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建筑节能不仅是一个代名词,它是全球建筑行业专家通过深思熟虑之后共同的选择,已经成为一个全球化的趋势。尽管中国的人均能耗很低,但单位国内生产总值能耗是发达国家的两倍还多,能源短缺已造成制约中国经济,社会发展和人民生活水平的提高,节约能源的形势逼人。在我国现有的建筑基本上都是高能耗建筑,而新建的房屋大多数也不是节能建筑,这些建筑可以通过提高结构的性能,达到节能的目的。因此,促进新型材料的使用是提高建筑节能的重要途径之一。
任何新技术的开发和推广是需要大量的投资研究,新型材料的开发和推广也不例外。新型材料在使用过程中难免会出现这样或那样的问题,因此这时有必要投入相应的资金进行科学研究。在推广和应用新型材料的过程中,在进行新型材料推广应用时还需要开发其配套技术和产品,其配套技术和产品的使用可以大大提高新型材料的工程质量。要着重研究制造节能、利废的环保型高科技新型材料,如KP1多孔砖,页岩砖,承重混凝土空心砌块,砂加气混凝土制品,复合顶板,外墙保温系统及其他新型材料。特别是要加强与科研实力较强的高校、科研院所或其他中介机构的合作。同时我们的企业应改变以往的观念,加大技术预先研究的投资,为我国新型材料的创新发展及其配套技术提供有效的金融支持,创新发展,这样有利于开发出符合国家建筑节能要求的高性能,高强度,高经济效益的多功能复合型的新型材料,从而改善施工环境,提高施工效率。
材料生产应用和建筑节能的目标,政策法规的制定和实施是非常重要的,也是建设指标体系不可缺少的部分,尤其是在现阶段,加快市场经济规范,合理的发展,需要更多的技术标准。随着新型材料数量不断的增加,建筑材料的不断涌现,原有的一些不能满足工程建设需要的标准和系统是要必须废除的。此外,在实际应用中的一些产品,随着科技的发展,应不断的对技术标准加以修改,使技术标准在工程施工中得到保证。
现代意义上的建筑材料创新是指完全区别于传统意义上砖瓦材料以及砂石材料的建筑材料新品种。受到行业发展趋势的引导,建筑材料在创新发展的过程当中多将节能型作为首要关注的对象。节能性建筑材料的发展成为了整个建筑行业领域内最受相关人员关注的问题之一。结合当前的发展现状来看,建筑节能材料所取得的发展成效可以归纳为以下几个方面:
墙体材料是整个建筑项目施工期间,能耗问题最为严重的材料之一。在节能型墙体材料的发展中,形成了大量的品种。应用相对较广的节能墙体材料包括粘土空心砖、粘土砖、建筑砌块、加气混凝土、轻质板材、以及复合板材等多种类型。现举例进行说明:以EPS砌块为例,由于此类建筑材料的主要属性为聚苯乙烯薄膜塑料,具有良好的阻燃型优势,在作用于保温隔热领域的过程当中效果确切。此类型材料应用中,拘能够配合中芯浇筑混凝土的方式,体现其在构造方面的灵活性、结构方面的牢固性、以及造价方面的低廉性优势。又以纳土塔板为例,此类材料的主要构成包括聚苯乙烯材料、水泥、水、以及添加剂这几个方面,通过黏合的方式形成墙体。其优势在于,能够通过粘合组装的方式在整个墙体结构内形成刚性骨架,除具有确切的防火耐火优势以外,节能效果同样非常显著。
在社会大众生产生活条件发生改变的背景之下,建筑领域对于保温隔热材料的需求呈现出了显著的发展趋势,保温材料工业的发展有目共睹。从当前建筑领域的发展角度上来说,比较广为人知的外墙保温隔热材料包括以下几种类型:矿物棉材料、泡沫塑料材料、耐火纤维材料、硅酸钙绝热材料、膨胀性珍珠岩材料等。需要注意的一点是,在当前外墙保温隔热领域应用材料的过程当中,通过胶凝材料、聚苯颗粒轻质骨料的相互配合,在添加包括水泥、粉煤灰、以及二氧化硅在内各种胶凝材料的基础之上,作用于外墙保温施工中,除具有良好的耐火性、和易性优势以外,还具有确切的抗裂性优势,值得在外墙保温材料领域中加以推广。
建筑领域中对此类型材料的应用始于上世纪80年代。从当前建筑施工的角度上来说,PCM相变材料与石膏板、混凝土等建筑材料的综合应用成为了建筑材料节能领域的重点关注对象之一,特别是通过在建筑结构轻质材料中的合理应用,其所对应的热能储存效果十分确切,值得关注。早期的研究重点集中在无机水合盐上,但由于无机水合盐在PCM相变材料中的应用存在一定的过冷以及析出问题,故而转变发展对象,形成以污水有机物为核心的低挥发性材料研究。其优势在于:物理化学性能更加稳定,热行为可调控,相变温度可调控,造价低廉,以及节能效益突出等。
在建筑施工中,有机保温材料主要都是一些可燃材料,在建筑施工中一旦出现使用不当的情况,都会导致严重的火灾隐患出现。在建筑施工中,这种材料出现了越来越不能使用的情况。有机材料的应用导致其在出现火灾时,其可燃性导致火灾的扩散速度非常快,而且,这种材料在燃烧过程中会产生大量的有毒气体,导致人员会出现窒息死亡的事故。因此,在很多的建筑施工中出现了使用阻燃板的情况,这种做法在实际应用中也导致了很多的问题出现,虽然其具有一定的阻燃效果,但是在火灾发生时,一旦风势过大,会导致更大型的火宅出现,在这种情况下,保温材料的阻燃材料不会起到更好的效果,对灭火效果也会产生很大的影响。
近年来,建筑施工中为了更好的解决外墙结漏的问题,通常情况下,在施工中会采用抹灰处理,这样在节能效果方面不具有明显的效果。在一些节能建筑设计中,虽然对板材的厚度进行了控制,但是因为其不具备很好的阻燃要求,在施工中也出现了很多的问题。而且,在一些施工中,由于施工人员在某些方面出现了偏差情况,在施工中会出现材料应用错误的情况,对工程的质量带来了很大的影响。
在研制无机保温材料的新产品中,努力降低其导热系数,希望能与聚苯乙烯泡沫板、硬泡聚氨酯比美,宣传他研制的无机保温材料的导热系数为0.038W/(m·K);甚至说最低可达0.017W/(m·K);而他们提供的无机保温材料的密度都大于为200kg/m3,这显然是难于实现的良好愿望。无机保温材料能耐阳光照射、使用温度高,是很好的不燃保温材料,只要精心设计、精心施工,其保温工程的耐久性能很好,甚至可以与建筑同寿命。要抓住这些特点和节能建筑的保温新要求,去开发无机保温材料新产品,设计保温工程新构造,改进其生产工艺和保温工程的施工工艺。有效地利用好复合材料新技术、开发复合结构的新产品、创造保温工程施工新工艺。充分发挥无机保温材料的长处,与其他保温材料复合应用以克服其短处,应用综合保温节能技术和保温节能构造,为新时期的建筑节能做出新贡献。
我国房屋建筑面积在不断增加,建筑行业的发展非常明显,能源消耗非常大,为了更好的实现可持续发展,一定要在建筑行业发展过程中实行节能技术。在建筑工程施工中应用新技术和新材料非常必要,对我国经济的可持续发展具有重大的意义。
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目前,我国正处于城镇化建设的关键阶段,建筑工程项目的数量持续增加,对各类资源的需求量也较为庞大。因此,在建筑行业中推行节能技术就具有十分重要的现实意义。在建筑行业中推行节能技术,不仅可以实现资源的有效利用,同时还可以缓解资源短缺的问题,在一定程度上有助于减少建筑污染,使人们的生活条件及生活环境得以改进。与此同时,推行建筑节能对于促进我国经济的发展和扩大内需也有着积极作用。就目前我国建筑行业的发展现状来看,在国家相关部门的推动下,节能技术在建筑领域中已经逐步得到了较为广泛的应用,并且取得了显著的成就。根据国家有关部门的统计,仅2013年推行建筑节能技术所实现的能源节约总量,相当于每年冬季吉林省供暖所需消耗的煤炭资源的总量。除此之外,建筑节能技术的应用还在一定程度上推动了建筑行业的技术创新及发展,使得建筑行业的施工整体水平得到了大幅度提升,真正实现了我国国民经济的可持续发展,且有效促使建筑行业中浪费现象的减少,由此降低了工程的总成本,为相关企业赢得更多的经济效益和良好的社会效益。
在建筑节能材料的应用中,外墙保温材料是非常重要的组成部分,能起到很好的节能效果。在外墙保温材料方面,根据材料的化学组成通常把材料分为无机材料、有机材料和复合材料。在很长的一段时间内,我国建筑施工多使用无机材料为主,但随着行业发展,普通无机材料无法适应时代发展的要求,因此,在外墙保温材料方面要加以的改进。近年来出现的复合型保温墙体材料具有很多优良的性能,此类材料在建筑外围护结构尤其是外墙保温及饰面系统中应用广泛,也具有很多的优点。其优点主要体现在:在主体结构方面,要使其更牢固的固定在建筑外墙上,并保证长期的使用性能及与气候相适应的耐久性;在中间部分,一般多应用保温板;同时在围护结构最外层通常是起到美化作用和保护作用。
建筑节能门窗的利用有利于提高建筑工程的质量安全,同时提高工程的经济性,因为门窗材料在很大程度上影响到建筑物整体的热传导,也就是说,门窗能耗占建筑整体耗能的比重较大。因此,切实优化建筑门窗工程的节能对于整个建筑装饰施工行业水平的提高也非常有意义。而门窗节能的关键在于设计、材料选择和施工工艺三个方面,其中选择新型的节能型门窗材料就是一个得力措施。例如,以新型隔热材料来连接铝合金型材而制成的复合窗框材料可以显著提高门窗的热阻,达到节能降耗的目的。同时,窗框与门窗洞口之间的缝隙应采用具有良好的保温、防潮功能的材料填充,常用的填缝材料则有聚氨酯泡沫填缝剂、保温防水砂浆等。
建筑屋面作为建筑工程中耗能较大的部分,对屋面工程施工时注重节能型新材料的使用可提高屋面的保温性能,且降低了资源消耗量和减轻对环境的污染。通常来说,良好的保温性能要求建筑屋面构件的导热系数小,并将其铺设在屋面结构层和防水层之间才能够获得最佳的处理效果。发展到目前为止,多种类型的保温板都已经应用到建筑屋面工程中,主要包括聚苯板、水泥膨胀蛭石、膨胀珍珠岩以及水泥聚苯板等,这些新型材料在屋面工程施工中已取得了一定的成效,有利于建筑工程质量的提高,切实提升了建筑工程的整体效益。
环保材料在建筑装饰当中的应用大致可以划分为以下三个类型:一是天然环保材料,这些建筑装饰材料本身就没有毒或者是毒害性质非常小,通常在实际应用环境下只需要进行简单的加工以后就可以应用到建筑装饰施工当中去,主要包括建筑装饰木材、石膏以及天然石材等;二是合成类环保材料,这些建筑装饰材料本身可能存在一定的毒害性质,但是可以通过现有的成熟技术或者是手段来进行加工和合成,经过处理之后的材料就能够实现材料内毒害物质的集聚或者是缓慢释放,以此使得这些材料可以在建筑装饰当中加以利用,通常将其称作为低毒、低排放的材料,对于人类健康的威胁影响并不大,该类型的建筑装饰材料主要就是一些甲醛含量符合国家标准的大芯板和纤维板等;三是化学合成材料,这种类型的建筑装饰材料相对而言毒害性质要大一些,主要是一些环保型乳胶漆和油漆等,我们国家目前的科学技术水平和检测手段还很难对这些材料的毒害性质进行确定,因此在具体的应用过程当中就应多加注意,当然我们相信,随着现代科学技术的飞速发展,对于这些材料的准确认识以及科学界定还是可以实现的。
走可持续发展道路是我国长期坚持的一项重要决策。因此,我国对于建筑节能新型材料也会大力发展、大力推广。目前,由于传统建材的生产导致我国耕地面积极速减少,目前我国剩余耕地面积仅占国土面积的10%,而近年来,我国的房屋建筑却在逐渐增加,其墙体材料主要以粘土砖为主,这样一来,粘土砖的生产就会快速消耗我国粘土资源,而且在生产过程中也会消耗很多煤炭资源,这样不仅浪费了很多土地资源,而且对于环境污染也较为严重。运用实心粘土砖,不仅浪费资源,而且还会增加建筑的采暖耗能。因此在以后的建设过程中,要积极发展新型节能材料,以此保证环境污染的大大减少,并减少不必要的能源消耗。例如,加气混凝土砌块、石膏复合墙板等大量的新型节能墙体材料的使用,他们有着能够更充分地利用资源、变废为宝,节能降耗等共同优点,这些新材料的使用将对我国的建筑材料行业发展引向轻质高强、绿色环保护的新时期。
我国建筑行业未来的发展趋势一定是绿色环保的,建筑节能不仅能够保护耕地资源、缓解能源供给的紧张局面,而且还能保护环境,改善人们的生活质量。因此,对于建筑节能的新型材料也会利用到各个地方。我国应大力发展科技,研制出符合社会需要的新型节能材料。具体可以在实际的工作中将废弃的塑料泡沫发展成为保温绝热的墙体板材,以此既节约了成本,又能对材料二次利用,还能将其变废为宝;可以将无用的玻璃实现回收,将其作为生产的贴面材料,研制出热反射镀膜玻璃、低辐射镀膜玻璃等,以此有效减少垃圾的排放并节约资源;通过科技研制出免烧水泥,在工程中利用这种新型水泥进行施工,可以有效的降低生产水泥所需要的能源,而且在一定程度上减少污染;研制免振混凝土,将其运用到施工建筑中,该种材料在施工建筑中不振捣,不仅能够减少噪音污染,而且也大大减少了能源消耗。而在建筑的节能规划设计工作中,对于建筑外墙、门窗、屋顶以及地板的保温隔热性和气密性也都有了新的要求,低碳环保已经大势所趋。因此,发展新型节能建筑材料是对环境破坏一种强有力的回应,不仅要提高建筑物自身绝热和保温的效果,还要大力降低采暖空调能源消耗,以此切实改善人们的生活环境和居住质量。
总言之,随着现阶段我国房屋建筑面积的不断增加,建筑行业发展非常迅速,其能源消耗量较大,因此发展建筑节能技术就显得尤为重要。在过去几年,由于建筑行业能源消耗量大,但对能源节约问题没有足够的重视,以此造成我国经济发展过程中出现很多问题。这就要求我们在以后的建筑工程施工中,要及时应用新技术和新材料,以此保证建筑工程的绿色、健康发展,有效促进我国经济的可持续发展。
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在长期的地质事业发展过程中,地质工作人员总结了大量的地质资料,这些资料对于现代地质找矿工作的开展有着重要意义。加强对地质资料的有效利用,提高地质资料的服务效率,最大程度的开发地质资料是现代地质找矿工作的重中之重。以下是读文网小编为大家精心准备的:浅谈地质资料服务在地质找矿中的应用研究相关论文。内容仅供参考,欢迎阅读!
