導言：作為寫作愛好者，不可錯過為您精心挑選的10篇航空機電工程論文，它們將為您的寫作提供全新的視角，我們衷心期待您的閱讀，并希望這些內容能為您提供靈感和參考。

篇1

一、課題研究的背景

高等職業(yè)教育作為我國高等教育不可或缺的重要組成部分，擔負著為國家培養(yǎng)并輸送生產(chǎn)、建設、服務第一線高素質應用型技術人才的重任。高職教育目標定位在培養(yǎng)生產(chǎn)、建設、管理、服務一線需要的實踐能力強、具有良好職業(yè)道德的高技能人才。加強對高職學生綜合素質的培養(yǎng)已成為提高培養(yǎng)質量的關鍵。綜合素質的培養(yǎng)需滲透在教學、實驗、實習及畢業(yè)設計等各個環(huán)節(jié)，尤其作為就業(yè)前綜合性工程訓練的畢業(yè)設計，是高職院校學生在系統(tǒng)掌握專業(yè)知識和技術的基礎上，將所學知識和能力進行綜合應用和鍛煉的一種行之有效的手段，是理論與實踐密切結合的一個教學環(huán)節(jié)，更是培養(yǎng)和提高學生分析、解決實際問題能力的一個平臺，也是學生走向社會、獨立開展工作的一座橋梁。通過畢業(yè)設計，學生可以獲得感性知識，更好地掌握職業(yè)技能，養(yǎng)成理論聯(lián)系實際的作風和獨立工作的能力，促進良好職業(yè)習慣和職業(yè)道德的養(yǎng)成。可以說，它對培養(yǎng)人才起著十分重要的作用，并且這種作用是其他教學手段無法替代的。加強對高職畢業(yè)設計教學環(huán)節(jié)模式的改革，對高職院校適應我國經(jīng)濟社會發(fā)展具有重大意義。但高職院校教師教學工作負擔過重、投入遠遠跟不上學校發(fā)展的需求等矛盾卻日益突顯，學生水平參差不齊等問題也不容回避。因此，進行畢業(yè)設計模式改革、提高畢業(yè)設計質量是一個值得深入研究的課題。

二、高職院校畢業(yè)設計現(xiàn)狀分析

近年來，各高職院校都在積極探索畢業(yè)設計工作新思路，但有些院校畢業(yè)設計工作改革傾向于將學生推向社會，變畢業(yè)設計為企業(yè)實習、變畢業(yè)設計課題為單純的畢業(yè)論文等。高職院校這種畢業(yè)設計的“改革”傾向固然有其深層次的背景：我國的高校畢業(yè)生面臨著嚴峻的就業(yè)難局面，許多高校學生在最后一個學期幾乎都在校外找工作，急于上崗。但是，這種一味地“推出校門”式的“改革”使畢業(yè)設計教學環(huán)節(jié)形同虛設，畢業(yè)設計沒有實質內容，只有畢業(yè)論文的形式存在，畢業(yè)設計答辯更是流于形式。

根據(jù)對平頂山工業(yè)職業(yè)技術學院機電工程學院機械工程系部分學生畢業(yè)設計現(xiàn)狀的調查結果，我們可以看出還存在不少的問題。例如：畢業(yè)設計的材料來自書籍、報刊或網(wǎng)絡，存在抄襲問題；畢業(yè)設計選題沒有結合實際，內容空洞、陳舊、重復；畢業(yè)設計時間與學生找工作時間重疊；畢業(yè)論文寫作不夠規(guī)范、基本功不夠扎實；等等。有鑒于此，改變畢業(yè)設計教學環(huán)節(jié)的運行模式是高職院校迫在眉睫的選擇。如果長期維持下去不進行改革，畢業(yè)設計必將成為制約高職院校教育質量提高的一個關鍵環(huán)節(jié)，必將對高職院校人才培養(yǎng)產(chǎn)生負面影響。如何突破這一瓶頸，已成為高職院校教學改革亟待解決的問題。本課題的提出就是針對目前畢業(yè)設計教學環(huán)節(jié)普遍存在的問題，以畢業(yè)設計模式改革為突破口，在平頂山工業(yè)職業(yè)技術學院機電工程學院機械工程系畢業(yè)設計中進行一些有益的探索。

三、高職院校畢業(yè)設計模式改革思路

畢業(yè)設計模式改革選擇平頂山工業(yè)職業(yè)技術學院機電工程學院機械工程系2008級部分專業(yè)的學生，通過分析查找現(xiàn)有的畢業(yè)設計環(huán)節(jié)存在的問題，在畢業(yè)設計實踐時間周期模式、畢業(yè)設計課題選擇與指導教師學術造詣提高模式、畢業(yè)設計規(guī)范量化改革模式等方面進行研究。

第一，畢業(yè)設計教學環(huán)節(jié)時間周期模式改革。傳統(tǒng)的畢業(yè)設計開始時間是第6學期的前10周，鑒于這個時間學生畢業(yè)在即，把找工作放在首位，畢業(yè)設計容易流于形式，我們將畢業(yè)設計教學提前到第5學期的前10周進行，這樣學生就能夠在校安心進行畢業(yè)設計。

第二，高職院校畢業(yè)設計選題要有工程訓練背景和較強的實踐價值，要達到既有綜合訓練又有綜合素質培養(yǎng)的目的。在選題方式上，多選用來源于企業(yè)生產(chǎn)實際的題目，也可由校企雙方協(xié)同指導。題目類型在滿足教學基本要求的基礎上，提倡真題真做，這樣能夠使學生感到自己做的課題有價值、有意義，產(chǎn)生成就感和創(chuàng)作的欲望，激發(fā)學生搞畢業(yè)設計的積極性和責任感，從而更好地培養(yǎng)學生解決實際問題的能力，并推動學校科研工作的開展。

第三，突出高職特點，加強指導教師隊伍建設。高職工科教育以培養(yǎng)生產(chǎn)第一線應用型人才為培養(yǎng)目標，要提高畢業(yè)設計水平和質量，關鍵是提高教師隊伍的學術水平。只有讓高職教師多參加社會實踐，才能提高他們的指導能力。指導教師應有合理的知識結構，具有較高的科研水平，能指導學生制定切實可行的畢業(yè)設計規(guī)劃。

第四，加強專業(yè)文獻閱讀，注意綜合能力的培養(yǎng)。在畢業(yè)設計初期，安排一周時間廣泛查閱國內外文獻資料，有助于了解畢業(yè)設計題目相關前沿的學術動態(tài)，拓寬知識面，同時也有助于學生提出課題的初步研究方案。

第五，堅持標準，全面考核。畢業(yè)設計的考核由導師評語、專家評閱和論文答辯等環(huán)節(jié)組成。導師評語主要評價學生在畢業(yè)設計期間的實際表現(xiàn)，如學習態(tài)度、綜合能力和畢業(yè)設計的完成情況等。專家評閱主要對畢業(yè)設計方案的合理性、數(shù)據(jù)采集的可靠性、結論的正確性及論文撰寫的質量等提出評審意見。因此，應加強管理，規(guī)范評語的內容要點，未經(jīng)認真評閱的論文不予提交答辯組；要加強答辯小組的師資配備、答辯環(huán)境的學術氛圍營造和答辯程序的規(guī)范。

四、高職院校畢業(yè)設計模式改革取得的成效

實踐證明，對2008級部分學生實行畢業(yè)設計模式改革，指導教師有針對性地認真進行畢業(yè)設計指導，幫助學生通過畢業(yè)設計對理論知識有更深刻的理解，可以有效提高教學質量，加強對學生專業(yè)學習的連貫指導，加大學生實際應用能力的培養(yǎng)，大幅度提高學生畢業(yè)設計的質量。畢業(yè)設計模式改革取得的成效歸納起來有以下六個方面。

一是推動了教學改革，為培養(yǎng)創(chuàng)新型人才提供了機會。畢業(yè)設計教學環(huán)節(jié)的改革，要求教師重視科研，爭取各類課題，可以進一步把產(chǎn)學研結合起來。

二是增強了實踐教學環(huán)節(jié)的銜接和統(tǒng)一，有利于系統(tǒng)訓練，多出成果。選擇恰當?shù)漠厴I(yè)設計與制作課題能夠充分發(fā)揮學生的主體作用，最大限度地提高學生的綜合素質。通過導師的指導以及實踐經(jīng)驗的積累，可以大幅度提高畢業(yè)設計的質量，提高學生的綜合素質。

三是促進了畢業(yè)設計與學生擇業(yè)的有機結合。由于學生提前進入畢業(yè)設計，系（部）應加強畢業(yè)設計的組織與管理，既有利于搞好畢業(yè)環(huán)節(jié)教學，又有利于學生就業(yè)選擇。學生可以安心做設計、寫論文，并合理安排求職時間；對用人單位來說，能夠提高錄用人才的效率，縮短“磨合期”。

四是提高了學生的社會適應性。畢業(yè)設計模式改革使學生有機會接觸到具有企業(yè)背景的題目，學到大量書本上學不到的知識，實踐能力大幅度提高，為畢業(yè)后從事的工作奠定了一定的基礎，尤其是參與企業(yè)項目，使學生積累了寶貴的工作經(jīng)驗，增強社會適應性。

五是強化了師資隊伍建設，促進了教學相長，有利于培養(yǎng)學生的綜合素質。畢業(yè)設計模式改革要求教師要不斷地提高自身素質、提升科研水平和實踐技能。學生有機會直接參與教師的科研課題，極大地調動了學生學習的主動性和積極性，最大限度地挖掘學生潛力，促進學生全面發(fā)展。

六是學生畢業(yè)設計質量明顯提高。學生畢業(yè)設計的規(guī)范程度大幅度提高，論文表述更加符合科技論文國家標準，大大增加了論文的可讀性，強化了對學生科學研究、工程實踐的培養(yǎng)。

參考文獻：

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基金項目：湖南省教育科學“十二五”規(guī)劃2011年項目（湘教科規(guī)領[2011]003號）湖南省機電工程及控制大學生創(chuàng)新訓練中心、湖南省機械類校企合作人才培養(yǎng)基地、湖南省機電工程虛擬仿真實驗教學中心建設項目。

中圖分類號：G434 文獻標識碼：A

實踐教學是加深理論認識、鞏固理論知識和夯實理論基礎的有效手段，是拓展知識視野、培養(yǎng)創(chuàng)新意識的必要環(huán)節(jié)，是理論聯(lián)系實際、培養(yǎng)學生掌握科技技術和提高工程實踐能力的重要平臺。系統(tǒng)的實踐教學和專業(yè)的應用能力培訓，能有效幫助大學生挖掘潛在的興趣，引導和激發(fā)他們的求知欲、培養(yǎng)他們的探索精神和探索能力，讓他們在理論學習和工程實踐中成長為社會需要的人才[1]。湖南理工學院機械電子工程（集成化傳動控制、機電運動控制方向）、材料成型及控制工程（模具、焊接方向）和機械設計制造及其自動化（機械設計、機械制造方向）等專業(yè)一直注重培養(yǎng)本科生的工程實踐能力、創(chuàng)新意識和創(chuàng)新精神，提出了“基礎實踐―綜合提高―課外拓展―工程創(chuàng)新”分步驟、分層次的大學生創(chuàng)新訓練體系。依托湖南省機電工程及控制大學生創(chuàng)新訓練中心，通過在時間、空間等方面全方位開放實驗室、提供與課程內容銜接緊密的自主實踐活動等方式，探索和構建基于信息技術的開放性實踐育人模式，實現(xiàn)教-學-研―用互動共贏，切實為地方經(jīng)濟發(fā)展培養(yǎng)機械類高素質應用型人才。

本文以信息技術環(huán)境和活動理論為基礎，分析了它們的開放特性和分布特性。通過揭示信息技術環(huán)境下的實踐活動實質，研究地方理工院校如何針對培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神工程技術人才構建實踐訓練體系。

