時間：2023-03-24 15:01:45
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇電氣系統設計論文，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
論文關鍵詞：消防系統，設計實例
1、前言
云南某千年古寺為國家重點文物保護單位，歷史上曾兩度遭遇火毀。2009年的地震導致古寺大部分建筑受損，現正進行統一修復，而消防系統設計與實施便是其中一項重要任務。
2、火災危險性分析
1）火災荷載大，耐火等級低
寺院以木材作為主要的建筑材料，以木構架為主要的結構形式，火災危險性極大，而建筑構件的耐火等級很低，并且由于寺院是建在山上，發生火災后火勢能夠迅速蔓延，極易形成立體燃燒。
2）建筑之間無防火間距，容易出現“火燒連營”
寺院以各式各樣的單體建筑為基礎，組成各種庭院。在庭院布局中，基本采用“四合院”和“廊院”的形式。這兩種布局形式都缺少防火分隔和安全空間，如果其中一處起火，一時得不到有效控制，就會形成“火燒連營”的局面。
3、消防系統設計
由于寺院存在上述火災隱患，而對其實施保護又具有極其重要的意義，因此，必須加強消防安全對策。古建筑消防安全不僅要以撲滅火災為第一目標建筑工程論文建筑工程論文，而且還要最大限度的保護古建筑的整體結構及形式。因此，火災探測技術及消防安全措施的選擇就顯得尤為重要，必須能夠因地制宜的達到早期探測和早期滅火。整個工程中消防系統包括消防電氣系統及消防滅火系統。
1）消防電氣系統設計
消防電氣系統包括火災自動報警及聯動控制系統、消防廣播系統、消防電話系統、應急照明和疏散指示系統[1]。
（1）根據本工程對火災自動報警及消防聯動控制系統的要求，經過認真細致的研究和論證，為該工程提供以下配置方案如下表1所示論文格式范文。
（2）根據《古建筑消防管理規則》及《火災自動報警系統設計規范》[2]，并參照故宮等國內古建筑領域的常用探測保護方式，在本次設計中采用了點型感煙探測、點型感溫探測、極早期吸氣式探測以及視頻火災探測。
其中，視頻火災探測系統是現代消防的最先進技術。本工程在大雄寶殿設置一套8路視頻火災探測系統，大雄寶殿空間高大，點式探測器不能滿足規范的設置要求，其他探測方式對古建筑的美觀及使用會有一定的影響，綜合以上因素，設置了視頻火災探測系統。它的特點是：
l系統不僅能夠探測煙霧，還能夠探測火焰
l能夠起到視頻監控的作用
l現場設備只有攝像機，安裝方便
l管線少，不破壞建筑結構
l能夠夜間探測
l能夠適用于如大雄寶殿這類大空間古建筑
表1消防電氣系統設置一覽表
序號
保護區域名稱
保護措施
火災自動報警系統
聯動控制系統
消防廣播系統
消防電話系統
應急照明和疏散指示系統
1
鼓樓
2
鐘樓
3
藏經閣
4
禪房
5
客堂
6
大雄寶殿
7
地藏殿
8
方丈室
9
圓通殿
10
后軒北院
11
齋堂
12
消防控制室
13
消防泵房
關鍵詞：挖泥船；泥泵離合器；智能控制；診斷
中圖分類號：U664.5 文獻標識碼：A
1 前言
隨著國內經濟的飛速發展，挖泥船的應用越來越廣泛，挖泥船大量用于河道疏通、挖沙清淤、吹填造地、筑路等，且隨著工程需要，通過泥泵離合器智能控制系統控制本地泥泵執行機構，實現挖泥、吹泥等不同的工況。現在大多數耙吸式挖泥船多采用主機“一拖三模式”，采用雙速比齒輪箱驅動泥泵，然后通過泥泵離合器智能控制系統操作合排，使主機驅動泥泵，進而實現多工況操作，本文就是針對這種雙速比齒輪箱離合器研究開發出的一套智能控制系統，該系統將獲取的狀態信號進行采點、運算、診斷后執行對泥泵的控制，該智能控制系統不但能很好的控制高低速檔合排、脫排，而且對合排過程中出現的故障能進行識別，并自行在診斷界面彈出故障點，能對離合器狀態實時監控，此外在合排前后能配合功率管理系統實施功率管理。
2 智能控制系統的設計研究
2.1 控制對象
泥泵離合器是耙吸式挖泥船泥泵傳動的中間連接核心部件，其結構如圖1所示。泥泵通過主機，以離合器為紐帶，通過控制驅動離合器合排使得泥泵實現轉速輸出。本文把離合器作為控制對象設計開發出一套智能控制系統，實現泥泵高、低速不同轉速切換輸出。
2.2 系統構成
根據系統的結構和控制不同特點，離合器控制系統可分氣壓系統和電氣系統兩大部分構成。
2.2.1 氣壓系統
氣壓控制是對離合器上的進氣通路進行控制以響應相應高速檔或低速檔氣路通斷的操作，系統由濾器、壓力表、恒壓器、蓄能器、壓力開關、電磁閥組件、消音器等組成，如圖2為氣壓控制系統的工作原理圖。其中，壓力表示氣源壓力，濾器是將空氣中的雜質過濾掉，通過減壓閥把壓力調到工作值，有一個安全閥保證氣源壓力不要過高，同時通過一個壓力檢測裝置監測低于工作壓力值時報警，按下合排按鈕后控制空氣通過兩位兩通閥和兩位三通閥和節流閥后進入蓄能器瓶，其中壓力監測裝置監測高速合排時壓力，壓力監測裝置監測低速合排時壓力，當滿足高速合排壓力或者低速合排壓力后，分別操作高速合排按鈕和低速合排按鈕進行合排操作，當有應急情況時，按下應急停止按鈕控制兩位兩通閥泄放控制空氣，離合器自動脫排。
2.2.2 電氣系統
該電氣系統通過采集功率管理系統、PCU主機推進系統、主機系統、液壓PLC系統、MIMIC系統、泥泵離合器系統、泥泵齒輪箱系統、泥泵系統、AMS全船報警系統等各系統發出的信號來獲得整個離合器的工作狀態，如圖3為電氣系統框圖。在對各個狀態做出判定后，可操作相應的離合器動作。電氣控制系統設計為三處控制模式，即可在機艙-離合器箱機旁控制，又可在集控室控制，也可在駕駛室-疏浚臺遠程遙控控制。離合器電氣系統為了確保可靠性，有DC24V及AC220V電路，控制系統的電源均為UPS電源，保障系統在主配電板失電情況下依然能保持工作及監視狀態，離合器系統信號均被采集到泥泵控制系統PLC柜，供全船的監控系統使用，此外系統還具有各種信號的報警功能，包括離合器電源故障、離合器主空氣壓力低、離合器控制空氣壓力低、離合器堵塞、離合器滑差、離合器緊急停止、離合器裝置故障等。
2.3 軟件系統
系統控制軟件是整個智能控制系統的控制神經中樞，是系統的重要組成部分，根據不同船型選用合適的PLC控制模塊作為控制單元，并能與上位機構成復雜的控制系統，離合器的合排/脫排聯鎖由泥泵控制系統PLC執行，泥泵離合器智能控制系統服務器方將各個系統信號采集處理后傳送到泥泵PLC柜控制中樞的客戶方，客戶可在SCADA界面監測到整個系統狀態圖，進而進行操作。
2.3.1 系統設計的安全性-診斷保護
為了確保整個“一拖三”泥泵離合器智能控制系統的安全性，避免誤操作引起離合器及相關設備損壞，在實際設計中采用多信號互相聯鎖診斷控制，只有在滿足條件情況下方能操作離合器高低速檔合排，只要有脫排操作條件，離合器將合排不成功。
2.3.2 系統高低速合排操作執行
智能控制系統對離合器的控制過程就是采集各系統發出的信號進行邏輯運算與判斷，再根據不同工況來控制各個電磁閥的得電與失電，實現高速檔或低速檔氣路的通與斷，從而充氣泥泵氣胎離合器，推動泥泵齒輪箱和主機連接共同運動，完成輸出泥泵轉速的過程。當離合器合排條件吻合后，按下“低速”合排按鈕，低速比離合器將合上；按下“高速”合排按鈕，離合器高速檔將合上。
3 應用情況
廣州文沖船廠為上海航道局建造的科技含量非常高的萬方大型耙吸式挖泥船 “新海牛”、“新海馬”，分別于2009年11月、2010年2月交付使用，而后同類型挖泥船“新海虎4”、“新海虎5”也分別于2011年9月、2011年12月交付使用。該4艘挖泥船參加了長江口深水航道治理、唐山曹妃甸、天津臨港工業區等重點工程項目建設，并成功進入美洲等海外地區，4艘挖泥船均采用了本文所述的泥泵離合器智能控制系統，該系統性能安全穩定，施工可靠，操作和診斷方便，達到了國際同類產品的先進水平，船東對此智能控制系統及診斷流程十分滿意。
該系統具有如下特點：模塊化設計；采用PLC程序；控制箱采用可靠的UPS電源，保障斷電情況下泥泵離合器不會脫排導致泥漿罐在泥管里；具有多處控制操作功能，可在本地機旁控制、集控室控制、駕駛室控制；系統具有簡單友善的診斷界面，減少工作人員故障診斷反應和處理時間等，大大提高了設備使用的安全性，減少工作人員勞動強度。
4 結論
隨著船舶自動化程度越來越高和設備的增加，原有的控制系統設計已滿足不了設備的兼容性和存在安全漏洞，為有效的減少設備操作流程，減輕施工人員工作量及提高系統安全性，我們研制了本文所述的離合器智能控制系統，它很好的適應了目前耙吸式挖泥船雙速泥泵齒輪箱的特點，既具有高、低速合排診斷功能，又有泥泵在單泵高檔、單泵低檔、雙泵高低檔串并聯控制診斷功能，并給疏浚臺操作人員提供簡潔的可視化信息界面和故障處理信息界面，由于簡化了施工和故障診斷操作，勞動效率大大提高，進而縮短了施工項目完成時間，為船東產生了巨大效益，同時也產生了巨大的社會效益。
參考文獻
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【關鍵詞】樓宇大廈 供配電 風光互補 節能
1 問題提出
隨著經濟的迅速發展，人們生活水平的提高，對建筑物的功能需求越來越高，對電能的要求也就更高，帶來的能耗也隨之增多。在全球能源危機，不可再生能源日益減少的背景下，我國提出節能環保，可持續發展戰略，建筑節能是貫徹可持續發展戰略的一件大事，而電氣系統作為建筑物最主要的能耗，加強對其的節能已勢在必行。
2 功能需求與總體方案
2.1 節能型樓宇大廈的供電需求
供電設計應根據用戶的設備容量使用要求進行設計。對于用電質量很高的樓宇大廈，分別從城市電網引兩路10kV高壓電源，一用一備，采用高壓電纜埋地引入高壓配電房。同時根據用電設備的需求特性，確定負荷等級。對于特別重要的負荷采取雙電源雙回路專用電纜供電，并就地設置UPS電源供電。也可以使用風光互補發電加儲能設備進行供電，并在最末一級配電箱處設置自動切換裝置。其他一二級負荷也采用雙電源供電。通常情況，對于照明負荷供電均采用風光儲系統供電，當蓄電量不能滿足用電負荷時，切換到城市電網供電。
2.2 節能型樓宇大廈的配電需求
高壓配電接線方式為單母，兩路電源一用一備分別對低壓配電所配電，低壓段采用單母線分段運行，配電采用220/380V放射式與樹干式相結合的方式，對于單臺容量較大的負荷采用放射式供電，對于照明及一般負荷采用樹干式與放射式相結合的供電方式。
2.3 節能型樓宇大廈整體供配電設計
通過對樓宇大廈供配電功能需求分析，結合用戶對用電設備的需求，得到樓宇大廈電氣系統基本組成如圖1所示。
由圖1可知，樓宇大廈建筑電氣系統組成主要有供配電系統、照明系統、消防系統、空調系統、電梯系統、以及給排水系統等。合理設計、動態控制及管理各個子系統能量需求，是樓宇大廈節能的重要工作。
3 供配電節能設計
本系統設計以具體工程為例，工程大廈地上12層，地下2層。建筑高度54.9m米（室外地面至屋頂構架）。建筑面積77756.9m2。項目屬于一類高層建筑。就地下1、2層展開節能設計。
3.1 結合節能元素的照明系統設計
對于室內場所的照明主要選擇節能型熒光燈及低功耗LED燈，選用的照明光源、鎮流器的能效符合相關能效標準的節能評價值。最新頒布的《建筑照明設計標準》GB50034-2013相比《建筑照明設計標準》GB50034-2004，在6.1節和6.2節對照明節能作了一般規定，并且給出了具體的照明節能措施。規定照明節能應采用一般照明的照明功率密度值（LPD）作為評價指標，提出在滿足規定的照度和照明質量要求的前提下，進行照明節能評價。
