時間：2023-03-24 15:20:20
序論：在您撰寫測控技術(shù)論文時，參考他人的優(yōu)秀作品可以開闊視野，小編為您整理的7篇范文，希望這些建議能夠激發(fā)您的創(chuàng)作熱情，引導您走向新的創(chuàng)作高度。
1997年，教育部進行高等院校本科專業(yè)調(diào)整，將原來的10個儀器儀表類本科專業(yè)調(diào)整為一個集光、機、電、算為一體的寬口徑、電類專業(yè)，即測控技術(shù)與儀器專業(yè)。[1]截止到2014年，全國共有300所左右高等院校開設(shè)測控技術(shù)與儀器專業(yè)。由于歷史原因，各高校的專業(yè)基礎(chǔ)和行業(yè)背景存在較大差異，測控技術(shù)與儀器專業(yè)通常隸屬于電氣工程學院、機械工程學院、儀器科學學院、光電工程學院等單位。這給測控技術(shù)與儀器專業(yè)認證標準的制定帶來了不少困難和問題。2013年8月和2014年8月，教育部儀器學科教育指導委員會暨教學研討會分別在上海和西安召開，會上專家們對中國工程教育認證協(xié)會的通用標準進行了詳細解讀，并對照通用標準，制定了適合于測控技術(shù)與儀器專業(yè)特殊背景的專業(yè)標準。2014年8月，教學指導委員會主任、天津大學曾周末教授做了題為《把握認證理念，推進專業(yè)教學改革》的報告，教學指導委員會委員、重慶大學王代華教授做了題為《儀器類專業(yè)認證標準解讀》的報告，這兩個報告從認證專家角度介紹了工程教育專業(yè)認證的意義和認證準備工作的要點。目前，已有少數(shù)高校通過了測控技術(shù)與儀器專業(yè)認證，如天津大學、合肥工業(yè)大學等；有很多高校已提交了認證申請，正在積極準備參與專業(yè)認證，如桂林電子科技大學、西安理工大學等。越來越多的高校認識到專業(yè)認證的重要性和緊迫性，以專業(yè)認證為契機，持續(xù)穩(wěn)步發(fā)展專業(yè)建設(shè)，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量和水平，增強畢業(yè)生的就業(yè)競爭力成為各高校專業(yè)負責人的共識。
二、省屬高校測控技術(shù)與儀器專業(yè)培養(yǎng)模式探索與思考
針對目前國際、國內(nèi)經(jīng)濟環(huán)境、工程教育的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，在國際工程教育專業(yè)認證背景下，省屬高等院校測控技術(shù)與儀器專業(yè)人才培養(yǎng)模式應(yīng)做出怎樣的改變和探索？這是各個省屬高等院校面臨的亟須解決的一個難題。下面以西華大學為例，結(jié)合我校實際情況，對國際工程教育專業(yè)認證背景下，測控技術(shù)與儀器專業(yè)本科人才培養(yǎng)模式的幾點思考進行簡要分析。
（一）西華大學測控技術(shù)與儀器專業(yè)概況西華大學是四川省省屬重點大學，我校的測控技術(shù)與儀器專業(yè)隸屬于電氣信息學院，是在整合已有的電氣工程與自動化、信息工程、自動化等專業(yè)建設(shè)的基礎(chǔ)上申報的新專業(yè)，于2002年成立，以電子類測控為主。其主要專業(yè)方向為測控技術(shù)和智能儀器，具體領(lǐng)域為工業(yè)化信息領(lǐng)域的檢測與控制技術(shù)等。經(jīng)過10多年的建設(shè)，截止到2014年，已畢業(yè)本科學生近700人，在校生400余人，省內(nèi)生源和省外生源比例約為8：2。
（二）西華大學測控技術(shù)與儀器專業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀近年來，全國開設(shè)測控技術(shù)與儀器專業(yè)的高等院校越來越多，畢業(yè)生就業(yè)競爭壓力日益增加。如何基于學校地域、師資隊伍、生源質(zhì)量等具體情況制定合理的培養(yǎng)計劃和方案，如何凝練專業(yè)特色及方向顯得日益重要，這也成為我校測控技術(shù)與儀器專業(yè)面臨的熱點及難點問題。這具體體現(xiàn)在以下幾方面：1.第一志愿報考率偏低，特別是省外第一志愿，多數(shù)為調(diào)劑生源；2.專業(yè)方向和特色還需進一步提煉；3.本科教學實踐基地建設(shè)有待加強。
（三）西華大學測控技術(shù)與儀器專業(yè)本科學生培養(yǎng)模式探索在國際工程教育專業(yè)認證的大背景下，基于我校自身的特點，探索出一條合適的測控技術(shù)與儀器專業(yè)本科學生培養(yǎng)模式顯得尤為重要。針對上述問題，我們認為可以在以下幾個方面進行探索和嘗試。1.積極修訂本科學生培養(yǎng)方案工程教育專業(yè)認證對“目標導向”提出了較高要求。社會對教育的需求和社會環(huán)境在不斷變化，本科學生培養(yǎng)方案也必須發(fā)生相應(yīng)變化，必須將學生的要求及其培養(yǎng)目標放在重要的位置，用培養(yǎng)目標和方案來引導學生。應(yīng)在現(xiàn)有專業(yè)課程體系的基礎(chǔ)上，本著系統(tǒng)性、主體性、先進性、特色性的原則，進一步優(yōu)化課程體系，修訂培養(yǎng)方案。修訂時務(wù)必具體、明確、可量化，每一門課程的開設(shè)都必須完成一個或幾個培養(yǎng)目標，任課教師也必須承擔相應(yīng)的培養(yǎng)責任。2.凝練專業(yè)特色，突出學校辦學的自主性工程教育專業(yè)認證是鼓勵學校辦學自主性的，它鼓勵各高等院校根據(jù)自身特色和優(yōu)勢，結(jié)合所在區(qū)域經(jīng)濟社會地位及人才培養(yǎng)方案，制定培養(yǎng)目標，體現(xiàn)特色。[4]合理有效地解決這個問題，可增強畢業(yè)生的動手能力、創(chuàng)造能力、就業(yè)競爭力等。與此同時，這對增強該專業(yè)在省內(nèi)、外的聲譽也有較大好處，有利于提高第一志愿報考率和生源質(zhì)量。3.突出實踐教學的重要性，積極拓展實習基地建設(shè)工程教育專業(yè)認證重視培養(yǎng)學生的動手能力和對工業(yè)企業(yè)的適應(yīng)能力，這就要求我們在制定培養(yǎng)目標和計劃時，必須將實踐性環(huán)節(jié)放在十分重要的位置。[5]雖然目前培養(yǎng)計劃里有很多實踐環(huán)節(jié)，但大多缺乏過程監(jiān)管，落實不到位，效果不明顯。因?qū)W校經(jīng)費投入有限，我校本科教學實踐基地的建設(shè)一直滯后，每年都在換公司或企業(yè)，沒有長期穩(wěn)定的實習基地。在制定實踐性環(huán)節(jié)培養(yǎng)計劃過程中，應(yīng)盡可能地參考用人單位的意見，并定期跟蹤社會需求變化情況，積極拓展實習基地的建設(shè)。4.增強學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)工程教育認證重視創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。培養(yǎng)創(chuàng)新能力主要有以下幾個途徑：（1）在制定培養(yǎng)計劃時，預(yù)留2－3學分作為創(chuàng)新學分，鼓勵學生積極參與各種創(chuàng)新競賽；（2）將本科生實驗室免費、長期開放，鼓勵學生長期泡在實驗室，自主動手設(shè)計一些小實驗，完成一些小制作，不能僅滿足于課堂上簡單的驗證性實驗；（3）將部分優(yōu)秀本科生帶入碩士生導師的團隊，接觸本領(lǐng)域的前沿技術(shù)和方法，增長其見識，培養(yǎng)其思維。5.突出學生的主體地位，變自我評價為社會評價工程教育認證突出以學生為中心，把絕大多數(shù)學生真正學到什么作為衡量人才質(zhì)量的評價標準。只有每個學生都很好地滿足本校本專業(yè)的培養(yǎng)目標，才符合工程教育認證的要求。對人才培養(yǎng)目標的評價應(yīng)以社會評價為主，主要體現(xiàn)在畢業(yè)生到工作單位后的適應(yīng)度，及用人單位對畢業(yè)生的滿意度。同時定期回訪，持續(xù)改進，而不是像以前那樣單純追求就業(yè)率，部分學生就業(yè)單位跟所學專業(yè)毫無關(guān)系，且實行“一錘子買賣”，畢業(yè)后就跟學校無關(guān)。這就要求我們建立定期的回訪機制，不斷完善培養(yǎng)計劃，從而獲得較高的社會評價。
三、結(jié)論
目前制定實現(xiàn)規(guī)范并比較適用于復(fù)用的組件模型有CORBA/ORB、COM/ActiveX、JavaBean以及.NET等。通過對以上組件模型的研究與對比，本系統(tǒng)選定.NET中的WindowsForms作為本實時測控軟件的組件模型，使用.NETFramework的公共語言運行時，組件都建立在一個共同的底層基礎(chǔ)上，不再定義使用復(fù)雜的管道接口，對象可以直接交互訪問，有利于組件的自由配置，同時，利用.NET技術(shù)的分層結(jié)構(gòu)特點,采用“搭積本”的方式生產(chǎn)軟件，大大提高軟件開發(fā)效率。
2基于組件技術(shù)的實時測控軟件開發(fā)
2.1軟件架構(gòu)設(shè)計
在組件技術(shù)中，一個組件就是一個接口集，它通過接口對功能進行封裝。因此，對于同一個應(yīng)用程序架構(gòu)，只要其使用的接口集合不變，即可通過更換支持同樣接口集的組件來獲得不同應(yīng)用，也可重復(fù)利用同一個組件或?qū)M件進行二次開發(fā)。而基于組件建立的軟件架構(gòu)和應(yīng)用開發(fā)，其最大優(yōu)點在于可以復(fù)用的應(yīng)用結(jié)構(gòu)和軟件單元。實時測控軟件主要是對實時測控數(shù)據(jù)的處理、評估和顯示，而測控數(shù)據(jù)主要包括光測、雷測、遙測及GPS測量等類型，其處理過程通常包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)解析、數(shù)據(jù)處理和結(jié)果評估等四個部分，針對以上4種數(shù)據(jù)類型，在基于組件技術(shù)思想下，其處理架構(gòu)可統(tǒng)一進行設(shè)計，如圖1所示。針對靶場測控系統(tǒng)中光測、雷測、遙測及GPS測量等數(shù)據(jù)處理應(yīng)用，通過將數(shù)據(jù)采集組件、數(shù)據(jù)解析組件、數(shù)據(jù)處理組件、結(jié)果評估組件替換成相應(yīng)功能的組件，即可實現(xiàn)在保持軟件架構(gòu)不變的前提下開發(fā)出不同的應(yīng)用系統(tǒng)。
2.2基于組件技術(shù)的軟件升級維護
組件接口是對某一功能的一套抽象描述，具有封裝性，它通過接口與其功能實現(xiàn)分離開了，并以接口作為客戶與組件（或組件之間）交互的唯一方式，因此，只要保持接口不變，就可以將系統(tǒng)中的組件用新的組件替換，以隨時進行系統(tǒng)升級維護。下面以實時測控數(shù)據(jù)處理軟件中的雷測數(shù)據(jù)處理應(yīng)用為例，其軟件的架構(gòu)如圖2所示。當需要對系統(tǒng)進行升級維護時，在軟件架構(gòu)完全保持不變的前提下，對具體的組件進行替換，只要保持接口不變，程序無需重新編譯鏈接，系統(tǒng)即可通過使用更新后組件中的新接口來獲得新特性，從而實現(xiàn)系統(tǒng)的升級維護。
