖励动手能力强、愿意帮助他人的学生,又能保护落后学生的学习、动手积极性。电子设计自动化课程教学在培养学生的创新思维、动手能力、实践技能以及团队合作精神等方面起着重要的作用。在教学中以人为本,以学生为中心,激发并保护学生的学习兴趣和动手制作的积极性。 电子设计自动化精品课程教学内容的设置、教学活动的开展与技能竞赛相结合,突出了职业技能的培养。培养学生能够完成按照电路原理图进行元器件的选择、电路原理图的绘制、PCB设计,完成PCB图和制板文件,制作出电子产品的PCB板,并在电路板上装配、焊接与调试,为参加电子设计大赛和技能大赛打下坚实的基础。经过这些年的教学改革探索与实践,我们专业的学生参加自治区级以上的职业技能大赛和全国大学生电子设计大赛,获自治区级以上一等奖6个(18人次)的好成绩。 三、加强课程教材和实训基地的建设与使用 (一)教材使用与建设。根据就业岗位的调查研究,紧跟行业的新技术、新工艺,符合高等职业教育的特点,及时更新教学内容,综合使用下面几本教材:《Protel DXP 2004 SP2原理图与PCB设计》(第二版),《电子技术实践与训练》(第三版),《电子产品工艺与质量管理》。编写了《电子设计项目化实训教程》,选择典型电路、电子设计大赛的典型题目编写实训教程,把电路板的设计与制作流程、电路安装与调试编写成实训指导书,能很好的指导学生学习和实训。 (二)校内实训基地与实训设备建设。我系电工电子与自动化实训基地,自2010年获自治区财政支持建设以来,建设了电子设计与生产工艺实训室、电工电子实训室、单片机与CPLD实训室、大学生创新基地等,具有良好的教学设备与专业技能实训条件,建有一套完整的电路制板设备和一条电路焊接工艺生产线,满足单层和双层电路板的设计制板要求,包含了手工焊接和自动焊接,直插式元件焊接和贴片元件焊接设备,能满足教师科研和学生实训的需求。 我系的教学用机房,大学生创新基地等实验室的电脑都已联网,学生可以方便地共享课程资源,通过“电子论坛”“在线讨论”充分互动,良好的教学资源和教学环境有效地促进学生的自主学习和课外拓展学习,实现了优质教学资源的共享。 (三)校外实习基地的建设与利用。电子信息产业是桂林的优势产业,其总产值占广西电子信息产业产值50%以上,电子信息企业多达上百家。通过对桂林无线电五厂等电路制板企业的深入调查研究与合作,与4家企业建立稳定的校企人才培养基地,充分利用企业先进的设备和资源,将电路板的制作工艺、电路的焊接和调试阶段的学习和实训放在企业进行。利用学校和企业这两种不同的教学环境和教学资源,将课堂教学和企业实践教学有机结合,构建与地方产业对接的实践教学体系。 四、课程网站的建设 精品课程网站是展示课程建设成果的重要平台。教师通过这个平台共享优质教学资源,学生则能在平台上利用课程资源自主学习,提高教学效果。网站资源的优质性、网站的导航和交互性是网站能否发挥其辅助教学功能的关键。学校建设了优质课程共享平台,精品课程也放在其中,有专职人员对网站进行定期维护,保证精品课程网站正常运行。 (一)共享课程的优质资源。共享了工具软件、教学课件、项目实训教程、电子制作实例、电路仿真、工业制版流程、电子产品生产工艺质量管理等资料。根据使用网站人员的评价反馈,紧跟行业的新技术、新工艺,就业岗位的要求,及时更新教学内容,改进教学方法和手段,保证教学资源的优质性。 (二)网站设置良好的导航。精品课程网站信息量大,为了更好地指导学生利用网站进行自主学习,需要有良好的导航。导航的设计顺应学生的认知心理,做到界面友好美观,操作简单直观,让学生能主动、愉快地自主学习,主动建构专业知识。 (三)建设交互性强的课程网站。课程网站设置“电子论坛”“在线讨论”模块,教学团队的成员定时回答学生提出的问题,与学生交流,打造一个学生与学生之间,教师与学生之间的互动平台,能吸引更多的学生主动参与课程的学习,激发学生的学习兴趣。 五、学科教师队伍的建设 为实现人才培养目标,精品课程建设的重要任务是教学团队的建设,电子设计自动化是理论与实践联系紧密的课程,因此,“双师型”教师的培养则成了教学团队建设的主要任务。首先,学校政策有保障,制定了相应的人才引进和培养机制。人才引进方面更青睐有企业工作经历的专业技术人员,应届毕业生则要求参加过全国电子设计大赛,并获得全国级别奖项的毕业生。同时鼓励教师获取职业资格证书,组织教师参加企业一线实践、培训,一旦获取职业资格证书,学校给予精神和物资奖励。其次,我们把最后一学期的顶岗实习分成三个阶段,分别放在大一、大二、大三,增加与企业交流、学习的机会,并指派老师带队到企业进行校外实训,我们的老师也加入企业的生产管理中,能更好的接触行业的新技术、先进的生产工艺和企业的管理理念。定期召开教研室交流会,交流教学心(下转第74页)(上接第59页)得和体会,以便协商解决教学过程中遇到的问题。同时鼓励青年教师积极申报教学、教改科研项目,从中不断提高课程教学水平和教学效果。 精品课程建设是一个系统工程,也是一个长期的过程,为使精品课程网站真正起到辅助教学的功能,提高教学效果,应该做好以下几点:教学体系、方法和手段先进性是精品课程建设的基础,课程教材和与地方产业对接的实践教学建设是精品课程建设的重点,课程网站的交互性和教学资源的优质性是精品课程建设的关键,学科队伍的建设是精品课程建设的保障。 电子设计自动化课程教学探析:电子设计自动化技术的发展与应用 摘 要:随着集成电路和微电子技术的发展,电子设计自动化技术(简称EDA)已经成为一门电子领域的重要学科。EDA技术的发展与应用成为21世纪电子设计的主流方向。本文主要介绍EDA技术的发展内容,展望EDA技术的应用蓝图。 关键词:电子设计;自动化发展;应用蓝图 一、电子设计自动化技术的概况 现代电子产品多体现开发周期短、更新换代快、功能多重、能耗偏低等特点,产品体积日趋小巧,相比较传统电子产品,其广泛运用现代科学技术,电子设计自动化程度提升,产品的竞争力迅速提高,能够更有效运用现代化科学技术,以适应时展变化。而这归因于电子设计自动化技术,集合众多学科的最新研究成果发展而来的一门新科学领域技术。 电子设计自动化技术内容主要为大规模可编程逻辑器件(简称PLD)、硬件描述语言(简称VHDL)、软件开发工具(主要为MAX+plusII、ispEXPERT和Foundation Series)和实验开发系统四个方面。大规模可编程逻辑器件是EDA技术的设计载体物质,帮助用户利用编程实现逻辑功能;硬件描述语言是电子系统设计实现功能的表达手段;软件开发工具则是系统化、自动化的设计工具,帮助EDA技术设计电子系统;实验开发系统则是有助于电子系统设计的系列下载工具和硬件验证工具。 电子设计自动化技术的发展也并非一日而成,由一学科而诞生,其发展经历三个阶段:计算机辅助技术(简称CAD),计算机辅助工程设计(简称CAE)和电子设计自动化(简称EDA)。 (一)CAD阶段(20世纪70年代) 早期电子系统硬件设计经由分立元件向集成电路模式发展,硬件设计随之进入早期发展阶段。硬件设计主要采用集成电路,并将其焊接在电路板上,做成早期的电子系统,而对系统的调整试验则是在PCB上进行。制作过程的复杂性要求,传统的利用手工图纸方式无法实现,因此过程高度复杂的产品设计工作由CAD工具,利二维图形编辑和分析完成。在20世纪70年代EDA技术发展阶段,电路板画图工具受到计算机工作平台的约束,其设计的性能较差,工作时间受制约有限。 (二)CAE阶段(20世纪80年代) 20世纪80年代推出了新的EDA工具,伴随着计算机和集成电路的推广发展而来的计算机辅助工程设计阶段到来――CAE阶段。其推出的EDA工具主要核心为逻辑形式模拟、计划性分析、模拟故障分析和自动布局布线,解决之前无法完成的对工具功能检测的重点问题。设计师在产品制造之前可以提前知晓产品的功能,利用计算机生成有关产品制造的文件,帮助在设计古城有效对产品性能进行早期分析检测。 EDA工具核心之一――自动布局功能与早期阶段产品设计工具解决人工重复绘图的缺陷相比较,80年代的CAE工具可以保证设计和制造出最优的电子产品,该工具不仅可以为产品开发提供便利,也能帮助设计人员提供最佳脑力创作。然而,电子系统复杂多样化,EDA工具无法全面满足设计要求,无法对产品设计元件进行优化处理。 (三)EDA阶段(20世纪90年代) 这一阶段EDA技术向电子产品自动化设计方向大幅度进步,归功于微电子技术的迅猛发展――芯片集成于工作效率的技术创新。集成电路高速率设计和电子系统的高水平发展趋势,极大促进了电子设计自动化技术取得进步发展。EDA工具实现设计、测试、生成文件等系统化的电子系统设计自动化,其不仅仅具备系统设计能力,并且包含各个工艺标准元件库,实现系统设计能力独立化,帮助设计工程师熟练设计电子系统[1]。 二、EDA技术应用蓝图 EDA技术应用前景广泛,可应用于高校实验教学活动、产品开发和科研、电器设备的更新换代与改造。随着软件开发功能的完善,电子系统可以集成在一个芯片上,产品设计硬件则可以利用软件方式完成,全面实现系统的编程和升级活动,因此,在科研活动和产品的开发过程中,EDA技术可被广泛运用。 各高校电子类专业较为火热的教学活动以及研究课题,都较多借用EDA技术设计各种复杂的数字系统,完成系统的开发与实验,同时也可以便捷地应用该技术进行硬件验证,简化数字电子设计实验的流程,而不同的学生可以根据自身的设计完成各项实验活动,便于高校教学活动的进行,也有利于提高学生的自我创造能力。这种技术大大简化了高校实验教学成本,因而也被推广应用。 采用EDA技术可以对机电设备中的电器控制系统进行重新设计或改造,设计时间较短,成本较低,同时可以提高机电设备的性能,增加产品的技术含量。电子产品更新换代速率愈来愈快,为满足市场消费需求,不一定要求所有的工程师创造出新的产品设计,在传统机电设备的基础上,对设备电子系统进行规划设计或改造,有利于产品额外价值的实现[2]。 三、总结 进入21世纪90年代,随着集成电路、微电子技术和芯片组合技术的发展完善,EDA技术在数字系统和微电子技术领域不断发展,现代电子系统设计成为电子领域发展的重要内容,同时EDA技术也需要在PLD和VHDL方面做出不断的更新完善,使之在计算机、工业、电器等领域广泛拓宽应用市场,利用电子设计的优势制造出领域更宽广的电子产品。在此可以展望EDA技术的兴起将超越电子设计领域向其他领域发展,设计不再单纯是电子类专业的设计,电子系也不再是工程师的代名词。 电子设计自动化课程教学探析:电子设计自动化实验环境的建设与管理 【摘要】介绍了电子设计自动化(EDA)实验环境的建设与管理的经验,简要分析了由此给教学产生的实际影响。 【关键词】EDA教学,实验环境,管理 由于集成电路技术和计算机技术的高度发展,设计自动化的观念和EDA工具的使用水平已成为度量工程师能力的一个重要方面。国内各高校都投入了大量的人力物力建立EDA实验室。EDA实验环境的硬件、软件和服务水平在某种程度上已成为衡量该校硬件水平、教学水平和办学水平的一个重要标志。我校在教育部电工电子教学基地的建设过程中,始终对EDA的教学和实验环境的建设给予了足够地重视,专门成立了EDA(实验)中心,旨在负责全校EDA实验教学,EDA项目开发和新技术推广工作。经过近两年的建设,EDA中心已初具规模,为全校的EDA教学提供了良好的实验环境,促进了我校电类现代化课程教育的发展。 1 EDA实验环境的建设 EDA(实验)中心的建设起始于1998年初,学校先后投入资金近百万元,第一期工程建立起配备有40台Pentium 166MMX微机的多媒体实验室和硬件实验室各一个;1999年进行了第二期工程,又建起了一个包含40台PentiumⅡ400微机和两台专用服务器的网络实验室和一个管理办公室。并进行了软件建设和有关实验项目的开发。 在EDA中心的建设中,我们遵循以下原则: (1)创建一流具有EDA特色的实验环境。EDA的实验环境的好坏在某种程度上直接影响电类学生对现代化技术的掌握,同时EDA的实验环境也是一个窗口,代表了一个学校现代化教学的形象。EDA中心的建设不应等同于一般的计算中心或机房的建设,应该具有EDA特色,那就是要有丰富的EDA软硬件支持,要有得力的指导开发力量。 为了建设好一流的EDA实验环境,我们成立了专家指导小组指导环境的建设,并多次派人到EDA教学较好的学校去参观学习。为了体现时代的特点,我们将中心80台机器内部互连,整个内部网络完全按照Internet技术规范设计,能提供全套Internet服务。中心内部网络还通过Linux网关与校园网相连。服务器采用Windows NT4.0、Linux 5.0、Net-ware 3.12,工作站安装了DOS 6.22、Win-dows 98(中、英文)、Windows NT、Linux等操作系统。 (2)严把质量关,高质量完成建设。EDA所有软硬件设备的引进都经过认真市场调查研究,并严格的检测,对不合格的产品坚决清除。如曾进一批微机,检测后发现配置与样机不符,立刻退货,重新购置。软件的建设对EDA来说是体现特色的关键性建设,尽管EDA软件投资较大,为保证实验质量,划出专项资金,引进许多最新的正版EDA软件。 (3)加强外联,寻求多方支持。EDA教学的开展需要许多方面的技术支持,为了做好这方面的工作,我们加强了校际之间的技术交流以及与EDA软硬件开发商家的联系,可以从中得到了许多必不可少的帮助,如东南大学赠送给我们不少非常有用的EDA软件和设备,美国Altera公司通过其大学项目赠送给我们专业版和网络版的Max+PlasⅡ软件开发工具等。 (4)鼓励师生开发EDA教学项目。我校EDA教学项目的开发进行得比较早,并已取得了不少成就,EDA中心成立后更加强了这方面工作的开展,目前已自行开发并用于教学有ISP和FPGA等实验装置,全定制的A-SIC实验环境也正在紧锣密鼓地准备中。 (5)勤俭节约,变废为宝。EDA的某些硬件实验对微机要求并不高并且有可能对微机产生伤害,为此我们从校计算中心等地方找来约20台淘汰了的386和486微机,建成了硬件机房,很好地解决了这类问题并节约了不少资金。 2 EDA实验环境的管理 在EDA(实验)中心的日常管理中我们努力做到: (1)全心全意为EDA教学服务。EDA(实验)中心建立的主要目的之一就是为全校师生的EDA教学实验提供方便。为了做好服务工作,我们尽力满足师生的要求。如有教师希望通过网络授课,我们引进了Lanstar网络教学系统软件。有教师需要提供语音教学服务,我们购买了无线话筒。有一些国外引进的EDA软件需要用英文操作系统,中心工作人员经过多次试验,使中英文操作系统能够方便地切换。中心的Internet网及打印机等设备也均向师生开发。 (2)开放式的实验环境。中心除正常设备维护日外,保持全日制开放。开放时除了安排一般值班人员外,还经常安排对EDA技术熟悉的教师或研究生进行现场指导,学生可以自由地上机实习。 (3)不断推广EDA新技术。EDA技术的发展速度非常快,我们利用中心与外界联系较多的优势,不断向师生推荐EDA新技术和新方法。如我们曾请经销商来介绍最新版本的PADS、EWB等EDA软件的特点和使用方法,与东南大学EDA实验中心合作举办了两期全国性的EDA研讨班。 3效果分析 (1) EDA中心自投入使用以来,已为电类专业的学生开设了“电路”、“电子线路”、“数字电路”、“信号与系统”等十多门课程的上百个实验,部分实验还延伸到非电类专业的“电工学”课程中;每年还有几十名本专科生和研究生在这里进行毕业设计和课题上机。总上机时数已达4万机时。 (2) EDA中心的构建,推动了我校多门类课程的教学内容、教学方法的改革。就数字电子课程而言,迫切需要充实现代化的设计思想和设计方法,EDA中心的服务为此创造的必要的条件。由于EDA中心的大量工作,使教师可以在课常上集中精力和时间与学生一起共同体验前人创造知识的途径与方法,而把一些繁琐的计算交给EDA工具,学生通过EDA工具的使用去实践他们在课堂上学到的方法和思路。对电路分析、模拟电子线路、数字系统设计等课也起到了同样的作用。 (3)开放式的管理,方便了学生,激发了学生的学习热情和求知欲。如有一位在给电类提高班讲课的教师发现,原拟定通过Lanstar授课系统对学生讲授EWB的使用方法,结果在现场却发现,不少学生已初步学会了EWB的使用,其原因是他们已主动地到EDA中心,通过自学,进入了EDA环境。这是一个学生主动学习的例子。通过这样的学习客观上提高了学生的自学能力,反映了他们高度的学习热情和求知欲,这也为他们将来自行掌握更现代化、更复杂的EDA工具打下了基础。 (4) EDA中心成为学生第二课堂的场地,培养学生从事科学研究的能力。如数字系统设计的老师利用EDA中心进行电子设计竞赛,取得很好的效果,受到了学生的欢迎。 电子设计自动化课程教学探析:VHDL语言在电子设计自动化中的应用 【摘要】随着电子技术的飞速发展,当今数字系统的设计正朝着高速度、大容量、小体积方向前进,其容量也由原来的几千门发展到几百万门,传统的自底而上的设计方法已经难以适应形势,电子设计自动化应运而生。其中VHDL语言就是电子设计中常用的一种语言。本文就VHDL语言在电子设计自动化中的应用进行了分析讨论。 【关键词】VHDL语言 电子设计 自动化应用 一、前言 近些年,随着电子技术及计算机技术的不断发展,使用原来的方法进行系统及芯片的设计已经不能满足要求了,需要具有更高效率的设计方法,运用VHDL语言进行电子设计就是在这种情况下开发的,而且被越来越广泛地应用到电子设计自动化中,显著地提高了开发效率及产品的可靠性。 二、电子设计自动化和VHDL语言概述 1、电子设计自动化概述。电子设计自动化又称为EDA技术,它是在上世纪70年代的集成电路技术茂盛发展下诞生的,与集成电路的复杂度是紧密相关的。在第一代电子设计自动化EDA中,其主要功能是进行图形编辑交互及设计规则检查,所要解决的问题是进行PCB布局布线或者晶体管级版图的设计;第二代电子自动化设计EDA系统,主要包括逻辑图的设计输入、逻辑综合、芯片布图、模拟验证及印刷电路的版布图等,随着集成电路尺寸越来越小、规模越来越大、速度及频率越来越高、设计越来越复杂,HDL的设计方案应运而生,随后具有描述语言的VHDL被提出来了。 2、VHDL语言概述。VHDL语言是指超高速集成电路的硬件描述语言,它是一种很快的电路设计工具,其功能主要包括电路合成、电路描述及电路仿真等电路设计工作。VHDL语言是由抽象及具体硬件级别进行描述的工业标准语言,它已经成为了一种通用硬件设计的交换媒介,很多工程软件供应商已经把VHDL语言当做了EDA或CAD软件的输入/输出标准,很多EDA厂商还提供了VHDL语言编译器,同时在方针工工具、布图工具及综合工具中对VHDL语言提供了支持。 三、VHDL语言的特点 1、VHDL语言具有较强的描述功能,能够对支持系统的行为级、门级及寄存器传输级这三个层次进行设计,和其它硬件描述语言相比,VHDL语言的行为描述能力更强,这种较强的行为描述力能够有效地避开具体器件结构。对大规模的电子系统的逻辑行为进行描述与设计,VHDL语言已经成为高层次设计中的核心,也是它成为了电子设计系统领域最好的硬件语言描述。 2、VHDL语言能够支持大规模的设计分解,及已有设计再利用,大规模的设计不可能有一个人独立地完成,需要多个项目共同的组成,VHDL语言中的设计实体概念、设计库概念、程序包概念为设计的分解及再利用提供了有力的支持。 3、VHDL语言具有较为丰富的模拟库函数及仿真语句。这使它能够在任何设计系统中,很早地就能对设计系统功能中的可行性进行查验,并随时可以对设计进行模拟仿真,将设计中的逻辑错误消除在组装前,由于大规模集成电路及应用多层的印刷技术器件组装完毕之后。很难进行修改,这就使得逻辑模拟变得不可缺少,运用逻辑模拟还能够减少成本缩短调试及设计周期。对于中小规模的集成电路,仅运用模拟就能够获得成功数字系统设计;而大规模集成电路,则需要运用逻辑模拟进行逻辑网络设计的检查与分析。逻辑模拟系统对于集成电路来说,是不可缺少的重要手段。 4、VHDL语言本身生命周期就较长,在VHDL语言设计中,并不包含和工艺相关的信息,其设计和最终工艺实现是无关的,能够使设计通过门级仿真之后,在用合适的工具映射到不同的工艺当中,当工艺进行更新时,就不需要进行原设计的修改了,仅改变映射工具就可以了,对于已经完成的设计,尤其是和工艺技术相关的参数可以运用VHDL语言所提供的类属进行描述,或者进行子程序功能的调用,可以在源程序不改变的情况下,仅修改类属的函数及参量就可以了,这样就可以改变电子设计的规模及结构了。当然在VHDL语言也有些不足之处,像没有WAIT语句、不能处理动态结构、不能等待时序等,但它整体还是有很多优点的,并为硬件设计带来了很大地方便,被很多用户所接受,也得到了很多厂商的有力支持。 四、电子设计自动化应用VHDL语言的开发流程 VHDL语言的开发流程主要为文本编辑、功能仿真、逻辑综合、布局布线、时序仿真及编程下载。其中文本编辑器能够进行VHDL语言环境的编辑,其文件保存为,功能仿真是指将文件调入VHDL的仿真软件中,并进行功能的仿真,对其逻辑功能进行检查以验证是否正确,也称为前仿真,对于那些相对简单的电子设计可以忽略这一步,在布线完成之后直接进行时序仿真:逻辑综合是指将文件进行逻辑综合并在设定的约束条件下进行综合。就是把语言综合成布尔表达式及信号连接关系,综合之后会生成,电子设计自动化的工业标准文件:布局布线则是将文件调到PLD厂家所提供的软件之中进行布局布线,这样就可以把已设计好的逻辑安放到PLD 内了;时序仿真是指利用布局布线时所获得的精确参数进行后仿真的验证:编程下载所指当确认方针没有错误后,就将文件储存到目标芯片中。 五、VHDL语言在电子设计自动化应用中的作用 VHDL语言在电子设计自动化中的应用,能够有效地打破传统硬件电路的设计界限,借助硬件的描述语言设计出与相关要求相符合的硬件系统,运用VHDL语言对电子设计自动化的应用,与C语言的语法类型是相似的,具有很好的可读性,掌握起来也较为简单,运用VHDL语言进行硬件电路的设计打破了原有地先画出电路的原理图,再进行元器件及实际电路定式的搭建,可以灵活地御用VHDL语言描述的硬件电路功能进行信号的连接和定时关系,在总体行为的设计一直到最终逻辑形成网络表的文件,对于每一步都要进行仿真的检查,在仿真结果分析中,能够发现电子自动化系统的设计中所存存在的问题,这样更有利于电子设计自动化应用的完整,并且其设计效率更高,时间周期更短,VHDL语言已经被广泛地应用在电子设计自动化中了。 六、VHDL 语言在电子设计自动化应用中所要注意的问题 1、文件名和实体名要相同,其后缀均为.Vhd,程序的存储路径不能有汉字出现,变量要放在结构体之中,变量并不是全局量,仅能在进程语句及子程序中进行使用。 2、关于顺序语句和并行语句问题,要把并行语句直接放人结构体里就可以了,而顺序语句就要放在process里了,虽然process自身是并行语句,但它的内部确是顺序语句。 3、在条件语句中,条件的覆盖是不完整的,综合器会把多余的锁存器引入进来,一定要对条件所覆盖的范围进行考虑,通常的处理方法是加上else语句进行条件补全,顶层的文件在进行存盘时,其文件名是不能和底层的文件名相同的。 七、结束语 随着电子技术和计算机技术的不断发展,电子产品也在迅速发展着,电子设计自动化技术改变了传统的数字系统设计方法及实现手段,而VHDL国际标准语言与电子设计自动化技术工具的结合,能够有效地降低设计的风险,缩短设计的时间周期,提高设计效率,随着VHDL语言在电子设计自动化的应用越来越广泛,并将会给硬件的设计领域带来很大的变革。 电子设计自动化课程教学探析:关于中职学校电子设计自动化课程改革的研究 【摘要】现本文就从背景、思路、方法以及课改特色等几方面对中职学校电子设计自动化课程改革进行相关探索。 【关键词】中职学校;电子设计;教学课改;课改方法 在中职学校电子设计自动化的人才培养过程中,应当明确电子设计自动化的重要性以及其对专业人才的需求方向,传统的教学模式已经不适用现代电子科技课程的教学,必须要对中职学校电子设计自动化课程进行教学改革。进行中职学校电子设计自动化教学课改,必须要明确课程改革的思路。 1.中职学校电子设计自动化课程改革的背景 电子设计自动化是现代电子设计技术的核心,是现代微电子技术和现代电子设计技术的有机结合,为现代电子理论和设计的表达与实现提供了可能性,对于现代电子科技的发展有着重要的意义。 1.1 社会需要 改革开放以来,我国电子信息产业实现了持续快速发展,特别是进入21世纪以来,产业规模、产业结构、技术水平得到大幅提升。近年来,随着电子设计自动化开发工具功能的不断完善,使得现场可编程门阵列技术以空前的规模和速度渗透到各行各业,并成为当今电子设计领域中应用最为广泛的可编程逻辑器件之一,同时使得社会对电子设计自动化的人才需求量也越来越大。 1.2 人才缺乏 然而在经过企业的专家调研、访谈,中职学校毕业生的回访等信息反馈后,发现大家对现在中职学生的电子设计自动化技术的应用能力表示遗憾。在实际的电子设计工作中,大部分中职学生都不能将学习到的知识运用到实际工作中去,等学生在工作中才明白电子设计自动化技术对以后的发展和复杂数字系统的设计、产品的升级更新的重要性时已经为时已晚。因此,现代的中职电子设计自动化教学的主要任务是要建立一个健全的电子设计教学体系,以解决学生只是学习零碎的知识而用不出来的矛盾与尴尬。为了使中职学校电子信息工程专业的电子设计自动化教育紧跟社会的发展,改变现今中职与社会脱节的现状,必须要对现有的中职电子设计自动化专业教学课程进行改革。 2.中职学校电子设计自动化课程改革的思路 在科技的推动发展下,社会对电子设计自动化的技术人员的专业要求逐渐增高,培养大批掌握现代电子设计自动化技术的人才成为目前高等院校电子设计自动化教学的主要目的。然而目前的电子设计自动化教学手段和方法仍然存在一定的陈旧思想与就教学误区,对于其实行中职学校电子设计自动化课程改革势在必行。 2.1 对专业岗位群进行企业调研 在进行课程调研时,要与专业调研相结合,在选取调研对象时应广泛选取不同性质、不同类型、不同规模的企业的工程技术人员进行调研。调研的方法可以采用问卷调查法,通过调研及座谈根据电子信息工程技术、应用电子技术专业人才素质的要求,把所涉及到的职业活动分解为项目,再对工作项目进行分析,获得每个项目的具体工作任务,并对完成此项任务所需要的职业能力作出详细的描述。 2.2 以工作过程为导向,设计学习情境实施的教学资料、教学方法与组织 在教学方法上,不拘泥于某几种教学方法,而是根据中职学生的个性特征及教师的教学特点,运用各种各样的教学方法达到教学的目的。在教学组织上,采用模拟项目开发的方式,按照企业管理方式进行项目管理,让学生身为“准员工”体会工作环境和工作过程,强化学生的自我管理能力和组织能力、锻炼学生的合作、沟通能力和责任心。 2.3 根据行动领域设计学习领域及学习情境 结合电子设备装接工的国家职业标准,确定了“电子设计自动化” 这一行动领域对应的学习领域学习目标与学习内容,再按照中职学生学习规律与职业成长规律将学习领域划分为5个学习情境,构成5个学习情境组成的学习情境库,方便对不同基础的学生组织教学。 2.4 确定课程标准 融入电子制图员、助理电子设计师职业标准、企业标准、电子设计的主流器件、新技术、新工具等“六新”,结合企业操作技能要求和工艺标准,确定课程标准。然后,根据典型工作任务的特点,将各教学内容进行知识的解构。按照中职学生职业成长规律与认知学习规律,以项目的形式,将课程分解为若干学习情景,将之前解构的各知识点重构到相应的学习情景中,真正实现“用什么,学什么”。 3.中职学校电子设计自动化教学改革的方法 在课程教学改革中,应当贯彻以学生为主体的指导思想,引入校企合作、任务领域的开发机制。课程标准修订和课程设计过程中要与企业紧密合作,以企业对新型电子产品设计研发能力的要求为课程核心。 3.1 调查研究法 中职学校可以成立专门的课程改革团队,深入行业企业一线进行人才需求调研、岗位工作知识能力素质要求调研、学生岗位工作适应性调研、专家访谈、毕业生访谈等,收集课程改革第一手材料,然后进行数据汇总、处理和分析,把用人单位对学生的要求与课程改革有机地结合起来,使课程改革与建设方案更加符合社会需要,更具有针对性和可操作性。 3.2 探索实践法 探索实践法主要是指在实际的教学组织过程中,按照中职学校电子设计自动化课程改革方案不断优化教学方法,提高中职学生学习效率和教学效果,特别是提高教学质量的自我监控能力,以实践的方式探索适合中职信息工程类专业学生电子设计自动化课程的教学方式及方法。 3.3 试点对比分析法 通过试点班级、试点教师实施课改教学,记录课程教学的过程以及出现的问题,主要包括学生的主动学习意识和课程的参与度,学生的学习态度和学习效果,教师的教学组织是否合理,讲义的内容组织是否合理,教学资料是否充分等;然后进行纵向的历史对比分析和横向的试点与非试点对比分析,找出课程实施中的问题,并研究提出解决问题的方法和措施。 4.改革要贴近中职学校电子设计自动化课程的特色 针对中职学校实际教学情况以及设施条件,结合当前社会对电子设计自动化人才的需求,在实行电子设计自动化课程改革时,应当建立起具有本院特色的课程改革体系,因材施教,以使本院学生更好的融合所学电子设计自动化知识在实际工作中的应用。 4.1 工学结合,“教、学、做”合一 以职业能力为核心、融入职业标准,以真实工作任务为载体,创设“教学做”一体化的教学情境,实行行动导向的教学模式。 4.2 提出虚实结合、软硬结合、实验室与网上虚拟实验实训结合的新的实践教学体系 充分利用网络的虚拟实验实训室,开展虚拟平台的仿真教学。实现教学资源的校内、校外共享。 4.3 学习与工作接轨,能力培养贯穿始终 体现课程设计与教学活动的“渐进性、真实性、实用性、先进性”,学生学习的过程就是实际的工作过程,实现了与实际工作的零距离接轨。 5.结束语 中职学校电子设计自动化教学的改革对于现代社会的发展有着重大的意义,在新的时代背景下,电子科技成为引领社会发展潮流的主要科学技术,而当前的电子设计自动化教学效果远远达不到社会的需求,因此,明确思路,采取措施方法,创建具有特色的中职学校电子设计自动化教学体系是当下中职电子信息学校发展中的工作重点。
软件测试论文:嵌入式计算机软件测试关键技术初探 摘要:嵌入式计算机是计算机行业中一种比较先进的计算机技术。随着科学技术的不断发展,嵌入式计算机的使用范围也越来越广,在嵌入式计算机使用的过程中,能够有效地保证对需要的功能的实现。但是,由于嵌入式计算机软件的结构相对于其他类型的计算机来说比较复杂,这就要求我们要能够按照使用需要,及时对嵌入式计算机软件技术进行测试。文章根据现阶段嵌入式计算机与嵌入式计算机软件的概念,针对开发使用的技术进行分析,找出如何使用相关的技术对嵌入式计算机的软件进行测试。 关键词:嵌入式;计算机软件;测试;关键技术 前言 随着我国的工业不断地进步,科学技术的不断发展,嵌入式计算机技术也得到了很大程度的提升。我们身边普通的计算机并不是嵌入式计算机,嵌入式计算机指的是专门针对某一个项目或者是某一个行业进行开发的专业计算机。嵌入式计算机不仅仅能够实现对需求开发的功能,有效地提升工作的效率。嵌入式软件是嵌入式计算机中安装的软件,一般情况下,嵌入式软件都需要根据不同的工作需要,完成相应的功能,这就要求嵌入式软件要具备一定的稳定性,对嵌入式计算机软件进行测试,能够很好地保证嵌入式软件的正常工作。 1什么是嵌入式计算机 嵌入式计算机指的是针对某一种技术,或者是某一种网络、某一种功能等专门开发的计算机系统,利用计算机技术,加入嵌入式系统,能够实现对计算机硬件和软件功能的增多,能够更加适合实际运用的需要。嵌入式计算机针对某一种功能的需要进行开发,对开发的成本、功能的可靠性以及计算机的大小等因素,都有十分严格的要求。通过对计算机处理器、硬件、系统、应用等进行嵌入式技术的操作,能够更加有效地保证计算机技术的实现。嵌入式计算机大多被应用在工业生产中,能够提升工作效率,保证工作的质量[1]。 2什么是嵌入式计算机软件 嵌入式计算机软件指的是在嵌入式计算机中使用的软件,能够进行独立功能的操作,嵌入式计算机软件包括嵌入式微处理器、传感器、控制器、定时器、储存器等等。在嵌入式计算机中使用的电子芯片或是电子器件,将嵌入式计算机软件安装到嵌入式计算机中,能够有效地实现常规计算机不具备的功能,比如:实时监控功能、对设备的管理功能、数据处理功能、进行移动计算等等,真正地实现了现代化自动化的电子处理,是实现现阶段自动化与智能化的社会生产力的重要途径,嵌入式计算机软件就是自动化的核心部分[2]。我们可以将嵌入式计算机软件分为:简单嵌入式系统和复杂嵌入式系统两种。简单的嵌入式系统只能够完成一项功能,比较典型的简单嵌入式系统就是单片机。单片机通过ROM技术就能够实现对系统的使用,能够达到对程序控制的目的。复杂嵌入式系统的功能与普通的计算机系统功能并没有什么过大的区别,只不过在复杂的嵌入式系统中,安装了一些微型的嵌入式操作系统,以及嵌入式应用软件在计算机中,能够使计算机的功能得到相应的完善,这就是嵌入式计算机软件的作用[3]。 3什么是嵌入式计算机软件的测试 嵌入式计算机软件相比普通的计算机软件来说,更具有专业性,嵌入式计算机软件只能够在某一个制定的平台或者系统中运行。但是嵌入式计算机软件的开发环境与运行的环境还存在很大的差异,不能够使用同一网络环境。嵌入式计算机软件需要使用交叉开发的形式,在进行开发的计算机中,安装并运行开发工具,开始对软件进行编译,再将编译完成的软件通过下载的方式,将软件发送到目标计算机中,当开发计算机与目标计算机都有了嵌入式软件,就能够建立通讯连接,并且能够对软件下达命令、下载数据等等。两台计算机的操作系统不同,计算机的处理器也有着一定的差异,这样的方式会增加嵌入式软件开发过程的步骤,增加了开发步骤的复杂性[4]。我们将对嵌入式软件进行开发的计算机称为宿主机,对软件进行接收并运行的称为目标机。宿主机对使用开发工具,利用宿主机的操作系统对计算机软件进行开发,通过通信连接将计算机软件发送到目标集中,尽管这一系列的操作看似很简单,但是却需要强大的系统和硬件的支持。在这种形式下进行运行的嵌入式计算机软件开发的活动,一般情况下,宿主机都是我们平时工作生活中使用的通用计算机,也可以是开发微机或者是软件工作站等等。目标机与宿主机不同,目标机能够承载宿主机开发的嵌入式计算机软件的运行,将嵌入式计算机软件安装在目标机中,就能够实现嵌入式软件的功能[5]。 4对嵌入式软件测试关键技术进行研究 4.1对宿主机进行测试的技术研究 宿主机指的是对嵌入式软件进行开发的计算机,对宿主机进行测试的方式有两种,即静态测试与动态测试两种,这两种方式使用的是代码逻辑的方式对宿主机进行测试。4.1.1静态测试技术很多计算机软件开发的专家,在对计算机软件进行检测的时候,通常使用的都是人工检查的方式,由设计人员组成一个小组,小组的成员之间互相交流对软件开发使用了哪些程序、使用的是什么算法进行的计算,并交代设计数据与软件的模块之间有什么样的关系等。这样的方式虽然能够在一定程度上找出软件中是否存在相关的问题。但是,由于现阶段嵌入式计算机软件的结构越来越复杂,设计的步骤越来越繁琐,软件设计的规模也在逐渐扩大,这就要求在一款软件的设计过程中,可能会有很多的软件设计师、工程师等一起参与到软件的开发工作当中,每个工作人员的分工也大有不同,再使用从前的方式对软件进行检查,就会加重检查工作的负担[6]。这就要求我们,要根据现阶段的计算机软件开发的实际情况,找出最合适现阶段软件开发的检测技术,对原始的计算机软件的检测工作进行优化升级,能够使计算机软件的检查工作更加简便。在检查的过程中,加入适当的检测技术,先对整个嵌入式计算机软件的开发软件系统框图进行整理,并且对其设置自动连接的相关量,软件的源代码编程能够通过自动化技术进行查找。这样的方式能够使软件审查工作的工作效率有很大的提升,能够使验证工作的结果更加准确有效。我们可以通过静态测试的方式,得到软件中相关信息[7]。(1)软件的源代码程序绘制过程的逻辑图,以及对软件进行控制的工作流程。(2)软件系统完整的逻辑框图,系统内部关系调节的网络图。(3)软件程序运行的路径分析图。(4)软件生成的不同部分的显示图。(5)软件不同部分显示图的位置信息,操作的频率等信息。这些信息都能够在静态测试中得到实现,首先要使用静态测试的系统对软件的操作逻辑和控制系统进行分析,能够有效地将软件分析的更加精确,在进行软件测试的过程中,能够使测试的结果更加准确,并且能够将测试结果更加精准的表现出来,检测出软件系统中是否存在相关的问题,并以此对软件的系统进行改善。4.1.2动态测试技术对宿主机的动态测试主要指的是对软件的代码进行测试,能够有效地检测出代码的执行能力,并且分析软件代码的覆盖率,能够有效地检测出软件的功能。能够有效地了解到软件的性能,还能够通过分析更加了解软件中代码的执行情况,这样的检测方式能够促进对软件系统的改进,推进了软件系统的发展,可以根据检测的结果,对软件的功能进行优化和完善[8]。动态测试技术还能够对软件设置的完成程度进行测试,能够对其中已经开发完毕的数据进行检测,检查其中是否存在缺少的数据,这样的方式能够为软件的开发工作提供重要的依据。动态测试技术能够将软件中的每个函数的情况,以及对内存的分配情况等进行检测,能够将软件中各种元素的分配情况进行显示,并且能够同时对相对应的数据、代码、函数等进行显示。 4.2对仿真机进行测试的技术研究 仿真机作为宿主机与目标机之间重要的环节之一,通过仿真机的使用,能够有效地完善计算机软件测试的功能以及软件自身的性能,比对宿主机的测试更加直观、更加真实,并且能够对软件中主要的技术进行仿真测试,使测试的结果更具有说服力。其测试的结果既能够作用于宿主机,还能够作用于目标机。4.2.1仿真机测试数据获取技术现阶段,针对仿真机的数据监测,一直都是技术上很难实现的问题之一,很多对嵌入式软件的检测都需要在测试的过程中先提供软件设计的源代码,这样的方式需要使用的数据量比较大,这就要求我们要针对这类数据的准确性进行技术的提升,才能够保证检测数据的精准性。仿真机监测技术能够从一定程度上保证数据信息的完整性,在对数据进行完全的缓存后,再使用测试工具进行修改,能够从很大程度上保证数据的正常输入,在测试结束之后,还能够对已经进行缓存的数据进行读取,并将数据整理保存到计算机中。但是,需要注意的是,使用这种方式进行测试,还要保证数据缓存的大小不会超过测试的容量,测试才能够顺利的运行[9]。4.2.2仿真机仿真测试技术对嵌入式计算机软件进行仿真测试,能够在测试的过程中,对数据进行集中地管理和处理。仿真测试需要一定的技术支持,能够将数据进行仿真模拟,在模拟的过程中,能够看到技术的使用过程,再按照每款软件不同的性质,分类仿真,使测试的结果更加真实可靠。还要保证在对数据的检测过程中,传输信号是能够稳定运行的,才能够保证仿真测试的数据是实时的。 4.3对目标机进行测试的技术 目标机相对于其他部分来说,在测试的过程中,更需要注意目标机的综合能力,还要能够测试软件自身的交互能力,并且测试软件是否安全可靠,目标机测试的结果能够更加真实地体现计算机软件的性能[10]。4.3.1故障注入技术嵌入式计算机软件在计算机中运行的状态,可以通过人为的方式进行设置。但是,这就要求目标机的部件能够具备一定的功能,能够按照设置的时间、设置的运行方式等进行运作。故障注入技术指的是在目标机中,通过对某一部分的测试,能够更加有效地检验目标机中的性能,比如:鲁棒性测试、边界测试等等。使软件在运行时的状态能够表现的更加明显。4.3.2内存分析技术嵌入式计算机的系统,一般情况下内存都会比较小。使用内存分析技术,能够有效地保证在分析的过程中,找出计算机内存存在的问题。在问题的分析过程中,能够防止内存中的某些内存会产生分配错误的问题,很多的计算机软件故障都是因为内存分配的错误造成的。这就要求我们要通过内存分析的技术,来对内存进行判定。一般情况下,我们都会选择硬件的方式进行分析,但是硬件分析的方式需要耗费的资金比较多,而且分析工具具有一定的环境限制,但是软件分析会对计算机的代码产生一定的影响,并且会影响内存的运行。这就要求我们在进行内存分析的过程中,要能够按照不同的情况对测试的方式进行选择[11]。4.3.3程序性能分析技术在嵌入式计算机运行的过程中,还有一个十分重要的因素就是程序的性能。一般情况下,嵌入式计算机对程序的性能都有一定的要求,能够在已经设置的时间内,对某一数据进行中断处理或者是生成处理,这就要求我们要在测试的过程中,要能够根据实际情况决定先对那一部分的代码进行优化,因为嵌入式计算机的优化程序的时间是很宝贵的,要尽可能地避免对一些没有必要的程序的优化工作。使用程序性能分析技术,能够将计算机内的数据进行整理,并按照消耗的时间,消耗的类型,消耗的历时等进行分析。按照这些数据,能够对计算机中的数据进行判断,决定先对哪一部分的程序进行优化,才能够保证对数据检测的工作效率,保证对程序的优化是有效的。使用程序性能分析的工具,不仅仅能够显示计算机中每一部分的优化需要多少时间,还能够按照需要优化的程度进行排序,引导工作人员对系统程序进行优化分析[12]。在对程序进行测试的过程中,可以先对计算机软件中的代码进行分析,能够找出已经被使用的代码,以及计算机接口的工作效率等等。可以在测试的过程中使用插桩的方式进行测试,分析完毕后在可执行的代码当中适当地融入嵌入式软件,并将二者进行综合测试,得到的结果就能够明确地看出,其中的代码哪些已经执行,哪些被遗漏,或者是哪些数据的信息覆盖还不够全面。需要注意的是,使用这类分析工具进行分析,很可能会影响到计算机软件代码的运行,导致软件运行出现故障问题。 5结束语 嵌入式计算机与我们的生活之间的关系十分紧密,能够产生巨大的影响,我们身边很多部分都使用了嵌入式计算机进行功能的完成和实现,比如:飞机的飞行控制器,或者是我们家中很多的家用电器,冰箱、洗衣机等等,都在一定程度上使用了嵌入式软件技术。随着科学技术的进步越来越快,嵌入式技术也越来越繁琐。这就要求我们要在不断地使用中对嵌入式技术进行完善,对嵌入式技术进行优化升级,能够从一定程度上保证嵌入式技术的发展,对软件进行测试,能够大大地提升嵌入式计算机软件的稳定性。 作者:王琨 单位:西安外事学院工学院 软件测试论文:软件工程中软件测试的应用 1软件工程中的软件测试 1.1软件测试的含义 软件测试根据用户的使用目的,将成功开发的软件进行相应的纠错动作,从而披露该软件的各种问题及缺失因素,促进研发人员进行相应的改进,从而达到完善软件的目的。 1.2软件测试的关键性阶段 主要有以下两个关键性的检测阶段。第一阶段是软件开发过程中各主要单元模块完成后进行测试。这一阶段测试可以将缺陷控制在最小单元模块内,给研发人员最快的测试反馈,促使其完善单元模块的功能,达到用户的使用要求;第二阶段测试是软件系统全部完成后,进行全方位的综合测试,查找系统在使用过程中可能存在的问题。此时,需要根据系统要实现的功能进行多种测试工具的应用,以其找到系统不符合要求的功能或性能瑕疵。 1.3软件工程中软件测试的方法 对软件工程进行软件测试时,不同软件可以运用不同的测试方法。现阶段,主要以软件测试在测试过程中是否需要将程序进行完全运行来判断测试方法,不需要系统程序运行就能完成测试的方法称为静态方法;需要系统时时传送相应数据,并通过相应程序检测系统是否达到用户的期望值,是否存在运行逻辑上的问题和算法上的缺陷等的测试方法称为动态方法。目前,静态测试方法应用较广的有静态排演法、软件检查法和软件审查法。随着软件测试方法的不断创新和完善,新兴的测试方法如静态自动分析、分析模型等方法不断得到应用;动态测试方法随着精细化测试进程的深入逐渐细分为单元测试方法、集成测试方法、系统测试方法。这些测试方法相较于静态测试方法,具有范围广、测试成功率高、内容覆盖面大、应用程度高等特点。如白盒测试、代码覆盖测试等。 2软件测试在软件工程中的作用分析 2.1软件工程项目需要软件测试进行全方位的辅助管理 所谓软件工程项目就是将用户的要求进行立项管理,通过建立项目组、研究用户的使用目标来确立项目目标,对目标现状进行系统研究与分析、总体目标细分阶段性目标以及规划项目总体方案等,将软件开发过程建立在项目管理过程中。在这一过程中,各阶段性成果都需要软件测试来校验其可行性,从而辅助软件工程项目步入更完善的项目管理中。首先,软件工程项目需要精细化项目管理和集中项目管理两者协调统一。因此,需要设立软件测试机构,能够对项目细分的各阶段、各模块进行软件测试。其次,项目组人员组成和责任落实要依照规章制度实施。要体现软件测试的重要性和实际意义,测试机构负责人为项目组组长的最佳人选。其组员为各项目负责人和其他测试人员组成。软件测试结果必须立即反馈到软件研发人员、程序员及系统分析人员等相关人员手中,以期促进其团结协作,将软件各部分呈现出的问题解决。最终满足用户的使用要求,实现软件设计的目标。可见,软件测试的辅助作用,对于软件工程项目的精细化管理、软件相关技术的综合管理等至关重要。 2.2软件工程项目实施反促软件测试发展 研发一个新的软件系统时,其核心内容包括目标确定、框架设计、分支设计和编码应用等,这些核心内容均需要软件测试来实现其统一性和兼容性。系统目标是软件测试的最终目的,软件测试需要围绕系统目标进行缺陷的发现和反馈,从而实现各阶段测试的统一性和完整性,从而促进系统的协调和完善。经过软件测试的系统,必须保证达到项目目标,且在长时间运行下无重大bug。从这一过程来看,软件测试是在软件工程项目实施中得以发展的。软件测试机构并不是真正意义上的独立,其“独立”仅是功能上的独立。实际上,在进行软件工程项目实施的整个过程中,无论是整体设计还是精细化管理,都需要软件测试参与其中,以测试角度对软件工程项目的设计和实施进行指导和辅助,从而纠正一些设计上的错误和细节上的缺陷。这种参与的直接性促进软件测试必须紧跟项目研发现状,才能提出及时有效的参考意见,促进项目顺利开发。软件编码规范是软件研发团队必须规范执行的,而这种规范的编码刚是软件测试机构的首要任务,制定规范要严肃,执行规范要严格,才能给用户呈现出高质量的软件产品。 2.3软件测试原则 软件测试的原则是在其测试的基本目的和要求下产生的,因此,在进行软件测试时,必须注意其原则性。(1)坚持用户使用目的,坚持项目总体目标和阶段性目标的实现原则;(2)测试“精细化”即细分分支、单元模块、阶段性成果、系统全面测试等随时进行;(3)测试时间要越早越好,频率越高越好;(4)测试中逻辑性检测和算法检测要注重;(5)测试要结合数据检测进行;(6)保证测试的严肃性;(7)测试坚持第三方进行原则;(8)不合理条件值都要进行测试;(9)测试过程、方法、用便、结果、完善等都要记录在案,便于故障定位和日常维护。 3自动化软件测试技术分析 随着智能化技术和自动化技术的不断深入应用,在软件测试中,自动化软件测试技术得到创新和发展,并在软件开发中应用得越来越广泛。所以,人们将各种自动测试的效果进行评估,将成功案例进行相似引用,来判断检测的可行性。最初的自动化测试具有较严格的针对性,运用特定的测试原则和测试方法,将统计指标运用其中,从而得到测试结果,并对其进行全面评估,从而得出自动化测试的严密性。随着自动化测试的不断深入推进和创新,其测试准则和自动测试技术越来越成熟,逐渐过渡到自动测试模型化阶段。逐渐形成自动测试的等级制度,使得自动软件测试技术成为测试控制能力高低优劣的一个重要判断依据。 4结语 总之,软件测试已经发展成为软件工程中一个必不可少的重要组成部分,软件测试不仅能够对软件的质量进行一个系统的评价,而且是目前确保软件质量的主要途径之一。并实现软件产品整体质量与企业经济效益的整体提高,进而提升软件企业的核心竞争力。。 作者:栾新亮 单位:鄂尔多斯市特种设备检验所 软件测试论文:嵌入式软件测试环境研究 1嵌入式软件的特点 嵌入式系统的应用软件是实现嵌入式系统功能的关键,其主要特点如下: 1.1软件开发环境和运行环境不同 嵌入式系统软件的开发通常采用交叉编译方式,即软件的开发在通用计算机上进行,而软件的运行环境却是在嵌入式专用设备上。开发环境被认为是主机平台,运行环境为目标平台,相应的测试被称为主机测试和交叉测试。 1.2缺乏可视性 嵌入式软件缺乏可视性主要表现在两个方面:(1)数据的可视性方面:嵌入式系统通常没有显示设备和存储设备,只有在线实时观测或是将数据传输到主机上才能进行结果分析;(2)编程的可视性方面:由于嵌入式软件的开发环境和运行环境不同,在进行开发时,一方面不能实时观察程序的运行效果,另一方面程序在仿真环境和目标设备中的运行效果可能存在差异。 1.3实时性要求较高 多任务嵌入式系统中,对重要性各不相同的任务进行统筹兼顾的合理调度是保证每项任务及时执行的关键,单纯通过提高处理器速度是无法完成和提高效率的,这种任务调度只能由优化编写的系统软件来完成,因此实时性是系统软件的基本要求。 1.4软硬件紧密结合 在嵌入式系统软硬件体系结构内部,各层次、模块之间的耦合度比通用计算机更强,这是嵌入式系统要求高效的结果,而通用计算机出于可扩展等要求更强调系统的模块化、层次化和标准化。 2嵌入式软件仿真测试环境 嵌入式软件测试不同于传统的通用软件测试,由于其嵌入性、实时性、反应性、专用性等特点,它比一般的通用软件测试更加困难。因此,根据不同测试阶段的需求,建立恰当的测试环境是避免嵌入式软件测试瓶颈、提高测试效率、保证测试质量的唯一出路。由于嵌入式系统通常采用软硬件并行开发的方式,在进行软件设计与测试时,真实目标设备常常不能及时提供,而且对于单片机、DSP这些深嵌入式系统来说,数据的显示采集、测试用例输入等都需要专门的软件来实现,因此在进行嵌入式软件测试前,必须首先建立嵌入式软件仿真测试环境。嵌入式软件是软硬件耦合系统,把软硬件分离开来,建立嵌入式软件独立的运行环境是建立嵌入式软件仿真测试环境的关键。一个完整的嵌入式系统包括处理器、I/O接口以及各种外部设备,在建立嵌入式软件仿真测试环境时,需要考虑软硬件的分离原则,即哪些采用真实硬件设备,哪些需要用软件仿真实现,哪些需要用硬件仿真实现,不同的嵌入式系统以及软件测试阶段,需要建立的仿真测试环境也不相同。 3嵌入式软件仿真测试环境分类 根据运行环境和实际环境的差异,嵌入式软件仿真测试环境可分为全数字仿真测试环境、半物理仿真测试环境和全物理仿真测试环境。 3.1全数字仿真测试环境 全数字仿真测试环境是指仿真嵌入式系统硬件及外围环境的一套软件系统。全数字仿真环境是通过CPU、控制芯片、I/O、中断、时钟等仿真器的组合在宿主机上构造嵌入式软件运行所必需的硬件环境,为嵌入式软件的运行提供一个精确的数字化硬件环境模型。 3.2半实物仿真测试环境 半实物仿真测试环境是利用仿真模型来仿真被测系统的外围系统,而被测系统采用真实的系统。测试环境模拟被测软件运行所需的真实环境的输入和输出,并且能够组织被测软件的输入来驱动被测软件运行,同时接收被测软件的输出结果。外部仿真设备:为目标机提供激励信号输入,接收并处理目标机输出数据,保证软件的连续、不间断运行,实现自动化测试;可以采用软件仿真或硬件仿真(ADS2等)。并不是所有的外设都采用仿真实现,可以随着项目的进展以及根据外设的复杂性,有选择性的加入真实外部设备。 3.3全实物仿真测试环境 在全实物仿真测试环境中,被测软件处在完全真实的运行环境中,直接将整个系统和其外围的物理设备建立真实的连接,形成闭环进行测试。全物理仿真测试环境是基于真实目标机的系统测试,是对整个嵌入式系统软硬件的综合测试,只有在系统研制的后期,所有硬件研制工作都已完成后才能进行。 4嵌入式软件仿真测试环境的构建方法 根据嵌入式软件及测试环境的特点,不同测试阶段的测试环境搭建方法如下: 4.1单元测试 单元测试是针对软件设计最小单位模块而进行的内部测试。由于目标机环境资源少、实现难度大,因此嵌入式软件的单元测试主要采用白盒测试的方法,一般在宿主机上,利用集成开发环境或测试工具(Clockwork、TestBed、Cantata++等)的全数字仿真模拟器来进行,找出单元编码时产生的错误以及与软件需求设计的偏差。在极特殊情况下,也可以在目标机上进行,利用单元测试中的驱动模块和桩模块进行。 4.2集成测试 集成测试是把经过单元测试的模块按软件的结构组合在一起作为一个软件部件或部件集来进行的综合测试。嵌入式软件的集成测试可在宿主机环境上利用Clockwork、TestBed、Cantata++等测试工具来完成,也可在目标机上搭建仿真测试环境来完成,具体依赖于软硬件耦合程度和集成级别。 4.3软硬件集成测试 软硬件集成测试主要是在软件集成测试完成后,形成独立的配置项,加载到相应的硬件平台上测试其运行情况,以确定软硬件能够正确协调工作,实现软件需求规定的功能、性能等要求。软硬件集成测试必须在目标机环境下进行,交联设备可以采用仿真模型替代。可以利用半实物仿真测试工具搭建测试环境来进行确认测试,比如:ADS-2、dSPACE等。 4.4系统测试 系统测试是将被测软件和硬件资源都综合起来构成完整的应用系统进行测试,确保整个系统达到研制任务书的要求。嵌入式软件的系统测试对测试环境有严格的要求,必须在真实目标机环境下进行,包括运行平台、交联设备都要是真实的,目的是要确保嵌入式软件能够在最终的真实硬件环境下正确运行。 5结束语 嵌入式系统在人类生活中发挥着重要的作用,软件所占的比重越来越大,也越来越复杂,保证嵌入式软件的可靠性正面临严峻的挑战。由于嵌入式系统的实时性和嵌入式特性,使得嵌入式软件的测试也面临一些特殊的问题。根据嵌入式软件设计过程中不同阶段的测试需求,建立合适的测试环境,才能提高嵌入式软件的测试效率,保证软件设计工作的顺利进行。另外,虽然日前已经有一些针对嵌入式软件的测试和调试工具,但是在有些方面仍存在不足,需要进一步对嵌入式软件的测试环境和测试技术进行研究,完善和研制更先进的测试工具。 作者:于慧媛 单位:中国人民解放军91413部队 软件测试论文:软件测试在软件开发过程中的应用研究 1软件测试对于软件开发工作的重要意义 软件测试是软件开发中不可缺失的工作内容,通过有效的软件测试步骤,能够帮助软件开发工程人员减轻工作负担,在很大程度上提升了软件的实用性能。因为电子软件的生产过程极为复杂,在开发的过程中需要经历许多环节,每个环节的数据要求都极为严格,很有可能因为极小的差异造成软件应用的失误。软件测试就是为了实现对于软件开发后的使用作出初步的评估,保证下一个生产环节能够正常执行,也为了确认软件的使用具有质量保证。软件的测试能够涉及整个软件设计、开发,以及未来升级的过程。首先,能够帮助软件开发商确认软件的使用质量。其次,还能够为工程师提供有效的信息反馈,帮助工程师进行软件系统操作的风险预警评估。还有,就是实现为未来软件系统升级奠定基础,能够保证软件在未来的开发计划中添加有效的性能价值[1]。软件测试的工作具有相当高的行业地位,能够帮助工程师和开发商尽早发现问题,并且给予充足的时间去解决问题,进而提升了大众对软件的使用效果,满足了推动科学技术进步的时代要求。 2软件测试的具体步骤和方法 2.1软件测试的对象 软件测试的对象主要是针对于软件使用过程中出现的逻辑操作,其中包含软件的使用规则,还有在软件应用中的程序设定是否满足人们的应用习惯,还要考虑到软件开发的初期设计是否能够满足社会大众的需求,能够实现广泛的普及,并且获得大众的喜爱。因为软件测试与其他方式的应用测试不同,软件的测试需要遍布整个软件的设计完成过程,要求软件能够实现具体使用的功能性。 2.2软件测试的种类 软件的测试工作也分成两种形式,一种是静态的检测试验,另外一种是动态的检测试验[2]。首先进行静态种类的具体划分解释,其中的工作内容具体实施不必要展开软件的运行功能,只要进行人力的代码查询工作审核就可以了。这期间可以对整个软件的设计脚本进行分析,得到房中数据的编码,保证在网络中展开的数据时正确有效的。与此同时能够展开对软件编程的评估,其中的数据值都在控制范围内,不能超过最低的数值要求。编写数据程序的人员在结束初始工作后还要展开对程序的审查,其中的大部分工作内容需要依靠合作完成。专业的人员通过技术手段结束数据的参考值评估,要求在人工审查的途径中实现数据的核对工作。总结的角度来评定静态测试的作用,就是通过人工和数据参考工具实现对编程的审核。另外一种就是动态的测试种类,这种方式需要进行软件的启动,在运行的过程中通过既定的数据进行测试评估。按照专业的白盒与黑盒方式进行测试实验,达到动态测评的目的。白盒的功能就是测试软件的逻辑性,能够满足人们使用的正常运作,黑盒则更倾向与想软件的使用功能,以及软件的数据管理进行测试。白盒与黑盒的测试功能满足了对于软件测试的基本要求,实现了为软件后续开发提供数据的重要任务。 2.3软件测试的方法步骤 将软件的测试方法进行归纳和综合,发现主要的测试方法来源于对于测试种类的需求。将白盒和黑盒的测试程序运用到软件的测试中去,实现人工和技术的双层数据收集,实现对于软件的数据编程、应用操作,以及未来升级的发展需求都进行监管。由白盒协助人工进行数据的整理,达成数据外接的基础使用。再由黑盒的运行操作达成对于内置程序、数据的检测和观察,保证软件进入正式使用中的功能性。软件测试的整体步骤,都由数据的支持进行操作,具体的步骤首先是进行功能性检验,然后将外因排除后执行内因运行,之后找寻可能导致程序出现问题的原因,最后结合参数的运算和总结,达成软件测试的目的[3]。 3软件测试在软件开发过程中的应用实施 软件的开发是一个十分复杂的过程,为了成功的实现软件的应用和升级,就需要工程师进行严密的设计、开发,以及研制,最后成就的科学技术产品。因为人们日益增长的科学需求,完美的软件必须还要经过不断的推敲和升级。 (1)软件测试的应用主要考察软件的实用性和需求。软件的创作和制造都是为了满足人们生活的需求,在开发的过程中要考虑产品的功能性,还要考虑开发商的开发成本是否能够支持整个软件的制作完成。 (2)软件的整体设计是否合理,需要通过软件测试得到论证。工程师进行软件的数据编写,是为了满足人们的生活需要,各项开发和功能的深入研究都是为了实现软件的实用性。软件的测试能够检测出软件开发中的问题,进行及时的补救工作实施,尽量做到不浪费开发成本的目的。 (3)要求在软件测试应用实际作用于软件的后期拓展。无论是学习软件还是工作软件,甚至于游戏软件,都必须要满足未来的发展和升级要求,实现能够无限开发和研制的目的,保证软件具有创新性。软件测试很大程度上也是为了找寻软件的功能延续性,促进软件的再开发和再创造。 (4)软件的测试需要应用到软件的最终检测和维护环节中去。每款软件开发后都应该得到检测,只有质量能够达到标准才能保证软件的出售。再者就是应用到软件出售后的软件维护,保证软件高质量运行[4]。 4结语 在信息技术不断摸索前进的过程中,软件的应用托陈出新不断进步,实现了人们生活、工作,以及学习的全面提速。为了保证软件在人们生活中的使用质量,以及适用程度,进行软件开发前期的软件测试是必须严格执行的工作步骤。 作者:丁旻昊 单位:中国特种飞行器研究所 软件测试论文:软件测试实验教学设计论文 软件测试是保证软件质量的重要手段之一。目前社会上对软件测试人才需求非常旺盛,据报道其人才缺口高达30万人[1],高校学生毕业后直接从事软件测试工作的占据了软件测试行业从业人员的48%[2],许多高校都开设了软件测试课程,如苏州大学[3],北京工业大学[4]等,以培养相应的软件测试人才。我校计算机科学与技术专业2008版教学设计中新增了软件测评课程,含理论课28学时及实验课8学时,于2011年首次在大四上学期开设。软件测试主要是一门技能型课程[5],其理论性相对较弱,且和软件工程概论课存在较多内容的重复。吸取了首次授课时重理论轻实践的教训,我们将软件测试课程的目标定位为在一定理论基础的指导下使学生熟练掌握软件测试的技能,因此2012年第二次授课时将理论课减少为24学时,实验课增加到12学时。借鉴同济大学朱少民教授[6-7]的经验,实验课着重讲述一些常用开源软件测试工具的使用,包括功能测试工具Selenium和AutoIT,单元测试工具Junit,代码覆盖工具Emma以及性能测试工具Jmeter等。Jmeter是Apache组织开发的一个用于压力测试和性能测试的纯Java桌面工具,可用于对服务器、网络或对象等模拟繁重的负载来测试它们的强度或分析不同压力类型下的整体性能[8]。性能测试是保证应用程序后能够稳定可靠运行的必要手段之一。以我们为某机场开发的战略规划管理系统为例,由于前未进行全面的性能测试,客户使用一段时间后经常反映系统响应速度慢。利用Jmeter对主要模块进行了性能测试,结合测试结果对数据库进行了优化,此后客户再也没有反映过响应速度慢的问题。本着科研服务于教学的宗旨,以该系统为原型,完善了基于Jmeter的性能测试及数据库优化实验教学设计。 1Web应用程序性能测试实验 这部分实验目的是使学生熟练掌握使用Jmeter测试Web应用程序的一般流程和方法。实验任务测试绩效考核子系统中的评分模块。评分人登录系统后进入评分环节,选择其未完成的评分项目(若有多个未评分项,则需要全部对其评分)。每个评分项中包含对多个部门的评分,部门数大于等于3个时需符合正态分布,如可评出优秀3个、良好6个、合格4个、基本合格2个,否则可任意评分。按照循序渐进的原则,设计了3个步骤:一是Jmeter的基本应用,包括脚本录制、添加http请求、添加断言以及查看测试结果等;二是Jmeter的逻辑控制结构,如分支和循环等;三是Jmeter的高级应用,如参数值可变以及参数个数可变等。 1.1Jmeter的基本应用 Jmeter可以手工添加脚本,但更方便的是使用脚本录制软件Badboy[9]。Badboy录制的脚本可以保存为Jmeter格式,然后在Jmeter中直接打开和修改。脚本主要是一系列的http请求,其中可以设置请求的URL,请求方法(get/post)及请求参数等,如图1所示。通过添加断言(如是否含有特定字符串)检查请求是否返回正确结果。添加查看结果树并运行测试脚本查看程序的测试结果。 1.2Jmeter的控制结构 Jmeter具有丰富的逻辑控制结构,包括控制器,switch控制器,while控制器以及forEach控制器等。实验重点练习控制器和forEach控制器。控制器判断Jmeter变量是否满足给定条件,若满足则执行其包含的测试元素,否则不执行。ForEach控制器对Jmeter变量的每一个取值都执行一遍其包含的测试元素。图2是一个控制器,其条件为变量COUNT小于10且变量VAR等于字符串“abcd”。图2Jmeter的控制器图Jmeter的变量引用使用${变量名}的方式,变量一般提取自返回页面中的某些信息,如满足特定条件记录的行数或某个特定位置的字符串取值等。变量提取可采用正则表达式或Xpath进行匹配,讲解其匹配原则并现场演示。图3利用正则表达式提取需评选优秀的单位个数,其中引用名称youxiu就是变量名。匹配失败则取设置的缺省值0。如对于页面中返回的html代码“…您当前可以评出优秀<spanid="ltYSMsg">3</span>个…”可提取出优秀个数为3。 1.3Jmeter的高级应用 本部分着重解决实际测试过程中的一些常见问题,如参数内容可变及参数个数可变等。测试登录环节时需模拟不同的用户登录行为,即图1的http请求中txtUserName一项的值应是变化的。Jmeter提供的CSVDataSetConfig可解决这一问题,如图4所示。将所有评分人的信息存储在一个CSV文件中,把其中的列名填入VariableNames项,之后将图1中的txtUserName值改为userAccount(即CSV文件的第1列)实现参数值的动态变化。进入评分项后需根据情况选择优秀和良好等的个数,且要反映在http请求的参数中。由于参评单位的个数因评分人和评分项各异,因此无法在GUI界面中一一添加。需动态添加的参数包括评分列表中的name及其value,value的取值从优秀到基本合格依次为1234。为简单起见,我们按顺序对单位进行评分。如系统要求评出3个优秀,则测试中前3个部门打优秀,其余依次类推。由于同一部门的优秀良好等单选按钮的name值相同(如图5所示),我们选择提取该组唯一的ID号,然后将其转换为name,其对应关系是用$代替下划线(如ID号为gbBSCExamList_ctl02_rbExamerLevel,name为gbBSCExamList$ctl02$rbExamerLevel)。Jmeter的Beanshellpreprocessor可在提交http请求前动态调整参数个数及参数值。下面给出了Beanshellpreprocessor的代码。其中ExamerLevel_matchNr为Jmeter的系统变量,提供了正则表达式匹配项ExamerLevel匹配成功的个数(即参评单位的个数)。如前所述匹配数量小于3时可任意评分,为简单起见我们均将其评为优秀。N=Integer.parseInt(vars.get("ExamerLevel_match-Nr"));(N>=3){YX=Integer.parseInt(vars.get("youxiu"));LH=Integer.parseInt(vars.get("lianghao"))+YX;HG=Integer.parseInt(vars.get("hege"))+LH;BHG=Integer.parseInt(vars.get("jibenhege"))+HG;for(i=1;i<=N;i++){item=vars.get("ExamerLevel_"+i);item=item.replace("_","$");(i<=YX){sampler.addArgument(item,"1");}else(i<=LH){sampler.addArgument(item,"2");}else(i<=HG){sampler.addArgument(item,"3");}else(i<=BHG){sampler.addArgument(item,"4");}}}else{for(i=1;i<=N;i++){item=vars.get("ExamerLevel_"+i);item=item.replace("_","$");sampler.addArgument(item,"1");}}设计了含35个并发线程的线程组,模拟实际35个评分人的评分过程。全部线程在1秒钟之内启动,比实际情况更严格。得到聚合报告如图6所示,其中点击考核评分页面响应时间最长,为335毫秒。且测试过程中无错误发生,说明系统评分模块可靠。 2数据库性能优化实验 除应用程序外,数据库设计的优劣亦影响系统性能。这部分实验目的是使学生熟练掌握使用SQLServer测试数据库性能的一般流程和方法,并进行简单的数据库调优。为减少复杂性,设计一个简单的由三张表组成的人员组织结构数据库:user、or-gan及userorgan表。其中user表含4586条记录,or-gan表含1722条记录,userorgan表含6804条记录(一人可在多部门任职)。实验任务根据账号查询其姓名及所在单位信息。 2.1SQL语句执行计划对应用程序中频繁执行的SQL语句检查执行计划非常重要。初始时,三张表均未建立任何索引,下面SQL语句的执行计划如图7所示。由图7知,三张表均采用全表扫描的方式。对大表全表扫描可能涉及多次磁盘I/O,非常费时,应尽力避免此种情况。SQLServer报告由于缺少索引影响了查询性能,并给出了相关建议。selectA.vcAccount,A.vcName,C.vcNamefromtest.dbo.[user]Ainnerjointest.dbo.[useror-gan]BonA.vcAccount=B.cnvcempidinnerjointest.dbo.organConB.cnvcorgid=C.nNodeIDwhereA.vcAccount='testuser'为表格建立以下索引:indexIND_USERACCOUNTontest.dbo.[user](vcAccount)clusteredindexPK_ORGANontest.dbo.[organ](nNodeID)indexIND_USERORGANontest.dbo.[userorgan](cnvcempid,cnvcorgid)再次运行后显示执行计划如图8所示。可见所有表扫描均已替换为相应的索引查找,且SQLServ-er未报告缺少索引影响查询性能。两次执行查询的磁盘I/O和CPU时间见表1,可见为表添加正确的索引可提高查询性能。 2.2索引建立原则总结 建立索引的一般满足原则如下[10](篇幅所限,未给出实例):(1)为主键所在的列创建索引。为经常进行连接但未指定为外键的字段建立索引。(2)在频繁进行排序或分组的字段上建立索引。(3)在条件表达式中经常用到的不同值较多的字段上建立索引,在不同值较少的字段上不建立索引,如性别字段。不在查询很少引用的列上创建索引。(4)若经常同时使用多个字段排序,可在这些字段上建立复合索引。要尽量使关键查询形成索引覆盖,其前导字段一定是使用最频繁的字段。(5)查看索引并删除不使用的索引。需频繁进行数据查入操作的数据库应有较少的索引,需频繁进行读取操作的数据库应有更多的索引。(6)在聚集索引中,避免包括不必要的列,尽可能使用较小的数据类型。(7)在支持排序和范围查询的字段上考虑使用聚集索引。(8)具有高选择性的列是索引的好候选列,具有高密度的列是索引最糟糕的候选列。 3结语 软件测试是保证软件质量的关键步骤。在软件正式前一般都需要经过性能测试,以保证软件在一定负荷下的平稳可靠运行。Jmeter是一款优秀的开源性能测试工具,可测试繁重负载下的系统表现。软件性能表现还取决于数据库设计的优劣,建立适当的索引可减轻数据库查询和处理负担,进而提高系统处理能力。通过本教学设计实验学生普遍反映认识到了性能测试的重要性,了解了执行计划在数据库性能优化中的作用。 作者:张志远冯兴杰单位:中国民航大学 软件测试论文:软件测试与软件开发探究 摘要: 在IT行业,人们对于软件开发与测试关系的研究热度不减;同时软件的开发与测试,也一直是软件项目团队的中坚力量,要想保证软件开发产品的质量,就要有测试人员对于质量进行验证,所以测试人员也相当于质检人员,但是两者之间的关系还有更加深入的关系,对此本文就软件测试与软件开发关系展开分析,希望对于软件设计水平的提升,起到积极促进的作用。 关键词: 软件测试;软件开发;关系 0前言 软件开发是一个系统性的过程,包括概念阶段、计划阶段、开发阶段等,而软件开发工程与软件测试工程师分别对应着软件产品生命周期的开发与验证阶段。表面看似两者是一个上下游的关系,但是不同工程师所占的立场不同们对于软件的认识也呈现差异化,对此需要工程师共同讨论等,继而确定最佳的产品方案。 1概念分析 软件开发与软件测试是软件工程的重要阶段,前者是在客户需求的基础上进行软件系统制造的过程,也包括系统设计、编码程序等内容。而后者主要是将前者各个阶段,存在的漏洞等利用测试用例找出,是对于软件需求等的最终审核,也是对于产品的质检。 2工作内容 2.1开发人员 其工作内容主要体现在以下几点;第一、加强软件需求分析,明确软件开发方向。第二、编写软件详细设计文档,包括程序流程、函数等内容;还包括单元、集成测试等文档的编写。另外只有审核完写好的文档后,才能进行代码的编写。第三、代码编写是非常重要的,直接关系着软件程序的功能发挥;而软件开发不仅仅就是写代码,还包括很多其他的内容。第四、程序编码结束后,需要由开发工程师,对其进行系统自测,保证程序正确编写;自测合格后,以及文档编写好后,一并交给软件测试人员进行检测。 2.2测试人员 第一、通过对于软件需求说明书的审核,明确软件功能开发方向。第二、积极建立测试环境,也就是指软件运行的条件,包括软硬件设施的设置等。对于软件实际工作环境的模拟,也是测试环境构建的主要内容,继而保证软件的实际应用不会出现问题,对此可见测试环节还原现场环境的重要性。第三、将配套软件进行运行,检查其是否存在缺陷、功能是否充分的发挥,对于检查出来的问题,组织相关的工程师进行软件问题的修正工作。第四、协助并指导工作人员安装软件程序。 3关系 软件开发和软件测试主要的工作目标在于用户需求的实现,保证交付软件的质量,开发与测试并存,首先由开发人员进行软件实现,然后由测试人员找出软件中存在的程序问题,最后提交开发修复,两者之间是相互合作、相互影响的关系,继而除去软件开发中的的程序问题,保证软件的高品质。两者的工作交集,在于软件缺陷,但是软件开发工程师、软件测试工程师,工作岗位不同、对于软件的看法不同,对此难免会存在意见分歧,所以测试工程师加强与软件开发师之间的关系处理尤为重要,继而更好的形成向心力,保证软件开发的高效性和该品质性。好的软件开发,不仅仅要狠抓软件开发与软件测试两个环节,更要注重产品开发的全过程;另外更不能倾向于某个环节,而要让软件开发和测试都要硬,从而更好的保证后续工作的顺利进行。 4关系处理办法 4.1尊重开发成果 测试人员的综合素养、综合技能等,直接影响着软件开发的进度与质量等,为了更好地处理测试与开发之间的关系,测试人员要抱有一定岗位职责、职业素质,本着公平、公正的心理尊重软件开发环节的工作成果;软件开发会可能会存在一系列的隐藏程序漏洞等,这都是非常正常的,而测试工程师的主要职责就是找出这些漏洞,提高开发进行修正,从而另一个角度来说也是在帮助开发工程师成长;但是实际上,部分的测试人员在检查开发提交的测试软件时,会因为发现问题而出现一系列消极的情绪,对于软件开发工程师进行谩骂侮辱等,不仅降低了软件开发工程师的工作积极性,也影响了两个工作层面的关系,最终延长了软件交付的日期,以及软件的质量。开发工程工作内容繁琐且任务重,不可能全面顾及,导致程序开发存在一定的问题,而测试人员作为软件品质完善的关键,要在尊重软件开发作品的同时,积极的进行漏洞检查,实现良好的团队协作氛围。 4.2缺陷技巧的提交 由于软件开发与软件测试工作埃的交集就是程序缺陷,对此测试人员就要做到以下几点,继而保证缺陷技巧的有效提交,保证软件开发人员的更好接受。 4.2.1换位思考测试 人员在接受软件开发提交的作品时,首要的就是了解软件开发工程师对于测试结果的关注内容、范围以及关键点等;一般软件开发人员对于测试结果最注重的就是软件逻辑、数据流转等方面的内容,对此测试人员就要合理的采用测试技巧,有效的调整程序漏洞的提交方案。软件测试也是一个复杂且繁琐的过程,首先测试工程师要按照指定的测试流程,对软件作品进行系统逻辑的测试,找出影响系统正常运转的错误逻辑问题,将其第一时间反馈给开发工程师;测试环节接触到的其他问题,但并不是影响系统逻辑的漏洞点,按照漏洞提交顺序进行依次提交更容易被开发工程师所接受。 4.2.2漏洞描述要精准 测试人员的测试结果,是开发人员漏洞改进的关键,一个精准的的Bug描述,对于开发人员来说帮助性是非常大的,能够帮助开发人员更加精准的进行漏洞定位。这就要求测试人员在进行Bug描述时,要注重语言的干练简明,语气要肯定,避免使用好像、不确定等词汇,继而模糊开发人员的工作思路。其次描述的内容要突出重点,忌讳全面开花。最后根据以往的经验,给软件开发人员提出一系列的建议,像可能会出现漏洞的部位等,继而实现软件的高品质。 4.2.3注重普遍问题的提交 软件开发人员一般工作都非常的忙碌,而重复漏洞或是无效漏洞的提交,会大大的影响其工作的心情、工作量与工作进度等,对此测试人员在测试系统漏洞时,要养成Bug分析的好习惯,分清其问题的独立性还是普遍性,若是普遍问题可以提交一个。这就要求测试时人员要加强对于软件系统的熟练度,包括业务要求、操作以及使用等,当测试人员也不确定漏洞是否存在时,可以与其他测试人员进行沟通,或是与开发工程师进行沟通,继而精准定位程序漏洞。 4.2.4加强有效沟通 考虑到测试人员与开发人员之间的矛盾问题,主要的原因在于缺乏沟通或是交流无效,对此首先测试热源就要占到用户的角度上,正确的表达出自己的想法,让开发人员也占到用户的角度进行讨论。其次由于两者工作理念不同,对此难免会存在争议,对此测试人员保持自己观点,可在下个版本中完善。最后加强两者之间的沟通,明确对方的工作想法,保证系统认知的更加深入、全面,并灵活的运用测试手段,从而更好的保证软件高品质。 5总结 综上所述,通过对于软件测试与软件开发关系的分析,发现作为软件产品全生命周期的关键环节,更要加强沟通合作,提升企业研发的凝聚力,做到就事论事奔着相同目标共同努力,从而更好的保证软件产品的进度和质量。 作者:侯中原 单位:商丘医学高等专科学校 软件测试论文:计算机软件测试技术及开发应用 [摘要] 随着我国计算机网络的不断普及和发展,无论是人们的日常生活还是工作,甚至是休闲娱乐,都离不开互联网的支持,可以说,计算机软件已经受到越来越多人的应用,并且逐步成为了影响人们生活的重要技术。随着人们对计算机应用软件需求量的不断增加,计算机应用软件的开发也越来越频繁,因此,要对其开发流程以及开发需求进行深入的分析。文章将对计算机软件测试技术与开发应用进行了研究。 [关键词] 计算机软件;测试技术;开发应用;相关研究 计算机软件测试技术对于软件开发而言具有重要的作用,能充分保障软件的精确性,为软件开发工作带来安全保证。笔者将从计算机软件开发的重要性、计算机软件开发流程、计算机软件测试技术在软件开发中的有效应用,三个部分进行阐述。 1分析计算机软件开发的重要性 相对于应用软件而言,计算机仅仅只是作为一种辅助工具,计算机之所以能够帮助人们有效地解决这类问题,促进社会迅猛发展,最重要的就是计算机内的软件应用,可见,软件的开发极为重要。随着国家经济体系的不断改革,各行各业已经逐步面向现代化发展,互联网的普及无疑为人们的发展奠定了结实的基础,也给应用软件的进一步研究开发提供强有力的保障,计算机软件的应用已经在人们的生活中得以普及,而人们的日常生活也已经离不开网络的支持。计算机软件的应用不断丰富了人们的日常生活,使人们更加重视精神的自我培养,此外,计算机网络也在不断推动着人们前进。 2计算机软件开发流程 2.1分析开发需求和设计概要 在开发计算机软件之前,对其进行需求分析是开发应用软件的首要环节,亦是最重要的环节之一。软件开发需求分析质量,会直接对应用软件开发造成影响,一般情况下研究人员要根据软件需求内容,对软件的概要进行设计,并且结合软件的功能需求情况设计出软件程序流程图,若是利用类似于C语言等的高级语言实施程序编写,还应当根据软件模块设计各模块的应用功能。概要设计为软件的开发提供了程序框架,后续的开发工作都是在这个框架基础上进行操作,可见这个框架不但能够决定计算机软件程序功能,而且还能对软件运行的效率产生一定的影响。在基于软件程序具体的开发过程中,想要实现其特定功能,可选择多个语句或者逻辑关系等来实现,但不同的逻辑关系与语句也会从一定程度上影响软件。软件开发及其需求越来越复杂,如何编写简洁而又不会存在漏洞的应用程序,已经成为了各软件开发人员最终的目标,因此,在实际研究过程当中,研究人员要十分重视概要设计环节的工作,并且保持思路清晰,设计完程序流程图之后要进行全方位的审核,不断简化软件的逻辑关系,最终实现科学合理的软件逻辑关系。 2.2详细的编码与设计 紧跟需求分析和概要设计后的一个环节就是进行程序的具体编写工作。在编写程序的过程当中,首先应当选择计算机语言,经过长时间的发展,高级计算机语言出现提高了软件的开发效率。人们按照开发软件的实际需求,有针对性地研究了很多种类的计算机语言,例如:如常见有JAVA、C语言等,到了现在出现了VF与VB等可视化的编程软件,这类软件的研发使研究人员即便没有专业知识也可完成简单的软件开发。此外,在实际编码前,研究人员应进行详细设计,在已设计的框架上,按特定的逻辑关系将软件所需实现的一些功能进行设计,根据详细设计流程进行编码。目前,计算机软件设计使用最多的是C语言,这种语言的模块形式较为简单、语句便于理解,所以非常适合在开发、维护软件过程中运用,受到研发人员的青睐。 3计算机软件测试技术在软件开发中的有效应用 软件程序的编写完成之后,研发人员还要对其实施相应测试,监测这款软件的应用效果以及功能等是否能够达到预期效果,一般情况下,测试软件的方法就是随机输入一些数据到计算机中,然后再看结果是否达到要求,为了能够确保软件功能的精准性,常常会选择几组随机数据配合一些特殊参数进行检测。如果检测出来的结果和软件功能相符合,那么则说明通过测试,反之,则不符合。近几年以来,计算机的软件开发技术得到迅猛发展,研究人员也开发了一些专门针对软件测试的程序,但是由于受到技术水平因素的影响,使用测试软件受到一定的局限,比如:一个测试软件只能对一种软件实施检测,并且测试结果只能当作参考,测试结果的准确率还需要提升,但是不管怎样,测试软件的研发就足以标志着计算机软件程序的未来发展方向。新开发软件通过检测以后,需要交予需求方进行使用,为了保证软件能满足人们的实际使用需求,使用方也会进行验收,软件验收方要求极为严格,但是验收方式基本和测试方法相似,同样采取输入参数来进行验收,因此,就增加了不必要的验收程序。研发人员还应当继续研究,争取研发出更多的测试软件,使软件的测试结果更加精确。软件测试技术作为软件开发过程中最为重要的组成部分,该技术主要目的是为了将软件产品中存在的问题及时找出,并将测试报告交给软件开发人员予以修改。可见,在软件开发工作中,软件检测技术的应用是不可缺少的环节。 4结语 总而言之,计算机网络技术已经在人们的生活中得以广泛应用,而软件就是应用计算机的关键,随着人们各类需求不断增加,开发计算机软件已经成为了研究人员的日常工作,在具体的软件研究过程中,软件测试技术的使用是必不可少的,因此软件开发人员还应切实做好相关工作,解决软件开发所面临的困境,不断提升自己的开发水平,对软件开发工作进行深入研究,促进软件事业的持续发展。 作者:高俊 邹金萍 单位:江西生物科技职业学院 软件测试论文:人才培养的软件测试课程改革 摘要: 本文针对软件测试课程的教育现状,结合软件测试的课程特点和培养目标,从面向应用型人才的培养方式出发,提出了以案例式教学为主导,走教学产业化发展的软件测试改革方案。 关键词: 软件测试;应用型人才;案例式教学;教学产业化 随着我国IT行业的发展,越来越多的企业意识到软件测试的重要性,因此软件测试人员成为当前IT业界亟需的热门人才。面对软件测试人员紧迫的需求形势,应用型人才培养单位应该扩大软件测试人员的人才培养规模,提高培养质量。 一、《软件测试》课程教育现状 我国软件测试技术发展已有十余年,但IT市场对于测试人员仍然呈现出供不应求的势态。目前国内高校对软件工程专业几乎都会开设软件测试课程,甚至有些高校已经设置有软件测试专业。2011年11月,教育部主办了“2011年高等学校软件测试课程教学论坛”,对测试人才的培养及测试领域的全面发展起到了积极地推动作用[1]。高校系统化的专业教育体系为学生奠定了扎实而科学的学科基础,并对软件测试技术的理论化和系统化发展起到了不可替代的作用。利弊相依,传统的人才培养模式对软件测试课程设置和培养方案上还是会存在以下不足。 1.重理论轻实践在传统的软件测试课程设置中,大多采用教师在课堂上讲授理论知识,学生上机时完成实验操作的教学方式。实验的目的只是为了检查学生知识点的理解和掌握,实验题目大多比较陈旧,不能与时俱进地与当前的最新技术或最热门的应用相结合,使得学生的测试知识体系过于单薄。 2.重学生个体知识积累,轻团队协作能力培养团队协作在软件工程中的重要性无须多述。软件测试作为软件工程中重要一个环节,贯穿于整个软件生命周期,测试人员与系统分析员、软件设计师、程序员、维护人员之间的沟通必不可少,良好的团队协作才能有助于项目的进行,有助于高效、正确地开发出高质量的软件产品。传统的教学模式中,很少引入分组协作的环节去锻炼学生的沟通和交流能力,更不能设计出测试人员和开发人员的沟通场景,不能满足学生在项目中去加深理解、巩固提高的需求。 3.重即有知识,轻科学创新一直以来,软件测试课程在高校的课程体系中受到重视并不多,课程结束后并没有延续测试知识的后续课程。因此,学生不能在后面的学习和实践中进行总结提升。知识在母体中是要经过消化、适应、转化、演进、创新、融合、活化,而后才称为组织的“行动知识”,现有的教学模式不能很好的产生知识发酵效果。 二、《软件测试》课程特点和培养目标 软件测试是一门应用型较强的学科,应注重理论联系实践。一个合格的软件评测师除了要掌握即有的测试理论和软件知识外,还必须具备对软件测试行业的深刻理解,必须具备对计算机专业知识,包括编程技能、数据库、网络、中间件等知识的系统掌握,必须具备沟通能力、团队协作精神。软件测试是为了尽可能多地发现并排除软件中潜藏的错误,最终把一个高质量的软件交给用户,这并不是一项简单的工作。要做好软件测试,测试人员不仅需要站在客户的角度思考问题,真正理解客户的需求,具备良好的分析能力和创造性思维能力,完成功能测试和界面测试,而且要能理解软件系统的实现原理和各种使用场景,具备扎实的技术功底,能使用测试工具完成相应的性能测试、安全性测试、兼容性测试和可靠性测试等更具挑战性的任务[2]。从这个角度看,一个优秀的测试工程师需要掌握更多的知识和技能。 三、《软件测试》课程教学改革方案 以上可以看出,当前高校对于测试课程的不重视,以及当前的软硬件设施及教学方法都不能满足对应用型测试技术人才的培养要求。为了适应软件产业发展对测试人才的迫切需要,实现软件人才培养的持续性发展,针对软件测试课程调整培养方案,展开深入的教学改革和实践活动十分迫切和必要。 1.加大师资力量,构建完善的软硬件测试平台教师素养的提高是软件测试教学改革得以顺利开展的前提。此前,国内对软件测试并不重视,致使国内软件测试人才短缺,大部分高校内虽然有计算机系,但多以重开发轻测试,测试教师的专业素质和数量都远远不够。因此,不仅要重视对教师测试专业技术的培训,提供更多的学习机会,也应该认真开展软件测试教学研究,构造专业的软件测试教学团队。作为一门实践性较高的课程,软件测试必须建议专门的、完备的实验教学体系和环境。目前,高校普遍缺乏软件测试的软、硬件环境,致使学生无法通过项目实践来深入理解和提高测试相关知识和技能。 2.运用案例教学,丰富软件测试项目实战案例在教学活动中,学生总是对最新、最流行的项目和案例感兴趣,陈旧的案例既不能满足当前市场上对测试人才的技术需求,又不能很好的激起学生的兴趣。运用案例教学最重要的环节就是丰富案例素材,保持案例的“鲜活性”与“生命力”。高校可以采用历年本科毕业设计中运用了流行的技术、难度适中、功能较为完整的应用作为软件测试课程的测试案例,不但可以保证素材的延续性,也使得学生毕业设计完成的质量有所提高。 3.加强校企合作,走教学产业化发展之路[3]企业需要人才,高校为企业输送人才,校园中学习的技能最终要接收用人单位的考验。所以与软件企业合作,建立对口的学生实训基地,是应用型人才培养的重要途径。软件测试技术的掌握与提高离不开项目实战,让学生在真正的软件工程过程中从事测试工作,不仅能使学生深刻体会到软件测试在整个项目中的作用,掌握测试方法和技巧,对于学生的沟通交流能力、团队协作能力都有积极的促进作用。 四、小结 软件测试是保障软件质量,验证软件可靠性的重要环节,其重要性不言而喻。重视软件测试应从企业用人的实际需求出发,高校应加强面向企业需求的软件测试改革,切实培养学生的动手操作能力,使学生掌握最新的测试方法和技巧,让企业需求促进和推动高校教学发展。 作者:于营 单位:三亚学院 软件测试论文:软件测试质量管理论文 1测试流程不合理 1.1测试设计重点偏离使用QC软件测试发现bug统计,如表1所示。根据表1工作量统计,25人/日为5个中级测试工程师一周的工作量,但是根据测试用例发现的bug数量仅占bug总量的44.18%,该比例显示测试用例的设计重点严重出现偏离。需要在测试用例设计的方向上进行调整。 1.2测试过程不可控QC软件测试计划中测试执行阶段为2013.3.8-2013.3.27,执行三轮测试;实际测试时间为2013.3.23-2013.4.20,执行测试三轮,计划完成时间严重偏离,表2为原计划与实际计划的对比。表2显示测试计划进行了较大调整,计划截止时间比原计划延迟23天。延迟原因经分析主要为开发提交测试时间延迟,开发提交版本问题较多,测试计划安排不合理,在两轮测试间为安排开发修改bug时间等。想要解决该问题,不仅需要对测试过程进行管理,同时也需要对开发提交的测试版本质量进行管理。 2软件质量管理改进对策 2.1需求工程管理软件开发过程中,需求不明确会带来需求的频繁变更,浪费了很多时间。针对此项问题,可对需求相关的活动进行统一管理,其需求管理结构图如图2所示。加强需求开发和需求管理的有机结合,不仅减少了需求的变更次数,还解决了工程师对需求不能理解到位的问题。需求开发和需求管理同样重要,只有两者互相配合才能做出用户满意的产品。 2.2立项管理为了使有限的资源发挥更高的价值,公司可通过立项管理流程进行立项管理,立项管理流程分为立项建议、立项评审和立项筹备三个阶段,其具体流程图3所示。 2.3测试流程管理针对测试流程中发现的问题,可对整体的测试流程做如下的改变:(1)测试部门可进行需求学习及需求讨论,对理解不清楚及有疑问的需求,由研发设计部门进行解答,研发设计部门不能解答的由其联系用户确认后作出解答;(2)需求确认后,针对系统功能和性能等指标,由测试工程师进行测试测用例的设计,设计从两个方面进行,一方面测试工程师根据需求进行测试用例的编写,另一方面测试工程师可根据用户反馈问题进行分析汇总;(3)使用QC功能测试工具对应用软件兼容性、操作系统兼容性进行测试,以便于使用测试工具完成多种环境下的功能和兼容性测试;(4)进行自由测试以便于对系统测试用例进行补充,分析测试用例未覆盖问题的原因;(5)定期分析缺陷库中的问题,分析问题产生的原因,进行测试用例的修改。 3结论 本文指出了软件质量管理过程中可能会引起软件质量问题的原因,对软件质量管理的相关问题进行了分析,归纳和总结,这些问题在软件开发人员中具有一定的普遍性。实践表明,通过对这些问题进行分类,开发人员可以清楚地知道在软件设计中容易出现的问题,能够及时采取相应的措施,推动软件质量的全面提高。 作者:翁婕丁铁乔扬单位:南京莱斯信息技术股份有限公司质量与技术管理部 软件测试论文:软件测试团队建设的软件工程论文 根据权威机构统计部门调查数据显示可知,在常用的软件开发项目环节中,软件测试工作大约能够占到软件开发工作总量的42%以上,而软件测试所需投入的研究经费成本也将占到总额数的50%。由此可知,软件测试环节对于整个软件工程开发应用具有十分重要的意义。然而,如何建立一支高效软件测试团队对于构建更加完善的软件工程起着直接导向性作用。BarryBoehm曾阐述了人的因素在软件测试中的重要作用,人为所占因素甚至超过了其他环节性因素,其代表理论构造性成本模型认为由于软件测试分析师与程序员的原因会导致其工作效率相差数倍。因此,加强软件测试团队的高效率建设对于构建高质量软件应用程序具有重要作用。 1高效软件测试团队建设的可行性策略 1.1软件测试团队的特质建设 软件测试团队的素质建设对于整个软件工程质量而言具有非常重要的作用,人是测试工作中最具价值也是最重要的资源。因此,应该积极构建合格的、高质量的合作团队。(1)软件测试以及软件工程开发都需要程序员具备足够的自信心,对软件检测结构以及程序的缺陷要如实汇报。对于软件项目工程中出现的各种问题要认真处理,以此减少客户可能遇到的种种问题。(2)软件测试人员还要具备足够的怀疑精神,对可能存在的漏洞性错误要及时予以检测和纠正,进而提高其自我创造力。(3)软件测试团队要积极构建沟通协调能力。可以通过与客户进行必要的沟通来及时发现软件运行中存在的不足之处,其中测试者可以针对模拟环境下用户对于软件环境的应用情况进行科学分析,以此对软件编写过程和总结文档进行反复检查检测,提高软件的运行效率和正确性。(4)必备的检测技术能力。软件测试团队必须具备重要的专业技能,需要精通数据库、通信、网络、GUI测试、测试工具、自动化测试脚本和相关业务领域等,以此全面提升他们的测试能力和测试积极性。 1.2软件测试团队的制度性建设举措 一个优秀的软件测试团队必定拥有一套完善的团队管理制度,拥有明确的职责分工和高端测试人员,通过不断规范团队管理制度,做到扬长避短,及时提升整体测试质量。其中,软件测试团队需要不断加强汇报制度建设、工作总结制度建设、奖惩制度建设、测试审核制度建设、会议制度建设等,通过科学合理地分配职责关系来进一步强化团队成员的素质建设。在此过程中,还要注重对于资深测试人员的正确引导和建设,加强彼此间的沟通交流,不断丰富团队的测试知识库,通过科学吸收先进的测试管理知识来提升整体测试技能和技巧,以此减少开发团队协同工作中的一些领域瓶颈。 2结语 综上所述,本文对目前国内软件工程的发展应用现状以及其中出现的漏洞不足之处进行了分析。只有不断加强对软件测试团队的整体素质和综合开发技能的教育,才能从根本上提升其软件测试技能,要在不断建立健全团队管理制度的基础上加强相关软件工程建设,以此全面提高测试人员的软件工程技术水平。 作者:段炼单位:郑州银行科技开发部 软件测试论文:软件工程中软件测试的必要性 1软件工程提升软件健壮性分析 软件工程目前一直缺少一个明确的定义,但是目前业内专家都一致认为软件工程一般分为需求分析、设计、编码及测试4个环节。其中前面3个环节是整个软件的编写,而最后1个环节的软件测试,则是通过各种专业测试方法来测试软件是否满足软件工程下的10种特性:可修改性、有效性、可靠性、可理解性、可维护性、可重用性、可适应性、可移植性、可追踪性和可互操作性。 2当前软件测试的现状 从对软件工程的分析来看,软件测试是保证软件最终健壮性的最后一个工序。但是,当前很多软件设计公司,在软件测试方面投入的人力物力都非常低,甚至没有专门的软件测试部门,而是由一些软件设计人员兼职。虽然这样也有了所谓的软件测试这道工序,显然因为软件设计人员本身的先入为主,所以在软件测试的过程中,往往不容易发现潜在的问题。另外有的软件测试人员仅仅把软件推到市场上,部分使用人员来进行测试,虽然这也是一种测试方法,但是这种由用户测试的软件测试环节,更多的是在软件的操作体验的测试,并不能够发现软件潜在的bug,正确的软件测试流程,应该设计专业的测试软件,通过白盒测试的方法来针对软件代码进行测试。而上述的仅仅测试界面和操作,那只是软件测试中的黑盒测试法,只有综合白盒和黑盒,才可能获得更好的软件测试效果。但是,目前能够综合这2种测试方法的专业软件测试部门,还是非常稀缺的。这自然导致了国内整个软件行业的软件健壮性存在缺陷的主要原因之一。 3软件测试重要性分析 3.1软件危机下凸显软件测试的重要性 软件危机一直是IT行业的最重要的话题,其实在软件危机这个名词出来之前,软件工程就已经初步有了核心流程,不过正是因为很多专家有着自己的理论,所以让软件工程这门技术的解释出现了很多不同的版本,不过在众多版本中,软件测试始终占据一个重要的模块。软件危机常见的表现就是因为软件在开发的过程中,成本失控、时间跳水、稳定性和兼容性欠缺等诸多问题,而不得不一而再再而三的重新开发,特别是软件在设计的过程中,对于可维护性、可修复性不重视,导致维护的成本占据了整个软件生存周期的90%以上,这很明显是不正常的。通常而言,软件维护的成本应该是软件生存周期的70%以下,超过70%,这个软件最终的结局一定会失败。软件测试的过程,除了针对软件的运行是否稳定,同样也会对软件的可维护性进行有效的判断,尽可能的避免软件危机的产生,所以从软件危机的角度上来看,软件测试在软件工程中的地位无疑是非常重要的。 3.2软件测试的必要性 (1)是交流的问题,容易导致软件接口处的错误。现代软件设计已经不是单人作战的模式,已经上升到团队甚至全球软件工程师通过互联网这个大平台进行合作,这种方式显然对软件工程规范要求更高。其中交流往往就成了一个很重要的问题,很多软件工程师在设计的过程中,尽可能的将自己负责的模块做到完美,甚至也能够考虑到模块间的借口问题。但是因为交流上的不便,或者忽视交流,往往会产生2个模块接口不兼容,甚至还会发生软件需要重新改写的问题。 (2)软件结构有越来越复杂的趋势。虽然软件开始实施模块化设计方式,将一个软件整体拆解成无数个小的系统模块进行设计,然后将设计好的模块进行统一封装。这种化整为零的软件设计方式的确有效的改善了软件复杂性的问题,但是同样也面临着模块间的兼容问题,不同设计师的设计风格可能会导致软件可维护性降低及可移植性降低,特别是一些软件开发公司,根本就没有软件工程的概念,其研发的软件产品,更是漏洞百出,自然很难保证软件产品的健壮性。 (3)程序代码的设计问题。目前一个软件的诞生,往往会有好几千万行的代码,而且在软件正式代码编写之前,还需要撰写概要设计代码和详细设计代码,这些往往都给错误埋下伏笔。如果程序设计代码撰写不规范,没有相应的注释,没有相应的模块设计,往往计算式发现了软件的错误,最终维护起来,也很难让维护工程师定位,甚至连测试工程师也很难找到错误的地方。 (4)设计文档的组成非常少。一个软件产品的诞生,除了优秀的代码设计之外,还要一份完善的代码文档,包括软件的可行性研究、需求分析、详细设计、代码编写,以及软件测试等工作流程中所需要的一切的代码文档。如果代码文档贫乏,甚至没有,那么一旦在软件测试环节,或者在软件使用环节,出现错误时,那就很难进行维护调试了。这时候的维护成本往往会比重新编写一款软件的成本还要低,可见设计文档的错误撰写给软件健壮性的影响。 (5)一些软件测试工具和开发工具本身的问题,往往导致软件出现严重的bug。而且在设计阶段,还很难发现,因为是本身软件测试工具和软件开发工具引起的,因为软件测试工具和开发工具实际上也是一种软件,如果这些软件的健壮性有问题,自然也会导致测试结果出现偏差,最终影响到软件的健壮性。 3.3软件测试成本过半证明了软件测试的重要性 软件工程虽然在很多专家和权威机构的定义有所偏差,但是无一例外,对于软件成本构成的分析上,软件测试的成本一直占据了主要部分,最低的认为,软件测试成本要占据30%,最高的则认为占据到50%。如果将后期维护成本也放在软件测试板块中,那么这个测试成本就会变得更高。因为软件进入维护期时,一旦出现软件需要进行调试,那么修复后的软件依然要进行软件测试,否则很难保证调试后软件依然能够保证健壮性。作为一个软件系统的所有代码,都是牵一发而动全身,修改了某处代码,可能会影响到另外一个模块的功能,所以在维护期内,对软件的任何变动,都需要进行软件测试,才能够保证软件接下来的健壮性。但很明显,如果将软件测试工作放在软件推出市场之前,就来进行有效的测试,那么对于软件整个生命周期的成本,将能够得到有效的降低。软件测试的成本的高低,往往和软件的质量成正比,而软件质量提升了,后期的维护成本就能够有效的降低,所以综合起来,软件测试这部分的成本支出是非常有必要的。 4软件测试流程分析 (1)建立独立的软件测试部门,测试部门领导应该对这个专业非常精通,而不是简单的由开发人员兼职,这个测试部门需要从可行性研究开始就应该着手对软件研发进行测试,可行性研究的最终确认应该也有软件测试主管部门的签字确认才能够进行下一步的工作。 (2)软件测试工作不是等到软件全部开发完毕才来进行测试,而是跟随软件设计的整改生命周期,针对每一个环节进行测试,软件测试部门应该拥有独立的物理部门和独立于开放环境的测试环境,这样才能够提供更加完善的软件测试,尽可能的将软件bug扼杀在摇篮里。 (3)软件模块测试,因为现在软件设计都已经进入模块化设计标准,比如一个完整的软件是S,它有A、B、C、D等模块构成,那么对于A模块的软件设计过程中,就应该有独立的软件测试人员进行跟踪,直到A模块被测试证明没有隐患。以此类推,分别对B、C、D等模块分别进行测试,合格以后,组装后的软件依然进行测试,这样才能够最终提升软件健壮性。在软件设计的过程中,其实测试人员是和软件开发人员并行工作的,而不是等到软件设计完毕之后,再来对模块进行测试,这种方法才能够提升软件测试的效果。 5结语 软件测试随着软件系统复杂性的不断提升而变得越来越重要,如果现在的软件设计公司依然按照传统的软件研发,只注重软件的功能设计,而忽视软件测试,通过不断的压缩测试成本,希望以此来提升软件最终的利润作法已经行不通了,只有将软件测试做好、做精,才能够提升软件的健壮性,才能够提升软件的生存周期,才能够降低软件的整体成本。 作者:董倩范亚斌单位:石家庄学院 软件测试论文:探微软件测试在软件工程的重要性 1关于软件测试的认识 在软件开发的每一个阶段中,人员的参与都是离不开的部分,而人的工作以及人们之间的通信质量有很难做到完美无缺,这就导致了错误是不可避免的。另外,伴随着计算机控制对象越来越复杂,且软件的功能及规模也在不断的提升,这也使得错误相对而言更容易发生,比如对于WindowsNT操作系统来说,其代码约为3200万行。总体来看,在软件设计阶段,人们所犯的错位是引起软件失效的主要原因,而软件缺陷的根源则在于软件的复杂性。在确保软件可靠性以及质量的过程中,软件测试属于最为主要的手段,以当前的软件工程来看,多以结构化分析及设计作为核心,因此在开发阶段,需求分析以及设计都是以工程管理以及技术评审作为质量的保障手段,而工程管理以及技术评审又存在着主观上的缺陷,很容易遗漏错误使其延续至开发阶段。客观来说,软件测试在发掘软件中隐藏缺陷的过程中的确有着很好的效果,以英国的SHOLIS项目来看,这一项目使用形式化方法对软件规约进行描述及证明,而且利用程序正确性证明方法对前期的很多缺陷进行排除,但是通过软件测试却依旧发现了整个过程15.175%的缺陷。此外,随着人们对软件测试重要性的认识越来越深,其所在软件开发周期中所占的比例也越来越高,当前很多软件开发机构已经将其40%的研制力量投放到了软件测试中,而对一些比较重要的软件来说,其测试的费用往往会高达其他阶段费用的3至5倍,由此可见,不管从哪个角度出发,软件测试都是非常重要的。 2软件测试分类 当前的软件测试技术主要可以分为动态测试以及静态测试,其中,静态测试主要是指在不执行程序代码的情况下找到程序中有可能存在的缺陷或者对程序代码进行评估的过程中,广义上看,静态测试还包括软件需求分析以及技术评审。至于动态测试,则是通过抽样测试数据对程序进行运行以起到检查程序中存在的缺陷。在动态测试的过程中,其核心内容主要包括测试用例、运行正与以及对于程序运行结果进行验证这3部分内容,此外还包括一些数据管理、文档编制、操作规程等辅助方面的工作。 3软件测试的对象 在软件测试的过程中,不单单进行一些比较简单的程序测试,也就是说仅对程序能否运行进行测试是远远不够的。具体来看,软件测试要贯穿在软件定义以及开发的整个过程中,因此软件测试的对象包括需求分析、系统设计、程序编码以及各阶段说明文档。此外,因软件开发过程中各个阶段之间有着非常金敏的衔接,因此如果前一阶段出现问题必然会对下一阶段段的工作造成影响,所以为了确保每一个阶段的正确性,我们要做好确认及验证工作。具体来看,确认主要是对需求规格以及程序进行确认,这既含有静态确认,又有动态确认,其中静态确认大多数是由人工进行分析,而动态确认则是利用动态分析以及程序测试对程序执行的情况进行检查。至于验证,则主要是采取一定手段对程序执行情况进行检查,进而证明软件各阶段中的完备性、正确性以及逻辑协调性。举例来说,我们验证的对象包括测试用户需求和系统分析员报告是否想和、设计说明书和测试需求说明书是否匹配等。 4软件测试目的及原则 4.1软件测试目的 测试目前因立场的不同又可以分为两种,从客户角度来看,总是会希望通过测试来发现软件中的缺陷及隐蔽错误。而从软件开发者角度来看的话,则是希望产品少出现错误,对软件已经符合客户需求进行验证,在这种思路下,测试人员会使用一些导致程序失效概率小的测试模块进行测试,并对容易导致错误暴露的测试用例进行回避,而且对于有可能出现副作用的语句也并不会去刻意的检查。基于此,在程序中,还存在很多预料不到的问题,而这类问题往往要在一些比较特殊的环境之下才能够表现出来。从以上分析我们可以看出,在对软件进行测试的过程中还是要更多的站在用户角度对问题进行考虑。 4.2软件测试原则 (1)“尽早和不断的进行软件测试”,只有时刻牢记这一原则才能够降低软件开发中由于工作多样化、人员配置复杂化所带来的不利影响。具体实践的时候,我们首先要端正态度,对各阶段技术审核要认真进行,另外,我们还要将软件测试贯彻到每一个环节中,进而早对错误进行发现和预防。 (2)测试用例选择的过程中要有输入数据和以及和输入数据相对应的预期输出结果,具体来看,在我们进行软件测试的过程中要选择比较适合程序段的测试用例,这些用例可以对程序员所编制的程序是否存在错误进行分析,而给出预期的输出结果则可以对程序段是否存在错误进行更为快捷的判断。 (3)要避免程序员对自己的程序进行测试,在软件测试的过程中,冷静的情绪以及客观的态度是不可避免的,而人又很难对自己的劳动成果进行否定,因此在程序员对自己程序进行检查的过程中会从主观上出现偏差,导致测试结果不准确、不客观。 (4)设计测试用例的过程中要注意使用不合理输入套件,所谓不合理输入条件主要包括输入异常或者会导致异变的条件。在软件正常使用的过程中,不合理输入是不可避免的,轻则会导致运算错误,严重的时候甚至会使软件失效。 (5)对测试工作中的群集现象进行注意,针对测试过程中错误较多的程序段,要对其进行详细认真的检查,这是因为从经验上看,程序段中残存的错误于已发现的错误往往会成正比。 (6)对测试要认真执行,这是指我们要做好一个详细的规划,具体来说,规划主要包括:软件功能、输入、输出以及每一功能测试的进度安排等。 (7)对测试计划、用例、出错统计以及分析报告等进行妥善的保管,进而为日后的软件维护提供更为便捷的服务。总体来看,在我们的工作中如果能够把握住以上原则必然能够对提升测试工作的效果起到很强促进作用。 5结语 在软件开发工程中,软件测试属于一个重要的环节,一旦缺乏了这一环节,所开发出的产品必然难以满足用户的要求。本文关于软件测试必要性的分析还存在很多不足之处,也希望各位测试人员能够对其进行补充及指正,进而共同促进这方面研究水平的提升。 作者:楼炜单位:同济大学软件学院 软件测试论文:软件测试技术在铁路产品开发中的作用 按照软件特征分类,软件测试可分为:功能测试和性能测试。功能测试是黑盒测试的1个方面,它检查实际软件功能是否符合用户的需求。一般分为:逻辑功能测试、易用性测试、安装测试和兼容性测试等。性能测试主要有时间性能测试和空间性能测试2种。通常还包括:一般性能测试、可靠性测试、负载测试、压力测试。其它分类还包括:回归测试、冒烟测试、随机测试。回归测试是指对软件的新版本测试时,重复执行上一版本测试时的用例。冒烟测试是指对一个新版本进行系统大规模的测试之前,先验证一下软件的基本功能是否实现,是否具备可测性。随机测试是指测试中所有的输入数据都是随机产生的,其目的是模拟用户的真实操作,并发现一些边缘性的错误。 软件测试过程一般来说,软件测试工作从立项后就开始了,主要经历以下几个主要环节,如图1所示。需求分析是软件测试的1个重要环节,测试人员对这一环节的理解程度将直接影响后续测试工作的开展。一般而言,需求分析包括软件功能需求分析,测试环境需求分析,测试资源需求分析等。测试计划的依据主要是项目开发计划和测试需求分析结果而制定,测试计划指导整个测试过程。测试设计在测试活动的各个阶段,对测试策略、测试方法、测试用例进行制定和编写。测试环境搭建要尽可能模拟实际应用场景,满足项目的设计要求,从而达到理想的测试效果。测试执行和测试记录由测试工程师完成,主要是查找软件的错误和缺陷,并记录测试活动中出现的问题。缺陷管理是对测试活动中出现的BUG进行管理和跟踪,保证每个BUG得到及时修复。软件评估是在测试活动的最后,对软件进行全面地分析和总结。 铁路产品开发过程中容易忽视软件测试 铁路产品供应商普遍重视占领市场份额,追求利益的最大化,提升产品的服务质量,但是却容易忽视保证产品质量的软件测试,这给铁路安全运输带来巨大安全隐患。项目的开发过程通常是确定项目负责人和项目参与人、项目的方案以及项目需要完成的时间,然后投入项目的开发。研发过程中采用团队协作,项目分工到人,经过程序编写、调试,最后集成为产品,并在实验室和现场环境下进行测试实验。对于项目进展情况的掌握是通过不定期的召开会议和单独询问主要开发人员以及研发人员汇报来实现的。 在这种开发模式下,因为项目的开发过程中没有系统和独立的测试过程,所进行的测试也是以正向思维为主,重点验证软件是否实现了相应的功能,而不是软件在异常情况下的响应和处理。软件开发和软件测试本来就是不同的活动,开发人员的工作目标是创建相应模块,实现特定功能,从而会不自觉地朝这个方向努力,挑选那些使程序出错可能性较小的测试数据和手段,无法保证软件被全方位进行测试,会给项目带来隐患。正是认识到这一情况,才大力主张产品开发应进行科学和规范性管理,加强软件测试队伍建设,任命专职人员从事测试工作。利用软件领域中的相关技术,对软件进行科学、合理的测试。 如何在企业内部实施软件测试 企业想要在产品开发过程中,对产品软件展开相关测试,首先应建立合适企业特点和开发模式的测试流程;其次,对不同测试阶段和不同产品的软件和硬件的特点,拟采用不同的测试技术和策略。另外,在产品开发过程中,项目的配置管理、质量保证的等方面都应形成明确的制度。 1测试流程 企业应全面规范项目开发管理流程,对项目进展的各个阶段进行明确划分。软件测试是建立在软件开发的成果之上,即测试的对象就是软件开发的阶段性成果,如设计文档、程序代码和可执行的程序。 软件测试和硬件测试的侧重点有所不同。对于软件测试,采用比较通用的测试流程,如图2所示。软件项目的开发从项目立项开始,测试人员介入项目组,明确需求分析阶段的用户需求,针对不同测试阶段的工作重点,制定各阶段的测试计划。在设计测试阶段,测试人员需要确定各测试阶段的测试方法和必要的测试工具,搭建测试环境,编写相应的测试用例。接下来,按照测试计划分别进行单元测试、集成测试和系统测试,形成各阶段的测试报告,对测试过程中发现的缺陷进行跟踪,保证缺陷得到及时修复。为了保证软件在现场环境下能够正常运行,测试人员针对现场实际情况,制定现场验收计划,确定现场验收策略,对软件进行现场验收和评估。当软件通过了各阶段的测试,且全部缺陷得到修复,将进入到软件的阶段。软件阶段通过对软件版本的管理和控制,实现软件、维护和升级等。 对于硬件测试,需要面向硬件编程,即在硬件环境下,编写代码,实现采集、控制、通讯等功能。由于硬件产品的开发不能脱离硬件环境,因此,测试活动与硬件产品开发、过程调试、硬件联调都是密不可分的,软件测试作为硬件产品开发过程中的重要环节,“验证”和“确认”产品满足项目的设计需求,硬件产品开发流程如图3所示。硬件产品的开发,首先要明确硬件需求,预计产品达到的效果。在硬件总体设计阶段,获取硬件需求,并根据功能进行模块划分,定义模块之间的接口。在详细设计阶段,对各模块进行编程,搭建相应的硬件电路。过程调试可分为:软件过程调试和硬件过程调试两种,软件过程调试指的是在硬件电路的环境下,进行软件调试的过程,保证软件能够正确控制硬件电路和读取相应数据;硬件过程调试指的是产品电路部分的调试过程,验证电子器件之间逻辑是否符合系统设计要求,保证硬件产品稳定、可靠,不受干扰。各硬件功能模块调试成功后,需要进行整体硬件联调,各硬件模块被连接成1个整体,形成产品的雏形,在此阶段,主要验证各模块之间的接口是否符合设计要求,是否能够实现系统设计的各项功能。硬件产品经过整体联调后,形成样机。测试工程师根据产品的硬件需求说明,制定测试计划,确定测试方案和测试方法,并搭建测试环境,对样机进行硬件测试,确认产品符合硬件产品设计要求。 2软件测试技术在各阶段的运用 在软件测试实施的各个阶段,所采用的测试方法和测试策略也各不相同。下面对于测试过程的各阶段进行分别叙述。 2.1设计和代码审查 设计审查是由项目组和测试组成员组成评审组对软件设计和开发的输出进行评价,以判断确定设计和开发的输出能否实现软件产品预先定义的规格,同时通过审查标识出与项目需求之间的偏差。设计审查按《项目计划》所规定的评审点进行。因临时变更引起的突发性的评审随时进行。代码审查实际上属于静态测试。在代码审查之前,首先要对代码进行静态分析,其目的是通过对源程序分析、目测,但不执行程序,找出源代码中可能存在的错误和缺陷,对程序设计的结构属性,如分支、路径、转移等进行审查,尽可能地掌握程序的结构,为单元测试的测试用例的设计和执行提供信息。代码审查的目的是检查源程序编码是否符合详细设计的编码规定,确保编码与设计的一致性和可追踪性。检查的方面主要包括:书写格式、子程序或函数的入口和出口,数据,参数,程序语言的使用,存储器的使用,可读性,逻辑表达式的正确性,代码结构合理性等。静态分析和代码审查通常可以同时进行,通过静态分析掌握源程序结构,通过代码审查,尽量减少书写错误和隐含的逻辑错误,为单元测试提供比较稳定的环境。 2.2单元测试 单元测试是软件测试的基础,集成测试、系统测试都是建立在单元测试之上。单元测试是用来检验每个软件单元能否正确地实现其功能,满足性能和接口要求,还要验证程序和详细设计说明的一致性。从广义上来讲,单元测试包括静态测试和动态测试。静态测试就是上面介绍的“代码审查”,而动态测试则是通过测试用例、测试工具来执行程序,检验程序是否存在缺陷的过程。单元测试一般采用白盒测试方法,手工测试和自动测试相结合,针对程序内部的结构和逻辑来展开,单元测试工具一般针对不同编程语言和开发环境而设计开发的,种类很多。我们利用白盒测试进行代码测试,利用黑盒测试进行功能性测试,利用回归测试保证维护代码的完整性。单元测试工具固然有用,更重要的是测试策略,以及测试用例的设计。这也提醒我们在做单元测试的过程中,不可避重就轻,要抓住项目核心,进行科学、有效的测试,只有这样才能达到事半功倍的效果。 2.3集成测试 集成测试阶段采用白盒测试和黑盒测试相结合的方式,将每个独立的功能模块进行关联和集成,便于进行功能测试、界面测试、结构测试、数据正确性测试等。在进行集成测试前,测试工程师要搭建测试所需的硬件和软件环境,尽量模拟设备实际的工作环境。结合项目的不同特点,测试过程可以采用手工或自动测试。在进行多次重复测试和回归测试的情况下,可采用自动化测试工具对软件进行功能性检测。 2.4系统测试 在系统测试阶段,不仅要进行功能测试,还要对系统的性能、安全性、兼容性和可靠性等进行测试,系统测试涉及人机交互和复杂逻辑,因此系统测试多采用黑盒测试的手工测试方法。系统兼容性测试要考虑软、硬件的兼容性。项目开发的硬件和软件要在指定的环境下,进行多次反复的安装和反安装测试,以验证接口数据调用和驱动程序是否达到设计标准。安全性测试和软件的安全策略密切相关,安全性测试主要包括:用户访问权限、数据库安全性、文件安全性等。性能测试、负载测试等必须借助测试工具来实现。过分强调测试工具的作用,极力追求各种软件测试工具,是软件测试本末倒置的表现。实际上,测试过程中80%以上的缺陷是手工测试发现的,仅有不到20%的缺陷是靠工具测试发现的,而且这还得要求测试人员合理地使用工具。 3采用的测试模型 企业对产品开发应重点关注产品开发的过程控制,以及测试、管理。保证产品质量从源头开始。因此,测试过程更适合采用W模型,如图4所示。在W模型中,测试过程和开发过程都贯穿项目开发过程的整个生命周期,两者同时开始,同时结束,相辅相成、始终保持着同步的关系。这样做的原因是:测试工作尽早介入,软件存在问题的可能性就会降低。项目正式立项后,测试人员既可参与到项目组中,通过学习和阅读相关文档,加强对项目的了解,对项目有个整体认识,形成初步的测试思路。同时测试越早介入项目就能够越早发现问题,解决问题所花费的成本越小。如果在软件的最后阶段进行测试,发现功能设计不合理或性能不好,需要修改需求和设计,不得不返工到系统设计或需求定义阶段,会造成很大的代价,所以有必要将软件测试延伸到需求、设计阶段,对需求、设计进行验证。有资料表明,60%以上的软件错误不是程序错误,而是分析和设计错误。若把软件分析、设计上的问题遗留到后期,可能造成设计、编码的部分甚至全部返工,从而增加软件开发成本及延长开发周期等后果。同时,需求和设计阶段所产生的缺陷具有放大效应,严重地影响软件质量。因此,为了更早地发现并解决问题,降低修改错误和缺陷的代价,有必要将测试延伸到需求分析和设计阶段中去,使软件测试贯穿于整个生命周期,提倡软件生命周期测试的理念,即软件测试是对软件形成过程中的所有工作产品(包括程序以及相关文档)进行的测试,而不仅仅是对程序的运行进行测试。测试在对需求和设计阶段的测试活动主要是通过需求评审和设计评审来实现,可以更早发现问题,及时修改问题。即对软件开发阶段中的阶段性产品进行评审、走读或者回忆评审,发现其中的问题,是一种静态测试。通过静态测试,可以更早地发现问题,把问题消灭在萌芽中,将每个阶段产生的缺陷及时清除。 总结 软件测试作为专业性比较强的技术在我国起步较晚,受重视程度不够,但它是保证软件质量的终极手段,目前越来越受到了人们的关注。铁路行业的生产企业,认真做好产品质量把关,合理运用相关检测技术,将软件缺陷消灭在萌芽阶段,保证铁路运输和人们生命财产的安全。 作者:朱剑辉单位:哈尔滨铁路局科学技术研究所
将计算机技术运用到机械设计制造中,大大提高了机械设计制造智能化水平,在机械设计制造中占据很重要的位置。但我国机械制造设计水平同国外发达国家相比,还存在一定的距离。若是可以加大对计算机技术的研究和探索,对机械制造行业的发展是非常有利的。 1机械设计制造及其自动化 机械设计制造及自动化是一门综合型很强的学科,集工业机械、设备等各类产品的设计、制造为一体。该门学科以机械设计、制造为主,融合了计算机、自动控制等多项技术,利用各项技术优势,解决现代工程设计、制造过程中各种复杂问题,以此提升机械设计制造及其自动化水平。 2计算机技术 计算机技术在不断发展的过程中取得了一定的成果,在机械设计制造中,使用最多的有可视化、虚拟及仿真技术。计算机可视技术指的是借助计算机将机械信息转化成可视的数据信息,人们能够直接对这些数据信息进行观察、监控,从而预测机械的各项性能,掌握机械自动化运行状况,根据需要加以改进。在机械设计制造中运用该项技术,大大提升了机械设计的准确性、安全性及自动化水平。计算机虚拟技术主要利用计算机对现实情境进行模拟,实现人机交流,将人的思想观念和现代科技完美融合起来,提高机械设计制造的科学性。而计算机仿真技术主要是运用媒体形态对模型信息进行描述,将系统形态、物理及数学模型等直观、具体地呈现出来,给设计制造人员更好地进行机械制造、设计提供参考依据,同时借助计算机输入及输出功能,使机械设计自傲更加自动化、智能化。 3机械设计制造及其自动化中应用计算机技术的实践 3.1符号图形的应用 在现代机械设计制造中,液压系统是非常重要的一部分,其系统结构变得越来越复杂,而液压仿真技术的出现,大大提高了系统设计与分析的质量和效率。AMESim软件,其具备完全图形界面,在整个仿真期间都是通过图形的方式来呈现,针对液压相关元件主要运用的是基于工程领域的标准ISO符号;针对控制系统,则使用的是图表符号;针对那些没有标准符号的,则使用可以表示系统,且易被识别的图形符号。AMESim按照仿真步骤可以分成草图模式、子模型模式、参数模式以及运行模式等工作模式。在草图模式中,根据几何工程系统的基本工作原理,借助元件库各元件图表构建系统模型,完成系统模型搭建任务后,则进入到子模型模式,这时必须要为各元件挑选合适的子模型,再在参数模式下将各元件的参数设定好,如活塞直径等。最后,在运行模式下,将仿真时间、等各项初始条件设置好。完成仿真后,在根据实际情况,对相应参数进行绘图,并加以分析、探索。 3.2简化设计工作中的绘图 在机械设计制造中,涉及到很多复杂机械图的绘制,而CAD与CAM等都是很重要的计算机绘图软件,利用这些绘图软件,能够简化绘图,将复杂的机械图变得简单化,以此提升绘图效率。并且,CAD等一些计算机辅助绘图技术,可以将机械的整体结构、尺寸等准确地描绘出来,便于设计人员及时发现设计中出现的问题,并根据需要修改图纸、编辑图纸,节省时间。如在机械产品磨削过程中,可以先借助仿真技术将磨削情况进行模拟,在此基础上利用CAD等绘图软件进行机械图的绘制。借助计算机绘图技术,能够降低制图的出错率及产品生产损失,缩短制图时间。 3.3在数控编程中的应用 除了上文中所提高的计算机相关技术外,数控机床技术也是不可或缺的一部分。现如今,软件自动化编程已经成为了数控机床技术重要的编程手段。CAD与CAM等软件的应用可以提升机械设计加工的速度,机械CAD可以通过对实体质量性能进行有效查询,并完成对机械设备;零部件质量、体积等内容进行计算。模具CAD可以通过与CAM的集成应用,对复杂模型进行设计。在机械制造设计中,将CAD与CAM有效应用,能够进行机械模型的绘制,并按照机械特征来模拟与装配零件。同时,再借助其他各类技术手段,对模具途径进行有效完善,模拟加工的整个过程,生成数控程序,在数控机床完成输出与加工制造。 4结束语 总之,将计算机技术运用到机械设计制造及其自动化中,可以提升机械设计制造质量和效率,确保生产效益的最大化。随着现代计算机技术的迅猛发展,各项先进技术的应用,为机械设计制造及其自动化提供了技术支持。在未来的发展过程中,要不断地加大对计算机技术的研究和开发力度,使计算机技术向更高的层次发展,更好地为机械设计制造及其自动化服务。
机械手设计论文:智能仓储机械手的结构设计 摘 要:工业机械手在工业生产的各个方面得到广泛使用。文章根据国内外先进的机械手技术,设计出一种用于物料搬运,结构简单,维护方便的机械手的结构。主要设计机械手臂部分和机械手抓手部分的机构。 关键词:机械手;机械手臂;机械手抓手,结构设计 1 引 言 目前工业机械手面临的问题主要还是成本的高昂和精度控制的不易达到要求。从工业机械手的具体应用情况来看,生产过程的机械自动化已成为现代工业的主要问题。虽然现代机械制造业中的加工、装配等各生产工序主要是间断的,但自动化生产中装卸、搬运等工序亟待实现机械化,工业机械手的出现便可满足这一需求。无论国内还是国外,工业机械手的应用前景广阔,而对机械手使用性能的要求则越来越高,面对越来越多样的产品需求,机械手结构上在向着小巧型,灵活型的方向发展,因此机械手结构设计的合理性变的至关重要。 2 机械手结构设计 2.1 机械手手臂部分原理 欲满足机械手的搬运功能,即将货物从某一水平高度提升至另一水平高度,可采用曲柄连杆机构实现规定搬运动作。本课题应用平行四边形机构的运动特点,依靠电动推杆驱动平行四边形机构转动实现货物高度上的变化。 平行四边形机构是一种平面连杆机构,由于构件联接呈平行四边形,因此也叫做平行四边形机构。平行四边形机构结构简单,易于分析,构件运动一致性好,广泛应用于各种实现平移搬运等功能的机构。 2.2 机械手手臂部分结构设计 机械手手臂在整个工作过程中起着至关重要的作用。本文所设计的机械手臂为平行四边形机构,由于机械手臂也是机械手负载的主要施加部位,故应具有良好的强度与刚度,保证在机械手工作中不能发生弯曲或折断的情况,同时搬运机构若过于沉重则会影响搬运功能的实现。 工业铝型材表面经氧化处理后,外观漂亮且耐脏,工作中沾染的油污易于清洗,可根据不同承重采用不同规格型材组装,同时搭配铝型材配件,无需焊接,安装拆卸方便,轻便环保,整体机械性能较好,广泛应用于生产制造行业。 本文的搬运机构选用密度小强度大并广泛应用于工业机械手行业的工业铝型材较为合适。机械手手臂结构整体布局及各个部件,如图1所示。 机构中的工业铝型材之间通过铰接的方式联接而成,支撑连杆梁1通过销轴5与固定在底座板材上的连接件联接,由角铝3将支撑梁与联接电动推杆4的横梁联接起来,而电动推杆4与底座板材则通过电动推杆连接座2固定于底座上。 2.3 机械手抓手部分原理 搬运机械手末端的机械手爪是机械手直接与货物接触的部分,机械手爪能够直接完成对货物的拾取和夹紧动作,它可以依据人手动作通过设计实现相应功能,通常机械手爪被安装在手臂的端部。机械手爪结构形式与人手有较大区别,它的结构外形拥有机械式的特点,通过不同部件的联接组合完成指定运动过程,依靠自身的运动而将物件抱住,故手爪即为主要的传力构件。 本课题所设计机械手的手部结构应为钳爪式,钳爪式手部结构包括手指和传力机构。如图2所示,机械手爪1在电动推杆的驱动下向右移动,当左部碰到左侧连杆机构时带动手爪2处,机械手爪的两部分1、2完成张开手爪动作;当右侧手爪在电动推杆缩回时,手爪2在弹簧作用下回复原来位置实现对货物的抓取动作。 2.4 机械手抓手部分结构设计 对机械手爪设计过程中,应考虑以下几个方面:机械手爪部件至少要有一定负载承受力,在将货物重量计入影响后,鉴于搬运动作中由于颤动所产生的影响也应适当增大设计强度,避免工件发生松动或脱落的情况。 为使机械手爪和被运输货物间保持较为稳定的姿态,应根据货物的实际外形设计相应的末端执行机构形状。所设计机械手爪主要受到被夹持物的反作用力,必须达到设计所需强度和刚度防止手爪断裂或弯曲变形的状况发生,同时设计机械手结构应该简单,缩小尺寸,尽量轻便以免影响运动过程。本文所设计机械手结构,如图3所示。 其中,机械手抓取动作的通过以下动作实现:由电动推杆1伸长驱动一体式小抓手向右移动,同时与一体式小抓手通过螺栓连接的连接杆4被带动向右移动,当连接板5接触到连杆6时,在连杆机构作用下,连杆8将沿水平方向向左移动直至小抓手突出部分完全缩回连接板9内,此时连接板右端面接触货物,电动推杆1缩回直至右侧一体式小抓手3上的连接板与货物接触并实现夹紧,在回缩过程中,当连接板5与连杆6不再接触时,连杆8在弹簧7的作用下回复原位,两个机械手爪的承重板通过支撑货篮的缺口位置,完成对货篮的抓取动作。 3 结 语 本文主要设计一种用于搬运货物的机械手,在生产过程中的搬运货物环节里替代工人,提高工作效率,节约更多的人力成本和物力成本。主要进行机械手的结构设计,通过对机械手臂和机械手抓手的结构设计,使整个机械手机构较为简单,维护方便。 机械手设计论文:一种新型空调换热器自动插翅机械手设计 摘 要:我国是全球最大的白色家电生产国和消费国,现在空调散热翅片国内几家大型空调厂的翅片插管大多都还是工人手动完成。本文介绍的空调换热器自动插翅机械手装置就是将空调换热器中的散热片无损伤地插到已经摆好的U型管中的机械设备。从而达到降低废品率,提高劳动效率和自动化的目的。 关键词:空调换热器;自动插翅;机械手 0 引言 作为全球最大的白色家电生产国和消费国,现在国内大型空调厂的空调散热片翅片插管大多都还是人工插翅,效率较低。而在国际上,日本的日高集团已经成熟的掌握了空调散热器的翅片插管问题。目前正在推广,该设备从翅片冲压到胀管等几个步骤都实现了全自动,不需要人为干预,废品率已经达到了行业要求。但是价格比较昂贵。本文介绍的空调换热器自动插翅机是一种由计算机控制的自动化翅片展开和翅片抓取并将翅片插到已摆好的U型管中的设备。 1 空调换热器插翅机工作流程 如图1,空调换热器插翅机包括:接料部分、翻转翅片、翅片展开、插片机械手和U型管循环5个部分,具有工作效率高,节省人力,废品率低的特点。其工作流程如下: 接料设备将冲压机冲出来的翅片接到接料设备上的接料针上,每20片一组进行循环,当翅片运到接料设备的取片处时,翻转机械手开始工作,翻转机械手先用接料针插入翅片孔内,然后夹取翅片,进行翻转,使得翻孔面是朝上。翻转过后,翻转机械手将翅片放在展开机构上,然后展开机构将按组等距离展开,每组距离为165mm。然后插片机械手开始工作,将展开机构上的翅片全部插入到U型管中后,U型管循环设备将已插好的U型管运走,并将新U型管运到插片位置,整个设备就这样不停地循环。 2 插翅机械手结构 机械手固定在Z轴上,控制其沿Z轴运动,控制机械手沿Z轴运动用线性模组控制。因为直线模组单体运动速度快、重复定位精度高、本体质量轻、占设备空间小、寿命长。因为我们设计的是20个翅片为一个单位,20个翅片落料的是时间为40s,所以分给机械手的时间为12s(一共要插2次,按一次6s,共12s),为了能跟上节拍,使用了两组机械手。同时进行工作,两组机械手同时从两侧向中间插。Y轴方向也用模组驱动。因为跨距为3000mm,而现有的线性模组,一般行程大都小于1600mm,行程过长会导致模组变形和精度降低,承载量会大幅降低。所以这里Y方向,采用两个线性模组。单个线性模组的行程为1400mm。X方向因为行程过大,一侧用行程为2000mm的丝杠和导轨组合驱动,另一侧用直线滑轨导向。 3 插翅机械手动作过程 插翅机械手有3个动作:夹爪左右加紧收缩,夹爪托住翅片上下运动和下压板的下压运动。下面我们就对这三个动作进行详细介绍: 3.1 夹爪左右加紧收缩 当机械手运动到指定位置,机械手开始夹取放在展开机构上的翅片,机械手沿着Z轴向下运动,当机械手上的定位针和展开机构上的定位针对齐并接触时,机械手夹爪开始运动,夹爪向内收缩,运动的距离为25mm,夹爪底部平托住翅片,一个机械手上一侧有4个夹爪托住翅片,防止翅片有过大的挠度变形,一侧机械夹爪托住的宽度,大约为一个翅片宽(翅片宽18.19mm)。 3.2 夹爪托住翅片上下运动 当夹爪左右手缩加紧完成后,夹爪向上运动,将翅片向上抬起,目的是将翅片脱离展开机构的接片针,接片针的长度大约为80mm左右,这就要求机械手夹爪要抬升100mm左右,机械手夹爪不能和翅片有过大的力作用,不能过分的加紧翅片,否则翅片会容易变形(翅片的厚底为0.1mm,易变形)。 3.3 下压板的下压运动 当机械手取翅片时,下压板不运动,当机械手沿Y轴运动到U型管循处时,机械手整体沿Z轴下降,当机械手定位针顶与U形管上的锥帽距离2mm时,机械手开始运动,夹爪拖着翅片向下运动,当夹爪底端到达U形管口下方30mm处(当一次插20片翅片,20片翅片的总厚度约为30mm)时,机械手夹爪开始向两端展开,展开的距离为20mm,因为U形管的直径与翅片孔的直径相差很小(翅片孔的直径为7.3±0.03mm,U形管直径7±0.1mm),所以翅片依靠自身的重力不一定能完全下落,所以这时,下压板开始下压,使翅片完全插进U形管中,同时还可以平整翅片。 4 插齿机械手驱动原理 4.1 夹爪伸缩运动原理 夹爪伸缩运动是通过连杆机构实现的,气缸(图片中左上角)推动推块(绿色)向前运动,推块是在微型导轨上进行滑动,导轨宽为10mm,推块上有4组推杆,推杆推动着4组夹爪进行左右移动,从而实现了前后运动转化为了左右运动。推杆在导轨上移动,同时推块推动着连杆展开,连杆推动着夹爪在滑道里左右运动,实现了展开与合并运动。 4.2 夹爪上下运动原理 夹爪上下运动是通过连杆机构实现的,气缸(左下)先推动着推块(红色)在直线滚珠导轨上向前运动,同时推块连接着连杆(上下),因为导轨底座被限制只能上下运动,所以,当推块带着连杆(上下)向前运动时,连杆顶着导轨底座向上运动从而实现夹爪的上下运动。为了阻止上下运动的支架不前后运动,设计了挡板,在上下运动的支架两端各安装了一个滚轮,滚轮在挡板的阻挡下,只能上下运动,实现了支架的上下运动。 4.3 下压板的下压运动原理 气缸(中间)伸缩带动固定板上下运动,固定板带动导柱进行上下运动,导柱通过螺栓固定在固定板上,同时导柱固定在下压板上,所以气缸运动就传动到下压板上,从而实现下压运动。下压运动的行程即为定位针的长度。 5 结语 本文主要介绍了一种空调换热器自动插片机中的插片机械手的结构与工作原理,该结构的优点在于不需停机的情况下,实现换热器的连续自动插片,减少了人力,提高劳动效率,对于大量依赖人力插翅的当前空调生产线的改进具有一定借鉴意义。 机械手设计论文:光盘库机械手的驱动控制系统的设计 摘 要:光盘库机械手驱动控制系统是光盘库系统的关键部件,对光盘库机械手驱动控制系统进行了设计与实现,控制系统使用STC12C5628AD系列单片机作为控制核心,采用L293及驱动电路实现对机械手电机的驱动控制。按照设计的控制程序流程,进行了驱动控制实验,实验结果表明本系统实现机械手的上升、下降、左移、右移、手爪抓盘、放盘等功能,快速性和稳定性能够满足光盘库机械手性能的要求,对提升国内光盘库的研究、应用水平有一定的现实意义。 关键词:光盘库,机械手,驱动控制系统,电机 引言 光盘库是以光盘作为存储载体的高可靠性的海量、安全机电一体化近线存储设备,对海量光盘数据进行集中管理,其主要由机械手、光盘架和光驱(CD-ROM驱动器)三部分组成。光盘库广泛地运用于煤矿监控系统,作为数据存储和备份的重要方式,它利用机械手从机柜中选出一张光盘送到驱动器进行读写。光盘库可通过光纤通道或 SCSI 端口与服务器相连,光盘驱动器则通过自身接口与主机交换数据。当用户要访问光盘库时,首先,由机械手将驱动器中的光盘取出并放置到光盘架上的指定位置,为光盘腾出位置,然后,再从光盘架中取出所需的光盘并送入驱动器中。 关于光盘库,国外进行了大量的研究与应用,技术相对领先,但由于技术保密等因素限制,相关研究文献很少,国内从事光盘库产业的公司主要有广州影达影像设备有限公司、上海美佳达计算机工程有限责任公司、福特瑞斯(北京)科技有限公司、北京鸿瑞智达科技有限公司等,但国内光盘库的起步较晚,他们中大多是外国公司的国内,即销售国外光盘库产品,而真正从事光盘库研发的公司很少[1]。 除了光盘驱动器以外,光盘自动换盘机构即机械手要保证安全、高速、准确地将光盘片从库中取出并送入空闲的指定光盘驱动器中,是整个系统中关键的执行机构。另外,光盘库数据的平均访问时间比磁带和磁盘高很多,磁盘的平均寻道时间在毫秒级,显然光盘库的机械手已经成为光盘库系统的性能瓶颈[2][3]。因此,对光盘库机械手控制系统进行设计、开发具有较重要的现实意义,本文设计的机械手将装、卸盘片的功能设计在一起,在主控制电路设计上,将机械手控制、定位检测部分和光盘驱动器中的光头控制部分结合在一起,由一片单片机控制。 1 机械手驱动控制系统设计 要实现机械手所期望实现的功能,机械手的各部分之间必然还存在着相互关联、相互影响和相互制约,它们之间的相互关系构成机械手控制系统的控制原理,如图1所示。 控制系统使用宏晶科技生产的STC12C5628AD系列单片机作为控制核心,扩展了必要的外围电子元器件。主机通过TTL-RS232电平转换实现与上位机通信,并和从机保持交换数据。接口板模式下根据上位机传来的指令设置输出,把检测到的数据送到上位机。 1.1 电机驱动控制。机械手各活动部件采用直流电机驱动,单片机发送的控制信号经过功率放大,转换后,控制直流电机转动与停止,各个电机的协调转动。设计的光盘库机械手共需4个直流电机,每个电机上均配有变速箱。一个控制上下移动的大电机额定电压为9V,功率为2.4W;另三个小电机额定电压也为9V,功率为1.1W,分别控制中间支点部分的旋转、机械臂的伸缩和机械手抓放物体。 电机驱动控制电路如图2所示,采用L293及驱动电路实现对电机的驱动控制。L293将2个H-桥电路集成到1片芯片上,这就意味着用1片芯片可以同时控制2个电机[4][5][6]。H-桥电路的输入量可以用来设置马达转动方向,使能信号可以用于脉宽调整(PWM)。另外,每1个电机需要3个控制信号EN12、IN1、IN2,其中EN12是使能信号,IN1、IN2为电机转动方向控制信号,IN1、IN2分别为1,0时,电机正转,反之,电机反转。选用一路PWM连接EN12引脚,通过调整PWM的占空比可以调整电机的转速。 1.2 位置检测。初始位置检测利用主机的P2.2、P2.3、P2.5和P2.6使各部分碰到行程开关,即达到指定位置后断开;INT0和INT1中断来进行位置检测;P1.1-P1.4引脚为电机驱动输出,最后通过P1.0-P1.3口对电机电流进行检测,判断是否堵转。 本设计限位行程开关安放在机械手的四个运行方向上。限位行程开关在没有触碰时信号处于低电平状态。当机械手运行时,触碰到限位行程开关,信号处于高电平状态。单片机采集到限位行程开关的高电平信号,发出指令,使机械手停止运行,并进行下一个动作。计数行程开关安装在齿轮旁边,计数行程开关在没有触碰时信号处于低电平状态。当电机转动时带动齿轮转动,计数行程开关被触碰处于高电平状态,齿轮每次触碰,单片机记下一个高电平信号,因此只需记录下行程开关的触发次数即可知道电机的转数,从而可控制手臂在垂直方向的位置。 2 控制系统调试 光盘的入库及出库是光盘库自动化管理的一个重要方面。光盘入库和出库不仅仅限于光盘的正确插入和抽取,还包括数据库信息的同步更新,保证光盘库和数据库内容的一致,从而准确地返回客户端请求。光盘正确入库和出库减轻了人工操作的负担,保证了系统正常运行,是光盘库自动化管理的重要组成部分。通过按键或者上位机远程控制,实现机械手的上升、下降、左移、右移、手爪抓盘、放盘等功能,控制程序流程图如图3所示。 在某个Linux终端向机械手服务端循环发送取盘、放盘指令,使机械手满负荷运行。经测试,该系统平均无故障时间大于30万次,换盘时间最长为7秒,具有运行速度快、工作稳定等特点,如表1所示。 另外,将光盘插入光盘库后,请求光盘的内容,机械手能正确地定位到光盘,并将请求的文件拷贝到本地光盘正确出库,再次请求光盘内容,提示光盘不在光盘库中。 3 结语 本文对光盘库机械手驱动控制系统进行了设计与实现,控制系统采用STC12C5628AD作为控制核心,采用L293及驱动电路实现对电机的驱动控制。按照设计的控制程序流程进行驱动控制实验,实验结果表明本系统实现机械手的上升、下降、左移、右移、手爪抓盘、放盘等功能,快速性和稳定性能够满足光盘库机械手性能的要求。本项目是对光盘库系统实际开发工作的一次尝试,对提升国内光盘库的研究、应用水平有一定的现实意义。 (作者单位:苏州市职业大学机电工程学院 来稿日期:2015-06-17) 机械手设计论文:基于液压驱动的注塑机上料机械手的设计与研究 【摘 要】本文依据液压机械手的组成和运作原理,以四自由度液压机械手为例,设计了一款注塑机嵌件自动上料液压机械手,并验证其功能的可靠性。 【关键词】四自由度;液压控制;机械手;嵌件上料 0 引言 随着工业生产自动化的快速发展,机械手因其高效和灵活的特点被广泛的关注和应用。机械手是一种可以模仿人手和臂的某些动作功能,并按照设定的轨迹、要求和程序抓取、搬运工件或进行操作工具的自动化装置,尤其适用于较大规模、自动化流程生产和一些复杂的生产环境中;例如高温、粉尘、放射性强、噪音较大的生产环境。机械手的应用对于提高机械生产率,降低工人的劳动强度,保障一线工人的安全都具有重要的意义。目前机械手常用的三种驱动方式为:液压驱动、气压驱动、电机驱动,其中液压驱动以输出转矩大,动作灵敏,可实现无极调速,调速范围较大的特点,多被用于运动速度较低并且扭矩要求较大的工作场合。 随着注塑行业的发展,人们对于塑料制品的需求量越来越大,对于塑件的工艺和强度也提出了新要求。为了提高塑件的局部强度,嵌件在塑件加工中被广泛使用。然而工厂在生产过程中手工安装嵌件的居多,这中安装方式效率低下,严重影响了注塑机的工作效率,降低了塑料制品的加工精度,自动上料机械手需求愈加强烈。 1 液压机械手基本组成 本文设计了一款四自由度液压机械手,通过液压缸进行控制,可以实现手臂的升降运动、伸缩运动、旋转运动,以及夹持部分的夹紧运动。其结构示意图如图 1 所示。 液压机械手主要包括控制系统、传动装置、执行机构、传感器装置等。其中,机械手的核心部分是控制系统,它是用以控制整个系统具体的运动过程。液压驱动是执行机构运行的传动装置。在机械手的组成中,最重要的是执行机构,而执行机构也同样是机械手内部的主体部分,机械手的执行机构是其夹持部分,主要由拉簧、杠杆、手指、楔块、杠杆支座、夹紧缸体等部分组成,其结构组成如图 2所示。 2 液压机械手运作原理 2.1 机械手运作原理 液压机械手可实现在两台立式注塑机之间交替进行安装嵌件的工作。机械手拥有四个自由度,分别为手臂的升降运动、手臂的旋转运动、手臂的伸缩运动,以及夹持部分的夹紧运动。采用液压驱动的控制方式,以圆柱坐标作为坐标形式,其动作原理如图3所示。液压机械手开始运行,首先手臂下降到嵌件上方预定位置A,张开机械手夹持装置,机械手手臂下降到嵌件上方,夹持装置夹紧嵌件,随后机械手臂上升到起始位置,并顺时针旋转90°到注塑机1上方位置,手臂开始向前伸出到注塑机上方预定位置B,手臂下降到指定位置,夹持装置松开,放置好嵌件后,手臂上升到起始高度,手臂缩回,顺时针旋转90°回到原点位置,注塑机1开始工作;其次手臂下降到嵌件上方预定位置A,张开机械手夹持装置,机械手手臂下降到嵌件上方,夹持装置夹紧嵌件,随后机械手臂上升到起始位置,并逆时针旋转90°到注塑机2上方位置,手臂开始向前伸出到注塑机上方预定位置C,手臂下降到指定位置,夹持装置松开,放置好嵌件后,手臂上升到起始高度,手臂缩回,顺时针旋转90°回到原点位置,注塑机2开始工作,机械手第一个工作周期完成,待注塑机1完成运作,机械手开始下一周期的工作。 2.2 液压系统的设计 机械手搬运物体是依靠液压系统实现的,液压系统是机械手运动的主要驱动方式,是机械手运动过程的核心控制部分。主要用来完成机械手的夹紧/松开、上/下伸缩、前/后运动以及旋转运动。机械手运动过程的液压系统主要由油泵、执行油缸、控制调节装置、以及辅助装置组成。此次设计中系统的主要参数如下表1、表2、表3所示。 2.3 液压系统元件的选择 (1)手部夹紧缸的分析计算 3 结论 本文简要介绍了液压机械收的组成及工作原理,设计完成一款由液压驱动的、可实现两台注塑机嵌件上下料的四自由度机械手,并对液压机械手的工作可靠性进行了验证。结合数据,液压机械手简单可靠,稳定性较好,可实现较重嵌件的安装工作。 机械手设计论文:搬运机械手仿真设计和制作探讨 [摘 要]搬运机械手根据坐标可以分为很多种,例如:直角坐标型和极坐标型还有圆柱坐标型以及多关节型等。搬运机械手是一个自动化的设备,对搬运焊接以及装配等有着很大的作用,国内外都在不断研究搬运机械手,企业的生产经营走向自动化。本文设计的搬运手主要是用于冰箱U壳的搬运。 [关键词]搬运机械手 仿真设计 制作探讨 引言 机械手主要是代替人的手和胳膊去完成一些动作,根据固定工序进行抓取和搬运物品的一种机械电子装置。可以帮助人们有效生产,降低劳动强度。机械手在生产中运用越来越广。 1、U壳搬运机械手的结构设计 1.1 滑座部件结构设计 U壳搬运手设备也是自动化设备,它的主要作用就是将冰箱U壳搬运到传送带上[1]。它的滑座部分支撑着设备的水平移动。衡器缸和z轴承载着设备的主要重量,但是它们之间的固定需要依靠滑座部件的中间部分,同时滑座中间部分的右侧还可以控制水平交流伺服电机和行星齿轮减速器,减速器和齿条的连接需要借助齿轮来实现。滑座在水平移动的最大距离为1.5米,并且滚珠丝不易于加工,以及它在市场上的价格比较高,所以选择齿轮齿条来减速。 1.2 z轴结构设计 Z轴结构是用于竖直移动。Z轴结构的最左端是交流伺服电机,电机是维持设备的安全,因为它具有过载能力且带有抱闸系统,一旦发生故障时,抱闸系统就可以对电机进行抱死[2]。与z轴相连的是片联轴器,它是有金属制作而成的,拥有减震和无需润滑和维护等特点。Z轴系部件的左边有2个角接触球轴承,角接触球轴承可以对竖直的载荷进行抵消。Z轴结构中间是丝杠螺母传动装置,特点就是损伤小和效率高。Z轴系部件的设计原理是一端固定一端移动,轴的移动方向是经过严格控制的,它是由固定制成装置完成的。轴的伸缩变化时随着温度变化的,游动轴控制着温度。Z轴两边运用直线的导轨,帮助z轴做竖直运动。Z轴上有两个行程开关和光电开关,它的主要功能就是确定对竖直方向限位和竖直零位。1.3开1.3合横梁结构设计 Z轴和手爪的连接需要依靠开合横梁装置,开合装置依靠六组螺栓就可以实现和z轴的连接,并且它前后有依次有开合气缸,气缸上安装了传感器的端锁,这样气缸的位置就是由传感器进行控制的,端锁是固定气缸,避免气缸在停止运行时还会继续运动。装置的大臂和小臂在直线导轨上的水平运动需要气缸的引领。 1.4 夹爪结构设计 夹爪结构包括大臂和小臂以及手爪挡板。大臂上端连接开合横梁装置,并且连接处需要加强加固处理,这样就可以保证装置安全性能。大臂下段与小臂相连,它们之间的连接需要连接轴来实现的,小臂的转动是需要连接臂和连接轴之间相互配合才能完成的。小臂上端是挡板装置,它的主要作用是当小臂停止转动,减少小臂和大臂阻尼撞击,达到减缓振动的作用。内支撑气缸和直线轴带动手爪挡板装置是用来帮助小臂进行夹持活动。开合气缸带动大、小臂对冰箱u壳进行夹持;小臂上的气缸保证u壳在夹持时,形状是完好的,所以它们的夹持都是由外而内进行的。 2、搬运机械手的仿真设计 2.1 小臂结构的仿真设计 为了满足生产需要通常将小臂的旋转过程时间控制在两秒以内,气缸的启动回路控制着进出口节流回路,所以通过控制调节节流阀的横截面积就能够对活塞运动速度进行控制,让小臂在两秒之内完成九十度的旋转,因为节流阀会影响活塞运动速度[3]。同时,小臂在旋转过程中,气缸力矩会大于或者等于重力矩,并且气缸力臂是在逐渐变小,重力力矩又不断变大,这就导致小臂的加速度数值越来越小。同时旋转时间越长缓冲力越小,并且负载厚度和负载质量也越大。在这里选取旋转时间为1.2秒时,计算出负载厚度压迫保持在0.66米 ,负载质量要控制在50千克,这时候的缓冲力就是10429牛顿,所以,通常设置小臂运动时间在1.2秒和2秒之间,负载厚度(U壳厚度)保持在0.49米和0.66米之间,这就要求负载质量(冰箱质量)控制在0和50千克之间。这就可以分析出小臂的应力是够满足生产需求。 对小臂结构的仿真设计不仅表现在对冲击力的校核,同时还要对小臂变形与强度进行校核。小臂的强度校核主要是运用相应的模型和ansys静力分析理论来完成的。并运用相应的数学计算可以得出,小臂不易发生变形,无论使用环境有多恶劣,它都可以正常工作。 2.2 连接臂结构的仿真设计 连接臂的结构设计也需要ansys进行分析,ansys分析程序包括:设计变量初始化,这就要求在进行分析前处理器应该根据设计变量的初始值进行输入;定义问题,前处理器的主要任务就制定出最优化的有限元模型;执行初始结构状态结构分析,应力和应变;力以及变形量就是来源于状态结构分析;获得计算结果,它的主要工作就是收集和存储目标函数和约束条件值;进行仿真设计分析,它的任务就是对相关文件以及变量和设计方法进行分析;结果输出,根据分析的数据绘制出相应的变化图表。根据相应的理论和运用ansys 系统分析,可以得出在对小臂进行设计时u,它的半径是九毫米,厚度保持在十三毫米之间。 2.3 支撑架结构的仿真设计 支撑架的仿真设计主要是通过对支撑架结构的瞬间动力学进行分析,得出它的振动幅度和的速度。在对支撑架结构进行仿真设计时,首先是通过运用软件ansys对支撑架建立相应的模型,并设计支撑架的参数。根据ansys软件分析的数据我们可以发现当u壳材料是Q235时,它的弹性木梁是210000mpa,泊松比为0.3,密度是7850千克每立方米。这就可以对支撑架进行瞬态动力学分析,并确定支撑架在不同冲击力喜爱振动幅度的变化以及支撑架的其他特点。 3、u壳搬运机械手的控制软件设计 3.1 机械手初始化 机械手初始化包括水平和竖直都归零,同时,所有的气缸恢复初始化。电机归零的方法可以通过对电机2坐标轴安装零位信号,并且在进行归零处理中选择先高速后低速的方式进行归零处理,归零处理一共要进过三次不同方向的瑰丽处理,才能达到让电机彻底的归零[4]。在首次归零处理时,就可以将正向高速归零;接着启动第二次归零程序,让反向的低速也归零,使用puls设置脉冲量,sped决定着是否执行操作;最后一次归零处理时让它向正向低速归零,sped是启动归零处理程序,ini则是让归零处理程序停止,这时候电机就彻底的归零 。同时,归零过程中脉冲值是在触摸屏中显示的,数值通过脉冲传送到寄存器中,寄存器就将数值显示在触摸屏中。它们之间相互配合才使得电机归零顺利完成。 3.2 触摸屏控制 搬运机械手的触摸屏控制是在气缸复位和机械手自动循环完成之后进行的,对触摸屏控制主要包括u型伴型号输入界面和主菜单界面以及手动运行和分布运行以及自动运行和坚实画面和系统设置[5]。其中,手动运行包括对伺服电机手动运行和气缸与吸盘手动运行,分布运行时针对自动循环单步运行,自动运行的主要包括:示教点参数设置1和示教点参数设置2以及自动运行调整界面,监视画面是对伺服电机坐标以及气缸与吸盘和系统故障报警实施监控,系统设置是对司机电机速度以及触摸屏系统的参数进行设置。 总结 U壳搬运机械手的设计运用先进的科学技术,并应用了ansys等系统软件来帮助u型搬运机械手的设计,对支撑架和连接臂以及小臂的仿真设计中分析它们相应的参数。冰箱u型搬运机械手的仿真设计和制作,让冰箱u壳的搬运实现自动化,为企业生产经营提供便利。 机械手设计论文:基于plc的三自由度机械手控制系统设计与实现 [摘 要]文章从三自由度机械手控制系统的角度入手,在plc可编程控制器支持下,对三自由度机械手控制系统的结构运动特点进行了简要分析,然后重点对plc下三自由度机械手控制系统的硬件、软件设计与实现要点展开研究,望能够使三自由度机械手控制系统的综合性能更加完善与可靠。 [关键词]机械手 三自由度 控制系统 PLC 设计 在工业化生产中,机械手能够对人的手臂部位动作进行模拟,操作人员可以通过预先设置机械手运行轨迹,动作程序等相关参数的方式,在实际工况中代替人手执行工件搬运、抓取、以及操持等相关工作,具有机电一体化的特点,在现代机械一体化领域中有着非常重要的应用价值。随着现代科学技术的不断发展与完善,机械手的应用范围也在不断扩大,为了能够满足现实工况对机械手操作的要求,当前已经成功研发了基于三自由度的机械手,即3D机器人。此类机械手能够支持对三个自由度方向(包括水平方向、垂直方向、以及旋转方向在内)的手臂操作,在机械化生产中具有操作灵活性好,应用范围广,以及操作范围大的特点。而通过引入plc的方式,能够使三自由度机械手控制系统的整体功能更为完善,以达到提高其综合使用价值的目的。 1 三自由度机械手控制系统结构运动特点 下图(如图1)为三自由度机械手控制系统的基本结构示意图,整个控制系统结构具有圆柱坐标型特点。结合图1来看,控制系统内,伸缩步进电机可以实现对机械手手臂左右方向运动的控制,而升降步进电机则能够实现对机械手手臂上下方向运动的控制。逆时针和顺时针旋转运动则由底盘直流电机的正反转控制。机械手的夹紧装置采用关节结构,其夹紧与松开用气压驱动,并由电磁阀控制。图1中,SQ1、2、5、6分别为水平风向以及垂直方向上的限位开关装置,SQ3、4则为原点所对应的光接近开关以及终点所对应的光接近开关。在整个控制系统的运行中,操作人员可以通过预先设置操作程序的方式,实现对工件的搬运、抓取、以及操持等相关操作。 2 基于plc的硬件设计方法 从三自由度机械手实际应用的角度上来说,为了满足不同工况对系统运行所提出的要求,机械手需要同时支持自动工作以及手动工作两种运行模式。同时,在自动控制模式中,需要根据操作需求,支持包括返回原点、单步骤、单周期、以及连续性四种工作方式。 在引入plc控制器的条件下,三自由度机械手控制系统优先选择具有晶体管输出特点的plc控制器装置(本文中选择三菱FX2N系列plc控制器)。该型号plc控制器共对应有10个信号输出点以及14个信号输入点,能够满足三自由度机械手控制系统对plc控制器中I/O点数的具体要求。且该型号plc控制器为晶体管输出,输出高速脉冲信号最高频率为100kHz,能够在系统运行过程当中直接面向步进电机驱动器提供脉冲信号支持。 与之相对应的输入控制信号地址分配情况为:①复位信号对应输出地址分配为IO.0;②步进电机正转信号对应输出地址分配为IO.1;③步进电机反转信号对应输出地址分配为IO.2;④电机转动停止信号对应输出地址分配为IO.3;⑤手臂伸出信号对应输出地址分配为IO.4;⑥手臂收回信号对应输出地址分配为IO.5;⑦手抓下放信号对应输出地址分配为IO.6;⑧手抓提升信号对应输出地址分配为IO.7;⑨手抓开信号对应输出地址分配为I1.0;⑩手抓合信号对应输出地址分配为I1.1;?自动演示信号对应输出地址分配为I1.2。输出控制信号地址分配情况为:①步进电机脉冲输出信号对应输出地址分配为Q0.0;②步进电机转动方向信号对应输出地址分配为Q0.1;③气缸4#电磁阀控制信号对应输出地址分配为Q0.2;④气缸5#电磁阀控制信号对应输出地址分配为Q0.3;⑤气缸6#电磁阀控制信号对应输出地址分配为Q0.4。 同时,步进电气驱动器选用SH-20403型。整个机械手控制系统的外部接线方案如下图所示(如图2)。 结合图2来看,在三自由度机械手控制系统的运行过程当中,当机械手在最上方(最右方),同时底盘旋转至X3光接近开关,夹紧装置处于松开状态下时,整个控制系统处于自动控制模式下的原点控制状态下。如图2中,X10为系统手动控制按钮,操作该按钮,能够对X20~X27的按键开关进行手动控制。而X11~X15则分别为系统自动控制模式下返回原点状态按钮,单步骤状态按钮,单周期状态按钮,以及连续工作按钮,通过按下X11~X15任意操作按钮并启动X0的方式,能够执行相应的工作模式。 3 基于plc的软件设计方法 在选择以单步骤、单周期、或连续工作方式运行前,整个控制系统应当处于原点状态,若未满足该条件,则需要选择返回原点的工作方式。在这一过程当中,相关操作指令的执行流程应当为:第一步,做上行方向移动至X1上限位;第二步,做右侧方向移动至X2右限位;第三步,做顺时针旋转移动至X3光接近开关装置;第四步,松开夹紧装置。 在 plc系统支持下,整个三自由度机械手控制系统的自动工作方式顺序功能可如下图所示(见图3)。结合图3,在控制系统对相关操作进行响应的过程当中,可通过对步进电机所输入脉冲频率参数进行调整的方式,实现对三自由度机械手手臂运动速度的合理调整。而脉冲数则决定了机械手臂在沿下行方向以及做性方向运动的距离。而脉冲频率参数以及脉冲数的设计可以在工业现场实际工况中进行设定,具有重复操作的特点。 整个基于plc系统的三自由度机械手控制系统在软件设计过程当中以基于plc技术的梯形图顺序编程为依据,脉冲个数基于MOV指令进行设定,脉冲输出则通过PLSY脉冲输出指令的方式进行设定。在指定脉冲输出完成后,指令执行完成标志M8029置1。需要注意的一点是,由于基于PLSY的操作指令仅能够使用一次,但控制系统中所配置的两个步进电机需要同时有脉冲输出信号。因此,在软件设计中,通过面向两个步进电机引入外部继电器的方式解决该问题。软件设计中,将Y0点输出脉冲与继电器动触点结合,常开触点则与电机驱动器脉冲信号输出端连接,上/下脉冲控制以及左/右脉冲控制则与两个外部继电器的控制端进行连接,根据这种方式,能够通过操作上/下脉冲控制以及左/右脉冲控制的方式,实现对步进电机脉冲输入的合理控制。 与此同时,从基于plc系统的三自由度机械手控制系统复位操作角度上来说,软件设计中可应用特殊存储器SM0.1位以及按键10.0的方式进行控制。在plc控制器收次扫描的过程中,状态取值为1,可直接用于机械手控制系统的上电复位操作。同时,操作人员可以根据现场运行情况,对plc控制器所产生的PTO脉冲信号进行合理设置,并经过Q0.0输出点输出信号,实现复位指令。 4 结束语 PLC可编程控制器是一种专门用于工业领域的电子控制装置,该电子控制装置是基于数字运算操作的方式所实现的。在PLC控制器的实际运行中,具有包括功能强大,可靠性高,编程简单,以及人机交互界面友好等多个方面的特点,在工业控制系统以及机电一体化产品设计中有着非常好的应用价值。本次研究中,从PLC的角度入手,对三自由度机械手控制系统的设计与实现进行了分析,该控制系统实现了电动式机械手与气动式机械手优点的融合,除了具有操作简单,定位精确的优势以外,还有效节约了行程开关以及I/O端口,综合优势非常确切。 机械手设计论文:基于“三自由度关节型机械手”对回转关节的研究与设计 摘 要:关节型机械手是一类具有与人手肘类似的“关节”,可以模拟人手操作的自动化装置。它主要以电气结合的方式驱动,再通过齿轮等进行机械传动。但因为机械摩擦较大,传动部位(回转关节)仍有改进的空间。结合开关磁阻电机的原理,该文探讨了一种利用电磁驱动的新型回转关节。这一设计有效地避免了齿轮传动带来的机械摩擦损耗。 关键词:三自由度关节型机械手 开关磁阻电机原理 新型回转关节 机械手是一种智能装置,能够实现模拟人手的所有动作。在实际的工作过程中,机械手会按照预先设计的固定程序进行对工件的工位转移等。关节型机械手是机械手的一种类型,但它具有与人类手肘类似的“关节”,比一般的机械手结构更精巧、操作更灵活,具有广阔的研究与应用前景。 现有的机械手主要以电气(即电动机和气缸)结合的方式进行驱动,应用齿轮等机械装置进行传动。但因为机械摩擦的缘故,传动效率仍有较大的提升空间。该课题在对一种现有“三自由度关节型机械手”[1]的研究基础上,对回转关节部位进行了更深入的调研,并提出通过电磁驱动减小机械摩擦的新型旋转关节设计。 1 三自由度关节型机械手的基本情况 1. 1 整体设计 该关节型机械手为圆柱坐标,包含3个自由度,其中机械手在进行工作时完成对工件的两个方向的回转和实现一个方向的转移。机械手运用回转关节实现所夹持工件的前后和左右的回转运动,而运用移动关键来实现所夹持工件的上下的移动,从而实现整个机械手的运动工作。 机械手的整体设计如图1,主要包括手部、腕部和臂部。 手部(亦称抓取机构)是用来直接握持工件的部件,根据设计要求,利用夹钳式手部结构。其中,夹钳式机械手有两个半圆形或者椭圆形的机械手指,手指由驱动电机通过连接传动装置实现其张合以及闭合,从而实现了机械手对所夹持工件的抓紧动作。这种方式的机械手抓具有很好的通用性,能够实现不同外形结构工件的抓紧,所以适用性比较强。 机械手的主要组成部件为手腕部分,手腕在机械手传动中起到传动中介的作用,其连接机械手的手部以及机械手的臂部,实现机械手在臂部的所有动作的转换,有效地实现了手部动作的完成。另外,机械手手腕还可以实现机械手工作范围的扩大化,使得机械手的工作范围有效提高,并对机械手的灵活度有了明显的提高。手腕的回转动作运用回转液压气缸来实现机械手在空间上270 °的回转动作,液压气缸机构简单,操作方便,很适合机械手的运用,但是,机械手的手腕要求工作严格,不能出现振动等现象。 机械手的臂部主要是对机械手整体起到支撑的作用,机械手在进行工作过程中所有的运动惯性以及自身和工件的所有重量都由臂部来承受,所以,机械手的臂部要求结构强度高、抗疲劳性强等特点。同时,机械手的臂部还能够实现机械手部分动作的实现,一般在机械手的臂部运动采用液压或者气压缸实现。文中所设计的机械手臂部主要包括大臂和小臂。 1.2 回转关节 大臂和小臂的回转运动由回转关节完成。回转关节由45BF005π型步进电机驱动,通过两个啮合的直齿圆柱齿轮进行传动,如图2。当电动机运行时,左侧的齿轮轴发生转动,右侧的啮合齿轮也相应转动起来,再通过轴的带动,与之相连的臂部也发生转动。 2 回转关节的分析 这种传动方式本身所需要的传动扭矩比较小,并且传动精度也比较低,所以在选择驱动的方式时应该考虑驱动源的误差积累等问题,研究者采用的驱动源为步进电机。经过查询资料《机电综合设计指导》中的表格2-11,关于步进电机的相关参数可以看出,此文选择的电机型号为:45BF005π型,其中,这种步进电机的主要参数包括如下:步矩角为1.5°,其中电机的额定电压为27 V,总体质量为0.4 kg,该电机具有外形结构比较紧凑,结构简单,控制方便等优点。 通过精度验证,机械手在传动过程中,如果只依靠步进电机的传动精度是远远不够的,还需要运用不同的传动机构以及变速机构等进一步实现传动精度的提高。文章中所提及的机械手的传动采用一级减速齿轮的传动,其中主动轮的传动齿数为20,从动齿轮的传动齿数为70,经过查询资料可以得到,该齿轮传动的传动模数应该选择m=1,齿轮的宽度应该设计为20 mm,在传动过程中,由于齿轮传动会有一定的振动,所以此文设计的齿轮的宽度为24 mm。 3 新型回转关节的研究与设计 3.1 电磁驱动的可行性探讨 通过查阅文献,利用开关磁阻电机原理进行电磁旋转的理论已经比较成熟。 开关磁阻电机的工作机理基于“磁通总是沿磁导最大的路径闭合”的原理。当定、转子齿中心线不重合、磁导不为最大时,磁场就会产生磁拉力,形成磁阻转矩,使转子转到磁导最大的位置。当向定子各项绕组中依次通入电流时,电机转子将进一步沿着通电相序相反的方向转动。如果改变定子各相的通电次序,电机将改变专向,但相电流同流方向的改变是不会影响转子的转向的。 一类新型的磁旋转地球仪[2]就是依据该原理设计而成的。 该地球仪沿赤道线每隔一段距离会贴上永磁片,通过FEMM软件仿真,可见永磁片的磁场呈对称周期排列,如图3。具体的磁场分布可以通过对永磁体本身的磁感应强度的检测进行分析确定,从而实现所设计的悬浮球体的旋转动作。 综上所述,利用开关磁阻电机原理,借鉴磁旋转地球仪的设计,可以利用电磁驱动替代回转关节本来的电机驱动和齿轮传动。这样的设计避免了齿轮传动机械摩擦的损耗,也避免了电机精度不高的缺陷。 3.2 新型回转关节的设计 新型回转关节利用贴永磁片的圆柱体和电磁线圈替电机和直尺圆柱齿轮。 圆柱体的设计尺寸参考原有的右侧齿轮大小,R=35 mm,h=24 mm。 沿圆柱体圆周中线每隔一段距离贴上小铁片,每个铁片上贴有一圆形的永磁片。在圆柱体周围安装两组电磁线圈。这两个电磁线圈组成一个弧度,弧度的圆心与圆柱体的柱心尽量保持重合。其中一个线圈正对一个永磁片,另一个电磁线圈正对相邻的另一个永磁片,如图4。正常工作时,通过检测永磁片位置,两个线圈同时通电使电磁线圈同时产生相同的极性。通过对流入线圈的电流进行控制,使得圆柱体实现了旋转。若要使圆柱体停止旋转,切断线圈中的电流即可。 旋转的圆柱体与原有的右侧的轴相连,如图5。当线圈通电时,圆柱体带动轴旋转,与轴相连的臂部也随之发生转动。 4 结语 新型回转关节利用电磁驱动的原理,用带永磁片的圆柱体替代本来的电机和直齿圆柱齿轮。这样的设计避免了齿轮传动机械摩擦的损耗,也避免了电机精度不高的缺陷,具有很高的研究价值。但是囿于研究者现阶段的知识储备与精力,该种设计仍存在许多待进一步讨论的问题。比如电磁驱动能否带来足够的驱动力、回转的精度是否能有效地控制等。 机械手设计论文:4轴机械手的STC单片机控制及PC组态监控设计 摘 要:为组建单片机实践教学系统,设计了一种4轴机械手。该机械手的水平移动由直流电机驱动,其它轴由舵机驱动,由一片STC单片机控制各轴运动,该单片机还能够与PC机进行Modbus网络通信。在PC端,通过运行组态画面实现对机械手的实时监控。通过机械手本体设计、单片机软硬件设计、PC组态画面设计及联网调试,对整个系统进行了验证。该设计方案对组建单片机工控网络实践教学系统具有参考价值。 关键词:机械手;STC单片机;Modbus;单片机控制 一、引言 本题目是我校2015大学生大创新项目“单片机机电控制及工控网络应用”的一个组成部分,其设计内容是:用STC单片机控制一台4轴机械手的运动,且单片机的串口与PC电脑通过Modbus网络协议进行通信,PC端则通过运行组态画面对单片机进行实时监控,详见图1机械手实物图。 在图1中,机械手的水平移动由直流电机经齿轮组减速驱动双螺线螺杆,在直流电机轴的另一端安装有光电码盘,以检测电机的角位移。螺杆的转动带动其上的滑块作X轴水平运动。在滑块上安装有一台三坐标机械手,其底盘旋转(A轴),手臂摆动(B轴),夹爪开合(C轴)分别由三只数字舵机S1501驱动。整个机械手由一片STC12C5A32S2单片机控制。该单片机的串口经MAX485与PC进行通信,以Modbus RTU协议实现主从联网。 二、控制电路设计 4轴机械手的控制电路如图2所示。 在图2中,STC12的P1.3/CCP0引脚用于接收与直流电机同轴安装的码盘的光电脉冲信号,并把PCA0设置为对该引脚上升/下降双边沿触发中断的工作方式,每当PCA0中断发生,就根据电机转向对码盘脉冲数加1或减1操作,由此确定出滑块(即X轴)的当前位置。P1.4/PWM1引脚的作用是向直流电机驱动电路发出PWM脉冲,实现直流电机的PWM调速。该PWM脉冲是通过把STC12的PCA1通道设置为8位PWM输出方式来实现的。此外,在X轴两端的极限位置,各安装有一个光电开关,其信号分别接入P3.2/1NT0和P3.3/1NT1引脚。两引脚的下降沿脉冲输入能够触发STC12的1NT0、1NT1中断。P0.0、P0.1、P0.2引脚用于向机械手底盘舵机、手臂舵机和夹爪舵机发出控制信号。STC12的P3.0、P3.1引脚通过MAX485芯片实现TTL/RS485转换,转换后的信号再接到FT232模块的A、B端,经FT232模块把RS485信号转为PC电脑的USB信号。STC12的P3.7引脚用于MAX485的收/发控制。 三、PC组态监控设计 PC端采用uscada组态软件进行上位机监控设计。在用uscada设计监控画面前,要配置串口设备(即从机)的参数和数据区,并进行模拟量和状态量管理。首先,应把串口通信协议设置为Modbus RTU,设置从站地址,该地址应与STC单片机自设的Modbus站址一致。然后再对串口设备数据区进行设置。uscada为从站设备配备了4种类型的数据区:Discrete Input,即DI,离散量输入;Input Registers,即AI,输入寄存器 ;Coil,即DO,线圈输出;Holding Registers,即AO,保持寄存器。在uscada这4个区设置的变量应与在单片机XRAM中DI、AI、DO、AO型变量区设置的变量相对应,但名称可以不同。主从机通信时,单片机的Modbus RTU函数将按照这种 对应关系处理变量。设置好从站的数据区后,就可以 定义模拟量和状态量,并进行监控画面设计。图4为4轴机械手组态监控画面图。 在图4的画面中,分别对机械手的X、A、B、C轴设置了数字框图元,用以显示各轴坐标值,各轴数字框图元右侧的阀门图元用于设定该轴的坐标值。机械手有手动/自动两种工作方式,由图中的档位开关图元进行转换。手动方式下,机械手按图4中左侧各轴坐标设定值进行动作。自动方式下,机械手以手动方式的设定值为起点,以图4中右侧的设定值为终点,进行自动往复循环动作。画面中,滑块起点和终点是DI型变量,手动/自动档位开关是DO型变量,X轴当前位置为AI型变量,其它为AO型变量。当主机与从机通信后,画面即显示出各变量的当前值。 uscada具有串口通道通信数据实时监视功能,图5为主从机通信数据实时监视窗口图。本系统的Modbus RTU从站函数能够处理Modbus 01,02,03,04,05,06,15,16功能码。 四、结语 本文所设计的4轴机械手,首先,具有一个由直流电机驱动的水平移动轴,与全部采用舵机驱动的机械手相比,增加了运动方式和控制方式的多样性,并用到了STC增强型单片机的多种片内资源,是更好的单片机教学与实践模型。其次,本机械手能够通过Modbus工控网络与PC机联网,在PC端通过设计组态画面实现对机械手的实时监控,这就把单片机的学习与实践提升到了网络应用的层面。再次,由于利用了STC单片机丰富的片内资源,并通过上位机监控实现人机交互,这就使得系统的控制电路简单,且uscada为永久免费的组态软件,所以使用本设计方案,能够经济的组建具有工控网络应用的单片机实践教学系统。 机械手设计论文:博世机械手采用最新D3模块化 设计实现整线自动化 作为针对一次和二次包装技术解决方案的领先机械手技术供应商,博世包装技术最新设计的Delta机械手包装设备,为食品厂家提供更多解决方案及提升性能。 最新的GD(齿轮驱动)系列Delta机械手采用开放式的框架和平台,在提供了标准化和模块化方案的同时,又可根据不同的应用配置各种可选项。博世包装技术提升了D3机械手的平台,将负载增加至3公斤,从而确保更快的速度来提升拾取率。其快速的产品切换、操作和维护简易的设计有助于生产商降低总拥有成本(TCO)以及减少投资回报期限(ROI)。 据博世包装技术(瑞士)的销售总监Marc de Vries介绍:“随D3平台机械手的推出,我们为一次和二次包装提供了更多样化的解决方案。这种新的模块化和可升级的设计提供了结合标准设备模块的多种机械手方案。通过增加模块化的设计,博世证明了其以客户为核心的承诺,从而提高生产效率,降低总拥有成本(TCO),同时更快速地推向市场。另外,通过提高灵活性,新的平台可帮助我们的客户利用机械手自动化来形成竞争优势。” 广泛的应用范围,增加多样化 D3机械手平台包含了多种特点用来提高生产效率以及帮助生产商满足日益增长的产品多元化需求,例如:饼干、糖排、巧克力、糖果、烘焙食品以及立式机包装的产品等。Marc de Vries说:“很多客户在寻找能够在同一台设备上包装多种产品的机械手设备。通过提升性能、增加有效负载和工作高度以及可选的用于产品转向的第4轴或第5轴,我们显著地扩大了产品应用范围。” 凭借行业领先的Gemini 4.0 Delta机械手控制器和软件设计,新的产品可以通过线下模拟运行而不需要实物,从而减少了安装和调试时间。更简洁的平台设计增加了产品切换速度和可操作性。 方便清洁,更有助于食品安全 D3平台机械手的另外一个优势就是,它的卫生性和开放式的框架设计,采用了更少的零部件和可视性更强的移动部件,这有助于制造商遵守日益严格的食品安全法规。电气控制柜被放置在设备的顶部,使得操作人员在设备的正反面都可进行操作,以减少清洁和维护时间。 模块化设计,提高生产的灵活性 作为博世模块化设计和一站式供应理念的一部分,D3机械手可以轻松地与博世或者其他第三方的一次或二次包装设备进行整合。D3机械手的设计是为了增强中小型企业和跨国公司的生产灵活性。这个新的产品组合提供了更为灵活和可升级的机械手解决方案,从而使得客户能够更迅速地适应当前生产的需求,同时达成未来的生产目标。 值得一提的是,博世包装新推出的Paloma D3进料和顶装式机械手将会被整合在Module++饼干包装整线中。 机械手设计论文:基于PLC的气动抓取式工业机械手设计研究 摘 要:机械手在设计过程中,注重其自动化控制,能够实现一些较为复杂的工业操作。文章对气动抓取式工业机械手设计的研究,主要是基于PLC自动化控制下的抓取式机械手的设计分析,注重提升机械手的灵活性和智能性,以期更好地实现工业发展自动化。 关键词:PLC控制;工业机械手;设计研究 前言 工业生产领域中,很多工业操作靠人工是无法完成的,并且,一些操作具有较大的危害性,因此,要想实现工业生产目标,保证工人施工安全,工业机械手得到了较为广泛的应用。工业机械手可以进行一些高温、有毒环境下的工业生产,极大程度上保证了工人安全,同时也在很大程度上减缓了工人的劳动强度。基于PLC的气动抓取式工业机械手设计,将注重相关程序的具体应用,注重把握机械手设计的灵活性和自动性特征,通过一系列编程控制,更好地实现机械手的实际效用。PLC气动抓取式机械手,具有较高的可靠性,并且编程简单、功能强大,延伸和扩大了人的手足和大脑功能,更加广泛地应用于工业生产中。 1 气动抓取式工业机械手的构成分析 基于PLC的气动抓取式工业机械手设计,需要具有较高的灵活性和自动化发展特征,能够根据相应的程序设计,满足实际生产需要。因此,在进行设计过程中,气动抓取式工业机械手应包含以下几部分:执行机构:执行机构是气动抓取式工业机械手的重要组成部分,包括了手部、手腕、手臂和立柱等部件,是机械手完成生产目的的关键部分;气动驱动系统:气动驱动系统是指挥机械手完成工业生产的重要部分,利用气体压力进行驱动,使机械手完成任务;控制系统:控制系统相当于机械手的大脑,对机械手执行任务进行指令下达。一般来说,气动抓取式工业机械手的控制系统,主要以PLC自动化工业控制系统为主;相关检测装置:检测装置是进行位置调节的装置,通过检测装置可以更好地确定抓取目标,为实现抓取目的提供依据。机械手的构成,以PLC控制系统进行指令下达,之后由气动驱动系统进行机械能传输,使执行机构能够进行实际行动,并且根据位置检测装置,进行目标操作[1]。 2 基于PLC的气动抓取式工业机械手设计研究 2.1 设计要点 基于PLC的气动抓取式工业机械手在设计过程中,要注重机械手的抓取性能,在实际工作中,能够实现快、准、狠的工作效果。机械手设计过程中,手臂的运行方式有所不同,在进行手臂设计时,需要考虑到生产的实际情况,使机械手设计能够与生产实际状况符合。关于PLC气动抓取式工业机械手设计,要把握以下几点:第一,机械手臂设计时,坐标可分为直角坐标式、球坐标式、关节式等方式。第二,手臂的升降、收缩和回转运动要保证灵活性,能够较好地适应生产和抓取情况。第三,手臂的上下升降、左右旋转、上下摆动动作要具有较好的灵活性。第四,手臂要保证五个自由度,符合抓取需要。 2.2 设计方案 文章对基于PLC的气动抓取式工业机械手的设计研究,将从手指、手腕、手臂、三个方面进行。 手指设计分析:机械手在设计过程中,要具有较好的通用性能,能够进行有效的更换,以实现设计的效率性和多用性。手指在设计过程中,主要以气动抓取方式为主。气动机械手是用压缩空气为动力源的机械手。其特点是方便、输出力小、气动迅速。但是由于空气的可压缩性使其运送过程不稳定,抓取力控制在三十公斤以下。手指设计时,要有足够的握力并且手指间具有对应的开闭角,能够对工件进行准确定位。 手腕设计分析:手腕设计时,同样要以生产实际需要为主,手腕要具有较好的灵活性,更好地满足生产需要。设计时,若是抓取的物件是水平放置,则可以设置成为上下摆动的形式即可,若是抓取物件存在一定的复杂性,就需要将手腕设计成“球坐标式”,能够进行有效地活动,从而完成抓取工作[2]。 手臂设计分析:机械手臂在设计过程中,要保证其具有较大的灵活性。手臂是进行抓取工作的重要设计点,其速度关系到了机械手手指的抓取速度,文章对机械手臂的设计参数为最大移动速度为1.0m/s,回转速度为90°/s,移动速度为0.8m/s。手臂设计要具有速度性,它是实现抓取效率的关键部位。 2.3 控制设计 控制设计是基于PLC的气动抓取式机械手设计的难点,具有较大的复杂性,同时,控制设计也关系到了机械手能否发挥真正的作用。在控制设计过程中,需要考虑到机械手的通用性,并且采用点位控制方式,实现精确控制。控制设计时,要注重PLC工业自动化控制系统的应用。关于利用PLC自动化控制系统进行机械手控制的问题,如图1所示[3]。 PLC在实现这一目标时,需要通过程序编制,并且对程序进行执行处理,才能实现。PLC应用于气动抓取式机械手设计时,主要涉及到了以下设备装置:中央处理器、系统存储器、用户存储器、电源、编程器五大部分。这五个部分当中,中央处理器是PLC系统的核心,对气动抓取式机械手进行控制,电源、线路是实现PLC系统进行相关程序操作的关键。同时,编程器、系统存储器、用户存储器之间,需要通过I/O信号输入,才能实现效果。 PLC控制作用发挥时,需要事先有PLC系统进行命令,并且通过总机的数据处理系统,将指令进行传达,实现信号输送。关于PLC的气动抓取式机械手的工作情况,主要如下:机械手位于初始位置,受到控制系统控制,执行系统将推动机械手进行运动。同时,机械手各个主要部位受到执行系统控制,执行系统通过完成主系统下达的任务,进行机械手控制,完成机械手操作任务。基于PLC的气动抓取式工业机械手设计,将更加广泛的应用于自动化生产线。国外很多国家已将其成功的应用于成套的自动化生产设备中。机械手未来的发展,将朝着自动化、智能化、网络化的发展方向迈进,将更好的代替人从事高危险、高危害的工作环境,实现生产管理的智能化和自动化。 3 结束语 综上所述,文章主要分析了基于PLC的气动抓取式机械手的设计原理、设计方案、控制设计三个部分内容,并就气动抓取式机械手的特点进行了分析,实现了气动抓取式机械手的设计。气动抓取式机械手在工业生产过程中起到了重要的辅助作用,在实际设计过程中,必须注重这一点,使机械手设计能够更好地促进工业生产的发展和进步,满足我国现代工业更加自动化、智能化的发展需要。 机械手设计论文:基于PLC的气动机械手控制系统现状和程序设计算法分析 【摘要】机械手是一种能自动化定位控制并可重新编程以变动的多功能机器,在工业自动化生产中占据着重要位置。驱动方式可以液压传动,也可以气压传动,也可以是电气控制等方法。随着传感器技术、气动技术、计算机技术等发展,基于计算机技术为基础的控制技术发展较快,其中气动技术以经济、廉价、灵敏等优点,而成为研究热点之一。本文介绍的是气动机械手模型基于专用计算机―PLC的控制系统设计。 【关键词】机械手;现状;程序设计;算法分析 一、PLC的气动机械手控制系统现状 随着社会与科技的进步,工业生产自动化设备越来越广泛应用,其中机械手的诞生就是基于生产技术不断提高,是现代生产与科技应用相结合形成的一个重要技术。工业机械手的应用减轻了劳动强度、可提高产品加工精度、减少危险性生产由人工操作环节,尤其是在一些危险性大的行业生产中应用较为实用,如化工生产有存在有毒物质的;如核电厂等存在放射性物质的地方;如烟花等易燃易暴的生产场合等生产环境非常适合使用机械手进行生产。在机械行业中(铸、锻、焊接、热处理、电镀、喷漆、装配等)应用也十分广泛,如在柔性生产线中用气动机械手来搬运上下料材;机械零件的装配生产线中,利用机械手抓零件与另一零件装配在一起;如啤酒生产中用机械手把盖压在瓶子上等等。以上种种应用极大的减轻了劳动强度、促进安全生产、提高产品质量,适合现代化的生产趋势,具有较强的生命力。机械手的驱动方式有气压传动、液压传动、电气传动和机械传动。广泛使用的气压技术以压缩空气为介质,具有动作迅速、平稳、可靠、结构简单、较轻、体积小、节能、工作寿命长的特点,特别是对易于控制、易维护、无环境污染场合,因此气动技术常作为机械手的驱动系统的首选。气动机械手与其它控制方式的机械手相比,具有无污染、抗干扰性强、价格低廉、结构简单、功率体积比高等特点。在机械行业越来越多的自动化设备中采用了机械手,主要是液压控制和气压控制两种方式。其中气动机械手以其取之不尽、用之不完的气源,及较低的生产成本受用户喜爱,各国对气动机械手的研究越来越重视,现已发展成为满足生产需要的一种重要的实用技术。 在工业自动化中液压与气压均有较在应用,而气动技术被称为工业自动化的“肌肉”,其应用灵活,夹持工件的重量越来越重,在各种机械加工行业和制造行业中,尤其在有毒的环境下作业等其应用程序越来越受重视,并得到相应广泛使用。随着科技不断日新月异发展,自动化控制技术也不断更新,在微电子技术、计算机技术等技术的迅猛发展形势下,气动技术不断技术创新,以工程实际应用为目标,不断取得巨大的进步。另外气动技术作为一种相对来说比较廉价的自动化技术,由于其元器件的制造技术以及使用性能的不断提高,并且生产成本和流通成本不断的降低,气动技术现已被广泛的应用在现代工业、医疗业、生产以及输送领域。例如南昌市第一附属医院中引入了气动控制药品传输线,从药房配药师输出到住院部等各部门,每次提高了近5分钟,大大减少人力劳动及工作人员数量。 我国在机械手的应用方面,不是世界最发达国家,但已经较为广泛使用并取得了较成熟的技术。基于Programmable logic Controller为核心技术进行控制的液压机械手或气动机械手在工业自动化领域应用较多,非常适合PLC最基本功能,即逻辑控制。如用来上料下料、装卸机械零件、搬动物品等重复性的工作过程。我们国家原来的继电接触器控制系统大多已改造为基于 PLC 为控制器的自动化装置,通过最近20多年的应用实践表明,在机械制造及自动化领域具有强大生命力。研究的基于气动技术的可编程控制器控制的机械手是现代机电一体化自动生产线中重要辅助装置,可实现上下、左右、伸缩六个方向的三维空间运动,较适合经常变更批量生产与柔性制造生产的现代加工方法。它能按预定程序和控制要求完成物品、材料、机械零件等进行运送、上下料、搬运等作业,并可以在需要时修改程序实现动作变更。 二、PLC 程序设计算法分析 算法是决解决问题的清析思路的描述,对于一种可行的解决方案均有算法。当然对于不能解决的方案可能就没有算法可言。在本课题中编程环节要求按照机械手的工作要求实现控制要求,我们通过假定其初始位置为原点,其条件为右边、后退、松开状态为原始条件,基于此条件下实现自动操作与手动操作。 (一)分治法 设计中利用了重要的分治法实现各功能模块。依照气动机械手的工作顺序要求,划分为各小功能模块,如向左伸出与向右缩回、向下伸出与向上缩回、水平伸出与缩回等均可分为小的模块,设计中称为状态。从初始状态开始依次按要求将可画出相关系统流程图。各相关的状态中动作利用步进指令转换为梯形图程序,实现完整的控制功能。 (二)贪婪法 贪婪法的总体思路中把符合控制条件的所有情况均最大限度的列入考虑范畴,从中选取一个解决问题的办法。课题设计中考虑符合设计要求的思路会有多种,如采用最基本的思维,即把每一步均作最基本的“起-保-停”处理,并线圈内加入限制条件,在最开始作最基本的起动控制程序以实现控制功能。另一种方法可以采用 SET、RST 指令来实现控制功能。还有方法就是后续设计中用的用流程图把所有出现的动作当成状态,设计其流程图并转化为梯形图程序。 (三)递推法 对于设计的程序图中各状态的实现方法,采用逻辑递推法,依次基本逻辑关系递推。如课题设计中关于机械手控制工作顺序中的各状态中执行动作及各状态间转换关系,不断利用这种递推办法,把气动机械手的工作过程按顺序设计其控制逻辑图。在程序设计过程中存在各种逻辑限制关系,要依照控制要求反复推敲后加入程序以实现各种功能及相关条件限制。 机械手设计论文:机械手自动控制系统设计研究 摘要:随着科技的不断进步,工业自动化产品的性能日益加强。在工业生产和其他领域内,由于工作的需要,人们经常受到高温、腐蚀及有毒气体等因素的危害,增加了工人的劳动强度,甚至于危机生命。因此,迫切需要一种东西代替人在恶劣的环境中作业的要求呼之欲出,机械手由此而诞生。本文就机械手自动控制系统的设计进行了分析研究,以供参考。 关键词:机械手 PLC 自动控制 系统设计 1、引言 随着可编程序控制器(PLC)在工业生产过程自动控制中的广泛应用,解决了在各种恶劣环境下工作的难题。机械手在工业自动化生产得到了很好的利用,它不仅灵活多样,而且耐高温、抗腐蚀,可以较强适应各种恶劣的工作环境完成人无法完成的操作,大大降低了工人的劳动强度,提高了生产效率。机械手是集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体的现代制造业重要的自动化装备,是工业机械系统中传统的任务执行机构,它的出现不仅提高了产品的质量与产量,而且加快的实现了工业生产机械化和自动化的步伐。 2、机械手与PLC的概念 2.1机械手 机械手主要由手部和运动机构组成,可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化。主要由手部和运动机构组成。手部是用来抓持工件(或工具)的部件,根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式。运动机构,使手部完成各种转动(摆动)、移动或复合运动来实现规定的动作,改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式,称为机械手的自由度 。自由度是机械手设计的关键参数。自由度越多,机械手的灵活性越大,通用性越广,其结构也越复杂。一般专用机械手有2~3个自由度。 2.2 PLC PLC为可编程序控制器(Programmable Logic Controller,简称PLC),是在继电顺序控制基础上发展起来的以微处理器为核心的通用自动控制装置。主要由CPU模块、输入模块、输出模块和编程器组成。PLC的特殊功能模块用来完成特殊的任务。可编程序控制器及其有关设备,都应按易于与工业控制系统形成一个整体,易于扩展其功能的原则设计。PLC具有可靠性高、适应面广、控制性强、操作方便、抗干扰能力强、编程方便、对环境要求低、与其他装置配置连接方便等特点。在工业自动化控制系统中占有极其重要的地位。 3、机械手自动控制系统设计 3.1 I/O地址分配 I/O地址分配见表3.1。 表3.1机械手控制PLC输入/输出(I/O)分配表 3.2 PLC控制系统设计分析 由机械手的工作过程可知,这是一个典型的顺序控制系统。为此,可从机械手的连续工作方式入手编写程序。首先应绘出连续工作时的功能表如图3.2,然后直接列写逻辑表达式,用触点线圈指令编程,也可使用置位复位指令或顺序控制继电器指令来完成。为了将每一步的工作状态显示出来,动画模拟软件使用了内部存储器位 M5.1 、 M5.2 、 M5.3 、 M5.4 、 M5.5 、M5.6 、 M5.7 、 M4.0 、 M4.1 来分别表示①~⑧的运行状态。编程过程中,需要注意特别处理的问题是①、⑤和③、⑦步的动作问题,虽然①、⑤步都是下降操作,但却具有不同的意义,①步下降是空钩下降,而⑤步下降则是夹着工件下降。③、⑦步的上升操作也是这样。 图3.2机械手动作功能表 图3.3机械手控制系统程序结构图 单周期操作的程序实现可在连续工作程序的基础上通过经验修改实现。其要点是是设法阻止机械手在一个周期工作结束后自动进入下一周期,一般在下降的启动回路想办法。 单步操作的实现与单周期工作的实现是相似的。即设法在每一步工作结束后,不是直接启动下一步的工作,而是等待启动按钮的命令后再工作。 以上是在同一个顺序控制程序中完成的连续工作、单周期工作和单步工作的程序编制思路。实际上本文采用分段跳转的办法来完成这三种操作,这使得程序结构如图3.3所示。这种方法编制的程序结构清晰,但程序数量长于前一种方法。 4、系统调试 4.1控制系统的程序调试步骤 (1)对于比较复杂的控制系统,需要绘制系统流程图,用以清楚的表明顺序和条件。 (2)设计梯形图,这是程序设计的关键一步,也是比较困难的一步,要设计好梯形图,首先十分熟悉控制要求,同时还要有一定的电气设计的经验。 (3)将程序输入到PLC的用户存储器,并查找程序是否正确。 (4)对程序进行调试和修改,直到满意为止。 4.2调试过程中注意的事项 (1)数据线与计算机的接口必须要与软件的端口保持一致,否则运行会产生通信错误问题。 (2)连接PLC上的输出端口对应的动作必须与程序中的输入输出点的定义动作保持一致。 (3)PLC上的输入输出点都必须接入电源,连接的外部模块也必须接通电源与接地线 (4)由于条件有限,外部接线模块中部分用开关代替按钮,在执行点动程序注意执行完应该将开关拨回到停止状态。对于限位开关也用普通开关代替,当执行完该步程序后,进入下一个步,需要将限位开关拨回OFF状态。 结束语 机械手控制系统采用PLC进行控制,大大提高了该系统的自动化程度,减少了大量中间继电器、时间继电器和硬件的接线,提高系统的可靠性。同时,使用PLC进行控制可以方便更改生产流程,增强控制功能。另外,在实际的生产中,可以设置远程控制,可以利用监控软件对控制系统进行实时控制,以提供较为直观、清晰、准确的机械手运行状态。也为维修、故障诊断提供多方面的可能性。 机械手设计论文:仿人机械手的结构设计与现实意义 【摘 要】本文阐述了仿人机械手研发的国内外发展现状与存在的问题,并针对这些问题对仿人机械手进行了三维建模以及运动学仿真,同时阐明了仿人机械手研究对社会生活的现实意义。 【关键词】仿人机械手;三维建模;运动学仿真 0 引言 机器人技术的发展是一个国家高科技水平和综合能力的重要标志,而服务机器人是未来社会发展的必然产物,对于服务机器人的研究,尤其是仿人机器人的研究是具有巨大经济价值和历史意义的,其原因有两个:第一,世界老龄化进程的加快,尤其是中国也正进入老龄化社会,照顾老人问题即将成为一个严重的社会问题,而仿人机器人在解决这一社会问题中有着不容置疑的作用;第二,由于各种灾难和疾病造成的残障人士也逐年增加,他们需要越来越多的关心和照顾,如果采用专门的人力将严重增加社会的负担。所以对于服务型机器人的研究,显得格外重要。 目前有很多服务型机器人,但是没有一个机器人可以像人一样有一双灵巧的手,完成只有人类才能实现的复杂动作,本课题就是针对这一问题从仿人机器人的机械手开始研究的。 1 国内外发展现状与问题 从1960年由通用电气公司设计制造的造型为两只手指的爪状物开始,为以后的各类机械手打下了基础,到现在为止美国的宇航局(NASA)、哈佛大学和耶鲁大学,日本的东京大学在机械手的研究上都取得了不小的突破。 我国机械手的研究比较晚但是也做了很多工作,国防科技大学[1]、哈尔滨工业大学[2]也研制出了多指灵巧手。尤其是哈尔滨工业大学机器人研究所研制的“仿人型机器人灵巧手”,2006年5月亮相德国慕尼黑国际机器人及自动化展览会,以其精美的外观、可靠的软硬件系统等赢得了众多参观者的赞赏,并率先进入了国际市场。 由此可见,目前多数国家和企业高校都在对仿人机械手进行研究与设计,不过现在还存在一系列问题,例如:价格昂贵,实时性不理想,设备笨重,并且大都停留在实验阶段,这些都制约其在实际当中的应用。 2 五指仿人机械手设计 本文设计的五指仿人机械手具有的优势有:采用欠驱动控制方式[3],所以机械系统大大简化,机械手大小基本与普通人手大小一致,便于安装到各种服务机器人的移动平台上;同时每个手指都靠手指末端拉力进行运动,也就是说只需要一个拉力便可以实现机械手指的人类手指运动方式,结构紧凑、便于控制、动作灵活;材料可以采用塑料纤维进行加工实现,因此质量轻、价格便宜,易于普及;可以采用嵌入式的控制方式进行控制,处理速度快,响应时间短。 本文通过Solidworks对五指仿人机械手进行建模,其单指与整手建模图形如下所示: 图1 单指结构与整手三维建模 本文通过ADAMS实现仿人机械手的运动学仿真,其仿真图形如下所示: 图2 约束添加以及手指运动效果图 3 现实意义 对于仿人机械手的研发对社会有着重要意义:其一,对于服务机器人的研制,尤其仿人机器人的研究应用,必将对机器人行业起到积极的促进作用;其二,仿人机械手的研发隶属于制造业,其研制成功与推广,可以增加就业,创造经济价值;其三,其技术的实现可以促进制造业的信息化、自动化和产品的智能化,提升产品技术含量和附加值,从而促进制造业相关技术领域的发展;其四,实现服务机器人上机械手的灵活运动与控制,对于老年人以及残障人士在心理上和身体上都非常有益处,为解决我国社会问题,创建和谐社会做出贡献。 机械手设计论文:炼胶生产线气动机械手的优化设计 【摘 要】本文介绍了气动机械手的基本功能,在此基础上,主要对气动机械手的结构进行设计与改善。在 PLC 和气动控制技术相结合的基础上,使其功能更加完善,运行更加精准、合理。它由 PLC 控制四个气缸来实现机械手横向和纵向的运动以及气动夹持机构的伸缩动作,利用气动能源分别完成对生产中使用到的工件进行抓取、放置等动作,实现了节能环保的特点。 【关键词】气动机械手;气缸;优化设计;PLC 0 引言 炼胶生产线一般包括上辅机(包括胶料、粉料和油料的称量及投送系统)、胶料混炼设备(密炼机)和下辅机(胶片挤出、冷却和称量系统)三大部分。由于密炼机和下辅机之间的胶料需循环返回多次精炼的要求,而气动机械手是传递机构中的重要部分,通过夹持机构将物料从某一位置和方位,按一定运动轨迹传递到另一位置和方位,且是以空气为介质,具有使用、维修方便、安全、可靠、成本低、寿命长等特点,采用气动方式控制机械手机构被很多场合所采用[1]。设计气动机械手的原则是:充分分析作业对象的作业技术要求,拟定最合理的作业工序和工艺,并满足系统功能要求和环境条件;明确工件的结构形状和材料特性,定位精度要求,抓取、搬运时的受力特性、尺寸和质量参数等,从而进一步确定对机械手结构及运行控制的要求。 1 气动机械手的工作原理 图1 气动机械手的运动示意图 图2 气动机械手工作流程图 如图1所示,此气动机械手具有两个弧线升降运动,一个旋转运动和一个直线运动的自由度,将炼胶机的出料搬运至左侧或右侧的炼胶机上。机械手的动作除了左右旋转应用电机控制之外,其余全部动作由气缸驱动,气缸由电磁阀控制,整个机械手在工作中能实现上升和下降、左转和右转、夹紧和放松的功能,是目前较为简单的、应用比较广泛的一种气动机械手。 在主臂立柱底座上安装电机以便控制其回转自由度。小臂a与主笔立柱之间用气缸A控制连接,以便控制小臂a的弧线升降。在小臂a与小臂b之间采用气缸B连接,以便控制小臂b的弧线升降,在小臂b和夹持机构之间采用气缸C连接以便当小臂运动时夹持机构在气缸C的作用下能保持平稳的运行和垂直度,气缸C的充放气特性以及运动轨迹根据气缸B和A的充放气特性来决定。夹持机构的开合和夹紧由气缸D控制。将气动机械手的零点(原始状态)定为开始工作位的回转限位、升降限位、伸缩限位及放松状态。气动机械手为实现移料动作,需要完成如图2所示的工作流程图。 2 气动机械手气动回路的构成及原理 气动回路主要是由气源、各种控制阀以及执行气缸等组成,下面介绍回路的关键部件-执行气缸。 执行气缸包括连接主臂立柱和小臂a的气缸A,连接小臂a和小臂b的气缸B,连接小臂b和夹持机构的气缸C,以及控制夹持机构的气缸D。由于不同的气缸控制不同机械结构,其输出力也不同,所以四种气缸的型号也不同。同时要求气动机械手能够在升降过程中任意位置实现精确定位,精度要求为 1mm以内。由负载性质及气缸运动速度选定负载率β值,即可求出所需的气缸理论输出力P=F/β。 气缸D所控制的夹持机构和物料最大重量约为50kg,气缸C所控制的最大重量约为55kg,气缸B所控制的小臂b的最大重量约为70kg,气缸A所控制的小臂a的最大重量约为80kg。 一般来说,气缸可以保证起点和终点的定位精度,因此,对于夹持机构Z轴方向的定位,应用一般的气缸就可以保证其定位精度和使用要求。而对于小臂a和小臂b的升降精度要求,则可以使用 SMC公司一种新型CEI型气缸,在结构上增加了位移传感器件,使之与气缸浑为一体,整体结构紧凑合理,设计新颖,提高了气缸位移监测的性能,CEI型气缸在杠杆的两侧刻有细纹磁栅,当气缸左右移动时,位移传感部分将以双向脉冲方波形式输出能够实现中间任意位置的定位[4],而且其定位精度可达到1mm以内,因此,应用上述气缸可以满足小臂a和小臂b的升降定位精度的要求和使用要求。根据以上原则和条件,详细选型见下表1。 总体气动系统原理图如图3所示。气源首先经过滤减压阀处理,通过相应的电磁换向阀后进入各个气动执行元件。 图3 气动系统原理图 1、2、3、4―2位5通双电控电磁阀;5―气源处理组件;6―气罐 3 气动机械手控制系统配置 根据机械手运动仿真方案,机械手的循环动作依次为:上升正转下降伸出夹紧上升反转放松缩回反转下降下一循环。为了根据实际工作环境确定机械手工作时磁性限位开关的位置并调试机械手,对机械手的每一动作设定一个手动控制按钮。同时,为了保证气动机械爪工作时,整个机械手只能执行其一个动作,需要在程序上设计互锁功能。气动控制系统一般由控制器,电―气控制元件、气动执行元件、稳压气源、传感器和接口电路组成[2]。控制器一般指计算机、单片机或可编程控制器等控制器件,气动执行元件常用的有气缸、气爪、控制阀等,传感器一般指位置传感器、速度传感器和加速度传感器,接口电路指控制器与控制元件、控制器与传感器之间的接口[3]。 气动机械手有两种控制方式:操作面板控制和个人计算机控制,两种控制方式均以 PLC 为主要控制模块,其中个人计算机控制要求 PLC 与上位机实现有效通讯,通过上位机程序的改变来实现 PLC 程序的更新与运动参数的变化。为了实现气动机械手操作面板控制和个人计算机控制两种操作方式,拟采用PLC 为下位机,PC 机为上位机的控制模式,PLC 与 PC 机之间通过 RS232 协议实现通信,完成控制过程中的数据交换[5]。可编程控制器的程序运行方式是循环扫描方式,而非顺序方式,因此任何一个气缸在条件满足后即开始动作,在机械手运行中遇到突然停电时,可以关闭气源,对工件进行处理, 来电后重新初始化各项个元件与程序。 我们所要控制的系统中,有8个行程开关信号、一个按钮开关信号、一个由定位系统动作结束发出的信号共10个输入点,因此我们选用了西门子S7-200系列CPU224型号PLC,它有14路数字量输入点和10路数字量输出点,具有体积小、处理数据和通讯能力强、存储器容量大等优点。基本位布尔运算执行时间为0.22μs,用户存储器容量SK字节[6]。而且它还具备6路30kHz单相高速计数器和2路20kHz高速脉冲输出可以分别用来接收旋转编码器信号和直接控制步进电机运行。有模拟量输入/输出模块、高速计数器模块、位置控制模块、数据输入/输出模块、通信模块等,可以实现模拟量控制、位置控制和联网功能,在功能上完全满足了控制系统的要求,并留有一定数量的FO通道作为照明电路和其它储备用途。 4 结论 本文主要研究了气动机械手的执行机构和驱动系统的原理并进行了设计,采用气动驱动作为机械手的驱动方式,通过分析设计执行气缸及其控制阀等模块,以满足相应的动作要求,根据气动机械手的功能要求绘制了机械手的控制系统流程图,使机械手能实现多点连续的控制,同时分析气缸C和气缸B的充放气特性,以便优化两者的先后动作,再结合S7-200可编程控制器,使气动技术在顺序动作的逻辑控制系统的优点得到充分发挥。