照明設計計算主要依據《照明設計手冊》第二版，照度計算采用利用系數法，該方法考慮到光源直接照射和經室內反射到工作面上的光通量，計算結果比較準確，再根據選擇的燈具容量及鎮流器功率，計算工作平面上的照明功率密度值，并與節能目標值比較，具體結果如表1所示。
由表1可知，室內主要場所照明的實際照度均大于標準照度的要求，實際功率密度也均小于標準規范功率密度的節能目標值，照明設計滿足節能要求。
3.2 結合節能元素的動力系統設計
在樓宇大廈動力系統中，電機拖拽系統是主要的能耗部分，其主要節能方法利用變頻調速控制方式，根據系統控制對象需求，調節輸入電源頻率，通過調節電機轉速使整個電機拖拽系統達到輸入與輸出間動態平衡，從而達到提高系統功率因素，節能降耗。在采取變頻調速控制的基礎上，各子系統還有其他的節能措施。就空調系統的節能設計來說，2004年頒布施行的《采暖通風與空氣調節設計規范》GB50019-2003相比于2001年C布施行的《采暖通風與空氣調節設計規范》GBJ19-1987，在第八章監測與控制中明確提出對采暖、通風與空氣調節系統應設置監測與控制系統，采用集中監控系統可合理利用能量實現節能運行，2005年7月頒布實施的《公共建筑節能設計標準》GB50189-2005在第五章對空調系統的節能設計做了明確規定，并根據09CDX008-3《建筑設備節能控制與管理》圖集，設計空調控制系統。電梯系統還可采用電梯群控技術，通過對樓宇大廈內部多部電梯進行合理調度分配管理，防止電梯長期運行在空載或輕載工況下，降低電梯系統能耗。電梯回饋技術，將電梯輕載上行和重載下行運行過程中產生的一部分電能反饋到供配電系統中，供其他用電設備使用。
3.3 結合節能元素的變壓器設計
3.3.1 合理選擇變壓器容量和數量
變壓器容量按變壓器所帶用電負荷來選擇，與負荷特性匹配，并合理分配負荷，力求三相平衡。變壓器臺數選擇，依據《供配電系統設計規范》GB50052―2009中第3.3.1條，本工程均為一級二級負荷，所以選用兩臺或兩臺以上變壓器。綜合考慮投資和運行費用，變壓器主接線采用單母線分段，確定變電所1變壓器T1、T2容量為2000KVA，變電所2變壓器T3、T4容量為1600KVA。
3.3.2 選用節能型變壓器
2008年頒布施行的《民用建筑電氣設計規范》JGJ16-2008相比于已廢止的《民用建筑電氣設計規范》JGJ/T 16-1992，在配電變壓器選擇一節中，明確規定配電變壓器選擇應根據建筑物的性質和負荷情況、環境條件確定，并應選用節能型變壓器。節能型變壓器中鐵損很小，將有效減少變壓器輸配電過程中的電能損耗。課題采用SCB10-10/0.4kV系列的干式變壓器。
3.3.3 選用D，yn11接線組別變壓器
樓宇大廈節能燈、熒光燈、計算機、變頻空調、鎮流器、UPS電源等的大量使用，會產生很大的三次諧波。因此，配電變壓器宜選用D，yn11接線組別的變壓器，能有效限制三次諧波，也能降低三相系統中的零序阻抗。
3.4 結合新能源利用供電靈活切換
目前風光互補發電效率較低， 無法完全滿足樓宇大廈的電力需求，因此需要市電和風光互補發電共同為居民供電。在用電低谷時，用戶可以直接從電網取電；用電高峰時，切換到風光互補系統蓄電池供電，蓄電池為重要負荷及照明負荷供電，當控制器檢測到蓄電池電壓不能滿足用電負荷使用時，切換到城市電網供電，并根據風光條件與用電負荷合理配置風光互補發電系統，風光互補發電系統基本組成如圖2所示。
4 計算機輔助工程設計
4.1 照明系統
課題在建筑條件圖的基礎上對地下一二層照明進行設計，室內公共場所的照明選用節能型T5熒光燈，疏散指示燈采用低功耗LED光源，根據表1的計算結果進行照明平面圖繪制。公共場所照明，可采用樓宇自控系統，樓梯間采用節能延時自熄開關控制。照明控制根據功能要求采用分組、分區、動靜控制、時間控制、光敏調節照度或開關等方式。照明配電系統圖如圖3所示，車庫照明回路設接觸器，并接入樓宇自控系統（BA）。
4.2 動力系統
對功率大于4KW的電動機（除消防設備）均采用變頻降壓啟動控制，以節約能源。并采用樓宇設備自控管理系統對空調設備、水泵、各類風機及其他用電設備進行能量自動控制、自動調節、實時監察，以實現最優化運行，達到集中管理、程序控制和節約能源等目的。動力配電系統圖如圖4所示。
4.3 低壓配電系y
低壓配電系統采用兩路10kV電源進線，一用一備，兩路進線開關不能同時閉合。正常工作時只用1#主進線，2#進線備用。在低壓配電柜及饋線柜設多功能儀表，支持RS485通信，MODBUS協議，可接入多種軟件通訊系統，通過智能聯網設計，可在人機界面實時觀察動態用電情況。
5 總結
課題以某12層大廈為研究對象，結合建筑電氣設計相關新舊標準規范及樓宇大廈主要能耗，分析樓宇大廈電氣節能技術，對樓宇大廈供配電系統進行節能設計，并結合工程案例進行具體分析。同時，引進新能源領域風光互補發電系統，為樓宇大廈的供電提供了多種渠道，減少用電高峰對城市電網的用電。
參考文獻
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關鍵詞：建筑電氣；設計；
中圖分類號：TS958文獻標識碼： A
首先，它可應用于建筑。智能化建筑的發展必然離不開電氣自動化,隨著我國國民經濟的飛速發展以及數字電子化科技發展,高檔智能化建筑無疑已經成為當今建筑界的主要發展方向。自然達到合理利用設備,在資源方面，人力的節省就有了建筑設備的自動化控制系統。智能化建筑內有大量的電子設備與布線系統。這些電子設備及布線系統一般都屬耐壓等級低,防干擾要求高,是最怕受到雷擊的部分。智能建筑多屬于一級負荷,應該設計為一級防雷建筑物,組成具有多層屏蔽的籠形防雷體系。
其次，它也可以應用于凈化空調設備。凈化空調系統控制自動監控裝置,可以設計成單個系統的測量、控制系統,也可以設計成以數字計算機控制管理的系統。在溫度控制方面，凈化空調系統采用DDC控制。裝設在回風管的溫度傳感器所檢測的溫度送往DX一9100,與設定點比較,用比例加積分、微分運算進行控制,輸出相應電壓信號,控制加熱電動調節閥或冷水電動調節閥的動作,控制回風溫度應保持在18-16度之間,從而使得潔凈室溫度符合GMP要求。在濕度控制方面。裝設在同風管內的濕度傳感器所檢測的濕度,送往控制器與設定濕度比較,用比例加積分運算控制,輸出電JK信號,控制蒸汽電動調節閥的動作,控制回風濕度應該保持在45%-65%之間,這樣潔凈室濕度方能滿足GMP要求。
一、建筑電氣概述
建筑電氣技術是以電能、電子、電器設備及電氣技術為手段來創造、維持和改善人民居住或工作的生活環境的電、光、聲、冷和暖環境的一門跨學科的綜合性的技術科學。它是強電和弱電與具體建筑的有機結合。
隨著科學技術的發展和人民生活水平的不斷提高，人們對有關供配電、照明、消防、防雷地通信、網絡等系統的要求越來越高，使得建筑開始走向高品質、多功能領域，并進一步向多功能的縱深方向和綜合應用方向發展。
建筑電氣設計是在認真執行國家技術經濟政策和有關國家標準和規范的前提下，進行工業與民用建筑建筑電氣的設計，并滿足保障人身、設備及建筑物安全、供電可靠、電能節約、技術先進和經濟合理。
二、建筑電氣設計的概念
1.1設計的概念
設計是一個構思表達、再構思表達、反復推敲、不斷深入發展和進行評價的過程。基本上可以概括為博覽、創意、構思、表達等幾個階段。設計過程從一開始到深入下去，各階段思維的廣度、深度都不同，表達方式、工具也可能是多樣化的。表達方式和工具要適應思維的速度，推動思維發展成熟。
1.2服務的對象
設計是為甲方（業主）的功能需要服務的，也是為施工單位的施工需要服務的。在滿足國家有關規定的前提下，設計人員應樹立服務意識、樹立合作觀念、樹立敬業精神。對建筑電氣專業的設計人員而言，妥善處理與各個專業之間的關系是十分重要的事情，在協調上所用的時間甚至可能超過埋頭設計的時間。
部分工程（特別是規模較小的工程）不按建設程序辦事，私雇資質等級不符合要求的設計人員及施工單位（或個體戶）設計或承包工程。由于設計和施工人員技術水平有限，致使一些安裝工程達不到規定指標的要求。
三、電氣自動化控制系統設計的一般原則和設計思想
（一）設計原則
1、最大限度滿足生產機械和工藝對電氣控制的要求。生產機械和工藝對電氣控制系統的要求是電氣設計的依據，這些要求常常以工作循環圖、執行原件動作節拍表、檢測元件狀態表等形式提供，對于有調速要求的場合，還應給出調速技術指標。其他如啟動，轉向、制動、照明、保護等要求，應根據生產需要充分考慮；2、在滿足控制要求的前提下，設計方案應力求簡單，經濟；3、妥善處理機械與電氣的關系。很多生產機械是采用機電結合控制方式來實現控制要求的，要從工藝要求、制造成本、結構復雜性、使用維護方便等方面協調處理好二者的關系；4、正確合理地選用電器元件；5、確保使用安全、可靠；6、制造美觀、使用維護方便。
（二）設計思想
1、集中監控方式。集中監控方式不但運行維護方便，控制站的防護要求也不高，而且系統設計也很容易。但由于這種方式是將系統的各個功能集中到一個處理器進行處理，所以處理器的任務相當繁重，處理速度也會受到一定的影響。由于電氣設備全部進入監控，致使主機冗余的下降、電纜數量增加，投資加大，長距離電纜引入的干擾也可能影響系統的可靠性。同時，隔離刀閘的操作閉鎖和斷路器的聯鎖采用硬接線，由于隔離刀閘的輔助接點經常不到位，這也會造成設備無法操作。這種接線的二次接線比較復雜，查線也不方便，而大大增加了維護量，還存在在查線或傳動過程中由于接線復雜而造成誤操作的可能性。
2、遠程監控方式。遠程監控方式具有節約大量電纜、節省安裝費用、節約材料、可靠性高和組態靈活等優點。但由于各種現場總線的通訊速度不是很高，使得電廠電氣部分通訊量相對又比較大，所以這種方式大都用于小系統監控，而在全廠的電氣自動化系統的構建中卻不適用。
3、現場總線監控方式。目前，對于以太網(Ethernet)、現場總線等計算機網絡技術已經普遍應用于變電站綜合自動化系統中，而且已經擁有了豐富的運行經驗，智能化電氣設備也有了較快的發展，這些都為網絡控制系統應用于發電廠電氣系統奠定了堅實的基礎。現場總線監控方式使系統設計更加具有針對性，對于不同的間隔可以有不同的功能，這樣就可根據間隔的情況進行設計。這種監控方式除了具有遠程監控方式的全部優點外，還可以減少大量的隔離設備、端子柜、模擬量變送器等，而且智能設備就地安裝，與監控系統通過通信線連接，節省了大量控制電纜，節約了很多投資和安裝維護工作量，從而降低成本。此外，各裝置的功能相對獨立，組態靈活，使整個系統具有可靠性而不會導致系統癱瘓。因此現場總線監控方式是今后發電廠計算機監控系統的發展方向。 轉貼于 中國論文下載
四、結束語
近年來我國經濟發展迅速，建設項目日益增多。隨著人們生活水平的提高，電氣安裝工程的質量要求也越來越高，它不僅要滿足照明、家電用電量、安全用電等需求，更注重其美觀、實用、方便的使用效果。這就要求設計師在設計時就要設身處地的為人們的實際生活考慮，力求設計的完美和實用效果。
參考文獻
[1]JGJ/T16-92民用建筑電氣設計規范[S].
