实验室自动化设计大全11篇

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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。

1EDA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Pentium166MMX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。到目前为止已建立起的软硬件环境如表1。

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WindowsNT4.0、Linux5.0、Net-ware3.12,工作站安装了DOS6.22、Win-dows98(中、英文)、WindowsNT、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。

中国-2EDA实验环境的管理

我校的EDA实验环境主要面向电子工程系和自动控制系学生,行政上挂靠电子工程系。为了便于协调管理,两系分别任命了兼职正副主任负责中心的建设和日常管理。

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。

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2自动化测试系统的设计

通过对低速无线传感器网络协议的深入研究，分析软件测试、通信协议测试和自动测试等相关理论知识，本文提出将通信协议测试和自动测试相结合的方法，实现对测试过程自动执行和测试结果的自动分析，是本系统的创新点。如图2所示，虚线框内测试步骤可以实现测试的自动执行，其中可视化用例设计器、测试用例生成器完成测试用例的自动生成工作，测试用例的自动生成是测试自动执行的关键部分。测试结果分析器则对测试结果进行自动分析。测试用例的设计和生成是协议测试的关键和难点，如何生成最能发现被测协议存在问题的测试用例，如何用最少的测试用例实现足够大的覆盖率，是协议一致性测试的目标和难点。本文提出利用测试用例的自动生成来解决这一问题。测试用例自动生成主要依靠测试用例自动生成器是来完成，是实现测试自动执行的核心。其体系结构如图3所示，其中用例设计描述是文本文件，描述测试用例的特性，选择的算法不同，描述方式也会有所不同。如采用“基于形式规格说明的方法”用Z，VDM，OBJ，LARCH等语言描述，采用“组合覆盖方法”则用XML脚本描述，因为XML脚本的可扩展性比较强，所以在目前的自动化测试系统中得到较多的使用。算法适配器为算法提供接口，向上提供算法支持服务给描述解析器，向下兼容多种算法，兼容多种算法能增强体系结构的扩展性和适用范围。描述解析器在算法适配器基础上分析用例设计描述，将用例描述转换成用例生成器可识别的内部描述形式，并传递给用例生成器。用例生成器获得来自描述解析器的内部描述，根据描述自动生成可执行测试用例。可执行的测试用例支持多种形式存储，如内存存储、文本存储、数据库存储等，具体的存储格式随着测试执行的需求变化。

3一致性自动化测试系统的实现

为了验证体系结构的适用性和有效性，搭建了基于MicrosoftVS2010、SQLServe2005、“分类树方法”、GDI+(GraphicsDeviceInterface)来实现无线传感器网络协议一致性测试的自动化系统。其中GDI+完成系统中的可视化用例设计器工作，它是一个语法可控制的、可视化、图形化的编辑器，帮助我们更加有效地使用分类树方法进行测试用例的设计。分类树方法是黑盒测试中的一种部分测试方法，是一种有效的功能测试方法。分类树方法的基本思想是：首先逐层划分测试对象的输入域，然后将划分的独立的类结合为无冗余的测试用例，这些测试用例覆盖了整个输入数据域。算法适配器、描述解析器、用例生成器、分类树方法均使用MicrosoftVS2010实现。SQLServer2005降低了管理数据基础设施和发送观察和信息给所有用户的成本，并具有可信任，高效，智能的特点。因此本文将测试系统及被测试网络信息存储在SQLServer2005数据库中，用来在自动执行测试用例时调用并存放测试结果信息。自动化测试系统在实际应用时，首先用GDI+构建测试用例设计，也就是生成XML语言描述的用例说明，然后描述解析器解析该用例说明并生成测试用例模板（系统内部格式），由用例生成器生成可执行的测试用例，调用SQLServer2005中存放的测试网络信息和测试配置信息执行测试用例并生成测试报告。本系统中人工只参与第一步，即用GDI+技术构建测试用例设计，其余部分均自动完成，提高了测试工作的效率和客观性。该实现已应用于国家科技重大专项“信息汇聚传感器网络综合测试与验证评估环境”中，限于篇幅测试过程不再赘述，经过测试发现了一些隐藏的无线传感器网络协议一致性测试问题，提高了一致性测试有效性和客观性，也证明了本文所提出的一致性测试自动化方法的有效性和实用性。

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中图分类号：G712 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2012）12-0123-02

全国大学生电子设计竞赛由教育部高教司和信息产业部人事司共同主办，大赛从一开始就确立了“推进教育教学改革，为人才培养服务”的宗旨，不断推进高校教育教学的改革与发展，通过竞赛推动高校对电子信息类专业的课程体系和课程内容的改革，促进高校实施素质教育，以此培养大学生的创断能力，协作精神和理论联系实际的能力。我院目前已经组织学生参与多次电子设计竞赛并多次获得了国家级及省级奖励。本文从电子设计竞赛的培训方法与培养学生的实践创新能力的关系入手，探索电子设计竞赛的培训策略与自动化专业实践教学改革的相互促进关系。

一、竞赛形式及对创新能力的要求

全国大学生电子设计竞赛以电子电路应用设计为主要内容，主要涉及电子技术、计算机技术、自动控制技术、通信技术和传感技术、电气工程与信息技术等多个专业，涉及到电路理论、单片机、可编程器件、嵌入式系统、智能控制等多门课程及电子信息类仿真软件与工具的应用。竞赛时间为连续的四个白天和三个晚上，在半封闭状态下进行。参赛成员需要在规定时间内独立提出设计方案，完成系统的硬件制作及软件调试，并且完成制作设计报告的撰写。由于时间紧、任务重，该竞赛对学生创新能力、设计制作能力、心理素质、团队精神以及身体素质都是一个挑战，它将检验学生综合运用知识的能力和实践创新能力。

二、电子设计竞赛培训策略与方法

电子设计竞赛涉及到多个学科专业知识的应用及综合创新能力的培养，作者认为，电子设计竞赛培训应当作为一项系统性的工作来进行，在前期经过充分宣传的基础上，吸收部分学习积极性高、学习能力强的学生加入到竞赛培训队伍中来，利用周末、假期等课余时间进行集中学习培训，增强学生的创新能力与实践能力。整个培训过程可大致分成以下几个阶段。

1.发动宣传阶段。利用入学教育、参观学习、作品展示、视频学习等方式，从进入大学的起，在入学教育讲座中，有意识地培养学生的创新精神及宣传电子设计竞赛对创新能力培养的促进作用；充分发挥大一、大二学生对学习方面的积极性及主观能性，在培养学生学习兴趣的同时，强化对学校的支持性政策的宣传。促进学生对电子设计竞赛的参与兴趣的培养，吸收一批优秀的学生加入到大学生电子设计竞赛的培养队伍中，扩大培训的基数，充分发挥电子设计竞赛培训对学生创新能力培养的促进作用。

2.理论学习阶段。通过专业课程、选修课程、学术讲座等培养学生的专业理论知识，主要是《电路理论》、《电子技术》、《自动控制理论》、《EDA技术》、《单片机原理与应用技术》等。充分利用专业教育中的理论课教学环节，在《电路理论》、《模拟电子技术》、《数字电子技术》、《单片机原理与应用》、《检测与传感技术》等相关课程的知识传授作用，而对于低年级同学，则建议其提前了解相关的专业课程，并重点学习如《单片机原理与应用》等相关技能课程。

3.集中培训阶段。在集中培训阶段，主要完成专业工具软件的学习培训及硬件功能模块的设计、实验制作与应用调试。电子设计竞赛主要所涉及到的学科包括电气信息类、电子技术类及智能控制类等，相关的专业仿真及应用软件，如Multisim，Pspice，Simulink，Proteus+keil C，protel等。专业工具软件的应用培训分小组进行，参与设计培训的学生可根据本人兴趣在指导老师的统筹协调下参与不同组别的专业软件应用培训，以便在提升学生具体技能的同时在参与竞赛时能进行协调搭配，充分发挥团队的合作力量。在集中培训阶段，还需要完成常用功能模块电路的设计制作与调试工作。在电子设计竞赛中，不同的设计课题需要采用不同的设计控制方案，但是对于常见的设计任务而言，一般需要完成电能变换主电路，信息采集与转换电路，输出显示（指示）电路与控制电路等，此外还需要基本的控制器最小系统，因此，在平时的集中训练中，分专题地对相关的电子信息类的功能电路模块进行分析与设计，通过模块电路的实际制作与实验调试掌握其基本技术性能，通过模块电路的实验数据结合仿真软件的仿真结果数据来对相关电路模块的功能参数进行修正，对相关的功能电路进行模块化、标准化设计，为下一阶段及竞赛提供实物支持。

4.赛前综合培训。在参与竞赛之前的约一个月的时间内进入赛前综合培训，在前期理论与实践强化的基础之上，主要进行电子系统集成综合培训，即根据电子竞赛的要求及历年的试题情况，对竞赛试题进行总结归纳的基础之上，针对设计要求，将前期的功能模块进行系统集成，组成具有完整功能的电子系统。在赛前综合培训中，指导教师需要对系统的设计方向进行总体把握，提出相应的设计任务，要求学生在规定的时间内完成相关的硬件、软件设计，并对最后的设计制作成品进行性能等级评定，指出其优点及不足之处，以便快速地提升学生的综合创新能力。根据培训结果及学生个人的特点，对参赛小组的成员进行动态调整与优化组合，考虑到不同成员的具体特长及团队协作能力，充分发挥竞赛团队成员的团队协作能力，使小组成员之间的优势互补。

