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。

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。

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

浅谈中医学理论计算机仿真:中医学理论计算机仿真初探 摘 要：虽然中医学所构建的庞大而复杂的系统难以在简单系统的实验室中得到验证，但现代计算机仿真技术为中医学提供了复杂系统的实验室。而面向对象程序设计与中医学相似的思维方式使之成为可能。运用这一技术可以作出诸如中医学意义上的生理、病证、实验模型，不仅可以对中医学概念、理论、方法的客观性、有效性、实用性进行证实，而且有前瞻性和预测性。 关键词：计算机仿真；复杂系统；中医学；面向对象程序设计 1 计算机仿真技术提供了适合中医学理论的实验室 科学技术的不断进步，推动着整个人类社会的发展，计算机的出现，使人类社会由工业社会向后工业社会——信息社会过渡。我国著名的科学家钱学森说：“我们所设计的信息体系简直可以包括全部人类千百年来创造的、而且还在不断创造的精神财富。而这全部精神财富可以由我们每个人随手调用和享受。这不但是从旧的脑力劳动中解放出来，而且是获得一个伟大的世界，从来未有的高度文化的世界。……人将变得更为聪明，人类的前进步伐更将加快。”这位大科学家以前所未有的高度论述了由计算机引起的这场技术革命。随着计算机技术的发展，一种崭新的学科——仿真学诞生了，从新药品的仿真测试到行星和星系的创生模型，以及计算机化培养皿中生长的数字生命形式，这是一种新的方法，不是基于直接的观察和实验，而是基于从真实空间向虚拟空间的映射。虽然这项工作仍处于起?i阶段，但已足以让每一颗好奇的心欣喜若狂。在这样一个伟大的时代，古老的中医学面临着前所未有的机遇和挑战。怎样将计算机科学与技术融入中医学领域，是一个值得深思和大胆尝试的问题。值得庆幸的是，计算机仿真是建立在复杂系统理论基础上的，而中医学理论所描述的正是这样一个复杂系统。 当伽俐略第一次拿起望远镜仰望太空时，他为人类创造了科学方法，即用实验来检验关于世界如何成其为世界的种种假说。于是有了拥有试管、曲颈瓶和本生灯的化学实验室，用来探测物质内核的价值连城的粒子加速器，以及在任何生物实验室都能看到的解剖青蛙和用显微镜观察植物细胞。然而，这些都是仅适用于简单系统中物质结构研究的实验室。现论物理学家薛定谔（erwin schrodinger）在《生命是什么？》一书中写道：“只要我们涉及活物质的结构，我们就必须面对这样一个事实：它是以不能还原成通常的物理学定律的方式起作用的。原因不在于某种‘新的力’或某种类似的东西支配着活的机体中的一个个原子，而是其结构不同于任何我们已从试验室研究中认识的东西。”[1]也正因如此，尤其是对于与西医学思维方式大相径庭的中医学理论，实验室研究一直是一筹莫展，经络实质的研究无功而返，各种“证”的实验模型设计令人啼笑皆非，中药的研究几乎与中医理论毫不相干……中医学所构建的庞大而复杂的系统难以在简单系统的实验室中得到验证，这是不难理解的。计算机仿真学的出现真值得每一位中医界的同仁为此干上一杯，因为这一方法的出现能使中医学多年的“科学梦”成为现实！虽然计算机仿真学正在起步，而这对中医学来说却是难得的机遇，不仅可以揭开其古老而神秘的面纱，而且有望为中医学打开一扇新的大门，开拓更为广阔的发展空间。 而将计算机仿真技术运用于中医学，面向对象程序设计是一个关键环节，下面将面向对象程序设计作一简要介绍。 2 面向对象程序设计（oop）概述 面向对象程序设计简称oop，是object-oriented programming的缩写。面向对象是与面向过程相对而言的，传统的程序设计语言,如c语言，是面向过程的结构化程序设计语言，这种语言在20世纪80年代非常流行。随着软件业的发展，软件的规模越来越大，导致软件的生产、调试、维护越来越困难，因而发生了软件危机。人们期待着一种效率更高，更加容易理解，更加符合人类思维习惯的程序设计语言，oop就是在这种情况下应运而生的。在20世纪90年代，oop异军突起，成为最有希望，最有活力的程序设计方法。 ①面向对象与面向过程的区别 计算机没有思想，人必须明确地告诉它如何运算，每一步做什么。站在这种计算机的角度进行程序设计，就是面向过程的方法。如：用计算机模拟一只猫捉老鼠的过程，程序员必须告诉计算机每一步猫的具体的动作。如果用面向对象的程序设计方法来做，就可以把猫作为一个独立的对象，猫会奔跑，猫会捉老鼠，这些是它的固有属性，被封装在猫这个对象之中，所以，只需给出老鼠出现的信息，猫就会自动去捉。与面向过程相比，面向对象的方法更符合人的思维习惯。 ②对象与类的概念 对象与类是面向对象方法中的两个基本概念。客观世界中实体的抽象构成对象，任何事物都可以作为一个对象，如一个人、一辆汽车、一个窗口、一个按钮、一座建筑、一项贷款等等。对象的划分和定义是灵活的，视需要而定。具有相同属性和行为的一个或多个对象的集合成为一类。类有层次之别，类下可以有子类，类上可以有父类。如：人可分为男人和女人，男人又可以分为儿童、青年、成年、老年等等。类是对象的抽象，对象是类的实例。类的划分 也是灵活的，依需要而定。子类可以作为父类的对象看待。 ③对象的特性 对象有以下基本特性： 封装性：对象是相对独立的单元，与之相关的数据和操作被封装在内部，对外是不可见的。对象和对象之间通过信息交换进行联系。如一只花猫，它是一个相对独立的个体，它的机体内包含复杂的结构，而这些结构是不可见的。 继承性：每个对象都从它所属的类中继承共性。如一只花猫，它从猫这一类中继承了猫的共性。 多态性：每个对象都有其特有的属性，使之区别于其它对象。如一只具体的猫，它与其它猫是不同的，有不同色泽、脾气、体重等。 ④面向对象方法可以用下列方程式来概括： oo=objects+classes+inheritance+communication with messages 即：面向对象＝对象＋类＋继承＋信息交换 在这里值得注意的是，上面的方程式也可以用作系统的描述，而且容易从中看出简单系统与复杂系统的区别：简单系统通常是少量的个体对象，它们之间的相互作用较弱，甚至可以忽略不计，故而可以作为独立的个体进行研究；而复杂系统中涉及中等数目的对象，不仅如此，对象通常具有智能性与自适应性，它们可以按照各种规则作出决策，随时准备根据接收到的新信息修改自身的行为规则，故而每一个对象不能独立的看待，这正符合了中医学的整体观。 3 运用面向对象程序设计进行中医学的计算机仿真 ①面向对象方法与中医学具有相似的思维方式 假使我们想用传统的面向过程的方法来完成中医学理论的计算机仿真，不仅是一件难以想象的事，而且是不可能的事，对计算机发出人体生理、病理等过程的每一步指令，既使是在分析还原思维方式指导下对人体结构分解得极细，对人体生化过程了解得极为透彻的西医学也无能为力，更何况中医学本身就只重整体，不重结构。而面向对象方法，因其与中医学在思维方式上有惊人的相似之处，使之运用于中医学成为可能，成为对中医学进行计算机仿真的基础。其相似性体现在中医学的整体观与黑箱方法和oop中的对象的特性及其信息交换上。可以将上文中面向对象方法学的方程式用下图表示： 而这正是黑箱方法的图形表达。黑箱方法典型地表现在中医学的藏象学说中。藏象学说是关于人体脏腑功能的学说。古人虽然知道“八尺之士，可以剖而视之。”（《灵枢·胀论》）但又认为“藏府之在胸胁腹里之内，若匣匮之藏禁器也。”（同上）更重要的是，基于不同于西方的思维方式， 型库、方剂模型库、病因模型库、生理模型库、病证模型库，如下图所示，中药模型库和方剂模型库作用于病证模型库，就可以模拟出对于某种病证的最佳治疗方案，选择最佳药物及最佳方剂。病因模型库作用于生理模型库，生理就可以模拟出在某些致病因素下，人体生理的变化，疾病的发生、发展、及转归。这些都可以为中医学研究工作提供有力的参考。 4 小结 运用面向对象程序设计进行中医学的计算机仿真，不仅可以提高教学、科研、临床的生产力，节省大量的人力、物力、财力，而且可以屏弃简单系统实验室的不足，为中医学提供实验的空间。十六世纪，伽利略通过引入可重复的受控实验室的思想，开创了近代科学的实践，目前这一思想成为判定延续几千年的中医学是否科学的依据，而这一思想的中心在于能够实施一些实验，以检验关于待研究现象的假说。运用面向对象程序设计进行中医学的计算机仿真不仅可以对中医学概念、理论、方法的客观性、有效性、实用性进行证实，而且有前瞻性和预测性。 引入计算机仿真技术是中医学科研的大势所趋，也是目前将当代最前沿的信息技术与最古老的中医学相结合的最佳契机,这里有大量的工作尚待有志者去完成。 浅谈中医学理论计算机仿真:中医学理论计算机仿真 1计算机仿真技术提供了适合中医学理论的实验室 科学技术的不断进步，推动着整个人类社会的发展，计算机的出现，使人类社会由工业社会向后工业社会——信息社会过渡。我国著名的科学家钱学森说：“我们所设计的信息体系简直可以包括全部人类千百年来创造的、而且还在不断创造的精神财富。而这全部精神财富可以由我们每个人随手调用和享受。这不但是从旧的脑力劳动中解放出来，而且是获得一个伟大的世界，从来未有的高度文化的世界。……人将变得更为聪明，人类的前进步伐更将加快。”这位大科学家以前所未有的高度论述了由计算机引起的这场技术革命。随着计算机技术的发展，一种崭新的学科——仿真学诞生了，从新药品的仿真测试到行星和星系的创生模型，以及计算机化培养皿中生长的数字生命形式，这是一种新的方法，不是基于直接的观察和实验，而是基于从真实空间向虚拟空间的映射。虽然这项工作仍处于起歩阶段，但已足以让每一颗好奇的心欣喜若狂。在这样一个伟大的时代，古老的中医学面临着前所未有的机遇和挑战。怎样将计算机科学与技术融入中医学领域，是一个值得深思和大胆尝试的问题。值得庆幸的是，计算机仿真是建立在复杂系统理论基础上的，而中医学理论所描述的正是这样一个复杂系统。 当伽俐略第一次拿起望远镜仰望太空时，他为人类创造了科学方法，即用实验来检验关于世界如何成其为世界的种种假说。于是有了拥有试管、曲颈瓶和本生灯的化学实验室，用来探测物质内核的价值连城的粒子加速器，以及在任何生物实验室都能看到的解剖青蛙和用显微镜观察植物细胞。然而，这些都是仅适用于简单系统中物质结构研究的实验室。现论物理学家薛定谔（ErwinSchrodinger）在《生命是什么？》一书中写道：“只要我们涉及活物质的结构，我们就必须面对这样一个事实：它是以不能还原成通常的物理学定律的方式起作用的。原因不在于某种‘新的力’或某种类似的东西支配着活的机体中的一个个原子，而是其结构不同于任何我们已从试验室研究中认识的东西。”[1]也正因如此，尤其是对于与西医学思维方式大相径庭的中医学理论，实验室研究一直是一筹莫展，经络实质的研究无功而返，各种“证”的实验模型设计令人啼笑皆非，中药的研究几乎与中医理论毫不相干……中医学所构建的庞大而复杂的系统难以在简单系统的实验室中得到验证，这是不难理解的。计算机仿真学的出现真值得每一位中医界的同仁为此干上一杯，因为这一方法的出现能使中医学多年的“科学梦”成为现实！虽然计算机仿真学正在起步，而这对中医学来说却是难得的机遇，不仅可以揭开其古老而神秘的面纱，而且有望为中医学打开一扇新的大门，开拓更为广阔的发展空间。 而将计算机仿真技术运用于中医学，面向对象程序设计是一个关键环节，下面将面向对象程序设计作一简要介绍。 2面向对象程序设计（OOP）概述 面向对象程序设计简称OOP，是Object-OrientedProgramming的缩写。面向对象是与面向过程相对而言的，传统的程序设计语言,如C语言，是面向过程的结构化程序设计语言，这种语言在20世纪80年代非常流行。随着软件业的发展，软件的规模越来越大，导致软件的生产、调试、维护越来越困难，因而发生了软件危机。人们期待着一种效率更高，更加容易理解，更加符合人类思维习惯的程序设计语言，OOP就是在这种情况下应运而生的。在20世纪90年代，OOP异军突起，成为最有希望，最有活力的程序设计方法。 ①面向对象与面向过程的区别 计算机没有思想，人必须明确地告诉它如何运算，每一步做什么。站在这种计算机的角度进行程序设计，就是面向过程的方法。如：用计算机模拟一只猫捉老鼠的过程，程序员必须告诉计算机每一步猫的具体的动作。如果用面向对象的程序设计方法来做，就可以把猫作为一个独立的对象，猫会奔跑，猫会捉老鼠，这些是它的固有属性，被封装在猫这个对象之中，所以，只需给出老鼠出现的信息，猫就会自动去捉。与面向过程相比，面向对象的方法更符合人的思维习惯。 ②对象与类的概念 对象与类是面向对象方法中的两个基本概念。客观世界中实体的抽象构成对象，任何事物都可以作为一个对象，如一个人、一辆汽车、一个窗口、一个按钮、一座建筑、一项贷款等等。对象的划分和定义是灵活的，视需要而定。具有相同属性和行为的一个或多个对象的集合成为一类。类有层次之别，类下可以有子类，类上可以有父类。如：人可分为男人和女人，男人又可以分为儿童、青年、成年、老年等等。类是对象的抽象，对象是类的实例。类的划分也是灵活的，依需要而定。子类可以作为父类的对象看待。 浅谈中医学理论计算机仿真:中医学理论计算机 1计算机仿真技术提供了适合中医学理论的实验室 科学技术的不断进步，推动着整个人类社会的发展，计算机的出现，使人类社会由工业社会向后工业社会——信息社会过渡。我国著名的科学家钱学森说：“我们所设计的信息体系简直可以包括全部人类千百年来创造的、而且还在不断创造的精神财富。而这全部精神财富可以由我们每个人随手调用和享受。这不但是从旧的脑力劳动中解放出来，而且是获得一个伟大的世界，从来未有的高度文化的世界。……人将变得更为聪明，人类的前进步伐更将加快。”这位大科学家以前所未有的高度论述了由计算机引起的这场技术革命。随着计算机技术的发展，一种崭新的学科——仿真学诞生了，从新药品的仿真测试到行星和星系的创生模型，以及计算机化培养皿中生长的数字生命形式，这是一种新的方法，不是基于直接的观察和实验，而是基于从真实空间向虚拟空间的映射。虽然这项工作仍处于起歩阶段，但已足以让每一颗好奇的心欣喜若狂。在这样一个伟大的时代，古老的中医学面临着前所未有的机遇和挑战。怎样将计算机科学与技术融入中医学领域，是一个值得深思和大胆尝试的问题。值得庆幸的是，计算机仿真是建立在复杂系统理论基础上的，而中医学理论所描述的正是这样一个复杂系统。 当伽俐略第一次拿起望远镜仰望太空时，他为人类创造了科学方法，即用实验来检验关于世界如何成其为世界的种种假说。于是有了拥有试管、曲颈瓶和本生灯的化学实验室，用来探测物质内核的价值连城的粒子加速器，以及在任何生物实验室都能看到的解剖青蛙和用显微镜观察植物细胞。然而，这些都是仅适用于简单系统中物质结构研究的实验室。现论物理学家薛定谔（ErwinSchrodinger）在《生命是什么？》一书中写道：“只要我们涉及活物质的结构，我们就必须面对这样一个事实：它是以不能还原成通常的物理学定律的方式起作用的。原因不在于某种‘新的力’或某种类似的东西支配着活的机体中的一个个原子，而是其结构不同于任何我们已从试验室研究中认识的东西。”[1]也正因如此，尤其是对于与西医学思维方式大相径庭的中医学理论，实验室研究一直是一筹莫展，经络实质的研究无功而返，各种“证”的实验模型设计令人啼笑皆非，中药的研究几乎与中医理论毫不相干……中医学所构建的庞大而复杂的系统难以在简单系统的实验室中得到验证，这是不难理解的。计算机仿真学的出现真值得每一位中医界的同仁为此干上一杯，因为这一方法的出现能使中医学多年的“科学梦”成为现实！虽然计算机仿真学正在起步，而这对中医学来说却是难得的机遇，不仅可以揭开其古老而神秘的面纱，而且有望为中医学打开一扇新的大门，开拓更为广阔的发展空间。 而将计算机仿真技术运用于中医学，面向对象程序设计是一个关键环节，下面将面向对象程序设计作一简要介绍。 2面向对象程序设计（OOP）概述 面向对象程序设计简称OOP，是Object-OrientedProgramming的缩写。面向对象是与面向过程相对而言的，传统的程序设计语言,如C语言，是面向过程的结构化程序设计语言，这种语言在20世纪80年代非常流行。随着软件业的发展，软件的规模越来越大，导致软件的生产、调试、维护越来越困难，因而发生了软件危机。人们期待着一种效率更高，更加容易理解，更加符合人类思维习惯的程序设计语言，OOP就是在这种情况下应运而生的。在20世纪90年代，OOP异军突起，成为最有希望，最有活力的程序设计方法。 ①面向对象与面向过程的区别 计算机没有思想，人必须明确地告诉它如何运算，每一步做什么。站在这种计算机的角度进行程序设计，就是面向过程的方法。如：用计算机模拟一只猫捉老鼠的过程，程序员必须告诉计算机每一步猫的具体的动作。如果用面向对象的程序设计方法来做，就可以把猫作为一个独立的对象，猫会奔跑，猫会捉老鼠，这些是它的固有属性，被封装在猫这个对象之中，所以，只需给出老鼠出现的信息，猫就会自动去捉。与面向过程相比，面向对象的方法更符合人的思维习惯。 ②对象与类的概念 对象与类是面向对象方法中的两个基本概念。客观世界中实体的抽象构成对象，任何事物都可以作为一个对象，如一个人、一辆汽车、一个窗口、一个按钮、一座建筑、一项贷款等等。对象的划分和定义是灵活的，视需要而定。具有相同属性和行为的一个或多个对象的集合成为一类。类有层次之别，类下可以有子类，类上可以有父类。如：人可分为男人和女人，男人又可以分为儿童、青年、成年、老年等等。类是对象的抽象，对象是类的实例。类的划分也是灵活的，依需要而定。子类可以作为父类的对象看待。 ③对象的特性 对象有以下基本特性： 封装性：对象是相对独立的单元，与之相关的数据和操作被封装在内部，对外是不可见的。对象和对象之间通过信息交换进行联系。如一只花猫，它是一个相对独立的个体，它的机体内包含复杂的结构，而这些结构是不可见的。 继承性：每个对象都从它所属的类中继承共性。如一只花猫，它从猫这一类中继承了猫的共性。 多态性：每个对象都有其特有的属性，使之区别于其它对象。如一只具体的猫，它与其它猫是不同的，有不同色泽、脾气、体重等。 ④面向对象方法可以用下列方程式来概括： OO=Objects+Classes+Inheritance+CommunicationWithMessages 即：面向对象＝对象＋类＋继承＋信息交换 在这里值得注意的是，上面的方程式也可以用作系统的描述，而且容易从中看出简单系统与复杂系统的区别：简单系统通常是少量的个体对象，它们之间的相互作用较弱，甚至可以忽略不计，故而可以作为独立的个体进行研究；而复杂系统中涉及中等数目的对象，不仅如此，对象通常具有智能性与自适应性，它们可以按照各种规则作出决策，随时准备根据接收到的新信息修改自身的行为规则，故而每一个对象不能独立的看待，这正符合了中医学的整体观。 3运用面向对象程序设计进行中医学的计算机仿真 ①面向对象方法与中医学具有相似的思维方式 假使我们想用传统的面向过程的方法来完成中医学理论的计算机仿真，不仅是一件难以想象的事，而且是不可能的事，对计算机发出人体生理、病理等过程的每一步指令，既使是在分析还原思维方式指导下对人体结构分解得极细，对人体生化过程了解得极为透彻的西医学也无能为力，更何况中医学本身就只重整体，不重结构。而面向对象方法，因其与中医学在思维方式上有惊人的相似之处，使之运用于中医学成为可能，成为对中医学进行计算机仿真的基础。其相似性体现在中医学的整体观与黑箱方法和OOP中的对象的特性及其信息交换上。可以将上文中面向对象方法学的方程式用下图表示：而这正是黑箱方法的图形表达。黑箱方法典型地表现在中医学的藏象学说中。藏象学说是关于人体脏腑功能的学说。古人虽然知道“八尺之士，可以剖而视之。”（《灵枢·胀论》）但又认为“藏府之在胸胁腹里之内，若匣匮之藏禁器也。”（同上）更重要的是，基于不同于西方的思维方式，中国古代对于整体性和运动性的强调，使得中医学未从解剖入手，分析人体的结构、成分，而是以极简单的解剖为基础，构造出了以象为内容的有机的学术体系。由“藏象”之名可知，中医是以现之于外的象来把握藏之于内的脏的，即“执其见功处见其形”，即黑箱方法。对此《灵枢·顺气一是分为四时》中论述道：“内外相袭，若鼓之应桴，响之应声，影之似形。”例如《素问·六节藏象论》对心的描述是这样的：“心者，生之本，神之变也；其华在面，其充在血脉，为阳中之太阳，通于夏气。”其它四脏与此相仿。由此可以看出，这里的心己不是解剖学中的有一定形态结构之心，而是一系列相关的生命活动的表现在人脑中形成的综合的象。它不具有实体性，却正好可以作为面向对象方法学中的一个对象来看待。推而广之，中医学中的其它概念，如气、血、津液、精、神、经络等，都可以作为一个个对象，对象之间通过信息的交换，相互密切联系，从而形成一个复杂系统，中医学的计算机仿真便可由此开始。 ②中医学的计算机仿真应用前景 用计算机仿真学对中医学中的概念、现象、原理、机制等进行模拟，可以建立各种模型，服务于教学、科研、临床。主要可以用于建设生理模型、病证模型、实验模型。 生理模型：在中医学中五脏、六腑、气、血、津、液、经络、筋、脉、骨、髓等，都可以构成相对独立的对象，赋予每个对象适当的属性，对象具有智能性与自适应性，它们可以按照各自的属性作出决策，并随时准备根据接收到的新信息修改自身的行为规则，它们之间通过信息交换互相联系，构成一个复杂系统，这一复杂系统即人体。在此基础上很容易就可以建立人体的病理模型。下图是生理模型的简单图示，实际中的生理模型还要复杂的多。 病证模型：中医学中的证是非常复杂的，也是独具特色的。辨证论治非常灵活，以哮喘为例，说明中医病证模型的组建。哮喘发病，总因本虚标实，其病位虽在肺，但与脾、肾密切相关，先天不足后天失养造成肺、脾、肾不足是哮喘发病的内在原因。正气不足就易感外邪，感邪而产生风、寒、热、痰、湿、瘀、气等诸多病理因素，一些病理因素作用于肺，是发生哮喘的外在原因。如下图所示，运用OOP将各种因素的特性封装起来，作为对象，它们之间相互联系，就可以建造哮喘的病证模型，输入相应的信息，就可以得出诸如肺脾两虚，寒痰蕴肺；肺肾不足，肾不纳气；风寒外束，痰热内阻等证型，有力地指导临床实践。 实验模型：正如在汽车研制中需要的碰撞实验可以用计算机模拟代替，中医学中的实验也可以用计算机模拟来代替。这样就可以提高效率，降低消耗。比如可以建立中药模型库、方剂模型库、病因模型库、生理模型库、病证模型库，如下图所示，中药模型库和方剂模型库作用于病证模型库，就可以模拟出对于某种病证的最佳治疗方案，选择最佳药物及最佳方剂。病因模型库作用于生理模型库，生理就可以模拟出在某些致病因素下，人体生理的变化，疾病的发生、发展、及转归。这些都可以为中医学研究工作提供有力的参考。 4小结 运用面向对象程序设计进行中医学的计算机仿真，不仅可以提高教学、科研、临床的生产力，节省大量的人力、物力、财力，而且可以屏弃简单系统实验室的不足，为中医学提供实验的空间。十六世纪，伽利略通过引入可重复的受控实验室的思想，开创了近代科学的实践，目前这一思想成为判定延续几千年的中医学是否科学的依据，而这一思想的中心在于能够实施一些实验，以检验关于待研究现象的假说。运用面向对象程序设计进行中医学的计算机仿真不仅可以对中医学概念、理论、方法的客观性、有效性、实用性进行证实，而且有前瞻性和预测性。 引入计算机仿真技术是中医学科研的大势所趋，也是目前将当代最前沿的信息技术与最古老的中医学相结合的最佳契机,这里有大量的工作尚待有志者去完成。

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

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。

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。

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。

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。

通信网络拓扑结构分析研究:通信网络拓扑可靠性层次与测度研究 摘 要：梳理讨论了目前通信网络可靠性研究之间的层次关系，讨论了拓扑可靠性所处的地位、任务、指标等。其次，分析了拓扑可靠性的非概率测度，指出了连通度的核心作用。再次，研究了基于边连通度与节点连通度进行可靠性评价的思想与算法。最后，通过一个算例展示了通信网络拓扑可靠性评价的具体过程。 关键词：通信网路 可靠性 层次 测度 随着通信、信息、网络技术的高速发展与广泛应用，人们对通信网络的依赖愈加明显，随之而来的可靠性问题日益成为用户关注的焦点领域。现代通信网络是一个复杂系统，融合了多学科领域，因此对其可靠性的研究是一项系统工程。 从目前的公开文献来看，通信网络可靠性研究分布于网络应用的各个层次与领域，一般可对应于OIS（Open System Interconnect）系统模型的划分。同时，通信网络的复杂性、动态性、多态性等属性为可靠性评估与优化提出了新的挑战，导致了研究的视角与侧重点也不尽相同。拓扑结构是通信网络的核心特征，其依据拓扑来组织网络形态，进而体现通信网络系统的整体性。因此，对通信网络拓扑可靠性的研究处于整个通信网络可靠性研究的中心地位。 1 通信网络可靠性研究的层次体系 1.1 拓扑可靠性处于核心地位 如引言中所述，拓扑可靠性并不能完全表征整个通信网络的可靠性，其研究对象只关注于网络的拓扑结构，忽略了网络通信设备、路由策略、承载业务、管理效率等因素所带来的可靠性变化。拓扑层高于设备层，同时是路由层、业务层等高层可靠性的基础，在整个通信网络可靠性中处于承上启下的中间环节，其影响可见一斑。 通信网络可靠性可分层讨论，每层均应设计相应的指标与测度方法，以完成对通信网络可靠性的定量描述。因此，通信网络可靠性应具备一个同向、协调、完备的指标体系。在对目前文献梳理的基础之上，可得可靠性指标体系。同时，各文献对可靠性的理解与划分具有相互重叠性，而且关于同一类指标的描述也不尽相同，新的指标也不断被提出。 1.2 拓扑可靠性指标分析 在网络拓扑可靠性的指标描述上是想通的，即在抗毁性与生存性上具有广泛共识。同时可见，连通度是两者的指标与测度设计的基础因素。 （1）网络拓扑抗毁性。主要用于刻画在确定的网络组织结构（即网络拓扑）、预定的破坏（攻击）方案下，通信网络依然能够保持全网或部分连通（物理可达）的能力。在对实际网络进行拓扑抽象之后，抗毁性指要破坏（中断）部分网络节点连接需要移除（破坏）的最少网络节点或链路（边）的数目，从而表征出破坏整个或部分通信网络的困难程度。可见，抗毁性完全由网络拓扑结构所决定，是可靠性的一个确定型指标。 （2）网络拓扑生存性。生存性最显著的变化是引入了网络部件的失效（故障）概率，用于刻画在随机故障或蓄意破坏之下，保持通信网络整体或部分连通的概率。其建立在图论与概率论基础之上的可靠性分析，不仅受网络拓扑结构的影响，同时还依附于网络部件（设备）的故障概率与模式、网络维修与管理等因素，因此网络拓扑生存性是广义的拓扑层可靠性。 2 基于连通的通信网络拓扑可靠性测度 通信网络拓扑可靠性问题可抽象为图的可靠性问题，用图G（V，E）来描述拓扑结构。其中，V表示网络中节点的集合，例如用户终端、服务端、路由服务器等；E表示连接网络中节点的边（链路）集合。同时，本节主要讨论拓扑可靠性的非概率（静态）测度，即不考虑上层业务或下层设备影响，将问题视角完全限定在拓扑层面。 目前，关于拓扑可靠性的静态测度研究很多，可谓仁者见仁，测度设计的侧重点各不相同。例如：连通度（vertex connectivity）、坚韧度（toughness）、完整度（integrity）、粘连度（tenacity）、离散数（scattering number）、膨胀系数（expansion coefficient）等。其中，连通度是拓扑的基础指标，后续的测度均建立在对连通性的充分考虑的基础之上。因此，本节以连通度为重点展开讨论。 2.1 边连通度与节点连通度的定义 （1）边连通度。 记为，其大小等于使网络成为不连通图所需去掉链路（边）的最少条数。它反映网络节点间的内聚程度，是网络可靠性的一个基本度量指标。例如：通过分析可知，所示的网络分割至少需要移除3条边，即边连通度。 （2）节点连通度。 也成为点连通度，记为，其大小等于使网络成为不连通图所需去掉的节点的最少个数。同理，网络的连通度。从某种意义上讲，点连通度是比边连通度更重要的网络可靠性度量指标，这是因为在网络中去掉某个节点就意味着与之关联的所有链路将失去意义。 2.2 边连通度与节点连通度的算法 （1）算法的基本思想。 通常，要求给定网络的边连通度，需要首先确定任意不同两点的链路割集。设和是的两个不同节点，所谓的一个链路割集是指这样的链路集合：若去掉其中所有链路，网络将被分割成两个分支，一个包含节点；另一个包含节点。假设是中所有链路割集中链路的最小数，则就是切断和之间所有路由所需从中删去的最小链路数，故网络的边连通度可按（1）式计算： 2）网络边连通度计算步骤。 由前所述，计算网络边连通度的算法思路是：先按标号算法求分离任两点的最小链路数，然后，再求所有这些数的最小数即可。但是，上述求的算法是针对有向图给出的，而网络边连通度是针对无向图的，因此，算法需首先将原无向网络转换成等效的有向网络。具体计算步骤如下： 第1步：对给定网络，任选一对节点和，按下面的步骤求分离和的最小链路数： ①首先将转换成有向图。方法是：将链路集中以为端点的链路转换成中以为起点的到相应节点的有向链路，将中以为端点的链路转换成中从相应节点到节点的有向链路，又将中其他链路转换成中2条有向链路和。 ②用标号算法，求中分离与的最小链路数。 第2步：对所有节点对，，重复上述步骤计算，最后计算：，即网络的边连通度。需要注意的是：由于，对于含有个节点的图，第2步中需要计算的共有个。 3）网络节点连通度计算步骤。 算法的思路是：将割点问题转换成割边问题，从而使求网络节点连通度的问题转换成求网络的边连通度问题。转换的方法是：在网络中任选一对节点和，首先，类似于边连通度算法一样，将转换成有向网络，然后，再将构造另一个有向图，构图规则是：将中除和外的每个节点拆成2个新的中的节点和，并用中的有向链路将它们连接起来。将中每一链路换成中的链路，并把标为，标为。 由构图规则可知，在新的网络中，从发点到收点的包含节点的一条路由，必定包含一个顶点拆成的两部分之间的那条弧。并且原图的一对相邻点及其间的边被转换成等效的由4个节点组成的“8”字形有向回路。因此，一个链路割集在切断中到的所有有向路由方面，与在原始无向图中去掉节点割集有相同作用，即中等于中。综上，可得网络节点连通度算法计算步骤如下。 第1步：对原网络的任一节点对和，按上述规则构造新的有向网络，并用标号法求中分离和的最小链路数，即中分离和的最小割点集点数。 第2步：对所有节点，计算，即得的边连通度。 3 结论 本文讨论了通信网络可靠性的层次划分与影响因素，针对性的分析了拓扑层可靠性的指标与测度，指出了“连通度”作为拓扑层可靠性基础测度，以及其对其它测度设计的重要性。同时，详细分析了节点连通度与边连通度的计算思想与算法步骤。最后，通过一个相对简单的算例演示了通过边与节点连通度计算来评价某一通信网络拓扑可靠性的主要流程。 通信网络拓扑结构分析研究:关于无线移动通信网络拓扑有效性的研究初探 无线移动通信网络的拓扑结构会影响到网络的性能，关系到网络是否能高效、稳定运行。发现网络拓扑结构是对其进行高效管理的重要方面，它能揭示出网络中的节点地理位置、与临接点的关系、剩余电源、数据链路等信息。本文在较为理想的层次上通过仿真分析研究无线移动通信网络拓扑结构的有效性。 【关键词】无线移动通信网 拓扑结构 节点 有效性 链路 随着网络技术的发展和人们对网络需求的增大，无线移动通信网络也将不断扩大规模，功能变得更加强大，而网络结构也变得更加复杂，这个时候，网络管理水平就关系到无线网安全稳定运行水平。拓扑发现作为一项先进技术，在网络管理中起重要作用。网络的拓扑简单来说是就是网络节点的一种地图，标记出所有节点的地理位置以及连通情况，分析网络拓扑结构可以迅速发现网络的数据传输路径、网络的承载能力等，网络拓扑是监视网络运行的重要措施。 1 节点移动模型和链路有效性 1.1 节点移动模型 分析网络节点的移动方式与性能分析有关，目前的节点移动模型多是从速度和时间角度来进行的，通过节点移动的速度和时间来判断节点移动对网络性能的影响。由于实际上的无线移动通信网络中的节点移动是非常复杂的，为简化流程，我们假定其处于较为理想的传输环境，采用简单的二维随机移动模型来进行节点的移动分析。 在一个无边界限制的二维平面上，节点处于无序移动状态，在一个基本单位时间里，节点的移动速度是相同的，在进入另一个基本时间单元时方改变速度。所以，节点在X轴和Y轴方向的方向移动中的速度和位移量都呈现出零均值正态分布，所以，节点在时间n的坐标为： 1.2 链路有效性 对于某覆盖半径为R的节点来说，其他节点与该节点存在链路都必须满足r≤R的条件，否则的话就不存在链路关系。在一个无边界限制的二维平面上，其节点的密度为ξ/，那么半径为ρ的圆周中的节点密度为：fρ（ρ）=2πξρ。在进行节点的链路有效性测试时，就可以将该节点所覆盖的范围内所有节点在某时刻链路中仍存在的平均节点数与总节点数的比值作为该节点的有效性测试结果。 2 仿真分析 无线移动通信网络拓扑中的节点移动速度是有一定的限值的，我们最大的位移定义dm为：P{│Δx│ dm}=P{│Δy│ dm}≤ε，任何一个节点密度都存在σ=Kdm，本文将节点的密度定义为0.00135/，得出的K值为1/3。 2.1 链路有效性测试 为了确保仿真结果的准确性，进行多次仿真绘制仿真曲线，对覆盖范围的所有节点移动状况进行10000次仿真，然后绘制出仿真曲线图。 分析节点初始位置对链路有效性的影响，图1中的三条仿真曲线分别是节点初始位置为4、8、10m时的仿真结果。从图中可以明显看出，随着时间的推移，节点的链路有效性逐渐降低，当n=200时，三条仿真曲线的链路有效性相差不大，接下来的递减速度也放缓。n在0-50范围内时，不同初始位置的节点链路有效性随着时间的递增而迅速降低。到n=100以后，不同初始位置的节点链路有效性随着时间的推移递减的速度放缓。这说明初始位置对链路有效性的影响在节点移动的刚开始一段时间，节点移动的时间长了之后，初始位置对链路有效性的影响逐渐变小。 2.2 拓扑结构有效性 假定场景的节点密度为1/，dm为4，改变覆盖半径R的大小进行仿真分析。如图3所示为覆盖半径为4、8、16、32、64m时的仿真曲线图，随着节点移动时间的推移，拓扑结构的有效性也在降低。覆盖半径越大，拓扑结构的有效性越高，递减的幅度也越小。覆盖半径为4、8m时，拓扑结构有效性在节点刚开始移动是呈现急剧降低现象，到n=50后，拓扑结构的有效性降低速度放缓。 3 结束语 无线移动通信网络作为当前以及未来的主要网络形式，其拓扑的有效性关系到网络运行的稳定和安全。拓扑图中节点的无序移动会影响到网络的有效性，本文以理想状态下的网络运行环境为背景建立了二维平面节点移动模型，经过仿真分析，研究节点初始位置、节点覆盖半径大小、节点密度等对拓扑的有效性的影响，而现实环境中的网络拓扑受到的外界干扰更多，其拓扑有效性还有待进一步研究。 通信网络拓扑结构分析研究:基于遗传算法的通信网络拓扑优化研究 摘要:该文通过分析通信网络中的拓扑优化问题,抽象出数学模型,并利用遗传算法对该模型进行求解。最后通过实例验证用遗传算法求解该问题明显优于一些传统的算法,文中所建立的数学模型和算法能够正确地解决通信网络拓扑优化问题。 关键词:遗传算法;通信网络;拓扑;优化 随着信息化的发展,通信网络不断扩充新功能,发展新业务。这必然导致网络规模日益庞大,节点众多,并且网络拓扑的结构也越来越复杂。从而造成了数据信息的转接次数增多,迟延增加,维护难度增大,这就给现代通信网络的建设和管理提出了新的挑战。 对通信网络进行优化能够使其更加快速有效可靠地传递信息,避免和最大限度减少因网络中断或延迟带来的损失。遗传算法(GA)模拟自然进化过程,是一种具有并行特征的搜索算法,它能对解空间进行搜索,加快对解的搜索速度,便于推广到多结点的网络优化设计中,是解决大规模网络优化问题的有效工具。 1 遗传算法求解过程 遗传算法(GA)的主要特点是直接对结构对象进行操作,具有内在的隐含并行性和更好的全局寻优能力,自动获取和指导优化的搜索空间,自适应调整搜索方向,不需要确定的规则。 使用遗传算法求解通信网络的拓扑优化一般采用如图1的过程。 2 算法设计 2.1 编码和初始化种群 对于一个n结点的网络,其G图最多有n(n-1)/2条边,所以染色体的长度可定长为n(n-1)/2的二进制串。由于邻接矩阵具有对称性,因此只需使用该矩阵的上三角表示,这样可以使个体的长度为n(n-1)/2,压缩比为2。 所求问题可用图2的下(上)三角矩阵表示,称其为G的邻接矩阵T。如图2。 图2 G的邻接矩阵T 在上述编码方式中,则基因型可设为A[1,…,n(n-1)/2],由此可以生成W个基因个体,每个基因个体都是此通信网络的一种拓扑。 2.2 根据个体适应度进行选择 求解网络优化的数学模型属于求解目标函数最小值问题,适应度函数可设为 随着进化代数的增加,个体适应度之间的差别越来越小,可以对适应度函数增加一个比例系数a将其放大,f’(x)=af(x),a 1。 2.3 算法终止条件 当种群满足以下三个条件之一时算法终止并输出最优解。 1) 个体的最大适应度超过预先设定参数。 2) 个体的平均适应度超过预先设定参数。 3) 种群代数超过预先设定参数。 3 实验及结果分析 某通信主干网络节点数为9,经过多次实验后,选取POP=60,Pc=0.65,Pm=0.01, 并以最大代数max gen=3000做为程序的终止条件。其各节点间线路代价如表1所示。 经过该算法可得到计算结果如图3。 若采用枚举法,则时间复杂度为O(2N),此算法时间复杂度为O(N2),所以在对通信网络优化的同时,大大降低了时间复杂度。 4 结论与总结 通信网络的优化是一个复杂且涉及范围广泛的课题,是通信网络技术中不可缺少的部分。与遗传算法相比,传统算法比较复杂,局限性很大且计算时间较长。本文使用遗传算法较好地解决了通信网络优化问题。本文提出的算法对小规模通信网络的拓扑优化问题能够较好的求解,对大规模网络拓扑进行优化还存在不足。改进方法可以在遗传算法中融合其它优化算法,构成一种混合遗传算法。本文中对遗传算法在网络优化中的研究只进行了初步的探讨,要将这种方法完善还需要做进一步探讨和研究。

