導(dǎo)語：如何才能寫好一篇航天技術(shù)的重要性，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

【關(guān)鍵詞】金屬材料；航天領(lǐng)域；熱處理；應(yīng)用

1前言

航天技術(shù)的發(fā)展不僅帶動(dòng)了我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展而且還提高人民生活質(zhì)量，增強(qiáng)我國國防力量，當(dāng)今經(jīng)濟(jì)全球化，信息交往、各地之間業(yè)務(wù)往來，通信、交通等等都離不開航天技術(shù)所帶來的科技成果。金屬材料是我國航天領(lǐng)域發(fā)展不可或缺的材料，它比其他分子材料硬度高，耐熱性能好，與無機(jī)非金屬材料相比，金屬材料有具有很好的韌性，因此在我國航天領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛，為了更加了解用于航天技術(shù)的金屬材料，本文選擇了幾種常見的金屬進(jìn)行講述其在航天領(lǐng)域當(dāng)中的應(yīng)用以及相應(yīng)的熱處理工藝。

2鋁合金

2．1鋁合金在航天領(lǐng)域的應(yīng)用

鋁合金材料是航天領(lǐng)域用量最大的金屬材料，隨著科技的發(fā)展，各種復(fù)合材料都在不斷的發(fā)展，其性能也是優(yōu)越與一般金屬材料，雖然如此，但在航天領(lǐng)域鋁合金的使用依然占有很大比例，鋁合金具有優(yōu)越的耐磨性以及良好的抗撞擊性能總體性能優(yōu)越于一般金屬材料，，并且價(jià)格便宜，一般在航天領(lǐng)域的承載結(jié)構(gòu)中都使用鋁合金比如一些承載壁板，艙體結(jié)構(gòu)等。所以在航天領(lǐng)域具有很大的用處。

2．2鋁合金的熱處理工藝

在我國科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的前提下，航天技術(shù)對鋁合金的要求越來越嚴(yán)格，如何提高鋁合金的綜合性能是非常重要的任務(wù)之一，在研究過程中一方面是設(shè)計(jì)新型合金，一方面是對其熱處理的更新，利用先進(jìn)技術(shù)通過對鋁合金加熱處理，使得在高溫環(huán)境下變形，在經(jīng)過擠壓，使得鋁合金內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)更加緊密化，內(nèi)部的結(jié)晶程度更高，從而使得鋁合金在應(yīng)用中綜合性能更加優(yōu)秀。

3鈦合金

3．1鈦合金在航天領(lǐng)域的應(yīng)用

鈦合金在航天領(lǐng)域中具有很多用處，他與一般金屬相比，具有耐高溫、耐磨性能強(qiáng)，抗疲勞性能等優(yōu)點(diǎn)，一般在航天領(lǐng)域中，鈦合金運(yùn)用于機(jī)艙的主承力結(jié)構(gòu)，壓氣機(jī)葉片等等，在鈦合金的試用下，無論是高溫環(huán)境，還是超低溫環(huán)境都能保證長時(shí)間持久的工作。因此隨著航天領(lǐng)域科技的不斷發(fā)展，鈦合金的使用量也是逐漸增多，是具有前景的一種金屬材料。

3．2鈦合金的熱處理工藝

鈦合金的熱處理工藝十分復(fù)雜，根據(jù)航天領(lǐng)域的不同需求，鈦合金的熱處理工藝也就不同，比如普通退火會(huì)使得鈦合金內(nèi)部的可塑性變高但與此同時(shí)也使得其強(qiáng)度變小，一般適用于一些飛行機(jī)器的零件，再比如雙重退火，其工藝應(yīng)用相比較而言稍微麻煩，處理之后的鈦合金硬度會(huì)升高，但其可塑性相對降低，適用于需求較高的飛行零件。鈦合金的熱處理工藝還包括等溫退火和固溶時(shí)效，根據(jù)航天領(lǐng)域不同需求以及應(yīng)用的不同領(lǐng)域，來選擇不同的熱處理工藝。

4超高強(qiáng)度鋼

4．1超高強(qiáng)度鋼在航天領(lǐng)域的應(yīng)用

超高強(qiáng)度鋼具有很強(qiáng)的硬度及韌性，正因?yàn)槠湫阅芤彩沟迷摻饘僭诤教祛I(lǐng)域的應(yīng)用量保持持續(xù)上升，一般該金屬適用于火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的殼體，飛行裝備的推動(dòng)器等所需高硬度的地方，正因如此對于在這種高壓強(qiáng)度下的金屬材料，其耐腐蝕性成為審核金屬實(shí)用性的一項(xiàng)重大指標(biāo)，如何提高超高強(qiáng)度鋼的韌性是當(dāng)前研究金屬工藝的重要課題。

4．2超高強(qiáng)度鋼的熱處理工藝

一般超高強(qiáng)度鋼都應(yīng)保持其高強(qiáng)度的特性，針對該金屬材料進(jìn)行熱處理時(shí)一般先進(jìn)行淬火，在960度左右的高溫下進(jìn)行淬取，使其內(nèi)部的含碳量降至最低，然后進(jìn)行低溫回火，提高材料的強(qiáng)度，隨著科技的發(fā)展，在高強(qiáng)度鋼的熱處理工藝中也有先進(jìn)的技術(shù)提高金屬的性能，比如奧氏體加工、馬氏加工，誘發(fā)相變等等。在經(jīng)過熱處理后的金屬一般適用于機(jī)器的整體構(gòu)架，高強(qiáng)度的零件等等。

5鎂合金

5．1鎂金屬材料在航天領(lǐng)域的應(yīng)用

鎂金屬材料在航天領(lǐng)域具有自身獨(dú)特的性能良好的導(dǎo)熱、導(dǎo)電性能以及對電磁的屏蔽性能使得鎂金屬在眾多金屬材料中脫穎而出，但鎂金屬卻又一定的缺陷，那就是不耐腐蝕，也正是因?yàn)樵撊秉c(diǎn)使得鎂金屬在應(yīng)用當(dāng)中，一些領(lǐng)域不能涉及當(dāng)中，比如產(chǎn)品的儲(chǔ)存、產(chǎn)品出制造都會(huì)帶來影響，鎂金屬適用于工藝復(fù)雜的大型鑄件，是我國金屬材料航天領(lǐng)域非常重要的文件，比如通信衛(wèi)星所使用的天線等等。

5．2鎂金屬材料的熱處理工藝

鎂金屬材料的處理工藝非常復(fù)雜，根據(jù)所需性能的不同其熱處理的加工工藝也就不同。一般鎂金屬的處理分為退火和固溶時(shí)效兩大類。在實(shí)際應(yīng)用中不同的淬火能力會(huì)使鎂金屬的性能得到不同程度的增減，從而應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域。

6結(jié)語

我國航天技術(shù)的飛速發(fā)展，使得我國經(jīng)濟(jì)水平并不斷提高，人民生活水平得到翻天覆地的變化，軍事力量也躋身進(jìn)入世界前列，是我國國防實(shí)力的一大利器，由此可見航天技術(shù)的重要性，本文講述了關(guān)于航天領(lǐng)域的幾種金屬，以及其性能，作用等等，隨著科技的發(fā)展，航天技術(shù)的不斷提高，我們應(yīng)研發(fā)更加適合航天技術(shù)的金屬材料，比如金屬間化合物、高溫合金等等，使得我國真正成為航天大國，實(shí)現(xiàn)中國的偉大復(fù)興。

參考文獻(xiàn):

［1］姚瑤．智能機(jī)器人在航天領(lǐng)域中的應(yīng)用［J］．中國戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)，2017(08):79～82．

［2］吳國華，陳玉獅，丁文江．鎂合金在航空航天領(lǐng)域研究應(yīng)用現(xiàn)狀與展望［J］．載人航天，2016(03):281～292．

［3］張成，楊海成，韓冬，王曉君，莫蓉，陸小蕊，龔軍善．鈦合金旋壓技術(shù)在國內(nèi)航天領(lǐng)域的應(yīng)用及發(fā)展［J］．固體火箭技術(shù)，2013(01):127～132．

［4］邱惠中．納米材料及其在航天領(lǐng)域中的應(yīng)用［J］．宇航材料工藝，1996(02):7～10．

篇2

【關(guān)鍵詞】物理學(xué)；牛頓力學(xué)；工業(yè)革命；人類文明

俗話說：“學(xué)好數(shù)理化，走遍天下都不怕。”這其中的“理”就是指的“物理”。此話雖然有些片面，但也道出了物理學(xué)的重要性。物理學(xué)一詞，源自希臘文physikos，很長時(shí)期內(nèi)，它和自然哲學(xué)（natural philosophy）同義，探究物質(zhì)世界最基本的變化規(guī)律。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，社會(huì)的進(jìn)步和文化知識的擴(kuò)展、深化，物理學(xué)以純思辨的哲學(xué)演變到以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué)。物理學(xué)研究的對象包括力、熱、電、光、磁、聲，從宏觀領(lǐng)域到微觀領(lǐng)域，得到了一系列對自然現(xiàn)象的科學(xué)解釋并形成理論，最終形成發(fā)明創(chuàng)造，推動(dòng)了人類文明的進(jìn)步。物理學(xué)的高技術(shù)和強(qiáng)滲透性也使之成為社會(huì)發(fā)展的重要推動(dòng)力。物理學(xué)給人類提供了大量的物質(zhì)財(cái)富，同時(shí)也提供了精神財(cái)富。

迄今為止，物理學(xué)所創(chuàng)造出來的所有成果無一不是人類身體某一部位的延伸和替代。人造衛(wèi)星、顯微鏡、望遠(yuǎn)鏡、照相機(jī)等等是人類眼睛的延伸；手機(jī)、電話、雷達(dá)等等是人類耳朵的延伸；汽車、輪船飛機(jī)等運(yùn)輸工具是人類腿和腳的延伸；槍炮、導(dǎo)彈和火箭等等是人類胳膊和手的延伸；電腦、機(jī)器人是整個(gè)人的延伸；現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的診療手段也離不開物理學(xué)，X光、核磁共振、CT、B超、放射性療法等等都是基于物理學(xué)?？v觀人類文明的發(fā)展史，就是一部物理學(xué)的發(fā)展史。

一、物理學(xué)初建

古時(shí)候人們就嘗試著理解這個(gè)世界：為什么物體會(huì)往地上掉，為什么不同的物質(zhì)有不同的性質(zhì)，地球、太陽以及月亮這些星體究竟是遵循著什么規(guī)律在運(yùn)動(dòng)，人們提出了各種理論試圖解釋這個(gè)世界。這些早期的理論在今天看來更像是一些哲學(xué)理論。古希臘哲學(xué)家亞里士多德創(chuàng)造了物理這門學(xué)科的名稱，但由于歷史的局限性，他對物理的很多認(rèn)識卻是錯(cuò)誤的，比如他認(rèn)為，物體下落的速度與物體的重量有關(guān)，物體越重，下落越快。這一理論最終被伽利略的“大球小球同時(shí)落地”的實(shí)驗(yàn)所。古希臘哲學(xué)家、物理學(xué)家阿基米德發(fā)現(xiàn)了浮力定律和杠桿原理，并發(fā)明設(shè)計(jì)制造了多種機(jī)械，如螺旋揚(yáng)水器、軍用投射器。德謨克利特最先提出了原子論，認(rèn)為萬物都是由原子組成的，原子是不可分割的最小微粒。天文學(xué)從強(qiáng)勢的“地心說”到開普勒發(fā)現(xiàn)了行星運(yùn)動(dòng)的三大定律：軌道定律、面積定律和周期定律，哥白尼、布魯諾等天文學(xué)家付出了巨大努力。電磁學(xué)方面發(fā)現(xiàn)了摩擦起電、磁石吸鐵等物理現(xiàn)象，并在此基礎(chǔ)上發(fā)明了指南針。古代物理學(xué)還稱不上真正的科學(xué)，更多的是基于思辨，對于生活經(jīng)驗(yàn)和自然現(xiàn)象的總結(jié)。

二、牛頓出版《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》

牛頓出版的《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》是人類歷史上第一次科學(xué)革命的集大成之作。這部巨著闡述了萬有引力定律和運(yùn)動(dòng)三大定律（慣性定律、力和運(yùn)動(dòng)關(guān)系的定律、作用力與反作用力定律），把物體運(yùn)動(dòng)統(tǒng)一在一個(gè)嚴(yán)密的理論中――牛頓力學(xué)。根據(jù)牛頓力學(xué)，我們知道了：蘋果為什么總是落到地上；慣性是什么；為什么劃槳能使船前行；為什么月球圍繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)并出現(xiàn)陰晴圓缺等等。這是經(jīng)典力學(xué)的第一部經(jīng)典著作，也是人類掌握的第一個(gè)完整的科學(xué)的宇宙論和科學(xué)理論體系，其影響所及遍布經(jīng)典自然科學(xué)的所有領(lǐng)域，并發(fā)展出許多學(xué)科：宇宙天文學(xué)、航空航天科學(xué)、工程力學(xué)、建筑學(xué)、機(jī)械制造、原子核科學(xué)等等。宇宙天文學(xué)的發(fā)展，使我們對宇宙的起源有了更進(jìn)一步的認(rèn)識。航天科學(xué)的發(fā)展讓人類的飛天夢成為現(xiàn)實(shí)。

三、物理學(xué)與第一次工業(yè)革命

18世紀(jì)中期，以蒸汽機(jī)的廣泛使用為標(biāo)志的第一次工業(yè)革命開始了人類的工業(yè)化進(jìn)程。蒸汽機(jī)的發(fā)明是基于熱學(xué)的發(fā)展。蒸汽機(jī)利用水沸騰產(chǎn)生的高壓蒸汽推動(dòng)活塞做功，產(chǎn)生動(dòng)力帶動(dòng)機(jī)器工作。從18世紀(jì)晚期開始，蒸汽機(jī)廣泛應(yīng)用在采礦、冶煉、紡織、機(jī)械制造、化工等領(lǐng)域，并出現(xiàn)蒸汽輪船、蒸汽機(jī)車、蒸汽汽車，蒸汽機(jī)成為了當(dāng)時(shí)各行業(yè)的主要?jiǎng)恿C(jī)械。蒸汽機(jī)的發(fā)明，解放了人類的雙手，促成了傳統(tǒng)手工業(yè)向機(jī)械化大生產(chǎn)的轉(zhuǎn)變，陸上和海上長途運(yùn)輸成為可能，極大地提高了生產(chǎn)生活效率。

四、物理學(xué)與第二次工業(yè)革命

電的使用開啟了人類歷史上的第二次工業(yè)革命。1820年，丹麥物理學(xué)家奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流有磁效應(yīng)，開始人類研究電與磁的相互關(guān)系的序幕。1831年，英國物理學(xué)家法拉第建立了電磁感應(yīng)定律，創(chuàng)立了電磁學(xué)的基礎(chǔ)，使發(fā)電機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)的制造成為可能。德國工程師西門子根據(jù)閉合線圈的磁通量發(fā)生改變可能產(chǎn)生電流的原理，發(fā)明了第一臺自饋式發(fā)電機(jī)，可以產(chǎn)生較大的功率，同時(shí)體積也較輕巧。從此，電能開始成為主要能源并推動(dòng)工業(yè)向前發(fā)展，繼而出現(xiàn)了電動(dòng)機(jī)、電機(jī)車、電燈、電視機(jī)和電工儀器儀表等許多改變?nèi)祟惿罘绞降碾娖髟O(shè)備。1873年，蘇格蘭物理學(xué)家麥克斯韋發(fā)表的《論電與磁》開創(chuàng)了電動(dòng)力學(xué)，是現(xiàn)代電工學(xué)的開端。麥克斯韋提出了光的電磁說，并預(yù)言了電磁波的存在。電磁波是現(xiàn)代通信的基礎(chǔ)，無線電、手機(jī)、衛(wèi)星就是通過電磁波進(jìn)行信號傳輸，實(shí)現(xiàn)人類遠(yuǎn)距離傳輸和交換信息。