2.3利用組件復(fù)用技術(shù)實現(xiàn)軟件功能擴展
組件復(fù)用是利用已有組件創(chuàng)建新組件，即通過第三方產(chǎn)品來構(gòu)建自己產(chǎn)品。組件復(fù)用是通過包容和聚合來實現(xiàn)的，包容時外部組件包含內(nèi)部組件的接口，它由外部組件接收此調(diào)用請求再交由內(nèi)部組件來處理，聚合時外部組件直接調(diào)用內(nèi)部組件的接口，它讓內(nèi)部組件直接處理該調(diào)用請求。在C++語言，通過在外部組件中增加內(nèi)部組件接口，并把調(diào)用請求轉(zhuǎn)發(fā)給內(nèi)部組件即可實現(xiàn)包容，對于聚合，在內(nèi)部組件中維護一個外部組件接口指針（如m_pUnknownOuter），通過委托機制，讓內(nèi)部組件接口提出的查詢接口請求由一個委托接口轉(zhuǎn)發(fā)至外部組件，再由外部組件接口查詢內(nèi)部組件。這樣就可以實現(xiàn)一致的訪問，即不管是通過外部組件的接口，還是內(nèi)部組件的接口，都可以查詢到內(nèi)外組件所支持的接口集合。在實際應(yīng)用中，軟件開發(fā)不僅有大量的、功能強大的商業(yè)化組件可以使用，而且有應(yīng)用廣泛的、成熟的靶場測控系統(tǒng)專用組件可以使用，如組件化的數(shù)據(jù)接收、量綱復(fù)用、坐標轉(zhuǎn)換、濾波平滑、精度評估等功能模塊。因此，利用好組件復(fù)用技術(shù)可以有效擴展靶場測控數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的軟件功能，對于靶場測控系統(tǒng)建設(shè)具有重要的現(xiàn)實意義。
3結(jié)束語
由于歷史原因，各高校的專
業(yè)基礎(chǔ)和行業(yè)背景存在較大差異，測控技術(shù)與儀器專業(yè)通常隸屬于電氣工程學院、機械工程學院、儀器科學學院、光電工程學院等單位。這給測控技術(shù)與儀器專業(yè)認證標準的制定帶來了不少困難和問題。2013年8月和2014年8月，教育部儀器學科教育指導委員會暨教學研討會分別在上海和西安召開，會上專家們對中國工程教育認證協(xié)會的通用標準進行了詳細解讀，并對照通用標準，制定了適合于測控技術(shù)與儀器專業(yè)特殊背景的專業(yè)標準。2014年8月，教學指導委員會主任、天津大學曾周末教授做了題為《把握認證理念，推進專業(yè)教學改革》的報告，教學指導委員會委員、重慶大學王代華教授做了題為《儀器類專業(yè)認證標準解讀》的報告，這兩個報告從認證專家角度介紹了工程教育專業(yè)認證的意義和認證準備工作的要點。目前，已有少數(shù)高校通過了測控技術(shù)與儀器專業(yè)認證，如天津大學、合肥工業(yè)大學等；有很多高校已提交了認證申請，正在積極準備參與專業(yè)認證，如桂林電子科技大學、西安理工大學等。越來越多的高校認識到專業(yè)認證的重要性和緊迫性，以專業(yè)認證為契機，持續(xù)穩(wěn)步發(fā)展專業(yè)建設(shè)，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量和水平，增強畢業(yè)生的就業(yè)競爭力成為各高校專業(yè)負責人的共識。
二、省屬高校測控技術(shù)與儀器專業(yè)培養(yǎng)模式探索與思考
針對目前國際、國內(nèi)經(jīng)濟環(huán)境、工程教育的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，在國際工程教育專業(yè)認證背景下，省屬高等院校測控技術(shù)與儀器專業(yè)人才培養(yǎng)模式應(yīng)做出怎樣的改變和探索？這是各個省屬高等院校面臨的亟須解決的一個難題。下面以西華大學為例，結(jié)合我校實際情況，對國際工程教育專業(yè)認證背景下，測控技術(shù)與儀器專業(yè)本科人才培養(yǎng)模式的幾點思考進行簡要分析。
（一）西華大學測控技術(shù)與儀器專業(yè)概況
西華大學是四川省省屬重點大學，我校的測控技術(shù)與儀器專業(yè)隸屬于電氣信息學院，是在整合已有的電氣工程與自動化、信息工程、自動化等專業(yè)建設(shè)的基礎(chǔ)上申報的新專業(yè)，于2002年成立，以電子類測控為主。其主要專業(yè)方向為測控技術(shù)和智能儀器，具體領(lǐng)域為工業(yè)化信息領(lǐng)域的檢測與控制技術(shù)等。經(jīng)過10多年的建設(shè)，截止到2014年，已畢業(yè)本科學生近700人，在校生400余人，省內(nèi)生源和省外生源比例約為8：2。
（二）西華大學測控技術(shù)與儀器專業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀
近年來，全國開設(shè)測控技術(shù)與儀器專業(yè)的高等院校越來越多，畢業(yè)生就業(yè)競爭壓力日益增加。如何基于學校地域、師資隊伍、生源質(zhì)量等具體情況制定合理的培養(yǎng)計劃和方案，如何凝練專業(yè)特色及方向顯得日益重要，這也成為我校測控技術(shù)與儀器專業(yè)面臨的熱點及難點問題。這具體體現(xiàn)在以下幾方面：1.第一志愿報考率偏低，特別是省外第一志愿，多數(shù)為調(diào)劑生源；2.專業(yè)方向和特色還需進一步提煉；3.本科教學實踐基地建設(shè)有待加強。
（三）西華大學測控技術(shù)與儀器專業(yè)本科學生培養(yǎng)模式探索
在國際工程教育專業(yè)認證的大背景下，基于我校自身的特點，探索出一條合適的測控技術(shù)與儀器專業(yè)本科學生培養(yǎng)模式顯得尤為重要。針對上述問題，我們認為可以在以下幾個方面進行探索和嘗試。
1.積極修訂本科學生培養(yǎng)方案
工程教育專業(yè)認證對“目標導向”提出了較高要求。社會對教育的需求和社會環(huán)境在不斷變化，本科學生培養(yǎng)方案也必須發(fā)生相應(yīng)變化，必須將學生的要求及其培養(yǎng)目標放在重要的位置，用培養(yǎng)目標和方案來引導學生。應(yīng)在現(xiàn)有專業(yè)課程體系的基礎(chǔ)上，本著系統(tǒng)性、主體性、先進性、特色性的原則，進一步優(yōu)化課程體系，修訂培養(yǎng)方案。修訂時務(wù)必具體、明確、可量化，每一門課程的開設(shè)都必須完成一個或幾個培養(yǎng)目標，任課教師也必須承擔相應(yīng)的培養(yǎng)責任。
2.凝練專業(yè)特色，突出學校辦學的自主性
工程教育專業(yè)認證是鼓勵學校辦學自主性的，它鼓勵各高等院校根據(jù)自身特色和優(yōu)勢，結(jié)合所在區(qū)域經(jīng)濟社會地位及人才培養(yǎng)方案，制定培養(yǎng)目標，體現(xiàn)特色。合理有效地解決這個問題，可增強畢業(yè)生的動手能力、創(chuàng)造能力、就業(yè)競爭力等。與此同時，這對增強該專業(yè)在省內(nèi)、外的聲譽也有較大好處，有利于提高第一志愿報考率和生源質(zhì)量。
3.突出實踐教學的重要性，積極拓展實習基地建設(shè)
工程教育專業(yè)認證重視培養(yǎng)學生的動手能力和對工業(yè)企業(yè)的適應(yīng)能力，這就要求我們在制定培養(yǎng)目標和計劃時，必須將實踐性環(huán)節(jié)放在十分重要的位置。雖然目前培養(yǎng)計劃里有很多實踐環(huán)節(jié)，但大多缺乏過程監(jiān)管，落實不到位，效果不明顯。因?qū)W校經(jīng)費投入有限，我校本科教學實踐基地的建設(shè)一直滯后，每年都在換公司或企業(yè)，沒有長期穩(wěn)定的實習基地。在制定實踐性環(huán)節(jié)培養(yǎng)計劃過程中，應(yīng)盡可能地參考用人單位的意見，并定期跟蹤社會需求變化情況，積極拓展實習基地的建設(shè)。
4.增強學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)
工程教育認證重視創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。培養(yǎng)創(chuàng)新能力主要有以下幾個途徑：（1）在制定培養(yǎng)計劃時，預(yù)留2－3學分作為創(chuàng)新學分，鼓勵學生積極參與各種創(chuàng)新競賽；（2）將本科生實驗室免費、長期開放，鼓勵學生長期泡在實驗室，自主動手設(shè)計一些小實驗，完成一些小制作，不能僅滿足于課堂上簡單的驗證性實驗；（3）將部分優(yōu)秀本科生帶入碩士生導師的團隊，接觸本領(lǐng)域的前沿技術(shù)和方法，增長其見識，培養(yǎng)其思維。
5.突出學生的主體地位，變自我評價為社會評價
工程教育認證突出以學生為中心，把絕大多數(shù)學生真正學到什么作為衡量人才質(zhì)量的評價標準。只有每個學生都很好地滿足本校本專業(yè)的培養(yǎng)目標，才符合工程教育認證的要求。對人才培養(yǎng)目標的評價應(yīng)以社會評價為主，主要體現(xiàn)在畢業(yè)生到工作單位后的適應(yīng)度，及用人單位對畢業(yè)生的滿意度。同時定期回訪，持續(xù)改進，而不是像以前那樣單純追求就業(yè)率，部分學生就業(yè)單位跟所學專業(yè)毫無關(guān)系，且實行“一錘子買賣”，畢業(yè)后就跟學校無關(guān)。這就要求我們建立定期的回訪機制，不斷完善培養(yǎng)計劃，從而獲得較高的社會評價。
三、結(jié)論
關(guān)鍵詞：軟件無線電數(shù)字信號處理調(diào)制解調(diào)TMS320C6701
軟件無線電是隨著計算機技術(shù)、高速數(shù)字處理技術(shù)的迅速發(fā)展而發(fā)展起來的，其基本思想就是將寬帶A/D/A變換器盡可能地靠近天線，將電臺的各種功能盡量在一個開放性、模塊化的平臺上由軟件來確定和實現(xiàn)。該平臺的調(diào)制方式、碼速率、載波頻率、指令數(shù)據(jù)格式、調(diào)制碼型等系統(tǒng)工作參數(shù)具有完全的可編程性。
傳統(tǒng)的衛(wèi)星測控平臺存在著性能不完善，調(diào)制方式、副載波、碼速率組態(tài)不靈活，體積偏大等問題。研制和開發(fā)通用化、綜合化、智能化的測控平臺，通過注入不同的軟件，實現(xiàn)對調(diào)制載頻、調(diào)制方式、傳輸碼速率等參數(shù)的改變，應(yīng)用于各種軌道衛(wèi)星平臺的遙測遙控任務(wù)。數(shù)字信號處理器（DSP）是整個軟件無線電方案的靈魂和核心所在。通用平臺的靈活性、開妻性、通用性等特點主要是通過以數(shù)字信號處理器為中心通用硬件平臺及DSP軟件來實現(xiàn)的。經(jīng)過比較，我們采用TI公司的TMS320C6000系列DSP芯片和匹配的芯片形成一套實時的DSP系統(tǒng)。