自动化技术在电力中应用篇1 0引言 电气自动化技术在电力系统中的应用能够为电力系统的稳步运行提供重要的保障[1-4]，经过自动化处理后电力系统的运行状态能够得到有效提升，从而能够为电力系统的后续各项工作的开展打下良好的基础，从而能够提升电力系统的工作效率。同时，电气自动化技术在电力系统中的应用能够起到较好的降低风险的目的，它能够辅助工作人员建立更加合理的维护计划，从而大大提升了电力维护工作的安全性与可靠性。因此探究电气自动化技术在电力系统中的应用是时代发展的必然选择，是科技进步的不然结果，在电力系统中应用电气自动化技术势在必行。 1电气自动化技术的特点 1.1实时仿真技术 实时仿真技术在电力系统中的使用能够为装置测试工作提供极大的便利，它能够完成多个装置的闭环工作，同时它还能够完成今后的灵活输入电流工作，能够为保护系统提供良好的实验条件，因此实时仿真技术在实践中的应用有利于促进电气自动化技术的良好发展。 1.2智能保护技术 智能保护技术适用于我国不同电压等级的电站，未来它还将会被广泛应用于人工智能、网络通信以及微机新技术等范畴，这将会使得我国的电力系统得到进一步的发展与稳定，有利于促进我国的电气自动化技术的长远发展。1.3配电网自动化技术配电网自动化技术实现了高级软件与理论算法的有机结合，它以国际标准信息模型应用于我国的电力系统中，它利用人工智能灰色神经元的方式进行了预测符合的计算，同时它还具有网络熟悉技术与配网一体化等方面的优势，从而大大推动了电力系统的发展。 2电气自动化技术在电力系统中的应用 我国的智能电网技术不断地建设发展，将大力推动我国电气自动化技术乃至整个电力系统的发展；变电站自动化技术的应用能够对电力系统的运行状态进行高效的操作与有效的监控，实现了光纤、电缆取代了光缆的可能，有利于网络化运行效率的有效提升；电网调度过程中的自动化技术在电力系统中的应用，能够实现对系统的实时监控、对整体状态的评估，科学的预测电力负荷的实际情况。PLC技术在电力系统中的应用使得企业的生产效率得到了极大的提高，大大降低了资源的损耗量，促进了电力企业的经济效益的提升，能够促进电力体系的整体发展。 2.1智能电网技术在电力系统中的应用 智能电网技术在电力系统中的应用主要体现在信息管理层面，如自动化技术与计算机技术的结合即是智能电网技术的一种体现，它能够对整个电力系统起到很好的控制作用。智能电网技术的应用涵盖电网的整体调度工作与电力的发电环节等范围，目前我国的智能电网技术已经开始逐步的建设发展，这将推动我国电气自动化技术乃至整个电力系统的发展。此外，通信技术就属于智能电网技术的典型代表，通信技术与计算机技术的良好结合能够将通信技术的可靠性、双向性与实时性的特点充分的彰显，但如果脱离了计算机技术奖很难实现。 2.2变电站自动化技术在电力系统中的应用 变电站自动化技术在电力系统中的应用使得计算机技术的价值得以充分的彰显，同时也极大地提升了二次设备的数字化特点、网络化特点与集成化的特点，实现了以光纤及电缆等材料代替电力信号通常使用的电缆，进而使得电力系统的整体运行效率得到了明显的提升。变电站自动化技术的应用实现了记录统计的自动化以及计算机的屏幕花，同时还能对电力系统的运行状态进行高效的操作与有效的监控。同时，变电站自动化技术实现了光纤、电缆取代了光缆的可能，进而提升了网络化运行效率。因此，在对变电站自动化技术进行合理的应用的同时还要重视对变电站运行的合理监视与控制，从而保证变电站自动化技术的真正实现，还要确保电力用户与电厂的有效连接，从而最大程度降低故障发生的频率。 2.3电网调度过程控制中的自动化技术应用 电气自动化技术在电力系统中的应用还体现在电网调度过程中的自动化技术的应用。目前，我国的电网调度分为国家电网调度、大区调度、省级调度、地区和县级调度五个级别，而每一级控制都必须要与计算机技术相结合，计算机网络系统是其中最重要的电网调度控制中心，电网调度过程中的自动化技术均需要计算机的技术控制，否则整个系统将无法运行。可见，电网调度离不开计算机技术，二者的结合使用能够极大地方便数据采集工作与数据分析工作的进行，同时还能够实现对系统的实时监控、对整体状态的评估，还能够科学的预测电力负荷的实际情况，因此电网调配自动化技术在电力系统中的作用十分重要。 2.4PLC技术在电力系统中的应用 PLC技术在电力系统中的应用首先体现在数据处理方面。PLC技术的科学应用能够使得相关的电力系统的工作内容高效完成，PLC技术在电力系统中的合理使用能够有效提升数据的分析效率与采集效率，进而方便后续的排序查表工作、数学运算工作以及信号接收工作等。这些功能能够将其存储的数据与其他数学做出分析与对比并打印成表，它可以利用可编程序进行内部的存储、控制、记录及运算等工作，提升了接线环节的效率，使其复杂性与整体耗能得以降低，从而提升了电气自动化技术的可行性与可靠性。PLC技术也因此得以在大型控制系统中实现了广泛的应用，它甚至还能够广泛使用于无人控制的柔性制造系统中。其次，PLC技术在电力系统中的应用还体现在闭环操作方面。在操作过程中要利用I/O模块技术模拟流量的变化情况以及压力、温度等的变化情况，在数值得以确定后才能对模拟量进行闭环PID控制，然后再利用PID模块技术进行D/A和A/D之间的转换，也可以利用PID子程序进行转换，从而实现良好的转换结果的实现，有利于提升转换过程的效率，有利于提升信息的存储效率与传递效率，有利于提高整体电网的运行效率，有利于推动我国的电网自动化发展及电气自动化发展。随着我国科学技术的不断发展，许多电力企业已经逐渐的将机电控制器升级为PLC控制系统，这样的控制顺序的改变使得企业的生产效率得到了提高，同时有利于降低资源的损耗量，有利于促进电力企业的经济效益的提升，有利于促进电力体系的整体发展。但同时也对电力企业的自动控制水平提出了更严格的要求与挑战，电力企业必须要能够灵活的应用PCL控制系统，不仅要求其能够对某一工艺流程进行熟练的信息模块控制，还必须能够同时具备熟练的连接通信总线等方面的能力，从而确保电力企业的总体生产情况，更是确保电力系统稳步、有效运行的重要前提。 3结语 电子自动化的使用方向包括实时仿真技术、智能保护技术以及配电网自动化技术，电气自动化技术在电力系统中的应用不仅实现了交通运输、农业生产等的工作效率的有效提升，它还对普通家庭产生了不了忽略的、重要的影响作用。同时，电气自动化技术在电力系统中的应用使得电力系统在实时监控、故障报警等机能方面的完善，提升电力系统的运行效率。电气自动化技术在电力系统中的应用主要表现在智能电网技术在电力系统中的应用、变电站自动化技术在电力系统中的应用、电网调度过程中的自动化技术在电力系统中的应用以及PLC技术在电力系统中的应用等方面。 作者:任浩然 徐云鹏 单位:洛阳科技职业学院 自动化技术在电力中应用篇2 0引言 随着我国工业化水平的不断提升，电力行业所面临的服务压力与风险也在不断增加，能源消耗规模迅速扩张，对于电力系统自身的完善性有着更高的考验。电气自动化技术应用于电力系统也正是在这一环境下得以实现与升级，其融合过程不仅有效环节传统电网服务过程所存在的烦琐性，减少工作人员调控压力，也让电网整体运行安全性得到全面提升，实际供电质量也在不断接近人们的期盼与渴望。自动化控制已经成为电力系统发展的必然趋势[1-3]，其自身所产生的影响，更是现代电力企业实现自身产业升级，提高综合竞争实力的有效手段。 1电气自动化技术在电力系统中的应用优势 （1）有效降低传统电力系统的操作复杂过程。随着我国城镇化进程不断加快，人口压力不断加大，经济活跃度不断增加，市场总体用电量也越来越大，电力系统的稳定性已经成为关乎社会整体稳定与国家战略安全的基础条件。但是，电力系统在日常运行与维护过程中，需要多个不同环节同时配合，多种不同的工作同步实施，并可有效应对供电区域的实际电力需求变动。传统供电系统受到其设计与服务系统层面的限制，其实际的操作性能较差，用电高峰阶段，管理人员面临极大的调控压力，很容易出现供电质量问题。自动化技术与电力系统融合后，各类电力信息可得到统一管理，并在系统内部完成对电力系统各个环节的实际参数进行调控，整体可操作性得到极大提升。 （2）有效降低电力系统各类设备的维修压力，提高实际检修与维护效能。电力系统在运行过程中，其内部各类电力设备需长期保持较高的运行压力，因此，设备故障以及各类安全隐患时刻威胁着整个系统的稳定。传统电力系统的维护过程有着极高的风险，维护人员需要进入现场后，并使用特定的检修手段才能确定实际的故障原因，实际风险较大，并效率低下。自动化技术应用于电力系统后，系统内部可自动完成对各类设备运行问题的有效分析，并可根据设备的实际参数对故障与隐患实施预警，极大改善传统维护压力，提高电力系统整体稳定性，并减少维护盲目性的问题。（3）全面提高设备维护与电力调控过程效率。与传统电力系统相比，应用电气自动化技术的电力系统对于整个电力的工作效率有着明显的改善。电气自动化技术其本质为信息技术，信息技术无论是数据传输效率，或是控制精准度均远远高于传统模式，并可有效保证电力系统内部各类设备的快速更新，迅速完成设备实际运行质量的监测。 2自动化技术在电力系统的应用案例 （1）智能化技术层面的应用。依托于现代计算机信息技术的电气自动化，在提高电力系统整体运行效能的基础上，可对整个电力系统实现智能化分析与排查。与之相比，传统电力系统一旦出现供电质量问题，需要对整个电路进行逐一排查，不仅消耗大量的人力与时间，也极大降低整体服务水平，实际工作效率无法有效满足人们日常生活所需。电气自动化技术在融入智能化特征后，电力系统一旦出现服务问题，其故障位置将会被系统自动定位，同时，电力系统在日常运行过程中，自动化技术也会依据各类设备实际参数的变化，对可能出现的问题进行预警，并将对应的问题发送至控制端，各类信息数据展现极为明确。 （2）仿真技术层面的应用。随着互联网技术的飞速发展，电气自动化技术在电力系统中的应用也愈发广泛，实际工作模式也在网络通信技术支撑下愈发高效，不仅让工作人员的实际工作过程与故障检测过程更为便捷，也为实际维护人员的人身安全提供了必要的保障。电力行业自身带有极高的危险性，电路设备的维护过程需要专业技术人员深入实际设备现场，结合实际的运行数据进行分析，而这一过程虽然有着严格的保障体系，但是，一旦操作人员出现失误，或是电路系统的相关参数超过保障系统的承受上限，人员安全性将会遭受极大挑战。此时，借助电气自动化技术所形成仿真应用，对原本的高危行为进行模拟与仿真，不仅可帮助维护人员更为快速找到维护方式，亦可挺高电力系统自身的可操控性，电力系统安全事故的发生概率更是会得到明显控制。 （3）电网技术的应用。我国针对电力系统运行效率问题实施大规模升级改造，电气自动化技术已经在电力系统内部实现更为广泛的应用与融合，电气自动化相关技术也在这一背景下实现较大发展。但是，当前我国电力系统整体发展仍处于初始阶段，各类系统处于分散独立的状态，电网整体管理与调控难度较高。为了进一步提高我国电网系统的安全性以及供电服务的稳定性，在电气自动化技术应用过程中，也需要同步强化通络通信技术的融合，并根据电气自动化技术的相关特征与优势，实施更为完善的电网技术建设工作，依靠互联网技术与大数据，全面推进智能化电网建设工作。 3电气自动化技术在电力网络的应用展望 （1）加快与国际标准接轨的步伐。我国电力事业飞速发展，人们生活水平不断提升，社会与人民群众对电力系统的各类服务要求也越来越高，电力系统自动化技术更是取得长足发展。但是，我国电力系统内部的电气自动化技术应用水平与标准仍与国际整体存在一定的差距，相关技术稳定性与应用深度更是需要做出进一步升级与优化。因此，为了让我国电力系统在未来发展中取得更为广阔的生存空间，我国必须不断加快与国际标准接轨的步伐，实现技术与标准层面的互通与合作，并成为更为优秀的良性循环过程。国际标准虽然有着一定的先进性，但是，我国电力系统在升级改造过程中，也要综合分析实际国情，制定更为科学的发展策略，并实现创新与弯道超车。 （2）强化电网自动化技术深度与应用范围。我国电网系统在发展电气自动化技术过程中，需要面对广袤的国土与不均衡的人口分布现状，各地区经济发展与电力消耗又存在极大的差异性，因此，在电网系统整体发展过程中，需要针对这一现状，实施更为科学的技术应用策略。首先，针对电力能源消耗不均衡问题，电网系统需要提高电力调度层面的智能化与高效化，利用互联网技术实现各类需求数据的快速传输与处理，结合实际的用电压力，集合地区的实际状况，将电网自动化技术的各项数据完成精准化控制。其次针对电网操作与管理，配电、变电以及输电调度流程，实施针对性服务模式，依托电气自动化技术，建立更为完善的组织管理结构，最终实现电力系统电网智能化的发展目标。 （3）统一技术应用标准与要求。我国电力系统在发展过程中，因历史因素与地域因素限制，实际电网结构更为复杂，同时，电力系统自身在运行与实施过程中，需要同步面对众多项目与环节，内部系统较为烦琐，很多自动化技术的应用标准也没有实现高度统一。因此，电气自动化技术在未来电网系统应用与发展过程中，需要针对技术的应用标准与要求实现高度统一，结合实际的流程与问题，建立更为完善的处理机制与模式，综合考虑电力使用与电力设备维护过程，提高电力系统运行安全性与可靠性。 （4）关注网络信息技术的发展趋势。电力系统应用电气自动化技术是一项长期升级过程，部分技术的发展与应用，对于电力系统整体而言，虽然具备一定的改进效果，但是，也会伴随着人们的用电需求不断升级而落伍。因此，电力系统需要建立长期发展机制，针对电力系统内部的各类电力数据信息，强化数据处理与分析，并结合具体的用户反馈结果，不断发展各类应用与流程模式，提高整体可操作性与应用性。同时，相关工作人员也需要时刻关注网络信息技术的发展，不断融合更多的技术手段，电力网络与系统性能。 4结语 电气自动化技术与电力系统的融合，既要满足人们日益增长的用电需求，更需要结合技术发展趋势，创新更为优异的技术应用模式，提高系统整体运行性能与安全，与时俱进，不断强化电气自动化技术在电力网络中的应用深度，为我国电力事业的科学发展创建更为有效的技术模式与手段。 作者:郭东明 单位:潍坊市妇幼保健院 自动化技术在电力中应用篇3 0引言 电气自动化是一门基于控制理论学和电力系统学基础之上的一门新型学科，该专业涉及了包括系统开发和系统分析在内的多个领域，目前该学科由我国高等院校开设。我国经济发展的同时对于电气自动化的需求也在不断上升，在此背景下电气自动化专业得到了大力发展。如今人们开始追求电力系统的智能化、集成化以及数字化，面对不断上升的需求，电气自动化技术的运用范围也在不断扩大。 1自动化控制的电力系统 电力系统广泛的分布在我国各个角落，由于面积范围大同时具有统一调配性的特点因此电力系统十分复杂，它包含了发电站、变电站、输配网络以及用户四大部分。实现电力系统的自动化主要就是实现生产检测自动化、自动传输网络信息、自动调节电网调度以及自动保护系统和元件的安全。保证电力系统安全高效运转是实现电力系统自动化的安全运行，促进我国经济发展[1]。 （1）自动传输信息系统。电力系统信息自动传输系统是实现调度中心与发电站、变电站之间信息交换的系统。电力系统自动传输系统由远动装置和电力数据网组成，这两部分共同作用实现了电力系统中各个部门的信息互通共享。 （2）反事故自动装置。电力系统反事故装置能够有效防止电力系统发生事故，保障电力系统和电气设备安全高效的运行。目前我国电力系统反事故系统主要分为继电保护装置和系统安全保护装置。继电保护装置在事故发生时能够有效切除故障系统线路以及发动机等设备，保障电力系统的安全运行。而系统安全保护装置的主要目的是阻止电压崩溃、系统振荡以及失步解列等影响系统安全运行的事故发生。 （3）发电系统自动化。电力系统自动化不仅对电力调度进行了实时监控还实现了变电站的自动化，还能够实现电力系统负荷的自动控制。实现供电系统的自动化能够使电力系统的管理难度降低，传统管理过程中往往通过人工值班监控电气设备状态，效率较低，自动监控有效解放了工作人员的工作压力。 （4）电网调度自动化。控制中心、主站系统、厂站端（RTU）和信息通道利用专业广域网融合在一起，是电网调度自动化的基本组成部分。电网调度自动化主要指的是自动化采集和控制数据、自动监测电网运行、自动估计电力系统状态以及自动发电控制等工作的自动化[2]。 2变配电中的电气自动化技术 变配电系统包含了高压配电室、低压配电室、变压器室、电容器室和值班室等重要部分。变配电所占据了电力系统中不可替代的地位，是生产电力的关键[3-6]。 （1）电力系统的保护功能。电力系统正常运转的核心就是安放在变配电所中的电气装置，因此应当对配电所采取一定的保护措施。电气自动化运用过程中存在保护功能，它的应用对我国变配电所具有重要意义。保护功能主要分为线路、电容器以及变压器等设备的保护和电压电流的保护两大类。 （2）电力系统的通信功能。电力系统中各个环节的信息交流与沟通主要依靠通信功能完成，信息沟通有利于站点向上级汇报电气运行状况以及设备故障，它还能够实现邻近站点间的数据资料交换和信息交流。通信功能是实现电力系统统一调配的关键，它有利于设备故障的及时发现和解决，保障电力系统的安全稳定运转。 （3）电力系统的远动功能。系统的远动功能本质上是电力系统中的预警功能，它能够实时监控配电所中各个部分并及时向中心调度台反馈采集到的信息。远动功能的运用能够确保变配电所各个环节安全有效的运转，因此它对我国电力系统的正常运转具有重要意义。同时我国企业生产活动和人民日常生活都需要电力，远动功能正产使用能够保障电力系统高效运行，推动国民经济发展。 3电力系统自动化系统的展望 目前，我国各行各业生产以及人民日常生活都离不开电力，因此电力系统已然成为国民经济体系当中重要的组成部分，具有不可替代性。我们处于日新月异的现代社会，电气自动化技术的研究进度也在不断发展。随着电气自动化技术对我国电力系统产生了许多积极影响。例如，对电力系统进行实时监控，有效地减少了维护电力系统正常运行的人工成本。电力系统自动化有利于我国国民经济发展并且能够保障电力系统的稳定运行。因此发展智能化程度高电力系统是我国经济发展的必然要求。 （1）实时仿真系统。对电力负荷特征进行实时监测以及建立电力系统实时仿真模型就是电力系统实时仿真系统的作用。为了尽快完成我国实时仿真实验室的建立，我们应当从国外引进先进的电力仿真系统。电力系统实时仿真学具有较强的专业性，因此学习该门课程，学生应当积极开展实验，在实验的过程中加深理论知识的认识，利用实践的方式提高自身知识。在教学过程中应用仿真系统有利于学生更加清晰的了解电气自动化在电力系统中的运用过程。由于仿真系统在运用过程中能够收集许多真实数据，这些数据能够帮助我国研究人员进一步研究电力系统优化问题。 （2）智能保护和变电站综合自动化。近几年，我国电力工业得到了有效发展，因此电力的需求也在不断升高。必须大力发展电气自动化技术，将其运用进我国电力系统中满足我国对电力愈来愈高的需求。实现智能保护和变电站综合自动化，是促进我国发展智能电力行业的要求。为了提高电力系统的智能化程度，实现电力系统的自动控制，需要技术人员深入研究有关专家系统、人工神经网络、模糊逻辑以及进化理论在电力系统中的应用。由于电力系统存在漏电等风险，因此人工管理电力系统可能会造成相关人员生命财产的损伤。同时长期处于危险环境中，巨大的心理压力不利于工作人员的身心健康。实现电力系统的智能保护和变电站综合智能化，不仅能够降低事故发生的可能性，还能保障电力系统工作人员的生命安全和电力系统的安全运行。 （3）配电网自动化。电力系统运行主要分为发电、输电和配电三大环节。其中，发电环节需要对电力系统中各个元件以及电气设备进行保护；输电需要对电力系统中各个线路进行保护；而配电环节由于各类配电网对供电的质量要求不一因此不存在稳定性问题。自动配电网主要是通过保护电流电压实现的。实现配电网自动化是保障我国电力系统安全稳定的核心环节，我国面对不断上升的电力需求，要积极优化和发展配电网自动化技术，提高国家电网的智能化程度，保障电力系统安全运行。 （4）监测电气设备状态和诊断设备故障技术。由于电气设备运行会受环境等诸多元素的影响，因此设备故障是不可避免的。对电气设备的运行状态进行实时监测能够保障电气设备的安全运行，确保能够及时处理设备故障。相关电力学专家应当积极研究如何将传感器技术、光纤技术、计算机技术、数字信号处理技术以及模式识别技术运用于设备的检测以及维修上，利用变压器和开关等设备优化监控系统，保障电力系统安全高效运转。 4结语 随着我国电力需求的增加，应当积极研究电气自动化技术，研究并发展智能化的电力系统，保障我国电力系统高效运转，并促进国民经济发展。 参考文献 [1]李爱民.电气自动化的发展趋势以及在电力系统中的应用[J].科技资讯,2012(27):131. [2]万晨宇.电气自动化的发展趋势以及在电力系统中的应用[J].科学技术创新,2018(01):29-30. [3]张达,周文辉,冯标,王聪.自动化技术在电力系统中的应用[J].集成电路应用,2022,39(06):94-95. [4]张楠.配网自动化在电力系统中的应用[D].河北：华北理工大学,2019. [5]郭丹.电气工程自动化技术在电力系统运行中的应用[J].石河子科技,2021(06):10-11. [6]魏章勇.自动化技术在电力系统中的应用[J].集成电路应用,2022,39(02):140-141. 作者:彭振宇 单位:中海福建燃气发电有限公司