电子测试论文:电子设备强迫风冷散热特性测试与数值仿真 摘 要:针对电子设备发热导致其可靠性下降的问题,对某电子设备机箱内部PCB(Printed Circuit Board)板强迫风冷的散热特性进行热测试实验,利用热分析软件ICEPAK对该设备的工作情况进行热仿真,并比较实验结果和仿真结果,结果表明二者一致性较好. 分析数值仿真产生误差的因素并提出改进数值仿真的方法. 该研究表明数值仿真可以为电子设备的热设计开发提供依据. 关键词:热仿真; 热测试; 电子设备; ICEPAK 0 引 言 随着现代电子技术的发展,电子设备不断向高功率、高密度方向发展,如果各种发热元件散发出来的热量不能及时散发出去,各个元器件的温度就会超过各自所能承受的极限,导致电子设备可靠性大大降低.这就要求对工作温度有较高要求的电子设备进行结构的热设计.[1]目前,对电子设备的热设计工作主要采取数值仿真与实验相结合的方法.在对电子设备进行风冷热测试实验所产生的大量实验数据基础上,进行软件热分析仿真,通过实验数据检验模拟结果,从而指导软件热分析,为进一步做好电子设备的热设计,保证电子设备正常、可靠的工作打下基础. 1 热测试方案与实验设备 1.1 热测试方案 实验在西安电子科技大学机电工程学院自行研制的DF―1型低速风洞中进行,被测试电子设备结构形式见图1.在PCB(Printed Circuit Board)板上用型号为HW200JB8的厚膜电阻模拟发热元件,电阻值为25 Ω,其安装形式见图2. 每块PCB板按顺序排列25个发热元件,6块PCB板构成5个通道,其中5和6号板为光板,1号板为元件并联板,2,3和4号板为元件串并联混合布置,通过加载不同的电压可得到元件上不同的功率分布变化.[2] 1.2 实验设备 (1)低速风洞: 工作段面积为300 mm× 400 mm,风洞通过严格设计完成,在工作段无物体时可保证段内各点风速相等. (2)风速测量仪:用以测量风洞的实际流速. (3)ATM―3型多点温度测试仪:可1次测量63个温度点. (4)铜―康铜热电偶:测温范围为-260~ +300 ℃. (5)稳压电源:模拟PCB板加电状态. 实验的主要目的是研究电子设备在不同工况条件下的散热特性,因此测试时将被测电子设备放在低速风洞工作段中,分别对4块板加不同的电压,以模拟功率变化的情况:1号板加电压为1~3 V;2号板为5 V,10 V,20 V,30 V变化;3号和4号板为 10 V,15 V,20 V变化.通过改变入口风速与PCB板间距等进行热测试,主要测试元件表面、背面与入出口的温度以及风洞内不同测点的流速. 2 数值模拟 2.1 模型的建立和求解 用ICEPAK进行热仿真的过程可分为5个基本步骤[3]:建立计算模型,设定问题参数,划分网格,求解计算和后处理. 图3为在ICEPAK中模拟该电子设备实际工作环境所建立的物理模型. 被测电子设备水平放于风洞工作段内,用openning模拟风洞的入口与出口,在入口openning处可设定不同的流速;风洞用cabinet模拟,4面绝热;PCB板与底板固连,底板材料为铝;设置厚膜发热电阻与PCB板紧密固连.在数值仿真中先根据每个PCB板所加不同电压计算出每个发热元件的热功率,再将所得热功率加载到每个热源上. 该模型的主要参数为流体状态.通过软件自动计算得到的普朗特数和雷诺数可以确定流体类型为紊流.根据不同的实验工况,设置环境温度和风速等边界条件[4].实验主要为强迫风冷,因此忽略辐射换热与重力影响. 由于PCB板上的发热元件排列紧密,为了得到较精确的计算结果,要保证在发热元件周围有较细的网格划分.然而整个风洞容积较大,如果采用相同精细的网格对整个风洞进行网格划分,将使得求解时间大大增加.因此,对每块PCB板及其安装的发热元件建立1个assemble ,适当调整assemble的大小,以保证在PCB板与元件周围有较细的网格划分,风洞内其他部分使用较粗的网格,而计算精度不受影响.最终网格划分HEXAS数量为128 830,NODES数量为142 084.在设置好求解残差和迭代次数之后开始求解并最终收敛. 2.2 计算结果 对热测试中几组不同工况下的实验进行仿真计算,图4为1号PCB板在入口风速为1.5 m/s和25.5 ℃环境温度条件下的温度云图. 从图4中可见在流体入口处元件温度低于出口处元件,与热测试结果相同.热分析结果相对于热测试的大量数据结果显得更加直观明了. 对热测试中几组不同工况下的实验数据与仿真计算结果进行对比.图5为环境温度25.5 ℃,风速1 m/s条件下2号PCB板加不同电压时,中间元件温度变化的测试与计算结果.从图中可以看出,当电压改变时,元器件的温升有较大幅度增长,显示计算结果与测试结果具有良好的一致性. 图6为环境温度25.5 ℃,U1=U4=3 V,U2= 5 V ,U3=15 V条件下1号PCB板上某一元件正面和反面测点温度的测试与计算结果.从结果可见随着风速的增大,发热元件正反面的温度逐渐降低,这表明仿真结果与测试结果吻合较好.从图中可以发现在0 m/s工况下计算结果较实验数据存在较大偏差,这主要是由于此时被测设备处于自然散热状况,而在仿真中没有考虑重力与辐射传热的影响,造成温度偏高. 图7为环境温度25.5 ℃,U1=U4=3 V,U2= 5 V ,U3=15 V条件下2号PCB板入出口测点温度测试与计算结果.数值仿真结果表明随着风速的增大,PCB板入出口的温差逐渐降低,与测试结果一致.由于在入出口处无热源且流体相对处于层流状态,因此数值仿真误差较小.图 7 不同风速下PCB2入出口测点温度 将数值仿真结果与热测试数据对比发现,计算发热元件表面的温度要高于实际测量结果,而计算PCB板入出口处的温度要低于实际测量结果,这主要是因为实际发热元件与PCB板之间存在由热源管脚到PCB板的热传导,而在热仿真中只是模拟热源与PCB板的固连热传导,没有模拟管脚的热传导,造成部分热量没有从热源传导至PCB板上,从而产生上述结果.预计如果考虑上述影响,通过更详细的建模分析,可以得到更精确的仿真结果,这对进一步改进热分析,提高数值仿真精度具有指导意义. 3 结 论 在对电子设备进行强迫风冷热测试的基础上,运用热分析软件进行数值仿真,并将计算结果与热测试结果进行对比,表明计算结果与测试结果具有较好的一致性,并从数据对比中得出改进热仿真的方法.电子设备的热测试与数值仿真都是进行热设计的重要手段,只有将两者更好地结合运用,才能进一步做好电子设备的结构设计,保证电子设备正常、可靠的工作. 电子测试论文:基于虚拟仪器的新型汽车电子测试平台 上海聚墨仪器有限公司 邢咏红 摘要:针对汽车电子的测试要求的日益增高,本文介绍了一种基于虚拟仪器的测试平台,可以极大地方便汽车电子产品的测试。 关键词: 虚拟仪器;汽车测试;LabVIEW PXI 随着半导体及软件技术的快速发展,汽车电子在汽车产业中所占比例越来越大。从汽车的舒适性到稳定性乃至安全性的实现中,汽车电子产品都担任着至关重要的角色,并且正发挥着越来越广泛的作用。汽车电子产品厂商也正面临着巨大的市场挑战――提高产品质量、加快生产周期、降低生产成本等等。 在这样的条件下,对汽车电子产品的测试设备的要求日益增高,主要体现在以下方面。 复杂的测试要求 汽车电子产品在整车系统中的比例和实现的功能不断增加,要求其具有丰富的功能;随着基于CAN、K-Line、LIN等总线的车身网络的发展,还需要实现单个设备与整车网络之间可靠的实时通讯。这都要求汽车电子产品出厂前需要经历复杂的功能和参数测试过程,从而保证产品满足车厂所规定的功能上及质量上的诸多要求。 严格的质量管理流程 除了能够实现测试功能,测试设备还需要保存测试数据、提供测试数据在线分析功能,并能方便地据此进行生产过程统计(SPC),如测量系统分析(MSA)和工序能力指数(Cpk)等,从而作为企业质量管理的数据来源。 开发现测试周期 目前汽车厂商推出新车型的周期越来越短,以满足不断发展的市场要求。对于在国外设计,国内生产的汽车电子产品而言,国内厂商需要在短时间内建立完整的测试线;而对于国内自主设计的汽车电子产品,往往要求测试线不但能够进行出厂前测试,还需要承担部分设计验证任务,因而在产品研发阶段就要实现测试系统,同时需要预先考虑由于产品改进而引起的测试设备变动。 苛刻的时间要求还体现在提高测试效率上。对于大批量生产的产品,利用功能单一、需要操作人员手工操作的传统测试设备很难达到时间和质量上的要求。因此使用自动化测试设备成为提高产品质量和产量必不可少的条件。 成本控制 汽车电子厂商往往需要生产多种型号、具有类似测试要求的产品,这就要求测试设备具有可复用性,可以简单的实现多种产品共用同一条测试线,以达到降低生产成本的目的,同时也降低了设备维护的开支。 如果完全采用进口测试设备,则设备的引进及维护成本高、检修周期长,已经有越来越多的厂商在考虑将进口设备国产化,利用本地的供应商或自行开发和维护。 由以上可见,在汽车电子产品测试中,所采用的测试设备是一种需要根据被测产品的不同而快速灵活定制、能够提供丰富的测试功能、便于本土工程师快速开发及维护的软、硬件平台。 测试平台 针对以上应用需求,本文介绍一种基于虚拟仪器技术的汽车电子测试平台,可以极大地方便各厂商进行汽车电子产品测试。 如图1所示,该测试平台基于虚拟仪器技术构建,由两部分组成――软件和硬件。硬件采用美国国家仪器公司(NI)的PXI模块化仪器;软件采用NI的LabVIEW图形化编程语言和TestStand测试管理软件开发。 硬件组成 PXI是一种专为工业数据采集与自动化应用度身定制的模块化仪器平台,具备系统的模块化、容易集成、容易装卸和连接,以及方便提高设备同步与触发精确度等卓越特性。 同时PXI模块化仪器具有丰富的产品,如NI所生产的PXI模块在汽车电子产品测试领域中所适用的有各种模拟和数字信号采集、调理、信号多路复用及矩阵连接控制、各种总线接口、射频及任意信号发生器等等。可为汽车电子厂商提供宽广的选择余地。 图2示出一组典型的用于汽车电子产品检测的PXI模块化仪器,其中包括了基于Pentium CPU的PXI控制器、由数字万用表和多路复用开关及矩阵开关组成的多路电流,电压测试系统、用于产生汽车收音机电台信号的射频信号发生器、汽车收音机音频分析仪等设备。为了实现自动化测试,汽车电子产品厂商通常利用产品本身具有的总线,如CAN、K-Line等,开放特定的控制指令用于产品状态控制,从而无需人工干预。因此在这些模块化仪器中,通常包含一个总线控制器(如CAN、K。Line、LIN控制器等)。除此以外,通常配置一块具有宽电压输入输出和光隔的DIO卡,用于与自动化生产线之间进行时序同步和夹具控制等。 图2的示例中包括了各种经常用到的汽车电子产品测试仪器。在大多数应用中,可以对上述模块化仪器进行定制,选用其中的一部分仪器,即可实现如汽车收音机(包括VCD/D V D/导航)、仪表板、行车记录仪、HVAC(Heating,Ventilation and Air Condition―ing)等产品在PCB及整机状态下的功能及参数测试。 软件组成 如图3所示,汽车电子测试平台中的软件部分由产品驱动程序、测试设备驱动程序、测试项目实现、测试序列(Test Sequence)和用户定制程序(如用户操作界面、测试数据库管理软件)等部分组成。 产品驱动程序――用于实现被测产品的程序控制,通常由各种总线方式(如CAN、K―Line、串口等)进行控制。以达到无需人工设置产品状态而进行测试的目的。对于特定类型的产品,需要进行控制的参数通常是统一的,与型号无关的。例如对于汽车收音机的音频测试,不论任何型号,所需要控制的参数通常有音量、波段、调谐频率、音效控制等。从而保证在为新型号产品开发测试软件时,无需修改调用它们的函数,只需要重新开发一组符合预先定义的接口类型的收音机控制程序即可。 测试设备驱动程序――主要指PXI模块化仪器的驱动,用于保证仪器的正常操作和向开发者提供应用程序接口(API)。这一部分无需用户自行开发,PXI模块化仪器的生产厂商会随硬件提供相应的驱动程序,通常还具备界面简单、易操作的硬件管理环境(如NI的MAX),通过这个硬件管理环境,用户无需编程即可实现硬件自检、手动测试、硬件配置等功能。 测试项目实现部分――是产品驱动程序和测试设备驱动程序的结合。汽车电子产品厂商针对其不同产品,都会有特定的测试规范,而同一类型产品的测试规范通常是相同的。一旦根据厂商的要求开发完成,在构建同类产品测试线时不用或很少更改测试项目的执行程序。 测试序列――按照厂商所有的测试要求,将测试项目组合起来,就构成了一个测试序列。在此平台中,测试序列的表现形式为.seq文件(TestStand文件)。在这个测试序列中实现了所有的数据采集、分析、记录功能。 用户定制程序――包括用户操作界面和 测试数据库管理软件等。在此测试平台中,用户操作界面和测试数据库管理软件作为一个通用的组件,可以应用于各种产品的测试线上,而无需任何修改。 该软件平台具有以下特点: 同一个测试软件平台可以测试不同型号的同类产品。 由于同类产品的测试内容和测试方法通常是相似的,因此软件中的测试项目实现部分只需要针对不同产品进行相应的配置,就可用于所有具有相同测试方法的测试项目,用户无需重新编写代码。 同一个测试序列可以在不同测试站上运行。 考虑到产品平均出厂时间的限制,厂商在选择PXI模块化仪器时,通常会选用多个测试站来分担全部测试时间。这些测试站可以具有相同或相似的配置,在某些测试站上还会采用GPIB仪器以充分利用现有资源。如果其中一台测试站发生故障,该站上的测试软件可以在无需重新编写程序的条件下完成测试站的互换,只需要更改测试设备的资源名称。而测试设备驱动程序中已经同时支持了PXI模块化仪器和传统GPIB仪器。 开发及维护时间大大缩短 从图3中可以看到,除了被测产品驱动程序和测试序列会随着被测产品不同而变化,其它部分在一次开发完成后无需或很少改动。因此大多数情况下,无论是系统集成商还是厂商自己的开发工程师都只需要将精力投入到特定的被测产品控制和实现测试序列上。 同时,由于在一个工厂内采用了统一的软件平台,极大地减少了软件维护的时间开销。不同的测试线对工程师的要求也趋于统一,从而降低了因人员流动而造成的风险。 应用实例 某汽车电子厂商选用了上海聚星仪器有限公司的汽车电子测试平台组成汽车收音机的测试线,为了满足产品Cycle Time的要求,采用七个PXI测试站来分担上百个测试项目。其中两个测试站进行PCB形态的测试,如PCB上的测点电压、电流等参数;另外的测试站均为整机形态的测试,如调校、CD/MP3、AM/FM、音效控制、写入产品追踪及生产信息等等。如图4所示。 每个测试站上运行不同的测试序列,但采用相同的用户操作界面和测试数据管理软件。 由于采用了基于虚拟仪器技术的汽车电子测试平台,目前该测试线同时承担了三种类型、十几个型号的汽车收音机自动测试任务,而该测试平台的维护只需要一个工程师即可完成。 结语 基于虚拟仪器技术的汽车电子测试平台能够有效的满足日趋复杂的测试要求,提高测试线的开发效率并降低生产成本,正逐渐成为汽车电子产品测试领域中新的趋势。 电子测试论文:新形势下电子测试技术需求新趋势 摘要:伴随着经济形势的变化,电子制造产业受到很大冲击,与电子产业密切相关的测试技术也随着市场重点的变化而变化,本文通过对多家公司的访谈,探索新形势下电子测试技术需求新趋势。 关键词:电子测试;无线测试;测试测量;3G 对于电子技术来说,测试测量几乎贯穿了每个电子产品的设计、开发与生产的全过程,并且成为电子工程师必须掌握的一项技能。受电子业整体低迷的影响,电子测试市场近期有所下滑。但总的来说,测试行业市场需求有升有降,技术发展的需求增强。普通家用电子产品和通信产品行业许多企业处于困难时期,产量下降。近期没有生产扩容需求。因此。作为质量控制的生产线测试市场需求有所下降。随着目前3G的兴起和发展,一些技术领先的企业和研发以及检测机构,要求测试测量行业提供顺应通信标准和技术发展的仪表。因此针对研发和检测市场需求是增长的。 中国市场的测试测量需求依然在提升,有数据显示,2008年国内电子测试仪器进口量有明显的增长。而中国扩大内需的政府举措更是给测试测量产业发展带来巨大的空间。据粗算。2009年一季度大部分测试仪器厂商在中国国有企业和科研院所方面的销售有相当程度地提升。 抓住市场成长的热点 虽然遭遇经济危机,但并不是每个行业都受到牵连,有些产业依然蓬勃发展,因此,一些市场发展的热点领域依然存在着促使测试测量厂商取得突破的机遇,比如对先进生产技术的支持,又如一贯是测试测量重要应用的国防和航天,更有最近逐渐兴起的3G网络。 测试与测量技术的发展与电子行业的发展密不可分。即使遇到一些问题,电子行业的发展动力依然来自于消费者对体积更小、功能更强、更多互连计算和通信产品的需求。为满足这些需求,电子企业不断推出新产品,将新无线协议、新电池技术、新元件和半导体技术等各种功能集成在这些电子产品中,并且这一趋势在每一代新产品中的应用似乎逐渐加快了,所有这些都促使测试行业必须采用新的方法去测试这些新型产品和前沿技术。吉时利公司认为,目前这方面的热点包括:对于每种新的无线协议都相应需要新的测试方法和测量仪器;工艺尺寸低达45nm甚至更小,半导体小型化的每一次新进展都要求测量技术相应进步;要想制造出世界上最便宜的笔记本电脑或手机,也需要对测试技术进行革新,不断降低购买价格,降低测试成本。解决所有复杂的问题都需要进行更多的测试。在生产条件下以最高的产能进行更多的数据采集和分析工作,以改进这些新工艺。 上海横河国际贸易有限公司市场总监吴启尧则认为,一方面随着新兴国家的崛起,带来了能耗的直线上升,使全球变暖及污染日趋严重,为了应对能源紧张及环境保护。节能、环保、新能源成为全球发展的共同课题。另一方面,中国国内的3G牌照发放也会带来新一轮的大规模建设和投资,而在3G建设的同时已经在逐步向4G领域迈进。无线通信已经不再单单局限在通话这一简单的功能,而是从照相功能、音乐功能向网络功能和电视功能等全面迈进。而这些也给作为领域排头兵的测试测量行业带来了新的机遇和课题。随着新能源的逐步开发和节能技术的不断成熟。变频控制器越来越被广大行业领域所重视。另外、芯片功能的不断加强也同时带动了多通道数字领域测试测量要求的提高。同时网络的广泛应用将对高速、快捷的通信领域提出更高的要求。这些领域都要求测试技术在多通道、高频率、高精度等方面能更上一层楼。 同样看好3G市场的还有罗德与施瓦茨中国有限公司产品支持部产品经理陈峰,他认为近期在测试测量领域有两大热点:3G移动通信和航天与军用测试。3G通信测试可以分很多方面,如关于核心网的测试、基站子系统的测试以及终端的测试等,可能需要进行射频辐射测试(包括EMC测试)、射频传导测试、协议测试、SIM测试、音频测试、CTIA/OTA测试、SAR测试、产品安全性测试等。航天和军事领域的测试涵盖范围极广。在射频微波测试方面,包括卫星测控、雷达测试、环境仿真、材料测试、元部件测试、基带测试、天线测试、信号仿真与分析等等。对于罗德与施瓦茨公司而言,保持技术领先并不断创新是公司的基本方针。在通信测试领域,保持着与3Gpp标准的同步和前瞻性的统一,随着目前3G和LTE的飞速发展,带来的是公司新的机遇;在航天与国防领域,无论是飞船和卫星、新型飞机和雷达还是舰船和航母,都给公司的发展带来机遇,同时也是挑战。 泰克亚太区市场开发经理孙志强则从我们身处的“全新的数字时代”的5大市场驱动力具体分析了测试技术发展新趋势。 ・基于数字RF技术的全新RF和微波市场: ・需要对随时间变化RF信号进行跟踪、监视和捕获分析; ・需要对“宽带”RF信号无缝“复制”、分析; ・可定制的灵活测试完整方案。 ・基于数字视频技术的全新视频应用: ・既要对传统的视频技术又要对全新的数字视频进行测试; ・对全新的数字视频内容进行测试分析; ・高效灵活的数字视频测试方案。 ・基于高速串行技术的全新计算、通信和娱乐应用: ・对复杂的高速系统进行“全信号通路”检测和分析(从发射端,到中间连接,到接收端); ・针对高速信号系统测试。要设备具有极高的信号保真度(即要测试设备有“全量程”的最低“噪声”); ・高效灵活的测试解决方案,缩短用户产品开发周期。 ・基于嵌入式系统技术的全新而广泛电子应用: ・需要对大量“新技术”一之前只在高速系统中使用的技术,现在也广泛应用在嵌入式系统; ・需要对混合信号环境进行测试分析; ・针对多样化的总线,需要高效灵活的测试方案。 ・基于无线通信技术的全新下一代网络应用: ・以中国为例,需要最全面的能够支持包括CDMA2000,WCDMA,TD以及核心网的NGN、WiMAX、LTE在内的各种技术的网络和终端测试解决方案; ・需要有支持2G/3G融合互操作的网络优化解决方案和管理QoS客户体验的质量分析方案;下一代通信不只是技术的竞争,更重要是网络应用和用户管理。 挑战与解决策略 对于测试测量厂商来说,不仅仅要针对技术需求的重点来进行策略调整,同时还要面对测试工程师提出的更多新要求,像如何满足多样化的测量需求和任务?如何降低选择和使用测试仪器的风险?如何加快用户产品设计和调试周期?如何帮助用户仪器投资最大化和产品创新?以上种种 挑战,归结到一点就是:现在我们身处在一个以方案为中心,以需求为导向,以服务为根本的新型电子测试市场。 面临的挑战中很重要的一点是如何在改进性能的同时降低测试成本。当然,改进性能涉及到很多方面,与实际应用是不同的。在研发实验室中,改进性能通常意味着实现更高的测量精度。在生产条件下,中心问题是提高产能同时保持测量可重复性和精度。在这两种情况下,最复杂的事情是上一问题中所提到的快速变化的环境;每当一种测量系统或测量方案变得比较完善时,似乎另外一种新的无线协议又需要进行测试,或者半导体器件的几何尺寸又在迈向45nm的道路上经过了新一轮“缩小”,从而必须要对测试系统进行重新设计甚至重新构建。降低这种情况下的测试成本意味着仪器制造商必须在设计新产品时极富创意。他们的设计是否向后兼容之前的产品?是否能够将多种仪器的功能集成到一套工具中,或者在尺寸更小的设备中集成更多的通道?是否集成了智能的固件和软件功能。从而缩短系统配置和调试所需的时间? 吉时利公司认为。应对挑战必须不断创新,其中包括研制出灵活而实用的测量仪器。例如。一种能够在不同环境下用于不同测试的仪器,或者集成多种功能的单台仪器,能够节省用户购买多台仪器分别执行各个任务的投资成本。很多先进材料。包括纳米技术和基于半导体的材料,都需要进行多种电气测量,例如超低电流和/或超高电阻特征分析。吉时利已经在低压测量领域获得了经验。虽然吉时利在这一领域处于领先地位,仍不断推进测量技术,降低对产能增大的敏感性,提高生产良率,降低测试成本。 罗德与施瓦茨陈峰则展望了在通信和航天与军用测试领域的技术发展需求及挑战。新的电子技术的发展主要体现在通信技术和航天与国防技术的发展,具体频率和带宽以及数字处理的能力的提高,因此,测量技术在这方面也要随之提高。需要有更高的速度、更宽的带宽和更高的精度。在通信领域,LTE的应用是近期发展的目标;在航天与国防领域,新的测控技术、新型飞机与舰船、电子对抗以及隐形飞机和对应的雷达技术带来新的测试需求。 从性能上讲,技术革新体现在数字处理技术的发展及其与射频器件的优化配合,将会有更高的精度和速度、更大的带宽,从而帮助通信技术和国防应用的技术发展。从功能上讲,测试仪器会在通用性集成功能方面带来突破。简单说就是一台多功能仪器完成以前一套测试系统的工作。例如,一台接收机,同时具有频谱分析、场强分析、调制分析、噪声分析、矢量分析以及功率测试等等各项功能。同时,测试仪器要具有通用性和前瞻性,开放用户接口,给用户开发空间,从而帮助技术人员在研发中尝试新技术和方案,推动技术发展。 结语 随着电子技术的飞速发展,线路复杂性的不断增加,环保节能的要求越来越严格,作为基础工具的测试测量仪器被提出了更高的要求,精度、测试范围、应用领域的拓展和功能的多样性都成为各测试厂商不断追求的目标。 全球的金融危机已经对各行各业造成了重大的影响。各行业也都在不断的消减经费,压缩研发预算,这些都对测试测量行业有一定的影响,由于总体用户的需求下降,也造成各测试仪器厂商对于销售预期的不确定性。技术上各仪器测试厂商可能对一些前景并不理想的行业产品进行消减。这就要求测试仪器厂商本着如下原则进行战略调整: ・提供更精确的仪器硬件平台,最大限度地提高信号保真度,减少测试方案的导入误差量; ・提供高效的应用解决方案,包括针对各种技术标准的专有软件方案和探测方案{探头和夹具等); ・提供可定制的测试中心平台。既能执行标准测试流程,又能定制专有条件下的极限测试; ・提供世界级的专家咨询网络,最大限度地为用户增值。 以上这些测试方案的创新,必将贯彻到电子行业从设计、开发到生产制造每一个环节,会极大推动用户的技术创新进程。尤其在当前,那些意识到这些变化的电子测试设备厂商必将和中国用户一起,最终实现了产品和产业的技术升级。 IPC职业培训与认证项目走进中国大专院校 5月14日,IPC(国际电子工业连接协会)中国区总经理彭丽霞与来自南京职业技术学院、哈尔滨工业大学的代表签属协议,该协会将免费赠送一定数量的标准文件作为两所学校的教学使用。 目前,IPC在电子制造方面共有五项带有培训认证的标准,它们是:IPC-A-600、IPC-A-610、IPC/WFLMA-A-620、IPC J―STD-001和IPC-7711/7721。 另外,IPC还与南京电子学会电子制造专业委员会签署合作协议,双方将开展互换会员行动,彭丽霞还宣布IPC的航空航天标准向中国开放。 电子测试论文:基于CAN总线及蓝牙技术的汽车电子产品的开发及测试 摘要:为某整车厂商开发了一款基于cAN总线及蓝牙技术的车载娱乐设备,实现了免提通话、音频流音乐播放等功能,本文结合产品开发与测试经验,介绍综合运用cAN总线和蓝牙技术开发汽车电子产品及测试中的关键技术。 关键字:cAN;汽车电子;蓝牙 引言 在汽车电子系统中,CAN总线通信技术不仅减少了线束减轻了汽车重量从而提高了效率,更重要的是它实现了汽车电子网络的信息共享和数据传输,利用它可以把某项应用按照功能分拆在不同的组件中实现,这样在实现各个功能子系统时非常灵活,系统中组件的使用更广泛更充分,单个组件可以在多个功能系统中被应用。可以说CAN总线的出现更好地体现了网络复用的特点。蓝牙技术在消费电子领域中的成功运用经验推广到汽车电子领域后,其开发与测试遇到了一定的挑战,笔者结合为某整车厂商开发的一款基于CAN总线及蓝牙技术的车载信息娱乐设备,介绍基于CAN总线及蓝牙技术的汽车电子产品开发及测试中的关键技术。 产品开发 该产品是一个集成usB音频播放、蓝牙免提、蓝牙音频流播放等功能于一体的汽车电控单元(以下以USB-BOX来表示),通过CAN总线与车内音响系统组合为一体,实现播放普通u盘内音乐文件(MP3、WAV、wMA等),同时可以通过蓝牙功能实现免提接听、拨打电话及播放流媒体音乐等。音响系统包括液晶屏、收音机、方向盘和USB-BOX,其中液晶屏用于实现歌曲文件信息、电话相关信息以及电话本的显示等功能,收音机实现CD音乐播放及控制等功能,收音机和方向盘上带有按键控制接口,实现对USB-BOX的音乐控制和免提操作,系统结构如图1所示。 在这个CAN网络汽车音响系统中,收音机和方向盘CAN节点提供人机操作接口控制USB-BOX,而USB音乐播放和蓝牙免提功能相关的液晶屏显示页面则由USB-BOX来控制。USB-BOX的程序设计采用基于有限状态自动机的软件架构,将整个控制流按照功能分解为若干并发的子状态机,每个状态机被实现为一个任务,在子状态机中将该功能实现的过程节点做为子状态,以过程的推进作为状态机的跳转,这样使得整个系统构架清晰,简化了实现,便于系统调试和后续功能扩展。 在状态机的实现中,关键跳转条件是CAN帧和蓝牙信号,CAN帧方面主要是标识符的管理,标识符是指当前液晶屏应该显示什么样的页面。提供什么样的显示信息和导航选择,在该页面下收音机和方向盘按键操作对应哪些控制命令,可以实现哪些选择性的操作(选择、退出、向上向下导航、向前向后导航),由USB-BOX和收音机共同管理。而蓝牙信号涉及到不同手机在同一功能上的不同差异,信息组合不完整,次序不固定,这就会带来一定的兼容性问题。下面以电管理为例描述一下状态机的设计。 首先根据整个来电管理的过程设计Ready、IncomingCallEstablish、ActiveCall三个状态,USB-BOX默认起始状态为Ready,当手机来电时,手机把蓝牙信号CALL SETUP IND(呼叫过程提示)、RING IND(来电响铃提示)和CALLER_ID_IND(来电号码)等来电信息传给USB-BOX,USB-BOX进入IncomingCallEstablish状态。通过CAN帧将响铃提示信息发送给管理功放音响的收音机,把来电号码发送给液晶屏,这时收音机播放铃声,同时液晶屏上弹出显示页面。包括该电话号码,并提供是否接听的两个可导航选项,这个页面的标识符便是来电管理标识符。这时可以利用收音机上的导航按键选择是否接听,在导航到接听按键上按下选择键时,收音机会把接听来电命令发送给USB-BOX,USB-BOX通过蓝牙信号把接听来电命令发给手机,手机接听来电,通话建立后手机把蓝牙信号CALL IND=1(呼叫建立)发送给USB-BOX,USB-BOX进入ActiveCall状态,在该状态下,在收音机上按下选择键时,USB-BOX接收到该按键操作命令,发送CAN帧给液晶屏,弹出一个可导航页面,包括挂断、保持选项,选择挂断,收音机把挂断命令通过CAN帧发送给USB-BOX,USB-BOX通过蓝牙信号发送给手机挂断电话,挂断后手机把蓝牙信号CALL IND=0(通话结束)发送给USB-BOX,USB-BOX进入Ready状态,同时通过CAN帧把通话结束发送给液晶屏和收音机。 产品测试 下面以该产品蓝牙特性的测试来说明一下如何综合采用CAN总线及蓝牙技术完成对该产品的蓝牙测试,在这里将被测试的产品以EUT来表示。 由于无法搭建产品运行时需要的所有外部环境去直接测试产品的各项功能,所以设计了测试工装在生产线上对产品进行测试,同时由于EUT实现的功能比较多,完成单个BUT测试需要的时间比较长,这样为了满足生产节拍的快节奏,在生产线上需要多个工装分别测试多个BUT。EUT的蓝牙特性是指其蓝牙射频通信上是否稳定,软件是否正常运行,不涉及具体的功能项,我们通过确定EUT的信号强度来判断其射频通信,通过一个具体的功能项一配对来判断其软件是否正常运行。 下面首先描述一下测试环境及测试方法,然后详细介绍测试方法的实现。 由于EUT是有效范围为10m的Class 2蓝牙设备,而生产线本身就10米左右,在10m范围内存在多个测试工装和多个EUT,所以为了保证测试工装确实在测试其测试台上的EUT,需要确定工装测试台上这个特定EUT的蓝牙地址以进行后续的配对功能以完成测试。由于测试工装与其测试台上的EUT距离是固定的,而且在某测试工装和多个EUT之间,工装与其测试台上的EUT的距离是最近的,所以在测试工装上实现可以测量被搜索设备的信号强度的搜索功能,对有效范围内的BUT进行搜索,只要测试台上的EUT的信号强度是OK的,那么信号强度最强的蓝牙地址便是工装测试台上的EUT所对应的蓝牙地址。 而EUT配对过程的实现(图2)是一个典型的采用CAN总线及蓝牙技术综合实现的功能,首先EUT将来自蓝牙手机的配对请求通过CAN总线发送到液晶屏上显示,然后利用收音机上的按键允许配对,通过CAN总线发送给EUT,BUT接着把弹出PIN码虚拟键盘请求发送到液晶屏上,接着在液晶屏上的虚拟键盘上通过收音机上的按键输入PIN码,然后通过CAN总线把PIN码发送到BUT上,BUT接受蓝牙手机配对,发送PIN码完成配对。 在这里约定一个统一的PIN码,只需要在测试工装上实现蓝牙配对、接收BUT通过CAN总线发送的配对请求、通过cAN总线发送允许配对命令及发送PIN码到BUT的功能即可完成对BUT配对功能的测试。如果测试台上EUT蓝牙特性OK,便可以顺利完成配对操作,如果该EUT的信号强度没有满足要求,而通过搜索最强信号强度得到的蓝牙地址是另外一个EUT的话,由于测试工装跟另外一台工装测试台上的BUT不存在CAN总线连接,所以无法接收配对请求,在这里设定一个超时时间,便可以得出EUT测试不OK的结论。 结语 笔者开发了一款基于CAN总线及蓝牙技术的汽车电子产品,该产品运行稳定可靠,目前已经成功装车应用,本文分析了其产品开发及测试的原理及特点,并结合具体实例介绍了开发及测试的实现。 电子测试论文:基于虚拟仪器技术的航空机载电子设备自动测试系统 机载电子设备自动测试系统需要对上百种部件进行功能测试,涉及的信号种类和数量都很多,这些信号按照频率分为低频和高频两种,按时域特性分为连续和离散信号,按照形式分为电信号和非电信号(如温度、速度、高度、气压、航向等)。为满足复杂的测试需求,我们采用虚拟仪器技术。 系统硬件设计 PXI模块化仪器相对于GPIB、VXI、RS232等仪器而言,具有速度快、体积小、易扩展等优势,因此作为硬件的主体。再选用常规信号源(SOURCE)和信号测量模块(SENSOR),通过GPIB和RS232总线扩展专用和自研设备。整个系统硬件原理如图1所示。 由于PXI模块较多,且为了今后的扩展,选用了18槽的PXI-1045机箱;为了进一步提高系统平台的集成度,选用PXI-8187零槽嵌入式控制器,摒弃了以往系统中利用MXI-2将工控机作为主控器的方式。PXI-8187带有GPIB接口,可以方便的扩展GPIB总线设备。部分仪器资源和部件需要串口通信,故选用PXI-8421扩展4个串口。 1 信号采集 以61/2数字万用表PXI-4070和51/2数字万用表PXI-4060作为常用的测试模块,可以测量0~300V的电压,0~1A的电流,0~100MΩ的电阻。 示波器PXI-5112(2通道8位分辨率,100MHz带宽)和模拟输入PXI-6070E(16路单端输入/8路差分输入,12位分辨率,1.25M采样率)配合使用,可以满足常用的连续波和单点电压信号的采集。PXI-6070E在进行数据采集时,前端连接了两块SCXI-1125,用于信号的调理(10kHz或4Hz的低通滤波、衰减)。此外,PXI-6070E还可用于控制器与SCXI机箱之间的通信。 高速DIO PXI-6534可以采集和输出高低速离散量。特殊和复杂信号的采集处理则采用GPIB设备和RS232自研设备,如频谱分析仪。 2 信号输出 函数发生器PXI-5421(16位分辨率,100MS/S采样率,带宽43MHz)和高速模拟输出PXI-6733(8路输出,16位分辨率,刷新率1MHz)配合使用,可以满足常用的连续波和单点电压信号的输出;SCXI-1124用于隔离模拟电压和电流的输出。 特殊和复杂信号的输出采用GPIB设备和RS232自研设备,如交直流电源、射频信号源、大气数据测试系统、模拟器等。 3 信号路由 由于大部分机载电子设备的信号数量众多,不可能将所有信号同时直接连接到资源上,必须经过继电器矩阵进行切换。因此继电器必须有足够快的响应时间,才能通断较大的信号。选用两块继电器矩阵模块SCXI―11 29和附件SCXI-1333、SCXI-1339,组合成合适的继电器矩阵(最大通断能力150Vdc/A,150Vrms/250mA)。在信号的连接、断开过程中,为了实现最优路径的自动选择和安全保护(避免源于源相连),我们重新编写了继电器矩阵驱动,在实际使用中取得了满意的结果。 4 资源接口和适配器 资源接口是所有资源接口的集合,每个部件根据需要通过适配器连接部分资源。一个或多个UUT共用一个适配器,因此测试系统根据UUT的信号情况,可以配置一个或多个适配器。 系统软件设计 CVI在标准C语言(Ansi C)的基础上增加了仪器控制和工具函数库的虚拟仪器开发软件,提供了很多实用的例程,具有友好的图形用户界面,并且c语言是大家都比较熟悉和易于使用的开发工具,因此选用CVI可以加快测试程序(TP)的开发。系统软件原理见图2。 为了方便和规范TP的编写,TP开发管理软件根据输入的测试信息自动生成测试程序代码框架和仪器操作代码。测试程序编写完成后编译生成动态库,由测试程序执行管理软件调用和管理。在测试程序开发过程中,仪器操作和虚拟仪器界面的开发是两个重点。 1 IVI仪器驱动的开发和使用 仪器驱动的用途是对仪器进行程控,简化测试程序开发人员对仪器的操作。传统的仪器驱动与仪器耦合太紧密,仪器发生变化,驱动也要重新编写,进而使用此驱动的测试程序也要重新编写和编译。 IVI(可互换虚拟仪器)驱动采用了类驱动的概念,实现了同一类仪器之间的互换,同时增加了仪器仿真和状态缓存的特性,提高了TP开发调试的效率。CVI提供了方便的IVI驱动开发工具,因此可在开发测试程序过程中选用IVI驱动来控制仪器。 目前,IVI驱动标准只了八大类仪器的类驱动,为了保证非IVI标准的仪器在一定范围具有可互换和仿真功能,我们借鉴了标准IVI驱动的机制,开发了自定义IVI驱动。利用IVI驱动,我们成功实现了NI公司的PXI-4070卡式万用表与Agilent公司的HP34401GPIB台式万用表之间的互换,实现了不同公司生产的单相交流电源和三相交流电源之间的互换。 IVI驱动采用逻辑名和XML配置文件机制,在硬件资源描述发生变化时,只需更改配置文件,不需要更改和重新编译测试程序,就能保证测试程序的正常运行。如果不采用IVI驱动,就必须更改所有用到函数发生器的测试程序,将在很大程度上延误工程进度。 此外,利用IVI驱动的仿真功能,使得测试程序开发人员可在自己没有安装任何硬件的计算机上进行仿真调试,提高了平台的使用效率和测试程序开发效率。 2 虚拟仪器界面的开发 虚拟仪器界面提供人机接口,可以让操作员根据需要施加信号,实时监测信号。CVI提供了开发虚拟仪器界面的用户接口资源文件(*.uir)和各种控制和显示控件,用于模拟实际仪器界面。目前,NI LabVIEW、CVI和HP VEE是最为出色和方便易用的虚拟仪器界面开发软件。图3是其中一个TPS的虚拟仪器界面。 此例中,打开激励开关时,PXI-6733连续输出RMS 1.5V,频率400Hz的正弦波作为磁传感器的激励;用PXI-6070E的三路模拟输入通道同时采集磁传感器输出的三路航向信号(最大幅度小于100mV,频率为800Hz),并显示在同一个波形显示控件中,再利用算法计算出角度,显示在表盘控件中。由于增加了信号调理板SCXI-1125和端子板SCXI-1313,将PXI-6070E的测试范围扩展到2.5mV~300V,从而精确的测量了磁传感器输出的小信号,测算出精确的角度。 应用成果 采用NI PXI模块、CVI、IVI工具、MAX管理软件,以及第三方的设备,我们成功构建了多套通用、开放的航空机载电子设备自动测试系统。利用这些系统成功开发了多机型、总数量达三百多种的TPS,帮助用户实现了UUT快速的定检、维修。相对于用传统仪器搭建测试台的方式,自动测试系统在效率和质量上有了很大提高,为机载电子设备提供了有力保障。 电子测试论文:面向航天嵌入式电子系统的测试语言研究 摘 要:测试语言主要分2类:面向仪器的测试语言和面向信号的测试语言。通过分析2种测试语言的优缺点,结合我国航天嵌入式电子系统测试系统的特点,提出一种基于虚拟仪器的面向航天嵌入式电子系统的测试语言,该语言主要借鉴ATLAS的关键语句,将其解释为测试框架配置文件和测试文档;同时还描述该测试语言的程序格式和执行机制。 关键词:航天嵌入式电子系统;虚拟仪器;测试语言;ATLAS;自动测试 随着我国航天技术的发展,航天嵌入式电子系统的复杂度不断增加,可靠度要求越来越高,产品研制周期也越来越短。这就给航天嵌入式电子系统的测试提出了新的挑战。在新一代自动测试系统中,自动测试语言――如ATLAS语言,在系统级仿真、测试与验证中起着非常重要的作用,人和机器均可翻译的自动测试语言不但可以作为用户与测试人员沟通的桥梁,而且可以编译成可执行测试代码,在目标机器上运行。 本文通过分析面向信号和面向仪器2类测试语言的优缺点,结合我国航天嵌入式电子系统测试系统的特点,提出一种基于虚拟仪器的面向航天嵌入式电子系统的测试语言,目的是将测试过程中的各种资源和功能单元进行组态,并将其涵盖于既定的测试框架中,实现“积木式”软件开发。同时,该测试语言还融入了软件工程的思想,加入测试文档和测试程序的自动生成功能,进一步提高了测试系统开发效率。 1 测试语言综述 测试语言大体上可分为2类:面向信号的测试语言和面向仪器的测试语言。 面向仪器的测试语言,如LabView主要通过直接调用仪器驱动实现测试过程,面向仪器的测试语言与具体仪器紧密相关,因此程序移植比较困难,可重用性也比较差。而面向信号的测试语言,如ATLAS(Abbreviated Test Language for All Systems),则主要通过对信号的操作(施加激励信号,测试响应信号)来映射底层测试仪器的操作,达到与仪器无关的目的,因此面向信号的测试语言具有较好的可移植性和可重用性。ATLAS语言作为一种面向信号的测试语言,还采用了类似于英语自然语言的语法格式,使得它成为一种人机均可翻译的测试语言,既可以作为工程师和测试人员之间交流的文档规范,也可以经编译后作为测试程序执行,鉴于此,ATLAS成为美国国防部首推的军方测试语言。 但由于ATALS语言是一种接近于英语自然语言的测试语言,并不适合国内用户使用;同时,为了能够满足各个方面的测试需求,IEEE组织不断对ATLAS进行修改,使得其语句非常臃肿,仅语言关键字就有1 000个(IEEE ATLAS STD-95),使得ATLAS语言的培训费用十分高昂;再者,ATLAS的编译器价格极其昂贵,使得其优势难以在国内测控领域发挥。 而另一方面,面向仪器的测试语言却在商业领域取得了长足的发展,鉴于仪器互换的问题,NI和惠普等公司联合推出了一系列的仪器驱动标准:VISA(Virtual Instrument Software Architecture)和IVI(Interchangeable Virtual Instrument)。VISA是VPP(VXI plug play)联盟于1996年2月推出的新一代仪器I/O标准,VISA具有与仪器硬件接口无关的特性,即VISA是面向器件功能,而不是面向接口总线。使用它控制VXI,GPIB,RS 232,PXI等仪器时,不必考虑接口总线类型。如图1所示。 为了进一步提高仪器驱动程序的执行性能,达到仪器的互换,1998 年由9家公司成立的IVI基金会,在VXI-PNP 技术基础上为仪器驱动程序制定新的编程接口,在VISA 标准驱动程序上插入VXI-PNP 框架结构和类驱动程序,它通过定义类驱动器和专用驱动器实现了部分通用仪器之间的互换,缩短了程序开发时间,提高了系统的运行性能。如图2所示。 针对于此,IEEE推出ATLAS 2版本,它整合了VISA,IVI和面向对象技术,给ATLAS语言注入了新的活力。总体来讲,面向信号的语言和面向仪器的语言各有优势,面向仪器的语言具有直观,易用的特点;而面向信号的语言编写的测试程序具有较好的可重用性和仪器可互换性。 2 航天嵌入式电子系统测试需求 航天嵌入式电子系统测试主要是针对航天专用的三模冗余或两模冗余嵌入式电子计算机,这些系统在出厂前必须进行全面的测试,测试主要可分为内部测试和外部测试,内部测试主要是指那些无需借助外部测试仪器,而可以直接通过嵌入式系统内部执行测试程序所进行的测试,如CPU测试、ROM测试、RAM测试、端口测试等;外部测试则是指需要外部测试仪器配合所进行的测试,如开关量测试、串口测试、计数器测试、AD/DA测试等。 航天嵌入式电子系统测试的传统方法为:根据测试需求分别设计内部测试程序和外部测试仪器及测试程序;嵌入式电子系统和外部测试系统分别上电初始化后,外部测试系统向嵌入式电子系统上传测试程序(嵌入式系统本身的ROM内固化有1个RTOS);嵌入式系统加载测试程序后向外部测试系统发握手信号,并等待外部激励;外部测试系统向嵌入式系统发送激励信号,嵌入式系统接收激励并做出响应,如此循环下去。 为提高测试系统可重用性和测试的准确性,开展了面向航天嵌入式电子系统的测试技术研究,并对一些测试模块(软件)进行了标准化工作,如CPU测试、ROM测试、RAM测试、AD/DA测试等;同时还采用标准的基于PXI的测试仪器,以达到仪器可重用,系统可配置的目的。 3 面向航天嵌入式电子系统的测试语言 面向航天嵌入式电子系统的测试语言不但要解决外部测试问题还要解决内部测试问题,这里在融合面向信号测试语言与面向仪器测试的各自优势的基础上,通过系统建模的方法,定义了适用于航天嵌入式电子系统测试应用的测试语言,以达到测试系统的可重用及可配置的目的。 系统建模包括3个方面:信号建模,UUT(Unit Under Test,被测对象)建模和测试仪器建模3个方面。信号建模主要针对航天嵌入式电子系统所常见的接口信号类型及特点,定义出一组常见信号,用户可以通过参数设定,达到描述UUT或测试仪器接口信号特征的目的;UUT建模主要是通过对UUT外部接口,内部组件参数及体系结构的描述,达到内部测试测试程序的自动装配,UUT建模同时支持黑盒建模(仅描述其外部接口)和灰盒建模(同时描述其内部体系结构及组件参数);测试仪器建模则通过描述测试仪器的本质信号特征及关键接口特征,并最终映射实际仪器(所建立的测试仪器模型与实际仪器可能存在一对多或多对一的对应关系),达到测试程序可重用,仪器可更换的目的。 因此,本文所描述的面向航天嵌入式系统的测试语言主要包括5个部分: 信号描述及定义通过定义一组航天嵌入式电子系统常见的基本信号,如数字信号(包括开关量和脉冲量)、模拟量(DC,AC)等。用户可通过配置信号参数设定信号; 被测对象描述通过描述被测对象的接口关系,并建立状态机功能模型,仿真被测对象的功能模型,并自动生成内部测试程序。在未建立状态机功能模型时,系统可以将被测对象作为一个黑盒考虑,此时不生成被测对象内部测试程序; 测试仪器描述通过描述测试仪器,达到建立测试需求模型,并最终与1个或多个实际测试仪器相映射,测试仪器本身相当于一个信号描述集合,通过定义虚拟测试仪器,提高了测试仪器的可互换性和测试程序的可重用性。这样既保留了面向仪器测试语言的直观性和易用性,也提高了程序的可重用性; 连接关系描述连接关系描述定义了UUT与测试仪器之间的连接关系,连接关系描述还可以包含适配器描述,使得测试系统的层次性更加明显,也更有用; 测试策略描述测试测量是测试语言中的最重要的部分,通过一系列的测试动作:apply,measure,verify等,控制测试仪器完成测试过程。测试策略描述语句选择提取ATLAS关键测试语句:单信号语句、多信号语句、总线操作语句、定时和事件相关语句,并对其进行了一定的改进,使之更直观,且更易于实现到图形化语言的转换。测试语言的具体格式如下: 每一个TEST_ITEM(也即测试策略描述)对应于测试框架中一个测试细则,测试细则是图形化的测试执行界面的一个子界面。 测试语言经编译/解释后生成测试框架配置文件和测试文档,用户通过加载测试框架配置文件,设置执行次数和选择测试项目,系统即开始进行测试,测试界面主要分两部分:测试总览和测试细则,其中测试总览主要采用文本框的形式显示当前的测试记录,包括当前正在进行的测试项目和捕获的错误信息等;测试细则是由一个或多个图形化的详细测试分项构成。 4 结 语 通过研究国内外测试语言发展现状,结合面向信号测试语言和面向仪器测试语言的优势,采用软件工程的思想,建立了基于虚拟仪器的面向航天嵌入式电子系统的测试语言模型,为以后的进一步研究奠定了基础。基于虚拟仪器的测试语言还处于研究的初级阶段,仍有不完善的地方,需要进一步改进。 电子测试论文:高过载下电子元器件测试方法研究 高过载条件下测试电路需要达到高速测试要求,本文从研究电容、电阻、二极管以及电感等电子元器件的测试方法入手,在高过载下电子元器件测试过程中,设计与之相配套的测试电路,以此保证测试电路能够符合特定要求,为高过载下引信系统运行的稳定性与可靠性提供文献参考。 【关键词】高过载 电子元器件 测试方法 我国电子元件的平均每年的生产总量占全球的39%左右,但是我国电子元器件检验技术的发展并不成熟。而检测电子元器件是维修电器的一个基本内容。一般而言,采取的是从电阻器、电容器、二极管、电感器变压器这四个方面进行检测的方法。电子元器件检测朝着自动化方向的不断发展,使得研究高过载下电子元器件测试方法成为了热点话题。 1 研究高过载下电子元器件测试方法的必要性 在检测电子元器件的过程中,一般利用LCR数字电桥以及UT708新型数字万用表进行检测。LCR数字电桥的测试精度较高,但是它的测试频率却偏低,每秒平均10个。UT708新型数字万用表的测试频率比数字电桥还低,每秒平均3个,难以满足高过载下高速测试的要求。此外,一般情况下,利用本万用表只能有一个测试通道,无法同时对多组数据信息进行实时监视。虽然本万用表配备了相应的计算机接口,然而其数据信息的传输速度很慢,且不利于数据信息的记录。因此探究在强应力场环境下,电子元器件参数的动态监检测方式是十分有必要的,以此才能够达到不同试验情况下与不同环境下的各种要求。 2 高过载下电子元器件测试方法研究 2.1 选择试验方法 文中探讨的高过载是指由机械冲击产生的高过载。笔者将标准锤击机作为本试验设备。因为标准锤击机与加速传感设备具备较强的重复性能,所以能够用作恒定应力的试验设备。利用锤击机产生高过载,然后发生惯性力,以此进行试验。标准锤击机上的棘轮中,有三十个齿,且每个齿的转角为12度。在实验中,锤击机的转动齿数多,锤击过程中的产生惯性加速度也就更大。用棘轮上的齿数,来控制锤击机模拟的具体惯性力。通常情况下,击锤的碰撞时间大约为150μs,占实际时间的几十分之至几百分之一。 在高过载试验条件下,电子元器件的具体特征参数多会出现不同程度的变化,过载水平地不断增加,特征参数也会不断地发生改变,当冲击结束后,待测参数将会恢复为初始值。 2.2 设计测试电路 2.2.1 设计电阻测试电路 (1)运放测电阻阻值的利用。测试原理公式如下: Uo=-Ui (1) 在本公式中:Ui为基准电压,Rx为待测电阻,R1是基准电阻,Uo为输出电压。在明确基准电压Ui和基准电阻R1的基础上,输出电压Uo与Rx是存在一定的联系,所以将待测电阻Rx更换为与之相符的输出电压Uo,然后利用下述公式进行换算,就能够得出待测电阻Rx的实际阻值。 Uo=-Ui ,Rx=-R1 此实验结果显示,该测试电路适用于高速测试以及高温测试环境。 (2)利用RC振荡法测试电阻值。此测试原理为:在电路中,当待测电阻和电容形成一个完整的RC振荡回路时,电容的放电与充电均要通过被测电阻。因此放电时间与充电时间是相等,且振荡集成电路自带2个恒流源,并以控制电容充电的实际电流作为恒值,由此,在电容两侧的电压将会出现线性变化。通过实验证明,本测试电路达到了高速测试要求。 2.2.2 电容测试电路 (1)RC振荡方法对电容充电特性与放电特性的测试。测试原理:笔者利用电路形成RC多谐振荡设备,在电容中的电压为Vcc的情况下,电路内将会出现1个短路通道,且电容放电;当电容电压为Vcc时,电路中的短路通道将会被关闭,电容充电,同时还将会输出波信号,而方波高电信号在幅值上和Vcc相等,可以利用此方波信号进行定时。试验中,取电容端压是以分析放电、充电时间来反映实际的容值,由于其只对电容单向进行放电、充电,因此适用于无极性电容以及有极性电容的测试。然而,此测试法的缺点在于:难以保证充电时间与放电时间的一致,振荡频率在20kHz以下,电容端压值为非线性。经过实测与仿真后,证明本测试法操作简单,符合高速测试要求。 (2)改进RC振荡法。利用改进后的RC振荡法对电容进行测试。测试原理是:运用集成函数发生设备,在本电路中,电容与电阻构成一个完整的RC振荡回路,而电容放电、充电经过电压后,放电与充电相同,发生设备自带的2个恒流源,将其中的控制充电、放电电流作为一个恒值,由此,在电阻两侧电压呈三角波形状。当振荡频率为100kHz的情况下,三角波的线性度是0.1%。通过实验证明,本测试电路符合高速测试要求。 2.3 二级管的测试电路 此测试原理是:在电路中,利用LF353和ICL8038形成交变信号电源,并将该信号加在由待测二极管与一线性的基准电阻形成的分压网络上,采集二极管两侧的电压,大约是0.5V。该测试结果证明,本测试电路符合了高速测试要求。 2.4 电感参数测试电路 在本电路中,明确某一电阻以及待测电感的串联电阻,利用本信号发生器所引发的正弦波试验信号,以及待测电感两端的电压,然后经过电感与电压这两者进行转换,最后从示波器中输出导纳,并获得待测电感的实际感抗。 3 结论 综上,对实验结果进行研究分析后得出,将笔者所阐述的测试电路用于高过载试验中,待测二极管、电感参数、电阻以及电容等电子元器件参数,与实际数值相比误差偏小,测试结果有效。因此本文所阐述的4种测试电路满足了高过载实验条件下的高速测试要求。 电子测试论文:光学玻璃折射率测试仪电子学系统设计 摘 要:为达到较高精度测量光学玻璃折射率的要求,研制了基于直角照准法、最小偏向角法和三最小最小偏向角法的光学玻璃折射率的测量设备。文中介绍了该测量设备的电子学系统控制和测量的设计方案,并对关键元器件的选用进行了分析。结果表明:电子学系统控制和测量设计方案可满足高精度光学玻璃折射率的测量精度要求。 关键词:光学玻璃 折射率 电子学系统 控制和测量 伴随光学精密仪器的高速发展,对光学玻璃的折射率的测量精度要求越来越高,光学玻璃折射率的数据精度对保证光学系统像质起着非常关键的作用。新型光学玻璃材料的研发也对光学玻璃折射率提出较高的要求。 很多人对光学材料折射率的测量提出了多种有价值的测量方法[1-2],主要有测角法和干涉测量法。文章介绍了基于测角法中使用的直角照准法、最小偏向角法和三最小偏向角法测量光学玻璃折射率的测试仪中的电子学控制和测量设计方案。 1 电子学方案 高精度光学玻璃折射率测试仪主要由底座、测角系统、传动机构和微调机构、自准光管、平行光管、载物台和光源箱组成。 1.1 系统 电子学部分是以单片机为前台机,系统机为后台机对位敏传感器(PSD)和轴角编码器进行数据采集,以步进机为执行机构,系统机进行数据运算的光电瞄准实时控制系统。 1.2 关键元器件的选用 1.2.1 轴角编码器 示值分辨率0.05″;精度0.5″;转速≤90°/S;显示箱:XXX°XX′XX″XX,按BCD码以度(百、十、个)分(十、个)秒(十、个)小数秒(后1、2位)顺序连续发送。其内容高4位(D7-D4)为标识位码(0-8),后4位(D3-D0)为BCD数据码。传输速度15?s1/字节-20?s1/字节。 1.2.2 位敏传感器 采用位敏传感器(PSD)作瞄准探测器是本系统的重要特点。它反应快、灵敏度高、精度高。与CCD不同,属于非离散性器件,适配电路也比较简单。PSD是具有横向光电效应的PIN光电位置传感器,I1、I2的输出和光点位置有关,经适配电路处理有: 式中:X:光点偏离中心位置座标;L:PSD光敏面长;I1、I2:PSD两端输出电流。 设计中选用滨松(HAMAMATSU)线阵PSD S3931,其主要技术指标如下: 上述PSD 0.2 ?m的位置分辨率,相当于度盘角度0.075″。6 mm的探测范围,折合角度为37.5′。 1.2.3 步进机和驱动器 步进机和精密微调机构相连,采用四相步进机和驱动器。整步模式下步进角可达0.9°,对应轴角0.2″,谱线在PSD上移动0.5 ?。 1.2.4 A/D转换器 AD转换器的位数 = 取14位AD,转换时间小于步进周期的10倍,以便多次平均。取100?s。本设计采用了12位逐次比较型AD转控器AD574。在接近PSD中心时,精瞄将位置信号切换到放大8倍,从而达到15位AD的跟踪精度。 1.2.5 瞄准时间 当步进脉冲取600 Hz/S时,从边缘到中心整步6000步,粗瞄所需时间为:(6000/600)=10s。 1.3 单片机测控系统设计 单片机是该系统的前位机,承担PSD和轴角编码器的角度数据采集,步进机的驱动控制,键盘和LCD显示的人机交互和数据予处理(例PSD的多次采集平均,加减除运算等)以及和系统机的串行通讯。 1.4 显示 采用240×64中小屏幕有背光的点阵液晶显示器,可进行汉字显示,并用电子游标模拟出谱线在PSD上的粗略和精确位置。给出角度数码和PSD上谱线位置偏移码。 1.5 系统机 系统机不附加接口板,它通过RS232串行口与前台机(单片机系统)相连。在0帧(监控0)联机状态下(联机2)它的功能和前台机一样,通过键盘对系统进行遥控,PSD和轴角码进行实时CRT显示。在1帧(监控1)联机状态下,接收前台机某模式下的逐项参数(角度值),进行运算,给出折射率的精确值。还可输入当时的温度、气压值、对折射率进行修正。 1.6 软件设计 前台机的逐程序由8051汇编语言编写,系统机的程序由C语言编写,采用模块化结构。包括程序清单和功能、全部程序列表、软件框图(主程序和监控0程序框图、调整和显示子程序框图、电机调整(跟瞄)子程序框图)、PSD值采样A/D转换防干扰平均值法子程序(INTO中断服务程序-读AD、给出模式1(直角照准法)测试流程框图、给出模式1叠代法解方程模块)。 2 结语 该文介绍了高精度光学玻璃折射率测试仪电子学设计方案,并对关键元器件的选用进行了分析,通过实际应用表明,电子学方案可满足高精度光学材料折射率测试仪的指标要求。 电子测试论文:汽车空调电子调速器老化测试系统的设计 摘要:介绍了一种汽车空调电子调速器老化测试系统的设计。采用三菱Q00JCPU为主控器,MT4414T触摸屏作为人机界面。用户可直接在触摸屏上设置工作主电压、信号类型、5段老化参数;同时具有风机工作电流、风机转速、产品温度等参数的显示和历史趋势查看功能。并集成了烟感报警、声光报警器等报警装置,实现无人化安全监控。系统最终实现了电子调速器功能和性能的在线老化测试,可自动检测出产品的隐藏缺陷,为产品质量改进提供了决策依据。目前该系统已经应用于汽车空调电子调速器的产品老化测试中。 关键词:电子调速器 风机 老化 随着社会经济和科学技术的快速发展,汽车已经成为人们生活中的主要消费品之一,并逐渐影响和改变人们的生活。汽车空调电子调速器作为汽车空调的重要组成部分,市场需求也逐年扩大。目前市场上电子元器件的质量良莠不齐,真假难辨,严重影响了电子整机产品的质量。汽车电子因其工作环境的特殊性,本身比一般电子产品要求高,如何保证汽车空调电子调速器的质量能满足客户的要求,显得十分迫切。设计一种专门针对汽车空调电子调速器的老化测试系统可有效降低产品的故障率。电子整机产品的老化,是指接通电源在室温或高低温情况下进行连续若几个小时甚至几十个小时的正常工作,然后再检测产品的性能是否符合要求。在产品出厂前及时发现有异常的产品,送往检修部门检修。这种异常产品往往是由于元器件质量或生产工艺比如虚焊等造成的,一般检测工序不容易发现。同时在产品开发阶段,对样品进行老化测试,还可以全面了解产品的性能,对后期进行批量生产提供依据[1]。 1 硬件设计 汽车空调电子调速器老化测试系统主要由以下单元模块组成:PLC主控单元、人机界面单元、稳压电源单元、信号发生单元、风机转速检测单元、电压/电流采样单元、温度检测单元、报警单元等。另外还包括工作电压为12V/24V的大小功率风机若干个,基本可满足各型号电子调速器要求,所有模块和风机都安装固定在一个铝合金工作台上。系统主要结构框图见图1。 1.1 PLC主控单元 PLC主控单元负责系统各单元的协调控制,执行用户设定的各项操作。Q00JCPU是三菱MELSEC-Q系列PLC中的基本型CPU,是以小规模系统为对象的,最适合于简单而又紧凑的控制系统。所支持的最大I/O点数为1024点,可以使用梯形图、语句表、ST(结构化文本,类高级语言)、SFC、FB等5种编程语言对基本型QCPU进行编程。Q00J为CPU、电源和主基板(带32点输入输出)一体机,同时内置串行通讯功能RS-232和RS485接口能与使用MC通讯协议的外部设备进行通讯[2]。系统中使用其RS-232接口与上海步科的MT4500触摸屏通信。RS-485接口与电源单元的数控直流稳压电源通信,用于设定当前电源输出。另外在0#插槽上额外配置了一个QJ71C24N通信模块连接信号发生单元。 1.2 人机界面单元 人机界面选用的是上海步科生产的MT4414T触摸屏,7寸TFT、65536显示彩色、800*480分辨率、4线精密电阻网络等,并具有COM0和COM2两个串口,支持RS-485和RS-232通信接口[3]。可直接与三菱Q00JCPU的RS-232接口连接进行通信数据交换。使用的通信协议是 MC协议,使用兼容3C帧,4格式。波特率 57600,数据位8,停止位1,奇校验。 1.3 稳压电源单元 为使系统操作更加简单和智能化,风机工作电压直接在触摸屏上设置。使用具有远程控制功能的数字稳压直流电源作为风机主电源,电源电压范围0~30V,最大输出电流50A,自带过流、过热等保护功能。完全可满足当前12V/24V常见功率的汽车空调电子调速器的测试老化需要。数字稳压直流电源与PLC之间采用的是自由通信协议。PLC可对电源进行开/关机、改变电压大小等操,并能实时读取当前输出电压、电流值和电源故障状态指示。 1.4 信号发生单元 产品老化过程中,需要定时间隔调整风机转速控制信号的大小,进而改变风机输出。常规的直流或函数信号发生器已经无法满足要求。系统采用的信号发生器是自制的汽车空调电子调速器专用信号发生器。可支持0~10V分辨率0.1V的直流输出;频率10~1000Hz,占空比0~100%的PWM输出;LIN-BUS总线输出;并且支持RS-485远程通信控制。PLC可通过QJ71C24N通信模块对其进行远程控制。 1.5 风机转速检测单元 在Q00JCPU的1#插槽上增配了一个脉冲I/O模块QD60P8-G,该通用模块可以测量转速检测装置输入脉冲的个数[2]。转速传感器采用的是霍尔型转速传感器SC12-20K,单片集成、高可靠性、温度特性好、响应频率大于20KHz、检测距离4mm、工作电压DC6~36V,三线NPN常开输出。在风机主轴上镶嵌一个直径10mm的永磁铁,将SC12-20K垂直对准永磁铁截面并固定离其4mm处。传感器使用24V供电,并将输出信号接到QD60P8-G的脉冲输入端。 1.6 电压/电流采样单元 Q64AD模拟输入模块,支持4通道模拟量输入。使用其中的3个通道分别检测风机两端电压、工作电流和电子调速器散热铝壳的温度。风机两端工作电压最大不超过主电源电压30V通过50K和10K电阻分压后接到Q64AD的通道1。将风机电源回路电缆穿过一个直流电流变送器LHB-50A,即可检测风机工作电路,变送器采用24V供电,输出4~20mA电流信号,在回路中串联一个250Ω的精密电阻,转换为1~5V电压信号送到Q64AD的2号通道。温度传感器使用的是K型热电偶变送器,温度范围设置为0~200度,输出4~20mA,同样使用24V供电,串接一个250Ω精密电阻后接到Q64AD的通道3。使用时只需将探头抵在电子调速器的散热铝壳上。 2 软件设计 系统软件分为触摸屏端上位机程序和PLC端下位机程序。MT4414T程序使用EV5000_V1.6_CHS开发环境编写,选择连接PLC型号为Mitsubishi Q00J,站号1、RS-232方式、波特率 57600,数据位8,停止位1,奇校验;上位机界面设计见图2。 本界面为系统用户操作界面,可直接在界面上设定主电压、信号类型、五段参数值、循环次数等;同时显示风机电流、风机转速、产品温度等参数,并绘制出风机电压、风机电流、风机转速、产品温度四个参数的历史趋势。主电压设置范围,0~30V;信号类型可选择DC、PWM、LIN-BUS三种目前主流的信号类型。当出现风机短路、烟感报警现象时,报警指示显示“故障”。 PLC端下位机程序在GX Developer Version 8开发环境下编写。程序主要分为下面几个模块程序。通信模块程序,包括PLC与触摸屏、数控直流稳压电源、信号发生器之间通信;风机电压检测模块、风机电流检测模块、风机转速检测模块、故障报警模块。 3 结语 本方案设计的汽车空调电子调速器检测老化系统已经形成产品,在汽车空调配件企业的产品老化车间使用,有效的检验了产品的性能和可靠性,大大降低了产品的出产故障率,提高了产品的市场竞争力。本文提出的电子调速器检测老化系统设计方案对其他电子产品老化检测具有一定的参考意义。
油田注水开发中,油田注水系统占据着非常重要的地位,其主要由注水泵、电机、增注泵、管网、注水井、配水阀组以及配水间等多个部分组成,各部分相互连接,共同构成一个注水整体。为实现节能降耗,油田注水系统以往也采取了诸多措施,但效果却不尽人意,且注水站数量非常多,这就给油田注水系统的节能降耗增加了一定的难度。面对这样的情况,应站在整体性角度考虑,针对油田注水系统,设计有针对性的节能降耗对策。 1加强对油田注水系统相关设备的维护,减少因设备损坏而导致的能源消耗 有研究指出,由于油田注水系统的设备老化、损坏或者是腐蚀等原因而导致的能源损害,约为油田注水系统能源总损耗的15%。这一比例虽然看似不大,但却是可以提前采取措施避免的。通过对油田注水系统中的相关设备进行定期维护,并加强质量检验,避免设备损坏,便可以减少油田注水系统的能源浪费与资源损耗。由此可以看出,加强对油田注水系统相关设备的维护、检修,是最简便、最直接的一种节能降耗措施。首先,应建立专门的设备维护部门,并与专业的设备维修单位合作,定期对油田注水系统开展维护、检修,对老化、使用年限较长以及腐蚀比较严重的设备或管道,应及时维修或者是更换,应重点检测管道分支、管道阀门以及设备的重要零部件,以避免其在运行过程中发生故障而导致的事故。其次,加强对新技术、新材料、新设备的应用,与时俱进地对油田注水系统进行更新与完善,以确保油田注水系统的长期、稳定、安全运行。 2提高油田注水系统的运行效率 采取分压注水技术进行油田开发的过程中,通常情况下是按照水井内注水压力的不同,分梯度进行注水分配,这样的方法,不仅可以确保水井内部压力始终稳定,不会影响油田注水系统的整体运行,也可以直接控制水井内部的注水压力,从而降低了分别管理时的电能损耗问题。就分压注水技术现阶段的实际应用情况来看,较为常用的是双管网注水系统,分压注水方法的各项功能比较齐全,不断进行仿真模拟,并对试验数据进行修改,便可以使双管网注水系统的性能不断优化、完善。例如,我国某油田,在开展采油工作的时候,根据油井吸水能力的差异,对不同层段进行区分,并按照一个统一标准,将其划分为低低吸水层、高吸水层,划分层次之后,采取有针对性的采油工艺技术,不仅提高了设备利用效率,还有效改善了油层注水质量,可谓一举两得。 3加大对节能水泵的应用 在油田注水系统中,注水泵的耗电量占据着非常大的比例,为实现油田注水系统的节能降耗,必须采取有效的措施,降低注水泵的耗电量。首先,以油田注水系统的实际运行情况为根据,对水泵进行更换,应用新型大排量水泵。相比较于小排量离心泵,大排量离心泵不仅有着气密性好、效率高、功率大、能力利用完全等一系列特征,在离心阻力、过流面积等方面上也有显著优势。但是,同样与小排量离心泵相比,大排量离心泵的价格相对较高,且不适宜在小型油田中使用。面对这样的情况,采取在油田注水系统中应用大排量离心泵的方法来节能降耗的时候,必须结合油田实际情况,选择型号符合油田实际需求的离心泵,在确保油田正常生产运营的基础上,尽可能地节能降耗。其次,准确记录、采集油田注水系统运行过程中的各项数据及相关指标,并应用仿真软件,借助计算机,模拟大功率高压变频器的最优化控制,在此基础上,与现代制造技术有机结合,研发新型节能元器件、注水泵。此外,还可以应用新型高分子材料结构、高效率电机,以减少油田注水系统实际运行过程中发生的机械损耗问题,从而实现油田注水系统的节能降耗。 4运用仿真运行优化系统 在油田注水系统中应用仿真运行优化系统,具体来说便是,依托网络技术、大数据技术,建立油田注水系统的仿真运行优化模型,并在中心注水站对仿真运行优化模型进行集中控制,同时,各个注水站也可以采取手动方式或者是微机巡控的方式来对仿真运行优化模型进行调节,以确保油田注水系统的高效运行。在仿真运行优化模型运行过程中,通过一次表采集参数信号,经过微机处理后,再进行数据转换,并传输到中央控制室,对系统软件进行优化分析。 5结语 综上所述,为实现油田注水的节能降耗,可以采取加强对油田注水系统相关设备的维护,减少因设备损坏而导致的能源消耗,提高油田注水系统的运行效率,加大对节能水泵的应用,运用仿真运行优化系统等措施。通过实现油田注水的节能降耗,有利于提高油田注水开发的效益,这对于促进我国石油行业的持续、健康发展,有着十分重要的意义。
冶金技术论文:冶金自动化技术现状及发展趋势 摘要:目前我国冶金行业发展较快,但在去产能的大环境下,要求冶金企业进行结构合理化调整,大力发展冶金自动化技术,进而确保冶金企业的生产效率及质量。阐述了我国冶金自动化技术的发展现状,分析了当前我国冶金自动化进程中存在的问题,并指出了未来我国冶金自动化的发展趋势。 关键词:冶金自动化;过程控制系统;生产管理控制系统;企业信息化系统 近年来,我国经济及高新技术的迅猛发展,特别是自动化技术在冶金行业的大范围应用,促进了我国冶金行业的快速发展,但自动化技术在冶金行业实际应用的过程中仍存在较多问题,需要及时进行更新和改进。 一、冶金自动化技术发展现状 目前,我国冶金自动化技术发展较快,大多数冶金企业已推广应用,相关工艺流程不仅配备了先进的单机自动化系统,还安装了多功能管控一体化系统,尤其是宝钢股份等企业的自动化技术已达到世界领先水平。自动化技术的大范围应用,促进了冶金行业生产效率、产品性能、环保水平的提升和能源消耗的降低。目前,在基础控制和过程控制等方面,很多冶金企业的高炉、转炉和工业炉已经采用了DCS和PLC处理技术,并结合自身实际构建了企业信息网,且已成为当前冶金企业生产经营的关键性设施之一。 二、目前我国冶金自动化应用过程中存在的问题 虽然我国冶金自动化技术发展迅速,但是部分冶金企业在自动化应用过程中仍存在一些问题,可能会制约冶金自动化技术的深入应用,主要体现为以下3方面:——炼铁系统(铁、焦、烧)生产流程成本高,且存在大量生产残渣,影响周边环境质量;同时,其生产过程可视性差,物料投加及温度难以精确控制,可能影响生产质量。因此,为了确保炼铁生产过程的连续化和高效化,就要求相关计划控制及管理系统针对整体生产流程相关工序之间物流、能源消耗及生产时序进行精确预报,以保证相关信息能够及时反馈,进而在较短时间内即可对生产工艺及产品方案实施有效调整。——目前,仍有很多冶金企业在生产过程中采用人工经验控制炼钢终点的做法,这样不仅生产效率低、稳定性差、生产成本高,而且难以达到高质量冶金生产的需求。而目前,坚持产品万能化的传统冶金厂的生产规模和效益日渐缩减,激烈的市场竞争要求冶金企业产品专业化、生产集成化——产品生产工序少,生产设备可单机匹配,产品生产流程及时间明显降低——这就需要计算机系统对高复杂性的冶金生产过程进行统一管理,以实现生产信息和决策的及时传递。——企业信息化建设存在明显不足。当前部分冶金企业虽然实现管控一体化,但信息集成度低,且没有标准化的企业信息系统编码体系,难以实现对企业运营的实时管理。同时,部分企业供产销流程协调性较差,导致在整体流程的执行过程中经常出现各种问题,严重影响了运营效率。此外,一些冶金企业缺少市场、成本及质量等方面的相关数据信息和战略预测方法,限制了企业的发展。 三、冶金自动化技术发展趋势 针对上述问题,未来冶金自动化技术发展应集中于过程控制、生产管理控制和建立企业信息化系统3个方向。1.过程控制目前,我国冶金行业自动化已普遍实现了对冶金流程的在线连续检测及监控,未来应集成各种传感器、软测量、数据采集及数据处理等诸多技术,提升冶金流程在线检测及质量监控水平,对金属成分、温度尺寸、组织及缺陷等不同指标进行实时监测及判断;基于我国环保要求的日趋严格,未来要重点着手于实现对冶金过程全线废气及烟尘的实时监测;此外,集成机理模型、统计分析、预测控制、专家系统、模糊逻辑、神经元网络、支撑矢量机等各类技术,实现生产过程相关变量高性能闭环控制的目的,例如开发高炉顺行闭环专家系统。2.生产管理控制(1)生产流程信息集成冶金企业应重点开发铁—钢—轧横向数据集成及传递技术,实现生产过程管理、计划及控制等诸多方面信息的集成,构建并丰富企业相关数据库;基于数据挖掘技术,对生产管控过程决策提供信息保障。(2)计算机全流程模拟使用计算机仿真、多媒体、计算力学等技术,参考不同类型的冶金模型,实施流程离线仿真及在线集成模拟,进而提升生产组织、流程的高效性及新产品开发的质量。(3)增强冶金生产智能性冶金企业应从以下3方面着手,提升冶金生产智能性:——生产组织管理。依据事例推理及网络规则等相关技术,对于生产作业计划进行及时调整,进而增强生产组织柔性及敏捷性。同时,实现对不同生产工序参数的自动计算,重点针对相关生产计划实施全线跟踪及控制。——质量管理。重点集成数据挖掘、统计计算及神经网络分析等诸多技术,针对产品生产质量实施有效分析及预测,判断产品在生产过程中是否出现异常情况;基于各种故障诊断技术及相关计算模型,构建高效率设备使用情况预报系统,提升设备维修管理效率。——成本控制。引入数据挖掘及预报技术,构建成本管理、监控、预测模型,全面改进材料配比、能源使用效率,并实现成本动态核算,进而有效降低冶金生产过程的实际成本。3.建立企业信息化系统企业应建立高效的信息化系统,实现信息共享;实现企业信息系统编码体系标准化、企业异构数据/信息集成、协作制造企业的信息集成和管控一体化,实现企业实时性能管控;对供产销流程进行有效协调,实现订货合同、生产计划、制造作业指令、产品入库及出厂发运等诸多信息的统一,使企业从产品生产至销售形成有机整体,确保有效的计划调度及生产控制;确保对企业业务活动的成本及资金实现事前、事中控制;实现知识管理及商业智能等功能——基于企业或行业相关数据信息,依据一定规则构建数据库,采用在线分析及数据挖掘等方法,获得市场、成本及质量等方面的信息并进行战略预测,实现企业管理经验和集体智慧的形式化,以及对企业运营过程的合理化创新。 四、结束语 综上所述,目前冶金自动化技术应用范围大幅扩大,技术研发更新速度不断提升,市场竞争日益激烈。冶金企业必须推进自动化技术纵深发展,强化冶金生产各环节的质量、成本控制,才能从根本上提升企业的核心竞争力。 作者:戴峰 冶金技术论文:冶金行业电气自动化技术的应用 摘要:钢铁冶金行业作为我国的支柱性产业,在国民经济发展过程中扮演着关键性的角色。为了进一步提升产业自身的发展质量与生产效率,控制能耗,增强企业竞争能力,钢铁冶金企业在发展的过程中,以电气自动化为主要调整方向,持续深入对生产模式与经营模式进行调整和升级。从技术领域出发,促进企业的健康快速发展。本文以电气自动化技术为研究重点,在相关科学理论的指导下,全面分析钢铁冶金行业实现电气自动化技术良性应用的途径,为后续生产实践工作的开展提供了参考。 关键词:冶金行业;电气自动化技术;应用方式 引言 我国钢铁冶金行业在过往制度红利以及劳动力红利的促进下,其生产规模、生产能力以及生产技术等方面获得了长足进步,涌现出一大批具有世界影响力的钢铁冶金企业。随着劳动力成本的增加,钢铁冶金企业在的运营成本与人员费用所有提升,为了保证钢铁企业的利润空间,实现钢铁冶金企业的可持续发展,同时现阶段供给侧结构改革工作的持续进行,要求钢铁冶金企业立足于宏观经济发展需求,在现有的政策环境下,持续深入的提升生产效率,提升有效供给,发挥自身的经济作用与社会价值[1]。因此越来越多的企业将电气自动化技术应用与轧材、采矿、浇铸、选矿以及冶炼等不同的工艺流程中,希望借助于电气自动化技术的技术优势,保证钢铁冶炼工程中电力资源、氧气以及水资源的持续稳定供应,通过这种方式有效提升生产效率,减少不必要的资源浪费与损耗,控制企业运行成本,同时增强冶炼产品的质量水平,实现钢铁冶炼产业的有效供给,促进钢铁冶炼行业的可持续发展。文章立足于现阶段钢铁联合式生产模式的发展实际,全面分析冶金电气自动化技术的特点与优势,在此基础上,将星型拓扑结构代替原有的总线结构,实现钢铁冶金行业电气自动化技术应用方案的规划设置,增强钢铁冶金行业的发展质量。 1冶金行业电气自动化技术的特点 1.1电气自动化技术体系复杂 钢铁冶金生产流程繁琐、技术工艺要求较高,因此在实际生产的过程中,为了满足电力资源的使用需求,保证生产加工的有序进行,需要将电气自动化技术覆盖于整个冶金流程作业之中,借助电气自动化技术在电气设备安装、调试、维护以及技术升级等方面的优势,实现钢铁冶金生产硬件与控制运行软件之间的良性互动[2]。但是由于钢铁冶金生产工艺较为繁琐,电气自动化技术在覆盖的过程中,需要大量的技术、资金与人力支持,这就在一定程度上增加了电气自动化技术体系的复杂程度,也在增加了电气自动化技术在冶金企业生产实践过程中应用的困难性,使得冶金企业在短时间难以实现电气自动化技术在冶金生产过程中的有效落实。 1.2电气自动化技术对电气的依赖程度高 随着我国产业结构调整工作的深入开展,国内大中型冶炼企业在发展的过程中,逐步认识到企业发展过程中电气自动化技术的重要性,立足于企业发展的实际情况,不断进行技术优化与升级,吸收国外冶金电气自动化技术应用的有益经验,逐步构建起现代化的自动化生产线,而自动化生产线的运行,需要以电气技术为平台,对生产线运行过程中的各类信息数据进行传输与信号转换,增强了钢铁冶金企业生产线运行的流畅性与稳定性,提升了生产效率。 1.3冶金生产技术较为广泛 钢铁冶炼作为冶炼行业的重要分支,生产环节较多、生产内容多样,冶炼过程中不仅涉及到化学变化,还包含了物理变化等多样化的物质性态转变,这就要求钢铁冶炼企业在进行冶炼作业的过程中,对生产过程中的影响因素以及原料特性进行梳理,严格控制冶炼过程中物理变化以及化学变化过程中的各类参数[3]。电气自动化技术在应用的过程中,为了保证应用的质量与水平,需要从冶金流程出发,针对于不同的生产环节,推动冶金生产技术在冶金流程中的高效应用。 2冶金行业电气自动化技术的现实意义 2.1电气自动化技术在冶金行业中的应用能够有效提升冶金行业自身的自动化水平,推动其健康快速发展。电气自动化技术以信息技术为框架,实现了对钢铁冶炼流程的远程监测与科学调控,对原有钢铁冶金过程中所使用的相关技术与组件进行优化与升级,推动了我国冶金行业生产工艺与技术的现代化。同时电气自动化技术在很大程度上满足了冶金行业对于自身管理能力的提升要求,增强了钢铁冶金企业管理工作的科学性与高效性。电气自动化技术在冶金行业中的应用,在一定程度上促进了电冶金企业运行模式的改变,提升了企业自身的竞争能力,推动了冶金企业的健康快速发展。 2.2电气自动化技术在冶金行业中应用,降低了冶金行业设备维护与保养的成本,保证了电力资源的安全稳定供应。电气自动化技术体系下,计算机与冶金行业中各个终端相互联系,因此借助于相关软件应用程序就可以对系统运行过程中出现的各类故障与问题进行及时诊断与排除,借助于这种方式,在满足冶金行业中设备维护的基本需求的前提下,能够大大减少工作人员的工作难度与压力,提升了人力资源的利用效率,减少了不必要的费用支出[4]。 3冶金行业电气自动化技术应用遵循的原则 3.1电气自动化技术在钢铁冶金行业中的应用必须要遵循科学性的原则。电气自动化技术在钢铁冶金中应用目标的实现,要充分体现科学性的原则,只有从科学的角度出发,对电气自动化技术应用的现实意义以及技术操作流程,进行细致而全面的考量,才能最大限度地保证电气自动化技术满足钢铁冶金生产工作的客观要求,只有在科学精神、科学手段、科学理念的指导下,我们才能够以现有的技术条件为基础,确保钢铁冶金行业电气自动化技术应用工作的科学实现。 3.2电气自动化技术在钢铁冶金行业中的应用必须要遵循实用性的原则。由于电气自动化技术工作大多位于室外,使得电气自动化技术的应用环境较为简陋,难以实现电气自动化技术应用方案与相关施工技术的细致处理与操作。为了适应这一现实状况,电气自动化技术在进行实际应用的过程中,就要尽可能的增加自动化技术应用方案的容错率,减少外部环境对电气自动化技术应用活动的不利影响。电气自动化技术以及相关技术应用流程必须进行简化处理,降低操作的难度,提升应用方案的实用性能,使得在较短时间内,进行批量操作,保证钢铁冶金生产工作的顺利开展,减少不必要的费用支出,节约生产成本。 4电气自动化技术在冶金行业中应用的途径 电气自动化技术在冶金行业生产环节中的应用是一个长期的过程中,在这一过程中,需要相关技术人员明确电气自动化技术的特点与应用的现实意义,在科学性原则与实用性原则的指导下,以现有的技术为框架,促进电气自动化技术在冶金行业中的应用。 4.1继电保护在冶金行业中的应用 冶金企业电力系统在运行的过程中,为了实现对电力故障有效隔离,减少电力故障对于冶金生产活动的不利影响,增强电力资源供应的可靠性,需要进行继电保护机制的设置。电气自动化技术在冶金行业应用的过程中,技术人员可以将继电保护作为电气自动化技术应用的切入点,实现电气自动化技术体系下继电保护工作的有序进行[5]。为了达到这一目的,一方面技术人员要在科学性原则的引导下,需要根据冶炼行业的电力需求,进行输电线路纵连保护体系的建设,实现故障的有效排除,其结构如图1所示。在电气化技术体系下,技术人员可以借助于纵连保护的结构优势,一旦输电线路发生故障,输电线路两侧的开关根据电流与电压的变化情况,及时进行跳闸操作,实现故障部位的有效隔离,并在隔离的过程中,借助于相关设备对线路两侧的判量关系,对线路故障类型进行分析,为故障排除方案的设定准备了必要的数据参考。在进行纵连保护的结构设计的过程中,为了提升继电保护工作的效果,技术人员需要针对于单侧电源网络的电力特性,对短路电压以及电流进行有效保护。冶金生产过程中,对于电力资源有着较为旺盛的使用需求,电力系统内部的电压环境与电流情况与其他生产部门有着一定的差异,因此为了实现对电力系统内部电压与电流的有效调节,减少输电线路故障对于电压电流的影响程度,确保生产流程的有序开展,在实际应用的过程中,技术人员可以进行特定值的设置,当线路故障发生时,电流电压低于或者高于特定数值时,输电线路中的断路器自动断开,实现电力故障的有效排除。另一方面对冶金生产设备进行接地与电网保护,电气自动化技术应用于接地保护与电网距离保护的过程中,为了限制漏电电流,避免漏电电流对于设备的损耗,需要技术人员可实用性原则为指导,增加接地方案的实用性,实现电路保护装置工作质量与效率的提升。对于电网距离的设置则应根据线路故障的发生位置以及反应保护装置的距离,最终确定保护装置安装位置,从而最大程度的提升保护装置的工作性能,增强继电保护的实际应用效果。 4.2PLC技术在冶金行业中的应用 PLC作为编程逻辑控制器,借助于自身内部存储程序,实现了逻辑运算以及顺序的定时控制,有效满足了自动化生产线对于设备运行的客观要求。PLC在冶金行业中的应用可以实现不同生产环节间,信息数据的有效沟通与交流,进行通信环状网络的构建,提升冶金生产流程信息交互的流畅度。其在冶金生产过程中应用,极大地提升了冶金工作的管理水平,实现了工艺流程操控的科学化,例如在对炼钢吹风处理的过程中,可以使用PLC对风机的高低速进行编程,使其能够根据实际情况调节风速,满足生产需求。 5结语 为了推动冶炼行业的健康快速发展,提升我国冶炼行业的整体竞争能力,文章以电气自动化技术为切入点,全面分析冶金行业电气自动化技术的特点与优势,在此基础上以科学性原则与实用性原则为指导,从多个角度出发,采取多种形式,促进电子自动化技术在冶金行业中的科学高效应用。 作者:何英春 单位:本钢板材股份有限公司采购中心 冶金技术论文:计算机技术对冶金自动化控制的应用 摘要:我国地大物博,物产丰富,又有大量的矿产资源,金属矿产种类多样。面对着当前工业化的进行,冶金技术开始出现了新的形式,而随着信息技术的发展,计算机技术开始被应用于冶金技术当中。冶金自动化可以有效提高金属冶炼的效率,而目前计算机技术在冶金自动化控制中具有非常重要的作用,本文探究冶金自动化控制中计算机技术的有效应用。 【关键词】冶金;自动化控制;计算机技术 我国有丰富的矿产资源,我国一直重视冶金业的发展,随着我国经济建设的进行,冶金业已经成为我国当前非常重要的产业。面对着计算机技术的普及以及自动化潮流的来袭,冶金业也在逐渐使用计算机进行工作并且逐步走向自动化。我国的工业在我国整个经济体系中占有重要位置,而冶金业在工业中有占据了相当大的比重,可以说冶金业的发展对我国经济发展具有较大的促进作用。计算机技术对我国冶金业自动化控制是有着较大影响的,因此要注重冶金自动化控制中计算机技术的有效应用,保证我国冶金业与工业的发展,促进我国经济增长。 1我国冶金自动化控制中对计算机的使用 冶金自动化最早出现在上世纪50年代,那时的人会使用一些简陋的机械在冶金的生产过程中进行配合,等到计算机出现与使用,冶金行业在生产方面的管理系统以及全线控制才开始真正意义上的出现并且发挥作用,计算机技术能够对冶金自动化控制产生积极影响,促进其内部系统之间的配合。计算机技术是一种划时代的技术,它可以被应用于各个方面,在每个方面都能发挥出重大的作用,冶金自动化控制也是它的受益者之一。随着当今计算机技术的不断发展,其内容不断丰富,因此在应用于冶金自动化控制中也可以体现中更多的新内容。目前计算机技术能够应用于冶金自动化控制的各个方面,我国的冶金企业也正在以计算机技术作为依托来开发新的软件,让国产冶金软件在世界舞台上占有了一席之地,因此,我们可以得出这样的结论,冶金自动化控制十分依靠计算机技术,计算机技术能够在我国冶金自动化控制中发挥出更大的作用,计算机在未来还会继续发展,或许会为我国冶金自动化控制带来新的内容。 2冶金自动化控制中计算机技术的具体应用 2.1冶金企业信息管理 冶金企业自身的经营需要大量数据作为辅助,每一家冶金企业都拥有自身的制作工艺以及与工艺有所关联的工序,工艺与工序之间的配合促进了企业的正常运行,但是企业自身的活动也会因此而产生大量的信息与数据,只依靠人的力量没有办法对这些信息进行收集与整理,在企业需要这些信息的同时也无法对相关信息进行调动,人力不能做到的只能够依靠计算机技术来完成了,计算机技术自身拥有对信息的处理功能,企业还可以以计算机技术为依靠建立一个虚拟数据库,将企业在生产中出现的信息全部储存到该数据库中。对计算机平台应该聘请专业技术人员进行管理,保证其中信息的安全以及企业对信息的调度,对各种金属都应该有所记录,包括这些金属的来源、制作材料、制作工艺以及制作流程等,让企业在需要对这些资料进行应用时能够找到相应依据,提高企业整体的运行效率。 2.2冶金过程控制 我国的冶金企业已经以计算机技术作为基础建立相应的过程控制系统,控制系统中的每一个步骤都需要使用到计算机技术,我国各个冶金企业已经建成了与之相应的控制系统,其中包含了互联网、工业以太网等方面的内容,冶金企业对区域控制系统的管理因为计算机技术的使用而得到了加强,过程控制系统可以在冶金生产过程中将生产所需要的数据进行整理,以此来形成一个数据库,之后利用区域控制系统对该数据库进行分析,将其中所包含的信息整理出来,之后将各类信息发送到冶金过程中各个需要的流程之中。工业以太网是冶金控制系统中的核心组成部分,它在其中承担了许多功能,例如传感器、控制器以及检测器等,增强了过程控制系统本身的安全性以及控制系统中各方对信息的反馈能力与信息传输能力等,让冶金企业能够对整个工作过程进行实时掌握,了解每一时段的工作情况,一旦出现问题能够迅速反应,做出相应的解决措施,保证整个冶金过程的顺利进行。 2.3局域网络 计算机与互联网在冶金企业中的应用带动了局域网络的发展。在冶金企业整个自动化控制进程中,对相关的硬件的精度以及数量的需求都在逐渐提高,这无疑加大了计算机对设备进行控制的难度,当这些设备对计算机的指令进行接收时与自身进行实际操作时会产生一定的时间差,各个设备之间的交流目前也存在着较大问题,面对这样的情况,局域网络可以发挥出很好的效果,局域网络可以将整个系统划分为若干个部分,之后将各个部分以局域网络的形式进行连接与管理,加强了各个设备之间的交流,提高了冶金企业整体的工作效率。 2.4人工智能 计算机技术正伴随着它的大规模应用而进行发展,很多冶金企业也注意到了这一问题,开始进行对自家企业使用的自动化控制系统的优化与改良,让整个系统向着网络信息化的方向发展,很多冶金企业已经完成了这一部分工作并且取得了良好的效果。部分冶金企业也开始在冶金自动化控制中进行人工智能的研究,这一研究的内容为:运用当前网络自身所具有的优势,总结与冶金相关的各方面知识以及与之相关的处理方法,再利用计算机对自动化控制系统内的相关设备进行控制。可以说就是利用网络、利用计算机来对整个冶金过程进行管理。人工智能系统的技术依据仍旧是计算机系统,它利用计算机系统所拥有的强大计算能力以及对数据、信息的分析总结能力,对整个金属冶炼过程进行模拟,在实际进行中进行监管并且对错误进行指出与调整,让整个冶金过程能够更加顺利地进行下去。 3结语 科学技术与信息技术的发展带给许多行业新的面貌。冶金行业在我国古时就拥有长久的发展历史,到了现代更是我国经济支柱之一,格外受到重视,因此冶金自动化控制自从引入我国以来就开始受到关注,随着计算机技术的普及与使用让冶金自动化控制进入了一个新的发展时代,让它具有了更多的功能,带动了我国冶金行业的发展。 作者:韩骏 冶金技术论文:电气自动化技术对冶金行业的应用 摘要:电气自动化技术是现代社会发展的主要技术形式之一,新技术在社会发展领域的综合性探索,是提升冶金行业技发展速率,并逐步进行行业技术创新应用的发展新趋势,本文对电气自动化技术在冶金行业中应用分析,基于电气自动化技术的基本特点,对电气自动化技术在冶金行业的应用进行分析。 关键词:电气自动化技术;冶金行业;应用 网络信息传输结构的逐步完善,为现代社会的发展提供了技术开发的炫新渠道。电气自动化技术在传统工业应用技术的基础上,融合计算机自动化系统,实现技术应用效果的进一步创新,结合现代电气自动化技术的基本设计,对冶金行业的电气自动化技术进行分析。 一、电气自动化技术的特点 电气自动化技术是基于传电气技术的基础上,融合计算机系统中自动化技术,达到传统技术与新技术的综合性对接,提升冶金行业效率的作用,电气自动化技术的特点分析主要包括:其一,电气自动化技术的技术广泛性较强[1],技术兼容性大,电气自动化技术技术的融合发展是中包含计算机技术,生产系统技术等多方面技术,在社会发展的多个领域都可以得到融合应用;其二,自动化技术性高,电气自动化技术的实现主要是基于计算机设计系统的基础上,从系统的单一性操作向集中化转变,大大提升了现代冶金行业整体生产加工效率;其三,电气自动化技术的安全性高[2],冶金行业是工业生产的主要领域,冶金行业的金属冶炼整体技术的应用与分析具有相应的危险性,实施电气自动化技术可以实现冶金行业危险职业由自动化代替人工操作,使冶金行业的安全性得到保障。结合以上对电气自动化技术基本概念及特点的分析,结合现代冶金行业对电气自动化技术的应用进行综合性探索,实现现代电气自动化技术在社会发展中的作用。 二、电气自动化技术在冶金行业中的应用 电气自动化技术在现代冶金行业的应用,实现了现代冶金行业生产效率的提升,生产系统一体化发展,并在电气自动化技术的逐步应用中逐步进行技术额综合性探究,从而实现现代工业生产技术的综合性完善的探究。 (一)冶金电力保护中的应用 电气自动化技术在冶金行业的应用,实现了电力资源供应系统电力资源应用结构的自动化发展,电力供应是冶金行业的发展动力,电气自动化技术的应用中包含了电力供应,例如:冶金领域的电气自动化趋向能保障电力资源供应中及时为冶金机械的加工生产提供相应的电力供应保障,同时实现电力供应资源的科学循环发展;另一发面,电气自动化技术在冶金领域的应用也可以达到现代冶金体系职工继电器的保护作用。例如:电力供应系统中继电器的检测保护主要包括继电器的运转信号的采集,分析,判断以及诊断几部分,电气自动化技术可以将这一过程综合为一个整体,并及时将冶金领域的供电系统进行电力维护,实现冶金行业的继电装置供电稳定性提高,电压应用的稳定性提升。 (二)冶金生产传感器 冶金行业中电气自动化技术的应用,在冶金行业的生产传感器的应用上具有体现。电气自动化技术中传感器技术可以把外部接收的信号转化为内部信号,自动化系统在计算机系统的控制作用下,能够快速的进行信号传输整理,在较短的时间内将冶金中接收的外部信号转化为电信信号。这一过程是冶金生产得以全面性自动化实施的基础。例如:冶金行业的技术应用主要是通过外部冶金材料的信息判断,到达控制性内部冶金加工的温度,加工的时间等问题,由此可见,冶金生产中传感器的应用是发挥电气自动化技术作用的技术基础。 (三)冶金温度检测器 电气自动化技术在现代冶金行业的应用中,温度检测器也是主要技术之一,温度检测器与压力传感器的应用往往是结合使用。一方面,冶金温度检测器在冶金领域的应用主要是从冶金生产的外部控制对冶金自动化具有控制作用,例如:钢铁冶炼的最佳温度,钢铁冶炼的外部温度和钢铁熔点之间的关系,冶金温度检测器的作用是通过系统对冶炼中温度的辐射温度收集进行信号传输,为电气自动化技术操作系统提供冶金中所需要的信息内容,把握冶金中温度的均衡性发展;另一方面,压力传感器技术是对冶金中的受压情况转化为技术分析,并将收集到的压力直接转化为信号,实现信号PLC控制中心的冶金环节的综合性控制分析。 (四)PLC技术应用 PLC技术是电气自动化技术的核心部分,PLC技术也可以叫做可编程逻辑监控器,冶金领域的的自动化控制技术在计算机系统的基础上,实现冶金生产环节的的生产环节的一体化管理。例如:PLC技术在钢铁冶炼行业中应用,可以实现钢铁冶炼环节脱硫、熔炉、除氧、转化以及水循环等环节的一体化控制,同时及时进行冶金环节的生产电波综合性转换,PLC技术的实施大大提升了我国冶金行业技术转换与循环的结构循环;同时,PLC技术的应用也可以与化学处理技术,冶金材料的运输部分结合在一起,扩展了现代电气自动化技术在冶金领域的综合应用。例如:PLC技术与冶金钢材运输结合应用,现代冶金技术的综合运输交流中采用PLC编程系统设定冶金产品的加工包装,将冶金行业的技术应用与技术应用综合性融合。 (五)冶金生产变频器的应用 电气自动化技术在冶金行业的应用也逐步达到冶金生产变频器的综合应用,变频器可以实现冶金电力资源供应中实现直流电转化为交流电再转化为交流电的系统性电力应用应用过程,新的电力供应系统在冶金行业的应用大大提升了冶金技术设备的变频速率,同时保障电力资源应用整体规划结构的电力信号在较短的时间内可以与系统接收传输信号进行同步融合,变频器的综合性拓展完善了传统冶金行业单一的电力资源应用作用,从不同的角度对电力资源的供应与传输进行多样化的融合。结合以上对电气自动化技术在冶金行业的技术应用分析,积极探索现代工业生产加工技术的未来发展趋势,推进我国工业生产技术的创新探索。 三、结论 电气自动化技术的综合应用,是现代工业发展的主要技术形式,基于电气自动化技术的基本特点,对电气自动化技术在现代冶金领域的开发与应用提供新的探索空间。 作者:陈建宏 何寅钦 单位:宁波宝新不锈钢有限公司 宁波东投置业有限公司 冶金技术论文:电气控制技术对冶金产业的运用 摘要随着科学技术的迅速发展,我国冶金产业也随之发展起来,并逐渐向着现代化方向发展。冶金企业工作效率显著提升在积极引进电子技术及信息技术等之后,企业的自动化系统运行也更加稳定,其中的电气控制技术在冶金产业中具有更大作用,一方面促进了钢铁及冶金行业快速发展,另一方面满足了社会对钢铁、金属等的需求。本文将重点探讨下电气控制技术在冶金产业中的运用,为其未来发展指明方向。 关键词电气控制技术;冶金产业;运用 冶金企业受科学技术发展进步影响,企业的技术及设备也越来越先进,工作效率也随之提高。随着我国社会经济的迅速发展,人们物质生活水平也不断提高,对冶金产品也提出了更高质量要求,需求量也逐渐增大,面对这种情况,冶金企业应积极优化改进使用技术,进一步提升冶金产品质量,从而促进冶金产业快速发展。 1冶金电气控制技术的特点 1.1涉及技术内容比较广 冶金企业生产工作过程中会涉及多项环节,而且环节间连续性较强,生产加工冶金产品包括了物理变化及化学变化,其中也存在着多项不确定因素,突变可能性也较大,因为涉及技术较多,发生波动现象的几率也较大。冶金生产要想更稳定地开展,首先要控制好原料成分,提升生产技术,制定出最佳生产流程方案,并及时进行生产过程中动态调整,确保冶金产品的质量及产量。 1.2技术难度大,生产工艺较复杂 冶金产业的电气控制技术较复杂,难度也较高,需要软硬件积极配合使用才能更好地应用自动化系统,此外还应做好细节优化工作,根据企业实际生产情况,调整生产工艺流程。将提高冶金产品质量作为原则,积极提升生产效率,这种工作对技术人员要求较高,工作人员不仅要具备一定专业知识及技巧,还应具备一定工作经验。 1.3较强地依赖电子技术 冶金企业积极向现代化方向发展过程中,积极引进并使用自动化技术,电子自动化技术是冶金企业的自动化控制系统的必备之物,企业只有合理使用电子技术,才能更好地进行自动化生产,冶金电气控制技术对电子技术依赖性较强。 2电气控制技术在冶金产业的运用情况 随着计算机、通信及网络技术的迅速发展,计算机控制技术出现了巨大变革,电气自动化控制技术是计算机控制技术变革的代表,它广泛地应用于电力、能源及环境等行业中,有效地改善了人们的工作环境及生活质量,增强了企业竞争力。电气自动化控制技术中的SCADA系统(监测监控及数据采集系统)和DCS系统(分布式控制系统)是典型代表,也是应用最广泛的,下面具体分析下SCADA系统在冶金产业中的运用情况。 2.1SCADA系统结构 SCADA系统能够对分布距离远、生产单位分散的生产系统进行数据采集、监控及控制,它的物质载体是计算机,系统以此物质载体为基础控制生产过程并进行自动化调度,有效地实现了现场设备的监视与控制,系统结构主要由远程控制单元RTU、通讯网络及中心站构成,不同应用领域对SCADA系统的发展也存在差异。 2.2SCADA系统在冶金产业中的运用 冶金产业属于能源行业,因此SCADA系统在冶金产业中的运用属于能源SCADA系统,这个具体的电气自动化控制技术主要监视、控制能源相关设施设备,系统工作运行中会涉及风、水、电等多种能源介质。SCADA系统在冶金产业的运用主要表现为2种主要功能的实施:1)数据采集功能,在SCADA系统中输入企业所需的能源数据,这些能源数据从企业能源管理中心获取,然后经过远控、监视及数据分析、计算等后,就能实现生产的调度指挥。进行过上述一系列实际操作后,也能连接计量中心、ERP管理系统等通过数据交换获取能源的产供、生产及设备检修计划等一些数据信息,确保企业所有人员能够对能源数据进行共享管理。2)监控功能,能源SCADA系统使用了无人值守管理技术,将涉及到的煤气柜、煤气加压站等燃气区域内进行无人值守,能源中心集中监控这些区域的情况,这有效提升了冶金能源企业劳动生产率,也能及时调整能源平衡,减少煤气排放,在快速处理异常运行情况及提升能源系统整体安全性方面具有良好的效果。此外,还能对能源管理中心下的供配电站、压缩空气站等进行系统进行实时监控与调整。 3电气控制技术在冶金产业运用的发展方向 3.1电气控制技术核心科技更具有原创性 科学技术是产业改革创新的源泉,我国的冶金工业科技研究从建国以来取得了历史性进步,有些冶金企业已经进入了国际领先水平,但是因为基础薄弱、起步较晚及缺乏科技人才相对缺乏等等,还不能很好地与欧美、日本等国家在总体技术实力上进行抗衡。我国的相关科研人才应扬长避短、发挥自己优势,研制出一套先进的冶金工业自动化控制技术体系。衔接配套好相应的软硬件,促进产学研的结合,进一步改善操作控制系统,提升冶金生产工艺水平,积极走自主研发发展道路。我国的首都钢铁集团在这方面做得就比较好,创造了数字化炼钢模式,改善生产流程在原有冶金流程上,并在控制系统运算比对上使用智能仿真技术,经过仿真模拟计算之后,从而将最佳控制效果调整展示出来。 3.2整套控制系统实时性及可靠性提高 电气控制技术的最大优势是实时性及可靠性,电气控制系统会采集最新数据,并对其进行综合分析及科学处理,具有实时、可靠及高效的特点。钢铁企业如果单纯生产生铁、粗钢等一些低端产品时,实时性要求会较低,但是若生产那些高端的钢铁产品如镀锌板、彩涂板及钒氮合金等时,就需要对提升整个系统运算速度、进行实时诊断、布控及处理,更好地及时发现问题,然后调整参数配比,进一步改善冶金生产工艺。 3.3数据挖掘及运用的实现 未来冶金产业使用电气控制技术时,会重视数据挖掘及运用的实现。钢铁及冶金产业应积极改善整套控制平台系统运行质量及水平,确保能生产出优质的产品,这是提升钢铁及冶金产业竞争力的关键。企业实现自动控制及精细化管理,应重视收集、整理及分析实时数据参数,优化数字模型的全过程。冶金产业的工程技术研发更普遍地使用数据挖掘,数字模型及控制算法也被广泛地引入生产中,冶金及钢铁工业的自动化控制系统未来将有更为广阔的发展空间,也会有更强大的发展动力。 4结论 随着科学技术的不断发展,产生了冶金产业的电气自动化控制技术,这种技术是科学技术的产物,也为冶金产业健康可持续发展提供了支持。电气控制技术优化与改进,能够有效提升冶金产业的生产效率。使用这种技术,也能保证冶金生产流程的规范化,促进我国冶金产业向着良好方向发展,是冶金产业发展的主流趋势,因此冶金企业应积极引进先进的自动化控制技术及设备,分析冶金企业对电气控制技术的运用情况,结合技术特点及冶金企业实际发展状况,明确电气控制技术在冶金产业运用的发展方向。 作者:周志红 单位:中国一冶集团有限公司 冶金技术论文:冶金机械设计关键技术的应用 【摘要】随着社会经济的发展,我国污染问题日渐暴露出来,各行各业的“绿色发展”意识越来越强,并借助先进技术设备和手段进行了一系列的生产工艺改革、优化。在这样的环境背景下,冶金机械设计关键技术也顺应了时代的发展潮流,大有向绿色技术转变的趋势,为推动冶金机械行业的可持续发展创造了有利条件。本文以“绿色”为基点,在对冶金机械设计关键技术发展作出简要分析和论述的基础上,就冶金机械设计的关键技术应用进行了研究。 【关键词】冶金机械设计;关键技术;发展;应用 1前言 在先进科学技术的大力推动下,我国冶金行业展现了勃勃生机,未来的发展前景不可限量。冶金机械是冶金行业发展的基础,是冶金企业生产经营的重要资源,其先进与否直接决定了冶金行业及企业的发展层次。而冶金机械设计又是冶金机械制造、生产与使用的前提和基础工作,其对先进关键技术的引入显得尤为重要。知识经济、创新经济时代背景下,不断有新的冶金机械设计关键技术被开发出来,并被广泛应用于冶金机械设计领域,为冶金行业及冶金企业的发展创造了良好技术环境和条件。有关冶金机械设计关键技术的研究受到了社会各界的广泛关注和重视。 2冶金机械设计关键技术的发展 绿色理念指导下的冶金机械设计关键技术开发加上了更多的条框限制,也被赋予了多样化的技术色彩,它不仅强调了是满足冶金机械设计需求的关键技术,还实现了冶金机械的节能、环保。绿色关键技术支持下的冶金机械设计在某种程度上延长了冶金机械的使用周期,它通过封闭环形设计,帮助冶金企业实现了产品的循环再利用,对环境保护具有重要的作用和意义。同时,绿色冶金机械设计关键技术还把环境影响因素纳入到了考虑行列,对各阶段的物流输入输出进行跟踪,建立了环境损坏风险评估体系,可以对冶金机械运行环境进行更好地监测,有效保证了冶金机械设备运行安全,有利于环境保护。相比传统冶金机械设计关键技术,新型关键技术更加注重冶金机械的节能设计,大大提高了生产材料的利用率,减少了材料处理过程中有害物质的排除,最大限度地保护矿产资源的同时,保护了生态环境。 3冶金机械设计的关键技术应用 作者基于对冶金机械设计关键技术发展的认识,从材料甄选、噪声治理以及废弃处理三个方面谈论了冶金机械设计的关键技术应用,并提出了一些应用建议,以供参考。 3.1应用于材料甄选 材料甄选对冶金机械设计质量的影响无疑是重大的。冶金机械一般都会有固定的使用寿命,但是也会随使用环境的变化而有所变化,报废是其始终无法回避的结果。因此,为了进一步发挥冶金机械的社会效益和环境效益,我们在设计使用冶金机械材料时,应该尽量选择一些易分解、可再生的新型材料,把冶金机械设备报废对环境的影响降至最低。长期以来,铁、铜及其合金材料是冶金机械设计的主材料,它们的特性基本满足冶金机械设计的技术要求。但是,冶金机械单单依靠这些金属材料是不可能完成整体设计的,还会不可避免的使用到橡胶、玻璃以及塑料等,而这些材料又是很难分解和回收使用的。所以,冶金机械设计的过程中,应该时时关注材料市场的动态变化,在达到使用精度要求的基础上,尽量选用绿色材料,减少环境污染性材料的使用。 3.2应用于噪声治理 冶金机械工作的过程中,不可避免的会因振动而产生不同程度的噪声污染,不仅不利于职工的身体健康,还给周边居民的工作和生活带去诸多不便。我们在利用关键技术进行冶金机械设计时,应该充分考虑伴随机械振动产生的噪音污染,深入分析冶金机械振动发生的原因,有针对性地采取一系列减震措施,发挥绿色关键技术的功能和优势,例如,对部分零部件进行减震处理如发动机等,可选装一些减震性能优良的弹性支撑。与此同时,我们还可以在市场上选配一些减震效果好、噪音低的发动机以及装配精良的齿轮减速箱,并注重对各机械零部件的日常维护保养,根据实际情况,定期涂抹润滑油等,减少机械部件摩擦产生的噪音。除了合理选用冶金机械配件,冶金机械设计师还应该提高自身的技术要求,认真合算各设计部件的尺寸,保证部件连接的紧密性,提升部件之间的匹配度。 3.3应用于废弃处理 冶金机械生产的过程中,总会伴随着一些废气、废水、固体废弃物的产生与排放,如若处理不好很容易对自然环境造成严重污染。但是,受现有技术水平和条件的限制,还很难实现冶金机械的废弃物零排放。现阶段,我们能做的就是尽量减少污染物产生和排放,并加强废弃物处理。在冶金机械设计的过程中,我们应该始终秉承绿色设计理念,利用先进技术手段和设备,对冶金机械进行封闭循环设计,具体而言,可以在冶金机械排放废弃物的末端,加装对应的废弃物搜集和处理设备,在废弃物尚未消散在环境的阶段,把废气、废水以及固体颗粒等积聚在容器内,并采用先进技术设备和手段进行分类处理,在确定检测结果达到排放标准之后,方可排入环境当中。对于重复使用的资源,冶金机械还应该设计回流系统,通过先进技术处理后,把回收资源重新投入到新一轮的生产当中,如此降低环境污染的同时,还提高了冶金机械的资源利用率,对提高企业经营效益具有重要作用。 4结语 总之,冶金机械设计关键技术的发展将偏向于绿色化,而且其应用也会更加广泛。由于个人能力有限,加之冶金机械设计关键技术发展日新月异,本文的研究可能存在不足,因此,希望其他学者持续关注冶金机械设计关键技术的发展,并结合其技术特点,提出更多的应用策略,以提高冶金机械设计的质量,推动冶金企业及整个行业的可持续发展。 作者:赵春旺 单位:天津天铁集团第一炼铁厂 冶金技术论文:冶金企业节能减排生产技术分析 在实际的钢铁生产过程中,除了会消耗掉一些能量外,还会排放出一氧化碳、二氧化硫等有毒气体。在此种形势下,为全面降低对环境及大气层造成的污染,实现自然生态及人类身体健康的保护,冶金企业采取科学、有效的节能减排生产技术具有非常重要的现实意义。 1我国冶金企业当前节能减排生产技术情况 随着我国钢铁业技术水平的提高,一系列环境友好型工艺技术,如干熄焦技术、高炉喷煤技术、以及炉外精炼技术等,均得到了较为广泛的应用。然而,相比于国外,我国冶金企业在有效利用能源方面,有着不小的差距。具体展开分析,此种差距主要体现在烧结、焦化、炼铁及转炉等钢铁生产工艺上。由此可知,为实现能源的充分利用,达到节能减排及环保的目的,冶金企业就需要加大对传统工艺的改进及新技术的应用力度[1]。 1.1焦化方面 ①干熄焦技术:通过应用此种技术,可将80%左右的红焦显热进行回收,并降低焦化工序约60kg标煤/t左右的能耗。除了具有显著的节能效果外,干熄焦技术还能大大减少采用湿熄焦技术时排放粉尘、硫化物等有害气体的量,从而实现生态环境的改善。②炼焦配煤优化系统:配煤指的是根据一定的比例,均匀配合两种及以上的单种煤料,从而制造出焦炭;而炼焦配煤优化系统则是将经验配煤的方法有效转变为精确度高的数值化配煤方法,在节约煤炭资源、降低配合煤成本、确保焦炭质量的基础上,促进冶金行业朝着科学化、精细化方面发展。 1.2烧结方面 ①烟气烧结技术:在利用低温烟气余热进行发电时,需要应用到梯次科学利用废气温度以及高效、低耗余热回收系统等核心技术的。在开展低温烟气余热发电建设项目时,通过应用上述核心技术,可大大提高烧结矿的发电量。②催化燃烧烧结助剂:除电能外,烧结还需应用到焦粉或煤等,而将催化燃烧烧结助剂加入其中,则可进一步促进烧结效率及烧结矿强度与厚度的提高,进而达到节能减排的目的。 1.3炼铁方面 1.3.1高炉喷煤助燃剂:在采用高炉开展喷煤操作时,关键技术是将喷吹的煤粉燃烧完全。我们可通过检测除尘灰来得到煤的具体含量,但,除尘灰中会含有50%及以上的碳粉,这就表明在高炉中,将喷吹的煤粉并没有燃烧完全。此时,为实现喷吹煤粉的燃烧效率及利用率的提高,就需要将助燃剂添加在煤粉中[2]。1.3.2TRT与CCPP发电技术:①TRT(即回收透平高炉煤气余压发电装置)指的是将高炉炉顶煤气的余热及余压转化为机械能,从而实现驱动发电的一种发电装置。通过应用此种装置,可起到充分回收高炉内煤气余压能量的作用,同时还发挥出了改善炉顶压力控制品质、净化煤气的作用。②CCPP(即联合燃气与蒸汽的循环发电装置)指的是将低热值高炉煤气作为燃料的一种联合循环发电机组。此种发电装置可借助高炉中富余、放散的煤气进行发电,既可实现大量电能的获得,同时还能达到煤气零排放标准,极大程度上减轻对环境的污染,具有绿色环保的意义。 1.4炼钢方面 回收利用转炉煤气:转炉内部在冶炼过程中,一直处于高温状态,当温度为1600℃左右时,就会发生碳氧反应生成一氧化碳气体,也即转炉煤气。在转炉炼钢时释放的能量,其载体主要是高温媒体,此时,为达到负能炼钢的目的,继续将煤气回收的数量及质量尽可能提高。②干法除尘技术:当前,冶金企业主要采用煤气湿法与煤气干法来净化回收氧气转炉炼钢。其中,相比于湿法除尘,干法除尘具有更为显著的社会经济及环境效益,究其原因,主要是干法除尘技术具有非常高的净化效率,无需进行污水处理;且具有较小的系统阻损与较高的煤气发热值,可直接利用回收的粉尘,充分达到了节能的目的。 2冶金企业节能减排生产技术未来的发展趋势 2.1焦炉朝着大型化方向发展,非回收型炼焦技术应用愈发广泛 现阶段,我国部分冶金企业主要采用最为先进的7.63m超大型焦炉作为焦化系统,热能回收则采用了干熄焦技术,装煤系统则采用了负压抑尘无烟技术,可进一步促进焦化系统朝着节能减排的方向发展。此外,美国的Sesa炼焦公司为降低生产焦炭过程中造成的环境污染,加大了非回收型炼焦技术的开发及应用力度,通过直接燃烧化工副产品而获得热能,在生产时不会排放明显的污染物,大大改善了焦炭产量及质量[3]。 2.2COREX熔融还原炼铁技术的应用 当前,在炼铁系统中,应普遍应用的节能减排技术有煤气回收、富氧喷煤以及双预热高风温热炉等。而作为一种成熟的炉外炼铁技术,COREX熔融还原炼铁的概念便是在熔融状态下,通过借助碳转变成二氧化过程中释放的热量,从而完成铁氧化物的还原反应。在理论上,通过应用此种技术,可实现碳的最低消耗,实现节能减排的目的。 2.3氢冶金技术的应用 在冶金企业中,其炼钢系统采用的技术主要有煤气回收、全连铸以及气化冷却等,同时还加大了冶金固废的综合处理及再生利用工程的建设力度。通过应用这些新型的技术,可将污染物的排放降至最低。考虑到焦炭及炼焦煤等资源的匮乏,对传统冶金工业的发展造成了重要的影响,因此,加大氢冶金工艺的发展力度,是切实可行且具有显著优势的。在开展铁氧化物还原反应过程中,通过应用氢气,可实现二氧化碳的零排放。但需要解决的问题是如何采取有效措施获得廉价且丰富的氢气资源。 3结语 综上所述,当前,我国冶金行业利用资源的方式已逐渐朝着循环再利用的方向转变,并在炼铁、炼钢系统的能源消耗研究、废弃处理利用以及节能减排新技术应用等方面,取得了较为理想的成绩,但与国外先进水平还有着不小的差距。因此,在今后的生产过程中,需加强对生态冶金技术的认识以及对节能减排生产新技术的开发及利用力度,促进冶金企业全面朝着生态化、环保化的方向发展。 作者:李宏亮 单位:重庆钢铁集团设计院有限公司 冶金技术论文:冶金行业电气自动化控制技术分析 一.冶金工业自动化控制技术的创新与发展 随着我国冶金行业的快速发展,科学技术进步日新月异,我国冶金电气自动化技术应用取得了显著的成效。我国不断引进大量自动化控制技术,进一步提高冶金生产集成控制水平。企业经过初期的资本积累,从原料准备到生产出最终产品,注重将资金投入到研发新技术、新工艺上。繁杂的生产工艺既促进了自动化控制技术在冶金行业的应用,也给企业带来了旺盛的生机和活力。在冶金企业的生产过程采取引进部分先进技术,不断发展中对自动化控制技术,实现适合自身发展的电气自动化设备的功能提升和技术创新。 二.冶金电气自动化技术的基本特点 20世纪80年代以前,冶金电气自动化技术的特点主要表现在适应冶金企业生产需要,主要从国外引进冶金工程自动化系统控制软件,基本属于流程型。到后期,冶金工程自动化系统控制软件技术的应用与创新有较大提升,生产过程工艺环节逐渐变多、连续性增强,逐渐意识到自主研发的重要性和适用性,而且包含有复杂的物理和化学过程,实现了较大的历史性转变。随之而来,生产流程存在着各种突变和不确定因素,更加注重向技术要效益理念的培育。其中,原燃料成分和生产技术条件经常发生波动。为确保新一代冶金工业工程自动化系统控制软件平台的应用冶金生产的顺利进行,生产人员需要根据生产工艺要求对物料、能量、质量等,制定最优的生产作业计划,推行自动化管理,使得冶金工业自动化管控效率和水平达到了国际领先地位。 三、冶金电气自动化技术的重要作用 随着工业技术的进步和自动化控制软件的研发,在生存中求发展的历史阶段下,冶金电气自动化技术在生产过程中发挥着越来越重要的作用。兴起了自主研发的冶金工业工程自动化控制平台技术类软件,大幅度降低人工操作故障率。在应用水平、管控质量、运行效率等方面通过采用冶金生产应用电气自动化技术,在很多环节和细节,创造出可观的经济效益。变人工操作为自动化操作,逐渐取代进口软件,使所用相关设备按照程序逻辑,优于国外进口自动化系统控制软件。按部就班的进行,在工业生产中得到了较为广泛的采用和实践,大幅度减少人力,使得国有大中型企业领军的能源管理控制系统等领域有了长足的进步和提升,从而节约生产成本。基于节能环保与钢铁产品制造流程优化的设计,保证设备正常运转,提高工作效率。 四、冶金自动化控制系统的未来发展趋势 早期的冶金工业自动化控制技术的应用主要局限在装备性能、产品质量、生产成本、运行效率等。虽然在创新的路上经历一些磨难挫折,但我国的电气自动化冶金控制技术已经取得了很大的发展,基本实现了生产效率的最大化、生产能耗的最小化。但也存在一些问题,例如我国各地的冶金技术水平仍然存在未来亟待解决的不平衡问题,因此对钢铁工业生产的结构、功能以及效率进行进一步优化和改善,自主研发创新已经成为未来发展的趋势。(1)提高并改善自主集成数字化控制系统的水平加强对制造整体流程的研究和投入。在坚持原有钢铁工艺流程的基础上,加大计算机模拟仿真技术研究,对生产过程进行改善,引入绿色环保、节能降耗等理念。改进控制系统的同时,也提高了生产效率。在数据采集方面利用最新的仿真计算,防止不合格产品的产生和资源的浪费。对历史生产过程调整模拟,建立广义模型、优化和完善控制技术过程,在脱离冶炼过程下改变参数与模型,从毕建良而实现全程自动化控制。(2)自动化控制技术数据挖掘与应用通过改善自动化控制系统的水平,对钢铁工业各环节产品实行实时监测、评估与控制生产出优质的钢铁产品,运转高效、误差率较低,工业产品质量得到有效保障。在钢铁自动化控制系统中,基于在线分析检测监控技术,对生产过程的实时数据进行收集整合,实施动态实时监控。并通过数学模型的优化,研发出对生产设备实施全过程实时诊断的新型自动化控制技术,达到对生产过程的精细化管理以及生产的自动控制。(3)冶金自动化控制系统优秀的服务提高冶金自动化控制技术核心科技的服务是技术产业之源,需要由被动服务向主动服务转变。以科学理论的研发为基础,对服务的质量要求与日俱增,可以在冶金工业科技研究领域取得历史性进步。目前,冶金企业追求一种零故障的目标,这就要求自主研发一套先进的冶金工业自动化控制技术体系。除了设备软硬件配套衔接,本身的检修外,还需要产学研相结合,改善操控系统。提供标准化的服务,提高生产工艺技术水平。(4)冶金自动化控制系统要不断开拓创新自动化控制系统产业创新主要以技术创新为基础,要想长期生存并保持旺盛的生命力,必须走自主发展的道路,取人所长补己所短,发挥自身优势,不断开拓创新。未来一些新技术,在其原有冶金流程的基础上,融入到自动化控制系统中,例如将智能仿真技术运用在控制系统运算比对上。机电一体化测量也必将取代现代的测量技术,通过仿真模拟计算,将测量精度大大的提高,调整出最佳控制效果。 五、冶金工业自动化控制系统的建议 我国建国以来,冶金工业自动化控制技术取得了很大的进步,步入国际领先水平。但是由于科技人才相对缺乏,与国外的一些先进技术还有不小的差距,在总体技术实力上还无法抗衡。因此,笔者提出如下建议:(1)提高整套控制系统的实时性和可靠性当前,由于我国企业在某些方面技术的不成熟,对实时性要求偏低,硬件技术的差距仍然很大。想要产出优秀的大型自动化控制系统,需要对各项数据进行综合分析并进行科学处理;相关专业人才应该开拓创新,提高整个系统的运算速度,研发出属于自己的硬件技术与产品,及时调整参数配比,进而迅速缩小与世界领先技术的距离。(2)要实现数据挖掘和运用通过采集最新数据,改善整套控制平台系统的运行质量和水平,加大创新意识,走自主研发道路。加强宣传推广实时性和可靠性的优势,增加企业与科研机构等的合作研究。注重对实时数据参数进行收集,促成冶金生产的电气自动化技术及其应用的更新和发展。对数字模型经过全过程优化,实现冶金工业的健康、和谐和可持续发展。 作者:毕建良 冶金技术论文:计算机技术在冶金自动化控制的应用 虽然当前国内冶金行业已经广泛的引入了自动化控制系统,但和西方发达国家比起来,国内的自动化水平依旧还有很大的差距,部分关键技术依旧需要进口,国产化水平较低。所以,冶金行业技术人员应当更加深入的进行研究,开发出符合国内冶金行业实际的软硬件系统,为冶金企业创造更多效益。 1计算机在冶金过程中的应用 在自动化产品方面,以计算机为基础的分布式控制系统逐渐开始替代过去的DCS系统,尤其是最近几年开始应用的现场总线、工业计算机以及网络信息技术。计算机过程控制系统将工艺知识、数学模型、专家经验以及智能技术有机的融合在一起,从而构成了一个全面完整的数据信息资源库,利用分布式控制系统结构,借助于工业以太网和传感器、控制器等进行连接,能够实现冶金企业生产情况的实时监控,有效的增强了系统的稳定性与控制型。比如说轧制作业,如下图1所示,我们在轧线上安装好板型控制、位置控制、厚度宽度控制等仪器,将获取到的信息通过PLC控制器传输到过程控制计算机中,在计算机进行分析之后,再借助于工业以太网传送到管理机,管理机根据这些数据信息发出操作指令。这样一套完整的管控一体化信息系统能够帮助我们对轧制生产的全过程进行有效控制,在很大程度上增强了冶金企业的自动化控制水平。 2人工智能的应用 所谓人工智能系统即是将神经元网络、专家系统以及模糊系统联系组合而成的控制系统,借助于模糊逻辑方式对传感器获取的测量数据实施判断与评价,从而发出相应的控制指令。在冶金自动化控制系统中,借助于计算机网络的优势,对冶金企业各方面的专业知识以及核心处理方案进行评价,通过计算机对相关设备实施智能控制。简要的说,即是将实际生产需要的工艺计算以及实际控制输入到计算机之内,而计算机通过模糊的逻辑方式对产生的情况作出深入的分析,从而再发出具有更高精确性的操作指令。现阶段国内大多数钢铁冶金企业都实现了从基础自动化到网络信息化的转变,也实现了冶金生产全过程的自动化控制。在网络化的技术前提下,我们能够实现对专家系统的开发升级,从而让冶金生产过程中的各项数据信息得以共享,作业人员只需要在操控室便能够进行控制与作出技术决策。 3计算机在企业信息管理中的应用 在冶金企业的生产过程中往往会形成大量的数据信息,若我们通过人工采集的方式不但需要耗费大量的时间,同时也容易出现误差,这就会对企业的基础管理工作产生较大的影响。在这一情况下,我们可以利用计算机构建一个性能强大的管理平台来完成这一任务。现代钢铁冶金企业通常来说包含了铁矿采购、烧结、炼铁、炼钢、连轧等复杂的工序,同时在这一过程中还需要供水供电等辅助工作,各个作业流程之间必须要紧密配合,关系到一系列的质量、调度和通讯管理,因此我们借助于计算机技术开发出一个综合的信息控制管理平台,在企业内部构建管理信息网络,把所有的数据信息以及生产工艺流程虚拟平台包含在内,利用这一系统我们能够使用计算机来进行更加优化的管理,确保各项管理工作的协调性。另外,信息控制管理平台还能够依靠其现代化的管理思路,将钢铁冶金企业内部各种资源充分利用起来,针对生产管理过程进行规划与调度,实现最佳的策略配置。 4计算机生产管理控制系统的主要功能 首先是冶金生产流程的全息集成,能够有效实现铁——钢——轧横向数据集成与相互传递,实现管理——计划——生产——控制的信息集成,另外还能够整合生产实时数据与关系数据库为数据信息仓库,借助数据挖掘技术来为企业的生产管理活动提供更加科学的决策。其次是计算机模拟技术,让企业的设计制造更加科学。利用计算机仿真、多媒体技术以及全流程模拟,基于各类冶金模型,实现流程离线仿真以及在线集成模拟,进而让企业生产组织、生产流程和产品设计开发更加优化。最后能够让企业生产制造更加智能化。对于生产组织管理来说,基于事例推理、专家知识的生产计划和运筹学中网络规则技术,可以为企业带来快速调整作业计划的能力,从而帮助企业增强生产组织的灵敏度。对于生产质量管理来说,借助于数据挖掘技术、统计计算以及神经网络分析技术,能够对冶金企业产品质量实施预报、跟踪和综合分析,按照生产过程中产生的数据信息,对生产中可能存在的品质异常问题进行判断。对成本控制管理来说,通过数据挖掘技术的应用,我们建立了动态成本模拟系统来对生产成本进行预测,依靠跟踪控制技术来实现原材料配比、能源供应以及生产调度的优化,在很大程度上降低了生产成本。 5结语 总之,科学技术的发展给冶金行业自动化控制和工业计算机提出了更多的要求,虽然当前国内冶金行业的自动化水平有了很大的进步,但是从整体上而言依旧存在很多需要完善的地方。所以对于冶金行业技术人员来说,必须要积极借鉴国内外先进技术,就核心技术和重点环节展开深入细致的研究,争取掌握更多核心技术,推动我国冶金行业的稳健发展。 作者:钟鸣 梁鹏 肖斌 冶金技术论文:冶金行业电气自动化技术论文 1、电气自动化元件在冶金行业的应用 电气自动化元件在冶金行业的应用非常广泛,常见的一些自动化元件例如:继电器:一种输入回路和输出回路的电子控制装置,其运作方式是通过控制电流,从而在电路中达到一个转换电路、控制电流等作用,是常见的电路安全装置。高压隔离开关:自动化系统中稳定性较高的一种安全保护装置,保证电路使用过程中操作人员的人身安全,隔离高压电源对人身和设备可能存在的安全隐患。高压熔断器:当电路电流超过负载或者超出规定值的一段时间后,高压熔断器会自动融化从而分离电流,断开电源,有效保证电路及人身安全。传感器:感知外界的信息并将其转化为可用信号的一种检测装置,被广泛应用于各个生产加工环节。传感器由敏感原件和转换组件两部分构成,常见的传感器有压力传感器(将压力变化转变为电流或电压的传感器)、温度传感器(能感受温度变化并将其转换为可输出信号的传感器)、流量传感器(可以感受流体流量并将其转换为输出信号的传感器)。 2、PLC技术在冶金行业的应用 PLC作为电气自动化技术现已在冶金行业中得以广泛运用。其本身是一种数字运算操作的电子装置,在工业生产环境的各个角落都可以得到有效利用。PLC技术的工作原理是通过可编程储存器来执行各种逻辑顺序运算,正确的完成指令,在工业生产中,PLC技术可以通过数字模拟输入输出的进给量与操作量,从而控制各类机械的生产过程。目前,PLC技术也被广泛应用与冶金行业,以此保障高温高电压的工作环境下,设备和操作人员的安全。其常见的实际应用,例如:物料管理系统中,PLC技术可以控制不同仓库的物料管理,并且实现有效控制。对物料进行编码储存管理,高效的运算能力可以保证大型仓库的物流管理实现可调节、高效运作的模式。同时可以连接各仓库系统中的通讯网络,保证良好的通讯网络构建。在冶金生产中,常见的生产原料和生产单位称重、同时将所得数据进行有效整理,这都是现如今PLC技术实际应用中可以轻松完成的,其在很大程度上提高了控制系统的自动化程度,为冶金行业的生产提供了有力保障。冶金生产中最难以解决的废料、废水处理问题,现如今也已经采用PLC技术代替原有的处理系统。首先,原有处理系统是利用离子交换树脂,从而将废水吸收。但这种做法对于使用时效不长的树脂原料耗损巨大,缺点明显。如今所采用的PLC自动化控制系统,可以通过高效的控制,让树脂还原处理系统与离子交换系统同时运行,即保证了废水的有效清除,又能保证工作的可循环性和稳定性,极大的提高了工作效率。 3、电气自动化技术在冶金行业中未来的发展方向 3.1提高自动化控制程度 随着工业发展的不断进步,市场对于生产要求的不断提高,高效稳定的工业化生产才能更好的满足市场的需要。在冶金行业中,自动化控制系统已经越来越符合工业生产的要求,其综合性、有效性实现了冶金过程中的快速判断和快速处理,保障了工作质量,同时提高产量、减少原材料消耗、减少废弃物污染以及保障设备和人员的安全。因此,提高电气自动化的控制程度已经成为在众多企业的竞争中脱颖而出的重要因素。 3.2提高自主集成数字化的控制水平 通过对整套控制系统进行实时监控,从而提高控制的有效性和安全性,并且实现对冶金过程的准确把握,避免出现操作失误。对于自主集成的数字化控制系统,要做到实时监控有效把握,不断提高数据探索技术的应用水平。 3.3提高自动化服务的水平 自动化系统在冶金生产中的发展方向,就是要通过优化与升级,在服务水平上做到精确稳定,减少故障与误差,提高服务标准,在今后的电气自动化发展中向着智能化、信息化以及微型化的发展方向不断前进,实现自动化系统的更高效利用。 4、结语 综上所述,冶金行业生产多在环境恶劣的条件下进行,其制作工艺流程繁多并且要求精确,对生产的产品质量要求很高,因此对先进技术的应用就显得尤为重要。电气自动化技术在冶金生产的过程中具有非常重要的地位和作用,其本身就代表着先进的生产力,只有更好的将电气自动化技术与冶金行业的生产相结合,才能提高行业竞争力,为社会创造出更大的价值。 作者:唐琦 陈汝强 冶金技术论文:仿真软件在冶金技术教学中的应用 一、传统冶金技术实践教学的弊端 实践教学环节在职业教育中占有相当重要的地位,职业教育培养的是适应现代化建设需要的高技能专业人才,要求具有一定的实践技能和创新能力。长期以来,受相关条件的限制,我国高职冶金技术专业一直沿用比较传统的教育教学模式。教学过程沿用传统的“三段式”教学模式,即基础课、专业基础课和专业课,理论教学与实践教学没能有效地结合在一起,同时,专业课程教学内容与企业生产实际相差很大,实践教学少,学生实践操作技能缺乏,没能真正学到相应的专业操作技能,毕业后不能适应企业生产岗位的需求。由于教学过程枯燥,很多学生上课不想学、不愿学,教师教学过程单一,学生就业不理想,企业难招聘到适用人才。另一方面,在专业课教学活动中重理论、轻实践,实践操作教学还只是理论教学的辅助手段,教学过程采取先进行课堂理论知识学习,然后再进行短暂的实践教学。这样的教学模式,使学生很难把学过的理论知识与生产实践结合起来,从而提高他们自身的实践操作能力、巩固他们的专业基础知识。把理论教学与实践教学隔离开来,达不到预期的实习效果。实习方式完全由教师包办,带领实习。为了保证学生安全和企业生产安全,学生在企业岗位上真正实践操作得很少。这种实习过程使学生的动手能力和创新思维受到严重制约,从进入冶金企业生产岗位进行实习到结束,整个实习过程都由教师和企业的相关人员组织安排,学生只能看岗位工人的操作过程,真正动手的机会很少,这使学生的实践操作技能没能得到有效提高。学生在整个实习过程中,仍如课堂教学一样,只是被动地接受知识,没能在实习岗位上去实践操作,把学过的理论知识与实践结合起来,使实践操作能力的培养受到制约,影响了学生实习的兴趣。冶金生产是一个高危行业,生产的连续性强,生产的环境恶劣,生产的条件苛刻,生产的技术含量高。在高职院校中,受各种条件的限制,冶金技术专业在实践教学中存在以下弊端:1.冶金实践教学课程开设少冶金生产过程规模大、投资大,设备种类多,生产工艺流程长,生产技术条件苛刻。在实验室内不可能进行相关生产操作实验,实践教学课程难以开设。只能进行某些简单的、单一的生产工序演示实验,同时,学校由于经费有限,实验室设备配置也无法满足学生单人单机的需要。实验课通常是由教师在课堂上介绍实验原理、实验要求、实验步骤以及安全注意事项,然后再到实验室进行实验操作。由于设备有限,有些实验是几个学生甚至十几个学生围在一起进行一套实验装置操作。另外,由于实验室设备与企业实际生产的设备相差甚远,学生不能学到生产实际操作技能,而且学生动手机会少,动手能力差。专业理论知识不能与生产实践相结合。2.冶金实验的危险性大冶金生产过程的条件苛刻,一般都是在高温、高压或酸、碱等条件下进行的,生产过程中也会加入一些有毒有害的介质进行反应。在实验室进行实验,会使用高温电炉、高压反应釜等危险设备。这些设备时开时停,长时间不使用也会增加设备的危险性。另外,这些设备操作要求高,错误的操作极易引发重大事故。同时,实验过程需用到一些有毒有害的化学药品,实验过程不可避免会产生有毒有害的废气和废渣,这些废气、废渣处理不好,必将直接影响师生的身体健康,同时也会对环境造成污染。在企业实际生产中这些废气、废渣必须经过处理达标,才能排放。但实验室由于条件有限,不可能按实际生产要求进行处理。因此,教师在实践教学活动中,为安全起见,一些有危险性的实验都不敢进行教学操作,只能进行演示实验。学生本应学习的操作技能,由于实验条件的限制无法进行。3.校外冶金实训基地实训效果有待提高冶炼企业的生产过程是—个复杂而庞大的系统过程,学生要学到相应的专业实践操作技能,必须进入企业生产岗位进行生产实训。但是,到企业进行生产实训存在很多无法解决的实际问题:(1)冶金企业大型化、自动化的特点,决定了生产过程整体性强、各生产工序衔接度高,生产设备庞大,工艺流程长。学生在企业实习,受时间的限制不可能各个工序都能进行在岗实习,只能走马观花,简单了解整个企业生产情况,无法了解主要设备的结构及各生产工序的生产要求。(2)冶金生产过程必须连续稳定,不可能让学生在生产岗位上进行实践操作,更不可能让学生亲自动手进行相关生产事故、故障的处理工作,学生到现场只能看和听,根本达不到提升实践操作技能的目的。(3)冶金生产过程不可避免会使用或排放一些有毒、有害物质,同时,冶金生产过程是在高温、高压、高腐蚀等工作环境进行的。安全生产是企业的头等大事,学生年轻好动,很多企业为安全起见,都不愿意让学生进入企业进行生产实习,常常以各种理由拒绝学生到企业进行实训。 二、冶金仿真软件在实践教学上的作用 2011年至2013年我院冶金技术专业得到中央财政专项资金支持建设冶金实训基地,通过参观区外院校冶金技术专业建设情况,并结合区域实际情况,学院与东方仿真、北京金恒博远钢铁生产仿真合作,引进了湿法炼锌仿真软件、铝冶金仿真软件和钢铁生产仿真软件,并建设了一间拥有五十台电脑的多媒体仿真实训室。湿法炼锌工艺仿真软件包括:锌精矿氧化焙烧工序、中性浸出工序、热酸浸出工序、预中和工序、沉铁工序、净化工序、电积工序。铝冶金仿真软件包括:氧化铝生产工艺仿真软件以拜尔法氧化铝生产工艺为原型,以氧化铝生产的开车、停车及事故处理为主体内容,由原矿浆制备、管道溶出、赤泥洗涤、晶种分解、多效蒸发、苏打苛化和氢氧化铝煅烧七个单元操作组成。铝电解虚拟仿真实训软件具有设备演示、工艺演示、工艺仿真操作以及铝电解生产知识及其考核等功能。钢铁生产仿真软件分为炼铁、炼钢、轧钢三大板块,及烧结生产仿真实训、炼铁生产仿真实训、转炉炼钢生产仿真实训、电炉炼钢生产仿真实训、LF精炼生产仿真实训、板坯连铸生产仿真实训、方坯连铸生产仿真实训、中厚板轧制生产仿真实训、热连轧轧制生产仿真实训、冷轧带钢轧制生产仿真实训、棒轧制生产仿真实训等工序。这些冶金仿真软件通过大量的现场高清视频、图片,采用3D和2D技术,形象展现生产现场、重要设备参数和结构,生动再现企业实际生产的全过程。主要工艺过程的三维虚拟场景,可对工艺过程和设备动作细节进行景进入和自由浏览。辅助大量生动详实的教学资源,把相关知识点串联并形象化讲解,彻底解决了“认知实习”中的教学难点问题。分工种仿真实训模块,直观的操作界面让学生更加便于对工序的设备运行状态进行监控。齐全的设备操控窗口使学生对设备操作技能培训得以强化。学生可以通过操作界面输入相关技术指标,对每一工序的运行状态进行有效操作,真实地再现冶金操作实况;同时,通过完善的报表系统,可随时查阅历史操作数据,总结操作过程的得失,不断提高操作技能。尤其是促进学生理解操作中各个技术参数相互影响的关系,进而提高发现问题与解决问题的能力。真正实现了“在做中学、在学中做”的新型教学模式。让学生能学到相关技能和进行生产实践操作,通过仿真实训,使学生能亲身体验生产过程,通过模拟操作掌握操作技能,真正实现了理论与实践相结合。让学生不仅学到了专业知识,同时又提升了实践操作技能,为其今后上岗提供了良好的锻炼机会。这样的人才也正是企业所急需的。 三、结束语 应用冶金生产仿真实训软件系统进行教学,使学生不用到企业生产一线,在校内就能完成相关冶金实训任务。学生在电脑上亲自动手进行操作,可以全面了解整个生产操作规程和各生产工序的主要技术经济指标,通过视频或3D影像技术可以对主体设备的内部结构有更深刻的了解。同时,教师可以根据需要设定相应的事故故障,让学生进行处理、排除,从而安全、经济、有效地完成各种冶金技术实训任务,仿真实训也必将成为冶金技术专业校内实训的重要发展方向。作为教学部门的专业教师,我们要深刻地认识到,随着科学技术的不断发展,冶金技术也在不断创新和进步,冶炼方法的多样性使得不同冶金企业在生产工艺流程和设备选择上不尽相同。我们在教学中运用的仿真软件也会随着冶金技术的发展而滞后,这就要求学院专业教师在实际教学中要不断提高自身的专业知识水平,及时更新相关知识内容。加强与仿真软件公司及生产企业的联系,与时俱进,使仿真生产实训教学内容始终紧跟先进冶金技术;在教学过程中不断完善和充实冶金技术教学资源,为社会培养更多的具有一定专业理论知识和一定实际操作技能的冶金专业人才,为服务地方经济建设提供人才资源,从而促进地方经济的迅速发展。 作者:林忠 单位:广西现代职业技术学院 冶金技术论文:新工艺及新技术冶金工业论文 一、教师在课堂中的作用 学生完成任务之后,教师要进行纠正说明以及总结评价,从而保证学生所讲内容的正确性以及完整性,进一步深化教学内容。除了专业问题外,每位学生要发表学习过程中的一些感受,其他学生要进行提问,使学生们都参与到课堂中来,提高学生们的学习兴趣。在学好专业知识的基础上,培养学生们的创新意识及科学素养。最后由教师进行总结与评价,评价内容包括学生在此次任务完成中的表现,对目标知识掌握的程度以及解决问题的能力和创新思维的能力等。 二、立体式教学法的应用 立体式教学法旨在保障知识传授的基础上,强化思维能力的训练。经过对三届选修冶金工程新工艺及新技术课程的研究生进行的对比实验教学,选取72名无显著差异的研究生作为研究对象,对立体式教学法进行了探索与研究。 1.对于拓展视野的帮助 研究生的学习需要以开阔的眼界来观察与研究专业领域内的热点问题。研究生不能沉浸在周围的小环境下,需要放眼世界,从更大的角度去审视问题、分析和处理问题。结果表明,绝大多数学生认为立体式教学法有助于拓展学生的视野,但仍有8%的学生认为该教学法无助于拓展学生视野。究其原因,主要有以下四点:(1)教师所设置的任务所包含知识面还不够广泛,具有一定的局限性;(2)学生在完成任务的过程中查找资料的途径比较局限,文献查阅能力有待提高;(3)教师应当收集一些学生收集能力范围之外的有用信息教授学生,从而起到引领作用;(4)各个学生在讲述自己所准备的材料过程中,因为个人表达能力等方面因素的差异,导致信息传递不畅。 2.思维创新能力的培养 有23%的学生认为,该课堂教学法对于其思维创新能力的培养非常有效,44%的学生认为该方法是有效的,完全认同的学生数量相对较少,同时,也有5%的学生认为该教学法对于其思维创新能力的培养没有效果。这主要是因为:(1)受大纲对于课程内容规定的限制,课程内容涉及面仍显较窄。因此,应该进一步加强授课内容的改进,强调交叉融合。(2)交流不足,学生们还没有完全适应该教学法,课堂上稍显怯懦,同时,教师由于长期受到传统教学思维的影响,在这种新型教学的课堂上,并没有完全消除“填鸭式”教学法的影响,教师往往在点评过程中,进行了某些灌输,对学生们的思考有些束缚。在立体式教学过程中,可适当邀请某些冶金领域知名教授前来参与课堂教学活动,与学生们开展对话与交流,锻炼学生的胆量,同时,也可以从自身实际出发,启迪学生们的思维,引导学生去发现问题。 3.对于提高科研能力的帮助 良好的科研能力是研究生所必须具备的基本功,这包括资料收集与处理的能力、科研创新能力、发现问题及解决问题的能力、逻辑思维与口头表达的能力等。研究发现,仅有20%的学生认为该教学法对于提高自身科研能力具有很大的帮助,这说明,就培养学生科研素养而言,该教学法仍需适当改进,以进一步提高学生的认可度。同时仍有3%的学生认为该教学法对于提高其科研能力没有帮助。究其原因,主要是:(1)学生的学习主动性有待提高。这需要教师融理论教学于实际之中,让学生明白所学专业知识的用途以及运用的方式,从而激发学生的学习热情。(2)在教学过程中,科研方法方面的内容应进一步增强,也就是增加方法论方面的内容,教授学生科学思考及科学研究的方法,从而帮助学生提高科研能力。 4.知识收获方面 对研究生而言,重在能力及方法的学习,但是作为课堂教学,知识的传授也必不可少,只是与本科生相比,所获得的知识应更加前沿,更加接近实际。通过调查发现,有20%的学生认为,通过该教学法,其所获取的知识量一般,更有5%的学生认为,并没有通过该教学法获取更为丰富的前沿知识。鉴于此,在应用这种方法开展教学时,应着重注意:(1)注重价值引导,强调知识的作用,诱发学生获取新知的欲望;(2)注意研究生教育过程中存在的“重科研、轻教学”的问题,处理好之间的关系,重视课堂教学,使学生的课堂学习与科学研究有机结合,实现课程学习为科研服务,在科研活动中又获取新知的良性循环。 三、结束语 基于冶金新工艺及新技术课程的立体式教学法,激发了学生主动接受最新前沿知识、科研动态及思维方法的兴趣,新工艺及新技术对于挖掘学生的创新潜能,培养学生的科学精神,调动学生的主动意识以及提高学生的创新素质具有良好的效果。同时,调查结果也可以看出,立体式教学法仍有进一步提升的空间。 作者:李林波 武姣娜 方钊 单位:西安建筑科技大学冶金工程学院 冶金技术论文:技术史价值冶金工业论文 一、冶金工业遗产所承载的技术史价值:以铁桥峡为例 以焦炭炼铁开始的近代冶金业的技术创新在工业革命时期对人类文明影响巨大,因此在工业遗产保护领域受到普遍重视。如英国于20世纪80年代末启动了历史遗迹保护项目,钢铁工业历史遗迹作为其重要部分,形成了398个影像资料和70个文件的档案记录。[4]在英国所有与冶金工业有关的遗址中,最重要的当然是位于伯明翰西北50公里的泰尔福德(Telford)地区的铁桥峡。近代冶金工业遗产对工业文明带来的巨大影响,其根本上是钢铁冶炼新技术及其大规模普及所带来的,从这一意义上,我们认为冶金工业遗产的技术史价值可以从四个方面来概括:一是核心技术的发明或引进;二是新旧技术体系的交替;三是冶金产品如钢铁及其重要景观的形成;四是新技术及其生产系统对社会和文化的影响。而铁桥峡遗址具备了上述四种技术史价值的全部要素,围绕这些要素,相应的工业遗产保护和开发实践得以展开:第一,焦炭炼铁技术的发明和使用,是铁桥峡成为工业革命主要发源地的根本原因,也是其作为工业遗产的核心价值所在。铁桥峡之所以成为工业革命的主要发源地,是因为1709年亚伯拉罕.达比(AbrahamDarby,1676-1717)在此成功地用焦炭炼出生铁,这一技术创新使炼铁业摆脱了对木材的依赖而获得充分的发展空间,也拉动了煤矿业的进一步繁荣。以钢铁为原料的动力机械、工程建筑和铁路交通因此得以大规模发展,人类开始进入“钢铁时代”。[5]基于焦炭炼铁在技术史上的意义,铁桥峡成为了英国工业遗产保护的首要对象之一,1959年,达比的焦炭炼铁高炉也因此成为首个被挖掘和保护的对象,其最初的目的是纪念Coalbrookdale公司成立250周年。直到1968年铁桥峡博物馆基金(theIronbridgeGorgeMuseumTrust)创立,负责对方圆6平方英里的铁桥峡地区的工业遗产进行保护和研究,铁桥峡工业遗产的保护和开发由此全面展开。第二,焦炭炼铁试验成功后,铁桥峡地区经历了近半个世纪的新旧技术系统交替的时期,这直接体现在高炉动力系统的变革上,这是焦炭炼铁系统得以最终确立并使这一地区成为工业革命摇篮的又一因素,也成为铁桥峡工业遗产保护和展示的主要内容之一。达比的高炉最初是靠上下水池的落差形成动力来鼓风的,为解决干旱的夏天上水池枯水的问题,最初是通过修建马车轨道来输送水,1742年,纽可门蒸汽机代替了马车,用于水的提升,高炉鼓风的动力仍然来自水轮机。直到1776年,直接将博尔登-瓦特蒸汽机用于鼓风的方法得以成功研制,蒸汽机才在高炉炼铁中取代了水力鼓风[5]。在铁桥峡,达比二世修建的上下水池间的运水轨道被保存下来,成为体现新旧动力系统交替过程的主要景观。科尔布鲁克代尔铁博物馆(CoalbrookdaleMuseumofIron)用文字、图片和模型,完整地展示了该地区新旧高炉技术系统的变迁过程,达到了更清晰地再现工业革命是如何发生的效果。第三,1779年修建的铁桥,作为世界上第一座用生铁建造的桥,是工业革命时期新炼铁技术所带来的钢铁新产品和新景观,构成了铁桥峡技术史价值的另一重要内容,这是炼铁新技术实现产业化的直接产物。而人们如何首次用生铁来建造这样一座大桥,本身就是另一项很重要的技术创新。针对高炉和铁桥,联合国教科文组织为铁桥峡作为世界文化遗产作出了以下两点评价:1)科尔布鲁克代尔高炉使亚伯拉罕•达比一世在1709年发明焦炭炼铁的历史得以永存。铁桥作为第一座生铁构建的大桥,同样是体现人类创造天才的杰作。2)科尔布鲁克代尔高炉和铁桥在技术和建筑发展历史上有着重要的影响。可见,正是因其在技术发展史上的意义,铁桥和达比的高炉成为铁桥峡工业遗产的核心价值所在。此外,铁桥本身的建造技术的复原也成为了工业遗产的重要研究内容。1997年,瑞典画家伊莱亚斯•马丁1779年的一幅水粉画在斯德哥尔摩曝光,这幅画描绘了铁桥建造的方法。随后,大卫(DavidDeHaan)等人进行了详细的考古学、历史学和图片的研究,为了验证画中描绘的方法的可行性,2001年在铁桥峡地区的比利斯特山露天博物馆的运河上,一座按1:2的比例的铁桥使用18世纪的材料和技术建造起来,这一成果成为了展示铁桥建造技术的景观之一。第四,新技术引发的工业化导致运输、生活方式和城镇景观的改变,是铁桥峡地区在整体上作为工业遗产的价值体现,正如联合国教科文组织对铁桥峡价值评价的第3条称:“铁桥峡提供了近代工业地区发展的一个极具魅力的缩影。采矿区、运输业、生产企业、工人住所以及交通网络被很好地保留下来,形成了一个非常协调的整体,具有显著的潜在教育价值。”如果说炼铁炉和铁桥承载着技术本身的历史,那么因冶金业的兴盛而形成的工业社会,则属于“外史”范畴。对这一层面的历史价值进行挖掘,可以为工业遗产的保护和开发提供更广阔空间。铁桥峡现有的10个博物馆中,BlistsHill维多利亚城镇(BlistsHillVictorianTown)是游客参观人次最多的景观,19世纪后半叶的维多利亚时代被认为是英国工业革命的峰端,通过BlistsHill维多利亚城镇的重建,铁桥峡地区还原了19世纪经过工业革命后的英国人的生活状况,这个露天景观包括维多利亚时期普通工人的住房、银行、公立学校、药店、食品店、糖果店、铸铁厂、蜡烛厂、印刷厂,以及火车站和铁路等。这些展示也使铁桥峡地区作为工业遗产景区,更具观赏性和吸引力。 二、中国近代冶金工业遗产的技术史价值特征 中国是世界上发明和使用生铁最早的国家,然而土法炼铁技术是与传统的农业社会相适应的,并未导致工业社会的诞生。近代西式钢铁技术在中国的兴起始于19世纪80年代。相对于西方工业化国家而言,中国近代冶金技术与工业化历史有其自身的特点,使中国近代冶金工业遗产的技术史价值具有一些不可忽视的特殊性:第一,中国近代冶金技术史是一段单向的技术转移过程,且这一时期的技术引进并未带来中国钢铁工业的发达,这是中国近代冶金工业遗产技术史价值首要的特殊性。1885年至1936年,先后有贵州青溪铁厂、汉冶萍公司等钢铁企业在中国创办(见表1),主要设备和技术全部来自英、德、美、比利时等国,其中汉冶萍公司是唯一的煤铁一体化企业,其炼铁和炼钢设备的产能超过中国钢铁企业总产能的2/3,1926年随着汉冶萍公司冶炼设备全部停产,中国近代冶金工业化走向了谷底,中国所需的钢材回到了完全依赖进口的状况。[6]虽然中国近代冶金工业最终走向衰败,但这一时期的冶金工业遗产有着不容忽视的技术史价值。首先,汉冶萍公司等企业的遗存作为中国冶金工业近代化的起点,见证了中国最初的技术近代化的努力,无论其成败以否,意义均非常巨大。其次,客观还原这段艰难而曲折的技术引进史应成为中国早期冶金工业遗产挖掘和保护的主旨所在,对中国来说,这段充满挫折的记忆或许更值得珍视,这是中国近代冶金工业遗产与英美等国的不同所在。第二,在大规模引进西方技术的同时,近代中国广大的乡村仍然长期存在一个土法冶炼系统,为人们日常耕作和生活提供材料。中国早在春秋以前就发明了生铁冶炼,几千年来,铁是支撑中国传统农业经济系统的主要技术要素之一。明清时期,山西因坩埚炼铁的发展和丰富的铁矿资源,逐渐成为铁的最大产地,(图3)这一状况一直持续到19世纪末20世纪初。相对于欧洲,中国近代新旧冶炼技术的交替显得更为艰难和特殊。在对中国近代冶金工业遗存进行挖掘和保护时,我们不能将目光仅仅锁定在新式冶金工业遗存,还应该重视逐渐消亡的近代土法冶炼遗存的价值。正如下塔吉尔宪章所说:“许多旧的或废弃的生产工艺中人类的技艺,是极为重要的资源,一旦失传无可替代。应当被详细记录并传给后代。”而目前中国对在工业化进程中逐渐消失的传统冶炼遗存的关注远远不够。第三,近代新冶炼技术和工业发展所带来的社会变迁,是这段并不成功的工业化进程给中国社会和文化带来的最大影响,是中国近代冶金工业遗产技术史价值另一重要内涵,值得工业遗产价值保护中深入的挖掘和展示。近代随着汉阳铁厂等现代工业的兴起,以农民和乡绅两大社会阶层为基础的传统社会关系逐渐改变。首先,部分农民从乡村手工业者转变成了新式产业的工人。其次,乡绅阶层也发生明显转变。以汉冶萍公司为例,地方乡绅参与到大冶铁矿和萍乡煤矿的开发中。此外,为培养技术人员,士绅的后代被公司选派出国攻读采矿冶金等专业,成为中国第一批本土钢铁工程师。[6]从工业遗产的角度来说,中国目前保留下来的近代冶金设备、厂矿建筑等实物留存已经非常罕见,但我们在现存的企业档案文献中可以挖掘出一批反映技术与社会变迁极具价值的遗产。例如我们在英国谢菲尔德大学找到的汉冶萍公司送培英国的留学生的档案。借助对相关文献的挖掘和整理,可以使中国冶金工业遗产的内涵更丰富,也更具讲述历史和教育后人的功能。 作者:方一兵 姚大志 单位:中国科学院 冶金技术论文:自动化技术应用于冶金工业论文 1我国有色冶金工业自动化发展现状 从国外引进的先进的自动化系统和设备后,我们将其进行消化和创新,改造出了与我国实际冶金生产相适应的设备,已经具备了较高的水平。不过从国际角度出发,我国自动化技术产品的生产还有很大的提升空间。我国自动化技术不具备自主的知识产权,主要还是以进口为主,而这些系统来自于不同的国家,甚至有一部分是国外已经淘汰的系统,阻碍了平台集合。此外,自然环境的污染和能源结构的破坏,要求生产必须要提高效率和降低消耗,一些老旧的设备应该淘汰。 2自动化技术在有色冶金工业中的应用 2.1现场总线技术 现场总线控制技术简称FCS,至今已经发展了30多年,在其发展过程中,已经在国际上拥有60多个不同生产厂家生产的总线产品。现场总线控制技术具有自身的特征,其拥有多种不同系统的无缝集成、控制设备和企业高层联系等,能够使系统开发和不同系统之间可以功能自治,也可以相互操作,并且能够进行系统结构分数,因此,其在有色冶金工业中得到了广泛的应用。 2.2管理信息系统在工业中的应用 企业的管理是企业的整体发展的重要部分,企业如果配备了一个良好的管理模式,那么就可以有效的提高企业的市场竞争力,推动企业的快速发展。企业信息化系统的自动控制是在冶金工业中,将冶金一系列程序的所有信息进行集成,从而通过实施管理、技术、生产的控制的信息集成,进行及时采集生产过程中所产生的数据。对有色冶金质量管理、实时监测和故障诊断进行智能管理,能够有效的降低生产成本,利用信息化管理能够达到能源管理和动态管理智能管理的目的,从而为企业的发展提供创新的基础。 3以太网在有色冶金自动化技术中的应用 3.1以太网的特点 随着有色冶金企业的持续扩大和发展,加大了有色冶金领域的竞争力。企业要想提升竞争力,就必须要改造落后的设备,引进新设备。不断更新的新技术,造成新技术与旧技术不能实现在控制系统上的高度集成。以太网是自动化的控制网络,其能够有效的解决此问题。以太网具有较高的数据传输速度,并且可以提供足够的带宽需求,存在时间相对较长,在设置、诊断等方面的具有较高的应用价值。以太网有相同的通信协议,其能够允许不同的通信协议在同一个总线上运行,为企业提供了一个公共网络平台基础。 3.2以太网在有色冶金自动化技术中的应用 在有色冶金工业生产过程中,通过以太网能够将不同类型的网络化的仪器仪表与工业计算机相连,并且在相同的总线上运行,从而对所有的系统进行控制。以太网在有色冶金自动化技术中的应用,减少了对原材料的铜矿石进行成分分析的步骤,这些分析大部分都能够利用网络化实现,检测结果直接传达到相关部门,同时还可以将这些数据结果进行共享,企业的成员及客户都可以通过网络进行查找所需数据。如图1,在现场利用以太网网络进行通讯,将可编程逻辑控制器作为主站,其余设备为副站,对所有独立系统的稳定性起到重要的保障作用。 4结语 随着经济的快速发展,有色金属的需求也越来越大,将自动化技术应用在有色冶金工业中,一方面能够有效的提升生产效率、产品质量,一方面还能够减少工作人员实际操作的危险,是有色冶金工业发展的必然趋势。不过我国引进自动化技术相对较晚,技术水平与国际相比还存在较大的不足,因此,我国有色冶金企业应该大力培养科研人员,投入资金,不断研发自动化技术,从而提高我国有色冶金工业自动化水平,推动有色冶金企业的发展。 作者:李其凡 单位:首钢京唐钢铁联合有限责任公司
城市轨道交通设计论文:城市轨道交通建筑一体化公共空间设计 摘要:伴随着我国社会主义经济水平的高速发展,我国的城镇化建设以及工业建设的进程也是在不断的加快,但是其土地资源以及人口增长之间的矛盾也是越来越突出,同时城市的交通压力也是在不断的增加。为了能够有效的去缓解城市的交通压力,多数的城市都是开展城市轨道交通一体化的公共空间设计,通过对城市之中的各项资源进行有效的整合,并且充分的去结合相互之间的功能,能够在一定程度上促进城市的全面发展。 关键词:城市轨道;交通建筑;一体化;公共空间;设计;分析 对于目前我国的城市轨道交通一体化公共空间而言,因为整体的设计水平以及质量并不是很高,直接的导致了在实际进行运行的过程中依然是存在着比较多的问题,同时也是限制了我国公共空间功能发挥。所以在进行设计的过程中,必须要能够提高对地上以及地下空间资源能够有效的利用,使其看可以提高资源的利用效率,通过整合去实现整体效益能够达到最大化。 1轨道交通建筑的一体化公共空间具有的功能分析 1.1可以对建筑单元的空间进行整合 在一体化的建筑公共空间之中,可以更好的去整合轨道交通的功能空间以及周边的建筑空间,也是可以让两者之间能够形成一个关联的整体,这种其中任何的一个局部功能将会直接的影响着整个公共空间的功能。但是需要引起注意的则是,不管是两者之间的整合方式是如何,局部的功能以及整体的功能之间都是需要相互的渗透以及结合,从而可以一同的去组成城市的空间体系。然而其属性上也是直接的体现出了城市的公共空间,这样也是直接的表示了需要承担着一部分城市公共空间活动的功能,使其能够对其弹性要求较大。 1.2关于转换以及缓冲人流的分析 城市的轨道交通建筑一体化的公共空间的属性主要是为交通,同时相互之间也是通过交通去实现进行整合的,从而对人流进行汇聚以及输送,这样也是表示出具有着一定的交互性。所以在一些特殊的驱动之下,轨道交通的建筑一体化公共空间复杂的程度也是得到了显著的提高,也是直接的刺激了周边的每一个公共空间。在此之外,在公共空间当中,根据其功能的不同也将会汇集不同的人流,所以在空间上是需要能够具有着缓冲人流的一个功能。 1.3关于建筑单元的活力催化分析 要是建筑空间的系统自我独立封闭性相对来说比较强的情况下,那么便直接的便使功能也是出于在一个封闭的状态之下,在一体化的建筑空间当中,每一个彼此相熟独立的系统之间也是提高了相互联系的元素,同时在空间结构以及功能上也是相互渗透和复合的,这样也是更加有效的去提高了整体的功能,使其人们自身的日常生活以及工作都是可以更加的方便。通过采取这种方式人们的相互之间交流也将会得到一定的提高,使整个空间的活力将会被充分的调动起来。 2轨道交通建筑一体化的公共空间设计分析 2.1空间的组织以及布局分析 一是整体式。对于城市公共空间进行整合的目的便是为了能够提高每一个建筑单元之间的同化以及功能的渗透,提高城市的复合化以及密集化的程度,在设计城市轨道交通一体化公共空间的过程中,复合的媒介主要是公共空间,同时在功能上夜市需要具有着多重的一个属性,这样才可以更好的去满足人们生活以及工作方面的需求,建筑的空间内部和外部都可以得到充分的利用。在公共空间之中的城市功能得到全面发挥之后,自然便可以有效的去延伸建筑的功能,使其可以提高周边空间的整体活力,带动两者之间可以互动。二是叠层式。因为土地资源存在着紧缺以及人口增长之间的矛盾越来越剧烈,在一定程度上已经是促进了高层建筑的一定发展,也是提高了城市的复合化以及集约化的程度。然而叠层式的城市轨道交通一体化的公共空间具有着的层叠交互,这样对于进一步整合城市交通以及提高建筑公共空间一体化也是具有着重要的意义。在叠层式的空间组织模式之下,公共空阿金的建筑内部功能分布也是比较明显的,在对地上的空间进行充分利用的同时,也是能够提高地下空间资源的合理利用,这样不仅仅能够全面的去提高土地的使用效率,与此同时也是能够使其空间的容量可以得到全面的拓展,使其有效的解决城市交通和人口拥挤等方面的问题,促进其城市化进程可以得到更加快速的发展,带动城市经济水平和人生生活质量的提高。 2.2交通的流线组织分析 一是交通流线的立体分层分析。所谓的交通流线立体分层主要是为在城市轨道交通建筑一体化的空间站会中,分别的对其城市轨道交通以及车流和人流等不同的交通流线进行差异化的组织设计。所以在进行设计的时候必须要对其城市之中的层面资源进行充分的考虑,可以在不同的城市层面之中能够设计出差异化的交通方式,之后则是根据其竖向步行交通系统可以将其统一到一起,在能够保证相互的独立性也是能够让每一个系统可以协调的运转。二是交通路线的三维交叠。针对于交通流线的三维交叠而言,基础和前提主要是交通流线的组织立体分层,然而原则是相互之间能够彼此独立,之后对其各个空间的系统进行交叉和重叠。通过三维交叠每一层都能够实现水平的转换,并且也是可以在垂直的方向能够更好的实现相互之间的转换,从而可以在这个基础上能够实现相互转换,更好的去保证城市公共空间的弹性。 3总结 通过对上述的内容进行分析研究之后可以得出,为了能够更好的去满足我国城镇化建设的要求,每一个城市都是在逐渐的去开展着轨道交通的建设,但是逐渐凸显出来的整体功能不协调以及空间脱节等方面的问题也是越来越严重,所以必须要提高对城市轨道交通建筑一体化公共空间的设计,这样对于提高城市的发展也是存在着十分重要的一个作用,并且带动人们自身的生活质量可以得到一定的提高,促进社会经济的繁荣发展。 作者:徐东 单位:北京城建设计发展集团股份有限公司 城市轨道交通设计论文:城市轨道交通建筑一体化公共空间设计探讨 摘要: 随着社会经济的快速发展,我国的城镇化建设和工业化建设进程不断加快,但是土地资源紧缺和人口增长之间的矛盾越来越激烈,同时城市交通的压力也随之增加。为了有效的缓解交通压力,很多城市都逐渐开展城市轨道交通建设一体化公共空间设计,通过有效的整合城市中的各项资源,结合相互之间的功能,在很大程度上促进了我国城市发展。文章主要分析城市轨道交通建筑一体化公共空间功能和城市轨道交通建筑一体化公共空间设计,这对加快我国城市轨道交通建筑一体化公共空间设计具有重要的参考价值。 关键词: 城市轨道交通;建筑一体化;公共空间设计;集约化 针对当前的城市轨道交通建筑一体化公共空间来说,由于整体的设计水平和质量不高,导致在实际运行的过程中还存在着一些问题,限制着公共空间工的充分发挥。因此在设计过程中,需要加强对地上、地下以及空间资源的有效利用,提高资源利用率,通过整合来实现整体效益的最大化。 1轨道交通建筑一体化公共空间功能 为了满足城镇化发展需求,提高城市发展的复合化和集约化程度,加强轨道交通建筑一体化是十分必要的,这对提高公共空间的复合化、集约化、公共化以及开放化的程度具有重要意义,为城市活动的开展提供了重要的平台。而且就公共空间自身来说,也具有建筑单位空间性质,这也就表示会在一定程度上影响着建筑内部空间的功能。 1.1整合建筑单元空间 在一体化建筑公共空间中,能够有效的整合轨道交通功能空间和周边相应的建筑功能空间,进而两者之间就能够直接形成一个关联整体。这样一来,其中任何一个局部的功能都会影响着整个公共空间的功能。但其中需要注意的是,无论两者之间整合的方式是怎样的,局部功能和整体功能之间都需要相互渗透、相互结合,共同组成城市空间体系。而且在其属性上体现出城市公共空间,这也就表示需要承担着部分城市公共空间活动的功能,进而对其弹性要求比较大。 1.2转换和缓冲人流 城市轨道交通建筑一体化公共空间的基本属性主要是交通,而且相互之间也是通过交通实现整合的,对人流进行汇聚和输送,这也就在一定程度上体现出交换性。因此,在这种特性的驱使下,轨道交通建筑一体化公共空间的复杂程度显著提升,刺激着周边的各个公共空间。另外在公共空间中,根据其功能的不同会汇聚不同的人流,因此在空间上面需要具备必要的缓冲人流的能力。1.3建筑单元活力催化如果建筑空间系统的自我独立封闭性比较强的话,就表示其功能也处于封闭的状态当中。在一体化建筑公共空间中,各个彼此独立的系统之间增加了相互联系的新元素,而且在空间结构和功能上也相互渗透、复合,有效的提高了整体的功能,使人们的日常生活和工作更加的便利。通过这种形式,人们相互之间的交往也显著增加,整个空间活力被充分的带动起来。 2轨道交通建筑一体化公共空间设计 2.1空间组织和布局 对于城市轨道交通建筑一体化公共空间的组织来说,最主要的就是需要有效的组织和联合起各个独立的建筑功能单位,有效的满足城市生活高效的运转方式。在空间形态布局方面,需要加强对空间组织需求的充分考虑,不仅需要实现相互之间的联系,同时还需要满足各种交通组织需求。(1)整体式。整合公共空间的目的是为了加强各个建筑单位之间的同化和功能渗透作用,提高整个城市复合化、密集化程度。在设计城市轨道交通一体化公共空间的时候,其复合媒介主要就是公共空间,同时在功能上需要具备多重属性,这样才能够更好的满足人们的生活和工作需求,建筑空间的内外部都可以得到充分利用。当公共空间中的城市功能得到有效发挥之后,自然就能够有效的延伸建筑功能,增加周边空间的活力,促进两者之间的互动。比如香港朗豪坊城市综合体,就是集商业设施、酒店、办公、汽车客运、地铁等各种功能为一体的综合体建筑物,这属于代表性的整体式空间结构。其中三层的中庭整体地就是联合各种功能的主体,在中庭中同时具备活动场所、商业以及交通的功能,实现彼此之间在相互独立的同时,又能保持自身的独立性。(2)叠层式。由于土地资源紧缺和人口增长之间的矛盾越来越激烈,在很多程度上促进了高层建筑的发展,这也是提高城市复合化、集约化程度的必要途径。叠层式的城市轨道交通一体化公共空间设计实质上指的是在竖向角度实现各种功能的层叠交互,这对进一步整合城市交通和加强建筑公共空间一体化具有重要意义和作用。在叠层式空间组织模式中,公共空间建筑内部的功能分布是十分分明的,在利用地上空间的同时,还加强对地下和空中空间资源的有效利用,这样一方面提高了土地使用效益,另一方面空间容量得到了充分拓展,进而城市交通问题、人口拥挤问题以及绿化问题都得到了有效解决。比如香港FC国际金融中心,是集地面交通、轮渡交通、轨道交通、办公、商业为一体的大型城市综合体,其空间组合形式就是典型的叠层式。在地下一层主要是轨道交通人流,地面层主要是公共汽车换乘枢纽,二层主要是轮渡码头和中环人流,三层交通的人流汇聚在共享中庭位置,属于更高一级的交通转换中心。(3)综合式。将上述两种模式有机整合,既解决了轨道交通与周边建筑空间的复合化与密集化的问题,又解决了轨道交通空间与城市高层建筑之间的垂直沟通问题。将空间和土地资源的潜在价值发挥到最大化。如北京丽泽商务区,在平面上有轨道交通、城市交通枢纽、商务中心、居民住宅等,在垂直方向上从下向上依次有轨道交通、地下机动停车、商业中心、地面交通、住宅等。这个方案最大化的聚合了城市空间,属于城市轨道交通建筑一体化中较前沿且成功的方案,为今后一体化设计导明了一个更合理的方向。 2.2交通流线组织 在交通流线组织方面,城市轨道交通一体化建筑公共空间需要充分的考虑到组织布局方式方面,为了充分的发挥出交通流线组织的有效作用,提高公共空间建筑的运行效率,在设计的时候就需要充分的利用城市设计与规范标准。(1)交通流线立体分层。交通流线立体分层指的是在城市轨道交通建筑一体化公共空间中,分别针对轨道交通、车流以及人流等不同的交通流线做出差异化设计组织。因此在设计过程中就需要对城市中的层面资源进行充分考虑,在不同的城市层面中分别设计出差异化的交通方式,然后再利用竖向步行交通系统将其统一在一起,在保证相互之间独立性的同时,各个系统也能协调运转。(2)交通流线三维交叠。交通流线三维交叠的基础和前提主要是交通流线组织的立体分层,其原则主要是相互之间彼此独立,然后对各个空间系统进行重叠和交叉。通过三维交叠,每层都能够实现水平转换,同时在垂直方向也能够实现相互之间的有效转换,而实现相互转换的途径主要是步行系统,在相互独立的同时实现融合,有效保证城市公共空间的弹性。 3结束语 为了满足我国的城镇化建设发展需求,各个城市都逐渐开展轨道交通建设,但与此同时,逐渐凸显出整体功能不协调、空间脱节等方面的问题,因此就需要加强对城市轨道交通建筑一体化公共空间设计,这对提高城市发展的复合化和集约化具有重要的意义和作用。 作者:刘鑫华 单位:北京市市政工程设计研究总院有限公司新疆分院 城市轨道交通设计论文:城市轨道交通供电系统设计方法 摘要:随着社会的进步和经济的迅猛增长,城市交通建设也随之快速发展起来。城市轨道交通作为新型便捷的交通工具,已日益发展成为城市交通的重要组成部分。轨道交通供电系统作为维持轨道交通运行的关键环节,理应受到更多的重视与关注。在各个城市的交通系统中,轨道交通的快速、便捷、投资省等多方面优势使得其发展迅速,对于提高人们的生活水平发挥了重要的作用。对城市轨道交通供电系统的设计方法进行了探讨与研究,为优化轨道交通的建设与发展提供参考。 关键词:城市轨道交通;供电系统;设计方法 引言 在经济科技水平迅速发展与进步的今天,人们的生活水平也在不断提高,对交通的需求越来越大,城市轨道交通的出现和发展无疑是缓解城市交通紧张状况的关键。城市轨道交通对于人们的生活有着重要的意义与作用,需要相关人员重视它的建设与发展。本文对城市轨道交通供电系统的设计方法进行了简要分析与探讨,通过对以往轨道交通系统设计经验的总结,以及对设计要求与规范的理解,进一步探讨轨道交通设计的基础内容以及相关条件和要求。 1城市轨道交通发展以及供电系统设计概况 1.1城市轨道交通发展的现状 随着社会的进步与发展,对交通的需求越来越大,为了更好地解决交通不便的问题,一些城市正在大力发展城市轨道交通建设。城市轨道交通是缓解城市公共交通压力的关键环节,尤其其自身的独有优势,不仅具有节能、便捷、环保、安全以及运输能力强的优点,而且符合环保出行和可持续发展的战略要求,因此十分适用于现今城市的发展需求。我国的城市轨道交通建设已迎来了发展的黄金时期,目前有大约30多个城市正在规划或者已经实施了轨道交通的建设工作。尤其是北京、上海等发展比较快的城市,都在大力发展城市轨道交通建设。城市轨道交通具有较多的种类,按其用途的差异可分为多种类别。我国城市轨道交通建设的特点是多城市同步展开,发展势头较猛,且轨道交通更加多元化,如上海、大连、天津等多个城市已经构建了轻轨交通系统。截至2014年,中国大陆已经建成并通车运行的城市轨道交通线路合计超过1700km。根据规划,到2020年,全国将有近50个大中城市拥有城市轨道交通,总里程超过7000km,更多的现代化大都市将不断地加入到城市轨道建设中来。 1.2城市轨道交通供电系统简介 供电系统是城市轨道交通的基础,同时也是较为关键的环节,因此在轨道交通建设的前期要给予足够的重视。随着我国城市轨道交通建设的繁荣与发展,相关的设计水平与施工技术也得到了较快的发展,供电系统的设计方案与理论以及相关的处理软件工具也更加科学合理,在轨道交通设计过程中起到了较好的促进作用。然而目前的许多方法大多只适合轨道交通供电系统的初始规划设计以及方案设计过程中。通过对城市轨道交通工程建设前期准备的探索以及相关供电系统设计等内容的深入研究,并结合轨道交通供电系统的分析,对供电系统设计方法有了更多的了解与深入的归纳,从而构建了一套科学合理的设计方法,能够较好地完成现今轨道交通供电系统设计的前期准备以及相关设计工作。 2城市轨道交通供电系统设计前的准备工作 2.1轨道交通供电系统设计的基本任务 轨道交通设计的前期,也就是轨道交通建议书编制以及工程可行性研究报告编制的过程中,最主要的目标是项目立项的实施可行性与必要性的研究。在轨道交通设计以及建设期间,供电系统的设计与实施是整个轨道交通建设的一部分,供电系统设计的最初目标是针对整体轨道交通的电负荷需求进行估计预算工作,然后结合具体技术方法以及经济这两个方面找到科学合理且切实可行的电源方案以及系统设计方案,使其作为供电系统设计的根本依据,并能够将供电系统中的子项目工程预算大致推算出来。在轨道交通建设的前期阶段,供电系统的设计方案可以大致分为以下几种类型:一是外部电源与变电站的设计方案;二是中压网站的电压等级以及主线方案;三是牵引供电制式和牵引网的根本形式;四是全线降压变电所以及牵引变电所的设置方案。从目前的轨道交通发展状况来看,根据供电系统的不同环节进行分项评估和预算,在整个工程可行性研究阶段,不需要将全部的工程量清单都列出来,主要任务是将变电工程、电缆工程以及牵引变电所工程相应的工程量清单列出即可。 2.2轨道交通供电系统涉及的前期设计条件 在城市轨道交通供电系统设计的初始阶段,供电系统设计团队需要收集和具备大量的资料与资源,例如交通线路资料以及城市车辆资料等,这些资料能够更好地帮助供电系统设计工作的展开,为接下来的设计工作提供科学合理的依据。如果出现一些较为特殊的状况,例如某些重要的专业资料不能够获取到,供电系统设计人员可以将与之相似的工程资料作为参照。在验算过程中,参与这个环节的设计人员借助用电负荷以及电压水平进行验算。 2.3估算用电负荷 城市轨道交通用电负荷大致的构成内容包括车辆牵引负荷、系统负荷以及控制中心等。其中的列车牵引负荷在很大程度上与列车型号以及供电系统设计的承载运输量有关。结合相关情况来看,商业通信、BAS、AFC以及信号综合监控等方面均是对用电负荷造成一定影响的因素。从现有的城市轨道交通设计方案研究与设计经验总结来看,轨道交通的两个车站之间的距离大多在1~2km的范围内,部分区域较大的郊区站与站之间的间隔可扩大到2~3km,从总体上来讲,轨道交通对电力的要求较为平稳。 3城市轨道交通供电系统的设计方法研究 3.1供电系统中外部电源以及主变电所的设计 城市轨道交通的运行需要较为强大的电源作为支撑,在正常情况下用电负荷大多是一级负荷。一般运量较大的轨道交通所需的电功率以及与之对应的用电负荷需求很少被我们关注,因此大多没有被划分到城市用电的整体计划中。现今供电系统所遇到的最大难题,便是怎样借助技术经济规划好电源设计方案,然后从集中供电或者分散供电两种方式中选择一个较为科学合理的方式,或者将两种方式相结合进行设计。城市轨道交通在进行主变电站设计的过程中,需要依据两方面的内容:首先,要把城市轨道的中心点当作基点,再沿线路进行延伸,使得轨道交通线网电源资源能够得到一定的共享。其次,是主变电站的供电范围,每个主变电站之间的距离在大运量的线路要<15km,中运量应该<20km,小运量应该在25km以内。 3.2直流牵引供电系统的设计方法 在轨道交通供电系统设计中,设计人员要能够对供电系统有全面的把握,如牵引供电制式设置方案以及牵引变电所设置方案等。根据GB50157—2013《地铁设计规范》、GB/T3317—2006《电力机车通用技术条件》等的有关规定,直流牵引供电变电式分为DC750V以及DC1500V两种,其中后者在经济以及技术方面都占有较大的优势。因此,在城市轨道交通建设中提倡选择DC1500V供电制式。结合我国的现状来看,直流牵引供电系统大致包括了牵引网供电以及走行轨回流方式,而牵引网又分为架空接触网和接触网两种。地面和高架线路方面主要分为柔性架空接触网和接触网两种。在设计时,应当根据行车专业所提供的最大运输能力来确定牵引变电所的设置方案和整流机组容量。供电系统设计人员要能够按照轨道交通所负担的运输量,来具体设计牵引变电所方案与整流机组容量。 3.3中压网络的设计 在进行城市轨道交通供电系统设计的过程中,对直流牵引供电系统电压水平的计算,设计人员要能够根据列车运行图展开合理的运算,从而构建出等效线路模型,该环节需要专业间的配合才能更好地进行。在开始的分析过程中,设计人员要通过基础的公式展开验算工作,对牵引网的电压水平以及钢轨电位进行估测预算,以便于对接下来的设计进行判断,并满足相关规范要求。在最初的分析研究过程中,供电网系统设计要能够充分地将中压网络的电压等级以及主接线两者进行划分。 4结语 城市轨道交通对于城市的发展和建设有着重要的意义,也是推动社会进步发展,提高人们生活水平的重要内容。轨道交通供电系统作为城市轨道交通建设的关键环节,需要有完整的、系统的、科学合理且能够满足建设需求的供电系统设计方案作为支撑。因此,需要对城市轨道交通供电系统的设计方法给予更多的重视与研究,为优化城市的交通系统做好准备,以更好地推动城市轨道交通的建设与发展。 作者:吴凡 单位:厦门轨道交通集团有限公司 城市轨道交通设计论文:城市轨道交通运营控制结构设计 1工程概况 根据功能组成及规划条件,某城市轨道交通运营控制中心为集中式的控制中心,规模按6条轨道交通线路(1~6号线)的控制中心(OCC)及线网指挥协调中心(TCC)考虑。控制中心出地面后分为主塔、裙楼。裙楼地上5层,高度22.85m,主要功能为OCC的设备用房及控制大厅,框架结构;主楼地上11层,高度54.15m,主要为TCC,ACC等中心和管理办公用房,框剪结构。室内外高差0.45m,设置1层地下室,地下室层高6.89m(纯地下室4.80m、夹层2.09m),地上层高4.5m,4.2m。纯地下室顶板(无上部结构)覆土1.74m。地下室最大长度为171m,最大宽度为71m。为减小温度应力影响,出地面后主楼与裙楼之间设置一道变形缝,兼作抗震缝,缝宽150mm。主楼纵向尺寸100m,横向尺寸30m;裙楼纵向尺寸150m,横向尺寸21m,长宽比7.1。 2主要设计 标准设计使用年限100年,结构安全等级为一级。建筑抗震设防类别为乙类(重点设防类)。抗震设防烈度为7度,设计基本地震加速度0.15g,设计地震分组为第二组,场地类别为Ⅱ类。按照GB50011—2010建筑抗震设计规范,其震动反应谱特征周期为0.40s,水平地震影响系数最大值为0.168。按照当地规定,轨道交通项目应当进行地震安全性评价;根据本项目《工程场地地震安全报告》。小震计算采用安评报告提供参数与抗震规范参数的包络值计算。 3主体结构体系及难点处理 3.1单跨结构及处理 主楼采用框架—剪力墙形式,裙楼采用框架结构。裙楼4层、5层控制中心大厅由于建筑使用功能限制,需抽掉??轴部分柱,形成大空间方便使用,使得结构出现单跨结构:屋顶连续梁10根,单跨梁6根。《建筑抗震设计规范》6.1.5条“甲、乙类建筑以及高度大于24m的丙类建筑,不应采用单跨框架结构”。故裙房顶层大跨度单跨框架结构的竖向构件采取性能化设计,即斜截面承载力中震弹性、正截面承载力中震不屈服。同时考虑到裙楼体型复杂,采用了两个不同力学模型的结构分析软件进行整体计算。计算结果表明,PKPM与YJK计算主要参数近似,且均满足规范要求。性能化构件配筋计算见表3。计算表明,中震不屈服时,斜截面箍筋加密区基本无变化,非加密区;中震弹性时,斜截面箍筋加密区和非加密区都增加,非加密区增加一半。中震不屈服时,正截面纵筋较小震弹性增加2.2倍;中震弹性时,正截面纵筋较小震弹性增加2.8倍。 3.2走廊及处理 建筑功能需要,OCC控制大厅在4层、5层通高设置,且5层需要设置参观走廊,即4层顶板大范围开洞。故一般的楼板刚性假定不成立,设计中应考虑楼板削弱产生的不利影响,采用了楼板弹性膜假定计算。同时走廊对主体结构的影响采取PK单榀模型核算,在构造上适当加强。 3.3悬挑及处理 主楼、裙楼存在悬挑结构,最大悬挑5.2m,裙楼顶层存在18m大跨结构。在地震工况计算时,考虑竖向地震作用,并验算结构变形。 4地基基础设计 4.1基础设计 本工程裙楼、纯地下室基础采用桩基+防水板,主楼基础采用桩筏,桩基为水下灌注桩。考虑到场地钻孔遇孤石比例达32.2%,桩采用冲孔灌注桩基础。工程桩坐落在瑏瑧-2散体状强风化花岗岩,防水板坐落在瑏瑡-1残积砂质粘性土。建筑地基基础设计等级为甲级。 4.2沉降计算 由于变形缝自地下室顶以上贯通,地下室及基础连成一体,故必须对基础整体沉降、差异沉降进行合理的协调控制,以满足整体地基基础变形要求。通过桩基布置及调整,计算表明主楼最大沉降46mm,裙楼最大沉降44mm,纯地下室最大沉降32mm。最大差异沉降0.00575,满足规范要求。从施工角度出发,沿主楼、裙楼外轮廓设置沉降后浇带,待两侧结构封顶,根据沉降观测结果,确定后浇带封灌时间,并不少于两个月;以减少地基基础的不均匀沉降,同时加强整个建筑的沉降观测等。 4.3抗浮设计 抗浮设计水位标高为室外标高以下0.5m,即基础底标高以上6.3m,需要考虑地下水浮力对结构不利影响。以纯地下室为例,考虑到结构自重、地下室顶覆土、基础板上回填,抗浮系数为1.00<1.05,不满足抗浮要求。考虑到工程桩对抗浮的要求,抗浮系数为1.15>1.05,满足抗浮要求。同时工程桩单桩竖向抗拔承载力特征值按照抗浮计算需要确定,在确保安全的前提下,以方便试桩及节约造价。 5超长设计 运营控制中心由主楼和裙楼两部分组成,地下室最大长度为171m,最大宽度为71m。为减小温度应力影响,出地面后主楼与裙楼之间设置一道变形缝,兼作抗震缝,缝宽150mm。主楼纵向尺寸100m,横向尺寸30m;裙楼纵向尺寸150m,横向尺寸21m。因建筑功能、工艺需要,主楼、裙楼结构不能再增设变形缝。为解决结构超长、温度应力及混凝土收缩对结构的不利影响,结构设计采取以下结构措施: 1)纵向结构梁采用预应力混凝土梁,考虑到施工方便,框架梁施加缓粘结预应力。楼板、屋面板采用无粘结预应力,施加温度预应力。 2)加强梁、板内温度抗裂构造钢筋。适当增加通长钢筋,尽量采用直径细、间距密的布筋方法,以减小可能出现的温度、收缩裂缝宽度。 3)混凝土原材料应采用低收缩、低水化热水泥(例如粉煤灰水泥等),采用碎石骨料;顶底板均采用补偿收缩混凝土;同时应严格控制混凝土外加剂的品种、质量和剂量,严格控制水灰比不大于0.5。 4)设置沉降后浇带、温度收缩后浇带,后浇带宽度0.8m~1.0m,温度收缩后浇带内的混凝土在两侧结构完成两个月后浇筑,浇筑时应用高一强度等级的微膨胀混凝土浇筑。控制后浇带封灌时间,应尽量选择温度较低时进行后浇带的浇筑。 5)适当延长养护时间,使结构缓慢降温,以防温度骤变、温差过大引起裂缝;基础部分及早回填保湿保温,以减少温度收缩裂缝;顶板保水养护时间不少于14d。 6)屋面设建筑保温层,建筑物周边建筑围护墙封闭,减小室内外温差对结构的不利影响。 6结语 本工程结构设计中,结合场地环境、建筑方案、周边结构特点,针对性解决本工程设计难点问题,采取了相应的结构措施,工程达到了安全可靠、经济合理。 作者:李宝雄 张雪涛 谷宇春 单位:北京城建设计发展集团股份有限公司 城市轨道交通设计论文:城市轨道交通设计论文 摘要:通过对传统地铁和直线电机地铁线路轨道标准、轨道强度及稳定性检算比较分析,了解国内一种新的城市轨道交通模式,探讨这种轨道交通无缝线路计算的特点。 关键词:城市轨道交通;无缝线路;强度及稳定性 1概述 城市轨道交通采用以旋转电机驱动为代表的传统地铁的历史源远,从1865年英国伦敦世界上第一条地铁(Metro)投入运营,迄今已经有140多年的历史。传统地铁主要依靠的是轮轨的作用力来传递牵引(制动)力的一种技术模式。城市轨道交通的另一种新的模式是直线电机驱动系统,此项技术从20世纪70年代后期,主要是国外(德国、日本等)开始研制,直到20世纪中才应用于铁路运输、煤矿、冶金等自动化生产各方面。其中直线电机在铁路运输方面的应用尤为引人关注。城市轨道交通用直线电机是采用直线同步电动机,实质就是把直线电机的初级(定子)安装在车上,次级(转子)铺设在线路上,需要接触轨和变流器牵引驱动的一种技术模式。 2003年广州市城市轨道交通地铁四号线在国内首次采用直线电机技术,2005年12月首通段已开始投入运营。之后的几年,广州市城市轨道交通五号线、六号线及北京市机场线均采用该项技术。笔者主要对两种运营模式下,对无缝线路的强度和稳定性做一个分析比较。 2线路轨道主要技术标准比较 2.1线路的最大坡度 传统地铁正线的最大坡度不宜大于30‰,困难地段可采用35‰。直线电机线路设计一般地段最大坡度为50‰,困难地段可采用55‰。直线电机理论计算的最大爬坡能力在100‰,但实际应用值到80‰。在无缝线路强度检算中,应注意轨道在制动的条件下,产生的制动附加力。 2.2最小曲线半径 时速100km/h条件下,传统地铁B型车正线最小曲线半径500m,困难的条件下为400m;直线电机车辆设计线路最小曲线半径200m,困难条件下为15m。在不同曲线半径条件下,轨道结构的强度稳定性需进一步的检算。 2.3车辆主要参数比较 传统地铁B型车辆及直线电机主要参数见表1。 其中,对于直线电机车辆应考虑其转子与定子间吸力,广州市四号线直线电机车辆采用日本技术,其吸力为20kN,纵向推进力最大可达到40kN,在轨道强度检算过程中均应考虑此部分的影响。 3无缝线路钢轨强度检算 依据《铁路轨道强度检算法》(TB—2034—88)将钢轨视为支承在等弹性的连续点支座上的连续长梁进行检算。钢轨轨底动拉应力与轨道结构刚度D、速度V、偏载系数β、曲线水平力系数f等因素有关。 直线电机车辆在动态运行的过程,为有效的保证输出功率,轨道结构刚度的连续性尤为重要。直线电机强度检算钢轨支承刚度40~50kN/mm;传统地铁其刚度均小于30kN/mm。由于传统列车重心高度比直线电机车辆大,因此传统地铁列车通过时,由于存在未被平衡的超高,所产生的偏载比直线电机列车大约12%。 按弹性支承连续长梁方法,在曲线半径400m、时速100km等同条件下,传统地铁轨底的拉应力δgd=107·5MPa,动位移yd=1.4mm。直线电机轨底的拉应力Md=98.9MPa,动位移yd=1.1mm。 直线电机车辆轴重轻,车辆重心底,其紧急制动减速度较传统地铁大,但综合的制动附加力又比传统地铁小。在列车运行的条件下,直线电机钢轨只是导向牵引作用,强度检算计算应力小,有利于延长钢轨的使用寿命。超级秘书网 4无缝线路稳定性检算 无缝线路稳定性检算其主要目的是通过力学模型研究胀轨跑道的轨道,以求保持轨道稳定。轨道胀轨跑道基本分成持续发展、胀轨渐变、胀轨跑道三个阶段。国内无缝线路稳定性分析研究理论很多,其中应用比较广泛有“统一无缝线路稳定性计算公式”和“波长不等模型”两种。 “统一无缝线路稳定性计算公式”采用等效道床阻力Q,最早较多的应用于50kg/m钢轨,后长沙铁道学院对60kg/m钢轨的原始弹性弯曲矢度foe、塑性矢度fop等参数进行优化研究,这些参数在秦沈跨区间无缝线路设计中得到应用。公式如下 “波长不等模型”采用幂函数模式回归横向阻力方程(Q=Q0-ByZ+Cyn)分析计算,运用势能的驻值理论,建立无缝线路的稳定计算公式,其允许温度力与钢轨压缩变形能τ1、轨道框架弯曲变形能τ2、道床变形能τ3、扣件的变形能τ4有关。该方法数学推导较为严密,但计算的过程比较的复杂,公式如下 应用VB程序对两种方法编程计算,程序结果与铁路工务技术手册《轨道》和《铁道工程》(西南交通大学)书中范例在同条件下结果一致。笔者主要是针对传统和直线电机的线路最小曲线半径标准,用两种不同的稳定性计算模型,采用1667根/kmⅢ型枕道床q=14.6-357.2y+784.7y0.75同条件下的横向阻力,计算曲线半径R=200m、R=500m钢轨的允许温度力P,计算结果见表2。 从两种稳定性计算公式可见,两种模式地铁在无缝线路稳定性计算方法上没有明显的差别。两种稳定性计算结果的差异原因可能在阻力的取值方式上,统一公式采用常阻力方式及安全系数K=1.25取值等因素。 由于直线电机可适应较小的曲线半径,为保证轨道平顺性,应尽量铺设无缝线路。由表2计算的允许温度压力可见,曲线半径越小允许的温度力越小,可允许温升也越小,因此直线电机轨道结构应尽量高温锁定。 5结语 直线电机做为国内一种新的城市轨道交通模式,由于车辆的转子安装在轨道线路中,轨道结构参数选取与车辆结构的匹配尤为重要。通过对比分析传统和直线电机地铁系统线路轨道标准、无缝线路强度、稳定性检算几个方面,直线电机曲线半径条件应做为无缝线路的控制因素。直线电机地铁由于车辆轻、转向架固定轴距小的特点,可适当提高锁定轨温,有利于轨道稳定。对于直线电机这种新的城市轨道交通模式,无缝线路设计的强度及稳定性检算的参数选取还需在实践中逐步优化。 城市轨道交通设计论文:城市轨道交通设计 摘要:按一般的设计惯例,牵引计算工作仅仅是在线路方案稳定后所作的列车运行模拟计算,从而得出列车在各个区间内的走行时间、走行速度以及能耗。但随着城市轨道交通项目综合技术要求的不断提高,如何从最经济合理的角度确定设计规模,以最小的投入得到最大的回报,这就存在各专业之间相互制约的一系列复杂关系,而牵引计算工作在这中间所起的作用,就是从经济运行的角度,找出最合理的技术参数,从而指导线路、车辆、信号、供电及环控专业的设计工作。 关键字:牵引计算、指导、线路、车辆、信号、牵引供电、环境控制、设计 1、指导线路专业对平、纵断面的优化设计 选线就是选择轨道交通路线,它是城市轨道交通工程设计的龙头。选线首先是经济 选线,或称行车路线的选择,然后是技术选线。经济选线就是选择行车路线的起讫点和经济据点,主要是站在吸引客流量,切实解决交通拥挤状况的角度出发的。行车路线的选择应结合城市规划,符合客流产生、流动和消失的规律,并要符合城市客流发展的规划。技术选线就是按照行车路线,结合有关设计规范,平纵断面设计要求,落实线路位置的技术工作。在城市轨道交通项目的设计中,由于城市已有道路的既有条件或管线埋设、地质结构的影响,使得线路定线工作难度颇大。牵引计算工作主要在技术选线过程中,根据列车在线路上的自由运行速度值,核算缓和曲线长度、夹直线长度的设置是否符合要求,以及曲线超高的设置是否满足速度要求,从而确定曲线超高的加宽值是否达到限界要求。反之,线路对缓和曲线长度、夹直线长度以及曲线超高、超高的加宽值的核算结果又影响牵引计算列车运行速度的确定。 以重庆跨座式单轨交通为例。由于跨座式单轨交通线路不同于钢轮钢轨,它的超高直接在轨道梁上反映,且必须在线路设计中结合列车在该地段的运行速度,将线路超高、限界加宽值一次设计到位,无法在施工完成后调整超高值。重庆轻轨滨江路段CK4+200~CK4+350地段,正好位于穿越嘉陵江匝道桥桥墩柱位置,由于既有匝道桥修建时未预留够轻轨双线位置,迫使线路右线绕行穿行于两匝道桥桥墩间,且有一段半径150m的小半径,如果列车以正常情况穿越该段,速度可达55km/h,但由于两匝道桥桥墩间间距无法满足55km/h速度超高的加宽要求,限制了列车在该段的运行速度,最终使得该段右线不能设置超高,列车运行速度仅达到30km/h。如下图所示。 2、指导车辆专业对车辆技术参数的选择 由于城市轨道交通车辆选型工作难度较大,既要考虑车辆的技术性能,又要考虑美观舒适实用,从建设方角度还要考虑经济合算,所以在设计中,车辆选型工作几乎贯穿整个设计过程。 为了保证拟定车辆技术指标能满足设计要求,我们可在拟定车辆技术条件前提下,利用牵引计算,先核算部分车辆技术指标是否达得到线路技术要求。例如,我们可以核算列车在定员或者超员状况下,如果失去一部分动力,能在多大的坡道上起动,能以多高的速度通过线路限坡等等。我们还可以在拟定的列车牵引特性下,完成整个线路的牵引计算工作,再求算出整个列车运营范围内所需的等效发热电流,或称均方根电流值(IRM),如果满足以下关系式: IRM≤(0.8~0.9)Im 公式中:Im——为车辆电机的额定电流值。则表示拟定车辆电机的额定功率选定是正确的,满足要求的。反之,不能满足上式要求,则说明拟定车辆电机的额定功率选定是不够的,不能满足要求,需重新选定。 3、指导信号专业进行闭塞分区的设计 轨道交通系统的能力大小,主要是靠信号系统的制式来保证的,先进的信号系统能最大程度地降低两列相邻列车的追踪距离,从而降低列车的折返时间,提高列车的追踪能力。同时,不同等级的轨道交通系统,其乘客输送能力差异大,线路、车辆条件有别,行车管理、运营组织方式也不同。因此,信号系统必须满足和适应这一特殊需要。在以上条件确定的前提下,我们要进行信号闭塞分区设计。信号闭塞分区长度的确定,以及信号速度码的确定必须在牵引计算工作的配合下完成。牵引计算不仅能直观的反映出列车在各个点所处的速度,而且还可以反映线路要求限速的位置、范围,从而有效地划分出闭塞分区的长度及速度码。闭塞分区长度的计算公式如下: L=Lf+Lz+Ls层式中:L——闭塞分区长度; Lf——制动反映时间所走距离;Lz——列车从某一速度值制动为0速度所需制动距离; Ls——安全保护距离。 其中Lz就靠牵引计算来测算。 在折返站信号闭塞分区设计时,我们也是根据不同的折返站布置形式,尽可能地用信号系统来满足折返能力要求。这一设计过程也与牵引计算工作密不可分。 4、指导牵引供电专业对主变电站规模的确定以及各牵引降压所数量与分布的确定 主变电所是轨道交通能源核心部位,它的容量大小直接影响整个轨道交通系统的运输能力。为了节省能源,我们在设计中又不能将它设计成无限大,如何正确合理选定主变电所容量及牵引降压所数量与分布,必需依靠列车牵引模拟计算,即牵引计算。只有在牵引计算工作完成之后,根据列车在不同的位置上所处的工况,确定在该位置时间矢量的耗电量大小,从而累计出列车在整个运营线路上的耗电量大小,为牵引供电专业提供设计依据。 5、指导环控专业对地下车站和地下区间的环控通风设计 列车在地下区间运行时,由于列车运动带动区间空气运动,造成活塞风,如何利用活塞风,保持地下空间的温度,是环控专业需要解决的问题,这个问题的解决,也必须在列车牵引计算工作完成后,才能有针对性地确定列车在不同的速度下通过地下区间造成活塞风的大小以及产生热量的大小,从而选定隧道风机和排热风机设置位置及风机功率大小。根据列车通过地下区间的频率以及每列车所散发的热量,来确定如何调剂地下区间的温度。 6、结论 当然,线路、车辆、信号、供电及环控专业的设计工作的制约因素还很多,牵引计算工作所起的指导和制约作用只是其中之一,但是正确、合理、经济地作好牵引计算工作对优化平、纵断面设计,经济合理地选择车辆类型、正确完成信号闭塞分区设计、选择经济合理的牵引供电系统容量以及正确合理地完成地下区间和车站的环控通风设计均具有指导作用。 城市轨道交通设计论文:城市轨道交通建筑一体化空间设计分析 摘要:伴随着我国社会主义经济水平的高速发展,我国的城镇化建设以及工业建设的进程也是在不断的加快,但是其土地资源以及人口增长之间的矛盾也是越来越突出,同时城市的交通压力也是在不断的增加。为了能够有效的去缓解城市的交通压力,多数的城市都是开展城市轨道交通一体化的公共空间设计,通过对城市之中的各项资源进行有效的整合,并且充分的去结合相互之间的功能,能够在一定程度上促进城市的全面发展。 关键词:城市轨道;交通建筑;一体化;公共空间;设计;分析 对于目前我国的城市轨道交通一体化公共空间而言,因为整体的设计水平以及质量并不是很高,直接的导致了在实际进行运行的过程中依然是存在着比较多的问题,同时也是限制了我国公共空间功能发挥。所以在进行设计的过程中,必须要能够提高对地上以及地下空间资源能够有效的利用,使其看可以提高资源的利用效率,通过整合去实现整体效益能够达到最大化。 1轨道交通建筑的一体化公共空间具有的功能分析 1.1可以对建筑单元的空间进行整合 在一体化的建筑公共空间之中,可以更好的去整合轨道交通的功能空间以及周边的建筑空间,也是可以让两者之间能够形成一个关联的整体,这种其中任何的一个局部功能将会直接的影响着整个公共空间的功能。但是需要引起注意的则是,不管是两者之间的整合方式是如何,局部的功能以及整体的功能之间都是需要相互的渗透以及结合,从而可以一同的去组成城市的空间体系。然而其属性上也是直接的体现出了城市的公共空间,这样也是直接的表示了需要承担着一部分城市公共空间活动的功能,使其能够对其弹性要求较大。 1.2关于转换以及缓冲人流的分析 城市的轨道交通建筑一体化的公共空间的属性主要是为交通,同时相互之间也是通过交通去实现进行整合的,从而对人流进行汇聚以及输送,这样也是表示出具有着一定的交互性。所以在一些特殊的驱动之下,轨道交通的建筑一体化公共空间复杂的程度也是得到了显著的提高,也是直接的刺激了周边的每一个公共空间。在此之外,在公共空间当中,根据其功能的不同也将会汇集不同的人流,所以在空间上是需要能够具有着缓冲人流的一个功能。 1.3关于建筑单元的活力催化分析 要是建筑空间的系统自我独立封闭性相对来说比较强的情况下,那么便直接的便使功能也是出于在一个封闭的状态之下,在一体化的建筑空间当中,每一个彼此相熟独立的系统之间也是提高了相互联系的元素,同时在空间结构以及功能上也是相互渗透和复合的,这样也是更加有效的去提高了整体的功能,使其人们自身的日常生活以及工作都是可以更加的方便。通过采取这种方式人们的相互之间交流也将会得到一定的提高,使整个空间的活力将会被充分的调动起来。 2轨道交通建筑一体化的公共空间设计分析 2.1空间的组织以及布局分析 一是整体式。对于城市公共空间进行整合的目的便是为了能够提高每一个建筑单元之间的同化以及功能的渗透,提高城市的复合化以及密集化的程度,在设计城市轨道交通一体化公共空间的过程中,复合的媒介主要是公共空间,同时在功能上夜市需要具有着多重的一个属性,这样才可以更好的去满足人们生活以及工作方面的需求,建筑的空间内部和外部都可以得到充分的利用。在公共空间之中的城市功能得到全面发挥之后,自然便可以有效的去延伸建筑的功能,使其可以提高周边空间的整体活力,带动两者之间可以互动。二是叠层式。因为土地资源存在着紧缺以及人口增长之间的矛盾越来越剧烈,在一定程度上已经是促进了高层建筑的一定发展,也是提高了城市的复合化以及集约化的程度。然而叠层式的城市轨道交通一体化的公共空间具有着的层叠交互,这样对于进一步整合城市交通以及提高建筑公共空间一体化也是具有着重要的意义。在叠层式的空间组织模式之下,公共空阿金的建筑内部功能分布也是比较明显的,在对地上的空间进行充分利用的同时,也是能够提高地下空间资源的合理利用,这样不仅仅能够全面的去提高土地的使用效率,与此同时也是能够使其空间的容量可以得到全面的拓展,使其有效的解决城市交通和人口拥挤等方面的问题,促进其城市化进程可以得到更加快速的发展,带动城市经济水平和人生生活质量的提高。 2.2交通的流线组织分析 一是交通流线的立体分层分析。所谓的交通流线立体分层主要是为在城市轨道交通建筑一体化的空间站会中,分别的对其城市轨道交通以及车流和人流等不同的交通流线进行差异化的组织设计。所以在进行设计的时候必须要对其城市之中的层面资源进行充分的考虑,可以在不同的城市层面之中能够设计出差异化的交通方式,之后则是根据其竖向步行交通系统可以将其统一到一起,在能够保证相互的独立性也是能够让每一个系统可以协调的运转。二是交通路线的三维交叠。针对于交通流线的三维交叠而言,基础和前提主要是交通流线的组织立体分层,然而原则是相互之间能够彼此独立,之后对其各个空间的系统进行交叉和重叠。通过三维交叠每一层都能够实现水平的转换,并且也是可以在垂直的方向能够更好的实现相互之间的转换,从而可以在这个基础上能够实现相互转换,更好的去保证城市公共空间的弹性。 3总结 通过对上述的内容进行分析研究之后可以得出,为了能够更好的去满足我国城镇化建设的要求,每一个城市都是在逐渐的去开展着轨道交通的建设,但是逐渐凸显出来的整体功能不协调以及空间脱节等方面的问题也是越来越严重,所以必须要提高对城市轨道交通建筑一体化公共空间的设计,这样对于提高城市的发展也是存在着十分重要的一个作用,并且带动人们自身的生活质量可以得到一定的提高,促进社会经济的繁荣发展。 作者:徐东 单位:北京城建设计发展集团股份有限公司 城市轨道交通设计论文:城市轨道交通连续U梁优化设计 摘要:轨道交通高架线是城市快速轨道交通线路的首选形式。U形断面的桥梁结构外形美观、结构经济、施工方便,是近年来快速发展的一种新结构形式。以青岛地铁人民路节点桥连续U梁设计为依托,对现有连续U梁截面进行优化。利用BSAS程序,通过建立平面杆系模型对2种不同截面的连续U梁进行计算对比,得出2种截面下全桥的变形和受力。在Midas中建立有限元实体模型,对优化截面连续U梁计算结果进行复核对比,发现通过优化连续U梁中支点截面特性,变相增加腹板高度,可以有效改善全桥纵向正应力及竖向变形,使全桥结构受力更科学合理,同时大大减少了预应力钢束数量,节约了成本。 关键词:轨道交通;U梁;数值计算;优化设计;结构分析 1工程概况 青岛市红岛—胶南城际轨道交通线是贯穿西海岸经济新区的轨道交通骨干线和快速线,全线高架区间标准梁采用单线U梁并置方案。跨越人民路时,受道路宽度、行车视距等因素影响,需采用40m跨度的桥梁结构跨越。考虑与简支U梁衔接过渡的流畅性及美观性要求,跨越人民路节点桥采用(30+40+30.95)m双线连续U梁结构。 2常规连续U梁设计及存在问题 2.1常规连续 U梁设计思路U梁是一种梁板空间组合预应力结构,当列车荷载作用在桥面上时,荷载通过承轨台传给主梁,再由主梁传到支座[1]。结构承载力和刚度随着梁体跨度的增加而大幅降低,因为梁体跨度的增加,意味着在相同荷载作用下,梁体跨中最大弯矩会增加,则梁体跨中挠度就会相应增加[2]。由此可见,对于连续U梁,为保证梁体有一定的刚度,应该加大截面尺寸或配筋率,以保证梁体有一定刚度和弹性承载能力。由于疏散平台及其他附属结构的限制,梁高只能变相向下增加,通过适当增加底板厚度以改善结构受力性能 2.2常规连续 U梁结构设计目前连续U梁截面变高度常规做法为在保持腹板高度不变的前提下,向下增加底板厚度的同时缩小底板宽度。本联连续U梁腹板高度1.54m,底板厚度由0.3m增加为1.66m,梁底宽由9.71m减小为6.35m。 3结构优化思路及优化设计 3.1优化思路 受弯构件混凝土的压应力计算公式为σc=MW0≤[σb](1)W0=IxY1(2)式中:σc为混凝土压应力,MPa;M为计算弯矩,MN•m;W0为混凝土受压边缘的换算截面抵抗矩,m3;[σb]为弯曲受压及偏心受压时混凝土容许应力,MPa;Ix为截面惯性矩,m4;Y1为中性轴至梁底距离,m。根据式(1)、式(2)可知:为了保证结构全截面受压,增加截面上下缘压应力安全储备值,在M不变的前提下,σc的大小随W0的减小而增大。只有有效地降低截面惯性矩或增加中性轴至梁底距离,才能减小σc值。 3.2优化设计 连续U梁变高度截面优化方案的做法为在保持底板厚度不变的前提下,向下增加腹板高度的同时缩小底板宽度。本联连续U梁底板厚度保持0.3m不变,梁底宽同样由9.71m减小为6.35m,腹板高度1.54m向下增加为2.9m。优化设计梁体结构外轮廓线与常规设计保持一致。仅在中支点左右各12m范围内设置后浇混凝土段,纵向设置20mm断缝。后浇混凝土段不参与全桥结构受力,在结构计算时仅按自重考虑为均布恒载作用于底板。后浇混凝土段施工应在连续U梁全部钢束张拉结束15d后一次浇筑成型 3.3优化结果 3.3.1截面特性对比 优化后的中支点截面后浇混凝土部分不参与结构受力,所以截面面积大大减小,截面其他特性值也相应改变,截面惯性矩减小了约21%,中性轴高度增加了0.17m。根据式(1)、式(2)可知,截面抵抗矩W0得到有效减小,相应σc得到有效提高。 3.3.2预应力钢束张拉形式及数量对比 连续U梁纵向按后张法全预应力理论设计。由于优化方案对全桥结构性能的有效提升,配束情况特别是通长底板束的钢束布置大样及数量变化很大。常规连续U梁设计中,变截面形式为边跨向中支点处截面底板向下加厚,通长底板束却没有向下竖弯,而是距底板0.11m处水平布置。在底板钢束通过中支点处有效利用率偏低,对顶板束产生了相互抵消的不利作用,钢束整体布置形式不太合理。结果整体钢束用量较大,强度安全系数偏高,造成钢束浪费。优化后连续U梁截面底板厚度保持不变,底板钢束竖弯线形与底板构造线形保持一致。底板钢束由梁端伸长至距中支点中心5.5m处为止,中支点处截面无底板钢束通过。优化后钢束充分发挥作用,中支点区域内无底板钢束通过,消除了对顶板钢束的约束抵消作用,在减少底板钢束的同时相应减少了顶板钢束。全桥强度安全系数值较合理。优化后的结构腹板钢束减少1578kg,顶板钢束减少597kg,底板钢束减少9499kg,钢束总量减小约31%,有效降低了工程造价。 3.3.3杆系模型计算结果比较 利用BSAS程序建立杆系模型,全桥共分为73个单元,74个节点。荷载组合分别以主力、主力+附加力进行组合,取最不利组合进行设计,常规连续U梁通过优化设计对变截面梁体变化方式、预应力钢束张拉形式及布置等进行了调整。调整后可以看出在减少预应力钢束数量的同时,全桥应力值分布更均衡,截面抗裂安全系数和强度安全系数明显降低,挠度和徐变上拱值减小,结构受力更为科学合理。 4优化连续 U梁实体模型研究双线连续U梁结构要求桥面有更大的净宽,截面抗扭刚度较小,这些因素使桥梁的空间效应明显,如果单纯依靠一般桥梁结构的平面杆系结构分析程序,难以准确分析结构的实际受力状况[5]。为了保证设计施工的安全性,针对优化方案,还进行了空间三维实体单元模型分析,进一步研究截面应力分布规律,校核平面杆系模型及结构的应力分布情况。 4.1空间实体计算模型的建立 优化方案采用FEA和Midas2种软件建立空间实体模型。模型中采用实体单元模拟混凝土,采用桁架单元模拟预应力钢束,以保证如实模拟结构形状及尺寸的变化,准确模拟边界条件,确保最终计算结果的精确性。 4.2空间实体模型计算结果 经分析,中跨跨中和中墩支点位置受力较为不利,故取该处截面进行计算分析。 4.3平面杆系模型与空间实体模型计算结果对比 由于U梁截面为对称截面,空间实体单元模型U梁截面应力表现出均匀性[6]。平面杆系模型计算得到截面上缘最大压应力为6.53MPa,下缘最小压应力为2.12MPa,而空间实体单元模型外腹板上缘最大压应力为6.91MPa,底板最小压应力为2.03MPa,实体单元应力安全储备值要小于平面杆系模型计算结果[7]。2种模型计算结果比较吻合,均满足规范要求。 5结论 1)通过优化连续U梁中支点截面特性,变相增加腹板高度,有效改善了全桥纵向正应力及竖向变形,使全桥结构受力更为科学合理,同时大大减少了预应力钢束数量,提高全桥经济性。2)空间实体单元模型的平均纵向正应力结果与平面杆系模型的结果基本吻合,因此采用平面杆系模型进行纵向设计是可行的,但在设计时要考虑到顶、底板局部应力集中情况,因此在平面杆系模型计算时要考虑一定的安全系数。 城市轨道交通设计论文:城市轨道交通仿真施工设计 1概述 随着城市轨道交通建设的高速发展,无论是厂家,还是设计院,都需要提前对相应的信号系统进行测试,仅仅通过现场试验对系统的功能和性能进行试验是不够的。并且由于现在城市轨道交通设计时遇到了一些具体问题,例如:行车专业与信号专业的分工。行车在牵引计算时,一般没有考虑信号参数,而实际的线路控车又是由信号来做,这样行车计算出来的牵引计算结果,有时候对控车的实际需要不能够满足。另外,如线路的曲线半径值、曲线超高等,有时候也不满足控车的需要,有时候造成最终轨道交通线完工时出现一系列的问题,如“平均旅行速度不够”、“站间行车间隔不够”、“撞线”、“牵引制动切换过多”等,影响旅客的乘坐舒适度,影响列车运行速度。这些设计方面各个部门间配合上的问题,最终导致系统不能达到最优的组合。于是,现在设计单位需要开发一套城市轨道交通相关的仿真软件,它不同于生产厂家所用的仿真软件,需要对我们的施工设计有指导作用。首先它能够进行牵引计算仿真,然后能对相关的线路、行车、信号等专业进行综合考虑,对设计提出一个综合的指导意见。以西南交通大学交通信息工程及控制实验室开发的“CBTC仿真系统”为例,在这个系统中,建立了一个城市轨道交通工程项目的计算机辅助设计平台,用实际的线路数据,利用系统内嵌的列车动力学模型和列车控制模型等数学模型,为城市轨道交通项目的全过程设计提供定量分析的理论依据,对线路上列车运营情况进行精确的仿真计算,通过仿真的结果提出土建和机电系统的优化配置方案,对整个线路的追踪折返的能力做一个分析,以供设计院或厂家参考。通过利用该仿真系统进行列车牵引计算、列车运行及追踪仿真、列车折返能力检算,从而对行车组织、线路设计、车站配线、车辆参数的选择及配置数量、信号系统相关控制参数的选择及轨旁设备的配置等设计方案进行验证,并可提供仿真结果以用于优化设计,保证相关系统的设计满足运营要求。 2计算机仿真对线路的性能分析 在城市轨道交通中,由于发车间隔非常密,为使列车行驶得又快又好,在设计中我们更关注整个系统的性能问题。由于有了线路基础数据,信号数据,车辆参数等,再加上牵引计算的结果数据,我们就可以用来分析整条线路的性能到底如何,用专业的图表对这些能力直观显示出来,用以验证轨道交通线路的运行能力,主要负责信号系统的能力分析和行车间隔计算,这些可作为后面指导施工设计的依据和基础。计算机仿真通过牵引计算的结果中性能分析图大致有:时间-距离图、速度-距离图、线路行车间隔、折返站折返间隔、坡度-距离图、站间运营时分分析和显示、平均服务旅行速度分析和显示、平均技术旅行速度分析和显示、列车全周转时间分析和显示、运用车配车数分析和显示、安全防护距离-距离图分析和显示、安全制动距离-距离图分析和显示、安全距离-距离图分析和显示。其中线路行车间隔分析包含了车站、区间和出入段线的行车间隔,折返站折返间隔将针对几种基本折返站型进行分析。 3计算机仿真对轨道线路设计的指导 根据牵引计算结果及性能分析结果,我们可以看出站前设计中的一些问题,比如不能满足信号整体系统要求,让信号控车达不到要求或者影响旅客舒适度等。下面从两个方面举例来探讨计算机仿真结果对线路设计的指导作用。根据初步设计的线路数据,比如限速,另外有了坡度,曲线,以及信号专业的设备位置布置、各种信号参数的值,这时候就可以对线路的运行进行一个比较真实的仿真。通过仿真软件得到的旅行速度或者两个站之间的行车间隔。通过以上的数据就可以知道,这样的线路设计是否满足追踪折返的能力需求。比如通过旅行速度,站间行车间隔,可以从速度距离图,结合线路图上看出,是哪一段出现了速度“卡脖子”的情况,然后可以针对卡脖子的具体情况进行分析,考虑在这段可以进行修改的线路设计,比如可以在超高上进行修改,甚至可以修改曲线半径。当然有时候也可以调整停站时间。经过这样的修改,基本可以让行车间隔、旅行速度满足系统需求。另外一种情况,是根据ATO实际控车曲线,如果ATO实际控车曲线出现“台阶”次数过多,就说明线路在运行的时候牵引制动次数过多,这样会极大地影响旅客的乘坐舒适度。当我们发现仿真结果出现台阶过多的情况的时候,一般也可以对线路的相关参数进行修正,然后再仿真看ATO的控车曲线是否变得更好。 4计算机仿真对车站配线的指导 一个好的仿真软件,能够对车站配线进行指导,通常体现在对安全线长度的设计指导,以及折返线车过道岔时安全距离的指导。工程设计过程中,经常遇到在折返站、终端站等位置需预留多长的安全距离的问题。安全距离预留过短会影响到行车效率,过长又会增加不必要的工程投资。在仿真软件计算出的牵引计算速度距离图中,我们可以直观的看到ATO控车曲线和包络线之间横坐标的差值,即安全距离的长度,见图2,可以用来指导施工设计中安全距离的设置。图2中的d1、d2、d3分别表示制动的阶段一、阶段二、阶段三。 5计算机仿真对行车组织的指导 对行车组织的指导,以西南交大开发的仿真系统为例,主要是对配车数的一个指导。运用车的配车数与列车全周转时间、最小运行间隔有关,按下式计算:运用车配车数N=列车全周转时间T(min)/最小运行间隔(min)其中,列车全周转时间由牵引计算结果得出,当仿真结果得到以后,可以对运用配车数进行一个更合理的指导。 6目前城市轨道交通仿真软件的缺陷 目前的城市轨道交通的仿真软件有很多,各个厂家的软件大致思路一致,但是牵引计算仿真之后得出的结果可能各有侧重。比如西南交通大学的CBTC仿真是侧重能力计算,以及对线路,车站配线的指导;而opentrack是侧重对行车组织的指导。但是笔者发现,各个单位的仿真软件都有一些共同的缺陷。 6.1基础数据的完整性问题 比如现在很多仿真软件没有对长短链进行处理,没有对地铁的通风口的设计进行考虑,当然对于隧道的风阻等不容易考虑的数据也一般没有考虑。另外,很多数据,不一定在软件的界面进行设置之后的牵引计算时候真实用到。 6.2仿真的真实性问题 由于在仿真基础数据结构规划的时候,有些可能性就没有考虑,而且在软件开发中,也确实很难将线路实际运行的所有情况都考虑进去。所以,所有的仿真都不是完全真实的,但需要设计人员具体问题具体分析,不能完全依靠仿真软件。 6.3有关节能的仿真问题 由于现在全世界都提倡节能减排,不少设计单位开始关注这个问题,都在仿真中对这个有相应的需求,但是实际仿真软件还很少有对这方面的研究。 城市轨道交通设计论文:城市轨道交通信号电路设计研究 摘要城市轨道交通既有系统和新设系统的贯通与调试不能影响到既有信号系统的正常运营。针对调试期间室外设备运营时段由既有信号系统控制、非运营时段由新设信号系统控制产生的分时复用问题,介绍了一种利用双稳态继电器进行新旧系统切换的倒切电路。该倒切电路通过采用满足SIL4安全级别的双稳态继电器实现室内新、旧系统对室外设备的分时控制,以及赋予不同人员的操作权限,从管理和技术两方面确保电路的安全性。在实际案例应用中,该倒切电路表现出操作简洁、安全性高、显示清晰等优点。 关键词城市轨道交通;信号系统;倒切电路;轨旁设备;分时复用 我国各个城市规模不同,导致规划的城市轨道交通线路长短不一。为减少城市轨道交通建设对市民出行的影响,部分城市针对长线路的处理方法是将一条长线路划分为若干子线路进行分期开通。一旦线路分期开通,就会面临先期开通工程和后期开通工程的线路贯通及系统贯通问题。武汉地铁4号线一期工程自武汉火车站站至武昌火车站站,2013年12月开通运营,共设信号设备集中站6座;二期工程自武昌火车站站至黄金口站,2014年12月开通运营,共设信号设备集中站5座。武昌火车站站为4号线一、二期工程的衔接站。武汉地铁4号线线路图如图1所示。图1武汉地铁4号线线路图在4号线一期线路信号系统中,将武昌火车站站设置为信号联锁集中站,其控制区域为武昌火车站站和梅苑小区站;当一、二期线路贯通后,武昌火车站站作为信号设备非集中站,其室内的集中站信号设备被拆除,武昌火车站站和梅苑小区站室外的信号设备由首义路集中站进行控制。在一、二期线路贯通调试期间,调试时段原一期线路武昌火车站站控制区的室外设备如转辙机、信号机、计轴等由首义路控制区进行控制,而运营时段这些室外设备由武昌火车站集中站进行控制,因此武昌火车站站和梅苑小区站的室外设备面临不同时段由2个集中站分别进行控制的情况。调试期间室外信号设备在2个不同的集中站之间频繁倒切,涉及到倒切的快速性及可靠性问题。常见的信号系统倒切方式为:调试前,人工在原有系统分线盘上将室外设备的室外电缆断开,然后将室外设备的电缆接入新系统的分线盘,实现新系统对室外设备的控制;调试结束后,将室外线缆接回既有分线盘恢复与原系统的连接。该倒切方式存在倒切速度慢、容易出错、效率低下等缺点。本文介绍一种快速、便捷、准确率较高的倒切方式,其在武汉地铁4号线一期工程和二期工程的贯通调试中获得了较好的倒切效果。 1转极电路及表示电路的设计 双稳态继电器具有2个稳定的状态,切断继电器励磁电路的电源,继电器接点的状态不会改变。双稳态继电器分为单线圈和双线圈双种,本文案例中采用双线圈双稳态继电器。在双线圈双稳态继电器中,当给一个线圈供电时,继电器处于导通状态,当给另一个线圈供电时,继电器返回到断开状态。在倒切电路中设计了新、旧信号系统转换确认开关和转换开关。转换确认开关和转换开关的工作原理图如图2所示。其中,转换确认开关用于确认是否需要转换,转换开关用于选择双稳态继电器的供电线圈。当设备需要转换时,转换确认开关拧至确认位置,转换开关拧至相应的位置选择双稳态继电器线圈,电路导通给双稳态继电器的线圈供电;当转换过程结束,断开转换确认开关(转换开关保持不变),切断双稳态继电器线圈的电源。双稳态继电器转极需要改变供电的励磁线圈,因此设置新、旧系统转换开关来改变双稳态继电器的线圈供电,从而改变双稳态继电器动作接点的极性。将双稳态继电器的前后接点分别与新、旧信号系统指示灯进行连接,可以清晰地显示目前是哪个信号系统处于工作状态。 2倒切电路的设计 设计倒切电路的目的,是为了2个集中站的信号系统分时复用室外信号设备,保证任何时刻只有1套室内信号系统控制室外设备,不会出现2套信号系统同时控制室外设备的情况。倒切开关继电器的接点与组合柜及分线柜的连接如图3所示,双稳态继电器的上接点、下接点分别与室内新、旧系统组合柜上相应设备连接线连接,中接点连接到分线柜上,从而与室外的计轴、转辙机、信号机等信号设备电缆相连接。当双稳态继电器的线圈1和线圈2分别励磁,继电器的中接点和前接点、后接点分别导通,共用室外设备的室外电缆分别连接至既有信号系统、新设信号系统。该倒切电路操作简单,能简洁有效地将一期信号系统和二期信号系统对室外公用信号设备的控制权进行快速倒切。为确保信号系统倒切安全,采用双稳态继电器N.S1-B-24-4.16.4。该继电器在低要求模式下的平均失效概率大于10-5且小于10-4,在高要求或连续操作模式下每小时危险失效概率大于10-9且小于10-8,因而达到SIL4安全等级要求。同时,转换确认开关和转换开关钥匙分别由具有不同操作权限的人员管理,只有当不同操作权限的人员均在场的情况下,才能实施新旧信号系统的倒切。 3结语 采用满足SIL4安全级别的双稳态继电器所设计的倒切电路已成功应用于武汉地铁4号线一、二期信号系统的贯通调试,并在调试过程中表现出安全性高、操作简洁的特点。该倒切电路提高了新、旧系统的倒切效率,有效降低了倒切错误率。 作者:刘莉 胡姗 单位:武汉地铁运营有限公司 城市轨道交通设计论文:城市轨道交通工程线路设计内容与方法 摘要:设计作为轨道交通工程其中一个环节,起着非常重要的作用。线路专业作为城市轨道交通工程设计前期专业,是整个地铁和轻轨设计中最重要的总体性专业。为提高城市轨道交通线路设计质量及工作效率,促进轨道交通又好又快发展,阐述线路专业在各阶段的工作内容和线路设计的工作方法。线路设计必须综合考虑各方面因素,深入仔细地研究线、站位方案,并积极与各市政部门、产权单位对接,逐步稳定线、站位方案,最终确定科学、合理、可行、经济并有利于运营的线路平、纵断面设计方案。 关键词:城市轨道交通工程;线路;线、站位;配线;调线调坡 引言 近年来,城市轨道交通发展越来越快,在城市交通建设中占有越来越重要的作用和地位。截至2013年,全国已有35座城市在建设城市轨道交通;至2014年,全国22个城市共开通城市轨道交通运营线路长3173km。在轨道交通工程中,设计是施工和运营的基础,其优劣关系到今后运营的状况和效果,故设计在整个轨道交通工程建设过程中是极其重要的环节。线路专业是整个设计的龙头专业,是所有设计的基础,具有总体性、阶段性和全局性特征,其主要设计内容是线、站位方案比选,然后通过相应合理的技术标准和设计规范,确定线路平、纵和横断面设计,准确地定位线路位置,为轨道交通工程其他专业打下坚实的基础。目前,国内学者对线路专业的设计内容及方法进行了研究和总结。陈剑伟[1]根据上位规划、客流吸引、施工、拆迁量等因素研究了线、站位分析和敷设方式的比选;邱云舟等[2]根据城市土地利用、环境因素和工程造价对地下线、地面线和高架线3种敷设方式进行了综合分析和比较,为线网线路敷设规划提供技术支持;张佩竹[3]归纳了线路设计过程中应重视的几个方面及部分基本经验,就地铁项目设计中涉及的一些问题进行了探讨并提出建议。本文在前人研究的基础上总结和归纳了线路专业的主要设计流程和各个阶段的工作内容,以及开展线、站位方案、敷设方式研究、加站减站方案的设计方法。 1城市轨道交通工程线路设计的工作流程 城市轨道交通建设基本流程分为线网规划、建设规划、工程可行性研究、初步设计、招标设计、施工图设计、施工配合及竣工验收[4]。线路设计贯穿于整个城市轨道交通工程中,按照轨道交通建设基本流程分为线网规划阶段、建设规划阶段、工程可行性研究阶段、初步设计阶段、招标设计阶段和施工图设计阶段以及调线调坡。 1.1线网规划 线路的主要工作就是3个稳定,即稳定线网中各线的线路走向、起终点,稳定换乘节点,稳定交通枢纽的衔接[1]。 1.2建设规划 线路的主要工作就是初步确定线路走向、敷设方式、车站分布和车站型式,明确起终点的延伸要求和分期建设情况,对重点及困难地段进行深入地比选,保证方案的可行性。 1.3工程可行性研究 基本稳定线路走向、车站分布、辅助线型式及位置,初步确定线路平面位置、车站位置及平面总图布置方案,基本稳定线路敷设方式及过渡段位置,初步确定地下车站埋深、高架车站轨面高程,稳定线路纵断面。 1.4总体设计 该阶段不是国家规定的设计流程中的必需阶段,但在实际工作中,依据合同规定,总体设计也是一个工作阶段,故该阶段继续落实外部条件,稳定线、站位;同时配合编制总体性文件,例如技术要求和机电对土建的技术要求,为下一阶段的工作做准备。 1.5初步设计 稳定线路走向和车站分布方案,基本稳定线路平面、车站位置、行车配线设置;稳定线路敷设方式和洞口位置,基本确定线路纵断面。 1.6施工图设计 最终稳定线路平面位置和精确的车站位置,稳定线路纵断面坡度及轨面标高(含换乘线路前后3站2区间)。 1.7调线调坡 本阶段的工作是全线土建施工完成后、轨道铺轨前的一项设计工作,是在对车站与区间隧道竣工横断面进行建筑限界检测的基础上,根据结构侵入限界的情况,对局部地段的线路平面、纵向坡度进行适当调整,作为修改轨道设计的依据和铺轨前施工整体道床的基准,以满足行车的限界要求,从而保证运营安全。 2线路主要设计原则 1)线路走向应符合城市总体规划、线网规划和建设规划的要求,满足城市综合交通规划及客流需求,预留城市轨道交通线网规划未来发展、衔接的条件[5]。2)线路平面尽可能沿城市主干道行进并在道路规划红线范围内布置,站位应靠近客流集散点、交通枢纽,并方便与公交及其他交通工具衔接,方便乘客出行,提高城市公共交通体系的服务水平,真正体现“以人为本”。3)车站分布应以规划线网的换乘节点、城市交通枢纽点为基本站点,结合城市道路布局和客流集散点分布确定。车站间距在城市中心区和居民稠密区地区宜为1km,在城市外围区宜为2km。4)线路敷设方案的选择必须符合城市总体规划的要求,根据地形、道路、工程地质、施工方法、地上地下建筑物及其基础结构埋深的情况,从降低工程造价和运营成本、减少对市民生活环境的干扰,保护城市生态环境、合理利用土地资源等方面进行综合比选。5)根据运营组织、行车相交线路,结合线路条件和工程条件设置辅助线,达到方便折返、停车、灵活调度,有利于运营和控制土建规模的目的。 3线路设计的主要工作内容 3.1线、站位方案研究 线、站位方案比较研究是城市轨道交通项目可行性研究的基础,是各专业开展工作的前提和条件。线、站位方案比较研究时,要从多方面因素综合考虑,进行各方面的综合比较研究,确定最优、最合理的方案。影响线、站位方案比较的主要因素如表1所示。工程可行性研究阶段对南延线过湖段路由进行了详细的研究和比选,过湖段的路由有3条,如图2所示。路由1:国体大道—过九龙湖—九龙大道—腾龙大道。该方案中,线路下穿规划的国展中心用地,且九龙大道是通往新建省委省政府办公楼的大道,前期与省相关部门的沟通协调,九龙大道今年将建成北段道路,并且不宜再次开挖,本工程若沿该大道行进,则基本无实施的可行性。路由2:与建设规划路由一致。边界控制因素较少,实施条件较好。路由3:国体大道—过九龙湖—腾龙大道。该方案中,线路下穿规划幼儿园用地和规划商业用地,且部分侵入国体大道过湖隧道的范围,具有一定的实施风险。上述3个方案的综合比较如表2所示。综上所述:方案1不具备可实施性;方案3过湖段最短,客流直接吸引效果相对较好,但从工程实施的成本、难度及风险方面分析,均比方案2大;方案2仍然能够有效覆盖到九龙大道和国体大道等主要客流走廊,同时结合考虑规划部门的意见和线网规划及建设规划的成果,故推荐方案2,即线路在九龙湖南站—腾龙路站段主要沿翔龙路行进。3.1.2车站站位方案比选车站站位方案比选主要是针对2个或2个以上不同位置并且可行性较强的车站方案进行研究和比选,最终根据各个方案的优、缺点综合比较车站服务功能、工程可实施性、工程造价和交通疏解等因素确定推荐方案。以南昌轨道交通3号线何坊西路站为例,在《南昌市城市快速轨道交通建设规划》(2014—2020年)中,何坊西路站站位于何坊西路与迎宾大道路口,如图3所示。在工程可行性研究阶段,该路口的现状发生了重大变化,何坊西路正在修建九州高架,该路口的现状如图4所示。正在修建的九州高架沿着何坊西路横跨迎宾大道,道路两侧桥桩之间的距离较小,车站施工风险较大,且位于立交桥下面,客流服务功能较差,故需将车站移出该路口。移站的方案有2个:1)北移至抚河南路;2)南移至三店西路。若移至三店西路,何坊西路站与前一座车站江铃东路站的站间距只有约575m,而何坊西路站与下一座车站建设路站的站间距为1900m,前后站间距不均匀,客流吸引范围不均衡。经综合考虑,将何坊西路站北移至抚河南路口,北移后前后站间距为1430m和1000m,站间距较均匀。何坊西路站北移后的站位示意图如图5所示。3.1.3车站加站和减站方案研究车站加、减站需结合站间距和客流进行研究。车站加站方案以南昌3号线起点站莲塘站南移后增加汽车大道站为例进行说明。莲塘站是3号线的起点站,站后接莲塘车辆段。建设规划中,莲塘车辆段位于江铃瓦良格西侧、莲西大桥南侧的地块,根据与南昌县的沟通结果,该地块是南昌县的泄洪区,且依据南昌市总体规划,该地块也是规划绿地,故该地不能作为车辆段使用。根据与南昌县协调结果、南昌市政府会议纪要,莲塘车辆段南移至银三角立交桥南侧,位于铁路公安学校北侧、京九铁路西侧、铁路中专学校南侧和向塘北大道东侧地块内。结合莲塘车辆段南移,为减小出入段线长度,且城南路南侧约1.6km的规划路路口周边存在大量小区,例如银河城、恒大绿洲和江铃瓦良格小区,故将莲塘站南移至该规划路路口。莲塘站南移后,莲塘站与第2座车站澄湖中路站的站间距约为3.1km,站间距过大,且城南路南侧汽车大道与迎宾大道路口规划有大量的居住用地和商业用地,未来规划客流较大。因此,在该路口增设1座汽车大道站,增设车站后,前后站间距分别为1120m和2000m,站间距相对较合理。增设汽车大道站示意图如图6所示。图6汽车大道站加站示意图Fig.6AddedQichedadaoStation车站减站方案研究以南昌3号线建设路站为例。在建设规划中,建设路站位于京山北路与建设路路口。建设规划中建设路站示意图如图7所示。图7建设规划中建设路站示意图Fig.7SketchmapofplanningJiansheluStation建设路站前后2.3km范围内有4座车站,分别为何坊西路站、建设路站、十字街站和绳金塔站,车站分布较密,且建设路站南侧约200m有一玉带河,河深约9.3m,为使何坊西路站—十字街站区间隧道与玉带河河底保持6m以上的净距,建设路站需设成3层车站,工程造价较高。因此,工程可行性研究阶段取消建设路站。3.1.4线路敷设方式比选线路敷设方式主要有地下、地面和高架3种。线路采用地下敷设方式时,车站主要采用明挖法施工,区间隧道主要采用盾构法、明挖法和暗挖法施工。线路敷设方式的比选主要针对地下、地面和高架方式的研究和比选。以南昌3号线莲塘站—阳光路站段线路为例,该段线路位于迎宾大道上,该段线路示意图如图8所示。工程可行性研究阶段对该段线路地下、地面和高架敷设方式进行了分析。迎宾大道宽度较窄,若采用地面敷设,会占用部分道路空间,影响道路交通,故莲塘站—阳光路站不采用地面敷设。下文将对盾构施工方法、浅埋明挖法和高架进行研究,综合比较如表3所示。地下浅埋明挖方案主要适用于在空旷地带。本段线路周边建(构)筑物、管线较多,道路宽度不足,交通流量较大,采用浅埋明挖时,需设围护桩,且路中无绿化带,区间自然通风不成立,故造价反而高于盾构。当采用高架敷设方式,需重新调整南外环互通立交,同时需对区间东西向横穿的220kV高压线(9组)进行迁改,高架桥全部侵入南北向高压线的保护距离,协调量较大;迎宾大道为南昌县未来最重要的经济发展轴,道路两侧规划大片高端住宅和商务区,高架桥对其规划开发影响较大。综上所述,莲塘站—阳光路站采用地下盾构敷设方式。3.1.5车站埋深方案研究车站埋深方案研究主要是为了确定合理的车站轨面标高。车站埋深的主要受制因素有两侧分布的河流、湖泊、管线、前后区间隧道入岩和拆迁等。以南昌3号线叠山路站为例,该站位于叠山路与环湖路路口,前后区间基本位于地块中间,下穿了大量的建筑物,施工风险极大。叠山路站及前后区间线路示意图如图9所示。结合南昌1号线和2号线工程实施情况,区间下穿建筑物的地段尽量入岩,可减少盾构穿越的风险。根据勘察单位提供的地勘资料,叠山路站岩层埋深为18.1m。相邻2区间的岩层情况如下:八一馆站—叠山路站区间的岩层深度为13.7~18.0m,叠山路站—青山路口站区间的岩层深度为17.7~21.0m。若要保证前后2段区间能进入岩层,则叠山路站轨面埋深要压至地面以下23.4m左右,故叠山路站需做地下3层车站。此时,叠山路站前后区间纵断面如图10和图11所示。综上所述,叠山路站设成地下3层站时,前后区间可全部进入岩层,这样可减小区间下穿建筑物地段的施工风险,且可减少大量建筑物加固、人员临迁和安置费用等。经综合比选和研究,叠山路站设成地下3层车站。3.1.6区间埋深方案研究区间隧道埋深主要控制因素有地质情况、沿线建(构)筑物情况、河流和湖泊、节能坡和其他相交线路等。以南昌3号线何坊西路站—十字街站区间纵断面为例,该区间站间距较长,可设节能坡,同时,根据是否将联络通道和泵房置于中风化岩层,纵断面有2种方案。1)联络通道和泵房位于上软下硬地层,节能坡效果最好。2)联络通道和泵房完全置于中风化岩层,节能坡效果较好。方案1纵断面图如图12所示。方案2纵断面图如图13所示。方案1中:节能坡的坡型组合为“-25‰、-5‰、+6.954‰、+25‰”,节能效果好,纵断面最低点位于上软下硬地层,隧道有约3.8m的深度侵入岩层,施工风险较大。方案2中:坡型组合为“-26‰、-9.4‰、+18.055‰、+27‰”,节能效果较差,纵断面最低点完全位于岩层以下约1.0m,施工风险较小。经综合研究,为减小施工风险,何坊西路站—十字街站区间纵断面采用方案2。 3.2线路平面设计 线路平面设计是在线网规划和建设规划的基础上,在确定线路路由和车站站位的情况下,对线路的平面位置、车站站位和全线的辅助线进行详细的分析和比较,以确定最终线路的平面位置,使线路平面位置最优、最合理。 3.3线路纵断面设计 线路纵断面设计是在线路平面稳定的基础上,根据车站和区间埋深方案研究确定车站、区间及其最低点轨面标高的过程。主要设计内容包括确定敷设方式和过渡段、分析沿线建(构)筑物、坡度、区间最低点泵房与联络通道的结合和联络通道的设置。此外,线路纵断面设计时还应注意以下问题。1)要结合地质条件,使隧道尽量避开上软下硬地层,以降低施工和运营的风险。2)尽量考虑设置节能坡,节能坡设计宜参照行车牵引曲线进行。变坡点尽量靠近车站端,节能坡长度不宜大。若有配线可不进行节能坡设计。3)竖曲线尽量不与平面缓和曲线重合,若节能坡设计与竖曲线和缓和曲线重合相矛盾时,应以节能坡为主。4)纵断面最低点设计时,应考虑避开上软下硬地层,同时考虑单个区间联络通道的设置数量。 3.4横断面设计 城市轨道交通工程有地下、地面和高架3种敷设方式,这3种敷设方式对沿线建(构)筑物的影响是不同的,其中地面和高架对沿线建筑物和道路环境影响较大,需要结合线路区间隧道与沿线道路、建(构)筑物的关系进行横断面设计。当轨道交通采用地面敷设时,横断面设计时需考虑线路两侧建筑物情况,与既有或规划道路相结合;当轨道交通采用高架敷设时,根据线路与所分布道路的相对位置关系,线路有路中、路侧和机非隔离带几种形式;当轨道交通采用地下敷设时,横断面设计需考虑隧道与沿线建(构)筑物的距离,保证施工和运营的安全。 3.5配线设计 配线是为了保证地铁列车正常运营,实现列车合理调度,并满足非正常情况下(事故、故障和灾害)组织临时运行和维修作业所设置的线路,主要包括车辆基地出入线、联络线、折返线、停车线、渡线和安全线[6]。3.5.1出入段(场)线设计出入段(场)线主要是连接车辆段或停车场至接轨车站的线路。出入段(场)线设计的重点是正线(或正线延伸线)与出入段(场)线的交点位置两者有足够的竖向净距,保证安全施工和运营的要求。另外,当出入段(场)线兼顾列车折返功能时,应具备一度停车的需要,结合行车要求,合理设置出入段(场)线的坡度、坡向和坡段长度[6]。3.5.2折返线、停车线和单渡线设计折返线、停车线和单渡线在线、站位稳定的基础上,结合行车方案和工程实际合理确定全线配线设置情况。3.5.3联络线设计联络线是根据城市轨道交通线网规划、车辆基地分布位置和承担任务范围确定的[7]。 3.6调线调坡设计 调线调坡设计又称线路平面及纵断面调整,是在车站与区间隧道施工完成后,轨道结构铺设前进行的一项重要的设计工作,它的重要性关系到地铁运营的安全。在车站和区间隧道施工过程中由于围岩和结构的变形、测量误差和施工误差等原因,导致建成后的车站和区间隧道结构与设计位置不能完全匹配,若不进行处理仍按原设计位置铺轨,则局部结构将侵入建筑限界,危及列车运行安全而发生事故[8]。调线调坡设计是在线路施工图设计的基础上,以竣工后的断面测量数据为依据,调整线路平面或坡度,使结构净空尽量满足建筑限界的要求[9]。 3.7换乘线路设计 换乘线路设计主要对相交线路的前后3站2区间进行平、纵断面设计,判定换乘线路平面和纵断面的可行性,以稳定换乘车站的换乘方案。 4结论与建议 在城市轨道交通工程设计中,线路专业作为所有设计的龙头专业,具有总体性、阶段性和全局性等特征,其前期工作强度大、技术复杂、与其他专业衔接紧密,在地铁工程设计中起着“工程未动、线路先行”的重要作用。线路线、站位的确定,平、纵断面的设计,都直接关系到工程实施的风险、工程投资、运营质量和乘客的舒适度等。线路设计必须综合考虑各方面因素,深入仔细地研究线、站位方案,并积极与各市政部门、产权单位对接,逐步稳定线、站位方案,最终确定科学、合理、可行、经济并有利于运营的线路平、纵断面设计方案。本文为线路工作者提供了一整套设计思路和工作方法,篇幅有限,有些问题未进行深入研究,有待后续工作者进行更深入、细致的研究工作。 作者:张文正 单位:广州地铁设计研究院有限公司 城市轨道交通设计论文:城市轨道交通地面车站的照明设计 一、地铁车站动力照明系统的设计内容及规范 地铁动力照明系统中所指的动力,主要包括风机及水泵设备,两者在电压选择上一般采用380V或220V,动力照明系统设计的内容包括了位于变压器之后的低压柜、交流或直流电缆头、照明设备、通信设备、信号设备等方面。参考的主要技术标准是《地铁设计规范》。 二、地铁车站动力照明系统供电环节的负荷分类及方式 一般而言,根据《地铁设计规范》,可以将地铁车站的供电负荷划分为三个级别。一级负荷:包括了车站应急照明、通信系统、信号系统、火灾报警系统、变电所电源设施、地下站台区照明、防烟及排烟风机、用于电力设施的监控系统、自动售票及验票系统,此外还包含了用作应急疏散的防护门、扶梯、防淹门、排水水泵等设施[1]。其中电力负荷最大的是变电所电源设施、火灾报警系统及通信信号系统。对一级负荷设施的供电采用两路供电方式,相互独立可切换。二级负荷:包括地铁电梯及扶梯、地面站台区照明、地铁附属建筑照明、排污泵等设施,对其采用一路供电方式。三级负荷:包括各类冷却设备机组、广告牌照明、锅炉及电热设备、用于清洁的各类机械设备等,对其同样采用一路供电方式。 三、地铁动力照明系统动力配电的设计方式 (一)动力配电遵循的基本原则。地铁动力设备采用的配电方式一般为放射式。车站配电所通过母线输出双路电源,用于车站水泵、扶梯电梯、通信系统、控制系统及设备、屏蔽门及车站票务系统,电源接地方面使用TN-S系统,实现供电的电缆设备为五芯电缆。地铁各区间用于故障维修的电源配电,一般采用隔段设置电箱的方式,相隔百米内设插座电箱,配电方式为链式配电,插座电箱做好漏电及防水保护。车站的各类清洁设备采用三孔插座实现电力配置。 (二)车站动力设备配电设计。根据地铁的相关环控专业的要求,车站较大系统的设备设施,如通风设备及空调设备等,实行现场手操箱控制、环控电控室手动控制、车控制及OCC控制这三种控制形式,三者之间互相联动;属于较小系统的通风及空调设施设备,实行现场手操箱控制、环控电控室手动控制及车控室控制,三者间也可采取联动控制方式。涉及到消防设施设备,例如排烟风机、消防栓泵及防烟卷帘、防火卷帘等设施,要在设备附近设置控制箱,实行手动控制、车控室控制及OCC控制,各类控制方式互相联动。一般在日常运行时经由ISCS控制,当遇到如火灾等突发状况时,则由车控室控制或由OCC控制。各种水泵,如雨水泵、废。污水泵、排水泵等实行现场手动控制及水位自动控制。其他设备在配电控制方面主要采用两种方式,一是就地控制,二是综合控制。地铁车站的中心控制室能够通过BAS微机对车站的风机、水泵及电热设备加以监控,并及时将信息反馈到中心控制室。 四、地铁动力照明系统中的照明配电设计方式 (一)照明配电种类及控制方式。照明配电室在设计时,要考虑到运营管理的便捷,在站台层的两端区域及站厅层分别设置,为便于进行照明设备用电的管理和电缆线的敷设,站台及站厅两层之间的配电室要加以对齐设置。车站用于公共照明的配电箱集中设置于照明配电室中,实现集中控制。地铁车站照明种类一般分为普通照明(一般照明)、引导照明、安全照明、应急照明及用于广告设施的广告照明。车站各类机房设备及办公区域的照明采用就地控制方式,在应急照明的设置上,采用双控开关方式,广告照明采用计量控制及定时控制,而涉及到公共照明的部分则进行集中控制,便于管理。 (二)主要照明方式及设计。应急照明和普通照明是车站站台层及车站站厅层主要采用的两种照明方式。地铁车站的站台区域及站厅区域都是采用两路电源,又细分为若干支路,实行交叉式配电,当地铁的营运高峰期过去后,可相应关闭部分支路,达到电量节约的目的。应急照明主要是在车站内配置电压为220V的蓄电池组,当原有的两路电源都处于失压状态时通过蓄电池组为应急照明进行供电。一般而言,地铁车站所用的应急灯具为荧光灯或LED灯,经交流电实现供电,在交流电发生停电等状况时,就可切换至蓄电池组加以恢复供电。地铁车站夜间结束停运后,普通照明就进行关闭,采用应急照明,但地铁车站的站台区域、站厅区域及车站出入口区域仍然采用常明灯,采用就地控制方式,不加以集中控制。照明采用的插座为单相插座,实行隔段设置方式,供电方式为单独回路并采取漏电保护措施。 五、电缆选择及敷设 地铁车站的各个区间,如变电所中的配电柜,各类配电箱等,根据总体设计单位的要求不同,采用电缆或导线为输电媒介。根据《地铁设计规范》要求,一般使用五芯电缆,同时具备TN-S接地系统。一方面,电缆的选择要严格符合地铁车站的电流及电压状况,另一方面,在进行地铁车站电缆敷设时要尤其注重电缆的材质及性能,无卤、低烟及阻燃是选择电缆时的重要参考标准。无卤,是指遇到突发状况,如火灾等,电缆不会释放出毒性较大的酸性气体;低烟是指电缆如发生燃烧,具有较小的烟尘挥发性,烟雾具备较高的透光率;阻燃涉及到电缆的安全等级,电缆在阻燃等级的确定上,前期建设时并未涉及明确的等级要求,往往采用C级标准,但由此引发的地铁火灾事故,如韩国大丘发生的地铁火灾事故,引起了有关地区对电缆阻燃等级的重视,我国在进行地铁建设时,如天津、北京等地区,一般要求电缆的阻燃等级要达到B级标准。电缆在进行敷设时,一般于车站站台板下方搭设电缆支架,在车站站台区及车站站厅区的吊顶区域采用电缆桥架方式。在敷设时,如产生穿越墙体的孔洞,则要用防火性能良好的堵料加以封堵。 六、地铁动力照明设计中的区间照明设计 工作照明及应急照明是区间照明的两种主要方式,工作照明所用的照明灯具设置在轨道上侧的墙壁,实行隔段设置,每隔5到6米左右设置一盏。应急照明与工作照明之间采取插花布置的方式,相邻的工作照明灯之间设置应急照明灯。在区间照明电源供电上,工作照明采用三相交流电,而应急照明使用单相交流电,当交流电产生故障,适时切换至车站蓄电池组,以恢复供电。区间隔段设置照明箱,一般以120米为宜,照明箱采用两路供电,每个电箱负责60米区域内的灯具供电。在区间照明灯具的选择上,要优选防水、防震、防尘性好,耐腐蚀性强的灯具,一方面要有较好的密闭性,另一方面又要具备较好的散热性。可采用荧光灯及LED灯,当采用荧光灯时,要做到交流直流的两用,确保其能够瞬时启动。而车站的站台层、车站的站厅层及车站安全通道用于疏散指示的灯具要采用LED光源,设置在距离地面1m的范围之内,且间距要小于15m。 结语 城市轨道交通地面车站设计,是一项复杂的工程,其中,动力照明系统涉及到地铁车站电源的安全使用,是设计的重点。本文简要梳理了地铁车站动力照明系统的各项设计要点,为地铁设计更加符合国家技术标准提供一定的借鉴价值。 作者:吕鹏程 单位:杭州市城建设计研究院有限公司 城市轨道交通设计论文:城市轨道交通线路设计探讨 1高架站端部平面线路设计 高架线路平面设计中除了区间左右线曲线段尽量按同心圆进行配置外,岛式车站端部的平面线路设计也是一个重点[5]。高架线对沿线城市景观存在影响,为尽量减小站端区间高架桥梁的体量,在岛式站台端部的线路设计中,会尽快将线间距收至区间直线地段最小线间距[6]。但在设计中应注意,在有条件的情况下应尽量做到完全对称,同时,全线的高架车站有条件下应做到一致,从而减少梁跨类型,方便桥梁设计(见图3)。当车站端部受控,左右线无法同时收线时,应根据线路走向,采取单线收线间距的形式(见图4)。 2特殊地段线路纵断面设计 在地下段的线路纵断面线路设计中,应考虑尽量按节能坡设计[3],最低点位置的泵房尽量与区间联络通道或风井合建,线路根据地质水文条件选择合理埋深等[7]。此外,穿越控制点且线型紧张地段,以及左右线平面小线间距并行段的纵断面设计也需要特别注意[8]。对于穿越控制点且坡段紧张、坡度代数差大的地段,应当考虑竖曲线外移值之影响。当左右线交叉,或本线与外线交叉时,应验算最不利点之控制高程或高差。当平面交角很小时,应当验算两结构物外缘交叉点之控制高程或高差;当交叉线坡度大时,也应当验算两结构物外缘交叉点之控制高程或高差,而不能仅以中心点验算。另外,对于穿越控制点且线型紧张地段,当控制点一侧的线路条件紧张受控时,应将该侧坡度的下一个变坡点拉至控制点的另一侧,可减低受控一侧的坡度值(见图5),从而优化纵断面线型条件[9]。对于左右线平面小线间距并行段,一般为高架、路基或单洞双线的地下段,在纵断面设计中,要特别注意同断面位置上左右线轨面等高[10]。纵断面采用较大坡度值时,当遇到左右线同里程而不在同一横断面位置上,应以其中一条线的变坡点位置作为基准,合理选取另一条线的变坡点设置位置,确保左右线在同一断面上,不会出现较大的轨面高差,减少和避免给后续的设计、施工带来难度。 3配线设计 在配线设计中,缩短渡线是比较常见的一种减短明挖长度,也是节省工程投资的方式;而两线之间的联络线设计,常常是作为远期线路的预留工程,故在长度的控制方面,往往容易被忽略。设计中应根据工程实施条件,在保证联络线合理线型条件的前提下,尽量减短联络线的长度。对于设置有停车线并全部采用明挖施工的地下车站,纵断面设计中车站部分如采用2‰的单面坡。由于车站长度较长,特别是停车场范围地形比站台范围地形高,其最低点处的基坑深度增加较大,故可结合实际地形、管线等情况,在停车线靠近站台端增加一处变坡点,将停车线与站台设成“人”字坡。对于单停车线,有条件设安全线,可将坡度调整为-2‰的面向车站的单面下坡[3],从而减小配线区开挖的基坑深度。 4结语 以上论述了线路精细化设计中一些容易被忽视的常见问题。认真落实沿线的基础资料,与相关专业精密配合,加强沟通,也是线路设计中重要的一环。线路精细化设计应从方便设计、改善施工、节省投资、优化运营等方面入手,除了依赖于设计人员自身的经验和沟通协调能力外,更加取决于其责任心。故线路设计人员应在设计完成后,不仅需要评价自己设计的线路是否能满足施工和运营要求,更应该思考是否已经将线路设计做到了最好、最优。 作者:苟波 单位:中铁二院工程集团有限责任公司 城市轨道交通设计论文:城市轨道交通线路设计探讨 摘要:随着我国城市建设的发展和进步,对城市设计的研究逐渐深入,并在实际的城市规划中起到重要的功能。交通运输是经济发展和社会进步的基础动力,能够为城市的规模扩大起到促进作用,并为城市内部的交流和人员流动提供连接渠道。因此,城市的轨道交通规划是城市交通网的重要组成部分,不仅能够分担公路交通的运输量,为城市的交通拥挤起到环节作用,还能提高交通的速度,为城市的经济发展起到促进作用。 关键词:城市;轨道交通;线路设计 城市轨道交通在线路的规划和运行中都需要进行一定的控制,并要求设计人员掌握一定的基本技能,在设计轨道的过程中按照标准化、科学化的原则进行线路图纸的设计和施工。在轨道的设计环节,要按照一定的行业标准和原则进行预先的分析和测算,并将测算的数据按照一定的处理方法减少数值的误差。同时,在设计过程中,设计人员要研究对轨道交通造成应先的因素,并减少不利的影响。 1路线设计的特征 要对城市轨道交通线路进行设计,就要了解轨道交通设计工作的基本职责以及从事相关工作需要注意的问题,并对工作的特点进行预先的了解。轨道交通线路设计具有整体性、复杂性、阶段性的特点,在进行设计工作时,要要从城市的整体交通状况考虑线路的规划问题,并综合考虑与之相关的影响因素。 1.1整体性 城市轨道交通设计工作需要首先掌握城市的基本交通状况,并对交通存在拥堵和不足的地区进行重点的规划,从城市的整体布局上考虑线路经过的地区是否会对周边的在建筑和居民产生影响。此外,轨道交通系统中存在交通的控制,要对轨道交通的站点和车辆的通行时间进行整体性的规划。整体性规划是城市轨道交通的基本工作,在设计中起到基础性作用。 1.2复杂性 城市轨道交通线路设计工作需要对线路的整体状况进行分析,并对线路经过地区的地理特征进行预先的调查,在具体的设计工作中既要进行数据的测算和分析,并绘制线路图,还要通过实地分析测量对线路图纸进行修改和设计,在工作程序上具有一定的复杂性,同时工作的内容也要从全局考虑,细节较多,较为复杂。 1.3阶段性 在城市轨道交通新路的规划和设计过程中,可以按照工作内容的不同将设计工作过划分为几个步骤。首先,要对城市交通的线路网进行规划和设计,并了解城市现有的城市交通系统。然后,要根据线路的设计进行建设可行性的分析。最后,要对城市轨道交通线路进行总体的分析,分析建设中需要的用料和基本的结构设计。在设计工作完成后,要将设计成果展示在设计图纸上。 2轨道交通与影响因素的关系 城市轨道交通的规划过程中要了解与城市轨道交通相互影响的因素,并通过调查分析了解城市轨道交通与影响因素之间的关系。对于城市轨道交通规划项目中存在的影响因素进行预先的规划和分析,防止影响因素对城市轨道交通系统造成不利的影响。 2.1轨道交通与土地的关系 城市的轨道交通建设会占用一定的土地,是城市土地规划中的重要组成部分。因此,城市轨道交通与土地之间存在一定的联系,相关部门在审核资料和文件后,才能批准城市轨道交通建设用地的使用。而设计人员在设计轨道交通线路的过程中也要注意土地的规划和分析,将土地资源充分利用。 2.2轨道交通网与单条线路的关系 城市轨道交通网与单条线路存在整体和个体的关系,由单条线路构成整体的城市轨道交通网。在城市轨道交通网的设计过程中,首先要从整体功能的角度进行整体性的设计,但设计工作体现在单条线路的走向和位置的规划上。城市交通网的畅通与单条线路之间的连接密切相关,在设计完成线路的图纸后,要对线路之间的连接进行就准确的设计。 2.3轨道交通与环境保护的关系 城市轨道建设在建设过程中需要进行相应的道路施工,而施工工作通常会对周边的地区造成影响,影响周边地区的环境。因此,在设计轨道交通线路时,要考虑施工过程中对周边环境造成的影响,并考虑对周边地区居民的身体健康是否造成影响,尽量避免穿过人群聚居地。此外,在轨道交通网建成并投入使用后,也可能对周边地区造成一定的噪声污染,设计人员要对相关的问题进行规划和分析,提出解决措施。 3提高轨道交通质量的措施 在了解城市轨道交通路线设计的工作任务特征和存在的轨道交通影响因素之后,交通轨道设计人员就要根据工作的特性对自身的素质进行有针对性的提高。城市轨道交通存在整体性的特点,因此,设计人员要具有整体性思维,从全局的观点看待问题,并在具备一定得创新思维,能够与时俱进,了解行业的发展趋势。 3.1掌握基本的技能 城市轨道交通线路的设计人员首先要具备一定的专业技能,对城市轨道交通规划的基本原则有一定的了解,能够按照科学的城市道路规划办法进行设计工作,在设计工作开展的过程中,对出现的问题进行标准化的处理和分析。掌握基本技能是对城市轨道交通设计人员的基本素质要求,只有掌握专业化的知识,才能对轨道交通状况具备一定的了解。 3.2具有整体性思维 由于城市轨道交通线路设计具有一定的整体性,需要从全局的角度看待问题,并考虑可能发生的状况,因此,轨道交通设计人员需要具备一定的整体性思维。整体性思维是轨道交通线路设计人员的基本思维素质,设计人员需要对城市的交通网进行思考,发现现有交通网中存在的不足,并按照轨道交通的特点分析轨道交通在地区内建设的可行性。 3.3了解行业的发展趋势 城市轨道交通线路设计工作随着轨道交通行业的发展不断进步,并逐渐涌现出新的技术和方法,而设计人员也需要对行业中出现的新的设计方案进行了解和研究,发现轨道交通线路设计工作中的有效措施。从城市轨道交通线路设计人员需要具备与时俱进的意识,及时了解行业中发生的变化和最新的技术改进办法,并形成自身的创新意识,在面对设计工作中的问题时,总结经验,提出有效的解决措施。 4结论 轨道交通成为城市交通系统中重要组成部分,不仅能减轻城市在高同期的拥堵问题,还能提高城市内部和边缘地带的沟通交流,为城市的发展提供基本条件。城市的建设和发展要依托经济的进步和交通的发达,因此,需要对城市轨道交通线路进行设计,使得城市轨道交通设计能够为城市的交通系统做出贡献,完善城市交通网。本文主首先对轨道交通线路设计的特点进行了分析,并研究了城市轨道交通与影响因素之间的关系,最后提出了提高城市轨道线路设计质量的措施。 作者:崔凯 单位:哈尔滨地铁集团有限公司 城市轨道交通设计论文:城市轨道交通电气节能设计解析 摘要: 针对轨道交通电气节能设计,主要从各专业的系统设计方案、新型节能设备的应用、新能源的利用以及有效的能源管理入手,对比各种方案的利、弊,并结合注意事项,提出合理、新型的设计方案。 关键词: 轨道交通;电气设计;节能管理;新技术 0引言 节能设计需符合国家有关法律、法规、标准及规定的要求,对于轨道交通工程项目,从线路规划、车站及车辆段选址、客流运营组织、车辆及各系统设备选型及维护、系统供电等方面进行合理、节能设计,以避免盲目投资和低水平重复建设。轨道交通是个多专业设计的复杂工程,因此应从各专业多方面全方位系统化地贯彻节能设计。 1轨道交通能耗情况简介 轨道交通能耗主要是电能,还有部分是水、柴油、天然气,折算为标准煤后,各种能耗计入总量并算其占比。柴油以线路巡检车使用为主,量很少,在轨道交通总能耗中可忽略不计;生产生活用水与食堂使用天然气两项一起约占总能耗的1%;剩余99%左右都是电能。根据使用类别,电能又可分为列车牵引用电与动力照明等低压设备用电,其中列车牵引用电约占50%~60%。动力照明等低压设备主要有通风空调设备、给排水设备、照明设备、电扶梯屏蔽门等车站设备、通信监控弱电设备、车辆段工艺维修设备等,其中通风空调设备用电量约占低压设备用电量的40%,车站设备约占20%,其余各专业均约占5%~10%。轨道交通地下车站居多,因此通风空调设备与电扶梯设备较多造成其能耗比重较大。了解轨道交通用能情况后,便可针对需要重点节能设计的专业,提出行之有效的设计方案并在后期重点监管。 2项目方案节能设计 2.1牵引节能设计 列车牵引能耗是轨道交通中最主要的能耗,且受到很多专业方案设计的影响,因此在牵引用电节能上需主要注意以下几个方面。 (1)合理的线路方案有助于降低列车的牵引能耗,如尽可能减小长大坡道的提升高度,合理设置节能坡度,站与站间尽量采用最短连接路径。 (2)行车交路应从配线、客流、交路长度及运营角度等方面进行多方案比选,在满足客流需求的前提下,合理分时段设计运行交路与列车对数,尽量提高列车载乘率,少跑空车,以减少对空车和少乘客车辆的牵引用电量。 (3)应通过模拟仿真计算,合理布置牵引所,合理选择牵引变压器容量。 2.2低压节能设计 轨道交通也因含有相当数量的车站与车辆段而产生大量的低压能耗,特别是地下车站更是用能较大的单体建筑,因此在低压用电节能上需注意以下几个方面。 (1)线路的选择应尽量避免地下车站埋深过大,否则通风空调与电扶梯这类主要耗电专业设备数量较多,功率加大,会使整个车站的用电大幅增加。 (2)车站建筑设计应考虑城市规划与周边环境,合理利用资源,根据周边自然环境,结合各专业设计,建立综合节能观念。 (3)车辆段/场选址应有良好的接轨条件,方便行车组织,提高运营效率,减少列车空走距离、空走能耗。选址应结合市政规划、环境保护等综合考虑。总平面也应根据工艺流程合理布局,以减少不必要的调车与设备运输。 (4)通风空调系统、给排水系统及车站设备等应根据其工况合理提出控制模式,设计控制系统。全日车站此类负荷变化较大,存在明显的早、晚客流高峰等特征,其自动控制系统应实现系统的季节性与时间性调节,以达到节能运行目的。自动扶梯采用变频控制,无人乘坐时运营速度仅为正常速度的20%,以减少空载耗电量。 (5)采用就地与集中相结合的无功补偿方式,使功率因数不低于0.9。认真考虑三相负荷的平衡问题,确保最大相负荷不超过三相负荷平均值的15%。 3设备产品的选用 选用低能耗、高能效的设备及产品,是轨道交通节能设计中必不可少的。有评定标准的设备应按国家相关标准选型,无评定标准的应采用先进技术设备,禁止采用国家明文禁止或淘汰落后的设备。 3.1车辆 车辆是轨道交通牵引能耗的使用者,选择适合的车辆,对牵引节能贡献是非常大的。车辆的车型、材料影响着自重,若车体采用整体承载铝合金焊接轻型结构,则车辆自重可合理减少,牵引耗能会降低。满足动力要求时,合理选择牵引电机和车辆编组动拖比,让牵引电机工作在最佳能效状态也是节约牵引用能的关键。空调设备、照明设备、空气压缩机等列车辅助能耗设备也应选择高能效产品。 3.2供电设备 变压器的使用能耗应符合GB/T10228—2008《干式电力变压器技术参数和要求》的规定。电线电缆也应按照经济电流密度要求合理选型。 3.3机电设备 通风空调专业的大型风机属于高耗能设备,应满足GB19761—2009《通风机能效限定值及能效等级》中关于“1级能效等级”的相关要求;车站清水离心水泵(主要有空调系统冷冻水泵与冷却水泵)应满足GB19762—2007《清水离心泵能效限定值及节能评价值》的要求;其余机电设备国家也均有评定要求。 3.4照明 轨道交通工程照明主要采用节能型荧光灯,配电子镇流器,所选灯具及镇流器均应符合国家颁布的相关照明能效限定值及节能评价值的标准。推广应用LED灯也是非常有必要的。 4节能管理 要想达到节能效果,需从系统设计方案、节能产品使用和节能管理体制上考虑。节能管理工作应更加具体化,更具备可实施性。 4.1计量配备 完善的能源计量器具,有利于对运营、车辆设备维护及商业用电实行分别检测和控制,严格成本核算和能耗定额管理。能源计量器具应严格按GB17167—2006《用能单位能源计量器具配备和管理通则》中的要求进行配置及校验。不仅要实行分类计量,对大型用电设备还应单独设置计量进行监控。能源计量器具配备率为:RP=NSN1×100式中,RP为能源计量器具配备率;NS为能源计量器具实际配备数量;N1为能源计量器具理论需要配备数量。 4.2管理措施 有良好健全的节能管理措施才能将节能落到实处,才能发挥设计系统与节能产品的作用。管理措施主要包含健全的节能管理制度、完善的能源机构及人员配备、合理的能源计量器具管理、持续全面的能源统计与监测等,若再配合能源管理系统,则会产生事半功倍的效果。 5新能源新技术的使用 5.1逆变-再生制动装置 目前城市轨道交通系统常用的电制动方式有再生制动和电阻制动。再生制动最大的好处是节能,当列车下坡或进站时,通过再生制动装置,列车的动能或势能转化为电能,返回至接触网被相邻列车吸收,从而使能量得到有效的回收利用,但是再生制动产生的电能很难被完全吸收利用,多余的电能会造成接触网电压升高,影响正常运行。电阻制动将多余电能消耗在制动电阻上转化为热能,可防止接触网电压的持续升高。逆变-再生制动即是用逆变装置部分或完全取代制动电阻,使接触网上多余的电能不再转化为热能,而是回馈至低压配电系统,使能量得到充分利用。 5.2地源热泵系统 轨道交通的车辆段/场面积较大,有采用常温地源热泵机组作为冷、热源的条件。浅埋水平管具有施工维护简单、造价低、受地面温度影响大的特点,但地下岩土冬夏热平衡好,因此可采用地下埋管换热器为单沟二层四管形式的地源热泵。 5.3太阳能与光导系统 轨道交通除了地下车站外也有车辆段/场内大面积的单体建筑及一定数量的高架车站,如何利用自然光与太阳能也是设计应该考虑的问题。高架车站钢结构屋顶与车辆段/场内大型维修库屋面等都有条件设置太阳能板或光导装置,因此可根据城市的太阳光照射情况及建筑朝向和周边环境等因素合理选择太阳能或光导系统。 6结束语 经过对轨道交通设计各专业的思考,体会到电气节能设计不仅牵涉到电气专业或某几个专业,而且牵涉到所有相关设计专业,需总体全面掌控,然后还要贯彻到今后的施工、运营使用等环节,缺一不可,否则无法达到节能效果。 作者:李建华 范越 单位:重庆市轨道交通设计研究院有限责任公司
