时间：2023-03-24 15:01:45
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇电气系统设计论文，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
论文关键词：消防系统，设计实例
1、前言
云南某千年古寺为国家重点文物保护单位，历史上曾两度遭遇火毁。2009年的地震导致古寺大部分建筑受损，现正进行统一修复，而消防系统设计与实施便是其中一项重要任务。
2、火灾危险性分析
1）火灾荷载大，耐火等级低
寺院以木材作为主要的建筑材料，以木构架为主要的结构形式，火灾危险性极大，而建筑构件的耐火等级很低，并且由于寺院是建在山上，发生火灾后火势能够迅速蔓延，极易形成立体燃烧。
2）建筑之间无防火间距，容易出现“火烧连营”
寺院以各式各样的单体建筑为基础，组成各种庭院。在庭院布局中，基本采用“四合院”和“廊院”的形式。这两种布局形式都缺少防火分隔和安全空间，如果其中一处起火，一时得不到有效控制，就会形成“火烧连营”的局面。
3、消防系统设计
由于寺院存在上述火灾隐患，而对其实施保护又具有极其重要的意义，因此，必须加强消防安全对策。古建筑消防安全不仅要以扑灭火灾为第一目标建筑工程论文建筑工程论文，而且还要最大限度的保护古建筑的整体结构及形式。因此，火灾探测技术及消防安全措施的选择就显得尤为重要，必须能够因地制宜的达到早期探测和早期灭火。整个工程中消防系统包括消防电气系统及消防灭火系统。
1）消防电气系统设计
消防电气系统包括火灾自动报警及联动控制系统、消防广播系统、消防电话系统、应急照明和疏散指示系统[1]。
（1）根据本工程对火灾自动报警及消防联动控制系统的要求，经过认真细致的研究和论证，为该工程提供以下配置方案如下表1所示论文格式范文。
（2）根据《古建筑消防管理规则》及《火灾自动报警系统设计规范》[2]，并参照故宫等国内古建筑领域的常用探测保护方式，在本次设计中采用了点型感烟探测、点型感温探测、极早期吸气式探测以及视频火灾探测。
其中，视频火灾探测系统是现代消防的最先进技术。本工程在大雄宝殿设置一套8路视频火灾探测系统，大雄宝殿空间高大，点式探测器不能满足规范的设置要求，其他探测方式对古建筑的美观及使用会有一定的影响，综合以上因素，设置了视频火灾探测系统。它的特点是：
l系统不仅能够探测烟雾，还能够探测火焰
l能够起到视频监控的作用
l现场设备只有摄像机，安装方便
l管线少，不破坏建筑结构
l能够夜间探测
l能够适用于如大雄宝殿这类大空间古建筑
表1消防电气系统设置一览表
序号
保护区域名称
保护措施
火灾自动报警系统
联动控制系统
消防广播系统
消防电话系统
应急照明和疏散指示系统
1
鼓楼
2
钟楼
3
藏经阁
4
禅房
5
客堂
6
大雄宝殿
7
地藏殿
8
方丈室
9
圆通殿
10
后轩北院
11
斋堂
12
消防控制室
13
消防泵房
关键词：挖泥船；泥泵离合器；智能控制；诊断
中图分类号：U664.5 文献标识码：A
1 前言
随着国内经济的飞速发展，挖泥船的应用越来越广泛，挖泥船大量用于河道疏通、挖沙清淤、吹填造地、筑路等，且随着工程需要，通过泥泵离合器智能控制系统控制本地泥泵执行机构，实现挖泥、吹泥等不同的工况。现在大多数耙吸式挖泥船多采用主机“一拖三模式”，采用双速比齿轮箱驱动泥泵，然后通过泥泵离合器智能控制系统操作合排，使主机驱动泥泵，进而实现多工况操作，本文就是针对这种双速比齿轮箱离合器研究开发出的一套智能控制系统，该系统将获取的状态信号进行采点、运算、诊断后执行对泥泵的控制，该智能控制系统不但能很好的控制高低速档合排、脱排，而且对合排过程中出现的故障能进行识别，并自行在诊断界面弹出故障点，能对离合器状态实时监控，此外在合排前后能配合功率管理系统实施功率管理。
2 智能控制系统的设计研究
2.1 控制对象
泥泵离合器是耙吸式挖泥船泥泵传动的中间连接核心部件，其结构如图1所示。泥泵通过主机，以离合器为纽带，通过控制驱动离合器合排使得泥泵实现转速输出。本文把离合器作为控制对象设计开发出一套智能控制系统，实现泥泵高、低速不同转速切换输出。
2.2 系统构成
根据系统的结构和控制不同特点，离合器控制系统可分气压系统和电气系统两大部分构成。
2.2.1 气压系统
气压控制是对离合器上的进气通路进行控制以响应相应高速档或低速档气路通断的操作，系统由滤器、压力表、恒压器、蓄能器、压力开关、电磁阀组件、消音器等组成，如图2为气压控制系统的工作原理图。其中，压力表示气源压力，滤器是将空气中的杂质过滤掉，通过减压阀把压力调到工作值，有一个安全阀保证气源压力不要过高，同时通过一个压力检测装置监测低于工作压力值时报警，按下合排按钮后控制空气通过两位两通阀和两位三通阀和节流阀后进入蓄能器瓶，其中压力监测装置监测高速合排时压力，压力监测装置监测低速合排时压力，当满足高速合排压力或者低速合排压力后，分别操作高速合排按钮和低速合排按钮进行合排操作，当有应急情况时，按下应急停止按钮控制两位两通阀泄放控制空气，离合器自动脱排。
2.2.2 电气系统
该电气系统通过采集功率管理系统、PCU主机推进系统、主机系统、液压PLC系统、MIMIC系统、泥泵离合器系统、泥泵齿轮箱系统、泥泵系统、AMS全船报警系统等各系统发出的信号来获得整个离合器的工作状态，如图3为电气系统框图。在对各个状态做出判定后，可操作相应的离合器动作。电气控制系统设计为三处控制模式，即可在机舱-离合器箱机旁控制，又可在集控室控制，也可在驾驶室-疏浚台远程遥控控制。离合器电气系统为了确保可靠性，有DC24V及AC220V电路，控制系统的电源均为UPS电源，保障系统在主配电板失电情况下依然能保持工作及监视状态，离合器系统信号均被采集到泥泵控制系统PLC柜，供全船的监控系统使用，此外系统还具有各种信号的报警功能，包括离合器电源故障、离合器主空气压力低、离合器控制空气压力低、离合器堵塞、离合器滑差、离合器紧急停止、离合器装置故障等。
2.3 软件系统
系统控制软件是整个智能控制系统的控制神经中枢，是系统的重要组成部分，根据不同船型选用合适的PLC控制模块作为控制单元，并能与上位机构成复杂的控制系统，离合器的合排/脱排联锁由泥泵控制系统PLC执行，泥泵离合器智能控制系统服务器方将各个系统信号采集处理后传送到泥泵PLC柜控制中枢的客户方，客户可在SCADA界面监测到整个系统状态图，进而进行操作。
2.3.1 系统设计的安全性-诊断保护
为了确保整个“一拖三”泥泵离合器智能控制系统的安全性，避免误操作引起离合器及相关设备损坏，在实际设计中采用多信号互相联锁诊断控制，只有在满足条件情况下方能操作离合器高低速档合排，只要有脱排操作条件，离合器将合排不成功。
2.3.2 系统高低速合排操作执行
智能控制系统对离合器的控制过程就是采集各系统发出的信号进行逻辑运算与判断，再根据不同工况来控制各个电磁阀的得电与失电，实现高速档或低速档气路的通与断，从而充气泥泵气胎离合器，推动泥泵齿轮箱和主机连接共同运动，完成输出泥泵转速的过程。当离合器合排条件吻合后，按下“低速”合排按钮，低速比离合器将合上；按下“高速”合排按钮，离合器高速档将合上。
3 应用情况
广州文冲船厂为上海航道局建造的科技含量非常高的万方大型耙吸式挖泥船 “新海牛”、“新海马”，分别于2009年11月、2010年2月交付使用，而后同类型挖泥船“新海虎4”、“新海虎5”也分别于2011年9月、2011年12月交付使用。该4艘挖泥船参加了长江口深水航道治理、唐山曹妃甸、天津临港工业区等重点工程项目建设，并成功进入美洲等海外地区，4艘挖泥船均采用了本文所述的泥泵离合器智能控制系统，该系统性能安全稳定，施工可靠，操作和诊断方便，达到了国际同类产品的先进水平，船东对此智能控制系统及诊断流程十分满意。
该系统具有如下特点：模块化设计；采用PLC程序；控制箱采用可靠的UPS电源，保障断电情况下泥泵离合器不会脱排导致泥浆罐在泥管里；具有多处控制操作功能，可在本地机旁控制、集控室控制、驾驶室控制；系统具有简单友善的诊断界面，减少工作人员故障诊断反应和处理时间等，大大提高了设备使用的安全性，减少工作人员劳动强度。
4 结论
随着船舶自动化程度越来越高和设备的增加，原有的控制系统设计已满足不了设备的兼容性和存在安全漏洞，为有效的减少设备操作流程，减轻施工人员工作量及提高系统安全性，我们研制了本文所述的离合器智能控制系统，它很好的适应了目前耙吸式挖泥船双速泥泵齿轮箱的特点，既具有高、低速合排诊断功能，又有泥泵在单泵高档、单泵低档、双泵高低档串并联控制诊断功能，并给疏浚台操作人员提供简洁的可视化信息界面和故障处理信息界面，由于简化了施工和故障诊断操作，劳动效率大大提高，进而缩短了施工项目完成时间，为船东产生了巨大效益，同时也产生了巨大的社会效益。
参考文献
[1] 于再红， 刘厚恕.国内外中小型耙吸式挖泥船动力配置综述[J]. 上海造船， 2010， （5）.
[2] 刘厚恕. 耙吸挖泥船在我国的发展及大型化展望[J]. 上海造船， 2003，（1）.
[3] 王永华. 现代电气控制及PLC应用技术（第2版）[M]. 北京： 北京航天航空大学出版社， 2008.
[4] 高伟. 国内外疏浚挖泥设备的对比与分析[J]. 中国港湾建设， 2009， （2）.
[5] 田俊峰， 丁树友. 软件与计算机辅助疏浚系统[A]. 中国土木工程学会第十届年会论文集[C]， 2002.
[6] 张贻飞，王晓明. LT型高弹性摩擦离合器在挖泥船泥泵传动中的应用[J]. 船舶工程， 1997， （02）.
[7] 董鹏. 应用于泥泵双速齿轮箱的智能控制系统的研究与开发[J]. 机械设计与研究， 2012， （02）.