五、物理學(xué)與第三次工業(yè)革命

進(jìn)入二十世紀(jì)，由于原子能、電子計(jì)算機(jī)、微電子技術(shù)、航天技術(shù)、分子生物學(xué)和遺傳工程等領(lǐng)域的研究進(jìn)展，出現(xiàn)了第三次工業(yè)革命，這是一場不同于傳統(tǒng)工業(yè)的信息技術(shù)革命，標(biāo)志著工業(yè)進(jìn)入自動(dòng)化時(shí)代。

（1）物理學(xué)與微電子技術(shù)

1947年，美國貝爾實(shí)驗(yàn)室的肖克萊、巴丁和布拉頓研究出一種點(diǎn)接觸鍺晶體管。晶體管是20世紀(jì)一項(xiàng)重大發(fā)明，開啟了微電子革命的先聲。1954年，貝爾實(shí)驗(yàn)室研制出第一臺使用晶體管集成電路的計(jì)算機(jī)。以晶體管為基礎(chǔ)的集成電路，也叫芯片，使信息處理設(shè)備小型化、便攜化。如今，大到工業(yè)設(shè)備、交通工具，小到各種生活設(shè)備，凡是有電的設(shè)備，幾乎都有芯片對信息進(jìn)行處理。在當(dāng)今信息大爆炸的時(shí)代，微電子技術(shù)使得信息接收、存儲(chǔ)、處理更加便捷和高效。計(jì)算機(jī)以及各種“人機(jī)控制系統(tǒng)”廣泛應(yīng)用，使生產(chǎn)、辦公、家庭生活自動(dòng)化。人類社會(huì)從機(jī)械化、電氣化進(jìn)入到一個(gè)更高級的自動(dòng)化時(shí)代。

（2）物理學(xué)與能源

工業(yè)的發(fā)展離不開能源的供應(yīng)，傳統(tǒng)的電能、水能、化學(xué)能越來越不能滿足日益增長的能源需求。核能作為一種高效、清潔能源能極大緩解能源危機(jī)。核能的利用得益于原子核物理的發(fā)展。從19世紀(jì)末發(fā)現(xiàn)放射性到1932年發(fā)現(xiàn)中子、正電子和氘，原子核理論為核物理奠定了基礎(chǔ)。1938年，德國化學(xué)家哈恩和斯特拉斯曼發(fā)現(xiàn)了鈾核的裂變，從而找到了一種利用核能的途徑。1942年，美國成功建造了世界上第一座核反應(yīng)堆，它顯示核能時(shí)代的到來。目前，我國也有兩座正在運(yùn)行的核電站：秦山和大亞灣核電站，產(chǎn)生的電能為長三角和珠三角地區(qū)的經(jīng)濟(jì)建設(shè)做出了巨大貢獻(xiàn)?，F(xiàn)在科學(xué)家們正在研究可控核聚變，這種核聚變可以用海水和輕核作為原料的，是真正意義上的取之不竭，用之不盡的能源。

（3）物理學(xué)與航天技術(shù)

20世紀(jì)50年代興起的航天技術(shù)使得人類的飛天夢成為現(xiàn)實(shí)。1957年，前蘇聯(lián)成功發(fā)射第一顆人造地球衛(wèi)星，開創(chuàng)了人類航天新紀(jì)元。如今，人類發(fā)射的偵察、預(yù)警、通信導(dǎo)航、天文氣象、海洋監(jiān)視、測地探礦等應(yīng)用衛(wèi)星，在經(jīng)濟(jì)、軍事和科研中發(fā)揮了巨大的作用。航天技術(shù)是一門綜合性很強(qiáng)的技術(shù)，和物理學(xué)密切相關(guān)，每一步的發(fā)展都離不開物理學(xué)的指導(dǎo)和運(yùn)用?；鸺七M(jìn)技術(shù)、人造衛(wèi)星運(yùn)行軌道計(jì)算、空間通信、載人航天器設(shè)計(jì)技術(shù)、登月技術(shù)、深空探測技術(shù)等一系列航天技術(shù)涵蓋了基礎(chǔ)物理學(xué)的力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)各個(gè)領(lǐng)域?？梢灶A(yù)見，未來人類移居外星球、發(fā)現(xiàn)外星人、尋找宇宙的起源等等都離不開基于物理學(xué)的航天技術(shù)的發(fā)展。

六、物理學(xué)與人類未來

物理學(xué)是一門不斷改變?nèi)祟惿詈屯苿?dòng)社會(huì)進(jìn)步的科學(xué)，從宏觀的經(jīng)典物理學(xué)發(fā)展到微觀的電動(dòng)力學(xué)、量子力學(xué)等，并將在未來深入到粒子物理、納米材料物理、天體物理（引力波）、生命科學(xué)物理領(lǐng)域。宇宙是怎么產(chǎn)生的，宇宙的組成是什么，物質(zhì)的最基本粒子是什么，人類是否能穿越時(shí)空，人類是否能實(shí)現(xiàn)長生不老，這些問題都需要物理學(xué)去解決。物理學(xué)將繼續(xù)推動(dòng)人類文明向前發(fā)展！

篇3

【關(guān)鍵詞】通用技術(shù)課程；校本化；實(shí)踐

通用技術(shù)課程的有效實(shí)施對于培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和動(dòng)手實(shí)踐能力尤為重要，是新課程改革的亮點(diǎn)。作為百年名校，我校秉承“進(jìn)德修業(yè)，弘毅篤行”的校訓(xùn)，以“成就每一位師生的卓越追求”為引領(lǐng)，不斷提升辦學(xué)品位。學(xué)校在新的高度上力求辦出特色，深化素質(zhì)教育，促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展。通用技術(shù)作為一門新的課程，能夠提高學(xué)生的技術(shù)素養(yǎng)，進(jìn)一步提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的需要。我們根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合我校實(shí)際，整合已有的活動(dòng)課程，加強(qiáng)特色基地的建設(shè)，積極穩(wěn)妥地推進(jìn)我校通用技術(shù)課程的校本化實(shí)施。

一、以“創(chuàng)新人才試點(diǎn)學(xué)?！睘槠鯔C(jī)，促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)造意識和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)

培養(yǎng)創(chuàng)新人才是建設(shè)人力資源強(qiáng)國和創(chuàng)新型國家的迫切需要。高中生正處在創(chuàng)造力發(fā)展的重要階段，而通用技術(shù)課程又是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造欲望和開發(fā)學(xué)生創(chuàng)造潛能的重要內(nèi)容載體。作為江蘇省一所名校，我校學(xué)生的素質(zhì)高，創(chuàng)新能力強(qiáng)，如何有效地教育和引導(dǎo)，我們一直在探索實(shí)踐。從2005年實(shí)施新課程起，我校就積極探索適合我校的通用技術(shù)校本化教學(xué)，專門配備3名專職教師任教。不僅在課堂上注重學(xué)生技術(shù)素養(yǎng)的培養(yǎng)，促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新意識和綜合實(shí)踐能力的提高；還經(jīng)常進(jìn)行活動(dòng)指導(dǎo)，參加各級科技創(chuàng)新競賽，指導(dǎo)的學(xué)生每年都有十多位獲一二等獎(jiǎng)，其中沈偉杰和張祥虎老師獲“百佳創(chuàng)新型名師”稱號。2011年起我校又以省首批14所“創(chuàng)新人才培養(yǎng)試點(diǎn)學(xué)?！睘槠鯔C(jī)，進(jìn)一步加強(qiáng)通用技術(shù)的校本化實(shí)踐，制定了學(xué)生技術(shù)創(chuàng)新發(fā)明的申報(bào)和評比具體細(xì)則，修訂了學(xué)生技術(shù)設(shè)計(jì)作品考查的創(chuàng)新具體要求等多項(xiàng)措施，探索通用技術(shù)的校本化實(shí)施辦法。利用校內(nèi)外教育、文化與科技資源，與其他學(xué)科密切合作，注重創(chuàng)新人才的培養(yǎng)，激發(fā)和增強(qiáng)學(xué)生的科學(xué)精神、創(chuàng)造性思維和創(chuàng)新能力，增強(qiáng)創(chuàng)新意識，提高創(chuàng)新能力。

二、以“航空航天課程基地”為抓手，促進(jìn)學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作、動(dòng)手實(shí)踐能力的培養(yǎng)

項(xiàng)目教學(xué)是通用技術(shù)課程教學(xué)的一種有效的教學(xué)模式，基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)能讓學(xué)生主動(dòng)參與到項(xiàng)目中來解決問題。因此，通用技術(shù)的項(xiàng)目設(shè)計(jì)不能僅僅局限于課本上的小板凳、小臺燈等的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。借鑒北京四中的項(xiàng)目設(shè)計(jì)教學(xué)，我校積極探索實(shí)踐校本化項(xiàng)目內(nèi)容，2011年江蘇省開始申報(bào)特色課程基地，我校并沒有申報(bào)語數(shù)外等傳統(tǒng)學(xué)科的課程基地，而是從有利于學(xué)生全面發(fā)展角度出發(fā)申報(bào)并順利通過了“航空航天課程基地”。航空航天技術(shù)充分體現(xiàn)信息、能源、材料、制造等綜合性尖端技術(shù)，涉及數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)材料等多門學(xué)科知識，更有利于學(xué)生素質(zhì)的全面提高。我們以“航空航天課程基地”為抓手，加強(qiáng)通用技術(shù)校本化項(xiàng)目的學(xué)習(xí)和實(shí)踐，自編航空航天基礎(chǔ)知識校本教材，聘請南航大教授進(jìn)行普及性講座。參與相關(guān)的實(shí)踐教學(xué)和競賽活動(dòng)，共建一個(gè)開放的、互動(dòng)的航空航天科技體驗(yàn)館。展覽部分展出各種圖片、飛行器、航天器模型，如天宮一號、神舟8號、航天飛機(jī)等；互動(dòng)部分用現(xiàn)代互動(dòng)技術(shù)和設(shè)備，提供互動(dòng)的條件；體驗(yàn)部分包括模擬飛機(jī)駕駛，多維滾環(huán)、煙風(fēng)洞、地球軌道運(yùn)行模擬器、機(jī)載雷達(dá)、彈射座椅等。通過這一項(xiàng)目的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生自主探究精神、團(tuán)隊(duì)合作意識和動(dòng)手實(shí)踐能力。以工程實(shí)踐技能實(shí)訓(xùn)為載體，以航空航天社團(tuán)為抓手，激發(fā)學(xué)生興趣、發(fā)展創(chuàng)新能力、提高綜合素質(zhì)，實(shí)現(xiàn)發(fā)展學(xué)生特長，實(shí)現(xiàn)學(xué)校特色發(fā)展。

三、以“校本化技術(shù)活動(dòng)”為載體，促進(jìn)學(xué)生技術(shù)素養(yǎng)的全面提高

在現(xiàn)有的學(xué)習(xí)環(huán)境中，要切實(shí)提高學(xué)生的技術(shù)素養(yǎng)，必需注重課內(nèi)外相結(jié)合，注重與學(xué)校已有的技術(shù)活動(dòng)課程相結(jié)合，促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新、實(shí)踐、合作、交流等能力的提升。學(xué)校通過多年的特色活動(dòng)課程，以校本化活動(dòng)課程為載體，有效提高學(xué)生素質(zhì)，培養(yǎng)創(chuàng)新和實(shí)踐能力。我們結(jié)合通用技術(shù)課程學(xué)習(xí)要求和我校傳統(tǒng)特色課程，定期開展校本化技術(shù)活動(dòng)和實(shí)踐。如今年我校第23屆科技文化節(jié)開展了技術(shù)發(fā)明創(chuàng)新技術(shù)講座，發(fā)明創(chuàng)新技術(shù)設(shè)計(jì)、技術(shù)模型的制作與設(shè)計(jì)等活動(dòng)課程促進(jìn)學(xué)生技術(shù)素養(yǎng)的全面提高。參加了省市技術(shù)創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽，工廠技術(shù)社會(huì)實(shí)踐等等。在活動(dòng)中提高學(xué)生對技術(shù)的理解，進(jìn)一步認(rèn)識技術(shù)學(xué)習(xí)的重要性，能夠正確地掌握技術(shù)，使用技術(shù)，進(jìn)而發(fā)展技術(shù)。此外通過學(xué)校已有的技術(shù)活動(dòng)實(shí)驗(yàn)室，積極組建技術(shù)活動(dòng)社團(tuán)，如機(jī)器人搭建與設(shè)計(jì)社團(tuán)，航空航天社團(tuán)，現(xiàn)代雕刻技術(shù)與設(shè)計(jì)社團(tuán)等。在社團(tuán)活動(dòng)競賽中學(xué)生的能力得到了充分的發(fā)揮，能通過共同合作、交流，有效形成設(shè)計(jì)的頭腦風(fēng)暴，促進(jìn)學(xué)生合作、交流、創(chuàng)新等能力的提升，促進(jìn)學(xué)生的特色發(fā)展，自主發(fā)展。

篇4

關(guān)鍵詞： 故障診斷； 故障檢測； 發(fā)展現(xiàn)狀； 航天器

中圖分類號： V467文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A文章編號： 1673-5048（2016）05-0071-06

Abstract： The development of fault diagnosis technology for spacecraft plays an important role in the successful completion of the flying mission. This paper briefly reviews the fault diagnosis technology for spacecrcoft， and it describes the challenges of fault diagnosis and development status of fault detection and isolation technology for spacecraft in China and abroad based on collecting and summarizing the types of spacecraft fault and the probability of fault occurrence. The progress of research and the main characteristics of the fault diagnosis methods are analyzed. The present situation of spacecraft fault diagnosis technology is summarized and the future development direction is prospected.