【摘 要】首先,本文指出应做好地质资料的规整工作,包括注重不同地质资料的文汇及促进资料一体化发展两方面内容;接下来,又提出做好地质资料的信息服务工作;然后,又从产品的角度,谈及强化地质资料开发利用来丰富服务产品的意义,包括加强地质资料集成编研工作形成复合型地质信息资源以及重视原始数据及实物地质资料地再审视和再利用;最后,则论述了应构建为找矿突破服务的产品体系,包括产品体系的类别和为找矿突破服务的产品主要内容。
随着我国经济发展水平的提高和社会生产力的不断进步,社会发展对能源需求有了显著提高。为了能够保证社会的稳定持续发展,我国对地质找矿工程加大了重视力度。要想使地质找矿工程取得真正的实效,就必须对地质资源进行有效的开发和利用,并同时采取恰当的服务管理措施。但从目前情况来看,在我国开展的地质找矿工作中,尚不具备较高的地质资料服务能力,因而还需我们对其进行深化研究和分析,强化地质资料管理,充分发挥地质资料在找矿工作中的作用和价值,提高地质找矿工作的质量和效率。
1做好地质资料的规整工作
在对地质勘查及找矿工作深入开展的过程当中,工作人员能够对其中涉及到的有用数据,图像,表格,以及文字等信息内容进行全面的总结整理,并使其成为地质资料体系的重要构成。对于当代的地质找矿工作来说,这些资料来源和经过整理后的地质资料具有着极为深远的意义和作用。因此,地质工作人员应高度重视资料整理质量和效率的提高,强化自身能力,完成对现有资料的归纳集群,并在归纳整理工作中积累丰富的经验,为今后工作的深入开展提供有力的支持和参考。在整理过程中,应特别注意以下几点内容:
1.1 注重不同地质资料的文汇
目前,我国不同区域的地质资料还未实现有效的信息共享,无法对繁杂的资料实施统一规范化的管理,而是分别归属于不同的地方管理,这对地质资料的进一步开发十分不利,同时也会大大降低工作效率[1]。为了能够对分散的资料进行最大程度的利用,首先应完成各地资料的交汇,建立起完善丰富的资料系统。而这一系统的建立和运行又需要以可靠的交汇平台为依托,并要求各地的资料管理单位将资料上传至交汇平台,加大资料的管理工作力度,及时将所需资料归纳至相应的版块当中,不仅有利于资料的开发利用,还为开发人员的合法权益提供了坚实的保障。
1.2 促进资料一体化发展
通常来说,地质资料所包含的内容主要有原始采集数据,实物,以及研究成果,这三大不同类型共同构成了完整的资料系统。如果只针对其中一项内容进行研究,就会对开发利用工作带来较大的困难[2]。因此,需对这三项内容加以集中分析,力求发现其中的规律并根据规律来实现最终的一体化发展,发挥整体优势,从而使地质资料的价值得到更大程度的发挥。
为了提高地质资料的利用程度和效率,使其在地质找矿中发挥更明显的作用,就必须对信息交流共享工作加大重视力度,因而我们需以信息服务为切入点,完善地质方面的信息技术建设。首先,应建立多个试点,对高度信息化的资料管理进行积极尝试,其工作重点在于资料的梳理和集群;其次,还要努力打造具有实效的服务集群体系。这样做的目的在于使原本分散的管理单位进行集中化的调度,加强彼此之间的联系,从而为健全网络体系的形成奠定良好的基础,为信息共享创造有利的条件;最后,还要从理念方面入手,实现对服务理念的转变,应使资料的所有者及管理者树立起正确的服务理念,并明确认识到资料共享的积极意义,从而主动将自己拥有的地质资料通过网络平台进行公开,为地质资料系统的进一步完善做出贡献[3]。
3.1 加强地质资料集成编研工作形成复合型地质信息资源
对于单一化的地质资料而言,其利用价值一般不高,这就需要从多种渠道,多个角度,来完成资料的采集编订工作,并同时对已经获取的资料信息进行有效提取和分析,在此基础上再进过筛选,研究和整合,最终形成新的,用途广泛,功能齐全的综合性地质资料体系[4]。同时,在促进体系形成的过程中,还应坚持统一标准,急用现行的原则,优先将成矿区的主要资源完成信息化整合管理,加快数字化进程的推进,大力构建地质数据资源建设,以集中运行的成果发布平台为依托,对主要资源数据进行研究整合,使地质资料的作用得到最大程度地发挥,将其潜在价值转化为实际价值。
3.2 重视原始数据及实物地质资料地再审视和再利用
在地质找矿工作当中,新矿物及新资源的开发是一项极为重要的内容之一,为了使新矿物的研究工作获得充足的有效信息,就必须对原始资料,实物资料进行多方位的重新审视,并随时对其重新利用。由于原始数据和实物资料在准确性,客观性,以及唯一性等方面都有着其他资料所无法比拟的优点,因而能够成为了解,研究,并切实解决地质问题,地质找矿,以及矿物资源勘察的最佳研究资料,不仅避免了重复性的工作,又能提高勘察投资收益,化解投资风险,在学术研究和经济运作两方面都有着明显的优势和价值[5]。随着我国地质学的进一步发展,许多实用性强的最新理论技术不断涌现,如地质找矿理论,化验测试技术,选矿技术等等。在这些先进理论技术的指导下,可对曾使用过的原始数据进行回顾,并在实物资料的配合下发现潜藏的新矿物,新资源产地,以及因技术局限而丢失的重要信息,不仅快速高效,而且更加经济。
为了大力配合找矿的总体战略需求,应设计出技术水平更高,适用性更广泛的个性化产品,从而满足更多不同类型客户的需要,能够适应不同的整装勘查区。应强化成果服务,发挥资料优势,并在此基础上开发出多样化的产品,满足社会公共需求。同时,还应建立起可靠的传播平台作为辅助,为公共产品的生产和发布提供有效的信息化途径,使得整个服务体系更加透明,有序,及时,畅通。
4.1 产品体系的类别
应加强产品体系的分类工作,根据对服务产品功能和设计理念的分析,可将其划分为七大类型:第一类产品用于目录服务;第二类产品用于对资料交汇进行评述,概括和分析;第三类产品用于对资料服务进行评述,概括和分析;第四类为地质工程情况的类产品[6]。这类产品以资料为基础,对当前工作开展情况及显著成绩进行评估,并对接下来要进行的工作内容和开展条件进行分析;第五类产品是对矿产,环境,工程,以及矿产开采权等不同资料的集于一体;第六类产品用于数据库方面的服务。产品能够实现对资料信息的有效提取,集成,挖掘,并在此基础上产生集中程度高,信息化的服务产品,形成有关数据库;第七类产品为地质工作所需的图件信息资源。
4.2 为找矿突破服务的产品主要内容
为实现地质找矿工作质量和效率的提高,应对地质资料突破的产品模式加以整理和归类,其中主要涵盖以下几项内容:第一,地层相关图件;第二,构造相关图件;第三,岩体分布图件;第四,变质作用,演化历程与成品间的关联;第五,地质工作程度图件;第六,矿业权设置状况,以及关于矿业权布局的图件;第七,典型矿床及其成矿条件,成矿类型分布图;第八,物探资料方面图件;第九,化探资料方面图件;第十,总结控旷因素,建立成矿模型,开展成矿预测,形成勘察建议区[7]。
在现代地质工作当中,现代化的技术手段虽然不可或缺,但同样应当重视以往工作经验中的资料信息,并将其作为进一步向前发展的坚实基础。因此,必须做好地质资料的管理服务工作。本文通过对地质资料服务在地质找矿中的应用研究进行深层次的分析,指出地质资料在地质找矿工作中的重要意义。提出了应做好地质资料的规整工作,重视资料的整理,并强调地质资料的信息服务工作的重要性。同时,又从服务产品的角度入手,提出应强化地质资料开发利用来丰富服务产品,构建为找矿突破服务的产品体系。
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随着科学技术的高速发展,人类对产品的使用不再局限于满足生理需求,而是追求更高层次的心理需求,设计理念也从“以机器为本”转换为“以人为本”。在设计活动中,设计师将“以人为本”作为设计宗旨,因此,设计心理学应运而生,并逐渐成为一门不可或缺的学科。
作为一门新兴的学科,国内外的学者对设计心理学还没有形成统一的定义,其研究的对象和内容也还没有形成完整的体系。在国外,设计师已经从设计的各个角度出发,为设计心理学编写了一些基本的定义。
心理现象的学者之一——赫伯特·A·西蒙在《关于人为事物的科学》中提出,设计可以作为一门人机科学的心理学,从而使设计领域将设计作为一种复杂的思维过程加以关注。在国内,江南大学教授李彬彬是我国最早进行设计心理学研究的学者之一,在她2001年出版的《设计心理学》中指出,“设计心理学研究的是如何在工业设计活动中更好地把握消费者的心理活动,遵循消费者在消费过程中的行为规律,设计出市场所需要的产品,以此提升消费者的满意度”。有很多学者认为,设计心理学是设计学所有专业中的一门必修课,在心理学的基础上,指导设计师如何把握人们的心理状态,特别是他们的消费心理。同时,研究设计师在设计活动过程中的心态,以及设计产品对社会的影响,并使这些分析结果为设计服务,使设计能更好地反映和满足人们的真实需求。
对于设计心理学的定义,还处于百家争鸣的阶段,尚无定论,但可归纳出设计心理学的4个基本特征:①设计心理学是心理学的分支之一,是设计艺术学与心理学交叉的边缘学科;②设计心理学研究设计学领域中的每一个心理现象及其相互关系,以及形成这些心理现象的相关因素和规律;③设计心理学的研究目的是指导设计师更好地遵循人们心理活动的规律,开展创造性的设计活动,从而提高产品的真实需求度;④设计心理学通过对思维和创造过程客观规律的研究,可提升设计师的设计和管理能力。
对设计心理学的研究不能只局限于理论研究阶段,更重要的是如何在设计实践中更好地运用心理学的理论研究,通过描述、预测和理解等设计心理学的研究成果,更好地洞察人的消费行为和消费心理,使设计更好地服务于人。
设计是逐渐进化、逐步发展的。20世纪以来,越来越多的人认识到设计对市场的重要性,越来越多的企业大力推广和广泛应用设计学科的知识,以获取巨额利润。设计师从工程学、文学等学科的内容中提炼、形成了一些较为成熟的设计理论,而且这些设计理论还有更广阔的空间需要探究。随着人类社会逐渐成熟,设计师开始意识到不能随心所欲地设计,在设计过程中必须以人的本质需求为根本,并以此为目的分析消费者的心理状态和心理特征,设计适销对路的产品。
20世纪90年代,设计心理学成为一门独立的学科,但直到二战结束后,设计心理学才逐渐成型,主要有以下2方面的原因:①二战后由于经济的快速发展,与设计心理学密切相关的心理学、美学、工业心理学和人机工程学等相关学科理论开始进入设计师的视野,并逐步成熟。这些学科的研究成果很好地促进了设计心理学的发展。②目前,市场竞争越来越激烈,商品生产开始从“人适应机器”转变到“机器适应人”,市场已从卖方市场为中心转变为买方市场主导的时代。设计作为决定商品成功与否的关键环节,迫切需要设计心理学作为支撑;反之,设计的发展也为设计心理学的应用提供了广阔的舞台。
唐纳德·A·诺曼对设计心理学的发展作出了杰出的贡献,他提出设计师应如何研究产品,即关注产品的可用性,但不能抛弃产品的艺术美,设计集创造性、实用性、美感于一身的产品。
国内的设计心理学起步较晚,设计学与心理学的结合程度较低,理论体系与实践环节脱节,设计师的真实想法往往与最终的产品相差甚远。生产商以制造指导设计,因此,现代市场中存在很多廉价、同质化程度很高的产品。在国内,还没有真正认识到工业设计的重要性,设计心理学的地位也较低。
随着时代的发展,在物质生活水平提高的同时,精神生活水平也在不断提高,人们越来越重视自己的心理需求。因此,对于设计师而言,满足人们的心理需求必将成为设计师的首要目的。未来,人们会看到更多的为人的设计,为人类的真实需求而展开的设计。随着时代的发展,设计心理学也在不断发展,但很多人对设计心理学的认识仅仅还停留在以往的阶段。在大数据时代,人们的某些思想观念转变很快,设计心理学的研究要跟上时代的步伐,而不是停留在某一阶段。设计心理学应具有相应的时代性,只有把握好设计心理学的发展和变化,才能更好地利用设计心理学指导设计实践。
设计师难以了解所有用户的想法,也无法主导所有用户的意志,但认真为每一位用户考虑,抓住设计“以人为本”的本质,这样即使世界变幻莫测、时代脚步永不停息,设计也将会是永恒的。
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随着教育信息化的不断深入,创新的教学模式成为国家教育体制改革的重要助推力。 翻转课堂 作为一种新型的教学模式是当前国内外研究者关注的热点问题之一。以下是读文网小编为大家精心准备的:浅谈翻转课堂在实验教学中的应用研究相关论文。内容仅供参考,欢迎阅读!
