航空航天技术概论范文

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中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）47-0144-03

一、航空类专业课程体系简介

在教育部本科专业目录中，航空航天类专业有飞行器设计与工程、飞行器动力工程、飞行器制造工程、飞行器质量与可靠性、飞行器环境与生命保障工程、飞行器适航技术和航空航天工程等7个。目前，郑州航空工业管理学院开设了前3个专业，均归属于航空工程学院。以飞行器设计与工程为例，在第1学期设置了“飞行器设计与工程专业导论”课程（16学时）、第2学期设置了“航空航天技术基础”专业必修课（32学时）作为专业学习的前导课。第1―5学期，学校设置了“高等数学”、“大学物理”、“理论力学”和“材料力学”等公共基础课和学科基础课；第4―7学期则按照飞机设计的各个子学科，设置了“通用航空技术”、“空气动力学”、“飞行器总体设计”、“无人机系统导论”、“飞行器专业英语阅读”和“飞行器专业技术讲座”等专业课程。

从课程设置上可以看出，“飞行器设计与工程专业导论”和“航空航天技术基础”课程主要培养学生对专业基本情况和学科领域的整体性把握，属于专业通识性课程。而在专业课中渗透通识意识，对教师也提出了更高的要求[1，2]。经过这两门课程的前期引领和必要的数理、力学知识的学习之后，学生再按照飞机种类和飞机设计各分支学科的特点进行专业课学习。可以说，“航空航天技术基础”的各个章节基本上对应了后续专业课的主要范围，具有非常重要的地位。

在教学实践中，我们也发现，激波、升力、机翼结构、飞机稳定性和操纵性等概念尽管在“航空航天技术基础”课程中已讲授，但在相应的专业课学习中，学生仍觉吃力。调查发现，原因主要有两点：第一，专业课程数学公式较多，而数学、物理等公共基础课的学习效果一般，有畏难心理；第二，不知所学知识的应用情况，知其然而不知其所以然。针对航空类专业的课程体系，探索研究专业通识课程与后续专业课程的联系，对于增强学生学习积极性、提高人才培养质量具有重要意义。

二、“航空概论”通识类课程的建设情况

航空概论是学校面向非航空专业学生开设的一门通识课程（24学时），内容主要包括航空航天基本概念、航空发展概况及未来发展趋势、我国航空工业、空气动力学基础、飞行原理、航空发动机等[3]，考核方式为期末半开半闭考试。此外，针对国际本科学术互认课程（International Scholarly Exchange Curriculum Undergraduate，ISEC）项目的双语版航空概论（32学时），内容较普通版更为丰富，更强调课堂参与和团队协作，考核方式为平时作业、表现和期末设计报告。

航空概论被列入学校的特色课程组合中，除航空专业外，其余专业的学生均须从特色课程组合中选修一门。学校每年的本科生招生人数近7000人，日常教学任务较为饱满，考虑到学校招生专业包括财经类、管理类和艺术类等，学生数理基础参差不齐，在讲授时一般避免进行复杂公式的推导，多采用类比法和案例法讲解。

此外，学校的人才培养目标和发展定位与传统的三所航空重点高校（北京航空航天大学、西北工业大学和南京航空航天大学）以及其他高职高专类院校存在明显区别，市场上已有的航空概论教材并不能完全满足我们的教学需求。经过多年的建设，学校主编并出版了《航空概论》教材，并将“航空概论”课作为学校慕课平台课程体系的第一批建设项目立项，通过网上课堂与实际课堂相结合的形式，探索“翻转课堂”教学理念在航空类通识课程中的应用效果。现在，此项工作正在稳步开展中。

三、航空类专业课程与“航空概论”课程贯通建设

为了尽可能利用现有资源，我们对航空类专业课程和“航空概论”课程进行了统筹处理，并尝试进行贯通建设，主要包括如下措施。

篇2

我认为人们尤其应该重视遥现技术和遥操作技术，以大大节约人长期在天上“受罪”的巨大代价。我希望我国的航天事业能后来居上，胜人一筹！

航天事业的又一重大发展是空天飞机，尤其是把它作为用半小时即可横跨2万公里的民航工具。所以空天飞机是21世纪的重大成就。但此项技术工作规模和难度空前，耗资达千亿美元以上。今天世界上无论任何国家都无法独家承受此负担，只有国际合作才行。请看，就是花费100亿美元的超导超级质子反质子对撞机（SSC）也是多国共建的，我国将参加，贡献1亿多美元的设备。因此我请您研究以下工作设想：

首先，继续跟踪国外有关空天飞机的发展动态。

其次，研究各种可能的方案，进行国际共同开发空天飞机。

再次，我国作为国际合作的开发者，该如何作准备，也就是争取参加国的资格，人家需要我们。我们能参加SSC，就因为我们通过北京正负电子对撞机工作，使人看到我国的科技力量和加工生产能力。

21世纪的中国人一定要在空天飞机上显一显身手，一件国家大事。

在这封信中，钱老提出了三个未来载人航天的发展方向：

第一，为了实现更便宜、更安全和更灵活的载人航天飞行，钱老建议在我国研制成功载人飞船后，应将航天运输系统的目标，瞄准空天飞机。钱学森在1962年出版的《星际航行概论》一书中，就提出了使用吸气式发动机的概念。他提出了用一架装有喷气发动机的大飞机，作为第一级运载工具，用一架装有火箭发动机的飞机，作为第二级。关于吸气式发动机他提出要“以涡轮喷气发动机起飞，当高度超过10千米及飞行速度达到两倍声速以上时再把冲压发动机开动，继续爬高和加速，直到极限，然后第二级火箭脱离第一级起飞。”1990年12月28日致朱光亚的信中指出：“近见美国好几期都有关于高超声速飞机的报导乃至空天飞机研制的报导，美国是主力，其他好几个国家也在搞。看来这是21世纪的航空航天技术。”

第二，钱老强调要发展遥现技术和遥操作技术。钱老认为，人与自动化系统的优化结合，包括采用遥作学的技术，使人在地面更好地参与空间科学实验活动，将是未来航天系统的发展方向。他在1993年8月23日给朱光亚的信中建议将英语中的“teleoperation”译成“遥作”，“telescience”译成“遥作学”或“遥作技术”。对于遥作及遥作技术的意义，他在这封信中说：

回想历史，人们总是想用机器代替人干活，最早是人力、畜力驱动的机床，然后是机器能力的机床，后又有数控机床。再进一步就发展机器人；后来因为机器人太笨，所以开发智能机器人。但就是智能机器人的智能也是有限的，还要操作人在现场管理、调节。但一人管多台机器人，操作人要眼看四方，跑前跑后，十分紧张，一秒也不能休息。日本工厂在机器人生产线上的操作工人据说只能干两三年就退入另外工作，太累受不了。

解决这一问题的方法和途径就是遥作技术，操作人不在现场，可以安安静静，舒舒服服地管好机器人生产线。这是人・机结合概念的扩展；机不只是计算机，还有智能机器人。

篇3

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1002-4107（2016）11-0001-04

测试技术课是工程类专业的主干专业基础课，对于学生的动手实践和试验探索能力培养具有非常重要的意义。该课程是一门综合性和实践性很强的课程，在教学过程中必须有效兼顾知识传授的广度和深度、试验探索的理论与实践两对矛盾[1]。通常在本科和研究生层次上都会开设相应的课程。

