模块化技术（共12篇）
模块化技术 篇1
1 前言
在一个设备当中,配管对其的运行具有很大的影响,一般的设备中配管的数量相对来说都是比较多的,并且其结构也比较复杂,如果要想设备得到正常的运行,相关的工作人员就应该对进行足够的重视。先进的轧机设备中配管的数量都是比较多的,并且使用其进行生产的时候占据的周期比较长,因此使用传统的配管方法不能满足生产的要求,为了能够使其更好的运行,相关的工作人员就应该制定一套切实可行的配管技术。
2 能够对配管的质量以及其生产效率产生影响的主要因素
通过对设备配管的相关内容进行分析,我们对能够对配管的质量以及生产效率产生影响的因素进行了简单的总结:
能够对配管的质量产生影响的第一个因素就是设计人员对配管进行设计的工作人员设计的精度不符合要求,并且其具有的针对性也不是很强,如果相关的工作人员在操作的时候按照设计图纸进行的,很难实现与产品的精确连接,并且工作人员对设备进行总装的时候还需要进行大量的修配,过程比较复杂和繁琐,不仅对工作的效率会产生比较大的影响,还会对产品的质量产生影响。
另外,配管的设计加工指导性比较差也是导致配管出现质量问题的主要原因之一,如果相关的工作人员对配管进行制作的时候,设计人员没有对其进行足够的指导,那么工作人员在制作的时候具有的难度相对来说就会比较大,并且进行配管工作的时候不能实现工厂化的批量配管要求,对其生产效率产生的影响相对来说比较大。
除此之外,配管在加工的时候没有具备足够的规范性也是引起配管质量问题的主要因素之一,尽管进行配管操作的时候具有的规范很多,但是工作人员在实际的操作过程中并不能完全保证配管的精度。
还有最后一个因素就是进行配管工作的时候,相关的工作人员具有的检测以及加工依据性不强,这就会导致工作人员在加工的过程中没有办法对那些比较复杂的管件做出一个正确的判定。
针对文章上面描述的引起配管质量问题的因素,相关的工作人员进行配管工作的时候制定了一个适用性更强的设计方法。比如对配管进行设计的时候,使用分区分块的模块化方法进行设计,这种设计方式对配管的成套生产以及安装具有很大的积极影响。另外,为了减少配管质量问题的出现,相关的工作人员对配管进行设计的时候使用零件化的设计方式,进而使其在制作的时候能够实现标准化以及批量化。
3 模块化配管技术的工艺流程以及应该遵守的规范
为了能够使人们对模块化配管技术的工艺流程以及相关的规范进行更多的了解,在此我将以某薄板冷轧机配管为例对其进行简单的说明。
3.1 进行配管工作的前期准备阶段
相关的工作人员对设备进行配管的时候,首先要做的一点就是根据配管的要求准备好相应的工具以及量具。同时还应该制作配管的平台模型,也就是我们经常说到的假机架。另外,相关的工作人员还应该绘制配管三维模型图,并且根据绘制的模型图提出相应的工艺控制参数。还有就是对工作的人员进行培训,进行弯管及焊接试验,从而得出管件的弯曲系数以及收放余量工艺值。
3.2 配管工作的工艺流程
工作人员进行配管工作的时候应该按照相应的工艺流程进行,只有这样才能够保证设备的配管质量满足相应的要求。
(1)按照已经给定的分区图对钢管进行配料,并且在配料的过程中预留出对接余量以及管螺纹的允许值,同时还应该对其垂直度以及开坡口进行检测。(2)工作人员应该按照变形量对冷弯管需要调整的弹变范围以及补偿量进行测算,对产生的误差进行一个相对比较严格的控制。(3)严格的对管号以及装置号进行标记,以便其他的工作人员对其进行查询的时候能够比较方便。(4)对于在配管的过程中产生的对接型接头,工作人员应该进行焊前预装及焊接,并且对焊接的场地进行适当的调整,对重点的内容作出标记。(5)在配管的过程中产生的套接接头,相关的工作人员也应该急性焊前预装以及焊接,并且在进行这个工作的时候对装配精度进行相应的控制。(6)进行模块化配管技术的时候,最重要的一个工作就是装配管模型的调整以及检测。进行这个工作的时候,相关的工作人员首先要做的就是加工一个配管专用的台架,并且对连接孔以及中心位置线进行加工。另外还应该对台架模型进行调整,对其水平度进行严格的控制。还有就是按照台架所处的位置对配管支架进行连接,同时还应该对配管的位置度以及法兰面垂直度进行严格的控制。(7)模块化配管技术完成之后进行无损和耐压检测,在检测的过程中按照实际的组成环路进行试压。(8)避免其在使用的过程中出现生锈的现象,对其进行酸洗处理。(9)对其进行冲洗,保证管路表面的清洁性。(10)对其进行重新组装,并且在组装完成之后对设备进行调整和检测,在打印连接号以及区位号的时候要进行分段处理。
