仪器的选择和开发

仪器的选择和开发（精选七篇）

仪器的选择和开发 篇1

一、电压表、电流表、滑动变阻器的选择

1、测量仪器电流表、电压表的选择原则是安全、精确, 首先要保证流过电流表的电流和加在电压表上的电压均不超过其量程, 其次使电表有足够的偏转。所选择的量程应保证电表指针偏转至少要超过二分之一, 这样可以减少测量的相对误差。

2、滑动变阻器的选择原则是安全, 操作方便, 无论使用滑动变阻器的全部还是部分, 电流强度均不得超过其额定电流值另外当滑动变阻器的滑片移动时, 被测部分电路的电流和电压要有明显的变化, 但变化又不是太大, 这样能使滑动变阻器操作方便。

例1在“描述小灯炮的伏安特性曲线”实验中, 使用的小灯炮为“6V、3W”.其它可供选择的仪器有:电压表V1 (量程6V、内阻20KΩ) , 电压表V2 (量程20V、内阻60KΩ) , 电流表A1 (量程3A、内阻0.2Ω) , 电流表A2 (量程0.6A, 电阻1Ω) , 变阻器R1 (0~1000Ω、0.5A) , 变阻器R2 (0~20Ω、2A) , 学生电源 (6V~8V) 开关S及导线若干。

实验中要求电压表在0~6V范围内, 读取并记录下12组左右不同的电压值和对应的电流值, 以便作出伏安特性曲线, 在上述器材中, 电流表应选用﹍﹍﹍﹍, 电压表应选用﹍﹍﹍, 变阻器应选用﹍﹍﹍。

解析:灯泡的额定电压为6V, 额定电流为0.5A, 即允许通过灯泡的电流不超过0.5A, 两端电压不超过6V。本着安全、精确的原则电流表应选A2, 电压表应选V1, 本题中灯泡电阻R X=12Ω, 滑动变阻器的选取本着调节方便的原则, 滑动变阻器的总电阻应接近灯泡的电阻, 故应选R2。

二、实验电路的选择

电压表和电流表连入电路有两种方法:电流表外接电路和电流表内接电路。由于电流表和电压表的内阻影响, 不管采用电流表内接还是外接法均会带来误差, 为减小误差, 采用下面方法来选择。

定量判断法

若已知待测电阻的大致阻值RX, 电流表内阻RA和电压表内阻RV。当RX2>RARV时采用内接法, 内接法的误差是由电流表的分压引起的, 此时电阻的测量值偏大。而当RX2

(2) 试触法

若不知RX的大致阻值, 可以采用试触法, 将电路如下图所示连接, 空出电压表一个接头S, 然后将S分别与b、c接触一下, 观察两表示数的变化

(1) 若电流表示数变化明显, 说明电压表分流作用较强, 即RX的阻值较大, 应采用“内接法”, s接c。

(2) 若电压表示数变化明显, 说明电流表分压作用较强, 即RX的阻值较小, 应采用“外接法”, s接b。

三、供电电路的选择

为了改变被测电阻两端的电压, 常用滑动变阻器与电源的连接有两种形式, 为限流法和分压法, 两种接法选择原则是安全方便性, 即便于调节和读数;经济性, 即损耗能量最小。另外下列几种情况必须采用分压接法

(1) 要使某电路的电压或电流从零开始调节

(2) 如果实验所提供的电表量程或元件允许的最大电流很小, 采用限流法时无论怎样调节电路中实际电流 (压) 都会超出了安全范围, 必须用分压接法

(3) 若待测电阻的阻值比滑动变阻器总电阻大得多或者小得多, 为调节方便, 必须采用分压法。

其他情况由于限流电路连接简单耗能较小, 一般采用限流接法

例:某同学测绘标有“3V、1.5W”小电珠的电功率随电流电压变化的图像, 要使小电珠两端的电压从0连续变化, 为使测量尽可能的准确, 除了导线和开关外可供选择的仪器还有

A、电流表:量程0~0.6A、内阻约为1ΩB、电流表:量程0~3A, 内阻约为2Ω

C、电压表:量程0~3V、内阻约为2kΩD、电压表:量程0~15V, 内阻约为4.5kΩ

E、滑动变阻器, 阻值范围0~10Ω, 额定电流2A F、电池组:电动势6V、内阻约为1Ω

则选用电流表代号﹍﹍, 电压表﹍﹍。画出实验电路图。

仪器的选择和开发 篇2

基于虚拟仪器技术的PDE测控系统开发

针对脉冲爆震发动机试验模型的多通道高速采集和实时控制的要求,基于虚拟仪器技术设计并实现了该发动机的实时测控系统,介绍了系统的软硬件体系结构以及抗干扰、多线程编程和基于寄存器级的`板卡控制技术等关键技术.实际应用表明,该系统实时性强、可靠性高,能满足试验模型对高速采集和控制时间的要求.

作 者：陈超 何立明 罗俊 CHEN Chao HE Li-ming LUO Jun 作者单位：空军工程大学工程学院,西安,710038刊 名：计算机工程 ISTIC PKU英文刊名：COMPUTER ENGINEERING年，卷(期)：33(19)分类号：V231.92关键词：脉冲爆震发动机 高速数据采集 测控系统 虚拟仪器技术

“电路设计和仪器选择”例谈 篇3

1电路设计和仪器选择的基本理论依据

1.1电路的选择

（1）测量电路——电流表内、外接电路的选择.

由于电压表的分流作用和电流表的分压作用，造成表的示数与通过负载的电压或电流真实值之间产生误差，为减小此系统误差，当待测电阻阻值Rx为小电阻时，有RVRx或RVRx>RxRA，电压表分流很小时，选择电流表外接电路；

当待测电阻阻值Rx为大电阻时，有RARx或RVRx

（2）控制电路——滑动变阻器限流与分压接法电路的选择：

①当负载电压要求从零开始调节，采用分压

电路.

②当滑动变阻器阻值小于负载电阻时，一般采用分压电路；当滑动变阻器阻值大于负载电阻时，一般采用限流电路.

③当电源电动势较大、滑动变阻器阻值较小，不能满足限流要求时，采用分压电路.

1.2电路实验器材和量程的选择，应考虑以下几点

（1）电路工作的安全性，即不会出现电表和其它实验器材因过载毁坏现象.

（2）能否满足实验要求（常常要考虑便于多次测量求平均值）.

（3）选择器材的一般思路是：首先确定实验条件，然后按电源—电压表—电流表—滑动变阻器顺序依次选择.

①电源的选择：在不超过待测器材所允许的最大电压值的情况下，选择电动势较大的电源（以获得更多的测量数据）.在相同电动势情况下，通常选择内电阻较小的电源（以获得较稳定的路端电压）.

②电表的选择：在不超过电表量程的条件下，选择量程较小的电表（以便测量时示数能在满刻度的2/3左右）.

2测量电阻的电路设计和仪器选择

2.1伏安法即用电流表测出流过Rx的电流I，用电压表测出Rx两端电压U，再根据欧姆定律（Rx =U/I）求出Rx

根据这一原理，在设计测量电路时，必须有电压表和电流表，同时还要满足三个条件：第一，选好电压表、电流表的量程，量程太大或太小，都会违反读数原则；第二，正确选择好电流表的内、外接法；第三，确定滑动变阻器的限流式接法或分压式接法.此外，在选择各种仪器时，还要考虑仪器所能承受的最大电压、电流及电功率，这一点最容易忽视.

