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视频监控模式主要采用的是在医疗机构、医生房间、患者病房、开刀室、监护病房处设置监控摄像头,通过监控中心的监控系统对房屋内外部进行全面的监控、在医疗机构的院、科等各级领导可以直接在办公室或者其他重要的工作人员直接进行计算机网络、实时查看到监控的场景,并能够统一的管理和处理各种相关事务。视频监控系统最大的优点在于能够实时的查看到医院的最新情况,管理层能够不出门就能够处理各种相关的内容,甚至主治医生能够在远处可以紧急处理多起急诊患者。这能极大的方便医生解决问题的时间和提升医院的管理效率。
1.2数据监控方式
数据监控方式主要是指使用大型的计算机软件进行数据的监控,数据监控关键点在于通过实施获得患者的信息。医疗专家等在办公室或家中,只需连入英特网,便能方便实时查看医疗机构的监控信息,达到远程监督和管理的目的;监控系统还可以在特殊情况下向公安机关,上级部门等提供接口,让这些机构部门可以查看监控的历史资料和实时监控资料;实现远程监控。
2计算机技术在医疗监控应用展望
随着计算机技术的提升,大数据时代的来临,计算机技术对于医疗监控系统提出更多的想象与发展空间,其不仅能够进一步带动医院的管理,而且能够提升以下几点的服务:
2.1提升医疗机构的日常监控管理应用
对于医疗机构的日常内部监控和管理,主要是指医院的安保工作,通过大数据的分析和计算,及时的对医院中出入口、手术室、停车场等重要场所进行实时的监控,及时返回,让医院的处于安全的保护当中,也有利于医疗机构的正常运行。
2.2提升医院的挂号、收费的简洁应用
在医院的流程当中,医生开出处方,门诊操作员将病人的项目输入电脑,并给病人打印发票,写清楚收费明细。在病人进入医院之后,病人就处于整个计算机管理监控过程中,直至病人出院系统都会将其开药品、单据等详细保存至计算机当中,从中减少了医生查询历史病历沟通的环节,有利病人的医疗。
2.3提升医院病区管理方面的应用
在病区管理中,病区管理系统通过计算机监控系统实时监控病区病人的情况,通过医嘱管理系统将医生的要求直接进行管理,并实时安排护理人员按照时间点去查看病人情况、更换输液,并能够通过监控直接反馈到专属医生当中,以便医生能够更好的了解病患当前情况,对症下药。
2.4提升药品管理方面的应用
监控系统对于药品管理系统是非常广泛和严格的,从药品的计划、采购、入库、调价、领药、消耗、到期等的监控都实现了计算机监控管理,药库通过把药品的信息录入电脑,让电脑将当前药品的库存、药品信息、以及门诊收费金额等多种信息传递到各个科室,让医生在开药的同时,清楚了解此次开单需要花费的金额,也让患者能够更加清楚的了解整个医疗过程中的花费。这不但有利于病的医治,也降低了医疗纠纷的产生。
2.5提升远程医疗方面的应用
在当前远程医疗手术已经成为现实,专家通过远程观看手术画面,在远程就可以和现场的医生讨论和实施医疗方案、指导手术的进行。这让医疗更加简单和方便。然而我们可以预想未来在家就可以让专家给自己看病,这种方式无疑更加会提升医院的管理效率。
2.6提升远程教育方面的应用
在医院等医疗机构当中,医疗远程教育也是临床教学的重要方向,由于医院的环境有限,医生们无法通过实地的教育让更多的学生进入到医院进行同等的学习,而采用远程监控的方式,能够让更多的实习生参与到手术、现场医疗的学习当中实时学习,这摆脱了传统教学模式的限制,也提高了实践教学的安全系数。
1.概述
GPS车辆监控系统是利用GPS接收机、无线通信、地理信息技术对移动用户进行监控、调度、指挥的新型车辆管理系统。按照子功能划分,车辆监控系统由三部分组成:定位部分、通信部分、显示部分。其中,比较常用的通信方式为常规通信、集群通信、GSM的短信息业务三种。
基于常规通信的车辆监控系统,其设计、组网及使用相对简单,但其作用范围较小;GSM的短信息业务用于定位数据传输目前较为流行,其覆盖范围大,可以全国漫游,但是其时延问题是制约其发展的瓶颈,且其呼叫功能无法与集群系统相比;集群系统是专用的调度指挥系统,对某些特殊单位而言具有不可比拟的优势。本文就集群方式下GPS车辆监控系统的设计及信道利用等方面进行介绍。
2.集群系统
无线集群实际上就是多信道中继(转发)系统中自动共享若干个信道,并在此基础上集小群(组)为大群(组),加上诸多呼叫、故障处理等功能而形成的无线通信系统。
和常规通信方式相比,集群通信系统具有信道利用率高、服务质量好、通话阻塞率低、通话具有私密性、系统智能化程度高、具有交换功能、可与PABX或PSTN互连等优点。
集群通信系统的分类方法有多种,按照信令类型分有模拟信令、数字信令及混合信令系统;按照信令方式分有共路信令方式和随路信令方式;按照话音分有数字集群、模拟集群;按控制方式分有集中控制、分散控制等等。目前较为广泛使用的为集中控制方式的模拟集群系统,信令有MPT1327标准的,也有非公开标准的。基于MPT1327标准信令的系统,传输车辆定位数据可以在信令信道中进行;而非公开信令标准,车辆定位数据只能在话音信道中进行。相应地,对车辆的数字信息必须进行调制才能在话音信道中传输。
3.基于集群通信方式的GPS车辆监控系统
3.1系统组成
基于集群的GPS车辆监控系统如图1所示。其中,集群网为系统提供无线通信链路以进行话音和数据传输,数据传输可以利用话音的多种呼叫方法实现。
图1GPS车辆监控系统组成
监控中心以矢量化电子地图为背景,监控软件具有实时显示移动用户的所有信息以及信息查询功能。同时,监控中心兼有差分基准站的功能,为整个监控范围内的移动用户提供差分GPS修正信息,使车辆定位精度提高到10米以内。各移动用户设备由集群电台和GPS接收机及控制逻辑电路组成,控制电路不仅形成系统需要的逻辑时序,还具有数据处理功能,包括调制解调器。
3.2信道利用方式
在集中控制方式的集群系统中,各个信道的管理在一个控制信道上实现。移动用户守候在控制信道上,发起呼叫或接收呼叫均在该信道上进行。一旦申请到信道,则主呼方和被呼方在申请到的信道上完成话音联络,之后转换到控制信道上守候。
利用话音信道传输车辆定位数据,每传输一次定位信息,电台都需要申请一次信道,而申请时间不传输任何数据,时间利用率较低;且申请不到空闲信道时,该车辆的信息就会丢失。所以传输数据的用户应该设置优先级,以保证数据的可靠传输。