新一轮课程改革正全面展开,对高校实验教学提出了一系列新要求、新挑战。长期以来,在实验教学中教师都以教材为蓝本,将教科书中的实验以演示的方式传授给学生,教师演示所占用的时间过多,学生动手的时间少,学生对教师的演示只是简单的重复,有的学生甚至只看不做,缺乏自动性,导致兴趣全无。这样的教学无助于动手能力、实验技能、科学态度培养和提高。随着教学改革的不断深入,针对学生自主学习能力薄弱、合作探究能力不足等问题,翻转课堂为教学改革提供了新的思路和方法。
“翻转课堂”能增强学生学习的自主性,学生能有效地掌控学习,体现了“学生为中心”的基本思想。学生通过观看教学视频,在线交流探讨,学习体验分享,对学习进行评价并提出建议等活动,能促进高阶思维发展,养成批判性思维的习惯。按照皮亚杰的话说,教育的目的是培养儿童能做新事,有创造能力和发明兴趣,而不在于只训练重复既有事情,要培养儿童的批评性,具有求证的能力,而不只是接受知识。翻转课堂正是基于这样的理念,让学生变“要我学”到“我要学”,主动地获得知识,并审慎的、批判的接受知识。通过这种学习,学生可以处在一种接受,互动反思和批判继承的培养状态中。
芙富兰克林学院的RobertTalbert 在线性代数课堂中实施了翻转课堂, 并结语了翻转课堂的教学结构。Robert 构建了翻转课堂的教学模式。
依据该模型,笔者设计了《三维动画制作》翻转课堂教学流程,其大致分为学习准备、课前视频学习、在线协作学习、课堂学习与巩固、学习反思五个阶段。
准备阶段要包括教师学习视频的录制和学习材料的准备,同时对学生进行分组;课前观看视频学习主要是学生观看在线学习材料,根据个人的情况,自主安排学习进度;在线协作学习阶段主要是让学生在一个开放的空间自由发言, 使其能充分表达自己的诉求,以寻求帮助,通过小组协作的方式完成任务;课堂学习与巩固主要通过作品的展示和讨论,让学生表达自己“学会了什么”,以达到知识的分享和内化;课后学习学习反思是在学生完成课堂学习后,学生根据小组讨论的结果,对自己的作品进行修改和完善。
翻转课堂教学实施中包括微课教学和课堂教学,教学由课堂延伸到网络,学生对知识的学习周期由堂课45 分钟延长至数天甚至数周,教学时间和空间的放大,增加了教学设计的难度。制作适合的学习视频,有效地利用信息传播技术,设计多样的教学方法,设定有效地评估反馈,建立学习干预机制,形成利用学习者意义建构的学习环境,是保证翻转课堂有效实施的关键。
3.1 演示类学习视频的制作
学习视频主要分为讲授类和演示类,讲授类主要是教师运用口头语言向学习者传授知,这类微课是教师以课堂实录的方式展开教学过程。演示类以实验操作示范为主,主要演示操作的步骤、重点、方法以及注意事项等,学习者通过观看、模仿、错误矫正等掌握各种技能知识。对于实验教学来说,微课内容主要以案例制作为主要内容,操作演示为主,学生能通过观看掌握案例制作的过程、方法和技巧,为独立创作打下基础,是保证学生自主学习的基础性材料。
录制视频的目的是要使学生能够很好的自学, 所以在视频内容选择上应突出重点,以小知识点为段落分别录制。对以培养学生三维造型技能和创作能力为目标的《三维动画制作》课程来说,录制的学习视频多以案例讲解为主,着重技艺与技法的说明,让学生观看视频后不但能按要求制作出所演示的案例,而且还能根据个人的倾向创作出与案例不同形象的作品,从而达到技能的迁移。
除了录制视频之外,还可以准备知识导图,主要是方便学生理解课程内容,知识导图将案例的知识点的连结方式呈现出来,使知识结构更加清楚,能促进学生对视频的理解。同时,教师可以编写学习手册,注明案例的重点和难点,给出其视频时间位置,方便学生查找,同时也能引起学生的注意。
3.2 任务驱动,协作学习
观看视频不是为了简单的模仿,而是为再创作提供预备性知识,有了先前的观看视频及模仿练习后,学生对完成任务过程已经比较清楚了,这时教师需要制定个性化的学习任务,还可以结合知识导图,使学生在自主学习过程中更能提纲挈领。以《三维动画制作》课程中的LOGO 建模为例,在教学视频中教师事先录制一段LOGO 建模的视频,详细演示了建模的过程和方法,接下来教师利用QQ 发布迁移任务——现实生活中我们会在街头看见各式各样的LOGO 标志,请你为自己的班级设计制作一个的LOGO 标志,教师可以展示任务实现的思维导图。
协作学习以分组的方式进行,分组过程中要根据学生性格特点和学习能力差异进行异质分组。在线协作学习是一种有效地学习认知活动方法,它打破了个人认知的壁垒,在协作能中带来思维的碰撞和情感体验,唤醒学生的自我意识,培养学生的合作与创造精神。协作学习中教师要提供学习支持,以便及时给予反馈。教师必须根据学生实际情况给予适当的引导,重点是激发学生产生学习动机,使学生生成自己的观点,最大限度发掘学生的潜力。
在线协作可以同步或异步,学生将遇到的问题在QQ上留言,在线的同学可以通过QQ远程协作功能,帮助解决问题。也可以通过留言互动,在QQ消息记录中,查看其他同学的先前的学习笔记,寻找解决问题的方法。协作中确保给予学生足够的思考时间,使每一次的互动都成为解决问题的阶梯,直到发现解决问题的途径。
3.3 家长学习监督策略
课前学习需要监督学生的学习情况,当学生学习困难时,应该及时干预,并引导学生继续完成学习任务。在翻转课堂中,对于自主学习能力不强和自主学习习惯尚未养成的学生,家长协助教师来监督孩子的学习,能防止学生学习懈怠。家长通过QQ参与到学习QQ群,作为学习的协作者和监督者,家长可以在每天固定时间段来检查自己孩子的学习情况,与孩子沟通学习上的遇到问题,然后将问题集中反映给教师,在这一过程中,家长也可以根据自己的专业特长和工作经验给予孩子学习的建议。这样一种互动能拉近家长和孩子的距离,家长与孩子学习关系的建立更能促使学生自主学习,提升学生学习的能动性和自信心。
3.4 课堂共同讨论、评价作品、发现问题
课堂学习主要以分组的方式对学习成果进行陈述、展示并进行评价。共同探讨有别于个人的学习和思考,生生之间、师生之间能够实现面对面的交流与合作,在平等和谐的气氛中以一种开放的心态来斟酌有价值的观点,集体讨论所得出的结论比个人的经验结语更深刻,并能使所讨论的主题更具有深度和广度,它是深化学习成果和发现新问题的环节,有助于高阶思维和批判精神的培养。
3.5 学习反思
课后学生根据课堂讨论中得到的意见,重新思考自己创作的作品,并对作品进行修改。完成作品后,将作品截图上传到QQ上,作为最终的学习成果展示出来。学生可以查看自己的消息记录,将其看作自己的学习档案,反思自己的学习过程,从中结语经验。
翻转课堂将网络学习与课堂教学的优势进行整合,将自主学习与协作学习有机的融合,克服了传统课堂教学中不利于学生自学的因素,极大地提升了学生学习的效果。教师和家长在线协作及监督,有利于促使学生完成任务,还可以为学生提供及时的、有针对性的个性化指导。
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信息集成 (集成平台) 是指系统中各子系统和用户的信息采用统一的标准,规范和编码,实现全系统信息共享,进而可实现相关用户软件间的交互和有序工作。以下是读文网小编今天为大家精心准备的:浅谈信息集成在航天运输控制系统中的应用研究相关论文。内容仅供参考,欢迎阅读!