圖1TMS320C6701結(jié)構(gòu)框圖
1軟件無線電通用平臺的DSP技術(shù)
1.1TMS320C6701DSP芯片介紹
TMS320C6701是TI公司的高性能DSP芯片，具結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。
TMS320C6701的主要特點為：
*單指令字長為32位，8個指令組成一個指令包，總字長為256位，引腳與TMS320C6201系列的引腳兼容。
*體系結(jié)構(gòu)采用甚長指令字（VLIW）結(jié)構(gòu)；
*硬件支持IEEE標準的單精度和雙精度指令集，支持字節(jié)尋址獲得8位/16位/32位數(shù)據(jù)，指令集中有位操作指令（包括位域抽取、設(shè)置、清除以及位計數(shù)、歸一化等）；
*1Mb(位)的片內(nèi)存儲空間，其中程序存儲空間和數(shù)據(jù)存儲空間各512Kb；
*32b外部存儲器接口（EMIF），有52MB的外部存儲器尋址能力；
＊四通道自加載DMA協(xié)處理器，可用于數(shù)據(jù)的DMA傳輸；
*16位宿主機接口（HPI）；
*兩個多通道緩沖串口（McBSPs）；
*兩個32位通用定時器；
＊靈活的鎖相環(huán)路（PLL）時鐘產(chǎn)生器，可以對輸入時鐘進行不同的倍頻處理；
*芯片內(nèi)部有IEEE1149.1標準邊界掃描仿真器（JTAG），可用于芯片的自檢和開發(fā)；
*芯片共352腳采用BGA封裝，以獲得好的高頻電氣性能，并使芯片尺寸變?。?/p>
*采用0.18μm工藝，則五層金屬組成，輸入輸出接口電壓為3.3V，核心電壓1.8V(167MHz時為1.9V)。
1.2DSP技術(shù)在軟件平臺中的應(yīng)用
每套測控平臺含雙機備份的遙控調(diào)制器與遙控解調(diào)器，雙機分別由獨立電源供電。系統(tǒng)總體框圖如圖2所示。調(diào)制器與解調(diào)器分別通過不同的RS232串口與遙控處理計算機通信，完成對調(diào)制解調(diào)器的控制及其帶數(shù)據(jù)的收發(fā)。
用戶在每次任務(wù)前通過控制計算機設(shè)置調(diào)制方式、調(diào)制參數(shù)及通信連接方式，并調(diào)用算法參數(shù)生成程序產(chǎn)生調(diào)制器和解調(diào)器中算法的預(yù)置參數(shù)，并在設(shè)備初始化時以批數(shù)據(jù)方式從串口送入DSP芯片，經(jīng)校驗后送FlashROM中。為保證程序傳送的可靠性，采用IRQ差錯控制方式，DSP每接收一個數(shù)據(jù)包在存儲的同時向計算機回傳數(shù)據(jù)信息，計算機一旦發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)出錯即轉(zhuǎn)入重傳方式。參數(shù)設(shè)置成功后，調(diào)制解調(diào)器根據(jù)協(xié)議發(fā)送和接收遙控指令，并將工作狀態(tài)回送遙控處理計算機，同時在遙控前端機面板上顯示。
1.3調(diào)制器與解調(diào)器硬件結(jié)構(gòu)與功能描述
硬件系統(tǒng)以DSP為核心，電路主要由下述模塊組成：電源模塊、系統(tǒng)時鐘及模式設(shè)置模塊、存儲器模塊、系統(tǒng)監(jiān)控模塊、與控制計算機通信模塊、調(diào)制輸出模塊、B碼時鐘接收模塊和顯示控制模塊。在解調(diào)系統(tǒng)中，除解調(diào)輸入模塊、解密接口模塊和顯示控制模塊外，其余模塊均與調(diào)制系統(tǒng)一致，如圖3所示。
調(diào)制器加電時，DSP首先通過外部存儲器模塊完成自加載。自加載完成后，由DSP主程序?qū)顟B(tài)顯示監(jiān)控模塊進行參數(shù)初始化設(shè)置。在有調(diào)制任務(wù)時，首先由控制計算機對DSP進行參數(shù)設(shè)置（如濾波器參數(shù)、調(diào)制制式、調(diào)制副載頻、調(diào)制碼速率等），然后發(fā)調(diào)制數(shù)據(jù)給DSP，由DSP的串行通信口接收數(shù)據(jù)，在DSP內(nèi)完成副載頻調(diào)制；調(diào)制數(shù)據(jù)經(jīng)DSP串口發(fā)送給數(shù)模塊轉(zhuǎn)換進行數(shù)模轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換的信號過低通可編程濾波器濾波后輸出。解調(diào)器的工作過程與上類似，在檢測到有已調(diào)副載波進入A/D通道時，啟動解調(diào)模塊進行解調(diào)，將解調(diào)的數(shù)據(jù)送到控制計算機。
2DSP實現(xiàn)信號調(diào)制和解調(diào)
2.1信號調(diào)制
調(diào)制器的設(shè)計目標是在可編程的硬件平臺上，通過注入不同的算法或執(zhí)行軟件，實現(xiàn)不同載波頻率、調(diào)制方式、傳輸速率和碼型的多制式的通用型調(diào)制器。它將以靈活的重構(gòu)性支持各種通信發(fā)射機的不同需求，更有利于各通信設(shè)備的互連互連?？紤]到數(shù)字直接合成技術(shù)具有數(shù)控靈活、頻率分辨率高、頻率切換快、相位可連續(xù)線性變化、覆蓋帶寬大、生成的正弦/余弦信號正交性好等特點，我們的設(shè)計方案是以DSPs芯片為內(nèi)核，采用軟件DDS技術(shù)，實現(xiàn)高精度、高性能的數(shù)字調(diào)制器。調(diào)制器的總體框圖如圖4所示。
幀分析在設(shè)備初始化時完成程序數(shù)據(jù)的接收、校驗和轉(zhuǎn)發(fā)（向FlashROM送）。在正常工作時，從幀數(shù)據(jù)中分離出調(diào)制參數(shù)及等調(diào)制數(shù)據(jù)，分別送參數(shù)寄存器與數(shù)據(jù)寄存器。
圖5BPSK接收總體框圖
在數(shù)據(jù)格式變換中，完成將輸入的數(shù)據(jù)分別轉(zhuǎn)變?yōu)檎{(diào)制參數(shù)控制字（如相應(yīng)調(diào)制方式下的頻率控制字K、相位控制字φ和副度控制字A）和相應(yīng)格式的被調(diào)制數(shù)據(jù)，經(jīng)滾降處理后(對于FSK方式可不用滾降處理)對正弦載波進行調(diào)制。
2.2信號解調(diào)
對于BPSK接收，我們采用相干解調(diào)方式，如圖5所示。接收信號經(jīng)帶通采樣得到原始信號序列后，首先與本地產(chǎn)生的正弦序列相混頻，然后經(jīng)低通濾波除高頻分量，得到其帶信號樣值序列（正弦序列的頻率與相位也由此樣值序列獲得）。再對基帶信號樣值序列進行最佳判決點時刻波形估計，估計值送往均衡器做均衡處理，均衡結(jié)構(gòu)再做0、1判決得到最終的解調(diào)數(shù)據(jù)。解調(diào)的關(guān)鍵點在于本地載波的同步和符號定時誤差的提取。
ASK(FSK)信號的解調(diào)方法可分為相干解調(diào)和非相干解調(diào)兩類。由于相干解調(diào)的抗干擾能力較強，本方案采用相干解調(diào)方式。圖6為采用相干解調(diào)時，接收端的解調(diào)總體方案流程框圖。
接收信號首先經(jīng)低通濾波器，濾除帶外噪聲（此處的低通濾波器由專用器件設(shè)計）。然后經(jīng)A/D變換，得到樣值序列，按照工作的不同階段，分兩路分別與本地相應(yīng)的相干載波進行解調(diào)，主要包括混頻和低通濾波兩過程。解調(diào)后的信號經(jīng)低通濾波器后，恢復(fù)出基帶信號。基帶信號進行位定時和碼元判決，得到最終的解調(diào)數(shù)據(jù)。
圖6ASK/FSK相干解調(diào)總體流程框圖
國內(nèi)外大量工程實踐表明，對水利水電工程進行全面的監(jiān)測和監(jiān)控，是保證工程安全運行的重要措施之一。同時，將監(jiān)測和監(jiān)控的資料及時反饋給設(shè)計、施工和運行管理部門，又可為提高水利水電工程的設(shè)計及運行管理水平提供可靠的科學依據(jù)。
1高新測控技術(shù)的基本要素及其功能
現(xiàn)代化的測控技術(shù)[2],應(yīng)該具有采集數(shù)據(jù)、科學管理數(shù)據(jù)，及時或?qū)崟r對水利水電工程的安全狀況作出分析和評價，并對其異?；螂U情作出輔助決策等功能.因此,高新測控技術(shù)的基本要素包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)和分析評價系統(tǒng)及其計算機通訊網(wǎng)絡(luò)支撐等(見圖1)。
圖1水利水電工程高新測控技術(shù)示意圖
1.1數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
通過測控單元(MCU)自動采集、筆記本電腦現(xiàn)場采集或人工觀測埋入壩體或安裝的傳感器采集的監(jiān)測效應(yīng)量(大壩的變形、滲流、應(yīng)力應(yīng)變和溫度等)和影響量(水位、氣溫、降雨和地震等)，并輸入計算機的數(shù)據(jù)庫。其中，自動化數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以實現(xiàn)實時采集，半自動化和人工采集為定期采集。因此，自動化采集數(shù)據(jù)一般是對水利水電工程關(guān)鍵部位(或壩段)主要監(jiān)測量(變形和滲流等)的采集。
1.2數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)
由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)進入計算機數(shù)據(jù)庫后，由數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)對其進行科學有序的管理。包括將電容、電感、電阻、電壓、頻率等轉(zhuǎn)換為位移、揚壓力、滲流量、應(yīng)力應(yīng)變、裂縫開合度以及溫度等，及它們的誤差識別和處理，并將監(jiān)測量按有關(guān)監(jiān)測規(guī)范進行整編和初分析；編制月報和年報等。
1.3分析評價系統(tǒng)
分析評價系統(tǒng)根據(jù)監(jiān)測到的數(shù)據(jù)，進行觀測資料的分析和反分析，結(jié)構(gòu)和滲流正、反分析，建立各類監(jiān)控模型和擬定監(jiān)控技術(shù)指標等；將收集到的工程設(shè)計、施工、運行管理、有關(guān)法規(guī)和規(guī)范等方面的專家知識進行編輯，構(gòu)成分析、評價、輔助決策等方面的知識庫和推理分析知識。
現(xiàn)簡述幾種傳感器的主要工作原理及其應(yīng)用情況.