3.3呼叫方式
在集群通信系统中,用户的呼叫方式有:单呼、组呼、群呼、私密呼叫等。基于GPS的车辆监控系统,为提高系统定位精度采用差分方式,差分信息由监控中心以组呼的方式下发,分配在同一组内的用户均可接收。
为使各移动用户的数据都能够实时采集,采用时分多址(TDMA)的方法,即各车辆按照图2所示的时序依次发起呼叫。其中两相邻用户之间的时间间隔包括数据发送时间和保护时间(防止数据相互影响)。一个采样周期内可容纳的用户数为,其中,为采样周期。
为了避免监控中心对某用户的话音调度影响其它用户的数据传输,话音呼叫和数据呼叫分别在不同的组进行。移动用户传输数据时工作在数据组,利用专用信道完成。当监控中心需要对某用户进行话音呼叫时,首先发送一个切换命令将该用户的组号设置为话音组,而后再进行话音呼叫。在规定的时限内完成通话,由用户自动切换到数据组再传输数据。
在监控中心,话音呼叫和数据呼叫分别利用不同的无线集群电成。
3.4同步方式
在GPS车辆监控系统中,通常采用异步的数据传输,接收端和发送端不需要同步。但是,各移动用户的数据采集为时分多址方式,相互之间的时序关系不能混叠,也就是说,移动用户之间必须同步。
各移动用户的同步方式有两种:①利用GPS接收机的秒脉冲进行同步;②利用监控中心发送广播同步码进行同步。秒脉冲和同步码均提供给各移动用户统一的时间起点,不同车辆的发送时隙由不同的延迟来产生。利用监控中心发送同步码,可以在一个采样周期内发送1个同步码,也可以周期性地发送多个同步码。
3.5数据传输格式
监控系统中的数据传输分上行和下行两部分。上行数据主要为被监控车辆的实时位置、速度、时间、状态(包括报警、故障等);下行数据主要为GPS差分修正信息,采用RTCM-104格式的通用电文,如果是监控中心同步的方式,还包括广播同步码。
A.上行数据格式
数据报头用户地址纬度经度速度时间车辆状态
B.下行数据格式
数据报头广播同步码RTCM电文调度命令用户地址
上行和下行的数据报头不同,用于对上、下行数据的解码。用户地址指是各监控车辆的识别号码,调度命令为监控中心对相应地址车辆的操作,如紧急救援、去某地运输、关闭汽车引擎等,广播同步码在利用秒脉冲同步的系统中不用。车辆状态由驾驶员根据实际情况输入,如遇劫报警、车辆故障等。
无线远程监控系统是在传统监测监控系统的基础上,结合当前无线通信技术和信息处理技术而发展起来的新型测控系统。
一般而言,现有的无线远程监控系统,大都符合“控制中心—监测站”的构建模式。控制中心是整个系统运作的核心,负责收集各监测站上传的监测信息,发送各种操作命令以控制监测站的行业。监测站被布放于远离控制中心的各监测点处,负责完成信息的采集和响应控制中心发出的控制命令。控制中心可用普通微机、工作站或工控机实现,软件开发可靠基于现有的Windows或Unix操作系统。监测站的设计实现可根据不同的应用目的和应用环境,采用特定的技术形式,比如单片机、DSP或者IntelX86系列的微处理器等。无线远程监控系统的组网方式也很灵活,可利用现有的无线通信网,如GSM/GPRS网络,CDMA移动网络等,也可单独搭建专门的无线局域网。下面系统地讨论无线远程监控系统设计开发时涉及到的一些核心技术,主要包括三个方面:监测站的设计开发、无线网络的组建和控制中心的软件设计。
1监测站的设计实现
监测站的设计与实现是整个无线远程监控系统研制开发的重点,监测站对信息数据处理的能力和精度将影响整个系统的最终性能。在整个开发过程中,监测站的设计是工作量最大、所需时间最长的一部分。监测站处于工作现场,只完成数据的采集、处理和控制,任务相对单一、固定,无须用詙大的台式机来完成;考虑到节能和布放方便,监测站多为嵌入式系统。根据整个无线远程监控系统所要实现的功能,和对数据处理与对传感器控制能力的要求,监测站设计的复杂程度和采用的具体技术是不一样的。
1.1基于单片机的设计实现方式
采用单片机是大多数嵌入式系统设计时的首选方案。由于在片上集成有丰富的外设,具有良好的控制能力,单片机天生就是为嵌放式系统度身定做的,在嵌入式市场上占据了最大的份额。
基于单片机的设计方案一般适用于对数据处理要求不高,运算量不大的远程监控系统。根据需要,单片机可以选用较为低端的4位机或8位机,如8051等,也可选用功能较强的专用芯片,如MSP430FE42X系列。单片机主要用于监测站端的系统控制。片外存储器一般为RAM、EEPROM和Flash等存储器;I/O设备一般为键盘、LCD等供设计调试用的人机交互接口;传感器一般为话筒、摄像头、扬声器和伺服马达一类的设备。无线通信接口实现相对较为复杂。编解码器是可取舍的,对于低速率数据一般没有必要。根据系统的处理任务和信息的类别,编解码器可选用不同的芯生,如CMX639(用于音频)或LD9320等,也可用编程逻辑器件实现。监测站软件可直接通过C或汇编语言实现,也可在实时操作系统上开发应用软件。对于低档的4位或8位单片机,控制能力较低,系统简单,一般采用直接编写控制程序的方法。对于功能较强大,各设备间交互复杂的系统而言,大多数是利用操作系统来进行任务管理、设备交互,应用软件只是完成上层的数据处理等工作。
1.2基于DSP的设计实现方式
众所周知,DSP的数字处理方面能力较强,技术已经很成熟,能处理各种运算的通用、专用芯片也很多。以DSP为核心设计开发的监测站,可以完成高速率数据处理,保证系统实时性方面的要求。
这类设计方案一般适用于数据处理运算量比较大,实时性要求高而对控制能力要求相对较低的监控系统。与以单片机为基础的监控系统不同的是,DSP除了作控制器以外,还可兼作数据计算、编/解码之用。对于较复杂的编/解码以及压缩解压运算(比如对图像视频数据的处理等)是否仍由DSP完成,须综合考虑。若DSP在系统控制和实现传输协议方面负担太重,则这部分运算需要由专门的处理芯片完成;若系统控制和传输协议较简单,或根本没有到上层协议栈,则这部分复杂的运算可由DSP完成。
1.3基于MCU+DSP的设计实现方式