在航天领域,随着SpaceX 等私人航天企业的涌入,包括Ariane 和ULA 在内的多家航天机构均纷纷感到了竞争的压力,开始研究如何快速、可靠和低成本地实现火箭的发射服务。为了应对挑战,航天运输系统应认真考虑使用性问题,尤其长征系列火箭还未能真正参与国际市场竞争,使我们长期对这方面的需求不再敏感甚至认为没有需要。同时,火箭竞争力往往用运载能力等总体指标来衡量,对于其他分系统能发挥的作用,讨论得甚少。本文将重点探讨信息技术的发展给航天运输控制系统(包括地面测发控系统)带来的机遇与挑战。
目前,信息技术对航天控制的影响,更多聚焦于多传感器的信息融合以及多处理器的并行处理等领域,这体现了信息技术的两个特点:信息量大大增加,信息处理的能力以及需求也大大增加,但信息技术的作用不仅限于此。应该看到,信息技术是基础技术,当基础技术的能力得到了提升,我们同样要回归到基础去重新认识现有的设计,去源头寻找解决新问题的新途径。例如,过去由于处理能力不足而简化或省略的功能是否需要补充完善,总体的风险是否需要进行调整等。
在进行运载火箭控制系统设计时,首先进行系统方案设计,其重点是确定飞行的轨迹并评估精度;在此基础上,按照系统从大到小进行任务划分,例如,首先确定飞行系统与地面测发控系统的任务界面;其次,针对飞行系统中的电气系统,明确控制分系统与测量分系统之间的任务界面;针对控制分系统,再进一步划分设备的组成及其内部软硬件的分工。
未来空间运输系统的任务将更加复杂,对其自主控制能力的要求也更高,总体、控制、动力等多学科融合的趋势愈来愈强,单纯依靠某一个系统的优化设计空间已越来越窄。因此,考虑到未来自主控制以及“快速、可靠、经济”地进出空间的需求,本文分析了信息集成技术在上述设计流程中能够发挥的作用,提出了四个“一体化”的设计理念,即:
1)利用箭上计算装置的计算能力,完成在线自主轨迹规划,实现“制导与弹道设计的一体化”,增强自主控制的能力和适应性;
2)借助于箭上系统的信息处理能力,进行自检测(Built in Test,BIT),实现“BIT 与地面测试系统的一体化”,重新规划飞行系统和地面测发控系统的任务分工,从而达到快速发射和精简技术保障人员的目的;
3)充分发挥箭上智能单机的处理能力,实现“控制与测量系统的一体化”,减少单一功能的设备,并采用平台化的设计理念,避免重复开发,进而降低成本,提高产品成熟度和可靠性;
4)设计通用的软硬件一体化开发平台,实现“模型驱动的软硬件设计一体化”,为方案论证和选型提供统一建模与仿真的环境,确保设计一次成功,避免方案性反复。
由于信息技术的发展,传统的功能领域得以延伸,并且可以集成其他功能;而第四项一体化则为方案设计的早期验证提供了“量化”分析的条件。
1. 1 轨迹优化中的间接法与直接法
传统上制导与弹道分属两个设计领域,弹道设计是离线的静态优化,而制导控制则是在线的动态优化。许多设计约束由弹道设计来保证,制导仅完成与入轨精度相关的终端约束的控制。但是,随着闭路制导技术的应用,制导系统会实时规划满足终端约束的轨迹,有可能偏离标准弹道,从而导致弹道设计中的隐式约束无法得到满足;如果在制导控制中加上这些约束,传统的设计方法有可能得不到合适的解析解。
飞行器轨迹优化问题实际上是一种带有状态约束和控制约束的最优控制问题。解决这类问题,间接法和直接法是最常用的两类方法。间接法基于极大值原理推导最优控制的一阶必要条件,它们构成了求解最优轨迹的Hamiltonian 边值问题,由于不对性能指标函数直接寻优,因此该方法称为间接法。当前的大多数实时轨迹优化方法都对动力学方程进行了不同程度的降阶处理,仅针对某种具体的问题有效。这种应用存在以下不足:1) 约束条件不同,算法会体现很大差异,很难有一个通用的解决方案或框架;2)许多情况下难以得到表达完美的解析解,这时往往要对模型进行简化;3) 即使如此,许多复杂约束还是难以解决,只能对约束条件进行精简,其代价往往由总体承担转嫁到有效载荷。
直接法比间接法出现更早,采用参数化方法将连续空间的最优控制问题求解转化为一个非线性规划(NLP)问题,通过数值求解该非线性规划问题来获得最优轨迹。在计算机技术迅速发展的近30年,直接法有了较快的发展,并且开始应用于航天领域。这些方法的不同体现在对连续最优控制问题的转换、离散化等方面,文献还概述了一些很有应用前景的方法,如伪谱法,滚动时域优化法等,尤其是离散控制变量和状态变量的伪谱法,备受关注。该方法成功应用到国际空间站的调姿优化,但对于大气层内飞行段,其实时性尚未得到验证。
在国内,从多级固体火箭上升段到高超声速飞行器再入段,伪谱法在离线轨迹优化中得到了普遍应用。为提高效率,常采用与直接法结合或串行分段优化的策略,设计一条优化轨迹的时间从数分钟至数秒,并具有了应用于在线制导的潜力。而文献提出的收敛深度控制策略,可将特定条件下的优化时间缩短至100 ms 以内,这为在线优化提供了条件。
如果能进一步提高直接法的计算效能,采用统一的建模方式,实时地解算各种过程约束或终端约束、等式约束或不等式约束,则制导控制与弹道设计就能实现一体化。这不仅是自主飞行控制的需求,也是技术发展的必然。
联立法在过程控制领域应用广泛,国内也开始尝试将这项技术应用到航天运输系统的设计。运载火箭飞行全过程是多阶段、非线性、变动力学模型,以某型火箭为例,其设计约束包括如下部分:
1)入轨精度要求;
2)入轨姿态要求;
3)控制变量的变化率要求( 如全程角速度限制);
4)分离前控制变量保持不变的要求;
5)残骸落点位置的要求;
6)攻角的要求。
传统上只有第1 项约束是制导系统直接控制的,如果同时考虑其他约束,则难以推导出解析表达式,因此其他约束均隐含在标准弹道中。但若在自主控制下偏离标准弹道,上述约束条件就可能都无法满足,这使得制导系统的自主性以及应对突发事件的适应能力均有不足,这也是一体化设计所要解决的问题,即自主的轨迹规划要能满足所有约束。需要重点解决多阶段非线性系统的动态优化、复杂约束动态系统联立优化等技术难题,并对系统模型进行适应性的重构。
1. 2 联立法的解题框架
将火箭运动模型以及各种约束条件按时域划分有限元,并用插值多项式对各变量进行逼近。然后计算Jacobian 矩阵,并将其结果与离散模型送至非线性规化求解器( Nonlinear Programming,NLP)。NLP 对联立的方程进行求解,将计算结果返回离散模型,计算残差。若残差满足要求,则本次轨迹规划成功,将离散的最优解插值成最优控制曲线;如果残差不满足要求,NLP 将进行搜索方向的计算,更新各变量,并再次求解,这一过程反复迭代。
目前,提高计算效率的主要研究方向为以下几个方面:
1)通过自适应移动有限元方法确定合适的有限元个数;
2)通过初值发生技术选择变量的初值;
3)采用多阶段动态联立优化方法( 而非分段串行优化方法)解决质量突变以及推力非线性变化的情况;
4)通过收敛深度控制提高运算速度;
5)合理选择残差避免不收敛的情况。
算法的优化、计算速度的提升以及并行处理技术的发展,都将促进这项技术的应用。从中可以看出,模型离散化与具体飞行的任务需求相关,其他工作均可以由计算装置自动完成,从而提供了一种通用的解题框架。该技术的突破,将为此类问题的实时动态求解开辟新的技术途径,其应用也不仅仅局限于航天运输系统。
2. 1 现状分析
简化测发控操作,减少发射准备时间,精简现场保障人员;同时提高测试覆盖性,缩短天地差异性,加强设备通用性,这些看似矛盾的需求,是当前对测发控系统的新要求。渐进式改进已难以大幅提升性能,必须从源头重新规划,即将箭上控制系统的设计与测试发控的需求结合起来统筹考虑。在这方面,日本Epsilon 固体小运载火箭甚至提出了移动发射控制的概念,通过网络可以在世界的任何一个地方利用一台便携式计算机方便地检查和控制火箭发射,主要实现流程控制;而火箭发射准备阶段的测试以及故障诊断、重构等工作全部由箭上系统来自主实现,并将是否满足发射条件传送至地面供控制中心人员决策。而国内的研究更多着眼于传统地面设备的整合,实现地面设备的统一化设计和型号之间的共享,对如何利用箭上系统的自检测功能来简化地面测试还少有论及。
结合我国的实际情况,虽然利用箭上设备BIT功能实现自检测(数据采集) 被认为是可行的,但将数据的分析、故障的诊断以及是否满足发射条件的决策仍交由地面指挥控制中心来完成,是箭、地任务分工较为合理的一种方案,目前已进入了应用研究阶段。
2. 2 总线窃听与箭地高速测试总线
与Epsilon 的方案相比,箭上设备只负责数据的采集,这样减轻了箭上产品的负担;箭地之间设计大容量的高速测试总线(High-speed Measurement Bus,HMB),按传输速率≮20Mbps、通信距离≮200 米设计,基于HMB 的数据采样称作“总线窃听”技术,以区别于1553B 总线等的“总线监听”技术。
考虑到箭载计算机是火箭控制系统的主控设备,对其机内数据总线的检测相当于获取了与计算机相关的所有输入(对应各种传感器)和输出(对应各种控制指令) 信号,因此将数据监测点设置在箭载计算机的机内总线端;同时为避免对飞行软件的影响,这些检测应全部自动实现并将数据通过HMB下传至测发控系统(自动窃听并发送)。为便于箭、地主动的收发通讯,设计单独的用户邮箱。
HMB 将在箭、地系统之间建立统一的接口,在活动发射平台的前端设备间配置一台通讯终端,通过该终端利用网络通讯,可以将数据传送至指挥控制中心的数据处理终端或后方系统设计单位。为保证通讯的可靠,应适应并接两个或多个通讯终端的情况。
2. 3 自动判读与闭环测试
借助于HMB,首先可以实现“基于模型和数据驱动的自动判读”。地面能够直接“窃听”到飞行控制软件的输入信号及产生的控制信号;其他总线站点的信号封装成遥测量,由箭机作为总线控制器转发给遥测系统时,地面通过对总线接口的监测也能获取这些数据,于是地面系统可以据此采用相同的算法(模型)进行箭上控制过程的同步推算,并将计算结果与箭上设备进行对比,这就是“基于模型”和“数据驱动”的含义。理论上二者的处理结果除计算误差外应基本一致。当然地面与箭上的开发小组应不同,采用类似于多版本的经验来消除共因失效。这种分析是自动且近似“实时”的,并且对测试用例不敏感:当用例改变,即箭上各种控制器的输入条件改变时,箭上与地面系统的计算结果也都发生改变;但只要二者一致,说明系统工作正常,并不需要提前准备固定的判据。这种分析技术为闭环测试提供了便利,以控制系统总检查测试为例。
可以看出这种测试是闭环的。地面仿真计算机通过HMB 获取发动机摆角信息,仿真箭体的运动,并将解算后的速度、位置和姿态转换为惯性测量设备的信号,通过箭地邮箱反馈至箭载计算机中,形成闭环反馈控制系统。这种将被控系统的模型与电气系统匹配性测试集成在一起的方案,称作“系统在回路”的综合试验方案,结合了电气系统测试和仿真试验二者的优点。例如,在地面仿真软件中设置不同的干扰状态,从而产生不同的测试用例(但并没有改变硬件的状态),增大了测试的覆盖性;而通过前文介绍的智能判读技术,数据的分析全部自动进行。更主要的是,这种测试可以在总装厂、发射现场实施,从而大大提高在这些场合测试的有效性和覆盖性。
通过上述任务的重新分配,由此可以梳理出新型测发控系统的特点:
1)箭地之间的连接除供电信号外,其余将以标准化的数字总线为主,这简化并且规范了接口关系,易于型号间通用。
2)地面测试的工作性质已转变为数据分析,“测试与发射控制系统”将转型为“发射控制系统”,重点是流程控制。
3)测试数据的分析采用与箭上设备同样的模型,将专家事后分析数据的过程实时化、智能化,减少了控制中心或后方单位的技术保障人员;具备对不同测试用例的“自适应性”,创造了闭环测试的条件,在简化操作和测试的同时增强了地面测试把关的力度。
3. 1 现状分析
控制与测量系统是火箭电气系统的两个主要组成部分。为避免共因失效,测量系统一般独立于被测系统之外。但随着电气产品整体可靠性和成熟度的提升以及各种冗余技术和BIT 技术的使用,这种独立的系统设计方案显得过于复杂,主要体现在以下方面:
1)控制系统产品的可靠性、环境适应性、地面试验考核的力度均得到很大提升;
2)控制系统采用各种高性能的处理器,不仅具备BIT 的能力,且在采样精度、采样频率、数据处理等方面已超过遥测系统数据采集单元;