创新能力培养已成为研究生教育改革的基本问题，应将其贯穿于包括课程教学在内的研究生培养的各个环节[2]。研究生创新能力的培养不仅影响高等学校知识创新的水平， 也关系国家未来的整体创新能力[3]。近年来，随着航空宇航事业的迅猛发展和公众对航空宇航的认知提升，研究生学历已经成为从事航空宇航技术工作的基本条件，越来越多的学生跨专业进入航空宇航类专业的研究生行列。培养具有创新能力的航空宇航专业研究生对于提升我国航空宇航领域的技术实力和国际竞争力具有非常重要的意义。鉴于测试技术本身具有很强的实践性，因此有必要探索能激发研究生积极思维和主动参与、具有航空宇航特色的测试技术课程教学模式，使测试技术课程教学成为培养研究生创新和实践能力的重要环节。

关于本科阶段测试技术课的教学改革和实践，国内诸多学者进行了卓有成效的探索。针对机械工程与自动化及相关专业“测试技术”精品课程建设的需要，刘进志等从教学资源建设、师资队伍建设、教学内容革新、实践教学模式改革等方面进行了探索。王丰在“机械工程测试技术”课程体系优化、优质资源开发、教学技术改进、实验内容建设、工程素养和创新能力培养等方面进行了一系列改革与实践[4]。以培养学生综合应用能力为目标，李孟源等提出了强化测试技术实践教学的新思路，并在河南科技大学的教学过程中进行了实践[5]。贺德全对通信、电子信息、测控工程专业测试技术课“现代测试技术及应用”的教学改革进行了有益的探索，提出了课程改革的新思路[6]。王鹏等对应用电子技术、信息工程、测控技术与仪器等专业的测试技术课“自动测试系统”课程建设进行了探索，在教学队伍、教学内容、教学方法与教学手段、教材建设、教学管理和实践教学等方面开展了教学改革实践[7]。

不同于本科测试技术课程，研究生测试技术课更强调以创新和实践能力培养为核心的知识体系广度和试验探索实践。课程教学应充分借鉴国外顶尖高校的先进经验，强化前沿性、研讨性和实践性等教学环节，激发学生主动参与和积极思维的创新意识，为学生创新实践能力的培养提供充足的教学空间[8]。然而遗憾的是，如何对研究生测试技术课进行改革以适应创新实践能力的培养需求在国内还是空白，更遑论航空宇航这样具有鲜明专业特色的研究生测试技术课程的教学改革。

有鉴于此，本文以北京理工大学 “航空宇航测试与试验技术”课程为样本对航空宇航类专业研究生测试技术课程的教学改革进行了探索。在分析该课程的培养需求和教学目标基础上，本文提出了课程教学改革思路和详细的教学环节设置，总结了依托课程网站、科研课题和实验室设备进行课程教学改革的经验和实践效果，以期对国内高校航空宇航类专业及类似专业的研究生测试技术课教学改革有所启发。

一、培养需求分析

“航空宇航测试与试验技术”是北京理工大学宇航学院为航空宇航科学与技术专业开设的一门主干技术基础课，是学术型硕士研究生、全日制硕士专业学位研究生以及本科起点博士的专业必修课。课程课内计划学时为54学时，考核方式为平时考核与期末考试相结合的方式。其中，平时考核占70%，期末考试占30%。在测试技术、航天技术概论等课程学习的基础上，本课程旨在构建合理的课程知识体系，着力培养研究生在航空宇航领域的创新和实践能力，为培养肩负航空航天事业发展重任、理论与工程并重的高层次研究人才奠定必要的基础。

表1给出了近3年来课程的选课情况。需要说明的是：除表中明确列出的四个方向外，学术硕士生和本科起点博士生的研究方向还包括航空宇航制造及其自动化和振动与噪声控制两个方向，专业硕士生的研究方向还包括发射理论与技术、材料与结构力学和空气动力学三个方向。因人数较少，为简化需求分析，表中将这些方向统一归入其他项。从表1可以看出，本课程的选课研究生逐年阶梯式上升，课程的重要性和效果得到了研究生的广泛认可；选课研究生涵盖了北京理工大学航空宇航科学与技术专业的主要研究方向和三个不同层次的研究生。因此课程内容需要精心设计，以满足不同方向和不同层次研究生的学习需求。

与其他类型专业不同，航空宇航科学与技术是针对工程应用背景设置的专业。各研究方向的基础知识和应用领域涵盖很大的技术范畴，跨越机械、电子和信息等多个不同的领域，相应的测试需求也存在很大的差异。表2给出了主要研究方向的专业背景和测试需求。事实上，就本科层次而言，机械、电子信息、测控与仪器等不同专业类型的测试技术课程教学的侧重点和教学内容也存在很大的差别。本课程的教学目标需要充分考虑相关方向研究生在专业基础、应用背景和测试需求等方面的差异。

表2 主要研究方向专业背景及测试需求

鉴于航空宇航科学与技术专业具有专业涉及面宽、创新性强和测试需求明确等特点，本课程的教学目标定位在：（1）深化有关测试的基础知识和理论，介绍相关研究方向测试技术发展前沿，兼顾深度与广度、经典与现代两对矛盾，构建合理的课程知识体系，激发研究生的主动参与热情；（2）以测试系统设计和调试为手段，强化以知识应用为特征的实践能力培养；（3）以文献阅读和

探索研究为手段，通过体会和体验方式培养创新能力。

二、教学改革思路与措施

根据以上教学目标，本课程在北京理工大学精品课程建设项目的支持下，对“航空宇航测试与试验技术”课程的教学进行了改革，期望通过优化课程教学过程，适当压缩理论教学课堂授课内容，借助科研和实验室优势强化前沿性、研讨性和实践性教学环节，提升课程教学效果。

本课程的教学主要由理论教学、专题讨论、测试系统设计和自选试验四个环节组成。

根据教学计划，理论教学应着力于深化测试与试验的基础知识和理论以及介绍本专业测试的工程需求，主要包括测试基础理论及其应用和航空航天试验技术两个部分。具体内容为测试基础理论、数据采集与虚拟仪器技术、测试系统设计及评估、航空航天试验概述、航天测控系统、空间环境试验技术、飞行试验技术。其中，前三者主要着眼于深化测试与试验的基础知识和理论，后四者主要是帮助研究生了解其所在研究方向的测试需求。理论教学在实施过程中主要存在两个方面的问题。一方面，选修本课程的研究生的基础有较大的差异。在选修本课程的研究生中，部分是本校本专业的本科毕业生，选修过类似课程，对专业应用背景和测试需求已有一定的了解，但也有相当部分的研究生是跨专业的，对测试基础知识和理论了解较少，对专业应用背景和测试需求了解不多。另一方面，理论教学学时有限和不同方向的研究生兴趣差异也是需要考虑的问题。基于以上考虑，理论教学采用课堂讲授和课后自学相结合的方式进行。对理论性较强的、各研究方向有共同兴趣的内容采用课堂讲授；对其他内容，依托精品课程项目支持建设的课程网站开展教学，以自学为主，通过网上测验和答疑等方式帮助研究生检验和巩固学习效果。

