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电子设计自动化(Electronic Design Automation,EDA)技术是以计算机科学和微电子技术发展为先导,依赖功能强大的计算机,在EDA工具软件平台上,完成布局布线、逻辑优化仿真、实现既定电子线路功能。当前EDA技术已成为现代电子设计工程师所必备的重要技术。
重庆邮电大学从2003年筹备建立EDA实验室,开设《电子设计自动化》实验教学课程。由于电子设计自动化技术更新迅速,大概每三年硬件软件就会更新一次,而我们的实验教学内容仍然局限于基本的理论知识的验证,教学的深度和广度明显不够;另外实验教学条件也难以跟上技术更新,不能反映当前流行技术,不能体现现代电子系统设计的思想,更难谈到学生综合实践能力和创新能力的培养。因此,我们从2009年开始着手《电子设计自动化》课程建设,在中央与地方共建实验室,以及学校教育教学改革项目资金资助下展开课题研究,并取得了一些阶段性的成果。
1.构建先进合理的实验教学理念
为适应EDA技术的快速发展,实验教学是整个教学体系中更加重要的组成部分,我们将其定位为通过一流的管理体制与制度、一流的实验教学队伍、一流的实验平台与一系列新型实验内容的建设,培养具有较宽专业面的学生的综合能力,同时成为教师创新研发的基地。
1.1通过课程学习,以培养实践型、创新型人才为目标,与国际培养模式逐渐接轨。
通过对国外一些高校的调研,我们发现许多著名高校EDA技术本科教学有两个明显的特点:一是课程在各专业的普及率极高;二是在实验中大量引入新技术、新方法与新器件,更多地注重创新性、设计性、综合性项目,突出EDA技术的实用性,以及面向工程实际的特点。
另外,国际通用的工程与技术评估条例(Accreditation Board for Engineering and Technology,ABET)列出了工科大学生必须具备的11项能力要求,即:
(1)应用数学、科学与工程等知识的能力;
(2)设计和进行试验、分析与解释数据的能力;
(3)设计一个系统、部件或工艺过程以满足需求的能力;
(4)在多学科团队中发挥作用的能力;
(5)发现、明确表达和解决工程问题的能力;
(6)了解职业道德,以及解决工程问题的能力;
(7)有效进行交流的能力;
(8)懂得工程问题对全球、经济、环境、社会的影响;
(9)认识到终生学习的需求,以及从事终生学习的能力;
(10)关于当代问题的知识;
(11)用解决实际问题所必须的各种技术、技能和现代工程工具的能力。
结合国外高校对EDA教学的要求,ABET对工科大学生综合能力的培养要求,以及目前我国正在积极努力构建符合华盛顿协议的专业认证,因此在课程建设过程中,我们将《电子设计自动化》实验课程的教学定位为以ABET所提出的11项基本能力为基础,培养实践型、创新型人才为目标。
1.2在基础实验模块的基础上,宽口径融合相关知识;结合现代EDA设计技术,与企业需求接轨,提升学生就业竞争能力。
实验教学内容不再局限于逻辑行为的实现,即用EDA工具完成数字电路实验中的内容,如:数字电子钟、数字频率计的设计等。而应该扩宽知识面,加入控制、接口、通信等的设计,突出EDA技术的优势;更上一层将设计对象上升到系统级,进行嵌入式甚至SOPC的开发设计。实验教学融合本科教学和研究生教学,根据其要求不同进行不同的实验层次,整合不同的实验要求和内容。整个实验教学侧重于实用电子系统的设计,注重引入现代EDA技术,与企业需求接轨,培养专业动手型人才,提升学生的就业竞争能力。具体实验教学内容分层如表1。
1.3自制教学设备,鼓励学生积极参加设备研发及各类电子竞赛活动。
目前我校实验中心教学实验室仪器设备为2003年购置的GW48型EDA实验箱,陈旧老化,功能单一,阻碍了学生能力和素质的培养。作为以电工电子技术为支柱的大学,如果没有自制仪器设备的能力,就难取得高水平的教学质量。因此在课程改革中,我们自行研发了EDA、单片机综合实验设备,目前已投入40台教学使用。在研发过程中,我们鼓励优秀的本科生和研究生积极参与,培养其团队协作及综合设计、动手能力。
自制教学设备的组织与实践,能够促使实验室引进新的技术,是教学改革的重要内容,能够直接推动教学内容体系及方法的改革。
一方面,我们把《电子设计自动化》课程与各类课外创新活动结合起来,从多渠道促进学生创新能力的培养。我们从课程学习中选择优异的学生,进行进一步的培训。另一方面,我们也根据各届竞赛的题目与要求对教学内容作适当的添加更改,将技术进步等要求及时反映到教学中来。课程改革进行一年多来,成果显著。我校有两位老师在2009年全国大学生电子设计竞赛中担任指导老师,并获得全国一等奖一项,重庆市一等奖四项、二等及优秀奖等多项奖项。
2.采取传统实验教学、开放式教学及项目研究式教学相结合的教学方式
在教学方式上,我们采用传统实验教学方式与开放式教学相结合的方法,并在此基础上提出了项目研究式教学,目的在于强化优秀学生的培养,利用课余时间与假期时间,选择有兴趣的优秀学生进行更高一层次的培训,鼓励其参加各类科技活动和能力认证,等等。
2.1传统实验教学。
采取教师引导的形式,讲解部分基础实验理论知识,帮助学生尽快入门。但并不采用理论课的教学模式,用大量的时间讲授研究的内容。在教师讲解演示后,学生仍需要自行动手完成实验内容。此部分实验内容主要涉及硬件平台、开发软件和部分基础应用实验的讲解。如:重点讲解平台所用核心可编程逻辑器件的结构和特点,要求学生课下详细阅读器件的数据手册;讲解原理图设计、硬件描述语言设计的方法,学会如何仿真与硬件调试,等等,为后续开发做准备。基础应用型实验包括逻辑表决器、频率计、电子钟等属于第一层次逻辑行为的实验项目。
2.2开放式实验教学。
提倡自主式学习,帮助学生树立“学习是自己的事”的理念,提倡在做中学,在学中做,培养学生研究性学习的思维方法,不采用学徒式的教育模式,努力使学生从灌输式教学模式中走出来,培养其独立自主地分析问题、解决问题的能力。
开放式实验教学有以下几个特点。
(1)采用刷卡形式进入实验室,实现时间、内容、元器件“三开放”的模式。学生可以根据个人情况自己安排实验时间,选择实验内容,掌握实验进度。
(2)实验采取1人一组。
(3)实验学时结束以后,由学生自己抽取考试项目,能够在规定时间场地内完成,则认定成绩合格,可进入下一阶段的学习;如不合格,则需要下一学期补考或者重修本门实验,再次进行本轮实验。
(4)可提交电子小制作等应用作品,通过者认定成绩优秀。
2.3项目研究式教学。
采取学生自主研发、参与教师科研、参加各类电子竞赛、电子工程师设计认证等形式,由学生自行拟定项目或从提供项目中选择,配备指导老师。考评采用测试演示+答辩30分钟/组的形式。此方法能够拓展实验教学的视野,增加实验教学的内容,激发学生对科技创新实践的兴趣,同时也能够培养学生的组织能力、团队精神和领导才能,使他们的创新思维能力和综合实验能力显著提高。
3.实验教学的考核
根据具体的教学情况和效果,我们改革传统的“统一题目、统一考核”的形式。考核要求体现出既强调基本理论知识的扎实,又强调方法的运用,对不同的教学模块采用不同的考核形式。
对基本本科生教学采用平时上课20分+作业10分+实验成绩40分和最后综合自主电路设计30分成绩相结合的考核方式。在综合自主电路设计的考核中,也采用学生自主选择考核项目的方式,给出多个难易程度不同的项目,由学生根据自己学习情况进行选择,最后成绩结合考题难度和学生完成情况给出。
考核方式还将进一步改革改进,以便更充分地调动学生学习的积极性,更好地反映课程学习的效果。
我们根据考核题目建立了庞大的试题库,用于学生在开放实验室内自行研究完成。学生可根据自己的兴趣和特长进行选择,既有利于培养自学能力,又能够锻炼综合设计能力。
4.结语
本次实验教学改革从教学理念、教学内容层次、教学方式入手,以06、07级本科学生作为试点。调查结果表明,学生对EDA课程的教学方式满意,教学效果显著,能够有效地增强综合能力。
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。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