Key words： fault diagnosis； fault detection； development status； spacecraft

0引言

隨著航天領(lǐng)域的不斷擴(kuò)展以及航天技術(shù)的不斷進(jìn)步， 航天器系統(tǒng)的復(fù)雜度不斷提升。 這雖然有利于航天器完成難度更大的太空任務(wù)， 但是由于太空環(huán)境的復(fù)雜性以及航天器地面測試系統(tǒng)的局限性， 航天器的可靠性將會(huì)相應(yīng)降低。 航天器發(fā)生微小的故障都有可能引起系統(tǒng)性的故障問題，影響整個(gè)航天器的正常工作， 甚至導(dǎo)致太空飛行任務(wù)的失敗。 所以， 航天器的故障診斷技術(shù)對于其飛行任務(wù)的成敗起到至關(guān)重要的作用。 另一方面， 故障診斷技術(shù)的發(fā)展也可以讓航天器更加自主化、 智能化， 脫離繁瑣的人工監(jiān)控模式， 不僅擁有了更高的容錯(cuò)性， 也大大降低了航天器的開發(fā)成本和飛行任務(wù)的風(fēng)險(xiǎn)。

國外航天領(lǐng)域的科研人員對航天器的故障診斷技術(shù)進(jìn)行了多方面的研究， 國內(nèi)也同樣致力于這方面的發(fā)展， 但主要還停留在對航天器的故障分析和狀態(tài)監(jiān)測階段。1航天器故障分析

針對航天器系統(tǒng)發(fā)生的故障， 收集并整理了近50年來公開的國內(nèi)外航天器發(fā)射與在軌等各階段的故障及其發(fā)生的原因， 對總體的故障方式進(jìn)行了總結(jié)和研究。

按故障類型對航天器發(fā)生故障的比率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)， 如圖1所示[1-6]。 從圖中可以看出， 電源分系統(tǒng)、 控制分系統(tǒng)以及推進(jìn)分系統(tǒng)發(fā)生故障的概率最高， 并且這三個(gè)分系統(tǒng)一旦發(fā)生故障， 對航天器的正常運(yùn)行可能造成非常嚴(yán)重的傷害。

另外， 按航天器發(fā)生故障的嚴(yán)重性將航天器故障分為四個(gè)等級， 如表1所示[7]。

在國內(nèi)外航天器發(fā)生的故障中， 災(zāi)難性故障和輕微性故障所占比率較少， 分別為22%和20%。 而嚴(yán)重性和一般性的故障發(fā)生概率較大[8]， 分別為27%和31%。

所以， 航天器一般以發(fā)生在控制系統(tǒng)、 推進(jìn)系統(tǒng)或者電源系統(tǒng)上的嚴(yán)重性或一般性故障為主。 而只要能夠及時(shí)開展對航天器的故障診斷技術(shù)研究， 其中大多數(shù)故障可以提前進(jìn)行診斷并且避免災(zāi)難的發(fā)生， 特別是針對控制分系統(tǒng)、 電源分系統(tǒng)和推進(jìn)分系統(tǒng)方面的探索， 不僅可以保障航天員的安全， 也可以提高航天器在軌運(yùn)行的可靠性， 減輕地面工作人員的工作負(fù)荷以及航天器的發(fā)射和制造成本[9]。 所以航天器故障診斷技術(shù)的發(fā)展對于航天領(lǐng)域的進(jìn)一步開拓具有非常重要的意義。

航空兵器2016年第5期王嘉軼等： 航天器故障診斷技術(shù)的研究現(xiàn)狀與進(jìn)展2國內(nèi)外故障診斷技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀分析

航天器故障診斷技術(shù)是隨航天技術(shù)的不斷進(jìn)步而逐步發(fā)展起來的。 以歐美為主的國家在航天器的故障診斷技術(shù)上的發(fā)展較早， 領(lǐng)先于國內(nèi)。 但隨著國內(nèi)航天事業(yè)的巨大發(fā)展以及中國航天大國地位的崛起， 中國在航天器故障診斷技術(shù)上的進(jìn)步也是不容小覷的。

2.1國外航天器故障診斷技術(shù)的發(fā)展

美國在航天領(lǐng)域的發(fā)展早期就已經(jīng)非常重視故障診斷技術(shù)的研究， 是最先將故障診斷技術(shù)運(yùn)用于航天器飛行任務(wù)中的國家。 自20世紀(jì)70年代起， 美國在很多航天工程中都采用了以狀態(tài)監(jiān)測為主的故障診斷方法。 當(dāng)時(shí)的“雙子星座”飛船就是以故障監(jiān)測系統(tǒng)為基礎(chǔ)的載人飛船， 將地面數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)以及宇航員艙內(nèi)手動(dòng)操作相結(jié)合來完成包括姿態(tài)控制系統(tǒng)、 燃料推進(jìn)系統(tǒng)以及三軸轉(zhuǎn)動(dòng)速率的數(shù)據(jù)狀態(tài)檢測。 通過對這些狀態(tài)參數(shù)的監(jiān)測可以對飛船發(fā)生的故障采取相應(yīng)的措施， 保證飛行任務(wù)的順利完成。 而后的“阿波羅”飛船在“雙子星座”飛船故障診斷系統(tǒng)的基礎(chǔ)上， 建立了一套自身的安全保障系統(tǒng)。 該系統(tǒng)包括了對故障狀態(tài)的監(jiān)測和處理， 并由航天領(lǐng)域?qū)＜疫M(jìn)行參與分析。 這也使得“阿波羅”系列飛船能圓滿完成各項(xiàng)任務(wù)。 近年來， NASA在航天器故障診斷方面進(jìn)行了全方位的探索并且已經(jīng)形成了完整的故障診斷體系， 后來將其歸類為集成健康管理系統(tǒng)的范圍中[10]， 各分工如表2所示[11]。

俄羅斯和西歐等多個(gè)國家也在故障診斷技術(shù)方面進(jìn)展卓越。 俄羅斯借助前蘇聯(lián)開展的航天器故障診斷仿真工作中得到的經(jīng)驗(yàn)技術(shù)對航天器的故障診斷與狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測和分析， 并通過地面模擬的方法來保證航天器飛行任務(wù)的順利完成。 而西歐， 以德國和法國為主的國家也進(jìn)行了研究并開發(fā)了很多實(shí)用的故障診斷系統(tǒng)。 法國的Delange等人研究開發(fā)了用于火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的故障監(jiān)測系統(tǒng)， 能夠高效準(zhǔn)確地判斷出故障發(fā)生的時(shí)間并及時(shí)采取措施； Dellner等人針對“尤里卡”平臺開發(fā)的基于知識的故障診斷系統(tǒng)， 可以對該平臺的冷閉合系統(tǒng)進(jìn)行全方位的故障監(jiān)測與保護(hù)措施[12]。

2.2國內(nèi)航天器故障診斷技術(shù)的發(fā)展

相對于歐美等航天大國來說， 國內(nèi)在航天器故障診斷方面的發(fā)展起步較晚， 技術(shù)不成熟， 但也逐漸意識到故障診斷對于航天器的重要性， 并開展了一系列理論與實(shí)踐研究。 自20世紀(jì)80年代以來， 在國內(nèi)各航天院所的帶領(lǐng)下進(jìn)行包括航天器設(shè)備的故障診斷系統(tǒng)研究， 研制出了針對不同故障類型的故障診斷系統(tǒng)， 但實(shí)驗(yàn)效果并不理想。 2014年成立了國內(nèi)首個(gè)航天器在軌故障診斷與維修實(shí)驗(yàn)室， 進(jìn)行在軌故障早期辨識與定位、 在軌故障仿真與維修、 在軌可靠性增長與延壽等技術(shù)研究， 標(biāo)志著中國的航天器故障診斷技術(shù)正邁向一個(gè)嶄新的階段， 將更加有效地提升國內(nèi)航天器自主故障診斷的能力。

3航天器故障診斷的方法

通過對國內(nèi)外航天器故障診斷技術(shù)的發(fā)展分析， 歸納出了三種近年來主要運(yùn)用的方法， 分別是基于信號處理的方法、 基于數(shù)學(xué)模型的方法和基于知識的方法。

3.1基于信號處理的方法

基于信號處理的方法是最早使用的故障診斷技術(shù)， 是其他方法進(jìn)行故障診斷的基礎(chǔ)。 該方法不需要以系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)， 只需對時(shí)域、 幅值、 頻域等可測信號特性進(jìn)行分析， 就能識別和檢測系統(tǒng)故障。

基于信號處理的方法較多， 一般有小波變換法、 信息融合法等。 以下主要對信息融合法和小波變換法進(jìn)行分析。

3.1.1信息融合診斷法

故障診斷是通過一些檢測量來判斷系統(tǒng)是否發(fā)生故障， 所以對單個(gè)檢測量的故障診斷方法選擇至關(guān)重要。 為了避免某一種診斷方法的誤報(bào)或漏報(bào)， 可以采取多種方法對單個(gè)檢測量進(jìn)行診斷， 即對系統(tǒng)各部分的一個(gè)局部故障進(jìn)行診斷， 然后將各種診斷方法獲得的結(jié)果融合成最終故障診斷方案， 即全局故障診斷。

基于信息融合的診斷技術(shù)可以通過局部故障和全局故障診斷相融合的方法來實(shí)現(xiàn)對航天器整體系統(tǒng)的故障檢測與隔離。 信息融合法可對故障進(jìn)行多方面的分析， 比以往單一的信息處理方法更具有可信度和準(zhǔn)確性， 提高了航天器系統(tǒng)的信息利用率， 為系統(tǒng)的故障診斷提供更有效的幫助。

3.1.2小波變換診斷法

小波變換法首先對系統(tǒng)的輸入信號進(jìn)行小波變換， 然后求出輸入輸出信號的奇異點(diǎn)。 通過對其奇異點(diǎn)的分析， 判斷出對應(yīng)故障的發(fā)生情況[13]。

這種方法的主要優(yōu)點(diǎn)是不需要系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型， 只需通過簡單的小波變換特性來分析檢測故障。 由于小波變換法的高靈敏度和強(qiáng)抗干擾能力， 近年來很多學(xué)者都針對其進(jìn)行了航天器故障診斷的理論與仿真研究工作。 文獻(xiàn)[14]將小波分析方法應(yīng)用于航天器姿態(tài)控制系統(tǒng)中采用的紅外地球敏感器、 陀螺和姿控發(fā)動(dòng)機(jī)的典型故障模式中， 并達(dá)到了預(yù)期的效果； 文獻(xiàn)[15]提出了利用小波變換的時(shí)-頻局部化特性作為新的信號處理方法， 提出了基于小波分析的航天器結(jié)構(gòu)故障診斷方法。 但由于小波變換的方法大多只用于理論驗(yàn)證和仿真實(shí)驗(yàn)中， 所以還需在實(shí)踐中驗(yàn)證。

早期的基于信號處理方法的航天器故障診斷技術(shù)由于實(shí)時(shí)性和自主性差， 遠(yuǎn)達(dá)不到預(yù)期效果。 但通過小波變換、 信息融合等多種新技術(shù)的加入， 使得基于信號處理的方法更加得到青睞， 在航天器的故障診斷方面起到非常重要的作用， 也將會(huì)逐漸從工程仿真實(shí)驗(yàn)向航天器故障診斷實(shí)踐上發(fā)展。

3.2基于數(shù)學(xué)模型的方法

基于數(shù)學(xué)模型的故障診斷是現(xiàn)代故障診斷技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)， 也是發(fā)展最成熟、 應(yīng)用最廣泛的一種方法。 其核心是以分析系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)， 通過參數(shù)估計(jì)、 狀態(tài)估計(jì)等多種方法來產(chǎn)生殘差， 然后通過閾值或其他限定準(zhǔn)則對該殘差進(jìn)行分析和下一步的故障處理[16]。 該方法進(jìn)展迅速且易于理解和研究， 所以應(yīng)用較為廣泛， 主要分為參數(shù)估計(jì)法和狀態(tài)估計(jì)法兩類。

3.2.1參數(shù)估計(jì)診斷法

參數(shù)估計(jì)法是指當(dāng)航天器系統(tǒng)故障的參數(shù)可由參數(shù)變化的數(shù)據(jù)來表示時(shí)， 就可以利用參數(shù)的估計(jì)值與實(shí)際值之間的偏差來判斷出系統(tǒng)的具體故障方式和故障情況[17]。 基于參數(shù)估計(jì)的故障診斷方法見圖2， 其中u和y分別為輸入和輸出參數(shù)值， N為模型參考狀態(tài)。

在眾多的參數(shù)估計(jì)方法中， 強(qiáng)跟蹤器濾波法和最小二乘法因其強(qiáng)魯棒性而被廣泛應(yīng)用。

3.2.2狀態(tài)估計(jì)診斷法

狀態(tài)估計(jì)診斷法是通過對被控系統(tǒng)的重新建模， 利用模型的估計(jì)狀態(tài)與原系統(tǒng)中可反映自身的狀態(tài)量相對比， 構(gòu)成殘差量。 從殘差量中得出反映系統(tǒng)各個(gè)狀態(tài)的運(yùn)行情況和故障信息， 從中診斷出故障， 并作進(jìn)一步的故障隔離和故障容錯(cuò)。 該方法需要具備系統(tǒng)的過程數(shù)學(xué)模型以及局部可觀測部分。 該方法是在能夠獲得系統(tǒng)精確模型的基礎(chǔ)上最為有效的一種方法。

一般觀測器和濾波器方法都是運(yùn)用狀態(tài)估計(jì)的診斷原理來進(jìn)行的。 若系統(tǒng)是確定且可觀測的， 則一般采用觀測器的方法， 如自適應(yīng)非線性觀測器； 若系統(tǒng)需要加入噪聲等干擾因素， 則一般會(huì)使用濾波器的方法， 如Kalman濾波器等。

從以上方法可以看出， 雖然基于數(shù)學(xué)模型的方法能夠較為精確、 高效地完成航天器系統(tǒng)的故障診斷， 但是對于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的航天器以及無法預(yù)測的太空環(huán)境而言， 精確數(shù)學(xué)模型的建立是非常困難的， 即使建立出數(shù)學(xué)模型也很難保證不受不確定因素的干擾。 所以， 基于數(shù)學(xué)模型的航天器故障診斷方法需要與其他方法相結(jié)合， 才能更有效地推進(jìn)航天器故障診斷技術(shù)的發(fā)展。

3.3基于知識的方法

基于知識的故障診斷方法是通過直接或間接的方法來獲取故障診斷的發(fā)生征兆或判定原則， 較為直觀地了解系統(tǒng)的故障發(fā)生情況， 及時(shí)做出準(zhǔn)確的判斷來完成系統(tǒng)的故障診斷。 但由于知識的覆蓋有限， 航天器系統(tǒng)的不確定因素較多， 加之經(jīng)驗(yàn)技術(shù)的缺乏， 使得該方法具有一定的局限性。 一般基于知識的方法有專家系統(tǒng)法、 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、 組合智能診斷法等。

3.3.1專家系統(tǒng)診斷法

早期的專家系統(tǒng)是通過在航天器系統(tǒng)工程方面擁有豐富經(jīng)驗(yàn)的專家總結(jié)出的規(guī)則來描述系統(tǒng)故障和故障征兆。 這種方式可以充分利用專家的經(jīng)驗(yàn)知識來進(jìn)行系統(tǒng)的故障診斷， 從而快速準(zhǔn)確診斷出故障。 但面對未知問題時(shí)， 容易出現(xiàn)錯(cuò)判或漏判的現(xiàn)象， 因此， 一旦出現(xiàn)與專家系統(tǒng)不匹配的故障問題時(shí)， 就會(huì)出現(xiàn)診斷失敗的情況[18]。

通常是將專家系統(tǒng)與其他智能方法相結(jié)合來完善整個(gè)故障診斷技術(shù)。 文獻(xiàn)[19]設(shè)計(jì)開發(fā)了分布式故障診斷專家系統(tǒng)， 通過各個(gè)子故障診斷專家系統(tǒng)間的任務(wù)分配、 協(xié)作以及診斷決策并結(jié)合智能控制方法來滿足航天器復(fù)雜大系統(tǒng)的故障診斷需要； 文獻(xiàn)[20]提出了一種分布式實(shí)時(shí)故障檢測診斷專家系統(tǒng)， 將基于知識診斷技術(shù)與自動(dòng)檢測技術(shù)有效結(jié)合起來， 為航天器故障診斷技術(shù)的發(fā)展提供了新的思路。

3.3.2神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷法

由于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有自組織、 自適應(yīng)的能力， 并且對于復(fù)雜的非線性系統(tǒng)不需要完整的數(shù)學(xué)模型， 因此在航天器故障診斷技術(shù)中得到了應(yīng)用。 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可將系統(tǒng)知識方法通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練和學(xué)習(xí)， 具有更好的實(shí)時(shí)更新與推理能力。 常用于航天器故障診斷的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型如圖3所示。

該方法也存在不足之處， 其未能充分利用專家系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)知識且只能通過已有的樣本進(jìn)行訓(xùn)練學(xué)習(xí)， 一定程度上影響了診斷技術(shù)的可靠性。 另一方面， 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練知識基于輸入輸出值的檢測， 對與過程有關(guān)的狀態(tài)量和發(fā)生的故障不能夠做出足夠準(zhǔn)確的解釋。 這些都對基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的故障診斷技術(shù)的發(fā)展提出挑戰(zhàn)。

3.3.3組合智能診斷法

人工智能在各個(gè)方面都已經(jīng)有了廣泛的應(yīng)用， 并且已經(jīng)展示出其足夠的優(yōu)勢所在。 但是， 包括神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、 模糊數(shù)學(xué)、 粒子群算法等智能方法都有其局限性， 如何克服困難充分發(fā)揮其優(yōu)勢才是航天器故障診斷技術(shù)需要探索的。