3.3 进行模块化配管的时候使用的3D配管模型
为了能够保证配管的质量,工作人员在进行配管之前要使用计算机以及与其相关的设备制作一个三维的配管模型,这个配管模型的制作对工作人员起到了很大的作用,并且提供了一定的技术保证。
4 结束语
对设备进行配管处理的时候,如果使用传统的方法进行配管,设备具有的外观质量就比较差,并且没有办法满足生产周期的要求,除此之外,在使用的过程中很容易出现问题,因此返修的概率相对来说比较高。通过对其进行研究,对设备进行配管的时候使用模块化的技术,顺利的完成了很多大型轧机要求的配管任务,相关人员对这个经验进行总结,将配管的技术应该在油压机当中,产生的效果相对来说也比较好。
参考文献
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[2]石文星.多联机作用域分析[J].北京:2015(09):13-15.
[3]程德威.模块化配管技术注意的问题[J].上海:2014(02):55-57.
[4]潘亚平.如何进行模块化配管技术[J].广东:2013:364-365.
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[6]杨阳.模块化配管技术的研究[J].科技资讯,2013(23):12-13.
模块化技术 篇2
【摘 要】目的：探讨模块化教学法在《基础护理技术》教学中的应用设计及应用后效果。方法：选择我校13级两个班的学生为研究对象，分别命名为试验组和对照组，课程实践教学分别采用模块化教学法和传统教学法。实习阶段进行跟踪考察，并做问卷调查。结果：实验组学生适应临床实习工作能力强，能够系统化掌握课程相关知识。学生反馈更容易接受掌握本门课程，能够加深学生对于各项技能的认识，更好地理解实践操作，对尽快适应医院环境有较大帮助。结论：模块化教学有利于将理论和实践结合起来，加深学生的理解，使学生进入临床实习前更快地适应医院环境。
【关键词】基础护理技术；模块化教学；应用；设计
基础护理技术是护理专业学生必须掌握的专业核心课程，是学生学习专业临床课程的基础。也是学生从事临床工作必须掌握的基本知识、基本理论和基本技能。在职业资格证书考试和职称晋升考核中占有很大比例。因此本门课程教学效果的高低，直接影响着学生的专业能力和职业素养。基础护理技术涵盖了从事临床护理工作的40余项基础护理技能，课程实践项目繁多，知识点琐碎，为方便学生理解掌握，我校对基础护理技术理论和实践教学开展模块化教学法应用设计，初探模块化教学法教学效果。
1对象与资料
选择我校13级两个班的学生为研究对象，分别命名为试验组和对照组。
2方法
对两组学生的课程教学分别采用模块化教学法和传统教学法即按课本编排顺序开展课堂教学，并对两组学生实习阶段进行跟踪考察，并做问卷调查，收集问卷调查结果，对比分析使用两种教学方法后的教学效果。
2.1模块化教学法的定义
模块化教学法（MES）是20世纪70年代由劳工组织研发出来的以现场教学为主，以技能培训为核心的一种教学模式。[1]
2.2基础护理技术模块化教学法应用设计
2.2.1课程定位与作用
《基础护理技术》是护理专业学生必须掌握的一门职业技术课，也是护理专业的核心课程。本课程开设于第二及第三学期，是在学生具备了公共文化课、医学基础知识的基础上，为学生学习临床护理课程打基础的衔接课程，在专业体系中处于承前启后的重要位置[2]
2.2.2模块化教学法设计