电力系统分析论文:ETAP仿真软件在“电力系统分析”教学中的应用 摘要:针对“电力系统分析”课程教学中普遍存在“老师难教,学生难学”的问题,使用ETAP仿真软件进行辅助教学,使抽象难懂的理论学习变得直观易懂。以电力系统的电压调节方法为例,进行ETAP仿真软件教学案例设计,实现可视化仿真与课堂理论教学的紧密结合。实践证明,这种教学方法激发了学生的学习兴趣,明显提高了课堂教学效果。 关键词:电力系统分析;ETAP仿真软件;电压调节方法 “电力系统分析”是电气工程及其自动化专业的一门专业骨干基础课程,是学习其他后续课程(如“电力系统继电保护”、“电力系统自动化”、“电力系统微机继电保护”)的基础。学习这门课程需掌握电路、电机、电磁场和高等数学等方面的知识,所涉及的知识面广,理论性强,又包含大量的计算和画图,学生学起来抽象、难理解,会影响后续课程的学习。近年来,随着电力系统的不断发展,电力系统的规模日益增大,新技术不断被应用到该领域中,迫切需要新的教学方法来适应电力系统发展对课堂教学的要求。ETAP是电力系统运行分析的专业仿真软件,它提供完整的图形化编辑器,以简洁的方式对电力系统进行建模,且能快速准确地对系统进行仿真分析,分析结果能以多种形式直观地输出。若在课堂教学中引入ETAP仿真软件,将有助于学生直观系统、深入地学习“现代电力系统分析”课程。而“电力系统分析”教学中引入ETAP仿真软件辅助教学,目前国内处于开始阶段,仅有有限高校引进并开始使用ETAP仿真软件辅助教学,是一个新的发展趋势。本文针对ETAP仿真软件和教学紧密结合以提高学生学习效果,进行了探讨和分析。 一、ETAP仿真软件介绍 ETAP仿真软件是美国OTI公司从1996年开始发行的第一个真正32位Windows环境下电力系统分析计算应用程序,也是全美第一个特许提供给核电站进行电力系统分析的商用软件。[1]ETAP仿真软件确立了电力系统设计和分析软件的标准,经过多年的开发与完善,可以提供全图形的用户界面,以最简洁的方式建立单线图、阻抗图、继电保护图、分析计算图等100多种不同的图形。利用用户界面的编辑工具条,可以很方便地增加、删除、移动和连接元件,放大、缩小和翻转图形,显示或隐藏网络,在用户界面上点击元件后可直接输入元件的各类参数、属性及运行状态等,使用起来非常方便灵活。[2] ETAP软件还具有强大的计算分析和设计功能,可以进行潮流计算、短路计算、继电保护配合、谐波分析、暂态分析、电机起动分析、接地网设计和低压配电系统的设计等。ETAP软件可以将分析结果以直接显示、文本报告的形式、曲线的形式等多种形式直观地输出。[3]因此,ETAP仿真软件其良好的人机界面、强大的计算分析和设计功能、直观简单的电气操作等优点在我国电力系统行业中得到广泛应用。特别是近年来,随着我国电力系统事业的发展,电力系统的容量及单机容量越大,电力系统的结构越来越复杂,学习、掌握优秀的电力系统仿真软件ETAP,将对电力系统规划、分析与实时监控等有很大的帮助。[4]一些高校为了学生更加系统、深入地学习电力系统分析课程,以及在毕业后能尽快地适应工作需要,引入了ETAP仿真软件。 二、ETAP软件仿真与课堂授课的结合 在引进ETAP软件之后,结合多年的课堂教学经验,对“电力系统分析”课程中的若干关键知识点和难点进行了仿真教学案例设计,并应用于课堂教学。电力系统的电压调节方法是“电力系统分析”课程的重要内容,下面就以这部分内容为例,讲解ETAP软件仿真与课堂授课的结合。 1.理论分析 在图1所示的电力系统中,分别采用改变变压器变比、改变无功功率分布的方法调节母线3的电压。画出系统的等值电路,如图2所示。等值电路中,变压器的励磁支路和电缆线路的导纳支路都略去。变压器归算到低压侧的阻抗为ZT,线路的阻抗为Zl。按照“电力系统分析”课程中变压器等值电路与参数计算的理论分析,参数计算如下:, ,通过以上两式计算得到:。电缆阻抗参数为。变压器和线路的总阻抗为,系统中的负荷。母线1的电压为35kV,且保持不变,则理想变压器二次绕组的电压为11kV,线路和变压器阻抗上的压降,母线3的电压,以百分数形式表示。[5] 通过以上公式推导、计算,求得母线3的电压为95.8%。很显然,此电压偏低,若通过并联静电电容器的方法改变其功率分布,需要计算并联的静电电容器应该提供的无功功率,才能将其电压提高到98%。根据静电电容器无功功率计算公式,求得。[6]经过以上的理论分析可知,为将母线3的电压升高到98%,并联的静电电容器需提供1.7Mvar的无功功率。 若通过改变变压器分接头进而改变其变比的方法将母线3的电压提高到98%,需要通过计算选择合适的变压器分接头。系统中的变压器有五个分接头,此时接在主接头上,母线3的电压为95.8%,现若将母线3的电压提高到98%,分接头电压应为,因35-2.5%分接头对应的电压为34.125kV,与此分接头的电压最接近,因此为使母线3的电压提高到98%,分接头改接到35-2.5%。 以上是电力系统电压调节方法的理论分析,整个过程中学生接触到的只有数字和公式,普遍反应抽象、难以理解,若此时通过ETAP软件仿真分析一下,增加学生对电压调节方法的感性认识,将会使电压调节过程变得更加直观、具体和丰富有趣,达到最好的教学效果,从而大大调动学习的积极性,激发学习本门课程的兴趣。 2.ETAP软件仿真分析 首先建立该系统的ETAP软件仿真模型,模型中无穷大功率电源用等效电网U1表示,母线1对应的节点设为平衡节点,负荷1和2分别用电动机Mtr3和等效负荷Lump3表示,并设置好各元件的参数。下面只需点击潮流分析功能模块按钮,再点击运行潮流按钮,即可进行潮流仿真分析。分析结果在建模图上直观显示输出,如图3所示,母线3的电压为95.81%,与理论分析结果一致。不过,此电压值偏低,为改善电压质量,现在通过改变功率分布的方式调节母线3的电压。将静电电容器并联在母线上,设置好其参数,进行ETAP软件潮流仿真分析,其结果如图4所示。从该图中可以看出,并联静电电容器后,母线3的电压升高到98%,此时并联电容器提供的无功功率恰好为1700kvar,与前面的理论分析结果一致。 下面通过改变变压器变比来进行调压的ETAP仿真分析。原来变压器分接头接在主接头上,通过刚才的潮流仿真分析结果看到,对应母线3的电压为95.81%。根据刚才的理论分析,为将母线3的电压升高到98%,需将其分接头改接到35-2.5%上。在ETAP软件中,改变变压器的分接头为35-2.5%,如图5所示。对改变变压器分接头后的系统进行ETAP软件潮流仿真分析,其分析结果如图6所示。从图中可以直观地看到,此时母线3的电压为98.03%,其电压质量提高,和理论分析结果一致。 从上面的分析可以看到,对于电力系统的电压调节方法这部分内容,传统授课方式往往以繁琐的公式推导结合抽象的数学描述进行讲解,学生学习时感觉抽象、枯燥,难以深刻理解并掌握。对于这部分内容,充分利用ETAP仿真软件,多角度地对电压调节方法进行较为全面的论述和论证演示,不仅可以直观地看到系统原来的运行状态,也可以看到并联电容器和变压器变比改变后系统的运行状态,很显然系统的运行状态得到了改善,电压质量得到了提高。整个仿真过程很直观,这样有助于学生对重点和难点部分的理解,同时激发了学习本门课程的兴趣,获得不错的教学效果。 三、结论 ETAP仿真软件能很方便地对各种电力系统进行建模,快速准确地对电力系统进行多种不同运行方式下的仿真分析,且能对比不同运行方式下的结果,丰富课堂内容和教学形式,使学生更加深刻理解电力系统的运行。 本文探讨了ETAP仿真软件在教学中的应用,通过ETAP软件仿真演示,使得相关教学内容实现了直观可视化效果,增强了学生对电力系统运行的感性认识。教学效果反馈也表明学生对相关概念方法的理解更加迅速、概念更加清晰,充分体现了ETAP仿真软件在课程教学中的优势。同时,ETAP仿真软件的学习,使学生真正具备运用理论知识对电力系统仿真分析和计算的能力,有助于学生成为电力系统方面的工程技术、研究复合型人才,为以后从事电气工程设计、运行、分析、控制和保护等工作打下坚实的基础。 电力系统分析论文:广域测量系统在电力系统分析及控制中的应用综述 [摘要]:广域测量系统WAMS(Wide Area Measurement System)利用全球定位系统GPS时钟同步,进行广域电力系统的状态测量,以满足电力系统在空间上广域以及时间之上的同步需求。以下通过对电力系统稳态分析、全网动态过程记录和事后分析等方面的WAMS的应用综述,可见WAMS为电力系统分析和控制提供了新的视角和解决方式,十分具有研究意义。 [关键词]:WAMS GPS 电力系统 一、引言 广域测量系统WAMS是近年以来运用在电力系统前沿技术当中属于最是活跃的领域之一,其核心技术就是PMU,即相角测量单元。目前对于大规模互联电力系统进行动态分析以及控制还存在困难,而广域测量系统的运用在一定程度上缓解了这个难题。 二、PMU测量的原理 PMU是在GPS的相量测量单位的基础之上进行,它属于一种多功能的信号采集系统。除了需要对电压相角的实时测量并且以此来获得参考相位角,还需要实现对电压、电流、有功的实时测量和计算,最终再将得出的数据帧送到调度中心。 PMU的测量原理是:先要通过GPS接收器给出1pps(1个脉冲每秒)信号,然后经过锁相振荡器将这个信号划分成一定的数量以便于采样,被滤波处理之后的交流信号又通过A/D转换器的量化,最后通过微处理器按照递归离散傅立叶变换原理计算得出相量。测量当中相角的测量是一个关键,因为只要有1ms的误差就会相应的带来18°工频相角误差,如果误差需要控制在0.1°,则时间同步的精度需要为5μs。为了保证最后的相位测量,GPS脉冲信号和国际标准同步误差应当小于1μs。 三、广域测量系统的应用 (一)全网的动态过程记录和事故分析 因为WAMS中的PMU能够在同一参考时间框架之下获得在各种扰动之下全网的动态过渡过程信息,所以仅从这个意义上来讲WAMS就相当于是一个大的故障录波器。PMU不仅可以实时上传得到的动态过渡过程信息起到一个监视作用,而且在事故发生之后也能够被用在事故分析之上。 (二)稳态分析 PMU的测量精度较高,一般可以直接对所装节点的电压幅值以及相角进行测量,并且可以避免一般的潮流计算或者状态估计的迭代过程,如果和现有的SCADA系统结合使用的话,可以大大提高系统状态估计的精度。由于现在谐波问题日益严重,可以在相量测量的电力系统的谐波状态估计方法的基础之上,把全系统范围内的谐波状态估计问题转化成为多个单母线系统的状态估计问题,这样做能够从很大程度上降低问题的求解难度。 (三)暂态稳定预测以及控制 如今已经被实际应用在工业当中的稳定控制系统可以分成两种模式:一是“在线预决策、实时匹配”;二是“离线计算、实时匹配”。不过当遇见那些不可预见的连锁故障所引起的大停电之时,这两种模式可能无法得到响应。为了达到对各种系统的运行工况、各种类型故障的完全自适应,可以选择采用WAMS。首先,WAMS提供的系统动态过程的时间序列响应,可以直接应用在某种时间序列预测方法或者人工智能方法系统未来的受干扰轨迹,并且判断出系统的稳定性。但受到电力系统在动力学之上的复杂性影响,此种方式可靠性尚且需要考究。 其次,WAMS通过对系统故障之后的状态初始值的提供,经过在巨型机或者PC机群之上进行一个电力系统超实时暂态时域仿真,通过仿真的结果来得到系统未来的受干扰轨迹,然后根据这个轨迹来判断系统的稳定性。 最后,根据WAMS所提供的系统动态过程时间序列的响应,先利用某种辨识方法得到一个简化系统动态模型,再对这个模型通过超实时仿真,通过这个仿真最后能够得到系统未来的受干扰轨迹,并且以此来判断系统的稳定性。 (四)电力系统动态模型辨识和模型的矫正 一个正确有效的电力系统动态模型是对所有的电力系统进行动态分析和控制的起点。电力系统动态模型可以通过在各离散时间点之上差分化为一系列的非线性方程,然后利用WAMS所获取的全网动态过程的时间序列信息对其动态模型进行辨识和模型的矫正工作,最终使负荷建模的准确性得到提高。 (五)低频振荡分析和抑制 随着大电网的互联,区域间的低频振荡对互联电力系统的安全稳定运行构成威胁。一般情况如果只在本地信息的阻尼控制器基础上去抑制区域间的低频振荡效果不会非常好,面对这样的情况可以选择采用WAMS信号的区间阻尼控制器附加至发电机励磁控制器当中,从而达到抑制区域间振荡的目的。在使用WAMS信号作为控制器输入的时候,需要注意信号的时滞问题,当时滞太大的时候就很有可能会导致闭环系统不够稳定。 (六)电压、频率稳定监视及控制 因为静态电压问题以及频率稳定是属于慢动态的范围,所以相较于暂态稳定的问题,前者更容易利用WAMS信息来实现稳定的监视以及控制。可以利用WAMS提供的实测信息辨识出一个用于稳定电压分析的系统动态模型,并且在此基础之上预测系统电压的稳定性。也可以利用WAMS得到各个节点的电压相量测量值,并且将系统通过等值的方式分成两节点系统,这样的方式可以快速给出电压稳定裕度。在电压稳定控制方面可以利用WAMS提供的实测信息辨识出一个用在低频减载系统的动态模型,并且在此基础之上预测出系统的频率稳定性,然后对某一个给定的频率门槛值给出应当要切除的负荷量。 (七)全局反馈控制 对于全局信息的反馈和控制,可以在WAMS信号的全局电力系统稳定器控制的基础之上,通过仿真得出全局电力系统稳定器比分散/就地电力系统稳定器的控制效果更好。考虑到电力系统的固有非线性,可以在WAMS信号的全局非线性励磁控制器的基础之上,通过仿真的结果表明,和完全分散的非线性励磁控制进行比较,它明显可以更大的提高系统的暂态稳定性。 (八)故障定位及线路参数测量 故障定位的方法主要有两种:第一是阻抗法,这种方法有一个缺陷,是不能排除故障对于过渡电阻的影响。第二是行波法,行波法相较于阻抗法是可以达到不受过渡电阻影响的目的。而WAMS的使用,可以通过PMU来获取电流相量以及输电线路实时的电压,然后再通过一种经过改进而得到的离散傅立叶变换提取当中暂态电气量的基频分量,这样做就可以大大提高定位的精度。 结语 通过以上对WAMS在全网的动态过程记录和事故分析、故障定位及线路参数测量等方面的应用综述,可以看出WAMS的优势很多,在以后的研究当中可以更加充分利用它的优越性以更好的分析和控制电力系统。 电力系统分析论文:关于并行处理在电力系统分析中的探讨 摘要:近十几年来, 电力系统并行计算技术发展很快, 一些机电暂态仿真并行算法不断地被提出。从实现原理来看, 所提出的并行算法大致可分为空间并行算法、时间并行算法或两者的结合—时空并行算法。其中, 空间并行算法是将系统分割为小的子系统后并行处理各个子系统; 时间并行算法则是通过同时求解多个积分步长来实现。从参与并行计算子任务的计算量来看, 又可把并行算法划分为细粒度并行算法和粗粒度并行算法。 关键词:电力系统分析计算并行处理分 布式处理 引言: 并行处理是一种极有发展前途的技术。复杂故障计算是电力系统仿真计算中最重要、计算量最大的部分之一,己经成为大型电力系统实时仿真的瓶颈。由于求解故障端口间等值阻抗的复杂性, 传统方法不适用于并行处理。作者提出了一种可用于大型电力系统数字仿真的复杂故障并行计算方法。算法中采用了故障处理局部化、降维网络方程的构造和线性方程组并行处理等多种技术, 以减少并行计算量和通讯量。 1 并行处理技术概述 并行处理仅有不足20 年的历史, 是半个世纪来在微电子、印刷电路、高密度封装技术、高性能处理机、存储系统、外围设备、通信通道、语言开发、编译技术、操作系统、程序设计环境和应用问题等研究和工业发展的产物。并行处理已成为现代计算机的关键技术之一, 并以不同的方式, 在不同的级别上渗透到其他应用领域。 计算机应用可以归纳为向上升级的4 类: 数据处理、信息处理、知识处理和智能处理。无论是哪种处理, 都具有能同时进行运算或操作的特性, 称为并行性。并行性在不同的处理级别中可表现为多种形式, 如先行方式, 流水方式, 向量化、并发性、同时性、数据并行性、划分、交叉、重叠、多重性、重复、时间共享、空间共享、多任务处理、多道程序、多线程方式和分布式计算。开发并行性的目的是为了能用并行处理来提高计算机的求解效率。并行处理是通过两个或多个处理器以及处理器之间的通信系统的协作完成问题的求解。它着重于发掘被求解问题中的并行性, 使其达到较高的级别。 分布式处理是利用计算机网络来实现并行处理的一种技术。网络中各计算机以并行方式共同完成某项事务处理, 或将一个大处理流程分开由各点计算机处理, 在网络内各计算机彼此能相互存取信息和寻址, 多个计算机同时工作这一点对用户来说是透明的。 并行处理技术是硬件、软件、语言、算法、性能评价等多方面技术的综合。可以分为: 并行系统结构、并行算法、并行操作系统、并行语言及其编译系统等。 并行系统结构研究以何种方式将众多的处理机与存储系统、1/ 0 系统组成一个完整的并行处理系统的技术问题, 如硬件的器件和互联拓扑结构的选择, 同步通信机制的设置, 以及并行软件的配置等。并行操作系统用于支持并行处理, 实现进程(或线程) 间的通信和负载均衡等问题。目前并行操作系统主要有多处理机并行操作系统和多计算机操作系统。 2 并行处理技术在电力系统中的应用 2.1 在潮流问题中的应用 潮流问题描述了电力系统的稳态情况, 因而潮流公式或经过一些修改的潮流公式是优化潮流和暂态稳定等重要问题的基本成分。一个有效的潮流并行化方法同样也会有助于加快其它问题的求解, 因而早期关于并行处理在电力系统中应用的研究主要集中于并行化潮流问题的求解上。虽然问题并没有解决, 但近年来关于这方面的报道明显减少了。 潮流计算是求解一组由潮流方程描述的非线性代数方程。传统的串行解法充分利用了稀疏矩阵技术、三角分解前代/ 回代技术、节点优化编号技巧和快速分解法, 使得潮流计算已经能够在线运行, 从而大大减小了并行化潮流计算的动力。 已有的并行化潮流计算的许多工作都集中在并行化三角分解、前代/ 回代上, 如: 通过对矩阵的重新组合分块来发掘并行性; 降低由最大因子路径长度决定的顺序执行步数; 采用适合于向量机的向量化算法; 多重因子分解方案和稀疏逆因子方案; 基于电力系统运行模式及人工神经网络的潮流并行算法; 利用超立方体结构寻找稳态稳定大矩阵的特征值和特征向量。在超立方体结构并行机上的一个实践表明, 快速分解牛顿潮流法的并行算法可以获得近似10 的加速比。在B al a nc e 和A li a nt 共享内存并行机上, 松弛牛顿法也可以获得几乎相同的加速比脚。 2. 2 在电力系统暂态稳定中的应用 电力系统暂态稳定分析需要求解描述旋转运动的时变微分方程和描述电网的代数方程, 这组微分代数方程(D A E ) 具有多种非线性, 数值方法中的逐步积分法被用来获得时域解。如果通过并行处理技术, 能极大地提高速度, 在线暂态稳定分析也将具有很好前景。 将暂态稳定问题并行化有两个途径: 1. 将系统的变量分组, 称为( 变量) 空间并行化; 2.使几个时间段可以同时求解, 称为时间并行化。非常明显的空间并行化是将微分方程分解成每个发电机一组的多个方程组, 而由代数方程提供它们之间的藕合。时间上的并行是形成每个时间段的牛顿方程, 然后同时求解。龙格库塔法和隐式积分法也被并行化过, 但问题的分解和随之而来的松弛会产生许多新的变量, 使求解复杂化。有的先将网络方程分解, 然后在微分方程或差分化的方程组上实施松弛法, 如对微分方程实施的波形松弛法。有的将差分化的微分方程和代数方程一起, 对每一个系统变量在所有的时间段中通过皮卡德( Pi ca rd ) 松弛法分解并同时求解, 从而提供在时间和空间上最大程度并行化的方法。有的在频域中将暂态稳定问题向量化以获得并行性。上述方法的共同困难是收敛性较差, 通常要经过更多的迭代次数才能收敛, 有时甚至难以收敛。 对暂态问题的细粒度并行化, 也遇到了许多困难, 所获得的效果不很理想。为此粗粒度的并行化也被研究过, 如通过同时计算在不同节点上的故障来并行化, 当S Y R E IJ 稳定计算程序在一个16 节点的超立方体计算机上实现时, 可以获得一个数量级的加速比。与之相似的是在一个基于D O S 共享内存的多处理机上的实验也表明, 多区域可靠性计算、采用蒙特卡洛法的水电发电费用仿真和针对不同故障的矫正方案计算, 是可以被高效并行化的。 3 对并行处理在电力系统应用的若干看法 3.1 充分利用已有的分解/ 聚合技术 在并行处理成为一个研究热点之前, 已经从时间和存储角度出发, 针对电力系统的一些问题开发了分解/ 聚合的方法, 即将大问题分解, 在串行机上分别求解, 然后聚合得出整个问题的解。所以在并行处理中, 应充分利用这些已有的分解/ 聚合技术, 对所要求解的大问题进行合理的分解, 调节子问题间的祸合度、相关性, 使整个问题的求解效率最高。 3.2 结合问题本质选择合理的并行粒度 由以上分析可知, 在电力系统基本问题的数学结构中, 并没有显著的内在的并行性。开发细粒度的并行算法(如在潮流问题中和电磁暂态问题中), 难度很大。并行计算理论、并行处理系统(硬件、语言、编译器)等方面的不成熟, 也为开发细粒度的并行算法造成了障碍。而类似于在暂态稳定分析中, 对不同算例计算的并行; 能量管理系统中, 基于功能划分的并行; 系统规划中, 基于不同方案的并行等, 都是在粗粒度上的并行, 各并行子问题间的相关性很少或没有相关性, 从而可以获得很高的并行加速比, 并能充分利用现有的网络资源、计算机资源、软件资源,使系统的性能价格比较高。 3.3 加强测试与评估 以往的研究大部分都集中在并行算法的开发上, 算法在并行处理系统上的测试很少, 仅有的测试结果并不很理想, 在并行加速比的强壮性方面, 也并未提供有价值的信息。实际上, 计算的效率取决于并行算法对并行处理系统的适应程度。对于一个特定问题的一种并行化方案, 必须在实际的并行处理系统上对大量不同的算例进行测试、评估。 3.4 考虑生产的实际需要 并行处理的根本目的是以尽可能小的代价获得尽可能高的生产效率。并行处理的开发要依据生产需要, 并不是任何问题都需要或适合于并行处理。由于单个处理器能力的提高, 使得某些问题采用串行算法在一台计算机上也能满足要求, 因而对这些问题进行并行化研究的实用价值就很小。 4 结语: 并行处理技术的发展, 为解决电力系统问题提供了一个颇具吸引力的机会。但由于并行处理技术的研究刚刚起步, 并行处理的理论、软硬件技术和有关并行处理应用的实践经验, 都还在不断地完善之中, 如何有效地将并行处理技术同电力系统问题结合起来, 满足电力生产的需要, 需要认真考虑。本文首先简述并行处理及其分布式实现, 接着对并行处理在电力系统中的应用进行了分析。 电力系统分析论文:电气工程专业“电力系统分析”教学改革探索 摘要:根据应用型人才培养的特点,对电气工程及其自动化专业“电力系统分析”课程的教学模式、教学方法与教学手段进行改革与实践。在理论研究和实践探索的基础上,构建了“理论、实践、应用”三大模块的教学模式,将理论教学、课程设计、综合实验三者进行有机的结合,强化了人才培养质量,提高了学生的综合素质。 关键词:电气工程及其自动化;电力系统分析;课程改革;能力培养 高等工科学校培养的是应用型高级专业技术人才,其将来从事的是一些专业性质较强的工作,其目标是培养基础扎实、适应能力强、创新能力强、工程实践能力强、素质高的高级复合人才。在更新教育思想观念的基础上,改革高校的人才培养模式,构建新型应用型人才培养模式,是工科高等教育改革的主要内容。电气工程及其自动化专业是长春工程学院电气与信息学院的主干专业、试点专业,是国家级特色专业,“电力系统分析”课程是电气工程及其自动化专业的主干课程,是校级精品课课程,也是考研课程。该课程在电力系统知识体系中起到承上启下的作用,本课程教学质量的好坏,直接影响到后续专业课的教学,因此对该课程进行教学改革具有十分重要的意义。 一、课程改革的主要思路 “电力系统分析”课程系统性、实践性强,它涉及到整个电力系统规划、设计和运行的多个方面,内容丰富,综合性强,适合实施新型教学模式。为了提高学生的综合素质,强化能力的培养,在提高课堂教学质量的基础上,对原有课程设置的内容及实践环节进行多方面的改革,主要思路是:跟上信息时展的步伐,合理整合理论教学内容,加强实验与实践环节的教学,加强计算机应用的能力,强化实践教学的效果,利用好现有的实验室和实习基地,构建“理论、实践、应用”三大模块的教学模式,使学生在实际动手能力、独立创新能力、团队合作能力方面有所提高。 二、教学内容的改革 “电力系统分析”课程具有很强的理论性和实践性,注重理论与实践的密切结合是改革的关键问题。经过多年的研究与实践,构建了“理论、实践、应用”三大模块的教学模式。 1.理论教学内容的整合 合理整合理论教学内容,压缩理论课的学时是课程改革的一个主要内容。以往理论教学的内容由两门课程分两个学期进行,即“电力系统分析”与“电力系统计算机辅助计算”,前者包括电力系统稳态与暂态的全部理论内容,学时数为75学时;后者包括电力网络的数学模型,电力系统短路电流、潮流、稳定计算的计算机算法的原理、计算程序及上机实践,学时数为30学时,两学门课程的总学时数为105学时。 改革后将两门课程合并为一门,将“电力系统计算机辅助计算”中计算机算法的原理内容放在“电力系统分析”课程中进行教学,将“电力系统计算机辅助计算”中程序的使用、上机实践操作放在课程结束后的课程设计中进行。此外,将“电力系统分析”课程的部分内容进行精减,学时数压缩到72学时。在教学中,对于重点内容突出基本概念、基本原理;对于难点内容的处理有两种方式:既是难点又是重点的内容,强调基本概念和原理,是难点但不是重点的内容,以够用为度。 几年来,对教学内容进行了多次修改。基本原则为注重基本概念、基本原理,强化应用能力培养。优化后的教学内容,以“够用为度、注重应用”为指导思想,着重阐明电力系统的基本理论和基本概念,注重理论联系实际及计算机的应用能力,内容由浅入深、逻辑性强、重点突出、易于理解。 2.实践教学内容的整合 实践教学的改革是“电力系统分析”课程改革的另一个主要内容,改革后的实践教学包括课程设计、综合实验。 课程设计在“电力系统分析”课程结束后进行,时间为2周。以往的课程设计包括两个方面,一方面是电力网络方案的确定,另一方面是对最佳方案进行潮流计算(手算法)、无功平衡验算、变压器分接头的选择。改革后的课程设计,一是进行网络方案选择的常规设计,二是对最佳方案进行潮流、短路电流的计算,计算方法采用计算机算法,要求学生结合所确定的网络方案编写数据文件并上机实践。计算机算法上机实习不占用理论教学的学时,这样既减少了理论课的学时又增强了学生的计算机应用能力,也为毕业设计及今后的工作打下了基础。 以往的课内实验是在理论课教学过程中进行,受学时数限制通常做两个实验。由于电力系统实验较多,每个实验需要的时间较长,为使学生能够连贯完成各项实验,也为了节省理论课学时,我们将课内实验取消,改为在理论课和课程设计结束后集中一周时间进行电力系统综合实验,并增加了实验项目。改革后的“电力系统分析”综合实验开设同步发电机的启动和调整实验、稳态运行方式实验、电力系统功率特性实验、电力系统暂态稳定实验、复杂电力系统运行方式实验等。通过综合实验,提高学生对“电力系统分析”课程核心内容的理解,提高他们对于电力系统设计、规划、优化运行与控制的认识,为学生毕业后从事该领域的工作建立一个专业基础背景。 3.应用能力的提高 电力系统的综合实验包括验证性实验、综合设计性实验,学生通过实验的设计、参数的调整和在教师指导下的问题排查,不仅激发了学生学习兴趣,提高了学生主动学习的积极性和自觉性,而且使学生工程能力得到了训练和提高。学院制定了有关实验室开放的管理制度,从人、财、物上确保实验室开放工作到位。为了满足学生做实验、进行毕业设计(论文)的需要,有关实验室调整开放时间,尽量满足学生的实验要求,合理安排开放的时间和内容。实践表明,实验室开放为学生实验、学生课外科技活动创造了良好条件,学生毕业设计(论文)的水平不断提高,参加各种科技竞赛的成绩也不断提高。 三、教学方法的改进 受传统教学思想影响,高等工科院校的课堂教学,主要以注入式应试型为主。在教学内容上偏重于讲授原理、法则、公式、方法,对知识的背景与产生过程,知识的实际应用,知识与能力素质培养的协调关系重视不够,妨碍了知识传授中能力与素质教育的实施。为此,我们对教学方法进行了改进。 1.启发性的探索式、讨论式教学方法 在教学过程中,尽可能提高学生学习的主动性,提高学生横向思维的能力,特别注重师生间的双向交流,发挥学生的积极性、创造性、参与性。在教学过程中,适当地引出一定量的问题让学生思考,如:“调压与调频有何不同?“串联电容补偿与并联电容补偿在调压上有何异同?”等。或者是要求学生自己对问题提出看法,向教师提问,在学生提问的过程中,也向教育者自身提出了有利的挑战,为教育者提供了实践的教学素材。经常举一些实际的例子帮助学生理解所学理论,同时也使学生对本学科的前沿知识及发展趋势有所了解。这种教学方式实质上就是从“灌输式”教学向“启发式”教学的转变。 2.课外研究性、设计性学习法 由于“电力系统分析”课程涉及到整个电力系统的规划、设计和运行,内容丰富,综合性强。要学好这门课程,学生需要较大的课外投入。由于课堂学时十分有限,为了更好地引导学生进行课外学习,提高学习效率,我们设计了研究性课题,以专题研究的形式,让学生讨论,如:“改变变压器变比调压,低压侧要求的电压作为已知条件给出时有几种给出方式”,这个问题让学生讨论、总结、归纳。这种教学方法激发了学生的学习研究兴趣,鼓励学生积极去做,培养学生分析问题、解决问题的能力。再比如,“教材上介绍调压的方法有四种,那现场实际是否也是采用这四种方法?”这个问题让学生上电力网站查询。这种教学方法可结合工程实际将现代科技、运营机制在电力系统中的应用情况、各种新技术新设备的应用情况有效而合理地体现在教学之中。 3.自学法 由于学时数有限,教师不可能也没必要将所有内容都在课上进行详细讲解。为了提高学生的自学能力,对部分章节内容安排学生自学、讨论,教师辅导或做小结。 四、教学手段的运用 现在的教学手段绝大多数采用多媒体教学,虽然减少了板书和画图时间,增加了信息量,但也会带来新的问题:由于信息变化太快,学生没有时间思考,对所学内容都是一知半解,从而加重了学生课后负担。因此,采用黑板、粉笔等传统教学与多媒体教学相结合的教学手段是提高教学效果、教学质量的一项重要内容。 1.采用多样化的教学手段 在近几年的教学过程中,我们注重多样化的教学,对于简单内容,让学生自学;对于重要的概念、公式等需要严密推导、细心消化的内容还是采用传统的黑板粉笔模式,以加深学生的印象;对于平面图、程序框图、结构原理的介绍,直观形象、动态变化的内容和最新的技术发展内容采用多媒体投影设备、相关的影像资料及CAI课件的形式进行教学;对于复杂的计算,运用计算机程序进行演示;同时充分利用网络资源与学生们建立互动关系。这种多样化的教学收到了很好的教学效果。 2.现代教育技术的应用 (1)与课程教学相匹配的CAI课件。为配合课程教学,自行制作了“电力系统分析”课程CAI课件,并进行了多次修改与完善。CAI课件对教学起到了极大的辅助作用,提高了教学效果。 (2)MATLAB计算软件平台及计算程序。“电力系统分析”课程的计算机辅助教学,可以培养学生运用计算机解决专业问题的能力,引导学生掌握现代系统分析与设计的手段。我们编写了节点导纳矩阵形成、节点阻抗矩阵形成、故障计算、潮流计算、稳定计算等15个程序,并运用VC语言开发了可视化的软件平台,使学生掌握运用计算机解决实际问题的方法,为毕业设计和今后实际工作中计算机开发能力的养成奠定基础。 (3)“电力系统分析”独立网站。建成了“电力系统分析”独立网站,网站涵盖整个教学的各个环节,即:课前预习、课堂教学、课后复习、实践教学等,内容主要包括:课程简介、教学大纲、电子教案、课件、习题库等10多个模块。 借助于学校方便、快捷、覆盖面广的局域网,学生可进行课程学习、自测等自主学习,借助“网上答疑系统”可突破时空的限制,通过师生之间的交流,及时解决学习中遇到的疑难问题。另外,本网络教学平台还提供了辅助教学资料,通过这些教学资料的阅读,极大调动了学生学习的积极性。 五、结束语 几年来,在教学观念、教师队伍、教学内容、教学方法、教学手段、实践教学等方面进行了全面的改革研究与实践,构建了“理论、实践、应用”三大模块的教学模式。“电力系统分析”的课程建设经过多年的探索与实践已取得成效。实践证明,只有优化理论课程,强化实践环节,探索课程建设,才是提高教学效果的有效途径。 电力系统分析论文:“电力系统分析”教学改革研究及实践 摘要:为了应对现代工程教育的发展,更好地适应社会及企业对专业人才的需求,从课程理论体系构建、实验环节强化、考评方式优化等几方面对“电力系统分析”课程进行了探索和改革。实践证明该课程改革教学效果良好,学生的综合素质得到有效提高,为其他工程专业课程改革提供了借鉴经验。 关键词:电力系统;专题讨论;综合实验 大学教学改革是大学教学发展的最主要途径,[1]课程改革是大学教学改革的核心环节。山西大学工程学院(以下简称“本校”)作为地方应用型大学,其人才特征和培养模式要适应地方经济社会的需要。围绕山西综合改革实验区的建设和山西电网中长期规划,本校开展对涉电专业课程教学改革,其中“电力系统分析”是首门试点课程。它是本校电气工程及其自动化专业的必修课,由电力系统稳态分析、电力系统暂态分析和实验课组成。学生对该课程的掌握程度直接影响其后续课程的学习及今后的就业和工作。 随着现代电子计算机技术、信息通讯技术及控制技术的快速发展,电力系统也发生了巨大的变化,许多新原理、新技术广泛应用于电力企业,与此对应的电力系统学科也发生了变化,原有的学科体系与现代人才培养目标存在较大差异,已经不能适应现代电力工程教育发展的要求。[2] 为此,笔者从理论教学体系和实践环节等几方面,对“电力系统分析”课程进行了一系列有益的探索和研究,以加强学生理论知识水平和实践动手能力。 一、“电力系统分析”课程现状分析 “电力系统分析”课程理论性较强,内容丰富、抽象,公式繁多,客观上使学生不易理解和掌握;另外还存在如下主要问题,使学生在校所学的知识技能不能适应实际工作。 部分知识陈旧,目前的教学内容大多处于上世纪90年代水平,而近十多年来是电力系统发展最快的时期之一,现在的教学内容没有很好地反映这些变化;课程内容安排不太合理,部分知识点在逻辑上有不连贯之处;教学手段比较机械单一,多媒体技术应用不广或效果较差,难以吸引学生的注意力,学生学习兴趣不高;电力系统企业厂网分家,发输分离,市场化等改革及学校实习经费的减少,使学生现场实习的机会更少,实践环节被严重弱化,[3]认识实习、专业实习流于形式,难以达到理想的效果。 二、理论课程体系构建 1.优化课程内容和结构 根据本校培养应用型高级人才的目标,课程以知识面为单元,理论课紧凑、系统化,体现小而精的思路,各单元之间既相互独立,又相互联系,本课程组将“电力系统稳态分析”和“电力系统暂态分析”两门课程共计118学时压缩到72学时;将“电路”、“电机学”等基础课程安排在前一学期完成,按照潮流计算、调频调压、短路分析、故障计算、稳定性分析等次序安排章节,删减前期课程学过的内容。例如:“电路”课程讲过的导纳矩阵的计算机形成及修改,“电机学”学过的电机等效模型及电压磁链方程等内容,去除无功补偿装置手工整定等工程经验性强、应用性差的内容。 课程组还补充了近十几年来电力系统专业的新理论、新方法、新技术等成果,以体现现代电力系统的实际情况。例如,在介绍新能源发电中,补充了高渗透率下大规模风电场接入电网对电力系统的影响;风光互补对提高新能源并网稳定性等;电力市场环境下电力系统经济性分析;智能微电网的运行与控制策略;特高压交直流输电概述等内容。 同时,根据实际情况,不定时请行业知名专家举办讲座,介绍电力系统的新发展及典型案例等。例如,8.14美加大停电、国家电网“十二五”规划解读、印度7.30-31东北部大停电等,讲座提高了学生的学习兴趣,强化了专业教育,扩展了专业背景,深受学生的欢迎,收到了很好的效果。 2.多种教学方法综合应用 “电力系统分析”课程中大部分内容是很多年来形成的成熟知识,具有很强的工程性,逻辑性相对较弱,对此,笔者在教学中进行了如下几方面的改革: (1)打破传统的单向授课方式,与学生适当互动。笔者针对每堂课的内容,在上课前,为学生提出2~3个经过精心准备的问题,鼓励学生带着问题听课,积极主动思考,并进行少量的问答讨论,让其在积极的气氛中学习,培养他们的创新思维和自主学习兴趣。 (2)采用相似教学法,易于学生理解。将抽象难懂的问题转换成学生熟悉的事物,进行相似性变换讲解,这样对学生理解难点非常有帮助。例如:将电力系统功角稳定问题类比为多匹马共拉一辆车的情况;无功变换类比为弹簧伸缩问题等,这些都给学生留下深刻的印象。 (3)采用先进的教学手段。笔者利用现代先进的计算机和丰富的信息资源,制作了大量生动的多媒体课件,极大提高了学生的学习兴趣及学习效率,丰富了教学内容。 本校组织教学经验丰富的教师、计算机水平较高的教师和学生代表,从各种资源库中找到的彩色实物图片和相关视频,制成多套动画及ppt,将原理、控制过程与实物结合起来一起讲解,使电力系统难以理解的概念、原理、控制过程等形象化。例如:讲解PARK变换时,将abc轴系与dq0轴系各向量之间的关系用形象的动画表达出来,使原来需要用30分钟讲解的内容缩短到15分钟,而且过程清楚形象,学生容易理解。 三、实践环节设计 充分利用先进的实验室资源,加强学生对概念、原理等的理解,更好地了解和掌握电力系统现场运行情况。 1.进行综合性实验 在以往的实验课中,大部分是验证性实验,内容比较单调、机械。本校从2010年开始,利用中央财政支持地方高校建设资金建立了电网综合自动化实验室,购买了PSASP,PSCAD/EMTDC等电力系统分析软件,丰富了实验资源。电网综合自动化实验室有3台发电机,可以模拟多个电压等级的开、闭环系统,可以进行电力系统要求的相关实验,实验教师设置故障及异常,学生根据现象分析问题,解决问题;或者教师提出具体要求,学生根据要求设计电路,观测实验现象,教师进行指导评价,在整个实验过程中,学生自己动手,充分发挥他们的能动性,有利于培养他们的工程素养。 2.优化实验内容 教师应从实际电力系统的特点及“电力系统分析”课程的特点出发科学安排实验内容,从简单到复杂开设实验,具体顺序为:系统潮流分析、发电机运行方式改变、电力系统静态稳定分析、切负荷、电力系统短路分析、故障分析等。 3.将科研成果转化为实验资源 多年来,课程组教师们承担了大量的省级纵向研究课题及山西电力公司等企业横向项目,取得一定的科研成果并将它们应用到实验中。例如,电压型SVC补偿装置研究,获得山西省科技进步二等奖,利用此项目改进了调压实验;特高压操作过电压柔性限制措施研究,获得山西电力公司科技进步三等奖,利用该项目成果开设电力系统过电压仿真实验,同时为研究生进行科研创造了一定的条件;通过山西省科技重大专项“风力发电机组远程监控和故障诊断”,建立了微电网实验平台,并开设了微电网运行与控制方法实验。这些都丰富了实验内容,强化了与电力系统实际工程的结合。引导学生通过观测实验数据和分析现象,进行机理分析,紧密与理论课相结合,极大调动了学生自己动手的积极性,收到了良好的效果。 四、实施方案及应用情况 经过两年多的研究,本课程组的改革方案已于2010年在电气工程及其自动化专业本科生中开始实施,从改革之初就受到学校和系两级领导的高度重视,得到山西省特色专业建设项目资助,并且“电力系统分析”已成为校级精品课程。 整个课程的考评由笔试、专题讨论和实验三部分组成,所占比例分别为40%、30%和30%。笔试根据教学大纲进行。专题讨论的题目提前两周给出,论题的主要内容包括:电力系统无功补偿、特高压输电过电压限制措施、潮流计算机算法等。学生充分利用课外时间,广泛阅读、讨论和思考,培养他们进行科学研究的基本素质,最后教师根据学生撰写的研究报告及小组答辩情况给出成绩。实验部分以综合实验为主,教师根据学生在实验中的表现及最后提交的实验报告确定成绩。 该方案实施两年多来,受到学生的普遍欢迎和学校的认可。由学校相关部门组织,对本校2010级、2009级电专业各30个随机抽查的学生进行的综合测试中,2010级学生的合格率达到89%,高出2009级近十个百分点,这表明该课改方案教学效果非常明显。它同时也成为学校教学改革的典型,在本校动力工程系、自动化系等工科类系推广。 五、结论 围绕培养应用型高级人才的目标,课程组对“电力系统分析”课程在教学内容、结构、实践及考评方式等方面进行了较大地改革。该方案优化了理论教学,增加了实践环节,使学生的综合能力得到提升,得到师生的普遍认同,更加适应现代电力工程教育的发展趋势。 电力系统分析论文:应用型本科“电力系统分析”教学内容与方法探讨 摘要:“电力系统分析”是电力工程的基础理论,是电气工程及其自动化专业的核心课程,该课程具有理论性强同时又密切联系工程实际的特点,在专业课程体系中占有十分重要的地位。结合皖西学院建设“省级示范应用型本科”的背景,对新办的电气工程及其自动化专业的“电力系统分析”课程的教学内容和方法进行广泛、深入地探讨与研究,并就目前面临的困难和问题提出可能的解决思路,为更好地适应学校定位,培养出合格乃至优秀的专业技术人才奠定基础。 关键词:应用型本科;电力系统分析;教学内容;教学方法 电气工程及其自动化专业是本校于2009年新申办的本科专业,2011年春学期首次开设“电力系统分析”课程,对于该课程的教学内容和教学方法,本校没有任何经验,只能借鉴其它学校的做法,但由于各个学校的办学定位和专业培养方案不同,其经验往往不能照搬照抄,而必须结合本校的实际情况加以适当地调整和修改。在本校该专业的课程体系下,如何合理地协调“电力系统分析”和其它相关课程之间的关系,使得该课程能够较好地满足建设示范应用型本科的工程实践要求,同时激发学生的学习兴趣,提高课堂教学效果,是当前亟须解决的问题。 电力系统是由电能的生产、输送、分配和消费的各环节组成的一个复杂整体,[1]与别的工业系统相比较,它的规划、设计、建设、运行和管理是一项更为庞大、复杂的系统工程。“电力系统分析”课程是这项系统工程的理论基础,其作为电气工程及其自动化专业的核心课程,是由通识课程、基础理论课程向专业课程过渡的纽带,具有承上启下的作用。该课程不仅具有很强的理论性,同时又密切联系工程实际,其一方面讲述了电力系统中最基本的理论知识和分析方法,另一方面其内容涉及到“电子技术”、“电机学”、“控制理论”、计算机等课程的知识,使学生必须将已学习的相关基础课程知识应用到该课程中,是电力专业人才必须熟练掌握的基本理论和计算技能,对电力系统工程学科的学习起到至关重要的作用。 本文在借鉴其它学校经验的基础上,结合本校的办学定位和该专业的培养方案,通过对该课程教学内容和方法进行全面、深入地探讨和研究,提出了“立足基础,了解全局,工程优先,兼顾理论”的课程教学内容设置原则,确定了采用理论教学与工程实践互补、课堂讲授和现场演示结合、强化教学互动等教学方法。 一、教学中面临的主要问题 调查结果表明,多年来大部分高校一般都将“电力系统分析”的教学分为两个部分进行,即电力系统稳态分析和电力系统暂态分析。课程的主要内容包括电力系统的基本概念、电力系统各元件的特性和数学模型、电力系统的潮流计算和控制、电力系统的运行调度和优化、电力系统故障分析以及电力系统的稳定性等。[1-3]选用的教材主要有中国电力出版社的《电力系统稳态分析》、《电力系统暂态分析》和华中科技大学出版社的《电力系统分析》(上、下册)等,课时通常为96~120个学时。在教学过程中,教师往往更加注重于理论分析和手算部分的教学。 随着电子技术、计算机技术和信息技术的发展,以及当前用人单位对本科人才质量需求地不断变化,原有的“电力系统分析”的教学内容和教学方法有些已难以适应现代人才培养需要,尤其是对应用型专业技术人才培养的需要。在该课程的理论课程教学上,目前普遍面临着如下问题: 课程的理论分析内容过多,面面俱到且系统性不强,内容抽象、难点很多、学时多,学生学习负担很重,容易失去学习信心;公式多,且其中有较大部分源于工程实践(有些为经验公式),逻辑性和系统性不强,教学时比较容易让人感到枯燥乏味和理解困难,学生的学习兴趣不高;新科研成果更新较快,而多数教材的内容仍处于21世纪初的水平,没有充分体现近十年来本学科的最新进展,例如,未能重视电力系统分析中的计算机计算与仿真方法、柔性交流输电系统(FACTS)的基本原理、高压直流输电系统(HVDC)等;教学方法比较单一,仅对教学内容进行抽象地理论分析和推导,很难使学生记忆深刻,而且,学生不知道如何应用相关理论解决实际工程问题,教学效率和效果偏低,更难以适应应用型人才培养的需要。 二、课程内容设置探索 本校属地方性本科高校,电气工程及其自动化专业是为了适应地方社会经济发展,满足对应用型人才的需求而申办的新专业,其定位为服务地方经济建设,培养基础扎实、知识面宽、实践能力强、具有创新意识和创新能力的应用型高级技术人才。因此,本校在该课程内容设置时,除了需要考虑上述的通性问题还必须兼顾以下特点: 为了适应本校应用型人才培养的需要,该专业的课程体系中设置的实践类课程较多,而理论类课程偏少,相应地在电力系统工程方面的专业基础课程设置也较少。本课程作为该专业的一门核心专业课程,其不仅承担着培养学生掌握电力系统分析的理论与方法的任务,还必须兼顾使学生全面了解电力系统及其运行控制原理等基础知识的重任。 考虑到本校的办学层次和“应用型本科高校”的定位,学生的理论基础与重点大学相比有一定差距,而且就业领域也主要面向工程实践和生产一线,因此,该课程开设过程中需要强化基本分析方法的学习和应用,着重培养学生应用基本理论与方法解决实际工程问题的能力。 随着社会对高层次人才的需求不断加大,很多毕业生选择报考硕士研究生继续升造,而“电力系统分析”几乎是电力系统及其自动化专业必考的专业课,因此,本课程的内容应该尽可能涵盖考研需要的知识点,为学生的研究生入学考试和未来的研究奠定较好的基础。 基于上述要求,本文提出“立足基础,了解全局,工程优先,兼顾理论”的教学内容设置原则,在课程内容设置时尽量合理简化课程内容,注重学生对基本概念的理解和掌握,并注重新知识的适当引入使其能学有所用。拟设置的课程内容及其相关要求如表1所示。[4,5] 三、教学方法探讨 为了提高教学效率与质量,突出学生的主体地位,使学生能够积极主动地参与课程教学,提出问题并尝试解决问题,激发学生的学习兴趣,培养学生的创造与创新能力,本校积极探索合适的教学方法和手段。本课程教学中的具体措施如下: 1.通过多种途径激发学生学习兴趣 兴趣是学习的最好推动力,其能够增强学生的主动意识,避免被动学习的低效率和缺乏创造性的问题。为了提高学生对本课程的学习兴趣,课程教学过程中可以通过多种措施激发学生的学习兴趣。例如,适当介绍本学科最新的发展前沿动态,阐述电力系统目前存在的问题和可能解决方案,并说明其与本课程内容的关联性;组织学生与相关专业教师座谈,让其从教师的科研课题中认识本课程的重要性和实用性;以硕士研究生入学考试为例,从进一步深造的角度让学生体会这门课程的地位,从中体会到学好本课程的必要性,等等。 2.注重与实践环节相结合,及时巩固相关理论知识 “纸上得来终觉浅,绝知此事要躬行。”本课程的教学内容相对比较抽象,且电力系统不同于其他的控制系统,十分复杂、宏观,学生很难凭想象建立起基本概念的知识体系,要求学生深刻理解、掌握和应用基本的理论方法就更加困难。因此,教师可以通过适当的课外实践环节去巩固学生相关理论知识。例如,在课余时间组织学生参观本市的发电厂、变电站等电力设施,通过一线操作师傅的现场讲解和答疑,让学生了解电力系统、控制中心、变电站的结构和基本工作原理,对电力系统有较为系统、全面的认识,有助于对理论课程中概念的理解;通过同步开设相应的实验课程,加深学生对基本理论方法的掌握和应用;另外,可以将课堂教学和软件仿真实验相结合,例如,将PSASP、PSCAD和MATLAB等电力系统分析软件引入课程教学中,可以更直观、生动地阐述电力系统分析计算过程,使电力系统分析内容不再是抽象的概念和理论,能够增强学生的参与意识,让其做到学以致用。 3.充分利用现代教学技术,丰富教学手段和知识表达方式 近年来,计算机辅助教学手段已经被广泛的采用。在教学过程中采用多媒体技术,可省去大量的板书时间,可以有更多时间用于讲解重、难点知识,有助于学生理解和掌握每一章的重点内容。并且多媒体教学集文字、图形、声音、图像、图片、影像等于一体,直观、形象、生动,能够调动学生学习主动性和积极性,激发学生学习的兴趣,吸引学生的注意力,大大地增加了课堂信息量,提高了教学效率。[6]但是,多媒体教学能否充分发挥其应有的优点,往往取决于应用的合理性,其首先体现在多媒体教学课件的开发方面。目前很多课件仅仅是将教材内容通过PPT按部就班地进行展示,并没有体现出“多媒体”的特点,这样不仅不能充分发挥计算机辅助教学的优点,还可能适得其反。为了提高“电力系统分析”教学效果,在开发课件时,笔者采用大量的与课程内容相关的实物图片,以便于学生建立基本的概念知识体系;同时,可以将电力系统的动态过程通过多媒体技术进行演示,这样有助于学生加深对理论方法的理解。另外,必须将多媒体教学和传统教学方式有机结合。由于多媒体课件演示速度快,单纯地采用多媒体方式难以调动学生听课的主动思维,从而降低教学效果。[7]因此,在合理应用多媒体教学的同时,还必须有机结合传统教学的优势,以达到教学效果的最优化。 4.积极开展教学互动活动 教学互动是提高学生学习的积极性、主动性和检验学生学习效果的重要手段,在学习过程中具有重要的作用。为了提高本课程的教学效果,可以通过课堂讨论、课后练习、基于互联网的习题与模拟题库等途径实现多形式、多层次的教学互动。课堂讨论能够及时反馈学生对所学内容的掌握情况,教师可以对学生没有听懂或者非常感兴趣的问题进一步分析,同时可以在讨论过程中培养学生的创新性思维。课后练习则是使课堂教学的成果得到巩固和提升的重要手段,通过老师批改作业和课堂点评等环节,可以加深学生对授课内容地理解,也非常有利于教师检查课堂教学效果和学生对知识点的掌握情况。另外,随着信息技术的发展,互联网已成为知识表达和传播的重要载体,已经对学生的学习和生活产生重要影响,“在线”已成为常态,因此,充分开发和利用基于互联网平台的教学资源,引导学生合理使用网络资源,可以使教学互动更加便捷,同时节省大量的人力和物力。 四、结束语 “电力系统分析”作为电气工程及其自动化专业的一门核心专业课程,在整个课程体系中起到承上启下的作用,其重要性不言而喻。由于该课程内容繁多,理论性强且知识更新较快,其教学内容和方法一直受到广泛关注。本文结合本校实际情况,借鉴其它高校的教学经验,通过分析该课程开设过程中所面临的问题,提出了适合于本校建设“省级示范应用型本科”的课程内容体系和教学方法,从而为更好地促进该课程建设,切实为提高人才培养质量奠定基础。 电力系统分析论文:基于Matlab电力系统分析机电暂态仿真机理 摘要:研究了Matlab 中电力系统工具箱用于机电暂态仿真的可行性。针对机电暂态仿真的特点,在算法上采用了滤去直流与谐波分量计算的相量法.应用自适应变步长技术避免了通过试算确定仿真步长的繁琐工作,简化了工作量。陈述了SPS机电暂态仿真的主要步骤,并分别对单机无穷大系统和三机九节点系统进行了小扰动和大扰动下的功角稳定仿真,同时讨论了其仿真环境的设置与加速技巧。结果表明,SPS可用于电力系统机电暂态分析。且提高了仿真速度。 关键词:PSB模型 Matlab软件 电力系统 仿真分析 0引言 国内常用的电力系统仿真软件是中国电力科学研究院的综合程序PSASP[2-,它涵盖了电力系统分析的常见功能.并允许用户按照自己的需要设计特殊的模型而无须了解PSAsP内部结构和编程设计的条件.但是用户建模时的数据环境必须使用系统表内规定的信息,所以在仿真较复杂的控制手段时灵活性较差[3]。与PSASP相比SPS建模方便灵活。在Simulink环境下SPS可以结合其他功能强大的工具箱构造出令人满意的模型,实现对复杂控制的仿真,SPS还允许用户使用现有的基本功能模块与自己编制的算法生成自定义模块并将其加入到元件库中,从而最大限度地减少模型误差、提高精度[1]。 1 主电路设备选择和分析计算 低压无功补偿装置主要用丁^10 kv线路的配电变压器低压侧,补偿公用变、专用变低压用户设备运行中需要的元功功率。这砦公用变、专用变的容量一般在500 kV-A以下,设计有30 kvar,45 kvar,60 kvar和90 kv8r等4种标准无功补偿装置。对4种标准容量的无功补偿装置,大容量的装置按4—2一1分组组合,可对无功功率实现7级阶梯式调节;小容量的装置可采川2—1分组组合和固定补偿加2—1分组组合的调节方式。斟3给出的是总容量为60 kvar无功补偿装置[2]。 2 PSB模型与算法特点 定补偿加2一1分组组合的调节方式:其中.固定补偿容量为15 kvar,采用BsMJ0.4一15—3型电容器;单元l的补偿容晕也是15 kvar,电容器型号与圊定补偿电容器牛u同;单元2的补偿容量为30 kvar,用BSMJ0.4—30一3型电容器。补偿装置分组容嚣和接线确定之后,依据各回路中的额定电流,主电路没备不难选择和确定。主电路设备、元件选择的原则是保证补偿装置能可靠工作对本例补偿装置的主开关为Dz20J一200刊125 A的空气断路器;与单元l和单元2配合的交流接触器,分别为CJ20—40和cJ20—63型接触器;装置熔断器、避雷器、导体等器件的正确选择,都是保证装置可靠]:作的前提本例机电一体开关控制单元无功补偿装置,电存器组采用A,c两相控制的二三角形接线方式,机电一体7F关单元的晶闸管元件总是在电流过零时断开,所以断开电容器上的电压常处于最大值(或正或负),由于电容器内部装设的放电电阻自放电现象,电容器上的电压会逐渐降低[3]。 3 仿真环境设置 在晶闸管重新投入时,需要考虑电容器上的剩余电压,当系统电压和电容器残压相等时,就是晶闸管开关投人的触发点。否则由丁电容器两端的电压不能突变,在系统电压和电容器残压羞值较大时触发晶闸管会产生很大的冲击。 4 开设Matlab技术课程的意义 计算机辅助设计技术,简称Matlab技术,是计算机科学技术的重要分支.它对T程设计、工业生产、机器制造和科学研究等领域产生了极其深刻的影响。进入20世纪90年代,Matlab技术呈现加速发展的态势.受到社会的普遍重视。许多高校,特别是工科院校对Matlab技术的重要性和必要性的认识不断得到提高.在T科类专业普遍开设{Matlab)课.重视和加强(Matlab}课教学,是目前高校,特别是T科院校的重要举措,也是高校培养2l世纪高素质T程技术人才的迫切要求[3][4]。下科类专业有着共同的特点。它们的培养目标都是面向工程设计、工业生产、机器制造和科学研究等领域,Matlab技术在这些领域中发挥着极其重要的作用。 5 仿真结果分析 在计算机科学技术飞速发展的今天.Matlab技术已成为工厂、企业、科研单位提高技术创新能力.加快产品开发速度。降低产品生产成本.促进科技成果转化.增强社会竞争力的一项必不可少的关键技术。目前.Matlab技术的发展突飞猛进,Matlab应用T作正在向深度和广度进军.世界发达国家已把掌握Matlab技术手段作为抢占制高点、增强竞争力、加快发展的重要条件.Matlab技术应用水平已成为体现现代化的重要标志之一[5]。面X寸CAI)技术的飞速发展和广泛应用. 6 结论 了解和掌握Matlab技术是对工科学生提出的一项最基本和最迫切的要求,也是工科学生走向社会.参与竞争.促进发展的前提和条件。系统介绍Matlab技术基本知识、基本概念和基本操作的{Matlab)课必须及时反映Matlab技术的最新成果,保持教学内容、教学方法和教学手段的先进性。承担培养人才重任的高等院校,特别是工科院校.对(Matlab)课的教学必须给予足够重视,培养和建立一支经验丰富和相对稳定的(Matlab)课教师队伍,组织教师积极开展{Matlab)课的教学改革.I:作,从教学内容、教学方法和教学手段卜精心研究、积极探索和大胆实践.逐步提高(Matlab)课的教学质量。促进学生计算机应用能力的提高.增强学生的社会竞争力。 电力系统分析论文:高职院校《电力系统分析》教材立体化建设有感 摘 要:本文首先分析了电力系统分析课程教学的现状与问题,提出了高职院校《电力系统分析》理论教材改革的思路,并提出通过《电力系统分析》立体化教材开发建设,加强理论与实训的结合,激发学生的学习兴趣,提高他们对实际问题的分析和处理能力,增强就业的竞争力。 关键词:高职 电力系统分析 教材立体化 视频库和仿真教学软件 电力系统分析课程是高职高专院校电力类专业的主要课程之一,是从基础理论课、技术理论课通向专业课学习和工程应用的纽带。在内容上它有大量的基本知识、基本理论和计算,理论性较强,也有与实践相结合的部分,是应用性较强的一门学科。由于课程内容与电力系统生产运行过程密切相关,理论性和工程性都很强,不少高职学生学习过程中容易感到枯燥和困难。 为了提高学生的学习兴趣,适应新的理实一体化教学模式,我们对高职院校“电力系统分析”立体化教材体系进行了探索和建设。所谓教材立体化的建设是指为了适应现代高等教育的新教学模式的需要,开发出一套理论与实训结合、书本与现代化教学手段相结合的适用于高职院校的立体化教学体系。它不仅仅包括教材、课程标准、授课计划、习题集等传统意义上的教学资料,还应该包括多媒体课件、仿真教学软件、视频库等现代化教学资源库的建设。 一、电力系统分析课程教学的现状 电力系统分析课程的建设一直是我国各大高校力争的目标,现已将其建设成为国家级精品课程的高校有清华大学、东北电力大学等。但高职院校《电力系统分析》教材的建设工作者未全面开展起来,以往专科教学很大程度上以传授知识为主,强调学科本身的系统性,本科压缩型的痕迹明显。而当今高职学院则是培养技能型人才,按照突出“实际、实用、实践”的原则,依据专业培养目标和专业人才的知识能力和素质结构建立理论和实践教学体系,教学内容突出了基础理论知识的应用和实践能力的培养。为了更好地进行电力类应用型人才的培养,突出高职院校的办学特色,《电力系统分析》教材立体化的建设成为笔者学院努力实现的目标。 二、《电力系统分析》理论教材的改革思路 《电力系统分析》理论教材建设应根据专业人才培养要求,结合相关的国家职业标准,始终以“职业能力培养为核心”,依据相关专业对学生从业素质、能力的要求,强调职业教育的特色,理论以够用为度,突出实践技能的教学,重视素质教育,增强学生专业技能,提高学生就业能力。教材应以培养应用型人才为目标,舍弃繁琐的理论和公式推导,引入当前电力系统的各种新趋势(如智能电网、新能源、特高压等)和新格局(我国五大发电集团和两大电网公司),为学生树立电力系统的基本概念和拓宽就业渠道打下坚实的基础,并在教材中加入电力系统面向对象的计算机软件的介绍,拉近理论和电力系统实际应用的距离,加深学生对电力系统调度和运行工作岗位的操作界面的认识。 图 电力系统分析课程学习情境设计图 为了适应高职院校培养应用型人才的需要,《电力系统分析》立体化教材体系以电气值班员、调度员的典型工作任务为载体,从电网基本操作到复杂操作,再到异常和故障处理、系统化的设计课程的学习情境,分别通过电力系统各个工作岗位的初步认识、电力系统正常运行时的监视与分析和用户电能质量下降的处理、电力系统常见故障分析4个学习情境构成教材内容。通过四个学习情境,每个情景包括若干个典型的工作任务,使学生由浅入深地学习电力系统运行、调度的基本技能。 三、利用《电力系统分析》立体化教材加强理论与实训的结合 电力行业是高危行业,从供电的可靠性及安全性考虑,直接在实际的电力系统中进行各种实验和实践训练可能性非常小。由于建立真正的电力系统实验室对硬件和软件的要求非常高,许多高职院校都没有设置专门的电力系统分析实验室,但电力系统分析又是一门系统性和理论性很强的重要课程,许多学生反应传统教材学习困难、晦涩难懂。那么如何建立适合高职院校的《电力系统分析》新型教材体系就成为本文研究和探索的主要方向。 针对高职院校是以培养应用型人才为目标的特点,《电力系统分析》立体化教材的建设可以利用理论实训一体化的新型教学手段,将原本抽象和繁琐的大量理论知识用仿真软件、多媒体课件、视频库等现代化技术展现出来,最大限度地模拟电力生产的真实工作场景。仿真技术是多门课程的组合体,是现场生产环境的情景再现。仿真教学系统集图像、声音、动画、文字于一体,避免了在现场实验或培训中可能造成的误操作引起的危害,又可以实现生产全过程的运行操作,减少了实验仪器和设备,提高了教学效果。《电力系统分析》立体化教材的建设完成后,学生可运用仿真教学软件在实训室或仿真机上学习处理较复杂事故的能力,可以用计算机模拟电力系统中各种潮流变化,用各种手段来调整用户端电压,并能计算或输出电力系统的各种参数等。 首先,我们配合教材中的四个学习情境制作了高水平的多媒体课件,利用现代化教学手段提高了学生的兴趣和效果。 其次,我们还进行了电力系统图片库建设,利用丰富的网络资源和各种理论—实训教学积累的素材,对电气设备、电力系统新趋势、实际工作场景、校内外实训基地等图片进行了收集和整理,充实了教学资源。 这次《电力系统分析》教材立体化建设中的一个亮点就是视频库的建立。电力系统分析教材中有一些知识点比较抽象、复杂,光凭书本和简单课件无法使学生掌握学习目标和技能目标。学院与企业和软件公司合作,结合当前电力系统的实践和前沿趋势,制作和拍摄了几个《电力系统分析》教材中的视频,激发学生的学习兴趣。如学生对风力发电机之前的认识接近空白,利用实物或现场教学存在很大的困难,我们就制作了教学视频,对风力发电机的结构和工作原理进行介绍。再如电力系统中的调压是教材中的一个重点知识,它对电力系统中的许多工作岗位都尤为重要。利用改变变压器分接头调压是电力系统常用的调压手段,但学生往往只对变压器外观部分有初步了解,调压机构的内部构造和操作很难掌握。而且变压器是电力生产和运行的关键设备,带有很高的电压,且机构庞大,很难在教学场所进行拆解来让学生认识,所以我们利用“变压器分接头调压机构和操作”视频进行讲解,可以大大提高教学效果。我们还邀请电气设备制造厂家和电力生产一线的技术能手,为学生进行操作示范,如视频库中的“故障录波器的调试”就是这样拍摄完成的。 为了提高学生对电力系统分析理论和实践应用的结合能力,增强就业的竞争力,并拓展对电力企业服务和培训的空间,2011年底我们完成了针对本教材配套的“电力系统分析仿真教学软件”建设,开展了对实际电力系统的故障分析仿真和稳态分析仿真的实践环节,这是我们这次立体化教材体系的重要组成部分。 仿真教学软件分为以下四个部分:电力网数学模型、电力系统潮流计算、电力系统有功功率及无功功率的调整和电力系统的调压、电力系统短路电流计算。“电力系统分析仿真教学软件”为学生提供了实验和仿真的平台,实现了全界面图形化、设备与设备属性资源管理化、操作与设计人性化和科学化。它是在基于电力系统原理结构图基础上的集图形化设计、图形化调试、图形化资源管理于一体的软件,该软件还具有报表形式的输入输出、利用滑块特征型来微调设备参数、运行状态输入与输出的保存等功能。 学生可以利用“电力系统仿真教学软件”和实训指导书对教材中许多环节进行计算和分析,不需要经过大量复杂的公式运算,直接在软件中运行即可得到相应参数和结果,通过显示和输出的结果分析出电力系统的运行状态,从而得出正确的处理措施。 四、结束语 为了检验《电力系统分析》立体化教材的实际使用效果,在制定了课程标准和授课计划后,我们完成了一整套完整的教学资料,包括授课计划、任务书、实施建议、引导文、工作单、教师手册、学生手册、习题集、评价表、学生反馈表等。同时我们安排了2011-2012下学期电自专业教学改革试点班,按照新建的《电力系统分析》立体化教材体系进行理论实训一体化教学,利用工作任务驱动的六步教学法进行实施,并注意充分运用教学仿真软件、多媒体课件、视频库、实训指导书等各种教学资源。实践证明,利用立体化的《电力系统分析》教材体系和配套的新型教学方法,激发了学生的学习兴趣和实际动手能力。教学实施中,学生对《电力系统分析》立体化教材体系使用情况和意见反馈普遍良好。 (作者单位:江西电力职业技术学院) 电力系统分析论文:基于Labview的“电力系统分析”课程仿真 摘要:Labview是测量领域的图形化编程软件,将其应用到“电力系统分析”课程教学中,可将传统教学中繁琐的公式用更为形象的图形、波形和向量图来表示。主要从复数功率、传输线模型来说明Labview仿真在教学中的优点,通过改变输入,可以看到不同参数对电力系统的影响。 关键词:Labview;电力系统分析;仿真 “电力系统分析”在电气专业中属于一门较为传统的课程,教学方式多以教材为主,较为偏重理论的分析和例题计算。而在实际情况中,电力系统是一个十分复杂、庞大的系统,而随着近年来超高压和特高压输电技术的推广,新的科技发展给其带来了较大的变化。仅靠传统的教学方式是不够的,静态的PPT演示和计算辅助程序起到的作用有限,也有采用PowerWorld来做动态潮流演示的,但需要学生有较好的基础和较强的理解能力。 从高职教育的特点来看,学生的普遍素质不高,对于系统的整体运行没有基本的概念,甚至对电压电流波形都不甚清楚。因此面对这样的教学对象,通常的数学推导计算辅助手段不能起到较好的作用。当前有许多具有图形显示功能的软件,但是具有编写简单,且能显示各种图形以及波形功能的软件并不多,其中Labview是比较突出的。本文采用此软件来编写电力系统分析教学辅助仿真程序。通过数字、电气量波形和向量图的显示,学生们可以更清楚地感受到有功功率传输和无功功率补偿的意义,而不是只能通过复杂的公式来体会电力系统的各种现象。 Labview软件除了具有强大的波形显示能力外,在配置上数字信号转换卡后,还可以直接测量外部电气信号来辅助教学,对电力系统教学也能起到较好的帮助。除此之外,如果使用CGI、Active X和Java等方式,还可以使学生在远端与服务器端的Labview程序进行通讯,因此使用Labview来进行电力系统教学仿真有较大的提升空间。本文通过其编写电力系统分析课程的仿真课件,主要从复数功率和输电线路等值模型两个项目来体现其教学辅助功能,而后续还会加上故障分析、潮流分析、标幺值转换等内容。 一、程序主框架 图1是主程序的界面,主要分为两个部分:左边是提供学习的互动式部分,右边则提出相关问题供学生们思考并检验其学习成果。使用程序者只需要按下相关按钮就可以进入相对应的子程序,使用十分简单。图2是主程序对应的后面板,通过一个循环结构,可以从主界面切换到复功率的子界面,其中使用的是Labview软件中的事件结构,可以有效地在主界面和子界面之间进行切换。通过主界面上按钮和子界面上的按钮来实现程序的转换功能。 二、复功率 复数功率计算子程序的显示面板可以同时执行两个复数功率计算,分别显示在面板的上下两个部分。面板的左边是电压电流大小(RMS值)及角度的输入,中间的波形图则对应电压电流波形,右边是复数功率计算的过程,先将电压变成相量方式表示,电流则变为电压相量的共轭值,这两个参数相乘就可以得到复数功率,接着就可以显示复数功率的两个分量P和Q。上下两个复数功率的相加和相减也显示在界面上,这样可以使学生了解实部和虚部的基本概念。图3是该界面的一个运行实例,分别输入两组相量,一组为电压10,角度30,电流5,角度60;一组为电压20,角度60,电流5,角度30。从图中可以看出复功率的不同表示和简单计算。图4为复数功率计算程序的后面板,图中左边为电压电流输入点,其值可以直接输出到相量输出表示点中(因为需要取共轭,电流相量角度要取负号)。该程序框图没有采用子程序来计算,显得较为凌乱。而图5采用子程序来处理,就显得比较简洁。子程序越多,简化效果越好。 三、输电线路等值模型 输电线路等值电路的界面中,使用时需要输入线路参数比如每公里电阻、电感、电容大小以及线路长度,另外还需要提供负载状态如负荷侧电压、功率因数、视在功率等。该程序可以计算出线路首端电压、电流、有功功率、无功功率、线路损失、电压损失率。如果是中、长线路,还可以计算出输电线路的[ABCD]参数。 图6是等值线路的后面板程序,短、中和长线路三种模型的计算分别放在面板的上、中、下位置。首先,由前面板输入的RLC参数根据阻抗子程序计算出每公里的Z和Y,再根据不同长度线路模型的计算方法求出对应的[ABCD]。其中短线路中B=Z,其他A、C、D都为0。一般情况下在计算短输电线路的时候也不使用[ABCD]参数。但是可以使用同一个子程序来计算三个不同的模型。计算得到的参数和负荷的数据作为电压损失子程序的输入,就可以得到首端电压、电流、有功功率、无功功率、线损和电压损失等结果。 图7是阻抗子程序的面板,主要功能是将L和C乘以2πf,输出时每公里的阻抗和容抗。图8是电压损失率子程序的面板,输入的负载参数首先由一个负载子程序来计算出负载有功功率、负荷电流和电压,输出为一个包括负荷端电压和电流的矩阵,该矩阵和参数[ABCD]相乘就可以得到首端电压和电流,由此再可得到首端有功功率和无功功率,而线损只需要用首端功率减去末端功率就可以得到。当矩阵元素为复数时,需要使用复数矩阵计算公式。而电压损失可由公式(1)计算得出,其中A为参数[ABCD]的A。 (1) 四、总结语 本文介绍了通过Labview实现的电力系统教学辅助仿真软件,其包括复数功率和输电线路等值电路等“电力系统分析”课程中的若干主要内容。该辅助软件可使学生通过输入不同的计算参数,得到感观的输出结果,用数值、波形或者相量来显示。软件使用简单,学生可更清楚地将理论和实际系统相结合,抛开繁复的公式,对电力系统有一个更为简单清晰的了解。从实际教学效果来看,该软件适合作为辅助教学工具来提高“电力系统分析”课程的理论教学效果,未来除了加入更多内容外,还可以向远程辅助教学发展。 电力系统分析论文:“电力系统分析”课程的教学经验与探索 摘要:“电力系统分析课程”作为农电和电气专业的核心课程,是基础理论课和专业课的连接纽带,学好该课程具有重要的意义。通过对课程多年的教学和探索,针对课程特点,定位了课程内容,将多种教学方法应用到教学实践中,提高了学生的学习兴趣和综合素质能力,取得了一定的效果。 关键词:电力系统;教学经验;教学方法 “电力系统分析”课程是东北农业大学(以下简称“我校”)农业电气化与自动化专业和电气工程专业必修的专业基础课,是两个专业的核心课程。它连接了之前学习的电工、电子、电机、自动化、计算机、高等数学等理论基础课程,又对后续的主要专业课程(如继电保护、架空线路、发电厂、变电站电气设备等)做了理论的基础准备,因此该课程是理论课、基础理论课向专业课和工程应用研究的过渡纽带,具有承上启下的作用。同时学生的课程设计、毕业设计和专业综合实验、生产实习等实验和实践环节也要大量应用电力系统分析的课程内容,因此,学好这门课程对电气化及电气工程专业的学生具有极其重要的作用,可以说电力系统分析课程是开启电力系统学科大门的一把珍贵钥匙。 一、教学中出现的问题 一直以来,学生普遍反映“电力系统分析”课程难学、难懂、难算,教师也感到难教。这门课程之所以会存在这样的问题,原因是多方面的。教师方面,由于近年来高校对教学体系的多次改革,授课学时数大大减少,但教学内容并没有削减,使得课堂教学中课程进度较快,习题做的较少;学生方面,由于课程中概念多、计算多、公式多、数学推导多,且理论性和工程性较强,因此学生感到课程难度很大;课程方面,本课程涉及相关学科和专业的知识太多,例如电路、电机、电子、电磁场等。这些因素都直接影响了课程教学的顺利进行并增加了学生学习的难度,使学生产生了畏难的情绪,进而影响了学习的热情和学习效果。 二、教学内容优化,适应农电人才培养 电力系统分析由电力系统稳态分析和暂态分析构成。稳态分析主要针对系统在对称稳态运行下参数的分析和计算及有功、无功功率对系统运行的影响,主要内容有线路变压器的参数和模型、网络潮流计算的手算和计算机计算以及有功、无功对电压和频率的影响。电力系统暂态分析是对系统发生故障时,系统中主要参数的分析和计算以及系统稳定性的分析,内容包括对称和不对称短路时参数的计算以及系统的静态和暂态稳定性。稳态分析和暂态分析这两大体系构成了电力系统分析的全部内容,把握了这样一条主线,对学习课程可以起到事半功倍的效果。 教学中注重电力系统基本概念、基本原理及基本计算方法的讲解,而对于较繁琐的理论推导或者实际应用性不多的内容可以适当精简。如在推导长输电线路的等值电路时,用到了许多电磁场和高等数学的知识,内容复杂抽象,学生学习、理解非常困难,学习上出现畏难情绪,在授课中可将公式推导适当简化,主要掌握结论和方法,增强学生学习的信心。再如电力系统的潮流计算中,随着计算机的发展和网络系统规模的增大,手算潮流已经不能适应对现有网络进行计算,因此教学中对应用性不多的手算潮流部分做了精简,保留原理公式的推导,而把计算的重点主要放在用计算机来求潮流,既能突出教学的重点又减少了学生的负担,起到良好的效果。 三、多种教学方法的应用,提高学习兴趣和效果 1.情感交流法,营造良好的课堂气氛 “亲其师,信其道”是说当学生对老师感兴趣时也会对他讲授的内容感兴趣。因此,作为教师要注意与学生之间的情感交流,多与学生沟通,多关心学生,成为学生的良师益友。此外,加强自身能力和素质的提高,使学生能信服、甚至崇拜老师,进而喜欢上这门课程,可以激发学生学习的兴趣。 2.学习讨论法,激发学习的主动性 在每节课的最后,给学生提出下次课程的一个重点问题,作为讨论的题目,让学生独立地查阅教材、收集资料,并进行小组讨论,课堂上老师和学生共同针对题目和查阅的资料进行讨论和分析。这种学习方法能使学生成为学习的主体,充分发挥学生学习的积极性和主动性,每个学生都可以发表自己的见解,集思广益、互相启发,使教与学的过程都得到了提高。 3.多媒体教学与传统黑板教学模式的优势互补 “电力系统分析”课程是专业基础课,在课程体系中起到承上启下的作用,该课程的特点是理论性、系统性较强。在传统的黑板教学中,教师在课堂上用大量的时间进行数学公式的推导和画图,教学效率较低,且教学效果不理想。随着多媒体技术的不断推广,这种集文字、图形、声音、图片、影像于一体的教学模式被广泛应用。采用多媒体教学可以省去大量的黑板画图和公式的书写时间,节省的时间可以用于重点和难点知识的讲解,既提高了学生学习的效率又增大了课堂的信息量,激发了学生学习的兴趣。 但是多媒体教学也存在着自身的弊端:信息量大,课堂进度较快,学生的注意力不能长时间集中,造成学生跟不上教师的讲课进度,进而影响了授课的效果。因此合理地选择和使用多媒体教学的同时,还要发挥传统黑板教学的优势,使二者共同参与到“电力系统分析”课程的教学过程中,达到教学效果的最优化。例如:在讲授同步发电机的原始方程时,运用多媒体教学的图像和动画的效果,通过对发电机模型和实物的展示,使学生对同步发电机内部的结构及各绕组间的位置关系有了直观而清晰的了解和认识,对学习同步机的方程奠定了良好的基础。 4.加强实践教学,提高理论认识 “实践是检验真理的唯一标准”,可见理论与实践的结合是学好知识的关键点,而良好的实践是对理论的升华。因此在课堂授课的同时,还应注重培养学生的动手实践能力。设有专业的“电力系统分析”实验室,对电力系统稳态和暂态分析中各种主要的运行特性和状态进行了模拟实验,促进了学生对课堂知识的吸收和理解。如单机—无穷大系统稳态运行方式的实验、电力系统功率特性和功率极限的实验、电力系统不对称短路及短路波形的测试实验等。 加强实践教学的另一个做法就是使学生深入到生产工作的现场,为此专业建立了多个校外实习基地,并与省内多家电业局结成友好合作单位,通过在实习基地的学习加深了学生对理论知识的理解,也使学生了解并熟悉了专业工作特点及要求,对今后的学习有一定的促进作用。 5.考核方式的多样化 教学的目的是为了使学生掌握所学的专业知识及技能水平,而单一的考试方式已经不能全面地反映学生学习的状况,因此我们采用了闭卷+开卷+实验+实习等多种手段的考核方法,培养学生从死记书本知识向主动探索知识、提高能力、提高综合素质水平的方向发展,加大动手和实践能力在课程考核总成绩中的比重,降低笔试成绩所占比重,为培养高素质的电力人才进行探索工作。 四、探索初步成效 “电力系统分析”课程是一门理论性和实用性都较强的专业基础课程。为满足农业电气化与自动化专业人才的培养目标,在教学中注重教学内容的优化,实行教学方法和教学手段的多样化,注重教学理论和实践的结合。通过多年的教学实践和探索,有效地激发了学生的学习兴趣,使学生能系统掌握课程内容,理论分析能力和解决实际问题的能力也得到了提高,达到了良好的教学效果。 电力系统分析论文:“电力系统分析”教学方法探索 摘要:针对“电力系统分析”课程内容的特点,及课时少,且没有实验和实践环节支持的实际情况,本文探讨了提高该课程教学质量和教学效果的方法和手段,提出“一明确,二联系,三重视”的教学方法,以学生掌握知识为中心,以培养能力为重点,以提高素质为目标。该教学方法在教学实践中取得了良好的教学效果。 关键词:电力系统分析;教学研究;教学方法;教学手段 一、引言 “电力系统分析”是电气工程学科一门重要的专业必修课,在整个电气工程专业课程体系中起着承上启下的作用,一方面它将先修的课程,如“电路”、“电机学”、“电磁场”、“自动控制原理”、“计算机编程”、“高等数学”、“线性代数”等知识综合运用于电力系统运行分析与计算,对培养学生综合运用所学知识解决实际工程问题的能力有着重要的案例教育作用;另一方面,课程涉及电力系统分析中最基本的知识和分析方法,可为学生学习后续电力系统相关专业知识以及将来从事电力系统相关研究或工作打下重要的基础。“电力系统分析”课程的特点是,涉及面广、理论计算多、工程性强、内容抽象难懂,电力系统背景强的院校一般分为两个学期来讲授,时间一般在80个学时以上,并同步开设实验环节和工程实践环节。 结合前人的经验及笔者自身用心的摸索,笔者提出“一明确,二联系,三重视”的课程教学方法,经实践证明,该教学方法受到学生和学校督导组的肯定,学生表现出较强的学习兴趣,学校效果也良好。现总结出来,希望能给其他开设有少课时“电力系统分析”课程的兄弟院校提供有益的参考。 二、所提出的教学方法 “电力系统分析”课程的特点是,涉及面广、理论计算多、工程性强、内容抽象难懂,教学过程中,学生容易思路涣散,抓不住重点,听不懂,最终失去学习兴趣等。针对少课时“电力系统分析”课程特点,笔者探索出了一种有效的教学方法,即“一明确,二联系,三重视”教学法。 (一)一明确 “一明确”是指在教学内容上,既要明确课程总的教学目标,又要明确每一部分的教学目标,以及每一节课的教学目标,即,采用“总分总”的授课思路,让学生清楚课堂每一时段教师所讲的内容是什么,讲这些内容的目的是什么,以及这些内容在整个课程中处于什么样的位置,在电力工程实际中有什么用途等,从而让学生对授课内容有清楚的把握,置身其中,融入其中,从宏观和微观上掌握全部课程内容。例如,“电力系统分析”包括电力系统稳态分析和电力系统暂态分析两大部分,主要讲述了电力系统的三大常规计算,即潮流计算、短路计算和稳定性计算,而课程中诸如电力系统的基本概念、基本理论、数学建模和计算方法等都是为这三大计算做的铺垫,这些计算的结果又是为电力系统的各项工作。对教师而言,把握了这个教学目标,也就掌握了教学方向,对教材内容的重点和难点能做到心中有数,传授知识时效率更高。对学生而言,有明确的目标来指引课程学习,学生也就清楚了自己所学的知识点及其用途,同时也容易对这门课产生兴趣。 笔者认为,在讲授“电力系统分析”课程的第一堂课时,应该首先明确本课程的教学内容和目标是什么,本课程在电气工程专业中处于什么样的位置,有什么样的用途,应该重点掌握哪些知识,从而让学生对本门课程有个大致了解,对重点、难点知识在哪里,有较为清晰的知识的方向感。在讲每一常规计算时,也要首先明确每一子主线,如在讲潮流计算时,这一子主线是:各电力系统元件的参数计算和等值电路电力系统的等值电路节点间的电压降落和串并联支路的功率损耗电压和功率分布计算潮流计算(采用直角坐标或极坐标;迭代求解:牛顿拉佛逊法和PQ分解法)电压调整频率调整经济运行。潮流计算是主线,潮流计算前面的内容是基础知识,潮流计算后面的内容是进行潮流计算的目的。明白了它们之间的联系、关系,整个章节内容就能连成一条线进行理解和分析,潮流计算贯穿于整个内容,学起来也就相对容易些。其它两个常规计算(分支线)也可按如此方法讲解。 (二)二联系 “二联系”是指在授课方法上,一是要理论联系实际;二是要前后知识联系。 “电力系统分析”课程的主干内容是三大常规计算,多数教材的主干内容围绕着此三大计算进行了详细的数学推导和分析,理论性较强,很少联系实际应用。对于少课时的”电力系统分析”课程来说,第一,绝对不能按照传统“电力系统分析”教材照本宣科,应着重推导思路的讲解,揭示其中的难点、重点和注意点,应更加格外的着重联系实际应用,向学生讲解清楚,所讲理论计算在实践中有什么用途,什么场合会用到,如何运用。第二,可结合实际电力系统,进行实例教育,而不是仅仅浮于书本上文字。比如,可以以某个地区的电网为例进行讲解,如何建立该实际电网的等值电路和数学模型,如何进行潮流计算和分析,如何将计算结果运用于电网的规划、设计和运行控制中去,并且给学生提供计算机例程,让学生了解如何运用计算机手段进行电力系统的计算和分析。这样,将一个实际的地区电网作为教学例子,始终贯穿于教学中去,从稳态分析到暂态分析,再到稳定性分析,从而给学生提供一个实际应用的例子,让学生加深理解课本内容,真正掌握电力系统的计算分析方法,提高活学活用的能力,避免出现课堂所学知识与生产实际相脱节的常见弊病。 二是要前后知识联系,包括本课程内容前后知识的联系,以及本课程知识与先修课程“电路”、“电机学”、“电磁场”等知识的联系。例如,“电路”中,学生熟悉的是直流电路和简单的单相、三相交流电路的计算,已知量和待求量是电压、电流,多采用解析法进行精确求解。在“电力系统分析”中,涉及的是复杂电力系统三相交流电路,属于工程计算,工程计算的一个特点是近似计算,应向学生阐明这一点,避免有的学生钻入牛角尖。在“电力系统分析”中,已知量和待求量不再是电压和电流,而是功率和电压矢量,方程的物理本质也发生了变化,不再是节点电流守恒,而是节点功率守恒。所以,在学习“电力系统分析”时,应引导学生注意转换思维,从所熟悉的“电路原理”的思维,转换到系统的、高压的、三相的、具有工程特点的“电力系统分析”的思维,避免理解错误和错误理解,这是在“电力系统分析”课程教学实践非常常见的问题。再例如,在电力系统稳态分析中和电力系统暂态分析中,所用的分析方法是不一样的,在稳态分析中用的是相量分析法,而分析电力系统暂态过程不能直接使用相量分析法。“为什么呢?”通过问题提问,引导学生去主动思考。接着,可简单回顾“电路”中讲授的相量分析法的基础,以及电力系统稳态和暂态有什么特点,为什么电力系统稳态可以运用相量分析法,而电力系统暂态过程不能直接运用相量分析法,而相量分析法又是三相交流电路分析计算的基础,那么如何才能使用相量分析法呢?这样一步一步地让学生能够理解到事物的本质,既知道其然,也知道其所以然,从而让学生知道如何运用所学知识去解决工程实际问题。在讲这一节时,还应补充讲解相量和向量、矢量的区别,避免出现混淆和用错。通过这种教学方法,既能巩固先修课程所学的知识,加深对先修知识的理解,又能加强对现学知识的理解。再例如,电力系统稳态分析、暂态分析和稳定性分析中,所使用的发电机模型是不一样的,在讲后面章节内容时,应解释清楚本章节所涉及的电力系统运行状态的特点,为何在本章节使用了与前面章节不同的发电机模型,或为何前面章节的发电机模型不适于本章节所述的电力系统运行状态等。从而,通过联系、对比前后知识,让学生能对所学知识融会贯通,概念清楚,避免出现用错和错用的情况。 (三)三重视 “三重视”是指在教学要素上。教学是以教案内容(知识)为载体,教师将教案内容传授给学生,帮助学生学习并掌握教案内容的活动。以“教”而言,教师为主体,不仅传授知识,而且展开其内涵;以“学”而言,学生为主体,不仅承继知识,而且深入其内涵。而学生的学是教学的最终目标。因此,教案、教师和学生组成了教学的三大要素。为了达到理想的教学效果,既要重视教案的质量和水平,又要重视教师的自身水平和讲授水平,更要重视学生的学习效果,即,要同时重视课堂教学的三大要素,任一要素不理想,都会影响最终的教学效果。 教案内容是教师的教和学生的学的对象,为了达到理想的教学效果,首先,教案内容应该是学生感兴趣的东西,在主观上愿意并乐意持续去学习并掌握的东西。因此,应清晰掌握学生的学习心理,并在教学内容上,尽最大可能的满足学生的学习预期。经调查,大学生在学习知识时往往注重实用、能学到东西、有助于未来职业发展,如果简单易懂、充满趣味,那么更好。而“电力系统分析”的主干内容是三大常规计算,理论抽象,枯燥难懂,那么,如何将课程内容往学生感兴趣的方向去靠,是值得研究的问题。笔者经过几年来的用心探索,总结出来以下几点:1、教案内容不应是课本内容的简单重述和再现,应是补充了当今生产实践中活的实际内容,应与生产实际相同步,让学生能了解到校门外、课本外、学术外的生产实际,而不仅仅是课本上死的文字和虚而不实的理论知识;2、教案内容应充满知识性,应向学生适量提供一些与本课程或本专业相关的科学与技术,以提高学生的专业能力,扩大知识面和信息量,让学生切实感受到学有所获,而不是感到虚度光阴;3、由于本课程大量运用了先修的课程内容,如“电路”、“电机学”、“电磁场”、“数值分析”等,在准备教案时,应将先学的课程知识巧妙的融会贯通于本课程内容中,一来加深对先学知识的理解,二来给学生提供一个活学活用的实例,让学生可以以此为例,在以后的工作中举一反三,提高知识应用能力;4、应补充本课程领域国内外同行当前的技术状况和发展动态,从而让学生了解就职于工作岗位上的前辈们正在从事的事情,从而对自己的未来职业有个初步的了解,意识到在学校里、课堂上还应补充的知识;以上四点是在准备教案时应注意的地方,高水平的教案是教师的水平和责任心的体现,需要多年用心的摸索、推敲和积累。 在教学中,教师的作用是编写教案、课堂教学以及解答疑惑。除了按上文提出的原则准备教案内容和进行课堂教学外,教师还应注重自身水平的不断提高与进步,包括自身知识水平的提高和讲授水平的提高。高水平的教案内容和讲课水平需要教师日复一日、年复一年的用心积累和不断摸索,平日里应心系学生,认真推敲,站在学生的角度去思考问题,准备教案。课堂师生互动环节,首先,可以引导学生去主动的思考,而不是被动的接受;二是可以让学生参与到教学中来,而不是死板地坐在下面,麻木的机械式的收听教师的讲演;三是,可以对课堂节奏,稍事停顿和修整,让学生紧绷的脑神经也得以休整。当发现学生的学习效果与预期出现偏差时,应及时调整课程进度和节奏、教学方式和方法。 三、结论 根据“电力系统分析”课程内容的特点,笔者结合前人的经验与笔者自己多年的摸索,针对缺乏实验和实践环节支持的少课时“电力系统分析”课程,探索出了“一明确,二联系,三重视”的教学方法,其涵义是:“一明确”是指在教学内容上,要明确教学目标;“二联系”是指在授课方法上,要理论联系实际,后面知识联系前面知识;“三重视”是指在教学要素上,要同时重视教师、学生和教学内容三要素的影响,在教学过程中形成以学生掌握知识为中心,以培养能力为重点,以提高专业素质为目标的教学方法。该教学方法在实践教学中取得了良好的教学效果,学生对知识的理解更透彻,对知识的掌握更扎实,同时也促进了学生知识应用能力的提高。 电力系统分析论文:《电力系统分析》课程教学改革思考 《电力系统分析》课程是电力系统自动化专业重要的专业基础课,是后续专业课程电力系统继电保护、发电厂电气部分、电力系统自动装置、电力系统自动控制等相关课程的理论基础,学好这门课程将为本专业学习打下坚实基础。 笔者目前承担我校高职电力系统自动化专业的《电力系统分析》的理论教学任务,目前我校正处于建立国家示范性高职院校之际,专业设置、课程体系改革正在不断推进,《电力系统分析》作为一门重要的专业课,也面临着教学理念、教学方法的改革。经过几个学期的教学实践,笔者认为目前高职《电力系统分析》课程的改革应该从以下几方面着手改革。 一、调整理论教学内容以适应新形势下对高职学生的培养要求 《电力系统分析》在整个教学计划和学生培养中起着十分重要的作用,一方面承接着从技术基础课向专业课的过渡,另一方面又承接着从理论学习向工程实际问题的过渡。它研究的对象是实际的电力系统,因此具有明显的工程特点。这就要求从工程实际出发,对所研究的问题进行适当的简化处理。调整优化《电力系统分析》课程教学内容的目标是:要求学生掌握和理解基本概念和基本理论,培养学生分析和解决电力工程问题的能力,以及掌握运用电子计算机解决电力系统工程问题的理论和方法。因此在大量调研和多年教学实践的基础上,对《电力系统分析》课程提出如下改革: 1.简化电力系统各元件特性和数学模型的教学。在教学实践中发现,这一章的公式推导较多,学生难于理解,经过分析,理出一条思路,注重基本物理概念的掌握和理解,以及对公式的应用,而对公式的推导则尽量简化省略。例如,在讲解线路参数计算的时候,只给出各参数的公式而不去花时间推导,学生能够理解各参数的意义和正确应用公式即可。 2.根据培养目标和学生的学习特点适当增减相关学习内容。《电力系统分析》课程的教学内容比较多,如果在实际教学中都涉及到会需要大量的理论课时,这与目前高职教育改革是相悖的,因此必须适当减少理论课时数,这就需要删减一些教学内容,比如,电力系统的潮流的计算机算法这一章对高职学生而言比较难理解,可以删减。同时,还可以适当增加一些与实际工程结合紧密的内容,这可以根据每个学校学生的就业特点而定。 二、改进教学方法和教学手段,提高学生学习的兴趣 教学质量的提高,重要的是教学方法和教学手段的提高。理论教学是目前课程教学体系中的重要环节,它直接影响教学质量。 1.课堂教学采用多媒体课件配合板书教学。“电力系统分析”课程与实际电力系统联系非常紧密,很多实际设备用语言和黑板讲授根本没办法描述清楚,学生对系统的整体认识很难。为了提高理论教学效果,课堂教学采用多媒体课件配合板书教学。一方面沿用了板书教学的优点,同时对语言讲解比较抽象的内容用多媒体形象演示,使得教学更加具体化、形象化,使学生更加容易理解,起到事半功倍的效果。 比如,讲解电力系统结构时,先将具体的电气设备用图片演示给学生,使学生对电力系统中的各电气元件有一个直观的了解,在给出系统的地理接线图和电气接线图时,学生就能够将接线图中的各电气元件的符号与实际的设备对应上,从而将抽象的系统接线图与实际的系统结构联系起来。 2.增加网络辅助教学环节。为了方便学生对“电力系统分析”课程的自学、预习与复习,将课程的大纲、电子教案、多媒体课件和习题等都挂到了校园网上,这样学生在课余时间可以随时上网查阅相关资料。在每章内容讲解之前,教师都会提出相关问题放到网上以使学生提前预习,提高了课堂教学的效果。学生在“电力系统分析”课程的学习有任何疑问,也可以在网上给教师留言询问,教师会及时给学生解答。网络教学创造了教师与学生、学生与学生之间相互交流的环境,便于学生吸收更多信息,培养自主学习能力,有利于提高教学效果,对教学方法和教学手段的改革将起到极大的推动作用。 三、注重实践环节训练加强实践能力的培养 实验教学作为教育体系的重要组成部分,是树立学生实践观念培养分析解决实际问题的能力,启迪学生创新思维提高学生综合素质的重要环节。对于强调学生的动手实践能力的高职院校,实验教学更应该得到重视,实验教学应贯穿于理论教学中。为了达到电力系统分析的教学目的,建立电力系统综合实验室和电力系统分析仿真实验室是有必要的,若资金不足可先建立电力系统分析仿真实验。 通过“电力系统分析”课程教学改革方法的研究,使该课程的教学突破传统的单一课堂板书教学模式,采用多媒体配合板书的课堂教学方法,增加网络辅助教学环节,建立科学的实践教学体系,通过综合实验环节巩固和加深学生对电力系统相关理论知识的理解,使学生能够将基础理论与工程实际联系起来,成为具有综合思维能力和综合处理问题能力的创新、复合型技术人才,这也正是我们高职教育的目的。
计算机毕业论文:大学生计算机毕业设计影响思索 本文作者:王宁 王子方 单位:沈阳大学 沈阳农业大学 计算机应用技术影响大学生毕业设计质量的因素 由于全国高校近年来的扩招,教学设备的建设相对迟缓或维持原状,工科学生们毕业设计所需实验研究仪器设备是否具备,所需经费的投入能否充分,实验室场和图书网络资源是否齐全等直接影响了毕业设计的质量。文档、动画和图纸是毕业设计成果的重要呈现的方式,尽管大学们都已经接受过专业的计算机基础类课程的教育,学生计算机素养也逐年进步,但调查对象对水工应用的基本软件实践来看,对office、CAD、3D等操作水平低,灵活性差,文字排版、图表编排、公式编辑、CAD操作命令混乱、精密运算不准确、三维动画多媒体演示障碍等方面直接影响了毕业设计的进度和内容结构,不规范的命令操作和不熟练的技能运用严重影响了毕业设计的质量。 由计算机应用技术而影响到毕业设计质量的解决方案 学生要从自身提高对计算机技术对毕业设计质量影响的认识,了解这一实践环节的重要性,特别是专业的计算分析能力培养。建立研究团队,小组成员交流,相互取长补短,不仅掌握计算机应用技术的知识技能,更重要的是在专业领域中灵活运用计算机技术,为以后的学习、工作打下坚实基础。为保证毕业设计质量,指导教师必须规范选题范围,指导教师组织主导学生毕业设计全程,对指导教师而言,除了完成本职教学任务和高度的责任感外,更要加强工程科学知识和现代工程设计创新的引导,必要时也可让学生参与教师科研课题的部分子课题的研究,对于毕业设计过程全面掌控,要结合学生自身能力科学选题,保证理论切合实际,适应时展,从而提高毕业设计的质量。专业高效整合的因素。目前国内各院校四年制本科水利水电工程专业开设课程有计算机文化基础、计算机辅助设计、水利工程计算机绘图,水利工程制图等课程,基本为每周2~4课时,考虑到学生基础差异和自主学习效果差异,最有效的解决办法就是将计算机应用类基础课程与水利水电工程专业课程整合起来,使课程设置体系与时俱进,进而提高毕业设计质量。以一个专业为整体拟定人才培养方案,每种计算机技术在不同项目中的作用可能截然不同,例如:“90年代以来陆续开发的水电站地面厂房CAD系统、重力坝CAD系统、隧洞CAD系统等实例中包含了很广的专业技术知识,如:坐标画线、沿曲线标注、表格生成等,每种计算机技术在每个项目中的研究方向有所不同,因此因材施教、分流培养,这有利于提高教学质量,也为毕业设计各个方向的研究创建人才基础。 高校作为人才储备基地应该为学生提供实践平台,结合课堂理论使学生掌握软件的选用、计算机技术的选择方法、软件的升级、怎样保证科学计算的准确性等,要解决理论与实践脱节这个弊端,作为学校和教师有责任有义务,极尽所能为学生创设实践基地,发挥计算机时代教育优势。目前毕业设计的成绩评定还不能完全做到公正和客观,各位指导教师的评价标准也有所不同,建立和完善毕业设计质量评价标准也是一个提高本科生毕业设计质量的有效措施。拟定一个质量评价标准如下:选题。选题应当来自水工科学、工程建筑、社会实验、模拟应用等方面的研究,有一定的创新性和前沿性。调研论证。通过查阅书刊文献和网络资料和实体工程项目考察等形式调研提出合理的解决方案,具备分析问题、处理数据、解决问题的能力,顺便考查学生对外语和计算机技术应用能力。毕业设计内容和方法的创新性。实施方案、数据、图纸以及对设计数据的分析、论证科学正确、反映分析和解决问题的能力、方法和手段新颖独特、理论与实际结合,在某项研究上体现独创的见解、设计成果有实际价值。适当利用计算机辅助软件,不忽视手工计算的必要性和重要性。提倡计算机辅助手段和手工计算有效结合,对必要的技术提出手算要求,促进学生对算法切实体会和深入研究。毕业设计文档撰写质量。主要是主题明确、结构完整、精准的数据表述安全有效、原理引用得当、论据充分、推理缜密、逻辑性强、行文流畅、设计成果和结论科学合理,参考文献资料翔实,格式规范等。毕业设计成果应该包括设计计算书、设计说明书、设计图纸以及实践日记等,严格要求毕业答辩环节。本科毕业生原则上均应参加毕业设计或毕业论文的答辩,答辩组老师要严格把关,考查学生对目标实现和专业发展的关键问题的见解,客观公正打分。此外,评价标准可参考阶段评价、目标评价、理论结合实践的一体化评价等,注重评价的多样化和多元化等。 结语 综上所述,通过努力可以探索出一系列有效解决计算机应用技术而影响毕业设计质量的方案来,使学生加深对毕业设计中计算机技术应用重要性的认识,同时也期待高校建立约束机制和激励机制,完善人才培养方案和课程设置方案,强化计算机应用技术的可持续发展,相信通过大家的共同努力可以使大学生毕业设计质量有效提高。 计算机毕业论文:计算机毕业计算机普及教育 一、当前计算机普及的形势 现在在全国范围内已掀起波澜壮阔的第三次全国计算机普及高潮。为了更深刻地认识这一高潮的特点,我们有必要回顾一下我国计算机普及的历程。 我国计算机普及教育始于70年代末、80年代初。在那以前,就全国范围来说,基本上谈不上计算机普及教育,只有少数科研部门进行计算机的应用开发,在大学的非计算机专业基本上都没有开设计算机课程。使用计算机,只是少数专家的事情。 80年代出现第一次计算机普及高潮 80年代初在我国掀起了第一次计算机普及高潮,1981年,中央电视台、中国电子学会计算机普及委员会和中央电大联合举办计算机知识普及讲座,由我向全国讲授BASIC语言,当年收看人数超过100万人,次年起年年重播,收看人数超过300万人。在占世界人口五分之一的国度里掀起这样规模壮阔的群众性的普及计算机知识的活动,不仅对中国、而且对世界都是一件具有深远意义的大事。 在第一次计算机普及高潮中,普及的对象主要是以下三种人;(1)大学中非计算机专业的师生;(2)部分在职科技人员和管理人员;(3)大城市中的部分中学生。普及的内容偏重于计算机知识,尤其是计算机高级语言。通过十年的努力,己经在大学的所有专业普遍开设了计算机课程,结束了大学毕业生仍然属于“计算机盲”的历史。大家取得如下共识:计算机知识是当代知识分子知识结构中不可缺少的重要组成部分。 根据当时的条件,普及的内容主要是计算机高级语言。 90年代出现第二次计算机普及高潮 从90年代初,在我国掀起了全国性的第二次计算机普及高潮。如果说第一次高潮的普及对象主要是具有大学以上文化程度的知识分子,那末第二次高潮的对象已扩展到广大公务人员、企业管理人员以及具有高中以上文化程度的一般知识分子,包括所有机关、团体、学校、企业中的人员。涉及的对象范围比第一次计算机普及高潮广泛得多。这次普及带有职业和岗位的特点,应用计算机的能力成为人们求职的重要条件,各地各部门都制定了对工作人员在晋升职务、职称和工作考核中在计算机方面的要求,并要求通过相应的计算机等级考试。普及的内容主要是文字处理以及常用的一些应用软件。 经过第二次计算机普及高潮,我们在计算机应用领域缩小了和发达国家的差距,对这十年在计算机普及方面的成果应当有足够估计。 新世纪初出现新的计算机普及高潮 刚刚进入21世纪,人们已经清楚地看到在我国己开始出现了一次新的计算机普及高潮。这次高潮的普及的对象是一切有文化的人。 下面举几件重大的事情∶ (1)根据教育部的规划,在21世纪的前10年,将分三步在全国中小学中普及信息技术课程,即∶2001年前全国所有高中都要开设信息技术课程,2005年前全国所有初中都要开设信息技术课程,2010年前全国所有小学都要开设信息技术课程。应当说,这是一项具有深远意义的大事。以后凡是受过义务教育的人都有初步的计算机知识和初步使用计算机的能力。 (2)全国总工会决定在全国职工中普及计算机应用。争取在3年内在全国2.4亿职工中,至少有50%掌握计算机知识,提高职工自主择业和岗位竞争能力。 (3)全国高校的计算机基础教育上了一个新的台阶,大学生应用计算机的能力有了很大的提高,在新世纪中,大学的计算机教育将再上一个新台阶。 (4)全国所有领域将全面普及计算机的应用,所有公务人员和在职干部都要学习计算机知识和掌握计算机的应用。 在这次高潮中,学习计算机的切入点将是网络应用。 三次普及高潮,一浪高过一浪,学习计算机的人数成指数增长。如果在第一次普及高潮中学习计算机知识的人数以百万计的话,那末,在第二次普及高潮中学习计算机知识的人以千万计,在第三次普及高潮中学习计算机知识的人数以亿计。 这样规模的群众性学习计算机活动,不仅在中国历史上从未有过,而且在世界上也是一件影响深远的大事。这是一次难得的机遇,是一个巨大的市场。这是我们当前开展工作的外部环境和有利条件。 面对这一大好形势,我们应当怎么办?我认为应当注意以下几点∶ 搞好规划。制订出既先进又可行的向各部分人普及计算机的规划。 落实措施。必须有落实的措施和政策,否则规划就会落空。 建立队伍。要建立一支数量巨大的、强有力计算机普及队伍。 改变观念。要改变不利于计算机普及的某些传统观念。 二、计算机普及教育中的误区 这个问题讲的就是改变观念的问题。 摆在我们面前的一个严重任务是∶怎样使亿万群众更容易更有效地进入计算机应用的大门。现在一方面形势要求我们向亿万群众普及计算机知识和应用,另一方面却有不少人不敢学计算机,正在学计算机的初学者感到计算机难学。这就形成一个尖锐的矛盾,必须认真研究,加以解决。 在计算机普及教育中存在误区 有的同志要求计算机的初学者学习计算机的工作原理,学习不同数制间的转换,学习原码、反码和补码,要他们背诵几十条DOS命令,还要记住哪些是外部命令,哪些是内部命令。许多种考试都有数制转换的考题,例如1378.9876的二进制形式是什么?其实这是完全没有必要的。这些都是源于计算机专业的《计算机原理》课。 现在大家都比较重视计算机普及工作了,许多计算机专家也投入了这项工作,发表了许多意见,这无疑是好事。但是光重视还不够,还应该解决观念的问题。我认为有些同志愿望是好的,但往往自觉或不自觉地混淆计算机专业和非计算机专业的区别、学校和社会的区别、计算机专业人员与计算机应用人员的区别。把计算机专业学习的要求和内容搬到非计算机专业,把学校的模式搬到社会,要求计算机应用人员也像计算机专业人员一样系统学习许多理论课程。这些就造成一个误区。这个问题不解决,将严重影响计算机的普及。 应当看到∶在从事计算机工作的队伍中有两部分人∶(1)从计算机专业毕业的计算机专门人才,占整个队伍的比例不足10%,他们是理论研究、科研、专业教学、系统开发的骨干力量,是专业登山队。(2)从非计算机专业毕业的计算机应用人才,占整个队伍的90%以上,他们遍及各个领域,是计算机在各行各业中应用的主力军。大部分应用软件都是由非计算机专业毕业的计算机应用人才编写的。对这部分人的作用决不可低估。显然,这两部分人的知识结构、能力结构和学习特点是不一样的。 计算机教育的三个层次 就整个社会来说,计算机教育可分为三个层次: (1)计算机入门教育。对象为原来基本上没有接触过计算机的人群。应当通过本层次的教育使他们初步掌握计算机的基础知识和基本操作。这实际上是计算机的启蒙教育,即“扫盲”教育,是面向全社会的。 (2)计算机技术教育。对象是那些用计算机作为工具处理各种任务的人们。例如工程人员利用计算机进行工程计算和工程制图,教师利用计算机进行辅助教学,管理人员利用计算机进行数据管理,……。显然,他们需要具有比第一层次更多更实用的知识。这个层次的特点是以应用为目的,以应用为出发点。 (3)计算机专业教育。对象是高等学校计算机专业的学生、研究生以及从事计算机研究开发的专业人员。他们需要掌握系统的理论知识和最先进的开发技术。 通常把前两个层次(计算机入门教育和计算机技术教育)统称为计算机普及教育,以区别于计算机专业教育。它的对象是广大非计算机专业的人群,他们占全体人员的95%以上。 显然,对不同层次的教育,无论其教学目标、教学内容、教学方法以及所用教材都各不相同,绝对不应混为一谈,否则将事倍功半。 应该从应用入手 有人认为学计算机应当从学习原理入手,有一位读者写信给我说∶他很想学计算机知识,心想应从原理学起,就到书店买了一本《计算机原理》,结果愈学愈糊涂。我对他说∶你的路子错了,对大多数人来说,学计算机不应从原理入手,而应从应用入手。 有的人认为∶现在是数字化时代,不懂得二进制怎么生存?而且学了二进制和数制转换也没有什么坏处。我想,没有坏处的事多了,难道都要学吗?问题在于怎样有效地利用有限的学习时间,使初学者容易入门。应该看到∶制造计算机的人和使用计算机的人所需要的知识是不同的。例如不能要求飞行员和设计飞机的人具有相同的知识结构,同样不能要求开汽车的人先学习汽车的工作原理和构造。现在已经有了数字电视和数字相机,是不是也要求看电视的人和用数字相机的人先学进制原理呢?当然大学生学一点二进制知识是必要的,但对广大公务员和老百姓就显然是不必要的。 要多为初学者着想 不应当把计算机专家或大学老师自己的学习经历照搬到广大业余初学者身上。不能说自己学过什么就要求别人也要学什么,自己怎么学的也要求别人怎么学。我们要为初学者考虑,替他们找出一套事半功倍的有效学习方法,使他们能轻松自如、兴趣盎然地进入计算机应用的大门。不要难倒他们,更不要吓跑他们。 有时在讨论问题时,有些计算机专家和计算机专业的老师与搞计算机普及的老师看法往往不同,甚至谈不到一块去。有些计算机专家和计算机专业的老师比较多地强调水平、理论、系统知识,而从事计算机普及的老师则更多地强调对象的基础、学习的规律、普及的特点。应该通过实践,正确处理好普及与提高的关系,没有普及就谈不上提高,老百姓首先要的是“下里巴人”,而不是“阳春白雪”。我们搞计算机普及的人不要怕别人指责我们“水平低”,只要符合广大群众需要,我们就应当坚持,做出无私奉献。 在为初学者设计学习内容时,应当从实际出发,围绕应用组织教学,坚决舍弃现在用不到、将来也用不到的内容。要提倡急用先学,立竿见影,在用字上狠下功夫。 在方法上,要按照初学者的认识规律进行教学。在学校中讲授理论课程时,传统的三部曲是∶(1)提出概念;(2)解释概念;(3)举例说明。我们在对计算机初学者介绍计算机应用知识时,采取了新的三部曲∶(1)提出问题;(2)介绍解决问题的方法;(3)归纳出必要的规律和概念。 一般理论课程采用的方法是∶先理论,后实际;先抽象,后具体;先一般,后个别。我认为对计算机应用课程应当采用的方法是∶从实际到理论;从具体到抽象;从个别到一般;从零碎到系统。事实证明,这样的方法是十分有效的,是符合广大计算机初学者的特点的。 在教材编写上必须首先让读者看得懂,如果看不懂,别的都谈不上。现在市场上不少书是低水平重复,有的是直接从“帮助”搬过来的,按功能和菜单介绍软件的使用。这犹如靠字典学英语一样,好象很全面,但是看完全书以后还是不会用。我在20多年前学计算机时,曾经找过不少计算机的书看,结果发现许多书像“天书”一样,一般人是看不懂的。我当时就想∶我以后要写一些让老百姓能看得懂的计算机的书,要把计算机从少数计算机专家手中解放出来,使之成为广大群众手中的工具。 有一位同志说了这样一个顺口溜∶只有明白不明白的人为什么不明白的人才是明白人。我觉得很好,要做到这点很不容易,这是一个学问,要经过长期的修炼才能真正做到。 今年初,《计算机世界》报组织的“世纪评选”评出了我国“20世纪最有影响的IT人物”10个人,我是其中之一(排在笫2位)。说我的功绩是把千百万群众带入计算机的大门。我是盛名之下,其实难符。但是这件事对我很有震动和启发,广大群众对于看似平凡、默默无闻的从事计算机普及的人们是不会忘记的。群众需要我们,我们离不开群众。 我希望有更多的人投入计算机的普及工作,希望所有从事计算机普及的人能认清自己工作的意义,深入研究计算机普及的规律,把工作做得更有成效。 三、关于计算机证书考试 近年来,各种社会考试风起云涌,尤其是计算机的考试更令人注目。我认为在改革开放深入发展的今天,出现社会考试的热潮不是偶然的,它是市场经济发展的必然产物。学历在整体上反映一个人的知识水平,而证书则在一个侧面反映持证者的能力。例如同一个班的两个毕业生,都有大学毕业证书和学士学位,但是一个英语通过了6级,计算机通过4级,而另一个英语通过4级,计算机通过了2级。显然前者在谋职中比后者具有更大的优势。在每年的大学毕业生就业谘询会上,不少毕业生手中拿着四、五个证(毕业证、学位证、英语等级证、计算机等级证书、还有公务员考试证书、驾驶证等),以证明他的能力。只要有人才存在,证书考试就不会消亡,相反会更加成熟、更加规范。 目前计算机证书考试的种类有∶ (1)信息产业部主办的软件水平考试; (2)教育部主办的∶ 全国计算机等级考试 全国计算机应用技术证书考试(NIT) 全国少儿计算机考试(少儿NIT) (3)劳动部主办的高新技术技能测试 (4)各地方、各部门举办的考试,如职称计算机考试、大学生计算机统一测试等。 以上几种考试对象各不相同,程度也有区别。 有人问∶计算机证书考试有没有含金量?通过以后有什么好处?我的看法是∶证书考试是一种社会考试,目的是提供一个科学的、公正的、客观的标准,供用人单位参考。但是通过了考试,不会自动增加工资或晋升职称或职务。含金量是有的,但不是由考试机关赋给的,而是由于考试得到社会认可,被有关单位赋予了含金量。例如北京市规定40岁以下的干部晋升科级以上职务必须通过等级考试一级B的考试,有些科技部门要求所有技术人员都要达到二级标准,国家税务总局规定所有业务人员都要有通过NIT的模块测试,有些省市规定凡持有全国计算机等级考试证书或NIT证书的,可以免考自学考试的一门计算机课程等等。这些都为计算机证书考试创造了很有利的环境,使它具有强大的吸引力。 有人问∶全国计算机等级考试与NIT有什么区别?我认为∶等级考试是通用性的考试,它大致反映一个人计算机知识的水平。如同跳高的标竿,不论你的职业和岗位,你跳过一级的竿,表示你已有初级的计算机知识。全国计算机等级考试自94年开考以来,发展很快,至今已有400多万人参加了考试。NIT是应用技能型的考试,侧重培训过程,采取模块化的方式,与职业、岗位紧密结合。例如你想当秘书,可以学计算机基础、文字处理、Internet等模块,你想当广告设计人员,可以学计算机基础、图形图象制作等模块,拿这几个证书去求职,有针对性。全国计算机等级考试与NIT都是教育部考试中心主办的,是不同类型的考试,两者是互为补充的。不同的人可以根据需要选择考哪一种。 前一时期,社会上对计算机证书考试有不少议论,有褒有贬。我认为∶主流是好的,但也有一些问题需要解决。具体说,它的好处有∶ (1)提供客观公正的社会标准,供用人单位参考。 (2)为应试者提供证书,有利于证明个人能力。 (3)不少单位借鉴证书考试的大纲和内容,作为教学和培训的内容,推动了社会的计算机的普及。 在充分肯定成绩的前提下,我们从事这一工作的同志也要清醒地看到目前存在着的一些问题,我觉得有以下一些问题∶ (1)考试内容和大纲往往跟不上计算机技术的发展。例如有一个大城市的职称考试,今年还在考Windows3.1,机关、学校、企业都已用了Win95/98,为了考试,还要倒过去学Windows3.1。 (2)用标准题难以测量出计算机应用的实际水平。 (3)有些学校和单位规定全体人员必须参加某一种考试,按这种考试的内容来组织教学或培训。这种统一的要求可能难以照顾到各单位的特点。例如农学院本来可以结合农业领域的实际需要和例子进行教学,而为了参加统一考试,只能按统一的内容进行教学,最后再举农业领域应用的例子,显然绕了一个弯,降低了效率。 四、学习计算机知识的作用 大家都在学习计算机知识,也都多少知道为什么学习计算机知识,但是我感觉到在我们的宣传上有时讲得不是太全面,我想谈一下自己的认识,供大家作宣传时参考。 学习计算机不是可有可无的事,无论对社会、对个人都是一件影响深远的事情。 (1)计算机是一种现代通用智能工具。在21世纪,各行各业的发展都离不开计算机,无论是科学家还是办事员,都不能离开计算机,因此,计算机知识和应用能力已成为当代知识分子知识结构中不可缺少的重要组成部分。 (2)计算机不仅是工具,而且是文化。工具是可选的,譬如我要敲钉子,就去买一个锤子,如果不需要敲钉子,就不必买锤子。而文化却是每个人所必备的。举个例子,在中学,每个学生都要学习几何、三角和代数,但并不意味着他们以后每天都要去计算多边形的面积、解联立方程式或证明两个三角形相似,但是这些课程却是他们今后进一步发展知识的基础。 当前计算机知识的作用也是这样,如果一个人对计算机一无所知,以后可能连报纸都看不懂。譬如去年报纸刊登了一消息说,在因特网上的域名中,中国许多著名企业的名字都被外国人恶意抢注了。我国许多企业的老总看不懂这条消息,他们说∶“我们已登记了商标,又申请了专利,现在怎么还冒出个“域名”来?到哪里去‘挂号’啊?”这就反映了他们所具有的文化中缺少了计算机的内容。 因此,虽然对不同的人来说计算机所起的作用是不同的∶对有的人的作用是直接的,有的人则是间接的;对有的人的作用是有形的,有的人则是无形的;对有的人是当前起作用的,有的人则是以后起作用的。但是对每一个干部、公务员、知识分子和大中学生,计算机知识是绝不可缺或的。计算机知识是当代文化的一部分。 (3)人们在学习计算机的过程中,不仅学习了具体的科学知识,还学习了科学思想和科学方法。世界上的知识浩如瀚海,任何人都不可能通晓天下成为万能科学家。比学具体知识更重要的是学习科学思想和科学方法,在需要时能发展自己的知识,并且能用科学的思想和科学的方法去分析事物。计算机是现代科学技术的结晶,内容十分广泛丰富,应用十分灵活多样,促使人们深入思考,掌握规律,举一反三,发展知识,因而普及计算机知识是当前科学普及的一个重点。 (4)有利于全面素质的培养。中央多次强调要对学生进行全面的素质教育,而计算机教育有助于培养学生的良好素质。表现为以下6个方面∶ ①启发学生对先进科学技术的向往; ②激发学生对新知识的学习热情; ③培养学生的创新意识; ④提高学生的自学能力; ⑤加强学生的实践能力; ⑥锻炼学生综合运用各种知识的能力。 事实证明,计算机学得好的人一般不会是死读书的书呆子,他们头脑灵活,思想活跃,有创造性,能动手,会学习。因此,在学校中开展计算机教育能促进学生生动活泼、主动地进行学习,有利于学生的全面发展。 计算机毕业论文:计算机毕业新世纪软件产业和集成电路产业 为推动我国信息产业和集成电路的发展,增强信息产业创新能力和国际竞争能力,带动传统产业改造和产品升级换代,国家实行“集成电路税收优惠、软件企业上市优先”的政策,国务院已于1999年7月印发了《鼓励软件产业和集成电路产业发展的若干政策》。 为打破几十年来,国内“硬件不做CPU,软件不做操作系统”的现象,中国国家高技术智能计算机系统专家组日前以国家的行为通过各种方式联合攻关,这为新世纪的软件与集成电路产业大发展吹响了世纪的号角。 中国科技大学的金西老师,获邀参加了中国国家高技术智能计算机系统(863-306)专家组主办的第一届中国自由软件发展战略研讨会,并作了演讲。现在我们将其在会议演讲文稿及通过各种渠道了解到的发展动态综述出来,答谢读者多年来对我刊的支持与厚爱,同时衷心祝贺我国的软件与集成电路产业在新世纪蒸蒸日上。 1国家鼓励的主要产业政策 国家鼓励的有关软件产业和集成电路产业的主要产业政策如下: 第十条支持开发重大共性软件和基础软件。国家科技经费重点支持具有基础性、战略性、前瞻性和重大关键共性软件技术的研究与开发,主要包括操作系统、大型数据库管理系统、网络平台、开发平台、信息安全、嵌入式系统、大型应用软件等基础软件和共性软件。属于国家支持的上述软件研究开发项目,应以企业为主,产学研相结合,通过公开招标方式,择优选定项目承担者。 第十一条支持国内企业、科研院所、高等学校与外国企业联合设立研究与开发中心。 第四十二条符合下列条件之一的集成电路生产企业,按鼓励外商对能源、交通投资的税收优惠政策执行。 (一)投资额超过80亿元人民币; (二)集成电路线宽小于0.25μm的。 2软件产业 2.1我国软件业现状 进入21世纪,信息技术将渗透到经济建设和社会生活的各个方面,软件将会成为突出体现一个国家经济优势的产业。我国软件业在1990年软件的销售额仅为2.2亿元人民币,1999年中国软件市场总销售额增加到176元亿人民币,增长79倍,每年的发展速度都在20%以上;2000年中国软件市场的销售额约225亿元人民币左右,较1999年增长27.8%。软件产业做为支柱产业的形象越来越明显。 2.2我国软件业与印度软件业的差距 我国软件业的发展和国外软件业相比还有很大的差距,独立自主开发的软件所占比例还很小。早在1998年的统计资料就表明软件产品市场销售额为138亿元人民币,约占当年世界软件市场份额的1%;软件产品出口约为6500万美元,而同期印度的软件出口额已达到26.5亿美元,约是我国的40倍。2000年印度软件产业销售额达57亿美元左右,出口达39亿美元,这比我国2000年销售总额要多40%左右。 2.3我国政府对软件产业的态度 软件业已成为衡量一个国家综合国力的标志之一。软件产业的快速发展对各国保持经济稳定、持续发展起到了关键作用。在发达国家,软件业已超过钢铁、汽车和石油等传统产业成为国民经济的重要支柱;而在中国信息产业中,软件市场尚不及硬件的20%,软件产业发展的滞后已经引起我国政府和有志之士的高度重视。 科技部副部长徐冠华谈到,90年代以来,信息技术及其产业发展令人目不暇接,国际信息产业结构正在进行战略调整。由以硬件为主导向以软件为主导过渡,软件的重要性日益显著。在软件产业方面,正在发生着由销售导向向服务导向转变。以Linus为代表的共享软件的出现,促使软件由垄断封闭型开发,向社会开放型的开发方向演化,这代表已在网络上合作进行研发的新趋势。这种趋势迫切要求不甘落后的国家,必须尽快形成自己的软件开发实力,壮大自己的软件产业,在未来经济和产业之林中占有一席之地。软件园在国家整个软件产业发展中的核心作用、牵引作用和示范作用都已得到体现,软件园的建设发展,已成为当地开拓新经济增长点的重要方向,集中发展是实现软件产业能够快速发展的战略选择。 软件产业是以智力和人力为主要经营资源,以知识和信息为经营载体,以创新为主要经营特色的知识、智力密集型产业,是典型的知识产业,是知识经济的核心。信息产业部副部长曲维枝指出,软件产业有以下两个显著的特点: (1)软件产业以人才为本,高素质、高水平、稳定的软件技术人才队伍是产业发展的必要条件。 (2)软件产业以创新为主要发展动力,必须在技术、产品、市场和管理的不断创新中取得发展。 曲副部长还指出:我国政府应从以下几方面着手,为软件产业营造良好的政策和经济环境: (1)尽快制定配套的软件产业政策,推动我国软件产业的快速发展。 (2)通过设立软件专项基金等措施启动市场,推动软件产业发展。 (3)重视对软件的产业化、软件人才队伍的稳定和培养。 (4)强化行业管理、严格质量控制。要在系统集成商与软件开发商中大力推广ISO9000和CMM认证及软件企业的资质认证,以及对系统集成工程要实行工程监理制度。 (5)开展国际合作,开拓国际市场。 3CMM模型 3.1CMM的由来 软件是知识产品,是人类智慧的结晶,软件系统的复杂程度也是超乎想象,不同于一般的生产过程。美国卡内基·梅隆大学软件工程研究所(CMN/SE)受美国国防部的委托,开发了软件能力成熟度模型(CMM),为软件工程过程管理和实施开辟了一条新的途径。CMM主要用于评估和改进软件企业中的以软件能力为标志的软件活动。它能帮助软件企业改进和优化管理,在提高软件开发水平和效率的同时提高产品的质量和可靠性,实现软件生产工程化。根据软件生产的历史和现状,CMM框架用5个不断进货的层次来表达软件组织活动的行为特征及相应问题,其中初始层是混沌的过程;可重复层是经过训练的软件过程;定义层是标准一致的软件过程;管理层是可预测的软件过程;优化层是能持续改善的软件过程。在CMM框架的不同层次中,需要解决具有相应层次特征的软件过程问题。因此,一个软件组织首先需要了解自己处于哪一个层次,然后才能针对该层次的行为特征解决相关问题。任何软件组织致力于软件过程改善时,只能是循序渐近地向相邻的上一层进化;而且向更成熟层次进化时,原有层次中那些已具备的能力还应该保持和发扬。 3.2CMM的国际地位 CMM已得到了国际上普遍的认可,并对计算机软件行业产生了深远的影响,它可以通过对软件组织软件能力的评价、软件过程的评估及改进,提高开发软件产品的能力和质量,是我国软件企业走向世界迅速发展的必由之路。我国软件业和印度相比出口额差别很大,其中原因很多,就企业自身管理而言,我们比印度差得更多。从行业本身角度来看,印度软件行业导入CMM模型是其成功的重要因素。目前,全球已有72家企业通过了CMM4级和5级评估,其中印度就有24家,通过CMM模式的管理,印度大幅度提高了其软件开发能力及软件产品的质量,保证了向美国和欧洲软件出口的高速增长。与此相比,我国软件企业2000年前只有北京鼎新公司通过CMM2级认证。 我国的软件开发整体水平是印度十年前的水平,软件生产方式普遍是手工作坊的软件生产过程,处于有章不循和无章可循的混沌状态。外部环境的改善、政府的支持和保护、资金问题的改善,给软件业的发展提供了一个良好的发展平台;但外因是要通过内因来起作用的,在我们抱怨资金缺乏、不堪税赋、人才流失等问题时,应该好好的反思软件企业的自身问题,用CMM作为一面镜子去发现、查找、评估企业在软件生产过程中的问题,我们缺乏的是科学化、系统化、规范化的管理,也就是突破CMM2级的问题。实施CMM是软件企业加强自身管理,提高素质,摆脱困境的必经之路,是软件业与国际接轨的重要举措。 3.3中国的CMM认证 令人欣慰的是,在这次2000年中国自由软件发展及应用战略研讨会上,摩托罗拉中国软件中心的经理在演讲中公布,摩托罗拉中国软件中心是中国大陆第一个基于“软件能力成熟模型”(CMM)开展其业务的软件开发机构。CMM由五级组成,第一级为最低,第五级代表最高水平。目前,大部分软件组织通过的认证属于一级或二级。摩托罗拉中国软件中心已于2000年9月通过了顶级(五级)评估,成为中国首家达到顶级的软件企业,也使中国成为继美国、印度之后第三个拥有顶级企业的国家。那位经理特别强调整个摩托罗拉中国软件中心完全是由中国人组成,中国人也能做到CMM顶级。 会上,有不少软件开发商质询摩托罗拉中国软件中心说,CMM2级认证过程需百万美金以上费用,有没有这个必要吗?摩托罗拉中国软件中心用一组数据展示其在向争取高级别认证过程中的大幅提高效率作了肯定的答复,也就说明了,随着项目复杂度的日益增加,“软件能力成熟模型”已经成为及时和高品质软件产品的保障,是企业竞争力提高的象征。摩托罗拉中国软件中心不仅在公司内部使用“能力成熟模型”,而且积极倡导并推广该模型的应用,同时为国内外其他软件组织提供软件工程方面的咨询服务。 CMM的思想、原理、工具、方法无疑对我国软件产业的加速发展起到巨大的推动作用,它必将对我国软件产业的评估、认证、引导以及软件企业内部的优化与发展产生深远的影响。 4集成电路产业 4.1集成电路制造技术已推进到深亚微米领域 集成电路制造技术进入深亚微米领域的发展趋势主要有: 1.加工微细化 微细化的关键是光刻。据研究,光学光刻的极限是0.12μm。通过开发短波长光源、大数值孔径镜头、变形照明、移相掩膜以及先进的抗蚀剂工艺技术等已将光学光刻推进到实用线宽0.25μm,可满足256MDRAM制造的需要。日立公司已用这些技术实现了0.13μm的线宽。 2.硅片大直径化 芯片尺寸随着集成度提高而增大,使圆片能分割的芯片数减少,导致成本增大。世界各大IC厂商集团经讨论决定将新世纪第一个主流硅片直径定为12英寸。 3.加工环境、设备及材料超净化 随着加工微细化、超净要求越来越高,如线宽为0.25μm时,要求硅片缺陷尺寸小于0.05μm,工艺气体>0.02μm的杂质每立方英尺少于1个,对生产环境、设备以及各种气体、化学品、原材料等的尘粒及杂质都有严格的限制。 4.生产线自动化、柔性化 加工的复杂性、精度和净化的要求不断提高,生产线自动化。 4.2新材料、新器件研究 除了Si和GaAs、InP等Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体器件之外,近年来SiGe、SiC和金刚石材料及器件的研究取得了较大进展。 SiGeIC在高速、高频、低噪声、低电压工作等许多方面其特性比GaAsIC更优越,而且成本低、对环境污染小。特别是与Si工艺兼容,可沿用成熟的Si工艺技术和设备。目前SiGeIC技术已逐步从实验室走向商品生产。IBM已建立了SiGeIC制造线,1994年中已可商品生产。IBM已采用0.25μmBiCMOSSiGe工艺和HBT工艺进行IC设计。据报道SiGe器件能在高达125GHz的频率下工作。而且还可用于制作太阳能电池及其它光电子器件。AnalogDevices公司已可提供1GHz12位D/A转换器,据说其功耗仅为GaAsIC的1/4。SiGe技术将扩大市场,并经济地满足日益增长的高性能应用的要求。 SiC的材料性质使它适于制作高频、高功率、耐高温、抗辐射的器件,并可制作发光器件。近年来在材料和器件研制方面都取得了较大进展,已对SiC的MOSFET、MESFET、JFET(结型)以及双极晶体管进行了实验研究,并取得了一定进展,但目前还在进行实用化研究,在SiC衬底及外延层质量、肖特基接触、低阻欧姆接触、刻蚀技术及SiC/SiO2界面等器件制造工艺方面都还需做大量实用化工作。 作为Si器件后的新型晶体管的研究也在广泛地进行,如量子器件、超导晶体管、神经网络器件、单电子器件、塑料晶体管及柔韧型晶体管等等。 4.3国内集成电路设计与投片 国内通过引进、吸收,已经有了可以投产0.35μm甚至0.25μm线宽的集成电路工艺线,正在建设中还有更小线宽的工艺线。集成电路设计水平也在不断提高,已具有几百万门级集成电路的前端设计能力。相信通过类似像CPU一类大型集成电路设计、投片试制,将对我国微电子事业起到实质性推动作用。 5信息家电的发展与动态 目前,最有量产效益和时代特征的信息产品应是与Internet上有关的信息家电(InformationAppliance),如Web可视电话、Web游戏机、WebPDA、WAP手机、STB(机顶盒)、DVD播放机、电子阅读机等。 5.1信息家电的定义 在因特网的迅猛发展下,加上集成电路芯片制造能力的快速提高以及嵌入式软件的应用,一些产品的形态变得更加轻薄短小、简单易用且价格低廉,我们称这些产品为信息家电(InformationAppliance,IA)。一般可认为,那些低单价、操作简单、可通过因特网发送或获取信息,将逐步分割或替代PC的某些功能,并能与其它信息产品交换资料或讯息的产品可统称为IA。 5.2信息家电的分类 IA产品按类型可大致分为: (1)网络电视(NetTV)。(2)网上游戏机(Internetgamingdevice)。(3)智能掌上型设备(Internetsmarthandhelddevice)。(4)网络电话(InternetscreenPhone)。(5)ConsumerNCclient等。 因此,综合市场上对于IA产品的认知条件与需求要素来看,IA产品具下列4点特性: (1)处理器发展趋向低成本、高整合性与低耗能。 (2)整合数字与模拟处理的技术。 (3)较PC更强调通讯能力。 (4)利用软件增加产品的差异性(高附加价值的关键)。 5.3我国IA产品的应用情况 据计算机与微电子发展研究中心市场信息中心(CCID—MIC)分析和预测,到2003年我国有4723万人需要不通过计算机而实现联网,嵌入式操作系统作为信息家电的核心,仅机顶盒一种产品的市场容量就达2000万台,市场估值达到40亿元。其它家电如VCD、电冰箱、洗衣机、微波炉等,如果都实现信息化,嵌入式操作系统每年将带来上百亿元的收入。 CNNIC最新统计我国上网人数1680万,每半年可增长100%,2000年底将达到3000万,可能超过日本,成为仅次于美国的国家。目前,机顶盒(Set-TopBox)是最接近家电的IA产品,从增加电视遥控选台功能,到配备MPEG解压缩功能、数字加密功能,未来可能整合在数码电视中,很可能成为家庭信息、娱乐中枢。 目前,国内有很多IA的开发厂商正加大投入、开发和研制新产品,特别是一些外资大公司积极和国内电器方面的大公司合作推出很具竟争力的IA产品。 5.4嵌入式Linux在IA上的应用开发前景 (1)与硬件芯片的紧密结合 新世纪的智能设备已经逐渐地模糊了硬件与软件的界限,SOC系统(SystemOnChip)的发展就是这种软硬件无缝结合趋势的明证。随着处理器片内微码的发展,在将来可能出现在处理器片内嵌进操作系统的代码模块。 嵌入式Linux的一大特点是:与硬件芯片(如SOC等)的紧密结合。它不是一个纯软件的Linux系统,而比一般操作系统更加接近于硬件。嵌入式Linux的进一步发展,逐步地具备了嵌入式RTOS的一切特征:实时性、与嵌入式处理器的紧密结合。 (2)开放的源代码 嵌入式Linux的另一大特点是:代码的开放性。代码的开放性是与后PC时代的智能设备的多样性是相适应的。代码的开放性主要体现在源代码可获得上,Linux代码开发就像是“集市式”开发,任意选择并按自己的意愿整合出新的产品。 对于嵌入式Linux,事实上是把BIOS层的功能实现在Linux的driver层。目前,在Linux领域,已经出现了专门为Linux操作系统定制的自由软件的BIOS代码,并在多款主板上实现此类的BIOS层功能。 嵌入式Linux技术的普及发展,为国内单片机工程师在软件功能方面提供了极大的支持,为软件引入了TCP/IP网络特性,引入了软件操作系统的健壮性,这都极大增加了系统的功能和极大提高了系统的性能。 (3)嵌入式Linux与硬件芯片的紧密结合 对于许多信息家电的应用来说,嵌入的性能指标是最难满足的,只有靠提高芯片的集成度与装配密度来解决。 嵌入式Linux与标准Linux的一个重要区别是嵌入式Linux与硬件芯片的紧密结合。这是一个不可逾越的难点,也是嵌入式Linux技术的关键之处。嵌入式Linux和商用专用RTOS一样,需要编写BSP(BoardSupportPackage),这相当于编写PC机的BIOS。这不仅仅是嵌入式Linux的难点,也是使用商用专用RTOS开发的难点。硬件芯片(SOC芯片或者是嵌入式处理器)的多样性也决定了代码开放的嵌入式Linux的成功。信息家电的发展,必然导致软硬件无缝结合趋势,逐渐地模糊了硬件与软件的界限,在将来可能出现SOC片内的操作系统代码模块。 随着处理器片内微码的发展,在将来应出现在处理器片内嵌进操作系统的代码模块,很显然模块将具有安全性好、健壮性强、代码执行效率高等特点。着眼于未来的信息家电等智能设备的发展,我们基于对嵌入式Linux技术的深入研究,更重要的是对嵌入式处理器以及SOC系统的深刻理解和研究,发挥对EDA技术的深入研究,以及对模拟数字混合集成电路芯片的深入研究,正在对SOC片内进行嵌入式Linux操作系统代码的植入研究。此类的研究有可能减轻系统开发者对BSP开发的难度要求,并使得嵌入式Linux能够成为普及的嵌入式操作系统,而大大提高嵌入式Linux的易用性,大大提高其开发出的高智能设备的安全性、稳定性,同时也大大提高智能设备的计算能力、处理能力。 (4)解决好软件开发问题 目前,中国众多的家电厂商以制造业为主,当投身IA领域之际,首先面临了不擅长的软件开发工作,找到容量小、稳定性高且易于开发的操作系统对于大家至关重要,嵌入式Linux核心则扮演了一个很好的桥梁的角色,这是一个跨平台的操作系统,到目前为止,它可以支持二三十种CPU,众多家电业的芯片都开始做嵌入式Linux的平台移植工作,在网络方面一般要支持TCP/IP和标准的以太网协议,支持标准的X-Window和中文输入。建议开发商选择一个成熟的方案提供商,从而达到降低开发平台门槛的目的。众多的开发商在成熟的开发平台上可以较为容易加入用户的应用程序,形成个性化、系列化的应用产品。 (5)自身开发实力的评估 我们认为主要应从以下几个方面考虑: 有没有技术积累优势?有没有将待开发IA产品有关领域的整合能力?产品有没有可重用性、模块化?有没有成系列化的可能?有没有市场和售后服务保证?最终用户群的拓展范围有多大? 解决好这些问题后,关键就是开发人才梯队的建设,资金融入等运营管理问题。 6结束语 在21世纪,软件产业、集成电路产业大发展时期中,加入WTO后的中国将迎来新机遇、新挑战,也随时有被抛弃的危险。我们认为软件产业应以CMM模型来规范我们的软件企业、软件圆区建设,将国家的“集成电路税收优惠、软件企业上市优先”的政策落到实处。集成电路从业人员要努力提高设计能力,找准市场需求,融入世界上最新有关集成电路的创新成果,尽快缩短与世界先进水平的差距。对信息家电这样的热点,应紧紧把握用户的消费需求,迅速融入和整合最新科技成果,努力达到以具有高附加值的IC芯片和版本免费的嵌入式Linux方式来开发,并成为面向计算机、通讯与消费性信息家电领域的解决方案。我们期待着我国的厂商能够在信息家电的核心芯片设计以及软件开发中拥有自主产权和广泛的应用。 计算机毕业论文:计算机毕业定性仿真理论及应用 摘要:本文首先介绍了定性仿真的产生背景及理论发展状况,然后说明了定性仿真在各领域的应用情况,最后对定性仿真的发展方向进行了探讨。 关键词:定性仿真,定性模型 1定性仿真的产生与理论现状 定性仿真(QualitativeSimulation)是以非数字手段处理信息输入、建模、行为分析和结果输出等仿真环节,通过定性模型推导系统的定性行为描述。定性仿真是系统仿真的一个分支,是系统仿真与人工智能理论交叉产生的新领域。相对于传统的数字仿真,定性仿真有其独到之处:这种仿真能处理多种形式的信息,有推理能力和学习能力,能初步模仿人类思维方式,人机界面更符合人的思维习惯,所得结果更容易理解。 定性仿真的研究中,美国学者起步较早。70年代后期,美国XEROX实验室的JohndeKleer和SeelyBrown在设计一个电路教学系统时发现,以常规的数学模型和仿真方法难以使学生很快明白电路的工作过程,而在实际教学中,老师并不是先给出数学公式,而是先讲解电路的工作原理,采用定性的描述方法,那么是否可以用计算机来模拟这一方法呢?同样在许多的实际工作中,人们更多的是依靠这种对系统原理性的理解,而这种理解的基础就是定性知识。很多专家学者开始探索如何在数字仿真中引入定性知识。 1983年,JohndeKleer和SeelyBrown发表了有关定性仿真的第一篇论文AQualitativePhysicsBasedOnConfluence?[1],产生了巨大反响,揭开了定性仿真研究热潮的序幕。美国麻省理工学院的KennethD.Forbus则对定性仿真理论作了全面的总结[2];1986年美国德州大学的BenjaminKuipers在QualitativeSimulation”一文中提出了动态仿真算法QSIM[3],使定性仿真接近于实用。1984年人工智能杂志第一次出版了关于定性问题的专集。此后定性问题的研究成为人工智能和系统建模与仿真领域的一个热点,许多学者加入到这一研究领域中,产生了大量的研究成果。1991年,人工智能杂志又出版了有关定性推理的第二本专集,标志着该领域理论研究逐渐成熟并且向应用领域扩展。90年代以来,该领域的研究情况可谓方兴未艾,在IEEE的相关杂志上和撊斯ぶ悄軘等国际刊物上经常可以看到定性仿真方面的研究成果。国内该领域的研究起步较晚,目前从事定性理论研究的仅限于少数院校的少数研究者。 定性仿真产生之后,在理论上出现了百家争鸣的局面,研究者们根据自己的见解提出了各自的建模和仿真理论。目前,基本可分为三个理论派别,即模糊仿真方法、基于归纳学习的方法和朴素物理学方法。 模糊数学方法可以解决模型信息与测量数据的不确定性,所以在定性理论中一般用来作为一种描述手段。最初,系统的定性值是采用区间模糊数的行为来描述的,英国的QiangShen进一步将其发展到用凸模糊数来描述定性值[4],在数据表示上前进了一大步。此后,又有人在其基础上引入了概率论,来度量生成的多个行为的可信度。当前的模糊定性理论,在模糊数表示方面都存在一大弱点,那就是系统真实值与模糊量空间的映射问题,即如何确定描述系统的模糊量。 归纳推理法是定性仿真的一个新方向,它起源于通用系统理论,主要利用其中的通用系统问题求解(GeneralSystemProblemSolve)技术。输入尽可能多的行为,通过归纳学习的方式,构造系统的定性模型,进行仿真研究。归纳推理法最突出的优势在于它完全不需要对象系统的结构信息,不需要预先提供任何模型。但是,这种方法需要采集大量的数据并处理和维护;而且,由于现实条件的限制,不能保证归纳的完备性。 朴素物理方法在理论和应用上发展得最为成熟,它兴起于一些人工智能专家对朴素物理系统的定性推理研究。根据建立系统定性模型的方法,又可分为很多派别,比较有影响的有:SeelyBrown和JohndeKleer提出的基于摿鲾的概念的理论,K.D.Forbus的定性过程理论,B.J.Kuipers基于约束的用定性微分方程描述的定性仿真理论等。 2定性仿真的应用 现在,定性仿真技术与物理、化工、生态、生物、社会等学科相互渗透、结合,在系统监测、故障诊断、系统行为分析、解释以及预测等方面发挥着越来越大的作用。国外文献报导较多而且应用取得成效比较明显的应用领域主要有:工程和工业过程;电子电路分析和故障诊断;医药和医疗诊断;社会经济领域。下面有选择地按照应用领域介绍其中比较典型的项目。 2.1工程和工业过程 这里工程指传统的工程领域及一些工程设备,如蒸馏塔、高压锅炉、汽轮机等人造设备;工业过程指一些连续系统,如机械制造、发酵、化工过程和电站等。这方面的应用项目比较多见。 ARTIST是欧洲的ESPRIT计划中的一个项目[5],项目领导者是苏格兰的Heriot-Watt大学的Leitch.R,完成于1993年7月。此项目建立了定性动态模型,应用于过程监测与故障诊断。Leitch等人建立了一个基于定性微分方程(QDE)和模糊量空间的定性仿真器:Fusim,现已应用在输配电网络和化工厂蒸馏塔的过程监控、分析、诊断上。 ESPRIT计划中另一应用定性推理的重要项目是:TIGER工程-汽轮机的监测、诊断系统[6]。现已应用在Exxon化工厂的大型工业汽轮机以及Dassault航空中心的宇宙飞船辅助动力单元。系统应用定性仿真来预测汽轮机启动及负载改变时的可能行为。 2.2电子电路分析和故障诊断 定性仿真的一个很重要的应用领域便是电子电路分析和故障诊断。定性推理的先驱人物deKleer早在1976年便开发了使用定性知识研究电子线路的系统LOCAL,即根据电路部件已测知的正常行为和错误行为,分析实际行为和预测行为的不一致之处,然后指出电路的故障点。这种思想后来发展成了基于模型的故障诊断理论(model-baseddiagnosistherory)。时至今日,由于定性推理和仿真技术的不断进步,该应用领域的发展前景更为广阔。 这类项目中,最为典型的是Dague.P等人开发的模拟电路故障诊断工具-DEDALE[7]。Dague对该系统进行了一系列实验,声称:DEDALE系统能诊断出电路故障的75%,另外的25%故障没有构成对电路性能的显著影响,并且可以通过其他手段检测出。ElectroniqueSergeDassault继续这个领域的研究工作,已推出一个名为“DIAGMASTER”的商业化产品。 2.3医药和医疗诊断 人工智能中的专家系统,尤其是医疗专家系统,为人工智能的振兴起了推波助澜的作用。而定性仿真在医疗专家系统的应用方面也很活跃。 Bratko.I将定性推理应用在心电图的识别上[8],目的在于根据心电图辨识心律,判断病症。定性模型用来产生心脏工作状况,规则归纳系统用于产生诊断规则库。他给出了心电图诠释系统-KARDIO,澳大利亚的Telectronics公司已将此系统的部分成果应用于他们的心脏病诊治系统IntelligentPacemaker中。 Kuipers和Kassier给出了QSIM理论的定性推理和模型简化方法[9],并给出了在医学专家系统中的具体应用过程。该系统可以对肾脏的水份、盐份平衡过程进行仿真,作为肾炎综合诊治系统的辅助分析工具。 2.4社会经济领域 定性推理由于其处理不完全知识及模糊数据的突出能力,一直在社会科学、人文科学、商业流通等领域的研究上占有重要位置。 Daniels.HAM,Feelders.AJ给出了一个商业行为分析定性仿真模型[10]。作为例子,他们对某个公司的销售量、商品价格、资金状况进行建模,分析其商业行为的变化,如为什么广告量的减少会带来销售量的下降,什么原因导致公司资产减少,是否存在经营危机等。对于银行贷款之前的商业调查,该模型具有广阔的应用前景,荷兰的AMRO银行正在此基础上进行深入的研究工作。 美国的Farley.A,Lin.KB使用QSIM算法,研究市场预测的定性仿真模型,即当市场需求、供给、价格等诸因素变动时,预测可能引起的市场变化[11]。 3定性仿真的发展方向 定性仿真目前仍然是新兴的研究领域,很多基础性的理论工作尚待完善和突破,因此该领域的发展前景十分广阔。对于定性仿真理论,概括来说,有以下几个发展方向: (1)采用定量与定性结合的仿真方法 由于定性模型中包含系统的不完全知识,定性仿真会产生一些虚假和二义的多余行为,当实际系统很复杂时,定性仿真产生相当数量的多余行为,如何有效地减少定性仿真产生的行为数,成为当今定性推理研究的主题。很多研究者纷纷采用定量与定性结合的仿真方法。在定性仿真中加入相当的定量知识,将定量与定性有机地结合起来,将大大减少系统的预测行为数,增强定性仿真的生命力。 (2)采用模型分解方法 定性仿真走向应用时,往往涉及到规模较大的系统,即使省略某些细节,模型仍是非常复杂的。所以,定性理论中,必须有处理这种复杂性的手段。 模型分解方法将系统模型分为若干部分,称为部件(component),系统的联系紧密的变量将集中在一个部件中,并为部件建立状态,系统的描述将以这种状态为单位,若需要不同部分的变量的事件对应性,可以通过不同部分之间的连接来产生。并且,仿真算法上也作了相应的变动,以局部的部件描述为基础的仿真取代了以全局状态为基础的定性仿真算法。大大提高了模型建立工作的效率和准确性,并降低了仿真的时间和空间运行代价。 (3)采用并行定性仿真方法 当前定性仿真在减少冗余或虚假行为的研究上取得了很大进展,但同时也带来了一些始料未及的副作用:定性与定量知识的结合,使知识的表示和推理机制复杂化,数据量明显增加;由于信息不完备,系统的搜索空间增大,使得定性仿真在一定的情况下比定量仿真的速度更慢;再者随着定性仿真逐渐走向应用,参数数量的增长使问题的规模成指数增长,仿真的速度也明显下降。并行定性仿真能较大幅度地提高定性仿真的效率,因此成为一个新兴的发展方向。 鉴于定性仿真技术的诸多优点及巨大的实用价值,许多学者纷纷投入到该领域的研究中,各国政府部门及研究机构在研究经费等方面大力扶助,我们有理由相信在不远的将来定性仿真研究会取得更大的进展。 计算机毕业论文:计算机毕业数控技术和装备发展趋势及建议 摘要:简要介绍了当今世界数控技术及装备发展的趋势及我国数控装备技术发展和产业化的现状,在此基础上讨论了在我国加入WTO和对外开放进一步深化的新环境下,发展我国数控技术及装备、提高我国制造业信息化水平和国际竞争能力的重要性,并从战略和策略两个层面提出了发展我国数控技术及装备的几点看法。装备工业的技术水平和现代化程度决定着整个国民经济的水平和现代化程度,数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业(如信息技术及其产业、生物技术及其产业、航空、航天等国防工业产业)的使能技术和最基本的装备。马克思曾经说过“各种经济时代的区别,不在于生产什么,而在于怎样生产,用什么劳动资料生产”。制造技术和装备就是人类生产活动的最基本的生产资料,而数控技术又是当今先进制造技术和装备最核心的技术。当今世界各国制造业广泛采用数控技术,以提高制造能力和水平,提高对动态多变市场的适应能力和竞争能力。此外世界上各工业发达国家还将数控技术及数控装备列为国家的战略物资,不仅采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业,而且在“高精尖”数控关键技术和装备方面对我国实行封锁和限制政策。总之,大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为世界各发达国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径 数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术,数控装备是以数控技术为代表的新技术对传统制造产业和新兴制造业的渗透形成的机电一体化产品,即所谓的数字化装备,其技术范围覆盖很多领域:(1)机械制造技术;(2)信息处理、加工、传输技术;(3)自动控制技术;(4)伺服驱动技术;(5)传感器技术;(6)软件技术等。1数控技术的发展趋势数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化,使制造业成为工业化的象征,而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大,他对国计民生的一些重要行业(IT、汽车、轻工、医疗等)的发展起着越来越重要的作用,因为这些行业所需装备的数字化已是现展的大趋势。从目前世界上数控技术及其装备发展的趋势来看,其主要研究热点有以下几个方面[1~4]。1.1高速、高精加工技术及装备的新趋势 效率、质量是先进制造技术的主体。高速、高精加工技术可极大地提高效率,提高产品的质量和档次,缩短生产周期和提高市场竞争能力。为此日本先端技术研究会将其列为5大现代制造技术之一,国际生产工程学会(CIRP)将其确定为21世纪的中心研究方向之一。 在轿车工业领域,年产30万辆的生产节拍是40秒/辆,而且多品种加工是轿车装备必须解决的重点问题之一;在航空和宇航工业领域,其加工的零部件多为薄壁和薄筋,刚度很差,材料为铝或铝合金,只有在高切削速度和切削力很小的情况下,才能对这些筋、壁进行加工。近来采用大型整体铝合金坯料“掏空”的方法来制造机翼、机身等大型零件来替代多个零件通过众多的铆钉、螺钉和其他联结方式拼装,使构件的强度、刚度和可靠性得到提高。这些都对加工装备提出了高速、高精和高柔性的要求。 从EMO2001展会情况来看,高速加工中心进给速度可达80m/min,甚至更高,空运行速度可达100m/min左右。目前世界上许多汽车厂,包括我国的上海通用汽车公司,已经采用以高速加工中心组成的生产线部分替代组合机床。美国CINCINNATI公司的HyperMach机床进给速度最大达60m/min,快速为100m/min,加速度达2g,主轴转速已达60000r/min。加工一薄壁飞机零件,只用30min,而同样的零件在一般高速铣床加工需3h,在普通铣床加工需8h;德国DMG公司的双主轴车床的主轴速度及加速度分别达12*!000r/mm和1g。 在加工精度方面,近10年来,普通级数控机床的加工精度已由10μm提高到5μm,精密级加工中心则从3~5μm,提高到1~1.5μm,并且超精密加工精度已开始进入纳米级(0.01μm)。 在可靠性方面,国外数控装置的MTBF值已达6000h以上,伺服系统的MTBF值达到30000h以上,表现出非常高的可靠性。 为了实现高速、高精加工,与之配套的功能部件如电主轴、直线电机得到了快速的发展,应用领域进一步扩大。 1.25轴联动加工和复合加工机床快速发展 采用5轴联动对三维曲面零件的加工,可用刀具最佳几何形状进行切削,不仅光洁度高,而且效率也大幅度提高。一般认为,1台5轴联动机床的效率可以等于2台3轴联动机床,特别是使用立方氮化硼等超硬材料铣刀进行高速铣削淬硬钢零件时,5轴联动加工可比3轴联动加工发挥更高的效益。但过去因5轴联动数控系统、主机结构复杂等原因,其价格要比3轴联动数控机床高出数倍,加之编程技术难度较大,制约了5轴联动机床的发展。 当前由于电主轴的出现,使得实现5轴联动加工的复合主轴头结构大为简化,其制造难度和成本大幅度降低,数控系统的价格差距缩小。因此促进了复合主轴头类型5轴联动机床和复合加工机床(含5面加工机床)的发展。 在EMO2001展会上,新日本工机的5面加工机床采用复合主轴头,可实现4个垂直平面的加工和任意角度的加工,使得5面加工和5轴加工可在同一台机床上实现,还可实现倾斜面和倒锥孔的加工。德国DMG公司展出DMUVoution系列加工中心,可在一次装夹下5面加工和5轴联动加工,可由CNC系统控制或CAD/CAM直接或间接控制。1.3智能化、开放式、网络化成为当代数控系统发展的主要趋势 21世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统,智能化的内容包括在数控系统中的各个方面:为追求加工效率和加工质量方面的智能化,如加工过程的自适应控制,工艺参数自动生成;为提高驱动性能及使用连接方便的智能化,如前馈控制、电机参数的自适应运算、自动识别负载自动选定模型、自整定等;简化编程、简化操作方面的智能化,如智能化的自动编程、智能化的人机界面等;还有智能诊断、智能监控方面的内容、方便系统的诊断及维修等。 为解决传统的数控系统封闭性和数控应用软件的产业化生产存在的问题。目前许多国家对开放式数控系统进行研究,如美国的NGC(TheNextGenerationWork-Station/MachineControl)、欧共体的OSACA(OpenSystemArchitectureforControlwithinAutomationSystems)、日本的OSEC(OpenSystemEnvironmentforController),中国的ONC(OpenNumericalControlSystem)等。数控系统开放化已经成为数控系统的未来之路。所谓开放式数控系统就是数控系统的开发可以在统一的运行平台上,面向机床厂家和最终用户,通过改变、增加或剪裁结构对象(数控功能),形成系列化,并可方便地将用户的特殊应用和技术诀窍集成到控制系统中,快速实现不同品种、不同档次的开放式数控系统,形成具有鲜明个性的名牌产品。目前开放式数控系统的体系结构规范、通信规范、配置规范、运行平台、数控系统功能库以及数控系统功能软件开发工具等是当前研究的核心。 网络化数控装备是近两年国际著名机床博览会的一个新亮点。数控装备的网络化将极大地满足生产线、制造系统、制造企业对信息集成的需求,也是实现新的制造模式如敏捷制造、虚拟企业、全球制造的基础单元。国内外一些著名数控机床和数控系统制造公司都在近两年推出了相关的新概念和样机,如在EMO2001展中,日本山崎马扎克(Mazak)公司展出的“CyberProductionCenter”(智能生产控制中心,简称CPC);日本大隈(Okuma)机床公司展出“ITplaza”(信息技术广场,简称IT广场);德国西门子(Siemens)公司展出的OpenManufacturingEnvironment(开放制造环境,简称OME)等,反映了数控机床加工向网络化方向发展的趋势。1.4重视新技术标准、规范的建立1.4.1关于数控系统设计开发规范 如前所述,开放式数控系统有更好的通用性、柔性、适应性、扩展性,美国、欧共体和日本等国纷纷实施战略发展计划,并进行开放式体系结构数控系统规范(OMAC、OSACA、OSEC)的研究和制定,世界3个最大的经济体在短期内进行了几乎相同的科学计划和规范的制定,预示了数控技术的一个新的变革时期的来临。我国在2000年也开始进行中国的ONC数控系统的规范框架的研究和制定1.4.2关于数控标准 数控标准是制造业信息化发展的一种趋势。数控技术诞生后的50年间的信息交换都是基于ISO6983标准,即采用G,M代码描述如何(how)加工,其本质特征是面向加工过程,显然,他已越来越不能满足现代数控技术高速发展的需要。为此,国际上正在研究和制定一种新的CNC系统标准ISO14649(STEP-NC),其目的是提供一种不依赖于具体系统的中性机制,能够描述产品整个生命周期内的统一数据模型,从而实现整个制造过程,乃至各个工业领域产品信息的标准化。 STEP-NC的出现可能是数控技术领域的一次革命,对于数控技术的发展乃至整个制造业,将产生深远的影响。首先,STEP-NC提出一种崭新的制造理念,传统的制造理念中,NC加工程序都集中在单个计算机上。而在新标准下,NC程序可以分散在互联网上,这正是数控技术开放式、网络化发展的方向。其次,STEP-NC数控系统还可大大减少加工图纸(约75%)、加工程序编制时间(约35%)和加工时间(约50%)。 目前,欧美国家非常重视STEP-NC的研究,欧洲发起了STEP-NC的IMS计划(1999.1.1~2001.12.31)。参加这项计划的有来自欧洲和日本的20个CAD/CAM/CAPP/CNC用户、厂商和学术机构。美国的STEPTools公司是全球范围内制造业数据交换软件的开发者,他已经开发了用作数控机床加工信息交换的超级模型(SuperModel),其目标是用统一的规范描述所有加工过程。目前这种新的数据交换格式已经在配备了SIEMENS、FIDIA以及欧洲OSACA-NC数控系统的原型样机上进行了验证。2对我国数控技术及其产业发展的基本估计我国数控技术起步于1958年,近50年的发展历程大致可分为3个阶段:第一阶段从1958年到1979年,即封闭式发展阶段。在此阶段,由于国外的技术封锁和我国的基础条件的限制,数控技术的发展较为缓慢。第二阶段是在国家的“六五”、“七五”期间以及“八五”的前期,即引进技术,消化吸收,初步建立起国产化体系阶段。在此阶段,由于改革开放和国家的重视,以及研究开发环境和国际环境的改善,我国数控技术的研究、开发以及在产品的国产化方面都取得了长足的进步。第三阶段是在国家的“八五”的后期和“九五”期间,即实施产业化的研究,进入市场竞争阶段。在此阶段,我国国产数控装备的产业化取得了实质性进步。在“九五”末期,国产数控机床的国内市场占有率达50%,配国产数控系统(普及型)也达到了10%。 纵观我国数控技术近50年的发展历程,特别是经过4个5年计划的攻关,总体来看取得了以下成绩。 a.奠定了数控技术发展的基础,基本掌握了现代数控技术。我国现在已基本掌握了从数控系统、伺服驱动、数控主机、专机及其配套件的基础技术,其中大部分技术已具备进行商品化开发的基础,部分技术已商品化、产业化。 b.初步形成了数控产业基地。在攻关成果和部分技术商品化的基础上,建立了诸如华中数控、航天数控等具有批量生产能力的数控系统生产厂。兰州电机厂、华中数控等一批伺服系统和伺服电机生产厂以及北京第一机床厂、济南第一机床厂等若干数控主机生产厂。这些生产厂基本形成了我国的数控产业基地。 c.建立了一支数控研究、开发、管理人才的基本队伍。 虽然在数控技术的研究开发以及产业化方面取得了长足的进步,但我们也要清醒地认识到,我国高端数控技术的研究开发,尤其是在产业化方面的技术水平现状与我国的现实需求还有较大的差距。虽然从纵向看我国的发展速度很快,但横向比(与国外对比)不仅技术水平有差距,在某些方面发展速度也有差距,即一些高精尖的数控装备的技术水平差距有扩大趋势。从国际上来看,对我国数控技术水平和产业化水平估计大致如下。 a.技术水平上,与国外先进水平大约落后10~15年,在高精尖技术方面则更大。 b.产业化水平上,市场占有率低,品种覆盖率小,还没有形成规模生产;功能部件专业化生产水平及成套能力较低;外观质量相对差;可靠性不高,商品化程度不足;国产数控系统尚未建立自己的品牌效应,用户信心不足。 c.可持续发展的能力上,对竞争前数控技术的研究开发、工程化能力较弱;数控技术应用领域拓展力度不强;相关标准规范的研究、制定滞后。 分析存在上述差距的主要原因有以下几个方面。 a.认识方面。对国产数控产业进程艰巨性、复杂性和长期性的特点认识不足;对市场的不规范、国外的封锁加扼杀、体制等困难估计不足;对我国数控技术应用水平及能力分析不够。 b.体系方面。从技术的角度关注数控产业化问题的时候多,从系统的、产业链的角度综合考虑数控产业化问题的时候少;没有建立完整的高质量的配套体系、完善的培训、服务网络等支撑体系。 c.机制方面。不良机制造成人才流失,又制约了技术及技术路线创新、产品创新,且制约了规划的有效实施,往往规划理想,实施困难。 d.技术方面。企业在技术方面自主创新能力不强,核心技术的工程化能力不强。机床标准落后,水平较低,数控系统新标准研究不够。 3对我国数控技术和产业化发展的战略思考3.1战略考虑 我国是制造大国,在世界产业转移中要尽量接受前端而不是后端的转移,即要掌握先进制造核心技术,否则在新一轮国际产业结构调整中,我国制造业将进一步“空芯”。我们以资源、环境、市场为代价,交换得到的可能仅仅是世界新经济格局中的国际“加工中心”和“组装中心”,而非掌握核心技术的制造中心的地位,这样将会严重影响我国现代制造业的发展进程。 我们应站在国家安全战略的高度来重视数控技术和产业问题,首先从社会安全看,因为制造业是我国就业人口最多的行业,制造业发展不仅可提高人民的生活水平,而且还可缓解我国就业的压力,保障社会的稳定;其次从国防安全看,西方发达国家把高精尖数控产品都列为国家的战略物质,对我国实现禁运和限制,“东芝事件”和“考克斯报告”就是最好的例证。3.2发展策略 从我国基本国情的角度出发,以国家的战略需求和国民经济的市场需求为导向,以提高我国制造装备业综合竞争能力和产业化水平为目标,用系统的方法,选择能够主导21世纪初期我国制造装备业发展升级的关键技术以及支持产业化发展的支撑技术、配套技术作为研究开发的内容,实现制造装备业的跨跃式发展 强调市场需求为导向,即以数控终端产品为主,以整机(如量大面广的数控车床、铣床、高速高精高性能数控机床、典型数字化机械、重点行业关键设备等)带动数控产业的发展。重点解决数控系统和相关功能部件(数字化伺服系统与电机、高速电主轴系统和新型装备的附件等)的可靠性和生产规模问题。没有规模就不会有高可靠性的产品;没有规模就不会有价格低廉而富有竞争力的产品;当然,没有规模中国的数控装备最终难以有出头之日。 在高精尖装备研发方面,要强调产、学、研以及最终用户的紧密结合,以“做得出、用得上、卖得掉”为目标,按国家意志实施攻关,以解决国家之急需。 在竞争前数控技术方面,强调创新,强调研究开发具有自主知识产权的技术和产品,为我国数控产业、装备制造业乃至整个制造业的可持续发展奠定基础。 计算机毕业论文:计算机毕业多媒体技术地理信息系统 摘要将多媒体技术应用于地理信息系统中的关键问题是:如何有效地管理多媒体数据和空间数据;其次,在区域分析过程中,怎样实现多媒体播放功能.指出用扩充的关系数据模型作为多媒体数据模型较适宜;多媒体功能的实现则取决于多媒体数据的格式是否为RIFF格式以及对多媒体数据的应用要求.最后展示了多媒体技术在地理信息系统中的应用前景. 关键词多媒体技术,地理信息系统,空间数据,属性数据,区域分析,数据模型. 现今由于多媒体技术的迅速崛起和高速发展,越来越多的应用软件都大量使用了多媒体技术.如果将多媒体技术应用于地理信息系统(geographicinformationsystem,简称GIS)软件中,势必大大增强GIS信息的表现能力,扩大GIS的应用领域.那么怎样将多媒体技术应用于GIS软件中呢我们认为应从两方面来设计:其一是怎样将多媒体数据溶于GIS数据库中,并保证提供GIS软件的双向检索及各种分析功能;其二是在应用过程中,怎样实现多媒体的播放功能.以下就这两个内容及其应用前景谈谈我们的看法. 1多媒体数据的有效管理 通常,应用软件中的多媒体数据有两种生成方式:一种是媒体播放之前,将其数字化到数据库当中,播放时从数据库中取数据;另一种是播放时,边生成边播放.而GIS软件中的数据库又分为空间数据库和属性数据库,即我们可根据媒体数据的特性或应用软件的要求将多媒体数据分别溶于空间数据库和属性数据库中. 1.1GIS数据库中多媒体数据的管理 1.1.1GIS空间数据库中多媒体数据的管理目前,多数GIS应用软件所能描述的空间目标都是静态的,实际上,很多GIS所要表达和研究的空间目标都不会是一成不变的,因此,GIS研究者已广泛关注能对时空过程和时空目标进行描述和分析的时态GIS(temporalGIS).时态GIS的组织核心是时空数据库,即设计一个合理的时空数据模型是建立时态GIS的关键所在.虽然目前还没有较成熟的能支持时态GIS产品的时空数据模型,一但时空数据模型的研究有所突破,不仅能解决时态GIS的应用问题,还将解决空间数据库中动画数据的管理问题,即可通过使用动画技术来实现在屏幕上动态播放时空过程.如动态显示卫星云图的变化情况、地壳变动情况、森林沙化和城市化情况以及海岸或河滩的侵蚀或淤积变化情况等. 有关时空数据模型,张祖勋[1]提出使用分级索引方法来对基本修正法进行改进.这种方法就是不存贮研究区域中每个状态的全部信息,而只存贮某个时间的数据状态(称为基态)以及相对于基态或邻近状态的变化量.在此基础上,建立分级索引,以便能快速找到所需的时空过程的数据. 要使用这种建索引的基本修正法,需要考虑两个问题,一个是如何建立索引;另一个是如何设计用来描述两个状态变化量的差文件. 关于建索引的问题,笔者认为:基态,亦a,b,c,d分别表示时态GIS的4个时期;T.时间轴;t0,t1,…,tn分别表示时态在GIS某个时期的n+1个时态,其中tn为基态,即“现在”时态一次数据状态——“现在”时态总是变化的,每产生一个新的现在时态,就应生成一个现在时态与前一次时态的差文件,同时根据现在时态所处的时间位置来决定是否产生新的索引差文件.以四叉树为例,如图1所示,当n为2i(i=2,3,…)的整数倍时,就需产生tn-2i~tn的索引差文件.相应地为了减少索引差文件所占的存贮空间,而又不影响对任一时态的检索速度,可将tn-2i+1~tn-2i的索引差文件删掉,所删的索引名文件个数正好比新建的索引差文件个数少一个. 关于差文件,笔者认为在设计中应考虑如下几个因素.(1)由于差文件是通过对两个时态的目标信息进行异或而产生的,这意味着差文件包含有两类目标信息:一类是前一时态有而后一时态无的目标信息;另一类是前一时态无而后一时态有的目标信息.为了能根据差文件快速、连续地由一个状态到过去另一状态或最近另一状态进行检索,应在差文件中将这两类目标信息予以标识区分.(2)两个状态之间目标变化应是有对应关系的,即01(目标从无到有);10(目标从有到无);1N(目标从一个变成多个);N1(目标从多个变成一个),以及目标空间信息无变化,属性信息有变化;目标局部空间信息有变化等.为了能进行快速检索,在差文件中应将两类各目标之间的对应关系予以标明,当然,这会增加差文件生成过程的复杂性.(3)和所有地图数据库模型类似,差文件也由空间信息、属性信息和关系信息组成,差文件中应将每个目标这3种信息之间的关系予以标明. 1.1.2GIS属性数据库中多媒体数据的管理有些G IS的应用中,认为多媒体数据是一种特殊的专题属性数据.怎样选择多媒体数据的数据模型,使得既能遵循其自身特点,又能有效地建立起它与空间数据的联系,是多媒体技术在GIS应用中的关键所在. 目前,多数GIS属性数据库使用的是关系模型.为能将关系模型应用于多媒体数据管理系统中,就必须对现有的关系模型进行扩充,使它不但能处理格式化数据,也能处理非格式化数据.杨学良[2]就这个问题提出了3种技术策略:将多媒体数据文件名作为关系中元组某列(或属性);将每个元组作为一个完整文件保存;元组中存贮格式化数据以及非格式化数据的引用项,而非格式化数据单独存贮. 对比这3种技术策略,第一种技术策略方法简单、容易实现,适宜于对多媒体数据进行播放.第二、三种技术策略虽然能够实现并发控制和恢复,以及实现对多媒体数据进行编辑和拮取的应用,但由于此两种技术策略将每个元组所对应的空间目标的专业属性和多媒体属性混在一起,这既增大了应用程序设计的复杂性,又不利于那些只需使用空间目标的专业属性的一些应用的实现.为此,我们认为,在第一种技术策略的基础上,增加一个或多个属性项,用于存放多媒体数据的文件信息和数据流信息,当我们需要对多媒体数据文件进行特殊应用时,可根据文件信息和数据流信息对多媒体数据文件进行操作. 1.2GIS区域分析中多媒体数据的生成 多媒体数据生成的另一种方式是在GIS应用中,边统计、分析运算,边生成结果数据——多媒体数据. 1.2.1空间分析中多媒体数据的生成空间分析是一组分析结果依赖于所分析对象的位置信息技术[3],因此,空间分析要求获得目标的空间位置及其属性描述两方面信息.空间分析主要有:地形分析、叠加分析、缓冲区分析和网络分析等. 为了能更清楚地表示上述一些空间分析的结果,我们可用虚拟现实技术来实现.所谓虚拟现实[4]是一种由计算机生成的高级人机交互系统,即构成一个以视觉感受为主,也包括听觉、触觉、嗅觉的可感知环境,使用者通过专门的设备可在这个环境中实现观察、触摸、操作、检测等试验,有身临其境之感.比如,可用虚拟技术来观察地形分析或网络分析得到的空间效果,使用者可用交互操作的方式来控制自己与观察对象的角度、距离以及光照等,使观察对象随使用者的操作而动态旋转.此时以动画形式显示的媒体数据随使用者的操作产生并显示. 1.2.2统计分析中多媒体数据的生成统计分析就是用数理统计方法开展区域分析.数理统计方法主要有:统计特征值、研究两种或多种地理现象之间的相关分析,通过一组实际观测数据分析系统变量之间因果关系的回归分析,以及主成分分析等. 为了更加形象化,我们可以将数理统计结果以直方图、曲线、曲面或区划图表示,甚至可以将重要的部分以醒目的颜色、特殊的符号或闪烁的显示形式来告诉使用者,还可以配上解说词,以增加系统的感染力,而表现这些现象的媒体数据是在统计分析之后由系统自动生成并播放的. 2GIS应用系统中多媒体功能的实现 在GIS应用软件中进行多媒体功能实现,首先是受GIS应用软件自身开发平台的限制.多数情况下,GIS应用软件的多媒体开发平台宜选择编程语言,如VC++,VB或BC++等,以利于和GIS应用软件相结合.一旦多媒体开发环境确定下来,那么怎样实现区域分析中多媒体功能 2.1空间数据库中多媒体数据的播放 由前所述,空间数据库中存贮的多是各期间的时空数据,这些数据的结构与MCI所能接受的多媒体文件格式RIFF(resourceinterchangefileformat)不同,所以应用程序不能直接调用MCI函数和API函数,必须根据时态GIS的空间数据库结构,设计一个相应的动画播放程序来实现动态显示功能. 下面简述动态显示时态GIS中ti~tj状态的算法步骤(0≤i≤j≤n,其中n为现在时态).(1)由基态开始检索各索引差文件直到生成ti状态信息.(2)显示ti状态信息.(3)根据ti差文件,擦除ti状态有而ti+1状态无的信息,显示ti状态无而ti+1状态有的信息.(4)i+1i.(5)当i<j时,转(3);否则结束. 字4 如果用上述算法来实现动态显示时空过程,还有很多细节需要设计.首先,在(1)步骤,从基态开始,逐级逐步检索,每检索到一个状态差文件,就需根据差文件来生成该状态信息,直到ti状态处;其次,在(3)中,需要用到动画技术,擦除前一状态信息实质为恢复该处显示内容,而显示后一状态信息之前,需保存后一处信息内容,再予以显示新状态信息. 性数据库中多媒体数据的应用 一般来说,多媒体数据主要应用于两个方面:一个是简单播放;另一个是对多媒体数据进行编辑和拮取.对于前者,只要使用MCI函数或API函数按属性数据库中其他属性的要求进行播放;对于后者,这就要求程序员熟悉多媒体数据文件格式RIFF,根据多媒体数据的文件信息和数据流信息,通过调用多媒体文件输入/输出函数来实现多媒体的播放、编辑、拮取以及同步控制等操作. 3多媒体技术在GIS中的应用前景 (1)实现资源信息的科学管理,提供信息服务.GIS一改为用户管理提供单一的图表、数据信息形式,而在管理空间信息的同时,对图形、图象、视频、声音、动画等形式的信息进行管理和播放,大大增加了信息的表现能力.(2)家庭教育和个人娱乐.将多媒体和GIS溶于一身,会丰富教育、娱乐软件的内容及表现手段.比如有关地理、历史等课程的教学软件和娱乐软件的设计.(3)销售和演示信息系统.GIS和多媒体技术合为一体的这类系统会比以往的信息系统更具有表现力.比如房地产公司的销售系统,既能表明所售住房的空间位置,又能从中检索其住房环境及内部结构,而且可以动态地删去当天已售出的房子,给出不同价格等;旅游导游系统,可以在为观光游客制定导游路线时,就能对不同地方的景点产生身临其境的感觉.总之,将多媒体技术和GIS技术相结合,是计算机应用领域的一个发展方向,它会改变人们的工作、生活、思维方式,推动信息社会的前进. 计算机毕业论文:计算机毕业变频调速器龙门抓上应用 厂输煤系统使用的是5T龙门式装卸桥,跨度为40.5m,抓斗的提升、开闭机构由二台45KW绕线式异步电动机驱动,小车行走机构分别由二台22KW绕线式异步电动机驱动,大车行走机构分别由二台11KW绕线式异步电动机驱动。在抓斗的提升、开闭,大车及小车前进、后退的传动控制过程中,为了确保机械设备运行的平稳性,采用了绕线式异步电动机转子串接电阻的调速方式。在多年的使用过程中发现该控制方式中存在着很多难以解决的问题,比如调速性能差、接触器动作频繁致使经常更换接触器、串接电阻故障多、操作不规范造成电气回路及机械部件损坏等。 一、问题的提出 经现场实地查看,发现,该5T龙门式装卸桥的抓斗的提升、开闭以及小车的前进后退的调速性能均较差,而且使用按扭控制起停、主令开关设定速度段,这样就会有两种情况:1.绕线式异步电动机一起动很快达到设定的电机最大转速,速度太高以及变化太快容易造成电器、机械部件的损坏;2.如设定速度低则会延长等待时间,使生产效率降低。另外,针对抓斗的提升及下放也存在一些潜在的问题,即:当抓斗提升,但在空中停车再起动时,有可能致使抓斗出现“溜车”现象(轻微下滑),这时电机工作在反接制动状态,但是制动转矩小于负载转矩,电机电流非常大。当下放抓斗时,电机在重力与电动转矩的作用下以极快的速度运行在第四象限,电机工作在回馈制动状态,转速大于同步转速,停车时(抱闸),由于抓斗的惯性及下降速度太快停车效果差,非常危险。针对上述问题,现要采用变频调速技术予以解决。 二、抓斗的提升、开闭变频控制 抓斗有两台电机控制即抓斗开合电机、抓斗提升电机。抓斗抓煤时,仅有开合电机运转,抓满煤开始提升时,提升和开合两台电机均要工作,相互间需要有速度配合才可使系统稳定可靠运行。根据以往制作类似提升、下放重物变频控制装置的经验及查阅ABB公司起重专用变频器的相关技术资料,变频器采用制动单元和制动电阻后能够提供100%的制动转矩,使抓斗下放时,电机工作在制动状态,变频器的制动单元能够完全吸收掉这部分能量使电机稳定工作在第四象限,且转速连续可调。这些通过调整开合电机变频器及提升电机变频器的频率、 加速时间,使之相互配合,调整方便。 抓斗的提升、开闭机构采用SIEMENSS7-200系列PLC控制,其输入、输出均由继电器进行隔离。采用PLC控制后使系统的维护量大大减少,修改或调整控制关系灵活、方便。 三、大车、小车运行机构变频控制 该系统的大车、小车运行机构基本象似,都是由两台电机控制,只是电机的功率不一样,对两台电机分别采用两台相同的西门子MASTERDRIVES系列矢量控制型变频器进行起动及速度控制。由于两台电机是驱动的同一负载,为保证两台电机的同步运行,每台变频器均配置一块TSY型同步板来实现同步控制。每台变频器还需要加装直流母线上的制动单元实现四象限运行。 采用变频器调速时,每台变频器分别单独供电。设定一台变频器为启动变频器,另一台为工作变频器,两台变频器设置参数完全一致,在SIEMENSPLC(S7-200系列)的控制下,绕线电机的转子短接接触器吸合。在接受到起动按扭发出的起动命令及速度信号后,两台变频器同步工作,当需要快速停车或反向运转时,两台电机的能量回馈通过制动单元释放,达到快速起停的目的。 四、其它 原转子串接电阻调速方式的控制装置的电源和控制部分回路保持不变,变频控制与原控制系统可通过转换开关相互切换。四台变频器均采用矢量型变频器并配以制动单元、制动电阻以确保在机械失灵的情况下人身及设备的安全。由于变频器调速属高效调速系统,运行效率高,调速灵活、方便,系统反应速度快,所以采用变频器控制并没有影响龙门抓的抓煤量。 五、小结 该系统经改造后运行近一年来,未出现电器或机械部件损坏,操作简便,减少了操作人员操作强度,为我公司带来了可观的经济效益。需要补充的是如果有条件的话可在抓斗控制机械制动回路增加变频器故障跳闸联锁,变频器一旦故障机械制动立即动作,使之停车,这样龙门抓的运行可靠性将会得到大大提高。 计算机毕业论文:计算机毕业PLC实现变频调速器多电机控制 [摘要]本文介绍了一种PLC与变频调速器构成的多分支通讯网络,阐明了该网络控制调速系统与一般模拟量控制调速系统相比的优越性,给出了系统框图及PLC程序。 [关键词]PLC变频调速器多电机控制网络通讯协议 一、引言 以变频调速器为调速控制器的同步控制系统、比例控制系统和同速系统等已广泛应用于冶金、机械、纺织、化工等行业。以比例控制系统为例,一般的系统构成如图1所示。 工作时操作人员通过控制机(可为PLC或工业PC)设定比例运行参数,然后控制机通过D/A转换模件发出控制变频调速器的速度指令使各个变频调速器带动电机按一定的速度比例运转。此方案对电机数目不多,电机分布比较集中的应用系统较合适。但对于大规模生产自动线,一方面电机数目较多,另一方面电机分布距离较远。采用此控制方案时由于速度指令信号在长距离传输中的衰减和外界的干扰,使整个系统的工作稳定性和可靠性降低;同时大量D/A转换模件使系统成本增加。为此我们提出了PLC与变频调速器构成多分支通讯控制网络。该系统成本较低、信号传输距离远、抗干扰能力强,尤其适合远距离,多电机控制。 二、系统硬件构成 系统硬件结构如图2所示,主要由下列组件构成; 1、FX0N—24MR为PLC基本单元,执行系统及用户软件,是系统的核心。 2、FX0N—485ADP为FX0N系统PLC的通讯适配器,该模块的主要作用是在计算机—PLC通讯系统中作为子站接受计算机发给PLC的信息或在多PLC构成n:n网络时作为网络适配器,一般只作为规定协议的收信单元使用。本文作者在分析其结构的基础上,将其作为通讯主站使用,完成变频调速器控制信号的发送。 3、FR—CU03为FR—A044系列比例调速器的计算机连接单元,符合RS—422/RS—485通讯规范,用于实现计算机与多台变频调速器的连网。通过该单元能够在网络上实现变频调速器的运行控制(如启动、停止、运行频率设定)、参数设定和状态监控等功能,是变频器的网络接口。 4、FR—A044变频调查器,实现电机调速。 在1:n(本文中为1:3)多分支通讯网络中,每个变频器为一个子站,每个子站均有一个站号,事先由参数设定单元设定。工作过程中,PLC通过FX0N—485ADP发有关命令信息后,各个子站均收到该信息,然后每个子站判断该信息的站号地址是否与本站站号一致。若一致则处理该信息并返回应答信息;若不一致则放弃该信息的处理,这样就保证了在网络上同时只有一个子站与主站交换信息。 字串4 三、软件设计 1、通讯协议 FR—CU03规定计算机与变频器的通讯过程如图3所示, 该过程最多分5个阶段。?、计算机发出通讯请求;?、变频器处理等待;?、变频器作出应答;?、计算机处理等待;?、计算机作出应答。根据不同的通讯要求完成相应的过程,如写变频器启停控制命令时完成?~?三个过程;监视变频器运行频率时完成五个过程。不论是写数据还是读数据,均有计算机发出请求,变频器只是被动接受请求并作出应答。每个阶段的数据格式均有差别。图4分别为写变频器控制命令和变频器运行频率的数据格式。 2、PLC编程 要实现对变频器的控制,必须对PLC进行编程,通过程序实现PLC与变频器信息交换的控制。PLC程序应完成FX0N—485ADP通讯适配器的初始化、控制命令字的组合、代码转换及变频器应答信息的处理等工作。PLC梯形图程序(部分程序)如图5所示。字串2 程序中通讯发送缓冲区为D127~D149;接受缓冲区为D150~D160。电机1启动、停止分别由X0的上升、下降沿控制;电机2启动、停止分别由X1的上升、下降沿控制;电机3启动、停止分别由X2的上升、下降沿控制。程序由系统起始脉冲M8002初始化FX0N—485ADP的通讯协议;然后进行启动、停止信号的处理。以电机1启动为例,X0的上升沿M50吸合,变频器1的站号送入D130,运行命令字送入D135,ENQ、写运行命令的控制字和等待时间等由编程器事先写入D131、D132、D133;接着求校验和并送入D136、D137;最后置M8122允许RS指令发送控制信息到。变频器受到信号后立刻返回应答信息,此信息FX0N—485ADP收到后置M8132,PLC根据情况作出相应处理后结束程序。 四、结语 1、实际使用表明,该方案能够实现PLC通过网络对变频调速器的运行控制、参数设定和运行状态监控。 2、该系统最多可控制变频调速器32台,最大距离500m。 3、控制多台变频器,成本明 显低于D/A控制方式。 4、随着变频器的增加,通讯延迟加大,系统响应速度低于D/A控制方式。 计算机毕业论文:计算机毕业制造业CIMS工程实施和应用 中强电动工具有限公司信息化建设经验/施吉鸣 摘要:本文介绍了国家电动工具制造行业骨干企业宁波经济技术开发区中强电动工具有限公司CIMS工程实施与应用过程中的经验,为宁波市、浙江省制造企业实施CIMS提供了可借鉴的模式。 关键词:CIMS;CAD;PDM;ERP 1993年正式投产的中强电动工具有限公司在我国电动工具制造行业竞争近乎白灼化的今天不仅站稳了脚跟,而且实现了产量和销售平均每年递增35%以上的快速增长,人均产值及利润连续多年在全国同行业中处于领先水平,目前已成为中国首屈一指的各类中高档电动工具专业制造商,拥有员工2000人,年产值10亿元。中强公司的优势在于秉承“以人为本,科技创新”的立业理念,采用最有效的管理模式,集约社会资源,拥有产品市场和技术开发两大核心竞争力,而核心竞争力的背后则是拥有完善和强大的IT体系。 1CIMS工程概况 中强公司的CIMS工程主要由计算机网络/数据库分系统、工程设计(CAD)分系统、产品数据管理(PDM)分系统、企业资源计划(ERP)分系统等四部分组成,包括: 工程设计(CAD)分系统:二维CAD绘图设计已完全普及,引进三维设计软件并逐步应用在新产品造型设计、总体设计、结构设计、零部件设计及总体装配等工作中,大大加快了设计开发进程,并提高了设计质量,优化了产品设计,缩短了产品开发周期。 字串5 产品数据管理(PDM)分系统:采用上海思普信息技术有限公司开发并由宁波联科电脑技术有限公司实施的产品数据管理(SIPM/PDM)系统和图档管理系统EDM,有效地解决了设计流程、技术资料的规范化,技术信息传递、流转、反馈快速流畅,并保证了数据的完整性、安全性和保密性,目前已运行在公司产品设计部门,实现了产品设计、工作流程的无纸化管理。 企业资源计划(ERP)分系统:采用宁波万通软件公司ERP系统,并分批实施了制造数据管理、销售管理、技术工艺管理、生产计划、车间作业、物料需求计划、采购管理、库存管理、质量管理、人力资源管理、设备管理、计件工资成本管理、PDM接口等一系列子系统,此外还开发实施了基于Internet的订货管理子系统,作为销售管理子系统的上游子系统,为其提供数据。 系统集成:在基本完成各分系统应用后,对整个项目的系统集成进行了安装和调试,目前,整个系统已经可以集成运行,实现了CAD、PDM和ERP的信息集成。 通过CIMS工程的实施,中强公司在管理上已逐步形成一套快速响应市场变化、满足客户需求的企业内部运行机制,实现了产品销售、技术开发、生产计划、物料管理、财务管理等各个部门业务管理计算机化。 字串7 2软件产品的选择 在中强公司CIMS工程中,主要应用软件均采用了国产软件,如IntelCAD和PDM软件是上海思普信息技术有限公司的自主软件产品,ERP系统选用的是万通软件有限公司自主研究开发的ERP系统软件,国产软件费用占软件总费用的70%以上。选用国产软件主要是基于以下考虑: 2.1考虑中国国情。国外有许多好的管理软件,但是拿到中国后多数都不太适用,有些企业就是勉强用了也用不好。究其原因,主要是中国的企业管理水平和现状很难与国外软件的标准管理模式融合。企业花了很大的代价,花了很长的时间,实施的结果是弃之不舍,留之难用。中强公司选用的这些应用软件有较多的国情化处理,比较符合中国企业的实际情况,技术上较成熟,在国内有广泛的用户,且软件公司具有雄厚的技术实力和丰富的实施经验,技术支持力度强。 2.2考虑投入产出。企业做任何事情都要考虑投入产出,要考虑风险,国外软件动则几十万上百万美元,对国内企业来讲是一个不小的负担,同时也增加了软件实施的风险,还有软件今后的升级费用等问题,都需要企业认真考虑。目前,国产软件(如两维CAD、PDM、ERP等)的水平有了很大的提高,已能够满足国内企业实际工作的需要。字串6 2.3考虑售后服务。软 件特别是象ERP、PDM这样大型软件的实施都会有一个较长的周期,企业应用咨询、软件原理培训、软件应用培训、软件客户化修改都是必不可少的,国外软件高昂的技术支持费用是国内企业难以承受的,更难长时间承受。同时国外软件的封闭性使国内企业的软件人员很难进行修改和变动。而国产软件则不同,尽管国产软件也要收取技术支持费用,但其收费标准国内企业可以承受,而且国产软件其源代码相对开放,较大的客户化变动委托给软件公司,一般性的修改完全可以由企业自己来解决。 当然,国产应用软件也不是十全十美,今后应该在专用界面、决策支持、特别是PDM软件在工程项目中的管理与控制、安全性管理、工作流的并发机制处理、多BOM视图形成等方面还须不断改进和提高。 3CIMS工程的综合效益 中强公司应用国产软件实施CIMS工程,不仅提高了企业管理水平,同时也获得了良好的经济效益。直接经济效益如表一所示。 表一:直接经济效益 响应市场的速度 提高了30%,对快速占领市场发挥了重要作用。 字串3 新产品开发 开发速度加快25%以上,为新产品及早占领市场抢得先机。 生产率 提高生产率17%。 资金周转率 提高资金周转率0.2次,公司每年可节省开支90万元。 间接经济效益则表现在: l规范了企业的基础管理和运作方式,使公司建立起科学的管理体系和快速反应的企业经营机制,推动了企业管理流程的规范化、制度化,使各部门职责更加明确、科学合理。 l大大提高了工作效率,增加了管理工作的深度,提高了管理工作水平。 l提高企业的声誉,增强了市场的竞争能力和应变能力。 此外,中强公司CIMS工程所产生的社会效益也是显著的,一方面为宁波市、浙江省制造企业实施CIMS提供了可贵的经验和可借鉴的模式,具有广泛的示范意义和推广应用价值,另一方面,为国产软件的发展和完善提供了机遇和舞台,树立了国内企业使用国产软件的信心,促进了国产软件的不断发展和提高。同时,实施CIMS工程,使中强公司产品更具有市场竞争能力,能以较高性价比的产品满足日益增长的市场需要,为加速我国电动工具行业的发展贡献了力量。 字串3 4结论 中强公司CIMS工程的实施与应用,使中强公司建立了高速、通畅的计算机通讯网络,实现了CIMS各分系统间的数据共享,实现了公司内部的信息以及与Internet信息的集成,初步实现网上的供应链管理及售后服务管理,同时,为公司发展成为以宁波为管理、技术、销售中心,以各地的生产基地为基础,通过Internet和Intranet,实现对生产基地的营销、技术、资金等方面的管理,实现与国内外客户和供应商的广泛联系与合作,能快速响应市场变化的敏捷制造型企业奠定了坚实的基础。 无锡市制造业信息化ASP公共服务平台 计算机毕业论文:计算机毕业宽带化电信发展必由之路务 随着社会经济和科技的飞速发展,通信网络正在发生深刻的变化,电信业务正在逐渐从传统的以电话业务为主的窄带业务向集语音、高速数据和图像为一体的多媒体宽带业务发展。多媒体通信已成为建立公用宽带网的主要动力。传统电话网将不可避免要过渡到以数据业务、特别是IP业务为中心的下一代电信网,这些都对电信网的宽带化提出了迫切的要求。 宽带网络就是依靠宽带技术为基础构建的网络体系。众所周知,多媒体信息的数据含量远远超过以前以单一形式传输信息的数据量,在传输速率不能降低并且同时信息容量增大的情况下,电信网络必须努力提高传输通道的容量和速度,否则必然不能保障信息及时、准确、完整地传递。因此,要实现社会信息的多媒体化,必须依靠宽带技术。 宽带网络按其技术结构来说可以分为宽带传输网、宽带交换网和宽带接入网三个部分。传输网是所有信息元素传输的基础通道,信息单元和数据就是通过传输网络实现从源地址到目的地址的转移。宽带交换网络通过对信息的接收、分拣和转发的过程,实现了信息的相互交换过程;接入网是整个宽带网络中与用户相连的最后一段,用户通过接入网连接到宽带网上。 宽带接入网 接入网的建设占全网投资的比例较大,是技术最复杂、实施最困难、影响面最广的一部分。要因地制宜,因时制宜,尽量合理地发展接入网。先进的光纤接入网发展既要考虑光纤接入网与原电缆接入网拓扑结构的兼容性,又要明确接入网的全光纤化方向;既要节省投资成本,又要坚持高起点、分期实施的原则。因此在接入网的建设过程中我们应该循序渐进,从低速业务开始,逐渐向高速业务发展。当前常用的窄带接入技术有频带Modem技术,V.90标准的Modem下行速率是56kbps;窄带ISDN接入技术能在一对普通的电话线上,通过基本速率(2B+D,144kbps)接口,为用户提供端到端的全数字连接的多种电信业务。目前,宽带接入技术主要有下列几种: (一)基于电信网用户线的数字用户线(DSL)接入技术 DSL技术是一系列基于双绞铜线的用户线高速传输技术,包括HDSL、SDSL、ADSL、RADSL及IDSL等,统称为xDSL。 ADSL ADSL(非对称数字用户线)技术,其下行速率达8Mbps,上行速率达640kbps,能传输3~5km的距离。ADSL所支持的主要业务是因特网和电话,该技术接入速度可满足宽带因特网接入和部分宽带应用(如会议电视、视频点播等)。更重要的是结合ATM等宽带干线网络技术,可以支持广播级的视频分发和VoD。 利用ADSL技术开展宽带接入业务的优势非常明显,首先可以充分利用电信网现有的铜缆资源,保护这一巨大投资,并充分发挥铜线的潜力。其次,用户随时可以上网,无需每次重新建立连接,而且不会影响电话的使用,每个用户都可以独享高速通道,没有阻塞问题。其主要缺点是对线对的要求苛刻,目前只有大约30%的线对可以开通ADSL业务。 目前一种简化型的、无分路器的ADSL标准已经问世,称为G.Lite。其基本特点有两点:第一是速率降低到1.5Mbps左右,第二是在用户端不用电话分路器,价格可以下降,安装更为方便。它具有自适应速率适配能力,抗射频干扰的能力比ADSL强,主要业务为因特网接入、Web浏览、IP电话、远程教育、在家工作、可视电话和电话等。 VDSL系统 有关ADSL系统发展的第二个趋势是进一步提高系统的下行带宽,即演变成甚高速数字用户线(VDSL)系统。这种技术在双绞线上下行传输速率可以扩展至25Mbps~52Mbps,同时允许 1.5Mbps的上行速率,其传输距离则分别缩短至1000m或300m左右。很适合光纤到小区(FTTC)的接入方式。由于它能提供高速接入带宽,且能满足高清晰度电视和视频点播的要求,所以是一种比较现实的、理想的宽带混合接入方案。 (二)基于CATV网HFC传输设施的电缆调制解调器(CableModem)接入技术 有线电视网是用来传输模拟电视信号的地面网络,所有用户共享下行带宽,是真正的宽带网络。HFC(HybridFiberCoaxial,光缆同轴混合)技术推动了CATV网络的发展,HFC网不仅可以提供原有的有线电视业务,而且可以提供话音、数据以及其他交互型业务。CableModem方案是以HFC为基础的高速接入技术,CableModem用户共享下行数据带宽,而每一个子信道下行通道的数据吞吐量都可以达到25Mbps~40Mbps。 传统的有线网只能传输单向业务,必须升级为双向的HFC网络才能实现双向宽带传输数字化多媒体信息,可开通VoD、远程教学、远程医疗、因特网高速接入及语音电话等多种新的增值业务。CableModem的开通率高,不存在ADSL因线缆质量和串扰引起的开通率低的问题,只会因为共享用户数的增多而降低每个用户的可用数据带宽。 (三)基于光缆的宽带光纤接入技术 宽带有源光接入 在各种宽带光纤接入网技术中,采用了SDH技术的接入网系统是应用最普遍的。这种系统可称之为有源光接入,主要是为了与基于无源光网络(PON)的接入系统相对比。SDH技术是一种成熟、标准的技术,在骨干网中被广泛采用。在接入网中应用SDH技术,可以将SDH技术在核心网中的巨大带宽优势和技术优势带入接入网领域,充分利用SDH同步复用、标准化的光接口、强大的网管能力、灵活网络拓扑能力和高可靠性带来的好处,在接入网的建设发展中长期受益。 SDH技术在接入网中的应用虽然已经很普遍,但仍只是FTTC(光纤到路边)、FTTB(光纤到楼)的程度,光纤的巨大带宽仍然没有到户。因此,要真正向用户提供宽带业务能力,单单采用SDH技术解决馈线、配线段的宽带化是不够的,在引入线部分可分别采用FTTB/C+xDSL、FTTB/C+CableModem、FTTB/C+局域网接入等方式提供业务。 宽带无源光接入网 基于ATM的无源光网络(ATMPON)是既能提供传统业务,又能够提供先进多媒体业务的宽带平台。PON的业务透明性较好,原则上可适用于任何制式和速率的信号。APON下行采用TDM,而上行采用TDMA技术,其下行速率为622Mbps或155Mbps,上行速率为155Mbps,可给用户提供灵活的高速接入。ATMPON最重要的特点就是其无源点到多点式的网络结构。光分配网络中没有有源器件,比有源的光网络和铜线网络简单,更加可靠,易于维护。特别是如果FTTH大量使用,有源器件和电源备份系统从室外转移到了室内,对器件和设备的环境要求可以大大降低,维护周期可以加长。APON的标准化程度很高,使得大规模生产和降低成本成为可能。此外,ATM统计复用的特点也使ATMPON能比TDM方式的PON服务于更多的用户,ATM的QoS优势也得以继承。 采用波分复用技术是扩大光纤传输容量的一种有效手段。以波分复用技术为基础的无源光网络(WDMPON)用于接入网有着广阔的发展前景。 计算机毕业论文:计算机毕业基于ClientServer数据完整性约束实现技术 摘要:本论文主要讨论基于Client/Server数据完整性约束及其如何实施企业业务规则,并以SQLServer和PowerBuilder为例,介绍了数据完整性约束的实现技术。 关键词:Client/Server,数据完整性约束,企业业务规则 DBMS已从早期的分散的一个个计算模型、网络/文件服务计算模型(针对文件)发展到现在的Client/Server计算模型(针对表中的一行)。Client/Server模型是非对等的(decoupled),客户发出服务请求,服务器作出响应,提供服务,即所谓的"请求驱动"。DB的Client/Server系统由DBServer、客户应用程序和网络组成。DBServer(即后端)负责有效地管理系统的资源,主要负责数据处理、并发控制、数据安全性、数据完整性和数据的备份和恢复等。客户应用程序(即前端)是系统中供用户与数据进行交互的部件,主要任务是提供交互式界面完成数据的录入、分析、检查和显示,向DBServer发出请求(SQL语句)并接收结果和错误信息。网络和通信软件是系统中客户和服务器之间数据传送的工具。 由于现在的数据库都是开放、多用户共享,因此维护数据库的正确性至关重要。数据库的完整性描述为数据库内容的完整性约束集合,其中完整性约束指数据库的一个状态是否合理,这是一组谓词。DBS检查数据的状态和状态转换,判定它们是否合理,是否应予接受。对一个数据库操作,要判定其是否符合完整性约束,全部断言无矛盾时才可以执行。完整性约束的形式化定义I=(O,P,A,R),其中O是完整性约束所涉及的数据对象集合,P是对象所满足的谓词,A是触发检查的条件,R是约束不满足时的反应动作[2] 一、常见的数据完整性约束 根据分类角度不同,可将完整性约束分为如下几类: ·域、元组、集合完整性 ·立即约束和推迟(到EOT)约束 ·状态约束和状态演变约束。 ·标准和定制的数据完整性约束 实际的系统中,一般将数据完整性约束分为标准的数据完整性约束和定制的数据完整性约束。标准的数据完整性约束是DBS已经实现的内部规则,包括域完整性、实体完整性和引用完整性。 域完整性(FieldIntegrity)保证一个数据库不包含无意义的或不合理的值,即保证表的某一列的任何值是该列域(即合法的数据集合)的成员。方法是限制列的数据类型、精度、范围、格式和长度等。 实体完整性(EntityIntegrity)保证一个表中的每一行必须是唯一的(元组的唯一性)。为保证实体完整性,需指定一个表中的一列或一组列作为它的主键(PrimaryKey)。一个表中每行的主键必须确实含有一个值。一个表只能含有一个主键,如需要从其它列中除去重复的值,可以将一个或一组非主键列指定为一个候选键或唯一值键。 引用完整性(ReferenceIntegrity)定义了一个关系数据库中不同的列和不同的表之间的关系(主键与外键)。要求一列或一组列中的值必须要与相关的一列或一组列中的值相匹配。从属的一列或一组列称之为外键(ForeignKey)。被引用的列或一组列称之为父键,父键必须是一个主键或唯一键。外键属于子表或明细表,父键属于父表或主表。若父键和外键属于同一表,则称之为自引用完整性。子表某行的外键必须与主表的主键相匹配,只要依赖于某主键的外键仍存在,主表中包含该主键的行就不能删除。 由于每个公司的数据库都有自己独特的业务规则集,所以系统必须有一种方式来实现定制的业务规则即定制的数据完整性约束。定制的数据完整性约束可由如下几种方法实施。 一种最原始的方法是将将每一个完整性约束编入要访问数据库的每个应用程序中,缺点是在每个相关的数据库应用程序中,开发者都要对相同的完整性规则进行编码、测试和排错。若某一规则变动,所有相关的应用程序都得改动。应用程序须向DBServer请求大量的数据,以执行该应用程序内部的数据完整性规则检查,这将阻塞网络。因而这是一种耗时、低性能的方法。 用户定义的数据类型(User-definedDataType)是由标准数据类型导出的新数据类型,它比标准的数据类型更准确地限定了数据输入的范围。 约束(Check)用于限制列的值域,在数据类型限制的基础上对输入的数据进一步进行限制。通过逻辑表达式来定义列的有效值。 缺省(Default)定义了一个数值,当用户向数据表插入数据时,若某个域未给定值,系统自动将定义在该域上的缺省作为输入 值,保证数据库数据的合理性。 规则(Rule)是一个用来绑定域或用户定义数据类型的数据库对象,规则说明了哪些数据可以输入到域中。任何时刻,用户输入或修改数据(INSERT或UPDATE),DBMS都将检查该数据是否违反绑定在域上的规则。 存储过程(StoredProcedure)是由编译过的SQL语句、控制流语句、变量说明和赋值运算等组成的集合,由开发者创建并存储在数据字典(大部分DBMS叫系统表)中。我们可以通过存储过程中的语句来定义企业业务规则,特别对于复杂的表与表之间的饿关系,用存储过程来实现将变得相当容易。 触发器(Trigger)也是一个存储过程,该过程在插入、修改和删除等操作事前或事后由DBS自动激发(执行)。经常用于实现逻辑上相关的数据表之间的数据完整性和一致性。触发器非常适合于实施企业规则,如果某个输入违反了其中的某个企业规则,触发器可以显示相应错误并中止正在执行的数据库动作。 计算机毕业论文:计算机毕业网络营销和传统营销相比有何优势 网络营销是一种以消费者为导向,强调个人化的营销方式 网络营销最大的特点在于以消费者为主导。消费者将拥有比过去更大的选择自由,他们可根据自己的个性特点和需求在全球范围内寻找满足品,不受地域限制。通过进入感兴趣的的企业网址或虚拟商店,消费者可获取产品的更多的相关信息,使购物更显个性。 这种个性消费的发展将促使企业重新考虑其营销战略以消费者的个性需求作为提供产品及服务的出发点。但是,要真正实现个性营销还必须解决庞大的促销费用问题。网络营销的出现则为这一难题提供了可行的解决途径。企业的各种销售信息在网络上将以数字化的形式存在,可以以极底的成本发送并能随时根据需要进行修改,庞大的促销费用因而得以节省。企业也可以根据消费者反馈的信息和要求通过自动服务系统提供特别服务。 网络营销具有极强的互动性是实现全程营销的理想工具 传统的传统的营销管理强调4P(产品、价格、渠道和促销)组合,现代营销管理则追求4C(顾客、成本、方便和沟通),然而无论那一种观念都必须基于这样一个前提:企业必须实行全程营销,即必须由产品的设计阶段开始就充分考虑消费者的需求和意愿。 遗憾的是,在实际操作中这一点往往难以做到。原因在于消费者与企业之间缺乏合适的沟通渠道或沟通成本太高。消费者一般只能针对现有产品提出建议或批评,对尚处于概念阶段的产品难以涉足。此外,大多数的中小企业也缺乏足够的资本用于了解消费者的各种潜在需求,他们只能凭自身能力或参照市场领导者的策略进行产品开发。 而在网络环境下,这一状况将有所改观。即使是中小企业也可以通过电子布告栏、线上讨论广场和电子邮件等方式,以极底成本在营销的全过程中对消费者进行即时的信息搜索,消费者则有机会对产品从设计到定价(对采用理解价值定价法的企业尤为重要)和服务等一系列问题发表意见。这种双向互动的沟通方式提高了消费者的参与性与积极性,更重要的是它能使、企业的决策有的放矢,从根本上提高消费者满意度。 网络营销能满足消费者对购物方便性的需求,提高消费者的购物效率 现代化的生活节奏已使消费者用于外出在商店购物的时间越来越短。在传统的购物方式中,从商品买卖过程来看,一般需要经过看样棗选择商品棗确定所需购买的商品棗付款结算棗包装商品棗取货(或送货)等一系列过程。这个买卖过程大多数是在售货地点完成的,短则几分钟,长则数个小时,在加上购买为购买商品去购物场所的路途时间、购买后的返途时间及在购买地的逗留时间,无疑是大大延长了商品的买卖过程,使消费者为购买商品而在时间和精力上作出很大的付出。同时,拥挤的交通和日益扩大的店面更延长了消费者购物所耗费的时间和精力。然而,在现代社会,随着生活节奏的加快,使得人们越来越珍惜闲暇时间,越来越希望在闲暇时间内从事一些有益于身心的活动,并充分地享受生活。在这中情况下,人们用于外出购物的时间越来越少。 网络营销给我们描绘了一个诱人的场景,是购物的过程不在是一种沉重的负担,甚至有时还是一种休闲、一种娱乐。让我们看一看网络营销是怎样简化购买过程的吧! 售前:向消费者提供丰富的的产品信息及相关资料(如质量认证、专家品评等),而且界面友好清晰,易于操作执行。消费者可以在比较各种同类产品的性能价格比以后,作出购买决定。 计算机毕业论文:论计算机专业毕业设计质量的影响因素 一、影响计算机专业毕业设计质量的因素分析 1.获取信息渠道的多元化,影响了学生写作能力的培养随着计算机技术、通信技术及网络技术的发展,人们的生活发生着翻天覆地的变化。网络给学生的生活和学习带来了极大的乐趣与方便,虽然提高了学习效率,但同时也降低了学生的动手、动脑能力,严重影响了学生的写作主动性。越来越多的学生成了电脑控、手机控,大量的时间浪费在玩电脑、玩手机上,能用在学习上的时间少之又少。当需要写作时,他们就从网络上搜出一篇模板,修改完事,这样“写”出来的论文,质量难以保证,该现象严重影响了学生的写作能力。 2.学生忽视对专业知识的学习,致使学生掌握理解专业知识的广度、深度不够专业知识的学习是在校大学生最基本、最重要的任务。只有灵活掌握与熟练运用专业知识,才能写出好的论文来。而在校期间,大学生偏向参加一些不必要的活动、社团及协会,忽视了对专业知识的学习,造成了在解决问题时眼高手低的现象,甚至连最基本的专业知识都理解不了。经过多年的知识累积,在毕业之际,学生竟然找不到可以研讨的专业问题,这也是教育者需要认真面对和思考的问题。 3.就业形式严峻,使学生不能全身心的投入毕业设计随着毕业生数量的增加,就业压力越来越大。学生要进行毕业设计,又要参加各种就业考试,顾此失彼。为了顺利拿到毕业证、学位证,毕业设计应付了事,在这种心理的驱使下,他们的毕业设计质量就可想而知了。 4.教学任务重,指导教师辅导学生的精力有限指导教师的教学、科研任务繁重,精力、时间有限,不能经常给予学生指导,对发现的问题不能及时与学生沟通、交流,同时也没有充分把学生引入到科学研究中,从而影响了毕业设计的质量。 二、提高计算机专业毕业设计质量的方案及建议 针对前文分析的影响计算机专业毕业设计质量的因素,本文提出了提高计算机专业毕业设计质量的分析模型,通过对学生参与科研情况、学生就业反馈情况、社会对毕业生技能需求情况等方面的调查,经过分析研究制定了解决方案,从而切实提高了学生毕业设计的质量,分析模型如图1所示。 1.学生参与科研情况分析 大学生参与科学研究能有效提高他们的动手能力,同时培养他们自主学习的意识与创新精神。通过让学生参与科研项目的研究,发现学生的学习兴趣很高,他们能很快融入科研氛围中并能很快适应角色的转变,由被动学习转变成主动出击,其动力和潜力能很快的释放出来。在理论知识变成实践能力的过程中,学生只有对自己研究方向范围内的知识有着较为深刻、透彻的了解,才能了解自己该学习和掌握哪些知识。同时通过不断总结知识和积累经验,可以帮助他们建立一套适合自己的学习方法。学生的这种求是精神是提高毕业设计质量的基础和保障。 2.学生就业反馈情况及社会需求分析 通过对学生就业反馈情况及社会人才需求情况的调查,发现学生在校期间学习无目的、无目标,而社会对他们的期望又很高,因此学生总在参加工作后才明白需要什么技能。根据调查结果,可以采取多种方法来提高学生的学习兴趣,如在原来的基础上修改人才培养方案、定期请一些毕业生作报告等,来提高学生的学习积极性,使他们学习目标更明确、更有针对性,从而为提高毕业设计质量打下坚实的专业知识基础。 3.邀请招聘单位参与答辩 为了让学生重视毕业设计,更为了给学生提供更多的就业机会,在毕业设计答辩时邀请一些用人单位来答辩现场观摩,与用人单位达成协议,同意用人单位现场招人。这样既可以调动学生做毕业设计的积极性,又能展示学生的综合素质和专业技能。在制度的驱动下,学生就会精心准备,认真做好毕业设计,从而保证毕了业设计的质量。 4.创新教学模式 计算机专业毕业设计是培养应用实践型人才的一个重要环节。目前,“填鸭式”的授课方式使学生缺乏独立思考的时间,更缺乏创新意识的培养。学生在课堂上不停地被灌输知识,却很少有时间去消化,使学生产生了学习疲劳情绪,学习效果较差。因此,首先应加强实践教学环节,培养计算机专业学生的实践能力、创新能力。其次在授课过程中,教师要改变教学方法,激发学生的学习兴趣,从而提高学习效果。 三、结语 本文首先分析了计算机专业毕业设计质量下降的原因,随后提出了提高计算机专业毕业设计质量的分析模型及建议。计算机专业毕业设计是实践教学中的一个很重要的环节,如何提高学生的实践创新能力一直是研究领域里涉及面很广又比较复杂的问题。毕业设计的管理规范如何有效执行和实施、如何让大部分学生参与科研或者如何形成一个有效的管理制度等问题都是将来研究的重点。 本文作者:陈纪龙、姚江河、高贤强、司春景、劳东青 单位:塔里木大学信息工程学院