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

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

基于复杂网络理论的计算机网络拓扑分析 摘要：复杂网络是指具有无标度、小世界、吸引子、自相似、自组织中部分或者所有性质的网络。在现实世界中，许多复杂的系统基本上都能以网络来进行描述，而现实中的那些复杂的系统则可以以“复杂网络”来称之，比如社会网、交通网、电力网、万维网、因特网等等都可以称之为复杂网络。本文主要通过对复杂网络理论的介绍，从而对计算机Internet网进行分析，对Internet网这一复杂系统进行探究，揭示Internet拓扑现象的特性、规律及动因。 关键词：复杂网络；计算机网络；网络拓扑 在现实世界中，许多复杂的系统基本上都能以网络来进行描述，而现实中的那些复杂的系统则可以以“复杂网络”来称之，比如社会网、交通网、电力网、万维网、因特网等等都可以称之为复杂网络。在这些复杂系统中，那些现实中的实体往往通过复杂网络的节点来表示，实体跟节点相对应，节点之间的连线（即边）则对应于实体与实体之间的关系。而Internet网络自从诞生开始，其一直沿着更优、更高级、更复杂的路径演化和发展着，现在Internet网络已经成为一个开放的、无中心控制的、异构的、分布式的极其复杂的网络系统。其复杂性主要表现在：第一，Internet网络结构日益复杂。Internet网络的规模在不断的扩大，网络中的节点不断加入和退出，各个节点以及它们之间的链路时常发生失效，链路也经常出现方向和权重的变化。第二，网络中节点日益复杂化。各节点越来越具有复杂非线性行为的动力学系统。第三，复杂因素之间的彼此影响。各个节点之间或者数据包流和节点之间出现了非线性的作用及其各个用户之间的竞争和合作等等都是彼此的影响因素。 一、复杂网络理论简介 复杂网络是指具有无标度、小世界、吸引子、自相似、自组织中部分或者所有性质的网络。复杂网络理论的主要内容有：网络的演化特征、演化规律、演化动力学机制、演化的统计规律以及网络的模型特质、形成机制、几何性质、结构稳定性等。在自然科学中，复杂网络研究的最为基本的内容包括：度、相关性、集聚程度、最短距离、介数以及它们的分布特征。 复杂网络系统一般有着下面几个特征： （1）小世界。复杂网络通过简单的描述对许多复杂的现实网络进行了解释，认为不管规模多大的网络，其任意两个节点都是由一条路径连接的事实。它阐释无论什么世界都是通过相互关系非常小的无数个节点所连接起来的。比如，在现实的社会网中，每个人的生活圈很小，人跟人认识的数目非常少，但是这个社会却是由无数个关系所组成的，通过一条关系，可以找到跟你相距很远的无关系的陌生人。就好像麦克卢汉所讲的，地球将越来越小，是一个小的地球村，即一个小世界。 （2）集群性。复杂网络会越来越具有集群性。比如，在现实的社会网络中，每个人都有自己的朋友圈、熟人圈，在这个圈子里，每位成员都可能跟其他成员认识。集群性就是指网络具有一种内聚的倾向，即在一个大网络中，会分布着许多个彼此联系的积聚小网络。比如一个朋友圈往往会通过某种关系跟另一个朋友圈联系着。 （3）幂律的度分布。度是指网络中的节点及其节点关系的数量；度的相关性是指各个节点之间的联系紧密程度；介数是指网络中所有最短路径经过某一节点的数量，即有一节点A，在网络中，所有经过A的数量，它反映的是节点A的影响力。无标度网络的特征主要集中反映了集聚的集中性。总之，复杂网络的主要特征有：无标度性、小世界效应、节点度的幂律分布。 二、Internet网络的拓扑分析 （一）Internet拓扑的特点 近些年来对于Internet拓扑的研究，最重要的成果是对于Internet拓扑节点度的幂律分布。这种分布在规模不同的网络拓扑中表现出一定的稳定性，也就是指，在规模不同的Internet拓扑中，它们的节点度表现出一种幂律分布，即： P（k）=k-β 其中，β一般在2―3这个小范围内进行波动，k是指节点度，P（k）表示度为k的节点出现的概率，即分布率。 Interne作为一个复杂网络，从其通信网络的优化目的来说，其实现节点间平均距离最小化、网络边数最小化是其拓扑优化的主要目标。即未来通信网络的趋势就是小世界网络。可是Internet网络所覆盖的范围非常巨大，具有全球性，其拓扑结构的发展还面临着许多技术上的问题。所以，对于Internet网络拓扑结构的优化目标的实现有点不大可能。但是话又说回来，尽管Internet的发展并不能实现拓扑设计的整体优化，它的小世界、较少边、高聚集等特性足以表明其还是具有小范围优化的特点，这些特点的产生可表现出其一些规律，即Internet网络具有优先连接和生长的规律。生长表示的是Internet具有动态增长的特性，所以Internet的拓扑结构也是一个动态的过程。优先连接规律表示新节点进入Internet网络的规则，即在新节点加入网络时会选择拥有较大连接数的节点进行连接。 （二）基于复杂网络理论的Internet网络拓扑模型的构建 在世人发现Internet网络节点度具有幂律分布的规律之后，Internet网络拓扑模型的构建产生巨大的转变。大家更多的选择从优先连接和生长等这一网络拓扑规律入手进行Internet网络的拓扑建模，其主要是为了让符合现实Internet拓扑性质的模型通过一些简单规则的演化让其自动地产生出来。可利用优先连接来对新节点加入网络的过程进行描述还比较粗糙，首先是因为新节点在加入之前，对网络全局的信息进行了解和把握具有很大的难度，其次一个原因是单一的优先连接不能够描述复杂的加入决策过程，而且在全网中容易形成少量的集散节点。所以要建立更加符合现实Internet拓扑特征的网络模型则需要考虑更完善的加入规则。 现在对于构建Internet模型主要是依据自治域级和路由器级，但由于Internet网络拓扑特性在不同层次和不同规模中表现出某种本质上的相似性，所以，本拓扑模型的构建都适应于这两个级。此模型主要的规则是前面提到的通过生长和局部优先连接，来形成Internet拓扑模型，这种形成机制就好像一个层次化比较强的选举过程，如下图所示： 此模型首先假设在一个平面中分布着n个节点，并存在着一个离散的均匀走动的时钟，这些节点都清楚自己是何时进入网络的，这些节点进入网络的时刻分布是从零时刻开始至具体某一特定时刻内的随机分布。每个节点进入网络前后的动作就是接收和发送消息及依据所接收的消息产生响应。发送和接收的消息中包括了自己的优先度以及消息传达的范围等内容。并且这些节点优先度将对其消息传送的范围即辐射半径产生直接的影响。在节点接收消息之后往往是按照消息源的优先度来确定其是否跟发送消息的节点建立连接，若所接收到的许多消息源节点存在相近的优先度，其将会随机地选择一个消息源节点进行连接。通过这种规则进行不断的演化和发展，将会得出上图的结果。其中a图表示Internet网络形成的初始阶段，那时仅仅只有一小部分节点进行活动，每个节点度都比较小，其发送和接收消息的范围还比较小，所以这些节点往往只跟自己相邻的节点进行连接。而随着时间的不断推进，节点度的不断增加，各个节点的消息所能到达的距离越来越远，即所形成的连接会越来越大、越来越多。在局部区域胜出的节点代表整个区域参与更大范围的竞争，以致形成更大区域的代表。这个过程将持续下去，直到网络中形成几个较大的聚集中心。如图（b）、（c）所示，这种自组织的层次网络并不具有预先设置的层次数。这就是Internet网络拓扑结构的形成模型，是一种消息自组织和传递接收的模型。 三、结束语 综上所述，复杂网络理论最主要的特性是无标度性、小世界效应、节点度的幂律分布。Internet网络延续着这些性质，在其拓扑结构构建和形成中表现出来，具体所形成的拓扑规则是：Internet网络中节点的生长性和优先连接。通过其不断的生长以及生长出的节点的优先连接，从而促使网络拓扑是一种消息自组织和传递的过程。 复杂网络论文:计算机网络行为的复杂性理论研究 摘要：在信息时代的大背景下，计算机网络行为越来越复杂，传统的研究计算机网络行为的方法已难适应大规模的计算机网络。为更好地管理和控制复杂的计算机网络，提高网络服务的质量，将复杂性理论应用于计算机网络行为的研究，探索出一种复杂网络行为研究新方法。分析计算机网络行为研究的传统方法之不足，阐明复杂性理论应用于计算机网络行为研究的有效性，并概述其发展现状，以及指明其广泛的应用前景。 关键词：计算机网络；网络行为；复杂性理论 一、引言 当今的计算机网络异常复杂，运行时的动态变化规律成超分布、超并行、超复杂性质。计算机网络行为研究的对象正是这种动态变化规律，具体研究对象有：拓扑结构的动态变化、传输性能动态演化、网络安全、故障诊断、以及动态网络流量等。建立或优化出具有更高性能的计算机网络，在巨量用户的情况下，依然能保证高质量服务。故，研究计算机网络行为具有重要的意义。 传统的计算机网络行为分析方法的基础理论大多为“还原论”思想，一定程度不适合当今复杂计算机网络行为研究的发展需求。基于传统计算机网络行为研究方法的缺陷，将复杂性理论应用于计算机网络行为研究之中，为探索复杂网络行为研究方法提供新思路。复杂性理论是一种基于非线性、动态、复杂系统的理论，其是解决系统整体性的新方法。故在研究计算机网络宏观行为特性时，复杂性理论有其巨大优势。 二、传统计算机网络行为研究 传统的计算机网络行为分析方法的基础理论大多为“还原论”思想，一定程度不能较全面地当今复杂计算机网络行为研究的发展需求，其局限主要表现在以下几个方面： 1.传统的计算机网络中的采样和测量理论已不适用于现在复杂背景下的计算机网络。 2.复杂计算机网络中的宏观可靠性的研究甚少。 3.复杂计算机网络中的安全行和宏观安全监控理论缺乏。 4.传统的阵列新能评估理论不能处理长程相关条件下的性能评估。 5.复杂计算机网络拓扑图状态分析理论甚少。 6.复杂计算机网络中时常发生异常大流量，对这种显现的研究和处理理论甚少，而传统的Poisson和Markov理论不能准确刻画，故，需要新的数学理论对其进行研究。 7.研究复杂计算机网络中的流量实时测量和监控理论较少。 然而，现今的计算机网络发展迅猛，已经深入人们生活的各个领域，故，探索新的方法，来研究复杂计算机网络行的方法，以提高网络服务质量，因此其具有重要的理论意义和实用价值。 三、复杂性理论 复杂性理论被誉为“二十一世纪的科学”，作为一种介于相对论和量子力学之间的新科学研究工具。 将复杂性理论应用于现今的复杂计算机网络行为研究之中，可从计算机网络系统的宏观上研究和分析其网络行为特性，该领域的研究能突破传统算法的一些局限，更好地建设出和优化现今的计算机网络结构，保证服务质量。 复杂性理论主要包括：混沌学、分形学、自组织学、以及复杂网络学等，是一种新型的交叉科学： 1.混沌是非线性系统中，貌似随机运动的复杂现象，各个科学领域，包括计算机网络中，存在大量的混沌现象，其主要特征包括有界性、遍历性、不可预测性、分为性、普适性等。 2.分形所描述的一个粗糙或零碎的几何形状，可以分成多个部分，且每一部分都是体缩小尺寸的形状，即自相似性。由于其由非线性、非平衡过程所产生，故其具有非周期、无规则的自相似特征。 3.自组织是一种系统的自我调节的过程，为整个系统自我生存、寻求适应性、创造性的行为。各种内在因素相互影响，使复杂系统能够自动地变换成“自组织临界状态”，此时，系统的时空动力学行为不再具有特征时间和特征空间尺度，而是时空关联（满足幂定律分布），如果越过该临界状态，系统会产生复杂的相变现象。 复杂计算机网络行为的复杂性是宏观的，包括行为复杂、功能复杂、结构复杂等各个方面。而复杂性理论的自组织性、临界性、自相似性、非线性等鲜明特征正好符合研究复杂计算机网络行为的各种特征。 四、计算机网络行为的复杂性理论发展 由于复杂性理论的特性适用于研究复杂计算机网络行为，故国内外很多学者对将复杂性理论应用于网络行为研究感兴趣，并取得了一些成果。 在计算机网络流量行为研究方面，WE Leland等人于1994年发现实际的计算机网络流量符合自相似特性，而并不符合传统的poisson分步布，这表明传统的poisson、马尔科夫流、自回归等分析手段不在适用，后来进过大量学者深入研究，建立了一系列流量模型，比如报酬模型、无限源Poisson模型、MMPP模型、On/Off模型等。 在网络拓扑行为研究方面，研究成果表明实际的计算机网络并不是一个随机网络系统，而是一种具有小世界特征和无尺度特征的复杂网络，其节点度服从幂律分。欲研究计算机网络的拓扑行为，就必须先着手建立有效的网络拓扑模型，随着学者深入研究，提出了比如WS模型、BA模型、局部演化模型等网络拓扑演化模型，及针对网络的鲁棒和脆弱性，提出的HOT模型等。 在将混沌学引入到计算机网络行为研究中的方面，研究发现计算机网络中普遍存在一种貌似随机的现象，其具有混沌的各种特性。为引导这种混沌现象向好的方面发展，学者陈关荣等人在详细分析了计算机网络流量控制系统中的混沌现象之后，将将混沌控制方法引入到网络流量控制当中，另外，国内外一些学者探索试将混沌最大Lyapunov指数、以及相空间重构技术引入到计算机网络流量行为研究和分析领域，获得了一些成果。 五、展望 将复杂性理论引入计算机网络行为研究，虽然取得了丰硕的成果，但也存在一些尚待解决的问题。现今的计算机网络越来越复杂、有其符合复杂性理论的特性，且复杂性理论的研究比较成熟。 在计算机网络拓扑机构研究方面，网络拓扑演化行为具有动力学、非线性、自组织性等，而将复杂性理论的自组织学、混沌学、分形学、拓扑学等领域研究成果引入计算机网络拓扑研究尚不充分，且更具具体的实际计算机网络特点结合复杂性理论进行研究也尚待探索。同样，在计算机网络流量行为研究方面，针对网络流量的混沌、自相似等特性，结合混沌理论、分形理论等，全面阐述网络流量行为的特点动态变化形式，并对计算机网络流量进行有效建模，支持其特征参数，为给出有效的控制方法奠定基础、以及为计算机网络安全防范、稳定运行等方面提供理论前提。 六、结论 21世纪的信息化将给人来带来巨大财富，计算机网络行为的研究具有重要的价值，而计算机网络行为研究中的复杂性理论研究将为其提供一种新方法。在此，针对实际计算机网络的复杂性特点，总结了传统网络行为分析方法的缺陷，并综述了计算机网络行为研究中的复杂性理论研究现状，指明其在管理和控制复杂计算机网络方和提高网络服务的质量方面取得的效果，总结了复杂性理论应用于计算机网络行为研究的有效性，并阐述该理论研究的重要意义，以及其广阔的发展前景和应用潜力。 复杂网络论文:复杂网络研究 摘要：从复杂网络的三个主要度量特征量：平均路径长度、聚集系数、度分布的角度分别介绍了复杂网络中最主要的三种网络模型,即随机网络模型、小世界网络模型和无标度网络模型，并提出了进一步研究的一些方向。 关键词：复杂网络；随机网络；小世界网络；无标度网络 1 复杂网络研究概况 近年来，国内外掀起了研究复杂网络的热潮。复杂网络之所以复杂，不仅在于网络规模的巨大，网络结构的复杂，而且网络在时间、空间上都具有动态复杂，网络行为也很复杂。 现实世界中的许多系统都可以用复杂网络来描述，如社会网络中的科研合作网，信息网络中的万维网、科研引用网，技术网络中的因特网、电力网等。网络节点为系统元素，边为元素间的互相作用，例如，在社会网络中，节点表示个人、组织机构或国家，边表示他(它)们之间的社会联系。现实网络系统的复杂性主要体现在三个方面[1]：首先，网络的结构非常复杂，对网络节点间的连接，至今仍没有很清晰的概念;其次，网络是不断演化的，网络节点不断地增加，节点之间的连接在不断地增长，而且连接之间存在着多样性;第三，网络的动力学具有复杂性，每个节点本身可以是非线性系统，具有分岔和混沌等非线性动力学行为而且在不停地变化。 由于现实世界网络的规模大，节点间相互作用复杂，其拓扑结构基本上未知或未曾探索。两百多年来，人们对描述真实系统拓扑结构的研究经历了三个阶段。在最初的一百多年里，科学家们认为真实系统要素之间的关系可以用一些规则的结构表示，例如二维平面上的欧几里德格网;从20世纪50年代末到90年代末，无明确设计原则的大规模网络主要用简单而易于被多数人接受的随机网络来描述，随机图的思想主宰复杂网络研究达四十年之久;直到最近几年，科学家们发现大量的真实网络既不是规则网络，也不是随机网络，而是具有与前两者皆不同的统计特性的网络，其中最有影响的是小世界网络和无标度网络。这两种网络的发现，掀起了复杂网络的研究热潮。 2 复杂网络主要特征度量 2.1 平均路径长度(Average Path Length ,APL) 平均路径长度是网络中一个重要的特征度量，它指网络中所有节点对之间的平均最短距离。这里节点间的距离指的是从一节点到另一节点所要经历的边的最小数目，其中所有节点对之间的最大距离称为网络的直径。平均路径长度和直径衡量的是网络的传输性能与效率。 对于无方向无权重网络，连接点i和点j的连线的数目即称为路径长度。点i和点j之间的最短路径是连接这两点的最短的路长,其长度是点i和点j之间的距离dij。若图带权重，可以使用同样的定义，但是要考虑到权重。计算dij的平均值，称为平均路径长度：。这样的定义存在的问题是如果在网络中存在不连通的节点，则平均最短距离将发散。为此Latora和Marhciorlli[2]提出了一种称为全局效率的相关测量量：。 2.2 聚集系数(簇系数Cluster Coefficient) 集聚系数，它衡量的是网络的集团化程度，是网络的另一个重要参数。簇系数的概念有其深刻的社会根源。对社会网络而言，集团化形态是其一个重要特征，集团表示网络中的朋友圈或熟人圈，集团中的成员往往相互熟悉，为衡量这种群集现象，科学家们提出了聚集系数的概念。 通常用到了两种聚集系数。Barrat和Wegiht[3]提出了对于无向无权重的网络的如下定义：C=3NA/N3 。 其中NA是网络中三角形的数目，N3是三个点连通的数目。因子3是考虑到每个三角形可以看作是三个不同的三连通点。一个三角形是每对点之间都是有连线的三点集，而三连通点则是每个点都是可以从另外的点到达的三点集，这样可以定义给定点i的聚集系数： 。其中NΔ(i)是包含了点i的三角形的数目，N3(i)是点i做为中心点的三连通节点的数目。若ki是节点i的邻居的数目，则N3=ki(ki-1)；同样，NΔ(i)是i点的邻居之间的连线的数目，用li表示邻居之间的连线的数目，则方程可以写为：。 2.3 度分布(Degree Distribution) 度分布是网络的一个重要统计特征。这里的度也称为连通度，节点的度指的是与该节点连接的边数。度在不同的网络中所代表的含义也不同，在社会网络中，度可以表示个体的影响力和重要程度，度越大的个体，其影响力就越大，在整个组织中的作用也就越大，反之亦然。度分布则表示节点度的概率分布函数P(k)，它指的是节点有k条边连接的概率。在目前的研究中，两种度分布较为常见：一是指数度分布，即P(k)随着k的增大以指数形式衰减；另一种分布是幂律分布，即P(k)~k-γ，其中γ称为度指数，不同γ的网络，其动力学性质也不同。另外，度分布还有其它形式，如星型网络的度分布是两点分布，规则网络的度分布为单点分布。 3 复杂网络模型 3.1 随机网络模型 20世纪50年代末期，匈牙利数学家Paul Erds和Alfred Rény首次将随机性引入网络的研究，提出了著名的随机网络模型，简称ER模型。他们指出可以用两种方法建立随机网络一种方法是给定N个节点，从(N(N-1))/2条可能的边中连接E条边，忽略重边情况;另一种方法是给定N个节点，每一对节点以概率p进行连接，所得到的图是一个随机图。 随机网络的基本特性可以归纳如下: 1) 随机网络的平均度为： 2) 随机网络的聚集系数：由于网络中任何两个节点之间的连接都是等概率的，因此对于某个节点i，其邻接点之间连接的概率也是p，所以随机网络的簇系数 网络的平均最短距离随网络规模的增加呈对数增长。 3) 随机网络的平均最短距离可以进行如下估计：考虑随机网络的平均度(k)，对于任意一个节点，其一阶邻接点的数目为(k)，二阶邻接点的数目为(k)2，依此类推，当l步后达到网络的总节点数目N，有N=N=(k)l，所以lland~lnN/ln((k))可以看出，随机网络的平均最短距离随网络规模的增加呈对数增长。 4) 随机网络的度分布：给定一个连接概率为p的随机图，对于任意节点i，其度ki遵循二项式分布:当网络规模N很大时，网络的度分布接近泊松分布，即 。由于随机网络中节点之间的连接是等概率的，因此大多数节点的度都在均值(k)附近，网络中没有度特别大的节点.随机网络的特征是网络的簇系数较小，平均最短距离也较小。 3.2 小世界网络模型 1998年Watts和Strogatz[4]在ER模型基础上对比真实网络提出了小世界模型(WS), WS模型构造过程如下： 1) 开始于规则图形。初始有数目固定的N个节点，每个节点有k个临近节点，构成一个规则的一维圆环。 2) 随机化。以概率p对圆环中的每一条边重新连接。这个过程中要求不能自身连接和重复连接。例如图1[5]所示，p=0对应于规则图，p=1对应于随机图；当前研究的热点是p在0到1之间的WS网络的性质。 图1 中间为小世界模型(左图为规则图,右图为随机图) WS网络的主要性质为： a) 平均路径。图1中被随机选择又重新连结后的线称为捷径，它对整个网络的平均路径有着很大影响。分析表明：当p =2/(NK)，即在保证系统中至少出现一条捷径的情况下，系统的平均路径开始下降。即使是相当少的捷径也能够显著地减小网络的平均路径长度。这是因为每出现一条捷径，它对整个系统的影响是非线性的，它不仅影响到被这条线直接连着的两点，也影响到了这两点的最近邻、次近邻，以及次次近邻等。 b) WS网络的聚集系数。由初始固定的节点数可计算出P=0时规则网络的集群系数为C(0), C(0)取决于网络结构而与尺寸N无关，因此有相对较大的值。随着边按一定的概率P随机化，集群系数在C(0)的附近变化。 c) 度分布。WS模型是介于规则网络和随机网络之间的模型，P=0时规则网络的度分布是中心点位于K=k的δ函数，P=1时随机网络是Poisson分布，在K=k点达到极大值。P从0变化到1的过程中，原来δ函数形式的度分布逐渐拓宽最终形成 Poisson分布。 3.3 无标度网络模型 上世纪末，Albert 等在对互联网的研究中发现了无标度网络(scale-free network)，开辟了人们对于复杂网络系统认识的新天地。他们发现，互联网实际上是由少数高连接性的页面组织起来的，80%以上页面的连结数不到4 个。然而只占节点总数不到万分之一的极少数节点，却有1000个以上的连结。这种网页的连接分布遵循所谓的“幂次定律”：任何一个节点拥有k 条连接的概率，与1/ k 成正比，这就是无标度网络。其后几年中，各行各业的研究者们在许多不同的领域中，都发现了无标度网络。从生态系统到人际关系，从食物链到代谢系统，处处可以看到无标度网络。 无标度网络最显著特征是度分布属于幂分布。其表现出的特性是：大多数的节点只与一两个少数节点相连接，但有少数节点却被大量的连接。无标度模型一般用来分析网络的动态特性，揭示大型复杂网络的拓扑结构。 基于“成长性”和“择优连接”这两种机制，Albert等在深入分析了ER 模型之后，于1999年提出了BA 模型[6-7]，从理论上解释了无标度网络的现象。它比较准确地把握了现实世界中网络最基本的特点，较好地解释了无标度网络的形成机制。 BA模型是第一个增长的网络模型，其算法如下： 1) 增长：在初始时刻，假定系统中已有少量（m0个）节点，在以后的每一个时间间隔中，新增一个度为 的点(m≤m0)，并将这m条边连接到网络中已经存在的m个不同的节点上。 2) 择优连接：当在网络中选择节点与新增节点连接时，假定被选择的节点v与新节点连接的概率?蒹(ki)和节点 的度成正比，即。经过t个时间间隔后，便会形成一个有N=m0+t个节点、 条边的网络。图2显示m=m0=2时的BA模型的演化过程。初始网络有两个节点，每次新增加的一个节点按优先连接机制与网络中已存在的两个节点相连。 图2 BA模型的演化过程 a) 度分布。BA模型生成的网络的度分布是无标度的，因为网络中的每一个节点有k条边的概率p(k)~2m2l-3，如图3所示。 b) 平均路径长度。BA无标度网络的平均路径长度为，这表明该网络也具有小世界特性。 c) 聚类系数。BA无标度网络的聚类系数和网络大小有关，近似成一种幂率分布。 4 小结与展望 综上所述，以前，用规则网络和随机网络理论来描述真实系统的拓扑结构，这只反映了众多系统的两种极端情况，不能很好地描述多数现实系统。近几年来，以小世界网络与无标度网络为核心的复杂网络领域的最新成果反映了大多数复杂系统的基本特性，使得对复杂系统建模的研究取得了实质性的突破。复杂网络的模型研究虽然己取得很大进展，但仍然存在一些问题。 例如，小世界效应新的产生机制有待进一步研究。以WS模型为代表的小世界网络模型很好地展示了小世界的特性，但现实系统中的小世界网络异常丰富，理论上，有多少种现实网络就有多少种生成机制。因此，研究小世界网络形成的新机制，揭示产生小世界特性的多样性和新途径，是十分有意义的。 另外，演化网络拓扑的解析方法仍不完善。目前的多数网络模型是通过数值计算和近似的分析方法来建立的，即先以随机的方式生成网络，然后对度分布给出解析计算，而对其它主要参数仅给出模拟结果。由于模拟的结果带有很大的随机性，所以这种做对于网络拓扑特性方面的严格理解还发展得远远不够。 总之，复杂网络的发展给了我们一种看待世界研究世界的新方法，随着其研究工作的进一步开展，定能给我们带来新的惊喜。 复杂网络论文:利用MEX文件实现复杂网络分形维数计算 摘要:复杂网络是最近几年流行的新兴学科之一。通过复杂网络的研究可以发现人工网络和自然世界中共同存在的一些普遍特征。复杂网络的分形与自相似是复杂网络在演化成小网络时整体和部分、部分与部分之间呈现出来的某种相似性,通过对复杂网络进行分形维数的计算来达到探测网络的微观演化过程非常重要。本文对计算分形维数的盒子覆盖法进行了算法上的改进,同时在具体实现算法时采用了Matlab与C的接口程序C-MEX,有效地提高了运算速度! 关键词:复杂网络;分形维数;C-MEX 随着20世纪末Watts-Strogatz的小世界网络模型和Barabasi-Albert的无尺度网络模型的提出,复杂网络的研究取得快速的发展。经过十几年的蓬勃发展,复杂网络已成为最近几年流行的新兴学科之一,已不同程度的应用于工程技术、经济、医药、生物等领域。 复杂网络是当前重要的一门交叉性学科,通过复杂网络的研究可以发现自然世界和人工网络中存在普遍的特征,如小世界、标度等,从而使人们重新认识自然世界。复杂网络是从网络的视角出发,描述和研究的是系统构件如何相互作用而导致系统的宏观特性与行为。分形与自相似是复杂网络中的一个重要特性,也是其研究的一个热点之一。复杂网络的分形与自相似是复杂网络在演化成小网络时,整个过程将始终保持自己特征状态的相对稳定性,从而使它的整体和部分、部分与部分之间呈现某种相似性。在复杂网络中,定量地描述这种具有自相似的网络的参数就叫做复杂网络的分形维数。计算分形维数最常用方法之一是盒子覆盖法。本文对计算分形维数的盒子覆盖法进行了算法上的改进,同时在具体实现算法时采用了Matlab与C的接口程序C-MEX,有效的提高了计算速度! 1 复杂网络分形维数探讨 复杂网络的分形与自相似性研究是利用复杂网络中节点内部的互动性来探测网络的微观演化过程。一个复杂网络具有分形性是指在对该网络进行重整化的过程中,若覆盖整个网络中的点所需的大小为lB的盒子的最小数量为NB,NB会随着lB的增长呈有限指数的幂律增长,若设幂律指数为dB,则为dB为该网络的分形维数。具体满足关系模型如式(1): NB≈lB-dB (1) 盒子覆盖法是计算复杂网络分形维数基本的方法,是应用合适的形式于盒子覆盖的方式求出一个复杂网络的分形维数dB。盒子覆盖法描述为:对于一个给定的网络G和盒大小lB,一个盒子是所有任意两个节点i和j之间的距离lij小于lB的节点集合。盒子的最小数(记为NB)要能完全覆盖整个网络。以lB=1为例,那么很明显NB就为网络节点数N。 盒覆盖算法的最终目标就是找到一种行之有效的方式计算在给定盒子大小lB的情况下NB的最小值。 盒子覆盖法也有很多方法可以实现,最常用也是最有效的是贪婪着色法,其他的也有如燃烧算法等。本文采用了最常用的贪婪着色法并对其进行了稍微的改进。改进后的贪婪着色算法可以描述如下: 1) 给网络中的所有节点分配一个唯一的从1到N的数,每个节点并没有着色 2) 对于所有的值lB,分配一个颜色值0给所有1到其他所有节点,如Ci1=0 3) 将i设为2,重复下面的5个步骤直到i=N (1) 计算从i到j的所有节点的小于i的距离lij (2) 将lB设为1 (3) 对于所有的lij =lB选择一种没有使用的颜色Cjlij,就可以得到对于i的给定的lB的颜色值CilB (4) 设lB=lB+1,直到lB=lBmax (5) i=i+1 通过以上的算法只要在复杂网络中的所有节点游走一遍,就可以在给定盒子大小lB的情况下计算出NB的最小值,接着就可以利用关系模型公式求出该网络的分形维数dB了。 2 利用CMEX文件计算复杂网络分形维数 根据以上的算法描述,我们用matlab具体实现了这个算法。但我们在具体实现的过程中,发现由于复杂网络中的数据量非常大,而且MATLAB又是一种解释性语言,在执行M文件时,需要对矩阵的每个元素循环处理,运算速度非常的缓慢,例如利用MATLAB实现上述算法时仅仅调用一个20万行的数据,就需要执行30几分钟。 对于Matlab直接计算中存在的困难,我们考虑过从更换编程平台,但由于matlab一些优秀的特性,我们还是希望能用matlab软件来实现上述算法。这使我们把目光投向了CMEX混合编程。 MEX文件又称为外部程序调用接口,在进行大规模的数据处理,比如影响 MATLAB执行速度的循环体时,可以编写相应的C或C ++子程序完成相同的功能,并编译成 MEX文件,再由MATLAB调用此MEX文件以提高运行速度。 C-MEX是通过MATLAB的编译器转换为可执行文件,是按照MEX技术要求的格式编写相应的程序,通过编译连接,生成扩展名为.dll的动态链接库文件,可以在MATLAB环境下以函数的形式直接调用。一般来说,C-MEX 文件的执行速度是相同功能的M文件执行速率的20~40倍。 MEX文件主要由两部分组成,它们分工明确,分别用于完成不同的任务。第一部分称为计算功能子程,它包含了所有实际完成计算功能的源代码,用来完成实际的计算工作。第二部分称为入口子程序,它是计算子例行程序同MATLAB环境之间的接口,其作用是在 MATLAB系统与被调用的外部子程序之间建立通信联系。其中入口子程序的名字为mexFunction,其构成形式为:void mexFunction(int nlhs,mxA rray 3 plhs[],int nrhs,constmxA rray 3 p rhs[])。其中:nlhsnrhs为整型,分别表示输出输入变量的个数;plhs[]p rhs[]为mxA rray型指针数组,分别表示输出输入变量的地址。MEX文件执行流程可用图1表示。 针对于盒子覆盖法中的贪婪着色算法,我们也利用MEX文件编程实现了此算法来对复杂网络分形维数进行计算。具体利用C―MEX计算复杂网络分形维数的过程如下: (1) 我们先根据贪婪着色算法描述,用matlab的M文件实现 (2) 找出M文件中循环次数较多的代码段 (3) 将这些循环次数较多的代码段转化成相应的C-MEX程序,并编译成相应的.dll文件 (4) 将M文件中循环次数较多的代码段用相应的.dll代替 (5) 最后对修改后的程序编译执行 最后我们在CPU为AMD Athlon(tm) 64 X2 Dual Core Processor 4000+,内存为1G的机器上,分别对利用M文件和C-MEX文件两种方式调用了三组数据量不同的数据,得出的实验结果如表1所示。 从表1的结果,我们可以看到使用C-MEX混合编程后,实现复杂网络分形维数计算算法的执行时间得到了很大程度的提高。这也证明了我们所采用的方法是行之有效的。 3 结论 复杂网络作为一门重要的交叉性学科,通过复杂网络的研究可以发现人工网络和自然世界中存在普遍相似的特征,从而使人们重新认识自然世界的一些特性。通过研究复杂网络的分形维数,除了探究复杂网络中相似网络的维数,还可以探测网络的微观演化。本文对复杂网络的分形维数计算算法进行了探讨,并利用C-MEX混合编程的方式实现了此算法,极大地提高了运算速度。 复杂网络论文:基因表达谱的复杂网络研究 摘要：该文采用复杂网络理论。首先利用分类信息指数对数据进行初步筛选，选出了314个基因。对选出的基因分别做肿瘤样本和正常样本的相关系数矩阵，利用Kruskal算法分别对两个相关系数矩阵做最小生成树，然后通过比较选出阈值，建立起节点间的连边关系，得到致病前后的两个网络。根据复杂网络中的相关理论，分别对肿瘤样本和正常样本进行社区划分，最后通过观察两个样本的网络系统，分析致病前后基因的变化情况，建议了结肠癌的特征基因。 关键词：基因芯片；基因表达谱；社区结构；分类信息指数；最小生成树；阈值；复杂网络 癌症起源于正常组织在物理或化学致癌物的诱导下，基因组发生的突变，即基因在结构上发生碱基对的组成或排列顺序的改变，因而改变了基因原来的正常分布（即所包含基因的种类和各类基因以该基因转录的mRNA的多少来衡量的表达水平）。所以探讨基因分布的改变与癌症发生之间的关系具有深远的意义。 复杂网络理论是近年来发展起来的一个重要的交叉。对于一个复杂的系统，很多时候我们不能够单独通过分析系统内元组来反应系统性质。复杂系统是由微观层次上的海量个体所组成，个体之间存在着作用。把个体抽象为网络节点，而个体之间的相互作用抽象为节点之间的边，则复杂系统就可以用一个复杂网络来描述。 本文的实验数据集包含22 个正常组织样本和40个结肠癌组织样本，每个样本包含 2000个基因的表达数据。首先对样本数据进行归一化，另外，数据的特征维数2000，远远高于样本个数62。因此，有必要对数据进行过滤和降维。我们采用了分类信息指数方法 (information index to classification, ⅡC)[2]，公式为： 其中，μ1(i)，μ2(i)分别表示第i个基因在正常组织样本和结肠癌组织样本中的中表达水平的均值；σ12(i)，σ22(i)分别为该基因表达水平的标准差。 根据上式计算结肠癌基因表达数据中的2000个基因的分类信息指数，大部分基因的分类信息指数在0到0.2之间，仅有少部分基因的大于 0.2（如图1）。保留指数大于 0.2 的314个基因用于下一步的分析，这样就大大缩小了基因选择的特征空间，剔除掉大量“无关基因”，大大缩小需要搜索的致癌基因范围。 另外在撰写本文的准备过程中，我们查阅了大量的有关文献。与已有文献的结果进行比较，发现所选特征基因中包含了一些已被实验证实的与癌症相关的重要基因，这些基因在癌症基因调控网络中起关键作用，一共得到了40个基因（如表1）。我们要探寻的结肠癌的特征基因极有可能包含在这40个基因中，这对我们后续的研究具有重要的参考价值。其中6个基因在我们根据分类信息指数值对数据进行筛选的过程中被剔除了。所以我们选择剩下的34个基因作为我们研究的参考（如表1）。 然后分别计算结肠癌样本(cancer)和正常样本(normal)各个基因间的相似性，得到相似矩阵。分析这些基因点的联系，选择一个相似性的阈值来分别建立复杂网络，用邻接矩阵表示。（如果相似性大于该阈值的则这两个点相连接，在邻阶矩阵中用1表示；反之，如果相似性小于于该阈值的则这两个点不连接，在邻阶矩阵中用0表示）。其中关键的步骤是阈值的选取。本文提出的解决策略是，从关联系数矩阵得到最小生成树作为基因之间关系的骨架，然后再把文献中发现的相关基因之间的关系考虑进来，得到客观的阈值。 我们考查结肠癌基因表达数据中筛选出来的314个变化比较明显的基因，用向量组表示为， 其中T0m,n是第n个基因在第m个样本的基因数据，其中N=314，M是样本个数，正常组织样本个数为22，肿瘤组织样本个数为40。相关系数矩阵为R： 那么基因间的欧几里得距离就可以用以下定义的距离矩阵D定量描述： 最小生成树是图论中的基本概念。我们从距离矩阵中抽取出最小生成树，用N-1条边连接所有基因节点，形成一个无圈图。在形成的最小生成树中，要保证所有基因间的距离之和最小，也即相关系数之和最大，且是无圈图。那么，基因间的其它关系就被过滤掉了。原则上来讲，真正直接相关的基因之间的关联系数最大，因此可以认为最小生成树保留了基因之间的真正关系。因为一个基因可以和多个基因直接相关，所以很多的关系被丢掉。丢掉的关系将在后边的步骤中被找回。我们采用Kruskal算法来生成最小生成树： 我们用筛选后的314个基因数据（我们对这314个基因重新做了编号，其与原数据库中的编号的对应表见附表），对结肠癌样本、正常样本分别用两种方法得到了最小生成树。两个最小生成树的节点也即基因，一定是相同的，且都有314个节点，313条边。图2给出了正常样本中得到的最小生成树。 如前所述，最小生成树给出了基因之间的部分连接，但是很多基因之间的关系被丢掉。另一方面，文献中发现的结肠癌相关基因，为我们提供了重要的参考信息，但是这些信息包含着很大的偶然性，也就是噪声。在此我们将把这两部分信息整合在一起，得到一个客观的构建基因关系网络的阈值。 我们首先抽取出如图2所示的生成树。它给我们提供了高可信度的链接，不足之处是包含的信息不够多，一些重要的关系被忽略了。我们再根据得病前后两类样本信息变化。然而，这里也可能产生噪声边。 从上面得到最小生成树出发。整合相关文献中已知的肿瘤致病基因，我们收集到34个这样的基因。用这34个基因重复上面的过程，得到阈值，肿瘤样本的记为DDIImin，在正常样本的生成树中记为DNIImin建立网络。，它们之间可能直接相连，也可能彼此没有直接相连。计算直接相连的节点间的距离。在这个过程中，我们选取最大的那个作为阈值，在肿瘤样本生成树中记为DDIImin=0.6239，在正常样本的生成树中记为DNIImin=0.6995。 我们选取DDIImin，DNIImin作为阈值，来建立网络。这样在一定程度上减少了一些噪声边的产生，避免了偶然因素可能引起的阈值选取的不稳定性，同时也恢复了我们需要的连接。 肿瘤样本网络以及正常样本网络的阈值选定后，利用我们在数据处理中选定的314个基因建立网络。以肿瘤样本网络为例，先算出肿瘤样本中这314个基因的相关系数矩阵。当任意两个基因的相关系数大于阈值0.6239时，我们就认为这两个基因是有相互作用的，在它们之间画一条边；当任意两个基因的相关系数小于阈值0.6239时，我们就认为这两个基因是没有相互作用的，它们之间就没有直接的边相连。这样我们就得到了肿瘤样本的基因相互作用网络。在相关系数矩阵中，把大于0.6239的值改为1，小于0.6239的改为0，主对角线上元素设为0，这样就由相关系数矩阵得到了邻接矩阵MD。邻接矩阵中的1就表示网络中有连边；邻接矩阵中的0就表示网络中没有连边。 复杂网络的结构是不均匀的，往往存在很多连接致密的集团，在这些集团之间只有很少边形成的松散的连接。这些致密的结构往往与功能有着密切的关系，因此受到普遍的关注。当前普遍采用的划分社区的方法是Newman-Girvan算法。 社区划分反映基因间的功能关系，而在网络模块中，可以发现网络发生了明显的改变。首先我们画出正常样本网络，用Newman-Girvan的划分算法对得到的网络进行分块。当把正常样本网分成14个社区时，得到的聚类系数最大，为Q=0.596（如表2），这样就把网络分成了14个大的功能模块。如图3所示，即为正常样本网络的社区结构（每种颜色代表一个社区）。可以看出，各个社区结构中的节点数目分布并不均匀，并且存在很多孤立节点。社区内节点间的连接比较紧密，而不同社区间的连接比较稀疏。 同样用Newman-Girvan的划分算法，我们画出肿瘤样本的网络，把肿瘤样本网分成了13社区（如图4）。此时得到的聚类系数最大，为Q=0.630（如表3）。可以看出，肿瘤样本网络的各个社区结构中的节点数目分布也是并不均匀，并且同样存在很多孤立节点。社区内节点间的连接比较紧密，而不同社区间的连接比较稀少。 对于两个网络，我们计算出每个节点的度（degree）。我们发现，，，其中DDmax、DNmax分别表示肿瘤样本、正常样本的邻接矩阵中节点的最大度，DDmin、DNmin分别表示肿瘤样本、正常样本的邻接矩阵中节点的最小度。说明网络中的有些点与其他点的相互作用强度发生了明显的变化。反应到网络结构中，可以用平均度加以粗略说明，其中肿瘤样本网络的平均度为9.36，正常样本网络的平均度为5.28。在肿瘤样本网络中每个基因平均与周围9.36个基因有相互作用，在正常样本网中每个基因平均与周围5.28个基因有相互作用。 分析度的变化。通过两个网络的度序列做差，我们就能够找到每个节点度的变化情况。表4即为度变化比较大的前十个节点。 同时我们对每个节点度的变化值做平均，得到度变化的平均值为7.0637。其中大于这个平均变化度的节点有89个，小于这个平均变化度的节点有255个。 我们认为特征基因在这些度变化比较大的节点中的可能性很大。度变化超过平均值的节点与我们查阅的的文献中得出个34个特征基因相比对，其中有15个基因是它们所共同拥有的（如表5），我们认为这15个基因应该是对我们寻找结肠癌特征基因非常重要的基因。 接下来对我们得到了15个重要的基因节点，在网络中分析它们。在上一步过程中，我们比较了文献中得出的，且度变化较大的15个重要节点。这15个基因在肿瘤特征过程中起了很重要的作用。注意到我们选取的这15个基因最大的度变化值是33，但还有7个节点的度变化值超过了33，却并不在我们查阅的文献的结论中，我们认为有必要在网络中进一步对这些点进行分析。这7个基因节点分别是（如表6）： 表6 其中，度变化是同一节点在肿瘤样本网络与正常样本网络中，该节点在两个网络中度的变化值；分类信息指数编号是指该信息指数在所有信息指数中从大到小排列时的次序，我们选取的314个基因是分类信息指数IIC＞0.2的基因，也即分类信息指数编号前314个基因。通过上面的表格我们可以看出，这些基因的分类信息指数都比较大。通常地，样本们会去研究IIC大的点，分类信息指数编号偏后的那些基因极易在分析的过程中被忽略掉。现在我们发现，这些点在两个网络中度的变化值很大，也即癌变前后这些基因在网络中与其它基因的相互作用有了很大的变化。接下来，我们将这7个基因和另外15个基因分别放回正常样本和肿瘤样本的网络中去分析它们的变化。如图5，图6。 图5为我们找到的15个重要基因在正常样本中的相对位置。不同的颜色表示不同的社区。同时把度变化最大的7个节点（156，87，300，139，169，61，34）也放进了网络中。 图6为我们找到的15个重要基因在肿瘤样本中的相对位置。不同的颜色表示不同的社区。同时把度变化最大的7个节点（156，87，300，139，169，61，34）也放进了网络中。 从图5中可以观察出，在正常样本网络中，度变化最大的7个节点分别分布在4个社区中，且仅有一个节点与其它节点相连（节点61―节点68）。这说明7个节点在正常样本网络中没有明显的相互作用。而通过观察图6，我们的发现在肿瘤样本网络中，度变化最大的7个节点同时分布在同一个社区中，且这7个节点与我们找到的15个重要基因节点中的9个节点（分别为68、180、155、270、213、198、207、2、297）也在同一社区中（图6中蓝色表示的社区），并相连。我们有一个大胆的猜想，结肠癌的特征基因就分布在蓝色所表示的社区中。蓝色社区中的这16个节点所代表的基因分别为M22382，T96873，U09564，H08393，J02854，T62947，M59040，H20709，X62048，及M94556，T70062，L28010，M37583，H89087，H64807，T65740，从功能上看，这些基因对结肠癌的癌变过程发挥了重要的作用。在正常样本网络中，这些点分布的比较分散，而在肿瘤样本网络中，这些点集中到了同一社区中，说明癌变后这些基因之间的相互作用加强。所以这16个基因就是我们要寻找的结肠癌的特征基因。另外，除了这些在同一社区的节点之外，还有一些散节点落在各个不同的社区中，其中分为两种情况，一种是该基因位于两个社区的连接点处，如节点58（T60155），它是主动脉平滑肌肌动蛋白，而有研究表明肌动蛋白参与DNA转录，所以T60155是我们所寻找的结肠癌的特征基因。另一种是某社区内部的节点，如节点83（T51571）,130（H43887），219（L41559）,248（M36634），参照这些基因的功能对基因的癌变并没有起到决定性的作用。并且这几个点的度变化值也不是很大，所以，可能是被误选入的，应该被排除掉。综上，本文运用复杂网络的方法，通过社区模块的划分，找出17个结肠癌的特征基因。 本文首先通过分类信息指数这一指标对数据做了初步处理，筛选出314个基因节点，剔除了大量的无关基因，对数据进行过滤和降维。并以此分别构建网络模型。生成网络之后，通过Newman-Girvan方法对我们的网络模型划分社区和评价，无论是肿瘤样本网络还是正常样本网络都是很好的社区结构。我们利用度变化值和参考我们查阅文献中得出的结论，挑选出了22个基因，其中排除掉5个基因后，得出了我们的结论，即结肠癌的特征基因有17个。 本文问题研究还有待于进一步加深完善，比如没有考虑到基因筛选后提出的变化不大的点。另外，我们对于生物医学方面的专业知识比较欠缺，在对模块进行分析的时候，对模块的功能分析不够精确。这需要我们以后的继续努力和学习。 复杂网络论文:复杂金融网络的自相似性研究 摘要：以股票为节点，选取适当阈值量化股票收益率序列间相关关系从而构建复杂金融网络。基于复杂网络的理论，讨论金融网络的度分布、平均最短路径和聚集系数，发现面向金融时间序列的股票网络具有小世界效应，无标度特性和一个很重要的特性―自相似性。该文用两种方法分析了网络的自相似性：一是提出用网络节点的度构造Hurst指数，定量分析金融网络的自相似性；二是金融网络的平均路径长度和聚集系数定性地分析了复杂网络的自相似性。 关键词：金融市场；复杂网络；无标度；自相似 证券市场素有经济晴雨表之称。证券市场由于受企业经济效益，居民收入水平，投资者的心态等诸多因素影响，所以它是一个涵盖大量信息的复杂系统。近年来以复杂网络角度理解和分析证券市场，构建金融网络的方法层出不穷。Boginski [1]等研究了美国证券市场6546支股票，发现股票相关性呈现无标度性。庄新田[2]等基于相关系数构建以上海证券交易所持续交易的股票为节点的复杂网络，讨论上海证券市场的股票价格波动，鲁巍巍[3]等对沪深A股构建复杂网络，计算网络的聚集系数，吸引率，讨论不同行业的聚合强度及其对沪深A股市场股价波动的影响，这些研究都是基于网络的拓扑结构特征：节点度分布、平均路径长度、聚集系数、吸收率等，都从网络节点对网络的影响程度方面考虑，对于复杂金融网络的另一特性――自相似性并无研究。 复杂网络的自相似性是指网络局部和整体在某些特征上相似。对于固定网络自相似性的研究一般是利用节点内部互动性来探测网络的演化过程。自相似系数的测量方法是由 C.M.Song与S.Havlin[4]提出利用重构化测量，以及R.Guimera,L.Danon[5]提出利用邮件系统测量社区结构的相似性，他们也用这些方法描述了一些现实网络的自相似性[4]。 1 复杂金融网络建模 1.1 数据来源 笔者随机抽取从2007年9月28日至2010年2月26日沪深A股的500只股票作为研究对象。根据每只股票月数据的开盘价、收盘价、最高价和最低价平均值计算股票的对数收益率，然后用对数收益率序列建立相关关系，通过相关关系数值化研究复杂金融网络的拓扑特征[6]。 1.2 复杂金融网络建模 以沪深A股为节点，股票相互影响关系为连边构建无权无向网络。设股票i在第t时刻的平均价为xi(t)，xi(t)为股票i在t时刻开盘价，收盘价，最高价和最低价的平均值。 为股票i对数收益率。定义股票i和股票j的相关系数为： 其中E(yi)表示股票i在n期的平均收益率， 由定义知：ρij的值域为[-1，1]。若ρij=1，表示股票i和股票j完全正相关，表现为同向增长或降落；若ρij=－1，表示股票i和股票j完全负相关，表现为反向变化；若ρij=0，股票i和股票j完全不相关。计算n只股票对数收益率的相关系数，得到一个n×n阶对称相关系数矩阵p。选取合适的阈值，将系数矩阵p进行量化，得到一个只有0和1的稀疏矩阵，此矩阵便作为金融网络的邻接矩阵。 1.3 复杂金融网络的拓扑结构特征 1.3.1 节点度分布 节点度是指连接节点的边数，节点度分布是指一个任意选择节点恰好度数为k的概率，也等于网络中节点度数为k的节点数占网络节点总数百分比，用分布函数p(k)来表示。 1.3.2 平均最短路径长度 若一个包含n个节点的无向网络，，其中dij为节点i和节点j的最短距离，也是节点i,j最短路径所经过的边数。考虑到每个节点到期自身的距离为0，无关联节点的距离为无穷大，此时存在问题，所以对进行修改，得到“调和平均”最短路径长度。在股票网络中，平均最短路径长度是任意两只股票相关中介数量的平均值，反映网络的大小和分离程度。 1.3.3 聚集系数 考虑节点i，它通过ki条边和其他ki个网络节点相连接，则它们之间最多有ki(ki－1)/2条边连接，但ki个节点实际有Ei条边，所以节点i的聚集系数ci，，网络的平均聚集系数为。聚集是用来刻画网络的小集团形态，说明邻近集团在相关性意义上的凝聚程度。 2 复杂金融网络的自相似性研究 相识性是现实世界客观存在的一种现象，描述相识性的方法一般分为两种：一种是将对象看作为某k个维特征空间的点，对象的相似由点与点间的距离来确定，另一种衡量相似性方法是比较对象之间的一般特征和一些典型特征。自相似性是一种特殊的相似，是对象本身的一种特性，是对象局部和整体相似。 虽然C.M.Song等用重构化能测量网络的自相似性，但此时网络只能是固定结点的网络，而现实生活中的网络是动态增长的过程，如社会网中每个人认识的朋友数在不断地增加，随着市场经济的完善，上市公司数量越来越多，在证券交易所交易的股票数量也在不断的更新和变化。鉴于这些动态变化的网络，本文分别采用以下两种方法来研究复杂金融网络的自相似性 2.1 基于R/S分析的金融网络自相似性分析 设网络为动态增长的，网络节点不断地增长记为n1,n2,…ni，计算节点在ni时度分布的累积极差R(k)和标准差S(k)。 设x(k)为网络节点是ni时各节点的度数，的均值，也为网络的平均度数。 累积极差R(k)：R(k)=max x(k,ni)-min x((k,ni) 标准差S(k)：，则关系式为， R/S为重标极差，H为Hurst指数，所以 具体计算：以ln ni为自变量，lnR/S为因变量采用最小二乘进行线性拟合，所得直线的斜率即为H的估计值 复杂网络自相似性与Hurst指数的关系[6] 若0≤H 若H=0.5， 说明复杂网络节点是互相独立的，度分布是随机的。 若0.5 2.2 基于容量维数的自相似性分析 基于分形思想，用半径为r的尺子去测长度为l的尺子，所需尺子个数为 用半径为r的小圆去覆盖面积为S的圆，所需小圆个数为 用半径为r的小球去覆盖体积为V的球，所需小球个数为 以此类推可用半径为r的客体去覆盖被测对象，所需个数N(r)的值与r的取值关系表示为， 定义D为相似容量维数，取对数得相似容量维数[7] 本文计算平均最短路径长度和聚集系数的D来分析复杂金融网络自相似性 3 实证分析 由于本文是分析动态复杂网络的自相似性，所以用不同数量的股票来构造网络。 1） 分别用200，250，300，350，400，450，500不等数量的股票构造金融网络，然后基于R/S分析用各网络节点度分布来求Hurst指数，在matlab编程基础上得到H=0.823，可知复杂金融网络具有自相似性。取阈值为0.85，构建股票网络并计算各网络的平均最短路径长度和聚集系数。 实证研究发现在网络平均度数缓慢增长时，网络平均路径长度和聚集系数呈现相似的变化趋势，这也是网络拓扑特性自相似性表现。 2） 选用200,250,300,350,400,450,500只股票分别构造金融网络，用比较分析法分析金融网络的自相似性。 比较300，400，500只股票时相关系数的概率分布，然后采用修正法[3]求相关系数的概率分布。文献[3]提出采用修正法求相关系数矩阵，来消除时间因素的影响。但笔者认为不能做修正，尽量保持原有信息，这才能反应真实的市场环境。因为首先证券股票市场存在在投机行为，趋利性等很容易造成追杀跌涨的“羊群效应”，其次证券市场受到经济周期和行业因素的影响，而每个行业都要经历幼稚期、成长期、成熟期、衰退期的发展演变过程，这个过程成为行业生命周期，再次证券市场还受到产业政策等影响。笔者用修正法[3]对300,400,500只股票构建的网络进行了修正，得到图3~图4。 显然修正后的相关系数的概率密度是正态分布，符合强势有效市场的假设，但中国证券市场目前状况是弱势有效市场，证券价格只能反映历史信息，还存在内幕信息等，所以本文不对收益序列做任何修改。 在阈值为0.85时各股票网络都表现出很好的无标度特性（如表1所示）：(最小二乘法)。 给出在阈值为0.85时节点为300、400、500的度分布图1。 以500只股票构造的网络为整个复杂网络，300只和400只都为局部小网络，得到容量相似维数。 从表2中可以看出Dl,Dc都比较相近，所以得动态的网络也具有自相似性。 4 结束语 本文基于复杂网络的理论分析了金融市场的网络特性―小世界效应和无标度特性。无标度则表示网络节点分布不均匀，网络中有地位比较重要的“中心点”，可知股票市场存在影响力比较大的股票或是行业。实证研究结果得出，金融网络的幂律指数大概为1，这与庄新田[2]等人得出上海证券市场网络的幂律指数为0.8219和0.7930差异不大。本文还着重介绍了两种方法分析金融网络的自相似性，这说明金融市场变化趋势有一部分依赖于过去，到底依赖程度有多少，就需看整个金融市场自相似程度，这便成了下一步的研究内容。 复杂网络论文:复杂网络下的综合视频会议服务 面对越来越复杂的网络环境及应用,今天的企业用户需要的已经不仅仅是一个传统意义上的产品或者系统,他们需要自己的IT应用发挥更大的价值,实现与客户之间的交互、员工生产力的优化以及企业资源的整合等,并通过这些方面的整合提升企业的运营效率。视频会议作为提高沟通效率的有效方式,满足了人们全方位的交流需求,因而在近年来取得了飞速的发展。 目前,国外从事视频会议系统研制、生产的大公司大多已经进入中国市场,国内也有越来越多的企业积极参与到市场竞争中来,在竞争越来越激烈的情况下,视频会议系统供应商必须充分发挥自身的优势,才能抢占更大的市场份额。北京盛维新世纪网络通信技术有限公司是一家专注于网络多媒体通讯软件开发及服务的高新技术企业。作为全球少数真正全面掌握多媒体通讯核心技术的企业,盛维公司在过去几年中密切关注用户的使用需求,并在其Cenwave多媒体通讯软件平台上开发出网络视频会议系统、网络直播系统、网络实时课堂、多方电话会议等多种视频应用产品。 全面灵活的解决方案 由于我国存在比较复杂的运营商网络环境,企业的出口网络一般较窄,为了确保用户在任何情况下都能够成功召开远程会议,盛维公司为用户准备了一整套远程会议综合解决方案,可以为客户提供基于不同终端、多种实现方式融合的、系统化的视频服务支持。北京盛维新世纪通信技术有限公司总裁魏松祥表示:“我们正在向用户交付一个真正兼容的平台,能够兼容不同网络、不同种类的终端设备,实现语音、视频、数据的全面整合。让用户可以在任何时间、任何地点、和任何人进行多媒体的沟通和交流,实现协同办公。” 相比较市场上其他服务商提供的解决方案,盛维远程会议综合解决方案全面涵盖了软件视频会议系统、硬件视频会议终端、软硬混合视频会议系统、MCU租用、电话会议租用、网络会议租用等各种产品与服务,并能够根据客户的需求提供这一系列产品与服务的组合,真正做到实现客户各种形式、各种应用环境下“成功召开远程会议”的目标。 魏松祥告诉记者,在盛维提供的纯软件高清视频会议解决方案中,用户只需通过普通的PC机、麦克风、摄像头就能够轻松在互联网上召开网络会议。对于关注成本的中小企业用户来说,盛维软件高清视频会议解决方案可以让它们以最小成本实现远程视频会议的召开。而基于硬件的高清视频会议终端主要是为了满足大中型企业客户的应用需求,系统采用了高集成度、嵌入式的设计模式,是一款体积小巧、外形美观、稳定可靠的硬件会议终端。 此外,为了加快网络视频会议在中小型企业市场的普及,盛维以颠覆性的思维推出了网络视频会议租用服务,为企业提供了低风险、低投入、实施简单的视频应用服务。在这种服务模式下,一切网络基础设施、软件平台、硬件平台的建设和维护工作都由盛维公司提供,当用户需要使用网络视频会议时,只需向盛维申请开通网络会议服务,获得登录账号就可以召开远程网络视频会议。这种独创性的租用服务模式,使得企业无需购买任何系统软件、硬件设备,无需租用昂贵的服务器带宽,也无需专业IT人员维护就可以轻松召开远程视频会议,真正做到帮助企业降低运营成本,提高工作效率。 覆盖全球的运营网络 多媒体视讯服务需要坚实可靠的网络来支撑。在全球化的时代,用户的沟通对象可能在全国乃至世界各地。一个网络会议运营网络不但需要能充分覆盖国内,也要能较好覆盖世界各地。盛维在发展过程中,逐步建立起一个覆盖面广、通信质量可靠的面向全球用户的网络会议运营网络,通过这个网络平台可以保证高清视频会议系统的稳定运行。 盛维网络会议运营网络为租用盛维网络会议的客户提供了一个高速的专用网络,确保用户在这个平台上能召开高质量的网络会议。同时盛维还与全球各地的电信运营商建立了紧密合作关系,把电话网成功对接到这个运营网络上。用户能以极低廉的资费召开电话会议,或者实现电话会议与网络视频会议的混合使用。 魏松祥表示,盛维运营网目前已经覆盖了全国所有地区,在主要骨干网上部署了上百台服务器,总带宽达到将近2Gbps。同时,盛维公司在亚太地区、北美与欧洲也部署了众多服务器,其运营网络能全面覆盖亚洲、北美以及欧洲等地。此外,为了确保用户在盛维运营网上的通信安全保密,盛维公司采用了严格的安全策略以及256位数据加密算法,并且有专业运维团队7×24监控服务器与网络。 凭借出色的技术能力,盛维系列产品目前已应用政府、军队、教育、医疗、金融、能源、IT等多个行业。在国内教育行业,更是取得市场占有率60%的业绩。魏松祥告诉记者:“每天全球有数万用户在使用我们的产品及服务,并且已有上百家客户使用我们提供的产品成功召开1000人以上大规模会议或远程培训。”凭借以上出色的表现,在2009年6月,盛维公司一举荣获第十三届中国国际软件博览会“献礼新中国成立60周年•中国软件行业最具成长力企业奖”。 可以说,在工业化与信息化日益融合的大趋势下,盛维公司给企业信息化选型创造了有利的条件,降低了企业视频应用的门槛。某种意义上讲,盛维公司正在改变传统多媒体通讯软件销售的模式,为企业提供了低风险、低投入、实施简单的信息化方案,使企业通过互联网便可以享受到相应的软件和维护服务,切实做到了帮助企业降低运营成本,提高工作效率。 复杂网络论文:基于复杂网络的风险传播模型及有效算法 摘 要：提出一种基于复杂网络的风险传播模型及有效算法，通过结合复杂网络中传播蔓延现象的推广模型，将风险传播模型划分为两种：主动型风险传播模型与被动型风险传播模型。并对已有风险传播算法进行改进，实验表明，该模型及算法能健全风险传播机制，提高传播速度与精确度。 关键词：复杂网络；推广模型；风险传播 1 引 言 随着网络安全问题的日益突出，风险评估越来越受到人们的重视。风险评估一般分为静态评估和动态评估两种，前者评估体系比较完善，评估精确性程度较高，但缺点是评估周期过长，评估模型可能随着时间的推移而不能适用，不能反映网络的实时信息；后者评估能根据网络状况适时的做出风险估计，能及时反映网络风险的动态变化，性能好于静态评估[1，2]。而针对动态风险评估的研究有：基于免疫的网络安全风险检测的模型[3，4]，是一种基于入侵时的检测模型；基于隐马尔可夫模型的网络风险评估方法研究[5，6]；基于贝叶斯模型的网络风险动态评估方法[7，8]， 可以对网络的总体风险和局部要素可能引起风险的程度进行评估。以上文献对网络入侵检测研究较为深入，但侧重于对攻击的动态评估，未能考虑已有风险如何扩散与转移。针对网络风险传播，张永铮等提出了用于评估网络信息系统的风险传播模型[9]和一种求解网络风险传播问题的近似算法[10]，对已有风险在网络中的传播进行研究，但其传播模型与算法存在一些缺点：首先，模型中仅考虑了风险传播模型，未能考虑风险引入模型；其次，一个部件上可能存在多个弱点，则该部件对另一部件的同一方向的可信访问路径可多于一种，则部件不能在有向图中被视为图节点。第三，最小入度的部件感染风险的概率较低，因此其作为风险源的概率不高。第四，若入度最小的部件已经感染风险，其出度不一定是最大的，正如流感爆发在人口密集的地区一样，则其风险不能立即传播出去，存在滞后性，时效性欠佳。 本文在针对网络风险传播问题，结合复杂网络中传播蔓延现象的推广模型 [11，12]，提出了一种网络风险传播模型及相关定义，并改进了风险传播算法。 2 推广模型下的风险传播 网络信息的动态风险不仅仅表现为一般意义的风险，其传播可能会对社会造成不可估量的损失，如病毒的传播造成的跨域风险、有害信息的传播造成的社会风险等。为此我们将借鉴复杂网络的传播机理和分析的方法，研究网络风险传播模型。 按照复杂网络的传播蔓延现象的推广模型[11，12]：假设网络中有N个个体，每个个体是三种状态的中的一种：易染态S，感染态I和移除态R，在时刻t，个体i随机的与个体j相连，若i∈S，j∈I，则个体i以概率p得到一个正剂量di（t′），这里di（t′）都服从分布函数f（d）。每个个体都保留着过去T时期中所接受的总的剂量 在本文中，暂不考虑网络风险移除状态，即仅考虑风险在整个网络中如何转移，而未考虑网络风险传播后所造成情况的如何消除。因此上述推广模型应用于风险传播如下： 计算技术与自动化2016年6月 第35卷第2期吕元海等：基于复杂网络的风险传播模型及有效算法 每一时刻t，风险结点j对其直连结点i每发动一次攻击，就会从被攻击结点i中获取一定的信息剂量di（t），则在过去T时期中风险结点获取被攻击结点的信息总剂量为： 3 风险传播模型 3.1 相关定义 定义1.结点：指网络系统中任意一台网络设备上任意可能被利用的最小单元。其中已经被利用的称为风险结点，而尚未被利用的称为非风险结点。 定义2.有向路径：结点A访问结点B时，形成的从A指向B的单向访问关系。这里所说的单向访问关系是指合法或非法的、由主动发起方指向被访问方的访问，而不代表实际信息传输的路径，因为严格的讲，任何两个相连结点之间的链路都是双向的。有向路径概率即为结点访问概率。 定义3.风险传出：指风险结点对其所访问的任一结点造成的损失或影响。 定义4.风险引入：指非风险结点访问风险结点时，由于存在实际信息的交换而受到该风险结点的影响。 这里举例说明一下定义3、4，某病毒利用空气（相当于网络中的信息交换链路）进行传播，当病体A主动接触易染体B时，A将病毒传播给B，其中A主动接触B即为A访问B，病毒传播方向为A到B；反之当易染体B主动接触病体A，也会被感染，同样病毒传播方向为A至B，但为B访问A。 定义5.风险传出公式：设结点n被成功利用的概率为Pn，被利用后对网络系统的危害程度为Wn，利用至该结点的有向路径概率为Pmn，其中m为主动访问n的风险结点，则对结点n而言，产生的风险为Riskn=Pmn×Pn×Wn。 定义6.风险引入公式：设结点n为非风险结点，该结点成功访问风险结点m的概率为Pm，利用至结点m的有向路径概率为Pnm，由结点n发出至结点m的有用消息权重及概率分别为Unm、pnm，由结点m发出至结点n的有害消息权重及概率分别为Hmn、pmn，则对结点n而言，引入的风险为Riskn=Pnm×Pm×（Unm×pnm+Hmn×pmn）。 定义7.风险网络：借鉴张永铮等对风险网络[4]定义，把一个能够描述各结点风险分布与有向路径的网络称为风险网络。风险分布为网络系统各个设备中结点携带风险的分布情况，为内在风险；有向路径即为各结点之间的访问方向，为外来风险的传出与被引入提供可能。 3.2 风险传播模型 1.主动型风险传播模型：也称为主动型风险传出，即利用风险结点已存在的风险对其直连结点进行主动访问（包括非法攻击或可信访问，下同），产生风险扩散（即风险传出）。如图1（a）所示，结点A为风险源结点，存在至结点B、C、D、E的四条有向路径，设结点A风险结点，至结点B、C、D、E的有向路径概率为PAJ，（J=B，C，D，E），各结点自身被成功访问的概率为PJ，（J=B，C，D，E）[8]，则结点A以概率PAJ×PJ（J=B，C，D，E）引起其出度所连结点发生风险，如图1（b）所示。 在实际网络中，路径传播概率可由两结点的所有可能路径计算得出，而结点被成功攻击的概率则有风险传播推广模型计算得出。 4 最大出度算法 针对最小入度最近邻算法[5]的不足，本文设计了一种能更好反映网络风险动态特征的算法――最大出度算法，又分为针对主动型风险传播模型的最大出度算法和针对被动型风险传播模型的最大出度算法。 4.1 风险源结点最大出度算法 Step1：计算未被处理过的风险结点出度值numofoutdegree。 Step2：优先选择最大出度的结点，利用图1所示算法将其风险值沿其出度传播给相邻结点，风险计算方法见定义5。 Step3：传播风险后将该结点标记为color=red。 Step4：重复Step1、Step2、Step3，直至所有风险结点全部被标记。 4.2 零入度非风险源最大出度算法 严格的讲，零入度的结点是不存在的，因此最小入度最近邻算法关于零入度的概念未指明其时间范畴，在本文中，零入度的结点是指在某时间段内不接受访问的结点。 Step A：将网络结点中所有零入度的非风险源结点标记为color=green。 Step B：计算未被处理过的零入度的非风险源的出度值numofoutdegree。 Step C：优先选择最大出度结点，并判断其出度中有无风险结点，若有则选择其出度所连结点中风险值最大的一个作为引入风险源，以概率引入风险，风险计算方法见定义6，将该结点标记为color=pink，断开与引入风险源的有向链接；若无，则重新选择结点，对该结点不进行任何处理直到再次满足条件。 Step D：引入风险后，该结点已为风险结点，如果满足最大出度的条件，则跳转至最大出度算法的Step2继续风险传播。如果暂不满足最大出度的条件，则跳转至Step A顺序执行。 4.3 一般非风险源风险引入 网络结点的风险在传播最后往往会出现如图3所示的情况：结点A、B、C为非风险源结点，D、E为风险结点且RiskD RiskE，按照文[5]的理论，则其程序在图3情况下停止运行，为了解决这一问题，引入如下算法： Step a：计算非风险源结点的出度值numofoutdegree。 Step b：优先选择出度最大的结点，若其出度所连接结点中存在风险结点，则选择风险值最大的一个结点作为风险引入源并断开与该风险引入源的有向链路，该结点被标记为color=pink；若不存在，则重新选择。 Step c：引入风险后，该结点已为风险结点，跳至Step b继续执行，直至又出现图3情况，则跳转至Step a继续执行，直至风险传播完毕。 说明：网络结点被初始化为风险结点（color=pink）和安全可信结点（color=green）后，运行风险源最大出度算法和零入度非风险源最大出度算法时，两者发执行，不存在先后次序，而一般非风险源风险引入只是在出现如图3情况下才使用的算法，是为了防止风险传播中忽略此类风险引入导致风险误差较大的情况。 5 算法性能比较 5.1 风险传播机制比较 最小入度最近邻传播算法[5]虽然能够对网络风险传播给出比较精确的结论，但其在理论上有一定的缺陷，如图4所示，假设结点1、2为风险结点，按照最小入度最近邻传播算法，结点1为入度最小的满足条件的风险结点，则其以概率使结点2、4产生风险，同时将自己标记为已处理，如图5（a）所示，然后结点2又满足传播条件，并以概率使结点3、5、6产生风险，并被标记为已处理，如图5（b）所示，两步共计感染四个结点，但其却是在第二步才将风险传给结点6，因而其时效性欠佳。而按照风险源最大出度算法，则优先选择结点2，使其携带的风险迅速被传播给结点3、5、6，如图6（a）所示，再次结点6满足传播条件，并将风险传播给其出度所连的四个结点，如图6（b）所示，两步共计感染七个结点，多于最小入度最近邻传播算法的新感染结点，并且其时效性优势随着网络结点的复杂化而凸显，更容易满足动态网络风险评估的要求。 此外，零入度的非风险源结点不会传出风险[5]，因此应在风险传播之前对其进行处理：断开此类结点的所有出度，如图7所示，结点9被认为不会对结点2及尤其是结点10造成风险传播，因此可以断开其所有出度。但本论文认为结点9虽不会对结点10造成直接的风险传播，但是它可能会从结点2引入风险，从而使自己变为风险结点，进而对结点10造成风险传播，如图8所示。 5.2 实验结果对比 本实验实验环境为Microsoft Windows XP Professional，Intel（R） Pentium（R） CPU 1.8GHz，512M RAM。仿真工具为NetLogo 4.0.4、Matlab 7.0.0.19920（R14）。 共同参数：总结点为200，平均度为10，风险结点不超过所有结点入度之和，结点危害性参数W=1，风险结点初始风险值为1，路径传播概率服从[0，0.5] 上的均匀分布。 本文参数：结点被成功访问概率P可利用推广模型计算，其中推广模型的参数p=0.5，f（d）=δ（d-1），g（d*）=δ（d*-3），采用最大出度算法进行传播。 文[5]参数：概率权p（x）=0.5，采用最小入度最近邻算法进行传播。 6 结 论 实验表明：本文方法则是风险呈非线性变化，并且开始变化较快，最后变化缓慢，即在一定的精确度容许的范围内，对风险进行任意时刻的抽样，本文的风险值更接近真实风险，因而动态性能更好。另外考虑的非风险源结点的风险引入，使风险值被忽略的部分被重新计算在内，提高了风险精确度。 复杂网络论文:基于复杂网络的车载自组织网络抗毁性分析 摘要：针对车载自组织网络（VANET）的抗毁性问题，分析了其在随意攻击和蓄意攻击下网络的抗毁性特征。首先，提出以最大连通度、连通分支平均规模、临界点移除比例及网络效率为评价指标的VANET拓扑抗毁性参数；然后，基于带有车辆换道功能的智能驾驶员模型，应用VanetMobisim仿真软件建立VANET；最后，通过仿真实验分析了网络节点数、通信半径以及攻击模式对VANET抗毁性的影响。实验结果表明由于车辆节点度分布的不均匀性，VANET对随意攻击具有较强的抗毁性，而在蓄意攻击下显得比较脆弱；基于节点介数的蓄意攻击对网络的破坏更快、更强。这些规律为优化VANET拓扑控制、网络协议开发和网络管理提供新的指导。 关键词： 车载自组织网络；复杂网络；抗毁性；随意攻击；蓄意攻击；仿真 0引言 移动Ad Hoc网络（Mobile Ad Hoc NETwork， MANET）是一种自组织无线网络，由于它不需要基础设施支持，因此网络部署快速，扩展方便，使得它被广泛应用于军事、救灾、商业等各领域。近年来，城市车辆与日俱增，移动网络技术日益突破，车辆自组织网络（Vehicle Ad Hoc NETwork， VANET）[1]作为一种特殊的MANET网络也快速引起高度重视。在VANET中，在一定的区域内使用无线网络通信技术将车辆与车辆以及车辆与固定基础设施连接在一起，从而一个车辆间多跳通信网络在现有道路上被动态、快速地构建，且具有自组织、分布式控制的特点，因此，VANET在交通方面具有良好的应用前景，如信息预警、行车安全、车辆之间通信及车辆Internet访问等。 VANET既具MANET网络的特点，如拓扑结构动态变化、自组织无中心、低带宽等，又有自己的特点，比如快速移动性、拓扑变化频繁、间歇连通性、网络规模大、充足的能量供应等[2]。在VANET中，由于车辆的高速运动，网络拓扑随之变化，对网络性能造成直接影响，因此如果能够掌握VANET拓扑结构的动态特性，可以设计高效的拓扑控制算法，优化网络连通性，使网络能够持续稳定提供可靠的服务。抗毁性是评价网络拓扑特征的主要指标之一，通过抗毁性的研究可以发现网络中的安全隐患和薄弱环节，从而采取一系列有效的措施来提高网络的抗毁性，优化网络拓扑结构，保证网络的稳定的通信能力，这对拓扑动态变化的VANET协议开发和网络管理有着重要的意义。 目前，国内外对Ad Hoc网络的抗毁性研究较多。比如文献[3]研究了网络抗毁性受节点行为的影响，通过建立节点行为模型及分析三维网络连通性得到了三维MANET网络抗毁性的一种定量分析方法；同时仿真检验了它的有效性和合理性。文献[4]引入自然连通度为抗毁性度量指标，建立了能耗的移动Ad Hoc网络拓扑结构抗毁性综合测度模型，并确定了基于网络拓扑抗毁性的最优发射半径。Azni等[5]根据相关节点的行为建立了k相关抗毁性模型，通过仿真分析了Ad Hoc网络的全局抗毁性。文献[6]中有针对性地分别从失效成因、测度、提升策略与故障检测和修复等4个方面对无线传感器网络抗毁性的研究进行归纳和分类，着重探讨了基于网络重构和拓扑演化及路由控制的无线传感器网络抗毁性优化策略。 目前，对VANET拓扑结构的研究主要是基于复杂网络理论分析其网络的度分布、聚类系数、路径长度等。文献[7]以多Agent微观交通仿真器（Multiagent Microscopic Traffic Simulator， MMTS）为仿真工具，研究了瑞士城市苏黎世交通网络的瞬时特性，研究结果表明网络节点数服从参数幂律分布；通信半径越大，最大集团的值越大，集团的数目越少；VANET不存在小世界特性。文献[8]中利用4000多辆出租车收集的实时数据，分析了城市环境下车辆自组网的度分布、聚类系数、特征路径长度等拓扑特性，建立了一种车辆自组网的网络模型，通过仿真验证了所建模型的有效性。文献[9]以城市道路交通仿真软件（Simulation of Urban Mobility，SUMO）为仿真工具研究了德国科隆的交通网络的瞬时拓扑结构，其主要刻画参数包括最大连通分支、度及介数中心性等，分析结果表明车载自组织网不具有小世界特性。文献[10]应用Barabasi和Albert提出的BA（BarabasiAlbert）无标度网络对VANET拓扑进行建模分析，认为VANET具有小世界特性。文献[11]利用车辆全球定位系统（Global Positioning System， GPS）数据分析了VANET拓扑结构的动态演化特征。据研究所知，对VANET拓扑结构抗毁性的研究甚少，仅有文献[12]对VANET的抗毁性作了初步研究，但是该文认为VANET是无标度网络，然后用无标度网络模型产生VANET，事实上，这样生成的VANET就是一个无标度网络，与现实环境的VANET相差太远，几乎没有考虑VANET的任何特征，比如节点移动性、节点移动受到道路限制等，因此该文本质上是研究了无标度网络的抗毁性，并非VANET的抗毁性。 抗毁性是VANET拓扑结构的重要特性之一，它代表网络在某种极端攻击或错误条件下其服务能力下降的程度。由于真实、公开的VANET的trace比较少，而且能够获得的一些真实trace存在一些问题，比如GPS数据不完整、时间粒度、数据精度不够等，使得用真实VANET移动数据研究抗毁性存在一定困难，因此，本文通过VanetMobiSim车辆仿真软件，深入分析VANET的抗毁性特征，为网络拓扑结构的优化提供指导。 1VANET抗毁性研究方法及测度 1.1抗毁性研究方法 目前，抗毁性的主要研究方法是用不同的方式对网络进行攻击，用相应的测度指标对网络的抗毁性进行分析。网络攻击策略是指采取何种方式删除网络中的节点或边，在现有研究中主要应用Albert等[13]Albert提出的文献，与文献13的作者不匹配，请作相应调整，以便保持一致；要注意论文在正文中的依次引用顺序。提出的随意攻击（Random Attacks or Failure）和蓄意攻击（Intentional Attacks）两种方式。随意攻击通常是指随机选择网络的一个节点或边进行攻击，然后再随意攻击其余节点中的一个节点或边，直至将网络中所有节点全部攻击完为止。蓄意攻击又称为选择性攻击，选择重要的节点或边作为攻击对象，一般用度和介数度量节点和边的重要性。具体攻击过程为：首先选取网络中度或介数最大的节点或边作为第一攻击目标，攻击完以后重新计算网络各节点或边的度量等级，依旧对度量等级最高的节点或边进行攻击，重复该过程，直到网络中所有的节点全部被攻击完为止。 1.2节点重要度评估方法 蓄意攻击选择重要节点或边进行攻击，评估网络中节点或边重要性的方法很多，本质都源于图论及基于图论的数据挖掘。本文用度和介数评估车辆节点的重要性。 定义1节点的度。在网络中，节点vi的邻边数目ki称为该节点vi的度。网络的平均度为： k=1N∑Ni=1ki（1） 直观上看，一个节点的度越大，该节点越重要。 定义2节点的介数。节点vi的介数Bi就是网络中所有最短路径中经过该节点的数量比例之和，即： Bi=∑j，k∈V， j≠kNjk（i）Njk（2） 其中：Njk表示节点vj和节点vk之间的最短路径条数；Njk（i）表示节点vj和节点vk之间的最短路径路过节点vi的条数。介数是一个全局特征量，反映节点在整个网络中的作用和影响力。在VANET中，若一个节点的介数越大，则表明它在网络中交换的信息流越大，可视为网络中的核心节点，也意味着它更容易拥塞，成为网络的瓶颈。 1.3VANET抗毁性测度 设G=（V，E）为VANET的拓扑图，其中V={v1，v2，…，vN}是网络节点的集合，E={e1，e2，…，ek}是网络边的集合，节点数定义为N=V。定义子图Ci=G（Vi，Ei）为含节点vi连通分支，设m（G）=max1≤i≤nV（Ci）表示图G的所有连通分支中顶点数最多的那个连通分支的节点数，则节点数最多的连通分支为最大连通分支。 定义3最大连通度S。将网络中的最大连通分支中节点数与网络中总的节点数的比值称为最大连通度，即： S=m（G）/N（3） 那么0 定义4连通分支平均规模s。当VAENT受到攻击后，网络被分割为若干连通分支，连通分支平均规模定义为去掉最大连通分支后其他连通分支的平均节点数，即： s=（∑ni=1V（Ci）-m（G））/（n-1）（4） 显然0 定义5临界点移除比例fc。当网络中的节点受到攻击后，网络处于崩溃边缘时，网络中被攻击的节点数占总节点数的比例，称为临界点移除比例，记为fc。 网络在某种攻击模式下，百分比f的节点被移除，当f超过一定阈值，即f≥fc当在“=fc”时，属于哪种情形，需明确。时，网络分割成许多小的非连通分支；当f 设网络中任意两个节点vi与vj之间的距离dij为连接这两个节点的最短路径上的边数。VANET由于车辆的高速移动、拓扑变化频繁，使得网络间歇连通，因此存在dij=∞。而且当网络受到攻击时，网络的连通性也将发生改变，网络被破坏到一定程度时，会产生孤立节点，此时会存在dij=∞，因此，文献[13]提出用网络全局效率来描述非全连通网络的连通性。 定义6全局效率E。定义网络全局效率为： E=1N（N-1）∑i， j∈V，i≠j1dij（5） 显然，网络全局效率越大，网络连通性越好。 2仿真实验 2.1VANET仿真环境 本文采用VanetMobiSim[14]软件建立VANET环境，移动模型采用带有车道变换的智能驾驶员模型（Intelligent Driver Model with Lane Changes， IDMLC）[15]。该模型是一种微观交通流模型，是在IDM的基础上增加了车辆在十字路口的管理及车辆换道功能的智能移动模型，使得其更加符合真实的交通场景。仿真实验中，网络节点即为运动的车辆，可以获取任意时刻任意车辆的位置、速度、加速度、所处车道等瞬时信息。IDMLC移动模型中车辆长度为5m，加速度a和减速度b分别为0.6m/s2和0.9m/s2，礼貌参数p为0.5，其他参数设置如表1所示。 2.2VANET抗毁性分析 下面分析在不同攻击模式下VANET的抗毁性，为了在图中便于区分不同攻击模型，用符号Failure、RD和RB分别表示随意攻击、基于节点度的蓄意攻击和基于节点介数的蓄意攻击。图1为网络中车辆数为200、不同通信半径时，VANET受到Failure、RD和RB等三种攻击时网络最大连通度的变化趋势。由图1可知，当通信半径r=200m， f=0时，S=0.3630，即初始网络连通性较差。在攻击过程中当最大连通度低于0.1000时，视网络基本瘫痪。在随意攻击下，当S为0.0911时，临界点移除比例fc=53.42%；在RD攻击下，当S为0.0616， fc=28.77%；在RB攻击下，当S为0.0890时， fc=20.55%。当r=400m， f=0时，S=0.9521，初始网络近乎全连通（网络全连通时S=1）。在随意攻击下，当S为0.0747时， fc=82.19%；在RD攻击下，当S为0.0822时， fc=57.53%；在RB攻击下，当S为0.0959时， fc=36.99%。这一方面说明了通信半径越大，VANET连通性越好，临界点移除比例fc越大，抗毁性越强；另一方面，当通信半径相同时，随意攻击的临界点移除比例fc的值均大于蓄意攻击模式的，因此VANET有较强的鲁棒性，且在蓄意攻击下，由于将重要节点移除后网络迅速分割为多个连通分支，S先呈现迅速大幅度下降、然后缓慢下降趋势，即VANET又具有脆弱性。这种既鲁棒又脆弱的抗毁特征是VANET中车辆度分布不均匀所致。 图2为网络中车辆数为200、不同通信半径时，VANET受到Failure、RD和RB三种攻击时的网络连通分支平均规模。由图2可知，当通信半径较小（如r=200m）时，初始网络连通性较差，三种攻击策略下连通分支平均规模s均随移除节点比例的增加而逐渐减小。当通信半径较大时，网络初始连通性较好，则s随去除节点比例的变化趋势都是先变大后变小。当通信半径r=400m时，在遭受随意攻击时，s在阈值f=0.8220处开始缓慢变小，在遭受蓄意（RB、RD）攻击时，s分别在阈值f=0.4521和f=0.2055处开始变小。连通分支平均规模s之所以在阈值之前会变大，是由于随着节点被移除，网络总体连通程度变得越来越松散。在阈值之后会变小，是因为网络在大量节点失效时被分割成互不连通的多个较小的分支，当节点被全部移除时，网络则会消失。通过计算，在r=300m时，VANET在Failure、RD和RB三种攻击下连通分支平均规模s的方差分别为2.0306，2.4913和9.0228，即Failure攻击下s的波动最小，RB的波动最大，当通信半径发生变化时，也有类似的结论。这也说明了VANET既鲁棒又脆弱的特征。 图3分别为网络中车辆数为200、不同通信半径时，VANET受到Failure、RD和RB三种攻击时网络全局效率的变化趋势。由图3可知，通信半径越大，VANET效率越高；同时，随意攻击模式下的网络效率均高于蓄意攻击的。 另外，比较图1～3中最大连通度、临界点移除比例、连通分支平均规模和网络效率等抗毁性测度的值，可知对于蓄意攻击的两种策略，RB模式的攻击效能要强于RD模式。 下面研究车辆密度对VANET抗毁性的影响。图4～6为r=400m时不同车辆密度的VANET采取Failure、RD和RB攻击策略时表现出的抗毁性差异。从图4～6中分析得到：在通信半径一定时，车辆密度越大，VANET连通性越好，抗毁性越强，但是当网络达到全连通时，车辆密度对VANET抗毁性影响不大，因此，在VANET拓扑控制时，可以根据实际道路、地形、路边单元（RoadSide Unit， RSU）的配置等情况，对车辆通信半径和车辆密度进行优化设置，使得网络能够保持良好的连通性。 3结语 在VANET中，抗毁性对于分析整个网络性能来说十分重要，尤其是在增强安全性方面的应用。本文基于IDMLC移动模型对车载自组织网络的抗毁性特征作了研究，仿真结果表明，VANETs既有鲁棒性又有脆弱性；通信半径和车辆密度越大，VANETs抗毁性越好，但当网络全连通时，车辆密度对抗毁性影响很小。由于蓄意攻击（RD、RB）对网络破坏性强，因此，如何在拓扑控制时优化网络通信半径、车辆密度及路边基础设施配置等参数，使得网络中各个车辆节点保持相对均衡地位，从而提高VANETs抗毁性，这将是后续的研究工作。另外，本文只研究了VANET的瞬时拓扑结构及其抗毁性，然而，VANET的重要特征之一是网络拓扑结构的实时变化，其动态抗毁性特征也是接下来工作之一。 复杂网络论文:基于复杂网络理论的电网主导节点选择 摘 要：随着电网规模日益增大，对其进行电压控制越发困难。为了更好的对其进行电网优化控制，集中选取电网中的主导节点作为无功补偿点成为关键。为此文章提出基于复杂网络理论的主导节点选择方法，并通过IEEE-39节点系统进行仿真校验。 关键词：电网；电网控制；主导节点，复杂网络理论 前言 自从1999年Baraba和Albert发现了无标度网络特性，揭示出复杂网络结构中包含的结构特征与各种动力学特征之间的关系，突破了单纯的规则网络和随机网络模型的束缚后，复杂网络理论的研究就上了一个新的台阶[1]。而电网可以抽象成一个复杂网络，具有复杂网络的一般特征，可运用复杂网络理论来进行分析。文章引入复杂网络理论中的程度中心性指标与灵敏度矩阵相结合来衡量节点在电网系统中的重要程度。 1 主导节点选择方法 1.1 灵敏度矩阵的介绍 电网中的主导节点不仅要能进行电压调控，同时也应该具有反映其节点电压水平的能力。因此，在已有文献中大部分都是通过构建成考虑可观性与可控性的目标函数来进行主导节点选择[2-3]。该矩阵是关于无功注入变化对电压变化的灵敏度，其性质能反映电网间无功、电压间联系的疏密程度。电网节点i的灵敏度目标函数定义为： 式中，m，j分别为区域内所有负荷节点的编号和无功电源节点的编号；Se为分区内所有负荷节点合集，Sg为分区内所有无功电源节点合集。可观性指标？琢im和可控性指标？茁ij均由潮流计算收敛后的雅克比矩阵求得。 1.2 程度中心性指标介绍 程度中心性指标是社团中节点在其所属群体内的重要程度进行判别依据之一[4]，其定义为： 式中，di（n）为电网第n个节点与电网内其他节点关系权重和，gi为电网内所有节点之间权重和。 按目标函数（1）计算出电网节点具有较大的灵敏度，但在实际电网中求出的节点可能处于电网区域末端位置，那么该节点就不适合作为电网主导节点。因此本文提出基于程度中心性指标改进目标函数，改进的目标函数表达式如下： 为了验证基于复杂网络理论中程度中心性指标的电网主导选择方法的可行性，文章将利用Matlab仿真软件对IEEE-39节点标准测试系统进行仿真分析。 2 算例分析 根据潮流计算收敛后的雅克比矩阵求出了？琢im矩阵和？茁ij矩阵，但这两矩阵数量值不在同一个数量级上，因此需对其进行标准化计算。根据式（3）求出节点的目标函数值，文章只列出最大的3个节点，其值如表1所示。 由表1可以看出，所选主导节点在区域内部大致处于中心位置，有利于对电网区域中末端位置的节点电压水平进行调控，能更好的实现电压无功控制。 3 结束语 文章基于复杂网络理论提出了一种新的主导节点选择方法。并在IEEE-39节点标准测试系统上进行了仿真验证，所得到的主导节点综合考虑了电网的地理结构与灵敏度矩阵，从而提高了主导节点选择的准确度。