例1用伏安法测量一个定值电阻的阻值，备用器材如下 ：

待测电阻Rx （阻值约为25 kΩ）

电流表A1：（量程100 μA，内阻2 kΩ）

电流表A2：（量程500 μA，内阻300 Ω）

电压表V1：（量程10 V，内阻100 kΩ）

电流表V2：（量程50 V，内阻500 kΩ）

电源E：（电动势15 V，允许最大电流1 A）

滑动变阻器R：（最大阻值1 kΩ）

电键S，导线若干

为了尽量减小实验误差，要求测多组数据.

（1）电流表应选，电压表应选.

（2）画出实验电路图.

解析（1）器材选择（测量电路）

从减小电表读数引起的偶然误差的角度考虑，两电表及电表与电源间的配置要合理.注意到电源电动势远小于电压表V2的量程，而跟电压表V1的量程较接近，若选用电压表V2来测量电压，其最大偏转量达不到量程的13，读数时偶然误差太大，所以选用V1较恰当；而此时通过电流表的最大电流

Im=UmRx=102.5×104 A=400 μA，

因此，电流表A2与V1配置较好.

（2）电路选择（控制电路）

电路选择主要从滑动变阻器对电路的控制和调节的角度考虑.若采用限流电路控制，注意到测量部分的总电阻约为20 kΩ，远大于滑动变阻器的总电阻（1 kΩ），要保证电表安全，变阻器分得的电压至少为5 V，阻值应调到10 kΩ，显然，限流不能起到保证电表安全的作用，更不能进行有效调节，所以，只能采用分压电路控制，实验电路如图1所示.

点评 伏安法测电阻是测电阻实验的物理模型，其他方法是这一物理实验模型的转换和迁移.因此，理解伏安法测电阻的实验原理、电路设计和仪器选择的依据、实验步骤、数据处理方法、误差分析、电路的连接也是电学实验的基础和前提.

2.2“安安”法是利用两块电流表测电阻的一种方法，这一方法的创新思维是运用电流表测电压（或算电压），此方法适用于电压表不能用或没有电压表等情形

设计电路时除考虑电流表的量程外，还要考虑滑动变阻器分压与限流的连接方式.

例2用以下器材测量一待测电阻的阻值.器材（代号）与规格如下：

电流表A1（量程250 mA，内阻r1为5 Ω）；

标准电流表A2（量程300 mA，内阻r2约为5 Ω）；

待测电阻R1（阻值约为100 Ω）；

滑动变阻器R2（最大阻值10 Ω）；

电源E（电动势约为10 V，内阻r约为1 Ω）；

单刀单掷开关S，导线若干.

（1）要求方法简捷，并能测多组数据，画出实验电路原理图，并标明每个器材的代号.

（2）实验中，需要直接测量的物理量是，用测的量表示待测电阻R1的阻值的计算公式是R1=.

解析（1）首先想到的是伏安法，由于本题没有电压表，思维受阻.但考虑到器材中电流表A1的内阻已知，根据U=IR可求出其两端电压，故电流表A1可做为电压表使用并且量程与标准电流表A2相匹配.滑动变阻器采用分压接法，实验电路如图2所示.（2）A1、A2两电流表的读数I1、I2，待测电阻R1的阻值计算公式是R1=I1I2-I1r1.

点评电流表在内阻已知时，除能测电流外，还可测（或求）其两端电压，此方法适用于电压表不能用或没有电压表等情形.设计电路时内阻已知的小量程电流表一般与待测电阻并联，大量程电流表测干路电流.如果小量程电流表内阻未知而定值电阻的阻值已知，也可测小量程电流表的内阻.

2.3“伏伏”法是利用两块电压表测电阻的一种方法，这一方法的创新思维是运用电压表测电流（或算电流），此方法适用于电流表不能用或没有电流表等情形

设计电路时不仅要考虑电压表的量程，还要考虑滑动变阻器分压与限流的连接方式.

例3用以下器材测量电阻Rx的阻值（900～1000 Ω）：电源E，有一定内阻，电动势约为9.0 V；

电压表V1，量程为1.5 V，内阻r1=750 Ω；

电压表V2，量程为5 V，内阻r2=2500 Ω；

滑线变阻器R，最大阻值约为100 Ω；

单刀单掷开关S，导线若干.

（1）测量中要求电压表的读数不小于其量程的13，试画出测量电阻Rx的一种实验电路原理图（原理图中的元件要用题中相应的英文字母标注）.

（2）若电压表V1的读数用U1表示，电压表V2的读数用U2表示，则由已知量和测得量表示Rx的公式为Rx=.

解析首先想到的是伏安法，由于本题没有电流表，思维受阻.但考虑到器材中电压表V1、V2的内阻已知，根据I=U/R可求出其中的电流，故电压表V1、或V2可做为电流表使用，并且V1的量程小于V2的量程，故V1与Rx串联后再与V2的并联.滑动变阻器分压接法，实验电路如图3所示.（1）测量电阻Rx的实验电路如图3所示.（2）电压表V1的示数U1，电压表V2的示数U2，电压表V1的内阻r1，根据串联、并联电路的规律，算出Rx的电阻为Rx=U2-U1U1r1.

点评电压表在内阻已知时，除能测电压外，还可测（或求）其中的电流，此方法适用于电流表不能用或没有电流表等情形.设计电路时内阻已知的小量程电压表一般与待测电阻串联，大量程电压表测总电压.如果小量程电压表内阻未知而定值电阻的阻值已知，也可测小量程电压表的内阻.此方法适用于电流表不能用或没有电流表等情形.

2.4“定值电阻辅助”法即在运用伏安法测电阻时，由于电压表或电流表的量程太小或太大，为了满足安全、精确的原则，添加定值电阻辅助测量的方法

例4某电流表的内阻在0.1 Ω～0.2 Ω之间，现要测量其内阻，可选用的器材如下：

A. 待测的电流表A1（量程0.6 A）；

B. 电压表V1（量程3 V，内阻约2 kΩ）；

C. 滑动变阻器R1（最大电阻10 Ω）；

D. 定值电阻R2（阻值5 Ω）；

E. 电源E（电动势4 V）

F. 电键S及导线若干.

（1）画出实验电路图；

（2）如测得电压表的读数为U，电流表的读数为I，则电流表A1内阻的表达式为：RA=.

解析先考虑伏安法以及电压表和电流表的量程的匹配：电流表的内阻在0.1 Ω～0.2 Ω之间，量程为0.6 A，根据U=IR可求出电流表两端的最大电压为0.12 V，因而电压表不能直接并联在电流表的两端.根据串联电阻的分压作用，可将阻值为5 Ω的定值电阻R2与电流表串联，再与电压表并联，以满足要求；再者量程为3 V的电压表其量程虽然小于电源电动势（4 V），但可在电路中接入滑动变阻器进行保护；滑动变阻器在本实验中分压与限流的连接方式均符合要求，但考虑限流的连接方式节能些，因而滑动变阻器采用限流的连接方式.故本题设计电路图如图4所示；电流表A1内阻的表达式为：RA=UI-R.