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。
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2015)43-0029-02
一、电气工程及其自动化教学团队的建设目标
结合高等教育的发展要求和我校教学改革的自身特点,电气工程及其自动化教学团队建设的目标主要是更新高等教育理念,建立高素质的师资队伍,改革专业人才培养模式,构建完善的专业核心课程体系,为学生营造良好的成才氛围,为其成功奠定基础,满足培养高素质复合型应用型人才的需要。
二、电气工程及其自动化教学团队建设的基本思路
(一)以专业核心课程构建为平台,搭建教学团队的框架结构
1.实施电气专业核心课程制度。在原有的培养方案中,电气专业基础课、专业限选课和专业选修课的门数超过25门,目前急切需要构建的专业核心课程是要对原有课程知识体系进行重组。电气专业的核心课程应满足关联性、整体性和独立性原则。在电气专业众多主干课程中,电路原理、自动控制原理、模拟电子技术、数字电子技术、电磁场、电力电子技术、电机学、电力系统分析之间承启关系清晰,内在联系紧密,同时又各自形成相对独立的知识体系,比较适宜作为电气专业核心课程建设。
确定电气专业核心课程门数及课程名称之后,教学团队建设的一个重要内容是挑选具有高级职称或具有博士研究生学历且教学经验丰富、师德高尚的教师担任专业核心课程负责人。同时,加强专业核心课程的网络化建设,提高课程教学的现代化水平。本教学团队的成员承担的电气工程及其自动化专业核心课程均须建设网上教学平台,丰富核心课程的网络教学资源,建立优质的网上试题库和教研成果共享资料库,采用多媒体课件和板书相结合的方式进行课堂讲授。为了能更好地解决学生答疑困难,实践以学生为中心的教学理念,教师不但每周进行定时定点答疑,均会使用E-mail、QQ、博客等网络平台答疑方式,加强对学生学习的指导。
2.电气工程及其自动化专业教学团队的构架。建设好专业核心课程,关键在于建设优秀的教学团队,而优秀的教学团队又必须具备稳定的构架。电气工程及其自动化教学团队建设的总体构架是“所在二级学院主管、团队负责人总管、团队责任教师具体负责”的三级管理体制,三级之间分工明确,有机协调。
二级学院负责从体制与机制上为教学团队建设提供保障,是教学团队的指导者、支持者和服务者,而不是发号令者。
教学团队负责人统管团队的各项事务,在教学模式改革、团队工作计划制订、团队成员组成、内部经费使用、考核与评价成员等方面均应有相当的自。在团队领导上,选择合适的团队负责人对建设好团队十分重要。团队负责人应善于开拓创新,具备丰富的教学经验和较高的学术水平,具有较强的号召力和组织管理能力,以便在沟通、协调与尊重的基础上为团队建设提供组织与服务。
根据电气专业核心课程建设的需要,教学团队对各门核心课程均应设置一个责任教师岗位,下设2~3个中青年主讲教师岗位,责任教师和主讲教师可兼任。教学团队的建设应形成以研究生(硕士、博士)学历为主力、中青年教师为重心、中高级职称教师为主体的团队结构。
在教学团队的建设过程中,应积极引进电气类企业有知名度的高级工程师加入到团队中来,作为团队和企业沟通的桥梁,为践行为地方发展提供支撑的办学理念夯实基础;成立由专兼职教师共同组成的专业建设指导委员会,共同研讨、设计人才培养方案,设计开发教学项目和项目课程,将企业的人才需求引入到培养方案中。
(二)以实行教学实施大纲为契机,提高教学团队的教学水平
以前实行的教学大纲主要是根据教学计划以纲要的形式编写的教学内容指导性文件,被视为一种教学辅助文件。大多数情况下,学生无法看到教师编写的教学大纲,不能充分理解所学课程的概貌,不能充分了解教师讲课的重点和进度,这导致教学大纲与教师教学脱节、与学生学习脱节。
而课程实施大纲详细地描述相关课程的目的、任务、要求、进度安排、评分标准等。在教学团队建设过程中,要求团队教师必须撰写所上课程的教学实施大纲,在撰写过程中对课程整体进行一次再把握,对整个教学流程做到心中有数,对相关重难点能思虑透彻。为了学生在选课时可以用作参考和做上课准备,教师需要将电子课程实施大纲,上传到教学资料共享平台,与学生共享。在教学中严格按照课程实施大纲组织教学,每一轮授课结束以后,教师要进行教学反思,及时发现问题,不断修订更新,从而提高课程的教学水平。在组织教学过程中,团队教师要以学生为中心,充分发挥主观能动性引导学生主动学习,善于发现问题,敢于质疑,善于综合,正确思辨,勤于实践。
(三)大力培养青年教师
在教学方面,团队应大力加强对青年教师的培养,指定经验丰富、治学严谨的老教师作为青年教师的指导教师,对青年教师“传、帮、带”,实行一对一的指导,指导青年教师的课程教学和科研工作,着力夯实青年教师的理论基础,掌握教学艺术,提高教学水平。
教学团队把青年教师培养与管理纳入团队工作的议事日程,围绕学院青年教师培养计划,落实青年教师在教学方面的培养措施。让青年教师进实验室,协助指导课程实验、课程设计和毕业设计等实践工作,要求青年教师与学生一样完成实验和课程设计的全部实践内容,增加实践指导能力,为以后的工作做好准备。
要求青年教师听老教师全程授课,在经过集体备课、逐章试讲、严格评议后才能独立授课。对青年教师的授课情况定期旁听和评议,了解他们的课堂授课情况,对教学过程中存在的问题进行研讨,研究改进教学方法的途径,提出建议和意见。
在科研方面,教学团队要努力为青年教师创造更好的科研环境,在申报、争取各类科研课题时及时提供信息,并给予具体指导和帮助。组织有丰富科研经历的教授、副教授从各方面,如科研选题、项目申报和论文指导等,负责对青年教师的科研指导。
(四)坚持“工学一体化”,为培养复合型的应用型人才做贡献
电气工程及其自动化专业具有强弱电相结合、电工与电子技术相结合、系统工程与控制技术相结合的特点。电气工程及其自动化教学团队的建设,应遵循专业特点,根据地区国民经济和社会发展对电气工程高级人才的需求,坚持工程应用与理论教学一体化的理念,培养复合型的应用型人才。
培养复合型、应用型人才,必须加强与生产实践一线的结合,更加重视实验教学、生产实习等实践性教学环节。为此,在学校多项措施与政策的帮助下,教学团队教师应积极展开与企业的合作,加强实验教学与科研、工程应用相结合,积极联系企业共建校内实践基地。团队教师与企业工程师一起,根据企业生产的最新需求,设计和引进包括供电、测量、微机保护屏、无线温湿度监控系统等一系列实验装置,建设和完善校内电工实习和专业综合实验基地。学生可在这个实验平台上充分动手实践,模拟工业现场运行,选做自己感兴趣的实验。这种模式可以做到教学实验与工业现场的高度逼真,弥补生产现场不能进行运行操作和安装接线的缺陷,使学生达到解决教学实验问题如同处理工程问题一样的效果。
(五)加强教学团队科研和教改能力,促进教改和科研项目与教学的结合
充分利用自身的科研优势,依托硕士点、省重点实验室,积极申报教学、科研课题,撰写教学、科研论文,以科研促教学。围绕课程教学目标、教学内容、教学方法与手段、教学评价、教学环境等内容开展相关教学项目改革研究,促进教学研究成果转化。通过科研项目和成果进课堂、进教材、进实验室等,积极促进科研成果向教学的转化,结合本课程的教学工作,不断丰富教学内容,提高教学、科研水平。
以申报国家级、省级、院级教改项目为契机,围绕专业核心课程建设、课程实施大纲撰写及课改热点、难点问题,引导教师积极申报和承担各级教改科研课题、质量工程等科研项目,让教师边实践、边研究、边改进,以科研形式开展教学工作,促进教学质量及教学效率的提高。
(六)建立团队建设的制度和机制,保障团队建设的可持续发展
1.制订教师培养计划。根据教学和课程建设需要,为各位教师量体裁衣,制订教师培养计划。同时,将教师培养计划和激励措施联系起来,积极努力工作、表现突出的教师有机会获得去国内外培训的学习机会,在课堂教学竞赛中获奖的教师,将获得团队经费奖励等,有效调动团队教师参与专业建设及课程改革、努力提高自身各方面能力的积极性。
2.建立团队定期教学活动制度。为了加强团队教师间的教学经验交流,提高教学质量,教学团队应按照教学活动制度定期积极开展各项教学活动,要求团队教师积极参加。
3.建立团队教师集体备课制度。两位以上教师教授同一课程要求必须进行集体备课,由各备课组长负责。集体备课的形式多样,每门课程都应有集体备课教案,各授课教师根据各班级的实际情况修改成个人备课教案。