专题讨论是兼具研讨性和前沿性特点的综合性重点教学环节，对构建研究生课程知识体系广度、提高创新意识以及体会创新过程具有重要的作用。根据研究生人数的不同，本环节占本课程的教学总学时的1/3―1/2。专题讨论要求研究生结合专业方向、课题组科研项目、参研课题或者个人感兴趣领域的测试需求进行调研，以近5年内发表的重要文献为主，完成专题报告，并在课堂上进行时长为20分钟的讲述以及现场质询。现场质询时，先由其他研究生根据自己的理解提出问题，教师补充提问和做最后的评价总结。原则上，专题报告必须有与测试相关的思考和分析，并应提交最终的电子文档。教师根据研究生的报告以及现场回答情况给出相应的评定成绩。研究生在他人报告的现场质询环节所提出的问题的质量将作为其成绩评定的重要组成部分。为便于研究生完成选题、搜集材料以及准备专题报告，教师会在课堂上结合自身的科研积累进行相应的专题报告，并给出选题方向和专题范例供研究生参考。

测试系统设计是针对实践能力培养的教学环节，目的在于强化测试系统设计能力，是在本科课程基础上对研究生知识应用能力的进一步深化。该环节分为两个阶段。一是教师在课堂上对若干个典型设计范例由浅入深地讲解，采用互动教学方式加深研究生对设计难点的理解。课堂教学时共选用3个设计范例。其中，第1个范例较简单，教师通过仔细讲解使研究生对设计流程有所了解；后面进行更接近工程实际的两个范例教学时，教师先给出设计题目，研究生若干人为一组讨论后推荐1人作为代表在黑板上写出设计结果，教师在课堂上组织学生对各组的设计结果进行充分讨论后给出参考答案和总结，以突出设计难点和其解决思路。二是在上述基础上，研究生自主选择设计题目，教师通过对研究生提交的设计作业存在的典型问题进行点评，有针对性地纠正存在的共性问题。

不同于本科测试技术课程的实验环节，自选试验环节属于研究性的试验项目，是兼具前沿性和实践性特点的综合性环节，也是研究生体验创新的重要途径。整个试验过程，研究生自主选题，自由组合，自行组织管理。试验没有确定的答案和结果，要求研究生若干人（一般4―6人）1组围绕课题组科研项目、参研课题、实验室特定设备和自己感兴趣的主题开展试验。自选试验中发现问题、分析问题和解决问题的过程即是研究生体验创新的过程。根据需要，学校可以适当资助研究生自行购置试验器材，搭建测试系统开展试验。教师通过选题讨论、疑难解答和报告评定等方式管理和控制试验进程和教学质量。

各教学环节与教学目标的关联如图1所示。由图1可以看出，改革后各教学环节更有利于强调知识广度和现代前沿的课程知识体系构建，并且设置的测试系统设计、专题讨论和自选试验三个环节大幅增加了前沿性、研讨性和实践性教学内容，有效加强了研究生创新能力和实践能力的培养，形成了鲜明的航空宇航教学特色。这具体体现在以下几个方面。

（1）通用与特色有机结合的教学内容、基础与前沿并重的教学思路是构建课程知识体系的保障。一方面，本课程的教学内容在强调通用测试技术的基础上更注重航空宇航特色，大多与专业应用背景有关，能够有效激发研究生的专业学习兴趣，并为研究生从事相关试验工作奠定基础。另一方面，理论教学安排注重夯实研究生的理论基础，专题讨论可使研究生了解先进测试技术的发展情况及其在航天领域的应用前景。

（2）高度参与互动的教学模式是创新能力培养的前提。创新意识是创新能力的基础，独特的互动教学模式有效激发了研究生的主动参与和积极思维的创新意识。本课程超过1/3的学时是围绕专题讨论展开的，课程要求研究生必须主动参与讨论，同时，教师要将提问情况作为考评标准之一。此外，试验环节也要求研究生相互协作，共同完成预定的试验项目。

（3）理论与应用紧密结合的教学方式是实践能力培养的基础。测试技术课程是一门以知识应用为导向的实践型课程。本课程设置的专题讨论、测试系统设计以及自选试验三个环节占整个课程学时的2/3以上，为研究生应用测试理论和基础知识的学习提供了充分发挥想象力和创造力的展示平台。

三、教学改革的成效

改革后的课程学时分配及考核情况如表3所示。借助于图2所示的具有良好互动性的课程网站，课程的理论教学学时被压缩到10学时。除了《测试基础理论》、《测试系统设计与评估》以及《航空航天试验概述》三章在课堂上讲授以外，其余的理论教学内容均被安排为自学。这种安排方式充分保证了其他三个教学环节（特别是专题讨论环节）的学时，为优化课程教学奠定了基础。

表4给出了近三年专题讨论选题的统计分析结果。需要说明的是：表中的“结合研究方向”是指研究生所选的题目能够结合本学科各研究方向的应用需求。“结合前沿”是指研究生所选的题目能够结合测试技术的发展前沿。“结合科研”是指研究生选题为所在课题组此前开展的科研工作。研究生可通过查阅前人公开发表的论文和已毕业研究生的学位论文了解，也可通过与导师或者高年级研究生的交流理解项目深层次的技术问题。“结合课题”是指研究生所选题目与该研究生作为主要参与人参加的研究课题有关。由表中数据可以看出：绝大多数专题都能够结合研究方向，有助于研究生对专业前沿和工程需求的理解与把握。这主要得益于专题准备阶段指导教师对选题的严格把关和有意引导研究生尽量选择与研究方向相关的题目。专题中也有相当比例的题目结合科研或者课题。尤其是结合课题的专题，由于研究生亲自参与了课题，有深刻的实际体验，报告效果极佳，也易于激发课堂讨论。需要说明的是：结合课题的选题数量基本保持不变，这主要是后续选课的飞行器总体设计和航天器系统与自主技术方向研究生相对接触试验性质科研项目较少以及部分研究生课题暂时没有确定的缘故。

表5给出了2014年度自选试验分析结果。由统计结果可以看出：绝大多数试验选题都是结合科研、课题和实验室设备进行的，并且有相当部分试验使用了专业实验室的重大实验设备。自选试验的调试过程对研究生发现、分析和解决问题的能力提出了挑战。通过参与自选试验，研究生了解了先进设备的用途和前沿课题的试验需求。由于所参与的课题是前沿的，部分试验获得的结果本身就具有创新性。这表明，通过依托专业实验室的科研仪器设备，自选试验取得了良好的教学效果。

依托互动良好的课程网站、反映学科前沿的科研课题以及强大的实验室科研设备，“航空宇航测试与试验技术”课程教学改革压缩了理论教学的学时，并通过专题讨论、测试系统设计和自选试验等三个教学环节，为研究生构建了合理的课程知识体系，加强了研究生创新能力和实践能力的培养力度，取得了良好的教学效果。本课程的教学改革探索开辟了新的航空宇航类专业研究生测试技术课教学模式，也可为类似专业教学改革探索提供有益的借鉴和参考。

参考文献：

[1]刘进志，马怀祥，智小慧.“测试技术”精品课程建设研究 与实践[J].中国电力教育，2012，（32）.