三、自动化实践教学改革电子设计竞赛的相互促进

自动化专业教育要适应经济发展对人才需要的要求，更新课程体系，提高教学质量，强化学生的动手创新能力与专业综合素质。自动化专业作为一个工科专业，社会对于自动化专业相关人员的需求时尤其注重学生的专业综合素质、手创新能力及在校期间是否参加过相关的专业实践活动。鉴于目前电气信息与电子技术的快速发展，自动化及电气信息类的相关专业的实践教学总是落后于技术的发展进度，一般性的本科院长，受到教学经费投入的制约，在教学模式尤其是实践教学上，实验教学仪器相对老化，实验项目的设立比较僵化，缺乏灵活性，与培养学生就业，进一步拓宽行业就业范围的要求相矛盾，电子竞赛要求改革实践教学环节的传统方法，把最新的开发工具和应用技术引入到实践教学中，如将新技术、新器件和先进的实验平台软件引入本科生的实践教学过程中，加强《单片机原理与应用》、《DSP技术及嵌入式系统》等方面课程教学，将Pspice、MAX-Plus、Protel和Proteus等专业仿真工具软件的应用与理论、实践的教学有机结合起来，将软件开发工具穿插应用于相关课程的实践教学环节中。电子竞赛可以提高参赛学生对新技术的掌握能力，通过大赛和相关学科竞赛的锻炼，学生对新知识的选择性和灵活能力得到加强，这种能力在今后的就业中有着很大的优越性。同时，通过电子设计竞赛及培训活动，可增强学生对创新性学习活动的兴趣，强化学习效果。培养学生适应社会发展和科技进步需要，具备较高的综合素质、坚实宽广的工程技术基础、系统的专业知识和较强的实践能力和创新精神，具有解决自动化类专业技术问题的能力，在建筑电气与智能化、工业自动化以及电子信息等领域从事与工程设计、系统分析与运行、研究与开发、决策管理等相关方面工作的高层次应用型人才。强化电子设计竞赛培训对教学内容扩充和补充，解决社会需求和学生就业之间的矛盾，增强自动化专业实践教学特色、更新培养模式、提高教学质量，以更好地满足社会对人才的需求。

电子设计竞赛及培训可以增强学生的专业综合素质及动手创新能力，有利于激发学生的创新思维，培养学生严谨的科学工作态度、理论联系实际的学风、脚踏实地的实践创造能力和团结合作精神。从培训方法及培训策略等方面进行创新，将电子设计竞赛培训与自动化专业的实践教学改革进行有机结合，解决电子设计竞赛培训受益学生人数少与自动化专业实践教学模式与手段相对落后的问题，促进实践教学手段与内容的改革，增强学生的就业竞争力。上述方法通过近年来我校自动化及相关专业的电子设计竞赛的实践检验，极大地提升了教学效果，增强了学生的就业竞争力。

参考文献：

[1]刘中才，李前，李捷.探析大学生电子设计竞赛培训方法[J].中国科技信息，2011，（6）：171-172.

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作者简介：黄崇林（1975-），男，广东廉江人，广东石油化工学院机电工程学院，副教授。（广东　茂名　525000）

基金项目：本文系广东省高等教育教学改革工程项目（项目编号：YCJ20114731702）的研究成果。

中图分类号：G642.423?????文献标识码：A?????文章编号：1007-0079（2012）34-0106-02

随着科技进步和经济的飞跃发展，国际竞争日趋激烈。为加快国家创新体系的建设，提升国际竞争力，我国迫切需要一大批高素质的工程技术人才，这对我国人才的培养和教育提出了新的挑战和要求，对高等工程教育的改革起到了巨大的推动作用。近几年来，随着改革的不断深入，我国的高等教育体系发生了积极变化，但随着经济全球化的加速，高等教育特别是工程教育与经济发展的需要还显得很不适应，培养的工程技术人才远不能满足现代企业的要求，这种状况将直接影响我国的国际竞争力。据统计，我国只有不到10%的工科毕业生适合在跨国公司工作。不少现代企业对国内培养的毕业生评价是：学生独立性强、思路开阔、时尚、知识面广，但知识广而不深，专业知识不扎实，动手能力差；缺乏工程实践能力和工程创新意识，综合素质低下；交流与表达能力严重不足，缺乏成为一流工程师的潜质；学生熟悉工作须在企业工作3～4年左右。所有这些都为我国高等工程教育敲响了警钟，加强学生实践能力和综合素质的培养，构建以培养工程实践能力为导向的实践教学体系势在必行。

为了进一步适应社会发展对高素质工程技术人才的需求，结合广东石油化工学院（以下简称“我校”）在大工程观教育理念指导下的人才培养，对机械设计制造及其自动化专业工程实践教学体系的构建进行了探索和实践。

一、更新教育理念，培养学生的大工程观

实践教学是工科人才培养方案中的一个重要组成部分，要解决目前工科院校人才培养中存在的问题，必须借鉴国内外先进的高等工程教育理念，形成结合自身实际的工程教育理念。2008年，我校进行了大工程观教育理念、教育教学改革，经过近几年的探索和实践，机械设计制造及其自动化专业初步确立了“理论与实践结合，技术与工程素养结合，专业与地方制造业结合”的工程教育理念。理论与实践结合：工程实践教学与理论教学相互支撑、相互促进、相互融合，以理论教学带动工程实践教学，以工程实践教学促进理论教学，良性互动，共同发展。技术与工程素养结合：强调以工程素养为基础，以工程实践深化理论知识，综合培养学生的工程创新与技术实践能力。专业与地方制造业结合：强调结合地方制造业的产品实现全过程运作能力的培养，并通过加强校企合作，提高学生的适应能力和就业竞争力。根据自身形成的工程教育理念，结合学校自身的优势和办学特点，合理制定专业人才培养方案，构建新的实践教学体系，以培养学生的大工程观。

二、加强实验教学的改革，强化学生基础性实践环节的训练

实验教学作为对课堂理论知识教学的必要补充和延伸，进行实验教学改革对培养学生的大工程观，提高学生的工程素质和工程实践能力起着重要的作用。

1.深化实验教学内容改革，增加设计性、综合性实验

传统的实验教学多以演示性、验证性实验为主，我校机械设计制造及其自动化专业在进行实验教学改革时，要求每一门有实验课的课程都要开出一个以上的综合设计性实验，通过综合设计性实验项目形成系列课程，并互相衔接、互相配合、互相支撑，强化学生对专业课程的理解能力；实验指导教师要结合实验内容编写相对应的实验教材，最好能与工程实践相联系，同时鼓励教师申报与课程实验教学改革相关的教研项目，深化实验教学改革。专业学生能够在夯实基础实验的同时，使实践动手能力和创新能力得到大大提高。

2.开放专业实验室，探索开放性实验教学模式

在学校实现课程资源和实验资源共享的同时，探索开放性实验教学模式，可以让学生充分利用实验设备资源进行实践活动，探索、研究自己感兴趣的课题。通过开放性的实验教学，充分发挥学生的主观能动性，增强学生分析问题、解决问题的能力。目前我校部分进行课外科技创新的同学已能很好地利用开放性实验教学模式进行学习和研究。

3.合并、重组实验室，建立一体化的创新综合训练平台

改变基础实验室和专业实验室专为某一课程或专业服务的状况，根据功能和专业特点进行整合，建设多个具有专业特点、符合地方产业发展的实验、实训平台，如先进制造技术综合训练平台、机电一体化系统设计综合训练平台等。通过这些平台的建立，培养学生独立设计和自主开发的综合能力，为学生今后的就业和发展打下坚实的基础。

三、拓宽工程训练渠道，加强实习基地的建设

1.建立产学研有机结合的校外实习基地

认识实习、生产实习和毕业实习是机械设计制造及其自动化专业重要的实践性环节，学校在选择校外实习基地时，要求企业与专业设置吻合，并具有先进的设备和营销理念，使学生通过不同层次的实习，逐渐了解机械工业生产的各种类型和特点，了解企业的生产、管理和文化，熟悉各种零部件的加工工艺和方法，充分发挥校外实习基地在培养学生大工程观方面的作用。目前，我校机械设计制造及其自动化专业已经在茂名、柳州、桂林等地建立了相对稳定的校外实习基地，与企业进行产学研项目合作还有待加强。

2.建设功能强大、水平先进的现代机械工程训练中心

现代机械工程训练中心是我校在2008年整合学校优质实验教学资源并结合周边地区的石油化工产业、打造石油化工特色高校所建立的工程训练中心，2010年获得国家财政部支持建设。中心面向全校开展工程认知教育，并对全校30个理工科专业开设实验、实习和工程实训项目以及科研创新活动。中心以学生为主体，以科学技术发展和社会需求为导向，面向石油化工行业，面向区域经济，面向基层一线，构建面向石化过程的工业系统和石油化工过程装备制造实践的工程认知、工程基础技能实训、现代设计与先进制造技术综合工程实训、创新实训的“四层次阶梯式”具有石油化工特色的工程训练教学体系，开展“实物实训与虚拟实训、固定实训与开放实训、传统实训与创新实训、工程实训与技能培训”相结合的教学实训，着力培养学生的专业实践能力和科研创新能力。该中心的建设突出石化特色，采用先进的教育理念、完善的教学体系、丰富的教学内容、先进的教学方法手段及合理的管理和运行机制，强化对学生工程实践与专业能力以及科研创新能力的培养，可为学生提供一个真正的工程训练场所。