城市化进程与人们生活水平的飞速发展让人们对电能需求越来越大，因而随着计算机技术的发展，电气自动化控制技术在电力系统中应用范围也在逐步扩大，电气自动化控制技术在电力系统中的应用让劳动生产力、劳动生产时间、劳动成本等都得到了有效的节约，成本节约也只是其中的一项，资源的最大化利用才是其中最为根本的优势所在。电气自动化技术在电力行业中的应用，让电力系统的各个环节的作用以及运行更加高效。 1电力系统中电气自动化控制技术的应用 1.1电力系统中应用电气自动化控制技术的发展现状。传统的供变电设备与控制系统已经无法对现代电力生产与配送需求进行满足，所以电气自动化控制技术的快捷、稳定、安全等优势让我国的电力系统的发展更加多元、复杂、广泛。降低了电力企业生产成本也让电能的配送服务更加高效，电力供应的安全与稳定是电力企业在市场竞争中的重要武器，因此电力自动化控制技术的研究水平标志着我国电力企业发展运行中的进步与创新。 1.2电力系统中电气自动化控制技术的作用和意义。我国科学技术的不断完善与进步，让计算机技术在各个行业的普及度得到了很大跨度的提升。在电气行业的技术发展中也因为得到了计算机技术与PLC技术的辅助获得了长足性的发展。计算机在电力系统中承载着重要的核心作用，是电力系统中供电、变电、输电、配电等各个环节的基础支撑，并起着重要的调控作用。PLC技术是让电力系统进行自动化控制的一项技术，主要的作用是让电力系统的数据信息收集与分析可以更加准确，传输的过程更加稳定，并在此过程中将电力系统的运行成本进行了有效的降低，侧面提升了电力系统的整体运行效率。 2电气自动化控制技术在电力系统中的具体应用 2.1电气自动化控制的仿真技术。电气自动化技术因为得到我国专业科研人员的重点研究与发展，技术创新步伐正在不断加快。电力系统中电气自动化技术也因为科研人员的深入性研究，达到了国际标准。值得一说的是其中的仿真建模技术，不仅提升了数据的精确性与传输数据效率，同时还可以在实际操作中让系统中的数据信息碎片得到统一的整理与操控，构建出与实际状况一致的操作环境，辅助电力系统之间的同步操控。对于电气设备运作期间出现的突发状况与故障，可以直接进行模拟分析，进而让故障得到更为迅速的处理，让系统的运行效率得到提升，此项技术的使用让电气看设备的测试过程更加科学。 2.2电气自动化控制的智能控制技术。智能控制技术极大地促进了我国电力系统的安全性、稳定性和可控性。对于复杂的非线性系统而言，智能控制技术具有无法替代的重要作用。电力系统中智能控制技术的应用，不但提高了系统控制的灵活性、稳定性，还能增强系统及时发现和排除故障的能力。在实际运行中，只要电力系统的某个环节出现故障，智能控制系统都能及时发现并做出相应的处理，提高了电力系统整体的工作效率。 2.3电气自动化控制的多项集成技术。在电力系统中使用多项集成化技术可以对让系统的控制、保护、测量等项目组成得到更为科学的结合，直接将系统的运行步骤进行简化，不仅可以节约成本，同时可让运行的效率得到大跨度提升。这些系统控制上的改变让电力系统的统一管理更加方便。多项集成管理技术的使用让电力用户用电需求得到了更加全面的满足，侧面提升了企业的综合竞争力。 2.4电气自动化控制技术在电网控制中的应用。电力系统输配电质量取决于电网的稳定运行，电气自动化控制技术可以对电网运行的状况进行实时监控，同时可以对其进行更为专业的自动化调度，更为精确的保证输配电运行效率，彻底转变了电力系统传统的运行状态，让电力企业的生产与配送模式得到更为现代化的管理，这样的处理让电力企业的生产与经营可以获得更长远的控制。电网技术的飞速发展离不开计算机与信息技术支撑，因为在电网基础设施中整个电力系统的运行离不开每个电力设备的协作，信息技术的信息集成处理系统可以对电力系统中各个设备运行状态进行实时监控，让每个协作的信息都可得到精准掌控，这样的处理方式提升了数据信息的收集与反应灵敏度，工作人员可以足不出户的对设备的运行状态进行掌握，同时可以直接在计算机上对故障设备进行处理，大大节约了设备故障原因排除占用的时间，提升了电力生产从传统处理方式专项智能处理方式的进程。电气自动化可使电力系统向着多元化的方向发展，使电力事业有源源不断的新力量。电气自动化是电力系统的命脉，也是电力事业的根本保障，为国民经济的发展提供新的力量源泉。

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。

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。

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。

嵌入式系统软件开发技术研究:嵌入式系统软件开发技术探析 摘 要：嵌入式系统是当前工业生产控制领域的重要计算机应用技术。随着工业现代化水平的不断提升，嵌入式系统变得更加繁琐复杂、功能也更加丰富。文章围绕嵌入式系统软件开发相关问题进行探讨，详细阐述了嵌入式系统软件开发的几个重要阶段，对各个阶段涉及到的重要技术进行了介绍。 关键词：嵌入式系统；软件开发；技术 引言 计算机技术一经问世，就成为加快推动人类社会生产活动高效开展的重要力量。在几十年的发展里程中，计算机相关技术都实现了巨大进步。伴随着工业现代化进程的不断深入，嵌入式系统获得了越来越多的关注。嵌入式系统是一种以软件和硬件相结合为特征的计算机系统。该种系统常用于工业大型机械化生产或者国防工业等领域，通过嵌入到某些专门设备中予以实现，故此得名嵌入式系统。在数十年的实际应用过程中，嵌入式系统屡经发展，不断创新改进，目前已经取得了许多项先进技术成果，为今后的相关领域开发工作指出了重要方向。 1 微处理器技术的选择 微处理器技术是嵌入式系统的重要基本元素。伴随着加工制作技术的升级，微处理器从最初的4位、8位器件开始，发展到后面的集成式单片8位微处理器、16位微处理器。时至今日，16位微处理器已经成为微处理器应用的中间类型，占据着微处理器市场的最大份额，而更高端的领域则由32位架构的器件所占据。最开始的32位器件采用的是CISC架构，而后随着技术的发展，性能更加优异的RISC芯片则成为32位器件架构形式的主要选择。嵌入式系统开发人员可以根据项目实际需要，综合比较设备性能、服务、适用性以及成本等多个指标选择最适合的微处理器。 2 系统架构的选择 架构是系统的基础组成，不仅关系到系统功能的实现，对于系统后续发展、优化也有着举足轻重的作用。微处理器的架构开始时仅仅是中央处理器和部分逻辑器件构成的简单形式。经过多年的发展，微处理器架构变得复杂、繁琐，但调试技术还是原来那些电路仿真、芯片级调试、ROM监控器以及指令集模拟等技术。随着嵌入式系统应用范围不断扩大和技术要求的不断提高，系统架构的重要性也在与日俱增，嵌入式系统开发人员必须要认真评估各类微处理器相关特性，选取合适的系统架构，这样才能保证开发出来的系统的健康水平。 3 设计组成 嵌入式系统的软件开发工作包括硬件开发和软件开发两个部分。最开始的时候，软、硬件的开发工作基本上都由一名技术人员负责。而且在系统开发项目的全部工作中，软件开发所占据的比例较小，最大十分之一。随着技术的不断发展，嵌入式系统开发工作中软件设计所占据的比例越来越大。原有工作模式因而发生丢了改变。专业人员专门负责嵌入式系统软件开发的工作模式出现在上个实际80年代中期，同期软件开发的工作量占据嵌入式系统开发工作业务量的一半以上。 近些年来，嵌入式系统发展得日渐成熟。软件、硬件方面都实现了巨大进步。系统开发业务量持续上涨。其中，软件开发的业务增长更为显著，已经达到嵌入式系统开发业务量的十分之七、八左右。巨大的工作量已经不是仅仅依靠一个开发人员就能完成的，必须依靠团队的力量。特别是随着系统开发工作的深入，一些新的技术措施、手段纷纷涌现，成为系统开发中不可或缺的重要环节。其中一个至关重要的就是用于软件开发后进行测试的硬件平台。由于软件开发业务量的高速增加，用来进行软件测试的硬件平台需求也就变得更加迫切。目前常用的方法有本地代码执行原型环境、指令集软仿真（模拟），或者是使用标准的、低成本的、现成的评估板等。而主机-目标机连接技术因为成本较低，故而推广速度很快，其中最为著名的就是JTAG接口。 4 软件内容 尽管软件开发所耗费的时间越来越多，但市场对于软件的开发周期的要求却越来越短。为了适应市场需求，嵌入式系统软件开发企业不得不在开发策略上下功夫。早期嵌入式系统软件结构简单、功能单一，使用企业自行开发的应用代码即可实现。如今系统功能丰富，功能强大，结构复杂，软件开发企业必须依赖外部的力量。目前，软件开发企业往往根据项目需求，选择对应的多任务的模型，然后使用标准的、商用的实时操作系统辅助开发。这种做法，优点是开发效率高，缺点是不可避免的遇到知识产权的问题。在全社会都越来越重视知识产权的大形势下，嵌入式系统软件开发，必须考虑到知识产权因素的影响，这种影响，不仅仅停留在当前所开发的软件上，更对后续的相关软件开发、应用拓展有着巨大的影响。 5 编程语言 编程语言是进行软件开发设计必不可少的工具。在微处理器刚刚出现，尚停留在4位、8位器件的阶段，开发人员只能选择汇编语言进行开发。当16位微处理器技术出现以后，软件编程语言的选择也变得丰富起来。使用较多的有Pascal、C语言、PL/M语言。而对于一些特别的系统，Forth语言更为适合。当32位微处理器应用日渐广泛以后，又开发出了C和ADA。其中，ADA主要应用于军事领域，在国防事业中大展身手。时至今日，C++已经逐步取代C语言成为嵌入式系统软件开发语言的主流，目前大约四分之一到三分之一的嵌入式系统是使用C++设计的。而本来专为嵌入式系统软件所开发出来的Java则在要求运行时重新配置的领域实现了更大的自身价值，统一建模语言（UML）也成为高级设计方法学的最流行选择。 6 软件队伍的规模和分布 上文提过，最初的嵌入式软、硬件开发工作通常都由一名工程师予以兼任。经过多年的发展演化，软件开发工作变得专业化、系统化、精细化，形成了专门负责软件开发的技术业务人员。而以嵌入式系统软件开发为职责的团队则是今后发展的主要方向。IT行业软件开发项目管理工作责任重大、任务艰巨。嵌入式系统软件开发同样如此。其区别仅在于嵌入式系统软件开发使用过程语言，比如C语言和汇编语言进行编程。嵌入式系统软件开发是一项技术含量和系统化要求很高的工作。开发团队中的所有人都要对目标系统有着全面的清晰的了解，而在当前项目越来越大，工作人员越来越多的情况下，受各人业务能力水平等因素的影响，要保持所有人都同样深入的认知水平显然是不现实的。实际情况是团队中部分高端人才对于某个领域认识非常深入，相关业务能力很强，这些人是开发团队的主干，团队管理者必须科学、协调、高效使用这些人力资源，确保他们的业务成果可以被其它人员正确使用。而面向对象编程技术则是这种应用策略在技术层面的现实体现。 7 结束语 我国正处于产业结构调整的重要时期，大规模的自动化生产成为工业生产的主流。嵌入式系统软件远景广阔，市场空间巨大。软件开发企业要牢牢把握这个机会，深入、扎实地研究嵌入式系统软件开发技术，吸收外部优势资源为我所用，设计出功能强大、适应广泛的优质软件产品，在实现企业自身的健康高速发展的同时，为我国经济建设提供有力支持与保障。 嵌入式系统软件开发技术研究:谈嵌入式系统软件开发技术 摘要： 针对新兴的嵌入式系统发展趋势，提出了对于嵌入式系统软件开发的几个过程，并挑选出它们所驱动的技术，从而做出一个值得注意的技术的时间表。 关键词： 嵌入式系统；软件开发 0 引言 嵌人式系统开发经过30多年的发展，到现在算是一个成熟的技术了。由此可以从总体上确认在嵌入式系统开发展过程中出现的几种明显趋势，这些趋势指出了一系列新兴的关键技术。 1 微处理器技术 最早的微处理器是4位和8位器件。由于制造技术越来越复杂，集成的单片8位微处理器开始出现，16位微处理器也开始使用。随着微电子技术的发展，16位的微处理器已得到广泛的应用。32位架构的器件逐渐占领了高端的应用市场，第一代的32位器件都是CISC架构，但目前，越来越多的RISC芯片正在提供更高的性能。嵌人式系统设计者选择微处理器的范围比以前大了，必须根据性能、需求、支持、可用性和价格来进行选择。 2 系统架构 随着微处理器的发展系统架构也在进步。最早的系统，是由CPU和一些逻辑器件组成的。多年以来，系统变得日益复杂，但都还可以使用同样的调试技术—电路仿真、芯片级调试、ROM监控器以及指令集模拟。嵌入式系统日益强劲，而功能需求的增长则更快很多设计者开始重新审视微处理器和它们的用法。 3 设计组成 嵌入式系统发展的最初阶段。所有的开发包括软件和硬件设计，通常都是一个工程师来承担。软件在整个工作址中的比例很小，大约5%-10%。随着时间的推移软件开发占工程时间的比例持续增长。至20世纪80年代中期，软件开发已经是由专业欢件人员来做，所占比例一般已超过整个开发工作量的50%。 在最近几年，虽然硬件设计变得更加复杂，但软件的份量也急剧增长，目前通常占到开发总量70%-80%。因此，需要有软件团队参与，同时也产生了一些新的挑战。这些挑战中的一个，就是要有可用的硬件平台来进行软件测试。由于要在更短的时间内开发更多的软件，就需要尽快建立测试环境。发出更多的软件，就需要尽快建立测试环境。有多种可行的方法，如本地代码执行原型环境、指令集软仿真（模拟），以及使用标准的、低成本的、现成的评估板。此外，低成本的主机一目标机连接技术，也变得越来越普及，有代表性的就是JTAG接口。 4 软件内容 软件开发所占总时间的比例一直在增加。同时，来自全球贸易和竞争的压力使得产品投放市场的时间也一直在缩短。这极大地影响了设计的策略。最早的设计相当简单，仅仅由自己设计的应用代码组成。随着系统的复杂度增加，多任务的模型被软件开发者广泛采纳，很多开发者选择标准的、商用的实时操作系统产品。随着各个标准的进一步被采纳，买来的软件，或者说有“知识产权”的软件所占的比例正稳步增长。这个趋势给了软件开发者很多启示。集成标准的软件组件—和应用代码及其他—是我们所关心的。在多任务背景下调试是另一个值得关注的问题。与选择知识产权有关的商业决定尤为复杂；除了当前的要求之外，还有将来的（例如移植到别的处理器）也必须加以考虑。 5 编程语言 对于早期的4位和8位微处理器，汇编语言是唯一的选择。随着16位微处理器技术成为现实，出现了几种可供选择的语言。有Pascal和C语言和PL/M语言。对某些类型的系统来说，Forth语言也曾很流行，随着时间推移，32位技术的使用日益增多，出现了C和Ada。后者在国防部的系统中被普遍使用。 在嵌入式软件开发中，C++开始逐步取代C语言。现在，1/4～1/3的嵌入式系统代码是用C++编写的。Java语言当初是专门为嵌人式应用开发的，在要求运行时重新配置的应用场合，它找到了一席之地。统一建模语言(UML)也成为高级设计方法学的最流行选择。 6 软件队伍的规模和分布 正如先前讨论的一样，最初的嵌人式系统设计只要一个人就够了。在适当的时候，因专业化，产生了致力于软件开发的工程师。下一步就是建立嵌人式软件开发团队。管理软件开发在任何情况下都是一个挑战，嵌入式系统开发也不例外，只是有细微差别。使用传统的编程技术———过程语言，如C语言和汇编语言，团队里的大部分成员都需要对整个系统了解比较全面。随着团队变大，这就变得越来越不可行。价况住往是，团队里有一些特殊的人才，他们对某些专门领域很在行。为了有效地管理团队必须使用合适的策略，将他们的专长封装起来。尽可能使一个专家的工作成果能够被非专家以安全、可靠和直观的方式加以使用.在这种情况下，面向对象编程技术找到应用点。 虽然有很多非常大的公司，但软件队伍不是简单的人员扩充他们正在变成分布式的。团队的一些成员在一个地方，而其他的可能在别处。这些地点甚至有可能位于不同的国家。这种安排在欧洲很常见，在那里，真正关心的可能是交流的语言。其他地方，时区可能是个问题(可能也是一个优势，因为分布式的团队可以全天候工作)。随着新兴的技术中心（如印度）广泛崛起，上述情况越来越普遍。在这一背景不，软件组件的可重用性需求就变得很常见了。 7 UML和建模 最近几年，UML己经成为一项关键的设计方法，它和逐渐增七的嵌人式软件团队规模关系密切。广义上说，使用设计工具的方式有2种:或者是作为编写代码的指导，或者就作为直接生成代码的一种手段。对于嵌人式软件来说，代码生成是有争议的，它可能会被争论（而且还很有道理）—每一个系统都是不同的，都有各自的特殊需求。这正是xtUML（可执行和可翻译的UML）吸引人的地方，因为它使得应用与架构清晰地分离了。这里所遵循的，是与面向对象编程同样的原则—使用工具和技术来平衡专家意见。 追踪所有被当前各种嵌人式系统开发趋势所驱动的新技术并非易事。孤立地看待其中任何一项技术也是毫无意义的，因为它们之间有着许多联系。例如，多任务与多处理器调试相关；基于标准的RTOS技术对处理器移植来说真是件幸事；使用设计方法学可以令实现更容易。 嵌入式系统软件开发技术研究:风河WRTM测试工具加速嵌入式系统软件开发 “今天，嵌入式设备生产厂商面临的最大问题就是软件太多，而他们能够用来进行测试的时间太少。过去，嵌入式设备设计制造团队软硬件工程师的比例为2：8，今天这个比例完全倒过来。这是因为，现在，一个设备区别于其他设备的决定性因素是软件，层出不穷的应用，使得嵌入式用软件的数量每2年翻一倍，而制造商却没有足够的能力来满足这一需求。不仅在消费产品领域，而且在工业、医疗器械领域都有time tomarketing的需求，在这种情况下我们开发了WindRiver test management(以下简称WRTM)4.0这款针对嵌入式系统的自动化测试软件。”风河设备测试产品市场营销副总裁IdoSarig说道。 风河的windriver testmanagement，是一个自动化的测试软件，能够帮助嵌入式软件进行更好的系统测试。这次开发的软件，是第一个为嵌入式软件设计的自动化的测试程序，与传统的测试程序不同，有很多新特性能够对系统进行测试。WRTM可应用于、汽车、医疗、网络、军工、航天，风河在诸多领域都展开了广泛的合作，并获得了客户的好评。 “虽然看起来，增加软件工程师的数量，进行软件开发和测试方面的投入会增加很多成本，但是如果不这么做的话，在大量依赖软件实现的创新中，软件故障会给设备制造商带来巨大的经济损失。比如几年以前，大众公司在中国市场销售的奥迪Q7SUV汽车，因为软件故障导致的召回事件，让这家汽车制造商损失数百万美元。而我们的测试软件可以帮助客户发现这类问题，并显著的降低测试的时间和成本，这样的成功案例有很多。我们的研究表明，用我们的软件可以将测试时间降低30％-40％。” WRTM4.0有一个重要的功能就是虚拟实验室管理器，他可以综合全球各个测试实验室整合出的测试信息，来查找系统问题。不仅如此，还可以为客户节约测试方面的投入。例如，一家美国电信公司，在测试管理方面的投入高达每季度100万美元，而每一位测试工程师希望拥有专属的测试设备，这在很大程度上造成了重复投资，虚拟实验室就解决了这样问题，既保证了测试设备的独立性，同时又避免了重复投资。此外，WRTM测试引擎可以测试支持各种版本程序语言的软件(C，C++语言)，甚至是二进制代码，并且可以进行优化和给出参考建议。 “WMRT未来的挑战是如何降低测试的时间，现在很多公司的实验室都堆积了过多的测试案件，他们没有时间去处理或者为了不承担责任而干脆不予理会，WRTM能够帮助客户解决这些问题，找出不同版本之间的差别，并判断出最可能出现问题的位置，从而使得软件测试变得更加有针对性，节省测试时间。WRTM软件的未来目标之一就是尽可能快速、尽可能准确地发现问题。”