1 信息技術視域下的實踐活動分析

底只是信息技術環(huán)境最突出的特征。因此可以說基于信息技術的實踐活動是一種數(shù)字化的學習實踐。“數(shù)字化實踐”是一種新型的、以先進的信息技術為重要支撐的學習形態(tài)[2]。要想開展以數(shù)字化技術為支撐的實踐活動，人們必須創(chuàng)建多種多樣的信息化平臺。活動理論不僅為我們提供了分析傳統(tǒng)實踐活動中所存在問題的理論基礎，還為我們提供了信息技術背景下學習創(chuàng)新、工程創(chuàng)新和教學改革的思路。

1.1 活動的交互性

新學習觀認為：學習是信息技術支撐下主客體社會性的交互活動[2]。這觀點包括兩個方面的含義：首先，活動理論認為學習是學習者主體的一種主動的自覺的活動；其次，這種活動可以以當前先進的信息技術作為支撐。有學者把活動當作一個維度，把技術當作另外一個維度，從而建立了一個二維坐標，并以此把學習活動分為四種類別：低技術含量且學生消極被動的學習活動，傳統(tǒng)的填鴨式教學方式就是如此；中等技術含量，但學習者卻比較主動自覺的學習活動，傳統(tǒng)課堂環(huán)境下的發(fā)現(xiàn)式教學學習方式便是這種活動的代表；高技術含量但學習者消極被動的學習活動，一些技術神化思潮下的教育信息化所帶來的書本搬家、黑板搬家、課堂搬家就屬于這一類；技術含量高且學習者積極主動的學習活動，這種信息技術背景下的學習活動集成了前述幾種學習活動的優(yōu)點，摒棄了它們的不足[3]。

活動理論認為人類的所有經(jīng)驗都或多或少的受到其所用工具和符號系統(tǒng)的制約[4]。信息技術背景下的活動理論認為學習是一種以目標為導向的積極主動活動，這種活動非常重視學習者之間的分工和合作，并且強調以工具、技術來加強和促進學習對象和學習者之間的主體、客體交互以及社會交互。對于信息技術背景下的學習實踐來說，理清以下內容非常重要：學習者應如何借助信息技術手段與學習內容進行有效的交互；學習者主體之間如何開展有效的社會互；學習者主體之間如何創(chuàng)建和諧的共同體及共同體的社會性發(fā)展。

1.2 活動的類型

活動理論認為：信息技術環(huán)境下的學習活動是以學生為中心的活動，必須充分發(fā)揮學習者的主觀能動性或者說主體性。信息技術背景下的學習活動具有開放性、分布式特點，這些特征不僅克服了傳統(tǒng)教學所固有的制度方面約束，還消除了教師在這種帶有集權式特征教學形式的權威，使學習者主體所享有的權利實至名歸。以活動理論作為指導，以信息技術為支持的學習環(huán)境于是便能突破傳統(tǒng)思維的框架，從而形成以學習者積極主動活動為重要核心的新型實踐教學范式。

以活動理論作為框架，我們可以將信息技術背景下學習者主體的活動分為三種類型：① 以外在的客體為對象的主體活動。這種活動主要是學習科學知識，了解生產(chǎn)的活動。這是學習者主體與作為客體的學習內容之間的交互；② 以外在的其他主體、團隊共同體和社會作為對象而開展的主體性活動。這是學習者主體之間的一種社會互；③ 以內在的客體自我為對象開展的主體活動。相對于前兩種活動，這是一種層次更為深刻的活動，說明學習者主體已經(jīng)經(jīng)歷了一個否定之否定的發(fā)展、提升過程。經(jīng)過這一自我意識和自我超越的過程，學習者便能獲得最深層次的情感體驗[2]。

1.3 活動的動機激發(fā)與知識內化

信息技術背景下的以外在的客體為對象的主體活動類型要求學習者必須有明確的目標，以此為導向從而實現(xiàn)作為客體的知識在學習者主體上實現(xiàn)內化[5]。信息技術背景下的學習活動明確要求學習者主體必須以具體明確的目標為導向。這意味著在面對具體學習內容時，學習者主體時時刻刻應保持強大而純正的學習動機以及濃厚高漲的學習興趣。信息技術背景下學習者主體學習動機的激發(fā)，雖然包含了傳統(tǒng)教學環(huán)境下學習者主體動機的激發(fā)過程和保持持續(xù)性，但更為重要的是要怎樣讓眾多學習者主體所組成的目標共同體始終保持高昂濃厚的學習動機。只有這樣，才能夠讓學習者主體在社會性實踐活動中敢于面對不同挑戰(zhàn)，并一直保持和充滿好奇心；也才能讓學習者主體所組成的目標共同體中的個體在這些實踐活動中既能維持良性的競爭態(tài)勢，又能促進個體相互之間的親密無間的協(xié)同合作。

對于信息技術背景下學習活動的其它兩種類型，他們不單單涉及到知識內化，還要涉及到有關社會往的其它問題。活動理論指出個體心理機能的發(fā)展過程，主體和與之起中介作用的人造制品和社會情境的互動作用有著非常重要的影響。同時很多學者也一致認為人類所有經(jīng)驗在不同程度上都受到我們所使用的工具和相應符號系統(tǒng)的制約[3]。以信息技術作為技術支撐的信息化學習環(huán)境附有多種數(shù)量龐大的技術工具，從而幫助學習者主體來完成知識內化。這些技術工具（如認知工具）可以幫助學習者搭建知識體系，并獲得可以遷移的、相對更有意義的知識。學習者主體還可以充分利用這些工具來分析當前社會和現(xiàn)實世界，并建構出新的知識或體系，從而展示學習成果和水平；甚至可以進行批判性反思，并進一步實現(xiàn)個體自身知識的內化。同時，信息技術支撐的學習環(huán)境還配有大量的供協(xié)同學習的即時通信工具和移動終端，這些工具和裝置既是學習者個體或所組成的共同體賴以存在以及今后發(fā)展的基礎，也是學習者主體之間開展協(xié)同合作以及進行社會往的載體。學習者可以在實踐活動中利用這些工具相互之間進行交流探討，并以此來傳遞顯性和隱形的學習內容和經(jīng)驗，從而達到促進自身知識轉化和社會往順利開展的目的[6]。

2. 信息技術視域下大學生創(chuàng)新訓練體系構建

信息技術環(huán)境下基于工程教育的大學生創(chuàng)新訓練體系的建立將會有效地促進學生工程素質的提高[7]并激發(fā)學生的創(chuàng)新精神。依據(jù)按照活動理論框架，工程實踐教學強調學生能力培養(yǎng)，體現(xiàn)在在工程實踐教學中就是要打破陳規(guī)，在學生掌握基本實驗技術的基礎上，更加注重學生在動手實踐的同時多動腦思考。通過采用現(xiàn)代信息化的教學手段，增強實踐訓練的趣味性，使學生認識到具備工程實踐能力對于今后自身發(fā)展的重要性。同時使學生形成自我創(chuàng)新的意識。

2.1 創(chuàng)新工程訓練過程分析

大學生創(chuàng)新訓練過程應注重學生基礎理論的積累、沉淀和創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。通過改革訓練內容和訓練方法，利用信息化技術手段，將實踐訓練化繁為簡、化難為易，使學生在訓練中加深對基礎理論的理解，同時提高實際動手能力，促使學生逐步形成主動思考的意識。工程訓練過程應注重實踐教學內容和質量評價的建設。涉及到訓練大綱和訓練內容的完善，訓練資源的設計和制作，甚至包含學生從自主設計到動手制作出作品的過程。

人才培養(yǎng)是高校的重要功能之一，而社會對高校人才培養(yǎng)質量的評價是最為客觀的。其中學生就業(yè)能力便是重要指標之一。因此，刨新型工程訓練過程還應著重關注學生在就業(yè)能力方面提升的實效。就業(yè)能力的強弱，不但反映出社會對學生認可的程度，還反映出學生在自身綜合素質的高低。為達到這一目的，湖南理工W院機械工程學院在本科四年的創(chuàng)新實踐訓練中，圍繞“基礎實踐―綜合提高―課外拓展―工程創(chuàng)新”的層次開展教學實踐，通過信息技術手段讓學生在虛擬和真實的工程氛圍中去體驗，通過體驗提高自身的工程素質，激發(fā)自身的創(chuàng)新意識。

由此可見，信息技術環(huán)境下的創(chuàng)新訓練過程應體現(xiàn)出四方面的特點：① 數(shù)字化課程訓練資源應有連續(xù)性，在本科四年的培養(yǎng)過程中，學生均有條件和機會參與訓練；② 訓練內容應結合技術發(fā)展不斷更新，在保留必要的傳統(tǒng)訓練內容前提下，應突出以計算機應用為基礎的虛實結合的新技術、新工藝訓練；③ 創(chuàng)新訓練學方式應靈活多樣，以激發(fā)學生參與的興趣和積極性；④ 評價體系應多元，既包含實踐理論知識的評價，更應包含工程實踐能力的評價。

2.2 基于工程的創(chuàng)新訓練體系構建

工程創(chuàng)新訓練也就是通過運用工程實踐的手段和方式，將主體所掌握的專業(yè)知識和專業(yè)技能充分的消化吸收，最后被掌握者轉化為社會經(jīng)濟發(fā)展和個體發(fā)展所需要的能力[8]。對于大學生特別是工科專業(yè)大學生而言，實施工程創(chuàng)新訓練的主要目的就是牢牢鞏固和適當拓展專業(yè)理論知識，使工程實踐能力得以鍛煉和提高，同時使創(chuàng)新意識、創(chuàng)新精神得到激發(fā)和培養(yǎng)，從而提高自身綜合素質和工程創(chuàng)新能力。地方本科高校實施旨在培養(yǎng)學生工程創(chuàng)新能力的工程訓練體系的改革，是實現(xiàn)學校人才培養(yǎng)目標的重要前提和培養(yǎng)工程創(chuàng)新型人才的必要手段。在當前技術環(huán)境下，也就是必須和信息技術深度融合。湖南理工學院機械工程學院經(jīng)過多年的探索，構建了基于信息技術環(huán)境的創(chuàng)新訓練體系，如圖1所示。

創(chuàng)新訓練體系的實施顯著增強了學生的創(chuàng)新實踐能力，所培養(yǎng)學生實踐能力得到社會的高度認可。近五年來，學生發(fā)表在學術刊物和學術會議論文集30多篇，獲批專利5項，學生主持國家級大學生研究性學習和創(chuàng)新性實驗計劃項目5項，主持省級大學生研究性學習和創(chuàng)新性實驗計劃項目27項，主持校級大學生研究性學習和創(chuàng)新性實驗計劃項目100多項，獲得市級以上各類獎項多項，包括獲國家級競賽獲獎12項。近五屆機械類專業(yè)學生就業(yè)率一直保持在96%以上，其中，前往北京、上海、廣州、深圳等一線城市就業(yè)約55%，并逐年成上升趨勢；所培養(yǎng)學生因實踐能力較強，大大提升了考研競爭力，以機械設計制造及其自動化專業(yè)為例，考研錄取率從2011屆的14.3%，提高到2013屆的24.7%，錄取學校包括浙江大學、中南大學、湖南大學、南京航空航天大學等985、211高校。

3. 結論

地方高校多以培養(yǎng)高級應用型人才為目標。基于信息技術的工程創(chuàng)新訓練的教學實踐改革應以培養(yǎng)學生現(xiàn)代工程意識和工程能力為要旨，將知識傳授、能力培養(yǎng)、素質提高結合起來，依托虛擬仿真實驗教學中心、大學生創(chuàng)新訓練中心等實踐教學平臺，達到學生自我管理、自發(fā)實踐、自主提升。經(jīng)過幾年的努力，湖南理工學院機械工程學院在創(chuàng)新訓練方面形成了以真實體驗為主體，虛擬仿真為重要補充的創(chuàng)新訓練體系，有效地提高了學生的工程應用能力和創(chuàng)新精神。

參考文獻

[1] 別榮海，俞海洋.地方“211工程”高校建構新型實踐教學體系的研究與實踐[J].實驗技術與管理，2013（3）： 1-3.

[2] 嚴莉. 信息技術環(huán)境下的學習活動研究[D]. 華中師范大學博士學位論文，2011.