4.完善兼职教师管理规定,制度上确保兼职教师参与专业建设及课程改革工作的积极性和有效性。
三、结语
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2016)15-0257-02
《电子线路设计自动化》是电子信息工程和自动化等电类专业开设的一门专业基础课,讲授Altium Designer软件的使用方法,本课程主要包含了原理图设计、印制电路板(PCB)设计、设计原理图时需加载的元件库绘制与设计PCB时需加载的元件封装库绘制,即仅涉及AD软件的PCB项目工程的设计制作部分。这门课程的实践性非常强,单纯依靠教师的讲授远不能达到让学生掌握这门工具性课程的目的,必须想办法提高学生兴趣,让学生能够主动多练习、多实践,在有限的时间内让学生更好的掌握软件使用方法。作者在十余年的教学过程中,经过不断的研究与探索,在课堂中经过多次教学改革,取得了一些成效,学生的学习主动性及动手操作能力得到提高,教学效果得到明显改善。本文结合作者《电子线路设计自动化》课程多年的教学经验,对该课程的教学改革进行了探讨。
一、教学方式研究
2002年开设本课程时,采用的教学方法是任课教师在多媒体教室上课,专任的实验教师在机房指导学生上机,课时分配上课堂授课学时较多,占■,上机学时较少,占■。上课时学生只能看任课教师操作,两次课堂学习后才能进行实际的上机练习,学生在上机操作中很容易遗忘课堂讲述的内容,而且当时学生中个人拥有计算机的并不多,除了上机课之外也不方便进行练习。上机时由专业实验教师进行指导,也不利于任课教师了解学生的学习进度,无法针对学生实际掌握情况调整后续课程的讲解。总体说来,这种教学方式,学生练习时间太少,软件使用不够熟练,教学效果并不理想。为增加学生练习时间,增强教师对学生的了解,本课程于2006年进行了第一次教学改革。本次改革将课时重新进行了分配,授课学时减少到■,上机学时增加到■,一次课堂教学后进行一次上机练习;同时,上机时由任课教师进行指导,方便任课教师了解学生的软件掌握程度。这种教学方式,增加了上机练习时间,任课教师对学生知识掌握程度有一定的了解,授课效果有所改善。但是学生课堂学习与上机练习仍然不同步,虽然增加了练习时间,但是上机时依然有些内容会被遗忘,所以,本课程的教学方式仍有很大的改善空间。本课程于2013年进行了“理实一体化”的教学改革,即理论与实践一体化的教学方法。采用小班化授课,以1个自然班(40人左右)为单位进行教学活动;本课程直接在新建的专用机房授课,不再区分授课学时和上机学时。在讲授过程中学生计算机受教师控制与教师计算机同步,学生无法操作计算机,从而提高学生的注意力,使其专心学习。一部分内容讲解之后,学生先操做一遍教师讲授的内容,再进行教师布置的新任务的练习,教师全程辅助指导。这种教学方式大大增加了学生的练习时间,也便于任课教师掌握学生的学习情况,同时对出现较集中的问题可以随时讲解演示。
二、教学内容研究
本课程主要讲授AD软件设计原理图与设计PCB板图的功能。学生在学习电路、模拟电子技术和数字电子技术等基础课程的过程中对原理图已经非常熟悉,学习起来相对容易一些。而电路板虽然在生活中常常用到,但因其都置于电子设备的内部,不易被看到,因此学生了解不多,学习起来相对困难一些。课程开设之初,任课教师仅仅是拿印制电路板厂家的成品PCB板到课堂上,让学生观察,然后结合电路板设计环境进行授课,学生在学习之后对PCB的结构仍然一知半解,不能完全掌握。之后教师将实验室做的基础PCB板带到课堂让学生观察、学习,使学生对电路板的基本组成有了进一步了解,但学生对于元件封装的型号、焊盘大小、铜膜线的线宽等细节问题仍然不够明白,缺乏实际操作经验。“理实一体化”改革之后,本课程的实践练习环节在原本仅进行上机练习的基础上增加了实物PCB板的制作与元件的焊接。一个具体的实物制作贯穿在整个课程的教学过程中,从设计原理图到设计PCB板图,再到实物PCB板的制作与元件的焊接,在整个学习过程中学生能更好的理解元件封装、焊盘、铜膜线在AD软件中与实物的对应关系,从而达到更好的掌握AD软件应用的目的。举例来说,选取心形流水彩灯电路让学生制作成品。这是一个有趣的小制作,设计制作完成之后LED灯循环点亮,非常漂亮。学生也可以将LED灯设计成其他形状,在LED位置变化的同时,可以更好的理解电路板的布局、布线规则。虽然本课程学时数有限,不能很好地掌握复杂电路的设计制作,但通过实际电路的制作,学生更好地理解了电路板上元件封装和焊盘等设计对象之间的关系,为今后在实际工作中设计制作复杂电路打下了坚实的基础。
三、教学技巧研究
《电子线路设计自动化》课程的操作性极强,学生要想熟练的掌握AD软件的应用,单纯靠教师的讲授是不行的,而且在有限的学时中教师也无法讲解全部的软件内容。因此,在课堂教学中教师更重要的任务是引导学生自主学习,以项目任务驱动学生兴趣,使软件的学习能有一个延续性。课程开设之初,由于所讲授的软件版本(Protel99se)较低且内容较少,因此课堂授课时间相对充足,授课内容比较详细,教师可以在授课过程中按照每个设计环境下的菜单及工具箱进行逐一讲解。学生虽然课堂上听的内容细致,但是听课学时多、上机学时少,到上机练习的时候具体操作方法反而记住的少、遗忘的多,因此操作中出现的问题也多,软件掌握情况较差。授课学时与上机学时调整后,教师仍然按照各设计环境下的菜单及工具箱逐一讲解,有些注意事项则留到学生进行上机练习时再做说明,同时亦根据学生的掌握程度差异进行不同的指导。上机课过后的授课学时中,教师再将上机时学生提问较多或出错较多的问题进行集中讲解,学生对软件操作过程加深了印象,取得了较好的学习效果。进行“理实一体化”改革之后,“教”“学”同步,教师将每节课按项目进行划分,每个项目的操作中包含不同的工具和设计对象,学生完成项目之后即掌握了这些工具的具体操作方法和设计对象的属性设置。每个项目包含的工具和设计对象不同,而各工具和设计对象之间是有共性的,比如各设计对象的属性设置,各个设计环境的参数设置等。项目教学的实施提高了学生的自学能力,使学生们可以举一反三,在将来遇到其他未曾使用过的工具和设计对象时,就可按照在课堂上的学习方法去学习新工具的使用。结束课堂练习后学生们再进行分组讨论,将自己的学习心得与大家分享,帮助同学们更快的掌握软件使用方法,也激发大家自主学习的兴趣。
四、考核方式改革
本课程实践性较强,而实践性强的课程在考核时采用单纯的笔试并不容易考察出学生的真实水平。课程开设之初,受机房设备等限制,只能采用笔试,笔试的考核仅反映了学生对软件的菜单、工具箱、设计对象的属性设置和PCB设计流程等的掌握程度,而不能反映学生在实际操作中可能出现的问题。但软件的使用,最重要的就是实际应用,因此这种考核方式成为了在教学条件限制下所采用的无奈之举。随着教学改革的逐步推进和机房设备的逐渐完善,课程考核采取笔试与上机考试相结合的方法。在机房进行考试,试卷上理论题占10%,上机操作设计PCB板所占比例为90%,此考核方式较大程度上反映了学生对软件实际应用的掌握程度。“理实一体化”改革之后,课程考核不再集中到期末一次进行,而是在课堂教学中增加两次考核,所有的考核全部采用上机考试模式,实行“2+2+6”考核模式。“2+2+6”考核模式的具体实施为:完成设计原理图的学习和设计PCB板的学习之后,分别进行一次考核,在最终成绩中各占20%,完成所有课程的学习之后再进行一次综合考试,占最终成绩的60%,最终成绩满分为100分。这种考核方式反映了学生对软件的掌握程度,并可以随时掌握学生的学习情况,也可以激励学生在学习整个课程的过程中刻苦努力,不会出现考试前集中突击的现象。
五、结论
《电子线路设计自动化》课程经过两次教学改革,尤其是实现“理实一体化”的教学模式后,激发了同学们的学习兴趣,创造了良好的学习氛围,取得了较好的学习效果。然而,Altium Designer软件是在不断更新的,随着软件的更新其内容会越来越多,而课堂学时毕竟有限,因此,如何在课堂上更好的让学生掌握软件应用,进而激起学生热爱电子设计制作的热情,从而自发去学习课堂上无法涉及的软件操作及电子设计制作的相关内容,是教学中要持续探索的。
参考文献:
[1]唐龙,陈静.Protel教学反思与改革[J].才智,2014,(5).