[2]李孝红，崔文国，翁杰等.工科研究生创新能力培养现状 与改革[J].西南交通大学学报：社会科学版，2010，（4）.

[3]陈花玲，仇国芳，王俐等.改革研究生课程体系 培养研 究生创新能力[J].学位与研究生教育，2005，（6）.

[4]王丰.“机械工程测试技术”精品课程建设与实践[J]. 河北理工大学学报：社会科学版，2010，（5）.

[5]李孟源，尚振东，郭爱芳等.强化测试技术实践教学，培 养学生综合应用能力[J].中国现代教育装备，2007，（11）.

篇4

一、以“嫦娥一号”的发射方法为背景命题

目前，国际上把月球探测卫星从地面发射到月球有多种方式，常用的有4种类型：第1种是用运载火箭先将月球探测卫星送入近地球的圆轨道上，星箭分离后，靠月球探测卫星自行加速到入口速度10.6公里/秒，进入地月转移轨道到达月球；第2种是用运载火箭将月球探测卫星送入环地球飞行的大椭圆轨道，星箭分离后，通过月球探测卫星在椭圆轨道的近地点处加速到入口速度10.6公里/秒，进入地月转移轨道，最终到达月球；第3种是用运载火箭把月球探测卫星加速到10.6公里/秒，直接送入地月转移轨道，星箭分离后，卫星飞向月球；第4种是用运载火箭直接将月球探测卫星送入地月引力平衡点处，星箭分离后，卫星在地月引力平衡点处加速进入月球轨道。根据嫦娥一号卫星的使命和性能，以及我国现有运载火箭的能力，经过精确的分析和计算，为了用最小的代价实现奔月过程，嫦娥一号卫星选择了第2种轨道飞行方式。 2007年全国卷Ⅱ选择题20即以第3、4两种发射类型来命题考查学生运用功能关系来分析求解实际问题的能力。原题为：

（2007年全国卷Ⅱ）假定地球、月球都静止不动，用火箭从地球沿地月连线向月球发射一探测器，假定探测器在地球表面附近脱离火箭。用 w 表示探测器从脱离火箭处飞到月球的过程中克服地球引力做的功，用E 表示探测器脱离火箭时的动能，若不计空气阻力，则（?摇?摇）。

A. E 必须大于或等于w，探测器才能到达月球

B. E 小于w，探测器也可能到达月球

C. E =w/2，探测器一定能到达月球

D. E =w/2，探测器一定不能到达月球

分析求解过程如下：探测器在地球表面附近脱离火箭后获得E 的动能。探测器从地球表面处飞到月球的过程中克服地球引力所做的功为w，设地、月连线间的距离为r，在地、月连线间存在一个使探测器合外力为零的位置O，由万有引力定律，有：G =G 。

故探测器在地球表面附近脱离火箭后获得E 的动能。只要能到达合外力为零的位置O处，则往后可依靠月球对探测器的引力作功飞抵月球，而探测器从地球表面处飞到月球的过程中克服地球引力所做的功w中包含有从O点处到月球这一段距离克服地球引力所做的功，其实探测器只要能飞抵图中O点处就可实现到达月球。

A选项错误，B选项正确。

由万有引力定律可知，地球对探测器的引力与它们之间的距离的平方成反比，故地球对探测器的引力是变力，越靠近地球附近越大，越远离地球越小，当探测器的动能E =w/2时，探测器连地、月连线的中点都不能到达，更不可能到达图中的O点处。C选项错误，D选项正确。

二、以“嫦娥一号”的后续工程为背景来命题

中国的探月工程将分“绕、落、回”三期进行，目前第一期工程已经开始实施。“绕”是中国探月工程的第一期，即环绕月球进行不接触月表探察，时间是从现在开始到2007年；“落”是着月探测，亦是中国探月工程的第二期，时间是2005年至2012年；第三期“回”的时间是2010年至2017年，主要工作是在月球表面着陆，并采样返回。2007年全国卷Ⅲ第17题即以此为背景来考查学生综合分析求解问题的能力。原题为：

（07全国Ⅲ）我国探月的“嫦娥工程”已启动，在不久的将来，我国宇航员将登上月球。假如宇航员在月球上测得摆长为l的单摆做小振幅振动的周期为T，将月球视为密度均匀、半径为r的球体，则月球的密度为（?摇?摇）。

分析及求解过程如下：月球表面上质量为M′的物体所受的万有引力近似等于其重力，

故有：G Bm′g ?圯g=G ，由单摆的周期公式：

三、以“嫦娥1号”的绕月轨道为背景来命题

嫦娥一号卫星的接近月球后经过3次减速，使卫星保持在约1.6公里/秒的速度，进入到周期为127分钟，轨道高度为200±25千米的圆形的工作轨道。卫星在此轨道运行1年时间，完成月球科学探测任务。2006全国I第16题即以此为背景来命题，原题为：

（2006全国I）我国将要发射一颗绕月运行的探月卫星“嫦娥1号”。设该卫星的轨道是圆形的，且贴近月球表面。已知月球的质量约为地球质量的1/81，月球的半径约为地球半径的1/4,地球上的第一宇宙速度约为7.9km/s，则该探月卫星绕月运行的速率约为（?摇?摇）。

A. 0.4 km/s B. 1.8 km/s C. 1.1 km/s D.36 km/s

分析及求解过成如下：若“嫦娥1号”卫星的轨道是圆形的，且贴近月球表面，设卫星质量为m′，有：

由此即可解得正确答案为B。

四、嫦娥一号卫星发射后的4次主要的变轨

“嫦娥一号”首先进入一条近地点为200公里,远地点51000公里的大椭圆轨道，即超地球同步转移轨道。“嫦娥一号”采用了一个在地球轨道3次近地点加速的轨道调整方案，即采用调相轨道，使嫦娥一号卫星轨道由近地点高度200公里，远地点高度51000公里的轨道，调整到近地点高度600公里，远地点高度变为约38万公里的地月转移轨道。下面给出一道题供大家练习。

练习题：发射地球同步卫星时，可认为先将卫星发射至距地面高度为h1的圆形近地轨道上，在卫星经过A点时点火（喷气发动机工作）实施变轨进入椭圆轨道，椭圆轨道的近地点为A，远地点为B。在卫星沿椭圆轨道运动经过B点再次点火实施变轨，将卫星送入同步轨道（远地点B在同步轨道上），如图所示。两次点火过程都是使卫星沿切向方向加速，并且点火时间很短。已知同步卫星的运动周期为T，地球的半径为R，地球表面重力加速度为g，求：

（1）卫星在近地圆形轨道运行接近A点时的加速度大小；

（2）当卫星在同步轨道及椭圆轨道上经过同一点B时（ ）。

A.具有相同的重力加速度

B.受到相同的地球引力

C.在同步轨道上的重力加速度大于在椭圆轨道上的重力加速度

D.在同步轨道上卫星的引力势能大于在椭圆轨道上的引力势能

答案为：（1）a= g；（2）A、B。

参考文献：

［1］M-物理――第一册，人民教育出版社物理室，2002.