文獻(xiàn)[21]提出了一種基于專家系統(tǒng)、 案例推理以及故障樹的混合智能診斷技術(shù)來解決航天器的測控管理問題， 并且文獻(xiàn)中所提及的故障樹雙向混合推理機(jī)制被用于實(shí)現(xiàn)航天器故障定位和預(yù)測功能； 文獻(xiàn)[22]在TS模糊模型的基礎(chǔ)上， 結(jié)合H∞最優(yōu)故障觀測器來構(gòu)建殘差信號， 研究姿態(tài)控制系統(tǒng)陀螺的故障診斷問題； 文獻(xiàn)[23]提出了將幾何學(xué)與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合， 并通過自適應(yīng)估計(jì)濾波器來對殘差進(jìn)行判斷， 從而完成對衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)中反作用飛輪的故障檢測、 隔離和估計(jì)； 文獻(xiàn)[24]采用了一種基于分層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的衛(wèi)星系統(tǒng)故障診斷模型， 通過自組織特征映射網(wǎng)絡(luò)和廣義回歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合來實(shí)現(xiàn)整星各分系統(tǒng)故障的精確定位和判斷故障發(fā)生的原因。

混合智能方法能夠讓各自算法的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)體現(xiàn)出來， 彌補(bǔ)了單個(gè)智能方法的不足之處。 通過智能方法的組合應(yīng)用以及與其他診斷方法的融合， 可以使航天器故障診斷系統(tǒng)通過經(jīng)驗(yàn)性思維、 邏輯性思維和創(chuàng)造性思維的互相轉(zhuǎn)化與配合， 來完成復(fù)雜的診斷技術(shù)的發(fā)展， 是巧妙組合的有機(jī)整體[25-27]， 如圖4所示。

4航天器故障診斷技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)

從上述的航天器故障類型和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以看出， 航天器發(fā)生故障的方式都有其自身的特點(diǎn)和規(guī)律。 只要能有效地開展故障診斷技術(shù)， 就可以對其故障進(jìn)行及時(shí)的修復(fù)， 并且可以防范一些可能發(fā)生的故障問題， 對航天器飛行任務(wù)的可靠性和故障診斷技術(shù)開展的有效性都有一定幫助， 對航天器系統(tǒng)的容錯(cuò)技術(shù)起到一定的促進(jìn)作用。

目前航天器故障診斷技術(shù)面臨的主要挑戰(zhàn)有[28]：

（1） 空間環(huán)境復(fù)雜， 擁有很多不確定因素。 航天器在發(fā)射升空及空間軌道運(yùn)行階段， 都會(huì)受到來自空間中大氣攝動(dòng)、 引力攝動(dòng)、 三體攝動(dòng)等很多攝動(dòng)力的影響， 除此之外， 太陽高能粒子輻射、 氧原子腐蝕、 單粒子翻轉(zhuǎn)效應(yīng)等很多太空環(huán)境原因產(chǎn)生的不利因素， 也都會(huì)對航天器的自主運(yùn)行和器件的完好性造成一定的影響。 因此， 如何克服惡劣的太空環(huán)境來完成航天器的故障診斷， 并避免因環(huán)境因素導(dǎo)致的故障誤報(bào)和漏報(bào)現(xiàn)象是現(xiàn)代航天領(lǐng)域的一個(gè)重要方向。

（2） 地面人工干預(yù)能力有限。 大多數(shù)航天器都不僅僅是在本國上方進(jìn)行太空飛行任務(wù)， 所以在航天器的星下點(diǎn)軌跡處都覆蓋有地面測控站是不現(xiàn)實(shí)的， 導(dǎo)致航天器的可監(jiān)測性能下降。 當(dāng)衛(wèi)星失去控制或者是不在監(jiān)測范圍內(nèi)時(shí)出現(xiàn)故障， 不能及時(shí)進(jìn)行人工干預(yù)會(huì)對航天器的軌道運(yùn)行造成惡劣的影響甚至是整個(gè)飛行任務(wù)的失敗。 運(yùn)用自主故障診斷技術(shù)就可以在減少故障發(fā)生頻率的同時(shí)減少地面站的參與度， 有效地節(jié)約地面監(jiān)測成本， 是提高航天器可靠性的主要方法。

（3） 星上可利用資源有限。 要使得航天器的故障診斷技術(shù)有很強(qiáng)的自主控制能力， 就需要航天器具有更加復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。 但是航天器的星上資源有限， 包括星上計(jì)算機(jī)的資源儲(chǔ)備以及有效載荷都具有一定的限制。 過于復(fù)雜的系統(tǒng)雖然可以使得航天器的自主故障診斷技術(shù)有所提升， 但是會(huì)降低航天器運(yùn)行過程的可靠性， 影響航天飛行任務(wù)的順利完成。 所以如何利用航天器星上的有限資源開展有效的故障診斷也是航天器故障診斷的重要階段。

（4） 故障診斷技術(shù)與航天器結(jié)合能力不成熟。 在現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展中故障診斷已經(jīng)十分成熟， 可以為工業(yè)操作系統(tǒng)提供非常精準(zhǔn)的故障檢測與容錯(cuò)技術(shù)。 航天器的自主故障診斷能力在這些方面還有待提高， 所以如何將成熟的地面故障診斷技術(shù)運(yùn)用到軌道運(yùn)行過程中來提高航天器的智能化， 是故障診斷技術(shù)極具挑戰(zhàn)性的一個(gè)環(huán)節(jié)。

5總結(jié)與展望

航天器故障診斷技術(shù)的發(fā)展對于提高系統(tǒng)的可靠性和準(zhǔn)確性， 保障飛行任務(wù)的順利進(jìn)行具有重要作用。 但航天器故障檢測系統(tǒng)較為復(fù)雜， 不能只采用單一的技術(shù)來解決故障診斷的問題。 因此通過多種方法結(jié)合的優(yōu)勢彌補(bǔ)單個(gè)技術(shù)方法的劣勢， 例如將智能算法與數(shù)學(xué)模型相結(jié)合就是非常重要的發(fā)展方向。

另外， 國內(nèi)對于航天器故障診斷技術(shù)的研究尚處于初步階段， 與歐美等其他航天大國相比， 國內(nèi)還僅停留在理論研究的初步階段， 對于航天器這種在特殊環(huán)境中運(yùn)行的系統(tǒng)， 不僅需要扎實(shí)的理論研究， 更需將理論與工程實(shí)踐相結(jié)合， 研究開發(fā)出高可靠性、 長壽命并且高精度的航天器， 同時(shí)降低維修費(fèi)用和生產(chǎn)成本， 便于航天工程實(shí)踐的需要。

參考文獻(xiàn)：

[1] Zhang Yanduo， Jiang Xingwei， Huang Wenhu. Fusion of Data Association and Expert Knowledge for Fault Diagnosis[J]. Journal of Harbin Institute of Technology， 2002， 34（1）： 1-3.

[2] Sakthivel R， Selvi S， Mathiyalagan K. FaultTolerant SampledData Control of Flexible Spacecraft with Probabilistic Time Delays[J]. Nonlinear Dynamics， 2014， 79（3）： 1835-1846.

[3] 林來興. 最近十年航天器制導(dǎo)、 導(dǎo)航與控制（GNC）系統(tǒng)故障分析研究[J].控制工程， 2004（1）： 1-8.

[4] Shen Yi， Zhang Xiaolei， Wang Zhenhua. Spacecraft Fault Diagnosis Based on Empirical Mode Decomposition and Directed Factor Graph[J]. Journal of Harbin Institute of Technology， 2013， 45（1）： 19-24.

[5] Kato H， Ota J. RealTime Spacecraft Actuator Fault Diagnosis with StateSegmented Particle Filtering[J]. Advanced Robotics， 2014， 28（19）： 1265-1276.

[6] 聞新， 張興旺， 秦鈺琦， 等. 國外航天器在軌故障模式統(tǒng)計(jì)與分析[J]. 質(zhì)量與可靠性， 2014（6）： 13-18.

[7] 周前祥， 郭華嶺. 載人航天器故障特點(diǎn)及其診斷技術(shù)的研究展望[J]. 中國航天， 1999（9）： 30-32.

[8] 譚春林， 胡太彬， 王大鵬， 等.國外航天器在軌故障統(tǒng)計(jì)與分析[J]. 航天器工程， 2011， 20（4）： 130-136.

[9] 龍兵， 宋立輝， 荊武興， 等. 航天器故障診斷技術(shù)回顧與展望[J]. 導(dǎo)彈與航天運(yùn)載技術(shù)， 2003（3）： 31-37.

[10] 張森， 于登云， 王九龍. 國外航天器故障診斷研究進(jìn)展[C]∥第二十屆全國測試與故障診斷技術(shù)研討會(huì)， 2011.

[11] Zolghadri A. An Algorithm for RealTime FailureDetection in Kalman Filters [J]. IEEE Transactions on Automatic Control， 1996， 41（10）： 1537-1539.

[12] 王婉秋， 楊松. 航天器動(dòng)力學(xué)環(huán)境試驗(yàn)故障診斷專家系統(tǒng)[J]. 航天器環(huán)境工程， 2008， 25（1）： 36-40.

[13] 張洪鉞， 聞新， 周露. 國內(nèi)控制系統(tǒng)故障診斷技術(shù)的現(xiàn)狀與展望[J]. 火力與指揮控制， 1997， 22（3）： 1-6.

[14] 郝慧， 王南華. 基于小波分析的航天器姿態(tài)控制系統(tǒng)故障診斷方法研究[J]. 航天控制， 2005， 23（5）： 73-78.

[15] 王婉秋， 楊松. 基于小波分析的航天器結(jié)構(gòu)故障診斷方法研究[C]∥中國宇航學(xué)會(huì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與環(huán)境工程專委會(huì)航天空間環(huán)境工程信息網(wǎng)學(xué)術(shù)研討會(huì)， 2006.

[16] 蘇林， 尚朝軒， 劉文靜. 航天器姿態(tài)控制系統(tǒng)故障診斷方法概述[J]. 長春理工大學(xué)學(xué)報(bào)： 自然科學(xué)版， 2010， 33（4）： 23-27.

[17] 聞新. 控制系統(tǒng)的故障診斷和容錯(cuò)控制[M]. 北京： 機(jī)械工業(yè)出版社， 1998.

[18] Chen Wei， Hu Guangrui， Wang Yaping. Knowledge Acquisition in an Expert System for Fault Diagnosis of Certain Spacecraft[J]. Journal of Shanghai Jiaotong University， 2000.

[19] 李清東， 張慶振， 任章，等. 航天器分布式智能故障診斷專家系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈控制技術(shù)， 2006（4）： 107-110.

[20] 丁彩紅， 黃文虎， 姜興謂. 一種實(shí)時(shí)監(jiān)測與故障診斷專家系統(tǒng)方案[J]. 自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用， 1999， 18（3）： 19-21.

[21] 解侖， 劉帆， 鞏瀟，等. 基于混合智能的航天器故障診斷系統(tǒng)[J]. 信息與控制， 2010， 39（1）： 106-113.

[22] 王宇雷， 李傳江， 馬廣富. TS模型和H∞觀測器在衛(wèi)星故障診斷中的應(yīng)用[J]. 哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)， 2010， 42（9）： 1345-1350.

[23] Baldi P， Blanke M， Castaldi P， et al. Combined Geometric and Neural Network Approach to Generic Fault Diagnosis in Satellite Reaction Wheels[J]. Ifac Papersonline， 2015， 48（21）： 194-199.

[24] 安若銘， 高陽. 基于分層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的航天器故障診斷技術(shù)[J]. 航天器環(huán)境工程， 2013， 30（2）： 203-208.

[25] Yan Fei， Li Mingjian. A New Approach to Fault Diagnosis for Satellite Control Systems Based on Machine Learning[J]. Advanced Materials Research， 2012， 457-458： 1070-1076.

[26] Song Fei， Qin Shiyin. A Novel Fault Diagnosis Method for Satellite Systems Based on Multivalue Logic Inference with SemiTensor Product of Matrices[C]∥IEEE Conference on Prognostics and System Health Management， 2012： 1-5.

篇5

關(guān)鍵詞：測繪衛(wèi)星；原始碼流；信息管理

中圖分類號：P237

隨著遙感和航天技術(shù)的不斷發(fā)展，高分辨率遙感測繪衛(wèi)星的數(shù)量不斷增加，應(yīng)用領(lǐng)域日益廣泛，衛(wèi)星拍攝的影像數(shù)據(jù)也呈幾何基數(shù)增長，達(dá)到了GB、TB甚至是PB的級別，因此，對海量影像數(shù)據(jù)的高效組織、管理已顯得越來越重要[1]。衛(wèi)星地面接收站所接受的衛(wèi)星直接下傳的數(shù)據(jù)是其中最重要、最核心的數(shù)據(jù)，本文稱之為原始碼流數(shù)據(jù)，更高等級的影像產(chǎn)品均是由原始碼流數(shù)據(jù)生產(chǎn)形成，因此，對這些數(shù)據(jù)的管理是一項(xiàng)重要且有挑戰(zhàn)的工作。

1 設(shè)計(jì)目的

為對日益增長的原始碼流數(shù)據(jù)進(jìn)行有效管理，本文設(shè)計(jì)了一種信息管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)能對原始碼流數(shù)據(jù)各類參數(shù)信息進(jìn)行組織管理，并能對部分統(tǒng)計(jì)工作自動(dòng)化處理，提高了生產(chǎn)效率，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)對影像產(chǎn)品的初步質(zhì)量檢測及歷史信息查詢等功能。

1.1 影像產(chǎn)品生產(chǎn)的一般流程

測繪衛(wèi)星影像產(chǎn)品的生產(chǎn)流程一般包括如下流程：地面站接收采集原始碼流數(shù)據(jù)―磁盤陣列臨時(shí)存儲(chǔ)―生產(chǎn)更高等級影像產(chǎn)品―原始碼流數(shù)據(jù)備份（轉(zhuǎn)存盤陣、磁帶刻錄等方式），如圖1所示：

圖1 影像產(chǎn)品生產(chǎn)的一般流程

1.2 實(shí)現(xiàn)思路

本系統(tǒng)在win7系統(tǒng)下采用C#編程實(shí)現(xiàn)，編程環(huán)境采用Microsoft Visual Studio 2010，系統(tǒng)主要由用戶界面與各功能模塊組成，主界面菜單中可以修改參數(shù)設(shè)置，主要包括原始碼流數(shù)據(jù)存放的目錄、網(wǎng)絡(luò)盤陣、服務(wù)器等的IP地址、端口號等，達(dá)到對數(shù)據(jù)文件讀取分析的目的，用戶界面如圖2所示。

圖2 用戶界面

2 系統(tǒng)功能

基于衛(wèi)星原始碼流數(shù)據(jù)的重要性，在地面站接收到衛(wèi)星下傳的數(shù)據(jù)后一般要進(jìn)行各類參數(shù)統(tǒng)計(jì)，以便于后期數(shù)據(jù)再查詢生產(chǎn)；同時(shí)，在對原始碼流數(shù)據(jù)進(jìn)行生產(chǎn)后，需進(jìn)行影像產(chǎn)品的初步質(zhì)量檢測，若符合質(zhì)量要求，則進(jìn)一步生產(chǎn)更高級別的影像產(chǎn)品；為方便日后數(shù)據(jù)重生產(chǎn)，需要提供歷史信息查詢功能，該系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)上述功能模塊。

2.1 參數(shù)自動(dòng)化統(tǒng)計(jì)

當(dāng)?shù)孛娼邮照静杉叫l(wèi)星下傳的原始碼流數(shù)據(jù)后，為便于管理，需記錄一圈次數(shù)據(jù)的各類參數(shù)，如攝影時(shí)間、數(shù)據(jù)量大小、數(shù)據(jù)來源等；同時(shí)，在原始碼流數(shù)據(jù)解壓、解密、成像過程中，需統(tǒng)計(jì)誤碼率、記錄遙測數(shù)據(jù)等，為此，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)自動(dòng)化統(tǒng)計(jì)功能，以降低人工工作量，最后記錄進(jìn)后臺數(shù)據(jù)庫以后備查。