關鍵詞：高層建筑，防火安全，室內消防設計
環境藝術設計，包括了建筑建筑設計、園林設計、以及室內設計。室內設計是為了滿足人們生活、工作的物質要求和精神要求，進行內部環境設計，也人的生活有著親密的關系。以至于最近幾年有著突飛猛進的發展。
但是很多人為了追求美觀和舒適度，大部分都忘了一個小環節，那就是消防設計。消防設計是：為保證電力工程安全生產，防止或減少火災危害，保障人身和財產安全，采取的綜合性防火技術措施和應急消防裝備的統籌規劃和安排。在澳大利亞，美國，意大利等一些室內設計發展比較早的國家很重視這個環節，但在我國內的一些小城市還沒有被完全普及。，高層建筑。，高層建筑。目前只有大中型城市的一些娛樂場所、酒店、機場等大型工裝在室內消防設計這塊做的還比較完善，在我們家裝設計和園林還不大被人重視。，高層建筑。，高層建筑。大的園林和高層建筑更要注重消防設計。，高層建筑。，高層建筑。
建筑消防設計設計條件大致分為：
（一）、建筑部分
1、熟悉建筑資料，了解建筑性質及分類（該建筑屬于幾類高層建筑？主要作為消防系統設計依據）；
2、熟悉建筑平面及功能布置，確定用水點（排水點）位置；
3、通過對整體建筑進行給排水（含屋面雨水）初步布置確定建筑布局是否合理？如不合理在那些部分需要修改（主要為設備間尺寸、管道井位置及數量、用水點盡量上下對齊、配電間移位等）？
（二）、電氣部分
1、根據建筑布置確定電氣系統（主要為總配電室和分層配電間）是否對給排水系統布置有影響；
2、對弱電系統采用同樣方法處理；
3、對建筑布置殊功能房間采用同樣方法處理；
4、如上述布置對給排水系統布置有影響應提出合理的修改意見。
（三）、給排水部分
1、根據建筑條件選擇相關建筑給排水設計規范；
2、初步確定設備間布置地點（規格是否合理）？
3、根據建筑布置熟悉各給水點（生活冷水系統、熱水供應系統、消防給水系統等）位置；
4、根據建筑布置熟悉各排水點（生活污水系統、消防后事故排水系統、屋面雨水系統等）位置；
5、初步確定屋面（含各分區）生活或消防水箱設置位置；
6、熟悉或初步確定各管道井（盡量相對分散布置）位置。
二、設計步驟
（一）、建筑給水系統
1、確定建筑給水引入點（一般為兩點引入）及控制方式[一般為兩閥（閘閥、止回閥各一）一表]；
2、根據市政給水資料確定采用市政給水余壓供水區間（一般為從建筑地下部分至上部三-四層）；
3、根據建筑功能分區和用水點資料確定建筑上部生活給水系統分區（一般分區原則為按建筑高度35-60米分區，建筑要求供水等級越高則分區建筑高度越小；另外要考慮相同建筑功能的空間盡量在相同供水分區內）；
4、確定屋面（含各分區）生活或消防水箱設置位置（水箱容積及形狀規格等根據計算結果確定）；
5、根據給水分區對各用水點進行優化的給排水平面布置（各分區給水立管可以設置在一個管道井內方便檢修維護；除特殊要求外一般不考慮分層給水計量；除特殊要求外一般應考慮分層給水控制；給水管線布置應水力條件良好；確定給水管線材質-方便水力計算查相應水力計算表）；
6、標注給水立管編號并繪制管道井大樣圖，注意分層給水支干管應與相應分區給水立干管連接；
7、根據給水管線平面布置繪制給水軸測圖，編制給水水力計算表（注意是否有集中熱水供應；一般只需要對有代表性的給水管線進行詳細的水力計算，其它可以根據該計算結果參考確定流量、管徑、水頭損失等參數）；
8、根據水力計算結果確定整個建筑給水系統的管徑（避免片面根據計算結果頻繁變換管徑）；根據水頭損失計算資料確定建筑給水設備所需要的設計揚程（最上區應考慮屋面消防水箱采用生活水泵供水）；根據流量計算資料確定建筑給水設備所需要的設計流量；
9、如建筑有設置中水系統要求其系統設計參考以上步驟；
10、圖紙完善及設計和計算資料整理。
（二）、建筑排水系統
1、根據市政排水資料確定建筑排水的總體走向（建筑污水匯集后一般通過局部污水處理構筑物-化糞池后排入市政排水管網，根據建筑規模化糞池可以多處設置；注意室外排水檢查井設置間距要求和污水流經化糞池等構筑物存在局部水頭損失）；
2、根據市政排水情況和建筑功能確定排水體制（即排水系統是否采用分流制-如建筑設置有中水系統則必須分流）；
3、根據建筑給水系統布置進行優化的排水系統平面布置（排水系統一般不分區，一般需要設計專用或共用輔助通氣立管；排水立管應盡量上下取直貫通；排水立管中部、下部及出戶橫管處應設置專用消能管件；建筑中下部排水水封應安全可靠-一般選擇S型水封；排水管件一般選擇自帶檢查口型）；
4、對建筑地下部分進行排水管線平面布置（除正常排水點外設備間等一般應設置集水井排可能出現的積水-采用潛污泵提升排除）；
5、確定排水管線材質（一般選擇金屬管材或加厚塑料管，排水出戶橫管最好選擇金屬管-做加強防腐措施）；
6、繪制排水系統軸測圖，進行排水系統水力計算（主要確定排水管徑、敷設坡度、專用通氣管管徑；排水管出戶標高應根據建筑的基礎結構資料和市政排水資料確定）；
7、建筑室外排水系統的優化平面布置及水力計算（主要確定排水管徑、敷設坡度、埋設深度）；
8、圖紙完善及設計和計算資料整理。
（三）、建筑雨水系統
參考建筑排水系統和雨水排除系統（教材資料）設計（屋面雨水經雨水斗收集后通過雨水立管排建筑戶外雨水井與室外雨水系統匯集，雨水立管一般設置在建筑室內專門雨水管道井內；注意暴雨強度公式選擇和重現期確定）。
部分普通高層建筑室內雨水系統一般由建筑專業考慮。
（四）、建筑消防系統
嚴格執行現行《高層建筑防火設計規范》。
根據建筑等級和功能要求進行消防系統設計（主要為建筑消火栓給水系統、噴淋給水系統、消防器材配置等，其它消防系統暫不考慮）。
高層建筑給水排水系統設計的要點就是將高層建筑進行經濟合理的分區，每個分區既相對獨立又存在有機聯系；在設計過程中可以將該高層建筑理解為每一個分區就是一棟普通多低層建筑。
參考文獻
（1）《建筑給水排水設計規范》GB50015-2003
（2）《建筑設計防火規范》GBJ50016-2006
（3）《建筑排水硬聚氯乙烯管道工程技術規程》CJ/T29-98
（4）《節水型生活用水器具》GJ164-2002
（5）《自動噴水滅火系統設計規范》GB50084-2001
1 南京航空航天大學電氣工程專業產學研結合現狀
南京航空航天大學電氣工程專業為國家級特色本科專業、國防特色重點專業、江蘇省品牌特色專業、江蘇省“十二五”重點專業以電氣工程領域為對象，注重計算機科學、控制理論和信息科學在電氣工程各領域中的應用，具有廣闊的發展前景，相關研究領域在國內具有重要影響力。該專業設有電力電子與電力傳動、電機與電器、電力系統及其自動化三個方向。培養具有電氣工程領域較寬廣的專業基礎知識和工程技術基礎，具有較好的電氣分析、電氣設計、電氣系統設計、電氣系統運行、科學研究、技術開發和管理工作能力的適應國民經濟建設特別是航空航天、國防工業和新能源產業發展的高素質的電氣領域的高級工程技術人才。
作為南京航空航天大學這樣一所重點大學，重點是培養研究型人才，進行知識創新活動，最終目標是為社會服務，高校通過產學研合作，不僅能夠解決學校教育與社會脫節問題，縮小學校和社會對人才培養與需求之間的差距，增強學生在社會的競爭力，而且也能夠促進科技發展。近年來，南京航空航天大學開展了較多廣泛且有效的產學研合作與實踐，尤其在電類領域的合作，效果較為顯著。通過合作，實現了將技術攻關、成果轉化、平臺共建、人才培養、干部交流等全方位的合作，實現了互利共贏，助推了經濟發展。以南京航空航天大學與無錫市開展風電領域政產學研合作為例，自合作以來，無錫市委書記楊衛澤率領無錫市黨政代表團先后兩次訪問學校，并就政產學研合作事宜與學校的領導深入交流。而且，學校黨委書記崔銳捷、校長朱荻等校領導也多次帶領學校相關部門負責同志及部分專家走訪無錫市惠山區，實地考察區域經濟發展，探索合作模式，推動政產學研合作。②
2 電氣專業產學研結合的思考及具體做法
電氣專業是電氣信息領域的一門學科，由于和人們的日常生活以及工業生產密切相關，成為高新技術產業的重要組成部分，觸角伸向各行各業，小到一個開關的設計，大到宇航飛機的研究，都有它的身影。這個專業的學生能夠從事與電氣工程有關的系統運行、自動控制、電力電子技術、信息處理、試驗技術、研制開發、經濟管理以及電子與計算機技術應用等領域的工作，是“寬口徑”、“復合型”高級工程技術人才。該領域對高水平人才的需求很大，正是由于社會大量的需求，不言而喻，電氣專業培養學生的素質與質量，對該個專業領域，乃至我國國民經濟領域的發展影響也是極其重要的。那么，培養出來的學生是否被社會所接納，被企事業單位所需求，需要我們高校在培養學生時要制定合理的培養目標、培養模式，因此，產學研的結合，為高校的學生培養、學科發展提供了良好的契機。
2.1 產和研的結合
企業有較好的生產能力，但科技含量低，科學研究創新不夠，如果要想在激烈的市場競爭中脫穎而出，甚至立于不敗之地，需要把高校的知識資源和科技研究成果可以很好地轉化，技術上進行創新。而作為高校，是服務發展的主體，是科學知識的生產者和提供者，對科學知識的傳播、整合和流通起著重要的推動作用。高校在搞科研的目的也是為生產服務、為社會服務。產學研結合就是充分利用學校與企業、科研單位等多種不同教學環境和教學資源以及在人才培養方面的各自優勢，建立良好的互動，把以課堂傳授知識為主的學校教育模式與直接獲取工程經驗、實踐能力為主的生產、科研實踐有機結合，才能適時調整學生的培養模式，使學生獲得良好的實習機會和實習場所，讓高校培養出來的學生更容易走上社會，被企業所需求。電氣工程專業就是一個實踐性很強的專業，能夠解決電氣工程技術分析與控制等實際生產問題。