过程控制系统论文:中厚板二级过程控制系统技术升级 [摘 要]邯钢中板厂中板线轧机二级过程控制系统是技术升级后生产线的重要组成部分。此过程控制系统中主要包括数据通讯、数据管理、过程跟踪和模型计算等主要功能。完成后,结合实际生产过程,对该二级系统厚度控制模型、温度模型及轧制力模型等均进行了参数优化调整,进一步提高了系统模型预测数据准确性,保证轧机轧制模式稳定运行。 [关键词]过程控制系统;数据通讯;数据管理;过程跟踪;模型计算 1 前言 中厚板材市场竞争日益激烈,对中厚板材生产控制自动化水平的要求也越来越高。因此邯钢中板厂中板线进行了技术升级,二级过程控制是此的重要组成部分,主要包括数据通讯、数据管理、过程跟踪和模型计算功能。其中二级模型计算功能在中厚板生产中可以提高尺寸控制精度、成材率、轧制节奏及减轻操作强度,保证设备安全进行,有利于故障分析和质量分析。通过此次技术升级,产品厚度稳定性大幅提高,成材率同比提高0.55%,成效明显。 2 工艺布置 邯钢中板厂中板线轧机区主要设备及检测仪表布置如图1,主要包括两座加热炉、一个四辊轧机、轧机前后推床、高压水箱、7个高温计、1个测厚仪。二级过程控制系统的控制范围是从高压水箱输送辊道到矫直机前输送辊道。 3 过程控制系统 过程控制系统各功能模块的组成如图2所示,包括数据通讯、数据管理、过程跟踪和模型计算四个功能模块。 3.1 数据通讯 数据通讯模块每一个周期从基础自动化系统接收一批数据,譬如高温计等检测仪表的实测数据和各种实际的控制信号。然后二级过程控制系统保存、处理这些数据,对模型计算需要各种实测数据提供依据。并且与人机界面(HMI)系统进行数据通讯,读取WINCC的数据,实现人机界面的各种按钮功能,并在数据变化时随时更新,以至于最新的数据信息可以及时地在人机界面上显示出来。 3.2 数据管理 数据管理主要包括将数据写进数据库操作和从数据库中读取数据的操作。写数据操作是将炉内坯料的数据情况存入数据库中,从坯料的入炉时刻到出炉时刻,直到坯料轧制结束,将整个轧制过程的工艺参数和模型自学习系数均写入数据库中。读取数据库操作是指对出炉的坯料进行确认,将所查询得到的数据赋值到过程跟踪模块中,将轧件数据在内存中存储用于后面的模型计算。 3.3 过程跟踪 轧机二级系统根据三级发送的报文信息进行物料跟踪和数据指标的计算等,然后向一级发送轧钢控制指令。从加热炉装炉开始一直到轧机,对轧线上的每一块钢坯位置、状态等信息都进行准确详细的跟踪,保证数据完整无误,以提高二级数据计算的准确性。并且过程跟踪模块根据轧件实际生产数据判断坯料最佳出炉时刻,在避免前后轧件碰撞的前提下,缩短轧机的间歇时间,提高轧制节奏。 3.4 模型计算 中板线技术升级后主要体现在产品厚度稳定性大幅提高,成材率同比提高0.55%。而与厚度精度密切相关的模型有两个:轧机弹跳模型和轧制力计算模型。 7 结论 1)邯钢中板厂二级过程控制系统自技术后一直运行稳定,能够很好完成现场的实际需要,轧制节奏也相应提高; 2)本系统能够提高设备的自动控制水平及控制精度,减轻了操作强度,保证了设备安全稳定运行; 3)通过数学模型计算产品厚度稳定性大幅提高,成材率同比提高0.55%,后厚度控制得到明显改善。 过程控制系统论文:过程控制系统PCS7在中间二氧化钛生产中的应用 【摘 要】本文介绍了过程控制系统PCS7在中间二氧化钛(TiO2)生产过程控制中的应用,讨论了该控制系统中的硬件配置,控制网络和软件编程等内容。通过这几年的使用,该控制系统稳定可靠,实现了模拟仪表无法完成的复杂算法及管理功能,而且其性价比远高于模拟系统,特别适合化工工艺过程控制。 【关键词】中间二氧化钛(TiO2);PCS7 冗余控制Profibus 引言 近几年我国的钛白粉行业发展迅猛,国内对高档钛白粉的需求不断的提高。相应的对钛白粉生产的控制要求也越来越高。中间二氧化钛是氯化法钛白粉生产的过程中间产品,是生产不同用途钛白粉产品的基础原料。 因此本文采用西门子过程控制系统PCS7,使得中间二氧化钛(TiO2)生产过程控制平稳,提高了产品的产量和质量。 1 工艺简介 四氯化钛预热后,通过三氯化铝发生器进入氧化炉。同时,氧气经过预热后进入到氧化炉。在氧化炉里氧气与四氯化钛反应,生成中间二氧化钛(TiO2)和尾气。中间二氧化钛(TiO2)经过产品冷却器冷却进入袋滤器进行气固分离后,进入打浆脱氯罐,尾气返回氯化工序循环利用。打浆脱氯后的中间二氧化钛(TiO2)浆料进入后处理工序。 2 硬件配置 鉴于氧化系统的重要性,充分考虑系统安全可靠性,采用以S7-400H为主控制器构成的PCS7冗余控制方案,中央处理器采用CPU414-4H,I/O处理单元采用ET200M。为了保证系统可靠性,电源和通信采用冗余配置方案,Profibus-DP总线采用PROFIBUS电缆,保证了系统安全等级需求。采用双控制器,双电源模块。双通信模块,对于系统中的重要监视点,采用了冗余AMT硬件。系统有无扰动切换功能。容错型和安全型可满足供电中断和故障保护等特殊要求。 3 上位机系统 本系统的上位机系统使用WinCC控制,上位机系统和控制系统通过100Mbps的工业以太网络连接。上位机由操作站和工程站等主要设备组成。 工控机采有西门子工业计算机,型号为西门子RACK PC IL 43,配置主流硬件,在稳定性,安全性上有很好的保障。 4 模件配置 每个ET200M分布式I/O站的有源背板总线上插有2个IM153-2通信接口模块,分别通过2条独立的Profibus-DP现场总线与AS-400中央控制器进行实时通信。在系统运行过程中,当其中某一个IM153-2通信接口模块发生故障时,系统能自动地切换至另一个IM153-2通信接口模块,并可带电热插拔更换有故障的通信接口模块,不会影响到系统正常运行。 Profibus提供强大的系统级故障诊断能力,从总线系统的任意一点可通过Profibus-DP进行诊断、编程和控制,可以实时精确定位故障发生点和在线监控通讯负荷,并可通过人机界面实时显示。 现场的仪表所采集的信号中模拟量输入信号大多为4~20mADC的二线制和四线制信号,输出为4~20mADC信号,部分模拟量信号通过安全栅引入。数字量为干触点或有源信号。数字量的输出信号由带状态指示灯和外带保护二极管的继电器送至现场仪表。 5 控制系统 S7-400H按照“热备份”模式(无冲击、出现故障自动切换)的活动冗余原理运行。只要没有故障,两个子单元都是活动的。如果发生故障,起作用的控制器全面接管过程控制。为了确保无冲击切换和快速可靠地交换资料,需要使用中央控制器连接。 冗余自动化控制站(AS414-4H)用于实现现场设备的运行状态监测、数据采集及处理、自动闭环回路控制、电气设备开关控制等系统控制功能。 SIMATIC PCS7系统具有高度扩展能力、强大的综合通信能力、扩展的集成系统功能和易于执行的中央和分散结构。AS414-4H更采用了最新的冗余技术,两个CPU之间通过高速光纤同步专线相连,它可像标准PCS7系统那样进行处理、编程和设计。 6 电源系统 电源系统将由24VDC的直流电源构成冗余的24VDC供电系统,直流电源都将具有足够的容量和适当的电压,能满足设备负载的要求。任一路电源故障,将会自动切换,以保证任何一路电源的故障均不会导致系统的任一部分失电。 直流电源系统由西门子SITOP电源构成冗余的供电系统。 7 网络配置 在本系统中采用交换式工业以太网作为连接操作员站和自动化系统站的系统总线。通过CP-443-1通信处理模块,将S7-400H连接至工业以太网的通讯处理器。由于自身具有处理器,从而解除了CPU的通讯任务并减轻CPU的通信负载,还有助于另加连接 快速交换式工业以太网在工业以太网的通信协议基础上,将通信速率提高到了100Mbps。由于采用了全双工并行通信模式,允许站点同时发送和接收数据,通信速率可提高一倍。 8 软件设计 系统的组态软件为SIMATIC Manager,所有的组态工作均在工程师站上完成。系统采用集中的、从上到下的组态方式,其中包含上位机的操作员站和工程师站配置、下位机的CPU设置、对应的I/O通道建立以及与他们想连接的网络配置,具有集中的、友好的人机界面。过程控制与监视采用图形化组态,方便易用。人机接口部分的组态软件是WinCC。 9 WinCC组态 SIMENS PCS7系统采用了 Microsoft的SQL2000作为WinCC数据库管理系统。 9.1 CFC控制 CFC是一种简洁的图形组态工具,主要用于连续过程的自动化控制的组态,采用IEC-1131的标准。用CFC运行组态是以功能块为基础的,系统配置了很多预编程的功能块。因此,采用CFC可以完成很复杂的大型控制任务。 9.2 顺序控制 SFC也是一种图形组态工具,它也采用了IEC-1131的标准。组态时首先画出顺序图,图中可选择顺序、并行分支、交替分支和回路等局部结构,用大小两种方块分别表示步骤(Step)和转移条件(Transition)。因此,可把CFC中的信号引入SFC中。CFC与SFC的交替使用,可以很方便地实现复杂的顺控任务。 10 应用中应注意的问题 10.1 系统接地 每个PLC柜的屏蔽条和系统地通过电源电线汇总到一起后接地。PCS7系统的每一个主要部件,如输入输出卡件、卡件安装机架、现场接线端子板等均设有接地端子。接地电阻要求小于4欧姆。 10.2 ET200M分布式I/O站 现场控制站的ET200M分布式I/O站通过Profibus-DP现场总线与AS-400中央控制器实现通信,主要功能是采集现场I/O信号,通过ET200M的I/O信号接口将现场数字量或模拟量信号传送至中央控制器(CPU414-4H),同时将中央控制器发送来的控制信号送至现场。 11 结束语 由于采用了自动化程度高且安全可靠的PCS7控制系统,使得中间二氧化钛(TiO2)的生产周期和产品质量都得到了较大程度的提高,包括本控制系统在内的氯化法集成技术获得了省科技进步一等奖,为氯化法钛白粉的生产的自动控制技术积累成熟的工业生产经验。 过程控制系统论文:八钢中厚板过程控制系统 【摘 要】针对八钢4200mm/3500mm中厚板轧机,由宝信开发的二级计算机控制系统。在这套计算机过程控制系统中包括了数据通讯、过程跟踪、模型计算、相关的实时数据采集和统计处理、生产实绩收集、处理等主要功能。 【关键词】中厚板轧机;计算机过程控制;数据通讯;模型计算;过程跟踪 0 引言 将计算机应用到轧制过程,并以其为核心,由它按预定的程序来处理和加工与过程有关的信息,对过程进行有效的监督、控制和管理,所有这些就叫做计算机轧制过程控制。为了使轧制过程稳定,并生产出厚度在公差范围内且有良好的板形和表面质量的产品,必须根据具体的轧制条件正确的调整辊缝和速度,以及对过程进行实时的调节。产品的质量、产量等直接与控制系统的稳定性和计算的准确性有着密切的关系,因此采用计算机进行工艺的过程控制一直是人们关心的重要研究课题。 八钢中厚板生产线采用分布式控制系统,按功能层次可以分一下四个等级,如图1所示。 1 硬件配置 L2过程机系统由一台轧线计算机(惠普服务器)、精整线计算机(惠普服务器),每台计算机都有备用计算机。系统采用冷备方案,备用机兼做开发机。 2 系统软件分层说明 最底层:WINDOWS 2003 Server操作系统,构成系统软件的基础。 第二层:ORACLE数据库,专门用于过程数据的存储;SOCKET通讯:采用了当今比较流行的双紧凑的、面向连接协议的Client/Server方案。 第三层:为宝信中间软件iPlature以及XCOM-PCS,iPlature主要功能有画面、报表、通讯、ALARM管理系统等组成,为应用软件提供强有力的支撑。XCOM-PCS 目前主要完成了采用Tcp/ip通信的电文的处理。 第四层:公用子程序及应用软件。直接进行iPlature调用。 3 L2在整个系统中的位置 L2系统不但接收生产管理系统MES下发的计划(即图中的原始数据PDI)同时也向生产管理系统MES发送各环节的生产实绩。 L2负责与L1通讯,L2调整所有的设定值并发送给L1,L1将必要的测量值,跟踪信息等实时信息直接发送给L2。L2除了和L1通讯外,还包括了L2和标志机等一体品设备的系统的通讯。 所有系统之间都是通过TCP/IP协议通讯。 4 功能描述 4.1 道次计划计算 道次计划计算是整个轧线L2系统的核心任务,该功能是L2存在的根本原因。道次计划计算通过相应的模型公式计算道次压下分配规程,在轧机的作用下实现将板坯变成钢板的任务,并且保证最终产品达到尺寸、性能、板形等要求。 道次计划计算包括预计算和再计算、后计算以及自适应。板坯抽出时,根据板坯原始尺寸、出炉温度以及成品尺寸和终轧温度就可以计算一个完整的道次计划规程,轧机根据此规程基本可以将板坯轧制成为符合要求的钢板。为了得到高质量的产品,道次计划会根据轧制过程的实绩反馈,修正计算后续道次,并再设定给轧机执行,此为再计算。 4.2 温度计算与监控 板坯的温度计算对于轧制过程的力能参数计算极为重要,温度是计算轧制力、待温时间、冷却时间等的基础。 在道次计划计算时,根据给定的初始温度,以及相关参数,温度计算可以预测板坯进入轧机前以及各个道次的温度。 待温轧制是中厚板轧制的特点,因此温度监控的目的就是为了周期性计算处于轧线上待温阶段的板坯的温度,通过周期计算板坯的温度,可以提示操作人员板坯的待温情况。并可以激励板坯道次再计算,对后续道次规程进行修正。 4.3 轧线材料跟踪 材料跟踪是跟踪材料,根据材料的位置来协调调度过程控制的所有程序,材料轧线材料范围是从加热炉炉内开始到矫直机入口,在这段过程中材料跟踪对材料处理进行跟踪。材料跟踪在这个区域中的任务可以划分以下几个部分: 按照辊道分区,记录生产线的材料映象,任何时候都能得到所有材料的物理位置。 当材料到达或离开轧机某个位置时,材料跟踪必须准备好相关的材料数据(包含PDI数据,加热炉数据和其他相关数据),同时激励其他相关软件。当吊销材料时删去相关材料数据。 当跟踪映像和实物映像不一致,或跟踪异常时,操作工可以进行跟踪修正,确保跟踪映像与实物位置的一致性。 4.4 轧制计划管理 轧制计划管理接收部分加热炉系统已经存在的PDI数据,接收的数据按板号存储于数据库中,有画面对完整的轧制计划数据进行生成和调整等管理。人工可以通过该画面进行计划的输入,删除,修改等功能。 每个原始数据都包含板坯,轧制的板,母板和合同板的数据,此外还有板号,板坯号,板坯尺寸,产品尺寸数据,轧制指示(控温轧制,多块轧制,转钢),化学成份,合金补偿系数,最终温度,ACC入口温度,ACC冷却速率,出口温度等。 当该材料生产结束,计划数据将要记录保存。 4.5 设定功能 基于精确的材料跟踪,当材料到达指定的位置时,过程计算机给L1和特殊仪表进行设定,对轧机的设定工艺参数来源于道次计划计算,在设定时要对设定的参数进行最后的校验,防止出现引起设备超过极限能力的情况出现。 在跟踪不正确的情况下,操作人员可以从操作画面上对跟踪进行修正,在修正后把正确的设定数据发送给L1。操作人员可以对设定的数据进行修正。 4.6 实绩值收集处理 过程机接收来自PLC和特殊仪表的数据,由于来自于传感器的裸数据不能直接用于反馈控制,测量值必须要进行过滤和统计处理。测量值处理数据同时能够为工艺和自动化技术人员提供轧制生产信息以及用于产品质量分析。 L2的数据采集轧机的实际数据有水平辊的轧制压力,力矩,辊缝,速度,温度和计算的厚度,轧制信号等。 4.7 数据通信 利用宝信软件产品XCOM-PCS,实现与其他计算机系统的通信,具体电文格式参见基本设计规格书通信接口篇。轧线计算机加热炉计算机,精整线计算机,轧线L1,ACC计算机和仪表通信。其中轧线计算机与精整计算机之间运用了iPlature的相关功能,主机之间无需采用电文方式通信。 4.8 报表 报表程序负责工程记录的报表打印。这些报表反映了材料在生产过程中的相关数据,有如下的报表: 工程报表:包括的数据是轧制设定计算所涉及的数据,这些数据包括了材料相关的数据、来自轧制策略的数据、道次计划计算值、材料和轧机操作相关的重要数据。 班报:记录当班生产的产量,质量和停机情况。关于报表,具体格式可与用户商量讨论后确定。 5 结束语 中厚板计算机过程控制系统作为实现八钢信息化目标中的重要环节,其采用先进的工艺模型和控制技术,使厚板质量得到极大进步、生产治理更方便,增强了八钢产品的竞争力,其重要性也会在以后的生产当中越发的凸显。 过程控制系统论文:过程控制系统的设计与实现 摘要:过程控制系统是指在生产企业的制造自动控制系统中管理生产制造过程数据的计算机系统。过程控制系统通常需要将生产制造过程中各个设备的设定值进行计算,对生产过程中的数据以及产品质量数据、设备运行数据进行收集与整体,并完成生产计划数据、生产原料数据以及生产成品数据的统计,对物料在生产过程中进行全过程监视,并对不同的设备之间的运行状态进行统一的调节。 关键词:过程控制系统;设备数据管理;日志系统 1.过程控制概述 过程控制的主要任务是指通过各种的协调方法与协调措施,对生产制造过程中的各个设备的数据以及产品制造数据等进行统计与分析,从而防止生产过程中可能发生的生产计划脱离与目标偏差,并对已经出现生产计划脱离与生产制造目标偏差等问题进行处理,最终保证生产制造活动的顺利完成,保证生产进行控制、在制品控制、以及生产制造过程中的成本控制与质量控制。 过程控制系统一般是指由被控对象、测量变送、计算机和执行机构组成的闭环控制系统。其中控制器的设计用到经典的控制理论和现代控制理论,并通过计算机来进行相关操作与实现。计算机控制的建立在自动控制理论和计算机技术为基础之上的。其中,自动控制理论是计算机控制的理论基础。而不断发展的计算机技术为自动控制理论的发展与应用提供了丰富的空间。计算机网络以及各种通信技术的发展,使得过程控制的范围与阶段极大的得到了扩张。目前,企业生产管理的全过程的信息化的实现方法逐渐趋于成熟。 过程控制系统所涉及的数学基础可以从以下几个方面进行了解。由于在生产制造过程中的大部分物力参数通常通过模拟信号来进行表示,而计算机采用的信号通常是数字信号,为了保证信号传递的通畅无阻需要进行数模转化,从而实现两种不同信号的转换。过程控制系统通常起到的作用体现在连接生产管理系统与基础自动化系统的连接作用上。除了这些工作,过程控制系统还要对生产过程中不同的数据进行有效的管理。所以控制系统中需要进行信号的采样、信号的保持以及信号的变化。要对生产制造过程中的数学模型分为输入与输出模型和状态空间模型两种类型。输入输出模型主要是为了描述过程在输入函数的作用下的输出特性,它只刻画过程的外部特征。而状态空间模型则对过程的内容进行描述,通常揭示了过程内部的运动状态。 现代过程控制理论为过程控制系统提供来了理论技术。通过利用现代过程控制理论,不但可以有效地解决简单控制的问题,而且可以设计复杂的控制系统。特别是多输入与多输出系统,非线性响应系统,时变系统以及随机系统等等。现代控制技术涉及到过程控制的很多方面,比如系统状态的最优估计、最有控制、过程识别以及自适应控制等等。 2. 过程控制系统的主要功能与技术要求 过程控制系统具有以下功能:与生产管理计算机进行通讯的功能;能够接收并管理生产计划数据的功能;原料数据与生产要求数据的功能;工作人员交接班数据的功能;向生产管理系统发送生产计划申请的能力;原料数据申请的能力等等。 企业的生产作业计划一般采用如图1所示的模式。通常企业根据客户的需求制定整个产品的生产需求计划,并根据产品各个部件的零部件特征分发至各个加工车间,制定不同零部件的加工计划。为了保证生产作业计划的顺利完成,需要根据生产作业计划进行生产进度控制;为了实现产品制造过程中消耗资源与费用的降低,需要进行通过过程控制系统成本控制;为了经常保持科学的原材料、在制品的数量,需要进行高效的库存控制。这一系列工作于过程控制系统密不可分。 3. 现代生产企业的过程控制信息系统组成层次 现代生产企业的信息系统包含了过程控制层、制造试行层以及企业资源规划层。其中由于过程控制直接面向企业生产过程,因此对过程控制系统要求具有极高的实时性、可靠性、数据完整性与可用性。过程控制系统的工作原理如图2所示。 当前先进的网络技术为过程控制的实现提供了强有力的实施基础。现场总线是过程控制系统实现的重要基础。它与Internet等信息网络系统具有明显的区别。一般而言,现场总线是在标准网络协议的基础上实现的,并进行了一定的简化。现场总线一般只包括IOS/OSI七层模型中的三层。也就是现场总线只具有物理层、数据链路层以及应用层。过程控制系统利用现场总线,将企业生产自动化系统中最低层的现场控制器与现场职能仪表设备互联形成实时控制的通信网络,也被称为工程的底层网络。 过程控制因素是生产过程建模的参数,一般而言它是由不同模式下的生产特征与生产过程控制决策所共同决定的。在生产过程中,在制品的控制的最终目标是为了将在制品的库存数量保持在一个合理的级别。即能够维持企业正常的生产,又可以保证企业生产物流的连续性,从而尽量建设企业库存量,从而尽可能的降低企业生产成本。 企业在制品的控制主要取决与车间生产类型与生产组织的形式。在大批量生产模式下,在制品的通过加工路线单与工票凭证,来保证在制品数量的稳定。随着计算机网络在生产中的应用,不同的过程控制系统应运而生。这些过程控制系统利用先进的计算技术,实现了在制品物流信息的追踪与监督,为生产过程中的控制提供了动态的数据。因此,利用过程控制系统提供的在制品生产信息,可以实现对制造过程中产品控制的最终目的。 过程控制系统能够将生产过程中产品的各种质量问题与加工失误率降至最低。过程控制系统通过建设整个制造过程中产品的质量状况,通过对原材料与不同零部件的检验,使产品在各个生产阶段的不合格率尽可能的降低。 过程控制系统论文:八钢第一炼钢厂连铸过程控制系统的概述 摘 要:在钢铁行业微利的时代,如何提高我国钢铁企业的竞争力,很大程度上取决于我国钢铁企业的信息化水平。过程控制系统作为钢铁企业信息系统中重要的一环,在如何提高钢铁企业的竞争力将会发挥举足轻重的作用。介绍八钢第一炼钢厂的连铸过程控制系统,并分析该系统的应用功能。 关键词:连铸 过程控制系统 系统结构 功能描述 1 前言 八钢作为一家快速成长的大型企业,近年来更是发展迅速,从最初的20T转炉炼钢生产线到现代化的150T大型转炉炼钢,使八钢跻身成为一流钢铁生产企业。150T转炉从建设初期,就非常重视信息化建设,炼钢过程控制系统全线覆盖,而连铸过程控制系统作为炼钢系统中后的一道控制工序,在生产过程监控,提高钢坯质量和控制成本等方面起着非常大的作用。 2 连铸的工艺生产流程介绍 连铸即为连续铸钢的简称。在钢铁厂生产各类钢铁产品过程中,使用钢水凝固成型有两种方法:传统的模铸法和连续铸钢法。与传统方法相比,连铸技术具有大幅提高金属收得率和铸坯质量,节约能源等显著优势。连铸的生产工艺流程:将装有精炼好钢水的钢包运至回转台,回转台转动到浇注位置后,将钢水注入中间包,中间包再由水口将钢水分配到各个结晶器中去。结晶器是连铸机的核心设备之一,它使铸件成形并迅速凝固结晶。拉矫机与结晶振动装置共同作用,将结晶器内的铸件拉出,经冷却、电磁搅拌后,切割成一定长度的板坯。 3 硬件软件组成结构 3.1 硬件系统结构 主要由1台IBM xSeries 3650微机服务器,3台HP客户机,1台HP LaserJet 1505n打印机,1台CISCO2960/ 24换机,1台CISCO208/8换机和若干个网络连接设备组成。连铸过程控制服务器在L2机房服务器室,客户机一台位于连铸主控室,供连铸操作人员监控生产过程状态,另一台客户机位于连铸切割室,主要根据采集的生产数据通过切割优化模型计算出最佳切割定尺提供给生产操作人员做参考。还有一台客户机在L2机房,供维护人员使用。 3.2 软件系统结构 主要由服务器操作系统Windows Server 2008标准版,数据库软件Oracle Standard 11G,开发工具Visual Studio 2010专业版,与基础自动化通讯软件Kepware,客户机操作系统Windows 7,办公软件Office 2010等软件组成。连铸二级过程控制系统是基于微软的.NET 3.5 框架下使用C#编程语言开发。系统架构图如图1。 4 功能描述 连铸二级控制系统主要是跟踪收集连铸的生产实绩以及通过模型计算二冷水的动态配水量进行动态配水、通过跟踪数据和计算模型指导铸坯的切割和优化,以达到最佳钢水利用率。主要流程是接收三级系统的生产计划以及前工序的钢水信息,跟踪采集连铸生产过程中实绩数据,同时对二冷水动态配水计算下发设定、当铸坯到达切割位置时根据跟踪数据和模型设定,下发铸坯的坯号以及切割长度。当生产完成后将连铸生产实绩上传给三级系统。基于以上流程,连铸二级过程控制系统应包括以下功能: 4.1 与上级系统的通讯 连铸二级计算机过程控制系统通过以太网(Ethernet)总线,通过TCP/IP协议与上级系统通讯。 上级生产管理系统(3级)计算机向连铸二级过程控制系统发送数据如下: (1)接收炼钢3级系统下发的生产计划数据。(2)接收炼钢3级系统下发的生产标准数据。 连铸二级过程控制系统向上级计算机发送数据如下:(1)发送连铸炉次生产实绩数据。(2)发送连铸炉次生产状态。(3)发送连铸铸坯报告。 4.2 与基础自动化的通讯 连铸二级过程控制系统和基础自动化系统通讯,网络连接介质用工业以太网,通讯协议采用面向连接的TCP/IP协议,通过第三方软件Kepware读写基础自动化系统的数据项。 4.3 生产计划管理 生产计划是三级系统下发的与每炉钢水对应的生产计划数据。当三级系统无法运行时,该计划可由操作工录入。系统提供异常情况下对计划数据的修正和状态数据的补发功能。 当钢包到达连铸浇铸平台时,在没有传输钢包数据的时候由操作人员在一级画面上点击钢包到达的信息。当该炉次生产完成(该炉次跟踪完毕)后,系统自动把该炉次计划对应的生产实绩发送给上级计算机系统(三级系统)。 4.4 钢包管理 连铸各前工序在给连铸L2发送工序实绩的时候,会发送该炉次的钢水包信息,包括:钢包号、炉次号、重量、温度等。当连铸L2的接口程序收到这些包含炉次钢包信息的实绩后,会自动插入本系统的数据库表中。当需要查看这些钢水包信息时,通过界面程序提供查询。 4.5 前工序状态 连铸作为炼钢工艺的最后一个工序,需要了解前面各工序的状态和钢水数据信息。通过与其他工序的二级计算机系统数据通讯,并存贮在连铸二级数据库,在需要的时候,通过客户端程序的画面可以查询各前工序的炉次状态以及炉次实绩。 4.6 二冷水动态配水 二冷控制关系到连铸坯中裂纹和其它缺陷的产生。为确保生产出优质的连铸坯,必须根据钢种、浇注温度、拉坯速度、铸坯尺寸和铸机尺寸等参数来制定对应的冷却强度。该系统采用动态凝固控制模型计算各冷却段的设定值,其核心是计算沿铸流方向的表面温度分布和铸流凝固长度,并控制二次冷却系统各回路的水流量,从而达到规定的凝固长度,使板坯获得要求的表面温度。二冷水动态配水模块作为一个独立运行的模块,嵌入到连铸L2的系统里。 4.7 生产过程监控 生产过程监控功能负责为生产操作人员提供连铸工序处理信息。监控对象包括炉次计划信息(制造命令号、炉序、计划号等);钢包信息(钢水重量、温度等);中间罐信息(钢水重量、温度等);各铸流生产信息(浇铸长度、拉速等);各流结晶器信息(水流量、温差、液面高度、振动频率等);各流二冷水信息(控制方式、设定和实际水量等)。通过读取跟踪程序的写入的实际信息,生产操作人员在HMI画面上可以直观的监视连铸浇次内每个炉次的生产过程数据。 4.8 检化验数据管理 系统接收检化验系统发送的检验数据,保存在数据库,可以在客户端界面方便操作人员查看。 4.9 过程数据跟踪收集统计(炉次跟踪和主流铸坯跟踪) 跟踪、数据收集统计是管理相关的生产过程数据,并根据用户的需求整理成炉次和方坯的生产实绩。实际生产数据由基础自动化系统通过数据通信的方式传给连铸过程控制系统。该过程收集大包、中间包的重量等信息,以及大包、中包的水口开启/关闭事件、大包到达、大包臂旋转等事件;各铸流的工作状态和实时数据,包括拉速、浇铸长度、设定定尺长度等,以及各流的铸坯切割事件。在跟踪程序里完成炉次的生产过程跟踪以及对应铸流的生产过程跟踪,并依据厂方物流规则和物料条件,给出各切割坯的实绩信息(包括铸坯长度、重量、以及材质等)完成铸坯跟踪。 4.10 报表 在每一个大包炉次连铸生产完成后,自动生成该炉次的生产实绩数据记录。该生产实绩信息保存在数据库中,操作人员可以在HMI上查看,也可以导出Excel报表。最后生成的生产实绩数据会发送给三级系统以及后续工序。 5 结束语 目前,国家信息部已提出了建设信息化企业的战略目标,建立信息化企业已成为钢铁企业发展的必然趋势。连铸过程控制系统作为实现八钢信息化目标中的重要环节,其采用先进的工艺模型和控制技术,使铸坯质量得到极大进步、生产治理更方便,增强了八钢产品的竞争力,其重要性也会在以后的生产当中越发的凸显。 过程控制系统论文:包钢新体系2250mm热轧过程控制系统的应用与研究 【摘 要】作为计算机技术在冶金行业的最成功应用案例,包钢新体系热轧2250产线完整的采用了日本TMEIC公司的过程控制系统,系统控制范围覆盖整条产线的动作,包括除鳞,定宽,粗轧,精轧,层冷和卷取等工序,实现了高效,精确的板带轧制,从而降低生产管理成本,提高产品的竞争力。 【关键词】2250热轧;轧机;过程控制系统;PASolution 通常在冶金生产过程的分层结构中,按照功能大体可以分为4级,即传动级,基础自动化级,过程控制级和生产控制级。过程控制在结构中主要关注生产过程中的控制。利用高速网络实现控制的实时性,数学模型和模型自学习实现控制的准确性。 1 系统简介 包钢新体系2250热轧生产线采用的日本TMEIC公司的过程控制系统,整个系统主要包括非控和模型两个部分。非控部分主要包括了对轧线现场各种传感器数据的采集,提供准确的模型计算时刻,及时地把模型计算结果传送给轧线设备。控制部分主要是根据基础自动化级发送的现场数据和来自加热炉的PDI数据。在规定的时刻进行模型计算,并进行自学习。 2 PASlution平台介绍 PASolution是美国GE公司开发的中间件平台,TMEIC公司为适应现代工业自动化过程控制系统而开发的中间件。开发人员利用它可以完成过程控制系统的通信、数据采集、物料跟踪、进程管理、报警及日志等所有功能开发,为系统开发提供了便利的组态化开发平台,为系统维护提供了人性化的维护环境。PASolution在包钢新体系2250mm热连轧机过程控制系统开发过程中使用,为TMEIC轧机二级控制系统提供强大的支撑平台。 2.1 IO_service,功能是为系统中的各个进程之间提供信息通讯机制,通讯的内容包括事件和数据,其特点在于可以跨计算机跨系统平台无缝连接各进程,使各进程高效准确的进行协作工作。功能类似西门子的CORBA通讯中间件subsys实现的进程间通信。IO_service还是PASolution各组件之间联系的手段,是PASolution的基础组件,可以说是实现PASolution所有功能的基础。 2.2 Director是PASolution系统中的一个多用途的驱动引擎,也可以认为是一种进程的类,在PASolution中,用户可以用Drector生成不同的进程,通过修改Drector的配置文件来实现各种的功能,如物料跟踪,数据收集和数据接口。例如,TRK_JOB就是典型的Director例子。在Director的配置过程中,还可以配置来调用其他PASolution的组件。例如,在TRK_JOB的ioserv.cfg配置文件中,定义了对IO_SERVICE的接口,通过这种方式来使用组件。PASlution利用这个组件生成各种对象,通过继承和重载实现各种功能,完全的体现了面向对象的思想。 3 非控部分 轧机过程控制系统中的进程,通过PASolution的组件之一SSAM可以看到SCC服务器上的各个job程序,这些进程根据功能基本可以分为控制和非控制两大部分。以下几点讲述了非控制部分的主要几个job和他们之间的工作关系: 1)TRK_JOB,作为系统中最重要的job,它的作用主要是跟踪和调度,由于整个轧机过程控制系统是以事件驱动,所以物料的跟踪尤为重要。系统以钢板的跟踪位置为事件触发的条件之一(CHANGE DETECTOR对信号的监视实现),对其他JOB通过IOSERVICE的方式进行调用和通讯。例如在TRK_JOB会根据钢板的跟踪信息,在不同的位置触发MDL_JOB进行模型计算,通过定时器的使用,对MDL_JOB的工作进行监控。 2)MDL_JOB是模型的JOB,包括是SSP,RM,FM,CTC和DC的数学模型的计算,也包括模型中的前馈后馈算法以及模型自学习。 3)SET_JOB,是轧机过程控制系统向L1发送设定数据的JOB,在TRK_JOB得到MDL_JOB计算成功的信号以后,SET_JOB会从内存中提取L1所需的设定数据通过EGD网络下发给L1。 4)GAT_JOB是轧机过程控制系统用来数据收集的JOB,这些数据主要是为模型自学习和产品质量控制进行支持。数据收集后存放在POND内存中,为其他JOB提供强大的数据支持。 4 控制部分 4.1 RSU,粗轧计算模型,包括以下两个子模块 4.1.1 RSUC:粗轧设定计算 根据上位机下发的PDI数据,由外界机械极限值和操作员对模型的设定参数,计算出钢坯在粗轧机区域的设定数据,下发到定宽机,粗轧1以及粗轧2,设定数据主要包括轧制道次计划,每道次的压下量,扭矩,轧制力,轧制速度以及开轧制温度等等。 4.1.2 RMLC:粗轧模型自学习,通过对接收的实测数据进行分析,反馈到RSUC的设定计算中,实现对设定计算的在线调整作用,使设定计算更加准确。RMLC主要有以下3种学习方式:BTB,指在中间坯之间的学习。LTL,指在各个分组之间的学习,决定分组的因素有钢种,宽度和厚度等。PTP,指在各个道次之间的学习。 4.2 FSU:精轧计算模型,包括以下两个子模块 4.2.1 FSUC:精轧设定计算 在接收到RSU的中间坯数据和HTT的温度数据后,FSUC会对连轧机的设定进行计算,设定内容相比RSU增加了对张力的计算。 4.2.2 FMLC:精轧模型自学习,通过对接收的实测数据进行分析,这些数据包括轧机出口的测宽,测厚,平直度,凸度数据,通过FMLC对FSUC实现对设定计算的在线调整作用,使设定计算更加准确。 4.3 HTT:传输辊道设定模型 4.3.1 HTT Setup,传输辊道设定计算 根据RSU提供的板坯温度信息以及FSU所要求的开轧温度,HTT Setup会计算出TVD设定曲线,该曲线内容主要是在空间和时间上对钢板速度的设定。通过不断的计算和下发设定对辊道的速度进行控制,进而实现对钢板温度的控制。 4.3.2 HTT模型自学习,通过对接收辊道上的温度实测数据,反馈到HTT Setup的设定计算中,实现对设定计算的在线调整作用,使设定计算更加准确。 4.4 CTC:卷取温度控制模型,包括以下子模块 4.4.1 CTSU:层冷设定计算,通过对层冷区的辊道速度和喷水量的控制,实现对钢板温度的控制。 4.4.2 CTLC:层冷模型自学习,通过采集精轧出口,层冷中间和卷取前高温计的温度,然后对比CTC的设定,对CTC模型设定值进行修正。 4.5 FDTC,终轧温度控制,包括以下子模块 4.5.1 FDTC Setup,主要功能是通过对精轧7座机架的速度和喷淋水量进行计算,结合带钢温度模型,对带钢的温降进行计算,最终达到控制终轧温度的目的。 4.5.2 FDTC Learning,利用FDT(精轧出口高温计)的实测数据对FDTC进行修正,对下一块钢板的计算产生影响。 5 结束语 包钢新体系2250mm热轧产线采用过程控制系统,运行稳定,生产效率和精确度达到国内领先水平,为今后的产品开发和稳定生产起到了巨大的作用。 过程控制系统论文:《过程控制系统》课程教学和实践环节的改革与创新探索 【摘 要】《过程控制系统》课程是高校自动化专业的一门重要专业课程。本文分析了该课程的本科教学现状和存在的主要问题,从而有针对性地提出了过程控制系统的教学改革的基本思路和目标,介绍了一系列的教学改革措施和方法,实践表明教学和实验改革大大地提高了高校大学生的学习本课程的效率,提高了学生分析问题的能力。 【关键词】过程控制系统;教学改革;教学实践 0 引言 《过程控制系统》是控制理论、生产工艺、计算机技术和仪器仪表知识等相结合的一门综合性应用学科[1]。本课程的涉及内容较为广泛,主要包括控制系统的建模、控制理论算法和控制系统的分析与设计。在本课程的教学中,任课教师的主要任务是让学生在了解、熟悉、掌握流程工业生产工艺流程与生产过程的静态和动态特性的基础上,根据工艺要求,应用控制系统中的基本理论、现代控制技术方法,分析、设计与整定过程控制系统。同时,必须让学生清楚地认识工程应用中的相关问题,提高学生分析问题和解决的能力。随着计算机技术、控制理论、传感检测技术等相关技术的高速发展,过程控制技术这一自动化领域内的重要分支也在不断前进与发展,国际上的很多学者在此领域内做出了杰出的成就,并成功运用于电力、冶金、轻工等连续型生产过程系统[2]。然而过程控制理论与应用结合紧密、内容较广、实践性较强,从而造成学生在学习的过程中遇到很多的实际困难,任课教师在讲授的过程中也会感到学生的学习兴趣普遍不高,学习效率较低。因此,必须要求《过程控制系统》课程的教学内容、理念、方法和手段都必须随着新应用和新技术的出现而进行改革,以使学生更好地适应社会发展的需要,真正实现实践型与创新型人才的培养[2]。 本文重点分析了《过程控制系统》课程的本科教学现状和目前教学和学生学习中存在的主要问题,针对提出的问题,从而有针对性地提出了过程控制系统的教学改革的基本思路和目标,介绍了一系列的教学改革措施和方法,实践表明教学改革大大地提高了高校大学生的学习本课程的效率,提高了学生分析问题的能力。 1 《过程控制系统》教学现状与任务 目前在《过程控制系统》这门课程的授课过程中,任课教师通常先介绍过程控制系统中的各个环节的组成部分,然后针对具体的问题,介绍多种控制系统的结构和设计方法,最后,为了让学生能够将学习的理论知识加以应用,再介绍过程控制系统的应用实例[3]。这样的教学方法会导致学生只能片面地理解系统局部的设计信息,很难让学生掌握过程控制系统设计的精髓,更不用说能让他们做到灵活运用自己在课堂上所学的知识。另一方面,《过程控制系统》既是控制理论在工业生产过程中应用的技术课程,又是过程控制的理论课程,它强调工程观点、设计能力的训练,强调理论与实际的结合,以及提高分析问题、解决问题的能力。尤其是近些年随着控制理论、计算机技术、检测技术等其他相关技术的发展,过程控制系统技术也不断地发展,应用也越来越广泛,但课程授课学时却在减少。因此,基于上述的考虑,《过程控制系统》教学应该以如何提高学生的学习本课程的效率、培养学生的系统整体把握能力为本课程教学改革与实践的重点任务。主要包括针对教学方法、实验环节方面提出改进的教学方法和措施,加强过程控制系统的理论研究与实践教学环节的结合,合理增加先进性控制理论及设计验证实验,着重对传统实验设备替换和补充,开发出新型的实验教学设备,强调对学生创新思维和能力的培养。 2 教学内容的改革 随着自动化和计算机技术的迅猛发展, 对学生的知识结构和水平提出了新的要求。过程控制课程内容包括检测与控制仪表,过程建模及系统控制方案的设计等等。因此,任课教师在教学内容的选择方面,应该有所取舍,同时应积极跟踪过程控制领域内最新研究成果,提炼实际工程问题,不能仅仅局限于教材中的内容,也可以结合自己的研究课题,为学生做一些普及性的介绍,从而进一步提高学生学习本课程的兴趣。在讲授的过程中,可以将重点内容安排在过程建模和常规控制系统工程设计, 并补充神经网络建模的方法。扩充先进控制理论应用的成果,介绍一些先进的智能控制控制技术。另外,可以详细介绍了一些典型的计算机过程控制技术。另一方面,从应用的层面上展开介绍,而不是一味的重复知识点。最后在教学课时充裕的情况下,可开设一些讲座为学生介绍一些国内外正在应用和开发的最新过程控制技术成果,如复杂系统的多变量解耦控制、工业系统的自适应控制、模型预测控制等这些新的理论知识,使学生对这些理论能够做到有所了解。 3 实验环节的改革 《过程控制系统》实验环节的改革主要体现在两个方面。首先在实验教学方面,应着重训练学生的基本技能,培养他们的动手能力,让学生理解一些基本过程控制中的概念和基本方法。同时,在实验课时允许的情况下,应增加基于Matlab技术的计算机控制、先进控制、控制系统仿真等内容,从而达到为加深学生对实验内容的理解[4]。在后期的实验中,任课教师应提出实验内容和目的,而实验的方案步骤、实验过程所需要的仪器仪表、仪表的连接、控制的策略方法则完全由学生自己设计,在实验教师的监督下让学生独立自主地完成实验,最后写出总结报告,并组织课堂交流、分析讨论,以提高学生独立性和创新能力。在学校有条件的情况下,建设一套过程控制实验平台,该平台是一套集自动化仪表技术、计算机技术、通讯技术、自动控制技术及现场总线技术为一体的多功能实验设备。整个应系统包括流量、温度、液位、压力等热工参数,可实现系统参数辨识,单回路控制,串级控制,前馈-反馈控制,滞后控制、比值控制,解耦控制等多种控制形式。 过程控制系统论文:梅钢精炼炉过程控制系统应用功能实现 摘 要:随着梅钢公司产品结构调整及工艺装备升级技术改造要求,炼钢厂新建二期项目。在二期炼钢厂内建设1座双工位LF钢包精炼炉及相应的公辅设施。本论文介绍了新上线的精炼炉过程控制系统,着重从系统环境、系统功能、体系结构、通讯设计、关键模型技术等方面对系统进行了阐述。 关键词:精炼;过程控制;系统;模型 1 引言 随着公司产能的提升,二期炼钢项目的建成及投产,新精炼炉过程控制系统也随之上线运行,此次系统以炼钢一期两座精炼炉的过程控制系统作为设计依据,同时结合老系统开发过程中出现的问题,及系统上线后进行的功能完善情况,在系统设计时将部分系统功能进行了调整。同时结合Linux操作系统,使用C++语言对精炼炉模型程序进行了重新编写。 2 系统环境 该系统采用了ftServer 6210双路双模块冗余机架式服务器,服务器配备3个双口1000Base-T以太网卡。并使用以高效性和灵活性著称的Linux操作系统,同时使用IBM的DB2数据库,系统的应用结构其构建基础使用的是开放性好,可扩充能力强,应用开发功能完备的iPlature平台。 3 系统功能介绍 3.1 应用功能总体说明 精炼炉过程控制系统控制的范围是从前工序的钢包到达精炼炉的钢包台车开始,经钢包车到达处理位,炉盖下降、通电处理、测温采样、合金投入、喂丝、炉盖上升、钢包引出,到达吊点吊离为结束。 精炼炉过程控制系统从炼钢生产管理系统(L3)获取生产计划、制造标准、钢种变更、炉次确定等信息,接收分析计算机的成份数据,及其他相关计算机系统的运转状况及生产实绩信息。 精炼炉过程控制系统接收基础自动化控制系统(L1)的过程实绩数据,对现场的状态和生产过程进行跟踪控制、收集LF 生产的炉次实绩及生产过程关键事件数据。同时将精炼炉的运转状况及作业实绩数据发送给炼钢生产管理系统及相关区域过程控制系统。 3.2 工程数据管理 精炼炉过程控制系统的工程数据管理主要包括:接收L3系统下发的制造标准,并可以在L2系统中进行查询;接收L3系统下发的制造命令,并根据现场实际生产情况对制造命令进行变更、删除以及炉次确定;根据与L3的出钢计划接收约定,接收、处理和管理L3下发的出钢计划;根据现场实际生产情况,接收L3下发的钢种变更命令;接收炼钢分析系统的分析结果,并存入数据库,并显示在L2画面上;接收L1系统来的运转状况后,发送给炼钢L3及相关L2系统;当一个炉次结束吊离后,将本炉次的生产实绩发送给L3及相关L2系统。 3.3 过程控制 精炼炉过程控制系统主要是跟踪和收集从钢包到达精炼炉到钢包吊离的整个过程中设备管理信息、作业时间信息、通电信息、合金投入信息、测温采样信息、喂丝信息、能介信息以及定周期信息。除此之外,精炼炉过程控制系统在线使用的设备进行登记及统计设备的使用次数,收集生产过程中的各种实绩值,并保存到数据库中。 控制流程如图: 4 系统体系结构 该系统采集基础自动化的现场实际数据等信息,在进行相关处理后,显示在过程控制系统画面上,用以指导现场生产和执行相应的操作,同时将现场的事件信息及实绩数据发送给生产管理系统,结构图如下: 5 系统通讯设计 5.1 L2系统与L1系统和L3系统的通讯方式 精炼炉服务器通过TCP/IP Socket的方式与基础自动化控制系统和炼钢企业管理系统进行数据通讯。服务器与基础自动化控制系统和炼钢企业管理系统建立通讯回线(与基础自动化控制系统通讯使用的是静态回线,与炼钢企业管理系统通讯采用的是动态回线)。数据通过TCP/IP的方式完成发送或接收。TCP/IP Socket通讯的方式,所占用的资源少,参与通讯的L3系统以及各L2区域服务器无须开放本系统的数据库资源给对方,是L2与L3之间通讯的最优方式。 5.2 通讯中间软件 在系统通讯过程中使用了宝信开发的iXComPCS软件,它是一款面向开发人员的外部通信中间件平台,通过它可以实现网络上计算机之间的数据通信。作为通信中间件,对上层的应用程序提供了统一的编程接口。 其主要组成为: 后台进程管理服务通过通信核心服务,为应用提供实时可靠的数据传输服务,以及远程管理服务为分布式操作提供了实现途径;后台控制工具,控制通信核心服务中的各回线的启停;前台控制工具,可以在异地对平台进行控制;这里的应用泛指所有和平台打交道的外部服务,包括应用开发人员编写的应用服务和类似iPlature等中间件平台等。 6 关键模型技术实现 6.1 精炼炉加热模型 精炼炉加热模型从精炼炉加热及冶金学基本原理出发,对需要进行温度升高和成分微调的钢种进行处理,分为预报模块和推定模块。预报模块的目的是根据每一炉次开始获得的钢液状态、成分信息、首次测温、目标温度等信息,在精炼处理初期即给操作人员提供为达到一定钢水温度所必须的处理时间和通电操作等综合信息指导;推定模块的目的是在得到钢水基本信息和操作量信息,如合金投入量等信息以后,推算加热过程中钢水温度的趋势,及加热过程中所需要使用的通电操作信息。两个模块的综合使用能够逐渐优化精炼炉加热工艺,使操作人员更好的控制处理过程,从而达到满足生产节奏需要的同时降低生产成本的目的。 6.2 精炼炉合金模型 精炼炉合金模型的功能是根据钢液初始成分和目标成分的要求,以及各成分最小、最大值等各种限制条件,计算最优的各合金投入量与合金投入组合。计算完成后,把各个合金投入量的结果下发给L1的投料系统,以便使冶炼的钢水达到钢种要求的目标成分。 合金最小成本模型根据钢水初始成分和目标成分的要求,确定使合金投入总成本最小的合金投入组合、投入量。 7 结束语 本论文对梅钢精炼炉过程控制系统的应用功能进行了详细的阐述。随着梅钢产品品种的不断增加,精炼炉将发挥越来越重要的作用,梅钢精炼炉过程控制系统及相关模型上线以来一直稳定运行,系统采集到的实际生产数据为掌握精炼炉实际生产情况提供数据依据,而模型计算数据也给现场提供生产数据参考,为公司的降本增效做出贡献。 过程控制系统论文:过程控制系统实验创新模式探讨 摘 要:学生能力的培养和素质的提高需要在一个循序渐进、系统知识体系的传授中逐渐培养出来。注重学生理论知识的获得,把实验课程教学贯穿在整个教学活动中,强化实验内容的知识结构设计,理论教学链和实践教学链有机结合的教学模式,使学生个人的潜在能力得到充分发挥,学习的主动性和创造性得到有效发展。同时提高了专业课程教学效果和质量,提高了工科毕业生的就业率,对高素质人才培养和创新能力提升奠定了基础。 关键词:过程控制系统 实验 创新模式 过程控制系统是自动化专业的一门重要专业课程,涉及控制系统模型建立、系统控制方案确定、控制策略研究、控制器参数调整、系统元器件和执行装置结构选择、单回路控制系统、串级控制系统、复杂控制系统等内容,并且课程内容和实际系统联系非常密切,如何在有限的理论教学时间内,利用有限的实验条件完成必要的理论和实践教学,同时满足卓越工程师知识、能力、素质协调发展的培养,达到深化和拓宽学生知识体系,挖掘学生的创新潜力,激发学生创新实践热情是课题重点研究内容。 1 强化知识结构,构筑基于问题的探究式理论教学 卓越工程师的培养遵循知识掌握、能力培养、素质提高协调发展的原则。高等人才能力和素质的培养离不开知识的传授,而知识传授中课堂理论教学是必不可少的,随着新技术的不断出现导致专业课学时难以满足理论教学,如何在较短时间内设计适当的知识载体来进行知识传授以达到能力培养和素质提高的目的,为此提出了基于问题的探究式理论教学。过程控制系统的检测变送和执行器知识点(涉及传感器、电动调节器、机械调节阀等),以往限于课时所限课堂上教师仅仅简单说明,学生也只有轮廓概念,对知识的理解和掌握非常不利,就业后无法解决实际问题。本着知识的掌握在于实际应用的原则,课堂上我们针对需要掌握的知识点设置一个循序渐进的问题:锅炉水位控制系统(系统技术指标要求动态指标、静态指标、安全性等)。为了达到要求从控制角度提出构成最基本的控制系统类型,大部分学生提出采用检测水位高度和设定值比较的闭环控制系统,抽象绘出系统框图,引导学生完成任务系统必不可少的一个装置是什么?装置特性和工作原理如何?基于问题教师恰当地引出新知识点—调节阀,调节阀的类型、特点、使用场合等—电动调节阀、气动调节阀、液动调节阀,直观通过实际模型和实际应用例子使问题的解答构成一个探究式的知识体系,通过理论教学对学生思维的启发使学生的能力和素质在知识体系的传授中逐渐培养出来。带着实际问题的探究式课堂教学强化知识的应用价值,使每个知识模块构成一个实际的训练系统,从问题提出到问题解答再上升到理论,使学生从行业工程师的角度理解基本知识和基本理论,从实际应用中掌握基本技能和研究方法,从卓越工程师高度培养学生适合学科特点的思维方法和思维能力。 2 创新实践环境,构筑理论知识应用于实际的实验教学 加强实践教学是培养学生动手能力和创新精神的一项重要工作。过程控制系统涉及石油、化工、电力等多种行业,为此,2012年以校精品课程过程控制系统建设为契机,从培养高素质、工程实践能力强的卓越人才出发探讨专业课程的实践教学模式。力求创新实践教学环境,提高实践教学效率,激发学生的创新精神,同时将本课程与信号与系统、自动控制理论、控制系统仿真、计算机控制系统等课程有机结合,探寻专业课程体系新模式,构建创新型实践课程体系,建立理论与实践相结合的实践环境。 2.1 甄选实验内容,衔接多方位知识点 实验是学生检验知识和应用知识的主要途径。以往过程控制系统实验中,教师指定实验内容,给出实验要求和实验过程,学生盲目地按实验步骤来做。由于实验条件受限(目前仅有5套高级过程控制实验装置),导致大部分学生只是看别人做,抄抄数据,照猫画虎撰写实验报告,对应用理论知识解决实际问题多样性意义不大,特别是自主学习兴趣和创新实践能力无法激发。为此,我们从多方位知识点的连贯和衔接出发选择合适的实验内容。 单回路控制系统是过程控制系统中应用最多的一类,特别是锅炉控制系统,它是石油、化工、发电厂等工业过程中必不可少的动力设备,该控制系统涉及电路、控制理论、传感器、计算机控制等多方面知识。课堂上引导学生从周边锅炉(供热锅炉、水房锅炉)需要控制的量(液位、温度、燃烧等)考虑,指出锅炉控制系统包括锅炉本体水位控制、燃烧系统、给水系统等,而要完成控制任务,需要构成被控变量的单回路控制系统,控制器参数的确定又依赖被控对象的数学模型,控制理论所讲的解析法建模需要明确各个环节机理,这在实际系统中比较困难,如何采用实验方法建立系统数学模型,安排锅炉对象的实验建模内容?在实验中学生带着问题(正向飞升响应曲线和反向飞升响应曲线)设计实验方案,并从理论上回答为什么需在系统平稳后突加输入信号,正向和反向信号对模型建立是否有影响等一系列问题。实验完成后实验报告的撰写要针对问题从理论上加以解释。这样实验又反过来促进了理论知识的掌握,理论知识点和实践内容的有机结合,提升了学生的学习热情,激发了学生的创新能力。 2.2 仿真实验和实物实验有机结合,培养学生多方案解决问题的能力 目前我校过程控制系统实验装置无法做到一人一台,且实验的动态过程时间比较长,锅炉温度下降10 ℃需要十多分钟。锅炉单回路系统控制器PID参数整定过程,特别是研究参数变化(PID3个参数有无穷多组合)对系统动静态特性影响,即使仅研究三四种参数变化,在实验台上大约需要1.5小时,学生只能等待,影响实验进程。为此,我们大胆尝试新的实验模式,将控制系统仿真软件引入过程控制系统,虚拟模型构建实物装置实验,以实测实验对象模型建立仿真原型,按照过程控制系统的实际情况构建Simulink仿真模型,计算机上重点研究各个参数变化对系统动静态特性的影响,同时引导学生将仿真结果和理论知识点有机结合,以实验提升课堂知识的掌握。如控制器类型的不同仿真解决方案,要掌握控制系统无精差必须采用积分控制,而纯积分控制又易导致系统结构不稳定,积分时间常数对系统动态特性的影响等,快速、多种、图形化仿真实验为优选确定本次实验的最佳控制策略和控制器参数提供了直观、可靠的支持。仿真实验又回到实际系统,将仿真实验得到的最佳控制参数作为现场实验参数的初值,观测实验中所得响应曲线,并将仿真实验结果和理论知识结合针对实际情况向正确方向微调控制器参数,快速的仿真实验过程和高效的实际实验可使每个学生有机会自己动手完成整个实验,既可以解决实验设备不足的问题,又可利用软件提高实验效率与教学效果,大大拓展了学生对实际问题的抽象理论分析、研究、参数确定、优化控制策略确定的能力。仿真实验和实物实验有机结合,扩大学生自主获取知识和技能的能力,加深学生对课堂内容的理解和掌握,激发学生的学习兴趣和主观能动性,提升学生多种方案解决问题的能力和创新意识。 2.3 针对过程控制系统特点,安排系列实验提升学生创新能力 过程控制系统是专业性很强的课程,涉及实际化工、电力等系统,如何通过课程的理论学习和实验环节培养学生创新能力和就业以后应对不同的过程控制系统是本次教改的重要内容之一。电厂和民用锅炉水位控制、化工原料液位高度控制等均涉及液位控制,液位控制系统是过程控制的典型控制系统。在理论教学上我们把实际系统加以抽象建立描述系统的数学模型,根据系统性能指标要求的不同和系统存在的干扰情况有针对性地提出单回路控制方案和串级控制方案,并且对这两种方案的优劣及适应场合进行理论分析,同时为提升学生解决实际问题的能力和以实验加深理论知识的掌握,围绕液位控制开设了系列实验,具体做法如下: (1)使用实验装置现场教学使学生充分了解实验装置中传感器的类型和校验的必要性、系统的平衡状态、实际环境中的干扰信号、电动调节阀等。 (2)实验过程中带着问题(系统数学模型测试为什么要等系统平衡后突加阶跃信号?为什么要用正向和反向信号作用进行参数测试?)完成实验,被控对象建模理论知识确定实验方案和实验步骤,和实验教师讨论后自己动手搭接实验系统。 (3)根据多组测试实验数据结合多学科理论知识建立系统数学模型(包括模型的类型和参数),实验过程中教师抽查上述问题的解答。 (4)为完成系统的基本要求,构成单回路控制方案,在线整定控制器参数,分析系统的动、静态特性和干扰作用下系统的抗干扰能力,为激发学生的学习兴趣和主观能动性,锻炼学生发现问题、分析问题和解决问题的能力,在实验过程中我们有目的地设置一些问题(如何降低干扰对系统的影响,如何提升控制系统的精度等)引导学生提出新的合理控制方案。 (5)串级控制系统设计,包括主控制器、副控制器类型和参数整定,系统在一次、二次干扰作用下系统的相应和动静态指标研究,实验过程中出现的各种问题(如串级控制系统为什么对主扰动具有很强的抗扰能力?为保证系统静态无误差主控制器为什么必须采用PI或PID?),教师不急于简单解答,而是激发学生从理论上分析得到结论,这种理论循序渐进到实践再升华回到理论的模式,改变了学生为实验而做实验的机械动作,从实验来加深理论知识,又应用理论知识解决实际问题,系列实验大大提升了学生创新能力。 3 实验教学拓展大学生创新研究,提高学生的科研能力 大学生创新项目是在导师指导下,学生自主选题、独立完成课题、撰写课题结题报告等工作,创新项目意在调动学生的主动性、积极性和创造性,激发学生的创新思维和创新意识。可以有效地训练学生在未知领域的探索精神、独立思考、独立创造性地分析和解决问题的能力。而过程控制系统课程安排在第七学期,学生的基本知识、基本技能、创新意识等逐步形成,为了使有潜力的学生尽早接受系统的科研能力的培养和训练,摄取学科前沿知识,在常规实验的基础上,对有坚实理论知识和深厚知识底蕴的学生指导申报国家、校级大学生创新项目,2009年确立国家级“仿生机器鱼”和2012年校级“智能机器鱼氯气监控系统”项目。项目的前期研究涉及过程控制系统控制策略和控制器参数确定实验,在实验中引导有能力的学生多方面考虑问题、多方面解决问题,实验的创新能力不知不觉就应用到科研活动,科研活动中遇到的各种问题又不断培养学生的创新思维,使学生利用扎实的基础及时摄取新知识,实验技能又推动获取知识和应用知识的创新能力。进一步发展了学生学科知识的横向关联,使学生将所学的理论知识与实际相结合,使学生的创新意识和创新能力得到有效培养。 4 多学科知识融合实验过程,培养创造性人才 过程控制系统的知识点和其他课程呈现立体交叉,多学科知识又融合于实验过程,为此,课题组在自动化系列课程实验过程中采用逐步递进的原则安排一些基础实验,为后续课程做必要的铺垫。例如,基本的开环控制和闭环控制的稳定性和动态特性研究在控制理论课程中已做了多方位研究,过程控制系统前馈控制为什么可以有效地消除干扰影响,前馈加反馈的复合控制为什么既可保证系统的稳定性又可提高系统的抗干扰能力,它是如何解决稳定性和稳态精度之间的矛盾等问题。要求学生先思考,教师辅助给出提示,从自动控制系统传递函数概念、稳定性分析和稳态误差与系统结构参数的关 系,融合多学科知识引导学生通过实验分析所得结果,最后合理正确地给出答案,使学生对实验研究得到全面和立体的概念,使实验升华到科学研究的探索实验,学生自身的知识无形中得到增加,巩固了以前其他课程中学习的知识,加强了多学科之间的融合,进而拓展了学生的创新思维能力。 5 结束语 专业课实验教学在高等学校工科教学中占有重要的地位,探讨过程控制系统实践教学新模式具有重要意义,通过连续5年的实践,在注重学生理论知识的夯实的基础上,把课程实验有机、科学地贯穿于整个教学活动,多方位设计实验内容、多学科融合实验过程和带着问题做实验等均以学生为主导,充分考虑学生的知识结构和学习规律。使学生个人的潜在能力得到充分发挥,学习的主动性和创造性得到有效发展。理论教学链和实践教学链有机结合的教学模式,充分调动了学生的积极性,在实践教学中注意激发学生的主动性,注重教与学的互动,注重培养学生的动手操作能力、解决问题能力和综合创新能力,提高了专业课程教学效果和质量,对高素质人才培养和创新科研能力提升奠定了扎实的基础。 过程控制系统论文:《过程控制系统》课堂教学方法的探讨 【摘 要】过程控制系统是自动化专业的核心课程之一,具有较强的理论性和实践性。根据课程教学的特点,针对课堂教学过程中出现的问题,从教学方法,教案设计等方面出发,探讨具有更好教学效果的授课方法,使学生能够真正理解和掌握这门课程。 【关键词】过程控制;课堂教学;教学方法 一、引言 过程控制是自动化专业学生的专业课必修课之一,是以实际工业生产过程为背景,自动控制理论为基础发展起来的,在自动化专业的整个课程体系中占有重要地位。课程内容涵盖了系统建模方法,工业过程特性控制理论和算法,控制系统的分析与设计等,不仅研究简单的单回路系统,也涉及复杂系统控制,先进控制系统等。由于课程理论与实际联系非常紧密,涉及面广且深,对学生理论基础有较高要求,传统的课堂理论教学难以保证学生对课程内容的理解和掌握,令学生感到抽象枯燥,降低学习机进行,教学效果不佳。针对这种情况,从教学方法,教案设计等方面出发,结合自身的教学体会,对“过程控制系统”的教学做了简单探讨,寻找更加能够激发学生学习热情,改善教学效果的教学方法。 二、教学内容调整和仿真软件的运用 以往的“过程控制系统”教学偏重于理论教学,在课堂上详细讲解公式和推导过程,理论性太强,使学生感觉课程内容枯燥难懂,失去学习兴趣。为了避免这种情况,通过总结经验教训,调整了教学内容,将学习重点从原来对理论知识的大量复杂的推导过程,转移到从工业生产实例引出理论知识上来。同时应用Matlab仿真软件来验证过程控制的理论,使教学过程更加形象化,使学生能够掌握过程控制的核心知识,并加深过程控制系统的理解和认识,大大提高学生的学习积极性。同时,为了体现课程理论紧密联系实际的特点,在教学当中引入与实际相关的控制方法以及信号处理等方面的内容,让学生掌握一定的实际应用背景,具有更大的知识量,调动学生学习的积极性,更加主动地学习这门课程。另外,由于科技的发展,过程控制系统更新快速,因此在上课过程中,除了必须的教学内容外,还应该引导学生了解过程控制领域最新的发展动态,了解该学科的最新信息,让学生更加了解所学知识在本专业领域的地位,从而更加积极主动的投入到课程学习当中。 计算机仿真软件的应用为过程控制教学提供了便利。在课堂教学过程中,仿真软件和多媒体教学的应用,能够为学生直观地展示控制系统的结构,工作过程,以及控制效果等。通过多媒体课件,使得课堂教学变得更加生动多变,有助于调动课堂气氛,而Matlab仿真软件丰富的工具箱,能够加深学生对所学知识的理解,通过基于Matlab的仿真实验,让学生充分理解相似的概念和参数变化对系统性能带来的影响,在理论教学的同时让学生掌握仿真软件的用法,一举两得。通过激发学生的学习兴趣,提高课堂教学的质量,锻炼学生发现问题,分析问题,解决问题的能力。 三、网络教学平台的应用 网络技术现在飞速发展,通过网络架构教学平台,将课堂教学延伸至互联网,丰富了教学内容,能够加强学生对教学难点的掌握和理解。通过网络平台,将详细的教学课件,仿真软件、程序和使用说明,教学日历,课程通知,教学问卷,以及测试复习题等内容上载,供学生下载使用。采用网络平台,可以丰富教学内容,并实现最大限度的信息共享,同时也可以通过教学平台实现答疑,学生间互相讨论和交流等。可见网络教学平台是课堂教学的有力补充,对于提高学生的学习效果和效率具有重要帮助。 四、注重与学生的交流 教学的目的在于让学生更好地掌握知识,应该注重与学生的交流,多听学生的体会和意见,了解他们所需的知识量,为学生制定更好地教学内容。另外作为老师,除了关心学生对本门课程的意见和建议之外,还应该以学生朋友的身份对他们的生活和学习提出建议和指导,尽量帮助学生的成长,尽量做一个受学生爱戴的好老师。 五、结束语 过程控制是自动化专业的一门非常重要的课程,与生产过程关系密切,在课程的课堂教学中,通过改进教学内容,采用先进的教学方法和教学手段,将传统教学与仿真软件相结合,根据课程实践性强的特点,在教学过程引入从实际问题中提炼出来的有代表性的实例,并充分利用网络平台,为学生重点讲解,从而培养学生的创新思维和独立解决问题的能力,激发学生的学习兴趣,进一步培养了学生综合应用专业知识的能力,从而全面提高了过程控制课程教学质量与效果。 过程控制系统论文:冷卷准备机组过程控制系统 摘要:本文介绍了某冷轧厂冷卷准备机组过程控制系统的软硬件结构,包括硬件平台和软件系统。基础自动化系统包括顺控,主令,跟踪,急停和HMI;着重叙述了过程控制的实现方法。 关键字:硬件,顺控,主令,跟踪,急停,HMI 系统概述 该冷卷准备机组为连续生产机组,用于取向硅钢(含SGO)和高牌号无取向硅钢冷轧后的钢卷处理,最大速度400m/min,是目前国内自动化程度较高的一条机组。整个机组自动化控制系统完成钢卷从入口运输,自动上卷及开卷,入口定位剪切,焊接,圆盘剪切边,定位剪切,卷取机卷取及卸卷,称重打捆整个过程。所有功能均可全自动或半自动完成。被控设备以入开卷机、张力辊、卷取机为核心, 辅之以入口钢卷小车、入口转向夹送辊、入口剪、纠偏辊、分切剪、出口转向夹送辊、卸卷小车、钢卷称等设备。 控制系统硬件及网络组成 控制系统的硬件分布于计算机室、操作室、电气室和现场,如图1所示。基础自动化系统的硬件设备组成: SIMATIC S7-400可编程控制器(CPU416-2DP):2块 高速技术模块(FM450-1):1块 DP通讯模块(CP443-5):1块 以太网通讯模块(CP443-1):1块 全数字交流传动调速装置(6SE70):多台 专用急停控制控制器(CPU315F-2DP):1套 及远程I/O站、PDA、工程师站、服务器、操作员站等组成。 通过快速以太网、PROFIBUS网络实现各自动化单元以及与上位机的通信,构成典型三层通讯网络的三级控制系统。 通讯网络的第一层:人机接口与PLC之间及PLC彼此之间的以太网,实现全线生产参数的设定和各设备的状态、电气参数及故障,生产工艺过程在人机接口HMI的显示; 通讯网络的第二层:PLC与远程I/O站之间及PLC与传动系统之间的PROFIBUS-DP网,实现PLC对系统控制指令的传送和系统状态及参数的收集; 通讯网络的第三层:PLC彼此之间实现控制信息及数据传送的MPI网。 图1. 自动化系统配置图 控制系统软件设计 软件功能主要由以下几部分。 3.1顺续控制和跟踪 钢卷运输,换辊,液压等一类单体设备动作的控制可归为顺序控制。顺序控制一般负责单体设备如液压传动设备、恒速电机等的控制。顺序控制还包括自动步,即将一系列动作为一个运动组来处理,实现系列动作序列的自动完成,如钢卷自动运输,自动上卷等。采用图形化的顺序功能图表“SFC”编辑生成。由于所有联锁是在执行机构控制级上完成的,因此这一级完整地保留下来以组织成适当的顺序控制。在程序中所有转移条件彼此独立,不用考虑彼此的联锁关系,通过简单易懂的与/或逻辑即可进行修改。每个顺序都可单独进行手动或自动选择。 物料跟踪包括带钢跟踪(SEGA)功能和物料(数据)(MAVE)跟踪功能。SEGA是基本的跟踪功能。它将整个生产线按一定原则划分成若干个区,每个区再划分成若干个段,跟踪就是基于这些段进行的。每条带钢焊缝经过线上区间,基于区间的段 利用内部记数器计算出(利用编码器给出的焊缝行程和区段的长度)整条线上的带钢镜像,用标志位标识(每个区间段数之和=整条线段数)。MAVE功能基于SEGA功能,MAVE用线上带钢的镜像(标志位)去跟踪带钢和整条线上的数据,MAVE能触发动作和在适当的时间和其他的自动功能就设定点/参考值进行通讯,尽管MAVE是基于线上的带钢镜像(标志位),但是动作仅仅在焊缝从一段跨越另一段时触发,可在这样的段边界中定义多个动作,动作点也可以使用来自其他系统的数据。 3.2 主令控制 主令程序负责全线带钢传输控制,也是整个基础自动化的中心,可以分为两部分,主速度发生器和线速度协调控制器,两者是主从关系,线速度控制器起主要作用。 线速度协调控制器负责整个生产线运行,协调带钢的处理过程,传输、启动相应的设定、定位、控制、剪切等程序。线速度协调控制器的功能包括操作模式的处理(运行/爬行,停止,保持,穿带/甩尾,快停,快停,紧急停车,联合点动,单独点动等)断带检测, 主速度发生器完成线速度协调控制器的控制值送到传动系统,包括传输带钢运行所需要的各种功能,启动、加减速,带钢定位控制,张力控制,开卷机控制,卷取机控制,速度设定值。 带钢定位控制是闭环,利用装在张力辊或夹送辊上的编码器对带钢定点定位控制,包括带钢头部定位,带钢尾部定位,自动减速功能。 张力控制。张力控制策略为:当机组启动时,张力值平滑上升到正常运行张力值。在机组临时停车时,张力值保持运行张力值不变;超过临时停车时间,张力切换到停机张力。如果机组停车时间过长,机组张力自动切断。 在运行中,某个区域的实际张力突然快速下降,这个信号将反应在张力控制的传动装置的实际转矩上,或某个张力计的实际检测值,断带检测程序发出断带信号,并对相应区域发出快停指令。 3.3 急停系统 急停系统负责全线的紧急停车。全线分为4个区域,线上区域1个,即从开卷机到卷取机的整个区域。线外有3个区,液压站,入口钢卷运输区,出口钢卷运输区。 急停控制的电气设备类型主要包括,MCC恒速电机,变频调速电机,液压驱动设备等。主要控制过程为:操作台上急停按钮触发急停,急停PLC收到信号,计算处理后发急停信号至急停继电器,后者将急停信号分发至MCC柜、变频传动柜,远程I/O站等。实现停车。急停事故回复后,必须在HMI上进行急停确认。 3.4 HMI系统 HMI (Human-Machine Interface) 人机界面系统是通过WINCC软件实现的。WINCC软件包括,组态界面,操作界面,报警系统,归档系统,报表系统,数据管理系统。在本项目中HMI系统,主要包括八个部分。 工艺过程跟踪:包括全线机组总览,重要设备的数据显示,修改; 液压和润滑系统:包括液压站,开卷机和卷取机的润滑站,全线的CPC和EPC的液压站。包含电机的启停控制和状态监视画面。 诊断画面:包括全线传感器的状态画面和DP网络通讯状态画面。 传动分合闸:控制全线传动设备控制装置的分断和合闸。 趋势:全线重要数据的趋势图。 自动步:用于监视所有的自动步及动作条件。 画面中符号解释画面:包括颜色说明,设备符号说明和介质系统符号说明。 HMI系统包括2台HMI服务器,2台HMI客户机。其中HMI的服务器放置在电气室,两台服务器之间为冗余系统配置。 HMI系统服务器之间以及HMI服务器和客户机之间均采用TCP/IP协议进行通信。服务器会保存过程值和配方数据;客户机只访问服务器,显示服务器提供的过程画面和过程值,并可接受操作员的输入 传给服务器,本身并不保存数据。 总结 冷卷准备机组过程控制系统的配置先进,控制精度高,其自动化程度降低了操作者的劳动强度,实现全机组4人生产,大大提高了生产效率;自投运以来,机组设备和整个生产线均运行良好,受到了用户的好评。 过程控制系统论文:基于ProfiBus的过程控制系统的软硬件组态 摘 要: ProfiBus现场总线具备传输快、结构简单、抗干扰等优良性能,已广泛应用于自动控制系统与分散I/O之间的高速通信。首先介绍了ProfiBus现场总线的特点,然后基于ProfiBus?DP和PA、Siemens PLC 300和Wincc组态软件,详细阐述了过程控制系统的结构,硬件、通信协议、监控页面的组态方法和步骤。 关键词: ProfiBus; PLC; WinCC; 组态 引 言 伴随着工业生产过程的大型化、复杂化、连续化和自动化发展,对工业控制系统的控制水平和品质也有了更高的要求。现场总线技术也应运而生,用于实现自动化系统最底层的现场控制器和智能仪表设备的互联和实时通信。它是一种开放的、具互操作性的、彻底分散的分布式控制系统[1]。本文将以ProfiBus现场总线为基础,介绍以Siemens PLC 300和Wincc组态软件为主体的过程控制系统的软硬件组态过程。 1 ProfiBus现场总线 ProfiBus现场总线是一种用于工厂自动化车间级监控和现场设备层数据通信与控制的现场总线技术[2?3],可实现现场级到车间级监控的分散式数字控制和现场通信网络,从而为实现工厂综合自动化和现场设备智能化提供了可行的解决方案[4]。ProfiBus系列由ProfiBus?DP/FMS/PA三个兼容部分组成。其中ProfiBus?DP和PA的特点如下[1,5]: ProfiBus?DP适用于自动控制系统与分散I/O之间的高速通信;可取代24 V或4~20 mA的串联式信号传输;使用RS 485传输技术或光纤媒体。 ProfiBus?PA专为过程自动化设计;可将变送器和执行器连接到一根公共总线,可用于本质安全领域;数据传输采用扩展的ProfiBus?DP协议,还具有PA行规。 本文将采用ProfiBus?DP和ProfiBus?PA通信协议来构建过程控制系统。 2 系统架构 本过程控制系统用于模拟对工业现场液位、温度等信息的采集、处理,PID控制和控制工艺流程的实时监控。系统通过ProfiBus现场总线进行数据传输和交换,采用MPI通信方式与上位机进行通信和远程控制,从而使整个控制系统实现网络化和数字化。控制系统结构图如图1所示。 系统主要包含上位监控机、CPU、以太网通信模块、DP链路、分布式I/O和变频器DP从站、温度和压力变送器、阀门定位器、电磁流量计等。CPU采用Siemens的S7300 315?2 DP,既具有多点通信功能的MPI接口,又具有ProfiBus?DP通信功能 [6]。 过程控制系统论文:“热工过程控制系统”及其课程设计教学改革探索 摘要:“热工过程控制系统”在热工过程自动化专业课程体系中为核心专业课程,该课程在提高热工过程自动化专业学生的专业实践能力方面处于极其重要的地位。针对火力发电机组技术的发展和电力企业对热控技术人员的要求,从教学大纲、教学内容、教学方法和手段、实验环节以及课程设计等方面探讨了“热工过程控制系统”及其课程设计教学改革,在实践中取得了良好的教学效果。 关键词:热工过程控制;课程设计;教学改革 长沙理工大学(以下简称“我校”)热工过程自动化专业主要面对发电行业,学生主要在火力和核电等发电行业就业。根据我校办学特色及热工过程自动化专业培养目标,立足电力行业,突出电力特色。“热工过程控制系统”课程主要讲授过程控制的基础理论知识,包括单回路、串级、前馈、比值、解耦等典型控制系统的分析、设计、参数整定方法,以及火力发电厂汽包锅炉蒸汽温度、汽包锅炉给水、锅炉燃烧过程、单元机组协调等控制系统的构成、原理和系统分析。该课程作为热工过程自动化专业核心主干课程,占有举足轻重的位置,因此该课程的建设一直受到院系的高度重视。通过该课程的教学,使学生能够运用过程控制原理,结合火力发电过程对象,从事热工过程控制系统的分析、设计、运行与开发研究工作,增强学生的工程实践能力,进一步加深对火力发电厂锅炉各子系统的认识和理解。基于此,课程组对该课程从教学内容、教学方法、实验环节及课程设计等方面进行了探索性的教学改革,并在实际教学过程中取得了良好的教学效果。 一、“热工过程控制系统”课程教学改革 1.根据人才培养要求,更新教学大纲 教学大纲是课程教学内容的教学指导文件。经过课程组多次讨论,结合最新专业培养计划,按照拓宽基础、加强素质教育、培养创新能力和工程能力的思路拟定了“热工过程控制系统”及“热工过程控制系统课程设计”两门课程的教学大纲,进一步明确了该课程及其课程设计在整个专业课程体系中的地位和作用,规定了基本教学任务和要求。 2.课程教材建设 教材是进行课程教学的基本工具,是进行教学工作、有效提高教学质量的重要保证。该课程在教学中使用过两种正式出版教材,总体来看,所用课程教材内容比较全面。但是,由于热工过程控制技术和火力发电机组技术的不断发展,教材中有些内容就显得较陈旧,为此根据最新拟定的教学大纲,并参考国内有关火力发电机组最新技术和过程控制相关教材,结合课程组近几年形成的教学经验,编写并出版了“热工过程控制系统”课程的新教材。[1] 3.更新教学内容 “热工过程控制系统”课程内容几乎涉及到本专业先修的所有专业基础课程与专业课程。在组织课程教学内容上,根据最新出版的教材,每学期课程组依据收集的火力发电机组最新技术和过程控制技术在火力发电机组上的最新应用,在学期末课程组开会集体研究、整理,提炼出必要的内容充实到下个学期的课程教学中,不断更新教学内容,保持教学内容的前沿性和新颖性。同时注重不同专业课程内容之间的衔接,将检测技术、控制仪表、集散控制系统、锅炉原理、汽轮机原理、智能控制技术与控制系统仿真技术等知识融入到具体的控制系统分析和设计中,以有利于培养学生热工过程控制系统的分析、设计能力。[2] 4.改进教学方法和教学手段 在课堂纪律管理方面上,制作签到点名表格,学生上课时自己在签到表格上填写自己的姓名和学号。通过学生签到点名方法,既节省了全班学生姓名点名所花的时间,同时,也方便教师与学生之间的互动,并加强了对课堂的管理。在课堂上,通过学生的签到表,可以很方便对应地找到讲话、睡觉、玩手机、戴耳机等学生姓名,可通过点名或点名回答问题等方式提醒学生;与此同时,在课堂上积极跟教师互动、回答问题的学生都根据情况记录,在平时成绩上加分。 在教学方法上,注意运用启发式和互动式教学,课程中的基础知识点尽量讲解得生动形象易懂;对课程的重点和难点问题,在讲解后,采取提问或课堂讨论等互动手段加强学生对重点和难点的理解。课程教学采用多媒体课件教学,对重要的理论知识及时使用MATLAB/Simulink进行仿真,进一步加强理论知识的理解。[2]比如课程中的重点和难点:PID控制器比例、积分、微分三个参数对控制质量的影响,若是只将三个参数对控制质量影响的结论告诉学生,学生比较难以理解,但是通过Simulink仿真就能生动地将PID控制器的比例带、积分时间、微分时间三个参数变化对控制系统性能的影响通过曲线的形式体现出来,这样就加强了学生对课程内容的深入理解。[3] 5.实验教学改革 本课程的所有实验都放在热工检测与控制技术实验这一门综合性实验课程,并出版了该实验课程的教材,由实验室老师讲授,并指导学生独立完成实验。针对热工过程控制系统课程内容,开设了六个实验,包括单容水箱液位数学模型的测试、双容水箱液位数学模型的测试、单回路定值控制系统、水箱液位与流量串级控制系统、双闭环流量比值控制系统和上下水箱液位前馈-反馈控制系统。通过实验,使学生对对象动态特性的测量方法,单回路控制系统、串级控制系统、比值控制系统、前馈-反馈控制系统等控制系统原理及其调节器参数整定方法有了进一步的认识。 二、“热工过程控制系统课程设计”教学改革 “热工过程控制系统课程设计”是热工自动化专业继“热工过程控制系统”课程之后一项重要且必不可少的工程实践教学环节,是完成书本知识到实际运用能力转变的关键步骤,其学时为两周。其目的是培养学生运用所学的热工过程控制系统的设计和分析理论知识解决工程实际问题的能力,进一步发掘和培养学生的创新精神和工程实践能力,主要从教学大纲、课程设计指导书、课程设计选题、指导教师的团队化、课程设计与生产实习的关联性等方面进行改革探索。[4] 1.改革目标 按照热工自动化专业的“厚基础、宽口径、强能力”的要求,结合“热工过程控制系统”课程教学改革,使学生在完成课程设计任务的过程中进一步加深对过程控制理论知识的理解和掌握,并在该课程设计过程中努力提高学生的创新精神、实践能力。 2.课程设计选题优化 “热工过程控制系统课程设计”主要围绕火力发电厂锅炉各个子系统进行控制系统设计,给出了过热蒸汽温度控制系统设计、再热蒸汽温度控制系统设计、汽包锅炉给水控制系统设计、磨煤机多变量解耦控制系统设计与燃烧过程控制系统设计等5个子课题,4~6名学生一组,每组对应一个子课题,要求必须完成该组课题的方案设计、系统构建、参数整定、结果分析和答辩等任务,进一步提高培养学生的综合应用能力和创新能力。 3.指导教师的团队化探索 学生工程能力的培养,指导教师是关键。指导教师必须有丰富的生产实践经验,有相当的解决实际问题的积累。加强“热工过程控制系统课程设计”指导教师师资队伍建设,聘请学校附近电厂的热工骨干技术员担任辅助指导教师。整合理论课授课教师、实验课指导教师、课程设计指导老师、运行实习指导教师及电厂技术员五者优势资源,探索课程设计指导教师团队建设模式。 4.强化课程设计与电厂运行实习的关联性 我校热工过程自动化专业的“热工过程控制系统课程设计”和“电厂运行实习”都在大四第一学期开展,进一步分析课程设计与电厂运行实习的内在联系。合理安排课程设计与电厂运行实习时间安排,根据不同的课程设计题目对学生的电厂运行实习的教学内容进行有针对性的强化安排,强化课程设计与电厂运行实习的关联性,使得课程设计和电厂运行实习都能取得良好的效果。 三、结束语 在近几年来的教学中,对“热工过程控制系统”及“热工过程控制系统课程设计”两门课程教学改革进行探索与实践,逐步完善了教学过程中的各个环节,在教学大纲、教学内容、教学方法和教学手段、实验教学以及基于工程能力培养的课程设计等多个方面,都进行教学改革探索。通过这门课程理论教学及其课程设计的教学,使学生在面对火力发电厂时,加深了对热工过程控制系统的分析、设计、参数整定、仿真研究等理论知识的整体认识,并提高了学生的工程实践能力,使理论知识和工程实践得到了有效的融合。 过程控制系统论文:基于网络监控的供水过程控制系统 摘 要:针对目前水厂管网供水过程控制需求,设计供水过程综合控制系统,用网络将三套水厂控制系统连接监控,每套系统对水位、压力和流量检测,可对三套系统进行多种综合控制;并嵌入视频监控,监视水质和设备安全等;还引入labview信号处理模块,为现场调试和信号分析提供有力条件,最后探讨了Internet引入远程监控的可行性。 关键词:网络控制,视频监控,稳压供水,WinCC,变频器 1 前言 本供水系统从能源的最佳配置及安全角度出发,针对水厂多台中等距离水泵联网供水系统,综合现代网络控制技术,设计一个以工业现场实际生产控制的综合性、多功能网络供水控制系统,这个系统具有远程web监控、复杂的关联控制、生动的组态监控界面、对输入输出信号采集分析等功能。通过对工业供水、流体控制、城市供水、虚拟仪器应用、SCADA软件应用的研究和综合,结合实际资源和条件本文提出了这个网络供水模型控制系统。并探讨了远程web监控的可行性。该系统采用采用WinCC监控组态软件作为上位机,下位机西门子S7-300PLC进行控制,现场采用MPI总线网络,对水面以摄像头进行视频监控,远程以因特网连接,利用虚拟仪器软件优化控制参数,使控制达到最优。从而可实现对复杂的供水网络进行联网调度控制。 2 系统功能 控制系统分别由A、B、C三套独立中距离的设备组成,由一台PC机作为上位机进行监控和数据处理,并与Internet连接。下位机具有多种监测和控制功能,系统具有以下特点: (1)流量、压力、液位等过程量的检测,从而实现精确的流量、压力、液位控制;方便的数据记录和管理;(2)通过视频对危险或紧急事件进行监控报警;(3)利用虚拟仪器软件和相应硬件采集处理系统的输入输出信号,使控制得到最优化;(4)现场总线网络实现远程设备间的关联控制,实现对分散设备的集中操作和管理;能基于因特网或者局域网实现基于Internet的操作和监视。 系统模型如图1,现场中单个系统的各个传感器采集到信号后通过信号处理模块处理(AD转换)后把数字信号传到 PLC(CPU),然后CPU根据此信号进行相应的动作;适配器是连接PLC与PC机的桥梁。水质监控的模拟中采用的总线类型是目前较热门的USB,当然用户也可根据所提供的硬件选择不同的总线类型,只需解决相应的通信协议问题就行了。各个系统之间的PLC通信可通过与CPU配套的外接口进行MPI通信,而各PC机之间则通过Internet进行相互的连接。 3 控制系统硬件设计 硬件结构是系统功能实现的载体,有上下位机组成。上位机采用可靠性较高的西门子工控机,通过MPI网络与现场控制的下位机PLC连接。下位机控制系统需要对输入输出模块、传感器、执行器、控制器及其等关键硬件进行选型。本系统选用模块化的西门子中型300系列的S7-312C的CPU;远程压力传感器的模拟信号通过多通道输入模块,转换成数字信号送到控制处理器;利用控制处理器中的数据处理和控制程序进行数据处理和判断;输出模块332控制信号控制电动阀、变频器等执行器来控制流量、水位和供水压力等;安装有6个压力传感器,可对管道的多个监测点和池子的压力进行,还装有两个流量传感器,这可分别测量管道多点的水流量大小。本系统的执行器是一台有变频器控制调速的电机水泵及一台恒速水泵,可以方便根据需要进行调节。采用性能优良的摄像头和视频采集卡与工控机相连接,可得到水池和需要监测的生产现场的视频信号,然后用OLE技术可以把视频界面嵌入到工控机的人机界面,还可以进一步对该视频信号进行处理,以实现特定的事件处理,如自动的环境安全监视、设备运行状态的自动监测等等。 4系统软件设计 系统的软件设计包括PLC、WinCC等软件的设计,及相互之间的通讯。上位机软件是创建变量、界面数据输入与实时显示、数据采集管理、故障诊断、上下位机通信及视频处理等,其过程大致这样:建立与PLC的连接和创建变量,建立通信连接后便可以设置用于通信对话的变量。利用图形编辑器,进行组态、参数输入界面。如图2所示体现整个控制系统的大概控制流程:启动程序后进行初始化,清除寄存器里残留的数据信息,同时传感器采集到的信号传经AD模块后传到CPU,处理程序再根据这些信号相应的处理;其间可进行手动和自动操作。每个控制函数都独立分配一个数据块,这样方便数据信息的管理和防止数据出错。针对每个系统,单独建立参数输入界面。选择手动/自动、控制压力或流量对象、设定值与PID参数、函数控制、关联控制对象、标量转换参数输入等。在对各个部分的信号进行及时的最优化分析处理上,本系统引入LabVIEW,然后把这个信号及时反馈给控制程序,从而提高控制信号的精度。 对流量或者压力控制时,可以直接采用完全PID算法,能够直观输入和调整各PID参数,实际运算时则采用增量算法更加方便,计算工作量较少,运算速度较快,其增量式算法如下: 其中Δu(k)为k次控制的增量,A、B、C等分别为合并计算的常数。实现PID的控制程序由STEP7自带函数库的SFB 41函数实现,既可设定PID参数,还可设定上下限位及调用时间等多种参数。 5 网络化及视频监控 三套设备间不仅进行联网数据监测,并进行联网控制,对水网供水调度。工业上的供水是一个牵涉到多方面领域的问题,这就需要解决多方面的协调性与能耗等问题。这里主要讨论Web方式实行远程监控的可行性和实现方法,如图3所示。 供水系统的网络大而复杂,这里研究一种新的方法,可以解决目前由于传感器的限制而难以实现的监控系统。由于本系统融入了丰富的控制、监控、虚拟仪器等现代先进的测控技术,可用于控制系统的深入研究和用于综合性的实验教学。而视频嵌入牵扯到多方面的知识,如视频信息的采集、采用什么算法进行处理,视频调用的过程步骤等等都需要考虑。视频调用的步骤如下:(1)用C++编号一个exe的文件,并把此文件放在所建的Wincc项目文件夹里,相应的图像分析处理在这里可以进行功能扩展。(2)在WinCC 面板中调出个button ;(3)右击button 弹出一列菜单,选择“属性”,(4)选择属性里的“事件”,再接着是事件里的“鼠标”,“C动作”;(5)鼠标放在编程框图里需添加动作的位置处;接着点击编辑动作窗口的左树,把他们展开,然后调用windows中的program Execute),并把program_name改为调用的路径名即可。(6)调用的路径里把所有的“\”改为“/”。 6 结论 该网络过程控制系统通过一台主机监控,实现现场总线的网络检测与控制。可以分为三组,每套有自己独立的操作界面,可以单独进行实验,实时采集数据;实验时可以大范围改变参数,并且在屏幕上可以直接观测到输出量与检测量的对应曲线。每套系统嵌入视频监控和图像处理,将水厂的过程控制可以与视频监控完美结合;三台设备的联网性实验可以很好的模拟现实生活中的复杂供水网络,而且本系统具有试验切换容易,操作简便,稳定性好等优点。控制软件和监控界面的运作在实验装置上调试通过,并达到预期的效果。本系统的关联控制是通过建立数据块的映射实现的,所以只要把数据块循环刷新便可实现关联控制,而不依赖于通讯网络的结构。视频监控模块可以方便地嵌入过程控制实验系统中,这也是结合了当前工厂实际技术发展的需求方向。
软件开发专业论文:高职院校计算机专业软件开发能力培养浅析 【摘 要】本文通过分析高职教育的特点及软件开发对技能的要求,对高职院校计算机专业教学理念、分阶段培养方法进行探索。 【关键词】高职教育;软件开发;能力培养 0 引言 教育部《关于全面提高高等职业教育教学质量的若干意见》明确指出要“加强素质教育、突出实践能力培养,改革人才培养模式”。软件行业是一种技术密集型行业,其技术性主要体现在隐性的思维过程中。从企业角度来看, 软件企业的工作过程是按用户需求进行需求分析、设计、实施和完成项目计划的生产过程;从职业角度来看,技术人员(高职培养目标――程序员)的工作过程是对具体工作任务(如功能模块、算法等)的计划、分析、编写代码的劳动过程。 当前,我国的高等职业教育发展迅猛,为高等教育大众化的实现作出了重要贡献。然而,由于起步晚,加上受到学科型普通高等教育的影响,高等职业教育的质量还不尽如人意。传统的普通高校本科教育以学科体系为核心,而高职教育的定位则要求体现职业性与学科性的结合,以培养高技能应用型人才为主。在教学实践中,没能注意这两者的差别,把高等职业教育办成了缩减版的普通高校本科教育。以电子信息类学科为例,重理论轻实践,课程过于强调学科系统化,学科体系的完整性,忽视“工作过程”,对学生的实践能力重视不足,严重地影响了高等职业教育的质量。 1 高职教育能否培养计算机软件开发所需人才 有人认为高职学生的入学水平低,难以培养出软件专业所需人才,软件专业人才只能由本科培养。这种观点没有认识到软件产业对人才的需求是全方位和多层次的。软件产业既要有需求分析师、项目经理、项目分析师和程序设计师,他们由本科和研究生教育培养;也需要大批写程序代码和用户手册的底层程序员,他们占软件专业人才总数的90%,可以由专科层次的高职教育培养。 本科与高职教育的专科不仅仅是不同层次的高等教育,而且是不同类型的高等教育,其培养目标、学习内容、就业方向等都有不同。本科开设软件专业是培养计算机软件专门人才,其培养目标是培养从事计算机软件设计、开发与系统运行的高级工程技术人才。本科教育按照计算机科学的体系来设置课程,学生主要学习计算机系统软件、应用软件的研究、设计、开发和运行的基本理论与技术。我国高职教育开设计算机专业,培养从事计算机软件程序设计、测试、系统维护的技术应用型人才。计算机软件专业高职教育按照一般程序员的职业岗位要求设置课程,学生主要学习计算机编程技术的知识和方法,理解计算机软件工程思想和软件规范设计要求,熟悉数据库技术、通用软件编程语言和软件开发工具。 如果把高职教育办成压缩型的本科,对于入学水平相对较低,学习时间短的学生,要在知识体系方面达到本科毕业生的水平,这条路自然行不通。应该改变传统的教育教学质量评价观念,不能把本科的学科本位评价观念和标准用于对高职教育的评价,而应该根据软件行业的需求,用能力本位评价观念对待高职教育。只有真正按照高职教育培养技术应用型人才的目标,以技术应用能力培养为主线建立教学体系,改革教学内容、教学思想、教学方法和教学手段,是可以把一些专科学生培养成计算机软件的高职技术人才的。有这样一个成功的例子:香港专业教育学院(IVE)是全港最大的职业教育培训机构,开设的软件工程专业类似内地的高职教育,招收中五学生(相当于内地高中毕业),全日制学习三年。这个专业多年来一直为香港的企业输送大批程序编写员,他们当中不少人后来晋升为系统分析员或初级管理人员。这个例子说明高职教育是可以培养出计算机软件专业人才的。 2 软件开发能力结构分析 对软件开发能力进行分析,要结合软件开发阶段的特点及开发过程的特点,并要结合软件开发的不同形态。下图中列出了不同学习阶段软件专业人才的能力结构,并从不同的角度进行了分析,如根据软件技术的学习阶段进行能力分析,每个后续阶段都在前面的基础上增加了新的能力。另外,要逐步实现从个人能力到团队能力的过渡。 在能力培养时,程序设计阶段仅仅是初级阶段,对应的能力要求仅仅是基本的程序设计能力与算法能力等,这时的程序设计只有几个程序文件的形式。而后两个阶段则在文件数量、程序规模等方面增加了很多,其能力要求与能力培养大不相同。进入软件开发阶段后,则需要重点对专业职业能力进行培养,这时应强调软件的总体设计,以及在此基础上展开的职业活动,并引入团队开发与管理等领域,此阶段的过渡对学生而言是一个飞跃。 在程序设计阶段的学习,重点在程序设计与算法能力培养;在软件设计阶段要进行团队开发则需要设计、管理、交流协同、文档表达等综合能力的应用,应逐步提高学生的综合能力与素质。实践表明培养学生的这些能力需要在实际开发情境下进行才能达到好的教学效果。如何设计、创造这个学习情境,是我们要重点探索的内容,要切实做好软件开发的工学结合,落实一种可持续发展的学习模式,达到培养学生专业能力与素质的目的。另外,系统应用阶段需要将软件系统本身作为一个应用产品进行设计、开发、实施、应用等,此阶段对应的岗位类型较多,在教学过程中,可根据学生的特点进行因材施教。总之,各个阶段的能力与要求不同,培养目标也不同,高职院校应把培养的重点放在程序设计阶段和软件设计阶段上,而不用强求全面。 3 用职业教育的方法培养软件蓝领 高职计算机专业应以市场为导向,对学生进行职业培训,职业认证。按照软件产业国际化、标准化和规范化的要求进行授课,注重知识的横向联系,培养学生综合运用技术的动手能力,使学生到企业后不需再培训就可以上岗操作,从而保证企业的人才需求。突破计算机专业传统的教学模式、教学内容和教学方法。学生在校期间要受到充分的职业教育训练,为此必须改革课程体系,理论教学以够用为度,不用追求全面化、体系化。通过三年的学习,要求学生能掌握计算机编程的知识和方法,深刻理解计算机软件工程思想和软件规范设计要求,熟悉数据库管理技术,精通二三门先进且通用的软件编程语言或软件开发工具,并能熟练应用于软件工程开发过程。 根据就业市场的需要,跟踪国际上先进的技术,保持与企业的联系,保证人才培养的先进性,注重调查和跟踪市场,保证人才培养方案和教学内容与I T 先进技术同步发展。例如印度的AOTECH公司是世界上最大的计算机教育培训机构之一,它由600 多位专家负责制定人才培养方案和编写教材,其中三分之一的人负责市场分析,三分之一的人负责与国际著名的I T 企业保持联系,三分之一的人根据市场分析和企业调查的结果编写教材。这个公司成立16年以来,教材更新了20版,目前教材更新的周期是半年。然而我国目前高校的计算机软件的教材通常由教师自己决定,或者由教研室、教学院系指定。实际上,教师个人、教研室、教学院系、甚至大多数学校都没有大范围跟踪企业、调查市场并根据市场需求调整教学内容的能力。 软件开发专业论文:智能科学与技术专业软件开发综合设计的教学改革与实践 摘要:针对智能科学与技术专业在软件开发教学中存在分散于各个课程/实验中的问题,在分析软件开发综合设计对培养创新型人才的重要作用基础上,文章提出统一集中教授、因材施教、分级答辩的观点,介绍武汉工程大学智能专业实验教学环节的实际情况,说明在软件综合设计实验方面取得的效果。 关键词:创新人才;软件综合设计;改革与实践 0 引言 智能科学与技术专业是面向前沿高新技术领域的本科新专业,覆盖面较广,如机器人、自动化机器、电器、楼宇、社区及物流等领域。由于本专业涉及多个学科领域,使得软件开发综合设计的实验教学与计算机其他专业存在一些不同,并且软件开发综合设计在培养创新型人才过程中也存在一些自身的特点和规律。 经过多年的教学与实践研究,我们发现本专业有关软件开发的课程与实验教学散落在多门课程与综合设计中,而这些课程与综合设计一般由不同教师担任,存在一个明显的问题:各个课程之间的衔接,以及教师之间的沟通不充分,造成学生在实验环节中经常做重复性劳动,并对相应的知识点归纳及总结时间明显不足。该问题使得教学与实践的效果不好,尤其是培养创新型人才的目的不能完全达到。笔者以武汉工程大学2011级智能专业的软件开发综合设计作为改革试点,对如何培养创新型人才提出了可操作的实践方案。 1 软件综合设计对培养创新型人才的作用进入21世纪以来,全球经济竞争进一步加剧,社会对高素质创新人才的需求更为迫切。创新是人类社会发展的强大推动力。自20世纪信息技术革命以来,创新推动人类科技与技术不断发展。特别是近十余年来,包括计算机信息科技在内的高新科技与智能技术的融合,形成了新的概念与思想、新的技术与手段,创造出新的人工智能模式。科学与技术的进步促进了智能科学与技术学科的创新与发展,同时对本专业的高等教育提出了严峻的挑战。 软件开发综合设计在智能科学与技术专业的人才培养中是重要的一个环节。软件开发综合设计实验教学要求学生在掌握软件开发技术的基础上,拥有软件行业知识、与人沟通能力、团队协作能力等,并对各种专业知识点做到融会贯通。学生通过软件开发综合设计实验训练后,熟悉软件开发流程和规范,逐渐适应常规软件开发调试环境和方法,培养出良好的软件开发人员的职业素质,促进学生软件开发能力的形成,最终平滑过渡达到企业各类开发岗位的要求与标准。 总之,在武汉工程大学培养智能专业本科生的过程中,综合设计实验的目标是通过理论指导实践,在实践中培养创新能力、提高创新能力、锻炼创新能力,对培养具有创新意识的本科生具有重要作用。为适应21世纪我国经济建设和社会发展的需要,我们从武汉工程大学2011级智能专业软件开发综合设计人手,进行深化改革,推进素质教育,开展实验教学的改革与实践研究。 2 软件综合设计的改革措施 针对本专业软件开发综合设计教学中存在的问题,我们提出以下改革措施。 2.1 统一集中教授 通过对学生进行意见调查反馈,结合多年软件开发综合设计教学经验,并引入国外先进的教学经验,对传统的软件开发综合设计进行了改革与创新。 首先,在软件开发综合设计开始的时候,先统一教授软件开发设计方法学,目的在于进一步提高学生的综合素质,拓宽学生的知识面,加深理解所学的基础理论,培养学生应用所学过的知识,独立解决工程实际问题的能力。培养学生的创新设计能力,使学生得到一次较完整的设计方法的基本训练。 让学生了解设计过程,掌握设计方法,具有创新意识与思维,在设计过程中能在认真思考的基础上提出自己的见解,而不是简单的抄袭或没有根据的臆造,充分发挥自己的创造性。重点讲解软件开发设计的方法,着重培养学生软件开发设计能力,不仅向学生提供软件开发设计中的创新思维方法,还通过实际软件开发设计示例,提高学生独立提出、分析和解决实际问题的能力。在教学体系与内容上,重视介绍本学科发展的新动态、新方向、新内容,注重激励学生的学习欲望,调动学生的积极性,开阔学生的思路,拓宽学生的知识面和视野,让学生了解更多更新的理论、技术与方法。 其次,引入当前最受学生群体欢迎的视频教学模式,将国外知名大学的视频公开课作为实例进行教学。根据视频公开课的特点,在教学体系和内容上做相应的改革,进一步扩大学生的知识面,激励学生的学习欲望,发挥学生的学习积极性,配以相应的多媒体教学环境,“请”国际一流的大师讲述现代软件开发设计手段,进一步开阔学生的思路,扩展学生的知识面和视野,让学生掌握更多更新的理论、技术与方法。通过视频公开课的辅助教学,生动具体地讲解优化软件开发设计、可靠性软件开发设计在工程中的应用,提高教学效果,培养学生提出、分析和解决问题的能力。 2.2 因材施教 创新人才的培养中,学习是基础,思考是关键,实践是根本,三者必须紧密结合。因材施教就是为了让受教育者习而化之,形成一个既有正确导向、符合实际,而又无拘无束的环境,使学生的个性在得到主动、和谐、健康和全面的发展的同时,具有本身固有的特色。没有各式各样的个性,就没有多姿多彩的世界;没有突出个性的发展,就没有杰出人才的出现。 我们将软件开发的题目公布后,只提出大致的目标,给予学生更多思考的空间,不再拘泥学生必须按照什么方法实现什么功能,而是引导学生采用自己认为最佳的方法完成最终的任务。对于较为优秀的学生,我们对其要求也不再仅仅是完成而已,而是要求其从用户角度出发,将方案设计的更加周全与完善,让用户更加方便与便捷的使用所开发的软件,并对于软件系统的优化也有所期待;对于中等的学生,我们对其要求是在单位时间内,准确无误地开发出满足所提要求的软件,对于软件系统的优化以及用户体验等细节不作要求;对于中等偏下的学生,我们对其要求是与中等或较为优秀的学生组成小组,尽力配合小组成员完成相应的软件开发;对于能力不足的学生,我们将会让其在长时间努力还不能够完成任务的情形下最终给出一个完整的解决方案,让其进行仔细研究,理解并弄清楚整个方案的细节。 2.3 分级答辩 对传统的软件开发综合设计答辩环节进行改革,提出了可进行分级答辩的政策。由于开设软件开发综合设计的目的是既能让学生学习相关学科的技术基础知识,又能训练学生的动手能力和创新设计能力,还能引导学生知道如何运用所学知识去解决软件开发中的实际问题,也就是说综合设计课程非常强调实践性。 我们对于动手能力较强的学生,允许其在完成任务后提前答辩,要求学生在设计软件时由自己独立完成从方案设计到软件开发设计的全过程。答辩时学生先对开发的软件进行动态演示,随后针对答辩老师提出的问题进行解答,最后还需要在规定时间内顺利完成答辩老师临时添加的新任务。而对于动手能力中等的学生,尽量控制其完成的时间,即让其充分利用软件开发综合设计的时间,对日常所学的知识进行细致深入的理解并应用于软件开发过程中,并在规定的软件开发综合设计完成的时间内完成开发任务,进行答辩。答辩时学生先对开发的软件进行动态演示,随后针对答辩老师提出的问题进行解答。然而,对于动手能力一般的学生,进行集中答辩,即采用传统的方式进行。最后,对于动手能力较差的学生,进行单独答辩,目的是除了降低这类学生心理的压力外,还会在答辩过程中进行深入的知识点检查与灌输,强化学生对软件开发的流程和方法的理解。 3 软件综合设计的实践 我们在武汉工程大学2011级智能专业软件开发综合设计中使用所提出的“统一集中教授、因材施教、分级答辩”的方法,要求学生采用c语言完成“学生成绩管理系统”的设计与开发,要求使用到各类数据类型与各种运算、程序控制结构、函数、数组、指针、结构体、文件等内容,实现增添、查询、修改、插入、删除、求平均值以及排序等全部常规功能。对于优秀学生可要求其使用c语言实现结构化开发后再采用C++语言实现面向对象的开发。整个软件综合设计持续2周时间,其中,“统一集中教授”占用了16学时。 随后,学生开始进行软件开发,并针对完成情况的不同,让学生分别进行答辩。根据提出的“统一集中教授、因材施教、分级答辩”的方法,我们设计了成绩评定表,如表1所示。 最后,2011级智能专业共69名学生的综合评定成绩情况为:成绩≥90分的占18%,成绩在89—80分的占42%,成绩在79—70分的占34%,成绩在69-60分的占6%。这样的成绩验证了这类综合设计实验改革的成功。 4 结语 从改革实践过程可看出其效果,确实使学生学习热情变高,尤其是在视频公开课过程中,让学生由传统的被动学习转变为主动学习、主动钻研,并成为了真正的软件设计者,大幅度地提高了学生的设计能力、创新能力、创造能力,最终的考核成绩表明改革后的教学方法对使学生成绩提升较大,改革取得了一定的成效。 软件开发专业论文:教育技术学本科专业软件开发类课程体系研究 摘要:针对目前教育技术学本科专业计算机软件开发类课程存在杂而不精,缺乏系统性等问题,提出了以“C-C#-Java”语言类课程为主线的课程体系,旨在提高教育技术学本科专业学生的计算机应用(开发和实践)能力。分析了该课程体系中的理论教学体系、实践教学体系以及教学重点内容,并对该课程体系的教学方法手段方面提出了一些建议。 关键词:教育技术学专业;软件开发;课程体系 一、教育技术专业概述 教育技术学专业是教育学和技术学相互交叉、相互作用而形成的学科。目前在我国开办教育技术学本科专业的院校已经从师范类院校扩展到综合性大学、理工类院校。开设教育技术学专业的多数高校将教育技术学本科人才培养方向之一定位为教育软件与知识工程方向,该方向着重培养多媒体素材的设计与开发、教育软件设计与开发、网络课程设计与开发以及人力绩效开发与知识管理方面的人才。就专业培养方向来看,各类软件的设计与开发都要求本专业学生有很强的计算机应用(开发和实践)能力,也即计算机应用能力培养在教育技术学专业中占有重要的地位。笔者所在院校为理工类院校,对近几届毕业生的软件开发能力进行调查分析,学生普遍感觉大学四年学了众多计算机类课程,到毕业设计的时候还是不会编程,大四最后一个学期才开始边学编程技术边做毕业设计题目。究其原因,由于教育技术学科是综合性的应用学科,不可避免地在课程设置上存在一些问题:课程开设庞杂,开设多门高级语言程序设计类课程,知识体系有广度没有深度,导致学生学而不精;课程设置缺乏系统性,课程教学内容不连贯或者重复教学;在教学过程中注重理论教学而忽视学生实践动手能力的培养,导致学生编程能力差;核心课程知识陈旧,与现实的教育技术实践应用需求脱节,与现实的计算机发展技术相脱节。课程设置是教学计划的核心,决定着学校的教学内容和学生的知识结构,直接关系到人才的培养质量。为实现应用型人才培养目标,研究并建立适合教育技术学本科专业的计算机软件开发类课程体系,切实提高该专业学生的计算机应用能力是目前重要的课题。 教学技术学专业是一个跨学科的专业,本科生在四年中所能接收的信息量是有限的,不可能将交叉学科的所有系统知识都纳入学习的范围,因此在明确培养目标的前提下,设置计算类课程时不应该“杂而全”,而应该是“专而精”;其次要注意课程与课程之间有效的衔接,避免前后脱节;再次应注意同市场需求以及计算机学科发展结合起来,开设的课程符合社会发展需求;最后突出实践能力,加强动手能力的培养。教育技术学专业本身是一门实践性很强的学科,人才的培养本着学以致用、以学促用理念。 二、课程体系建设 教育技术学本科专业计算机软件开发类课程体系建设目的是让学生熟练掌握一至两门编程语言,熟悉相关开发方法、工具和平台,综合运用所学知识去解决实际问题。鉴于目前主流的编程技术有.NET和Java编程,建立以“C-C#-Java”语言类课程为主线的课程体系,从初级到高级、由简单到复杂,循序渐进逐步提高学生的软件开发能力。 Java语言是面向对象的编程语言,也是目前阶段开发应用程序的首选语言,但是对于大一新生来说,直接接触面向对象编程思想有一定的难度,因此在大学第一学期仍然选择C语言作为程序设计的入门语言,有了C语言的基础,跳跃到C#或Java就十分容易,因为许多语法是通用的。C#是从C/C++派生来的一种简单、现代、面向对象的高级程序设计语言,由Microsoft公司设计运行于.NET框架之上,它具有语法简单、表达力强的特点,对于低年级且又是非计算机专业的学生来说,学习该语言相对比较容易,所以,在第二阶段选择学习C#语言。Java是一种可以编写跨平台应用软件的面向对象的程序设计语言,自1995年由Sun公司推出,就迅速成为全球主流的编程语言,Java基本语法规则和C语言类似,优点之一是去掉了C语言中难学的指针,有助于学习者理解和掌握。但是学习Java语言类开发技术较C#语言有一定的难度,虽然这两种编程语言都为面向对象的程序设计语言。基于上述分析,研究并建立的课程体系为学生第一学期学习C语言之后,在后续的学期过渡到面向对象的程序设计语言。围绕这三门语言类课程,再设计其余计算机软件开发类课程如何衔接。设计的课程体系结构如表1所示。 表1 课程体系结构 开课时间 必修课 大型实验 第1学期 C语言程序设计 无 第2学期 C#可视化程序设计 C#可视化程序课程设计 第3学期 数据结构 数据结构课程设计 第4学期 数据库原理及应用 (面向对象程序程序设计Java) 数据库课程设计 第5学期 Web应用系统开发(JSP) Web应用系统课程设计 第6学期 Java网络编程 Java网络编程课程设计 第7学期 J2EE企业级应用开发 J2EE企业级应用开发课程设计 第8学期 毕业设计 第一学期主修C语言程序设计,掌握面向过程的程序设计思想。第二学期主修C#可视化程序设计,这里注意的是本课程内容包括两部分:一是C#语言基础介绍,二是.NET技术,可视化界面的设计部分。通过Windows界面的设计,学生获得面向对象的感性认识以及认识到编程的实用性,从而提高编程兴趣,有助于后续学期进行软件开发类其他课程的学习。第三学期主修数据结构,目前数据结构课程的教材有C、C++以及Java语言版,由于到此阶段学生未接触Java语言,所以选择C语言版的,学生可用C语言来实现数据结构中的算法,对于Visual C#.NET掌握较好的学生,在数据结构课程设计时可选择用C#语言实现数据结构中描述的算法。第四学期主修数据库原理及应用课程,在讲授数据库编程内容时,由于学生在前面学期已经学习过可视化的程序设计(应用系统前台界面的设计),即已经掌握.NET开发平台的使用,可以重点讲述利用技术如何进行数据库的操作。第四学期同时开设面向对象程序设计(Java语言)课程,为后续课程打基础。第五学期直到第七学期每学期均开设Java语言应用开发类的一门课程,具体包括Web应用系统开发(JSP)、Java网络编程、J2EE企业级应用开发。每学期均安排相应课程的课程设计,有助于消化所学知识,同时锻炼和提高学生分析、设计、编程能力。第八学期学生主要任务是毕业设计,如果是软件开发类题目,那么学生可以利用已经学习过的主流技术.NET或J2EE来完成。 综上所述,将教育技术学专业学生计算机应用(开发和实践)能力的培养分为两个阶段:在大一、大二阶段,掌握C语言结构化编程、面向对象编程(C#)、图形用户界面编程、数据结构及算法、数据库编程,为专业培养目标打下编程基础,该阶段注重.NET技术开发;大三、大四阶段,掌握面向对象编程(Java)、小型Web应用系统的开发(JSP)、Java网络编程、J2EE企业级应用开发,该阶段注重Java程序开发。 以上课程体系安排使学生在大学四年的前两年基本会利用.NET技术进行一些简单小型应用软件项目的开发,如学生对.NET技术感兴趣的话,可以利用大学四年的剩余学期边学习新的课程,边利用业余时间拓展自己的.NET编程技术。学生从第四学期(即大二阶段)开始学习Java相关课程,即Java应用开发阶段,学生利用在校的两年时间主修Java软件类开发课程,学习主流Java开发平台和框架的使用,最后掌握企业级应用系统的开发,逐步提高学生的软件开发能力。这样,大学四年软件开发类课程不断线,且从第二学期开始,每学期都安排课程设计,通过课内实验以及课程设计实践提高学生的软件开发能力,解决学生学习了众多编程语言却不会编程的问题,学生在毕业设计前具备独立开发应用系统的能力,从而提升该专业学生就业竞争力。 三、课程内容解析 以下对课程主要教学内容及教学目标作简要阐述。 1.C语言程序设计基础 掌握C语言的基本结构、各种数据类型、控制流程、函数、数组、指针和结构体的语法及语义,使学生了解结构化程序设计思想,学会用结构化方法编写程序,初步具备解决实际问题的能力。 2.C#可视化程序设计 掌握C#高级语言基础、Visual Studio 2008集成开发环境的使用、Windows界面控件的使用、事件驱动的编程机制,使学生获得面向对象的感性认识,初步拥有Windows应用编程能力。 3.数据结构 掌握数据结构的基本概念和各种基本的数据结构,包括数据的逻辑结构(线性表、堆栈和队列、广义表和字符串、树与二叉树、图、文件等)、存储结构(顺序存储、链式存储)以及在这两种结构基础上对数据实施的基本操作(算法)的设计与分析。 4.数据库原理及应用 掌握数据库系统的一般概念、数据模型、关系模型、SQL语言、数据库安全性、完整性、关系数据库理论、数据库设计、数据库编程、数据库管理系统的使用以及运用开发平台开发数据库应用系统的方法,为从事数据库应用开发打下基础。 5.面向对象程序设计(Java) 掌握Java语言基础、面向对象程序设计思想(抽象、封装、类、继承与多态)、工具类、图形界面编程、异常处理、文件输入输出、数据库编程、Java Applet 编程、开发环境与工具的使用等。着重培养学生对Java 编程思想的体会,为进一步学习Java 语言打好基础。 6.Web应用系统开发(JSP) 掌握JSP软件体系结构、运行环境的安装与配置、JSP基础、JSP常用内置对象、JSP与JavaBean、JSP操作数据库、Java Servlet技术,使学生掌握JSP基本理论知识,能够运用JSP进行Web小型应用系统开发。 7.Java网络编程 掌握网络编程基础知识,基于TCP、UDP以及FTP等应用层协议的Java应用开发,使学生掌握“基于协议”的网络程序开发方式。 8.J2EE企业级应用开发 掌握J2EE的体系结构、Servlet、EJB以及利用开源框架(Struts、Spring和Hibernate)进行J2EE程序开发,使学生掌握基于J2EE的企业级应用系统的开发方法。 四、实践教学体系 与上述课程体系配套的实践教学体系包括每门课程的课内实验和课程设计。课内实验部分主要是基础性实验和验证型实验,重点加深学生对知识的理解,掌握基本技术和方法。从第二学期开始,每学期都安排大型的课程设计,课程设计需要综合一门或多门课程的内容。C#可视化程序课程设计,体验C#的编程思想以及组件开发原理,利用Visual Studio2008集成开发环境来完成应用系统的设计,初步体会面向对象程序开发的思想。数据结构课程设计主要针对具体问题进行数据结构与算法设计,并用C语言或C#语言实现。数据库课程设计主要针对具体问题,按照数据库设计的步骤进行,学生可利用已掌握的.NET技术实现具体数据库应用系统。本课程设计涉及技术和数据库两门课程的知识,是对学生综合分析、设计以及编程能力的检验。Web应用系统开发(JSP) 针对具体问题,运用JSP技术及JDBC数据库访问技术,利用开发平台实现小型的Web应用系统,主要检验学生运用JSP技术解决实际问题的能力。Java网络编程课程设计主要检验学生“基于协议”的网络程序开发能力,即学生运用已掌握的网络编程技术进行基于TCP、UDP、FTP等协议的小型应用软件的设计与开发。J2EE企业级应用开发课程设计主要针对Java企业级架构开发,学生使用Struts、Spring和Hibernate进行整合开发Web程序。在完成课程设计任务过程中,学生需要查阅课外知识,有助于培养学生的自学 能力,同时锻炼和提高学生综合分析、设计和编程能力,完整体验到一个应用系统开发的全过程,巩固了已学的知识,为毕业设计和就业打下良好的编程基础。 五、与课程体系相关的教学改革 1.改革教学手段 采用案例教学法。由于学生缺乏实际开发经验,为了充分调动非计算机专业学生学习软件编程积极性,在上课前期就强调应用,精心准备一些与课程相关的应用软件系统案例,使学生从接触课程开始就认识到学习编程的实用性,从而提高学习的兴趣,有利于整个教学过程的实施。 2.改革实践教学环节 转变“重理论、轻实践”的观念,建议采取课堂教学与实验教学相结合、课内与课外实践相结合的教学方法。教师可将课堂教学中技术性、操作性、应用性比较强的内容直接在实验室中进行教学,采取边讲边练的教学方法,使学生在实际操作中掌握相关的知识、技能和方法;为了更好地培养学生的实践能力,应积极加强课外实践活动,例如参与其他院系的网络精品课程建设、教学网站的设计与开发和教育游戏软件的设计与开发等,这些课题本身就属于教育技术学专业应用研究课题,学生在参与过程中,不仅锻炼了动手编程、解决问题的能力,同时还锻炼了与他人合作解决问题的能力,使人才培养方案与社会需求结合,做到学以致用。 3.改革实践教学考核方式 实验考核不但可以考核学生对知识的掌握程度,还能够激发学生的学习积极性,对学生有很大的引导作用。实验部分分数比例设置过低,会使一些学生轻视实践环节,所以适当提高实验分数比例是必要的,且对于不同类型的实验,应采用不同的考核方式。 六、结束语 教育技术学专业是一个交叉学科,学生计算机应用能力的培养在该专业的培养方案中占有重要的地位,加强学生计算机软件开发动手能力也是当前提升学生就业竞争力采取的必要措施。在本文中,主要探讨了教育技术学软件开发类课程体系的建设,通过研究,建立了以“C-C#-Java”语言类课程为主线的教学体系,突出的是该专业学生实践动手编程能力的培养,希望能够为教学技术学本科专业的计算机类课程教学提供一些帮助和启示。教育技术学专业学生计算机应用能力人才的培养是一个循序渐进的过程,该专业计算机类课程体系的改革研究,仍然需要在实践中不断深入探索和完善。 软件开发专业论文:基于CDIO的高职软件开发类专业课程体系的研究与探索 [摘要]文章从区域人才需求和高职学校的实际情况入手,结合高职学生的特点,以加强学生动手能力的培养为目标,探讨基于CDIO的教学模式,从而制订高职软件开发类人才培养方案,主要内容包括高职学生特点分析、课程体系建设、核心专业课程开发等。 [关键词]CDIO模式 软件开发 课程体系 高职 人才培养 进入21世纪以来,国内外高等职业教育体系发生了重大变化,CDIO工程教育模式是当前国际工程教育改革的最新研究成果。培养满足企业需求的人才,主要还是依靠专业课程体系的设置。本文在对台州周边区域企业充分调研的基础上,在教学中引入CDIO教学理念,设置了基于CDIO的软件开发类专业课程体系,对培养高职学生的职业技能以及岗位能力具有积极的意义。 一、软件开发类专业课程体系的特点与存在的问题 1.软件体系结构的特点。20世纪90年代,随着软件工程的发展,软件体系也随之发展起来,软件体系的基本内容和原理来源于近20年软件研发过程中逐步形成的理论成果和实践经验的总结。软件体系结构发展历史短,形成过程还在逐步完善中,理论强于实践,具有很强的学术特点。软件设计原则、方法、技术是对以前软件开发过程的经验总结,设计软件的目的是为了高效快速地运行具体项目。软件需要考虑项目功能的需求和商业因素,因此软件的设计是一门艺术的设计。 2.传统教学中存在的问题。人才培养计划是人成才的实施过程,在职业人才的形成过程中,职业能力和职业素养起了决定性作用。原有的培养计划由于体制、培养模式等因素,严重影响了毕业生的岗位适应能力。主要表现为学生对未来职业的工作环境、岗位能力目标缺乏了解,对学习课程的知识目标、能力目标不明确;单项技能强于职业技能,强调自身的知识能力,课程之间缺乏联系,学生对所掌握的技能不能融会贯通;课程教学以教师为主,学生缺乏必要的认知与体验,教学过程中缺乏必要的学习情境,忽视了学生的主动性;学生对理论知识的掌握较差,对抽象的理论感到乏味;软件的设计是从整体架构层面考虑复杂的用户需求,缺乏项目开发经验的学生很难理解抽象的理论知识,更谈不上将掌握的知识应用到实际的开发中。 3.高校毕业生与社会需求之间的矛盾。2010年全国高校毕业数量达到了630万人,而计算机相关专业的毕业生占了相当大的比例,就业形势不容乐观。有关统计数据表明,就业率在所有行业中属于最差的级别。软件产业处于高速发展阶段,近年来保持30%的增长速度,即便是2009年受国际金融危机的影响,软件产业的增长速度也达到了25.6%,而软件从业人员的增长速度为每年25%。从表面上看,软件产业的发展和人才需求基本持平,但人才供需的实际矛盾突出,究其原因主要是高校对软件产业的需求缺乏了解,培养的学生对工作岗位的适应能力差,而企业对人才需求也近乎苛刻。 二、CDIO模式在课程教学中的探索与研究 CDIO工程教育模式是21世纪国际工程教育改革的最新成果,集中概括了“做中学”“基于项目教育和学习”的教育理念,以工程项目为载体,从项目的研发到运行,让学生以主动的、实践的、有机联系的方式学习工程开发过程。CDIO模式以构思(Conceive)、设计(Design)、实现(Implement)和运作(Operate)为主,指出了工程师必须具备的基础知识、个人能力、职业素养以及和社会环境的融合,并教学生如何掌握这些知识、能力和职业素养,强调了理论与实践的结合。 第二,案例导学,培养学生个人能力素质。个人素质和专业技能是一个优秀工程师的必备素质,包括学生认识问题、分析问题的能力,形成建模,解决问题的能力,以及整体的、系统的思考问题的能力。通常选择一些直观的、常见的、学生感兴趣的例题,由指导教师在课前将问题抛出,学生分析用户需求,构建系统体系结构,设计出满足用户需求的软件体系结构。在课堂上,以学生为主,分析、讨论、识别设计的软件体系中存在的风险和解决方案,锻炼学生分析、解决问题的能力,提高实际软件设计过程中的成本意识和风险分析能力。 第三,分组讨论,培养团队合作和交流沟通能力。团队合作和交流沟通能力是软件开发类专业学生必备的能力之一。在实际教学过程中,将学生以寝室为单位分为若干小组,每组由1名组长负责,在课堂上,组长代表本小组,直接和教师或其他小组联系;在课堂外,组长是本小组的项目领导者。在组长的安排下,各成员分工合作,相互学习,相互帮助,拉近了同学之间、学生与老师之间交流的距离。 第四,项目驱动。系统的开发、设计是在企业和社会环境下的构思、设计、实践、运作,是有一个项目系统化的设计过程,是CDIO工程教学模式的精髓的体现。以一个完整的软件开发项目为驱动,以CDIO教学模式为指导,将CDIO的四个阶段有机地融入项目中。第一步,构思。学生先对项目的研发背景和用户需求进行分析,提出系统开发的可行性、系统开发过程中可能遇到的问题,提炼出系统的功能要求及解决方案,写出必要的文档资料。第二步,设计。对系统进行建模,设计出相应的软件体系结构,进一步分析、评估。第三步,实现。设计软件进行必要的软件测试,使软件能正常运行。第四步,运行。对设计的程序进行修订、完善。将教学过程融入项目制作的具体情境中,学生掌握了每个阶段的成果,完成了具体项目的制作,了解了工程制作过程。 第五,能力考核。在考核方式上,摒弃了传统的理论考试,注重软件开发、设计能力的考核。以学生提交项目的运行情况为主,根据各小组成员分工情况进行答辩。首先由组长介绍项目的总体情况、分工情况等,然后由各成员汇报各自承担的工作,最后教师根据具体情况向学生提问,以学生做答来评定成绩。每个小组需要提供相关的技术资料,提高了学生工程能力。 三、高职软件开发类专业课程体系开发 2.岗位能力分析。一是职业发展过程设计。将学生职业发展过程分四个阶段:第一阶段,职业发展初期。上班初期,从文档等资料整理开始,要求掌握办公自动化软件及设备、局域网建设等技能。第二阶段,职业成长阶段。经过一段时间的熟悉,能根据实际需要进行数据库的设计和维护,进行静态网页的制作和图形用户界面的开发。第三阶段,职业成熟阶段。能在软件开发技能方面有提高,掌握基于B/S模式三层架构的WEB应用系统的开发,掌握基于手机的移动应用系统的开发,掌握软件测试技术。第四阶段,经过在岗位上的锻炼和实践,基本能独当一面,独立研发信息系统、大型网站的建设以及移动应用程序的开发等。 二是职业能力与素质分析。专业技术能力:具有良好的编程能力,掌握GUI、Web、移动应用程序等的开发方法,掌握数据库的开发和应用,了解企业级应用程序的基本架构,会在JAVA和.Net两种平台上编写程序和测试程序。社会交往能力:具有良好的人际关系,较强的语言表达能力,较强的团队合作精神,良好的社会适应能力,能承受挫折,学会与人共处。继续学习能力:具有较强的进取心和求知欲,较强的学习能力,独立的思考能力。 四是课程教学实施过程。高职人才培养的实施过程为:大学一年级开设Office高级应用、数据库管理、网站美工设计、静态网页设计、基于CMS的网站开发技术、Java面向对象编程、C#面向对象编程课程;大学二年级开设局域网建设与安全管理、XML应用、软件工程、企业资源规划实施、Java Web应用系统开发、.Net Web应用系统开发、.Net企业级商业站点开发课程;大学三年级开设顶岗实习、毕业设计、Java移动应用开发、C#移动应用开发课程,然后毕业。 四、总结与展望 台州职业技术学院软件开发类专业强调通过毕业设计检验专业综合能力,以课程项目实战检验模块课程的设计,考虑职业岗位的人才需求情况,以提高学生专业技术开发能力为出发点,贯彻CDIO工程教学的先进理念和教学方法,设计了高职软件开发类专业人才培养方案。在未来将在实际教学过程中不断完善方案,为高职软件开发类专业探索新思路。 软件开发专业论文:浅析电类专业仿真教学软件开发的重要性 摘 要: 随着计算机技术的飞速发展,计算机在电力系统继电保护整定计算和数据库管理等方面的发展已相当成熟和普及,但涉及二次系统的技术资料的计算机管理和仿真则相对滞后。本文介绍的二次配线仿真教学软件,可将每个元件为基本单元进行计算机仿真,模拟设备的具体连锁动作过程,设置每个元件的不同状态和不同故障等,应用于学生模拟现场人员读二次系统图,分析故障原因,从而提高运行人员的事故应变和处理能力。 关键词: 电类专业 计算机仿真教学 二次配线仿真 教学软件 一、 引言 传统的职业教育以使学生掌握经验技术和动作技能为目标,以迅速适应工作岗位的要求。但在知识经济时代,由于生产方式的根本变化,人们的职业能力构成必将有大的改变,社会需要更高层次的人才。这就要求我们培养的高等应用型人才,不只是对现有知识、技术、方法的继承性应用,而是应通过自身努力能够不断学习新知识、新技术、新方法,形成新方案、新产品、新创意,分析新情况,创造新问题。因而课程实践教学的改革应以培养的学生具有一定创新能力和创新精神、有着良好的发展潜力为主旨,以行业科技和社会发展的先进水平为标准,充分体现规范性、先进性和实效性。 在电业专业教学中利用计算机进行仿真教学,主要是借助一些具有强大仿真功能的软件平台进行电路仿真实验。这种仿真实验是在计算机上虚拟出一个元器件种类齐备、先进的电子工作台,一方面可以克服实验室各种条件的限制,另一方面可以针对不同的目的(验证、测试、设计、纠错和创新等)进行训练,培养学生分析、应用和创新的能力。与传统的实验方式相比,仿真实验突出了实验教学以学生为中心的开放模式,有效提高了实验教学的效率。 二、传统实践教学的状况及问题 在传统实践教学中,教师是“带”实训而不是“指导实训”,即实践教师是传授知识和技能的主体,而学生则被动地接受知识和技能。这种教学多采用注入式,教师根据教学计划和教学要求拟定内容,其实践内容的选择、步骤的制定和仪器设备的组织准备等概由教师进行。实践时学生只需按规定的步骤机械地操作即可。且在执行过程中,完全听从教师安排,全班统一进度和要求,不利于因材施教。 教学内容过于偏重于基础训练,所以在方法和手段上很单调,主要以“模仿”为主。通过教师详细讲解、操作示范,学生不需主动思维和创新,只需“依样画葫芦”。学生反复训练硬件接线,熟能生巧,形成一定的基本技能。另外所用设备仍以传统的电机电器为主,没有运用现代化教学设备和手段,先进性也显不足。 三、计算机仿真教学的优点 计算机仿真教学最大的特点是有助于突出教学重点,分散难点,只要点击鼠标,就可以进行大量演示。在课堂中无论一个老师多么善于表达、比划,也难以表现一些抽象的和具有共性的知识内容,而这些知识内容又往往是一节课的重点和难点。与传统的教学软件相比,计算机仿真为电气控制教学提供了新手段,弥补了传统教学中的许多缺憾,为教师、为学生创设了充满活力与生机的工作、学习环境。 与传统的方式相比,仿真教学具有如下优点:(1)为学生提供充分动手的机会。强大的交互性能,使得学生可以自己动手设置各种实验参数,并及时得到结果,这在真实世界中往往是无法实现的。(2)灵活地仿真各种真实情况。在仿真软件中可以灵活地设置各种参数、模拟条件,自如地模拟真实世界中的各种情况。(3)设定各种事故及极限运行状态。我们通过仿真,可以了解真实世界中无法实现的危险性操作,或者临界条件。(4)自动评价功能。在一般情况下,仿真软件具有评价功能,可以给学生的每一次操作实时地评分,使学生可以即时地了解自己的每一次操作的正确性或合理性。(5)安全性。所有的操作均不是现场实施,因此绝对不会带来危险的后果。(6)节省开支。 除了以上这些显而易见的优点外,仿真教学还有一些超出人们预期的效果:(1)调动学生的学习主动性。仿真软件一般都是独立操作、独立完成,学生必须开动脑筋认真分析问题,从而才能准确地解决问题。在传统教学中,学生往往会等待教师给出正确答案。(2)开拓想象空间。仿真软件的操作不存在限制,学生可以海阔天空地想象,进行各种各样的设计,并迅速地通过仿真看到结果。这在传统教学中是不可能实现的。(3)减轻教师的负担。学生们主观能动性提高,就意味着教师可以腾出手来做更多的教学工作,或进行有针对性的指导工作。在传统教学中,一个教师往往要面对几十位学生,无法跟踪每个学生的全过程。(4)增强学生的自信心和成就感。通过仿真训练,学生们能充分了解自己所学知识的应用领域,应用前景等,将理论与实践相结合,增强对专业技术的认识,从而激发敬业精神。而传统教学中,学生们掌握了一大堆知识,却不知道如何应用,往往会对本专业有一种挫败感,丧失从事专业工作的积极性。(5)增强学生的安全意识。通过计算机仿真,在虚拟世界中由于错误的操作而产生的安全事故,可以提高学生的警觉,分析故障原因,掌握排除故障的技巧。 四、结语 二次配线仿真教学软件的开发,有利于二次配线教学,能为学生提供充分动手的机会;交互性能强大,学生可以自己动手设置各种参数,并及时得到结果,可以灵活地仿真真实环境。通过仿真,学生可以了解真实世界中无法实现的危险性操作。所有的操作均不是现场实施,不会带来危险的后果。仿真软件一般都是独立操作,独立完成,学生必须开动脑筋认真分析问题,从而才能准确地解决问题,解决了传统的教学中学生等待教师给出正确答案的缺陷。仿真软件的操作不存在限制,学生可以海阔天空地想象,进行各种各样的设计,并迅速地通过仿真看到结果。通过仿真训练,学生能充分了解自己所学知识的应用领域、应用前景等,将理论与实践相结合,增强对专业技术的认识,从而激发敬业精神。通过计算机仿真,在虚拟世界中由于错误的操作而产生的安全事故,可以提高学生的警觉,分析故障原因,掌握排除故障的技巧。学生们主观能动性的提高,就意味着教师可以腾出手来做更多的教学工作,或进行有针对性的指导工作。 软件开发专业论文:影响师范院校计算机专业学生软件开发能力的原因分析 摘 要: 影响师范院校计算机专业本科毕业生就业问题的因素有很多,而学生软件开发能力薄弱是关键因素之一。本文结合现实情况,系统地分析了影响师范院校计算机专业学生软件开发能力的原因,并给出了相应的改进建议。 关键词: 师范院校 计算机专业 软件开发能力 1.提高师范院校计算机专业学生软件开发能力的必要性 大学生就业问题已经成为广受关注的社会问题,而在高等院校中发展最快、在校人数最多的计算机专业,其毕业生的就业情况显然并不乐观,尤其是师范院校计算机专业的本科生,面临的就业问题尤为突出。形成这种局势的原因是相当复杂的,关键因素可以概括为以下两个。 (1)近几年国内师范类计算机专业毕业生“供大于求”。十多年来,随着高校计算机专业的发展和生源的扩招,使得计算机教育队伍逐年壮大,而计算机老师的需求量却在逐年减少。近些年,城市中小学计算机老师几乎饱和;而在农村,由于中学“信息技术”课程还尚未正式纳入中考、高考等升学考试的范围,社会各界对中学计算机课程不重视,许多学校甚至尚未开设“信息技术”课程,即使开课,也不聘请专门的计算机老师进行授课。 (2)与工科院校相比,师范院校计算机专业毕业生实践能力差,因此降低了就业竞争力。受已有的培养方案的限制,师范院校计算机专业单纯地培养面向中等学校计算机教育师资,所开设的部分课程与社会需求脱节,培养的毕业生动手能力不强、软件开发经验不足,无法胜任软件开发和计算机应用工作[1],这显然加大了师范院校计算机专业毕业生的就业难度。 师范院校计算机专业毕业生就业难的现状很可能会一直持续下去,解决的方法除了加强社会对计算机教育的重视外,师范院校还必须从自身做起,加强对计算机专业学生软件开发能力的培养,让学生能够具有更强的竞争能力,可以到竞争激烈的人才市场去应聘。 2.影响师范院校计算机专业学生软件开发能力的原因 计算机专业培养学生的目标主要是系统掌握计算机的基础理论,学习计算机先进的设计、开发技术,成为具有良好的综合素质、较强的创新与实践能力的专业人才。软件开发能力是计算机专业学生应具备的重要的、基本的技能[2]。而师范院校培养的计算机专业毕业生软件开发能力普遍偏弱,当然产生这种结果是有多种原因的。 (1)培养方案过时。师范院校计算机专业最初的教学目标就是为中等学校培养计算机师资,所以在教学培养方案中安排了很多与计算机教育教学相关的课程,比如中学教材分析、计算机教学法等课程,这些课程占去了学生很多的学习时间,另外,学生在校期间还要去中小学教育实习几个月,可是最后几乎95%的师范院校计算机专业的学生毕业后并不去当老师;培养方案中严重忽略学生实践能力的培养,很多语言类课程没有安排与之配套的课程设计,即使有,也大多流于形式,没能达到教学目标,学生学到最后根本不知道什么是软件开发,又何来软件开发能力呢?近几年来,部分师范院校对培养方案进行了改革,在计算机专业中设置了非师类专业,然而,培养方案改革并不彻底,依然残留师范式教育的影子。 (2)教师的软件开发水平不高。教师的软件开发水平直接关系到学生的学习效果。教师的软件开发水平普遍偏低,尤其在计算机专业,一般热爱软件开发及开发能力强的人毕业后多半去软件公司,很大一部分不热衷于软件开发的人进入高校当计算机老师,所以目前不少高校计算机专业教师缺乏软件开发经验,甚至很多教师从来就没有参与过一个完整的项目研发过程,就连上课都不能现场编程,只能纸上谈兵,照本宣科,在教学过程中自然难以理论联系实际。教师的软件开发能力不高,必然不会重视学生的软件开发能力的培养,也无法培养学生的软件开发能力。 (3)教学方法老套。教学方法有待改进。大部分老师在教学过程中重理论轻实践。一方面,老师将教学重点放在程序语言细节讲解,忽视实际案例分析,无法调动学生的学习积极性。长此以往,学生对软件开发的意义、框架、方法、思想都难以整体把握,大量平淡枯燥的代码迅速削弱学生对软件开发的兴趣。另一方面,大部分老师在教学过程中忽视学生实践能力的培养,不给学生提供自己动手独立思考的机会,语言类课程的教学,实验课一般完成的多是验证性实验,很少或者几乎没有设计性和综合性的实验,学生在学习的过程中体会不到成就感,当然谈不上动手能力的提高,更不可能对软件开发产生浓厚的兴趣。 (4)考核方式教条。计算机专业课的考核方式深受应试教育大环境的影响,很多院校语言类课程的考核方式都是“平时成绩+实验成绩+笔试成绩”,只是所占比例有些区别,而实验成绩无法评价一个学生的实践能力,笔试成绩更是多半考核学生的基础知识,这种考核方式使得学生重视考试,忽视应用,运用知识的意识与能力较弱。 3.培养师范院校计算机专业学生软件开发能力的建议 综上所述,要想提高师范院校计算机专业学生软件开发能力就要从根本上解决现有的问题。第一,要修订培养方案,将提高学生的软件开发能力作为首要考虑的培养目标,不但要增加学生实践的课时安排,还要主动为学生创造实践的机会,比如安排课程设计,与企业联合,建设实训基地等。第二,要加强教师自身对软件开发的重视,同时要提高教师的软件开发能力。让教师在教学过程中带领学生结合实际情况开发实用的软件,激发学生学习的兴趣,让学生体会软件开发的意义和成就。第三,要改进教学方法,开展目标驱动教学,比如每门课程都有教学任务与实际应用结合紧密的软件系统设计和实现的目标,将学生分成多个小组,然后每次课的实验任务就是让学生运用本章所学的知识去完成本系统的一部分,课程结束后,每个小组的学生都可以收获到一个自己亲手设计和实现的软件系统。第四,要改革考核方式。考核方式不只是有笔试一种,可以采用分组进行课程设计和答辩相结合的方式。 总之,要想提高师范院校计算机专业学生的软件开发能力,就要学校、教师和学生同时行动起来,确定明确的目标,加强软件开发意识,调动学生的积极性,让学生了解软件开发的意义,加深软件开发的意识,参与软件开发的过程,从而提高自身的软件开发能力。 软件开发专业论文:计算机专业软件开发能力的培养策略 摘要:软件开发能力已成为计算机专业学生应熟练掌握的一项重要技能,我院针对当前社会对软件人才的实际需求,制定了科学合理的教学方案。本文介绍了我院的培养策略以及实践效果。 关键词:软件开发;能力培养;教学方案 1引言 随着计算机硬件、软件、网络等信息技术的快速发展,计算机已由最初单机计算为主发展为现在以网络化信息处理为主,功能不断增强,性价比不断提高,应用范围不断扩大,推动信息社会快速发展,因此社会需要大量高质量的软件产品,更需要大量高素质的软件人才。据前程无忧网统计,如图1所示,该网站2006、2007年软件开发相关的岗位总数分别是33653、42177个,对各类软件人才的需求量稳步增长,其中,高级软件工程师的岗位数增长最快,增长了1.6倍,说明市场更加欢迎高级的软件人才,以后企业间的竞争是高级人才的竞争。调查显示,2007年中国软件产业存在至少20万软件人才缺口,并且这个缺口还以每年20%左右的速度增长。IT人才的短缺严重阻碍着中国IT产业的发展。教育体系有跟不上市场需求的危机,因此如今许多IT培训机构的业务非常火暴。 图1 2006年、2007年前程无忧网的软件开发岗位数比较图 计算机专业培养学生的目标主要是系统掌握计算机的基础理论,学习计算机先进的设计、开发技术,成为具有良好的综合素质、较强的创新与实践能力的专业人才。软件开发能力是计算机专业学生应具备的重要的、基本的技能。近年来,软件人才已成为当今社会最紧缺的人才之一,一方面说明当今社会对软件人才的刚性需求,另一方面说明当前高校培养的合格的软件人才数量不足,而我国许多高校计算机专业的招生规模不断扩大,但教学质量并没有提高。主要表现在学生基础理论不扎实、应用型知识缺乏、动手能力不够、自学能力不强和软件开发经验不足等方面,因此必须加强计算机专业学生软件开发能力的培养。信息产业部日前公布的一份软件产业发展规划显示,2010年中国软件产业销售收入预计将达到13000亿元人民币。软件行业期望新的从业人员应该具备以下三个重要特征:①扎实的概念基础和技术技能,从而能够适应不断变化的IT行业;②获得行业实际项目开发所需的技术和经验,熟练掌握编程的核心技能、规范和有关工具;③具有沟通与协作技能以及团队合作精神。下面从教师和学生两方面入手,分别探求软件人才的培养方案。 2教师是教学质量的保证 2.1教师要重视软件开发 目前许多教师重视读学位、写文章,轻视软件开发实践,因为后者不但辛苦,且不容易被大家认可,如在高校评职称时,写一篇普通文章强过开发一个优秀软件,显然两者的技术含量与付出的劳动都不成正比,但从长远的角度看,软件开发有益于教师的科研与教学,如笔者在读博期间研究一种综合算法,需要编写许多软件工具,构建算法实验平台,因此软件开发能力是进行算法研究的前题。 2.2教师软件开发水平有待提高 目前不少教师缺乏软件开发经验,难以理论联系实际,只能纸上谈兵,照本宣书。笔者开发过大量高质量的软件系统,授课时经常结合自己开发过的一些软件项目讲解算法与数据结构与软件工程等课程,有许多经验和方法都是在长期实践中领悟而得,学生对此非常感兴趣,从中受益匪浅。学生不仅学到了软件开发知识,还掌握了软件开发的方法,增强了对软件开发的信心。你若没有编写过大量程序,就很理解面向过程(Procedure-Oriented)、面向对象(Object-Oriented)、面向方面(Aspect-Oriented)与面向服务(Service-Oriented)等软件设计方法的思想并在项目中灵活运用,也无法体会设计模式(Design Pattern)的精妙之处。 2.3改进教学方法 如笔者在讲授Visual Basic(VB)与Visual C++(VC)等课程时,教学方法如下。 (1) 改革课程考核指标 为引导和鼓励学生多动手,加强软件开发实践,在学期初就公布成绩计算方案,如:总成绩=笔试成绩×60%+实验成绩×20%+软件项目成绩×20%。软件开发能力很难用一份试卷反映出来,不仅要考查算法理解与运用的能力,还要考核动手实践的水平。实践证明,通过软件项目的开发,能充分反映学生的综合素质,也能准确全面地了解学生对知识和技能的掌握情况。 (2) 教学初期强调对编程细节的指导 学生尚未入门时,要具体指导,最好用多媒体讲解,教师应现场编程。有些教师担心上课时编程出错,就将程序放在幻灯片上,上课时一闪而过,教学效果不理想。教师现场编程对教师提出更高要求。编程水平是软件开发水平的基础,笔者讲授任何一种语言都是边讲边编程,有时还会结合新算法,自由发挥,考查学生的理解能力,当然编写的程序有时也会出错,通过现场代码调试或查看帮助系统,很快就能解决问题。学生不仅要学习编程,更要学习教师分析问题和解决问题的方法,因此教师编程的全过程就显得非常重要。 (3) 教学后期要加强软件项目的开发 教师可先演示编写一个小软件。现在不少学生喜欢玩游戏,为增强学生的兴趣,笔者就用VB、VC编写过俄罗斯方块等游戏软件,学生们觉得很好玩,于是许多学生都编写了游戏程序,寓教于乐。其实一个小小游戏程序几乎包含了软件开发的所有领域,如系统分析与概要设计、可视化界面设计、游戏规则的算法设计、多媒体编程,也可能涉及数据库或组件设计与编程,如果是网络游戏还涉及网络编程、软件调试与测试、制作软件安装程序、编写相关文档。学习过程中提倡学生相互讨论,互相帮助。现在互联网的信息非常丰富,学生遇到的多数问题都可在网上找到答案,可以说软件开发可以离开教师与书本,但决不能离开互联网。 (4) 课程设计或毕业设计的选题要有现实意义 鼓励或要求学生开发一些真正的软件项目,其原因主要有:①学生觉得更有现实意义;②软件需求更为实际,需要学生实际调研后,整理、分析、总结出用户的真正需求,软件要求相对较高;③当用户使用时,更容易发现软件的Bug和设计的缺陷;④有效避免学生抄袭已有代码蒙混过关。总之,这样更能反映并提高学生的软件开发水平。爱尔兰通过发展教育、培养人才、吸引软件人才和大批跨国IT公司,促进软件产业发展,从30年前的一个农业小国,一跃成为世界软件出口第一大国。最近有一位在爱尔兰的中国留学生曾向笔者请教毕业设计的问题,他说本科毕业设计是开发一个购物网站,技术含量不高,但很实用,经过数月努力圆满完成,可硕士毕业设计遇到了技术难题,设计内容是用Java开发可以操纵手机的PC程序。这个课题很新,也很实用,这也是笔者在江苏省自然基金网上项目评审系统中开发过的一个软件,主要用于联系评审专家,只是我是用C++开发的。该软件涉及到系统底层的开发,如串口通信、手机的AT指今、通信数据包与通信议协的分析与处理、通信内容的数据挖掘与智能处理;该软件还要考虑Java操控操作系统的底层和C++系统向Java系统的移植。这说明了爱尔兰的计算机教育中,毕业设计课题来源于社会,有较强实用价值。 3学生是学习的主体 3.1学生应保持良好的学习心态 (1) 学习是一条漫长的道路 软件开发的学习是一个循序渐进的过程,不可急于求成。现在不少学生不太爱学习基础课程和钻研技术,学习不踏实,总想找些速成的学习方法。一部分学生认为大学里学习的算法与数据结构等课程不实用,还不如就学VB和数据库更能直接派上用场;还有一部分同学瞧不起程序设计工作,还不如学习项目管理,可以管理程序员工作,有地位,工作轻松,收入又高,因此把学校的课程弃之不顾,主攻管理学。前一类的人是急功近利,因基本功不扎实,发展后劲不足;后一类的人是好高骛远,本末倒置,不懂软件开发的项目管理,只能是纸上谈兵! (2) 不要害怕走弯路 软件开发中充满智力与耐力的挑战,如何设计更为精巧的算法,就如同智力游戏。书写、整理软件中的大量代码与文档,没有足够的细心与耐心,就会半途而费。在学习软件开发的过程,经常或多或少会走一些弯路,但这不是坏事,因为以后会有意避免或少走这样的弯路。笔者在软件开发初期就经常走弯路,有软件工具选择不当,如将.Net改为Java;有欲速则不达的,如为简化编程使用现成报表系统,结果有些功能无法实现,最后只好编写近万行代码,开发了通用报表系统;还有技术使用不当,在一些专家的鼓动下使用了一些“最新技术”,殊不知这些最新技术隐藏了许多问题,这对软件系统是致命的,因此软件项目开发与科学研究不一样,不要选用最前沿的最新技术,而要采用成熟的主流技术。 (3) 兴趣是最大的学习动力 如果你对软件开发不感兴趣,整天面对电脑,输入代码,不停思考问题,肯定会无聊和痛苦的。据统计,中国35岁以上程序员只占5%,其中一个主要原因就是当程序员长期从事软件开发时,如果没有兴趣导向,就难以坚持,最终只能选择放弃。而国外许多软件大公司,年长的程序员却很多,主要还是他们热爱这个职业。笔者对软件开发很感兴趣,对每个技术细节总想追根求源,因为理解,学习效率倍增,开发软件的数量与质量也在不断提高。在学习新技术或开发有挑战性软件项目的过程中,会有一种满足感与成就感。当然还要消除学生对软件开发的神秘感,当他完成一项软件时,就会了解软件开发的全过程,且觉得很有意思。 3.3实践为主,注重积累 软件开发是高强度的脑力劳动,不仅要加强理论学习,更要重视实践。只有编写过大量程序之后,才能体会出软件开发的精髓。经验来自实践。软件开发中会产生问题和错误,若能解决好,可上升为经验,而这些经验是书本中学不到的。经验与代码的积累在今后的软件开发中尤为重要,时常会产生事半功倍的效果。笔者在开发软件时,构建了许多类库、函数库与通用组件,如通用查询、报表、动态界面、数据库与Office操作等组件,提高了软件开发的质量与效率。很难想象一个没有任何实践经验与代码积累的程序员可以快速开发出高质量的软件系统,这也是现在不少用人单位要求应聘者要有多年软件开发经验的原因。 3.4突出学习重点 针对学生的兴趣、特长和软件人才预期的需求热点,有选择地学习相关内容。软件知识与技术名目繁多,不可能全部学完、学精,对于需求热点可以查看一些IT人才网,多数技术较为相似,万变不离其宗,学习重点相对稳定,主要有: (1) 精通一门编程语言。从目前网络版软件主要分为C/S(客户/服务器)模式与B/S(浏览器/服务器)模式,前者可学习C++、Java、Delphi(Pascal)、C#等编程工具,后者可学习JSP(Java)、.Net(C#)、ASP、PHP等编程工具。随着互联网快速发展,目前B/S模式占据主流地位,其中Java/ J2EE和.Net人才成为热门。但对于计算机专业的学生,C++语言是一定要学好的,它是许多核心系统的唯一语言。当然Java语言是全球最热门的语言,主要原因是Java具有跨平台、开源、安全等方面的强大优势。 (2) 熟练掌握一门数据库。如Oracle、SQL Server、MySQL,能灵活使用SQL语言和编写存储过程、触发器,并能将它与前面的编程语言相结合。多数系统都与大量数据有关,因此必须使用数据库技术,最好能够掌握数据库的维护与优化技术,以提高系统的性能。 (3) 深入研究数据结构与算法。有些软件系统对性能比较敏感,因此可提出更优的数据结构与算法,从而满足系统的性能要求;它还是研究核心技术的关键。 (4) 学好英语。目前大部分第一手的技术资料都是英文的,且随着外资软件企业与软件外包项目的增多,对英语口语与写作能力提出了更高的要求。学生平时应多看一些英文版计算机教材和英文技术资料,这样可以学习到最新知识与技术,更好理解作者的思想,也培养了英文阅读能力,对以后工作也会有帮助。如不少学生进入外资企业或软件外包公司后,相关资料几乎都是英文的,有时还要与国外客户或技术员开视频会议,发送E-mail等。 如果对MIS系统感兴趣,可重点学习数据库的管理、开发与优化技术;如果热爱网络通信,可重点学习网络通信与安全技术;如果有绘画特长,可选择网页、游戏或软件的界面设计;如果有编程天赋,可重点研究算法的设计与优化;如果想成为软件高级人才,可学习系统分析与架构设计;如果觉得编程水平一般,可从事动态网页设计或软件测试等。然而作为计算机专业的学生,应努力从事较高技术含量的软件开发,进一步拓宽知识面,掌握软件开发技术的全貌,优化知识结构,提高综合素质,这将有益于今后的就业与事业的发展。 3.5加强自学能力的培养 有人认为软件技术发展很快,软件人才被淘汰也快。然而解决该问题的最好方法就是学会如何自学,一门有生命力的技术,其发展必定很快,相关人才优胜劣汰,竞争激烈,如何保证永不落伍,唯有不断学习。如果完全依靠教师讲授,显然是不够的,必须强化自学能力的培养。笔者深有体会,本科是学习物理专业,多数计算机相关课程与软件技术全部是自学而成,对于目前软件技术的学习与研发游刃有余。学习一门新的软件开发工具或技术,笔者通常是先买一本由浅入深的书,再从网上或光盘上找到多媒体教学课件,边看、边听、边想和边练,将重点内容学完后,再找一个相关的软件项目,用该软件工具或技术进行开发,这个过程会发现许多意想不到的难题,通过研究官方帮助与网上的相关资料方可解决,当项目完成时,对学习内容的理解与掌握又深入一大步。据IT168统计,软件开发者学习.NET技术的主要渠道中,自学占69.4%。 4结束语 信息时代的许多领域都需要计算机专业人员,他们不是一般的计算机操作员,而是计算机硬件与软件的研发人员。目前计算机硬件已趋于成熟与统一,而软件的个性化需求却日益增强,存在巨大的市场空间,但对软件人才的要求也在不断提高,因此计算机专业的学生应勇于承担起这样的责任与使命,经过教与学的共同努力,提高学生的软件开发能力,为社会培养出更多优秀的软件人才。 软件开发专业论文:从软件开发过程看高职软件专业方向的设置 摘要:高职教育的目的是培养生产活动需要的应用型人才,其专业方向划分要以职业岗位群为依据。本文依据国际公认的软件工程思想,对软件开发过程涉及的29种岗位加以分析,对高职软件专业方向的设置提出了相应的建议。 关键词:软件;高职教育;专业方向 我国的高等专科教育,从发展历史上可以分为本科压缩型、技术应用型和大众型三类[1]。所谓本科压缩型,是特定历史时期为了多快好省地培养急需的专业人才而设立的教育层次。其教学内容和专业设置完全仿照本科教育,但培养规格有所降低,学制也缩短一年。技术应用型专科是按照职业教育思路举办的教育形式,主要培养应用型人才。大众型专科教育主要包括各类成人教育和自学考试,具有宽进严出的特点。其产生的目的是为了在民众中普及高等教育。随着我国高等教育事业的发展,本科压缩型和大众型专科教育已经愈来愈不符合我国人才培养的需要。另一方面,由于经济的发展,应用型人才出现了严重的短缺。技术应用型专科教育呈现出旺盛的发展势头。这种技术应用型专科教育,就是今天我们所说的高等职业教育(简称高职)。 高职教育不是本科的压缩,其实质是要培养区别于本科的不同规格或者种类的人才,也就是应用型人才。因此,高职院校的专业设置思想必须不同于本科教育。普通高校的专业设置是以学科建设为基础,以基础学科专业为依托,以社会需求为导向,以课程建设为核心;高职院校专业设置是以市场需求为导向,以职业岗位(群)为依据,以技术含量为参数,以学科专业的交叉复合来综合研究专业的设置。[2]本文通过对软件开发过程和软件生产职业岗位的分析,对高职院校软件专业方向的设置进行探讨。 1软件生产过程及参与者角色 软件生产是软件产品形成、交付使用、维护和退出使用的全过程(即生命周期)中所有活动的总称。尽管不同的组织或实践者对软件生命周期中的生产活动的执行方式、先后顺序有不同的观点和做法,但对这些活动种类的认识是完全一致的。这是美国Rational公司在20世纪90年代所提出的统一过程(Rational Unified Process, RUP)理论[3]。 RUP将软件生产活动分为:业务建模、需求、分析设计、实现、测试、部署、环境支撑、项目管理、配置及变更管理。上述活动中,业务建模的目的是分析和理解将要使用软件的组织机构的业务活动,进而导出对软件的需求;需求活动是将组织机构或者个人对软件的需求进行发掘、归纳、表达和管理;分析设计活动通过对软件需求的分析,给出对软件的设计;实现活动将软件的设计转化为可以执行的代码、文件等最终形式;部署是将已经实现的软件形式应用到实际的工作环境中;环境支撑的目标是为软件生产过程提供适当、足够的支撑环境,如软件的开发工具和管理工具就是基本的环境。项目管理的目的是在规定的成本、限定的时间内通过验收。配置和变更管理是软件生产特有的保证质量、提高效率的重要活动。RUP同时归纳出完成上述活动需要以下29种角色――即职业岗位。 (1) 分析人员类:业务设计者、业务模型评审者、业务过程分析员、需求评审者、系统分析员、需求说明者、用户界面设计者。 (2) 开发人员类:软件架构师、架构评审者、封装设计者、代码评审者、数据库设计者、设计评审者、设计者、实现者、集成者。 (3) 测试人员类:测试设计者、测试员。 (4) 管理人员类:变更控制经理、配置经理、部署经理、过程工程师、项目经理、项目评审者。 (5) 其他角色:课程开发人员、图像艺术家、系统管理员、技术写作者、工具专员。 RUP对上述职业岗位的职责、候选者的经验和知识背景给出了详细的建议,这里不再引述。上述职业岗位的划分考虑了一般意义上一个完整的软件开发过程客观存在的角色。在一个具体的软件开发组织或者一个具体的软件项目上,这些角色不一定同时存在。另外,在实际的组织机构中,参与人员的职位名称并不总是与此一致,而且一个参与者通常会同时担任多种角色。但无论如何,这些角色种类对人员素质的要求,对我们思考高职软件教育的专业方向设置具有重要的参考意义。 2高职毕业生适合的软件生产角色 软件生产是公认的知识密集型过程。上一节列举的许多职业岗位的担任者需要深厚而综合的知识背景和较长的实践经验,属于软件生产中的高端人才。高职毕业生不适合担任这类角色。另一方面,尽管软件生产是高技术和知识密集型过程,高职毕业生也可以在其中发挥重要的作用,这是我们办高职软件学院解决软件生产人才缺乏问题的前提。那么,哪一些是高职学生可以担任的角色呢?通过对上一节所列各角色的分析和笔者的实践经验,可以得出最有可能使用高职毕业生的角色及其技能要求如下: (1) 分析类人员。需求说明者:参与需求发掘全过程,负责将需求以适当的方式描述出来,并与涉众进行沟通。要求具备软件工程基础知识,有良好的表达和沟通能力,包括写作能力;熟悉需求描述的专业技术和工具。用户界面设计者:根据用户需求建立界面原型,并对实际实现的界面给出评审和反馈意见。要求具备软件系统的操作使用知识,对需求的理解能力以及界面设计美术基础(不需要具备实现界面的能力)。 (2) 开发人员。实现者:按照项目采用的标准和设计文档要求编写软件系统的构成组件以及对这些组件进行测试。要求能够理解设计文档和标准规范,有熟练的编程技巧和软件测试的知识。集成者:对实现者完成的系统组件进行集成,并对集成活动进行计划和管理。要求同实现者。 (3) 测试人员。测试员:按照测试设计者提供的大纲设置和执行测试,评估测试执行情况,从测试错误中恢复过来。对初级测试者要求具备待测试的应用或系统的知识,具备测试和测试自动化方面的知识,具备诊断及解决问题的能力,当然最好也具有编程的技能。 (4) 管理人员。项目经理:负责项目的资源分配,管理项目运作,负责与客户或用户的沟通,确保项目在规定的时间和预算内完成。项目经理要求具有相关应用领域的经验和软件开发的经验;具有项目管理的专业知识,有较强的沟通能力及领导能力。配置经理:配置经理为产品开发组提供总体的配置管理基础架构和环境,负责日常的配置管理工作。配置经理要懂得配置管理原理,并且最好具有使用配置管理工具的经验或者接受过有关培训。配置经理必须注重细节,讲求原则。部署经理:部署经理负责产品移交工作,并在相关文档中作记录。部署经理要求有部署系统的经验,具备沟通及协调能力,计划性和行动力强。 (5) 其他人员。技术写作者:技术写作者产生最终用户支持材料,如用户指南,帮助文本,发行版本说明等。技术协作者应具备技术写作的经验或受过相应的培训。具备帮助系统开发和网站建设的经验或培训经历。最好具备所写作领域的背景知识。同时还要求有较强的沟通能力。图像艺术家:图像艺术家创建作为产品组成部分的艺术作品。图像艺术家必须有创新设计领域的历练。同时也必须具有相关产品生产过程的知识。相关领域的市场及公关经验对图像艺术家也很有帮助。系统管理员:系统管理员角色维护软硬件开发环境,进行系统管理、备份,等等。担任此角色的个人要求对项目所使用的特定硬件和软件组件以及他们之间可能存在的依赖关系有较深的认识。需要对开发平台的操作系统、网络以及如安全、分布等方面的内部机制有深入理解。解决问题及诊断故障也是此角色的关键技能。 上述11种角色在全部角色中只占了约1/3,但在大型的软件生产组织中,这些角色在生产中的人数比例可能超过50%,在小型的开发组织中也不会少于30%。 3高职软件学科专业方向划分 上述11种角色,可以分为6个有内在关联的角色组。第1组:软件开发人员,主要担任实现者角色;第2组:软件测试人员,主要承担软件测试工作;第3组:系统集成与管理人员,主要包括系统集成者、项目经理、配置经理、部署经理等;第4组:文档写作人员。包括需求说明者、技术写作者;第5组:美工。包括用户界面设计者、图像艺术家;第6组:系统管理员。这六个组别,就是六种就业方向。我们在培养时可以有针对性地在这6个方向上组织教学。如果把培养这6个角色组的专业方向分别命名为软件开发、软件测试、软件管理、技术作家、软件美工、系统管理,根据上一节对角色的要求,我们可以对各专业方向的培养重点给出基本的描述。 (1) 软件开发方向:重在培养学生程序设计的技能,并理解软件生产过程,要求掌握几种具体的软件开发工具(或环境)的使用。 (2) 软件测试方向:重点培养学生的软件测试技能,并了解软件生产全过程,要求学生掌握集中具体的软件测试工具(或环境)的使用。 (3) 软件管理方向:使学生具备软件开发的基本知识,重在培养学生的管理能力和通晓软件管理的知识,掌握管理工具的使用。 (4) 技术作家方向:让学生理解软件和软件产品生产过程,同时具备技术写作技能,掌握有关工具的使用。 (5) 软件美工方向:让学生理解软件和软件产品生产过程,同时具备程序界面和美术作品设计技能,掌握有关工具的使用。 (6) 系统管理方向:重点在使学生对计算机系统硬件、操作系统、网络等方面有深入了解,能够熟练操作和管理相应的软硬件系统。 上面列举的是技术方面的培养要求。实际上,在教学中还要将对学生非技术能力和基本素质的培养贯穿于始终。这包括沟通能力、团队精神、纪律、职业道德等。学生的素质实际上是技术和非技术两方面能力的综合。在制订教学计划时,要考虑既能让学生马上承担实际的工作,也要为他们进一步的学习打下基础。我们可以将用人单位的许多岗前技术培训落实在教学中,同时,也为每个专业的学生的职业发展,制定从初级到高级的路线图。 上述6个专业方向的生源,(4)、(5)两个方向既可以招文科生,也可以招理科生。其他方向主要招收理科学生。课程设置时,如果将全部课程分为公共基础课、专业基础课、专业课三个模块,则全部专业方向共享公共基础课,(1)、(2)、(3)方向和(4)、(5)方向可以分别共享两组专业基础课,系统管理方向要单独设置专业基础课。各方向的专业课程则要根据各自目标确定。 由此可见,本文提出的专业方向设置方案既与现有的专业设置思想吻合,也更加有利于高职院校软件人才的培养,同时对学生再学习能力的发展也有帮助。 4结语 通过对软件开发过程和参与者角色(即职业岗位)的分析,高职院校软件专业可以设置软件开发、软件测试、软件管理、技术作家、软件美工和系统管理等6个专业方向。这6个方向的毕业生毕业后可以担任软件生产过程中适合高职毕业生的多种角色。这种专业方向设置方案不仅与现有的专业设置思想吻合,也有利于高职院校软件人才的培养。 软件开发专业论文:软件开发专业“工学结合”的人才培养模式 摘要:为促进软件开发专业的人才培养和专业建设,根据“工学结合”人才培养模式的现状、特色及我院具体情况,探讨软件开发专业“工学结合”人才培养模式,重点阐述培养模式的实践方案和实践内容,并对我院的实践成果进行简单评析。 关键词:人才培养模式;工学结合;软件开发专业 “十五”期间,我国的职业教育迎来了难得的发展机遇。但是,职业院校的人才培养模式和教学质量仍然无法有效满足经济社会发展和用人单位需求的变化,人才培养质量与用人单位的需求存在差距。高等职业教育如何达到“培养高级应用型人才”的目标,还在研究、探索之中。针对我国应用性高校人才培养的现状,国家提出了要在实践教学、“工学结合、校企合作”、“双证”制度、“订单式”培养等各方面创新人才培养模式。其中,“工学结合、校企合作”的人才培养模式就是将学习与工作结合在一起的教育模式。它是以职业为导向,充分利用学校内、外不同的教育环境和资源,把以课堂教学为主的学校教育和直接获取实际经验的企业工作有机结合,贯穿于学生的培养过程之中[1]。 “工学结合、校企合作”的人才培养模式,不仅能增加学生的实践锻炼机会,更重要的是它能使学生感受到真实的工作场景,学到真正的技能。学生在校内以受教育者的身份,根据专业教学要求参与各种以理论知识为主要内容的学习活动,在企业及公司根据市场需求以“职业人”身份参与所学专业相关联的实际工作[2]。这种教育模式的目的是提高学生的综合素质和就业竞争能力,同时提高学校教育对社会需求的适应能力。 目前,国家积极提倡高等职业教育院校进行“工学结合、校企合作”教学模式的实践和探索,各院校都在致力于找出改革中的重点和难点,建设一批高水平的师资队伍,改革教育教学方法。因此基于“工学结合、校企合作”的软件开发专业人才培养模式的研究与探索颇具价值。 1 “工学结合”人才培养模式 1.1现状 “工学结合、校企合作”的人才培养模式是一种被国内外以培养应用型人才为目标定位的、高等学校所广泛采用的、相对成熟的人才培养模式。它是在人才培养全过程中,以培养学生的全面职业化素质、技术应用能力和就业竞争能力为主线,充分利用学校和企业两种不同的教育环境和教育资源,通过企业与学校的长期合作和双向互动,将在学校的理论学习、基本训练与在企业的实际工作经历有机结合起来实现高素质高技能人才培养。较为国人所熟悉的、对我国高等教育发展有着较大借鉴作用的国外的人才培养模式有北美国家的“合作”教育、英国的“三明治”教育、德国的“双元制”教育、日本的“产学合作”模式、新加坡工艺学院的“教学工厂”模式和澳大利亚的“技术和继续教育学院”模式等。而国内在借鉴了国外成功经验的基础上,也有了上海工程技术大学的“薄三明治”教育、江汉石油学院的“工学交替311”合作教育、武汉理工大学“工学交替,预就业”的“611”教育等人才培养模式[3]。但是,我国目前在软件开发专业尚未形成以职业资格标准为依托,按照“工学结合、校企合作”要求建立起来的完备的职业教育课程标准、课程体系。 1.2特色 1) 人才培养模式突出实用型人才教学改革的难点和重点,以凝练软件学院核心竞争力为目标,敢于面对与企业合作难、共同开发课程难的现实,探索软件人才培养模式改革的路子; 2) 人才培养模式主要以提高学生职业能力为目的、以提高就业率为导向,将不同目标的达成按照不同的教学方法和手段进行。 2推进“工学结合”人才培养模式的基础 郑州大学软件技术学院是河南省唯一的一个国家级示范性软件技术学院,有较好的师资条件和先进的软硬件环境,定位于培养实用型的软件人才,在软件开发专业的教学计划的制定与实施、实训环节的制定与实施、培养模式等方面进行了大胆探索与实践。经过几年的教学运行,在课程体系、课程内容、教师队伍建设、实训环节等方面取得了一定的教学成果。 学院从2005年开始招收软件开发专业学生,学院领导十分重视专业建设。在几年的教学实践中,大家积极地进行教学改革,取得了一定的成绩。主要有以下几个方面: 1) 根据行业发展,调整教学计划。从2004年建院开始,学院每个学期都进行教学研讨会,根据计算机行业发展的需求及要求,聚集全院老师及实训机构相关人员进行教学计划、教学内容、教学方法及实训体系的研讨,探索适合于用人单位的人才培养模式。 2) 深化教学改革,更新教材内容。2007年6月,为了能够紧跟计算机行业,特别是软件行业的发展,学院及河南省其他高职院校的老师与河南省科学技术出版社合作,成立了21世纪高职高专软件技术专业规划教材编写委员会,编写了《Web程序开发》、《Java Web开发》、《面向对象的数据结构(Java版)》等教材。这套教材的出版,有效地解决了高职高专相关教材短缺的问题,为专业教学提供了保障。 3) 开展校企合作,建立校内、校外实训基地。学院有专用实验机房,配备有4 000多台计算机,并配备专职实验员20名,能较好完成学生的实训计划。另外,学院在校内实训基地与校外实训基地上投入了大量的人力和物力,建成了多个条件和设施一流的校内外实训基地,较好满足各个专业学生的实践教学要求。学院通过多种途径与实训机构及企业建立合作关系,包括厦门万策、成都华迪、北京中软、上海达内和郑州慧文等,为学生提供专业能力实践及就业方面的帮助。 4) 重视师资队伍建设。学院软件开发专业具有结构合理、教学经验丰富的师资队伍,很多教师有着丰富的教改经历,对教学有着自己的心得。另外,为适应高职教学要求和本专业教学需求,快速提高教师的教学业务水平,我院不断派出教师外出进修培训。几年间,专业教师参加的各类培训、进修、研讨会共计50人次,通过培训、进修,有效地提高了师资队伍的水平,使教师的教学、科研能力得到了提高。 5) 加强学生实践能力培养。学院软件开发专业自开始招生起,生源一直不错,学生的基础也比较好,学习积极性比较高。为强化学生实际动手能力的培养,学院鼓励学生参加各种大赛,多次获得“挑战杯”等多项国家级大赛的一、二、三等奖。 这些条件为我院软件开发专业推进“工学结合”的人才培养模式奠定了基础。 3软件开发专业“工学结合”人才培养模式的实践 3.1实践目标 通过对“工学结合、校企合作”的人才培养模式的探索,进一步明确软件开发专业的培养目标,在课程体系设置、实训基地建设、师资队伍建设、毕业生就业以及教学管理等方面进行研究和探索,建立一套切实可行、效果良好的职业教育的教学计划、课程体系、课程内容、教学模式等解决方案,提高学生综合能力,尤其是实践能力,为提高学生就业率作努力。具体而言,包括以下几个方面:1) 进一步完善和改进软件开发专业课程体系和人才培养方案;2) 充分利用校内外实训基地,工学结合、校企合作,进行项目化教学;3) 研究适合于“工学结合、校企合作”人才培养模式的教师团队;4) 研究如何对不同的教学内容使用不同的教学方法;5) 提高学生的实践能力和就业竞争力。 3.2实践方案 基于“工学结合、校企合作”的软件开发专业人才培养模式改革,就是在教学团队、教学模式、课程体系、课程内容和实训基地等方面进行探索和实践,为提高学生的综合能力及就业率而进行的改革。为此,我院实施了多项有针对性的措施:在全体教师中明确基于“工学结合、校企合作”的课程教学是高等职业院校课程建设与改革的方向;学院领导对“工学结合”教学改革模式高度重视,多次召开教学改革研讨会,支持教学改革的氛围;选择合理的师资结构从事教学工作,包括专任教师和企业高、中级职称技术人员,为校企双方的合作机制创新研究和实践教学机制创新研究提供充分的技术力量保障;进一步加强与实训机构的合作等。 在多方支持和努力下,我院的“工学结合”人才培养方案出台,具体实践方案如图1所示。 该方案主要包括以下几个方面:1) 重点进行理论准备和文献研究,利用文献研究法,调查和查阅各个院校软件开发专业现有的基于“工学结合、校企合作”的人才培养模式的有关文献,了解各个院校在教学团队、教学模式、课程体系、课程内容和实训基地等方面的改革进展;2) 通过与相关企业及实训机构的合作,进行人才培养模式的创新研究,提出软件开发专业的人才培养模式方案;3) 通过实践及重新的调查修正,制定出合理的“工学结合、校企合作”的人才培养的课程体系和实训计划。 3.3实践内容 郑州大学软件技术学院立足软件开发企业的人才需求,建立软件开发专业“工学结合”人才培养的新模式。具体做法如下:1) 引入社会力量参与学科专业人才的培养。主要体现在培养方案的制定、教学活动的组织、实践指导、就业指导等方面与实训机构及就业单位深度合作。2) 灵活的课程设置。对于软件开发专业第三学年的专业必修课程根据软件专业发展的方向及趋势,及时更新。3) 将学生的实训内容职业化,并在时间上给予充分的保证。学生在两年的基础课程学习之后,进行一个月的短训,使其能够了解软件企业开发流程和规范,为专业必修课的学习打下坚实的基础;另外,在最后一年的实训中,实训内容充实且具有职业性。 近几年的实践主要围绕以下几个方面展开: 1) 专业培养模式的改革。采用3+1的校企联合培 养模式。前三学年教授基础课程及专业课程,主要由校方完成;后一学年为专业方向课程及应用的实践,采用以企业为主,由学校与企业共同完成的模式。 2) 专业课程体系的改革。在前三年的基础课程及专业方向课程的教学中,专业必修的基础课程为两年,改革第三年的专业必修课程,根据软件专业发展的方向及趋势,及时更新适合软件技术发展的专业课程。 3) 专业实训环节的改革。改革专业的实习、实践,增加校内、校外的实训环节。每一学期结束后,进行一个为期二周的课程实训;在前两年的专业必修的基础课程结束后,进行为期一个月的短训;在第三年的专业必修课程结束后,进行为期一年的长训、实践及毕业设计。 4) 专业技能内容的改革。加强学生的基础技能和核心技能的培训。基础技能主要包括专业外语能力、专业应用文写作能力、Java或 .Net的编程能力等。核心技能主要指桌面或Web的设计和开发能力、数据库应用开发能力等。 5) 教学团队的改革建设多样性的教学团队。教学团队中既有专职教师,又有外聘教师,还有一定比例的教师来自于企业。来自于企业的讲师有着丰富的软件开发经验,而外聘教师及来自企业的教师的思想、知识与能力素质本身就具备了“工学结合、校企合作”的特点。 3.4实践成果 我院已对软件开发专业2006、2007级学生进行“工学结合”的人才培养模式试点,并推广到我院所有的本科专业。直接受益人近3 000人。经过几年的实践,取得了较好的成效,具体如下:1) 创新了软件开发专业人才培养模式;2) 建立了适应“工学结合”的软件开发专业人才培养课程体系;3) 制定了完善合理的实训方案;4) 培养了学生的综合能力,并提高了本专业学生的就业率,2006级软件开发专业学生就业率高达90%以上。 4结语 软件开发专业人才培养模式的探索与实践是发展我国软件产业的迫切需要,实践经验证明“工学结合”的人才培养模式具有较强的生命力,可较灵活地构建社会IT 业界所需的专业课程体系,我们相信它必将对新形势下高等职业教育的发展产生深刻影响。 软件开发专业论文:基于VF环境的财会专业学生软件开发能力的培养 [摘要]财会专业的学生在学习会计信息系统这T课时,除了要熟练掌握会计软件的操作,还要知道软件开发背后的原理,并能利用软件开发工具解决具体会计问题。本文借助Visual FoxPro这一工具,以银行对账中“删除已达账”为例探讨了其功能的实现。 [关键词]Visual FoxPro;银行对账;删除已达账;企业对账文件;银行对账文件 1前言 会计电算化人才缺乏是制约我国会计电算化事业进一步发展的关键环节。会计电算化人才可分为不同层次,具体可分为系统操作人员、系统维护人员、程序设计人员和系统设计人员四级,且目前多为层次较低的软件操作人员、维护人员,而高层次的程序设计人员、系统设计人员数目寥寥。笔者认为,高等院校会计信息系统课程的教学目标不能等同专科院校,如果仅仅满足于使用会计软件进行记账、算账和报账等一般性会计工作,将失去和专科院校竞争的优势。 “授人以鱼不如授人以渔”,财会专业学生还应培养其软件开发和维护的技能。培养学生软件开发技能,绝不能照搬20世纪80年代的教学模式,让财会专业的学生花费大量的精力去编程序,而应侧重系统分析和系统设计,通过软件开发技能的培养,让学生知道软件的操作步骤,软件开发人员的思想过程是怎样的。如何在实验教学中培养学生的软件开发技能呢?笔者结合教学经验,充分考虑会计信息系统属于会计学与计算机科学交叉学科的特点,设计了Visual FoxPro环境下“删除已达账”功能的实现这一实验项目。 银行对账即银行存款清查,是指将银行存款日记账的账面余额与开户行转来的对账单的余额进行核对,以查明账实是否相符。不相符的原因通常有两个方面:一是双方或一方记账有错误,二是存在未达账项。银行对账是保证企业资金安全的重要手段,也是财会专业学生必须掌握的专业知识。 大多数商品化会计软件都是用数据库管理系统设计开发的,企业的银行存款信息及银行转来的对账单信息分别存放在后台的两个不同的数据库文件中。银行对账功能的执行,其实质就是在这两个数据库文件中找到相同记录的过程;而银行对账后的“删除已达账”就是将这两个数据库文件相同的记录删除的过程。 随着商品化会计软件功能的逐步完善,相应的数据库也是越来越大而复杂,比如国内常用的用友软件就经历了小型数据库Access、中型数据库SQL Server、大型数据库Oracle这一过程。Visual FoxPro数据库管理系统,是Microsoft公司推出的数据库开发软件,用它来开发数据库,既简单又方便,易于为初学者掌握。因此,笔者在设计实验时考虑用VisualFoxPro这一工具。 2实验设计 2.1实验目的 (1)培养软件开发的技能,使学生知道如何生成会计软件以及软件开发人员的思想形成过程。 (2)深刻体会Visual FoxPro程序设计中的代码编写与调试运行,学会使用系统给出的错误提示进行分析、判断,不断发现问题与解决问题。 (3)充分理解结构化系统开发方法中系统分析、系统设计、系统实施这三个阶段的关系,深刻认识在数据流程图转化为模块结构图的基础上,如何利用Visual FoxPro工具进行系统实施的过程。 2.2实验原理 以图1计算机银行对账数据流程图为基础,在Visual FoxPro中建立企业对账单、银行对账单两个数据库文件并录入相关记录,并通过运行Visual FoxPro中已建立的“删除已达账”程序,实现删除企业对账单与银行对账单两个数据库文件中相同的记录。 2.3相关的课程知识 2.3.1Visual FoxPro数据库管理软件 (1)利用菜单设计器设计菜单,包括创建一级菜单及其子菜单、创建过程并进行编辑。 (2)利用表设计器设计数据库文件,主要包括建立字段及设置字段类型、长度等,并添加数据库文件中的记录。 (3)菜单的预览、菜单文件的生成并运行。 2.3.2银行对账 银行对账的过程如下(如图1所示): (1)当企业收到银行提供的纸质对账单后,手工录入对账单的信息,系统自动保存在后台的银行对账文件中;当企业与银行联网时,企业通过网络获取银行对账单的信息并直接保存在银行对账文件中。 (2)通过“对账”处理,系统自动将银行对账文件和企业对账文件中的记录进行核对。 (3)通过“输出对账结果”,系统自动输出“余额调节表”“已达账项”“未达账项”。 (4)通过“删除已达账”,将银行对账文件和企业对账文件中相同的记录删除。 2.4实验步骤 2.4.1前期准备 (1)建立银行对账文件和企业对账文件两个数据库文件。包括“科目代码”“账号”“对账单日期”“摘要”“借或贷”“金额”“已达标志”等几个字段。 (2)编写两个数据库文件中的记录,且必须有相同的记录。需要注意的是,执行对账操作后有对上账的(已达账)和未对上账的(未达账)的记录,因此,两个数据库文件中各条记录的“已达标志”字段需分别写入“T”(true)或“F”(false)。 软件开发专业论文:虚拟装配及运动仿真软件开发在专业课教学中的应用 摘要:开发专业课教学中主要机器设备虚拟装配及运动仿真软件,使学生在学习专业课机器设备时更加直观的了解其结构原理,为实际操作打好基础,保证学生专业课的学习更加扎实、有效。 关键词:专业课教学;虚拟装配;运动仿真;开发 职业院校的最大特点,就是培养学生既要有一定的理论知识,又要有较强的实际动手能力。毕业生到单位后能很快适应本职工作,成为应用型的高技能人才。学生实际动手能力的提高主要体现在专业课的教学中,多年来由于受各种因素的影响,专业课的教学效果并不能令人满意。究其主要原因是现有专业课教材中许多装配图较为复杂,有些装配图不仅学生看不懂,新走上教学岗位的年轻教师也感到吃力,这些都直接影响了学生学习专业课的积极性。对此,尝试开发专业课主要机器设备虚拟装配及运动仿真软件,能使学生直观的了解机器设备的结构原理,进而进行虚拟装配,在虚拟装配熟练的基础上带动实际操作,从而改善专业课的教学效果。 一、以前专业课教学存中在的两种倾向 (一)专业课偏重于理论讲解,学生缺乏实际动手操作能力 1.近几年,由于招生规模的不断扩大,学校原有的实训条件已远远不能满足学生实训的需要,本该在实训车间完成的课程,由于实训条件有限,机器设备及其他维修课程不得不改为在教室里进行理论讲解; 2.新老教师交替更新,一些实践经验丰富的老教师退休或调离,许多新的、高学历的年轻教师走上讲台,他们理论功底扎实,但大多缺乏实践动手能力,因此,他们更偏重于将专业课教学改为在理论教室讲解; 3.实际操作耗能耗材,操作不当容易造成机器设备损坏,实训成本较高,在学校教学经费比较紧张的情况下,学校只有压缩这部分经费。因此,本应该在实训车间完成的专业课教学只能在理论课堂讲解,使得原本比较简单的机器设备结构、原理变得复杂、抽象不好理解,许多学生觉得专业课教学枯燥无味,有些干脆放弃专业课的学习。 (二)强调学生动手实践,忽视专业课教学质量的提高 为了改变这种单纯理论教学现象,提高学生实际动手能力,学校将专业课教学改到实训车间或到企业去上,这些做法虽然较前面有一定的进步,但通过实践发现还存在一些不足。主要表现有两点: 1.许多实习指导教师多年来养成侧重于实际操作的习惯,理论讲解较少,在简单讲解完机器设备的结构、原理后,让学生去实际拆装,学生只会机械地模仿拆卸装配,拆卸方法不清、操作盲目。加上学生对机器设备的结构、原理了解得并不充分,学生操作时经常不按拆装程序操作、出现野蛮拆卸,造成有些机器设备在很短的时间内精度严重受损,甚至有些干脆报废,后续班级没办法使用,达不到预期的学习目标。 2.有些学校把专业课学习放到企业进行,但企业是以生产为主,学生实习培训为辅,受生产环境影响,许多专业课的学习在企业得不到保证,使得专业课学习达不到预期效果。 二、虚拟装配及运动仿真软件的开发 针对以上专业课教学中存在的两种倾向,通过计算机辅助绘图软件使用,尝试开发专业课主要机器设备三维虚拟装配及运动仿真软件,使得学生的专业课学习更加直观、形象。 (一)确定开发小组成员及开发项目 开发专业课虚拟装配及运动仿真软件,是一项工作量大、涉及多方面知识的工作,除了要有较强的专业知识外,还要具有吃苦耐劳、勇于钻研的精神,由经验丰富的老师带领部分青年教师组成课题小组并吸收个别基础知识比较扎实的高年级同学参与其中。开发的项目本着由易到难的原则进行,从较为简单的化工管路的管件及阀门开始。如弯头、三通、大小头和管阀、球阀、蝶阀、磁力阀等,在积累了一定经验后,开发化工机器设备的各种泵,前后开发了单级离心泵、齿轮油泵、双吸泵、多级泵、磁力泵、屏蔽泵、往复泵等,在此基础上,对风机、列管式换热器等实习车间现有的机器设备进行开发。 (二)开发过程 整个开发过程步骤如下: 1.制定开发计划。为了使开发工作有序、按计划完成,开发前制定了详细的开发计划。计划包括开发各项目的时间段、主要内容、开发所需工具、量具、具体步骤及各分项目的主要负责人。 2.现场实际测绘。进入现场后,对装配体进行逐件拆卸,为了保证工作顺利进行,对每个拆下的零件编号,然后徒手绘出各零件的草图,对标准件测量其主要尺寸并确定型号,研究每个零件的装配方法并徒手画出装配示意图或装配草图,然后将机器设备恢复原位。 3.在工作室核对草图,对表达不清或尺寸不全的草图再重新核对、订正,对标准件核对型号及尺寸,理顺各草图之间的关系,保证各装配体的零部件草图及标准件、常用件型号尺寸齐全。在此基础上用计算机CAD软件画出各装配体的零件图及装配图(或装配示意图)。 4.根据零件图,用Slid Works软件画出各零件三维造型。在工作室进行二维草图绘制以及三维零件造型。为了提高效率,可将装配体的所有零件三维造型都绘制好以后,再考虑下一步装配。 5.用已经建好的三维零件进行机器设备的虚拟装配,在虚拟装配的过程中对装不进去的零件及时调整,将其尺寸及形状进行修改,然后重新装配。 6.完成装配体的拆卸及装配爆炸图,在爆炸图中分步骤将装配体装配及拆卸步骤逐项交代清楚。 7.利用Slid Works软件的制作动画功能,制作出各机器设备的拆卸和装配动画,在动画中强调拆卸和装配中注意事项及重点,以便引起学生学习时的注意。 三、采用虚拟装配及运动仿真软件在专业课教学中传授知识和技能 开发出专业课机器设备的虚拟装配及运动仿真软件后,配合机器设备的实体,指导教师在一体化教室的授课发生了根本性的变化。首先,指导教师对要拆装的机器设备进行介绍,用三维动画展示机器设备的结构原理,机器设备在在马达的带动下旋转起来,形象、直观、工作原理一目了然,增加了学生学习的兴趣和积极性,学生能够直观的掌握机器设备的结构和工作原理。其次,指导教师演示虚拟拆卸,利用Slid Works创建爆炸图,将机器设备上的零件按正确的拆卸顺序进行虚拟拆卸,在虚拟拆卸的过程中指导教师边虚拟装拆边告诉学生要点和注意事项,为了使学生真正消化吸收,对此可反复演示,(有条件的学校可让学生在电脑上反复练习虚拟装配)。第三,在学生掌握上述内容的前提下,指导教师再带学生到机器设备的实体前,实际演示机器设备的装拆过程。第四,分小组让学生实际装拆,指导教师巡回检查指导。第五,装拆结束后,指导教师及时总结,对存在的不足重新演示纠正。最后,指导教师让学生按正确的方法将机器设备装配好,恢复场地原有布局。 四、开发虚拟装配及运动仿真软件在专业课教学中的应用成效 1.通过开发专业课机器设备虚拟装配及运动仿真软件,有效地锻炼了课题组成员的综合能力,参与开发师生的徒手绘图能力、CAD绘图能力、Slid Works三维建模能力及专业知识和能力都有了显著提高。 2.通过开发和使用专业课机器设备虚拟装配及运动仿真软件,减轻了专业课指导教师的教学负担,学生掌握专业课的情况明显好转,教学成效显著。 3.减少了盲目拆卸和装配,耗材、耗能和零部件损坏情况明显改观,机器设备的使用寿命大幅度增加。 软件开发专业论文:高职高专软件开发专业实训教学方法探索 摘 要 随着近年来就业压力逐年增大,高职高专计算机软件开发专业的学生,要提升就业能力,必须提升自己的专业实践技能。目前高职高专软件开发专业的同学,在实训过程中存在哪些问题,又有些什么好的方式可以解决现在实训中存在的问题,如何通过实训切实提高同学们的实践能力。本文根据作者在高职高专实训教学过程中的经验,对如何提高高职高专实训教学效果的教学方法进行了探讨。 关键词 就业 实训 问题 改革 根据互联网资料显示,21世纪以来,高校计算机专业初次就业率连年下滑,成为社会普遍关注的问题。尤其是软件开发专业的高职类的学生,初次就业率一直不高。①首先学历是高职生就业的硬伤,专科学历无法与本科、研究生匹敌。所以,要提高高职高专学生的就业率,就只有通过提升自己的专业技能,来提升自己的就业能力。如何提升高职高专软件开发专业同学的专业技能,是我们从事这个专业教学的专业老师应该深思的一个问题,尤其是负责实训课程教学的老师,更应该思考,采用什么样的教学方法,才能让同学们更好地掌握软件开发的实际能力,增加同学们的就业砝码。笔者根据自己多年从事实训教学工作的实践,对软件开发专业的实训教学改革进行了一些浅薄的探索和总结,提出了一些实训教学改革的措施。 1 软件开发专业实训中存在的问题 当前软件开发专业实训教学存在的问题主要表现在如下几个方面: 1.1 学生真正实训的时间较少 高职高专的学生,学制一般为三年六个学期,在第一第二学期,进行基础课程和公共课的学习,第三学期开始学习专业课,甚至有些班级第四学期还在进行专业课程的理论学习。高职高专的学生一般在第五学期就要求进入岗位实习,留给同学们在学校实训的时间只有几周甚至更少,在这种情况下同学们进入岗位实习,实际的开发技能很差,对以后的就业也留下了很大的隐患。 1.2 实训教学模式仍为传统教学 在很多课程教学中,专业教师虽然在课程设计上加入了实训环节,但仍然采用传统的教学方式,以教师为中心,没有发挥学生的主动思考和创新能力。②大多数学生被要求按照老师的详细设计思路来完成预设的功能,学生照葫芦画瓢,虽然实现了老师要求的功能,但是学生没有独立思考和创新的机会,整个教学过程学生基本处于盲目的被动状态,时间久了,就缺乏参与实践环节的积极性和主动性。教师在教学过程中采用灌输式教育,很少采用启发式教学方法引导学生进行思考,不利于培养学生的创新意识和主动思考的能力。 1.3 实训内容更新较慢,跟不上软件公司技术更新的速度 计算机软件技术的一个突出特点就是技术更新快,技术种类多,相关技术发展迅速,软件开发实训课程的教学内容要随着时代的发展而不断更新。但是,在实际教学过程中,很多老师总是啃老本,抱着自己的一套技术和框架不放手,总是一招制敌、一招打遍天下无敌手的心态,③几年使用同一套实训案例和项目。有些老师拒绝学习新知识或者主动学习新知识的积极性不够。总是在使用几年前的技术指导学生实训,甚至有些技术已经被现有的新技术代替,在这种实训教学方式教下出来的学生,显然很难顺利走进就业岗位实习。 1.4 缺乏明确的考核方式和标准、考核方式陈旧 实训课程不同于传统的理论教学,一般课程的成绩组成为30%的平时成绩和70%的期末成绩。显然这种考核方式并不适用于实训课程,因为实训课程是同学们参与度很高的课程,并且学习和教学过程更能考核一个同学掌握知识的程度。有些老师沿用一般专业课程的考核方式,或者有些单位限制了平时成绩的比例不能高于30%。这样不利于对学生实际掌握情况的考核,也造成了一定的不公平,会打击部分同学的学习积极性。 2 软件开发实训课程教学改革探索 2.1 培养优秀的“双师型”师资队伍 所谓“名师出高徒”,好的教师队伍,对提高同学们的实践技能起到至关重要的作用,所以必须加强教师队伍的实践技能,才能有更好的师资指导同学们实训。④ 争取更多的机会,让我们的实训老师进入软件企业进行实践、交流、学习。目前大部分的软件开发企业都是使用较新的技术,对软件项目也有较好的解决方案,老师们可以了解并学习最新的软件开发技术,有利于老师知识的更新。 让更多的老师在工作之余和寒暑假的时候,更多地参与合作企业的商业项目的开发,在实习商业项目开发过程中,技能学习最新的开发技术,又可以将部分商业项目的模块和代码作为同学们实训的案例,这样既丰富了老师的项目和案例库,有更新了老师的知识结构。在有条件的情况下,让老师暂时脱离教学岗位,挂职到相应的软件开发企业进行软件开发工作,这样能够加快双师型教师的培养。 2.2 建立完善的考核体系 实训考核要建立包括理论和实践层面的多方面的考核,摆脱三七开(30%+70%)的束缚,实训老师可以根据项目和教学的不同阶段,采取平时成绩+期末成绩+过程考核相结合的多元化考核机制,强调过程考核的重要性,让更多的同学积极参与实训过程,对有创新性的同学给予积极的肯定和评价,同时应在考核成绩上予以体现。 实训课程的考核应该是多元化弹性的考核方式,评分标准要根据实训的项目的实际情况,由实训老师或者课程组协商制定,不应该提供模板或者一刀切的标准。 2.3 改革实训课程的教学内容和教学方法 由实训课程负责人,组织课程组成员,建立课程实训资源库。每学期根据学生的个体差异和知识结构,及时更新实训库的项目和案例,调整实训的内容和案例数量及教学方式。 课程负责人应充分重视和精心设计每一个项目或案例的实训内容,多建立一些实际商业项目的案例,提高同学们学习的积极性。在实训初期,让同学们练习相对容易的案例和项目,增强参训学生的自信心。 在第三学期分阶段加入实训课程,有针对性地加入“JQuery实训”、“数据库项目实训”,也可以在这期间增加规模较小的模拟综合项目实训,为后面综合商业项目实训做好准备。 在实训过程中,也应改变传统的教学方式和思路,教学过程老师教、老师辅导,逐步过渡到老师指导,最后实现学生自主创新。逐步使学生发挥实训的主体作用。项目的实训一般要采用分组的方式,或者直接采用项目的名称来命名分组,同学们的身份也从学生到员工第一次转变,项目组成员的角色也可以用软件公司的职位来命名,比如项目经理、开发工程师、测试工程师等。由能力较强的同学担任项目经理,并在老师的引导下,指导小组成员进行项目的启动、需求分析和设计、计划编制、开发、测试等工作。当做完一个项目完成后,可以在小组内根据组员情况进行角色转换,这样可以让同学们体验不同的工作岗位,提高实训参与度和兴趣。同时也培养了同学们的团队合作意识和相应的职业素养,为日后的工作提前做好准备,提高就业率。 2.4 校企合作、产教结合 学生最终的归宿要走出校园,进入企业,引入同行业的知名企业,对学生的培养和就业都有至关重要的作用。在学生的培养方面,可以邀请校企合作单位的优秀开发工程师,定期地给我们的学生做专业讲座和行业发展及前景介绍,条件成熟的可以邀请研发工程师参与我们的实训教学环节,实行公司化的管理,让同学们在学校就提前感受企业的文化和商业软件的开发流程。 引入商业项目,由我们的实训指导老师带领优秀的学生参与进来,这样能在实际的商业项目中锻炼我们的实训老师,同时也让同学们参与了真实的商业项目的开发。在项目条件允许的情况下,可以适当地给参训学生一定报酬补贴,更能激发同学们参与商业项目的积极性,使我们的实训达到较好的效果。在实训的时候也积累了同学们的开发经验,对以后的就业打下了坚实的基础。 我们学院的合作单位有世界500强企业微软、惠普、埃森哲、富士通等以及国内知名IT企业联想、上海宝信、中软国际、民航凯亚等200多家企事业单位,这些企业能够保证我们校企合作和产教结合的有效进行。 3 结束语 当然,培养学生的创新、实践动手能力,不是实训教师一朝一夕就能完成的,这些改革的措施是否得当,是否能有效提高同学们的专业开发技能和实践动手能力,能否有效提升同学们的就业率和专业对口率。这些问题都需要广大实训教师在实践教学过程中验证,并在实训教学中积极修改不当的教学方法,才能达到预期的效果。 软件开发专业论文:移动互联技术应用于本科游戏软件开发专业互动教学的实践研究 自2013年5月起,哈尔滨信息工程学院开始积极构建相关移动互联网站。除了传统的咨询内容以文字版显示外,学院图书馆移动互联平台也增加了很多新的参考咨询方式:资源使用和服务指南的音视频。同时,为了实现基于移动互联平台的教学资源的互动式教学,我们以2014级本科软件工程(游戏软件开发)专业为试点,进行了实验研究。 1、初步实现移动互联平台上的教学互动 据2014年9月至2014年11月为其3个月的三项初步实验及500余份问卷调查结果显示,移动互联平台上的互动教学活动在本科游戏软件开发专业学习中包含以下三方面优势: (1)符合我院学生的游戏软件开发方面的学习需求。 我院游戏软件开发专业学生在日常生活中有一定的计算机应用基础知识,其求知欲望及学习积极性相对较好,具有较强的设计创新能力和制作能力,对新的学习方式适应较快。 (2)移动互联技术的发展为本部分课题内容提供了较大便利。 学生全部拥有笔记本电脑等移动电子设备和苹果、三星等大屏幕智能手机,而且手机均拥有上网业务,已成为学生学习和生活中必不可少的通信工具。在校园内可以利用学校的无线局域网络,借助智能手机随时随地畅游互联网。 (3)游戏软件开发专业的实践性和图书馆资源优势。 游戏软件开发专业是一门需要掌握大量的基础性软件技术的实践性极强的学科,采用移动互联技术不仅可以辅助课堂教学进行理论知识的拓展和延伸,还可让师生和同学之间的针对各种软件技术和技巧的进行交互沟通、切磋,所以在游戏软件开发教学中采用移动互联技术具有先天的实践优势。 2、基于移动互联平台的游戏软件开发专业互动教学实验初步实施 游戏软件开发专业在课程设置上,从基础的二维设计,循序过渡到功能强大的三维动画设计软件的学习。通过系统全面学习3D 道具、场景设计、角色设计、特效制作等各内容模块,让学生熟悉掌握动漫游戏公司项目开发的整体流程和应用技能。本次教学实验利用移动互联技术的优势,请专业教师把涉及到专业教学的内容制作为图片、视频、动画等学生感兴趣的模块方式,并上传至图书馆移动互联学习平台,在学习过程中以任务驱动方式鼓励学生利用移动互联终端到图书馆资源网站查阅相关资料,进行自主化学习和小组合作学习,在图书馆资源网站提供的交流区域讨论交流,在完成任务后进行总结,并进行学习评价,分享学习过程和结果。 为了更好地说明此次课题实验的具体做法,以游戏软件开发的《三维游戏角色制作》课程为例进行说明,在本节课中移动互联平台上的互动教学分成以下几个步骤进行: (1)教师在图书馆游戏软件开发学习平台中引导学生讨论当下主流流行的三维游戏角色的形象特点和三维游戏角色设计的注意事项,然后提出了跟本节课主题相关的学习任务:要求学生找出自己最喜欢的三维游戏角色,并根据这个游戏角色的特点自行总结三维游戏角色设计的注意事项,积极搜索整理相关数据、事例等资料。 (2)教师把这个任务通过游戏软件开发学习平台给学生,让学生明确任务要求后,围绕任务运用手机、ipad等移动设备及时到图书馆提供的资源网站查阅相关任务资料,也可以通过微信群与组员之间进行实时讨论交流,形成更为完整丰富的答案,同时教师对学生讨论交流的过程也可以进行实时监管,给予学生一定的指导纠正。 (3)在接下来的课堂教学环节中,教师首先邀请两组的代表利用教室的多媒体设备展示自己小组从图书馆资源网站中查找出的三维游戏角色的特点及有关三维游戏角色设计的注意事项的资料并进行课堂讨论。最后,教师采用讲授和课件展示相结合的方式示范三维游戏角色制作的技术技巧,总结本节课的主要内容――如何制作三维游戏角色。 (4)本节课的学习之后,教师将学生的优秀成果和自己的教学课件上传至图书馆游戏软件开发学习平台,供本班学生及其他专业感兴趣的同学下载继续学习消化。 (5)课余时间,同学们可就课堂上没有理解的内容通过图书馆游戏软件开发学习平台随时随地给教师留言请教。教师根据自己的时间安排对学生的问题进行答疑解惑。即进行实时互动和教学辅导。 (6)为了加深同学们理解三维游戏角色的特点及有关三维游戏角色设计的注意事项,教师可以鼓励学生在图书馆游戏软件开发学习平台上分享本节课学习后的心得,如不同类别的游戏角色特点捕捉方法、男女角色制作技巧、动物角色动画技巧等等,并根据课堂上学到的软件知识结合自身特长设计一个三维游戏角色上传到平台,即上传课后作业,教师可根据每个人上传的作业情况进行适当点评和批改,同学们也可相互指点、切磋。 (7)教师同步向图书馆资源平台上传一些相关视频资料、文本资料或者链接网站,供本班学生和其他专业感兴趣的学生可以随时随地进行在线拓展阅览,即资源共享功能。 3、对移动互联平台在互动教学应用的总结及反思 图书馆游戏软件开发平台利用移动互联及数字化学习资源为本科游戏软件开发专业的教学提供了一个连通化、情境化、便捷化、个性化、互动化的软件教学环境,两者本身所固有的特点以及所具有的天然联系使之整合优势明显、效果良好。 在移动互联技术应用于游戏软件开发互动教学实践中同时发现的问题有:学生对所获得的广泛性、随意性的海量信息甄选能力有限,需要教师的再次整理、加工和提炼,才有利于消化和吸收。 诸如这些问题需要在以后的实践中深入研究。 软件开发专业论文:热能与动力工程专业本科生实践仿真教学软件开发与应用 摘 要 研发了一款适合于热能与动力工程专业本科生的实习软件。该软件对工业生产现场实际运行的炉窑进行虚拟仿真,将炉窑结构及关键设备再现,实现了炉窑操作工艺及操作步骤模拟、操作考核等功能。热能与动力工程专业本科生在完成认识实习及“工业炉窑热工及构造”课程的基础上进行本软件的学习,理论与实践相结合,既有助于学生理论知识的巩固,又体现了本专业的特色。 关键词 热能与动力工程 本科生 实践仿真 教学软件 0 引言 对于理工科专业大学本科生,实习环节对其实践能力与创新能力的培养至关重要,也是高等教育的必要环节之一。学生在校所学知识以理论为主,比较抽象,通过实习能够使教育回归实践,让学生在实习中掌握理论知识的运用,使知识变活。教育部《全面提高高等教育质量的若干意见》也特别强调要强化实践育人环节,结合专业特点和人才培养要求,分类制订实践教学标准,增加实践教学比重,确保各类专业实践教学必要的学分(学时)。 校外实习基地拥有真正的生产环境和施工现场,本应是学生规范专业技能和素养的理想训练场。然而,“联系实习单位难”却成为高校面临的普遍困境,其主要有两个原因:第一,高校规模扩大,学生数量增加,对实习场地和实习资源的需求增加,导致大多数实习单位无力接待;第二,企业担心大学生实习影响企业生产及其利益获得。企业经营的根本目的是实现利益最大化,接收学生实习所付出的代价要大于收益,在没有政策鼓励和支持的条件下,很少有企业愿意将资金和精力投入到学生实习工作上。当前,高校联系实习企业往往凭借教师与企业的私人关系,还有一些学校因企业经营状况不佳而失去了原来所建的实习基地。这表明,当前环境下企业接收实习生的积极性不高和校企关系松散的现状,严重影响了高校大学生实习工作的顺利开展,且大多达不到应有的实习效果。 鉴于以上原因,大学生实习质量不能保障,使得中国理工科教育普遍存在的突出问题是工程实践能力不足,动手能力较弱,很难适应迅速发展的市场要求和日益激烈的科技竞争需要。以上种种问题要求进一步推进教学改革,尤其是加强学生工程实践能力培养和训练,以满足行业人才的需要。在此指导思想下,我校热能与动力工程专业教师开发了“本科生实践仿真教学软件”,以期能够提高学生的综合素质。 1 软件的设计目的 目前,本专业的实习基地仅有一两家国有大中型企业,而且都是以参观为主,极少动手实践,这样不仅达不到预想的效果,还消耗企业资源。 鉴于以上原因,决定开发虚拟仿真实习场景,通过将本专业典型炉型和设备用三维软件建立实体模型,结合3D漫游、动画演示、模拟控制等方式实现生产现场的虚拟再现。该实习软件可以增强学生对专业炉型的认识、模拟生产操作、理论考试、操作测试等功能。旨在通过学生对本仿真软件系统的学习,在一定程度上与校外参观实习互相弥补,使学生对专业技能掌握得更加牢靠。 另外,该实习软件将燃料燃烧、炉内气体流动、炉内传热传质、工业炉控制系统等过程有机地结合起来,有利于师生针对炉型进行炉内各动力学参数、热力学参数以及控制过程的模拟研究,为炉型结构优化、控制优化及操作优化提供理论依据。 2 软件的主要功能 仿真软件系统主要包括三部分:认识实习部分、模拟操作部分及考核部分。 软件主要仿真内容包括:(1)以冶金和高温陶瓷行业工业炉窑为主,建立典型炉型的三维模型。以实际生产过程为指导,编制各炉型操作系统。主要包括:二级网络任务下达系统、来料工艺设定系统、上料系统、控制系统、卸料系统、炉体操作系统、安全防护系统、质量追踪系统、炉内热过程模型系统,最终达到各系统协同操作、安全连锁,实现工业实际生产的真实再现;(2)冶金行业工业炉窑系统复杂,实际生产过程中容易出现各类故障。通过收集实际生产过程中工业炉窑运行系统相关故障及对应的处理方案,形成专用数据库,编制模拟生产过程随机故障系统;(3)编制考核系统。定期组织学生学习软件,听取学生意见及建议,并做出相应调整,以获得最好的实习效果。考核系统分为三部分:炉型系统认识部分考核、“工业炉窑热工及构造”课程部分内容理论考核、工业炉窑典型炉型模拟操作考核;(4)编制仿真软件模块扩展接口。以便于教师日后对新炉型添加或新功能的开发。 学校在组织学生到企业参观实习时,企业不会因为学生实习而调整生产,因此,学生参观过程中很有可能看不到工业炉设备的动作过程,再加上生产现场噪音较大,即便是有老师讲解,也听不太清。在本仿真软件的认识实习部分,首先以工业炉各系统、各关键设备实体照片展现给学生,并配有文字介绍,可以通过教师讲解或自学的方式了解各系统、各设备的主要功能及操作要求。其次,以3D模型方式将工业炉窑全系统展现给学生,对于关键设备,软件中做了关键剖视图设计,教师可结合炉体及设备三维实体模型向学生讲解各部分的组成及功能,弥补实体照片不能观察系统及设备内部详细构造的缺陷。除此之外,软件中也包含了一些典型炉型实际生产过程的视频,同样,对于现场拍摄不便于直接观察的炉内情形,采用3D模型及动画方式进行展示,学生可将模拟现场与实际现场进行对比,加强对工业炉窑系统的认识。 学生在企业参观实习是绝对不允许动手操作的。首先是因为学生不了解生产工艺过程,很有可能发生误操作,影响企业正常生产;另外,学生大都不了解各设备的操作规程,出于安全考虑,不允许学生对设备动手操作。在认识实习基础上,生产模拟部分实现了对生产操作的实训,人机交互界面由仿真控制界面和虚拟被控场景两部分组成。仿真控制界面中的图形界面、操作手柄图案、操作按钮等的逻辑关系与生产现场保持一致,既有生产总览界面,又有各子系统分界面,便于学生分步骤练习。生产模拟部分主要操作内容包括:开炉前各系统(各气体系统、循环水、冷却水系统等)准备、各安全设施检查、上料系统上料过程、物料在炉内的运动和加热过程、炉内各部分温度控制、压力控制、卸料系统卸料过程以及生产过程中各系统间的安全连锁、相互配合等。教师结合讲解在软件上进行生产过程模拟操作,向学生介绍各系统及设备性能、各系统间相互关系、操作过程注意事项等,并指导学生进行模拟生产操作。实际生产过程中,可能由于气体压力不足或电压波动等突发情况影响企业的正常生产,在本仿真软件中,也将随机产生常见的生产故障,锻炼学生分析问题解决实际问题的能力。通过进行这一系列的模拟生产现场操作,使学生非常直观地学习工业炉的系统组成及生产操作过程。 在仿真软件的考核部分,设计了三种类型的考核内容,包括:认识学习考核、理论考核和操作考核三部分。该软件可对学生的操作即时给出评判结果,计算机详细记录学生在实训平台上的所有操作,后台实时计算。操作完成后,系统在基础知识、操作步骤、资源消耗、产品质量、产量等多方面进行考核,将操作记录和操作结果分类统计,根据指标评价体系,给出量化考核成绩。 3 软件的应用效果 目前,仿真实习技术已成为国际公认的高效现代化教学手段。结合我校热能与动力工程专业特色及学生的培养目标,我校开发的“热能与动力工程专业本科生实践仿真教学软件”很好地解决了学生下厂实习难、效果差等问题。为加强仿真软件实习的教学效果,采用先仿真训练,再下厂实习的模式。实践表明,对于从未见过现场工业炉窑生产的学生而言,到工厂参观实习前进行仿真集训是非常有必要的。通过仿真软件实习,学生已基本了解工业炉系统之间的联动过程以及生产过程中常见的生产故障问题,因此,再到工厂参观实习时,便能更加准确地了解各设备功能,也有助于学生参加工作后更加灵活运用所学专业知识。 软件开发专业论文:基于自主学习的英语专业听写训练软件开发 摘要:基于自主环境的英语听写训练软件的开发遵循传统的CAI系统设计模式,但要基于实际运行环境,在界面设计、内容模块设计、听写策略培养和强化、学习过程监控和评价等方面综合设计开发,实现其对语言自主学习资源的有效补充。 关键词:自主学习;英语专业;听写训练软件 一、引言 听写作为语言教学中常见的一种辅助手段和测试方法,在各级英语教学中一直被广泛应用,而且在英语专业四级、大学英语四、六级考试中也是重要的测试项目之一。这一具有悠久历史的教学传统长久以来得到广泛认同,被看作一种行之有效的教学方法。虽然曾在20世纪40年代受到可分能力假说理论的挑战,但70年代后,以Oller为代表的语言学家提出了整体语言能力假说,基于大量的语言测试试验及考试数据分析重新确立听写作为“一种实用、有效的综合语言能力测试手段的地位”[1]。目前国内学者对听写的相关研究主要集中在听写能力和语言能力水平的相关性及其对教学的反拨作用和影响听写能力的语言或非语言能力的因素上面。 二、英语听写类型及难点 英语听写的分类一般遵循Oller[2]提出的分类标准,即标准听写(听写者根据音频完整写出文本材料)、部分听写(听写者根据音频填写材料中的缺失文字)、干扰听写(录音中加入干扰背景音,以体现真实感,增加难度)、作文听写(通过记忆写下录音的文本内容)和复述听写(口头复述所听到的录音内容并进行录音)。英语专业四级考试(TEM-4)所设置题型中的听写项目“旨在测试学生的听力理解能力、拼写熟练程度及正确运用标点符号的能力”[3]。根据上述分类,TEM-4中的听写部分为标准听写,即短文听写。而大学英语四级(CET-4)中的听写为复合式听写,是部分听写(单词听写)与听写作文(原句或意思相近之新句)两者的结合体[4]。 张春芳[5]对国内英语听力测试及教学的研究结果表明,英语专业学生在听写测试中所暴露的问题主要包括:(1)听辨音能力弱;(2)未能达到基础的词汇和语法知识要求,导致他们在拼写和检查阶段不能还原正确的句子;(3)遭受母语思维的影响;(4)听写学习策略缺失。其中,邓媛[6]所作的关于学生听写策略的问卷调查表明,缺乏明确的学习计划以及注意力容易受干扰是多数学生在元认知策略方面普遍存在的问题。而在认知策略的使用方面,绩优者善于抓住句子意群和关键词帮助记忆,而学困生的听力理解趋向片段化,短时记忆弱,且易受干扰产生混淆,导致信息输出较为破碎化。同时,在情感策略方面,由于听写能力弱造成的紧张情绪会干扰注意力和记忆力。对自主环境下的听写训练软件开发来说,基于上述研究改善和解决听写学习策略问题对保证训练效果极为重要。 三、基于自主环境的英语专业听写训练软件设计 一般而言,教学软件开发程序要求开发者要先了解基于不同教学模式的CAI系统设计基本策略及目标运行环境,在确定选题和开发方向后选择有针对性的教学/训练模式,先行构思系统总体设计和详细的脚本设计,选择合适的开发工具。教学/训练内容的丰富与否是最终学习效果的重要支撑。在系统调试完毕后,要在教学实践应用中完成评价、修改和推广应用的过程。 基于自主环境的英语听写训练软件要遵循上述程序,注意以下几点:(1)自主学习软件应基于以学习者为中心的模式,在运行环境上要从保持学习者的注意力出发。该类软件能安装在可保证网络带宽但又不与因特网相联的校园局域网或自主学习中心的计算机终端上。(2)学习软件的界面设计应注重教学性、交互性、系统性和艺术性的协调统一。作为教学软件,其界面风格应简洁典雅,主题突出,避免主次不分,并根据需要设计明确便捷而有效、合理的导航标志。(3)内容模块设计应能让学习者根据个人的起点水平选择合适的训练层级,逐渐实现从易到难不断进步最终达到考核要求的目标。(4)重视学生听写策略问题的培养和强化,将其体现在框架设计和内容安排上。元认知策略的建立可以通过软件首页的详细介绍了解各个板块的学习目标,要求学习者根据个人水平和学习时间依次形成各个板块的详细的学习计划。通过“听写技巧”、“单句听写”、“段落听写”、“模拟听写”、“真题听写”等实现听写技巧认知和逐步强化提高。“听写技巧”综合介绍TEM-4听写考核要求及听写技巧,但这一技巧的实际掌握有赖于在后续板块中逐级达成。“单句听写”主要培训学生的听力理解和拼写速度,形成个人特有的单词和符号书写习惯。该板块难度安排较低,有利于建立基础较差的学生建立自信心。“段落听写”、“模拟听写”实现从小段落听写到标准长段落的听写,逐步增加学习难度和实践水平。需要指出的是,“模拟听写”的难度设计建议稍高于“真题听写”。这种设计有利于学生在进行历年真题听写的考前实战环节获得极大的成就感,提升其考试前的自信心。(5)融入现时教学计划,实现监控和评估的有效结合。监控可分为自我监控和他人监控。应当鼓励学生反思、总结和评估个人在各个板块的学习过程和结果,通过学习计划有效保障个人学习活动的自我监控。借助同伴,或将其融入某门当前教学计划中,通过教师的检查监督和答疑解惑保证和实现学习计划的完成。这有助于学生逐渐建立起有效的元认知策略,在各循序渐进的板块练习中掌握良好的、有效的认知策略,提高注意力、记忆力和书写技巧。同时,在此过程中,通过学伴或教师的学习交流活动,实现情感上的反哺能动效应。 四、结语 近年来,虽然智能手机、平板电脑等移动终端及网络技术获得飞速发展,但鉴于我国的国情及基础应试教育的影响惯性,可以预料语言自主学习中心在很长的一段时间内会在学习资源提供和自主学习能力培养等方面发挥重大的作用。商业开发的教学软件和课件在系统性和专业性上具有巨大的优势,是语言自主学习资源的主要组成部分。但任课教师对自主学习中心学习资源的补充更具针对性,更容易将其融入课程教学计划和评估中。两者相铺相成,互为促进,而任课教师作为开发者也会在此过程中发挥更大的作用。 软件开发专业论文:双语教学在软件开发专业中的重要性探析 【摘要】目前我国大学的双语教学是指以两种语言作为教学媒介的系统,其中除母语外的另一语言不仅作为教学媒介部分或全部地运用到非语言学科中,而且在教学过程中,要求学生逐渐基本掌握它,同时要在教学中对该学科的不同文化进行比较学习,以获得该学科先进的、系统的知识,来进行学科教育的一种教学方法组合;强调使用外语于学科教有(但并不排斥母语),在学得该学科先进文化科学知识的同时要学得基本专业外语,这便是目前我国大学双语教学的质的规定性。 【关键词】大学双语教学 学科教育 质的规定性 随着我国经济发展逐渐被纳人全球经济发展轨道,特别是在中国加人WTO以后,中国与外部世界的政治、经济、文化交往越来越频繁,各行各业与国际接轨的步伐逐步加快,我国迫切需要掌握专业知识又掌握专业外语的高素质、复合型人才。培养这种人才是现阶段中国高等教育发展的重要目标之一。为此,教育部于2001年9月颁布了《关于加强高等学校本科教学工作提高教学质量的若干意见》的4号文件,要求全国各高等院校积极推广使用英语等外语进行专业课教学,以墙养高素质、复合型人才,实现我国高等教育的可持续发展。至此,全国开始有不少高校都在尝试、探索着双语教学。但仍面临着许多问题,其中关于究竟什么是”双语教学”就争议颇大。然而,目前国内外对双语教学尚无正式统一的定性,实有必要对我国大学双语教学的本质进行认真分析研究,以统一认识,确保我国高校双语教学的顺利进行,完成培养高素质、复合型人才的任务。 一、国外有关的双语教学定义 在国外,大都采用(bilingualeducation)双语教育的提法,很少采用双语教学的提法。其中较权威的定义有:《朗文应用语言学词典》所给的”双语教学”的定义:”Theuseofasecondorforeignlanguageinschoolfortheteachingofcontentsubjects”译成中文,意思是能在学校里使用第二语言或外语进行各门学科的教学。(双语教育概论)中两位著名专家加拿大的M.F.麦凯和西班牙的M.西格恩提出”双语教学是以两种语言作为教学媒介的系统,且其中一种语言常常是但并不一定是学生的第一语言[1]”这两种定义较好地给出了”双语教学”的狭义(前者)和广义(后者)的定义。 二、我国有关的双语教学定义 在我国目前学校、教师、学生以及各类文件、论文、报刊都采用”双语教学”的提法,这已经成为大家共同认可和接受的,因此,我们都用双语教学的提法。只是由于缺乏相对的语言环境和尚未形成完善的双语教学体制,目前国内各学者对我国高校的双语教学理解分歧还较大,具体概括如下: 1.认为双语教学是一种教学方式或形式 沙丽华、韩德复在《”渗透、整合、思维”梯进式双语教学模式的结构》中认为双语教学是指用汉语和一门外语(目前在我国大部分是英语)作为课堂用语进行学科教学的方式[2]。李红兵在《高校双语教学模式的探讨》中认为双语教学是指对高等学校的部分课程采用国外具有代表性和先进性的原版教材,并采用英语授课的一种教学方式[3]。张培在《双语教学:热点间题的冷思考》中认为双语教学是以两种语言作为教学用语,其中第二语言不仅是作为学习对象,而且是作为教学媒介部分或全部地运用到非语言学科的一种教学形式[4] 2.认为双语教学是在学科教学进程或过程中使用双语当作教学手段 何全旭、吴为民在《关于开展双语教学的几个问题》中认为双语教学是指除汉语外,用一门外语作为课堂主要用语进行学科教学,目前绝大部分是用英语;教师还应利用非语言行为,直观、形象地提示和帮助学生理解教学内容,以降低学生在英语理解上的难度[5]。施敏颖在《关于在高校中实施双语教学的几点看法》中认为双语教学是指在教学进程中使用母语及一门外语[6]。任长虹在《高等学校实施双语教学的现状分析与对策》中认为双语教学是指在教材使用、课堂讲授、期末考试等教学环节同时使用外语和汉语两种语言的教学活动[7]。刘钦永在《关于双语教育和双语教学的思考》中认为双语教学是指教学中使用外语或非本民族语言进行教学的进程[8]。 3认为双语教学是一种语言教学 张谦在《关于建立双语教学型大学的论证与思考》中认为双语教学是母语和一门外国语的教学,或称之第一语言和第二语言的教学[9]。冯保才在《关于学校实施双语教学的探索》中认为双语教学是指一种语言学习的方法,指在校内同时使用母语或第二语言进行教学,主要目的是学习和掌握主流语言最终能用主流语言顺利进行各科学习[10]。邱辉忠在《化学教学中实施双语教学的思考》中认为双语教学是指将学生的外语或第二语言,通过教学和环境,经过若干阶段的训练,使之能代替,或接近母语的表达水平[11]。 4.认为双语教学是一种教学方法或教学模式 磨玉峰在《浅谈我院管理专业双语教学的发展》中认为双语教学是指非外语专业学科使用外语和汉语讲授本专业学科的一种教学方法,以用英语为例,包括使用英语教材、用英语版书、用英语布置作业、用英语命题以及使用英语口授等形式[12]。冯妍卉、格欣欣在《传热传质学”课程双语教学计划的研讨》中认为双语教学是指非外语课程利用母语和外语两种语言讲授的一种教学方法[13]。郑定阳在《实行双语教学的初步实践与思考》中认为双语教学是指非外语课程采用外语讲授的一种教学方法[14]。张维佳在《双语教学的性质、条件及相关问题》中认为双语教学是指教师在学科教育中交互使用本族语和外语甚至完全使用外语进行教学活动,以满足学习者的工具型的学习动机(instnunentalmotivation)和融合型的学习动机(integrativemotivation).通俗的讲,所谓的双语教学,就是用两种不同语言进行学科教育的教学活动,一般是指在用母语进行部分学科教学的同时,用非母语进行部分或者全部非语言学科教学的教学模式[15] 三、我国高等学校的双语教学的本质 分析以上十多种双语教学的定义,可以看出,尽管它们是从不同角度出发来解说双语教学,虽各有偏颇,但不难发现它们几乎都有一个大致基本点,那就是都强调使用外语于学科教育(但并不排斥母语),在学习该学科先进文化科学知识的同时要学得与学科发展相关的基本专业外语。这个基本点就是双语教学的质的规定性,是我国高等学校的双语教学区别其他国双语教学的根本特征,这就是我国高等学校的双语教学的本质。 总结归纳出我国高等学校双语教学的质的规定性,再对其下定义就清楚多了。根据我国高等教学的实际情况,笔者认为目前我国高校的各学科双语教学应理解为:是指以两种语言作为教学媒介的系统,其中除母语外的另一语言不仅作为教学媒介部分或全部地运用到非语言学科中,而且还作为学习对象,要求在教学过程中学生逐渐基本掌握它,同时在教学中要对该学科的不同文化进行比较学习,以获得该学科先进的、系统的文化知识,来进行学科教育的一种教学方法组合。这里需要指出的是高等学校双语教学之所以被称之为一种教学方法组合,是因为它的构成离不开常用的教学基本方法〔如讲授法、练习法等),且具有自己独特的方法结构(如必须有语言引导课等)和新的教学功能(学得专业知识技能又学得专业英语)。这种提法函括了目前我国高等学校双语教学的目的与任务,有着当今时代的鲜明特征,是较有现实意义的定义。 总之,只有真正理解目前我国高等学校的双语教学本质,才能保障我国高等学校双语教学实施的顺利进行,完成我国高等学校学科双语教学的目的与任务―培养出高素质、复合型的人才,以应对”人世”的机遇与挑战。
机电一体化教学改革篇1 美国实用主义教育学家杜威曾经说过:“我们的社会生活正在经历着一个彻底的和根本的变化。如果我们的教育对于生活必须具有任何意义的话,那么它就必须经历一个相应的完全的变革。”正如这个快速发展的社会,正如我们快速变化的生活,机电一体化的教学也必须要紧跟时代的脉搏,紧扣发展的主题。随着我们国民经济的发展,机电一体化学科在国民经济发展中的地位也稳步提升,越来越多的高职院校,越来越多的有识之士也将机电一体化专业视为一门重点学科。尤其是高职院校更是将机电一体化专业视为教育的重心。但是,从目前来看,高职院校在机电一体化专业教学上仍然采用传统的教学方式,而缺乏现代先进的教育教学理念。除此以外,机电一体化专业对于学生的基础素质,例如抽象思维能力,机电理论基础知识,以及操作能力要求较高,而这恰恰又是高职院校生源所缺乏的。因此,高职院校的应当主动的转变其教育教学方式,结合生源地具体实际与社会所需,在教育教学上,做出一定的创新与革新,以利于优秀机电一体化人才的培养。[1,2] 一、高职机电一体化专业的革新举措 (一)将职业资格培训作为实践课的重要目标 当今社会的竞争愈演愈烈,随之对于人才培养的要求也越来越高,各种证书以及专业文凭成为了用人单位衡量人才质量的评价标准,为提高高职院校的毕业生的就业率,迎合社会的需求,高职院校应该注意对于机电一体化专业学生进行职业资格培训,令职业资格培训成为实践课程的教学目标,提高学生对于实践课程的重视并增强他们学习的积极性。[3]从而使得学生更好的掌握今后就业所需技能,为就业做好准备。在本过程中,教师要在实践教学过程中对学生加以纠正,指导,并适时适度的对学生加以鼓励,使他们完成职业资格培训所要完成的教学目标,提高他们的就业竞争力。 (二)充分利用项目教学法 在各种课程改革创新与各种教学法推广应用于课堂教学的实践的过程中,有一种教学方法应该特别的予以重视,那就是项目教学法。[4]项目教学法的实施给现在的课堂教育教学注入了新的活力。项目教学发的本质是以老师的教导为基础,以项目作为载体,老师与学生共同完成教学任务。[5]在实行项目教学法的过程中,应该努力做到理论联系实际,将死板生硬的教学理论应用于教学的实践中去。除此以外,教师还要做到清楚自己的任务,明确老师与学生的分工,共同完成项目。并不是所有的项目都适合拿来作为项目教学法的工具,项目的最终结果必须还要有一定的价值,且可以把课堂教学中的理论生动的融入到项目之中去。当学生在完成项目的过程中遇到不可逾越的困难和挫折时,老师应当主动的将所有学生都集中起来,为学生答疑解惑,提高学生的知识与能力。并且该项目不能是空洞无物,应该与企业的生产实际有紧密的关联,要按照企业的要求来设置项目,以便充分发挥项目的价值。在项目的最后老师与学生应该一起探讨项目的得失,积极主动的听取他人的意见。这种新颖的教育教学方法也能激发学生学习的主动性,提高学习的热情,锻炼他们的动手能力与鉴别能力。 (三)结合实物模型,提高学生的抽象思维 大众的生活离不开机电一体化,而机电一体化也离不开实物模型。机电一体化的课程知识点,多数都要求有很高的抽象思维能力,而这往往会成为学习机电一体化课程的难以逾越的鸿沟,很多学生也会由此而放弃学习。若是这一问题不能得到有效的解决,即使讲台上老师费尽心力的进行讲解,台下许多学生也会有对牛弹琴的感觉,为避免出现上述的教学窘境,就需要先将教学问题简单化,直观化,让学生一眼就可以明白抽象化的东西。在实际的教学中,我们可以用实物模型来进行讲解,启发学生的想象力,培养他们的抽象思维能力。 (四)让实验和教学演示在教学中扮演更大分量 由于在机电一体化课程之中梯形图,原理图,电路图较多,若采用传统的课堂上板书的手法,不仅要占用大量的时间,而且整堂课会显得枯燥乏味,但若是借助现代化的教学演示软件如PPT,Flash将内容做成多媒体课件,将会大大节省演示时间,而且由于多媒体课件集声音,图片,文字以及动画于一体,可以使学生容易理解,学习兴趣倍加,提高教学效率。[6]再者高职学生一般基础知识的掌握较差,基础薄弱,对理论知识不感兴趣。而对实践技能或活动充满积极性。喜欢得到肯定和自我表现的机会。可以充分里利用学生特点和实训室的现有条件,成立相应的兴趣小组。一般职高学生刚进入兴趣小组时由于这样那样的原因做机电实验时成功率不高,这极易打击他们的科研热情。为此可以将研究课题的某个阶段,例如电路图设计或者是计算机程序的编写交由学生完成,借此提高他们的研究兴趣。教师甚至可以成立专门的QQ群来进行答疑解惑。并可让学生定期或者不定期的汇报项目科研的进展情况,若是他们中的某些人稍有进步就积极提出表扬,增强他们的自信心和荣誉感,为以后的学习和工作打下良好的基础。 (五)让生产成为课堂教学的主要内容 随着机电一体化教学改革的深入,理论与实际相结合越来越成为一些教育机构教育理论的基础。那么如何才能更好的做到理论联系实际呢?这就需要在课程之中加入生产这一实践部分,让学生多一些实践的机会,同时也让学生更快更早的接触一些社会知识,机电一体化专业向来重视理论与实践相结合,如果光说不练(光讲解理论而不去实践),理论的掌握也就不会扎实,如果仅仅一味的实践,而没有理论做指导,那么实践也不易成功。如果将学习的过程放在理论与实践进行紧密结合的专门的教室,将教学的环境设置为工厂模式,课程教学环境接近于实际的车间,这样教师上课时可以边学边练。学生在学习的过程中不仅温习了理论教学的成果,而且也可以锻炼学生的动手能力。这样学生学习的过程就是工作实践的过程,学生工作实践的过程就是学生学习的过程,实现就业“零距离”。而且生产式教学还有另外一个好处,那就是可以让学生近距离的接触到生产中的不同的岗位,让他们提前了解生产的分工与协作。这样可以使的学生尽早做好自己的职业规划与人生规划,为他们今后顺利的进入社会,进入工作岗位铺好第一条轨。课程在实施过程中可以采取任务驱动,项目教学,真岗试练,项目教学等教学方法,以及现场教学,课上课下相结合,多媒体教学等相结合的教学手段,将科研项目与课题相结合,来指导学生的毕业设计和相关研究。[7] (六)改革考核方式 高职高专学生的科研创新能力有限,因此应该主要是培养实用技术人才为主。让学生参与到项目教学中,有助于培养学生的独立思考能力和创造性思维。因此应该主动摒弃传统的一次期末考试试卷就决定学生期末考试成绩的方式。应该使得考试具有导向性与过程性。我们可以采用期末考试成绩与平时表现相结合的方式来考核学生。也就是理论考核与过程考核相结合的方式来考核学生,充分调用学生的学习热情与学习兴趣。对于期末的理论考核我们只让它占总成绩的30%,主要考核学生对于本门课的各个知识点的掌握程度。项目教学占到本门课程的20%,主要考察学生的项目实施与项目成果。再者成绩的30%主要考察学生课堂上的表现,比如提问回答问题,提交作业的成绩,实训打分等。最后剩下的20%主要用于学生出勤情况的打分。 二、取得的成效 (一)职业技能大赛创佳绩 在由来自北京大学,清华大学等1200多所高校5000余名各省市自治区一等奖选手参加的第九届“蓝桥杯”全国软件和信息技术专业人才大赛上,我院汽车与机电工程系15级机电一体化技术专业学生高磊亮取得二等奖的佳绩。 (二)就业前景好 在课程改革以后,人才的培养能以人才的需求为导向,提升学生的动手能力,在提高就业质量的同时,更加注重学生创新创业能力的培养,学生抵达工作单位后不用培训就可以直接上手,工作仅一年左右,就能成为企业技术的骨干。 作者:刘乐 单位:河南林业职业学院 机电一体化教学改革篇2 目前,广东松山职业技术学院机电一体化专业的专业课“机电一体化技术与系统”以纯理论的形式上课,内容抽象、上课形式单调,教学效果不理想。实训室作为培养学生实际操作能力,实现知识技能转化的平台,对于高职院校及应用型大学人才培养及其重要;但传统设备操作实训,学生直接进行实物操作,往往因出错率较高造成设备损坏,尤其是对于一些贵重设备,将造成巨大损失与资源耗费。若在实物操作之前应用仿真软件进行训练,便可有效解决这些问题,提高实训效果、降低不必要的损耗。 一、课程改革的总体思路 首先,从行业企业对人才及岗位技能的需要出发,梳理出教学计划及课程体系、实训体系,进而建设与之相匹配的实训室体系,建设立足当下,更着眼未来。其次,以机电一体化课程知识技能为导向,基于工作过程,实现“教、学、做”的有机融合。实训室建设充分考虑实际工作岗位对于专业知识和操作技能的要求,设置合理的软硬件及仿真环境布局,让学生身临其境体验实际的工作环境。以紧密衔接机电一体化课程的实训教学为主题。改变传统教学“重理论、轻实践、缺实战”的弊端,将仿真实训教学与机电一体化课程紧密结合,在实践中深入理解知识、并积累操作经验。再次,仿真实训软件与硬件设备一体化创新结合。仿真实训软件与实验室的硬件设备完美融合,打造完整的、具有可拓展性的专业实训室。此外,通过搭建技术支持平台及多种终端展现形式,用仿真化、形象化的方式表现出来。根据课程配套的教学资源,将概念、原理、问题和解决方法等知识点、技能点进行可视化处理,使抽象的概念学习、操作技能变得容易理解并能够快速掌握,让教学实训变得高效、简单。通过专业网站及资源库建设,进一步提升专业内涵及品牌影响力。最后,依托我院的机电技术服务中心,从而提升社会服务能力。“机电一体化技术与系统”课程的改革既提升了实训硬件条件,也为科研和校企合作提供了良好的平台,进而逐步提升机电专业社会服务能力。 二、课程改革方法 1.建设实训室,开发虚拟仿真硬件。为了提高教学效果,将“机电一体化技术与系统”这门理论课程进行教学改革,创建机电一体化综合实训室。目前,实训室已经建设成功并已经投入使用,实训系统集成人机界面、通信网络、多种传感器(压力、流量控制等),能实现自动化技术相关专业中PLC应用技术教学、训练和考核。平台将机械部件的装调、气动传动的应用、电气控制系统、传感器检测、PLC以及工业网络控制技术有机地的整合到一起,结构采用模块化,非常方便组合,可以选择单个模块进行单项技能训练,也可以选择某几个模块组合进行综合性项目的训练。平台可以实现机械部件安装及调试的训练、气动传动系统的安装及调试实训、电气控制电路的安装与故障检测、PLC的编程训练,自动控制系统安装与调试、机电设备安装及调试、集工业网络控制系统安装及调试于一体,能很好地满足我们学院机电一体化专业实训教学的需要。全套大中型新型PLC(siemenss7-1200plc、siemenss7-200smartplc)与配套触摸屏(siemensktp1200)组合的控制系统。系统包含A、B、C、D四个模块,可以实现以太网通讯和DP通讯的实训,A模块与C模块用siemenss7-1200plc控制,A与C之间的通讯可采用DP通讯也可以选择以太网通讯,其他模块之间的通讯采用以太网通讯方式,具体如图1所示:1该门课程的主要教学内容包括机械部件的装调、传感器的原理及装调、plc的编程及调试、变频器的使用、触摸屏的使用。值得一提的是,“PLC的编程及调试”在实训过程中极易发生碰撞,其中旋转气缸几乎每一批实训中会被撞坏一到两台。而虚拟仿真是解决这个问题的最好方法。联合企业开发虚拟的硬件装置,用真实的PLC控制虚拟的硬件,这样在调试中如果程序错误,虚拟硬件发生了碰撞,我们可以及时修改程序,直到程序调试正确再去调试真实的硬件。这样就防止了真实硬件的碰撞,从而大大节约了成本,提高了教学效果。除此之外,虚拟硬件的使用对实物硬件的数量要求就大大降低,可以进一步提高教学效率,同时,节约了购置大量硬件的成本,而该课程中的其他部分可直接采用实物实训的方式。 2.建设移动自主学习平台。平台主要由三部分组成,即“服务器+无线AP+客户端APP”。教师录制视频直接上传到移动课堂终端,学生立即可以通过移动课堂进行视频学习,实操过程中则随时查阅对照,加深认识。“移动物联自主学习平台”是依托自带局域Wifi,基于移动终端(智能手机、平板电脑等)数字化应用的移动式物联的创新型学习平台,可广泛架构在校园内的任意场室,让学生共享校内的资讯与学习资源,并自主学习课程及相关知识,同时,该平台更注重于实训教学过程中数字化学习资源的开发与整合、结合二维码等扫描技术,让数字媒体资源与实训教学场室的物体(设备、看板、工具等)进行对应链接,实现“所见即所学”的新型学习方式与途径,从而实现学习资源的开放共享,完美实现了“数字资源与实物载体相对接,线上与线下学习相结合”的新型移动自主学习策略。提供无纸化考试功能,随时进行单元测试、期末测试、考证模拟测试,答完即时判卷,并可针对答错试题重新练习。学生在过程中有不懂的知识点,不需要求助老师,可以通过移动学习平台下载资源,也可以通过扫一扫实训室内设备、在学习器件及挂图中带有二维码的知识点,选择相关实训内容下载到自己的手机上,进行自主学习(不需要流量)。此外,通过考试系统还能随时检验自己学习的效果。 三、课程教学实施 1.教学要求。以校企合作的方式积极探索适合该门课程的教学方法,坚持以学生为主体、边做边学的教学理念。充分利用现代化的教学方法,实现仿真教学与实物教学的有机结合;充分结合公司岗位工作情况,实施真实的项目化教学,开展企业岗位能力内容培训和业绩考核。 2.教学组织形式。强化现场教学,改革教学方法,创新教学手段和教学模式,实现集中讲授以任务驱动、项目实施、案例分析等,突出培养学生解决和分析实际问题的能力;加强数字化资源、仿真资源等教学资源的开发与利用;教学手段应多元化,运用网络多媒体教学,引入企业和学校远程资源。 3.课程改革的预期效果。创建“一体多能”的机电一体化综合实训室,提升学校实训条件,缩小实训条件与企业生产之间的距离,形成设备技术力量上的无缝对接,联合企业共同开发虚拟仿真软件。 作者:李嫄 机电一体化教学改革篇3 “机电一体化系统设计”课程设计是机械制造及其自动化专业课程体系中一个重要的实践性环节[1-5],通过课程设计的训练,锻炼学生的应用能力,特别是创新能力和动手实践能力[6-8],使学生对机、电、液一体化设计过程有一个全面系统的认识,将整个大学课程内容有机融合起来,提高学生自动化设计能力[9-13],为将来工作和继续深造打下基础。 1课程设计的目的和设计流程 本课程设计主要以我校机电学院农业机械实验室的各种农业机械、工程训练中心的模块化生产线和机器人为课程设计的研究对象,通过对研究对象的机械构造、电气控制原理的分析,对研究对象提出改进设计。在整个设计过程中使学生初步掌握机械系统、电气系统和运动控制系统的设计方法,并训练学生如何查阅资料及图表、进行数据处理以及创新设计,提高学生独立设计机电一体化产品的技术与能力,学会综合应用已学到的知识解决实际问题的能力。本次课程设计的流程如图1所示,首先集中进行设计动员大会,给学生讲解具体的设计流程、设计任务、设计目标、考核方式及注意事项等问题,然后下达设计任务。由学生自由组合成设计小组并进行选题。学生选题后对具体的装备进行了解,由指导教师现场指导和答疑,再由学生查阅相关资料,由小组成员共同提出不同的设计方案,并提交指导教师审核讨论,确定方案后进入具体的设计环节。为了提高课程设计质量,中间进行小组的中期考核,课程设计最后一天进行答辩总结。答辩通过的小组修改完善后上交说明书及图纸等纸质材料,并提交相关电子材料和实物存档。 2指导方式与考核环节的改革 2.1选题原则 学生可独立或组成课题组(不超过3人),从机电一体化课程设计选题单中任选一个题目,完成该题目的设计要求。鼓励学生和课题组自行拟定题目进行创新设计和深入研究,鼓励学生自己选取感兴趣的研究内容,鼓励学生对自己选择的题目制作出实物,学院可给予一定的资金支持。或根据自己的毕业设计题目报指导小组教师审核批准后完成机电一体化课程设计任务。小组成员相互协作完成所规定的研究内容,每个小组要标明小组成员在设计中的具体任务,最终答辩时要标明总体工作中的贡献和工作比例,或者每个人负责的内容。 2.2设计环节及过程控制管理 学生在选题后进入方案确定环节,该环节采用“学生为主,教师为辅”的原则,充分调动学生的自主性。学生首先在实验室中找到与自己所选题目相关的设备或机具,对其基本结构、工作原理与传动控制方式进行深入分析与研究,测绘相关参数、绘制机构简图、查阅相关文献资料及对资料进行分析总结。小组成员根据所选题目的任务要求,对运动形式、驱动方案、传动方案、控制方案等进行初步设计,确定多种预备方案。遇到问题需要小组成员共同讨论解决,指导教师只以启发式的方式辅助指导,既增强了互动性,又调动了学生积极性。学生在资料搜集和制订方案过程中,培养了独立思考与解决实际问题的能力,设计的方案表现出较强的创新性,综合运用所学知识解决工程问题的能力得到提升。学生确定方案后,进入方案讨论环节,以小组为单位与指导教师分别进行讨论交流,该环节考查学生在设计中总体设计方案的可行性。如果方案问题较多或者不可行,指导教师会与学生共同讨论,引导和启发学生提出可行的改进方案,并由学生对设计方案自主改进和完善后,再与指导教师讨论交流,直至方案可行后进入具体设计环节。指导教师根据小组设计方案的质量给小组成员分别打分。为了提高课程设计的质量,应对课程设计全程进行监控。中期检查就是一项有效的督导措施。该环节着重检查学生的设计进度及设计过程中所遇到的突出问题。采取ppt汇报的形式,首先每组的组长汇报课程设计的总体情况及进展,小组成员分别汇报各自的工作,然后进行讨论和提问,小组成员回答老师和同学的问题,再由指导教师针对存在的问题提出合理化建议,最后由指导教师根据小组成员的工作及表现进行评分。课程设计的最后一天进行小组答辩,采取ppt汇报的形式,有实物的进行实物现场演示,指导教师根据汇报情况和完成情况现场打分。通过答辩的小组,根据指导教师提出的问题和修改建议,完善方案后上交纸质资料、电子版资料及实物存档。未通过答辩的小组,根据指导教师的整改意见修改后,进行二次答辩。 2.3考核方式 课程设计最终成绩由自评成绩(20分)、考勤成绩(10分)、方案讨论成绩(20分)、中期考核成绩(20分)及最终答辩成绩(30分)5部分组成,具体评定标准见表1。通过对每个小组成员每个设计环节的详细考核和评分,既有力监督了每位成员的设计过程和设计能力,又对每位学生最终成绩的评定提供了相对合理的评定规则。 3课程设计过程中存在的问题及改进措施 3.1存在的问题 在课程设计过程中也存在一些问题。首先是课程设计的时间安排。因为课程设计被安排在大四第一学期的后半学期,由于课设时间与考研时间重叠,考研学生的出勤情况和时间投入较差,影响到本次课程设计的教学效果;找工作的学生也不能保证充足的设计时间;一些制作实物或模型的小组由于网购材料和制作时间较长,个别小组会存在完不成的情况。其次是个别学生存在滥竽充数,不参与小组的实际设计工作。个别学习较差或懒散的学生,跟在学习较好的学生后面,经常出现小组3个学生中,实际只有1个学生具体设计,其他学生只是挂名。再次,因为设计过程中考研、找工作的人比较多,经常存在问题不能及时反馈、联系不畅等问题。 3.2改进措施 鉴于教师与学生在进行课程设计过程中的各种问题,采取了如下一些改进措施。首先,将机电一体化系统课程设计的时间安排进行适当调整,将课程设计的时间提前到开学初进行,课程设计过程及时间采取弹性制,具体安排上给学生充足的自由,但5个考核环节不变。例如选题在开学初进行,每组的设计时间最少3周;设计环节由学生自主控制,在完成相应环节后找指导教师讨论交流,指导教师根据各个小组每周的完成情况进行分类指导,分别进行方案设计讨论及中期考核和终期答辩。这样在较长的时间跨度内,可以给考研和找工作的学生充足的自由,制作实物的也有充足的时间进行调试改进,确保设计质量。其次,针对在小组里面不实际参与的学生,在方案讨论、中期考核、终期答辩等环节严格把关,小组成员分别介绍自己的具体工作和设计过程,指导教师分别针对每个成员提出问题,对于不实际参与的学生,一旦发现立即提出警告,并令其限期改进该环节的设计工作,该环节的得分降一档次,并在接下来的环节成为重点跟踪检查对象。再次,充分利用网络平台,建立QQ群、微信群,及时发布消息、共享资料,确保每个学生都能联系通畅,减少因为信息闭塞、沟通不及时影响课程设计效果。 4教学过程实施效果 首先,本课程设计结合我院现有设备,反复进行讨论,选择确定了所有题目。针对我院农机实验室的先进农机装备进行电气化改进设计,具有一定的实践应用价值,同时也结合了农业院校的特色,在教学过程中取得了良好的效果。学生在设计过程中,研究对象看得见、摸得着,通过对机械的实际观察和操作,查阅相关技术资料、结合题目设计要求,能够很快进入设计角色,也增加了学生的设计热情,提高了设计的主动性。其次,实施小组分工合作设计方式,小组成员共同完成具体的设计任务,培养了学生的沟通协作能力,锻炼了学生综合运用前3年学习到的知识解决实际问题的能力和应用创新能力。在整个课程设计过程中,学生提出了许多优秀的设计方案,能够积极主动地进行各部分的创新设计,并制作相应实物或模型,进行调试改进。另外,通过实施过程控制管理,严格把关每个设计环节,严格审核每个学生的设计工作,充分调动了每个学生的积极性和主动性。通过不断完善每个环节的管理控制和全员全力参与,课程设计质量逐年提升。 作者:李卫 张军昌 黄玉祥 侯俊才 石复习 陈军 单位:西北农林科技大学 机械与电子工程学院