实践教学是理论教学的延伸、深化与检验,也是提升当代学生创新能力和实际应用能力的有效手段。在教育教学改革的背景下,如何对机械设计制造及其自动化专业实践教学环节进行改革,已经成为很多学校面临的重要问题。因此,加大实践教学改革力度,为培养更多的机械类创新人才具有重要意义。
一、更新教育教学理念
实践教学是培养工科人才方案中不可或缺的一部分,为了解决目前一些学校培养人才方面所面临的问题,就要结合学校的实际情况,不断更新教育教学理念。新的时代要求机械设计制造及其自动化专业必须建立理论与实践相结合的教育教学理念:理论与实践相结合,并且进行相互间的促进和融合,利用理论教学来引导实践教学,利用实践教学来促进理论教学,做好之间的互动,使二者能够达到统一;技术创新与实践相结合,培养学生的创新能力和实践能力;专业与地方机械设计制造及其自动化产业相结合,主要是通过与他们建立合作关系,为学生的就业创造机会。因此,必须更新教育教学理念,结合学校发展实际情况和学生学习能力,制定科学的人才培养计划方案,加大实践教学环节改革的力度,以开拓学生的学习视野。
二、加强实践教学改革,强化实践环节中的基础性训练
实践教学是对机械设计制造及其自动化专业教学的延伸和补充,对实践教学环节进行改革,有利于培养学生的大工程观,对学生工程素质的和实践能力的提升都有重要的作用。
1.对实践教学的内容进行改革。在以往比较传统的教学模式中,实践教学主要是以教师对教学实践环节的演示和验证为主,学生处于被动的学习状态。随着实践教学的改革,要求对实践课程进行综合设计,所设计的内容必须符合课堂教学实践要求,以加深学生对理论知识的学习和理解,教师所设计的教学内容必须与工程实践相互结合,同时专业学生必须在掌握基础课的同时,提高实践动手能力和创新能力。
2.建立专业的教学实验室,探索专业实践教学模式。建立专业的教学实验室,探索专业实践教学模式,可以为学生的实践活动创造条件。通过实践教学,充分发挥学生学习的积极性,提高学生分析和解决问题的能力。
3.给学生创造实践训练平台。根据学生所学专业的特点对实验室的资源进行整合,给学生建立一个既能学习,又能参与实践训练的平台,例如,建立机械设计制造及其自动化专业实践平台等等。通过建立实践平台,培养学生自主学习、自主创新的综合能力,为学生日后的就业创造有利条件。
三、拓宽实践训练渠道
1.与校外实习单位建立合作关系。学生进行日常实践实习或者进行毕业实习,是机械设计制造及其自动化专业实践环节的关键,学校应该在校外就近选择几家实习训练单位,要求单位生产实践与学生所学专业能相互吻合,并且具有完善的生产设备。同时在营销方面,能够树立科学的营销理念,这样才能让学生通过在各个实习层次中得到真正的锻炼,进而逐渐了解机械工作生产的类型和特点,熟悉企业经营管理方法和熟悉各种零部件的加工方法。与校外实习单位建立合作关系,有利于开拓学生实践训练渠道,对学生各方面的能力的培养起着重要作用。目前,我校机械设计制造及其自动化专业已经与就近的一些企业建立了比较稳定的校外实习实训基地,并且在为长期的合作进行努力规划中。
2.就业培训实践。在近几年来,由于大学生的就业形势比较严峻,为了使毕业学生能够很快的找到对口工作,为此,我们在学生毕业前的最后一个学期里,主要是大力开展学生的就业培训实践。其中,培训分三个步骤:一是让学生通过比赛的形式提高机械制造水平,二是对基础知识进行强化训练,让学生能够掌握扎实的专业知识,三是提高学生的实践能力,鼓励学生在机械设计制造方面能够拥有自己的创新思维。
四、增加机械设计环节,提高学生的设计能力
对课堂内容进行设计是为了让学生能够运用所学的知识来解决实际问题。在机械设计制造及其自动化专业实践课程设计过程中,如果所设计的题目太少,这样就不利于学生动脑思考,很容易出现照搬照抄别人设计的现象。因此,教师在题目的选择上面一定要符合本专业特点,尽量做到每个学生所设计出来的内容都不相同,这样才能逐渐培养学生的独立思考能力和设计能力。
五、建立课外实践训练管理体系
课外实践训练是机械设计制造及其自动化专业实践教学环节改革中的一个重要环节。学校必须以培养学生的实践能力为出发点,为学生参加课外实践训练活动创造条件。例如:
1.选择一些学生参与到教师的科研工作中来,让学生能够及早的接触机械设计制造及其自动化实际的工程中。
2.鼓励学生积极参加一些机械设计制造及其自动化实践创新活动,教师引导学生及时查阅相关资料,并且制定可行性方案,利用科学的仪器设备进行实训,在参与的过程中做到学以致用,实现学校的个性化教育,培养学生的创新能力。
3.组织学生参加一些机械设计比赛,通过比赛,提高学生的专业技能。
六、利用计算机和相关软件完善课程设计
针对机械设计制造及其自动化专业培养人才目标,在课程设计阶段安排了实践环节,以提高学生的实践能力。
1.运用计算机技术对专业课程进行设计。当学完课程以后,安排时间进行计算机辅助机械制造技术基础课程设计。要求学生能够将所学的知识综合起来,在计算机辅助下能够正确的对一些比较复杂的零件工艺规程设计问题进行分析。其内容包括掌握零件生产的基本类型,对零件的加工工艺进行分析,利用计算机将零件图形绘制出来,了解毛坯制造的具体方法,利用计算机将毛坯图绘制出来,在计算机相关软件的辅助作用下,制定出零件的机械加工规程,掌握加工零件余量和尺寸等等。这样做,可以有助于加深学生对机械加工工艺流程的理解,同时也提高了实际操作能力。
2.运用CAD软件进行机械设计制造及其自动化实践训练。随着我国科学技术的不断发展和进步,CAD软件技术已经被广泛应用于机械设计制造及其自动化专业实践教学环节改革过程中,例如学生在学习数控技术时,可以运用CAD来进行机械制图,通过作图,事学生能具有一定的图示能力,读图能力。
七、聘请专业的工程师来指导学生的实践
确立人才培养方案,聘请专业的工程师来指导学生的实践,对提高学生的实践能力能够起到积极的效果。由于学校教师队伍人员力量薄弱,教师自身能力并不能满足高素质工程技术人才培养的需要,为此,学校应该聘请专业的工程师来指导学生的实践,具体做法如下:
1.聘请实践经验比较丰富的工程师。
2.由教师和工程师一起对学生实习和实践进行指导。
3.建立一支比较稳定、素质较高、经验丰富的技术指导队伍。
总结:
综上所述,培养创新型、能力型人才是我国一些学校所面临的重要任务之一,实践教学在创新型人才培养方面发挥着重要的作用。在近几年来,通过对机械设计制造及其自动化专业实践教学环节进行改革,逐步构建了科学完善的实践教学体系,为培养机械类人才创造了条件。
参考文献:
中图分类号:G642.44 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2015)42-0067-02
一、前言
为了满足“卓越工程师计划”人才培养的工程实践能力要求,许多教学工作者对实践教学环节进行了改革与研究。2010年,孙爱军[1]等针对高校工程训练的特点,以真实项目为目标,调动与引导学生发挥主观能动性,综合运用多种学习知识的手段,完成实际项目。2011年,张巨香[2]等设计基于项目的综合训练,提高学生学习兴趣、提高学习效果、促进交流与沟通、实现知识交叉、培养综合素质等。2011年,张淑丽[3]等设计软件工程专业CDIO(conceive/design/implement/operate)的综合训练项目,在项目中强调知识的全面性与实践创新性并重,从而达到协调培养学生知识、能力、素质的目的。2013年,刘胜胆[4]等运用创新训练项目提高工科大学生实践动手、分析和解决问题等多方面的专业能力。2014年,李文[5]等以CDIO工程教育理念为指导,探讨了项目驱动式教学方法,实施了“做C学C悟”3维的立体式教学,实现了以学生为主体的实践教学多层次、多目标。