但是，在產學研合作中，高校在科研管理機制上存在一些問題，主要表現在：（1）科技成果轉移渠道不暢。很多企業拿著大量資金尋找科技創新成果，而高校的科研成果又轉移不出去，導致了高校、企業、科研院所等各方科技資源分散，浪費精力、物力和人力。（2）科研人員考核制度不利于成果轉化。當前，高校普遍采用職稱和職務等級發放科研津貼的，而職稱職務的獲得，主要是看權威性期刊的數量、申請的項目獲得的獎勵，專利情況等，對于科技成果能否實現產業化問題很少重視，致使高校老師很多科技項目申請后，過多地偏重于技術與理論，與社會需求脫節，大部分科研成果很多是只申請了專利，或者發表了論文的水平上，實際應用產出的效果不高。另一方面，當前部分教授評職稱前，發論文，申報項目，有較多的研究成果，但職稱評定后，科研動力不足，研究成果停滯不前，更多的是享受這個教授待遇，從而導致研究資源流失。（3）科技成果推廣機制不完善，重視不夠。高校由于學科建設發展需求、整體實力提升等眾多因素影響，學校科技部和老師的關注點在于國家或省部級重大項目的申報上面，比如國家自然科學基金、國家級973、863等重大項目課題、各項科研成果獎勵申報，而對真正獲得的科技成果，如何將其轉化投入不夠，重視不足。
因此，在高度重視產學研合作的同時，更應該要結合學科、科研特色和優勢，充分發揮科研管理制度對科技創新的激勵、支持和引導作用，要進一步搭建平臺，發 揮政府的作用，與政府、企業、科研院所及高校，產業四力強強聯合，不斷推動產學研協同創新的形成和發展，為科學技術的研究和創新做出貢獻。
2.2 學和研的結合
隨著電子、計算機、通信和信息等技術在電力行業的廣泛應用和發展，給電氣專業的學生帶來了很好的發展機遇，這就需要高校培養出的電氣專業學生，需要具備一定的科研能力，能夠獨立承擔相應研究方向的科研課題。首先，讓學生參與到老師的科研當中。從我校電氣專業學生培養來看，學生實行“導師制”，對于優秀的學生，從大學開始就跟隨導師做相應的課程設計，等到了研究生階段，不僅能夠很早，而且將課題研究有延續性，能更好地做出科研成果，培養科研能力。第二，讓學生參與到各種科技創新比賽，老師進行指導，培養了學生的獨立科研能力和科技創新能力。
產學研合作教育是培養具有創新精神和實踐能力的高素質學生的重要途徑。近年來，我校電氣工程專業畢業設計課題，以及研究生課題，有80%的題目與產學研基地的實際和教師科研課題緊密結合，有部分學生直接參加教師承擔的課題。通過多種渠道，不僅可以使學生更深入接觸工程實際，增強實際工程意識，提高綜合實踐能力，在完成自己學業任務的同時，培養了科研創新能力和實踐能力，
2.3 產和學的結合
人才培養是高校教育的發展之路。經濟社會的發展對人才的需求是多種多樣的，精英教育、大眾化教育是高等教育的兩個方向。精英教育培養拔尖人才，大眾化高等教育培養各級各類專門人才，各具功能，不可替代。學校應根據不同的社會需求進行科學、準確的定位，確立自己的發展方向，形成有特色的人才培養模式、培養目標、培養方法和質量標準。③
電氣專業的學生培養，需要保持和加強原有專業特色和優勢，培養學生較強的工程實踐能力，提高學生的就業競爭力。在實際操作中，學校應因材施教，引入各類培養機制，如結合產學研的合作平臺，一是和企業聯系，為學生提供相應的實習基地;另一種則是根據企業的需求，企業的科研方向，制定我們培養學生的目標、模式及課程體系。如開設專門的“卓越工程師”班，單獨組織學生完成一門企業課程授課，一次企業參觀實習，一次“工程技術講座”。除此之外，每年暑假，我校的電氣專業與陜西航空電氣有限公司、陜西西航動力股份有限公司、河南許繼集團、南京機電液壓工程研究中心等多個校外產學研合作教育基地開展合作，這些企業每年為電氣專業學生提供實習條件，提供合作科研項目。
3 總結
電氣工程專業行業屬于高精尖端行業領域，尖端人才的培養十分重要，它的社會需求較廣，而培養這樣的優秀人才，就需要高校制定適合社會需求的人才培養模式，通過產學研合作的模式，讓學生、教師有良性發展，才能促進電氣學科的發展，而外部則需要社會與企業的需求，產學研的結合便是達到這一目標的良好途徑。
基金項目：南京航空航天大學基本科研業務費青年科技創新基金-高校科研管理中產學研協同創新機制研究（資助編號：NR2013029;項目負責人：李潔）成果之一
注釋
關鍵詞：實驗教學；研究生；電氣工程
作者簡介：解璞（1977-），女，河北定州人，軍械工程學院車輛與電氣工程系，副教授；趙錦成（1962-），男，陜西西安人，軍械工程學院車輛與電氣工程系，教授。（河北 石家莊 050003）
基金項目：本文系軍械工程學院教學研究課題（課題編號：Jxlx1382）的研究成果。
中圖分類號：G643 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）25-0155-02
實驗教學對于培養學生實踐能力和創新能力具有不可替代的作用。[1]軍械工程學院電氣工程學科針對裝備供電“安全、可靠、優質”的軍事需求，圍繞裝備電氣系統中電能的發、輸、配、變、控、管、用等技術環節，以提高電氣裝備的性能和維修保障能力為目標，研究裝備電氣工程新理論、新技術和新方法，體現為機械與電氣、強電與弱電、設備與系統相結合，技術內涵有別于民用電網，具有明顯的軍事特色和學科特色。本學科要求研究生除需熟悉電氣工程學科的科學研究方法，具有獨立獲取新知識以及從事科學研究的能力，還應掌握較強的實驗技能和解決實際問題的能力。
研究生的實踐能力和創新能力是衡量研究生培養質量的重要指標。實驗教學是電氣工程學科教學的重要環節之一。然而，相比于課堂教學和學位論文研究，實驗教學一直是研究生培養工作中亟待加強的環節。[2]重理論輕實踐，致使大部分研究生理論水平很高，但動手能力和解決實際問題的能力欠缺。因此如何優化實驗教學內容，豐富實驗教學方法，打造實驗教學平臺，培養出綜合性、創新型人才是實驗教學的關鍵。
一、傳統實驗教學存在的主要問題
目前研究生的實驗教學沒得到足夠重視，導致很多研究生實驗課程變成了一種形式上的教育，成為研究生用來“混學分”的課程。究其原因，目前研究生實驗教學主要存在以下不足之處。
1.實驗內容設置欠合理
目前大多研究生實驗沿用本科方式，依據理論教學的需要而設置，所開設實驗中原理性、驗證性的基本實驗內容較多。由于受經費及現有實驗條件的限制，針對裝備電力系統發、輸、配、變、用等各個環節電能的測量、調節、補償、控制則只能部分地進行演示性實驗，無法反映電力系統的動態環節，不同程度脫離工程實際和裝備實際。另外，與研究生創新能力培養息息相關的綜合性、設計性實驗數量相對較少，實驗內容趨簡避繁，從而導致研究生只能進行低水平的重復實驗，而缺乏對其創新性思維的培養。
2.實驗教學方法不足
傳統實驗教學方法是教師在課堂上講授實驗內容、演示實驗操作，再讓學生在規定時間內按照固定實驗步驟進行實驗。這是一種灌輸式的教學模式，比較局限與死板。研究生大多只是忙于完成實驗內容，而對實驗原理及實驗過程中出現的問題沒能進行獨立而深入的思考。該教學模式嚴重制約了研究生的獨立思考和解決實際問題的能力，無法達到應有的實驗效果。
3.實驗資源利用率低下
目前多數院校簡單地按任務目標和所屬部門劃分實驗室[3]，教學實驗室基本不涉及科研工作，科研實驗室很少顧及教學，人為地將教學與科研割裂開來，不利于實驗室資源的充分利用。實驗室開放不夠，研究生很少有機會進入專業性更強、設備更先進的科研實驗室進行綜合性與研究性的實驗。有些研究生導師會利用自己的課題經費購置或研制一些先進的實驗設備，但出于對設備的保護，利用率低，很少為研究生實驗教學所公用。
二、研究生實驗教學改革中采取的措施
如何解決研究生實驗教學過程存在的上述問題，充分利用實驗教學提高電氣工程研究生的創新能力？本文結合筆者在研究生實驗課程教學中的體會，以及軍械工程學院電氣工程學科在研究生實驗教學過程的實踐經驗，提出幾點改革措施。
1.優化實驗教學內容
實驗內容的安排、選擇及合理分配對實驗教學是非常重要的。為此，我們根據電氣工程學科不同層次、不同研究方向的研究生，由淺入深、由點到面，分層次優化實驗教學內容。目前的實驗內容主要分為：驗證型實驗設計型實驗科研型實驗。
驗證型實驗主要用于對研究生學員的基本實驗技能進行培訓。通過常規實驗操作方法的培訓，提高學員動手能力，為下一步進入論文階段并順利開展打下堅實的基礎，每名研究生必須完成這一階段的訓練。
設計型實驗主要培養研究生觀察問題、分析問題及最終解決問題的能力。讓研究生根據自己的專業研究方向設計具有綜合性、典型性、開拓性和創新性的實驗，由導師和任課教員共同指導學員查閱相關的參考資料，并對實驗設計和實施給以指導和幫助。此類實驗既鍛煉研究生形象思維，又培養其邏輯思維，是促進研究生創新思維、創新意識和創新能力不斷提高的有效途徑，并可充分調動學員的創新意識和科學研究興趣，為培養創新型人才打下良好的基礎。通過綜合實驗的設計、實施、分析到完成實驗任務，能更好地提高研究生的創新科研能力。
科研型實驗是讓研究生主動參與到科研實際。充分發揮學科優勢，利用科研實驗室資源和強大的科研隊伍，與武器裝備和科研課題接軌，將前瞻性、先進性的科研成果融入到實驗教學環節中去，從而使研究生在進入做論文階段之前熟悉各種專業設備并掌握現本學科中具有代表性的重要研究方法，了解和掌握現代最先進的技術思想，達到依托科研實踐培養創新能力的目的，為研究生學員到部隊任職打下堅實的基礎。
實驗教學內容改革要服從服務于人才培養的需要。軍校研究生的培養，是為了適應軍隊建設和信息化條件下作戰的需要，為我國國防現代化建設培養各級各類的自主創新人才。在進行實驗教學內容優化時，必須在遵循本學科發展規律的前提下，針對武器裝備建設和發展中面臨的實際問題及研究生后續的課題，明確軍事應用背景。
以本教研室的電氣工程碩士點為例，該學科針對目前我軍裝備野戰供電保障多采用內燃動力發電機供電而油料保障壓力大、戰場安全性低、制約軍事意圖實現等不足，為適應裝備供電保障發展趨勢，堅持自主創新，構建了風—光—柴混合能源互補供電系統。該微型供電示范系統填補了我軍裝備野戰供電系統保障在混合能源互補供電領域的空白，并將此科研成果應用到研究生的實驗教學中。目前依托該平臺可開展混合能源互補供電組網、監控、分配、變換、防護等實驗，使學員鞏固理論知識，了解前沿動態，掌握實驗方法，一方面為后續研究生學員開展新能源發電技術、實時智能控制器、新型蓄電池及其充/放電控制技術、混合能源互補供電能量管理與監控技術等方面的課題研究提供了基礎和保障，另一方面也使實驗課程的內容更加具體化，促進了課程教學內容改革和創新。