四、加强设计类环节，提高学生工程设计能力

课程设计是培养学生综合运用所学的课程知识，模拟解决工程实际问题的训练过程。在机械设计制造及其自动化专业的课程设计中，有机械设计基础课程设计、专业课程设计等，在课程设计具体组织实施的过程中，课程设计的题目偏少，不利于学生独立思考，容易滋生抄袭的不良风气。教师在选题上应尽可能接近工程实际，尽可能做到每人设计的内容不同，增加课程设计的综合性，提高学生的工程设计能力。

毕业设计是机械设计制造及其自动化专业学生毕业前总结性的实践教学环节，通过毕业设计能使学生综合运用所学的各种理论知识和技能，进行全面、系统的技术及基本技能的练习。因此，应采取有效措施，加强毕业设计环节的管理，提高毕业设计质量。具体做到：一是优化选题，把好毕业设计入口关；二是强化监控，严格毕业设计过程管理；三是量化考核，客观评定毕业设计成绩。

五、建立多样化的课外实践能力培养体系

课外课堂也是工程实践教学体系中重要的一个环节。学校应以培养学生大工程观和工程应用能力为出发点，为学生创造积极参加课外课堂活动的条件。如：

（1）选拔学生参与到教师的科研工作中，让学生尽早接触工程实际项目。

（2）鼓励学生申报大学生实验创新基金项目，由指导教师把关，学生利用课外时间查阅资料、设定方案、配备仪器进行实验，加强学用结合，实行个性化教育，培养创新能力。

（3）组织学生参加具有学科特色的技能竞赛和课外科技活动，如“挑战杯”大学生课外学术作品大赛、机械创新设计大赛等。

（4）鼓励院系每学年面向学生举行一定次数的学术报告等。

目前，学校已经开展大学生素质拓展学分计划，大学生素质拓展学分包括学术科技和专业技能、文化艺术和体育竞技、社会实践与志愿服务三部分。推进大学生素质拓展计划，建立多样化的课外实践能力培养体系，可以让学生的创新意识与创新能力在实践中得到培养和锻炼，促进大学生成才成长、全面发展。

六、建设一支与学生工程实践能力培养要求相适应的教师队伍

落实人才培养方案，实施实践教学体系的各个环节，关键在于建立一支与学生工程实践能力培养要求相适应的师资队伍。学校教师的理论水平是不容质疑的，但具有较强工程实践能力的教师偏少，不能满足高素质工程技术人才培养的需要，为此，学校采取了“引进、培养与企业聘请”相结合的方式，提高师资队伍整体工程实践能力。具体措施有：

（1）不受学历和职称的限制，重点引进一批具有一定理论基础、实践经验丰富、来自生产一线的工程师或高级工程师，以充实学校的专职教师队伍。

（2）通过制定制度，明确要求中青年教师下实验室，并且要有不少于1年的企业挂职锻炼，要求副教授职称以上的中老年教师，每年至少完成一项企业实际工程项目。

（3）建立学生企业学习阶段的“双导师”制，学校教师和现场工程师一起指导学生实习，学校指导教师在企业指导学生的时间每周不少于一天，通过这些措施，培养学校教师的工程实践能力。

（4）建立企业兼职教师选拔和管理制度，建立一支相对稳定的综合素质高、工程实践经验丰富、年富力强的企业导师队伍和企业专业课兼职教师队伍。

参考文献：

[1]赵汉清，等.以培养工程能力为导向的机电实践教学体系的构建[J].中国电力教育，2011，（19）：136-137.

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中图分类号：G642.41 文献标识码：C DOI：10.3969/j.issn.1672-8181.2013.15.025

1 引言

随着电子设计自动化（EDA）技术的不断发展，传统基于固定芯片和固定连线的嵌入式开发设计方法逐渐淘汰，基于可编程逻辑器件的芯片设计与实现方案被广泛采用。各高校信息与通信工程本科专业一般都开设相关选修课[1]，如《FPGA系统及应用》，《可编程逻辑器件设计》，《软件无线电》等。这些课程中都涉及FPGA（现场可编程门阵列）这一核心芯片的设计与实现，为了辅助教学内容，本类课程的讲授一般采取课程教学和实验教学相结合的方式，课程教学和实验教学的学时安排一般是2：1，或者更高达到1：1[2]。该类课程的主要特点就是重实践，因此课程和实验设置需要注重对于学生动手能力的培养[3]。

可编程逻辑器件的实验设计通常以模块化开发为主，指导学生采用EDA设计思想，进行可编程器件的设计编程与仿真验证，实验教学可以辅助课堂教学取得良好的效果[4]。然而，在目前的可编程逻辑器件实验设计中也存在一些问题，同学们经常会遇到仿真分析和实际系统工作不一致的情况，导致实验无法继续，同学也不知如何处理。引起这类问题的原因其实有很多种，包括硬件问题、设计时序问题等等。传统解决这种问题的方法是指导学生将一些关键信号的管脚引出，用示波器进行逻辑分析。但这种分析方法存在两个问题，一方面是所需要观察的信号往往较多，一般的示波器通道数有限，不能够很好分析多路信号的逻辑关系，另一方面是一般的实验开发板也并不能把多个管脚全部引出并设置观测点。随着可编程逻辑器件技术的不断发展，无论是Xillinx公司生产的芯片还是Altera公司生产的芯片，一般都提供在线逻辑分析仪功能，其基本原理是通过消耗一定的硬件资源（一般是RAM资源），来达到实时在线的数据逻辑分析。从而可以有效提高同学们的实验验证效率，并启发指导学生独立进行系统验证、故障排除，有助于学生掌握解决相关专业工程技术问题的技能，培养学生具有良好的创新实践能力和动手能力。

2 在线逻辑分析仪功能分析

在线逻辑分析仪的主要功能是在上板在线测试过程中采集并观察芯片内部信号，以便于进行时序及逻辑正确性验证[5]。主要工作原理是通过在综合后网表里插入用于采集数据的IP核（包括ILA、ICON），然后选择需要观测的信号量、用于触发采样的触发信号、以及采样时钟，然后运行产生一个新的网表文件重新布局布线并生成可在芯片中运行的二进制文件。其功能实现流程如图1所示：

图1 在线逻辑分析仪功能实现流程

在芯片运行过程中，如果满足触发条件，则芯片里面的逻辑分析仪IP核会自动将所需观测的信号量采集并存储在芯片内的RAM中，并将采集结果通过JTAG传输至PC机的监控界面上进行显示，显示方式也可以灵活配置，既可以选择二进制形式按位输出，或者将其中任意信号绑定为一组总线信号，进行波形显示，这个过程就像操作一个真实的逻辑分析仪一样。基于在线逻辑分析仪的开发测试如图2所示：

图2 基于在线逻辑分析仪的开发测试图

如上所述，在线逻辑分析仪可以摒弃传统昂贵的逻辑分析仪在线实时地进行时序调试。通过设置，可以有选择地观察可编程逻辑器件内部的任何信号，并可灵活设置触发条件（如时钟上升沿、下降沿、自定义的触发信号及信号的逻辑组合）、数据宽度和深度等，这些设置与资源的消耗是相关的。

在线逻辑分析仪的引入也带来一些问题，首先，编译时间被延长得很长。每次编译过程中，都会根据你添加的逻辑分析仪工程文件重新生成一次网表，再重新编译整个工程，那么编译时间就不可避免地被延长了。另一方面，由于在线逻辑分析仪本身是需要占用可编程逻辑器件资源的，如需要观察更多的数据宽度和深度，则占用可编程逻辑器件资源较多，同时资源的消耗也会带来时序方面的影响，就像测不准原理一样，测量过程的引入会导致对原系统一定程度的改变，但只要综合考虑待测系统与在线逻辑分析仪的资源消耗以及进行合理的时序设计，这些问题是可以得到很好的控制的。

3 基于在线逻辑分析仪的实验设计

基于在线逻辑分析仪的实验编排既需要具有逻辑系统开发代表性，又需要符合本科生的实际能力和知识背景。

在线逻辑分析仪的选择取决于硬件平台的选择，由于Xilinx的开发环境功能较全，集成了软件开发、前仿真、后仿真以及在线调试工具，在课程实验设计中，我们选择Xilinx公司Viertex5系列的芯片，以及Chipscope作为在线逻辑分析仪。

为了体现在线逻辑分析仪的作用，实验设计中采用了比较教学法。设计对象为数字通信系统中经常出现的毛刺现象。这是在可编程逻辑器件设计中经常出现并困扰设计者的重要问题，这类错误往往较难发现，但却能导致较为严重的逻辑错误，降低整个数字系统的工作可靠性。

在可编程逻辑器件课程中的高级用法介绍时，一般都会介绍毛刺产生的原理。即这是由于信号在可编程逻辑器件的内部走线延迟和组合逻辑的不同步所导致的，在多路信号变化的瞬间，组合逻辑的输出常常产生一些小的尖峰，这是由可编程逻辑器件内部结构特性决定的，因此这类现象通常出现在多路组合逻辑中。

学生在学习这一概念时往往仅有理论认识，缺乏直观的理解。因此，在课程实验设计中分别采用组合逻辑和时序逻辑进行某个加法器的设计实现。并采用毛刺检测电路对毛刺进行捕捉并通过在线逻辑分析仪将各观察点上出现的毛刺检测出来并存储，并将其显示在屏幕上。这样在同一功能模块对应的不同实现方案所产生的在线逻辑分析仪输出结果并不相同，从而证明了时序逻辑可以显著避免组合逻辑中毛刺的产生，其可靠性要优于组合逻辑。