2.2 質(zhì)量監(jiān)測

質(zhì)量評價(jià)是影像成產(chǎn)過程中不可或缺的環(huán)節(jié)，通過對產(chǎn)品數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、測試和評估，可以進(jìn)一步調(diào)節(jié)算法參數(shù)，使整個(gè)成像處理過程得到優(yōu)化。目視判讀不能完全客觀地理解圖像的質(zhì)量信息，客觀方法則以一系列的指標(biāo)進(jìn)行定量評價(jià)，目前常用客觀評價(jià)法有信息熵法、方差法、信噪比、信息容量、清晰度、平均剃度、偏差指數(shù)、相關(guān)系數(shù)等等一系列的指標(biāo)[2]，本文主要研究對原始碼流數(shù)據(jù)和初級影像產(chǎn)品的初步質(zhì)量檢測。

原始碼流一般采用采用空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)咨詢委員會(huì)（CCSDS）編碼算法，具有固定的格式，如圖3所示，因此對原始碼流數(shù)據(jù)的質(zhì)量檢測主要是判斷幀同步頭是否正確以及后面數(shù)據(jù)是否連續(xù)，通過對同步信息搜索，定位同步字和輔助信息的位置，檢查這些信息段，以確定數(shù)據(jù)質(zhì)量是否正常[3]。

圖3 CCSDS編碼格式

測繪衛(wèi)星影像產(chǎn)品一般根據(jù)包含參數(shù)信息分為不同級別產(chǎn)品，并且是逐級生產(chǎn)的，以天繪衛(wèi)星產(chǎn)品為例，分級如表1所示：

表1 天繪衛(wèi)星影像產(chǎn)品介紹

對初級影像產(chǎn)品的質(zhì)量檢測本文主要采用數(shù)據(jù)量對比的方法進(jìn)行，以發(fā)現(xiàn)原始碼流質(zhì)量問題或生產(chǎn)流程的故障，由于影像數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)一般采用CCSDS編碼及固定的加密壓縮算法，在成像過程中，數(shù)據(jù)在解壓解密等處理后的數(shù)據(jù)量是以按照一定的算法比例釋放的，因此，通過計(jì)算成像后的數(shù)據(jù)與原始碼流的數(shù)據(jù)量對比可初步檢測成像是否正常。

2.3 信息查詢

在影像產(chǎn)品生產(chǎn)過程中，經(jīng)常需要對某圈次數(shù)據(jù)再生產(chǎn)或查詢某圈次數(shù)據(jù)的各類參數(shù)，為此，該信息管理系統(tǒng)提供查詢功能，可使用常用約束條件進(jìn)行查詢，如攝影計(jì)劃號、采集時(shí)間、攝影時(shí)間段、衛(wèi)星代號等，如圖4所示。

圖4 查詢功能界面

3 結(jié)束語

本文提出了一種測繪衛(wèi)星原始碼流數(shù)據(jù)信息管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，可以對原始碼流數(shù)據(jù)信息進(jìn)行有效組織管理，并提供參數(shù)自動(dòng)統(tǒng)計(jì)、影像產(chǎn)品初步質(zhì)量監(jiān)測、歷史信息查詢等功能，工作實(shí)踐證明，該方法可以有效提高工作效率。

參考文獻(xiàn)：

[1]王華斌，唐新明，李黔湘.海量遙感影像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理技術(shù)研究與實(shí)現(xiàn)[J].測繪科學(xué)，2008（11）.

[2]蒲德祥，胡艷，董竹.衛(wèi)星遙感數(shù)字產(chǎn)品質(zhì)量評價(jià)方法研究[J].測繪與空間地理信息，2013（03）.

[3]楊仁忠，石璐，韋宏衛(wèi)，林波濤.遙感衛(wèi)星原始數(shù)據(jù)質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)研究.第二十三屆全國空間探測學(xué)術(shù)交流會(huì)，2010.

篇6

1　地理科學(xué)在科學(xué)體系中的地位

錢學(xué)森在20世紀(jì)80-90年代逐步完成了總結(jié)全人類研究的科學(xué)體系。概括起來分11個(gè)門類、5大巨系統(tǒng)、4項(xiàng)建設(shè)（圖1、圖2、圖3、表1），下面分別表述原著與解解的內(nèi)容。

附圖

圖1　錢學(xué)森論人類的知識體系

Fig.1 The statement of human knowledge system by Qian Xuesen

錢學(xué)森將當(dāng)今人類對科學(xué)知識的體系，分為數(shù)學(xué)科學(xué)、自然科學(xué)、地理科學(xué)、社會(huì)科學(xué)、建筑科學(xué)、軍事科學(xué)、人體科學(xué)、思維科學(xué)、行為科學(xué)、系統(tǒng)科學(xué)與美學(xué)11個(gè)體系。對上述人類知識體系解讀，可以將自然科學(xué)、社會(huì)科學(xué)和地理科學(xué)作為客體世界的主要研究對象；而人體科學(xué)、思維科學(xué)和行為科學(xué)作為人類主體的主要研究對象；建筑科學(xué)界于客體與主體科學(xué)之間；軍事科學(xué)實(shí)際上是指謀略科學(xué)（包括經(jīng)濟(jì)、政治、軍事等），是在掌握所有科學(xué)基礎(chǔ)上的智慧較量；美學(xué)是縱貫于各個(gè)學(xué)科的；數(shù)學(xué)科學(xué)與系統(tǒng)科學(xué)是橫貫于各個(gè)學(xué)科的。因此有以下的科學(xué)分類網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)（圖2）。

附圖

圖2　科學(xué)分類的網(wǎng)絡(luò)體系

Fig.2 The network system of science classification

在五個(gè)開放的、復(fù)雜巨系統(tǒng)中（圖3），地理系統(tǒng)與星系系統(tǒng)、社會(huì)系統(tǒng)、人體系統(tǒng)、人腦系統(tǒng)并列，其中的物理、地理、事理、人理、腦理中的“理”都是指研究的“規(guī)律”。

錢學(xué)森提出的社會(huì)主義總體設(shè)計(jì)部（表1）中，除了政治文明建設(shè)、物質(zhì)文明建設(shè)、精神文明建設(shè)外，特別提出地理建設(shè)，筆者將其修改為地理系統(tǒng)工程，并增加了人口、科教、城鎮(zhèn)、資源、災(zāi)害、產(chǎn)業(yè)。

表1　社會(huì)主義建設(shè)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（略有修改）

Tablel The system structure of socialism construction

附圖

2　地理信息科學(xué)

20世紀(jì)70年代以來，隨著航天技術(shù)的迅猛發(fā)展，來自外層空間的遙感、遙測、定位、通訊信息海量地增加；隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，處理與解決這些海量數(shù)據(jù)的能力大幅度地提高。地理信息系統(tǒng)、地理專家系統(tǒng)、管理信息系統(tǒng)、輔助決策系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，使得地理信息科學(xué)首先獲得發(fā)展的機(jī)會(huì)。正是地理信息科學(xué)這門用高新技術(shù)武裝起來的技術(shù)科學(xué)的發(fā)展，帶動(dòng)了整個(gè)地理科學(xué)的建立與發(fā)展。

附圖

圖3　五個(gè)開放的復(fù)雜巨系統(tǒng)

Fig.3 Five open complex giant system

地理信息科學(xué)的主要內(nèi)容就是天地信息一體化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，包括航天信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)（外層空間衛(wèi)星之間的信息網(wǎng)絡(luò)）、地面的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、天地之間的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)三部分，是有線網(wǎng)絡(luò)與無線網(wǎng)絡(luò)連通的一體化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。1998年筆者發(fā)表了“航天信息與地理信息一體化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及其應(yīng)用”的論文[5]，2002年又發(fā)表了“論地理信息科學(xué)的發(fā)展”[6]一文。兩篇論文基本上代表了地理信息科學(xué)的創(chuàng)始與發(fā)展，當(dāng)前各行各業(yè)都在進(jìn)行數(shù)字化或信息化的建設(shè)，實(shí)際上都是天地信息一體化網(wǎng)絡(luò)中的部分子網(wǎng)絡(luò)或子系統(tǒng)。地理信息科學(xué)中最重要的原創(chuàng)性的成果是遙感信息模型與地理信息編碼模型。

隨著遙感信息的大量獲取，數(shù)學(xué)家以模式識別為工具對遙感信息進(jìn)行圖像處理與分類，使用的數(shù)學(xué)工具主要是數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法，把遙感信息看成是沒有成因關(guān)系的隨機(jī)變量；物理學(xué)家則把獲取遙感的物理過程視為遙感信息的成因，因此采用反演的方法，使用輻射傳輸方程為主的數(shù)學(xué)工具，事實(shí)上不承認(rèn)地理現(xiàn)象的不確定性；大多數(shù)地理學(xué)家將遙感信息當(dāng)成系列成圖的基礎(chǔ)信息，快速、準(zhǔn)確地制作系列地圖。地圖是符號系統(tǒng)，其信息量遠(yuǎn)不可與遙感信息量比較，地圖學(xué)家把遙感信息轉(zhuǎn)化成符號系統(tǒng)的系列圖譜。遙感信息模型則是將地理復(fù)雜現(xiàn)象中的非遙感信息轉(zhuǎn)變?yōu)闅w一化的影像信息，與遙感信息一起用方程、統(tǒng)計(jì)與相似準(zhǔn)則結(jié)合，也即演繹邏輯、歸納邏輯與類比邏輯結(jié)合；確定性與不確定性（包括隨機(jī)的不確定性、模糊的不確定性、灰色的不確定性、分形的不確定性）辯證統(tǒng)一；圖像與方程（一個(gè)像元或一個(gè)圖斑、一個(gè)方程）耦合；抽象思維與形象思維互動(dòng)而建立起來的一種地理復(fù)雜信息模型[7-9]。這種信息模型只有在遙感技術(shù)的推動(dòng)下才有可能產(chǎn)生。這種信息模型是遙感信息與地理信息連接的紐帶。

地理信息系統(tǒng)本來就是為了制作地圖而創(chuàng)建的，因此地圖學(xué)家將從遙感中提取的系列地圖存入地理信息系統(tǒng)，是順理成章的。但是這種地理信息系統(tǒng)無論空間分析功能多么強(qiáng)大，也不可能進(jìn)行模型計(jì)算，外掛、內(nèi)嵌種種方式都不可能解決直接進(jìn)行模型計(jì)算問題。系列地圖存入計(jì)算機(jī)的圖形庫時(shí)，信息又是冗余的，因此帶來一系列與計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展格格不入的疑難，最為典型的是數(shù)據(jù)挖掘，數(shù)據(jù)挖掘說明存在數(shù)據(jù)庫中的信息有冗余。遙感信息模型的運(yùn)算要求地理信息系統(tǒng)可以直接進(jìn)行模型計(jì)算，由此地理信息編碼模型應(yīng)運(yùn)而生[10，11]。傳統(tǒng)的地理信息系統(tǒng)以圖形的疊合(Overlay)為主；而能夠進(jìn)行遙感信息模型運(yùn)算的地理信息系統(tǒng)則以像元或圖斑中的多位編碼的抽取(Extract)為主。這又是完全相反的途徑。地理信息編碼模型還是地理定量信息與定性信息轉(zhuǎn)化的紐帶，也是地理信息系統(tǒng)中屬性庫與地理專家系統(tǒng)中知識庫聯(lián)系的橋梁。

總之，天地信息一體化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是開放的復(fù)雜巨系統(tǒng)，研究這個(gè)巨系統(tǒng)的地理信息科學(xué)的內(nèi)容遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了3S(Remote Sensing，Global Positioning System，Geographical Information System)的范圍，而是以天地信息一體化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)為核心的天—地—人—機(jī)系統(tǒng)。地理信息科學(xué)雖然是從屬于地理科學(xué)的技術(shù)科學(xué)，但是地理信息科學(xué)的誕生與發(fā)展是引領(lǐng)地理科學(xué)成長的核心力量，因此本刊更名時(shí)，將地理信息科學(xué)與地理科學(xué)相提并論，突出了地理信息科學(xué)的重要性。

3　地理系統(tǒng)工程

地理系統(tǒng)工程當(dāng)前尚未被廣泛認(rèn)識，已經(jīng)認(rèn)識到的也僅僅是系統(tǒng)工程在地理學(xué)中的應(yīng)用。當(dāng)?shù)乩硇畔⒖茖W(xué)中的模型在實(shí)踐中應(yīng)用時(shí)，必然會(huì)涉及地理系統(tǒng)工程的可操作性。地理遙感復(fù)雜信息模型的建立，可以進(jìn)行定量預(yù)報(bào)和回溯，因此為地理系統(tǒng)工程打下了工程的基礎(chǔ)。國民經(jīng)濟(jì)的主戰(zhàn)場主要包括人口、資源、生態(tài)、環(huán)境、災(zāi)害、城鎮(zhèn)、基建、產(chǎn)業(yè)等8個(gè)方面，這8個(gè)方面是互動(dòng)的。中國的人口問題、西部開發(fā)問題、21世紀(jì)水資源問題、能源問題、洪旱災(zāi)害問題、環(huán)境問題、生態(tài)農(nóng)業(yè)問題、城鎮(zhèn)體系問題、基建布局問題、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)調(diào)整問題以及相互之間的協(xié)調(diào)發(fā)展問題，無不屬于地理系統(tǒng)工程。

地理現(xiàn)象是復(fù)雜現(xiàn)象，地理系統(tǒng)是開放的復(fù)雜巨系統(tǒng)。當(dāng)研究西部開發(fā)時(shí)，如果國家各個(gè)部門各行其是，石油開發(fā)只考慮石油開采與輸送管道；交通只考慮公路建設(shè)；鐵路只考慮鐵路建設(shè)；水利只考慮南水北調(diào)問題；城鎮(zhèn)建設(shè)只考慮城市規(guī)劃等，那么整體的西部地區(qū)有可能產(chǎn)生許多事倍功半的現(xiàn)象，例如修了公路沒有物資運(yùn)輸；城市居民結(jié)構(gòu)不盡合理；勞動(dòng)力與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不配套等。錢學(xué)森的社會(huì)主義總體設(shè)計(jì)部就是要把地理系統(tǒng)工程與政治文明建設(shè)、物質(zhì)文明建設(shè)、精神文明建設(shè)系統(tǒng)地結(jié)合起來，地理系統(tǒng)工程僅是其中的一個(gè)子系統(tǒng)。而人口、資源、生態(tài)、環(huán)境、災(zāi)害、城鎮(zhèn)、基建、產(chǎn)業(yè)是地理系統(tǒng)工程中的子系統(tǒng)。人口中的數(shù)量、素質(zhì)、結(jié)構(gòu)、分布是人口系統(tǒng)中的要素；資源中的礦產(chǎn)資源、水資源、生物資源、土資源、大氣資源等又是資源系統(tǒng)中的子系統(tǒng)；大氣環(huán)境、水環(huán)境、土環(huán)境、生物環(huán)境、地質(zhì)環(huán)境是環(huán)境系統(tǒng)的子系統(tǒng)；交通、鐵路、航運(yùn)、航空、供排水、供電、供氣、供暖、電訊、電視、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是基礎(chǔ)建設(shè)系統(tǒng)的子系統(tǒng)等。系統(tǒng)嵌套系統(tǒng)，分層次子系統(tǒng)與交叉子系統(tǒng)，構(gòu)成完整的、開放的、復(fù)雜的巨系統(tǒng)。

研究開放復(fù)雜巨系統(tǒng)的方法，首先是將系統(tǒng)分解為多層次的子系統(tǒng)，明確其中的交叉子系統(tǒng)；其次是從定性到定量地確定子系統(tǒng)中各個(gè)要素與指標(biāo)體系；第三是根據(jù)指標(biāo)（相似準(zhǔn)則）建立模型進(jìn)行預(yù)測預(yù)報(bào)；最后是檢驗(yàn)該巨系統(tǒng)的效益與效率。當(dāng)前大多數(shù)是分別研究人口、資源、生態(tài)、環(huán)境、災(zāi)害、城鎮(zhèn)、基建、產(chǎn)業(yè)等子系統(tǒng)，在一個(gè)地區(qū)全面研究區(qū)域地理系統(tǒng)工程的有效實(shí)例不多，區(qū)域經(jīng)濟(jì)地理的研究還遠(yuǎn)遠(yuǎn)夠不上地理系統(tǒng)工程。筆者曾在2000年底提出中國水資源、水災(zāi)害、水環(huán)境、生產(chǎn)用水、生活用水統(tǒng)一解決的洪水充分利用，全國水系網(wǎng)絡(luò)化與渤海淡化的地理系統(tǒng)工程，中國科技報(bào)曾進(jìn)行報(bào)道，之后筆者在“21世紀(jì)黃河系統(tǒng)工程方略”一文中進(jìn)行闡述，首先所能進(jìn)行的研究是虛擬地理系統(tǒng)工程。全國水系網(wǎng)絡(luò)化與渤海淡化是21世紀(jì)的世紀(jì)工程，尚需有識之士共識，廣泛地深入研究，進(jìn)一步的論證。轉(zhuǎn)貼于