[3] 鄭太年. 從活動理論看學校學習[J]. 開放教育研究， 2005， 2： 64-68.

[4] 柴少明， 趙建華， 李克東. 基于活動理論的CSCL意義建構研究[J]. 電化教育研究， 2009（7）： 96-10.

[5] Seth Chaiklin， Jean Lave. Understanding practice： perspectives on activity and context[M]. Cambridge， MA： Cambridge University Press， 1996.

[6] 嚴莉. 信息技術環(huán)境下的學習活動研究[D]. 華中師范大學博士學位論文，2011.

篇3

引言

20世紀70年代西門子工程師F.Blaschke首先提出異步電機矢量控制理論來解決交流電機轉矩控制問題。矢量控制實現(xiàn)的基本原理是通過測量和控制電機定子電流矢量，根據(jù)磁場定向原理分別對電機的勵磁電流和轉矩電流進行控制，從而達到控制電機轉矩的目的。

在交流電機矢量控制策略中，相電流采樣性能是一個重要的指標。在對成本要求高的應用場合，如何低成本地獲得好的電流采樣性能成為關鍵問題。

電流檢測通常有以下幾種方式：（1）電阻采樣；（2）霍爾電流傳感器；（3）電流互感器。電阻采樣通過測量電阻上的壓降來計算電流大小，適合于被測電流較小的場合。霍爾電流傳感器測量精度高、線性度好、響應快、使用簡單，但價格比較昂貴。電流互感器體積較大，造價昂貴，適合于被測電流大的場合。對于小功率的伺服驅動器適合采用電阻采樣方式，文章以雙電阻電流采樣方式[1]展開分析。

1 雙電阻相電流的采樣原理

雙電阻采樣方式的典型電路如圖1所示，微處理器對某兩相電流通過采樣電阻進行采樣，再根據(jù)iu、iv、iw的矢量和為零，即：iu+iv+iw=0的理論推算出第三相電流的值。從采樣電阻上獲取的電壓信號，經(jīng)過電壓偏置和放大[2]后，輸入到微處理器的A/D單元。雙電阻采樣的邏輯如圖2所示，電流采樣時刻是在三相上橋臂都截止的時刻進行的，因為只有在這個時刻才能保證采樣電阻上均有反映該相電流的電流流過，只是此時可能采樣得到的電流是續(xù)流電流，不過續(xù)流電流也可以真實的反映相電流的值。由此可見，雙電阻采樣方法也可以實現(xiàn)三相定子電流的重構。

根據(jù)以上分析，雙電阻采樣方法可以實現(xiàn)三相定子電流的重構，不過由圖2可見該方案也存在電流采樣盲區(qū)問題，就是當電流采樣相為電壓最大相時，如果該相占空比比較高的時候，電流可采樣的區(qū)間（電壓最大相下橋臂開通區(qū)間）就變得狹窄，考慮到IGBT剛切換時會有比較大的電流震蕩的問題，使得電流采樣誤差比較大。目前解決的辦法是限制電壓最大占空比，通用限制在95%以下。這里采樣電阻的選取很關鍵，負載一定時，如果采樣電阻的阻值小，則壓降小，在電機回路中不會產(chǎn)生很大的影響；如果采樣電阻的阻值過大，會引起電壓損耗，減小能量效率，且較大的阻值還會使負載電壓發(fā)生偏移，產(chǎn)生電磁干擾，產(chǎn)生系統(tǒng)對噪聲敏感等問題；此外選取采樣電阻時，還要考慮電阻的穩(wěn)定性能和阻值誤差[3]。

2 相電流的濾波

由于永磁同步電機的寬范圍調速及高速特性，在電機設計時不易獲得理想的正弦氣隙磁場[4]，同時電力電子裝置的非線性特性，導致在系統(tǒng)控制時采樣的相電流含有不規(guī)則的高次諧波和隨機干擾。再加上電流采樣電路的穩(wěn)定性及A/D轉換單元偏差的存在，更是加大了實際采樣到的電流波動。另外，在系統(tǒng)電路中采用的開關電源、大功率電磁鐵等電路，可能還會引起很大干擾。

可見，永磁同步電動機相電流中，含有各種高次、隨機的諧波。其中包含PWM斬波引起的高頻諧波，有因電機非正弦反電勢引起的低次諧波，還有電力電子線路因干擾出現(xiàn)的隨機脈沖。因此，在系統(tǒng)控制中，需要采用不同的硬件和數(shù)字濾波方法。硬件濾波是在電流采樣電路上增加LC濾波電路，用于去除逆變器的功率開關斬波引起的干擾。軟件濾波用于去除隨時脈沖干擾和由低次諧波引起的噪聲。

采用550W伺服驅動器（載波頻率16KHz），配4極15槽永磁同步電機進行測試。在3500rpm輕負載下，用示波器分時測得U、V相電流如圖3所示，相電流波形除了由于斬波引起的高次諧波外，還由于電機反電勢、齒槽等影響，使相電流呈現(xiàn)的不是正弦波。

從處理器A/D轉換后，獲取的相電流數(shù)值如圖4所示，相電流又增加了由于A/D電路引起的隨機電流尖峰。

2.1 程序判斷濾波

對于隨機電流尖峰，通常采用限幅濾波法或限速濾波法[5]來實現(xiàn)消除。電機相電流是個動態(tài)的信號，既要考慮采樣值的實時性，又要顧及采樣值的連續(xù)性。文章實際采用如下濾波算法：設順序采樣時刻t1，t2，t3的采樣值分別為Y（1），Y（2），Y（3），ΔY1和ΔY2為根據(jù)現(xiàn)場情況確定的門限值，其中ΔY1

采用程序判斷濾波后，消除了隨機的電流尖峰，如圖5所示。

2.2 算術平均值法

圖5所示的相電流波形中還存在著低次諧波，由于它在時間域的頻率是不確定的，這里采用平均值濾波法[7]來處理，具體算法如式（2）所示。

算術平均值法對信號的平滑濾波程度完全取決于n。

當n較大時，平滑度高，但靈敏度低，即外界信號的變化對測量計算結果Y的影響小；當n較小時，平滑度低，但靈敏度高。電機相電流是個動態(tài)的信號，應視具體情況選取n。采用算術平均值法濾波后，消除了圖5波形中的大部分低次諧波，如圖6所示。經(jīng)過兩次濾波后，相電流的波形得到了顯著的優(yōu)化。

3 系統(tǒng)的實驗結果

采用上述550W伺服驅動器和電機，在測功機上進行相電流濾波前后的對比測試，結果如下：（1）電機3500rpm恒速運行，測功機不加載時：控制器輸入功率由濾波前的73.47W下降到濾波后的55.01W。（2）電機3500rpm恒速運行，測功機加1.3Nm扭矩進行定點測試時：控制器的效率由濾波前的81.35%上升到濾波后的82.51%。

由上述結果可以看出，采用了相電流濾波的伺服系統(tǒng)，減少了功耗，提升了系統(tǒng)的效率。

4 結束語

由以上分析及實驗結果可以看出，在采用雙電阻相電流采樣的伺服控制系統(tǒng)中，通過復合數(shù)字濾波方法能夠將由PWM斬波引起的高頻諧波、電機非正弦反電勢引起的低次諧波、電力電子線路因干擾出現(xiàn)的隨機脈沖等因素引起的相電流噪聲得到有效的抑制，提高了電機運行的平穩(wěn)性，有效改善了系統(tǒng)的效率。

參考文獻

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篇4

作者簡介：郭曉琴（1972-），女，河南南陽人，鄭州航空工業(yè)管理學院機電工程學院副院長，副教授；王金鳳（1963-），女，河南祁縣人，鄭州航空工業(yè)管理學院電子通訊系主任，教授。（河南 鄭州 450015）

基金項目：本文系教育部2011年人文社會科學研究（項目編號：11JDGC018）、2012年度河南省高等教育教學改革研究項目（項目編號：219）、鄭州航空工業(yè)管理學院2011年教育科學研究項目（項目編號：zhjy11-23）的研究成果。

中圖分類號：G642.423 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）05-0107-02

創(chuàng)新是人類社會發(fā)展的不竭動力。國家教育事業(yè)發(fā)展“十二五”規(guī)劃明確指出“高等學校成為國家知識創(chuàng)新、技術創(chuàng)新、國防科技創(chuàng)新、區(qū)域創(chuàng)新的重要基地”。[1]建設創(chuàng)新型國家，培養(yǎng)創(chuàng)新型人才，現(xiàn)已成為高等教育的重中之重。建國以來，高校培養(yǎng)了大量理工類專業(yè)人才，為我國工業(yè)發(fā)展做出了巨大貢獻。但學生創(chuàng)新思維、創(chuàng)新能力和實踐能力培養(yǎng)上的不足仍是我國高等教育尚未解決好的關鍵問題。深化教育改革、培養(yǎng)創(chuàng)新型人才已經(jīng)成為高等教育發(fā)展的迫切需要，很多高校都進行了創(chuàng)新實踐方面的研究與探索。[2-6]隨著高等教育規(guī)模的擴大，探索一般性本科院校創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式已經(jīng)成為教育教學改革的重點。

一、圍繞專業(yè)培養(yǎng)目標，構建創(chuàng)新教育課程體系，突出實踐教學

正確定位人才培養(yǎng)目標是一個專業(yè)辦學的基本立足點。對鄭州航空工業(yè)管理學院材料成型與控制工程專業(yè)人才培養(yǎng)目標的定位是：培養(yǎng)德、智、體、美全面發(fā)展，適應社會主義市場經(jīng)濟需要，具備材料成型及控制學科、機械學科及計算機學科有關的基礎理論知識與應用能力，能夠從事材料科學研究與材料成型應用領域工作，具有創(chuàng)新意識的復合型應用人才。

培養(yǎng)方案堅持以創(chuàng)新教育為核心，建立適于創(chuàng)新教育的課程體系，在注重基礎知識和專業(yè)技能培養(yǎng)的同時，著力加強學生創(chuàng)新意識與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，并注重高新技術與工程創(chuàng)新教育相融合。在培養(yǎng)方案制訂中，應遵循“厚基礎、寬口徑、強能力、高素質”的教育理念，堅持突出“注重基礎，強化實踐，鼓勵創(chuàng)新”的培養(yǎng)模式。課程體系包括公共基礎課、學科基礎課、專業(yè)課、專業(yè)選修課和拓展選修課等模塊。在課程體系中應注重文理滲透，拓寬基礎，淡化專業(yè)，力求打造更寬闊的材料類專業(yè)人才培養(yǎng)平臺。在課程設置方面，強化專業(yè)基礎教育，加強公共基礎、機械基礎、物理化學等基礎性教學，為培養(yǎng)創(chuàng)新人才奠定了堅實的基礎；同時通過專業(yè)課程整合，加強了工程類課程，如“復合材料”、“功能材料”等；選修課也與機電類專業(yè)部分打通，開設了“自動控制原理”、“機械制造技術”、“計算機輔助設計”等課程，拓寬了專業(yè)面，體現(xiàn)了多學科交叉融合。

創(chuàng)新來源于實踐，實踐是創(chuàng)新的不竭動力。強調創(chuàng)新教育，必須突出實踐教學。在實踐教學方面，建立了“三層次九模塊”的實踐教學體系（見表1），從“基礎-專業(yè)-綜合”三個層次培養(yǎng)學生的實踐創(chuàng)新能力，大學四年實踐教學不斷線。大一新生通過專業(yè)導論和認識實習進行專業(yè)認知教育。大二學生提前進入實驗室參與科研項目；通過課程和實驗內容的整合，按照培養(yǎng)目標將原有專業(yè)基礎課和專業(yè)課的教學實驗進行分類、歸納、刪減和更新，將部分實驗從專業(yè)課程中分離出來，設置成不同的實驗模塊，獨立設置實驗課程；在鞏固基礎實踐和專業(yè)實踐的基礎上，增設了為期2周的綜合實驗與制作，讓學生自己選擇實驗課題，題目一般來源于生產(chǎn)中的技術問題或是教師科研中的部分研究內容，制定實驗方案，完成對某材料從制備加工成型性能檢測數(shù)據(jù)分析的全過程實驗；開設創(chuàng)新設計實驗、大學生第二課堂和創(chuàng)新學分系列活動，鼓勵學生參與各種大賽，調動學生參與創(chuàng)新活動的積極性，讓學生結合自己興趣，自主選擇指導教師，參與科研項目，結合畢業(yè)設計，在教師的指導下相對獨立地完成某個專題的研究。上述實踐課程的開設，其目的是使學生能早期進入科學研究，在材料設計、實驗方案制定、材料成型與加工、性能檢測、數(shù)據(jù)整理與分析、撰寫論文等方面得到全方位的實戰(zhàn)訓練，掌握正確的實驗設計方法和科學研究方法，強化實驗技術和技能，突出對學生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力及工程素質的綜合培養(yǎng)，全面提升學生的實踐能力和創(chuàng)新能力。

