工程机械概念范文

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《工程地质》是水利水电工程及建筑工程等专业的一门重要的专业基础课，学好它对于后续专业课的学习有着十分重要的意义。

一些同学刚刚接触这门课时，往往会有陌生感，学习起来感到无从下手，特别是对课程中的一些名词、概念的记忆更是感到为难。对于这种情况，除了在思想上要首先消除“抑制”点外，在学习的方法上要开动脑筋想些办法。下面提供一些记忆名词和概念的方法，以供参考。

一、理解记忆

理解记忆是记忆的最基本的方法。不理解的东西在头脑中犹如行云，飘飘然忽而消逝；理解的东西好像注雨，滴滴沁入心田。例如记忆“地质作用”这一概念，首先要了解整个自然界是在不停地变化着，地壳同样也是在不断地发生着变化，如喜马拉雅山的崛起和不停地上升、老唐山市的毁灭、新岛屿的形成、黑龙江五大连池的形成、黄河中泥沙的淤积等等。这些现象就是由“地质作用”造成的。所以把引起地壳组成物质、地壳构造和地表形态等的形成和不断变化的作用，称作“地质作用”。又如记忆“岩石”的定义，首先要了解岩石不是人造的，是由地质作用天然产出的；它不是均质体，是由矿物组成的，但不是什么样的矿物都能任意组合在一起，矿物组合成岩石是要有一定规律的。把这两方面理解了、吃透了，岩石的定义也就记住了。

二、观察记忆

地质学的特点之一就是它的实践性很强，所以观察记忆对学好地质学尤为重要。俗话说：“百闻不如一见。”实践过的事情、亲眼见到的东西，往往记忆较深。很多人感到用眼看比只是用耳听的学习效果要好，如果二者结合起来学习效果会更好。

观察记忆对学好矿物、岩石这两部分内容尤其重要。如果只是在课本上读读那么多的矿物、岩石的特点是不行的，一则是记不住，二则是拿到一块矿物或岩石，不对照一下特征仍是不认识。学习矿物、岩石时必须对照标本认真反复观察，把课本上的文字与标本对照起来学，才能取得好的效果。若有条件，还可以到野外进行实习，经过实地观察，记忆就更深刻了。例如方解石的菱面体解理，只在书本上看看很难理解和记忆，如果用锤子将一块方解石敲碎，马上一目了然。菱面体理解的形象就在头脑中深深刻下了痕迹。因此，矿物、岩石的鉴定不通过实践，不进行反复观察，是掌握不住的。

掌握观察记忆的方法，还需不断培养自己的观察能力。较好的观察力是观察记忆的基础和倍增器。观察力弱，既使是碰到眼皮子底下也还是不认识，也就很难增强记忆；反之，观察力强，就能明察秋毫，会发现更多现象，看出更多问题，感知到的信息多、第一手材料获取的丰富，记忆自然会增强。

三、对比记忆

对于容易混淆，又有相似之处的内容，用对比记忆的方法很有效。两者相对映衬，互相比较，记住其中一个，另一个也就自然记住了。例如，人们往往把黄铁矿与黄铜矿搞混，为了把二者区分开，就从晶形、颜色、条痕、硬度几方面将二者对比一下。晶形完好、常见立方体晶体、浅黄铜色、条痕为带微绿的黑色、硬度大于小刀者为黄铁矿；相反，完整晶形少见，颜色为常具铜锈的铜黄色、条痕为绿黑色、硬度小于小刀者为黄铜矿。

又如，人们往往把岩石的结构与构造两个概念相混淆。为搞清这两个概念可从两个方面对比一下：一、它们指的对象不同。结构指的是组成岩石的矿物表现出的特征；而构造指的是矿物集合体之间的各种特征。二、它们反映的内容不同。结构反映的主要是矿物的结晶情况，如结晶程度、晶粒大小、晶粒之间的相对大小、晶粒形态等；而构造反映的主要是矿物集合体相互组合在一起的关系特征，研究的内容相对结构较为宏观。