如果沒有以高新技術(shù)武裝起來的地理信息科學(xué)的支撐，研究復(fù)雜的地理系統(tǒng)工程就是空想，然而所幸的是人們已經(jīng)掌握了地理信息科學(xué)的許多關(guān)鍵技術(shù)，地理系統(tǒng)工程的實(shí)踐指日可待。

4　理論地理科學(xué)

地理信息科學(xué)一方面可以進(jìn)一步為地理系統(tǒng)工程提供研究方法與手段；另一方面又為理論地理科學(xué)提供技術(shù)基礎(chǔ)。從遙感信息模型發(fā)展到地理復(fù)雜信息模型再到地理數(shù)學(xué)[8]，為理論地理科學(xué)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

理論地理科學(xué)中首要的是建立開放的復(fù)雜巨地理系統(tǒng)的理論；其次是地理類比的廣義相似理論[13]；第三是一般地理復(fù)雜模型理論與地理數(shù)學(xué)；第四是地理數(shù)學(xué)在部門地理—部門子地理系統(tǒng)工程與區(qū)域地理—區(qū)域地理系統(tǒng)工程中的應(yīng)用。理論地理科學(xué)如果不能指導(dǎo)部門子地理系統(tǒng)工程的研究和區(qū)域地理系統(tǒng)工程的研究，那么就失去了理論意義。

如果沒有以高新技術(shù)武裝起來的地理信息科學(xué)的支撐，研究理論地理科學(xué)也是空想，然而所幸的是人們已經(jīng)掌握了地理信息科學(xué)的許多關(guān)鍵技術(shù)，理論地理科學(xué)的建立指日可待。

5　地理科學(xué)在可持續(xù)發(fā)展信息社會(huì)中的作用

地理學(xué)的發(fā)展經(jīng)歷了“地理環(huán)境決定論”、“人類中心主義”，然后達(dá)到了地理科學(xué)的可持續(xù)發(fā)展的階段。地球上人類消耗的資源、能源是極其不平衡的，按照發(fā)達(dá)國家的水平，一個(gè)地球是滿足不了全人類的需求的?？沙掷m(xù)發(fā)展只有在信息社會(huì)中才能實(shí)現(xiàn)，人類一方面需要依靠科學(xué)技術(shù)開發(fā)資源，如太陽能的利用，靠基因工程使綠色植被更多地利用太陽輻射，靠納米技術(shù)直接轉(zhuǎn)化太陽能為電能；另一方面是靠信息技術(shù)節(jié)省資源、能源，如天地信息一體化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)就是信息社會(huì)的重要支柱之一，靠航天技術(shù)獲取外層空間信息源，靠計(jì)算機(jī)技術(shù)建立信息網(wǎng)絡(luò)。由此可見，地理信息科學(xué)在可持續(xù)發(fā)展信息社會(huì)中的作用[14]。隨著地理信息科學(xué)的發(fā)展，地理系統(tǒng)工程與理論地理科學(xué)的發(fā)展，將為國民經(jīng)濟(jì)的主戰(zhàn)場做出重要的貢獻(xiàn)。

由上分析，可見地理科學(xué)與地理信息科學(xué)已經(jīng)被廣泛共識，地理系統(tǒng)工程與理論地理科學(xué)的發(fā)展尚不夠充分，因此本刊更名為“地理與地理信息科學(xué)”是適時(shí)的，是既有繼承性又有發(fā)展性的；是既有前瞻性又有現(xiàn)實(shí)性的。在這里我們希望地理科學(xué)界的同仁，切不要輕視技術(shù)，高新技術(shù)恰恰是新理論、新應(yīng)用的強(qiáng)大推動(dòng)力。

參考文獻(xiàn)

[1]　錢學(xué)森，等.論地理科學(xué)[M].杭州：浙江教育出版社，1994.1-325.

[2]　錢學(xué)森.發(fā)展地理科學(xué)的建議[J].大自然探索，1987，6(19):36-46

[3]　錢學(xué)森.就“地理科學(xué)”答《地理知識》記者問[J].地理知識，1990，(1):90-93.

[4]　馬藹乃.論地理科學(xué)的發(fā)展[J].北京大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），1996，32(1):120-129.

[5]　馬藹乃.航天信息與地理信息一體化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及其應(yīng)用[J].北京大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），1998，34(4):533-541.

[6]　馬藹乃，等.論地理信息科學(xué)的發(fā)展[J].地理學(xué)與國土研究，2002，18(1):1-8.

[7]　馬藹乃.遙感信息模型[M].北京：北京大學(xué)出版社，1997.1-165.

[8]　馬藹乃.遙感信息模型與地理數(shù)學(xué)[J].北京大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2001，37(4):521-529.

[9]　馬藹乃.遙感地理信息模型[J].地理學(xué)報(bào)，1996，51(3):266-271.

[10]　馬藹乃.地理信息編碼模型[A].地理科學(xué)與地理信息科學(xué)論[C].武漢，武漢出版社，2000.283-302.

[11]　馬藹乃.地理知識的形式化[A].地理科學(xué)與地理信息科學(xué)論[C].武漢，武漢出版社，2000.261-274.

[12]　馬藹乃.21世紀(jì)黃河系統(tǒng)工程方略（首屆黃河論壇暨王化云治黃思想研討會(huì)）[N].黃河報(bào)（轉(zhuǎn)載），2002.

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關(guān)鍵詞：微機(jī)械加工技術(shù)；傳感器；應(yīng)用

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.06.025

0 引言

微機(jī)械加工技術(shù)的興起要追溯到上世紀(jì)末，其快速發(fā)展的原因主要是因?yàn)槲C(jī)械加工技術(shù)的使用涵蓋了多個(gè)學(xué)科，這也是它能夠廣泛被公眾關(guān)注的原因。其中有物理學(xué)、光學(xué)、力學(xué)以及生物學(xué)等等，這些學(xué)科都為微機(jī)械加工技術(shù)提供了一定的理論支持，使其在成熟發(fā)展后能夠運(yùn)用于各個(gè)領(lǐng)域，如汽車制造、航天技術(shù)、生物化學(xué)工程等。作為本世紀(jì)初的新興技術(shù)，微機(jī)械加工技術(shù)由于其特有的特殊性，也逐漸體現(xiàn)出它在各個(gè)領(lǐng)域的重要性，因此收到了社會(huì)的廣泛關(guān)注和重視。不僅是我國，其他發(fā)達(dá)國家也對微機(jī)械加工的研究投入了大量了人力和物力，但在研究過程中也難免存在一些問題，通過本文對此技術(shù)的分析和研究，希望為這一技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展提供一定的借鑒意義。

1 微機(jī)械加工的基礎(chǔ)技術(shù)

1.1 LIGA技術(shù)

LIGA技術(shù)在過去的幾十年中始終是人們熟知和青睞的重要技術(shù)，它能夠?qū)鹑诓牧线M(jìn)行加工，也能夠?qū)μ沾?、塑料等非金屬材料進(jìn)行加工。由此看出，LIGA技術(shù)是新興的三維加工技術(shù)，并且其加工特點(diǎn)主要以“高深”而聞名，加工的深度能夠達(dá)到數(shù)百微米。LIGA技術(shù)主要以加速器作為加工基礎(chǔ)，將其產(chǎn)生的X射線刻在光敏聚合物層之上，形成部件的圖形，再通過電場把金屬遷移到已經(jīng)形成的模型中，從而完成金屬結(jié)構(gòu)。

1.2 微放電加工技術(shù)

微放電加工技術(shù)也有其獨(dú)有的特點(diǎn)，即加工阻力與其他技術(shù)相比都要小，不但能夠加工導(dǎo)電性材料，還能夠加工半導(dǎo)體材料。因此，微放電加工技術(shù)經(jīng)常應(yīng)用于微機(jī)械構(gòu)件的制造。不僅如此，微放電加工技術(shù)還能夠解決銀鎢絲在機(jī)床上成形的關(guān)鍵問題，并且隨著多年的研究和發(fā)展，微放電技術(shù)在加工的精度和微細(xì)程度方面都實(shí)現(xiàn)了較大的突破。

1.3 腐蝕技術(shù)

腐蝕技術(shù)主要涉及到三個(gè)方面：第一，濕法腐蝕技術(shù)。這一技術(shù)以電化學(xué)為基礎(chǔ)，能夠精準(zhǔn)地控制腐蝕深度，主要用途于制作硅結(jié)構(gòu)。第二，干法腐蝕技術(shù)。其特點(diǎn)是具有較高的分辨率和精準(zhǔn)度，主要涉及到等離子體腐蝕。第三，各向異性腐蝕技術(shù)。通過腐蝕液在硅各個(gè)晶向上產(chǎn)生的有差異的腐蝕速度，并以此作為基礎(chǔ)，制作微結(jié)構(gòu)或者微型零件。

2 微機(jī)械加工技術(shù)在傳感器當(dāng)中的應(yīng)用

2.1 石英加速度傳感器

石英加速度傳感器，最早生產(chǎn)與法國，這種傳感器是由法國的LET1制造的，該傳感器有效的利用了微機(jī)械的加工技術(shù)，使得石英加速度傳感器除了有典型的尺寸之外，還有典型的設(shè)計(jì)外觀。在石英加速度傳感器當(dāng)中，傳感器的厚度一般為124um，傳感器自身的梁寬與梁長分別能夠達(dá)到5-8um以及2mm，在石英加速度傳感器當(dāng)中，質(zhì)量塊為2mm*2mm，探測器的間隙則為50um，線圈的厚度一般為3.5um，對于電機(jī)的制造，則利用機(jī)械掩膜蒸發(fā)來制造。在石英加速度傳感器當(dāng)中，其輸出方程一般用V0/V1=K0+K1ax+K2a2x+K3a3x+Kyay+Kzaz+e來進(jìn)行表示，在本公式當(dāng)中，K1用來表示比例因子，而偏置則用K0來進(jìn)行表示，而本公式當(dāng)中的ax、ay、az則分別用來表示加速度分量。

2.2 熱紅外位傳感器

在熱紅外傳感器的制作過程當(dāng)中，我們能夠看到這種傳感器對于微機(jī)械加工技術(shù)進(jìn)行了集中的使用，這種傳感器的陣列通過在一種懸臂上面來進(jìn)行構(gòu)成，這種懸臂的長、厚、寬應(yīng)支持3mm、10um、440um。在懸臂的自由端，應(yīng)設(shè)置膜層，并確保該膜層有一定的吸收性能，而在懸臂的另一端，則應(yīng)設(shè)置熱電偶。當(dāng)紅外位傳感器被放在輻射下面時(shí)，懸臂的自由端能夠吸收熱量，而熱量則通過懸臂來進(jìn)行傳到，從而被熱電偶陣列檢測出來。

2.3 角度傳感器

本傳感器的敏感部分，是由兩個(gè)扭轉(zhuǎn)桿支撐的懸浮可動(dòng)微機(jī)械擺，一般來講，角度傳感器的制作過程為：在硅片上通過LPCVD的方法來沉積多晶硅作下電機(jī)，在沉積完成之后，還需要再沉積一層S1O2來作為犧牲層，此后，將沉積的較厚的多晶硅作為懸浮結(jié)構(gòu)，將犧牲層腐蝕掉，利用這種方法來得到想要的結(jié)構(gòu)。但是，如果存在一定水平的磁場，或者是存在恒定磁場的時(shí)候，懸浮的多晶硅結(jié)構(gòu)往往會(huì)轉(zhuǎn)出特殊的角度，這樣就能夠有效的測出電壓的傳輸形式。

3 結(jié)束語

如今，隨著時(shí)代的進(jìn)步以及科技的不斷發(fā)展，微機(jī)械加工技術(shù)已經(jīng)在各個(gè)行業(yè)當(dāng)中得到了充分的應(yīng)用，其涉足之廣，包含傳感器、微電子機(jī)械制作、微機(jī)械結(jié)構(gòu)加工等等，作為一種新興技術(shù)，微機(jī)械在硅平面的基礎(chǔ)上得到了長足的發(fā)展，微機(jī)械加工技術(shù)與傳感技術(shù)的結(jié)合，也得到了廣泛的應(yīng)用。本文從實(shí)際出發(fā)，并將微機(jī)械加工技術(shù)與傳感技術(shù)的結(jié)合作為視角，闡述了微機(jī)械加工技術(shù)在傳感技術(shù)的應(yīng)用，并對這些應(yīng)用進(jìn)行了一些研究，在此基礎(chǔ)上得到了些許結(jié)論，希望能夠在日后起到指導(dǎo)實(shí)踐的效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]彭思平，徐家文，李穎，楊倩.微細(xì)電解加工機(jī)理探討[J].電加工與模具，2015（02）.

[2]王振龍，趙萬生.微制造系統(tǒng)中的微細(xì)電火花加工技術(shù)[J].制造技術(shù)與機(jī)床，2013（09）.

[3]胡明，馬家志，鄒俊，張之圣.微機(jī)械加工技術(shù)在微傳感器中的應(yīng)用[J].壓電與聲光，2012（04）.

[4]虞承端.微機(jī)械加工技術(shù)與微傳感器[J].電子元器件應(yīng)用，2011（05）.