2.豐富實驗教學方法
教學方法是實驗教學的關鍵。研究生的培養目標是成為獨立從事科研工作的個體，因此研究生的實驗教學不能停留在傳統的教條式層面上。
實驗教學方法的改革就是要本著“學員為主，教員為輔”、“學員獨立設計，教員重點輔導”的原則。在實驗教學環節，有必要培養研究生的實驗流程自行規劃能力。比如對于驗證型的實驗，只給出實驗節點要求，研究生則要按照自身的理解，自行設計實驗步驟，并整理實驗結果，甚至自行補充實驗內容，進行創新性實驗學習。在與研究生課題聯系緊密的科研型實驗中導師應盡量放手，讓研究生充分發揮聰明才智，讓實驗教學成為一種探索、求知、求新的過程。
同時實驗教學應貫穿于研究生培養的全過程，導師應及時根據研究生的課題進展情況，了解其實驗中遇到的問題并給予指導或協助解決，讓研究生少走彎路，提高效率，這也是一個教學相長的過程。通過這種研究式的實驗，可以循序漸進地培養研究生獨立分析解決問題的能力。
3.打造實驗平臺
實驗平臺是實驗教學的保障。為彌補實際裝備缺乏所造成的教學條件不足，利用科研資源優勢改善研究生實驗教學環境，解決實驗教學對實際裝備的依賴。我院電氣工程學科依托軍隊“2110”裝備野戰電力支持實驗室的建設，結合裝備野戰供電的發展趨勢及需求，以“瞄準前沿、圍繞目標、結合裝備、強化特色”為發展目標相繼搭建了軍用電站裝備綜合技術保障、野戰電力支持仿真、電能質量監測與控制3個特色鮮明并互為補充的實驗系統。
（1）電力綜合技術保障實驗系統。該系統能培養電氣工程研究生在裝備野戰電力支持方向的理論聯系實際意識和基本實驗技能，為電機學、電力系統分析、電氣檢測技術、供配電技術、電能質量分析與控制等專業課程學習提供了實驗條件和良好的科研背景。
（2）野戰電力支持仿真實驗系統。該系統由1臺高效專業服務器和6臺臺式計算機及顯示設備和專業的電力支持仿真計算軟件組成，該仿真系統可彌補實驗技術的不足，提高研究進度，降低研究費用，具有靈活性、可重復性及安全性高的特點，研究生學員可在裝備野戰供電系統建模和穩態/暫態仿真分析計算，優化裝備野戰供電系統設計，提高系統的電能質量、控制運行系統的運行效率和安全穩定性等方向開展實驗。
（3）電能質量監測與控制實驗系統。該系統為開展負荷結構特性對電能質量的影響研究，實現了負載形式的典型、多樣化，兼顧了實際和科研的需要。一方面配置了小型化的電機拖動、照明、變頻調速電機、逆變裝置等非線性、沖擊性負荷，另一方面配置了電子負載、阻感負載等以便建立極端條件下的綜合負荷模型，同時還具有國際先進水平的交/直流電壓跌落模擬器，可模擬極端的電能質量問題。為研究生電能質量專業課程學習提供了實驗條件，為碩士研究生的培養提供了科研環境手段。
目前該實驗室面向研究生學員全面開放，共享及利用率較高，已能滿足野戰條件電能的產生、組網、分配、變換、監控和保障等方面的科學研究，可在更高的研究層次培養研究生創新能力。近三年來以實驗室為背景，先后培養各類研究生12名，已畢業碩士研究生8名。實驗室在建設中自主開發實現了部分功能，混合能源互補供電系統培養研究生3名，分別實現了混合能源互補供電系統的實時監控和鉛酸蓄電池的虛擬測試；軍用電站性能檢測與測試分系統培養研究生3名，分別開展了軍用電站電氣參數檢測及模塊電源虛擬測試系統的研究；2名研究生則分別開展軍用電站AVR檢測診斷平臺及逆變電源供電負荷適應性研究。把實際科研用的裝置用于實驗教學，使研究生在課程學習中就接觸到課題了，這些設備就是下一步研究生做課題直接要用的設備，這些科研平臺的設計、運行、實現方法都成為課題可借鑒的資料。這使研究生盡早接觸到學科發展的前沿，拓展視野，并加強了研究生實踐能力、創新能力的培養。
三、結語
幾年來的實踐證明，加強對研究生實驗教學的改革，一方面加深了研究生對本學科理論知識的進一步理解和掌握，拓寬了知識面，另一方面也使他們學到了許多實驗室工作的知識和技能，提高了實驗動手能力、語言表達能力、組織教學的能力和理論聯系實踐的能力，培養了嚴謹的科學作風，促進了學業的進步。研究生教育要圍繞學科特色優勢，重視研究生扎實的實驗基礎、綜合運用技能和創新思維的培養，同時還應優化實驗教學內容，豐富實驗教學方法，打造良好的實驗平臺，從而為實驗教學提供良好的條件，進一步提高研究生實驗教學效果，達到全面提升電氣工程研究生綜合素質的目標。
參考文獻：
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關鍵詞 漁船 舵機系統 安全航行
中圖分類號：U662 文獻標識碼：A
0引言
舵機液壓控制系統有兩種基本控制方式，即閥控型和泵控型，而液壓復合控制則是兩種控制的衍生物，即閥泵串聯控制、電液復合控制、閥泵并聯控制等。這幾種系統固有的靜態特性和動態特性，在系統精度、動態指標系統響應速度、系統復雜程度、總體布置等方面，有著較大的差異性和局限性。本文從分析閥控型舵機和泵控型出發，采用數字液壓技術解決傳統舵機所存在的弊端。用新型轉舵機構，不但減小了舵機重量及體積；還能使船舶舵角的定位精度在航行時得到有效提高，減小換向沖擊及噪聲，降低航行能耗；增強舵機自適應能力，提高了舵機的動態性能；為高性能漁船舵機的設計提供一定的指導意義。
1傳統船舶舵機系統
1.1伺服閥控舵機系統
伺服閥控舵機系統由電液伺服閥、舵機液壓缸、定量泵、電動機、伺服放大器、舵角反饋機構等組成。工作原理是由自動駕駛儀或操作人員給出方向角度值為4～20mA ， 作為設定值送到伺服放大器，舵機上角位移傳感器與其數據相比較，比較結果如果出現差值，差值放大處理后，將其轉變為伺服閥線圈的電流驅動信號，轉換成液壓流量輸出， 油缸被推動前進，帶動舵機轉動，直到設定值與角位移傳感器輸出值相等為止。舵機靠位移傳感器在液壓伺服閥系統中閉環鎖定，一旦在工作狀態電氣系統斷電，則閉環系統不能鎖定，有可能造成伺服閥在中位時有泄漏，因此采用了一種新的伺服泵控系統。
1.2 伺服泵控舵機系統
伺服泵控舵機系統由電液伺服閥、舵機液壓缸、變量泵、電動機、變量機構、伺服放大器、舵角反饋機構等組成。為了伺服閥控系統更為完善，使用雙向驅動的伺服變量泵作為新的舵機系統控制系統，在伺服變量泵上安裝伺服閥，由一個小型伺服油缸驅動變量泵的斜盤機構 控制流量和方向可以通過改變斜盤的轉角實現，舵機油缸的進退控制就可以完成了。角位移傳感器仍在新的舵機上安裝，當需要位置后尾舵到達后，變量泵的將會斜盤回到中位，流量輸出為零，鎖定舵機。發熱少和傳動效率高是這種閉式系統的最大優點，舵機鎖定可以油泵泄漏多少決定。但需增設補油回路，以解決系統泄漏是其最大缺點。
2現代數字液壓船舶舵機系統
2.1數字液壓油缸
數字油缸是數字液壓油缸的簡稱。在液壓缸內部把液壓滑閥、步進電機、閉環位置反饋組合設計，液壓油源接通，所有的長度或角度控制功能，通過專門計算機、PLC可編程控制器或數字控制器發出的數字脈沖信號來完成的高新科技產品。在油缸內安裝由數字液壓閥、液壓油缸和電信號轉換單元、位置反饋結合的整體，對外僅需連接上控制用電脈沖信號和高壓油管、低壓油管即可，使電脈沖信號對應每一個固定的油缸行程變得簡單有效，完成不同運動效果可以由不同頻率控制和脈沖數量決定。數字缸內部備有驅動裝置、傳感器、數字閥等，從油缸外部看，只有一個電插頭、一個回油口和一個進油口。例如，一個電脈沖由每零點零一毫米的油缸位置運動對應，如需數字液壓油缸在十毫米的位置運動在十秒內完成，油缸每運動一毫米需要一秒時間，而一毫米的位移變化對應的電脈沖為一百。采用頻率為一百赫茲的脈沖，電脈沖信號一共發出了一千個， 數字油缸規定的位移行程便可在規定的時間內完成。走完相同的行程如需在五秒內完成，則電脈沖頻率提高到二百赫茲即可。通過改變發出的脈沖數量，即可增大如需的運動行程。
2.2數字液壓舵機系統原理及優點
因為鋼制海船建造規范與入級時對船舶舵機的要求，舵機系統利用數字液壓缸搭建。脈沖信號從自動駕駛儀發出由數字液壓缸接受，位置閉環在其內部構成，位置傳感器也就不再需要，自動駕駛儀由角度儀信號輸出，角度顯示完成。該系統蓄能器供油用定量泵完成，一般情況下兩缸會同時工作，如果一缸出現故障，另一缸也可以單獨完成工作，滿足鋼制海船建造規范與入級對船舶舵機的要求。在發生緊急故障情況下如停電，也可以使用人工進行操控。另外，具有自我鎖定功能的數字缸，數字信號只要不輸出， 即使施加外力作用油缸也不會擺動。在停泵期間的液壓泵，鎖定舵機可以依靠蓄能器的壓力進行，即使海浪拍打也不會發生飄舵現象。還可以利用該系統設置UPS電源，即使發生短時間的停電，也能實現遠距離控制。數字液壓舵機系統的數字缸內部集成了執行、控制、反饋功能，無需任何算法調整和參數給定，僅連接好液壓管路和送入電脈沖信號， 為實現對舵機的控制系統通過改變脈沖的數量和頻率來完成。由液壓完成該系統能量傳遞，電脈沖信號完成信號傳遞，因此這種數字液壓舵機系統功能強大，原理簡單，便于機務人員使用和管理。數字液壓舵機系統通過專用控制器或計算機控制，可以與外界進行通信。如與利用定位及通訊衛星進行通信，自動駕駛儀可以完成整個航線的航行，實現長距離自動導航控制。
3結束語
近幾年我國海洋漁業進入了快速發展時期，但我國目前漁船嚴重滯后的配套設備制造能力已遠遠不能滿足船舶主體制造能力，大多數高性能配套設備還需要從國外進口，因此在很大程度上嚴重制約我國船舶行業發展能力。控制船舶航向的重要設備是船舶舵機，其性能的好壞在船舶的運動性能上起著決定作用，是船舶主要的輔機之一。新型液壓舵機系統利用數字液壓缸搭建完成，具有維護方便、系統簡單、操作容易、控制精度高、安全可靠等特點，可全自動、半自動、手動多種操作，在大型船舶舵機控制系統優點更加明顯。