显然,这种设计方式吸取了单片机和DSP各自的优点:单片机的特点决定其擅长于控制,DSP的内部结构保证较强的数据处理能力。两者的组合可实现一些相当复杂的系统功能,但由于系统中采用了两个处理器,其间的信息交互是设计这类监测站时须着重考虑的问题。只有单片机和DSP之间较好地协同工作,才能充分发挥各自的优点;否则,由于两者间的协调而耗费了大量资源,整体性能未必高于采用单一处理器的系统。实现单片机和DSP间通信协调的常用方法是采用双口RAM。
目前,有些DSP或单片机厂家为了扩大芯片的适用范围,在原有基础上进行扩展,相互间容入了对方的特点,使同一芯片在数据处理和控制方面同时具有较好的性能。比如Microchip公司推出的dsPIC,使客户能方便地将单片机的功能转移到DSP上,目前推出的产品有dsPIC30FXXX系列。由于DSP和MCU两个功能模块在同一芯片内实现,提高了系统的可靠性、降低了监测站的设计难度并节省印制板空间。这类芯片得到广大用户的青睐。
1.4基于MPU的设计实现方式
设计嵌入式产品的另一可选方案是采用基于微处理器的设计方式。与工业控制计算机相比,嵌入式微处理器具有体积小、重量轻、成本低、可靠性高等优点;同时,在该领域技术成熟、产品类型多、选择空间大,满足各种性能需求的处理器比较容易获得。随着采用RISC体系的高性能MPU(比如采用ARM构架的处理器芯片等)的出现,MPU在嵌入式领域中的地位经久不衰;但是,由于在设计监测站时,电路板上必须包括ROM、RAM、Flash、总线接口和各种外设等器件,系统的可靠性将有所下降,技术保密性差,实现难度也较大。
1.5实时操作系统选择和嵌入式实时软件开发
目前已有的实时操作系统(RTOS)种类繁多,软件结构各异,可适用于复杂程度不同的各种环境,包括循环查询系统、前后台系统、实时多任务系统和多处理机系统等。具体实例有VxWorks、pSOS、QNX、PalmOS、WindowsCE、lynxOS和嵌入式Linux等。选择适合监测站乃至整个无线远程监控系统的RTOS的重要性是不言而喻的,它可能关系到整个系统研制的成败。选择过程杂而又需要耐心:要了解各RTOS的特点和适用范围,比较其间的区别,才能找到最为合适的一种。选择比较时,需要考虑的因素主要有:
①RTOS能否支持在项目中使用的语言和微处理器;
②RTOS能否与ICE、编译器、汇编器、连接器及源代码调制器共同工作;
③RTOS是否支持设计中要用到的服务,如消息队列、定时和信号量等;
④RTOS能否达到应用产品的性能需求,比如实时性需求;
⑤能否获得产品开发时必要的组件,比如协议栈、能信服务、实时数据库、Web服务等;
⑥RTOS是否能为公开出售的硬件提供设备驱动程序;
⑦使用RTOS是否免费;
⑧能否获得目标代码;
⑨获得的技术支持有多少;
⑩对于需要授权的RTOS,授权方式是怎样的。
嵌入式实时软件的开发与传统软件的开发有许多相似之处,继承了许多传统软件的开发习惯;但由于嵌入式实时软件的功能和运行环境特殊,决定其与传统软件的开发有所区别。嵌入式实时软件的开发使用交叉开发方式。所谓交叉开发是指,程序代码的实现、编译和连接的环境与对其进行调试和运行的环境不同。前者基于普通微机平台,后者则基于嵌入式系统的硬件平台。调试过程多是在有通信连接的宿主机与目标机的配合下进行的,开发完成后需要进行固化和固化测试。另外,开发过程还需要相应的开发工具,包括交叉编译器、交叉调试器和一些仿真软件。嵌入式应用系统以任务为基本执行单元,用多个并发的任务代替通用软件的多个模块,并定义了应用软件任务间的接口。由于整个无线远程监控系统的实时性能受RTOS和应用软件的影响,所以,在软件的需求分析阶段就充分考虑其实时性要求。再加之嵌入式应用软件对稳定性、可靠性、抗干扰等性能的要求都比较严格,所以嵌入式实时软件的开发难度较大。
2无线通信的设计实现
无线通信的设计相对于监测站而言较简单,有许多现有的产品和通信系统可以利用,重点只是在于从多种实现方式中作出最优的选择。
常用的实现方式有:利用现有的通信网络(GSM/GPRS、CDMA移动网等)和相应的无线通信产品;通过无线收发设备,如无线Modem,无线网桥等专门的无线局域网;利用收发集成芯片在监测站端实现电路板级与监控中心的无线通信。
2.1利用现有网络实现监测站与监控中心的无线通信
现有的通信网络较多,按业务建网是3G以前通信网络的特点,无线网络也不例外。设计无线远程监控系统可以借用的无线网络主要有:全球数字移动电话系统(GSM)、通用分组无线业务(GPRS)、采用码分多址(CDMA)技术的移动网、蜂窝式数字分组数据(CDPD)系统。
GSM(GlobemSystemforMobile)是全球最主要的2G标准,能够在低服务成本、低终端成本条件下提供较高的通信质量。就其业务而言,GSM是一个能够提供多种业务的移动ISDN(IntegratedServicesDigitalNetwork,综合业务数字网络)。
GPRS(GeneralPacketPacketRadioService)在现有的GSM网络基础上增加一些硬件设备和软件升级,形成一个新的网络逻辑实体。它以分组交换技术为基础,采用IP数据网络协议,提高了现有的GSM网的数据业务传输速率,最高可达170kb/s。GPRS把分组交换技术引入现有GSM系统,使得移动通信和数据网络合二为一,具有“极速传送”、“永远在线”、“价格实惠”等特点。
CDMA(CodeDivisionMultipleAccess)网络采用扩展频谱技术,使用多种分集接收方式,使其具有容量大、通信质量好、保密性高和抗干扰能力强等特点。
CDPD(CellularDigitalData)无线移动数据通信基于数字分组数据通信技术,以蜂窝移动通信为组网形式,是数据朎与移动通信的结合物。这种通信方式基于TCP/IP,系统结构为开放式,提供同层网络无缝连接和多协议网络服务。CDPD网络具有速度快、数据安全性高等特点,可与公用有线数据网络互联互通,非常适合传输实时、突发性和在线数据。
对使监控中心与监测站间的无线通信能利用现有的网络,对于特定的无线网需用相应的接入设备。这类设备市面上有现成的产品可供选择。接入GSM网络的通信模块有西门子的SIEMENSTC35i,接入GPRS可用西门子的MC35GPRS模块,接入CDMA网络的有华立H110CDMA模块和AnyDATA公司的CDMAModem(DTS-800/1800),遵循CDPD方式的无线调制解调器(Modem)有OmniSky和NovatelMinstrel。