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

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。

交通管理工程探析:市政道路整治工程安全文明施工及交通管理工作要点探讨 摘要：本文从实际工程案例出发，探讨市政道路整治工程安全措施以及交通管理措施，为建设优质城市提供基础保障。 关键词：市政道路整治安全交通 一、工程概况 近年来“33929”、“三口五路”、“一纵三横”、“五纵六路”、“两纵三横”等道路综合整治工程的相继实施，杭州道路交通条件和城市面貌不断改善，城市整体品位和综合竞争力全面提升，群众生产生活环境日益改善。大关路道路综合整治为其中重要的一横，道路整治完成后与教工路、沈半路形成贯通西部、北部地区的干路系统，减轻中心区交通压力，对大关路综合整治进行设计。 大关路位于杭州主城北部，呈西南-东北走向。本次设计范围南起莫干山路，北至绍兴路，共跨越两条河道，分别为京杭运河、红建河，均设桥梁通过，全长约2.34Km，规划控制红线宽度40米。设计内容包括：道路工程、排水工程、建河拼宽设计。 二、道路施工 1、高黏度改性排水沥青混凝土摊铺施工： （1）、排水式沥青混合料摊铺应采用机械摊铺，要求摊铺平整，不宜人工修整，摊铺速度应控制在约3m/min，摊铺温度宜控制在175－165℃。 （2）、碾压前宜配备足够数量的压路机。碾压时，压路机距离摊铺机不宜过长。初碾、二次碾压宜选用10-12t滚筒式压路机，终碾宜选用6-10t多轮式压路机或8-15t胶轮式压路机。碾压应采用静压方式，其方法与一般沥青混凝土面层相同；初碾速度宜控制在2km/hr,温度应控制在160℃-140℃, 复碾速度宜控制在3km/hr，终碾速度宜控制在2km/hr，温度应控制在90℃-70℃；并应填写测温记录。 （3）、排水式沥青混合料的接缝处不允许重叠。纵向接缝宜铺筑成梯形，便于邻接的面层粘结牢固，确保接缝两侧密度相同。加热时，应避免将面层直接暴露在火焰下。 （4）、排水式沥青面层纵、横向接缝，以及与附属构筑物的衔接部分需充分压实，粘结紧密。 （5）、在铺筑面层时，需对透水管进行保护，避免沥青混合料堵塞透水管孔眼，确保透水性路面结构中的雨水能顺畅地排至透水管。两侧排水边沟应有足够的排水坡度，确保排至边沟的雨水能够迅速排出。 （6）、沥青混合料碾压成型后，应避免车辆进入，直至终压4个小时后或表面温度低于50℃，且足够坚硬后方可开放交通。 2、玻纤土工格栅 （1）、玻纤土工格栅铺筑时，应先将一端用固定，然后用机械或人力拉紧，固定另一端。 （2）、铺设玻纤土工格栅时，应保持铺设平顺，拉紧，横向搭接长度为100mm，纵向搭接长度为200mm , 并根据摊铺方向，将后一端压在前一端之下。 （3）50×50×0.3mm的固定铁皮，要求平整不翘角，2英寸8cm长钢钉固定。固定铁皮纵向间距2m，横向间距0.5m。 三、排水施工 大关路为现状道路改造，现状地下管线非常复杂。根据规划及现场勘察，现状道路除已建有雨、污水管道外，还建有电力沟,通信、给水、煤气管道；本路段东南有架空电力线；两侧有架空通信线，其中东南侧与电力线同杆；道路两侧上方有电力架空线。施工情况主要表现在： 1.排水管施工从下游向上游施工，先深后浅。 2.道路路段最低点处设置雨水口。为方便清通管理雨水口均落底；在道路最低点处，机动车道上设四篦雨水口，在非机动车道上设双篦雨水口。 3.雨污水检查井均做流槽，雨水落底井，落底0.5米。 4.道路路段最低点处设置雨水口，道路交叉口处最低点的雨水口布置，根据道路交叉口竖向设计图进行调整。 5.管线采用开槽埋设，施工时注意施工现场及沟槽的排水降水工作。 6.现状雨污水检查井位于现道路中央隔离带或机非隔离带处如不能进行井筒改造时，在检查井井盖处对道路侧石进行改造。 7.基坑施工前，须事先对沿线两侧已建的建筑物基础及管线作以详细调查，然后根据基坑深度及地质情况采取必要的加固保护措施。接入现状管道，需在施工之前复测已建管道位置、管径及标高，若有出入，报设计院以便施工前调整；伸长或拼宽的雨污水管道标高、管径应按实测为准。 四、桥梁施工措施 本桥梁位于杭州市大关路1+784.886处，原桥位处为一座14m跨简支桥，根据道路改造平面要求，本桥在南北两侧需拼宽4m，为了避免在水中作业，桥梁跨径布置为25米，同时对老桥的桥面系进行改造。 1.对于栏杆底座等预埋连接的钢筋，在现浇板时应注意相应的位置，并要求预先埋入板内。 2.在桥梁施工时按所采用的伸缩缝型号之设计参数预留好安装槽并布置好预埋锚筋；安装伸缩缝装置前将预留槽清理干净并校正预埋锚筋。 3.必须保证铰缝的结构尺寸，铰缝砼须捣实，铰缝连接钢筋扳平焊牢，浇筑铰缝桥面铺装砼之前，须用钢刷清除结合面上的浮皮，用水冲洗后浇筑C40细石子砼，震捣密实，然后浇筑桥面铺装，并切实注意钢筋网位置和捣实养护工作。 4.在欲安装支座时支座垫石顶面除去浮砂，表面平整清洁无油污。 五、扬尘控制具体措施 根据本工程特点及施工部署，本工程主要产生扬尘的工序为道路砼破除、人行道板拆除、沟槽开挖、现场临时堆放的施工用土、沙石材料、桥梁搅拌桩施工泥浆产生扬尘等，针对以上产生扬尘的来源，将采取主体控制措施及被动控制措施进行防护。每日对路面进行清扫、洒水控制扬尘。 5.1主动措施 主动措施在技术上主要为各分部分项工程采用流水线施工，各道工序无缝连接。每到工序及时报监理组织验收，施工质量确保一次到位，力争将施工扬尘控制到最小状态。 道路施工 施工前浇水湿润混凝土路面和路基，再使用镐头机破混凝土，并及时清运出场，破碎时经常洒水、保湿，确保破碎后的混凝土始终处于湿润状态；进场通道安排专人清扫，定时适量洒水湿润，不得使施工现场有泥浆产生，如有必要在现场安装钢制洗车溜槽，始终确保进出车辆不带泥上路。侧平石、道板铺装、切割石材过程中带水切割施工，并及时打扫清理作业区域，防止扬尘。 排水施工 沟槽开挖前根据开挖深度以及管道埋设深度计算回填土方量，多余土方全部使用密闭车辆随挖随外运，回填土方在现场堆放时使用土工布或塑料彩条布全封闭覆盖；所有水泥全部使用桶装水泥，固定地点安放，水泥出放口用塑料彩条布包裹，水泥桶周围经常清扫、洒水确保现场整洁、无灰尘沉积，开挖沟槽回填土方完成后，在基层未施工前全部使用沥青临时恢复，确保道路表面平整。 桥梁施工 场地硬化、净车出场，现场材料堆放整齐，灌注桩施工现场安放泥浆灌，所有泥浆使用车辆外运到指定地点弃放处理；盖梁施工主要控制挖土和模板施工，模板施工主要的扬尘控制采用钢木结合，大面积采用钢模板，部分转角处使用木模填补。桥梁道板铺装及栏杆安装切割时全部带水切割。 生活区扬尘控制 生活区扬尘主要产生在厨房灶具产生烟尘、生活垃圾堆放等。厨房烧饭使用煤气灶及电蒸箱，所有生活垃圾固定地点堆放，全部袋装外运，安排专人负责清理。 5.2被动措施 1.施工场地周边设置稳固整齐的围挡，围挡高度不低于2.1米，围挡间有插销连接，底端设置防溢座。 2.施工期间如若使用自拌混凝土或者进行密闭搅拌并配备防尘除尘装置，散装水泥罐并有专门防尘、抑尘措施，进场后要进行密闭覆盖。施工完成，工完场清，所有垃圾全部装袋外运。 3.施工现场要制定洒水降尘制度，组建一支专人负责的文明、安全施工班组，并配备专用机动洒水车1辆，人力洒水车4辆指定专人、根据天气情况及时洒水并指定专人负责逸散性材料、垃圾、渣土、裸地等扬尘源密闭、覆盖、洒水作业和车辆清洗工作。 4.施工现场设立垃圾场，对施工垃圾要及时打包，集中堆码并及时清运出场；生活垃圾集中放入垃圾桶内，统一管理，及时清运，在清运过程中不得遗撒。 5.渣土运输车辆全密闭化管理，装载的渣土高度不得超过车辆槽帮上沿，车斗用苫布遮盖或者采用密闭车斗，禁止出现“抛、洒、滴、漏”现象。 六、交通管理措施 本工程处于市区繁华地段，沿街商铺、居住区较多，安全文明施工及交通管理难度较大。为现状道路整治工程，施工过程中，不能封闭交通。现状道路过往车辆及行人较多，施工难度大，只能先施工北半幅。待北半幅施工完毕后，再施工南半幅。以保证车辆及行人通行。施工前对施工区域直线段进行固定围护，固定围护采用彩钢板，基础为砖砌基础。交叉口处采用活动围护。围护顶设警示灯带及警示红灯。按照人车分离,各行其道,单向组织交通,配足保障道路交通安全所必须的道路交通标志标线、交通信号灯、交通监控设备、交通诱导系统、路口渠化等设施,确保交通安全。行车系统的交通信号灯、交通监控设备、交通诱导系统应由公安交通管理部门控制,承担道路交通秩序管理、交通执法的任务，保证工程路段的交通畅顺。 七、结束语 本工程从施工开始，各项施工工程进展良好，按照施工技术要求事实，符合市政道路整治工程安全文明施工的要求。通过交通管理措施，保证了各个施工路段的交通安全与畅顺，为整个工程的竣工打下了良好的基础，为建设美好城市提供了基础条件。 交通管理工程探析:CAD技术在交通管理工程的应用 摘要公安院校交通管理工程专业是一个集工程技术与社会管理为一体，兼顾“硬”科学与“软”科学的综合性、实践性专业。在建设创新型应用人才的背景下，将CAD技术引入公安院校交通管理工程专业建设中，构建基于CAD技术应用的公安交通管理工程专业课程体系，不仅可以巩固专业知识的理解与掌握，还能加强公安技能的培训，为提升公安队伍科学管理的能力奠定技术基础。 关键词CAD技术；公安院校；交通管理工程；实践教学 1公安院校交通管理工程专业现状 公安院校交通管理工程专业是一门综合性、系统性、社会性及动态性的专业，涉及交通管理及交通工程两个方面。交通系统是与整个社会经济系统密切相关并相互影响的复杂巨系统，其自身又是一个由诸多相互联系、相互作用、相互制约的要素所组成的有机整体，是一个多目标、多约束、开放性的大系统。[1]而交通管理工程就是利用工程、教育、执法等手段，正确处理道路中的人、车、路、环境之间的关系，使交通尽可能安全、畅通、和谐发展。因此，交通管理工程是一个集工程技术与社会管理为一体，兼顾“硬”科学与“软”科学的综合性、实践性专业。 2公安院校交通管理工程专业实践教学存在的问题 （1）思想认识不足，教育理念存在偏差。思想和理念是实际工作的基础和前提，我国高等教育虽有百年历史，但在思想理念上始终存在重理论轻实践、重灌输轻创新、重条件轻管理、重局部轻整体的观念。[2]公安院校交通管理工程专业培养模式也普遍存在重视训练学生的警务执法技能，而忽略对决策性创新实践能力的培养。而一名卓越的警务人才，不仅需要灵活掌握警务执法技能，还需要有针对性地培养道路交通管理与控制的决策性创新实践能力。（2）资源配置不佳，教学条件有待提高。随着公安院校办学规模、专业数量、招生人数的扩大以及交通管理工作的复杂性与艰巨性日益突出，对交通管理工程专业学生的培养质量要求也必须随之不断提升。公安院校交通管理工程专业作为新兴特色专业，由原来的大专变为本科专业，在人才培养模式、教学配套条件等方面都对教师提出了新的要求。虽然公安院校实习基地资源较为丰富，多为地市级公安局交通管理部门，但是校内与之配套的实践教学条件不佳，实验室建设、实验器材配备还处于初级阶段。（3）课程设计单一，实践教学缺乏创新性。由于教学理念偏差、教学条件不足，公安院校交通管理专业实践教学缺乏一定的创新性。浙江警察学院交通管理工程专业虽然也开设了相关交通工程设计类课程，例如交通工程学、道路交通控制学、交通组织与规划、交通建模与仿真等，但存在单个课程各自为政、课程间交叉融合不足，学生理论知识与实践操作严重脱节，对学生决策性创新能力的培养停留于理论认识层面等问题。交通管理工程作为一门综合性和实践性都非常强的专业，目前的课程培养体系偏重理论讲授，学生缺乏对理论的综合应用及实践能力。同时，由于交通具有不可实验性和不可再现性，很难在实际中对相关的理论知识与技术进行应用。随着计算机技术的快速发展，通过计算机辅助以及虚拟再现的手段，可以为交通管理工程相关课程的实践应用提供技术支持。 3CAD技术对交通管理工程专业实践教学的现实意义 CAD（ComputerAidedDesign）技术，又称计算机辅助设计是以计算机系统为支持，进行产品和工程的方案设计、解析计算、判断优化、分析评估和详细设计的一门技术。[3]CAD技术由于其综合分析能力、逻辑判断能力、优化评估能力以及虚拟仿真能力等特点，非常适合在交通管理工程这类综合实践性专业中进行应用，对专业的发展具有重要的现实意义。（1）加深学生对专业基本概念及理论的理解。公安院校交通管理工程专业包括交通工程及交通管理两大方面，课程涉及数学、物理、运筹、管理、工程等多方面的内容。学生通过理论学习可以基本掌握专业课程中的基本概念及基本理论，但是缺乏将理论应用于实际工程的创新能力。通过采用CAD技术进行实践操作应用，可让学生在应用的过程中巩固对基本理论的掌握，同时加深对专业知识体系的理解。例如，在学习“交通规划与管理”课程时，学生可通过对TransCAD软件的学习从而更深入地理解交通规划“四阶段”模型。（2）培养学生对专业的浓厚兴趣。公安院校交通管理工程专业基于自身专业特点，目标培养适应现代化交通管理的卓越警务人才。学生在进入本专业学习时，对专业的认同感较低，认为交警的主要职责就是路面执勤，忽略了交通管理工程专业本科培养的主要目标。因此，对于CAD技术的引入及学习，可引导学生开展专业相关的课程设计，例如交通设计、道路工程基础、交通事故勘测、交通仿真等课程设计，培养学生对专业的浓厚兴趣。（3）提升学生的专业培养效果。交通管理工程内在机理具有高度的复杂性，这导致了解决方式的复杂与多样。[4]比如在交叉口设计或交通事故勘测中，一般都需要处理大量的数据，绘制图纸。这些设计任务的完成，若用手算笔绘，工作量很大，花费太多时间，局限学生的创新思维。若在这些设计中增加CAD技术，不仅可以提高学生的设计理念与效率，也有助于学生在设计的过程中灵活运用基础理论知识，提高学生的自主学习能力。（4）增强学生的公安实战技能。公安院校交通管理工程专业培养的本科生毕业后基本都输送到公安实战部门，学生所需具备的业务水平要求较高。在这样的大背景条件下，在专业培养中增加CAD技术的学习与应用，可以增强学生的公安实战技能，培养学生分析问题、解决问题的能力，培养“复合型”的交通警察人才。 4CAD技术在交通管理工程实践教学中应用 4.1交通事故处理 AutoCAD软件是美国Autodesk企业开发的一个交互式绘图软件，主要用于二维及三维的绘图设计，[5]也是目前国内外应用最为广泛的计算机辅助设计软件。[6]由于AutoCAD软件操作简单、绘图精确，且提供二次开发环境，可与地理信息系统（GIS）、交通仿真系统、交通诱导系统等兼容，在交通行业有着非常广泛的发展和应用。交通事故处理流程中，需要对道路交通事故进行现场勘测，绘制精确的事故现场图作为事故处理的依据。目前，交通实战部门人员主要通过现场手绘《道路交通事故现场图》进行存档，绘图过程繁琐且不精确，绘制的图纸不易存档保存。因此，在交通事故处理中可以借助AutoCAD绘图软件绘制现场勘测图，如图1所示为道路交通事故现场勘测图，图中可清楚详细记录事故现场情况，对事故发生时的地点、车辆运行轨迹、碰撞类型等信息一目了然。 4.2交通系统仿真 交通系统仿真可以动态地、逼真地模仿交通流和交通事故等各种交通现象，在研究出行者出行行为和各种类型道路交通流运行机理的基础上，复现交通流的时空变化态势，深入地分析车辆、驾驶员和行人、道路交通要素的特征，有效地进行交通系统的规划、组织与管理、交通能源节约与物资运输合理化等方面的研究。[7]交通警察作为城市交通的管理者，需要借助交通系统仿真对所提出的管控方案进行效果评估。因此，对于交通管理工程专业的本科生，也需要在课程设计中增加交通系统仿真技术的学习及应用。如图2所示为行人过街行为仿真，通过VISSIM软件对设计的行人过街信号配时方案进行模拟仿真，并对方案进行评价。图3所示为道路交叉通仿真，模拟交叉口的实际运行状态，从而对优化方案进行评价。 4.3交叉口信号配时优化 交叉通信号配时优化是公安交通管理部门的重要工作之一，也是缓解道路拥堵提升路网运行效率的重要技术手段。利用交通辅助技术进行交叉口信号配时的优化与评估，能够有效提升交叉口信号配时的效率与科学性，并能够进行事前评估与对比分析，更好地为交叉通管理提供有效依据。Syn-chro软件是一款交通信号辅助配时设计工具，并具备交叉口通行能力分析仿真、区域协调控制、交叉口自适应控制等核心功能。同时，该信号辅助配时软件还具有与主流的交通仿真软件CORSIM、TRANSYT-7F、HCS等的接口，具有较好的工程实践价值。Synchro交通信号协调及辅助配时设计软件包含Syn-chro、SimTraffic、SimTrafficCI、3DViewer、Warrants等的组件，能够实现交通仿真、三维场景生成、独立交叉口评估等功能。Synchro兼容HCM2010、MUTCD2009等重要的国际重要规范标准，为交叉口的评估与信号优化提供了标准化的辅助决策流程。 5总结与展望 将CAD技术引入到公安院校交通管理工程专业课程的建设中，可以巩固学生的专业知识掌握，加强学生的公安技能培养，为交通警察队伍输送综合型、应用型的警务人才。作为交通管理工程专业的教育者，应该努力探索新的领域，挖掘新的技能。在专业培养的过程中，尽量为学生创造更好的软硬件设计条件，将应用和开发结合起来，将CAD技术广泛并巧妙地应用于交通管理工程专业的教学实践中。 作者：徐程 李涛 陶靖 单位：浙江警察学院 交通管理工程探析:交通管理工程专业学科研究 摘要：尽管教育部将交通管理工程专业列入公安技术类，归属工学门类之下，但在学界，交通管理工程专业到底属于工学、管理学还是法学门类的争议仍然存在并阻碍其发展。从工程、管理和法学知识在公安交通管理工作中的作用的角度看，公安院校交通管理工程专业是应归属工学门类的多学科交叉专业。在课程体系设置中，应明确专业知识框架和课程体系构建与优化原则，并据此设计主要课程和安排各学期课目，以确保课程教学符合学生认知规律，保证教学质量。 关键词：公安教育；交通管理工程；专业建设；学科归属；课程体系 随着我国城市化进程的加快、机动车保有量的增加，一方面，道路交通安全、拥堵、污染等问题日益严峻，公安机关交通管理部门承担的工作任务日益繁重；另一方面，随着工作的深入开展，虽然交通管理中的传统问题逐步得到破解，但新深层次矛盾不断凸显，这就要求相关部门必须进一步提升交警队伍专业素养，以确保科学、合理地开展工作。近年来，全国公安院校纷纷开设了交通管理工程专业，学历层次也由原来的专科提升为本科。在课程建设方面有二个问题亟需解决，一是判别该专业的学科归属，确定其专业发展方向及教学重点；二是构建起逻辑严密、符合认知规律的课程体系，保证教学质量。 一、公安院校交通管理工程专业学科归属 （一）学科归属上存在的争议。学科归属对交通管理工程专业发展和课程体系建设影响很大。普通高等院校都将交通相关专业归入工学门类，但它属于机械汽车类还是土木道路类，不同高校曾有不同认识，这给其专业建设和课程设置带来了不少困扰，导致其专业建设特别是课程体系进行了反复调整①。因此，必须慎重考察专业归属问题。1998年，教育部将原有交通相关专业统一于交通工程和交通运输两个专业，属于工学门类交通运输类，原有道路交通管理工程专业在专业目录中被取消。2011年，国务院学位委员会和教育部联合印发《学位授予和人才培养学科目录（2011年）》，正式批准设立公安学、公安技术两个一级学科，并将其分别列入法学和工学门类，同时在公安技术一级学科下设置了交通管理工程专业。但事实上，公安院校交通相关专业到底归属于管理学、法学还是工学门类的争议②仍然存在着，且仍需要进行讨论。 （二）行业知识需求和学科属性分析。分析交通管理工程专业学科归属，应从交通管理工作对知识需求角度出发。根据实际需求和《道路交通安全法》规定，公安交通管理部门负责道路交通安全和秩序管理，参与道路交通规划与组织。做好交通管理工作需要信息技术、新闻传播乃至法医等多个专业领域的人才，而核心需要交通管理专业人才，其对知识的需求具体表现在以下几个方面。 1.工程是基础。交通管理对象是人的交通出行行为。研究表明，尽管人是交通系统中最关键的因素，但也是最难改变的因素。③因此，从研究和实践来看，干预交通行为最经济也最符合人本精神的措施仍然是针对交通设施的工程措施。从系统角度看，道路安全、有序、畅通与否，深受交通规划和交通工程设计好坏的影响。大量实践证明，不科学的交通规划和设计严重制约着交通管理水平，且无法通过路面执勤执法加以改善。由此可见，公安交通管理部门研究和开展交通管理工作，必须掌握交通规划和设计方面的相关知识，才能与其他部门实现无缝对接，共同为交通有序出行创造一个基础性环境。这就要求公安院校交通相关专业毕业生应当具备扎实的工程学知识基础。但需要注意的是，公安院校毕业生进入公安机关工作，主要是承担社会管理任务，与工科院校交通工程专业以工程师为培养目标不同，后者更加注重具体技术。以智能交通系统为例，公安院校毕业生侧重系统规划和设计，需要对城市交通管理宏观状况有深入的了解，而工科院校毕业生更侧重系统建设，需要掌握具体的实践技术，如计算机编程技术等。 2.管理是统领。管理是公安交通管理部门工作的基本定位。公安交通管理工作不仅包括对驾驶人、车辆的管理，还包括对交通安全、执法活动、交通工程设计等方面的规划、组织和管理。这些工作要求以科学的管理学知识为指导和统领。当然，这种管理还必须建立在对法律特别是工程知识掌握的基础之上，否则将会是空中楼阁、无水之源。 3.执法是职责。执法是公安机关的主要工作职责。对于交通警察来说，其执法任务主要是路面执法和交通事故处理，但“法律不是独立存在，而是深深地嵌入社会”的，因此，执法必须建立在对交通出行行为的客观规律深刻认识的基础之上。综上所述，交通管理工程专业是以交通出行行为和道路交通系统为研究对象，以工程知识为基础、管理学知识为统领、法学知识为重要内容，以信息技术等其他知识为支撑或补充的多学科交叉专业。由于工学的基础性地位，交通管理工程专业归属工学门类之下，并置于公安技术一级学科之下，体现了公安学和法学特色，而以交通管理工程为专业名称，正是对本专业学科属性的准确描述。 （三）能力培养目标及课程群设置。按照实战部门人才需求和交通管理工程专业的学科归属，其培养对象应具有如下四种能力：一线执勤执法能力——掌握法律和交通管理基本知识，能够完成一线执勤执法工作，确保规范、理性执法；事故处理能力——掌握交通安全原理和相关法律知识，具有事故勘查、鉴定、处理、追逃的能力，确保事故得到公正、规范处理；交通工程设计能力——掌握道路交通运行基本原理，能够开展交通工程设计、交通组织优化等工作，以推动交通出行更加安全、有序、畅通；交通管理能力——掌握管理学、系统科学和数据分析等方面的知识，能够对交通管理问题进行科学分析和研究，完成交通管理辅助决策任务，提升交通管理科学化水平。鉴于上述能力目标存在较大差异，本着“通专结合”的原则，在交通管理工程专业培养后期，以交通工程、交通管理和事故处理为发展方向，将若干门课程设置为一个课程群，进行适度有区别的培养，这也符合一线实战部门存在不同岗位的实际情况以及人才专业化的教育发展趋势。 二、课程体系设置分析 作为多学科交叉专业，交通管理工程专业涉及心理学、工程学、法学、管理学等多个学科门类。这些学科门类的研究方法、思维模式各不相同，给学生认知带来诸多困难，为此，必须要构建逻辑严密的课程体系，才能保证教学质量。 （一）交通管理工程专业的知识框架。课程体系设置需要建立在学科知识框架上。根据研究对象的不同，交通管理工程专业知识框架分为三个层次（见表1）。一是研究个体驾驶行为，以规范出行、保证安全为目的；二是研究群体特征（即交叉口和路段的交通运行特征），用于指导交通工程设计，确保点段交通出行的安全、有序和畅通；三是研究道路交通系统状态及影响因素，以优化道路交通系统结构，提升系统运行效果。上述理论框架是课程设置的基础，但课程体系设置还必须充分考虑到学生的认知规律。 （二）课程体系构建和优化的原则。以符合学生认知规律为目标，根据系统科学的原理，注意知识的整体性、层次递进性，④结合交通管理工程专业的知识特征，提出优化其专业课程体系结构的五点原则和方法。 1.分层次构建体系。通常将专业课程分为理论和应用两部分，修完理论课程后再修应用课程，而交通管理工程专业课程按照研究对象分为三个层次。尽管研究对象之间存在着“个体组成群体，群体构成系统”的规律，但不同层次的理论之间并不存在较强的支撑关系。如研究个体特征的驾驶行为理论虽然为研究点段交通运行的交通流理论提供了部分知识基础，但后者更多地建立在相对独立的研究基础上。各个层次内既有理论又有实践，理论与实践之间联系十分密切。因此，构建课程体系应充分考虑上述特征，分为三个层次，且每一层次有相应理论课程和应用课程。 2.同一学科背景的课程必须紧密衔接。交通管理工程专业属于多学科交叉专业，同一学科不同知识点在不同时间点介入形成若干门课程，但必须注重这若干门课程之间的联系。如智能交通系统的先修课程为信息系统，有的学校将这种关系紧密的课程分割安排在第二个学期和第七个学期，这就破坏了学习的连贯性。因此，构建交通管理工程专业课程体系要尽量将同一学科背景的课程紧密衔接起来，前后相隔最多不应超过两个学期。 3.在理论和实践结合中研究并解决对象抽象问题。人、车、路是道路交通系统的三要素，但交通管理工程专业并不是以单个元素为研究对象，而是以它们组成的系统为研究对象的。研究内容并非交通系统元素的物理特征，而是系统的运行状态。抽象的研究内容，给学生认知带来了困难。为此，交通管理工程专业应按照“从实践到理论再到实践”的路径，实现感性和理性的统一，不断提升认知深度。在此过程中需要注意的是，理论学习应建立在实践基础上，实践应置于理论指导之下。如为深入学习交通安全知识，首先，学习驾驶技能，形成对安全驾驶的感性认识；其次，学习交通心理学、道路工程、车辆构造等理论课程，掌握交通安全基本理论；再次，学习事故处理、交通秩序管理等应用课程，掌握事故处理、秩序管理等方面的理论知识；最后，参加交通管理一线实习，在实践中检验知识，实现理论和实践的统一。 4.区别实务知识体系和教学知识体系，确保教学中认知的系统性。作为多学科交叉专业，交通管理工程专业的课程体系必须突出主干课程，并逐步延伸至支撑课程。如在设置事故处理系列课程时，一种安排是借鉴事故处理的实务流程，先安排事故勘查课程，后安排事故处理与调解课程；另一种安排是先讲授事故处理与调解一般原理，后讲授事故勘查课程。前者虽然符合实践工作流程以及“从具体到抽象”的规律，但由于事故勘查课程距离交通管理工程专业主干课程较远，容易造成认知碎片化。而后者的安排可以让学生先对事故处理工作有一个较为全面的认识，然后再学习事故处理相关技术细节，符合“由面到点”和“由易而难”的认知科学规律。事实上，实务知识体系是面向工作流程而非认知的，因此，在课程设计中，必须要警惕业务知识体系对课程知识体系的干扰，即实务知识体系对教学知识体系的干扰。 5.强化方法论教育，夯实理论基础，增强对应用知识的理解。交通管理工程专业的知识多是通过运用其他学科的研究方法来研究具体交通实践问题而获得的。如交通心理学是运用心理学方法来研究交通行为的。由此可见，交通管理工程专业知识的科学性，是建立在方法正确的前提下的。因此，教学时必须注重课程中的方法论部分，而不仅仅是应用知识部分，否则，学生知其然而不知其所以然，不仅会因未能深入理解掌握方法论而增加对应用知识的学习难度，而且还会因缺乏方法论的支撑而不能妥善解决纷繁复杂的现实问题。尽管交通管理工程专业属于典型的应用学科，以培养应用型专业人才为目标，但“应用型”不等于“操作型”，这就要求培养对象在工作中要努力做到理论联系实践。如实战部门要求交通管理工程专业毕业生不仅要能够执法，更要能够做好说理执法，这就需要执法者具有一定的理论基础。 （三）主要课程和各学期课程安排。根据上述分析，应结合不同阶段学习目标，安排相关专业课程（见表2）。大一两学期基本不开设专业课程，因此在表中不涉及大一的课程安排。 三、结语 2011年，公安学和公安技术一级学科的设立，是公安高等教育的一大突破，填补了公安高等教育一级学科的空白，为公安学科体系建设提供了更为广阔的空间。在顶层设计完成后，还需要全国公安教育者为公安学科的丰富、完善添砖加瓦。通过立足当前、面向未来，在对一线实战部门繁杂的知识需求进行梳理概括的基础上，笔者论证了交通管理工程专业应归属工科门类的理由，并描述了多学科交叉的具体表现形式，提出了交通管理工程专业四个能力培养目标，并建议按照三个发展方向设置课程群，以“通专结合”的方式，保证人才培养质量。在对交通管理工程专业理论知识进行梳理的基础上，根据系统科学原理和专业知识特点，提出了课程体系构建和优化的五点原则，特别是注意到“应用型人才和‘操作型’人才”“交通管理工程和交通工程”“教学知识体系和实务知识体系”的区别，并希望通过科学的课程体系建设，确保课程教学符合学生认知规律，保证教学质量，培养满足一线实战部门知识需求的人才。 作者：何庆 崔利 韩伟 单位：北京警察学院

2016年，自教育部正式提出“新工科”建设以来，先后形成了“复旦共识”“天大行动”和“北京指南”[1]。中南大学应用化学专业是介于化学和化工之间的应用理科专业，如何推动应用理科向工科延伸，体现化学面向应用的发展思路并与社会需求的紧密对接，培养科学基础厚、工程能力强、综合素质高的新型人才[2]，是“新工科”建设以来面临的重要问题。应用化学综合实验是专业教学体系的重要组成部分，内容涉及化学、化工、材料、生命、环境、能源、医药等多学科交叉领域，知识面广，综合性强，在专业人才培养中发挥着基础性、关键性作用，也是体现专业特色和优势的重要抓手[3]。作为一门多学科交叉的综合性实验课程，如何更新教学理念，调整教学目标和教学任务，丰富教学内容，改进教学方法，加强知识应用能力的拓展，强化专业的应用特色，体现与行业企业的对接，使专业人才培养能够更好地适应新技术、新产业、新业态的发展需要，是当前新工科背景下亟待解决的关键问题[4]。本文对标国家“新工科”建设要求，结合本专业特点和优势，介绍了我校应用化学专业开设的应用化学综合实验课程近年来的有益探索[5]，期望为其他高校的相关专业及课程开展“新工科”背景下的改革提供参考。 1编写实验教材 我们凸显实验教学的中心地位，将实验教学由理论教学的“从属”转变为人才培养的“重要组成部分”，让实验教学成为创新教学的主体角色。早在2006年，就对原有的实验教学体系和内容进行了整体优化和整合，按照“强化设计、注重综合、培养创新、提高能力”原则[5]，率先单独设置了应用化学综合实验和应用化学科学训练两门课，强化综合实验和科研训练，并组织年轻教师撰写了实验讲义。2020年，课程组根据“新工科”建设要求，进一步更新教育理念，以提升学生解决复杂问题及实践创新能力为目标，在实验讲义的基础上，编写了实验教材《化学化工综合实验》，由中南大学出版社出版。此次编写，发扬了讲义原有的优点和特色，即采用模块化编写的方式，全书由研究类实验、工艺类实验和虚拟仿真类实验三大模块组成(表1)。及时更新了研究类实验的内容，以培养学生的科研素养和创新能力为目标，内容反映学科前沿知识和学科发展脉络，强调多学科知识的交叉、融合和综合运用，体现了综合性、设计性和研究性。在此基础上，融入了“新工科”内容[4,6]。一是增加了工艺类实验，以培养学生综合素质为主要目标，内容反映行业企业现行技术和实际应用成果，注重学生实践能力和工程能力的培养；二是增加了虚拟仿真类实验，推动信息技术与实验教学的深度融合；三是提供了附录，给出了“化学常用软件简介”以及“部分大型仪器的原理和使用方法”，注重大型仪器分析和虚拟仿真在教学中的应用，促成多元协同的混合式教学。 2丰富教学内容 在“新工科”背景下，我们重构并优化了实验项目，将其分为研究类、工艺类和虚拟仿真类。研究类实验涉及到半导体材料、发光材料、电池材料、高分子材料、吸附材料、生物医学材料、有机药物材料的合成、表征及应用，不仅要求学生合成出新材料，还要求学生研究材料的合成工艺，考察不同反应条件对材料结构和性能的影响，培养学生分析问题、解决问题的能力以及科研创新能力。工艺类实验涉及化工过程中的工艺流程，包括催化反应、萃取、膜分离、离子交换、干燥等工艺，考察工艺参数的变化对效果的影响，为工艺放大提供参考，培养学生的工程思维及实践能力。虚拟仿真实验教学可实现真实实验不具备或难以完成的教学功能，如高消耗、高污染以及安全隐患大的实验，大型仪器的操作与使用，化工生产过程中的参数调整，完整的工艺过程等，训练学生的安全意识，激发学生的学习兴趣[7]。根据我校应用化学专业的特点，我们精心挑选了“片状氯氧铋的合成、表征及其光降解染料分子的研究”“氧化锌纳米粉体的合成及性能研究”“锂硫材料制备、组装及性能测试虚拟仿真实验”“有机稀土配合物的合成及其荧光特征”“聚磷酸铵的合成及阻燃性能测试”“食品危害因子的拉曼快速检测及基底材料的制备”“聚苯胺导电聚合膜的制备及表征”“气相色谱-质谱和液相色谱-质谱联合表征血浆中小分子化合物”“氯化氢催化氧化及反应动力学虚拟仿真实验”“固定床反应器中乙醇催化脱水制乙烯”“超临界二氧化碳萃取花生油”和“二氢吡啶类心血管药物硝苯地平的合成”等12个实验项目作为必修项目，总96学时。优化后实验项目不仅体现了综合性、设计性和研究性，可培养学生的综合素质和科研创新能力，还将专业知识和实际应用有机融合，培养学生运用所学知识和技能解决复杂问题的能力。 3改革教学形式 中南大学化学实验教学中心是国家级实验教学示范中心，现有实验用房5793m2，拥有60余台套大型精密分析测试设备及配套运行设施，设备资产总值8000余万元，能够从事物质的形貌、成分、物相、结构及性能等分析测试工作。为了让学生了解大型仪器的工作原理和操作规程，节约课堂时间，提高课堂效率，并能让学生有足够的时间操作大型仪器，2018年以来，我们借助虚拟仿真平台，开发了系列虚拟仿真实验(包括台式X射线衍射仪、台式扫描电镜、核磁共振、红外光谱、紫外-可见分光光度计、电化学分析、液相色谱仪、原子吸收光谱、液-质联用、气-质联用等虚拟仿真实验)，构建了线上线下协同教学的模式。线上的实验要求学生在实验前预习，预约并进入大型仪器平台学习。平台中根据仪器设备特点，设置了工作原理、仪器操作、仪器维护、数据分析等模块。学生可在任何时间、任何地点登陆虚拟仿真实验平台，在系统指令引导下进行操作练习，掌握仪器操作流程，保证在线下的实验过程中能正确操作仪器，加快实验进程，并防止仪器损坏。实践表明，课前进行虚拟仿真实验的预习，能弥补传统教学中的不足，实现传统和仿真模拟教学两者的有机结合，可调动学生的积极性和参与性，有效提高实验教学质量，对培养学生的学习兴趣、动手能力以及创新能力具有重要的作用[3]。线下的实验部分更注重学生科学素养的训练和创新能力的培养。为迎合“新工科”建设，本课程已实现了学生“实验预习→文献调研→分组讨论→材料制备→结构表征→性能评价料→数据分析→科研小论文”的全过程培养[5]，强调了多学科知识技能的交叉、融合和综合运用，突出了“学生中心”，培养了学生的提出问题、分析问题和解决问题的能力。实践表明，学生对开设的综合实验项目表现出极大的兴趣，在全过程的培养中，学生获得了自信感和成就感。 4改进教学方法 教学过程中，我们突出学生为主体、教师为主导的教学理念，培养学生解决复杂问题的能力，达到提升实验教学实效性的目的，具体如图1所示。上课之前，进行线上预习，并将学生分成若干个小组，每组2–3名学生。要求学生以组为单位进行文献调研，掌握与实验相关的背景知识和研究前沿，写出文献综述。在此基础上，小组对实验方案进行设计，可适当修改实验方案或修订反应条件，提交给指导老师并与指导老师讨论，如老师提出质疑，学生需对实验方案进一步修改完善。通过这种方式提高学生综合运用理论知识的能力，激发学生的创新意识。例如，在“片状氯氧铋的合成、表征及其光降解染料分子的研究”实验中，我们允许学生采用简单的共沉淀法制备氯氧铋，并研究它们的光催化性能，具体的实验步骤和实验条件由学生查阅文献后讨论确定。在氯氧铋的制备中，需要将硝酸铋的硝酸溶液和氯化钾溶液混合，但教材中并没有明确给出溶液的滴加顺序以及滴加的速度，学生查阅有关资料，了解影响无机纳米颗粒形貌和粒径的因素后，再拟定具体实验方案验证滴加的顺序和速度对形貌和粒径的影响。实验过程中，也不断进行着发现问题、解决问题、改进方案的过程。而且，讨论方案和修改方案也是一个持续改进的过程，体现了工程教育认证中的“持续改进”要求。实验过程中，小组随时开展讨论会，分析和讨论实验现象、实验结果以及实验过程中遇到的问题，教师可参与讨论并给予建议。实验完成后，学生对数据进行处理，在查阅文献的基础上对实验结果进行分析和讨论，要求学生按照《化学学报》格式撰写科研小论文。对有较高创新性的论文，教师可引导学生进一步完善实验内容，可能的情况下可将论文投稿发表，或参加国家的创新实验大赛。实践表明，通过全过程的培养，激发学生的学习兴趣，提高了学生的实验技能，强化了学生的团队合作精神，锻炼了学生的科研论文写作能力。在教学过程中，我们还加强课程思政，注重工程伦理教育[6,7]。例如，在聚磷酸铵APP的制备及阻燃性能测试实验中，让学生了解发展无卤阻燃剂的紧迫性，激发学生为国家做贡献的社会责任感。在制备APP过程中，通过有机溶剂苯的使用，培养学生安全、环保以及责任意识。通过引导学生对所得结果进行比较与分析，总结在实验中出现失败的原因，引导学生多次实验，准确记录APP的产率、溶解度以及氧指数等数据，树立严谨求实的科学态度以及热爱科学的价值观念等等。 5探索开放模式 除了必修的12个实验项目外，学有余力的学生还可根据自己的兴趣，或通过开放实验，自由选择并完成其他实验项目，进行科研训练。例如，学生在完成“片状氯氧铋的合成、表征及其光降解染料分子的研究”的实验后，可开展“氯氧铋的表面修饰及光催化性能研究”实验。中南大学的实验室24小时开放，学生可利用课余时间通过平台预约实验，同一个实验项目也可进行多次实验。实践证明，通过开放实验，学习能力强的学生得到了更多自主实验的机会，激发了学生的科研热情。 6多元评价体系 中南大学规定，实验总成绩按“平时70%+期末考试30%”组成。平时成绩考核中，我们采用多元方法完善过程性评价(表2)，主要由实验前的线上预习、文献调研和实验方案设计，实验中的操作规范性、内容完成情况和实验结果，以及课后的科研小论文和小组汇报等三时段组成。同时引入指导教师评价、实验员评价、学生自评、组内互评、小组间互评的多元方式，也注重PPT制作能力和语言表达能力。结果发现，过程性评价能激发学生的学习兴趣和主动性，有效提高学习效果和教学质量，能全面客观评价学生的科研素养和创新能力，真实地反映学生的基本情况。 7改革成效 通过以上教学改革，我校应用化学专业的学生对综合实验的兴趣普遍提高，参加开放实验的积极性明显提高。近3年(2019–2021)参加开放实验的学生人数分别为114人、112人、126人，占专业总人数的70%、86%、90%。通过综合实验的系统训练，学生的文献调研能力、实验设计能力、实验操作能力和科研创新能力都大幅提高，综合素质得到了进一步提升，符合“新工科”对人才培养的新要求。近3年来，专业学生承担的国家级创新训练项目50余项，参与发表学术论文30余篇；学生积极参加“互联网+”大学生创新创业大赛、全国大学生化学实验创新设计大赛、中国大学生Chem-E-Car竞赛、全国大学生化学实验邀请赛、全国大学生化工实验大赛、全国大学生化工设计等竞赛，获国家级奖励40余项。 参考文献 [1]王强.大学化学,2019,34(7),42. [2]张树永,朱亚先,霍冀川,宋丽娟,徐华龙,郑兰荪.大学化学,2020,35(10),6. [3]雷洪,霍冀川,张廷红,黄鹤燕.大学化学,2021,36(5),2010083. [4]张树永.大学化学,2019,34(11),4. [5]黄健涵,陈立妙,李亚娟,王海燕,唐俊涛,桑商斌,潘春跃,宋相志,罗一鸣,刘又年.大学化学,2021,36(11),2104015. [6]张树永,朱亚先.大学化学,2021,36(5),2012036. [7]姜新东,肖林久,李志义,于三三,耿秀娟,封禄田,陈永杰,关瑾,张东享,阎峰,等.大学化学,2020,35(10),104. 作者:陈立妙 李亚娟 周发 厉江华 李嘉伟 刘又年 黄健涵 单位:中南大学化学化工学院

为主动应对新一轮科技革命与产业变革，支撑服务创新驱动发展、“中国制造2025”等一系列国家战略，2017年2月以来，教育部积极推进“新工科”建设，发布了《关于开展新工科研究与实践的通知》《关于推荐新工科研究与实践项目的通知》，全力探索领跑全球工程教育的中国模式、中国经验，助力高等教育强国建设。新工科是一种区别于传统工科专业建设和工程人才培养的新体系，以升级和改造传统工科专业为建设重点，是对传统工科内涵的深度补充和延伸。新工科建设是基于国际竞争新形势、国家战略发展新格局、立德树人新任务而提出的我国工程教育的改革方向。新工科人才则是能够适应并满足未来新兴产业和新经济需要的，具有更强的实践能力、创新能力、国际竞争力的高素质复合型人才。 1新工科背景下高职院校实践教学现状 随着我国向“海洋强国”逐步迈进，船舶智能制造、轮机自动化、工业机器人领域均向数字化、网络化、智能化方向飞速发展。当前，在新工科建设的大背景下，船舶类企业急需大批能够胜任船舶动力装置设计、制造、安装、调试与维修工作的新工科人才。近些年，对于传统工科专业的升级改造主要集中在本科院校，而对于占据高等教育半壁江山的高职教育，尤其是船舶类高职院校，受教学条件、实训环境等因素的限制，技能培养环节中使用的技术手段已经远远落后于产业发展的实际，专业教师的教学方法和手段都较为老套，与现代船企的先进技术手段相脱节，不改变教学内容将使学生掌握的技能永远落后于企业需求。尤其是一些实训类课程，由于大型船机设备无法入校，实训环节仅限于对实训室现有的结构简单的船舶动力设备进行实操，对于大型船用柴油机的整机装配、结构复杂的设备的故障检测与维修等工作无法实现，因此，要合理选择产教融合中的教学资源作为教学内容，以实现产品生产全周期的能力培养为主导改革教学内容[1]。对于结构复杂的设备或系统，引入虚拟仿真实训软件、VR/AR技术，通过实体设备操作和虚拟现实技术相结合的方式，建立理实一体、虚实结合的实践情境尤为重要。但如果单纯为了应用新技术而去系统性地添加知识点，则会使得专业定位产生偏离，大大增加学生的学业负担。 2新工科背景下高职院校人才培养模式改革 2.1提升人才培养质量 新工科背景下高职人才培养目标，既要符合高职创新人才培养规律，又要突出学科技术前沿和引领行业未来的特色[2]。结合新工科的创新理念与船舶动力工程技术专业的特点，以岗位职业能力培养为核心，以学生职业能力培养与自我认知规律搭建育人平台，构建基于新工科模式下船舶动力工程技术专业人才培养方案体系，主要从以下几方面展开[3]。第一，知识领域与技术手段协同发展。船舶动力工程技术专业的核心知识领域要紧密结合船舶类行业发展趋势，开设能够反映专业发展规律的相关课程。全面构建基于船舶柴油机装配与调试、船舶动力装置安装调试、船舶动力设备维修、生产管理、质量检验的知识模块体系。第二，融入船舶智能制造、数字化造船、绿色航运等理念，构建虚拟仿真实训基地，引入VR/AR技术，对于操作难度大、危险系数高等因时间、空间、教学资源限制实际操作的实践环节，搭建虚拟仿真实训平台，积极引入教育教学新手段。第三，创建多方协同机制。全面构建校企合作平台，培养一批具备专业技能和职业素养的高素质技术技能人才。 2.2构建课程体系 围绕学校“双高计划”建设，针对专业人才岗位的需求变化，积极推进专业课程教学体系改革。改变传统的以知识衔接、能力逐渐提升为主导的教学内容，结合船舶行业知识技术更新快、学科交叉复合紧密、需要高度多方协同等特点，融入智能制造、学科交叉、新型材料、绿色航运理念，构建以完成产业典型产品生产全周期的技能培养为主导的课程体系。首先，以学生全面发展和适应社会发展需求为根本，坚持德育为先、坚持能力为重、坚持全面发展。其次，明确专业的办学定位，充分体现新工科教育教学理念，遵循人才培养规律，根据船舶类行业企业对毕业生的能力、素质要求重构人才培养方案，注重人才培养的规范化、模块化、个性化和多元化。最后，在明确技能培养目标和职业素养养成的基础上，全面梳理本专业对应的知识目标、能力目标和素质目标，重构课程体系，着重体现船舶动力工程技术专业特点[4]。 2.3打造虚实结合实践情境 实践教学体系作为高素质技术技能人才培养和学生创新实践能力养成的核心内容，是高职院校办学综合实力和核心竞争力的重要支撑，也是国家“双高计划”建设中不可或缺的环节。在专业理论知识讲授的同时，结合虚拟仿真资源进行实践内容改革，构建科学、系统的实践教学体系对职业教育的发展尤为重要[5]。仿真实训与实操训练相辅相成，实践教学离不开理论支撑。在打造虚实结合的实践情境时，应遵循新工科、行业发展趋势及高职教育发展新理念，按照“科学搭建实训平台，强化实践能力与创新精神培养，专注操作技能提升”的总体思路，科学论证专业人才培养目标和培养要求。在遵循人才培养规律的基础上，依据专业课程本身知识逻辑，构建理论教学与实践教学、素质教育与创新教育相融通的教学模式。按照学生能力、素质培养内在规律，创新课程设置结构思路，全面重构课程体系，多角度提升学生的综合能力，助力区域制造业转型升级，为新工科建设背景下传统高职工科专业的升级改造提供实践经验。 2.4构建新“双师型”教学团队 要深化校企合作、学研结合，聘请企业专家来校指导实践，构建新“双师型”教学团队。同时，专业教师可定期去企业挂职培训，学习企业先进的生产理念与操作技能，鼓励教师“岗位练兵”，促进专业教师自身实践水平的提升，使之尽快达到新“双师型”标准，由传统的“双证书型”向“双能力型”过渡。 2.5转变教学方式 课程教学内容源于企业生产实际，通过引入船舶企业生产案例，针对船舶动力相关岗位的职业标准，以就业为导向，对课程教学内容和教学方法进行改革。首先，根据课程教学内容需求，引入虚拟仿真实训交互软件，使学生切实体验船舶类企业的实际生产过程，完成由传统的“教促学”向新型学习方式过渡。学生可通过自身与信息环境的交互作用来获得知识与技能，可有效激发学生的学习兴趣和主动性，增强教与学的效果。其次，在平时的授课当中，应尊重学生的主体地位，锻炼学生自主学习能力，围绕“知识传授与价值引领相结合”的目标，着力培养学生的专业技能与职业素养。同时，加大企业工作站的投入，强化学生的技能训练，通过企业先进生产理念的传输，与企业专家的手把手指导，使学生明确自己当前存在的不足和以后奋斗的方向，消除学生的迷茫情绪，增强职业敬畏感。再次，合理有效的考核评价方式对于实践教学质量的考量至关重要。应改善传统的考核评价体系，对学生的专业技能、创新能力和团队精神进行综合性评价。尤其注重学生“互联网+”技术、虚拟仿真软件操作能力的培养。此外，还可通过竞赛的形式促进学生的实践能力和分析问题、解决问题的能力提升，对有创新精神的学生给予加分鼓励，调动学生学习的积极性和创造性。 2.6“1+X”证书培育 “1”是基础，“X”是补充、强化和拓展。在推行船舶动力工程技术专业“1+X”证书制度的过程中，应结合本专业学生就业面向的岗位集群，将职业技能等级标准融入教学标准、培训内容融入课程体系，根据企业需求不断提升学生的实践技能水平。同时，对专业课程没有包含的内容进行重点强化，进一步优化专业课程设置和教学内容组成。 3结论 新工科建设不但是传统工科与现代技术的有机结合，更是传统理念与现代理念的融合与交流。新工科背景下的智能化造船必须依靠科技创新才能实现。文章基于船舶动力工程技术专业的教学现状，结合“新工科”教育理念，围绕创新型人才培养模式构建、课程体系重置、虚实结合的实训平台搭建、教学方法改进、“1+X”证书培育等方面进行了一些教学改革尝试和探究，对于提升学生的综合技能，缩小专业与企业的差距具有重要作用。 参考文献： [1]盛永华,佘少玲,邝卫华.新工科背景下基于产教融合的高职制造类专业人才培养模式改革[J].湖北工业职业技术学院学报,2020,33(4):20-23. [2]于金程,姜敏凤,陈玉平,等.“新工科”背景下高职院校材料成型与控制技术专业复合型技术技能人才培养的研究与实践[J].高教学刊,2021,7(26):169-172+176. [3]赵仕宇,林峰.新工科背景下模具设计与制造专业课程体系重构与创新能力培养体系探究[J].职业教育(中旬刊),2019,18(11):47-49. [4]尹群,朱亚洲,王岳,等.基于新工科理念的应用型高校船舶与海洋工程专业:人才培养方案构建研究[J].教育现代化,2019,6(86):8-10. 作者:蔡尚峰 单位:渤海船舶职业学院