本门课程实践项目教学按照病人就诊过程安排开展，分别是认识医院环境、入院、住院护理、出院四个模块。医院环境包括：铺床法、物理化学消毒灭菌、无菌技术、隔离技术。入院护理包括：从办理住院手续到护送病人入病区，准备病床单元，生命体征测量等项目。住院护理包括满足生活需要和满足治疗需要的护理。满足生活需要的护理包括：卧位安置、协助患者更换卧位、保护具应用、口腔护理、头发护理、皮肤护理、晨晚间护理、鼻饲法、导尿术、灌肠法。满足治疗需要的护理包括：冷热疗技术、给药技术、药物过敏试验、静脉输液、静脉输血、标本采集、吸氧、吸痰、洗胃、尸体护理。所有实践项目，两组学生均在教学条件一致的实验室中按教师演示――录像辅助――角色扮演分组练习――下课前抽考回视组织课堂教学。
3结果
试验组学生反馈实践项目模块化开展，能够使学生从宏观到微观掌握本门课程，使该课程操作技能的学习井然有序，能够反映患者就诊的过程、熟悉护士的日常工作内容及职责，以及明确基础护理操作的重要性和意义，易于加深理解掌握本门课程，使琐碎的知识系统化，能够很快适应临床实习工作，提高学生的综合素质和操作技能。对照组学生反馈，感觉本门课程知识琐碎杂乱，掌握起来费劲，学完本门课程，知道医院日常工作内容包括哪些，但不能宏观上把握知识结构。进入临床实习不能快速适应临床工作。
4结论
课程实践教学中应用了模块化教学法大大提高了学生的学习兴趣，以患者从入院到出院的护理工作需求为“主线”选择和序化了课程内容。涵盖了患者从门诊到出院基础护理的整个过程，促进了课堂教学与临床实习的对接，有利于培养学生的实践能力、职业素养和综合素质。模块化教学法有利于提高课程教学效果，但由于我校护理专业班级较多，而实验室资源有限，若所有班级均采用模块化教学法，按照课程教学计划，则出现多个班级均开展同一实验项目导致实验室教学资源缺乏，无法保证课程实践项目的有序开展。为保证教学的有序开展，对我校护理专业多个班级仍采用模块化教学和传统教学法搭配应用，使实践项目在同一时间段不重合开课，保证有充足的实训室和设备仪器及课程教学的有序进行。
参考文献：
[1]周平儒.模块化教学法探微[J].陕西师范大学英语周报，2006（3）
模块化技术 篇3
1 中职模块化教学研究目的的价值
模块化教学描写叙述的是环绕着重点教学内容为中心的活动组合形式，也就是说，一个模块代表一个教学内容，在一定的时间内可以融合成一体，能检测、拥有规定的教学内容，可以根据各不相同的活动教学组合形成。教学模块的内容包含单一课程、复合式课程、几个独立相关的知识点组合而成的整体等，加强实验课程的教育，提高理论知识与实践课程的组合作用。模块化教学的目的是以解决教育中产生的实践问题为主要内容，而不是根据学科体系为主要内容。在对中职教育的执行过程中，应当对学生加强实践课程的教育，尽可能增加实践教学的课时，让学生能够很好地把所学的专业知识与实践的就业职位相结合，提高学生对就业职位的适应性[1]。在对课程的布置上，依据模块化教学设计相适应的课程，推翻原本陈旧的传统教学课程，如基础课程、专业课程、业余课程、兴趣课程等。实施的教育方案是根据学生的学习能力制定的，包括学生能力可以达到的学习目标，每个教学模块中实践课程和理论课程所占的比例，还有其需要考核的标准和模式，课程布置学习的内容要求，教学后的质量评估标准等。
近年来，通过对模块化教学的不断实践证明，模块化教学不仅改变了培育人才的模式，而且形成科学合理培育人才的有效性方案，整合资料进行分析，建立完善的校内外教育实习训练的基地，把实习训练、技巧培训、科技研发、自我鉴定和实训评价融为一体的基地，成为中职电气自动化技术专业培育人才、培养技术、科技推广的重要核心。
2 中职实践教学的模块组合结构体系
在每一个实施模块化教学的环节中，都蕴含了对学生基本素质的培养内容。比如中职电气自动化技术专业的实践理论教学就是由电子技术基础、电路原理、电机与电力拖动基础等课程组成的，也就是最为基础的理论课程。对学生的校外实习内容主要是由与信息处理、电气自动化技术相关的系统运行、自动控制、电子技能培训、计算机技术应用等方面组成，也就是模块化教学的基本素质教育课程。而这些课程在学习教育时，大多数是采用集中式的授课方式，一般会把相应的课程安排在理论教学结束后进行教学。为了加强学生在校外的实践经验，综合所有的实践教学课程，提高学生对就业职位的认知，努力使学生完善基础的理论课程设计以及毕业设计，有效地增强学生的综合应用能力，在就业前完成所学职业技能的综合培训。