3)控制系统普遍采取冗余设计,并基本解决了“单故障点”问题,使得BIT 测试具备了冗余能力,提高了BIT 测试的可靠性。
国外火箭也意识到了这一点,例如法宇航在“Avionic-X”项目中,提出两个系统一体化的初步设想,以“飞行控制单元1”为例,包含有控制与测量各自的数据处理模块(类似于计算机)、卫星导航(GNSS)模块、惯性测量模块以及共用的供电模块等,并开始借鉴航空系统中的“集成模块电子系统”架构。
国内也较早地开展了航天电气产品模块化、集成化的应用研究,提出通用信息化的集成框架,但尚未考虑分系统间的集成。在综合分析可靠性、成本双重因素下,测量分系统中的相关功能,尤其是用于对控制系统信号进行采样、编码、传输的各种数据采集单元,具备了与控制分系统一体化设计的条件。
3. 2 模块化/组合化/集成化设计
控制与测量功能的集成并非简单组合,需要电气系统从顶层进行规划,按照“模块化/组合化/集成化”(以下简称“三化”) 的思想进行设计,并要兼顾地面测试的需求。
从新一代运载火箭控制系统的研制看,随着数字化技术的应用,控制系统智能单机( 指含有CPU的单机)的配置均基本相同,均含有标准化总线接口、处理器、存储器、时钟、FPGA、电源模块、总线协议芯片等,不同之处都集中在I /O 接口上,例如,伺服控制要采用放大器接口,时序和阀门控制要采用大功率的开关量接口,推力调节则主要是脉宽调制控制和脉冲量接口,等等。因此,上述“三化”设计的思路是,在基本配置均相同的前提下,通过配置不同的I /O 接口,实现各自特定的功能,从而避免重复开发、CPU 种类繁多等不利于资源共享、成熟度提高和降低成本的开发模式,这就需要对各种基本模块和接口模块进行合理规划。
含有处理器的设备主要有箭载计算机、各级(类)控制器以及各类惯性测量设备,这些设备都可以采用“三化”的设计,从而形成不同的集成控制单元。
每个集成控制单元除完成控制以及自身的自检测功能外,还可以兼顾“周边”相关非智能设备信号的检测,如各种传感器信号、配电信号等,其思想是尽可能多地发挥处理器的“富裕”能力,减少单一功能的单机。集成控制单元采用平台化设计,通过基本模块和I /O 模块组成各类具体产品。其中基本模块为CPU 模块、供电模块和BIT 模块,而其他典型I /O 模块包括:GNSS、惯性测量模块、开关量输入/输出接口(DI /DO)、放大器接口、各种总线接口和检测模块等。
集成控制单元的体系结构还应能适应下述不同需求:1)整机级冗余设计:如计算机、各级控制器的设计;2)系统级冗余设计:如多惯组冗余,每套惯组内采用单模方案;3) 多机并行处理设计;4) 非冗余设计:如检控器等。如果设计平台考虑周到,还可以兼顾无CPU 状态的设计,如综合配电器等。
在这种一体化设计中,不再需要针对控制系统的各种数据采集单元,测量信息将主要由总线监视器获取,飞行软件承担“飞行控制”与“数据管理”两个主要的、优先级不同的任务,这可以在操作系统的支持下完成。此外,操作系统或软件中间件还可以屏蔽软件对不同硬件配置的依赖,从而增强软件的重用性。
4. 1 现状分析
当具体到设备功能的划分以及集成控制单元的设计时,传统上称作“系统综合设计”。一般参照原有的型号进行设计,或者技术发展带来设备功能增强后,体积、功耗降低,可以将多台设备组合成一台。
在绝大部分情况下,上述两种方法应用得很好。但其不足是没有将系统方案( 算法) 的设计与硬件载体紧密关联起来,当在地面计算机上完成算法设计后,需要向性能相对受限的嵌入式目标系统转化,这样的转化过程存在风险。由于最终设计的可行性需要硬件、软件的原型产品才能进行验证,因此,在方案论证过程中不同方案选优就没有一个可以量化的评估值,难以实现“从定性到定量综合集成”的跨越。
随着电子技术的发展,硬件与软件的一体化设计已逐渐成为可能,在航天领域,也开始采用“模型驱动工程”(Model-Driven Engineering,MDE)方法开展设计,而国内随着自主知识产权CPU的突破,为本项技术研究创造了条件。
4. 2 软硬件一体化设计
MDE 在航天控制上的应用。在该方法中,控制系统的“算法设计”、“软件开发”、“硬件开发”这三个“V”字型开发模型被有机集成在一起,系统方案设计中的算法将首先转化为可以在仿真器上运行的软件代码,然后该代码与硬件设计一并集成到硬件模型中进行协同仿真,从而具备了在没有硬件载体且针对目标硬件的设计仿真能力。
系统综合设计离不开设计平台,该平台必须能为系统设计人员迅速搭建原型模型并进行验证,这也是广义上的“定量综合集成”的基础。
设计平台为具体产品的软硬件分工创造便利条件,可以首先选择一个方案,若不满足要求则进行调整,因为此阶段调整成本较低。为校验算法的可行性,需选择某个处理器IP 核,并用原型法设计出应用软件,然后集成在一起仿真校验。应用软件( 包括飞行控制软件、嵌入式操作系统等) 首先编译成该CPU 的目标码,由指令集仿真器( Instruction SetSimulator,ISS) 进行调用。ISS 是一个虚拟微处理器,它将目标码进行解码和执行,对外通过处理器总线功能模型与硬件仿真器进行交互。总线功能模型实现从指令级到周期级的转换,产生总线周期的序列,并实现总线接口功能,驱动这些信号进入硬件仿真环境;同时对总线周期响应进行取样,并传送回软件环境,从而实现软硬件协同仿真。
采用联立法解决真空段多约束条件已取得一定成果,研究对象正向全过程(包含大气段) 动态轨迹规划等方面扩展,重点解决实时性问题。以新一代中型运载火箭为契机,基本实现了BIT 与地面测试的一体化设计,利用HMB 以及总线“窃听”技术,地面系统已经能够实现与箭上设备的同步解算和分析,在提高效率、节省人员等方面取得了显著效果。
对于控制与测量系统一体化设计而言,航天综合电子技术是其关键技术,将涉及新型电气系统架构的划分以及高速总线(系统级、背板级) 互联技术。软硬件的一体化设计得益于电子工业水平的提升,但仍需要更多具有自主知识产权的嵌入式处理器IP核,才能提供更多的设计选择。
信息技术的发展,提供重新审视控制技术应用现状以及发展方向的机会。无论是更强的计算能力、更高的集成度、还是更加先进的建模与仿真技术,在改变技术、产品的同时,也会改变研发模式,其影响将更为深远,也将促进信息技术与航天控制技术真正意义上的融合。
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摘要:综述了纳米材料研究概况,对纳米材料的研究进展、制备方法、及其应用领域进行了介绍,并与传统材料进行比对,介绍了纳米材料的的优点。
关键词:纳米材料;制备方法;应用
德国科学家H.Gleiter教授最先提出纳米晶体材料这一概念,指的是晶粒尺寸在纳米数量级(通常该尺寸<100nm)以下的超细材料,随着时代的进步科技的不断发展,人们对纳米材料的概念也在不断发生转变,理解初期阶段,它是指由纳米超微颗粒通过压制等方法形成的纳米固体或具有一定厚度的薄膜,时至今日,广义的纳米材料是指在材料的三维尺度中至少有一维处于纳米尺度范围或由它们作为基本单元构成的材料[1]。
经过时代的演变和发展,纳米材料的概念一直演绎更新,国际上普遍认同凡是尺寸在纳米数量级(1~100nm)或出现纳米效应的超细材料均可认为是纳米材料,在纳米材料中金属纳米粒子一直是人们关注的焦点,金属纳米粒子由于自身的独特性, 在医药、光电、电子产业、热学、生物信息等方面具有重要的应用前景,在这些领域有许多新的突破和进展,如Frens采用不同浓度的柠檬酸钠作为还原剂而得到了金纳米颗粒系列,其粒径范围在 16~ 147nm[2];Nersisyam等利用溶胶-凝胶法制造银纳米粒子,通过使用不同的还原剂将银纳米粒子的范围控制在20~50mm[3];王睿等利用乙二醇还原性,在对溶剂进行高温加热的情况下并施以光诱导作用将银纳米粒子的尺寸控制在50nm左右同时得到三角形和圆盘形两种粒子形态[4]。除开金银这些贵重金属,对铜纳米粒子的研究最近也掀起了一股热潮,李延君等人通过对不同温度和不同浓度试剂的调配在极性溶剂中制备了粒径范围在7~ 70nm的铜纳米粒子[5]。
纳米材料的晶粒尺寸一般在100nm以下数量级,在纳米材料中晶粒的晶界呈多面性,而晶界的体积百分数往往和材料缺陷密度呈正比,体积百分数越大其缺陷密度越高,这种独特的晶粒结构使得纳米材料相对于传统材料呈现出许多的优越性,它的奇特性能包括宏观量子隧道效应、量子尺寸效应、导电性好、力学性能优异等等。
纳米材料其实对我们每个人来说它并不陌生,自然界中就存在许多的天然的纳米材料,比如牙齿、陨石等都是由纳米颗粒组成,而如今大多数国家都将纳米材料制作及技术发展作为重要的科研领域,它在某种程度上反应了一个国家在材料领域的发展水平,时至今日,制备纳米材料的方法多种多样,例如机械研磨、物理粉碎、气相沉积、溶胶法及真空冷凝等方法[6]。针对纳米材料的制备方法按照其原理不同分法亦不相同:发生反应的状态不同主要分为干法(固体之间的反应)和湿法(水溶液里进行的反应);原料存在的状态不同亦可分为固相法(金属盐或金属氧化物混合后通过煅烧的方法直接发生固相反应)、气相法(物质在气体的状态下发生物理或化学反应)与液相法(可溶性性盐溶液通过蒸发、升华将金属粒子结晶出来);按制备手段也可分为化学法(沉淀法、相转变法、气溶胶反应法等)、物理法(蒸汽冷凝法、电火花法、离子溅射法等)和综合法(PECVD、LICVD等)。
这些方法各有所长各有所短,比如固相法利用热分解原理得到的产物容易再次凝结成块,需要重新粉碎、搅拌,增加了成本;物理粉碎法相对来说工艺简单、低成本高产量,但是极易引入杂质,造成产物质量纯度低;气相法制备的纳米颗粒纯度较高,与之相应的成本高,对纳米颗粒的粒径尺寸也有要求,这些制备方法既有优势也有自身的劣势,而这些劣势限制了纳米材料的进一步发展。
纳米材料作为材料科学领域的热点焦点,纳米技术也被国际公认为21世纪最具发展力的的科研领域,诺贝尔获奖者Feyneman早年就预言:如果能在极小的尺度下对粒子进行重新组合排列,物质就会显示出不一样的特性。现在我们明白他所说的就是纳米材料,通过对纳米材料中超微颗粒结构的变化得到的独特性能解决科研领域中的许多难题,它的应用领域是非常广泛的,以下列领域为代表:
陶瓷领域 纳米技术在陶瓷中的应用越来越流行,其原理是将纳米尺度的陶瓷粉加入瓷釉中,改善传统陶瓷性能,达到抗菌、自净等功能,特别是在力学增强方面,如材料的硬度、强度、韧性等。传统陶瓷的加工工艺离不开高温,可是通过高温烧结会增加材料的脆性,陶瓷的断裂韧度会随着脆性的增加而降低,这就使得传统陶瓷具有易碎的特点,纳米陶瓷材料所需要的温度在传统的基础上可降低接近600℃,同时无需催化剂,大大降低了对材料品质的污染,减少了能耗需要,纳米陶瓷材料在较低的温度下进行烧结,在保留陶瓷硬度的同时增加了它的韧性、弹性形变、耐腐蚀、耐高温高压等特点,新型的陶瓷甚至可以磨削,至此陶瓷材料远离高能耗、易碎。
催化方向 纳米技术广泛的渗透到催化领域,纳米催化的出现及关于它相关研究越来越受到更多人的重视,普通的催化剂对温度有较高的要求,但是纳米催化剂对温度的要求较低的,通常在常温后者低温就可以进行,纳米催化剂是超微颗粒,尺寸小,故高表面能高,发生反应后其效果是普通催化剂的数十倍或百倍以上,例如金属纳米粒子Ni和Cu-Zn组成的催化剂与传统的催化剂Ni相比对有机加氢的效率增长了10倍。
医药方面 纳米材料在医药方面的应用也有明显的优势,可增加患者的疗效,而纳米技术在医药生产上的应用可以使医疗技术更加细化,同时能研制出普通医药无法比拟具有特定功能的药品,而一些具有纳米技术的仪器在对疾病的诊断方面只需要患者极少的一点的血液,通过对蛋白质、DNA的匹对就可确定出疾病,如果将纳米粒子作为药物载体,那么药物就具有靶向作用,可以直击病灶。使治疗更加直接,而药物产生的毒性也能明显降低。
复合材料 复合材料由于其优良的综合性能而广泛应用于光电、航天材料、交通运输等领域,而纳米复合材料更具吸引力,现如今纳米复合材料主要括纳米聚合物基、纳米碳管功能、纳米钨铜,例如Wu-Cu纳米复合物具有较高的综合性能,导电性能优异,传热好,不易发生热膨胀。
[1]张立德,牟继美.纳米材料和纳米结构.第一版,北京科学出版社,2001年.