參考文獻
【關鍵詞】PLC；立體車庫；控制系統
1.引言
隨著我國經濟持續快速的發展和城市建設工作的不斷進行，在許多城市，交通擁堵和停車難已經成了影響城市發展的重要因素，利用路邊停車和傳統的自走式停車方式己經遠遠不能適應城市發展的要求。隨著我國汽車工業以及房地產行業的訊速發展和轎車數量的迅速上升，我國立體停車行業發展迅速。立體停車是解決許多城市出現的停車難問題的有效方法。機械式立體車庫是指用立體化的方式，利用機構完成車輛存取的停車設施。也就是用機械停車設備將汽車存放到立體化的停車位或從停車位取出的停車設施。機械式立體車庫是近期順應市場經濟發展，根據市場需求，在其迫切影響下應運而生的一種新型停車系統，它綜合運用了機械、控制、液壓以及光學等先進技術，屬于技術密集型設備[1]。
本文主要以五車位升降橫移式立體車庫為研究對象，介紹其結構、工作原理及監控系統的構成。
2.立體車庫的組成及原理
升降橫移式立體車庫指利用載車板的升降或橫向平移存取停放車輛的一種機械式停車設備。主要由結構框架部分、載車板部分、橫移系統、提升系統、控制系統、安全防護系統六大部分組成。這種立體車庫結構特點是：底層只能平移，頂層只能升降，中間層既可平移又可升降。除頂層外，中間層和底層都必須預留一個空車位，供進出車升降之用。當底層車位進出車時，無需移動其他托盤就可直接進出車；中間層、頂層進出車時，先要判斷其對應的下方位置是否為空，不為空時要進行相應的平移處理，直到下方為空才可進行下降動作，進出車完成后再上升回到原位置。其運動的總原則是：升降復位，平移不復位。
本設計為五車位停車庫，系統由一臺PLC對車庫進行統一的管理和監控，通過PLC控制載車板縱橫傳動裝置以完成對車輛的存取操作。各車位內車輛的調入調出由PLC根據當前各車位的車輛存放情況，按照相應的調度策略調度車輛進出。其工作方式為：二層三個車位可以升降，一層的兩個車位只能橫向橫移，二層車位要想升降則必須讓其下側車移走，進而橫移出空位，將載車板升或降到地面層。系統工作示意圖如圖1所示。
3.系統硬件單元設計
3.1 電氣系統關鍵部分設計
PLC接線設計：在升降橫移式立體停車庫中，控制系統中主控單元的主要控制對象首先是車庫內的橫移電機和升降電機，控制系統就是使它們在不同的時間內實現正反轉；其次是車庫內的各種輔助裝置，如指示燈及其各種安全設施等。為了保證載車板能橫移到預定位置以及載車板能上升或下降到指定位置，采用了行程開關。為了判斷載車板上有無車輛，采用了光電開關。同時在車庫中還采用了一些傳感器如煙溫傳感器以及安全預警裝置。
電機控制及接線設計：在存取車時車位的升降不能同時進行，車位的升降和橫移也不能同時進行，這兩個動作必須是互鎖的，即當上層車位在升降時，地面層車位不能移動，反之亦然，并且上層車位每次只能有一個車位進行上下升降運動。這些在程序中可采用聯鎖和互鎖的方法來解決。
3.2 PLC型號的選擇
根據系統設計要求進行需求分析，確定PLC的輸入輸出點。本系統共計26個輸入，18個輸出，系統選用西門子公司的S7-200系列的CPU226（加擴展模塊）。CPU226共有24個輸入，16個輸出，擴展模塊選擇為EM223，它有16個輸入，16個輸出。該選擇能夠滿足系統要求。系統I/O分配表見表1、2所示。
4.系統PLC程序設計
主程序設計參考程序見圖2所示。
5.組態監控畫面設計
5.1 MCGS簡介
組態軟件是在工業自動化領域興起的一種新型的軟件開發技術。開發人員不需要編制具體的指令和代碼，只要利用組態軟件包中的工具，通過硬件組態（硬件配置）、數據組態、圖形圖像組態等工作即可完成所需應用軟件的開發工作。MCGS（Monitor and Control Generated System通用監控系統），是一套用于快速構造和生成計算機監控系統的組態軟件，它能夠在基于Microsoft（各種32位Windows平臺上）運行，通過對現場數據的采集處理，以動畫顯示、報警處理、流程控制、實時曲線、歷史曲線和報表輸出等多種方式向用戶提供解決實際工程問題的方案[2]。
5.2 系統畫面設計
本文采用通用版MCGS組態軟件設計了該控制系統上位機監控界面。系統運行畫面如圖3所示。
6.結束語
本控制系統以PLC為核心，實現了兩層五車位立體車庫的自動控制，同時采用計算機進行監控，實現了車庫的智能化管理和實時監控，工作安全可靠，操作方便。本文的研究對PLC在計算機自動化控制系統中的應用，以及利用MCGS實現工業工程實時監控，提高工業的自動化水平，都具有很重要的實踐意義[3]。
參考文獻
[1]劉延利.后懸臂升降橫移式立體車庫虛擬樣機設計[D].山東大學碩士學位論文，2012（9）：1-10.
[2]北京昆侖通態自動化軟件科技有限公司.全中文工控組態軟件MCGS用戶指南[M].北京：MCGS公司，2003.
關鍵詞：車載網絡 車身系統 動力傳動系統 安全系統 信息系統
一、引言
隨著汽車工業日新月異的發展，現代汽車上使用了大量的電子控制裝置，許多中高檔轎車上采用了十幾個甚至二十幾個電控單元，而每一個電控單元都需要與相關的多個傳感器和執行器發生通訊，并且各控制單元間也需要進行信息交換，如果每項信息都通過各自獨立的數據線進行傳輸，這樣會導致電控單元針腳數增加，整個電控系統的線束和插接件也會增加，故障率也會增加等諸多問題。
為了簡化線路，提高各電控單元之間的通信速度，降低故障頻率，一種新型的數據網絡CAN數據總線應運而生。CAN總線具有實時性強、傳輸距離較遠、抗電磁干擾能力強;在自動化電子領域的汽車發動機控制部件、傳感器、抗滑系統等應用中，CAN的位速率可高達1Mbps。同時，它可以廉價地用于交通運載工具電氣系統中。
二、CAN總線簡介
CAN，全稱為“Controller Area Network”，即控制器局域網，是由ISO定義的串行通訊總線，主要用來實現車載各電控單元之間的信息交換，形成車載網絡系統， CAN數據總線又稱為CAN—BUS總線。它具有信息共享，減少了導線數量，大大減輕配線束的重量，控制單元和控制單元插腳最小化，提高可靠性和可維修性等優點。
CAN被設計作為汽車環境中的微控制器通信，在車載各電子控制裝置ECU之間交換信息，形成汽車電子控制網絡。其工作采用單片機作為直接控制單元，用于對傳感器和執行部件的直接控制。每個單片機都是控制網絡上的一個節點，一輛汽車不管有多少塊電控單元，不管信息容量有多大，每塊電控單元都只需引出兩條導線共同接在節點上，這兩條導線就稱作數據總線（Bus）。CAN數據總線中數據傳遞就像一個電話會議，一個電話用戶就相當于控制單元，它將數據“講入”網絡中，其他用戶通過網絡“接聽”數據，對這組數據感興趣的用戶就會利用數據，不感興趣的用戶可以忽略該數據。
一個由CAN總線構成的單一網絡中，理論上可以掛接無數個節點，但實際應用中，所掛接的節點數目會受到網絡硬件的電氣特性或延遲時間的限制。使用計算機網絡進行通信的前提是，各電控單元必須使用和解讀相同的“電子語言”，這種語言稱“協議”。汽車電腦網絡常見的傳輸協議有多種，為了并實現與眾多的控制與測試儀器之間的數據交換，就必須制定標準的通信協議。隨著CAN在各種領域的應用和推廣，1991年9月Philips Semiconductors制定并了CAN技術規范（Version 2.0）。該技術包括A和B兩部分。2.0A給出了CAN報文標準格式，而2.0B給出了標準的和擴展的兩種格式。1993年11月ISO頒布了道路交通運輸工具—數據信息交換—高速通信局域網國際標準ISO 11898，為控制局域網的標準化和規范化鋪平了道路。美國的汽車工程學會SAE 2000年提出的J 1939，成為貨車和客車中控制器局域網的通用標準。
三、CAN-BUS數據總線的組成與結構
CAN-BUS系統主要包括以下部件：CAN控制器、CAN收發器、CAN-BUS數據傳輸線和CAN-BUS終端電阻。：
1．CAN控制器，CAN收發器
CAN-BUS上的每個控制單元中均設有一個CAN控制器和一個CAN收發器。CAN控制器主要用來接收微處理器傳來的信息，對這些信息進行處理并傳給CAN收發器，同時CAN控制器也接收來自CAN收發器傳來的數據，對這些數據進行處理，并傳給控制單元的微處理器。
CAN收發器用來接收CAN控制器送來的數據，并將其發送到CAN數據傳輸總線上，同時CAN收發器也接收CAN數據總線上的數據，并將其傳給CAN控制器。
2．數據總線終端電阻
CAN-BUS數據總線兩端通過終端電阻連接，終端電阻可以防止數據在到達線路終端后象回聲一樣返回，并因此而干擾原始數據，從而保證了數據的正確傳送，終端電阻裝在控制單元內。
3．數據傳輸總線
數據傳輸總線大部分車型用的是兩條雙向數據線，分為高位﹝CAN-H﹞和低位﹝CAN-L﹞數據線。為了防止外界電磁波干擾和向外輻射，兩條數據線纏繞在一起，要求至少每2.5cm就要扭絞一次，兩條線上的電位是相反的，電壓的和總等于常值。
四、車載網絡的應用分類
車載網絡按照應用加以劃分，大致可以分為4個系統：車身系統、動力傳動系統、安全系統、信息系統。
1．動力傳動系統
在動力傳動系統內，動力傳動系統模塊的位置比較集中，可固定在一處，利用網絡將發動機艙內設置的模塊連接起來。在將汽車的主要因素—跑、停止與拐彎這些功能用網絡連接起來時，就需要高速網絡。
動力CAN數據總線一般連接3塊電腦，它們是發動機、ABS/EDL及自動變速器電腦（動力CAN數據總線實際可以連接安全氣囊、四輪驅動與組合儀表等電腦）。總線可以同時傳遞10組數據，發動機電腦5組、ABS/EDL電腦3組和自動變速器電腦2組。數據總線以500Kbit/s速率傳遞數據，每一數據組傳遞大約需要0.25ms，每一電控單元7~20ms發送一次數據。優先權順序為ABS/EDL電控單元發動機電控單元自動變速器電控單元。