点评利用串联电阻的分压作用、并联电阻的分流作用，通过添加串联或并联定值电阻辅助电表测出相应的值，并使得电表量程相匹配.

2.5等效替代法是在测量的过程中，让通过待测电阻的电流（或电压）和通过电阻箱的电流（或电压）相等.又可分为直接等效法和间接等效法

2.5.1直接等效法测待测电阻

例5为了测定电流表A1的内阻，采用如图5所示的电路.其中：A1是待测电流表，量程为300 A，内阻约为100 Ω；A2是标准电流表，量程为200 A；R1是电阻箱，阻值范围是0～999.9 Ω；R2是滑动变阻器；R3是保护电阻；E是电池组，电动势为4 V，内阻不计；S1是单刀掷开关.S2是单刀双掷开关.

（1）根据电路图，请在图6中画出连线，将器材连接成实验电路.

（2）连接好电路，将开关S2扳到接点a处，接通开关S1，调整滑动变阻器R2使电表A2的读数是150 A；然后将开关S2扳到接点b处，保护R2不变，调节电阻R1，使A2的读数仍为150 A.若此时电阻箱各旋钮的位置如图7所示，电阻箱的阻值是Ω，则待测电流表A1的内阻R1=Ω.

（3）上述实验中，无论怎样调整滑动变阻器R2的滑动端位置，都要保证两块电流表的安全.在下面提供的四个电阻中，保护电阻R3应选用：（填写阻值相应的字母）.

A.200 kΩB.20 kΩC.15 kΩD.20 Ω

（4）下面提供最大阻值不同的四个滑动变阻器供选用.既要满足上述实验要求，又要调整方便，滑动变阻器（填写阻值相应的字母）是最佳选择.

A.1 kΩB.5 kΩC.10 kΩD.25 kΩ

解析（1）实物连线如图8所示.

（2）电阻箱的阻值

R1=0×100 Ω+8×10 Ω+6×1 Ω+3×0.1 Ω

=86.3 Ω.

本题测量电流表的内阻的方法是“替代法”.即用电阻箱的阻值替代电流表A1的内阻值，其条件是：开关S2分别扳到a处和b处时，保持滑动变阻器R2不变，且使电流表A2读数相同.所以，待测电流表A1的内阻.

RA=R1=86.3 Ω.

（3）当R2调为零时，要使电路中的电流I不超过电流表A2的量程，根据闭合电路欧姆定律可知，电路总电阻R总至少为：

R总=EIA2=4200×10-6=2×104 Ω=20 kΩ.

由于电流表A1、A2的内阻（约为100 Ω）远小于R总，故保护电阻R3应选用20 kΩ的电阻，但若选用200 kΩ的电阻，则电路中电流太小，电流表A1、A2指针偏转量太小，读数不明显，实验误差太大.所以，正确的选项为B.

（4）由于R3=20 kΩ，调整滑动变阻器R2时，要使电流表A2的读数为150 μA，则

R2≈EI-R3=4150×10-6 Ω-2×104 Ω≈7 kΩ.

若选用1 kΩ或5 kΩ滑动变阻器，则不能满足实验要求（A2读数为150 μA）；若选用25 kΩ的滑动变阻器，则调节范围太小（不方便调节），所以，选用10 kΩ的滑动变阻器较合适，正确的选项为C.

注：对于直接等效替代法，除电流等效替代外，也可采用电压等效替代（如图9所示），其实质是相同的.

2.5.2间接等效法测电流表或电压表的内阻，这种方法又称半偏法.

测电流表的内阻

①电路图如图10所示：

a.如图连接，R1为电阻箱，可以是滑动变阻器，R2为电阻箱.b.闭合S1，调节R1，使电流表指针满偏.c.闭合S2，保持R1不变，调节R2，使电流表指针半偏d.从电阻箱上读出R2的电阻值R2，认为rg =R2′

②误差分析

满偏时：Ig=ER1+Rg

半偏时：Ig2=ER1+RgR2Rg+R2×RgR2Rg+R2×1Rg，

故R2′=RgR1R1+Rg

当R1Rg时，测量值R2接近Rg，要减小误差，应使R1Rg.

此时认为流过电源的总电流仍为Ig，这是因为R1的电阻远大于表头的电阻.S2合上与否，对整个电路的总电阻的影响是极小的.此时，由于流过表头的电流为Ig/2，则流过R2的电流也为Ig/2，即流过表头与R2的电流相等，则表头与R2的阻值肯定也相等，所以，只要读出R2的阻值，即为表头的阻值.实际上，当S2合上时，总电阻变小，总电流变大，即流过R2的电流大于Ig/2，根据并联电阻的分流原理，可知R2小于表头的阻值，测量结果偏小.

测电压表的内阻

①电路如图11所示，原理：在R触头不变的前提下认为上图中支路两端电压不变，当R′=0时，电压表满偏，调节R，使电压表半偏，则

RV = R′.

②误差：当调节R时，支路电阻变大，电压实际上变大，即大于电压表的满偏电压，而电压表半偏，R′上的电压大于电压表的电压，因此R′>RV，即测量值偏大.

③条件：只有RRV（或R′）时，调R′时，才能近似认为支路电压不变.

例6为了较准确地测定一只量程为3 V，内阻约3 kΩ的电压表的内阻值，在手头没有电流表可用的情况下，某同学设计了如图12所示的实验电路.其中R1是最大阻值为9999 Ω的电阻箱，R2是最大阻值为20 Ω的滑动变阻器.电源是电动势为6 V的蓄电池.

①试用笔画线代替导线，将如图13所示实验器材连接成实验电路.（有两根线已经接好，不得改动）

②在接通电路前，应将滑动变阻器的滑动触头置于端（填A或B），将电阻箱阻值调到（填最大或最小）.

③根据实验电路，按合理的顺序写出本实验的主要步骤，包括须记录的数据，并用这些数据写出测量结果的表达式.

解析①图略 ②A，最大 ③按电路图接好电路；闭合S1、S2，调节R2的滑动触头，使电压表满偏；断开电键S2，保持滑动触头的位置不变，调节R1的阻值，使电压表半满偏；记录这时电阻箱的阻值R；电压表内阻RV=R.

点评利用直接等效法时，应保持其他部分电路不变，只更换待测电阻和电阻箱并使电表的示数相同，此种方法无系统误差；利用间接等效法时，应先使电表满偏，再保持其他部分电路不变，在并入电阻箱后使电表的示数为半偏，认为电流或电压相等，从而认为电阻相等，此种方法存在系统误差，且只能测电表的内阻.

2.6“ 阻值相减法”即利用测出的待测电阻和其他电阻的总阻值然后减去其他电阻阻值的方法

例7如图14所示，选取合适的器材，按电路图连接好电路后，该实验操作过程的第一步是：闭合电键S1，将电键S2接2，调节滑动变阻器R1和R2 ，使电压表和电流表的示数尽量大些，读出这时电压表和电流表的示数U1、I1.（1） 请你写出该实验操作过程的第二步，并说明需要记录的数据：.（2） 请你写出由以上记录的数据计算被测电阻Rx的表达式：.