在实验设计中，还可结合采用陷阱教学法，即在模块的设计中故意引入组合逻辑中容易产生毛刺的错误写法，让学生采用在线逻辑分析仪自己发现错误，体会该类错误发生的原因，并进行相应纠正。从而使同学更深刻理解硬件描述语言的综合结果及在线逻辑分析仪调试的方法和作用，同时通过这种方法可以培养他们注意细节的良好习惯。

由于在线逻辑分析仪可以进行灵活的触发条件配置、采样时钟选择。因此，在基于在线逻辑分析仪的实验设计中还可结合不同设置条件进行逻辑分析仪验证。如为了能有效地捕捉数据流，可以设置多种不同的触发方式，如：基本触发、随机触发、延迟触发等。以及采用不同的采样时钟，并将观察结果输出至屏幕显示，分析比较不同设置对于毛刺的影响，加深对于在线逻辑分析仪的使用理解和对于毛刺产生机理的认识。

4 结论

本文研究阐述了信息与通信工程专业EDA课程教学和实验的特点现状，阐述了对于学生理解时序设计的重要性，并分析了在线逻辑分析仪在EDA设计开发中起到的重要作用。在此基础上，将在线可编程逻辑分析仪引入实验教学，结合采用比较教学法和陷阱教学法，提出了基于在线逻辑分析仪的课程实验设计。通过这类实验可以使同学们更深刻地理解硬件描述语言及可编程逻辑器件的时序设计。

参考文献：

[1]王桂珍.电子设计实践教学中硬件设计软件化初探[J].中国现代教育装备，2007，（12）：78-80.

[2]于华楠，赵睿，邬春明，秦力.基于通信工程专业的EDA教学探讨与实践[J].东北电力大学学报，2011，31（5）：195-197.

[3]胡永祥，杨伟丰，蒋鸿，刘丰年.应用型通信工程专业实践教学体系的构建[J].湖南工业大学学报，2011，25（3）：105-108.

篇（6）

中图分类号：G424 文献标识码：A

Exploration and Practice of Mechanical Engineering and Automation

Experimental Teaching Based on the Concept of DMTC

WANG Wei， ZHU Gang， ZHANG Jun， YANG Tao

（College of Mechanical Engineering， Chongqing University of Technology， Chongqing 400050）

Abstract Open experimental teaching is one of the effective ways to train high-quality application-oriented talents. The Centre will introduce the concept of application-oriented DMTC Mechanical Experimental Teaching session， conducted a series of experiments to explore from teaching content， pattern， etc.， to establish a "main line， four-dimensional cooperation" experimental teaching system， stimulate the enthusiasm of students， mobilize the enthusiasm of students， improve the quality of teaching experiments to improve the student's basic technical innovation ability， practical ability and proficiency.

Key words experimental teaching； innovative ability； mode； open

高等院校作为国家人才培养战略的重要基地，在创新型应用人才培养上担负着极为重要的责任。①实践教学模式及体系是工科类高等教育应用创新能力培养的重要组成，它在高素质应用型高级专门技术人才的培养中发挥着至关重要的作用。②随着机械制造技术水平的发展，机械制造业对劳动者的技术水平提出了更新更高的要求。而实践教学是高等院校培养学生基本技术创新能力、实践动手能力和应用能力的重要途径。

为了更好地培养机械设计制造及其自动化专业学生的基本技术创新能力、实践动手能力和应用能力等能力，强化学生对机械工程专业认识的整体性及全局观，重庆理工大学机械工程学院实践教学及技能培训中心在实践教学模式及体系的构建与实践过程中，引入DMTC（设计（Design）、制造（Manufacture）、检测（Testing）、控制（Control））教育理念，做了一些积极的探索与实践。

1 目前存在的问题

理论教学与实践教学是传统教学分类方法中的两种形式，长期固化的教学理念使得实践教学在高等教育体系中都处于一种尴尬的地位。③在如何通过实验教学提升学生的基本技术创新能力、实践动手能力和应用能力方面，很多高等院校都进行了积极的、广泛的探索与实践。近年来，也有一些高等院校在多层次的实验室开放模式方面进行了大胆的探索与实践，并取得了一定的成效。但每个院校、专业知识构成与产业结构需求都各不相同，探索与院校、专业、产业需求相适宜的实验室开放模式、实验教学模式是当前实验室教学改革实践的新方向之一。④⑤⑥目前，综合分析国内其他高等院校及我校实验室开放的情况，还存在如下问题：

（1）实验教学体系完整性、系统性欠佳。现有实验教学体系只是对原有实验项目的整合，或在某些环节进行改革，或增加部分科技活动与竞赛等内容；实验项目学时较短，只是被动的模仿、演示、验证，实验内容分散、孤立，实验教学体系完整性、关联性、系统性欠佳，无法达到高素质应用型高级专门人才培养的要求，更不利于学生创新能力和创新思维的形成。⑦⑧

（2）实验开放模式适应性不够。实验教学开放仅限于时间与空间，实验内容没有开放，这就无法摆脱对理论教学的依附性，从而使学生始终处于被动学习状态，难以实现学生在教学活动中的主体地位， 难以实现学生的个性发展与创造性的发挥，也难以实现培养学生工程实践能力的要求，使得“注重学生基本技术创新能力、实践动手能力和应用能力的培养， 实现学生在教学活动中的主体地位”的目标落空。⑨

（3）实验软硬件条件有待提高。实验教学经费不足直接影响着教学水平的提高， 特别是高校的不断扩招使原本紧张的经费更加捉襟见肘。机械设计制造及其自动化本科专业实验教学中所涉及的各类机床、数控系统、液压系统、测试仪器等实验教学仪器的不足，直接影响着学生基本技术创新能力、实践动手能力和应用能力的培养。⑩

2 实验教学内容与模式的探索

“培养适应经济社会发展需要的、具有较强创新精神和实践能力的高素质应用型高级专门人才” 是我校本科人才培养的目标，开放式实验教学是实现这一目标的有效途径。借鉴国内外其它院校在机械类专业实验室的建设经验，以及结合我校专业及行业需求的实际情况，我们对实验教学进行了积极探索。

2.1 实验体系的构建

机械设计制造及其自动化专业含机械设计、机械制造、机电一体化三个方向，针对不同的专业方向、不同的年级，对机械设计制造及其自动化专业实验教学体系进行改进，建立了适合于学生实际情况的“一条主线，四维协作”实验教学体系，方便学生根据自己的专业方向、年纪、知识结构水平、兴趣等选择实验。图1为机械设计制造及其自动化专业实验教学体系。

图1 实验教学体系框架

从图1中可知，实验教学体系包含3个平台，即基本技能实验平台、专业技能实验平台及设计研究型实验平台。基本技能实验平台主要培养学生机械工程基本实践能力，专业技能实验平台注重于培养学生在机械专业方面的实践与知识综合运用能力。这两个平台在正常的教学计划内执行，总学时为32学时，必选实验20学时，任选实验12学时以上。设计研究型实验平台在正常教学计划外执行，选修16学时，主要包括专业综合实验、学生科技活动、机械设计大赛、校实验创新基金项目等。

2.1.1 基本技能实验平台

基本技能实验平台主要培养学生在机械工程方面所具备的基本实践动手能力；此平台涵盖机械设计软件应用、工艺工装、刀具结构及其应用、检测技术和机电液传动控制五个系列。每个系列又由若干实验项目组成，内容涉及软件基本技能、机床结构分析与工艺基础、常用刀具结构分析、传统检测手段、检测工具、电机控制、液压回路设计与组装等，教学模式采用传统与现代教学方法相结合的方式。

2.1.2 专业技能实验平台

根据DMTC教育理念开设一系列实验，其目的是通过一些综合型、设计型实验，来培养学生实践动手能力和解决工程实际问题的应用能力。此平台涵盖先进设计分析、先进制造技术、先进检测技术、先进控制技术四个系列，每个系列又由若干实验项目组成，内容涉及典型机构动力学分析、数控机床编程加工、特种加工技术、三维逆向技术、液压控制、伺服控制等。实验项目采取小组分工形式，小组中的学生需根据自己专业方向、学习兴趣等从中选修一些实验项目。让学生熟悉整个机械工程的实际流程，强化学生对机械工程专业认识的整体性及全局观。

2.1.3 设计研究型实验平台

计研究型实验平台是通过专业综合应用系列、科技活动、专业技能竞赛等开放性、设计研究型的项目，培养学生基本的创新能力和解决工程实际问题的应用能力，其中专业综合应用系列为三个专业方向必修实验，分别为机构创新设计实验、组合夹具组装实验、机电综合实验；科技活动主要有大学生实验创新性项目、学生科研项目等；专业技能竞赛主要有机械创新设计大赛、数控技能竞赛等。

2.2 实验平台的实践

教学改革面临的首要问题是：整个实验教学体系实施的课时已经超出人才培养的计划课时。要解决这个问题，首先必须转变实验教学的理念，实验教学的目的是为了培养学生基本技能，是学生理论联系实际的纽带，不是完成教学计划任务。我们把基本技能实验平台的全部实验和专业技能实验平台大部分实验安排在人才培养计划课时中执行，专业技能实验平台少部分实验和设计研究试验平台则利用课外执行。开发一些紧密联系工程实际的实验项目，或鼓励学生自带实验项目走进实验室，诱导学生自主学习。