篇5

中图分类号： G642文献标识码： A 文章编号： 1009-8631（2012）03-0105-01

遥感（Remote Sensing，RS）是当代空间信息科学的核心技术之一，是信息获取与更新的重要技术手段，在经济建设及社会发展中的作用日趋重要[1]。同时遥感也是一门实践性很强的技术，遥感应用技术素质已成为地理信息系统、测绘、城乡规划、地质等专业工作人员的基本要求。遥感技术作为现代前沿科学技术之一，随着航空航天技术的发展不断在提高与完善，这就要求教学不断调整内容与方法，做到与时俱进。分析国内外遥感技术的发展需求及遥感课程教学，发现课程教学并未很好地适应社会对遥感应用型人才的需求，其中尤以实践教学环节薄弱的问题突出。针对当前现状，本文详细分析了遥感课程实践教学中存在的具体问题，并探讨了相应的改革措施，以期为遥感课程的教学改革，培养社会应用型、创新型人才提供参考。

一、目前遥感课程实践教学中存在的问题

1.缺乏合适的理论和实践课程教材

理论教学是实践教学的基础，选取合适的理论课教材，对确保教学内容合理，培养社会应用型人才至关重要。选取教材的原则是“理论与应用的结合；基础知识与前沿技术兼顾”[2]。近年来，国内先后出版了一些可作为大学本科遥感课程理论内容教材的书籍，但并不能满足遥感技术发展的需求。《遥感导论》、《遥感概论》和《遥感技术导论》出版时间较早，内容有些陈旧；《现代遥感导论》在应用方面涉及较少；《遥感原理与应用》在理论和应用方面都兼顾，而且在2009年出版了第二版，但此书内容相对较深，需要学生具备摄影测量、电磁场理论、模式识别等课程的基础。

目前，国内尚未见到普适性较强的遥感实践课程教材。与《遥感导论》配套的上机教材，未采用国际主流软件，无法满足实践教学的需要。《ERDAS IMAGINE遥感图像处理教程》、《ENVI遥感图像处理方法》等书，内容系统，但受学时限制，不适合作实践教学的指导书。

2.实践教学薄弱

遥感课程一门实践性较强的课程。遥感实践教学是理论教学的深化和补充，是学生通过理论与实践的相结合来感悟抽象的理论知识的学习过程[2]。课程实践教学环节包括两个大的方面，一个是课内实践，另一个是综合实习。目前，国内大多院校的课内实践学时偏少[3]，而且多以教师演示教学为主，学生实践能力得不到提高。“3S”（RS、GIS和GPS）技术集成，是空间信息科学发展的趋势，有必要加强学生的“3S”综合应用能力，然而这种多学科的综合实习普遍较少。另外，数据类型单一、内容陈旧，也使实践教学滞后，缺乏时代性和现时性。

3.考核方法不合理

课程考核，考察的不仅是学生对知识的记忆情况，更应该是学生对知识的综合应用能力。然而，目前遥感课程的考核方法，多以笔试为主，对实践能力考察的关注较少。这种考核方式不仅不能对学生进行综合考核，而且不利于调动学生学习的主动性和综合素质的培养。因此，有必要改进考核方法，建立考察学生全面素质的考核体系。

二、遥感课程实践教学改革措施

1.不断更新理论教学内容

在新技术突飞猛进的今天，具有前沿性的遥感技术发展愈加迅速，对教学内容选取提出了新的挑战。由于教材受出版周期限制，这就要求遥感知识更新途径除了选择合适的新教材外，更应充分利用网络、中、英文期刊或国际会议文献等媒介，传递最新讯息，增强课程的时代性和现时性。如在讲述不同卫星平台轨道参数时，教材受出版周期限制，其内容始终与最新的遥感卫星发展有差距，备课时需要到相关网站查阅最新的参数信息，补充到课堂教学中，让学生了解遥感卫星的最新发展动态[4]。同时，引导学生在课外通过多种途径，查阅参考资料，培养生自主学习的能动性和积极性，有利于拓宽学生的知识面，提高综合素质。

2.完善实践教学体系

（1）自编符合实际的实验课教材。目前国内尚未见到普适性较强的遥感上机实践课教材，并且各大院校使用的实验教材多为自编。对实践内容进行完善和更新，从简单的验证性实验向综合性实验以至于研究设计型实验过渡，形成较为稳定的实验教学内容体系；并建立和完善遥感实验课数据库及习题库，及时更新和补充资料，包括案例、科研论文、学科前沿发展动态等，以拓宽学生的知识面，提升学生兴趣，达到优化和丰富教学过程、提高学生实践能力的目的。

（2）建立全方位的实验教学模式。通过构筑包括“验证性实验”、“综合性实验”和“研究性实验”的“三层次一体化”的实践教学模式，将实践教学由“有解实验”变为“求解实验”，由“知识积累”变为“智能开发”，为学生自主实验营造个性化的学习环境。同时针对不同专业教学内容和方式有所侧重，如对于地理信息系统专业的学生，可以适当增加遥感与地信相结合的实验课，如“3S”集成技术，培养学生综合能力[5]。

（3）创造实习机会。由于实践课程受学时、实验条件等限制，使学生的实验机会较少、而且实验内容单一。在教师的指导下，参加研究性学习，深入到实际科研工作中，成为锻炼实践能力有效途径[6]。另外，寻找相关的实习单位，直接参与到实习单位的科研、开发、生产工作中，与实习单位建立双导师制管理机制，可以更有效地提高学生的适应社会需求能力。

3.丰富课程考核方式

建立科学的考察学生综合知识、综合素质、综合能力的实践考核体系，采取灵活多样的考试方式，加大读书报告、论文考核、野外（或社会）调查、创新考核、综合实习等的比重。同时应根据不同专业特点，做相应的调整。如对于地理信息系统专业的学生，应当适当加强3S集成等综合性知识的考核；对于地质、环境科学等专业的学生，则应侧重遥感技术在该领域新的应用等方面的知识的考核。

三、结语

通过分析目前社会发展对遥感人才的需求和遥感课程教学存在的问题，本文认为遥感课程实践教学改革应从不断更新理论教学内容，完善实践教学体系及丰富课程考核方式三个方面进行。理论教学内容的不断更新，体现了遥感技术的前沿性，使教学能够做到与时俱进；完善实践教学体系，体现了培养应用型人才的宗旨，适应了社会的需求；丰富课程考核方式有利于培养学生学习的主动性，全方位锻炼学生综合素质。综上，加强遥感课程的实践教学改革有利于培养社会应用型、创新型人才，这既是现实社会发展的需要，也是学生自身发展的需要。

参考文献：

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[3] 黄秋燕.GIS专业遥感概论课程实验教学改革探索[J].科技信息，2008（27）：352-353.

篇6

【Abstract】Information is an important sign of modernization. The nature of the third wave is the information on the socio-economic penetration and promotion. This paper is based on information on the impact of China's economic development and role of a brief analysis.