在動力傳動系統中，數據傳遞應盡可能快速，以便及時利用數據，所以需要一個高性能的發送器，高速發送器會加快點火系統間的數據傳遞，這樣使接收到的數據立即應用到下一個點火脈沖中去。CAN數據總線連接點通常置于控制單元外部的線束中，在特殊情況下，連接點也可能設在發動機電控單元內部。
2．車身系統
與動力傳動系統相比，汽車上的各處都配置有車身系統的部件。因此，線束變長，容易受到干擾的影響。為了防干擾應盡量降低通信速度。在車身系統中，因為人機接口的模塊、節點的數量增加，通信速度控制將不是問題，但成本相對增加，對此，人們正在摸索更廉價的解決方案，目前常常采用直連總線及輔助總線。
舒適CAN數據總線連接一般連接七個控制單元，包括中央控制單元、車前車后各一個受控單元及四個車門的控制單元。舒適CAN數據傳遞有七大功能：中控門鎖、電動窗、照明開關、空調、組合儀表、后視境加熱及自診斷功能。控制單元的各條傳輸線以星狀形式匯聚一點。這樣做的好處是：如果一個控制單元發生故障，其他控制單元仍可發送各自的數據。該系統使經過車門的導線數量減少，線路變得簡單。如果線路中某處出現對地短路，對正極短路或線路間短路，CAN系統會立即轉為應急模式運行或轉為單線模式運行。
數據總線以62.5Kbit/s速率傳遞數據，每一組數據傳遞大約需要1ms，每個電控單元20ms發送一次數據。優先權順序為：中央控制單元駕駛員側車門控制單元前排乘客側車門控制單元左后車門控制單元右后車門控制單元。由于舒適系統中的數據可以用較低的速率傳遞，所以發送器性能比動力傳動系統發送器的性能低。
整個汽車車身系統電路主要有三大塊：主控單元電路、受控單元電路、門控單元電路。
主控單元按收開關信號之后，先進行分析處理，然后通過CAN總線把控制指令發送給各受控端，各受控端響應后作出相應的動作。車前、車后控制端只接收主控端的指令，按主控端的要求執行，并把執行的結果反饋給主控端。門控單元不但通過CAN總接收主控端的指令，還接收車門上的開關信號輸入。根據指令和開關信號，門控單元會做出相應動作，然后把執行結果發往主控單元。
（1）安全系統
這是指根據多個傳感器的信息使安全氣囊啟動的系統，由于安全系統涉及到人的生命安全，加之在汽車中氣囊數目很多，碰撞傳感器多等原因，要求安全系統必須具備通信速度快、通信可靠性高等特點。
（2）信息系統
信息系統在車上的應用很廣泛，例如車載電話、音響等系統的應用。對信息系統通信總線的要求是：容量大、通信速度非常高。通信媒體一般采用光纖或銅線，因為此兩種介質傳輸的速度非常快，能滿足信息系統的高速化需求。
五、CAN總線技術在汽車中應用的關鍵技術
利用CAN總線構建一個車內網絡，需要解決的關鍵技術問題有：
（1）總線傳輸信息的速率、容量、優先等級、節點容量等技術問題
（2）高電磁干擾環境下的可靠數據傳輸
（3）確定最大傳輸時的延時大小
（4）網絡的容錯技術
（5）網絡的監控和故障診斷功能
（6）實時控制網絡的時間特性
（7）安裝與維護中的布線
（8）網絡節點的增加與軟硬件更新(可擴展性)
六、結束語
CAN總線作為一種可靠的汽車計算機網絡總線，現已開始在先進的汽車上得到應用，從而使得各汽車計算機控制單元能夠通過CAN總線共享所有的信息和資源，以達到簡化布線、減少傳感器數量、避免控制功能重復、提高系統可靠性和可維護性、降低成本、更好地匹配和協調各個控制系統之目的，隨著汽車電子技術的發展，具有高度靈活性、簡單的擴展性、優良的抗干擾性和糾錯能力的CAN總線通信協議必將在汽車電控系統中得到更廣泛的應用。
參考文獻
[1] 王箴．CAN總線在汽車中應用[N]．中國汽車報．2004．
[2] 鄔寬明．CAN總線原理和應用系統設計．航空航天大學出版社．1996．
[3] 周震．基于CAN總線的車身控制模塊．南京航空航天大學．2005．
[4] 李剛炎，于翔鵬．CAN總線技術及其在汽車中的應用．中國科技論文在線．
摘要：本文多方面系統論述了學習“計算機圖形學”課程的必要性，分析了該課程的學習沒有受到人們重視的原因，指出系統學習該課程是讀者掌握數據計算類型的程序系統設計基本方法與計算機仿真入門的有效途徑，使讀者對“計算機圖形學”課程的學習有一個正確的認識。
關鍵詞：計算機圖形學；計算機仿真；科學計算；程序設計基本方法；可視化
中圖分類號：G642
文獻標識碼：B
1 “計算機圖形學”的學科特性
所謂“計算機圖形學”是計算機仿真(即按模型計算以生成圖像)與科學計算(即通過在計算機上建立模型并模擬物理過程來進行科學調查和研究)的一種基本形式，是研究圖形數據模型在計算機內部的產生、設計與構造過程，它是顯示圖形不可分割的前提(這相當于畫家作畫之前，對繪畫作品的設計思想、表達方式、繪畫構思、作品內容與結構等的創作與思考過程；只有當這個繪畫作品設計方案成熟之后，畫家才動筆繪畫)；而圖形顯示是用點、線、面、色彩、紋理等可視化的數學方式表達這種數據仿真計算結果的數學含義、或表達仿真過程中各種實體仿真模型與場景效果的物理含義的一種直觀表達方式。參考文獻[1，2]已向讀者證明這一結論，只有這樣，才能較好的理順“計算機圖形學”課程的授課關系，使讀者建立用計算機生成圖形的完整概念。
我們用這一指導思想主導“計算機圖形學”教育20多年，并用“計算機圖形學”的授課內容解決了多年來國內計算機程序設計課程沒有解決好的計算可行性(可計算性的實現前提)這一教學難題，使該課程成為初學者學習計算機程序設計基本方法、認識圖形數據模型構造與顯示的一般規律、進行可視化應用程序開發三位一體教學目的的最佳選擇，并有效地彌補了從算法語言、數據結構到軟件工程之間關于應用程序編程系統訓練與計算機仿真等教學環節的缺失。這種教學方法使“計算機圖形學”的教學內容完全納入了計算機科學的教育體系，同時使“計算機圖形學”與“數據庫”、“網絡通信”這三門課程成為現代計算機應用程序的三個基本特征(數據計算、數據存儲與檢索、數據聯網通信)的典型代表，由此轉變了“計算機圖形學”課程的教育觀念與教育思想。在教學過程中，作者曾遇到學生們提出的多種學習問題，今整理成文，以饗讀者。
2學習“計算機圖形學”的原因與重要性
為什么要學“計算機圖形學”，這是計算機專業選修“計算機圖形學”課程的讀者關心的首要問題。眾所周知，計算機科學是處理信息技術(IT)的一門學科，通信科學是傳輸信息技術的一門學科。對于信息技術而言，常用于表達信息數據含義的4種方式分別是①數字與字符方式表述；②圖形方式顯示；③播放聲音表述；④用機械力表達(即把電信號轉換成機械運動)。這4種表達信息數據含義的方式又稱信息數據的多媒體表達方式(即多媒體技術)。其中，用圖形顯示這種方式表達信息數據的含義符合人們觀察了解事物運動規律的習慣，而且信息容量大，直觀方便，同時是人們獲得外部世界信息來源的主要依據；也就是說信息數據的可視化是信息技術與計算機科學發展的一種潮流與必然趨勢。隨著計算機工業的發展與進步，實際應用課題與現代程序設計對信息數據的可視化處理要求已經越來越高，這就要求人們深入研究并掌握圖形顯示的一般規律，才能更好的為計算機信息數據的可視化服務。
按現代教科書對“計算機圖形學”的新定義，“計算機圖形學”代表了計算機應用學科的一個重要發展方向――科學計算、計算機仿真、計算機輔助設計、信息數據的可視化、動畫與游戲、虛擬現實、數字娛樂，其編程應用還涉及程序設計方法。它們代表了當今計算機技術的發展潮流與應用水平，是解決計算機專業人才出路的有效途徑之一；而“計算機圖形學”是該方向的公共基礎課程，是目前國內計算機本科教育應當加強的內容。顯然，僅僅靠學習計算機程序設計語言、數據結構、編譯原理、操作系統、數據庫、軟件工程、形式語言與自動機理論等課程還不能完全使學生的能力直接達到開發這些應用軟件的目的，因為原則上這些課程是為用戶使用計算機的計算功能而系統量身打造的軟件使用工具(數據結構、軟件工程除外)，它們的教學目的是為用戶掌握并研制這些軟件工具服
務、而不是為用戶使用這些軟件工具系統地開發應用程序而開設的課程。計算機專業主要沿這條主線向前發展：研究、設計、制造計算機硬件設備，為用戶使用計算機的計算等功能提供一切便利的手段、方法與軟件輔助工具，這包括總結用戶使用計算機的基本類型與模式，而對于復雜且很難全面概括使用計算機的方法等、則留給一般用戶自己解決，這或許是計算機專業本科課堂教學沒有介紹對數據計算類型的應用軟件系統開發要遵循的基本規律與發展模式的原因之一，“計算機圖形學”的教學正好可以彌補這個缺陷。
由于計算機教育本身并不能直接提供認識世界、改造世界的能力，加之我國沒有掌握具有國際競爭能力的計算機硬件與系統軟件的核心開發技術，這使中國大量的優秀人才在計算機專業上的最后發展受到了嚴重制約。而“計算機圖形學”的仿真方法為計算機專業人員的發展提供了這樣一種新的學習方法與重新選擇的機遇，它能為計算機專業人員學習其他行業的專業知識(即學習新專業的物理、數學方法)、成為其他行業的專家助手，進行新行業系統仿真與系統設計以獲得新生；由于各行業都有各自的研究領域與待解決的研究問題、研究方法與理論研究模型等，當用計算機仿真的方法對這些研究課題進行輔助研究，并用圖形等可視化的方法表達計算機仿真研究的中間結果與最終成果時，這將使計算機的應用走向深入。
科學研究的目的就是探索未知世界、認識世界、改造世界、造福于人類自己，而“計算機圖形學”的教育正是遵循這樣一條主線：通過物理實驗認識待解決問題的本質，并用數學模型的方法來描述這種物理現象的變化過程，從而達到用計算機程序設計的方法來仿真光線在自然界中的傳播，以及光線在照相機中傳播而生成圖像效果，這類物理仿真過程是科學研究方法中的一種基本形式，這種科學研究方法的教育思想(包括人文精神)是國內計算機專業本科課堂教育所欠缺的(計算機專業往往專注于數理邏輯思想的基礎訓練)――即“計算機圖形學”的教育，不僅拓展了計算機專業人才的知識領域，也為其畢業增加了就業渠道，同時能培養計算機專業人員的基本科學研究素養，這正是目前國內計算機教育改革所追求的目標之一。