(1)差動電阻式傳感器
該傳感器為美國加州大學卡爾遜教授所研制。置于其內(nèi)腔的兩根彈性鋼絲作為傳感元件，受力后一根受拉、一根受壓.當環(huán)境量發(fā)生變化時，兩者的電阻值向相反方向變化，根據(jù)兩個元件的電阻值比值,測出物理量的數(shù)值。
我國南京電力自動化設(shè)備廠從20世紀50年代開始，已研制出幾十萬支差動電阻式傳感器，并應(yīng)用于大量的水利水電工程中，取得了成功經(jīng)驗。
(2)振弦式傳感器
由前蘇聯(lián)的達維金可夫發(fā)明。其核心元件是一根鋼弦，鋼弦的一端固定，另一端則固定在測量元件(受壓膜片或測量端塊)上。當受力后，鋼弦長度將產(chǎn)生微小變化，引起固定頻率的變化，從而測出物理量的數(shù)值。
加拿大的Rocktest公司，美國的Sinco,Geokon公司等生產(chǎn)的振弦式傳感器性能良好，其中真空式為最佳。近幾十年來，我國較多的工程應(yīng)用了這種傳感器。
(3)差動電容式傳感器
由我國南京電力自動化研究院研制。其工作原理是，將垂線或引張線穿過由4塊組成矩形的電容極板中，當測線發(fā)生位移時，電容極板的電容產(chǎn)生變化，從而測出位移量。
該傳感器經(jīng)過20多年的完善，其精度和長期穩(wěn)定性等均有較大提高，已在不少水利水電工程中應(yīng)用。
(4)差動電感式傳感器
首先由原法國的Telemac公司研制。其工作原理是，當高頻交變電流通過垂線坐標儀時，在周圍產(chǎn)生交變磁場,接收點的磁感應(yīng)強度與導線距離成反比；當垂線產(chǎn)生位移時，接收點測得的感應(yīng)電勢發(fā)生變化,其變化量的大小反映位移量的大小。
該傳感器在我國龍羊峽等水利水電工程中得到成功應(yīng)用。我國有關(guān)廠家也仿制了這類傳感器。
(5)步進馬達式傳感器
由原法國Telemac和意大利ISMS公司研制.其工作原理是，由步進電機驅(qū)動光電探頭，探頭中的光照準器先后對準基準桿和垂線鋼絲，然后返回原點，在此過程中，測量電路記錄探頭前進及返回基準點和垂線鋼絲的脈沖數(shù),經(jīng)計算得到位移量。
該傳感器的機械部件較多，易出現(xiàn)故障，其長期穩(wěn)定性也不易保證。我國有關(guān)廠家也仿制了這類傳感器，在實際工程應(yīng)用中的故障率較高。
(6)CCD傳感器
由河海大學結(jié)合國家三峽工程重大基金項目研制。該傳感器由若干個特別研制的CCD線陣模塊和發(fā)光二極管陣列模塊組成，當垂線穿過并產(chǎn)生位移時，CCD線陣模塊記錄垂線位移與基準點的位置，從而計算出位移量。
該傳感器技術(shù)先進，精度和可靠性高，在上標和響洪甸等水利水電工程中得到應(yīng)用。
(7)其它新穎傳感技術(shù)
①光纖傳感技術(shù)光導纖維是由不同折射率的石英玻璃包層及石英玻璃細芯組合而成的纖維。它能使感受到的各種物理量而計算出監(jiān)測量，以及傳送感受的信息通訊。目前，應(yīng)用于光纖傳感的監(jiān)測量主要是裂縫，應(yīng)力應(yīng)變尚需進一步研究。應(yīng)用信息通訊較為廣泛，且安全可靠。
②CT技術(shù)意稱計算機層析成像。它指的是在不破壞物體結(jié)構(gòu)的前提下，根據(jù)物體周邊所獲取的某種物理量(如波速、X線光強)的一維投影數(shù)據(jù)，應(yīng)用數(shù)學方法，通過計算機處理，重構(gòu)物體特定層面的二維圖像及其由此重構(gòu)的三維圖像；從而定量描述物體內(nèi)部材料分布和缺陷。該技術(shù)將成為工程結(jié)構(gòu)物內(nèi)部隱患監(jiān)測和老化評估的一種重要手段，在國內(nèi)外得到應(yīng)用，我國豐滿水電站等工程中也得到成功應(yīng)用。
③滲流熱技術(shù)依據(jù)滲流場與溫度場同時滿足擴散方程及其初始和邊界條件的原理，利用埋設(shè)的溫度計測值分析滲流場的分布及其異常部位。
④GPS技術(shù)利用衛(wèi)星定位技術(shù)(GPS)監(jiān)測堤壩和巖土邊坡的表面變形.
⑤激光傳感技術(shù)由激光點光源(即發(fā)射點)發(fā)射的激光與激光探測儀(即接收端點)構(gòu)成激光淮直線，由發(fā)射的激光在波帶板及支架(測點)上觀測位移量。它可分大氣激光和真空激光準直，其中的真空激光準直除包括激光點光源、波帶板及其支架和激光探測儀，即發(fā)射點、測點和接收端點以外，,還有真空管道。我國豐滿和太平哨水電站等大壩壩頂水平位移和垂直位移的10多年觀測資料表明，真空激光準直具有精度高、長期穩(wěn)定等優(yōu)點。
2.1.2數(shù)據(jù)采集裝置數(shù)據(jù)采集裝置將各類傳感器測出的物理量(如電阻、電阻比、電容、電感和頻率等)轉(zhuǎn)化為數(shù)字量(如位移、滲壓、應(yīng)變和溫度等)，即A/D轉(zhuǎn)換,以便遠程輸送。當距離超過100m以后，傳感器輸出的電量和頻率等信號，隨距離的增大急劇衰減，以至無法測出物理量，但數(shù)字量可遠距離輸送。因此，一般將幾十個傳感器按部位接入數(shù)據(jù)采集裝置，使傳感器觀測的物理量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。按監(jiān)測方式不同，數(shù)據(jù)采集裝置可大致分為以下幾種類型。
(1)自動化數(shù)據(jù)采集裝置國內(nèi)外自動化數(shù)據(jù)采集裝置主要有，美國Geomation公司的2300系統(tǒng)、Sinco公司的IDA系統(tǒng)；我國臺灣研華公司的ADAM4000和ADAM5000系統(tǒng)；南京電力自動化設(shè)備廠的FWC-1系統(tǒng)等。按結(jié)構(gòu)的不同可歸納為總線型和集散型兩大類。
①總線型結(jié)構(gòu)Geomation公司的2370型、IDA、ADAM4000、ADAM5000以及FWC-1等系統(tǒng)均屬于總線型結(jié)構(gòu).以IDA系統(tǒng)為例,其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖2(a)，模塊箱的結(jié)構(gòu)見圖2(b).圖中主機為工控機，中繼起聯(lián)接和中斷作用。
IDA母線有二線信號、二線電源；A1～An是智能測量模塊，每個模塊可接8個傳感器；B1～Bm是智能傳感器。A和B有解釋指令、多路傳輸、A/D轉(zhuǎn)換和錯誤查詢等功能。同時具有自動和人工測讀的兩種功能，并可防雷。
②集散型結(jié)構(gòu)Geomation公司研制的2350型、2380型等系統(tǒng)屬集散型結(jié)構(gòu)。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖3。
從圖3中可見，NMS為主機；NRU起中繼和網(wǎng)點(即可轉(zhuǎn)成有線的調(diào)制信號)的作用；MCU(3)是異地單元,也起中繼作用(距離近的可以不用)；MCU(4)和MCU(5)也是異地單元，但它能起無線電發(fā)射和接收作用；MCU(6)～MCU(N)是監(jiān)測傳感器。在這兩種型式中，總線型結(jié)構(gòu)具有抗干擾能力強、可靠性高、現(xiàn)場調(diào)機方便和造價低等優(yōu)點。其中Geomation公司的2370型、IDA等系統(tǒng)可接入電式和頻率式傳感器。
(2)人工或半自動化數(shù)據(jù)采集裝置人工或半自動化數(shù)據(jù)采集儀可在現(xiàn)場測讀傳感器的測值，或用筆記本電腦采集。其中，差動電阻式采集儀主要有SQ-2型數(shù)字電橋、XJ型數(shù)字式電阻比檢測儀、ZJ型數(shù)字式和PSM-R型電阻比檢測儀等；鋼弦式采集儀主要有SDP-3型鋼弦溫度測試儀和GPC-1型袖珍式鋼弦頻率測定儀等。
2.2數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)
水利水電工程大壩可埋有幾百個、幾千個甚至上萬個傳感器。如長江三峽水利樞紐建筑物就埋設(shè)約一萬多個傳感器，其采集數(shù)據(jù)每年達幾百萬個，并隨著觀測年限的增加，數(shù)據(jù)將越來越多，對這些海量數(shù)據(jù)必須進行科學有序地管理，以便為分析評價系統(tǒng)提供可靠的信息。數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的核心是數(shù)據(jù)管理軟件和應(yīng)用軟件。
2.2.1數(shù)據(jù)庫管理軟件平臺在大、中型水利水電工程中，目前常用的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)有Oracle、Sybase、Informix以及SQLServer等4大類。其中以O(shè)racle和Sybase數(shù)據(jù)庫在中國應(yīng)用最廣。而Sybase為單進程、多線索結(jié)構(gòu)，即通過單進程的多重通路來同時服務(wù)于多用戶，提高內(nèi)存的有效使用率，便于優(yōu)先程序的查詢。因此，Sybase數(shù)據(jù)庫無論在總體結(jié)構(gòu)、功能和特性等方面都有較大優(yōu)勢。本文作者開發(fā)和研制的7個大型水電工程的數(shù)據(jù)(或信息)管理及專家綜合評價系統(tǒng)，主要采用了Sybase數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。在小型水利水電工程中，目前常用的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)有DBase，F(xiàn)oxbase和Foxpro等。而Foxpro為用戶級數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),目前采用較多。
2.2.2數(shù)據(jù)庫邏輯模型檢測的目的是分析評價工程的安全狀況。因此，根據(jù)分析評價的需要，數(shù)據(jù)庫的邏輯模型包括工程檔案、原始數(shù)據(jù)、整編數(shù)據(jù)和生成數(shù)據(jù)等4個分庫(見圖4)。
(1)工程檔案分庫該分庫管理工程概況以及與工程安全有關(guān)的設(shè)計、施工資料等.