二、科研團隊和實驗室平臺建設

科研團隊建設是高校學科建設的核心，團隊的層次和數(shù)量代表著高校的學術地位、創(chuàng)新能力和對社會經(jīng)濟發(fā)展的貢獻率與影響力，也直接代表著師資水準與教學質量。通過自然形成和有效整合，加強科研團隊建設，打造一支代表學科特色和核心競爭力的以杰出或優(yōu)秀人才為學術帶頭人的創(chuàng)新團隊或學術梯隊。鄭州航空工業(yè)管理學院現(xiàn)有2個省科技創(chuàng)新團隊、1個省科技創(chuàng)新杰出人才計劃和2個鄭州市科技創(chuàng)新團隊，擁有以中青年專家、學者為主的高水平學科（學術）帶頭人隊伍，以博士、高級職稱人員組成的團隊骨干，形成了以相應學科帶頭人為核心的具有穩(wěn)定研究方向、結構合理的學科梯隊，師資知識結構不僅包括金屬材料、粉末冶金、無機非金屬材料、有機高分子材料、生物材料、材料加工、材料物理、材料化學和凝聚態(tài)物理等，還包括機械制造、機械電子、自動化等領域。強大的師資力量積極參與到教改及創(chuàng)新活動之中，為大學生創(chuàng)新教育提供了豐富的智力資源，能夠及時將科研、產(chǎn)業(yè)成果轉化為教學設施服務于教學，優(yōu)化實驗項目，革新實驗內容，以高水平科學研究促進實驗教學內容和教學方法的時效性、前沿性和科學性。

實驗室是實踐教學的主要場地，加強實驗室建設是創(chuàng)新人才培養(yǎng)的關鍵。在人才培養(yǎng)總體思路和方針的指導下，應注重創(chuàng)新實踐環(huán)境和條件的建設，使之更好地服務于本科教學。為培養(yǎng)學生綜合設計與創(chuàng)新能力，設立了力學性能室、注塑成型實驗室、掃描電鏡室、X射線衍射室等16個實驗室，專門建設了大學生創(chuàng)新設計室、大學生創(chuàng)新制作室等一批能夠啟發(fā)創(chuàng)新思維、拓展創(chuàng)新空間和開展創(chuàng)新實踐的實驗室。以鄭州航空工業(yè)管理學院為例，學院現(xiàn)有“材料工程”省級實驗教學示范中心、“陶瓷材料界面”省級工程實驗室、“航空材料與先進工程技術”省重點實驗室培育基地、“航空復合材料”市重點實驗室，并擁有場發(fā)射掃描電鏡、熱分析儀、激光快速成型設備、ARAMIS應變測量系統(tǒng)等先進儀器設備，設備總值1800多萬元，實驗室面積2400多平方米，一次可容納600余名本科生參與科研和實踐。師生依托實驗室硬件平臺，以開放實驗項目、各類創(chuàng)新競賽活動、綜合性實驗、綜合性設計與制作、畢業(yè)設計等實踐教學環(huán)節(jié)為載體，推動創(chuàng)新人才培養(yǎng)。實驗室除承擔本校學生實驗實踐教學之外，同時對其他高校、科研院所和產(chǎn)學研聯(lián)合體開放，共同指導學生創(chuàng)新實驗和開放實驗，注重資源整合，實現(xiàn)資源共享，努力打造全省高校及相關單位實驗大平臺。

三、取得的成效

自2005年材料成型與控制工程專業(yè)招生以來，經(jīng)過7年的探索與實踐，進一步明確了材料成型與控制工程專業(yè)的培養(yǎng)目標，實踐教學體系逐步完善，在學生創(chuàng)新能力、綜合能力培養(yǎng)方面取得了一定的成效。

2008～2012年，大學生多篇，獲各種大學生科技活動獎20余項，其中包括全國大學生課外學術科技作品競賽二等獎、全國大學生先進圖形技能與創(chuàng)新大賽一等獎、“挑戰(zhàn)杯”課外學術科技作品和大學生創(chuàng)業(yè)計劃等獎項。3年來畢業(yè)生一次就業(yè)率均達到95%以上，根據(jù)畢業(yè)生跟蹤調查的結果，用人單位普遍反映學生“綜合素質良好，動手能力強，能較快適應工作崗位的需要”，大多數(shù)學生在較短時期內已成為單位的業(yè)務骨干。歷屆畢業(yè)生有25%以上考取了本專業(yè)或相關專業(yè)的研究生，大部分是重點大學，其中50%以上的學生反饋在研究生復試過程中學校的創(chuàng)新實踐教育使之受益匪淺，并且后續(xù)的研究生學習階段在實驗設備操作、科研思路和學科前沿了解等方面表現(xiàn)出色，受到導師的好評。

四、進一步發(fā)展思路

首先，進一步加大學術交流與合作辦學的力度。鼓勵和支持科技交流、合作研究和合作辦學等工作，加大校校合作和校企合作，通過“請進來、走出去”的方式，積極引進國內外優(yōu)質教育資源，為創(chuàng)新教育搭建更大的平臺。

其次，進一步改進教學方法，不斷探索體現(xiàn)“以學生為主體”的創(chuàng)新能力培養(yǎng)模式。在當前大部分教學過程中，以知識傳授為主導的教學方法并未根本改變，以教師為主導的方式在一定程度上制約了學生的學習主動性及創(chuàng)新能力的發(fā)揮。因此改革教學方法，營造出以學生為主的實踐創(chuàng)新環(huán)境，探索符合國內一般院校實際情況的實踐性教學方法是創(chuàng)新人才培養(yǎng)的重要保障。

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篇5

 

發(fā)動機的換氣過程直接影響發(fā)動機的性能。良好的配氣機構不僅要求氣門開啟有盡可能大的時面值，而且要求其配氣正時在任何情況下都能使發(fā)動機性能最佳。在設計中，配氣機構的布置與發(fā)動機整體結構布置密切相關，要達到總體設計要求，布置緊湊，協(xié)調合理。同時提高進、排氣工作性能與改善機構動力學特性常常是設計中的主要矛盾。對配氣機構進行有效的分析研究，不僅能有效防止機械故障的產(chǎn)生．而且有利于維修方式從定期維修向“以可靠性為中心”的視情維修發(fā)展．控制維護成本，提高經(jīng)濟效益。

一、 國內外對配氣機構研究狀況

配氣機構是發(fā)動機的重要組成部分，配氣機構的維修特性，直接影響到發(fā)動機的經(jīng)濟性、動力性和可靠性，并與發(fā)動機的噪音與振動有著直接的關系。配氣凸輪、氣門，氣門彈簧是配氣機構的心臟，在配氣機構中起著決定性的作用，其維修特性對機構的充氣性能和動力性能具有決定性的影響。其維護與使用直接影響發(fā)動機的可靠性及維修特性指標。這些指標不僅包括動力性、經(jīng)濟性，也包括運轉性能，如發(fā)動機的振動、噪聲及排放指標。此外，它對發(fā)動機的耐久性和可靠性也會產(chǎn)生直接影響。因此，研究發(fā)動機的配氣機構維修特性，對發(fā)動機的發(fā)展格外重要。隨著現(xiàn)代航空活塞發(fā)動機技術的迅猛發(fā)展，發(fā)動機轉速和功率逐漸要求更加安全可靠，配氣機構各零件的負荷不斷增加，這種由于構件本身彈性所導致的工作異常機械論文，很可能使配氣機構正常工作遭到嚴重破壞，直到發(fā)動機不能正常運轉。只有在知道了氣門及其驅動零件的真實運動和載荷變化情況后，才能對其工作條件和日常維護做出正確結論。

人類對配氣凸輪機構的使用要追溯到18世紀，直到19世紀末，對凸輪機構還未曾有過具有詳細歷史記載的系統(tǒng)研究。隨著人類文明的進步和工業(yè)化的逐步發(fā)展，對高效的自動機械的需求大大增加。特別是在發(fā)動機誕生之后，以發(fā)動機為動力的機械逐漸增多，大大提高了人們對凸輪機械的重視程度。隨著發(fā)動機動力機械的逐漸普及和發(fā)展，發(fā)動機配氣機構的特性對工作性能的影響逐步被認識期刊網(wǎng)。在20世紀40年代以后，由于發(fā)動機轉速增加，配氣凸輪乃至配氣機構引起的故障日益增多，人們開始對配氣機構的深入研究。研究的方法也從經(jīng)驗性的設計過渡到有理論依據(jù)的運動學與動力學的分析研究隨著技術的發(fā)展，計算機輔助設計和輔助制造技術也逐步得到了應用。目前，配氣凸輪機構設計己廣泛采用各種專用軟件借助計算機來完成，用數(shù)控機床完成加工。氣門和氣門座在工作中承受極高的機械負荷、熱負荷及腐蝕性氣體的沖刷，狀態(tài)極為不良，因而在工作中磨損比較嚴重，常造成氣門下沉，燃燒室的有害容積增大，使發(fā)動機性能變壞，嚴重時氣門一氣門座的密封作用失效，影響發(fā)動機的正常工作和大修期，因此在發(fā)動機配氣機構設計中應給予足夠的重視。氣門和氣門座處于燃燒室和氣道之間，由于缺乏有效的油供應，在氣門工作表面上不可能形成油膜，從而使摩擦運動產(chǎn)生嚴重的磨損作用。通過對配氣機構的動態(tài)模擬可以知道各零件的真實運動情況和載荷變化規(guī)律;通過對氣門副破壞方式的分析與研究，找出其規(guī)律，以便對氣門副材料的選取、表面加工，以及對配氣機構的優(yōu)化和配氣間隙的調整提供更為有效的理論依據(jù)和實踐經(jīng)驗。這樣既研究了配氣機構整體性又研究了配氣機構的薄弱環(huán)節(jié)。

二、配氣機構維修診斷特性現(xiàn)狀

隨著發(fā)動機新品種的不斷出現(xiàn)和新技術新產(chǎn)品的引進，配氣機構經(jīng)常出現(xiàn)這樣或那樣的問題，據(jù)英國發(fā)動機工程師和用戶協(xié)會提供的發(fā)動機停機故障表明，造成發(fā)動機停機故障的各種原因中，配氣機構的故障在發(fā)動機的故障中占有比例達11.9%。它也日益引起從事發(fā)動機生產(chǎn)、研究和有關教學方面的重視。目前國內外對于配氣機構的零星報導不少，但完整的資料或書刊卻未見到。航空配氣系統(tǒng)故障的原因往往是多方面的，而故障的發(fā)展也受多方面因素的影響。因此，航空的配氣系統(tǒng)故障診斷技術應是針對整個系統(tǒng)的綜合診斷。現(xiàn)在已經(jīng)投入實用的故障監(jiān)測與診斷系統(tǒng)大多功能單一，系統(tǒng)化、智能化水平低，診斷準確度不高。目前與汽車及船用活塞發(fā)動機比較，使用在航空上的活塞發(fā)動機較少使用電子控制裝置，在使用過程中測量的參數(shù)也較少，維護檢修主要依靠維護人員的經(jīng)驗和維護手冊提供的排故程序。根據(jù)這種情況，航空活塞發(fā)動機的配氣系統(tǒng)故障診斷可以利用人工智能結合排故手冊和經(jīng)驗豐富的維護人員的排故經(jīng)驗開發(fā)采用基于故障樹的故障診斷系統(tǒng)，用于日常維護中故障的快速準確的排除。由于發(fā)動機自身的工作原理，凸輪與挺柱之間、氣門與氣門座圈之間不可避免的存在碰撞作用，配氣機構工作條件十分惡劣;而且機械論文，隨著發(fā)動機轉速不斷提提高，配氣機構各零件的負荷不斷增加，這種由于構件本身彈性所導致的工作異常，很可能使配氣機構正常工作遭到嚴重破壞，例如:凸輪與挺柱之間、氣門與氣門座圈之間的早期磨損;而且凸輪與挺柱之間的磨損將導致噪聲增加，甚至影響換氣性能;同時氣門與氣門座圈過早的磨損現(xiàn)象，會造成氣門強度降低，進一步發(fā)生氣門掉頭，氣門頭與活塞運動干涉產(chǎn)生撞擊，最終導致發(fā)動機故障。利用試車臺測試的大量參數(shù)，采集發(fā)動機的各種具有某些特征的動態(tài)信息，并對這些信息進行各種分析和處理、區(qū)分、識別并確認其異常表現(xiàn)，預測其發(fā)展趨勢及潛在的故障，查明其產(chǎn)生原因、發(fā)生部位和嚴重程度，提出針對性的維修措施和處理方法。