结合合肥学院“地方性、应用型、国际化”的办学定位,为了达到机械设计制造及其自动化专业“卓越工程师计划”人才培养的需要,本文通过改革实践教学体系,设计企业实践和项目训练,研究机械设计制造及其自动化专业学生卓越工程实践能力的实践培养途径。
二、企业实践和项目训练的校企联合培养模式探索
为了满足机械设计制造及其自动化专业“卓越工程师计划”对学生的工程实践能力要求,与企业联合编制学生在企业学习阶段的培养方案,实行“3+1”校企联合人才培养方式。学生在校累计学习3年以外,还安排去企业进行累计1年以上的分段式学习。通过在企业的认知实习、专项综合训练、企业实践和项目训练、毕业设计等环节,加大工程实践和工程设计的引入,培养和强化学生的工程应用能力。企业实践和项目训练培养内容如表1所示。
三、企业实践与项目训练
企业实践与项目训练课程模块的教学安排内容如下。
1.企业课程学习。通过与合作企业联合开发企业学习课程,引入行业发展前沿技术和规范,并将其融入到专业模块的教学内容中,根据企业对人才知识与能力需求的变化,动态更新和维护模块教学内容,适应技术发展的要求。
2.企业参观。(1)了解工厂的产品、生产规模、车间布置、生产组织及经营管理等;(2)了解机械加工车间、装配车间的工艺设备及辅助设备的布局、生产工艺;(3)熟悉1~2个典型零件的加工工艺、设备与量具;(4)了解工厂的新技术、新工艺、新设备和新材料的应用情况;(5)了解产品的试验和质量检验及其检测系统。
3.项目训练。针对所在实习企业的实际项目课题,进行深入细致的文献、企业现场调查研究:(1)了解国内外有关本课题的技术资料,包括工艺方法、生产率、经济效益等;(2)了解本次设计任务的技术性能指标、主要参数、关键结构图;(3)在企业工程师和学校教师的共同指导下,完成指定的项目训练内容。
4.企业实践和项目训练。在合肥锻压机床有限公司,机械设计制造及其自动化专业卓越工程师班30名学生进行10周的企业实践和项目训练,其中4周时间为企业课程学习,1周时间为参观企业,5周时间为项目设计。
(1)企业课程学习。企业工程师给学生讲授现代最新液压机机械结构、设计技术和常用液压机设备;目前流行的液压机结构、特点、安装和使用;液压机电气设计。主要内容包括:①概论(液压机工作原理、特点、分类、基本参数及发展概况);②液压机的本体结构及设计计算(液压机的本体结构概述、液压缸部件及机架结构部件);③液压机的液压系统(液压系统概述、主要系列液压机工艺特点和液压原理、单缸传动系统的设计、系统中各元件的确定);④液压机电气设计(液压机电气控制结构、电气原理图设计及控制、软件编程)。(2)企业参观。由企业与学校制定具体的参观实习计划,进行为期一周时间的参观学习。在企业现场,工程师给学生介绍企业情况,熟悉企业发展历史、产品类型、车间布置、加工工艺与设备、生产管理、企业文化等,为学生了解企业项目设计背景打下良好的基础。(3)液压机设计。将学生分配2人一组,要求分别设计YH32系列液压机上横梁、下横梁、滑块、主油缸、顶出缸中的一种结构的尺寸参数,并校核强度,或设计液压机电气控制结构,满足设计技术参数要求。同时,运用3D-CAD软件绘制结构图,编写项目设计说明书。学校教师指导4~8个学生,全面负责学生的项目设计内容与设计说明书撰写格式;企业工程师参与指导学生的设计过程,解答学生的疑问。最终,由5名教师和1名企业工程师组成答辩小组,要求学生进行项目设计答辩,并给予设计评语、成绩。结果表明,通过企业实践和项目训练,学生的工程项目设计能力明显提高,取得了良好的教学效果,部分学生作品如图1、2所示。同时,部分学生的素质受到就业企业的高度赞赏。
四、结论
通过企业实践和项目训练,学生能针对性地学习与企业产品有关的课程知识、行业发展前沿技术和规范。在此基础上,在企业工程师与学校教师共同指导下,设计企业具体产品,熟悉企业产品设计流程与规范要求,获得工程师素质的训练,能达到国家卓越工程师培养计划的要求,使学生具备机械产品设计方法、机械加工工艺与团队协作精神等实践综合能力和良好的工程师职业素养。
参考文献:
[1]孙爱军,曲晓海,鲁晓红.工程训练项目教学法的探索[J].现代教育科学,2010,(51):57-58.
[2]张巨香,荆琴,陈牧,等.深化基于项目的综合训练 提高学生的综合素质[J].机械管理开发,2011,(6):166-168.
2电子设计自动化实验系统的主要内容和开发
2.1电子设计自动化技术内容
电子设计自动化实验系统在电子设计上的作用是无可比拟的,它的用途体现在多个方面。该系统的开发是让其往更加全面具体,高效快速的方面发展。电子设计自动化实验系统可以运用于电子设计自动化教学及一些科学实验的项目开发。电子设计自动化通过从计算机内部进行设计,从界面上进行表现的一种工具,糅合了计算机编程,计算机图形学,数学物理,以及人工智能等各种基础计算机知识和高科技技术等的精华,将这些结合在一起形成了一个新兴的高智能的软件工具。它已经被广泛应用电子的各个方面,如于通信系统的开发,集成电路的版图设计,电子电路的设计,印刷电路板的设计和可编程器件的编程等。所以,不难看出,电子设计自动化技术一般包括软件设计工具,硬件描述语言,实验开发系统和可编程逻辑器件。
2.2电子设计自动化实验系统环境的建立和开发原则
对于高校来说,电子设计自动化实验系统的建立与开发,需要遵循一些原则和注意事项,才能让该系统发挥其所有作用。首先,需要建设一个一流的系统环境,要有可以过关的硬件和软件设置,拥有最先进的计算机技术和有能力的指导,才能满足学生的所有需求。有的电子设计自动化实验系统的建立没有先进的技术,也没有正确的指导,使得使用的人们无法正常完成自己的实验,白白浪费了很多的资源和材料。其次,对于建设和开发需要使用到的设备和仪器必须有严格的质量把关,那些由质量问题的仪器要坚决更换和不使用,这样才能保证在以后的使用中不会因为仪器和设备的问题使项目和实验功亏一篑,或是让实验结果出现误差及延误。同时,还要借鉴先进的经验,去那些建立得好的高校和试验站取经,交流经验,或是去国外引进新的技术和开发软件,这样会使该系统在建立中少走一些弯路。最后,最重要的是要进行自我开发和创新,鼓励学生和老师对该系统的开发,设计出更好的技术和软件,才能促进科技的发展。在进行试验和项目时,要注意勤俭节约,不要浪费,对于那些不用的可以试着去改装,让其变得有用。在电子设计自动化实验系统建好后,可以开放给所有感兴趣的学生进行实验,老师在一旁进行指导,好的环境氛围对于学生的学习起着至关重要的作用。这些原则的遵守可以让电子设计自动化实验系统的建立更加顺利。
2.3电子设计自动化实验系统的硬件开发设计举例
电子设计自动化实验开发系统硬件开发也是一个炙手可热的科技上的创新,一个好的的硬件对于该实验系统的安全性和运行性有着不可替代的作用,硬件系统包括基本的计算机和其他器件等。例如现在较为运用广泛的器件是FPGA/CPLD器件,它可以提供计算机在进行电路设计时有一个具体的编程环境,FPGA/CPLD器件的组成较为复杂,包括很多不同功能的模块和电路。对于该系统的硬件在引进其他先进的设备的同时,也可以借鉴他人的先进技术,改革创新,研究属于自己硬件。