在这几年的实践中，学生申报了高速加工中心切削性能测试、数控机床调试实验、凸轮轮廓形检测实验的开发与设计等大学生创新性实验计划项目；学生参加机械创新设计大赛，累计获得国家二等奖2项，重庆赛区一等奖3项，二等奖5项，三等奖1项。部分学生参与的项目成果已经应用到其它实验教学中，如学生参与教师科研项目研制的凸轮廓线检测仪，已投入到基本技能实验平台的实验教学中；部分系列实验已经发展为职业技能培训项目。如数控车床、加工中心编程实验等发展为数控机床操作培训项目，若通过国家职业技能等级考试就可颁发相应的职业等级证书。

3 探索与实践的几点体会

（1）专业实验教学的改革，必须以机械设计制造及其自动化专业的发展为出发点，兼顾日新月异的科技发展趋势及社会需求。（2）专业实验所涉及的各种技术发展突飞猛进，各种实验仪器设备更新换代也较迅速，仪器设备的投入也比较大，要多途径、多方式解决这个问题，如建立校企联合实验室、校外实验中心、虚拟实验室等。（3）实验室开放这一教学模式逐步得到了学生的认可，学生从中获得了更多的知识与技能，提高了学生的专业素质。同时也提高了实验室的设备利用率，服务了教学。

机械设计制造及其自动技术日新月异，应用型技术人才的需求也随之变化，我们将继续努力，使我们的实验教学体系更加适应社会发展的需求。

重庆理工大学重大教学成果重点培育项目：“一条主线 四维协作”，建立适应机械专业创新人才培养的实践教学和质量保障体系项目资助（[2013]57号） （下转第79页）（上接第75页）

注释

① 卢东宁.高等学校应用型人才培养模式研究[J].西南农业大学学报（社会科学版），2011.7：139-141.

② 杨少卿.改革实验教学模式，培养学生创新能力[J].黑龙江教育（高教研究与评估版），2005.Z2：50-51.

③ 程敏熙，赵芝孟，颜巧莹.简论高等学校理论教学与实验教学的关系[J].实验技术与管理，2001.2：186-189.

④ 张瑞珠，郝用兴.实验教学改革实践与综合实验中心建设的思考[J].华北水利水电学院学报（社科版），1998.2：70-72.

⑤ 徐格宁，陆凤仪，孙大刚，等.创建地方高校国家级机械实验教学示范中心的探索实践[J].实验技术与管理，2010.2：1-3.

⑥ 李仁兴，施江澜.机械实验教学创新及其改革实践[J].职业技术教育，2004.25：55-56.

⑦ 吴景华，尹念东.新建地方高校机械实验教学体系改革的研究[J].黄石理工学院学报（人文社会科学版），2007.4：113-115.

篇（7）

国民经济各部门的技术设备最重要来源就是机械制造行业，这也是工业制造业中最主要的方面，对于完善我国的产业体系所发挥的作用是非常巨大的。究其原因，机械设计与制造实现自动化的改革是促进机械设计和制造持续发展和创新的主要方面，因此则可以通过这个环节来实现整个产业发展的不断变革和创新。虽然我国近年来非常重视创新，但是与发达国家进行比较还是存在非常大的差距，所以，需要深入理解其真正的含义，并且探索出一条具有中国特色的机械设计和制造的自动化发展道路

1机械设计制造及其自动化特点

传统的机械设计与机械设计制造及其自动化之间存在很大的差距，其最本质的区别就是智能化和自动化。机械设计自动化主要是将各种技术进行综合应用，但绝不是简单的将机械设计与多种技术进行简单的堆叠，其本质是有机的结合多种技术，从而能够构建一个统一的整体，进而使智能化成为现代机械设计与制造自动化的主要特点

机械设计与制造的自动化能够完全的响应设备自身功能的需要。任何一款产品的内在要求都是特定的，这就是该产品被设计开发阿德主要目的，然而机械设计和制造的自动化则能够使产品能够很好的满足产品自身内在功能的要求。机械设计设计和制造自动化系统的实施，则能使产品从输入端到输出端都能够产生响应的输出，进而满足其自身功能的要求。机械设计制造自动化系统则是一种全面的符合性含义，其中不仅囊括了机电一体化，而且还将机电一体化产品纳入了其中，这就是产品的设计和制造以及产品功能的实现看成一个统一的整体来对待，但其内在的主要目的则是为了实现其内在的功能能够满足使用方的需要

2机械自动化的发展优势探究

2.1自动化机械操作简便

在我们在实现机械化控制功能的过程中，要全面的了解整个控制系统的功能，对其工作形式进行逐渐的更新，没有必要对产品的零部件进行改变，只是需要对其运行程序进行相应的调整和更新，通过不同的控制程序的编制和输入，实现设备自动化生产的目标，这样设备就能够按照所设定的程序进行各种不同模式的生产，因此我们能够有效的对自动化生产过程进行全面的监控，并且能够通过对其的诊断来制定相应的保护措施，以实现设备的自动保护。运用过程控制来简化整个操作过程，这样就能够简化基本的工作流程，通过对各种程序的有效控制来实现对整个操作过程的优化，真正的实现机械设计制造的自动化

2.2机械自动化适用范围广

在我们进行机械生产自动化的过程中需要对多种技术进行交叉使用，进而实现各种技术的有机结合，这就使得生产自动化过程中对各种技术复合使用，在进行自动调节，自动保护，自动控制和自动补偿的过程中，这些方面的功能则可以提高设备的安全性和可靠性，我们总结用户需求时，需要结合其具体要求的功能进行自动化设计

3机械设计及其自动化的发展方向

3.1微型化

1980年以来，机械自动化领域开始进行微型化设计，而且也开始投入到实际生产之中。国外则把该系统称为微机械自动化系统，或者是微电子机械系统，其所覆盖的范围是比较广的，任何大小不超过一平方厘米的机器自动化产品都在其范围之内，这主要是因为其精准度需要向微米，纳米的靠近。由于微机械自动化产品自身体积小，移动灵活，能耗低等特点，因此就将该技术应用于精确度要求较高的行业，比如军事信息，生物医学等方面，主要是由于这些行业所需要的产品必须要精确到微米或纳米，这样微电子机械系统就可以有效的地发挥其自身的优势。如今，微机械自动化的发展到达了一个新的时期，面临的挑战和机遇更多，如果无法进一步满足精准度的要求或不能实现更加精密的加工，那么微型化也就无法继续得到发展

3.2绿色化

工业的生产和发展极大地方便了人们的生活，但是其生产过程中对于重型机械和重金属的运用则对环境造成了比较大的影响。如何实现工业生产与环境的和谐发展已成为当今亟待解决的问题，因此，机械工程设计制造及其自动化，必须要将绿色化考虑在内。绿色化产品应主注重回收和再利用，通常情况下旧的重型机械在失去使用价值后都是被直接丢掉，对环境造成了沉重的负担，与此同时还造成了资源的浪费，因此对其的回收和再利用是非常重要的。世界各地的人们都非常重视绿色健康，中国作为世界上新兴的大国必须要与世界机械发展的方向相一致

3.3模块化

传统的机械设计制造行业存在非常大的竞争，自动化的产品的种类繁多，厂家更是比比皆是，所以实现机械设计行业的模块化是一项非常艰难的过程。因此标准的机械接口的研究和开发，以及统一的电源接口、机械自动化环境接口则成为了该过程的重要方面。因此，就可以在标准单元下对新产品进行开发，进而能够使生产规模得到显著的提高。显然，实现电气产品的标准化所产生的效果是显著的，不管是对生产标准的机械自动化产品的单位还是自动化机械的生产单位，模块化的实现能够使得机械自动化生产企业看到更管阔的发展空间

3.4智能化

21世纪以来，自动化技术不但使机械设计制造拥有了更加广阔的发展空间，而且对于各个领域都产生了重要的影响，将技术看做减轻人类负担的重要方面，所以自动化在机械制造中就实现了减轻人们负担的作用。这种智能体现在机器的自动化生产过程，将传统的控制理论与人工智能，心理学，计算机科学，运筹学，数学等知识进行结合，获得新的方法来模拟人工智能，这样就使得机器能够进行判断，形成相应的逻辑思维能力。同时，能够进行自主决策，在机器遇到故障是能够及时的处理，当机器能够自主的进行判断和产生逻辑思维时就已经达到了较高的水平，这样就使得人类对机器的控制更加便捷。当然，任何机器都不能完全摆脱人类进行全自动化的生产和作业，因此保留相应的人工控制和智能的链接还是非常必要的，这就保证了当生产过程中机器出现状况能够及时的进行解决

3.5网络化

众所周知，计算机和网络是第三次科技革命的主要成就，如今计算机技术也得到了迅速的发展。生活中我们能够感受到网络的优势，如洗衣机，洗碗机等。由于网络的迅速发展，地球更加倾向于整合，经济出现一体化，竞争也已经成为了世界范围内的竞争。网络的普及推动了自动化产品的普及，特别是对远程监控和网络检测技术具有显著的效果，该项技术的终端就是机械自动化的产品。各种家用电器使用网络进行连接，并以电脑作为集成中心从而形成家电系统网络，让人们在家中能够完全享受高科技所实现的便利

总之，机械设计制造及其自动化是在竞争激烈的当今社会的潮流，在这种形势下如何能够更好地进行创新，实现利益的双丰收则成为每个企业应该考虑的重要方面，因此就需要实现机械设计制造自动化过程的模块化和绿色化发展。本文以上的几个方面则根据不同的角度来分析机械设计和制造在未来的发展方向，但是，只有继续的探索和实践才能够实现其真正的发展

参考文献

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作者简介：聂建英（1972-），女，湖南桃源人，中国石油大学（北京）自动化系，讲师；罗雄麟（1963-），男，湖南汨罗人，中国石油大学（北京）自动化系，教授，博士生导师。（北京 102249）