四、联想记忆

《工程地质》教材中的内容，前后各章有密切的内在联系，一环扣一环。在学习时，要善于前后联系，举一反三，触类旁通，这就是联想记忆。例如，在学习矿床这部分内容时，要与前面的岩石内容紧密联系起来。矿床的成因、分类（内生矿床、外生矿床、变质矿床）与岩石的成因、分类（岩浆岩、沉积岩、变质岩）就是相对应的。岩浆活动时，一方面形成岩浆岩，另一方面有用矿物富集，就相应形成内生矿床；同样，沉积岩形成的过程中，也会相应形成各种外生矿床；岩石变质形成变质岩时，也会形成变质矿床。

五、总结记忆

在学完每一章、节后，要及时做好总结（或小节），把本节、本章的内容系统一下，并与其前面章、节中的知识联系起来，使知识整体性更强。这样可以深化认识，加深记忆。即所谓的“总结记忆”。

岩石这部分内容学完后，应把三大岩类系统总结一下，总结的内容应包括：各类岩石的成因及相互间的关系，各自的特点（产状、成分、结构、构造等），区分它们的方法，各自的分类方式，主要常见的代表岩石等。总结做的愈彻底，在头脑中记忆的就愈牢固；总结做的愈及时，学过的知识就愈不易忘。如果学完一部分内容也不回头看看，甚至有些问题还堆在那里，问题越积越多，像这样概念还没搞通，更谈不上记忆了。总结，除了能帮助记忆外，还可及时解决学习中的疑难问题。“学而时习之，不亦悦乎？”

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中图分类号：G71 文献标识码：A

文章编号：1009-0118（2012）10-0133-02

一、引言

高等教育经历了十几年的高速发展已经跨入了国际公认的大众化发展阶段。合理的教学体系是教育成功的前提，创新教学方式和方式、提高教学质量已经成为衡量教学改革成败的关键。为了适应科技飞速发展对高素质人才的需求，培养学生具有良好的工程意识、综合设计与工程实践能力已成为高等院校工程教育的一个重要目标，培养合格的工程技术人才，对一个国家经济和科技进步起着巨大的推动作用，而以学生为主体的知识、能力、素质全面协调发展已成为高等学校的教育理念。

二、CDIO工程教育理念

CDIO工程教育理念是由麻省理工学院以美国工程院和瑞典皇家工程院等4所大学从2000年起组成的跨国研究组，经过4年的探索研究后创立一种教育理念，并成立了CDIO国际合作组织。CDIO是构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）、运作（Operate）4个英文单词的缩写，让学生以主动、实践、课程之间有机联系的方式学习工程，培养学生具有良好的工程基础知识、个人能力和人际团队能力和工程系统能力。实践证明，CDIO教育理念培养的人才深受社会各企业欢迎。

三、机械工程及自动化专业本科人才培养模式现状

我国高校中工科类院校占有较大的比重，几乎每一所工科院校都包含机械类专业。目前，我国高校机械类专业教学普遍存在的问题有如下几个方面：

（一）理论教学存在的问题

理论教学中知识点分散，教材中原理讲解比较空洞，中理论，轻实践，学生动手参与的内容很少。

（二）实践教学存在的问题

在实验教学环节中，由于机械类设备的复杂性、实验设备造价高、台套数不足、使用和维护成本高等原因，多为演示性实验、验证性实验，故学生一般很难亲自动手实验。

由于以上原因，使我国的机械专业教育脱离了工程实际，注重理论知识，缺乏实践动手环节。为此，我们在深入分析研究各个教学环节的规律和特点的基础上，针对机械工程及自动化专业课程的教学注重工程能力培养的CDIO教学模式。

四、基于CDIO教育理念在机械工程及自动化专业教学的实施途径

CDIO教学模式是以构建主义理论为基础，核心内容是教师实施“基于项目教学”、指导学生在“做中学”，其强调的是对学生综合能力的培养。由此，在机械专业教学中采取了如下几点做法：