2.1 就业职位分析，构建课程思路
为了能更好地完善教育体系，构建科学的课程教学，应以学生的就业为目标导向，与模块化教学的方式相协调，做到以下几个方面：明确就业职位的工作内容，明确课程发展的阶段，明确人才的规范化要求、明确证书需求等[2]。从以上几个方面对就业职位进行分析，完善课程思路的构建，有效并快速地实现中职教育模块化教学培养人才的目标。
2.2 就业职位工作过程分析，构建课程程序
根据中职教育的先进教学理念，以教育的实践和理论为指导方针，研究适于学生在岗位工作发展的课程教学，制定与教学相关的程序开发，从就业职位的工作内容和工作领域进行合理的分析，科学开发与学生学习领域相关的课程。而关于如何科学地开发课程体系，可以从逆向思维的分析方法进行科目课程的构建。
3 中职模块化教学方案的实施
3.1 制定培养人才方案的思路
制定培养专业的中职电气自动化技术人才，可以通过工学结合，不断地开发、创新和探索关于电气自动化技术的专业人才的培养方法。为了不断地提高学生的就业能力和对自我职业生涯的规划，应当培养学生以工作能力为重点，个人素养为基础，工作发展为奋斗目标，从而可以达到强调培养人才的规范性和职业性。把校内和校外的实习训练经验相互融合在一起，在学习的过程中，做好现场模拟实习训练的有机连接，使学习和工作可以进行相互之间的交替，才能保证学生的实践性。经过对电气自动化技术专业人才培养的探索，构建与模式化教学模式相适应的评价体系。以学校为中心，国家教育行政机构为引导，通过社会职位的参与，根据每个环节对学生的教育制度进行动态的监控，建立具有实际效用的评价体系，按照评价可以得到各方面的意见反馈，对培养中职电气自动化技术专业人才的实践成果具有十分重要的意义[2]。
3.2 课程体系的形成
在了解就业岗位的工作过程中，模块化教学课程有非常具体化的专业人才培养目标。而进一步的对就业岗位工作深入了解分析时，可以明确知道该职业对就职人员所要求具备的能力标准[3]。按照特有的专项能力对模块化教学区分规划，确定每个模块化教学的课程目标、教学方式、教学研究和教学评价等，有效地提高学生对专业知识的吸收、消化能力，更能促进学生合理运用所学的理论知识和实践操作能力。而在对模块化教学进行设计安排的同时，要明确专业、态度、技术、知识之间的相互关系。
3.3 模块化教学的成就
模块化教学对课程体系的开发，使得教师具有一定的独立性和空间性。不管是在模块化教学开发的环节上，还是对学生的实践教学过程中，教师已经完全把学生的教学任务当成自己的重要事情去完成。每一个模块教学就是每一项专业技能，学生所学的综合专业技能就是每一个模块化教学的综合内容，而学生的知识点在哪一个方面较为薄弱，就可以一目了然很清楚地体现出来。因此便提高了教师的职业道德、责任感和责任心。模块化教学不仅提升了教师的教学水平，还有效地促进了教师的教学能力，使其不断地得到自我增值。为了增强学生的知识面，开阔学生的眼界，教师应该经常利用自己的假期进行课程的实践操作和现场调研，不断地提升自身知识，从而更好的培养专业人才[5]。对于模块化教学来说，其划分更为重要的是专业的理论化课程、基础知识课程、实践体验教学环节的相互结合，能够恰如其分地把握好基础知识理论课程必要而又够用的尺度。在每一个模块化教学中，专业的理论课程中有哪些必须用到的基础知识理论课程只有教师最为清楚，教师对于无任何用途的知识一般都采取剔除的方法，不会让其占用学生的课时却没有任何效益。按照模块化教学的区分规划，使学生具备了良好的学习空间和学习环境，而模块化教学方案的实施，在学生眼里只不过是一张普通的课程表，没有任何压力的存在，学生可以依照自身的特长和即将就业的岗位，合理地选择模块上的基础课程和专业技能。
参考文献
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[5]吴学强.高职电气自动化技术专业人才培养方案的探索与实践[J].中国成人教育，2011（10）：66-67.