解析（1） 由该实验操作过程的第一步，闭合电键S1，将电键S2接2，调节滑动变阻器R1和R2 ，读出这时电压表和电流表的示数U1、I1.再由部分电路欧姆定律得（Rx+R1 +RA ）=U1/ I1.为了消除（R1+RA）所带来的误差， 实验操作过程的第二步是：闭合电键S1，将电键S2接1，调节滑动变阻器R1和R2 ，使电压表和电流表的示数尽量大些，读出这时电压表和电流表的示数U2、I2，并记录示数U2、I2.

（2）实验操作过程的第一步，得

Rx+R1+RA=U1I1（1）

实验操作过程的第二步，得

R1+RA=U2I2（2）

联立（1）、（2）得

Rx=U1I1-U2I2=U2I2-U2I1I1I2，

测电阻Rx，表达式是Rx=U1I1-U2I2.

点评用伏安法测电阻时，由于电压表、电流表内阻的影响，测量结果总存在系统误差.利用“ 阻值相减法”消除电表产生的系统误差.

总之，建立物理实验模型，以物理实验模型为基础，依据其实验原理、电路设计和仪器选择的依据、实验步骤、数据处理方法、误差分析、电路的连接等进行灵活转化和迁移，以此培养学生电路设计和仪器选择的能力，从而锻炼学生的发散性思维，增强创新意识.

仪器的选择和开发 篇4

本课题首先从教学内容入手, 基于专利开发新课程, 即医学仪器设备的创新设计;然后在教学过程中创设教学情境, 采用启发式教学法, 因势利导, 鼓励学生应用手机网络完成特定任务, 激发学生的主动性和参与性, 以促进学生创新性思维的培养, 现汇报如下。

1 课程开发

1.1 课程定位及设计思路

医学仪器设备的创新设计以创新理念为指导, 是一门素质拓展核心引导课程, 共12学时, 1学分, 适用于三年制高职院校所有医学相关专业, 为公共选修课程。课程设计以专利为主线、以创新性思维培养为核心、以任务引领为课程设计基础, 秉承多种教学手段并用的教学理念组织开展教学活动。

1.2 课程目标

学生通过学习本课程, 不但能够了解创新设计及专利检索撰写等相关理论知识, 初步掌握创新设计的一般方法和特点, 理解创新设计的基本思想, 并且能够根据临床见习及生活经验提出一些创新想法, 发展创新思维, 为今后进一步申请国家专利打下基础。

1.3 课程内容

本课程涵盖了创新设计的相关理论、专利挖掘和撰写的相关知识等项目, 各个项目下又包含了若干任务, 如创新理论概述、创新设计的思路与方法、专利检索、专利挖掘、专利撰写和申请等, 可以开阔学生视野, 激发学生的创新灵感。

1.4 实施计划

本课程计划在第三学期开设, 此时学生对大多数医学仪器设备有所了解, 有利于本课程的学习。

1.5 课程考核

建立以综合素质为核心的能力评价体系, 强调过程性评价, 过程性评价与终结性评价的比例为1∶1。过程性评价包括知识、情感态度两方面;终结性评价主要采用提交学习报告和专利说明书的形式, 从而较全面地评价学生创新性思维的发展。

2 课程实施

2.1 实施对象

课程实施对象为某高等职业院校选修本课程的二年级学生, 他们已接触过较多的医学仪器设备, 这样减少了课程实施的难度。共有学生44人, 其中女生40人, 男生4人;年龄19~21岁。

2.2 方法

2.2.1 教学方法

根据课程内容和高职学生的特点, 灵活运用案例分析、分组讨论、启发引导等多元化的教学方法, 充分应用多媒体、网络等资源辅助教学, 激发学生的学习兴趣和创新设计的灵感, 吸引学生的注意力, 帮助学生感知、理解和巩固知识, 这利于学生创新性思维的培养。

2.2.2 评价方法

(1) 课程考核:通过过程性评价和终结性评价相结合的方法评价学生的学习效果。 (2) 学习效果分析:参照文献自编问卷, 调查本课程的实施对学生学习效果的影响, 并请学生提出改进意见。问卷共14道题目, 最后3道题为多项选择题和开放式问答题;前11道题均为正向题目, 分别调查课程学习对学生的知识、思维和信息素养等方面的作用。采用李克特5级评分法, 非常同意至非常不同意分别给予4~0分, 得分越高表示越认可本课程的教学效果 (得分>2分表示学生对本课程比较认可) 。问卷总体的Cronbach'sα信度系数为0.85。课程实施前邀请5名副教授及以上职称的专家评价问卷的效度, 专家一致认为调查问卷中所涉及的题目符合本研究要达到的目的, 效度较好。共发放问卷44份, 回收有效问卷44份, 有效问卷回收率为100%。

2.2.3 统计学方法

用Excel 2003和SPSS18.0软件对学生问卷调查所得数据进行定量描述性统计分析, 运用质性分析法对开放性问题进行分析。

2.3 结果

2.3.1 学生课程考核成绩 (见表1)

2.3.2 教学效果调查结果 (见表2)

注:≥80分为优秀

2.3.3 开放性问题结果分析在促进创新思维发展的创新设计教学中, 学生最感兴趣的是成果展示、头脑风暴、创作设计图、联想、小组互评等方面。通过本次教学活动, 激发了学生的创新思维, 如“可根据身高调节的课桌”“自动找零机”“座椅式电梯”等。关于本课程的不足之处, 有学生指出, “课程时间太短, 创新思维应该是长期的”“应该脱离多媒体, 让我们自由发挥”“应该让我们自己准备演讲主题, 使课堂气氛更加活跃”等。

3 讨论

3.1 学生对本课程的实施效果总体较满意

如表2所示, 学生认为学习本课程可以提高自己对创新知识的学习兴趣, 有助于增长自己创新设计方面的知识, 同时对课程很感兴趣, 表示后续会继续进行创新设计等。11个条目的得分均>2分, 说明学生对课程的实施总体较满意。

3.2 本课程的开发与实施有利于培养学生的创新思维

本课程的开发与实施有利于培养学生创新思维的各个方面。表1显示, 学生本课程的平时成绩、期末成绩、总成绩均在80分以上, 属于优秀范围, 说明学生喜爱这门课程, 所以成绩较好。表2也显示, 学生认为本课程的实施加快了产生新想法的速度, 有助于从多个角度思考问题, 有助于提高联想能力, 同时提高了分析问题和解决问题的能力 (得分>2分) 。开放性问题的结果也显示, 课程学习有利于激发学生的创新思维, 说明本课程的实施有利于培养学生的发散性思维能力, 并促进了学生分析问题和解决问题能力的培养。

3.3 本课程的开发与实施有利于培养学生的信息素养

本课程的开发与实施有助于培养学生的信息处理能力和信息表达能力 (得分>2分) 。本课程的实施中, 要求学生首先根据自己的生活和学习经历思考并提出各种医学仪器设备或生活用具的不足之处, 并通过小组讨论自行设计较完善的方案, 在此基础上检索相关文献, 进一步完善自己的设计方案, 这一过程有利于培养学生的信息素养。

3.4 本课程实施的不足之处及下一步的研究方向

开放性问题显示, 本课程的不足之处为课程时间太短, 学生参与度不够高, 课堂气氛不太活跃。因此, 下一步拟增加课程时间, 并拓宽课程内容, 课程内容的选择要做到人文性、科学性与思想性三维并重, 缺一不可[1];采用小组汇报、主题讨论的方式, 提高学生的活跃度和参与度, 增加学生的实践机会, 以培养和提高学生的创新能力[2]。

摘要：目的 探讨医学仪器设备的创新设计课程的开发及实施效果。方法 开发并实施医学仪器设备的创新设计课程, 课程结束后采用自编问卷测评学生对本课程教学效果的评价。结果 学生考核成绩较高, 均大于80分;学生对课程实施的效果总体较满意, 11个条目的得分均大于2分。结论 医学仪器设备的创新设计课程的开发和实施, 有利于培养学生的创新知识、创新思维和信息素养。

关键词：医学仪器设备的创新设计,课程开发,实施效果

参考文献

[1]纪德奎, 姚军.从“潮课”现象看高校选修课程开发的困惑与抉择[J].高等教育研究, 2013, 34 (7) :65-69.