(2)原始數(shù)據(jù)分庫管理監(jiān)測資料的原始數(shù)據(jù)，包括物理量(電阻、電阻比、電感、電容、頻率等)和監(jiān)測效應(yīng)量(變形、揚壓力、滲流量、應(yīng)力應(yīng)變和溫度等)，并應(yīng)保證原始數(shù)據(jù)的真實性。
(3)整編數(shù)據(jù)分庫依據(jù)有關(guān)標準和規(guī)范，對原始數(shù)據(jù)進行誤差識別和轉(zhuǎn)換；按結(jié)構(gòu)單元和監(jiān)測項目進行整編，包括測值統(tǒng)計表及其過程線圖，以及特征值(如最大值、最小值等)和環(huán)境量(如水位、氣溫、降雨、地下水位等)的統(tǒng)計等；對測值進行初步分析，初步識別異常值以及復(fù)測；編制日報、月報和年報，其中，日報是刊錄測頻高(每日一次或數(shù)次)的自動化監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。
(4)生成數(shù)據(jù)分庫對監(jiān)測資料分析和反分析的成果，結(jié)構(gòu)和滲流分析和反分析的成果，以及與工程安全有關(guān)的設(shè)計、施工和運行的專家知識等進行管理，為工程安全分析評價提供定性和定量的依據(jù)。主要包括大壩或各結(jié)構(gòu)單元在各荷載組合工況下的應(yīng)力和位移、壩體溫度場、壩體和壩基滲流場(等勢線和流線)；位移和揚壓力的力學規(guī)律計算值；各測點的統(tǒng)計模型，變形測點和空間位移場的確定性模型和混合模型；變形、應(yīng)力和揚壓力的監(jiān)控指標；歷次異常或險情的分析評價成果等。
2.2.3應(yīng)用軟件根據(jù)數(shù)據(jù)庫的邏輯模型,在數(shù)據(jù)庫的軟件平臺上，開發(fā)和研制數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用軟件，主要包括：
(1)菜單編程對數(shù)據(jù)庫的菜單和各個分庫的菜單等編制應(yīng)用程序?？梢圆捎孟吕交蛉聊皇?。
（2)原始數(shù)據(jù)管理的應(yīng)用軟件包括與采集系統(tǒng)相聯(lián)的通訊軟件；按結(jié)構(gòu)單元和測控裝置將傳感器監(jiān)測的物理量(電阻、電阻比、電感、電容和頻率等)或數(shù)字量(變形、滲壓、滲流量、應(yīng)力應(yīng)變和溫度等)編制成圖表的軟件。
(3)整編數(shù)據(jù)管理的應(yīng)用軟件包括誤差識別和處理程序；將物理量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量(應(yīng)變轉(zhuǎn)化為應(yīng)力，以及測控裝置沒有轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的物理量)；按結(jié)構(gòu)單元，將數(shù)字量及其相應(yīng)環(huán)境量編制整編成圖表的軟件；初分析軟件；編制日報、月報和年報的軟件等。
(4)生成數(shù)據(jù)管理的應(yīng)用軟件包括對監(jiān)測資料分析和反分析成果、結(jié)構(gòu)和滲流分析和反分析成果，以及有關(guān)專家知識等，并編制成相應(yīng)圖表的軟件。
2.3分析評價系統(tǒng)[3]
對水利水電工程監(jiān)測和監(jiān)控的目的是，依據(jù)監(jiān)測資料和相應(yīng)的專家知識，對工程的安全狀況作出綜合分析和評價。因此，完整的現(xiàn)代測控系統(tǒng)必須包括分析評價系統(tǒng).其功能是依據(jù)監(jiān)測資料、結(jié)構(gòu)、滲流等分析和反分析成果，以及與工程安全有關(guān)的設(shè)計、施工、運行管理、法規(guī)和規(guī)劃等專家知識，對監(jiān)測資料進行分析和評價，從中尋找異常值或不安全因素，并對此進行成因分析和輔助決策等。因此，分析評價系統(tǒng)應(yīng)包括資料評價、綜合檢查分析、觀測檢查、物理成因分析、專家綜合診斷和輔助決策等部分，其結(jié)構(gòu)和流程分別見圖5和圖6。
2.3.1資料評價應(yīng)用時空分布、力學規(guī)律、監(jiān)控模型、監(jiān)控指標、日常巡查和關(guān)鍵問題等6類評判準則，對監(jiān)測值進行分析評判，從中識別異常值或不安全因素。
2.3.2檢查分析對異常值或不安全因素，通過同一部位的同類監(jiān)測量、相關(guān)監(jiān)測量和環(huán)境量的綜合分析(或相關(guān)分析)檢查，從中識別引起異常值或不安全因素的成因。如由觀測引起的，則進入觀測檢查；是由結(jié)構(gòu)和荷載引起的，則進入物理成因分析。
2.3.3觀測檢查對由觀測引起的異常測值，首先檢查觀測記錄，然后檢查采集系統(tǒng)。對觀測記錄錯誤的測值宜進行刪除或修改；對監(jiān)測采集系統(tǒng)引起的異常測值，在排除故障后重測并進行修正。
2.3.4物理成因分析對由結(jié)構(gòu)和荷載引起的異常值或不安全因素，首先檢查環(huán)境量(或外因)有無產(chǎn)生特殊荷載工況。若有，則分析壩基異常(包括變形、穩(wěn)定和應(yīng)力等)成因，然后分析建筑物異常(變形、應(yīng)力、裂縫等)成因，當穩(wěn)定和強度滿足安全要求時，則“異常”或“不安全因素”是由荷載引起的，為結(jié)構(gòu)調(diào)整所致,所以屬基本正常。若無特殊荷載工況，則反分析壩基和壩體的計算模型和計算參數(shù)等；然后，正演分析監(jiān)測量,若與實測值一致，則為計算條件改變而引起的；并復(fù)核壩基和壩體的穩(wěn)定和強度，若滿足安全要求，則雖為結(jié)構(gòu)引起，但尚屬基本正常；若穩(wěn)定和強度不滿足安全要求，則為異?；螂U情，隨即進入輔助決策。若分析不出物理成因，則進入專家綜合診斷。
2.3.5專家綜合診斷對異常或不安全因素的疑難雜癥，即難以分析成因的，進行專家綜合診斷，包括對其影響因素和安全度的專家綜合評判。
2.3.6輔助決策依據(jù)異?；螂U情的程度，首先提出報警級別，然后提出輔助決策的建議。其中報警級別分三級，一級為險情，二級為異常，三級為局部異常。輔助決策建議包括運行控制水位和補強加固處理措施的建議等。
2.3.7支持庫群為了給以上分析評價提供定量依據(jù)，該系統(tǒng)還包括數(shù)據(jù)庫、方法庫、知識庫和圖庫等支持庫群。
(1)數(shù)據(jù)庫主要管理監(jiān)測資料及其分析和反分析成果，與工程安全有關(guān)的設(shè)計、施工和運行資料等。
(2)方法庫依據(jù)安全分析評價需求，方法庫主要包括監(jiān)測資料分析和反分析軟件包，結(jié)構(gòu)和滲流分析軟件包,綜合分析和評價程序，以及輔助決策程序等。如本文作者給多座水利水電工程開發(fā)的分析評價系統(tǒng)中，共設(shè)置40個程序。其中，監(jiān)測資料分析和反分析軟件包有監(jiān)測資料預(yù)處理、資料分析和反分析等22個程序；結(jié)構(gòu)和滲流分析軟件包有規(guī)范法的應(yīng)力和穩(wěn)定分析，有限元靜力、動力以及粘彈性和粘彈塑性分析等13個程序；綜合分析和評價包括影響因素和安全度評價等2個程序；輔助決策包括報警、洪水反調(diào)節(jié)等3個程序。從而，總體上能滿足安全分析和評價的定量分析需要。
(3)知識庫包括專家語言的定量化知識,隱蔽薄弱部位的設(shè)計和施工的專家知識，歷次安全定期檢查以及異?；虿话踩蛩氐姆治鲈u價成果等。
(4)圖庫包括圖形庫和圖像庫。其中，圖形庫包括分析和評價過程中的各類圖表；圖像庫包括分析評價結(jié)論的多媒體演示等。
2.3.8分析評價的人工智能技術(shù)為了實現(xiàn)分析評價的人工智能化，分析評價系統(tǒng)采用正向推理、反向推理、混合推理和元控制等4種技術(shù)。其中，正向推理為已知問題的事實，在知識集中尋找匹配知識，反復(fù)循環(huán)直至找到有解結(jié)論；反向推理為已知或假設(shè)結(jié)構(gòu)，從知識集中尋找匹配的解，反復(fù)循環(huán)，直至找到匹配的解；混合推理為融合正向和反向推理的原理，先正向后反向或先反向后正向；元控制是將元知識(即知識的知識)構(gòu)成元知識庫，以求解問題的目標。
2.4計算機及通訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)
由于高新測控技術(shù)是將數(shù)據(jù)采集、信息管理和分析評價融匯在一起的龐大系統(tǒng)工程，必須在現(xiàn)代計算機及通訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的支持下才能實現(xiàn)。
2.4.1計算機網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)常用的拓撲結(jié)構(gòu)有總線形、星形和樹形等(見圖7)。其中，總線形結(jié)構(gòu)為網(wǎng)絡(luò)所有結(jié)點連在通信總線上；星形結(jié)構(gòu)為網(wǎng)絡(luò)所有結(jié)點連接在中心結(jié)點上，由中心結(jié)點負責數(shù)據(jù)處理和交換；樹形結(jié)構(gòu)為自頂而下的層次化的擴展式結(jié)構(gòu)，頂部結(jié)點為根結(jié)點，連接2個以上結(jié)點的稱為支節(jié)點，以下為端結(jié)點，以根結(jié)點為網(wǎng)絡(luò)核心、支結(jié)點為子網(wǎng)絡(luò)中心、端結(jié)點為面向用戶的桌面。
一般大中型水利水電工程結(jié)構(gòu)單元(如壩段)較多、布置的測點也較多，宜用總線形；對省局(廳)或大網(wǎng)局，由于所屬水利水電工程較多，分布也廣，而需要由局中心控制時，宜用星形結(jié)構(gòu)，其中一個結(jié)點為一座水利水電工程；對特大型水利水電工程.如三峽工程，由于分項工程較多，宜用樹形結(jié)構(gòu)(見圖8)。
2.4.2計算機通訊網(wǎng)絡(luò)平臺單個的水利水電工程一般用局域網(wǎng)，可采用高速光纖、載波或微波等網(wǎng)絡(luò)通訊。對省網(wǎng)局(廳)或大型水利水電工程需要有外部技術(shù)支持的，一般采用廣域網(wǎng)，亦可采用以太網(wǎng)或Intranet網(wǎng)等。
2.4.3計算機工作方式一般采用C/S(客戶機/服務(wù)器)方式。其中，服務(wù)器主要存儲監(jiān)測數(shù)據(jù)以及與工程安全有關(guān)的設(shè)計和施工等資料，應(yīng)該有強大的存儲和處理數(shù)據(jù)的功能；其型號和數(shù)量視工程規(guī)模、監(jiān)測項目的多少，由需求分析確定，一般應(yīng)有雙機或多機熱備份?？蛻魴C主要面向用戶的分析評價和輔助決策等，可由多臺并行計算機完成。