利用现有的网络组建无线远程监控系统,网络连接如图1所示。其中无线接入模块产品一般都提供有RS232作为外通信接口,有些天线是内置的。利用现有的网络覆盖面广和可漫游等特点,使监测站和控制中心的位置不受距离的限制;但由于利用公网,安全性会有所降低。
2.2通过专用无线收发设备建立无线局域网
这种设计实现方式结构简单,且无须向网络运营商付费;利用专网,安全性高。无线传输以微波作传输媒体,根据调制方式的不同,可分为扩展频谱方式和窄带调制方式两种。扩展频谱方式系统的抗干扰能力和安全性高,对其它电子设备的干扰小。窄带调制方式占用频带少,频带利用率高;通常选择专用频段,需要申请;相邻频道间影响大,通信质量、通信可靠性无法保障。
采用专用无线收发设备建立无线局域网的拓扑结构如图2所示。无线收发设备包括无线Modem和无线网桥等。无线Modem与监测站和控制中心之间采用RS232通信。若采用网桥为网络组建设备,网络拓扑结构将更为灵活,如图3所示。其中在无线网两端的有线网络是可取舍的,可以是以太网、令牌环网或点对点网络等本地局域网。也可以城域网,甚至是因特网,但使用公网时须考虑安全性和费用问题。
2.3利用收发集成芯片在监测站端实现的无线通信
前两种组网方式的一个特点是采用现有的网络系统和产品,无线通信部分不须专门开发,实现较为容易。但由于所购买的产品均是独立器件,使整个系统特别是监测站一端结构复杂、体积庞大,往往在系统推广时会带来不利,且外购产品会增加系统的成本。若能将外购产品的功能与监测站集成在一起,在电路板级实现,将可以避免上述不利因素;但这会增加系统开发的难度,延长研制周期。须权衡利弊,根据项目组的开发实力和系统生命周期作最有利的选择。
采用此方法设计监测站需要实现的部分只是图1、2和3中的无线通信接口(可参看本文的网络版全文)。这部分的硬件实时框图以及处理器、存储器的关系大致如图4所示。各个子模块都有多种芯片可供选择,比如射频前端可用ML2751和RTF6900,实现调制/解调的有ML2722,扩频、解扩可用LD9002DX2和Stel-2000A等。
3控制中心的设计实现
(1)利用传感器信息装置将检测到的物理量转化为电信号,电信号可以依据运行情况对其进行诊断,当出现问题时会及时的对其进行预报且显示问题所在原因。
(2)电信号必须通过显示设备将其作业状况完整的显示出来,然后转化为可控的传输信号,对其实时掌握。
(3)通过预先设置好的接收方式对信号进行接收,通常情况下,采取分站接收然后复用信息将其传输在主站上加以显示。对于分站来讲,它必须将接收到的信息加以整合、分类,对简单数据进行校验,防止不准确信息被利用,这样不仅仅会造成一定损失,且会增加发生事故的概率,所以在进行传输主站前,必须对信息进行准确的掌握。
(4)电源箱是确保煤矿安全监控系统正常运行的主要交流电源,它能确保在临时停电的基础上让煤矿安全监控系统可以有效的运行,维持正常的基本用电量且供电量大于二小时的蓄电量。
(5)主站在接收信号的同时,要对其信号进行及时的处理。传输接口在确保接收信号后,要再次将主站整理好的信息传输至相应分站。从某种角度上而言,传输接收器具备了分站与总站相互传输信号及自动检验、调节等功能,所以使用过程中不容忽视。
(6)主体正常运行的前提下,要利用计算机对其进行掌控,主机的主要作用是联网、控制输出打印、控制输出、人机的对话、声光的报警、显示、磁盘的存储、统计数据、判别报警、校正、接收检测的信号等。
1.2煤矿安全监控系统的作用
第一,通风及瓦斯监控,也就是监测局部的通风机停开(特别重要)、风筒的状态、风门的状态、馈电的状态、风压、风速以及甲烷的浓度等。一旦局部的通风机掘进巷道出现停风状况或出现停止运行现象时或瓦斯出现超限时,相应的煤矿其安全监控的系统就会自动切断各自区域电源,同时闭锁与报警,这一措施可以达到以下目的:
(1)规避与降低了因电气设备违章作业或失爆、或电气设备出现故障的危险温度或电火花导致瓦斯爆炸的发生率;
(2)规避与降低了运、掘、采等设备在运行状态下因危险温度或摩擦碰撞出火花而导致的瓦斯爆炸的发生率;
(3)可以起到提醒作用,督促生产的调度员、领导及时把工作人员安置到安全位置;
(4)督促生产的调度员、领导及时处理好事故的安全隐患,提前预防瓦斯爆炸事故的发生。
第二,瓦斯抽放系统的监控。
(1)监测抽放管路里阀门开度、温度、压力、流量、甲烷的浓度以及一氧化碳浓度等各管道的参数;
(2)对瓦斯抽放泵站室里甲烷的浓度以及井下临时的抽放瓦斯泵站其下风侧的栅栏外的甲烷浓度环境参数进行监测;
(3)对抽放泵轴温、抽放泵的真空度以及电机温度等进行监测;
(4)监测冷却水池的水位、水温以及水压与水量等供水的参数;
(5)监测功率因素、电压、电流等供电的参数;
(6)对供气管道其供气阀的开度、流量、甲烷的浓度、温度、正压等供气的参数进行监测;
(7)监测密封的水温、密封的水位、罐内其甲烷的浓度、罐压和罐高等储气罐的参数;
(8)对瓦斯抽放供水、阀门、泵等状态进行监测;
(9)对瓦斯抽放纯瓦斯量和混合量进行监测;
(10)对瓦斯抽放阀门与泵进行控制。第三,煤矿安全监控系统可以有效的对火灾进行实时监控,了解火灾发生的原因及火灾过程中烟雾、二氧化碳的浓度及温差变化,这样就能有效的控制火情,降低风险的蔓延、扩大。第四,监控系统可以有效的对瓦斯做出预警报警信息,从而将瓦斯所处的地质信息进行分析,进一步提高防治风险发生的预警能力。第五,针对往期事故的发生要对其进行调研,依据事故发生原因进行经验总结,这样不仅仅能够为其提供参考依据,更能为日后同类事故的发生提供预防预警的作用,所以针对每次煤矿事故的发生都要进行系统检测。
利用现代化电子监控技术和安全生产预警系统机制,煤炭企业能够随时动态掌握监控其所有生产管理状态,也就是所其监控范围极为全面详细。人工安全员进行安全检测都只能进行局部点的检测,无法实现全面动态监控掌握,然而煤炭瓦斯泄露爆发也通常都是由点出发,逐步导致事故发生的,人工检测就很难检测出来,也就无法杜绝事故的发生,尤其检测不及时就会错过疏散时间,而利用该监控预警系统就能够对整个作业环境进行实时、有效、详细、全面的自动检测和自动分析,有效实现了眼观四路耳听八方的效能。