仪器的选择和开发 篇5

关键词：水电企业；财务管理；目标选择

水电资源是我国的优势资源，但由于历史及政策的双重原因，开发步伐相对缓慢，开发投资主体比较单一，资源优势没有形成产业优势。随着经济和社会的进一步发展，环保要求的日益提高以及电力结构的优化调整，我国水电产业新的发展时期已经来临。从资源储备的角度看，目前中国水电资源开发程度仅为24%，低于发达国家平均60%的水平，未来还有较大的上升空间。正确定位和目标选择已然成为我国水电企业财务管理中不容忽视的问题。

一、我国水电企业简介和经营特征

（一）我国水电企业简介

由于历史的原因，我国目前的电力市场处于由计划经济体制向市場经济的转变阶段，市场机制尚不完善。改革开放以来，我国的水电企业在市场经济坏境下取得了巨大的发展空间。企业资金方面，由过去单一的中央政府拨款投资，转变为中央、地方、企业、个人、外商等多种主体或主体组合的筹资形式。但是我国水电企业在发展中依旧困难重重，水电企业的资产负债率普遍偏高。这就要求企业必须根据本企业债务结构、现金流量和偿债能力等财务状况，制定债务风险控制方案，确定未来资产负债率控制及债务结构调整目标。

（二）我国水电企业经营特征

1、投资巨大。做好水电项目投资控制，需要做好两个阶段的工作，一是勘测设计阶段，二是施工建设阶段。在电源项目建设工程中可能会因为前期设计深度不够，造成潜在风险和投资风险增加，也可能因为后期施工问题、移民问题导致工期延长、投资增加。

2、资源垄断。我国水力资源总量，理论蕴藏量、技术可开发量和经济可开发量均居世界首位。由于大型国有水电企业享有国家政策的支持，水利工程的兴建选址更有优势，容易形成对自然资源的垄断局面。

3、负债规模较大。大型水电项目投资巨大，前期的资金投入往往不能满足生产需求，因此我国大型水电企业的资产负债率居高不下，资产负债率普遍超过了80%，企业高负债率的风险继续，说明水电行业已经进入了风险攀升的阶段。再加上金融政策的紧缩，进一步增大了部分水电企业的经营风险。由于市场目前正处于应对经济下行压力的适度微调背景下，针对水电企业项目周期长的问题，拓宽融资渠道，政府适当给予财政贴息是很有必要的。

4、生产经营受到自然环境影响较大。水电企业的重要影响因素在于季节和水电开发时期。2010 年之后的10 年是我国水电开发的黄金时间，据中电联预计，2020 年前10 年我国的水电开发规模将超过1.2 亿kW，2030 年后全国水电装机容量将达到4.5 亿kW。从时间分布看，我国大陆多属季风气候区，河川径流年内、年际分布不均，丰枯季节、丰枯时段流量相差悬殊，自然调节能力不好，稳定性差，存在较为严重的“丰余枯缺”矛盾。因此合理安排机组检修时间，保证丰水期机组出力对水电企业的生产经营至关重要。

5、强调安全。目前我国大型水电企业大多为技术密集和资金密集型，机组和电网的自动化水平高。再加上电力生产是一项庞大的、复杂的系统工程，具有生产设施分散、分布地域广、生产环节多，技术性强的特点。因此，水电企业要始终坚持“安全第一，预防为主”的方针，将安全生产落实到建设到运营的全过程，确保人员安全、社会稳定，促进企业安全生产和经济效益的持续发展。

6、经营生产是重心。电能是国民经济崛起的动力源泉，也是社会稳定发展和人民生活提高的重要物质基础，因此水电企业的经营生产是工作的重心。解决生产中各专业存在的薄弱环节，确保电力系统不间断的发电。同时，水电企业成本管理中，折旧成本比重大，而付现成本比重小。根据水电企业的成本特点，为了达到利润的最大化应将经营重点放在生产过程。

7、兼顾各种效益

大型水电工程是集发电、防洪、灌溉、航运、养殖、供水等效益为一体的综合工程，是人类改造自然、利用自然的重要途径。但是，水电工程的建设必定会对坏境和河流水沙的造成影响。因此不论是对流域水资源综合利用规划制订，还是在水电工程的规划、设计、施工运行及管理的各阶段中，均应充分考虑维护生态平衡与环境保护的要求，要将水电工程经济效益的基础上兼顾社会效益和环境效益。

二、我国水电企业财务管理的目标选择

（一）产值最大化。产值最大化是计划经济体制下的主要经济目标，有其自身的特殊性，随着我国经济体制改革的不断深入，产值最大化的经济目标在市场经济形势下逐步暴露出其落后性。企业如果将眼光仅仅局限于对产值的关注很可能会出现规模扩张但效益下滑的窘境，当水电企业以追逐资源为第一目标时，很可能忽视项目经济效益，导致投资增加，盲目加大产值的投入并不能有效提升运营效益。2003年以来，五大发电集团通过“建并结合”的发展方针，实现了跨越式发展，迅速扭转了缺电的局面，其后在企业“做大做强”的大背景下也出现了一些盲目扩张的教训：大唐四川分公司收购的15个水电项目实际投资额超设计概算9.99亿元，已投产的14个项目中仅3个实现盈利。由此可见，做好项目可行性研究，关注项目盈利能力显得尤为重要。

（二）经济效益最大化。现代企业是一种以盈利为主要目标的组织形式，而经济效益是资金占用、成本支出与有用生产成果之间一种比较，换句话说，当使用更少的成本创造相同的经营成果时，经济效益就更好。经济效益对于企业的盈利之间有着直接的关系。从广义的角度来看，我国政府将提高经济利益作为市场经济发展的重要途径，因此对于水电开发企业来说，经济效益最大化是其财务管理目标之一。

（三）利润最大化。利润最大化目标是指在假定企业投资收益确定的情况下，使企业的财务管理行为朝着有利于企业利润最大化的方向发展。以追逐利润最大化作为财务管理的目标。由于利润指标是企业投资人最为关心的问题，因此利益最大化是最为充分考虑股东和债权人利益一种财务目标。追求企业利润最大化， 是实现水电开发企业运营和发展的基本目标。

（四）企业价值最大化。目前企业价值最大化被认为是最符合我国现阶段市场经济环境下的财务管理目标。价值最大化是指企业通过财务上的合理经营，在考虑资金的时间价值和风险的基础上，将总价值达到最大。价值最大化理论是建立在时间和成本充分考虑的基础上，能够有效减少企业为追求短期利润所做出的不正确的决策，使企业具备可持续性的发展潜力。企业在实现资产价值最大化的同时要履行其社会责任，以实现社会价值的同步增加。