【关键词】楼宇大厦 供配电 风光互补 节能
1 问题提出
随着经济的迅速发展，人们生活水平的提高，对建筑物的功能需求越来越高，对电能的要求也就更高，带来的能耗也随之增多。在全球能源危机，不可再生能源日益减少的背景下，我国提出节能环保，可持续发展战略，建筑节能是贯彻可持续发展战略的一件大事，而电气系统作为建筑物最主要的能耗，加强对其的节能已势在必行。
2 功能需求与总体方案
2.1 节能型楼宇大厦的供电需求
供电设计应根据用户的设备容量使用要求进行设计。对于用电质量很高的楼宇大厦，分别从城市电网引两路10kV高压电源，一用一备，采用高压电缆埋地引入高压配电房。同时根据用电设备的需求特性，确定负荷等级。对于特别重要的负荷采取双电源双回路专用电缆供电，并就地设置UPS电源供电。也可以使用风光互补发电加储能设备进行供电，并在最末一级配电箱处设置自动切换装置。其他一二级负荷也采用双电源供电。通常情况，对于照明负荷供电均采用风光储系统供电，当蓄电量不能满足用电负荷时，切换到城市电网供电。
2.2 节能型楼宇大厦的配电需求
高压配电接线方式为单母，两路电源一用一备分别对低压配电所配电，低压段采用单母线分段运行，配电采用220/380V放射式与树干式相结合的方式，对于单台容量较大的负荷采用放射式供电，对于照明及一般负荷采用树干式与放射式相结合的供电方式。
2.3 节能型楼宇大厦整体供配电设计
通过对楼宇大厦供配电功能需求分析，结合用户对用电设备的需求，得到楼宇大厦电气系统基本组成如图1所示。
由图1可知，楼宇大厦建筑电气系统组成主要有供配电系统、照明系统、消防系统、空调系统、电梯系统、以及给排水系统等。合理设计、动态控制及管理各个子系统能量需求，是楼宇大厦节能的重要工作。
3 供配电节能设计
本系统设计以具体工程为例，工程大厦地上12层，地下2层。建筑高度54.9m米（室外地面至屋顶构架）。建筑面积77756.9m2。项目属于一类高层建筑。就地下1、2层展开节能设计。
3.1 结合节能元素的照明系统设计
对于室内场所的照明主要选择节能型荧光灯及低功耗LED灯，选用的照明光源、镇流器的能效符合相关能效标准的节能评价值。最新颁布的《建筑照明设计标准》GB50034-2013相比《建筑照明设计标准》GB50034-2004，在6.1节和6.2节对照明节能作了一般规定，并且给出了具体的照明节能措施。规定照明节能应采用一般照明的照明功率密度值（LPD）作为评价指标，提出在满足规定的照度和照明质量要求的前提下，进行照明节能评价。
照明设计计算主要依据《照明设计手册》第二版，照度计算采用利用系数法，该方法考虑到光源直接照射和经室内反射到工作面上的光通量，计算结果比较准确，再根据选择的灯具容量及镇流器功率，计算工作平面上的照明功率密度值，并与节能目标值比较，具体结果如表1所示。
由表1可知，室内主要场所照明的实际照度均大于标准照度的要求，实际功率密度也均小于标准规范功率密度的节能目标值，照明设计满足节能要求。
3.2 结合节能元素的动力系统设计
在楼宇大厦动力系统中，电机拖拽系统是主要的能耗部分，其主要节能方法利用变频调速控制方式，根据系统控制对象需求，调节输入电源频率，通过调节电机转速使整个电机拖拽系统达到输入与输出间动态平衡，从而达到提高系统功率因素，节能降耗。在采取变频调速控制的基础上，各子系统还有其他的节能措施。就空调系统的节能设计来说，2004年颁布施行的《采暖通风与空气调节设计规范》GB50019-2003相比于2001年C布施行的《采暖通风与空气调节设计规范》GBJ19-1987，在第八章监测与控制中明确提出对采暖、通风与空气调节系统应设置监测与控制系统，采用集中监控系统可合理利用能量实现节能运行，2005年7月颁布实施的《公共建筑节能设计标准》GB50189-2005在第五章对空调系统的节能设计做了明确规定，并根据09CDX008-3《建筑设备节能控制与管理》图集，设计空调控制系统。电梯系统还可采用电梯群控技术，通过对楼宇大厦内部多部电梯进行合理调度分配管理，防止电梯长期运行在空载或轻载工况下，降低电梯系统能耗。电梯回馈技术，将电梯轻载上行和重载下行运行过程中产生的一部分电能反馈到供配电系统中，供其他用电设备使用。
3.3 结合节能元素的变压器设计
3.3.1 合理选择变压器容量和数量
变压器容量按变压器所带用电负荷来选择，与负荷特性匹配，并合理分配负荷，力求三相平衡。变压器台数选择，依据《供配电系统设计规范》GB50052―2009中第3.3.1条，本工程均为一级二级负荷，所以选用两台或两台以上变压器。综合考虑投资和运行费用，变压器主接线采用单母线分段，确定变电所1变压器T1、T2容量为2000KVA，变电所2变压器T3、T4容量为1600KVA。
3.3.2 选用节能型变压器
2008年颁布施行的《民用建筑电气设计规范》JGJ16-2008相比于已废止的《民用建筑电气设计规范》JGJ/T 16-1992，在配电变压器选择一节中，明确规定配电变压器选择应根据建筑物的性质和负荷情况、环境条件确定，并应选用节能型变压器。节能型变压器中铁损很小，将有效减少变压器输配电过程中的电能损耗。课题采用SCB10-10/0.4kV系列的干式变压器。
3.3.3 选用D，yn11接线组别变压器
楼宇大厦节能灯、荧光灯、计算机、变频空调、镇流器、UPS电源等的大量使用，会产生很大的三次谐波。因此，配电变压器宜选用D，yn11接线组别的变压器，能有效限制三次谐波，也能降低三相系统中的零序阻抗。
3.4 结合新能源利用供电灵活切换
目前风光互补发电效率较低， 无法完全满足楼宇大厦的电力需求，因此需要市电和风光互补发电共同为居民供电。在用电低谷时，用户可以直接从电网取电；用电高峰时，切换到风光互补系统蓄电池供电，蓄电池为重要负荷及照明负荷供电，当控制器检测到蓄电池电压不能满足用电负荷使用时，切换到城市电网供电，并根据风光条件与用电负荷合理配置风光互补发电系统，风光互补发电系统基本组成如图2所示。
4 计算机辅助工程设计
4.1 照明系统
课题在建筑条件图的基础上对地下一二层照明进行设计，室内公共场所的照明选用节能型T5荧光灯，疏散指示灯采用低功耗LED光源，根据表1的计算结果进行照明平面图绘制。公共场所照明，可采用楼宇自控系统，楼梯间采用节能延时自熄开关控制。照明控制根据功能要求采用分组、分区、动静控制、时间控制、光敏调节照度或开关等方式。照明配电系统图如图3所示，车库照明回路设接触器，并接入楼宇自控系统（BA）。
4.2 动力系统
对功率大于4KW的电动机（除消防设备）均采用变频降压启动控制，以节约能源。并采用楼宇设备自控管理系统对空调设备、水泵、各类风机及其他用电设备进行能量自动控制、自动调节、实时监察，以实现最优化运行，达到集中管理、程序控制和节约能源等目的。动力配电系统图如图4所示。
4.3 低压配电系y
低压配电系统采用两路10kV电源进线，一用一备，两路进线开关不能同时闭合。正常工作时只用1#主进线，2#进线备用。在低压配电柜及馈线柜设多功能仪表，支持RS485通信，MODBUS协议，可接入多种软件通讯系统，通过智能联网设计，可在人机界面实时观察动态用电情况。
5 总结
课题以某12层大厦为研究对象，结合建筑电气设计相关新旧标准规范及楼宇大厦主要能耗，分析楼宇大厦电气节能技术，对楼宇大厦供配电系统进行节能设计，并结合工程案例进行具体分析。同时，引进新能源领域风光互补发电系统，为楼宇大厦的供电提供了多种渠道，减少用电高峰对城市电网的用电。
参考文献
[1]中华人民共和国国家发展和改革委员会，GB50052-2009.供配电系统设计规范[M].北京：中国计划出版社，2009.
[2]中华人民共和国住房和城乡建设部，GB50054-2011.低压配电设计规范[M].北京：中国计划出版社，2011.
[3]中华人民共和国建设部，GB50034-2013.建筑照明设计标准[M].北京：中国建筑工业出版社，2013.
[4]中华人民共和国建设部，GB50034-2004.建筑照明设计标准[M].北京：中国建筑工业出版社，2004.
[5]北京照明学会照明设计专业委员会.照明设计手册[M].北京：中国电力出版社，2006.
[6]Bagci，Baris.Energy saving potential for a high-rise office building[J].Intelligent Buildings International， 2009，1（02）.
[7]中华人民共和国建设部，GB50019-2003.采暖通风与空气调节设计规范[M].北京：中国计划出版社，2003.
[8]中华人民共和国建设部，GBJ19-1987.采暖通风与空气调节设计规范[M].北京：中国计划出版社，2001.
[9]中华人民共和国建设部，GB50189-2005.公共建筑节能设计标准[M].北京：中国建筑工业出版社，2005.
[10]09CDX008-3.建筑设备节能控制与管理[M].北京：中国计划出版社，2009.
[11]张晓.高层建筑电气系统节能现状分析及对策研究[J].城市建设理论研究（电子版），2013（10）.
[12]中华人民共和国建设部，JGJ16―2008.民用建筑电气设计规范[M].北京：中国建筑工业出版社，2008.
[13]中华人民共和国建设部，JGJ/T 16-1992.民用建筑电气设计规范[M].北京：中国建筑工业出版社，1992.