2及时通知功能
当前煤矿作业模式都是多个工作面和采煤区连续作业,不同工作面距离很远,甚至部分工作面不同巷道距离也较远,因此如果某个工作面或者巷道发生安全事故就会影响波及到其他巷道和工作面员工,其他工作人员就容易在一无所知的情况下继续工作,届时再进行疏散逃命也就来不及,而煤矿监控预警机制和系统广播功能就能够及时准确通知某个工作面工作异常状态,从而有利于其他工作面作业员工及时洞察安全事故,快速反应疏散,从而减少企业人员伤亡和经济损失。
3自动监控设备的扩展
一般煤矿井下各种电气设备较多,不少设备发生故障也很难立即察觉,有的设备故障发生察觉后进行事后维修也较难,而利用其监控预警系统就能够借助现场总线路来及时监控记录重要设备运行状态信息,有利于及时排除预警故障设备及故障设备点,有利于设备的快速及时有效维修,从而切实保障企业安全稳定高效生产。此外其生产现场总线建立后,就可以利用新的、先进的监测设备来随时升级扩展,如其现场无线广播设备、图像监控系统等等都能够随时接入并升级,能够有效与时俱进,完善企业完善生产管理装备。
4事故分析与防范
由于该安全生产管理监控预警系统能够全程洞察企业生产动态数据,其历史性和实时性的信息数据就能够帮助安全生产管理人员全面掌握事故前后各点工作运行状态和所有相关完整信息,使得安全生产管理人员能够及时有效寻找事故源头和事故发生原因,从而就能够针对性采取抢救措施,也有利于工作人员总结经验,并结合全部矿井全年不同季节、月份、气候下瓦斯活动变化规律,从而科学有效提出事故预防措施和应急机制。此外由于现代工业技术和科学技术的发展,煤矿企业安全生产领域所需的现代电子监控系统和设备成本较低,只需要普通计算机、传感器和现场总线,成本都不高,然而其组成的地面监控系统、安全管理预警机制等所起到的作用却十分巨大,能够有效防范事故发生,从而间接为企业节省了大量的财产资金,也减少了企业人员伤亡损失。
2无线通信技术在水利自动化监控系统中的应用
在技术不断更新与发展的年代,无线通信技术也在不断发展,水利自动化监控系统在技术的支持下也迅速发展。目前我国无线通信技术正在不断发展与完善,实现了水利监控系统的智能化与自动化。无线通信技术在水利监控系统中的应用越来越广泛,在水利监控系统中,包括水利工控监控系统、水利水情自动化监测系统、水利综合监控系统,而这三大系统中又包括多个子系统,因此水利自动化监控系统具备明显的复杂性。
2.1在水利水情自动化监控系统中的应用
水利水情自动化监测系统将农村的雨水、水利情况等情况作为监测对象,因此监控系统建设一般设置在农村或者深山区。水利水情自动化监控系统包括雨水情自动化监测系统及农田水利自动化监测系统,这两个子系统之间既有联系也有一定的区别。前者主要是根据雨水量及雨水期等相关情况对汛期各时段的水位进行监督控制,从而为防汛工作提供重要的数据资料。雨水情自动化监测系统将监控的相关信息上传到上级防汛指挥部门,通过不同的网络间的数据交换系统。而水利水情自动化监测系统中的农田水利自动化监测系统的监测对象具体包括水流的地理位置、水流速度、风速、土壤的含水量、降水量等,这些监测对象所获取的数据具有一定的集中性与分散性,监控点之间的距离较短。由于农村的条件有限,系统规模一般较小,限制了水利水情自动化监控系统的发展,采用无线通信技术能有效地弥补落后地区系统监测数据量少的缺点,发挥无线通信技术的优势。由于建设条件有限,因此系统建设必须一次性完成,因此可以将无线局域网络通信技术与有线网络通信技术相结合,从而组建出数据通信网络,避免高额建设,减少了监控系统的建设费用。
2.2在水利工控自动化监控系统中的应用
在水利自动化监控系统中,水利工控自动化监控系统与企业的自动化监控系统具有一定的相似性。该系统主要是以实时监控视频的方式以实现对数据的有效监督与控制。由于系统建设的技术对系统数据的传输速度、安全性及信道有较高的要求,因此必须加强对系统的实时监测与控制,建立配电室和中央控制室,采用配置较高的工控机及高清摄像机进行视频监控。建立信息化网络平台是水利信息化建设的重要内容,目前我国部分水利工程的自动化监控系统已经建立了小型局域网络系统,局域网的设计与建设已经正式开展。
2.3在水利综合自动化监控系统中的应用
水利综合自动化监控系统主要是应用于大坝的监控,其中包括了河道综合治理与大中型水库的除险加固这两个方面。近年来,我国加强了对水利的综合治理力度,我国政府也在不断加大对水利综合治理的资金支持与技术支持。我国财政资金对水利监控系统建设的大力支持在很大程度上加强了对水库的建设,进一步加快了我国水利自动化监控系统建设的进度。由于河坝是防洪的关键地段,因此在进行水利工程建设时必须加大监管力度,相关技术人员通过不断总结以往经验,吸取教训。水利综合自动化监控系统的组网方式主要采用光缆作为主要的信道,接着再使用光电转换的形式。此种组网方式具有信道宽、防雷击等外部影响、网络速度快等优点,然而这些系统的施工所需成本较高,且难度较大,导致工程建设的后期维护费用较高,且支出费用超过了预算。在河道的综合性管理中,可以采用有线与无线相结合、局域与广域相融通的组网方式进行,在组网方式的选择方面,可以在每一个河坝的监控终端设置无线局域网络,并根据各个监督控制点来选择合适的组网方式,实现对监测数据的有效传输。可以采用直接铺设的方式布置光缆,能有效地减少雷击等外部影响,但这种方式容易导致土建设置被损害,且信道恢复慢,误码率较高。而采用无线局域网络与有线局域网的组网方式具有较大的优势,与其它组网方式相比,其无线局域网的结构比较简单,且安全性较高等,能有效的减少施工量,降低了系统维护率。无线通信技术在水利综合监控系统中的作用很明显,有利于数据的集中上传,实现其实时有效的监测职能。
(二)环境艺术空间的特征
1.环境艺术空间的真实性在美术艺术手法的多重表现之中,工艺美术、绘画以及雕塑都是造型艺术中较常见的审美形象,在表现形式之中是以实体的形式存在的,这些艺术表现形式在创作的过程中最主要的就是要体现出作品中的逼真性和感染力,努力的展现出空间感,但是在真正的环境艺术设计中,所具有的空间感是真实的,而不是通过不同的艺术手法展现出真实的空间感,也只有环境艺术才可以突出表现出空间性审美特征,倘若仅以平面的照片或者是图画是不可能使得环境艺术展现出生机勃勃的精致以及整体空间气势与空间意境,这些都不符合三维空间中对于艺术的追求,所以环境艺术设计的空间感的真实性是提升环境空间感重要性的一点。