【Key words】Information Information Information industry Information technology Economic Development

1.信息化对推动中国社会经济实现可持续发展的现实意义

现代社会是信息技术渗透到各个领域的新型社会，信息化在诸多层面对人类经济发展和社会生活产生重大和深远的影响。信息时代已经来临，信息化程度的高低已经成为衡量各国综合国力的重要指标，各国都把国民经济信息化作为自己发展的重要战略。发达国家希望通过信息化战略，保持其经济、科技等优势，继续在世界事务特别是经济领域内占据主导地位；发展中国家则希望通过信息化战略，加快经济发展，缩小与发达国家的差距，改善人民生活水平，改变人们的生活方式，提高国家竞争力，加重在国际事务中对话的份量。

中国是世界上最大的发展中国家。改革开放以来，中国经济保持着前所未有的高速发展。2003年中国国内生产总值比上年增长9.1%，达到11.67万亿元。按现行汇率计算，人均国内生产总值突破了1000美元，经济总量已跃居世界第六位。这是在全球信息经济大背景下取得的，信息化对中国经济的发展有着不可估量的影响，社会生活与国民经济信息化战略已经成为我国推进社会转型和抢占二十一世纪制高点的重大战略。

2.信息化促进经济增长的理论基础

2.1 结构主义的非均衡经济增长理论。

在新古典经济学中有一个竞争均衡假设：要素市场是均衡的，经济制度有足够的灵活性来维持均衡价格，无论从生产者还是从消费者角度看，资源都达到了长期的有效配置，也就是帕累托最优。基于这种假设，所有投入的生产要素的加权平均增长与总产出增长的差额，即是整个经济运行中经济增长的数量。但事实证明，不存在完全实现这种均衡的市场和行政机制，不同部门中劳动收益有差别。那么，事实上的经济增长又是从何而来的呢？

结构主义经济学家认为，资源配置过程中，资源由低生产率部门向较高生产率部门转移等原因形成了经济结构的调整和优化。“非均衡条件下（要素市场分割和调整滞后等等）的结构转变，能够加速经济增长。”[1]也就是说，结构的调整和优化是经济增长的重要原因。现代经济的迅速增长伴随着经济结构的不断演进，表现为国民收入的增长和产业结构的高级化。

产业结构的高级化使产业得到均衡发展，提高了产业发展效率。信息化浪潮促成了信息产业的形成壮大，同时使传统产业也得到了改造和优化。“信息化是产业结构高级化的重要标志，是带动度极高的现代经济增长源。”[2]

可见，依据结构主义的非均衡经济增长理论，“推进信息化，将带动产业结构的优化，促进经济的增长。”[3]结构的调整和优化对中国来说有着更为重要的意义，因为中国是发展中国家，经济结构长期不合理，产业结构调整可以成为中国经济发展的一个巨大的源动力。

2.2 内生经济增长理论。

内生经济增长理论强调了经济增长由经济体系的内部力量推动，但并不一个已达成的共识，其中罗默于1986年建立了一个内生经济增长模型，这个模型在资本和劳动之外加入了第三个生产要素──知识。罗默于1990年提出了第二个模型，在要素中加入了人力资本。罗默的内生经济增长理论认为这一强大的内部力量就是知识。投资促进知识积累，知识又刺激投资，形成一种良性循环，投资的持续增长能永久地提高增长率。后工业经济即信息经济有时也称为知识经济，便是考虑了知识在经济运行中的投入与产出。

信息化与决定内生经济增长的因素（要素）有着紧密的关系。信息化社会里，信息才是知识的本原，知识是由信息提炼而来的。信息化加速了信息向知识的转变，并加速了信息经济向知识经济转变。信息化正使“好”的技术、方案迅速转化为生产力，从内生增长的角度促进了经济发展。

以上简单介绍了信息化促进经济增长的理论基础，但信息化具体是怎样促进经济增长的呢？下面就信息化过程中信息技术、信息产业、电子商务和电子政务对中国经济发展的影响和作用进行简要的实证分析。

3.信息化技术对传统产业的改造

信息技术具有高度的渗透性、扩散性、增值性、倍增效应、集群效应，作为高新技术的龙头，对经济增长有巨大的促进作用。

3.1 信息技术及其产业化提高了劳动生产力。信息搜集、分析等技术部分地取代了人的脑力功能，自动化、工业控制技术部分地取代了人的体力劳动。许多人力技能根本无法实现的目的，借助信息技术便可以达到。改革开放以来，信息技术、生物技术、航天技术等高新技术对中国社会经济的推动作用十分巨大和明显。中国经济的增长越来越依赖于新兴技术推动的新兴产业。

3.2 信息技术与传统产业结合，改造了传统产业，使传统产业焕发出新的生机，爆发出新的能量。

从发达国家生产力发展的顺序看，先有工业化，后有信息化。工业化培育了信息化，信息化是对工业化的发展。中国的经济发展历程与欧美发达国家有很大的不同。中国的传统工业整体比较落后，经济结构不甚合理，信息化程度还不高，不可能立即以信息化取代工业化。我们要加快发展高新技术企业，以信息化带动工业化，加快工业化进程，不断提高工业技术水平，同时大力发展壮大信息产业，快速向信息化过渡。

信息化对工业化有三种作用：

（1）意识补充作用，信息经济的发展能弥补工业经济的不足，如高能耗、低效益、严重污染等。

（2）替代作用，能用信息资源来替代更大一部分的物质资源。

（3）协同作用，信息经济为工业经济的发展创造了新机会和新途径。

以信息化带动工业化在观念上可以使工业化不以工业经济和工业社会为终点，而是在此基础上继续往信息经济和信息社会前进；在运用工业制造技术的同时，要求在全社会广泛应用信息技术；在管理上要求改革和创新，实现办公自动化、贸易无纸化、信息网络化，以及管理信息化与业务信息化的整合；在生产、分配、交换、消费中发挥信息的作用、扩展知识的功能，使工业化扩大了可用资源的范围，并增加了知识化、智能化的特色。随着中国经济的高速发展，信息化必须成为社会经济可持续发展战略的重要部分。

4.新兴产业──信息产业

信息产业是指在国民经济活动中，从事信息产品及其装备、设备和信息服务的生产和流通的各部门的集合。广义的信息产业还包括信息咨询业、信息服务业等。随着电子计算机、晶体管的发明和系统论、控制论与信息论的建立，信息产业迅速成长和壮大起来。十多年来，中国信息产业一直保持着二至三倍于GDP的速度发展，产业增加值在GDP中所占的比重由1998年的1.4%提高到2002年的4.2%，这一比值将继续呈倍增式增长。信息产业已成为国民经济的先导性产业、支柱性产业和战略性产业。

信息产业对社会经济有如下一些影响和作用：

4.1 知识（信息）作为一种生产要素的效用得到有效的体现和充分的发挥。信息产业是知识、技术和智力密集型产业。信息产业本身如软件业、情报业、教育业都是以知识、文化、智力的开发、研究和传播为职能的产业。信息产业的核心技术如微电子、计算机、人工智能等技术，更是充分体现了知识的密集性。从信息升华而来的知识已越来越成为占主导地位的资源或生产要素，经济效益将在越来越大的程度上依赖技术创新创造出来。

4.2 信息产业的核心是信息技术产业，信息技术以其特有的渗透性、创新性及增值性等特点，成倍地快速提高了劳动生产力。我国信息技术应用的典型调查表明，信息技术在改造传统产业方面的投入产出一般都有1∶4以上的倍增。

4.3 信息产业的发展对经济结构和产业结构的调整和推动具有重要的作用。经济结构的合理化不仅决定着经济持续增长的能力，而且决定着经济增长的质量与效益。从产业结构来看，我国各次产业不合理，结构性矛盾十分突出。虽然现在已经在结构调整上取得了不小的成绩，但是由于一些历史的因素，以及我国经济转型的难度，到21世纪，中国产业结构仍将是第二产业比重居最高地位。