电子学论文:硅微电子学研究论文 摘要本文展望了21世纪微电子技术的发展趋势。认为:21世纪初的微电子技术仍将以硅基CMOS电路为主流工艺,但将突破目前所谓的物理“限制”,继续快速发展;集成电路将逐步发展成为集成系统;微电子技术将与其它技术结合形成一系列新的增长点,例如微机电系统(MEMS)、DNA芯片等。具体地讲,SOC设计技术、超微细光刻技术、虚拟工厂技术、铜互连及低K互连绝缘介质、高K栅绝缘介质和栅工程技术、SOI技术等将在近几年内得到快速发展。21世纪将是我国微电子产业的黄金时代。 关键词微电子技术集成系统微机电系统DNA芯片 1引言 综观人类社会发展的文明史,一切生产方式和生活方式的重大变革都是由于新的科学发现和新技术的产生而引发的,科学技术作为革命的力量,推动着人类社会向前发展。从50多年前晶体管的发明到目前微电子技术成为整个信息社会的基础和核心的发展历史充分证明了“科学技术是第一生产力”。信息是客观事物状态和运动特征的一种普遍形式,与材料和能源一起是人类社会的重要资源,但对它的利用却仅仅是开始。当前面临的信息革命以数字化和网络化作为特征。数字化大大改善了人们对信息的利用,更好地满足了人们对信息的需求;而网络化则使人们更为方便地交换信息,使整个地球成为一个“地球村”。以数字化和网络化为特征的信息技术同一般技术不同,它具有极强的渗透性和基础性,它可以渗透和改造各种产业和行业,改变着人类的生产和生活方式,改变着经济形态和社会、政治、文化等各个领域。而它的基础之一就是微电子技术。可以毫不夸张地说,没有微电子技术的进步,就不可能有今天信息技术的蓬勃发展,微电子已经成为整个信息社会发展的基石。 50多年来微电子技术的发展历史,实际上就是不断创新的过程,这里指的创新包括原始创新、技术创新和应用创新等。晶体管的发明并不是一个孤立的精心设计的实验,而是一系列固体物理、半导体物理、材料科学等取得重大突破后的必然结果。1947年发明点接触型晶体管、1948年发明结型场效应晶体管以及以后的硅平面工艺、集成电路、CMOS技术、半导体随机存储器、CPU、非挥发存储器等微电子领域的重大发明也都是一系列创新成果的体现。同时,每一项重大发明又都开拓出一个新的领域,带来了新的巨大市场,对我们的生产、生活方式产生了重大的影响。也正是由于微电子技术领域的不断创新,才能使微电子能够以每三年集成度翻两番、特征尺寸缩小倍的速度持续发展几十年。自1968年开始,与硅技术有关的学术论文数量已经超过了与钢铁有关的学术论文,所以有人认为,1968年以后人类进入了继石器、青铜器、铁器时代之后硅石时代(siliconage)〖1〗。因此可以说社会发展的本质是创新,没有创新,社会就只能被囚禁在“超稳态”陷阱之中。虽然创新作为经济发展的改革动力往往会给社会带来“创造性的破坏”,但经过这种破坏后,又将开始一个新的处于更高层次的创新循环,社会就是以这样螺旋形上升的方式向前发展。 在微电子技术发展的前50年,创新起到了决定性的作用,而今后微电子技术的发展仍将依赖于一系列创新性成果的出现。我们认为:目前微电子技术已经发展到了一个很关键的时期,21世纪上半叶,也就是今后50年微电子技术的发展趋势和主要的创新领域主要有以下四个方面:以硅基CMOS电路为主流工艺;系统芯片(SystemOnAChip,SOC)为发展重点;量子电子器件和以分子(原子)自组装技术为基础的纳米电子学;与其他学科的结合诞生新的技术增长点,如MEMS,DNAChip等。 221世纪上半叶仍将以硅基CMOS电路为主流工艺 微电子技术发展的目标是不断提高集成系统的性能及性能价格比,因此便要求提高芯片的集成度,这是不断缩小半导体器件特征尺寸的动力源泉。以MOS技术为例,沟道长度缩小可以提高集成电路的速度;同时缩小沟道长度和宽度还可减小器件尺寸,提高集成度,从而在芯片上集成更多数目的晶体管,将结构更加复杂、性能更加完善的电子系统集成在一个芯片上;此外,随着集成度的提高,系统的速度和可靠性也大大提高,价格大幅度下降。由于片内信号的延迟总小于芯片间的信号延迟,这样在器件尺寸缩小后,即使器件本身的性能没有提高,整个集成系统的性能也可以得到很大的提高。 自1958年集成电路发明以来,为了提高电子系统的性能,降低成本,微电子器件的特征尺寸不断缩小,加工精度不断提高,同时硅片的面积不断增大。集成电路芯片的发展基本上遵循了Intel公司创始人之一的GordonE.Moore1965年预言的摩尔定律,即每隔三年集成度增加4倍,特征尺寸缩小倍。在这期间,虽然有很多人预测这种发展趋势将减缓,但是微电子产业三十多年来发展的状况证实了Moore的预言[2]。而且根据我们的预测,微电子技术的这种发展趋势还将在21世纪继续一段时期,这是其它任何产业都无法与之比拟的。 现在,0.18微米CMOS工艺技术已成为微电子产业的主流技术,0.035微米乃至0.020微米的器件已在实验室中制备成功,研究工作已进入亚0.1微米技术阶段,相应的栅氧化层厚度只有2.0~1.0nm。预计到2010年,特征尺寸为0.05~0.07微米的64GDRAM产品将投入批量生产。 21世纪,起码是21世纪上半叶,微电子生产技术仍将以尺寸不断缩小的硅基CMOS工艺技术为主流。尽管微电子学在化合物和其它新材料方面的研究取得了很大进展;但还不具备替代硅基工艺的条件。根据科学技术的发展规律,一种新技术从诞生到成为主流技术一般需要20到30年的时间,硅集成电路技术自1947年发明晶体管1958年发明集成电路,到60年代末发展成为大产业也经历了20多年的时间。另外,全世界数以万亿美元计的设备和技术投入,已使硅基工艺形成非常强大的产业能力;同时,长期的科研投入已使人们对硅及其衍生物各种属性的了解达到十分深入、十分透彻的地步,成为自然界100多种元素之最,这是非常宝贵的知识积累。产业能力和知识积累决定了硅基工艺起码将在50年内仍起重要作用,人们不会轻易放弃。 目前很多人认为当微电子技术的特征尺寸在2015年达到0.030~0.015微米的“极限”之后,将是硅技术时代的结束,这实际上是一种误解。且不说微电子技术除了以特征尺寸为代表的加工工艺技术之外,还有设计技术、系统结构等方面需要进一步的大力发展,这些技术的发展必将使微电子产业继续高速增长。即使是加工工艺技术,很多著名的微电子学家也预测,微电子产业将于2030年左右步入像汽车工业、航空工业这样的比较成熟的朝阳工业领域。即使微电子产业步入汽车、航空等成熟工业领域,它仍将保持快速发展趋势,就像汽车、航空工业已经发展了50多年仍极具发展潜力一样。 随着器件的特征尺寸越来越小,不可避免地会遇到器件结构、关键工艺、集成技术以及材料等方面的一系列问题,究其原因,主要是:对其中的物理规律等科学问题的认识还停留在集成电路诞生和发展初期所形成的经典或半经典理论基础上,这些理论适合于描述微米量级的微电子器件,但对空间尺度为纳米量级、空间尺度为飞秒量级的系统芯片中的新器件则难以适用;在材料体系上,SiO2栅介质材料、多晶硅/硅化物栅电极等传统材料由于受到材料特性的制约,已无法满足亚50纳米器件及电路的需求;同时传统器件结构也已无法满足亚50纳米器件的要求,必须发展新型的器件结构和微细加工、互连、集成等关键工艺技术。具体的需要创新和重点发展的领域包括:基于介观和量子物理基础的半导体器件的输运理论、器件模型、模拟和仿真软件,新型器件结构,高k栅介质材料和新型栅结构,电子束步进光刻、13nmEUV光刻、超细线条刻蚀,SOI、GeSi/Si等与硅基工艺兼容的新型电路,低K介质和Cu互连以及量子器件和纳米电子器件的制备和集成技术等。 3量子电子器件(QED)和以分子原子自组装技术为基础的纳米电子学将带来崭新的领域 在上节我们谈到的以尺寸不断缩小的硅基CMOS工艺技术,可称之为“scalingdown”,与此同时我们必须注意“bottomup”。“bottomup”最重要的领域有二个方面: (1)量子电子器件(QED—QuantumElectronDevice)这里包括单电子器件和单电子存储器等。它的基本原理是基于库仑阻塞机理控制一个或几个电子运动,由于系统能量的改变和库仑作用,一个电子进入到一个势阱,则将阻止其它电子的进入。在单电子存储器中量子阱替代了通常存储器中的浮栅。它的主要优点是集成度高;由于只有一个或几个电子活动所以功耗极低;由于相对小的电容和电阻以及短的隧道穿透时间,所以速度很快;且可用于多值逻辑和超高频振荡。但它的问题是制造比较困难,特别是制造大量的一致性器件很困难;对环境高度敏感,可靠性难以保证;在室温工作时要求电容极小(αF),要求量子点大小在几个纳米。这些都为集成成电路带来了很大困难。 因此,目前可以认为它们的理论是清楚的,工艺有待于探索和突破。 (2)以原子分子自组装技术为基础的纳米电子学。这里包括量子点阵列(QCA—Quantum-dotCellularAutomata)和以碳纳米管为基础的原子分子器件等。 量子点阵列由量子点组成,至少由四个量子点,它们之间以静电力作用。根据电子占据量子点的状态形成“0”和“1”状态。它在本质上是一种非晶体管和无线的方式达到阵列的高密度、低功耗和实现互连。其基本优势是开关速度快,功耗低,集成密度高。但难以制造,且对值置变化和大小改变都极为灵敏,0.05nm的变化可以造成单元工作失效。 以碳纳米管为基础的原子分子器件是近年来快速发展的一个有前景的领域。碳原子之间的键合力很强,可支持高密度电流,而热导性能类似于金刚石,能在高集成度时大大减小热耗散,性质类金属和半导体,特别是它有三种可能的杂交态,而Ge、Si只有一个。这些都使碳纳米管(CNT)成为当前科研热点,从1991年发现以来,现在已有大量成果涌现,北京大学纳米中心彭练矛教授也已制备出0.33纳米的CNT并提出“T形结”作为晶体管的可能性。但是问题是如何去生长有序的符合设计性能的CNT器件,更难以集成。 目前“bottomup”的量子器件和以自组装技术为基础的纳米器件在制造工艺上往往与“Scalingdown”的加工方法相结合以制造器件。这对于解决高集成度CMOS电路的功耗制约将会带来突破性的进展。 QCA和CNT器件不论在理论上还是加工技术上都有大量工作要做,有待突破,离开实际应用还需较长时日!但这终究是一个诱人探索的领域,我们期待它们将创出一个新的天地。 4系统芯片(SystemOnAChip)是21世纪微电子技术发展的重点 在集成电路(IC)发展初期,电路设计都从器件的物理版图设计入手,后来出现了集成电路单元库(Cell-Lib),使得集成电路设计从器件级进入逻辑级,这样的设计思路使大批电路和逻辑设计师可以直接参与集成电路设计,极大地推动了IC产业的发展。但集成电路仅仅是一种半成品,它只有装入整机系统才能发挥它的作用。IC芯片是通过印刷电路板(PCB)等技术实现整机系统的。尽管IC的速度可以很高、功耗可以很小,但由于PCB板中IC芯片之间的连线延时、PCB板可靠性以及重量等因素的限制,整机系统的性能受到了很大的限制。随着系统向高速度、低功耗、低电压和多媒体、网络化、移动化的发展,系统对电路的要求越来越高,传统集成电路设计技术已无法满足性能日益提高的整机系统的要求。同时,由于IC设计与工艺技术水平提高,集成电路规模越来越大,复杂程度越来越高,已经可以将整个系统集成为一个芯片。目前已经可以在一个芯片上集成108-109个晶体管,而且随着微电子制造技术的发展,21世纪的微电子技术将从目前的3G时代逐步发展到3T时代(即存储容量由G位发展到T位、集成电路器件的速度由GHz发展到灯THz、数据传输速率由Gbps发展到Tbps,注:1G=109、1T=1012、bps:每秒传输数据位数)。 正是在需求牵引和技术推动的双重作用下,出现了将整个系统集成在一个微电子芯片上的系统芯片(SystemOnAChip,简称SOC)概念。 系统芯片(SOC)与集成电路(IC)的设计思想是不同的,它是微电子设计领域的一场革命,它和集成电路的关系与当时集成电路与分立元器件的关系类似,它对微电子技术的推动作用不亚于自50年代末快速发展起来的集成电路技术。 SOC是从整个系统的角度出发,把处理机制、模型算法、芯片结构、各层次电路直至器件的设计紧密结合起来,在单个(或少数几个)芯片上完成整个系统的功能,它的设计必须是从系统行为级开始的自顶向下(Top-Down)的。很多研究表明,与IC组成的系统相比,由于SOC设计能够综合并全盘考虑整个系统的各种情况,可以在同样的工艺技术条件下实现更高性能的系统指标。例如若采用SOC方法和0.35μm工艺设计系统芯片,在相同的系统复杂度和处理速率下,能够相当于采用0.18~0.25μm工艺制作的IC所实现的同样系统的性能;还有,与采用常规IC方法设计的芯片相比,采用SOC设计方法完成同样功能所需要的晶体管数目约可以降低l~2个数量级。 对于系统芯片(SOC)的发展,主要有三个关键的支持技术。 (1)软、硬件的协同设计技术。面向不同系统的软件和硬件的功能划分理论(FunctionalPartitionTheory),这里不同的系统涉及诸多计算机系统、通讯系统、数据压缩解压缩和加密解密系统等等。 (2)IP模块库问题。IP模块有三种,即软核,主要是功能描述;固核,主要为结构设计;和硬核,基于工艺的物理设计、与工艺相关,并经过工艺验证过的。其中以硬核使用价值最高。CMOS的CPU、DRAM、SRAM、E2PROM和FlashMemory以及A/D、D/A等都可以成为硬核。其中尤以基于深亚微米的新器件模型和电路模拟为基础,在速度与功耗上经过优化并有最大工艺容差的模块最有价值。现在,美国硅谷在80年代出现无生产线(Fabless)公司的基础上,90年代后期又出现了一些无芯片(Chipless)的公司,专门销售IP模块。 (3)模块界面间的综合分析技术,这主要包括IP模块间的胶联逻辑技术(gluelogictechnologies)和IP模块综合分析及其实现技术等。 微电子技术从IC向SOC转变不仅是一种概念上的突破,同时也是信息技术新发展的里程碑。通过以上三个支持技术的创新,它必将导致又一次以系统芯片为主的信息技术上的革命。目前,SOC技术已经崭露头角,21世纪将是SOC技术真正快速发展的时期。 在新一代系统芯片领域,需要重点突破的创新点主要包括实现系统功能的算法和电路结构两个方面。在微电子技术的发展历史上,每一种算法的提出都会引起一场变革,例如维特比算法、小波变换等均对集成电路设计技术的发展起到了非常重要的作用,目前神经网络、模糊算法等也很有可能取得较大的突破。提出一种新的电路结构可以带动一系列的应用,但提出一种新的算法则可以带动一个新的领域,因此算法应是今后系统芯片领域研究的重点学科之一。在电路结构方面,在系统芯片中,由于射频、存储器件的加入,其中的电路结构已经不是传统意义上的CMOS结构,因此需要发展更灵巧的新型电路结构。另外,为了实现胶联逻辑(GlueLogic)新的逻辑阵列技术有望得到快速的发展,在这一方面也需要做系统深入的研究。 5微电子与其他学科的结合诞生新的技术增长点 微电子技术的强大生命力在于它可以低成本、大批量地生产出具有高可靠性和高精度的微电子结构模块。这种技术一旦与其它学科相结合,便会诞生出一系列崭新的学科和重大的经济增长点,这方面的典型例子便是MEMS(微机电系统)技术和DNA生物芯片。前者是微电子技术与机械、光学等领域结合而诞生的,后者则是与生物工程技术结合的产物。 微电子机械系统不仅是微电子技术的拓宽和延伸,它将微电子技术和精密机械加工技术相互融合,实现了微电子与机械融为一体的系统。MEMS将电子系统和外部世界联系起来,它不仅可以感受运动、光、声、热、磁等自然界的外部信号,把这些信号转换成电子系统可以认识的电信号,而且还可以通过电子系统控制这些信号,发出指令并完成该指令。从广义上讲,MEMS是指集微型传感器、微型执行器、信号处理和控制电路、接口电路、通信系统以及电源于一体的微型机电系统。MEMS技术是一种典型的多学科交叉的前沿性研究领域,它几乎涉及到自然及工程科学的所有领域,如电子技术、机械技术、光学、物理学、化学、生物医学、材料科学、能源科学等〖3〗。 MEMS的发展开辟了一个全新的技术领域和产业。它们不仅可以降低机电系统的成本,而且还可以完成许多大尺寸机电系统所不能完成的任务。正是由于MEMS器件和系统具有体积小、重量轻、功耗低、成本低、可靠性高、性能优异及功能强大等传统传感器无法比拟的优点,因而MEMS在航空、航天、汽车、生物医学、环境监控、军事以及几乎人们接触到的所有领域中都有着十分广阔的应用前景。例如微惯性传感器及其组成的微型惯性测量组合能应用于制导、卫星控制、汽车自动驾驶、汽车防撞气囊、汽车防抱死系统(ABS)、稳定控制和玩具;微流量系统和微分析仪可用于微推进、伤员救护;信息MEMS系统将在射频系统、全光通讯系统和高密度存储器和显示等方面发挥重大作用;同时MEMS系统还可以用于医疗、光谱分析、信息采集等等。现在已经成功地制造出了尖端直径为5μm的可以夹起一个红细胞的微型镊子,可以在磁场中飞行的象蝴蝶大小的飞机等。 MEMS技术及其产品的增长速度非常之高,目前正处在技术发展时期,再过若干年将会迎来MEMS产业化高速发展的时期。2000年,全世界MEMS的市场达到120到140亿美元,而带来的与之相关的市场达到1000亿美元。 目前,MEMS系统与集成电路发展的初期情况极为相似。集成电路发展初期,其电路在今天看来是很简单的,应用也非常有限,以军事需求为主,但它的诱人前景吸引了人们进行大量投资,促进了集成电路飞速发展。集成电路技术的进步,加快了计算机更新换代的速度,对CPU和RAM的需求越来越大,反过来又促进了集成电路的发展。集成电路和计算机在发展中相互推动,形成了今天的双赢局面,带来了一场信息革命。现阶段的微机电系统专用性很强,单个系统的应用范围非常有限,还没有出现类似于CPU和RAM这样量大面广的产品。随着微机电系统的进步,最后将有可能形成像微电子技术一样有广泛应用前景的新产业,从而对人们的社会生产和生活方式产生重大影响。 当前MEMS系统能否取得更更大突破,取决于两方面的因素:第一是在微系统理论与基础技术方面取得突破性进展,使人们依靠掌握的理论和基础技术可以高效地设计制造出所需的微系统;第二是找准应用突破口,扬长避短,以特别适合微系统应用的重大领域为目标进行研究,取得突破,从而带动微系统产业的发展。在MEMS发展中需要继续解决的问题主要有:MEMS建模与设计方法学研究;三维微结构构造原理、方法、仿真及制造;微小尺度力学和热学研究;MEMS的表征与计量方法学;纳结构与集成技术等。 微电子与生物技术紧密结合诞生的以DNA芯片等为代表的生物芯片将是21世纪微电子领域的另一个热点和新的经济增长点。它是以生物科学为基础,利用生物体、生物组织或细胞等的特点和功能,设计构建具有预期性状的新物种或新品系,并与工程技术相结合进行加工生产,它是生命科学与技术科学相结合的产物。具有附加值高、资源占用少等一系列特点,正日益受到广泛关注。目前最有代表性的生物芯片是DNA芯片。 采用微电子加工技术,可以在指甲盖大小的硅片上制作出包含有多达万种DNA基因片段的芯片。利用这种芯片可以在极快的时间内检测或发现遗传基因的变化等情况,这无疑对遗传学研究、疾病诊断、疾病治疗和预防、转基因工程等具有极其重要的作用。 DNA芯片的基本思想是通过生物反应或施加电场等措施使一些特殊的物质能够反映出某种基因的特性从而起到检测基因的目的。目前Stanford和Affymetrix公司的研究人员已经利用微电子技术在硅片或玻璃片上制作出了DNA芯片〖4〗。他们制作的DNA芯片是通过在玻璃片上刻蚀出非常小的沟槽,然后在沟槽中覆盖一层DNA纤维。不同的DNA纤维图案分别表示不同的DNA基因片段,该芯片共包括6000余种DNA基因片段。DNA(脱氧核糖核酸)是生物学中最重要的一种物质,它包含有大量的生物遗传信息,DNA芯片的作用非常巨大,其应用领域也非常广泛:它不仅可以用于基因学研究、生物医学等,而且随着DNA芯片的发展还将形成微电子生物信息系统,这样该技术将广泛应用到农业、工业、医学和环境保护等人类生活的各个方面,那时,生物芯片有可能象今天的IC芯片一样无处不在。 目前的生物芯片主要是指通过平面微细加工技术及超分子自组装技术,在固体芯片表面构建的微分析单元和系统,以实现对化合物、蛋白质、核酸、细胞以及其它生物组分的准确、快速、大信息量的筛选或检测。生物芯片的主要研究包括采用生物芯片的具体实现技术、基于生物芯片的生物信息学以及高密度生物芯片的设计、检测方法学等等。 6结语 在微电子学发展历程的前50年中,创新和基础研究曾起到非常关键的决定性作用。而随着器件特征尺寸的缩小、纳米电子学的出现、新一代SOC的发展、MEMS和DNA芯片的崛起,又提出了一系列新的课题,客观需求正在“召唤”创新成果的诞生。 回顾20世纪后50年,展望21世纪前50年,即百年的微电子科学技术发展历程,使我们深切地感受到,世纪之交的微电子技术对我们既是一个重大的机遇,也是一个严峻的挑战,如果我们能够抓住这个机遇,立足创新,去勇敢地迎接这个挑战,则有可能使我国微电子技术实现腾飞,在新一代微电子技术中拥有自己的知识产权,促进我国微电子产业的发展,为迎接21世纪中叶将要到来的伟大的民族复兴奠定技术基础,以重铸中华民族的辉煌! 电子学论文:光学与电子学相结合分析论文 0引言 光电检测技术是光学与电子学相结合而产生的一门新兴检测技术[1]。它主要利用电子技术对光学信号进行检测,并进一步传递、储存、控制、计算和显示[2]。光电检测技术从原理上讲可以检测一切能够影响光量和光特性的非电量。它可通过光学系统把待检测的非电量信息变换成为便于接受的光学信息,然后用光电探测器件将光学信息量变换成电量,并进一步经过电路放大、处理,以达到电信号输出的目的[3]。然后采用电子学、信息论、计算机及物理学等方法分析噪声产生的原因和规律,以便于进行相应的电路改进,更好地研究被噪声淹没的微弱有用信号的特点与相关性,从而了解非电量的状态。微弱信号检测的目的是从强噪声中提取有用信号,同时提高检测系统输出信号的信噪比。 1光电检测电路的基本构成 光电探测器所接收到的信号一般都非常微弱,而且光探测器输出的信号往往被深埋在噪声之中,因此,要对这样的微弱信号进行处理,一般都要先进行预处理,以将大部分噪声滤除掉,并将微弱信号放大到后续处理器所要求的电压幅度。这样,就需要通过前置放大电路、滤波电路和主放大电路来输出幅度合适、并已滤除掉大部分噪声的待检测信号。其光电检测模块的组成框图如图1所示。 2光电二极管的工作模式与等效模型 2.1光电二极管的工作模式 光电二极管一般有两种模式工作:零偏置工作和反偏置工作,图2所示是光电二极管的两种模式的偏置电路。图中,在光伏模式时,光电二极管可非常精确的线性工作;而在光导模式时,光电二极管可实现较高的切换速度,但要牺牲一定的线性。事实上,在反偏置条件下,即使无光照,仍有一个很小的电流(叫做暗电流或无照电流1。而在零偏置时则没有暗电流,这时二极管的噪声基本上是分路电阻的热噪声;在反偏置时,由于导电产生的散粒噪声成为附加的噪声源。因此,在设计光电二极管电路的过程中,通常是针对光伏或光导两种模式之一进行最优化设计,而不是对两种模式都进行最优化设计[4]。 一般来说,在光电精密测量中,被测信号都比较微弱,因此,暗电流的影响一般都非常明显。本设计由于所讨论的待检测信号也是十分微弱的信号,所以,尽量避免噪声干扰是首要任务,所以,设计时采用光伏模式。 2.2光电二极管的等效电路模型 工作于光伏方式下的光电二极管的工作模型如图3所示,它包含一个被辐射光激发的电流源、一个理想的二极管、结电容和寄生串联及并联电阻。图中,IL为二极管的漏电流;ISC为二极管的电流;RPD为寄生电阻;CPD为光电二极管的寄生电容;ePD为噪声源;Rs为串联电阻。 由于工作于该光伏方式下的光电二极管上没有压降,故为零偏置。在这种方式中,影响电路性能的关键寄生元件为CPD和RPD,它们将影响光检测电路的频率稳定性和噪声性能。CPD是由光电二极管的P型和N型材料间的耗尽层宽度产生的。耗尽层越窄,结电容的值越大。相反,较宽的耗尽层(如PIN光电二极管)会表现出较宽的频谱响应。硅二极管结电容的数值范围大约在20或25pF到几千pF以上。而光电二极管的寄生电阻RPD(也称作"分流"电阻或"暗"电阻),则与光电二极管的偏置有关。 与光伏电压方式相反,光导方式中的光电二极管则有一个反向偏置电压加至光传感元件的两端。当此电压加至光检测器件时,耗尽层的宽度会增加,从而大幅度地减小寄生电容CPD的值。寄生电容值的减小有利于高速工作,然而,线性度和失调误差尚未最优化。这个问题的折衷设计将增加二极管的漏电流IL和线性误差。 3电路设计 3.1主放大器设计 众多需要检浏的微弱光信号通常都是通过各种传感器来进行非电量的转换,从而使检测对象转变为电量(电流或电压)。由于所测对象本身为微弱量,同时受各种不同传感器灵敏度的限制,因而所得到的电量自然是小信号,一般不能直接用于采样处理。本设计中的光电二极管前置放大电路主要起到电流转电压的作用,但后续电路一般为A/D转换电路,所需电压幅值一般为2V。然而,即使是这样,而输出的电压信号一般还需要继续放大几百倍,因此还需应用主放大电路。其典型放大电路如图4所示。 该主放大器的放大倍数为A=l+R2/R3,其中R2为反馈电阻。为了后续电路的正常工作,设计时需要设定合理的R2和R1值,以便得到所需幅值的输出电压。即有 3.2滤波器设计 为使电路设计简洁并具有良好的信噪比,设计时还需要用带通滤波器对信号进行处理。为保证测量的精确性,本设计在前置放大电路之后加人二阶带通滤波电路,以除去有用信号频带以外的噪声,包括环境噪声及由前置放大器引人的噪声。这里采用的有源带通滤波器可选通某一频段内的信号,而抑制该频段以外的信号。该滤波器的幅频特性如图5所示。图5中,f1、f2分别为上下限截止频率,f0为中心频率,其频带宽度为: B=f2-f1=f0/Q 式中,Q为品质因数,Q值越大,则随着频率的变化,增益衰减越快。这是因为中心频率一定时,Q值越大,所通过的频带越窄,滤波器的选择性好。 有源滤波器是一种含有半导体三极管、集成运算放大器等有源器件的滤波电路。这种滤波器相对于无源滤波器的特点是体积小、重量轻、价格低、结构牢固、可以集成。由于运算放大器具有输人阻抗高、输出阻抗低、高的开环增益和良好的稳定性,且构成简单而且性能优良。本设计选用了去处放大器来进行设计。 本设计选用了去处放大器来进行设计。 图6所示的二阶带通滤波器是一种二阶压控电压源(VCVS)带通滤波器,其滤波电路采用有源滤波器完成,并由二阶压控电压源(VCVS)低通滤波器和二阶压控电压源高通滤波器串接组成带通滤波器。 对于第一部分,即低通滤波器,系统要求的低通截止频率为fc,其传递函数为: 第二部分为高通滤波器,系统要求的高通截止频率为fc,其传递函数如下: 4完整的检测电路设计 本光电检测系统设计的完整电路如图7所示。为方便表示,电路中的R2、R3即为前面等效电路模型中的RT、RF。前级部分由光电转换二极管与前级放大器组成,这也是光电检测电路的核心部分,其器件选用高性能低噪声运算放大器来实现电路匹配并将光电流转换成电压信号,以实现数倍的放大。然而,虽然前级放大倍数可以设计得很大,但由于反馈电阻会引入热噪声而限制电路的信噪比,因此前级信号不能无限放大。 5结束语 本文研究了光电检测系统的原理和设计方法。通过从经济和实用的角度对相关的光电转换器件和前置放大器进行了选择和电路设计,从而确定了关键元器件的参数。实际使用证明:该设计可以满足一般光电检测场合的需要。 电子学论文:电子学院学习实践科学发展观实施方案 按照学校党委和学生工作处关于深入学习实践科学发展观活动的部署与要求,根据《*信息工程学院开展深入学习实践科学发展观活动的实施方案》和学生工作处《*信息工程学院学生党员深入学习实践科学发展观活动实施方案》,结合我院学生党员实际,特制定本方案。 一、指导思想和目标要求 我院学生党员的学习实践活动以邓小平理论和“三个代表”重要思想为指导,全面贯彻党的十七大精神,高举中国特色社会主义伟大旗帜,紧紧围绕紧紧围绕“办有特色的高水平的人民满意的高等教育,实现建设特色鲜明的教学研究型信息工程大学”的目标,按照“党员干部受教育、科学发展上水平、师生员工得实惠”的总体要求,深入开展学习实践科学发展观活动。 针对学生的全面健康发展需要,组织学生党员认真学习科学发展观的基本理论,准确把握科学发展观的重大意义、科学内涵、精神实质和根本要求,充分发挥党员的先锋模范作用,坚持正面教育为主,突出实践特色,将学习实践活动与理想信念教育、学生党建、学风建设、文明修身等各项工作相结合,与学生的社会实践、科技创新活动相结合,与促进大学生成长成才相结合,与增强学生就业竞争力相结合,引导广大学生党员讲党性、重品行、做表率,知行统一,立志成才,积极为学校的科学发展建言献策,为创建优良学风、培养高素质优秀人才、推动和谐校园的建设和高水平大学建设作贡献。 通过学习实践活动,使学生党员的政治理论水平高于普通学生,遵纪守法观念好于普通学生,服务奉献意识强于普通学生,学习创新能力优于普通学生,充分体现学生党员的先进性和先锋模范作用。 二、大学生党员开展学习实践活动需要解决的重点问题 (1)通过学习实践活动,切实加强学生党员的党性修养,进一步明确努力方向,增强志愿服务、提高综合素质和保持学生党员先进性的自觉意识。 (2)解决学生党员发挥先锋模范带头作用不够的问题,进一步优化基层学生党组织设置,发挥学生党支部在学生党建和思想政治工作中的作用,创新党支部活动方式,完善学生党员经常性教育长效机制,增强学生党支部的凝聚力、创造力和战斗力,更好地发挥战斗堡垒作用。 (3)解决部分学生学习动力不足的问题,促进学风建设上新台阶。 (4)开展多种形式的科技创新活动,全面提高学生的创新能力和综合素质。 三、对象范围 学习实践科学发展观活动的对象范围是学院全体研究生党员和本科生党员。以学生党支部为活动单位,以学生党员为重点,带动入党积极分子、全体团员和广大学生积极参加学习实践科学发展观活动。 四、活动内容、时间安排和方法步骤 根据学校统一安排,本次学习实践活动历时半年,从2009年3月下旬开始,到8月下旬结束,分三个阶段进行。 第一阶段:学习调研(2009年3月下旬至5月上旬) 各支部要精心组织学生党员,采取个人自学、集中培训、专题辅导、集体讨论等形式,对学校、学院《实施方案》规定的材料进行认真的学习,并组织好以下各项活动: 1、学院成立学生党员学习实践活动工作小组,并制定实施方案。 组长:彭勇 成员:朱正华徐俊朱竞羽毕务忠代芯姜宇忠卓文君 王楠 2、认真开好动员大会,为学习实践活动开好头。 学院在3月31日下午召开学生党员和入党积极分子大会,学院党总支书记张斌兵同志作动员,对学生党员参加学习实践活动进行思想发动和全面部署。使全体学生党员明确开展学习实践科学发展观活动的指导思想、目标要求、基本原则和具体安排。 4月1日下午4:00召开全体学生党支部书记会,传达学院深入学习实践科学发展观活动第一阶段的具体安排。进一步明确要求,保证学习实践活动的效果。 3、将学习内容抓紧抓实。 以学生党支部为单位,采取集中学习和个人自学相结合的方式,组织全体学生党员认真学习学习党的十七大精神、等中共中央领导同志关于科学发展观的一系列重要论述。以十七大报告、《邓小平论科学发展》、《科学发展观重要论述摘编》等为主要学习内容,4月底之前,各支部组织全体党员进行一次集中学习讨论、参加全院党员的集中学习、自学时间不少于每周6小时。要严肃学习纪律,建立学习考勤制度,保证参学率。以科学发展观为主题,普通党员要做到参加一次动员大会,参加一次辅导报告会,参加一次专题组织生活会,参加一次主题研讨活动,为学校(院)发展提一条建议的“五个一”基本要求。 4、以丰富多彩的主体活动为载体,强化学习实践活动的效果。 (1)学院以学生党员为骨干组织广大学生开展一次以“学习实践科学发展观,红色记忆革命情怀”为内容的主题教育活动,以知识竞赛为活动形式。 (2)学院以党支部为单位,组织学生党员开展科学发展观之“寓科学于乐”、生活中的科学常识等系列活动,通过举办生活科学知识讲座,开展生活科学常识竞赛活跃校园内的科技氛围,引导大学生学以致用、用中求学。 (3)组织全体学生开展“安全意识进宿舍”活动。在学院分团委设立安全保卫部,并在各班学生中推选出安全保卫委员,制定相应的制度和职责,并邀请学校保卫处进行安全防范意识、安全保卫责任及法制宣传等方面的培训,旨在进一步提高学生的安全保卫意识,让学生知法、懂法、守法,让学生的安全、财产等到更好的保护,真正让学生受益。 5、开展支部讨论。 各支部统一布置学生党员根据中央相关文件和有关精神,围绕科学发展观,结合大学生培养现状,积极展开深入讨论。讨论题目如下: 科学发展观与高等教育改革 科学发展观与人才培养模式改革 科学发展观与办学特色和优势 科学发展观与大学生党员成长 科学发展观与大学生择业、就业、创业 科学发展观与家庭经济困难学生资助 6、深入调研。 在深入学习的过程中,以学生党支部为单位,组织学生党员深入广大同学中开展一次调研活动。调研以“坚持科学发展,加强学风建设,促进学风根本转变”为主题,围绕学校和学院在基层党组织建设、思想政治教育、学风建设等方面内容展开,在深入实际调查研究后实事求是地撰写出调研报告,并于4月30日之前以学生党支部为单位提交调研报告报学院党总支。 第二阶段:分析检查(2009年5月中旬至6月中旬) 1、学生支部在继续抓好学生党员学习的同时,要认真梳理同学和老师提出的意见,认真进行分析检查。 2、在分析检查的基础上学生支部安排学生党员在本支部范围内开展相互谈心、交心、沟通思想的活动。要根据同学和老师提出的意见和建议对照党员的要求,查找自身存在的问题和不足,明确自己在校风、学风和班风建设方面所承担的责任及努力的方向。 3、开展优良学风、班风创建活动。学生党支部要通过丰富多彩的活动,引导学生党员和广大学生将学习实践活动与创优良学风校风紧密结合起来,排查我校学生学风建设中存在的突出问题,有力解决好学风不正和校园不文明行为的问题。 4、支部组织专题组织生活会,开展批评和自我批评。 5、在本支部覆盖范围,组织部分非党员同学对支部工作,党员个人进行民主评议。 6、举行学生党员献爱心、义务劳动日活动。 7、毕业生党支部组织全体学生参加以“感激留给老师、关心留给同学、文明留给母校”为主题的文明离校活动。发挥学生党员联系宿舍制度的作用,及时发现并协助处理“特殊群体”中存在的不稳定因素。 第三阶段:整改落实(2009年6月下旬至8月下旬) 1、党支部组织党员按照要求参加学校、学院学习实践活动满意度测评。 2、做好工作总结。 学习实践基本完成时,各学生党支部要认真总结开展学习实践活动的有效方式和经验,撰写工作总结,并上报学院党总支。 3、暑假期间组织学生党员开展访问社区、访问农村活动,进一步深化对科学发展观的认识。 五、工作要求 1.学院成立学习实践活动领导小组,负责活动规划、组织协调。各学生党支部要高度重视学习实践活动,不走过场,不流于形式,确保活动取得实效。学习活动要做到时间、地点、人员、笔记“四落实”。 2.各党支部要根据学院党总支总体安排,针对不同特点创造性地设计活动方案,全面推进,开展行之有效的学习实践活动。 3、对于集中学习活动,要严格考勤制度,切实履行请假手续,并及做好补课、补学工作。无论是集中学习和自学都要认真做好学习笔记,撰写心得体会。 4.各党支部和学院新闻中心,要加强宣传工作,通过各种形式营造学习实践活动的浓厚氛围。学院将建立宣传信息上报、通报制度。 5.总结经验,系统提升。各党支部要按照学习实践科学发展观活动的目标要求及时做好分阶段和整体活动情况的总结工作,巩固学生党建制度成果。各学生党支部总结报学院党总支。 电子学论文:中国电子学会 在2011年8月13日~8月20日于土耳其伊斯坦布尔举行的第三十届国际无线电科学联盟理事会上,中国电子学会成功申办第三十一届国际无线电科学联盟大会,并将于2014年在北京举行,这是有着近百年历史的、国际无线电领域最权威的科学大会首次在中国举办。 受中国科协委托和批准,中国电子学会代表中国申办第三十一届国际无线电科学联盟大会,中国电子学会URSI中国委员会主席吴健,中国电子学会副秘书长、URSI中国委员会秘书长林润华,URSI中国委员会各学术委员会主席、副主席及青年科学家等30多位代表参加了此次申办过程。参与本次申办联盟大会的国家城市还有加拿大蒙特利尔及日本东京。 中国电子学会URSI中国委员会主席吴健在理事会上做申办陈述报告,加拿大及日本两国也分别派代表做陈述报告。各国陈述报告后,理事会进行了紧张的投票环节。最终,中国北京以高票击败日本东京和加拿大蒙特利尔,顺利成为2014年URSI GASS的举办城市。在场各国家代表均报以热烈掌声祝贺中国取得此次会议的承办权。 此次成功申办是在中国科协的指导下,中国电子学会URSI中国委员会近20多年来不懈努力的结果。自1982年作为国家学会会员加入国际无线电科学联盟(URSI)以来,中国电子学会曾组团参加过历届国际无线电科学联盟大会,提交联盟大会申办报告共6次,但均落选。 国际无线电科学联盟 (URSI)作为直属国科联理事会(ICSU )的科学组织之一, 拥有42个正式会员,在国际无线电科学界具有崇高的科学地位和社会影响。中国电子学会受科协委托代表中国参加到该组织。 由国际无线电科学联盟主办的第三十届国际无线电科学联盟大会也同期召开。大会聚集了来自世界上42个国家和地区的约1400位无线电科学领域的著名学者、产业界知名人士、专业高层技术代表和青年科学家,与会者就世界国际无线电科学领域的发展与进步等议题进行了深入探讨。 本次国际无线电科学联盟大会还设有多场学术委员会报告及张贴论文展示环节,内容涉及电磁计量、无线通信系统与信号处理、电子学与光子学、电磁噪音与电磁干扰、电波传播、电离层电波遥感、等离子体波、射电天文学、生物医疗电磁学、雷达遥感、光学遥感等多个领域。各分会场学术气氛浓厚,来自无线电科学领域的专家及学者就相关领域问题进行了激烈的讨论,取得了很好的效果。大会期间,理事会还向对无线电科学领域做出突出贡献的青年颁发了青年科学家奖,中国有6位青年学者获此殊荣。 通过参加第三十届国际无线电科学联盟理事会和联盟大会,中国电子学会URSI各委员会了解了国际无线电领域的研究方向和最新成果,探讨了该领域的具体科研项目,促进了专门方向的国际合作与交流。第三十一届国际无线电科学联盟大会在北京的举行将为中国无线电领域与国际社会的交流与合作搭建更大更广的平台。 电子学论文:基于绩效评价的网上电子学档系统的设计 [摘要]电子学档是评价学生学业成就的重要工具之一,在阐述电子学档应用现状的基础上。引入绩效评价思想,设计、开发了基于绩效评价思想的基于因特网的电子学档系统E-portfolio。该系统以学生发展为本,倡导发展性评价与总结性评价相结合的原则,创建了一个全方位的网上评价社区。 [关键词]电子学档;绩效;评价;因特网;系统开发 档案袋是学生作品有目的的集合体,用来展示学生在一个或多个领域中的努力、进步和成就,、随着因特网技术与应用的迅速发展,电子学档应运而生,它允许开发者以多种媒体形式收集、组织档案袋内容(音频、视频、图形、文本),基于标准的档案袋采用数据库或超链接将标准(或目标)、典型作业和自我反思之间的关系清晰地呈现出来。基于网络的电子学档则是利用网络和数据库技术,在一定学习目的之下,学习者对于学习过程中关于学习目的、学习活动、学习进步、学习成果等情况的记录,以及学生或他人关于学习过程和学习结果的反思及评价的集合体,其要素包括目标、读者、体现能力的证据、测评的标准和反思等。 一、电子学档及其应用现状 电子学档是随着信息技术(特别是网络和多媒体技术)的发展和应用出现的。国内外有关电子学档的研究与应用已初见成效,例如美国的Helen C.Barrett博士等人所做的研究,国内华南师范大学、上海师范大学、北京师范大学、华东师范大学等高校的专家学者都对电子学档做过相关的研究与应用。近年来,电子学档的实践研究比理论探索更为迅速,特别是在与中小学相结合的项目中可见一斑。 1.研究视角 电子学档应用的最终目的是作为评价的辅助工具。例如,华南师大所开展的一系列实验,并将其与学习管理联系起来。也有学者将电子学档作为教学软件的一员,即作为一种认知]:具。另外,也有专家利用电子学档的管理功能,在有关师资培训的网络课程设计中尝试应用学生电子进行模块设计,提供了一种新的设计框架。 2.功能模块 从已有的电子学档系统来看,其功能模块主要包括:作品提交、自评信息、互评信息、反思信息、展示网络日志、网络学习记录等。根据适用的对象不同,其功能模块也有所差异。但总体来说,形式较为单一,缺乏学校自身的特色,并且在模块的设计、对话的运用以及界面的设计上,设计者大多是从教师或家长的角度出发的,而不是从学习者的角度来设计的。因此,在某种程度上缺乏生动性和灵活性。 3.应用形式 从电子学档的应用形式上,可以分成以下四个层次。第一层次是单一的电子学档,诸如各种多媒体的、基于网页的个人作品或主页式的电子学档,这是目前应用较广的一种形式,也是比较容易实现的;第二层次是嵌入到大型管理系统或电子学档集里,国外许多中小学乃至大学都在使用这种电子学档集进行学习者电子文档的集成、展示、上传、评价等;第三个层次是多种媒体组合下的电子学档制作系统,类似于目前教学机构所使用的多媒体集成,这种系统能记录学习情况,并作出统计及分析,定期向老师、学生家长提供学习进度报告,协助监督学生学习过程;第四个层次就是一种集成化的多用户电子学档系统,展现学习者对学习历程和学习绩效的反思、评价和管理。 4.应用领域 从当前电子学档的应用来看,电子学档可用于信息化学习、个人发展、学习管理、学习交流、教学评价、信息技术教学等等,而主流应用莫过于教学评价的应用。目前,网络学习是电子学档应用最广的一个领域,即应用于中小学教学的混合学习(Blended-leaming)中。 综上所述,目前众多的研究者和应用者只是将电子学档作为一种评估手段,仅仅局限于“使用”阶段,并未真正将其融入学习者的学习过程,也未能提升为一种学习理念。因此,有些学者提出,要将学习、使用电子学档看成是一种信息技术环境下的新型学习和培训,真正做到“学会学习”。 二、绩效评价思想的引入 在信息化教育中,教学形式是以学生为中心的,学牛承担着自我学习的责任,他们的角色由被动的接受者转变为主动的知识建构者,并将最终培养成为具有处理信息能力的、独立的终身学习者。要达到这个目的,必然要对学生成长的各个阶段,每个阶段的各个不同时期,每个时期的不同活动制订切实可行的评价标准,绩效评价就为信息化教育注入了新的生机。 绩效是相对于一个人的工作而言的,即按照其工作性质,员工完成工作的结果或改造职务的结果。换句话说,就是指组织成员对组织的贡献,或对组织所具有的价值。绩效是结果、能力、态度、勤奋以及人际关系的综合体现,它不仅被广泛地应用于企业培训行业,同时也逐渐渗透到教育领域。网络环境下基于绩效的学习评价是运用系统方法,以学生为中心来研究其学习的背景、手段、方法,从而寻求适合学生的学习方式,考察学生学习质量,并根据评价的结果形成绩效改进方案从而促进学生的学习。 网络环境下基于绩效的学习评价主要由三方面的内容组成: 1.学生的学业成就评价 学业成就主要指学生在知识和能力方面的学习成绩。这和传统的学习评价内容相似,是定量评价的一部分。 2.学生的个性心理品质评价 当前,全球范围内将形成学生良好的个性心理品质这一日标提高到了前所未有的高度。对学生个性心理品质的评价主要是对学生的学习态度和学习兴趣,以及在学习过程中克服困难、持之以恒的品质的评价。对该项内容的评价主要采用定性评价。 3.学生的表现性评价 绩效评价主要是通过成果展示,进行“展示表现”为主的评价方式。信息技术环境下,“以学习者为中心”的教学方式强调学生是认知的主体,强调学习者与学习环境的交互作用。因此,通过与环境、学习伙伴、教师和家长的相互作用,从学习态度、相互交流、资源的利用等维度上进行质的评价。 由此可见,信息化教育中的学习评价不仅仅是一种量化的评价,更多的是质的评价。这为电子学档的设计提供了很好的导向作用,即在电子档案袋的设计过程中,不仅要关注学生的学业成就,更要关注学生的个性心理品质,而网上社区型的超越传统档案袋的电子学档则可以在这方面发挥重要作用。 三、网上电子学档的设计 以绩效评价思想为理念,以系统理论为指导,借鉴当前电子学档应用的成功做法和经验教训,笔者设计和实现了基于绩效的电子学档系统,也称为“电子成长记录袋”,简称E-portfolio。由于该系统的使用对象是中小学学生,系统在模块设计上应当针对他们的生理和心理特点,符合他们的兴趣爱好,激发他们积极参与的热情,在界面设计也尽量使用明快的色调和活泼的风格。系统的主界面如图1所示。 1.系统结构设计 在进行E-portfolio系统结构设计时,综合考虑需 求的各个方面,选择最为合理的系统结构。根据学校对系统安全性和交互性要求高、专业性强、数据处理量大以及长远规划的特点,系统采用基于B/S(浏览器朋艮务器)模式,开发技术采用ASP+SQL,测试版采用ACESS数据库技术。ASP属于ActiveX技术中的Server端技术,在Server端自动产生和执行动态、交互式、高效率的站点服务器应用程序。由于ASP传送给用户浏览器的是程序的执行结果,从而可以保证网络的安全性,同时对客户端没有特殊的要求,而且维护相对简单,且支持跨平台。 2.模块结构设计 该E-porttblio系统的用户主要有四类:学生、教师、家长和系统管理员。根据用户的不同,系统所呈现的功能模块也有所不同,下面陈列了该系统设计的主要模块。 (1)公共模块 陔模块下设资料库、休闲所、艺术廊、读书室、动态新闻等栏目。 资料库包括:中华美德(记录及同学中的美德小故事,网络中的美德故事或视频)、大千世界(教育类的视频及文章)、总结交流(同学自己的学习经验及总结)、学生网页(学生自己根据系统提供的模板制作的网上家园); 休闲所包括:八面来风(聊天室)、游戏地带(学生flash游戏); 艺术廊是由学生的一些小作品组成,是学生展示才华和魅力的场所; 读书室则向学生推荐优秀书籍,并提供相关的读书资料。 (2)用户模块 学生、家长和教师通过主界面的登陆窗口分别进入到各自的界面,执行各自的功能。 学生用户:个人资料、通讯录、悄悄话、成绩档案(学生自己只能查看,每学期一份)、作品展示(在生活窍门、大千世界、学生网页、游戏地带、成功舞台等栏目中)、天天成长(同学的话、老师的话、家长的话、成长历程、不足回收站、打算小日历); 教师用户:教师的个人资料、悄悄话、班级学生的通讯录、学生的成绩档案管理(任教学科成绩、本班素质发展水平报告单、本班综合评价表)、作品展示管理(中华美德、生活窍门、大干世界、学生网页、游戏地带、成功舞台)和天天成长管理(同学的话、老师的话、家长的话、成长历程、不足回收站、打算小日历); 家长后台管理:个人资料修改、悄悄话、子女的成绩档案(子女素质发展水平报告单、子女综合评价表)、查看作品展示、天天成长管理。 (3)系统管理员模块 系统管理员执行的功能主要包括:系统信息管理、管理员管理、教师管理、班级管理、设置科目管理、信息审核管理、通知公告、读书室管理以及网站数据管理。 E―portfolio。系统的功能结构如图2所示。 3.功能特点 由整个系统的架构可以看出,该系统主要有以下几个方面的功能与特色。 (1)全方位的评价体系 该系统采用三位一体的评价方式,即教师、家长和伙伴共同参与评价,构成立体互动的评价方式。家长通过系统可以看到孩子公开的信息,使其对孩子的学业成就、身体、心理发展有一个全方位的了解,并可以将自己的意见反馈给教师和学生本人;学习伙伴可以通过对话的形式对作品、个人计划、学习情况提出意见,供参考;教师不仅看到了学生本人的成长历程,同时从家长、学生反馈的数据中获取大量有用的信息,为制订学生的下一个学习计划打下基础。全方位的评价不仅体现在评价的参与者上,而且还体现在评价的方式上。该系统不仅从横向、纵向两个维度全面记录着学生的学习成绩,同时也记载着学生的身体发育情况,使学生看到自己正在茁壮成长,并且对于学生的兴趣、爱好及其他的心理发展状况通过作品、作业和言论的方式记录在案,加强质的评价。 (2)记录成长功能 该电子学档要求学习者随时对自身的学习情况、心理以及日常行为进行反思,而且这种反思和评价贯穿整个学习的始终,电子学档可记录学习者的点点滴滴;同时,利用系统平台的记录功能记录和体现学习者在整个学习期间的阶段性成果,有助于教师进一步掌握学习者的整体情况。 (3)互动反思 该系统记录了每一位学生的所有记录,同时,教师、家长和学习伙伴可传送悄悄话,使每位学生看到自己成长历程的同时,也能够了解身边的亲人、老师和朋友是怎样评价他的,做到人性化和情境化的融合。系统还提供了不足回收站,让学生指出自己需要进一步努力的地方,并以此督促改进。 (4)辅助功能 八面来风、读书室以及个人资料的管理等为学生提供了丰富多彩的网络社区生活,这既可以增加同学间的交流,又可以丰富学生的业余生活,发展其兴趣爱好,为整个系统增添了无穷色彩。 四、网上电子学档的意义 该学习成长记录袋是在目前基础教育改革的背景下开发的,其使用对象是各中小学校。该系统不仅能多层面、多角度地评价学生的成长记录,为客观形象地反映学生各方面的进步、成熟提供了很好的平台,而且还增强了学生的自信心,提高了学生自我评价、自我反思的能力。同时,也为学生、教师和家长提供了交流、互动的舞台,增强学生的自我管理能力,并进一步地促进家校合作。 1.促进学生的转变性发展 在传统的教学中,评价只是作为区分等级和测定能力的工具,而在新课改背景下,学习是让学生进入主动探求知识的过程。因此,面对不同的问题情境,不存在单一的评价标准。初中阶段的学生,正处于转型期,除了学习成绩外,学生的身体发展、心理发展都至关重要,这关乎青少年的身心健康发展。学生由自己的成长记录袋当中看到自己生理、心理和成绩的健康成长,才能促使其建立“挑战性”的新起点。 2.用“对话”实现评价的基本活动 所谓对话,即主体之间通过互动进行意义的重构,而不仅仅是语意―亡的交流,更不是权威的征服。在这个社区里,学习者可以通过网络上传自己的作品、发表言论,对自己的作品和资料拥有修改权,这种有意义的超越时空的对学习者的身心健康的发展具有很大的意义。 3.利用评价的多元性实现自我反思 评价的多元性表现在不仅是教师评价学生,还有家长、其他同学的参与。E―portfolio在提供个人隐私保密的同时,学习者均能看到其他人公开的作品和评价,促使其进行自我反思。对任何人的评价都必须建立在学习者的自我反思的基础上,最终才能实现自我意义的建构。因此,通过师评、互评、自评等能使学习者积极参与其中。 4.建立一个开放的学习评价社区 E―portfolio。不仅能提供一个评价学习成就的场所,更重要的是为学生创设了一个学习评价的社区,是学习者展示自己,反省自己,重新树立形象的平台,也为家长、教师、学校以及学生提供了一很好的交流平台,促使家校的进一步合作。 电子学论文:微电子学概论多媒体课件的设计 摘要:基于微电子学概论课程的特点,介绍了微电子学概论课程多媒体课件的设计方法与过程,从教学实际出发,精心组合多媒体中的各要素,实现课件最优化,为学生的自助式学习提供一个具有交互式功能的多媒体课件系统。 关键词:微电子学概论;多媒体;交互式 随着信息技术的飞速发展,传统的教学方式已经很难适应现代教育的需要,将多媒体技术应用到教学过程是弥补传统教学教育方式的诸多不足,提高教学效果的有效手段。多媒体课件是开展计算机辅助教学的一种基本的教学软件,其设计方法直接影响到课件的开发质量和课堂教学的实际效果。 微电子学概论课程的主要内容包括了微电子技术的发展历史、半导体物理和器件物理基础、集成电路基础、集成电路制造工艺、集成电路及系统芯片(SOC)设计方法学及设计技术、微机电系统(MEMS)技术、封装技术、微电子技术发展的一些基本规律等,是一门与实际联系很紧密,形象化教学素材十分丰富的课程,将这门课程开发转化为多媒体CAI课件对提高教学效果、教学质量非常有益。 一、多媒体课件设计的指导思想 现代教育观念强调素质与能力的培养,重视学生在教学活动中的自主活动,要求将学生作为教学的主体。为此,应该把“以学生为主体,以教师为主导”作为多媒体课件设计的指导思想,把它设计成助学式的并且具有交互功能的课件[1]。此外,多媒体课件必须既符合相关课程的特点,又符合一般教学规律,且利用多媒体计算机辅助教学的多种技术手段进行设计和制作。对于微电子学概论课程,多媒体CAI课件应该满足以下基本特点: 1.微电子学概论课程中的版图技术、制造工艺、器件、封装等内容均需要演示较为复杂的图形或过程。因此,需要充分利用多媒体技术,将图像、动画、音频、文字、视频等进行合理的处理,做到图文并茂,形象生动,以有助于提高教学质量。 2.多媒体CAI课件应当有丰富的信息资源,便于扩大学生的知识面。在传统的教学中,信息来源非常有限,且缺乏灵活性、方便性和交互性;随着信息技术的发展,教师可以通过更多的渠道获得文字、图像、音频、动画、视频,甚至三维虚拟现实等多方位信息用于多媒体课件制作,使教学内容更丰富,教学方法灵活多样[2]。 3.微电子学是一门发展很快的学科,所以多媒体课件需要及时更新。由于受到教材限制,传统教学方式所覆盖的教学内容、教学深度和广度都十分有限。而多媒体技术可采用硬盘、光盘等存放教学内容,易于从互联网获取更新的信息,具有强大的可扩展性,便于教学内容的及时更新,这是传统教材所远远不能达到的[2]。 二、多媒体课件的设计制作 多媒体CAI课件制作的基本过程是:首先,用相应的计算机软件对文字、图形、图像、音频和动画等各种素材进行采集或制作。其次,根据教学大纲的要求,把教学内容编写成脚本,设计好计算机每一屏幕所要呈现的教学内容,并且把教学信息链接成网状的、非线性的教学程序。最后,用多媒体素材编辑合成软件将各种教学信息素材连接成完整的多媒体应用系统[1]。 目前市面上可用于多媒体应用程序创作的软件工具非常多,Authorware是一款交互式多媒体应用程序创作工具,它能够很好的支持多种格式的多媒体文件,并能够把这些多媒体文件集成到一起,起到丰富课堂内容优化课堂结构的作用[3]。通过Authorware实现微电子制造过程真实情景的再现和元器件内部载流子运动的模拟,有利于培养学生的探索、创造能力。 (一)素材的采集及制作 多媒体素材的采集和制作是CAI课件设计制作的前提。采集即收集各种相关材料如视频、音频、彩色照片等,而制作则是将多媒体素材转换为计算机所能识别形式的过程。 多媒体课件需要大量各种各样的素材,如声音、视频、图形图像、动画等等;对于微电子学概论课程而言,可有制造工艺流程录像以及版图层、封装结构、器件结构等各种各样的图形及动画。因此,素材的收集及制作需要大量的时间和各种各样的渠道,在平时应注意收集归类,以便日后方便使用。对于文本、图片资料可以用扫描仪等设备将书本内容直接扫描即可;但是对于制造工艺流程录像,则需要通过互联网获得;而一些演示器件内部载流子运动过程的动画,则需要亲自制作。但是,直接扫描和互联网得到的数据一般是非常原始的,必须经过处理过程才能用于多媒体制作。部分素材则需要采用专门软件进行设计制作,才能更好地满足多媒体课件系统的需要[2]。 (二)脚本的设计 多媒体课件软件脚本的设计应建立在对学生的学习心理和学习方式充分了解的基础上。对教学方式的描述,教学内容取舍的决定应具有很强的针对性,做到重点突出、中心明确、层次分明,并注重启发学生的思维,引导学生应用所学知识去创造性地分析问题、解决问题。因此,多媒体课件软件脚本的创作一般由教学实践经验比较丰富的教师来支持完成[2]。 (三)多媒体应用系统设计 一个助学式的并具有交互功能的多媒体课件应形成一个完整的系统,该系统在功能上应包括课件演示、动画演示、习题系统和课件管理等部分,并具有一个与之密切相关的多媒体文件集合。在完成多媒体课件素材的采集及制作和脚本的设计后,采用多媒体素材编辑合成软件将各种教学信息素材连接成完整的多媒体应用系统,使学生能够通过网络进行学习、作业以及答疑解惑。 三、多媒体教学课件设计总结 一个良好的多媒体课件要能够发挥教师的引导作用,充分发挥学生的主观能动性,要以学生为中心,让学生自己思考,通过丰富的课件内容去感知知识的内涵。此外,一个成功的多媒体课件更离不开教师的精心设计,使教学情境环环相扣,引导学生积极的思考,最终达到掌握知识,应用所学知识去分析问题、解决问题的目的。 多媒体课件虽然种类繁多,但其目标始终是为教学服务,优化课堂教学结构,提高课堂教学效率,既要有利于教师的教,又要有利于学生的学。因此制作多媒体课件要根据课堂教学的特点遵循教学性原则、控制性原则、简约性原则、科学性原则和艺术性原则等基本原则。 四、结束语 多媒体教学提供了一种学生主动参与、师生互动、协同学习的良好环境,运用多媒体教学,具有传统教学手段不可比拟的优势。在微电子学概论课程中采用多媒体CAI教学,既节省了很多板书和作图时间,又可以借助动画、视频等多媒体技术直观地表现课程的重点、难点,使学生易于理解和记忆,取得良好的教学效果。 电子学论文:电子学习系统对计算机教学改革的促进与作用 摘要:本文介绍了我院在教学改革中引入电子学习系统平台作为教学手段的扩充,充分体现了以教师为主导,学生为主体的现代教学理念。实践表明,扩大了课堂和实验教学效果,学生的认知能力和创新能力得到了明显的提高。 关键词:认知能力;创新能力;电子学习系统;建构主义 现代教育的目标是培养具有认知能力和创新能力的高素质专门人才,传统的教学模式已经不能满足要求,因此,必须在教学实践中引入新的教学理念和方法。与此同时,科学技术的发展也带动了教育信息化的发展,使得先进的信息技术能与革新的教育理念和优质教学内容相整合,产生更加适合高素质人才能力培养的教学模式和效果。 1建构主义理论与现行教学方法融合 现行教学方法以教师为中心,充分发挥了教师“授业”的作用,“授业”的依据是明确的教学目标,但此模式没有注重培养学生思考和探索的兴趣与能力。建构主义理论则侧重于使学生主动完成意义建构,教师的角色转变为学习的辅导者,学生的自主性和学习兴趣能得到培养,但对于有重要意义的教学目标及目标指导者教师的作用没有得到应有的重视。探索将现行教学方法与建构主义学习理论相结合,形成充分发挥教师的主导作用和确立学生的主体地位,培养认知能力和创新能力的现代教学理念。 计算机教学尤需注重能力培养。计算机知识更新快,新技术不断涌现。如仍依传统“填鸭”式教学,在有限的课时内既要讲授相对稳定的基础理论,又要讲解新知识、新技术,是无法获得良好的教学效果的。因此,教师在课堂教学时应使学生掌握课程知识整体框架,并有选择地讲解重点和难点,然后引导学生利用计算机和网络等进行自主学习和协作学习。 在教学理念上,要明确教师的主导作用和学生的主体地位;在教学方法上,要对传统的教学手段进行扩充。将先进的信息技术与教学内容相整合,形成具有支撑环境、学习工具和系统管理的教学平台,以及内容丰富、便于使用和共建共享的教育资源库。 现在正在兴起的电子学习系统(e-Learning)就是这种教学理念和方法的一种实践。电子学习系统成为学习知识、培养认知和创新能力的平台,它能最大限度突破课堂教学时空限制,将有限的课堂教学与自主和协同学习相结合,随时随地满足师生的教学需求,让学生在学习过程中 巩固课堂教学效果、探究新的知识,自觉发现、分析和解决问题,学习知识和培养自己能力。 2电子学习系统 教学需求引发科学研究,科研成果促进和反哺教学改革。我们研发的电子学习系统是这种教学与科研互促的平台,目的是为了培养具有认知能力和创新能力的高素质专门人才。它为电子学习提供支持情景创设、信息整合、资源共享、交互协作的教学环境、工具、资源和管理,主要功能如下。 2.1网上电子学习平台 电子学习系统平台包括与教学相关的综合功能,多种学习方式有利于激发学生的学习兴趣,让学生有意识地锻炼自己的认知能力,推动他们进行更深更广的研究。多种教学手段能让教师更有效地进行备课、上课、作业、答疑、评测、考试和管理,学生是相应教学的实施对象。平台如图1所示。 2.2教育资源库共建共享 教育资源库能为学习者提供内容丰富,数量庞大的学习资源,包括课堂教学录像、课件、作业、试题、实验、案例等。除了课堂讲授的主题知识外,资源库还容纳了相关知识以及师生上传的资源。学习网站上的内容还能实时或及时更新,便于师生对新知识、新技术的理解和运用。 2.3丰富的协作交流手段 学习的过程也是讨论和交流的过程,不同观点的碰撞和辩论可以补充、修正和加深学生对问题的理解,并使学生能从多种角度看问题,有利于产生创新性思维。基于互联网的电子学习平台能为师生之间以及学生之间的互动沟通提供多种实时和非实时的交流手段,如聊天室、BBS、电子白板、网络电台、E-mail等。 相对于其他教学手段,电子学习系统较充分地体现了教师为主导,学生为主体的教育理念。在学习平台上教师主要任务有两个,其一,参与设计教学目标和知识框架;其二,引导学生解答在学习过程中出现的问题。学生则根据自身情况,在教师的指导下制定学习计划,选择学习策略,完成学习任务,评价学习结果,并据此对自己的学习过程进行调整。这样,以教师课堂教学为基础,通过使用电子学习平台,巩固和扩充学生课堂所学的知识、训练学生的认知能力,开拓学生的视野,激发学生的创新性思维。 3电子学习系统在计算机教学中的应用 我们以“微机系统与接口技术”课程及其课程群(如图2所示)为例来展示电子学习系统在计算机教学中的应用情况。“微机系统与接口技术”是应用微处理器和接口技术设计各种功能模块、组成微机系统的基础。因此,在教学中不仅要对微处理器、接口技术和微机系统进行介绍,还要注重它与课程群中其他课程的关联,以便学生能对微机系统乃至各种计算机系统形成整体的认识。该课程难点较多且不易理解,学生很容易产生畏难情绪;并且该课程又是一门实践性、系统性强的课程。教学实践和教学改革的需求促使我们研究开发并在计算机教学中全面引入电子学习系统。 3.1教学环节 在教学环节上主要使用的是教学支撑环境和课程开发工具。教学支撑环境能为学生提供与现实学习基本一致的情境,它是实际学习环境的仿真与扩展。课程开发工具主要用于教师进行课件制作等备课活动,以便提供图文声像并茂的网上课程;也为学生提供相应学习环境和工具。 (1) 课堂教学与自主学习 在进行课堂教学的同时,教师将教案、课件以及录像上传到电子学习资源库,学生可以通过网站点播和下载所需的学习内容;也可以自主选择与课堂学习主题密切相关的问题作为学习内容。学习策略也是多样的,有知识型、趣味型和研究型。比如,对于微处理器的学习,在课堂上主要讲解的是Intel公司的32位微处理器,对于新出现的多核处理器等只作了一些介绍。为了弥补不足,教师可以将更详细的资源上传到电子学习资源库,然后学生通过选择相应的学习策略来深入了解多核技术和并行编程、64位微处理器、AMD等公司的微处理器系列。而这些新技术、新产品可以随时在电子学习系统的资源库中更新和增加。 此外,教师可以根据教学效果、学生需求以及技术发展的情况,通过系统的多媒体教室开设专题大讲堂,学生可有选择地参加大讲堂学习自己感兴趣的新技术,扩大知识面。在学习期间学生还可以根据学习的效果,对学习计划和策略做出相应的调整。 (2) 作业评阅与辅导答疑 教师在系统平台上给学生布置作业,并规定提交时间,学生完成作业后提交给系统。教师可以进行网上评阅,而学生也能及时看到评阅结果。通过这种方式能加速课后作业的反馈,使教师和学生都能及时了解教学效果并对教学和学习进行调整。 学生在学习过程中会产生各种问题,若不能及时对这些问题予以解答,将会影响其对后续内容的理解。比如,如果学生不能很好的理解32位微处理器的几种工作模式,那么就会影响后面对中断、DMA等内容的学习。这时,学生可利用辅导答疑提问,教师可以在线回答,也可以由系统从资源库中查找相应或相近的答案反馈给学生,问答过程可反复进行。 (3) 自动组卷和在线考试 电子学习系统试卷库中的试卷可以利用相应的工具手工制作生成,也可以通过电子学习平台提供的组卷工具自动生成。通常情况下,根据考试目标我们只需要设置试卷的一些整体属性参数和题型结构参数,便可以快速组成一份满意的试卷。 目前,我们主要将在线考试用于学生的平时自测和阶段考试,经教务部门批准,也可推广到期终考试等。学生自测可以在课后任何时候进行,而阶段考试和期终考试则有规定的考试时间和地点。考试完成后,学生可以提交给系统等待教师批阅,批阅的结果也会及时反馈给学生;对于自动组卷生成的试卷可以对照标准答案自动评分。 在上述学习环节中,学生可以形成对概念的多角度理解,并与具体情境联系起来,形成背景性经验,这将有利于学生在面对具体问题时建构解决问题的思路和方法。 3.2实践环节 (1) 教学实验 除了学习理论知识和培养认知能力之外,我们还利用电子学习系统的虚拟实验室辅助实物实验来培养学生的动手能力和创新思维。在电子学习平台上设置的虚拟实验室,既能进行每个章节的专题实验,也能进行综合实验,它与实体实验室互为补充。 学生在实体实验室进行专题实验后,可以利用虚拟实验室对实验内容进行仿真,探究同一个问题可能存在的不同解决方案。综合实验涉及的知识点范围较大,设计需要的参数和要调试的硬件部件较多,程序也较复杂,在有限的时间里,学生往往无法完成设计的实验过程和得到理想的实验结果。将电子学习平台引入教学后,学生可以先在虚拟实验室中模拟实验过程,对程序进行初步的调试,然后再在实体实验台上进行操作,实验的效率得到很大提高。 (2) 科研实践 电子学习系统中计算机系统课程群的丰富教育资源激发了学生科研的兴趣,他们在教师引导下进行更深更广的研究活动。学生们积极参加学校大学生科研立项、学院大学生业余科研项目,以及微软创新杯等各种计算机仿真大赛、嵌入式大赛,均获得了优秀成绩。他们在毕业实践中都参与到教师的科研团队,写出有价值的毕业论文并获奖,有些本科生还被推荐成为免试研究生。 4.3教学效果 电子学习系统引入到计算机教学中是对现行教学手段的一个有力扩充,教学效果很好,大学生的科研也出现了更多成果。 (1) 教师与学生的知识结构发生了变化 教师角色的转变,对其自身素质和知识提出了更高的要求。教师如果只了解本课程的知识是不能满足要求的,一是需要从总体上把握专业知识结构以及本课程群中课程之间的联系,二是不断追踪本学科发展的前沿,这样才能从整体上对学生的学习研究加以引导。学生不再是了解知识点,而是以点带面,以面带全,以整体知识框架为基础,熟悉、掌握并进而探索新知识、新发展。 (2) 学生对课堂教学的兴趣明显提高 由于通过电子学习系统接触到了丰富的、直至前沿的学习资源,使学生更有兴趣探究问题和带着问题到课堂听课。学生对课堂教学兴趣的提高,促进了师生在课堂内外的互动,使得学习氛围更加浓厚。学生对教学的评价也由过去的“太枯燥,不知道要怎样应用学到的知识”转变成为“能结合现在实际应用和未来发展情况讲解课程内容,学以致用,课堂效率高”。 (3) 教学与科研相互促进 教学改革促进了科技创新,我们研发的一系列电子学习、网络远程教育国家及省部级项目都源自计算机教学改革;而这些科研成果又反过来促进了教学理念、结构、方式和手段的改进。电子学习系统的研制和引入促进了教师知识结构的变化,教师专业知识的深度和广度有了很大的扩展,教师在教学过程中更加注重基础与前沿的结合、理论与实践的结合,在教学方式上也更加注重用多种方式进行知识讲解与思维引导。 (4) 学生的知识、素质和能力得到较大提高 我们在2005年将电子学习系统引入到计算机系统课程群的教学中,三年多来的使用结果表明,该系统对提高学生的认知和创新能力有着积极的作用,并在有力促进了学生的科研活动。比如课程群老师指导的毕业设计,2006年在省级毕业论文评奖中,一等奖1人,三等奖1人,提名奖4人;而2007年获得的一、二、三等奖分别提高到2、3、4人,学士论文质量有了较大的提高。又如教师指导的智能垃圾箱及其监测系统设计、Smart Library System、Learn Language Assistant(微软2007嵌入式设计大赛中位列全球前200强)、盲人学习帮助器、Acme Rural Education System等项目都是优秀的本科生科研成果。 4结束语 实践表明,将电子学习系统应用于计算机教学活动,体现了教师为主导和学生为主体的教学理念,能让学生掌握系统的专业知识和了解知识的新发展,对培养学生的认知和创新能力有着积极的作用。 电子学论文:电子学籍有望制止择校痼疾 关键字:电子学籍/IC卡 从五指山野菜、菠萝,到近日的香蕉有毒事件,海南农产品屡遭一些失实报道的损害。为此,海南省农业有关部门近日表示,海南省的农产品马上会推行农产品“身份证”(条形码)制度,将农产品的产期、规格、售价、产地等信息编码上网,在网上可以查到该产品出自哪里,十分便于监督管理和电子商务的开展。 每年到了小学升中学的时候,总会有许多学生家长想利用各种关系来打破按区域就学的规定,把孩子的学籍转到自认为较好的学校去。这一现象将随着电子学籍的出台被改变。 电子学籍这一信息化手段的应用,有望从根本上制止屡禁不止的非正当途径择校问题。在北京市2007年的小学升初中工作中,第一次使用的学生电子学籍管理系统,就是对按照规定方式升学就位的学生建立学生电子学籍,中学录取后的学生电子档案,学校只有补充或修改内容的权力,而不能随意增加或者减少一个电子档案的内容,同时这份电子档案还将作为3年后学生中考报名的依据。这项工作的关键是要做好IC卡的信息提取和信息导入。学生的始发地是哪个学校,在IC卡里必须得到真实、明确的记录,然后,由学生所在的区县教委,根据就近划片的原则,将该学生导入合适的学校,如果学生拒绝按照导入的学校报到,其他的导入系统对该IC卡不能识别。所用的卡一旦被识别,该卡存储的当年入学信息立即被清空,这也就意味着每个学生只有一次刷卡机会。 对于实现公平教育而言,电子学籍IC卡的出现确实是一件简便快捷的好方法。随着银联卡、公交IC一卡通、通用病历等信息技术手段的应用,信息化已经不仅仅是技术问题,而是一种制度和观念的变革和更新。美国和加拿大早在上个世纪就开始实施社会保险号码唯一的办法,但是它的功能要远远超过我国现行的身份证。美国和加拿大的社会保险卡是公民的最基本的证件,相当于一个人的电子档案。每个公民出生都要到社会保险部门办理保险卡,每个公民终生只能有一个保险卡号(SSN),它可以用于个人生活的所有领域,如医疗卫生、银行存取款、工作申请、移民申请、升学转学等等。而我国目前的身份证虽然有唯一的编号作为识别,但还没有电子档案的功能。 回头我们再来看这个电子学籍,它的功能可以逐步完善起来。也许未来,它应该能够从每个孩子上学的第一天起,到他参加工作为止,所有的教育记录都能够用一张小小的IC卡记录和保存。同时,这张卡还具备与教育相关的各类功能,例如报考、录用、参加各类等级考试等,相当于一个学生身份证。这个卡的内容还可以更丰富,比如对学生开放和优惠的场馆门检、寒暑假的火车票学生优惠卡等针对学生群的功能都整合起来,集中在一张卡上。 信息化给我们的生活带来越来越多的便利,未来,更多的社会行为,应该都能够整合成一卡通。这样,既能提高工作效率,也更能体现政府执政为民的精髓。 电子学论文:中国科学院电子学研究所:打造传感技术国家重点实验室 中国科学院电子学研究所传感技术国家重点实验室成立于1987年。实验室面向国家战略需求和世界科技前沿,开展基础性、战略性、前瞻性的研究工作,致力于提高我国传感技术的自主创新能力和国际竞争力,推动我国传感技术的应用和产业的发展,为国民经济建设服务。 中国科学院电子学研究所传感技术国家重点实验室立于1987年,实验室面向国家战略需求和世界科技前沿,开展基础性、战略性、前瞻性的研究工作,具有电子学、信息技术、生物技术、化学、材料科学等多学科交叉的综合优势,在微纳传感器及微系统的研究中获得巨大进展,取得了突出成绩,逐步形成了以基于微纳加工技术的微传感器和微系统为主要创新方向的研究特点,并已成为国内外广泛认可、具有一定国际影响力和较强竞争力的传感技术研究基地,同时形成了具有一流人才与完整学术梯队以及先进仪器设备与科研条件的国家级研究基地。 传感技术国家重点实验室侧重进行传感器的新原理、新方法、新技术、新器件、新系统的研究,实现传感器的微型化、集成化、智能化和网络化。 实验室自建立以来得到了迅速发展,先后承担和完成了“973”、“863”、国家自然科学基金、重大专项、国家科技攻关等一批国家级科研项目,在新型传感器和微系统研究领域取得了一批有特色、高水平的创新性研究成果,如电场传感器及系统、SPR生化分析仪、生物传感器及系统、气体传感器及系统、微流控芯片系统、集成气象传感器、高精度压力传感器、微惯性传感器等,具有雄厚的研究基础和技术攻关与自主创新能力。 实验室现有面积4000多平方米,其中1000平方米超净间,拥有一条完整的微电子机械系统(MEMS)加工工艺线,具有先进的工艺和测试设备,形成了一整套加工工艺规范,具备各种微结构器件的加工能力,并提供传感器及系统的设计、加工、封装等服务。 电场传感器 实验室研制出多种新型电场传感器,电场传感器在雷电预警、智能电网、气象预报、工业静电测量等领域具有广泛的应用前景。 高精度谐振式压力传感器 实验室研制出电磁激励、电磁感应检测的硅微机械谐振式压力传感器,可广泛应用于工业控制压力测试、大飞机气压高度计、天气预报气压检测、压力校验仪等。 抗高过载微惯性传感器 实验室研制出扭摆式抗过载微型加速度计和电磁式振动环微机械陀螺仪,抗过载冲击大于10000g,主要应用于惯性制导及惯性测量系统。 气象传感器 实验室研制出温度、湿度、压力单片集成传感器和固态仿生集成风速传感器芯片,主要应用于探空气象参数监测。 水污染监测传感器及系统 实验室研制总磷传感器、COD(化学耗氧量)传感器、磷酸盐传感器,用于水环境与水污染实时现场在线监测。 气体传感器 实验室研制出MEMS半导体金属氧化物气体传感器和固态电解质气体传感器,用于乙醇、CO、氨气等微化品和有毒有害气体检测。 微流控芯片系统(uTAS) 实验室研制出集成样品血样预处理芯片、集成光纤电泳芯片、微泵等微流控芯片系统,主要应用于疾病检测、食品安全等领域。 低成本手持式生化检测仪 实验室研制出手持式生化多参数检测仪和糖化血红蛋白检测仪,适用于个人、家庭、农村、社区便捷、廉价的预测和诊断。 SPR(表面等离子体谐振)生化分析系统 实验室研制出便携式、电化学联用、高通量等具有自主知识产权的系列SPR生化分析仪,可广泛应用于药物筛选、环境检测和食品安全检测等领域。 集成光波导生化检测仪 实验室研制出具有自主知识产权案的集成光波导生化检测仪,可开发出面向众多应用需求的低成本、便携式、快速检测装置。 离子迁移率谱仪(IMS) 实验室研制出离子迁移率谱仪(IMS),可实现对胺类、农药、神经药物、化学战剂等物质的检测,应用于痕量物质实时现场快速监测。 电子学论文:基于电子学档的大学英语口语翻转课堂设计研究 摘 要:英语口语表达能力是大学生和用人单位关注的主要英语应用能力之一。能否流利顺畅地用英语进行交流与大学生毕业后待遇和前途发展直接相关。但是,目前大学生的英语口语表达能力普遍欠缺。本研究在分析学生口语表达能力缺乏原因的基础上,提出基于电子学档的大学英语口语翻转课堂教学模式。这个模式可以充分利用计算机互联网技术,增强学生的口语输出量,提高口语表达能力。 关键词:电子学档;口语;翻转课堂 一、引言 大学英语课程是大学生们比较重视的公共基础课。但是由于长期以来的应试教育思想的影响,大学英语教学很难彻底摆脱应试教育模式,学生英语应用能力的提高并不乐观。其原因主要归结于大学英语大班制教学,学生课堂口语表达机会少,无法有效激发学生的积极性和以四级为导向的教学模式。针对此,笔者提出电子学档下的大学英语口语翻转课堂教学模式。 电子学档,顾名思义,就是电子化的档案袋,这是一种形象的表达法。利用电子学档,学生可以根据一定的标准有意识地选择、展示并收集自己的电子作品,还可以对自己的学习过程和学习成果自主进行评价与反思。电子学档的使用,使得学生的学习呈现出个性化、分布式的特点。国外目前对电子文档的研究主要是理论和应用研究且相对成熟。在国内,随着教学的改革和推进,对电子学档的相关研究和应用也逐渐发展起来,并得到了一定的进展。王佑镁(2009)进行了系统的电子学档的设计与应用研究;北京科技大学的李晓东(2014)对电子学档应用于课堂教学进行了实证研究。但是针对核心课程的基于电子学档的研究还是较少,研究空间较大。本研究拟在基于电子学档云平台上进行大学英语口语翻转课堂研究。 二、翻转课堂 “翻转课堂”起源于美国,是一种新兴的教学模式,依托现代化的教育技术。我国教育界的研究者们在几年前就对此给予关注。不少学者对“翻转课堂”进行了相关的探索、研究与实践。 如果以“翻转课堂”作为关键词在期刊论文库进行检索,笔者发现,近几年与“翻转课堂”相关的论文多达五百多篇。早在2013年,南京大学的梁乐明和张金磊就较为系统地对“翻转课堂”进行过研究。梁乐明认为翻转课堂的设计要以“微课程”为主要样本,而“微课程”的设计要结合相应的新型组织管理模式。张金磊进一步完善了翻转课堂的教学模型,夯实了翻转课堂的理论基础。虽然不少学者对此进行了相关的研究,但对此的实证研究还处于初级阶段,在国内将翻转课堂应用于英语口语教学实践为数不多。国外教学研究中,翻转课堂更多地是与教学实践相结合,研究信息技术在教学中的整合效果。课外活动主要为学习者学习提供所需的音频和视频等资料,而课内活动则涉及到学生之间,师生之间交互的学习活动。 三、基于电子学档的大学英语口语翻转课堂教学模式 由于受课堂规模限制,学生在大学英语课上用英语交流的机会很少,导致学生对英语口语能力表达缺乏自信心,因此基于电子学档的口语教学模式的提出能有效增加学生的口语表达的时间和提高口语表达的兴趣和自信心。 (一)电子学档的构建 本研究在云环境下,构建电子学档系统,包含两类空间,私有空间和公共空间。私有空间是为每个学生单独建立的操作空间。学生拥有自己的账号,有一定量的存储空间,学生可以保存各种口语学习资料。也可以将自己的口语作业,作品,反思报告等提交给教师查看,同时可以自我评价。公共空间是所有学生共享的操作环境。公共空间为学生搭建了一个公共的学习平台,教师可以上传班级需要的学习资料,每个学生都可以访问公共空间上的学习资料。 教师利用电子学档的公共空间,给学生共享关于英语口语的入门和进阶的相关音频和视频,学生可以由易到难,从掌握发音、跟读、模仿到自由表达,不断提高自主学习能力和目标语言运用能力。教师课上预留项目式口语作业任务,同时在电子学档的公共空间共享相关资源。学生在课下,通过个体或团队合作的方式完成项目,学生可经多次练习,将最优秀的项目成果提交到电子学档上,教师依此做出评估并给学生反馈。代表性的项目式的成果可以在课堂上共享,教师对此做出点评,学生可以相互学习,取长补短。目前微课程是翻转课堂成功的关键,因此本研究在微课程的选择上注重资料的系统性。微课程资料可以是文字的,音频的或视频的,但是内容上应该是系统化的,如:口语语音作业模块,教师上传发音规则音频或视频,学生自学后完成口语作业。 (二)评估手段 大学英语是一门综合基础课,不单独设口语n。虽然有听说课时,但由于课时量少,班级容量大,口语课的课堂效果不理想。大学生哑巴英语的现象很普遍。因此,充分利用网络技术和资源提高口语的输出量才能让学生克服讲英语时的紧张感,增强自信。适当的评价手段也是本教学模式的保障。因此,学生除了提交每次的口语作业之外,学生还可在期中,期末分别提交电子学档,内容包括:学习成果,评价标准,自我反思等。档案袋作为诊断工具记录学生的口语技能训练情况,这有利于学生自主学习能力的培养。 四、结束语 大学英语教学目前遭遇教学效果的瓶颈。我们大学英语教师要大胆的改变教学模式,与中学英语教学模式区分。大学英语教学方向不应该是以四,六级为方向,应该是建立在市场对人才能力需求上的。培养学生的口语表达能力,使其毕业后能直接用英语进行交流是目前大学毕业生的英语需求。但是,由于缺乏英语语境和输出机会,大学生英语口语输出量极度缺乏,因此,大学英语教师应该顺应时代潮流,运用计算机网络技术改变教学思路和方法。目前,在互联网+时代,教师也要大胆创新,改善教学方法,提高教学效果。作为大学教育的主体,高校也应适应互联网教育的潮流,优化学院的计算机网络设备,扩大互联网连接渠道,为师生提供强大的技术保障。 电子学论文:MATLAB仿真技术在《机械电子学》教学中的应用 摘要:为了克服常规教学方法的不足,提高机械电子学课程教学质量,在该课程教学过程中引入了MATLAB仿真技术,对基于MATLAB的课程教学方法与教学内容进行了分析,并以某型炮弹制导控制系统阻尼回路的设计为例,进行了MATLAB仿真技术的教学应用研究。实际应用表明,采用MATLAB仿真技术,可以有效解决机械电子学课程教学中的难点问题,为该课程的教学提供一种全新的途径和方法。 关键词:机械电子学;MATLAB;教学;仿真技术 引言: 机械电子学兴起于上个世纪80年代,是一门交叉性学科,随着现代科技发展逐渐形成的。机械电子学知识量大,并且机电融合,内容更新快,对实践的要求十分高,所以学生在学习过程中不仅要熟悉掌握各个专业知识和关键技术,还要去理解机械电子学的精髓,掌握机电一体化的理论实践方法,以便能够很好地运用这些技术。但在实际教学过程中发现,由于各种原因,学生对信息、控制及系统论方面知识比较欠缺,并且由于硬件教学条件的限制,许多机电实验无法正常进行,这给《机械电子学》课程的教学形成了一定的阻碍。 MATLAB作为工程领域最为流行的仿真软件之一,已被广泛应用于信号处理、电路设计与仿真、控制、机械、管理等领域,其提供的图形界面仿真手段――Simulink,使得机电系统的建模与仿真效率得到大大提高[2-3]。本文就MATLAB在《机械电子学》课程教学中的应用做一些探讨。 一、课程研究内容及难点 机械电子学是一个综合的概念,包含了技术和产品两方面的内容,首先是机电一体化技术,其次是机电一体化产品。机电一体化的原理、技术、设计理论和方法,构成了机械电子学的研究内容。 机电一体化技术是以系统论、控制论和信息论为理论基础和方法论,在机械技术、微电子技术、计算机和信息处理技术等现代高新技术群体基础上发展起来的一种高新技术。概括起来,机电一体化共性关键技术主要有六项:机械技术、计算机与信息处理技术、检测与传感技术、自动控制技术、伺服驱动技术、系统总体技术,其基本体系结构如图1所示[4]。机电一体化产品是富含高新技术的技术密集型产品。机电一体化为机械产品注入了新的技术,把计算机和电子器件的传感检测、信息处理、自动控制等功能融合到机械装置中去,从而获得了过去只靠一种技术而无法实现的功能和效果,在功能、性能、质量和效率等方面都有高水平的发展。机电一体化技术应用系统工程的观点和方法来分析、研究机电一体化产品或系统,综合应用各种现代高新技术进行产品设计和开发,通过各种技术的有机结合,实现产品内部各组成部分的合理配置和外部的整体性能最佳。因此,机电一体化产品表现出整体结构最佳化、系统控制智能化和操作性能柔性化。 机电系统静态和动态设计是课程的核心内容,要求学生能够从系统设计的角度分析机械系统和微机控制系统的元部件特性,掌握机电系统稳态和动态设计的分析方法。但是,动态系统设计涉及到的知识既有系统论和控制论方面内容,又有诸如系统动态参数整定等实践性非常强的内容,学习难度相当大。鉴于此,在该课程的教学实践中,笔者以计算机为工具,借助于MATLAB仿真技术,充分利用其强大的优化设计及仿真分析能力,把该课程中抽象内容形象、直观地表达出来,取得了良好的效果。 二、基于MATLAB的教学方法 在《机械电子学》课程的整个教学环节中,需要涉及机械传动系统、执行元件以及控制系统等多个用于实现机电有机结合的功能模块,如何将这些不同系统、模块的共性表达出来,是帮助学生理解、消化并建立学习主线,是实现各个章节知识串联的一个重要环节。MATLAB工具可以实现该功能,通过采用该软件对不同类型的系统进行仿真和特性分析,不仅使学生对机电系统特性有了直观的认识,而且帮助学生掌握了一门有用的学习工具,为以后的学习和工作奠定一个良好的基础。 在教学过程中,可以通过MATLAB/Simulink实现机电系统动态仿真功能,解决学生对系统动态特性的理解只是停留在公式这一难题;可以通过调节模型参数,研究延迟力矩和积分控制器的效果,让学生对控制以及一些典型的调节手段有了更为直观的认识;还可以利用提供的大量机械模块的仿真工具包,通过这些工具,可以方便地对一些常见的机械元、部件进行特性分析,如液压元件、齿轮传动系统等,并能随时改变约束条件和连接方式,及时观察所设机构在变参数下运行时的工作特性。 综上所述,基于MATLAB建成一个能够模拟实际系统问题的虚拟实验室,从而加深学生对知识的认识和理解,掌握其基本分析方法。 三、基于MATLAB的教学内容 基于MATLAB的教学内容主要包括五个方面: 1.利用MATLAB分析系统时间响应。在完成系统间响应求解方法的讲解以及系统时域指标的讨论后,将利用MATLAB提供的函数系统在不同输入作用下的时间响应,并在单位阶跃响应的基础上,求取系统时域性能指标。在MATLAB中,可以采用impulse函数、step函数、lsim函数对线性连续系统的时间响应进行仿真计算。其中,impulse函数用于生成单位脉冲响应,step函数用于生成单位阶跃响应,lsim函数用于生成对任意输入的时间响应。在求出系统的单位阶跃响应以后,根据系统性能指标的定义,分析系统上升时间、峰值时间、最大超调量和调整时间等性能指标。 2.利用MATLAB分析系统频率特性。Nyquist图和Bode图是系统频率特性的两种重要的图形表示形式,也是对系统进行频率特性分析的重要工具。MATLAB提供了绘制系统频率特性极坐标图的nyquist函数和绘制对数坐标图的bode函数,通过这些函数不仅可以得到系统的频率特性图,而且还可以得到系统的幅频特性、相频特性、实频特性和虚频特性,从而通过计算得到系统的频域特征量。 3.利用MATLAB分析系统的稳定性。在MATLAB中,如果已知系统的特征方程,应用roots函数可以直接求出系统的特征根。根据特征根的分布情况,判定系统是否稳定。通过MATLAB提供的margin函数,求出系统的幅值裕度、相位裕度、幅值穿越频率和相位穿越频率,从而直接分析系统是否稳定以及系统的相对稳定性。 4.利用MATLAB设计系统校正。通过MATLAB进一步讨论系统校正的设计问题,所采用的设计方法仍然是基于Bode图的频率分析方法。教学过程中,设定某单位反馈控制系统可以通过调整增益满足稳态性能指标要求,但相位裕度过小,不满足相对稳定性要求,从而通过采用超前校正环节进行校正。 5.利用MATLAB分析线性离散系统。与可用于线性连续系统分析和设计的函数对应,MATLAB提供了用于线性离散系统分析和设计的函数。教学中,采用c2dm函数和d2cm函数实现系统模型变换。其中,采用c2dm函数将线性连续系统模型转换为线性离散系统模型,d2cm函数将线性离散系统模型转换为线性连续系统模型。另外,利用dstep函数、dimpulse函数和dlsim函数对线性离散系统的时间响应进行仿真计算[5]。 四、教学案例分析 利用MATLAB进行某型炮弹制导控制系统阻尼回路的仿真设计,是《机械电子学》课程教学中采用的经典案例之一。 对于轴对称弹体,俯仰通道和偏航通道结构相同,因此在制导控制系统设计时常以俯仰通道为例进行控制系统设计。控制系统的内回路是阻尼回路,阻尼回路主要由舵机环节、弹体环节和校正网络三部分组成。阻尼回路的结构框图如图2所示。 特征点选择与5.2.3节相同,特征点处的弹体传递函数为: 从弹体传递函数可以看出,在特征点T1处原弹体阻尼为0.1,属于严重欠阻尼,因此将特征点处阻尼回路的期望阻尼设置为0.8。 校正网络设计主要是对阻尼回路传递函数系数 弹体开环传递函数Bode图如图4、图5所示,由图可知在增加阻尼回路前,弹体已经是稳定的,在增加阻尼回路滞后,弹体保持较好的稳定性,弹体带宽变小,因此弹体振荡得到抑制。MATLAB仿真结果表明,阻尼回路明显改善了弹体动态特性。 五、结束语 通过上述研究可以得出,在《机械电子学》教学过程中采用MATLAB软件可以有效地完善课程教学内容,实现了理论教学与实践教学的有机结合,不仅对加强学生的理论学习有较大的帮助,而且也提高了学生对所学知识的运用能力和分析问题、解决实践中问题的能力。 电子学论文:虚拟仿真实验系统在电子学科的应用 摘 要虚拟仿真实验系统从学生,教师,实验管理员三方面对实验过程全面控制,满足了对学生基础理论的认知、专业技术的掌握和综合设计能力的要求。 【关键词】虚拟仿真实验系统 管理系统 多样性 近几年,教育部一直在提出并让高校贯彻执行教学资源的先进性和创新性理念,这是适应当前社会的高速发展对人才提出的综合要求。如今,高等院校在教育理念上一直在摸索和发展中前进,但光有深刻的理论基础尚且不够,创新性需要在实践中才能得到体现和应用。尤其工科是一门实践性非常强的专业,要求毕业生在工作岗位上有很强的动手实践能力。在以往的实践中,学生的实践大部分是局限于在实验室展开。这种传统的实践模式存在以下几个弊端,一是高校资金短缺,实验室无法满足日益扩招的学生数量,这样从教学资源配置上无法很好的满足学生的需求;二是对理论知识学习不深刻的同学直接进入实验室进行操作实验,很容易因为误操作而损坏仪器仪表,直接造成了资源的浪费;三是一些高危险和能源型的会造成污染的实验也无法在实际的实验室中操作完成。近年来,高等学校逐渐的大规模引入了虚拟仿真实验系统,并且也形成了学科体系。 1 传统仿真软件的特点 在使用虚拟仿真实验系统之前,高校工科专业近些年也在一直使用一些仿真软件作为对课堂和实践教学的补充,以电子专业为例,常用到的一些电路软件有EWB、Multisim,主要用于电子电路的功能仿真;还有由欧洲DesignSoft Kft.公司研发的Tina Pro软件,主要用于模拟及数字电路的仿真分析;美国Wake Forest大学基于SPICE开发的CircuitMaker软件,主要用于电子电路仿真实验;英国Labcenter electronics公司出版的Proteus软件不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能,还能仿真单片机及外围器件。这些软件在很长一段时间里对教师和学生起到了很好的辅助作用,但在使用的过程中,也发现了一些弊端。一是这些国外的软件都是针对企业,工程使用开发,而不是针对学校的学生实验开发,很多软件的功能在基础学习中无法使用,没有针对性。二是国外的这些仿真软件更新换代太快,各门课程需不断的购买正版软件这对于学校和学生都不太现实,但是用下载的盗版软件又存在使用过程中有时软件不稳定的情况,对于一些电路的仿真和参数的分析会造成波动及误差。三是这些仿真软件的界面都是英文,对于英语基础较差或者是学生没有学习专业英语之前,是存在一定困难,从而造成了学生对软件的畏惧情绪。四是人机界面比较单一,没有配套的知识辅助资料和实验过程指导,教师要在很多学生中进行巡回指导,工作量大,效率低。 2 虚拟仿真实验系统的应用 2.1 虚拟仿真实验系统的特点 虚拟仿真实验系统是以计算机作为控制中心,采用多媒体技术手段在计算机上虚拟实验环境,软件构建逻辑结构模型,再和硬件相结合,构成虚拟系统。并利用互联网形成网络化虚拟系统在计算机人机界面上完成实验。该系统由课程实验仿真平台和实验管理系统构成,这也是和传统使用的仿真软件的最大区别之处。该系统引入了实验管理系统,也就是说,该系统搭建的平台可以针对学生,教师和实验管理员分别使用,每个学生,教师,实验管理员都有属于自己的管理账号。学生登录账号可以选课,可以提前预习实验要求,获取实验信息,并进行虚拟实验,最后提交实验报告和查询成绩接收实验结果反馈。而教师登录账号可以布置新实验,并提供一些实验案例和提出实验要求,还可以在线指导学生实验,对学生实验作出批改,实时与学生进行交流。实验管理人员登录账号可以添加和查看实验室,对学生和老师的考勤进行管理,对整个系统进行维护,做好后勤保障工作。这种基于网络的流程化管理完成了对实验过程的全面控制,大大的提高了效率。 2.2 虚拟仿真实验系统的发展 虚拟仿真实验系统充分的降低了实验实践成本,搭建了一座从理论到实践的桥梁,使得实验过程安全可靠。通过网络化的实验管理系统,突破了空间和时间的限制,打造了生动直观的教学环境,提高了师生的互动性。虚拟仿真实验系统是在课堂,实验室,传统仿真软件,企业实践四种环节的基础上汲取经验弥补不足发展而来的。该系统连同以上四个学习环节可以优化组合,发挥最大优势。比如原理性概念性的理论知识可以结合课件或动画的形式在课堂完成,基本操作型的实验可以通过传统仿真软件验证后在实验室操作来锻炼学生的动手能力。创新性的,开发性的实验可通过虚拟仿真实验系统完成,学生可以反复设置参数,反复调试验证,反复的进行修正直到最后满意的结果,这个过程极大的减少了资源的消耗,降低了实验的成本。 3 虚拟仿真实验系统在电子学科的应用 3.1 虚拟仿真实验系统的建设 全国信息技术标准化技术委员会教育技术分技术委员会在虚拟仿真实验教学系统的开发方面制定了一系列的规范和标准草案,为各高校学科资源的共享应用奠定了基础。一个虚拟仿真实验系统的建设是集成了多门学科资源的,在这个方面,我们国家像北京邮电大学等高校潜心研究开发出了结合高校学科专业特点的虚拟仿真系统,建立了信息电子类课程的虚拟仿真实验平台。通过该平台提供的仪器设备可进行几百个电路、电子、信息的典型实验项目,充分的满足了高校学生的基础需求。另外,把一些前言的科研项目渗入到虚拟仿真实验范围,丰富了实验内容,开拓了学生视野,充分的满足了高校学生的深层次拓展要求,有利于培养创新性的人才。 3.2 虚拟仿真实验系统在电路中的应用举例 以北京邮电大学开发的虚拟仿真实验系统为例分析,仿真平台模拟真实实验中用到的器材和设备,而且该仿真平台是中文界面,学生用起来直观方便。该实验平台提供了二十二种典型电路实验,在实际中,可以根据学科专业特点需要选取其中的典型性实验。下面以戴维南定理的验证与认识电路为例进行说明。该定理比较抽象,对其中的电路分析结果学生课堂难于掌握,通过虚拟仿真实验系统的流程化学习系统,学生可以轻松的对定理作出深刻理解。如图1所示,在界面的主器材库选取相应的器材设备,在右面的实验台搭建电路,完全模拟真实化的实验环境。如图2所示,是教师登录后的界面,教师可以在这个系统里对所有学生的实验进行批改,设置,操作。如图3所示,是学生登录后的界面,学生可以对老师提前选好的一些实验进行操作。 4 小结 虚拟仿真实验系统为电子类专业的学生提供了多样的可选择实验项目,利用虚拟技术实现了理论与实践的密切结合,拓展了理论的深度和广度,在综合设计和创新方面,为学生提供了一个良好的平台。 电子学论文:高职机械电子学专业项目驱动课程体系研究 摘 要 本文通过对高职毕业生面临的供需偏差进行了归因分析,并在分析的基础之上提出构建高职机械电子学专业项目驱动课程体系的必要性。提出高职机机械电子学专业项目课程的教学内容和课程体系的构建方案以及措施。 关键词 机械电子学 项目驱动课程 课程群 1研究背景 2012、2013、2014、2015连续这四年以来,高职机械电子学专业的毕业生的工作与所学专业的相关性均低于全国其他高职专业的平均水平。换句话来说就是近四年来的高职机械电子学专业的毕业生在毕业之后大部分人从事着与学校所学专业几乎无关的工作。因此,高等机械电子学专业的人才供给与市场需求之间还存在很大的偏差。分析出现这种偏差的原因,在很大程度上是因为高职院校机械电子学专业的课程设置已经不能适应当今的经济发展与社会需求了。所以各个高职学院的机械电子学专业要根据目前的市场和社会需求、重新确定专业定位,全面的整合教学内容, 选择能够提升学生就业潜力的课程内容。 2高职机械电子学专业教学内容的选择与课程体系的构建 2.1选取专业课程内容的方法与原则 2.1.1选择不同的课程模式来安排专业课程 在课程安排中可采用“以专业化生产过程为课程安排主线”、“围绕生产项目组织课堂教学和实训”以及“以职业实践为导向安排课程”等不同的模式来安排专业课程内容、在教学过程中采用案例式或者实例式教学。 2.1.2在课程选择过程中遵循实用原则 在课程选择过程中要安排好“描述性知识”和“程序性知识”这两部分的教学内容。“描述性知识”主要用来说明事物的各种性质、特征以及状态,通常用来区别和辨别事务。“程序性知识”是只能借助某种具体的作业形式间接推论其存在的知识。“描述性知识”用来解决“是什么”的问题而“程序性知识”解决“为什么”的问题。 2.1.3要改变课程内容选择的标准 高职机械电子学专业的课程选择要从原来力求单一学科知识的完整性逐渐向诸多相关学科知识的综合性转变。例如《机械设计基础》这本教材的课程内容可综合机械原理、机械设计、接口技术、机械工程材料等内容,在课程实施过程中按机械设计的过程组合上述内容的教学。 2.2专业课程内容综合模式 2.2.1综合基础专业课程 高职机械电子学专业的课程包含了机械制造、电子技术、计算机技术等模块的基础知识。传统高职机械电子学专业的课程安排中每个模块的基础知识都要由几门相关专业基础课程来完成。具体分析这些相关专业的教材,会发现其具有将这些课程综合的条件。例如机械制造技术这个模块的基础知识一般由机械制图、计算机基础、计算机绘图、机械设计基础、公差配合与技术测量、电工学及工业电子学、工程力学、机械原理、等课程组成。基础专业课程综合中可将计算机基础和计算机绘图这两门课程综合;将机械原理、机械设计基础以及机械制图这三门课程综合。 2.2.2综合核心技术课程 高职机械电子学专业在新的就业形势下要做到针对职业岗位安排教学内容。核心技术课程的课程内容安排要以核心技术为主线紧密的结合起来,综合为一门新的技术课程。由核心技术组合的课程不仅包含基础含理论知识,也包括理论与实践相结合的教学内容,具体如何组合就要根据各个高职院校的具体情况而定。例如:数控机床操作这个岗位是所有机械制造企业比较重要的岗位之一,以数控机床操作为核心技术可供综合的课程有:机械材料基础知识、零部件加工及装配工艺、计算机编程设计。如果高职学生能够认真学完这一综合课程之后,在企业的生产实践环节进行练习操作,毕业之后就能胜任数控机床的编程以及操作工作。 2.2.3综合核心技术与支撑技术课程 核心技术是专业技术的核心,而支撑核心技术的支撑技术普遍属于专业基础。如果将核心技术与支撑技术以及其他的相关课程综合,打破高职机械电子学专业传统的三段式课程设置,形成一种新的课程设置模式,或许会为高职院校学生的培养提供新的方向。目前国内外有不少学者在探讨打破基础课、专业基础课以专业课这三段式的传统课程结构的可能性以及利弊。许多学者主张将专业课与专业基础课综合起来,形成基础课和专业课的模式。这种综合核心技术与支撑技术课程模式的教学能够使学生投入更多时间学习专业课。 3实施高职机械电子学专业课程建设的措施 3.1重视课程的个体差异, 实行开放式教学 在机械电子学专业的课程安排中选择应用性、操作性以及技术性强专业课程,在专业课程的教学计划中针对市场需求的某种能力进行有目的的培养,根据培养目的组合课程模式。这样高职院校毕业生就能够满足社会上的职业需求,从事与所学专业相关的职业。 3.2 在教学过程中要严格控制教学质量 由机械电子学产业界、机械电子学专家、学校的管理层、相应专业的教师等编写机械电子学课程大纲,然后由专业任课教师根据课程大纲实施教学。在教学过程中,要有完整的严格的教学管理制度来保证教学质量。 3.3实施措施控制课堂教学质量 各高职院校要加强对专业课教学质量的监督和评估。建立一套适合本院校的、有理论依据的、具体可行的评价机制,并通过考试等各项措施及时反馈专业课的教学质量信息。 3.4积极发挥教师在专业课程建设中的作用 在高职机械电子学专业课程的建设中,不仅要有效发挥教师队伍的带头作用,而且要培养大量的能够把理论知识与实践过程结合起来的教师队伍,鼓励他们积极投入到课程建设和课程改革中。 电子学论文:工科留学生电工电子学实验课程教学实践 摘要:本文针对工科非电专业留学生特点,从实验内容、教学方法与手段入手,对留学生电工电子学实验课程的教学改革进行了探讨。实践表明,所采用方法有助于提升留学生学习热情,强化其对相关基础课程的掌握,具有一定借鉴意义。 关键词:留学生;电工电子学实验;教学改革;实验技能 随着我国石油企业海外项目的不断拓展,资源国企业及我国海外企业都迫切需要掌握石油开发、运输等技术的国际化人才。中国石油大学(北京)为了顺应高等教育向国际化发展趋势,提高综合办学实力,从1997年开始,陆续招收了来自中亚、中东、南美等50多个国家和地区的留学生。目前在校留学生人数达800多人,生源涵盖了本、硕、博各个层次。因此,设立针对提高留学生教学质量的课程教学改革也势在必行。 电工电子学实验是工科非电专业学生继大学物理实验之后的又一门实验课程,是培养学生掌握基本实验技能,提高动手能力和科技创新能力的基础。留学生是高校教学中一个特殊的受教群体,提高留学生实验教学质量,培养留学生的实践能力,对提高我校国际化办学规模和提升学校知名度都是至关重要的。作者在多年的留学生教学实践中,通过在教学内容、教学方法及教学手段等方面的不断探索和改革,取得了良好的效果,希望这些教学经验和体会对提高留学生的实践水平具有借鉴意义。 一、强化基础,参差兼顾,以突出留学生特点为主优化实验内容 我校与国内外石油公司合作,以联合培养模式招收的留学生大多来自石油资源丰富的国家,受教育的程度及个人学习能力参差不齐,实践动手能力也与中国学生相差甚远。例如,第一次使用万用表时,教师不需要给中国学生讲解,但对留学生却不然,需要详细讲解和演示万用表的使用方法。这种生源质量的差异,决定了对留学生的实验要求不能过高,应该以强化基础知识和基本技能训练为主,降低实验难度,选择相对简单、趣味性高、实用性强的实验内容,来激发留学生的学习兴趣。而对少数基础扎实、能力较强的留学生,则可以采取与中国学生使用相同教材,并视其能力和素质,适当增加一些综合设计性实验的培养方式,从而使不同水平的留学生都能找到适合自身状况的学习点。 二、分组合作,以优带差,充分发挥留学生之间语言沟通无障碍的优势 近年来,我校招收的留学生多数来自哈萨克斯坦、土库曼斯坦等俄语系国家,教学语言成为留学生课堂教学的主要困难。尽管这些学生在选择进入专业学习之前,要在预科班学习一年汉语,但即便如此,多数留学生的汉语水平也仅限于简单的日常对话和交流,完全理解和掌握老师所讲的内容或专业术语还存在困难。而多数专业课教师俄语基础薄弱,只能采用汉语进行授课。语言障碍给留学生在理论课上对关键知识点的理解带来困难,同时也制约了实验技能的提高。为了克服语言交流问题,在实验教学中,我们通常把留学生分成若干小组,每组确保有一位汉语语言表达及领悟能力较好的学生。老师在课堂上讲解完实验原理和实验内容后,先重点辅导各组中语言能力较好的学生,一旦该学生掌握了实验过程和方法,便可作为老师的助手,代替老师在小组中用他们自己的语言帮同学辅导,发挥助教的作用。该方法不仅可以在师生之间搭起语言桥梁,解决师生间的沟通障碍,也缓解了课堂上老师被学生频繁招呼的现象。 三、积极探索,改变模式,借助现代化教学手段提高留学生实验教学质量 受各方面因素的影响,留学生缺乏基本的实践能力,实验时经常不知从何入手。针对这种情况,我们采取了“仪器操作训练、接线能力训练、测试分析训练”三个单元训练法,从夯实基础入手,循序渐进,逐级强化,达到培养和提高留学生实验技能和素质的目的。课上课下注重与留学生沟通和交流,课程结束前,让留学生根据自身学习和对知识掌握的情况,填写对该实验课程现有教学模式及实验内容等方面的建议。通过信息反馈,可帮助教师及时改进教学方法和教学手段,进一步加强师生之间的互动交流。 在具体实施“三个单元训练法”时,我们主要采取以下措施: “仪器操作训练”单元。熟练使用电子仪器设备是完成实验过程的重要基础。在这个单元中会安排一次课的时间对仪器设备进行讲解和强化训练,并采取多种教学手段帮助留学生加深理解和掌握。例如,在介绍数字示波器使用时,首先要求学生登录学校课程网络教学平台,观看示波器使用视频,让留学生先对示波器操作有个直观的了解。随后在课堂讲解时,让学生将示波器的界面显示语言设置成自己的母语文字(如俄语、英语或其他语言文字),再对照老师的中文讲解慢慢消化吸收,这样学生便很快地掌握了示波器的基本功能和使用方法。 “接线能力训练”单元。实验初期,留学生的电路接线能力普遍较差,很简单的电路在他们看来都觉得很复杂。不能正确连接实验电路,就无法完成后续的参数测量。最初我们采用教师先演示实验,然后让学生自己动手接线的授课方式。这种方式的弊端是学生每接一根线都要先跑到演示台前看一次,不仅实验效果不好、效率低下,而且还影响课堂秩序。后来,我们将现代化的多媒体技术融入课堂,把电路接线过程做成动画,让学生跟着动画提示连接电路,既直观有趣,又提高了实验效率。经过几次训练,多数学生都能够脱离动画提示,独立完成实验电路的连接,效果立竿见影。 “测试分析训练”单元。该单元是培养实验技能的重点和难点。在这个训练单元中学生不仅要理解实验原理,正确使用仪器仪表并掌握不同参数的测量方法,同时,在实验中可能还会遇到各种故障或实际问题。为此,我们采取了以下教学手段。 1.课堂讲解实验原理时,充分利用电子电路仿真软件,通过电路仿真过程让学生对实验原理有更深层的理解,对实验结果产生一个直观的印象。例如,在做单级共射放大电路实验时,采用Multisim仿真软件,让学生观察工作点变化对放大电路的影响;通过改变工作点位置,使三极管工作在不同区域,观察各区域中放大电路输出波形的特点,从而使学生充分理解和掌握失真波形产生的原因及改善方法,把抽象的问题通过直观的方式显示出来,更便于留学生对知识的理解。 2.由于部分留学生理论知识掌握不足,课前又没有预习的习惯,所以实验课上许多留学生都不清楚实验该从何做起,该怎样用测量数据验证实验结论。针对这种情况,我们采用“课上提出问题讲解实验原理观察仿真结果根据动画提示测量参数课上互动、讨论并验证提出的问题”的授课程序,使学生通过分析实验结果彻底克服理论知识掌握不足的弊病。例如,在做直流电路基本定律实验时,老师先提出基尔霍夫电流、电压定律的概念,让学生根据动画提示测出电压、电流值,然后通过互动与学生讨论实验过程中出现的各种问题及解决办法,用测量数据反推并验证基尔霍夫电流、电压定律。通过这种方法,留学生不仅掌握了实验测量及分析的方法,而且很容易就理解了理论课上未搞清楚的基本概念。 3.为兼顾部分动手能力较差的学生,让大多数留学生跟上授课节奏,在做比较复杂、实验步骤相对烦琐的实验时,老师会把实验分成多个单元,等每个学生都完成该单元的测量之后,再进行下一个单元,以避免挫伤个别留学生的自信心而失去对实验课的兴趣。 4.充分利用网络教学平台,把每个实验的操作过程和仪器设备使用做成动画或视频,增强真实感和临场操作感。以形象直观的方式,把用语言难以表达清楚的问题,通过动画或视频表现出来,帮助留学生理解和记忆。 四、因材施教,层次教学,有效利用开放实验室培养留学生实践创新能力 有些留学生思维活跃,善于思考,想法较多,且对电子学方面的知识非常感兴趣。针对这部分学生,可以在他们掌握了基本实验方法后,鼓励他们进入开放实验室,实施分层次教学。在开放实验室轻松自由的学习环境中,学生可以继续做课上没有完成的实验,也可以根据个人爱好,尝试一些设计性的实验。另外,在开放实验室还备有焊接工具及一些小电子产品的套件,例如小音箱、电子门铃等。学生可以自行焊接组装这些小电子产品。这样不仅可以激发留学生的学习热情和求知欲望,同时也可以让他们意识到自己所学知识对将来职业发展的重要性。在整个开放环节,完全以留学生自主学习为主,充分发挥他们的主观能动性,对提高留学生的实践能力起到了很好的促进作用。 五、结束语 留学生教学质量是决定高校国际竞争力的重要因素之一,如何提高留学生实验课教学水平是广大教育同行所面临的共性问题。针对我校留学生特点,本文探讨了留学生电工电子实验课教学方面的一些有效措施,仅供广大教育同行参考。
计算机控制论文:计算机控制技术在智能建筑自动化的作用 摘要:智能建筑物可以解释为把计算机应用技术同控制技术配合网络技术以及建筑艺术紧密结合在一起的科学成果。目前智能建筑是发展一个国家,一个地区科学技术与经济水平有力整体体现智能建筑水平是城市现代化发展水平的重要标志之一。计算机控制技术在该领域起到协调各个子系统,检测、协调、控制其它智能设备的作用。 关键词:智能建筑物;控制技术;自动化;计算机 前言 智能建筑是“将计算机技术”“控制技术和网络技术”和“建筑艺术”等综合技术的产物,目前智能建筑的规模,已经是一个国家或者是一个地区科学技术以及经济水平的良好体现,智能建筑的发展水平是城市现代化水平的最显著标志之一。伴随着信息时代的来临和信息产业的勃勃兴起跟随着人们对生活环境,居住条件要求地不断提高。建筑智能化的理念现己深入到了建筑物的灵魂中,并成为了衡量现代科技价值的“金标准”。建筑物的智能化成为了提高居民生活条件。是城市未来发展的主流方向。现今“物联网时代”已经到来,智能建筑的每个“子系统”将向着大规模、分散控制以及集中管理等方向发展。一般,智能化建筑中大多包括有多个子系统以及诸多设备的互联。于是就要通过对信息的综合和资源的利用,以便来统一协调监视“智能建筑”的状况便显得非常重要。通常一般情况下,每个分系统大多都选自不同的生产厂家所提供的;在“数据类型”“接口种类”和“信息储存方式”等诸多方面都很难答到共通。因此可能会严重影响了子系统在物理层面上以及功能上的互操作性以及开放性,为整栋智能楼宇的综合信息采集造成了非常大的困难。网络技术的不断进步,对建筑物内的信息监测的方式也不断更新,先已在经不再单纯是客户与服务器之间的资料信息共享。现在可以对系统监控或远程控制监测等诸多方式也日渐成熟。并且已经成为了系统当中非常必要组成部分。 1智能建筑的功能 一个可以被有效控制利用各种资源的建筑才能成为智能建筑,还需要具备有关的系统运营环境。同时生态系统上应满足能源与服务还有排污的综合需求,实现各个层面的协同运行和有机的结合。智能建筑的‘计算机控制技术’在建设设计最初时,应考虑到4个其最基本的功能: 1.1能源的管理 通过使用设计能源监控与管理的方式来达到有效节约能源的目标,减少其建筑物在周期内的资源消耗与浪费同时提高了建筑物的利用率。 1.2空间的管理 优化控制空间结构,掌握了解空间的使用等情况,合理分配不同应用空间提高空间使用率。 1.3设施的管理 掌握控制建筑物内各不同功能,不同类型设备运行的情况,并可以实施有效的管理利用,有效的延长设施使用周期。 1.4服务的管理 建筑的智能化应尊徐恩这以人为本的原则并不断地为住户提供具有一定个性化的优质服务服务,从而达到满足提升不同用户对生活的感受。但也不许考虑到降低用户的使用成本。 2供电 建筑在只能化的过程当中需要使用很多不同的应用设备来为其提供具有一定相当的针对性、个性化的智能服务。所以,为其提供保障的自动化装置与自动化办公设备以及通讯等,都会给供其共电保障、用电提出了难题。因此进行智能的建筑物内的供电设计时,必须应该要对供电系统中安全性与可靠性及稳定性还有灵活性加打重视。由于智能建筑物中的用电设备较多,用电负也荷比较大,进行设计时需要对其负荷进行分析评估,并对负荷的级别,进行合理划分。必要时可以根据设备需要的用电情况,个性化的具体选择所供电的系统,最大限度的避免造成浪费。同时应要考虑到供电的可靠性以及电源质量的要求,根据用电负荷,动态的确定其针对性个性化的供电方式。 3照明 照明系统的智能能化,不但可以保障建筑物内使用者的安全,也既要满足其基本生活。又要能应该具备或者达到其环保与外观的需要。智能化的照明系统应用原则为“安全与经济和适用与美观”的并存。安全是任何系统的绝对必要最基本的条件。要通过正确选择灯具的种类、安装的位置安装数量与灯具功率还有照度控制等方面。进行合理设计,提供生活与工作舒适的光度。一方面,要通过采取先进的采光技术,从而发挥照明系统地实际效益。在保障照明效果基础上减少费用开支。另一方面,要从我国实际电力供应与设备生产的水平出发,选择合理照明设备,来提升智能建筑中的照明系统的经济性。体现建筑内的空间立体感与装饰表现感,要注意色彩的协调,同时要避免出现眩光,根据工作与学习和生活的需要给予合理布置照明的亮度。 4计算机辅助系统集成化 4.1集成化服务程序 主要的功用是把,自动化的各种不同用途种类的办公设备互通互用的问题,实现信息共享。它主要负责完成,从每子系统应用的服务器上采集相关数据且同时向子系统下达相关控制指令,且实现与各个子系统之间的联动和控制功能。因此,此部分是,‘计算机控制技术’在‘建筑自动化应用’智能化的过程中的系统中关键所在。 4.2Web应用程序 大多采用B/S模式设计为主,主要是为了实现信息集成化,方便管理以及应用和在开发。Web服务器使用“Windows2003Server”操作系统,开发维护工具采用“MicrosoftVisualStudio2005”;以“C语言”为开发维护语言,配合数据采集与设备监控和故障诊断还有趋势曲线以及综合智能判断等,图文一体显示的人机交互功能。智能建筑是将“建筑技术”与“计算机应用技术”“网络通信技术”“和“计算机(控制\监控)技术”等多种技术集成的载体。,必须重视各个自动化设备之间地集成配合。自动化设备的集成化的是为了:搭建建设智能化的应用管理,通过对自动化化设备的自动控制把“信道通信技术”、“安全防范技术”以及“多媒体技术”等进行整合,从而达到实现智能化的目的。 5总结 智能建筑在计算机控制管理系统是把在不改变原来的自动化设备基础之上,将建筑内个各种不同应用设备网络控制与构建网络的每个应用程序。对独立的应用设备高度集成。进而形成更高的自动化综合监控与智能化的管理系统,从而就为建筑内得用户搭建了更高级的服务平台。“计算机控制技术”在智能建筑自动化应用系统的核心就是要实现不同应用设备的综合运用。必须要解决各个层面的设备、数据互访,改变各个层面设备的独立运行状况。实现自动化设备系统之间的联动控制。提高其运行的效率;在信息共享中心将数据分析后进行诊断,最终达到能源的最优化和维护设备安全平稳运行的重要目的。 作者:邹平吉 单位:兰州职业技术学院人事处 计算机控制论文:工业自动化控制中计算机控制技术的运用 摘要:伴随着时代的进步和科技的发展,工业生产已经逐渐摆脱了以人力、机器为主力的生产方式,实现了自动化和智能化产,减少了人力的工作量,也减少了生产成本,提高了生产效益。计算机技术和网络技术是实现现代化工业生产的技术保障,它在有效提高业生产效率的同时,也为工业的自动化和智能化发展奠定了基础。该文在简单概述自动化技术和计算机控制技术的基础上,分析了计算机控制系统的工作原理以及运用的特点,并重点论述了工业自动化控制中计算机控制技术的运用。 关键词:工业自动化控制;计算机控制技术;应用路径;网络技术 在市场经济快速发展的今天,工业企业面临着巨大的市场竞争,因此,对于工业制造企业而言,如何在确保产品质量的基础上,最大限度提高企业生产效率,已经逐渐成为了工业制造企业所普遍面临的难题。工业自化已经成为了行业发展的趋势,而计算机控制技术则在其中发挥着重要的作用,NC、PLC等先进技术的使用成为了计算机控制系统在工业自动化控制中应用的键,其自身的发展也逐渐向着精密化、灵活化、开放化的方向发展。 1工业自动化技术概述 石油、石化、建材、冶金等都属于工业生产,它所涵盖的范围广泛,可以是指一台生产的设备或是一条生产线,也可以指一间厂或是一家企业。在工业制造行业中,工业自动化技术指的是一项综合性技术,它强调的是在综合利用计算机技术、电子设备、控制理论以及相关的仪器仪表的基础上,实现对工业生产制造全过程的动态化、智能化监测和控制。在这个过程中,实现对生产工艺的优化、生产资料的合理配置,并为决策者的决策行动提供参考,其最终目的是提高产品质量和生产效率,降低生产消耗和成本,减少对环境的污染。总体而言,工业自动化技术包含了三个部分,分别是硬件系统、软件系统和系统技术。硬件系统中包含了各项控制设备和仪器,以及执行命令的执行器等。系统技术则包含了各项集成技术,具体包括硬件集成技术、软件集成技术、软件和硬件集成技术等。而各类软件则属于软件系统,在工业自动化系统中,包括了管理软件、控制软件和测量软件等。这三个部分的内司其职,又相互配合,共同实现了工业的自动化生产和控制。将自动化技术应用于工业生产制造行业,对提高企业员工素质、提高企业生产制造能力具有重要意义,同时,这也是优化工业行业产业结构,避免“三高”的重要举措。 2计算机控制技术概述 计算机控制技术质是以计算机技术为核心的一项技术,其主要的目标是采集和控制生产过程中的各项参数,并以计算机硬件系统为依托,利用相应的控制软件,实现对工业生产过程的自动化控制。换而言之,工业自动化控制系统的实现需要以计算机控制系统为基础。计算机控制系统由软件控制算法、硬件系统和上位机操控软件三个部分构成。在这个系统中,计算机拥有高速的计算能力和数据处理能力,因此被运用于各项命令的执行,通过对被控对象的控制,达到工业自动化控制的目的。事实上,从很大程度上来说,对计算机的控制也需要借助一些辅助部件。上位机操控软件的主要作用是现人机的交互,其最大的作用在于实现程序和数据的输入和输出,同时承担数据库构建的任务,以便于实现对工业生产过程的控制,在发现异常状况时能够发出警报。在辅助工业控制系统运行过程中,计算机控制系统需要进行经常性的信息交互,通常情况下,信息交互能够采用有线通讯和无线通讯两种方式。总而言之,计算机控制系统的要目的一方面在于实现对运动过程的控制;另一方面是实现被操控对象的优化。 3计算机控制系统的工作原理 硬件系统和软件系统是计算机控制系统两个重要组成部分,要想实现计算机控制系统的控制功能,需要采取专门的数字、模拟转换设备。在实际工业自动化控制过程中,通常会采用实时控制方式,大多数控制过程计算机运行的可靠性要求较高,但是对其运算速度并无硬性要求,只强调其必须能够响应及时。计算机控制系统实现工业自动化控制的工作原理主要分为三个步骤:第一,数据采集。通过对被控制目标的瞬时值进行检测,实现对相关数据的收集,随后将相关数据传输至工业自动化控制计算机中。第二,实时决策。通过计算机中的特定软件,对所采集到的数据的状态进行计算和分析,根据预定的控制规则,执行下一步控制计划。第三,完成控制任务。计算机所做出的决策会发送给控制系统,控制系统以控制信号为依据,对相关任务进行分配,并执行相关的控制动作,完成自动化控制的任务。在实际控制工作中,三个控制过程不断重复循环,确保系统能够按照相应的要求进行工作,且能够处理一些设备自身和控制对象的异常情况。 4工业自动化控制中计算机控制技术的运用 工业生产过程中,计算机控制技术在自动化控制系统中的应用路径可从数字控制、可编程逻辑控制器、分布式控制系统、计算机传感器等五个方面进行分析。 4.1数字控制 数字控制(NC)是自动化方法的一种,指的是借助符号和数字等对工业生产过程进行编程控制,因此,也简称为“数控”。要实现数字控制,需借助专门的计算机设备,将操作命令以数字的状态发送给设备,使得设备能够依据原先设计好的程序运行。在数字控制系统中软件技术是核心和关键所在,对设备的自动化控制具有重要影响,良好的数字控制技术是提高设备自动化运行能力的重点。在诊断设备故障和设备维修的过程中,数字控制能够诊断出AI故障,运用计算机网络技术,还可实现远程诊断和远程监控。另外,通过已建立的数据库功能,还可对系统进行检修和维护,修复相关故障,并在漏洞扩大之前实现零件的更换,最大限度提高数控系统的安全性、可靠性和稳定性。 4.2可编程逻辑控制器 可编程逻辑控制器(PLC)从本质上而言是一台计算机,其主要是为工业生产而专门研发的。数字运算操作是其基础性工作,而编程存储器则是其核心,模型和数字是其输入或输出的主要方式,通过这种数字或模型的输入和输出实现对工业生产过程和机械设备的自动化控制。可编程逻辑控制器在被运用于工业生产制造后,其工作内容也被分为个部分,主要是数据采集和输入、命令程序的执行、结果的输出和刷新,这三部分的工作内容共同形成了一个扫描周期。可编程逻辑控制器工业自动化控制中的使用较为广泛,归根结底是因为其自身在性能方面拥有诸多优势。首先,它具有使用便捷、操作简单的特点。其次,它的功能较为强大,设施设备齐全,表现出良好的性价比。再次,它的运行可靠性高,能够适应各种不同的生产制造环境,且抗干扰能力强。最后,它具有维护和检修方便的特点,能够实现相关程序的在线修改。 4.3分布式控制系统 工业自动化控制系统中分布式控制系统从本质和功能上来讲,就是一个中型的计算机控制系统。这个分布式的控制系统,能够通过计算机技术实现对生产过程中相关数据的收集、处理和分析,进而实现对生产过程的控制。这种多级计算机控制系统的运用是以计算机运行速度的提高和微型计算机的使用为基础的,它的出现使得自动化技术中计算机控制技术的使用更加科学可靠,其出现和发展与计算机技术的发展有着密不可分的联系。集散型计算机控制系统的主要工作则是实现对自动化生产工程中相关数据的分析,并将分析所得信息反馈给计算机,在这个分析和反馈的过程中,中央计算机只负责系统的集中管理和分散控制工作,使得工业自动化控制系统工作的可靠性大大增强。场控器是分布式控制系统的基础,通常情况下场控器中包含了I/0部件,通过该部件分布式控制系统可实现对数据的采集和控制、执行,再经由人机接口,实现执行命令的,再通过网络通讯设备,实现对数据信息的传递。在现场控制器中,又包含了控制回路等,回路控制中的相关算法预先存储于运行内存中,在实际操作中,能够依据自动控制需求,进行组态。 4.4计算机传感器 在工业自动化控制中计算机控制技术的运用和实现需要依赖于网络通信技术、软件技术和传感设备的支持,在这其中传感设备发挥了至关重要的作用,它是实现工业自动化控制中自动化监测的重要条件。传感设备具有数字化、智能化、系统化和精密化的特点,其相关性能从某种程度上来说决定着工业企业自动化生产的产品的品质。计算机控制系统通过传感器的使用,实现对相关数据信息的收集和整理,进而获取设备运行的状态信息,实现对设备各项参数的动态化监测和控制,确保自动化控制设备运行状态安全,最终达到提高工业产品质量的目的。现阶段,计算机传感器的使用正处于发展阶段,在未来的发展过程中,其运行的可靠性和精确性都将得到有效的提高,最终向着更高级的智能化和更低的能源消耗方向发展,其综合性能将得到大大提升。 4.5自动化生产中的现场总线应用 现场总线指的是数字化通信的检测和控制系统,其被广泛运用于工业自动化制造行业中。现场总线拥有专门的处理器,将这个处理器与测量控制器连接后,可实现计算和通信的能力。它使用双绞线作为通信的媒介,能够实现计算机网络与测量控制器的多个对等连接,自动化生产的现场总线能够将分散的测量控制器变成网络探测的节点,实现联机式的自动控制。现场总线的使用为自动控制设备和系统之间的信息交互和数据分析提供了保障,再通过计算机网络的作用,能够第一时间发现设备运行的异常状况,并实现异常状况的及时排除,使得工业企业的自动化生产过程中信息沟通更加便捷。现场总线在信息交互、数据更新和信息显示等方面都表现出了强大的优势,因此,在自动化技术未来的发展中,现场总线技术的使用是其必然的发展趋势。 5计算机控制系统的应用特点 计算机控制技术在工业生产领域使用广泛,其运用涉及到网络通讯技术、传感技术、控制软件、自动控制技术等。近些年来,伴随着计算机技术和工业产业的发展,工业自动化控制中计算机控制技术的应用水平越来越高,其科技含量也越来越高,有效加快了企业的现代化进程,其应用的优势主要表现在以下几个方面: (1)开放性特点。相对而言计算机自动化控制系统具有公开性和开放性的特点,其开放性特点主要表现在能够实现所有设备和系统的连接,确保各项设备正常运转。在实际操作中,工业企业可根据自身的实际需求,选择接入的系统和设备,表现出极大的灵活性和便捷性。 (2)交互性和可操作性特点。计算机控制系统中的各项设备能够相互连接,共同构成一个数据传递的系统,因此,在这个系统中各项设备是可以相互替换和代替的。 (3)智能化特点。计算机控制下的自动化系统的总线具有智能化的特点,现场总线通过传感设备,能够实现对现场各设备的分析和监控,并在此基础上,实现对设备的自动化控制,确保其能够实时监测设备运行状态,及时处理系统故障。 (4)精确性高。相对于一般调节器而言,计算机控制系统具有超强的数值运算能力,能够最大限度缩小和控制偏差,确保其控制精度不会受到元件老化、噪音等因素的影响。 6结语 总之,工业企业的自动化生产是一个复杂的过程,尤其是在这其中还掺杂了许多大型设备和先进技术的使用,大大增加了自动控制的难度。计算机技术在工业自动化控制中的使用,为其提供了强有力的技术支持,为其进步和发展奠定了基础,也为企业进一步降低生产成本,提高生产效率提供了可能。在未来的发展过程中,必须加强对计算机控制技术的研究,除了不断完善现有的技术之外,还应该加强对新技术的研发,使计算机控制技术能够更好地服务于工业自动化控制技术,促使我国工业产业健康、稳定、可持续发展。 作者:吴高杰 单位:装甲兵工程学院 计算机控制论文:计算机控制技术互联网论文 1集中控制与集散控制的分析 计算机控制技术发展初期,是以集中控制的工作方式进行计算机系统控制的。集中控制系统会建立统一的控制中心,由控制中心负责信息的收集、处理、加工等工作。如果集中控制系统出现了任何问题都能够及时发现,有助于企业及时制定科学合理的解决方案,系统的控制效率也因此得到了大幅度提升。集中控制技术主要是将信息的输入或输出作为控制主体的,主要包括信号采集、信号运算、信息处理及信息反馈、状态显示等工作内容,以上工作内容主要是通过IPC(一种工业控制计算机)控制完成的。IPC会收集温度、PH值、压力等相关数据,并通过接口卡来接受经过处理而得到的信号。集中控制技术具有一定的缺陷,一旦出现控制失误的情况就会使整个系统的运行都会受到某种程度的影响。而且,随着控制系统的日益复杂化,一台计算机已经无法负责控制多种信号的处理工作。为解决以上缺陷问题,以集散控制工作方式为主的计算机控制技术随之发展起来,集散控制又被称为分布式控制系统,根据功能的不同,集散控制又被分成了上位机与下位机,集散控制系统将通信作为系统的核心。整个系统的集中监视工作主要由上位机负责,而下位机则负责控制分布在各现场的用于分布控制的个体,集散控制系统的上、下位机通过通讯互联网进行信息传递,保持信息通畅。集散控制系统具有较高的安全性、有效性及可拓展性。但许多厂家为实现经营垄断常常采用封闭形式的集散控制系统,阻碍了集散控制系统的推广和发展。 2封闭集散控制系统到工业现场中线的发展分析 封闭式的集散控制系统缺乏较好的兼容性和开发性,系统存在无法共享信息的局限。为增强集散控制系统的兼容性和开发性,在构建系统过程中必须采用标准化、网络化的网络协议,工业现场中线技术随之发展起来。由该技术构建的工业现场总线控制系统可以确保工业现场中智能化仪器、控制器、执行机构设备之间保持信息通畅。整个控制系统按照总线方式有条不紊的运行着。工业现场总线控制系统采用的是开放式的现场总线协议,以该协议方式进行现场所有支线工作的协调工作,不仅可以降低投资成本、维护资金,该系统还具有操作简单、经济实用、工作效率高的显著优势,用户的功能需求也可以得到更好地满足。工业现场总线控制系统是一种开放的、互联的分布式系统。该系统将工业现场作为中线,通过收集中线中的信号或信息,并根据所收集的信息对其进行有效控制,将分散控制管理与集中控制管理进行了有效结合,将系统危险分散开来,实现控制分离。 3现场控制到企业自动化控制发展分析 以太网工业协议作为一种开放式的网络协议,实现了全方位的自动化控制。在计算机控制技术中引入互联网,有助于提升产品的安全系数和适用性。但目前,企业化基于以太网的自动化控制中存在着一个问题就是不稳定的网络信号,无法确保系统时刻保持在稳定的工作信号下。信息化工厂的提出是为了解决以太网不稳定问题。基于该技术下,系统将大量的数据进行转移,使信息的采集、传输和处理都能处于良好的环境中,最终实现信息的自动化控制,并提高控制效率。 4总结 基于互联网的计算机控制技术先后经历了集中控制到集散控制、封闭集散控制系统到工业现场总线控制系统、现场控制到企业自动化的几个过程,其技术越来越成熟、高效,计算机控制技术的自动化、智能化程度越来越高,为提高企业的生产效率、生产安全、产品质量提供了有力保障。 作者:党杰 单位:西安医学院 计算机控制论文:计算机控制中网络通信论文 1基于计算机的控制系统 在工业生产领域,计算机控制系统中包括了工业用计算机与各种工业对象。相较于普通控制系统,基于计算机的控制系统,包括了开环系统与闭环系统。现在,工业领域中主要采用闭环系统,主要是由于该类控制系统为一种最基本的控制方式。根据常用的计算机控制系统,其硬件主要包括了计算机、各种外设、输入和输出通道,以及各种工业操作台等。具体如图1中所示。根据控制系统所采用控制方式的不同,则可以将其划分成:操作指导控制系统、直接数字控制系统、计算机监督系统以及分级计算机控制系统等。 2基于计算机的远程网络通讯 在远程网络通信中,由于信息传输方向的不同,可以将该过程中所采用的通讯技术分为双工通讯、半双工通讯与单工通讯等几种类型。顾名思义,双工通讯就是通过比较复杂的通信结构与线路,确保通讯双方的信息都能够向着两个方向传送;而半双工通信则可以理解为信息虽然能够在两个方向传输,但是这种传输过程不是实时的,因为每次传输都只有单个方向的数据在传输;单工通信则更加简单,就是只有一个固定方向的信息能够被传送。在实际的应用环境中,远程网络通信中所采用的通讯方式主要为半双工方式,也就是人们常说的四线制传输方式,而在不同计算机之间的通信中,则主要采用单工通信方式,这样,就可以在满足各种实际要求的情况下,使得通信系统中所采用的线路能够得到更大程度的简化。在基于计算机的远程网络通讯系统中,其硬件构成根据不同的功能主要包括计算机终端、网络主机、各种网络数据交换设备、网络数据传输线路等。 在这些硬件设备中,计算机终端的作用主要为对各个企业用户的网络数据通讯量和信息规模等进行控制;数据交换设备则可以实现对各种网络传输数据的分类、归档、处理与存储等操作过程;在网络主机中,则又可以具体分为微型计算机和小型计算机,其中,我们常用的计算机可以作为微型计算机来使用;网络数据传输线路又可以划分成多种不同的线路,比如常见的电话线路、光纤线路以及微波线路等,在这些线路中,人们最常用的就是光纤线路,这主要是由于光纤的速度非常快。在整个网络通讯链路中,计算机终端、主机等硬件设备,主要通过数据传输线路完成下路连接,而各种终端设备则需要通过数据交换设备来接入网络,接着,远程网络通讯系统各种计算机终端,则能够通过实现制定的网络协议来实现对网络终端的控制过程。对于基于计算机的远程网络通讯系统中所采用的连接方式,根据现代计算机网络技术的发展现状,可以划分为分支式、多路复用、集线式以及点到点等多种方式。在这几种方式中,点到点方式最为常用,因为这种连接方式主要以计算机为核心,然后再通过各种传输线路和数据交换设备来实现网络数据的交换与传输。 3计算机网络通信的发展方向 3.1朝着网络化方向发展。在现代计算机技术和网络技术发展的双重推动下,各种基于计算机网络的控制系统得到广泛应用,且应用范围和规模也不断扩展,给传统回路控制系统中所展现出来的特性造成了根本性的变化,主要是在网络技术推动下,逐渐形成了控制系统的网络化发展趋势,而这也是现代网络技术的成功应用所带来的必然结果。基于现代网络技术,可以将网络中的各种接口连接到仪表单元,从而使得网络化条件中的仪表单元具备了直接通讯的能力。正是由于网络技术的推动,才使得网络能够逐步延伸和发展到各个控制系统的末端,然后在与原有控制系统的结构相结合的基础上,则可实现从控制任务的最基底层,到实现整个调度工作的最高层之间的网络优化与连接过程。对于整个控制系统中的各个仪表单元,其可以作为控制网络中的最小实现环节来使用,而这些仪表单元的网络化则是在对这些仪表单元的数字化的基础上才完成的;在完成原有仪表单元的数字化之后,才能添加必要的网络通讯单元,从而构成完整的总线系统。在现有的网络化控制系统与现场总线控制系统中,整个控制过程的实现与完成已经不再仅通过传统意义上的控制系统来执行,而是通过各种仪表单元在对各自工作独立完成的及基础上,进而通过网络来实现不同单元之间信息交互,最终完成程序和应用环境所赋予的各种控制任务。 3.2朝着扁平化的方向发展在各种功能不同的网络结构中,特别是在基于分布式的计算机控制系统中,整个控制系统可以通过网络来划分成不同的层次,进而将计算机通过网路来连接。考虑到在网络中所存在的不同层次之间的独立性,信息在网络交互过程中,将会受到计算机的影响,这也是信息或者数据在网络交互过程中,需要考虑的一些问题。同时,由于分布式控制系统的网络本身所体现的数据结构的封闭性,会给不同厂家产品的交互带来影响。 4结束语 基于现代计算机技术的控制技术得到了飞速发展,各个领域对控制系统所体现的控制技术水平的要求也逐渐提高,使得现有的控制技术水平朝着更高层次的方向发展。文中通过对计算机系统结构中控制系统的简介,阐述了常用计算机控制系统的构成和组件,对控制技术在网络通信中的应用进行分析。 作者:孙福成 单位:甘肃畜牧工程职业技术学院 计算机控制论文:油脂生产领域中工业计算机控制系统的运用 摘要:根据油脂加工工艺要求,选取了基于WinCCV6.2的上位机和S7-300系列PLC控制器构成的工业计算机控制系统进行结构设计分析和功能模拟。针对该控制系统在过程控制、实时监测、数据记录和查询功能进行了验证。结果表明:采用工业计算机控制系统大大提高了油脂生产过程中的自动化水平,实现了油脂生产过程的集成化和柔性化,对于保障油脂产品品质和工业生产安全意义重大。 关键词:油脂生产;工业计算机;自动控制;PLC 近年来,油脂市场需求不断扩大,油脂产品竞争日益激烈,技术也在不断的发展,传统以单一自动控制的技术手段已经不能满足大型油脂加工工厂的技术要求。当前,基于大中型集散计算机控制系统(DCS)结合可编程控制器(PLC)的工业计算机控制系统在电力、石油、化工等领域获得了广泛推广和应用[1]。但油脂行业的生产管理依然还是以PLC控制系统为主[2]。采用工业计算机控制系统将分散的控制室集成到一个主控台上进行管理操作,实现了油脂生产过程的集成化和柔性化,在提高产品质量,降低能源消耗的同时,改善了生产者的工作环节和劳动强度,对于保障油脂工业安全生产的意义重大[3]。因而,基于自动控制技术的工业计算机成为各油脂加工厂提高市场竞争力、降本增效的重要手段,并成为衡量现代化油脂企业的一个标志。 1油脂生产工艺流程 现代油脂制取工艺一般包括:对油料除杂、去皮、破碎、分离、烘干等预处理,为油脂的制取提供满足出油率要求的料坯;利用压榨技术(一次压榨法、二次压榨法、预榨浸出法、冷榨法)得到毛油;对毛油进一步精炼加工,得到符合质量标准的成品油。该制备过程中,若采用传统的人工控制,或者基于单一局部的控制技术很难满足现代化油脂大规模生产需求,如在油脂生产尾气压力、浸出器存料箱料位、毛油液位等关键点调节中[4],利用操作经验或单循环回路控制技术很难达到工艺要求。而通过组态软件设置PID智能自控模式,利用PLC主控器对关键点的全自动控制,能大大提高传统单回路控制的关联性和可靠性。 2工业计算机控制系统结构分析 工业计算机控制系统即利用工业控制软件和上位机组态软件,结合系统设计人员工业控制经验、系统软件水平和现场操作人员实际工作经验来达到油脂生产的自动化管理和控制效果。整个油脂制取工业计算机控制系统由上位机监控系统和下位机控制系统组成(见图1),通过上位机接口向设备发出指令,利用PLC进行系统数据信息和指令的采集和控制,在人机交互界面上动态显示系统运行状态信息。 2.1上位机监控系统 油脂制取自控系统中,上位机监控系统是用户和计算机间的交互点。监控人员通过交互性的人机界面实现对整个生产现场的实时监视,一旦出现异常,系统发出故障报警,满足操作人员对系统的控制。同时,操作人员通过上位机监控系统与PLC、系统设备进行信息交流,向PLC、控制设备发出指令,PLC也可利用通信模块将设备运行数据信息反馈给上位机,从而满足监视人员对现场工况的实时了解和数据查询、归档。 2.2PLC控制器 油脂生产工艺现场环境较为恶劣,存在较大干扰信号,为保证控制系统的可靠性和安全稳定性,采用PLC作为整个油脂生产流程的核心控制部件。PLC执行压力、温度、液位、流量等仪器设备现场信号的采集,阀门的启闭,各电机设备启停操作。现场采集的模拟/数字信号通过内置通信模块实现与PLC的数据交互,满足对油脂生产的自动化控制。图3为采取循环扫描工作方式的PLC流程图,一次循环扫描将实现对输入/输出信号的采集和刷新。 2.3PLC与上位机通信系统 PLC与上位机以及PLC与执行机构、测试仪表等的数据传输是保证信息传输和指令下达的关键。油脂生产中常见的通信方式有串行通信、现场总线、多主站通信、工业以太网等几种类别[5],本文针对SIMATICNETCP343-1通讯卡进行功能分析。采用自备处理器的SIMATICNETCP343-1通讯卡,能有效缓解中央处理器的通讯任务[6]。CP343配备的RJ45接口能够连接工业以太网,能同时独立处理工业以太网上发生的数据拥堵情况,从而保证油脂生产过程中庞大的数据采集量和下达指令能得到及时响应,满足远距离、多用户的访问连接。集成S5在通讯方面的兼容器,在不需要编程器的条件下进行现场调试,满足了油脂生产过程中复杂环境下设备维护更新的灵活性。 2.4PLC的I/O资源配置 PLC的I/O配置要满足现场传感器、一次仪表和现场控制设备相连接,便于数据信息的传输。根据油脂生产工艺特征和现场工况,现场信号包括对罐体液位、温度、压力检测信号,电机、油泵启停信号,电磁阀、流量阀、蒸汽阀的开度调节信号,蒸汽流量、温度调节信号,变频器频率调节等,因此整个系统应设置多路数字量输入/输出信号和模拟量输入/输出信号。 2.5现场设备和仪表 现场采集设备和仪器主要是针对油料预处理、压榨浸出、精炼等操作过程的温度、压力、料位和流量进行数据采集和控制,采集现场温度、压力、料位等模拟信号或数字信号,如压力变送器、温度变送器、速度变送器、雷达式料位器。系统的执行机构和电子元件,包括各类气动、电动调节阀门,蝶阀、变频器等,通过布置在设备上的仪器来采集变化的信号。 3系统的功能模拟 油脂生产中工业计算机控制系统控制对象包括了现场各类电机设备启停,各类阀门启闭;各储存罐液位控制等。交互界面上显示对象包括各储存罐、管道、阀门的温度、压力、流量等元素。通过界面监控各阀门开关、储存罐参数的变化,并调取变量的历史曲线等。交互系统画面组成包括主操作界面、监控界面、系统报警界面、数据浏览界面等。操作人员通过鼠标和键盘执行各项操作任务,并在不同画面之间进行切换,监控各运行程序的具体情况。组态软件通过现场I/O设备获得各系统的实时数据,对数据进行加工后以图像形式在显示终端显示,另外,根据操作指令和组态要求将输入指令传输到对应的I/O设备,控制执行机构改变运行参数或运行方式。对需要存储的数据写入到历史数据库中,当接收到历史数据的查询指令时,将从数据库中调取数据在终端显示。当设备运行触动报警值时,系统以图像、声音的方式反馈给操作员,同时存取报警信息,以备缺陷的反馈追踪。 3.1运行状态的实时监测及显示利用控制系统 对设备实时运行状况进行监控,对脱溶机、提升机、负压尾部风机等重要设备进行状态监测,一旦出现异常状况,传感器接收故障信号并通过控制器进行处理,系统人机界面发出声光报警,控制系统自动改变运行方式或运行参数调整来避免故障的扩大,与此同时,通知现场人员迅速采取措施进行调整。油料预处理阶段,通过工业计算机控制系统来实时监控油料储存仓。利用安装在料仓底部的料位传感器保证油料的正常供应,确保油料的正常损耗率以及最大限度避免由于空仓而造成的效率降低问题。同时,监控设备上的显示屏显示各电机、泵、阀门的运行工况,便于操作员针对工况做出预判,避免可能存在的故障发生。 3.2运行参数的调整 通过PLC主控制器设定温度控制范围,对参数报警值和报警记录设定;对系统压力、真空度控制值和变化曲线设定,对参数变化范围和报警值进行设定;对系统流量值进行设定并监控等。油脂制取过程中浸出器内部需维持一定的负压避免溶剂挥发而出现事故,要求浸出器存料箱和落料斗料位维持一定高度;为满足工艺要求,提高脱溶效果,要求蒸脱机料层稳定在一定高度范围;为保证第二蒸发器的温度值,避免温度过高或过低而造成的翻罐或不利于混合油蒸发的问题。利用工业计算机控制系统控制浸出器负压、蒸脱机料位、蒸发器温度,有效解决了人工控制存在的误差,满足了工艺要求。通过布置在设备上的测量容器负压、料位、蒸发温度,经过信号处理传输到控制器,控制器根据预先设定的参数对信号进行比较分析后,向电气执行元件发出指令调整运行方式,保证运行参数在设定范围内。 3.3历史数据的查询系统 实时显示和记录现场监测数据,并提供设定时段的数据报表打印功能。各设备的瞬时负荷值、设备故障时间、报警响应、故障参数的时间报表,生产过程的压力、流量、蒸发量等状况报表,结合人机交互界面提供选定参数的历史曲线,生产打印报表[6]。系统数据库存入各类参数信息,以便后续统计分析。工业计算机系统能够实时反映设备和工艺的运行数据,并及时将数据信息自动保存。一旦发生故障,操作员可通过应用界面调取相应时间点的参数信息,对故障进行分析和调整,保证安全生产需求和工艺品质标准。因此,相较于传统的人工摘录记事本的文本记录方式,采用计算机自动控制系统提供的数据记录和故障分析工具,提高了实时监测效率,且避免了人工记录和时间的制约。 3.4传动装置的启停控制 根据油脂制取工艺,在组态软件的支持下,通过交互界面实现对设备的启停控制,并对设备过流、过载、空载、故障停车控制处理,结合设定的逻辑控制单元和报警设置对生产过程进行全面跟踪监控,满足工艺需求。在浸出工艺中,负压蒸发中的尾气风机对真空度的要求非常高,尾气风机转速过高,则容易带出溶剂,转速过慢,则真空度下降,压力可能转为正值,影响安全生产。采用人工控制难度较大,而通过工业计算机控制则能很好解决。利用安装在尾气风机上的压力变送器获得相应的真空度信号和压力值,控制器对接收到的信号对比分析,向变频器发出指令,改变风机的转速,保证尾气风机压力和真空度保持在微小负压范围。 4结束语 随着生产力的发展,科学技术的进步,油脂加工行业所面临的市场竞争也愈发激烈,具备先进的加工工艺、优良的设备配给,卓越的自控系统将是油脂加工企业实现大吨位高度集成生产链的追求目标,基于PLC可编程控制器结合大中型集散计算机控制系统(DCS)的工业计算机控制系统,对油脂生产加工全过程进行工艺监控和信息管理,符合现代化油脂加工厂家的自动化控制理念,也是提高油脂生产品质的必然趋势。 作者:徐毅 单位:西北政法大学 计算机控制论文:网络与通信技术在计算机控制中的作用 摘要:随着先进的生产力的不断发展,信息化时代成为了时展的大趋势。信息化时代主要以网络信息技术为主体,是以创造知识与开发知识为首要目的。如今,网络与通讯技术已经成为现代社会发展的重要手段,它在计算机的领域中起着非常重要的作用。本文就对网络与通信技术在计算机控制中的运用进行分析阐述。 关键词:网络与通信技术;计算机控制;运用 在现代科学技术不断更新换代的社会里,全球的通信技术迅猛发展,在全球信息化的大潮流中,光线通信、广播电视网、国际互联网、电话网等通信互联网的建设也不断得到技术上的革新,网络人性化发展的趋势越来越明显。通信技术与网络成为了社会快速发展的基本要素,也为推动经济的发展做出了巨大的贡献。接下来就结合网络与通信技术,谈一谈在计算机控制中的运用。 1通信技术与计算机控制技术的有效结合 在计算机控制技术中,有一种技术是将通信技术与计算机网络技术两者完美地进行了结合,那就是今天所说的现场总线技术。可能大部分的普通群众对现场总线技术并不是很了解,不像以太网这些网络计算机技术一样,因为现场总线技术通常只是被用于微机化的测量与控制的设备方面,以及对生产现场进行一个有效的信息传输,目的是能够在建立一个高效开放的监督生产过程的信息数字化传输系统。现场总线技术具有很强的稳定性,对信号的抗干扰能力也很强,因为它主要是通过数据传输的方式进行基带传输,这样会使它的功能模块就被分解成几个部分,这不仅会增加它的性能方面的安全性,还能为以后的后续维护工作的实施提供了很大的方便。现场总线技术的技术是比较成熟和完善的,但是也会存在着不足的地方,那就是在传输数据的时候速度会较慢,以及一旦出现问题会因为总线比较复杂而导致问题不易找到和控制。 2网络技术在计算机控制技术的具体应用 网络技术在计算机控制技术的应用中最广泛和典型的就是以太网的应用。以太网在计算机控制技术中具有明显的应用优势,因为以太网的通信传输的速度非常快,而且网络成本的费用非常低,所以它的应用范围是非常广的,自身条件也不存在现场总线的标准复杂的问题。所以在普通家用和办公的计算机控制中,以太网比起其他的网络在计算机控制的应用中能够更好地实现通信和网络的信息传输以及资源共享。以太网是最具有市场发展的潜力的,它甚至还涉及到了工业领域上,它的兼容性的强大使信息在传输过程中不容易受到其他因素的影响。其中,以太网存在的缺点就是以太网在安全性上不如现场总线技术可靠。所以,在现实生活中的实际应用,人们常常会将这两种技术在计算机控制中进行有效融合,使它们之间能够更好地取长补短,各自发挥优势,以达到网络通信效率的最大化。 1、网络通信技术在计算机控制中的运用网络通信技术在计算机控制中的运用具体体现在人们的日常生活中,例如人们可以通过手机、计算机等终端设备对计算机的图像与信息数据进行保存与读取,可以提高资源的有效利用率,还可以加大网络信息的共享资源的效益,继而大大提高了信息的流通,使人们更加快速、方便地在一定时间内就能获取到有用的信息资源,节省了许多资源成本的消耗,提高了人们的生活水平与工作效率。 2、教学方面的运用网络通信技术还对教学方面有着非比寻常的重要性,对于教学改革来说,起着强有力的推动作用。教师可利用计算机网络技术对学生进行授课,借助网络通信技术还可以与学生进行视频远程教学,这样的教学途径改变了传统的教学形式,教师与学生不必局限于必须面对面地上课才能传授和接收知识,通过网络通信技术在计算机控制技术方面的有效运用,师生之间可以进行高效率的教学模式,不仅可以缩短多余的时间,还可以为教师与学生双方提供庞大的资源库,教师拥有大量的资源方便索取,学生这方面也拥有着海量的学习资源可以提供挑选,有效地实现了师生之间的资源共享,也为师生提供了便捷有效的教学途径。网络通信技术对于我国的教育可谓是创造了一个新的发展空间,同时也是扩大了文化教育与素质教育的覆盖范围。 3、气象方面的运用在气象预测上,通信网络技术更加发挥着重要的作用。通过通信网络技术进行对天气的卫星探测,能够更加及时、更加准确地将气象的变化情况通过计算机控制技术的传播。例如可以通过电台技术、广播技术以及电视等终端设备将天气预报传送到人们身边,有效帮助人们对未来天气做好预防工作,对于恶劣天气的预测,可以有效提醒人们提前对自身进行一个保护措施。网络与通信技术在计算机控制中的运用,对社会甚至是世界的发展是必不可少的,甚至还会呈现出越来越重要的趋势,因为它可以使国家与国家之间的文化、经济、政治等方面进行便捷有效的交流,使国家之间的资源进行互通有无,促进了世界各国的合作与发展。 作者:唐晓旸 单位:河北省任丘市华北油田第三中学 计算机控制论文:计算机控制中通信技术的应用 【摘要】 进入新世纪以来,网络和通信技术伴随我国经济的高速增长开始了几何式惊人发展。目前我国在计算机网络与通信技术的融合发展上,逐步推出计算机自动控制系统,且被多个领域广泛认可和接受。本文主要探析计算机控制中网络与通信技术的应用,以为相关工作和研究人员的工作和研究,提供有用参考。 【关键词】 计算机;网络技术;通信技术;应用 伴随现代科技的进步和发展,网络和通信技术正在逐步走向融合发展的轨道,而这一发展趋势也推动了通讯质量和效率的快速提升,进而刺激了信息通讯业的高速发展[1]。现代信息通讯业的不断创新和发展,把传统通讯技术和数字交换技术融合为数字通信技术,形成信息单一传送到多元信息同步传输的跨越式发展。现代信息通信技术的发展,不仅满足了人们生活场景中更多信息沟通需求的,而且为我国社会经济的发展起到了强劲的推动作用[2]。 1计算机网络与通信技术概述 1.1网络技术网络技术兴起于上世纪90年代中叶,是一种基于计算机的数字信息交换技术,其将互联网上分散的数据资源信息整合后,全面共享和高效协调这些信息资源的呈现,使互联网用户可以方便的获取和使用该信息资源[3]。网络技术提供的信息资源在具体提供过程中实际上需要调动大量设备资源和互联网资源,该过程需要调动的各项资源主要包括传感器、网络、大型数据库、专家资源、知识资源、信息资源、数据库资源、存储资源、高性能计算机等。目前的网络技术,处在互联网发展的第三阶段,互联网的功能主要在于信息资源共享。应用网络技术,可以方便的构建小型社区网络、企业内部网络、家庭网络等多种级别的局域网。互联网的根本特征就是资源共享,运用网络技术的最终目的就是消除资源孤岛,因此网络技术的应用并不强调网络规模,而是更加注重技术效果的实现。 1.2通信技术通信技术还被称作通信工程,也有叫信息工程或电信工程的,其是电子工程的重要分支技术,也是当前使用价值极大的基础学科之一。信息技术主要关注通信中信息传递与信号处理原理与应用。通常认为,计算机通信是两个或两个以上计算机间设置专门设备进行信息交换与传输的整个过程。通信技术,最开始采用模拟信号作为传输载体进行信息传递,如今其后则以数字信号作为信息传输载体进行数字信息传输,如今则以数据信号为载体进行数据通信。其中数据通信又分为报文、数据、电力三种数据交换方式。数据通信通常是借助网络协议完成计算机间信息资源传输与共享。网络协议就是计算机间通用的计算机通信语言,通常在不同计算机间设置相同的网络通信协议,也正是这个网络通信协议让多个计算机上的信息资源完成了传输和共享。 2计算机控制中通信与网络技术的应用剖析 2.1现场总线技术应用剖析上世纪80、90年代现场总线技术在国际上逐渐发展成形,该技术主要用在楼宇自动化、制造自动化、过程自动化等方面的现场智能设备的通信网络。现场总线技术为工厂提供基础数字通信网络,连接工厂现场生产过程和控制设备、高级管理设备间沟通,因此其还是开放的全分布控制系统。现场总线技术具有较为分散的功能性模块,该结构能够有效增强其通信稳定性,同时有利于现场总线设备的后期维护保养。现场总线技术的主要内容包括数字通讯、计算机、控制、智能传感等技术,是一项综合性的通信与网络技术,是自动化技术发展的热点技术,目前在世界范围内被广泛应用,且因此引起自动化系统结构与设备发生革命性变化。当前很多极具实力的知名企业都在致力于现场总线技术的研发和相关产品推广。现场总线设备通常设在过程设备底层,用来提供工厂用设备级基础通讯网络,其具有成本低廉、安全性好、通信协议简单、容错能力强等特点。具体应用中,现场总线技术还要求很高的实时性和时间确定性,同时还有信息交换频繁、多进行短帧通信、负载稳定性好的特点。总体而言现场总线技术具有安全性高、稳定性好、兼容度宽、技术成熟的多项优势,基于自身因素存在的技术弊端主要在于共享资源和传输数据的速度相对缓慢,该技术用于计算机间通信相对弱势,具体而言总线标准复杂度高,发生问题后防控难度较大。 2.2以太网应用剖析以太网是一种广为应用且技术优势显著的计算机控制技术,其优势在于网络通信成本低、通信数据传输速度极快、不存在总线标准的复杂协议问题且具有极为广泛的应用范围。采用以太网进行数据传输和共享,能够实现高质量的网络通信、信息传输、资源共享效果。以太网具有极为惊人的市场发展潜力,目前被网络和通信技术的相关市场广泛认可和看好其发展前景。目前,以太网已经将其应用范围扩展到工业应用领域。以太网在具体应用上,和现场总线技术不同,其在传播速度和效率上远远超过现场总线技术。以太网在应用领域中有着远超现场总线技术的超宽兼容度,应用实践中信息传递的整个过程能够表现出更高的稳定性。但在具体应用场景中,以太网传输信息的安全性和可靠性要远弱于现场总线技术,简单而言以太网对现场设备控制比之现场总线技术相对弱势,其在远距离的信息传输上更具优势。 2.3网络和通信技术的综合应用分析目前,网络和通信技术已经广泛应用在互联网和通信领域中,例如电子数据业务、个人移动通信、电子信箱、即时通信等多个领域。计算机控制中应用网络与通信技术的主要作用有:(1)降低能耗,高效推动信息资源互联共享。借助智能信息终端,方便存储和获取互联网上存储的数据、图像、声音等目标信息资料。网络与通信技术的广泛应用可以提升信息传输效率,降低数据重复输入的次数,减少数据存储管理占用的人财物资源,提升了信息的供给效率。(2)可实现远程教学,推动文化交流与传播。当前教学活动中比较流行的慕课和微课教学都是采用了互联网远程教学方式进行网络教学,该类教学方式能够更好的分享优质教学资源,对传统教学模式是一个很好的教学形式补充,并有利于推动成人教育、职业教育和终身教育的发展。借助网络和通信技术实现远程教学在技术上的瓶颈突破,为教育资源传播的开放性和公平性做好了技术支撑,有利于提升社会文化资源交流的频密度和传播的远度。(3)在气象领域得到广泛应用。我国发射的风云系列卫星,通过网络和通信技术广泛传播气象资讯,有效的保护了我国人民的日常生产和生活行为,为人们安全出行和安全生产提供了良好的防范预报。 3结语 现代社会经济高度发展和繁荣的今天,通信与网络技术的应用几乎在人们的日常生产和生活中占据不可分割的重要地位。通信和网络技术的多样化应用让工业生产更加高效和便捷,让普通民众的生活更加的丰富多彩。在计算技术控制中网络和通信技术的应用实践上,总线技术和以太网各具优势和缺陷,在具体选用时还需要根据应用场景的特点来匹配适合的技术方案。 作者:石建茂 单位:公诚管理咨询有限公司 计算机控制论文:计算机控制中通信技术的应用 【摘要】 进入新世纪以来,网络和通信技术伴随我国经济的高速增长开始了几何式惊人发展。目前我国在计算机网络与通信技术的融合发展上,逐步推出计算机自动控制系统,且被多个领域广泛认可和接受。本文主要探析计算机控制中网络与通信技术的应用,以为相关工作和研究人员的工作和研究,提供有用参考。 【关键词】 计算机;网络技术;通信技术;应用 伴随现代科技的进步和发展,网络和通信技术正在逐步走向融合发展的轨道,而这一发展趋势也推动了通讯质量和效率的快速提升,进而刺激了信息通讯业的高速发展[1]。现代信息通讯业的不断创新和发展,把传统通讯技术和数字交换技术融合为数字通信技术,形成信息单一传送到多元信息同步传输的跨越式发展。现代信息通信技术的发展,不仅满足了人们生活场景中更多信息沟通需求的,而且为我国社会经济的发展起到了强劲的推动作用[2]。 1计算机网络与通信技术概述 1.1网络技术网络技术兴起于上世纪90年代中叶,是一种基于计算机的数字信息交换技术,其将互联网上分散的数据资源信息整合后,全面共享和高效协调这些信息资源的呈现,使互联网用户可以方便的获取和使用该信息资源[3]。网络技术提供的信息资源在具体提供过程中实际上需要调动大量设备资源和互联网资源,该过程需要调动的各项资源主要包括传感器、网络、大型数据库、专家资源、知识资源、信息资源、数据库资源、存储资源、高性能计算机等。目前的网络技术,处在互联网发展的第三阶段,互联网的功能主要在于信息资源共享。应用网络技术,可以方便的构建小型社区网络、企业内部网络、家庭网络等多种级别的局域网。互联网的根本特征就是资源共享,运用网络技术的最终目的就是消除资源孤岛,因此网络技术的应用并不强调网络规模,而是更加注重技术效果的实现。 1.2通信技术通信技术还被称作通信工程,也有叫信息工程或电信工程的,其是电子工程的重要分支技术,也是当前使用价值极大的基础学科之一。信息技术主要关注通信中信息传递与信号处理原理与应用。通常认为,计算机通信是两个或两个以上计算机间设置专门设备进行信息交换与传输的整个过程。通信技术,最开始采用模拟信号作为传输载体进行信息传递,如今其后则以数字信号作为信息传输载体进行数字信息传输,如今则以数据信号为载体进行数据通信。其中数据通信又分为报文、数据、电力三种数据交换方式。数据通信通常是借助网络协议完成计算机间信息资源传输与共享。网络协议就是计算机间通用的计算机通信语言,通常在不同计算机间设置相同的网络通信协议,也正是这个网络通信协议让多个计算机上的信息资源完成了传输和共享。 2计算机控制中通信与网络技术的应用剖析 2.1现场总线技术应用剖析上世纪80、90年代现场总线技术在国际上逐渐发展成形,该技术主要用在楼宇自动化、制造自动化、过程自动化等方面的现场智能设备的通信网络。现场总线技术为工厂提供基础数字通信网络,连接工厂现场生产过程和控制设备、高级管理设备间沟通,因此其还是开放的全分布控制系统。现场总线技术具有较为分散的功能性模块,该结构能够有效增强其通信稳定性,同时有利于现场总线设备的后期维护保养。现场总线技术的主要内容包括数字通讯、计算机、控制、智能传感等技术,是一项综合性的通信与网络技术,是自动化技术发展的热点技术,目前在世界范围内被广泛应用,且因此引起自动化系统结构与设备发生革命性变化。当前很多极具实力的知名企业都在致力于现场总线技术的研发和相关产品推广。现场总线设备通常设在过程设备底层,用来提供工厂用设备级基础通讯网络,其具有成本低廉、安全性好、通信协议简单、容错能力强等特点。具体应用中,现场总线技术还要求很高的实时性和时间确定性,同时还有信息交换频繁、多进行短帧通信、负载稳定性好的特点。总体而言现场总线技术具有安全性高、稳定性好、兼容度宽、技术成熟的多项优势,基于自身因素存在的技术弊端主要在于共享资源和传输数据的速度相对缓慢,该技术用于计算机间通信相对弱势,具体而言总线标准复杂度高,发生问题后防控难度较大。 2.2以太网应用剖析以太网是一种广为应用且技术优势显著的计算机控制技术,其优势在于网络通信成本低、通信数据传输速度极快、不存在总线标准的复杂协议问题且具有极为广泛的应用范围。采用以太网进行数据传输和共享,能够实现高质量的网络通信、信息传输、资源共享效果。以太网具有极为惊人的市场发展潜力,目前被网络和通信技术的相关市场广泛认可和看好其发展前景。目前,以太网已经将其应用范围扩展到工业应用领域。以太网在具体应用上,和现场总线技术不同,其在传播速度和效率上远远超过现场总线技术。以太网在应用领域中有着远超现场总线技术的超宽兼容度,应用实践中信息传递的整个过程能够表现出更高的稳定性。但在具体应用场景中,以太网传输信息的安全性和可靠性要远弱于现场总线技术,简单而言以太网对现场设备控制比之现场总线技术相对弱势,其在远距离的信息传输上更具优势。 2.3网络和通信技术的综合应用分析目前,网络和通信技术已经广泛应用在互联网和通信领域中,例如电子数据业务、个人移动通信、电子信箱、即时通信等多个领域。计算机控制中应用网络与通信技术的主要作用有:(1)降低能耗,高效推动信息资源互联共享。借助智能信息终端,方便存储和获取互联网上存储的数据、图像、声音等目标信息资料。网络与通信技术的广泛应用可以提升信息传输效率,降低数据重复输入的次数,减少数据存储管理占用的人财物资源,提升了信息的供给效率。(2)可实现远程教学,推动文化交流与传播。当前教学活动中比较流行的慕课和微课教学都是采用了互联网远程教学方式进行网络教学,该类教学方式能够更好的分享优质教学资源,对传统教学模式是一个很好的教学形式补充,并有利于推动成人教育、职业教育和终身教育的发展。借助网络和通信技术实现远程教学在技术上的瓶颈突破,为教育资源传播的开放性和公平性做好了技术支撑,有利于提升社会文化资源交流的频密度和传播的远度。(3)在气象领域得到广泛应用。我国发射的风云系列卫星,通过网络和通信技术广泛传播气象资讯,有效的保护了我国人民的日常生产和生活行为,为人们安全出行和安全生产提供了良好的防范预报。 3结语 现代社会经济高度发展和繁荣的今天,通信与网络技术的应用几乎在人们的日常生产和生活中占据不可分割的重要地位。通信和网络技术的多样化应用让工业生产更加高效和便捷,让普通民众的生活更加的丰富多彩。在计算技术控制中网络和通信技术的应用实践上,总线技术和以太网各具优势和缺陷,在具体选用时还需要根据应用场景的特点来匹配适合的技术方案。 作者:石建茂 单位:公诚管理咨询有限公司 计算机控制论文:通风空调计算机控制技术分析 1主要控制功能需求 1.1变配电系统 1.1.1遥测、遥信对象附楼配电室技术屏低压I段主供回路、附楼配电室技术柜低压II段备供回路、附楼配电室动力屏低压供电回路、新闻网配电柜低压I段主供回路、新闻网配电柜低压II段备供回路、动力站新闻网低压I段送电回路、动力站新闻网低压II段送电回路、动力站全台网低压I段送电回路、动力站全台网低压II段送电回路。 1.1.2遥测信号每个供电回路线电压:Uab、Ubc、Uca;相电流:Ia、Ib、Ic;电源频率:PF;功率因数:cosφ;有功功率:P3;视在功率:S3;无功功率Q3;有功电度kWh;无功电度kVarh。 1.1.3遥信信号每个供电回路分闸信号、合闸信号。 1.2通风空调风机控制系统 1.2.1遥信、遥控对象排风机1#、排风机2#、排风机、1#回风机(备用)、2#回风机(备用)、3#送风机、3#回风机、4#送风机、4#回风机、5#送风机、5#回风机、1#送风机、2#送风机、1#回风机、2#回风机、1#送风机(备用)。 1.2.2遥信信号允许自动信号、停止/运行信号、热继电器故障信号、起动故障信号。 1.2.3遥控信号起动信号、停止信号。 1.3遥控信号发出当遥控信号发出后,风机实际未动作,经过延时后,发出操作故障信号,弹出报警窗口。 1.4日报表功能每日每小时记录一次所有供配电回路负荷情况,并附报表打印输出。 1.5供电回路负荷历史数据查询以历史趋势图形式查询,可按10min,任意时间段进行历史负荷查询。 1.6风机控制记录查询以历史趋势图形式查询,可按10min,任意时间段查询风机运行状态。 1.7报警事件查询热继电器故障信号、起动故障信号查询。 1.8操作事件查询对操作事件情况进行查询。 2控制系统开发 2.1色彩选择金属灰为背景,蓝色、黑色为字体主色,红色为强调。 2.2操作以菜单为主,按钮为辅,主系统图设置人性化开关点击等灵活多样的操作方式。 2.3主要画面设置低压配电系统图、低压系统遥测、日报表、风机控制、风机控制记录、事件查询、报警查询、用户管理、登陆、注销、退出。开发主界面如图2。 3主要控制界面开发 3.1低压配电系统图不带电状态下为绿色,带电状态下为红色;在画面上显示相电流:Ia、Ib、Ic;所有开关柜断路器位置均设置有透明按钮,点击后打开各开关详细的遥测画面;所有开关柜均判断开关分闸/合闸状态,并根据判断情况进行红绿色显示(如图3)。 3.2低压遥测画面主要显示每一开供电负荷的实时数据,包括线电压:Uab、Ubc、Uca,相电流:Ia、Ib、Ic,频率PF,功率因数cosφ,有功P3,无功Q3,视在功率S3,有功电度kWh,无功电度kVarh及断路器状态;用棒图形象显示负荷情况;用历史趋势图显示负荷情况(如图4)。 3.3日报表查询每天每小时记录一次三相负荷电流形成日报表,并计算一天中的最大值、最小值、平均值。可查询每一天的日报表,达到900操作权限可对报表进行打印、删除等操作。 3.4风机控制达到800操作权限,可进入风机控制画面。画面设置16台风机操作功能区;当就地/集中操作开关处于就地操作时,计算机不进行集中操作,但可对其运行状态进行遥测;当就地/集中操作开关处于集中操作时,计算机可进行集中起动/停止操作,并对其运行状态进行遥测。 3.5风机控制记录采用历史趋势图,对风机运行状况进行记录,可查询每台风机的运行状况,进行10min查询,参数查询,定义记录笔查询。 4总结 本项计算机控制技术的成功运用,使云南广电局动力站大大提高了供电可靠性,降低了工作人员的劳动强度,起到了节约劳动成本,提高劳动生产率的良好效果。特别是精细的供电监控方式,以DCS控制理论,实现了通风空调送风机、排风机通过PLC进行计算机监控,用户对此给予了很高的评价。 作者:张静单位:云南建工安装股份有限公司 计算机控制论文:网络与通信技术在计算机控制的运用 摘要:随着科技的发展,计算机控制逐渐渗透到各个领域,并且发挥着积极的作用。我国进入二十一世纪以来,计算机技术和通信技术的结合始于上世纪,并且经历了几十年的发展历程。据此,通过对网络通信技术与计算机控制的介绍,阐述了通信技术的重要作用及其计算机控制中的作用。 关键词:网络与通信技术;计算机控制;应用;发展 计算机网络技术与通信技术之间的结合使得信息通信的质量逐渐提高。是现代信息通信的主要特征之一。随着我国移动网络使用人数增多,网络速度和安全性的提高成为一种必然。对计算机的发展而言,网络的发展是滞后的,它应以计算机为基础。目前,我国网络通信已经达到了一个很高的水平。笔者将二者之间的关系以及网络与通信技术在计算机控制中的运用进行了具体的分析。 1计算机网络和通信技术相关概述 网络技术是计算机与通信技术二者之间的结合,网络技术对各个领域均有积极的影响。将不同区域的计算机通过设备天线进行连接,可以实现网络资源的共享。网络系统分为通信网络与资源网络量部分,包括电缆、无线通信和电话线通信等相关内容。通过一系列的线路和设备就可以保证节点之间的无障碍通信,硬件、软件和数据库均可以共享。在计算机网络中,常见的设备包括网管、网桥、中继器、路由器和交换器。交换方式包括电路交换、报文交换和分组交换三种,信息在计算机之间的信息共享与传输多是依靠通信协议来完成,计算机协议可以在不同计算机之间使用,信息共享更加方便。 2网络与通信技术在计算机控制中的发展过程 2.1联机时期特征。联机是指通过中央处理器将不同区域的计算机连接在一起,共同发挥作用,联机时期是计算机控制的第一阶段,信息的交换需要核心处理器的指挥与预算,同时中心处理器要具有数据的储存和收集功能。但是随着计算机接入的增多,核心处理器的工作量增大,处理速度就会下降,最终不能满足运行需求。在信息收集和获取上,核心处理器同样面临巨大的压力,要保证中央处理器的效率,就需要在处理器和通信线路之间安装前端处理器。这就是我们所说的通信控制器,数据处理器的速度因此得到基本保证。但是此阶段还不能实现全面的网络连接。2.2互联网时期。互联网时代的到来是随着互联网的快速发展,是指将不同的计算机之间互联形成统一的网络系统。互联网时代的信息的共享和交换成为一种必然。互联网可以将信息进行收集和存储,同时也可以完成通信系统信息的交换和控制,具有独立性,并且封闭性较好,可以很好的避免的网络风险,资源共享的效果不如从前,网络之间互通存在困难。2.3标准化网络时期。标准化网络时代始于上世纪80年代,这一时期随着集成电路和微处理器的使用,计算机网络更加合理化,既可以实现独立的运行,又能够保证信息运行的共享和互联。计算机的体积也逐渐缩小,逐渐接近现代我们所见的微型计算机。在计算机的运行速度上,较以往有很大的提高。网络的安全性极大的提高,并且局域网是通过路由器等设备连接,实现信息的传输与共享。2.4高速网络和互联时期。随着我国网络与世界接轨,信息高速公路这一概念提出。高速的网络开始出现,信息传输和处理速度达到了空前新高。尤其是在网络通信上,基于互联网的信息高速公路已经在世界范围内建立,信息资源共享十分方便。 3计算机控制中的主要网络与通信技术 3.1以太网以太网是计算机控制技术的典型网络,具有较多的优点。随着计算机网络速率的提高,其应用也不断的增加,这一技术的成本较低,通信速率低,且影响因素较少。以太网已经在各个地区开始使用,但是还具有较大的开发空间。对于以太网的研究,应集中于资源的开发上,我们知道以太网包含了大量的资源,如何将其正确的应用于计算机控制中,是下一阶段的主要任务。以太网已经在商业和工业领域具有广泛的应用,并且其特点明显,以太网不仅注重信息通信共享,还对信息共享起着主宰作用。3.2现场总线技术现场总线技术是计算机控制的主要方式之一,其应用可以保证现场设备的正常运行,将网络有效的连接。现场总线技术将基带传输作为基本方式,具有较高的安全性和较强的抗干扰能力。新厂总线采用独立的功能模块,相互之间不造成影响,这使得维护变得方便。另外该技术的开放式互联则实现了各个层次之间的练习,在通信协议的约束下,信息可以统一。现场总线技术在近年来的应用较多,其兼容性、安全性和可靠性成为其广泛应用的主要原因,但是其运行中依然存在一些问题,比如传输速度不高,总线较为复杂,其设计与以太网之间存在较大的差别,对于网络的传输而言,以太网的优势更加明显。在现阶段,依然需求两种技术相互配合。将两种技术联合使用的优势在于,第一,能源消耗减少,并且可以对数据进行全面的分析,共享能力增强,通过终端设备可以轻松的获得网络区域的计算机的声音、图像和数据信息,减少多次输入的麻烦,减少成本使用。通过网络通信技术进行远程教学,是文化得到传播。卫星通信已经成为现代远程授课的一种方式,这一技术深入到教育行业,并在该领域取得了不错的成就。第二,在网络通信过程中,远程技术的覆盖能力逐渐增大,对传统的学校教育起到了很好的补充作用。尤其使教学的开放性与教育的覆盖面积更加广泛。第三,对于现代通信而言,计算机控制已经在广播、电视等方面取得了很高的成就,基于网络通信的广告业发展,也使得本国文化与不同民族之间的联系更加频繁。对世界各国之间的网络交流而言,合作是必然的,在民主发展过程,民主艺术则是通过通信技术快速的传播,针对不同的民族特点,网络通信技术则应从继承和发展开始。网络通信技术的应用能够将这些特有的文化传统进行很好的保护和继承,防止其被破坏。第四:网络与通信技术在气象报道上具有积极作用,可以准确的报道气象状况,现代人已经可以轻松获得天气信息,方便行动。3.3应用实例网络与通信技术在我国计算机控制中的运用十分广阔,比如上海的模拟呼吸系统就是我国建立的首个模拟寻呼系统,数字呼吸系统也是计算机控制系统的代表。对于网络技术的发展来说,计算机需要接收端和发射端共同作用,集成电路在这一过程中会发挥积极的作用。近年来,对网络与通信技术的发展对于计算机交换机设备的研发提出了新的要求,随着以太网也不能适应网络的快速发展,对交换机和用户的分析与维护就成为计算机控制中的主要任务。需要改变以往的预先控制方法,实现程序化,并对存储器进行信息的保存。交换机执行后,可以通过使用换号码的方式实现相关程序,对计算机的变革使得网络通信进一步发展,在我国计算机控制已经深入到工业、服务业等多个领域,对新的网络模式而言,计算机变革将进一步进行。 4总结 对于移动通信网络的发展而言,经历了几个阶段。我目前我国网络通信技术已经空前先进,对于计算机控制起到积极作用。通过计算机控制来影响其他领域或行业,要进一步明确其积极作用,笔者将网络与通信技术的应用过程进行了具体的分析,阐述了不同时期的计算机网络与通信技术的发展与应用。以便于推进我国计算机控制的发展以及其在各个领域中的作用。 作者:李景纯 单位:广东海格怡创科技有限公司 计算机控制论文:汽车综合性能检测站计算机控制系统分析 摘要:详细阐述了汽车综合性能检测站计算机控制系统的问题预防和维护工作,以期能为相关人员提供有益的参考和借鉴。 关键词:汽车;综合性能;检测站;控制系统 汽车综合性能检测站是以计算机为核心的测量和控制系统。因此,计算机控制系统的正常运行对汽车综合性能检测站有着重要的作用,我们要做好计算机控制系统的维护工作。 1计算机控制系统可靠性问题的预防 1.1供电的可靠性 电源是整个系统的命脉,会在很大程度上影响系统的可靠性。制动检验台电动机的启停、底盘测功机涡流机的运行等都会造成供电网络电压大幅涨落,从而导致电压不稳,给计算机控制系统造成很大的干扰。实践表明,在计算机控制系统外部干扰引起的故障中,80%以上是由电源干扰引起的。计算机控制系统的供电原则是:①空调、照明等动力设施与计算机、工位机应分别供电;②工位机采用稳压电源,以保证AC220V的稳定;③服务器和计算机要采用不间断电源(UPS)供电,以防信息丢失;④三相负载要均衡;⑤工位机内交、直流电源线分开线槽走线,信号线与地线、电源线尽量不交叉,以减小交流电源对直流电源线和信号线的感应干扰。正确接地也是计算机控制系统抑制干扰的重要手段,接地原则是:工位机和设备采用串联屏蔽接地方式,用一根大截面铜线(至少10mm2)连接各装置的中心接地点,然后连接到接地母线;接地装置最好埋在距检测车间10~15m处。 1.2线路的可靠性 在自动检测线上,每个工位的模拟量、开关量的输入和输出是必不可少的。电气设备漏电、接地系统不完善或传感器绝缘性能不高等都会造成通道中传入很高的共模或差模电压。如果各通道的线路绑扎在一起,则各线路会通过电磁感应相互干扰,尤其是将-12~12V的信号线和交流380V、220V电源线绑扎在一起,其干扰更为严重——轻则使弱电信号出现误差,重则会覆盖住传感器等的弱电信号。在安装计算机控制系统时,要按信号类别将信号线与电源线、强电线与弱电线、模拟量线与开关量线、交流线与直流线等分开线槽走线,以减少各种耦合干扰;不同类型的信号要分别用不同电缆传输,信号电缆应按信号种类分别布置传输,严禁用同一电缆的不同导线同时传送动力电源和信号,避免信号线与动力电缆靠近并平行布置;要对传感器信号线和光电开关信号线采取屏蔽措施,将正确接地与屏蔽结合起来抑制干扰;对于模拟信号线,一律采用屏蔽电缆走线方式,同时穿钢管屏蔽保护,将屏蔽层接地,以减少静电干扰。另外,较短的信号线可以采用双绞线,双绞线上产生的大小相等、方向相反的电磁干扰可以相互抵消。 1.3硬件电路的可靠性 工位机、设备控制柜的设计采用模块化、通用化的方式,以便故障查询和更换。对于硬件电路,特别是主控板,要在其关键点上设计LED指示灯和报警装置,以便维护。比如控制举升器升降的继电器吸合电路可用LED指示灯来标识其工作状态;I/0通道中光电开关信号采用光电耦合器隔离,传感器信号采用隔离放大的方法来抑制干扰。硬件滤波电路是计算机控制系统中的重要组成部分。传感器信号在接入放大器前,可在信号线与地间并接电容,以减少共模干扰,并在信号两极间加装滤波器,以减少差模干扰。将常用RC滤波器接在一些低频信号的传输电路中,例如侧滑检验台的差动变压器输出端,可以有效削弱各类高频干扰信号。为保证整个计算机控制系统在局部发生故障时也能够正常工作,可以在工位机里设置一些备用部件。一旦发生故障,就启动备用部件。 1.4软件设计的可靠性 对整个计算机控制系统而言,软件抗干扰技术是防止计算机控制系统受到可预知干扰或当计算机控制系统受到干扰后使其恢复运行,或输入、输出信号受到干扰后,使计算机能去伪存真的一种软件支持技术。开发计算机控制系统时,可通过软件提高其可靠性,同时降低生产成本,减少维修时间。干扰信号是随机的,可以利用计算机控制系统的自检与诊断、软件陷阱、软件滤波和中断处理等提高计算机控制系统的可靠性,特别是非周期性的随机干扰信号,采用软件滤波是非常有效的。所谓“软件滤波”,就是通过多次采样,得到一个转换的数据系列,通过某种处理后,得到一个可信度较高的结果。比较常用的滤波法有程序判断滤波法、去极值平均滤波法和低通滤波法。在软件设计时,可使系统具备掉电保护功能,以提高其可靠性。例如进行现场保护,即保存当时重要的状态参数,当电源恢复正常时,计算机重新复位,恢复现场,继续完成未完成的工作。 2计算机控制系统可靠性的维护 计算机控制系统可靠性的维护可以从以下几个方面入手:①注意服务器、各工位机以及设备周围的环境、温度、湿度和灰尘等状况,一定要采取通风、防尘等措施,避免阳光直射。②定时用毛刷、吸尘器等清除工位机机柜和计算机控制柜内的灰尘。检测车间的空气中含有大量灰尘、烟粒和粉末,一旦它们落在计算机控制系统内工位机、计算机控制柜的印制线路或元器件上,就会引起元器件间绝缘电阻下降,甚至导致元器件和印制线路损坏。③经常检查传感器的工作状态,观察其是否有位移、积尘和受潮现象。不要人为破坏传感器的正常工作状态。④散热、通风是防止服务器、计算机和工位机过热的重要手段。为此,工作人员应每天检查各冷却风扇运转是否正常,每半年或一个季度检查风道过滤器是否有堵塞现象。如果过滤网上灰尘积聚过多,则应及时清理,否则计算机控制柜内的温度就会升高(一般不允许超过55℃)。⑤尽量少开工位机机柜的门。有的检测站在夏天打开柜门散热,这种方法不可取,因为这会导致计算机控制系统加速损坏。正确的方法是降低计算机控制系统的外部环境温度。因此,应该严格规定,除非进行必要的调整和维修,否则不允许随便开启柜门,更不允许在使用时敞开柜门。⑥利用Windows维护工具定期整理硬盘、备份数据库,并且只有具有一定权限的人才可以访问数据库。计算机要定期査、杀毒,杀毒软件也要及时更新。 3结束语 综上所述,为了确保汽车综合性能检测站的正常运行,我们要重视和做好计算机控制系统可靠性的问题预防和维护的工作,并要采取有效措施保障计算机控制系统的可靠性,从而促进汽车综合性能检测站工作的开展。 作者:邹夏骁 单位:惠州市汽车运输集团有限公司 计算机控制论文:计算机控制程序实验室创建 1高等职业教育实践教学中存在的问题 教育部在《关于加强高职高专人才培养工作的若干意见》中明确指出:“人才培养模式改革的重点是教学过程的实践性、开放性和职业性,实验、实训、实习是三个关键环节。”[1]实验、实训、实习等实践教学是培养学生职业技能、锻炼学生职业意识、实现高职培养目标的主体教学环节之一。高等职业院校的教师开展实践教学活动,要以培养学生的动手能力和创新能力为主,以职业的典型工作任务为导向,锻炼企业所期望的工作能力,增强职业意识,强调教学过程的实践性和职业性。但目前职业教育实践教学中的几个问题需引起我们的注意。第一,现有实验设备制约着学生动手能力和创新能力的培养与提高。目前,实验设备大多采用以实验模块为基本单元的实验箱形式,往往以最基本的认知性和验证性实验为主,综合性、创造性实验很难实施。对于这样的实验,学生是被动的,是为完成任务而做实验,因而无积极性可言。第二,传统的实践教学过程大多围绕硬件实物,在实验室、实训室或企业车间等场所实施,因其直观易感性和接近生产实际,向来都是高职实践课程的主流教学方式。然而这种教学方式存在先天不足,因其投入大、适应性差且难于开放,往往使实践教学过程面临窘境[2]。对没有实践经验的学生来说,设计过程中容易造成器件和仪器仪表的损坏,故开展实践教学需要购置的元器件数量增多,开支增大。第三,实践性很强的专业课程学时有限,而设计型的实践项目要求学生在学习原理图的基础上设计出实物来,若原理图不正确会影响实物设计,延长学生的设计时间,又影响学习进度。 2虚拟仿真技术的优势 伴随着计算机软件和硬件技术的发展,各种虚拟仿真系统为实际系统的开发提供了可靠的保证,运用虚拟仿真技术进行实践教学有以下优势:(1)培养学生职业技能。围绕模拟和仿真条件开发的虚拟实验实训项目,是参考专业技术领域有关生产要素及岗位能力要求而开发的。通过训练,可增强学生实践技能,提高创新能力和就业竞争力。(2)教学成本低。基于计算机软件的虚拟仿真技术实践教学模式,在多媒体机房或专业实训室安装计算机仿真软件即可开展实践教学活动,维护、维修和管理工作量小,节约了教学成本。 (3)提升综合效益。借助Matlab,Proteus等软件强大的仿真能力以及丰富的资源库,可以有效替代硬件仿真器进行先期的软硬件调试,再利用仪器仪表的输入输出功能对实验结果进行检测,待仿真结果基本理想时再进行实际的硬件调试。这样,一方面学生了解应用系统硬件电路结构,锻炼了编程技术,也学习了仪器仪表的使用,提高了设计水平;另一方面开发过程高效,损失减少,解决了实验室资源紧张的问题[3]。 3计算机控制系统虚拟实验室的建设 充分利用现代信息技术,围绕具有模拟和仿真条件的校内多媒体实验机房或实训室,着力开发其虚拟实验、实训项目,充分发掘其教学功能,为实训操作前理论与实践结合的教学提供有效途径。开发的计算机控制系统虚拟实践教学项目举例见表1,并以项目三为例,证明虚拟实验室可以锻炼学生软硬件的综合开发能力。 3.1Smith纯滞后温度控制系统的Matlab辅助设计与仿真 电阻炉是一个具有自平衡能力的对象,可以近似为带有纯滞后的一阶惯性环节。根据被控对象实验数据,可确定被控对象的纯滞后时间τ=72s和对象时间常数Tp=2min,其比例τ/Tp>0.5,故采用带有Smith预估器的数字PID控制算法,在Matlab软件的Simulink模型窗口创建smith.mdl模型文件[4](如图1所示)。图1带有Smith预估器的数字PID控制系统仿真模型根据被控对象时间长短并结合工程经验,确定采样周期为1s,调试比例系数kp、积分系数ki,使系统闭环稳定,没有超调,使单位阶跃响应输出曲线的上升时间满足设计要求,可得仿真结果(如图2,图3所示)。由图2可知,引入Smith预估器后,闭环系统的单位阶跃响应曲线无超调,只是在时间上滞后τ=72s;由图3可知,控制系统单位阶跃响应输出曲线的上升时间小于6s。采用带有Smith预估器的数字PID控制算法可实现对电阻炉温度的纯滞后补偿控制。图2Smith预估控制系统仿真结果图3Smith预估控制系统仿真结果局部放大图经此虚拟设计,学生可结合对电阻炉温度对象的控制,学习smith预估控制器的设计原理及参数调试方法、技巧,为实际对象的控制及控制方法的合理选择积累经验。 3.2输入温度检测信号Proteus辅助设计与仿真 电阻炉的温度检测采用镍铬-镍硅热电偶,经信号调理电路转换成单片机方便识别的电压信号,再经A/D转换器输入单片机。使用Proteus的ISIS组件绘制的ADC0809与AT89C51接口原理如图4所示,在ISIS界面编辑源程序,经编译后向CPU(AT89C51)加载源程序,仿真运行、调试。可得到输入温度信号对应的8位二进制电压值,再经显示电路显示对应的温度值,同时根据实际情况输出对应的控制信号,达到控制温度的目的。图4模拟量输入通道的仿真运行与观测经此虚拟设计,学生可学习A/D芯片ADC0809转换性能及编程方法,掌握A/D转换器与单片机接口软硬件设计方法。 3.3项目报告 每一个项目,学生都要写出包括项目研究概论、方法与手段、查阅资料情况、完成形式、得失经验等内容的总结报告,将理论教学和工程训练有机结合,将企业真实的“岗位任务”转换成职业院校的“学习任务”[5]。这样,既能提高学生学习的主动性、参与性,又可提高学生对设计全过程的理解和掌握,改变以往实验只走简单操作过程的验证性实验形式,提高学生对具体问题进行深入探索的主动性,从而培养学生一定的科研思维能力。 4结束语 (1)Matlab,Proteus等仿真软件在计算机控制系统教学中的应用,提高了学生的学习兴趣和创新能力,对学生职业能力的培养具有现实意义。 (2)利用虚拟仿真软件替代价格昂贵的实验设备和测试仪器,可在课堂上进行仿真分析,便于学生深入理解和掌握概念;同时,实验结果可用来指导实际系统的设计,减少实物实验调试和耗材,既提高教学效率,又节约教学成本。 (3)仿真不能完全代替实物,在利用Matlab,Proteus等软件进行仿真分析的基础上将其应用于实物系统,才能真正将校内实践教学与企业实际工作岗位需求有机衔接与融通。 计算机控制论文:基于环形以太网洗煤厂计算机控制程序 本文依据某洗煤厂提供的洗煤厂计算机控制系统设计参数及技术性能要求设计。目前原设备生产能力为150万t/a,技术改造后为200万t/a,结合该矿建设标准,地面生产系统主要工艺装备均采用生产效率高、运行可靠的先进设备,但不具备远程管理监控功能,无法实现集中管理。本文是在此基础上实现全自动监控系统的改造。 1洗煤厂计算机控制系统的类型确定 当前分布式计算机控制的类型有:集散控制系统、现场总线控制系统和网络控制系统。 (1)集散控制系统(DCS-DistributedControlSystem)集散控制系统又称分布式控制系统。它以微处理器为核心,实现功能上和地理上的分布控制,同时通过高速数据通道把各个分散点的信息集中起来,进行集中监视和操作,实现了复杂的控制和优化。DCS的设计原则是分散控制、集中操作、分级管理、分而自治和综合协调; (2)现场总线控制系统(FieldbusControlSystem-FCS)现场总线控制系统是20世纪80年代中期在国际上发展起来的新一代分布式控制系统结构。它采用了不同于DCS的“工作站-现场总线-智能仪表”结构模式,降低了系统总成本,提高了可靠性,且在统一的国际标准下可实现真正的开放式互连系统结构,因此它是新一代的分布式计算机控制系统; (3)网络控制系统NCS(NetworkControlSystem)网络控制系统是通过网络形成的反馈控制系统。在网络控制系统中,被控制对象与控制器以及控制器与驱动器之间是通过一个公共的网络平台连接的。它是一种空间分布式系统,通过网络将分布于不同地理位置的传感器、执行机构和控制器连接起来,形成闭环的一种全分布式实时反馈控制系统。它具有信息资源共享、易于扩展、连接线数减少、效率高、易于维护、性能可靠等优点。尽管NCS比传统的计算机控制方式具有许多优点,但由于数据在网络中传输,使数据包在传送的过程中不可避免地会产生排队或碰撞,导致数据传输延迟,从而使控制系统产生时滞,影响了系统的稳定性及其跟随性。因此本系统根据现场的条件,选择了基于工业以太网的现场总线控制方式。某洗煤厂生产工艺流程如图1所示。图1洗煤厂生产工艺流程图根据图1可知,该选煤厂具有车间分散、设备分散,生产连续,各环相扣,数据多,处理量大的工艺流程特点,因而采用了基于光纤环网冗余的工业以太网+PROFIBUS现场总线+ROFINET总线的集中管理、分散控制的新一代分布式控制方式(即FCS)。 2洗煤厂计算机控制系统的网络组建 通过图1对洗煤厂生产工艺的研究,统计出需要控制的系统包括集控楼集控室、动筛车间、洗选车间、压滤车间、筛分车间、原煤配电室和西泵房等几个系统。系统采用1台总配电柜+1台工作站+3套西门子S7-3003152DPPLC主站+3套ET200S分站+PROFIBUS现场总线+ROFINET总线+工业以太网控制。考虑数据远距离传输的准确性和系统的稳定性,以及需方的要求采用双环自愈型工业以太网通讯方式和冗余系统形成选煤厂环形工业以太网,系统提供丰富的模块多样化设计,可支持热插拔。 2.1现场总线PROFIBUS PROFIBUS是一种不依赖于设备生产商的国际化、开放式现场总线标准,用于现场设备层或工厂自动化车间级监控的数据通信与控制的现场总线技术。可实现现场设备层到车间级监控的分散式数字控制和现场通信网络,从而为实现工厂综合自动化和现场设备智能化提供了可行的解决方案。PROFIBUS协议采用ISO/OSI模型的第1层、第2层和第7层(ISO/OSI模型的1~4层是面向网络的,5~7层是面向用户)。PROFIBUS为用户提供了3种通信协议类型,即PROFIBUS-DP(DecentralizedPeriphery该总线成本低,速度高,用于分散式I/O的通信与现场设备级控制)、PROFIBUS-PA(ProcessAutomation该总线具有本征安全规范,适合于本质安全的场合,可使传感器和执行机构联在一根总线上,为过程自动化而设计)、PROFIBUS-FMS(FieldbusMessageSpecification,该总线是一个令牌实时多主网络的结构,用于车间级监控网络)。PROFIBUS传送速度可在9.6kbit/s~12Mbit/s任意选择,因此PROFIBUS可适应于不同控制对象和通信速率等要求,开放性好并且技术成熟,所以在该洗煤厂的车间级采用了PROFIBUS现场总线作为现场设备级的分散的I/O通信。根据要求,在筛分车间配电室及原煤配电室设立一个ET200S远程I/O站,实现远程控制,ET200S是西门子PLC的远程模块,通过西门子的PROFIBUS-DP总线将该ET200S作为子站挂靠在动筛车间PLC控制分站,通过总线的形式将采集的现场信号和对现场的控制信号由PLC到ET200S子站上。在硬件组态中,需要将ET200S挂到DP总线上,同时定义该ET200下的模块属性,包括各模块的地址以及各种属性。同样,在西泵房设计一个ET200M远程I/O站,通过西门子的PROFIBUS-DP总线接入洗选车间PLC控制分站。3套S7-300PLC采用PROFIBUS现场总线接口,并通过工业以太网交换机接入管控中心。 2.2工业以太网 虽然PROFIBUS的协议结构是以ISO/OSI为参考模型,但其3~6层并未出现在PROFIBUS的通信栈中,而且各种现场总线之间虽可通过网关进行互换,但设备和装置之间的操作性和互换性就几乎不存在;现场总线的数据吞吐能力只适合于底层应用层,对管理层因其对实时性要求非常高,现场总线满足不了要求,因此采用功能更强大的工业以太网将洗煤厂现场控制系统联接起来组成环形自愈网,提高系统的数据传输速度及可靠性。所谓工业以太网就是结合以太网技术和TCP/IP技术开发出来的一种工业通信网络。洗煤厂的工业以太网设计如下:(1)基本类型按照以太网传输速率大致可分为4种:10Mbit/s工业以太网、100Mbit/s工业以太网、1Gbit/s工业以太网、10Gbit/s工业以太网,根据现场及需方要求采用1Gbit/s工业以太网。(2)网络硬件①传输介质传输介质主要根据网络连接距离、数据安全、传输速率来确定,在工业以太网中常用的传输介质有屏蔽双绞线(TP)、工业屏蔽双绞线(ITP)和光纤。因光纤有重量轻、不产生电磁干扰、不受雷电影响、不受电磁干扰、无屏蔽电流及无电气接地问题等优点,因此在本设计中采用光纤作为传输介质;②工业以太网交换机在本系统中由于采用OLM光纤环网的拓扑结构,以及数据的检测采用载波侦听多路复用的方式,使系统传输延时,可靠性降低,采用工业以太网交换机可有效地改善系统的特性。本设计采用了MIER系列的以太网交换机。MIER-5428系列自愈环光纤交换机是由24个10/100Base–TX或10/100Base-FX/BX端口以及4个10/100/1000Base-TX或千兆SFP组合端口(1000Base-SX/LX/BX)组成。系统在重新组态时冗余倒换时间小于300ms,另可提供1个1000M以上联口与核心交换机上联。MIER-5428支持MR-Ring自愈环,适合用作中心端交换机,最大的特点是支持多组自愈环网,可由用户自行设定自愈环的环路端口,与MIE-5210自愈环光纤交换机组成多个自愈环网,而4个千兆口可以将多台MIER-5428组成千兆自愈环,保证多个中心交换机之间的千兆链路安全;③通信处理器工业以太网通信处理器包括用在3台S7-300站上的处理器CP343-1、PC机上的网卡CP1613,它们均提供了ITP、RJ45、AUI等以太网接口,以1000Mbit/s的速度将3台PLC和PC连接至工业以太网上。 2.3PROFINET PROFIBUS作为现场总线的一种,已经在我国得到认可,并广泛应用在各种场所,将TCP/IP技术应用在现场总线是西门子近年来的成果,这就是PROFINET,它是一种基于工业以太网技术的现场总线,并得到了国际电子委员会(IEC)的认可。采用PROFINET将集控室和现场联系起来,实现了管控一体化。PROFINET的物理层采用快速以太网的物理层、数据链路层(IEEE802.3标准),网络层和传输层采用IP/TCP/UDP技术。洗煤厂计算机控制系统中既有对实时性没有特别要求的过程参数设定值(如PID控制器的KP、KI、KD等参数设定),又有必须满足实时性要求的过程采样值,PROFINET对不同的应用要求使用相应的通信方案,解决了在同一个系统里有不同实时通信要求的问题。这是因为PROFINET采用IRT技术解决同步数据通信问题、采用SRT技术解决苛求时间数据通信问题、采用IP/TCP/UDP技术解决无苛求时间数据通信问题。 2.4ET200S控制方式 SIMATICET200S是西门子ET200分布式I/O系统的重要组成部分,它的按位模块化、高度可扩展性的优势使其广泛应用于各种工业控制场合。使用SIMATICS7-400/300控制器和ET200系列远程I/O所构成的基于PROFIBUS-DP或PROFINET现场总线的解决方案,目前已经成为众多工程项目的经典选择。ET200S是一款防护等级为IP20,具有丰富的信号模块,同时支持电机启动器,变频器,PROFIBUS和PROFINET网络的分布式I/O系统。SIMATICET200S同时支持PROFIBUS和PROFINET现场总线;拥有CPU314功能的集成PROFIBUSDP通讯口的IM151-7CPU和具有3个PROFINET接口的IM151-8PN/DPCPU接口模块;可以扩展最大7.5kW的电机启动器和最大4.0kW的变频器;拥有丰富的诊断功能,包括断线、短路和通道级的诊断功能;对于MODBUSRTU通讯功能,无需增加任何的选件即可完成;支持带电热插拔功能,使得在运行情况下也可以轻松完成模块的更换;同时提供包括集成光纤接口的PROFIBUS和PROFINET接口模块;洗煤厂的计算机控制系统的网络结构如图2所示。 3结语 分析了洗煤厂的工艺流程,确定了该系统的控制类型;并通过分析工业以太网、PROFIBUS、PROFINET的特点,组建了关于环形以太网洗煤厂的FCS系统;提高了系统的数据传输速度及系统的稳定性,完善了系统的功能,使操作更加方便、透明;为洗煤厂的计算机控制系统的实现提供了一定的参考。 计算机控制论文:P/T数字转台计算机控制课程设计 计算机控制技术是自动化专业的必修课。该课程是在自动化技术、计算机技术、控制技术,通信技术和网络技术及管理信息系统的基础上发展和建立起来的,它是实现综合自动化的核心技术,是一门综合性和实践性较强的课程[1-2]。 目前计算机控制技术课程设计多数是以围绕单片机或8088微处理器为控制核心的实验平台开展的,还有部分设计是要求运用仿真软件验证控制算法的正确性。上述要求很可能导致学生所掌握的知识与工厂实际设备脱节。由于学生对计算机控制相关硬件设备没有感性认识,所以导致学生经过学习,还是对计算机控制技术的内容不能合理、科学、自如地运用。利用P/T数字转台作为课程设计的平台,首先,可以使学生对计算机控制技术有最初的感性认识,其次,由于该设备采用的是工业级运动控制板卡,学生在熟悉相关资料的基础上能够进一步理解计算机控制系统的构成原理及计算机控制应用程序的设计,达到将综合专业基础知识与工程实际有机结合,从而培养学生的工程实践能力。通过资料搜集、方案分析、系统设计与报告撰写的整个过程,学生可以得到科学研究工作的初步训练。 1P/T数字转台实验系统介绍 1.1转台电机控制系统 转台电机控制系统主要由运动控制器、具有PCI插槽的PC机、具有增量式编码器的伺服电机、伺服电机驱动器、驱动器电源、原点开关和正/负限位开关等6个部分组成控制伺服电机时,控制器输出+/-10V数字电压控制信号。采用GT系列运动控制器组成的控制系统典型连接如图1所示。 1.2运动控制器 固高公司生产的GT系列运动控制器,可以同步控制4个运动轴,实现多轴协调运动。其核心由AD-SP2181数字信号处理器和FPGA组成,可以实现高性能的控制计算。它适用于广泛的应用领域,包括机器人、数控机床、木工机械、印刷机械、装配生产线、电子加工设备、激光加工设备等。GT系列运动控制器以IBM-PC及其兼容机为主机,提供标准的PCI总线产品。运动控制器提供C语言函数库和Windows动态连接库,实现复杂的控制功能。用户能够将这些控制函数与自己控制系统所需的数据处理、界面显示、用户接口等应用程序模块集成在一起,建造符合特定应用要求的控制系统,以适应各种应用领域的要求。 1.3视频采集 除运动控制以外,P/T数字转台还配备了Matrox的图像采集卡和摄像头,图像采集卡具有16MB内存,支持模拟视频的实时捕捉或JPEG2000压缩/解压缩功能。 2P/T数字转台实验系统可实现的内容 2.1转台控制 此部分主要是对转台轴电机的转动控制,在对转台控制编程时首先对控制卡进行初始化,在初始化过程中完成中断屏蔽字、限位开关有效状态、伺服滤波器零点偏移值、运动模式等设置。设定选定轴为当前轴,设置运动模式、速度参数、加速度参数,然后刷新当前参数,当速度参数发生变化时转台开始动作。 2.2图像获取及处理 视频采集部分是以固高科技公司随转台提供的Matrox采集卡、摄像头为平台,通过编写高级语言程序可以实现以下功能:将摄像头捕获的图像显示出来、对图像进行处理、利用处理后图像像素的不同查找到目标物体、求出目标物体的质心坐标[3-6]。当目标物体移动时,控制转台跟随其转动。 3题目的设计 根据实验平台的特点,课程设计的内容与转台的控制、视频图像的采集和图像处理相关。为学生提供的参考资料包括固高运动控制卡使用手册、编程手册、图像采集卡使用手册以及相关函数库,要求学生采用C++或其他高级语言编制程序。可以根据学生的个体差异,设计难易程度不同的题目。“C语言程序设计”在工科院校作为必修课开设,有了这个基础,学生再学习C++或其他的高级语言就能很快掌握。根据课程设计要求,教师可以有针对性地对图像处理和工业控制板卡方面的编程方法进行专门的辅导,要求学生查阅相关的书籍和材料。学生在教师的指导下掌握高级语言的基本知识和操作,学会对界面和图像编程,并学会程序的编译、调试和执行。“团队协作”也是新时期对科技人才素质的要求。由于课程设计一般在2周之内完成,为了培养学生的团队协作能力,可以将3人分为一个小组,然后出一些较为复杂的题目,每个学生可以根据自己的兴趣选择同一题目下的不同内容。组员间进行分工协作,共享知识信息,共同商讨、论证问题的解决方案,通过相互配合、互相帮助,达到互相促进、共同提高的目的[7-10]。例如“目标跟踪系统设计”,要求学生采用C++或其他高级语言编制程序,实现视频图像的采集、图像的简单处理、控制转台跟踪预先确定的目标。具体内容可以分为3个部分:第一部分要求完成界面的设计,要求界面友好、操作简单,达到工业控制软件的基本要求;第二部分要求完成图像处理功能,要求从采集的视频图像中能分离出预先确定的目标;第三部分要求完成转台的运动控制,要求加入控制算法和电机加减速控制。3部分由3个学生完成,最后通过联调实现目标跟踪的功能。 4结束语 在整个课程设计过程中,让学生通过了解工业控制板卡和图像采集板卡而激发了他们的学习兴趣,对工业控制的方法和实际应用有了一定了解。在强调基础理论学习的同时也提高了学生的工程意识和团队协作能力,为以后的工作和进一步的科研打下了良好的基础,从而取得了良好的教学效果。