2.环境艺术空间的固定性环境艺术的设计创作必需在真实的地质之上,一旦环境艺术的设计被敲定,环境艺术的装饰品被制作成功之后,就是不能随意的在空间范围内移动,受到空间范围内的因素制约比较多,因此在进行环境艺术的设计时,为了保证环境艺术设计在完成之后具有较强的审美性,就一定要使得环境艺术设计中的涉及到的街道、建筑、公园甚至是一座广场,都受到特定的空间的制约,因此要与周围的环境保持着各种的联系,在环境艺术的设计中保持环境艺术空间审美的固定性特征。只有妥善处理好设计作品与周围大环境之间的关系,才可以成功的创造出环境的艺术设计的意境,达到预想的效果。
二、在环境艺术设计教学中空间意识的锻炼学习方法
(一)学会在多媒体技术的应用中创造出空间的情景由于环境艺术设计中,设计者一定要掌握环境的空间意识,所以空间意识的培养就成为了环境艺术教学中的重点。为了使得学生充分的认识到空间意识的重要性,环境艺术界内的专家认为首先要为学生创造一个空间意境,使得环境艺术的学习者可以通过闻、摸、尝、听以及看等感官感受中增强对于空间的感知。在现代技术中,多媒体技术在教学中的使用是最常见的,在环境艺术教学中对于创造空间意境也是相当容易的,使用多媒体技术进行情境创设,设计环境空间情景,在这一过程中学生一定要学会通过感官的感受体验环境的空间意识。
(二)加强实践教学,增强学生的空间体验在环境艺术设计中,教师教育学生产生初步的空间感并不是一件十分困难的事情,但是如何使得学生合理的利用空间感进行环境设计,使得环境展现出更高的艺术性则是一件十分困难的事情,因此,为了使得学生更好的掌握空间意识,更合理的在环境设计内展现出空间感,所以一定教师应当在课堂上通过多媒体图片或者是视频调动学生们的积极性,在这一过程中,学生们应当积极地参与到空间环境内的体验中,这是学生可以加强对各种各样环境空间实体的了解,对一些空间造型和特征有一个基本的感知和概念,其次,当教师在课堂教学中开展实践性的教学的时候,学生应当积极的参与到环境艺术空间观察、体验之中,例如教师带领学生参观一些著名建筑的设计,进行参观,布置一些环境艺术设计类的作业,学生可以充分的利用自己的想象力进行设计,让教师对于学生的作品进行内容点评,在教师的教导之下学生可以充分的认识到自己环境艺术设计作品的不足,学生在教师的点评的过程中逐渐的树立正确的、合理的、科学的空间意识,提升学生对于环境空间感的实践教学,提升学生对于空间的体验,促进学生形成正确的空间意识。
(三)加强学生的眼手心的协调性训练,提高学生对于空间的把握能力环境艺术的设计主要是设计者在完美的使用眼手心之间的关系而完成的作品,在设计的过程中,眼手心充分的发挥自己的作用:眼睛对于环境艺术创作具有整体的空间感知,对于空间结构以及空间形式的把握具有初步的认识,手对于环境艺术的创作在于对于美术技巧的掌握,也就是接触材料并进行体验的制作技能,心则是对于环境艺术创作的一个整体的感知,将艺术创作能录、个体思想以及个体的主观意识用正确的方法展现出来,对于眼与手的技能进行加工。当眼手心三者之间的关系得到最佳的协调之后,环境艺术的空间意识就被学生们以最完美的方式展现出来,学生在这一过程中增强了对于空间情感的把握。
2.环境艺术设计中“围”与“透”的应用
2.1环境艺术设计中“围”与“透”的好处
(1)增强含蓄美
实际上现代空间设计中的“围”与“透”还是传统的绘画设计、园林设计与现代建筑设计的一种结合衍生体。在古代建筑设计与周围环境布局中就讲究一种含蓄美的表达,讲究整个图幅的收放自如,利用环境来创造环境,从而也就带动了室内设计的发展,逐渐让建筑与环境相容的表达方式出席那在了室内的设计中,同样利用空间的组合来让室内设计能够有更强的艺术表现力。创造出的“围”与“透”相容的环境实际上也就有了一种“曲径通幽”的含蓄之美,同时再利用各种衬托手法,各种各样的对比手法来增强这样一种设计的东方美。
(2)虚实结合
“围”与“透”的应用也是来增强室内设计的一种虚实结合之美,通过空间设计的虚实结合来体现环境的变化,在设计中增加一些“透”创造出一种虚空间的感觉,从而放大整个空间给人的感受,增大空间的实际大小;同时在过大空间中巧妙地利用“围”来对空间进行有效的分隔从而又把空间独立开。巧妙地在环境设计中应用“围”与“透”就能够提高空间的虚实效果,让空间富于灵动。
2.2环境艺术设计中“围”与“透”的表现
(1)空间的对比
“围”与“透”应用过程中常常会利用到不同空间之间的对比,对比是多种多样的,可以是空间的大小对比,也可以是空间的排列对比,也可以是空间的色调对比,高矮的对比等等,通过对比就能够自然体现出空间的变化与通透。
(2)空间的过渡
当然“围”与“透”的设计中最重要的还是空间的过度,不同空间之间的过渡就是透的重要表现形式,利用不同的过渡手法和材料来创造一个“过渡空间”,有利于空间之间的组合,也有利于空间的对比。
(3)运用分隔
“围”与“透”设计中,空间的分隔就是创造“围”的效果的,只有利用空间的分隔才能够让空间布局更加的实用合理,也能够有更强的美感。运用分隔更加重要的作用就是让空间之间出现一定的独立性,就像建筑与周围环境,必须要有相应的分隔以区分室内与室外等。
(4)虚空间的加入
在“围”与“透”中“虚空间”的应用也是必不可少,往往会通过玻璃透光,增强亮度,甚至是利用镜面等方式来扩大室内的实际空间大小,可以自如的通过这样一些方式来增加环境的大,也可以让空间有一定的缩小效果,从而让空间与环境之间出现一定的分隔,增强室内感等。
其次,在数控铣加工中,选择使用的夹具不仅要实现夹具坐标方向与机床坐标方向之间的相对固定性,同时还需要对于零件和机床坐标系之间的准确尺寸进行确定;在此基础上,进行零件加工夹具的选择使用可以结合加工零件的毛料状态与数控铣床的安装要求进行,既要保证零件的加工质量,同时还要满足加工制造的相应需求;此外,如果进行生产加工的零件批量相对比较小时,尽量选择组合夹具、可调夹具或者是其他通用夹具,以装夹方便为原则。