航空使用及維修性能指標主要是依據(jù)動力性、經(jīng)濟性和廢氣排放指標。動力性指標主要以輸出的有效功率表示，經(jīng)濟性指標主要用燃油消耗率表示，廢氣排放量指標主要用C0，HC.NO、和碳粒表示。配氣機構是的主要組成部分.在各種配氣機構中，其主要零件都包括為氣門組和氣門驅動組。氣門組包括氣門座、氣門、氣門導管、氣門彈簧及座和鎖瓣等，其主要功用是維持氣門的關閉。氣門驅動組是指從正時齒輪開始至推動氣門動作的所有零件，包括凸輪軸，氣門挺桿，推桿和搖臂等，其主要功用是定時驅動氣門開閉，并保證氣門有足夠的開度和氣門間隙。配氣機構的主要作用是按照每個氣缸的作功順序，按時打開和關閉各氣缸進氣門和排氣門，以保證各氣缸及時吸入清潔空氣和排出廢氣;同時在壓縮和作功行程中維持燃燒室的密封，保證正常工作。實踐表明，航空功率下降、排氣冒黑煙、燃料消耗率增加等問題均與配氣機構的技術狀態(tài)緊密相關。而配氣相位和氣門間隙是配氣機構技術狀態(tài)的主要方面，對的工作可靠性能影響極大。由于的轉速較高，活塞每一行程所經(jīng)歷的時間極短，如Lycoming四沖程轉速20O0r/min時，一個行程時間只有0.01，再加上氣門開啟有一個過程，氣門全開的時間就更短，在這樣短的時間內，要使進氣充足、排氣干凈是比較困難的，為了增加氣門開啟和時間斷面，并充分利用氣流的流動慣性以及減少換氣過程的損失，從而改善換氣質量，提高充氣系數(shù)，的進氣門和排氣門都要“早開晚關”，即進氣門要在活塞位于上止點前便提前打開，而推遲到下止點后再關閉;排氣門都是在活塞移動到下止點前便提前打開，而推遲到上止點后才關閉。表示進、排氣門開始開啟和關閉終了時刻及其持續(xù)過程的曲軸轉角機械論文，稱為配氣相位。它是設計單位經(jīng)過反復實驗而確定的，雖然近年來己可采用計算分析的方法來選擇最佳的配氣相位，然后經(jīng)實驗驗證，但大多數(shù)配氣相位仍是經(jīng)過試驗確定的。不同型號發(fā)動機的，因結構參數(shù)不同，配氣相位也不同。正確的配氣相位應能滿足下列要求:(l)良好的充氣系數(shù)，以保證的動力性;(2)合對于上磨損故障，國內外的科研工作者已經(jīng)進行了長期的研究與探索，取得了一定成果。其中，對于滑油零部件的磨損故障，已經(jīng)形成了較為成熟的監(jiān)測與診斷技術體系；而對于氣路磨損故障，尚未形成很有效的解決方法。適的充氣系數(shù)特性，以適應發(fā)動機扭矩特性的要求;(3)較小的換氣損失，以改善的經(jīng)濟性;(4)必要的燃燒室熱氣，適當?shù)呐艢鉁囟龋越档褪軣崃慵臒嶝摵桑ＷC運轉的可靠性。由上可見，正確的配氣相位是保證氣缸內有足夠的空氣充量，以保證燃油的完全燃燒，使發(fā)動機有良好的動力性、經(jīng)濟性和廢氣排放為目的。發(fā)動機工作時，氣門實際開閉的時刻是由凸輪的形狀和配氣機構各零件的正確裝配保證的。在使用和維修過程中，由于零部件制造偏差、使用過程產(chǎn)生的磨損偏差及修理裝配過程各種工藝誤差等，一般都不同程度地改變了原規(guī)定的配氣相位值，如氣門間隙調整過小或凸輪外形加工太肥，使氣門早開晚關，氣門開啟延續(xù)時間過長期刊網(wǎng)。配氣相位誤差將導致的動力性下降、經(jīng)濟性變壞及排放惡化。相位差很大時，根本不能起動:嚴重時造成氣門和活塞碰撞，氣門桿頂彎、凸輪軸變形及打壞活塞。有資料顯示，某系列發(fā)動機因配氣相位的誤差使最大功率下降13%，最大扭矩下降11%，最低燃油消耗率增加19%。我院Lycoming發(fā)動機氣門的結構形式為頂置式和。氣門間隙是指氣門處于關閉狀態(tài)時，氣門尾端與搖臂之間留有的一定間隙值。氣門間隙的作用是保證氣門、推桿等傳動桿件受熱膨脹時留有余地，當氣門在關閉時與氣門座緊密貼合，這對發(fā)動機是一個非常重要的因素，對其正常工作有很大影響。發(fā)動機在使用過程中，由于配氣機構某些零件的磨損和緊固件的松動，氣門間隙會發(fā)生變化，氣門間隙過大會使氣門遲開早閉，縮短開放時間，減小開啟高度，造成氣缸內進氣不足，廢氣排放不徹底，燃燒的準備條件變壞，燃燒不完全，發(fā)動機的動力性下降機械論文，起動困難，怠速時發(fā)出“噠、噠、噠”氣門敲擊聲。隨發(fā)動機轉速的升高噪聲也隨之增大，單缸斷火試驗時聲響不變。若氣門間隙過小或沒有(液壓式配氣機構除外)，當氣門及傳動桿件受熱膨脹后氣門桿端抵觸搖臂，使氣門關閉不嚴發(fā)生漏氣，造成氣缸壓縮壓力降低、氣門與氣門座容易燒損，使發(fā)動機起動困難，動力性和經(jīng)濟性下降，排放污染增加。

三、配氣機構研究技術的發(fā)展趨勢

對于專門用于發(fā)動機的配氣機構的研究，一直是該領域的研究前沿。研究

摘要進一步了解配氣機構各零件的真實運動情況，氣門彈簧的顫振和高次振型時配氣機構的異常振動，從而明確機構中的薄弱環(huán)節(jié)，單質量模型則無能為力。因而隨后出現(xiàn)了多質量動力學模型。根據(jù)使用者目的的不同，有三質量、四質量、五質量，以至更多質量的模型。多質量動力學模型的建立、參數(shù)的確定、方程的求解等雖然較困難，但它可以分析傳動鏈中的各零件的真實運動規(guī)律以及對整個機構的影響，并能計算出氣門內、外彈簧圈的大致振動情況，使模擬值更接近實際情況，故近年來多質量模型的應用遠比單質量模型的應用廣泛。為了進一步提高配氣機構動力學模擬精度，有人采用變剛度、變搖臂比進行多質量模型的模擬計算。當然其模擬精度又有一定程度的提高，多質量動力學模型也得到了進一步的發(fā)展和完善

四、目前在配氣機構維修特性方面存在的不足：

課題的難點是收集數(shù)據(jù)是一項艱難復雜的工作，本身發(fā)動機結構復雜，引起失效的原因也復雜。維修特性技術在航空活塞發(fā)動機中應用理論體系不完整。磨損機理分析采集數(shù)據(jù)多為實驗得，對于實際使用中以參數(shù)變化收據(jù)不足。

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現(xiàn)代機械制造所需要的大量數(shù)控技術人才主要來自相關專業(yè)的大中專院校及培訓機構。為滿足實踐性教學培訓的需求，需要建立專門的機加工實訓基地投人大量的數(shù)控設備及場地，其成本非常高昂；并且學生在操作初學階段，非常容易發(fā)生刀具與工件、夾具 、機床的干涉和碰撞現(xiàn)象，既造成 了易耗品的浪費，又使實訓教師勞動強度加大，造成人力的浪費。因此 ，某職業(yè)技術學院對數(shù)控初學階段的學生首先安排在數(shù)控仿真室進 行學習，然后再采 用虛擬現(xiàn)實(Virtual Reality，vn)技術實行課堂、實習指導一體化化教學。VR技術主要利用計算機對機械制造的作業(yè)環(huán)境、過程進行完全可視化模擬 ，評價各個焦點對象 (機床、待加工件、刀具等 )的運動 ；然后通過數(shù)據(jù)線將 G代碼傳輸?shù)綄嶋H機床 ，使傳統(tǒng)的 VR技術與現(xiàn)實場景結合起來 ，形成 “虛擬 +現(xiàn)實”的模式。

圖 1為 “虛擬 +現(xiàn)實”示意圖。作者僅從計算機虛擬動畫技術來模擬實際的銑削加工。

1 典型零件結構和 CAXA軟件數(shù)控仿真加工

1．1 典型零件結構

圖2所示為數(shù)控銑削加工零件。該零件長度為120mm，寬度為 100mm，厚度為 20mm，除了需要加工上面的成型面外，還要加工兩個深孔，采用的毛坯材料為45鋼。

1．2 零件的數(shù)控模擬仿真

數(shù)控機床通過零件程序對其加工過程進行控制零件程序的正確與否直接決定加工質量和效率的高低，而且不正確的加工程序還會導致生產(chǎn)事故。零件程序的檢驗方法有幾種。方法之一是在正式加工前讓機床空運行，空運行只能對機床運動是否正確即有無干涉碰撞作粗略的估計；而若用實物試切的方法，則可對加工過程是否正常及加工結果是否滿足要求作出較準確的判斷。但試切是一項費時且昂貴的工作，其效率很低而且需要增加生產(chǎn)成本，此外試切過程的安全性也得不到保障。在計算機上利用三維圖形技術對數(shù)控加工過程進行模擬仿真，可以快速、安全和有效地對NC程序迅速進行修改，免除反復試切過程，降低材料消耗和生產(chǎn)成本，提高工作效率。因此，數(shù)控加工過程中的計算機仿真是 NC程序高效、安全和有效的檢驗方法。

1．2．1

CAM軟件生成刀具軌跡，輸出 NC程序代碼

毛坯是用來選擇刀具、確定切削用量和計算粗加工刀具軌跡的重要依據(jù)。在完成零件造型設計之后，選擇加工定義毛坯命令，彈出定義毛坯對話框，在毛坯定義中選擇參照模型方式，則毛坯尺寸調整 為120mm×100mm X 20mm，如圖 3所示。首先選擇等高線加工的加工方式。然后設置軟件要求的一些參數(shù)，諸如加工邊界、刀具參數(shù)、走刀方式、切削用量參數(shù)等，再由編程人員在屏幕上拾取要加工的實體邊界，最后由 CAM軟件自動生成刀具加工軌跡，如圖4所示，再經(jīng)后置處理，生成 NC程序代碼，NC程序代碼如圖5所示。