（一）课程体系的改革

基于CDIO模式，并根据工程型本科院校的特色，以“基础扎实、专业面宽、重视实践、强化应用、拓展研究”为原则，实行课程的整体优化，形成一课程计划体系，即包括公共课程类、专业课程类与实践环节类大类课程，其中，专业课程主要包括专业基础课、专业课、专业方向课。同时还进行职业技能证书培训等课程，有利于不断提高学生的工程、应用能力。

（二）教学方法的改革

采用以学生为中心教学方法，简称SCL教学方法。这种教学方法在教学过程中，教师要充分调动学生自身的主动性、积极性和创造性，在教师的引导下开发思路，并通过小组讨论、团队协作等活动来解决问题、掌握知识。在整个教学过程中教师以学生为中心起着引导帮助学生的作用。

（三）加强实验室的建设

学校加大对校内实验室和实习基地的建设力度，按照CDIO工程教育理念整合实验室资源。所有实验室定期开放，如机械创新设计实验室是机械工程及自动化专业的实践教学实验室之一，学生能够结合目前最新现代科学技术的发展，综合本课程和基础课程中所学到的知识，充分发挥学生创新思维能力，进行某一实际机器或机构的原理与方案构思与设计，从而达到开阔学生思维，培养学生的创新设计能，提高学生的创新设计素质，特别是创新设计理念与创新思维能力的培养目的，以适应机械工程技术发展的需要。与此同时，学校设立了大学生科技创新小组，对学生的自主创新项目给予支持和资助。

（四）加强师资队伍结构

从师资队伍结构而言，工科院校教师大多具有高学历、高级职称，但工程背景知识薄弱，缺乏工程素养和实践动手能力，并与企业实践相脱节，致使所培养的人才也存在实践经验欠缺、动手能力差的缺点。因此，我们要着重培养具有教师素质又具有工程师资格的“双师型”教师队伍。为此，对于没有工程实践经历的教师，学校为其创造条件，派遣到企业中参加工程实践项目。

（五）加强校企合作

CDIO实施过程中需要很强的实践性，需要有相关项目、案例的支撑，这样才能够有效增强学生动手能力和实际解决问题的能力，并促进学生工程思维的养成与提高。但目前高等院校普遍存在的重学术、轻实践的大环境下，实践教学的项目与案例难以满足CDIO的需要。

为此，学校已同多家企业签订合作协议，加强校企合作平台，与相关企业建立长期的人才培养合作机制，充分发挥企业的信息优势、技术优势和设施设备优势，同时，企业能够在许多方面为高校提供明确的人才培养方向和定位，实现企业与高校的对接，大大提高了人才培养的效率与质量。

五、结语

通过将CDIO工程教育理念引入机械工程及自动化专业教学中，符合工程技术人才培养的目标。注重项目教学，重视工程教育，强调“做中学”，重视学生动手能力的培养，加强学生个人职业素质的培养，提出了课程体系和教学方法改革、加强实验室建设、加强师资队伍结构、加强校企合作的途径进行实施CDIO理念，使学生综合素质得到大幅度提高。

参考文献：

［1］施国萍,唐治中.CDIO教学改革新思考［J］.中国现代教育装备,2009,(17)：83-85.

［2］姜庆昌,郭士清.基于CDIO理念的机电一体化系统设计课程教学改革实践［J］.黑龙江教育,2012,(1)：8-9.

［3］李善寿.“CDIO”工程教学模式在实践教学中的实施方法研究［J］.重庆科技学院学报,2010,(20)：164-166.

［4］王百成,魏国丰.基于CDIO模式机械类应用型工程师培养途径的研究与实践［J］.价值工程,2011,(31)：106-107.