关键词：建筑电气；设计；
中图分类号：TS958文献标识码： A
首先，它可应用于建筑。智能化建筑的发展必然离不开电气自动化,随着我国国民经济的飞速发展以及数字电子化科技发展,高档智能化建筑无疑已经成为当今建筑界的主要发展方向。自然达到合理利用设备,在资源方面，人力的节省就有了建筑设备的自动化控制系统。智能化建筑内有大量的电子设备与布线系统。这些电子设备及布线系统一般都属耐压等级低,防干扰要求高,是最怕受到雷击的部分。智能建筑多属于一级负荷,应该设计为一级防雷建筑物,组成具有多层屏蔽的笼形防雷体系。
其次，它也可以应用于净化空调设备。净化空调系统控制自动监控装置,可以设计成单个系统的测量、控制系统,也可以设计成以数字计算机控制管理的系统。在温度控制方面，净化空调系统采用DDC控制。装设在回风管的温度传感器所检测的温度送往DX一9100,与设定点比较,用比例加积分、微分运算进行控制,输出相应电压信号,控制加热电动调节阀或冷水电动调节阀的动作,控制回风温度应保持在18-16度之间,从而使得洁净室温度符合GMP要求。在湿度控制方面。装设在同风管内的湿度传感器所检测的湿度,送往控制器与设定湿度比较,用比例加积分运算控制,输出电JK信号,控制蒸汽电动调节阀的动作,控制回风湿度应该保持在45%-65%之间,这样洁净室湿度方能满足GMP要求。
一、建筑电气概述
建筑电气技术是以电能、电子、电器设备及电气技术为手段来创造、维持和改善人民居住或工作的生活环境的电、光、声、冷和暖环境的一门跨学科的综合性的技术科学。它是强电和弱电与具体建筑的有机结合。
随着科学技术的发展和人民生活水平的不断提高，人们对有关供配电、照明、消防、防雷地通信、网络等系统的要求越来越高，使得建筑开始走向高品质、多功能领域，并进一步向多功能的纵深方向和综合应用方向发展。
建筑电气设计是在认真执行国家技术经济政策和有关国家标准和规范的前提下，进行工业与民用建筑建筑电气的设计，并满足保障人身、设备及建筑物安全、供电可靠、电能节约、技术先进和经济合理。
二、建筑电气设计的概念
1.1设计的概念
设计是一个构思表达、再构思表达、反复推敲、不断深入发展和进行评价的过程。基本上可以概括为博览、创意、构思、表达等几个阶段。设计过程从一开始到深入下去，各阶段思维的广度、深度都不同，表达方式、工具也可能是多样化的。表达方式和工具要适应思维的速度，推动思维发展成熟。
1.2服务的对象
设计是为甲方（业主）的功能需要服务的，也是为施工单位的施工需要服务的。在满足国家有关规定的前提下，设计人员应树立服务意识、树立合作观念、树立敬业精神。对建筑电气专业的设计人员而言，妥善处理与各个专业之间的关系是十分重要的事情，在协调上所用的时间甚至可能超过埋头设计的时间。
部分工程（特别是规模较小的工程）不按建设程序办事，私雇资质等级不符合要求的设计人员及施工单位（或个体户）设计或承包工程。由于设计和施工人员技术水平有限，致使一些安装工程达不到规定指标的要求。
三、电气自动化控制系统设计的一般原则和设计思想
（一）设计原则
1、最大限度满足生产机械和工艺对电气控制的要求。生产机械和工艺对电气控制系统的要求是电气设计的依据，这些要求常常以工作循环图、执行原件动作节拍表、检测元件状态表等形式提供，对于有调速要求的场合，还应给出调速技术指标。其他如启动，转向、制动、照明、保护等要求，应根据生产需要充分考虑；2、在满足控制要求的前提下，设计方案应力求简单，经济；3、妥善处理机械与电气的关系。很多生产机械是采用机电结合控制方式来实现控制要求的，要从工艺要求、制造成本、结构复杂性、使用维护方便等方面协调处理好二者的关系；4、正确合理地选用电器元件；5、确保使用安全、可靠；6、制造美观、使用维护方便。
（二）设计思想
1、集中监控方式。集中监控方式不但运行维护方便，控制站的防护要求也不高，而且系统设计也很容易。但由于这种方式是将系统的各个功能集中到一个处理器进行处理，所以处理器的任务相当繁重，处理速度也会受到一定的影响。由于电气设备全部进入监控，致使主机冗余的下降、电缆数量增加，投资加大，长距离电缆引入的干扰也可能影响系统的可靠性。同时，隔离刀闸的操作闭锁和断路器的联锁采用硬接线，由于隔离刀闸的辅助接点经常不到位，这也会造成设备无法操作。这种接线的二次接线比较复杂，查线也不方便，而大大增加了维护量，还存在在查线或传动过程中由于接线复杂而造成误操作的可能性。
2、远程监控方式。远程监控方式具有节约大量电缆、节省安装费用、节约材料、可靠性高和组态灵活等优点。但由于各种现场总线的通讯速度不是很高，使得电厂电气部分通讯量相对又比较大，所以这种方式大都用于小系统监控，而在全厂的电气自动化系统的构建中却不适用。
3、现场总线监控方式。目前，对于以太网(Ethernet)、现场总线等计算机网络技术已经普遍应用于变电站综合自动化系统中，而且已经拥有了丰富的运行经验，智能化电气设备也有了较快的发展，这些都为网络控制系统应用于发电厂电气系统奠定了坚实的基础。现场总线监控方式使系统设计更加具有针对性，对于不同的间隔可以有不同的功能，这样就可根据间隔的情况进行设计。这种监控方式除了具有远程监控方式的全部优点外，还可以减少大量的隔离设备、端子柜、模拟量变送器等，而且智能设备就地安装，与监控系统通过通信线连接，节省了大量控制电缆，节约了很多投资和安装维护工作量，从而降低成本。此外，各装置的功能相对独立，组态灵活，使整个系统具有可靠性而不会导致系统瘫痪。因此现场总线监控方式是今后发电厂计算机监控系统的发展方向。 转贴于 中国论文下载
四、结束语
近年来我国经济发展迅速，建设项目日益增多。随着人们生活水平的提高，电气安装工程的质量要求也越来越高，它不仅要满足照明、家电用电量、安全用电等需求，更注重其美观、实用、方便的使用效果。这就要求设计师在设计时就要设身处地的为人们的实际生活考虑，力求设计的完美和实用效果。
参考文献
[1]JGJ/T16-92民用建筑电气设计规范[S].
关键词：高层建筑，防火安全，室内消防设计
环境艺术设计，包括了建筑建筑设计、园林设计、以及室内设计。室内设计是为了满足人们生活、工作的物质要求和精神要求，进行内部环境设计，也人的生活有着亲密的关系。以至于最近几年有着突飞猛进的发展。
但是很多人为了追求美观和舒适度，大部分都忘了一个小环节，那就是消防设计。消防设计是：为保证电力工程安全生产，防止或减少火灾危害，保障人身和财产安全，采取的综合性防火技术措施和应急消防装备的统筹规划和安排。在澳大利亚，美国，意大利等一些室内设计发展比较早的国家很重视这个环节，但在我国内的一些小城市还没有被完全普及。，高层建筑。，高层建筑。目前只有大中型城市的一些娱乐场所、酒店、机场等大型工装在室内消防设计这块做的还比较完善，在我们家装设计和园林还不大被人重视。，高层建筑。，高层建筑。大的园林和高层建筑更要注重消防设计。，高层建筑。，高层建筑。
建筑消防设计设计条件大致分为：
（一）、建筑部分
1、熟悉建筑资料，了解建筑性质及分类（该建筑属于几类高层建筑？主要作为消防系统设计依据）；
2、熟悉建筑平面及功能布置，确定用水点（排水点）位置；
3、通过对整体建筑进行给排水（含屋面雨水）初步布置确定建筑布局是否合理？如不合理在那些部分需要修改（主要为设备间尺寸、管道井位置及数量、用水点尽量上下对齐、配电间移位等）？
（二）、电气部分
1、根据建筑布置确定电气系统（主要为总配电室和分层配电间）是否对给排水系统布置有影响；
2、对弱电系统采用同样方法处理；
3、对建筑布置殊功能房间采用同样方法处理；
4、如上述布置对给排水系统布置有影响应提出合理的修改意见。
（三）、给排水部分
1、根据建筑条件选择相关建筑给排水设计规范；
2、初步确定设备间布置地点（规格是否合理）？
3、根据建筑布置熟悉各给水点（生活冷水系统、热水供应系统、消防给水系统等）位置；
4、根据建筑布置熟悉各排水点（生活污水系统、消防后事故排水系统、屋面雨水系统等）位置；
5、初步确定屋面（含各分区）生活或消防水箱设置位置；
6、熟悉或初步确定各管道井（尽量相对分散布置）位置。
二、设计步骤
（一）、建筑给水系统
1、确定建筑给水引入点（一般为两点引入）及控制方式[一般为两阀（闸阀、止回阀各一）一表]；
2、根据市政给水资料确定采用市政给水余压供水区间（一般为从建筑地下部分至上部三-四层）；
3、根据建筑功能分区和用水点资料确定建筑上部生活给水系统分区（一般分区原则为按建筑高度35-60米分区，建筑要求供水等级越高则分区建筑高度越小；另外要考虑相同建筑功能的空间尽量在相同供水分区内）；
4、确定屋面（含各分区）生活或消防水箱设置位置（水箱容积及形状规格等根据计算结果确定）；
5、根据给水分区对各用水点进行优化的给排水平面布置（各分区给水立管可以设置在一个管道井内方便检修维护；除特殊要求外一般不考虑分层给水计量；除特殊要求外一般应考虑分层给水控制；给水管线布置应水力条件良好；确定给水管线材质-方便水力计算查相应水力计算表）；
6、标注给水立管编号并绘制管道井大样图，注意分层给水支干管应与相应分区给水立干管连接；
7、根据给水管线平面布置绘制给水轴测图，编制给水水力计算表（注意是否有集中热水供应；一般只需要对有代表性的给水管线进行详细的水力计算，其它可以根据该计算结果参考确定流量、管径、水头损失等参数）；
8、根据水力计算结果确定整个建筑给水系统的管径（避免片面根据计算结果频繁变换管径）；根据水头损失计算资料确定建筑给水设备所需要的设计扬程（最上区应考虑屋面消防水箱采用生活水泵供水）；根据流量计算资料确定建筑给水设备所需要的设计流量；
9、如建筑有设置中水系统要求其系统设计参考以上步骤；
10、图纸完善及设计和计算资料整理。
（二）、建筑排水系统
1、根据市政排水资料确定建筑排水的总体走向（建筑污水汇集后一般通过局部污水处理构筑物-化粪池后排入市政排水管网，根据建筑规模化粪池可以多处设置；注意室外排水检查井设置间距要求和污水流经化粪池等构筑物存在局部水头损失）；
2、根据市政排水情况和建筑功能确定排水体制（即排水系统是否采用分流制-如建筑设置有中水系统则必须分流）；
3、根据建筑给水系统布置进行优化的排水系统平面布置（排水系统一般不分区，一般需要设计专用或共用辅助通气立管；排水立管应尽量上下取直贯通；排水立管中部、下部及出户横管处应设置专用消能管件；建筑中下部排水水封应安全可靠-一般选择S型水封；排水管件一般选择自带检查口型）；