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。

自动控制理论论文:基于控制系统分析的自动控制理论课程建设及实践 [摘要]自动控制理论课是电类专业的基础课程，在课程设置和学生培养中占有重要地位。利用控制理论基本思想，指导该课程的建设过程，分析了教学过程的系统构成特性、制约因素及相应的解决方法。通过多年的教学实践，取得了较好的教学效果。 [关键词]自动控制理论；系统分析；反馈；课程建设 0　引言 深化教学改革，提高教学质量，强化素质教育是当前高等学校教改的重要主题，而更重要的是教育思维模式的更新与变革。 所谓“教有法无定法”，但每位肩负“传道、授业、解惑”职责的教师都希望收到事半功倍的效果。在专业课自动控制理论多年的教学工作中，笔者也在不断理解社会发展变革对其的新要求，调整具体的授课思路与方法，摸索新的教学策略。本文将控制理论恰当地应用到自动控制理论教学之中，采取反馈控制手段，在教学实践中，有效地提高教学质量。 1　课程特点及控制系统结构 自动控制理论课程是电气类、机电类专业的一门理论性很强的专业基础课，在学生培养过程中占有重要的地位，一般都在大学三年级第一学期或第二学期开设。这门课有其自身的特点，如知识系统连接较为紧密、计算性强、作图方法多；课程中知识点多且抽象，而且对数学基础要求较高，涉及到的数学知识包括高等数学、线性代数、积分变换、复变函数等；与工程实际联系较为紧密。在教学中必须要遵循由浅入深、从易到难的规律，对先修课程应有一定程度的理解，并在此基础上以系统的、整体的观念实施教学。 控制系统按照有无反馈可分为开环系统和闭环系统。开环系统输出量对系统的控制量不产生影响，即信息单向流动；而闭环系统中，不仅存在着输入对输出的前向控制作用，输出同时对输入产生反向的影响，即在系统中，信息形成双向闭合回路。反馈控制是一切闭合系统自动控制的精要所在，任何系统只有根据反馈信息才能比较、纠正和调整它发出的控制量，从而实现对被控对象的有效控制，达到预期的目的。 在教学过程中，教师与学生之间的“教”与“学”的过程显然不能用单向信息传递来描述，否则授课与教育的过程变成了被动的接受过程。而一直强调的互动与调研正是信息的双向交流，也就是反馈控制的应用。如何正确地应用反馈控制理论，合理地设置反馈环节和控制环节，以提高课堂效率、提升教学质量，正是要讨论的问题。 2　课程建设中的系统结构分析与对策 下面结合控制系统的一般分析与设计过程和自动控制理论的教学实践来分析教学的各个环节，运用控制理论制定对策，指导教学过程。 2.1　被控对象分析和目标制定 控制系统设计首先是要掌握被控对象的特点，抓住主要矛盾，进而制定明确而又实际的控制目标。过低的目标失去了控制调节的意义，过高的目标又会增加控制成本。作为授课教师，面对的研究对象是自动控制理论课程和学生(称为基本被控对象)，目标是合理地利用课上及课余时间让学生在短时间内掌握基础知识，提高应用能力；而作为教学管理者，其研究对象是包括教师和基本控制对象在内的广义被控对象，目标是排除多方面干扰的影响，适应社会发展的需要，合理利用教学资源，培养具有较强竞争力的学生，同时打造具有鲜明特色的专业课程。 由于课程开设在公共基础课之后，大多学生在先修课程中习惯了定量化、精确化的分析方法，而疏于用物理概念进行系统定性分析，特别是如何针对实际系统存在的问题，采取相应的分析和设计更是他们在学习方法上的薄弱之处。自动控制理论课程定性分析与图示解释较多，在传统的教学过程中，一般都是按照教材的自然顺序按部就班地进行讲解，并且课堂授课中，教师需在黑板上做大量的数学分析推导，绘制大量的曲线，因此课堂教学往往是索然无味的公式推导、定理证明和手工绘图。在实验教学环节中验证型实验多，设计型实验少，甚至存在“一键式”实验，这样难以锻炼学生的设计能力，对于学生自学能力的培养、设计能力的开发都存在着极大的阻碍作用。 对授课具体内容而言，自动控制理论主要研究的负反馈系统，包括系统的分析和设计两大方面，理论知识学习的目的是系统设计，而系统分析是设计的基础。分析与设计都是围绕稳定性、快速性和准确性三方面展开。分析方法主要是时域分析法、根轨迹法和频域分析法，分别从时域、复域、频域等不同的角度分析同一个控制系统，但最终归结于时域性能分析。 由此就清楚地勾勒出研究对象的轮廓，在这个基本轮廓之下展开教学，根据课程、学生及教师的特点，抓住了课程的关键，用统一的思想将课程内容融会贯通，教、学、辅联成一体，有助于学生加深对学习目的的认识，掌握知识体系，提高学习效率，同时也有利于管理者从整体上把握课程建设。这正是控制理论系绕性观点的体现。 2.2　反馈环节设置 反馈是控制理论的基础和精要所在，任何系统只有通过反馈信息，与预先设计的目标进行比较，利用二者形成的偏差不断调整，才能产生有效的控制，形成一个信息传递的闭合回路。没有反馈信息的非闭合回路或者反馈信息过于粗糙甚至错误的闭环系统，都不可能实现预期控制。 在教学实践中，反馈监测点的设置和反馈信息的提取与处理应遵循点面结合的原则，即既要考虑与多个控制目标(学生培养、教师队伍、课程建设)相关的评价指标的设计，又要兼顾评价、反馈量提取的可行性，同时要重点关注制约控制效果的关键点，并在反馈信息综合中加以不同权重。对于反馈信息的获取主要通过3个方面，如图1所示，并形成三环反馈控制，及时调整教学中出现的各种偏颇。 内环反馈信息来源于课堂教学。教师在充分备课、清晰讲解的基础上，加强和学生的互动与交流，收集学生对该课程的反馈信息，及时对课程教学进行调整。课堂学生反应最能直接地体现教学效果，可以通过观察学生的目光、给出适当的提问、采取启发式与联想式讲解、提供一定的讨论和练习等不同方式来收集学生的反馈信息。根据控制理论，内环反馈控制对于系统的调节最为直接，因此授课教师应采取多种手段，激发学生的学习兴趣和参与意识，给学生创造一个相对轻松的心理环境，以便更多地获取真实反馈信息，使课堂信息由单向传递变成双向传递，形成闭环调节，提高课堂效率。中环反馈信息来源于学生定期的网上评教和教学督导意见。发挥网络平台作用，通过设置学生信息反馈平台和网上评教系统，鼓励学生将自己在学习过程中遇到的问题、对各个教学环节的意见和建议反馈给教研室或者教师本人。同时结合教学督导的意见，对授课过程加以优化。外环反馈信息来源于最终的考试成绩以及课程结束后的教学研讨。尽管考试成绩不能说明一切问题，但通过考试过程及试卷分析，可以发现学生在学习该课程中存在的共性问题；通过教学形势分析和教学方法研讨可以掌握社会知识需求，同时达到取长补短的目的。 2.3　干扰分析 控制系统中，干扰不可避免，并且直接影响控制效果，因此干扰抑制问题是控制系统分析的一个重要内容。在控制理论中通常可以采用预测和补偿的方法削弱其对输出的影响。在这里，需首先分析干扰及不确定因素的产生。在该系统中，人(教师、学生、管理者)是主要的系统组成部分，个人的差异性，必然导致信息传递过程中的不确定性。如，学生基础知识、教师知识结构与研究兴趣、反馈信息的客观表现、管理决策的执行差异等等都是客观存在且随机变化的。应重点关注整体的不确定，并做好相应的“补偿”准备。首先了解学生预备知识的掌握情况，是否需要补偿。课程中涉及到的数学知识很多，如积分变换、拉普拉斯变换、复变函数等等，但所需知识点相对较孤立，因此可以利用较短时间进行“突击培训”。实践证明，适当的“基础知识补偿法”对于课程重点、难点的讲解具有良好的辅助作用，教师和学生都减轻了压力；其次是课堂干扰补偿。课堂上的互动是必要的，既可以调节课堂气氛，又有利于信息的双向沟通。但不能以点带面，让片面的反馈信息占据主导地位。课堂上提问式讲解，教师总是希望得到正确的回应，但不可将个别回应作为学生全面掌握知识的反馈信息。因此要剔除这种期待已久的“特殊喜讯”，注意观察大部分学生的反应和课堂情绪，排除干扰；第三是排除评价干扰。来自学生、督导、同行等方面的评价是系统中重要的反馈信息，为避免个别的不公正评价，需设置信息过滤机制，过滤掉带个人感情成分的“奇异值”，对来自不同方面的反馈信息加权处理。当然这个过程应以学生反馈信息为主，其他方面反馈为辅；最后是执行干扰补偿。在一个完整的教学计划执行过程中，教师是策划者和执行者。但教师水平、教学经验甚至责任心的差异，都可视为一种干扰，都可能影响教学效果。因此适当的教学示范课、教学基本功训练、定期的教研组讨论、教学方法交流都是必要的补偿方法。 2.4　控制调节制定 控制调节主要考虑两方面：一是教师的作用，二是教学管理者的作用。 教师方面。强调信息的双向流动，要达到学生掌握教师传授的知识、方法这一目的，因此教师应该成为驾驭课堂、掌控知识的角色。授课教师要精心设计每堂课，特别是绪论的讲解。作为控制论的入门课程，必须要让学生在首次接触课程的同时，将一个异常开阔的视野展示在他们面前，而不是让其产生这仅仅是公式推导、纯粹理论堆积的错觉，进而刺激学生求知、探索的兴趣和激情。鲜活生动的应用实例，具体的视频展示是冲击和震撼学生这种发散思维的最好手段。需要摒弃传统教学中发展历史的简单罗列，取而代之的是声情并茂的图文、视频展示，既融入了大量专业信息，又激发学生的兴趣，取得了事半功倍的效果。此外，通过适当的教学经验交流、教学方法讨论，使每位任课教师在熟知教学内容的基础上，培养教师运用适当方法，调控课堂气氛，激发学生热情的课堂应变能力。 管理者方面。教学管理者除关心教学效果外，更要关心如何打造一门精品课程，如何培养一支精干队伍。因此其调控行为相对要宏观，在控制理论课程建设过程中，主要从以下几方面着手调控。 1)教学实验环境改善。作为重要辅助手段的实验教学在课程建设中作用不容忽视，除了更新实验设备之外，更注重实验内容的更新。通过增加开放性实验、设计型实验、自主开发型实验，开阔学生视野，锻炼实践能力。 2)教学计划适时调整。尽管目前学时压缩是个大的趋势，控制理论课程同样受到影响，但对于基础内容、经典方法的学时不能压缩。通过更新教学内容、编写适合自己专业的特色教材，合理使用多媒体教学手段，使教师和学生在教与学的过程中都做到得心应手。 3)建立一定的奖惩激励机制。结合学生评教、教学督导及教研室评价，对课程综合打分，并对教学成绩突出的教师给予一定的物质和精神奖励措施，激发教师的教学投入热情，营造积极向上的竞争气氛。 3　结束语 在多年自动控制理论教学实践中，笔者对“控制理论”学以致用，在充分分析课程特点、考察教学过程的基础上，利用控制理论基本思想，发挥专业优势，分别针对目标制定、反馈设置、干扰抑制、控制手段等方面找到教学活动的对应环节，摸索出适合电类、机电类专业学生学习的教学方法。同时，对其他课程体系建设具有一定的借鉴作用。 自动控制理论论文:自动控制理论有效教学方法探索与实践 摘 要：自动控制理论课程涉及自动控制系统分析与设计的基本理论和基本方法，其特点是概念抽象、术语多、数学成分大、工程实践性强，要求该课程在教学方法上进行探索。研究并探索了该课程基于认识论和方法论的有效教学方法，经过近几年的探索与实践，教学效果良好，可为提高该课程的教学质量和进行有效的课堂教学提供参考。 关键词：自动控制理论；有效教学；探索与实践 自动控制理论课程是支撑我校导航、制导与控制国家重点学科的主干课程，自1959年起即为测控工程专业学员开设，目前已面向全院本科学员，是全院性的专业基础课，选用胡寿松教授主编的《自动控制原理(第五版)》教材。 自动控制理论课程综合性强、知识覆盖面广、基本概念和术语多，数学推导多。它不仅要求学生有扎实的高等数学、工程数学、复变函数、模拟电路、电工技术等课程基础知识，而且还要有较强的计算能力和工程素养。特别是随着控制技术的迅速发展，课程内容不断丰富充实(教材的第一至六章和第八章)，讲授对象也日渐广泛，而课程学时却一再压缩(课内60学时)，要求也越来越高，并且所选用教材的内容特点往往使学生因缺乏工程实践，缺乏对实际控制系统的感性认识而感到内容比较抽象，知识点分散、公式多、推导多，进而影响学习效果。总之，课程标准和教材内容的特点让学员感到难学，教员感到难教。该课程的改革和建设是全面提高专业课教学质量的基础，促进学科发展的关键。为提高教学效果，促进“指技合一”复合型军事人才培养，我们对该课程的有效教学方法进行了探索实践。 1 基于认识论和方法论的教学方法探索 1.1 从定性到定量、再到定性的分析思路 人类认识自然、了解自然，总是遵循从定性到定量、再到定性的这一规律，这种过程也是认识论所倡导的规律。自动控制理论课程的目的是让学员掌握控制的基本概念，并能够对实际的控制系统进行分析、设计。理解控制的概念比较容易，但要实施恰当的控制则比较难。在课程教学过程中，我们经常强调从定性到定量、再到定性的这一认识过程，帮助学员掌握整个课程的分析、学习思路，从总体上把握教材的内容，取得了较好的效果。 例如，对于一般自动控制系统的控制原理分析是定性分析，但是光知道自动控制的基本概念和原理是远远不够的，一个实际的系统要能够进行工作，必须对它进行定量分析，也就是要分析其稳定性、准确性和快速性指标。为了达到定量分析的目的，必须对系统建立模型，这个模型就是数学模型，包括微分方程、传递函数、结构图和频率特性，正好是教材第二章和第五章的内容。数学模型是实施定量分析的基础，有了模型并能够对其进行求解(拉普拉斯变换和反变换)的基础上，我们就能够对系统进行定量的认识。例如对快速性的认识，是通过对一阶系统和二阶系统的性能分析来建立起动态性能指标；对于稳定性的认识是通过线性系统稳定的充要条件和劳斯—赫尔维茨判据、奈氏判据、对数频率域稳定判据来进行的；对于准确性的认识是通过终值定理和静态(动态)误差系数法求稳态误差来进行的。 学员在学习过程中，喜欢对系统进行定量分析。因为定量分析有公式，计算简单，容易得出结果；而定性的结论，多属定量分析的结果、文字性结论以及相关的描述性结论。为此，我们在教学过程中强调，定量分析比较容易，难的是从定量分析上升到定性的结论和定性分析上去，也就是对这些定量的公式、结果的分析。例如，稳定性与参数之间的定性的关系；动态性能指标与系统参数之间的变化关系；稳态误差随系统参数变化如何变化；稳定性、稳态误差和动态性能指标与系统参数变化之间的关系；高阶系统增加闭环零点和闭环极点对系统有什么影响等。 1.2 从开环系统分析闭环性能的策略 控制的核心思想是反馈，反馈就可使一般的开环系统变成闭环系统。因此，系统的开环与闭环之间存在紧密的联系，一般来说，开环系统容易分析和理解，也容易获得其数学模型，因为开环系统一般是由各种典型环节组成的，可以很方便地求得开环系统的零点和极点。因此，为了分析系统的闭环性能，常常从开环系统传递函数、开环性能出发来研究和分析。 例如，为了分析闭环系统的稳定性，劳斯判据需要知道闭环特征方程，而闭环特征方程正好是1+Gk(s)=0，其中Gk(S)就是系统的开环传递函数；而用奈氏判据直接通过开环幅相特性曲线Gk(jw)就可判别系统的闭环稳定性，也是从开环传递函数出发的。分析系统的稳态误差时，对于型如tm或其线性组合的输入来说，可直接通过对开环传递函数的型别v和开环增益k来得到静态误差系数从而算出稳态误差。绘制根轨迹时，由1+Gk(s)=0可推导出根轨迹方程，最终可直接采用开环传递函数Gk(s)来绘制闭环根轨迹，并根据闭环根轨迹分析系统的动态性能、稳态性能、稳定性等信息。 从开环系统分析闭环性能的策略可以帮助学员掌握各种分析方法的出发基点和分析目的。由于自动控制理论课程概念、术语多，从什么条件出发分析系统的什么性能在学员学习过程中经常引起混淆，往往课程教学已经结束了，学员还不知道用什么传递函数来绘制什么(开环、闭环)系统的根轨迹，用什么传递函数来计算(开环、闭环)系统的稳态误差。诸如此类，不一而足。 1.3 从对控制系统的要求出发整体把握教学内容 自动控制理论课程内容繁杂，基本概念、定义、术语、公式多，学员难以从整体上把握课程的全貌，难以建立课程知识体系之间的内在联系，大部分学员只有靠机械记忆来掌握课程内容。在教学过程中，我们通过从控制系统的一般要求出发，将课程体系有机联系起来，收到较好的效果。 对自动控制系统的一般要求是“稳、准、快”，因此对控制系统进行分析就是对这三个字进行分析，即分析系统的稳定性、准确性(稳态误差)和快速性(动态性能指标)。首先要求知道它们的准确含义，其次要采用合适的分析方法。分析方法最直观的是时域分析法(第三章)；其次是在系统参数发生变化的时候，系统的性能如何变化，可采用根轨迹法进行分析(第四章)；除此之外，如果系统的输入是正弦波，对系统的分析可采用频域法进行(第五章)；如果系统的性能不符合要求，则必须对系统进行校正(第六章)。 当然，对于每一种分析方法，其分析特点和目的也不一样。时域分析可提供时域指标的全部信息；根轨迹法分析具有时域分析的特点，但它可以提供系统参数发生变化时的闭环系统的根的分布情况，从而可以分析系统的时域指标；而频域分析由于方法的特点，可以分析系统的稳定性和稳定裕度，但不能提供直观的时域指标。 1.4 线性叠加的思想 自动控制理论讲授的主要是经典控制理论，研究对象是线性定常系统，其主要特性是叠加性和均匀性。在系统分析过程中，经常采用的策略是叠加。从一般的多输入产生的输出是采用叠加原理，到开环对数幅相特性曲线的绘制也是将幅频特性相乘变成对数幅频特性的相加从而简化运算。对系统进行校正的时候，串联校正采用的是线性叠加，而反馈校正不具有叠加性，但通过进行一定的简化，最后进行反馈校正进行设计时，也是通过近似的线性叠加的办法。因此，叠加的思想在课程中运用得相当普遍。 2 教学实践体会与教学效果 2.1 多从工程的角度进行教学 自动控制的基础是微分方程的求解，但精确求解微分方程却不是本门课程的重点。自动控制理论是从工程实践中发展并提炼出来的。因此，虽然求解微分方程具有逻辑严密性和精确性，但数学特性却不是该课程的主要特性，在教学过程中应该强调的是其工程性。它的工程性主要体现在几个方面。一是近似、简化的方法，例如对非线性系统的小偏差线性化法近似成线性系统，这种近似在工程上是应用得非常多的，也是非常有效的，在一定程度上能够满足工程的需要；再例如在一定条件下将高阶系统简化为一阶或二阶系统。二是大量公式的推导过程应该注重工程背景，而不能从纯数学的角度出发进行推导教学，严密的数学推导并不是本课程的主要目的，即不能将本课程讲成一门纯数学的课程，而应该从工程的角度出发，充分利用简化、近似、适用范围等工程使用条件，对相关知识点进行讲授。 2.2 适当强调控制系统的设计 自动控制理论课程的目标有两个：一是控制系统的分析；二是控制系统的设计。我校所选用的教材是以控制系统的分析方法为主线，在控制系统的分析方面内容比较详尽，各种分析方法都有介绍，知识点成体系，但对控制系统的设计则讲得较少，也就是注重基础知识的讲授，而忽略如何利用分析方法进行控制系统设计。学员学完该课程之后，掌握了许多控制系统分析的方法，但对实际控制系统的设计基本没有思路，总感觉无从下手。 为此，在教学过程中，笔者强调基础分析方法的同时，引入另外一条控制系统设计的主线，以一个导弹控制系统仪器为例，从其控制原理、数学模型、时域响应分析、根轨迹分析、频域分析以及频率域校正方法出发，对该仪器系统进行分析与设计，既增加了学员学习相关知识的积极性，又提高了教学效果和学习效果。 此外，原教材的知识内容在控制系统的设计方面虽然篇幅较少，但是涉及相关设计的内容都已经融合在相关知识点中。比如对一阶、二阶系统的参数分析与调节，对系统开环增益的调节作用等，实际上对被控对象或系统增益的调节已经是系统设计的内容了。事实上，自动控制理论的发展在相当长的一段时间内都是对系统的参数进行调节。如果参数调节不起作用，则需要采用校正方法来改善系统的性能。 值得注意的是，过多地强调系统设计的内容会牺牲对基本理论与方法的教学。引入以实际控制系统的设计这条主线，应当处理好基本理论方法与应用之间的关系，注意把握基本理论方法与应用之间的“度”，这个“度”就是在不牺牲课程内容体系、知识体系完整性的前提下，适当增加设计方面的内容。 除此之外，对教学内容进行整合和精选，引入Matlab编制的辅助教学软件等措施，也在教学过程中得到了有益的尝试。 3 结束语 近三年来，在自动控制理论课程的教学过程中，采用基于方法论和认识论的有效教学方法的探索和实践，与以往的教学情况相比取得了明显的教学效果。有学员说，通过这样的教学方法，我们很容易理解课程的内容体系，知道该掌握哪些知识，哪些是重点，哪些是难点，能够从总体上把握经典控制理论的全貌。对于青年教员来说，通过这样的实践，能够让他们尽快地理解掌握课程体系和内容，尽快帮助他们成长为一名合格的自动控制理论课程教员。当然，随着自动化技术的飞速发展，为了能够适应新时期对人才培养的需要，必须加强自动控制理论课程的教学改革和探索，不断地更新和完善教学内容，改进教学方法，将自动控制理论课程的教学推向一个新的高度。 自动控制理论论文:浅谈《自动控制理论》专业基础课程教学改革 [摘要]《自动控制理论》课程为理工科院校电气自动化专业重要的专业基础课，是自动控制系统、过程控制、智能控制等专业课的先修课程。该课程理论性、系统性和综合性都很强，涉及到多学科的交叉。通过理论课程的学习,培养学生分析、设计控制系统的能力。为后续专业课程的学习打下坚实的理论基础。 [关键词]自动控制理论 课程改革 综合实践 《自动控制理论》课程是我院重要的专业基础课，近几年，我们通过课程建设，建立了新的自动控制课程体系，确立以系统分析、系统建模、系统综合为自动控制理论课程的主线，构建由时域分析、复域分析、频域分析、离散系统和非线性系统５个模块构成的知识体系。在教学过程中，把自动控制、计算机技术和电子技术有机地融为一体，使学生对控制系统的组成、分析、设计、综合等各个环节有全面的理解，并通过一系列的实践环节培养学生的综合实践能力。 一、课程体系科学化 《自动控制理论》是一门知识覆盖面广、内容多、更新发展快、理论性和抽象性都很强，具有一定深度和复杂性的课程，教师难教，学生难学。随着本科生教育的继续巩固和研究生教育的不断发展我们对课程体系进行了改革，制定了新的自动控制理论教学大纲，对课程的教学内容进行了调整优化，建立了一套适应性强的包括理论讲授、计算机辅助设计、实践教学和强化训练等方面在内的全方位教学新体系。 1.开发研制了计算机辅助教学课件 自动控制理论CAI课件的设计是一种根据教学大纲的要求，经过教学目标确定教学内容和任务分析的教学媒体，是利用计算机进行教学活动的交互方式。《自动控制理论》课是专业基础课，所以，在教学中应加强“三基础”教学，即基本理论、基本知识和基本技能，既要保证本学科的系统性、完整性，又要考虑专业培养目标对课程的要求。在进行CAI课件的设计时，我们依据以下三点：（一）以教学大纲为依据，充实和更新教学内容；（二）在教学中要做到保证基础教学，加强近代教学，联系实际教学，涉及前沿教学；（三）完善CAI模式，使课程结构体系更趋合理。教学课件以教材为蓝本，含简明、清晰的授课讲义、例题演示、控制系统计算机仿真和控制系统分析计算等内容，既有课本内容的直接再现，又增加了很多有助于讲解理论和计算方法的表现手段。课件以计算机为载体，既可用于课堂教学，又可通过上网及安装于学院计算机中心的方式，供学生进行自学和课后复习使用。 2.根据教学目标确定教学方法 在教学中采用启发式教学，注意培养学生的思维方法。如在对自动控制理论的讲授过程中我们始终围绕着系统的建模、分析、综合这条主线展开课程内容，花大气力以一个典型的系统为例进行系统模型的建立，通过采用不同的控制器引出常用的一阶、二阶系统进行典型系统的分析和系统的综合，然后对相关的内容讲思路、讲方法、做比较，这样以点带面举一反三，同时布置适当的习题去强化对主线的认识从而形成科学的思维方法。在课堂教学中注重教与学的互动。教师少讲、精讲，鼓励学生自学。对课程的重点内容进行课堂提问，对带有普遍意义或难点的问题事先布置，积极展开课堂讨论。 二、更新教学理念 1.抓住重点掌握基本概念 《自动控制理论》引入了一系列互相关联的基本概念，如稳定性、准确性、快速性，输入与输出，动态与稳态，反馈与前馈等，这些基本概念形成了本课程的知识要点，是学习理解的重点。要掌握好基本概念，首先应该从这些抽象概念的建立过程中加深对其理解，建立概念与其反映事物间的联系,搞清概念与相关概念之间的联系和区别，然后在实际应用中加深对其的认识。 2.抓住主线建立不同方法间的联系 稳定性、准确性、快速性是对控制系统的基本要求，也是系统性能的重要指标。稳、准、快贯穿了时域分析、根轨迹分析和频域分析方法的始终，也是系统综合设计要满足的性能要求。在本课程的学习中，以稳、准、快为主线，建立各种系统分析与设计方法之间的联系，有助于对课程内容的理解和掌握。 3.提高综合分析能力 《自动控制理论》既是专业基础理论课程，又是一门科学方法论。研究的内容既有一定的复杂性，又有一定的普遍性。因此，在学习中不仅要掌握教材中的结论，更要掌握其中体现出来的研究方法，培养系统的观念，提高综合分析问题的能力。 4.学会自学 要善于在学习中提出问题，解决问题，学会探究式学习，广阅参考书，拓宽视野，从更多控制系统的实例分析中，提高分析问题和解决问题的能力。利用提供的网上教学资源深入学习。 5.注重理论和实践相结合 反馈的现象比比皆是，反馈也是控制的精髓。在本课程的学习中，结合生产、生活实际，观察反馈系统的构成，将有利于对反馈的深入理解和认识，并自觉地将反馈应用到各种实际系统中去，学以致用。 6.主动参与教学 对学习中的收获、体会及心得、对教学的意见或建议、在学习中遇到的问题，通过网上的在线区或通过任课教师向课程组反映，课程组教师将随时给予答复。 三、 实验教学多样化 自动控制理论的实验教学既要培养学生分析问题和解决问题的能力还要重视培养学生的思维能力和创新能力。为此我们制订了新的实验教学大纲，重新编制了实验指导书，自动控制理论实验指导书增加了每个实验内容的涵盖量，增加了综合性实验。在实验教学过程中，注意充分发挥学生的主观能动性，注重教与学的互动，尽量只讲基本的操作方法，然后让学生自己发现问题。实验操作课上，每个学生必须独立完成每次实验内容，独立完成实验结果的分析，并且回答老师针对实验细节中的问题的提问，得到自己的结论。保证实验课的质量，全面检查实验操作。这样督促学生认真完成每次的实验操作，起到了很好的效果。 四、科学、有效的教学效果评价 教学评价是教学活动的一个重要组成部分，恰当的教学评价对学生的学习具有引导、激励和改进的作用。我们不是“一卷定乾坤”的评价方式，而是建立了从学习过程、作业练习到期末考试，定性评价与定量评价相结合，多视角、多元化的过程性评价体系。科学有效的教学评价帮助学生克服了应试心理，从重“结果”走向重“过程”，从重“知识”走向重“能力”。注重对学生平时学习状况与效果的考查，增加了实验考核，并将其按比例计入期末总成绩，对考试从内容、形式和管理上改革，使其更加科学、规范、公平。 五、结束语 多年来我们不断对控制理论课程进行探索和改革，做了大量细致而有效的工作，从而保证了教学质量和教学效果。在总结本科教学成果的基础上，我们跟踪国内外控制理论的发展，借鉴兄弟院校在该课程的先进教学经验，对课程体系、知识结构、教学方法和实验手段进行了一系列改革与创新，使“自动控制理论”课程从课程的准确定位、课程体系和教学内容的优化、教学过程的组织实施到教学效果的评价，形成了一套新的、更为有效的教学规范。它不仅提高了本课程的教学质量，同时为后续课程奠定了良好基础、起到了促进作用。 （作者单位：山东建筑大学信电学院 山东济南） 自动控制理论论文:自动控制理论课程教学改革探索 摘要： 为了更好地适应新形势下自动控制理论的教学，本文从课程体系、教学内容、教学方法、教学实践、考核形式等方面进行了改革探索实践，提出了一系列较为行之有效的措施和方法，对自动控制理论的教学起到了良好的效果。 关健词： 自动控制理论 课程教学 教学改革 实践 1.引言 自动控制理论是非常活跃的一个学科，它不仅仅是自动化专业的核心基础课程，还在航天、农业、交通、电气、机械制造等工程学科中都有非常广泛、重要的应用。随着计算机控制技术、通讯技术和网络技术的不断发展，自动控制理论处于一个关键的历史时期，正向着“广度”和“深度”两个方面快速发展和开拓。但是，由于该课程具有概念抽象、涉及的数学知识较多、工程实践性强等特点，因此用传统的教学方法，不少教师感到“难教”，学生也感到“抽象”难学，教学质量难以得到根本的保证。因此，在自动控制理论的教学工作中，针对社会发展变革对其新的要求，针对自动控制原理的课程特点，探索新的教学方法是非常重要和必要的。 2.课程教学改革的思路与实践 2.1坚持课程地位，提高学生学习的兴趣。 自动控制理论是一门理论性很强的课程，学生在学习该课程的时候还未接触过专业课程，因此，在学生刚开始接触这门课程的时候，不能一味地只对其灌输纯粹理论，讲述公式推导。过深的专业术语、过多的数学公式会使他们对这门课程产生畏难思想。兴趣是最好的老师，教师从第一堂课开始就应培养学生对这门课的兴趣，摒弃传统教学中发展历史的简单罗列，代之以声情并茂的图文、视频展示，如此既能融入大量专业信息，又能激发学生求知、探索的兴趣和激情，让学生真正理解和体会到自动控制理论课程在自动化专业中所处的重要位置。 2.2打破传统课程体系结构的约束。 传统的课程体系是将控制原理中经典控制理论和现代控制理论两大部分内容分割开来，自成体系，独立开课。从教学的效果来看，这样的讲授方式不利于学生建立自动控制学科基础理论和方法的总体框架。因此，我们在对课程的教学中，尽管仍然分为自动控制理论和现代控制理论两门课，但在整个课程的教学体系上已经完全打破了旧体系的约束，将经典与现代控制理论融会贯通进行教学。例如，在讲述控制对象的微分方程模型和传递函数模型的同时引入系统状态空间的概念，继而讲解状态空间和传递函数这两种系统描述之间的相互转换。通过这样一个过程，就可以将经典控制理论与现代控制理论的基本思路有机地结合。实践证明，利用这种教学方式，不仅能够使学生更好地认识控制理论的体系结构，还提高了学生学习的灵活性和主动性。 2.3加强数学知识的学习。 自动控制理论课程涉及较多的数学知识，包括高等数学、线性代数、积分变换、复变函数及矩阵论等数学知识。大量的数学知识常常令学生倍感学习压力，数学基础不好的学生更是顾虑重重，毕竟自动化系的学生是工科学生，不是纯理科学生。但是由于自动控制理论课程其自身的特点决定了学好该门课程必须具备一定的数学基础。所以，在教学过程中，教师应当根据课程的进度，有计划地给学生补习诸如拉普拉斯变换、傅立叶变换、三角变换、积分变换、留数定理、矩阵分析等数学知识，给学生创造一个相对轻松的心理环境。 2.4强化工程意识，培养工程能力。 自动控制理论课程虽然与数学等课程联系紧密，但该课程决不等同于数学课程。在该课程的教学中，我们从理论和工程应用相结合的角度，注意强化学生的工程意识，提高其工程实践能力。例如：在讲解系统的数学模型――微分方程的求解中，详细分析微分方程的解所对应的实际系统中的含义，使学生深刻理解数学意义与物理意义以及实际工程之间的联系。 2.5加强现代教学手段的使用。 随着当今信息技术地发展和网络设施的进一步完善，现代教学越来越多地依托于各种新兴的信息技术和设备。这些技术设备不仅可以有效地丰富教学手段，还可以很好地开展网络远程教育。自动控制理论课程的图形示意、图解分析较多，传统的板书方式很难直观形象地表达出来，因此适当地采用多媒体课件等现代化教学手段有助于学生理解。比如，在讲述动态“过渡过程”的概念时，采用多媒体授课方式可以将系统的过渡过程生动形象地表现出来，给学生提供最形象、直观的教学演示，有利于学生对抽象概念的理解，加深学生对这些知识点的理解，能够取得非常好的教学效果。 2.6注重实践教学，培养学生分析问题和解决问题的能力。 理论知识需要实践性教学的支持，实践性教学对巩固理论知识、培养学生分析解决问题的能力及开发他们的创造力都有重要的作用。而自动控制理论又是一门与实际紧密联系的课程，一般都安排在大学三年级第一学期，是学生接触较早的一门专业课。初学专业课的学生对实际的自动控制系统和常见的控制元件、控制器、执行机构等都没有直观的认识，对于该课程如果仅限于对知识的讲解，那么无论讲得怎么透彻，学生在学习过程中往往还是感到抽象难懂，在具体问题中，也不能够灵活运用课程中学到的知识和方法去解决。因此，引入实验教学，并且在实验过程中把理论知识的讲解和实际运用结合起来，会收到很好的效果，既使学生亲身体验控制理论的具体方法和思想，对解决实际问题能力的提高大有帮助，同时也有助于进一步深化理解所学的理论知识。 2.7考核形式的改革。 科学地运用考试的检查评价、教育激励、反馈调控、培养督导等功能对提高教育质量、推进素质教育会产生不可替代的作用。考试形式及成绩的评定，对于调动学生的积极性及提高学生的素质有重要的作用，为了检验学生的学习效果，可以将考试成绩划分为四个组成部分：平时成绩20%（包括作业、出勤率和平时课堂学习表现）、实验20%（包括实验操作和实验报告）、期中考试20%、期末考试40%。这种考核形式改变了一考定终身的考核制度，而对平时的学习及实践提出了更高的要求。结果表明，这种考核方式不仅使学生对于理论知识有很好的掌握，还充分地调动了学生实验操作的积极性，减轻了学生考试的负担，提高了学生学习的主动性。 3.结语 对自动控制理论课程的教学改革和实践切实提高了教学的灵活性和开放性，提高了学生的工程意识和创新能力。随着控制理论研究的范围进一步扩大，控制理论思想的发展和进步，在教学过程中应该不断发展和更新教学内容。 自动控制理论论文:自动控制理论在火电厂热工自动化中的应用 【摘 要】随着科学技术水平的不断提高，自动化技术在我国电力事业中得到了广泛的应用，并且对电力事业的发展起到了一定的促进作用。现阶段，我国对火力发电的研究正在逐渐加深，并且进行了一定的技术改革，火电厂热工自动化技术已经得到了很大的发展。随着高新技术的快速发展，我国机组容量的不断加大，火电厂热工自动化技术得到了一定的发展与完善。 【关键词】自动控制理论；火电厂；热工自动化；应用 现阶段，我国新建火电厂一般采用的都是自动化控制系统，以往常规控制系统也逐渐转变为自动化控制系统。随着自动化控制系统的快速推广，其性价比越来越可观，进而在工业生产与生活中得到了普遍的应用。本文主要对火电厂热工自动化现状进行分析，阐述自动化控制系统作用，介绍自动控制理论在火电厂热工自动化中的实际应用。 1 火电厂热工自动化现状 首先，在火电厂热工自动化领域中，主厂房基本上均使用DCS控制系统，而辅助车间均使用PLC控制系统。其主要原因就是，在早期的时候，DCS控制系统比较昂贵，并且人们认为辅助车间的作业是可以间断的，不需要具备很强的可靠性，要求模拟控制量也相对较少，为了可以有效降低生产成本，一般均是使用PLC控制系统进行生产。而对于发电机、汽机、锅炉等控制系统而言，均需要进行长时间的可靠运行，要求具有较好的模拟控制量，进而从系统性能方面考虑，一定要选择DCS控制系统维持运行。 其次，在锅炉燃烧过程中，一定要加强对AP论域的控制，也就是两个运行周期的锅炉压力变化差论域。对燃烧周期进行自动调整，可以对燃烧速度进行有效的控制。同时锅炉技术性能与煤质均会影响控制效果。因为隶属的函数曲线变化是互相交错重叠的，所以，在进行实际控制的时候，一定要加强对锅炉运行情况分析，保证其具有较强的适应性。 最后，在测量锅炉汽包液位的时候，因为汽包液位系统缺乏平衡能力的被控对象。当供水量出现变化的时候，因为锅炉传递给汽包的热量是一致的，非常容易导致出现液体大量汽化的情况，致使汽包液位测量结果不准确。其主要存在两种情况：一是，当供水量骤减或者出口蒸汽量增加的时候，其测量结果就会相对偏大；二是，当供水量骤增或者出口蒸汽量减少的时候，其测量结果就会相对减小，这也就产生了“汽包虚假液位”的现象。通常，在设计锅炉汽包液位检测回路的时候，经常忽略这一问题，导致影响了锅炉的正常运行。 2 自动化控制系统作用 首先，自动化控制系统主要就是在PLC控制系统与网络的基础上，形成的一种自动化系统，尽管其可以继续向上扩展一些管理信息系统，但是也无法充分发挥其作用。事实上，DCS控制系统也是分布式控制系统的一种架构模式，其控制器可以使用传统DCS控制器，也可以使用PLC控制器，或者是其它类型的控制器。由此可以看出，PLC控制系统也是分布式控制系统的一种架构模式。 其次，随着社会的不断发展与进步，出现了很多高级算法模块，比如，NT6000模块，其是一种具有设备极的模块，在一个模块上实现设备的控制与故障报警功能，并且在网络通讯中，也可以实现模块的相互传递。一个设备极模块就好比是0.5K梯形图编辑量，此时，要想让PLC控制系统也具备此项功能，就要进行很多的复杂操作。在运行调试、下载修改、远程诊断等方面，PLC控制系统无法进行有效的作业。而DCS控制系统可以进行有效的处理，并且通过多年的经验积累，其处理方案越来越完善。 最后，随着我国电力事业的快速发展，国家对节能降耗工作越来越重视，火力发电行业也进行一定的调整。在发展火力发电行业的时候，一定要加强火电电源的建设，不断优化资源配置，合理布置电力输送，保证我国所有地区供电的可靠性。并且在自动化控制技术方面投入了更多的研究力量，无论是资金投入，还是人员投入，促进了自动化控制技术的发展，进而在火力发电行业中得到了广泛的应用，促进了火力发电行业的快速发展。 3 自动化控制理论在火电厂热工自动化中的具体应用 3.1 主蒸汽压力调节 主蒸汽压力指的就是可以保证火电机组能够安全运行的重要监测参数，同时也是调节机组负荷与平衡锅炉汽机能量的重要指标。在调节主蒸汽压力的时候，主要就是利用锅炉燃烧调节系统进行调节。锅炉燃烧调节系统主要包括：引风调节、燃料调节、送风调节。 调节主蒸汽压力的策略就是基于能量平衡调节策略、基于给定值偏差和主蒸汽压力调节策略。本文主要对后者进行分析。此调节策略主要包括两种：单回路调节、双回路调节。单回路调节指的就是在给定值偏差和主蒸汽压力之间的调节，其控制信号就是燃煤量的调节偏差，具有一定的克服扰动能力差等不足，并且具有参数少、整定简单等优势；双回路调节指的就是在单回路调节的基础上，增加对燃煤量的导前信号控制，在此调节过程中，无法有效整定内外回路的参数，并且控制系统操作也比较麻烦，不过其也具有控制速度快、超调小等优势。 在进行导前信号选择的时候，有很多的方法，主要分为两种：一是，传统方法： ，其中，D表示主蒸汽流量信号； 表示锅炉蓄热系数；Pd表示气泡。二是，直接将燃煤量当成是导前信号。 3.2 热工自动化技术 热工自动化技术主要就是利用控制理论、智能仪表、信息技术、计算机技术、热能技术等相关技术，对热力学参数展开一定的控制与检测，进而实现对生产过程对控制、检测、调节、整理、优化，进而达到安全生产，实现生产产量的提高，降低消耗的一种高新技术。其主要就是实现锅炉、汽机、辅助设备运行的自动化，保证机组自动化运行的高效性、可靠性、安全性，并且确保生产运行的经济效益与社会效益。 随着科学技术水平的不断提高，自动化技术的不断进步，促进了热工自动化的全面发展。在生产过程中，利用新技术、新材料、新设备、新原理生产一些新的传感器与变速器等，使得控制系统与控制设备越来越先进，实现了热工生产的全面自动化。同时，随着新控制理论与策略的不断提出，在生产实践中得到了广泛的应用，并且促进了生产的可持续发展。 3.3 节能增效 随着社会经济的快速发展，能源与资源的消耗量越来越大，因此，全世界对能源与资源的消耗问题予以了高度的重视，尤其是在电力事业发展过程中。随着科学技术手段的不断增加，智能化、透明化、无线化、网络化等概念的不断提出，越来越重视自动化控制系统的开发与利用，并且对数据通信、测量、保护、控制等方面的内容也越来越关注。在机组运行过程中，应用了很多的新测量方法与理论，实现了其运行与故障处理的自动化控制，促进了电力事业的可持续发展。 4 结束语 总而言之，在火电厂生产经营管理过程中，加强热工自动化产品的应用，不仅可以增强火电厂生产的安全系数，防止发生一些故障与事故，还可以在一定程度上，增加火电厂生产的经济效益与社会效益。在火电厂热工自动化中应用自动控制理论，可以促进火电厂生产自动化水平的不断提高，达到预期的生产目标，进而实现电力事业的健康、快速发展。 自动控制理论论文:基于LabVIEW的自动控制理论虚拟实验系统开发 摘 要 根据上海开放大学控制工程基础课程的实验要求，利用虚拟仪器软件及其Control Design Toolkit（CDT）开发一个虚拟实验系统，系统包括六个模块：传递函数、控制系统的典型连接、控制系统零极点模型、控制系统分析、二阶瞬态响应。该系统作为控制理论基础课程的辅助教学软件，提高了学生掌握知识与技能的效率，达到了将实验环节引入课堂的良好效果。 关键词 虚拟实验 LabVIEW 自动控制系统 传递函数 0 引言 在理工科专业的教学科研过程中，要想紧跟技术的发展，就要不断地更新教学和实验设备。而随着各学科实验项目和学生人数的增多，传统的实验室和实验仪器数量很难满足学生的需求。因此，虚拟仿真教学和实验室作为一种有效的解决方案应运而生，在各大高校已经获得了广泛的应用，并且成为高等教育实验课程发展的新方向。 虚拟仪器技术自1986年面世以来，已在各工程领域得到广泛的应用，①②在教学实验系统中也得到了应用发展。 在控制理论实验系统开发研究中，许多学校根据自己的需要，利用LabVIEW开发了多种实验系统。②③④⑤⑥ 上海开放大学具有11万注册的在校生，教学与实验的条件受场地、时间、空间和设备的限制，较普通高校更为严峻。网络课程与虚拟实验在开放大学的应用显得尤为重要。 本文根据本校实验要求内容，利用虚拟仪器软件开发虚拟实验系统，从而方便学生进行不定时、不定点地实验。 1 系统总体设计思路 上海开放大学学生多为在职，他们利用晚上和周末进行继续学习，这使得他们具有以下特点：具有比较丰富的工作经验，学习更侧重理解并应用，学生的学习时间受限制。赵教授的实验指导书正是基于学生的特点而编写的。通过实验，加深学生对控制系统传递函数、控制系统构成、控制系统稳定性、典型二阶系统与参数的之间的关系等的理解。根据这些内容，系统设计了一个初始界面和五个功能模块：传递函数建立、典型连接、零极点模型、控制系统分析、二阶瞬态响应（如图1）。 控制仿真工具包能够很好地完成上述功能。 2 系统模块设计及展示 2.1 初始界面 系统设计一个初始界面，它通过选项卡和菜单按钮方式进入各功能模块。初始界面显示该实验系统可完成从传递函数构建、系统特性分析到系统运行仿真的整个过程。 2.2 传递函数构建模块和连接典型 LabVIEW提供一个控制仿真工具包。应用此工具包，在传递函数模块，通过输入系统微分方程的分子和分母系统，构建传递函数。如图2所示左端构建函数，右侧进行典型连接，完成各个环节的串联、并联及反馈连接。 2.3 零极点模型模块 此模块用来判断系统的稳定性。根据微分方程得出传递函数，得出系统的零极点图和伯德图，以便于判断其稳定性（如图3）。 2.4 控制系统分析模块 本系统设计了典型的一阶、二阶系统的时域响应。调整其参数，可得到不同的响应曲线，以便进行对比分析。模块运行界面如图4所示。 2.5 二阶瞬态响应模块 此模块专门分析二阶系统的时域响应。影响二阶系统的各个参数都可以进行调节，以便观察系统的响应特性，从而更为清楚地理解系统特性。模块运行界面如图5所示。 3 结语 仿真的实验界面能够加强学生对实验的兴趣，通过调节不同参数，可直接观测到各种实验过程。采用虚拟仪器代替传统实验仪器，有效的降低了硬件配置和实验成本。 实验充分利用了LabVIEW语言的灵活、开放，人机界面友好等特点，使用方便，具有良好的通用性和扩展性。 自动控制理论论文:电力业中自动控制理论的应用效果评估 【摘　要】近年来随着我国经济的飞速发展，我国电力行业也取得了跨越式发展，无论是装机容量还是发电量均取得了较高的增长。随着电力行业的继续发展，电力系统走向智能化已成为大势所趋，而建立一个坚强的智能电网也一直是国家电网的奋斗目标。由于自动控制理论的应用对提高电力系统智能化水平有着极大的推动作用，因而引起了各方越来越多的关注和探讨。本文针对电力行业中自动控制理论的应用及其效果评估进行了分析和研究，并进行了简要的阐述。 【关键词】电力业　自动控制理论　应用效果 一、引言 随着我国电力行业的不断发展与成熟，国外的发展经验告诉我们，走向电网的智能化与自动化已成为必然趋势。而想要提高电网系统的智能化与自动化水平，必须要应用先进的自动控制理论。随着我国不断推进的积极尝试，自动控制理论在电力业中已经有了较为广泛的应用，本文将针对自动控制理论在电力业中的应用及其应用效果展开分析。 二、自动控制理论的简介 自动控制理论作为自动控制科学的核心，走过了漫长的发展阶段，从20世纪初期形成的基于线性代数而发展起来的现代控制理论，到60年代中期综合了人工智能、运筹学等多挣学科并在此基础上发展形成的智能控制理论，自动控制理论不断走向完善与成熟，并得到了越来越多的认可，在电力、机械、采掘等诸多领域均得到了广泛的应用。 三、电力业中自动控制理论的应用 （一）电力系统的自动化 电力系统的自动化是通过运用自动控制理论，对整个电力系统进行实时监控，对电力系统运行中的各项运行数据指标实时进行采集与分析，并根据分析结果对电力系统进行控制，从而使电力系统的运行更加安全稳定，经济效能也得到较大提高，是自动控制理论在电力业中应用的目的。 “十一五”期间省网以上电力自动化投资汇总表 年份 2006 2007 2008 2009 2010 投资额/万元 150000 123000 90000 71000 50000 “十一五”期间电力自动化设备市场需求结构图 （二）电力业中应用到的自动控制理论 随着电力行业的不断发展以及自动控制理论的不断完善，很多先进的自动控制理论与技术逐渐被应用到电力行业中来： 1.神经网络控制。神经网络控制技术是一种综合性的现代控制技术，集合了非线性控制技术以及并行控制控制技术等在内的多种控制技术，自学习能力较强。神经网络控制技术可以将大量的电气设备像神经元一样连接起来，形成一个复杂的神经网络，并且通过自身学习的算法，对整个神经网络中复杂的线性关系和大量数据进行分析处理，在电力行业中有着重要的应用。 2.专家控制技术。专家控制技术能够完成电力系统的警告控制、特殊状态的识别、紧急情况下的应急处理等多项任务，对电力系统有着重要的意义。另外，专家控制技术还在电压无功控制以及故障点隔离等方面有着较好的应用效果。由于专业控制技术对电力系统有着较为重要的作用，因而在电力业中得到了较为广泛的应用。 3.最优化线性控制技术。最优化线性控制技术，作为如今自动控制理论中比较重要的一种技术，是线性范围内最好的控制方法，对于电力系统中，远距离输电能力的完善以及改善智能电网动态电能品质方面有着较高的应用价值，对电力系统也有着较高的应用价值。 4.综合智能控制技术。综合智能控制技术，能够吧现代控制技术以及智能控制技术两者有机的结合起来，应用到电力系统中。在实际运行中，可以通过综合运用神经网络控制技术、专家控制技术以及其他控制技术，使其协同工作，共同完成对电力系统的控制。综合智能控制技术作为其他技术的总管，在电力行业中也有着较为广泛的应用。 （三）电力业中自动控制理论的应用效果 自动化是电力行业走向成熟的必经之路，能够推动行业的进一步发展。将自动控制理论应用到电力行业中后，能够促进电力系统的不断完善，取得较好的应用效果。 1.实现电力调度自动化。应用自动控制理论对实现电力调度自动化有着较大的推动作用，实现了对电力系统运行时各项运行数据的实时监控与采集分析，并通过控制系统不断进行调整，从而使电力系统始终运行在最佳状态下，大大提高了电力系统运行的安全与稳定性，并且降低了设备的损耗，提高了经济效益。 2.实现变电站自动化。变电站作为电力系统中较为关键的一个环节，内部结构较为复杂。通过应用自动控制理论，在变电站远动装置控制、信号检测控制以及继电保护控制等多个方面有了较大的优化和提高实现了对变电站运行的实时监控，促进了变电站运行的自动化，从而大大降低了运行成本，提高了输送电能的质量，增加了经济效益。 3.实现配电网自动化。通过运用自动控制理论，实现了对配电网的自动化控制，从而大大降低了配电网过去对人力劳动的依赖，减少了工人的劳动负荷，提高了配电网运行的稳定性与可靠性，对于提高输送电能的质量也有着重要的积极意义。 总而言之，自动控制理论在电力业中的应用，能够提高电力系统运行的稳定可靠性，降低电网系统运行成本，提高经济效益，有着显著的应用效果。 四、结束语 随着我国经济社会的进一步发展，对电力系统提出了更高的要求，走自动化、智能化的道路才能不断满足国家发展对电力行业日益提高的要求。自动控制理论在电力行业中的应用，取得了较好的效果，对推进电力系统的自动化有着重要的积极意义。相信随着相关理论技术的不断完善，我国电力行业必将取得新的进步。 自动控制理论论文:自动控制理论探析 [摘 要]随着技术工具的进步如半导体微电子学、光学和光电子学、计算机和通信网络等信息采集、存储、传输、计算和处理技术的迅速发展也强力推动着自动控制理论研究向前发展。然而由于研究系统、对象越来越来复杂，这样就对自动控制理论以及其实际运用的研究就提出了更高的要求。本文首先对自动控制理论的发展作了一个简单的回顾，然后对Matlab软件作了一些简介、最后简单阐述了自动控制理论的研究现状以及其它在各不同领域的运用。 [关键词]自动控制理论；Matlab；模糊控制；鲁棒控制；最优化控制 随着控制系统复杂性的增加，不确定因素的增多，要求各控制理论分支有进一步的发展，弥补各理论分支的缺点与不足，以满足更高的控制性能指标。现有的控制理论在线性系统控制中大都能取得良好的控制效果，但对离散、非线性复杂系统领域的研究大都刚刚起步，或处于初级阶段，远未达到人们的期望。而实际工业生产过程的模型一般都很复杂，通常具有非线性、分布参数和时变等特性。因此将控制理论的研究领域推广到非线性复杂系统有重要的实际意义。另外与宏观复杂系统控制相对的量子控制（Quantum Control）也正在作为一个全新的学科领域蓬勃崛起，它的发展也依赖于完善的控制理论和优化控制策略。近年来随着微电子、半导体、计算机等技术的快速发展也强有力的推动了自动控制理论的发展。 