3結(jié)語
(1)現(xiàn)代化測控技術(shù)應(yīng)包括數(shù)據(jù)采集、管理和分析評價等功能，以及完成這些功能的計算機軟硬件環(huán)境和通訊網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。
(2)數(shù)據(jù)采集包括傳感器和測控裝置，完成A/D轉(zhuǎn)換，以便監(jiān)測的數(shù)字量能遠距離輸送。
建設(shè)工程質(zhì)量檢測是國家進行工程質(zhì)量監(jiān)管的重要手段，在工程質(zhì)量監(jiān)督管理中發(fā)揮著重要的監(jiān)控威懾作用。當前國內(nèi)建設(shè)工程質(zhì)量檢測行業(yè)仍然存在著不規(guī)范的市場行為，檢測機構(gòu)的檢測工作中時有弄虛作假，試樣做假、漏檢、少檢的行為發(fā)生。規(guī)范建設(shè)工程質(zhì)量檢測行業(yè)的市場行為，加強建設(shè)工程質(zhì)量檢測機構(gòu)的管理能力，提升建設(shè)工程質(zhì)量檢測機構(gòu)的工作質(zhì)量勢在必行。信息化管理方法的運用能夠在一定程度上保障建設(shè)工程質(zhì)量檢測過程中檢測數(shù)據(jù)的真實性、公正性、可靠性。建設(shè)工程質(zhì)量檢測的信息化管理是指在工程質(zhì)量檢測機構(gòu)中，利用計算機自動化技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及現(xiàn)代通訊技術(shù)等手段對建設(shè)工程質(zhì)量檢測機構(gòu)及其所屬各部門的檢測業(yè)務(wù)進行綜合管理，為建設(shè)工程質(zhì)量檢測機構(gòu)的整體運行提供全面、自動化的管理及各種服務(wù)。目前，全國較發(fā)達地區(qū)已經(jīng)相繼建立了較為完善的檢測機構(gòu)信息化監(jiān)管系統(tǒng)，對涉及建筑結(jié)構(gòu)安全的力值檢測參數(shù)如混凝土抗壓強度、鋼筋力學性能指標等必須實時上傳試驗結(jié)果，對于非力值檢測參數(shù)的檢測報告必須上傳關(guān)鍵頁面。除此之外，某些地區(qū)如廣州市正在推行混凝土試塊芯片植入技術(shù)，對于混凝土試塊一律要求植入混凝土芯片，檢測機構(gòu)不得接收無芯片的混凝土試塊，試塊必須進行掃描識別之后方可進行試驗，無芯片的混凝土抗壓強度報告不得作為驗收報告采用。然而目前檢測機構(gòu)的信息化管理運作中依然存在不少問題，如網(wǎng)絡(luò)傳輸不順暢，導致數(shù)據(jù)無法實時上傳；存儲設(shè)備容量不夠，導致部分數(shù)據(jù)丟失；監(jiān)管系統(tǒng)安全性不足，數(shù)據(jù)被他人利用等。其中，當前最突出的問題是信息化管理僅僅停留在對試驗數(shù)據(jù)的監(jiān)控，疏忽了對試驗流程與過程的監(jiān)管，即無法保證樣品的真實性或試驗過程的規(guī)范性，容易出現(xiàn)“偷梁換柱”等問題，即試樣制假或試驗作假等現(xiàn)象。有鑒于此，本研究以上述問題為出發(fā)點，應(yīng)用現(xiàn)代信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，對試驗流程與試驗數(shù)據(jù)進行“雙控”，確保試驗結(jié)果的真實性和檢測報告的有效性，為真實評價工程質(zhì)量提供科學依據(jù)。
2設(shè)計原理與系統(tǒng)架構(gòu)
2.1技術(shù)原理
根據(jù)檢測監(jiān)管業(yè)務(wù)需要，對試驗流程進行全過程監(jiān)控，包括收樣、樣品制備、數(shù)據(jù)采集等過程。主要體現(xiàn)于兩個方面：第一方面，通過高清攝像槍對樣品接收和樣品制備過程進行實時記錄；另一方面通過在試驗機電腦上安裝視頻采集卡，自動采集試驗機電腦屏幕的數(shù)字信號，通過圖像處理器轉(zhuǎn)換成與攝像機信號一致的模擬信號。最后利用現(xiàn)有的CATV技術(shù)，將電腦屏幕數(shù)字信號與攝像機信號整合在一起，通過光纖傳輸至硬盤錄像機，實現(xiàn)實時的監(jiān)控、存儲功能，通過錄像回放功能實現(xiàn)對歷史記錄的查詢。通過登陸客戶端軟件或ip登錄訪問服務(wù)器電腦，可以實現(xiàn)在辦公室對檢測過程的動態(tài)監(jiān)控。本部通過現(xiàn)有的vpn網(wǎng)絡(luò)，連接到檢測中心服務(wù)器后瀏覽視頻、回放錄像，實現(xiàn)遠程監(jiān)控。
2.2系統(tǒng)架構(gòu)
本系統(tǒng)主要有前端的數(shù)據(jù)采集裝置包括高清攝像槍和視屏采集卡，數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)（光纖），數(shù)據(jù)接收與存儲設(shè)備（硬盤錄像機）、網(wǎng)絡(luò)交換機、服務(wù)器電腦以及客戶端軟件組成。系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。（1）高清攝像槍用于監(jiān)控樣品接收與存放、樣品制作、抗壓試驗等過程，對試驗過程規(guī)范性與樣品的真實性進行實時監(jiān)管，避免弄虛作假現(xiàn)象的發(fā)生。（2）視屏采集卡自動采集試驗機電腦屏幕的數(shù)字信號，并通過內(nèi)置轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成與攝像槍信號一致的模擬信號，對試驗參數(shù)、試驗數(shù)據(jù)、以及曲線的形態(tài)進行實時監(jiān)控，確保試驗過程的規(guī)范性和數(shù)據(jù)真實性。（3）光纖作為信號傳輸介質(zhì)，將高清攝像槍與視頻采集卡的信號傳輸至硬盤錄像機，相比同軸電纜，光纖傳輸速度快，降低信號延遲；傳輸損失少，保證視屏質(zhì)量。（4）網(wǎng)絡(luò)交換機實現(xiàn)與局域網(wǎng)內(nèi)的電腦及服務(wù)器電腦互聯(lián)，可以通過局域網(wǎng)訪問硬盤錄像機。（5）硬盤錄像機數(shù)據(jù)接收和存儲終端，實時接收光纖傳至的信號并存儲，并可以對歷史記錄按時間進行查詢。（6）服務(wù)器將若干硬盤錄像機通過網(wǎng)絡(luò)交換機串聯(lián)至服務(wù)器電腦，通過訪問服務(wù)器電腦可以同時訪問局域網(wǎng)內(nèi)所有的硬盤錄像機，實現(xiàn)一機多控。本部通過現(xiàn)有的vpn網(wǎng)絡(luò)，連接到檢測中心服務(wù)器后瀏覽視頻、回放錄像。（7）客戶端軟件除了通過ip訪問服務(wù)器電腦以外，可以通過安裝客戶端軟件對局域網(wǎng)內(nèi)的硬盤錄像機進行訪問，相比于ip訪問，使用管理更簡便。
3系統(tǒng)實施
圖2和圖3是分別利用客戶端軟件和iP登陸訪問，對試驗過程和試驗環(huán)境進行的全方位監(jiān)控。以混凝土芯樣抗壓強度檢測詳細闡述監(jiān)控流程，具體如下。
3.1樣品安全管理監(jiān)控
委托方完成登記委托后，將樣品放置于芯樣樣品存放區(qū)集中保管，在存放區(qū)安裝高清攝像槍，配合大門口的監(jiān)控信號，對樣品進行全面安全監(jiān)視，如下圖4、圖5所示。
3.2樣品制備流程監(jiān)控
芯樣的制備流程主要包括芯樣接收、開箱驗樣、盲樣編號、芯樣切割、芯樣打磨、芯樣補平等6個階段，對上述6個關(guān)鍵節(jié)點布設(shè)視屏監(jiān)控，如下圖6、圖7、圖8、圖9、圖10、圖11所示。杜絕芯樣制備環(huán)節(jié)的不正規(guī)操作，保證樣品真實性、試驗過程規(guī)范性，確保試驗結(jié)果可靠性。
3.3抗壓試驗“雙控”
“一控”是對樣品的真實性進行確認，避免試驗人員調(diào)換樣品，高清攝像槍可以清晰捕捉樣品編號，確保是真實樣品，如圖12所示；對試樣的破壞過程及破壞形態(tài)是否正常進行判定，如試樣偏心受壓導致提前破壞或樣品未完全破壞而試驗機誤判試驗終點等現(xiàn)象；“二控”是對試驗機電腦屏幕的監(jiān)控，監(jiān)控試驗數(shù)據(jù)采集是否正常，試驗曲線走勢是否正常，是否發(fā)生試樣尚未破壞而試驗機停止采集數(shù)據(jù)、曲線下落時間與試樣的破型時間不一致等現(xiàn)象的發(fā)生，如圖13所示。
4結(jié)束語
裝備工業(yè)的技術(shù)水平和現(xiàn)代化程度決定著整個國民經(jīng)濟的水平和現(xiàn)代化程度，數(shù)控技術(shù)及裝備是發(fā)展新興高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和尖端工業(yè)（如信息技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)、生物技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)、航空、航天等國防工業(yè)產(chǎn)業(yè)）的使能技術(shù)和最基本的裝備。馬克思曾經(jīng)說過“各種經(jīng)濟時代的區(qū)別，不在于生產(chǎn)什么，而在于怎樣生產(chǎn)，用什么勞動資料生產(chǎn)”。制造技術(shù)和裝備就是人類生產(chǎn)活動的最基本的生產(chǎn)資料，而數(shù)控技術(shù)又是當今先進制造技術(shù)和裝備最核心的技術(shù)。當今世界各國制造業(yè)廣泛采用數(shù)控技術(shù)，以提高制造能力和水平，提高對動態(tài)多變市場的適應(yīng)能力和競爭能力。此外世界上各工業(yè)發(fā)達國家還將數(shù)控技術(shù)及數(shù)控裝備列為國家的戰(zhàn)略物資，不僅采取重大措施來發(fā)展自己的數(shù)控技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)，而且在“高精尖”數(shù)控關(guān)鍵技術(shù)和裝備方面對我國實行封鎖和限制政策。總之，大力發(fā)展以數(shù)控技術(shù)為核心的先進制造技術(shù)已成為世界各發(fā)達國家加速經(jīng)濟發(fā)展、提高綜合國力和國家地位的重要途徑。
數(shù)控技術(shù)是用數(shù)字信息對機械運動和工作過程進行控制的技術(shù)，數(shù)控裝備是以數(shù)控技術(shù)為代表的新技術(shù)對傳統(tǒng)制造產(chǎn)業(yè)和新興制造業(yè)的滲透形成的機電一體化產(chǎn)品，即所謂的數(shù)字化裝備，其技術(shù)范圍覆蓋很多領(lǐng)域：(1)機械制造技術(shù)；(2)信息處理、加工、傳輸技術(shù)；(3)自動控制技術(shù)；(4)伺服驅(qū)動技術(shù)；(5)傳感器技術(shù)；(6)軟件技術(shù)等。