要尽快改变这种状况，就要大力发展信息产业。因为信息产业是高渗透产业，不仅能渗透到各个高技术领域，还一定会渗透到传统的农业、工业和服务业中。通过信息技术的广泛应用和管理思想管理方法的更新升级，提高传统产业的劳动生产力，加快产品换代，增强产品竞争力，实现经济结构的调整和产业结构的升级，使传统产业向知识密集和高品质转变。

4.4 信息产业的产业关联度非常强，它的发展对其它产业的发展有巨大的影响，能带动一大批其它相关产业的发展，具有很强的带动作用。

（1）在信息产业内部，以电子计算机技术和通信技术为龙头，带动了微电子、半导体、激光、超导、蓝牙等高新技术的发展。

（2）在信息产业外部，带动了一批其它产业如新材料、新能源、机械制造、仪表仪器、生物技术、海洋技术、航空航天技术等高新技术产业的迅速成长。信息产业与其它产业还可以形成良性的互动作用。

4.5 世界范围内信息产业的发展使各国更加紧密地联为一体，大力推动了世界经济区域集团化和全球化的发展。全球化和区域集团化是当今世界经济不可逆转的潮流，中国理所当然要汇入这一潮流，要推动这一潮流的发展。信息产业对这一潮流的作用使中国经济发展得到直接和间接的好处。比如，中日韩三国2004年初在北京商计联合开发Linux操作系统的事宜，使这一计划提升到具体实施的阶段。这一计划对打破微软垄断，开发自有知识产权，保障国家信息安全，打开开放竞争格局具有重要意义。

5.电子商务与电子政务

电子商务和电子政务是信息化的产物。虽然电子商务和电子政务不象信息产业那样能够直接以量化的形式反映出信息化促进中国经济增长的份量，但是它们大大加快了中国信息化进程，大大提高了中国信息化水平。这里以定性的方式简述一下电子商务和电子政务对中国社会经济发展的间接推动作用。

5.1 电子商务。

“电子商务是一种新的商务活动形式，它采用现代信息技术手段，以通讯网络和计算机装置替代传统交易过程中纸介质信息载体的存储、传递、统计、等环节，从而实现商品和服务交易管理等活动全过程的无纸化和在线交易。”[4]2003年的一场抗“非典”大战，促使电子商务快速走进人们的经济生活。电子商务已成为越来越热门的一个话题。

电子商务对信息技术和法律法规的依赖性比较强，虽然在我国的发展还有一定困难和限制，但是随着社会的发展，电子商务对国民经济信息化的作用和影响越来越突出，越来越成为现实。

从宏观角度来看，电子商务作为一种全新的商务形式，对人类的社会生活有重要的影响。企业可以利用电子商务获得无限的商务空间，借助电子商务这种全新的手段获得全球性的竞争优势。为了适应这种新型的商务模式，企业生产组织与经营方式必须发生改变。电子商务可以成为促进企业信息化的一个契机。电子商务是中国经济增长的一个动力源。

从微观角度来看，电子商务对企业的影响比较直接，它所带来的好处是“降低采购成本、减少存货、缩短生产周期、提高用户服务效率、降低营销费用、创造销售机会、增强企业的竞争优势、提高企业知名度、提高经营效益等。”[5]

关于电子商务，我们还要破除“邮购”的狭隘理解。电子商务之所以对经济生活有巨大的影响，是因为它是一种体系，一种创造财富的体系，它代表了一个新的文明。我们已经向网络社会迈进，网络社会里最核心的东西就是电子商务。2003年度中国最富有的人是丁磊，丁磊和相当一部分新贵都是在网络大潮中搏击中流的人。只有把握住创造财富的体系，才能够把握住时代的方向。电子商务的发展对经济发展的推动作用是非常巨大的。

5.2 电子政务。

究竟什么是电子政务？通俗地说，就是利用信息技术（特别是网络技术）进行行政。据笔者调查，云南省的公务员电子政务培训工作已经全面展开。

电子政务既是经济与社会发展的一个机遇，也是实现跨越式发展的一个工具。电子政务是政府解决其所面临的、紧迫的经济和社会问题的一种手段，是推动经济与社会发展的一台发动机。

（1）电子政务可以提升政府竞争力。

中国政府之所以发展电子政务，首先是旨在提高政府竞争力。目前人们谈及竞争，大多是指企业之间的竞争，但事实上，目前经济竞争中，还有一个重要的层面，就是政府之间的竞争。因为国家的竞争主要表现在各国的中央政府之间，而各个地区之间的竞争也表现在各个地方政府之间。如果政府是一个没有竞争力的政府，那么它如何领导建设有竞争力的经济？

（2）电子政务是推动中国信息化的切入点。

建设电子政务的一个基本方向，就是以电子政务做龙头，通过电子政务带动国民经济与社会生活信息化。

（3）中国电子政务预期的投资规模据说超过了三峡工程，这必然会促进信息技术业、通讯业、软件业、硬件业等相关产业的发展。

在信息革命的推动下，全球信息化如火如荼，使全球经济、市场的一体化进程空前加快。在经济全球化和全球信息化加强的条件下，经济大国对世界经济的影响尤其重大。信息化经济的发展，将使中国成为世界经济的引擎，从而为世界经济的发展作出贡献。

参考文献

[1] （美）H・钱纳里等：《工业化和经济增长分析比较研究》（中译本）三联书店 1995年 第5页

[2] 郑友敬：《跨世纪：技术进步与产业发展》社会科学文献出版社 1995年 第3页

篇7

摘要：为了满足功率器件不同封装形式可靠性和稳定性的需求，对功率器件封装的塑封系统进行研究。设计塑封压机集成接口和PLC温度控制电路，实现功率器件塑封压机温度控制；研发光电传感器、接近传感器以及螺旋测试头集合形成的塑封模具定位传感结构，结合PLC定位电路设计，实现了功率器件塑封模具定位。对关键的PLC和触摸屏组合控制系统进行了探索，系统已投入实际应用，效果良好。

关键词 ：功率器件；封装；温度控制；定位

中图分类号：TN305.94?34 文献标识码：A 文章编号：1004?373X（2015）14?0116?04

收稿日期：2015?01?25

随着以计算机、网络通信、消费类电子产品和汽车电子为代表的4C 市场和电源驱动领域朝着小外型、大功率的方向发展，作为关键的核心电子元器件，现代功率器件也朝着大功率、小型化、高频化的趋势快速发展[1?2] ，这对功率器件的封装提出了更高的要求。

目前主流功率器件封装形式有：TO，SOP，DIP，PDFN，QFN[3]，为了确保这些器件的稳定性和可靠性，封装过程中的控温和定位显得尤为重要。通过塑封系统自动控温定位结构的设计，实现不同封装形式功率器件可靠性和稳定性的提升[4] 。本文成果已应用于江阴苏阳电子股份有限公司多类产品实际封装。

1 系统组成

本系统采用的PLC 控制系统由CP1H?XA40DT?DPLC和TPC1062KS触摸屏组成，配合塑封压机集成接口设计、PLC 控温设计、PLC 定位设计、光电传感系统嵌入，在触摸屏上实时显示塑封压机温度并实现温差预警反馈和定位不准预警反馈[5?6]。原理框图如图1所示。