基金项目：本文系2010年教育部第六批高校特色专业项目（项目编号：TS11822）的研究成果。

中图分类号：G642     文献标识码：A     文章编号：1007-0079（2012）15-0080-03

在中国石油大学（北京）（以下简称“我校”）自动化专业实践教学环节中，与专业相关的主要实践课程有：生产实习、过程控制综合实践、计算机控制综合实践以及毕业设计等。但是，在实践教学课程的实际运行中，存在着综合实践课程与生产实习脱节，生产实习严禁学生操作而导致实习效果欠佳等问题。我校作为一所具有鲜明石油特色的高等院校，自动化专业学生毕业后将直接进入石油石化行业就业。校园是大学生学习最重要的地方，强化学生实践和创新能力的工程教育要结合行业和区域特点，建构合理的实践教学体系，实施工程教育创新，提高学生实践和创新能力。[1，2]

一、当前自动化专业实践教学环节存在的问题及改革措施

1.综合实践及毕业设计存在的问题

当前我校自动化专业实践教学缺乏对学生工程意识的培养。校内综合实践及毕业设计题目工程背景呈淡化趋势。自动化专业综合实践以教为主，缺少现场资料，培养的学生“从学校到学校”，工程实践能力不强。不能使学生具有从事实际工作的实用技能。毕业设计选题通常是教师出题，学生选题方式，教师拟定的题目往往与其所授科目及从事的研究方向有关。学生不了解，难以发挥学生的积极主动性。[1]

2.生产实习中存在的问题

实习环节在专业培养计划中肩负着专业理论学习与实践应用直接关联的任务，实习环节的教学内容、教学方式也直接显示了学校的办学特色。过去，我校自动化生产实习的场所均在各石油化工企业，石油石化企业现代化管理制度的日益完善，使得学生进入石油石化企业现场的难度增大，生产单位不愿意接待学生实习，实习的内容在不断简化，学生只能看、不能动手实践，现场实习时间缩短，因此实习教学的效果在下降。但同时，现代化石油石化企业对所接受本科毕业生的要求不仅没有改变反而更高，他们希望大学生到工作现场后能快速适应环境，但是，学生的实际表现往往与他们的期望脱节，学校培养的学生需要经过二次培训才能达到企业的实际要求。

3.实践教学改革措施

在新形势下，高校实践环节如何改革，教学水平如何提高是高校深入教学改革的重要内容。借鉴其他高等院校国家工程训练中心和企业实训基地的建设理念，以及现代仿真技术在石油石化行业的发展应用，半实物仿真基地的建设将成为石油高校主干专业实践教学改革的必经之路。

现代化的炼油和石油化工装置对自动化控制系统的要求越来越高，要对装置和工艺过程进行有效地操作和控制，装置工程师、控制工程师、生产操作人员必须在较短时间内掌握先进的控制技术，熟悉调节控制的方法，全面掌握工艺过程原理及动态特性等一系列与生产操作相关的知识。

学校建设了仿真实践教学基地，为学生提供有效的实践机会，全面提高学生的素质和综合操作技能水平、过程知识和经验，使他们掌握新的、先进的控制系统，熟悉调节控制的方法，全面掌握和了解工艺过程本身的原理以及其动态特性，缩短将来适应工作环境的时间，充分发挥理论和实践相结合的优势。

二、自动化实践教学基地建设

1.建设内容

自动化实践教学基地分两部分建设：催化裂化工艺装置半实物仿真系统；炼油化工过程的仿真培训系统。

炼油化工过程的仿真模拟培训系统由集散控制系统（DCS）和操作培训系统（operation training system，OTS）上下两层系统构成。

催化裂化半实物工艺流程仿真系统，按工业装置实物比例缩小的催化裂化实物仿真装置并与仿真模拟培训系统配套硬件。

2.催化裂化工艺装置半实物仿真系统

按工业装置实物比例缩小的催化裂化实物仿真装置并与仿真模拟培训系统配套硬件，体现提升管反应、两段再生、外取热、原料掺渣油、小回炼、催化裂化产物分离、液化气生产、汽油处理和稳定等过程的等特点。

实物工艺流程仿真装置为全装置，包括反应再生设备、塔、压缩机、机泵、换热器、空冷器等设备构件。以学校提供的某真实炼油厂催化裂化装置进行8∶1比例缩小建设。装置内不运行实际物料，部分重要输入输出数据与实物装置现相联系。以DCS控制系统为中心，反应—再生和分馏系统的重要数据在实物装置上显示，重要阀位数据现场显示和调节双向传送。

各种阀门以及相关仪表包括流量、液位、压力等，所有控制操作在DCS系统上操作完成，现场阀操作在装置现场真实操作，工艺变化的参数为“模拟计算出”的参数，由仿真软件提供。除了半实物催化裂化装置，OTS系统还订制开发了匹配的催化裂化工艺模型。

3.炼油化工过程的仿真模拟培训系统

建设基于霍尼韦尔先进的 ePKS（即Experion 过程知识系统）DCS 控制系统及 Unisim 模拟平台的仿真模拟培训系统。Experion 过程知识系统是最新一代的过程自动化系统，UniSimTM 是业界应用广泛，并经多年工程实践检验的仿真模拟平台。它内置严格的物性库和热力学状态方程，采用模块化的模拟引擎来执行实时的工艺和控制系统动态模拟计算。模型今后可扩展余地很大，能不断添加新的内容，确保今后10到20年不落后，与目前石油石化企业仿真培训系统保持一致，与企业保持技术零距离，使学生得到充分锻炼。建成的仿真系统具备先进性、开放性及标准化，易于今后的不断扩展。

（1）炼油化工过程的仿真模拟培训系统系统结构图。炼油化工过程的仿真模拟培训系统由集散控制系统（DCS）和操作培训系统（OTS）上下两层系统构成。系统总体应具有开放性、标准化、先进性。

（2）炼油化工过程的仿真模拟培训系统基本配置。炼油化工过程的仿真培训系统包括一套ePKS DCS控制系统和一套操作培训系统（OTS）。其中操作培训系统（OTS）含5套Unisim仿真模拟系统和5个标准工艺模型，其中FCC模型需要定制开发，与所建设的半实物工艺流程仿真装置匹配。5个标准工艺模型分别为：常减压蒸馏装置模型（CDU& VDU）、连续重整装置（CCR）、柴油加氢装置（DHDS）、加氢裂化装置（HCU）、催化裂化（FCC）。

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动态体验展示设计强调的是体验二字, 给参观者生动、逼真、身临其境之感, 让人们对茶文化有更深层的感知和了解, 我们参观茶文化博物馆, 是否对立面的展示品有兴趣, 很大程度上取决于视觉、听觉、触觉等感官的感知空间。目前茶文化博物馆常用的动态体验展示设计主要分为四种类型:虚拟空间、动态展示、手工操作、互动体验。本文分别就以上四种类型的展示设计进行解析。

2 虚拟空间展示设计

在计算机技术的支持下, 创造出一个虚拟的场景或者空间, 继而演绎某一历史时期下的茶故事。虚拟空间大多是三维立体成像或者是立体电影的形式, 营造出形象逼真、栩栩如生的茶文化氛围, 给参观者无比新奇的身临其境之感。

2.1 幻影成像

20多年前, 西方发达国家的许多公共场所都应用了幻影成像技术, 我国是最近几年, 在新建的科技馆、博物馆中开始尝试应用幻影成像。它是在幻影与实景造型相结合的基础上, 把拍摄的人物、景色等投射在布景箱的主题模型景观上, 最后影像通过半反光、半透明的玻璃与模型景观融为一体, 在与参观者的互动中, 演绎故事, 重现历史。幻影成像最大的特色是直观逼真、栩栩如生, 在声音、视觉效果的渲染下, 能够引起参与者的共鸣, 激发人们的内心情感, 非常适合用来演绎茶文化的历史故事。

比如:美国波士顿茶叶故事博物馆 (Boston tea party museum) 通过成像模拟和交互设计重现了一场无比伦比的历史场景参观者置身于300多年前的商船模型中, 通过计算机技术投射人物光影, 在将茶叶融入大海的欢呼声中, 所有参观者一瞬间仿佛穿越到18世纪茶叶贸易垄断的时期, 亲眼见证了北美殖民地的人们奋起反抗英国殖民者。同样, 中国的茶文化展示设计, 同样可以利用幻影成像技术为参观者重现真实的历史事件, 比如时期用烟换茶叶、茶马互市等, 从而给参观者更加真实的感知和体验。当然, 历史事件的重现务必要真实客观, 所有的场景、人物、故事都要经过详细考证, 绝不能杜撰。

2.2 茶数字博物馆

当今时代, 数字无疑是最具有发展前景的信息技术, 数字化的茶博物馆通过3D建模、虚拟现实等技术, 再配合动画模型、人机交互等, 可以让人们在任何地方、任何时间参观存在于虚拟网络世界中的博物馆。数字化的茶博物馆蕴藏信息之丰富、传播信息之迅速、交流互动之便捷等一系列优势, 都是其它展示设计方式所无法比拟的, 它没有时间、空间的限制, 在广大茶文化爱好者与茶文化博物馆之间搭建起良好的互动平台。