篇8

關(guān)鍵詞 人機(jī)工程學(xué) 醫(yī)療空間 醫(yī)用設(shè)備

一、人機(jī)工程學(xué)簡介

人機(jī)工程學(xué)又稱“人體工程學(xué)”或“人類工效學(xué)”（歐洲），“人類因素學(xué)”或“人類因素工程學(xué)”（美國）。1960年國際人機(jī)工程協(xié)會(huì)正式成立（International Ergonomics Association），并對人機(jī)工程學(xué)給出了迄今為止最權(quán)威和最全面的定義：研究人在某種工作環(huán)境中的解剖學(xué)、生理學(xué)和心理學(xué)等方面的因素，研究人和機(jī)器及環(huán)境的相互作用，研究在工作中、生活中和休假時(shí)怎樣統(tǒng)一考慮工作效率、人的健康、安全和舒適等問題的綜合學(xué)科。

二、人機(jī)工程學(xué)的發(fā)展與應(yīng)用

在上世紀(jì)60年代左右，人機(jī)工程學(xué)的應(yīng)用基本集中在歐美發(fā)達(dá)國家復(fù)雜的軍事工業(yè)上，隨著航天技術(shù)的發(fā)展，人機(jī)工程學(xué)又迅速成為航天工業(yè)的重要組成部分。隨后，人機(jī)工程學(xué)迅速發(fā)展，開始在軍事和航天工業(yè)以外的領(lǐng)域得以應(yīng)用，包括醫(yī)藥公司、醫(yī)用設(shè)備公司、計(jì)算機(jī)公司、汽車公司和其他消費(fèi)品公司，同時(shí)生產(chǎn)工廠也開始意識到人機(jī)工程學(xué)在工作場地和產(chǎn)品設(shè)計(jì)方面的重要性。1980年以后，隨著人們對人機(jī)工程學(xué)的不斷研究，人機(jī)工程學(xué)的應(yīng)用已經(jīng)深入與“人”有關(guān)的各個(gè)領(lǐng)域，從人們的居住、工作、學(xué)習(xí)的室內(nèi)空間環(huán)境，以及與之密切相關(guān)的家具設(shè)計(jì)，到現(xiàn)代多類型的工業(yè)產(chǎn)品，生活產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，都離不開人機(jī)工程學(xué)。

三、人機(jī)工程學(xué)與醫(yī)療空間環(huán)境

醫(yī)療建筑無疑是功能最為復(fù)雜的民用建筑，原因如下——

（一）醫(yī)院人群的復(fù)雜性

患者、醫(yī)護(hù)人員、醫(yī)學(xué)工程技術(shù)人員、后勤管理人員、培訓(xùn)實(shí)習(xí)人員、探視人員、學(xué)術(shù)交流專家學(xué)者等不同類型的人群，因職業(yè)的不同對醫(yī)療空間環(huán)境有著不同的要求。

（二）醫(yī)療設(shè)備的復(fù)雜性

醫(yī)院中有著大型影像設(shè)備、小型手術(shù)器械，還有成千上萬種診療設(shè)備，如消毒設(shè)備、氣體設(shè)備、急救設(shè)備、護(hù)理設(shè)備等。其中很多設(shè)備都有自身的對醫(yī)療空間平面和立面的特殊要求。

（三）診療環(huán)境的復(fù)雜性

醫(yī)院中的門診、急診、醫(yī)技、病房、手術(shù)部、ICU、消毒供應(yīng)中心、生活服務(wù)中心等大小和功能各不相同的區(qū)域，均有著自己獨(dú)特的人流、物流、氣流、信息流等醫(yī)療功能流程的要求。

（四）治療器材的復(fù)雜性

醫(yī)院中使用各種醫(yī)療藥品、檢驗(yàn)標(biāo)本、被服膳食以及各類消耗品。一座綜合型的現(xiàn)代醫(yī)院消耗品通常有50多種類別，2000多品種。治療器材的復(fù)雜性必然造成物流量的復(fù)雜性。

在如此復(fù)雜的空間環(huán)境中，醫(yī)患雙方生理、心理壓力越來越大，很多醫(yī)院管理者、醫(yī)療建筑設(shè)計(jì)師、醫(yī)療流程規(guī)劃設(shè)計(jì)師、醫(yī)用設(shè)備設(shè)計(jì)工程師，正逐步認(rèn)識到人機(jī)工程學(xué)在醫(yī)療空間中的合理應(yīng)用是改善醫(yī)療環(huán)境的重要手段。人機(jī)工程學(xué)的應(yīng)用將使醫(yī)療過程變得高效簡便，安全舒適，成為醫(yī)療空間環(huán)境設(shè)計(jì)與醫(yī)用設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的指導(dǎo)理論與實(shí)踐工具。

圖1表達(dá)了在醫(yī)療領(lǐng)域中人—機(jī)—環(huán)境三者之間關(guān)系，是以“人”為中心，以“人”為本。醫(yī)療環(huán)境必須充分適應(yīng)醫(yī)院人群及醫(yī)療設(shè)備的需求，致使醫(yī)療環(huán)境建設(shè)工程尤為繁重。

四、分析“人—機(jī)—環(huán)境系統(tǒng)”設(shè)計(jì)的應(yīng)用

（一）在手術(shù)部的應(yīng)用

人——主要有麻醉醫(yī)師、外科醫(yī)師、護(hù)士、患者、醫(yī)學(xué)工程技術(shù)人員、后勤服務(wù)人員、培訓(xùn)實(shí)習(xí)人員等。

機(jī)——無影燈、手術(shù)臺、麻醉機(jī)、麻醉吊塔、呼吸機(jī)、監(jiān)護(hù)儀、體外循環(huán)機(jī)、內(nèi)窺鏡、手術(shù)顯微鏡、導(dǎo)航儀、中心吸引、中心吸氧、體外去顫器、器械臺、器械柜、藥品柜、手術(shù)圓凳、觀片燈、潔污運(yùn)輸車、手術(shù)護(hù)理設(shè)備等。

環(huán)境——醫(yī)療區(qū)、醫(yī)療輔助區(qū)、凈化區(qū)、生活區(qū)。醫(yī)療區(qū)又可分為手術(shù)間、無菌物品存放間、麻醉準(zhǔn)備間、復(fù)蘇室、清洗間、醫(yī)生辦公室、值班室等。

下面僅以手術(shù)部中最重要的房間——手術(shù)間來分析 “人—機(jī)—環(huán)境系統(tǒng)”設(shè)計(jì)的重要性：

“人—機(jī)系統(tǒng)”：在手術(shù)間內(nèi)，麻醉師、外科醫(yī)生、護(hù)理人員是設(shè)備的主要使用者，他們有各自需要操作的專業(yè)設(shè)備。如麻醉師主要操作的設(shè)備有麻醉機(jī)、監(jiān)護(hù)儀、麻醉柜、品車等。外科醫(yī)生需要操作各類手術(shù)器械、高頻設(shè)備、腔鏡設(shè)備等。而護(hù)理人員則通過操作手術(shù)器械臺、升降臺、手術(shù)床、器械柜等設(shè)備為醫(yī)生提供幫助。這些大量的設(shè)備與使用者的工作流程之間，是否形成一個(gè)最佳的動(dòng)態(tài)結(jié)合，是“人—機(jī)系統(tǒng)”設(shè)計(jì)的核心。

“機(jī)—環(huán)境系統(tǒng)”：手術(shù)間的很多設(shè)備，如各類氣體吊塔、氣源電源供應(yīng)箱、器械柜、藥品柜、麻醉柜、觀片燈等均需固定或內(nèi)嵌式安裝。而手術(shù)設(shè)備、腔鏡設(shè)備、手術(shù)床等設(shè)備的氣源電源供應(yīng)又依靠固定式設(shè)備來提供，所以機(jī)器與環(huán)境之間就必須進(jìn)行系統(tǒng)思考、系統(tǒng)設(shè)計(jì)，只有這樣才能使醫(yī)護(hù)人員在緊張的手術(shù)環(huán)境中，操作各自的醫(yī)用設(shè)備能夠得心應(yīng)手，進(jìn)入最佳的工作狀態(tài)，見圖2、圖3。

（二）在消毒供應(yīng)中心（CSSD）的應(yīng)用

人——各區(qū)域工作人員、外出運(yùn)輸人員、外來人員等。

機(jī)——清洗消毒機(jī)、高溫滅菌器、低溫滅菌器、干燥柜、手工清洗槽組、器械打包臺、敷料打包臺、無菌物品存放設(shè)備、各類無菌物品及污染物品運(yùn)輸設(shè)備等。

環(huán)境——去污區(qū)（又稱污染區(qū)），檢查包裝滅菌區(qū)（又稱清潔區(qū)），無菌物品存放區(qū)（又稱無菌區(qū)）、工作生活輔助區(qū)等。

同手術(shù)部類似，消毒供應(yīng)中心各不同區(qū)域的工作環(huán)境，既有各自空氣凈化的氣流要求，又有各自人員的工作流程及物流動(dòng)線的要求。而消毒供應(yīng)中心的固定安裝類設(shè)備（清洗消毒機(jī)、高溫滅菌器、手工清洗槽組、器械打包工作站等）比手術(shù)部設(shè)備體積更大，重量更重。對空間布局規(guī)劃的影響也更深。所以只有進(jìn)行“人—機(jī)—環(huán)境系統(tǒng)”綜合設(shè)計(jì)，才能將消毒供應(yīng)中心的“工作流程”、“設(shè)備布局安裝”與建筑平面、立面同時(shí)考慮，盡量減少內(nèi)部工作流程交叉回路，滿足工作人員操作設(shè)備距離最短、最便捷，去除一切不必要的移動(dòng)和搬運(yùn)，從而使工作人員生理上、心理上的干擾降至最低，發(fā)揮一個(gè)最優(yōu)工效來提高工作效率。

上海長海醫(yī)院消毒供應(yīng)中心，應(yīng)用“人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)”設(shè)計(jì)，使原建筑立面中干擾工作的承重柱，變成了島式器械打包工作站，見圖4。

江蘇省中醫(yī)院消毒供應(yīng)中心的建成，證明“人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)”設(shè)計(jì)在消毒供應(yīng)中心空間規(guī)劃中尤為重要，見圖5。

五、人機(jī)工程學(xué)與醫(yī)用設(shè)備設(shè)計(jì)

由于科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，各類數(shù)字化、微創(chuàng)化的高新診療設(shè)備在醫(yī)院廣泛使用，而作為醫(yī)用設(shè)備的一個(gè)重要組成部分——基礎(chǔ)護(hù)理設(shè)備，越來越受到醫(yī)院管理者的重視。從2010年開始，我國醫(yī)療機(jī)構(gòu)正在逐步推廣國際先進(jìn)的整體護(hù)理理念，各醫(yī)院的管理者更加注意到基礎(chǔ)護(hù)理設(shè)備重要性，它與護(hù)理人員的日常工作關(guān)系非常密切。護(hù)理人員的工作重復(fù)、繁重而單調(diào)，而一臺品質(zhì)低下的護(hù)理設(shè)備（例如推動(dòng)起來叮當(dāng)響的送藥車，內(nèi)部擺放物品設(shè)計(jì)不合理的急救車）均會(huì)使護(hù)理人員在工作中增加大量無效成本，并造成消極的工作情緒。人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)具有成功的解決辦法，即在護(hù)理設(shè)備設(shè)計(jì)中應(yīng)以人機(jī)工程學(xué)為原則，用建立人與產(chǎn)品之間和諧關(guān)系的方式，最大限度地挖掘人的潛能，綜合平衡地使用人的機(jī)能，保護(hù)人體健康，從而提高功效。另一方面又可在滿足產(chǎn)品使用功能的前提下，以人的感性需求為著眼點(diǎn)，在產(chǎn)品的外形和色彩上滿足人的精神需求，協(xié)調(diào)和平衡人的情感，充分體現(xiàn)以人為本的設(shè)計(jì)理念。

如多功能急救車，在滿足產(chǎn)品使用功能的前提下，用色彩滿足人的心理需求，從而提高搶救效率。人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)對護(hù)理設(shè)備的造型、外形尺寸、內(nèi)部空間規(guī)劃、選材、色彩都要進(jìn)行反復(fù)的推敲和研究。

篇9

關(guān)鍵詞：先進(jìn)制造技術(shù) 機(jī)械制造工藝 關(guān)系分析

中圖分類號：TG333.17 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）03（b）-00-02

在科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的當(dāng)今，先進(jìn)制造技術(shù)是影響國家綜合競爭力的最直接條件，而良好的機(jī)械制造工藝就是先進(jìn)制造技術(shù)最好的體現(xiàn)。隨著我國對工業(yè)化發(fā)展越來越重視，因而先進(jìn)制造技術(shù)引起了更多人的普遍關(guān)注，對其研究力度不斷加強(qiáng)，并收獲了令人滿意的成果?？墒?，我國的先進(jìn)制造技術(shù)與機(jī)械制造工藝與國外相比還存在較大差距，因此我們并不能止步于此，我們要正確看待二者的特點(diǎn)及其相互關(guān)系。在激烈的市場經(jīng)濟(jì)中，怎樣樣能做到制造技術(shù)與制造工藝不斷創(chuàng)新，這是對于我們來說既是一次挑戰(zhàn)，又是一次機(jī)遇，因而我們找對最佳的發(fā)展途徑，將對機(jī)械制造業(yè)發(fā)展具有實(shí)際意義。

1 先進(jìn)制造技術(shù)的確定和體系建立

先進(jìn)制造技術(shù)具體是指什么？目前還缺少規(guī)范的、統(tǒng)一的定義。當(dāng)廣泛被接受的含義是：先進(jìn)制造技術(shù)是促進(jìn)制造業(yè)汲取高科技技術(shù)并應(yīng)用到實(shí)踐生產(chǎn)中所取得的成績，并能把它貫穿于整個(gè)制造流程的制造技術(shù)的合稱。

先進(jìn)制造技術(shù)是制造業(yè)的綜合競爭能力，其不斷革新是社會(huì)發(fā)展的必然選擇。目前，先進(jìn)制造技術(shù)快速發(fā)展，逐漸形成高新技術(shù)群，并經(jīng)過不斷完善，已經(jīng)構(gòu)成了健全的體制系統(tǒng)?？墒?，受各國不同基本國情制約，先進(jìn)制造技術(shù)內(nèi)容和構(gòu)成方式上差異很大。對于我國來說，我家相關(guān)部門已確定了多層次技術(shù)群組成的先進(jìn)制造技術(shù)

體系。

首先，現(xiàn)代先進(jìn)制造技術(shù)要以優(yōu)質(zhì)、節(jié)能、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、高效為中心，在逐漸向基礎(chǔ)制造工藝擴(kuò)展。其次，新型制造單元技術(shù)創(chuàng)新。這是為了適應(yīng)市場需求及新興產(chǎn)業(yè)的促進(jìn)下，制造技術(shù)與其他現(xiàn)代高科技技術(shù)向融合而產(chǎn)生了現(xiàn)代先進(jìn)制造技術(shù)，例如數(shù)控技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控技術(shù)、航天技術(shù)等。

最后，先進(jìn)制造技術(shù)集成化。這是將應(yīng)用信息技術(shù)與系統(tǒng)管理技術(shù)的完美結(jié)合，它是基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫等技術(shù)結(jié)合而產(chǎn)生的。

2 先進(jìn)制造技術(shù)的現(xiàn)狀與特征分析

2.1 先進(jìn)制造技術(shù)現(xiàn)狀分析

先進(jìn)制造技術(shù)是現(xiàn)代技術(shù)創(chuàng)新與工業(yè)進(jìn)步的典型代表，是衡量制造業(yè)水平的關(guān)鍵指標(biāo)，也是國家工業(yè)賴以生存的保障。近年來，世界各工業(yè)發(fā)達(dá)國家已經(jīng)深刻意識到先進(jìn)制造技術(shù)在國家發(fā)展中的重要地位，并給予了前所未有的高度重視，各自都在對其進(jìn)行深層次科研，可見，市場經(jīng)濟(jì)的競爭實(shí)質(zhì)是先進(jìn)制造技術(shù)的競爭。不同的先進(jìn)制造技術(shù)格局已經(jīng)形成，并在各自領(lǐng)域取得了許多科技成果，例如：網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(tǒng)、數(shù)控系統(tǒng)、虛擬制造系統(tǒng)等。

2.2 先進(jìn)制造技術(shù)特征分析

2.2.1 全球化

隨著經(jīng)濟(jì)全球化浪潮的襲來，對制造業(yè)也產(chǎn)生了巨大的沖擊，主要體現(xiàn)在制造業(yè)的資源配置逐漸擴(kuò)展到世界各國，這就推動(dòng)了制造業(yè)在全球范圍內(nèi)發(fā)展。某種產(chǎn)品的制造過程可能由不同國家共同完成，將根據(jù)不同國家的國情及制造技術(shù)先進(jìn)程度來對制造過程進(jìn)行分配，這樣做除了能夠充分利用資源、減低成本、便捷方便外，還能夠促進(jìn)國家交流，縮小國家間貧富差距，有利于構(gòu)建和諧社會(huì)。

2.2.2 多元化

由于技術(shù)創(chuàng)新瞬息萬變，尤其是信息技術(shù)的進(jìn)步使得原有的生產(chǎn)方式與生活方式逐漸被取代，關(guān)鍵體現(xiàn)在多元化、復(fù)雜化及人性化。今后的市場走向依然充滿不確定性，沒有水能夠準(zhǔn)確預(yù)見其發(fā)展趨勢，當(dāng)人們不僅僅滿足于生理需求后，更追求自我個(gè)性化的展現(xiàn)。更多的消費(fèi)者對原有的制造業(yè)提出了新要求，制造業(yè)既要提供特定的戰(zhàn)略、舒適的環(huán)境及合理時(shí)間使用的有形產(chǎn)品，又要能夠保證產(chǎn)品的使用質(zhì)量及后期服務(wù)，制造業(yè)生產(chǎn)出的產(chǎn)品，要對市場需求有充分了解后才能生產(chǎn)，要避免盲目制造