一、现代控制理论的产生及其发展 控制理论作为一门科学，它的产生可追溯到18 世纪中叶的第一次技术革命，1765年瓦特发明了蒸汽机，应用离心式飞锤调速器原理控制蒸汽机，标志着人类以蒸汽为动力的机械化时代的开始，后来工程界用控制理论分别从时域和频域角度讨论调速系统的稳定性题，1872年劳斯（Routh E J）和1890年赫尔维茨（Hurwitz）先后找到了系统稳定性的代数据，1932年奈奎斯特（Nyquist H）发表了放大器稳定性的著名论文，给出了系统稳定性的奈奎斯特判据。美国著名的控制论创始人维纳（Wiener N）总结了前人的成果，认为客观世界存在3大要素：物质、能量、信息，虽然在物质构造和能量转换方面，动物和机器有显著的不同，但在信息传递、变换、处理方面有惊人的相似之处，1948 年发表了《控制论―或关于在动物和机器中控制和通讯的科学》，书中论述了控制理论的一般方法，推广了反馈的概念，确立了控制理论这门学科的产生。 1.经典控制理论。第一代称为“经典控制理论”时期，时间为20 世纪40～50 年代。它研究的主要对象多为线性定常系统，主要研究单输入单输出问题，研究方法主要采用以传递函数、频率特性、根轨迹为基础的频域分析法，它的控制思想首先旨在对机器进行“调节”，使之能够稳定运行，其次是采用“反馈的方式，使得一个动力学系统能够按照人们的要求精确地工作，最终实现对系统按指定目标进行控制。” 2.现代控制理论。第二代称为“现代控制理论”时期，时间为20 世纪60～70 年代。经典控制理论对线性定常系统可产生良好的控制效果，但是它对多输入多输出、时变、非线性系统的控制却力不从心。所以50 年代末60 年代初，学者卡尔曼等人将古典力学中的状态、状态空间概念加以发展与推广，将经典控制理论中的高阶常微分方程转化为一阶微分方程组，用以描述多变量控制系统，并深刻揭示了用状态空间描述的系统内部结构特性如可控性、可观性，从而奠定了现代控制理论的基础。 3.第三代控制理论。以上所提的经典控制理论和现代控制理论都是建立在数学模型之上的，所以统称为常规（传统）控制。它们为了控制必须建模，但许多实际系统的高维性及系统信息的模糊性、不确定性、偶然性和不完全性给基于数学模型的传统控制理论以巨大的挑战。是否可以改变一下思路，不完全以控制对象为研究主体，而以控制器为研究对象；是否可以用人工智能的逻辑推理、启发式知识、专家系统解决难于建立数学模型的问题呢？智能控制的出现正源于这一思想。1967年Leondes 和Mendel 首次正式使用“智能控制”一词，1971 年傅京孙教授指出，为了解决控制问题，用严格的数学方法研究新的工具来对复杂的“环境2对象”模型进行建模和识别以实现最优控制，或者用人工智能的思想建立对不能精确定义的环境和任务的控制设计方法，这两者都值得试一试，而重要的是把两种途径密切结合起来协调的进行研究。沿着这一思想出发，现代控制理论将微分几何、微分代数、数学分析与逻辑推理、启发式知识建立和发展了智能控制理论相结合从而形成第三代控制理论大系统理论和智能控制理论。 二、Matlab工程软件 1.Matlab起源。早在70年代中期，Matlab的开发者美国人Clever Moler及其同事在美国国家科学基金的资助下研究开发调用LinPack和EisPack的FORTRAN子程序。到70年代后期，Clever Mloer教授利用业余时间为学生编写能够方便调用LinPack和EisPack的程序。Clever Mloer给这个接口程序取名为Matlab，这是从Matrix（矩阵）、Laboratory（实验室）各取前三个字母组成的，意思是“矩阵实验室”。 2.Matlab的特点与功能。Matlab自从1984年由MathWork公司推向市场以来，经历十几年的发展和竞争，现在逐步风靡世界，可靠的数值和符号运算能力、简单易学的程序语言、强大的图形和可视化的功能以及为数众多的运用工具宝石Matlab区别与其他科技应用软件的显著特点。其相关的功能如下：（1）数值和符号计算功能。Matlab的数值计算功能包括：矩阵的创建和保存；数值矩阵代数、乘方运算和分解；数组运算；矩阵操作；多项式和有理分式运算；数据统计分析、差分和数组导数；用于求积分、优化和微分方程的数组解的功能函数等。（2）Matlab语言。除了指令行操作的直接交互使用方式外，Matlab作为高级应用软件有它自己的编程语言。Matlab的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的习惯形式十分相似，简单易学。完全不需要对矩阵的乘法和求逆进行烦琐的编程。因此用Matlab求解问题比C语言、FORTRAN语言要简便的多。与其它高级语言的关系仿佛高级语言与汇编语言的关系一样，尽管它的执行效率比其它的高级语言低但是其编程效率、程序的可读性，可移植性要远高于它们。（3）图形和可视化功能。图形和可视化功能是现代应用软件发展的主要方向，也是前后版本间的最大差异之一。利用可以轻而易举地绘制二维、三维曲线，三维曲面，并可进行图形和坐标的标识、坐标控制、图形的迭绘、视角和光照设计、色彩精细控制等等。另外还可以非常方便地完成动画的绘制工作。Matlab还提供了对图形对象（Graph object）和图形句柄（Graph Handle）进行操作的“底层（low level）”指令，使用户可以随心所欲地对图形进行各种操作，为用户在图形表现和可视化方面开拓了一个广阔的、没有丝毫束缚的空间。 自动控制理论论文:自动控制理论的全英文教学方法实践 摘要：随着留学生人数的逐年增加，全英文专业课程的教学已在中国大学逐步开展。本文主要分析了全英文专业课程《自动控制原理》教学中的问题与挑战。从该课程的特点出发，讨论了保证全英文专业课教学质量的关键措施和经验。 关键词：全英文教学；自动控制原理；教学方法 自动化技术在社会生产和生活中具有广泛的应用，自动化专业教育具有巨大的市场需求。《自动控制原理》课程是自动化专业的主干课程之一，并且此课程是后续自动化专业课程的基础。该课程传授反馈控制系统的最基本概念以及反馈控制系统分析设计最基础的思路方法，是自控专业学生能力培养的基石。随着经济全球化和中国经济的快速发展，外企在中国投资和中国企业走向国际已经成为现实。这种现状使得高科技人力资源在不同国家流动的趋势越来越强。中国大学留学生数目以及中国高校毕业生使用英语在外企和国外工作的数目呈不断上升趋势，中国大学与英语国家的校级交流也越来越多，这些变化都使得中国大学教育对全英文专业课程教学的需求越来越大[1-3]。全英文《自动控制原理》课程就是为了适应这种教育国际化的形式而设置的。目前中国大学教育处于走向国际化的初步阶段，探索并交流适应现阶段形式的全英文课程教学方法提高全英文教学质量是非常必要的。 一、课程特点与教学对象分析 《自动控制原理》课程是一门理论性非常强的专业基础课程，面向电类专业中国本土学生和留学生开设。该课程对学生的数学基础知识要求比较高，课程用全英文开设，还需要学生具有较强的英文听力和阅读理解力，作业和实验报告等需要学生有较强的英语书面表达能力。该课程设有实验环节，在有留学生参与的实验小组进行系统分析与设计的团队工作，不仅需要学生有较强的实验操作能力还需要学生具有良好的专业英语口头沟通能力。《自动控制原理》课程是自控专业的基础课程，在大学三年级上半年开设，是其他自控专业课的基础，只有很好地理解和掌握控制原理的基础知识，才能继续学习好后续的其他专业课。目前我校留学生人数虽然呈上升趋势但绝对数量还不是很多，全英文教学班一般由本土学生和来自非洲、欧洲、美国、亚洲等不同地区的留学生组成。由于学生们的背景不同，学生的数学基础、英语程度、接受能力、思维习惯和特点都具有一定的差异。一般来讲，本土学生的数学基础较好一些，英语阅读能力较强，但因生活环境为中文，英语听力理解能力相对阅读能力弱一些；对于母语不是英语的留学生，因其有限的英语程度，在课程学习和交流中具有一定困难。从已开设的英文课来看，一般留学生的数学基础相对中国学生弱一些。对来自不同背景学生进行自控原理的教学，如何因材施教，具有一定的挑战性。 二、教学组织与方法 面向不同背景的学生来源开展《自动控制原理》的全英文教学，要保证提高教学质量，必须从师资配备、教学对象认识、教学组织、教材选择、教辅资料与软件工具选择、实验安排等方面全方位地合理安排。全英文教学应该从教学对象背景的需求出发，在注重知识传授、能力培养的同时，要特别注意教学交流质量的提高，以达到知识传授、能力培养的目的。 1.教学团队的素质。自控原理的全英文教学，涉及数学及专业知识的传授、使用英语的沟通，在教学对象来源差异较大的情况下，对教学团队的素质要求比较高。（1）教师英语能力基础及保持：全英文授课的教师，一般应具较强的责任心，具有较好的英语口语表达能力。尽管有些老师有海外学习经历，全英文任课老师由于一般工作在中文语境中，也要注意英语听说能力的保持。（2）专业知识及其应用能力：《自动控制原理》课程是一门比较传统和基础的课程，任课老师一般都学习过此门课程。因此老师对相应的知识点都比较熟悉，但对于课程知识的应用还需予以加强。教师应该有课程相关的比较全面系统的知识背景，不仅可以讲述课程的知识点，也能够讲述知识点之间的相互联系以及知识点的应用环境、应用方法及应用工具，使学生不仅获得课程的知识点，还获得关于知识应用方面的技巧。（3）面向教学对象的教学方法：课程教学的效果取决于课程教学的方法。一般教学方法由理论学习和课堂经验积累两种途径获得。教学方法没有绝对的好与不好，关键的是教学方法要适用于教学对象。因此除了一般教学方法的掌握，教师还要在教学实践中注意收集学生对教学的反馈意见，不断积累总结教学方法及其适用对象。（4）教师的组织与沟通能力：主讲教师是课程的负责人，全面负责助教、实验指导老师和学生之间的工作安排和沟通。教师应该在第一节课收集所有学生的联系信息，包括留学生的国籍，并向学生公布课程助教、实验指导老师的联系方式，保证课程参与者的双向沟通。 2.课程教材与辅助材料：（1）课程教材的选择要考虑到教学对象，选择难易适中的教材。在本课程的实践中，为了满足不同层次学生的需要，为学生推荐了一组具有不同特点的教学参考书。在参考书中有相对比较深的教材满足专业和英语基础比较好、好奇心上进心比较强的学生；也有参考书比较深入浅出，易于理解，满足基础相对弱的同学。考虑到中国本土学生将来也有可能在中国企业工作，本课程推荐了具有中文翻译版的英文原版经典教材，便于学生能在课后了解专业词汇的中文表达，也帮助英文程度差但具有一定中文语言能力的学生对课程的理解。另外本课程为学生提供控制原理主要贡献者的生平介绍，帮助学生理解一些控制原理产生的背景，让学生们学习该领域大师的创新精神。（2）教学辅助资料与工具的提供可以帮助学生理解复习课堂教学的内容。本课程为学生提供中英文对照专业词汇，帮助学生对课程的理解和掌握，并能使用英文专业词汇进行作业和实验报告的表达。自控原理是一门对数学要求比较高的课程，可以把一些课程常用的数学公式表，如拉普拉斯变换表等，作为辅助材料提供给学生。本课程还在课程网页上提供全部课程的英文录像，如果学生在上课时没有完全消化，可以在课后自己观看相关课程录像，理解和消化上课的内容。 3.课堂教学方法。课堂教学是课程知识传授的主要环节，直接影响到最后的教学效果。教师在英文课堂教学中，要注重以下环节：（1）任课老师的课堂表达：教师上课应注意循序渐进，深入浅出，板书要整洁明了。语言采用简单明了、易于理解的句型。考虑到班级里有英语听力不太好的学生，上课语速要适中，并配有相应的关键字板书或多媒体演示稿，以补充学生由于听力原因造成的信息损失。发放多媒体演示稿关键部分的纸质打印件，方便学生做课堂笔记。教师上课应该基础部分简单清晰、教学内容应有扩展性，同时注重介绍知识的应用环境，既要照顾到基础较差的学生，也应满足综合能力强的学生的需求。（2）课堂教学的互动与反馈：由于该课程理论性强，对数学基础要求高，大部分学生使用第二语言第一次接触新的概念，如果没有进行足够时间的预习很难在课堂上使用英语主动提出问题。而电类专业的学生学习任务比较繁重，一般没有时间做足够的预习。教师可以围绕课程内容，设计课堂讨论题目，采用分组课堂练习的形式，一般为二到三人一组，学生可以互相讨论，加强对所学概念方法的理解，教师在学生练习时，巡回检查，期间学生可以向老师询问不懂之处。这种形式的全英文互动，既减少了学生的表达压力，又能达到互动反馈教学效果的作用，非常受学生欢迎，教师也能及时发现学生难于理解的知识点。 4.课程实验。课程实验是课程教学的重要环节，学生通过实验可以加深对课堂知识的理解，并掌握理论知识的应用方法。为保证实验质量，首先要向学生提供清晰的实验指导书，在实验分组时应避免将留学生分在一组，而是将中国本土学生与外国学生搭配开来，加强留学生与中国学生相互交流学习，帮助留学生融入本土学习环境，克服由于外国学生对环境的不熟悉造成的工作障碍，顺利完成课程实验任务。实验报告也是课程实验的重要组成部分，要求学生对实验数据进行有效处理，对实验现象运用课程理论知识进行详细分析、解释。 5.课程学习质量的监控与评估。学生课程学习质量的监控分课堂学习评估、课程阶段学习评估和课程学体评估。课堂学习评估主要通过课堂练习来进行。教师通过学生课堂练习的情况，评估学生课堂学习的质量，改善课堂教学效果。课程阶段学习评估主要通过阶段小测验来进行，通过阶段小测验可以测试学生对一个阶段所学知识的综合运用能力。课程学体评估包括学生的课堂表现、作业情况、小测验情况以及实验情况和期末考试，是学生整个课程学习过程的综合评估。期末考试内容应该含概课程基础知识、课程知识灵活应用和课程知识综合运用等层次，以测试不同层次学生掌握课程知识的情况。 现阶段全英文专业课程教学在中国大学尚属于初步发展阶段，本文主要讨论全英文自控原理课程的教学特点与方法。论文分析了全英文课程班的学生组成和特点，阐述了自控原理全英文课程的教学质量保证的关键措施及经验，为中国大学全英文专业课程的发展提供参考。 自动控制理论论文:自动控制理论发展综述 摘 要:综述了自动控制理论的发展情况,指出自动控制理论发展阶段和现代自动控制理论的发展。最后指出,各种控制理论的复合能够取长补短,是控制理论的发展方向。 关键词:自动控制理论；人工智能；智能控制 自动控制理论是自动控制科学的核心。自动控制理论自创立至今已经过了三代的发展:第一代为20世纪初开始形成并于50年代趋于成熟的经典反馈控制理论;第二代为50、60年代在线性代数的数学基础上发展起来的现代控制理论;第三代为60年代中期即已萌芽,在发展过程中综合了人工智能、自动控制、运筹学、信息论等多学科的最新成果并在此基础上形成的智能控制理论。经典控制理论(本质上是频域方法)和现代控制理论(本质上是时域方法)都是建立在控制对象精确模型上的控制理论, 而实际上的工业生产系统中的控制对象和过程大多具有非线性、时变性、变结构、不确定性、多层次、多因素等特点,难以建立精确的数学模型。因此,自动控制专家和学者希望能从要解决间题领域的知识出发,利用熟练操作者的丰富经验、思维和判断能力,来实现对上述复杂系统的控制,这就是基于知识的不依赖于精确的数学模型的智能控制。本文将对经典控制理论、现代控制理论和智能控制理论的发展情况及基本内容进行介绍。 一、自动控制理论发展概述 自动控制是指应用自动化仪器仪表或自动控制装置代替人自动地对仪器设备或工业生产过程进行控制,使之达到预期的状态或性能指标。对传统的工业生产过程采用自动控制技术,可以有效提高产品的质量和企业的经济效益。对一些恶劣环境下的控制操作,自动控制显得尤其重要。自动控制理论是与人类社会发展密切联系的一门学科,是自动控制科学的核心。自从19世纪Maxwell对具有调速器的蒸汽发动机系统进行线性常微分方程描述及稳定性分析以来,经过20世纪初Nyquist,Bode,evans,Wienner,Nichols等人的杰出贡献,终于形成了经典反馈控制理论基础,并于50年代趋于成熟。经典控制理论的特点是以传递函数为数学工具,采用频域方法,主要研究“单输入——单输出”线性定常控制系统的分析与设计,但它存在着一定的局限性,即对“多输入——多输出”系统不宜用经典控制理论解决,特别是对非线性、时变系统更是无能为力。现代控制理论本质上是一种“时域法”,其研究内容非常广泛,主要包括三个基本内容:多变量线性系统理论、最优控制理论以及最优估计与系统辨识理论。现代控制理论从理论上解决了系统的可控性、可观测性、稳定性以及许多复杂系统的控制问题。但是,随着现代科学技术的迅速发展, 生产系统的规模越来越大,形成了复杂的大系统,导致了控制对象、控制器以及控制任务和目的的日益复杂化,从而导致现代控制理论的成果很少在实际中得到应用。经典控制理论、现代控制理论在应用中遇到了不少难题,影响了它们的实际应用,其主要原因有三:这些控制系统设计和分析都是建立在精确的数学模型的基础上的, 而实际系统由于存在不确定性、不完全性、模糊性、时变性、非线性等因素,一般很难获得精确的数学模型;研究这些系统时,人们必须提出一些比较苛刻的假设,而这些假设在应用中往往与实际不符;为了提高控制性能, 整个控制系统变得极为复杂,这不仅增加了设备投资,也降低了系统的可靠性。 二、现代控制理论的发展及基本内容 经典控制理论虽然具有很大的实用价值,但也有着明显的局限性。其局限性表现在下面二个方面:第一,经典控制理论建立在传递函数和频率特性的基础上,而传递函数和频率特性均属于系统的外部描述(只描述输入量和输出量之间的关系),不能充分反映系统内部的状态;第二,无论是根轨迹法还是频率法,本质上是频域法(或称复域法),都要通过积分变换(包括拉普拉斯变换、傅立叶变换、Z变换),因此原则上只适宜于解决“单输入——单输出” 线性定常系统的问题,对“多输入——多输出”系统不宜用经典控制理论解决,特别是对非线性、时变系统更是无能为力。 现代控制理论正是为了克服经典控制理论的局限性而在20世纪50、60年代逐步发展起来的。现代控制理论本质上是一种“时域法”。它引入了“状态”的概念,用“状态变量”(系统内部变量)及“状态方程”描述系统,因而更能反映出系统的内在本质与特性。从数学的观点看,现代控制理论中的状态变量法,简单地说就是将描述系统运动的高阶微分方程,改写成一阶联立微分方程组的形式,或者将系统的运动直接用一阶微分方程组表示。这个一阶微分方程组就叫做状态方程。采用状态方程后,最主要的优点是系统的运动方程采用向量、矩阵形式表示,因此形式简单、概念清晰、运算方便,尤其是对于多变量、时变系统更是明显。特别是在Kalman提出的可控性和可观测性概念和极大值理论的基础上,现代控制理论被引向更为深入的研究。现代控制理论研究的主要内容包括三部分:多变量线性系统理论、最优控制理论以及最优估计与系统辨识理论。由于篇幅所限,有关现代控制理论研究的具体内容请参见有关文献,这里从略。 三、结论 以上我们介绍了自动控制理论的发展情况和现代控制理论，各种控制理论都有其优点、缺点和适用范围,如果能够取长补短,则必然能够扩大其应用的范围,因而是控制理论的发展方向。事实上,现在已经出现了集经典控制理论、现代控制理论和智能控制理论于一身的各种复合控制理论,如模糊PID复合控制、模糊变结构控制、自适应模糊控制、模糊预测控制、模糊神经网络控制、专家PID控制、专家模糊控制等等。 自动控制理论论文:基于CDIO的“自动控制理论”工程教育研究和实践 摘要：针对“自动控制理论”课程在工程实践教学中的不足，运用CDIO教育理念对该课程的工程教育进行研究和实践，明确“自动控制理论”课程中学生的学习需求，重新设计教学模式，强化工程实践能力培养，考核方式采用多元化模式。解决了目前该课程工程教育面临的困难，调动了学生学习的积极性，提高了学生的工程实践能力和创新能力。 关键词：自动控制理论；工程教育；CDIO理念 进入21世纪，经济全球化对我国工程技术人才的需求日益增长，对工程教育的发展带来了机遇。但在我国的传统工程教育中，重理论轻实践，过分强调知识的理论深度和系统性，而忽略了各学科知识间的联系，特别是忽视理论知识的应用。“自动控制理论”作为自动化学科各专业的一门重要的专业基础课程，[1]是为培养从事控制领域的科学研究和工程技术人员而设置的。在“自动控制理论”课程中，传统教学多局限于课堂授课，结合线性系统时域分析、根轨迹分析和频率特性分析等基础验证性实验和系统动态、稳态特性分析等分析性实验，而强调工程实践的综合性和创新性内容不足，偏离实际工程应用。 黄山学院（以下简称“本校”）作为一所地方性普通本科高校，与学术性高校“错位竞争”，明确办学定位为应用型。因此，结合本校“自动控制理论”课程教学的实际情况，对“自动控制理论”课程教学提出了改革思路。本文将利用CDIO工程教育模式的理念，[2]明确“自动控制理论”课程中学生的学习需求，重新设计教学模式、强化工程实践能力培养和考核方式多元化，以提升该课程工程教育的质量和内涵。[3-6] 一、CDIO工程教育理念 CDIO代表构思（conceive），设计（design），实施（implement），运行（operate），是由MIT和瑞典几所大学在Wallenburg基金会的资助下，经过几年的研究、探索和实践于2004年创立的工程教育模式。该教育模式是以产品、过程和系统的构思、设计、实施和运行全生命周期为背景的教育理念为载体，以CDIO教学大纲和12标准为基础，让学生以主动的、实践的、课程之间具有有机联系的方式学习，获取工程能力。 CDIO工程教学模式的主要特色在于它创造了能够深化技术基础和实际能力的学习经验。采用现代教学方法、创新教学模式和新的学习环境为学生提供接近工程实际的学习经验，这些具体的学习经验创建了一个与技术基础相关的学习抽象概念的认知框架，并为学生提供有助于理解和记忆这些抽象概念的实际应用机会，由此提供掌握深厚基础知识的途径。 二、“自动控制理论”课程教学改革 1.重新设计教学模式 根据“自动控制理论”课程特点，运用CDIO工程教育理念，坚持以学生为本，建立知识、能力、素质培养体系，将系统的构思、设计、实施和运行贯穿整个教学过程，对“自动控制理论”的教学目标、课程体系、教学活动及组织形式等进行全方位思考与设计，形成基于CDIO的“自动控制理论”课程教学模式，如表1。 2.强化工程实践能力培养 为了加强“自动控制理论”课程工程实践能力的培养，在传统教学的基础上，融合项目教学、虚拟仿真和案例分析等方法，让学生在模拟工程实践的环境中进行学习。 （1）项目教学。基于项目的教学是建立在具体问题的基础上来寻找解决问题的办法。为了践行CDIO工程教育理念，依托项目以3～5名学生为一组，教师采用点拨方式或共同探究的方式进行指导。具体实施步骤如下： 1）构思（C）。通过加深学生对自动控制系统的使命、需求、功能、技术和构建等概念设计的理解，其主要形式是要求学生对控制系统进行分析、思考，形成对控制系统设计开发的基本感性认识，加深对控制系统基本分析和设计方法的理解。 2）设计（D）。要求学生使用控制方法，完成自动控制系统的需求定位、模型开发、系统分析、系统架构等。通过实践，使学生掌握自动控制系统工程的基本原理、方法、技术、工具，并能够在实际中应用。 3）实现（I）。将设计成果加以实现，着力培养学生的务实精神、工程能力和团队精神。 4）运行（O）。每个小组对所开发的控制系统进行实际应用，并建立相应的应用、营销和服务渠道。实在难以在实际应用的要求建立模拟实际应用环境，实施模拟应用。运行主要目的是让学生了解市场，培养学生的务实精神和实际工作能力。 （2）虚拟仿真。虚拟仿真，就是用一个系统模仿另一个真实系统的技术。虚拟仿真技术的引入，将使控制系统设计的手段和思想发生质的飞跃，更加符合现代社会发展的需要。采用虚拟仿真能够使学生在一个比实际情况更安全的环境中提高工程实践能力，可以说在“自动控制理论”课程中应用虚拟仿真技术是可行且必要的。 （3）案例学习。案例学习可以提供很多关于实际工程的具体经验，一个典型案例还可以提供详细的背景内容。通过讨论案例，学生能够亲自体验系统或产品的CDIO过程，并参与疑问的解答，提高了学生的思考和决策能力。 3.考核方式多元化 传统“自动控制理论”课程考核方式笔试偏重理论知识考核，难以考察对实际自动控制系统的设计、分析和建造等工程实践能力。针对本课程注重工程实践性、创新性和应用技能培养的要求，改革单一的考核方式，综合学生在知识、创新、应用等多方面能力，采用笔试、课堂互动、实验操作、项目开发等多元化考核方式。多元化考核方法不仅促使学生重视课堂知识的掌握，还重视知识的工程应用与创新，有效地提高了教学水平和教学质量。 三、总结 CDIO工程教育模式的核心是培养学生的工程素养、工程实践能力。“自动控制理论”课程作为工程背景较强的课程，只有掌握坚实的理论基础，具备严谨的工程推理和解决问题的能力，才能在后续课程中熟练地运用自控理论知识解决工程实际问题，并为往后能在工作岗位上灵活运用所学知识打下扎实的基础。 自动控制理论论文:控制理论在“自动控制元件”课程教学中的应用 摘要：在对“自动控制元件”课程教学改革的实践中，以控制理论思想作为指导，在深入分析课程、学员和教员的实际情况的基础上，建立了课程教学反馈控制系统模型，采取了优质提问教学法等多种反馈方式，取得了较好的教学效果，同时也提高了教员的教学水平。 关键词：控制理论；自动控制元件；反馈控制教学 所谓控制，就是根据系统内外部变化，进行有目的的调整，一次又一次地克服不确定性，纠正偏差，使系统始终处于某种特定状态的一种活动。[1]控制理论认为，任何系统、过程与运动都可以看作一个复杂的控制系统，控制理论思想的应用并不仅仅局限于工业生产或军事设备控制方面，也可以扩展到其他领域。 教学是一种有计划、有目的的活动。教学的目的在于使学生形成一定的心理过程及特性。学生的心理过程是有规律的，因而是可以控制的，问题在于掌握借以控制这种过程的规律。由此认为，控制理论对于教学来说，在原则上也是适用的。因此可以将控制理论的基本原理和方法推广至教学领域，建立教学控制系统，结合教学过程的特点及规律，改革传统教学过程，研究和解决教学过程中的一系列问题，以实现对教学过程的有效控制和全面优化，从而更好地控制教学质量，提升学员的学习积极性，提高教员的教学水平，达到教学相长的目的。 一、反馈控制教学的基本原理 控制系统由被控对象和控制装置组成，控制方式分为开环控制、闭环控制和复合控制，传统的知识注入型教学过程通常为开环控制方式。以学员作为控制对象，以课程教学目标为期望值，以教学效果为控制量，可建立课程教学开环控制系统，如图1所示。 在图1所示的系统中，教员进行课堂授课时，学员扮演的是被动接收知识的角色。从控制理论观点来看，传统的知识注入型教学存在着控制作用的断续性与反馈联系的偶然性问题，因而不是最佳的教学方式。由于缺少有效且连续的反馈信息，教员无法及时掌控教学情况，学员学习主动性差，教员教学水平提高缓慢，往往难以达到预期教学效果。 若在系统中增加前馈补偿和反馈通道，则可建立闭环（反馈）教学控制系统，如图2所示。 由图2可知，由于建立了良好的反馈联系，教员在教学过程中能够及时发现实际教学效果与教学目标的偏差，从而根据反馈控制原理适时改变控制方式（调节教学内容、教学进度、教学方法和教学手段等），以保证：教学过程始终沿着教学目标的固有轨道前进；教学内容、方法和手段适合教学对象，且不断趋于完美；教学研究与教学本身得以同步发展。 在课程教学实践中，应该依据课程、学员和教员等各方面的实际情况，深入分析课程教学控制系统的各个组成部分，细化前馈和反馈环节，建立课程教学控制系统模型，图3为针对“自动控制元件”课程建立的教学反馈控制系统结构图。 由图3可知，在“自动控制元件”教学反馈控制系统中，以自主预习的前馈补偿方式以及自主复习的局部反馈方式促使学员在自控（学员自学）和他控（学员之间的相互学习、交流、激励）方式作用下，初步消化和掌握教员在课堂授课过程中讲授的理论知识。教员在课堂授课过程中，采用有效的课堂提问等方法，及时掌握学员学习动态，实时调整教学过程，以保证教学效果；课后，通过每周答疑、课后作业、课程实验、课中考核、课外实践以及学员针对课程提供意见建议等多种反馈方式，获取学员对课程知识的掌握和应用情况以及学习态度、精神状态等，并根据反馈信息适时调整教学过程，从而缩小教学效果与教学目标的偏差。在传授知识和能力的同时，教员的授课能力也可通过自身的总结交流、教学督导组的评价以及学员的意见建议等三个反馈渠道得到及时反映，以促进教学水平的提高。 二、反馈控制教学中需要注意的问题 在教学控制系统中，教学是一种有目的、有计划的实施控制活动的过程。要实现有效控制，首先必须建立较为准确的系统模型，然后根据课程、学员和教员的实际情况制定行之有效的控制方式。既要因“材”施教，也要因“才”施教，“材”指的是课程的教学目标和教学内容，“才”指的是学员和教员。实现因“材”施教和因“才”施教的关键在于构建有效的信息反馈通道。 1.教学控制系统模型的建立 系统模型越准确，控制效果越好。因此在系统建模时，必须深入分析教学反馈控制系统的各部分结构，了解“材”和“才”的实际情况，确定系统期望和反馈信息及其之间的关系。教学控制系统中需要明确的主要信息和组成部分包括： （1）系统期望，即教学目标。严格依照专业人才培养方案和课程标准制定课程的总体教学目标和各章节、每次授课的教学目标。 （2）被控对象，即学员。通过课前召开座谈会、课中答疑以及与学员代表交流沟通等方式全方位了解授课对象。 （3）控制方式，即教学实施方案。制定具体且具有针对性的课程教学改革方案、课程教学设计方案和课堂教学方案。而在课堂教学实施计划开展之前，教员应该进行精心的教学准备，具体工作包括深入理解教学内容、设计具有一定特色的多媒体课件和教案、熟练掌握几种教学方法、开发交互式课程学习网站和建设试题库等。 （4）评价方式，即根据学员的学习情况，把实际值与期望值进行比较，对教学工作做出客观评价。按照教学目标衡量实际成效，最理想的情况是在偏差较小时就有所察觉，并采取措施加以改善。但是，仅凭经验是远远不够的，必须制定客观公正、切实可行的评价方案对学员进行综合评定，才能客观地评价教学效果。 2.反馈控制方式的选择 在教学过程中，课堂授课是知识传递的一个关键环节，在此环节中必须采取有效的反馈方式，以获取足够的反馈信息。在“自动控制元件”课程教学过程中，教学组在课堂授课过程中采用了优质提问教学法（Quality Questioning， QUILT）。QUILT是一种“通过提问、理解促进学习和思考”的教学方法，包括精心准备问题、适时抛出问题、激发学员回答、对学员的回答进行加工以及对提问行为进行反思五个阶段。[2]通过QUILT，可以调动学员的学习积极性，使更多的学员参与思考，更重要的是能够迅速获取学员对知识的理解程度的反馈信息。同时，教学组采取其他方式获取更多反馈信息，主要包括每周答疑、课后作业、课程实验、课中考核、课外实践活动（“三性”实验、“三小”活动、数学建模、电子设计、机器人大赛）等，使学员在掌握理论知识的同时，提高动手能力和实际应用能力。 自动控制理论论文:自动控制理论初探 【摘 要】随着技术工具的进步如半导体微电子学、光学和光电子学、计算机和通信网络等信息采集、存储、传输、计算和处理技术的迅速发展也强力推动着自动控制理论研究向前发展。然而由于研究系统、对象越来越来复杂，这样就对自动控制理论以及其实际运用的研究就提出了更高的要求。本文首先对自动控制理论的发展作了一个简单的回顾，然后对Matlab软件作了一些简介、最后简单阐述了自动控制理论的研究现状以及其它在各不同领域的运用。 【关键词】自动控制理论；Matlab；模糊控制；鲁棒控制；最优化控制 随着控制系统复杂性的增加，不确定因素的增多，要求各控制理论分支有进一步的发展，弥补各理论分支的缺点与不足，以满足更高的控制性能指标。现有的控制理论在线性系统控制中大都能取得良好的控制效果，但对离散、非线性复杂系统领域的研究大都刚刚起步，或处于初级阶段，远未达到人们的期望。而实际工业生产过程的模型一般都很复杂，通常具有非线性、分布参数和时变等特性。因此将控制理论的研究领域推广到非线性复杂系统有重要的实际意义。另外与宏观复杂系统控制相对的量子控制（Quantum Control）也正在作为一个全新的学科领域蓬勃崛起，它的发展也依赖于完善的控制理论和优化控制策略。近年来随着微电子、半导体、计算机等技术的快速发展也强有力的推动了自动控制理论的发展。 一、现代控制理论的产生及其发展 控制理论作为一门科学，它的产生可追溯到18 世纪中叶的第一次技术革命，1765年瓦特发明了蒸汽机，应用离心式飞锤调速器原理控制蒸汽机，标志着人类以蒸汽为动力的机械化时代的开始，后来工程界用控制理论分别从时域和频域角度讨论调速系统的稳定性题，1872年劳斯（Routh E J）和1890年赫尔维茨（Hurwitz）先后找到了系统稳定性的代数据，1932年奈奎斯特（Nyquist H）发表了放大器稳定性的著名论文，给出了系统稳定性的奈奎斯特判据。美国著名的控制论创始人维纳（Wiener N）总结了前人的成果，认为客观世界存在3大要素：物质、能量、信息，虽然在物质构造和能量转换方面，动物和机器有显著的不同，但在信息传递、变换、处理方面有惊人的相似之处，1948 年发表了《控制论—或关于在动物和机器中控制和通讯的科学》，书中论述了控制理论的一般方法，推广了反馈的概念，确立了控制理论这门学科的产生。 1．经典控制理论。第一代称为“经典控制理论”时期，时间为20 世纪40～50 年代。它研究的主要对象多为线性定常系统，主要研究单输入单输出问题，研究方法主要采用以传递函数、频率特性、根轨迹为基础的频域分析法，它的控制思想首先旨在对机器进行“调节”，使之能够稳定运行，其次是采用“反馈的方式，使得一个动力学系统能够按照人们的要求精确地工作，最终实现对系统按指定目标进行控制。” 2．现代控制理论。第二代称为“现代控制理论”时期，时间为20 世纪60～70 年代。经典控制理论对线性定常系统可产生良好的控制效果，但是它对多输入多输出、时变、非线性系统的控制却力不从心。所以50 年代末60 年代初，学者卡尔曼等人将古典力学中的状态、状态空间概念加以发展与推广，将经典控制理论中的高阶常微分方程转化为一阶微分方程组，用以描述多变量控制系统，并深刻揭示了用状态空间描述的系统内部结构特性如可控性、可观性，从而奠定了现代控制理论的基础。 3．第三代控制理论。以上所提的经典控制理论和现代控制理论都是建立在数学模型之上的，所以统称为常规（传统）控制。它们为了控制必须建模，但许多实际系统的高维性及系统信息的模糊性、不确定性、偶然性和不完全性给基于数学模型的传统控制理论以巨大的挑战。是否可以改变一下思路，不完全以控制对象为研究主体，而以控制器为研究对象；是否可以用人工智能的逻辑推理、启发式知识、专家系统解决难于建立数学模型的问题呢？智能控制的出现正源于这一思想。1967年Leondes 和Mendel 首次正式使用“智能控制”一词，1971 年傅京孙教授指出，为了解决控制问题，用严格的数学方法研究新的工具来对复杂的“环境2对象”模型进行建模和识别以实现最优控制，或者用人工智能的思想建立对不能精确定义的环境和任务的控制设计方法，这两者都值得试一试，而重要的是把两种途径密切结合起来协调的进行研究。沿着这一思想出发，现代控制理论将微分几何、微分代数、数学分析与逻辑推理、启发式知识建立和发展了智能控制理论相结合从而形成第三代控制理论大系统理论和智能控制理论。 二、Matlab工程软件 1．Matlab起源。早在70年代中期，Matlab的开发者美国人Clever Moler及其同事在美国国家科学基金的资助下研究开发调用LinPack和EisPack的FORTRAN子程序。到70年代后期，Clever Mloer教授利用业余时间为学生编写能够方便调用LinPack和EisPack的程序。Clever Mloer给这个接口程序取名为Matlab，这是从Matrix（矩阵）、Laboratory（实验室）各取前三个字母组成的，意思是“矩阵实验室”。 2．Matlab的特点与功能。Matlab自从1984年由MathWork公司推向市场以来，经历十几年的发展和竞争，现在逐步风靡世界，可靠的数值和符号运算能力、简单易学的程序语言、强大的图形和可视化的功能以及为数众多的运用工具宝石Matlab区别与其他科技应用软件的显著特点。其相关的功能如下：（1）数值和符号计算功能。Matlab的数值计算功能包括：矩阵的创建和保存；数值矩阵代数、乘方运算和分解；数组运算；矩阵操作；多项式和有理分式运算；数据统计分析、差分和数组导数；用于求积分、优化和微分方程的数组解的功能函数等。（2）Matlab语言。除了指令行操作的直接交互使用方式外，Matlab作为高级应用软件有它自己的编程语言。Matlab的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的习惯形式十分相似，简单易学。完全不需要对矩阵的乘法和求逆进行烦琐的编程。因此用Matlab求解问题比C语言、FORTRAN语言要简便的多。与其它高级语言的关系仿佛高级语言与汇编语言的关系一样，尽管它的执行效率比其它的高级语言低但是其编程效率、程序的可读性，可移植性要远高于它们。（3）图形和可视化功能。图形和可视化功能是现代应用软件发展的主要方向，也是前后版本间的最大差异之一。利用可以轻而易举地绘制二维、三维曲线，三维曲面，并可进行图形和坐标的标识、坐标控制、图形的迭绘、视角和光照设计、色彩精细控制等等。另外还可以非常方便地完成动画的绘制工作。Matlab还提供了对图形对象（Graph object）和图形句柄（Graph Handle）进行操作的“底层（low level）”指令，使用户可以随心所欲地对图形进行各种操作，为用户在图形表现和可视化方面开拓了一个广阔的、没有丝毫束缚的空间。 自动控制理论论文:基于CDIO教育理念的自动控制理论精品课教学改革研究与实践 [摘要]CDIO，即构思(conceive)、设计(design)、实施(implement)、运作(operate)，它以产品研发到产品运行的生命周期为载体，让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程。本文选用自动化专业的一门主干课“自动控制理论”为研究对象，运用CDIO教育理念对该课程的教与学进行探讨和实践，形成了以学生为主的“活跃课堂、积极实践、学术探讨、项目研究、网络助学”的教学模式，经过5年的教学实践，取得了很好的教学效果和教改成绩，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，为创新人才成长搭建了宽广舞台。 [关键词]CDIO；工程教育；自动控制理论；教育理念 1　研究背景 CDIO工程教育培养模式是由教师简洁明了地介绍要学的相关概念后，将学生分成小组，每个小组5～6人。各个小组自己设计实验方案、确定操作流程、选择器材，分工合作完成实验。通过分析实验结果，学生提出其中存在的问题，然后教师开始剖析概念、讲解原理，并和学生一起探讨。该模式可以培养学生分析问题、解决问题的能力，同时能够增强学生的自学能力、沟通协调能力、团队合作能力以及大系统的运作能力并最大地发挥学生的积极性和创造I生。自动控制理论是指导人们在一定工程背景下实现对复杂系统设计与分析的方法论，理论性很强，而CDIO工程教育模式的精髓——CDIO代表的构思、设计、实现和运作正是自动控制理论思想的具体体现，它以产品研发到产品运行的生命周期为载体，旨在培养学生的工程能力，是一种新的高等工科教育模式。它包括个人的工程科学能力和技术知识能力、终生学习能力、团队交流能力和大系统协调等方面的能力。显然，CDIO的教学目标与应用型高校本科专业的培养目标是一致的，即培养理论与实践相结合、工程技术与市场需求相结合的高级专门人才。以人才培养为目标，以教学改革为指导，以教材创新为核心，以科学研究为基础，对自动控制理论课程进行改革，以适应国内快速发展的工控领域对自动化人才的要求。 2　教学理念的转变 2.1　教学模式改革 “培养什么样的人才、如何培养人才”始终是高等教育的基本问题，“教什么、怎么教，学什么、如何学”始终是教学过程中的一对基本矛盾。很多教师认为“教什么”最重要，至于“怎么教”、“怎么学”全在个人，不重视教学方法的研究，习惯于个人传统方式的延续。认为“怎么教”是教师的事情，“怎么学”是学生的事情，“教”与“学”分离，对教师主导、学生主体、师生互动交流认识不足；对教学大纲的把握、对教学目标的实现认识不足，认为教材、讲义、网上资料师生可以自由使用，殊不知，这是教师不负责任、偷工减料的表现；对课程的规律性与学习能力培养的重要性认识不足，有的教师过分强调讲课面面俱到，“填鸭式”教学方法反而贻误了学生创造思维的训练和培养。为此，提出如下理念。 1)学生的主体性与教师的主导性融合。教师视每次授课为一场表演，既是演员又是导演，学生是观众。这样教师就要在如何演的精彩、如何引人入胜上下功夫，教学过程中教师主导活动和学生主体活动不断融合实现动态转换，随着知识的潜移默化，学生的学习活动自主性逐渐扩大，教师的传教活动制约性逐渐缩小，最后转化为学生能够完全自主学习，真正成为学习的主人。 2)学习的开放性与教学的关键点融合。信息时代提供了众多的知识获取途径，课堂和教师已不再是获得知识的唯一渠道，应该充分利用网络、名师、资料、实验、学科、专业等优质资源环境与学术氛围，把学习的场所从课堂扩展到大型实验室、图书馆、讲坛等。自主研学、拓展训练、思维创造，为学生知识创造和能力建构拓展了更加宽松的环境，这是当前教学模式改革的核心。强化自主性、综合性、设计性实验，重视工程实践、课程设计、项目训练以及大学生生产实习；将学生个体的学习扩展到小组学习、团队学习等合作学习的形式；着力提高各种课外学习活动的覆盖面和参与面，通过研究小组、讨论班、报告会、俱乐部、沙龙、社团等各种载体，让每一个学生都有锻炼施展多方面能力和才华的舞台。教学的关键点是教给学生一种思考问题的思维方法，有些知识问题的具体细节，忘记了可以查书，但思考问题的方式，一旦领悟并加以应用后，具备的是解决更多新问题、领悟更多新知识的能力，这才是教与学的关键。充分利用互联网拓展学生网上学习、教师网上答疑、学生网上作业、教师网上批改的新途径。 3)教学评价的综合性与透明性融合。既然讲课就是表演，演员演得如何观众最有发言权，采取学生匿名网上评议制，对每位授课教师按照统一的评价指标给予教学质量评价，教师可以随时查阅学生评价做到有则改之无则加勉，这种方式有效提高了教师的教研水平。 4)学生成绩评定的多样性与灵滑性融合。采取平时考核(20％)＋实验考核(10％)＋学期考核(70％)作为学生的最终成绩，这样充分调动了学生学习的自主性与积极性，避免了一考定终生和逃课现象。 2.2　明确精品课程的内涵 精品课程是指具有一流教师队伍、一流教学内容、一流教学方法、一流教材、一流教学管理等特点的示范性课程，省级精品课《自动控制理论》是由自动化系负责开设的院级平台课，是一门理论性和实践性都很强的课程，理论比较枯燥，难以理解，其特点是概念多、抽象，理论分析和数学计算比重大，在课程讲授过程中，若不注重教学模式的改进，就会让学生感觉似乎在学一门“数学”课，跳不出抽象的理论框架，不知道如何把该课程的理论知识应用于工程实践中，那么，这门课程的讲授就是失败的。在课程教学改革实践中，引入CDIO模式，以小型控制课题为导向，引导学生自觉加深理论学习，依次完成控制系统建模、控制器设计、仿真实现，培养了学生的创新能力、动手能力及课题研究能力，激发了学生的学习兴趣。因此，教师要有目的、有计划、有步骤地结合教学的具体内容对学生进行思维方式的引导、指导和训练，使学生理解并掌握诸如典型化、线性化等处理方法和意义，体会到数学作为一种工具处理工程问题的重要性和趣味性，使学生变被动学为主动学，提高学习积极性，既巩固了知识体系，又树立起工程思想。 3　基于CDIO教育理念的教学改革 探索了CDIO理念下的以研究型学习，以实际的物理对象为背景进行控制系统建模、控制器设计、仿真实现的教学模式，并相应地对教学内容、教学手段、考试方式进行了配套改革。 3.1　教材建设 教材是教学理念的载体，是课程体系改革的核心。为了充分贯彻课程改革建设，发挥团队的特色，自2003年开始狠抓教材建设，相继出版了两部理论教材：《现代控制理论》(中国标准出版社2003)、《自动控制原理》(21世纪高等院校优秀教材，国防工业出版社2004)；两部与之配套的书籍：《自动控制理论学习指导》(大连理工大学出版社2004)，《自动控制理论实验及综合系统设计》(华中科技大学出版社2008)；一部用于指导学生进行计算机辅助设计的《控制系统数字仿真及MAT-LAB语言》(电子工业出版社2009)。形成了理论教学、实验教学、学习指导、CAD实现的系列特色教材，为知识的有效传播奠定了基础。 3.2　良好的开端是成功的关键——绪论的重要性 在绪论中重点介绍自动控制理论的发展史，研究的对象、方法及主要内容，自动控制理论的特点和发展趋势以及在工业生产、航空、航天等领域所起的重要作用。为了增强学生学习该课程的兴趣，课程中利用多媒体技术制作了多个视频资料，包括阿波罗登月、我国的神舟七号载人航天飞行、美国NASA的月球车、国际机器人大赛以及人在大脑支配下的行为过程等，并简要介绍了这些系统中用到的自动控制理论知识、课程的重点及学习方法，学生由此对课程产生了浓厚的兴趣及强烈的求知欲望，促进了学生从“要我学”到“我要学”的转变。 3.3　强化实践教学，提升工程实践能力 围绕工程实践和创新精神培养这一目标，实践教学构建三层体系，突出综合性、设计性、研究性训练，加强课内实验、课程设计、毕业设计等实践环节的有序衔接。提出以学生为主的“活跃课堂、积极实践、学术探讨、项目研究、网络助学”的教学模式，进行了基于“学术探讨、项目研究”的教学改革。将教学分成三个阶段：课堂教学、课程设计、毕业设计。精心设计了一整套与之对应的三级项目体系：以随堂进行的项目为三级项目，促进学生对专业核心课程的学习；以专业课程设计为二级项目，培养学生构建并运用知识模块的能力；以毕业设计为一级项目，培养学生用专业知识开发设计复杂系统和产品的能力。为探索CDIO教学模式，将授课教师从科研项目中提炼出来的基于团队的三级项目与课程实验教学有机融合，让学生在课堂上学习理论知识，课外进行三级项目的研究，使学生自主建立起以确定项目方案、设计和仿真为主要内容的学习体系。三级项目的最后，要求学生以撰写项目报告和制作PPT的形式进行项目研究的汇报，改变了以往以课后习题来巩固学生所学理论知识，类似于“纸上谈兵”的学习方式。结合不同章节内容的特点，教学骨干自行开发了所有课程的多媒体助学课件，如针对根轨迹绘制制作了全动画多媒体课件，受到学生的普遍欢迎。这种教学模式为创新人才成长提供了自主性、研究性、多样性的宽广舞台，促进了学生创新实践能力和综合素质的全面提升。燕山大学学生先后在全国“飞思卡尔杯”智能车大赛、“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛、“挑战杯”创业计划大赛以及全国电子设计竞赛等许多重要赛事中均取得了十分优异的成绩。 3.4　加强网络教学平台与资源共享建设 为培养学生自学能力，自行研发了网络综合教学平台，提供了15个子系统供师生使用，形成了一个集教学、学习、实验、设计、考研辅导、信息交流于一体的自动控制原理在线教学的专业网站，实现了教育资源共享。以图文并茂的形式提供丰富动感的教学内容，利于突出重点、突破难点，优化课堂结构，创造良好的网络教学环境，提供教学讲义、教学视频、课后练习测试、同步训练、在线答疑、提交作业、考研专题等多个栏目，为学生提供了丰富的教学资源。 3.5　开展研究型学习 教学中引入的工程实例倒立摆装置是一个复杂的、不稳定的非线性系统，是进行控制理论教学及开展各种控制实验的理想实验平台。通过对倒立摆的控制，检验新的控制方法是否有较强的处理非线性和不稳定性问题的能力。同时，其控制方法在军工、航天、机器人和一般工业过程领域中都有着广泛的用途，如机器人行走过程中的平衡控制、火箭发射中的垂直度控制和卫星飞行中的姿态控制等。教学中，将倒立摆作为工程实例贯穿整个课程，在各阶段理论教学后，完成倒立摆的系统建模、分析及控制器设计等，提高学生的工程应用能力及学以致用的信心。 研究型学习分三个阶段：(1)引导学生充分利用图书馆和网络，搜集相关资料；(2)学生分成研究小组，在6周的时间内，跟随课程的学习进度依次完成被控对象的建模和性能分析，并完成控制器的设计，然后用Matlab/Simulink建立控制系统的仿真模型，对系统的控制性能进行仿真分析；(3)要求学生以组为单位撰写研究报告，并以小组的形式进行研究汇报，汇报中要求小组成员全员参加，教师和其他组学生同时对研究情况进行打分评价。通过汇报，不仅可以活跃研究氛围，加强各组学生之间的交流，开阔学生的视野，还可以检验每个学生在课题研究中的参与程度。 最后，可以在一、二、三级倒立摆实验平台上，实现学生自行设计的系统验证。在课堂上，教师们也把工程项目的部分内容作为教学案例介绍给学生，注重知识讲授与项目实践有机结合。在课下，教师们带领学生积极参与科研项目研发或专业竞赛活动，培养了一批专业基础扎实、动手能力强的优秀学生。利用好现有的实验室和实习基地，探索出了一条行之有效的工程教育模式，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。 4　结束语 教学实践表明，基于CDIO教育理念的教学模式可以大大提高学生的学习积极性、主动性，促进学生从“要我学”到“我要学”的转变，有利于培养学生的动手能力、综合应用能力和创新能力。学生反映非常喜欢这种教学模式，并提出了很多很好的建议，加强了学生和教师之间的沟通与交流，起到了教学相长的效果。 作为一种工程教育教学模式，CDIO具有先进的理念和很好的借鉴作用。将这种工程教育思想贯穿于自动化专业人才培养方案改革、课程体系建设、师资队伍建设、实践教学建设等各个方面，构建理论与实践相结合，技术与市场相结合的应用型人才培养体系，为国家、地方培养合格的高级专门人才，是教育工作者的不懈追求。