2 半导体塑料封装压机自动温度切换系统

2.1 塑封压机集成接口系统设计

作为功率器件封装关键的塑封工序，塑封系统的稳定性和精度直接影响了功率器件的性能。半导体塑料封装压机需要安装精密塑封模具以进行手动塑料封装，一副模具一般需要16~20个加热棒，压机有32个加热通道，可以方便更换。传统塑封压机中模具加热棒与压机加热棒接口一一对接，压机加热棒通道与热电偶通道一一对应，该对接方式直接造成压机内部连线过多，引起安全隐患。

为了解决上述问题，设计了一种包括上模、下模、压机加热棒集成接口以及压机热电偶集成接口的塑封压机系统。上模及下模的单独加热棒接口集合成一个整体加热棒接口，上模及下模的单独热电偶接口集合成一个整体热电偶接口，整体加热棒接口与加热棒接口通过加热棒连接线连接，整体热电偶接口与热电偶接口通过热电偶连接线连接。由于系统将传统的多条单线连接改成整体接口连接，使得半导体塑料封装压系统连线简单、不容易造成连线接头脱落，更换塑封模具便捷。

2.2 PLC温度控制设计

设计的塑封压机系统除了将压机的多个单通道结合在一起，还在PLC智能反馈系统中增加自动变换通道程序，若某个通道低于设定温度一定时间，PLC 自动切换下一个闲置通道。通过触摸屏输入、PLC 反馈、模块集成的方法实现温度的切换控制。

PLC温度控制系统通过触摸屏设定加热温度、加热脉冲、高低温度报警值和计时时间等相关参数，实现对压机的温度控制。在实际应用中，塑封压机加热开启2 h后切换通道系统开启，若某个通道出现异常（≠175 ℃，温差＞3 ℃），PLC立即开始200 s计时，在计时期内该通道温度如仍未达设定值，该通道将被关闭，同时开启下一个闲置通道，重新加温。最终塑封压机温度维持在报警值3 ℃以内，从而保证塑封过程中的恒定高温。该系统可应用于不同封装形式，图2为本系统PLC温度控制原理图，图3为实际塑封压机触摸屏温度及PID显示界面图。

3 半导体塑料封装压机智能定位系统

本系统设有光电传感器、接近传感器以及螺旋测试头，可利用螺旋测试头高精度的测量尺寸来调节接近传感器与工作台的配合。上、下工作平台之间连接有4根导柱，将电子光缆感应尺设置于导柱的外侧，接近传感器设置在导柱内侧，螺旋测试头位于接近传感器的底部。当下工作台上升时，4个导柱上的接近传感器可感应下工作台是否到达设定位置，电子光缆感应尺读取下模到导柱的距离，如未达设定值，光电传感器将输出电平信号，经电路转换后，一路信号直接触发PLC安全控制点，有效阻止模具的开合；另一路信号输出至LED指示灯，提示此时工作台未能到达设定位置，图4为塑封模具定位原理图。该系统具有智能定位的功能，触摸屏可实时显示4个导柱是否在设定位置，如有报警，可迅速反映定位异常的传感器方位，便于及时处理，可以有效避免模具损坏或者报废。图5为本系统触摸屏定位显示界面。

4 软PLC 系统研究

为了实现塑封系统控温定位的智能反馈，需要设计一种实时监控的现场控制系统，可编程逻辑控制器（Programmable Logical Controller，PLC）以微处理器为基础，采用可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程[7?8]；所以在功率器件塑封系统设计中，采用PLC与触摸屏组成的控制系统实现自动控温和定位功能。

4.1 控制现场结构

本文采用CP1H?XA40DT?D PLC 和TPC1062KS 触摸屏组成系统控制现场的电动阀、电磁阀、电动机、温度控制器和定位控制器等执行机构。以温度控制为例，CP1H?XA40DT?D通过模拟量输入模块和温度传感器采集现场的温度信号，信号通过PLC 上的A/D 转换、数值变换传送到触摸屏上，触摸屏显示实时的温度值和PID值；且PID 参数可以通过触摸屏进行设置，触摸屏给PLC 发送指令，以控制现场的执行机构[9]。控制现场温控结构如图6所示。

4.2 控制系统电路设计

为了实现PLC对塑封压机温度和模具定位的控制，必须设计相应的控制电路。PLC 控制系统的控制电路主要由输入电路、PLC、输出电路3个部分组成。输入电路主要有按钮、开关、模拟量、人机界面等；输出电路主要有电磁阀、指示灯、接触器等。PLC 控制系统根据输入电路得到的信号，执行PLC程序，从而控制输出电路的电器元件驱动设备的机械结构，最终满足控制塑封压机温度和模具定位的要求，完成系统控制。以温度控制为例，通过触摸屏设定标准塑封压机温度（175 ℃），通过PLC程序判断压机温度是否在容差范围内（3 ℃），若超出容差，则发出信号反馈至触摸屏，同时调整加热通道，令塑封压机温差小于设定容差。图7为功率器件塑封系统PLC温度控制电路图。

4.3 控制系统软件设计

常见的PLC控制系统软件设计方法有图解法编程（包括梯形图法、逻辑流程图法、时序流程图法和步进顺控法）、经验法编程、计算机辅助设计编程等[10]。设计的自动控温定位塑封系统选用的是梯形图法，这种最方便的编程方法是一种用梯形图语言，模仿继电器控制系统的编程方式。其图形及元件名称均与继电器控制电路十分相近。这种方法的优点在于可以把原继电器控制电路转化成PLC梯形图语言。

为了提高系统可靠性，在软件设计上采用了数字滤波和软件容错。在采样周期内，用采样值计算加权平均值作为滤波值，滤波现场的模拟量信号经A/D转换后变为数字量信号，存入PLC中，根据滤波值滤去噪声信号获得所需的有用信号，进行系统控制。在程序执行过程中，一旦发现现场故障或错误，系统即通过程序判断造成错误的原因是主要故障还是次要故障，并分别做出停机和相应子程序处理。系统还可对重要的开关量输入信号或易形成抖动的检测或控制回路采用软件延时，对同一信号多次读取，结果一致，才确认有效，消除偶发干扰的影响。

5 结语

目前市场中功率器件应用极为广泛，为了适应现代便携式电子产品等应用领域不断小型化的发展趋势，现代功率器件封装技术不断改进，新型封装形式不断涌现。为了提高各种封装形式的可靠性和稳定性，设计了一种可应用于各种封装形式的功率器件自动控温定位塑封系统，该系统可实现关键塑封工艺设备温度的均匀和稳定，提高塑封模具压合精度，从而提高良品率，降低设备损耗，具有极其重要的应用价值。基于PLC控制系统的自动控温定位塑封系统的研究和实现对提升功率器件封装的效率有着重要意义。

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作者简介：余骏华（1990—），男，硕士。研究方向为软件理论及其应用。实用新型专利：半导体塑料封装压机智能温度切换系统（ZL 201320226664.0）发明人。

孙力（1966—），男，教授，博士，硕士生导师。研究方向为计算机技术。

全庆霄（1963—），男，高级工程师，硕士。研究方向为半导体封装技术。

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