4、对建筑地下部分进行排水管线平面布置（除正常排水点外设备间等一般应设置集水井排可能出现的积水-采用潜污泵提升排除）；
5、确定排水管线材质（一般选择金属管材或加厚塑料管，排水出户横管最好选择金属管-做加强防腐措施）；
6、绘制排水系统轴测图，进行排水系统水力计算（主要确定排水管径、敷设坡度、专用通气管管径；排水管出户标高应根据建筑的基础结构资料和市政排水资料确定）；
7、建筑室外排水系统的优化平面布置及水力计算（主要确定排水管径、敷设坡度、埋设深度）；
8、图纸完善及设计和计算资料整理。
（三）、建筑雨水系统
参考建筑排水系统和雨水排除系统（教材资料）设计（屋面雨水经雨水斗收集后通过雨水立管排建筑户外雨水井与室外雨水系统汇集，雨水立管一般设置在建筑室内专门雨水管道井内；注意暴雨强度公式选择和重现期确定）。
部分普通高层建筑室内雨水系统一般由建筑专业考虑。
（四）、建筑消防系统
严格执行现行《高层建筑防火设计规范》。
根据建筑等级和功能要求进行消防系统设计（主要为建筑消火栓给水系统、喷淋给水系统、消防器材配置等，其它消防系统暂不考虑）。
高层建筑给水排水系统设计的要点就是将高层建筑进行经济合理的分区，每个分区既相对独立又存在有机联系；在设计过程中可以将该高层建筑理解为每一个分区就是一栋普通多低层建筑。
参考文献
（1）《建筑给水排水设计规范》GB50015-2003
（2）《建筑设计防火规范》GBJ50016-2006
（3）《建筑排水硬聚氯乙烯管道工程技术规程》CJ/T29-98
（4）《节水型生活用水器具》GJ164-2002
（5）《自动喷水灭火系统设计规范》GB50084-2001
1 南京航空航天大学电气工程专业产学研结合现状
南京航空航天大学电气工程专业为国家级特色本科专业、国防特色重点专业、江苏省品牌特色专业、江苏省“十二五”重点专业以电气工程领域为对象，注重计算机科学、控制理论和信息科学在电气工程各领域中的应用，具有广阔的发展前景，相关研究领域在国内具有重要影响力。该专业设有电力电子与电力传动、电机与电器、电力系统及其自动化三个方向。培养具有电气工程领域较宽广的专业基础知识和工程技术基础，具有较好的电气分析、电气设计、电气系统设计、电气系统运行、科学研究、技术开发和管理工作能力的适应国民经济建设特别是航空航天、国防工业和新能源产业发展的高素质的电气领域的高级工程技术人才。
作为南京航空航天大学这样一所重点大学，重点是培养研究型人才，进行知识创新活动，最终目标是为社会服务，高校通过产学研合作，不仅能够解决学校教育与社会脱节问题，缩小学校和社会对人才培养与需求之间的差距，增强学生在社会的竞争力，而且也能够促进科技发展。近年来，南京航空航天大学开展了较多广泛且有效的产学研合作与实践，尤其在电类领域的合作，效果较为显著。通过合作，实现了将技术攻关、成果转化、平台共建、人才培养、干部交流等全方位的合作，实现了互利共赢，助推了经济发展。以南京航空航天大学与无锡市开展风电领域政产学研合作为例，自合作以来，无锡市委书记杨卫泽率领无锡市党政代表团先后两次访问学校，并就政产学研合作事宜与学校的领导深入交流。而且，学校党委书记崔锐捷、校长朱荻等校领导也多次带领学校相关部门负责同志及部分专家走访无锡市惠山区，实地考察区域经济发展，探索合作模式，推动政产学研合作。②
2 电气专业产学研结合的思考及具体做法
电气专业是电气信息领域的一门学科，由于和人们的日常生活以及工业生产密切相关，成为高新技术产业的重要组成部分，触角伸向各行各业，小到一个开关的设计，大到宇航飞机的研究，都有它的身影。这个专业的学生能够从事与电气工程有关的系统运行、自动控制、电力电子技术、信息处理、试验技术、研制开发、经济管理以及电子与计算机技术应用等领域的工作，是“宽口径”、“复合型”高级工程技术人才。该领域对高水平人才的需求很大，正是由于社会大量的需求，不言而喻，电气专业培养学生的素质与质量，对该个专业领域，乃至我国国民经济领域的发展影响也是极其重要的。那么，培养出来的学生是否被社会所接纳，被企事业单位所需求，需要我们高校在培养学生时要制定合理的培养目标、培养模式，因此，产学研的结合，为高校的学生培养、学科发展提供了良好的契机。
2.1 产和研的结合
企业有较好的生产能力，但科技含量低，科学研究创新不够，如果要想在激烈的市场竞争中脱颖而出，甚至立于不败之地，需要把高校的知识资源和科技研究成果可以很好地转化，技术上进行创新。而作为高校，是服务发展的主体，是科学知识的生产者和提供者，对科学知识的传播、整合和流通起着重要的推动作用。高校在搞科研的目的也是为生产服务、为社会服务。产学研结合就是充分利用学校与企业、科研单位等多种不同教学环境和教学资源以及在人才培养方面的各自优势，建立良好的互动，把以课堂传授知识为主的学校教育模式与直接获取工程经验、实践能力为主的生产、科研实践有机结合，才能适时调整学生的培养模式，使学生获得良好的实习机会和实习场所，让高校培养出来的学生更容易走上社会，被企业所需求。电气工程专业就是一个实践性很强的专业，能够解决电气工程技术分析与控制等实际生产问题。
但是，在产学研合作中，高校在科研管理机制上存在一些问题，主要表现在：（1）科技成果转移渠道不畅。很多企业拿着大量资金寻找科技创新成果，而高校的科研成果又转移不出去，导致了高校、企业、科研院所等各方科技资源分散，浪费精力、物力和人力。（2）科研人员考核制度不利于成果转化。当前，高校普遍采用职称和职务等级发放科研津贴的，而职称职务的获得，主要是看权威性期刊的数量、申请的项目获得的奖励，专利情况等，对于科技成果能否实现产业化问题很少重视，致使高校老师很多科技项目申请后，过多地偏重于技术与理论，与社会需求脱节，大部分科研成果很多是只申请了专利，或者发表了论文的水平上，实际应用产出的效果不高。另一方面，当前部分教授评职称前，发论文，申报项目，有较多的研究成果，但职称评定后，科研动力不足，研究成果停滞不前，更多的是享受这个教授待遇，从而导致研究资源流失。（3）科技成果推广机制不完善，重视不够。高校由于学科建设发展需求、整体实力提升等众多因素影响，学校科技部和老师的关注点在于国家或省部级重大项目的申报上面，比如国家自然科学基金、国家级973、863等重大项目课题、各项科研成果奖励申报，而对真正获得的科技成果，如何将其转化投入不够，重视不足。
因此，在高度重视产学研合作的同时，更应该要结合学科、科研特色和优势，充分发挥科研管理制度对科技创新的激励、支持和引导作用，要进一步搭建平台，发 挥政府的作用，与政府、企业、科研院所及高校，产业四力强强联合，不断推动产学研协同创新的形成和发展，为科学技术的研究和创新做出贡献。
2.2 学和研的结合
随着电子、计算机、通信和信息等技术在电力行业的广泛应用和发展，给电气专业的学生带来了很好的发展机遇，这就需要高校培养出的电气专业学生，需要具备一定的科研能力，能够独立承担相应研究方向的科研课题。首先，让学生参与到老师的科研当中。从我校电气专业学生培养来看，学生实行“导师制”，对于优秀的学生，从大学开始就跟随导师做相应的课程设计，等到了研究生阶段，不仅能够很早，而且将课题研究有延续性，能更好地做出科研成果，培养科研能力。第二，让学生参与到各种科技创新比赛，老师进行指导，培养了学生的独立科研能力和科技创新能力。
产学研合作教育是培养具有创新精神和实践能力的高素质学生的重要途径。近年来，我校电气工程专业毕业设计课题，以及研究生课题，有80%的题目与产学研基地的实际和教师科研课题紧密结合，有部分学生直接参加教师承担的课题。通过多种渠道，不仅可以使学生更深入接触工程实际，增强实际工程意识，提高综合实践能力，在完成自己学业任务的同时，培养了科研创新能力和实践能力，
2.3 产和学的结合
人才培养是高校教育的发展之路。经济社会的发展对人才的需求是多种多样的，精英教育、大众化教育是高等教育的两个方向。精英教育培养拔尖人才，大众化高等教育培养各级各类专门人才，各具功能，不可替代。学校应根据不同的社会需求进行科学、准确的定位，确立自己的发展方向，形成有特色的人才培养模式、培养目标、培养方法和质量标准。③
电气专业的学生培养，需要保持和加强原有专业特色和优势，培养学生较强的工程实践能力，提高学生的就业竞争力。在实际操作中，学校应因材施教，引入各类培养机制，如结合产学研的合作平台，一是和企业联系，为学生提供相应的实习基地;另一种则是根据企业的需求，企业的科研方向，制定我们培养学生的目标、模式及课程体系。如开设专门的“卓越工程师”班，单独组织学生完成一门企业课程授课，一次企业参观实习，一次“工程技术讲座”。除此之外，每年暑假，我校的电气专业与陕西航空电气有限公司、陕西西航动力股份有限公司、河南许继集团、南京机电液压工程研究中心等多个校外产学研合作教育基地开展合作，这些企业每年为电气专业学生提供实习条件，提供合作科研项目。
3 总结
电气工程专业行业属于高精尖端行业领域，尖端人才的培养十分重要，它的社会需求较广，而培养这样的优秀人才，就需要高校制定适合社会需求的人才培养模式，通过产学研合作的模式，让学生、教师有良性发展，才能促进电气学科的发展，而外部则需要社会与企业的需求，产学研的结合便是达到这一目标的良好途径。
基金项目：南京航空航天大学基本科研业务费青年科技创新基金-高校科研管理中产学研协同创新机制研究（资助编号：NR2013029;项目负责人：李洁）成果之一
注释
关键词：实验教学；研究生；电气工程
作者简介：解璞（1977-），女，河北定州人，军械工程学院车辆与电气工程系，副教授；赵锦成（1962-），男，陕西西安人，军械工程学院车辆与电气工程系，教授。（河北 石家庄 050003）
基金项目：本文系军械工程学院教学研究课题（课题编号：Jxlx1382）的研究成果。
中图分类号：G643 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）25-0155-02