1數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢
數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性的變化，使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征，而且隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴大，他對國計民生的一些重要行業(yè)（IT、汽車、輕工、醫(yī)療等）的發(fā)展起著越來越重要的作用，因為這些行業(yè)所需裝備的數(shù)字化已是現(xiàn)展的大趨勢。從目前世界上數(shù)控技術(shù)及其裝備發(fā)展的趨勢來看，其主要研究熱點有以下幾個方面［1～4］。
1．1高速、高精加工技術(shù)及裝備的新趨勢
效率、質(zhì)量是先進制造技術(shù)的主體。高速、高精加工技術(shù)可極大地提高效率，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和檔次，縮短生產(chǎn)周期和提高市場競爭能力。為此日本先端技術(shù)研究會將其列為5大現(xiàn)代制造技術(shù)之一，國際生產(chǎn)工程學會（CIRP）將其確定為21世紀的中心研究方向之一。
在轎車工業(yè)領(lǐng)域，年產(chǎn)30萬輛的生產(chǎn)節(jié)拍是40秒/輛，而且多品種加工是轎車裝備必須解決的重點問題之一；在航空和宇航工業(yè)領(lǐng)域，其加工的零部件多為薄壁和薄筋，剛度很差，材料為鋁或鋁合金，只有在高切削速度和切削力很小的情況下，才能對這些筋、壁進行加工。近來采用大型整體鋁合金坯料“掏空”的方法來制造機翼、機身等大型零件來替代多個零件通過眾多的鉚釘、螺釘和其他聯(lián)結(jié)方式拼裝，使構(gòu)件的強度、剛度和可靠性得到提高。這些都對加工裝備提出了高速、高精和高柔性的要求。
從EMO2001展會情況來看，高速加工中心進給速度可達80m/min，甚至更高，空運行速度可達100m/min左右。目前世界上許多汽車廠，包括我國的上海通用汽車公司，已經(jīng)采用以高速加工中心組成的生產(chǎn)線部分替代組合機床。美國CINCINNATI公司的HyperMach機床進給速度最大達60m/min，快速為100m/min，加速度達2g，主軸轉(zhuǎn)速已達60000r/min。加工一薄壁飛機零件，只用30min，而同樣的零件在一般高速銑床加工需3h，在普通銑床加工需8h；德國DMG公司的雙主軸車床的主軸速度及加速度分別達12*!000r/mm和1g。
在加工精度方面，近10年來，普通級數(shù)控機床的加工精度已由10μm提高到5μm，精密級加工中心則從3～5μm，提高到1～1.5μm，并且超精密加工精度已開始進入納米級(0.01μm)。
在可靠性方面，國外數(shù)控裝置的MTBF值已達6000h以上，伺服系統(tǒng)的MTBF值達到30000h以上，表現(xiàn)出非常高的可靠性。
為了實現(xiàn)高速、高精加工，與之配套的功能部件如電主軸、直線電機得到了快速的發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域進一步擴大。
1.25軸聯(lián)動加工和復(fù)合加工機床快速發(fā)展
采用5軸聯(lián)動對三維曲面零件的加工，可用刀具最佳幾何形狀進行切削，不僅光潔度高，而且效率也大幅度提高。一般認為，1臺5軸聯(lián)動機床的效率可以等于2臺3軸聯(lián)動機床，特別是使用立方氮化硼等超硬材料銑刀進行高速銑削淬硬鋼零件時，5軸聯(lián)動加工可比3軸聯(lián)動加工發(fā)揮更高的效益。但過去因5軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)、主機結(jié)構(gòu)復(fù)雜等原因，其價格要比3軸聯(lián)動數(shù)控機床高出數(shù)倍，加之編程技術(shù)難度較大，制約了5軸聯(lián)動機床的發(fā)展。
當前由于電主軸的出現(xiàn)，使得實現(xiàn)5軸聯(lián)動加工的復(fù)合主軸頭結(jié)構(gòu)大為簡化，其制造難度和成本大幅度降低，數(shù)控系統(tǒng)的價格差距縮小。因此促進了復(fù)合主軸頭類型5軸聯(lián)動機床和復(fù)合加工機床（含5面加工機床）的發(fā)展。
在EMO2001展會上，新日本工機的5面加工機床采用復(fù)合主軸頭，可實現(xiàn)4個垂直平面的加工和任意角度的加工，使得5面加工和5軸加工可在同一臺機床上實現(xiàn)，還可實現(xiàn)傾斜面和倒錐孔的加工。德國DMG公司展出DMUVoution系列加工中心，可在一次裝夾下5面加工和5軸聯(lián)動加工，可由CNC系統(tǒng)控制或CAD/CAM直接或間接控制。
1.3智能化、開放式、網(wǎng)絡(luò)化成為當代數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢
21世紀的數(shù)控裝備將是具有一定智能化的系統(tǒng)，智能化的內(nèi)容包括在數(shù)控系統(tǒng)中的各個方面：為追求加工效率和加工質(zhì)量方面的智能化，如加工過程的自適應(yīng)控制，工藝參數(shù)自動生成；為提高驅(qū)動性能及使用連接方便的智能化，如前饋控制、電機參數(shù)的自適應(yīng)運算、自動識別負載自動選定模型、自整定等；簡化編程、簡化操作方面的智能化，如智能化的自動編程、智能化的人機界面等；還有智能診斷、智能監(jiān)控方面的內(nèi)容、方便系統(tǒng)的診斷及維修等。
為解決傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)封閉性和數(shù)控應(yīng)用軟件的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)存在的問題。目前許多國家對開放式數(shù)控系統(tǒng)進行研究，如美國的NGC(TheNextGenerationWork-Station/MachineControl)、歐共體的OSACA(OpenSystemArchitectureforControlwithinAutomationSystems)、日本的OSEC(OpenSystemEnvironmentforController)，中國的ONC(OpenNumericalControlSystem)等。數(shù)控系統(tǒng)開放化已經(jīng)成為數(shù)控系統(tǒng)的未來之路。所謂開放式數(shù)控系統(tǒng)就是數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)可以在統(tǒng)一的運行平臺上，面向機床廠家和最終用戶，通過改變、增加或剪裁結(jié)構(gòu)對象（數(shù)控功能），形成系列化，并可方便地將用戶的特殊應(yīng)用和技術(shù)訣竅集成到控制系統(tǒng)中，快速實現(xiàn)不同品種、不同檔次的開放式數(shù)控系統(tǒng)，形成具有鮮明個性的名牌產(chǎn)品。目前開放式數(shù)控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)規(guī)范、通信規(guī)范、配置規(guī)范、運行平臺、數(shù)控系統(tǒng)功能庫以及數(shù)控系統(tǒng)功能軟件開發(fā)工具等是當前研究的核心。
網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控裝備是近兩年國際著名機床博覽會的一個新亮點。數(shù)控裝備的網(wǎng)絡(luò)化將極大地滿足生產(chǎn)線、制造系統(tǒng)、制造企業(yè)對信息集成的需求，也是實現(xiàn)新的制造模式如敏捷制造、虛擬企業(yè)、全球制造的基礎(chǔ)單元。國內(nèi)外一些著名數(shù)控機床和數(shù)控系統(tǒng)制造公司都在近兩年推出了相關(guān)的新概念和樣機，如在EMO2001展中，日本山崎馬扎克（Mazak)公司展出的“CyberProductionCenter”（智能生產(chǎn)控制中心，簡稱CPC)；日本大隈（Okuma）機床公司展出“ITplaza”（信息技術(shù)廣場，簡稱IT廣場)；德國西門子(Siemens)公司展出的OpenManufacturingEnvironment（開放制造環(huán)境，簡稱OME）等，反映了數(shù)控機床加工向網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展的趨勢。
1.4重視新技術(shù)標準、規(guī)范的建立
1.4.1關(guān)于數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)規(guī)范
如前所述，開放式數(shù)控系統(tǒng)有更好的通用性、柔性、適應(yīng)性、擴展性，美國、歐共體和日本等國紛紛實施戰(zhàn)略發(fā)展計劃，并進行開放式體系結(jié)構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)規(guī)范(OMAC、OSACA、OSEC)的研究和制定，世界3個最大的經(jīng)濟體在短期內(nèi)進行了幾乎相同的科學計劃和規(guī)范的制定，預(yù)示了數(shù)控技術(shù)的一個新的變革時期的來臨。我國在2000年也開始進行中國的ONC數(shù)控系統(tǒng)的規(guī)范框架的研究和制定。
1.4.2關(guān)于數(shù)控標準
數(shù)控標準是制造業(yè)信息化發(fā)展的一種趨勢。數(shù)控技術(shù)誕生后的50年間的信息交換都是基于ISO6983標準，即采用G，M代碼描述如何（how）加工，其本質(zhì)特征是面向加工過程，顯然，他已越來越不能滿足現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)高速發(fā)展的需要。為此，國際上正在研究和制定一種新的CNC系統(tǒng)標準ISO14649（STEP－NC)，其目的是提供一種不依賴于具體系統(tǒng)的中性機制，能夠描述產(chǎn)品整個生命周期內(nèi)的統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型，從而實現(xiàn)整個制造過程，乃至各個工業(yè)領(lǐng)域產(chǎn)品信息的標準化。