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在桥梁基础施工中,当桥梁墩、台基础位于地表水位以下时,根据当地材料修筑成各种形式的土堰;在水较深且流速较大的河流可采用木板桩或钢板桩(单层或双层)围堰,以及很多会双层薄壁钢围堰。围堰的作用既可以防水、围水,又可以支撑基坑的坑壁。以下是读文网小编今天为大家精心准备的:浅谈水利施工中围堰技术的应用研究相关论文。内容仅供参考,欢迎阅读!
为了保证水利项目能够正常的开展,在具体的建设时期,我们常常会在场地附近建设一个暂时性的结构,它的目的是为了阻挡水流。我们将这个暂时性的项目叫做是围堰。结合它的构造以及使用的材料的类型,可以把它分成如下的类型,比如木板桩围堰、双壁钢围堰等等。而按照它的具体使用方向,又可以区分为驳岸挡墙施工围堰、墩台施工围堰等。因为它的类型非常多,因此我们必须结合它的每个类型的特点,做好具体的分析工作。为了促进发挥水电站的工程设计的进步优化,就必须合理的改造围堰工艺,结合所在区域的具体情况开展建设工作。在科学技术水平不断地发展与进步的时代下,落实“完善、巩固、规范、提高”总设计要求,不断的更新围堰技术设备,发展出良性循环的高效率、高水平的水利工程的开发,发挥水利工程的设备上的改造和技术上的更新,是可持续发展观的精神体现,对于促进国民经济健康运行有着重要的现实意义。
在众多的围堰项目中,土围堰的使用几率非常大。接下来具体的分析它的特征和使用区域。在开展水利项目建设工作的时候,此类围堰一般适合用到水流的速度不是很快,水的深度低于两米,透水能力不是很高的河流之中。在具体的开展建设工作的时候,此类项目主要是借助于项目本身的重力以来提升它的强度的。不过,如果河床是砂土的话,为了增强稳定性,避免塌陷,就必须合理的选择围堰的种类。工作者在使用围堰开展建设工作的时候,必须认真对待如下的内容。第一,假如项目的上方宽度超过一米低于两米的话,工作者可以借助行管的设备来进行地基的挖掘工作。第二,为了保证后续的项目开展顺畅,保证施工的品质良好,工作者在修建围堰之前的时候,必须把下方的杂物都清理好。第三,在具体的开展建设的时候,为了保证密度,最好是选择黏土,而且在完工之后要使用机械对其合理的夯实处理。
特征以及使用区域简述:在水利项目的建设过程中,此类围堰常常被用到方便获取木材的地方。因为这种项目需要使用非常多的木材,因此在具体的开展建设工作的时候,为了减少投入,保证项目正常开展,在附近区域可以建设此类围堰。除此之外,工作者在进行建设工作以前的时候,还必须认真分析河床的透水能力,以及水流的速度等。其一般适合用到流速为每秒一米到五米,水体深度不超过五米的地方。
施工工艺简介:通常来讲,在开展此类建设工作的时候,为了提升效益,确保板缝的密度合理,工作者必须把两三块木板拼凑到一起,进而插打。假如在安装的时候木板太短的话为了确保项目能够正常开展,工作者可在水表面或是地表布置一个导框。假如木板桩太长的话,为了确保工作能够顺畅开展,就要在其中设立两个导框。带明确实际的方位并且做好插打施工以后才可以进行安装活动。在插打以及合拢的时候,我们通常按照分块的方式来处理,或是先插后打。虽说分块方法的效果有,不过它的合拢性不是很好,而且无法控制品质。先插后打的措施虽说可以确保合拢良好,不过它的速度非常慢。
特征和使用区域简述:如果工作者在工作的时候发现水体非常深的话,我们就可以使用双壁钢围堰。在具体的使用该项工艺之前的时候,工作者必须结合项目的实际状态明确围堰的规模,进而才可以开展后续的建设工作。此类技术是一种全新的施工工艺,它的环保性能较好,效率也非常高,除此之外稳定性好,非常受人们的青睐,施工工艺。双壁钢围堰的施工要点如下:
第一,为了保证清基和顺利钻孔,钢壳的刃脚应全部稳妥地支承于岩面上。第二,钻孔护筒顶面应比封底混凝土面高出0.15~1.0m,下端应与基岩面接近,并与其串联固定连成整体。当封底混凝土灌注完毕后,由潜水员在水下拆除连接螺栓并将固定支架吊出水面。第三,可以在墩身混凝土筑出水面后拆除双壁钢围堰的上部,均可在围堰内切割,外壁在灌水后在水中切割,内壁在无水的情况下切割。
特征和使用区域简述:如果水体的深度超过了五米,而且河床是砂土或是其他的透水能力较好的土层,无法使用别的类型的围堰的话,我们可以使用钢板类型的。可根据需要修筑成构体、单层和双程式,或者可以根据实际需要将钢板桩围堰可作成矩形或圆形。矩形围堰的角桩没有现成的角桩板桩,需要把一块钢板截开为两个半块并在中间加一根角钢铆接或焊接。施工工艺:钢板桩围堰的施工中有以下几点应该特别注意:
第一,打桩机具的选择。打桩机具的选择主要包括两部分,分别是打桩锤和打桩架。打桩锤的重量一般大于桩重,这样能保证打桩效率高,且桩尖与桩头不被打坏。
第二,围囹安装。安装围囹时应对其进行测量定位。当水中围囹距离已成桥墩或岸边较远者,可采用前方交会法进行定位。
第三,钢板桩插打。钢板桩可采用全围囹组插合拢后再逐步打和逐块插打两种方法。为了加快速度,可令桩架只负责打桩,另用一台吊机或者一艘吊船来承担吊桩工作。可采用外加导框的措施来保证钢板桩插打顺利合拢。第四,防渗漏措施。如果出现了渗漏问题的话,我们可以在外围撒一些碎屑之类的物质,这样水在流经此处的时候就能够将这些物质带到下方的缝隙里面,进而起到了封堵的意义。除此之外还可以使用棉絮等在里面封堵。最后,将板桩去除。通常应该在去除之前的时候,把水下方或是基坑里面的支撑体系去除,为确保工作者的安全,在拆除的时候必须做好防范活动。
特征和使用区域简述:当遇到深水且流速为2.0m/s,平坦的岩石河床且无覆盖层的情况下,可以采用套箱围堰。套箱围堰分无底套箱和有底套箱,浅水部位可采用无底套箱,深水部位可采用有底套箱。套箱可用钢板、木材或钢筋混凝土制作,并在内部设相应材料的支撑。施工工艺:首先,测量组放线。在平台拆除以后,搭设上导梁及内支撑。对上导梁牛腿抄平,安装上导梁、并与牛腿焊接定位,安装内斜撑,并用相同的方法安装下导梁。然后,第一次下插模板并合拢,水下安装斜拉杆。进行抛填粗砂及砂袋维护并布置导管。接下来,灌注水下封底混凝土,套箱止水与封底处理。最后,割除设计桩头标高以上的钢护筒并安装下导梁内斜撑。绑扎预埋墩身钢筋、承台钢筋和接地钢筋并浇筑承台混凝土。
最近几年我们国家的经济呈现出稳速增长的态势,此时水利项目也得到了明显的发展。虽说项目的总体发展态势比较好,不过从细节处分析还存在许多的问题,比如豆腐渣项目依然存在,而且渗漏之类的问题时常出现,这些问题的发生严重的影响到经济的进步,干扰到群众的生活。围堰项目的建设工作关乎到项目的总体质量,它在水利项目中发挥着非常关键的意义。只有不断的优化施工工艺,才能够切实的带动国家经济的稳定发展。
【浅谈水利施工中围堰技术的应用研究】相关
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随着科学技术的发展进步,计算机网络技术得到了充分发展和应用,在我国经济社会发展和人们生产生活中发挥着重要作用。但是,在计算机网络技术应用的过程中,由于受到多方面因素的影响,存在很多安全威胁,严重影响了计算机网络使用的安全性。因此,在社会发展新时期,我们要高度重视网络安全维护问题。以下是读文网小编为大家精心准备的:浅谈计算机网络安全技术的应用与发展研究相关论文。内容仅供参考,欢迎阅读!
国际标准化组织(ISO)对计算机系统安全的定义:为数据处理系统建立和采用的技术和管理的安全保护,保护计算机硬件、软件和数据不因偶然和恶意的原因遭到破坏、更改和泄露。即:通过对各种技术及管理措施的运用,来保证网络系统能够正常运行,确保网络数据的可用性、完整性和保密性。可知,建立计算机网络安全保护措施的最终目标在于确保经过网络传输和交换的数据不会发生增加、修改、丢失和泄漏。
由于网络的普遍性特征,使得网络安全涉及到诸多领域,如电子商务领域和技术领域等。电子商务已成为我国经济生活的重要形式之一,如淘宝购物成为人们日常消费的重要渠道之一,其交易安全不仅与购物者自身利益息息相关,同时也影响着整个国民经济的运行与发展,因此,预防盗取账户金额行为和恶意侵袭行为,有效保护银行、企业与个人的权益成为网络安全课题的重中之重;在技术领域中,网络安全不仅指硬件和软件本身的实体安全,还包括其安全运行、持续进行良好的工作状态,保证信息安全,不会被非法阅读、修改和泄露等。
计算机网络在广泛应用的同时,网络之间的信息传输量也随之剧增,这就使得一些机构和企业在得益于网络而加快业务运作的同时,其网上的数据也遭到不同程度的攻击和破坏。攻击者通过窃听网络上的信息来盗取用户的口令、数据库的信息,篡改数据库内容,伪造用户身份,甚至删除数据库内容、摧毁网络节点、释放计算机病毒等。由此可知,不论局域网还是广域网,网络的安全措施必须能全面抵御各种恶意威胁,才能确保网络信息的保密性、完整性和可用性。
计算机网络应用系统必须具备以下功能才能更好地适应信息技术的快速发展:访问控制:通过对特定网段、服务建立的访问控制体系,将绝大多数攻击阻止在到达攻击目标之前。检查安全漏洞:通过对安全漏洞的周期检查来避免攻击。攻击监控:通过对特定网段、服务建立的攻击监控体系,可实时检测出绝大多数攻击,并采取响应的行动。加密通讯:主动地加密通讯,可使攻击者不能了解、修改敏感信息。认证:良好的认证体系可防止攻击者假冒合法用户。备份和恢复:良好的备份和恢复机制,可在攻击造成损失时,尽快地恢复数据和系统服务。多层防御:攻击者在突破第一道防线后,延缓或阻断其到达攻击目标。设立安全监控中心:为信息系统提供安全体系管理、监控、保护及紧急情况服务。
目前广泛使用的网络安全技术包括防火墙技术和入侵检测系统。防火墙以屏障的形式存在于可信网络和不可信的外界之间,通过实施安全策略来控制信息注入可信网络,以防不可预料的风险发生,另外还能限制可信网络中的用户对外部网络的非授权访问。设立防火墙意在保护自身网络不受其他未知网络的攻击与破坏,是目前行之有效的一种安全技术,但其仍存在一定局限性,它对内部网络之间的访问行为是无法进行辨别和预防的,并且对来自防火墙以外的其他途径恶意攻击也显得无能为力。入侵检测系统是为保证计算机系统的安全而设计与配置的一种能够及时发现并报告系统中未授权或异常现象的系统,是一种用于检测计算机网络中违反安全策略行为的系统。入侵检测系统能够识别出网络内部与外部的任一非法活动,应用其能在入侵攻击对系统发生危害前检测到入侵攻击,并利用报警与防护系统驱逐入侵攻击,从而减少入侵攻击所造成的损失。入侵检测系统存在较高的误报、漏报率,并对精巧有组织的攻击难以起到防御作用。
防火墙和入侵检测系统的功能特点和局限性决定了二者的不可取代性,其相辅相成,共同合作才能更加有效的保证网络安全,防火墙重于访问控制,入侵检测系统则能够主动发现入侵信号。例如,入侵检测系统检测到一种攻击行为,若无法及时有效地阻断或过滤,这种攻击行为仍将对网络应用造成损害,没有入侵检测系统的防守,一些攻击会利用防火墙的合法通道进入网络。因此,只有将防火墙和入侵检测系统进行紧密有效的结合运用,使其相互弥补不足,才能为网络安全提供更加有效的防御保护功能。
总之,目前网络在我们工作和生活中具有普遍性与重要性,很多事情都要通过网络传播,网络安全问题也随着增多,这给我们的生活带来不便的同时也造成很大的危害与损失,因此加强网络安全管理刻不容缓,只有加强网络安全意识与技术运用,才能更好的利用网络资源。
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机械设计是机械工程的重要组成部分,是机械生产的第一步,是决定机械性能的最主要的因素。机械设计的努力目标是:在各种限定的条件(如材料、加工能力、理论知识和计算手段等)下设计出最好的机械,即做出优化设计。以下是读文网小编今天为大家精心准备的:机械设计中的材料选择及应用研究相关论文。内容仅供参考,欢迎阅读!