2.4电子设计自动化实验系统的软件开发
该系统的软件主要是指可编程逻辑器件,用于对电路的编程和自动化的实现,对于该软件的开发有很多的技术软件可以使用。如现在比较流行的是FPGAAExpressh等用于开发芯片的软件,这种软件可以实现多种功能,它的逻辑综合与布线能力很强,在电路设计时,电路线路在计算机上的图线非常清晰和颜色鲜明,同时它可以自动储存及方便逻辑仿真功能。一些公司根据该系统原则与使用条件,发明了更加先进的开发软件,为开发提供的无限的可能和便利。
建筑电气工程自动化设计及实现是建筑工程现代化的主要标志。随着社会的不断发展,人们对于建筑的需求越来越大,要求也越来越高,因此社会对建筑电气工程自动化设计的广泛应用和水平提高都有了更高的期待。充分利用自动化的优势、挖掘自动化技术的发展潜力,从而开发更大的发展市场是当下的重要任务。
1建筑电气工程自动化系统概述
建筑电气工程自动化系统即自动化系统在建筑电气工程中的应用,主要包括抗干扰设备、设备接地信号处理设备、传输信号屏蔽以及监控设备等多个部分,以上各部分的相互协调能够有效地实现建筑工程的自动化。二十世纪后期,建筑电气工程的主要控制手段是计算机集中控制。相较于自动化控制,传统的计算机集中控制在运行过程中存在着两个缺点:可靠性差,运行速度慢。因此,随着时代的更迭和社会的高速发展,传统控制技术已然不再使用,新的控制模式应运而生。上世纪九十年代,集散式控制模式逐渐出现在大众的视野中,计算机集中控制模式的主导地位逐渐被取代。之后,计算机技术突飞猛进、通信技术高速发展,网络技术以及各种控制技术也取得了较大的进步,这对于集散式控制模式的进一步发展无异于锦上添花。二十一世纪初,集散式控制模式逐渐成熟,发展成为如今的电气工程自动化系统。虽然相关技术的不断发展,电气工程自动化系统也取得了较大的进步,在各个领域被广泛应用,尤其是建筑领域。
2建筑电气自动化的主要作用
建筑电气工程自动化系统的本质就是通过利用单元机组,结合电气控制对抗干扰设备、电源、变压器设备、设备接地信号处理设备、传输信号屏蔽以及监控设备等系统进行控制,通过信息传输使得以上各系统能够相互协调,进而有效地实现建筑工程的自动化。通常意义下,我们认为建筑电气自动化的主要作用是操作电源、变压器设备以及高压器、发电机组等系统的运行;通过各个系统的协作保护励磁变压器以及发变组的正常运营;利用抗干扰设备、设备接地信号处理设备、传输信号屏蔽控制操作建筑工程的监控设备;利用监控设备保证LPS系统以及直流系统的正常运转;通过信息传输操作各个设备的开关等。总而言之,建筑电气工程自动化系统在建筑工程中的作用就相当于人体的大脑,不仅要协调信息的传递,更要对各种信息做出及时的判断和反应,进而保护人体系统或者建筑工程大系统的正常运转。
3建筑电气工程自动化设计存在的问题
随着时代的变化,信息技术也取得了巨大的发展。在建筑电气工程领域,传统的控制技术已然跟不上时展的步伐,因此新的控制模式应运而生。上世纪末,在计算机技术、通信技术的支撑下,集散式控制模式逐渐出现在大众的视野中。之后随着网络技术以及各种控制技术的不断普及,计算机集中控制模式的主导地位逐渐被取代。本世纪初,以集散控制为主要特征的电气工程自动化系统在建筑领域被广泛应用。但是,建筑电气工程自动化设计依然存在着一些问题,主要包括环保、成本、监测系统以及结构等多个方面。
3.1环保方面
建筑工程是一项耗资巨大、影响广泛的大型工程。环保问题就是建筑工程实施过程中经常存在的一个重要问题,建筑工程的实施往往也会对周围环境造成较大的破坏,因此建筑电气工程自动化设计的改造工程要想取得更好的结果势必要考虑环境保护问题,势必得解决工程实施过程中的污染问题。建筑电气工程自动化设计对于环境的影响主要体现在噪音污染和建筑不合理改造两个方面。第一,建筑电气工程自动化系统的运行会导致一些异常噪音出现,影响周围群众的正常作息;第二,建筑电气工程自动化系统设计并不是在所有建筑之初就存在的,因此为了使电气自动化系统更好地发挥作用,建筑工程的管理人员就要对原工程进行改动,可能就会存在滥用土地资源、浪费了资源的现象。
3.2成本方面
建筑工程的规模通常大小不一,因此并不是每一项建筑工程都能够适应建筑电气工程自动化设计。因此为了更好地实现电气系统自动化,建筑工程的施工可能会进行大的改动,这就需要花费大量的作为支撑。此外,电气自动化所需设备的引进也是一项大的财力消耗。这样一来,建筑电气工程自动化设计的真正落实在资金方面就会存在着较大的困难,这也是目前该系统在建筑领域应用有限的关键原因之一。
3.3结构方面
建筑工程中的电能传输是一个比较复杂的过程。传统电气工程控制模式中,为了减少传输过程中的电能消耗,电能在建筑工程中的传输必须首先升高电压,等到传输至用户区域再对电能进行降压处理。这个过程虽然看起来简单,但实在实际操作中对于设备质量以及工程结构方面的要求十分高。比如,必须充分考虑接地线的布局、保证各站点中螺丝是否松动等,即必须保证站内布局没有任何危险患,以保证整个建筑电气工程的正常运行。虽然建筑电气工程自动化设计在一定程度上减小了对于设备的要求,但是结构方面依旧不能忽视。
3.4在线监测系统
在线监测系统是建筑电气工程自动化设计的核心,对于维护电气设备的正常运行状态具有十分关键的作用。在线监测系统主要包括绝缘监测、雷击监测以及环境三个方面。绝缘监测是为了保证电气设备的绝缘子受到任何损伤,从而保证电气设备能够正常运行;雷击监测的目的则在于保证电气设备不受到静电雷击的伤害,同时减少直击雷对设备的伤害;第三,环境监测的目的主要包括对环境温度、环境空气质量等因素的监测,从而保证环境因素不对电气设备的性能产生不利影响。
4建筑电气工程自动化实现的常用技术
建筑电气工程自动化实现的常用技术主要包括传感技术、通信技术与计算机技术三个方面。传感技术是电气工程自动化实现的关键,传感器的安装能够有效扩大建筑工程电气设备的监测区域,并且能够极大地提高检测的准确性,因此相关人员在建筑工程中进行电气设备安装时要尤其注意传感器的安装,并及时监控传感器的运行状态,对其传输的数据进行接收和分析,从而及时判断整个建筑电气工程系统的运行状况。我们已经步入了信息时代,信息在社会发展中的意义和作用不断增大,因此通信技术对于建筑电气工程自动化的实现也有着不可忽视的重要作用。比如,通信技术能够使得系统控制人员在最快的时间内及时了解建筑电气系统的真实运行状态,从而及时进行判断和反应,从而实现及时检测的目标。因此在建筑电气工程自动化设计操作时,相关人员要要努力提高电气设备相关信号的传输速度,从而有助于系统异常信号的及时传达、维修人员的及时反应。如上所述,信息社会中网络技术和计算机技术的普及对于整个社会的发展都有着划时代的意义,因而计算机技术也是建筑电气工程自动化实现的常用技术。计算机技术在建筑工程自动化实现过程中的意义就在于处理设备感应信号,即利用计算机技术的强大数据处理能力对传感器和通信系统传达的信息进行处理,对数据进行有效的整合,从而在短时间内做出尽可能准确的判断和反应.
5小结
综上所述,建筑电气工程自动化设计和应用对于建筑工程的发展有着十分重要的意义。该技术的使用时符合时代潮流和社会发展方向的,但是同时该系统在建筑工程中的使用还不够成熟,在结构、成本等多个方面依旧存在着较大的问题。由此可见,未来建筑电气工程自动化的发展还有着巨大的进步空间。
参考文献
[1]丁大为.建筑电气工程自动化设计及实现分析[J].河南科技,2013(06).