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（WDMPON）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

煤矿机电设备管理问题及策略篇1 引言 一个企业的管理水平标志着该企业的竞争实力，煤炭企业也不例外，煤炭开采发展到技术高度发达的今天，离不开先进的机电设备。煤炭机电设备管理关系着整个煤炭企业的开展情况和企业效益情况。机电设备在工作过程中面对复杂的开采环境，必须做到机电设备的精细化管理，从而更好地保障煤矿企业的安全生产和经营。下面从煤炭机电设备管理的现状入手，分析机电设备定时维护、管理制度完善、培养技术人才等多方面存在的不足，探讨煤矿机电设备管理中需要改善的策略，期望煤矿机电设备更好地发挥作用，保障煤炭企业的生产。 1煤矿机电设备管理现状 随着科技进步，煤矿开采技术和生产逐渐摆脱了人的手工劳作，向机电设备自动化作业方式转变，煤矿机电设备的管理决定了煤矿企业的生产能力和企业利润。全面梳理煤矿机电设备管理的现状，查找存在的问题，解决煤矿企业的安全生产问题，提升企业效益，有必要从下面五个方面探讨煤矿机电设备存在的问题[1]。 1.1存在机电设备维护不到位的安全隐患 如今露天煤矿存量较少，现在煤矿开采多是地形复杂的井下煤炭开采。煤矿开采过程中是机电设备发挥主要作用，机电设备是一个复杂的机电系统。一方面，井下开采煤矿外部环境复杂，开采难度大，机电设备需长期在高湿的环境条件下工作，设备的性能和构成设备的金属材料都会受到不同程度的影响，在设备的运行中有可能被腐蚀或部件受损害；第二，煤矿企业为了追求利润最大化，存在机电设备长期工作而忽视机电设备维护的现象，没有重视机电设备维护保养；如果启用存在安全隐患的设备进行煤炭开采，设备的维护保养实施不到位，就会出现安全事故隐患[2]。 1.2机电设备管理制度不完善 “没有规矩不成方圆”，管理制度是企业发展到一定阶段，企业员工经过一段时间的工作实践总结出来的对企业员工的行为和设备操作有约束力的规范，这个规范有一定的原则、方法以及管理组织。煤炭企业在应用机电设备一段时间以后，应该制定符合企业运行的管理制度，管理制度可以从多个层面保障企业运转正常，如果企业机电设备管理制度不到位，那么企业员工在工作时就无章可循，容易导致操作失误。虽然煤矿机电设备类型各异，功能区别很大，但是根据实际情况制定管理制度克服困难是完全可以实现的，制度不按照企业实际情况制定，会造成企业隐患被忽视，设备安全检查流于表面文章，对企业正常运转造成很大的不确定性[3]。 1.3改变滞后的管理观念 我们国家地理资源丰富，煤炭资源分布的区域众多，这也造就了很多的煤矿企业。由于煤矿企业管理水平参差不齐，盲目追求眼前利益的管理层较多，这种管理观念严重制约了企业发展，没有意识到机电设备管理对于企业的重要性，导致没有从观念上去思考创新管理思路，没有意识到机电设备管理要上水平。事实上，很多煤炭企业管理者与现代企业管理者差距非常大，管理观念滞后严重制约着企业发展，必须提升管理者的能力改变滞后的管理观念。 1.4机电设备技术力量薄弱 企业要发展，必须有人才作为支撑。机电设备管理需要专业的技术人员，专业的技术人员可以让机电设备发挥更大的能量。由于煤矿企业所处的地理位置和薪资水平的限制，煤炭企业不容易招聘到高水平的技术人员，缺乏懂技术、懂管理、会操作的专业技术力量，这种情况下就不能及时对设备进行完好维护和故障排查。煤炭行业由于是传统行业，待遇水平与发达的城市新兴行业相比有很大的差距，导致人才流失，使得专业煤矿技术人员流向发达城市。尤其是有信息技术背景的人才流失更严重，煤矿企业的人才现状需要改善。 1.5机电设备技术水平低，设备利用率低 目前存在煤矿企业机电设备管理混乱、设备使用管理不完善的情况。在购买设备之前没有经过充分论证，购置了很多技术水平与实际生产不符的设备，这些设备不能明显提高煤炭的生产效率，导致大量的机电设备闲置，机电设备是固定资产投资，不仅占用了企业的资金流，而且生产环节仍缺乏高效的机电设备，致使企业生产效率不佳，影响企业生产。另一方面煤炭行业对于机电设备缺乏统一的制造标准要求，煤矿机电设备生产商的设计与研制类型、性能五花八门，使煤矿企业的机电设备管理增加了难度。 2煤矿机电设备管理改进措施 如果从业人员发现煤矿机电设备管理存在的问题，就要有针对性地去研究改进策略，从而改善煤矿企业的现状。下面从设备维护、管理制度建设、人才培养、信息化建设四个方面分析探讨改进措施。 2.1加强机电设备维护保养 为了防患于未然，机电设备维护保养是必不可少的。机电设备维护需要做出年度计划，对设备进行分类，有针对性的按照时间、设备类别、性能指标等方面制定维护保养手册，查找潜在的隐患，不放过每个可能存在的安全漏洞，防止由于设备故障导致的安全事故发生。例如：在环境复杂的井下作业设备，在没有明确有异物卡住了设备的某个部件，可能部件的磨损异常导致轴承或者齿轮等机械故障，没有及时维护的情况下可能对作业人员造成安全事故，尽可能定期对机电设备维护，排查安全隐患，是煤矿企业管理人员不可忽视的问题。在我国煤炭企业的资产中煤矿机电设备占很大比例，原值几乎占企业固定资产的一半以上，有统计数字显示煤炭企业安全事故多数是由设备的电气电火花造成的，这种故障完全可以通过机电设备维护排查出来，由此可见机电设备定时维护的重要性。 2.2加强企业机电设备管理制度建设 优秀的企业都有制度来保障，煤炭企业进行机电设备管理制度建设是用来保障企业高效运转的。制度建设是企业管理的一种有效手段，完善的机电设备管理制度可以从多个角度规范企业的设备管理人员，约束人员的行为。制度的前提是对企业现状有清晰的认识，在进行制度建设时需要关注两个方面的内容：第一，查找企业机电设备管理的不足，对不足之处进行修正，根据日常排查设备故障的流程做成制度文件，变成常态化的管理机制，同时企业管理人员把查找管理漏洞形成自觉的行为，形成企业文化；第二，制度建设全员参与，从高层领导到一线员工，对机电设备维护管理提出自己的合理化建议，形成有效的相对完善设备管理工作体系，保障煤炭企业建设自己独特的机电设备管理制度。 2.3加强企业机电设备人才培养 煤炭机电设备的技术指标关系着煤炭企业安全生产和经济效益是否顺利达成，其中机电设备专业技术人才起着越来越重要的作用。企业人才培育有两种途径，一方面需加强对本企业员工的专业技术培训，培训高技能的机电设备管理专业人才；另一方面是从大学和社会进行招聘，这条途径难度较大。由于煤炭企业多数处于经济不发达地区，因此最有效的途径是加强对本企业员工的技术培训，通过与高等院校进行产学研合作，加强员工的机电设备理论基础学习和实际操作维护技能的专业培训，为企业储备机电设备管理人才。 2.4加快煤矿企业信息化建设 煤炭企业有大量的机电设备作为工业化生产的工具，随着社会的技术进步，机电设备越来越向智能化方向改进。考虑在煤矿企业机电设备的信息化程度不高，有必要对煤矿企业建立信息化体系。由于煤炭企业信息化基础薄弱，可以先建立局部的信息化系统，逐步分阶段建立统一的信息化平台。先对煤炭企业现有可连接信息化平台的机电设备进行分析，按照空间布局可以分为地面控制设备和井下开采设备。主控中心应用服务器通过计算机应用系统将地面控制设备和井下机电开采设备集成在一起，地面控制设备包括显示屏，显示整个信息系统的设备运行状态和采集到的各项数据；井下机电设备是数据采集端，包含多个传感器，如温度传感器、压力传感器等多种环境信息传感器。煤矿企业信息化建设一方面能够加强机电设备的管理，省去了人力对环境的制约，实时信息很快反馈到主控中心，可以及时对危险情况进行应急处理；另一方面系统对设备的各项数据高频度采集，能建立设备的运行记录数据库，很好地监测设备的性能信息无需员工在现场收集记录。采用信息化管理机电设备是未来煤炭企业的管理发展趋势。 3煤矿机电设备管理未来发展趋势是信息化建设 随着信息化在社会经济中的地位越来越重要，我们国家发布了工业化和信息化两化融合体系的标准，对于工业企业提倡建立两化体系。煤炭企业管理模式要创新，信息化建设是未来煤矿机电设备管理发展的新趋势。下面探讨信息化建设需要重视的三个方面的问题。 3.1加强信息化建设投入 信息化建设是传统管理模式向新型管理模式的创新，需要企业高层领导的决心和坚持改革的信心。随着企业生产技术的发展，煤炭产量在增加。智能化的生产设备越来越多，尽快建立带有自动控制系统的机电设备，引进先进技术，需要企业加大信息化建设的投入，全面提升煤矿企业机电设备的技术水平。 3.2管理模式创新 建设信息化系统其实是将管理流程和流程中产生的数据信息融入到信息化系统中，信息化技术已经相对成熟，对应煤矿企业技术上没有挑战性，只要提出需求，建立适合企业的协同办公系统，并生成管理和交互的信息数据库，利用计算机网络应用技术统形成新的管理模式。煤矿企业要改变粗犷式管理模式为精细化管理，对企业的生产信息、物流信息、设备信息以及经营信息整理成一体化信息系统。该信息系统对提升煤矿企业机电设备管理、企业管理水平和管理效益是未来的管理模式创新实践，是未来发展趋势。 3.3培养煤炭信息化人才 社会发展到任何阶段，人才都是重中之重。建设信息化不仅仅包含信息化设备和智能化终端，人是发挥主观能动作用的。要建成什么水平的信息化系统，要达到的管理目标必须清晰。上述目标的达成都需要企业管理团队策划，对企业的管理细化到每个节点。如今煤矿企业信息化起步晚，缺乏信息化人才，要想快速提升煤矿企业的管理水平，必须将煤矿企业的人员培训成复合型人才，既满足煤矿企业需要的专业知识，同时具备信息化建设的相关知识。我国设有煤炭工业专业化的大中专院校，利用这些教学资源对煤矿职工进行培训，通过高校的师资力量培养煤炭信息化人才，才能更好地构建煤矿机电设备和信息化管理系统一体化平台的作用。 4加强煤矿机电设备管理的意义 4.1保障煤矿正常安全生产 现阶段的煤矿生产基本实现机械化，在机电设备的参与下生产煤炭，煤矿机电设备的种类、数量、自动控制能力都不同，需要操作人员对设备熟练掌握和控制使用。如果机电设备管理不完善，无法保证正常的生产。 4.2保障煤炭生产效率 技术的进步推动了煤炭机电设备的性能改进，尤其是自动控制技术的采用，使得煤炭开采效率大幅度提高。企业生产效率是受机电设备技术水平制约的。在煤炭企业，添置先进的机电设备需要投入大量的资金，每年计提设备折旧，维修保养费用不菲，因此机电设备的合理维护和保养，可提高机电设备的使用年限，对提高企业经营效益有重要的影响。 4.3保障企业生产安全 煤炭企业向来重视生产安全，煤矿井下事故的发生和煤炭机电设备故障有直接的关系，因此加强机电设备故障排查，做好设备检修和维护管理，保障机电设备正常运行，从而保障整个煤炭采煤过程的安全，减少煤矿安全事故的发生。 5结语 总而言之，煤矿生产过程面临的首要问题是必须保障生产安全，另一方面是高效进行煤炭开采。煤炭企业目标的实现离不开机电设备的新技术提升和完善的管理模式。在我国煤炭机电设备的管理中既要参照现代企业的管理制度，同时引入先进的信息化技术，保障煤炭机电设备效率发挥，尤其是注意培养煤矿机电设备行业的高端技术人才，为煤炭企业的发展做好基础性工作，相信未来煤炭行业能更好地为国家经济发展作出贡献。 作者:贾晓丽 单位:神华准资氧化铝中试厂 煤矿机电设备管理问题及策略篇2 随着煤矿现代化的不断发展，越来越多的机电设备被应用到开采工程中。由于煤矿井下的生产环境恶劣，机电设备会发生各种故障，严重威胁着煤矿的生产安全和生产效率。这就要求在煤矿开采中要做好机电设备的管理工作，通过对机电设备进行有效的维护和维修，从而保证设备运行状态的稳定。因此，做好煤矿机电设备的管理十分重要[1-3]。在实际工作过程中，由于煤矿机电设备的种类繁多，管理人员的素质参差不齐，存在的一些问题严重威胁着机电设备管理的有效性。本文围绕煤矿机电设备管理中存在的问题展开论述，重点讨论了改善机电设备管理的一些策略。 1煤矿机电设备管理中存在的问题分析 煤矿机电设备管理是通过一些手段使设备的运行性能保持稳定，以达到降低设备故障率，保证其运行安全的目的。然而，煤矿井下实际情况比较复杂，管理中存在的问题主要有机电设备运行维护不及时、管理制度不完善以及技术人员的水平低等。下面将对这几个方面进行具体分析。 1.1机电设备运行维护不及时 在进行煤矿机电设备管理时，最重要的是对机电设备进行维护。维护的主要目的是通过对设备进行检修发现一些潜在的故障并进行维修。在进行维修时，选择合适的时机十分重要。然而由于各种原因，选择维护的时机不恰当，一些潜在隐患被激发出来，从而导致机电设备故障，引发机电安全事故等。例如：在机电设备运行过程中，由于卡入了异物，某些部件出现严重的磨损而未及时维护，机械部件磨损断裂，从而引发了严重的机电故障，造成了重大损失。通常情况下，造成这种现象的主要原因是管理人员未认识到机电设备管理的重要性，或者是为了节省机电设备的运行维护成本。 1.2管理制度不完善 管理制度不完善是机电设备管理面临的又一个难题。造成这种现象的主要原因是煤矿井下机电设备众多，难以根据实际情况制订合理的管理制度[4-5]。很多煤矿的管理制度都是照搬别的煤矿的管理制度，但是，由于煤矿实际条件的差异性，一些制度可能不适用。当管理制度存在漏洞时，在进行设备维护时会出现各种问题，例如对设备的一些隐患排查不彻底，一些设备的检查流于形式等。目前，管理制度的不完善主要体现在2个方面，一方面是制定的有关管理制度存在问题，另一方面是一些管理制度在执行时存在问题。对于前者，文中已经进行了具体的分析；对于后者，主要原因是难以对一些制度的执行情况进行有效监管。在煤矿井下，机电设备分布的范围比较广而且数量众多，需要的机电管理人员数量较多，导致在执行某些制度时监管存在很大的问题。 1.3技术人员的水平低 在设备管理时，需要很多专业的技术人员。然而由于煤矿行业的特殊性，很多煤矿都缺乏高水平的技术人员，在进行设备维护和维修时不能有效排除故障隐患。此外，相对于其他行业，煤矿行业的待遇普遍较低，使得煤矿高水平的技术人员严重流失。随着煤矿机电设备的技术含量越来越高，特别是智能化开采发展以后，对机电技术人员的要求越来越高，相应的矛盾变得日益突出。为此，煤矿有关部门对这种问题应该给予足够的重视。 2机电设备管理改善策略分析 以上分析了煤矿机电设备管理中存在的一些问题，为了更好地对机电设备进行管理，需要针对现有的状况采取一些改进措施，主要包括采用信息化管理、重视机电技术人才的培养与引进以及完善现有的机电设备管理制度。下面将从这几个方面进行具体分析。 2.1采用信息化管理 为了进一步提升机电设备的管理效率，应该对煤矿机电设备进行信息化管理。通过构建信息化管理系统，可以实现对煤矿机电设备管理的自动化和集中化。常见的煤矿机电设备信息化管理如图1所示。由图1可知，煤矿机电设备信息化管理可以分为地面部分和井下部分。地面部分多为集控中心，主要是各种显示器，可以实时显示煤矿井下机电设备的运行状况等信息。而井下部分多是对机电设备的运行状态参数进行采集，这主要是由一些传感器完成，例如温度传感器、压力传感器和液位传感器等。采取信息化管理的优点主要包括以下3个方面：a)可以实现对煤矿机电设备的实时管理，一旦发现设备出现异常情况，可以通过喊话或者是直接操作的方式来防范危险情况的发生。b)实现了对设备内各种性能参数的记录，过去对设备的一些记录都是纸质化记录，这样不仅不方便查阅，而且还存在造假的嫌疑。进行了信息化处理后，提升了各种信息的可读性。c)实现了设备管理的自动化，通过传感器将各种参数进行实时采集，不需要人现场采集，极大地方便了设备的集中化管理，降低了人力资源的消耗。 2.2重视机电技术人才的培养与引进 在进行机电设备管理时，机电技术人才发挥着重要作用。为此，煤矿企业应该重视机电技术人才的培养与引进[5]。一方面，煤矿企业应该去招聘一些大中专学校毕业的机电专业的学生。考虑到机电方面专业人才培养需要较长的时间，为此，煤矿企业应该给予足够的支持，使其不仅掌握丰富的理论知识，还具有丰富的现场经验。更重要的是，给予优厚的待遇，提升其工作积极性。另一方面，煤矿企业还应该重视对机电技术人才的培养。考虑到煤矿行业招聘机电专业方面的技术人才比较困难，为此，应该对煤矿现有的一些技术人才进行培养。培养方式是通过与一些大型企业进行合作，例如在一些重要设备生产厂家进行培训，让技术人员充分了解设备各方面的知识。 2.3完善机电设备管理制度 良好的机电设备管理制度是实现煤矿机电设备有效管理的前提。为此，煤矿企业应该根据现有的情况完善机电设备管理制度。在实际工作中，主要做好以下2个方面的工作：a)发现管理中存在漏洞，要及时修正。在煤矿机电设备管理中，一些漏洞必然会长期存在，这也要求机电设备管理人员要对这些问题较为敏感。b)鼓励员工一起参与管理制度的修正，提出最有利的解决方案。对于员工提出的有效意见，相关部门应该给予一定的奖励，从而提高员工的工作积极性。 3结语 在煤矿生产过程中，机电设备管理对于煤矿开采的安全、高效进行具有十分重要的作用，为此应该做好煤矿机电设备管理工作。目前，中国煤矿机电设备管理中存在的问题主要有管理制度不完善、设备维护不及时以及人员素质低等。鉴于此，煤矿企业应该从采用信息化管理系统、重视机电技术人才的培养与引进以及完善现有的机电管理制度方面进行解决，从而为煤矿机电设备管理提供一定的技术参考。 作者:郝耀强 单位:山西焦煤集团西山煤电杜儿坪煤矿 煤矿机电设备管理问题及策略篇3 在当今煤矿开采过程中，各种机电设备在井下作业中发挥着不可替代的作用。一方面，机电设备的使用提高了生产作业的效率；另一方面，大量机电设备的使用也给管理提出了新的要求，许多事故的出现往往是由于管理不当造成的。同时，煤矿所处地形复杂，存在积水、许多易燃易爆气体，以及对管理缺乏深刻的认识，常会导致机电设备发生故障。如何进行有效的煤矿机电设备管理，是所有煤矿企业必须重视的一个课题。本文主要对目前煤矿机电设备管理中存在的一些问题进行研究，通过深入讨论这些问题有针对性地提出合理的改善策略。 1煤矿机电设备管理中存在的问题剖析 现如今，通过对煤矿机电设备的现代化升级，设备的功能越来越齐全，因此对设备精细化操作和管理要求也越来越高。但是在实际生产中，由于煤矿环境恶劣，企业待遇低等，无法吸引专业技术人员来高效操控机械设备，为了节约成本，大多借调一些其他技术工来操作。因此，机电设备老化、制度管理体系缺失以及信息共享程度低等问题日益突出，这些问题严重影响了煤矿机电设备的安全运行。 1.1机电安全管理制度不健全 规范、健全的管理制度能够使机电设备的管理有章可循。煤矿作业中设备多、情况复杂多变，生搬硬套的其他企业的管理模式可能并不能很好地适应本煤矿的情况，因此管理制度的制定和完善一直困扰着企业的决策者。一方面，现有的机电管理制度本身具有一定的局限性，无法满足复杂情况下机电设备的操作需求，缺乏更加细致的制度管理；另一方面，制度的制定最后还需要靠人来执行实现。实际中，相关人员责任意识不强，大多时候管理制度是为了应付检查而流于表面，工作中并没有对制度进行有效的贯彻和落实，缺乏对机电安全管理的深入理解，使得煤矿机电设备不能得到及时有效的维护和保养，不仅增加了企业的成本，还人为增大了事故发生的风险[1]。 1.2设备操作人员专业水平有限 机电设备的自动化程度越高，越需要高素质的专业人员进行操作和管理，如果操作人员缺乏专业的知识，没有经过操控培训，只是依靠自己的经验和意识去判断，这样一方面无法发掘机电设备的所有功能，进而无法快速、准确地完成作业，不利于企业的良性发展；另一方面，技术和知识的缺乏使得在日常机电设备管理中对设备的隐患排查不到位，进而使得机电安全事故时有发生，无形中增加了企业的生产成本和管理风险[2]。 1.3机电设备维护和保养不及时 机电设备在使用过程中需要定期维护和保养，对磨损的零部件要定期更换，这样才能延长设备的使用时间。然而，在实际生产过程中，设备超负荷运转是常态，尤其是在一些中小型煤矿企业中，这种情况十分严重[3]。长期超负荷运转不仅会缩短设备的使用年限，还会使设备事故频发，这显然不利于企业的长远持续发展。此外，一些关键零部件的不及时更换也会带来安全隐患。目前，许多先进的设备依然通过国外进口来满足需求，关键零部件损坏后在更换过程中需要花费更多的时间和资金，因此，企业为了维持正常运转，往往找一些功能相似的零部件作为补充，这样虽然能够暂时维持机电设备的正常运转，但设备的可靠性和稳定性无法得到保障，这对机电设备的管理提出了更大的挑战。 1.4机电管理信息滞后 传统的机电信息管理是通过纸质的方法去人工记录每个设备以及仪表的参数，然后通过汇总来判断整个作业面的工作情况。这种方式不但费时费力，而且由于数据量大，对机电设备状态的全面评估存在一定的滞后性。此外，手动记录和人工巡检的方式也无法实现对设备全时段的监测。 2煤矿机电设备管理的改善策略 2.1健全机电设备安全管理制度 建立健全机电设备安全管理制度对企业的生产至关重要。煤矿在生产过程中不仅要重视对设备的更新换代，还要对原有落后的制度进行完善。a)要对现有的制度及时进行补缺。可以通过大会讨论，多听取一线工作人员的反馈，然后有针对性地完善和健全管理制度。b)设立赏罚分明的奖惩机制，增强人员的参与感和工作积极性。c)针对一些容易忽视的环节，要做好突击检查，建立动态评价体系，切实将管理制度的执行落实到实际工作中。图1为煤矿机电设备安全管理流程图[4]。 2.2提升技术人员的专业水平 先进的设备管理需要更专业的理论知识和操作经验去指导，这样才能达到人尽其才，物尽其用。因此，为了维持煤矿企业的健康有序发展，企业必须培养一批能胜任相应岗位工作的机电管理人员。从企业层面来讲，一方面可以将现有的技术人员派出去接受专门的培训学习，通过技能考试获得相应的资格证书以后再上岗。这一批技术骨干回来以后可以将自己所学的新知识传授给新人，同时也可以与新人交流自己的实际操作经验，实现真正意义上的传帮带。另一方面，企业在招聘时，要考虑行业的特殊性，进一步完善薪资待遇和福利制度，吸引更多优秀的专业技术人员参与进来。与此同时，企业还可以设立一些提升通道，鼓励员工积极地提升自我。从国家层面来讲，要提高特殊岗位的准入门槛，坚决杜绝无证不合格人员进入，倒逼企业提升专业人员的能力和水平，使更加专业的人来管理机电设备，从而保证机电设备的安全运行和企业的高效生产。 2.3及时对机电设备进行维护 对机电设备进行有效的维护和保养也是机电设备管理重要的一部分[4]。对于一些故障频发的老旧设备，要定期做好维护和保养记录，为了方便管理，表1列出了一些常见的机电设备检查内容[5]。与此同时，企业还要做好预案，对一些关键的零配件要做好备份，这样在遇到设备故障时可以及时更换，节约时间和精力。此外，可通过仿真模拟的方法，对失效的零部件进行仿真计算，构建合适的系统可靠度与维修成本之间的正态分布数学模型，从源头做好相应的维护和保养预案，节约维护成本。图2和图3分别为不同期望值下系统可靠度随时间的变化关系、系统维护成本随时间的变化关系[6]。由图2仿真结果不难发现，系统可靠度可以分为初始状态下的震荡阶段和接下来的稳定阶段，且系统可靠度与期望值近似呈正相关变化；由图3的仿真结果对比可知，维护成本与期望值μ呈负相关。综上可知，在机电设备维护和保养过程中，可以通过选取具有高寿命期望值的零部件来提高系统可靠性，降低成本。针对复杂的操作环境，可建立合理的行之有效的设备检修与维护制度，使每个人在执行过程中操作更加规范和合理，提高设备运行效率。 2.4提升机电设备信息化管理水平 随着人工智能和物联网技术的发展，信息交互和共享在生产生活中越来越普遍。煤矿机电设备的管理由于作业困难、距离地面远，设备状态信息的实时监测和传递对于机电设备的管理显得十分重要。通过网络和大数据建立煤矿机电设备信息管理系统，可以对机电设备的状态进行全天候无死角跟踪和监测（见图4）[7]。相比于传统的人工检查和监控，煤矿机电设备信息管理系统更加高效和安全，大大提升了对机电设备的管理能力。 3结语 煤炭行业的特殊性使得机电设备的管理成为了煤矿企业必须面临的一个重要问题，更多智能化和自动化设备的投入对设备管理提出了更高的要求。目前来看，中国在机电设备管理方面与发达国家还存在一定的差距，主要表现为管理制度的健全方面、设备的维护和保养方面、高素质人才的培养方面以及设备的信息化建设方面等都亟待改善和提升。为此，针对这些存在的问题提出了一些改善策略，希望能为煤矿机电设备更加安全有效的管理提供理论参考。 参考文献： ［1］马会明.煤矿机电设备安全管理对策研究［J］.中国设备工程，2020(22)：54-56. ［2］郝耀强.煤矿机电设备管理存在的问题及改善策略［J］.能源与节能，2022(1)：167-168. ［3］郭海平.煤矿机电设备管理与维护分析［J］.能源与节能，2017(9)：90-91. ［4］王飞.杨伙盘煤矿机电安全巡检管理信息系统研究［D］.西安：西安科技大学，2018. ［5］闫力维，高清福，杨春红.煤矿机电设备维护管理标准化模式研究［J］.能源科技，2020，18(9)：67-70. ［6］韩自强，岳文辉.机电设备系统可靠度和维护成本建模与仿真［J］.机床与液压，2021，49(2)：110-112. ［7］李哲.煤矿机电设备管理信息系统设计［J］.机电工程技术，2020，49(3)：17-18. 作者:岳守鹏 单位:山西介休义棠青云煤业有限公司

高校计算机网络安全篇1 网络的发展使网络安全问题暴露出来，利用课堂教学来解决网络安全问题，是教育面临的一项重要的任务。高校计算机网络安全课程教学改革，成为新时代的一种教学趋势，也成为培养网络安全人才的有效途径。 一、当前计算机网络安全课程教学面临的现状当前高校计算机网络安全课程教学存在的一个问题是教学缺乏一定的实践性。当前的计算机网络安全课程由于受到传统教育的影响，在教学过程中教师只注重对学生知识的传授，而忽视了对学生实践能力的培养。由此可以看出，高校计算机网络安全课程教学改革势在必行，只有把这项教学任务做好才能真正地培养出专业的网络安全知识的计算机人才。 二、高效计算机网络安全课程的特点 （一）知识更新快，涉及面广 计算机和网络技术处于一个不断发展的状态中，因此，网络攻击手段的不断更新也推动了网络安全技术的不断发展。因此，网络安全知识处于一个不断更新的过程中。网络安全知识除了知识更新快，还有个特点是涉及面比较广，它包括操作系统、防火墙等应用系统的配置与构建，涉及病毒的防治，也包括了黑客的攻击。可以说它的知识面是比较广的，实践性也是比较强的。 （二）预备知识要求高 计算机网络安全课程是一门实践性和专业性都比较强的学科。因此在学习计算机网络安全课程前，学生应该掌握一定的计算机系统结构、计算机原理操作系统等相关课程。学生只有把这些课程的一些知识掌握好，才能够在学习计算机网络安全课程的时候更加容易理解知识，提高自己的学习效率。 三、高校计算机网络安全课程教学改革策略 （一）采用教学和实时演示相结合的教学方法 计算机教师可以利用网络平台和多媒体手段来进行计算机网络教学，利用案例进行实时教学。教师通过采用这种教学方式可以改变传统的理论说教，让学生在学习过程中充满无限的乐趣。例如，教师在讲解关于操作系统漏洞的修补时，可以利用网络上没有给操作系统安全补丁的计算机进行攻击，成功地使用仿真黑客攻击软件修改该计算机的密码让学生认识到网络安全的重要性。这样学生在具体的案例过程中就能够对计算机安全有更加深刻的理解。学生在这样的教学模式中学习就可以及时对理论知识有个把握，可以边学边练，对于提高自己的理论联系实际能力也有着深远的影响。 （二）激发学生学习兴趣，开展课堂谈论 学生具有一定的学习兴趣才能提高学习效率。教师应该注重培养学生的学习兴趣，让学生由被动地学习知识变为主动的探索知识，教师在激发学生学习兴趣的同时，可以开展课堂讨论，让学生在探究过程中学到一些计算机网络安全知识。例如，在讲密码学的时候，教师可以启发学生的思维，让小组讨论什么密码最安全，学生在观看实验的过程中能对理论知识有个直观了解。课堂讨论可以使计算机网络安全课程的教学环境变得具有灵活性，使课堂气氛比较活跃，学生在这样的课堂学习模式中，更容易激发学习兴趣。 （三）开展一些计算机网络安全知识教学的实训项目 计算机网络安全教学只有具有一定的实践性，才能真正提高学生的实践能力。高校可以开展一些计算机网络安全知识的实训项目，让学生在对计算机网络知识有全面的把握之后，让学生参与到项目的实训中。学生在实训过程中可以对学习的理论知识有更加深刻的理解，在参加实训项目的过程中，也能巩固自己学习的理论知识，对计算机网络安全知识有个更加全面的理解。可以说学生参加实训项目，对于以后提高自己的工作效率有着很大的帮助。高校通过开展计算机网络安全知识的教学实践项目可以让学生在实际操作中对计算机网络安全知识有个全面的认识，也能够提高自己的动手操作能力。高校计算机网络安全知识教学的改革，可以说是计算机教学改革面临的一项重要任务，也是培养学生计算机应用能力的有效途径。相信在广大教育工作者的努力之下，计算机网络安全课程改革将会实现质的飞跃，将会实现教学的发展。高校也会为企业培养出优秀的计算机网络安全知识的专业人才。 作者:阿巴白克力 单位:新疆教育学院 信息科学与技术学院 高校计算机网络安全篇2 １．引言 随着网络技术的迅速发展，电子商务、电子政务的开展、实施和应用，计算机网络成为日趋广泛的使用平台，高等院校为了适应时代的发展，培养具有较高、较全面的计算机网络安全知识的学生，就必须全面地讲授计算机网络安全的基本概念、理论、技术和方法，既符合高等教育的特点和要求，又符合高等院校培养计算机网络安全专业人才的要求。 ２．高等院校计算机网络安全课程定义及特点 为了加强对互联网的安全保护，维护公共秩序和社会稳定，有效地打击控制互联网上的病毒木马传播和网络犯罪，增强网络监管部门的安全监督、检查和指导力度，当前我国的高等院校需要培养一批具有较高的法律知识和计算机网络安全知识的专业人才，计算机网络安全课程成为这类计算机专业学生的主要必修课程。计算机网络安全本身可以构成一门学科，其涵盖的内容极为广泛，是计算机、通信、电子、数学、物理、生物、法律、教育、物理等学科交叉而形成的，理论与实际联系密切，新概念、新方法、新技术以及新问题层出不穷。计算机网络安全课程作为一门课程也就具有自身很多的特点。［１］ ２.１习主体的多样性和特殊性 高等院校一般都拥有普通计算机专业和计算机网络专业，学习的主体具有多样性和复杂性，普通计算机专业学生是面向社会的计算机实用性人才，只要掌握计算机网络安全的一般知识，能够保护计算机简单的网络安全即可。而计算机网络专业的学生毕业后大部分能够成为计算机网络安全维护的主要技术力量，因此，计算机网络安全课程对他们显得尤其重要。 ２.２识更新快，涉及面广 随着计算机和网络技术突飞猛进的发展，网络攻击手段与防范技术相互较量，推动网络安全技术日新月异。计算机网络安全课程就必须紧跟技术发展，随时更新。计算机网络安全课程既涉及与数学相关的密码学理论，也包括了操作系统、防火墙，ＶＰＮ等应用系统的配置与构建，既涉及病毒的防治，也包括了黑客的攻击，既涉及安全标准，也包括安全原理。 ２.３习的预备知识要求较高 学习计算机网络安全课程之前，应掌握计算机系统结构、计算机原理、操作系统、数据通信、计算机网络基本原理、程序设计和数论基础等相关课程。比如：必须先在计算机网络课程中了解、掌握了ＴＣＰ／ＩＰ协议，才能理解网络安全课程，才能理解利用协议漏洞进行Ｄｏｓ攻的原理，才能进一步了解计算机网络的安全的重要性。 ２.４践性强 计算机网络安全课程离开实践，“纸上谈兵”，只会使学生兴趣索然，摸不着边际。比如密码学“晦涩难懂”的概念，不安排实验实训，不让学生亲于去操科，就永远不能真正理解和运用。防火墙技术只有通过自己配置，才能领会其工作原理和技术。 ２.５验课程的技巧性 计算机网络安全课程的实验课程在安排上具有较强的技巧型，计算机网络安全课程的实验课程都是应用一些黑客软件，通过对网络安全的漏洞，提高对网络安全课程的进一步了解和提高。但是由于黑客软件具有一定的攻击性，难以监控，在安排实验课程时要注意技巧。首先，可以建立一个相应的网络安全课程实验室，实现专人专用，杜绝把黑客软件带出实验室。其次，建立严格的登记制度，实现以制度来核实仿真黑客软件的使用人，杜绝学生把黑客软件带出实验室，以免造成不良后果。［２］ ３．等院校计算机网络安全课程目标定位 ３.１习网络安全课程学生的定位对于学习网络安全课程的学生，他们毕业后，大多都能独立通过计算机控制病毒木马的传播，同时也是和计算机网络犯罪斗争的中坚力量，需要和计算机网络犯罪“斗智斗勇”，所谓“魔高一尺、道高一丈”。因此，学习计算机网络安全知识必须比一般计算机专业的要求还要高，为了加强实战能力，必须到电信企业计算机网络管理部门进行学习和锻炼，不能仅仅只流于表面，而是必须有较强的理论知识和实践经验，才能应对日趋复杂的计算机网络犯罪。 ３.２普通学计算机课程学生的定位 对于一般网络用户，只需要了解计算机病毒传播和表现特征，黑客入侵的惯用手段和防范措施，以及密码对于网络应用的重要性等这样此网络安全基本常识，学会保护自己即可。对于这些学计算机课程的学生，则要求深入理解和掌握网络安全理论和方法，包括密码学原理、思想和算法，密码体系设计要领和密码算法设计方法，深入理解和掌握安全通信协议与网络安全防御系统的构造与实现方法。 ４．高等院校计算机网络安全课程教学手段改革 计算机网络安全课程是一门极其重要的专业课程，具有知识内容更新快，涉及范围广的特点，因此，在教学过程中，如果使用“一成不变”的教学手段就难以达到良好的教学效果，改革教学手段就显得尤为重要。 ４.１立专有实验室的制度 建立专门针对计算机网络安全课程设立实验室，严格管理制度，做到“专机专用”，黑客仿真软件只允许在实验室里使用，而且必须严格软件使用登记记录，防止由于工作的疏忽，让学生将黑客仿真软件带出实验室，学生受好奇心和好胜心的驱使而攻击公共计算机网络。在实验室中建立一个安全工具库，教师和学生都需要一个这样的资源库。在网络安全课程中，可以使用库中的黑客仿真软件工具来设计试验方案。例如，可以２～３个学生一组安装一个虚拟的网络系统，然后检测使用黑客仿真软件攻击工具计算机的合法服务。如果实验室有一套相应的工具可以使用，那么学生就可以亲身实践他们课堂上所学习的理论，以加深理解所学内容。［２］ ４.２例教学和实时演示相结合 利用网络平台和多媒体手段在进行计算机网络教学时，利用案例进行实时教学。在网络安全课程教学实践中，边讲边操作，避免了单纯地理论说教，使学生有豁然开朗的感受，比方说在讲授关于操作系统漏洞的修补时。可以实际地利用网络上的没有给操作系统安全补丁的计算机进行攻击，成功的使用仿真黑客攻击软件修改该计算机的密码，使学生真正体会网络安全的重要性，从抽象的概念上升到形象上的认识。 ４.３发学生兴趣、开展课堂讨论 兴趣是最好的老师，目前的学生具有强烈的好奇心，因此，必须使用科学的教学方法提高学生的兴趣，培养学生的专研精神。把被动的“要我学”转换为主动的“我要学”。在课堂教学，开展课堂讨论，活跃课堂气氛，使学生在良好、互动的教学环境中取得很好的教学效果，比如在讲授密码学时，可以启发学生的思维，以小组讨论的方式来讨论什么密码最安全，并做实际演示，使学生能够建立“密码学”的概念，体会建立一个安全密码的重要性。 ５．高等院校计算机网络安全课程实验手段改革 ５.１计网络安全实验项目搭建实验平台 熟练使用网络工具、掌握网络管理、测试和网络安全技术在计算机网络专业课程教学中有着非常重要的地位。但是，现在我们的计算机网络教学和实验环境却滞后于课程建设的要求，在专有实验室搭建一个计算机网络平台，设计一个完整的实验项目，例如：实验项目中完整地建立一个ＦＴＰ服务器，提供合法的用户名和密码即合法的ＦＴＰ服务，利用黑客仿真软件进行攻击，我们利用３台计算机搭建一个小型局域网，建立一个利用ＣＡＩＮ软件获取密码的项目，通过黑客软件的手段获取密码或通过操作系统和网络漏洞攻击计算机网络的安全性。使学生形象的获取ＦＴＰ服务的登陆用户名和密码，帮助学生获得现实网络环境中多点之间关系的直接概念和网络现象，完成各种网络操作、管理和安全的学习任务。对于学生理解网络抽象概念，架构网络整体结构都大有裨益 ５.２签订合同责任书保证实践课程的完成 高等院校学生都有一个学期到实践部门学习的机会，但是由于在针对计算机网络攻击的网络监控工作中，很多技术性的侦察手段是必须保密的、是不公开的，因此，学生在实习过程中不能接触到实质性的、具有针对性的技术。在实战方面很难有所提高。可以签订合同责任书，具体到每个参与实习的学生和实习部门签订一个关于保密的合同责任书，以合同责任书来约束学生，防止侦察软件和技术手段的泄密，既能保证学生能够实战和理论相结合，也能保证侦察手段的泄漏。 作者:吴强 单位:郑州轻工业学院 高校计算机网络安全篇3 一、课程体系现状 在计算机网络专业中，计算机网络安全课程是绝对的主要课程，因此教师应该提高对于计算机网络安全课程教学的重视。而在现阶段的计算机网络安全教学实施过程中，还有很多问题存在，而这些问题主要以理论教学内容与实践教学内容分配不够合理为主。网络安全课程教学中虽然是理论性的内容偏多，因为网络安全课程是一门综合性课程，里面所涉及的知识是方方面面的，不仅包括网络技术、数字密码技术，也包括计算机科学技术等。但是网络安全课程所针对性培养的是学生的实践能力，因此也必须要加强对实践教学方面的重视，而从事计算机网络安全课程教学的教师，却因为实践课时的分配过少以及实践环境过于简单，而无法为学生提供更多的帮助，导致当前的实践教学的效果不够理想。同时，计算机网络课程的考核方式不够合理，由于过于注重理论考核，导致学生将自己的注意力都放在了对理论知识的掌握和学习方面，但是却忽略了自己的应用能力以及创新能力。尤其是学生为了应付考试对课本内容进行死记硬背，但是却并没有真正的将知识掌握和理解，同时也很难将这些知识运用于实践中解决现实问题。且因为学生的学习态度不端正，所以在进行课程考核的过程中，还有可能会出现抄袭、作弊的现象。这以上种种原因都不利于计算机网络安全课程的开展，也不利于计算机网络安全课程质量和效率的提升，同时更无法满足高职计算机网络安全课程教学开展的目的。因为现阶段网络安全技术依然得到了快速的发展，所以网络安全课程中的实践教学内容也应该进行更新和调整，尽可能的保证其教学内容中包含先进科学技术内容，而这也提醒了教师改革网络安全课程的教学内容是十分必要的，教师应该尽可能的结合多媒体教学资源以及网络作业对学生进行网络安全知识技能方面的培养和提升，而在教学中，文字教材就是基础，通过文字教材能够引导学生学习更多的知识，也能够带领学生进入到知识的海洋，而好的教材就如同一位好的老师，能够帮助学生由浅入深的掌握和理解知识，并形成一定的知识体系和知识学习习惯，而网络课程作业主要是为了帮助学生巩固知识点，使学生的学习思路得到拓展，让学生能够快速的完成答题。所以这也说明高职计算机网络课程教学的改革，不应该局限于文字教材，而是应该考虑到多种有效的教学方式，再结合这些有效的教学方式进行改革。 二、方法创新，项目驱动 网络安全课程作为一门实践性十分强的课程，主要注重的是对学生的应用能力的提升和培养，而在学生学习网络安全课程的过程中，教师也可以利用项目驱动的教学方式，激发学生对于网络安全课程的学习兴趣，同时引导学生加强对网络安全知识的掌握。 （一）“项目驱动”教学法 项目驱动教学法的重点就在于教师按照教学内容设计相应的教学项目，通过这些项目引导学生自主学习、独立思考，同时也能够使学生为了解决问题而参与到项目中，这样不但能够帮助学生理解和掌握知识，同时也能够提升和培养学生的知识技能以及创新思维。教师也可以以分组的形式让学生能够更加积极的参与到项目中来，并且通过分组的方式也可以让学生学会合作，不过必须明确的是在教学的过程中，学生才是一切的目的，教师应该围绕学生展开项目。 （二）多教学方法交叉使用 学生不应该被动的学习，而是应该主动的参与到教学活动中，而教师在发挥自己主导作用的同时，也应该考虑到学生的学习积极性，尽可能的在调动学生学习积极性之后，促使学生主动地对知识进行思考和探索，同时也鼓励学生大胆的提出问题、发散思维，并借由实践教学提升学生的实践能力，帮助学生积累一定的实践经验，而网络安全课程只能够在多媒体网络教室上课，因此教师也可以将理论知识的教学与实践教学结合在一起。 （三）“项目协作”教学法 利用项目协作教学法，能够根据学生的不同能力以及学生的知识技能的掌握情况，给学生分配不同的任务。而教师也主要是以小组为单位对学生进行教学，小组成员之间就可以利用合作的方式来共同进步，而不同的小组之间也可以组织网络对抗，利用网络对抗也能够有利于让双方都更加明确自身的优缺点，并且要查漏补缺。同时，学校也可以和企业达成合作关系，安排学生进入企业中学习，提升学生的实践能力。 三、结语 改革计算机网络安全课程教学不仅仅是为了推动计算机网络安全课程教学的发展，同时也是为了加强对计算机网络安全人才的培养，使计算机网络安全人才更加符合社会市场的需求，而想要做到这一点，那么也必须要改革计算机网络安全课程中的内容，并且，利用实践教学能够激发学生的学习兴趣，提升学生的动手实践能力，为学生的未来职业发展道路提供一定的帮助，因此计算机网络安全课程教学改革也应该注重其实践教学的开展。 参考文献 [1]徐伟.计算机网络安全课程实验教学实践研究[J].教育现代化,2018(18):115-116. [2]谢晓霞.高专计算机网络安全课程创新方略[J].网络安全技术与应用,2018(3):20. [3]阿巴白克力.高校计算机网络安全课程教学改革[J].现代职业教育,2016(13):87. 作者:王宓 单位:江西警察学院

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。