实验教学对于培养学生实践能力和创新能力具有不可替代的作用。[1]军械工程学院电气工程学科针对装备供电“安全、可靠、优质”的军事需求，围绕装备电气系统中电能的发、输、配、变、控、管、用等技术环节，以提高电气装备的性能和维修保障能力为目标，研究装备电气工程新理论、新技术和新方法，体现为机械与电气、强电与弱电、设备与系统相结合，技术内涵有别于民用电网，具有明显的军事特色和学科特色。本学科要求研究生除需熟悉电气工程学科的科学研究方法，具有独立获取新知识以及从事科学研究的能力，还应掌握较强的实验技能和解决实际问题的能力。
研究生的实践能力和创新能力是衡量研究生培养质量的重要指标。实验教学是电气工程学科教学的重要环节之一。然而，相比于课堂教学和学位论文研究，实验教学一直是研究生培养工作中亟待加强的环节。[2]重理论轻实践，致使大部分研究生理论水平很高，但动手能力和解决实际问题的能力欠缺。因此如何优化实验教学内容，丰富实验教学方法，打造实验教学平台，培养出综合性、创新型人才是实验教学的关键。
一、传统实验教学存在的主要问题
目前研究生的实验教学没得到足够重视，导致很多研究生实验课程变成了一种形式上的教育，成为研究生用来“混学分”的课程。究其原因，目前研究生实验教学主要存在以下不足之处。
1.实验内容设置欠合理
目前大多研究生实验沿用本科方式，依据理论教学的需要而设置，所开设实验中原理性、验证性的基本实验内容较多。由于受经费及现有实验条件的限制，针对装备电力系统发、输、配、变、用等各个环节电能的测量、调节、补偿、控制则只能部分地进行演示性实验，无法反映电力系统的动态环节，不同程度脱离工程实际和装备实际。另外，与研究生创新能力培养息息相关的综合性、设计性实验数量相对较少，实验内容趋简避繁，从而导致研究生只能进行低水平的重复实验，而缺乏对其创新性思维的培养。
2.实验教学方法不足
传统实验教学方法是教师在课堂上讲授实验内容、演示实验操作，再让学生在规定时间内按照固定实验步骤进行实验。这是一种灌输式的教学模式，比较局限与死板。研究生大多只是忙于完成实验内容，而对实验原理及实验过程中出现的问题没能进行独立而深入的思考。该教学模式严重制约了研究生的独立思考和解决实际问题的能力，无法达到应有的实验效果。
3.实验资源利用率低下
目前多数院校简单地按任务目标和所属部门划分实验室[3]，教学实验室基本不涉及科研工作，科研实验室很少顾及教学，人为地将教学与科研割裂开来，不利于实验室资源的充分利用。实验室开放不够，研究生很少有机会进入专业性更强、设备更先进的科研实验室进行综合性与研究性的实验。有些研究生导师会利用自己的课题经费购置或研制一些先进的实验设备，但出于对设备的保护，利用率低，很少为研究生实验教学所公用。
二、研究生实验教学改革中采取的措施
如何解决研究生实验教学过程存在的上述问题，充分利用实验教学提高电气工程研究生的创新能力？本文结合笔者在研究生实验课程教学中的体会，以及军械工程学院电气工程学科在研究生实验教学过程的实践经验，提出几点改革措施。
1.优化实验教学内容
实验内容的安排、选择及合理分配对实验教学是非常重要的。为此，我们根据电气工程学科不同层次、不同研究方向的研究生，由浅入深、由点到面，分层次优化实验教学内容。目前的实验内容主要分为：验证型实验设计型实验科研型实验。
验证型实验主要用于对研究生学员的基本实验技能进行培训。通过常规实验操作方法的培训，提高学员动手能力，为下一步进入论文阶段并顺利开展打下坚实的基础，每名研究生必须完成这一阶段的训练。
设计型实验主要培养研究生观察问题、分析问题及最终解决问题的能力。让研究生根据自己的专业研究方向设计具有综合性、典型性、开拓性和创新性的实验，由导师和任课教员共同指导学员查阅相关的参考资料，并对实验设计和实施给以指导和帮助。此类实验既锻炼研究生形象思维，又培养其逻辑思维，是促进研究生创新思维、创新意识和创新能力不断提高的有效途径，并可充分调动学员的创新意识和科学研究兴趣，为培养创新型人才打下良好的基础。通过综合实验的设计、实施、分析到完成实验任务，能更好地提高研究生的创新科研能力。
科研型实验是让研究生主动参与到科研实际。充分发挥学科优势，利用科研实验室资源和强大的科研队伍，与武器装备和科研课题接轨，将前瞻性、先进性的科研成果融入到实验教学环节中去，从而使研究生在进入做论文阶段之前熟悉各种专业设备并掌握现本学科中具有代表性的重要研究方法，了解和掌握现代最先进的技术思想，达到依托科研实践培养创新能力的目的，为研究生学员到部队任职打下坚实的基础。
实验教学内容改革要服从服务于人才培养的需要。军校研究生的培养，是为了适应军队建设和信息化条件下作战的需要，为我国国防现代化建设培养各级各类的自主创新人才。在进行实验教学内容优化时，必须在遵循本学科发展规律的前提下，针对武器装备建设和发展中面临的实际问题及研究生后续的课题，明确军事应用背景。
以本教研室的电气工程硕士点为例，该学科针对目前我军装备野战供电保障多采用内燃动力发电机供电而油料保障压力大、战场安全性低、制约军事意图实现等不足，为适应装备供电保障发展趋势，坚持自主创新，构建了风—光—柴混合能源互补供电系统。该微型供电示范系统填补了我军装备野战供电系统保障在混合能源互补供电领域的空白，并将此科研成果应用到研究生的实验教学中。目前依托该平台可开展混合能源互补供电组网、监控、分配、变换、防护等实验，使学员巩固理论知识，了解前沿动态，掌握实验方法，一方面为后续研究生学员开展新能源发电技术、实时智能控制器、新型蓄电池及其充/放电控制技术、混合能源互补供电能量管理与监控技术等方面的课题研究提供了基础和保障，另一方面也使实验课程的内容更加具体化，促进了课程教学内容改革和创新。
2.丰富实验教学方法
教学方法是实验教学的关键。研究生的培养目标是成为独立从事科研工作的个体，因此研究生的实验教学不能停留在传统的教条式层面上。
实验教学方法的改革就是要本着“学员为主，教员为辅”、“学员独立设计，教员重点辅导”的原则。在实验教学环节，有必要培养研究生的实验流程自行规划能力。比如对于验证型的实验，只给出实验节点要求，研究生则要按照自身的理解，自行设计实验步骤，并整理实验结果，甚至自行补充实验内容，进行创新性实验学习。在与研究生课题联系紧密的科研型实验中导师应尽量放手，让研究生充分发挥聪明才智，让实验教学成为一种探索、求知、求新的过程。
同时实验教学应贯穿于研究生培养的全过程，导师应及时根据研究生的课题进展情况，了解其实验中遇到的问题并给予指导或协助解决，让研究生少走弯路，提高效率，这也是一个教学相长的过程。通过这种研究式的实验，可以循序渐进地培养研究生独立分析解决问题的能力。
3.打造实验平台
实验平台是实验教学的保障。为弥补实际装备缺乏所造成的教学条件不足，利用科研资源优势改善研究生实验教学环境，解决实验教学对实际装备的依赖。我院电气工程学科依托军队“2110”装备野战电力支持实验室的建设，结合装备野战供电的发展趋势及需求，以“瞄准前沿、围绕目标、结合装备、强化特色”为发展目标相继搭建了军用电站装备综合技术保障、野战电力支持仿真、电能质量监测与控制3个特色鲜明并互为补充的实验系统。
（1）电力综合技术保障实验系统。该系统能培养电气工程研究生在装备野战电力支持方向的理论联系实际意识和基本实验技能，为电机学、电力系统分析、电气检测技术、供配电技术、电能质量分析与控制等专业课程学习提供了实验条件和良好的科研背景。
（2）野战电力支持仿真实验系统。该系统由1台高效专业服务器和6台台式计算机及显示设备和专业的电力支持仿真计算软件组成，该仿真系统可弥补实验技术的不足，提高研究进度，降低研究费用，具有灵活性、可重复性及安全性高的特点，研究生学员可在装备野战供电系统建模和稳态/暂态仿真分析计算，优化装备野战供电系统设计，提高系统的电能质量、控制运行系统的运行效率和安全稳定性等方向开展实验。
（3）电能质量监测与控制实验系统。该系统为开展负荷结构特性对电能质量的影响研究，实现了负载形式的典型、多样化，兼顾了实际和科研的需要。一方面配置了小型化的电机拖动、照明、变频调速电机、逆变装置等非线性、冲击性负荷，另一方面配置了电子负载、阻感负载等以便建立极端条件下的综合负荷模型，同时还具有国际先进水平的交/直流电压跌落模拟器，可模拟极端的电能质量问题。为研究生电能质量专业课程学习提供了实验条件，为硕士研究生的培养提供了科研环境手段。
目前该实验室面向研究生学员全面开放，共享及利用率较高，已能满足野战条件电能的产生、组网、分配、变换、监控和保障等方面的科学研究，可在更高的研究层次培养研究生创新能力。近三年来以实验室为背景，先后培养各类研究生12名，已毕业硕士研究生8名。实验室在建设中自主开发实现了部分功能，混合能源互补供电系统培养研究生3名，分别实现了混合能源互补供电系统的实时监控和铅酸蓄电池的虚拟测试；军用电站性能检测与测试分系统培养研究生3名，分别开展了军用电站电气参数检测及模块电源虚拟测试系统的研究；2名研究生则分别开展军用电站AVR检测诊断平台及逆变电源供电负荷适应性研究。把实际科研用的装置用于实验教学，使研究生在课程学习中就接触到课题了，这些设备就是下一步研究生做课题直接要用的设备，这些科研平台的设计、运行、实现方法都成为课题可借鉴的资料。这使研究生尽早接触到学科发展的前沿，拓展视野，并加强了研究生实践能力、创新能力的培养。
三、结语
几年来的实践证明，加强对研究生实验教学的改革，一方面加深了研究生对本学科理论知识的进一步理解和掌握，拓宽了知识面，另一方面也使他们学到了许多实验室工作的知识和技能，提高了实验动手能力、语言表达能力、组织教学的能力和理论联系实践的能力，培养了严谨的科学作风，促进了学业的进步。研究生教育要围绕学科特色优势，重视研究生扎实的实验基础、综合运用技能和创新思维的培养，同时还应优化实验教学内容，丰富实验教学方法，打造良好的实验平台，从而为实验教学提供良好的条件，进一步提高研究生实验教学效果，达到全面提升电气工程研究生综合素质的目标。
参考文献：
[1]邝溯琼，杨定新，陶利民.开放式研究生综合实验中心的探索与实践[J].实验室研究与探索，2012，31（3）：109-111.
[2]周爱华，唐玲.电气专业综合实验中心建设的构思[J].中国电力教育，2011，（33）：187-188.
[3]丁坚勇，饶凌平.加强大学生实验教学 培养电气工程高素质人才[J].中国电力教育，2007，（1）：111-113.
[4]潘再平，唐益民.加强电力电子技术和电机控制类课程实验教学[J].实验室研究与探索，2002，（1）：29-30.