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地质工程机械作为工程机械设备在国民经济建设中国起到重要作用，其应用范围较为广阔，特别是在工程地质勘察、能源开发、地质灾害防治等领域应用更为广泛。虽然我国地质工程机械设备的研发取得了一定成绩，但是其设计和制造所需要的时间较长、投资的成本较大，随着产品老化加剧，其市场竞争力逐渐降低。为了提高地质工程机械制造企业的市场竞争力，需要引用全新的产品开发方法。作为一种全新的产品开发方法，虚拟样机技术是一种基于产品的计算机仿真模型的数字化设计方法，在地质工程机械的应用使地质工程机械的研发过程从物质流和资金流转向为数据流和信息流，体现出数字化设计制造新理念[1]。

1 虚拟样机技术简介

虚拟样机技术（VPT，virtual prototyping technology）就是利用计算机技术建立起机械系统的数字化模型，由于该数字化模型能中的图形能反映系统在真实条件下的各种特性，因此，可以通过对数字化模型图形的修改来实现最优化设计方案的建立。虚拟样机技术集合了多个学科的相关知识，与多体系运行学和动力学建模理论和技术实现之间有密切联系，是一种集建模技术、仿真技术、交互式用户界面技术、虚拟现实技术等众多技术于一身的综合应用技术。虚拟建模技术作为一项技术是计算技术在工程领域的应用，但它又不仅仅是一项技术更是一种崭新的设计理念[2]。从传统的产品设计研发流程中，我们看到产品是由最初产品概念出发，进而进入产品的设计，之后建造物理样机，再进行试验，之后反馈设计，如此循环，最终形成最终产品。这一流程中，每循环一次都要进行一次样机制造，这就使产品的开发周期大大延长，与此同时，产品的开发成本也随之增加，再加上，由于传统产品开发流程中往往将重心放在产品的局部优化上，而对产品的整体性能考虑不周，导致最终形成的产品出现诸多设计上的问题，严重影响了产品设计质量。虚拟样机技术一改传统的产品开发流程，将传统的产品开发流程通过数字化的方式来进行，从而不必进行物理样机的建造，不仅使产品的开发周期大大缩短，而且也节约了大量的产品开发成本。此外，通过设计方案的优化，使产品整体性能得到大幅度提升。

2 地质工程机械实施虚拟样机技术方法

在地质工程机械实施虚拟样机技术，首先通过市场调查，考察市场需求，根据市场的需求，将地质工程机械系统的总体参数和各项性能指标得以确定下来，之后利用专家系统起草地质工程机械的初步设计方案。根据初步的设计方案，地质工程机械设备总体设计按照模块化设计思路分为一组相互连接的功能模块集合。之后对模块功能进行详细地分析，将地质工程接卸设备划分为多个功能子系统，如机械系统、启动控制系统、液压控制系统等。子系统划分完成以后对每个子系统进行细化，产生概念样机。之后将产生的概念样机通过相关的虚拟样机平台得出地质工程机械的虚拟样机。虚拟样机形成以后，要从产品开发需求角度出发，利用仿真分析平台，对虚拟样机功能性进行仿真分析，并利用仿真分析平台对地质工程机械设备虚拟样机的行为进行模拟分析。产生的分析结果，用于指导产品设计模型的修改以及相应仿真分析模型的修改。在反复的建模、仿真分析、模型改进的流程中，逐渐实现产品的开发需求，形成预期的虚拟样机。

3 虚拟样机技术的应用

以地质工程机械设备中常用的气动潜孔锤为例，介绍虚拟样机技术的应用。气动潜孔锤的工作环境较为特殊，具有复杂性，且气动潜孔锤的运动的耦合、非线性表现明显。从气动潜孔锤的研发上来看，目前大多是建立在传统的产品开发方法基础上。无阀式气动潜孔锤作为气动潜孔锤的一种，在进行建模时，借助机械系统动力学自动分析软件（Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems）、Pro/Engineer三维造型软件、ANSYS有限元分析软件[3]。无阀式气动潜孔锤虚拟样机模型得以建立，并对形成的虚拟样机模型进行仿真分析，进而将虚拟样机在地质工程机械产品制造中的巨大作用体现出来。机械系统动力学自动分析软件具有建模、求解、可视化功能，是虚拟样机的重要平台，在世界机械设计制造中得到广泛的应用。通过机械系统动力学自动分析软件可以生成任意机械系统的虚拟样机虚拟模型[4]。由于潜孔锤零件复杂性较强，先利用Pro/Engineer三维造型软件生成参数化的零件实体，后通过机械系统动力学自动分析软件与Pro/Engineer三维造型软件接口将潜孔锤的模型传递给机械系统动力学自动分析软件，同时将由ANSYS有限元分析软件产生机械系统动力学自动分析软件的柔性体零件，之后在机械系统动力学自动分析软件中完成运动约束、运动激励的定义，产生参数化的虚拟样机模型。机械系统动力学自动分析软件Solver模块依据虚拟样机模型生成动力学方程，并提供所需要的解算结果。最后利用后处理模块观察运动与参数变化的对应关系。