3 动态展示与手工操作

3.1 茶动态模型

采用新媒体技术、物理原理等, 实现了静态茶文化展览品的动态化。比如:要向参观者展示一个小型茶叶制作机械, 如果它是二维图片, 给人的就是视觉感知;如果它是三维的茶叶制作机械, 那么给人的体验就要比二维图片丰富;假如这个机械是四维动态的, 那么给参观者的视觉感知就更加丰富了。相比二维平面图片和三维立体静态的展示, 人们肯定更喜欢四维动态化的茶模型。又如:三沸示意模型的展示, 把一些气体融入水中, 参观者就会看到《茶经五之煮》的一幕:如鱼目微有声为一沸、缘边如涌泉连珠为二沸、腾波鼓浪为三沸。动态化的茶模型比静态的墙展、图片、资料陈列更加生动形象, 一沸、二沸、三沸之间的区别一目了然。

3.2 茶影像体验

采用LED显示屏、投影幕布等, 为参观者动态展示茶具、茶叶、茶艺、茶道、茶知识、茶俗等。它的展示形式可以是短小精悍的微电影, 比如描述某一件茶事, 还可以是弧幕影院那种大视野, 给人强烈震撼的影片。总之, 充分发挥茶影像技术的优势, 能够开拓参与者的事业, 让人们对创新的茶科技有更深入的了解, 最终实现参与者和茶文化之间的良好互动。除此之外, 必定会有更加多元化的多媒体技术应用到茶文化的展示设计中, 茶文化的传播途径得以拓展。

3.3 采茶制茶

茶叶从茶园走进人们生活的过程, 就是采茶制茶的过程, 这也是茶文化中不可或缺的重要环节。参观者对采茶制茶充满了好奇, 比如:什么样的茶叶既好看又好喝?雀舌、单芽、旗枪到底是什么形状?茶叶的形状也能制作出来吗等等。茶博物馆完全可以为参观者提供一个可以亲自采摘的茶园, 在工作人员的指导下, 让人们了解工夫红茶、铁观音、龙井茶等制作流程, 人们亲身参与揉捻茶叶, 有更多的接触茶叶的机会, 通过手工操作掌握茶叶的发酵、干燥工序等。如果场地有限, 茶博物馆则可以提供简单的扁担、竹篓、微型揉捻机、炒锅、炭火等采茶制茶的器具, 让人们能够参与其中。

3.4 壶艺作坊

有句话并非空谈器为茶之父。茶文化的展示设计必然包括了茶壶, 茶博物馆可以另辟一个制作紫砂壶、陶泥壶的空间, 比如:将一张木质桌子摆放于大厅中间, 上面放一些紫砂、泥巴等, 以供参观者动手体验。陶艺壶的制作相对简单, 它追求一种质朴、稚拙感。紫砂壶的制作流程相对复杂, 需要围桶身、敲击泥片、捏塑壶盖, 然后再加上壶把与壶嘴, 最后还要打磨到色泽光亮。

3.5 制作茶点

这部分主要针对一些高品质的茶楼会所而言的, 在展示茶餐的同时, 可以配以茶点的制作, 让顾客了解茶点的制作工具和材料。根据顾客个人所需, 可以自由选择茶点口味。茶食、茶点、茶菜深受顾客青睐, 人们也更愿意参与到制作茶点的活动中, 不仅丰富了各种茶点、茶食的种类, 而且有助于促进我国茶叶行业的发展与进步。

4 互动体验

4.1 营造场景

为了让参观者感受原滋原味的茶文化, 茶博物馆可以营造某些具有传承意义的历史场景, 并体现出某个时期的风俗文化, 从而提高茶博物馆的展陈效果。比如:藏族酥油茶、傣族烤茶等茶文化展陈设计就是通过营造场景来表现风俗人情的, 围绕藏族、傣族的茶事活动来布置环境, 包括制茶、品茶、茶艺等, 就像符号化的藏族文字、语言、饰物, 让参与者融入到藏族的风俗文化中, 通过工作人员的讲解和指导, 参与者可亲自制作酥油茶, 使用藏族礼仪, 穿戴藏族服饰, 在互动中刺激人们的视觉、听觉、味觉、嗅觉等各感官。营造场景同样要以真实为原则, 本着科学、客观、严肃的态度重构茶文化、茶历史中的一切人、事、景。

4.2 茶道与茶艺

在品茶中获得心灵的启迪、生命的感悟等, 即为茶道。活动中可以重现古老的传统茶道, 也可以展示现代社会的茶道:布置场景、营造氛围、摆设茶案器具, 指导人们正确的奉茶姿态。茶道活动的全过程都在与参观者互动, 通过运用礼仪、动手培植等各个环节, 提高人们的文化素养。茶艺的侧重点在演示技艺, 先由表演者表演、解说茶艺, 人们学习怎样通过茶艺泡出茶的色泽和香味, 在互动环节, 茶艺表演者可以让人们亲自沏炮龙井茶、乌龙茶, 向人们介绍不同的朝代是怎么煮茶烹茶的, 通过互动演示和交流, 原滋原味的茶历史、我国经典的茶文化都将以动态的形式呈现给人们, 这无疑是对我国非物质文化遗产的最大保护。

5 结束语

在动态体验理念的指导下, 茶文化的展示设计方式得以丰富和创新, 给了参观者叹为观止的视觉体验。与常规的文物博物馆相比, 由于茶叶的可饮、可烹、可触、可嗅, 让茶文化博物馆的动态体验展示设计更具有趣味性, 相信在信息科技的支持下, 不久的将来, 还将有更加新奇的展示方式让人们去体验。

参考文献

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[2]吕燕茹, 张利.新媒体技术在非物质文化遗产数字化展示中的创新应用[J].包装工程, 2016, 10:26-30+10.

[3]周春江.动态体验式茶文化展陈设计的类型初探[J].农业考古, 2013, 05:170-173.

[4]杨正宏.多元体验下的博物馆展示设计以镇江博物馆为例[J].东南文化, 2013, 05:117-122.

篇（10）

中图分类号：TP274 文献标识码：A

当今社会就是信息化战争的社会，为了进一步适应信息战条件下的作战要求，确保在电磁环境下还能够占据信息的主导位置，就要求信息作战平台装备的电子设备也逐渐复杂化、多元化，这些作战平台装备性能的好坏也会直接影响到整个信息作战的最终走向，而且这一复杂状况也给我们的设备维修人员在设备的维护上带来了非常大的困难。传统的维护模式一般都是对测试之后的设备根据测试的结果来对设备故障进行定位，一般定位的准确程度与维护人员的工作经验是有直接关系的，由于作战平台的装备一般较为复杂，不仅包含了雷达以及电子干扰等多种设备，而且随着信息技术的不断发展，设备新技术的引进，也使得技术管理人员在短时间内很难对电子设备都熟记于心，我们的维护人员刚刚记住这些电子设备，又出现了新的电子设备，工作人员维护认知的速度跟不上技术更新的速度，因此设备的后期维护也会很难得到进一步的保障。

1.计算机技术及自动化测试技术

当前社会发展主要是信息技术的发展，现代计算机技术以及自动化测试技术的发展也为我国的航空电子设计技术提供了有效的保证。同时也让设备的测试和故障诊断都进一步实现了自动化理。自动化技术的出现也进一步保证了航空电子设备的准确程度和故障检测率。由于测试和故障定位都是自动测试系统自主完成的，这样一来也极大降低了航空设备维护工作人员的素质要求，也正是因为这一特点也受到了人们的普遍关注，一般来说，自动化测试设备在使用阶段的频率是非常高的，而且使用起来也非常方便，但是这种自动化测试技术的难度是非常大的，自动化测试技术的发展在航空电子设备领域的用途非常广泛，我们此次主要就是针对自动化测试中的关键技术进行了详细地分析和探讨。

2.航空电子设备自动化测试关键技术难点分析

2.1 宽带微波系统

电子设备的功能随着设备的不断发展更新而变得愈加复杂，而且频带也非常的宽，一般来说，一个平台上的电子设备所覆盖的频段有时会到毫米波。也就是说我们的测试设备，其测试资源也一定要覆盖到整个被测试对象的应用频带上。

（1）大功率超宽带微波元件

我们的研究人员为了测试电子设备中发射机输出输入信号的功率以及频谱的参数信息，将发射机的输出信号经衰减器降低之后再进行数据测量。因此大功率的超宽频带衰减器微波元件是一定要存在的，但是由于受到电子元器件材料等外部因素的制约，使得在通信频段的超宽频带都已经非常成熟，但在雷达波段上，成熟度远远没有通信频段的成熟度高。所以说我们在航空电子设备自动化测试领域中，关键技术的研究重点主要集中在了雷达频段的研制上。

（2）超宽带天线技术

由于航空电子设备的覆盖频带范围非常广泛，因此所测试设备中采用的辐射天线也一定要运用宽频带的辐射天线，而且我国的航空电子设备元器件中，在雷达频段采用的宽带天线主要有平面螺旋天线和对数周期天线，在通信频段一般采用的是刀形天线。

2.2 故障自动诊断技术

对电子设备进行自动测试的主要目的就是为了检测雷达性能以及相关的电子元器件技术指标是否能够达到正常的标准，然后在根据检测的最终结构对故障进行精准定位，故障自动诊断技术是当前航空电子技术自动化测试中关键的技术手段，目前故障诊断的方法主要分为以下3类。

（1）基于解析模型的故障诊断

这一方法要建立在被测对象的数学模型上，通过将被测对象的可测信息由模型与检测信息进行比较，然后对产生的残差进行阶段性的处理，进而实现故障的有效诊断，而我们的维护人员还要根据残差的产生形式来采取不同的检测方法，目前较为常用的测试方法就是状态估计法和参数估计法，运用这两种方法进行维护是非常有效果的。其中，状态估计法的根本原理就是利用被测对象的解析模式以及可测信息设计的检测滤波器，运用滤波器来重建被测对象的可测变量，然后对系统的状态进行评估并构成残差序列，然后在序列中检测当中存在的故障，这样就能够对故障进行深入地分析。而此时要求的是所设计的系统都是可观测系统，这样进行维护工作也会更加方便。