需要說明，全日制普通本科教育是普適教育，它需要建立各專業自己的知識框架，學習基本的概念，了解基本的范疇，明確其發展方向，計算機專業也是如此。本科教育重在基礎，提高本科教育質量與水平并非拔高與創新，而是要做到全面、均衡的發展，除要求學生掌握本學科專業已成熟的系統理論知識外，還需培養學生用學科的基本思想與方法獨立自主分析問題、解決問題的能力，這種理論與實踐相結合的教育方法，能確保學生今后得到穩步的發展。“計算機圖形學”就是培養學生利用計算機、數學、物理等學科的系統知識解決實際應用問題能力的一種有效方法，這樣培養的學生才能適應社會競爭與選擇的需求；只有在研究生階段，通過再次系統學習、閱讀原著與相關論文并參與項目開發等活動，達到全面提升對學科的認識能力，并向某一個研究方向發展、去探索未知世界的變化規律、解決前人沒有解決好的難題、逐步走入學術研究的殿堂(即創新教育)；當然人們也能在日后的工作中慢慢積累這種工作能力。
文獻[2，3]系統論述了“計算機圖形學”課程在計算機科學教育中的作用與地位。目前很難找出一門具有像“計算機圖形學”類似重要性與多樣性的其它計算機本科專業基礎課程，能使讀者正確掌握數據計算類型的計算機應用程序設計的基本方法，并使計算機這一工具直接服務于社會，這是我們應該重視“計算機圖形學”教育的根本原因。
3學習“計算機圖形學”的方法
由于“計算機圖形學”屬于計算機應用軟件的范疇，因此，數據計算類型的應用軟件的設計方法就是學習“計算機圖形學”應該遵循的原則。就“計算機圖形學”課程的學習而言，它要求：
(1) 全面掌握程序設計語言的特性與數據結構的基本內容，是實現“計算機圖形學”編程的基礎。
(2) 掌握建立解決實際應用問題的數學模型與軟件系統的概念，是計算機程序設計的兩個關鍵點。軟件系統是一個能自動運行的綜合執行程序，它能從輸入、存儲、運算處理、輸出等方面全面處理用戶在某個領域中提出的諸多數學模型并完成其模型描述數據的加工任務，使用戶很容易明確這種軟件的組成、功能與使用范圍。一般利用二維圖形的簡單性，可以較完整的介紹二維圖形軟件系統這一概念。軟件系統的概念是目前程序設計語言與數據結構課程中所欠缺的關鍵內容。
(3) 正確的認識“計算機圖形學”與計算機仿真的相互關系。“計算機圖形學”的重點與難點在三維圖形的數學模型研制(包括照相機模型，燈光模型，顏色模型，照明模型，物體的幾何模型，物體表面的材質與紋理模型等)與模型描述數據的構造上；由于計算機圖形學追求像照相機拍照一樣的三維真實感圖形顯示效果，這決定了要在計算機中使用物理學仿真的方法(仿真光線在自然界中的傳播所產生的顯示效果或把這種傳播效果映射至物體的表面上)才能達到這一目的，這自然需要讀者對相應的物理知識有個基本的了解才能進行。
(4) 需要了解一些計算機仿真的基礎知識，以確保“計算機圖形學”的物理仿真教學過程不會出現偏差。
計算機仿真的主要過程分系統、模型、編程實現(仿真算法)、評估四個步驟。這里①系統是指相互關聯又相互作用著的研究對象的有機組合，它決定了被研究考察對象的組成與邊界范圍。②計算機仿真一般可以用數學模型(簡稱模型)的方法代替實物研究對象，事實上模型也可以是對現實世界的事務、現象、過程或系統的簡化描述，但它反映了實際問題最本質的特征和量的關系。目前“計算機圖形學”所述的模型多限于對所研究對象的物理性質、運動變化規律等特性的一種數學描述，它使人們能解釋那些難以直接觀察到的事物的內部構造、事物的變化以及事物之間的關系――即模型描述了現實世界中有顯著影響的因素和相互關系。但這種描述有一定的使用條件與限制范圍，研究的目的不同，對該研究對象的數學模型的描述方法以及模型的種類會不一樣。③仿真(編程實現)就是在模型上做實驗，從理論上測試構建的理想系統的動態行為特性，以評估系統的效能。④系統的用途不一樣，評估的方法也不同，人們往往用事先約定的一組指標來評估仿真系統的結果；當所得仿真結果沒有達到預期的理想效果時，人們往往不斷改進仿真模型與仿真算法。例如計算機圖形系統，用途可以是顯示三維圖形，查看它的真實感逼真顯示效果就是人們主要關心的問題；模型的運動與操作(如游戲)，看它的操作性與故事情節等如何表達用戶的情感與智能(簡稱好玩)就是人們關心的主要問題；機械設備的綜合運動與仿真，考察所設計的復雜設備的工作性能就是人們關心的主要問題；電氣系統的系統仿真，能考察系統工作參數如何設計以滿足用戶的不同需求；作戰系統的仿真模擬，能考察作戰人員的訓練水平、武器性能、指揮作戰方式對作戰進程的不同影響與作戰效能，等等。
(5) 努力把圖形學所介紹的各種模型與算法(算法是對模型描述數據的加工與變換處理的步驟與方法，“計算機圖形學”中的主要算法有各種線段圖形的生成與實面積多邊形的填充算法、著色算法、消隱算法、紋理映射算法、陰影算法，光線跟蹤算法與輻射度算法)都編寫成程序代碼，這使讀者能直接體驗自己的學習效果，也是其它課程不容易做到的。編程時要考慮算法的復雜度，特別是按照軟件系統的方法把編寫的程序代碼組成一個系統整體，這是形成成熟商品軟件很重要的前提。顯然，此時軟件系統中的各種數學模型反映了仿真系統中研究對象之間的相互關系。
(6) 掌握“計算機圖形學”打造的繪圖工具，是可視化應用軟件編程的重要基礎。用“計算機圖形學”知識研制的工具常用的有OpenGL與Direct3D等三維圖形標準，虛擬現實建模語言VRML。而三維動畫與CAD等軟件可以看成是“計算機圖形學”為影視制作、游戲建模與計算機輔助設計部門打造的專業計算工具。僅把圖形標準與計算機繪圖等應用當作“計算機圖形學”很不完備，因為它不能在課堂教學中向讀者正確、完整、系統地展示計算機圖形學學科發展的基本規律，并人為地割裂了計算機圖形數據模型的構造與顯示這兩個過程。
(7) 學會看中英文專業雜志等參考資料，這些參考資料記錄了學科的發展歷程與學科當前的研究熱點(一本教科書不可能全部包含這些內容)，且是一種更重要、復雜、深入的學習研究方法，也是目前國內本科教育的弱項(因為國際上最新的研究成果多用英文發表)。只有這樣，才能跟蹤計算機圖形學的最新發展并站在學科發展的前沿、才能開闊人們的視野并有所鑒別，便于讀者日后針對用戶的多種需求展開開創性創新或針對已有成果的不足、提出修補與改進等漸進性創新等學術研究活動。
(8) 勇于參與課程實踐與項目開發，是鞏固、檢驗所學知識、提高實際動手能力的好方法。實際軟件開發工作往往是多種知識的綜合應用，它需要對實際處理事務有一個比較透徹的了解(用戶需求報告)、并建立這些待解決問題的數學模型與系統流程后才能有效進行(按照軟件工程的方法組織實施)。
只有把自己開發的軟件做成有效商品、服務于社會，才能使所學的知識轉變成生產力，才能使自己得到升華；同時也應注意把自己的心得與研究成果總結發表，與人共享；還應參加學術活動，注意留意不同學術流派之間的觀點、思想、方法與學術動態，取長補短，形成自己的風格，廣結人緣，相互交流，為學科建設添磚加瓦。
(9) 一本計算機圖形學教科書的容量使其只能介紹計算機圖形學發展歷程中產生的最基本、最經典的模型與算法，這些內容是人們耳熟能詳的物理原理與相對簡單的數學知識在計算機中的綜合應用，太復雜的計算關系因會影響圖形的顯示速度而一般不采用；目前計算機圖形學教科書的理論體系已成熟且“計算機圖形學”的教學內容已經構成了一個大系統，這使“計算機圖形學”的教學過程變得簡單、容易。
4目前國內“計算機圖形學”教育未受到重視的原因分析
既然如此，為什么目前人們感覺“計算機圖形學”教育的受重視的程度不如數據庫與網絡通信等計算機應用軟件呢？筆者認為其原因之一在于：這是因為“計算機圖形學”造就的工具即圖形標準的特殊應用環境要求限制了它在很大一部分應用程序中的具體應用；三維圖形標準目前僅僅在游戲領域獲得了商業上的成功，一些應用軟件不調用圖形標準也能自己繪圖；國內的計算機應用程序可視化的開發要求暫時還較低；關鍵是作為學科領頭羊的美國人目前還沒有把“計算機圖形學”課程作為計算機本科專業的核心課程，這是因為他們對“計算機圖形學”課程的本質與其在計算機學科中的作用與地位認識不到位所致，美國人圖形學這種教育現狀(目前多以圖形標準的原理講授為主)和局限性與美國人在3D游戲、計算機動畫、計算機輔助設計等應用軟件的開發上執世界牛耳之地位不相稱。
當然，早期計算機圖形學教科書編寫內容、體系的不夠成熟，也影響了人們對“計算機圖形學”課程的認識與學習的積極性。例如僅停留在數學公式與算法的層面上介紹二維、三維圖形的生成而不注重其建模思想與方法的介紹，且人為的把物體幾何模型的構建與其圖形顯示分解成“計算機輔助幾何設計”與“計算機圖形學”這兩門課程，這直接導致圖形學課程教學內容缺少被處理的圖形顯示對象，加之計算機課程與圖形學的教育又沒有軟件系統的概念，這樣安排雖然能滿足圖形標準等商業軟件的發展需求，但卻很難讓初學者全面掌握“計算機圖形學”學科系統性的概念、思想和方法與學科發展的基本規律――用數學模型的方法指導編程實踐，在計算復雜性可接受的條件下，針對已有成果中存在的不足，不斷用新的數學模型與仿真算法等方法對其進行改進，使圖形學的數學仿真過程不斷的逼近現實物體模型(包括剛體、軟體、流體、氣體)的構造、運動、變形、切割和拼接與反光效果的顯示這一真實的物理變化過程。即初學者沒有用計算機生成圖形的完整概念，這也是以往人們認為計算機圖形學課程難教、難學的主要原因。
由于“計算機圖形學”的繪圖原理不像數據庫軟件那樣，數據庫的功能可以被所有的應用程序所調用；也不像通信軟件那樣，所有要聯網的計算機都離不開通信技術與網絡技術，而計算機顯卡工業、3D游戲、計算機動畫、計算機輔助設計等產業的市場份額小于數據庫與計算機通信等產業的市場份額，即應用軟件的商業價值決定了它們在人們工作與學習中的地位。
參考文獻：
[1] 魏海濤. 計算機圖形學(第2版)[M]. 北京:電子工業出版社,2007.
[2] 魏海濤. 科學的構建‘計算機圖形學’的教學內容,促進計算學科的全面發展[J]. 計算機教育,2008,(10).