材料的选择与应用在机械设计中是至关重要的一环,材料选择的好,机械的设计就成功了一半,在之后的机械制造中就会更加顺利。所以,我们要重视机械设计中的材料选择和应用,促进机械设计的可持续发展。
我国的工业化步伐大大加快,对于机械的使用需求越来越大,对于机械材料的需求更是日益增多,这导致了机械设计材料的稀缺,人们寻求更经济、更环保、更适用的机械设计材料成了当务之急。为了更好地满足人们日益需求的物质文化和精神文化需求,这就需要机械设计的材料朝着更加经济、环保、适用的方向发展,在社会各种发展都对材料进行大规模使用的激烈的市场竞争中,若想获得一线的发展,就要充分利用目前拥有的材料,利用有限的资源,对机械设计的材料进行选择和应用,进而进一步地加大对于机械设计的使用和机械设计的工作,为我国机械行业和我国经济的可持续发展做出应有的贡献。
2.1满足机械零件应用的要求
机械设计必须要考虑到机械的负载能力,如果机械的负载能力差,就会使整个机械的零件失效,达不到机械进行正常工作的要求。所以,在对机械进行设计时的材料选择时,一定要结合机械所要进行的工作,考虑到机械所要承受的负载,然后对材料进行选择,以此作为机械设计的材料选择进行可靠性实验的标准。如果机械零件在受到重压的时候产生扭曲或者弯曲的情况,这种变形有时候是可以恢复的,但有时却是永久性的,这就使得机械受到损伤,不能进行工作。所以,为了避免上述情况的发生,我们在对机械设计进行材料的选择时,一定要确保零件不会发生扭曲,确保它的实用性,采用较为坚固的材料进行设计,以便能够均匀机械的受力,改善材料的抗变形性能。比如,在对机械进行设计加工时,可以采用中碳调制或低碳钢渗碳的加工方式,用此来提高材料的性能,从而满足机械零件应用的要求。
2.2满足经济性的要求
每一个企业进行运营都是为了盈利,获得企业的收入,所以对机械设计材料进行选择也必须要满足这个条件。尤其是在当前我国经济迅速发展的今天,人们对于机械的需求量加大,但是日益突出的资源缺乏的问题却给机械设计的材料选择带来了巨大的困难。企业一方面要考虑到对于企业自身的经济效益,又要保证机械设计的质量,所以在对机械设计的材料选择上就要更加仔细慎重,既不能造成材料的浪费,又要尽可能地满足机械在性能上的一切需求。
例如,我们要选择一种材料,这种材料要具有一定的硬度,这就需要企业对于一切可以进行机械设计的材料进行权衡,根据材料具体的形状和机械零部件的尺寸大小以及零件需要满足的硬度进行选择,选择的材料要尽可能满足机械的各种性能,所需的材料数量也要进行严格的计算,避免产生浪费现象,造成对材料的采用过多,从而造成了企业的机械设计成本的增加。如果在设计中有效截面的面积小于50mm,那么企业就可以选择20Cr;如果有效截面面积是50~150mm之间,并且它的重量又不重,小于50kg,那么企业就可以选择20Cmnti,诸如此类的做法,这样企业就可以对机械设计的材料的选择进行合理的优化与改进,避免出现浪费的现象造成资源缺失的进一步加大,从而造成企业的成本大大增加,达不到企业盈利的目的。
2.3满足环保性的要求
目前,由于工业发展给环境造成的破坏已经成了一个不争的事实,如工业生产产生的废料垃圾、工业垃圾和一些白色污染。这些都是工业发展带给环境的巨大污染,是人们最近以来普遍关注的问题,也是急需解决的环境问题。从工业生产的源头,即机械的设计的材料选择上把好关,选择对环境具有环保效果的、没有危害的材料,这样才能够促进环境的可持续发展,保持生态平衡,从而推动企业经济效益的稳步持续发展,推动我国经济的可持续发展。
在这一过程中,担任机械设计的设计人员也是至关重要的,机械设计人员要掌握多方面的知识,需要对机械设计的材料进行多方面的分析和研究,最终进行慎重的选择。可以说机械设计工作是一项任重而道远的事业,机械设计是一切工作顺利进行的前提,企业生产取决于设计的好坏,所以为了追求企业的最大利润,就要加大机械设计对于环境保护的要求,遵循保护环境与生态平衡的原则,对人类赖以生存和发展的家园进行有效的保护,从而实现材料选择和应用满足环保性要求的目的。
3.1实用性材料的选择与应用
机械设计中材料的选择与应用主要是为了满足机械在实际操作中的使用,所以机械设计的材料必须要有实用性。首先,在对机械材料的应用上要以工艺生产为指标,对材料所要使用的范围和用途进行系统的了解后,对材料进行铸造、切割等操作,以满足不同设计的需求。其次,机械的不同零件对于材料的需求也不同,这要充分考虑材料的具体使用,例如制造哪个零件,然后再对材料进行强度和耐磨性的选择,对于有特殊要求的材料要进行特殊处理。
3.2载荷类型材料的选择与应用
在机械的使用过程中,如果材料没有较好的荷载能力,就会造成机械无法使用以及被压坏的现象,所以对于材料的要求应格外注意它的荷载能力。如在机械的使用过程中,会在正常的时候突然出现抑制失效的情况,这都是荷载出现了问题。所以,在选择和应用材料时,一定要估算材料的荷载能力,从而完善机械在工作中的使用状况。
3.3低消耗材料的选择与应用
随着国家对于环保工作的强力推进,机械设计也要遵循国家可持续发展的理念,在机械设计上要尽可能地减少污染和资源的浪费。一方面,要尽可能减少热处理技术的使用,因为这项技术对材料的寿命是有一定影响的,同时也会带来较大的环境污染。所以,我们为了有效减少这种现象的发生,可以进行热轧状态和冷轧状态下发挥性能的材料。另一方面,如果不能避免热处理,就要选择进行热处理较少的材料,降低消耗,促进机械行业的可持续发展。
3.4无害材料的选择与应用
在人们的日常生活中出现了许多有害的物质,这也加强了企业在机械设计材料选择上的注意。所以,机械设计的材料要尽可能地选择一些无害的材料,否则就会给人体带来一些危害。比如,Ni元素,这种元素对于人体的危害是十分巨大的,同时它还会给环境带来极大的污染。要对材料进行慎重选择,防止选择有害的材料,就要加大对材料的监测和管理,避免有害材料进入到机械设计中来。总之,这是现阶段机械设计中一个十分重要的问题。
总而言之,我们对于机械设计中的材料选择和应用要更加符合现代社会对于环保和经济、实用与可持续的要求,从而为机械设计行业的稳步持续发展提供切实有力的保障。
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实践教学是巩固理论知识和加深对理论认识的有效途径,是培养具有创新意识的高素质工程技术人员的重要环节,是理论联系实际、培养学生掌握科学方法和提高动手能力的重要平台。有利于学生素养的提高和正确价值观的形成。以下是读文网小编为大家精心准备的:浅谈单片机实践教学的应用研究相关论文。内容仅供参考,欢迎阅读!
随着电子技术和物联网技术的飞速发展,单片机技术已发展成为一门关键的技术学科。近年来,高校单片机课程成了很多专业的必修课,成为微机类课程的主干课程。该课程是一门应用性很强的课程,如何让学生在学好基础知识的同时,迅速掌握设计应用技术,其中的实践教学起着非常重要的作用。单片机实践教学包括单片机基本理论实验、典型功能应用实验、应用开发实验以及新技术使用实验等多环节训练。
单片机作为计算机发展的一个重要分支领域,根据目前发展情况,从不同角度单片机大致可以分为通用型/ 专用型、总线型/ 非总线型及工控型/ 家电型。
1、通用型/ 专用型是按单片机适用范围来区分的。例如,80C51 是通用型单片机,它不是为某种专用用途设计的;专用型单片机是针对一类产品甚至某一个产品设计生产的,例如为了满足电子体温计的要求,在片内集成ADC接口等功能的温度测量控制电路。
2、总线型/ 非总线型是按单片机是否提供并行总线来区分的。总线型单片机普遍设置有并行地址总线、数据总线、控制总线,这些引脚用以扩展并行外围器件都可通过串行口与单片机连接,另外,许多单片机已把所需要的外围器件及外设接口集成一片内,因此在许多情况下可以不要并行扩展总线,大大减省封装成本和芯片体积,这类单片机称为非总线型单片机。
3、工控型/ 家电型是按照单片机大致应用的领域进行区分的。一般而言,工控型寻址范围大,运算能力强;用于家电的单片机多为专用型,通常是小封装、低价格,外围器件和外设接口集成度高。显然,上述分类并不是惟一的和严的。例如,80C51 类单片机既是通用型又是总线型,还可以作工控用。
除了以上分类,行业间大多以制造公司的名字命名,如:STC 单片机,PIC 单片机,EMC 单片机,ATMEL 单片机,TI 公司单片机,凌阳单片机等。
80C51 单片机历史悠久,功能强大,兼容性好,能满足大多数高等学校的教学要求。主流单片机包括CPU、4KB 容量的ROM、128 B 容量的RAM、2 个16 位定时/ 计数器、4个8 位并行口、全双工串口行口、ADC/DAC、SPI、I2C、ISP、IAP。国内大部分高校都使用80C51 单片机作为单片机教学的主要使用对象。随着社会的进步和电子技术的发展,人们对单片机的处理速度、字长和存储容量提出更高的要求,传统的80C51 系列单片机渐渐不能满足人们各种各样的需要。
AVR 单片机是20 世纪90 年代开发出来的。是一款基于RISC 指令架构的8 位单片机。RISC(Reduced InstructionSet Computer,精简指令集计算机)。综合了半导体软件性能和集成技术的新构架。AVR 单片机采用RISC 构架,具有1MIPS/MHz 的快速运行处理能力。
AVR 单片机采用Harvard 结构,在上一条指令执行的时候就取出当前的指令,然后以一个周期执行指令。在其他的RISC 以及类似RISC 结构的单片机中, 外部振荡器的时钟被分频降低到传统的内部指令执行周期,这种分频最大达12 倍(80C51)。AVR 单片机用一个时钟周期执行一条指令,它是8 位单片机中第一个真正的RISC 结构的单片机。
AVR 单片机采用了Harvard 结构,所以它的数据存储器和程序存储器是独立组织和寻址的,寻址空间分别为可直接访问8MB 的数据存储器和8MB 的程序存储器。同时,由32 个通用工作寄存器所构成的寄存器组被双向映射,因此可以采用读写寄存器和读写片内快速SRAM 存储器两种方式来访问32 个通用工作寄存器。
同时,AVR 单片机采用低功率非挥发的CMOS 工艺制造,内部分别集成Flash、E2PROM 和SRAM 三种不同性能和用途的存储器, 除了可以通过SPI 口和一般的编程器对AVR 单片机的Flash 程序存储器和E2PROM 数据存储器进行编程外,绝大多数的AVR 单片机还具有线编程(ISP)的特点,为学习和使用AVR 单片机带来了极大的方便。
综上所诉,高校在单片机选择的问题上可以遵循以下原则。可选的单片机主要有两类:传统的80C51 单片机和AVR 单片机。80C51 单片机结构简单,功能强大,入门门槛较低,适合初学者和普通高校使用。相比AVR 单片机,结构复杂,功能更为强大,可以实现复杂的功能,应用范围更广。但学习门槛较高,不太适合初学者和普通高校。建议基础较好的学生可以学习AVR 单片机,重点大学也可考虑开设AVR 单片机的课程以取代传统的80C51 单片机课程。