（2）基于信号处理的故障诊断

这一方法主要是利用信息信号模式直接分析可测信号，提取信号与信号之间的幅值和频率等特征值，将这些数据信息用于故障的检测上，目前这一信号模式可测信号的方法有基于小波变换的方法、基于信息融合的方法以及基于自适应滤波器的方法等，在这些方法中，基于小波变换方法的多辨力分析特点非常的明显，它并不需要对象的数学模型，而且输入信号的要求也相对较低，计算量也在可靠的范围之内，可以说这是一种很有发展前途的故障诊断方法。

（3）基于解析的故障诊断方法

这一故障诊断方法主要是依靠已知被测对象的紧缺数学模型，由于在很多的系统中，精确数学模型是很难得到的，而基于解析的诊断方法需要已知对象的数学模型，这一方法还随着不同使用环境和不同的使用领域而分为基于症状的方法以及基于定性模型的方法。

目前基于症状的方法主要包括神经网络法、模式识别法以及专家系统法等，而在神经网络方法中，运用最多的就是基于多层次的感知器神经网络理论，神经网络故障诊断方法的自适应能力也是非常强的。

3.航空电子设备故障自动诊断的关键技术分析

故障诊断技术在理论上取得的进步比较大，但是一些关键技术问题并没有得到真正的解决，主要的原因是因为故障诊断的敏感性问题，也就是说被测对象的故障具有较高敏感性的同时，对噪声、干扰的不敏感性也是非常的明显，这也就导致很多的故障诊断出现失误的几率会加大。再有就是要求我们的故障诊断人员找寻出合适的科学的诊断方法，设计出合理的计算机诊断软件，不断提升故障诊断的速度，并能够对故障进行实时诊断。第三还要求我们的研究人员设计出先进的故障诊断技术，创建一个完善的诊断系统，实现故障自主诊断。最后还要求我们的维护人员利用多故障假设模型，从而实现多故障的诊断耦合，进一步解决故障与故障之间存在的耦合问题，更好地实现对故障的诊断和解决。

结语

航空电子设备自动化测试是我国一直不断研究的高精准高深度测试系统，我们此次分析了电子设备自动化测试以及故障诊断的相关关键技术问题，通过分析我们得知，被测设备本身的可测量性能的好坏会直接影响到测试的最终结果，而航空电子设备自动化测试关键技术中，设备采用模块化结构以及相关的故障诊断方法对提高航空电子自动化测量的效果和故障诊断的效果都是非常有帮助的，希望此次探讨可以为我们航空电子设备的自动化测试发展提供有效的帮助。

篇（11）

中图分类号：G642；TH-4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）48-0004-01

为了适应社会发展的需要，工业不断的进行产业结构的优化调整，而机械设计制造及其自动化发展成为其必然的趋势，从而才能够满足人们日益增长的物质文化需求，机械自动化代替手工业一直都是制造业的发展目标，随着高新技术的不断发展和创造，致使自动化系统被赋予了高质量以及多功能的特性，因此研究机械设计制造及其自动化发展方向具有十分重要的意义。

1. 促进机械设计制造及其自动化发展的重要性

1.1 功能比较齐全，适用的范围面积广

基于工业制作过程中工序比较复杂，而且难度系数比较高，从一定程度上就会要求机械设备在创新的过程中，结合实际的需求对功能进行设计，机械设计制造以及自动化系统在设计的过程中为考虑实际因素，都会有自动控制、校验以及调节的功能，而且此设备功能不仅仅局限于一种工种，对不同行业领域都可以试用，能够满足在生产过程中对于机械自动化程度的需求，而且在发生事故和问题的时候能够具备极强的应变能力。

1.2 控制生产成本，降低能源耗用率

任何一项生产制造活动的最终目的都是获取经济利益，而机械自动化设备能够满足企业对于成本控制的需求，通过低能耗驱动机构来完成产品的加工过程，而且在此加工过程中，对于产品的精度有所提高，而且还能够降低能源的耗用率，促进机械自动化发展能够节约设备的能源消耗量，并且同时能够减少工业原料的浪费现象，而且能够提高企业的生产效率和产品质量，机械的自动化使得企业不再通过不正当的手段进行成本控制，从一定程度上能够保障企业能够和谐稳定的健康发展。

1.3 增强机械设备的安全性，减少事故发生

机械自动化采用的是一种计算机电子技术，对于周边事物具有较高的灵敏度和可靠性，当工作人员在工作过程中遭遇故障问题时，可以采取自动保护的措施，避免因为机械故障的问题导致安全事故的发生，当故障一直存在时，可及时发出警报信号，让技术管理人员能够在第一时间内发现故障问题，并及时采取补救措施，从一定程度上减少了生产以及人员的事故发生，保障了生产活动中人身安全。

1.4 优化工业生产条件，缩减员工劳动强度

机械自动化技术在工业生产中的运用，不仅优化了工业的生产条件，还缩减了员工的劳动强度，利用机械设备以及计算机电子技术设备的结合，使原本仅仅依靠人工作为主要生产制造力量的工业，变革了生产机构模式，其从一定程度上用机械代替了人工，不仅提高了员工的工作效率，而且提高了产品生产的质量，使产品能够实现批量化的生产模式，减少员工在生产过程中的劳动强度，降低了生产的时间成本，提高了产品的精确度。

2. 机械设计制造自动化在生产中的实际应用

为了能够保障生产产品的质量以及效率，需要根据实际的生产要素情况对各工艺过程中的物理量进行有效的控制，因此，实际的生产过程中，对于机械设计制造自动化的要求则会更高。工艺的变量要素对产品的数量以及质量具有决定性的作用，也是生产过程中最直观的表现手段。为了能够使生产得到有效的控制，需要对生产过程中的工艺变量保持较为平稳的状态，从而以便于产品的质量和数量能够达到生产的目的。为了能够达到这些要求，就必须要通过对机械制造自动化系统进行有效合理的设计才能够实现这些目标要求。

机械设计制造自动化中对于控制锅炉起泡水位上的应用研究分析，由于锅炉起泡是工业生产过程中不可缺少的组成部分，它是一种生产蒸汽的机械设备，为了能够保持锅炉起泡的液位高度能够停留在规定的范围之内，在生产过程中需十分的加以注意，当水位过高时，蒸汽的含水量过高，对蒸汽的质量有所影响；当水位过低，产气量会受到一定的影响，而且会因为锅炉烧干发生安全事故。这些现象在实际的生产过程中都会给生产活动造成一定的危险因素，因此在机械设计制造及其自动化中对于起泡的液位进行严加控制是锅炉正常生产的必要保障。

3. 机械设计制造及其自动化发展方向分析

3.1 智能化发展趋势

智能化是实现行业自动化未来发展的必然趋势，在机械制造过程中，通过智能化系统对数据进行有效的分析，能够使得研究的方向和判断力更加的客观理性，为机械制造的相关决策提供更为科学的支持和帮助。在实际的生产活动中，利用智能机的特性，能够对人类的工作进行有效的整合和分配，减少其工作强度，提高工作的质量以及效率，还能够降低在生产中的事故发生率。

3.2 机电一体化发展趋势

机械自动化从功能以及作用上进行一定的延伸就是机电一体化，是一种利用微电子技术来变革传统的生产体系结构，从而推动工业技术的整体发展。机械设计制造不断的开发数字化、智能化和自动化的技术产品，其最终的目的就是为了实现机电一体化的发展目标，从而来优化我国工业的产业机构，使工业产品能够不断的更新换代。

3.3 绿色环保化发展趋势

科学技术的创新和进步促使社会经济的发展速度不断的加快，而工业成为可持续发展战略目标的重点对象，其实现绿色生产成为社会以及人类的共同的愿望。由于机械自动化在生产的过程中需要电量作为运作的支撑，不仅消耗了极大的能源，同时还会排出大量的有害物质从而给生态资源造成一定的污染现象，而实现绿色化机械自动化产品是利用废弃资源回收的产品。将废气、废水、废渣进行综合的利用，并将废旧的物资进行回收利用，从而实现工业环保的要求以及发展机械自动化的绿色化。机械自动化进行绿色制造从一定程度上能够最大限度的减少因工业制造的问题导致生态环境遭到破坏，也能够使有限的资源能够达到最高的利用效率。

3.4 网络化发展趋势

网络技术的发展给社会以及人类的生活带来了翻天覆地的变化，也给机械设计制造以及自动化的发展带来了机遇和挑战，传统的机械制造设计一般都必须经过图纸的设计，然后再进行试验从而达到预期的设计目标，而现如今将网络化的生产技术应用到机械设计制造中，不断能够提高工业的生产效率，还能够有效的缓解因数据的分析以及处理和空间区域的限制存在的制约性问题，对于整个机械制造业以及机械设计制造及其自动化发展具有十分重要的意义。

4.结束语

综上所述，机械设计制造及其自动化作为提升国民基础经济建设的新型技术，不仅能够促进工业产业的高效发展，还与人们的生产生活息息相关，因此，加强对其进行深入的研究和创新则显得至关重要。为了能够科学合理有效的推动相关领域的健康和谐发展，合理的把握机械设计制造及其自动化的发展方向是促进国民经济发展的重要前提。