1．2．2 CAM軟件三維加工仿真

CAM軟件自動生成 NC程序代碼之后，軟件要進行語法檢錯與譯碼，轉換成仿真模塊所接受的格式，然后刀具軌跡計算模塊計算刀具軌跡，驅動軟件實現(xiàn)仿真運動。同時控制刀具沿軌跡走刀，對毛坯切削的動態(tài)圖像顯示過程進行全方位的模擬仿真，如圖6所示 ，并對代碼進行反讀校驗。仿真過程可以隨意放大、縮小和旋轉，便于觀察 細節(jié)；可 以調節(jié)仿真速度；能顯示多道加工軌跡的加工結果；仿真過程中可以檢查刀柄 干涉 、快速移動過程(G00)中的干涉、刀具無切削刃部分的干涉情況；可以將切削余量用不同顏色 區(qū)分表示，并把切削仿真結果與零件理論形狀進行比較。靈活、強大的加工仿真將加工的風險降為最低。

2 VNUC軟件中的數(shù)控仿真加工

在數(shù)控加工實訓教學中，有很多問題需要解決，諸如實訓設備少，學生多，設備無法分配；實訓教學的安全問題；教師在實訓教學中的勞動強度太，神經(jīng)高度緊張等。為了解決這些問題，在實訓初級階段，建議在數(shù)控仿真軟件上進行操作練習。

VNUC數(shù)控加工仿真軟件是利用計算機虛擬動畫技術來模擬實際機床的加工過程，用它驗證數(shù)控加工程序的可靠性，預測切削過程的正確性，減少工件的試切，提高生產(chǎn)效率。VNUC數(shù)控加工仿真軟件是讓學生在操作真正機床前先充分掌握安裝了不同類型數(shù)控系統(tǒng)的加工仿真操作，同時通過仿真演示積累一定的數(shù)控加工操作經(jīng)驗，用起來形象、科學、安全、經(jīng)濟。

選擇華中世紀星數(shù)控銑床，安裝毛坯和刀具，進行機床回零操作，然后進行對刀，并把刀具偏置值輸入到 G54坐標系中，最后把 CAXA生成的 NC代碼加載到 VNUC數(shù)控加工仿真軟件里，這時選擇 自動加工方式，再循環(huán)啟動就可以進行仿真加工了。圖7為在VNUC數(shù)控加工仿真軟件里進行仿真加工。然后把NC程序代碼通過工廠的局域網(wǎng)送到車間進行實際加工，加工之前再校驗 G代碼功能，看一下加工代碼的軌跡形狀，做到加工之前心 中有數(shù)。這樣就形成“虛擬 +現(xiàn)實”的仿真模式，將虛擬的機床運動與實際的數(shù)控操作融為一體。

3 結束語

“虛擬 +現(xiàn)實”的仿真模式彌補了僅 CAM軟件仿真的不足，將虛擬的機床運動與實際的數(shù)控操作融為一體，可使用戶既掌握數(shù)控機床加工的基本原理，又掌握數(shù)控系統(tǒng)操作的基本技能。因此，“虛擬 +現(xiàn)實”的仿真模式是以計算機虛擬機床代替真實機床，可以減少培訓成本，保證培訓質量。具有強大的生命力和廣闊的發(fā)展前途。

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1.引言

在工業(yè)化時代，大規(guī)模機械電氣設備的使用讓社會生產(chǎn)效率大幅度的增加，但與此同時，機械設備故障也頻繁發(fā)生，延誤生產(chǎn)時機。所謂故障，是指機械系統(tǒng)偏離正常功能，造成設備基本功能不能保證。最初故障診斷是依賴人員的個人經(jīng)驗及簡單檢測儀器，隨著電工電子、傳感器、信號分析、計算機等技術的發(fā)展，對發(fā)生的故障，除要求設備管理人員具備掌握一定的機械專業(yè)技術、還要有電氣、計算機等專業(yè)知識。這對于依賴于個人知識儲備在故障面前顯得杯水車薪，特別是高技術含量進口機械設備故障如民航發(fā)動機故障，我們有時候卻無能無力而不得不依賴外國專家指導。這樣在計算機網(wǎng)絡的發(fā)展下，基于WEB的遠程故障診斷分析由此而產(chǎn)生。

遠程故障診斷可提高復雜機械電氣設備的維護和診斷，實現(xiàn)對分設備和關鍵部件進行分散集中式監(jiān)視、診斷和管理。不僅提高了設備的管理效率，降低了維護費用，還提高了故障診斷的水平和快速性，也有利于資源共享。

2.監(jiān)控診斷系統(tǒng)

監(jiān)測與診斷主要是根據(jù)快變信號、緩變信號以及開關量信號的變化，運用通頻和分頻振幅值等多種方法來判斷機組是否正常運行。

系統(tǒng)需有多種采集卡，包括振動信號采集卡、轉速采集卡、溫度壓力流量采集卡以及報警信號采集卡。還需要有相應的信號變換和調理電路。各種參量的獲取是通過振動、溫度、壓力、轉速等測量傳感器實時獲取機組工作狀態(tài)信息。然后將各種信號通過信號分析處理方法通過PC總線和計算機顯示出來，實現(xiàn)各種工況的實時顯示。再到更高層次就是利用智能診斷系統(tǒng)對監(jiān)測的數(shù)據(jù)進行分析和模態(tài)識別，利用邏輯推理和數(shù)值分析方法相結合的方式，利用專家知識和固有原始數(shù)據(jù)進行分析和比較，得出診斷結論，以上過程可用下圖結構表示。

圖1 監(jiān)控診斷系統(tǒng)組成框圖

3.遠程故障診斷地應用

遠程故障診斷是一門實用性強的技術，它在工業(yè)、醫(yī)療、石油、航空等各個方面都有廣泛地推廣和使用。

利用INTERNET技術，F(xiàn)ANUC的數(shù)控機床采用了C/S的架構設計，這其中包括了服務器和客戶端。運用SQLSERVER 2008可以創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫，利用TCP/IP協(xié)議可以建立通訊鏈路，利用柔性制造系統(tǒng)可以對機床故障診斷分類，利用電腦分發(fā)出診斷號、參數(shù)號，進行PMC接口診斷。也有的專家獨辟蹊徑，將遠程故障診斷在數(shù)控裝置的應用劃分成了四個模塊，即信息檢索模塊、智能診斷模塊、網(wǎng)絡會診模塊、遠程檢測模塊。信息檢索模塊主要是利用專家系統(tǒng)人工或者機器進行檢索，智能診斷模塊主要應用對檢測信號進行分析，再利用與此類似的遠程數(shù)控設備監(jiān)控診斷系統(tǒng)是由CNC、現(xiàn)場監(jiān)控工況機，數(shù)據(jù)存儲服務器、WEB服務器及遠程監(jiān)控與診斷系統(tǒng)中心等組成。楊賢等介紹了一種監(jiān)控軟件，HOMS監(jiān)控軟件是以狀態(tài)監(jiān)測為基礎，最優(yōu)檢修決策為目的的。它的體系架構為狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，廠級診斷中心，企業(yè)級決策中心。

在汽車行業(yè)，常用的維修檢測設備是從電噴車解碼器、手持式故障診斷儀慢慢發(fā)展到行業(yè)中比較流行的離線PC式汽車故障診斷儀。現(xiàn)在又有新的趨勢了，顏伏伍、曹愷等研究了基于智能手機的汽車遠程故障診斷。他們發(fā)現(xiàn)一些手持式診斷設備存在攜帶不方便、缺乏維修指導并且診斷效率低下等情況，利用ARM公司推出的開發(fā)復雜應用程序的RVDS（Realview Development Suite）開發(fā)工具設計實現(xiàn)了讀清故障碼、讀凍結幀、讀數(shù)據(jù)流等，另外還具有遠程交互能力和方便專家進行遠程輔助診斷等功能。

在石油與礦山機械領域，王峰、路小琪研究了基于物聯(lián)網(wǎng)的礦井提升機感知系統(tǒng)設計。所謂物聯(lián)網(wǎng)就是通過二維碼識別設備、射頻識別裝置、紅外感應器、全球定位系統(tǒng)和激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進行信息交換和通信，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡。在這種技術環(huán)境下，提升機控制系統(tǒng)通過傳感器、檢測設備以及安裝在系統(tǒng)中的無線傳感器等關于該設備的運行狀態(tài)經(jīng)過以太網(wǎng)傳遞至調度室。在長輸油氣管道中，實現(xiàn)輸油泵在online狀態(tài)下監(jiān)測最好是使用在線故障診斷軟件，可是幾乎所有的都是通過安裝在設備商的各種監(jiān)測儀表，然后通過網(wǎng)絡上傳到SCADA系統(tǒng)上進行數(shù)據(jù)分析處理、多線程進行管理。可以達到實時監(jiān)控狀態(tài)，準確地找到故障報警。在鉆機的在線檢測中，從萬生、張鵬飛、林智敏、于輝等人在石油機械雜志上研究了利用國際上最先進的remote數(shù)據(jù)與圖像監(jiān)測處理技術，采用移動通信衛(wèi)星實現(xiàn)了遠程數(shù)據(jù)及視頻傳輸?shù)墓δ埽眠@些專有技術實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的網(wǎng)間共享以及信息捕捉等功能。在壓縮機的故障診斷與監(jiān)控上，吳文莉采用了嵌入式CPU和無線通訊GPRS發(fā)送模塊如遠程數(shù)據(jù)傳輸單元DTU組成。在對鐵路設備的診斷系統(tǒng)設計中，李桂林發(fā)表在《自動化與儀器儀表》上論述了采用計算機網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)庫技術和故障診斷技術，一定程度上提高了列車的運行效率和保障了行車安全。

另外，Deb.S，Domagala.C，Gho-shal，Alena.R在《The international society for optical Engineering》利用美國Qualtech的軟件開發(fā)了一種基于上述系統(tǒng)判斷的遠程診斷服務器，建立了遠程檢測空間服務站的模型。我國葉文君等利用基于模型和信號處理的方法對空調系統(tǒng)的故障診斷和檢測進行了分析和總結。在機器人焊接方面，由星云焊接公司研制的Nebula型焊機，它可以通過互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)遠程故障診斷、遠程檢測，還可以將數(shù)字電視技術應用在它上面。

4.結語

文章簡要介紹了故障診斷系統(tǒng)的組成和基本原理，肯定了基于WEB故障診斷系統(tǒng)的作用，并且介紹了監(jiān)控檢測系統(tǒng)的組成以及遠程故障診斷在各行各業(yè)的應用。基于WEB的故障診斷技術發(fā)展已有多年了，相關技術已經(jīng)日趨成熟，對于遠程故障診斷的前景可能會在對故障位置精確性確定、故障時間準確性預測、檢測故障地點的精密化等方向發(fā)展。

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篇8

中圖分類號：G40-059.3 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）20-0046-02

沈陽航空航天大學（SAU）和美國密西西比州立大學（MSU）在聯(lián)合培養(yǎng)學生、交流訪問學者和科研合作方面建立了良好的合作P系。筆者在密西西比州立大學工程學院學習期間了解了該校和其他一些院校機械工程專業(yè)的課程設置和部分重點課程的授課安排，與我校機電工程學院機械工程專業(yè)的課程體系進行對比分析，從發(fā)達國家的課程體系設置得到啟示，對合理配置我校機械工程專業(yè)課程結構提出改進建議。

一、比較與分析

（一）總體培養(yǎng)計劃

兩校的本科學制為四學年八學期，都采用學分制，課程設置包括公共基礎課程、專業(yè)基礎課程、專業(yè)課程和選修課程等。密西西比州立大學機械工程專業(yè)總學分為128學分（筆者同時調查了美國其他一些高校如普度大學、卡內基梅隆大學、威斯康辛大學、密舒里大學等高校，學分設置都在120―130學分），每學分學時數(shù)為16學時。我校機械工程專業(yè)總學分為200學分，一些課程或教學環(huán)節(jié)，例如軍訓、軍事理論、體育課等，共計12學分，在密西西比州立大學和其他國外大學的課程表中并未發(fā)現(xiàn)，略去這些課程，總學分為188學分。