关键词 渔船 舵机系统 安全航行
中图分类号：U662 文献标识码：A
0引言
舵机液压控制系统有两种基本控制方式，即阀控型和泵控型，而液压复合控制则是两种控制的衍生物，即阀泵串联控制、电液复合控制、阀泵并联控制等。这几种系统固有的静态特性和动态特性，在系统精度、动态指标系统响应速度、系统复杂程度、总体布置等方面，有着较大的差异性和局限性。本文从分析阀控型舵机和泵控型出发，采用数字液压技术解决传统舵机所存在的弊端。用新型转舵机构，不但减小了舵机重量及体积；还能使船舶舵角的定位精度在航行时得到有效提高，减小换向冲击及噪声，降低航行能耗；增强舵机自适应能力，提高了舵机的动态性能；为高性能渔船舵机的设计提供一定的指导意义。
1传统船舶舵机系统
1.1伺服阀控舵机系统
伺服阀控舵机系统由电液伺服阀、舵机液压缸、定量泵、电动机、伺服放大器、舵角反馈机构等组成。工作原理是由自动驾驶仪或操作人员给出方向角度值为4～20mA ， 作为设定值送到伺服放大器，舵机上角位移传感器与其数据相比较，比较结果如果出现差值，差值放大处理后，将其转变为伺服阀线圈的电流驱动信号，转换成液压流量输出， 油缸被推动前进，带动舵机转动，直到设定值与角位移传感器输出值相等为止。舵机靠位移传感器在液压伺服阀系统中闭环锁定，一旦在工作状态电气系统断电，则闭环系统不能锁定，有可能造成伺服阀在中位时有泄漏，因此采用了一种新的伺服泵控系统。
1.2 伺服泵控舵机系统
伺服泵控舵机系统由电液伺服阀、舵机液压缸、变量泵、电动机、变量机构、伺服放大器、舵角反馈机构等组成。为了伺服阀控系统更为完善，使用双向驱动的伺服变量泵作为新的舵机系统控制系统，在伺服变量泵上安装伺服阀，由一个小型伺服油缸驱动变量泵的斜盘机构 控制流量和方向可以通过改变斜盘的转角实现，舵机油缸的进退控制就可以完成了。角位移传感器仍在新的舵机上安装，当需要位置后尾舵到达后，变量泵的将会斜盘回到中位，流量输出为零，锁定舵机。发热少和传动效率高是这种闭式系统的最大优点，舵机锁定可以油泵泄漏多少决定。但需增设补油回路，以解决系统泄漏是其最大缺点。
2现代数字液压船舶舵机系统
2.1数字液压油缸
数字油缸是数字液压油缸的简称。在液压缸内部把液压滑阀、步进电机、闭环位置反馈组合设计，液压油源接通，所有的长度或角度控制功能，通过专门计算机、PLC可编程控制器或数字控制器发出的数字脉冲信号来完成的高新科技产品。在油缸内安装由数字液压阀、液压油缸和电信号转换单元、位置反馈结合的整体，对外仅需连接上控制用电脉冲信号和高压油管、低压油管即可，使电脉冲信号对应每一个固定的油缸行程变得简单有效，完成不同运动效果可以由不同频率控制和脉冲数量决定。数字缸内部备有驱动装置、传感器、数字阀等，从油缸外部看，只有一个电插头、一个回油口和一个进油口。例如，一个电脉冲由每零点零一毫米的油缸位置运动对应，如需数字液压油缸在十毫米的位置运动在十秒内完成，油缸每运动一毫米需要一秒时间，而一毫米的位移变化对应的电脉冲为一百。采用频率为一百赫兹的脉冲，电脉冲信号一共发出了一千个， 数字油缸规定的位移行程便可在规定的时间内完成。走完相同的行程如需在五秒内完成，则电脉冲频率提高到二百赫兹即可。通过改变发出的脉冲数量，即可增大如需的运动行程。
2.2数字液压舵机系统原理及优点
因为钢制海船建造规范与入级时对船舶舵机的要求，舵机系统利用数字液压缸搭建。脉冲信号从自动驾驶仪发出由数字液压缸接受，位置闭环在其内部构成，位置传感器也就不再需要，自动驾驶仪由角度仪信号输出，角度显示完成。该系统蓄能器供油用定量泵完成，一般情况下两缸会同时工作，如果一缸出现故障，另一缸也可以单独完成工作，满足钢制海船建造规范与入级对船舶舵机的要求。在发生紧急故障情况下如停电，也可以使用人工进行操控。另外，具有自我锁定功能的数字缸，数字信号只要不输出， 即使施加外力作用油缸也不会摆动。在停泵期间的液压泵，锁定舵机可以依靠蓄能器的压力进行，即使海浪拍打也不会发生飘舵现象。还可以利用该系统设置UPS电源，即使发生短时间的停电，也能实现远距离控制。数字液压舵机系统的数字缸内部集成了执行、控制、反馈功能，无需任何算法调整和参数给定，仅连接好液压管路和送入电脉冲信号， 为实现对舵机的控制系统通过改变脉冲的数量和频率来完成。由液压完成该系统能量传递，电脉冲信号完成信号传递，因此这种数字液压舵机系统功能强大，原理简单，便于机务人员使用和管理。数字液压舵机系统通过专用控制器或计算机控制，可以与外界进行通信。如与利用定位及通讯卫星进行通信，自动驾驶仪可以完成整个航线的航行，实现长距离自动导航控制。
3结束语
近几年我国海洋渔业进入了快速发展时期，但我国目前渔船严重滞后的配套设备制造能力已远远不能满足船舶主体制造能力，大多数高性能配套设备还需要从国外进口，因此在很大程度上严重制约我国船舶行业发展能力。控制船舶航向的重要设备是船舶舵机，其性能的好坏在船舶的运动性能上起着决定作用，是船舶主要的辅机之一。新型液压舵机系统利用数字液压缸搭建完成，具有维护方便、系统简单、操作容易、控制精度高、安全可靠等特点，可全自动、半自动、手动多种操作，在大型船舶舵机控制系统优点更加明显。
参考文献
【关键词】PLC；立体车库；控制系统
1.引言
随着我国经济持续快速的发展和城市建设工作的不断进行，在许多城市，交通拥堵和停车难已经成了影响城市发展的重要因素，利用路边停车和传统的自走式停车方式己经远远不能适应城市发展的要求。随着我国汽车工业以及房地产行业的讯速发展和轿车数量的迅速上升，我国立体停车行业发展迅速。立体停车是解决许多城市出现的停车难问题的有效方法。机械式立体车库是指用立体化的方式，利用机构完成车辆存取的停车设施。也就是用机械停车设备将汽车存放到立体化的停车位或从停车位取出的停车设施。机械式立体车库是近期顺应市场经济发展，根据市场需求，在其迫切影响下应运而生的一种新型停车系统，它综合运用了机械、控制、液压以及光学等先进技术，属于技术密集型设备[1]。
本文主要以五车位升降横移式立体车库为研究对象，介绍其结构、工作原理及监控系统的构成。
2.立体车库的组成及原理
升降横移式立体车库指利用载车板的升降或横向平移存取停放车辆的一种机械式停车设备。主要由结构框架部分、载车板部分、横移系统、提升系统、控制系统、安全防护系统六大部分组成。这种立体车库结构特点是：底层只能平移，顶层只能升降，中间层既可平移又可升降。除顶层外，中间层和底层都必须预留一个空车位，供进出车升降之用。当底层车位进出车时，无需移动其他托盘就可直接进出车；中间层、顶层进出车时，先要判断其对应的下方位置是否为空，不为空时要进行相应的平移处理，直到下方为空才可进行下降动作，进出车完成后再上升回到原位置。其运动的总原则是：升降复位，平移不复位。
本设计为五车位停车库，系统由一台PLC对车库进行统一的管理和监控，通过PLC控制载车板纵横传动装置以完成对车辆的存取操作。各车位内车辆的调入调出由PLC根据当前各车位的车辆存放情况，按照相应的调度策略调度车辆进出。其工作方式为：二层三个车位可以升降，一层的两个车位只能横向横移，二层车位要想升降则必须让其下侧车移走，进而横移出空位，将载车板升或降到地面层。系统工作示意图如图1所示。
3.系统硬件单元设计
3.1 电气系统关键部分设计
PLC接线设计：在升降横移式立体停车库中，控制系统中主控单元的主要控制对象首先是车库内的横移电机和升降电机，控制系统就是使它们在不同的时间内实现正反转；其次是车库内的各种辅助装置，如指示灯及其各种安全设施等。为了保证载车板能横移到预定位置以及载车板能上升或下降到指定位置，采用了行程开关。为了判断载车板上有无车辆，采用了光电开关。同时在车库中还采用了一些传感器如烟温传感器以及安全预警装置。
电机控制及接线设计：在存取车时车位的升降不能同时进行，车位的升降和横移也不能同时进行，这两个动作必须是互锁的，即当上层车位在升降时，地面层车位不能移动，反之亦然，并且上层车位每次只能有一个车位进行上下升降运动。这些在程序中可采用联锁和互锁的方法来解决。
3.2 PLC型号的选择
根据系统设计要求进行需求分析，确定PLC的输入输出点。本系统共计26个输入，18个输出，系统选用西门子公司的S7-200系列的CPU226（加扩展模块）。CPU226共有24个输入，16个输出，扩展模块选择为EM223，它有16个输入，16个输出。该选择能够满足系统要求。系统I/O分配表见表1、2所示。
4.系统PLC程序设计
主程序设计参考程序见图2所示。
5.组态监控画面设计
5.1 MCGS简介
组态软件是在工业自动化领域兴起的一种新型的软件开发技术。开发人员不需要编制具体的指令和代码，只要利用组态软件包中的工具，通过硬件组态（硬件配置）、数据组态、图形图像组态等工作即可完成所需应用软件的开发工作。MCGS（Monitor and Control Generated System通用监控系统），是一套用于快速构造和生成计算机监控系统的组态软件，它能够在基于Microsoft（各种32位Windows平台上）运行，通过对现场数据的采集处理，以动画显示、报警处理、流程控制、实时曲线、历史曲线和报表输出等多种方式向用户提供解决实际工程问题的方案[2]。
5.2 系统画面设计
本文采用通用版MCGS组态软件设计了该控制系统上位机监控界面。系统运行画面如图3所示。
6.结束语
本控制系统以PLC为核心，实现了两层五车位立体车库的自动控制，同时采用计算机进行监控，实现了车库的智能化管理和实时监控，工作安全可靠，操作方便。本文的研究对PLC在计算机自动化控制系统中的应用，以及利用MCGS实现工业工程实时监控，提高工业的自动化水平，都具有很重要的实践意义[3]。
参考文献
[1]刘延利.后悬臂升降横移式立体车库虚拟样机设计[D].山东大学硕士学位论文，2012（9）：1-10.
[2]北京昆仑通态自动化软件科技有限公司.全中文工控组态软件MCGS用户指南[M].北京：MCGS公司，2003.
关键词：车载网络 车身系统 动力传动系统 安全系统 信息系统
一、引言
随着汽车工业日新月异的发展，现代汽车上使用了大量的电子控制装置，许多中高档轿车上采用了十几个甚至二十几个电控单元，而每一个电控单元都需要与相关的多个传感器和执行器发生通讯，并且各控制单元间也需要进行信息交换，如果每项信息都通过各自独立的数据线进行传输，这样会导致电控单元针脚数增加，整个电控系统的线束和插接件也会增加，故障率也会增加等诸多问题。
为了简化线路，提高各电控单元之间的通信速度，降低故障频率，一种新型的数据网络CAN数据总线应运而生。CAN总线具有实时性强、传输距离较远、抗电磁干扰能力强;在自动化电子领域的汽车发动机控制部件、传感器、抗滑系统等应用中，CAN的位速率可高达1Mbps。同时，它可以廉价地用于交通运载工具电气系统中。
二、CAN总线简介
CAN，全称为“Controller Area Network”，即控制器局域网，是由ISO定义的串行通讯总线，主要用来实现车载各电控单元之间的信息交换，形成车载网络系统， CAN数据总线又称为CAN—BUS总线。它具有信息共享，减少了导线数量，大大减轻配线束的重量，控制单元和控制单元插脚最小化，提高可靠性和可维修性等优点。
CAN被设计作为汽车环境中的微控制器通信，在车载各电子控制装置ECU之间交换信息，形成汽车电子控制网络。其工作采用单片机作为直接控制单元，用于对传感器和执行部件的直接控制。每个单片机都是控制网络上的一个节点，一辆汽车不管有多少块电控单元，不管信息容量有多大，每块电控单元都只需引出两条导线共同接在节点上，这两条导线就称作数据总线（Bus）。CAN数据总线中数据传递就像一个电话会议，一个电话用户就相当于控制单元，它将数据“讲入”网络中，其他用户通过网络“接听”数据，对这组数据感兴趣的用户就会利用数据，不感兴趣的用户可以忽略该数据。