STEP-NC的出現(xiàn)可能是數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域的一次革命，對于數(shù)控技術(shù)的發(fā)展乃至整個制造業(yè)，將產(chǎn)生深遠的影響。首先，STEP-NC提出一種嶄新的制造理念，傳統(tǒng)的制造理念中，NC加工程序都集中在單個計算機上。而在新標準下，NC程序可以分散在互聯(lián)網(wǎng)上，這正是數(shù)控技術(shù)開放式、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展的方向。其次，STEP-NC數(shù)控系統(tǒng)還可大大減少加工圖紙（約75％）、加工程序編制時間（約35％）和加工時間（約50％）。
目前，歐美國家非常重視STEP-NC的研究，歐洲發(fā)起了STEP-NC的IMS計劃(1999.1.1～2001.12.31)。參加這項計劃的有來自歐洲和日本的20個CAD/CAM/CAPP/CNC用戶、廠商和學術(shù)機構(gòu)。美國的STEPTools公司是全球范圍內(nèi)制造業(yè)數(shù)據(jù)交換軟件的開發(fā)者，他已經(jīng)開發(fā)了用作數(shù)控機床加工信息交換的超級模型(SuperModel)，其目標是用統(tǒng)一的規(guī)范描述所有加工過程。目前這種新的數(shù)據(jù)交換格式已經(jīng)在配備了SIEMENS、FIDIA以及歐洲OSACA-NC數(shù)控系統(tǒng)的原型樣機上進行了驗證。
2對我國數(shù)控技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基本估計
我國數(shù)控技術(shù)起步于1958年，近50年的發(fā)展歷程大致可分為3個階段：第一階段從1958年到1979年，即封閉式發(fā)展階段。在此階段，由于國外的技術(shù)封鎖和我國的基礎(chǔ)條件的限制，數(shù)控技術(shù)的發(fā)展較為緩慢。第二階段是在國家的“六五”、“七五”期間以及“八五”的前期，即引進技術(shù)，消化吸收，初步建立起國產(chǎn)化體系階段。在此階段，由于改革開放和國家的重視，以及研究開發(fā)環(huán)境和國際環(huán)境的改善，我國數(shù)控技術(shù)的研究、開發(fā)以及在產(chǎn)品的國產(chǎn)化方面都取得了長足的進步。第三階段是在國家的“八五”的后期和“九五”期間，即實施產(chǎn)業(yè)化的研究，進入市場競爭階段。在此階段，我國國產(chǎn)數(shù)控裝備的產(chǎn)業(yè)化取得了實質(zhì)性進步。在“九五”末期，國產(chǎn)數(shù)控機床的國內(nèi)市場占有率達50％，配國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)（普及型）也達到了10％。
縱觀我國數(shù)控技術(shù)近50年的發(fā)展歷程，特別是經(jīng)過4個5年計劃的攻關(guān)，總體來看取得了以下成績。
a.奠定了數(shù)控技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)，基本掌握了現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)。我國現(xiàn)在已基本掌握了從數(shù)控系統(tǒng)、伺服驅(qū)動、數(shù)控主機、專機及其配套件的基礎(chǔ)技術(shù)，其中大部分技術(shù)已具備進行商品化開發(fā)的基礎(chǔ)，部分技術(shù)已商品化、產(chǎn)業(yè)化。
b.初步形成了數(shù)控產(chǎn)業(yè)基地。在攻關(guān)成果和部分技術(shù)商品化的基礎(chǔ)上，建立了諸如華中數(shù)控、航天數(shù)控等具有批量生產(chǎn)能力的數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠。蘭州電機廠、華中數(shù)控等一批伺服系統(tǒng)和伺服電機生產(chǎn)廠以及北京第一機床廠、濟南第一機床廠等若干數(shù)控主機生產(chǎn)廠。這些生產(chǎn)廠基本形成了我國的數(shù)控產(chǎn)業(yè)基地。
c.建立了一支數(shù)控研究、開發(fā)、管理人才的基本隊伍。
雖然在數(shù)控技術(shù)的研究開發(fā)以及產(chǎn)業(yè)化方面取得了長足的進步，但我們也要清醒地認識到，我國高端數(shù)控技術(shù)的研究開發(fā)，尤其是在產(chǎn)業(yè)化方面的技術(shù)水平現(xiàn)狀與我國的現(xiàn)實需求還有較大的差距。雖然從縱向看我國的發(fā)展速度很快，但橫向比（與國外對比）不僅技術(shù)水平有差距，在某些方面發(fā)展速度也有差距，即一些高精尖的數(shù)控裝備的技術(shù)水平差距有擴大趨勢。從國際上來看，對我國數(shù)控技術(shù)水平和產(chǎn)業(yè)化水平估計大致如下。
a.技術(shù)水平上，與國外先進水平大約落后10～15年，在高精尖技術(shù)方面則更大。
b.產(chǎn)業(yè)化水平上，市場占有率低，品種覆蓋率小，還沒有形成規(guī)模生產(chǎn)；功能部件專業(yè)化生產(chǎn)水平及成套能力較低；外觀質(zhì)量相對差；可靠性不高，商品化程度不足；國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)尚未建立自己的品牌效應(yīng)，用戶信心不足。
c.可持續(xù)發(fā)展的能力上，對競爭前數(shù)控技術(shù)的研究開發(fā)、工程化能力較弱；數(shù)控技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域拓展力度不強；相關(guān)標準規(guī)范的研究、制定滯后。
分析存在上述差距的主要原因有以下幾個方面。
a.認識方面。對國產(chǎn)數(shù)控產(chǎn)業(yè)進程艱巨性、復(fù)雜性和長期性的特點認識不足；對市場的不規(guī)范、國外的封鎖加扼殺、體制等困難估計不足；對我國數(shù)控技術(shù)應(yīng)用水平及能力分析不夠。
b.體系方面。從技術(shù)的角度關(guān)注數(shù)控產(chǎn)業(yè)化問題的時候多，從系統(tǒng)的、產(chǎn)業(yè)鏈的角度綜合考慮數(shù)控產(chǎn)業(yè)化問題的時候少；沒有建立完整的高質(zhì)量的配套體系、完善的培訓、服務(wù)網(wǎng)絡(luò)等支撐體系。
c.機制方面。不良機制造成人才流失，又制約了技術(shù)及技術(shù)路線創(chuàng)新、產(chǎn)品創(chuàng)新，且制約了規(guī)劃的有效實施，往往規(guī)劃理想，實施困難。
d.技術(shù)方面。企業(yè)在技術(shù)方面自主創(chuàng)新能力不強，核心技術(shù)的工程化能力不強。機床標準落后，水平較低，數(shù)控系統(tǒng)新標準研究不夠。
3對我國數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的戰(zhàn)略思考
3.1戰(zhàn)略考慮
我國是制造大國，在世界產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移中要盡量接受前端而不是后端的轉(zhuǎn)移，即要掌握先進制造核心技術(shù)，否則在新一輪國際產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整中，我國制造業(yè)將進一步“空芯”。我們以資源、環(huán)境、市場為代價，交換得到的可能僅僅是世界新經(jīng)濟格局中的國際“加工中心”和“組裝中心”，而非掌握核心技術(shù)的制造中心的地位，這樣將會嚴重影響我國現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展進程。
我們應(yīng)站在國家安全戰(zhàn)略的高度來重視數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)問題，首先從社會安全看，因為制造業(yè)是我國就業(yè)人口最多的行業(yè)，制造業(yè)發(fā)展不僅可提高人民的生活水平，而且還可緩解我國就業(yè)的壓力，保障社會的穩(wěn)定；其次從國防安全看，西方發(fā)達國家把高精尖數(shù)控產(chǎn)品都列為國家的戰(zhàn)略物質(zhì)，對我國實現(xiàn)禁運和限制，“東芝事件”和“考克斯報告”就是最好的例證。
3.2發(fā)展策略
從我國基本國情的角度出發(fā)，以國家的戰(zhàn)略需求和國民經(jīng)濟的市場需求為導向，以提高我國制造裝備業(yè)綜合競爭能力和產(chǎn)業(yè)化水平為目標，用系統(tǒng)的方法，選擇能夠主導21世紀初期我國制造裝備業(yè)發(fā)展升級的關(guān)鍵技術(shù)以及支持產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的支撐技術(shù)、配套技術(shù)作為研究開發(fā)的內(nèi)容，實現(xiàn)制造裝備業(yè)的跨躍式發(fā)展。
強調(diào)市場需求為導向，即以數(shù)控終端產(chǎn)品為主，以整機（如量大面廣的數(shù)控車床、銑床、高速高精高性能數(shù)控機床、典型數(shù)字化機械、重點行業(yè)關(guān)鍵設(shè)備等）帶動數(shù)控產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。重點解決數(shù)控系統(tǒng)和相關(guān)功能部件（數(shù)字化伺服系統(tǒng)與電機、高速電主軸系統(tǒng)和新型裝備的附件等）的可靠性和生產(chǎn)規(guī)模問題。沒有規(guī)模就不會有高可靠性的產(chǎn)品；沒有規(guī)模就不會有價格低廉而富有競爭力的產(chǎn)品；當然，沒有規(guī)模中國的數(shù)控裝備最終難以有出頭之日。
在高精尖裝備研發(fā)方面，要強調(diào)產(chǎn)、學、研以及最終用戶的緊密結(jié)合，以“做得出、用得上、賣得掉”為目標，按國家意志實施攻關(guān)，以解決國家之急需。
在競爭前數(shù)控技術(shù)方面，強調(diào)創(chuàng)新，強調(diào)研究開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)和產(chǎn)品，為我國數(shù)控產(chǎn)業(yè)、裝備制造業(yè)乃至整個制造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。
參考文獻：
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