电子信息论文:谈中小企业电子信息安全技术研究 论文摘要:随着我国信息技术的不断发展,对中小企业电子信息安全的保护问题也成为人们关注的焦点。本文以电子信息安全为主体,介绍中小企业信息化建设,对电子信息安全技术进行概述,提出主要的安全要素,找出解决中小企业中电子信息安全问题的策略。 在企业的管理信息系统中有众多的企业文件在流转,其中肯定有重要性文件,有的甚至涉及到企业的发展前途,如果这些信息在通用过网络传送时被竞争对手或不法分子窃听、泄密、篡改或伪造,将会严重威胁企业的发展,所以,中小企业电子信息安全技术的研究具有重要意义。 一、中小企业的信息化建设意义 在这个网络信息时代,企业的信息化进程不断发展,信息成了企业成败的关键,也是管理水平提高的重要途径。如今企业的商务活动,基本上都采用电子商务的形式进行,企业的生产运作、运输和销售各个方面都运用到了信息化技术。如通过网络收集一些关于原材料的质量,价格,出产地等信息来建立一个原材料信息系统,这个信息系统对原材料的采购有很大的作用。通过对数据的分析,可以得到跟多的采购建议和对策,实现企业电子信息化水准。有关调查显示,百分之八十二的中小企业对网站的应还处于宣传企业形象,产品和服务信息,收集客户资料这一阶段,而电子商务这样关系到交易的应用还不到四分之一,这说明企业还未充分开发和利用商业渠道信息。中小企业信息化时代已经到来,企业应该加快信息化的建设。 二、电子信息安全技术阐述 1、电子信息中的加密技术 加密技术能够使数据的传送更为安全和完整,加密技术分为对称和非对称加密两种。其中对称加密通常通过序列密码或者分组机密来实现,包括明文、密钥、加密算法以及解密算法等五个基本组成成分。非对称加密与对称加密有所不同,非对称加密需要公开密钥和私有密钥两个密钥,公开密钥和私有密钥必须配对使用,用公开密钥进行的加密,只有其对应的私有密匙才能解密。用私有密钥进行的加密,也只有用其相应的公开密钥才能解密。 加密技术对传送的电子信息能够起到保密的作用。在发送电子信息时,发送人用加密密钥或算法对所发的信息加密后将其发出,如果在传输过程中有人窃取信息,他只能得到密文,密文是无法理解的。接受着可以利用解密密钥将密文解密,恢复成明文。 2、防火墙技术 随着网络技术的发展,一些邮件炸弹,病毒木马和网上黑客等对网络的安全也造成了很大的威胁。企业的信息化使其网络也遭到同样的威胁,企业电子信息的安全也难以得到保证。针对网络不安全这种状况,最初采取的一种保护措施就是防火墙。在我们的个人电脑中防火墙也起到了很大的作用,它可以阻止非黑客的入侵,电脑信息的篡改等。 3、认证技术 消息认证和身份认证是认证技术的两种形式,消息认证主要用于确保信息的完整性和抗否认性,用户通过消息认证来确认信息的真假和是否被第三方修改或伪造。身份认证使用与鉴别用户的身份的,包括识别和验证两个步骤。明确和区分访问者身份是识别,确认访问者身份叫验证。用户在访问一些非公开的资源时必须通过身份认证。比如访问高校的查分系统时,必须要经过学号和密码的验证才能访问。高校图书馆的一些资源要校园网才能进行访问,非校园网的不能进入,除非付费申请一个合格的访问身份。 三、中小企业中电子信息的主要安全要素 1、信息的机密性 在今天这个网络时代,信息的机密性工作似乎变得不那么容易了,但信息直接代表着企业的商业机密,如何保护企业信息不被窃取,篡改,滥用以及破坏,如何利用互联网进行信息传递又能确保信息安全性已成为各中小企业必须解决的重要问题。 2、信息的有效性 随着电子信息技术的发展,各中小企业都利用电子形式进行信息传递,信息的有效性直接关系的企业的经济利益,也是个企业贸易顺利进行的前提条件。所以要排除各种网络故障、硬件故障,对这些网络故障带来的潜在威胁加以控制和预防,从而确保传递信息的有效性。 3、信息的完整性 企业交易各方的经营策略严重受到交易方的信息的完整性影响,所以保持交易各方的信息的完整性是非常重要对交易各方都是非常重要的。在对信息的处理过程中要预防对信息的随意生成、修改,在传送过程中要防止信息的丢失,保持信息的完整性是企业之间进行交易的基础。 四、解决中小企业中电子信息安全问题的策略 1、构建中小企业电子信息安全管理体制 解决信息安全问题除了使用安全技术以外,还应该建立一套完善的电子信息安全管理制度,以确保信息安全管理的顺利进行。在一般中小企业中,最初建立的相关信息管理制度在很大程度上制约着一个信息系统的安全。如果安全管理制度出了问题,那么围绕着这一制度来选择和使用安全管理技术及手段将无法正常进行,信息的安全性就得不到保证。完善,严格的电子信息安全管理制度对信息系统的安全影响很大。在企业信息系统中,如果没有严格完善的信息安全管理制度,电子信息安全技术和相关的安全工具是不可能发挥应有的作用的。 2、利用企业的网络条件来提供信息安全服务 很多企业的多个二级单位都在系统内通过广域网被联通, 局域网在各单位都全部建成,企业应该利用这种良好的网络条件来为企业提供良好的信息安全服务。通过企业这一网络平台技术标准,安全公告和安全法规,提供信息安全软件下载,安全设备选型,提供在线信息安全教育和培训,同时为企业员工提供一个交流经验的场所。 3、定期对安全防护软件系统进行评估、改进 随着企业的发展,企业的信息化应用和信息技术也不断发展,人们对信息安全问题的认识是随着技术的发展而不断提高的,在电子信息安全问题不断被发现的同时,解决信息安全问题的安全防护软件系统也应该不断的改进,定期对系统进行评估。 总之,各中小企业电子星系安全技术包含着技术和管理,以及制度等因素,随着信息技术的不断发展,不仅中小企业办公室逐渐趋向办公自动化,而且还确保了企业电子信息安全。 电子信息论文:对电子信息与工程造价的相关问题探究 前言 目前,电子信息工程是信息化的现代产物,它将电子技术和通讯信息技术完美的结合起来,并应用于生产和生活的各个领域。但是我们不能满足于它的发展和应用的现状,应该对其不断的完善和更新,以更好更快的发展.更好地为社会主义现代化建设服务。 1 工程造价管理在电子信息化时代的特点 1.1电子信息工程的概念 电子信息工程专业是集现代电子技术、信息技术、通信技术与一体的专业。电子信息工程的基本含义就是利用计算机等先进技术对电子信息进行控制和处理的学科,其研究的信息内容主要是电子设备与信息系统的设计、开发及集成。随着时代的发展,电子信息工程的内容更加广泛,电话信号处理、手机声音、图像传递、网络数据传递、信息数据传递等都需要与电子信息工程现代化技术相关联。现代的电子技术达到对信息的有效控制和各种相关处理的一种工程形式。电子信息工程控制的信息包括应用于各种设备中的信息技术。另外,电子信息工程在经过我国的这些年的发展和进步后,其涵盖的内容也更加广泛,并且在实际应用中同其他的先进的现代化技术开始出现交叉和融合的趋势。所以,我们要想更好的研究电子信息工程与其技术,可以从其产品入手。并且我们可以看到随着社会分工的细化.电子信息工程与其技术参与到的产品研发和应用的部分越来越多。 1.2 电子信息工程在工程造价中的应用 社会的不断进步和发展,工程项目的规模扩大,工程造价管理的数据处理量也越来越多。由此向工程造价管理工作提出了挑战,传统的被动式管理已无法满足日趋复杂的工程项目的需要;工程造价信息对工程造价的确定和控制影响越来越大。要想做好相应的管理和控制必然需要大量的信息作基础,也只有在充分掌握和详尽分析相关信息的前提下,实现工程造价的动态控制才有可能;工程造价管理与有关的各方面政府主管部门之间的信息传递日趋增加,这也即意味着在管理上需作出相应的信息化调整。 目前造价行业信息技术的运用有几个部分:以Internet/Intranet为内部、外部和内外通讯的网络平台,通过实施办公自动化和运用管理信息系统加强管理,提高办公效率;采用工程量计算软件、钢筋软件进行工程量和钢筋用量的计算,运用套价软件编制工程预决算;利用数据库技术建立指标收集和分析系统,用于已完工程的积累;利用信息网和获取信息,用于工程预决算的编制和造价管理。 2 电子信息在工程造价管理中的现状及分析 随着信息技术的快速发展和其在建筑行业的推广发展,我国信息技术在工程造价管理方面的应用,主要表现为人们在制定定额、编制标底、投标报价、造价控制等方面已经摆脱了手工劳动,实现了电子化、信息化管理,且各类工程造价管理相关软件的广泛应用就是最好的说明。进入21世纪,互联网技术不断发展,我国出现了大批为工程造价及相关管理活动提供信息和服务的网站。这些网站不同程度的提供了政策法规、理论文章,有些涉及项目信息、造价指标和材料价格信息等,它们为进一步建设全国规模的工程造价管理专项系统进行了有益的尝试,并取得了一些经验。但从另一个方面来讲,这些网站没有统一的规划,有些提供的信息不够严谨、内容更新不及时,从专业角度来讲,还属于比较浅层的信息服务,难以满足深层次造价管理工作的需要。我国造价管理体制是在计划经济模式下、以定额管理为基础建立起来的,而且信息技术起步较晚,工程造价管理领域完全进入市场经济运行体制较迟,这样在一定程度上影响了信息技术在工程造价管理中的应用。一方面静态的管理难以应对变动的市场,主要表现:静态定额;解决方案和途径的缺乏。另一方面滞后的数据收集与管理阻碍着工程造价动态控制进程,收集的数据得不到充分的利用,数据缺乏通用性。目前,我国正积极推行工程量清单计价方式,在此模式下,如何运用先进的信息技术进行工程造价管理,正处在探索与发展阶段,从长远来看,信息技术应用将会推动造价管理信息化的快速发展。 3 电子信息技术在工程造价管理中的前景与展望3.1 工程预(结)算软件:目前套价软件使用已经很普遍,但功能应从单一的套价、出预算书向多方扩展,一是向上扩展,增加工程管理功能,可以同时处理多个工程和一个工程的各阶段数据,贯穿从估算、概算、预算、阶段结算和竣工结算的全过程的造价管理;二是功能进一步细化,加强对计算结果的分析和细度的调整,以方便投标单位的造价调整和控制;三是与互联网络的连接,将预算软件所需的材料价格等数据通过互联网提供给用户,方便材料价格数据的维护,提高工作效率;四是对已完工程资料的积累方面功能的加强。 3.2 工程量、钢筋用量计算软件:①此类软件,用于协助从施工图计算工程量,现在使用较广的软件一般采用作图法,要求工作人员在识图的基础上用该软件重新输入图纸中各种构件及其尺寸,然后由系统自动计算工程量,得到工程量清单,这种作法计算出的工程量比较精确,但必须重新输入图纸工作量仍然很大。②另一种方法是直接将工程图纸扫描形成光栅文件,由软件处理矢量化后,抽取特征,用模式识别的技术识别构件类型和其几何参数,进而计算工程量;或由设计院生成的施工图CAD文件在CAD环境下作模式识别。这种方法要求在图纸的特征表示和建模上作大量的研究工作,抽取各种构件的特征参数,采用人工智能技术,为了最终能代替人完成识图的过程,这是较有前途的方法,但根据汉字识别技术的发展过程,必须对图纸的特征进行深入的分析研究,该软件要能真正代替人识图还有一段路要走。③第三种方法是在建筑设计所使用的CAD软件中直接加入构件特征参数的属性,定义各种构件对象,在进行结构和建筑设计时使用这些对象设计建筑物,而不用直接使用线条作图。这种方法使设计的结果中包括丰富的构件和参数而不是线条,经过一个语法分析器就能分离出所有构件和参数,避免了模式识别这个难关。因此,在人工智能的应用还未深入该领域时仍必须通过交互的过程来填补软件在智能上的不足。 3.3 Internet在工程造价管理中的应用设想:工程造价的管理与互联网整合无疑将给工程造价的管理带来质的飞跃和发展。传统的计划式的管理模式将被变动的市场的新型模式所取代,实现工程造价的协同控制也将成为必然。 3.3.1 相应网站的建立与壮大。①工程造价信息网:工程造价信息具体指的是与工程造价相关的法律、法规、价格调整文件、造价报表、指标等影响工程造价的信息。建 立起统一的造价信息网,不但有利于使用者查询、分析和决策,更有利于国家主管部门实行统一的管理与协调,使得工程造价管理统一化、规模化、有序化。②材料价格信息网:材料价格的变动将直接影响着工程的预算和结算,对工程造价的动态控制起着决定性的作用。 3.3.2信息网、软件间的相互整合。①信息网与造价软件:当前市场上的造价软件中所需的材料价格大多采用人工录入价格的形式。有的是整体的引入,有的则是一个个输入,大大影响了快速报价的进程,同时也不能及时与市场接轨,无形间削弱了企业的竞争力。信息网与造价软件的整合将消除这一矛盾,在造价软件中直接点击相应引入按钮,输入要引入信息所在地点的详细资料,即可随时得到相应材料的价格,若所引入的材料价格有所变动,软件中的预警系统将自动提醒操作者更新价格。这不但缩短了录入材料价格的时间,还达到了随时更新的目的。②信息网与进度控制软件:工程控制的一个重要目标是成本控制,而成本控制在无形中又影响着进度和质量的控制,同时市场的变动将直接影响着投入的成本和资源的分配,而这必将导致工程进度的变动。所以,工程项目现场的进度控制也应通过成本控制时刻反映着市场的变动。信息网与进度控制的整合也将成为必然。 4结束语 通过加强信息技术在工程造价管理中的应用力度,坚持工程量清单计价模式,统一全面管理认识、统一信息技术标准,优化整合工程造价管理软件,设计并推行人性化网络造价管理软件,建立健全工程造价管理信息系统,最终通过市场价格机制的运行,形成统一、协调、有序的工程造价全过程综合管理体系,达到合理使用投资、有效控制工程造价、取得最佳投资效益的目的。 电子信息论文:电子信息工程在工业领域的设计和应用 引言 电子信息工程是指应用计算机网络技术对电子信息进行处理与控制的一门学科,随着技术的革新,电子信息工程涉及到通讯、电子及信息技术,和工业领域等产业的关系日益紧密,例如,射频识别技术在工业领域的广泛应用。目前,我国在电子信息工程在工业领域方面的应用还存在诸多问题,譬如,电子信息水平不高、自主创新不足及产业结构不合理等问题,本研究正是基于此,探讨加快电子信息工程在工业领域应用的现代化,为促进工业领域产业又好又快发展,提高其自主创新能力,因而具有一定的理论与实践价值。 1 电子信息工程内涵及发展过程中存在的问题 1.1 电子信息工程的内涵 现代社会工业领域中很多环节都离不开电子信息工程技术,借助电子信息工程在工业领域中的应用可以最大限度提高研发新产品,进而加速经济发展进程。近年来,电子信息工程早我国得到快速发展,它拓展了产业链,打破了行业之间的界限,我国政府所制定的适度宽松的货币政策为电子信息工程在工业领域中的应用创造了良好的条件。 1.2 电子信息工程在工业领域发展中存在的问题 1.2.1 产业结构不合理。我国电子信息产业起步于上世纪20年代,到了21世纪,电子信息产业已经成为我国经济中的支柱性产业,电子信息产业所创造的产值逐年增加,电子信息产品也朝着高附件值方向发展,然而,随着时代的发展,电子信息产业结构矛盾日益凸显,譬如,信息服务业与软件比重不平衡、数据库产业规模小及集成电路产业在发展速度与经济效益方面要远远低于国外企业。 1.2.2 缺乏良好的市场环境。由于我国电子信息工程起步晚,很多技术是从国外引进过来的,沉重的经济负担使得我国电子信息产业在国际竞争中处于被动地位,在加上目前我国电子信息市场中一些劣质或者盗版的电子信息产品严重扰乱了市场秩序,这种恶性的竞争使我国电子信息产业发展明显后劲不足。 1.2.3 自主创新不足,技术人才匮乏。我国长期以来,一些关键性的电子元件主要依靠进口,从某种程度上来说,严重影响了电子信息工程品牌的创建及创新能力的发挥,很多企业缺乏专利意识,在市场竞争中明显处于被动地位。此外,电子信息工程产业是一个资金与人才密集型的产业,由于我国电子信息工程起步晚,加上长期以来缺乏培养这方面人才的体制机制,随着信息产业的飞速发展,这种瓶颈性的矛盾日益凸显。 2 电子信息工程在工业领域中的具体设计应用 2.1 射频识别技术在工业领域中的应用 射频识别技术以其特有的快捷性与高准确率,在工业领域中发挥着日益重要的作用,目前,射频识别技术主要应用于工业领域中的汽车生产、邮政业务及航空包裹识别,例如,在汽车生产中应用射频识别技术来跟踪零部件,识别汽车标识、管理企业内部资源、轮胎压力检测及信道控制等。可以说,射频识别技术作为一种新的自动识别技术,它的读取速度快及可携带信息多的优点,在工业领域中的广泛应用,带来了可观的经济与社会效益。 2.2 电子信息工程在工业领域中造价管理应用 目前,我国已经开始普遍采用套价软件编制工程预决算,利用数据库信息技术来构建指标收集与分析系统,采用软件来计算工程量与钢筋用量。随着信息技术的快速发展,电子信息工程在工业领域中的应用已经使造价管理中的制定定额、编制标底及控制投标报价等方面摆脱了手工劳动,在很大程度上实现了科学的信息化管理,提高了造价管理的准确性与工作效率。 2.3 电子信息工程在机械领域中的应用 从某种程度上来说,电子信息工程在机械领域中的应用在当今信息社会显得尤为明显,很多机械装置已经开始朝着智能化、网络化及现代化控制技术方向发展,例如大型复杂的机械安装标准!的点知控制单元。再比如,自动分类垃圾桶及自动升降电梯。这种原本通过机械原理实现控制的机械,通过安装电子信息装置,可以在很大程度上实现智能化与自动化,提高了机械本身的性能,促进了工业生产效率的提高。 2.4 电子信息工程在公路工程领域中的应用 公路工程中不仅要处理海量的数据库,同时还需要更新、描述工程的进度、费用及质量,而电子信息工程正是基于此,在公路工程领域中的应用极大地节省了因为人工查询、整理及分析数据的人力与物力。随着信息技术的发展,我国正逐步采用现代化的电子信息工程管理来实现公路工程中文件管理、质量管理及通讯网络管理。 3 加快电子信息工程在工业领域现代化进程的对策 3.1 加大国家政策支持力度,优化电子信息资源环境 电子信息工程产业要想在激烈的市场竞争中取得长远的发展,国家的政策支持尤为必要,国家不仅要加大对电子信息工程方面的资金投入,更要在政策上向电子信息工程建设项目倾斜,例如,国家相关部门构建电子信息工程建设基金会,借助各种手段拓展电子信息工程融资渠道等。此外,电子信息工程产业的发展也需要营造良好的资源环境,来促进集成电路产业及软件产业的发展,例如,由国务院提倡的推进“三网融合”对规范市场秩序,推动电子信息产业的发展有着显着的影响。比如射频技术,GSM/GPRS手机主要在900MHz和1800MHz频段上运行,测试例主要分为三大部分:收发信机测试、发射机测试、接收机测试,每个部分,一般都是分900MHz和1800MHz分 频段测试,在每个频段,分别测试不同的信道,每个信道,又需要测试GSM模式及GPRS模式。依据的标准,主要是国际组织3GPP(3rd Generation Partnership Project)的相关标准,这一标准的编号为TS 51.010以及国内的相关行业标准YD/T 1215-2006。其中,这些标准的内容都极为丰富,涵盖了GSM/GPRS手机测试的主要全部内容,例如TS 51.010共五千多页、八十多个章节的内容。其中,最核心的部分就是针对收发信机、发射机和接收机的射频测试。 3.2 重视培养电子信息工程方面的创新型人才 人才是电子信息工程发展的根本,要想培养及留住人才,对企业来说,不仅要创造一个有利于人才发展的公平、公正及公开的环境,同时更要构建一个以人为本的人才激励与评价机制,鼓励人才技术创新。此外,要鼓励企业内与企业外人才加强交流与合作。对政府来说,要制定鼓励海外人才回国创业的优惠政策,加大基础设施与服务体系建设,努力培养电子信息工程领域中的技术人才、复合型人才及管理人才。 3.3 促进产品服务创新,增强知识产权保护意识 创新永远是企业的生命,要想电子信息工程取得长足的发展,就需要培育新的经济增长点,推动产品服务创新。例如,电子信息工程企业和制造设备企业合作,构建技术创新体系,优化产品与服务,使电子信息产业向智能化转型,增强以电子信息工程为核心技术的研发能力。此外,由于我国很多电子信息企业在知识产权方面意识不足,导致很多专利技术被侵权,影响了电子信 息产业本身的良性发展,因此,国家在完善知识产权保护制度的同时,要加大知识产权保护力度,为电子信息企业良好的竞争环境。 4 结束语 总之,电子信息工程是指应用计算机网络技术对电子信息进行处理与控制的一门学科,随着技术的革新,已经广泛应用于工业领域,例如,在汽车生产中应用射频识别技术来跟踪零部件,识别汽车标识、管理企业内部资源、轮胎压力检测及信道控制等。此外,电子信息工程在工程造价管理与机械装置中的运用,极大地提高工作效率,很好地实现了智能化与数字化,节省了人力物力。目前,电子信息工程中存在的结构性矛盾与体制机制问题,国家需要极大政策支持力度,优化电子信息工程发展的资源环境,企业要重视人才的引进与培养,推动服务与产品创新,增强知识产权保护意识。 电子信息论文:关于电子信息工程的分析 由于电子技术、信息技术的飞速发展,语音自动顺序播放电路已越来越成为人们生活里不可或缺的一部分。随着电子元器件集成度的提高,这种电路的应用也越来越广泛,在自动分类垃圾箱、电梯自动升降控制、自动语音通知系统、电话外呼系统及电话交换网中都有不同程度的应用。这种电路可移植性比较强,而且结构简单易于安装使用,因此具有很好的发展前景。 1 对电子信息工程的认识 电子信息工程是一门应用计算机等现代化技术进行电子信息控制和信息处理的学科,主要研究信息的获取与处理,电子设备与信息系统的设计、开发、应用和集成。现在电子信息工程已经涵盖了社会的诸多方面,例如电话交换局里怎么处理各种电话信号,手机是怎样传递我们的声音甚至图像的,我们周围的网络怎样传递数据,甚至信息化时代军队的信息传递中如何保密等都要涉及电子信息工程的应用技术。我们可以通过一些基础知识的学习认识这些东西,并能够应用更先进的技术进行新产品的研究和电子信息工程专业是集现代电子技术、信息技术、通信技术于一体的专业。 全国各地从事电子技术产品的生产、开发、销售和应用的企事业单位很多。随着改革步伐的加快,这样的企事业单位会越来越多,因此需要一大批具有能综合运用所学知识和技能,能适应现代电子技术发展,能从事企事业单位与本专业相关的产品及设备的生产、安装调试、运行维护、销售及售后服务、新产品技术开发等应用型的技术人才和管理人才。所以开设电子信息工程专业是必不可少的。 该专业的培养要求主要是学生需学习信号的获取与处理、电子设备与信息系统等方面的基本理论和基本知识,受到电子与信息工程实践的基本训练,包括生产实习和室内实验。同时具备良好的科学素质,具备设计、开发、应用和集成电子设备和信息系统的基本能力,并具有较强的知识更新能力和广泛的科学适应能力。 2 电子信息工程的应用 2.1电子信息工程在工程造价管理领域的应用 目前造价行业信息技术的运用有几个部分:以Internet/Intranet为内部、外部和内外通讯的网络平台,通过实施办公自动化和运用管理信息系统加强管理,提高办公效率;采用工程量计算软件、钢筋软件进行工程量和钢筋用量的计算,运用套价软件编制工程预决算;利用数据库技术建立指标收集和分析系统,用于已完工程的积累;利用信息网和获取信息,用于工程预决算的编制和造价管理。 随着信息技术的快速发展和其在建筑行业的推广发展,我国信息技术在工程造价管理方面的应用,主要表现为人们在制定定额、编制标底、投标报价、造价控制等方面已经摆脱了手工劳动,实现了电子化、信息化管理,且各类工程造价管理相关软件的广泛应用就是最好的说明。进入21世纪,互联网技术不断发展,我国出现了大批为工程造价及相关管理活动提供信息和服务的网站。这些网站不同程度的提供了政策法规、理论文章,有些涉及项目信息、造价指标和材料价格信息等,它们为进一步建设全国规模的工程造价管理专项系统进行了有益的尝试,并取得了一些经验。但从另一个方面来讲,这些网站没有统一的规划,有些提供的信息不够严谨、内容更新不及时,从专业角度来讲,还属于比较浅层的信息服务,难以满足深层次造价管理工作的需要。 2.2 电子信息工程在公路领域的应用: 分析高等级公路信息数据结构,可发现大量的信息是建立在相同数据库上的,不同的参建的人员对数据有不同的要求。建立在有纸办公的基础上的相同数据的查询、整理和使用不仅会造成的大量的人力、物力的浪费,还在管理中出现数据的更新不能及时反映到施工当中去。如公路工程中的计量支付,一些数据的主要来源是工程计量中对工程进度、质量、费用的数据“描述”,还随时取算各种工程量数据书录指标,是工程信息管理的集中体现,计量数据的积累和还是工程信息管理的保证。计量时对照合同和工期,完成它对工程投资、进度的宏观调控功能。但目前人为的讲计量过程效率太低,数据缓慢,工程进度控制只能停留在宏观层次上,甚至只是为了达到支付的目的,同时人工计量中监理、业主方没有一套完善的“动态造价”(合同变更)来配合,建立起数字上宏观调控的体系。当然,关于工作效率和管理手段的其他三个重要方面:文件、质量管理和通讯联络,相对来讲也亟待改善的薄弱环节。解决目前管理现状的有效手段就是建立公路工程现代化计算机管理。 2.3电子信息工程在农业机械领域的应用: 拖拉机与自走式农业机械电子化正向网络化、智能化、分布式控制技术方向发展。一台大型拖拉机和复杂农业机械,已装置了若干个标准的电子控制单元(ECU),它实际上已是一个带有独立处理信息与控制功能的计算机智能控制终端,是针对农业机械使用环境专门设计的通用微型作业计算机,具有统一标准设计的接口5采用了控制局域网络(简称CAN)技 术及其网络通信协议。 2.4日常设备信息化 随着人们对生活信息化的渴求,越来越多的日常设备都或多或少的应用了信息技术。如冰箱的恒温控制系统、彩电的数字网络功能等等。而日渐走入寻常百姓家的汽车更是将信息技术在日常设备中应用发挥到了极点。 新的汽车电子系统由各个电子控制单元(ECU)组成,可以独立操控,同时又能协调到整体运行的最佳状态。举一个安全驾驶方面的例子,出于平稳、安全驾驶的需要,对四个轮子的操控,除了应用大量压力传感器并普遍安装了刹车防抱死装置(ABS)外,许多轿车,包括国产车,已增设了电子动力分配系统(EBD)。ABS+EBD可以最大限度的保障雨雪天气驾驶时的稳定性。 3 电子信息产业需求趋势 电子信息产业促进了人类生活方式的巨大变化,电子信息产业的发展现在不仅靠科技的推动,更多的是人们对高质量生活水平的追求促进电子信息技术不断基本。目前发达国家对电子信息产品的需求明显高于发展中国家,欧洲、美国、日本、韩国等国的电子信息产业比我国的发展情况要好。随着世界经济的发展,许多的发展中国家对电子信息产品的需求也在持续增加,如近年来我国的电子信息产业已获得巨大发展,这与我国人们的需求密切相关,也与国外的信息产业向我国扩展有关。我国未来电子信息产业的发展机遇将继续增加,农村、偏远山区、贫困地区也将会逐渐有市场需求,并且市场份额会逐渐增大。未来电子信息产业在全球范围内都会有所发展,亚太地区市场饱和后非洲市场会逐渐兴起。人们对电子信息产品的需求会促使市场进行产业结构调整,发展我国自身的电子信息产业的同时也要制定出向非洲等电子信息产业落后地区发展的战略规划。落后地区电子信息产业的发展大多以计算机技术与通讯技术为主,要根据当地的具体情况规划电子信息产业布局。 4 结束语 信息科学技术是当今社会起主导作用的科学技术,信息科学技术的兴起和发展在我国只有近10年,现在正以史无前例的高速向纵深发展,迎来了我国科学技术灿烂的春天。 电子信息论文:电子信息毕业生知识调查研究 一、引言 现今,电子信息类专业所涵盖的行业领域逐渐增加,同时各个细分的专业方向发展前景也相对广阔,作为一项新兴热门的高科技产业,微电子技术、计算机技术、网络技术、通信技术、软件技术和显示技术等电子信息技术涵盖运用到各个行业中[1][2],需要越来越多的电子信息专业人才作为科研和生产管理的核心人员。但是随着行业的发展,毕业生就业面临前所未有的压力。高校扩招后,几乎所有高校都设有电子类专业,其结果是高速增长的毕业生人数与市场的吸纳能力之间形成了巨大差额,加大了就业压力,致使供需失调,同时另一个就业困难主要是学校培养的毕业生不适应电子信息行业的发展和企业的需求。所以目前仍有一定数量额毕业生依旧待业或在所从事与专业无关的工作,其中一个重要因素之一就是电子信息类毕业生的专业知识的问题[3][4]。 二、用人单位对电子信息类毕业生的需求调查 通过招聘会走访电子信息类企业(公司),了解目前用人单位对电子信息类毕业生的用人要求。现代社会,各行各业及人们日常生活都与电子信息技术有密切的联系,全国从事电子信息技术产品的开发、生产和销售的企业很多,而重庆早就把电子信息产业作为支柱产业,几乎每个区县都有电子信息工业(产业)园,急需大批电子信息技术人才。结合大型单位的岗位信息,电子信息类就业岗位范围基本分为两大类:普通岗和技:请记住我站域名术研发岗。普通岗包含电子生产一线的装配人员、调试人员、检测人员、维修人员、一般管理人员、销售管理人员等,技术研发岗位主要就是设计开发新产品。用人单位反馈近三年电子信息毕业生普遍存在的问题,大致有如下三点:第一,毕业生整体专业素质不高,用人单位普遍反映毕业生由电子专业基础知识不扎实,以及专业基本技能训练较少,所以实践操作技能较差,有的甚至看不懂电路图和不能熟练地使用常见电子仪器仪表等;第二,仍存在多数就业观念落后的学生,虽然很多院校都对毕业生开展就业指导工作,但很多毕业生的就业期望值仍然很高,存在眼高手低、适应能力差等现象,经常把企业单位给予的薪酬待遇放在第一位,而不是根据自身的条件正确择业;第三,由于现在多数的毕业生为独生子女,从小在温室中成长,自然缺少吃苦耐劳的精神,很多毕业生不能吃苦,很难适应企业劳动强度的要求,加之经常抱怨,造成企业员工的流失率提高,同时也给企业造成很大的人力成本浪费,以及招聘和培训压力。 三、电子信息类毕业生专业知识调查研究 针对企业所反馈的情况,我们对近三年的电子信息毕业生专业知识做了调查,调查的对象为近三年重庆市应用型本科院校电子信息类专业毕业生共118人,收回问卷100份。主要是调查电子信息类专业毕业生在大学所学专业理论知识、专业英语水平、实验动手能力、行业的认知、研究项目能力、计算机编程水平问题等,从调查的数据看,电子信息类专业毕业生的专业知识不过硬,主要体现在以下六个方面。 1.专业课程过级率 评价电子信息类专业毕业生专业水平的重要因素之一就是考查专业理论知识学习考试合格率,这样才能够了解学生最基本的专业基础情况,因此为了掌握毕业生对专业知识的学习情况,设定对专业课程考试挂科情况,进行问卷调查。100份问卷里,大学四年中,自己专业理论知识课程没有挂科的有51人,占51%;而挂科1门和2门的人数分别为19人和16人,挂科三门及以上的人数有13人,共占11%,由此看出有过挂科记录的学生占半数,这体现出电子信息专业学生的专业理论学习情况。 2.实践动手能力调查 现在的用人单位很注重毕业生的实践动手能力,作为工科生拥有的基本能力之一,实践动手能力对电子信息类毕业生尤为重要。在调查问题的设定中,结合毕业生的工作实际情况,调查大家对于自己在学校的实践动手能力及工作后实际操作的认识与了解。在此项调查中,有18位调查对象认为自己的实验动手能力达到熟练,有20位调查对象认为自己的实验动手能力处于较好状态,相当一部分人认为自己的实验动手能力很一般,有45人,剩下的17人中表示对于实验动手情况表示担心,认为实际操作困难。 3.外语过级情况 根据调查和企业招聘消息分析,很多公司将英语水平列为一项基本要求,具备一定的英语水平在每一条招聘消息中都有体现。作为电子信息相关企业,很多都是采用国外先进技术,或者需要对外推广,能够看懂英文材料、用英语进行简单交流是必需的。英语水平往往是日后职场中加薪晋升很重要的筹码,但是根据问卷调查发现各高校大学生的英语水平情况有下降的趋势,通过对毕业生CET过级情况的调查,从数据表现上来看,过了CET-4的学生还是占大多数,占61%,但是未过级的学生的比例也相当大,而通过CET-6或雅思托福的学生则较少,占27%,可是从毕业工作的开展情况来看,比其他毕业生要好很多。 4.自主项目设计能力 对企事业单位的招聘需求分析发现,如果毕业生曾有过电子设计竞赛或者独立研发过某项设计,那么往往会被优先招聘,所以,可以看出项目研究能力是电子信息类专业毕业生从事电子信息行业的另一个经验筹码,这也是近年来学院不断增加创新课题项目、开 设实验小组、举行创新性实验项目等活动的目的。但是近三年的数据发现,曾经参加各类电子设计比赛,或参与老师科研,或独立完成某项专业设计的人都不是很多,如下表所示。 5.专业软件熟练使用能力 专业软件编程能力是电子信息专业学生的基本专业能力之一,也是被用人单位重点考查的能力。程序设计及进一步的系统开发要求学生有较好的逻辑思维能力、数学基础、建模能力,能熟练掌握集成开发环境、测试工具、软件工程规范,但是目前,通过调查问卷发现电信专业学生普遍编程能力不强、专业技能特征不明显,尤其女生在这方面的能力偏弱,导致学生从事技术编程开发就业质量不高,下图是毕业生对各个编程语言熟练掌握人数,可以分析得到,提高学生编程能力是目前电子信息专业人才培养亟待解决的重要问题之一。 四、建议及结论 专业知识水平决定了毕业生在电子信息行业发展的成就,依据调查分析结果,电子信息类专业毕业专业知识水平不能适应电子信息行业的发展,不能适应行业对专业人才的需求,也不能满足学校和学生对于专业理论知识水平的期望,因此电子信息类专业毕业生专业理论知识水平有待提高。这就要求学生较系统地掌握本专业领域宽广的技术基础理论知识,适应电子信息工程方面的广泛工作范围;掌握电子电路的基本理论和实验技术,具备分析和设计电子设备的基本能力;掌握信息获取、处理的基本理论和应用的一般方法,具有设计、集成、应用及计算机模拟信息系统的基本能力;了解信息产业的基本方针、政策和法规,了解企业管理的基本知识;了解电子设备和信息系统的理论前沿,具有研究、开发新系统、新技术的初步能力。掌握文献检索、资料查询的基本方法,具有一定的科学研究和实际工作能力。通过对电子信息类专业涉及的相关专业领域的调查,了解了电子信息行业的现状和前景,根据用人单位的需求反馈及对毕业生的专业知识问卷调查,总结高校电子信息类专业教学及学生对于专业知识学习中存在的不足与问题,提出学生优化改进的方法,旨在提高电子信息专业学生的知识水平。 电子信息论文:提高电子信息类专业实验教学质量的方法分析 论文关键词:电子信息类专业 实验教学质量 模式 仿真技术 Simulink 组件 论文摘 要:实验室担负着向学生传播知识与技术、培养学生动手的能力和创新能力的重要使命。随着社会经济的发展及教学改革地不断深入, 实验教学在整个教学体系中的地位越来越突出,实验教学模式的改革已经迫在眉睫。本文主要分析了实验教学的传统模式与存在的问题,并提出了提高电子信息类专业实验教学质量的方法[1]。 0 引 言 实验教学是学校教学活动的重要组成,教学质量的好坏是对学校人才培养层次与质量的直接体现。实验作为实验教学活动的主要内容, 在改善教学质量方面发挥着不可替代的作用。实验室在传播知识的同时,更重要的作用体现在对学生的创造性思维与想象力的培养上。通过实验教学,学生分析解决问题以及动手能力明显提高。伴随教学改革的日益深入, 实验教学的改革也越来越引起人们的关注,以往的教师灌输式的理论教授方式,学生被动接受的教学模式,已无法满足社会经济发展的要求。当前,社会需要的是主动型、能力为主的人才培养。加强学生创新能力的培养,必须切实转变以往重理论教学轻实验教学的错误观念,重新认识实验教学在学校教学活动中的地位与作用,根据当前社会经济对人才的要求, 改革传统的实验教学模式,改革实验教学手段,优化更新实验教学的内容,切实提高实验教学质量。 1 实验教学的传统模式与存在的问题 国内高校工科教育当中,实验教学存在着硬件条件不足、硬件实验条件的发展与技术要求不相符[2],加上近几年高校扩招,实验教学的硬件条件更是供不应求。进一步加大对教学硬件条件的投入,丰富实践教学的内容、加强实验条件的改革及建设,在目看来具有特殊的重要性。面对这种情况,我国的教育主管部门采取了一些推进实践教学改革及建设的措施。如:在全国高校本科的教学水平评估中,实验室基地建设与建设投资及其实验教学改革被列为一项重要的指标。并且,各高校也逐渐开始响应教育部的的这一举动,纷纷实行了“双基”型实验室[2],与此同时,建设了“实验教学示范中心”。当前,传统实验教学模式的缺点主要有以下几点:验证性的实验所占比例较大,与综合性、设计性、创新性实验之间的比例失调;实验模式单一、实验室设备陈旧;实验教学中缺乏先进的实验教学手段。 2 提高电子信息类专业实验教学质量的方法 2.1 实验中引入相应的仿真技术来进行虚拟实验 在实验教学中引入计算机仿真技术,能够充分调动学生主动学习的积极性,培养学生的学习兴趣。同时,教师能够通过计算机技术对学生的实验操作的全过程进行观察,对学生进行良好的跟踪与指导,更好地进行学生实验结果的采集工作,先进科学的教学理念与教学手段对于提升实验教学效果,提高实验教学水平具有重要作用。引入计算机技术后,理论与实验教学,教师教学指导与学生操作、思考融合成一个有机整体。以往传统实验教学中课堂、课时以及实验设备因素的限制作用得到了解决,实验教学更加灵活化,教学内容在时空上得到进一步的延伸,更好地激发了学生进行实验的热情。 将计算机仿真技术引入到实验教学中,通过相应技术进行的虚拟实验,为学生提供了更为灵活开放的实验环境,能够更好地培养学生在实验过程中独立思考能力,增强学生的的学习创新意识。对于实验教学内容,仿真技术的应用,将虚拟性实验与真实的电路实验整合成有机整体,实验的能动性与趣味性明显提高,同时实验内容的充实,有利于学生综合实践以及探索创新能力的培养。当前,已经有越来越多的高校重新进行了实验室的规划建设,通过计算机仿真技术进行虚拟实验是实验教学改革发展的新方向。将与实验教学相关的计算机软件技术引入到高校实验室中,为实验科研提供了良好的平台,对于激发学生学习的主动性与积极性,培养创新能力具有重要作用。计算机仿真技术的应用,一方面能够改善实验教学条件、充实实验教学的内容,另一方面,还能够明显降低实验成本,提高实验教学的效率。通过单片机的实验教学,能够发现,教学过程中引入proteus仿真软,通过该软件对单片机的硬件系统进行模拟,克服了实际实验过程中硬件电路固定以及实验内容不易改动等因素的限制。实验设计全过程,除计算机外不用再进行任何硬件的添加即可实验,这有力地推动了实验课程教学改革,更有利于学生创新能力的培养。仿真技术的另一重要应用主要表现在学生的业余爱好上,如挑战杯、电子设计大赛等等,学生就能够用计算机来实现仿真,首先用计算机仿真出实验的模型,再在计算机上进行相应的模拟调试,最终用硬件来实现。在整个仿真的过程中,学生可以自由发挥自己的潜能,通过大量的仿真对比,来达到设计目的,也可大胆反复地调试,避免了器件的损坏。电子设计竞赛中,由于proteus开发环的运用,培训过程中不需投入任何硬件的条件下,学生却普遍反映,对于单片机的学习比单纯理论知识的学习更易接受也更易得到提高。事实证明,运用proteus进行系统仿真成功后进行的实际制作,可明显的提高单片机系统的设计效率。此外,远程教学中仿真教学的运用具体重要的意义,对于教学改革是一种很好的尝试[2]。 2.2 实验中引入Matlab软件内建的Simulink组件技术 目前,我国开设了电子信息类专业的高校中,大部分都将Matlab软件作为重要的实验教学平台,对定理以及算法进行仿真和验证实验。Simulink组件作为Matlab的重要组成,能够为用户提供一个仿真分析与动态建模的集成系统环境。该环境下,只需利用鼠标进行简单直观的操作,就能够完成复杂系统模型的构建,在此过程中避免了大量繁杂的书写程序。由于 Simulink组件具有适应性强、效率高,结构仿真精细、流程清晰且贴近实际、效率高、使用灵活等诸多优点,Simulink组件技术已经被广泛地运用于处理数字信号与控制理论等复杂的仿真设计之中。同时Simulink能够通过连续、离散采样时间以及两种采样时间混合的的方式进行建模,该组件还可支持多速率系统,不同的系统组成部分的采样速率不同。此外,S imulink为动态系统模型的创建,提供的图形用户接口(GUI) ,使在进行模型方块图的创建时只需通过鼠标单击与拖动鼠等简单操作即可完成,为用户提供了一种更便捷、更直接的创建方式,同时能够立即获得系统仿真结果。 该组件的这一特性,一方面可以使算法的验证更为简单,减少学生投入在验证性实验中所用的时间,而将大部分精力投入到设计性、综合性试验中;另一方面,可以使学生更快捷的验证新思路、新算法,而不会由于代码调试方面的问题影响了创新实验的开展。以自适应滤波中的经典RLS 算法为例,如果直接采用Matlab编程方式,在进行代码调试时,就会消耗掉大量的精力,代码长度将达到200 行以上。而如果采用Simulink组件模块化设计的思想,只需要鼠标对模型的拖拽,就能以流程图的形式将滤波器搭建起来。由于Simulink提供了丰富的元件库,采用图形化的表示方法,学生在进行算法验证的时候只需调用成熟的模块进行参数设计即可。这样的实验方法事半功倍,思路清晰,参数的调整也十分便捷,广受学生欢迎。由此可见,引入Simulink组件后的实验,既不会影响实验效果,又能够提高实验效率,对学生模块化编程的思想也有较好的促进作用。 3 结 语 当前,社会对人才综合素质的要求不断提高,进行实验教学改革已经迫在眉睫,而大学实验教学的改革又直接影响到学生的动手和创新能力。实验教学必须能够跟得上时代的脚步,把计算机仿真技术与Simulink组件技术应用到实验教学中可以充分调动学生主动学习的积极性,充分发掘学生的创造能力,在学习到先进技术的同时,提高学生对社会的适应能力。 电子信息论文:电子信息工程现代化技术浅析 1.电子信息工程内涵 电子信息工程为现代社会信息化发展的核心产物,通过令电子手段同通信应用技术的全面融合,渗透至社会生产、百姓生活、科学研究、教育培训等广泛领域之中,发挥了综合应用效益。当然,针对电子信息工程的综合优势,我们不应满足现状、停滞不前,应持续的优化、更新,方能真正推进电子信息工程实现又好又快的全面发展。 电子信息工程核心意义在于,应用现代化技术手段实现信息数据的全面管控与综合处理,进而提升实践效率,促进优势信息的优质共享。历经多年的实践发展,电子信息工程核心内容更为广泛,其实践应用同他类现代化技术逐步交叉与全面融合。因此,我们应深入研究探讨电子信息工程以及相关技术手段,注重安全管控、全面研发、创新分析、完善政策法规制定,开创良好的研究发展氛围,方能真正推进电子信息工程的全面扩充,开创全新的发展格局。 2.电子信息工程发展现代化技术核心意义 纵观我国当前电子信息工程以及相关技术手段的发展建设进程,我们不难看出,虽然应用实践范畴日益广泛,然而其真正成熟掌控与应用的核心手段仍旧较为欠缺。无法创建从属于自身的工程系统以及技术手段。较多先进技术仍旧直接引进国外的现成成果,没有契合我国国情特色,体现本土化应用优势。为此,要想真正实现持续全面的发展,该类状况需要全面扭转,否则将会对持续的电子信息技术发展形成制约影响,无法通过自主开发的成果以及技术产品提升核心竞争力,赢得竞争优势。伴随信息技术的全面深化发展,现代化电子信息工程逐步变为信息时代的影响推进者,并且对新时期电子商务的发展建设发挥了积极影响作用。当前,较多传统企业逐步对电子商务形成了全新认识,因此对其进行了创新布局与规划,令新兴服务业务以及系统平台逐步形成,并为自身企业赢取竞争主动、占领市场份额巩固了基础,推进了企业的全面发展。规模较大的优秀企业,其电子商务的发展规划将发挥更为显着的优势作用。因此,较多优秀企业逐步促进了信息公开、全面共享,并创建智能化、现代性、数字化工作体系平台,扩充信息化投入建设。时代的进步令该类企业持续推进了信息化工作以及工业生产建设的全面融合,实现了产业的快速升级与更新转变。通过信息化、现代化技术实现产业发展的全面创新,逐步形成了工业化发展的着力点。不但可实现产业升级,还会借助信息技术令传统优势产业形成全面优化,树立战略化目标推进产业全面升华、快速发展。 3.电子信息工程技术快速发展科学对策 3.1强化政府支持,加快信息化建设 为促进电子信息工程现代化技术的全面发展,相关政府单位应强化支持,全面拓展信息化工程建设,积极吸引各方参与,扩充融资途径以及投资渠道。同时,应创建电子信息工程发展基金,提供有力资源保障,确保电子信息产业的完善优化。应全面推进移动通信行业的快速完善,开拓数字电影、互联网技术、信息化软件服务等工程建设,进而为电子信息产业全面创新与技术完善提供优质保障。 3.2完善发展环境,注重新型人才全面培养 为促进电子信息工程的全面更新、优化发展,应致力于扩充人才队伍建设。可制定有效的人力资源管理培养策略,激发其综合优势价值,开创利于人才全面发展建设的优质环境,形成核心价值观。应注重培养具有先进技术水平的信息产业精英人才与行业专家,提升创新发展综合能力。还应开创公平、透明、良好的人才发展竞争氛围,通过有效的宣传、综合的激励,优化人才评估以及管理激励制度,不断鼓励吸引高级人才全面推陈出新、发挥核心潜能,提升竞争发展意识,快速适应市场激烈竞争环境,通过优质选聘吸引真正优秀人才贡献核心力量。同时,各单位应强化国际合作交流,通过全面配合、协同发展,扩充视野,缩短同发达国家的现实差距,进而全面奋进,实现信息化发展。对于海外归国人才应全面支持,给予有效的扶植引导,由政策制定、待遇管理层面,真正的吸引其积极主动的投入到单位经营发展活动之中,加快电子信息工程的发展建设,提升核心潜能。 3.3推进服务创新,激发新型增长点 为促进电子信息工程现代化技术的飞速发展、全面扩充,应致力于服务创新,全面激发新型增长点。面对国际竞争环境的日益复杂,加之经济危机的扩充深入影响,只有推陈出新方能赢取竞争主动,实现良好的生存与发展。为此各类单位应强化同设备生产方的有效配合,创建基于单位核心的创新技术系统,提升我国电子信息工程综合发展潜能与技术研究水平,真正推进产品的全面创新以及技术的优化完善,通过特色化电子信息技术产品赢取竞争主动。应促进产业系统的持续优化,确保核心产业的持续稳定提升。为全面符合现代化发展需要,应提升企业核心竞争力,注重计算机产业的全面发展,实现现代化技术产品的优化升级,令电子产品实现良好的创新转型。应通过实践应用推进发展,实现业务以及服务创新,全面推进现代化通信设施、优质信息服务以及创新技术优化发展,开创新型经济增长点。 4.结语 总之,为推进电子信息工程现代化技术的科学发展,我们只有明确电子信息工程内涵,探究现代化电子信息工程技术核心意义,强化政府支持、方能制定快速发展科学对策,探究新型增长点、实现服务创新,创设显着效益,真正推进电子信息工程的持续全面发展。 电子信息论文:电子信息技术的应用和发展趋势浅析 一、电子信息技术的定义 “信息”即是对事物运动状态及形态的描述,是事物状态的体现形式。信息的传递可以通过文字、数据或一些特殊的符号、声音等形式实现。随着科技的发展与进步,电子信息逐步登上历史舞台,成为人们生活中不可缺少的沟通媒介。电子信息技术的具体含义是指使用电子技术获取、传递人们所需要的信息,主要包括传感技术、计算机技术、多媒体技术、网络技术等,通过这些技术手段达到信息传递、沟通交流的目的。由于通过电子技术获取信息方便快捷,所以电子信息产业通信业、计算机、视频音频产品甚至是餐饮企业等各个生产生活的产业均有涉及。 二、电子信息技术所具有的特点 随着人类社会的进步,电子信息产业得到了高速的发展。当前社会已经步入了电子信息时代,电子信息技术已成为当代最活跃、影响力最大的科学技术之一,为人们的经济发展与生活水平的提高作出了巨大的贡献。运用电子技术表达和传递出来的信息内容丰富,生动活泼,知识涵盖面广,且使用价值高,使得接受的一方能够在较短时间内学习更多的知识,在生活上为人们提供便捷,如电子信息技术在电器应用上的特点。家用电器技术的提高,产品的种类日新月异,各种功能不断出现,使用操作简单,为用户的生活提供更多的便利。在家用电器应用上的主要体现形式是一体化特点,即将传感技术、接口技术、系统化、微型模块化等技术相结合。机电的一体化可以提高产品的自动监视能力、报警能力,在遇到突发状况如过载、过压、短路之类的电力故障时,能够自动采取保护措施,避免事故的发生。同时还可以提高生产能力和工作质量。一体化机电在操作过程中可以节省能源的消耗,加快生产速度,使得机械性能得以改善。 电子信息技术在计算机网络上具有智能化、集约化、网络化、数字化、高效快捷的应用特点。(1)智能化,集约化。计算机智能是在科学的基础上建立进而研究的,在计算机的发展道路上,智能化是一个重要的方向。现代的网络信息技术能够对人的思维活动及感觉行为进行模拟,然后对其展开集约化逻辑分析及综合处理信息。(2)网络化,数字化。网络在计算机应用不断深入的现代社会中,已经成为计算机技术和信息技术结合的产物。计算机的高清晰数字处理技术和运行的网络化,使得信息资源的互动交流及共享得到了实现。(3)高效化,快捷化。现代的计算机网络技术,就其开发应用来说,是以整合和存储各种信息资源为基础,用计算机的电子信息处理技术,使得信息上的各类管理实现高效化及快捷化。 三、电子信息技术的发展趋势 1.多媒体化,智能化。 媒体是人与人之间进行信息交流的媒介,简单地说,就是信息的载体。关于“多媒体”的概念并不统一,一般人们将其解释为“多种媒体的综合”。而多媒体,即是指在计算机系统中,将两种或两种以上的媒体进行组合的一种人机交互式信息交流和传播媒体。使用的媒体包括文字、图片、音乐、特殊音效等,以及程式所能够提供的互动功能。使用起来方便迅捷。智能化是指由现代通信与信息技术、计算机网络技术、行业技术、智能控制技术等技术汇集,最终形成一种针对某一个方面的应用的智能集合。数字化智能化的高低取决于信息技术的发展程度,技术含量及复杂程度越高,智能化效果也就越强。智能化的产品已逐渐渗透到各行各业,对我们的生活有着巨大的影响。如智能住宅小区,监管系统等都应用到了智能化技术。 2.网络化,数字化。 网络化是指利用通信技术和计算机技术,把各个地点的计算机及各类电子设备相互连接,按照一定的网络程序软件达到相互通信的目的,使得所有用户都能够在同一时间共享各种数据、图片等信息资源。通过网络能更好地传送数据和文本资料。用户可随时随地拨打电话或收看任意国家的电视和电影,网络化使得电子信息的应用更为普遍化。目前,计算机网络已被广泛应用,如交通、金融、企业管理、教育教学、商业交流等各行各业均有涉及。数字化就是将各种复杂多变的信息转变为可以度量的数字或数据,再将这些数字、数据建立起来,进行适当的数字化模型,把它们转变为一系列二进制代码,将其引入计算机的内部,再对数据进行统一处理。数字化的优势在于:首先,数字信号与传统的模拟信号相比,前者其信号有加工能力。加工过的信号对有杂波或易产生失真的外部环境来说,稳定性较好。在长距离的传送过程中数字信号传送具有较高的可靠性。数字信号需要使用集成电路和大规模集成电路,而且计算机系统更容易处理数字信号。数字信号在数字特技和图像处理的方面的处理能力也较传统方式强。其次,数字信号处理电路简单。它无需在模拟电路里进行各种调整,因而电路工作时较为稳定、技术人员也能够减轻工作负担,总的来说电子信息数字化可以节约人力物力资源,扩大经济效益。再次,数字信号更加易于压缩。例如,在模拟摄像机里,需要使用100个以上的可变电阻。在有些地方调整这些可变电阻的同时,还需要调整摄像机的摄像特性。各种调整彼此之间又相互有微妙的影响,需要反复进行调整,才能够使摄像机接近于完善的工作状态。在电视广播设备里,摄像机还算是较小的电子设备。如果摄像机100%地数字化,就可以不需要调整了。对厂家来说,降低了摄像机的成本费用。对电视台来说,不需要熟练的工程师,还缩短了节目制作时间。 四、结语 随着人类社会的不断发展,科学技术在不断进步,电子信息技术拥有了更大的发展空间。电子信息技术被应用在人们生活的各个领域,为改善人们的生活和促进经济发展发挥重大的作用。在应用方面上,电子信息技术的发展受到科技水平的制约,只有科学水平进步了才能促进电子信息技术的改进,可以说它的发展趋势是依赖着人类科技与社会的进步的。因此,要想电子信息技术更好地为生活服务,就必须提高科技水平。 电子信息论文:浅谈提高电子信息类专业实验教学质量的方法分析 论文关键词:电子信息类专业 实验教学质量 模式 仿真技术 Simulink 组件 论文摘 要:实验室担负着向学生传播知识与技术、培养学生动手的能力和创新能力的重要使命。随着社会经济的发展及教学改革地不断深入, 实验教学在整个教学体系中的地位越来越突出,实验教学模式的改革已经迫在眉睫。本文主要分析了实验教学的传统模式与存在的问题,并提出了提高电子信息类专业实验教学质量的方法[1]。 0 引 言 实验教学是学校教学活动的重要组成,教学质量的好坏是对学校人才培养层次与质量的直接体现。实验作为实验教学活动的主要内容, 在改善教学质量方面发挥着不可替代的作用。实验室在传播知识的同时,更重要的作用体现在对学生的创造性思维与想象力的培养上。通过实验教学,学生分析解决问题以及动手能力明显提高。伴随教学改革的日益深入, 实验教学的改革也越来越引起人们的关注,以往的教师灌输式的理论教授方式,学生被动接受的教学模式,已无法满足社会经济发展的要求。当前,社会需要的是主动型、能力为主的人才培养。加强学生创新能力的培养,必须切实转变以往重理论教学轻实验教学的错误观念,重新认识实验教学在学校教学活动中的地位与作用,根据当前社会经济对人才的要求, 改革传统的实验教学模式,改革实验教学手段,优化更新实验教学的内容,切实提高实验教学质量。 1 实验教学的传统模式与存在的问题 国内高校工科教育当中,实验教学存在着硬件条件不足、硬件实验条件的发展与技术要求不相符[2],加上近几年高校扩招,实验教学的硬件条件更是供不应求。进一步加大对教学硬件条件的投入,丰富实践教学的内容、加强实验条件的改革及建设,在目看来具有特殊的重要性。面对这种情况,我国的教育主管部门采取了一些推进实践教学改革及建设的措施。如:在全国高校本科的教学水平评估中,实验室基地建设与建设投资及其实验教学改革被列为一项重要的指标。并且,各高校也逐渐开始响应教育部的的这一举动,纷纷实行了“双基”型实验室[2],与此同时,建设了“实验教学示范中心”。当前,传统实验教学模式的缺点主要有以下几点:验证性的实验所占比例较大,与综合性、设计性、创新性实验之间的比例失调;实验模式单一、实验室设备陈旧;实验教学中缺乏先进的实验教学手段。 2 提高电子信息类专业实验教学质量的方法 2.1 实验中引入相应的仿真技术来进行虚拟实验 在实验教学中引入计算机仿真技术,能够充分调动学生主动学习的积极性,培养学生的学习兴趣。同时,教师能够通过计算机技术对学生的实验操作的全过程进行观察,对学生进行良好的跟踪与指导,更好地进行学生实验结果的采集工作,先进科学的教学理念与教学手段对于提升实验教学效果,提高实验教学水平具有重要作用。引入计算机技术后,理论与实验教学,教师教学指导与学生操作、思考融合成一个有机整体。以往传统实验教学中课堂、课时以及实验设备因素的限制作用得到了解决,实验教学更加灵活化,教学内容在时空上得到进一步的延伸,更好地激发了学生进行实验的热情。 将计算机仿真技术引入到实验教学中,通过相应技术进行的虚拟实验,为学生提供了更为灵活开放的实验环境,能够更好地培养学生在实验过程中独立思考能力,增强学生的的学习创新意识。对于实验教学内容,仿真技术的应用,将虚拟性实验与真实的电路实验整合成有机整体,实验的能动性与趣味性明显提高,同时实验内容的充实,有利于学生综合实践以及探索创新能力的培养。当前,已经有越来越多的高校重新进行了实验室的规划建设,通过计算机仿真技术进行虚拟实验是实验教学改革发展的新方向。将与实验教学相关的计算机软件技术引入到高校实验室中,为实验科研提供了良好的平台,对于激发学生学习的主动性与积极性,培养创新能力具有重要作用。计算机仿真技术的应用,一方面能够改善实验教学条件、充实实验教学的内容,另一方面,还能够明显降低实验成本,提高实验教学的效率。通过单片机的实验教学,能够发现,教学过程中引入proteus仿真软,通过该软件对单片机的硬件系统进行模拟,克服了实际实验过程中硬件电路固定以及实验内容不易改动等因素的限制。实验设计全过程,除计算机外不用再进行任何硬件的添加即可实验,这有力地推动了实验课程教学改革,更有利于学生创新能力的培养。仿真技术的另一重要应用主要表现在学生的业余爱好上,如挑战杯、电子设计大赛等等,学生就能够用计算机来实现仿真,首先用计算机仿真出实验的模型,再在计算机上进行相应的模拟调试,最终用硬件来实现。在整个仿真的过程中,学生可以自由发挥自己的潜能,通过大量的仿真对比,来达到设计目的,也可大胆反复地调试,避免了器件的损坏。电子设计竞赛中,由于proteus开发环的运用,培训过程中不需投入任何硬件的条件下,学生却普遍反映,对于单片机的学习比单纯理论知识的学习更易接受也更易得到提高。事实证明,运用proteus进行系统仿真成功后进行的实际制作,可明显的提高单片机系统的设计效率。此外,远程教学中仿真教学的运用具体重要的意义,对于教学改革是一种很好的尝试[2]。 2.2 实验中引入Matlab软件内建的Simulink组件技术 目前,我国开设了电子信息类专业的高校中,大部分都将Matlab软件作为重要的实验教学平台,对定理以及算法进行仿真和验证实验。Simulink组件作为Matlab的重要组成,能够为用户提供一个仿真分析与动态建模的集成系统环境。该环境下,只需利用鼠标进行简单直观的操作,就能够完成复杂系统模型的构建,在此过程中避免了大量繁杂的书写程序。由于 Simulink组件具有适应性强、效率高,结构仿真精细、流程清晰且贴近实际、效率高、使用灵活等诸多优点,Simulink组件技术已经被广泛地运用于处理数字信号与控制理论等复杂的仿真设计之中。同时Simulink能够通过连续、离散采样时间以及两种采样时间混合的的方式进行建模,该组件还可支持多速率系统,不同的系统组成部分的采样速率不同。此外,S imulink为动态系统模型的创建,提供的图形用户接口(GUI) ,使在进行模型方块图的创建时只需通过鼠标单击与拖动鼠等简单操作即可完成,为用户提供了一种更便捷、更直接的创建方式,同时能够立即获得系统仿真结果。 该组件的这一特性,一方面可以使算法的验证更为简单,减少学生投入在验证性实验中所用的时间,而将大部分精力投入到设计性、综合性试验中;另一方面,可以使学生更快捷的验证新思路、新算法,而不会由于代码调试方面的问题影响了创新实验的开展。以自适应滤波中的经典RLS 算法为例,如果直接采用Matlab编程方式,在进行代码调试时,就会消耗掉大量的精力,代码长度将达到200 行以上。而如果采用Simulink组件模块化设计的思想,只需要鼠标对模型的拖拽,就能以流程图的形式将滤波器搭建起来。由于Simulink提供了丰富的元件库,采用图形化的表示方法,学生在进行算法验证的时候只需调用成熟的模块进行参数设计即可。这样的实验方法事半功倍,思路清晰,参数的调整也十分便捷,广受学生欢迎。由此可见,引入Simulink组件后的实验,既不会影响实验效果,又能够提高实验效率,对学生模块化编程的思想也有较好的促进作用。 3 结 语 当前,社会对人才综合素质的要求不断提高,进行实验教学改革已经迫在眉睫,而大学实验教学的改革又直接影响到学生的动手和创新能力。实验教学必须能够跟得上时代的脚步,把计算机仿真技术与Simulink组件技术应用到实验教学中可以充分调动学生主动学习的积极性,充分发掘学生的创造能力,在学习到先进技术的同时,提高学生对社会的适应能力。 电子信息论文:关于互联网电子信息安全防护问题研究分析 20世纪70年代以来,以信息技术为核心的高技术群的迅猛发展及其在社会各领域中的广泛应用,将人类社会推进到了信息社会。在信息社会里,信息网络系统的建立已逐渐成为不可或缺的基础设施,信息已成为社会发展的重要战略资源、决策资源和控制战场的灵魂,信息安全已成为国家安全的核心因素。无论是在平时还是战时,信息安全问题都将是一个战略性、全局性的重要问题。谋求国家安全,必须高度重视信息安全防护问题。 一、搞好信息安全防护是确保国家安全的重要前提 众所周知,未来信息化战争将在陆、海、空、天、电多维空间展开,网络空间的争夺尤其激烈。如果信息安全防护工作跟不上,在战争中就可能造成信息被窃、网络被毁、指挥系统瘫痪、制信息权丧失的严重后果。因此,信息安全防护不仅是赢得未来战争胜利的重要保障,而且将作为交战双方信息攻防的重要手段,贯穿战争的全过程。据有关报道披露,海湾战争前,美国特工曾在伊拉克从法国购买的打印机的引导程序中预埋了病毒,海湾战争一开始,美国就通过卫星激活病毒,导致后来伊军防空指挥通信系统陷入瘫痪。战争和军事领域是这样,政治、经济、文化、科技等领域也不例外。根据美国加利弗尼亚州银行协会的一份报告,如果该银行的数据库系统遭到网络“黑客”的破坏,3天就会影响加州的经济,5天就能波及全美经济,7天会使全世界经济遭受损失。鉴于信息安全如此重要,美国国家委员会早在初的《国家安全战备报告》里就强调:执行国家安全政策时把信息安全放在重要位置。俄罗斯于6月讨论通过的《国家信息安全学说》,首次把信息安全正式作为一种战略问题加以考虑,并从理论上和实践上加强准备。 二、我国信息安全面临的形势十分严峻 信息安全是国家安全的重要组成部分,它不仅体现在军事信息安全上,同时也涉及到政治、经济、文化等各方面。当今社会,由于国家活动对信息和信息网络的依赖性越来越大,所以一旦信息系统遭到破坏,就可能导致整个国家能源供应的中断、经济活动的瘫痪、国防力量的削弱和社会秩序的混乱,其后果不堪设想。而令人担忧的是,由于我国信息化起步较晚,目前信息化系统大多数还处在“不设防”的状态下,国防信息安全的形势十分严峻。具体体现在以下几个方面:首先,全社会对信息安全的认识还比较模糊。很多人对信息安全缺乏足够的了解,对因忽视信息安全而可能造成的重大危害还认识不足,信息安全观念还十分淡薄。因此,在研究开发信息系统过程中对信息安全问题不够重视,许多应用系统处在不设防状态,具有极大的风险性和危险性。其次,我国的信息化系统还严重依赖进口,大量进口的信息技术及设备极有可能对我国信息系统埋下不安全的隐患。无论是在计算机硬件上,还是在计算机软件上,我国信息化系统的国产率还较低,而在引进国外技术和设备的过程中,又缺乏必要的信息安全检测和改造。再次,在军事领域,通过网络泄密的事故屡有发生,敌对势力“黑客”攻击对我军事信息安全危害极大。最后,我国国家信息安全防护管理机构缺乏权威,协调不够,对信息系统的监督管理还不够有力。各信息系统条块分割、相互隔离,管理混乱,缺乏与信息化进程相一致的国家信息安全总体规划,妨碍了信息安全管理的方针、原则和国家有关法规的贯彻执行。 三、积极采取措施加强信息安全防护 为了应付信息安全所面临的严峻挑战,我们有必要从以下几个方面着手,加强国防信息安全建设。 第一,要加强宣传教育,切实增强全民的国防信息安全意识。在全社会范围内普及信息安全知识,树立敌情观念、纪律观念和法制观念,强化社会各界的信息安全意识,营造一个良好的信息安全防护环境。各级领导要充分认识自己在信息安全防护工作中的重大责任,一方面要经常分析新形势下信息安全工作形势,自觉针对存在的薄弱环节,采取各种措施,把这项工作做好;另一方面要结合工作实际,进行以安全防护知识、理论、技术以及有关法规为内容的自我学习和教育。 第二,要建立完备的信息安全法律法规。信息安全需要建立完备的法律法规保护。自国家《保密法》颁布实施以来,我国先后制定和颁布了《关于维护互联网安全的决定》、《计算机信息网络国际联网安全保护管理办法》、《中华人民共和国计算机信息系统安全保护条例》、《计算机信息系统国际联网保密管理规定》、《计算机信息系统安全专用产品检测和销售许可证管理办法》、《计算机信息系统安全专用产品分类原则》、《金融机构计算机信息系统安全保护工作暂行规定》等一系列信息安全方面的法律法规,但从整体上看,我国信息安全法规建设尚处在起步阶段,层次不高,具备完整性、适用性和针对性的信息安全法律体系尚未完全形成。因此,我们应当加快信息安全有关法律法规的研究,及早建立我国信息安全法律法规体系。 第三,要加强信息管理。要成立国家信息安全机构,研究确立国家信息安全的重大决策,制定和国家信息安全政策。在此基础上,成立地方各部门的信息安全管理机构,建立相应的信息安全管理制度,对其所属地区和部门内的信息安全实行统一管理。 第四,要加强信息安全技术开发,提高信息安全防护技术水平。没有先进、有效的信息安全技术,国家信息安全就是一句空话。因此,我们必须借鉴国外先进技术,自主进行信息安全关键技术的研发和运用。大力发展防火墙技术,开发出高度安全性、高度透明性和高度网络化的国产自主知识产权的防火墙。积极发展计算机网络病毒防治技术,加强计算机网络安全管理,为保护国家信息安全打下一个良好的基础。 电子信息论文:浅谈电子信息工程的应用和发展 随着21世纪信息时代的到来,电子信息及网络技术的迅速发展,电子行业蓬勃发展,电子信息行业也已经深入到各行各业的领域,成为了国民经济的支柱产业,推动了各行业的发展。电子信息工程已经广泛地应用到人们的生活和工作,本文主要分析论述电子信息工程在社会中的应用,同时对电子信息工程的优化发展提供一些建议,望能为电子信息工程的推广应用带来支持。 关键词: 电子信息 应用 发展 1.电子信息工程的概述 电子信息工程通过运用计算机现代化技术对电子信息进行控制和处理,主要研究设计应用系统及电子设备、获取信息对其并进行处理,其最基本的特点是对信息进行采集并进行处理,同时电子信息工程还能实现设备与系统的创新研究、设计开发和集成。当前,网络编程、模拟数字信号的之间的相互转化,通信的原理等方面的学科为电子信息技术现代化提供了基础,电子信息工程已经广泛地应用到人们的生活和工作中,电子信息行业也已经深入到各行各业的领域,带动了各行业的不断地发展和更新。 2.电子信息工程应用的特点 电子信息工程技术是计算机现代化发展的特征,其的应用特点主要为智能化、网络化、高效化。 2.1智能化。在科学高速发展的基础上,智能渐走进了人类研究的视野,智能化成为了计算机发展的重要方向。现代的电子信息技术通过模拟人类的言语行为及思维活动,对其进行逻辑性的分析及进行信息的有效处理。 2.2网络化。网络是计算机发展过程中信息与计算机的技术融合的产物。随着计算机运行网络化,世界融为了一体,实现了世界资源的交流和共享,为信息全球化提供了可能。 2.3高效化。现代网络信息技术的开发及应用主要是表现在对各种信息进行采集、整合、存储和处理,这样就使信息的管理走向了高效化,高效快捷地管理信息。 3.电子信息工程的具体应用分析 3.1在工程造价管理中的应用分析 当前,电子信息工程在工程管理中的应用有:网络通讯管理平台,通过信息技术实施管理,达到自动化办公,强化了工程管理,提升了办公的效率;软件应用,运用计算机软件对工程钢筋的用量和工程量进行计算,为工程的造价预决算提供了编制依据;信息系统应用,运用数据库的技术建立信息指标的系统,为工程的积累服务。随着时代进一步信息化,电子信息在工程管理的应用也得到相应的发展。人们将信息技术应用到工程造价的控制、标底编制等方面,使其摆脱手工,实现了信息化的管理,而且各类相关工程管理的软件也相继被开发应用。在信息时代网络技术的迅猛发展下,为工程项目造价和工程管理活动提供信息和服务的网站如雨后春笋般涌现,其一般提供了工程相关的法规政策,项目的信息和相关材料的价格信息等等,给工程造价工作管理工作的带来了一定的便利。 3.2在农业机械中的应用分析 网络化、数字化、智能化是当前我国农业行业发展的标志,这都有赖于电子信息工程技术的发展,使得农业迈向了机械化。当今时代农业机械已经发展成一个可以独自进行系统控制及对信息进行综合处理的智能终端,一台大型复杂的机械中能够完成安装多个电子标准控制的原件,微型作业计算机不但使用标准统一的端口,而且还将局域网的控制技术运用到其中。电子信息工程的应用促进了农业模式的转型,使得我国传统农业逐步向现代化农业迈进。 3.3在常用设备中的应用分析 随着信息化的发展,电子工程技术对我们生活的影响越来越大,其应用逐渐参与到我们日常生活的设备中。数字电视的网络、空调的制冷系统及电冰箱恒温系统的控制等,无一不体现了电子信息工程在我们日常生活设备中应用广泛。如一辆汽车,组成其的电子控制单元可以独立完成操作,也能相互结合协调,确保汽车处于最佳运行的状态,再如电梯,在使用机械原理的基础上安装电子信息系统,实现机械的自动化和智能化,优化了机械的性能,提高了工业生产的效率。 3.4在公路工程的应用分析 公路工程施工工艺复杂,工期较长,这些就导致公路工程各种复杂的数据,于此同时,还要不断更新施工过程的施工进度,施工质量以及费用控制。通过依据电子信息工程技术上的支持,利用计算机技术,极大的节省了人力和物力。因此,我国正在逐步实现采用现代信息工程来管理公路工程中产生的各种管理数据及管理文件,实现公路工程的现代化管理。 3.5在教育中的应用分析 随着人类进入信息化的步伐,决定时代命运的力量之一教育也进入了信息化。教育信息化是电子信息工程技术在教育中应用的一个具体表现形式,通过把计算机及网络技术运用到教学中去。教育的信息化不仅适应了信息时代的要求,而且在一定程度上推动了信息时代的发展。教育与电子信息工程技术存有深厚的联系,网络技术的发展起源于教育。现今,学校设置了众多电子信息方面的专业,注重对学生进行培养“获取信息、采集信息、分析信息及加工信息等的能力,推行网络及计算机教学的模式,这为教育信息化的发展带来了重要的驱动力。 4.推动电子信息工程发展的策略 4.1政府加大扶持力度 在电子信息工程的发展过程中,政府机关部门处于了引导者的位置,政府部门能否发挥引导者的作用,对电子信息工程的发展至关重要。政府部门应该加大对电子信息项目建设的扶持,增加对电子信息技术研 发资金的投入,扩宽电子产业的投资渠道,制定相关的鼓励政策对电子信息工程的创新技术进行鼓励,肯定及奖励电子信息工程技术的创新成果,同时并通过建立电子信息工程基金,确保促进电子工程持续的发展。作为引导者,政府相关部门还应强化通信技术、智能手机、多媒体技术、因特网等的研发,加强引导通信产业、电子信息产业的发展。 4.2培养专业型人才 人才在电子信息系统处于主导地位,是电子工程发展的关键。我国电子信息工程产业的发展需要树立“以人为本”的理念,注重培养专业的技术人才。拥有一个具有高技术水平的优秀人才队伍,是电子信息工程发展的重要驱动力。人才的培养应该从企业和学校这两个环境开展。电子信息工程企业应该增加对人才培养的投入资金,完善对人才的相关激励机制,创造适宜人才发展、成长及提高的良好氛围 环境;学校应该开设电子信息相关的专业,结合时势的发展,及时地融进科学前沿的知识,有效的开展人才培养教学,为社会培养出更多更专业的人才。 4.3加快电子行业的创新 当今世界是一个信息化的时代,电子产业市场的变化瞬息万变,电子技术的的发展日新月异,在如此的趋势及环境下,我国电子的行业的创新迫在眉睫。我们应该在电子信息工程应用及产品的发展创新方面着手,推动电子创新产品的更新和升级。电子企业应该加强对电子信息技术的改造创新,企业之间应该加强沟通交流和企业合作,跟随着国际化的步伐,共同一起实现创新技术和先进产品的研发。 4.4增强知识产权的保护 增强知识产权的保护,对电子信息工程的发展起到重要的作用。在我国有较多的科研人员在技术开发上取得了较高的成就,但由于自身知识产权的保护意识不强,以致较多的科研技术成果被盗窃,这些现象提醒了我们需要重视对知识产权的保护,推动普及知识产权的相关知识,提高科技人员知识产权的保护意识。同时,政府部门也要加强知识产权法律的建设,加强产权法的实施,严格执法,创造新产品新技术保护意识强的社会氛围环境,保护科学研究工作人员的成果,提高工作的积极性,维持科研者的创造热情。 结束语 通过上文对电子信息工程实际应用的论述,我们可以看到,在当今社会中电子信息工程已经融入渗透到各个行业。那么,在未来,随着科技的进步,电子信息工程将进一步发展,电子信息工程即将为我国电子行业以及其他行业提供技术上的支持,为我国经济的发展起到至关重要的作用。因此,我们在电子信息工程加大科研力度,跟上时代前进的步伐,使其更好的与社会相融合,从而实现我国经济的快速发展。 电子信息论文:电子政务系统运行问题及电子信息安全技术的引入 电子政务系统对于一个国家或者是一些地区的综合竞争有着重要的促进作用。因此,电子政务系统的安全运行受到了广泛的关注。由于电子政务系统在处理数据方面以及系统的运行方面,还存在着一些欠缺。因此,经常会遭受到一些恶意篡改以及网络攻击,致使电子政务系统的安全受到了较大威胁,也使得电子政务的效率与便利没有办法得到有成效的保证,进而给我国社会经济的发展以及社会的稳定带来了威胁。所以,相关的工作人员必须要加强对信息安全技术在电子政务系统中的运用分析力度,进而促进我国社会经济能够健康平稳的发展。 1 电子政务系统运用信息安全技术的需求 电子政府系统给我国的政府部门提供服务,政府一般会引进先进的信息技术与通讯技术,用信息化对管理以及服务进行加工,进而在网络系统里面将工作程序与结构组合在一起,全面拜托时间与空间的限制,继而给政府部门或者是社会上的一些专业合法机构提供最高效、最优质的管理与服务。就我国当前社会的发展从现状,电子政务系统在运用信息安全技术时,对其提出了相应的要求。 第一点要求就是要对使用者的身份进行相应的识别。主要是识别实体与通信数据的来源是否真实。电子政务系统运用时是否拥有较高的安全性,这对于各个单位或者是个人都有着直接的影响,关系到使用者自身的利益,要想保证电子政务系统可以顺利运行,识别信息系统管理的对象非常关键。第二点要求则是需要有效地控制访问权限。对访问权限进行控制是安全信息技术服务的内容,是为了阻止一些没有经过授权的资源被访问到,避免某些不合法的信息被储存,做好访问权限的控制能够给电子政务系统增设一道有效的防护墙。第三点是要求确保相关的数据资料不会被外来非法分子截获,杜绝相关资料出现外泄。在电子政务系统里面,会有很多数据资料是与政府部门与各个单位的机密文件有着联系。因此,信息安全技术必须要阻止没有经过授权的使用者得到数据资料,将控制访问系统以及机密相关系统融合在一起,就可以进一步为电子政务系统加设另外一道防火墙[4]. 2 电子政务系统运用过程当中存有的问题 2.1 对信息安全技术没有足够的重视 现如今随着科学技术的快速发展以及互联网的广泛应用,我国很多政府部门也开始关注网络系统的建设,十分看重网络给工作带来的便利,但是部分政府部门在运用网络系统时,并未将网路的安全考虑在内,甚至是直接忽视了网络系统的安全问题,致使信息安全技术一直停滞不前。电子政务系统的运用至今还不是特别的成熟,有很多重要的资料文件并未直接上网,加之安全技术涉及到的范围较广泛,无法用具体的指标对其进行合理的量化,存在较大的间接性与不可见性,导致使用者对信息安全技术的关注程度不高,也没有足够的重视,信息安全技术在管理上存在较大缺陷,最终导致安全漏洞进一步扩大。 2.2 电子政务成系统本身存在缺陷 政府部门中使用的计算机本身就是十分脆弱的,换句话讲就是电子政务系统本身存在一定的缺陷,系统本身存在一定的缺陷。通过具体分析后我们可以看出,计算机中的操作系统一般是运用Windows 2000、XP 以及 NT、等等,但是运用的系统一开始就存在很多漏洞。除此之外,运用的网络设备以及通信等也存在较多弱点。政府部门的内网、外网以及涉及到的公共服务网,这些网络环主要就是利用 TCP/IP 协议建立起来的,而该项协议的基础就是自由与开放,但是这项协议在网络管理、服务模式以及合理规划等方面全部都存在较大的安全隐患。因此,可以看出电子政务系统本身就存在缺陷,还需要相关的技术人员协议方面、系统方面以及设备方面等做出科学的改进。 2.3 信息安全技术在管理方面存在欠缺 由于网络系统的推广与运用,部分政度部门已经开始重视起信息安全技术的重要性,但是却忽视了管理体系的建设与完善,未充分意识到信息安全技术的关键是人为因素。管理体系的建设就是将人为因素与技术因素二者融合在一起,然后将安全技术的保障能力充分发挥出来。事实上我国现在的保卫工作以及安全管理工作都是比较弱的,许多政府部门的内部并未真正在制度方面、人员方面以及技术方面建立起很好的防范机制,没有合格的保护措施。内部人员基本上都会有对系统进行访问的权限,能够较为容易的躲过很多访问控制布置的障碍;很多网络维护者没有网络安全的意识,有的使用者甚至会不遵守安保的相应规定,把内网直接和因特网进行连接,以上这些情况都会给网路系统的安全带来较大的隐患[3]. 3 电子信息安全技术在电子政务中的应用 3.1 有效保证服务器安全 有效保证服务器的安全,主要表现在加密服务与应急方法两个方面。当管理员要对网站进行相应的管理与维护时,一定要先进行身份的识别,防止一些不法分子钻了漏洞,如果管理员在认证账户密码时,超过三次没有将密码输入正确,可以把该账户进行及时的锁定。此外,使用者所应用的密码需要每隔一段时间更换一次,只有这样才可以有效地保证账户密码不会被泄露。如果出现系统受到外来侵袭致使数据资料产生破坏等情况时,系统的应急系统应该马上启动,并发出相应的警告,也可以直接关闭服务器,降低破坏所造成的损失。 3.2 确保系统数据的安全 确保系统数据的安全,是电子政务系统安全防护的重中之重,所以在分析问题时,应当根据实际情况,对问题进行详细的分析,找到最合适的处理方法,尽可能地保障系统数据的安全。例如使用者在进行访问权限核实与审查的时候,需间隔一段时间就对电子政务系统做全盘扫描,把部分重要文件与机密信息全部存储到对应的服务器里面;提升对电子政务系统管理员对账户密码进行有效管理的力度,如果遇到网络攻击能够及时地做好各项备份工作。以上这些方法都能对网络正常运行过程中,出现的各类政务信息窃取、恶意攻击与数据丢失等等突发情况进行预防与解决,就算是发现系统受到了破坏,也能够将不良影响降到可控的范围内[1]. 4 结束语 通过上述文章内容,我们从中可以看出,现如今我国科学技术的发展非常快速,而网络技术也在不断的推陈出新,信息技术在电子政务系统中的运用也越来越广泛,涉及到的公文、保密信息也逐渐增多,但是因为我国电子政务系统的发展还处于初级阶段。因此,还存在很多需要解决的问题,特别是系统的安全问题,如果系统的安全问题受到了影响,那必将会对我国经济的发展以及社会的稳定带来威胁。所以,需要将信息安全技术运用到电子政务系统中,做好系统的安全维护工作,进而确保用户信息的安全,促进社会经济的健康发展。 电子信息论文:对电子信息教学水平提升综述 业界厂商全程参与业界厂商积极地参与到电子竞赛前的专题培训,有利地推动了新技术的推广普及和应用。美国Xilinx公司对这次全国大学生电子设计竞赛大赛区的P-SoC专题培训给予了全程的支持。在培训期间,他们向各个参加培训的学校免费捐赠了最新的ISE13.1设计套件、基于Spartan-6器件的Nexys3板卡以及相关配套的教学资源,这些软件和硬件平台充分反映了FPGA设计技术的最新发展方向,使教师可以更全面地了解相关领域的发展动态和最新的设计方法。 培养学生工程能力这种竞赛前教师集中培训的形式使得教师可以有针对性的指导学生,让学生在竞赛的准备过程中得到系统工程化的训练。这次多省区的专题培训内容主要涉及:基于FPGA的数模混合系统的设计和基于FPGA的片上可编程系统设计两方面内容。这些内容贯穿了电子类课程的公共基本知识点和相关专业课程的内容。学生在教师的指导下运用所学的知识以及掌握的新技术和设计平台,基于系统建模的方法,实现一个具有创意的设计。通过这个过程,学生能够充分地掌握建模这一重要的方法,明白系统建模和具体实现之间的有机联系。 开放式网络教学平台“北化Xilinx学习社区主要目的即配合大学生电子设计竞赛开展相关网络辅导工作。该开放式平台将原有的课堂教学和课外实践教学模式,改变成集课堂教学、科学研究和创新实践相结合的全程化教学模式[2],对学校相关课程的课堂教学和学生创新实践活动以及相关电子竞赛起到良好的支撑作用。自该社区创建以来,访问量已经突破12万人次,成为重要的免费教学资源平台。该平台提供了论坛、问答、邮件群发和个人博客等开放式交流互动模式。学生在竞赛设计中通过组织学习素材、参与讨论话题、分享经验心得和形成竞赛成果等,培养自主学习、团队协作意识以及实践创新能力。网站所有竞赛培训的资料面向高校师生免费下载使用,并在线解答师生在学习使用过程中所遇到的各种问题。 1介绍SoC的关键技术和特点1)SoC设计技术实际上是软件和硬件的协同设计,即在硅片上通过布局和布线在FPGA内实现硬件平台。这个芯片内的硬件平台包含:软核处理器、块存储器、外设控制器知识产权核(IP)等资源。这些IP核资源通过互连线资源,在FPGA芯片内进行互联。SoC实质上就是若干IP核在硅片上的互联。2)在基于FPGA实现P-SoC的设计阶段,是以C语言为代表的高级语言为中心的软件设计,而传统数字逻辑使用的HDL在这里处于配角地位。这是由于在该设计阶段,HDL语言用于构建各种IP核资源,而最终的目的是通过软件来驱动硬件平台工作。3)P-SoC的最大特点是硬件加速,即将一些非常耗时的软件算法,比如FFT、MP4等,转换成使用HDL语言构建的硬件IP核来实现。这样在P-SoC内就实现了微处理器的串行处理和硬件IP逻辑并行处理的完美结合,提高了嵌入式系统的整体性能。 2在P-SoC内实现7段数码管的驱动显示 在理论讲解同时,通过具体的设计案例说明软件和硬件协同工作、并行处理和串行处理的设计思想。该驱动显示案例包含硬件IP设计和软件程序设计两个部分:①使用HDL语言在P-SoC内构建7段数码管的硬件驱动IP核;②用软件程序将需要显示的数据写入到硬件驱动IP核的寄存器中。该设计案例的重点在于说明在P-SoC内实现软件和硬件的协同设计的方法,即划分实现该设计的软件和硬件边界。通过这个案例,也将P-SoC技术与传统的单片机和纯数字逻辑实现方式进行比较,来说明SoC的优势和特点。传统单片机使用软件通过控制外设端口实现对7段数码管的显示控制,数字逻辑使用HDL通过数字逻辑电路实现7段数码管的显示控制。这两种传统的方式远远不能满足嵌入式系统对系统设计灵活性的要求。基于最新的P-SoC平台,可以根据性能要求,通过硬件IP核和软件的协同工作来实现。该设计案例中,通过HDL定制IP核实现对7段数码管的精确的时序控制,用软件实现将需要显示的数据写入7段数码管控制器IP核内的控制寄存器中。 3基于Xilinx的嵌入式设计套件EDK设计流程 本文通过具体实现过程,来说明软件的使用方法,以及设计过程所渗透的先进设计理念。我们在XPS开发环境中采用如下方法实现片上嵌入式系统的构建。1)这个设计通过使用基本系统设计向导实现最小的嵌入式系统的设计,这个实现过程包括:目标板的选择,CPU频率的设定、块存储器容量的选择和外设控制器的选择等步骤。当最小系统构建完成后,通过实现细节来说明P-SoC系统和微机原理课堂教学之间的有机联系。这样教师就理解为什么P-SoC实质就是在硅片上实现微机原理。通过介绍说明这个实现过程是强调系统级设计,而“微机原理”课程的教学强调具体实现细节。这种基于P-SoC的系统级设计,可以使教师和学生更好的从系统上把握嵌入式系统实现结构。2)通过创建和导入外设向导,介绍IP核生成技术。从微机原理的角度来说,定制IP实际上就是通过HDL语言来设计一个专用的外设控制器。而在“微机原理”课程中,只是介绍如何写控制命令字,而不涉及芯片内将这些控制命令转换成具体的逻辑行为的方法。从这个角度来说,基于P-SoC的系统设计比微机原理课程能“看到”更多系统实现的细节问题。3)在生成的IP核模板内,使用HDL语言添加用户端口和7段数码管的硬件驱动逻辑,目的是将寄存器保存的软件给出的数据,正确地显示在7段数码管上。在此设计过程中,教师,尤其是学生,能够更好地理解软件和硬件用 于实现系统设计的边界问题。4)验证IP功能正确后,将其添加到最小系统中,并使用XPS软件自动完成总线连接、地址分配等。此过程使教师清楚P-SoC系统的优势在于定制,即可以根据应用的要求设计特殊的外设控制器来满足应用的要求,这也是P-SoC技术比单片机和其它实现方式更具有优势的地方。5)Xilinx的EDK软件套件,体现着“生态系统”的重要思想,即设计重用,设计复用和节约设计资源。同时还体现着软件和硬件协同设计的思想,即在XPS中实现硬件平台的设计,SDK软件实现软件应用程序的设计,大大提高了设计效率。 4生成的比例流导入到SDK软件当完成片上硬件平台的设计后,将生成的硬件平台比特流文件导入到SDK软件中,SDK软件自动生成板极支持包和应用程序模板,根据需要可以修改应用程序模板。最后,将生成的硬件和软件比特流一起下载代码到FPGA芯片中。 在嵌入式系统设计中,除关注设计的细节外,更重要的是通过教师的指导,让学生能够独立完成系统调试,发现并解决问题。对学生来说,既可以巩固所学的理论知识,又可以提升自身解决工程问题的能力。通过使用这些典型案例的集中培训和对教师的指导,使教师很容易地将基础知识和新技术之间联系起来,能深刻地体会到使用新技术所带来的工程设计效率和系统可靠性的提高。这样,就可以对不同层次的学生因材施教,在理论和实践教学环节中,使用新技术来激发学生学习基础理论知识的热情和发挥学习的主观能动性。在全国大学生电子设计竞赛前,组织如此大规模的教师集中专题培训活动,也是电子设计竞赛组委会的一种大胆有效的尝试。通过这种组织形式,教师既可以快速地学习和掌握新技术知识,又能够掌握具体指导学生参加竞赛的方法和途径,促进创新人才和工程人才的培养。 电子信息论文:电子信息的安全存储和利用 1电子信息的安全存储 1.1外部设备的存储安全问题 电子信息的安全存储主要是为了是保证信息保存的有效性和完整可靠性,操作人员在对电子信息进行安全存储时,必须在电子信息存储的外部设备环节实现安全保护,避免信息存储的介质受到病毒和其他不良因素的干扰,而对于常用的外部存储设备U盘,光盘以及移动硬盘来说,其安全问题主要体现在存储设备本身的安全问题和存储设备的容侵和容错水平上,电子信息对应用环境要求严格,许多数据需要短期或长期的存储,针对外部设备的安全问题,首先:我们应该按照所用设备说明书上的使用要求以及注意事项来进行操作,从而有效的防止资源浪费;其次:操作者在存储信息时还应对电脑主机中存储的信息进行技术的转移和备份,并对本地信息进行彻底的删除,防止因信息泄露被不法分子恶意利用。 1.2网络环境中的存储安全问题 网络环境的安全系数直接关系电子信息数据的交换和整个服务存储器的安全,通常情况下,存储者所使用的U盘等存储设备容量比较大,因此,除了要保证这些外部设备自身的安全外,还要载入一些信息安全防护技术以防止外来的干扰,操作者要对网络环境有充分的了解,做好网络环境的检查和测评。尽量消除网络环境存在的安全隐患,另外不断发展的先进存储技术也值得提倡,比如非中心式存储方法在抵御病毒侵害的能力方面就远远高于单点存储方法,另外,近年来,信息存储已经进入云存储的环境中,电子信息的云存储是通过对存储信息实施授权加密,专用备份,身份验证以及接口安全和云端数据库等多项技术来完成电子信息的存储,云存储为电子信息的存储提供了可靠的网路环境,值得利用。 2电子信息有效利用的途径 2.1提高电子信息管理实际水平 电子信息的应用体系中主要包括电子信息管理人员,信息资源,信息使用者以及信息设备每一个方面都对电子信息的效率有很大的影响,为了提高电子信息的使用效率,我们不仅要对信息使用人员的行为进行规范,还要使信息管理者的管理水平有所提高,通过对信息管理者进行规范来实现电子信息的有效利用。主要体现在两个方面,首先,电子信息的管理人员要能够针对不同的信息进行不同的分类,实行不同的管理措施,对电子信息的文种、类型等各个方面进行分类,使信息使用人员能够快速的找到自己所需要的信息,满足其需求,其次,相关部门要加大信息管理工作方面的投入,不断的提升管理人员的技能水平及综合素质,从而真正提高信息管理水平,从而保证电子信息的存储安全。 2.2提高电子信息使用者的综合素质 作为电子信息的载体,信息使用者在利用电子信息的过程中,其素质的高低决定了信息使用质量以及使用效率。若要实现电子信息有效利用,就要确保电子信息的可再生性与共享性,这可以通过提高使用者综合素质来实现。首先:和可以对信息使用者进行专业的系统的培训,使使用者能够针对不同的信息需求,而运用不同的相关知识,使其对电子信息有足够的正确的认识。其次:电子信息的使用者可以通过使用电子信息的过程来进行自我培训,信息的使用者应根据自己对信息的需求,不断的学习与之相关的知识和使用业务,使电子信息能够更好的被利用。 3总结 电子信息的快速发展给人们带来了很大的方便,同时因为电子信息涉及到更多的个人隐私以及秘密,因此,需高度重视其安全问题。电子信息的安全存储和有效利用是电子信息能够发展进步的前提,对电子信息的安全存储以及有效利用问题应得到使用者和管理者以及其他相关人员的高度重视,只有在确保电子信息的安全下,才能保证其为使用者提供方便,电子信息的发展已经成为时代的趋势,但是电子信息的安全问题依然不可忽视。我们应该共同努力,保证未来电子信息的存储更具有安全性和有效性。 电子信息论文:基于可靠性工程的电子信息装备质量管理研究 【论文关键词】可靠性工程 电子信息装备 质量问题 质量管理 分析 【论文摘要】电子信息装备的质量是实现现代社会经济发展和竞争的必要条件,对于现代社会经济的发展与提升各种竞争力有着决定性的作用。本文主要从电子信息装备日常应用中的质量问题出发,结合电子信息装备质量与可靠性工程建设,对基于可靠性工程的电子信息装备质量以及管理进行分析研究。 现代社会经济发展和竞争中,电子信息装备促成社会经济发展和竞争的重要因素。电子信息装备对于社会经济发展信息竞争发展的有着重要的作用。在社会经济发展和信息竞争中,电子信息装备的质量对于社会经济发展以及信息竞争力有着决定性的影响。现代社会经济发展和竞争中,对于电子信息技术等条件的要求都非常高,因此电子信息装备的质量问题对于电子信息技术体系的整体运用以及实施效果有着很大的影响作用,尤其是电子信息装备的质量可靠性对于电子信息装备系统和社会经济发展等都有着很大的影响作用。 1.电子信息装备的质量问题 电子信息装备实际应用中,对于电子信息技术装备系统有着重要影响的。最主要的问题是电子信息装备的质量问题。根据有关调查,电子信息装备的质量问题主要表现在电子信息装备的设计、电子信息装备的生产、使用管理以及电子信息装备的配套装置中。其中,电子信息装备设计以及生产、使用管理过程中出现的质量问题比电子信息装备在相关配套装备中出现质量问题的机率要相对较大。在有关调查中,电子信息装备的实际应用中,那些新型的电子设备装置中出现的质量问题多是由于电子信息装备的设计缺陷造成的质量问题,而且在实际应用过程中,这部分的电子信息装备的质量问题大部分是在应用中的使用管理阶段开始暴漏质量问题,而电子信息装备的质量问题一般是由电子信息装备的设计以及生产阶段造成的。电子信息装备应用过程中,另外一部分电子信息装备的质量问题主要是随着现代信息技术的提高和电子信息装备的复杂性的增加,电子信息装备在实际应用中不仅对于电子信息装备使用维护费用提高,而且也面临着一定的质量和使用完好问题。电子信息装备应用中之所以会出现各种影响电子信息装备质量的问题主要是由于电子信息装备系统的复杂性以及电子信息装备应用中的错误操作或者使用、电子信息装备的生产等造成的。 2.可靠性电子信息装备质量管理研究 2.1 可靠性工程以及与质量的关系 实际应用中,可靠性工程主要是针对缺陷的一种预防以及对于出现问题的一种有效改正,是对于产品以及工程质量的一种保证。它为了达到产品设备的相关质量或者可靠性要求实施的一系列建设工作。进行可靠性工程建设其实就是对于产品工程可靠性的确定和对于产品工程质量可靠性的保证,在实际应用中,可靠性工程主要是通过对于产品的可靠性设计、可靠性管理以及可靠性试验进行产品工程可靠性和产品工程质量可靠性的获取保证的。其中,对于产品工程的可靠性设计就是通过对于产品工程设计过程中的可靠性模型建立,可靠预计、分配和分析等实现对于产品工程的可靠性设计,以保证产品工程应用的可靠性。对于产品工程的可靠性管理主要是通过一些可靠性的计划制定和文件制度的建设,以实现对于产品设备以及工程的设计、生产等阶段的管理。对于产品工程的可靠性试验主要是产品工程的生产环境以及运行应用等可靠性的鉴定试验,是进行产品工程可靠性确定有效途径。 在电子信息装备应用中,可靠性工程与质量之间的关系主要表现在可靠性管理是产品全面质量管理的一个个重要组成部分,实现对于电子信息装备的质量管理首先应该进行电子信息装备的可靠性管理,通过对于电子信息装备系统的可靠性技术的应用、监控,通过电子信息装备的可靠性目标来逐渐实现对于电子信息装备的质量管理的可靠性的实现。在进行基于可靠性工程的电子信息装备的质量管理过程中还应注意对于电子信息装备的可靠性管理和质量管理之间的区别的划分,以能够真正的实现对于电子信息装备的质量的管理,保证电子信息装备应用质量。 2.2 可靠性电子信息装备质量管理应用 电子信息装备系统是一项拥有较为庞大并且复杂的系统结构,因此在实际应用中,电子信息装备系统的质量可靠性要求要相当的高,因此才能保证整个电子信息装备系统的稳定运行。对于电子信息装备系统来讲,提高电子信息装备系统的可靠性是通过对于电子信息系统的可靠性运行的分析实现的。一般情况下,在进行电子信息装备系统的设计过程中,通过对于电子信息装备系统的相关纠正措施,可以避免后期的生产以及应用过程中各种故障的发生,对于提高电子信息装备系统的可靠性有一定的作用。电子信息装备系统可靠性分析的方法有很多种,在进行电子信息装备系统的可靠性分析中使用的分析方法是根据电子信息装备系统的情况选择的。基于可靠性工程的电子信息装备的质量管理是通过在进行电子信息装备系统设计过程中装备的各种故障模式的分析,对设计中的薄弱环节的纠正,并对于电子信息装备系统中的关键系统部分进行控制,以实现对于电子信息装备系统质量的可靠性管理。保证电子信息装备系统的质量可靠。 3.结束语 总之,在电子信息装备系统中,电子信息装备系统的部分系统装备的可靠性,并不能够保证整个电子信息装备系统的可靠性,同样并不代表整个电子信息装备系统的质量可靠。电子信息装备系统质量的可靠性管理是在电子信息装备系统功能的可靠性维护上的。 电子信息论文:电子信息操作课程设计思索 基础课程开得太多,像操作系统、组成原理,还有数据结构等等,占用了很多的课时,学生无法理解太多,实践性也差,所以这样的课程就应该让几门合为一门,综合在计算机的操作上来教学。现在的教学手段有很多是比较落后的。教育的进步,仅仅有设备的进步,教材的进步是不够的,教育手段也是很重要的,教育手段的成长以及成熟,是教育变得现代化的很重要的标志性建设。 所以,引进现代的教育手段,提高现有的教学质量对于计算机教学质量的提高是很重要的。市场的变化要求学校对课时的安排也要做出合理的调整,对教师做好思想工作的安排。教师上课也要讲究从一而终,这样对学生的理解,对老师的整体教学都可以从一个系统性的角度来看待。这是很重要的一点,教学手段的先进与否是学生学习水平高低的一个重要中间点。 实验课程的设定及其特征。因为实验性教学的迫切和开闸,需要将电子信息的教学与操作系统上的教学相结合。编写专门的教材,其中需要包含与实验、理论都相关联的原理、实验指导,以及实验的参考或者解答之类的。 这些实验性的教材除了要具有传统教材的基本特征以外,还有专业性要求也很高,覆盖面积要比以前广泛,内容也需要相对丰富,除了最基本的要求以外,还要加上存储,进程上的管理和文件系统的设计之类的实验。 相关课程的试验方法。对于这个环节,课程组经过长时间的整理,战胜了以前的重教轻用,加强了实践性的教学,不管是讲课还是实践的方法都设计了30个以上的实验,让理论和实践能力得以和谐发展,增强了学生的设计能力,使他们能够掌握技术的开发的实验相关过程,将学生可以做什么作为主要的教学目标。 这是新的教学方法,它注重培养了学生探索、独立动手的各种能力,以及设计开发的能力,并且注重创新,让之在实验教学中得到深入浅出的贯彻。通过实践性的教学,学生能够把所学的东西从脑袋里转移运用到社会上。 课程中实验的设计。我们要加强计算机教学中与通信有关系的部分的原理性教学,在理论的教学阶段完成以后,学校应该紧接着安排实验的课程,例如,通信的程序的编制,进程之间的数据的通信,程序的控制和编写,这些方面都要理论结合课程一步紧跟一步地设计,让学生不会停滞不前。 计算机的实验教学很重要,实验的设计过程也是很具体的,并且需要专业的、合理的、长时间的设计与制订,试验性地实施,然后不断改进。时代的进步要求实验课程的参与度很高,并且不能慢,国家政府、社会团体、高校教学都慢慢知道了这一措施的重要性,相信我们可以不断设计出更加精良的实验课程及其内容。 电子信息论文:地方电子信息产业的路径 1、发展广西电子信息产业科技发展的策略 我们应该清楚的认识到,虽然时机正好,但是广西电子信息技术产业的现状是不容乐观的。起步晚,电子信息制造业规模小,产业链不完整,软件服务能力弱,这些都是摆在广西眼前不争的事实。如何抓住机遇,实现“十二五”计划,其任务非常艰巨。根据中国的“十二五”规划,中国电子制造业要突破12万亿元,软件业要突破4万亿元,电子信息产业在“十二五”期间还会有一个快速的增长,而广西在“十二五”期间,应该不断扩大电子信息产业的规模,提高产业增长速度。到2015年时,要实现电子信息产业布局更为优化,形成“一区二带”的产业新格局。为此广西相关部门应该采取更加积极的措施,推动广西电子信息技术产业的跨越式发展。 1.1政府的支持 政府政策对电子信息产业发展至关重要,起到了方向性、绝对性的作用,广西政府应该认识到电子信息产业对广西经济的重要性,采取更为积极的策略进行支持。要加大投入电子信息产业研究开发需要的经费,加重资本支持,显示出政府支持电子信息产业的决心,释放正面信号,指明发展方向。对于电子信息产业的领头企业与创新企业给予税收优惠政策,或者对大型技术创新进行激励奖励政策,提升企业对电子信息产业发展的信心,激发企业创新的热情,从而带动广西电子信息技术产业整体创新水平的步步升高。广西政府要从一系列政策扶持、税收优惠、创新氛围、人才培育、国际间合作等多个角度,扶持和推动了电子信息产业转型升级。 1.2找到适合广西电子信息产业发展的模式 中国电子北海产业园位于广西北海市工业园区内,2009年正式开园。是广西目前发展非常成功的电子信息园地,采取“立足高端,构建产业链,打造北部湾电子信息产业基础”的发展战略,打造了多项电子主导产业,如整机、储存、软件开发、关键零部件等等,抓住北部湾经济区大开发、大开放的良好机遇,经过近5年的发展,已经成为一个“国内一流、国际先进”的现代、生态、人文、环保、绿色的高科技电子产品研发生产基地。归结中国电子北海产业园的成功,可以借用中国电子科技有限公司董事长贺海华的原话:“中央企业搭台、地方政府支持、各种所有制企业共同唱戏”,除了政府的支持外,企业的参与必不可少,将这些企业连结起来,成立一个成熟的产业园地,创造优良的产业发展环境,利用最短的时间实现生产的聚集,而后逐渐建立主导产业,发挥市场竞争灵活优势,提升电子信息产业园地的服务与创新能力,最终实现由工业园向新城的转变。建设产业新城,是后发展地区实现跨越发展的可行路径,这也是广西电子信息产业发展的重要的可行性模式。实践证明,电子信息产业园模式是成功的:第一台笔记本电脑、显示器等十项第一产业项目填补了广西电子信息产业的空白;入园企业达90多家,用工达6000多人,提供了丰富的就业岗位,同时孵化了一批创业青年;电子产业园被评为“国家科技兴贸创新基地”“、国家软件公共服务平台”“、高新技术创业服务中心”;2013年创业园区的社会经济产值达270亿元,充分发挥了广西千亿元电子信息产业基础核心作用,将北海市打造为智慧型城市。 1.3继续实施七大工程,促进产业结构优化 广西要不断扩大电子信息产业的规模,并严格落实“十二五”的规划,继续坚定不移的深入广泛的实施七大工程:新型计算机工程、新型电子软器件工程、通信产业化工程、电子信息技术应用产业化工程、光电绿色节能产业工程。现代新型家电产品工程、软件开发及服务工程,为此大力发展新一代的新型平板显示、关键电子元器件、数字家庭、网络通讯设备等新的信息技术,努力使电子信息企业能够做大做强,扶持和培育一批能促进经济发展、具有龙头带动作用的高端电子信息制造大企业,支撑广西经济的快速发展。 1.4提高产业从业人员素质 电子信息产业的发展离不开政策、技术的支持,更离不开人力资源的支持。人才短缺是制约广西电子信息产业发展的重要因素,要想突破人才的制约,就必须完善人才的培养机制,加强对人才教育的投资,不断提高电子信息产业人员的信息素养与职业素养、道德素养,为电子信息产业培养更优秀、更活力的新鲜人才血液。广西电子信息技术产业不仅要吸引人才,更要能培养人才,更多的留住人才。首先。要树立起积极主动的人才引进机制,拓宽人才引进的范围;要鼓励高校与电子信息企业联合培养人才,将电子信息企业的技术骨干和优秀人才输送到高校,提升现有人才的技术创新能力,或者将高校生输入到电子信息产业进行实习或实训,通过校企合作优化人才能力;企业要建立和完善人才使用、评价和晋升的一系列激励机制,调动人才的生产与科研积极性,从而留住人才。 2、结语 21世纪的社会发展已经愈来愈多的依赖信息技术,信息技术成为驱动社会、经济、文化发展的火车头,滚滚走向未来。我国的电子信息制造产业的规模已经越来越大,位居世界前列,但是由于缺乏创新技术,电子信息产品的技术含量、附加值都较低,都需要不断增强才能应对激烈的国际竞争。广西壮族自治区的电子信息产业发展一直不容乐观,与沿海发达地区还有差距,必须找出正确的适合自己发展电子信息产业的模式,加强政府的支持与投入,加强战略规划,培养更多卓越人才,将广西打造为电子信息产业大省,优化广西产业结构,全面提高广西区电子信息产业的综合实力。 电子信息论文:电子信息工程现代化技术的探讨 1电子信息工程内涵 随着社会的进一步发展,电子信息技术逐渐在社会中崭露头角,事实证明,该技术是时展的必然产物,是社会发展的必然要求。无论是在生活中,还是在生产中,电子信息工程无所不在,并且获得了相应的经济效益以及社会效益。但是,我们不应该止步不前,仅仅看到当前的成果而不去想未来的发展是不现实的,当前我们的首要任务是促进电子信息工程的进一步发展,提高这一技术的水平,使其应用到更加广阔的领域中,这样才能促进社会的繁荣发展。要想做到上文中所提到的几点,就要对电子信息工程进行初步的了解,明确其核心意义所在。在当代的信息化时代,电子技术的应用主要体现在数字化的信息管理中,从而能够有效地提高工作效率以及加快时代的发展进程。更为重要的一点是,通过电子信息技术的应用,有助于信息的共享,使得信息在短时间内就会传播到四面八方。例如互联网的发展,就是电子信息技术的成果,人们能够在互联上网上获取相关的信息,并且只需要简单的几个步骤,并不像过去信息的传播那样繁琐。相信在今后的发展进程中,该技术一定会发展的越来越好,促进社会新格局的转变。 2电子信息工程发展现代化技术核心意义 电子信息工程的广泛应用为我国的现代化发展开启了新的时代。为了促进其进一步发展,就要不断对手段进行创新,使其能够满足变化着的时展的需要。当前,电子信息工程中面临的核心问题在于对于技术的掌握仍然处于一种表面的状态,没有掌握到其核心的技术,如果仅仅满足于这种程度,那么对于今后的发展是极为不利的,要想得到创新与发展,就要不断吸收先进的成果以及理念,向西方发达国家学习相应的技术,并且结合我国特有的理念进行创新,从而发展出属于具有中国特色的现代化技术。传统企业并没有对电子信息技术具有一定的了解,因此其发展相对落后,不能满足时展的需要,如果仍然坚持原有的发展观念而不懂得变革,就会造成企业无法得到成员的发展,不仅如此,在未来激烈的市场竞争中,传统企业根本无法与现代化的企业相抗衡。因此,实现传统企业的转变是十分必要的,其必然能够使我国占据国际市场中的一席之地。终上所述,企业的发展脱离不开电子信息工程的应用与发展,要想实现国家经济的繁荣富强,就要将电子信息工程应用其中,从而促进生产建设的现代化发展,在今后的社会在发展中,企业之中必然会全面实现电子信息的发展,促进传统企业的转型,实现企业的优化发展,为社会经济的进一步发展作出应有的贡献。 3电子信息工程技术快速发展科学对策 3.1强化政府支持,加快信息化建设 要想做到企业的全面发展,与政府的大力支持是密不可分的。只有政府加大投资力度,才能促进现代化技术的创新与应用,最终才会保证企业朝着更加繁荣的方向发展。除了政府的大力扶植,还需要各方的积极参与,以此达到扩大资金投入的目的。另外,我们还可以建立健全专门供电子信息工程发展的基金项目,这样在企业的发展过程中,就不必担心缺少资金的支持了。同时也要保证不断优化与完善电子信息技术的进一步发展,在其他领域进行相应的投资,这样在保证原有产业发展的基础上,也能够促进新兴产业的发展。 3.2完善发展环境,注重新型人才全面培养 为促进电子信息工程的全面更新、优化发展,应致力于扩充人才队伍建设。可制定有效的人力资源管理培养策略,激发其综合优势价值,开创利于人才全面发展建设的优质环境,形成核心价值观。应注重培养具有先进技术水平的信息产业精英人才与行业专家,提升创新发展综合能力。还应开创公平、透明、良好的人才发展竞争氛围,通过有效的宣传、综合的激励,优化人才评估以及管理激励制度,不断鼓励吸引高级人才全面推陈出新、发挥核心潜能,提升竞争发展意识,快速适应市场激烈竞争环境,通过优质选聘吸引真正优秀人才贡献核心力量。对于海外归国人才应全面支持,给予有效的扶植引导,由政策制定、待遇管理层面,真正的吸引其积极主动的投入到单位经营发展活动之中,加快电子信息工程的发展建设,提升核心潜能。 3.3推进服务创新,激发新型增长点 为促进电子信息工程现代化技术的飞速发展、全面扩充,应致力于服务创新,全面激发新型增长点。面对国际竞争环境的日益复杂,加之经济危机的扩充深入影响,只有推陈出新方能赢取竞争主动,实现良好的生存与发展。为此各类单位应强化同设备生产方的有效配合,创建基于单位核心的创新技术系统,提升我国电子信息工程综合发展潜能与技术研究水平,真正推进产品的全面创新以及技术的优化完善,通过特色化电子信息技术产品赢取竞争主动。应促进产业系统的持续优化,确保核心产业的持续稳定提升。为全面符合现代化发展需要,应提升企业核心竞争力,注重计算机产业的全面发展,实现现代化技术产品的优化升级,令电子产品实现良好的创新转型。应通过实践应用推进发展,实现业务以及服务创新,全面推进现代化通信设施、优质信息服务以及创新技术优化发展,开创新型经济增长点。 4结论 总之,为推进电子信息工程现代化技术的科学发展,我们只有明确电子信息工程内涵,探究现代化电子信息工程技术核心意义,强化政府支持、方能制定快速发展科学对策,探究新型增长点、实现服务创新,创设显着效益,真正推进电子信息工程的持续全面发展。 电子信息论文:论电子信息产业创新能力 1电子信息产业自主创新能力的研究 1.1电子信息产业的发展现状 电子信息产业在多年的发展过程中产品的结构更加合理化,产业体系也不断完善,形成了一定的产业规模,主要从以下五个方面体现了电子信息产业的发展现状:1.具有较为完善的政策和制度,政府的扶持力度较强;2.具有合理的产业布局和明显的集群效应;3.产业规模不断的扩大,发展速度较快;4.产业结构合理,拥有明显的优势领域;5.各个企业创新工作很到位,整体水平较高。 1.2电子信息产业自主创新过程中存在的问题 在进行了多次改革之后,电子信息产业虽然已经具有一定的规模,但欠缺系统的管理制度,所以还需要不断的探索从而形成较为完善的通用技术研发体系;电子信息产业没有完整的服务支撑体系,“产学研”的落实性不高,具体表现为缺乏科研、企业及政府等机构间的合作,没有实现集成创新和资源共享;企业在创新过程中因为科技资源分布不平衡的原因,没有发挥其重要的作用,在信息技术创新张占据的地位不高。电子信息产业中缺少关键领域的核心和专利技术,创新过程中如果不能掌握关键性技术,就很难根据实际市场情况来进行研发,此外,有些电子信息产品在研制成功后,因为没有机会和渠道进行推广,也就不能发挥其作用。首先,大量资本的投入是对电子信息产业进行创新的基础,缺乏充足的资金就无法保障创新的进行。其次,企业在引进海外人才的方法不恰当,加上缺少创新的奖励机制,人才的供给和需求无法吻合,人才不合理的分布等原因都造成了缺乏技术型复合人才的现象,不能为创新奠定基础。 2提升电子信息产业自主创新能力的措施 电子信息产业的发展涉及到多个领域,在进行自主创新的过程中要求科研机构、院校、企业以及政府等多个社会组织相互沟通和协调,将资源进行分享,为电子信息产业创造一个有利的创新环境。 2.1建立系统的产业自主创新体制 电子信息产业对技术的依赖性很大,很多创新产品的更新速度非常快,而且没有得到充分的利用,因此企业在创新时要加强对技术的吸收和转化,利用“产学研”来建立完整的服务支撑体系,通过研究机构和企业间的合作机制,充分的利用资源,从而使专利技术产业的转化率得到大幅度的提升。 2.2完善自主创新政策 首先,可以通过风险分摊机制的方式来对改变电子信息产业的投融资体系。由于电子信息产业的自主创新需要投入大量的资金,而且风险性很高,所以阻碍了很多企业进行创新,政府一方面可以指定相关的税收政策开鼓励创新发展,减少了企业的创新成本和风险,另一方面,通过创办像投资基金的融资渠道来支持企业。其次,要加强创新基础环境的建设,改善创新条件。企业通过创办知识产权的信息服务平台和评价指标体系将创新理念进行推广,让创新意识深入到群众中,并积极宣扬成功的创新例子,形成具有特色的创新文化氛围。 2.3对产业进行细分,分层次的进行开发 对于技术薄弱的领域要强化技术开发,在不断的技术改造过程中积累经验,然后创新。而具有优势(如移动通信)以及潜在优势的领域要利用国际先进技术,结合自己的资源进行集成式创新发展。在对不同领域进行由模仿学习到集成创新再到自主创新的创新开发时,要注重强化自己的核心竞争力。 3总结 基于电子信息产业的发展现状,只有通过建立系统的产业自主创新体制、完善自主创新政策、加强创新人才的培养,优化人才结构、对产业进行细分,分层次的进行开发等措施才能提高电子信息产业的自主创新能力。 电子信息论文:分析发展电子信息工程技术 目前,电子信息工程是信息化的现代产物,它将电子技术和通讯信息技术完美的结合起来,并应用于生产和生活的各个领域。但是我们不能满足于它的发展和应用的现状,应该对其不断的完善和更新,以更好更快的发展.更好地为社会主义现代化建设服务。 一、电子信息工程的概念 电子信息工程专业是集现代电子技术、信息技术、通信技术与一体的专业。电子信息工程的基本含义就是利用计算机等先进技术对电子信息进行控制和处理的学科,其研究的信息内容主要是电子设备与信息系统的设计、开发及集成。随着时代的发展,电子信息工程的内容更加广泛,电话信号处理、手机声音、图像传递、网络数据传递、信息数据传递等都需要与电子信息工程现代化技术相关联。现代的电子技术达到对信息的有效控制和各种相关处理的一种工程形式。电子信息工程控制的信息包括应用于各种设备中的信息技术。另外,电子信息工程在经过我国的这些年的发展和进步后,其涵盖的内容也更加广泛,并且在实际应用中同其他的先进的现代化技术开始出现交叉和融台的趋势。所以,我们要想更好的研究电子信息工程与其技术,可以从其产品入手。并且我们可以看到随着社会分工的细化.电子信息工程与其技术参与到的产品研发和应用的部分越来越多。 二、电子信息工程现代化技术的作用 电子信息工程的发展21世纪的前20年是我国在科学技术领域赶超世界先进水平的关键时期,信息技术作为科学技术领域发展最快的门类之一,其重要作用已受到国内外的广泛重视,并成为维护国家安全、增强综合国力的关键所在。党的“十六大”明确指出:“优先发展信息产业,在经济和社会领域广泛应用信息技术。”这是在新的历史条件和时代进步背景下,加快我国信息技术发展的重大战略部署。电子信息技术已经渗透到人们生产和生活的各个领域。 虽然目前来看我国的电子信息工程与其技术发展的还算比较迅速,但是仔细研究就会发现,我国虽然对此技术的应用范围比较广,但是真正掌握的核心技术和手段还是不够的。并没有一个属于自己的电子信息工程和技术的发展体系,大部分的先进技术还是直接引进先进国家的成果。这种情况必须予以改变,因为这样会严重的阻碍我国的电子信息工程技术的长期发展,没有自主研发的技术和产品是不会在电子信息工程的发展中立足的。随着信息技术迅速的发展,电子信息工程已经成为时代的推动者,对社会电子商务的应用越来越重要。 三、促进电子信息工程发展的途径 (一)加大投入力度,促进信息化建设 要想使现代化电子信息工程技术更好的发展,就应该加大支持力度,以促进信息化项目建设的发展。应该加大投资力度,不断的拓宽投资和融资渠道,并建立电子信息工程基金,以保证电子信息产业的发展。国家应引导移动通信产业跨越式发展、数字电视、电影推广、互联网的应用及软件信息服务等工程的开发,以促进产业自主创新及技术改造项目的顺利进行。 (二)优化发展环境,培养创新型技术人才 要想使现代化电子信息工程技术更好的发展,人才是必不可少的,而人才要想更好的发挥其作用,就应该创造一个有利于电子信息工程人才发展的环境。这二者是相辅相成的。因此,电子信息企业应该创造一个有利于人才发展的环境并建立以人为本的价值观。 (三)不断扩大网络平台交流 面对纷繁复杂的社会,多姿多彩的网络世界,有利于人们网络交流。网上交友,工作、学习、生活越来越方便,加强了人们之间的沟通、充分发挥了科技工程信息作用。让世人进入网络世界。 (四)促进产品服务创新,培育电子信息经济增长点 增强自主创新认识和知识产权保护意识,培育企业新经济增长点。 要想使电子信息工程现代化技术更好的发展,就应促进产品服务创新,培育新的经济增长点。在激烈的国内、国际竞争环境下,特别是经济危机的环境下,推陈出新才是电子信息企业的生存之计。在这种情况下,电子信息企业就应该加强和设备制造企业的合作,并建立以企业为主体的技术创新体系,以增强国内发电子信息工程的核心技术研发及制造能力,以实现产品创新和技术创新,以增强电子信息产品在国际的竞争力。 (五)着力培育人们自我维护 电子信息工程网络是一个开放的空间,特别是在因特网上,除了要做到本人不攻击他人之外,还要学会预防来自外界的攻击。诸如教会人们应用防火墙和反黄软件来防毒和防黄。在网上聊天时留意激进身份机密,不要随意将电话告知对方等,更不能随意和网友见面。保管好本人上网时运用的各种密码,不要随便泄露给其别人等等。 (六)合理、适时指导学生应用资源 在当今网络时期,作为一个信息技术工程不应局限于本人的喜好,应该组织人们应用网络带来的便利。通过网络联系增强团结、推进网络道德素养的建立,寓教于学、应用。这样既能让他们更多更深地去理解应用网络,更能使他们逐步认识到本人才是网络的真正主人。孙中山先生早在上个世纪初就说过:“世界潮流汹涌澎湃,顺之者昌,逆之者亡。”网络化是当今世界推进社会进步的潮流,上网是二十一世纪公民的“必修课”,我们要以积极的态度来引导人们学习使用网络,同时也要加强网络道德教育,使人们学会正确运用网络,享受科技成果,真正成为新世纪网络世界的主人。 总之,随着信息化产业不断的发展,电子信息工程也在不断的发展中,为人们工作、生活带来了方便。电子信息工程作为现代化信息技术,已经成为人们生活工作必不可少的应用技术。
电子设计论文:EDA技术对电子设计的应用 摘要:随着当今经济和科学技术的不断发展,一种电子设计自动化的技术又称为EDA技术被广泛应用于电子设计中并得到了全面的认可。EDA技术成为了传统的电子设计发展上的新机遇,为电子设计带来了新的技术理念,对电子设计行业的影响是巨大的。EDA技术在电子设计的发展中凭借着独特的灵活性和便利性占据着举足轻重的地位,引领着电子技术发展的潮流。本文将针对以EDA技术的研究应用工作,对EDA技术的概念进行了简单的阐述,并根据技术的优势对设计流程进行了步骤和环节的分析,在EDA技术的应用中分析了它需要注意的问题,希望可以对电子行业中更深层次的利用提供帮助,为之后的电子设计系统化和现代化的工作提供技术方面的启示。 关键词:电子设计;EDA技术;应用;注意事项 引言 EDA技术在电子设计中是基于网络、计算机和众多科技中的一种新型技术。目前,在很多西方发达国家中已经将EDA这种先进的技术广泛的应用于电子设计中,从在效率、速度和质量上都取得了明显的成效。EDA技术已经全面的引领了电子设计发展的方向,所以,想要有效的利用EDA技术发展电子设计就要全面的去认识它,正确的以EDA技术的含义为基础了解它的优势,并熟练的掌握EDA技术的设计应用流程。注意EDA技术在电子设计中实际操作中会出现的问题从而更好的实现它的技术价值,这样才能在电子设计的发展中追赶发达国家的脚步,才能全面的提升我国电子设计行业的发展水平。 1.EDA技术概述 EDA(ElectricDesignAutomation)又被称为电子设计自动化[1],EDA技术作为电子技术和仿真模拟工作的技术基础引领着电子技术发展的潮流。EDA技术在电子行业中的应用为电子设计的工作提供了很大的技术依靠。当前,EDA技术的应用领域正不断地得到扩展,许多电子设计行业发达的国家对EDA技术的应用越来越广泛,我国也应该在电子行业中以EDA技术为发展的突破口提高电子设计的质量和水平,可以让电子设计工作在更加系统和科学技术的支撑下实现更深层次和更广泛的发展应用。EDA技术在电子设计中是通过可编程逻辑器件PLD(ProgrammableLogicDevice)技术在数字系统上的应用发展而来的。EDA技术通过计算机在PLD技术的基础上利用硬件描述语言HDL(HardwareDescripitionLanguage)来实现目标逻辑[2]。设计者可以在EDA技术的支持下完成软件描述硬件的功能,然后通过现场可编程门阵列FPGA(FieldProgrammableGateArray)或者是复杂可编程逻辑器件CPLD(ComplexProgrammableLogicDevice)来完成所要设计得结果。这个技术的应用为电子设计工作带来了极大的灵活性和便利性。 2.EDA技术的基本特征及优势 2.1EDA技术的基本特征 EDA技术的设计流程与传统的电子设计流程恰好相反,它是自上而下的设计流程[3]。在传统的电子设计中,它是先确定了集成电路的芯片后再根据各个模块的功能进行局部的设计,然后再完成整个的系统设计。这种电子设计的方法存在着很多的问题和缺陷,需要的器件太多,容易出现故障,对元件的消耗很大,设计的效率很低。而EDA技术在电子设计中采用相反的电子设计流程可以有效的克服传统的电子设计中存在的问题和缺陷。它在设计之前就从电子设计的整体角度考虑将系统中的各部分结构规划好,在对方的框图进行划分时对相关的工作进行仿真和纠错,利用HDL进行描述高层次逻辑并结合综合优化的方法来完成所有的工作,在EDA技术的帮助下实现对任意一项硬件功能进行系统描述。最后通过FPGA和CPLD来实现电子设计的结果。这样的电子技术的应用有效的避免了传统电子设计中会出现的问题,降低了实际操作中可能出现的故障几率,极大的提高了设计的效率。 2.2EDA技术的优势 1)应用广泛EDA技术具有应用广泛的优点。现阶段,在电子设计中比较常用的编程方式酒红色无线编程和在线编程,而EDA技术在电子设计中可以很好的适应并实现无障碍编程,同时让编程更加具有保密性的特征引领着电子设计的发展潮流。2)可靠性高EDA技术具有可靠性高的优点。传统的电子设计中具有复位障碍和跑飞缺陷,EDA技术不仅可以很好的克服这个缺陷还可以将电子产品中的各系统通过集成和压缩在一个芯片中,在电子设计中便于被管理并有效的控制了风险,提高了电子设计的可靠性。3)普适性好EDA技术具有普适性好的优点。在电子设计的升级和创新环节中,EDA技术可以凭借其容量大、速度快和效率高的特征被得到有效的应用[4],这对于通信类的电子设计具有很大的优势。4)效率高EDA技术具有效率高的优点。EDA技术在多种模块的功能化下可以实现多任务的并行,大大的提高了电子设计中的速度和效率。超越了传统的电子设计,满足了电子设计对信息化和市场化适应的需求。 3.EDA技术在电子设计中的流程 EDA技术在电子设计中的流程(如图1EDA电子设计流程图)首先是将设计的意图通过EDA工具的文本或图形编辑器用文本方式或图形方式表达出来。在通过设计意图完成设计的描述之后就可以进行编译,编译主要是转换格式和对一般性的语法及电路进行排错。为接下来的逻辑综合和优化做准备。逻辑综合是综合器针对于FPGA/CPLD供应商的具体产品对源文件进行综合,综合后得结果具有硬件可实现性,这也是硬件电路从软件转化过来的关键一步。综合的同时,还将设计中冗余逻辑进行去除优化,从而节省了资源,提高了效率。一般是对资源优先或是速度优先两种方式进行优化。综合优化就是对软件的设计和硬件的可实现性进行结合,也就是对具体型号的芯片进行布局、布线和适配。之后进行功能的仿真和时序的仿真,在这个阶段如果仿真没有发现问题就可以通过编程器或者是下载电缆将适配器产生的配置文件下载到目标芯片中。然后针对FPGA/CPLD直接应用于系统中通过硬件测试进行检测[5]。4.EDA技术在电子设计中的应用在电力的系统设计中,电力线主要是通过采用滤波器的低通功能进行载波通讯,它是通过滤波器将高频的信息过滤掉,使得工频电流可以接地,阻抗可以变换。由于常见的数字滤波器在实际操作中有着计算速度低等缺陷常常使用模拟滤波器来满足实际的操作需求,但是模拟的滤波器在应用中还是有着很多的问题。比如。在实际的操作中,模拟的滤波器很难调试、系统的级数低、参数漂移等。所以为了解决这些问题,就会在电子设计中采用EDA技术。在EDA技术中的A/D转换和滤波器可以很好的解决传统的滤波器存在的问题。如图2所示就是在电子设计中应用EDA技术进行设计的被递归型滤波器的模拟图[6]。在现场可编程门列阵的内容主要由六个部分组成,是以时序控制器为核心的非递归型滤波器的设计,在具体的工作过程中是由时序控制器为其余的五个模块进行控制信号的输送。具体工作流程如下:1)A/D转换器将转换结束的信号EOC上升沿发送给时在这个阶段如果仿真没有发现问题就可以通过编程器或者是下载电缆将适配器产生的配置文件下载到目标芯片中。然后针对FPGA/CPLD直接应用于系统中通过硬件测试进行检测[5]。 4.EDA技术在电子设计中的应用 在电力的系统设计中,电力线主要是通过采用滤波器的低通功能进行载波通讯,它是通过滤波器将高频的信息过滤掉,使得工频电流可以接地,阻抗可以变换。由于常见的数字滤波器在实际操作中有着计算速度低等缺陷常常使用模拟滤波器来满足实际的操作需求,但是模拟的滤波器在应用中还是有着很多的问题。比如。在实际的操作中,模拟的滤波器很难调试、系统的级数低、参数漂移等。所以为了解决这些问题,就会在电子设计中采用EDA技术。在EDA技术中的A/D转换和滤波器可以很好的解决传统的滤波器存在的问题。如图2所示就是在电子设计中应用EDA技术进行设计的被递归型滤波器的模拟图[6]。在现场可编程门列阵的内容主要由六个部分组成,是以时序控制器为核心的非递归型滤波器的设计,在具体的工作过程中是由时序控制器为其余的五个模块进行控制信号的输送。具体工作流程如下:1)A/D转换器将转换结束的信号EOC上升沿发送给时序控制器,然后时序控制器接收到信号之后向并串转换、串行延时、系数查表、位移相加、锁存输出五个模块发送并串转换信号、串行延时信号、系数查表信号、位移相加信号、锁存输出信号。2)并串转换模块、串行延时模块、系数查表模块、位移相加模块、锁存输出模块这五个模块在按照到时序控制器发送来的信号依次进行运行[7]。对各个模块的描述语言采用的是VHDL语言,系数查表模块在设计时元件使用的是ROM元件,把查找的内容写入MIF文件中,采样的频率要比截止的频率小一级,芯片结构在通过对算法的改进过程中得到最佳的匹配[8]。从而运算的效率被提高,5.结论在我国的经济飞速发展的带动下我国的科学技术也在不断的进步,在科学技术的支持下电子产品的设计水平也得到了大幅度的提升。现如今EDA技术凭借着自身的优势俨然已经成为电子设计过程中的核心技术,成为电子产品研发应用的源动力。随着科学技术的不断变革,EDA技术也将电子设计的水平推向新的高度。电子设计的工程师要熟练的运用和掌握EDA技术,将EDA技术在电子设计中的应用优势得以凸显出来,通过实际的实践操作中不断的完善和创新,有效的解决传统电子设计中的弊端,减少实际中的故障几率,使得设计效率大幅度的提高,让EDA技术得到更好的推广前景,提高电子产品的核心竞争力,进一步促进电子产业的发展。 作者:陈卫东 单位:广东省新兴中药学校 电子设计论文:电子设计竞赛的模拟电子技术教学改革 摘要:全国大学生电子设计竞赛是大学生参与的重要科技活动之一。安徽工程大学电气工程学院在总结学生参加电子设计竞赛经验的基础上,完善了以项目化为核心的模拟电子技术课程教学体系,革新了以仿真计算和自制教学设备相融合的教学手段。实践表明,教学改革显著提升了教学质量、教学效果以及学生的工程实践能力,同时提高了学生在电子设计大赛中的成绩。 关键词:电子设计竞赛;项目化;电子技术;仿真 电子设计竞赛是非常重要的大学生学科竞赛活动,推动了高等学校电子信息类专业课程体系和课程内容的改革,不仅培养了大学生的实践创新能力和团队协作精神,而且提高了学生的工程实践素质。另外,大赛组委会还增加了全国大学生电子设计竞赛模拟电子系统专题邀请赛,命题以模拟电子系统设计为主题,内容涉及模拟信号获取、处理、转换、产生以及变换技术等方面。由此可以看出模拟电子技术在电子信息类专业课程体系中的重要地位。模拟电子技术是电子信息类专业非常重要的专业基础课,对学生后续课程的学习有着举足轻重的作用。随着电子技术的发展,数字电路的应用越来越普遍,使得部分学生产生了模拟电子电路不再重要的错误认识。由于传统的教学模式存在着过分重视理论知识考核成绩,重分析轻设计,验证性实验多综合性实验少等问题,加上课程学时数的不断减少,使得模拟电子技术课程的学习效果不尽理想。综上所述,进行模拟电子技术课程教学改革已势在必行。安徽工程大学电气工程学院在总结学生多年参加电子设计竞赛经验的基础上,利用仿真计算和自制教学设备相结合的教学手段,建立了以项目化为核心的模拟电子技术课程教学体系,并取得了显著的教学效果。 1以电子竞赛题目为依托,设计项目化教学任务 全国大学生电子设计竞赛的题目是在广泛开展赛区征题的基础上由专家统一进行命题,具有较高的前瞻性。通过分析大赛命题所包含的知识点,结合模拟电子技术教学大纲中的内容,建立项目化教学任务,实现该课程由重理论到重实践的转变[1~3]。电气工程学院师生经过多年的探索,结合电子竞赛中用到的知识点,建立了若干个综合性的实验项目,实现模块化教学[4~6]。通过这些项目,学生可以很轻松得将理论和实践联系起来,加深对所学知识的理解。这里以其中的一个实验项目“差动变压器式位移传感器的调理电路设计和制作”为例进行说明。图1所示的是差动变压器式位移传感器调理电路原理框图。图中正弦波或方波产生电路的功能是产生一定频率的正弦波或方波,用来激励传感器的初级线圈;检波电路的功能是将差动变压器次级线圈输出的电压转换成一个既能反映位移大小,又能反映位移方向的电压信号;放大电路的功能是将检波电路得到的小信号放大成合适的大信号;滤波电路的功能是将放大信号的高频分量滤掉,获得一个纯净的直流电压信号;转换电路的功能是将电压信号转换成电流信号,以便适应信号的远距离传输;直流电源电路的功能是对整个电路进行供电,一般情况下供电电压为24VDC。该电路通常用来检测物件移动的位移量,在电子设计竞赛中的应用非常普遍,同时整个调理电路基本上包含了模拟电子技术课程的所有知识点。表1为调理电路包含的单元电路和教学大纲的对应关系。 2仿真计算和自制教学设备相互融合 随着计算机技术的发展,仿真计算在学习和研究工作中的地位日益提高[7~8]。仿真计算已经与理论分析、科学实验成为当代科学研究的三大支柱。在电路板制作之前未能发现设计缺陷可能延迟计划,从而显著增加成本,仿真则有助于这类问题的及时发现。在模拟电子技术教学过程中,支持“理论分析仿真计算实验验证”的完整流程。目前,在计算机上搭建仿真计算的平台非常容易,这就为课程教学实现理论和实践结合提供了极大的便利。全国大学生电子设计竞赛考查参赛者的一项重要能力就是设计并制作电路板。我校电气工程学院师生结合历年电子设计竞赛的题目,先用PSpice软件进行仿真,然后自行设计制作了多套实验装置,并用于实验教学。其中,2013年全国大学生电子设计竞赛综合测评题要求利用综合测试板上的555芯片和四运放324芯片,设计制作一个频率可变的同时输出脉冲波、锯齿波、正弦波I、正弦波II的波形产生电路。图2是其中一个单元电路即方波和锯齿波产生电路的仿真计算,(a)图为方波和锯齿波产生的电路原理图,(b)图为uo1端输出的方波波形,(c)图为uo2端输出为锯齿波波形。同样,可以利用PSpice软件对其它单元电路进行仿真计算。图3为自制的2013年全国大学生电子设计竞赛综合测评题的PCB图和实物图。 3教学改革的效果 以项目化教学任务为载体,结合大学生电子设计竞赛,优化了模拟电子电路课程的教学内容,并采用最新的教学手段,培养了学生的动手能力、创新能力和团队协作精神。 3.1学生理论基础明显扎实 以前学生在学习模拟电子电路时,很多概念学得不是很扎实,自从课堂教学中使用了仿真计算后,特别是我校电子电气类专业开设了仿真软件学习课程,学生的学习兴趣明显提高。学生可以利用仿真软件对学习的每一个电路都进行仿真计算,这样可以很好地检验理论学习的效果。 3.2学生竞赛成绩显著提高 自从教学改革以来,参加电子设计大赛的人数大幅度提高,同时取得了很好的成绩。截止到2017年,我校电气工程学院学生参加大学生电子设计竞赛,共获得国家级一等奖3个,国家级二等奖2个,2014年和2015年蝉联安徽省TI杯,成绩喜人。 4结语 在总结电子竞赛经验的基础上,运用仿真软件进行项目化教学,对模拟电子技术课程教学进行了全方位的改革,优化教学内容,革新教学手段,形成了完善的课程体系。通过多年的教学实践,该体系能够有效地调动学生的主动性,在最近几年模拟电子技术课程考试中,学生的不及格率明显下降。同时,教学改革的各项措施,提高了学生的实践创新能力,教学效果显著。 作者:王冠凌 柏受军 王正刚 单位:安徽工程大学 电气工程学院 电子设计论文:电子设计竞赛与实践教学改革分析 【摘要】电子设计竞赛是培养学生创新能力和实践能力的重要方法。本文以新时期下电子设计竞赛与实践教学改革作为此次讨论的重点。 【关键词】电子设计竞赛;新时期;实践教学;创新 1前言 电子设计竞赛是有教育部和信息产业部组织的学科型竞赛,它是一项面向学生开展的科技型活动,主要目的是通过对高校的电子信息学科课程的内容进行改革,从而提高学生的综合素质和实践的能力,最终解决实际问题,同时它还对学生协作能力、创新能力的培养起到积极的推动作用。 2新时期下组织电子设计竞赛的意义 由于当今建筑行业的不断发展,促使协作型人才和创新型人才受到人们越来越多的青睐,也正是因为传统的教育方式使得学生不能掌握最新的技术,即使做实验也是仅对一些理论知识进行简单的验证,从而不能有效的培养学生的协作能力和创造能力。因此为了培养全方位的社会型人才,进行电子设计竞赛是很有必要的。电子设计大赛是国家相关协会和一些知名企业联合组织起来的学科型竞赛,它不仅对协作能力、操作能力和创新能力的综合检验提出了要求,还要求参赛的学生能熟练完成搜集相关资料、分析论证、选择器件、设备调试、撰写报告等具体过程,而且竞赛的题目涉及到的内容还多、专业性强、理论技术新,这就促进了电子技术课程的实践教学改革。参赛的学生还要进行竞赛前的专业培训,通过相关培训不仅巩固了基础理论知识,而且还对学生的动手能力提到了提升的作用,从而促进了创新能力的进一步提高。不管能否在设计大赛中取得名次,只要是参加过专业培训和电子设计大赛的学生,都能在系统设计、合作精神、创新能力等方面有不同程度的提升,在设计大赛中表现突出的学生能表现出较好的协作能力、竞争意识与创新精神,从而得到用人单位的一致好评,有效提升了就业能力。 3举例说明新时期下电子设计竞赛的收获 在国家相关部门的大力支持下,电子技术学校将电子设计竞赛当做重点任务来抓,在老师的及时指导和学生的不断努力下,电子设计竞赛在近几年取得了非常好的成绩。比如说陕西省的一所电子技术学校曾多次获得“优秀组织先进单位”的光荣称号,在2012年,在全国举办的技能大赛中,获得陕西省一等奖的学生就有8名,二等奖的有15名,三等奖的21名;国家级二等奖的有3名,在2014年的专业人才技能大赛中,这所电子技术学校获得陕西省比赛一等奖的有4名,二等奖的有8名,三等奖的15名;获得国家一等奖的有2名,二等奖的有5名。这些成绩为该校的师生提供了一定的精神动力。 4电子设计竞赛对实践教学改革起到推动的作用 电子设计大赛的特点是努力让课程内容和电子技术课程体系相结合,并与学生综合素养的提高结合起来。在电子设计竞赛中,不仅要求参赛的学生有较扎实的基本功,还要具有较强的实践能力和创新能力。它是以电子技术的设计为主,同时还涉及到可编程器件、微机等专业,尤其要注意关于新技术、新仪器等应用方面的导向作用。因此将电子设计竞赛中的新知识、新技术积极渗透到实践教学中,通过采用灵活的教学方法实现电子设计竞赛和实践教学的有机结合。 5实践教学改革的内容以及方法 通过将电子设计竞赛培训阶段的整合,对应到相关的实践教学中。即:基础阶段对应感性的认知、验证原理阶段、专题训练阶段、测试阶段对应电子设计、创新研究阶段。 5.1基础训练阶段 首先要求熟悉掌握电子设计课程内容的常用仪器,使用的方法以及测试的方法,接下来进行专业的配套电子系统训练,即设计实验、验证实验、系统实验、创新实验等主要训练环节。紧接着进行电子设计实践环节训练,即电子知识相关复习、电子设计课程从而进一步完善数字电路、电子线路、通信系统、单片机数据搜集系统等相关内容的制作与设计。在此过程中增加了高频线路、EDA技术等方面的内容。采用这种基础训练法,需要采购统一的器件、集体训练,从而进行相关的设计与制作,师生间加强交流来一起解决遇到的难题。 5.2专题训练阶段 通过对以往的电子设计竞赛题目的了解和深层次的研究,及时掌握同行业之间电子技术发展情况的动态信息,也可以通过互联网来关注各种有关的信息,并将电子设计竞赛的范围总结归纳为信号源、放大器、先进仪器、数据信息采集、接受系统和控制系统等六大类型;此项竞赛涉及到的课程有通信电路原理、电子技术、单片机的理论原理和实际应用、逻辑器件、辅助设计工具、电子测量等;涉及到的内容包括电路设计与应用、最新电路的设计方法、电子仿真电路、以及灵活应用设计工具。并由电子行业专家和相关老师进行讨论和深层次的研究、探讨,结合每期情况从而设计出与之相关的训练题目。但是这些题目不仅要有理论计算,关键是还要有实际操作的环节,例如对电子仪器的调试、测试等;涉及的知识面要广,不仅有基础知识,还应该有专业知识,同样要有新技术、新仪器的应用。 5.3对实践教学改革测试与考核的分析 根据电子设计体系中不同阶段的不同特点,参考电子设计竞赛评分的标准和流程,并按照竞赛题目基本功能指标进行必要的测试和考核。在此过程中要求学生结合实际题目从相关工艺、制作水平、功能价格等方面写出电子技术实践教学的总结报告并进行答辩。并由教师组对学生的总结报告、制作的水平、学生演讲、应变的能力等作出客观的评定并打分。在这个过程中是培养学生自我管理能力、逻辑思维能力、决策能力和控制能力的好机会,同时对学生综合素质和整体教学水平的提升都有积极的促进作用。 6结语 综上所述,电子设计竞赛为电子信息技术相关知识的广泛应用提供了一个很好的机会,通过开展电子设计竞赛活动、实践交流不仅提高了学生的学习兴趣,还提高了学生的实践能力、综合能力,通过在实践中增加系统设计和制作的环节,有效提升了学生的合作能力和创新能力。 作者:李耐根 单位:新余学院 电子设计论文:电子设计大赛应用型人才培养方案 摘要:本文以电子设计大赛下的高校应用型人才培养为切入点,从教师辅导与学生教育两个方面,细致探讨具体的应用型人才培养思路与方案,期望以电子设计大赛为契机,推动各高校人才培养工作的优化发展,实现教育处创新与实践能力更为出色的高素质应用型人才的培养目标,提供有益的参考。 关键词:电子设计大赛;应用型人才;培养方案;教师辅导 高校的主要教育任务在于为社会培养、提供具备创新意识与实践能力的专业、应用型人才,为社会经济、技术以及文化的发展带来相应的人才资源与作用。近年来国家为培养具备相应高素质应用型人才组织、创办了多项工作活动。这其中全国的大学生电子设计大赛,就是专门面向高校学生所举办的科技活动,为促进高等院校电子信息相应课程的改革发展,并推动大学生创新意识、实践能力以及团队精神的提升锻炼。有助于高校进一步教育培养出社会所需的高素质应用型人才,实现社会的高效发展建设。 一发挥教师的辅导作用,做好学生参赛的准备工作 要提升高校学生参与电子设计大赛热情与力度,不仅需对其做教育引导,还应积极调动教师的力量,发挥出各个教师的专业特长与表率、辅导作用,将电子设计的参赛题目划分为多项专题,由不同专业的教师做专题教育与辅导。通过开设专题辅导课程等方式,令学生能接受系统的电子设计赛前辅导与各专题的讲解教育。以便充分发挥高校教师的力量,在提升学生参赛水平的同时,促进其创新思维与实践能力的发展进步。赛前的辅导、指引工作是高校学生参与电子设计大赛极为关键的阶段。绝大部分参与竞赛的大学生只有两到三年的高校学习经验,对于电子设计大赛的相应题目进行理解与探究,还存在一定的困难。这一方面是因为电子设计大赛的题目本身就是对专业知识的系统总结与囊括,相应会检验大学生在校期间的学习情况与成果。另一方面理论知识学习与实践运作也是存在差异的,许多学生基础知识掌握较为牢固熟练,但对于电子设计大赛的实践题目就会显得无所适从,不知从何下手。对此就需要高校教师在赛前为学生做系统、具体的专业辅导工作,经由各专题环节的讲解教育,帮助学生有效理清题目的考查思路与范围,明确自身工作重点,在教师的指引下正确进行相关实验操作与研究,以尽可能降低学生出现思维误区与“走弯路”等情况的概率。并且也能在赛前辅导进程中,相应培养强化高校学生的实践创造能力,能基于自身所学知识,在题目的要求与引导之下,懂得从哪方面入手,怎样操作实践。以此发展学生将自身思维、学习内容转化为学习成果的能力。此外高校也应高度重视电子设计大赛的赛前辅导工作,制定每一年度的赛前辅导、培训规划与具体工作安排,确保大学生能在参与竞赛之前得到各专业教师具体、系统的知识辅导与实践教育。以此在保证高校学生参赛成绩的同时,高效推动发展学生创新意识与实践能力的培养发展。 二以培养应用型人才为目标实施学生素质能力发展方案 (一)对学生创新意识的培养发展方案 电子设计大赛相比其他的大学生专业竞赛活动,在注重考查学生知识基础的同时也更为强调其创新意识的运用。创新本身是高校学生教育培养的能力之一,而电子设计大赛的每一道题目都含有基本题与发挥题两部分,以此即完成对高校学生基础专业知识的检验工作过,又能相应考查评估学生的创新思维能力。学生在参与电子设计大赛的培训以及实践训练过程中,也能相应锻炼自身的创新思维。电子设计大赛题目不是传统的验证性实验,本身具备多种实现手段,以此指引学生从题目不同角度、方向与思路上寻求更为全面与多样的实现方法,进而带动高校学生思维的开拓延伸,并进而培养其主动进行创新探究的思维习惯,在促进学生创新能力与意识发展的同时,为其今后步入社会工作打下坚实的能力基础。对此高校在电子设计大赛的赛前辅导以及平时训练进程中,也应重视相应的创新意识培养目标,注意在训练试题上给予学生更多的思维自由与实施空间。令其脱离固有思维模式的限制,充分展现、发挥出学生自身的思维创造力与想象力,以此提出、实践不同角度与层次的题目实现手段,带动学生创新思维能力的进步发展。 (二)对学生实践能力水平的培养锻炼方案 理论与实践是相互存在差异又互为结合的关系,高校学生的理论知识所学,并需经由相应的实践操作才能转化为学习成果,其实践能力也是高素质应用型人才的基本要求之一。而电子设计大赛作为注重实践运用的大学生竞赛活动,就是专门考查学生将题目理论转化为实际实验、设计成果的能力水平。整个竞赛活动从赛前训练到最终参赛,都需要学生全程进行动手实践,以此验证、检查自身实验设计的进度、成果以及测试情况,可以说电子设计大赛中学生就是在进行一场没有停歇的“实践竞赛”。在整个参与动手进程中,学生需要基于大赛题目的要求,将自身要实现什么以及怎样实现作为研究操作的核心目标。以此进行实物的设计制作,并在整个操作进程中相应逐步锻炼学生的自主实践水平,其也会在不断的研究、操作中逐渐掌握到发现问题本质,以及如何解决问题的技巧能力。学生将从一开始参加竞赛时满腹经纶,但是理论与实践却相脱离窘境,到最后发展为参赛阶段高效进行动手操作的状态,以此推动高校学生实践运用水平的不断发展提高。学生也能在自主动手实践中培养建立起良好的自信心与对实践工作的参与热情,在优化高校应用型人才培养成效的同时,也能相应为其今后参与社会岗位的实践运用工作奠定坚实的经验基础。 (三)对学生团队精神的培养创建方案 人类社会自古以来就是合作发展的社会,人在社会中进行工作都离不开与集体和团队成员的协作活动。团队精神也是当今社会与企业对人才的重要能力要求之一,也是高校进行应用型人才培养的重点。电子设计大赛的参赛设置,是以三人为一组组队参赛,进行小组间的对抗竞赛,同时其大赛还规定了时间限制,这就要求同一小组内的学生必须具备团队合作精神与能力,进行电子设计的合作分工,并能默契配合。否则不但难以与其他小组做竞争,本小组的设计任务也较难完成。因此电子设计大赛的竞赛重点,就在于小组团队的合作效率高低,具备竞争力的小组团队一定是团队精神优异,并且善于配合分工的队伍,以此才能有效克服电子设计中的各类问题困难以及时间限制。可以说电子设计大赛的成绩,取决于小组团队中三个人之间的团队协作与分工情况,小组的设计成果也是三人集体合作的体现。因此高校在进行学生教育与赛前训练进程中,就应针对性注重对学生团队精神、协作能力的培养发展,在保证学生个性发挥的同时,令组内成员之间做充分的沟通交流,并彼此建立互信关系。以此强化组内学生间的合作意识与协作水平,在电子设计大赛的参赛进程中,推动高校学生自身团队协作水平的发展提高。 (四)对学生求真务实作风的培养引导 在电子设计大赛的参与、训练进程中,高校学生也能在不断的探究、学习与实践中,了解到务实作风的重要性。如果学生缺乏务实精神,凡事眼高手低、不踏实努力,所设计的作品不但难以符合大赛题目要求,更难以解决实践运用中的各类突发问题与困境。由于电子设计大赛的题目囊括了多方面的专业学识与技能,具备较强的实践性与专业性。学生对此进行学习、参赛,若缺乏相应严谨务实的作风精神,不能扎实一步一个脚印的打下知识基础,就无法设计出合格的产品成果,同时电子设计大赛仅有四天的竞争期限,也必须要求学生放弃投机取巧的侥幸心理,必须具备扎实的专业知识基础与能力,才能在如此短的时间内设计出高质量的成果。因此也需要高校教师在平时的教育与训练工作中,强化对学生求真务实作风的培养力度,令其及时认知到,只有平时的努力积累与严谨学习,所打下的能力基础才能帮助学生取得好的竞赛成绩。任何投机、浮躁的心理与想法都不能帮助学生提高竞赛成绩,反而会对其设计水平与应用型能力发展造成不利影响。 三结语 让高校学生参与电子设计大赛这类竞赛活动,能在高效培养其创新意识与实践能力的同时,极大促进学生团队精神、综合素质的成长发展。各高校的应用型人才培养规划,也应结合电子设计大赛做专门的培养方案设计,以促进参赛学生在学习、培训进程中,获得各方面能力素质的高效发展培养。以此带动整个院校学风的转变优化,推动高校高素质应用型人才培养成效的提升。 作者:朱洪杰 单位:广州工商学院 电子设计论文:电子设计自动化课程改革研究 【摘要】作为高职院校中的一门重要课程,电子设计自动化教学质量的高低严重影响着高职院校的进一步发展,所以,根据教学模式,不断提高教学的质量,逐渐受到高职院校的重视。本文通过简要分析高职院校电子设计自动化教学中存在的问题,指出高职院校电子设计自动化课程改革的合理策略。 【关键词】高职院校;电子设计;自动化;问题;策略 近年来,随着经济的不断增长,电子设计自动化教学逐渐受到社会的普遍关注和重视,但是,由于教育理念、教学模式以及评价方式的不合理,电子设计自动化教学的效果较差,所以,了解电子设计自动化教学的现状,合理开展电子设计自动化教学活动,成为高职院校教育教学工作中的重点问题。 1高职院校电子设计自动化教学中存在的问题 1.1电子设计自动化教学的内容安排不合理 传统的高职院校电子设计自动化课程设置以及教学主要以学科本位为指导,按照教材的章节结构,依次介绍可编程逻辑器件、EDA开发工具和硬件描述语言等内容,系统性和整体性比较强,能够帮助学生建立扎实的理论基础,但是,忽视了学生实际操作能力的培养,导致电子设计自动化教学的质量很低[1]。在学习过程中,由于没有有效整合教学内容,学生只是单独地学习工具、器件和语言等理论知识,没有通过实践活动,验证和检测理论知识,导致学生的实践能力不强。 1.2学生缺乏学习的积极性和主动性 电子设计自动化教学不仅仅需要扎实的理论知识,而且需要一定的实际操作能力,但是,在实际的教学过程中,很多教师主要通过语言,讲解硬件的特点和用途,没有根据学生的学习能力,适当展示相关的器件或者让学生亲自动手操作,未能让学生充分理解和掌握理论知识,导致学生的学习积极性不高。另外,在教学过程中,一些教师一直采用统一的教学模式,讲解教材内容,没有充分考虑不同学生的学习能力和理解能力,未能充分调动学生的学习热情,使得学生的学习效率低下、学习兴趣不足。 1.3没有有效融合理论与实践 虽然在传统的教学中,一些高职院校会开展实践教学活动,但是,在实践教学中,一些教师把大部分时间放在理论知识的分析和讲解上,没有给学生留够实践的机会,难以让学生有效做到理论与实践相结合,从而导致电子设计自动化教学的质量不高[2]。另外,电子设计自动化的实践性较强,需要一定的教学设备和实践场地,然而,一些高职院校的教学条件有限,不能为师生提供合适的教学条件,使得电子设计自动化教学难以有效开展。 1.4教学模式和评价方式不科学 在电子设计自动化教学中,一些教师经常采用灌输式的教学模式,讲解理论知识,忽视了学生学习兴趣的培养,没有给学生提供合适的学习机会,使得学生的学习效果不明显。另外,进行评价时,很多高职院校主要通过理论考试的方式,检测学生的学习情况,没有适当考察学生的实践能力,导致学生重视理论知识的学习,忽视实践能力的锻炼,进而制约了学生综合能力的提高。 2高职院校电子设计自动化课程改革的合理策略 2.1根据自身情况,合理制定教学大纲 高职院校主要以学生的实践能力作为培养目标,所以,在实际的教育教学工作中,高职院校需要根据教育部的要求,合理制定教学大纲,把电子设计自动化作为电子信息类专业的核心课程,并且把使用设计软件设计电路作为主要的教学内容,要求学生熟练掌握应用软件工具,以巩固学生的理论知识[3]。同时,在教学过程中,高职院校可以加强专业课程之间的联系,不断拓宽学生的专业知识,要求学生掌握设计知识和技能,加强学生对电路的理解,以提高学生的学习效率。另外,高职院校应该充分重视电子设计自动化教学的技能性和应用性,以提高学生的综合能力,实现学生的进一步发展。 2.2合理选择教材,增强学生的学习热情 目前,在科学技术水平不断提高的情况下,现有的教材已经不能适应电子设计自动化教学的需求,所以,在具体的教学过程中,高职院校应该根据电子设计自动化专业的实际情况,合理选择教材,不断增强电子设计自动化教学的科学性和时代性,以激发学生的学习兴趣,提高教学的效果[4]。高职院校可以适当省略一些理论知识,详细讲解PCB知识、封装知识、原理图元器件知识和制版知识,促使学生具有扎实的理论基础。同时,高职院校可以适当引入典型性的项目,让学生通过亲自操作,掌握电路的设计流程,引导学生做到理论与实践相结合,以提高学生的专业水平。另外,高职院校应该重视实践制作,让学生通过实践制作,掌握电路设计的技能,了解工作流程,实现理论与实践的有效融合。 2.3有效融合理论教学与实践教学,提高学生的专业能力 理论与实践相结合是高职院校教学中的重点,所以,在平时的教学过程中,高职院校应该根据自身的教学特色,合理安排电子设计自动化教学课程,不断增强学生的学习热情,以实现电子设计自动化教学的目标。高职院校可以把电子设计自动化课程与综合实训、模拟、数字、毕业设计等活动有效结合起来,让学生根据教学内容,学习理论知识,掌握实际操作技巧,以培养学生的专业能力。同时,在实践教学活动中,高职院校可以适当增加教学内容,让学生自己动手制作实物,以增强电子设计自动化教学的趣味性,提高学生的学习效率。例如,在教学过程中,高职院校的教师可以根据学生的实际情况,采用任务驱动法,让学生按照设计主题,自行设计电路,以强化学生对理论知识的记忆,培养学生的实践能力。另外,在平时的教学过程中,高职院校的教师应该重视学生的学习情绪,根据具体的教学内容,适当安排学习任务,以充分调动学生的学习积极性,提高电子设计自动化教学的有效性。 2.4积极改进教学模式,合理制定评价方式 在以往的教学中,高职院校通常采用考试的方式,了解学生的学习情况,然而,虽然书面考试成绩能够反映出学生的理论知识掌握情况,但忽视了学生实际操作能力的考察,导致学生的专业能力不高,所以,在新课改的背景下,高职院校应该根据电子设计自动化专业的实际情况,合理制定评价方式,不断提高电子设计自动化教学的质量,以提升学生的专业水平,促进学生的全面发展。在教学过程中,高职院校的教师应该重视学生实践操作能力的培养,尽可能多地为学生提供实践的机会,要求学生结合理论知识,设计、制作电路,以培养学生的学习兴趣,提高电子设计自动化教学的效果。同时,在考试过程中,高职院校可以采用书面考试与和实际操作相结合的方式,让学生根据考试要求进行设计和制作,并且根据学生的具体情况,合理进行评价,以增强学生的学习热情,提高学生的专业水平。 3总结 总而言之,电子设计自动化教学是理论性和实践性较强的学科,对学生的专业要求较高,所以,在教育教学过程中,高职院校应该根据学生的发展需求,合理安排电子设计自动化教学课程,积极改进教学模式和评价方式,努力创造良好的学习环境,不断增强电子设计自动化教学的吸引力,以激发学生的学习积极性,提高学生的综合能力。 作者:刘薇 单位:永州职业技术学院 电子设计论文:电子设计模型套装设计分析 摘要:模型套装主要以单片机等智能芯片的学习和应用为基础,可以实现使用者搭建外围框架结构。模型套装所使用的模块可以根据使用者的需要自由组合,构造出不同结构,并配以专用模块连接固定大小的元器件,完成整体设计,具有结构简单、安装方便、可设计性强等优点,非常适合电学的初学者学习和使用。 关键词:模型套装;单片机;结构模块 现在许多电子设计爱好者和单片机初学者,在学习的初期都需要购买单片机类开发板。对于这种类型的开发板仅仅适合前期的学习,而不适合后期的进阶学习及做实际的工程项目,当学有所成后真正需要制作一个属于自己的作品时,又会对外围的结构框架不知所措。目前市面上大多数模型都适合小学生和DIY爱好者,为了解决这种中后期的学习和设计的难题,特此设计了万用模型套装,此套装不仅可以搭建几十种模型,还可以根据自己的实际项目需要任意搭建自己的模型,对后期学习和项目的制作有重要的意义。 1总体的设计方案 此设计主要是将现有的大部分模型模块化,通过改变其外形,使其能更好的和其他模块以及主控搭配,完成整体的设计。系统主要分为三部分。第一部分为主控模块。主控模块采用的主控芯片是15单片机和stm32芯片。针对两种芯片设计对应的基本电路,将电路最小化,引出IO口,并将外形设计成适合拼接的形状。第二部分为专用模块。专用模块主要用于固定直流电机、舵机、各种传感器等固定大小和形状的器件。第三部分为连接板。连接板主要用于搭建主框架和分支结构等起到支撑作用的部分。连接板同时还包括一些特殊形状版,例如:六边形板、机械手等,用于一些特殊结构的构造。 2模块设计 2.1主控模块。主控模块将主控芯片设计在固定的PCB板上,PCB板集成主控工作时需要的最小系统器件。同时将主控制芯片的所有IO口全部引出,方便设计者使用,再用模型将主控制芯片固定,方便和外围器件进行连接,主控的固定板如图1所示。主控固定板尺寸:宽40mm,小孔孔径3mm,打孔孔径5mm,厚度2mm。2.2专用模块2.2.1舵机模块。根据舵机的大小确定舵机模块尺寸,使其能牢牢固定舵机,同时可以和不同的零件从上下侧面都能和其他零件的拼接,并进行传动,舵机模块分为凹槽和直角两种结构,分别如图2和图3所示。凹槽模块具体尺寸:孔直径3mm,长32mm,宽14.5mm,高23mm,厚度2mm。直角模块尺寸:宽23mm,高20.5mm,宽18mm,厚度2mm,大孔径3mm,小孔径1mm。2.2.2直流电机模块。由于直流电机的使用没有舵机灵活,所有直流电机的连接板只设计了与舵机模块同尺寸的直角模块,如图4所示,效果图如图5所示。直角连接板具体尺寸:宽度20mm,长度24.5mm,高度19.5mm,厚度2mm。2.3连接板模块2.3.1雪糕板模块。雪糕板的主要功能就是搭建模型需要的主体框架,需要能方便固定,能随意连接。雪糕板有两种尺寸,使用者可以根据设计的需要自由选择合适的尺寸。雪糕板模块如图6所示。雪糕板的两边采用三孔一组的设计,主要功能是连接其它功能模块,中间采用多个五孔的组合设计,这样的设计是为了保证在多个雪糕板连的接稳定。连接板模块具体尺寸:长250mm,宽18mm,小孔孔径3mm,大孔孔径5mm。2.3.2特殊用板。在设计模型时,大多数都是根据自己的需要去设计模型,在设计一些常用但是特殊的器件时,需要一些特殊的模型,比如一个简单的机械手、蜘蛛六角模型等一些基本的但特殊的模型,如图7和图8所示。2.4设计展示。模块与模块之间通过Φ5mm的螺丝相互连接,连接位置可以根据设计者的需要而改变,操作简单,安装方便。套装的设计非常有创意,比如仿生六脚蜘蛛、两足机器人、四轮小车等模型,如图9、图10、图11所示。结束语万用模型套装可以让使用者拼凑出自己想要的各种结构模型,为初学者在学习单片机和STM32智能芯片时提供极大的便利。同时此套装系统还具有成本低、结构简单、安装方便等优点,具有启发使用者想象力的作用,充分突出了其实用性,有较好的推广前景。 作者:陈浩 张劲松 王艳春 张婷 单位:齐齐哈尔大学通信与电子工程学院 电子设计论文:电子设计竞赛与学生实践应用能力探索 摘要:电子设计竞赛有助于优化信息与电子类专业的课程结构,及时更新课程的理论内容;提升教师的专业水平;挖掘学生的创造力,使学生养成科学、严谨的学习和工作态度,提高实践动手能力,培养团队协作意识,在实践中做到理论和应用的有机结合;有助于高校培养出能力型、创新型的优秀人才。因此,本文主要从高校现状分析、电子设计竞赛的重要性,提出培养学生相应实践应用能力的措施。 关键词:电子设计竞赛;学生;实践应用能力 一、引言 电子设计竞赛是面向广大高等学校在校生举办的具有群众性质的科技活动,是教育部、信息产业部组织的学科竞赛。其目的从学校层面上讲,有利于高等学校信息与电子类专业课程结构的优化及其内容的丰富,树立理论和实际相结合的学风,加快在大学开展素质教育的步伐;从学生的角度出发,有助于开发学生的创新和实际操作能力,提升他们的团队意识,提高学生发现和解决实际问题的能力;支持广大学生积极参加课外科技活动,为有知识、有能力的优秀学生提供一个展现自己的舞台。竞赛往往围绕相关领域的研究热点和前沿技术,通过全国或者指定区域内的高校相互竞争比赛,大学生在综合应用所学理论知识的基础上,解决相关领域的应用问题或者完成主办方设定的比赛项目。电子设计竞赛对提高大学生实践能力并激发创新精神,尤其对参赛者运用所学知识分析问题和解决问题的综合能力的提高具有重要意义。 二、高校培养学生实践应用能力现状 1.基础实验为主的实践教学不能满足学生发展。目前,我国大多数高校的实践教学仍采用基础实验教学的方法,以讲授为主,辅助简单的验证性实验,加深学生对理论知识的理解程度。科学技术日新月异、快速发展的今天,社会不断对学生提出新的要求,他们在以后的工作和发展中需要具备良好的独立思考能力和独立实践能力,简单的验证性实验教学已经不能满足学生的发展和社会需求。因此,如何有效地培养和锻炼学生独立思考和独立实践的能力是我们急需解决的问题。2.对学生综合能力的培养重视不够。部分高校忽视对学生综合能力的培养,特别是学生设计能力和实践能力的培养,使学生将理论知识应用于实际的能力较差,主要表现在:不会写设计报告,报告格式不规范,计算机应用不熟练,对系统电路缺乏逻辑性,不能对系统电路进行周密分析,调试中很难准确判断故障点并独立解决问题,仪器使用、焊接等操作不熟练,缺乏将所学理论知识运用到分析和解决问题中去的能力。3.校内课外实践活动和校外实践基地建设相对滞后。校内课外实践活动不够成熟完善,校外实践基地建设滞后,学生综合开发能力和创新能力的培养缺乏相应的环境和条件。很多高校缺乏引导学生利用这些第二课堂提高专业能力的有效方法和手段。4.实验条件和师资力量有限。对于很多普通高校来讲,开放创新性实验室的建设和管理模式不够完善,指导教师队伍有待扩大,水平有待提高。创新实验和普通实验室在建设和管理方面都有很大区别,学生在创新实验室花费大量的时间和精力学习和研究,这需要实验室具备良好的实验条件以及宽松的研究环境。因此,高校应不断完善开放性创新实验室建设,加强对指导教师的培养。 三、电子设计竞赛在培养学生实践应用能力中的重要性 1.电子设计竞赛能深入改革课程结构、教学方法。电子设计竞赛能深入优化信息与电子类专业课程的基本结构、及时更新调整课程内容、深层次地改革教学的基本方法。电子设计竞赛的举行为优化课程结构,及时更新课程内容提供机会。很多参赛高校在总结分析了相关的参赛经验后都不同程度地优化了自己的课程结构,在日常的教学过程中,将计算机原理等基本理论课程,提前安排学习;将以往单纯地验证性实验逐渐转换成分析、系统验证等综合性实验,在整合以往实验课程的基础上,相继开设电子设计相关的选修课、专门的综合实验课。电子设计竞赛的任务所涉及技术的深度和知识面的广度,不仅检验参赛选手的理论知识和创新综合能力,同时对参赛队伍的指导教师,更是提出高层次的要求。2.电子设计竞赛激发学生的创新能力,培养学生的团队精神。大学生电子设计竞赛是面向全国的信息与电子类专业在校大学生的群众性竞赛活动,能激发学生的创新能力,培养学生的团队合作意识。其积极作用是传统课堂的理论教学模式无法相提并论的。电子设计大赛不仅是一项简单的实验考核,它更要求参赛选手们能综合、灵活运用所学理论知识,并把这些知识和实践操作有机结合,无论是专业知识的深奥程度、涉及学科的广泛程度、各学科知识的综合运用能力、实践动手操作能力,电子设计竞赛对参赛学生都提出了很高要求。大学生是朝气蓬勃、思想灵活、独具创造能力的,电子设计竞赛这一途径可以有效地激发他们的潜力,提高他们分析问题、解决问题、实践动手等能力,使他们养成更科学、更严谨的工作态度,培养他们理论和实践有机结合的学习习惯,让他们的团队协作意识更强,为日后步入社会打下坚实基础。实践证明,参加竞赛并且获得奖项的选手,因为他们自身的创造意识、动手能力有着较为显著的优势,他们被很多用人单位看好,在激烈的就业形势下,他们能更早地得到用人单位和社会的认可。 四、培养学生相应实践应用能力的措施 电子设计竞赛不仅能反映学生综合能力,还能反映学校的教学水平,特别是实践教学水平。针对目前高校在学生实践能力培养中存在的问题,我们对信息与电子类学生相应实践能力的培养进行探索。1.切实加强指导教师队伍建设。电子设计竞赛对指导教师队伍的素质有着很高要求。在当今信息、知识、技术不断更新的时代,高校的师资建设要与时俱进,教师的知识面要不断扩展、不断更新,在指导学生进行实践活动的过程中,不断提升自己的专业知识水平和综合业务素质,才能更好地指引学生完成实践课程、参加电子设计竞赛之类的课外活动。因此,学校要求指导教师阅读大量文献,拥有清晰的思路,能为学生指明方向,帮助学生解决实验中的各种困难;拥有奉献精神,在学生遇到失败时给予心理上的支持和鼓励。学校应合理安排指导教师进修,全方位提高教师的教学能力、心理素质和职业道德。2.建立开放性创新实验室,举办校内电子设计竞赛。开放性创新实验室为学生提供了电子设计辅导和电子设计竞赛培训的场地,是学生激发学习兴趣,提高动手能力,培养创新精神和实践能力的平台,同时为信息与电子类专业学生开展课外实践活动提供了条件。随着开放性创新实验室的完善,学校可以依托实验室举办校内电子设计竞赛等信息与电子类专业学生的课外实践活动。学生可以自发组织成创新小组、发明小组等,让学生们有更多的时间走进实验室,展现自己的才能。校内电子设计竞赛等课外实践活动可以激发学生的学习兴趣,提高学生的动手能力,培养学生的创新精神和团队协作精神,为国家级、省级竞赛提供技术支持,人才选拔。3.鼓励学生参加电子类学科竞赛。学科竞赛是检验学生用所学基本理论知识解决实际问题能力的有效途径,能激发学生的兴趣和潜能,培养创新精神和团队合作精神。指导教师通过设计基本技能训练与单元电路、EDA软件系统训练、综合系统训练与检验几个层次的对学生进行指导,以提高学生的实践应用能力。鼓励学生参加学科竞赛,为参赛学生提供实验条件和专业指导是学校义不容辞的责任和义务。通过组织和指导学生比赛,学校能发现课程与实践之间的差距,及时对学校进行课程结构、课程具体内容的调整与改革。4.重视校企合作实习基地的建设。实习基地是实践教学的载体,加强实习基地建设,既能培养学生的实践动手能力,弥补教学实验设备的严重不足,又可以加强与企业、科研院所的联系,扩大学院的知名度,为毕业生就业增加新的渠道,同时对于了解社会对人才素质的要求,制定学科专业发展规划,培养学生的实际工作能力等都具有重要的现实意义。 五、结束语 综上所述,电子设计竞赛无论是对高校,还是对在校教师和学生产生的影响是积极而长远的,是非常符合我国关于培养实用型人才的总目标的。竞赛可以让教学更有实效,教学的实效性又使竞赛层次更深入,涉及学科更广泛,这一良性互动的方法值得我们长久地发展下去。 作者:严茜 孙丽娜 单位:河南大学民生学院 电子设计论文:电子设计自动化技术研究 【文章摘要】电子设计自动化技术,是以强大的计算机功能为基础,通过与相应的计算机辅助设计、计算机辅助制造、计算机辅助测试与计算机辅助工程结合而研究发展过来的,主要是采取计算机工具将计算机信息技术、电路理论、信息分析与信号处理结合而形成的,在一定程度上,可以大大提高电子设计的性能与效率。因此,本文将从电子设计自动化技术的概念出发,浅谈了电子设计自动化技术的发展过程,有针对性地概括了电子设计自动化技术的发展前景。 【关键词】电子设计;自动化技术;电子工程 引言 随着现代科学技术高速发展,电子工程新来了发展的新时代,通过合理应用网络技术与计算机技术,电子设计开始向自动化与智能化方向发展,极大程度促进了电子设计系统自动化的发展。因此,关于电子设计自动化技术的研究,必须了解电子设计自动化技术的基本概念,与电子设计系统中存在的问题,切实根据实际情况完善电子的自动化设计,让电子设计自动化技术在现代工程科学技术中发挥着作用,切实促进电子设计向现代化和科技化方向发展。当然,电子设计自动化技术,主要是指以计算机强大的功能系统为工作平台,在一定程度上,加强了电子技术、计算机技术与智能化技术等的有机结合,通过充分发挥各技术的优势资源作用,形成了电子设计的自动化技术。一般来说,电子设计自动化技术,主要是采取和利用电子设计自动化工具,通过电子工程师的构图与设计,将电子产品设计纳入电子设计自动化技术的战略性任务研究中,从而通过合理的电路设计,合理分析电子各性能,从而借助计算机系统自动处理和完成电子工程工作各方面的需求。 1.电子设计自动化技术的概念 电子设计自动化技术,简称EDA技术,是由“ElectronicDesignAutomation”简化而来的,一般来说,主要是将计算机科学与微电子技术有机结合,以现代科学技术为发展先导,在一定程度上,融合了电子设计与计算机图形学、拓扑逻辑学、微电子结构学等,通过充分发挥和利用计算机强大的功能,提高计算机应用领域所取得的最新成果,切实提高电子设计过程中的自动化,以引进和创新电子设计过程中的先进技术,以计算机工作平台为基础,专门用于电子工程而开发出的电子系统软件设计工具,极大范围内融入了强大的计算机功能。 2.电子设计自动化技术的发展过程 2.1初期阶段 根据相关资料显示,电子设计自动化技术的初期阶段大约在20世纪70年代,人们改变了传统的手工操作与绘图设计,逐渐开始利用计算机辅助系统,对电子设计的IC图进行相关的编辑和PCB布局布线。这个阶段,计算机科学技术发展还在探索阶段,初步形成了中小规模的集成电路,传统的手工设计方法已经不能满足人们生产工艺的需求,因此,必须加强电子制图的设计与印刷,充分发挥计算机辅助功能与电路板和集成电路的方法,不断增大电子设计自动化技术的效率,切实降低整个设计过程中的花费成本,适当减少整个设计与制造周期,这样利用二维平面图形,通过计算机加强电子设计的编辑与分析,形成电子版图设计、布局布线等一系列基础的自动化技术。 2.2发展阶段 电子设计自动化技术的发展阶段开始于20世纪80年代,此时也是在纯粹的图形绘制以外,加强了计算机功能中电路功能设计和结构设计,从而加强计算机原理图输入、逻辑仿真、电路分析等一系列的功能发挥,从实际情况出发加强电子设计自动化技术的发展和完善,通过逐渐扩大集成电路规模,坚持以电子系统为背景、以生产工艺为要求开发和设计各类软件,促使电子设计工具形成巨大的电路功能和结构设计,以编程半导体芯片提高电子设计的自动化。 2.3成熟阶段 电子设计自动化技术的成熟阶段始于20世纪90年代,随着微电子技术迅速发展,极大程度上促进了电子设计自动化技术的发展,主要是加强了电子设计过程中的高级语言描述,切实进行电子系统级仿真,综合作用各种现代化技术,力争把人们从繁重的设计工作中解放出来,但是这个阶段电子设计的自动化和智能化程度还有待加强,缺乏统一的电子设计自动化软件界面,由于系统的复杂性大大增加了其技术的学习与使用的难度,甚至严重影响到电子设计环节间各项工作的衔接,因此,必须加强电子设计自动化技术的研究,促进其向智能化方向发展。 3.电子设计自动化技术的发展前景 加强电子设计自动化技术的发展与应用,一方面为电子设计方案提供了明确的方向,增大了计算机等先进科学技术的语言描述范围,切实促进电子设计与生产工艺要求结合,整体性、系统性地进行编程,从而在电子设计过程中促进了自动化技术语言的交流、保存与修改;另一方面,大大提高了电子设计的自动化程度,通过各级的仿真、纠错和调试,切实避免设计者及时发现并改正在电子结构设计过程中的错误,为电子设计的具体细节问题提供了良好的保证,从而充分发挥电子设计自动化技术的功能,提高设计效率的同时降低了设计过程中所花费的成本,合理加强了电子设计自动化技术的应用,通过现代EDA技术自身为当代社会、经济、政治发展创造了良好的框架工作环境,通过不断发展,切实应用到人们生活与工作的方方面面中,为人们生活与工作质量的提高提供了良好的基础。 4.结论 总而言之,从基本概念、发展历程与发展前景三个方面切实加强电子设计自动化技术的研究,有利于充分利用电子设计自动化技术,为人们生活与工作需求创造良好的条件。 作者:颜海燕 单位:湖南永州职业技术学院 电子设计论文:电子设计在虚拟角色动画的应用 【文章摘要】虚拟场景中角色的三维模型,是用来描模型内部的几何性质的抽象模型,这些模型被计算机以特定的信息格式将模型存储起来,这种存储过程被称为三维建模。三维建模主要处理角色的三维信息和拓扑结构。三维信息是指角色在三维空间中的形体、方位和尺寸,拓扑结构是物体各分量方向的数值及其相互之间的关联关系。当今,常用的三维建模系统一般常用三种建模方式,即线框建模,表皮建模和实物建模。 【关键词】三维建模;骨骼动画;人物模型 1引言 三维建模的过程涉及到表示三维信息的数据结构以及操纵该数据结构。三模型的建模,需要从描述角色的形状和外观两方面开始入手。角色的形状由构造角色的N边形、圆和顶点等来确定,角色的外观由角色表面纹理、色彩、照明等因素来确定。同时,还要满足建模技术的三个指标:即交互显示能力、交互操做能力、容易建构的能力对虚拟角色模型的需要。通过对平台的环境以及虚拟人物进行归类,把平台中的模型归为两类:静态对象和虚拟人物。静态对象是指三维模型中不随着时间改变而改变的不动的对象,平台中主要指没有运动的实体,例如模型中的大楼、矿井、树木等;动态对象是虚拟人物通过行走模拟真实矿工的动作,是虚拟矿井通风环境构建的基础,也是虚拟矿井创建的一项重要步骤。 2人物建模 虚拟人物的构建,第一步,要作的是对骨骼系统模型的三维建模。三维人物建模工作是整个平台的基础工作,制作的人物模型不但要真实逼真,还要满足平台浏览即时性的特点。下面是整个平台设计中虚拟人物建模的实现过程。在3D中,人物模型的建模是很困难的,要求用户熟练掌握常用的建模方法和步骤,为了省去复杂的建模过程,也可通过其他人物模型来建模,随后再将改建好的人物模型导入到3D场景中,例如提供角色建模软件Poser,如下图1所示。图2是POSER软件的起始界面截图。它是弗朗科公司出品的一个三维人物生成模型工具,可辅助设计者生成各类角色的图像、视频和角色模型。该软件提供了各类男模类型、女模类型和小孩模型和木偶形状的骨骼。如对自有的骨骼特征不满足,还可利用工具栏中的修改工具进行重组。(1)在POSER软件中建立人物模型人物模型的创建是本平台的重要技术,人物模型可以表现整个人物的形象程度及特色。笔者采用POSER5.0版本对人物进行模型的创建。在人物模型库中找到适合本平台的人物身体模型,再找到恰当的脸部和毛发模型,将每个模型进行整体的拼接。利用缩放,拼接,删除等工具改变模型的原始状态。因为POSER人物模型库三维资源有限,需要通过适当调整才能获得合适的模型。在该软件中调整比在3D中调整要简单一些,也为后面的蒙皮操作提供了方便。将调好的人物模型导出为3DMAX格式,导入到3D软件中进行调节,为了适用于特定的场合,从蒙皮插件中建好的人物模型需要在3D软件中进行模型单位的调节。本模型不必做单位缩放,随后要用在VT软件中可直接进行模型的缩放操作。从蒙皮插件中导出的人物模型是以材质而不是贴图的格式进行导出的。因此从蒙皮插件中导出的模型在3D软件中不能进行贴图展开,因此本设计用到了两个模型,如图3所示:一个是脸部比较清晰的人脸模型,第二个是衣服毛发完整的人物模型。在3D中将一个人物模型的下半身删除,只留下头部模型,与第二个模型进行附加,就可以拼合形成了一个完整的人物模型。如图4所示。需要特别指出的是由于在VIRTOOLS中不能导入高级模型,即模型面数多的模型。因此要减少模型面数,笔者在这里用到两类方法。一类是利用3D自带的编辑器进行自动面数修改,该功能可减少的面数百分比为:40%。参数设置下图5所示。另一类减少面数的途径就是手动调节,对模型的顶点与线条的删除合并操作。(2)在3D中建立人物骨骼人物的骨骼是利用3D的插件CAT建立的。该插件比3D自带的骨骼系统相比,能更好的模仿人体的行动。 只要直接拖动就可建立人体骨骼。若想要增减人物骨骼的数量,可直接删除或复制原有的骨骼部分,改变其数量即可,骨骼建模如图6所示。为设计人物骨骼动作与人物蒙皮,要将人物骨骼与已建好的模型进行匹配调整,为以后的蒙皮操作做好准备。主要步骤是将人物骨骼大小调整,使其与人物模型对齐。(3)对人物骨骼进行蒙皮对人物骨骼蒙皮用到的是3D的编辑器。选择工具面板上的图标,选择人物骨骼的根节点。对人物骨骼上的封套进行调节。封套调整是人物骨骼蒙皮过程中经常出现差错的环节,调节时要把整个封套包裹到自身骨骼而又不涉及其他骨骼,否则人物模型在行走过程中就会发生破面或粘连现象。在调整好之后,给骨骼设置一个大幅度的动作,看模型能否露骨,系统平台中的骨骼蒙皮出现错误的机率多。在使用3D中自带的修改器后,找出发生错误的骨骼,进行细心调整,终因为露骨点过多调整频繁而放弃使用。经多次试验,选用了3D技术的另一蒙皮插件进行蒙皮。见图7。打开此蒙皮插件,在修改器菜单中出现此修改器。选择面板上的将人物骨骼全部选中,细心调整。(4)骨骼动画在三维建模的基础上引入人物的运动建模,可以增加虚拟场景中三维模型动作表现的多样性。笔者平常立足于通过控制人物模型来完成虚拟教学的任务,因此骨骼动作是核心技术。在人物模型动画中,三维模型的动作路径由运动计算模型来控制。在平台中运用关键帧手段来生成人物的动画。第一步,确定人物角色的动作,第二步,根据需求确定关键帧数,第三步,调节关键帧的每一帧姿势,动画模块根据关键帧,生成动画图像序列。人是一个错综复杂的实体。用生理解剖的医学角度来分类:人体可以分为骨骼、肌肉和皮肤三部分。人体骨骼是由关节链联接而成,骨骼相对动作来说,变形小。人体骨骼的运动主要是由人的肌肉收缩并拉动附骨骼产生的。骨骼决定了角色的姿态。这里面只需要对人体骨骼制作关键帧动画即可。见图8。 由于人体运动复杂且虚拟角色是较常见的二足动物,笔者运用3D插件CAT进行骨骼的建构。直接通过参数的调节来确定人体骨骼的基本形状。动作生成运用“关键帧”技术。打开人体骨骼模型的时间轴,调节每一帧骨骼的关键动作。通过此方法建立虚拟角色的动作是比较耗费时间的,需要逐帧来调节人体骨骼模型的每一个动作,需要认真细致的观察人体模型的运动过程。这样才能使虚拟人物的骨骼模型动画在场景中始终保持一致,看起来更加真实美观。为了让人体骨骼模型的动作看起来更加的稳定和流畅,笔者利用了3D中提供的拷贝工具对对称的动作进行拷贝。此方式减少了人体骨骼模型动画的制作工作量。笔者用到手动设置关键帧的行为,逐帧动画的制作是本平台里面最耗时最难控制的模块。具体步骤,就是在时间轴关键帧打开的前提下,调整骨骼关键帧的位置,此步骤全凭个人经验来做。技巧是在还没完成帧数时,建立一层保存帧,保证层与层的动作不冲突,相互独立。动画中具体动作效果如图9所示。 作者:吕闯 单位:重庆工商大学派斯学院 电子设计论文:电子设计俱乐部建设研究 为让学员更好的学好《电子技术》课程,夯实学员的实践能力基础。我们利用课余时间设置了“第二课堂”———“电工电子俱乐部”。经过两期活动的开展,我们总结了经验,也引发了对俱乐部建设的进一步思考。 1电子设计俱乐部的实施与收益 1.1俱乐部活动分两个阶段 第一阶段:学员培训阶段。学员队抽选电工电子技术实践基础较好的学员(约20%),参加由学院统一计划安排的培训课程(设mutilsim10和protel99软件以及电子装配设计课程)。培训场地为电工电子实验室与学院机房,时间三个月。第二阶段:学院组织竞赛阶段。对所有经过培训的学员进行测试,测试题目由教员参考全国电子技术竞赛与山东电工技能考试试题进行出题,在电工电子实验室与学院机房进行考试。根据成绩推荐进入参加全国电子技术竞赛的名单。 1.2俱乐部活动收益 课题组成员积极地将本成果推广应用到实际教学中,归纳起来取得了以下几方面的效果:1.2.1充分调动了学员主动性,促进其实践能力素养的提高俱乐部的实训项目要求三人一组、合作完成,注重培养学员善于观察、勤于思考、严谨细致、沉着有序的工作作风及团队协作精神。在实验操作过程中,学员从每个实验项目的细小处做起,认真对待每个问题,记录每个实验数据或指标改进的方法,养成了良好的实验习惯,使得学员的认真、细致和耐心都有了很大提高。通过俱乐部培训活动,给学员带来了较大的自由空间,激发了学员的学习热情与自信,使其能够更加积极主动地去学习理论知识,促进了学员自主分析问题、解决问题能力的形成。对科研意识和工程能力的培养起到了一定的促进作用,有效的促进了学员的成才。1.2.2充分提升教员的业务水平,促进了双师型人才队伍建设一方面,任课教员通过与俱乐部教学活动的设计、组织、实践,促进了电工电子课堂教学方法手段的创新。任课教员在俱乐部创新实训的基础上,注重突出了职业教育特色,借助实验创新、虚拟仿真探究等手段促进了一系列的教学实践研究,于2014至2015年度,俱乐部相关教员分别取得了教学竞赛的一、二、三等奖。另一方面,俱乐部电子竞赛活动的开展,对教员的实践能力提出了更高的要求。一句话,教员是精英,学员才能成才。俱乐部活动的开展,使教员能够自觉加强业务学习,学习电子产品的新工艺、新技能、新技术,包括仿真、电子设计等软件的运用,从而加强了教员实践能力提升。另外,根据学院要求,课题组有计划的组织调研及培训活动,并对教员的专业技术能力进行定期组织考核,从而有效的促进了教员人才队伍建设。 2俱乐部建设思考 2.1应重点加强实验室的硬件建设 在俱乐部活动中,我们发现俱乐部的高效运行必然离不开有力的实训保障条件与科学的管理模式,所以也必须在实验室建设方面加大投入力度。2014年10月建成的电工电子实验室现拥有4个实验室,占地320平方米。实验室共配备了新研制的一体化实验台80台。实验台装有LDS21010数字存储示波器、YB32020任意波形发生器、YB1732A直流稳压电源、UT803数字万用表以及晶体管特性测试仪等设备。经过近一年时间的适用,广大教员反映实验教学设备功能强大,数据精确,能够提高电子技术教学的有效性。 2.2实验应科学管理 一方面,将学员的实验完成情况、实训报告提交及教员评阅情况以及进入实训室的时间等分类归档管理,既方便教员检查学员的学习情况,又方便学员掌握自己的学习进度。另一方面,在网上建立试题库,供学员对照实训内容进行检查并调整学习进度。教员也可定期在网上测试题,及时发现学员学习中的问题,适时举办讲座答疑。 2.3鼓励探究实验与俱乐部活动相结合 俱乐部活动虽然规定的项目和培训、竞赛进程,但只有将探究实训活动和俱乐部的相关培训活动有机融合才能更好的发挥人才培养的效益。学员可根据自己的俱乐部讲授内容或理论课的学习情况、以及感兴趣的领域选择合适的时间从事创新探索和设计。也就是学员可以根据自身实验内容的预习情况和准备情况,自主选择实验场地和实验器材。在实施过程中,实训室只是提供必要的实验条件,安排实验教员以提供必要的指导和管理。总之,俱乐部建设应在人力、物力以及科学的管理运行模式上加大投入,是一个长期教学实践的过程,需要师生的不断探索和创新,才能使学员在“宽松、和谐、给力”的学习氛围中自觉自愿的提高自己,从而收到较为满意的教学效果,有效的促进教学相长。 作者:高明 单位:火箭军工程大学士官学院 电子设计论文:电子设计竞赛学生队伍培养模式 摘要:该文以笔者多年参与大学生电子设计竞赛赛前培训和竞赛指导工作为背景,根据每年大学生电子设计竞赛的总结经验,从学生选拔、赛前培训、平台建设等多个方面对学生竞赛队伍培养模式进行探索,总结出一系列的培养模式。 关键词:电子设计竞赛;培训;选拔;创新性 实验项目全国大学生电子设计竞赛是国家教育部、信息产业部组织的四大学科竞赛之一,目前已经成为高校电子、电气等专业必参加的学生专业竞赛。大赛从1994年开始每两年举办一次,参与学校和人数逐年增加,规模不断扩大,逐渐演变出其他省市级、地区级以及企业赞助等形式的电子设计竞赛。此类电子设计竞赛涉及到的专业知识面广泛,电子、电气、机械、计算机等多个学科之间的交叉,要求学生即要掌握硬件电路的设计与分析又要具备程序的编写能力。通过电子设计竞赛最终实现培养学生的协助能力、创新能力,提高大学生针对实际问题进行电子设计的能力。笔者作为学生参加了2005年的全国大学生电子设计竞赛,同时作为指导教师参与了2009年以后的各类电子设计竞赛,现结合该院电子设计竞赛情况谈谈学生队伍培养方面的几点改革。 1该院电子设计竞赛学生队伍现状 目前该院参加的市级以上电子竞赛主要有全国大学生电子设计竞赛和重庆市“合泰”杯单片机应用设计大赛,从历年参赛情况来看,主要存在以下几个问题。(1)学生对电子设计竞赛的认识不够,积极性不高,来参与培训和竞赛的学员不多,造成这种局面主要存在两个误区:一个是部分学习成绩好的同学认为考研更重要,参加培训和比赛会占用大部分时间;还有一个是学习成绩中等以下的同学认为自己理论知识没有学好,电子竞赛相关的知识也学不好。(2)学生储备竞赛相关知识不够。目前该院参与培训的学生主要来自二年级和三年级,对模拟电路、数字电路、单片机原理、DSP、自动控制原理等理论知识掌握不够熟练,且二年级同学还有部分课程没有开设,常用仪器仪表操作不熟悉,电路焊接基本功不扎实,没有亲自制作过PCB电路板,更缺少相应的工程实践环节。(3)赛前集中培训时间过短。电子设计竞赛是在8月中旬开始,该院对选拔出来的二、三年级的学员一般是从7月放假开始,只有短短的一个月时间,学员要在这么短的时间内把电子设计竞赛的电源类、仪表类、控制类、飞行类题目都进行练习,掌握各类题目的硬件设计和软件设计方法,无论对于老师还是学生老师都不容易做到。(4)学生队伍没有延续性。由于学校目前对于参加电子设计竞赛学生,只在创新学分上给与了一定学分的认定,导致部分同学参加完比赛拿到创新学分后就不再参与相关电子设计竞赛,从而导致部分优秀的参赛队员流失。 2多渠道、多元化培养电子设计人才 电子设计竞赛不仅能够体现一个参赛学员应用知识的能力,更能体现参赛学员的工程实践能力,同时也能培养学员的创新精神,协助能力,提高学员电子设计的综合能力,一个优秀的学员需要经过长时间的系统的培训才能具备电子设计所需的相关知识和能力。针对该院学员队伍的实际情况,进行了一系列的实践探索。 2.1以学院电子科协为载体,广泛宣传 学院电子科技协会每年9月新学期开学都会招收一年级新生为会员,然后开展一系列的科普活动。协会采用作品展示的方式进行宣传,将高年级学长制作的一些电子作品,如:光立方、遥控小车、智能台灯、无线话筒等有一定科学趣味的作品进行逐一展示,并对其相关功能进行讲解,现场解答疑问。通过这样的方式,发现很多新同学对电子专业产生了极大兴趣,并且愿意加入到电子科协这个团体中,学习更多的知识。 2.2合理选拔,分散基础培训 学生作为比赛的主体,那么他的专业知识、素质以及学习态度就成为了比赛成绩的关键因素。如何才能选拔出优秀的学员参与比赛环节呢。可以通过先培训再考核,分阶段逐步挑选。在这一阶段,由于全是一年级新生,在培训的时候应该注重基础知识、基本技能方面的培训。可以将培训集中在常用电子元件认知和电路板焊接基本功上,学生通过焊接实验,学习和了解常用电阻,电容,二极管,集成电路正确使用方法,以及使用万用表检测电路的一般方法,逐步掌握焊接技能。同时,还应该注重培训学生艰苦奋斗的精神。由于很多同学在刚开始的时候兴趣浓厚、满腔热情,但是随着培训的强调和难道增加,部分学生开始失去心情,严重影响整个培训队伍的稳定。因此,选拔队员时除了要考虑学员专业知识外还应该要充分考虑学生的毅力和精神。 2.3分年级,开展暑假集中培训 通过前期选拔,将集训队伍分为二、三年级正式参赛组,以及一年级预备组。针对不同组别,合理安排,统筹计划,开展相应的培训工作。一年级作为下一届比赛的预备队,主要进行以下内容的培训:电路原理图与PCB电路板制作设计;常用电子电路设计;单片机编程设计;通过这一阶段的集中培训,学员能掌握用Altiumde-signer进行原理图和PCB图的设计;掌握用分立元件设计基本的模拟电路和数字电路;熟悉常用传感器的应用以及单片机内部资源,掌握单片机开发技术,能应用单片机解决工程实践问题,具备一定的电子产品开发设计能力。二、三年级作为参赛队伍,培训前期先进行PID编程技术、EDA技术、DSP技术相关知识培训。然后按照大赛统一模式,三人为一小组,针对大赛题目命题规则,按照电源类、信号类、仪器仪表类、控制类进行分组,以4天3晚为时间段做针对性的模拟实战。并要求在规定时间内完成从电路设计、程序编写、电路搭建、系统调试、指标测试以及报告撰写全部任务。通过这样的模拟练习,能够很快地提升学生的协作能力,掌握每个学生的长处,为正式比赛打下坚实基础。 2.4依托校级比赛和创新性实验项目开展培训 为了拓展学生的专业技能,学院从2012年开始举办校级单片机设计竞赛,采用与“合泰”杯单片机设计大赛相同的模式。即首先要求参赛学生提交作品创意书;其次专业教师根据作品创意书确定公布参赛名单,并要求学生在两个月内完成作品设计和报告撰写;最后采用现场答辩的方式评审出奖项。通过这个比赛可以很好的激发学生的创新实践能力,提升学生的电子产品设计能力,单片机编程能力,同时也可以通过比赛发现优秀学生,达到以赛促赛的目的。创新性实验计划项目是以3~5名本科生团队,在导师的指导下,自主选题设计、独立组织实施并进行信息分析处理和撰写总结报等工作,以培养学生提出问题、分析和解决问题的兴趣和能力的项目。要求申请项目的学生具有一定的电子设计基础。学院要求参加过电子设计竞赛的同学必须申请,从近几年的统计情况来看,申请创新性实验项目达到了50多项。通过创新性实验项目的实施,充分调动了学生的主动性、积极性和创造性,促进了学生的创新能力和团队协作能力的培养,同时为电子设计竞赛积累的大量的知识。 2.5建设创学生科技新实验室,营造自主学习氛围 为了培养学生的创新实践能力,方便优秀学生开展实践技能训练和科研活动,学院建设了学生科技创新实验室。整个实验室包括一个元器件室、一个电子设计室以及一个实训室,并购置了常用的电子元器件,并为实验室配置了示波器、电源、信号源、频谱分析仪等常用仪器设备以及计算机。创新实验室以学生自我管理为主,教师指导为辅,主要成员是参加过电子设计竞赛的高年级学生。整个创新实验室制定了详细的开放计划和开放项目,低年级同学只需要申请相应的开放实验项目,填写元器件申请表,便可以在开发时间进行项目实验。在实验过程中会有高年级的学长进行指导,极大地提高了学生自主学习的积极性。 3结语 电子设计竞赛的最终目的是以竞赛为平台,培养学生的工程实践能力、创新精神、团队协作能力。如何才能培养出具备参与电子设计竞赛的优秀人才,通过近几年的实践探索,在学员选拔、培训、自主学习以及平台建设方面取得了一些成绩。同时也发现了自身的问题和不足之处,将继续努力、不断探索和改进。 作者:邱刚 单位:重庆三峡学院信号与信息处理重点实验室 电子设计论文:大学生电子设计能力培养探索 [摘要]学生电子设计制作能力是在大学阶段对理论知识学习的实践与提升,较强的动手能力会使学生在就业与考研升学过程中占有较大优势。为此,希望建立一种比较完备的零起点电子动手能力的实训过程,时间上力求调动学生的课外时间,形式上似于一种电子手作虚拟工作室的形式。基于若干难度阶梯式过渡训练项目,使得工科学生在大一期间就培养出电子手作热情,并随着专业课与理论课的不断丰富,循序渐进地提高。 [关键词]电子手作;虚拟工作室;阶梯式训练 理工类学生应该掌握一些常用的电子类手工制作的能力,通过亲力亲为的实际制作可以辅助学生加深对课堂理论知识的理解。同时电子类手工制作还会涉及许多课堂上理论知识学习不到的实际问题,这对学生日后无论是工作还是考研都有很大的帮助。在实际的工作中,越来越多的学生渴望加入到电子类手作中来。 一、学生在学习电子设计制作方面遇到的问题 首先,多数喜欢电子制作的初学者,没有一个快速高效的学习渠道,学生们彼此没有交流沟通的平台,导致初学者无法很快的入门学习。其次,电子手作中使用的工具元件类繁多,初学者不清楚应该买什么、用什么,一个人也无法购买齐全,这也限制了学生们在电子手作方面的学习热情。最后,在组织学生参加比赛时,往往是比赛前临时组队,这导致参赛队伍水平参差不齐,队友配合不够默契,选题方向不明确,对学校整体参赛水平有很大影响。因此,现阶段急需一套完备的学生电子设计能力培养实训方案,以提高学生的整体水平与应赛能力。 二、培养方案拟解决的主要问题与意义 拟解决的主要问题:1.给喜爱电子设计的学生提供一个广阔完善的交流平台;2.初学者如何快速入门;3.如何引导更多的学生加入到电子手作中来。本文详细阐述了阶梯式的大学生电子设计能力培养方案的具体内容与实施注意事项,并在实际教学与课外活动中积极实践。这样做的目的是给喜爱电子设计的学生一个更广阔更完善的交流平台,对喜欢电子手作的学生在学习方向、学习方法、学习技巧上给予指导,引导更多的学生加入到电子手作中来,达到从快速入门到自我提高再到互动交流的步步提升。同时,也为各类电子设计类比赛提供后备人才,让整个专业的参赛水平得到广泛的提高。 三、具体实施过程 (一)具体实施步骤 1.建立移动互联交流平台通过组建虚拟工作室的形式为广大学生提供在线实时交流平台。主要是基于微信、微信订阅号、QQ群等网络社交平台,使学生能不受时间和地域的限制进行技术交流、资源共享等,方便定期的集体活动召集、日常比赛章程等工作的进行。2.零起点实训项目方案通过多年的教学与竞赛经验总结,学生应具备的基本电子设计动手能力是需要一个循序渐进的阶梯式的训练过程培养出来的,没有办法一步到位,需要一个系统体系的培养过程。为此我们提出一种基于项目驱动的零起点学生电子手作能力培养流程,具体方案见表1.3.定期展开活动围绕着以下三个方面展开活动:(1)开展团做活动,让学生们以小组为单位制作电子手作作品,并一起演示讲解,以达到培养团队合作,加强学习热情,分享经验的目的;(2)定期进行分享,通过PPT等方式讲解自己擅长的某方面,以达到取长补短,互相学习的目的;(3)制作PPT,flash等作品需要演示自己的手作作品过程,在实物演示中发现自己作品需要改进的地方。4.培养电子设计大赛预备团队对学生进行团队配合训练,定期布置制作内容,学生们自行组织制作,在日常的制作中找到适合自己的团队伙伴,并在一次次的合作中增强默契程度,形成优势互补,有理性、有知识、有竞争力的参赛团队。电子大赛预备团队也是在日常生活中需要重视的问题。如果日常没有预备团队的赛前准备,遇到比赛就临时突击组队参赛的话,有可能遇到以下问题:第一就是团队成员之间合作度不好,第二是团队成员的水平参差不齐,第三是团队成员对大赛过程不了解。这一系列问题会导致团员参赛过程盲目而没有效果,这样不利于学生整体能力的提升与培养,也失去了利用比赛促进学生能力培养的初衷。5.依据学生的学习程度与水平,不定期地请专业教师进行指导从多年来组织学生比赛的经验来看,学生能否顺利参加省级以及全国大学生电子设计大赛,需要具有一定指导比赛经验的教师给予足够的赛前指导。专业知识是参赛之前必须打好的基础,除了这一块内容外,参赛的流程、制作作品的时间安排、参赛过程的心理调适、参赛学生的整体协作分工也是需要教师给予指导的。有了专业指导教师的帮助,学生才有可能在4到5天的时间内发挥出自己的水平,顺利完成比赛。为此,我们会依据不同类型比赛的时间节点,分批次、分重点的对学生进行指导。 (二)实践过程需要注意的关键问题 1.如何利用并扩大网络沟通平台应充分利用现代网络社交平台的实时性、便捷性,给电子爱好者们提供一个更好的交流学习平台,力争带动更多学生加入电子设计学习的团队。在实际操作中,我们主要的网络平台有QQ群、微信群、微信订阅号等。新兴的订阅号的好处主要是让对电子手作、电子竞赛感兴趣的学生主动关注订阅号。订阅号就可以依据各类比赛的比赛时间节点统一关于比赛的相关内容。QQ群的应用主要是便于集中的对参赛学生的管理,方便传达比赛的相关信息。同时QQ群强大的文件上传功能可以为学生提供大量的学习资源与资料,对于新加入的学生,可以由群成员以老带新引领其学习,这样学生可以更好地互动交流。2.如何合理构建训练项目通过对已经掌握电子手作技能学生的学习过程的分析,形成一套健全科学、有效的电子手作学习步骤,帮助学生们更快地掌握知识技能,打破以往参赛的匆忙,在课余学习中形成参赛团队,提高团队整体竞赛水平。多年的实践经验告诉我们,需要形成一套完善的训练体系来帮助学生完成从零基础到基本运用再到实际项目提高这样一个训练过程。合理的训练项目可以使学生快速入门与提高,实战可以让学生检验自己的能力水平,同时也可以提高教师带队参赛的工作效率。 四、结束语 通过多年来的实际实践积累,本专业已经建立了一个具有不同年龄梯度的学生参与的学习小组,定期不定期的组织各种形式的宣讲与讲座,团队学生也已经参加过若干不同类型的电子类设计比赛,并取得了一些不错的成绩。团队中的学生在参与大学生创新创业项目方面也比较积极,获得过多个省级及校级大创项目。以后还要继续完善团队成员招新、日常活动、电子手作学习的系统规程,形成一套规范体系,使每年新生入学后都有比较顺畅的参与流程,并且让学生通过我们制订的能力训练流程高效率的参与学习,快速提升能力,以应对各种大赛的考验以及社会企业的需求。 作者:杨慧英 高宏伟 于洋 赵亚威 宋建辉 单位:沈阳理工大学自动化与电气工程学院 电子设计论文:电子设计应用软件训练平台研究 【摘要】针对电子信息与通信类专业培养目标,电子设计应用软件训练是保证实践教学质量的重要一环,以培养学生的专业技能,提高学生实践能力为目的,软件训练平台的建设对锻炼学生动手能力,启发创新思维具有重要意义。从软件训练平台的设计组织,实施到考核机制的安排都做了较为深入地探讨,在实践教学改革中是一项有益的尝试,对于积累教学经验,探索培养人才模式乃至教育创新具有一定的现实意义。 【关键词】电子设计应用软件训练平台;实践能力;教学改革 一、引言 高等教育是培养创新精神和创新人才的摇篮。因此如何培养大学生的创新能力是建设创新型国家对我国高等教育提出的新要求。电子设计应用软件训练是电类专业学生不可或缺的实践教学环节,要求学生不仅具备基础理论知识,还需要培养学生实践能力、动手能力、独立分析解决问题的能力。往届学生开展软件训练过程中存在的一些现象:(1)照猫画虎、不求甚解大多指导老师仍沿用传统的课程设计的指导方法,即以教师为主导,学生被动地按教师的演示方法或相关步骤进行电路设计,学生的学习积极性、主观能动性、实际动手能力以及独立分析问题、处理问题等综合素质必然会受到扼制和打击。(2)固步自封,缺乏创新从过往题目设置来看,缺乏与实际应用的结合,譬如:学生在电路设计中,依据任务书绘制电路图,对元器件的相关原理不求甚解,在实施软件设计时,大部分内容借鉴了网上查阅的资料,并未深入理解。单纯为了完成软件训练而敷衍应付。电子设计应用软件训练实践平台的设计相信会有效克服这些困难,为我院学生提供创新能力培养和锻炼的机会。“软件训练实践平台”将有效整合软件训练实践内容、软件训练电子资源以及训练考核模式。 二、电子设计软件训练平台实施方案 开展“电子设计应用软件训练“平台设计要经历以下几个阶段,主要任务描述如下:(1)软件训练环境及开放的教学资源开放性综合实验室为电子设计应用软件训练提供必要的教学场地。培养学生的创造性思维需要现代化的教学手段。而基于校园网的“电子设计软件训练”教学资源将通过大量多媒体资源的呈现为学生更直观、生动地反映软件训练的各个环节,提高学生对软件训练项目的兴趣。(2)电子设计软件训练指导教师队伍配备软件训练的主导是教师,成立教师指导小组,在师资队伍中,年轻教师和老教师各有长处,这无疑要求教师对本学科的技术及交叉学科的理论和实践方法有较为广泛的涉猎。(3)电子设计应用软件训练的题目甄选软件训练题目既要体现电子信息及通信技术的特点,又能反映目前这一领域前沿发展方向,并具备一定的实际价值。题目范围广,涉及多门课程,包括数字信号处理、模拟电子线路、单片机、微机原理等,涉及的仿真设计工具不仅局限于Protel,Proteus,DXP等,这就要求指导教师要有更宽的知识面和更丰富的实践经验。(4)网络成为辅助软件训练的主要利器鼓励他们在相关网络资源中找到灵感,浏览电子网站及相关的学习论坛,如21IC网、电子工程师网等。通过这些网络资源,学生不仅能够学会查阅芯片资料,而且能找到解决问题的思路。(5)资源整合的“流程化”实施体系以基本素质培养为根本,创新研究能力拓展为外延,有层次的设置软件训练题目,并力求使题目覆盖主要知识点,并与实际需求衔接。 三、考核体系的设计 随着软件训练平台的不断完善,基于软件训练平台的考评与以往的考核标准相比更为高效、科学。学生根据所选题目的层次,提交不同形式的训练报告。以综合设计性题目为例,设计完成后,各组除应提交分析报告、可运行的源程序或电路原理图还要有完备的仿真结果,都可以在训练平台上通过不同的ID,上传到相应入口,由指导老师进行审阅。此外,考核机制还需逐步修正,并在一定程度上侧重学生科技论文写作能力。其中,软件训练报告的格式要求思路清晰,内容上针对项目的核心原理及实现步骤作简要说明,包括硬件及软件部分的结构图、流程图、电路原理,各电路元器件的参数设置等,突出创新发挥及收获体会等部分,为学术论文的撰写打下基础。 四、结语 电子设计软件训练在提高学生综合素质方面发挥了重要作用。它不仅改变以往学生被动参与软件训练的模式,完成学生的角色转换,而且促进了学生软件技能方面的发展。目前,我院与中兴通讯在产学研合作方面保持了良好的互动,建立与企业的紧密交流,对实现我院课程、实训内容和教学平台紧跟行业应用技术发展都大有裨益。从学科的教学改革及发展上着手,建立新的人才培养模式,从能力、素质等方面对学生进行“工程化”、“应用化”教育,把创新教育渗透在软件训练中,贯穿于整个实践教育环节的方方面面。 作者:赵晨光 张丽丽 白玉 单位:沈阳航空航天大学电子信息工程学院 电子设计论文:航天电子设计课堂及翻转教学设计 摘要:SPOC将优质MOOCs资源与传统课堂面对面教学的优势有机融合,具有小规模、私有定制、线上MOOC、线下课堂上接受导师辅导的特点。针对当前航天电子设计课程教学存在的问题,阐明建设该门课程SPOC课堂的必要性,逐步建设基于SPOC的航天电子设计MOOC课程,提出实现课堂翻转的具体措施,努力提高航天电子设计课程的教学质量。借鉴SPOC,能够实现航天电子设计课程教学流程的重构与创新,赋予学生完整、深度和有效地学习体验,全面提升学生的设计能力和创新能力。 关键词:翻转课堂;SPOC;MOOC;航天电子设计;教学模式 航天电子设计课程是为我校空间工程专业专门设立的、基于小班教学(人数在30人左右)的本科专业选修课程,理论与实践结合较强。随着学校新的本科生培养方案和教学大纲的颁布,该课程的学时进一步压缩。为了保证学生在更短的学时内更好地掌握航天电子设计的技能,解决现有教学模式和手段的不足,考虑将SPOC教学理念引入课堂,实现航天电子设计课程翻转,提高教师讲授和学员听课的效果[1]。 一、航天电子设计课程性质与特点 (一)课程性质地位 航天电子设计课程安排在大四上学期。课程的任务是培养空间工程专业学员航天电子系统设计的基本技能,使学员熟悉航天器电子系统的组成、常用单元设计、电路开发流程,初步具备开展航天电子设计的实践能力,为从事航天工程实践打下基础。课程以航天电子系统为主线,系统地阐述航天电子设计的关键技术和开发流程,包括电路原理图设计、印刷电路板绘制、电路板焊接调试、星载计算机、航天电源系统等内容。 (二)课程基本理念 课程采用以实践引导课程教学,讲授与实践相结合的指导思想。随课堂安排作业和专题实验模块,利用实验加深课程理解,并衔接后续课程设计,让学员在基于理论和动手实验的转换中体会航天电子设计的乐趣,充分调动其学习和实践的积极性。课程内容安排上,突出重点的同时兼顾内容的完整性,在有限课时内使学员对航天电子设计既有全面认识,又熟练掌握实践必需的基础知识和必备技能。 (三)课程设计思路 课程设计为理论讲授、现场实验、课程设计三个环节。三个环节同步穿插进行。理论讲授环节包括电子设计基础、PCB设计制作技术和航天电子系统等基本内容;现场实验环节以课堂讲授内容为依托,主要完成电路原理图设计、印刷电路板绘制、电路板焊接调试等应用实验;课程设计环节需要完成航天器电子系统的几个专题实验任务,拓展学员航天电子设计的实践能力。 二、当前航天电子设计课程教学中存在的主要问题 该课程设立已有三年,教材为授课组集中编写,内容根据授课效果在逐年更新。在课程教学上,目前还存在一些问题。 (一)教学主体“以教为主”,不能激发学生的学习积极性、主动性和创造性 当前教学过程中,主体为老师,这种方式节省时间,效率高,可以满足多数学生的需求。从教学实践上看,理论教学环节,老师讲授时间超过15分钟,部分学生注意力就会发散,影响授课效果;实践教学环节,一般采用老师示范,学生重复操作的模式,许多学生为追求快速完成实验,死记硬背,缺乏思考,不求甚解,一段时间不用,就忘得一干二净。因此,这种单一的“以教为主”、单向广播的教学模式,学生的学习积极性、主动性和创造性不高,效果不佳。 (二)实践教学环节薄弱,不利于培养学生的综合实践能力 经过连续几年的航天电子设计课程教学,学生们普遍反映该门课程实践性很强。往往是学生们兴趣高、意犹未尽,但是实验时间已经用完,经常是老师联系学生补课,因此实践环节仍然显得薄弱。现有教学模式中,理论授课占据了60%的时间,主要采用先理论后实验的教学方式,实践教学仅限于几次课内实验,并且也多为验证性实验,只能起到使学生了解基本实验操作过程的作用。这种实验仅能使学生掌握比较简单的实验操作技能,难以形成航天电子应用系统的开发与设计的能力。 (三)完全依赖课堂教学,课前预习和课后练习得不到保障 目前的实践教学主要采用课内实验的方式,利用实验开发板和系统开发软件进行。课堂时间有限,实验过程中,学生只需按老师的操作规范要求来接线,再在软件中输入既定程序,然后下载到实验板就可以从中观察到实验结果。课堂上如果部分操作不熟悉,课后没有条件来补课。部分学生希望完成复杂的实验项目开发与设计的愿望也不能实现。因此,完全依赖课堂的实验教学教学效果就不能得到保障。 (四)以考代评,缺乏对实践教学真实考核与评价的环节 目前,对航天电子设计课程教学效果的考核方式以笔试为主,采用“4+6”的模式,即平时的课程实验成绩是40分,期末考试的成绩占60分。实验成绩多是以学生完成实验报告的情况来进行评定的,而老师不能一一具体了解每个学生的工作量和实践水平。可以看出,此种考核与评价方式,体现不出实践教学的重要性,不能较客观公正地考查学生的实践能力。 三、建立航天电子设计课程SPOC课堂的必要性 只有便捷、舒适、高效、满足学生需求的课程教学才具备强大的生命力。现代先进教育技术大量涌现、实际课堂教学的不足、学生们求知的渴望,促使我们积极寻求有效提升实际航天电子设计课程教学效果的授课模式。当今MOOC的兴起,给大学教育带来了新机遇、新挑战[2]。然而,伴随着MOOC平台、上线课程和学生注册数的巨量增长,数量的急剧加速引发了质量危机。近几年的研究与实践表明,由于不设先修条件,学生知识基础参差不齐,缺乏面授,互动性差,教学过程缺乏监督和教学模式不具普遍性等,不仅损害了学生学习的自信心,也影响了教师教学的积极性,成为MOOC注册率高、完成率低的重要原因[3]。MOOC的发展是大势所趋,我们借助MOOC实现航天电子设计课程教学效果提升的重要出路就是:转变为课堂教学工具,进入SPOC时代,将传统的“堂上听课堂下答疑”翻转为“堂上讨论线上学习”。SPOC是英文SmallPrivateonlineCourse的简称,顾名思义为“小众私密在线课程”[4-5]。SPOC的核心理念是实行私有的、定制的、高质量导师制教学,其基本形式是线上MOOC、线下享受教师的导师制单独指导,在传统校园课堂上则可引导学生讨论和解决问题[6-7]。航天电子设计课程SPOC建设有一定基础,其必要性在于:1.人数规模合适:学生规模一般在30人左右,符合小班制教学,即Small的标准;2.学生层次差异不大:作为校内同专业学生,他们的学科基础、知识结构、上课时间等基本相同,符合限制性、私有的和定制的教学模式,即Private的标准;3.授课时间安排合理:每周一次课,每次3个学时,充分保证了理论教学、分组实验的开展;4.课程专题性强,知识点突出:前期课件基础积累丰富,知识点容易索引,章节高度有序,适合MOOC课程专题建设;5.学校教学网平台可以利用:现有教学网较为成熟,适合在线课程资料(电子书、短视频、练习题等)的上传和下载,论坛维护便利;6.教师团队实践经验丰富,容易实现课堂翻转:先后有多名骨干教员参与课程建设、理论授课和实验辅助教学,对课程流程熟悉,同时亲身承担了大量科研任务,特别是对卫星电子系统研制经验丰富,具备翻转课堂的能力。 四、基于SPOC的航天电子设计MOOC课程建设内容 航天电子设计课程是实践性要求很高的一门专业课。现有的教学模式虽有SPOC教育模式的理念,却离SPOC之实相距甚远。因此,如何应用MOOC的成果和SPOC的先进教学管理模式,逐步改革航天电子设计课程教学,是当前本课程教学改革的关键。借助MOOC,实现航天电子设计课程SPOC建设,需要完成以下工作[8]:1.制作高度有序的PPT课件,按照章、节、点、条,精确编号。2.录制讲解精炼、透彻的视频,建立与知识点同名的视频文件,能够围绕知识点索引。3.提供与知识点同名的电子文档,能够围绕知识点索引。4.编写典型的练习题,客观性要强,题目与知识点同名,能够围绕知识点索引。5.完成课程设计题目、典型实验代码编写,对初学者在关键代码段预留中文注释,学生进行补充和调试。6.借助教学网等网站,完成上述资料的上传。7.积极进行网站建设,及时回答线上学生提问,能够随时观察学生学情。这样,围绕一个知识单元,就囊括了短视频、电子书、练习题和讨论题等重要元素,为实现课堂翻转提供了条件。图1为航天电子设计MOOC课程建设示例。 五、基于SPOC的航天电子设计课程课堂翻转步骤 航天电子设计课程翻转课堂的目的在于,使学生成为课堂学习的积极主动参与者。对于航天电子设计这门实践性要求较高的课程,翻转课堂应强调学生动手能力。例如,在程序代码编写环节,利用电子教室软件,老师可在屏幕上实时掌控每位学员的调试过程,随时让某位学员进行屏幕共享、课堂示范讲解,老师及时引导并解答学生存在的共性问题,效果非常好。课堂翻转的步骤分为以下几个方面:1.提前陆续释放相关知识点的课程讲解和阅读资料,让学生有的放矢的,提前自由自主的完成高效的预习。例如:授课视频和参考资料课前全部放在网上,24小时随时可以在线读取;精确到知识点的视频和电子书;教师根据计划设定阶段性学习内容和期限;学生自主决定在这个期限内如何自由完成。2.课前学生学习高度清醒,知己知彼。学习时,可浏览个人进度、作业完成情况、学习时间;掌握每天进度排名和耗时排名;了解论坛热点信息;自建同步笔记和讨论等。3.课堂上实行小班化教学,任务驱动,分组讲解,学生与老师的角色互换。具体操作时,把班级分成几个小组,每组布置不同的教学任务,完成翻转任务书;课堂上各组担任教师角色,向其他组教授相应内容;教师点评、提问、参与讨论;其他组同学一并参与即时讨论。4.后台大数据让教师全程对课程知识点,对学生个体情况了如指掌。教师可以定时布置阶段性学习任务;看到各章节任务总体完成情况,个人完成情况;看到各个知识点完成情况,耗时情况;看到学生总耗时,视频耗时;看到学生个人各个知识点耗时等;看到个人学习日志;把握课程重点和改进难点讲授方式等。图2为航天电子设计课程课堂翻转过程示意图。SPOC的基本流程是:教师把MOOC的丰富视频材料当作家庭作业布置给学生预习和自学,然后在实际的课堂教学中回答学生问题,了解学生已经吸收的知识、存在的问题,在课上与学生一起处理作业或其他任务。总之,教师可以根据自己的偏好和学生的需求,自由设置和调控课程的进度、节奏和评分系统[9]。 六、基于SPOC实现航天电子设计课程课堂翻转的案例实践 按照上述理念,选择航天电子设计课程的部分专题进行课堂翻转的实践。这里,以《星载计算机串行通信》专题进行示例,这节课的特点是素材准备比较充分、知识点突出、实践性要求比较高。下面按照时间顺序进行介绍。课前两周:通过校内局域网邮箱、教学网向学生投送视频、设计实例、虚拟开发软件。包括串行通信基本概念、星载计算机通信接口等。视频8分钟左右,实例演示7分钟,可重复播放。课前:要求学生自主观看视频、观摩实例;安装虚拟开发软件,参考设计实例完成模拟环境下的开发;在教学网或邮箱提出遇到的问题,等待课堂解决。老师在课前一天关注学生在概念理解、程序开发等方面提出的问题,重点做好备课。课堂翻转时间:课堂上,设置不同的翻转任务,包括基本概念讲解、常用通信接口介绍、实例演示等。随机抽取不同小组进行课堂翻转,由学生讲解,老师或学生随时发问。讲解完毕,老师进行点评,学生一起讨论问题。该环节学生主导,教师引导。课堂练习时间:布置随堂实验任务,进行单机串行通信接口实验。这不同于课前模拟环境下的开发,而是基于星载计算机的程序开发。为突出知识点,提高学生成就感,提供特定波特率下的串行通信参考程序,而对要完成的程序段进行留白,学生课堂完成编写、调试。该环节教师布置任务,学生随堂完成。课堂验收时间:验收的整个过程可通过专用电子课堂软件,对待验收的学生屏幕同步投影到教室大屏幕,使得每个学生都能看到待验收同学的演示过程。首先,待验收同学通过单机和模拟通讯软件进行自发自收,对程序质量进行演示;然后,通过第一步演示的两个同学进行双机通讯,确保互联互通;最后,大家对每个学生遇到的共性问题一起解决,共同做出评价。该环节前两步学生主导,最后一步教师主持。课后:根据课堂授课效果,进一步把握课程重点,改进难点讲授方式。整理教学素材,使得知识点讲解更简明扼要,演示更清晰到位,预留问题更有启发性。 七、基于SPOC的航天电子设计课 程课堂翻转效果问卷调查本文采用问卷调查的研究方法,利用校园教学网,对来自四个专业三个班,学习航天电子设计课程的76名学员进行了在线邮件问卷调查。调查执行时间是2015年9月至10月。共收回有效样本75个,回收率为98.68%。调查结果显示,学生们积极评价了基于SPOC的课程课堂翻转效果。“相对传统教学方式,采用SPOC方式学习效果更好”(88%)、“知识点集中,重点突出”(92%)、“师生互动增强,学生参与程度加强”(76%)、“可以自由安排时间预习,可反复学习,效率提高”(96%)、“学生自控能力、表达能力、思辨能力、合作能力等得到全面锻炼,综合能力得到提升”(92%)、“习题与测验量少、精确、高效”(80%)。影响课程的原因主要表现在以下几个方面:“平时可以投入的时间有限”(61%)、“缺乏自控力和毅力”(43%)、“课程内容与预期不符”(19%)、“很难找到学习伙伴交流”(21%)、“课前视频或电子书选用不好用或网络不畅”(24%)、“课程难度太高”(16%)、“课程内容没有吸引力”(13%)、“老师教学方式没有吸引力”(11%)、“不习惯考试方式”(8%)、“不喜欢在线学习的方式”(3%)。因此,基于SPOC的课程课堂翻转模式仍然有许多问题值得探讨。从教师角度而言,教师自己建设课程,管理课程,需要耗费大量精力;课堂研讨的工作量加大,指导学生的力度增强,对教师的学术能力和知识面有了更高要求;定期布置阶段性面授任务,使得学生全程保持紧密学习状态。简而言之,教师少讲、精讲,努力节约讲授的时间,重点放在引导和启发学生思路,重点解决共性难题方面。八、结束语SPOC的核心理念是实行私有的、定制的、高质量导师制教学,实现这一理念的有效方法是线上MOOC(对应传统的课堂下)、线下享受教师的导师制单独指导(对应传统的课堂上)。要保证SPOC有效实施,不仅要完成MOOC所需要的优质视频、知识单元化、学习管理规范化等条件,还要有知识面广、教学经验丰富、计算机水平相当的教学团队,即:既要有内容可翻转,还要有能力翻得动。因此,从理论上说SPOC可有效解决航天电子设计课程现有的所有问题,但实际中还需要做大量的准备工作并加快改革步伐。前期积累越充分,后续全面实现航天电子设计课程“翻转课堂”的效果越好。 作者:张志洲 刘昆 肖凯 谢燕 单位:国防科学技术大学 航天科学与工程学院 电子设计论文:电子设计竞赛赛前培训的思考 1培训中存在的问题及原因分析 1.1认识不到位 随着社会的发展和科技的进步,对高等教育提出了更高的要求.而培养具有工程实践和应用能力的学生已成为高校、企业以及社会都关注的重点[9].因此我国各部门,社团、企业每年都举办大量的比赛,以此锻炼、培养和选拔人才.各种比赛层次参差不平,而独立学院对各类比赛没有具体规划,没有针对性的培养目标和计划,导致了电子设计大赛不被学生和教师重视.往往都是在接到比赛报名通知后,才开始组织部分尖子生进行集训,而电子设计大赛是一项对学生专业基础知识和动手能力要求较高的赛事,临时的集训,往往效果非常差,也不符合通过电子设计竞赛让尽可能多的学生从中获益的目的[8]. 1.2师资力量,实验设备不足 独立学院是近十几年来才发展起来的一种新兴的教育模式[9],其师资力量、教学资源、实验设备很大程度上任然依赖大校,没有一只属于本院的的高水平,教学实践丰富的师资队伍.本校的年轻专业教师,实战经验不足缺乏工程意识,对电子类学科的知识掌握任停留在传统的数字和模拟电路教学水平[10],导致的电赛集训期间教师还需要和参赛学生一起学习和练习,没办法针对性的指导学生.实验设备更是严重不足,很多学校所有的实验设备任然是“老三样”,示波器,万用表和信号源,而这些传统设备已远远不能满足电子设计竞赛的对电路系统的设计要求. 1.3激励不到位 电子设计大赛通常在每年的9月举行,其培训主要在课余时间以及寒暑假进行,需要占用教师和学生大量的业余时间,同时电子设计竞赛是以电子技术的应用设计为主的比赛,要求学生具有一定的专业知识和技能,因此每年参赛的学生大部分都是大三的学生,而大三的学生往课业压力比较大,寒暑假期间又面临考研复习的问题,无法做到学业,考研,比赛三种兼顾,导致很多优秀的学生因为考研和学业压力往往放弃比赛.另外担任电子设计竞赛培训课程的指导教师,因为科研压力,往往需要在寒暑假期间从事手头的科研项目,更何况完成电赛的培训和指导工作所花的精力远比普通教学和科研工作要大得多,但得到的认可和激励往往还不如日常教学和科研工作,导致了很多教师不愿意从事比赛的培训和指导工作,即使参加了竞赛指导工作也存在不好好干以及干不好的问题. 2赛前培训的思路与举措 2.1整合人才资源 打破身份限制,吸引已毕业并从事相关电子类产品研发的学生参与到电赛的培训中来,这些学生对培训工作有兴趣,具备较强的实践能力和工程意识,同时更了解参赛学生的情况;打破学科限制,吸引不同专业领域的教师参与培训,电子类专业的教师往往仅掌握自己专业学科的系统知识,因此吸引不同专业领域有意愿有能力的教师参与竞赛的培训,接受来自不同领域的实践挑战,可以进一步推进培训工作的开展;还可以组织往届参加电赛并获奖的学生,利于课余时间和参赛学生一起分析历年电赛题目,分享心得经验,帮助参赛学生. 2.2项目带动培训 项目可以是教师已完成的科研项目,也可以是已毕业学生承接的特定的工业产品.教师首先将项目细分成许多的具体任务,参加电赛培训的学生可以从中任意的选择一两项自己感兴趣的任务,同一个任务可以由多个学生选择,学生可利用所掌握的知识提出不同的解决方案,并通过讨论确定最合理的方案,在规定的时间内加以实现,通过做中学,学中做,商量的做,可以大大提高学生的实践动手和创新能力,培养团队精神和团队意识. 2.3配套政策和激励机制 对参加电赛并顺利提交作品的学生,学校可以通过对培训期间的表现和竞赛的获奖情况加以评定,作为素质教育学分,代替实践环节的一些课程,像电子工艺实训和数字系统课程设计等;若参加电赛并获省级以上项目奖项的学生,除了可以申请学校的学术科技奖之外,还可以申请用其参赛作品按照毕业论文的格式和要求加以修改作为毕业设计进行评定.这样可以减轻学生的学业压力,从而吸引更多的学生参加比赛,让更多的学生从竞赛中获益,带动电类学科教学内容和方法的改革.设立专项奖励机制制度或在现有奖项中单设名额,对于参加电赛培训的教师,可以按照竞赛的层次奖励相应的科研工作量;对于参加电赛培训,其指导的参赛队若获得省级以上项目奖励,另外奖励相应的工作量,同时在当年岗位评级时进行适当的倾斜,使得竞赛指导教师所做的工作能得到认可,以更大的热情投入竞赛的工作,并将竞赛中所取得的成果引入教学,进一步提高电类学科的教学水平和质量. 3结束语 通过几年的探索和实践,我校在电子设计竞赛的培训工作上,取得了一定成绩.但电子设计竞赛的目的是培养尽可能多的大学生的创新意识和综合素质[11],进而促进高校的实践教学改革,提高电子类实践教学水平,是一项长期而艰巨的任务,还有许多工作需要做.我们将继续逐步探索适合自身发展的道路. 作者:方淼 李双东 单位:安徽大学江淮学院 计算机科学与电子技术系