一个由CAN总线构成的单一网络中，理论上可以挂接无数个节点，但实际应用中，所挂接的节点数目会受到网络硬件的电气特性或延迟时间的限制。使用计算机网络进行通信的前提是，各电控单元必须使用和解读相同的“电子语言”，这种语言称“协议”。汽车电脑网络常见的传输协议有多种，为了并实现与众多的控制与测试仪器之间的数据交换，就必须制定标准的通信协议。随着CAN在各种领域的应用和推广，1991年9月Philips Semiconductors制定并了CAN技术规范（Version 2.0）。该技术包括A和B两部分。2.0A给出了CAN报文标准格式，而2.0B给出了标准的和扩展的两种格式。1993年11月ISO颁布了道路交通运输工具—数据信息交换—高速通信局域网国际标准ISO 11898，为控制局域网的标准化和规范化铺平了道路。美国的汽车工程学会SAE 2000年提出的J 1939，成为货车和客车中控制器局域网的通用标准。
三、CAN-BUS数据总线的组成与结构
CAN-BUS系统主要包括以下部件：CAN控制器、CAN收发器、CAN-BUS数据传输线和CAN-BUS终端电阻。：
1．CAN控制器，CAN收发器
CAN-BUS上的每个控制单元中均设有一个CAN控制器和一个CAN收发器。CAN控制器主要用来接收微处理器传来的信息，对这些信息进行处理并传给CAN收发器，同时CAN控制器也接收来自CAN收发器传来的数据，对这些数据进行处理，并传给控制单元的微处理器。
CAN收发器用来接收CAN控制器送来的数据，并将其发送到CAN数据传输总线上，同时CAN收发器也接收CAN数据总线上的数据，并将其传给CAN控制器。
2．数据总线终端电阻
CAN-BUS数据总线两端通过终端电阻连接，终端电阻可以防止数据在到达线路终端后象回声一样返回，并因此而干扰原始数据，从而保证了数据的正确传送，终端电阻装在控制单元内。
3．数据传输总线
数据传输总线大部分车型用的是两条双向数据线，分为高位﹝CAN-H﹞和低位﹝CAN-L﹞数据线。为了防止外界电磁波干扰和向外辐射，两条数据线缠绕在一起，要求至少每2.5cm就要扭绞一次，两条线上的电位是相反的，电压的和总等于常值。
四、车载网络的应用分类
车载网络按照应用加以划分，大致可以分为4个系统：车身系统、动力传动系统、安全系统、信息系统。
1．动力传动系统
在动力传动系统内，动力传动系统模块的位置比较集中，可固定在一处，利用网络将发动机舱内设置的模块连接起来。在将汽车的主要因素—跑、停止与拐弯这些功能用网络连接起来时，就需要高速网络。
动力CAN数据总线一般连接3块电脑，它们是发动机、ABS/EDL及自动变速器电脑（动力CAN数据总线实际可以连接安全气囊、四轮驱动与组合仪表等电脑）。总线可以同时传递10组数据，发动机电脑5组、ABS/EDL电脑3组和自动变速器电脑2组。数据总线以500Kbit/s速率传递数据，每一数据组传递大约需要0.25ms，每一电控单元7~20ms发送一次数据。优先权顺序为ABS/EDL电控单元发动机电控单元自动变速器电控单元。
在动力传动系统中，数据传递应尽可能快速，以便及时利用数据，所以需要一个高性能的发送器，高速发送器会加快点火系统间的数据传递，这样使接收到的数据立即应用到下一个点火脉冲中去。CAN数据总线连接点通常置于控制单元外部的线束中，在特殊情况下，连接点也可能设在发动机电控单元内部。
2．车身系统
与动力传动系统相比，汽车上的各处都配置有车身系统的部件。因此，线束变长，容易受到干扰的影响。为了防干扰应尽量降低通信速度。在车身系统中，因为人机接口的模块、节点的数量增加，通信速度控制将不是问题，但成本相对增加，对此，人们正在摸索更廉价的解决方案，目前常常采用直连总线及辅助总线。
舒适CAN数据总线连接一般连接七个控制单元，包括中央控制单元、车前车后各一个受控单元及四个车门的控制单元。舒适CAN数据传递有七大功能：中控门锁、电动窗、照明开关、空调、组合仪表、后视境加热及自诊断功能。控制单元的各条传输线以星状形式汇聚一点。这样做的好处是：如果一个控制单元发生故障，其他控制单元仍可发送各自的数据。该系统使经过车门的导线数量减少，线路变得简单。如果线路中某处出现对地短路，对正极短路或线路间短路，CAN系统会立即转为应急模式运行或转为单线模式运行。
数据总线以62.5Kbit/s速率传递数据，每一组数据传递大约需要1ms，每个电控单元20ms发送一次数据。优先权顺序为：中央控制单元驾驶员侧车门控制单元前排乘客侧车门控制单元左后车门控制单元右后车门控制单元。由于舒适系统中的数据可以用较低的速率传递，所以发送器性能比动力传动系统发送器的性能低。
整个汽车车身系统电路主要有三大块：主控单元电路、受控单元电路、门控单元电路。
主控单元按收开关信号之后，先进行分析处理，然后通过CAN总线把控制指令发送给各受控端，各受控端响应后作出相应的动作。车前、车后控制端只接收主控端的指令，按主控端的要求执行，并把执行的结果反馈给主控端。门控单元不但通过CAN总接收主控端的指令，还接收车门上的开关信号输入。根据指令和开关信号，门控单元会做出相应动作，然后把执行结果发往主控单元。
（1）安全系统
这是指根据多个传感器的信息使安全气囊启动的系统，由于安全系统涉及到人的生命安全，加之在汽车中气囊数目很多，碰撞传感器多等原因，要求安全系统必须具备通信速度快、通信可靠性高等特点。
（2）信息系统
信息系统在车上的应用很广泛，例如车载电话、音响等系统的应用。对信息系统通信总线的要求是：容量大、通信速度非常高。通信媒体一般采用光纤或铜线，因为此两种介质传输的速度非常快，能满足信息系统的高速化需求。
五、CAN总线技术在汽车中应用的关键技术
利用CAN总线构建一个车内网络，需要解决的关键技术问题有：
（1）总线传输信息的速率、容量、优先等级、节点容量等技术问题
（2）高电磁干扰环境下的可靠数据传输
（3）确定最大传输时的延时大小
（4）网络的容错技术
（5）网络的监控和故障诊断功能
（6）实时控制网络的时间特性
（7）安装与维护中的布线
（8）网络节点的增加与软硬件更新(可扩展性)
六、结束语
CAN总线作为一种可靠的汽车计算机网络总线，现已开始在先进的汽车上得到应用，从而使得各汽车计算机控制单元能够通过CAN总线共享所有的信息和资源，以达到简化布线、减少传感器数量、避免控制功能重复、提高系统可靠性和可维护性、降低成本、更好地匹配和协调各个控制系统之目的，随着汽车电子技术的发展，具有高度灵活性、简单的扩展性、优良的抗干扰性和纠错能力的CAN总线通信协议必将在汽车电控系统中得到更广泛的应用。
参考文献
[1] 王箴．CAN总线在汽车中应用[N]．中国汽车报．2004．
[2] 邬宽明．CAN总线原理和应用系统设计．航空航天大学出版社．1996．
[3] 周震．基于CAN总线的车身控制模块．南京航空航天大学．2005．
[4] 李刚炎，于翔鹏．CAN总线技术及其在汽车中的应用．中国科技论文在线．
摘要：本文多方面系统论述了学习“计算机图形学”课程的必要性，分析了该课程的学习没有受到人们重视的原因，指出系统学习该课程是读者掌握数据计算类型的程序系统设计基本方法与计算机仿真入门的有效途径，使读者对“计算机图形学”课程的学习有一个正确的认识。
关键词：计算机图形学；计算机仿真；科学计算；程序设计基本方法；可视化
中图分类号：G642
文献标识码：B
1 “计算机图形学”的学科特性
所谓“计算机图形学”是计算机仿真(即按模型计算以生成图像)与科学计算(即通过在计算机上建立模型并模拟物理过程来进行科学调查和研究)的一种基本形式，是研究图形数据模型在计算机内部的产生、设计与构造过程，它是显示图形不可分割的前提(这相当于画家作画之前，对绘画作品的设计思想、表达方式、绘画构思、作品内容与结构等的创作与思考过程；只有当这个绘画作品设计方案成熟之后，画家才动笔绘画)；而图形显示是用点、线、面、色彩、纹理等可视化的数学方式表达这种数据仿真计算结果的数学含义、或表达仿真过程中各种实体仿真模型与场景效果的物理含义的一种直观表达方式。参考文献[1，2]已向读者证明这一结论，只有这样，才能较好的理顺“计算机图形学”课程的授课关系，使读者建立用计算机生成图形的完整概念。
我们用这一指导思想主导“计算机图形学”教育20多年，并用“计算机图形学”的授课内容解决了多年来国内计算机程序设计课程没有解决好的计算可行性(可计算性的实现前提)这一教学难题，使该课程成为初学者学习计算机程序设计基本方法、认识图形数据模型构造与显示的一般规律、进行可视化应用程序开发三位一体教学目的的最佳选择，并有效地弥补了从算法语言、数据结构到软件工程之间关于应用程序编程系统训练与计算机仿真等教学环节的缺失。这种教学方法使“计算机图形学”的教学内容完全纳入了计算机科学的教育体系，同时使“计算机图形学”与“数据库”、“网络通信”这三门课程成为现代计算机应用程序的三个基本特征(数据计算、数据存储与检索、数据联网通信)的典型代表，由此转变了“计算机图形学”课程的教育观念与教育思想。在教学过程中，作者曾遇到学生们提出的多种学习问题，今整理成文，以飨读者。
2学习“计算机图形学”的原因与重要性
为什么要学“计算机图形学”，这是计算机专业选修“计算机图形学”课程的读者关心的首要问题。众所周知，计算机科学是处理信息技术(IT)的一门学科，通信科学是传输信息技术的一门学科。对于信息技术而言，常用于表达信息数据含义的4种方式分别是①数字与字符方式表述；②图形方式显示；③播放声音表述；④用机械力表达(即把电信号转换成机械运动)。这4种表达信息数据含义的方式又称信息数据的多媒体表达方式(即多媒体技术)。其中，用图形显示这种方式表达信息数据的含义符合人们观察了解事物运动规律的习惯，而且信息容量大，直观方便，同时是人们获得外部世界信息来源的主要依据；也就是说信息数据的可视化是信息技术与计算机科学发展的一种潮流与必然趋势。随着计算机工业的发展与进步，实际应用课题与现代程序设计对信息数据的可视化处理要求已经越来越高，这就要求人们深入研究并掌握图形显示的一般规律，才能更好的为计算机信息数据的可视化服务。
按现代教科书对“计算机图形学”的新定义，“计算机图形学”代表了计算机应用学科的一个重要发展方向――科学计算、计算机仿真、计算机辅助设计、信息数据的可视化、动画与游戏、虚拟现实、数字娱乐，其编程应用还涉及程序设计方法。它们代表了当今计算机技术的发展潮流与应用水平，是解决计算机专业人才出路的有效途径之一；而“计算机图形学”是该方向的公共基础课程，是目前国内计算机本科教育应当加强的内容。显然，仅仅靠学习计算机程序设计语言、数据结构、编译原理、操作系统、数据库、软件工程、形式语言与自动机理论等课程还不能完全使学生的能力直接达到开发这些应用软件的目的，因为原则上这些课程是为用户使用计算机的计算功能而系统量身打造的软件使用工具(数据结构、软件工程除外)，它们的教学目的是为用户掌握并研制这些软件工具服
务、而不是为用户使用这些软件工具系统地开发应用程序而开设的课程。计算机专业主要沿这条主线向前发展：研究、设计、制造计算机硬件设备，为用户使用计算机的计算等功能提供一切便利的手段、方法与软件辅助工具，这包括总结用户使用计算机的基本类型与模式，而对于复杂且很难全面概括使用计算机的方法等、则留给一般用户自己解决，这或许是计算机专业本科课堂教学没有介绍对数据计算类型的应用软件系统开发要遵循的基本规律与发展模式的原因之一，“计算机图形学”的教学正好可以弥补这个缺陷。