中图分类号:TD63 文献标识码:A
在城市化进程逐渐加快的今天,对煤炭等能源的需求量越来越大。如今,世界上最大的煤炭生产和消费国就是我国,并且未来很长一段时期,我国都将占据主导地位;虽然煤矿产量在不断的增大,我国煤矿安全生产形势却日趋严峻。虽然国家在推行煤矿综采机械化,但在很多的煤矿中,依然在使用那些老旧技术和较为落后的设备,因为没有较高的自动化程度,操作和监控起来存在着较大的难度,这样生产效率就会受到影响。因此,在煤矿机电设备中,就需要将自动化技术广泛推广应用。
1、煤矿机电设备自动化现状
1.1发达国家现状:发达国家的煤炭行业经过几十年的发展,在较大程度上提高了整体技术水平、安全生产条件和劳动生产率,如今本行业已经有着较高的效率和技术水平,特别是近些年来,在煤炭行业中开始广泛应用以自动化控制技术为代表的高新技术。在煤矿开采中,将先进的综合机械化和自动化大型设备给应用了过来,显著提升了劳动工效。
1.2我国技术现状:我国在煤炭生产,将多层次技术结构给呈现了出来,大型矿井如今处于综采发展阶段,中小型矿井则处于普通机械化发展阶段,一些乡镇小型煤矿,甚至还将人工作业生产方式应用过来。相较于发达国家,我国在诸多方面都存在着差距,如大型机械自动化技术的应用、开发和制造等等。
2、自动化技术在煤矿机电设备中的应用
2.1自动化概述:具体来讲,自动化指的是没有人直接参与到机械设备或者生产过程、过程管理中,通过自动检测、信息传递处理以及其他的操作,促使目标得到实现。它作为一门综合性技术,跨越了多个学科,融合了多项技术,如计算机技术、微电子技术、信息技术以及自动控制技术等。在上个世纪七十年代开始在国外机械上广泛应用自动化技术,而到了八十年代开始兴起微电子技术,在机械制造中开始更加广泛的应用自动化,特别是在机械上应用 PLC 控制技术、DSP 控制技术、传感与检测技术以及信息处理技术等先进技术,对于煤矿机电产品性能的提升,起到了较大程度的推动作用。如今,在国外机械设备中拥有自动化技术为基础的电子控制系统,已经是较为普遍的事情。
2.2自动化技术在煤矿提升设备中的应用:在如今煤矿生产中,有着最高自动化程度的设备就是矿井提升机,矿井提升设备主要是对煤炭和矸石进行提升,对材料进行下放,对人员和设备进行升降。因为矿井提升工作,是在井筒中,让提升容器保持一个较高的速度来往复运动,因此,就对提升机提出了更高的要求,保证其可以更加安全可靠的运行。那么煤矿提升设备中的电控系统就发挥着较大的作用,它主要是控制提升机的运行,而自动化技术则是电控系统的核心技术。
如今,全数字化提升机是最为先进的提升设备,全数字化控制系统是它的电控系统,对于控制和调节的功能主要是由具有较高性能的 PLC 可编程控制器来承担的,并且监控功能和辅助功能也可以得到实现;将分布式控制方式给应用了过来,对独立的控制器进行设置,各个控制器将总线通讯方式给应用过来。
2.3自动化技术在煤矿采掘设备中的应用:煤矿有着十分恶劣的井下环境和较为复杂的地质条件,在实践中,需要将瓦斯、煤尘以及地下水等因素给充分纳入考虑范围,如果有些问题出现,就很容易导致安全事故的发生。煤矿工人在井下作业的过程中,安全风险较大,因为人力资源是有限的,就会对工作效率造成影响,产需矛盾得到加大。因此,通常将各种大型采掘设备应用到现代化矿井采掘工作面,促使综采自动化得到实现。在煤矿采掘设备中应用先进的自动化技术,非常重要的一个典型就是变频电牵引采煤机,如平煤股份某矿 7LS07 型采煤机,采煤机司机可以用双向遥控器以无线模式来控制采煤机,可以使用一个或两个遥控器操作采煤机。一旦完成了教学过程,遥控器和采煤机之间就建立了无线连接。
2.4自动化技术在煤矿监测监控设备中的应用:因为煤炭行业的危险性较高,那么就需要全方位立体实时监控它的生产过程。现代化矿井构建了监测监控网络,包括诸多的子系统,如安全监测、工业电视、电网监控等,可以实时监测监控矿井各部分。监测监控系统借助于自动通讯技术,可以实时显示地理信息,查询井下情况;结合井下的实际地理情况,对井下人员在坑道中的实时动态分布图进行制作,这样就可以生动形象的展示井下情况,调度起来更加的方便。可以自动考勤井下员工,人力资源管理质量得到提升。
结语:通过上文的叙述分析我们可以得知,在煤矿生产中,各个生产子系统的安全运行会直接受到煤矿机电设备自动化程度的影响,在现代化矿井中机电设备方面,非常重要的一个组成部分就是运用自动化技术设计的自动控制系统,同时,在对煤矿现代机械水平进行评价时,非常重要的标准就是机电设备的自动化程度。在时代飞速发展的过程中,在煤矿机电设备中将会更加广泛的应用自动化技术,将会发挥着更大的作用。
参考文献:
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中图分类号:TP311 文献标识码:A 文章编号:1009-3044(2016)36-0088-02
1 UFT简介
随着市场对软件质量要求的不断提高,软件测试愈来愈受到重视。随着测试工作的不断深入,越来越多的软件公司开始借助自动化测试工具来提高测试效率和测试质量、缩短测试工期、降低测试成本。特别是对于一些工期较长、版本较频繁且对软件质量要求较高的大项目,是否使用自动化测试工具是关系项目成败的一个关键因素。
UFT(Unified Functional Testing)是美国惠普公司的一款功能性y试工具,目前在测试工具市场上占据绝对主流位置。UFT提供先进的自动化测试解决方案,用于功能测试和回归测试,它自动捕获、验证和回放用户的交互行为。UFT是基于GUI对象识别技术的,而GUI的自动化脚本都是针对应用程序中对象的操作。因此,界面上的操作对象能否准确地被识别,关系到自动化测试能否正常自动执行。所以在UFT自动化测试项目中对对象的集合,即对象库的设计、研究和实现就显得尤为重要。[5]
UFT的工作原理就是将应用程序回放过程中各个控件的主属性拿来和测试对象进行比较,如果各个主属性完全匹配,测试即通过。
2 UFT对象库简介
测试对象(Test Object):UFT录制过程中所录制被测应用程序中的对象,这些对象会保存在UFT的本地对象库中。UFT使用测试对象标识被测应用程序中的对象,并存储该对象属性及属性值,这些属性有助于UFT在回放会话期间标识和检查被测应用程序中的对象。
运行时对象(Runting Object):被测应用程序运行时的实际对象。
UFT识别对象原理一般是按下面三个步骤完成:(1)在对象库中创建测试对象,里面存有测试对象的属性值,主要标注一个或多个主属性;(2)在运行被测应用程序时UFT会根据脚本里面对象的名字,在对象库中找到对应的测试对象;(3)根据测试对象的主属性,在被测应用程序中找到运行时对象,最后对运行时对象进行操作。在此过程中,如果测试对象和运行时对象不匹配,将给出报错信息,无法顺利完成对此对象的操作。
对象库是UFT的核心,因为UFT是通过维护对象库来达到对象识别的目的的。虽然在描述性编程中不需要提供测试对象,但实际上是在UFT脚本中描述对象的属性,而测试执行中对象识别的原理是不变的。在事先抓取”名称:”、”密码:”两个文本框对象和”确定”按钮对象的前提下,基于对象库编程的脚本如下:
Dialog("登录").WinEdit("名称:").Set "mercury"
Dialog("登录").WinEdit("密码:").Set "mercury"
Dialog("登录").WinButton("确定").Click
还是”登录”这个功能点,采用描述性编程的脚本如下:
with Dialog("text:=登录")
.winEdit("attached text:=名称:").Set "mercury"
.winEdit("attached text:=密码:").Set "mercury"
.winButton("text:=确定").Click
end with
3 对象库的创建
UFT的对象库可以分为两种:
1)本地对象库(Local Object):与Action相关联,每创建一个新的Action会自动创建相应的本地对象库。
2)共享对象库(Share Object):多个Action可以共用的对象库,其扩展名为tsr。
脚本录制过程中或通过对象库专门抓取的对象都是保存在本地对象库中,这些对象的作用范围仅限于当前的操作。如果其他的操作也需要这些对象,则需要手动再重修添加一次。要让这些本地对象能够应用于多个操作、测试中,我们经常将录制好的本地对象导出,生成一个共享的对象库文件。
以下情况建议使用本地对象库:
1)创建单一操作测试脚本时;
2)不需要频繁修改对象属性时。
以下情况建议使用共享对象库:
1)使用关键字驱动测试技术;
2)包含(创建)多个测试脚本、接口或对象设置的多个测试;
3)需要经常维护测试对象的属性或有规律的更新测试对象属性;
4)经常进行多个测试你或有规律的使用Insert Copy of Action或Insert Call to Action。
由于编程人员在编码过程中未注意控件的命名,导致测试人员使用UFT时抓取的对象名称不规范,造成对象库维护和使用不便,因此建议在对象捕捉完后进行重命名。命名规则如下:
1)名称应与所对应的对象相关,做到“见名思义”;
2)如果一个对象中包含动作,则对象名称建议为:动作名+对象名;
3)必须是英文名,建议采用驼峰标识格式书写;
4)名称不包含特殊符号;
5)名称应不超过15字符。[6]
4 对象库的对比、合并
对象库的管理在整个UFT自动化测试过程中占据非常重要的地位,特别是大型的项目,其界面中的控件多而杂,拥有一个规范、统一的对象库将有助于脚本的快速开发和团队成员之间的协作。一般情况下,一个自动化测试项目会设置专人对对象库进行严格管理。在某些特殊的场合,可能需要有多人同时对对象库进行管理,则在项目测试的后期需要由专人对对象库进行对比、合并。
在UFT的对象库管理中自带两个辅助工具:Object Repository Comparison Tool(ORCT)和Object Repository Merge Tool(ORMT)。它所处的位置如图2所示。
ORCT工具用于对两个对象库文件进行分析统计、并查看两者之间的差异。ORTC比较之后在Statistics(统计对话框)直观地显示统计结果,而图形化的差异标识使用户能更快捷有效地查看对象库之间的差异。ORMT工具用于两个对象库文件合并,当两个对象库中的对象没有冲突,所有的合并工作就由系统代劳,不用再手工去设置,最后只需把Statistics对话框关掉,把合并的结果保存即可。如果两个对象库有冲突,ORMT会准确标记出那些需要合并但是又有冲突的对象的位置,用户在解决选项(Resolution Options)的上半部分可以查看有差异的两个对象的信息,在下半部分可以选择三种解决方案中的任一种。
5 结束语
总之,在成本、技术都可行的情况下,在项目中选择UFT进行自动化功能测试工具,将能够提升测试的效率、降低测试成本,而UFT强大的对象库能够对GUI对象进行高效、合理的管理。
参考文献:
[1] 李晓鹏, 赵书良, 魏娜娣. 软件功能测试―基于Quick Test Professional应用[M]. 北京: 清华大学出版社, 2012.