4 结语

利用机械系统动力学自动分析软件、Pro/Engineer三维造型软件和ANSYS有限元分析软件成功建立起了气动潜孔锤的虚拟样机模型，并对其动态特性进行了分析，充分显示了虚拟样机技术在地质工程机械产品开发中的重要作用，相信随着虚拟样机技术应用越来越成熟，地质工程机械产品研发水平将会得到进一步提高。

参考文献：

[1]李瑞涛，方湄，张文明，彭龙洲.虚拟样机技术的概念及应用[J].金属矿山，2010，（7）：38-40.

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1物联网

1998年KevinAshton第一次提出物联网这一概念，在2005年信息社会世界峰会正式确定了这一概念，并对这一概念的特征、技术、发展前景等进行了相关阐述，之后欧美各国均提出了本国发展物联网技术的规划，我国物联网技术发展起步与2009年总理提出的“感知中国”。物联网技术是以各种信息传感技术为基础，对需要监控、连接、互动的物体进行信息采集，最终形成一个巨大的网络，实现物与物、人与人、物与人之间的网络连接，极大的方便管理和控制。该技术是对互联网技术和通信网技术的外延，是将多项技术与应用结合的产物。物联网技术具有实现全面感知、信息传送、智能处理的特征。所谓全面感知就是利用各种信息传感器和识别工具对物体进行相关的信息收集；信息传送就是通过互联网和通信网络对信息进行传递和共享；智能处理就是将这些信息进行自动化的分析处理，最终实现智能化的控制和决策。

2工程机械物联网体系与技术

工程机械领域的发展受到各国的重视，因为该领域的发展水平代表着国家制造业的发展水平，尤其是物联网技术提出后对机械智能化的要求越来越高。当前物联网技术已经进行了小范围的应用，例如智能交通、智能家居等。工程机械物联网体系的构建和相关的技术如下。

2.1工程机械物联网体系构建

工程机械物联网体系分为三个层次：感知、传输、应用。感知层是工程机械物联网中网络和现实的枢纽；传输层就是对数据进行传输和交换，使信息能够进行相关的传送和共享；应用是核心，对已经收集和传输的信息进行相应的处理，最终发挥物联网的作用。工程机械物联网有自己的特点，这些特点和工程机械领域的特性有关。工程机械物联网感知层主要有压力传感器、液体传感器、RFID标签与读写设备，运动控制器、IO控制器、工业遥控器等核心驱动部件和负责机械设备定位和数据传输的移动终端，并且需要信息采集、信息融合、短距离传输等核心技术的支撑。传输层不仅包含互联网和通信网结合的长距传输网络，还有包括蓝牙、WiFi等短距传输网络，实现企业内部、企业与客户、客户与客户之间的信息传输。应用层中包含高性能的服务器和处理软件，实现海量信息的处理，为工程机械企业打造智能化的决策处理平台。