三、我国水电企业财务管理如何定位

（一）考虑现代企业特征。现代企业是指由不同层级的管理人员组成和不同经营单位组成，企业资产所有者与经营者相分离的多单位企业。现代企业显著特征在于所有者与经营者分离，并且更强调现代化的技术和管理，生产方式从劳动密集型向技术密集型及知识密集型转换。因此在市场经济条件下，应当明确财务管理的主导作用，在企业价值最大化的基础上兼顾相关利益者最大化。

（二）考虑水电企业特征。水电行业由于对自然资源的垄断特征，因此决定企业的投资主体难以实现多元化，并且企业受政府监管程度较高。水电行业属于资金密集型行业，水电项目资金需求大、建设周期长，需要巨额资金支持，因此企业对银行借款的依赖程度较强，负债风险高。根据当前情况，企业的财务管理应将重点放在电力生产的成本控制和资金流通上，最大程度提高资金使用效率。

结束语：

水电产业的发展趋势和国家的宏观发展密切相关。随着我国市场经济体制逐步完善，电价市场化改革开始提速，水电开发企业一定会利用其清洁能源、运营成本低的优势争取到更大的发展空间，因此水电开发企业准确的制定财务管理目标和选择正确的市场定位具有十分重要的意义。（作者单位：四川久隆水电开发有限公司）

参考文献：

[1] 杨玉风.略谈企业战略决策与财务管理的关系[J].财会月刊，2003，11.

仪器的选择和开发 篇6

虚拟仪器是计算机技术、仪器技术和通讯技术相结合的产物,它已成为21世纪测试技术与仪器发展的一个重要方向[1~3]。由于虚拟仪器不强调物理上的实现形式,在系统内可实现软硬件资源共享,因而,将虚拟仪器应用于数据采集,可提高系统的性能,更为重要的是,采用虚拟仪器技术,可实现以“软”代“硬”,能节省数据采集系统的成本[3~5]。

MSP430单片机片内一般都集成有A/D转换模块,数据采集时无需专用的A/D转换芯片,从而简化了数据采集系统的硬件电路;而且,MSP430单片机片内集成的A/D转换模块可适应不同的转换要求,灵活性高,方便设计者使用。另一方面,MSP430单片机最具特色之处在于其具有超低功耗的性能,这对于一些长期的数据采集系统或电池供电的数据采集系统无疑具有极大的吸引力。

将虚拟仪器和MSP430单片机结合起来开发数据采集系统可充分发挥两者优势,降低系统开发成本,减少系统功耗,提高数据采集效率。更为重要的是,两者的结合不仅使得开发的数据采集系统具有实时显示和监控的功能,而且还可实现采集数据的存储、回放、分析、报表和打印等功能*。

2 系统硬件设计

应用虚拟仪器技术来开发数据采集系统,尽管可以实现以“软”代“硬”,但并不是完全替代,它仍需一定的硬件作为基础,在这种情况下,往往将虚拟仪器(通常为应用LabVIEW等商用软件开发的运行于PC上的应用软件)部分称之为上位机,而将硬件部分(通常为单片机应用系统)称之为下位机。下面介绍下位机的硬件设计。

在设计数据采集系统时,首先需相应的传感器,传感器采集到的信号经过信号调理电路后将信号调整成单片机能接收的信号,在单片机内部的A/D转换模块中进行A/D转换,然后将转换结果通过串行口传到上位机进行显示、分析与监控等,同时将转换结果存储在存储芯片中。在此过程中,上位机还可对下位机进行一些控制和参数设置。图1是基于虚拟仪器和MSP430单片机的数据采集系统的硬件电路图。

如图1所示,上位机与下位机之间的通讯联系是通过MSP430F149单片机的串行口实现的。由于下位机的TTL信号电平与上位机的RS232信号电平不兼容,需进行电平转换,图1中采用的是LTC 1385电平转换芯片,经过LTC 1385进行电平转换后,通过一根通讯线将图1所示的音频插头JP2和PC机的串口联系起来便可实现上位机与下位机通讯的硬件连接。MSP430F149单片机片内资源丰富,其片内集成有ADC 12模块,图1示出了连接在该模块P6.3引脚上的模数转换通道,该路通道为一个化学传感器的信号调理通道,在此通道中,输入信号先经过一个无源滤波电路,再通过一个电压跟随器,最后经过一个比例运算电路后进入MSP430F149的A/D转换模块。为了实现数据的长期保存,图1所示的电路中还设计了一款Flash存储芯片AT45DB 321,其主存为4MByte。

如图1所示,设置2.5V的内部参考电压为A/D的参考电压VREF+,而VREF-接地,因而A/D的输入信号范围为0~2.5V;在图1所示的电路图中,3.3V的VCC由型号为AAT3221的电源转换芯片提供,-3.3V的-VCC由MAX 828开关电容电压反相器提供。

3 系统软件开发

在系统硬件的支持下,系统软件开发包括上位机软件开发和下位机软件开发。上位机软件采用LabVIEW进行开发,开发出的软件在PC机中运行;下位机软件采用汇编语言进行开发,开发出的软件在MSP430F149单片机中运行。

3.1 上位机软件开发

LabVIEW是美国国家仪器公司推出的一种基于“图形”方式的集成化程序开发环境[5]。图1所示硬件基础的虚拟仪器拟采用LabVIEW进行开发,所开发的内容主要包括初始化程序、主循环程序和结束程序三大部分。初始化程序完成通信端口、通道校正公式和传感器计算公式的设置;主循环完成系统测试、在线监控和数据分析等功能;结束程序完成关闭通讯端口、保存重要参数等功能。下面,主要介绍主循环程序的开发。

上位机与下位机之间要进行通讯,必须要遵循同样的通讯协议,为此,上位机与下位机之间所有命令与响应都定义了同样的帧格式,每帧都是以地址码开始,ox80结束字符结束,在地址码与结束字符之间依次为命令码、数据信息以及CRC7校验码。每次通讯都是以上位机发送命令开始,下位机返回响应结束。在此基础上,上位机主循环程序开发的核心和基础为“命令发送”程序和“响应接收”程序的开发。

3.1.1 命令发送程序开发

命令发送程序主要利用了VISA Write节点,围绕该节点,可将命令发送程序做成一个子VI,供主循环程序调用,该子VI可根据命令的多少设计成Case结构,然后将各命令组成命令阵列,这样可简化程序的结构。由于不同的命令,其发送程序不同,但其基本结构和思路是一样的,图2为“Start”(系统开始工作)命令发送程序。

由图2可以看出:为了遵循上下位机之间约定的统一通讯协议,首先将oxE 0的地址码(下位机地址)与“Start”的命令码(约定为字符“S”)连接成一个字符串,之后将此字符串进行CRC 7校验(图2所示的CRC 7是根据CRC 7校验原则开发的子VI),然后再将此字符串和校验码、ox80结束字符组成一个完整的帧格式,输入到VISA Write节点,从而将“Start”命令发送给下位机,下位机接收到此命令后,进行一些必要的准备工作后启动系统进行数据采集,并发送响应给上位机。