產(chǎn)品。

2.2.3 靈敏化

以前的制造業(yè)生產(chǎn)出的產(chǎn)品種類單一、批量大、傳統(tǒng)、統(tǒng)一化等特征；隨著時(shí)代的發(fā)展，制造業(yè)逐漸向靈敏化發(fā)展。制造廠家通過各種合作方式來增強(qiáng)競爭力，最大化利用資源，節(jié)省投資成本，根據(jù)市場需求的快速變化調(diào)整制造生產(chǎn)目標(biāo)。其建設(shè)重點(diǎn)就是實(shí)現(xiàn)各方面先進(jìn)技術(shù)全面結(jié)合，使得整個(gè)制造業(yè)能夠準(zhǔn)確應(yīng)對瞬息萬變的市場需求，保證所生產(chǎn)產(chǎn)品能夠在社會(huì)上大量流動(dòng)，為制造業(yè)帶來更大的經(jīng)濟(jì)效益。

2.2.4 服務(wù)化

現(xiàn)代制造業(yè)是以市場需求變化為前提的，服務(wù)質(zhì)量是確保產(chǎn)品被人們接受的重要保障，制造業(yè)已經(jīng)意識到服務(wù)的重要性，并不斷努力向服務(wù)業(yè)轉(zhuǎn)型?，F(xiàn)代的制造業(yè)所考慮的重點(diǎn)不僅僅是設(shè)計(jì)與生產(chǎn)，更重要的是根據(jù)對市場的實(shí)際考察，將產(chǎn)品后期服務(wù)作為關(guān)鍵環(huán)節(jié)來抓，服務(wù)化應(yīng)該體現(xiàn)于為社會(huì)服務(wù)、為消費(fèi)者服務(wù)，制造業(yè)應(yīng)將服務(wù)化作為主要建設(shè)內(nèi)容。受這層發(fā)展趨勢影響，很多企業(yè)對服務(wù)的關(guān)注度不斷加大，而且服務(wù)所帶來的綜合效益會(huì)更可觀。

2.3 mT的體系結(jié)構(gòu)

面向制造的設(shè)計(jì)技術(shù)群。面向制造的設(shè)計(jì)技術(shù)群系指用于生產(chǎn)準(zhǔn)備的工具群和技術(shù)群。設(shè)計(jì)技術(shù)對新產(chǎn)品開發(fā)生產(chǎn)費(fèi)用、產(chǎn)品品質(zhì)以及新產(chǎn)品上市時(shí)間都有很大影響。產(chǎn)品和制造工藝的設(shè)計(jì)可以采用一系列工具，例如計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）以及工藝過程建模和仿真等，生產(chǎn)設(shè)施、裝備和工具，甚至整個(gè)制造企業(yè)都可以采用先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行有效地設(shè)計(jì)。

制造工藝技術(shù)群（ 制造技術(shù)環(huán)境）。制造工藝技術(shù)群是指用于物質(zhì)產(chǎn)品生產(chǎn)的過程及設(shè)備。制造工藝技術(shù)群是有關(guān)加工和裝配的技術(shù)，也是制造技術(shù)的傳統(tǒng)領(lǐng)域。

3 針對機(jī)械制造工藝進(jìn)步先進(jìn)制造技術(shù)的措施

制造業(yè)所涉及到的領(lǐng)域很多，例如：機(jī)械、輕工、化工、電子、航天、建筑等等，制造業(yè)從實(shí)質(zhì)上分析，其不僅僅是通常認(rèn)為的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，而且是創(chuàng)新生產(chǎn)力的生產(chǎn)過程。制造技術(shù)是現(xiàn)代制造業(yè)發(fā)展的前提，而機(jī)械制造則是制造技術(shù)的直接體現(xiàn)，這也是制造技術(shù)創(chuàng)新的方向。第一，先進(jìn)制造技術(shù)已經(jīng)被大范圍的運(yùn)用到機(jī)械制造領(lǐng)域，促進(jìn)了機(jī)械制造工藝的進(jìn)步，并對其他相關(guān)產(chǎn)業(yè)也有積極影響。第二，機(jī)械制造工藝不斷革新，其重點(diǎn)內(nèi)容又是先進(jìn)制造技術(shù)。所以，先進(jìn)制造技術(shù)和機(jī)械制造工藝的關(guān)系是相互促進(jìn)，在其發(fā)展過程中不能傾向用于任何一方。

我國的制造業(yè)起步比較晚，與其他制造業(yè)國家相比差距比較大，而機(jī)械制造業(yè)又是制造業(yè)的重要組成部分。雖然經(jīng)過幾代人艱辛努力，我國機(jī)械制造業(yè)積極汲取國外的先進(jìn)制造技術(shù)，但還是處于初級階段，要想達(dá)到成熟階段還有很漫長的道路需要探索。面對新形勢下機(jī)械制造工藝創(chuàng)新，先進(jìn)制造業(yè)應(yīng)采取以下措施。

3.1 強(qiáng)化先進(jìn)制造技術(shù)過程全面開發(fā)

強(qiáng)化先進(jìn)制造技術(shù)過程全面開發(fā)包括技術(shù)裝備、生產(chǎn)技術(shù)、管理體制、市場觀念及人員調(diào)配等環(huán)節(jié)。它對提升制造業(yè)市場綜合競爭力是很有必要的措施，因此，我們要給與其高度重視。除此以外，我們也需要關(guān)注機(jī)械制造技術(shù)自身創(chuàng)新，這可以豐富先進(jìn)制造技術(shù)、帶動(dòng)相關(guān)制造業(yè)打下堅(jiān)實(shí)

基礎(chǔ)。

3.2 扎實(shí)基礎(chǔ)工作，合理采用先進(jìn)制造

技術(shù)

在機(jī)械制造業(yè)不能盲目的使用先進(jìn)技術(shù)，要在各項(xiàng)基礎(chǔ)工作牢靠的前提下，合理采用先進(jìn)制造技術(shù)?？傊?，先進(jìn)制造技術(shù)要以市場需求為發(fā)展核心，循序漸進(jìn)，不能操之過急，因地制宜，協(xié)調(diào)發(fā)展。應(yīng)該具有針對性的挑選出某些重點(diǎn)行業(yè)，將其作為試點(diǎn)來建設(shè)，不斷總結(jié)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，等技術(shù)使用熟練后，再進(jìn)行大范圍推廣建設(shè)，這樣能大大降低制造業(yè)投資風(fēng)險(xiǎn)。

3.3 重視人才素質(zhì)道德建設(shè)

人才是先進(jìn)制造技術(shù)不斷進(jìn)步的決定性因素。他們的素質(zhì)道德高低對制造業(yè)影響最大，因此，要想確保先進(jìn)制造技術(shù)應(yīng)用與創(chuàng)新，那么一定要重視人才素質(zhì)道德建設(shè)。通過對制造技術(shù)研究人員開展定期的思想道德教育，并及時(shí)向他們傳播最先進(jìn)的制造技術(shù)，在每次培訓(xùn)過后，還應(yīng)該制定嚴(yán)格的考核制度，只有順利通過考核的人員才可以上崗。這樣能培養(yǎng)出一批高素質(zhì)。技術(shù)硬、通管理的制造人才。

3.4 積極汲取國外先進(jìn)制造技術(shù)

我國制造技術(shù)起步滯后于發(fā)達(dá)國家，因此我們要虛心接受它們的先進(jìn)技術(shù)，并通過積極的汲取過程不斷豐富我們自身的制造技術(shù)。經(jīng)過我國對制造業(yè)的長期探索，已經(jīng)形成具有中國特色的制造技術(shù)，我們在未來的制造技術(shù)發(fā)展中，要積極汲取國外先進(jìn)制造技術(shù)，探索出最符合中國的先進(jìn)制造技術(shù)。

4 結(jié)語

總而言之，隨著社會(huì)不斷的進(jìn)步與科技飛速的發(fā)展，先進(jìn)制造技術(shù)仍是提高國家競爭力的重要保障。我們對先進(jìn)制造技術(shù)應(yīng)該有側(cè)重點(diǎn)，建設(shè)具有中國社會(huì)主義特色的先進(jìn)制造技術(shù)。不言而喻，隨著我們對制造技術(shù)研究的繼續(xù)深化，不久的將來，它會(huì)有更廣闊的發(fā)展空間，并在世界制造業(yè)激烈的市場經(jīng)濟(jì)中站穩(wěn)腳步。在黨的正確方針引領(lǐng)下，相信我國的制造技術(shù)會(huì)有更長遠(yuǎn)發(fā)展，在世界的大舞臺上會(huì)綻放耀眼光芒。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉曉宇，艾春雨.先進(jìn)制造技術(shù)與機(jī)械制造工藝[J].科海故事博覽?科技探索，2011，3（2）：16-18.

[2] 趙文興，張舸.輕型碳化硅質(zhì)反射鏡坯體的制造工藝[J].光學(xué)精密工程，2011，7（11）：145-147.

篇10

一、培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣

物理教師首先要激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，讓學(xué)生愿意學(xué)習(xí)，這樣學(xué)習(xí)效率才會(huì)更高。高中學(xué)生正處在青年初期，心理發(fā)展具有明顯的社會(huì)性、探索性、創(chuàng)造性、閉鎖性和獨(dú)立性。為適應(yīng)學(xué)生的心理特點(diǎn)，教師應(yīng)該給學(xué)生創(chuàng)造一個(gè)展示自我的平臺，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，在課堂教學(xué)中，采用的教學(xué)策略“精彩十分鐘”使學(xué)生們津津樂道，讓每位學(xué)生自愿參加成為課堂的主人，選擇如《黑洞》《航天技術(shù)的發(fā)展和宇宙航行》等，以學(xué)生感興趣的方式展示給全班同學(xué)?！熬适昼姟贝偈怪髦v人翻閱書籍、上網(wǎng)查詢、多方請教等，每次主講人的精彩講授都贏得了全班同學(xué)的熱烈掌聲。“精彩十分鐘”激發(fā)了學(xué)生的參與意識、合作意識、共享意識，培養(yǎng)了學(xué)生的語言表達(dá)能力、信息收集能力等，使學(xué)生的潛能得以發(fā)揮，為學(xué)生的終身發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。激趣的方式應(yīng)靈活運(yùn)用于高中物理教學(xué)中，要幽默恰當(dāng)、突出有效。

二、教師要巧妙導(dǎo)入教學(xué)內(nèi)容

在新課程背景下，高中物理教師在實(shí)施教學(xué)過程中，要探索一些新方法提高教學(xué)效率。教學(xué)的開始很重要，教師要特別重視教學(xué)內(nèi)容的導(dǎo)入，然而導(dǎo)入要有方法、要有技巧。故事不僅可以吸引學(xué)生的注意力，還可以引發(fā)學(xué)生積極的思考，探索故事中的科學(xué)奧秘。通過一些物理學(xué)家的趣聞軼事或者物理知識在生活、生產(chǎn)中的應(yīng)用來引入新課是一種能夠吸引學(xué)生注意力，提高課堂教學(xué)效率的有效方法。如認(rèn)識《超聲波和次聲波》之前，先講“次聲波殺人”的故事：1992年11月24日，桂林上空發(fā)生了一起空難。當(dāng)事件的原因經(jīng)多方調(diào)查而未肯定之時(shí)，中國聲學(xué)研究所的專家提出了存在著因“次聲波”的作用而致使飛機(jī)墜毀的可能性。桂林屬半丘陵地帶，氣團(tuán)依山勢走向而上下浮動(dòng)，引起氣流震動(dòng)，會(huì)產(chǎn)生一種“山背波”的次聲波，當(dāng)飛機(jī)遇到這種危害極大的由次聲波引起的晴空湍流時(shí)，如同落入一個(gè)風(fēng)旋渦中，在擠壓力、沖力等多種強(qiáng)勁外力的作用下，造成飛機(jī)失控。最新研究結(jié)果表明，次聲波對飛機(jī)的影響還有一種“生物效應(yīng)”。該理論認(rèn)為，當(dāng)次聲波的頻率接近人體頻率時(shí)，就有可能產(chǎn)生“共振”，就有致命的危險(xiǎn)。通過這個(gè)故事除了讓學(xué)生初步了解次聲波的知識外，還能讓他們知道物理知識在生活和生產(chǎn)中的具體應(yīng)用，認(rèn)識到物理知識對于推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步的重要性，激發(fā)學(xué)生探索興趣。除此之外，在物理學(xué)史料中有許許多多關(guān)于科學(xué)家探索、發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律的故事：牛頓通過蘋果落地發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律和衛(wèi)星運(yùn)行的原理、阿基米德洗澡時(shí)領(lǐng)悟出浮力的作用、伽利略觀察吊燈而發(fā)現(xiàn)擺的等時(shí)性、瓦特由水壺蓋被頂起而發(fā)明蒸汽機(jī)……這些史料都是培養(yǎng)學(xué)生觀察科學(xué)興趣的生動(dòng)教材。

三、利用教學(xué)新手段實(shí)施教學(xué)

物理教師要利用教學(xué)新技術(shù)、新方法來提高物理的教學(xué)質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)教學(xué)多種模式的教學(xué)方法。子曰：“工欲善其事，必先利其器。”沒有任何一門課程可供終身受用。與時(shí)俱進(jìn)，不斷豐富自己的教學(xué)手段，跟上社會(huì)的步伐，才能最大限度地提高課堂效率，發(fā)揮主觀能動(dòng)性。首先，圖像、文字、聲音、動(dòng)畫等的有機(jī)結(jié)合，多重感官共同刺激下，學(xué)生的興趣會(huì)較容易激發(fā)。其次，多媒體的使用可以節(jié)約板報(bào)書寫的時(shí)間，而且多媒體的書寫具有可重復(fù)性和任意性，操作方便。最后，當(dāng)前是信息化的社會(huì)，以多媒體技術(shù)為主要載體的現(xiàn)代教育要求教師這樣做。而且新課標(biāo)指出：課程改革要“大力推進(jìn)信息技術(shù)在教學(xué)過程中的普遍應(yīng)用，促進(jìn)信息技術(shù)與學(xué)科課程的整合”。用信息技術(shù)改造某些已有的實(shí)驗(yàn)、增加原來不能做的實(shí)驗(yàn)，這是大勢所趨，教材編者要促進(jìn)這項(xiàng)工作的開展。但是，由于發(fā)展不平衡，也由于我國在這方面還缺少經(jīng)驗(yàn)，所以不能搞“一刀切”。

四、重視培養(yǎng)學(xué)生的思維能力

教師要通過不同的解題方法來培養(yǎng)學(xué)生的思維能力，提高學(xué)生的多維思維能力，如何培養(yǎng)學(xué)生的思維能力呢？解題教學(xué)及習(xí)題訓(xùn)練是物理教學(xué)中必不可少的重要環(huán)節(jié)。通過解題的訓(xùn)練，尤其是一題多變、一題多解、一題多練及多題歸一等變式訓(xùn)練，更有助于加深對知識的鞏固與深化，提高解題技巧及分析問題、解決問題的能力，增強(qiáng)思維的靈活性、變通性和創(chuàng)新性。一題多解，培養(yǎng)學(xué)生求異創(chuàng)新的發(fā)散性思維。通過一題多解的訓(xùn)練，學(xué)生可以從多角度、多途徑尋求解決問題的方法，開拓解題思路。使不同的知識得以綜合運(yùn)用，并能從多種解法的對比中優(yōu)選最佳解法，總結(jié)解題規(guī)律，使分析問題的能力提高，使思維的發(fā)散性和創(chuàng)造性增強(qiáng)。一題多變，培養(yǎng)學(xué)生思維的應(yīng)變性，有新意的問題，使更多的知識得到應(yīng)用，從而獲得一題多練、一題多得的效果。使學(xué)生的思維能力隨問題的不斷變換、不斷解決而得到不斷提高，有效地促進(jìn)學(xué)生思維的敏捷性和應(yīng)變性，使創(chuàng)造性思維得到培養(yǎng)和發(fā)展。任何一個(gè)創(chuàng)造過程，都是發(fā)散性思維與收斂性思維的優(yōu)秀結(jié)合。