2.2工程机械物联网技术

工程机械物联网技术与工程机械物联网体系相关，也是分为三个方面，及感知层、传输层、应用层都有各自需要的技术。感知层需要的技术主要是感知识别技术，工程机械物联网需要通过感知层获取机械设备自身的状态和机械设备工作的环境的信息。要提高工程机械设备的利用率、使用寿命，并对工程机械设备进行有针对性的保养，这些都需要获取精准的工程机械设备的工作环境。工程机械使用的环境差别很大，这也就要求工程机械设备需要更为精确的传感器进行信息的采集。感知层传感器主要分为采集机械设备位移、角度、速度的运动传感器；采集能耗、运行等工作状态的检测传感器；采集机械设备工作位置、环境因素的工作环境类传感器。采用相对灵敏、全面的传感器，才能较好的利用感知设别技术将工程机械物联网所需要的信息进行收集。传输层需要即插即用的标准化通信协议，建立工程机械物联网会涉及到很多的通信网络，同样也会有较多的接入方式，缺少统一的标准化通信协议会导致这些通信网络无法进行交互工作，影响数据信息的传输。因此在传输层需有一个统一的能满足这些通信协议的标准化通信协议。工程机械设备作业时会被较为复杂的因素影响，这就需要机械设备物联网要有即插即用的快速识别和通信协议，便于在复杂条件下进行工程机械设备的准确识别。工程机械物联网在应用方面要有企业控制中心，通过该控制中心对各种工程机械进行监管、故障排除、快速服务。这种控制中心需要有两方面的职能，一种是面向企业研发的，可以通过收集和传输的各种信息对机械设备的设计进行改进，研发更多的新型设备；一种是面向客户服务的，可以建立相应的租赁、故障维修、设备分析等服务。

3物联网在工程机械领域的应用及展望

物联网在工程机械领域的应用主要是通过GPS、GPRS、互联网等技术，将工程机械的工作状态、工作位置、工作环境、运行情况等进行信息的收集，并通过智能处理系统对这些机械设备进行管控和服务、研发。物联网运用于工程机械领域可以实现对工程机械的全寿命周期智能化管控。物联网在工程机械领域的应用及展望如下：

3.1利用物联网进行工程机械远程监测

利用物联网可以对工程机械的工作运行状态进行实时监测，一旦工程机械发生故障还可以进行远程的诊断。对机械进行远程监测需要车载终端、数据传输、远程监控平台三个部分发挥作用。车载终端包括GPS、GPRS、RFID、GPRS，可以完成对机械运行的数据收集和上传。数据传输主要由互联网和GPRS组合而成，将车载终端上传的机械运行数据传送至远程监控平台，同时也可以传输远程监控平台指令。远程监控平台包含地理信息系统、设备信息系统、远程故障诊断和维护保养系统。远程监控平台通过这些信息系统完成对工程机械的运行状态查询、故障预警、故障诊断、故障日志、维修保养日志等内容。如果单纯的通过智能化的物联网系统无法将故障排除，那么远程监控平台还可以推送相关的地理信息使工程技术人员尽快达到。

3.2物联网应用于工程机械租赁

工程机械设备租赁与按揭付款在该市场较为流行，但是资金回收困难、用户骗车逃跑等问题会给承租方带来较大的损失。利用物联网技术可以对工程机械安装相关终端，一旦发生不偿还资金、骗车逃跑等问题，可以直接实现工程机械的定位、锁车等功能。物联网技术应用于机械租赁可以较好的保护承租方的利益。

3.3利用物联网技术建立手机服务平台

目前智能手机的普及率越来越高，利用物联网技术和手机软件开发等手段，开发智能手机客户端，为客户建立手机监控平台。采用这样的方式可以让客户通过手机就能够掌握其机械设备状况，同时也便于机械设备制造商联系用户进行相关服务和技术指导。

3.4大数据利用

通过物联网技术可以搜集大量工程机械相关信息数据，这些基础数据有较大的利用价值。企业通过对这些数据的分析和挖掘有助于找出工程机械的不足加以改进，进而提高工程机械的品质；同时根据机械设备的使用状况制定相应的制造和销售计划，更好的贴合市场；最后可以根据机械设备位置分析，在机械设备集中的区域有针对的设立服务网点。

4结束语

我国的物联网技术和工程机械智能化的起步均较晚，物联网技术在工程机械领域的运用还较少。物联网技术在我国工程机械领域具有非常广阔的应用前景。远程监控、检测和诊断是工程机械走向全面服务型制造的重要一步。

参考文献：

[1]孙其博,刘杰,黎羴,等.物联网:概念、架构与关键技术研究综述[J].北京邮电大学学报,2014,33(3):2-9．