我校課程設置在英語、政治、專業(yè)課程、課程設計、畢業(yè)設計和生產(chǎn)實習較MSU安排多，MSU在力學方面的課程較多。兩校都重視數(shù)學課程，我校在大學剛開始連續(xù)三學期都開設有數(shù)學課程，但沒有很好地建立培養(yǎng)學生數(shù)學、力學、設計能力的有效課程體系，缺乏工程模型和計算方面的應用數(shù)學知識和實踐，以至于學生不清楚對數(shù)學知識如何應用。密西西比州立大學重視數(shù)學知識的應用，內容由基礎數(shù)學知識及工程簡單模型應用，到工程學科中的數(shù)學技術方法和計算，直至工程數(shù)學及其在機械、化工、環(huán)境等領域的應用。

（二）課程設置

1.母語寫作技能。在密西西比州立大學的課程設置中，英語寫作、科技寫作課程12學分，占總學分的9.4%，是學生寫學術論文和作學術報告的基本要求，筆者同時調查了卡內基梅隆大學、威斯康辛大學、密舒里大學等高校課程設置中的母語寫作和表達都占有一定的學分。由于國內現(xiàn)在對英語課程的普遍重視，對英語學習和寫作技能較為重視，而對于漢語寫作類課程沒有安排，在母語類課程的設置上存在欠缺。

2.力學知識。美國大學重視力學知識，課程設置中除了包括工程靜力學、工程動力學、材料力學等力學課程，還設置了熱力學、流體力學及傳熱學等課程共12學分，占總學分的9.4%。我校機械工程專業(yè)力學課程只開設了理論力學和材料力學課程，關于熱力學、流體力學及傳熱學方面的課程沒有涉及到。

3.實踐環(huán)節(jié)。密西西比州立大學沒有制定學生到工廠實習環(huán)節(jié)內容，但很多學生利用暑假時間到工廠去見習或者到學校相關研究實驗室去工作，學生在工廠或實驗室見習期間，通常還可得到一定的報酬。我校學生有單獨的生產(chǎn)實習實踐環(huán)節(jié)，學分為3學分，時間為3周，集中安排學生到相關工廠進行生產(chǎn)實習。

密西西比州立大學沒有單獨設置課程設計時間和學分，但對機械原理、機械設計、機械工程材料設計、機械系統(tǒng)設計、能源系統(tǒng)設計等課程均有設計課題，設計基本安排在課后進行，集中在第3學年和第4學年。設計課題安排學生分組進行，每組5―6人，要求口頭答辯和書面報告。我校課程設計學分單獨計算，共計12學分，包括機械原理、機械設計、機械制造工藝學、金屬切削刀具及機床構造與設計等課程設計。

（三）考核方式

密西西比州立大學學生考核成績包括作業(yè)、平時測驗和期末考試，一些課程還要求學生小組合作項目。國外課程教材內容較多，教師課堂講解主要內容之后，課后給學生留大量作業(yè)，通過作業(yè)來加強學生對本課程的學習。對于小組合作項目，要求學生有書面報告和口頭陳述，培養(yǎng)學生在完成項目期間的團隊合作精神。作業(yè)、平時測驗和小組合作項目通常占總成績的60%左右。

二、啟示與建議

美國密西西比州立大學開設的普通化學、計算機編程、力學、傳熱學等基礎課，加強了學生對專業(yè)課的橫向了解，有助于提高學生的科研素養(yǎng)和擴寬學生視野。我校應當加強學生對專業(yè)課的深度理解，加強培養(yǎng)學生基礎課聯(lián)系專業(yè)課的能力。培養(yǎng)學生應用基礎學科知識解決實際工程的能力，使學生具有一定的專業(yè)知識和科研素養(yǎng)，面對實際的工作問題能夠提出解決問題，在實際的工作學習環(huán)境中不斷地成長，為學生能夠更好地升學深造或盡早地步入工作崗位提供有利的保障。

國內過多的學時數(shù)將使學生疲于應付上課和考試，不利于培養(yǎng)學生獨立思考的能力和自學能力，并使學生難以對自己感興趣的知識進一步學習，抑制了其學習的積極性，因此應進一步改變教學方法，適當減少課堂教學時間，課程內容向綜合化方向發(fā)展，等等。這些措施將為進一步加強學生工程素質的培養(yǎng)、增設部分專題討論課和提供個性化的培養(yǎng)方案提供時間上的保證。鼓勵將行業(yè)新知識、新成果、新技術引入主干課程中，拓寬學生的知識面。貫徹先進教育理念，加強各課程間的協(xié)調優(yōu)化。

為保證本科教學的培養(yǎng)質量，勢必需要學校加強對平時課堂教學質量的監(jiān)督，改進傳統(tǒng)的考核方式，注重平時的學習情況，調動學生的學習主動性，將學生接受的課堂內容與課后的學習充分結合起來，加深學生對學習內容的理解。同時加大平時的考核力度，細化平時成績的評定標準，以避免課后作業(yè)的抄襲和期末考試突擊的現(xiàn)象。

為提升本科教學的質量，工程實踐應當培養(yǎng)學生解決問題的能力，應當重視知識與能力的協(xié)同。在保證學生掌握一定基礎知識的前提下，加強實踐環(huán)節(jié)的深入有助于學生將理論知識與實踐相結合，有助于學生把理論知識進行轉化和拓展，增強學生解決實際問題的能力。加強實踐環(huán)節(jié)的深入，可以讓學生對自己所學專業(yè)和從事工作的發(fā)展前景有更加深刻的認識，可以增強學生團隊合作和與人溝通的能力。同時，在實踐過程中，學生不能作為旁觀者來進行，要真正融入到實踐內容和實踐角色中去，只有這樣才能達到培養(yǎng)學生綜合性工程素質、創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的目的。

三、結語

通過對美國密西西比州立大學和沈陽航空航天大學課程設置的對比分析，揭示出兩個學校在教學理念和培養(yǎng)目標上的差異。美國的高校更看重學生本身的發(fā)展和素質的提升，當然也包括專業(yè)技能的培養(yǎng)，而我校在相當程度上還停留在專業(yè)訓練和專業(yè)素質上，對全面的關注性不夠。美國高校重視母語寫作課程的開設和對學生語言表達能力的培養(yǎng)，重視力學和熱學等基礎課程的開設，這些課程對于學生個人科研素養(yǎng)培養(yǎng)和綜合素質的提升必不可少。因此，我們應對美國高校的課程設置和相關背景進行進一步研究，以利于我們有效借鑒、取長補短，追求我們自身課程設置體系的完善。

參考文獻：

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1 引言

電子相冊也叫做數(shù)碼相框，是指可以不借助計算機能在LCD 液晶屏上顯示圖片的一種電子產(chǎn)品。電子相冊結合了數(shù)字電視技術、數(shù)字信號存儲技術和LCD液晶顯示技術，即將成為最受歡迎的個性化數(shù)碼產(chǎn)品之一。電子相冊繼承了相框的溫情和數(shù)碼的時尚，給人類的生活帶來了無窮的樂趣。鑒于電子相冊廣泛的用途，電子相冊的開發(fā)具有重要的意義和市場價值。雖然目前電子相冊還沒能普及，但隨著數(shù)碼照相機的普及，電子相冊將成為必不可少的配套產(chǎn)品，它也將會成為繼電視機、計算機之后人們生活中不可或缺的第三類顯示器件！本文提出了一種基于STM32系列單片機 STM32F103RCT6的低功耗、低成本設計方案，該方案電路簡單，主要依靠軟件實現(xiàn)各項功能。而STM32 更是具有價格低、自身外設豐富、實時性能強、功耗低等特點。因此，進行基于STM32平臺的電子相冊的設計具有重要的實用價值和理論意義。

2 硬件電路

本系統(tǒng)采用基于ARM Cortex-M3內核的STM32作為主控制器，外擴SD卡、TFT彩屏以及按鍵。STM32主控模塊：主要用來讀取存儲模塊中的數(shù)據(jù)，并且驅動LCD顯示。液晶顯示模塊：主要用來顯示BMP、JPG等格式的圖片。存儲模塊：主要用來存放BMP、JPG等格式的圖片。按鍵模塊：主要用來對圖片進行翻頁。

2.1 STM32主控模塊

本設計選用的STM32系列單片機 STM32F103RCT6 ，該芯片具有256KB閃存、48KB RAM、8個定時器、3個SPI、5個串口、1個FSMC接口以及64個通用IO口。該芯片是基于ARM Cortex-M3內核的嵌入式處理器，其特點是高性能、低功耗、低成本。基于以上優(yōu)點，該設計采用此單片機作為主控芯片。

2.2 顯示模塊

本設計采用2.8英寸TFT-LCD屏作為顯示模塊，TFT-LCD即薄膜晶體管液晶顯示器，該顯示屏具有亮度好、層次感強、顏色鮮艷、對比度高等特點，在手機、MP4等產(chǎn)品中得到了廣泛的應用。該顯示屏采用ILI9341作為控制器，采用16位80并口與外部連接，選用觸摸屏專用芯片XPT2046，可實現(xiàn)觸摸操作。

2.3 存儲模塊

SD卡（Secure Digital Memory Card）是一種基于半導體快閃記憶器的新一代記憶設備，已經(jīng)被廣泛應用于許多電子產(chǎn)品中。例如數(shù)碼相機、PDA和多媒體播放器等。SD卡體積小、重量輕，但卻有容量大、數(shù)據(jù)傳輸率快、移動靈活以及安全性高等特點。SD卡只能使用3.3V的輸入輸出電平，故控制器一定要能夠支持3.3V電壓。設計中使用SPI模式，在SD卡收到復位信號，同時CS為低電平時啟用SPI模式。在SD卡初始化的時候，時鐘周期最大不能超過400KHZ。

3 系統(tǒng)的軟件設計

該設計通過CPU對SD卡中的BMP、JPG等格式圖片進行處理、讀取，然后以幻燈片的形式在TFT彩屏上顯示出來，并通過按鍵控制圖片的切換。該設計的總體流程圖如圖1所示。

3.1 SD卡的讀取

常用的文件系統(tǒng)有FAT12/16/32等，F(xiàn)AT12管理8M左右的空間， FAT16管理2G的空間， FAT32管理2TB的空間。由于FAT32采用了更小的簇，這樣就可以更有效的保存數(shù)據(jù)，不會造成浪費。通常SD卡上的數(shù)據(jù)信息由MBR（有的也沒有MBR）、DBR、FAT、FDT和數(shù)據(jù)區(qū)5個部分組成。MBR稱為主引導記錄區(qū)， DBR為操作系統(tǒng)引導記錄區(qū)，F(xiàn)AT稱為文件分配表，F(xiàn)DT稱為文件根目錄表。

SD卡在進行讀寫操作之前都必須首先對SD卡進行的初始化。初始化SD卡時，SPI的時鐘不能太快。在初始化之后，再提高SPI的速率。剛開始要先發(fā)送至少74個時鐘信號，隨后就是寫入兩個命令CMD0與CMD1，使SD卡進入SPI模式。SD卡的讀寫操作是通過發(fā)送SD卡命令完成的。SPI總線模式支持單塊（CMD24）和多塊（CMD25）寫操作，在需要讀取SD卡中的數(shù)據(jù)時，執(zhí)行命令字CMD17，首先接收到第一個響應命令字節(jié)（0xFE），接著接收到512個字節(jié)的SD卡數(shù)據(jù)，最后接收到2個字節(jié)的CRC驗證碼。

3.2 液晶顯示屏的控制

ILI9341液晶控制器的主要使用6個重要的命令：0XD3，是讀ID4指令，用于讀取LCD控制器的ID；0X36，是存儲訪問控制指令，可以控制ILI9341存儲器的讀寫方向；0X2A，是列地址設置指令，在從左到右，從上到下的掃描方式（默認），該指令用于設置橫坐標；0X2B，是頁地址設置指令，在從左到右，從上到下的掃描方式（默認），該指令用于設置縱坐標；0X2C，是寫GRAM指令，在發(fā)送該指令之后，便可以往LCD的GRAM里面寫入顏色數(shù)據(jù)了，該指令支持連續(xù)寫；0X2E，是讀GRAM指令，用于讀取ILI9341的顯存（GRAM）。