3.1.2 响应接收程序开发

响应接收程序主要利用了VISA Read节点,围绕该节点,亦可将响应接收程序做成一个子VI,供主循环程序调用,该子VI的详细程序如图3所示。由图3可以看出:利用VISA Read节点首先将当前串口中的所有字符都读入,然后根据上下位机间约定的通讯协议,判断读入的最后一个字节是否为结束字符ox80?若不是,表示接收有误;若是,则屏蔽最后一个字节,即结束字符,并在剩下的字符中查找起始字符oxE 0。若没有查到起始字符,则输出空字符;若起始字符在正确的位置,则表示此次接收到一个完整的响应,即此次接收到一个有效的帧数据,并保存起始字符和结束字符之间的所有字符,但不包括结束字符,为主循环程序调用此子VI作好准备。

退出响应接收程序子VI后,在主循环程序中首先判断最后一个字符(CRC 7校验码)是否正确?若错误,需重新进行接收;若正确,则表示接收到一个合法的响应,然后对接收到的合法响应进行响应类型判断,根据响应类型确定响应中数据字段格式,将有效信息提取出来并显示,必要时更新数据列表和曲线图。

3.2 下位机软件开发

下位机软件必须与上位机软件实现有效的配合方能实现上下位机间可靠和准确的通信,为此,在开发下位机软件时,必须遵循约定的通讯协议。下位机软件开发的内容主要包括A/D转换程序、转换结果存储程序以及通讯程序。由于MSP430F149单片机片内集成的ADC 12模块使用方便,对其操作使用主要是对其四类寄存器进行操作,故A/D转换程序的开发较为简单[6];为了长期保存数据,需将转换结果存储在图1所示的Flash存储芯片中,因而,熟悉该Flash芯片是开发转换结果存储程序的前提。为了与上述上位机程序对应,下面对下位机通讯程序的开发进行介绍。

图4为下位机数据接收程序流程框图,由该图可知,上位机按照约定的通讯协议将数据一帧一帧地传送给下位机,下位机接收到数据后,便可根据帧的定义,从而确定命令码的位置,然后再根据命令码的性质做出相应的反应。

由图4可知,当要求下位机向上位机传送A/D转换结果时,下位机也必须按照约定的通讯协议将传送的数据打包,一帧一帧地传送给上位机,每帧数据的格式必须依次是:地址码、命令码、数据信息、CRC 7校验码和结束字符ox80,且通讯是以ASCII码的形式传送数据。当数据打包完之后,便调用下位机数据发送子程序(其流程框图如图5所示)将该帧数据发送给上位机。当每帧数据被传送至上位机后,上位机运行如图3所示的响应接收程序,经过校验和判断确认为合法的响应后,上位机主循环程序便将传送上去的每帧数据中的A/D转换结果数据进行提取,在上位机前面板中进行显示与分析。

从图4亦可以看出:当下位机对接收的帧数据的命令码进行判断后,确认是上位机向下位机发送命令或设置参数,下位机便根据帧格式提取该帧数据中的数据信息,在将提取的数据信息转换为十六进制后,赋给相应的变量执行相应的动作,同时,还应“发送响应”以告知上位机己成功获取传下来的数据,“发送响应”也要调用下位机数据发送子程序。由图5可知,数据发送子程序是一个字节一个字节地向上位机发送的,因每帧数据包含多个字节,故每帧数据需要多次发送方可发送完,其波特率为9 600bit/s。

4结束语

借助于LabVIEW开发平台,可充分体现虚拟仪器的概念,无需专用的数据采集设备便可实时显示和监控数据采集过程;MSP430F149单片机丰富的片内资源和方便灵活的使用特性使得数据采集系统的开发极为便捷。将虚拟仪器和MSP430F149单片机结合起来开发数据采集系统充分发挥了两者的优势,大大降低了数据采集系统开发的成本,提高了数据采集的效率。

参考文献

[1]王国权.虚拟试验技术[M].北京:电子工业出版社,2004.

[2]高成金,王磊,贾潇潇,等.单片机实验板的虚拟仪器功能实现[J].弹箭与制导学报,2008,28(2):297-299.

[3]杨帆,赵世平,黎会鹏.基于单片机和虚拟仪器的温度测控系统设计[J].武汉化工学院学报,2005,27(5):65-67.

[4]郭龙钢,王宇炎.基于LABVIEW的单片机串口数据采集系统[J].自动化技术与应用,2009,28(11):129-131.

[5]邓焱,王磊.LabVIEW 7.1测试技术与仪器应用[M].北京:机械工业出版社,2004.

仪器的选择和开发 篇7

在整个生产制造系统中, 刀具占有独特的地位, 关系着企业整个生产链的竞争力。随着制造业的快速发展, 用户对产品加工多样性、尺寸精度的要求越来越高, 同时切削刀具新型材料的种类越来越多, 致使工艺人员在编制工艺和进行刀具选择时遇到了很多困难, 从而造成工件报废或刀具资源的浪费[1,2]。

为了提高刀具利用率、降低企业的生产成本, 国内许多研究工作者对刀具的选择进行了大量研究并开发了一系列刀具选择系统[3～5]。但是这些刀具选择系统主要采用C/S结构, 系统交互性差、使用范围很小、开发及系统维护成本高, 而采用B/S结构能很好地解决这些问题。

随着某汽轮机企业的产品逐渐丰富, 近年材料种类增多, 与之对应的各种先进切削加工技术和新型刀具得到了较为广泛的应用, 切削加工时间和生产辅助时间都在不断缩短。特别是随着具有挑战性的工件材料、日益复杂的工件几何形状、大型尺寸工件、日益特殊的质量和性能要求等问题的产生, 刀具选择成为一个突出、具有挑战性的问题。基于这一现状, 特建立基于Web技术、B/S结构的开发方式, 以工件材料为主线、以加工方法为查询入口的车削刀具选择系统。

1 基于加工特征的车削刀具选择方法

车削刀具选择的效率不仅取决于系统的开发工具和体系结构, 同时与刀具的选择流程和良好的数据库设计相关。合理选择刀具的前提条件是确定刀具选择的原则和方法。由于整体式刀具价格昂贵、柔性不够, 本系统采用模块式的刀具选择方式, 将刀具的选择分化为对刀片和刀体的选择。

1.1 车削刀具选择原则

通过分析加工特征及工序对刀片和刀体的影响后, 确定了刀具选择原则, 主要包含以下九个方面:

1) 刀片材质选择:依据工件材料牌号、类型、热处理状态和硬度等;

2) 刀片形状选择:依据工件表面形状、主偏角、加工方法等;

3) 刀片槽型选择:依据工件材料类型、精度特征等;

4) 刀尖圆弧半径选择:依据精度特征、表面粗糙度、切削类型等;

5) 刀片尺寸选择:依据有效切削刃长度、主偏角等;

6) 刀片后角选择:依据工件材料类型、精度特征等;

7) 刀片精度选择:依据精度特征等;

8) 刀体头部形式选择:依据主偏角、精度特征等;