再次,在进行上图所示的薄壁零件加工中,由于加工零件的材料为铝材,因此以白钢刀和麻花钻加工为主,并且加工制造中,上述薄壁零件需要进行正反两面加工,其中先进性B面加工铣割,加工过程中为避免两面加工的对刀误差所导致的接刀痕迹,需要在零件B面加工过程中将尽可能多的外轮廓一次装夹铣割完成,以保证进行另一面加工时有足够的铣割加工和装夹位置,从而保证薄壁零件的铣割加工精确度。
煤炭的持续开采会受到地质条件的直接影响,过去国家投入众多的设施,使用至今均已出现老化,并且维修量非常大。随着矿井的不断延深,矿压极度强化,巷道的维修任务更是不断的增加,矿井的供电以及通风、提升与排水等都不能适应生产的需要。
1.2安全管理模式传统
与西方发达产煤国家相比较,我国的煤矿使用技术研究起步很晚。并且人力、财力非常缺乏,某些重大的安全技术问题,比如冲击地压以及煤和瓦斯的突出、地热以及突水等灾害不能进行有效的预测和控制。且受到以往传统运营思想的直接作用与影响以及各个企业的经济实力的约束,我国的煤矿生产装备和安全监控设施相对落后。井巷的断面设计以及支护强度的确定、支护材料的型号选择较小。生产设施功率以及矿井的供风量等富余参数非常低,极易出现事故。绝大多数的煤炭企业还是利用以往传统的安全管理模式,各种报表计算仍是靠人工劳动并且精确度很低。信息传送的时间较长,且速度较慢,管理者的工作重复性很大,资料查询十分困难,并且工作效率很低。安全检查以及等级鉴定等总是凭借主观意念以及相关的经验。
1.3安全信息管理体制不健全
安全信息可以说是安全管理工作的重要依据,它主要包括事故和职业伤害的有效记录与分析统计,职业的安全卫生设施的相关研究与设计、生产以及检验技术,法律法规以及相应技术标准和其变化的动态,教育培训以及宣传和社会活动,国内的新型技术动态以及隐患评估与技术经济类分析和咨询、决策的体系。信息体制的健全是安全体制工程以及计算机技术的有效结合,可促使安全工作转型为定性和定量的超前预测,不过大多数矿井还是处于起步与摸索阶段,并未呈现出健全的体制,真正的使用还有待进一步的发展。
2空间数据挖掘技术
数据挖掘研究行业的持续进展,开始由起初的关系数据以及事务数据挖掘,发展至对空间数据库的不断挖掘。空间的信息还在逐渐地呈现各类信息体制的主体与基础。空间数据挖掘技术是一项非常关键的数据,具有比普通关系数据库和事务数据库更丰富、复杂的相关语义信息,且蕴含了更丰富的知识。所以,虽说数据的挖掘最初是出现在关系数据挖掘以及事务的数据库,不过因为空间数据库中的发掘知识,这就很快引起了各个研究者的关注与重视。很多的数据挖掘类研究工作都是从关系型以及事务型数据库拓展至空间数据库的。在地学领域中,随着卫星以及遥感技术的不断使用,逐渐丰富的空间以及非空间的数据采集与储存在较大空间数据库中,大量的地理数据已经算是超过了人们的处理能力,并且传统的地学分析很难在这些数据中萃取并发现地学知识,这也就给现阶段的GIS带来了很大的挑战,急切的需要强化GIS相应的分析功能,提升GIS处理地学实际状况的能力。数据挖掘以及知识发现的产生能满足地球空间的数据处理要求,并推进了传统地学空间分析的不断发展。依据地学空间数据挖掘技术的特性,把数据挖掘的方式融进GIS技术中,呈现地学空间数据挖掘技术和知识发展的新地学数据分析理念与依据。
3煤矿安全管理水平的提升
3.1建设评价指标体制库
评价指标体制库是矿井的自然灾害危害存在的具体参数式的知识库。模型的组建务必要根据矿井的瓦斯以及水害等自然灾害危害呈现的不同指标体制和其临界值构建一定的指标体制库,危害的警报识别参数关键是采掘工程的平面图动态开采面以及相应的巷道。各种瓦斯的危害以及水害隐患和通风隐患均呈现一定的评价指标库。
3.2构建专业的分析模型库
依据瓦斯以及水害等诸多不同的矿井自然灾害类别构建相关的专业性模型库,比如瓦斯的灾害预测,应根据矿井的地质条件以及煤层所赋存的状况构建瓦斯的地质区分图,再根据采掘工程的平面图动态呈现的采掘信息以及相应的瓦斯分区构建关联并实行相应的比较分析,确定可以采集区域未来的可采区域是不是高瓦斯区域。
3.3构建以GIS空间分析为基础的方法库
GIS空间分析可以说是矿井自然灾害的隐患高度识别的关键性方式,并且还是安全故障警报的主要路径。比如断层的防水层的有效划分,关键是根据断层的保安煤柱来实行可靠的确定。断层的保安煤柱确定可以利用GIS缓冲区域的分析得到。空间的统计分析以及多源信息有效拟合和数据挖掘亦是瓦斯和水害等安全隐患监测经常使用GIS空间分析方式,如物探水文的异常区域确定以及瓦斯突出相应的危险区域确定。
3.4决策支持体制与煤矿管理水平评价指标
体制库以及模型库、方式库与图形库均是矿井的自然灾害隐患识别和决策的最基础。利用矿井的自然灾害隐患识别决策来支持体系具体的功能呈现矿井的自然灾害隐患识别以及决策分析,在根源处提高煤矿的安全管理水平。分类构建矿井的自然灾害实时监控体系,进行动态跟踪相应的灾害实时数据,并事实呈现矿井的自然灾害数据或是信息和自然灾害的指标体系库以及模型库与知识库、空间数据库的合理化比较,并运用图形库的数据再通过GIS空间分析方式来确定安全隐患的,矿井自然灾害的隐患实时警报并进行决策分析,以提交空间数据的自然灾害隐患识别以及分析处理的决策性报告。
2.1实践性教学方法的提出
《数控技术》是比较偏重实践性的课程,特别是一些相关的程序、概念,比较抽象,学生不容易理解,听起来比较枯燥,学生兴趣不是很高。在教学中加强课程与专业的联系、课程与实际应用的联系,开展实践性教学改革是全面提高教学质量和教学效果的有效方法和手段。笔者认为,运用现代教学理论,积极探索实践性教学模式,切实提高应用性学科教学质量,是《数控技术》教学改革的一种有效尝试。
2.2实践性教学的指导思想
“教学活动必须建立在学生的认知发展水平和已有的知识经验基础之上。教师应激发学生的学习积极性,向学生提供充分从事学习、活动的机会,帮助他们在自主探索和合作交流的过程中真正理解和掌握基本的知识与技能和方法,获得广泛的活动经验。”这是开展实践性教学模式研究的指导思想。
2.3实践性教学三法
授课过程中,除了讲解、提问和答疑等常用的方法外,笔者结合《数控技术》课程本身的特点,探索并完善了以案例式教学法、探讨式教学法和现场式教学法为代表的实践性教学三法。
2.3.1案例式教学法