[2] 余杰, 赵旭斌. 精通QTP―自动化测试技术领航[M]. 北京: 人民邮电出版社, 2012.
[3] Tarun Lalwani. QTP自动化权威指南[M]. 北京: 人民邮电出版社, 2013.
1. 控制科学与工程(专业代码0811)
2. 电气工程(专业代码0808)
我院招收的硕士研究生是学术型研究生,学制3年。
二、 基本要求:
1. 参加 2018 年全国硕士研究生入学统一考试,成绩达到教育部公布的国家复试分数线以上。
2. 申请调剂专业与第一志愿报考专业相同或相近;本科专业是自动化、电气工程及其自动化、检测、计算机等相关专业。
3. 身体健康。
4. 满足教育部有关调剂的其它要求。
三、 调剂流程
1. 有意申请调入我院的考生,须登陆中国研究生招生信息网:yz.chsi.com.cn/按要求填报调剂申请,我院将以调剂申请为准,并结合初试成绩及综合情况 , 确定参加复试人员名单。
2. 接到复试通知的考生须及时回复确认,并按我院要求参加复试。
1机械制造及其自动化的定义科学技术
机械自动化的定义是在1971年产生并在机械领域得到了广泛的应用。“机械工程师协会1984年对其定义为:“计算机信息网络的协调和控制,完成包括机械力、运动和机械能量流动力和(或)机电组件系统互联”。
机械设计制造及其自动化是机械技术和电子技术为主体,多门技术学科相互渗透、相互结合的产物,是正在发展和逐渐完善的一门新兴的边缘学科,机械自动化使机械工业的技术结构、产品结构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化,使工业生产由“机械电器化”迈入了以“机械自动化”为特征的发展阶段。
它的发展至今已经成为一门有着自身体系的新型学科,随着生产和科学技术的发展,还将不断被赋予新的内容。但其最基本的特征可概括为:机械自动化的设计制造是从系统的观点出发,综合运用机械技术、微电子技术、自动控制技术、计算机技术、信息技术、传感检测技术、电力电子技术、接口技术、信息变换技术以及软件编程技术等群体技术,根据系统功能目标和优化组织结构目标,在多功能、高质量、高可靠性,低能耗的意义上实现特定功能价值并使整个系统最优化的系统工程技术。
需要强调的是,机械自动化技术是基于上述群体技术有机融合的一种综合性技术,而不是机械技术,以及其他新技术的简单组合、拼凑,这就是现代机械与机械电气化在概念上的根本区别。现代机械设计制造出的产品,不仅是人和手与肢体的延伸,还是人的感官与头脑的延伸,具有智能化的特征是现代机械自动化和传统的机械在功能上的本质区别。
2机械设计制造及其自动化的发展方向
我国从20世纪80年代初才开始这方面的工作研究和应用,研究机构及一些大中型企业对这一技术的发展及应用做了大量的工作,并取得了一定的成果。但与日本等先进国家相比,仍有相当差距。任何一门科学都是由基础理论、技术和工程系统组成的完善体系。机械自动化在技术和工程系统方面已有很大的发展,但基础理论方面尚在发展中,还很不完备,所以今后的发展方向是:
2.1机电一体化
机电一体化是机械自动化的发展和扩展,传统的只对机电设备的集成产品,是机械工业发展的唯一出路。
2.2自动智能化
智能机械自动化技术的发展在21世纪是一个重要的发展方向。“智能”是对机器行为的描述,它基本在理论控制的基础上,学习人工智能、运筹学、计算机科学、模糊数学、心理学、生理学和多种动力学的新观念,新方法,如混合动力学,效仿人类智能,使其具备判断推理、逻辑思维、自主决策的能力,以确保我们更高的控制目标。
2.3模块化
模块化是一个非常重要而且又非常巨大的工程。由于机械自动化产品和制造商非常多。研究和开发标准的机械接口、电气接口、动力、环境界面接口是的机械自动化产品部门成为一个非常复杂的单元。通过模块化这种方式,就可以开发出具有统一标准的机械产品,于此同时也可以扩大产品的生产规模。
2.4计算机网络的发展
随着科技的快速发展,互联网给全世界带来了翻天覆地的变化,尤其是计算机编程的发明,以及编程技术应用在机械生产设备上的应用更是给机械领域带来了质的飞跃。各互联网的全球经济模式的开启、全球的机械生产组合成一体,全球化的企业之间的利益冲突,让企业明白自身具有竞争性的重要性。互联网的普及,使得网络的功能在逐渐的运用到机械生产中去,如远程监控和网络检测技术等设备终端的发明。以生产方式改变的方式让局域网络技术已经成为了一种趋势。我们可以将互联网广泛运用到各个领域,如家庭网络运用到各种电器上,通过远程控制电器的运行,这样的技术应用使得人类从中获取便捷的同时,更为生活带来了无尽的乐趣。正因为如此,互联网计算机技术在机械领域的发展成为了全世界的共识和产品的发展方向。
2.5产品体积的缩小化
20世纪80年代末,“微电子机械系统在国外被定义。微机械自动化系统,指的是几何尺寸不超过1立方厘米的机械自动化一体的产品”,与此同时也在向微纳米尺度发展。微机械自动化产品体积小,能源消耗少,并且具备足够的灵活性,在生物医学、军事、信息等方面具有不可或缺的优势。
2.6资源节约,绿色环保
我们不得不承认人类生活的变化离不开机械设计制造及其自动化技术的发展。但是我们在工业发展上却具有两面性。一方面,资源众多,生活质量得到提升:而另一方面,随着资源的减少,我们的生活环境、我们的生态系统也受到了严重的破坏,在这样的现状下,人类开始意识到保护环境、保护生态的重要性。我们将这种呼声归结到绿色产品这一概念,具有绿色理念的机械自动化产品,是未来的发展趋势。
3结论
近年来,我国政府加大了对机械自动化建设的投入,也培养了很多符合标准的专业人才,这有利于中国的发展和国民财富的有效积累,无论是在相关企业的管理模式还是在生产技术上都会得到很大的提升,并且起着非常关键的作用。
通过对机械设计制造及其自动化发展趋势的研究,深刻了解了机械制造及其自动化对国家,甚至对全人类的发展起到的至关重要的作用,机械技术的发展非一朝一夕,在今后的发展道路,和学习道路上,在吸取前辈留下来的技术财富,设计思想的同时,更应在注重资源环境的同时大胆创新,坚持机械设计制造是造福人类的技术,努力的解决好生产力与环境的相互协调,使機械设计能够得以快速和健康的延续和发展。
参 考 文 献
[1]刘武发,刘德平.《机电一体化设计基础》.北京化学工业出版社,2017.5
[2]杨世明腾献银赵镇宏段巍《机械设计》.电子工业出版社出版,2017.3
[3]张建民等.机电一体化系统设计.北京:高等教育出版社,2011.