由于计算机教育本身并不能直接提供认识世界、改造世界的能力，加之我国没有掌握具有国际竞争能力的计算机硬件与系统软件的核心开发技术，这使中国大量的优秀人才在计算机专业上的最后发展受到了严重制约。而“计算机图形学”的仿真方法为计算机专业人员的发展提供了这样一种新的学习方法与重新选择的机遇，它能为计算机专业人员学习其他行业的专业知识(即学习新专业的物理、数学方法)、成为其他行业的专家助手，进行新行业系统仿真与系统设计以获得新生；由于各行业都有各自的研究领域与待解决的研究问题、研究方法与理论研究模型等，当用计算机仿真的方法对这些研究课题进行辅助研究，并用图形等可视化的方法表达计算机仿真研究的中间结果与最终成果时，这将使计算机的应用走向深入。
科学研究的目的就是探索未知世界、认识世界、改造世界、造福于人类自己，而“计算机图形学”的教育正是遵循这样一条主线：通过物理实验认识待解决问题的本质，并用数学模型的方法来描述这种物理现象的变化过程，从而达到用计算机程序设计的方法来仿真光线在自然界中的传播，以及光线在照相机中传播而生成图像效果，这类物理仿真过程是科学研究方法中的一种基本形式，这种科学研究方法的教育思想(包括人文精神)是国内计算机专业本科课堂教育所欠缺的(计算机专业往往专注于数理逻辑思想的基础训练)――即“计算机图形学”的教育，不仅拓展了计算机专业人才的知识领域，也为其毕业增加了就业渠道，同时能培养计算机专业人员的基本科学研究素养，这正是目前国内计算机教育改革所追求的目标之一。
需要说明，全日制普通本科教育是普适教育，它需要建立各专业自己的知识框架，学习基本的概念，了解基本的范畴，明确其发展方向，计算机专业也是如此。本科教育重在基础，提高本科教育质量与水平并非拔高与创新，而是要做到全面、均衡的发展，除要求学生掌握本学科专业已成熟的系统理论知识外，还需培养学生用学科的基本思想与方法独立自主分析问题、解决问题的能力，这种理论与实践相结合的教育方法，能确保学生今后得到稳步的发展。“计算机图形学”就是培养学生利用计算机、数学、物理等学科的系统知识解决实际应用问题能力的一种有效方法，这样培养的学生才能适应社会竞争与选择的需求；只有在研究生阶段，通过再次系统学习、阅读原著与相关论文并参与项目开发等活动，达到全面提升对学科的认识能力，并向某一个研究方向发展、去探索未知世界的变化规律、解决前人没有解决好的难题、逐步走入学术研究的殿堂(即创新教育)；当然人们也能在日后的工作中慢慢积累这种工作能力。
文献[2，3]系统论述了“计算机图形学”课程在计算机科学教育中的作用与地位。目前很难找出一门具有像“计算机图形学”类似重要性与多样性的其它计算机本科专业基础课程，能使读者正确掌握数据计算类型的计算机应用程序设计的基本方法，并使计算机这一工具直接服务于社会，这是我们应该重视“计算机图形学”教育的根本原因。
3学习“计算机图形学”的方法
由于“计算机图形学”属于计算机应用软件的范畴，因此，数据计算类型的应用软件的设计方法就是学习“计算机图形学”应该遵循的原则。就“计算机图形学”课程的学习而言，它要求：
(1) 全面掌握程序设计语言的特性与数据结构的基本内容，是实现“计算机图形学”编程的基础。
(2) 掌握建立解决实际应用问题的数学模型与软件系统的概念，是计算机程序设计的两个关键点。软件系统是一个能自动运行的综合执行程序，它能从输入、存储、运算处理、输出等方面全面处理用户在某个领域中提出的诸多数学模型并完成其模型描述数据的加工任务，使用户很容易明确这种软件的组成、功能与使用范围。一般利用二维图形的简单性，可以较完整的介绍二维图形软件系统这一概念。软件系统的概念是目前程序设计语言与数据结构课程中所欠缺的关键内容。
(3) 正确的认识“计算机图形学”与计算机仿真的相互关系。“计算机图形学”的重点与难点在三维图形的数学模型研制(包括照相机模型，灯光模型，颜色模型，照明模型，物体的几何模型，物体表面的材质与纹理模型等)与模型描述数据的构造上；由于计算机图形学追求像照相机拍照一样的三维真实感图形显示效果，这决定了要在计算机中使用物理学仿真的方法(仿真光线在自然界中的传播所产生的显示效果或把这种传播效果映射至物体的表面上)才能达到这一目的，这自然需要读者对相应的物理知识有个基本的了解才能进行。
(4) 需要了解一些计算机仿真的基础知识，以确保“计算机图形学”的物理仿真教学过程不会出现偏差。
计算机仿真的主要过程分系统、模型、编程实现(仿真算法)、评估四个步骤。这里①系统是指相互关联又相互作用着的研究对象的有机组合，它决定了被研究考察对象的组成与边界范围。②计算机仿真一般可以用数学模型(简称模型)的方法代替实物研究对象，事实上模型也可以是对现实世界的事务、现象、过程或系统的简化描述，但它反映了实际问题最本质的特征和量的关系。目前“计算机图形学”所述的模型多限于对所研究对象的物理性质、运动变化规律等特性的一种数学描述，它使人们能解释那些难以直接观察到的事物的内部构造、事物的变化以及事物之间的关系――即模型描述了现实世界中有显著影响的因素和相互关系。但这种描述有一定的使用条件与限制范围，研究的目的不同，对该研究对象的数学模型的描述方法以及模型的种类会不一样。③仿真(编程实现)就是在模型上做实验，从理论上测试构建的理想系统的动态行为特性，以评估系统的效能。④系统的用途不一样，评估的方法也不同，人们往往用事先约定的一组指标来评估仿真系统的结果；当所得仿真结果没有达到预期的理想效果时，人们往往不断改进仿真模型与仿真算法。例如计算机图形系统，用途可以是显示三维图形，查看它的真实感逼真显示效果就是人们主要关心的问题；模型的运动与操作(如游戏)，看它的操作性与故事情节等如何表达用户的情感与智能(简称好玩)就是人们关心的主要问题；机械设备的综合运动与仿真，考察所设计的复杂设备的工作性能就是人们关心的主要问题；电气系统的系统仿真，能考察系统工作参数如何设计以满足用户的不同需求；作战系统的仿真模拟，能考察作战人员的训练水平、武器性能、指挥作战方式对作战进程的不同影响与作战效能，等等。
(5) 努力把图形学所介绍的各种模型与算法(算法是对模型描述数据的加工与变换处理的步骤与方法，“计算机图形学”中的主要算法有各种线段图形的生成与实面积多边形的填充算法、着色算法、消隐算法、纹理映射算法、阴影算法，光线跟踪算法与辐射度算法)都编写成程序代码，这使读者能直接体验自己的学习效果，也是其它课程不容易做到的。编程时要考虑算法的复杂度，特别是按照软件系统的方法把编写的程序代码组成一个系统整体，这是形成成熟商品软件很重要的前提。显然，此时软件系统中的各种数学模型反映了仿真系统中研究对象之间的相互关系。
(6) 掌握“计算机图形学”打造的绘图工具，是可视化应用软件编程的重要基础。用“计算机图形学”知识研制的工具常用的有OpenGL与Direct3D等三维图形标准，虚拟现实建模语言VRML。而三维动画与CAD等软件可以看成是“计算机图形学”为影视制作、游戏建模与计算机辅助设计部门打造的专业计算工具。仅把图形标准与计算机绘图等应用当作“计算机图形学”很不完备，因为它不能在课堂教学中向读者正确、完整、系统地展示计算机图形学学科发展的基本规律，并人为地割裂了计算机图形数据模型的构造与显示这两个过程。
(7) 学会看中英文专业杂志等参考资料，这些参考资料记录了学科的发展历程与学科当前的研究热点(一本教科书不可能全部包含这些内容)，且是一种更重要、复杂、深入的学习研究方法，也是目前国内本科教育的弱项(因为国际上最新的研究成果多用英文发表)。只有这样，才能跟踪计算机图形学的最新发展并站在学科发展的前沿、才能开阔人们的视野并有所鉴别，便于读者日后针对用户的多种需求展开开创性创新或针对已有成果的不足、提出修补与改进等渐进性创新等学术研究活动。
(8) 勇于参与课程实践与项目开发，是巩固、检验所学知识、提高实际动手能力的好方法。实际软件开发工作往往是多种知识的综合应用，它需要对实际处理事务有一个比较透彻的了解(用户需求报告)、并建立这些待解决问题的数学模型与系统流程后才能有效进行(按照软件工程的方法组织实施)。
只有把自己开发的软件做成有效商品、服务于社会，才能使所学的知识转变成生产力，才能使自己得到升华；同时也应注意把自己的心得与研究成果总结发表，与人共享；还应参加学术活动，注意留意不同学术流派之间的观点、思想、方法与学术动态，取长补短，形成自己的风格，广结人缘，相互交流，为学科建设添砖加瓦。
(9) 一本计算机图形学教科书的容量使其只能介绍计算机图形学发展历程中产生的最基本、最经典的模型与算法，这些内容是人们耳熟能详的物理原理与相对简单的数学知识在计算机中的综合应用，太复杂的计算关系因会影响图形的显示速度而一般不采用；目前计算机图形学教科书的理论体系已成熟且“计算机图形学”的教学内容已经构成了一个大系统，这使“计算机图形学”的教学过程变得简单、容易。
4目前国内“计算机图形学”教育未受到重视的原因分析
既然如此，为什么目前人们感觉“计算机图形学”教育的受重视的程度不如数据库与网络通信等计算机应用软件呢？笔者认为其原因之一在于：这是因为“计算机图形学”造就的工具即图形标准的特殊应用环境要求限制了它在很大一部分应用程序中的具体应用；三维图形标准目前仅仅在游戏领域获得了商业上的成功，一些应用软件不调用图形标准也能自己绘图；国内的计算机应用程序可视化的开发要求暂时还较低；关键是作为学科领头羊的美国人目前还没有把“计算机图形学”课程作为计算机本科专业的核心课程，这是因为他们对“计算机图形学”课程的本质与其在计算机学科中的作用与地位认识不到位所致，美国人图形学这种教育现状(目前多以图形标准的原理讲授为主)和局限性与美国人在3D游戏、计算机动画、计算机辅助设计等应用软件的开发上执世界牛耳之地位不相称。
当然，早期计算机图形学教科书编写内容、体系的不够成熟，也影响了人们对“计算机图形学”课程的认识与学习的积极性。例如仅停留在数学公式与算法的层面上介绍二维、三维图形的生成而不注重其建模思想与方法的介绍，且人为的把物体几何模型的构建与其图形显示分解成“计算机辅助几何设计”与“计算机图形学”这两门课程，这直接导致图形学课程教学内容缺少被处理的图形显示对象，加之计算机课程与图形学的教育又没有软件系统的概念，这样安排虽然能满足图形标准等商业软件的发展需求，但却很难让初学者全面掌握“计算机图形学”学科系统性的概念、思想和方法与学科发展的基本规律――用数学模型的方法指导编程实践，在计算复杂性可接受的条件下，针对已有成果中存在的不足，不断用新的数学模型与仿真算法等方法对其进行改进，使图形学的数学仿真过程不断的逼近现实物体模型(包括刚体、软体、流体、气体)的构造、运动、变形、切割和拼接与反光效果的显示这一真实的物理变化过程。即初学者没有用计算机生成图形的完整概念，这也是以往人们认为计算机图形学课程难教、难学的主要原因。
由于“计算机图形学”的绘图原理不像数据库软件那样，数据库的功能可以被所有的应用程序所调用；也不像通信软件那样，所有要联网的计算机都离不开通信技术与网络技术，而计算机显卡工业、3D游戏、计算机动画、计算机辅助设计等产业的市场份额小于数据库与计算机通信等产业的市场份额，即应用软件的商业价值决定了它们在人们工作与学习中的地位。
参考文献：
[1] 魏海涛. 计算机图形学(第2版)[M]. 北京:电子工业出版社,2007.
[2] 魏海涛. 科学的构建‘计算机图形学’的教学内容,促进计算学科的全面发展[J]. 计算机教育,2008,(10).