案例式教学法主要是通过列举实例,提高学生临场解决实际问题的能力,引导学生对一些特殊情境进行思考的一种教学方法。
案例教学的目标是让学生像一个真正的老师那样去思考问题、分析问题、解决问题,用综合的观点来审视教育现象,案例答案的不确定性增强了学生面对教学实践中的不可预期性问题的应对策略和能力。通过各种各样的案例演示,学生不仅接触到各种社会现象,而且这些针对性的演练对于学生毕业后走上社会,在经济的大舞台上施展才华无疑具有很强的使用价值。
本文介绍在《数控技术》授课过程中,案例教学法的一个典型应用。如图1所示的切削零件,通过示例,介绍数控编程的基本方法。用螺纹切削复合循环G76指令编程,加工螺纹为M60×2,工件尺寸见图,其中括弧内尺寸根据标准得到。
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N1T0101(换一号刀,确定其坐标系)
N2G00X100Z100(到程序起点或换刀点位置)
N3M03S400(主轴以400r/min正转)
N4G00X90Z4(到简单循环起点位置)
N5G80X61.125Z-30I-0.94F80(加工锥螺纹外表面)
N6G00X100Z100M05(到程序起点或换刀点位置)
N7T0202(换二号刀,确定其坐标系)
N8M03S300(主轴以300r/min正转)
N9G00X90Z4(到螺纹循环起点位置)
N10G76C2R-3E2A60X58.15Z-24I-0.94K1.299U0.1V0.1Q0.4F2
N11G00X100Z100(返回程序起点位置或换刀点位置)
N12M05(主轴停)
N13M30(主程序结束并复位)
2.3.2探讨式教学法
探讨式教学法的实质,首先就在于它不仅是“教”或“学”的过程,而且是一种全体参与的过程。要充分发挥学生的主体性,让他们参与到你的整个教学中去,激发他们的学习兴趣,才能提高教学质量。其次,教学的本质是一种师生交往、交流、互动、对话的活动。在这样的活动中,老师作为一种知识资源出现在学生面前,应成为学生学习的合作者、促进者,而不是教材的代言人。所以教师应该学会在适当的时候设计适当的问题,从而有效地提高学生的学习兴趣,激发学生的学习动机,提高教学效果。
《数控技术》这门课知识点多,相辅相成,完成一个项目需要较严密的逻辑思维能力。在编程学习阶段,可以把学生分为几个学习小组,共同完成。实践的结果表明,在互相讨论又各有其责的学习氛围中,对知识的提高与巩固有很大的帮助,同时也培养了他们的团队合作精神。
例如,在讲授绝对坐标编程和增量坐标编程两种编程方法之前,通过学生讨论,预测出其不同的用法,在这个预测和探讨的过程中,学生已经对两种编程方法的不同有了初步认识。此时讲授起来,学生易于接受,学习的积极性也高。
方法一:用绝对坐标编程
N001G92X0Y18LF
N002G90G02X18Y0R18
F100S300M03LF
N003G03X68Y0R25LF
N004G02X88Y20R-20M02LF
方法二:用增量坐标编程
N001G91G02X18Y-18R18
F100S300M03LF
N002G03X50Y0R25LF
N003G02X20Y20R-20M02LF
2.3.3现场式教学法
因数控技术本身的特点,要求我们必须做到理论与实践相结合,加大现场式教学力度,突出技术的应用性,并要强调教学内容的可操作性。
对于机床操作教学,应尽可能地让学生多摸、多动机床,尤其是手动(JOG、ING)工作方式,对于缺乏实际经验的学生来说,其效果是显而易见的,而且便于控制手动的安全性。
数控编程是数控机床学习的重点,在了解数控手工编程指令的基础上,可由教师指导学生装夹工作,指明欲加工的内容和将要使用的刀具,用单步运行的方式逐段运行程序,边运靠边讲解,可收到事半功倍的效果。
3应解决的几个问题
3.1学生学习观念的转变
首先,学生应转变被动的学习观念,树立自主学习的理念,增强主体意识和自我建构意识,主动参与教学、积极思考、大胆探究。其次,要加强合作意识和能力的培养,学生之间应建立良好的学习合作关系,沟通交流,共同探究。
3.2教师综合素质的提高
教师本人要具备科学研究和创新的基本能力,而且教师必须站在知识的前沿,用自身的创新成果不断丰富和补充教学内容。教师还应提高教学的专业化程度,组织好研究性课程。
3.3网络教学资源的建设
实践性教学的形式与内容是开放的,因此优质的网络教学资源是实施研究性教学的重要保障。网络教学资源的建设应保证内容丰富、开放和动态,以提供研究性教学需要的资料和信息。教学网站中应当构建一个开放、互动的教学平台,并创建各种虚拟的研究环境,为学生参与和自主开展课题研究创造条件。
3.4数控仿真实践教学
由于数控设备投资较大,并且操作过程具有较大的危险性,通过引入数控仿真教学,使学生在机房能够模拟数控机床加工工件,并且基本上与实践加工现场相似,这既能节约数控实践教学的成本,又满足了大量学生实践能力培养的需求。具体教学过程:运用CAXA、SolidEdge、MASTERCAM等三维软件进行零件建模,并自动生成刀具轨迹和NC代码(或者根据图纸手工编程)后在南京宇航、VNUC仿真软件上进行仿真加工,以验证程序是否正确,同时又能熟悉机床操作面板各个按键的作用;此仿真实践教学过程既体现先进制造技术内涵,又充分培养学生设计、分析和动手操作的能力。
4结束语
作者主要从事数控技术等课程的教学,并主持相关科研活动。多年来,通过实践总结,摸索出实践性教学模式在数控技术教学中的应用。实践性的教学模式,教师应根据课堂教学的学习内容,创设教学情境,提供必要的学习材料,让课堂充满研讨、探究、思考的气氛。在实践活动中,让学生享受把所学的知识运用到生活实际中去的体验感受和乐趣。培养学生灵活运用、解决实际问题、大胆创新等综合能力。2004年,作者获新疆大学《数控技术》讲课比赛一等奖,《数控技术》课被评为新疆大学精品课程,并于2006年申报自治区精品课程,这是实践性教学模式在数控教学领域成功的一个例子。
参考文献:
[1]赵庆聪,张键,陈元凤.数据库原理与应用.实践性教学方法研究[J].科技信息,2007,(35):224.
[2]秦曼华.数控机床编程与操作.实训课程的教学研究与实践[J].天津职业大学学报,13,(4):22.