3.3 圖片解碼

我們常用的圖片格式有很多，最常用的有三種：JPEG（或JPG）、BMP和GIF。其中JPEG（或JPG）和BMP是靜態(tài)圖片，而GIF則是可以實現(xiàn)動態(tài)圖片。

BMP（全稱Bitmap）是Window操作系統(tǒng)中的標準圖像文件格式。它采用位映射存儲格式，除了圖像深度可選以外，不采用其他任何壓縮，故此，BMP圖片文件占用的空間較大，但是沒有失真。BMP格式文件存儲數(shù)據(jù)時，圖像的掃描方式是按從左到右、從下到上的順序。對于BMP格式的圖片，我們采取從SD卡中邊讀取邊解碼顯示的方式進行解碼，一般FAT32文件簇的大小都是512字節(jié)，所以我們以簇為單位讀取圖片信息，之后解碼顯示，接著讀取下一簇信息并在液晶上顯示，直到讀完最后一簇，我們的圖片也就解碼顯示完畢

JPEG是Joint Photographic Experts Group（聯(lián)合圖像專家組）的縮寫，同BMP格式不同，JPEG是一種有損壓縮格式，能夠將圖像壓縮在很小的儲存空間。JPEG壓縮技術非常先進，它使用有損壓縮方式除去多余的數(shù)據(jù)。而且JPEG是一種靈活的圖像格式，可以調節(jié)圖像的質量，壓縮比率通常可以處于在10∶1到40∶1之間，壓縮率越高，圖像的品質越差，反之，圖像品質就越高。JPEG格式主要壓縮高頻信息，同時較好的保留了色彩的信息，它可以支持24bit真彩色，主要適用于互聯(lián)網(wǎng)和連續(xù)色調的圖像。JPEG的解碼是一個很復雜的過程，該設計中用到了FATFS的作者提供的一個的JPG/JPEG解碼庫：TjpgDec，只需3.5KB的FLASH和3KB的RAM即可實現(xiàn)JPG/JPEG解碼。JPEG/JPEG圖像文件解碼過程如下：首先從文件頭開始讀出文件的相關信息；接著從圖像數(shù)據(jù)流中讀取一個編碼單元（MCU） ，并提取里邊的各個顏色分量；將顏色分量從數(shù)據(jù)流恢復成矩陣數(shù)據(jù)；接下來對8×8 的數(shù)據(jù)矩陣進一步解碼；最后顏色系統(tǒng)YCrCb 向RGB 轉換，排列整合各個MCU 的解碼數(shù)據(jù)。

4 結論

本論文設計了一款基于STM32單片機的電子相冊，該設計的主控芯片具有256KB閃存和48KB RAM，時鐘頻率可達72MHz，并且集成了豐富的片內外設，功耗低，價格便宜。TFT液晶觸摸屏具有亮度好、對比度高、層次感強、顏色鮮艷等特點。該系統(tǒng)的硬件電路很簡單，主要通過軟件來實現(xiàn)具體的功能，最終設計了一款具有價格便宜，功能齊全，顯示效果良好，模塊化結構的電子相冊。

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篇10

 

1、高速度切削的基礎理論

高速切削技術不只是一項先進技術，它的發(fā)展和推廣應用將帶動整個制造業(yè)的進步和效益的提高。在國外，20世紀30年代德國Salomon博士提出高速切削理念以來，經(jīng)半個世紀的探索和研究，隨數(shù)控機床和刀具技術的進步，80年代末和90年代初開始應用并快速發(fā)展到廣泛應用于航空航天、汽車、模具制造業(yè)加工鋁、鎂合金、鋼、鑄鐵及其合金、超級合金及碳纖維增強塑料等復合材料，其中加工鑄鐵和鋁合金最為普遍。

2、 高速切削加工理論基礎

(1) 切屑形成特征

不同材料在不同狀態(tài)下的切屑形態(tài):

(a)供貨狀態(tài)，切削速度127.2m/min （b）硬度325HB，切削速度125.5m/min

連續(xù)帶狀切屑（D.LEE）鋸齒狀切屑

工件材料及其性能和切削條件對切屑形態(tài)起主要作用，其中工件材料及其性能有決定性的影響。一般低硬度和高熱物理性能KρC（導熱性K、密度ρ和比熱容C的乘積）的工件材料如鋁合金、低碳鋼和未淬硬的鋼與合金鋼等，在很大切削速度范圍內容易形成連續(xù)帶狀切屑。

硬度較高和低熱物理特性KρC的工件材料，如熱處理的鋼與合金鋼、鈦合金和超級合金，在很寬的切削速度范圍均形成鋸齒狀切屑，隨切削速度的提高，鋸齒化程度增高，直至形成分離的單元切屑。

(2)切削力學

圖中Fs為剪切力，F(xiàn)m為高速切削時切屑動量改變所需的作用力；Ff為作用在后刀面上的摩擦力

直角切削時剪切角和前刀面受力簡圖

（3）切削熱和切削溫度

切削時的熱量主要來自剪切變形功、刀－屑和刀－工件摩擦功。干切時，切削熱主要由切屑、工件和刀具傳出去，周圍介質傳出小于1％。

切削時熱的產(chǎn)生與傳出

切削速度對切削溫度的影響試驗結果。隨切削速度的提高，開始切削溫度升高很快，但達到一定速度后，切削溫度的升高逐漸緩慢，甚至很少升高。

3、 高速切削的優(yōu)點

（1） 隨切削速度的大副度提高，進給速度也相應提高5―10倍。這樣，單位時間內的材料切除率可以大大增加，可達到常規(guī)切削的3―6倍，甚至更高。同時機床快速空程速度的大副提高，也大大減少了非切削的空行程時間，從而極大地提高了機床的生產(chǎn)率。

（2）在切削速度達到一定值后，切削力可降低30%以上，尤其是徑向切削力的大副減少，特別有利于提高薄壁細肋等剛性差的高速精密加工。

（3）在高速切削時，95%--98% 以上的切削熱來不及傳給工件，被切削飛速帶走，工件可基本上保持冷態(tài)，因而特別適合加工容易熱變形的零件。

（4）高速切削時，機床的激震頻率特別高，它遠遠離開了“機床―刀具―工件”工藝系統(tǒng)的固有頻率范圍，工作平穩(wěn)震動小，因而能加工出非常精密、非常光潔的零件，零件經(jīng)高速車、銑加工的表面質量常可達到磨削的水平，殘留在工件表面上的應力也很小，故常可省去銑削后的精加工工序。

（5）高速切削可以加工各種難加工材料。例如，航空和動力部門大量采用的鎳基合金和鈦合金，這類材料強度大、硬度高、耐沖擊、加工中容易硬化，切削溫度高，刀具磨損嚴重。在普通加工中一般采用很低的切削速度。如采用高速切削，則其切削速度可提高到100―1000m/min，為常規(guī)切削速度的10倍左右，不但可大副提高生產(chǎn)率，而且可有效地減少刀具磨損，提高零件加工的表面質量。

（6）降低加工成本，由于高速切削，零件的單件加工時間縮短了；在一臺機床上，一次裝夾完成零件地所有粗、半精、精加工，提高了效率；高速加工提高了零件表面粗糙度質量，免去了后續(xù)地光整加工工序以及替代了一部分電加工工序；因此，雖然高速機床地價格高于普通速度機床，但是綜合幾方面的因素，仍可大幅度降低加成本。

4、高速切削加工的刀柄系統(tǒng)

BT系統(tǒng)：刀柄錐度7：24，單面接觸。 HSK系統(tǒng)：刀柄錐度1：10，雙面接觸。

BT刀柄（7：24）BT刀柄與主軸接合圖

HSK刀柄（1：10）HSK刀柄與主軸接合圖

刀柄與主軸接觸 不同刀柄系統(tǒng)，高速加工時，離心力有很大影響。

BT主軸/刀柄聯(lián)結

主軸轉速達到某一極限值 (n=15000r/min，F(xiàn)=15kN) 時，主軸/刀柄聯(lián)接處大端的分離導致刀柄在切削力的作用下以刀柄為支承發(fā)生擺動，極大地降低了刀柄在主軸錐孔內的定位精度和重復定位精度，無法保證聯(lián)結的可靠性。BT40聯(lián)結的最佳轉速范圍為0~12,000r/min，12,000~15,000r/min仍可使用，15,000r/min以上，由于精度降低，無法使用。HSK－63A刀柄系統(tǒng)最佳轉速范圍為0－30000r/min，超過這個范圍精度降低。

5、高速切削加工技術展望

高效率、高精度、高柔性和綠色化是機械加工領域的發(fā)展趨勢。高速切削加工技術必將沿著安全、清潔生產(chǎn)和降低制造成本的方向繼續(xù)發(fā)展，而成為21世紀切削技術的主流

切削速度目標：

銑加工鋁及其合金10000m/min；銑加工鑄鐵5000m/min；銑加工普通鋼2500m/min。

鉆削鋁及其合金30000r/min，鉆削鑄鐵20000r/min，鉆削普通鋼10000r/min。

進給速度目標20～50m/min，進給量1.0～1.5mm/齒。

鋁及其合金等有色金屬和碳纖維增強塑料等非金屬材料的切削速度主要受限于機床主軸最高轉速和功率。在高速加工機床領域，具有小質量、大功率的高速電主軸、高加速度的快速直線電機和高速精密數(shù)控系統(tǒng)，以及配套的高速軸承及其技術、刀庫技術和自動換刀裝置及監(jiān)控技術等正在迅速發(fā)展，可望達到更高的加工水平。

鑄鐵、鋼及其合金、鈦及鈦合金、高溫耐熱合金等超級合金以及金屬基復合材料的高速切削加工目標主要受刀具壽命困擾，發(fā)展新型高溫力學性能（硬度、強度與斷裂韌性）和高抗熱震性能更高的高可靠性的刀具材料對進一步發(fā)展高速切削技術具有決定性的意義。

現(xiàn)有高速切削刀具材料PCD、CBN、陶瓷刀具、金屬陶瓷、涂層刀具和超細硬質合金刀具等仍將起主導作用，并將得到新的發(fā)展。進一步發(fā)展新型高溫力學性能和高抗熱震性能的高可靠性的刀具材料（包括自刀具材料），特別是為加工超級合金和高性能新型工程材料和高速干切削的刀具材料是發(fā)展的重點。

金剛石刀具領域，人工合成單晶金剛石和金剛石厚膜涂層刀具具有更好的優(yōu)越性，隨技術日益成熟和成本降低，可望成為高速切削有色金屬和非金屬材料比較理想的刀具材料。

陶瓷刀具有獨特優(yōu)越性，可望通過多種強韌化機理（如微－納、納－納等）大幅度提高其性能，它將成為高速切削鋼、鐵材料的最有前途的刀具材料之一。

涂層刀具在高速切削加工技術領域具有巨大潛力，通過深入研究涂層技術和涂層物質，如高強度的硬質合金粉末表面涂層、CBN涂層，納米涂層等進一步提高其性能，可望成為高速切削加工最具有誘人吸引力的刀具材料。

在發(fā)展高速切削加工技術領域，開發(fā)高效復合切削技術和高性能切削技術及其多功能與專用刀具，是提高切削效率和加工質量十分有效的方法之一。

高速切削過程的機床、刀具和工件質量的智能監(jiān)控技術將得到更加重視和發(fā)展。

6、結束語

高速切削加工技術是一項全新的、正在發(fā)展之中的先進實用技術，在工業(yè)發(fā)達國家已得到廣泛的應用，取得巨大的經(jīng)濟和社會效益。在我國高速切削加工技術的開發(fā)和應用還處于初步階段，還有大量研究、開發(fā)工作需要進行。但國內已進口了大批高速加工設備，也開發(fā)了多種高速機床和加工中心，還有許多可供應高速切削刀具系統(tǒng)的工具企業(yè)，只要充分認識高速切削加工技術的優(yōu)越性和誘人的巨大經(jīng)濟效益的潛力，完全有可能迅速把我國高速切削加工技術的應用推進到一個新水平

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