生产调度论文:供应链环境下企业间协同生产调度的柔化策略 摘要:在供应链环境下,企业的生产表现更多的协作性,与单一企业的生产模式相比具有新的特点。因此传统的基于jit生产调度方法已不适应新的环境,本文提出了柔化企业间协同生产调度的五点策略,以使jit技术能在供应链环境下企业的协同生产调度中更加适用。 关键词:供应链;协同;生产调度;jit;柔化 一、 引言 传统企业生产调度的柔性化方法,主要是jit(just in time)准时化生产技术。jit始于日本丰田公司,与其相应的看板技术一起通过改善活动消除隐藏在企业里的所有浪费,从而降低成本。jit是在精确测定生产各工艺环节作业效率的前提下按订单准确地计划、消除一切无效作业与浪费为目标地一种管理模式,又称为零库存生产(zero inventories)。简单的说,就是在合适的时间,将合适的原材料和零部件,以合适的数量,送往合适的地点。事实上jit虽然是针对一个企业的管理模式,但作为一种管理思想,可以将它方法应用与管理的各个过程。基于jit的生产调度方法是,任何两个相邻工序即上下工序之间都是供需关系,由需方起主导作用,需方决定供应物料的品种、数量、到达时间和地点。供方只能按需方指令(一般用看板)供应物料。送到的物料必须保证质量、无次品。这种以需定供的做法,可以大大提高工作效率与经济效益。 二、 供应链环境下企业间协同生产调度的新特点 伴随着生产技术、管理技术的飞速发展,企业为了适应日益激烈的竞争环境,需要经常与其他企业进行合作,逐渐形成供应链,以此来敏锐的把握市场机会,及时满足客户需求,从而能有效的缩减生产经营成本,降低运作风险。将基于jit的生产调度方法外延扩展到整个供应链,通过构建内外部供应链各节点紧密的协作关系,可以提高各个企业对需求和各种突发事件的快速响应能力,从而减少各个环节的浪费,提高整个供应链的生产柔性。基于jit的供应链企业间的协同生产调度中任何两个相邻的厂商之间是一种供需关系,上游厂商为下游厂商提供需的产品,上游厂商称为供方,下游厂商称为需方。在基于jit的传统企业的生产调度要求由需方决定物料的品种、数量、到达时间和地点,供方只能依照需方的要求供应物料。供应链范围从单个企业扩展到整个价值链上的所有企业。而在供应链环境下处在各个供应链节点上的厂商除了具有合作的关系外还有竞争的关系,它们往往不能抛开自身的利益,与其他厂商形成紧密的协作关系,因而导致了各节点各自为政。分析其中的原因主要是因为与传统企业的生产调度相比,供应链环境下的生产调度具有新的特点: 1. 利益主体的不同。传统企业生产调度问题主要集中在一个企业内部,只强调企业内部生产效率的提高和生产成本的降低,而将企业外部影响视为企业不能改变的已知条件,所以其利益主体为单一企业,它是以某一企业的利益最大或者成本最小化为导向,这样的生产调度获得的是局部的方案,其柔性化方法也局限于一个企业内部。在供应链环境下的协同生产调度,从单一企业的成产调度拓展到整个供应链上的所有企业之间的协同生产调度,其利益主体也由一个企业拓展到供应链上的多个企业,事实上整个供应链都可以看作是一个更大的产品或服务的供给系统,在供应链上,各个企业之间是利益相关者,他们相互联系、相互影响。 2. 信息来源的不同。生产调度需要有大量的信息作支撑,即基于数据。传统企业中生产调度所需的信息来源于两个方面:一是需求方的需求信息;二是供应方的资源信息,也即约束条件。需求信息又有两方面组成:一是用户的订单;二是需求预测。通过两方面信息的综合,就可以得出生产调度所要的需求信息。根据供需两方的信息使用一些数学方法就可以得出生产调度方案。供应链环境中的协同生产调度所需的信息是多源信息。所谓多源信息,就是信息的来源,特别是资源信息的来源不仅仅是企业内部,还包括供应商、分销商和用户等等。信息多源性造成了信息的不完全与不对称。 3. 决策的模式。生产调度实际上是一种决策。传统企业生产调度的制定是集中式,即集中于单一企业本身。而供应链环境下企业生产调度的制定是分布式的、群体决策的过程。基于多的供应链系统是立体的网络结构,各个节点的企业都有相同的地位,有本地的数据库。在供应链形成时,各个企业又具有短期的监视权和决策权。每个企业的生产调度都受到其他企业各种决策的影响,当一个企业生产计划改变时,链上的企业也要做相应改变。 4. 信息反馈机制的差距。企业的生产能否有序高效的运行,需要有效的监督控制机制作保障。而有效的监督控制是一种信息反馈机制为基础的。传统企业生产调度信息的反馈机制是一种链式反馈机制,即信息是从一个企业内一个部门到另一个部门的直线性的传递。而供应链环境下的多组织模式更具网络化的特征,因而其生产调度信息的传递不是沿着企业内部直线传递而是沿着不同节点方向的网络式传递。供应链上各个企业是同步运作的,因而其信息传递模式是并行的。 5. 运营环境的差异。传统企业运营环境相对稳定。而在供应链环境下,企业是在一个更加复杂多变的环境中,从而企业生产调度外部环境的不确定性和动态性增加了。供应链环境下的企业生产调度是在不稳定的环境下进行的,因而要求企业生产调度具有更高的柔性。 三、 企业协同生产调度的柔化策略 为了使基于jit企业生产调度方法适用于供应链环境,针对以上新环境的特点,我们提出以下几点增强供应链企业间协作关系的策略: 1.建立一种有效的生产进度跟踪机制进行生产进度信息的跟踪和反馈。生产调度的目的在于合理分配有限资源,解决冲突,达到所求目标最优,是企业提高效益的重要环节。而生产进度信息为优化生产调度提供了大量资源,许多生产调度问题的解决依赖于生产进度信息的丰富程度。在供应链环境下产品多是由多个生产厂家协作生产或外包给别人生产,其生产进度控制的难度较大,必须建立一种有效的跟踪机制进行生产调度信息的跟踪和反馈。 2.节点企业生产调度信息的共享。整合信息传递路径,统一供应链节点企业间信息传送标准,运用新技术加快传递过程。在信息流稳定、高效、开放、标准化基础上借助于internet、intranet、edi等先进的技术和工具多数据库等信息网络体系。构建良好的信息管理网络体系后,节点企业间就能够实现供应链系统信息的共享与交流,这其中也包括优化生产调度所需的信息。在此基础上实时控制供应链系统的运作过程,从而实现生产过程的同步、交货准时、缩短延时、响应敏捷并最终使客户对系统输出服务感到满意。 3. 缩短提前期管理。提前期是以交货或完工日期为基准,倒推到加工或采购的开始日期的这段时间。供应链环境下的生产调度中,提前期管理是实现快速响应用户需求的有效途径,但是企业采取不断加大保险期得方法,结果使得提前期不断加大,生产周期不断延长,在制品不断增加,计划准确性降低。缩短提前期,是提高交货期的准时性是保证供应链获得柔性和敏捷性的关键。建立一种有效的供应提前期的管理模式和交货期的设置系统能有效控制供应商的不确定性。 4. 优化库存控制。一定的库存可以应对需求的不确定性,增强企业的敏捷性和柔性,但是大量的库存会增加成本,造成资源的浪费。在供应链环境下,建立多级、多点、多方管理的库存策略对提高供应链的库存管理水平,减少库存控制的成本有重要意义。这些库存管理模式涉及的部门不局限于一个企业的内部,它是扩大到供应商之间,甚至是整个供应链上的联合库存。由供应商负责对下游企业的库存进行管理的vmi方法一方面可以为下游企业省去多余的订货部门,降低库存成本,另一方面供应商可以协调对多个零售商进行生产和配送,进一步降低总成本。基于网络式的供应链上的企业组成的联合库存管理模式可以快速响应需求,减少因缺货和延迟而带来的损失,提高供应链的整体效率。同时建立中心仓库和分仓库的多级库存系统可以带来物资供应的高效、优质和经济。因此建立供应链环境下的库存方法体系和运作模式对提高供应链的库存水平,降低生产成本,提高生产效率有重要的作用,是供应链生产调度的重要手段。 5. 供应合同的柔性化。由于供应链环境下信息的不对称,增加了在决定生产计划,进行生产控制等一系列生产调度问题的不确定性。为了解决信息的不对称,订立供应合同不失为一种有效的方法。在供应链环境下供应合同也存在柔性化的问题。例如备货合同中下游制造商承诺在一定时期内购买一定数量的零部件,上游制造商按其承诺的数量为销售商保留一定比例的存货,并及时发出其余所有的零部件。如果下游制造商没有采购相应数量的产品,他就要为没有采购的部分支付罚金。再如数量折扣合同,这种合同按一定时期承诺购买的总价值给予价值折扣,并可以再承诺购买的总价值上按一定百分比进行调整。 四、结论 本文讨论的是供应链环境下两个制造企业的协同生产调度问题,分析了协同生产调度jit方法的柔化策略。从分析供应链环境下企业协同生产调度与传统企业生产调度的差距入手,得出传统的jit方法之所以不适用与供应链制造企业是由其与传统企业生产调度的差异决定的,由此给出了协调供应链制造企业的几点策略。 生产调度论文:浅析纸质包装印刷企业生产调度管理 [摘 要]近几年来,纸质包装印刷业技术自动化、照排技术电子化等为纸质包装印刷现代化调度管理奠定了根本、扎实的基础,尤其是市场竞争激烈,订单来源不多,价格相互压低,利润自然也是越来越少。但印刷质量要求却越来越高,周期越来越短,全部这些都使企业的营运管理人员备感前所未有的巨大重负。 [关键词]印刷企业;erp;网络计划技术 1 前 言 在当代印刷业的生产调度在理论上研究很多,但实际应用却很少,而且多以制造企业为研究对象,有关纸质包装印刷生产调度的几乎没有。实际上,纸质包装印刷企业的生产调度是非常繁杂的,而且到目前为止还没有具体的规范模式,都是以过往的经验为主,自然系统的科学方法也就没有形成。所以,探究创建更合理、更科学、更有效的纸质包装印刷业的生产调度体系将是印刷企业生产管理的重要发展目标。所以,本论文就提出通过探究一个车间生产调度方式来有效推进整个纸质包装生产印刷企业调度系统的进一步优化。 2 纸质包装印刷企业生产调度工作的基本要求 2.1 要统一集中 综合管理是生产调度工作的组织保证。纸质包装印刷企业部门分类较多较细,工艺流程繁杂,生产状况常常变化,统一集中调度是必然的。通常由生产计划部门专职人员负责总调度,各部门(分厂、车间)由值班领导兼任分调度,各部门的分调度应依据总调度协调,根据作业计划和临时生产任务为要求,实行本部门的实际工序运行调度,下发调度命令。 2.2 要听从规划 规划执行是生产调度工作的根本原则。纸质包装生产调度工作的灵活性必须服从计划的原则性,要围绕完成计划任务来展开调度业务工作。 2.3 要准确迅速 效率是生产调度工作的行动规则。迅速就是要对生产前任务变化调整要快,对生产中发生的各种偏差发现要快,发生问题时使用处理策略要快,发生特殊情况时向领导汇报要快。而准确就是对情况判断要精确,对出现事故原因要查找精确,对问题采用的策略要精确。 2.4 要以防范为主 防患于未然是生产调度工作的根本方针。调度人员的根本任务是防范生产生活中可能发生的一切脱节情况。实施以防范为主的原则,就是要搞好印刷前的各项原材料、设备与人员等预备工作,安置好各工艺链接的合作和连接,一同帮助防范和解决可能发生的问题,保证工作圆满地完成。 3 纸质包装印刷企业生产调度的主要职责 纸质包装印刷企业生产调度员一定要把握好全厂生产工艺流程,了解材料、设备、生产任务、时间要求、人员等生产状况。对纸质包装印刷质量要有一定的识别和控制能力,要适时、准确地把握每天的生产规划和临时变化状况,提前下发当天生产作业的计划,并调整各业务、材料、工艺、质量等部门,监督和促进完成好工作计划。要适时发现对进度产生影响的各个因素,尽快汇报并协助解决。无法解决的立刻向上级报告,发出警告,必定要熟知纸质包装制作印刷工艺的前端和后端部门状况,密切联系和加强沟通,积极收集和反馈情况,并适度调整计划,确保产品符合客户的要求,要定期召开企业生产调度会议,调查前期生产计划实行情况,安排布置下期生产规划,探究解决生产中出现的问题。 4 纸质包装印刷企业生产调度的主要模式 4.1 传统模式 使用生产作业单,人工调控指挥。几个活件配一个生产作业单,记录生产作业的所有内容,包含设备安排、生产时间等。每个车间、机台依据作业单配置资源和投入生产。 4.2 电子化模式 电子化调度也就是使用电子传票方式。调度将各个纸质包装以作业方式实行分时,将每个作业采用计算机下达到每个纸质包装生产部门能够及时地实行动态调度。印前车间可看到每张纸质包装具体版次的作业划分。当一纸质包装只等某个版次就可以开机印刷时,立即将此版胶片输出顺序整改到最前证印刷车间可以在第一时间开机印刷。纸质包装出版调度以通过控制机台掌握各机台的工作情况。在两个机台同纸质包装的同一版次时,可以依据各机台生产状况整分配印量,以确定在最短时间内完成印刷任务。机台出现故障时,报纸出版调度在短时间内就可出并依据故障情况决定是否把该机台的工作转移到其他机台。如果需要由其他机台进行印刷,可以将即将结束生产或者停机待命的机台进行印刷。毫无疑问,生产调度能大大提高生产的效率。 5 纸质包装印刷企业生产调度的风险控制 有些约束条件是可以满足的,如交货期、生产能力。有些约束条件可以达到一定满意度即可,如生产成本。这些约束条件在调度时可以作为确定性因素考虑。而对于设备出现故障、原料供应变化、生产任务改变等非正常状况,是事先不可预料的,在调度时作为不确定因素考虑。生产调度中涉及的工厂资源包括:原料、设备(加工、存储、运输)、人力、资金、能源等。资源的分配受到产品工艺的控制。生产调度目的是在满足体系约束条件下,根据所反映客户和市场需求的生产计划合理安排各加工任务的实施时间及使用设备,为生产线上各台设备和各个工件成立可行的加工安排,并尽可能优化体系的性能指标,最佳地安置与集合生产,为企业带来显著的经济利益。 6 结 论 总之,纸质包装印刷的生产调度慢慢从传统人工指挥调度向电子调度、视频调度、erp调度等现代化调度方式演变,调度模式也由单一的传统模式向现代化可适应性的电子模式发展。因此,纸质包装印刷这个产业被迫转向从信息化求得突破,实现节约成本空间、追求最大利益化。怎样充分利用科技和信息,更加快速和有效进行生产调度,减少纸质包装印刷时间成为很多纸质包装印刷企业着力改革的重心。 生产调度论文:煤矿生产监控与调度信息系统集成及应用 摘要: 为了提升龙东矿的信息化水平,提高安全生产的效率和效益,对目前龙东煤矿信息化的现状进行简单分析后,借助于先进的信息技术,提出了实施龙东煤矿生产监控与调度信息集成系统的构想。 论文 首先给出了完整的软硬件设计框架和结构,继而介绍了集成系统的特点,最后给出社会效益和 经济 效益分析。 关键词: 信息化建设;生产监控;信息集成;安全生产 1.问题的提出 龙东煤矿在煤矿信息化建设中已经做出了一定的努力,井下许多生产设备已经处于监控之中,而且这些设备的监控信息也已经通过 网络 从井下传送到井上,在相关工控机上可以查看。但监控子系统之间,监控系统与生产管理以及与生产调试系统之间存在数字鸿沟,即信息互不相通,导致无法将管理与生产监测信息紧密结合起来。从系统集成的角度来看,煤矿生产、管理的自动化与信息化水平相对较低,特别是煤矿安全生产监测监控系统尚没有行业标准,各厂家都是自行制定传输协议和接口标准,各子系统之间不能互通和兼容,存在“信息孤岛”现象,信息资源难于共享,监测系统、控制系统和管理系统不能实现联动。 鉴于目前龙东煤矿的信息化的现状,要快速提高安全生产效率,提升 企业 形象,降低生产和管理成本,在龙东矿尽快实施生产监控与调度信息集成系统已迫在眉睫。 2.系统总体结构 龙东煤矿生产监控与调试信息集成系统由硬件系统和软件系统构成。 2.1硬件系统 整个硬件系统由办公自动化网和 工业 监控网络通过硬件防火墙把办公系统和生产监控和调度系统联系起来。办公系统局域网保持矿上原来局域网络结构不变。 工业监测监控局域网包括防火墙、热备双冗余千兆三层核心交换机、千兆二层接入交换机。工业监测监控网络中安置2台热备双冗余主服务器,进行数据存储、归档、处理及web信息的。2台前置数据采集服务器用于采集下属子系统的数据信息,并将其传送到工业监测监控网络的主服务器上。 各已有工业监控子系统,通过相应交换机再通过光缆接入工业监控核心交换机。工控核心交换机与前置数据采集服务器及工业监测监控网络服务器相联,最后通过防火墙接入办公网络系统。 2.2软件系统 系统软件总体架构分三个层次:一是与井下设备监控子系统相关的底层软件系统接口,二是系统的数据中心(包括实时数据库和 历史 数据库)以及与之平行的信息交互交互系统,三是生产调度、管理与信息系统。 底层软件系统接口通过与各井下生产设备监控子系统的通信,获取相关设备运行状态,数据中心负责采集到的数据的集中存储,以便上层软件系统进行数据处理、查询和统计以及其它软件的信息共享。上层的生产调度、管理与信息发部系统的软件负责对数据中心数据的处理、分类、查询、 计算 ,便于决策。除了与生产调度相关的信息处理外,同时上层软件系统还进行政工、公共信息、系统管理、后勤、安全等信息的处理与。 3. 系统特点 3.1系统网络采用星型树状拓扑结构,具有控制简单、方便扩展、容易维护和节省成本等优点。 3.2工业监测监控网络服务器采用双机热备的同时,每台服务器的硬盘之间又采用raid-5技术对数据进行备份,防止数据丢失,确保数据的安全性。 3.3视频监视系统将传统的模拟信号传输改为数字化网络信号传输,并且将控制方式由c/s模式改为b/s方式,系统扩展能力强;维护费用低;可以录像保存,便于查询和检索;只要有网络并拥有相应的权限,通过浏览器就可以查看视频。 3.4客户端ie浏览器采用ajax、css、dom等技术,实现实时数据、状态异步更新,为用户提供了更好的视觉感觉。 3.5工业控制系统数据的采集和存储分别前置数据采集服务器和工业监测监控网络服务器来完成。前置数据采集服务器具有速度快的特点,负责各子系统数据的采集,并将采集到的数据组合打包发送给工业监测监控网络服务器;工业监测监控网络服务器具有容量大,速度快等特点,负责将接收到的子系统数据存储、网页等。这样将数据采集与存储独立执行,提高了整个系统的数据采集和传输速率,大大提高了工作效率。 3.6在不改变原有 网络 架构和子系统的前提下,本系统提供集中控制接口组件,由各自动化系统供应商配合开发控制接口功能,并植入原系统中,完成系统功能级的集成,节约了开发成本。 4. 系统效益分析 龙东煤矿往自投产22年来,矿党政坚持以人为本的管理思想和求真务实的工作作风,不断提高 企业 参与市场竞争的能力;合理开采布局,实现集中生产,大力推广应用新工艺新技术,为高产高效提供了有力保障。 我矿正着手开始实施煤矿监控与调度综合信息集成系统,以实现生产自动化实时信息、企业资源及管理信息之间的紧密集成,提高管理信息中有关生产数据的准确性、实时性。系统不仅具有 现代 化企业内部综合信息管理平台的功能,而且集成了安全生产所必须的业务处理。企业业务处理集中在一个平台上,实现信息的共享,提高办公效率及效益,降低企业运作成本。 该系统设计 科学 合理,具有人性化。系统操作方便快捷,运行稳定、安全、可靠,将大大提升了矿井自动化水平、管理水平和抗灾能力。 可以预料,系统实施将带来的社会效益主要体现在如下几个方面: (1) 系统的远程实时监控及预警等功能提高了对故障的反应能力,从而确保系统整体的安全可靠运行,降低事故率,为企业的安全生产提供有力保障 (2) 企业员工素质的提高是系统实施的重大收获 (3) 系统实施促进企业管理创新与规范化、标准化、科学化 (4) 系统实施促进了企业技术进步 (5) 为其它煤矿的信息化做了很好的示范作用 系统实施运行后,将在提高生产效率、降低成本、降低事故率等方面有显著的成效,并节约大量资金。主要将体现在: (1)由于系统的支持可实现井下系统的无人值守,每年将节省大量的人员工资。 (2)设备自动检测和监控机制杜绝了机器的空载运行时间,实现 经济 运行, 每年节约大量电费。 (3)降低事故率,被监控设备系统等故障时间大大减少,运行时间增加,年可多生产大量原煤,新增大量利税。 (4)井下机电设备严格按照系统中机电循环保养计划执行,大大降低了维修费用。 由此可见,信息集成系统的成功运行将为企业带来了显效的短期效益,同时也必将为企业带来长期的、持续效益。系统的实施将给企业带来了直接和间接经济效益,也使企业员工的素质有了提高,同时促进了企业技术进步、管理科学化,为煤矿企业的成功应用信息化技术起了示范带头作用,具有明显的社会效应。 5. 结束语 煤矿行业依然是劳动密集型产业,有关生产、管理的自动化与信息化水平相对较低。“信息孤岛”问题严重制约着煤矿行业信息技术应用整体效益的实现,特别是煤矿安全生产监测监控系统尚没有行业标准,各厂家都是自行制定传输协议和接口标准,各子系统之间不能互通和兼容,信息资源难于共享,监测系统和控制系统不能实现联动,这些都严重影响了系统作用的发挥。本文提出的根据现有系统状况实施的生产监控与调度信息集成系统有力地解决了煤矿这一“信息孤岛”现象,各个异构子系统通过一定接口方案统一到一个信息集成系统平台,有利用充分利用现有设备及其采集的数据,降低集成成本,提高信息交互能力、信息交换能力和信息共享能力,最终为煤矿效益服务,是非常经济而可行的方案。 生产调度论文:通信技术在煤矿生产调度管理中的运用 摘要: 煤矿通信系统不完善会影响矿井的安全生产,阻碍矿井的发展需求,如何在煤矿生产调度管理系统中运用通信技术,实现矿井安全可靠生产,增强调度管理效率,为降低生产成本筑牢基础,是本文探讨的内容。 关键词: 煤矿生产调度管理;通信技术的运用 通信技术在合理调度煤矿资源上有重要的作用,良好的通信技术能促进管理人员从根本上解决生产过程中衍生的各种问题,它关系到生产工作系统的正常运作。调度在生产过程要收集、传递环境信息,通信起着不可或缺的作用,在出现紧急状况时,通信技术在应急措施中是重点角色。因此,必须将通信技术在生产前作为重点项目来讨论,以利于生产工作的顺利开展。 1煤矿生产调度管理系统的定义 生产调度管理系统是生产调度人员日常工作及紧急事务处理最频繁使用的系统,它担负着系统信息录用、统计、分析、汇总的功能,在设计与打印报表、紧急日常事件处理、与其他部门信息交互等工作中发挥着重要作用。传统的管理中,电话是调度管理的主要工具,各种信息汇总工作大部分是手工记录,效率不高的同时还易出现差错。调度人员80%以上的工作涉及生产调度管理系统,它是整个生产调度指挥中心信息系统的核心,现代化的通信技术为煤矿生产提供了优质平台。 2煤矿井下调度管理存在的问题 目前,煤矿企业调度中存在的问题有:煤矿的自然条件较差,我国大部分煤矿调度管理人员的专业度不够高,凭经验工作的情况较多,管理技术和手段也相对落后[1]。因此,煤矿必须改变调度信息的管理和收集方式,建立有效的调度信息管理体系。计算机的发展促进了调度管理系统一定程度上的完善,主要有单机管理和网络管理两个阶段。单机管理阶段中,煤矿调度信息通常以电子表格的形式存在,图形用绘图软件储存,虽然有调度数据库,但系统的功能简单,信息的更新不及时,一定程度上影响了实际的工作效率。 2.1调度系统工作效率低 煤矿生产调度过程的发展比较慢,调度管理系统工作效率仍然比较低。煤矿生产调度系统中现代网络技术操作没有被充分利用,生产信息的传播也不够有效及时,还可能出现信息记录的错误。在实际生产中,较少部门参与调度,所以信息收稿日期:2017-05-11作者简介:杨柳倩(1986-),女,山西原平市人,硕士,现在山西霍尔辛赫煤业有限责任公司信息科工作。共享是一大问题,效率也不高。 2.2信息统计不集中 井下工作环境特殊,调度管理人员对信息的统计非常重要。但实际情况是调度信息并不能集中收集处理和及时共享,这导致工作人员面对安全事故时,无法制定正确的解决方案,直接影响煤矿工作的安全性。 2.3数据与调度台账核对不及时 由于无法将信息技术应用在实际工作中,管理系统不能真正实现实时生产报表功能[1],数据与调度台账无法及时核对。井下生产状况及调度记录等信息对生产决策有重要作用,生产调度台账和报表是对实时生产信息的统计,起到组织和协调作用。不能实时查看动态,图形信息管理功能的不全面,让实时生成的动态图形在现有的管理系统中不能体现。采用小型化网络设备,成本高而且设备不支持数据业务功能。 3煤矿生产调度管理系统中运用 TD-SCDM无线通信技术目前,煤矿生产的条件比较差,煤矿从业人员在生产过程中往往按照自己的认识来操作,容易导致安全事故的发生。另外,现在国内的煤矿生产过程中,煤矿生产现场的信息的收集存在问题,在收集数据后缺乏必要有效的分析,信息的传递和利用信息的指导[2]。TD-SCDM无线通信技术的应用基于3G网络、光纤网络等信息化技术,在具体运用时,TD-SCDM应优化减少系统容量,有利于各部分可以在同一设备中完成各自功能,实现集中调度信息处理。 3.1通信技术在煤矿生产调度管理系统中的应用 首先应对国内外的调度管理信息系统做全面的了解,分析借鉴国外的先进系统,对企业内部的情况作细致的分析,将二者有效结合起来,这样才能有针对性的设计出满足企业内部需求的调度管理信息系统。可利用TD-SCDMA矿用无线通信结合企业现有的信息化平台,提供一个多功能的网络平台,来满足煤矿企业正常生产的要求,为井下紧急情况的处理提供全新的通信手段。(1)矿用无线通信系统在煤矿企业生产中越来越重要,它具有通信、调控、控制以及信息采集等功能,越来越多地运用于生产与单位内部的通信中。它具有先进的无线管理能力,能搭载无限视频,还能实现人员定位管理人员功能,有利于管理人员了解井下工作的进度和具体情况,及时有效指挥现场,还可以通过视频对话和文字信息进行调度管理或召开会议,保证即时的沟通和管理。这充分发挥了其搭载无线视频监控、人员定位等功能的作用。(2)TD-SCDMA矿用无线通信能收集相关信息并分析,能生成关于生产产量、安全情况方面的数据,各生产管理部门能通过及时的信息交流,指挥生产的各阶段顺利完成,如有问题,能及时有效的解决,不断完善煤矿生产过程。实现资源的合理分配,保证节约生产,根据具体实际的生产需要分配劳动力。系统平台根据各单位填报的调度信息日报表,全面系统地准确地反映生产情况,以便查询,有利于领导层掌握信息用来决策,减少了信息处理工作量,有助于数据的分析和上报;TD-SCDMA矿用无线通信具有可靠的冗余功能,系统支持单板、设备、网络级等三级冗余能力,煤矿生产中任意节点发生故障或损坏,调度管理信息系统即时自动进行主设备的倒换,以保证系统的正常工作。漫游功能,在煤矿井上设置多个基站,系统可以对各用户实现多点漫游转接和无缝却换的功能,通过建立完善的多网调度系统,对各用户进行网络级调度和漫游调度,系统同时支持全局录音。管理人员可通过权限设置实现上级对下级调度台的调度,总台对分台的调度,建立全网多级调度管理信息系统。 3总结 煤矿井下工作有一定的危险性,调度管理系统是整个煤矿安全生产中的指挥中心,将先进的通信技术引入到生产中,对煤矿生产调度管理非常重要,它能有效保证生产的安全,提高生产效率。 作者:杨柳倩 单位:山西霍尔辛赫煤业有限责任公司 生产调度论文:油气田生产现场管理调度分析 摘要: 油气田主要是油藏、气藏和油气藏的总和,石油天然气均在油气田开采,是为社会发展提供石油、天然气的重要生产场所,对于经济持续发展和社会稳定具有十分深远的影响。在当前激烈的市场竞争中,油气田生产企业同样面临着严峻的竞争压力,为了能够有效提高生产量,生产调度管理工作主要是依靠生产调度部门实现,严格遵循相应规章制度,确保生产活动有序开展,对于油气田生产安全意义深远。由此看来,在当前时代背景下,如何能够有效做好油气田生产管理中的现场管理和调动,成为当前首要探究问题,本文就此展开讨论,针对其中存在的问题,寻求合理应对措施。 关键词: 油气田;生产管理;现场管理;调度 油气田生产管理工作开展中,主要是依靠相应生产调度管理部门来实现,作为油气田企业生产管理中的重要组成部分,现场管理和调度工作直接影响到生产效率和生产安全。现场管理和角度工作主要是遵循相应规章制度和生产目标,按照一定流程,结合实际情况开展的管理工作,通过协调、组织、指挥以及监控等多样化手段,充分配置资源,提升资源利用效率,实现油气田生产管理目标。由此看来,加强油气田生产管理中现场管理和调度研究是十分有必要的,对于后续理论研究和实践工作开展具有一定参考价值。 1油气田生产管理概述 油气田企业在生产管理中,作为管理工作核心,现场管理和调度工作成效高低直接影响到油气田生产效率和生产安全,对于油气田企业未来生存和发展具有十分深远的影响。油气田生产管理活动由于自身特性,涉及范围较广,技术含量较高,所以在管理工作开展中很容易受到客观因素的影响,出现管理问题。如何能够有效发挥各个部门协调工作成效,全面掌握油气田生产和开发情况,迫切的需要强化生产管理力度,构建更加科学合理的管理体系,确保油气田生产活动能够有序开展,为企业长远生存和发展做出更大贡献[1]。 2油气田生产管理的现场管理 随着我国经济的快速发展,社会进步飞快,对石油和天然气的需求度随之增加,于是开始大规模开发石油和天然气。油气田作为石油和天然气开发和生产主要场所,为了确保油气田生产活动有序开展,做好生产现场管理和调度工作是必然选择,其不仅能够有效降低成本费用,还能提高生产效率和生产质量,为油气田企业创造更大的经济效益和社会效益[2]。就油气田生产管理本质来看,其中主要包括对油气田的动态监测和研发、油气田生产资料的收集以及生产设备管理等众多方面。油气田生产活动开展中,很容易受到客观因素影响,所以需要进行动态监测,为实施掌握生产情况提供最新鲜的资料和信息,为后续研究活动开展打下坚实的基础。一般情况下,对于不同采油方式的油气田,动态监测要求相应存在差别,需要严格遵循相关技术要求开展工作,一旦遇到及特殊情况,可以适当的选择增加内容。对油气田生产动态的研究,主要是为了帮助生产人员进一步掌握油气田生产规律和特点,结合实际情况,有有针对性制定科学合理的工作制度,确保油气田生产活动有序开展,提升生产效率[3]。不同类型的油气藏,对于现场资料收录方式同样存在差异,但是殊途同归,均是为了保证现场生产资料的完整、真实和准确,从而更好的满足油气田动态研究需求。油气田企业在生产管理中,应结合企业自身发展水平,针对油气田生产规律,健全和完善生产现场资料录取制度,并落实到实处,观贯穿生产活动始末。只有这样,才能确保油气田生产资料正是和准确。此外,油气田生产设备和技术是保证生产活动有序开展的根本,油气田生产企业需要健全和完善相关设备和技术管理制度,确保对设备定期检修和维护,对于老化设备及时更新换代,引进先进生产技术和工艺,提升生产效率,创造更大的经济效益和社会效益。油气田的现场管理可以采用5S管理法,也就是对油气田生产管理中五个环节开展工作:(1)整顿。现场管理人员应对施工现场进行全面检查,尤其是一些死角地带,包括电柜顶部和设备内部。可以采用突击检查的方法,对现场管理中存在的问题进行整顿,提高管理效率。(2)清扫和情清洁。对施工现场进行充分清扫,尤其是设备应保持清洁,对于其中存在的风险隐患制定合理解决方案进行清扫,找出问题源头,提升设备使用寿命。(3)素养方面,则是健全和完善相关规章制度,规范工作人员日常行为。 3油气田生产调度管理 油气田生产调度管理工作同样尤为重要,是油气田生产管理中不可或缺的组成部分,主要在于生产调度部门对油气田生产、调度、指挥以及管理等多项工作进行统一管理和调度,也就说明油气田生产调度管理涉及层面较广,内容十分复杂,为生产调度管理工作开展带来了严重的阻碍[4]。油气田生产调度管理工作开展需要结合其他工作环境开展情况,包括水、电以及通信等工作,确保油气田生产活动能够有序开展,从而对于油气田生产中存在的问题及时有效的解决,更好的完成救灾和生产恢复工作。所以说,油气田生产调度管理工作有赖于先骨干部门收集更为准确、全面的信息,对收集的信息进行深入的分析,对油气田生产管理的各个环节进行全方位监控和管理,引进先进生产技术和生产设备,构建更加完善的生产管理信息系统,确保油气田现场调动工作有序开展,创造更大的经济效益和社会效益,为油气田企业长远生存和发展打下坚实的基础。与此同时,油气田企业应建立一个统一生产调度平台,建立生产调度信息化管理系统,运用计算机技术,对油气田生产进行统一管理,实现高效生产,提高油气田生产管理安全、可靠性,具体表现在以下几个方面。(1)生产动态管理系统,针对油气田中重大项目数据进行分析和处理,采用图式展现数据情况。并在施工现场建立大型电子屏幕,对调度信息进行公示,同时将生产情况展现在生产人员面前,包括天然气利用、钻机运行情况和油气销售情况等。(2)视频监控系统,主要是对生产活动实施监控,确保生产活动安全有序开展。总的说来,油气田生产管理同其他企业管理而言相仿,在突显油气田企业自身经营发展特点的同时,具有共同的管理特征。 4结论 综上所述,油气田是一个复杂的工程,在生产过程中很容易受到客观因素影响,为了能够创造更大的经济效益和社会效益,油气田企业已经加强现场管理和调度,针对生产活动中重点和难点环节,做好预防措施,健全生产管理体系,确保生产活动有序开展,提升生产效率,以求在激烈的市场竞争中,油气田企业能够占据更大优势,谋求长远发展。 作者:韩华 单位:长庆油田分公司第二采气厂计划科 生产调度论文:生产调度网络程序运用 在企业生产管理中.网络技术得到越来越广泛的应用.信息系统提供了一个性能好容量大可靠性高安全性强的数据平台.使人们便于实时监控管理.模拟生产流程.对于提高经济效益和社会效益具有广泛的意义。 1主要功能 1.1实时数据库:包括实时生产数据的采集贮存,管理,查询,系统可管理多达几十万店的实时数据.配合和先进的历史数据压缩算法.可以保存长达数年的历史数据。 1.2提供统一的配置管理系统安装调试好后.可以通过配置管理工具.在单台机上维护整个系统。 1.3趋势分析提供实时和历史趋势查看功能.并能对单点或多点多时间段的数据进行对比分析。 1.4流程图提供实时流程查看功能.从模拟图察看数据与生产现场的同步变化.坐在办公室就可以了解生产状况。 1.5数据转存。可按照用户定义,把部分历史数据导出到其他相关数据库中。 1.6报表插件可用来实现实时历史数据 1.7丰富的可扩展设备接口.可支持多种协议与控制设备.如OPC,DDE等。 1.8开放的二次开发接口.并能根据要求定制新的作用。 2网络结构 主要包括监视器,服务器,交换机,网关等。连接见下图:监视器/数据采集1服务器一交换机一网关机一交换机一数据采集2监视器/数据采集3 3系统特点 系统大多采用Pentium及芯片.CPU保证精确实时高效.为保证可靠性.多选用冗余设计,使系统安全可靠。系统人机界面功能丰富,软件灵活强劲.并支持离线仿真,为降低运行维护成本.多采用现场总线的系统设计.系统维护方便,信号采集卡件支持热插拔,操作平台采用通用计算机系统,有些厂家更是采用智能化设计,使危险分散,故障隔离为迅速排除故障.每单元有诊断功能.系统中所有单元均有状态指示灯.包括运行灯。故障灯.网络通信灯.可根据指示灯的状态及时排除故障。 4系统的维护 系统具有较高的稳定性可靠性.但必要的维护还是不可缺少的.维护主要包括软件维护和硬件维护软件包括系统软件和应用软件.系统软件是计算机自带软件.在使用中常出现死机.停机等问题.可重启电脑使正常运行.其他维护可参照《计算机操作维护运行手册》进行。常出现的问题是应用软件,应用软件工作复杂工作量大.有些是由于操作使用不当.也有些是由计算机病毒而导致运行不良.每种应用软件厂家会提供组态手册.使用前应该有所了解.硬件问题常出现的是网络连接不好可检查网线水晶头和电脑通信卡.电脑要及时清理灰尘.检查CPU冷却情况,对用于现场数据采集的AI.AO.DI.DORTD等数据采集卡.要注意运行环境,要保持清洁恒温,禁止腐蚀性气体浸入。 生产调度论文:供热生产调度管理系统的应用 [摘 要]生产调度管理系统是为实现供热生产调度信息化、现代化,建立统一的集运行调度、管线管理和应急指挥为一体的综合生产调度指挥系统。通过该系统可实现从热源到管网再到换热站的实时生产数据的监控管理,实现管网联网、环网运行调度功能,可直观、高效的调整各种参数,准确、及时的处置供热事故,从而达到科学调度、节能增效、减少事故的效果。生产运行调度系统综合应用数据库、工业监控、远程传输等技术,与有供热监控、巡检通等多种系统兼容,并实现统一整合,将更有效的发挥生产调度信息一体化优势,在保护前期投资的基础上,实现以较小投入,达到高效、实用的效果。 [关键词]生产调度 能耗 热网 采集 1、系统建设的任务与目标 系统任务 实现公司生产运行数据的信息化、集中化管理,提高数据的有效性、一致性和共享性; 通过对数据的分析,提供给相关人员作为参考,从而达到科学调度、节能增效、减少事故的效果,并且能提高各部门的协同能力、工作效率、应急能力; 通过气象管理进行合理的热量调度,实现管网的水力平衡,节能降耗。 进行能耗考评,考核各供热站的管理质量,能耗分析可谓领导决策提供数据支持。 系统目标 具备最大限度的热网信息掌握和分析能力; 具备最佳能耗运行方案分析以及跟踪能力; 具备高效、实时的信息共享以及任务响应安排功能; 提供快捷高效的服务和管理。 2、系统组成 系统包括两大子系统: 热网运行分析子系统; 热网运行分析子系统主要功能包括运行工况参数、能耗数据采集;通过对外温、热源输出、负荷等数据的分析,对各站控制策略、控制目标等做出分析,并传递给自控系统,指导各站运行。 热网运行调度管理平台。 热网运行调度管理平台主要针对各级管理人员,首先实现生产运行信息的数字管理,即运行相关的数据集成在一个平台;在此基础上实现工况分析、经济运行分析、实际能耗分析等数据分析统计,以指导调度运行。此外针对调度等具体工作,系统提供一个信息化平台,以提高效率,提高管理水平。 3、涉及范围 涉及范围是指对于能耗控制的过程中,需要连接、涉及的系统主要有: 能耗分析统计系统 能耗数据采集系统 热网运行监控系统 数据存储备份系统 4、系统功能 能耗数据采集 能耗数据参数的采集,分为独立采集、控制系统采集、第三方采集三种形式。 第三方采集,主要是指的水表的数据,经由自来水公司的采集系统,通过约定的通讯方式、数据格式、通讯周期,进入能耗分析系统。 采集的参数种类: 热量表:供水温度、回水温度、瞬时流量、瞬时热量、累积流量、累积热量、运行时间、故障状态等 电量表:累积电量。 自来水表:累积水量。 单独采集 关键点是需要将常规热量表的Mbus协议信号转换为Modbus协议信号,然后通过一个采集模块,经由已经安装的换热站宽带线路,直接将数据送入能耗分析系统。 主要优点,在于直接读数,方便快捷,且不受表具波特率、校验方式的限制。 控制系统采集 并入换热站控制系统采集,是将电表、热表信号(可能需要转换)并入控制系统现场控制器,由控制系统采集能耗数据。 汇总至热网控制系统,然后经由软件的数据网关(或者后台数据库),将能耗数据汇入能耗分析系统。 主要优点在于,热表的瞬时、累积数据全部进入了PLC系统,有助于换热站热量平衡等运行模式的改进。 缺点在于,热网控制系统对外提供数据较为麻烦,在能耗分析系统中,对于能耗考核使用的表具无法进行方便的换表、估算数值等表具管理内容。 监控系统连接 通过一定的通讯协议,连接热网控制系统。取得需要的数据,送出热网监控系统需要的目标参数数据。 需要取得的参数:一网供回压、二网供回温、二网供回压、室外温度。 送回参数:电动调节阀门的运行方式(手动开度、气候补偿、拳王平衡、时间曲线等)、目标参数(平均温度、时间开度等) 系统锁定:控制系统需要具备锁定功能,接收能耗控制系统送出的指令后,锁定系统对某项功能的调度人员的人工调整、设定,只接收能耗控制系统传送的指令。 连接方式:数据库、OPC、网络变量。对于本系统,建议使用标准的组态王网络变量、OPC数据包两种格式。 5、建设意义 建立生产运行与调度管理系统,基本任务就是为了保证热网安全经济运行,合理调配热能,预防生产事故发生及在突发事故时及时、正确处置,提高供热管理的数字化与信息化程度,实现公司管网联网、环网调度管理,保证公司管网的安全、稳定、节能运行,充分发挥调度中心的调度管理职能。 结束语 通过建立生产运行与调度管理系统,将大大提升公司的生产管理水平,为公司安全运行、节能降耗、应急抢险、管网建设、工程管理、提供全面、快捷的管理平台。 生产调度论文:浅谈调度信息化建设在煤矿生产中的应用 [摘 要]调度工作作为煤矿生产的重要组成部分,对于煤矿安全稳定有序运行具有重要作用,本文就对煤矿调度信息化系统构成及其发挥的作用进行了探究。 [关键词]调度;信息化建设;煤矿生产 随着现代信息技术的不断发展进步,其在工业生产中的应用也不断得到深化,在煤矿生产过程中,信息化建设已经成为发展趋势,特别是对煤矿生产的调度工作而言更是如此,通过分析煤矿调度信息化建设的系统构成及其发挥的作用,可以对信息化建设在煤矿调度工作中的应用进行有益的应用探究。 一、煤矿调度信息化建设的系统构成 随着现代信息技术的不断发展,调度信息化工作有了强大的技术支撑,煤矿的调度信息化工作正是建立在计算机信息技术基础之上的,是围绕煤矿安全生产运行的特点,结合现代信息技术形成的一种高度集中的生产工作管理和分配系统,在煤矿的调度信息化建设中,一般由五个主要模块构成,每一个模块的设备都需要借助于信息技术来发挥自己的功能。 1、煤矿生产调度指挥中心 生产调度指挥中心是调度信息化建设的核心部分,对于整个煤矿的安全生产、运行调度、安全监测和信息互联等具有重要的控制作用。在现代化的煤矿生产中,每个科室都要配置专门的调度指挥中心,这就是生产调度指挥中心。由于煤矿生产是24小时不间断的,所以调度指挥中心需要借助于计算机对生产现场反馈的数据和信息全天候的进行对比分析,通过数据分析出煤矿生产工作的走向,对于煤矿运行状况做出大致判断,以此为基础信息对煤矿生产进行合理的调度。概括而言,以现代计算机运算和集成控制技术为核心的生产调度指挥中心,就是要以统筹管理的理念对整个煤矿的生产进行规划和调度。 2、安全管理信息系统 在调度信息化建设的五个部分中,除了调度指挥中心外,其它四个组成部分都是信息化数据的采集通道,安全管理信息系统就是其中之一,其主要功能就是通过各种监测终端设备,对矿井的瓦斯浓度、防火灭火信息和矿井工业电视进行实时监测,并借助现代信息技术实现监测信息的实时传输和掌控,同时利用计算机等信息技术手段对安全生产信息进行汇总管理。概括而言,安全管理信息系统是通过信息化手段实现对煤矿安全生产信息的实时采集和控制,实现安全生产信息的双向联系。 3、自动化监测控制系统 自动化监测控制系统主要是对煤矿生产运行的各个环节和各种设备进行自动监测,并根据监测情况通过信息技术进行分析,并做出相应的判断,以此为依据进行相应的系统控制。也就是说,自动化监测控制系统就是要实现对矿井井下作业、矿井内上下煤流、地面生产部分和辅助生产系统进行实时监测,并对生产状况进行相应的调度控制,以此来保障煤矿的高效率生产运行。 4、矿井通信系统 矿井的通信系统建设是煤矿调度信息化建设的重要组成部分,煤矿生产对于电、火等危险源应用要求非常高,所以,对于矿井内设置的供联系和监控所用的电气化设备,特别是通信设备都需要经过严格的处理。在具体的功能应用上,就是要保障矿井内的通信系统实现行政通信、调度通信、应急通信、紧急情况通信和井下泄漏通信以及有线电视等各种通信功能与调度控制中心的通信网络相连接。矿井通信系统的信息化要求比较严格,是整个调度信息化建设中技术难度最大、维护要求最高的部分,也是调度指挥中心与矿井联系的重要通道。 5、经营管理系统 经营管理系统虽然与煤矿生产没有直接联系,但也是煤矿生产经营的重要调度通道,主要是借助计算机技术等信息化技术实现矿井办公、生产经营管理、能源管理、技术管理和事务管理自动化,通过完善的经营管理实现了煤矿生产与经营的信息互通,保证煤矿企业的顺利发展。 二、煤矿调度信息化建设的作用 煤矿调度信息化建设保障了煤矿安全稳定生产,为企业发展提供了有效平台,在实际运用中,主要具有以下三个方面的重要作用。 1、实现了煤矿生产的实时监测 调度信息化建设最为直接的作用就是通过各种通道之间的信息传输实现了对煤矿生产运行状况的实时监测。在煤矿的生产运行中,调度信息化系统可以通过煤矿生产运行的各项数据,建立相应的图形曲线,对煤矿生产的各个环节状况进行直观的展现。瓦斯信息管理系统是调度信息化建设的重要部分,它可以通过远程客户端以地图或者是表单的形式实时的监测各个矿井不同工作面中的瓦斯浓度、变化趋势及信息判断;可以对各项监测设备工作状况、主扇风机、掘进工作面扇风机等主要通风设备开停状态及主要矿井巷道的风量、风向、风压等主要参数进行实时监控,从而发挥监控功能。 2、实现了煤矿生产信息的可视化展现 调度信息化系统通过终端监测、实时传输和控制中心分析等步骤,可以实时了解煤矿的生产状态,在获得这些信息的基础上,通过结合信息技术,对这些信息进行系统的分析和把握,以此为基础对后续的煤矿生产进行科学的设计。比如可以在数字采掘工程图上进行采区设计、工作面开采设计和生产设计,直接调用各种图形和数据库信息资源辅助生产设计,实现调度信息情况的共享使用,指导煤矿生产,从而极大地提高了煤矿生产的效率和科学性。 3、实现了煤矿安全生产状况的调度 调度信息化建设还有一个重要作用就是实现了对安全生产工作的调度,借助信息技术,调度信息化建设可以集通风、瓦斯、采掘、地质、生产、安全、煤外运等多种功能于一身,从而建立了安全调度管理信息数据库,可以随时查看和调用信息,实现了安全生产信息的实时查询,并可以利用信息技术对数据进行分析、汇总和判断,从而做出更好的生产决策。 三、结论 综上所述,调度信息化建设是煤矿生产的重要发展趋势,通过深入分析调度信息化系统构成,以及对调度信息化发挥的作用进行简要的论证,从而对煤矿调度信息化建设进行了初步分析,有利于推动煤矿企业安全稳定的生产和运行。 生产调度论文:刍议煤矿生产中的调度工作 摘要:在煤矿的管理中一个重要的组成部分就是煤矿的调度工作,它是保证煤矿安全生产的中心。然而作为煤矿的综合管理部门,调度室就发挥着重要的作用,他们运用现代化的煤矿通信技术,保证部门之间的沟通与联系,确保在发生意外事件的时候能够在第一时间对事件进行全面的了解,以最快的速度解决出现的问题与状况。从而确保整个煤矿的安全生产工作顺利进行,保障煤矿的利益与矿工的人身安全。 关键词:安全生产 煤矿调度 发展趋势 一、目前煤矿中的状况 作为国民经济中的基础产业,煤矿产业在我国近五十年后的能源消费格局不会有太大的变化。在建国之后的时间,煤炭工业得到了飞速的发展,煤炭产量也是逐年提高,在煤矿安全生产方面也有了很大的变化,不过安全形势还是很严峻。就目前来看,伴随我国经济的进一步发展,又进入到一个高速的增长期,因此对煤炭的需求就更加的迫切,这也间接的导致了更多的非法不合格的煤矿产生更多的安全事故。据相关数据统计,近几年每年在矿难事故中伤亡人数有上千人。 在目前来看,我国煤矿中的一些问题主要表现在以下几个方面。 1.1很多违规的企业与组织生产现象相对严重,只重视生产却忽略安全。个别的煤矿在安全教育与安全措施方面没有落实清楚,很多煤矿生产环节中的安全隐患没有得到有效的排除或者控制。这样就在很大的程度上造成了煤矿事故发生的概率。 1.2没有更好地落实安全生产责任制,有些管理人员与干部不下井,不重视煤矿安全,缺乏责任心,没有严格执行相关制度,各种责任制成了摆设,没有有效地落实。 1.3在企业管理方面技术落后,力量薄弱。很多煤炭企业的管理人员与技术人员严重流失,这样导致技术方面的问题不能解决,产生诸多的安全问题。 1.4很多企业为了保证产量,无视八小时工作制,要求加班加点的工作,这样在高强度的工作中更易发生安全问题。 1.5没有严格执行煤矿安全方面的管理制度,进行很多非正常的开采方式,违章爆破等,忽视安全问题。 1.6很多企业违反规定招收临时工甚至是童工,这些人因为缺少相关技术方面的培训,因此在很大程度上增加了安全问题的发生。 1.7相关部门监管制度落实不严,没有得到有效地监管,致使企业的违规现象频频发生,安全隐患没有有效的排查。 1.8虽然国家和相关部门企业制定了很多制度,但是很多都成了摆设,在实际的工作中严重缺乏落实,执法部门执法不严格,行贿受贿现象严重。 1.9煤炭被定义为主体能源,但是很多政策相对于煤炭行业来说,还是缺少一定的优惠性,这样就会加重煤矿的负担,造成安全生产问题的忽视。1.10在这么多的煤炭事故发生原因中,最重要的一点就是煤炭的贮存条件,这是不能改变的事实,导致采矿中很多困难的出现,也就相对产生很多安全问题。 二、矿区通信技术 在煤矿的生产中,需要对煤矿的生产有一个整体的调度,需要有一个适宜煤矿调度的通信方式,这就需要对煤矿调度通信网络加以建设。很多的煤矿在总调度以及各矿调度上不能形成一个完整的全套的安全生产指挥系统,这样就会在很大程度上出现沟通不及时的问题。目前这种通信是不够完善的,跟不上现代化煤矿建设的步伐,也不能达到煤矿安全建设的要求。这种状况主要表现在两个方面,一个是调度功能与机制过于单一,组网的能力过差,另一个是缺少有针对性的统一规划,设备的缺乏,不能形成一个有效的综合调度指挥系统。针对以上出现的两个问题,要分别加以有效的解决才是确保煤矿安全调度工作顺利进行的有效方式。 根据煤矿调度中通信技术占有的重要地位,煤矿中的通信技术建设要应用一个一体化的网络概念,采用一个一体化的平台,建立网络管理中心,形成针对数据、电话和视屏的综合性接入网络,集合多种形式的网络,对各方面的数据进行有效的监控,确保避免在每一个环节中安全问题的产生,形成一个一体化的网络指挥系统。 三、调度工作进行的原则 3.1计划。在现代煤矿生产活动中,都是按照上级部门反馈的信息来进行制定适合本矿实际发展的计划,如果在计划制定后,每一个环节或者部门不能按照计划来进行开采工作,那会影响整个煤矿计划的完成,调度工作的目标是完成生产经营作业计划,只有对矿井进行有效的统一的指挥调度才能确保整个煤矿安全生产的实现。 3.2信息反馈。调度工作不单纯是在问题与事故发生后的协调者,更是避免这些事故发生的协调者,有效的预料可能发生的问题与事故,及时采取有效的措施避免这些问题的发生,确保每一个环节的正常运作,才能实现煤矿的可持续安全工作。这需要煤矿调度人员及时的将可能出现的问题予以反馈,上层主管可以在第一时间了解到问题的原因,将数据统一进行整理、分析,确保能够主动地及时地作出判断,提出有效地额防御性措施,为安全生产创造条件。 3.3综合平衡。在之前的煤矿生产调度工作中,主要考虑的是生产之间的各种关系,但是没有针对现代化煤矿管理有效的实现煤矿调度,现代煤矿调度考虑的包括了正规循环作业中的指挥者,而不简简单单是生产中的调度,必须要求相关部门有一个宏观的调控,及时地分析整理数据,确保各项工作的合理安排与顺利进行。从煤矿的整体利益出发,综合平衡的原则是最有效的,能够促使企业不断发展。 四、开展创新性煤矿调度工作内容 针对于在现有制度中存在的问题,有以下几点工作内容。1)要足够重视煤矿安全调度工作,不能只注重工作的产量,更要注重质量与安全。2)落实相关的管理制度,加大有关部门的监管力度,保证煤矿的正常运行。3)加大科技创新的力度,运用高科技技术进行煤矿安全调度工作,提升工作效率。 五、总结 一个合理高效的煤矿调度工作制度的制定,是保证煤矿安全生产的重要前提,也是保证煤矿调度工作顺利进行的前提,它对于整个煤矿的发展有着重要的意义。现代煤矿的调度工作不仅有汇报制、分析总结制、调度会议制、领导值班制以及调度责任制,煤矿调度工作的日程中又加入了调度分析工作。 伴随着科技的发展,煤矿企业中各级领导与主管部门对煤矿的安全建设更加重视,对煤矿的调度工作也更加重视,这样就给煤矿调度工作的顺利进行创造了条件。从前的传统煤矿调度制度已经不能更好的适应现代经济的发展,在新形势新时期下积极的开展创新性煤矿调度工作已经成为重要的发展方向。只有针对煤矿的安全管理与整体发展进行有效的管理调度,才能准确分析与把握,才能为煤矿的安全生产及时提供可靠准确的消息,才有助于问题的解决,才能更好的适应市场经济下的发展需求,才能在最大程度上保证煤矿的安全生产,确保工作人员的人身安全,才能为社会创造更大的效益,为企业带来更多的经济效益。 生产调度论文:航天生产计划管理及车间作业计划调度问题的研究 [摘 要]随着我国经济实力的稳步提升,综合国力的不断增强,我国对于航天科技的发展也越来越重视。航天技术在实际应用中的领域不断拓宽,为此航天生产计划管理以及车间作业计划也在不断改进。由此引起的航天生产竞争开始不断增加。航天生产作为我国重要的生产单位,对于航天生产计划管理与其他产业的管理有着本质区别,本文通过对于航天生产计划管理以及车间作业计划调度的问题进行深入探讨,探索出航天生产企业形成科学合理的调度计划,进而不断提高航天生产企业的竞争力。 [关键词]航天;调度;车间;生产计划 随着我国社会经济的飞速发展,我国的科技实力也呈现出日新月异的变化趋势,其中航天科技的发展尤为明显。神舟系列航天飞船、嫦娥号系列探测器、天宫一号目标飞行器的出现,不仅展现出我国航天科技领域科技水平的不断提升,还显示出我国作为负责任的发展大国为世界航天领域所作的贡献。航天事业不仅要提高自身的科技含量和降低生产升本,还要形成具有完整的科学合理的航天生产计划管理以及车间作业计划的调度体系。 1 航天生产计划管理 由于航天生产自身的特殊性,决定了航天生产计划管理与其他一般生产企业不同。对于航天生产来说,其制造生产的零件属于高科技的零件,对于精密度的要求更加严格,而且比较其他生产行业来说,航天生产的数量相对较少,且对于零件的保密性要求较高。尽管所有的制造企业发展到今天,对于生产计划的管理流程都出现了太多过于相似的环节。 大致的流程都是客户提出订单,并制订详细的计划和要求。信息部门对于客户提出的要求进行分析处理,确定订单制作的可能性。如果企业满足要求,则会进入经营管理处进行专业的信息分析。信息进行专业的处理之后,交由制度部门根据本公司实际的生产计划进行统筹安排,然后确定具体进行生产的车垫和单位。车间单位根据实际的生产加工情况对信息进行反馈处理。 在生产落实阶段,首先是由计划制订部门将生产计划下派到车间以及技术部门进行生产统筹,之后通过车间调度室的调度进行各个零件的生产加工。在这些生产制造过程中,我们可以看出生产车间与技术部门之间的关系非常紧密,不仅技术部门对于生产车间有着指导作用,且生产车间在生产准备计划完毕之后还要将生产信息反馈到技术部门。 2 车间作业计划调度管理问题 就我国目前航天产业发展现状来看,我国的航天生产车间的作业计划依然存在很多问题。而这些问题出现的根源主要在于计划调度管理方案与航天生产的实际发展不相匹配。在航天事业发展到今天为止,其生产指导的企业大多数为老工业时期建立起来的,且各国之间由于竞争问题,导致航天生产经验相对保密,于是,很多过于陈旧和落后的生产技术与制造技巧依然沿用,有些车间作业计划调度的制订更是没有科学理论依据的个人经验。调度计划的制订存在很多主观性误区,导致调度不科学。 有的航天企业各部门之间的合作不及时也会导致车间作业计划调度出现管理问题。例如,技术部门没有及时对车间部门反馈的信息进行分析研究,导致没有及时对实际车间生产情况进行技术支持。计划部门为了计划而制订计划,往往忽视了实际车间作业的情况,对于各个车间的不同情况不能灵活地调整作业计划,而且统一实行相同的计划,这样就会引起各个车间的内部矛盾激化,导致整体的计划调度受到影响。为此,在实际的车间生产作业计划调度中,一定要根据实际的情况进行恰当的调度,客观公正地对问题进行及时处理。 3 车间作业计划调度问题的研究 3.1 基本问题 关于航天制造行业的车间作业计划调度问题的研究,我们一定要坚持从实际出发,将调度问题按复杂程度进行分类,或根据加工的特点进行分类。在调度的过程中要时刻保持动态调度和静态调度相结合,并根据具体情况进行具体分析。 3.2 研究分析 在对航天生产计划制造行业的车间作业计划调度问题进行研究分析时,可结合单行机与对行机之间的调度调整问题进行研究。首先,单行机调度最关键的部位在于取值问题的确定,在实际的运用中,通过将设备的取值问题进行调度,保证在运行时间能够最短的情况下对于调度进行必要的调整。尽管对于单行机的调度调整十分简单,但也要重视可能发生的突发情况。例如,在进行并行调度时,如果M和N两个值进行适当的调整,在两个值相等的情况下,可将这两个值认为是等值标准。如果一个值较大时,这种情况下进行调度的分配就比较简单,通俗来讲,就是当工作环境中的员工大于工作任务量的时候分配是比较简单的。如果这个值变小,那么就需要在车间生产的过程中进行必要的调度。当然,在实际生产生活中的调度问题不会这样有规律,所以对于调度问题的实际情况进行分析时,一定要学会选择不同的调度系统。 4 结 语 随着我国社会经济的飞速发展,我国的科技实力也迅速提升,其中航天科技的发展尤为明显。神舟系列航天飞船、嫦娥号系列探测器、天宫一号目标飞行器的出现不仅展现出我国航天科技领域科技水平的不断提升,还显示出我国作为负责任的发展大国为世界航天领域所作出的应有贡献。航天生产计划管理与其他产业的管理有着本质区别,本文对于航天生产计划管理以及车间作业计划调度的问题进行了深入的探讨,探索航天生产企业如何形成科学合理的调度计划,进而不断提高航天生产企业的竞争力。 生产调度论文:生产调度管理系统常见问题及对策探讨 摘 要随着商品经济的不断发展,生产调度与商品经济有着不可分割的关系。在卷烟行业,生产调度对卷烟生产过程进行统一的协调、指挥,保障生产相关部门和工序能够流畅的按照工艺要求进行生产,促进了卷烟生产的自动化、信息化和智能化。但是,当前行业生产调度管理依旧存在部分问题。因此,文章通过对卷烟生产调度管理当前所存在的问题进行分析,并探讨了可供采取的对策,以期通过文中的分析有效提高卷烟企业的生产调度水平。 【关键词】生产调度管理系统 自动化 常见问题 对策 1 生产调度系统概述 生产调度系统是使企业内部各个专业管理部门之间能够综合协调,发挥整体功能所要建立健全的生产经营管理系统。由于现代工业企业,生产环节多,协作关系复杂,生产连续性强,情况变化快,当某一局部发生故障,或某一措施没有按期实现,往往会波及整个生产系统的运行。加强生产调度工作,对于及时了解、掌握生产进度,研究分析影响生产的各种因素,根据不同情况采取相应对策,使差距缩小或恢复正常是非常重要的。生产调度系统以生产经营活动为工作对象,由许多主次关联要素、环节、环境、条件等集于一体,具有计划组织、指挥、控制、协调,以及综合信息的特定功能网络系统。其特点是多能级的大系统,企业调度具有微观管理控制功能和目标。 在烟草行业内部一般按四级管理国家局、省局、国有烟草公司、生产烟草设置能级调度。使其由下而上和上下一致都具有生产经营目标,以专业管理所具有的生产经营指挥和综合信息中心形成神经系统。这个系统,通过相互分工的作用发挥,扩大形成各能级活动的大系统,从而层层保证逐级目标汇集起来的总目标得以实现。通过生产调度管理系统的实施,对烟草生产中所出现的问题以及变化进行及时的掌握,并根据不同的问题采取及时有效的针对性措施,确保烟草行业整个生产流程的高速运作,从而达到烟草行业生产前所制定的预期目标。 2 卷烟生产调度管理系统中的常见问题 2.1 生产调度系统内信息分散 卷烟生产计划指标受国家烟草专卖局的总量控制,然后给各烟草集团分配各自的生产额度,这是卷烟生产调度的第一层次;第二层次为各集团根据卷烟生产总量和卷烟利税目标对计划指标进行分解,需要综合考虑品牌战略、平衡各生产厂的产能、人员、原辅材料等诸多因素。第三层次为各生产厂的月度生产计划,由集团根据销售预测情况制定各生产厂的月度生产计划,月初工厂基本能按计划进行生产,但到每月下旬时,生产计划需要根据市场销售反馈情况进行调整。 正是由于诸多层次的原因导致了生产调度系统所获得的信息都存在一定的孤立性,从上一层所得到的信息传递到下一层都有很大的延迟,同时由于使用的软件和衡量的依据会有所不同,不同的烟草生产厂往往不能通过同一系统来知晓生产实时信息,更多的依赖于电话或手写单据汇报的方式,进而导致生产调度指令可能会出现判断错误和达到速度偏慢的现象。同时由于信息的不完整、不统一、不及时等诸多问题会对企业的生产经营产生很大影响,同样也会造成整个生产调度系统处于应急状态,相应的原材料没有及时安排到位,会延长整个交货期,致使货物不能够按时送达。 2.2 生产调度系统存在的弊端 传统的生产调度以事前调度为主,就是事先根据产能、工艺要求将生产计划进行分解,先分解到生产车间,再从车间细化到生产线、生产工序上,实际生产时,各生产车间和班组按预定节奏组织生产。在卷烟销售越来越趋向市场化的今天,面向订单生产和供货对于卷烟企业是必然,生产调度要适应订单随时变化的需要,以更好的响应客户需求。然而在烟草生产中,往往会产生很多的半成品和原材料,那么烟草企业就需要对半成品进行计量称重,但我国的流程型企业在计量中都存在一个通病,即输入电脑的计量数据往往不能与生产调度系统实现数据共享,进而导致了记录人员的多次重复计量生产数据,使工作变得复杂、繁琐,这一弊端会造成企业生产系统的拖延,进而导致生产调度系统的错误判断,造成不可估量的损失。同时,由于目前的生产调度系统并不能够真实的反映出实际生产过程中所出现的不确定性,而在现实生产中不可预测的扰动经常会导致智能算法的最优解决方案不能够很好的执行。如果依照这些算法进行生产计划的安排,相应会造成正反馈的累积效应,促使生产计划越来越与实际脱轨。 2.3 生产调度系统管理能力薄弱 上世纪九十年代末期以来,卷烟企业通过在生产自动化、管理信息化方面的持续建设和探索,能源监控系统、安全及消防监控系统、生产物流仓储自动化系统、MES系统、ERP等系统相继建成并完善,这些系统对于固化生产管理流程,提高生产和管理效率起到了很大作用,将企业的自动化生产水平、信息化应用水平提高到了一个全新高度。然而,在当初建设这些系统时,很多企业并没有全面系统的规划,只是根据特定时期的重点需求进行建设,在各系统间的业务流程衔接方面并无统一规划,在后续因信息共享的需求而进行集成也大多仅仅停留在信息层面的集成,并没有过多的考虑在业务层面进行无缝对接集成,导致在生产调度时系统间的协同性有待加强。 3 对卷烟企业生产调度管理系统相关问题的改进措施 3.1 利用智能排程调度软件,分层次调度 卷烟生产计划从国家烟草专卖局到各省级公司、各集团下属工厂、再到生产车间的分解是一个多层次的过程,由于各层次对计划指标的关注要点各不相同,因此各级的计划分解应考虑在各级的业务系统上实现。在集团层面,通过集团ERP系统的订单或计划管理模块将生产计划指标根据利税目标解为各品牌规格的计划数量;然后通过集团排程软件将集团生产计划分解为各下属生产工厂的生产计划,各生产工厂又通过工厂排程软件进行排程,分解为各生产线工艺段的生产工单。 通过多级排程调度软件,将各个层次的生产计划进行关联,上一层级的排程输出作为下一层级的生产计划输入,在生产计划指标发生变化时及时对后续层级的生产计划进行滚动排程,解决了上下层级计划联动脱节和滞后、难于跟踪等问题,同时可促进生产相关人员在生产管理过程中,能更好的实现计划与执行的统一,并确保生产全过程可跟踪。 3.2 以自动调度代替人工调度 传统生产计划和调度管理多通过人工对计划进行分解,人工进行MRP运算,再根据库存情况安排物资供应计划。对于生产线上工艺段和工序的生产,则常以纸质工单下发,或通过信息化手段将工单录入生产指挥系统。由于生产计划处于变化中,相应的MRP运算及物资库存信息、物资供应计划均随之处于动态变化中,全靠人工运算和指挥生产,容易出错且效率很低,与卷烟生的先进反差很大。因此,在通过智能排产软件对生产计划进行分解排程后,对于生产线工艺段和工序的生产工单,可考虑采用自动调度系统替代人工调度,降低相关人员的劳动强度和提高调度效率和调度准确性。通过自动调度软件,实现工单的自动下发,实现前后工序一致性检查,生产参数包智能匹配和自动下发;对于生产调度规则应用时需要的必备信息:如工单状态信息,成品/在制品库存等信息,则通过自动化数据采集软件实时对生产现场数据进行采集,并实时反馈给生产调度系统,通过对自动化调度软件的的不断优化完善,建立起动态控制系统,逐步实现智能调度和智能化生产。 3.3 对业务进行优化集成,实现协调调度与生产 在规划建设系统时,将生产计划调度管理相关的业务在各系统之间的流程梳理清楚,并尽可能的进行优化,在使流程满足管理需要的基础上,进行优化,定义好各集成系统间的信息和流程边界,为最终实现多系统、多部门、多工序之间的协同调度系统打好基础。比如,在MES系统与制丝生产管控系统、配方物流自动化系统之间,可将叶片处理工段的生产进行有效协同,传统方式为MES分别下发工单给制丝和物流,先由物流按工单出库,再由制丝和物流进行任务校验后启动开包切片生产。再对业务和流程充分集成后,可考虑如下流程:将配方物流看作是制丝切片处理的前置工序,配方库出库任务由制丝发起备料请求后触发,MES只发送切片工单给制丝管控系统,制丝管控系统根据工单顺序,提前向配方物流发送出库备料请求,配方物流投料至缓冲区备料就绪后,向制丝发送物料就绪信号,待制丝发出送料信号,缓冲区烟包自动输送至开包切片工序处理。 4 结束语 生产调度管理系统是卷烟生产的核心业务,通过对生产调度管理系统的现状,存在问题及对策进行分析探讨,通过构建多层次的计划排程软件、自动调度系统、业务集成和协调调度,可以有效的提高生产计划调度、工单调度效率和准确性,并对业务集成形成支撑,最终向智能调度、协同调度发展,从而促进卷烟生产企业效益的有效提升。 生产调度论文:流程企业生产调度系统管理的问题与对策 【摘要】随着科学技术的不断进步,在我国企业中占有重要地位的流程型工业企业也因为产品创新上的差异以及质量上的差别越来越小,开始更加关注于生产运作管理上的差别。作为协调生产流程及运作的最有效工具生产调度系统正逐渐成为流程型企业关注的热点及重点。然而由于流程型企业的生产往往有多目标多生产因素所共同影响和制约着,甚至还涉及到批处理等问题,如何能够更好地协调企业生产,提高生产效率同样也是流程型企业生产调度系统所要解决的问题。而当下我国流程型工业企业的生产调度系统管理还存在着诸多的问题,本文通过对流程型企业生产调度管理系统进行分析,归纳总结其存在的问题,并探究其解决对策。 【关键词】流程型企业 生产调度系统 问题与对策 一、引言 当下,我国流程型企业都是按照生产工艺流程进行生产,往往有多个制造部门和单元,期间可能会经历连续生产、批处理等过个过程,而往往连续生产要根据生产工艺流程进行,而批处理等为了节约能源、降低费用要进行集中处理,这样就造成了生产中半成品的存放问题。而由于批量连续生产导致工序和工序之间的衔接是否紧密,而不同产品之间可能会有通用的设备,如此以来生产产品的排序以及设备的分配都变得十分复杂。 作为流程型企业生产调度最基本的工作就是订单排序和设备分配以及实时生产情况。生产调度系统反应的信息能够第一时间反应给生产运营管理者作为生产的第一手资料和排产的最根本依据,是协调企业管理层和生产层之间最重要和有利的桥梁。然而我国的流程型企业生产调度管理系统还存在诸多问题,什么样的问题该被高度重视并解决也是流程型企业待解决的问题。 二、流程企业生产调度系统管理的问题 随着信息技术引入到企业生产中,对于流程型企业最初的依靠人手工抄写生产数据的时代逐渐被取代,大数据进入到企业中。当今流程型企业往往从物料需求计划、生产计划、生产执行计划以及销售等都采用相应的办公系统。但是很多流程型企业并未因信息技术的发展提高企业自身的生产效率,却反倒因为每天还要填写软件中的数据给企业生产调度系统造成了更大的麻烦。从流程型企业实际生产运行的角度分析,总结出流程型企业生产调度系统管理有以下几方面的不足。 (一)生产调度系统内信息分散 由于流程型企业由多个不同的生产车间单元组成,而每个车间有其自己的生产性质和工艺要求,导致不同的生产车间所需要的质量控制和计划要求都大不相同。正是由于这个原因导致流程型企业生产调度系统所获得的信息都存在一定的孤立性,从上一道工序处所得到的信息传递到下一道工序处是有很大的延迟,而由于使用的软件和衡量的依据往往不同,不同的生产车间往往不能通过同一系统知晓生产实时信息,而是通过电话或手写单据汇报,这就导致了信息的流通,严重时,可能会导致生产调度指令的判断错误以及到达速度的缓慢。 (二)物料计量系统存在众多弊端 由于流程型企业生产流程中会产生很多半成品以及原材料,往往经历批处理以及连续生产等多个环节,那么对于流程型企业,往往要对半成品等进行计量称重。由于生产材料的不同,需要数量的差异,往往使用的称重设备也有很多种类型。对于机械均衡器、电子秤以及千吨轨道在流程企业中都比较常见,但是这些计量器具称重的范围和要求的精度有很大的差距,导致其记录的方式也有很大的不同。有的计量器具采用手工填写单据的方式实现计量的登记,有些计量器具采取输入计算机的计量系统来实现数据的记录。在我国流程型企业中存在着一个计量的通病,就是输入电脑的计量数据往往不能够在企业生产调度系统中实现数据共享,从而导致数据记录员需要重复多次记录生产数据,无法实现高效的生产效率反而使得工作变得冗余、复杂。企业计量系统的问题导致流程型企业往往在检斤程序增加了不必要的时间,并造成了企业生产系统的拖延,导致生产调度系统的错误判断。 (三)生产调度管理能力薄弱 流程企业在当前的生产运作管理中越来越重视自身生产调度系统的管理,并且往往都建立了本企业的生产调度管理团队。但是由于管理办法的落后,系统资源不能共享等原因,导致流程型企业生产调度管理往往都是运用着先进的软件进行数据的简单键入和记录,并没有实现运用信息系统对数据进行共享和实时分析,并运用生产数据制定相应的科学合理的物料计划、生产计划以及生产执行计划等。没有运用当代生产调度系统管理实习企业低成本高效的生产分配。 三、流程企业生产调度系统管理问题解决建议 从流程型企业生产调度系统管理存在的问题可以发现,若要解决流程型工业企业生产调度系统的问题,必须以企业生产调度系统作为一个整体,对其生产系统的各方面记录能力以及生产调度系统管理人员的能力进行全方位的调整。在本小节,最先从生产调度系统的内部信息入手,结合MES理论建立起生产调度系统,来解决生产调度系统信息孤立和计量系统的弊端,最后从生产调度系统管理团队的人员培养角度出发,从而全面的解决了企业生产调度系统管理中的问题 (一)引入MES系统于企业中 所谓制造执行系统就是建立在企业最高层次的生产计划和作为车间生产层的控制系统之间的面向车间的生产管理技术与实时信息系统。制造执行系统,往往可以结合一个企业的订单分配、设备跟踪与分配、库存情况、物料流通情况、企业产品质量管理以及人力资源等多个方面的性能,所以它能够很好的解决企业各个部分信息的问题。 然而,对于流程型工业企业,由于企业生产产品及属性的不同,会面临着不仅完全相同的问题,所以流程型工业企业应该针对相应的问题,然后以解决信息分散为目的,制定相应的MES系统。引入MES系统的流程型企业可以填补出我国在工业企业中的信息分散问题,针对于企业最高层次的生产计划以及企业车间层的生产执行之间的中间指导层。这样就解决了企业信息分散的现象,将其即成为一个数据支撑平台并能给直接反应给生产执行层。 (二)建立计量系统均衡器 对于流程型企业的计量管理而言,要实现计量系统的全面平衡就需要对流程型企业的各类计量器具进行统一的盘点,为实现流程型企业计量管理的系统化及资源共享创造一定的条件。要实现计量以及能够自动打印票据,制定相应的计量标准,实现硬件设备能够实时更新并快速上传计量数据的基本要求,从而避免计量数据的孤岛现象。 从原材料的入库和成品的计量可以单独作为一个整体并入到系统中,这样能够保证流程型企业的总体材料的平衡。而对于半成品材料的计量一定要保证能够实时在生产调度系统中有所体现,并且能够作为MES系统中,这样才能够实现计量的统计和分析情况。而对于计量系统,要设立均衡器系统,实现计量仪器仪表上数据的自动流转,从而降低人为操作所导致的信息延迟,并能够很大程度上避免信息所导致的解决失误。 (三)构建和谐的生产调度系统管理团队 首先要确立生产调度团队的目标,并建立起相应生产调度管理的宗旨、指导思想以及行为准则。对于任务要严格按照“计划”、“执行”、“检查”、“行动”循环来执行,要合理的分配项目的轻重缓急。在生产调度管理团队完善的基础上,要对生产调度的具体过程设立不同的执行标准和要求,比如生产现场要采取5s管理。 对于生产调度管理团队的人员素质也要有一定的要求。调度管理人员要保证生产信息的准确性,对生产任务要进行随时的跟踪和反馈,并清晰的生产调度管理的各个层次。 对于生产工艺和流程的要求,要做到对生产工艺随时监控,保证生产工艺在规定的范围内进行,并对工艺故障的预防和应急建立起相应的措施。对于应急措施要建立其分级别的处理方案。 对于生产调度管理团队的重中之重就是如何最大限度的提高企业设备的生产效率,那么就要求生产调度系统人员能够在完全熟悉了生产工艺流程的基础上,能够随时准确的把握各个部门的生产信息并能够运用科学合理的手段对于生产计划的执行编制合理的生产调度计划。 生产调度论文:半导体生产线调度与仿真系统与MES系统集成设计与实现 针对半导体生产线计划与调度特点,结合半导体MES生产制造执行系统数据库结构设计半导体生产线调度与仿真系统,实现与MES系统的有效集成,使两系统间的数据实现同步传递并相互验证。 【关键词】半导体制造 调度与仿真系统 MES系统 系统集成 1 生产线调度与仿真系统总体设计 由于半导体生产线制造活动十分复杂,而且在实际生产中往往对决策时间有较高的要求,因此考虑使用离散事件仿真技术设计实现模拟仿真调度。其基本原理是:在调度规则的指引下,建立仿真模型并在制造系统的仿真模型上试探性的经历整个加工过程,记录过程中各个对象的状态变化以及导致状态改变的事件,形成调度方案并统计性能事件。 结合半导体制造特点设计完成生产线调度与仿真系统,主要由数据库子系统、仿真调度子系统和性能分析评价子系统这三个系统组成。数据库子系统与企业MES系统相连,通过不断更新为仿真系统提供实时仿真数据;仿真调度子系统用于建立半导体生产线模型并依据企业定制的调度方案对半导体生产线完成仿真,从而获得可用于指导生产实际的调度结果;性能分析评价子系统根据仿真得出的调度方案输出性能评价结果,以便分析评价之用。仿真调度子系统和性能分析评价子系统通过数据库耦合达到交互信息的目的。 2 生产线调度与仿真系统与MES系统集成设计 2.1 生产线调度与仿真系统的数据获取 企业MES数据库记录了生产线上产品和设备的全部信息,仿真系统从MES系统中抽取相关数据构建仿真数据库,该数据库主要包括实时信息和历史信息。实时信息描述生产线上所有设备当前时刻状态,在仿真过程中它描述了仿真的起始状态,因此,在每次仿真开始前,需要将设备的实时状态信息从MES系统中更新到仿真数据库中。历史信息主要记录了仿真时涉及的产品和设备信息,包括产品的工艺流程、加工时间以及设备的设置、维修保养时间等相关信息。考虑到仿真程序的效率,采用Access作为调度与仿真系统数据库子系统的数据库引擎,更好地满足仿真的需求。 2.2 生产线调度与仿真系统数据接口实现 数据接口的实现主要包括两部分:接口定义、接口实现。接口定义指的是将数据接口的功能通过方法声明在代码中罗列。接口实现指的是根据接口定义,对每一项功能进行具体的代码实现。数据接口定义与数据库的物理表一一对应,而接口实现则可看作为数据层在软件层的软表。接口实现类是作为对数据层数据的缓存。加载程序对软表再加工,使之组织成基础模型。 根据半导体生产企业实际调度特性在生产线调度与仿真系统内搭建6个生产模型:MiniFab、HP24Fab1、HP24Fab2、HP24Fab3、BL4、BL6,每个模型的生成都是由统一的建模程序来动态生成的,每个模型对应一个数据库。不同结构的数据库,在软件层都有与之对应的一套数据接口定义,为了更便捷的抓取MES系统数据,仿真系统的6个模型设计采用同构数据库,所以在此部分的实现只针对标准数据结构的代码实现。 数据接口用作仿真模型对数据层的读取与写入,有数据软表(即仿真模型内部表)以及加载算法。加载算法读取当前模型标识,选取指定数据库,将MES系统数据载入内部表;在写入方面,也是先将MES系统数据写入内部表,再写入数据库。载入过程发生在仿真模型开始仿真之前,写入过程发生在仿真结束之后。加载流程见图2。 FabLoader是工具类中用于加载模型的类,首先由它发起加载MES系统设备表的请求。TableSet类是数据表的集合,通过它可获取当前模型数据中的任意表。TableSet通过GloabalVal查询当前何种模型在运行,之后TableSet根据当前运行模型的标识,选择对应的EquipmentTable生成实例,最后FabLoader得到该实例。FabLoader调用EquipmentTable的load方法生成Equipment实例,将其放入基础模型,继续加载模型其他部分。 3 结束语 通过生产线调度与仿真系统与MES系统的有效集成,实现了半导体生产的可视化管理,管理人员可事先确定用于生产实际指导的优化调度方案,并对设备的占用情况及瓶颈状态的变化进行预测,提高设备利用率,达到提高产能的目标。该系统现已投入生产运行并取得了良好效果。 生产调度论文:基于混流生产的优化调度及实现 摘要:混流生产在产品生产过程中有多个加工和装配操作,优化过程是如何在多个加工设备和装配设备上进行调度,使产品加工时间最短。本文建立了混流生产合作博弈调度优化方法,通过对问题的分解和agent间的合作博弈调度,采用实验对算法进行验证,得到了满意的效果。 关键词:agent;混合流水生产;调度;合作博弈 1 研究背景 混合流水生产包括零部件加工和产品装配过程。一件产品通常都由多个零部件装配完成,而零件可以在多套生产设备上加工完成,装配过程也是在多套装配设备上完成。对于拥有多个无差别的生产和装配设备的工厂,如何缩短产品的生产时间一直是重要的研究方向。 2 问题原型 如图1所示的产品及结构,需要经过多个加工与装配机器进行生产,研究的目标是怎样把零件分配到不同机器上加工和装配,可以边加工边装配,达到产品的makespan时间最短。 3 复杂结构的分解和简单结构图的调度 对于结构复杂的产品,都可对其结构图进行分解,获得多个简单图。简单图满足每个度大于1的节点不超过一个度大于1的子节点,也就是每层不超过一个装配节点。对图1中A3节点分解,得到根节点为A1,A2和p5的三个简单图。如图3所示。 每个简单图的调度都使用一个agent代表。对简单图可以通过合理的调度算法得到最优结果。对于一个制造系统,假设有m台加工机器和q台装配机器,可以采用底层优先算法,获得makespan最小的最优结果。算法顺序如下: 1)加工过程工序安排:按照树的层数从底层开始,由下往上,同一层的加工工序按照时间由大到小顺序优先安排到空闲的加工机器上; 2)装配过程工序安排:由于简单图每层最多只有一个装配工序,在其子节点工序都完成情况下,按照树的层数从底层开始,由下往上的顺序安排到空闲的装配机器上。 4 多agent调度 每个简单图的调度都是用一个agent来,每个agent的独立调度通过底层优先方法得到,但全部agent受到产品整体逻辑关系的制约,非简单线性关系,因此多个agent之间进行的整体调度是问题关键。 考虑到各agent之间的关系,首先是竞争的,但同时也必须进行合作。因为资源有限,各agent都以自己的任务尽快尽早结束为目标;同时,受限于产品结构,不是所有agent都可以不受约束在任何时间点开始生产,有的必须等别的agent生产结束后才可上线生产,因此agent间也必须存在合作,各自都要服从在机器上时序的安排,最终达到目标的整体最优。 对于多agent的调度是研究的重点,本文采用多agent合作博弈的方法,具体算法如下: 1) 将所有agent分成三个集合:A是已参加博弈集,B是可选集,C是不可选集。可选集表示其前期工序已完成;不可选集表示受产品结构制约,其前期工序未完成,暂时不可进行调度。 2) 在调度过程中,依次增加进入A集合的agent个数,每次迭代过程只允许增加一个,直至全部agent都进入A集中。在最初,A是空集, B是能够直接加工无其他前序工序约束的所有agent集,调度开始后,依次对B中的每一个agent单独进行调度,选择B中makespan所需最长的那个agent加人A集中,然后更新集合A,B和C。以后每次迭代过程中,都是从B集中挑选一个agent加入A集。方法是将B集中的每个agent与A集中的agent分别合在一起做调度,在A中已存在的顺序不变情况下,将B中agent安排在A后面再调度即可,联合调度所需时间最长的agent的进入A。 3) 一旦B中有agent进入A,就需对集合A,B,C更新。 4) 在集合A内部的博弈也是个反复的过程,经过多次迭代优化,如果结果稳定就继续从B集中挑选一个合适的agent加入A集。一旦B集为空,则整个调度过程结束。 5 实例分析 对如图4产品结构先进行分解,得到多个agent,然后再进行优化调度。设定生产设备和装配机器都是2台,得到如图5调度结果,可以得到问题的最优调度,且机器的工作负载均衡。利用本方法对多种产品结构进行调度,都能够获得满意结果,对于产品结构更复杂,机器数设置更多的情况,可以判断出至少得到次优结果。 6 结论 在混合流水生产过程中,要经过多道加工工序和装配工序的复杂产品的生产,其调度具有多目标特征,本文采用合作博弈的方法基本可以较好的解决makespan最优的调度问题,实验结果也验证了本方法的有效性。同时,也可以采用本文提出的调度方法来解决类似于机器负荷均衡、装配件消耗均衡等其他问题。 生产调度论文:基于MES的化工生产调度系统研究 【摘 要】MES系统是当前企业信息化研究与应用的热点之一,本文以一无机磷酸盐化工厂的生产调度为研究对象,针对化工生产工艺流程连续,工艺过程伴随着复杂的物理与化学反应,工艺机理复杂,加工单元相互关联,影响因素多等各种加工过程的不确定性这些问题,设计了基于MES的化工生产调度系统总体架构、结构组成以及工作流程,对有效解决计划管理层与生产控制层之间的数据传输与通信问题,提高生产效率、合理调配生产资源具有很好地指导作用。 【关键词】制造执行系统;MES;生产调度 0 研究背景 白沙河无机磷酸盐化工厂近年来先后引进和开发了一批节能新设备,处理了固废难题,又设计并成功投产了利用废热生产蒸汽的装置,在降低成本和节能方面在国内属先列。但是,和国内大多数化工厂一样,该厂也还处于传统型的生产管理模式,主要依靠调度员的经验去分析应对各种情况,控制层与调度层独立分开,管理部门、生产车间对生产过程不可监控,生产过程对车间调度员能力、工作主动性依赖较强,这种没有信息系统支持的传统生产管理方式,对生产过程的了解往往是局部的、粗略的、滞后的,更谈不上对生产过程的控制,所以,为了更好地合理利用资源,并且迎合工信部近年开展的两化融合行动,加入制造执行系统(Manufacturing Execution System , MES),摆脱传统生产管理模式,实现对整个车间制造过程的优化是非常必要的。 MES是一些能够完成车间生产活动管理及优化的软硬件集合,这些生产活动覆盖从订单发放到出产成品的全过程[1]。根据ISA-95标准,可以看出企业信息化的整体架构以及MES在其中所担当的角色,如图1所示: ERP是对整个企业或企业集团业务的管理,是对企业整个运营资源(人、财、物)的管理,强调物流、资金流的统一,所以它无法直接与底层生产控制系统连接起来,而MES作为面向车间生产的管理信息系统,便成为了ERP和车间控制底层之间的一座桥梁,从计划层(ERP)获取生产计划(生产订单),将细化的生产任务传递给作业人员,或将控制指令下达给流程控制层,同时从作业人员或流程控制层收集现场信息,反馈给计划层[2]。 根据MESA对MES的功能定义,MES的功能包含制造资源分配与状态报告、详细工序作业计划、生产调度、车间文档管理、数据采集、人力资源管理、产品跟踪、业绩分析等。而生产调度则是制造执行系统的一个关键模块,在满足资源约束的条件下,均衡生产过程中各种生产资源;要在不同的生产瓶颈阶段给出最优的生产调度计划;要实现快速调度并对需求变化做出快速反应。 1 需求分析与存在问题 白沙河无机磷酸盐化工厂总共有五个车间,其中一个黄磷车间所产出的黄磷是作为原料供应给其他几个车间,其他各车间按照下达的订单要求生产出符合买家要求的不同标准的产品,生产时所需要的燃料均为黄磷生产中所产生的煤气,各反应中需要用到的大量蒸汽一部分也是由以煤气作为燃料的燃气锅炉提供,整个生产过程会受到这些条件的限制。 1.1 生产情况与存在问题 (1)由于订单标准的不同,生产产品的过程中可能存在这一批生产完结后,该生产线要调整到下一批订单的标准时,需要花费几小时甚至几天来调节,所以最初的排产调度计划就需要经过合理的计算来进行时间和成本的控制。 (2)化工生产的能源消耗非常大,而此前的燃煤锅炉由于环保以及其他因素已经弃用,现全由黄磷生产过程中产生的大量煤气来提供所有车间的燃料供给,而且化工产品生产条件极为苛刻,反应温度稍微改变,产品质量就会受到影响甚至生产出其他的产物。煤气炉的贮存空间有限,黄磷车间源源不断的送气,其他又在持续不断地消耗,于是能源方面的调度尤为重要,所以生产过程中的调度也是一大问题。 (3)生产装置出现故障,以及生产过程中当检测到炉内渣过量时需要停机清理,各种因素造成与原有的生产计划任务脱节等。 1.2 功能需求 生产调度系统应满足以下需求: (1)信息需求 MES系统是一个面向车间的实时信息系统,它要求把车间所有信息能实时反映出来,调度数据以MES系统数据为基础,因此及时、准确地实现信息的共享与集成是基于MES生产调度系统的核心。 (2)功能需求 功能需求体现在如下两个方面: 第一,生产车间接收到管理部门下达的生产任务,根据生产能力,库存信息,以及工时定额,利用计算机生成可执行的、合理的排产方法以安排作业的加工顺序和加工设备,通过人工调整实现优化调度,制定生产作业计划下发给各生产班组进行生产[3]。 第二,通过底层PLC、DCS等系统上传的实时数据以及各生产班组对生产计划执行情况进行控制并对影响生产的各个因素状态(如煤气、蒸汽、矿石储备、设备运行状态等)进行监控,将所跟踪得到的生产情况和资源状况信息向上反馈,使得调度员根据反馈的数据信息对生产全程监控,实现作业计划的临时追加与调整。同时,相应的功能模块可以完成数据信息的建立和维护、工时统计、设备负荷核算等工作,为动态调度提供依据[4]。 2 基于MES的生产调度系统设计 无机磷化工是一个化工生产条件要求高,原材料和中间品多危险,高温、高压,工艺流程连续,机理复杂,加工单元相互关联的复杂系统。其中调度工作对于生产的影响尤为重要,根据化工厂生产的实际情况,按照数字化管理需要,确定系统的总体框架,将整个化工厂MES系统划分为六大模块,分别为:基础数据管理模块,计划排产模块,工艺模块,生产统计模块,操作管理模块和信息综合查询模块。如图2所示。 2.1 基础数据管理模块 MES系统的基础数据管理包括设备信息维护,系统菜单管理,系统配置维护,人员角色管理等。 设备信息维护是将整个工厂各个车间的生产设备(黄磷电炉、磷酸盐车间的燃烧炉、燃气锅炉、余热锅炉、电力系统状态等)联网,实时采集生产设备的信息,包括设备运行状态、设备参数调整选择、故障维修记录、检测结果等,采集的信息最终汇总到基础数据库中。人员角色维护是将所有与化工厂MES生产相关的人员包括计划、调度、生产、管理、工艺、操作、检验、库房分别给与相应的权限,通过个人专属账号进入MES系统进行工作。 2.2 计划排产模块 计划排产模块主要包含了生产计划与作业计划。 生产计划是由ERP系统传送过来的订单销售情况,结合本厂实际生产能力以及当月的停车检修计划,通过智能计算出最优化的生产计划表,再由专业人员适当修改完成。 作业计划是由车间调度根据生产计划表生成,建立车间任务。车间任务管理主要用于车间生产过程管理与控制,是车间任务在“工序级”的具体执行过程。 2.3 工艺模块 在化工生产中,工艺文件是指导其生产的一个关键,各个车间都配备的有专门的工艺员来整理相关资料,所以工艺模块是本系统不可缺少的,相关作业人员可以在通过本系统查询工位的相关工艺要求和工艺知识,为了方便查询人员,加入了工艺流程图,让整个生产过程更加清晰。 对各个车间的不同产品工艺进行分析,不同车间的工艺人员可以只在在系统中对工艺进行修改维护,并在工艺的编制流程加入权限控制,通用工艺编制完成并审批后,不得随意改动。编制工艺文件时可以直接从通用工艺库中直接调用典型工艺,保证了相同工序的工艺要求良好的一致性。 2.4 操作管理模块 生产作业执行主要是生产过程的具体实施。当生产过程中突发状况(机器故障、能源紧缺等)需要进行调度时,由该模块进行操作指令的下达,而为了便于管理与追责,该模块内还包含操作监控和操作日志两个功能,将责任直接划分到当班人员。 2.5 生产统计模块 生产统计模块主要包括物料平衡、统计方法、统计计算、统计报表。该模块提供某一条件下的统计分析结果,为管理人员及时了解生产任务的执行情况,提前进行计划调整和调度提供依据,为车间管理者考核装配人员技能水平提供了参考依据,同时也是车间进行成本核算的重要信息来源。 2.6 信息综合查询模块 信息系统查询主要分为任务执行查询、作业执行查询、生产进度查询、质量信息查询、设备在线查询。整个化工厂各车间的生产信息进行实时采集,保证了MES系统能够实时显示车间各生产任务的完成进度,实时显示设备状态信息等。将整个工厂的生产情况清晰明了的通过实时数据反映出来。 3 化工生产调度工作流图 首先,化工生产车间接收到销售管理部门根据订单实时汇总情况下达的生产任务,根据生产能力、库存信息以及本月设备装置检修计划,经系统中的设定的智能优化算法计算后制定出生产计划,下发至各个生产班组进行生产。 接下来,各生产班组对生产计划执行情况进行控制(例如黄磷电炉的需要更换电极以及除渣),并对影响生产的各个因素(例如煤气供应,蒸汽压力、温度、设备运行状态)进行监控,将所跟踪和采集到的生产情况信息和资源状况信息及时向上反馈。 最后,根据上一步的实时反馈,调度系统对各种突发情况或紧急情况给出处理建议,因设备故障而导致脱离原有作业计划时,作业计划重新进行调度分配。各生产班组在生产作业计划执行的同时,还实时生成生产进度分析报告,并将关键信息反馈给相应的管理部门。具体的生产作业计划和调度控制的流程如图3所示。 4 结论 生产调度作为制造执行系统的一个关键模块,是体现制造执行系统先进性的技术核心。本文以白沙河无机磷酸盐化工厂企业生产为研究对象,分析出现的问题和需求,对基于MES的生产调度系统的相关技术进行了研究,构建了基于MES的生产调度系统总体架构,规划了系统功能模块,梳理了工作流程,对有效解决计划管理层与生产控制层之间的数据传输与通信问题,提高了生产效率、合理调配生产资源有较好促进作用。在后续工作中将实际应用该系统,来检验该系统为现有化工生产和管理层决策提供信息的可靠性,以及评估其对生产效率和质量管控能力提高的有效性。
计算机软件基础论文:计算机软件开发的基础架构原理研究 摘要:计算机软件开发行业的发展得益于当前信息技术的快速发展和信息受众不断增加,当然计算机软件开发也需要遵循特定的规律,依照其基础架构原理来进行操作,才能够保证计算机软件开发朝着有效性的方向发展。且计算机软件设计的过程,就是在逻辑关系的引导下,实现软件内容的重新确定,进而形成对应的基础架构,这是软件运行的前提和基础,甚至会影响到后期软件系统的维护和管理工作。由此积极探讨计算机软件开发的基础架构原理,是很有必要的。文章由此入手,积极探究计算机软件开发的概况,进而分析计算机软件开发的基础架构原理。 关键词:计算机软件开发 基础架构原理 信息技术 计算机软件设计的过程,就是在逻辑关系的引导下,实现软件内容的重新确定,进而形成对应的基础架构,这是软件运行的前提和基础,甚至会影响到后期软件系统的维护和管理工作。由此积极探讨计算机软件开发的基础架构原理,是很有必要的。 1 计算机软件开发的概况 1.1 计算机软件开发的概况 计算机性能的不断提升,使得人机交互效益得到不断展现,越来越多的行业开始尝试以计算机软件开发的方式,实现自身运营模式的信息化转变,由此以对应需求为基础的软件开发行业得到了快速的发展。计算机软件开发具备以下的特点:持续性特点,就是软件开发是一个循环往复的完善过程,在计算机逻辑基础上,计算机软件的缺陷是一直存在的,只有不断的采取措施去修正,才能够更好的发挥计算机软件的性能;针对性比较强,往往都是针对于某一行业或者领域而开展的计算机软件开发工作,其开发工作的目的性更强,对于效益的追求也是更加强烈的。 1.2 计算机软件开发基础架构的重要性分析 当前计算机软件开发过程中,使用量比较多的基础架构,就是三层结构体系,其分别可以归结为:其一,表示层;其二,逻辑层;其三,数据层。在上述三个层次的基础上,可以使得软件的人机交互界面展现出良好的性能,使得逻辑关系和计算机语言之间得以分离,这样在后期维护和修改的时候,单独的对人机交互模式进行调整,就可以使得软件开发的节奏变得更加快捷。由此可见选择合理的计算机软件开发基础架构,对于软件性能的最大化发挥,对于软件后期的维护和管理工作质量提升而言,都是有很大帮助的。 2 计算机软件开发的基础架构原理分析 2.1 从计算机软件开发基础架构需求的角度来看 无论是开发设计怎样的软件,都需要在明确开发目的的基础上进行,也就是需要对于软件的需求进行全面分析。不同的企业,归属的领域不同,所需要展现的功能也是很有差异性的,此时企业都会提出对应的软件开发需求。在此过程中,计算机软件开发者与信息企业之间会展开大量的协商工作,对于软件的功能进行分析,结合企业业务运行特点,实现计算机软件开发方案的敲定。为了做好需求分析方面的工作,需要特别注意以下几个方面的工作:建立完善的软件企业与需求企业之间的沟通机制,保证在软件需求分析的过程中,能够充分的了解企业组织的业务特点和规律,保证软件开发需求能够更加明确。 2.2 从计算机软件开发基础架构编写的角度来看 计算机软件开发基础架构需求分析结果得出之后,就需要进行实际的软件编写工作,从当前的实际情况来看,多数使用的是C语言,这种语言的特点为:语言结构结构比较好,编写操作比较快捷,是当前程序员使用频率比较多的语言模式。在实际的软件编写的过程中,会依照对应的功能划分,实现不同模块的敲定,保证不同模块都能够发挥自己的功能,此时需要建立对应的函数模式,使用这样的主函数对于各个模块进行调节和改善,这样可以保证结构能够更好的维护。当前一个计算机软件的开发工作,都是有多个程序员来共同完成的,这样可以尽可能的保证软件编写工作的高效性。 2.3 从计算机软件开发基础架构测试的角度来看 在计算机软件开发基础架构编写工作完成之后,就需要对于软件的不同功能实现测试,实现对于软件测试阶段的管理和控制,是保证软件性能发挥的关键所在,这也是将对应计算机软件投入使用之前必然要进行的工作。在此过程中,需要关注以下几个方面的内容:其一,输入特定的参数,对于软件的运行情况进行记录,验差运行情况与理论情况之间差异性;其二,使用白盒子和黑盒子的方式去进行测试,同样对于软件测试的效果进行记录,由此实现实际计算机软件开发工作的顺利开展;其三,除了测试工作之外,还应该做好计算机软件开发基础架构的维护和管理工作,定期对于软件的性能发挥进行检查,并且推出全新的版本,进而实现软件自身的修复,这样可以使得其自身的性能得到全面提升。 3 计算机软件开发基础架构选择的基本原则 计算机软件开发基础架构的选择,关系到计算机软件效能的发挥,牵涉到各行各业信息化的快速发展和进步。在选择计算机软件开发基础架构的时候,需要关注以下几个方面的内容:其一,树立软件设计目标意识,在需求分析的基础上,对于不同的基础框架进行选择;其二,使用先进的逻辑语言和编程技术,对于计算机软件架构进行合理的编写和操作,由此才能够保证基础架构开发工作的高效性;其三,依照软件目标功能和结构选择之间的关系分析,选择合适的结构,进而使得软件开发行为朝着有目的性的方向发展和进步;其四,注重计算机软件开发团队的塑造,处理好不同模板开发之间的关系,保证计算机软件基础结构选择得更加科学和合理。 4结语 综上所述,计算机软件开发过程并不简单,其中不仅仅涉及到专业领域的知识,还关注到计算机软件基础结构的原理,处理好这两者之间的关系,才能够保证计算机软件开发的基础架构工作朝着更加高效的方向发展和进步。从当前计算机软件开发基础架构原理的运用实践来看,其基础架构选择还存在很多不合理的情况,此时就需要采取对应的措施来改善和调整,相信随着在此方面实践经验的积累,计算机软件开发的基础架构将会展现出更加大的效能。 计算机软件基础论文:计算机软件基础课程实验教学研究 摘 要 计算机软件基础是一门实践性强的课程,为增强教学效果,增强学生的编程能力,强调以学生为本,提高学生的学习兴趣;实验教学应尽早介入教学过程,让学生边学边用;建立多层次实验教学内容,发掘学生实验潜能;建立多样化实验教学方式,方便学生自学。把实验教学做好做实,既能巩固理论知识的学习,又能切实提高学生的编程能力。 关键词 计算机软件基础;实验教学;编程能力 计算机软件基础是我国高等院校电类非计算机专业本科生的一门基础课,为相关专业学生打下利用计算机语言编写程序的基础,为后续专业课的课程设计、实践环节以及最后的毕业设计做准备,其重要性不言而喻。然而在实际教学过程中,由于多方面的原因,使得本课程教学效果不佳,学生普遍编程能力不强,甚至影响了后续部分课程的学习。要提高学生的动手能力,关键还是要多练。本文在肯定理论教学重要性的前提下,着重就计算机软件基础课程的实验教学部分进行分析,对实验教学环节的介入、实验内容的优化以及实验教学方式等提出一些探讨性的做法。 1 坚持“以学生为本” 计算机软件基础教学如何实现教学目标,其关键的一点就是以谁为出发点,是以教为主,还是以学为主,还是实现教学互动,教学互长,教学互推。从目前的现实状况来看,以教为主的弊病还很明显,迫切需要改变,实现以学生为本,实现教学互动。 以“教”为主的模式已经成为制约学生创造性、积极性发挥的重要因素 计算机基础课程从本质来看应该是一门实操性课程,其涵盖的内容广泛且繁杂,而且实验性强是该课程的基本特点,甚至可以说离开了实验操作,也就实现不了其课程目的。然而从目前的课程安排状况来看,以书本理论知识教学为主仍是该课程教学的主流,计算机软件基础教学都侧重书本理论学习,而忽视了学生实验环节。实践证明,这种教学方式就跟学游泳不下泳池,学骑车而没有自行车一样,学生在学习计算机软件基础知识时,绝大部分是事倍功半,导致学用脱节,无法学以致用。更有甚者,有些学生直到课程结束连最简单的程序编写都掌握不了,这既给教师教学造成很大的困惑,也彻底地打击了学生的自信和学习该门课程的积极性,更遑论实现知识创新,成为软件人才了,这与教学初衷显然是不符的。 原因是在现有的教学模式中,课程实验环节的设置和实验环节介入的时间发生了问题。从实际情况来看,实验环节介入越早,实验安排越多,教学效果也越好。而部分采用边教学边实验,教学与实验融为一体的教学方式,其实现的教学效果更是明显。因此,改变现有的以教为主的教学模式,从理论和实践上探索该门课的一些新的教学方法,已经成为计算机软件教学题中之义,不断创新教学方式,才有可能从根本上改变现有的学习费力不讨好、效果欠佳的状况。 深入浅出地解析理论知识是增强学生学习兴趣的重要途径 “学生是教学活动的主体,教学活动要以学生为中心而展开”,这已经成为现代教学理念的主流观点。从学生学习的心理来看,一方面由于计算机软件课程是基础课程,学生对学习开始阶段接触的软件知识有一定的好奇感,求知欲也相对比较强烈。同时,由于是刚进校门的低年级学生,对大学环境还不是特别了解,仍然具备认真学习的态度,因此,好好学习知识的想法也比较明显。另一方面是由于目前大学生数量急剧增加,社会就业压力明显,学生普遍有学习好专业课,实现良好就业的外在动力。因此,可以说,学生在开始阶段的学习兴趣是比较浓厚的。但由于语言、算法、数据结构等知识,是进行程序设计所必须具备的基础知识,而低年级学生在这方面基本没有知识储备,对其学习方法也并不适应,而原有的知识结构又很难同化现有课程知识,导致难以自学和分析、解决问题,引发学生学习的挫败感,一旦处理不得当,就会使学生学习提不起兴趣,缺少主动参与的积极思维活动、创造性思维活动,更有甚者还会使学生抵触学习,削减学生本身己经调动起来的积极性,影响后续课程的开展。 教育心理学的研究也表明[1]:学生在没有精神压力和心理负担并且情绪饱满、心情舒畅的情况下,大脑皮层最容易形成兴奋中心,思维也最活跃,此时的实践能力最强。因此,如何使学生保持这种状态就成为教师应该考虑的重点问题之一。单就理论教学而言,如何使理论变得通俗易懂,接近生活,易于学生理解,这是计算机软件基础课程理论教学的关键。从实践来看,在授课过程中,教师通过深入浅出地讲解,设置理论问题情境,解答学生在实验中产生的疑问,肯定和鼓励学生的想法等方式,都能比较充分地调动学生的积极性和主动性,使学生更加容易融入教学环节中,也便于学生深入理解理论知识。比如说针对学生提出的一些设想,经常正面地肯定,能使学生更加信任自己,更加愿意去创新,从而与学生实现良好互动。 同时,在课后对学生进行必要的关心,用人格魅力引导学生参与教学,也不失为一种好的方式。比如,通过课后深入学生,与学生建立亦师亦友的关系,与学生打成一片,学生往往会因喜欢教师而喜欢该教师教授的课程,实现良好的教学效果;而相反,教师冷冰冰的态度往往也会成为影响教学效果的一个重要因素。 2 尽早引入实验教学环节 实践证明,计算机软件基础的教学,引入实验教学环节越早,教学的效果往往越好。因此,计算机软件基础课程教学要想在培养软件人才、促进软件产业发展方面有所突破,尽早引入实验教学环节是一条必由之路。 现有的实验课程安排作用并不明显 计算机软件基础是计算机软件的核心课程,其主要内容包括数据结构、操作系统、数据库系统概论,教学目的是让学生掌握数据结构的相关算法,理解操作系统的基本概念,熟悉数据库的基本操作,从而具备初步的软件编程能力。同时,从目前的教学安排来看,该课程安排了一定数量的常规上机实验练习,以便提高学生的软件素质[1]。 但现有的课程安排还存在一定的问题,突出表现在: 一是学生上机练习的题目规模较小; 二是上机内容以章节为主,有的章节有上机内容,有的没有,导致上机实验没有连贯性和系统性; 三是上机安排的内容发挥作用不充分。 从实践来看,培养学生的软件素质必须适当结合电子信息类专业的特点,这对于培养应用型人才的作用至关重要。但从目前上机安排的内容来看,主要是从计算机专业的角度提升学生的软件素质,而并没有与电子信息类专业特点充分结合,其结果就是导致学生对硬件有较好的掌握,而对信源编码等通信软件知识知之甚少,影响课程设计的整体进度。由此可见,目前安排的实验课程其作用甚微,难以达到为学生打下软件知识基础的教学目的。 尽早引入实验教学,利于学生在操作中学习,达到学以致用的目的 从现有的教学来看,学生对计算机软件基础课程学习的困难点主要在于:课程理论知识比较枯燥难懂,上机操作能力不足,导致学生学习兴趣降低,影响了教学效果。比如说在C语言教学中,C语言程序设计作为学习计算机其他课程如数据结构、JAVA语言程序设计等课程的先修课,对于培养学生的计算机技能具有至关重要的作用,因此,提高这门课程的教学质量意义也十分重大。 但是,这门课程首先要讲授C语言的特点、运算符和表达式等内容,而这部分内容恰恰又相对比较枯燥,学生难以提起学习兴趣,而这部分内容通常是安排三周学完,对于初学者来说要在这么短的时间内理解这些理论并不容易。于是等到这部分理论教完开始接触程序设计时,部分学生已经远远落后于教师的进度,导致没有继续学习下去的动力,有些学生就此掉队。 同时也有研究表明[2],部分教授在教授这门课程时,调整了讲课顺序,提前给学生讲授程序设计的内容,安排学生提前实验,让学生亲身体验计算机如何运行C语言程序,而等到学生对C语言程序有一定了解后再讲授运算符和表达式等内容。由于之前学生对C语言有了切身的体会和感受,再学习其他理论时,往往能将这些理论与实验知识结合,加深对运算符和表达式等理论的理解,也提高了学习C语言的兴趣,作用都相当明显。 由此可见,针对计算机软件基础课程的内容特点,尽早安排学生上机实验,让学生体会学以致用、现学现用、现用现学的乐趣,对培养学生兴趣和创新能力、提升教学质量有着不可替代的作用。 3 建立多层次实验教学内容,发掘学生实验潜能 学生的素质和潜能并不完全一样,孔子时代就已经讲究因材施教,实验教学中也必须根据学生的实际情况,适当地分层次安排实验教学内容,建立多层次实验教学内容体系,从而更好地提升学生的学习兴趣,激发学生潜能,实现教学目的。可以分为基础性实验、应用性实验和创新性实验。 基础性实验要求精 基础性实验是课程的统一安排,目的是验证和巩固课堂知识,针对群体为所有学生。要充分发挥这部分实验内容的作用,主要在于求精。 首先要精选实验内容,针对每个知识点,都要精推细敲,并在每个实验内容中设置开放性思考题,要求学生认真思考做答,不求数量,但求质量。 其次要精讲实验内容。针对学生实验内容的答案,要进行深入的讲解分析,肯定学生做得好的地方,指出其不足,并指导如何修改完善,务求每个实验内容都讲透,并通过实验内容夯实学生对每个知识点的理解。 最后,引导学生运用发散性思维进行解题,提升学生对知识点的认识水平,如引导学生运用多种方法解题。 基础性实验是学生对知识点的深入掌握,也是开展应用性实验的必要准备。 应用性实验要求实 应用性实验是课程的适当补充,是学生对课堂知识的具体运用,旨在培养学生应用知识的能力,针对的群体是大部分学生。其主要任务就是培养学生解决实际问题的能力,具体方法是由教师选择合适的项目,让学生自愿分组,在规定的时间内按计划完成。 在应用性实验教学中,项目的选择非常重要,其主要原则是既要覆盖计算机软件基础课程的主要内容,也要贴近实际,是实际生活中有应用价值的项目,还要便于学生理解完成项目的方法,能最终形成一个完整的软件作品。比如说各种信息管理系统都是比较合适的项目。 在这个阶段,教师重在引导学生开展项目,指导学生解决项目实施中碰到的难题,检查学生项目实施情况,及时纠正项目的方向性、原则性错误,并引导学生及时进行反思总结,便于更好地掌握编程技巧和语法知识等内容。 在应用性实验阶段,学生的实验成果,不仅是要通过提交相关文档以及编写的程序代码来体现,还要在一定的范围内进行实际测试,便于学生将理论知识与实际挂钩,也便于学生进一步认识实验项目与实际项目的环境差别,更好地融入社会实践。 本阶段的实验由于应用性强,对于学习计算机软件基础理论知识感到吃力的学生,可不强行要求。 创新性实验要求新 创新性实验是课程的升华内容,主要是激发学生的创新思维和创新能力,所针对的群体是小部分学有余力的学生。在这部分实验内容中,由学生自行选择实验项目,设计实验方案和实验步骤,学校提供相应的实验环境和其他保障措施,教师则对学生选择的实验项目进行把关指导,确保项目具有创新性。在这个实验中,整个过程都由学生独立完成,学生要自行解决实验中遇到的各种问题,总结各种错误出现的原因和避免出错的方法,并在实验结束后,自行检验实验结果的应用价值,从而达到融合知识、锻炼素质、提升能力的效果,培养软件人才。 4 建立多样化实验教学方式,方便学生自主学习 实验教学的方式要多种多样,并优化实验教学载体,为学生实验提供更多的便利。 首先是可以充分发挥校园网的作用。目前,绝大部分学校已经建立自有的校园网,一方面为学生提供了大量的实验教学资料储备,如教学大纲、实验大纲、实验指导书、实验室开放时间表、指导教师安排等实验教学的所有技术支持文献信息,为学生开展实验提供了极大的便利;另一方面还提供了学生自测系统。在自测系统中,学生可以回答教师指定的问题,并完成打分,并可对回答问题的正确与否进行分析,纠正错误答案,进一步消化知识。同时,有的学校还设计了基于C语言的计算机软件基础自学系统,学生可以通过系统进行应用程序学习,循序渐进地学习和掌握知识,有力地巩固课堂教学的知识。 其次是可以充分发挥社会单位的作用。学校可以和与计算机软件专业对口的企业合作,在企业相应建立学生实践基地,让学生参与企业的实际设计,以干代学,从而进一步提升学生对计算机知识的认识,也进一步了解软件产业对软件人才的要求,适应软件产业的环境,从而更好地增强教学效果。 5 结束语 计算机软件基础是一门实践性强的课程,其实验教学要适时推进,这是增强课程教学效果的需要,也是提升学生素质的需要。在实验教学中,教师角色的转换,学生主体地位的重申,社会单位作用的发挥,都深刻影响着学生学习本门课程的效果。在目前的形势下,要充分发挥计算机软件基础作为培养应用型人才的重要基础课程的作用,充分发挥教师、学生、社会单位在该课程中的积极作用,就必须抓好实验环节的教学工作。只有实验教学才能更好得实现教师与学生互动、学校与社会互动,才能培养出适合软件产业发展需求的应用型人才。 计算机软件基础论文:计算机软件基础教学的改革思考 【摘要】本文针对计算机软件技术基础课程教授过中出现的主要问题,提出了对教学实践环节的几点改革意见。 【关键词】计算机软件技术基础;课程;软件设计 “计算机软件技术基础”是计算机基础教育的基本内容,是学生在本专业学习和研究中,开展计算机应用和系统开发的立足点。计算机基础教育的任务和目标是培养既精通本专业知识,又能掌握计算机应用技能的复合型人才。这种复合型人才所具有的能力结构不是简单的一维层次结构,而是网状的空间结构,即包括:学生的本专业知识、计算机应用能力和信息素养。如何适应素质教育的要求,如何使学生的专业知识与计算机技术结合,如何使学生在已有的操作使用能力基础上,提高应用开发能力,培养研究创新能力,《计算机软件技术基础》课程教学有着重要的作用。 1.教学现况与存在的问题 1.1 学生方面 由于非计算机专业学生来源不同,故其基础也是不同的。学生在高中所学的前续程序课程分别为C语言、VB和VF,个别地区的高中甚至没有开设计算机语言课程。由于软件基础课的第一部分为数据结构,涉及到相当多的指针操作,所以学过C语言的学生基础相对较好,教学中容易理解教学内容。而学VB,VF的学生对指针没有任何概念,对教学内容的理解相当困难,更不用说没有学过语言的学生。这是由前续课程带来的问题。 半数以上的学员一开始对该门课程的学习抱有极大的热情,然而随着课程难度的逐渐加大,编程技术底子较薄或接受能力较差的学员开始退缩,主要反映在大型程序设计作业完成情况上,分工不均衡,出现能者干、庸者看的现象。这与课程的设置有关。 1.2 课程设置方面 这门课程涉及到的内容很多,主要包括数据结构、结构化程序设计、面向对象程序设计。这几个部分对于计算机专业而言都是单独的一门课程,但是现在要把各部分的内容综合到一门课程中去,便给教学带来一定的难度。 这门课程的学时数有限,笔者所在学校安排了58学时(理论28学时、实验28学时、考试2学时),教学的时间非常有限,要在这么短的时间内学好所有的内容,对学生和教师都是一个挑战。 2.教学改革方面的几点建议 2.1 传统的课堂教学与新兴网络教学的完美结合 传统教学模式的主要手段就是“粉笔+黑板”,这种教学手段可以充分展示教师的教学思路,展示教师的个人教学魅力,同时可以留给学生充裕的思考时间和完成笔记的时间。这种教学主要应避免“满堂灌”和“面面俱到”,而是对一些原理性、概念性较强的教学内容采用这种教学。如:链表的概念,几种查找、排序的方法以及他们之间的差异等内容都可以使用这种教学方法。例如,在讲授应用结构体处理数据时,我们举了一个显示输出输入的几组学生数据的例题,在课堂上,采用板书方式分步介绍了如何定义结构体,如何建立输入功能子函数,如何建立输出功能子函数,要求学生给出完 整的程序和输出结果。然后又给学生布置一个作业,要求使用链表处理信息,程序运行后需按序显示输入的学生信息。这样就可以让学生进一步掌握动态分配空间函数的应用及如何创建链表和它在C语言程序中的应用。 “粉笔”黑板”这种教学看似简单和落后,但如果提供了完善的网络环境,学生就能在园区网上看到教师已经制作完成的课件,就能根据自己的学习需要检索教师当天教学的板书,播放教师的某段讲解。这种教学模式使学生能够在课堂上紧跟教师思路,减少了完成笔记的时间,提高课堂效率。 2.2 目标驱动理念在课堂教学中的应用 建立在建构主义理论基础之上的目标体验教学是以学生为中心,以教学目标为驱动的教学方式,属于探究式教学模式的一种。其显著表现是:教师的教学与学生的学习都是围绕着一个目标,而这个目标又包含着几个小目标,每一个具有建构思想的目标驱动都要符合学生的“最近发展区”规律。最近发展区主要是指学生的潜在发展水平,在此水平上,学生还不能独立完成学习目标,但经过启发、帮助和努力,就能完成目标。例如,在讲述“排序”时,首先就要求教师已经介绍过冒泡排序和快速排序这两种互换类排序方法,而且学生已熟练掌握。在这基础上,就可以对学生讲解简单插入排序和希尔排序这两种插入类排序,也可以讲授简单选择排序和堆排序。在这个教学过程中,冒泡排序和快速排序就是学生现有的发展水平,学生能独立地、自如地完成教师提出的教学目标;而其他排序方法则是尚处于形成状态,还不能独立完成的教学目标,是学生的潜在发展水平,在教师帮助下,通过训练和学生自己的努力才能完成的教学目标。 2.3 注重培养学生的动手能力 在计算机课程的教授中,许多老师比较注重概念、语法的讲解,却忽略对能力的培养,这样培养出来的学生在上机时就会不知从何下手因此在教学过程中,在介绍完基本概念和语法知识后,可以利用更多的课时来对学生的思维方式进行引导对常用的软件设计方法可以从“拿到题目”“如何分析”“如何解决”“最后具体程序实现”的整个过程进行全方位的启发这样能提高学生的软件设计能力,使学生如何设计该类软件有一个基本思路,知道如何去思考问题,如何去解决问题,方向明确、思路清晰。 2.4 改变单一考试模式 考试是学生学习导向的指挥棒,也是检验教学效果的基本方法。计算机软件技术基础是典型的实践性课程,单一理论考试模式无法掌握学生上机操作水平。我们采取厂“笔试+上机”的考核方式,任何一项成绩不通过这门课程学习就不合格。机试成绩并不是一次给出,在平时上机实验中就分阶段进行考核,可以随时掌握学生的学习和应用情况。例如,可以给出一些应用题,让学生通过分析找出解决方法,训练学生掌握应用领域的知识并综合运用知识的能力。新的考核方法给了学生一个发挥才能的空间。变被动的应试为主动的学习,使学生成为考试的主人。学生在解决问题时若有创新,就可以得高分。这样。可以激发学生的学习积极性和求知欲,给他们展示自己才能的机会。充分发挥创造力和想象力。 3.结束语 “计算机软件技术基础”课程对于从事计算机应用领域的非计算机专业人员是相当重要的,同时对于计算机应用领域的发展也起着十分重要的作用本文中针对该课程现阶段教学中存在的问题,提出了改进的方法实践证明,该方法能有效地提高学生的软件设计能力和创作能力,是教学上的一种较好的开拓。 计算机软件基础论文:探究计算机软件基础数据结构之算法 摘要:近年来计算机在我国各行各业扮演的越来越重要的角色,加强对计算机的有效性探讨是实现计算机为各行各业服务的关键。计算机数据结构主要指的是信息在计算机内的寄存方式和信息的集合和整理。计算机数据结构经常与算法相联系。算法是被计算机所识别的指令,算法是通过数据结构所进行的信息储存。算法和数据结构二者是相互作用的,通过对算法蕴藏信息的分析可以有效的解决计算机存在的一些问题,提高处理效率和速度。 关键词:计算机软件 数据结构 算法 一、引言 随着计算机在在我国各行各业发挥的作用日益凸显,计算机的数据结构只的是信息在计算机 寄存方式和信息的集合和整理。计算机结构与算法关联甚广,因此加强计算机数据结构算法的研究对于计算机研究十分重要。下面我们将对计算机基础数据的算法进行相应的介绍。 二、计算机软件基础数据结构之算法概述 (一)算法的两要素 算法包括两要素,一部分指的是对信息的操作处理,这部分对信息的操作处理包括四种处理方式,分别为逻辑符合,数学计算,信息的对比以及信息的传递另一部分指的是对信息的处理方式的操作,它引导指令进行有序的进行。 (二)算法的特征 算法是有限指令的整体,这些指令表明了处理问题的步骤,针对相应的问题,算法可以对定值按照原先设定的指令进行运算处理,并且通过一定数量的运算后传送出计算机得出的最后结果。这就要求算法包含有限的指令,同时各项指令都 应该明确,不能多层含义,同时也要求这些指令都是计算机能力范围之内的,超出计算机范围以外的不仅不能起到积极效果反而会对以后的操作造成一定负面影响。算法对处理对象没有要求,同时被处理对象也不会对这些指令产生影响。 (三)算法的表示 很多人可以通过文字或者符合翻译算法,一般翻译法包括一般性文字,C语言,程序图,PAD图等。其中一般性文字和C语言是具体详细的描述算法的。他可以使学习者更容易学会。 (四)常用的算法 1.枚举法 枚举法是指对信息的某些独特特点估计运行结果的区域,然后通过一些手段检验该区域的每种结果,直到验证到所有饿都符合才加以停止。这些验证有的是可以满足算法的要求的,同时也存在着一些不能满足算法要求的,这些满足的对象就是计算机最终会传递的结果,那些不能满足算法要求的就表明该算法无解。 枚举法具有工作原理简单,容易接受的优点,但是枚举法有显著的缺点就是工程量大工作时间长,枚举法一般只适用于无法用别的方法解决的问题。 枚举法包括以下步骤: 1.1通过对问题的思考,预估问题的大致方向 1.2选出合适的枚举形式。枚举形式包括顺序法,对比法类型列举法等 1.3将可能的方向进行一一验证 1.4确定哪些情况是合理的哪些是不合理的,得出最终结果。 2.迭代法 迭代法与枚举法相比比较粗糙,生活中很多方面都需要这种方式进行问题的处理它的显著特点就是可以将一个麻烦的问题转化成为比较简单迭代算式,这样就会形成问题由难至简的循环,从何最终得出答案。 3.递推和递归法 递推和递归法是比较常用的一种方法,通过对一些特殊的公式的性质加以推导得出结果。递推法和递归法从简单入手,把前面得出的结果进行到后面的推理之间可以更加方便结果的得出。 三、计算机软件基础数据结构之算法的设计要求 算法就如同人与计算机之间进行沟通和交流的语言,通过算法作为中介可以加强人与计算机的距离,让计算机按照预先设定的指令一样去执行任务。但是要遵循一定的原则。 (一)正确性 设计者首先要按照算法的规则编译指令进行编译,只有按照规则的编译才能实现和计算机的交流,让它按照规定执行任务。如果出现错误的指令那么将会对引出不准确的结果。 (二)可读性 算法一定要具有可读性的原则,只有可读性才能让人对算法一目了然,如果算法过于复杂和晦涩会让人难以理解原理。 (三)稳定性 算法的稳定可以使得计算机在运用时的稳定性能的保持,试问如果计算机在运行的时候总会出现错误,给人的感觉整体下降。稳定性对于算法来说至关重要,同时对于计算机的规范使用也至关重要。 (四)高效低耗能性 计算机内部器件的好坏对于计算机性能的高低具有决定性作用。算法亦如此,好的算法可以在最短的时间得出答案并且使用最低的耗能得出答案。 四、计算机软件基础数据之算法的复杂性分析 (一)运行时间长 一般设计者并不是根据计算机的算法衡量时长,算法运行的载体依然是计算机,因此计算机地运行速度是受很多因素的影响的。一样的计算法在不同的载体上会产生不一样的效果,这一效果并不是对算法效率的评判而是表现在时间的耗损上,耗损程度作为评价算法的好坏标准。 (二)内存消耗 内存消耗指的是计算机在运行算法时需要用到空间大小的尺度。内存消耗有传入传出信息所占的内存以及算法在运行过程中暂时占用内存的大小。传入传出信息占据的比例和问题相关,并不会随着算法的变化而变化,在运行过程中暂时性占用的内存大小往往是由算法决定的,好的算法可以占据比较小的内存,相反坏的内存则会占据教的的内存。 五、结束语 计算机在近年来以及其迅速的脚步占领各个行业,计算机软件基础数据结构之算法是学校者了解计算机数据结构的基础,通过对它的学习可以帮助学生更科学的认识到计算机的运行情况,并且使得学习者更好的掌握。本文从计算机软件基础数据结构之算法概述,计算机软件基础数据结构之算法的设计要求,以及计算机软件基础数据之算法的复杂性分析进行了相关的介绍。 计算机软件基础论文:计算机软件基础数据结构之算法分析 摘 要:计算机软件的基础数据结构,主要负责讲解计算机内信息的寄存方式、集合和整理,通常是与算法密不可分的。算法是能够被计算机分辨和识别的指令,指令的内容就是通过计算机软件基础数据结构来进行寄存的信息。数据结构的算法分析,可以使计算机处理比较复杂的难题,提高了效率,本文对计算机基础数据结构的算法进行了分析。 关键词:计算机软件;基础数据结构;算法分析;复杂度 1 算法的概述 1.1 算法两要素 算法主要包括两部分:信息的处理操作和信息处理方式的操作结构,对信息的处理操作一般包括逻辑符号、数学计算、信息传递和信息对比,操作结构可以指引指令有序进行,通常用流程图来描述。 1.2 算法的主要特征 有限指令的主要部分就是算法,有限指令能够明确处理问题的步骤。面对问题,算法能够对各种定值指令进行预算处理,通过运算传达最后的计算结果。算法的特点主要为:指令的数量必须有限;指令不能超出计算机的能力范围;被处理的对象不受指令影响,对象数量不影响指令,必须要有至少一个传递末端。 1.3 算法表示方法 目前编译算法一般都用符号和文字来进行,主要包括程序图、C语言、PAD图,一般性文字等。C语言和一般性文字能够具体详细的描述算法,其他方法描述算法是大致内容并进行作图,更加直观的表达,便于学习理解。 1.4 常用的算法 常用的算法主要包括枚举法、迭代法、递推和递归法。枚举法内容是指通过信息特点对运行结果的可能区域进行估计,然后利用一些方法手段检查各个结果,直到所有结果都符合。在验证过程中,验证对象如果满足算法要求,这个验证对象就是最终计算机传递的结果,如果没有达到要求的对象,那么算法就无解。迭代法是一种较为粗略的方法,可以把麻烦复杂的问题转化为较为简单的迭代式子,通过循环这个步骤,达到由繁化简并最终得出答案的目的,该法适合非数值类问题的计算。递推法和递归法是主要的算法制定编写法,都通过运用特殊公式逐项推导而来的。 2 算法设计要求 算法像语言一样,是计算机和人类沟通时的语言,通过算法,人们不仅可以跟计算机进行交流,还可以按照指令执行任务。因此所有的指令必须要符合一定的行为准则,算法的设计要求主要包括以下几点: 2.1 具有正确性 设计者编译指令时必须要按照算法的规则来进行,从而保证人和计算机正确的交流,保证计算机执行好任务。正确性中最重要的就是避免语法错误的出现,从而能够为正确答案的得出做好准备。 2.2 具有可读性 算法具有可持续性,是指算法总体思路容易让人理解,是想一下,一个非常混乱的算法,即使再聪明的人也很难明白算法原理的,更不用说得出计算机答案。 2.3 具有稳定性 就像机械设备似的,如果工作状态不稳定,那么就会很容易出现难懂奇怪的问题,算法如果不够稳定,计算机在正常运行的时候,也会很容易出现错误。经常出现的错误就是乱码,就会让人感觉像是算法存在严重问题。 2.4 具有高效低耗的性能 计算机性能的好坏取决于内部的器件好坏,算法也是这样的。好算法可以用最低能耗最短时间来得出答案,计算机内部的工作原理可以决定这些因素,其中最主要的就是存储大小和运算速度的联系。 3 算法复杂度的分析 算法复杂度决定了一个算法执行并得出结果需要的总时间,设计者通常是根据算法复杂度来判断对算法的总效率来进行判断的,这是因为时间的消耗和算法需要的内存情况是直接联系挂钩的。评判者主要是依据运行的时长以及内存的消耗来进行判断的。下面就简要介绍一下运行时长以及内存消耗: 3.1 运行的时长 通常来讲设计者不是依据算法的总运行时间来衡量时间长短的,这是因为计算机仍然是算法正常运行的载体,计算机的运行速度跟许多因素有关,例如计算机的运行环境、计算机内部使用损耗等。因此,同一种算法在不同的计算机运行载体上运行的效果也是有很大差别的。一般来说,计算机运行时长的大小不是衡量算法效率的一种标准,而是判断算法运行时间损耗的一项指标,能够在一定程度上评判算法运行的好坏。 3.2 内存的消耗 计算机运行算法,会暂时占用相关的空间,被占用的空间大小尺度就是常说的内存消耗,内存消耗与相关的函数紧密联系。内存消耗主要内容是传入和传出信息占用的内存、算法在运行过程中暂时占用的内存等。传入和传出信息占用的内存跟需要解决处理的问题是相关的,不会因算法变化而变化;算法运行中暂时占用的内存大小是由算法来决定的,不同的算法需要不同的内存,因此,比较好的算法需要的内存也比较少,这也是内存消耗成为评判算法好坏的又一个非常重要的标准。 计算机软件基础论文:计算机软件技术基础课程教学探讨 摘 要:针对计算机软件技术基础课程的内容与特点,探讨了传统教学中存在的不足,提出几点行之有效的教学改革方法。这些方法在实践中取得了实效,对该课程的教学改革具有一定的意义。 关键词:计算机软件技术基础 课程 教学改革 计算机软件技术基础是为非计算机专业开设的课程,该课程是后续课程的基础,涉及内容比较广泛,包括数据结构、操作系统、数据库系统、计算机网络、软件工程技术、管理信息系统等内容,具有很强的理论和实践性。本课程有如下三个难点。 (1)该课程的内容多、跨度大、学生把握重点有些困难。 (2)计算机软件技术基础是一门内容综合的课程,涉及的知识面广,学生对基础课程的知识和理解程度有所差别,授课中比较难掌握。 (3)计算机软件技术基础是一门应用性很强的课程,需要理论与实践相结合。 针对以上难点问题,本人分析了目前该课程在授课中普遍存在的问题,并从实际要求出发,对计算机软件技术基础课程的教学改革进行探讨。 1 计算机软件技术基础课程存在的 问题 (1)目前,大多数老师采用常规的灌输式教学方法,以教师讲授为主,学生处于被动的学习接受状态,缺乏对课程学习的兴趣和主动性,启发式教学没有充分运用。 (2)有时为了增强学生的兴趣和信心,往往较低教学难度,大部分时间讲授基本概念,而对程序设计和调试技巧等较深的知识只是点到为止或者避而不谈。导致大量学生学完本课程,只会背诵几个基本概念,并没有真正掌握程序设计的很多精华思想和编程技巧,更没有了解软件是如何管理计算机全部资源的。 (3)计算机软件技术基础实验课在机房内进行验证性实验,实验时教师只是把实验目的、具体程序、程序实现的功能等内容介绍给学生,学生直接输入程序代码,然后获取实验数据,验证理论知识。这样,学生只是机械的进行程序录入,不用独立思考,所以不能深入细致的分析和调试, 2 课程教学改革 (1)教师主导性和学生主体性相结合 充分调动学生学习的主动性,引导学生自觉的学习和发展,教学过程实质是教师教和学生学的互动,只有这样,才能使师生之间和学生之间教学相长、信息交流,从而达到知识与兴趣共存,进而实现教学共赢。课程教学过程中,采用启发式教学,随时了解学生对知识点的理解和掌握,调动学生学习的热情。 (2)采用案例引导式教学 在课堂理论知识的讲授中,尤其是讲解新知识时,采用实际的案例进行演示说明,把学生带入特定的情景中进行思考;在演示过程中,逐步引出各个相关概念,加深学生对基本概念与原理的理解,进而提高学生运用理论知识分析和解决实际问题的能力。 案例引导的课程教学,能为学生在理论和实践之间搭起一座桥梁。学生带着多个基本概念和知识点的任务通过生动形象的案例进行学习,既容易激发学生的学习兴趣,又有利于学生迅速掌握抽象、枯燥的概念,以及各相关知识点之间的内在联系。在讲授的过程中循序渐进、环环相扣,优化教学内容。 (3)注重实践环节 对于计算机软件技术基础这门实践性特别强的课程,必须把理论课和实验课结合起来讲解才能培养学生的能力,而且实践教学不再是理论教学的附属,它与理论教学同等重要,学生可以通过实验课的练习领会理论教学中所学的知识,在上机的指导过程中,不仅要指导学生软件设计的基本方法、程序调试的基本技巧,还要对学生思维方式进行引导。对实践环节中的软件设计从“给定题目”―“具体分析”―“解决问题”―“程序实现”―“运行调试”的整个过程进行全方位的启发。使学生掌握软件设计的基本思想,知道如何思考问题和解决问题. 3 结语 计算机软件技术基础是一门理论与实践相结合的课程。该文针对该课程现有教学中存在的问题,提出了改进方法。实践证明,该方法取得了良好的教学效果,能够帮助学生系统掌握课程知识,切实提高实践能力。 计算机软件基础论文:计算机软件技术基础课程教学研究 【摘 要】本文阐述了计算机软件技术基础课程教学特点和教学目的,针对课程教学现状,分别从明确教学目标、丰富课堂教学手段、巧设学习情境和构建良好师生关系等几方面对计算机软件技术基础课程教学策略进行了探讨。 【关键词】软件技术基础 课程教学 研究 一、引言 科学技术的飞速发展,使计算机技术在社会生活各个领域得到了广泛的应用。计算机软件技术基础是高校计算机基础教学中的重要内容,随着《关于进一步加强高等学校计算机基础教学的意见暨计算机基础课程教学基本要求(试行)》 的出台,国家对计算机基础教学提出了新的要求,即打破传统教育模式,以人为本,学生为主体,造就既精通本专业基础知识,又能掌握计算机应用技能的复合型人才,达到素质教育的培养目标。 计算机软件技术理论,是学生学以致用的基础,其涉及的知识面广、概念多、原理复杂和抽象,理解上会有一定的困难。因此,从计算机教学出发,对计算机软件技术基础课程教学知识体系、教学模式和教学方法等进行深入的分析和研究,寻找科学的教学方法,全面提升学生软件开发应用技能和解决实际问题的能力,为学生终身可持续发展提供更为广阔的空间,就显得尤为重要和迫在眉睫。 二、计算机软件技术基础课程教学特点和教学目的 计算机软件技术基础课程既是集计算机网络基础、操作系统、数据结构、软件工程以及数据库等多门专业课为一体的综合课程,涉及面广,内容相对独立,也是一门理论与实践结合性较强的课程,其线性结构、非线性结构、图、查找、排序等数据结构与算法之间关系复杂。教学中,应针对应用实例,对编程中常用的算法给予重点讲解,对典型数据结构数据元素的集合关系以及基本运算展开教学研究和深入的讲解。 计算机软件技术基础课程的教学目标,是用科学的方法引导学生,通过课程学习,既掌握计算机软件技术基本理论知识、具备开发应用软件所必需的软件基础知识、懂得高级编程语言知识、丰富编程技术和基本算法,又熟练运用程序设计的思维和方法,使其软件素质得到提高,抽象思维能力,灵活运用高级语言进行程序设计和动手编程解决实际问题的能力得到加强。 三、计算机软件技术基础课程教学现状分析与对策研究 (一)现状分析 基础知识不扎实。学生计算机知识较薄弱,尤其是该课程是以概念多、抽象而复杂的“C语言程序设计”为基础的学科,理论知识多、应用层面的内容相对较少,学生难以理解的同时,感觉枯燥乏味,产生畏难情绪,加重了思想包袱,严重影响了学生的学习热情。 教学方法单一。缺乏先进的教学理念的指导,教学策略上缺乏创新,沿袭着“你教我学”的教学模式,学生始终处于被动学习的地位,积极性受到压抑,自身创造力和潜能未能得到有效发挥,知识传输与能力培养相互割裂。 课时限制。该课程知识点较多,课程学时安排较短,教师偏重基本理论讲解,学生在短时间内难以消化吸收包括数据结构、操作系统等繁杂的基本概念,而程序设计和调试技巧等实践性较强的部分往往因课时限制只能点到为止,学生无法体会课程的乐趣,更无法进行深入研究,严重影响了教学目标的实现。 (二)对策研究 明确教学目标。摒弃传统教学方式,倡导以学生为中心,注重学生知识水平和技能的培养。教师应对计算机软件技术基础有一个全新的定位,在对教材知识点内涵与外延正确把握的基础上,精心设计和巧妙安排学生易于接受的课堂教学活动,准确驾驭计算机软件技术基础课堂教学,将“任务驱动法”、“合作学习法”等优秀教学方法组合运用,创设探究情境,激发学生的学习热情,使其对操作系统、 数据结构、 数据库技术等功能和运用产生浓厚的兴趣,不断提高学习能力。 丰富课堂教学手段。以“任务驱动法”为代表的互动教学法,是上世纪80年代后逐渐发展成熟的实践型教学方法,是国内外运用较多的、先进的教学理念。它是让学生在“做中学”,通过学生的参与和体验,在完成任务过程中主动地去分析和思考问题,加深对知识的理解和感知,共同探讨解决问题的方法,进而达到对知识、技能的理解和掌握,既增强了知识点的融会贯通,也强化了学生主动积极的学习意识。 巧设学习情境。软件技术基础课程教学目的,是让学生打破常规,启迪思想,通过探索、实践,掌握理论知识并能灵活地加以应用。“情境教学”正是基于这一先进思想的教学方式。如学习语言编译时,使用“栈”可实现函数过程的调用。当计算机输出数据打印时,打印机速度慢,为解决这个问题,教师安排学生们分组讨论,最终在操作系统中设一个打印队列,将打印任务逐个完成,避免了数据丢失或打印次序混乱。任务进行过程中,学生们热情高涨,积极思维,体会知识的奥妙,深刻认识到了这门课程的意义和作用,同时小组成员团结协作,焕发出可贵的集体智慧,在目标实现过程中体验成功带来的巨大喜悦。 构建良好师生关系。教师传道授业,是学生学习的组织者和倡导者,更应成为学生的良师益友,将抽象的、枯燥的软件技术基础,用实用化和情趣化的现代教学思想巧妙呈现,产生共鸣、碰撞智慧的火花,使学生充分感受学科魅力,从而启迪心灵,放飞思想。当学生暴露出畏难或厌烦情绪时,教师应给予最大限度的宽容和理解,并用科学的思想加以引导,鼓励他们打破常规、迎难而上,与学生共同完成知识点的跨越。 四、结论 综上所述,打造充满生机和活力的计算机软件技术基础课程教学,是新时期高校教学的需要,也是实施素质教育的关键。只有对教学现状进行深入的分析和研究,采用科学的方法正确梳理教学思路,将优秀的现代教学思想融入计算机软件技术基础课程教学,优化教学过程,才能实现教学相长,不断提高计算机软件技术基础课程教学的实效。 计算机软件基础论文:计算机软件技术基础课程的案例建设 摘要:案例教学能有效提高学生分析问题和解决问题的能力,是现代教育的常用教学方法之一。文章分析案例教学中的案例特征,以实际工程项目的一个子系统为背景,设计实时仿真监视系统案例并介绍案例的具体建设情况,指出该案例对提高学生的学习兴趣以及分析问题和解决问题的能力具有明显的效果。 关键词:软件技术基础;案例教学;案例建设;实时仿真;监视系统 1、计算机软件技术基础课程中案例教学的必要性 计算机软件技术基础是仿真工程与自动化专业的核心课程之一,是一门应用性很强的专业基础课。该课程是整合课程,主要包括c++面向对象程序设计、算法与数据结构、操作系统、软件工程等方面的内容,知识庞杂且难以掌握。学生在学习该课程之后常常感到困惑:所学知识有什么用,怎样运用所学知识?一些学生虽然能够在考试中考出高分,却不知道怎样解决实际问题。如何使学生认识所学知识的用途,融会贯通并灵活运用,是这门课应重点考虑的问题。目前,案例教学在法律类和管理类课程教学中的地位和作用已在教育界达成共识。教育部高等学校计算机科学与技术教学指导委员会于2006年6月了《关于进一步加强高等学校计算机基础教学的意见暨计算机基础课程教学基本要求(试行)》白皮书,明确指出在教学方法和手段上运用案例教学的必要性,因此,将案例教学作为一种教学方法引入工科类课程的教学,具有可行性和必要性。 2、认识案例 案例教学法就是在教师的指导下,根据教学目的和要求,以案例为基本素材,把学生带人特定的教学情境中进行思考,以此加深学生对基本原理和概念的理解,进而培养并提高学生运用理论知识分析问题和锯决问题能力的一种教学方法。 案例是案例教学的基础,离开了案例,案例教学就无从谈起。案例与一般教学中的例题有着本质区别,案例教学中的案例是将多个知识点融人一个整体来解决实际问题,涉及的知识面广,知识间具有连贯性和系统性,涵盖的知识具有综合性的特点,知识和原理蕴藏于案例之中。一般教学中的例题往往是配合某一章节或某一知识点,从某个角度、某个方面或某个层次反映所学理论和方法,起着验证和说明作用,常常带有为讲知识而杜撰例子的痕迹,各个例题之间相对独立,涵盖的知识单一,知识和原理孤立地呈现在学生面前。一般说来,工科类课程的案例应具有以下基本特征。 1)真实性。 客观真实性是案例的基本特征。教学案例应源于真实,取材于工程实际或科研课题,但是又要高于真实。为了突出主题,可以对真实做一定的删减处理。 2)综合性。 案例应是综合知识的载体,既要以学生已掌握的知识为依据辐射足够多的知识点,又要在匹配教学内容的基础上对知识有一定程度的扩展。 3)完整性。 案例是完整过程的载体,涉及了解背景、查询资料、分析信息、发现问题、探求方法、采取行动、解决问题的全过程。 4)启发性。 案例教学着眼于能力的培养,希望得到的不是案例的标准答案,而是解决问题的思维方法和能力。案例中,解决问题的方式是开放性的,可以留给学生想象的空间和发挥的余地。 5)实践性。 学生可以对案例进行复现、改进和完善,也可以按照自己的思考去实现,增强理论应用于实际的能力,实现从理论到实践的转化。 3、案例建设 案例教学的前提是高质量的案例,高质量的案例既要覆盖足够的知识,又要控制合适的规模。规模过小,则不能溶入足够的知识,也不能提供足够的研讨与思维空间;规模过大,则在短时间内难以被学生接受,不能得到预期的教学效果。笔者以实际工程项目卫星实时仿真系统的一个子系统为案例背景,在突出主题的前提下,进行了适当的详略及删减处理,形成了“实时仿真监视系统”案例。 3.1 案例背景简介 卫星实时仿真系统能够对卫星的方案、设计、集成、测试和运行各个阶段进行仿真验证,是提高卫星总体设计水平的重要手段,其网络关系连接如图1所示。在此系统中,仿真模型解算、物理设备接口等苛刻实时约束的节点通过反射内存互联,构成实时内环,外环则通过普通网络互联,将人机交互、可视化、数据处理等实时约束弱的节点互联,内、外环都可以根据需要扩充且内环不受外环影响,苛刻实时得到保障。转发计算机完成内存数据的提取并转发外环,仿真管理计算机则同时管理内、外环系统。卫星仿真监控是卫星实时仿真过程中的重要一环,它将抽象的仿真活动形象化,并及时将信号数据以各种方式反馈给用户,以利于用户分析、理解和决策。卫星实时仿真监控系统,能够模拟通过控制、监视和测量星上设备的工作状态实现实时连续地记录工作过程、测试数据和描绘曲线。图1中,人机交互计算机、曲线显示计算机和三维显示等外环计算机共同实现仿真监视功能。我们将人机交互计算机和曲线显示计算机的功能提取出来,要求系统具有一定的通用性,能够适应不同监视任务和不同数据类型,形成“实时仿真监视系统”案例。 3.2 实时仿真监视系统案例 实时仿真监视系统的工作原理为:转发计算机完成内存数据的提取并转发外环,外环上的实时仿真监视系统首先进行初始化,随后自动生成系统主界面。系统支持两种运行模式:监视模式和回放模式。在监视模式下,系统既要处理主界面信息,又要处理网络数据。主界面信息的处理包括响应用户交互消息、更新实时监视界面、实时绘制曲线;网络数据的处理包接监听网络端口,接收、解析和保存数据包,将有效数据写入共享数据结构,供给系统绘制曲线。在回放模式下,不再需要对网络进行监听,直接读取监视模式下保存的原始数据文件,然后进行相应处理即可。 为实现上述目的,使系统具有一定的通用性,我们设计了如下方案: (1)在软件工程思想指导下,进行需求分析、总体设计、详细设计、编码实现以及综合测试。通过该案例,让学生对软件工程思想指导下的软件开发全过程有一个感性认识; (2)采用多线程技术实现监视模式下的主界面信息处理和网络数据处理,仅用单线程实现回放模式; (3)设计一个数据包发送测试程序,模拟转发计算机的功能。 为此,我们结合本课程的基本知识点将系统的主要功能模块划分为界面管理和数据处理两大部分,界面管理部分主要承担主界面信息的处理,数据处理部分则主要负责数据的处理。 3.2.1 界面管理 系统运行过程中始终需要对系统主界面进行管理。从运行初期的生成主界面,到运行中的监视过程的显示,再到最终的系统结束,都需要对主界面进行即时的调整。为了提高通用性,系统采用基于配置文件的方式,通过用户提供的配置文件,动态改变系统监视任务,也就是说,系统能够改变每次运行时的任务,主界面显示的内容具有不确定性。 1)读取配置文件,获取初始化信息。 系统运行之前,需要进行初始化,这就需要系统读取配置文件,包括全部信号、实时显示信号、数据包类型等配置文件。用户必须按照约定的正确格式提供配置文件,否则系统有可能无法正确识别相关信息。从软件工程的角度,配置文件的设计与确定应在总体设计阶段完成。配置文件的类型、组织方式以及数据正确性的检验,都是学生可以自由发挥和扩展的内容。 2)自动生成实时监视界面。 监视对象的不确定性使得系统的监视界面无法固定,然而,不能将界面的生成工作完全交给用户完成,这就需要设计一种适用于不同监视任务的界面生成算法,使系统将界面生成工作承担下来。另外,系统界面的尺寸等信息是用户所不知道的,因此被监视的信号在系统主界面中的显示位置无法由用户设定,这就需要系统自己完成界面的排布任务。因此,要求设计一个具有较强通用性的监视界面自适应生成算法,这部分涉及算法设计和计算机系统配置的获取等基础知识,算法设计是学生能够自由发挥并出彩的部分。 3)定时更新监视界面。 为了实现实时监视功能,系统需要对监视界面进行定时更新,以显示当前被监视信号的实时数据。为了满足用户的不同需求,系统提供0.5s、1s、2s三种刷新频率。系统可以根据用户选择的刷新频率对主界面进行更新。这部分主要涉及定时器的使用。 4)处理用户交互消息。 系统需要对用户的交互消息进行处理,主要为鼠标消息,包括运行模式的切换、仿真的开始与结束、加载历史数据包文件等。这部分涉及所选编程环境下的消息响应机制问题。 3.2.2 数据处理 系统在运行过程中,需要对数据包进行接收、解析和存储,还要为曲线绘制提供原始数据,因此需要设计一个专用的数据结构。 1)接收网络数据包。 在监控模式下,系统既要处理主界面信息,又要通过网络接收数据包。为了避免“漏掉”数据包,系统必须对网络持续进行监听。如果主线程将大量时间用在网络监听上,势必无法对用户的交互做出及时响应。因此,需要将数据包的接收放在一个单独的线程中。这涉及操作系统进程管理的相关概念,是多线程程序设计技术的典型应用;也涉及网络通信技术,需要了解网络通信协议等相关知识。 2)解析数据包。 在接收到数据包后,需要将数据包内的数据进行解析,获得数据包内的数据,将最新的数据更新至系统对应的变量中,以供实时显示。解析数据包涉及网络通信程序设计技术。 3)保存原始数据包。 系统要求有回放功能,因此需要将接收到的数据包写入文件,进行永久保存。数据包的保存有两种方式:解析后按段保存和作为整体进行二进制保存。第一种方法耗时,需较大工作量。第二种方法简便,工作量小。显然第二种方法更适合本系统。由于系统必须适应两种类型的数据包,因此,进行数据保存时,采用以形参类型为区别的方式进行同名函数的重载,实现两种类型数据包文件的存储。这部分功能涉及C++面向对象程序设计中的重载技术以及文件操作技术。 4)读取数据文件,获取数据包。 在回放模式下,系统不再对网络进行监听,不进行数据包的接收,需要通过读取之前保存的原始数据包文件获得数据包。原始数据包文件保存的是二进制形式的数据包,系统每次读取之后需要对数据包进行解析,这与接收到数据包的过程是一样的,不同之处在于回放过程不再需要将数据包进行保存。这涉及C++面向对象程序设计中的文件操作,同时,通过监视模式下的多线程程序设计与回放模式下的单线程程序设计的对比,使学生真切感受并理解多线程程序设计技术及其应用场合等。 5)共享数据。 系统嵌套了曲线绘制模块,因此,数据处理与曲线绘制之间需要有一块共享数据内存。在收到数据包并解析后,马上将有用的信息写入该共享内存。写入操作由数据包接收线程处理,读取操作由主线程内的曲线绘制模块完成,因此,需要对两个线程进行同步。这涉及数据结构的设计和操作系统的同步与互斥。 6)快速查找。 系统支持大数据量下的仿真监视,对数据的快速查找有较高的需求,因此,需要设计支持快速查找的哈希表数据结构,包括哈希函数的确定、冲突的解决等,这涉及数据结构的哈希表技术。 4、结语 “实时仿真监视系统”案例,涵盖了软件工程、c++面向对象程序设计、算法与数据结构、操作系统和网络通信等计算机软件技术基础课程及其先导与后继课程的知识点,是一个与学生所学专业密切相关的实际应用系统,容易引起学生的兴趣,也容易被学生理解和接受。这样的案例既与教学目标相吻合,又便于教师驾驭和把握。 从学生反馈的情况看,学生普遍认为,案例教学法方式新颖,实时仿真监视系统案例与专业基础结合紧密;能引导学生积极思考,提高学生的学习兴趣以及分析问题和解决问题的能力。该案例在教学过程中取得了明显的教学效果。 为了更好地开展案例教学,我们必须把建设高质量的案例作为重点来抓,选择合适的案例背景,制定合理的案例建设计划。实践证明,只有经过长时间的积累、认真的思考、精心的选择和多次教学实践,才能获得高质量的教学案例;只有经过团队的长期努力,才能建设高质量的教学案例库。 计算机软件基础论文:基于 Flex的《计算机软件基础》电子教案系统的应用研究 摘要:针对当前《计算机软件基础》电子教案开发中存在的问题,在调研了各种多媒体支持比较好的开发技术的基础上,结合多年的教学实践,提出了基于Flex 和 AIR 技术平台的《计算机软件基础》电子教案系统开发的技术解决方案。该系统提高了课程教案的可复用性和可维护性,实现单机运行功能和网络化功能,顺应了电子教案的网络化发展趋势,克服了传统 PPT 在课程电子教案制作方面的不足。 关键词:计算机软件基础 电子教案 RIA Flex 电子教案,是将传统教案中的内容转换成计算机能处理的数字信息格式后存储于记录介质(如磁盘、磁带、光盘等) 中的一种形态。同其他的电子出版物一样,在观看阅读时必须事先输人计算机主机中,由显示器输出。目前课堂上比较流行的电子教案一般有两种类型:PPT 教案和 WORD 教案,调研中发现在《计算机软件基础》课程教学当中 PPT 教案使用的比例非常高。与传统教案相比,电子教案不仅仅是形式上的变化,而是对传统教学手段、教学方法和教学模式的深层次变革。在教学过程中有效运用电子教案是新课程改革的必然要求、是教育现代化的必然要求、也是未来社会发展的必然要求。 《计算机软件基础》作为工科专业的必修专业基础课程之一,主要介绍了程序设计语言、数据结构和软件工程基础知识,强调基本算法的理解和运用。传统教学无法演示程序设计实践和算法演示,充分利用多媒体、网络技术发展带来的契机,采用新的教学模式改进原来的以教师讲授为主的单一课堂教学模式是课程发展的趋势。 一、现有《计算机软件基础》电子教案开发中存在的问题 软件复用是一种由预先构造好的、为软件复用是一种由预先构造好的、为复用目的而设计的软件构件来建立或者组装软件系统的过程。目前用 PPT 等软件开发的《计算机软件基础》电子教案的大部分内容是直接打包在一起的,用户根本看不到动态演示过程,也没法对内容进行修改,所以根本就谈不上软件的复用,网络共享也困难。目前少数一些用Authorware,Director,Flash 和 Html 等软件开发的《计算机软件基础》电子教案,由于在打包或时把教学内容和程序放在一起,一般没有计算机培训的用户根本就没有办法对其进行修改。由于现在网络的快速发展,基于 PPT 等开发工具开发出来的电子教案都不支持网络浏览,这样不利于课程电子教案内容的及时更新。同时,PPT 要做出很强的交互性需要熟悉它的脚本开发,而 PPT 的交互设计能力不强,限制了教案的二次开发能力,使得教师的教学活动设计和组织受到现有电子教案的约束,很难达到理想的教学效果。 二、系统整体设计结构 电子教案系统总体上被分为两大部分,一个是电子教案的编辑器部分,另一个是电子教案的内容前台展示部分(播放器功能)。编辑器部分的界面设计要力求简洁明了,逻辑结构清晰。播放器部分是教师上课时用来展示教学内容的程序,它包括导航部分、内容展示部分、以及电子白板。系统的功能需求主要集中在图文混排、多媒体支持、用户交互、编辑和修改、文字批注和电子排版等功能。 系统总体上采用由电子教案编辑器和播放器两部分组成,电子教案编辑器在完成电子教案内容的制作后导出素材内容,打开播放器播放电子教案。 编辑器主要是为电子教案的制作人员提供添加和修改课程电子教案内容的功能。编辑器部分包括电子教案文件处理部分,电子教案逻辑的设计,具体的每个页面内容的添加和页面相关属性的设置。其中文件处理部分对电子教案进行新建、打开、保存;逻辑结构对电子教案内容之间的逻辑结构进行安排,使其符合电子教案整体的结构或教师教学的具体要求;页面内容的添加负责在页面中添加具体的教学内容素材,如图片、文本、音频、视频等;页面相关属性的设置对页面背景颜色和背景图片的添加和修改,对页面切换效果的设置。另外还有具体的媒体素材的风格设计,同时还提供备课时添加批注的功能。播放器通主要负责对编辑器生成的电子教案素材文件的展示,供教师上课使用。播放器的交互设计和 PPT 类似,保持了 PPT 的一些版面设计风格和快捷键操作等。另外播放器提供弹出式导航栏,方便教师上课时的导航操作,每种素材对象都有自己特定的交互方式。编辑器打包把播放器和电子教案素材内容放在一起,播放器在打开时会调用同级同名文件夹里的 XML 文件和素材文件。 三、主要模块实现 1、电子教案文件操作模块 该模块在设计时把电子教案文件作为一个整体内容来进行新建、打开和保存。新建电子教案时对原有已打开电子教案的处理,如果用户对已打开电子教案做了修改,但是未保存,会提示用户先保存,然后再新建电子教案文件。 作为该系统的重要模块之一,内容结构编辑模块的设计要方便用户对电子教案文件的逻辑结构进行编辑和修改。本系统采用树的数据结构来标示电子教案的内容结构,不仅结构清晰,而且操作方便,符合一般用户的习惯。 该树形结构的节点可以拖动以调整节点的位置,在节点上单击右键会弹出右键菜单,包括对节点的添加、复制、粘贴、删除和修改等操作。 四、总结 《计算机软件基础》电子教案设计和开发的过程中,不仅使电子教案结合了桌面应用良好的用户体验与网络课件轻松部署,带给用户更好的交互体验。该系统实现了电子教案对网络的支持,提高了教案的可重用性和可扩展性。本系统结构在细节上还有部分可以改进和提高的地方。比如系统定义的各种资源素材 XML 表示文档没有遵循 Scorm 技术标准,给以后电子教案素材内容网络复用带来不便。 计算机软件基础论文:计算机软件开发基础知识浅析 一个软件从开始计划到废弃为止,称为软件的生存周期。它包括计划、开发和运行三个周期,每一时期又可细分为若干个更小的阶段。计划时期为问题定义和可行性研究;开发时期为需求分析、概要设计、详细设计和编码;运行时期为测试和维护。我们在开发软件项目时,要做到系统计划、分析、设计、编码、测试及维护等基本的六大步骤。软件开发首先从制定计划开始,这是必不可少的一步,在制定计划时,要准确地弄清软件项目最终要解决的问题,并考虑相应的对策,宁愿花一些时间充分作好计划,也不要在计划不周的情况下仓促着手。 一、系统计划:它包括系统定义及分析、可行性研究和实施计划报告的编写。1、系统定义是制定软件计划的第一步,它应决定所开发软件的总目标,其任务包括首先是确定所开发软件的总体要求和适用范围,描述所开发软件与外界接口的关系;其次是确定所需硬件和软件的支持,对开发的进度和成本作初步估计;第三是分析系统的可行性是否确定所开发软件与原软件的兼容性或其它关系;最后是确定所开发软件的性能与其内部复杂性之间的折中关系。2、可行性研究它包括技术可行性、经济可行性及社会可行性方面。技术可行性是研究应弄清现有技术条件能否顺利完成开发工作,对参加开发工作的人员应有哪些技术方面的要求。硬件配置能否满足开发的需要,估计的进度是否恰当以及对用户的技术方面的要求是否合理等等;经济可行性研究的目的是希望以最小的开发成本取得最佳的经济效益的软件产品;社会可行性研究则是指所开发的软件项目是否涉及到版权纠纷等法律问题,这样的软件产品投入运行后,对生产、管理或经营体制带来有什么社会影响。3、实施计划报告的编写是开发进度、人员投入计划、人员的组织及其资源的利用作个计划报告提纲。 二、系统需求分析:需求分析的任务在于完全地弄清用户对软件系统的确切需求,它具有三大特点:准确性和一致性;清晰性和没有二义性;直观、易读和易于修改。比如,你首先要知道做这个项目是为了解决什么问题;测试案例中应该输入什么数据等等,为了清楚地知道这些需求,你经常要和客户、项目经理交流等。需求分析的步骤:1、通过对现实环境的调查研究,获得当前系统的具体模型;2、去掉具体模型中的非本质因素,抽象于当前系统的逻辑模型;3、分析当前系统与目标的差别,建立目标系统的逻辑模型;4、对目标系统进行完善和补充,并写出完整的需求说明;5、对需求说明进行复审,直到确认文档齐全,并且符合用户的全部需求为止。 三、系统设计:主要分成两步即概要设计(总体设计或结构设计)和详细设计。概要设计阶段应着重解决实现需求的程序模块设计问题,如何把被开发软件系统划分成若干模块,并决定模块的接口,模块间的相互关系以及模块之间传递的信息。详细设计则是要决定每个模块内部的具体算法。经概要设计和详细设计完成后,需要进行必要的阶段评审,其目的在于使设计发生问题能够及时发现并得到及时的解决。实际上软件设计的主要任务是就是将软件分解成模块,该模块是指能实现某个功能的数据和程序说明、可执行程序的程序单元。 四、系统编码:系统编码即编程序是软件开发的最终目标,是产生能在计算机执行的程序,其目的是使用选定的程序设计语言,把模块的过程性描述翻译为用该语言书定的源程序。实质上,软件=程序+文档。编码的目的是产生程序,其余阶段是产生文档。软件编码是指把软件设计转换成计算机可接受的程序,写成以某一程序设计语言表示的“源程序清单”。能充分了解软件开发语言、工具特性和编程风格,有助于开发工具的选择以及保证软件产品的开发质量。 五、系统测试:包括测试的方法与技术和测试步骤。测试在软件生命期中占重要地位,不仅是因为测试阶段占的时间、花费的人力和成本占软件开发的比重很大,而且它直接影响着软件的质量。程序中许多细微的地方要求绝对正确无误,不能半点马虎。软件开发工作在测试以前已经历了制定计划、需求分析、设计和编码等许多阶段,每一个人的思维不可能绝对周密,而不可能不出现差错,更不用说,在大中型软件开发项目中,系统内各部分之间、各种数据之间、各种人员之间存在着复杂的关系,因而目前可采用的开发方法都不能完全避免发生差错。1、测试的方法与技术主要是机器测试与人工测试和白盒测试与黑盒测试。机器测试是在设定的测试数据上执行被测程序的过程,又称为动态测试。人工测试并不是可有可无的,为了节约计算机机时采取的权宜措施。它是机器测试的准备,也是程序测试中不可缺少的环节。而白盒法和黑盒法主要依据是软件的功能或软件行为描述,发现软件的接口、功能和结构错误。其中接口错误包括内部、外部借口、资源管理、集成化以及系统错误。2、测试步骤。分单元测试(模块测试)、综合测试、确认测试和系统测试四部分组成。它是整个计算机系统(包括软件与硬件)的测试,可与系统的安装和验收结合进行。测试的目的是让你知道,什么时候算是完成了,这样可以及时知道你是否真的完成。 测试是软件开发时期最繁重的任务,也是保证软件可靠性最主要的手段,测试的目的是发现程序的错误,而不是证明程序没有错误,软件的测试通常分散在3个阶段进行。编码阶段完成单元测试,包括静态分析与动态测试。 六、软件维护:当软件产品交付使用后,就进入生存周期的最后一个时期——运行时期。必须搞好软件的维护,才能使它正常工作,还使它扩充功能、提高性能,为用户带来显著的效益。一般软件维护工作包括三个方面的内容:改正性维护、适应性维护和完善性维护。在软件生存期中,维护工作是不可避免的,按照不同的目标,维护活动可以分为四类:1、以加强软件功能为目标的完善性维护;2、纠正软件遗留错误的纠错性维护;3、为了适应运行环境变化而进行的适应性维护;4、以及为改进软件的可维护性,减少将来的维护工作量而进行的预防性维护。软件的可维护性,主要决定开发时期的活动,用软件工程的方法来开发软件,编制齐全的文档,严格进行软件测试和阶段复审,是改善软件可维护性、降低维护费用的关键。要加强对维护的管理,尤其是配置管理。有效地对软件配置进行跟踪和控制,避免造成文档的混乱。为确保维护中修改的正确性,消除因修改不当给拥护带来的不良影响,要求对修改工作持谨慎态度。 软件工程环境是在开发软件工程时,开发者要求环境支持他们按照软件工程的方法,全面完成生存周期中的各项任务环境。它要求有适用的语言、良好的工具、有力的编辑和调试手段,以及尽可能丰富的实用程序。良好的环境可以提高开发效率和软件质量的重要条件。软件项目的特点是软件产品和其它任何产业不同,它是无形的,既没有重量,也没有体积。对于这样看不见、摸不着、完全没有物理性质的产品,如何组织生产和研制,却有许多与众不同之处。 计算机软件基础论文:计算机软件技术基础课程教学团队的建设探索与实践 摘 要:该文是将我们对于计算机软件技术基础课程教学团队的多年建设经验进行了探索与实践,为相关基础课程教学团队的建设提供一些宝贵的经验,使国家“质量工程”建设工作落到实处。 关键词:计算机软件技术;基础课程;教学团队 我校计算机软件技术基础课程教学团队经过多年的建设和发展,形成了鲜明的特色,为信息类专业学生的培养做出了一定的贡献。 一、团队设置特色 计算机软件技术基础课程教学团队是在多年的教学改革与实践中自然形成的老中青相结合的教学团队。本团队是在不断适应国家建设需要的过程中形成、发展和壮大的。当今我国经济飞速发展,在信息化建设中对高素质人才的培养提出了新要求,本团队根据这些要求大力开展计算机科学与技术人才培养模式与课程体系的研究、建设与实践,团队自身水平稳步提高。组成了以教授、博士为核心的教学小组,并结合学科发展方向,建立多渠道师资培养机制。 二、切实可行的创新性改革措施 本团队按照课程内涵,适应国家现代化建设对人才的需求,通过长期的教学实践探索、总结、形成了以下创新性改革措施。 (一)树立先进教学理念,优化课程内容 团队以“厚基础、宽口径,知识、能力、素质协调发展”的教育教学理念,针对社会发展需求,结合各专业特点,分别制定教学计划,将课程划分为“基础类”、“专业类”和“应用类”三个层次的课程类型。 (二)采用灵活教学方法和手段,提高教学质量 本团队在长期的教学研究过程中,归纳、总结和形成了若干种实用的教学方法。将省级重点学科、精品课程建设的经验应用到本课程教学改革中,充分发挥教授、博士的作用:教授、博士全部承担课程的主讲工作,定期研讨本课程的新技术及发展动向;由团队带头人主持培养方案、教学计划、教学大纲制订等教学活动;将科研课题引入课程设计和创新实验等实践活动中。紧跟学科发展的步伐,面向市场需求、结合各类专业特点,制订了一套全新的课程大纲和人才培养方案,加大基础实验的课时数,着力培养实际动手能力。 (三)强化课程设计,提升学生综合素质 从课程设计的选题、指导教师的配备、设计过程,我们从制度上实现了全方位的考核和监控。近年来,课程设计的选题中有15%来自团队成员的基金项目和科研课题,35%来自企事业单位横向课题,有30%的选题跟踪学科领域的新技术。 三、实验教学或实践性教学 (一)依托优势资源,强化实验教学 依托我校的计算机科学与技术国家级实验教学示范中心、光电技术与智能控制教育部重点实验室、甘肃省高原交通信息工程及控制重点实验室、铁道部通信与自动化重点实验室、甘肃省网络测试技术研究中心、甘肃省网络监测中心等11个实验室和研究所,建立了面向本科生的课程实践体系。实践教学中突出知识的综合运用能力培养,设立了综合性课程设计体系,并对某些专项内容单独设课,突出了计算机软件分析设计能力、创新能力和团队协作能力的培养。 (二)结合学生兴趣,建立个性化的培养方案 利用国家级实验教学示范中心的先进软硬件平台,开设设计性、创新性的综合实验,并作为实践活动的必修环节。这些活动不仅向学生提供了接触、学习先进软件工具的机会,而且也通过教师的言传身教,掌握科研的基本实验技能,为后续实践活动奠定基础;通过本科生参与团队成员承担的科研项目,使学生一开始就处在一个较高的起点,能够涉猎学科前沿。 (三)完善实验教学管理制度,保证实验教学质量 团队切实加强教师队伍和管理制度的建设,确保高质量地实施课程计划。借鉴ISO9001认证体系中的过程化管理、按要素评估的思想,建立完善的教学质量保障体系。 四、资源建设 课程建设依托计算机科学与技术国家级实验教学示范中心、光电技术与智能控制教育部重点实验室、甘肃省高原交通信息工程及控制重点实验室、铁道部通信与自动化重点实验室、甘肃省网络测试技术研究中心、甘肃省网络监测中心等实验室,先后通过教育部、甘肃省教育厅和学校共同投入,补充和更新了一大批实验设备,使实验条件得到较大的改观,能满足教学科研的需要。同时,团队通过校企联合,建立了一批计算机设备比较先进、技术力量雄厚、指导能力强、稳定的校外学生实践基地。各实习基地的实践活动按照教学大纲和任务书进行,保证了实践教学效果。 五、网络教学建设 建立本课程网上课堂及在线立体化智能教学系统。网上课堂设计的目的是能够给不同层次、不同需要的学生提供帮助,提高教学质量。根据网络立体化教学环境的要求,系统主要包括用户管理、公告系统、网上教学、动画演示、在线测试、网上答疑、课程实验、课程设计及论坛多个模块构成,系统的设计思想确定为:以知识点为中心组织教学子系统;利用动画技术设计演示子系统;建立交互式的考核子系统;建立答疑教室,为教学交流提供桥梁。 六、结束语 我校的计算机软件技术基础课程教学团队是一支实力雄厚,极具影响力的教学科研队伍。该团队很好地把握了当前“计算机”教育的特点,坚持理论与实践并重,一方面,注重对国际上新理论、新方法以及实践中的热点问题进行跟踪和研究。另一方面,注重运用现代信息技术,精心制作了多媒体课件,采用多媒体手段进行教学,同时利用现代信息技术,实现了网络化教学,方便了师生之间的教学互动,有助于促成教学质量的提高。该团队的很多研究成果已经达到国内领先水平,并被评为国家级教学团队。 计算机软件基础论文:以计算机软件工程为基础的现代化技术研究 摘 要 为了推进我国现代化产业的健康发展,各界对于计算机软件工程技术的发展非常关注。目前,电子计算机的覆盖面非常广泛,这对于计算机软件工程的发展提供了动力。为此,本文首先分析了计算机软件工程的具体情况,其次,提出了促进以计算机软件工程为基础的现代化技术发展的可行性方法,最后,就计算机软件工程未来的发展趋势作以分析。 【关键词】计算机 软件工程 现代化技术 研究 现如今,已经步入信息化时代。在此背景下,现代信息技术以其特有的优势为各个行业提供便利。其中,计算机软件工程也属于应用现代化信息技术中的重要一员,为了更接近理想发展目标,有必要提升其现代化水平。因此,了解计算机软件工程现代化技术发展现状,并提出合理性的改进意见,是非常必要的。只有这样,才能让计算机技术得到更充分的应用。 1 计算机软件工程及其发展现状 计算机软件工程,具体是指参与软件工程活动的软件工程师和管理员进行开发、维护、管理软件产品的过程。在这期间,他们需要在软件工程的方法指导下,利用计算机及其软件工具完成上述工作。自计算机软件工程技术传入我国以来,其也得到了一定的发展。分析其发展现状,不难发现,计算机软件工程技术与其他先进技术相比,存在明显的共通性。因此,计算机软件工程技术得到了众多应用领域的认可。为了促使计算机软件工程技术更好的发展,分析其存在的不足之处,有利于实践过程中调整或者改正。具体而言,在软件工程化开发过程中,会产生较多问题,例如,最突出的问题就是工程软件设计需求与实际业务需求存在出入。除此以外,关于软件工程的管理也不是一件容易的事情,其涉及的环节较多,内容较为繁杂,给软件工程的管理造成诸多不便。就其根本,限制我国计算机软件工程的发展因素主要有两个方面: (1)缺少自身的自主研发手段; (2)缺少一套计算机软件工程管理体系。 2 促进以计算机软件工程为基础的现代化技术发展的可行性方法 2.1 加强自主产权的保护 计算机软件工程借助现代化技术实现发展,因此,在计算机软件的自主创新技术上,相关企业应注重保护自主产权。在此过程中,要通过优化投资结构,创建出属于自主研发的创新技术,进而推出相应的技术与产品。除此以外,为了缩小我国计算机软件工程现代化技术与国外的差距,有必要密切关注国外的发展状况。同时,保护知识产权是一项重要工作,企业或者相关人员应增强自身的知识产权保护意识,明确科学、合理的知识产权保护举措,以促进我国现代化技术向更好的方向发展。为实现该目标,应做好以下几点, (1)针对知识产权方面的知识,应大力宣传。 (2)针对相关知识产权方面的法律法规,应积极完善。 (3)将违背知识产权保护条例的行为给予相应的处罚。 从上述几点入手,调动计算机设计人员的工作积极性。 2.2 重视创新技术和产品 我国计算机软件工程上的技术自应用以来,取得了不错的发展。但停滞不前的技术水平,很难让我国计算机软件工程技术实现更好的发展。为了扭转这种局面,我国相关部门与科研人员在技术方面应实现创新。国外的先进技术固然能够被引进或者借鉴,但是这不是长久之计。在计算机软件工程技术中融入自身更多的自主性,才是创造优质产品的根本。通过技术创新,促进行业整体平稳发展,是我国的计算机软件工程走向可持续发展的道路唯一途径。现阶段,我国相关部门与科研人员应该通过引进新型、专业型的技术人才,提出新颖的技术理念等方法实现计算机软件工程技术的创新。这样计算机软件工程的建设才能打好基础,进而推动其的整体进程。 2.3 政府增加扶持力度 信息化项目建设的发展,对于一个国家来说是非常重要的。作为信息化项目建设中的重要组成部分,现代化计算机软件工程技术相关项目应该受到政府的重视,得到更多的扶持。为此,政府部门,应该做好以下几项工作: (1)通过增加投资和融资渠道让项目建设获取更多的投资。 (2)由政府负责牵头成立相关的计算机软件工程基金,为计算机软件信息产业的发展贡献出重要的力量。 (3)政府还应该通过引导和开发,促成相应的技术改造项目顺利完成。 3 以计算机软件工程为基础的现代化技术发展方向 从计算机软件工程的技术应用现状来看,以计算机软件工程为基础的现代化技术发展前景非常好。在未来,以计算机软件工程为基础的现代化技术更倾向于向智能化方向发展。只有实现智能化,才能提升计算机在办公效率方面的能力。不仅如此,在软件工程技术开发中,也可以增强自动化的作用。因此,加大软件开发技术的智能化推进力度刻不容缓。另外,分析以计算机软件工程为基础的现代化技术发展方向,可以明显看出,其更加趋向开放性的发展趋势。计算机的应用领域越来越多,全面推动技术的开发是必然的选择,如此一来,增强开放化程度也成为了唯一方法。网络化程度增强也是以计算机软件工程为基础的现代化技术发展的一个主流。在计算机软件工程开发的过程中,涉及的信息数据越来越多,需要存贮的内容也随之扩大,因此,在未来,计算机软件工程需要更加趋向网络化。否则,将难以快速的进行信息处理。同时,与全球信息的交汇也需要增强其网络化。 4 结束语 综上所述,为推动现代化社会发展,关注并重视现代信息技术非常必要。在现如今的信息化社会的背景下,促进信息化技术的发展不能仅仅借鉴或者引入国外的先进技术。我国应该本着积极创新产品的目的,提升自主研究技术水平,为提升服务质量与水平做出努力。我国计算机软件工程的现代化发展,需要当代科研人员和相关人员贡献力量。从政府加大扶持力度到科研人员重视创新技术和产品,都是推动计算机软件的开发与进步的方法。此外,企业自身也要尽可能创造积极的环境为计算机软件工程的优化升级奠定基础。 计算机软件基础论文:认知案例教学法在“计算机软件技术基础”课程中的探讨与应用 摘要:针对目前“计算机软件技术基础”课程教学中存在的共性问题,结合专业特色,着重探讨了将基于Zadeh认知原理的认知教学法与案例教学法相结合形成的认知案例教学法及其在该课程中的应用。通过三年的教学实践,收到了良好的效果。 关键词:软件技术基础;教学法;认知;案例 一、引言 “计算机软件技术基础”课程是非计算机专业的计算机基础教学内容之一,有着广泛的应用。课程的教学目标是使学生能够全面系统地了解并掌握计算机软件技术的基本概念、思想、原理和方法,并且具有一定的软件系统设计能力,更好地利用计算机软件技术解决本专业领域中的实际问题和日常事务性问题[1-2]。目前,很多高校都开设了“计算机软件技术基础”课程并取得了一定的成效,但该课程的综合性较强,在教学过程中出现了一些不尽如人意之处。本文针对目前该课程在教学中存在的共性问题,结合作者的教学实践,从教学方法的角度出发,对该课程的教学改革进行探讨。 二、课堂教学存在的共性问题 “计算机软件技术基础”课程教学目前面临的共性问题主要体现在以下几个方面[3]:(1)学生对该课程的学习目的不明确,认识不到课程内容的重要性;缺乏学习动力、主动性和自觉性;(2)学生的程序设计、调试能力薄弱,缺乏解决实际问题的经验,对课程内容的实用性体会不深;(3)教学学时较少,一般为32或者48学时。课堂教学大部分时间集中在基本概念、原理的讲授上,而程序设计、调试等实践性较强部分通常只能点到为止,无法进行深入讲解和布置练习。 对于第一个问题,普遍采用的对策是引导学生重视课程;后面的两个问题,目前的解决方式主要集中在教学方法和教学手段的改革上,不同的授课者在具体实施的时候,会因情况而各异。本文作者承担着内蒙古大学通信工程、电子信息科学与技术两个专业的“计算机软件技术基础”课程的授课任务,面对目前该课程教学中的共性问题,进行了深入的思考、分析和研究,除了对学生进行科学研究层面的适当引导外,尝试采用合理有效的教学方法展开教学工作。 目前,一门课程大多采用一种教学方法,主要有任务驱动教学[4]、案例教学[5]、问题教学[6]、引导教学[7]、认知教学[8]等。前四种方法侧重于教学形式与手段的变新与改革,认知教学从讲授内容的本质出发,研究教学内容的认知过程。“计算机软件技术基础”课程以高级程序设计(C或C++)为基础,内容涵盖“算法与数据结构”、“操作系统技术”、“数据库技术”和“软件工程”等,各内容之间既互相联系又比较独立,每一部分内容都是计算机专业的一门专业课程。对于这样具有繁杂的内容并且注重理论联系实践的课程,仅采用单一的教学方法组织教学肯定满足不了授课的要求,同时学生也不容易掌握其内容。基于Zadeh认知原理的认知教学能够从牢牢抓住教学本质出发,深化知识的组织、粒化与因果关系,将所有知识融为一体。案例教学能够使理论和实践有机地结合起来,利于学生的思维能力、知识应用能力、团队合作精神的培养。本文将基于Zadeh认知原理的认知教学与案例教学两种教学方法紧密地结合起来(以下称认知案例教学法)并应用到该课程的教学实践中,借此加强学生的程序设计、调试能力,缓解因教学学时较少与加强实践能力间的矛盾。 三、认知案例教学法及在“计算机软件技术基础”中的应用 基于Zadeh认知原理的认知教学是按照人类认知事物的规律进行教授知识,将教学知识组织、粒化、因果化,使学生抓住知识的本质,全面地掌握知识。其中,组织是对知识宏观的掌控,粒化是对知识微观的演化,因果则是知识之间的关联。因此,认知教学能够条理地、逻辑地、系统地组织教学内容,是一种符合学生学习逻辑认知过程的科学方法[8]。案例教学是一种以教学案例为基础的教学方法,以学生在课堂内外对案例的分析、思辨为重点,目的是提升学生应用理论创新性地解决实际问题的能力。具体形式是在教师的精心策划和指导下,根据教学目的和教学内容要求,运用典型案例将学生带入特定事件的现场进行案例分析,通过学生独立思考或集体协作,进一步提高其识别、分析和解决某一具体问题的能力[5,9,10]。对于认知案例教学法,首先综合考虑认知教学法和案例教学法的内涵,认真分析课程的特点和内容,提取宏观知识点(教学内容)并把它们合理地组织在一起;然后对每个宏观知识点进行细化,得到微观知识点;接下来搭建宏观知识点之间、微观知识点之间的相互关联,从而得到一个课程的认知系统;最后在这个认知系统的基础上,对微观知识点或宏观知识点选择合适的案例开展课程教学。 根据“计算机软件技术基础”课程的内容,把“算法与数据结构”、“操作系统技术”、“数据库技术”和“软件工程”四部分作为宏观知识点,并用系统工程作为基点把它们关联起来;依靠采用的教材和使用的参考资料对这四个宏观知识点进行细化,并建立微观知识点的彼此关联,这样就得到了“计算机软件技术基础”课程的认知系统,如图1所示。图1中的宏观知识点和微观知识点形成了一个多层次、逐层深入的组织结构。每一层是其上层的粒化,每层的微观知识点之间、上层和下层之间都有直接或间接的因果关系。依据图1所示的认知系统,在实际教学中采用了对底层一个或多个关联紧密的微观知识点精选有真实场景的应用案例展开课堂授课。为了能够成功地进行认知案例教学,需要对学生进行科学研究层面的引导,较好地激发学生对课程的强烈求知欲和学习积极性,使其在课堂之外能够主动地投入更多的时间和精力认真完成课堂教学的准备工作,同时自主地学习和发现问题。对于教师,需要在图1的认知系统框架下,根据微观知识点有针对性地选择案例。仔细研究案例的内容,做好案例分析。明确给出本次案例教学重点讨论的问题、有关的背景知识、参考资料和预习要求,把这些内容文档化提供给学生,要求学生提前预习,找出具体问题,同时准备分组讨论提纲。注重程序设计和调试,布置相应的练习,要求学生提前熟悉程序,并准备调试结果。课堂教学中,引导学生就一个问题进行讨论,根据学生的发言进行相应的点评和讲解;并引导学生从一个问题的讨论过渡到另一个问题的讨论;最后进行小结和归纳。 认知案例教学注重培养学生的程序设计和调试能力,教学中布置的练习都有相应的应用背景,学生通过调试和设计程序对课程内容的实用性有了进一步的体会。一般一个案例包含多个知识点,学生的预习和准备工作缩短了授课教师讲授基本概念、原理所需的时间,这让授课教师能够在有限的课堂教学中集中更多的精力去讲解实践性较强部分。经过三年的认知案例教学实践,发现学生的学习积极性和学习效率都有了明显的提高,学习效果良好。 四、结束语 本文把认知案例教学法应用到“计算机软件技术基础”课程的教学实践中,对于该课程的教学有一定的独到性之处。较好地处理了理论与实践相结合的关系,进一步激发了学生的学习兴趣,使学生能够更加牢固地掌握课程的知识点,同时培养了学生的自学能力和创造能力,提高了教学质量。 计算机软件基础论文:计算机软件开发的基础架构原理研究 [摘 要]计算机软件开发行业的发展得益于当前信息技术的快速发展和信息受众不断增加,当然计算机软件开发也需要遵循特定的规律,依照其基础架构原理来进行操作,才能够保证计算机软件开发朝着有效性的方向发展。且计算机软件设计的过程,就是在逻辑关系的引导下,实现软件内容的重新确定,进而形成对应的基础架构,这是软件运行的前提和基础,甚至会影响到后期软件系统的维护和管理工作。由此积极探讨计算机软件开发的基础架构原理,是很有必要的。文章由此入手,积极探究计算机软件开发的概况,进而分析计算机软件开发的基础架构原理。 [关键词]计算机软件开发;基础架构原理;研究 1 引言 计算机软件设计的过程,就是在逻辑关系的引导下,实现软件内容的重新确定,进而形成对应的基础架构,这是软件运行的前提和基础,甚至会影响到后期软件系统的维护和管理工作。由此积极探讨计算机软件开发的基础架构原理,是很有必要的。 2 计算机软件开发的概况 2.1 计算机软件开发的概况 计算机性能的不断提升,使得人机交互效益得到不断展现,越来越多的行业开始尝试以计算机软件开发的方式,实现自身运营模式的信息化转变,由此以对应需求为基础的软件开发行业得到了快速的发展。计算机软件开发具备以下的特点:持续性特点,就是软件开发是一个循环往复的完善过程,在计算机逻辑基础上,计算机软件的缺陷是一直存在的,只有不断的采取措施去修正,才能够更好的发挥计算机软件的性能;针对性比较强,往往都是针对于某一行业或者领域而开展的计算机软件开发工作,其开发工作的目的性更强,对于效益的追求也是更加强烈的。 2.2 计算机软件开发基础架构的重要性分析 当前计算机软件开发过程中,使用量比较多的基础架构,就是三层结构体系,其分别可以归结为:其一,表示层;其二,逻辑层;其三,数据层。在上述三个层次的基础上,可以使得软件的人机交互界面展现出良好的性能,使得逻辑关系和计算机语言之间得以分离,这样在后期维护和修改的时候,单独的对人机交互模式进行调整,就可以使得软件开发的节奏变得更加快捷。由此可见选择合理的计算机软件开发基础架构,对于软件性能的最大化发挥,对于软件后期的维护和管理工作质量提升而言,都是有很大帮助的。 3 计算机软件开发的基础架构原理分析 3.1 从计算机软件开发基础架构需求的角度来看 无论是开发设计怎样的软件,都需要在明确开发目的的基础上进行,也就是需要对于软件的需求进行全面分析。不同的企业,归属的领域不同,所需要展现的功能也是很有差异性的,此时企业都会提出对应的软件开发需求。在此过程中,计算机软件开发者与信息企业之间会展开大量的协商工作,对于软件的功能进行分析,结合企业业务运行特点,实现计算机软件开发方案的敲定。为了做好需求分析方面的工作,需要特别注意以下几个方面的工作:建立完善的软件企业与需求企业之间的沟通机制,保证在软件需求分析的过程中,能够充分的了解企业组织的业务特点和规律,保证软件开发需求能够更加明确。 3.2 从计算机软件开发基础架构编写的角度来看 计算机软件开发基础架构需求分析结果得出之后,就需要进行实际的软件编写工作,从当前的实际情况来看,多数使用的是C语言,这种语言的特点为:语言结构结构比较好,编写操作比较快捷,是当前程序员使用频率比较多的语言模式。在实际的软件编写的过程中,会依照对应的功能划分,实现不同模块的敲定,保证不同模块都能够发挥自己的功能,此时需要建立对应的函数模式,使用这样的主函数对于各个模块进行调节和改善,这样可以保证结构能够更好的维护。当前一个计算机软件的开发工作,都是有多个程序员来共同完成的,这样可以尽可能的保证软件编写工作的高效性。 3.3 从计算机软件开发基础架构测试的角度来看 在计算机软件开发基础架构编写工作完成之后,就需要对于软件的不同功能实现测试,实现对于软件测试阶段的管理和控制,是保证软件性能发挥的关键所在,这也是将对应计算机软件投入使用之前必然要进行的工作。在此过程中,需要关注以下几个方面的内容:其一,输入特定的参数,对于软件的运行情况进行记录,验差运行情况与理论情况之间差异性;其二,使用白盒子和黑盒子的方式去进行测试,同样对于软件测试的效果进行记录,由此实现实际计算机软件开发工作的顺利开展;其三,除了测试工作之外,还应该做好计算机软件开发基础架构的维护和管理工作,定期对于软件的性能发挥进行检查,并且推出全新的版本,进而实现软件自身的修复,这样可以使得其自身的性能得到全面提升。 4 计算机软件开发基础架构选择的基本原则 计算机软件开发基础架构的选择,关系到计算机软件效能的发挥,牵涉到各行各业信息化的快速发展和进步。在选择计算机软件开发基础架构的时候,需要关注以下几个方面的内容:其一,树立软件设计目标意识,在需求分析的基础上,对于不同的基础框架进行选择;其二,使用先进的逻辑语言和编程技术,对于计算机软件架构进行合理的编写和操作,由此才能够保证基础架构开发工作的高效性;其三,依照软件目标功能和结构选择之间的关系分析,选择合适的结构,进而使得软件开发行为朝着有目的性的方向发展和进步;其四,注重计算机软件开发团队的塑造,处理好不同模板开发之间的关系,保证计算机软件基础结构选择得更加科学和合理。 5 结语 综上所述,计算机软件开发过程并不简单,其中不仅仅涉及到专业领域的知识,还关注到计算机软件基础结构的原理,处理好这两者之间的关系,才能够保证计算机软件开发的基础架构工作朝着更加高效的方向发展和进步。从当前计算机软件开发基础架构原理的运用实践来看,其基础架构选择还存在很多不合理的情况,此时就需要采取对应的措施来改善和调整,相信随着在此方面实践经验的积累,计算机软件开发的基础架构将会展现出更加大的效能。 计算机软件基础论文:基于计算机技术发展基础上的计算机软件安全检测技术 摘要:计算机软件安全检测技术已经成为了计算机软件开发过程中不可或缺的一项核心内容。计算机软件开发人员,在进行计算机软件开发过程中,非常有必要对不同类型的计算机软件进行安全性检测,以便于软件开发人员事先发现安全隐患,从而采取适当的改进措施,确保不同计算机软件在使用过程中顺利运转。 关键词:计算机软件;安全检测技术 在社会经济飞速发展的今天,计算机作为意义上的生产或者生活用品已经融入人类社会的各个领域,并且随着科技的日新月异,电子计算机科学技术也随之日臻完善和成熟。是计算机软件在支撑着计算机的正常运转,人们依赖计算机进行生产和生活要借助不同的计算机软件来进行,因而,计算机软件的安全性也就提到了计算机维护的首要日程。否则,其安全性就极有可能对计算机的使用带来极大的安全隐患,同时也会给互联网安全造成极大威胁。鉴于此,计算机软件开发人员,在进行计算机软件开发过程中,非常有必要对不同类型的计算机软件进行安全性检测,以便于软件开发人员事先发现安全隐患,从而采取适当的改进措施,确保不同计算机软件在使用过程中顺利运转。显而易见,计算机软件安全检测技术已经成为了计算机软件开发过程中不可或缺的一项核心内容。 1计算机软件安全检测的基本内容 当今社会,计算机的使用在不同领域越来越广泛,而且越来越具有依赖性,因而,计算机软件使用过程中的安全性则越来越成为计算机用户的终极要求,主要表现在以下几方面::第一,软件之间的冲突导致计算机运行的不通畅。安装某一款计算机软件后,用户发现这对计算机本身并没有产生多么明显的影响,甚至会因为该软件和其他软件冲突因而导致计算机运行速度明显变慢等;第二,计算机软件安全性得不到保证。计算机用户在使用软件的过程中许多个人信息会被留下,用户的私密信息随之就不可避免地被泄露,自然,用户的个人隐私就会得不到有效的、必要的保护。因此,在不同计算机软件开发过程中,软件开发人员要利用成熟的安全检测技术对计算机软件中存在的安全漏洞进行检测,并对其进行安全修复,从而达到提高安全性,降低风险的目的。 计算机软件安全检测是指在软件开发过程中,计算机软件开发人员采用安全检测技术,采取科学的手段,对计算机软件的漏洞和缺陷进行系统性地检测。安全漏洞检测是指计算机软件开发人员对计算机软件的安全缺陷及在使用过程中产生的安全隐患进行有针对性的检测、修复,软件升级或版本修复是这一过程的主要运用手段。不过,这类检测只是停留在技术的层面问题;而真正的技术检测,则是计算机使用过程中系统运转过程中的安全管理、授权、访问控制和机密性等核心内容。 2计算机软件安全检测的基本要求 计算机软件检测是一项复杂、严谨技术含量较高的工程,不仅对检测的软件有着科学严格的要求,同事对检测方法、技术手段、操作人员素质等都有着严格的要求。 首先,由于计算机软件程序具有复杂性的特点,要使用科学有效的安全检测方法对计算机软件安全进行实质性检测。软件中很多潜藏的安全问题,采用简单的检测方法是不能被排除的,所以开发人员一定要事先对软件的相关特性以及检测软件的使用条件进行全面了解后,再根据实际情况选择适当的检测方法,制定出科学合理的检测方案,对计算机软件安全进行实质性检测,不仅如此,开发人员还要在细节方面也要依据相关程序进行细化和深化。 其次,因为软件漏洞具有存在于软件开发程序的各个环节的特点,需要多类人员共同参与对计算机软件的检测,才可能确保尽可能多地排除软件中潜在的安全威胁。多元化的人员参与有利于实现检测方法的多极性、多样性,这有利于及时、准确地排除安全隐患。不过,在软件安全检测过程中,必须需要具有专业软件安全检测技术的人员参与,同时还需要有了解软件工作和使用特性的人员,从而实现多角度、全方位的检测,以排除更多的安全风险,满足软件使用的安全要求。 最后,对计算机软件进行安全检测必须要按计划选择合适的方法进行安全检测。选择大体说来,需要通过以下做法具体执行:首先,要对计算机软件检测的各种方案和案例进行必要地分析研究,并且最后要进行汇总,在此基础上再进行分析、归纳、总结,寻找出普遍通用的检测规律。之后,再根据检测的具体要求,对比、筛选合适的方法予以检测。但是,再进行检测之前,为了确保检测程序的顺利推行,事先必须制定出切实可行的检测方案,并将检测过程的方案制定的形象化、具体化,以确保检测过程准确无误地予以开展。以上工作做好、做细后,还要对上述拟定的检测方案采用电脑模拟建立数据模型。特别需要指出的是,在这个过程中,一定要把语言支持作为实现模型形式化表现过程中的动态帮助。以上环节结束之后,作为对软件进行运行和结构的安全测试,再开始检测模拟系统。 3 计算机软件安全检测的具体技术 3. 1 语法安全检测技术 语法安全监测技术主要是对计算机软件中的语法进行实质性、技术性检测。最初输入条件的不同会使最终检测结果产生差异。语法安全检测技术通常被用于检测源程序中的安全漏洞,该检测技术可及时有效地检测出系统函数与C语言库函数的切换,并及时恰当地做出处理,从而建立以语法为基础的测试数据。同时该检测技术还能实现对计算机软件的安全检测,排除潜存的安全风险,保证计算机安全运行。 3. 2 动态安全检测技术 这项技术是对计算机软件运行环境变量进行的必要检测,漏洞等风险因素是它主要进行的检测目标。这种安全动态检测技术的使用,计算机软件源码不需要在运作过程中进行修改,因而计算机用户的隐私安全得到了很大程度地保证。在这类检测技术应用过程中,如果计算机软件的漏洞被发现,就会自动完成相关修复工作。今天,由于计算机在商务应用中也发挥着越来越大的作用,这种软件的检测技术更加适用于商务性,随着普及率的越来越高,对保证商业机密的安全,必将发挥着越来越大的作用。 3. 3 静态安全检测技术 近年来,计算机程序开发人员根据程序代码内部特性和结构是静态安全检测技术这一特征,事先构建合理的测试模型,以满足计算机读取的相关要求,对计算机进行安全静态检测,这就是所谓的静态安全检测技术。这种检测技术的检测程序是:开发人员先利用这种安全检测技术对需要检测的计算机进行检测之后,再将选定的测试模型和待检测的程序数据进行全面比对,如果待测的计算机软件安全性能良好,其对比数据就会高度一致。近年来,由于这项技术日臻成熟,并且简洁易行,越来越多的软件技术开发人员倾向于此项研究之中,从而推动了这项技术得到更为充分的发展,并且越来越大地在计算机软件安全领域中发挥了重要的作用。 3. 4 混合安全检测技术 近年来,随着计算机检测软件越来越多样化,检测技术要求的不断提升,对计算机软件越来越趋向于多项或者混合检测,以确保效果的精准化、全面化。鉴于此,实践中,我们往往倾向于多种检测软件并行的检测方法,也即这里我们所说的混合安全检测技术。这种混合安全检测技术双管齐下,动态安全检测与静态安全检测并驾齐驱,采用了动态安全检测与静态安全检测两种检测技术的优势,扬长避短,强强联合,确保计算机软件检测过程精准、全面、不留死角,极大地扩大了检测范围。 3. 5 基于web技术的安全检测技术 计算机技术检测采用web技术是近年来计算机检测技术领域的一项尝试和技术突破。Web技术是近年来伴随着计算机互联网技术出现的网络资源开发技术。随着web技术的不断革新,这项技术也逐渐渗透到计算机软件安全检测领域中,并且和其他检测手段比起来越来显示出它独特的优越性能――与同是作为计算机软件安全检查的传统的检测技术,Web安全检测技术更具有灵活性、高效性和先进性的特点,在检测性能等各方面都表现出优异的成绩。大体说来,基于Web技术的安全检测技术不仅能够及时检测出风险和漏洞,而且能够及时对这些安全风险和漏洞进行有效修复,为计算机系统安全、可靠、高效地运行提供了有力的保障。鉴于这种检测技术的精准、高效、安全的特色,基于Web技术的安全检测技术已经越来越多的运用到不同行业的计算机检测技术中,并且大有取代传统检测软件的趋势。 4 结束语 综上所述, 随着计算机网络越来越大的影响着人类的生产和生活,计算机安全检测技术作为计算机运用过程中的辅助技术,势必越来越彰显出它的必不可少的重要作用。同时,计算机技术越先进,势必要求计算机安全检测技术也必须随之越先进,在科技日新月异的今天,相信我们人类社会在计算机安全检测技术方面,也必将取得更多成果,以更好地服务于计算机技术,更好地造福于人类。
1引言 2020年5月,教育部印发《高等学校课程思政建设指导纲要》明确提出,要紧紧抓住教师队伍“主力军”、课程建设“主战场”、课堂教学“主渠道”,深入挖掘各类课程和教学方式中蕴含的思想政治教育资源,让所有高校、所有教师、所有课程都承担好育人责任,把思想政治教育贯穿人才培养体系,将价值塑造、知识传授和能力培养紧密融合,将显性教育和隐性教育相统一,推动构建全员全程全方位育人大格局。[1]课程思政将体现社会发展的价值理性需要的思政教育和体现社会发展的工具理性需要的专业教育两者协同[2],符合“现代工匠”的人才价值内涵与标准,符合学生成长成才的需要。专业课程是课程思政建设的基本载体,专业课教师必须认识到课程思政的价值在于立德与树人、育才与育人的完美结合,落实到专业课教学过程中的思想和行动自觉,厘清课程思政教育教学改革的规律,进一步加强教学方式方法的创新研究,不断提升课堂教学质量与实效,探索在专业课基础上融合思想政治教育的实践路径方法,综合提升学生职业素养,努力实现立德树人这个根本任务。本文以机电一体化技术专业核心课程“液压传动与气动”为例,对接装备制造产业链,分析岗位群对人才的具体要求,在学校通力构建“三全育人”工作体系的环境下,做好课程思政顶层设计,修订人培方案和课程标准,优化课程设计,统筹思政资源并有机融入,形成本课程的思政大格局。课程思政教学设计按照“强情怀、强基础、强实践、强融通”的四强教学理念设计,将价值引领、知识传授、技能培养和职业素养养成融成一体,推进德智体美劳五育并举,为行业企业输送符合要求的人才。 2课程概况 “液压传动与气动”是面向机电一体化技术专业开设的专业课,4学分,64课时,在大二上学期开设。课程旨在培养学生液压气动系统装配、调试和维修相关职业岗位关键能力,以“液压气动系统的分析、设计、调试与维护”为课程核心技术技能,主要讲授液压与气压传动的基础知识和基本计算方法,常用液压气动元件的结构原理、特点及应用,液压气动回路的安装与调试,液压气动系统的应用实例与原理分析。通过课程学习,能正确选用基本的液压气动元件,能识读分析、绘制液压气动系统原理图,能按照操作规程安装、调试与维护基本液压气动系统,能根据实际需求设计简单的液压气动系统。课程基于工作过程和在线开发课程平台,实施理实一体化和信息化教学。 3“液压传动与气动”课程思政改革思路和做法 借鉴上海出版印刷高等专科学校课程思政改革的建设思路和实施经验,探究“液压传动与气动”课程思政改革的“道法术势器”:聚焦课程思政的温度、广度和深度,不断优化教师、课程和课堂等课程思政建设的关键要素。 3.1深刻领会思政内涵,建强教师队伍“主力军” 亲其师,才能信其道。教师情怀决定课程思政的温度。抓实教师队伍“主力军”,建强“骨干教师+思政导师+企业导师”的多元协同教学团队。首先深化党员教师的使命意识,感染带动非党员教师,让教学团队每位老师都主动贯彻落实践行为党育人、为国育才的初心使命。其次教学团队坚持参加课程思政教学相关的培训,在教学中一直借助学习强国等平台时刻关注社会、丰富思想,注重对思政资源的积累和梳理,通过与社会、行业、企业紧密对接的案例积累,不断挖掘“液压传动与气动”课程中蕴含的思想价值与精神内涵,营造鲜活的教学情境,设置贴近岗位的工作任务,切实提升课程思政的育人实效。同时团队中思政导师为思想政治理论课教师、辅导员等思政工作者,他们为课程思政育人全过程进行协同设计和把关,通过合作教研,多渠道提升专业教师的课程思政技能。另外,聘请校外企业专家作为兼职德育导师,引入企业育人机制和育人资源,探索校企协同育人新路径。 3.2深入挖掘思政元素,建好课程建设“主战场” 课程思政建设的根本在课程,课程资源决定课程思政的广度。课程思政的有效性来自于课程教学素材和资源的鲜活性与深刻性。思政元素在教学内容、载体、教学组织、评价等层面的有机融入,需要教学团队精准把握、精细设计,从而让学生自然而然地接受,达到润物无声的育人效果。 (1)思政目标入课程标准 首先,对标职业教育国家教学标准等制度文件修订完善机电一体化技术专业人才培养方案,基于职业工作过程和岗位群素养要求制定完善“液压传动与气动”课程标准,清晰定位“爱国爱党、爱岗敬业、协作创新”的课程思政目标,做好课程思政顶层设计,精准育人;然后深化“岗课赛证创”融通,重构课程内容,采用以学生为中心,项目引领任务驱动、线上线下混合式教学模式,学生在执行工作任务的过程中获取知识、增进技能、提升素养;最后充分挖掘课程中蕴含的思政元素,进行思政设计,教学模块基于显性的思政主题内容,教学过程中线上、线下、课内、课外隐性渗透思政元素,贯穿于整个教学流程。通过重构教学内容,设计教学环节,设置工作任务,改革考评方案,推进课程思政底层落实。课程整体思政主线为“液压赋能中国力量,气动助力中国速度”,以液压气动技术助力中国战“疫”速度贯穿两大教学模块。化疫情之危为育人之机,通过构建“云课堂”构筑线上“云思政”,化用疫情活教材,传播中国速度、中国精神,将抗“疫”主题与课程内容有机结合,注入立德树人的“精神疫苗”。液压部分教学模块从参与建设雷神山火神山医院的是什么神车视频引出液压技术的应用,结合当前“中国制造2025”,给学生展示中国超级工程等,阐述液压与气压传动领域科技进步对制造强国战略的支撑作用,使学生了解液压气动技术最新发展动向,了解我们国家的先进技术,增强民族自豪感和坚定“四个自信”。气动部分教学模块展示在抗疫情防反弹的工作中,各医疗企业持续开足马力生产口罩,为对抗疫情树起一道坚实屏障,但呼吸机核心零部件被国外“卡脖子”的案例,激发学生科技报国技能强国的使命担当。教学过程中在任务设置、新知喂养、任务实施、课堂讨论、案例分析、课件文化育人、多元化考核等各个环节中隐性渗透式地融入思政元素,切实提升课程思政的育人实效,实现课政融通。图1是是思政主线贯穿的课程教学内容重构。 (2)思政资源入课程平台 思政元素更多是隐形的,需要挖掘,挖掘是起点,融入是落脚点,挖掘的针对性强,融入的契合度才高。坚持思政元素的“政治性、价值性、专业性”原则,充分挖掘共性元素,深入挖掘个性元素,深挖“液压传动与气动”课程中的职业道德、行业先锋、专业泰斗、技术巅峰等思政资源,持续优化思政内容供给。依托在线开放课程平台【名师名家】【企业零距离】【维修小课堂】【技术应用】【技术难题】【技术研讨】等矩阵内容,精选高契合度的思政案例和育人资源,巧妙渗透思政元素,促进职业素养入耳入脑入心。 (3)思政案例入课程教材 完善教材建设可以从源头牢牢把握正确政治方向和价值导向,确保育人元素科学规范融入课程建设体系。在新编教材中显性表述和隐性渗透呈现,纸质印刷与现代信息技术相结合,以案例引入、职业提示等开篇引导,以视野拓展、任务训练、课后调研等形式展现,教材案例素材库、电子课件和教案引导学生发现专业领域的真善美,树立正确的人生观与价值观,陶冶家国情怀,激发远大理想抱负,增进职业素养。 (4)思政考核入评价方案 课程思政不仅需要教育引导、文化熏陶、典型示范,而且更加需要完善考核激励制度,形成长效机制。因此课程遵循知行并进、德技并修的原则,改进终结评价,强化过程评价,探索增值评价,健全综合评价,形成专业考核与思政考核融合的多维考核评价方式。运用课程平台记录学生过程性学习行为、预习、任务得分情况,教师和企业专家分别根据学生课堂表现以及技能操行给予综合评价,学生通过学习平台和任务单分别完成相互评价以及自我评价,即学习平台客观评价、教师和企业导师综合评价、以及学生互评和自评三种评价方式相结合,实现评价主体多元化。将过程评价贯穿整个教学过程中,强化职业素养操行考核,注重学生动手能力和实践中分析问题、解决问题能力的考核。对在学习和应用上有创新的学生应给予特别鼓励,全面综合评价学生能力。对于有效运用本课程的知识技能参加各类创新创业技能竞赛、创新创业训练项目的学生,可考虑按实际完成情况或者获得奖项折算成一定分值,作为综合成绩的一部分,以此鼓励学生参与创新创业的热情,激发创造创新的活力。 3.3深度融合知技内容,用好课堂教学“主渠道” 课堂教学设计决定课程思政的深度。用好课堂教学“主渠道”是课程思政建设的基础。创新课堂教学模式,借助现代信息技术打造课程思政线上线下混合式教学模式,灵活运用企业案例、影音素材等鲜活载体有效提升课程思政实效性。充分发挥在线开放课程的育人功能,推动思政教育贯通课内外。适应生源多样化特点,以实训设备、FluidSIM仿真软件和宇龙机电控制仿真软件为线上线下教学载体,完善以学习者为中心的一体化课程实施和评价体系。课程思政必须从第一次课开始,与学生约法三章,定好规矩,规范课堂行为,端正学习态度,坚持“勿以善小而不为,勿以恶小而为之”理念,一以贯之,培养良好的学习习惯和行为习惯,形成良好的职业素养。考勤环节引导学生凡事从诚信做起,引出平时作业、期末考试、任务单训练都需要按照课堂要求,独立思考不弄虚作假等。让学生知道诚信是一个人的根本,践行社会主义核心价值观从诚信开始,可以借鉴企业用人原则:德才兼备优先录用,有德无才培养使用,有才无德限制使用,无德无才坚决不用。课堂教学中通过递进式的任务将液压气动技术、电气控制技术及PLC技术有机地融合,锻炼学生的专业能力和可持续发展能力,引导学生对复杂问题的攻坚、钻研、持之以恒的态度,养成追求极致、精益求精的工匠精神。在教学模块中以爱国爱党、坚定“四个自信”的显性思政主题切入,在任务设置、新知喂养、任务实施、课堂讨论、案例分析、课件文化育人、多元化考核等各个环节中隐性渗透式地融入工匠精神、劳动教育、团队、安全、责任、环保意识等思政元素,螺旋式上升形成德技融合课堂。同时课内外联动,社团、兴趣小组、技能大赛、志愿服务等实践活动丰富课程思政内涵,让课堂育人、实践育人、志愿文化育人形成合力。 4结语 “液压传动与气动”课程以实训设备、FluidSIM仿真软件和宇龙机电控制仿真软件为线上线下教学载体,辅以在线开放课程平台,以实际工作过程情景,完成教学项目设计,通过深入实践一体化课程改革,实现了“做、学、教”的深度融合,学生真正将知识与技能、岗位基本素质、职业资格标准和岗位技能需求融为一体,实现“做中学、做中教”,培养学生的协作创新能力和解决实际工作问题的能力,将思政元素全过程全方位融入,引导学生树立正确的人生观、价值观,激发爱国情怀和民族自豪感,培育新时代又红又专的“现代工匠”。 参考文献: [1]教育部网站.教育部关于印发《高等学校课程思政建设指导纲要》的通知2020-06-05. [2]腾跃民,张玉华,肖纲领.高职专业“课程思政”的“道法术器”改革[J].辽宁高职学报,2018(20):53-61. [3]李春萌,马翠凤.三全育人格局下课程思政建设的实践探索[J].中国职业技术教育,2020(9):55-58. [4]沈伟,沈超,钱炜.课程思政背景下的流体力学及液压气动技术课程教学模式改革探索[J].液压与气动,2021(6):135-141. [5]路珍,夏连鹏,束世辰.建设科技强国——流体传动与控制课程思政“全链条”教学模式[J].液压与气动,2021(9):180-188. 作者:朱丽琴 李剑 王琰 单位:南京科技职业学院
前端设计论文:双流机场天气雷达接收前端国产化的设计与实现 摘 要:为提高双流机场天气雷达正常运行的保障力度。经过综合考虑和调研,西南空管局气象中心决定对天气雷达射频接收前端系统进行国产数字化改造,包括限幅器-LNA组合前端、下变频器、中频部件等器件。射频接收前端系统改造完成试运行后通过参数测试,在功能上已基本满足使用要求。为雷达产品对比分析和其他器件的国产化改造工作打下了基础,希望能对其他采用进口天气雷达的气象部门有一定的借鉴意义。 关键词:双流机场天气雷达 国产数字化改造 射频接收前端系统 对比分析 双流机场天气雷达由美国EEC公司生产,于2003年投入使用,所用接收机为模拟接收机。作为接收机重要组成部分的射频接收前端系统是衡量接收C动态性能的关键部件[1],它主要包括限幅器-LNA组合前端(限幅保护器、低噪声放大器)、下变频器(C波段滤波器、低噪声放大器、混频器和中频滤波器)、中频部件(线性中频放大器、中频滤波器、功分器和对数放大器)等,由于产接收机的范畴,因此该系统也包含了频综这一部分。射频接收前端系统的总体设计如图1所示。除频综以外,其他部分全部封装在一个屏蔽盒内。电源部分对射频接收前端系统供电,频综的5 660 MHz输出通过一个腔体窄带滤波器处理后,其频谱更纯,作为接收机的本振信号。由于频综工作时发热较为严重,因此特别设计了一个冷却风扇,来对频综进行风冷处理。这一搭配从原理和性能上均有不错的表现,但是由于发射射频信号为5 630 MHz,正好落在一个宽频的其他干扰信号的频带内,造成接收信号的异常。为解决这一问题,将设计[2]改成在频综的上层,增加一个变频电路,使发射信号偏离干扰频带。 1 系统信号流程 1.1 发射信号 频综输出47.5 MHz、5 560 MHz和5 630 MHz 3个相参的、正弦连续波信号[3]。47.5 MHz参考信号被一个功分器一分为二,一路仍然作为数字接收机与信号处理器的参考基准输入,另一路则作为变频器的输入信号。变频器由ZMX-7GR无源混频器担任,将频综输出的5 530 MHz信号作为混频器的本振输入信号;将混频器的中频输出端用作信号输入端,送入47.5 MHz信号;将混频器的射频输入端用作变频输出端,进行混频处理,得到混频后的5 582.5 MHz信号和其他频率成分。通过腔体窄带滤波器后,5 582.5 MHz信号输出,其他信号被滤除掉,该信号作为发射射频信号。5 582.5 MHz的发射射频信号,被送入射频前置放大器(即前面提到的发射信号产生与驱动电路)中,首先被调制成具有升余弦形状的射频脉冲,然后被放大到具有足够的输出功率(≥8 W)。 速调管功率放大。该信号被输入到速调管(这时主要增益级),进行功率放大,作为功率微波源,从天线发射出去,探测气象数据。 1.2 接收信号 降水目标产生的回波,被天线接收以后,通过馈线送到接收前端。 为了回波信号的信噪比不至于因为同轴电缆传输的衰减而明显下降,高频放大的第一级前移到这里来。信号被放大后,传输衰减的影响大为减少。 滤除带外信号,对传输衰减进行补偿性放大后,信号在这里与本振信号一起,被混频器混频,生成中频信号,经滤波后输出,无需像模拟接收机那样,要把中频作为主要增益部件。在数字中频接收机中,中频部件要采用线性中频放大器(对数放大器会造成频谱的变化,影响多普勒性能),增益要求也不能太高。中频信号在这里被放大约25 dB,扣除掉中频滤波器、功分器以及线路衰减外,仍有18 dB左右的实际增益。从功分器分出两路信号来,一路作为数字中频接收机的输入信号,另一路则被送到对数放大器中去。在对数放大器中信号被放大、检波后,送出带检查接口。通过示波器可以方便地观察对数视频信号,用于分析和判断接收机前端以及数字接收机的性能。 1.3 数字信号 线性中频信号被送到数字接收机与信号处理器中,由数字中频接收机直接将模拟中频信号变成数字中频信号,经过数字下变频处理,形成复基带信号(I/Q信号),同时可以获得处理增益,提高信号的信噪比,并提高系统的动态范围。 在数字信号处理器中,复基带信号被处理成基本的物理数据,即反射率因子、平均速度和速度谱宽,这些物理量被送到计算机中,进行显示、传输和存储,已被气象业务应用。 2 限幅器-LNA组合前端及下变频器 限幅器-LNA组合前端包括一个无源限幅保护器(型号WLM-73-1W-S+)和一个低噪声放大器1(型号TA053-059-22-10),置于接收放大链的最前端。 2.1 限幅器 限幅器WLM-73-1W-S+作为环流器和波导限幅保护器的辅助保护措施,对大功率发射的微波的泄漏进行最后一级的保护。 2.2 低噪放和下变频器 低噪放采用高性能模块TA053-059-22-10。下变频的前端设有一个C波段滤波器(窄带腔体滤波器,中心频率5 582.5 MHz)和一个低噪声放大器(ERA-2SM,噪声系数4 dB,在5 582.5 MHz频率时增益9 dB),在混频器(ZMX-7GR)中实现下变频(本振信号5 660 MHz@10dBm),通过中频滤波器(SBP-70+)输出77.5 MHz中频信号。 2.2.1 补偿性放大 由于限幅器-LNA组合输出的线路太长(超过2 m),传输损耗比较严重。因此,前端信号送来、进行一次滤波后,需对这种衰减进行补偿性放大。ERA-2SM能满足这种较低增益的放大要求。 2.2.2 下变频 下变频由ZMX-7GR混频器担任。频综送来的本振信号,在图1中表示为经过一个可调衰减器来调整输入功率。实际调试中,采用一个极窄带滤波器,将频综内的其他频率杂散滤除掉,效果很好。滤波器的插损正好可以省掉衰减器。混频后得到中频信号,该77.5 MHz中频信号经过中频滤波器后送到下一级去。中频滤波器采用SBP-70+模块,其中心频率为70 MHz,77.5 MHz中频频率略微偏离中心,但衰减不大,其通带插损约为1.5 dB。 3 中频组成部件 中频部件[4]包括线性中频放大器、中频滤波器功分器和对数放大器等部分。 3.1 中频放大器 中频放大器与中频滤波器组成一个通带放大器。中频放大器选用GVA-82+集成宽带放大器,+5 V供电,15 dB的增益,20 dBm的1 dB压缩点,很适合用作中放。其6 dB的噪声系数,在中频放大的位置,几乎没有影响。中频滤波器仍采用SBP-70+模块。 3.2 功分器 中频功分器采用WILKINSON SPLITTER电路实现,中频功分器的工作频率范围可达100 MHz,回路损耗约18 dB,插入损耗约3.3 dB,隔离度约20 dB。功分器前端也设计一个补偿性放大器,采用GVA-81+集成宽带放大器,+5 V供电,10 dB的增益,15 dBm的1 dB压缩点。这两部分封装在一个屏蔽盒内。 至此,有两路中频输出,一路连接到一个对数中频放大器上,另一路连接到数字中频接收机上。 3.3 对数中频放大器 对数中频放大器的目的是为了产生一个方便检查的信号,这样有利于对雷达整机系统性能的估测和分析。对数中频放大器采用集成器件AD8309,做成模块形式,由6级高低双增益模块组成,每个双增益模块最高增益12 dB。对每级模块的输出进行检波,并电流叠加,再有电流-电压转换器以电压的形式,输出与输入功率的对数成正比的电压信号。 4 频综 l综为外购件,47.5 MHz和5 560 MHz为常态输出的正弦连续波信号。5 630 MHz为受调制的输出信号,属于ASK类型。通过ASK输入一个TTL电平的脉冲信号,可以产生射频脉冲输出。但是这种阶跃性的调制会导致频谱较大程度的扩散,因此,在雷达发射信号上,一般不能这样使用。实际应用中,把ASK直接接成高电平,则5 630 MHz也变成了正弦连续波信号。 这三个信号是相参的,输出功率均接近15 dBm。正如前述,5 560 MHz信号作为接收链路的本振信号,要经过一个窄带滤波器,送到混频器ZMX-7GR的本振输入时,功率大约达到10 dBm。 对无源混频器ZMX-7GR进行的理论分析和实验表明,该混频器的本振信号LO仍作为输入不变,另外两个端口可以交替使用,就是将中频输出IF作为输入,而将射频输入RF作为输出,则RF上差频的分量比较强。47.5 MHz从IF输入,5 530 MHz从LO输入,混频输出得到5 582.5 MHz信号,通过腔体窄带滤波器后,作为发射的射频信号源。 5 结论 接收机理论指出[5],接收机灵敏度(最小接收信号)Simin与接收机带宽Bn及其噪声系数F0有关: Simin=-114dB+10・lgBn(MHz)+10lgF0 接收机带宽表明了能通过接收机的噪声多寡;噪声系数F0则表明了接收机产生额外噪声的程度。在没有其他处理的条件下,一般超外差接收机的灵敏度为-90~110 dBm。 该系统模拟射频前端的噪声系数优于2 dB,最小脉宽0.8μs时,带宽最大为1.25 MHz。此时,计算得到接收机灵敏度为-111 dBm。实际测量中,通过测量对数视频的输出,可以判断,模拟射频前端的灵敏度与计算值相当。为了准确测量,在射频前端的限幅器-LNA组合的输入端作为输入,以中频功分器输出的中频信号作为输出,信号源频率调5 582.5 MHz作为标准信号,设置不同功率电平,对输出端的77.5 MHz中频信号进行功率测量,得到结果如图2所示。可见,动态范围超过90 dB,灵敏度优于-110 dBm,线性度优于±0.5 dB。在数字中频接收机中,由于数字下变频的处理增益和数字视频积分的累积增益(总共不会少于15 dB),最终结果原则上远远优于模拟前端的性能,没有变得更差的理由。 前端设计论文:RFID技术下的物联网前端感知系统设计及应用 【摘 要】物联网是一种信息传感设备,按照相关协议,连接物品同网络,使得人们可以了解物品的情况,并且操纵物品,是一种可以进行物品识别、跟踪、定位、监控的网络。因此RFID技术则成为了物联网感知前端的五官和皮肤,用药对物体进行识别,并对信息进行采集。物联网运用的主要技术有:RFID(射频识别)、无线传感器网络、Aigbee传感等技术。但是后两者无法识别物品,端内的技术职称,未来必然会获得长远的发展。 【关键词】RFID;物联网;前端感知系统;传感器 RFID工作的机理是向后散射实现通信,并且不断实行功率传输,随后出现非接触自动识别技术。这一技术主要是按照工作的频率差别划分为低频、高频、超高频以及微波等。当前的低频、高频技术已经很成熟并运用在很多领域。超高频同低频和高频系统作对比,其具有的主要优势为通信距离更远、抗干扰性能更强、速度更快。 1 基于RFID技术下的物联网前端感知系统硬件设计 射频收发端主要囊括了:载波信号合成模块、ASK调制模块、滤波电路、调节电路及信号放大电路等。其中主要的控制模块若是想充分发挥相应的功能,也就是更好的处理数据,实现对防碰撞算法的正常运行,这就意味着上位机对通讯软件执行对应命令。 1.1 数字控制 选择美国Microship公司生产的PIC24FJ192GB106作为主控制器。其属于16为的MCU,系统中有一组核心模块,其具有很多的功能,结合 CPU内核和外设模块成为一个工作单元,并且存在电复位、高级器件集成、节能特性、看门狗定时器等,对器件的编程、仿真、在线测试等各项功能实现充分的支持。用户借助软件可以直接控制外部设备,或将任一及全部外设关闭,避免功耗浪费。 1.2 读写芯片 RFID读写芯片具备了读写器收发所必备的全部数字及模拟功能,同时完全满足ISO/IEC 18000-6B/6C协议。和AS3992比较,接受十分灵敏,达86dBm。AS39992包括了集成化压控振荡器组成片PLL、ADC和其与主机的接口。设置各工作的寄存器,使得芯片工作能力达到最大。 文章内所设计物联网前端感知系统属于低耗能系统,并且运作状态主要为AS3992芯片存在三种电源状态:掉电、工作、待机。 本文研究的系统中,AS3992工作要先初始化各寄存器值,此时系统为掉电状态,接收主控制器的指令以后,系统进入到待机,针对一定的范围查询有无标签,若有,读写器会立刻开始工作,主要是按照一定的指令实行操作;但无标签回应,马上会处于掉电。 1.3 射频发射器 芯片AS3992会在高功率下发射20dBm信号,运用差分输出,其管脚是Rfoutp-1・・・・・・,Rfoutp-2。基于该形式同时和RF扼流电感外界,并阻抗匹配网络,并且要在平衡转换器BL3216下变成单端输出,发送调制信号。 匹配网络是指在ADS中进行建模及仿真,和真实电路极为相似,对微带连接长度做出充分的考虑。在持续不断的优化中,最终微带线长度出成为4mm,C2=C5=33pF,C3=C6=33pF,L1=L2=47,差分两端基本得以匹配。在这一设计中,隔离器选取TCD-13-4型号的定向耦合器,覆盖频带范围达5~1000MHz,按照数据手册计算得出,在700NHz隔离度是28.93dB,1000MHz以26.26dB为隔离度。 1.4 接口 系y内有两个接口电路,一个作为上位机通信USB接口的电路最为合适,其是十分简单的电路,只有2个27欧姆下拉电阻,依靠这一接口能够进行在线调试。还有就是数字部门和射频收发位置的接口电路,主要由IO口,3.3V电源、系统时钟等组成。 2 基于RFID技术下的物联网前端感知系统软件设计 系统软件是读写器和外部的接口,十分关键。一方面和上位机软件实行连接,同时还要和标签进行通信,是连接标签和用户的重要纽带。 初始化定时器也就时系统软件的主程序,主要是由硬件接口、USB,AS3992寄存器等部件构成,其运行是先对自身进行测试,随后找出通信范围中的标签。如果有,读写器标签操作内容会在usbInitCommands的子程序基础上完成。同时该子程序会扫描上位机发送的全部指令,并且依据指令来实施对应的操作。 2.1 选择 该步骤实施主要是选取标签群进行查询或是访问。如果有一个标签群或是若干个标签群,就要在主控制器中运算防碰撞算法,然后按照用户需要制定具体的要求,连续发出选择指令,选择用户需要的特殊标签群。 2.2 查询 这一步的主要目的是识别标签,读写器会发送查询指令,清点被选择的标签群,随后出现一个或若干标签响应,随后读写器将会检测标签响应,并请求协议的认定和CRC-16校验。查询操作内主要有查询、不确认、清点和确认等不同指令。 2.3 访问 最后和与标签进行通信。优先访问唯一识别单个标签。主要的指令包括了:读、写、杀死、锁、解锁。 3 结语 测试结果显示了该设计可以符合ISO/IEC18000 6B/6C和EPCGen2协议。为更大程度提升系统性能,例如通信距离增加,可以通过放大由路,高增益天线等提升系统的性能。 本文所涉及的这一系统,可以被用于生产线监测、运输业、零售业等领域。RFID在今后的发展中会得到更为广泛的运用,物联网将会极大的影响着我国社会的经济、社会等多个领域。 前端设计论文:一种高可靠性一体化视频监控前端箱的设计 摘 要 视频前端控制箱是电力视频监控系统中的常用设备。目前的设备箱仅是安装了电源插座、防雷设备等少量设备,施工方需要自购其它设备现场安装,受安装工艺水平的限制,设备箱成为系统故障的主要来源。通过将箱内设备模块化,根据系统的需要,安装设备模块,将各种设备一体化在箱体内,由于这些安装工作由厂家直接完成,设备箱的整体可靠性大幅提高,并且节省了大量的施工时间。 【关键词】一体化 视频监控 前端箱 1 概述 视频监控前端控制箱作为安防领域配套设备之一,起到对摄像头供电、信号传输、防雷保护等作用。目前,由于市场上品种繁多,品牌各异,质量相差甚大,可靠性难以满足视频监控的要求。普通视频监控前端控制箱包括单相自动重合闸、空开、固定三眼万能插座、三合一防雷器、二合一防雷器等。但是除上述设以外,还应当有摄像机电源、光收发器、交换机、温度控制等设备。市场上大部分视频监控箱布局是内部仅有开关、防雷、插座等,其它设备需要在施工时安装,由于箱体尺寸设计等都存在差异,安装布局相当麻烦,并且各种其它设备的现场安装涉及到安装工艺的问题,整个箱内系统的可靠性大打折扣。为满足电力系统视频监控的高可靠性要求,采用一体化的视频前端控制箱,就是生产厂家根据使用需要,将各种模块化设备安装在箱中,施工时仅需要将少量线路接入箱体,大大地简化了施工时间,同时及大地提高了可靠性。 2 总体思路 一体化视频前端控制箱是把视频监控需要的设备,包括综合设备管理系统、交流电源防护子系统、设备电源供电子系统、防雷防浪涌保护子系统、光纤数传输管理子系统、光纤数据交换子系统、数显自动温度控制子系统、物联数据采集子系统等模块化后,集成安装在设备箱中,以满足视频监控的需要。 一体化视频前端控制箱设计思路如下: 2.1 模块化各种设备提高系统的可靠性 各种设备模块化,箱体内部接线标准化,可以使由于接线造成的接触不良的故障率大大降低。实际使用中,由于箱内的电源插座松动的造成了大量故障,通过内部的背板总线为各个模块供电,可以得到完全的消除。通过集成了温度控制、电源保护、防雷等功能,可以极大地提高系统的可靠性。一体化视频前端控制箱由厂家将需要的各种设备布局安装,安装工艺和质量得到保障。 2.2 标准化外部接口 一体化视频前端控制箱标准化外部接口,施工时只需要接市电线、摄像机电源线、摄像机数据输入线、数据输入/输出线(光纤)等即可,大大简化了施工接线,节约施工成本。 2.3 减小控制箱的体积 内部设备的模块化设计可以使安装布局更紧凑,有利于减少箱体的体积,实现微型化。 2.4 综合设备管理 物联数据采集子系统采集箱内各设备的工作状况,通过网络将数据实时传输给后台服务器,监控设备的工作状态,并且可以在综合管理平台上管理设备,如设备重启、设备配置、自检等。 在总体的设计思路上主要把握两点,即一体化和模块化。模块化就是把箱内设备按照一定的尺寸设计,采用模块插拔的方式安装;一体化就是把需要的功能通过模块化设备集成到箱体内部。从而实现整体的高可靠性。 3 设计内容 3.1 模块的标准化设计 目前视频监控系统的标准化工作的主要内容包括视频监控平台、前端设备互联、视音频编解码和智能监控应用等,其中前端设备互联工作摄像头一直是主要研究方向,其它设备的标准化基本无人涉及,箱内设备的模块化设计可以为这项工作的开展提供方便。 3.1.1 标准化模块的形状 将箱体内的设备设计成模块,首先做到尺寸的标准化,各模块的厚度按照美国电子工业协会(EIA)的标准,设计成1.75in (4.445cm,1U)高度的整数倍,宽度设计为10.5in,深度设计为5.25in。 3.1.2 标准化模块的接口 根据模块的功能需要,设计标准化的接口,接口包括模块供电(5V、12V),数据线输入,数据输出,控制输入、控制输出,采用标准扩展插槽,重新定义各个引脚功能。标准化数据接口(管理接口)可以为前端设备互联提供基础,如图1所示。 3.2 各子系统功能设计 集成化的视频前端控制箱主要由6个子系统构成,包括:综合设备管理系统、交流电源防护子系统、设备电源供电子系统、防雷防浪涌保护子系统、光纤数传输管理子系统、光纤数据交换子系统、数显自动温度控制子系统、物联数据采集子系统等。 3.2.1 综合设备管理系统 如图2所示,综合管理系统实时监控箱内各个子系统设备的工作状态,及时发现故障,并可以控制相应的设备进行重启或配置。将箱内设备的工作情况通过网络发送到监控中心后台,及时进行故障报警。 3.2.2 交流电源防护子系统 交流电源防护子系统,是对设备箱接入220V电源的各种防护及管理,包含220V交流过流保护、过欠压保护、稳压输出、电源分配,如图3所示。 3.2.3 设备电源供电子系统 设备供电子系统提供了设备箱内所有设备供电,包含光纤收发器、网络交换机、监控固定摄像头、监控球型摄像机、温控器电源、温控风扇电源等,如图4所示。 3.2.4 防雷防浪涌保护子系统 防雷防浪涌子系统,是对设备箱内设备如接入220V电源、球机24V交流电源、枪机12V直流电源、网络RJ45稻萁涌凇⒌缭床遄、视频同轴电缆进行防浪涌保护,包含单相电源保护、二合一防雷保护、三合一防雷保护、集中电源防雷保护等,如图5所示。 3.2.5 光纤数传输管理子系统 光纤传输管理系统,是指对进入设备箱内的光纤进行固定、熔接、理纤、配线、跳接管理,包含光纤固定座、光纤绕纤环、光纤熔纤盘、光纤配线架、光纤跳线,如图6所示。 3.2.6 光纤数据交换子系统 光纤数据交换系统,是指光传输过程中数据交换设备,包含光纤收发器、网络交换机、光纤交换机、视频光端机等,如图7所示。 3.2.7 数显自动温湿度控制子系统 湿度和温度的调节应该是全自动运行的,必须配置全自动温湿度控制和调节系统,根据设备箱内的各个功能模块正常工作所需的温湿度范围设定控制阀值,并使用温度传感器对象内的温湿度实时监测。当箱内温度超过阈值时启动温湿度控制系统。自动温湿控系统是指依据设备箱内温湿度变化,通过温湿度控制器自动开启风扇或加热器,本系统可根据需要设定启动温度值,系统包含数显温控器(内置温度传感器)、交流风扇(或直流方式)、加热器、供电电源等。 3.2.8 辅助系统 辅助系统由照明系统、电子控制锁、防雷接地等辅助设备组成,为维护人员提供维护便利,并具有防盗、防雷等功能。 4 结论 一体化模块化视频前端控制箱经过实际生产和使用,使用效果好。由于安装简单,受到了施工单位的欢迎,并且可靠性得到了及大地提高。一体化使视频前端控制箱成为视频监控系统的整体设备,改变了购买空箱后安装设备的施工方式。模块化箱内设备使安装简单规范,布局清晰。存在的问题是模块化的各种设备特别是光交换等设备没有专门的厂家生产,自主研发的模块产品的性能需要检验和认证。 前端设计论文:浅谈《网页前端开发》课程整体教学设计 摘 要:近些年随着经济水平的不断发展,我国各项发展项目正在积极稳定地开展,国家对于教育的重视程度逐渐提高,这对于我国现代化建设具有重要的作用。《网页前端开发》课程是我国现阶段教育发展过程中十分重视的一项内容,对于我国信息化建设具有积极的推动性作用。《网页前端开发》课程整体教学设计是我国教育创新与改革过程中的重要内容,该研究将对我国目前《网页前端开发》课程进行细致的思考与分析,并提出合理的教学设计完善方法。 关键词:网页前端开发 课程 整体教学 设计 改革 在我国现阶段发展过程中,信息化建设进程推进的速度很快,国家信息化建设离不开网络的支持,所以我国教育就针对网络发展对于《网页前端开发》整体教学设计进行完善与创新,使得我国网页前端开发能力得到加强,进一步强化我国网络信息系统的构建。作为计算机专业职业能力必须课,《网页前端开发》课程对于我国培养计算机相关建设型人才具有直接的影响意义,想要使我国在未来的发展过程中更具现代化竞争能力,就要首先完善《网页前端开发》课程。 1 我国《网页前端开发》课程整体教学设计的发展概况 1.1 我国《网页前端开发》课程整体教学设计的发展背景 在我国发展初期,由于经济水平的落后使得我国教育发展状况较差。计算机专业相关的教育是我国近些年才开始进行并发展的教育内容,在计算机课程教育的早期,只是进行简单的计算机入门教学,使学生对于计算机的功能以及基本操作进行掌握。随着我国经济水平的逐渐提高,计算机在近些年中也进行着快速稳定的发展,我国对于计算机教育的重视程度逐渐加强,所以对于计算机课程教育进行了补充与完善。《网页前端开发》是我国现阶段计算机教育中一项基本的课程内容,其主要是对网页的开发进行讲解,使学生掌握网页的基本知识内容。《网页前端开发》课程教学水平的发展对于我国现代化建设的积极开展具有重要作用,是我国发展过程所必须加以重视的教学内容。 1.2 我国《网页前端开发》课程整体教学设计的发展现状 在我国现阶段的发展过程中,《网页前端开发》课程整体教学的设计正在逐渐完善与创新,与以往相比,其整体教学设计的内容更加合理有效,在教学过程中能够起到更好的辅助性作用。但《网页前端开发》在发展的过程中还存在一些有待进一步完善的问题,这些题的存在制约了我国计算机专业教学水平的更好发展。《网页前端开发》课程整体教学设计过程中,对于教学目标制定得不够明确,缺少明确的教学目标使得《网页前端开发》课程安排不合理,进一步将导致学生不能对所需要掌握的知识进行充分掌握[1]。在对教学案例的选择过程中,现阶段我国《网页前端开发》主要存在的问题就是不能根据我国网络发展现状对于教学案例进行最合理的选择,这样在教学的过程中就不能很好地针对我国进行整体教学设计。《网页前端开发》课程对于基础知识的讲解是十分关键的内容。目前我国计算机教育过程中对于《网页前端开发》基础知识的讲解不够细致化,这使学生在理解过程中产生一定的难度。完善教学考核制度也是我国《网页前端开发》课程现阶段面临的主要问题,已有的课程考核制度较为传统落后,对于《网页前端开发》课程的进一步发展十分不利。 1.3 重视《网页前端开发》课程整体教学设计的必要性 我国目前正处于现代化发展的重要时期,对于新兴的重要技术以及领域的重视程度逐渐加强。网络技术就是现阶段全球化共同发展的新兴技术,在推动社会的进步与发展上起到了积极的作用。我国整体的发展速度与其他发达国家相比较慢,所以要使我国在未来的发展中更具竞争力就要首先重视我国计算机与网络的完善。《网页前端开发》课程是计算机专业教学过程中的一项基本内容,所以重视《网页前端开发》课程整体教学设计,同时完善教学方法是现阶段我国教育过程中十分必要的阶段。提高《网页前端开发》课程的教学水平能够促进我国计算机网络相关人才的工作能力以及基本素质的显著提高,这对我国发展与建设具有积极的意义。我国现代化发展项目的开展与进行离不开网络技术的支持,只有充分利用网络技术手段才能使其快速高效地发展,同时保证发展项目的管理更加便捷有效。 2 《网页前端开发》课程整体教学的设计 2.1 教学目标的设计 《网页前端开发》课程中整体教学设计的首要内容就是对于教学目标的设计。教学目标就是在教学过程中起到重要引导性作用的内容。为了制定更为合理的《网页前端开发》课程的教学目标,首先就需要对我国计算机教育的发展现状进行必要的分析,根据现阶段的发展来确定教学所应达到的目标,进一步确定课程内容的选择与课时的安排。教学目标的设计是影响教学水平与质量的关键因素,所以在制定目标的过程中一定要注重合理有效性,使教学目标与我国现阶段的教学水平相适应。 2.2 教学案例的合理选择 在《网页前端开发》课程进行的过程中,教学案例的合理选择对于教学效果起到重要的影响作用,合理的教学案例能够对学生的理解起到辅助性作用,在学习网页前端开发的过程中更加积极主动化。在老师进行课堂教学的过程中,适当合理地引入教学案例是十分重要的,例如在进行网页窗口制作的课程中,老师应提出相应问题“为何要增加咨询页面模板的引入”,这种情境化教学引入适当的教学案例能够促进学生对于相应问题进行积极的思考,同时在思考的过程中有更加深刻的理解[2]。计算机网络教学过程中的情景化教学案例引入将对学生学习效果增强起到促进作用,进一步提高我国《网页前端开发》课程的教学水平,同时带动我国网络化的发展。 2.3 教学课程的知识讲解 在进行《网页前端开发》知识讲解的过程中,对于重点知识详细全面化讲解是保证学生进行理解的基础。老师在进行《网页前端开发》课程教学过程中,应该将学生需要重点掌握的内容进行标记,使其能够在课堂中将这些基础性知识内容进行掌握,对解决网页前端开发相关问题过程具有重要的作用。加强教学课程知识讲解是《网页前端开发》课程发展的重要基础,对于提高计算机相关专业的教学质量以及效率提高都产生一定的影响。 2.4 教学课程的考核 《网页前端开发》课程教学过程中还有一项较为重要的内容就是教学课程的考核。在课程进行到一定阶段的过程中需要进行合理的课程考核,考核的目的就是了解学生对《网页前端开发》的掌握程度。制定合理的考核制度对于正确了解学生课程掌握有着重要的作用。考核的方式多种多样,只依靠考试对于《网页前端开发》进行考核这种方法过于单一,所以针对课程不同阶段的学习,老师应该制定适合的考核方式,例如对特定网页窗口的制作、小组合作问题解决等。《网页前端开发》课程的合理考核不仅对教学水平的提高具有积极作用,还能够进一步增强学生对于多方面不同问题的解决能力。 3 结语 我国教学发展过程中对于《网页前端开发》整体教学设计的重视程度逐渐加强,这在我国现阶段的发展与建设过程中十分必要。要提高我国网络建设相关人才的能力与水平,首先就要提高相应的教学水平。相信经过我国的不断努力,《网页前端开发》的整体教学设计将更加合理,我国计算机专业的教学水平也将有显著提高。 前端设计论文:基于Euro NCAP 8.0行人上腿部评价规程的车辆前端结构设计与优化 摘要: 欧盟新车评价规程(Euro NCAP)8.0版本对行人上腿部碰撞测试方法进行了修改,新的测试方法减小行人上腿部对车辆前端空间的要求,但是对其结构设计和硬点的布置等提出新的要求.从行人上腿部的碰撞位置、碰撞角度及能量等方面对比Euro NCAP新旧版本的不同.根据Euro NCAP 8.0行人上腿部的碰撞要求,对车辆前端结构设计进行分析,并针对某车进行试验,用CAE技术进行优化设计,使其满足Euro NCAP 8.0对行人上腿部碰撞的要求. 关键词: 汽车安全; 汽车前端结构; 行人保护; 上腿部保护 随着汽车工业的不断发展与家用轿车的广泛使用,汽车安全保护措施成为汽车设计的重要课题之一,且越来越重视对行人的保护.欧盟新车评价规程Euro NCAP已将行人保护作为评价内容之一,主要针对行人的头部、上腿部及下腿部进行评价,故行人保护性能直接影响车辆安全星级的评定.[12]在2015年之前Euro NCAP公布的结果中,较大部分行人保护上腿部得分为0分,尤其是大型车辆.由于行人上腿部的撞击能量和角度都比较大,对车辆前端吸能空间和吸能零件的设计要求高,而前端结构受造型的局限,空间非常有限.这会限制车辆的Euro NCAP星级评定.[3]Euro NCAP 8.0版对行人上腿部碰撞测试进行修改,于2015年2月开始实施.撞击位置、撞击角度、撞击能量等均与之前版本不同.由于撞击能量的整体降低,新的测试方法降低对车辆前端空间的要求,但是对其结构设计和硬点的布置等提出新的要求.[4]本文根据不同车型,对车辆前端进行设计,并基于试验数据进行优化分析. 1Euro NCAP行人上腿部评价规程简介在WAD775上选取撞击点,从车辆中间位置开始,在2个参考点区域内在横向垂直面内每隔100 mm选取1个点,并删除与角参考点距离小于50 mm的网格点,见图1.按照旧的评价规程,撞击位置在发动机前缘基准线上选取,对于离地高度角度较低的小型车辆来说,发动机前缘基准线与WAD775包络线的位置一般均在发动机盖前端,碰撞点的位置差别太不大,但对于离地高度较高的SUV车型来说,WAD775包络线位置一般在车辆上格栅位置,较发动机前缘基准线z向要低一些. 每个网格点的撞击角度定义为该点的保险杠内参考线IBRL和包络线WAD930所形成直线的垂直线与地面线所形成的夹角,见图2.其中,保险杠内参考线IBRL是Euor NCAP 8.0新增加的划线,与前保险杠横梁的结构有关.撞击角度在0~44.757°范围内选取(旧的评价规程的撞击角度范围为0~46°).虽然撞击角度的范围并没有减小太多,但对于离地高度较高的SUV车型来说,由于撞击位置的变化,新评价规程的角度变化比较明显. 每个网格点的撞击能量由撞击角度决定,新评价规程的范围为160.0~456.7 J,旧评价规程的范围为200~700 J,新评价规程的撞击能量要小很多.根据能量与位移和上腿部轴向力的关系,行人上腿部设计对空间的要求有所降低,在合理的空间范围内对前端结构设计提出更高的要求. 图 2某车型行人保护上腿部撞击示意 Fig.2Schematic of pedestrian upper leg impact 每个网格点的撞击速度由撞击角度决定,其大小范围为5.521~9.327 m/s,旧的评价规程的撞击速度在发动机前缘高度与保险杠前缘的曲线上通过线性插值获得,范围为20~50 km/h(5.56~13.9 m/s),新的评价规程最大撞击速度小很多. 行人保护上腿部碰撞器质量为定值10.5 kg.Euro NCAP行人上腿部伤害指标有2个:上腿部轴向力及上腿弯矩.每个撞击点的评分标准为:上腿部轴向力380 N・m,该撞击点得分为0分;位于2种情况之间,用线性插值计算得分,每个上腿部网格点的评分按2个指标中得分低的计算.[5]如果某个网格点没有进行试验,则将会采用其临近点的最坏的结果进行评分.由于网格点对称位于车辆的两边,所以可使用对称原则.所有撞击点得分相加后除以总个数,为该车型的得分率,得分率乘以6,为该车型行人上腿部总得分.行人上腿部满分为6分. 2基于Euro NCAP 行人上腿部的前端结构设计根据Euro NCAP 行人上腿部撞击点位置的不同,前端结构也应分别进行设计.[6]A级车型的行人保护上腿部撞击位置一般在发动机盖前缘,主要关键部件为发动机盖系统前缘、散热器上支架及前保系统上支架.离地高度较高的SUV车型的行人保护上腿部撞击位置一般在前保系统的上格栅位置,主要关键部件为上格栅系统及内部吸能零件. 2.1A级车型前端结构设计 A级车型的行人保护上腿部撞击位置一般在发动机盖前缘,与BLE线位置接近,见图3. 图 3A级车型行人上腿部撞击点位置 Fig.3Location of pedestrian upper leg impact points on A level vehicle 由于上腿部弯矩受上腿力的影响较大,故本文分析时以上腿力作为评价指标.发动机盖系统前缘、散热器上支架结构设计分析如下. 2.1.1发动机盖系统前缘设计 根据上腿部模型撞击过程发动机盖前端的变形状态,将其结构优化为可压溃的悬臂结构,见图4a).优化后的结构在受到上腿部撞击时,图示虚框内的悬臂可以压溃吸能,降低发动机盖对上腿模型的碰撞力度,上腿部轴向力曲线对比见图4b). a) 发动机盖内板前端结构 b) 上腿部轴向力曲线对比 由图4b)可看出,该结构对曲线第二个峰值有明显影响,表明发动机盖前端的可压溃结构对上腿部轴向力的降低有明显影响.由于造型和布置等原因,悬臂结构不能设计太长,故在3个面内增加弱化孔,见图5a).该弱化孔可以降低发动机盖前端对上腿模型的抗力,上腿部轴向力曲线对比见图5b).该弱化孔对上腿部轴向力曲线的2个峰值均有影响.弱化孔的方向及大小应根据发动机盖的综合要求进行设计. a) 发动机盖内板前端结构 b) 上腿部轴向力曲线对比 2.1.2散热器上支架设计 散崞骺蚣芪塑料件(见图6a)),安装蒙皮的支架集成于散热器前端模块上.蒙皮支架刚度大,上腿模型撞击到蒙皮支架上时,上腿部在该撞击位置不得分,故对其结构进行优化.新增加图6a)所示支撑板,并将蒙皮支架集成于该支撑板上,蒙皮支撑板安装于散热器上横梁上端.该方案可将刚度大的支架后移,降低车辆前端刚度,从而减小上腿部轴向力,对比见图6b).该结构第一个峰值增大,但第二个峰值明显降低,曲线趋于平缓,上腿部轴向力减小.如果散热器框架为金属件,其上支架可以设计为易于压溃的结构,主要设计方向为:上支架内部加强筋的布置,其厚度及材料的选取参考文献[7]. 2.2SUV车型前端结构设计 离地高度较高的SUV车型的行人保护上腿部撞击位置一般在BLE线下端的前保系统的上格栅位置,见图7.a) 蒙皮支撑板结构 b) 上腿部轴向力曲线对比 SUV vehicle 2.2.1上格栅结构设计 根据上腿模型撞击过程前保上格栅的变形状态,对其刚度进行优化,主要设计方向有格栅x向宽度、格栅车内加强筋、材料厚度等.本文分析其厚度,研究格栅刚度对上腿部轴向力的影响,见图8. 由图8可看出,格栅刚度的减小有助于上腿部轴向力的减小,其刚度减小幅度也应综合其他因素进行考虑.[8] 2.2.2内部吸能零件结构设计 SUV车型的上腿部撞击点在上格栅位置,如果上格栅及前保蒙皮系统与前散热器结构的空间及造型有限制,在上腿部碰撞位置增加相应的吸能零件对上腿部得分有很大帮助[9],见图9.吸能零件主要设计方向应考虑吸能零件的位置、加强筋的布置及其料厚度等. 前端设计论文:简易m序列调制解调器前端设计 摘要:m序列是U频通信方式的基础理论,应用较为广泛,m序列是对最长线性反馈移位寄存器序列的简称,可由带线性反馈的移位寄存器通过串行移位方式生成。文中通过对m序列生成的基本理论进行了详细介绍,并基于此设计了简易m序列调制解调器架构,和硬件描述语言代码,完成了仿真,测试。 关键词:m序列;伪随机码;Verilog HDL;仿真 一、引言 m序列的使用是通信系统中CDMA(Code Division Multiple Access――码分多址)模式的基础,也是扩频通信方式的基础理论。应用较为广泛,可用于《通信原理》基础理论研究,也可以用于实际通信过程的扰码单元使用,因此,对于该序列调制解调器的设计具有实际的意义。 m序列是对最长线性反馈移位寄存器序列(maximal length linear feedback shift register sequence)的简称,它是一种由带线性反馈的移位寄存器所产生的序列,并且具有最长周期。带线性反馈的移位寄存器设定各级寄存器的初始状态后,在时钟触发下,每次移位后各级寄存器状态都会发生变化。观察其中一级寄存器(通常为末级)的输出,随着移位时钟节拍的推移会产生一个序列,称为移位寄存器序列。可以发现序列是一个周期序列,其周期不但与移位寄存器的级数有关,而且与线性反馈逻辑有关。在相同级数情况下,采用不同的线性反馈逻辑所得到的周期长度不同。此外,周期还与移位寄存器的初始状态有关。 二、系统整体设计方案 一般情况下,用于产生m序列的n级线性反馈移位寄存器的结构图如图1所示。 0010110011111000110111010100001(由右至左依次按顺序生成),发送端需要调制的信号,与这31位数进行异或运算。为仿真验证波形显示便利,在发送信号的时候采用调制方法,即将1相应的调制为1,0调制为-1;则可以得到传输中的m序列。 三、系统HDL设计方案 系统使用Verilog HDL语言完成设计。代码由add_noise.v、coder.v、correct.v、Corrected_Decoder.v、decoder.v和top.v六个Verilog HDL代码。代码架构设计图如图3所示。分别为传输加噪、发送端编码调制、发送端校验编码、校验解码、解码单元和顶层单元。 m序列调制与解调部分学习和实验主要进行了基于ModelSim仿真的代码编写和调试,属于不可综合仿真,参考代码中加入了兼具了testbench的测试功能。通信过程中,一般系统不会在启动后立即发送有效载荷数据,为了保证通信的稳定,首先要发送双方约定好的一系列信令和同步用数据信息,通过同步用数据信息来完成发送、接收双方的时钟、信令和控制数据的同步,同步后才能有效接收数据,这个过程类似于网络通信中的TCP协议通信过程,是通信网络中保证收发双方可靠、稳定通信的流程。 四、设计仿真测试 上述设计代码直接在ModelSim中就可以直接综合和进行仿真。加载了Verilog HDL代码的ModelSim项目窗口如图4所示。发送端发送的数据由outdata变量存储,其发送的数据经由编码和加噪模块完成数据的m调制后,发送至接收端,接收端由解校验和解码单元处理后,形成解调数据。 仿真运行50微秒后部分仿真波形如图5所示。从图5中很容易看出负向波谷(表示波形向下,但是取值仍未正)位置对应的解调码值为0,正向波峰对应位置解调码值为1。与该窗口outdata(已发送数据)显示数据一致。 五、结束语 本简易m序列调制解调器设计完成了基本的设计目标,能够正常发送和解调已发送的数据,能够准确进行仿真和验证,后续可以继续进行优化和加长序列调制长度,并增加通信系统中常见的各种纠错编码方案,以使系统更加完善。 前端设计论文:考虑无源器件寄生参数的接收机射频前端电路设计 摘要:随着无线通信技术的快速发展,硅基工艺毫米波集成电路成为了热点研究领域。本文主要分析考虑寄生参数的硅基接收机射频前端电路的设计问题。文中首先讨论了用于射频前端电路和片外电路接口PAD的影响,分析了PAD结构、尺寸和寄生参数的相互制约问题。然后,文中讨论了如何在电路设计中进行互连线参数提取,以及设计互连线中需要考虑的因素。 关键词:射频前端 无源器件 寄生参数 PAD 互连线 1 引言 随着半导体工艺和微电子技术的快速发展,硅基工艺微波射频集成电路受到了工业、科技、医药医疗等领域的科研工作者的兴趣[1,2,3],硅基工艺集成电路相对于其他工艺电路具有集成度高、价格低等优点。然而,当硅基工艺集成电路的工作频率提升到微波波段范围时,其集成电路设计将受限于电路中有源器件和无源器件的模型精度,同时受限于电路中其它一些参数性能,如传输线寄生参数、电路的pad结构、dummy金属填充等。因此,在实际的电路设计中既要考虑有源器件和无源器件模型,同时还要考虑电路设计中的寄生参数对电路性能的影响。 无线接收机是无线通信系统的重要组成部件,其主要作用是将空气中的目标信号进行接收,然后通过下变频转换成低频信号,再通过解调将数据恢复成原来的格式发送给目标用户。虽然无线接收机由射频前端,基带信号处理部分和应用接口等部件构成,但在现有成熟的基带技术情况下,接收机的性能主要决定于射频前端的性能[3]。对于接收机而言,通常要求具有满足应用要求的灵敏度和动态范围,如果将灵敏度和动态范围进行转换,则可以转换成接收机对应的噪声系数,动态范围和增益等指标。由于接收机的主要性能取决于射频前端的性能,因此接收机的主要性能取决于射频前端的噪声系数,增益,线性度等主要指标。在射频前端电路设计,通常采用不同的结构来得到需要的射频性能指标,然而,在实际的电路设计中,不但要考虑电路的结构同时还需要考虑电路设计中的寄生参数,本文主要讨论射频前端电路的设计中如何考虑寄生参数。 2 硅基射频前端电路设计总体考虑 图1是常规的超外差式接收机射频前端电路结构[4],射频前端电路中包含滤波器,低噪声放大器,混频器,压控振荡器(VCO),可变增益放大器(中放)等模块构成,射频信号通过天线进入到RF滤波器中进行需要射频信号的选频,通过RF滤波器将接收机需要的射频信号从空中信号中选择出来。经过RF滤波器出来的信号通常信号幅度都很弱,增加其信号能量是进行有效检测的重要手段,通过低噪声放大器可以大幅度提高信噪比。由于RF滤波器的信号中通常含有镜像信号,该镜像信号将在后续的变频电路中对有用信号产生影响,因此低噪声放大器输出信号需要通过镜像抑制滤波器对镜像信号进行抑制。混频器将本地振荡器产生的信号和接收的射频信号进行下混频得到中频信号,在输出的中频信号中将含有不少数量的交调成分,IF滤波器对无用交调成分进行过滤,然后送入到可变增益放大器中进行放大,进而放大后的信号到基带中进行解调或者进行进一步下变频得到更低的中频信号。 在实际的射频前端电路设计中,由于各个滤波器通常是采用电感和电容无源器件来实现,受限于硅衬底的低电阻率特性,RF滤波器、IR滤波器和IF滤波器通常由片外模块来实现,而其中的各个有源电路,如低噪放、混频器、VCO和中放则通过片上电路来实现,这种情况下片外模块-各种滤波器和片上电路之间的连接需要通过PAD和键合线来实现。 对于射频前端而言,噪声系数、线性度、增益和功耗是影响其实际使用的四个因素。通常期望射频前端具有低的噪声系数,高线性度、高增益和低功耗。然而,在实际的电路设计中低的噪声系数、高线性度、高增益通常将带来功耗的增加,因此在实际的射频前端电路设计中通常以功耗为主要限制条件,对射频前端电路的设计以功耗为约束条件,在一定功耗和确定增益的情况下对噪声系数,线性度等进行分配。 对于射频前端另一个需要考虑的因素是电路设计中的各类无源器件,用于和片外电路连接的PAD、金属键合线以及电路大量存在的各类传输线。由于射频前端常用的电感和电容这两类无源器件工艺厂商在提供设计模型(PDK文件)时已经进行了精确的模型验证,在射频前端设计中可以直接利用模型进行设计。然而,对于其余的器件如PAD,金属键合线、互连线等,通常工艺厂商无相关的模型,需要在集成电路设计中进行考虑。同时,由于模块电路的各个元器件之间以及各个模块之间需要采用大量采用互连线进行连接,此时大量存在的互连线将不可避免的对射频前端性能产生影响。 3 射频前端的寄生参数设计 图2是片上射频前端电路包含无源器件的电路框图,不同于图1的射频电路结构,图2中各个器件之间的互连线以及和片外电路连接的金属PAD都显示于图中,在图中,各个模块内部有源器件、无源器件相互之间的互连线没有显示出来。 从图2中可以看出,对于射频前端而言,其不可避免的存在大量的互连线和金属PAD。由于这些互连线和金属PAD存在,将不可避免的对电路性能产生影响,在实际的电路设计中需要对这些无源器件寄生参数进行考虑,提高系统电路性能。 3.1 PAD考虑及效应影响 如图1所示,射频前端电路中由于其内部模块需要和外部电路之间进行信号交换,需要采用PAD来把片上的模块如低噪声放大器和片外的滤波器连接。对于射频电路而言,为了保证功率无反射,通常需要和外部电路连接片上模块的输入阻抗和输出阻抗为50欧姆,这就要求低噪声放大器的输入端和输入端,混频器的输入端都要匹配成50欧姆,保证信号能够良好传输。在实际的电路设计中,由于PAD通常由一层或两层金属作为信号线层,底层金属作为地这样结构构成,这些信号层将和地构成电容,影响电路性能。 对于PAD而言,其对电路设计带来的影响主要是在电路的输入端和输出端增加寄生电容和寄生电阻[4]。由于PAD带来的寄生电容在电路的输入端和输出端和电路相互并联,该并联电容将和输入端和输出端的阻抗一起构成了射频模块新的输入阻抗和输出阻抗,改变了电路的输入输出反射系数,导致损坏增加。由于该电容直接和地相连,理论上该电容越小越好,即尽可能的采用顶层金属和较小的面积来实现PAD结构,从而减小电容量。另一方面,对于PAD而言,当其接入到射频电路中,PAD本身带来的寄生电阻将和输入阻抗、输出阻抗相互串联,进而导致其信号的损耗增加。由于PAD的寄生电阻和金属面积成反比,和金属的厚度成正比,为了减小这种寄生电阻的损耗,有效的策略是增加其面积,同时顶层金属和临近顶层金属层通过过孔连接起来。然而,当采用这种把两层金属作为信号层结构时,信号金属层和地金属层之间的距离将显著减小,这将导致PAD寄生电容的增加,因此在电路设计时需要综合进行考虑。 对于PAD另一个需要综合考虑的是其面积。由于PAD的面积直接影响其寄生电阻大小和寄生电容大小。PAD面积越大,寄生电容越大,寄生电阻越小,同时带来的关键问题是芯片面积的显著增加,因此,为降低其寄生电容,同时减小其芯片面积,通常PAD的尺寸按照可以实现金属键合线连接的最小尺寸为主。 3.2 互连线考虑及效应影响 对于射频前端而言,另一个不可避免的无源器件是系统内大量存在的互连传输线,如图2所示。这些互连线其主要的寄生参数包含串联电感和电阻,并联电容,并联电导这几部分构成。各个寄生参数的大小和互连线的尺寸成正比,为了减小这些寄生参数,各个互连线的尺寸应该尽可能短。同时,对于射频集成电路而言,其工作信号的频率通常达到几个吉赫兹甚至更高的几十吉赫兹,此时,传输线的寄生效应,尤其是寄生电阻和寄生电感将会对电路的性能带来显著影响。为降低这些寄生参数影响,射频电路的各个器件之间的互连线应该单端从电路设计中提取出来,然后通过电磁场仿真软件如HFSS,ADS-Momentum等进行模型构建和寄生参数提取,再将提取的寄生参数放入到电路中进行仿真。在实际电路设计中,可以将这些互连线作为电路中匹配元件的一部分,降低这些互连线对电路影响。 对于互连线另一个需要重点考虑的因素是互连线的对称性。根据集成电路知识可以知道,为减少共模信号对电路的干扰,电路中信号通常是采用差分信号结构的形式,如混频器,放大器,VCO等通常采用的是差分结构形式[5]。然而,对于差分电路而言,一个至关重要的因素是差分信号的一致性,即差分信号的幅度相等,相位相反。当差分信号的失配严重系统射频性能将大幅度降低。为了保证差分信号一致性,在电路结构上应该尽可能的使电路对称。这种电路结构的对称既包含电路的有源器件对称,也包含器件之间的互连线的对称性。当电路中不可避免的需要采用长的互连线时,应该保证互连线两支路都是采用相同的金属层,互连线的长度严格一致,同时两支路的结构严格完全相同。 4 结语 随着无线通信技术的快速发展,硅基工艺射频集成电路在集成电路设计的热点领域。本文主要讨论了考虑无源器件寄生参数的硅基接收机射频前端电路设计问题。对于射频前端而言,其不可避免的需要和片外电路进行相互连接,此时用作输入输出接口的PAD寄生参数将对电路设计带来影响,为降低其寄生电容和寄生电阻的影响,文中分析了PAD结构和尺寸的相互制约问题。射频前端电路设计中另一个重要的问题是电路内部大量存在的互连线,文中讨论了如何在电路设计中进行互连线参数提取,以及设计互连线中需要考虑的因素。 前端设计论文:一种基于DSP的一体化前端采集控制器的设计 【摘 要】介绍了一种基于DSP的用于高温高压高速时温度、压力、振动等环境参数测量的一体化前端采集控制器,给出了硬件和软件设计方案,重点介绍了硬件设计,硬件方案设计主要围绕数据的高速采集和大容量存储两方面考虑。该采集器具有速度快、处理能力强、可靠性和电磁兼容性高等优点。 【关键词】TMS320F2812PGFA芯片;大容量存储;数据处理 0 引言 在某些高温高压高速实验场合中,温度、压力、振动等环境参数是是检验被测物体及运动装置的可靠性和可维修性的重要依据,为被测物体的改进提供必要的依据。而这些参数的测量通过热电偶传感器、压力传感器、振动传感器将物理量信息转换成电信号,送给一体化前端采集控制器。一体化前端采集控制器将所接收到的电信号转换为数字量后,将数据保存起来,并可以通过以太网口、RS422及USB口等通讯接口将数据上传至计算机中。计算机可以处理和分析数据,并可以将处理结果用报表、图表的方式打印出来。由于这些实验的无法重复性、复杂性这就对一体化前端采集控制器的设计提出了更高的要求,不仅具备多通道高速采集和大容量存储的功能还应具有很高的可靠性、精确性和电磁兼容性。 1 一体化前端采集控制器工作原理 一体化前端采集控制器的工作原理图如图1所示。一体化前端采集控制器将采集通道、主控部分、数据总线等集成在一起,采用嵌入式计算机技术设计,实现一体化程控,并具有RS422、USB2.0和以太网接口。 2 硬件设计方案 2.1 主控制部分 每台采集器都有一个主控制板,其作用是通过相应的端口与上位机进行数据交换,并通过控制总线对采集板进行控制与数据交换。组成框图如图2所示。 2.1.1 中央处理器 考虑到系统的高速数据采集、大容量数据存储,通道独立性等特点,数据采集和存储的控制由一个高速32位DSP(数字处理单片机)芯片实现。DSP单片机与普通单片机相比,在运行速度和数据处理能力上都有后者无法比拟的优越性,完全可以满足系统高速采集的要求。在DSP芯片的选择上,采用TI公司的TMS320F2812PGFA 32位定点处理DSP芯片,该芯片不但运行速度高(可达150MHz的主频),处理功能强大,并且具有丰富的片内外围设备,便于接口和模块化设计,其信价比极高。而且它特有的性能是外部存贮空间接口可达1MB、可编程等待状态、三个独立的片选端还有几十个GPIO端口可供选择。此特点用于管理其它采集板通讯双口RAM(IDT7027)提供了很大的方便。芯片内部具有8K×16的片内Flash存储器,可以大大降低系统的体积,而且其功耗也比较低(核心电压1.8V,I/O口电压3.3V)。 2.1.2 主控板CPLD 为方便通道的可扩展性,设计了一套完整的并行数据总线和协议。每块采集板上都有自己的一个控制CPU来进行采集和存储控制,并通过并行数据总线和协议由一块主控制板来与上位机进行数据交换。为增强仪器的可靠性和总线的驱动能力,所以在每块板上都增加了一套总线驱动器,考虑到板子体积大小,将总线驱动器做到了一个CPLD中,其特点就是集成度高,体积小,逻辑更改方便可以通过编程来实现。 2.2 采集通道部分 为了增加板子可靠性和独立性,我们设计中都将每块板子设计成为了相对独立的采集器。由自己控制CPU、采样AD、信号调理前端、存贮磁盘及通讯总线。其组成框图如图3所示。 2.2.1 中央处理器 根据仪器需要及与主控部分的编程操作方便,CPU控制器也是选用TI公司的TMS320F2812PGFA 32位定点处理DSP芯片,它还具有3个32位的CPU定时器,运用这三个定时器,可实现AD的定时采集,以达到采样频率:10Hz-160KHz/通道,连续可调。 2.2.2 A/D转换器 A/D转换器是将输入模拟电压信号转换为数字信号的关键部位。设计中采用了AD公司的高速16位A/D转换器AD7663AST芯片。该AD转换器具有高速度、高精度、低功耗、单一电源供电(+5V)等特点,使用其±5V量程档。可以完全满足本测量系统对于测量速度和测量精度16位的要求。 2.2.3 数据存储 数据存储也是数据采集通道中的一个关键部分,它必须满足存储容量和能够掉电保持数据的双重功能。设计中采用静态数据存储器缓存加大容量电子盘(ADC)作为存储介质实现大容量数据存储。电子盘与普通Flash存储器相比,具有速度快、容量大的优点;与普通硬盘相比,存储容量相当,电子盘的工作环境温度更宽、抗冲击振动能力强、体积小、安装形式多,更适合本测量系统。根据程序支持的存贮容量,用户通过上位机软件去选择存储盘的容量,最高可支持512M字节的存储。 2.2.4 双口RAM 增加双口RAM目的是为了实现系统在采集过程中的实时监控功能。当CPU在采样过程中先将AD的采样数据放在静态RAM中,然后再将数据存入电子盘。当采样率比较高的时候CPU的工作频率也就相对比较高。这时靠CPU再与上位机进行数据交换已经来不及了。在不影响采集存储的情况下只有靠主控板自己的CPU把数据从采集RAM取走传给上位机。普通单口RAM只有一个读写操作口无法实现上述功能,而双口RAM有左右两个读写操作口,这样就可以实现了边存储边显示的功能了。而且为增加总线数据传输的速度和方便性,将双口RAM的存储区划分几个不同的区域,每块采集板的所有要与主控板进行交换的数据及命令都靠取RAM中不同区域数据来实现。根据需要选用IDT公司的IDT70V28L芯片,其存储容量为64k X 16位,电源为3.3V。该芯片典型功耗为440mW,待机功耗仅660μW。 2.2.5 信号调理前端 信号调理前端作用就是把传感器的信号归一化为理想的电压信号,再由AD进行采样转换。现在大多数传感器信号输出型式有三种:电荷型、单端电压型、差分电压型。为实现仪器能对多种信号进行采集,所以在采集板上做了三种信号调理电路,通过模拟电子开关及编程的方式来实现信号的切换。 2.3 电源管理模块 为满足野外无外接电源长时间工作需求,选大容量聚合物锂电池,选定制的电池保护电路保证稳定的电流输出。大容量聚合物锂电池可根据需要扩充电量,外置的电池盒可方便拆卸和搬运,在电池盒中设置的温控电路也可保障电池在低温环境下的工作。 3 软件设计 前端采集器需要完成数据采集、数据传输、数据存储3 个基本功能,这三部分在系统软件的监控和任务调度下协同运行。软件设计的主要流程图如图4所示。 进入数据采集系统后,程序首先对系统初始化,内部计时器开始计时,启动ADC采集数据,主程序进入一个死循环;当ADC转换完毕,进入中断子程序,采集并存储数据,然后将采集的数据存储到硬盘里,以便进行数据处理与分析。 4 可靠性和电磁兼容性设计 4.1 可靠性设计 一体化前端采集控制器设计时,在满足整机主要性能指标的前提下,按照可靠性的要求进行简化设计、降额设计、热设计、三防设计、安全设计等,从简化电路构成、增加元件参数额定使用上限、加强散热效果、采取三防处理、采取绝缘处理等方面考虑,确保了一体化前端采集控制器的可靠性。 4.2 电磁兼容性设计 一体化前端采集控制器在设计中采取一系列电磁兼容及抗干扰措施:电源模块的输入、输出都具有滤波电路;同时在每块印制板的电源入口处放置大电容,在每个组件旁和每个信号的输入接口处放置小电容,从而加强了仪器抗电磁兼容干扰的能力;印刷板采取了去耦措施,电源端、输入输出端加滤波;印刷线路板布线有规则前向布线,尽量缩短布线长度;信号线与回线尽量靠近,平行走线。按电路类型对元件、逻辑组件进行分组,相对集中,相互独立的功能块周围用地线环绕;采用多层印制板,增加电源层及接地层接触面,增强抗干扰能力;对仪器所用元器件严格按照选用标准进行筛选和选用,保证其抗干扰能力;由于整机采用金属壳,具有屏蔽作用,因此会大幅度减少内部噪声辐射到机壳外部。 5 结语 本文设计的一体化前端采集控制器具备多通道、大容量、高速采集与存储的功能。由于采用了高性能的DSP芯片TMS320F2812PGFA和采用嵌入式计算机技术,加入了可靠性设计和电磁兼容性设计,适合一些高温高压高速实验场合测量的要求。 前端设计论文:基于AJAX的智慧农业监控系统Web前端设计 摘 要:AJAX作为当前网站开发的前沿技术,可根据用户需要向服务器端发送少量的数据请求,实现快速无刷新地改变系统页面的布局和内容,从而提供给用户极佳的浏览体验。文中将分析AJAX的基本原理以及其在Web应用交互中的重点突破,并设计出基于AJAX的智慧农业监控系统前端框架。 关键词:AJAX;智慧农业;Web前端;异步通信 0 引 言 作为一个21世纪新兴强国,我国农业却仍以传统耕种方式为主,这样不仅造成各种资源的浪费,更对环境与水土造成严重污染和破坏,对农业的可持续性发展构成了严重的威胁。我国政府部门先后颁布了诸多农业科技发展新条例,足以体现其对农业发展的高度重视。伴随着物联网的飞速发展,越来越多的先进技术被应用到农业生产中,运用传感器和软件通过移动平台或者电脑平台对农业生产进行控制是当前农业发展的必然趋势。Web前端作为Web系统的内容展现,实现系统可视化的同时,为用户与系统提供了丰富的交互入口,在整个智慧农业监控系统中起着至关重要的作用。 1 AJAX简介 AJAX(Asynchronous JavaScript And XML)的全称为异步JavaScript和XML,它是由JavaScript、XMLHttpRequest(XHR)、DOM、XML等技术复合而成的异步通信技术。 1.1 AJAX的工作原理 AJAX的工作原理就是在浏览器与服务器之间增加了一个包含一些复杂JavaScript程序的AJAX引擎,而XHR对象作为异步通信的基础,旨在为JavaScript程序提供许多丰富可用的接口与后台服务器端进行少量的数据交互,然后通过对XML文档的解析处理,实现系统页面的快速选择性刷新。 1.2 传统应用模型与AJAX应用模型的比较 在传统的Web应用中,当用户进行表单提交时,浏览器直接将数据发送给后台服务器,后台对请求进行相应处理后通过Http协议返回给浏览器一个完整的页面,浏览器接收到返回数据后将对页面进行重新构造并显示,其应用模型如图1所示。在此过程中,浏览器处于空白状态,用户必须等到页面完全被刷新后才能浏览更新的内容。 图1 传统的Web应用模型 而在基于AJAX的新兴Web应用中,浏览器首先将数据发送给AJAX引擎中的JavaScript代码,由JavaScript代码首先来捕捉表单中需提交的数据,然后将其发送给后台服务器,从而实现用户操作与服务器响应的异步化,用户无需等到后台服务器响应仍可继续操作程序。但JavaScript代码并不会将所有的请求都提交给后台服务器去处理,部分无需从后台获取新数据的请求交由AJAX引擎自身来处理,其它确认需要获取新数据的请求则由AJAX引擎提交给服务器。这样不仅能够实现页面的局部刷新,缩短用户的等待时间,而且能够将一部分数据处理交由浏览器来完成,从而减轻服务器的负担。 2 系统Web前端设计 2.1 系统需求分析 “智慧农业”作为一种科学的农业生产经营手段,它主要通过给每个基点配置无线传感节点来获取植物的生长环境信息,如空气温湿度、光照强度、土壤的酸碱度、植物养分、气体含量等参数。系统将会先收集无线传感器节点发来的数据并将其进行存储,而后将存储在数据库的数据进行提取、筛选、统计、分析,最终将更具科学性、代表性的结果通过浏览器展现给用户。系统也可以设置为智能模式,将结果进行自动分析,自动控制相应设备。引入视频图像与图像处理,直观地反映农作物生产的实时状态,从整体上给农户提供更加科学的种植决策理论依据。 Web前端作为系统的可视化部分,主要是为了实现数据的实时显示,给用户提供一个与后台进行数据交互、参数设置、设备控制的入口。 2.2 系统总体设计 根据系统的需求分析,总体上可将系统分为登陆界面、登陆失败界面、设备监控界面、设备管理界面、视频监控界面、系统设置界面、日志记录界面、设备详情界面、扫描新设备界面、视频监控详情界面。系统前端界面流程图如图3所示。 整个界面设计框架主要分为三层,结构层、表示层和行为层。结构层主要是由HTMl负责创建,实现了页面文字、图片和动画的绘制;表示层是CSS负责创建,完成了网页颜色、布局和线条的美化;行为层则是JavaScript语言和DOM负责创建,实现了页面事件的动态交互。三层结合提供给用户一个可视性强、可操作性强的智能平台。设备监控界面作为其主界面,PC端效果图如图4所示,系统的设置界面如图5所示。 3 AJAX在系统中的应用 对于一个监控功能系统来说,数据的实时刷新以及控制设备状态的实时改变是非常重要的。在本文的智慧农业监控系统中,主要使用了DOM中的setInterval方法来实现数据的轮询,将一个包含AJAX请求的函数传入其中作为要执行的代码块。应用程序将周期性的执行相应的AJAX请求,快速完成页面的局部刷新,获取到当前时段的最新数据信息。当用户需要改变底层控制设备的状态时,用户通过触发点击事件向服务器发送AJAX请求,并根据服务器的返回数据相应的改变系统中的状态图片。在这整个过程中,系统实现了无刷新更新页面,用户几乎完全不知道后台发生的一切。 4 结 语 随着物联网技术的不断发展,智慧农业的运用将更加广泛,农业数据的处理也会越来越精确、安全。而AJAX作为一种用于创建快速动态网页的技术,虽说在用户体验上带来了极大的提升,但在浏览器兼容性、数据新旧区分以及客户端负载等方面仍存在不足。相信随着Web技术的不断完善,AJAX在应用程序中的运用也会更加成熟。