1、传统的单片机实验课主要以验证性实验为主。通过实验把教师在理论课上教授的内容验证一遍,让学生能更好的理解单片机的内部结构和各种功能。不可否认,传统的实验课有它的合理性和必要性,但是也有明显的弊端。
(1)采用实验例程过于简单,实验内容索然无味,难以激发学生的学习兴趣和学习主动性;
(2)对不同层次水平的学生采用相同的实验例程和评价标准,区分度不明显,不适合因材施教的理念;
(3)实验课时间过少。单片机是一门实践性非常强的课程,仅靠理论课的学习是远远不够的。即使开设了相关的实验课,但实验课时也非常有限。
鉴于以上问题,需要从实验例程的选择和设计人手,合理安排分配时间。除了正常的实验课,更要合理利用课余时间。给学生布置有一定难度的具体任务,使学生在完成任务的同时,掌握单片机技术和相关的各种知识,提高学生的动手能力和解决实际问题的能力。由于单片机种类繁多、功能强大、应用广泛。有许多基于单片机的实验例程可供选择,能很好的满足实践教学的各种要求和需要。
2、本文受山西大学商务学院教改项目资助。作者在项目期间,对学生进行了单片机开发的培训,培训结束后参加了2014 年山西省大学生电子设计大赛。比赛结束后带领学生一起研究和开发了一些实用的单片机例程。通过以上一系列的活动积累了一定的单片机实践教学经验。
(1)实验课上使用的实验例程难度不宜太大,基本还是一些验证性实验。可以从实验环节和实验内容上加以改进。采用案例教学法,教师可以先通过一个具体实验例程边讲解边调试程序,最终完成该例程。学生在该过程中能较好的掌握单片机的编程方法和外部I/O 口和内部资源的使用方法。然后使用任务驱动法,给学生布置一个类似的任务,让学生独立完成。作者在单片机培训期间就是采用的此方法,学生反映效果良好;
(2)充分利用实验课以外的时间是学好单片机的关键。可以针对不同水平和层次的学生,提出不同的有一定实用价值的任务。激发学生的学习兴趣和主动性,培养学生创新能力。学生在完成任务的过程中可以掌握单片机的基本原理和培养一定的工程实践能力。参加各类电子设计大赛也是一个好的方法。作者带领学生参加了2014 年山西省大学生电子设计大赛,制作研发了自动消防小车。自动消防小车是以单片机为控制核心,外加各种传感器和相关电路实现的。通过大赛,激发了学生的学习兴趣和主动性,使学生真正了解了单片机的作用和设计开发的过程,起到了很好的示范作用。
大赛结束后作者和学生一起策划成立了电子设计创新协会。协会主要负责学生课余时间的学习。并且开放了一个实验室供学生课余时间使用。作者带领协会学生开发和设计了一批基于单片机的实用例程。例如:发现学校厕所经常有男生抽烟,就开发了基于单片机的烟感报警器;还有基于单片机的四旋翼飞机和驾车辅助系统等实用例程。
随着科学技术的发展和国家对技术技能型人才的不断需求,对高校实践教学提出了更高的要求。传统的单片机实践教学已不能满足要求。本文通过对单片机实践教学存在的问题进行了研究,结合自己的单片机实践教学经验,提出一些建设性的建议和方法,希望可以起到抛砖引玉的效果。
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摘要:建筑节能工程中的新材料、新技术、新工艺,给建筑施工技术创新带来了深刻的影响,文章主要对建筑新材料在节能工程应用中常见的质量问题从理论上进行了研析,并提出应对方法。
关键词:新材料;新技术;新工艺;建筑节能
随着科学技术的飞速发展,我国的建筑施工技术水平也相应得到了较大提高。当前的建筑市场竞争激烈,要想开拓市场站稳脚跟,谋求更大的发展,就必须依靠科技创新来增强企业实力,保证施工的关键技术、材料、工艺、设备紧跟国际发展趋势,与行业先进水平同步,靠增加科技含量来提高工程质量,降低生产成本,创造最佳效益。
建筑物的能耗主要是由构成建筑物的围护结构材料和建筑物内的用能设备影响,由于建筑节能的要求,这两方面的施工技术都发生了深刻变化。在围护结构中墙体变成了保温墙体,屋面变成了保温隔热屋面,门窗和幕墙不仅有保温隔热要求而且部分还增加了遮阳系统,楼地面增加了保温或采暖制冷系统:不仅要提高设备的效率,而且逐步发展可再生能源和新型能源。因此,相应的施工技术也应与时俱进。
1节能墙体对施工新技术的要求
1.1保温墙体多为无机与有机材料的复合
我国传统围护结构墙多为无机材料组成,如砖石砌体、混凝土、水泥砂浆等,如今为了节能保温的需要,引入了大量有机保温材料如模塑聚苯乙烯泡沫板、挤塑聚苯乙烯泡沫板、硬泡聚氨酯等,因为这些有机保温材料的保温性能要比传统墙体材料的保温性能强,所以有机保温材料在建筑围护结构节能中广泛应用,形成了一种无机与有机材料复合墙体,这样就对施工工艺提出了新的要求。典型的保温墙体,是有机与无机材料相间复合而成,而这种墙体除了传统的承重、隔声要求外,还增加了保温隔热的要求。要求无机材料和有机材料组合成一个整体,在自然环境中能共同作用,因此对组成墙体的材料性能及施工工艺有了新的要求,如抹灰再不是传统意义上的水泥砂浆抹灰,腻子也不是普通外墙腻子,涂料也不同于水泥砂浆外墙,贴面砖也不是贴于传统墙面上,施工工艺产生了深刻的变化。
1.2保温墙面的抗裂性比传统墙体要求高
从材料学和结构学看,传统无机材料墙面出现裂缝是常见的和允许的,只要不影响结构安全,而节能保温工程的要求较高。一是无机材料和有机材料组成的复合墙体容易产生裂缝;二是外保温系统的外饰面和防护层使用环境较恶劣;三是材料的导热系数和湿度影响其保温性能。防裂性是墙体保温工程要解决的关键技术之一,因为一旦保温层、抗裂防护层发生开裂,墙体保温性能就会发生很大改变,非但满足不了节能要求,甚至还会危及墙体的安全。
根据工程实践和统计资料显示,变形裂缝特别是温度变形裂缝或者是由变形和外力共同作用产生的墙体裂缝几乎占全部可遇裂缝的80 %以上,由于冲击、风压、地震力等外力引起的机械破坏比重小,因此,控制裂缝关键是应控制在约束条件下(约束体和被约束体都可产生一定程度的变形)材料的变形量不超过材料本身的极限变形。这与拉应力不超过当时抗拉强度的结论是统一的。
影响抗裂的因素很多,由抹面砂浆与增强网构成的抗裂防护层对整个系统的抗裂性能起着较关键的作用。抹面砂浆的柔韧极限拉伸变形应大于最不利情况下的自身变形(干缩变形、化学变形、湿度变形、温度变形)及基层变形之和,从而保证抗裂防护层抗裂性要求。复合在抹面砂浆中的增强网(如玻纤网格布),一方面能够有效地增加抗裂防护层的拉伸强度,另一方面由于能有效分散应力,可以将原本可能产生的较宽裂缝(有害裂缝)分散成许多较细裂缝(无害裂缝),从而形成其抗裂作用。表面涂塑材质及涂塑量对玻纤网格布的早期耐碱性具有较重要的意义,而玻纤品种对长期耐碱性具有决定意义。
特别强调现场配制的普通水泥砂浆抹在保温层上不容易解决抗裂问题。水泥砂浆的收缩相当大,与保温材料组合在一起工作。由于它们各自的收缩膨胀性能不同,在交界面上容易产生裂缝。因此,传统意义上的水泥砂浆抹灰在有机保温材料上很容易产生裂缝,无法起到保护保温材料不受潮的作用。
2门窗、透明幕墙及遮阳系统施工
透明围护结构的保温隔热,除提高玻璃和框扇本身的热工性能和保证中空玻璃的密闭性之外,还与玻璃和边框接缝,以及框扇搭接缝的严密程度有密切的关系。只有各部分接缝足够严密,才能保证尽量减少空气的渗透,而空气渗透是能量损失的重要途径之一。
施工中提高气密性一般是采用各种密封条或密封胶来解决。各种门窗的密封胶条种类繁多,应与型窗的设计合理结合。最理想是设计型窗或幕墙时,同时设计配套的密封条,必要时需多道密封。而且必须选用弹性好、耐老化的材料,一般以三元乙丙和氯丁橡胶为宜,劣质的密封条将过早老化失效,会给用户带来极大的不便和经济上的损失。玻璃的镶嵌除采用密封压条外,往往采用玻璃胶或两者相结合使用。玻璃幕墙,尤其是隐框玻璃幕墙,更多采用硅酮结构胶,但应特别注意密封胶与玻璃以及所接触配套材料的相容性,否则将导致密封失败,甚至产生严重的安全隐患。
除窗和幕墙本身的密闭之外,不可忽视窗和墙体接触部位的密封与防水,长期以来,在居住建筑中,一直采用水泥砂浆来堵塞窗框与墙体接缝的做法是错误的,砂浆的干缩,必然造成缝隙的空气渗透。尤其是水泥砂浆遇水碱性将对铝合金框材产生腐蚀作用,加速窗户的损坏。正确的方法应该是在框与墙接触的缝隙中填入高效的保温材料(例如发泡聚氨酯等),然后再在窗户的两边与墙的交界处,用密封胶封闭,防止雨水侵入。户门和阳台门应选用填充聚苯板或岩棉板的门,并与防火、防水要求相结合。
提高门窗及幕墙结构与围护结构的一体化节能技术水平,改善墙体总体节能效果。重点解决门窗、幕墙锚固及填充技术和利用太阳能、空气动力节能技术。大型公共建筑新近出现一种称之为“双层皮”的幕墙结构形式,即在外窗或幕墙外面再设一层玻璃幕墙,一般是外层为单玻,内层为中空玻璃,两层间的距离20 cm~60 cm不等。每层楼内,外层玻璃的上、下端均设有可调节的通风口。冬季有阳光照射时,可以打开外层幕墙下端和内层窗上端的通风口,使两层玻璃之间被阳光加热的空气进入室内,减少采暖能耗。而夏日则可将外层上、下端的通风口都打开,使两层墙之间的空气层,在阳光照射下形成很好的向上流通的气流,把热空气散发掉,降低内层窗外表面的温度,从而减少室内的降温空调负荷。如果在双层幕墙之间加设可调节的遮阳百叶,其增加舒适度和节能效果就更加显著了。
3结束语
总之,建筑节能工程施工中采用了大量新材料、新技术、新工艺,这给建筑施工技术创新带来深刻的影响。以上仅对外墙外保温、新型节能门窗等新技术应用例证,从中已经看到施工技术与传统施工技术的不同,本人认为建筑节能工程的实施将带来建筑围护结构施工的巨大变化,部分施工工艺及标准随之也应做适当改变。
近年来,建筑工程领域不断出现的新技术和新工艺给传统的建筑施工技术带来了较大的冲击,这一系列新技术的出现,不但解决了过去传统施工技术无法实现的技术瓶颈,推广和引导了新的施工设备和施工工艺的出现,而且新的施工技术使得施工效率得到了空前的提高。随着社会的不断发展进步,将会出现更多的新技术、新设备和新材料,要勇于创新,大胆应用,并结合现代化科学管理,在建设工程施工生产中不断取得好成绩。同时,为不断推进建筑业技术进步,加大建筑业推广先进适用新技术的力度,对建筑业新技术内容也应加以调整和补充,不断适应新的生产力发展要求,实现企业的可持续发展。
参考文献
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2 薛 平、李建立、孙国林、韩晋民.储能调温新材料在建筑节能领域的应用研究[J].新材料产业,2008(02)
3 徐春华.建筑节能暖通新工艺浅析[J].科技致富向导,2008(20)
4 陈炯廉.浅议建筑节能施工新技术[J].山西建筑,2008(32)
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