9) 刀体接口规格选择:依据机床等。

1.2 车削刀具选择方法

根据企业多年收集的数据及刀具选择的原则, 建立加工特征-刀片规则库、加工特征-刀体规则库、刀片-刀体规则库、机床-刀体规则库。根据待加工工件的加工特征等信息, 通过正向推理的方式, 查询出与加工特征相关的刀片和刀体, 再通过刀片-刀体规则库中的刀片特征码匹配, 特征码符合要求, 就可将刀片和刀体组装成刀具, 如果刀片特征码不符合刀体的要求, 则重新选择刀片。需要说明的是, 由于不同的加工方法选择刀具的具体方法不同, 因此在进入系统刀具选择界面前, 需要先选择加工方法 (由工件材料确定) , 以普通车削为例, 图1所示为车削刀具选择系统中普通车削的具体选择方法。

2 基于Web的车削刀具选择系统设计

2.1 系统B/S结构

采用B/S结构的方式来开发车削刀具选择系统, 用户在任何地方只需根据管理员分配的用户名和密码在客户端浏览器上输入系统首页的网址即可完成与服务器的数据通信, 从而使用刀具选择系统进行刀具选择。同时为了给用户提供跨平台服务、友好易用的人机界面和快速的系统响应, 本系统采用Java技术中最常用的SSH2框架和采用B/S的四层模型开发。

1) 表示层:由Struts2实现、Ext JS脚本语言开发。表示层负责客户端对应用程序的访问, 接收用户的表单数据, 管理用户对系统操作的请求和响应, 接收业务逻辑层处理后的结果, 进行布局整理后展示给客户端用户。

2) 业务逻辑层:采用Spring架构开发, 降低了组件间的依赖性, 提高了系统开发效率。Web服务器接收用户在浏览器上提交的请求后, 调用相应的业务处理逻辑进行处理, 与持久层进行数据通信后, 再将处理后的结果提交给用户。

3) 持久层:采用Hibernate开发。负责应用程序与数据库之间的数据交换, 对刀具选择系统的基本信息进行增删改查, 同时采用缓存机制, 使刀具查询效率更高。

4) 数据库层:采用体积小、速度快、维护简单的关系型数据库管理系统My SQL开发。存储系统所有数据, 负责给持久层提供数据。

2.2 系统功能模块

车削刀具选择系统的主要功能模块如图2所示。

1) 基本信息管理模块:管理人员通过对刀具、品牌、工件材料、机床等信息进行批量管理和维护, 及时更新系统数据;进入刀具信息等子模块, 根据用户输入的关键词, 可查询到相应信息。

2) 车削刀具选择模块:以加工方法为入口, 根据加工工序、加工精度等加工特征和工件材料特征进行刀片选择, 根据加工特征、机床接口类型进行刀体选择。

3) 规则管理模块:对加工特征-刀片、加工特征-刀体、刀片-刀体和机床-刀体规则进行及时更新, 保证推荐的刀具是最合理的;其模块是通过基本信息管理模块建立起来的。

4) 角色权限管理模块:系统基于B/S结构开发, 为了保证系统的安全性, 提供组织机构、人员和角色的管理及授权功能, 保证不同用户对信息查询和维护具有不同的权限。

3 系统的关系数据库设计

在整个车削刀具选择系统的开发中, 数据库的设计处于核心部分, 数据库设计的合理性不仅影响刀具查询和管理的效率, 而且关系着刀具选择系统的后期维护。在整个车削刀具选择系统中, 数据库设计的概念设计、逻辑结构设计阶段非常重要。

3.1 概念设计

概念设计是将车削刀具选择系统中的刀具选择方法所涉及的数据表示成一个直观的、能反映出各实体间关系的视图, 为了便于用户理解, 建立视图采用E-R模型的方式。由于刀具的选择主要涉及工件材料、加工特征、刀片、刀体、机床等实体, 根据各实体之间相互影响的关系, 用图3表示车削加工过程中的E-R模型, 并作如下说明:1) 数据库概念设计以工件材料为主线;2) 由于车削刀具、工件、机床的信息非常复杂, 为简洁清楚, 图3中未全部画出它们的实体及属性。

3.2 逻辑结构设计

在建立数据库时, 根据不同的加工方法设计不同的数据关系表, 可以保证当刀具材料或者种类很多时, 进入刀具选择过程后系统能自动筛选出与加工方法有关的刀具, 极大地减少了数据检索消耗的时间, 提高了刀具查询的效率。限于篇幅, 本文以车削中的普通车削为例, 用Navicat Premium数据库管理工具创建的普通车削关系表如图4所示。

普通车削数据关系表主要包含工件材料表、刀片表、刀体表、加工精度表等与刀具选择相关的表。首先通过加工精度ID查询到刀片槽型ID、工件材料ID查询到刀片材质ID、品牌ID查询到刀片品牌ID, 通过加工特征-刀片、刀片-刀体规则库的匹配, 查询出刀片表中的刀片ID, 再通过机床-刀体规则库的匹配查询到刀体接口规格、品牌ID查询到刀体品牌ID, 通过加工特征-刀体、刀片-刀体规则库的匹配以及已查询到的刀片ID, 进而查询出刀体表中的刀体ID。

4 系统实现实例

在确定了系统的体系框架、刀具选择方法以及数据库的设计思路后, 采用Java开发工具My Eclipse和Web技术来开发车削刀具选择系统, 如图5所示。图5的左边栏即是系统的各个功能模块, 右边栏是刀具选择的具体实现。

根据待加工工件的加工特征确定加工方法后, 用户即可点击车削系统管理中相应的加工方法来选择刀具, 默认为界面【刀片选择】。以普通车削为例, 选择工件材料牌号、加工精度、刀片形状、刀片后角等, 通过Web与数据库交互生成与待加工工件加工特征相关的刀片列表, 当打开刀片选择界面下方的【通过选择条目过滤刀片】后, 能通过刀体表中的刀片特征码自动筛选出匹配该刀片的刀体, 极大地提高了刀具选择的效率。同时也可点击【刀体选择】, 通过选择普通车削中的加工方法小类 (如图中所选的外圆车削、刀头形式 (即主偏角) 、刀具方向、接口规格、夹紧形式等, 与选定的刀片互相约束生成刀体列表。根据选定的刀片、刀体与刀具数据库进行匹配后, 完成刀具的组装。

5 结论

本文通过确定车削刀具选择方法和采用基于规则推理的方式来选车削刀具。系统采用B/S结构的四层模型, 使车削刀具选择系统具有开发简单、维护简单、跨平台性好的特点, 同时实现了对刀具的快速查询和管理。

摘要：针对某汽轮机企业车削刀具选择难的问题, 论述了一种基于加工特征的车削刀具选择原则及刀具选择方法, 设计了基于Web的车削刀具选择系统。该系统采用Java技术的SSH2框架和B/S的四层模型开发, 采用关系数据库管理数据和规则, 运用正向推理实现刀具选择。最后以普通车削为例, 介绍了刀具选择的实现方法。

关键词：刀具选择,车削刀具,加工特征,Web,关系数据库

参考文献

[1]袁美霞, 刘让贤, 陆远, 等.基于工艺特征的刀具管理系统技术研究[J].机械设计与制造, 2007, (1) :169-170.

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[3]徐和国, 王玉, 周雄辉.基于实体模型的计算机辅助刀具选择系统[J].上海交通大学学报, 2005, 39 (1) :113-116, 120.

[4]郝传海, 刘战强, 任小平, 等.面向加工特征的刀具和切削参数计算机辅助选择系统[J].工具技术, 2012, 46 (3) :16-20.