航空发动机论文:一种新型清洗剂NS851在航空发动机上的应用 摘要 本文介绍了一种用于清洗航空发动机进气道的水剂清洗剂NS851,将其与国内外成熟同类产品进行对比,并实测该清洗剂运用在发动机长试后,功率恢复效果。文中还综合比较了NS851清洗剂与国内、外同类产品的经济成本。从而论证NS851清洗剂的经济效益和社会意义。 关键词 水剂清洗剂;对比试验;功率恢复;表面活性剂 0 引言 国产航空发动机在外场使用没有整机清洗规范,对于在内陆飞行的航机,由于飞行高度高,腐蚀气氛少,发动机气道腐蚀污染情况不太严重,所以,对正服役发动机的防腐蚀维护技术要求并不突出。但由于近年来,从用于海上低空飞行的航机返厂修理的情况来看:气道腐蚀严重,发动机功率下降,从而导致飞行寿命减短。这是由于航机工作环境盐雾浓度大,发动机在工作时吸入盐雾、尘埃和自身产生的油污,在高温和氧化作用下形成油垢、积炭沉积于气道内的各零部件表面,从而导致气道内零部件腐蚀情况严重。为减少腐蚀,延长发动机的寿命,必须增强发动机的日常维护。因此,发动机需要频繁清洗,通过气道的冲洗减少气道内盐份和污物的附着并恢复发动机功率。 国内、外对发动机整机清洗剂的研究情况: 1)法国TM公司在WZ8发动机大修手册中明确规定了进气道清洗剂牌号:ARDROX6345; 2)北京航材院研制的发动机清洗剂:GT1。 根据海上飞行航机的工作环境及航机气道内零件材料的特点,我试验室自行配制了NS851清洗剂。工作后功率下降的发动机通过用NS851清洗后将恢复功率,而清洗剂本身不能对发动机气道内的材料产生影响。 1 理化测试及测试结果 研制过程中将NS851与GT1、ARDROX6345这3种清洗剂进行了理化对比测试,根据3种清洗剂的使用体积比来配制试验溶液(溶剂:去离子水): NS851:5%;GT1:20%;ARDROX6345:20%。 1)PH值:用PH计进行测量,见表1; 2)清洗剂对金属材料的腐蚀试验: (1)全浸腐蚀、缝隙腐蚀、高温腐蚀均按GJB20356进行,结果见表1; (2)洗剂对钛合金(TC1)的应力腐蚀试验:该项目由北京航空材料研究院完成。 试验结果:3种清洗剂对钛合金均无应力腐蚀,金相形态见图1~图3。 应力腐蚀500倍金相检查应力腐蚀500倍金相检查 3)清洗剂对非金属材料的影响 (1)清洗剂对石墨涂层的影响。试验材料:高温石棉石墨、低温石棉石墨、镍石墨; 试验方法:将3种带石墨层的零件浸泡在清洗剂中,室温,200h。浸泡结束对石墨层进行车削0.2mm,以检查石墨层的结合力。 试验结果:3种清洗剂对3种石墨层均无影响(石墨层无脱落现象)。 (2)清洗剂对涂层的影响:试验材料:H61-32涂料、H61-1涂料、氟橡胶。 试验方法:将3种涂层试片浸泡在清洗剂中,室温,200h。浸泡结束用划格、胶布法检验涂层的结合力。 试验结果:3种清洗剂对3种涂层均无影响(涂层无起皮、起泡、脱落现象)。 2 使用后功率恢复 XX航空发动机试车300h后,功率降低到94%,用NS851清洗剂对其进行进气道冲洗后功率恢复到97%。发动机试车前后,清洗前后功率情况见表2。 3 讨论 NS851是一种水剂清洗剂,它是由多种表面活性剂组成,不含无机盐成份,其中包括三乙醇胺油酸皂、脂肪醇酰胺、脂肪醇聚氧乙烯醚等表面活性剂。表面活性剂是由亲水基和憎水剂构成,亲水基吸附水分子,憎水基吸附油分子。通过表面活性剂使油和水结合起来,形成了乳化液,表面活性剂在此起乳化作用。只有保证乳化液的稳定才能使油污溶解在水中。吸附于油与水界面上的表面活性剂形成具有一定强度的界面膜,对油微粒起保护作用,油微粒在布朗运动下发生碰撞时不易聚结,所以界面膜的强度对乳化液的稳定性起着很大作用。NS851中含有脂肪醇和脂肪胺、脂肪酸类表面活性剂,界面吸附层中乳化剂分子与醇、胺、酸这些极性分子发生作用形成复合物,使界面膜强度增高。由于多种表面活性剂的使用,使混合的表面活性成分吸附在水―油界面上,分子间发生作用形成络合物,由于分子间强烈作用,界面张力显著降低,表面活性剂在界面上吸附量增多,形成的界面膜密度增大,强度增高。乳化液稳定性增强,从而清洗液溶解油污的能力加强。所以NS851能有效的去除了油污,恢复发动机功率。 4 社会效益及经济效益 NS851清洗剂由我厂自行研制,其组分完全国产化,通过多年在整机上的使用,清洗效果良好,能达到清洗发动机、恢复发动机功率、减少气道内金属零件的腐蚀,从而达到延长发动机工作寿命的目的。NS851的成功使用,使我们再不需要进口整机清洗剂,从而摆脱了发动机整机清洗技术受制于人状态。 由于NS851使用比例低,国内原料采购成本低,其使用成本是本是进口产品的1/10,是国内同类产品的1/7。 5结论 1)NS851是我厂自主研发的一种发动机整机清洗剂,其与国内外成熟同类清洗剂的理化性能相当,对发动机气道内的主要材料均无影响。长试后发动机使用NS851清洗后,能明显提高功率。所以说NS851清洗剂已达到了发动机整机清洗目的; 2)NS851原料采购方便,成本低廉; 3)NS851可以广泛运用到直升机、运输机、工业地面燃机的清洗维护。 航空发动机论文:基于虚拟仿真技术的航空发动机油封模拟系统 摘 要:我军航空发动机油封工作中存在的问题阻碍了航空发动机油封技术的训练。为解决该问题,开发了一套航空发动机油封模拟系统。它利用虚拟仿真技术模拟航空发动机油封操作过程,是一种集油封虚拟训练和考核评价于一体、经济实用的现代化教学手段。根据航空发动机油封操作规程,系统功能设计包括引导提示、油封仿真、考核评价三个模块,油封仿真是核心,它包括视景仿真、运动仿真、音响仿真、操作仿真四个子功能,能够提供等同于实操,甚至更好的训练效果,具有重大的经济效益和军事效益。 关键词:油封仿真; 航空发动机; 虚拟仿真技术; 军事效率 0 引 言 目前虚拟仿真技术广泛应用于自动控制、医疗康复、教育娱乐、维修训练、军事训练等各个领域[1-4]。虚拟本质是客观事物在计算机上的一种仿真实现,是一种由计算机全部或部分生成的多维感觉环境,通过特殊的头盔、数据手套等传感设备进入虚拟空间,感知和实时操作虚拟世界中的各种对象,使参与者有身临其境的感觉,能体验、接受和认识客观世界中的客观事物。 虚拟仿真技术应用于航空发动机油封训练是当前我军航空发动机油封工作的迫切需要。我军航空发动机的油封设备多为20世纪80年代生产,可满足老旧机种的油封工作。由于一些进口和国产的新机种逐渐成为我军主战机种,目前的油封设备已无法满足其发动机油封的需要。另外,航空发动机油封技术含量高,操作规程复杂,油封设备操作较为严格,要求操作人员本身应具有较强的责任心和专业的油封工作技术和经验。目前,我军院校基本没有开设相应的油封专业学科,油封人才基本靠“师傅带徒弟”的模式来培养,很难满足目前航空发动机油封工作的实际需要。 这些问题严重影响了航空发动机油封技术的训练,而利用虚拟仿真技术能够创建出真实感和沉浸感较强的航空发动机油封环境,为航空发动机油封工作提供油封虚拟训练,有助于提高油封人员的操作水平和操作技能。虚拟仿真技术已经成熟并广泛应用,因此开发一套航空发动机油封模拟系统已成为一种既经济又实用的解决方法。 1 开发工具 航空发动机油封模拟系统采用目前世界上广泛使用的工业仿真软件Creator,GL Studio,Vega Prime和Visual C++ 6.0进行开发[5-6]。 Creator是世界上领先的实时三维数据库生成系统,可以用来对发动机、油封设备、仓库等实物场景进行三维建模。油封设备的各种仪表是由GL Studio来建模的,并以可视化模型数据库的形式生成OpenFlight(.flt)文件格式标准的层次视景数据库。然后,OpenFlight文件再调入Vega Prime,成为实时仿真的一部分。 Vega Prime具有良好的图形环境界面和完全面向对象的C++语言应用程序接口API,丰富的实用库函数及大量的功能模块可满足拆卸油管,控制油封设备进行油封等多种仿真要求[7-8]。 但是,Vega Prime本身不能实现人机交互,还需要用Visual C++ 6.0进行系统集成。该系统以Visual C++ 6.0为开发平台,使用Vega Prime的函数库,并通过复杂的编程,实现对虚拟场景、环境、运动的模拟仿真。 2 系统分析及设计 航空发动机油封模拟系统包括训练和考核两种模式。训练模式的特点是系统需要具备操作引导和错误提示功能;考核模式的特点是系统需要具备评价功能。 为了满足油封训练和考核的需要,航空发动机油封模拟系统设置了引导提示、油封仿真、考核评价三个功能模块,如图1所示。 图1 航空发动机油封模拟系统功能模块 其中,油封仿真又包括视景仿真、运动仿真、音响仿真、操作仿真四个子功能模块。视景仿真、音响仿真是实现航空发动机模拟训练系统沉浸感的重要因素;运动仿真、操作仿真是实现学员与虚拟油封设备和环境之间交互的主要手段;引导提示、考核评价是整个系统的必要组成部分[9]。 2.1 引导提示 引导提示功能用于在初次练习时进行操作引导,操作错误时进行判断并提示。当操作熟练以后可取消引导或者提示再进行练习。 2.2 油封仿真 2.2.1 视景仿真 视景仿真是将航空发动机油封过程中实体建立数字化的模型,如道路、仓库、油封车、电源车、发动机、油管和电缆、扳手等工具、各种油料、履历本、包装材料、油封专用车等。其中,发动机的内部结构模型对于油封模拟训练系统来说不需要建模,所以重点是建立发动机的外部结构模型。发动机的外部结构模型比较复杂,主要是建立各种开关和油封时需要连接油管、电缆的器材及其接头帽盖、铅封的模型,其次是建立发动机及其外部附件的外形建模,细节部分要充分利用贴图来进行建模。 航空发动机论文:航空发动机电气附件线路绝缘性故障分析 摘 要:航空发动机经常工作在高温、高速、高负荷、强振动的恶劣环境下,其内部的电气附件线路在这些恶劣环境中容易发生故障。电气线路的绝缘性故障是一种常见的故障,分析电气附件线路中可能出现的绝缘性故障种类,并针对每种故障画出等效电路,然后进行仿真,从而得出结论。总结并分析常见的绝缘性故障种类,可以提高发动机的维修效率,并保证飞机的飞行安全。 关键词:航空发动机;电气线路;绝缘性故障 电气附件是航空发动机的基本单元,其种类繁多,连接电气附件的线路称之为电气附件线路,发动机体积庞大,电气附件数量极多,其内部的电气附件线路错综复杂,导线粗细不一,长度最长可达几十公里,发生故障时排查起来非常困难。在此对常见的电气附件线路的绝缘性故障进行了分类,并对每类故障进行了仿真,从而得出故障产生的机理,在故障排查过程中更具有针对性,从而提高发动机的维修效率,并保证飞机的飞行安全。 1 航空发动机电气线路绝缘性故障原因 航空发动机工作环境恶劣,系统之间互相影响,高温、高速、高负荷、强振动等因素都有可能引起电气附件线路产生故障,线路的绝缘层损坏是多种因素共同作用的结果。电气线路的绝缘故障有以下两种特点:(1)线路集中,线路间挤压、摩擦等造成线路绝缘层损坏;(2)大面积的化学腐蚀、高温、高压等条件下引起线路老化,提前对线路进行测量可有效减少该类故障所引起的事故。 造成电气附件线路绝缘层腐蚀老化的原因主要有以下四种:(1)机械老化;(2)化学腐蚀;(3)热老化;(4)电老化。 2 航空发动机电气附件线路绝缘故障种类 波音公司的标准线路施工手册和空客公司的电器标准线路施工手册都对所有相关的电气附件的绝缘电阻最小值和电压值做了相应的数值要求。通过查询PW4000系列某一型号航空发动机相应的标准线路施工手册,30多种电气附件涉及127处测量点,统计了这些绝缘测量点的测量方式,结果如表1。 表1 电气附件数量及绝缘测量方法 通过分析该表,得到了两种发动机电气附件绝缘测量点的测量方式:第一种是同一个电气附件的不同测量点之间的测量方式,即Pin/Pin方式;第二种是同一个电气附件的测量点与地面之间的测量方式,即Pin/Gnd方式。 (1)Pin/Pin(层间)绝缘故障。航空发动机电气附件数量极多,电气附件线路分布紧密,两束距离很近的导线如果出现线路绝缘层老化,并且没有及时发现并排除故障,则线路之间容易产生电弧,容易引发火灾,若该线路出现在油箱附近,则会引起爆炸事故,危害极大。 (2)Pin/Gnd(Φ兀┚缘故障。电气附件线路的绝缘层老化时,导线对地的绝缘电阻就会减小,有可能引起电压击穿,回流过大,使得线路绝缘层被烧焦,对飞行安全造成极大危害。 3 航空发动机电气附件线路绝缘故障仿真 为了更有效地保证飞机的飞行安全,我们要对发动机电气附件线路绝缘故障进行预防,在此对上述电气附件中的线圈两种绝缘故障进行仿真,分析电气附件的绝缘性能的好坏对系统的影响。 3.1 电气附件对地绝缘故障仿真 在电气附件的绝缘介质发生老化的过程中,产生绝缘故障的地方对地电容是随着绝缘老化程度的不断加深而逐渐增大,对地的绝缘电阻是随着绝缘老化程度的不断加深而逐渐减小的。 定义在航空发动机电气附件绝缘介质中某一处出现绝缘老化现象,当此处的等效绝缘电阻Ro、等效绝缘电容Co的值不断变化时,测出等效绝缘电阻Ro与接地线之间的电压,可以得到等效绝缘电阻Ro与绝缘处电压Uo之间的关系。通过固定等效绝缘电容Co的值,不断改变线圈对地的等效绝缘电阻模拟传感器线圈绝缘性故障,可以得到绝缘处电压与等效绝缘阻值变化的关系,测试电路的原理图如图1所示[1]。 当绝缘故障处的等效电容Co取一系列固定值时,通过不断的改变线圈对地的阻值模拟绝缘性能变化过程,可以得到绝缘故障处电压Uo随绝缘介质对地绝缘阻值Ro变化的关系如图2所示。 从图2中可以看出,当绝缘故障处的电容Co分别取不同值时,随着绝缘电阻Ro的不断减小,绝缘故障处的电压Uo存在着明显的过度变化,在图中的拐点之前,绝缘故障处的电压Uo随着等效绝缘电阻Ro的减小几乎没有任何变化,而在等效绝缘电阻Ro的值继续变小出现在拐点之后,绝缘故障处的电压Uo随着等效绝缘电阻Ro的减小直线上升。从图中可以看出,拐点对应的等效绝缘电阻最小值R'可以看作判断绝缘电阻性能好坏的标志,当等效绝缘电阻值大于R'时,航空发动机电气附件的绝缘性能良好,当等效绝缘电阻值小于R'时,航空发动机电气附件的绝缘性能出现故障。在等效绝缘电阻小于R'并持续减小时,可以看到对地电压值直线上升,发生了电压击穿现象。在飞机附件维修手册中对每一个电气附件的等效绝缘最小值R'都给出了详细的值。 3.2 电气附件层间绝缘故障仿真 航空发动机电气附件长时间运行在高温、潮湿、震动等十分恶劣的环境中,在电磁、电场、机械、化学等外因的作用下,电气附件中线圈的绝缘层十分容易发生损坏,绝缘层损坏导致两个线圈之间会出现金属导体裸漏,造成两者之间的气体间隙被击穿,发生电弧现象。 航空发动机内部一般使用的是幅值为115V、频率为400Hz的交流电,在线圈发生绝缘磨损后,将两线圈之间的绝缘值等效为Z,由此电弧故障的简化等效电路图如图3所示[2]。 当发动机电气附件中线圈的绝缘层磨损十分严重时,层间绝缘故障基本上相当于短路,取极端情况下等效绝缘电阻R的阻值,即等效绝缘电阻R趋向于零,得到电流的变化如图4所示。 在发动机电气附件中的线圈绝缘正常没有层间绝缘故障时,等效绝缘电阻R在兆欧的级别,取极端情况下等效绝缘电阻R的阻值,即等效绝缘电阻R趋向于无穷大,电流的变化如图5所示。 通过不断减小等效绝缘电阻R的阻值,即R从无穷大不断减小到0,仿真两个线圈之间绝缘老化现象发生时,两个线圈之间的电流与等效绝缘电阻R之间的关系如图6所示。 4 结束语 本文对航空发动机电气附件线路的绝缘性性进行了介绍,分析了各类故障产生的原理,为日后故障检测方法的研究与技术层面上的改善打下了基础。通过研究关于民用航空发动机电气线路绝缘性问题的大量资料,并将其按原理进行了分类,建立了故障模型,通过对模型的仿真,研究了有关电气附件线路绝缘故障问题,希望对提高发动机的维修效率和保障民航客机的安全有所帮助。 航空发动机论文:基于某航空发动机振动事件的高压涡轮转子叶片超温问题研究 摘 要:某航空发动机试验过程中发生振动大故障。分解后,发现高压涡轮转子叶片等多处零组件有磨损、变形甚至断裂的情况。将全台共计72片高压涡轮转子叶片委托中国航空工业集团公司失效分析中心进行分析,确认原因为高压涡轮转子叶片超温。分析高压涡轮转子叶片超温的多种可能原因,采用排除法,推断此次高压涡轮转子叶片超稳为局部超温,原因为高压涡轮导向器堵块脱落打伤高压涡轮转子叶片导致高压涡轮转子叶片冷却失效。根据推断寻找事实依据,推导故障模式。提出解决高压涡轮导向器堵块存在脱落可能性的方案,为后续高压涡轮转子叶片超温问题的判断提供分析思维导向。 关键词:航空发动机;整机振动;高压涡轮转子叶片超温;冷却失效 当代航空发动机的高压涡轮部件承接在主燃烧室后,是将高温高压气体内能转化为机械能最重要的部件之一。虽然目前绝大多数的高压涡轮转子叶片均采用高性能的单晶合金材料制造,但高温高压高转速的恶劣工作条件下,仍存在多种影响因素导致高压涡轮转子叶片局部超温,进而发生叶片基体脱落等恶性状况。 以最终确定为高压涡轮转子叶片局部超温原因导致的某航空发动机振动事件进行典型分析,探究造成局部超温的影响因素,充实完善振动问题数据库,为后续航空发动机振动问题的判断提供分析思维导向。 1.振动发动机分解检查情况概述 1.1 故障现象 某航空发动机试验过程中,出现振动值急剧上升,大幅超出规定值的现象。立即停止试验,用孔探仪检查发现,该航空发动机的高压涡轮转子叶片多处烧蚀。 1.2 发动机分解检查情况 故障发生后,对发动机按大组件进行了分解检查。外部管路、附件及尾喷口分解未见异常;分解加力扩散器时,发现少量金属颗粒;分解涡轮后机匣时,发现少量金属粉末状颗粒,且多为粉末状碎屑;分解低压涡轮转子组合件时,发现低压一级导向器密封片变形,低压一级涡轮叶片表面存在不同程度打伤;分解高压涡轮转子组合件时,发现16片叶片存在严重损伤掉块情况,其余叶片存在不同程度的变形,叶片叶尖磨损严重;分解主燃烧室联合单元体时,发现高压涡轮导向器叶片组上1件堵块缺失,高压涡轮导向器叶片表面存在多处不同程度的打伤,高压涡轮外环块磨损严重,外环块封严片严重变形;分解二支点支承组件时,发现二支点密封装置石墨断裂一处;分解低压单元体、高压机匣、高压压气机转子及中介机匣组件时,未见明显异常。 1.3 检定结果 因主要受损零件集中在涡轮部分,高压涡轮转子叶片受损严重,故将全台高压涡轮转子叶片(72片)委托中国航空工业集团公司失效分析中心进行分析工作。对高压涡轮转子叶片断口分析结果表明,为高压涡轮转子叶片超温导致的超温疲劳断裂。 2.高压涡轮转子叶片超温影响因素分析 叶片出现超温一般有以下几个来源:油体雾化不良、燃油品质不良、起动喷嘴油压过低等造成的燃烧不均匀,富油燃烧,火焰后移等导致的环境超温;冷却通道(气膜孔、型芯堵塞、叶片结构损坏)破坏造成温度场分布不均匀导致的局部超温等。从该航空发动机叶片试车情况以及其他部件的损伤情况,对此台高压涡轮转子叶片出现局部区域性超温的原因展开分析。 2.1 环境超温 从高压涡轮转子叶片损伤周向分布情况看,损伤掉块且超温的叶片集中在1/4的区域内。距离较远的叶片有过热,但无超温现象,可以说明高压涡轮转子叶片环境温度无明显异常,即部分叶片的超温疲劳断裂是由局部超温导致的。 2.2 局部超温 梳理经验树,导致高压涡轮转子叶片局部超温的原因有:高压涡轮转子冷却流路不畅;高压涡轮转子叶片顶端盖板脱落或翘曲;叶片内冷却通道堵塞;高压涡轮转子叶片损伤导致冷却失效。针对某航空发动机进行逐条分析。 2.2.1 高压涡轮转子冷却流路不畅 该冷却流路的空气从高压压气机出口引入转子盘腔内部,经高压压气机封严盘上的一道篦齿流入高压鼓筒轴外腔,然后又经一道篦齿与经预旋喷嘴后的主燃烧室内环腔的气流汇合后分为两股。一股经篦齿盘上的外篦齿后,从导向叶片和转子叶片根部的间隙流入主流道;另一股经篦齿盘上的孔后流入高压涡轮工作叶片,对高压涡轮工作叶片冷却后,分别从叶片前缘、盖板上和其他部位的气膜孔及尾缘的劈缝流入主流道。根据主燃烧室故检结果,预旋喷嘴处未发现异常,冷却流路未发现堵塞,故某航空发动机的高压涡轮转子叶片局部超温的原因不为高压涡轮转子冷却流路不畅。 2.2.2 高压涡轮转子叶片顶端盖板脱落或翘曲 高压涡轮转子叶片盖板缺失可造成叶片内冷却空气从顶端流出,叶片气模孔无冷却气流出,叶片气膜冷却失效,会造成叶片烧蚀掉块。检查叶片盖板,掉块较大的高压涡轮转子叶片的叶片盖板在前缘位置完全损伤,其他宏观未裂叶片的叶片盖板无明显掉块,仅存在^为严重的刮磨,及叶背叶尖棱边变形缺失。该航空发动机曾发生过高压涡轮转子叶片盖板脱落、翘曲故障,与此次事故的现象不符,且高压涡轮转子叶片已经采取多种措施,避免盖板翘曲故障发生。因此认为某航空发动机的高压涡轮转子叶片局部超温的原因为高压涡轮转子叶片顶端盖板脱落或翘曲的概率较低。 2.2.3 叶片内冷却通道堵塞 外来物堵塞高压涡轮转子叶片冷却通道,有可能导致叶片冷却的逆流裕度不足而发生超温。因此做如下工作,分解检查故障叶片榫头底部进气窗口,未发现堵塞物;解剖叶片未发现堵塞现象;复查叶片水流量均合格。据此排除某航空发动机的高压涡轮转子叶片局部超温的原因为叶片内冷却通道堵塞。 2.2.4 高压涡轮转子叶片损伤导致冷却失效 检查结果表明,一个高压涡轮导向器堵块缺失。该堵块尺寸为14.8mm×4.3mm×2.2mm,材料为K40M。装配于高压涡轮导向叶片上缘板后端,用真空钎焊方法固定,主要作用是封堵叶片缘板铸造时的工艺退渣口。 将全台共计72片高压涡轮转子叶片做能谱分析,结果表明第14块高压涡轮转子叶片表面存在K40M,且所有高压涡轮转子叶片表面未见其他异常外来成分。这表明缺失的高压涡轮导向器堵块脱落,并且撞击了高压涡轮转子叶片。分析认为如果高压涡轮转子叶片受到外物打伤产生裂纹或裂口,裂纹或裂口损伤随着高压涡轮转子工作出现扩展,使高压涡轮转子叶片内部冷却空气从损伤处流出,叶片气模冷却失效造成叶片超温烧蚀,在中国航空工业集团公司失效分析中心分析报告中,有3片叶片疲劳起源特征为外物打伤。 因此,高压涡轮转子叶片受到外物打伤引起叶片冷却失效有很大可能是某航空发动机高压涡轮转子叶片局部超温的主要原因。 3.某航空发动机故障检查结论并改进工艺 在初步判定为高压涡轮导向器堵块脱落打伤高压涡轮转子叶片引起叶片冷却失效后,有大量的故障检查事实满足以上推论,如:高压涡轮导向器工艺堵块掉落;高压涡轮转子叶片损伤严重;高压涡轮导向器及其他高压涡轮后的流道件均有不同程度损伤;高压涡轮之前的流道件故检未发现异常;掉块叶片主要集中在周向约1/4区域内;故障起始发生在高压涡轮导向器和高压涡轮之间;从断口分析结果来看,高压涡轮转子叶片出现疲劳断裂是由于叶片超温造成材质疲劳性能下降,在源区应力集中(气膜孔和烧蚀缺陷)和振动应力作用下出现疲劳开裂和扩展,最终导致掉块;从试车情况分析,应是高压涡轮转子叶片发生故障后引起的振动;从以往高导叶片堵块脱落故障分析,由于高导堵块焊接工艺存在问题,堵块存在脱落的可能性,且堵块脱落对高压涡轮转子叶片等零件会造成伤害;从故障原因分析,高导叶片堵块脱落打伤高压涡轮转子叶片可以造成高压涡轮转子叶片冷却失效导致局部超温,进而发生撕裂掉块等。 依据分析推得故障模式:发动机工作时,一个高压涡轮导向器堵块发生脱落,掉落在高压涡轮导向器与高压涡轮转子叶片之间的流道内。堵块随着气流撞击到高速旋转的高压涡轮转子某些叶片前缘,对这些叶片产生伤害,形成裂纹或裂口。裂纹或裂口损伤在热应力、离心应力及振动应力等的共同作用下,逐步扩展,导致高压涡轮转子叶片冷却失效,致使叶片超温造成材质疲劳性能下降,进而发生撕裂掉块的情况。撕裂掉块的叶片残骸四散,对相邻高压涡轮转子叶片继续产生伤害。叶片的撕裂掉块影响了附近其他叶片的冷却效果,致使其他叶片也发生了超温的情况。多个叶片的损伤使得高压涡轮转子平衡被破坏,高压涡轮转子发生振动,发动机振动值激增,振动引起高压涡轮转子异位,高压涡轮转子叶片与高压涡轮机匣外环以及空气导管与低涡轴等发生异常碰磨。 至此,某航空发动机试验过程中振动故障的原因判定为高压涡轮导向器堵块脱落。针对此问题,将高压涡轮导向器堵块的工艺方法由真空钎焊改为氩弧焊,某航空发动机后续试验过程中杜绝了此类问题的发生。 结语 航空发动机的发展很大程度上是由于一次又一次解决了振动问题。振动影响因素众多,如何准确抓住发动机振动的罪魁祸首,本次试验过程振动的排除方法可供相关技术人员借鉴: (1)全面系统检查故障航空发动机,得到翔实的故障检查结论; (2)抓住故障检查结论重要部分进行最高能力分析; (3)查阅振动问题数据库寻找故障发生可能原因,利用排除法分析; (4)大胆假设最可能原因,寻找事实证明,推理故障模式; (5)判定故障原因,进行技术改进,充航空发动机振动问题数据库。 在航空发动机振动问题的解决上,充实完善航空发动机振动问题数据库、建立符合航空发动机体系的分析问题方法,才是解决振动问题,提升航空发动机试验技术的正确途径。 航空发动机论文:论战略成本管理在我国航空发动机制造企业的应用 摘要:随着我国市场经济的不断发展,各行各业对于战略成本管理的关注越来越多,为了获得更好的收益和回报,各行各业也都在不断地改进成本管理模式和方法,其中也包括我国的航空发动机制造企业。从目前我国的实际情况来看,战略成本管理还没有充分地在这类企业中得到具体的应用,主要是由于其发展尚未成熟。本文通^对战略成本管理的内涵、战略成本管理与传统成本管理的对比以及具体实施战略成本管理应注意的问题进行细致的梳理和分析,协助我国航空发动机制造企业更好地管控成本,提高经济效益,同时也供学界讨论。 关键词:战略成本管理 航空发动机 制造企业 应用 一、关于战略成本管理的概述 (一)战略成本管理的内涵 对于企业来讲,制定长远的战略目标,是企业实现整体发展目标的重要工作。而企业长远战略目标的制定,需要进行很多工作,并将其作为决策的依据,收集有价值的信息就是主要工作之一。如果此项工作无法有效完成,则会造成企业无法了解自身与市场竞争企业的优劣,无法实现可持续发展的基本目标,这样就更不必说长远战略目标了。那么,战略成本管理到底指的是什么呢?实际上是指企业运用成本管理技术,提高企业战略地位,同时降低企业成本的管理过程。具体而言,战略成本管理其实就是一个通过对投资立项、研发与设计、生产环节和销售环节等整个链条进行全方位监控管理的过程,其重点是从战略的视角对影响成本的因素进行系统的分析,从而进一步发现能够有效降低成本的途径,最终目标是以此来营造企业的持久竞争优势。从另一个角度来讲,企业的实际需求是企业能否实现最终战略目标的决定性因素。21世纪是信息时代,战略成本管理工作无法脱离成本管理信息,而信息并不是固定不变的,所以,制造企业战略成本管理也会随之不断变化。 (二)战略成本管理的作用 从企业的角度出发,战略成本管理的作用很大。 首先,战略成本管理工作涉及的内容比较全面,可以说对企业实际运营中的方方面面均有所涉及,而且企业内部组织管理无法限制,能够从全局的角度掌控整个公司的运行。 其次,战略成本管理工作可以动态地掌控企业的实际运行。在进行战略目标制定的过程中,内外部环境因素都会被考虑,但是这部分因素并不可控,所以为了更好地保证战略目标制定的准确性,应当实时且充分地掌握企业内外部环境的变化,而战略成本管理工作可以很好地解决这方面的问题,从这个角度看,作用很大。 二、战略成本管理与传统成本管理的比较分析 (一)传统成本管理存在局限性 首先,对于传统成本管理来讲,其主要关注的内容是如何降低企业内部成本,而并没有考虑保证企业运转的供应商和顾客。传统成本管理主要通过压低材料采购价格降低成本,这样只会造成与供应商之间关系的僵化,很容易失去供应商,同时也会失去向前整合的机会,进而失去获得进一步降低成本的机会。另外,传统成本管理一般将产品销售至消费者作为成本管理的最后环节,无法获取精准的产品信息,在一定程度上可能增加分销和售后成本。 其次,传统成本管理仅仅是单纯的为了降低成本而降低成本,并没有过多地考虑企业降低成本的根本目的。制造企业在实际运行过程中,绝大多数环节都会产生成本支出,但是,并不是所有的环节成本都可以降低。比如,通过盲目缩减企业的研发开支,在很大程度上都会造成企业产品和技术缺乏先进性,无法进行同行业竞争,从而失去市场。还有,通过降低企业质量管控成本,极有可能发生产品质量不过关,造成企业整体形象受损,这将直接影响企业的可持续发展。因此,企业的工作重点必须向制定和贯彻竞争战略方面转移。传统成本管理片面追求成本节约,重视短期效益,这将大大削弱企业的长远发展能力。 最后,企业创造价值的表现是能够为顾客提供必要的便利需求,而企业的全部业务并不都可以创造价值,如生产出来的废品,只会减少价值。企业成本管理需要对内部价值链进行分析。市场经济时代,企业面临的是开放的、有竞争的市场环境,通过了解行业价值链等因素可以更好地实施成本管理,做到“知己知彼”,这样才能够更加有效地实现企业的长远战略目标。同时,了解并分析竞争对手的成本管理也是很重要的。企业内部的生产过程是传统成本管理的主要对象,供应和销售很少考虑,而战略成本管理对象则不同,涉及产品生产的整个生命周期。 (二)战略成本管理较传统成本管理优势明显 相较于传统成本管理,战略成本管理优势明显,主要体现在成本优势上,这也是其和传统成本管理的主要区别。市场竞争的法则就是优胜劣汰,制造企业要想更好的生存和发展,就必须通过加强成本管理,有效地降低成本。 首先,对于我国航空发动机制造企业来讲,通过实施战略成本管理,可以更加有效地促进企业进行统筹兼顾管理工作,在保证整体利益的基础上调整局部利益,保证长远利益的基础上调整短期利益,同时可以通过改善实际运营状况,提高企业的实际竞争优势。 其次,通过进一步实施战略成本管理,可以提升企业适应外部环境变化的能力。通过不断适应外部环境,可以更多地获取竞争对手的信息,做到知己知彼,另外,通过运用价值链分析法对目标企业与上、下游企业之间关系进行研究,可以达到共赢的目的。 最后,战略成本管理的实施,能够有效地更新传统成本管理理念,在保证成本最小化的基础上,提高企业资源的利用率,获得更多的使用价值,使得企业在资源一定的情况下,充分开发和利用这部分资源。当然,对于企业的管理者也是有一定要求的,那就是需要企业管理者从整体角度进行成本管理工作,为实现企业整体战略发展提供必要的支持。 三、实施战略成本管理过程中需要特别注意的问题 从我国航空发动机制造企业的实际情况来看,实施战略成本管理的基础是保证产品的质量需要符合要求,同时企业需要不断地适应外部环境的变化,与时俱进,并且需要重点关注以下问题。 (一)需要重点关注企业与上、下游之间的价值链关系 从管理对象来看,管理范围不同,战略成本管理对象涉及范围较广,涉及成本全方位的管理,而传统成本管理对象的范围相对较为狭窄,主要涉及企业内部的生产过程,所以,企业在实施战略成本管理过程中需要重点关注价值链的开发和运用。那么,如何做到呢?第一,需要企业必须了解自身内部的价值链,将非增值作业和增值作业加以区分,尽最大可能消除非增值作业;第二,需要了解企业自身的位置,然后通过强化上、下游价值链之间的关联和沟通,以保证供应过程与销售过程的成本管理;第三,需要了解竞争对手的价值链,通过运用SWOT分析法,分析自身的劣势和优势,不断地强化自身。 (二)需要更新成本管理观念,完成由传统成本管理向战略成本管理的过渡 从目前我国航空发动机制造企业的实际发展情况来看,传统成本管理模式仍然是主要的成本管理方式,而这存在着严重的局限性,仅是为了达到降低成本的目的而降低成本,并不能达到成本管理的目的。而这种情况的主要原因就是成本管理观念不到位造成的,因此,需要我国航空发动机制造企业更新成本管理观念,完成由传统成本管理向战略成本管理的过渡。 (三)进一步加强和推进企业文化建设工作 从企业发展的角度来讲,企业文化的建设和延续是企业发展之源,是企业价值理念的重要组成部分,能够影响各项职能的实现和发挥,同时可以制s企业的管理措施和政策。因此,加强企业文化建设工作是我国航空发动机制造企业实施战略成本管理工作的重点。这样可以提升员工的工作环境和积极性,促进其自觉节约成本,为企业实施战略成本管理工作打下基础。 (四)加强部门间的沟通与交流 对于企业的运营来讲,信息的有效传递是企业稳定运行的关键,因此,企业各部门之间应当加强沟通交流,对于主要业务环节建立必要的信息资源共享机制或平台,保证企业内部信息能够及时且有效地传递到各个部门及各个环节,为企业实施战略成本管理工作提供必要的信息数据,保证决策的准确性。 四、结语 在我国的传统成本管理过程中,降低成本被认为是企业成本管理的目标,而且手段就是节约。当然,节约可以降低成本,但这只是手段之一。随着相关市场经济的发展,仅仅依靠节约来降低成本,已经不能够满足现代企业的发展需求了,新的管理理念也逐渐诞生并快速发展,那就是战略成本管理理念。“支出最少的成本,获取最多的使用价值,得到最多的利润”,这才是现代成本管理的目的。随着战略成本管理的发展,其发挥的积极作用已经越来越明显,能够进一步突破传统成本管理的局限,从企业内部扩展到外部,同时能够把握成本管理的真谛,通过战略定位、价值链分析等手段降低成本,提升企业竞争力。 (作者单位:中国航发南方工业有限公司) 航空发动机论文:航空发动机涡轮盘腔空气系统瞬态仿真研究 【摘 要】空饫淙聪低彻岽谡个航空发动机,在热端部件的隔热与冷却、叶尖间隙控制、腔室封严、等方面起着极为重要的作用,直接决定着航空发动机能否安全可靠地工作。涡轮盘腔是空气系统的重要组件,对涡轮盘的冷却性能有显著的影响。本文应用Flowmaster对某型燃气轮机涡轮盘腔进行了仿真,对该涡轮盘腔设计进行分析。 【关键词】航空发动机;空气系统;仿真 0 引言 发动机的二次空气系统主要用去冷却封严发动机部件[1],其主要结构包括孔口、篦齿封严、以及特定的腔室结构等。本文的计算方法基于Miller[2]博士的理论,应用商业软件Flowmaster对瞬态条件下的发动机空气系统部件涡轮盘前腔进行了仿真计算。 1 计算模型 如图1所示,选取某型燃气轮机涡轮盘前腔建立计算模型,对盘腔的瞬态特性进行分析。在Flowmaster中搭建盘腔的"准二维"计算网络。 计算模型如图2(左)所示。流路系统中包含一个进口(涡轮盘前腔气流进口)和一个出口(涡轮前腔出口),流动方向为沿径向向外。将盘腔出口简化为阻力损失元件。出口间隙的系数由Flowmaster数据库以及经验公式提供。 以涡轮盘旋转轴为Y轴零坐标。为充分考虑盘腔几何外形对于气体流动的影响,将盘腔划分为8个小的腔室,每个腔室尽可能调整为矩形。盘腔内的节点及元件分布如2(右)所示。 计算过程中应用到的元件的尺寸参数及计算参数如下。 封严篦齿:直齿,流通面积0.0006m2,篦齿封严间隙0.6mm,封严齿距5mm,齿数7,封严齿宽0.5mm。 出口间隙:流通面积0.0001m2。 2 边界条件及发动机转速 发动机转速如图3所示,模拟发动机运行启动至运行稳定的过程。其中,0时刻为计算开始时间,并非发动机的实际启动时刻。进出口条件如图4所示。盘腔边界为绝热。 3 计算结果 计算的时间步长取为0.1s,计算总时间为120s。其他控制收敛的参数根据计算经验进行相应调整。 图5给出发动机稳定工作时(110s)盘腔内的总温分布。由图中数据可知,盘腔内节点的温度沿径向向外升高,并且越是靠近盘腔外侧,节点温度升高的越明显。引起温度升高的主要原因是右侧高速旋转的涡轮盘对气流的加速作用。 盘腔出口体积流量如图6所示,随发动机进口压力的提升,流经盘腔的空气流量逐渐增加。盘腔内其典型节点的总压分布如图7所示。从计算结果中可以看出,冷却气流流过篦齿封严,压力降低。节点11到节点7之间流动,压力降低,总温升高。由于右侧旋转盘对气流的加速作用,节点7到4之间,冷却气流的总温和总压同时升高。同时,由于盘腔的加速作用有限,各点的压力相差不是很大。 Flowmaster将盘腔简化为“准二维”模型,通过将盘腔离散为多个小的部件来完成盘腔的仿真计算。经由一维计算,可以求得盘腔内不同径向位置的压力、温度、涡流强度等数据。该方案能够较好将盘腔融入一维网络系统,并且能够考虑盘腔几何外形以及盘腔内离心效应的影响。相对于三维数值仿真,该方案极大的减少了计算量。对于搭建完整的空气系统仿真方案,具有一定的指导意义。 航空发动机论文:航空发动机锥形钣金件的拉伸工艺分析 摘 要:随着科技的进步, 航空发动机的加工制造也日趋复杂。本文在分析某航空发动机锥形钣金件的拉伸特点的基础上对航空发动机锥形钣金件的拉伸工艺进行了分析。 关键词:锥形钣金件拉伸成形;变形控制;工艺分析 航空发动机锥形钣金件的拉伸是拉伸成形的重点也是难点。在某型航空发动机制造的过程中所遇到的某一航空发动机锥形钣金件,其主材采用的是高温合金,材料的厚度为1±0.1mm,对拉伸成形的精度要求很高。根据设计要求,航空发动机锥形钣金件拉伸成形后最薄处板材的厚度减小量不得超过原材料厚度的10%。在传统的航空发动机锥形钣金件的拉伸后会导致锥形钣金件的型面变形较大,从而严重影响拉伸完成后的航空发动机锥形钣金件的拉伸精度。为提高航空发动机锥形钣金件的拉伸效果,需要根据航空发动机锥形钣金件的拉伸特点使用新型的航空发动机锥形钣金件的拉伸加工工艺。 1.传统航空发动机锥形钣金件的拉伸过程中所存在的问题 在传统的航空发动机锥形钣金件的拉伸工艺中,航空发动机锥形钣金件的拉伸效果差的主要原因有以下几点: (1)由于航空发动机锥形钣金件的拉伸时所采用的板材在各批次之间的性能上有所差异,致使在对航空发动机锥形钣金件的拉伸进行拉伸加工时需要对每一批次的板材进行性能测试,测试出拉伸板材的压边力,而这一方式将会造成极大的材料浪费,也不利于提升航空发动机锥形钣金件的拉伸效率和拉伸精度。 (2)在航空发动机锥形钣金件的拉伸加工中,由于缺乏板材拉伸效果的研究从而无法对材料的塑性变形趋势进行模拟预测,从而导致航空发动机锥形钣金件的拉伸在拉伸加工中,容易导致航空发动机锥形钣金件的拉伸出现凸包、转接处出现滑移等缺陷,从而导致航空发动机锥形钣金件的拉伸后的型面精度出现超差影响航空发动机锥形钣金件的拉伸的使用。因此,在对航空发动机锥形钣金件的拉伸进行拉伸加工的过程中需要改进航空发动机锥形钣金件的拉伸工艺,做好对于锥形钣金毛坯件拉伸工艺的优化,从拉伸操作、航空发动机锥形钣金件的拉伸模具结构的科学设计等方面入手,提高航空发动机锥形钣金件的拉伸质量。 2.某型号航空发动机锥形钣金件的拉伸工艺分析 某型号航空发动机锥形钣金件在进行拉伸工艺和拉伸模具设计时需要以航空发动机锥形钣金件的锥形相对高度、航空发动机锥形钣金件的相对锥顶直径和板材的厚度等稻葑魑基础。在航空发动机锥形钣金件的拉伸中,对于不同的锥形件需要采用不同的拉伸参数。根据锥度的不同可以将航空发动机锥形钣金件分为浅锥形件、中等深度锥形件和深度锥形件等多种形式,根据航空发动机锥形钣金件深度的不同需要设计出不同的拉伸工艺。某型号航空发动机锥形钣金件采用的锥度是26°,这一锥度的航空发动机锥形钣金件在拉伸的过程中存在着拉伸变形量较差、复弹度较大等的特点,针对这一特点在航空发动机锥形钣金件的拉伸过程中需要采用更大的压边力。此外,其在拉伸的过程中容易因航空发动机锥形钣金件的毛坯处于悬空的状态而导致拉伸失稳起皱等的缺陷,针对这一特性,在航空发动机锥形钣金件的拉伸过程中需要采用较大的压边力。 在对航空发动机锥形钣金件的毛坯进行设计时,需要将航空发动机锥形钣金件的毛坯件设计成同心圆毛坯件。这是根据拉伸面料等面积变形的原理,加之对航空发动机锥形钣金件进行拉伸时需要采用由内向外两方向进行双向进料拉伸,因此需要将航空发动机锥形钣金件的毛坯料选择成同心圆毛坯件形式。 对于航空发动机锥形钣金件拉伸模具的设计时,航空发动机锥形钣金件的拉伸模具采用的是普通拉伸结构,在这普通的拉伸结构中加设了一些限制毛坯料活动的厚垫块以及一些限制毛坯料拉伸高度的限位块。航空发动机锥形钣金件的拉伸模具包含上模板、凹/凸模、压边圈等。在对航空发动机锥形钣金件进行拉伸时,第一阶段需要高度限制块用以对航空发动机锥形钣金件毛坯料拉伸高度的精确控制。完成了第一阶段的拉伸后,需要采用活动限制料厚垫块来保证航空发动机锥形钣金件的拉伸中毛坯料从外缘处顺利进料,从而完成对于航空发动机锥形钣金件直壁部分的拉伸,同时采用这一拉伸方式能够有效地避免航空发动机锥形钣金件转接处的滑移缺陷。 在对航空发动机锥形钣金件进行拉伸工艺设计时,为了最大限度地做好对于航空发动机锥形钣金件毛坯料从内外径走料量的控制,避免在航空发动机锥形钣金件的转接R处拉伸过程中出现滑移而导致“双转接”痕迹问题,在航空发动机锥形钣金件的拉伸工艺的设计中需要加强对于毛坯料塑性变形量的精确控制。拉伸方案设计时采用一套模具两阶段的拉伸方案。在第一阶段首先采用较大的压边力用对毛坯料进行压死,避免毛坯料从外缘处走料,将航空发动机锥形钣金件在第一阶段的拉伸变形控制为翻边。航空发动机锥形钣金件的塑性变形依靠内孔变大来进料。在对航空发动机锥形钣金件毛坯料进行拉伸时第一阶段的塑性变形区都应当处于拉应力变形状态,处于拉应力变形状态有利于降低材料的复弹量,从而实现航空发动机锥形钣金件的拉伸精度的提升。对于航空发动机锥形钣金件第一次的拉伸高度确定为与转接R拉伸出时的量为宜。如超出这一拉伸量容易造成航空发动机锥形钣金件内孔拉伸塑性变形从而产生内孔拉裂的缺陷。航空发动机锥形钣金件毛坯料第二阶段的拉伸需要对航空发动机锥形钣金件的直壁部分进行拉伸,这一阶段的拉伸主要依靠的是毛坯料外部走料塑性变形,变形方式为拉伸。在这一阶段为了做好对于拉伸变形精度的控制,确保毛坯件的边缘为变形区,需要在毛坯料拉伸时增加限制料厚的活动限位板,将4块限位板均匀地放置于凹模的压边圈内。限位块宜采用与毛坯料相同的材质。通过上述两个阶段的拉伸将能够确保在航空发动机锥形钣金件的拉伸区并未失稳起皱的情况下使得材料能够从外缘区域顺利地进入到凹模区域,并最终完成对于航空发动机锥形钣金件的拉伸。新航空发动机锥形钣金件的拉伸工艺核心是通过适当地添加活动限制控制块的方式来对航空发动机锥形钣金件的拉伸变形区的变形量与变形应力进行控制。通过此种航空发动机锥形钣金件的拉伸工艺的改进能够有效地对航空发动机锥形钣金件毛坯料的塑性变形进行精确地控制,提高航空发动机锥形钣金件的拉伸精度。 结语 本文在分析航空发动机锥形钣金件的拉伸难点的基础上对如何通过工艺改进的方式提高航空发动机锥形钣金件的拉伸精度,确保航空发动机生产的顺利进行。 航空发动机论文:航空发动机试验中Pxi测试系统的应用 摘 要:文章对航空发动机试验中Pxi测试系统的实际应用情况进行详细分析和研究,根当前的实际情况,提升发动机各性能参数测试的准确性及有效性。 关键词:航空发动机;Pxi测试系统;应用;分析 在我国社会经济迅速发展的环境形势下,航空行业的整体发展势头也非常迅猛。在航空事业的发展过程中,其自身的质量以及安全稳定性能非常重要,不仅对行业事业整体发展有非常重要的影响,而且对人们的出行安全也提供了良好的保障。航空发动机作为飞行器的心脏,亦是其最主要的部分,其性能能够直接对飞行器的品质起到决定性作用。地面试车台进行的航空发动机性能、功能试验的准确性、可靠性,是保障发动机安全稳定性的有力基础。 1 Pxi测试系统 1987年,VXI诞生,其IEEE1014-1987在当时可以说是非常先进的PC总线,在某种程度上,加速了全球PC工业的整体发展。在当前社会经济不断快速发展的形势下,各个领域都取得了良好的成效,PC工业的发展也同样取得了进步。在实际操作过程中,可以看出,在PC插卡的基础上,这种数据采集板形势在经过不断的发展和改革创新形势下,已经发展为PCI总线的模块化自动测试设备系统,成为一种全新的测试平台标准。这种仪器系统在实际操作过程中,可以说是PCI扩展的一种通用性测试系统总线,不仅能够保证自动化系统在日常操作过程中的稳定性和坚固性,而且能够减少成本。 经过一段时期的发展,Pxi技术逐渐成为自动化测试以及控制的主流平台之一,Pxi测试技术不仅拥有高通道数据采集,而且能够将测试信号进行切实有效的混合,这样不仅能够从根本上保证试验效果的准确性和有效性,而且能够将其自身的应用效果充分发挥出来[1]。Pxi技术可以说是国防以及航空航天测控应用当中非常重要的主导技术之一。对各类测控设备的数字化、智能化以及综合化等科技水平的高要求,无形当中加速了高性能Pxi测控产品以及系统级的整体方案的创新。将计算机PCI总线扩展到仪器作为Pxi技术的整体发展思路,将PC以及与其相关的各个硬件自身的优势特点充分发挥出来。这样不仅能够满足航空航天在实际操作过程中的任何测试或者是系统的测量,而且能够实现未来自动化工业测试的发展趋势[2]。 2 Pxi技术在实际应用过程中的优势特点 2.1 机械性能良好 Pxi技术在实际应用过程中,为了将其自身的作用尽可能发挥出来,在实际操作过程中,将PC技术、仪器技术以及欧卡机械规范进行有效的结合,这样不仅能够具备软件的整体运行标准,而且能够保证数据在传输过程中的速度和效率,尽可能保证系统开发的时间被有效缩短。Pxi测试系统在实际应用过程中,能够从根本上有利于系统升级的模块化设计和处理,在无形当中增加了特殊冷却以及相对应的环境要求,提供了两种与标准PCI系统相互操作的方法。这样不仅能够保证其自身在实际操作过程中的稳定性和有效性,而且能够尽可能集中冷却和电磁兼容性能[3]。另外,Pxi测试系统在自身的操作过程中,其自身所需要投入的成本比较低,有利于集成,其自身的灵活性也比较良好,所以优势特点比较多,有利于维护系统工作寿命期限内的成本。 2.2 电气性能良好 Pxi测试系统实际应用过程中,可以说是保持了基本上PCI总线的所有优点,同时增加了一个100MHz差分系统时钟、差分信号和差分星形触发,来满足高级定时和同步的需要。在实际操作过程中,其自身具有一定的公共触发线、星形触发总线、以及本地总线等等,这些总线不仅能够在实际操作过程中,对其起到良好的辅助性作用,而且能够促使其自身的电气性能达到良好的标准。另外,高性能的I/O曹位很多,具有即插即用仪器的驱动程序在实际应用过程中,能够尽可能满足定时的准确性和有效性,并且能够实现同步旁带通讯的整体需求。不仅能够从根本上符合工业环境应用的整体坚固设计要求,而且能够将其自身的影响和作用充分发挥出来[4]。 3 Pxi测试系统在航空发动机试验中的应用 3.1 航空发动机试验测试参数 在航空发动机试验的过程中,将Pxi测试系统应用其中,不仅能够从根本上提高测试结果的有效性,而且能够保证对其进行科学合理的测试。航空发动机试验测试参数主要包括稳态数据采集系统和动态数据采集系统两个方面。首先,对直流电压与交流电压之间的有效值信号进行测试,比如直流为正负极10V,变流为36V,交流就是115V。其次,对电阻值参数进行测试,比如利用电缆来对电阻进行识别,对电阻的绝缘性、导通性等等,就要详细分析和研究。另外,对于频率信号也要进行相对应的试验测试,比如交流电源自身的频率、基准信号等等,这些都是在试验测试过程中非常重要的参数,能够直接对航空发动机试验起到一定的影响和作用。时序信号也是试验测试参数当中必不可少的一项重要部分,比如一些起动信号、停车时间等等,这些都能够提供非常重要的参数作为依据。 3.2 Pxi模块 温度采集:温度参数采集一般选用采用SCXI1503(16通道采集输出,用于普通热电阻温度采集)以及SCXI1112(8通道采集输出,用于热电偶温度采集)采集。 转速采集:一般采用SCXI1126(8通道采集输出)进行采集。 压力采集:压力参数一般采用SCXI-1102B(32通道模拟量采集变换)配合压力变送器使用。 电压、电流采集: SCXI-1102B(32通道模拟量拟量采集输出)配合电量、电压变送器使用。 配置windows操作系统的嵌入式Pxi控制器专为满足测试、测量和控制系统的苛刻要求而设计。它们配备的最新处理器选件被安放在专门设计的坚固结构中,适合在宽广温度范围以及高冲击和振动环境中运作。最佳CPU性能、坚固结构、高可靠性和长期可用性的结合让Pxi嵌入式控制器成为适合Pxi系统的理想控制选件。通过SCXI信号调理对结合Pxi采集器对频率信号进行测量。 4 结束语 综上所述,在对航空发动机进行试验分析和研究的时候,将Pxi测试系统科学合理的应用其中,不仅能够从根本上对其进行科学合理的测试分析,而且能够保证测试结果的有效性和准确性,并能够保证测试系统的高可靠性及长期可用性。 作者简介:徐杰明,男,汉族,本科。 航空发动机论文:航空发动机机匣类零件的变形控制研究 摘 要:航空发动机和燃气轮机已被我国列入十三五重大专项,航空制造业的发展对我国建设强大的国防具有重大意义。机匣类零件作为航空发动机的重要组成部分,起到了包容、承力、连接的重要作用,其加工技术也是航空零部件制造中的一个难点。本文主要研究了航空发动机机匣类零件的加工制造,阐述了机匣类零件的加工难点和易产生的问题,结合了生产科研实践,着重研究并探讨了几种机匣类零件变形控制的方法。 关键词:航空发动机;机械加工;机匣类零件;变形控制 一、航空发动机机匣简介 航空发动机被誉为现代工业制造业皇冠上的明珠,其生产制造覆盖材料、冶金、机械加工、热处理、特种工艺等多项技术领域,是一个国家工业水平的体现,被誉为“国之重器”。航空发动机由进气道,低压压气机、高压压气机、燃烧室、高压涡轮、低压涡轮、尾喷口等几大单元体组成。其中压气机、燃烧室、涡轮等核心部件又由机匣壳体、内环零件和叶片组成。机匣零件作为航空发动机上的重要零件,为整个发动机提供了一个封闭的空间,保证气流顺利进入,被压缩升压、充分燃烧、膨胀做功、排出后形成推力。机匣将航空发动机各个单元进行连接,形成整机;为控制系统、燃油系统、传动系统等搭建了一个互相连接的整体。航空发动机机匣按照结构可以分为整体机匣、对开机匣、异形机匣、附件机匣、带有整流直板的机匣几大类。机匣根据其使用部位不同,所用材料也不同,压气机部分工作温度较低,一般采用钛合金,涡轮部分由于气体经过燃烧室后温度大幅升高,一般采用高温合金进行制造。 二、航空发动机机匣制造难点 随着航空发动机设计的不断优化和使用指标的不断提高,新一代的航空发动机越来越追求高推重比和低油耗。这就要求各级零部件的重量尽可能的轻。故机匣类零件的壁厚一般都在1.5mm~3mm之间,而机匣类零件的直径大都在600mm~1000mm,属于大型薄壁类零件,因此在加工过程中极易产生变形,而且由于其使用功能的要求,往往具有复杂的构型和严格的尺寸及形位公差,在加工过程中不容易合格。同时航空发动机零件很多采用镍基高温合金制造,这种合金硬度高,不易加工,加之有时毛料余量大且不均匀,会在机加过程中产生大量的内应力,在后续的加工和存放过程中应力释放,导致零件变形,经常出现工序中检验合格但在精加工或最终检验时出现尺寸不合格的现象。 三、机匣类零件变形控制研究 1.增加去应力热处理工序 机匣类零件毛料多为圆环锻件,加工余量较大,原材料去除率往往高达80%以上,尤其是粗加工阶段,零件去除的余量是最多的,而粗加工要求尺寸精度较低,且采用的切削参数较大,刀具在切削时产生了大量的切削力,这就造成了零件内部产生了大量的内应力,而此时零件距离最终状态还有很多余量,零件刚性较好,这些内应力不能使零件产生变形,随着零件加工过程的深入,零件壁厚变得越来越薄,这时粗加工时产生的切削力逐渐释放出来而导致零件变形。因此,在粗加工之后,及时释放零件应力非常有必要。零件可以通过自然时效进行去应力,但是自然时效所需的周期很长,往往无法满足零件的生产进度。这时可以采取热处理的方式去消除零件的残余内应力。去应力热处理的温度较低,因此在整个热处理的过程中不会使金属组织发生相变,在零件的保温和逐渐冷却过程中,零件的内应力得到释放。去应力热处理之后,零件端面一般会产生1mm~1.5mm的变形,需要安排一道修基准工序将零件端面修平。值得注意的是,增加去应力热处理要充分考虑零件的变形量,否则零件变形过大,零件所剩加工余量小于零件的变形量会导致零件无法加工合格。 2.改进工装夹具 机匣类零件大多数为环形件,因此需要大量的车加工,在车床上典型的装夹方式有压紧,夹紧和涨紧。在进行粗车加工时零件往往采用四爪卡盘进行夹紧或涨紧,在精车加工中大多采用压紧的方式,相比较而言,压紧的方式不容易产生内力,因此从消除内应力的角度考虑,在半精加工中还是尽可能多地采用压紧的方式。对于高度100mm以上,直径800mm以上,最小壁厚2mm以下的大型薄壁机匣往往需要采用在夹具上增加辅助支撑的方式来减少零件的加工变形。辅助支撑块多需要采用橡胶材料,有一定的硬度但又不会挤伤零件表面。辅助支撑大多需要至少8点以上进行支撑,8个支撑块均匀地分布在零件的圆周方向上。在使用时需要注意的是支撑力不能过大,否则会使零件产生变形,效果适得其反,为保证辅助支撑力恰到好处,可以先用百分表找正零件圆周,然后使用限力扳手移动一个辅助支撑块至零件表面,当百分表指针刚要变化时记录限力扳手所用的力,这样在移动其他辅助支撑块时使用同样的力就能达到支撑零件且零件不变形的状态,增加辅助支撑可以机匣最“薄弱”的结构上增加强度,减少零件在加工过程中的震动,让刀等现象,有效减少了机匣的变形。 3.优化走刀路线和加工余量分配 优化车加工的走刀路线对提升零件变形控制有较大作用。对于加工余量较大和易变形的零件可以采取多层走刀,不要将所有余量一次去除。车加工零件轮廓时不要采取单独加工完成零件一侧表面后再进行另一侧加工的方式,而是应采用内外表面交替去除余量的方式进行加工。在加工两个相邻表面时可以采取相对,相背的方式进行加工。工程师在编制数控程序时不能单纯地考虑工人加工和测量的方便,还要从全局考虑零件所承受的切削力的状态来安排走刀路线,将机匣的变形控制在最小程度。 加工余量的分配在机匣加工中非常重要,好的余量分配可以使机匣的各个部分在整个加工过程中受力均匀,避免局部切削力过大而产生变形。零件的大部分余量去除都发生在粗车阶段,而粗车加工多采用普通机床设备进行加工,又要兼顾效率,所以粗车加工的型面设计地相对简单,但也要尽可能地接近零件最终轮廓表面以避免精加工余量过大,产生过多的切削力。还可以在粗车加工之后,精车加工之前加入半精车加工,将零件的轮廓形状加工出来。一般而言粗车留给半精车加工单边1mm~1.5mm余量,半精车留给精车单边0.5mm~1mm余量。 4.采用电化学加工去余量 电化学加工利用金属在电解液中的电化学阳极溶解去除金属表面材料。通过电化学加工去除余量的优点是没有切削力产生,因此零件不易产生变形和内应力。整个加工过程电极作为阴极,被加工零件作为阳极,工件和电极之间保持0.1mm~1mm的加工间隙,电解液不断以高速从间隙中流过,带走零件(阳极)溶解的产物,同时带走电流产生的热量。电化学加工加工范围较广,而且生产效率高,一般为传统机械加工的5~10倍。加工后的表面质量较好。电化学加工的精度低,多用于粗加工去余量,因其没有切削力,可以利用在薄壁机匣去余量加工,可有效消除由于切削力过大导致的机匣变形。该方法的缺点是设备资金投入较大,而且会产生污染,需要做好污染处理。 结语 机匣类零件变形控制是一个涉及到多种因素的复杂工程,需要从毛料材质、工艺路线、加工参数、零件装夹、热处理工艺等方面多重考虑。机匣变形的控制方法随着先进制造技术的不断发展也在不断增加和提升,无人干预加工,高速切削,新型刀具和更优化的数控编程方式的应用都能使得机匣的变形得到更好的控制。 航空发动机论文:某型号航空发动机轴承故障问题研究 摘 要:某航空发动机在生产过程中重复出现了轴承故障。为降低轴承的故障率,我们开展了对轴承故障问题的研究。将生产过程中常见轴承故障分为3类:轴承表面划伤、磕伤故障;轴承锈蚀故障;轴承试车后压坑、麻点故障。本文介绍这3类故障的形貌特点,为轴承故障的分析提供一定的思路;分析3类轴承故障产生的原因,针对性制定防护措施,达到降低轴承故障率的目标,减少经济损失,提高外场发动机使用可靠性。 关键词:航空发动机;轴承故障;防护措施 某航空发动机在生产过程中重复性地出现轴承故障问题。轴承故障问题的发生,既增加发动机的质量成本、带来因轴承报废造成的额外工作费用,又耽误了发动机的交付进度,降低发动机及轴承外场使用的可靠性。因此,有效降低轴承故障发生率非常重要。 1.常见轴承故障种类 将近些年生产过程中的轴承故障问题汇总梳理,根据轴承常见故障形貌特点将某航空发动机的轴承故障种类分为以下3类:轴承表面划伤、磕伤故障;轴承锈蚀故障;轴承试车后压坑、麻点故障。 (1)轴承表面划伤、磕伤故障 轴承跑道出现异物拖动造成的规则性轴向长条划伤,一般伴有滚动体出现轴向旋转划伤出现,严重时具有一定深度。 (2)轴承锈蚀故障 轴承跑道、滚动体表面形成坑状锈蚀或面积较大的浅表性腐蚀,锈蚀故障形貌一般呈点状或片状。 (3)轴承试车后压坑、麻点故障 轴承压坑故障形貌一般为圆形凹坑,有集中发生特性,会出现大压坑边缘有小压坑的现象;麻点故障形貌为黑色细小点状凹坑,直径一般在0.2mm以下,有扩散发生特性,表面抛修后成纵深形分支状扩散。 2.轴承故障原因分析 经过资料的查阅比对,结合发动机结构特点,分析3类轴承故障的原因。 (1)轴承表面划伤、磕伤故障原因分析 某航空发动机的轴承一般采用分体轴承,在装配过程中合套,而由于轴承的游隙非常小,在轴承装配过程中滚棒没有收到位,会造成轴承划伤;在大组件装配过程中的同轴度未对正,会造成轴承划伤;在轴承测量过程中,一些表面尖锐的测具与轴承工作面接触时,会造成轴承工作面划伤;另外,在轴承装配、保管过程中,也有可能与外物接触、磕碰,会造成轴承表面磕伤。 (2)锈蚀故障原因分析 轴承材料属高碳钢,材料与水汽接触极易产生锈蚀现象,主要产生原因有如下两种。 ①日常轴承防锈管理存在问题。存放过程中轴承被空气氧化,产生锈蚀。 ②人手上汗液中含有水分与盐,在搬运或装配的过程中,若人手出汗或沾有非中性辅助材料时,接触轴承会发生电离反应,加速氧化作用,产生锈蚀。 轴承的锈蚀故障一般在夏天湿度大时较严重。 (3)轴承试车后压坑、麻点故障原因分析 结合发动机结构特点,产生轴承压坑、麻点故障的原因主要有锈蚀和异物压伤。 ①锈蚀 当轴承发生锈蚀时,若未及时处理保持锈蚀状态,会导致锈蚀加深,形成麻点故障;若轻微锈蚀的轴承继续工作也会导致锈蚀处扩散形成麻点故障,一般此类麻点向轴承基体方向有较深的纵向延展。 ②异物压伤 某型号航空发动机由于滑油系统的特点,可能在滑油系统中存在黑色异物,导致轴承工作时被压伤。黑色异物来源分为以下6类。 (a)封严面磨损掉落 某型号航空发动机封严结构大部分采用的是空气封严,密封面为蜂窝或涂层,在工作中存在磨损脱落现象。蜂窝表面由电火花加工形成,存在金属材料融化后形成的颗粒与金属氧化物;涂层为金属或金属化合物粉末构成,磨损掉落后的脱落物硬度较高。 (b)空气系统的异物 某型号航空发动机的部分空气系统机件,如导向叶片,在加工过程中使用吹沙工艺,砂粒容易形成残留。 (c)涂层加工过程切屑残留 为保证封严环的同轴度,三支点、五支点轴承封严环为组合后加工,加工时虽然采取了一定的保护措施,但由于结构限制,涂层切屑易残留在滑油腔中。 (d)导管中存在砂粒 导管加工过程折弯时采取填充物方式保持导管材料延展不产生局部凹下。12mm以下直径的导管采用灌入松香的方式,12mm以上直径的导管采用灌入砂子的方式。灌入砂子的导管在管路折弯后形成了部分区域有静电吸附作用,吸附少量沙子。导管加工完成后被静电吸附的沙子不易清除,进入滑油系统会造成轴承压伤。在管路与接头焊接后表面焊道处理时,采用砂纸打磨的方式也很容易造成砂纸中的金刚砂残留,而这部分金刚砂表面含有粘接剂,很难清除,容易造成管路内含有砂粒。 (e)机件内壁表面氧化物脱落也会造成滑油系统出现异物。 (f)轴承等机件存放、运输或装配过程中,有微小多余物掉落或空气中的大颗粒物吸附在机件表面,未及时清除。 3.轴承防护措施的制定 根据故障产生的原因,针对轴承表面划伤、磕伤故障,轴承锈蚀故障和轴承试车后压坑、麻点故障进行了相关控制工作。 (1)轴承表面划伤、磕伤故障防护 为避免轴承表面划伤、磕伤故障的发生,在装配流程及轴承检测上尽量减少拆、合套的过程。对员工进行实际操作培训,提高员工轴承装配经验。在装配合套的过程中遇到卡滞情况不强行装配,将轴承轻轻旋转,使轴承内外套趋于平行,减少轴承的损伤程度;在轴承装配时,采用润滑脂将滚棒收起到位,避免装配过程中滚棒卡伤轴承;上部装配的部件与下部发动机均要用水平尺确定水平状态,在轴承将要接触时,下落速度要慢,采用手动吊装滑轮,便于明显感知装配状态。 将与轴承配合的工装材料更换为环氧树脂,避免与轴承接触时划伤轴承。派制专用工装,专人管理轴承及与轴承相关的工装。 (2)轴承锈蚀故障防护 日常轴承采取真空包装存放,避免原始包装不能完全实现与空气隔离。真空包装困难的已装配在组件上的轴承油封后尽量采取塑料袋包装,并放置防潮砂,确保小环境的空气干燥。在组件上放置时间较长的组件规定半年为期限,超过半年则将轴承分解进行油封管理。 轴承操作过程中,工人必须带防汗的一次性绢布手套,有效地防护手上汗液对轴承的影响,同时一次性手套的使用还可以有效的避免二次污染。 (3)轴承试车后压坑、麻点故障防护 加强对轴承锈蚀的防护,发现轴承出现锈蚀后及时处理,避免锈蚀扩大形成麻点故障。 控制滑油系统清洁度,加强对油品清洁度等级的控制;对涉及轴承腔及滑油系统流路的机件进行充分冲洗,将残留在成附件壳体死腔内的机加残留金属屑冲洗干净;在装配或装配后运输发动机过程中,用堵头、堵盖或防尘罩隔离发动机与外界环境,避免在发动机试车过程中,有残留金属屑、沙粒等异物进入轴承腔内。 结语 对近些年生产过程中某航空发动机轴承故障问题的汇总梳理,明确了其常见的轴承故障种类。通过轴承故障原因分析,从轴承的入厂、存放、装配、运输和与轴承故障问题相关机件的清洗环节入手,针对性提出对策,进行某航空发动机轴承故障发生的防控。一方面,这些对策可为其他型号航空发动机的轴承故障防控做参考;另一方面,我们也要认知到,@些措施并不能全面杜绝某型号航空发动机轴承故障的发生,针对某型号航空发动机轴承故障防控措施仍然需要认真研究,任重而道远。 航空发动机论文:浅析民用航空发动机维护机制优化策略 摘 要:随着我国经济的快速发展,航空领域也得到很大的提升,但是随着科学技术的不断提高,我国民用航空发动机也存在很多问题,并且相关的工作人员也一直致力于其研究中。本文正是对当下民用航空发动机的维护机制问题进行了深入的分析,并对其存在的问题提出了相应的优化策略,期望可以维护我国民用航空发动机制的安全、提升民用航空发动机的水平、完善民用航空发动机的功能、以及降低民用航空发动机的安全隐患。 关键词:民用航空;发动机;维护机制 对于航空飞机而言,发动机一直以来都是飞行安全中最主要的影响因素之一,尤其是民用航空飞机,发动机起到至关重要的作用,对我国民用航空发动机的维护机制进行优化对航空事业的发展有着重要意义。不但可以提高工作人员的技术水平,还可以健全我国保养制度体系。因此,以下就是对我国民用航空发动机维护机制的优化进行的深入分析。 1 民用航空发动机需解决的维护机制问题 1.1 民用航空发动机维护保养机制不完善 我国民用航空发动机需解决的维护机制问题之一,就是民用航空发动机维护保养机制不健全[1]。主要体现在以下两个方面:一是沟通机制运行未得到完善,我国民用航空的沟通机制涉及到地勤人员、飞行人员、以及维修部门等岗位之间形成的沟通机制,并且就我国目前民用航空发动机的发展现状而言,保养机制的正常运行就会被影响,飞行员之间无法将发动机发生的问题及时地上报到维修人员处,更无法对其具体情况进行仔细的描述;二是维护保养制度过于片面,但维护保养制度对我国民用航空发动机的维护机制又具有很大的影响,尽管在民用航空发动机的维护机制中经常进行定期性的检查,但是由于片面的维护制度,维修人员的具体责任也无法进行明确,除此之外,由于维护保养制度不具有弹性,维修人员也无法进行有效的约束自制力,进而降低自身的工作积极性。 1.2 民用航空发动机的技术管理不到位 民用航空发动机维护机制最突出的问题是缺少相应的技术管理,在维护机制中,缺少相应的技术管理标准,没有明确规定应采用的维护技术。很多民用航空发动机的技术人员,技术水平相对较低,而且也没有实战经验,这就使得发动机的维修保养难度加大。在民用航空发动机的维护中,技术的支撑是其解决问题的重要保障[2]。虽然在民用航空发动机的维护管理中引进了一些技术,但从实际的运用效果来看,并没有起到有效的作用,这归结于民用航空发动机对相应的技术管理不到位造成的。 2 优化民用航空发动机维护机制的策略 2.1 构建有效的发动机维护保养机制 对于民用航空发动机的优化,一方面需要注重的是对维护机制的构建进行完善,在这一过程中,维修部门要加强与地勤、飞行等人员的沟通与联系,能够及时的发现发动机的问题。另一方面是发动机的保养,也是维护机制需重点关注的内容,不进行定期的保养,也会使得民用航空飞机出现运行的危险。所以,要对发动机进行定期的保养,定期的检查,完善民用航空发动机的维护保养机制。使得维修人员根据这一机制,开展有效的工作,提高自身的责任意识[3]。还能够根据这一机制进行合理的监管,更加强了民用航空发动的安全性能。 2.2 加强航空发动机的技术管理 在民用航空发动机维护机制的优化当中,技术的管理是其重要的内容,在发动机的维护中应创新发展一些新技术,为发动机的维护提供技术支持。这就需要相关的技术研发人员进行相应的技术研究,比如说新推出的发动机监控技术,这种技术实现了对发动机的的监控,以及发动机在运行过程中的监控[4]。对于发动机的维修人员,也应该进行相关的技术培训,提高其对于民用航空发动机维护机制的技术水平。更要加强对于技术的管理,通过技术的管理,制定相应的维护制度,相关的设备维护机制等等,在保障发动机应用维护机制的基础上,进行相关机制的保障。 3 结语 综上所述我们可以知道,优化我国民用航空发动机的维护机制可促进经济的快速发展,尽管我国的民用航空发动机的维护机制存在很多问题,如民用航空发动机维护保养机制不健全、民用航空发动机的技术管理不到位等,但只要可以完善有效的发动机维护保养机制、加强航空发动机的技术管理等,还是可以完善民用航空发动机的维护机制。既可以维护民用航空发动机的安全,又可以完善相关的共同机制,还可以提高飞机的飞行安全。 航空发动机论文:航空发动机轮盘参数化结构优化 摘要: 为降低航空发动机轮盘的质量,提高发动机推质比,对发动机转子轮盘进行参数化结构优化设计.研究辐板不同高度处厚度与轮盘径向破裂裕度的关系,以简化轮盘辐板优化方法.以周向破裂转速裕度为约束条件,体积最小为优化目标函数,利用Isight软件和有限元数值模拟方法研究轮盘盘心优化方法,并通过算例计算验证其正确性.结果表明:在满足s束条件的基础上,轮盘体积减小8.66%,最大等效应力减少10.4%.该方法可为航空发动机轮盘轻量化开发提供参考. 关键词: 航空发动机; 轮盘; 辐板厚度; 破裂裕度; 破裂转速; 等效应力; 约束; 体积 0引言 轮盘是航空发动机重要的安全关键件之一,在高转速、高温度、高压力的恶劣条件下工作.轮盘的转速一般都达到每分钟数千转到数万转,负责固定叶片的轮盘除要承受自身的离心力外还要承受叶片的巨大离心载荷.由于叶片和轮盘的离心载荷很大,需要较大的盘心承受,所以轮盘设计得比较重.以高压涡轮为例,其单盘的质量能占到整个高压涡轮部件总质量的50%.由于涡轮盘质量巨大,其一旦破坏,产生的高能碎块是任何机匣都无法包容的,因此为保证涡轮盘的可靠性,其设计也不得不保守.随着优化技术的发展以及市场对产品效率的要求越来越高,对轮盘的轻质化设计需求也越强烈.早期国内有开展整体叶盘的设计研究[13],随着焊接技术和材料研究的发展[45],轻质化轮盘的优化方法又有双辐板轮盘设计的研究方向[69],但国内实际工程应用,依然是单辐板为主要设计形式.榫槽形状的优化也是轮盘优化的一种有效途径[10].考虑到多辐板涡轮盘的加工制造存在较高的技术要求,基于国内现有的成熟加工能力,本文从工程应用的角度考虑,对分体盘盘体寻求一种简洁、高效的优化设计方法. 1轮盘结构优化设计思路 轮盘破裂对发动机的破坏程度极其严重,而且是非包容性的.为防止轮盘破裂,轮盘的优化设计以轮盘的破裂转速储备裕度为限制条件.对于高速旋转的轮盘而言,径向破裂裕度和周向破裂裕度是轮盘安全性的2个重要指标. 径向破裂裕度最薄弱的区域为辐板,因此当轮盘的径向破裂转速有一定的裕度时,可以适当减薄辐板位置的厚度,通过降低径向破裂转速的裕度达到减重的目的.根据周向破裂裕度的计算方法[1112]可知盘心和辐板为周向破裂裕度的计算区域,而盘心是承载周向载荷的重要区域,因此,对轮盘的优化考虑采取2步:第一步对辐板优化,第二步对盘心优化. 以轮盘的破裂裕度为约束条件,优化轮盘设计.破裂转速的计算方法采用常用的平均应力法和有限元方法.破裂转速储备裕度的计算公式[1112]为Mburst=mσUTSσAVGTan式中:m为材料利用系数;σUTS为平均工作温度下的材料强度极限;σAVGTan为平均周向应力或平均径向应力. 2轮盘辐板优化 2.1幅板各高度处厚度变化交互影响研究 辐板的径向载荷主要由喉部以上结构的离心力产生,辐板自重对辐板的径向载荷影响较小,假定辐板某个高度处的厚度只对此高度处的径向破裂储备有影响,由于厚度变化而导致的离心载荷变化可以忽略,辐板各高度处的厚度对其他高度处的平均径向应力的影响可以忽略不计,幅板各高度处厚度变化无交互影响.轮盘辐板的A~D位置见图1,通过HyperMesh的Morph功能,逐渐减少辐板高度A处的厚度,计算轮盘辐板B,C和D处的径向破裂裕度,见图2.从图2可以看出,轮盘高度A处的厚度变化对B,C,D处的径向破裂储备影响非常小,因此可以认为对于径向破裂裕度,幅板A高度处厚度变化对B,C,D高度处无交互影响. 2.2辐板厚度变化与径向破裂裕度的关系 在轮盘的辐板上选取不同高度为handle 1,handle 2,handle 3,handle 4,handle,5和handle6 等多处截面,见图3.以每个截面高度处的辐板厚度为参变量,计算每个截面高度不同厚度的径向破裂转速储备.以辐板厚度的减少量为横坐标,较蚱屏言6任纵坐标绘制曲线,可以得到各处辐板厚度减少值与对应高度的径向破裂裕度关系.进而拟合辐板优化的曲线见图4. 由图4可知,在辐板区域范围,对应高度处的厚度变化与径向破裂裕度近似成线性关系为f(x)=ax+b (1)在辐板喉部,厚度参数变化与径向破裂裕度的线性关系匹配度较高;在接近盘心的部位,厚度参数变化与径向破裂裕度的拟合曲线为多段折线线性关系,例如handle 7处的辐板优化拟合曲线不再是一条直线.然而,轮盘的最小径向破裂裕度发生的位置是辐板的喉部位置,这个位置的辐板厚度最小,因此轮盘辐板的优化可以采用线性公式. 2.3辐板优化算例 以某轮盘为算例,辐板优化步骤如下. (1)基于HyperMesh网格模型,开展参数化建模.该方法在网格变化的同时,温度场随之变化,可减少温度场的反复迭代和反复分网过程. (2)研究辐板厚度变化与径向破裂裕度的关系,获取优化拟合曲线. (3)基于ANSYS环境进行有限元计算和后处理分析. 优化设计流程见图5.对轮盘原设计结构进行有限元建模,采用带中节点的四边形单元SOLID183.模型中的几何形状和载荷条件满足轴对称条件的位置采用轴对称单元,榫接位置采用带厚度的平面应力单元.边界条件约束辐板右侧,见图6.轮盘温度分布范围为450~500 ℃,呈径向梯度分布,见图7.转子叶片位置采用质量单元MASS21模拟叶片离心力. 轮盘的材料为FGH96合金[13],密度ρ=8.32×103 kg/m3,泊松比为0.311. 在轮盘辐板不同高度位置,通过改变各位置的参数值,计算轮盘的各点平均径向应力与径向破裂裕度.根据辐板优化的拟合方程,获取各高度处a和b的值,见表1. 径向破裂储备目标设为1.4,通过辐板优化的拟合方程,可以获得辐板各高度处的可减少厚度值.优化后的辐板模型见图8. 优化后辐板的最大等效应力水平相当,应力分布趋势相似,见图9和10.轮盘辐板优化前后的计算结果见表2. 优化后的轮盘体积减少6.77%,径向破裂裕度由1.540减少到1.400,满足优化设计约束条件.优化后,轮盘的周向破裂裕度未明显变化,与原始模型的周向破裂裕度相当. 3轮盘盘心优化 轮盘盘心是轮盘周向破裂裕度影响的重要因素.盘心优化流程见图11. 以盘心不同高度位置的厚度为参数,建立有限元模型.通过试验设计方法确定参数取值和样本点,变化盘心的几何形状进行仿真计算.以盘心的体积为优化目标,以盘心的周向破裂裕度为约束条件;通过Isight软件中的优化算法分析计算结果,获取优化的参数值;最后以优化参数值建立模型,完成有限元求解,验证优化参数的正确性. 4盘心优化算例 在优化后辐板模型的基础上开展盘心优化,以盘心厚度为参变量,见图12.参数P1~P6变化范围为-5~+5 mm,以周向破裂裕度大于1.297为限制条件,以体积最小值为优化目标. 通过试验设计确定样本点的值,采用HyperMesh的Morph功能生成有限元模型,完成各样本的有限元计算.根据各样本点有限元计算结果,在Isight软件中获取输入变量与输出变量的相关性.各变量对破裂裕度和体积的影响分别见图13和14.由此可以看出:P3对优化目标体积和约束条件破裂裕度影响比重都较大.在要保证约束条件的情况下减小体积,需要选择对约束条件不敏感、对优化目标影响大的参数,进行较大调整. 为较精确地找到全局最优点,采用多岛遗传算法[1415].多岛遗传算法是在传统遗传算法的基础上,基于群体分组的并行性遗传算法.多岛遗传算法将整体种群划分为若干子群,并将子群隔绝于不同的“岛屿”上,各个子群独立地进化,而非全部种群采用相同的进化机制,并且各个“岛屿”间以一定的时间间隔进行“迁移”,使各个“岛屿”间进行信息交换.多岛遗传算法能够有效地提高运算速度,并且若干独立进化的子群可提高整个种群的遗传多样性,回避传统遗传算法的早熟现象,有利于找到全局最优解. 通过多岛遗传优化算法,获取各变量的取值,建立盘心优化后的有限元模型.原始模型与优化完成后的模型对比见图15.模型优化前、后的应力云图对比见图16~19,计算结见表3.与原始模型相比,优化后模型的最大等效应力减少.由图18和19可知,优化前后方案轮盘周向破裂最大应力均发生在盘心位置.由图19和表3可知,优化后的轮盘最大周向应力为1 040 MPa,增加0.7%,周向破裂裕度满足大于1.297的约束条件.优化后的轮盘质量减少8.66%,径向破裂裕度由1.540减少到1.400,周向破裂裕度由1.299减少到1.297,满足约束条件. 由表3可知,盘心优化后模型的径向破裂裕度与辐板优化后模型的结果相同,均为1.400,盘心的形状改变未影响轮盘的径向破裂裕度,因此轮盘分步骤开展优化工作可行并高效. 5结论 本文以轮盘为研究对象,以轮盘厚度为参变量、破裂裕度为优化限制条件、体积为优化目标,研究轮盘的优化设计方法,得到以下结论. (1)对轮盘的优化可以采用辐板和盘心优化分步开展的方法,以减少优化参变量的个数和类型.本文仅选择厚度作为变量,优化方法高效、简单. (2)幅板各高度处厚度变化对其他高度处的径向破裂裕度无明显交互影响. (3)辐板的减重优化可按照线性拟合曲线,有利于简单、高效完成辐板优化设计,具有一定通用性. (4)辐板厚度的变化对轮盘的周向破裂裕度无明显影响. (5)盘心的优化设计并未影响轮盘承担径向破裂载荷的能力. (6)在满足设计目标的基础上,经过参数化优化,轮盘体积减小8.66%,最大等效应力减少10.4%. 该优化方法对轮盘的结构设计具有借鉴意义.后续工作可以在优化后模型的基础上,使轮盘的轮廓过度点更加平滑,减少局部的应力集中,消除几何角点的高应力区域. 航空发动机论文:航空发动机叶片工时定额测算方法分析 摘 要:航空发动机是一个国家工业发展水平的重要体现。对比于一般的机械加工制造,航空零部件对机械加工的精度要求更高,避免因加工质量缺陷而影响航空发动机的使用质量和使用寿命。在航空发动机机械零部件的加工中尤其是在对叶片进行加工时为避免加工工序出现偏差,需要对发动机叶片的加工工序进行严格的测算。文章在分析工时定额特性的基础上提出了基于SLFM神经网络模型的航空发动机叶片工时定额计算新方法,从而实现对于航空发动机叶片工时定额的快速估算. 关键词:工时定额;SLFM;特征参数;航空发动机叶片 前言 航空发动机叶片加工是航空发动机制造中的重点也是难点。为做好对于航空发动机叶片的加工制造,在航空企业生产制造中需要依照航空发动机叶片工时定额的精确计算来规划布控企业管理规划、生产调度、成本控制等多个环节。通过合理的调度规划实现航空发动机叶片加工环节、加工结构的优化,从而确保航空发动机叶片生产高效、稳定的进行。在现今的航空发动机叶片的加工制造过程中,大量的使用现今的五轴数控加工设备,做好航空发动机叶片工时定额的计算从而实现对于数控加工设备的合理调配是航空发动机叶片正常生产的重要保证。 1 航空发动机叶片工时定额现状分析 在国内传统的航空发动机叶片工时定额中主要采用的是人工查表法,此种方法既不科学也不效率,随着计算机技术和先进制造技术的不断引入,新的航空发动机叶片工时定额方法(如计算机查表法、数模分析法、神经网络法以及混合法)被逐渐的引入到航空发动机叶片工时定额中,在为航空发动机叶片工时定额带来方便、高效的同时也存在着一些不足,以计算机查表法为例,其需要将航空发动机叶片工时定额的相关数据存储在数据库中,数据存储的量大且维护较为繁复,影响计算机查表法的应用效果。数学模型法在应用的过程中对于数学模型的建立和应用要求较高,不利于航空发动机叶片工时定额工作的顺利进行。而在现今广为使用的BP网络模型,在航空发动机叶片工时定额的计算、规划过程中存在着网络性差、容易陷入局部最小的局限性。为规避上述航空发动机叶片工时定额方法中所存在的缺陷,通过对航空发动机叶片工时定额计算过程中各主要影响因素进行分析的基础上提出了基于SLFM神经网络模型的航空发动机叶片工时定额计算新思路,通过将各影响航空发动机叶片工时定额计算的特征参数作为模型的网络输入,通过与航空发动机叶片工件相似、相匹配零件进行对比规划构建航空发动机叶片工时定额计算网络模型,通过对网络模型的输入数据进行归一化处理,从而实现了对于航空发动机叶片工时定额的准确计算和划定,保障了航空发动机叶片生产的顺利进行。 2 航空发动机叶片工时定额计算方法与网络模型的建立 2.1 航空发动机叶片工时计算方法 航空发动机叶片在生产的过程中具有种类繁多、加工精度要求高等的特点。在航空发动机叶片加工过程中需要在分析航空发动机叶片毛坯料材料、毛坯料尺寸大小以及航空发动机叶片的结构、所采用的加工方式等的特征参数。在采用数控加工方式来对航空发动机叶片工进行加工的过程中,对于航空发动机叶片工的加工特性可以对其按照相似原则不同种类的航空发动机叶片进行规划分类,并对航空发动机叶片加工时的各种代表因素作为特征参数,并航空发动机叶片数控加工时叶片的特征信息与工时信息等进行规划分类,并对这些特征信息进行建模计算以对航空发动机叶片的数控加工工时进行计算。 在对航空发动机叶片工时进行计算时,在对同类航空发动机叶片各影响数控加工工时的各类特征参数进行提取筛选归纳分析,将这些归纳后的参数作为航空发动机叶片工时定额模型的输入,将同类航空发动机叶片的工时定额作为输出完成对于航空发动机叶片工时定额计算网络模型的建立。对于一种全新的航空发动机叶片进行工时定额计算时,首先对航空发动机叶片中的各类特征参数进行识别,而后从数据加工的数据库中选用相似零件集来作为航空发动机叶片工时定额模型的训练样本来对网络模型进行训练,最后根据匹配最相似的航空发动机叶片网络模型来计算航空发动机叶片的工时。 2.2 建立航空发动机叶片工时影响因素体系 在对航空发动机叶片进行工时计算的过程中,要选取影响零件工时的主要因素来作为相应的特征参数完成航空发动机叶片工时影响因素体系的建立。在对相应特征参数数据库的建立时应当根据现有典型航空发动机叶片的外形结构参数、加工工艺参数等,对影响航空发动机叶片工时的各种参数进行提取并综合归纳,从而对航空发动机叶片工时定额过程中的各类参数如航空发动机叶片的种类、航空发动机叶片的截面形状、航空发动机叶片的减震结构形状、尖部形状、航空发动机叶片根部形状、叶片尺寸、航空发动机叶片的材料种类、航空发动机叶片毛坯料形式以及所采用的数控加工设备等的各种特征信息进行提取归纳。在上述几种航空发动机叶片特征参数的基础上完成对于航空发动机叶片工时影响因素体系的建立。在上述的航空发动机叶片的特征参数中,航空发动机叶片的种类表示的是航空发动机叶片的分类特征,根据航空发动机叶片用途的不同,不同种类的航空发动机叶片在结构和功用上具有较大的差异。对于航空发动机叶片的截面形式的不同可以分为等截面、变截面以及根据坐标点所建立起来的航空发动机叶片空间曲面等,这一参数与航空发动机叶片加工的工艺性具有极大的差异性。航空发动机叶片的结构形状表示的是航空发动机叶片加工面的形状和复杂程度的特征。此外,航空发动机叶片的材料对航空发动机叶片的加工具有极强的影响。 2.3 做好航空发动机叶片相似零件的检索匹配 完成了对于航空发动机叶片各种特征因素的提取和归纳后通过对现有航空发动机叶片进行相似度匹配以确定航空发动机叶片的相似性,并在此基础上完成航空发动机叶片工时定额的计算制定。通常来说,对于同种类的航空发动机叶片具有相似的航空发动机叶片加工特性。因此,在对航空发动机叶片进行相似度检测时首先需要选取航空发动机叶片种类相同的典型叶片,而后通过对其他几种航空发动机叶片的特征因素进行匹配,并完成两航空发动机叶片之间的相似度计算,得出两航空发动机叶片之间的相似度值,将相似度值按照降序进行排列。在相似度值的选取中需要设定一个阀值,小于这一阀值的航空发动机叶片相似度值将予以剔除,同时需要对航空发动机叶片的相似数据库进行充分的建立。 2.4 航空发动机叶片工时定额网络结构与精度分析 完成对于航空发动机叶片特征库建立的基础上,通过将航空发动机叶片中的各种特征参数变量输入到网络模型中得出所计算的航空发动机叶片工时定额,而后将这一航空发动机叶片工时定额值与BP网络模型进行相应的对比以验证航空发动机叶片工时定额的网络精度,从而对航空发动机叶片工时定额的结果进行优化。 3 结束语 航空发动机叶片工时定额是航空发动机叶片加工过程中的重点也是难点。本文在分析航空发动机叶片工时定额特点的基础上提出了基于SLFM模型的航空发动机叶片工时定额新方法,并与BP网络进行了对比验证以确定了此种航空发动机叶片工时定额方法的准确性。 航空发动机论文:航空发动机叶片碎片对增压舱安全防护的适航要求分析 摘 要:该文将根据运输类飞机适航标准介绍有关增压舱安全防护的适航条款,分别对增压舱结构防护、增压舱系统安全和增压舱释压的适航要求进行分析;然后再对美国联邦航空管理局颁布的有关非包容转子和增压舱咨询通告进行分析。 关键词:航空发动机 飞机增压舱 安全防护 1 增压舱结构防护的适航要求分析 非包容转子爆破飞出的部分碎片会击中飞机增压舱,良好的增压舱结构能后抵挡一些能量小的碎片。适航审定中对转子非包容性的关注要素应包括:飞机关键部件和系统的布局,处于转子碎片影响区域内的关键部件和系统的防护、隔离和备份,以及对转子碎片影响安全分析。因此,对增压舱结构防护的适航条款进行分析。 1.1 条款内容 (1)CCAR25.365(e):增压舱内部和外部的任何结构、组件或零件,如因其破坏而可能妨碍继续安全飞行和着陆时,则必须设计成能够承受在任何使用高度由于以下每一情况使任何舱室出现孔洞而引起的压力突降:发动机碎裂后发动机的一部分穿透了增压舱[1]。 (2)CCAR571(e)损伤容限(离散源)评定,在下列任一原因很可能造成结构损伤的情况下,飞机必须能够成功地完成该次飞行。①受到1.80 kg(4 磅)重的鸟的撞击,飞机与鸟沿着飞机飞行航迹的相对速度取海平面VC 或2 450 m(8 000英尺)0.85VC,两者中的较严重者;②风扇叶片的非包容性撞击;③发动机的非包容性破坏;④高能旋转机械的非包容性破坏[1]。 (3)CCAR25.903(d)(1):涡轮发动机的安装对于涡轮发动机的安装有下列规定:必须采取设计预防措施,能在一旦发动机转子损坏或发动机内起火烧穿发动机机匣时,对飞机的危害减至最小[1]。 1.2 条款的技术解释 (1)CCAR25.365(e)条款:该条款规定了在飞机增压舱发生突然释压时,增压舱的隔框、隔板或者地板等结构必须能够经受住由于压力突然下降而产生的载荷。民用飞机的增压过程比较缓慢,并且地板、隔板之间是相同的,各个隔舱之间没有压差,增压舱内部的结构不受压差载荷,只有外壁承受压差载荷。如果增压舱发生破损,则各个隔舱将会由于突然释压而产生压力差,这种压力差可能会破坏机身结构,进而影响飞行安全。 (2)CCAR571(e)条款:该条款通过(a)4lb鸟的撞击,(b)风扇叶片的非包容性破坏,(c)发动机的非包容性破坏,(d)高速旋转机械的非包容性破坏,对以上4种外来物的撞击进行评定,能够使飞机受上述4种损伤的状态下完成此次飞行。 (3)CCAR25.903(d)条款:该条款是要求飞C结构设计必须采用必要的预防措施,来防止因为非包容的转子失效等引起的危害,并对所有的区域进行保护。其目的是要求采用必要的预防措施,以确保动力装置安装的各部件功能安全正常。 2 增压舱设备系统的适航要求分析 非包容转子碎片飞出后有可能还会击中一些安装在增压舱内部的一些关键系统部件,如液压系统、飞机操控系统,这些系统的安全也直接影响着飞机的安全飞行。因此,对增压舱系统安全的适航条款进行分析。 2.1 条款内容 (1)CCAR25.1309(a)凡航空器适航标准对其功能有要求的设备、系统及安装,其设计必须保证在各种可预期的运行条件下能完成预定功能[1]。 (2)CCAR25.1309(b)飞机系统与有关部件的设计,在单独考虑以及与其他系统一同考虑的情况下,必须符合下列规定: ①发生任何妨碍飞机继续安全飞行与着陆的失效状态的概率为极不可能; ②发生任何降低飞机能力或机组处理不利运行条件能力的其他失效状态的概率为不可能[1]。 (3)CCAR25.1309 (d)必须通过分析,必要时通过适当的地面、飞行或模拟器试验,来表明符合本条(b)的规定。这种分析必须考虑下列情况: ①可能的失效模式,包括外界原因造成的故障和损坏; ②多重失效和失效未被检测出的概率; ③在各个飞行阶段和各种运行条件下,对飞机和乘员造成的后果; ④对机组的警告信号,所需的纠正动作,以及对故障的检测能力。 2.2 条款的技术解释 (1)25.1309(a)中的“各种可预期的运行条件”是指飞机可预期的所有运行条件,例如:高度条件、环境温度条件、飞行包线以及各种气象条件等。 (2)CCAR25.1309(b)是根据各种失效状态概率以及严重性之间存在合理而可接受的反比关系提出的总的要求。FAA提出飞机系统及相关部件的设计,在考虑单独设计及与其他系统相关联设计时,必须满足以下规定: ①每种灾难性失效状态不可且不能由单个失效导致; ②每种危险性失效状态是极其微小的; ③重大性的失效状态是绝对不可能发生的。 (3)25.1309(d)规定在使用分析方法时,应采用适当的飞行、模拟器或地面试验验证各种失效状态概率以及严重性之间存在合理而可接受的反比关系。若是灾难性失效状态无需试验来验证。该条款是为了保障有序且充分地对可见失效或其他事件对安全性的影响而提出的。 3 增压舱释压的适航要求分析 非包容转子碎片击破飞机蒙皮结构后,增压舱则会发生快速释压现象。飞机释压导致客舱内空气不足而威胁飞行人员的生理健康,因此,对有关增压舱释压方面的适航条款进行分析。 3.1 条款内容 CCAR25.841(a) 载人增压舱和隔舱必须有装备为飞机在最大使用高度的正常运行条件下保持不超过8 000英尺的座舱压力高度。 如申请25 000英尺以上的运行合格审定,飞机的设计必须使得在增压系统发生任何可能的失效情况后,乘员不会暴露于超过15 000英尺的座舱压力高度。 CCAR25.841(2):飞机必须设计成在发生任何未经表明是极不可能的失效情况而导致释压后不会使乘员经受超出下列座舱压力高度: (1) 7 620 m(25 000 英尺),超过2min;或 (2) 12 192 m(40 000 英尺),任何时段。 CCAR25.841(a)(3):在评估座舱释压情况时应考虑机身结构、发动机和系统的失效[1]。 3.2 条款的技术解释 CCAR25.841(a)(2):人可以承受的最大大气压力极限为海拔高度4 500 m,若在一定时间内,人所承受的压力超过该海拔高度,这会对人生理上造成伤害,甚至会出现生命危险。因此,本条(a)款要求飞机在正常运行时,增压座舱压力高度不应高于7 620 m超过2 min,或者任何时段座舱压力高度都不能超过12 192 m。(a)(2)中要求在所有能够引起增压客舱释压的故障中,对故障发生概率在1×10-9以上的情况进行释压分析,故障包括发动机非包容转子爆破、轮胎爆裂等。在应急下降分析时,不仅要考虑动力损失,还要考虑发动机损坏造成的其他影响,如供气量减少和发动机液压动力的丢失。 4 有关非包容转子和增压舱的咨询通告的分析 由于非包容转子爆破的事故原因很多,所以对所有失效的可能的预防很难,同时也很难对所有的区域进行防护。适航规章33部中33.75b中要求不能出现转子爆破碎片击穿机匣的事故,但由于当前制造和材料本身等原因,以及发动机转子叶片长期在恶劣环境下工作,使得发动机叶片断裂和老化问题不可避免。法规中规定,必须采取设计预防措施,使得非包容爆破事故对飞机的危害降至最低[2]。但飞机的结构非常复杂且部件较多,因此适航规章中要求对飞机的重要部件要进行隔离、防护或者备份处理。 咨询通告AC20-128A对于小碎片的要求:小碎片的尺寸大小为转子叶片末端的一半[2]。根据维修经验,只有少数的非包容小碎片能够击穿增压舱蒙皮,大多数小碎片都不能穿透增压舱。对要防护的部件和系统,首先要对小碎片能够影响的区域进行安全性分析,根据分析的结果进行相应的防护。 AC20-128A中对增压舱的要求:对于申请需要在41 000英尺以上高空飞行的飞机,发动机应布置在增压舱不会受到非包容性碎片影响的位置。或者能够表明,由碎片造成最大洞口尺寸所造成的快速泄压率和相关舱的压力泄漏率能够满足紧急降落,其间不能让机组人员和乘客失去工作能力,机组人员启动紧急降落系统的反应时间为17 s。 咨询通告AC25-20中要求[3]:发动机转子爆破、发动机风扇失效爆裂、非包容发动机叶片失效等离散源对压力容器(增压座舱)的损伤,应通过分析证明对增压的影响。基于使用经验,应考虑发动机在巡航高度推力完全丧失下,飞机的释压相关情况。 咨询通告AC25-20在释压后应急下降中指出[3]:飞机增压客舱开始释压和飞机开始应急下降之间有一段机组人员的反应时间,该反应时间主要分为机组人员意识到释压时间和氧气面罩插管的时间。根据飞机机组人员在应急状态下的模拟时间的平均值为17 s,这17 s时间代表了75%的机组人员反应时间;而飞机在安装面罩的5 s内开始应急下降。也就是说,飞机从释压起到飞机开始应急下降的时间需要22 s。 5 结语 通过分析适航条款和相关咨询通告,结果如下: (1)对于申请需要在41 000英尺以上高空飞行的飞机,发动机应布置在增压舱不会受到非包容性碎片影响的位置。或者能够表明,由碎片造成最大洞口尺寸所造成的快速释压率和相关舱的压力释压率能够满足紧急降落,其间不能让机组人员和乘客失去工作能力。 (2)CCAR25.841中要求w机释压后,座舱压力高度大于7 620 m时不能超过2 min。 (3)飞行驾驶人员的反应时间分为:17 s的机组人员意识到释压时间和5 s的氧气面罩插管的时间,即飞机从释压开始到飞机正式应急下降的时间需要22 s的反应时间。
1集成电路的基本概念 集成电路是将各种微电子原件如晶体管、二极管等组装在半导体晶体或介质基片上,然后封装在一个管壳内,使之具备特定的电路功能。集成电路的组成分类:划分集成电路种类的方法有很多,目前最常规的分类方法是依据电路的种类,分成模拟集成电路、数字集成电路和混合信号集成电路。模拟信号有收音机的音频信号,模拟集成电路就是产生、放大并处理这类信号。与之相类似的,数字集成电路就是产生、放大和处理各种数字信号,例如DVD重放的音视频信号。此外,集成电路还可以按导电类型(双极型集成电路和单极型集成电路)分类;按照应用领域(标准通用集成电路和专用集成电路)分类。集成电路的功能作用:集成电路具有微型化、低能耗、寿命长等特点。主要优势在于:集成电路的体积和质量小;将各种元器件集中在一起不仅减少了外界电信号的干扰,而且提高了运行速度和产品性能;应用方便,现在已经有各种功能的集成电路。基于这些优异的特性,集成电路已经广泛运用在智能手机、电视机、电脑等数码产品,还有军事、通讯、模拟系统等众多领域。 2集成电路的发展 集成电路的起源及发展历史:众所周知,微电子技术的开端在1947年晶体管的发明,11年后,世界上第一块集成电路在美国德州仪器公司组装完成,自此之后相关的技术(如结型晶体管、场效应管、注入工艺)不断发展,逐渐形成集成电路产业。美国在这一领域一直处于世界领先地位,代表公司有英特尔公司、仙童公司、德州仪器等大家耳熟能详的企业。集成电路的发展进程:我国集成电路产业诞生于六十年代,当时主要是以计算机和军工配套为目标,发展国防力量。在上世纪90年代,我国就开始大力发展集成电路产业,但由于起步晚、国外的技术垄断以及相关配套产业也比较落后,“中国芯”始终未能达到世界先进水平。现阶段我国工业生产所需的集成电路主要还是依靠进口,从2015年起我国集成电路进口额已经连续三年比原油还多,2017年的集成电路进口额超过7200亿元。因此,在2018年政府工作报告中把推动集成电路产业发展放在了五大突出产业中的首位,并且按照国家十三五规划,我国集成电路产业产值到2020年将会达到一万亿元。中国比较大型的集成电路设计制造公司有台积电、海思、中兴等,目前已在一些技术领域取得了不错的成就。集成电路的发展方向:提到集成电路的发展,就必须要说到摩尔定律:集成度每18个月翻一番。而现今正处在技术变革时期,摩尔定律推进速度已大幅放缓,集成电路技术发展路径正逐步向多功能融合的趋势转变,围绕新型器件结构的探索正成为集成电路技术创新的主要焦点,物联网、云计算、大数据等迅速发展,引发了CPU计算架构发生变革。 3集成电路的设计方法 集成电路的设计流程主要有:设计规划和架构划分阶段、逻辑设计阶段、物理设计阶段、封装测试阶段,具体设计方法介绍如下: 3.1设计规划和架构划分 由于现在数码产品更新换代迅速,市场需求千变万化,在设计之初,就要对市场有大量调研并要有前瞻性的思考。此外,要将设计需求与实际产品设计的可行性与成本进行综合考量,由此初步确定产品开发蓝图。在系统设计阶段可以使用SPW、TannerEDATools等软件完成系统的描述、外部接口的情况、功能的定义、工作量的估计等各方面工作,再通过构建抽象的算法仿真模型,根据功能和性能的要求,选择和设计算法,然后通过仿真进行验证和评估。当验证通过后,一个集成电路的设计架构就被搭建起来了,接着就可以进入下一步的逻辑设计。 3.2逻辑设计 逻辑设计简言之就是写代码,编写硬件描述语言(HDL)代码,通过仿真手段验证代码,这里的验证指的是功能级验证,不涉及时间的信息。集成电路设计的关键一步就是用一些专业工具如ISE等把代码映射到库原件实现的门电路,也就是门级的网表,当然,门级网表也要验证,如果出现错误要从以上各个步骤寻找出错的原因。 3.3物理设计 在上一阶段得到网表之后,就可以着手各种元器件的布局以及导线的连接,连接后再次进行仿真模拟,然后就可以开始插入时钟树,形式验证。当这些步骤通过后,集成电路的大致版图就规划好了。 3.4集成电路的封装测试 将合格的晶圆按照设计好的版图进行加工组装成芯片的过程就叫做集成电路的封装。江苏的新潮科技和华达微电子是我国目前规模产值比较大的封装测试企业。此外,综合多家市场调研机构的数据,2016年全球集成电路封装测试产业的市场规模为509.7亿美元,具有很大的发展前景。 4结语 随着时代的发展进步,对集成电路的能耗、稳定性等方面的要求也不断增加,这就要求我们不断创新发展集成电路的设计思路与方法,为我国微电子技术的发展与崛起不懈努力。
工业工程专业论文:工业工程专业实践教学的革新 一、浙工大之江学院工业工程实践教学的现状 课程设计,质量管理、设施规划与物流分析、生产计划与控制、管理信息系统等课程设计,共7周;工程训练,包含金工实习、数控倍训、电子工艺实习、电气控制大型试珑等环节,共4周;专业认知实习,共1周;生产实习、毕业实习环节等,共2月。但是,由于独立学院的特殊性,在办学投入、实窥设备、师资队伍等方面的限制下,工业工程专业实五夫教学环节过程中出现了不少问题:实五夫教学模式较为单一,实验室利用率低,缺乏形式灵活、多变的实践教学方式;实验多为验证性、演示性为主,缺乏系列化的综合性、设计性、创新性的开放式实验教学;实五夫教学考核方式较为单一,缺乏有效的教学质量监督;实践教学环节之间相互较为独立,缺乏层次性与有效衔接。根据上述问题,如何在现有的实践条件基础上,理顺实践教学的各个环节,整合实践教学资源,创新实践教学体系,强化学生的动手能力、实践能力、创新能力与综合能力。 二、之江学院工业工程专业实践教学的改革 1、工业工程专业实践教学体系的建立 工业工程专业的实践教学目标,要紧紧围绕学院“倍养知识结构合理、富有创新和实践能力的高级应用型人才”的教育目标。既倍养学生的实际动手能力,加强IE理论和意识的训}练;又突出现代IE中信息化和系统化的特点,倍养学生综合运用知识进行系统分析、设计、优化、评价和创新的能力。要理顺现有的实践教学环节,构建系统化的工业工程专业实践教学体系,必须考虑到之江学院的办学条件限制,即尽可能不添置实验设备的条件下,理顺实践教学的各个环节,充分挖掘与整合现有实验教学资源,开设分层次、多模块、分段式相互衔接、实践与理论教学相结合、技能训练与课程实验相结合、创新实窥与科学研究相结合的开放性综合创新实窥项目,川衔接各实践教学环节,使学生完成将工业工程专业的各个知识点的融合贯通、系统化应用。该实践教学体系,将实践教学环节分为四大模块:基础实践模块、强化实践模块、综合实践模块以及创新实践模块。其中,创新实践模式是基础实五夫模块、强化实践模块、综合实践模块之间的联系纽带,将实践教学各环节有机地衔接起来。学生在完成教学计划下的各实践模块下,根据所学知识点,选择相应的创新实践模块,加强工业工程知识的应用与实践创新能力。 2、形式多样的创新实践模块的开设 在确保实践教学环节的正常开展的前提下,充分挖掘和整合现有实五夫条件,开设形式多样、个性化强的创新实践模块。一方面,充分利用已有工业工程专业实验设备,开设开放性综合实验。结合已有的人因工程实验室的实验设备,对教学、食堂、图书馆、宿舍等场所进行综合分析,结合人因工程知识,完成综合设计。已开设基于人因工程的教室设计、校园环境的噪声分析、基于人因工程的数控加工中心的分析与改善、基于人因工程的食堂布局的设计、基于人因工程的大学生宿舍盟洗室的设计、基于人因工程的超市收银台设计等开放性实验项目;根据现代生产与物流实验室的特点,开设了微型小汽车等生产线的综合设计,并用ED软件进行仿真与优化;结合现有的计算机软件系统,利用物流仿真软件ED开发了基于ED的食堂排队系统优化、基于ED的超市排队系统设计等,结合供应涟管理软件开发了工厂供应涟管理综合分析、连锁超市配送路线优化、啤酒游戏等综合性实验项目。 在保证正常的教学条件下,学生可在实验中心网贞的实验预约系统上自主选择实验项目、实验时间、实验成员,完成实验内容,提交实验报告。另一方面,工业工程专业实验室向学生进行全方位开放。课外科技项目、教师科研项目、教学改革项目等“柔性化”创新实窥项目,学生通过实验预约系统提出预约实验室开放的申请,获审核后即可在约定的时间与实验室进行相关实验内容,提交实验报告。通过多层次、形式多样、个性化强的创新实践模块,实现了工业工程各实践模块的无缝衔接,丰富与充实了学生工业工程知识面,同时充分倍养了学生独立思考的思维模式,强化了学生工业工程专业的系统设计与优化能力。 3、实践教学考核的建立健全 为了有效实时监控实践教学环节的教学质量,规范实践教学过程管理,避免学生的走马观灯现象,摒弃传统、单一的考核方法,建立“多元化”的实践教学考核评价方法。“多元化”的实践教学考核评价方法,是针对不同类型的实践模块,采取不同的考核内容与方法。基础实践模块重点考核过程的操作能力和总结报告的准确性;强化实践模块重点考核学生在实践过程中运用专业知识的方案设计以及实验报告的综合分析能力;综合实践模块,尤其是各类实习环节,重点考察学生发现问题能力、问题分析能力与解决问题能力;创新实践模块则考核学生自主学习的能力,包括自主设计实验方法、组织实验过程、实施实验、数据分析处理、总结报告等能力。“多元化”的实践教学考核评价方法的实施,不仅对实践教学过程进行了有效监督,同时提高了学生在实践过程的自我管理能力与自主学习能力。 三、总结 为了倍养工业工程的应用型创新人才,工业工程专业实践教学必须创新。通过理顺各个实践教学环节,建立了较为系统的实践教学体系,开设了面向学生的多层次、个性化的自我创新实践模块,并针对不同的实践模块建立了“多元化”的实践教学考核评价方法,使学生工业工程知识得到系统应用,强化了实践能力和创新能力。 作者:叶海虹 单位:浙江工业大学 工业工程专业论文:谈工业工程专业课程设置 1《产品结构设计》的课程设置规划 本课程作为工业工程专业的一门实践性强的专业核心课程,其主要任务是学习产品功能的设定、常用材料的种类和特性以及加工工艺、产品结构设计的原则以及与产品造型有关的通用结构设计知识,使学生掌握与产品设计相关的基本知识,具有产品结构设计的基本技能,能够完成简单产品设计中从功能定义到材料选择以及最终的结构设计。 1.1本课程的知识模块包括:①产品材料与表面处理工艺常识;②塑料件结构设计的基本原则;③钣金类产品结构设计基本原则;④模具基础知识;⑤产品结构布局设计;⑥产品典型结构。其目的是使学生掌握结构设计的基础知识,培养学生的三维空间想象能力,在实际应用中养学生的新产品开发以及应用计算机绘图的能力。 1.2课程的重点内容包括:①常用塑胶材料基本知识;②常用金属材料基本知识;③常用表面处理知识;④产品结构设计总原则;⑤产品结构关系分析与结构绘图的基本要求。 2《产品结构设计》课程的教学思路 2.1选用教材。目前还没有适合工业工程专业使用的《产品结构设计》教材,所以国内普遍做法是选用产品结构设计方面教材,暂定的教材是黎恢来编写的《产品结构设计实例教程》。该教材将作者十几年的产品结构设计经验总结而成,系统、精细、全面地介绍了产品结构设计知识及设计全过程,明确了产品结构设计的概念和岗位职责,并通过讲解一款电子产品的全套产品结构设计的整个过程,帮助学生融会贯通,更加高效地学习和掌握实用技巧。 2.2教学内容。依据工业工程专业的整体人才培养方案和教学大纲的具体要求,将《产品结构设计》分为六大模块,每个模块里面包括若干的章节,各章节之间既自成体系,又互相有衔接,条理清晰,通俗易懂。 ①“产品材料与表面处理工艺常识”模块,主要介绍注塑工艺理论、常用塑胶材料和金属材料基本知识,以及注塑件、钣金件表面处理方法。塑胶的定义及分类方面,介绍ABS、PS、PP、PVC等的应用范围、注塑模工艺条件和化学和物理特性,重点是使学生了解注塑件的常见问题分析及解决,比如缩水、飞边、熔接痕、顶白、塑胶变形等。金属材料方面,介绍一些金属的特性和应用范围,比如不锈钢、铝、铜、镍和锌合金。常用表面处理知识方面,主要涉及塑料二次加工的基本知识,学生需要了解丝印、移印、烫印、超声波焊接、喷涂、电镀和模内覆膜等表面处理工艺。 ②“塑料件结构设计规范”模块,重点介绍塑料件在设计和修改阶段需掌握的通用设计规范,比如塑料件的料厚、脱模斜度、圆角设计,能够分析塑料件的加强筋、孔、支撑面的使用范围。在细节部分,应了解塑料件文字、图案、螺纹和嵌件设计。 ③“钣金件结构设计规范”模块,介绍钣金类产品设计的工艺要求,包括冲裁、折弯、拉伸、成形工艺,并且让学生了解压铸类产品结构设计的工艺要求。在此模块的教学中,应引入企业实际产品案例进行讲解,以便于学生更好地掌握钣金件的设计规范。 ④“塑料模和钣金模基础知识”模块,介绍塑料模和钣金模的基本类型及典型结构,包括模具概述,模具的分类、注塑机介绍等,重点讲解的是注塑模结构里面的浇注系统、顶出系统、排气系统和行位与斜顶,以及二板模和三板模之间的区别和应用,以“实用、够用”为度,学生只需了解典型的模具结构,不需要进行后期的模具设计。 ⑤“产品结构布局设计”模块,主要介绍壳体形状结构、密封结构、卡扣结构、螺钉柱结构、螺纹连接结构和嵌件连接结构等知识,以及各个特征的定义、作用和设计原则,特别是特征在使用时的相互配合关系。拓展知识方面,要了解塑料零件自攻螺柱及通过孔设计规则,以及模具设计与产品结构设计之间的联系。 ⑥“典型产品结构”模块,重点介绍目前国内普遍使用的三大产品(电子产品、家电产品和电动产品)的典型结构设计知识。每类产品选取一款经典的已批量的产品作为蓝本,深入解剖结构知识在产品设计的运用。比如电子产品选手机为代表产品,讲解手机产品各零部件的结构、前壳与底壳的止口设计、LCD屏限位结构设计和电池固定结构设计,以及内藏摄像头结构设计。家电产品则以电吹风为例,学生要掌握电吹风的功能、材料、结构工艺性等,了解CAD软件在电吹风设计中的应用,能对产品塑料件进行结构分析。在此过程中,还要掌握项目管理方面的知识。 2.3教学方法。在教学中,提倡基于工作过程为导向的项目化教学,理论教学与实践练习相结合,增加实践课时的比例,培养产品设计的实践能力。教师引导学生建立实用合理的知识结构,强化学生的自觉体验和掌握知识的迁移能力,淡化理论和实践的界限。在基础知识够用的前提下,采用任务驱动教学法、项目教学法,通过在具备多媒体教学设施的校内实训基地开展新产品和新工艺的开发工作,使学生体会具体产品的外观造型和结构设计过程,提高学生的综合应用能力和实际应用能力。 3《产品结构设计》在工业工程专业总体实训的具体应用 在面向制造业的工业工程专业总体实训里,结合各校的实际情况,以典型产品的流水线装配设计为主体,总体实训内容分为五个阶段:前期的准备环节、产品设计与组装环节、生产线装配改善环节、三维系统模拟环节、总结交流环节。在这些实训中,可以实现“教-学-做”一体化的行动教学,让理论和实践紧密结合,从而使学生在知识和技能上达到双重提高;另一方面,可以锻炼学生的综合专业知识运用能力,提高团队协作能力,也有利于提升学生的实际动手能力,更好地让学生参与企业模拟项目,融入企业生产实践。在产品设计与组装环节,教师把学生分成六人左右的项目组,根据企业的某一个典型产品布置项目任务书。学生综合考量校内实训基地的实际条件和设备,运用产品结构设计的知识,共同完成项目。在此过程中,教师可以对新产品提出具体的要求,比如产品的结构尺寸不能过大,必须与生产线相匹配;结合人因工程学,运用动作分析和双手操作分析,在工艺上要符合车间的零部件装配顺序,有利于工序和工位的确定;新产品各零部件的装配要牢固可靠,可以满足多次拆卸而不容易损坏;产品的价格应合理,要用最少的成本做出符合客户要求的产品;考虑试验的可行性和零部件的可修改性。 作者:李敏 刘璇 单位:佛山职业技术学院 工业工程专业论文:应用型工业工程专业建设探讨 1应用科技大学的办学模式 大学设置在企业周围,企业为学生提供实训或者实际的生产岗位,为保证学生实践教学质量打下基础。德国应用科技大学的成功举办依赖于高水平的师资队伍。该大学所聘请的所有教授都必须满足他们严格的要求,其规定所有的教授都必须具有博士学位,并且有超过五年的职业实践,其中在高等学校范围外进行的至少三年,还需要在有关的一些应用或科技开发方面取得特殊成就。如此一来,这些拥有着丰富实践经验的教师可以有效的把理论知识和实践经验结合起来,从而进一步的提高学校的教学水平。同时,师资队伍还承担着应用型科研与技术转让的重要任务和教学需要。因此,现在应用科技大学社会的影响力越来越大,就变成了顺理成章的事情。德国应用科技大学的教育面向应用、面向实际。在培养目标、培养方式和师资水平反映了它的成功经验。对发展我国应用技术本科教育有实际的借鉴意义。 2工业工程专业 2.1工业工程定义 工业工程(IndustrialEngineering,简称IE),它是一门交叉型综合学科,它的实践性很强。如果是参照国际工业工程学会的标准来定义,工业工程是对人员、物料、设备、能源和信息所组成的集成系统进行规划、设计、改进和实施的一门学科。它综合了很多方面的专门知识和技术,比如数学、物理学和社会科学等,结合工程分析和设计的原理和方法,然后对系统所取得的成果进行说明、预测和评价。 2.2工业工程专业所属学科门类 在华中科技大学李培根院士等的建议下,工业工程由原先的管理科学与工程下的二级学科升级为管理学下的一级学科,地位的提升为工业工程的发展带来了新的机遇。在已加入中国应用科技大学联盟的广东白云学院全力建设应用科技大学的背景下,建设应用型工业工程专业视为必然。 2.3我国工业工程专业教育存在问题 2.3.1定位不清。部分院校将工业工程专业放在机电学院,简单地以机械工程技术为背景增加管理知识。部分院校将工业工程专业放在管理学院以管理科学为背景增加机电基础知识。这两种培养模式,均使工业工程的定位变得模糊,使学生感觉工业工程专业像是“大杂烩”。这两种模式只是简单的机械加管理或者是管理加机械,不能够和其他的一些学科的专门知识紧密的结合在一起,比如计算机、电子、材料、能源等,如果是这样,在这种形势下培养出来的人才是不能够满足企业对人才的需求的,这样的人才也不能够算得上是真正的复合型人才。专业教育中理论与实践差距大。工业工程类学科是实践性很强的一门学科。它所有的作业方法和标准时间的制定都是通过不断的进行试验,然后收集出各项实验数据,最后再经过科学的分析制定出来的。实际教学中,理论与实践明显脱离,教师们照本宣科,缺乏结合实际的案例式、启发式、综合应用性教学。 2.3.2对社会的宣传不够。在工业工程专业得到发展的近20年里,我国都只是注重在工业工程专业的建设上,对加强该专业在社会上的影响力这一方面缺乏重视,导致社会上的很多用人单位甚至都不知道有这个专业,偶有耳闻的也不知道该专业是做什么的。这让该专业的毕业生的就业变得十分艰难,从而对IE教育产生负面的影响。 3应用科技大学背景下的应用型工业工程专业建设 德国应用科技大学的办学主体是各州政府,而各州政府办学校的目的就是促进地方经济的发展,为地方经济的发展培养出更多的优秀的人才。所以办学的指导思想、专业设置是在人才培养上注重应用实践能力。香港城市大学校长郭位教授认为,要想使工业工程专业始终保持旺盛的生命力和竞争力,工业工程专业自身必须紧跟时代前进的步伐,以解决工业界和社会生活中的实际问题为宗旨。工业工程专业是一门新学科,它是在原有基础学科的相互交叉和渗透中产生的新学科,所以,工业工程专业所涉及的学科非常多,并且这些学科之间没有一个明确的界限,这为培养出更多的符合社会要求的人才提出更多的挑战。应用科技大学和普通大学最大的区别就是更加的注重对学生的专业能力和应用能力的培训,在进程上,会把更多的时间安排给专业课程和实践教学;在系统上,基础课程不要求系统,但要求体现出专业优先的原则;在实践中,必须要求理论知识和实践教学结合在一起,以实践促进理论的掌握,以理论保证实践的有效性。在广东白云学院建设应用科技大学大背景的前提下,建设有特色的应用型工业工程本科专业。应用型工业工程人才培养模式采用“3+1”学制。优化课程体系,学生前3年在学校学量的整合后的专业知识,包括生产系统现场工作研究、人机工程学、生产计划与控制、设施规划与物流、质量管理、计算机仿真等。采用“3+1”教学模式不会单纯的压缩课时,反而会增加课时。学生要在3年之内学完原来4年要学的内容,普遍感到学习任务紧张,适度的紧张会促进学生们提高学习的主动性。最后一年深入企业实践,从企业实践中发现问题,将所学知识用于实践,使最后阶段的毕业设计做到“真题真做”。 4基于应用科技大学模式的应用型工业工程人才培养模式 根据珠三角制造业的地方特色,围绕应用型工业工程人才培养目标,构建如下应用型“3+1”工业工程人才培养模式:重基础,培养出的学生既具备良好的人文素养又坚实的掌握自然科学基础、深厚的技术基础和工程基础及扎实的专业基础;重综合,培养出的学生既掌握工程技术领域内的知识,又系统掌握管理等方面的知识,既掌握本学科专业知识,又掌握相邻学科知识,既掌握自然科学知识,又掌握一定的人文与社会科学知识等;重能力,所培养的学生既具备较强的创新能力又具备及时解决生产过程中随机出现的多种复杂问题的能力。重意识,培养出的学生具备工业工程意识,即成本和效率意识、问题和改革意识、工作简化和标准化意识、整体和全局意识、以人为本的意识、创新意识。 4.1优化课程体系与内容 确定该专业以机械工程和管理学为主干学科,以机械工程为背景。重点强化专业基础课和专业课。通过工业工程相关课程的学习,使学生受到良好的工程技术教育,具备基本的工程与制造技术知识,掌握工业工程的基本理论与基本知识。建设应用型工业工程课程体系的构建必须有的放矢。为实现应用型“3+1”工业工程人才培养目标,以生产服务业应用型人才培养为导向,将课程体系分为五大模块:①工业工程核心模块,包括工业工程的专业知识与技术:如基础工业工程、人因工程、生产计划与控制、物流设施与规划;②生产制造类模块,包括生产服务业的专业知识与技术:如机械设计与制造基础、工程制图等;③经管类课程模块,包括管理学、管理心理学、组织行为学、人力资源管理、财务管理、质量管理、市场营销学等;④数理类课程模块,包括高等数学、概率论与数理统计、线性代数、运筹学等。精选教学内容,为避免相关课程内容重复,协同审核教学大纲,规定哪些内容在哪门课程中介绍,介绍到何种程度,后面的课程在内容上如何覆盖和加深等。通过课程体系的优化,使得整个课程体系融为一体。 4.2加强教师队伍建设 应用型工业工程人才的培养,关键在于教师。多渠道提升教师的素质,构建学习型的教师队伍,创新教学思路,增加教师实践经验,引进具有实际工业工程工作经验的资深工程师担任教师。 4.3改革教学方法与手段 依据应用型工业工程专业实践性的特点,进一步加强实践教学与案例教学。利用先进的多媒体,多形式的培养学生的分析能力、语言和文字表达能力、综合应用能力。走出课堂,走出校园,走向实体企业,参观学习企业生产现场的管理和相关的专业知识,让学生体验到所学知识的价值和生命力,激发学生的学习热情。 4.4强化校内与校外实践教学 因为工业工程具有很明显的工程属性,所以,一个优秀的工业工程专业人才,既要掌握深厚的理论知识,也要拥有丰富的实践经验。在人才培养过程中,要注重知识与能力的结合。实践教学环节是对学生进行生产实践训练,操作技能、技巧培养,分析、解决实际问题能力锻炼的重要环节。对工程技术人员来说,能力的表现是多方面的,既有学习的能力,也有发现问题的能力、解决问题的能力、分析能力、判断能力、组织能力、沟通能力等等。实际上,这些能力的培养比传授知识更困难,更复杂,一些能力只能通过实践教学来培养和锻炼,在实践教学环节中使学生的知识与能力得以融合。设计相应的实践教学内容,并努力将校内和校外实践教学贯穿到整个教学过程中。校内实践主要包括课程设计、实验室操作、金工实习与电工实习等多种方式。校外实践需要深入到实际生产一线从基层做起,从操作工做起,通过轮岗了解整个产品的生产过程。 4.5大量开发校外实践基地 应用科技大学模式的应用型工业工程人才的培养,需要企业和学校的协同培养,学生们在完成理论学习之后走进企业进行实践,进入企业实践不是做企业的廉价劳动力,企业实践是教学的重要组成部分,企业教学的质量会影响到整个人才培养的质量。工业工程专业的学生需要进入不同类型的企业,同一专业的学生不能超过五位学生到同一个企业实践。这就要求校企合作部门开发大量的校外实践基地。 5结语 在分析应用科技大学模式下,浅析现阶段工业工程专业教育存在的一些问题。就应用型工业工程专业人才培养体系及模式研究中的一些主要内容和实践进行了探讨。“3+1”教学模式下的应用型工业工程人才培养刚刚开始,至于培养的效果如何,需要接受企业和社会的检验。 作者:伏开放 洪建波 单位:广东白云学院机电工程学院 工业工程专业论文:工业工程专业大学生考试成绩相关性分析 摘要:课程的成绩是衡量一个专业教学效果的重要指标之一。储速梅在《基于SPSS的成人教育课程设置相关性分析》中提到了分析课程的相关性,得到课程相关性的定量数据[1]。但在得到数据后课程应该如何改善,与教学计划设计预期的差距等方面没有提出解决方案。试图通过课程预期的相关性效果和实际相关性效果的对比,找出具体的差距以及提出改善意见,对专业设计课程体系的完善提供一定帮助。 关键词:四川大学锦城学院;工业工程;课程体系;相关性;期末成绩 0引言 课程的实践与理论探索是大学教育活动的主要行为,是大学质量与水平、能力与活力的标志[2];所以高校专业的课程体系设置是高校教学非常重要的环节。课程设置是指学校对各类专业各种课程的学习目标、学习内容和学习要求的设立和安排。因此对课程设置的相关性、合理性进行分析有利于教学质量的改善。当前我国高校的课程设置都有严格的要求,设立了培养的预期。对预期效果的评价,需要一个比较合适的体系指标。一方面是对学生的学习情况进行评价,更重要的是对具体的专业和具体的课程进行评价。有利于教师对课程的完善,学校对课程体系的完善。文章尝试通过数据挖掘和统计分析的方式,通过期末成绩来分析四川大学锦城学院工商管理学院工业工程专业的课程体系设置是否合理,能否达到教学预期进行研究和探讨。并提出未来对本专业课程体系设计的一些建议。 1相关性分析 1.1相关性分析前提条件四川大学锦城学院工业工程专业为理工科,以四川大学锦城学院工商管理学院2013级工业工程的学生为研究总体,他们已经完成大学的所有专业课程,并通过期末考试,成绩得到了体现。对相关性研究课程的选择,笔者认为课程的综合成绩是体现学生对课程掌握情况最典型的评价方式。综合成绩由平时成绩和期末考试成绩组成。而期末成绩与平时成绩一般应呈正相关趋势,它表明了平时考核成绩好,期末考试成绩应该也较好的规律[3]。李爱凤、陈启买在《基于数据挖掘技术的课程相关性模式研究与实现》中提到针对产生的大量规则提出了适当的约束条件来剔除用户不感兴趣的关联规则,从而为学分制体系下的学生选课提供指导以及为今后的教学课程设置提供参考[4]。因此我们剔除了与期末成绩有相同数据性质的平时成绩;剔除专业实践类课程,因为这类课程大部分以五级制(优、良、中、及格和不及格)打分,不利于统计分析;剔除公共基础课程因为体现不出专业性的差异。只保留能够体现专业差异性和有较强课程链的专业基础课程和专业课程。1.2线性回归方程和拟合优度判定系数成绩数据线性验证。线性相关性进行分析和判断的首要条件要求是所分析的变量需要是线性的。而判定变量的分布状况是否线性,需要进行拟合度分析,通过判定系数来呈现。以工程经济学为例:对学生成绩进行线性回归得到回归方程:Y=1.15X+55.1,拟合优度值R2=0.93。符合相关性分析的要求。通过SPSS计算出部分课程的线性回归模型并进行拟合优度分析1.3预期结果假设高校在设置专业的相关课程时会预先设计好课程以起到承上启下的作用。每一门专业课程都会有相关的基础理论课程和后续的进阶课程。因此从学校设计的工业工程的课程中,我们应该判断出,如果要学好生产计划与控制,需要学好管理运筹学和线性代数。那么反过来我们认为,线性代数、管理运筹学和生产计划与控制这三门课程的成绩应该呈现出正相关的形式。我们通过与相关专业的老师进行沟通,得到以下预期有较强(R>0.5)正相关关系的课程链:概率与统计->统计学->质量控制与可靠性。管理经济学->工程经济学->精益管理及成本控制。线性代数->管理运筹学->生产计划与控制。管理运筹学->系统工程->设施规划与物流分析。1.4结果分析,除了《现代工程制图》和《先进制造系统》的拟合优度系数不高,其余的课程成绩的线性回归模型的拟合优度都符合进行相关性分析的条件 2基于相关性分析结果得到的一些结论 一方面由结果可以看出,有一些较强的相关性的课程(R>0.8),在实际情况中,课程本身并没有太大的相关性,没有承上启下的关联,对专业核心课程学习没有体现出支持作用。另一方面由表4可以看出,有一部分课程预期有较强相关性,但通过spss分析后发现实际相关性较弱,符合钱吴永在《工业工程课程体系设置优化研究》分析中提到的部分专业课程群、专业课程之间的开设顺序和衔接存在不足[5]。除以上问题外,其余的课程设计基本都较符合要求。从期末成绩的数据来看,课程的设计和课程的内容大都能够达到难度逐渐深入、内容较好衔接的效果。 3结语 通过对原始成绩数据进行数据挖掘与统计分析,我们能看出工业工程专业在以下几方面还存在问题:一是部分课程对整体课程体系脱节,没有相关后续衔接课程。二是部分相关系数较大的课程,其实际课程本无任何相关性,而预期有较大相关性的课程其相关系数偏低。三是对预期有相关性的课程链,部分课程的衔接性体现不突出。由于存在以上三点问题,提出以下四点建议。1)对于课程体系严重脱节的课程,要么将课程删除,要么增加与后续课程有衔接内容,或者在后续课程中增加能运用到本课程的知识点或技能。2)对相关系数较高却课程相关性不大的课程进行深入研究,尝试找出原因。3)对于有预期相关性的课程链进行深入分析,对相关性较差的课程进行完善,增加衔接内容。本次研究给教学改革提出了一个较好思路的新的尝试方向,仅仅通过学生的原始成绩就能分析出部分有参考价值的信息,分析学生的期末总评成绩,就能鉴别出学生是否达到了教学的基本要求,是否具备了学习下一阶段教学内容的必要基础,更主要的是它还具有教学反馈作用[6];同时对于符合预期相关系数强度的课程链,可试图进一步探索专业课程学习成绩优秀的学生的优秀学习习惯。但是还有很多方面的影响考虑的不完善,比如课程内容的影响、老师考评学生成绩的影响、分析过程还太过表面等。在后续的研究中会逐步的深入。 作者:李真 廖兴 单位:四川大学 锦城学院工商管理学院 工业工程专业论文:创建有特点的工业工程专业研究论文 论文关键词:工业工程专业建设专业特色南京大学 论文摘要:旨在探索工业工程专业建设的特点和规律,应用理论联系实际的方法,在分析工业工程学科体系和一般特点的基础上,结合综合性大学的学科特点,提出了南京大学工业工程专业的培养目标和课程体系及教学实践等所体现的专业特色,为工业工程专业发展和成熟提供理论指导。 根据最近的统计资料(2006年4月),目前全国已有161所高等院校开设工业工程(IE)专业。有迹象表明,开办工业工程专业的院校还在不断增加。南京大学是在2003年向教育部申请开办工业工程专业的,在全国开办工业工程专业的院校中,属于新办院校。当年即在南京大学其它专业选拔了愿意转入工业工程专业的23名学生作为第一届学生。2004年正式在全国招生。2007年将有第一届毕业生,接受社会和市场的检验,目前就业情况良好。从着手开办工业工程专业开始,我们一直在思考的问题是如何培养具有南京大学特色的IE专业?我们的培养目标是什么?因为这两个问题不解决,后面的教学计划、课程设置、教学实践将无法设计、安排和落实。 1工业工程的学科体系 在回答上述两个问题之前,首先必须弄清楚的是工业工程的学科体系和特点,即回答什么是工业工程以及如何区别工业工程与其它学科的界限问题。说到什么是工业工程,业内人士自然会想到AI-IE(美国工业工程师协会)关于工业工程的那一大段定义,把定义念完之后,非工业工程专业人士还是未能理解什么是工业工程。简单地说,工业工程就是“用技术的方法系统、经济、有效地解决技术和管理问题”。这一简单定义首先将IE专业与其它专业区别开来。IE用技术的方法来解决管理问题,而其它管理专业(企业管理、公共管理等)则不能用技术的方法来解决管理问题[1];IE与其它工程学科的不同在于:①IE可以解决管理问题,其它工程学科则只能解决技术问题;②IE用系统方法解决复杂系统的技术和管理问题,其它工程学科做不到。 下面我们再来分析这一简单定义背后所隐含的IE学科体系和特点。①交叉性。IE是把技术和管理有机结合起来的一门边缘学科/交叉工程学科[2],这意味着IE专业学生不仅要学习技术类课程,而且要学习管理类课程,更重要的是把技术和管理有机地结合起来,这需要在整个的教学过程中具体贯彻落实;同时也决定了IE专业培养的是复合型人才[3]。②系统性。IE用系统方法解决复杂系统的技术和管理问题,这意味着IE专业学生对系统有着更高、更抽象的见解,能够站在系统的高度,对系统问题进行规划、设计、管理、改进和创新[4];这同时意味着IE专业学生能够领导跨学科团队进行工作,能够成为一个有效的管理者。③创新性。从IE发展历史看,一百多年来,这一古老的学科,仍然具有生命力,长盛不衰,其根本原因就在于它的创新性,根据社会发展需求,不断改革课程体系和教学方法,以适应社会经济环境的发展变化[5]。这也印证了IE专业的一句行话,“改善无止境”(Itisalwaysabetterway)。④工程实践性。IE专业的目标是用技术的方法来经济、有效地解决社会系统的现实问题,这意味着IE培养的学生具有解决社会系统现实问题的能力。IE重在应用、重在实践,离开了实际系统的应用,离开了实践,IE也就不复存在了。 在充分分析IE特点的基础上,再来描述IE学科体系如图1所示[6-12]。 第一层:公共基础,包括数学、物理学、文学和外语。 第二层:专业公共基础,包括社会学、经济学、管理学、工程学、系统科学。 第三层:专业基础,包括运筹学、计算机与信息科学、控制论。 第四层:专业课程与应用方向,包括设计改善、分析评价与决策、过程控制和综合应用。 2培养目标 在对IE学科体系及特点充分讨论,形成共识的基础上,我们制定了IE专业的培养目标:使学生具有良好的人文素养和沟通技能;掌握扎实的数理基础理论、宽广的经济管理知识、实用的工程信息技术;能够熟练运用工业工程的基本原理和方法,对生产和服务系统进行分析、规划、设计、运作和管理,成为适合制造业和服务业需求的复合型高级工程技术管理人才。 上述培养目标勾画出了南京大学工业工程专业的基本特色:①强调文理基础。在南京大学办工科,应充分利用南京大学文理见长的优势,这也是大学科交叉的基础,将文、理、工融合起来,要比将技术与管理融合起来具有更加深远的意义和影响。②明确工业工程技术体系。在前面的IE定义中,我们只强调用技术的方法来解决技术和管理问题,并没有规定用什么样的技术,这就给各个学校的IE专业发展提供了广阔的空间,各校在开办IE专业时,将根据各自学校的优势和师资的优势,选择恰当的技术作支撑。全世界各个学校的IE专业几乎都各不相同,其最大不同,就在于所采用的技术不同。文献[13]认为,工业工程的技术体系包括三大类,社会学、经济学、管理学、工程学和系统科学是其理论基础,工程技术、信息技术是其支撑技术。我院在信息技术方面具有长期的研究积累和成果,不少教师具有计算机或信息科学专业背景,大部分教师具有信息系统设计、开发与实施经验,未来的社会将是信息社会,因此,将信息技术作为IE的关键技术之一写入培养目标,是恰当的[9],也是符合我院实际的。③明确具体的应用对象。前面谈到,IE特点之一是工程实践性,培养的IE学生在什么行业发挥作用呢,我们的培养目标明确指出在制造业和服务业。制造业包括各类离散制造型企业和流程型企业,主要应用工程信息技术来解决制造过程中的技术和管理问题,如管理控制一体化问题、企业内部物流问题等。服务业主要是指物流与供应链管理以及金融工程,这是我院的强项,可以将许多科研成果应用到教学工作中。④强调从系统级解决问题。作为南京大学培养的IE专业学生,要求能从系统角度解决生产与服务系统存在的问题。 3课程设置 明确了IE专业学科体系和培养目标之后,课程设置应该不是一件困难的事。但在教学实践中,我们发现如何教好每一门课和界定课程之间的联系与差别是关键。 从图1可以清楚地看出IE学科体系及其相互关系,但不能保证所有任课教师都是IE出身,都能理解IE,这就是困难之所在。我们的学生经常会问,为什么要学习这一门课,它和IE有什么关系?不是每一个任课教师都能清楚地回答这样的问题,也不是每个任课教师的回答都正确。这需要IE专业的教师来回答。 我们可以把IE专业课程体系分成6个模块,如图2所示。每个模块包含若干课程。如分析计算模块,课程包括运筹学、高级运筹学、概率与数理统计、数值分析;计算机信息技术模块,包括计算机技术基础、C++程序设计、数据结构、数据库原理与应用、微机原理与应用、管理信息系统等;工程技术模块,包括工程图学和计算机图学、机械设计基础、机械制造基础、现代制造系统等;经济模块,包括管理经济学、财务会计、工程经济学、金融工程、金融计量学等;管理模块,包括管理学、供应链管理、人力资源管理、质量管理、项目管理等;IE核心模块,课程包括工业工程基础、生产管理、人因工程、物流工程等;每一个模块内的课程有实验和设计项目,每一个模块内的课程之间也有实验或设计项目,在模块之间也有实验和综合性实验项目,以培养学生综合应用所学知识解决实际问题能力;最后还有产业/方向模块,其目的是给学生在某些产业方面更多更强的知识和训练。在实施这一教学理念的过程中,我们强调,1)要界定清楚每一个模块内的课程之间的联系和区别。规定课程的学时数、课程大纲和教学要求,规定哪些内容在哪门课程中介绍,介绍到何种程度,后面的课程在内容上如何覆盖和加深等。2)模块之间的衔接和关联,这是体现技术与管理有机结合的关键。超级秘书网 4教学实践 由于IE的工程实践性,在教学过程中必然要强调IE专业的实践环节。这可能包括两个方面,实验教学和实践教学。在我国,经过十多年的发展,在管理科学与工程教学指导委员会的指导下,再加上学习发达国家的先进经验,IE实验教学体系已基本形成,各门课程所要求的实验内容已基本确定,但问题在于如何开展实验课,保障实验课的质量,改善实验效果。由于受实验场地、设备资源和时间的约束,实验已成为一个验证过程。我们的理念是提供一个实验平台和实验要求,让学生自己来设计实验,分析实验结果并提出改进方案,真正让学生自己动手做实验,使学生印象深刻。实验中出现的问题,让学生自己解决,不知不觉中培养了学生利用所学知识综合解决实际问题的能力。 鉴于现在的学生极少经历过社会实践的事实,在教学环节上加强实践教学环节。如金工实习、工厂参观、短期企业调查、专业实习等,使学生对企业有一个感性认识。这虽然加大了教学投入,但对于改善教学效果,起到了良好的促进作用。 5结论 实践已经证明,IE无论是在发达国家,还是在发展中国家都得到了蓬勃发展,在社会经济建设中发挥了重大作用,中国对IE专业人才的需求将大大超过供给。而且,社会对IE专业人才的需求是多方面、多层次的,各个学校在办学过程中,如能注意发挥各自的特色和优势,必将充分发挥IE专业潜能。良好的培养目标和教学计划的设计是成功的基础,但真正的成功还有待于社会实践的检验。 工业工程专业论文:应用型本科院校工业工程专业建设 摘要:应用型本科院校工业工程专业的建设,应注重人才培养与地方需求相结合。本文从西昌学院工业工程专业的师资建设、课程建设、实验室建设、实践教学等等方面入手,提出改善教学环境,改革教学模式,培养适应攀西地区企业发展需求的思路。 关键词:应用型本科高校;工业工程;教学改革;西昌学院 一应用型本科高校工业工程专业建设现状 现阶段,中国的高等教育大概可以分为三个层次。一是以科研理论研究为主的研究生教育,例如清华、北大等教育部直属的高等院校的研究生及重点本科教育;二是以培养适合企业需要的技术型人才为主兼具科研理论的本科教育,大多数的省属高校为这一层次。三是以职业教育为主科研理论为辅的专科教育。应用型本科高校毕业生既要求有专业技术及动手能力,又要具备向更高层次教育方向发展的理论基础。这种特殊的人才培养要求,一方面在于高校教育和地方企业要相结合,让毕业生能为当地经济发展出力。另一方面则是保证向第一层次院校持续的人才输送。 (一)工业工程专业的人才培养方向 从近年来工业工程专业毕业生就业状况来看,企业对工业工程专业毕业生最初的定位一般是单一型的技术人员、研究人员或管理人员。而在日后将是集技术、研究、管理于一身的高级复合型人才。这要求工业工程专业必须培养具有扎实的专业知识,具备一定的学习能力,动手能力强的人才。工业工程广泛应用于制造业,并着重于对系统的优化改进。较强的实践动手能力是发现问题,解决问题的基础,对于系统的优化改进是必不可少的条件。 (二)国内各大高校工业工程专业的课程设置情况 国内工业工程专业主要划分为两大发展方向,一是以机械工程为主干学科;二是以管理学为主干学科。两种不同的发展方向,对课程设置的侧重点有所差别。第一种人才培养方案的主干课程是系统工程、工程经济学等;第二种人才培养方案的主干课程是管理学、人因工程等;前者以技术类学科为主,培养的是生产过程中所需的技术型人才,后者则侧重培养管理方面的人才,在企业管理过程中发挥作用。 (三)工业工程专业毕业生就业状况 我国有200多所高等院校开设了工业工程专业。学生毕业后可在工业企业、金融银行、咨询服务或政府部门任职。就业可选择岗位包括工业工程师、软件工程师、项目经理等。从事系统规划设计、生产管理、现场管理等方面工作。调查显示工业工程专业已经呈高比例的快速发展趋势,相反其专业人才还较少。毕业生数量满足不了企业需求。有关调查显示工业工程专业毕业生超过70%从事制造业方面的工作,由于专业限制等诸多因素从事冶金业仅占20%左右,5%从事服务业,从事其他行业的人数远少于制造业、冶金业、服务业。由此可见,工业工程专业的毕业生非常受到制造企业的欢迎,市场需求很大。 二西昌学院工业工程专业建设现状 (一)专业师资力量薄弱 西昌学院地处攀西地区,经济发展比较缓慢,教学条件与沿海地区有很大差距。西昌学院专业教师引进困难,这是西昌学院师资力量薄弱的主要原因。西昌学院工业工程专业在师资方面主要依托管理学专业教师团队,同时也有经济学、工程学教师授课。缺乏工业工程的专业教师,这无疑严重制约了专业的建设发展。 (二)专业课程设置偏重文科 西昌学院工业工程专业属文理生兼收,标准学制4年。毕业授予管理学学士学位。专业主干课程包括管理学、运筹学、统计学、经济学、系统工程学、管理信息系统、基础工业工程、物流工程、人因工程、生产管理、标准化工程、质量管理工程。因此,工业工程专业管理类课程占比大,忽略了技术课程的开设。 (三)实践教学建设落后 西昌学院工业工程实践教学又三方面组成。一是实训课程方面:开设有基础工业工程实训、物流工程实训、生产系统管理实训、项目规划设计实训、企业综合管理实训五大实训模块。二是实验室建设:在校内建设了工业工程综合实训中心,包括基础工业工程实训室、人因工程实训室、质量管理与控制实验室。三是企业实践方面:在校外与省内外的企业建立了合作关系,成立了校外实训、实习、就业基地。其不足之处在于,实训项目缺乏创新,由于教学条件所限未完全落到实处。实验室建设刚刚起步。校外企业中适合工业工程专业进行教学的企业数量少。学生在实训过程中难以达到发现问题、解决问题的目的,学生通过这些训练还远达不到企业对人才要求。 三西昌学院工业工程专业的改进思路与方案 (一)改进目标 西昌学院工业工程专业应积极响应国家建设应用型本科高校的政策,以培养应用型人才为主要目标,改革自身,提高学生的就业竞争力。将本校工业工程专业的人才培养与攀西地区的企业需求相结合,明确人才培养的方向,做到与地方行业相融、相长、相促、相亲,形成共生共存的互利双赢的办学态势。并着重提高学生面向社会的适应性,按照“社会需要、市场(就业)导向、德育为先、能力本位全面发展”来引导人才定位,以专业岗位或岗位群的需要,在学习能力、实践能力、创新能力、交流能力和社会适应能力的指向上更加具体。在“本科学历学位+职业技能培养”的前提下,在“应用型”“地方性”“民族性”的政策方针下完善应用型人才培养方案。除了提高学生的就业竞争力以外,注重培养学生毕业再深造的意识,开阔学生的视野,让学生有更高的目标。为学生毕业后的发展方向提供多项选择。 (二)改进的依据 “应用型本科”是对新型的本科教育和新层次的高职教育相结合的教育模式的探索,培养适应社会经济发展需求的应用型本科专业人才。西昌学院作为向应用型高校转型的试点高校积极贯彻国家建设应用型本科院校的政策,重视实践教学、强化应用型人才培养。培养学生的实践能力和创新能力,提高学生社会职业素养和就业竞争力。 (三)改进内容 1.加强师资建设 强化师资力量是西昌学院工业工程专业改革的首要目标。具体方式有:(1)完善优惠政策,吸引高层次人才。充分利用我市引进高层次人才的优惠政策,大力吸引具有硕士研究生以上学历学位或高级职称的人员来我院任教。(2)创新方式方法,大力引进“双师”素质专业带头人和骨干教师。争取优惠政策,对于高学历、高职称的“双师”专业带头人和骨干教师,给予不占编制、不占岗位的引进政策,优先引进。对于企业行业一线技术骨干或能工巧匠,采用人事制的模式,实行合同聘用制。(3)重点面向社会,招考专业技术人才。继续面向企业、行业一线招考具有中级以上职称或技师以上资格的技术人才,壮大“双师”骨干教师队伍。深入重点高校,选拔招考优秀本科毕业生。(4)利用社会资源,聘用技能型兼职教师。不断加大投入,从与专业设置相关行业或企业的工程、技术、管理人员中,选聘既有丰富实践经验又有教学能力的专业技术人员兼课。(5)对原有教师队伍的专业素质进行提升。对技能型教师,要以业务理论进修为主进行培训。对于高学历教师,要以到企业实践锻炼为主进行培训。 2.课程调整及教学方法改革 结合应用型本科高校建设的初衷,学校应该适当增加专业技术培养的课程,让学生掌握一定的专业技能。同时改革课程结构,采取多种课程模式。在校内教学中改革教学内容与方法采用启发式、讨论式、讨论参与式、探讨式、科学研究式等教学方法提高学生独立思考、综合分析的能力,并更多地给学生以方法论、发散思维、多维思想等启迪。最新科研成果及前沿知识采用活页教材。尊重学生个性发展,开放设计性、创意型、虚拟现实型等实验。在当今社会互联网高速发展的前提下,有效利用网络资源,增加网络教学,寻找网络上的相关课程融入到本校工业工程的教学中去,利用其他高校的课程资源,弥补本校工业工程教学刚刚起步的不足。开展案例教学,将生活中企事业单位的生产、管理案例记录下来,带到课堂当中,在老师的引导下,让学生积极讨论研究,找出其中的优点与不足,培养学生自主获取知识的能力。与其他高校进行合作,共同培养人才,资源共享,做到资源利用最大化。多邀请社会上相关企事业人才、工业工程领域专家到学校举办讲座,使学生能够多方面接受知识。 3.实践教学 与校外专业相关的企业加强联系,建立合作关系,为学生提供更多的实训机会,让学生在周末,寒暑假等课余时间能够到企业中去参与工作。一方面可以让学生有效利用空余时间;另一方面可以提高学生的就业竞争力。加强实验室建设。工业工程的许多学科都是基于实验的研究。西昌学院的工业工程专业自从2013年首次进行招生,录取人数逐年上升,然而实验室建设却迟迟跟不上。2016年9月才建设了工业工程、质量工程、人因工程三个实验室,可供学生进行实际操作和实验,为毕业设计提供了硬件条件。但相比之下,西昌学院的实验室建设在同类院校中仍处于落后水平,学校应加大投入力度,重视工业工程专业的持续发展。 4.科研建设 科研成果是衡量一所大学办学质量的重要标准,学校的科研实力强大,能第一时间让学生掌握最先进的专业理念,了解到最先进的科研成果,而学生参与到科研当中可以培养学生的创新意识,增强学生的实践能力。学校应该让学生学习发明创造学等相关课程,鼓励学生积极参与课外科技创新活动,加强创新意识和创新思维素质的养成教育。成立工业工程专业科研兴趣小组,配备一名专业教师担任组长,让学生可以自由探讨、交流想法,教师及时给予参考意见收集学生的想法,好的创意鼓励进行实践探索。组织、参与相关科技创新比赛,调动学生的积极性,培养学生的兴趣。充分利用学校的科研项目,给学生机会参与到国家级、州级、校级科研项目中去,在指导老师的带领下完成科研项目。 作者:刘宇翔 岳良 单位:西昌学院 工业工程专业论文:CDIO理念下工业工程专业人才培养 摘要:本论文通过分析工业工程专业人才培养模式现状,将CDIO理念应用于工业工程专业人才培养模式的改革。根据本专业实际情况从CDIO理念的学习、培养方案的修订、项目驱动式教学模式改革、课程内容及教学方法改革,创新性实践教学开展等方面进行了改革与实践,从而实现培养具有创新精神的高素质应用型人才的目标。 关键词:CDIO;工业工程;培养模式改革;项目驱动式教学 CDIO代表构思(Conceive)、设计(Design)、实现(Implement)和运作(Operate),CDIO以完整的项目研发为载体,产品研发到产品运行的过程,学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习,完成专业知识、创新能力、职业能力的培养[1]。工业工程具有鲜明的工程属性,但工业工程又不同于一般的工程学科,它不仅要应用自然科学和工程技术,而且要应用社会科学及经济管理知识,是一门技术与管理相结合的交叉学科,特征是综合性[2]。工业工程师需要具备自然科学、工程技术、社会科学及经济管理知识的高级复合型人才[3]。我校工业工程专业在制定培养方案时一直遵循培养德、智、体、美全面发展,知识、能力、素质协调发展,适应社会建设和发展需要,具备坚实的机电工程技术基础,掌握现代工业管理基本理论和方法,具有一定的创新精神和较强的工业工程实践能力的复合性高级应用型人才。通过引入CDIO理念对工业工程专业人才培养模式探索式改革,达到培养具有工程创新能力、人文素质和职业道德标准的新型工程技术人才。 1工业工程专业人才培养模式现状分析及改革内容 1.1工业工程专业人才培养模式现状分析 从近年来需求单位招聘毕业生的要求和就业质量跟踪反馈的信息来看,企业需求的工业工程人才主要包括专业技能水平和能否融入团队两个方面。我校以培养特色鲜明的工业工程应用型人才为目标,强调学生实践能力和创新意识有机统一,同时学生的素质教育也逐渐被重视,在过去的人才培养模式上存在着以下问题: (1)实践教学体系缺乏先进性、实用性、创新性和有效性。各实践教学环节独立,多为具体的课程服务,实践教学环节系统性较差,没有形成体系,综合性、设计性和开放性实验比例不高,不利于学生的动手能力和创造力的培养。 (2)忽视了人文、素质教育,缺乏团队合作意识。注重专业知识的培养,在职业道德,团队合作,人格魅力等方面的人文素质教育未达到足够重视。 (3)人才培养与企业需求有差距。在知识结构上,还存在不尽合理的问题,课程内容知识更新慢,教学内容偏重经典理论传授缺乏学科前沿动态介绍,部分课程与实践脱离。 (4)教学方法单一,学生学习兴趣不足。缺乏教学方法的创新与改革,学生对课程学习兴趣不浓,课堂教学效果不理想,应开创一种新的教学模式,让学生在寓教于乐的氛围里主动参与学习。现有的教学环节很难使学生受到创新思维训练,学生只是完成实纲或计划中规定的内容,去学应知应会的知识,科研和各类科技竞赛相结合不够深入,这不利于提高学生的创新精神与实践能力,本专业中的拔尖人才培养受局限。 1.2基于CDIO理念的改革内容 基于CDIO模式的工业工程专业培养关注知识传授的系统性,强调通过项目类课程来培养学生的发现问题、分析问题和解决问题的综合创新能力、沟通与合作的能力[4]。根据我校实际情况主要从以下三方面进行人才培养模式的改革: (1)课程体系建设方面改革,形成以项目驱动为主导的课群。将基础课、专业基础课和专业课,并结合实验课程、生产实习、毕业实习和毕业设计等环节以课程群组的方式将整个课程体系有机整合。避免相关课程之间的重复,并综合相关课程知识点形成以项目驱动式的课群。 (2)教学内容及教学方法改革,基于CDIO理念对核心课程进行教学内容及教学方法改革,紧密结合专业最新发展趋势和工程实际应用需求现状及时更新和发展教学内容,教学方法方面实现以教师为主导、学生为主体的系统工程培养方式的教学方式。同时加强课外指导和辅导,鼓励学生参加丰富多彩的科技活动、参与实践创新的科研项目,培养其系统的项目设计实施能力及团队合作创新意识。 (3)创新实践教学改革,鼓励学生带着项目问题进行主动探究实践学习。重点开展创新实践教学,以CDIO创新项目为载体,教学指导,学生分组合作,共同参与完成项目从构思、设计、运行到实施方案及措施。 2基于CDIO理念人才培养模式改革与实践 2.1CDIO理念的学习和培养方案的修订 我校专业教师通过学习CDIO工程教育模式,明确其培养目标及相关标准,借鉴国内外高校CDIO教育模式经验,根据工业工程专业特征及我校工业工程特色,修订了2013培养方案,培养方案加强了实践教学环节的合理设置,突出了创新教育,培养方案的修订内容包括:(1)增加相关课程提升专业知识的集成综合应用能力,例如:增开《供应链管理》、《产品开发》、《精益生产》等课程。(2)在集中实践环节增加《工程训练》来提升学生的工程实践能力和创新能力。(3)由专业老师吸纳不同年级、不同层次学生开展《工程培养创新学习团队》课外课内CDIO理念下的实践学习。 2.2项目驱动式教学模式的改革 CDIO理念强调项目驱动下的一体化教学模式,结合工业工程专业属性及CDIO模式培养能力要求,确定了三个项目类别。 2.2.11级项目驱动式教学模式的改革1级项目要求能完整的贯穿于整个本科教学阶段,使学生系统地得到构思、设计、实现、运作的整体训练[2]。本专业1级项目除了通过工程训练、毕业实习、毕业设计等大四的课内实践环节外,还通过工程培养创新学习科研教学团队课内外开展CDIO理念下的项目式教学模型,专业老师吸纳不同年级、不同层次学生形成1级项目小组。1级包含本专业主要核心课程和能力要求的项目,本专业1级项目的工程训练/内容包括:(1)创新产品方案及设计;(2)节能或环境友好的产品构思与设计;(3)面向人因工程学的产品设计与制作;(4)机电产品的结构设计及性能分析;(5)电动、液压、气动部件成本分析与设计;(6)电气、PLC、微机控制系统开发与应用等内容 2.2.22级项目驱动式教学模式的改革2级项目以相关核心课程群和相关能力要求为基础,作为1级项目的支撑,2级项目即是对相关课程群的综合,也是对整个教学体系的补充,主要培养学生综合应用相关课程内容的能力[6]。本专业课程建设项目梳理课程,建立CDIO理念的二级项目驱动的课程体系,构思2级项目,建立分层次,重综合,切实际的2级项目驱动式课程群,二级项目主要包括(1)工程设计及工艺优化类;(2)成本与质量控制类;(3)计算机应用类;(4)生产与物流系统优化类。二级项目驱动下的教学模式通过教师开展课群的教学内容及方法改革,同时课程群的专业老师通过课内、外教学环节,进一步扩展、优化、整合3级项目内容,进行课群的综合性2级项目的设计和实现,并培育1级项目团队。 2.2.33级项目驱动式教学模式的开展3级项目是根据核心课程内容需要而设,加强课程知识的理解,加强能力的培养,3级项目主要通过课程设计、实习过程,采用不同方面的实践环节提升学生的实践能力,培养创新精神,本专业带有3级项目的实践环节主要包括:(1)提高机械工程基础能力方面的实践环节:机械设计基础课程设计、制造工艺与质量控制课程设计。(2)巩固专业课程的实践环节:物流工程课程设计、生产与运作管理课程设计、人因工程学课程设计。课内实践采用一人一题(项)的方式开展项目式教学模式,3级项目的类别包括:某产品的质量管理、某设备的可靠性分析、人机工程学设计、人机工程学应用、计算机辅助产品设计、某产品工艺优化、采用MRPⅡ/ERP软件编制物料需求计划、某车间设备布置设计、生产流水线质量管理系统的设计等3级项目,3级项目的开展为1、2级项目的实施打下基础。 2.3多元化的教学方法改革 CDIO理念的教学过程中应采用以教师为主导、学生为主体,基于项目、问题的探究式教学模式进行课堂教学及实践教学。本专业主要以2级项目驱动下的课程群教师为教学团队进行了教学方法的改革。在教学手段和方法上,将启发式、讨论式、生产实际案例式等多种教学方法运用于课堂教学和实验教学环节之中,充分调动学生积极性,引导学生自主学习,培育创新能力,请企业相关专家进行讲座等方式指导学生的课程学习及CDIO项目实施。在实践环节上,依托我校渔业生产工艺与装备工程实验实训平台,开展产学研一体化实践教学,深化校企合作模式,以教师科研项目、创新创业训练、工程培养创新学习团队等方式开展项目驱动式实践教育,培养学生创新实践,培养拔尖人才。 3结束语 本专业依据我国工程教育指导方针及CDIO理念进行了人才培养模式的改革,将CDIO理念应用于工业工程专业人才培养模式,贯穿于教学方法、创新实践教育开展、课程体系建设、师资队伍建设、团队建设,专业提升等方面。根据我专业实际情况从CDIO理念的学习、培养方案的修订、项目驱动式的教学模式改革、课程内容及教学方法改革,创新性实践教学开展等方面实现了CDIO理念的工业工程专业应用型人才培养模式的改革与实践。促进了学生深入掌握各门核心课程知识、并将知识融会贯通应用于工程实践领域,培养具有创新精神的高素质应用型人才的目标。 作者:潘澜澜 慕光宇 潘颖 薛冬娟 单位:大连海洋大学机械与动力工程学院 工业工程专业论文:工业工程专业实践能力提升策略 【摘要】本文以工业工程专业为例,探讨了民办本科高校应用转型过程中提升大学生专业实践能力的途径:加强“双师型”师资队伍建设;推进校企合作,顶岗实习;注重工业工程专业社团建设;考取见习工业工程师资格证书。通过这些途径拉近了校企间的距离,提高了学生的专业知识应用能力、团队合作意识,提升了双向就业能力。 【关键词】民办高校;工业工程专业;学生实践能力;提升途径;效果 我国高等教育已经由精英教育进入到大众教育阶段,随着高考人数的减少,高校的扩张规模基本稳定。民办高校经过近30年的高速发展,也由规模扩张期进入到内涵建设发展期。2014年2月26日,国务院召开常务会议提出了要“引导一批普通本科高校向应用技术型高校转型”。民办本科高校积极响应纷纷申请加入了向应用技术转型试点高校。民办高校的本科专业人才培养模式也进行了调整和完善,突显出应用技术型的特色,加强了专业实践能力的培养。工业工程专业从1993年开始在我国高校开始设置,经过20多年的发展,已经取得了辉煌的成绩,民办本科高校开设工业工程专业也在逐步发展壮大中。工业工程(IndustrialEngineering,简称IE)是对人员、物料、设备、能源和信息组成的集成系统进行设计、改善和设置的一门学科。它综合运用数学、物理学和社会科学方面的专门知识和技术,以及工程分析和设计的原理与方法,对该系统所取得的成果进行确定、预测和评价。[1] 一、专业实践能力提升途径 工业工程专业在我国高校经过20多年的发展已经形成了包括实验、课程设计、社会调查、各类实习、实训、毕业设计等实践教学环节。[2]这些实践教学环节为学生开展专业实习实践,增强动手能力提供了重要保障。笔者认为要进一步提升民办高校工业工程专业学生的实践能力在此基础上还应该做好以下四个方面。 1、强化“双师型”师资队伍建设 高水平的师资队伍对工业工程专业的建设和发展起着关键的作用。民办高校可以聘请既具有企业实践工作经验,又具有对工业工程专业理论研究的高素质人才担任大学生的实践指导教师,效果会事半功倍。学生在“双师型”老师的指导下,能将课本的理论知识灵活运用于实践实习中,活学活用,既加深了对专业知识的理解又能解决实际问题,突显了应用技术型师资队伍建设。 2、校企合作,顶岗实习 校企合作,产学研结合已经成为应用型高校发展的必由之路。当下,校企合作模式有校企股份合作模式、实训室进入企业模式、院校国有民营模式和产学研用一体模式等,[3]这些模式有效的整合了校企双方的资源,实现了合作共赢。大学生顶岗实习深入一线,可以将自己的专业知识应用到实际生产中,既能提高实践动手的能力,又能锻炼自己的意志品质和吃苦耐劳的精神。 3、工业工程专业社团建设 科技类专业社团建设在高校的团委社团中占据重要位置,工业工程专业社团组织成员洞察专业学科的前沿动态,关注专业领域发展的热点,通过团队研究讨论,可以发表工业工程专业相关领域论文,定期举办和组织学生参加专业知识讲座,承担着参加校内外科技竞赛活动角色。陕西省高校每年都举办工业工程创意改善竞赛,这给工业工程专业的学生提供了展示自我的平台,优秀作品也可以参加“挑战杯”等国家级大赛。通过专业社团的建设,使爱好科技科研的同学进一步加深对工业工程专业的理解,增强工业工程专业实践创新能力。 4、考取见习工业工程师资格证书 工业工程专业的资格认证有见习工业工程师、工业工程师和高级工业工程师资格认证。工业工程专业的在校大学生可以参加见习工业工程师的认证。该证书是企业选用人才的重要参考依据,也是申请工业工程师资格认证的有效文件之一。考试内容包含了基础工业工程、工效学、生产计划与控制、设施规划与物流分析、质量管理五个模块,包含了工业工程专业绝大部分专业课内容,这些课程都需要较强的实践能力。通过这样的认证环节,可以检验学生对专业的综合运用能力,也为就业打下坚实的基础。 二、专业实践能力提升的效果 1、提高了专业知识的应用能力 通过“双师型”老师的讲解,能使学生缩短对所学知识的理解应用时间,提高了学习效率,也提高了理论知识转化为生产力的能力,从而对知识掌握地更加牢固。 2、拉近了校企间的距离 通过顶岗实习,学生能深入了解企业生产的现状。在工作实践过程中,能够发现生产现场存在的问题,通过对问题的分析和思考,能运用所学的专业知识加以改善和解决,从而提高了解决问题的能力,这也为大学毕业后能够很快适应并投入到现实工作中奠定了基础。 3、提高了团队合作的意识 专业社团的建设过程增进了同学们之间的交流和沟通,大家可以共同探讨工业工程专业的相关问题,对共同关注的问题可以进行深入的研究,可以通过创新发明、申请专利或等形式提升专业知识水平。在组队参加竞赛活动中,需要队员之间的分工明确、协作配合,以取得优异的成绩。 4、提升了双向就业能力 学生在学习专业知识的同时,能考取专业相应的资格证书,不仅是对自己学习成绩的肯定,更是反应学生实践能力的提高,能够将所学知识转化为解决现实问题的能力。这也增加了学生就业能力的自身资本,在当今双向选择的就业环境中占据有利位置。 三、结语 民办高校已经发展到提高内涵建设的新阶段,向应用技术转型也已成为民办高校发展的方向。工业工程是一个实践性非常强的专业,需要学生具有创新意识和改善进取的精神。通过对以往工业工程专业学生实践能力的观察和了解,结合工业工程专业发展到的新阶段和民办学校大学生的特点,在原有实习实践的基础上,提出了拓宽学生专业实践的途径,从而使学生的专业学习与专业实践成为有机整体,以培养符合我国经济社会发展需要的应用技术型人才。 作者:王维荣 胡贵生 单位:西安思源学院商学院 工业工程专业论文:工业工程专业教学改革探讨 摘要:以社会需求为导向是高校教学发展的必然趋势,就工业工程专业发展的新形势,分析了教学中存在的问题,提出了以社会需求为导向的课程教学和实验实践教学改革策略以及建设教师团队的方法,并提出了实施3+X教学新模式。这对于高校工业工程专业课程教学效果和实验实践教学水平具有一定的提高作用以及很好的指导和借鉴意义。 关键词:工业工程;社会需求导向;教学改革;实践基地 在经济全球化的背景下,我国市场经济获得了迅猛发展,推动了我国制造业的持续发展,对工业工程人才的需求在数量和能力上提出了更高的要求[1,2]。因此,面对需求日益增加的人才缺口和毕业生毕业即失业的两难困境,中国各个高校在培训工业工程人才培养过程中应以社会需求为导向,加快工业工程教学改革,培养出拥有国际视野和创新创造能力的应用型以及高水平的人才走出这一困境,满足制造业发展的需求。目前,以社会需求为导向的教学模式与专业教学模式兼容性不好,有效实施的难度较大。近年来,我国高校招生规模迅速扩张,虽然相应的办学条件、教学模式、科研水平等也不断提高和完善,但是依然滞后于规模的扩张,实验实践教学水平滞后于相应技术的发展[3]。随着经济危机的突然爆发以及我国的产业调整和经济转型,在教学中对大学生的实践和创新能力提出了更为高层次的要求,导致高校专业人才培养不能满足社会的多样化需求,教学面临着严峻挑战[4]。另外,随着越来越多的毕业生进入市场,失业率迅速增长,再加上毕业生的综合应用能力较差,学生也无法在毕业后立即应聘到合适工作。传统的教学培养模式越来越难以解决这个矛盾,取而代之的要克服自身教学的不足,以满足社会需求为导向,转化“重理论、轻实践”的传统培养模式,改革专业实验实践教学模式,发展以“重能力、重应用”为核心的新培养模式。本文以上海理工大学的工业工程专业培养为例,以社会需求为导向提出了专业能力培养与实践基地应用相结合的改革方法,并且提出了实施3+X教学的改革思路。 一、工业工程专业教学存在的不足 1.大多数教师承担很重的理论教学,忽视了课程间的联系。工业工程专业知识体系往往较综合、交叉性强,不同的专业课程联系很紧密,像人因、设施规划、生产计划等课程彼此交叉[5,6]。但实际教学中,教师忽略了课程间的交叉性,忽视了课程综合理解在专业知识体系中的作用,使学生对专业知识的理解停留在表面,并且实际知识应用能力就会较差,综合能力得不到有效的全面提高。 2.实验教学体系的系统性和综合性不强。很多专业知识点在一些课程实验中重复出现,对于重复出现的专业知识点,在进行实验教学过程中都浅尝辄止,这种分流的实验教学模式不具有系统性,不利于学生形成完整的知识体系。另外,传统的实验教学模式都是对单课程专业知识点的应用,虽然通过实验,学生了解和掌握了单课程知识点的应用,缺乏对不同知识点的综合协调应用,无法利用实验提高学生解决问题的能力。 3.实践教学条件落后,实践教学模式单一,缺乏实践强的团队。实践教学资源的建设落后,无法满足教师在实践教学上的需求,对学生的专业和综合实践缺乏有效平台,难以提高学生的知识应用能力。传统的教学模式“生产实习—课程设计—毕业设计”基本都在校内完成的,没有根据社会需求融入到企业中去,与社会实际需求相脱节。另外,大部分教师都是从学校毕业后直接从事教学工作,缺乏实践的专门训练,难以建设实践教学较强的教师团队。 二、以社会需求导向的课程和实验实践教学改革的构想 以社会需求为导向的教学关于创新性、应用性、综合性的特点,要求教学过程由独立、分散、封闭的架构体系转向交叉、集中、开放的综合化体系。由注重课堂教学转向更多地关注实验实践教学[7]。在工业工程专业教学实验实践中,可以从以下几个方面进行改进: 1.建立课程教学与实验教学的横纵向联系。以专业课程为主线,改革课程设置,分析现有专业课程中相同的实验内容,是不是存在重复,但是又不重要的内容,针对这些问题,重新确定课程教学内容和实验教学的安排,建立课程教学与实验教学的横向联系。同时,实验教学都是相互之间有联系的,比如人因、立体仓库、设施规划、物流、生产线等,在时间上都有前后承接关系,在实验过程中,学生逐步加深对专业知识的领悟和应用,学生可以更好地掌握整个实验体系,这种课程教学与实验教学的纵向安排,使学生更易掌握工业工程专业知识和技能,为实践服务。 2.以社会需求为导向,改善实践教学条件,搭建实践平台和实践基地。通过与校友企业进行融合,建立专业学生的实践基地。积极拓展产学研合作,搭建实践平台,比如联合实验室、模拟车间、创新研发中心等,从根本上改善实践教学环节,达到与企业资源共建、互利共赢的目的。上海理工大学管理学院与上海庞源机械租赁股份有限公司共建工业工程专业实践基地,采取学生轮岗实践的方式,目前已经输送完第一批学生,取得了一定的效果,充分调动了学生的积极性,收获颇大。 3.建立实验实践教学团队。要实现以社会需求为导向的教学改革,需要建设实验实践能力较强的教学团队,培养双师型教学团队,一方面联合校企建立教师实验实践基地,联合培养青年教师;另一方面,进行青年教师的教学能力和实验实践能力双向发展,派送青年教师到企业进行锻炼,同时邀请具有丰富实践经验的企业界优秀人才对学生进行指导。通过双向培养,建立一支教学和实验实践能力较强的综合教师队伍,确保高质量的课程教学和实验实践教学的实现。 三、实施3+X教学模式 对于新的教学模式,采用3+X模式,即教学模式、实验模式、实践模式、教学反思模式,消除传统的单个模式孤军作战状态,进行3+X融合教学。首先,通过与国际进行交流合作,吸收和借鉴各国在教学方面的成功经验,引进优秀的教学模式,另外,加强与国内各高校同专业教师们的交流,提高工业工程专业的教学水平。其次,工业工程专业是课程教学与实验实践教学相结合的专业,教学实验是在实践中有效地创新和应用专业知识的前提,建立以创新能力培养为主导的实验教学,建设层次实验:基础知识验证性实验教学、综合类实验教学、自主创新实验教学,通过三个层次的实验培养,提高学生的综合能力。再次,培育企业实践基地,搭建学生能力培养的校外平台,根据工业工程专业培养目标,逐步完善与企业的实践基地建设,规范和完善基地的管理和评估。聘请企业优秀人才作为学生的兼职教师,配合专职教师的实践教学,让学生更好地了解社会实际情况,与课程和实验结合紧密结合,提高教学效果。最后,对课程教学、实验和实践教学的事后反思,借助行动研究不断探究与解决自身教学方面的问题,将“学会教学”与“学会学习”统一起来,努力提升教学实践合理性,使自己成为综合型教师的过程。实施3+X模式,提高工业工程专业教学和实验实践水平。 四、结束语 以社会需求为导向,对工业工程专业课程教学和实验实践教学及其策略进行改革。本文结合目前各高校工业工程专业课程和实验实践教学的现状,在专业培养方案和社会需求的基础上,对专业能力培养进行了再设计,对建设实践基地的必要性进行了肯定,并且对教学手段和方法进行了改革。根据工业工程专业的实际需求,改进教学形式,更新和完善教学内容,加强重视教师团队建设,从事相关的实践工作,增强实践经验。另外,还提出了3+X教学模式,课程教学是积累学生的专业知识,实验教学激发学生的学习兴趣,实践教学提高学生的创新性和应用能力,真正起到了课程促进实验,实验促进实践的作用,培养出社会需要的工业工程专业人才。 作者:刘勤明 吕文元 单位:上海理工大学 工业工程专业论文:高校工业工程专业实验教学 一、工业工程专业背景及意义 工业工程(IndustryEngineering,IE)于20世纪初产生于美国,是一门以提高质量和效率、降低成本为目标的集多种工程技术和管理于一体的交叉性学科,其对西方发达国家的工业化及韩国、新加坡等的经济腾飞起着非常重要的作用。我国从20世纪80年代正式开始应用工业工程,经过二十多年的发展,工业工程的应用领域已由最初的传统制造业扩展到服务业、金融业、运输业等多个行业;工业工程的应用内容也由传统的工作研究、设施规划与物流分析,延伸到与信息技术、业务流程再造等紧密结合的现代制造系统等各个领域。近年来,工业工程学科发展十分迅猛,开设工业工程专业的高校数量直线上升,同时教育部也不断出台新的政策,对工业工程的学科建设、办学思想、办学水平等进行规范和评估。工业工程是一门实践性很强的学科,必须通过实验、深入现场,才能真正掌握这门学科的知识。在新形势下,为了适应高校教学改革的要求,须对高校工业工程综合实验进行改革。 二、工业工程专业相关课程介绍 高校工业工程综合实验包含工业工程专业多门专业基础课程和专业课程,是各知识点的综合。其相关课程有“:基础工业工程”“人因工程“”生产计划与控制“”设施规划与物流分析”等。通过对影响企业生产效益的各种因素的研究,包括人因研究、生产线布置及产品制造、生产计划与控制等环节的实验研究和分析,围绕降低成本、提高企业生产效益,提出相应的实施计划和方案。 三、工业工程综合实验教学改革的原则与方向 工业工程实验教学改革应遵循的原则有: (1)循序渐进的原则。工业工程综合实验教学最大的特点是强调实验过程的系统性,应遵循循序渐进的原则。 (2)理论联系实际原则。实验教学应以学生所学知识为指导,整合、序化教学内容。 (3)可操作性原则。实验内容既要考虑学生的知识背景和能力状况,又要考虑在一定时期内实验内容实现的可能性,确保实施的可行性与可操作性。工业工程综合实验教学改革思路: (1)引入“启发引导式”实验教学模式。采用“启发式”实验教学,让学生由被动学习改为主动学习。 (2)增加综合实验内容。以往都是对理论内容的验证进行实验,内容虽然有序,但每次内容比较单一,有些同学老是靠本组同学帮助完成,缺乏学习主动性。增加工业工程综合实验内容,则既能提高学生的实践能力,又能培养其学习主动性。 四、工业工程专业综合实验的任务、教学方法及学时分配 实验课程的任务是培养学生分析问题、应用知识以及动手操作的能力。主要方法是在IE两个专业实验室及计算机房等实验场所进行实际操作和训练,教师在现场加以指导。时间为两周,分人因研究综合实验、流程分析研究综合实验和生产计划编制综合实验三个训练模块。 五、工业工程专业综合实验项目与内容提要 (1)人因研究综合实验。主要仪器和设备:JGW-B心理实验台4台,跑步机两台,功能自行车,噪声频谱分析仪两台,计时器若干只,照度计、亮度计各两台。通过声简单反应时实验等实验项目,获取相应的实验数据,了解人的听觉、视觉、触觉、识记等各个方面的能力差异及对工作效率的影响。上述实验,分别在被测试者处于安静状态和运动后状态(在跑步机上以中等速度跑10分钟后)两种情况下进行,通过对实验数据的比较,分析疲劳对工作效率的影响程度。实验的基本操作是:逐个检测被测试者对光、声的反应及注意力、动作稳定性等能力,获取相应的实验数据;正确使用仪器进行实验数据的测试;分析人的听觉、视觉、触觉、识记等各个方面的能力差异及对工作效率的影响。 (2)流程分析研究综合实验。主要仪器和设备:小型流水线设备一台、监控系统一套、电视机两台、计时器若干只。通过小台钻的装配工艺流程分析实验,进一步熟悉和掌握人机操作、双手操作、工时评价、测时研究、动作研究等实验手段在生产实际中的应用。主要完成确定流水线节拍、进行流水线的平衡、确定工作地数、配备工人及设计流水线的平面布置等工作任务。实验的基本操作是:逐个进行人机操作、双手操作、小台钻装配等实验,获取相应的实验数据;正确使用仪器进行实验数据的测试;分析流水线节拍、进行流水线的平衡、确定工作地数、配备工人及设计流水线的平面布置等。 (3)生产计划编制综合实验。主要仪器和设备:ERP软件一套(网络版)。通过生产计划及物流分析实验,对小台钻的生产进行规划设计,完成小台钻装配流水生产标准计划的编制、生产作业控制设计、核算单件生产方式下的成本和大量生产方式下的成本等设计任务。实验的基本操作是:正确使用ERP教学软件,进行相应实验数据的录入和归档;制作各种表单;小台钻装配流水生产标准计划的编制、生产作业控制设计、核算单件生产方式下的成本和大量生产方式下的成本。 六、结束语 通过对工业工程综合实验的深入研究,提出了详细的实验项目、内容及要求,为工业工程教学和培训提供了一个良好的基础。这样,既开阔了学生视野,又大大提高学生的实际能力,使学生更好地掌握工业工程的专业知识。 作者:周峰 单位:盐城工学院机械优集学院 工业工程专业论文:工业工程专业双语教学研究 伴随我国改革开放程度的不断加深、范围的持续扩大,国家对大量具有对外交流能力的专业人才需求不断增大。双语课程教学适应了教育国际化发展的需求,能够培养出具有国际合作意识、交流与竞争能力的人才[1]。工业工程的产生和发展是以现代工业化生产为背景,它在发达国家已得到广泛应用,在我国虽然已有20多年的历史,但仍处于建设时期,仍需要向发达国家学习交流。好在可以借鉴国外先进的教学理念,可以利用他们丰富的教学资源,因此,在该专业开展双语教学有助于培养学生的国际视野,增强竞争意识,为进一步培养具有国际竞争力的高质量专业型人才夯实基础。同时,在学生未来成长过程中,离不开用外语进行专业交流[2]。当前国内许多院校工业工程专业开展的双语教学都有着不同程度的随意性和盲目性,质量和数量都不能匹配社会发展对该专业的要求,在教学内容、模式、方法、组织和评价体系等多个方面有待进一步的规范和理论上的完善。作为工业工程专业的核心入门课程,《工业工程导论》的基础性、综合性和实践性较强,对其采用双语教学有着得天独厚的优势,但在教材选择、双语教学模式、教学考核等方面还缺乏实践经验和系统的理论研究,对于怎样有效地发挥双语教学的作用还需要进一步探讨和检验。本人曾在国外学习,能熟练使用英语进行交流,于2010—2011学年在我校率先开展了《工业工程导论》的双语教学工作。为提高课程的教学质量,现将在教学实践中的研究和方向呈现为论文,以期为同类院校开展相关双语教学提供借鉴。现报道如下: 1《工业工程导论》课程的性质与特点 《工业工程导论》是工业工程专业的基础课程。工业工程是一种将人、设备、物料、环境和信息等生产要素进行优化配置,并对工业等生产过程进行系统规划设计、评价创新,进而提高工业生产率和社会经济效益的专门化综合技术,内容日益广泛。它既带有鲜明的工程属性,又有着显著的管理特征,是一门工程技术与组织管理等有机结合的交叉学科。通过学习《工业工程导论》课程可以使学生了解与认识工业工程的基本内容、特点和方法,从而为后继专业课程的学习与实践打下良好基础。《工业工程导论》涉及的内容宽泛,以我们所使用的教材为例,包括如下三个部分的内容。第一部分是工业工程历史、定义和地位,具体有工程和工程教育的历史概述、工业与系统工程、工业与系统工程职能的组织和管理;第二部分是工业工程的职责范围,具体有生产工程、厂址选择、工厂布置、工作测定和设计、财务补偿、作业计划与控制、质量管理、财务管理和工程经济、人事管理、管理系统设计、物料搬运、分配和路程安排;第三部分是运筹学和大规模系统分析的影响,具体有运筹学、确定性的数学规划、工程项目管理、概率模型、系统概念。所以内容宽泛,跨度大,就我校教学计划中规定的32学时来看,只能是选择性的重点讲授上述内容的1/3左右。《工业工程导论》部门内容相对有难度,特别是与工程紧密相关的部分,如:制造工程里面的各种加工方式、流程等相对专业的内容,对于管理类的学生来说有难度。因为低年级的学生只是在认识实习时对制造企业有个初步了解,而认识实习只是走马观花,难以取得更为深刻的理解。另一方面,对于工科院校的学生来说,财务管理、成本控制和质量管理方面的课程显得偏难。再者,运筹学、概率模型等又需要有较好的数学功底。 2《工业工程导论》双语教学的组织与实施 我校在制定本专业培养方案时,选择《工业工程导论》进行双语教学的原因如下:首先,工业工程导论部分内容虽然涉及面广,但难度相对较低。其次,工业工程导论是整个工业工程专业的知识基础,进行双语教学可以使学生在专业知识和外语能力两方面打下坚实的基础。最后,工业工程与承担教学任务的教师专业方向一致,因此,在教学过程中,教师可以对于专业外语更为娴熟,在期望使学生切实掌握课程基本内容的同时,也可通过对外语的大量运用,进一步锻炼和提高自身的英语听说读写的能力。下面从三个方面具体分析该门课程双语教学的组织与实施。 2.1英文教材的筛选 选用什么样的教材,首选要考虑学生的接受能力。因为,作为双语教学知识的吸取方,学生的外语水平和学习思考的积极性对双语教学的效果有着关键的作用。工业工程专业近年来成为工科院校的热门专业,该专业学生的高考英语成绩总体较好。但中学阶段的哑巴英语教学模式导致学生口语和听力偏差。同时,专业词汇贫乏是导致原版教材无法直接使用。另外,学生在课堂上的学习需经过语言和语思维的双重转化。考虑到双语教学的特殊性,教材既要注重专业知识的传授,又要兼顾对学生外语能力的提高[3,4]。因此,生源好、学生基础扎实的院校,应尽量采用原版教材。原版教材语言地道、信息量大、可读性强、内容详实,能够提供该领域前沿专业知识。在选用原版教材的过程中,还应注意英文的难度,语言过难会导致学生的厌烦,进而对专业知识的理解和掌握产生不良影响。需要注意的是,原版教材并非完美无缺,有些内容本该简单精炼,却过于详细,书本过厚,价格过高。因此本人在国外将原版教材《工业与系统工程概论(第3版)》,进行了部分影印编册后发给学生作为教材使用。 2.2教学方法的改进 鉴于《工业工程导论》课程涉及的概念、定义、公式、术语、专有名词的数量较多,并且这些术语不仅仅来自管理科学领域,也来自工程技术领域及计算机技术领域,使用英语讲授对教师和学生都要求很高。教学过程中信息量大,学生在掌握课程的众多知识点之外,还需要记忆大量的专业词汇,并采用英语来进行理解和思维。为保证课堂45分钟的教学质量,课前预习成为必须的过程。在每节课结束前的5~10分钟,在布置该节内容的课后作业的同时,还须安排学生对下一节内容进行课前预习。双语课程的教学不是单纯的英语教学,不能像大学英语授课那样,把对单词、句子和段落的阅读和理解作为重点。只用英语解释会让学生费解,教师还需要用中文讲解,即采用穿插式的教学模式。在课外,学生更需要主动学习,到图书馆或网络,包括一些专业论坛来查阅相关资料,及时温习并整理已学知识。对于生源一般的普通院校各专业,由于课程的专业性和理论性,采用英文教材+中文讲授的模式更与实际情况相符。经过4年的摸索,研究者已从最初采用的全英文教授转变为目前的混合型,并且结合图文并茂的多媒体课件替代课堂板书,丰富了教学内容。如此一来,学生在听教师英文授课的同时,可与授课老师用英语进行课堂专业知识的互动讨论。授课过程中的重点与难点主要用汉语讲授,再让学生精读教材后与老师交流讨论,以真正受益。通过这种模式,优化了传统的教学方法,尝试借鉴MBA教学中的“案例讨论式”教学活动,挖掘学生的主观能动性和参与性,发挥多种教学活动及教学方法的优势,真正提升双语教学效果。 2.3多元的考核制度 在双语教学实施过程中,一个科学合理的考核制度不仅对整个教学的成败起着决定性作用,同时也是调动教师和学生积极性的重要机制[5]。或者说,科学合理的考核制度一方面是可以检验教学效果。另一方面反映了双语教学的教学目标和重点、难点,可以督促学习和引导教学过程。首先,从教师的角度来说,专业素质和外语素质是双语课程教师的基本素质要求。为同时满足大纲和与实际相接的要求,教师要收集和整理很多针对当下中国国情的资料,以充实教学内容,因此其隐性和显性的工作量和难度要比普通教师高很多。此外,由于学生外语能力和专业素质存在差异,采用双语教学往往会对课堂上的师生互动产生影响。一些外语基础弱的学生会产生厌恶情绪,教师可能会在课堂上面临更多的难题。为此,需要学校管理者在政策上鼓励教师深化研究、大胆实践,完善教师的奖惩制度,对其超额付出给予认可。其次,从学生的角度来讲,双语课程的考核应同时关注教学过程和最终考试结果,使二者实现统一。建议教师采用多样化的考核方式,灵活运用笔试、开卷、闭卷、半开卷等方法。并可将教学过程中学生在课堂上的发言及讨论的次数和质量作为评价内容,鼓励学生阅读英文文献、撰写外文报告,学期末考核可将口头考试与书面考试结合。书面考试可中英文结合,建议多考主观题,让学生自主思考,有更大的答题自由度,以锻炼学生的独立分析与解决问题的能力。最后,从管理的角度来讲,双语教学的监督机制也需要建立完善,并纳入日常的教学管理议程,从制度层面对双语教学实行管控,制订详细可行的评估细则,对教学大纲、教材的选用、教案、教学进度表、教师准入条件、课堂教学检查、试卷、学生意见反馈等进行规范化管理,做到有案可查,有章可循。 3《工业工程导论》双语教学效果 经过连续4届的讲授,从10级学生的反感厌恶,到11级学生的新鲜有趣,到13、14级级学生的适应融合。连续4届的统计数据来看,《工业工程导论》双语课程较好地完成了专业基础课的教学任务,并培养了学生的外语兴趣和专业外语水平。从学校近3年的大学英语四六级考试的统计结果来看,工业工程专业的国家英语等级考试通过率和优秀率大幅度提高。从学校教务管理系统“学生评教”模块的统计来看:68%的学生反映经过一学期的双语学习,自身的思维和英语水平有显著的进步,学习兴趣大大提高;12%的学生反映课程讲授的速度太快,信息量过多,导致学生的印象模糊,为此,需要教师精心备课的同时提高学生的参与性。由于学生英语水平差距较大(以12级学生为例,58名同学中,8人通过六级考试,24人通过四级,还有26人未通过四级考试),学生接受能力差异很大。学生在学量专业知识的同时,大量阅读、理解英语必然难度增大,因此,需要根据学生英语基础的不同,因材施教,进行分类教学。 4双语课程教学的建议 双语教学中课程选择与学期设置方面。双语教学的课程设置需要根据专业培养方案的整体性要求,专业基础课程由于相对浅显,且有后续更为深入的专业课程来精讲,是开设双语教学的最佳选择。从授课学期的角度来说,在二年级或三年级上学期开设专业基础双语教学应该是比较理想的选择,此时,学生对专业有一定初步了解,并且在英语阅读和理解方面有所积累。关于汉语和外语之间比重的把握方面的建议。目前双语教学方模式包括如下三类:全外(授课英文,教材英文),混合(授课英汉结合,教材英文)和半外型(授课中文,教材英文)。研究者以为,对普通工科院校各专业而言,因为专业课程的系统性和理论性,采用混合和半外式更为合适。对于文科类专业、且生源质量高的学校,可以尝试全外型。在本人的教学中,学期初期更多的采取半外型,学期中后期则采取混合型,因为本校学生的质量层次偏弱,需要循序渐进的适应过程。需要说明的是,双语课程教学在该校以及国内同级别工科高校仅是起步阶段,许多工作尚在探索中,为使课程质量得到保证,需要教师对教学方法进行认真研究,全面设计与规划双语教学的难度、深度和方法,认真备写教案,准备模型及原版参考资料,使双语教学有目的、有计划地实施。相信在师生共同能力下,双语教学一定可以达到预期目的和要求。 作者:徐宣国 李悦 单位:江苏科技大学经济管理学院 江苏科技大学马克思主义学院 工业工程专业论文:工业工程专业实习方式浅析 一、引言 工业工程生产实习是该专业一个重要的实践教学环节,其目的在于理论联系实际,使学生对所学专业及课程有更深入的认识,提高学生的工程意识和分析解决问题的实际操作能力,目前由于社会经济环境和体制的变化以及其他各种因素的影响,工业工程生产实习工作已出现不少新的问题和矛盾,如何搞好生产实习提高人才质量以适应市场经济的需要是一个急待解决的问题。 二、传统生产实习模式面临的困境 (一)企业接受高校学生实习的意愿降低,导致难以建立充足、稳定的实习基地 近年来,随着市场经济以及人们思想观念的变化,很多企业越来越不愿意接受学生实习。主要原因是:(1)学生到企业实习,由于理论知识不够、实践经验缺乏,很难直接给企业创造利润,相反会给企业正常生产带来不便。(2)一些技术和管理方法先进的企业由于担心企业核心技术泄密而不愿意接待。(3)高校实习经费紧张,付给企业的实习费过低,导致企业不愿接待。 (二)传统实习方式效果较差 我校工业工程专业实习有两种:一种是制造工艺生产实习2周,该实习目的和要求是:学生到汽车制造企业去了解一些典型汽车零部件如:发动机曲轴、缸体、连杆等零件的制造方法、加工工艺以及企业现场的各种装备、刀具、辅具。另一种是工业工程专业实习2周,该实习目的和要求是:学生到企业现场利用所学IE方法和技术对生产线、生产工艺及生产现场进行改善。上述两种实习分别在大三和大四进行。 1.传统制造工艺实习方式与不足。 目前传统的制造工艺实习方式基本上是:学生在教师的带领下来到某一实习企业下属某个车间,由实习企业的工程师简单讲授一下这个车间生产的概况、生产零件的工艺后,就开始带领学生参观生产线和设备。这样的实习效果一般相对较差。原因:(1)一般车间噪音较大,厂方工程师在车间生产线边讲授工艺时,只有在他周边少数人能听到,大部分人听不清。(2)参观时间较短,由于到实习企业参观实习的车间很多,一般半天就要参观实习完一个车间(很多车间实际参观时间在2个小时内),在如此短的时间内,学生要熟悉实习企业的生产工艺、设备、管理方式相当困难。 2.传统工业工程专业实习方式和不足。 我校传统工业工程专业实习方式和制造工艺实习方式类似,也是带队教师带领学生到企业现场,然后在企业工程师讲解完企业概况、生产线和生产工艺后,由学生在企业现场利用所学IE方法和技术对生产线、生产工艺及生产现场进行改善。一般也是半天实习完一个车间,由于时间短,要在如此短的时间内达到实习目的和要求也是非常困难的,因此造成实习效果较差。 三、传统生产实习模式的改革与实践 (一)首先加强实习基地建设 选择好合适的实习企业是搞好实习的前提。近几年我校通过和东风汽车公司进行产学研合作并利用十堰是中国汽车城,十堰市及周边地区有众多的汽车零部件制造企业的区域特点,以及这些企业有我校众多毕业生,且很多都走向中层以上领导岗位,通过充分利用这些资源,我系工业工程专业已经建立了几十个稳定的实习基地。如东风公司发动机厂、东风公司变速箱厂、湖北三环公司等大中型企业。另外为了扩大实习基地,引入生产技术水平和管理水平更先进的企业作为我们的实习基地,我们还实施走出去发展方式,如:经过两年学院、系和实习教师的联系、沟通,通过产学研双赢模式,我系每年派出高职称、高学历青年教师下厂锻炼,同时到企业为其做课题,为企业解决实际问题,而企业为我们的学生提供实习场所。利用这种模式我系工业工程专业在襄樊也建立了5~6个稳固的实习基地,如日产乘用车公司、襄樊变速箱公司。这些企业技术和管理水平先进,学生在这些合资企业实习时积极性很高。 (二)实习方式的改革和实践 1.制造工艺实习方式的改革和实践。 (1)合理安排实习过程和内容。 传统的实习方式,把实习内容和要达到的要求完全寄托于在企业现场由企业工程师、指导教师和学生来解决,由于学生人数多,环境差,时间少,这种指导思想是不可行的。为了提高实习效果,我们改变了传统做法,把一部分实习内容放在校内解决,如在下厂之前,在校内安排一天到二天的实习讲课,在教室里通过多媒体进行教学,结合实习的内容。详细介绍与实习现场有关的理论知识,着重介绍实习企业现场可以看到的各种生产线,各种机床、装备和各种典型零部件加工工艺和关键工序,并配以图片和相关视频,使学生在实习前就对所要实习的内容和现场有一个大概了解,配以多媒体教学详细介绍该车间凸轮轴加工工艺流程和特点、每道关键工序和加工方法,如该工序中最后工序用到砂带抛光加工工艺技术,该工序是学生实习时的兴趣点也是难点,教师可结合图片和视频介绍。这种方式一方面增强了学生实习的积极性;另一方面可以充分利用下厂实习时间,提高实习效率,使学生在企业中的实习收到事半功倍的效果。 (2)建立合理的生产实习考核内容评价体系。 采用多种方式来评定学生实习成绩,我院工业工程专业学生生产实习的考核内容有四部分:考勤、实习日志、实习报告和实习答辩,其中实习报告占总成绩50%,答辩成绩占30%,实习日志占20%,考勤为扣分制,缺勤一次扣5分。缺勤时间占总实习时间30%以上时,实习成绩不及格。实习答辩以5人一组进行,答辩时,实习教师提出一些实习现场的工艺问题,学生进行解答,根据回答的准确性进行评分。另外为了保证实习质量,加强实习过程管理也很重要,如,在实习期间经常抽查学生的实习日子,实习日子记录了学生每天实习学习内容。这样可以督促学生在实习时认真观察记录,防止日后实习报告相互抄袭。 2.工业工程专业实习方式的改革和实践。 我院工业工程专业生产实习是该专业一个重要的实践性环节,共两周,该实习的主要内容是:学生到汽车企业生产现场,把所学工业工程的方法和技术在企业现场进行实际应用。但该实习环节在进行时存在以下问题:①企业提供的实习时间较少,一般只是参观性质的。②受企业产量制约,没产量不生产时,该实习难以进行。针对传统实习方式存在的不足,我们对现行的专业实习方式也进行了改革。即,采用上机虚拟实践+企业现场再实践的模式进行。具体如下:上机虚拟实践,事先对学生要参观实习企业的相关生产线每个工位进行摄像,然后利用购买的工业工程体验式应用平台(ISE系统),在此平台上学生利用所学工业工程知识对该生产线完整视频资料进行工业工程方法和技术分析,即进行虚拟实践,并且得到各种分析结果和报表。如:在利用ISE平台分析一套完整的生产线视频资料基础上,学生可制作该生产线上各工序的SOP(标准作业指导书),制定产线各工序的标准工时和产线工时、制定各工序的标准作业方法并得到《工序标准作业组合表》,制定生产线的《标准工时与人力排布表》、《产线标准作业组合表》,得到产线现状的《平衡率山积表》,对产线进行虚拟改善得到改善后的产线《平衡率山积表》和《作业改善报告》等。由于这些分析手法和得到的相关分析报表与企业实际所用完全一样,经过“实际案例,虚拟实践”后,学生的实践能力极大地提高。在这个基础上学生再到企业现场实习,在企业现场对工业工程方法和技术再实践,再应用。这当中上机虚拟实践和下厂实习可以相互穿插。采用这种实习模式,实习时间利用率提高,效果提高,学生不再走马观花,学生对实习满意度也提高。 (三)加强实习指导教师队伍建设,保证教学质量 工业工程专业的综合性和实践性对实习指导教师综合素质提出了更高的要求。指导教师需要具有扎实的专业知识以及相应的实践经验,才能较好地传授专业知识,解答学生提出的各种理论和实际问题。针对此种情况,我们在选派实习指导教师时有严格要求,对没有带过生产实习的教师必须进行必要的岗前培训,尽量选派有高学历或高职称的教师进行带队指导,另外每年选派没有工业工程实践经验的青年教师到企业锻炼,提高青年教师的实践能力。 四、结语 工业工程生产实习是我校该专业一个重要的实践教学环节,我们通过多年的改革探索逐步形成了以东风汽车公司为长期稳定的生产实习基地,加强生产实习师资队伍的建设,充分利用校外和校内两种资源,改革实习方法,加强实习制度建设,调动学生学习的主观能动性,经过几届学生实习实践表明,这些方法和措施提高了生产实习质量,取得了较好的实习效果,对传统生产实习工作出现的一些问题和矛盾的解决,有一定的借鉴意义。 作者:李峰 单位:湖北汽车工业学院机械工程学院 工业工程专业论文:工业工程专业课程教学探究 一、课程教学体系结构 生产系统建模与仿真课程的教学体系结构分为三大部分:理论教学、实验教学、实践环节。 (一)理论教学 理论教学是生产系统建模与仿真这门课的基础。我校该课程的理论教学为40学时,理论教学部分的内容包括以下九大部分: 1.概述。主要介绍有关系统仿真的基本概念、系统仿真的分类、离散事件系统仿真的基本概念,如仿真钟、时间、活动、进程等。 2.仿真输入数据的收集与分析。主要介绍系统仿真输入数据的收集方法、分布的识别、参数估计方法、拟合度的检验等。 3.伪随机数的产生及其统计检验。主要介绍伪随机数及其产生方法、伪随机数的统计检验(包括均匀性检验、独立性检验、数字特征检验等)。 4.随机变量与随机过程的仿真。包括离散型随机变量的仿真方法、连续型随机变量的仿真方法并介绍随机过程中关于泊松过程的仿真。 5.离散事件系统的建模方法。包括实体流图法及其应用举例、活动周期法及其应用举例以及Petri网建模方法。 6.离散事件系统的计算机仿真策略。主要介绍事件调度法、活动扫描法、进程交互法以及三种仿真策略的比较。7.排队系统的计算机仿真。介绍排队系统的基本概念、分类、排队系统仿真举例。 8.库存系统的计算机仿真。介绍库存系统的基本概念及库存系统仿真举例。 9.仿真结果分析。主要介绍终态仿真、稳态仿真的基本概念,终态仿真的结果分析,稳态仿真的结果分析,多个系统性能的比较分析以及方差缩减技术等。但理论部分涉及的概率论与数理统计的内容较多,如何将枯燥的仿真理论与实际问题联系起来,以提高学生的学习兴趣呢?笔者认为可以从以下两个方面入手:首先,在每次有新的理论介绍之前先以一个背景问题引入,从而提出解决该问题的理论知识。例如生产系统常常会受到市场需求、原料供应、生产环境、生产状态等多方面随机因素的影响,那么在具体仿真时,这些随机因素如何体现出来?从而引入随机数的产生、随机变量的产生、随机过程的仿真等内容。又如在对一个系统具体仿真时,提问:当采用不同的随机数流,仿真结果会随之发生变化,那么实际中如何对仿真结果进行分析,从而得到科学的结论?从而引入数理统计的内容,将其应用于仿真结果的分析。其次,鉴于工业工程专业的性质,有些复杂的数学推导过程可以适当删减,力求学生理解原理,达到能够灵活应用相应理论的目的即可。这里有一点需要强调的是,在多年的教学中,笔者认为第一次课尤为重要,其实这不仅仅是对生产系统建模与仿真这门课,对任何一门专业课都是如此。在第一次课中虽然不能涉及太多的课程内容,但在第一次课首先要告诉学生这门课是研究什么问题的,在什么情况下我们可以借助这门课的理论来解决问题,最好举与实际问题相关联的例子。例如,我在第一次上课时会介绍什么是系统仿真、系统仿真的应用领域、应用系统仿真时应注意的一些问题等等,同时课堂上演示几个可视化的仿真模型,如流水生产线加工系统仿真、服务系统仿真等,通过一些感性认识,使学生对这门课有一个初步的了解,以提高学生对该门课程的兴趣。 (二)实验教学 实验教学是对理论知识进一步理解和深化的有效方式,通过实验教学,一方面可以加深学生对理论知识的理解,另一方面有利于培养学生分析和解决实际问题的综合能力。目前关于离散事件系统仿真的流行软件也有很多,比如:Extend、Flexsim、Gpss、Arena、Witness、eM-plant、Auto-Mod等等。我们在教学过程中采用了Witness和GPSSWorld软件。这两款软件在使用上有较大区别。GPSSWorld属于第二代仿真语言,是基于进程交互的仿真编程语言,特别适用于排队系统的仿真。当然这里的排队系统范围也很广泛,比如,订单的到达可以抽象为排队系统的顾客,订单的处理过程可以抽象为排队等待过程,订单处理完成可以抽象为顾客服务完后离开系统等等。通过此软件的学习,一方面可以加深对离散事件系统仿真的理解,另一方面也可以提高学生调试程序的能力。因为目前即使是可视化的仿真软件要仿真一些复杂的系统,有时也需要编制相应的程序才可以完成,所以通过GPSSWorld仿真软件的学习和应用,对于应用其他的仿真软件也有帮助。Witness是由英国lanner公司推出的功能强大的仿真软件系统。它既可用于离散事件系统的仿真,又可用于连续流体(如液压、化工、水力)系统的仿真,可视化效果好,通过Witness开发的系统仿真模型易于理解和控制,为加强学生在学习期间深入理解实际运作系统提供了直观的、可行的实验场景。目前在国内有近60所设有IE专业的高校引进了Witness仿真平台。我校的生产系统建模与仿真课程的实验部分为16机时,如果把Witness和GPSSWorld软件的使用连同学生上机实验都放在这16机时完成,很显然时间是不够的,所以我们目前的做法是:在理论课的40学时课堂讲授时,安排部分时间讲授软件,边讲解边演示(约8学时),同时将Witness和GPSSWorld软件的学习版先拷贝给学生,这样学生就可以在自己的个人电脑上安装使用,课下学生自己先练习,同时给学生布置相关的上机大作业,具体上机时,教师主要是解决学生在练习或完成作业时遇到的困难和问题。由于学习版的部分软件功能受限(其实对大多数的仿真已够用),所以我校建立了软件网络互联环境,学生也可以通过校园网在宿舍就可以使用正式版练习,满足了部分学生进一步学习的需要。 (三)实践环节 生产系统建模与仿真这门课的教学目标就是培养学生将仿真技术应用于实践,并解决生产、管理等领域的实际问题。因此,实践环节我们主要从三方面入手: 1.在1周的课程设计中,提供有关生产加工、物流、服务管理等方面的素材,启发学生利用仿真技术完成系统的分析和改善; 2.在大四的毕业设计题目中,设计一些应用仿真技术的相关题目,如关于企业生产流水线的改善; 3.鼓励学生积极参加校大学生创业大赛、工业工程改善大赛等竞赛活动,利用仿真技术结合具体的问题进行分析,我校在这一方面已取得了一些成绩,达到了学以致用的目的。 二、课程教学方法设计与教学手段 本课程采用以课堂讲授为主,其他方法为辅的教学方法。通过课堂讲授,可以使学生理解掌握系统仿真的基本原理和基本方法。但纯粹采用课堂讲授对于理论教学有时会显得有些枯燥,因此在教学过程中适当增加了实验法、演示法、讨论法等。如在介绍系统仿真软件时,一边讲解软件一边进行演示,同时将相关的仿真理论穿插于仿真软件的介绍之中,这样更便于学生理解和体会仿真的基本理论和原理,也便于学生掌握仿真软件的使用和操作方法。课程的教学手段采用以多媒体教学为主,板书为辅(个别时用到的数学理论)的方式。另外,教师在第一次上课时就将联系方式包括E-mail、QQ号、电话等告诉学生,学生可以通过以上方式随时咨询学习中遇到的问题。 三、课程考核 本课程的考核方式采用“期末闭卷考试+大作业”模式,其中大作业包括上机报告和英文文献翻译两部分。上机报告是关于Witness和GPSSWorld仿真软件布置的上机大作业,要求对具体问题建立适当的仿真模型,运行后对结果进行分析,必要时进一步提出改进措施或建议。英文文献翻译要求查找一篇关于仿真技术发展或应用的英文资料,将其翻译成中文,这样做的目的有两个:一方面可以使学生进一步了解仿真技术的发展动态及应用领域,另一方面也可以适当的加深、熟悉一些关于仿真的专业英语词汇,便于以后工作和科研的需要。目前期末闭卷考试成绩占80%,大作业占20%,可考虑加大平时作业成绩的比例到30%,以加强学生对实验环节的重视程度及仿真技术动态的关注程度。 四、课程教材的选取 关于生产系统建模与仿真这门课,目前还没有非常适合我校工业工程专业实际情况的教材,原因是有的教材中所介绍的软件不是Witness和GPSSWorld,而介绍Witness和GPSSWorld的教材关于仿真理论部分又介绍得较少,所以笔者给学生推荐的两本关于理论部分的教材为:肖田元等主编的《离散事件系统建模与仿真》以及周泓等主编的《生产系统建模与仿真》;关于仿真软件部分的教材为:王亚超等主编的《生产物流系统建模与仿真-witness系统及应用》以及谢毅等主编的《离散事件系统建模仿真与GPSSWorld教程》。 五、结束语 生产系统建模与仿真作为工业工程专业的一门专业基础课,其技术目前在生产、管理、物流、服务等领域已得到了广泛应用,我们希望,通过对该课程教学体系的探讨使其在学生今后的科研和工作中发挥越来越大的作用。 作者:刘云 田斌 龚小军 王亚民 单位:西安电子科技大学 工业工程专业论文:工业工程专业人才培养方案研究 1云南农业大学人才培养方案的要求 (1)凝练专业特色,准确定位专业目标。各专业根据社会经济发展及人才市场的需求,明确专业培养定位,根据专业特点和实际情况,合理设置课程体系,优化人才培养方案,形成自身的优势和特色。 (2)强化专业和实践教学。各专业根据自身优势和特点,适当增加专业课、专业选修课学分,强化专业主干课程和专业实践、突出专业特色。要保证列入教学计划的各实践教学环节累计学分不低于总学分的25%(理、工、农类专业)。 (3)优化课程结构,合理设计课程模块。坚持以学生为本,充分考虑学生在能力、兴趣、特长等方面的差异,构建分层次、模块化的培养框架。科学合理地安排必修课与选修课、理论课与实验课、基础课与专业课之间的比例。 (4)推进素质教育,提高学生素质。改革公共课程,把人文教育和科学教育融合到人才培养的整个过,落实到教育的各个环节,通过文理交叉、学科融合,促进学生综合素质的全面提高。 2工业工程专业人才培养方案的主要内容 云南农业大学工业工程专业自2003年成立并招生以来,高度重视本专业人才培养方案的制定与研究工作。2010年,根据学校《云南农业大学本科专业人才培养方案修订实施意见》,工业工程系在2007版人才培养方案的基础上,广泛收集资料,学习和参照国内外高等院校工业工程专业人才培养计划和要求,反复讨论并充分征求本专业教师及学生的意见,进行了认真细致的修订工作。修订后的培养方案包括以下几方面的主要内容。 2.1工业工程专业的培养目标和要求 本专业培养具备扎实的工程技术和计算机技术基础;掌握现代管理科学与系统科学的理论和方法;具有一定的科研能力、实践能力及创新能力;能应用工程技术和管理科学知识,在各级管理部门及企事业单位从事管理系统、生产系统及服务系统的规划、设计、决策、运营、评价、优化等工作;既懂技术又懂管理的复合型工程技术人才。本专业学生主要学习机械工程基础、管理工程基础及计算机应用基础等工业工程专业的基本理论和基本知识;研究管理系统、生产系统及服务系统的规划、设计、运营、管理与控制;接受应用工业工程相关理论与分析方法解决实际问题的基本训练;初步具备规划、开发、设计、运营和评价管理系统、生产系统及服务系统的能力。 2.2毕业生应获得以下几方面的知识和能力 (1)具有扎实的自然科学基本理论知识,较好的人文社会科学基础,较强的本国语言、文字表达能力。 (2)系统掌握机械工程、管理工程、技术经济与管理等与本专业领域相关的基本理论和基本知识。 (3)掌握工业工程学科的基本理论和方法,具备本专业领域的基本知识,了解学科前沿、应用前景和发展动态,熟悉经济建设和企业管理的法律、法规和政策。 (4)具备较强的计算机应用能力和较强的英语听、说、读、写能力,掌握科技文献检索、资料查询的基本方法,具备独立获取知识、信息的能力和一定的科学研究能力。 (5)具备较好的人际沟通能力和创新能力,具有较强的协作精神。 2.3工业工程专业的主干学科及主干课程 工业工程专业的主干学科是机械工程、管理工程、技术经济与管理。其主干课程包括机械制造基础、机械设计基础、运筹学、管理学、工程经济学、基础工业工程、人因工程学、生产运作管理、管理信息系统、设施规划与物流分析、质量控制与质量管理等。 2.4工业工程专业的主要实践教学环节 大学四年的学习过程中,工业工程专业要完成认识实习、金工实习、生产(服务)系统实习、工业工程专业综合训练、运筹学课程设计、数据库技术课程设计、机械设计基础课程设计、基础工业工程课程设计、人因工程学课程设计、工程经济学课程设计、管理信息系统课程设计、生产运作管理课程设计、设施规划与物流分析课程设计、系统建模与仿真课程设计、质量控制与质量管理课程设计、毕业实习、毕业论文(设计)等实践教学环节。 2.5工业工程专业的修业年限 本专业修业年限为三至六年。有条件的学生在按要求修满规定学分的前提下可提前毕业,但最低修业年限不得少于3年;对不能在4年内按要求修完规定学分的学生,经学校批准后可以延期毕业,但修业年限最高不得超过6年。 2.6工业工程专业的毕业学分要求及授予学位 工业工程专业的本科学生毕业时应修学分为176个学分,其中公共必修课模块35学分,人文社会科学及自然科学类课程选修12学分,学科公共课模块20学分,专业基础课模块25学分,专业课模块21学分,专业选修课30学分,实践教学33学分。工业工程专业授予工学学士学位。 3工业工程专业课程体系的基本结构 工业工程是技术与管理相结合的交叉学科,既有鲜明的工程属性,也有明显的管理特征。工业工程专业培养的人才要对各种类型的系统有全面深入的理解,能够对系统问题进行规划、解决和阐释,使系统优化,系统效率明显提高,并因此具备领导跨学科团队的能力。要达到这样的培养目标和培养要求,研究工业工程专业人才培养方案,确立工业工程学科的课程体系,协调工业工程专业课程与工程专业、管理专业之间的关系十分重要。云南农业大学工业工程专业的课程包括必修课和选修课两大类。课程体系是平台式和模块式相结合的复合型结构。课程纵向设置包括公共课、学科共同课、专业课。横向设置以实践教学和素质教育贯穿整个培养过程,形成纵横交错的复合结构。工业工程学科发展过程中,融合了数理统计、工程技术、运筹学、系统工程等技术的思想和方法,其研究领域从制造业扩展到商业、运输业、服务业及政府部门。工业工程专业的课程设置要满足专业发展的要求,其课程体系必须包括素质教育、专业教育、实践教育三大平台。 3.1素质教育平台 包括公共必修课模块(35学分)和公共任意选修课模块(不低于12学分),这部分课程由学校统一安排,也是全校所有专业的学生必须学习的课程,主要包括大学语文、大学计算机基础、大学英语、公共体育基础课、政治理论课、职业生涯与发展规划、就业指导等课程。 3.2专业教育平台 (1)学科共同课模块。包括高等数学I、高等数学II、线性代数与概率论、普通物理学、普通物理学实验等5门课程20学分。 (2)专业基础课模块。包括机械制图、管理学、机械制造基础、运筹学、数据库技术、机械设计基础、基础工业工程、工程经济学等8门课程25学分。 (3)专业课模块。包括人因工程学、系统工程、管理信息系统、生产运作管理、设施规划与物流分析、质量控制欲质量管理、系统建模与仿真、项目管理、制造技术与制造系统等9门课21学分。 (4)专业选修课模块。提供CAD工程制图、工程力学、电工与电子学、管理经济学、会计学原理、微机原理与运用、市场营销学、应用统计学、控制工程原理、产品开发技术与管理、专业英语、供应链管理、工业工程专业系列讲座等课程,要求学生至少选修30学分。 3.3实践教育平台 (1)公共实践模块。包括入学教育/专业教育、军事训练、国家学生体质健康标准测试、毕业论文(设计)等,共计11学分等内容。 (2)专业实验课模块。包括普通物理学课程试验、工程力学课程试验、电工与电子学课程实验、数据库技术课程实验、运筹学课程实验、微机原理与应用课程实验、机械制造基础课程实验、机械设计基础课程实验、人因工程学课程实验、设施规划与物流分析课程实验、系统建模与仿真课程实验等,共计12学分。 (3)实习实践模块。主要包括认识实习、金工实习、生产(服务)系统实习、工业工程专业综合训练、毕业实习以及本专业主干课程的课程设计等,共计22学分。 4问题及建议 工业工程专业高等教育的核心是创造力的培养,培育具有实践能力和创新精神、集技术与管理于一身的复合型人才。虽然我们对云南农业大学工业工程专业的人才培养方案进行了精心的设计、修订和研究,力求科学合理,适应社会发展的需要,但是云南省工业工程专业人才培养存在以下问题。 (1)云南地处西南边疆,社会经济发展水平较低,对工业工程专业的认知程度有限,制造企业中几乎不设工业工程部门和工业工程师岗位,工业工程专业人才对口就业困难。 (2)区域内缺少以集中化管理的先进技术和设备为技术创新提供服务,为工业工程教学提供高新技术教育训练平台的工业工程研究中心,学生少有机会接受工业工程专业先进技术培训和实践的机会。 (3)理论教学与实践脱节。由于教学经费的限制,学校实验室建设不能满足课程建设的需求,教学过程以课堂讲授为主,注重理论性、系统性、专业性、知识性,结合实际的案例式教学较少,学生的专业实践训练不足。要解决工业工程专业人才培养过程中存在的问题,我们提出以下几点建议: ①工业工程是系统的综合优化技术,是解决系统优化,提高系统效率的学科专业,具有广泛的适应性和广阔的发展前景。要加强工业工程专业的宣传,让社会充分认识工业工程专业人才培养的重要性; ②切实加强工业工程专业实验室建设。工业工程作为技术与管理相结合的学科,其生命在于实践。学校的实验室是学生实践的第一课堂。 ③高等教育主管部门应该出台相关政策,鼓励和支持相关单位和部门为工业工程专业的学生提供实习、实践的机会,使该专业的学生广泛参与各种生产、管理和服务系统的运行过程,有机会运用工业工程的理论和方法获得系统优化并提供系统生产效率和效益的实践体验,增强学生的专业信心和专业能力。 作者:阮建雯 唐秀英 商茹 果霖 顾丽春 杨文彩 单位:云南农业大学