模块化技术 篇4
在激烈的市场竞争环境中, 客户需求的个性化日益增强,客户对产品交货时间的期望值越来越小,因此,对资源重用提出了更高的要求,即不轻易设计新的对象,尽可能重用已有的资源或在已有资源基础上进行变型,提高产品的可靠性和可维护性,缩短交货周期,优化开发设计人员的设计流程,最大程度地满足客户的需求。要实现已有资源的高度重用,必须建立完善的对象重用建模体系。因此,如何建立适于企业实施的重用模型,提高产品全生命周期对象的重用率,是企业亟需解决的问题之一,也是近年来的研究重点之一。
自20世纪60年代Mcllroy[1]最早提出重用理论以来,许多学者已经在重用建模方面做了大量的研究。Troussier等[2]提出了工程设计领域的多层重用模型,分析了重用信息构建过程。Chu等[3]给出了基于特征信息、几何信息、拓扑信息的机械部件三维重用模型,用于CAD和PDM系统环境下的设计重用研究和相似性评价。胡建[4]从重用的空间视图、深度视图、方式视图和设计阶段视图四个维度,提出了基于多维的产品设计知识重用模型。汪军[5]根据制造企业协作模式的特点,提出了网络化制造业务流程重用模型和业务流程组合重用模型。本文通过借鉴上述企业资源重用的理论研究,在分析模块化产品平台对资源重用需求的基础上,从企业可操作的角度,建立基于模块化产品平台的技术对象重用模型,提出适用于企业实施的技术对象重用技术及方法。
1 模块化产品平台对重用的需求分析
模块化产品平台是一系列通用模块及相关联的对象柔性组合的集合,具有灵活性和可变性,能通过重用已有对象或对已有对象稍加变型,形成满足客户多样化需求的产品或产品族。企业实际运行过程中,需要重用大量的模块化产品平台对象,且这些对象类型多样、分布分散,致使目前的重用过程缺乏规范性和合理性,给管理、维护和重用带来极大的不便。大多数企业人员对重用行为很茫然,只知需遵循先重用再设计的理念,但一直被如何重用、重用哪个对象最佳、什么阶段重用等问题所困扰,大大减弱了重用的效果。为了保证平台资源的高效重用,从企业的实际运作环境来考虑,模块化产品平台对重用有以下要求:
(1)企业人员针对不同场合及不同使用目的,有着不同的重用视角和理解模式,他们期望对象重用的过程有依可循,从而减少主观随意性带来的误差。
(2)针对某一具体任务,操作人员往往需要花大量的时间和精力去搜寻可重用的对象,对于如何选取最匹配的对象实例,如何在不完全匹配的情况下选取主模型参数或特性,如何将相关的经验知识作为使用依据等一系列问题,迫切需要一些对象重用优先次序及操作方法的指导依据。
(3)以何种方式重用满足需求的对象是企业人员关注的问题之一。
为了提高对象的重用率,提高企业人员的工作效率,建立由实践需求驱动的重用机制是必不可少的手段之一。重用是对象有序化实践的价值体现,充分挖掘合理规划的内在潜力,可使企业真正从重用中获得利益。
2 基于模块化产品平台的技术对象的相关概念
定义1 技术对象。技术对象是指与产品相关的物理对象及描述物理对象的逻辑对象的集合,例如零件及描述零件对象的文档、工程图、模型、主模型、主文档、主图及相关知识等。
定义2 零件。零件指的是广义零件,包括组件、零件、原材料、毛坯、半成品、辅料和备件等对象。
定义3 文档。文档是指除CAD图及纸质工程图以外的一般资料,如标准、专利、计算书、可行性报告和安装说明书等对象。
定义4 工程图。工程图主要有加工图、装配图、报价图、样本用图、检验图及服务用图等对象。
定义5 模型。模型有标准几何模型、变型几何模型、功能模型、设计构思模型及空间安装模型等对象。
定义6 主模型。主模型利用一些关键的参数来描述零件外型及各尺寸之间的联系。
定义7 主文档。主文档是不同类型文档的模板的总称。例如,一类零件的工程图模板即为主图,可派生出不同零件或部件的工程图[6]。
定义8 知识。知识由企业中各对象相关知识信息组成,如一些理论知识、实施方案、规则及相关经验等,涉及产品全生命周期,如设计阶段有设计方法、设计工具、设计经验及设计过程等。
3 基于模块化产品平台的技术对象重用建模
在产品生命周期不同阶段,技术对象重用层次和重用方式的选择策略及实施次序是成功实现对象重用的重要前提。为了更好地重用已有资源,除了对技术对象进行有序化外,对象重用建模也必须引起重视。有了好的重用模型,可确保在任何应用场景、任何需求下对已有资源进行快速检索和有效重用,并保证新创建资源的可重用性。
3.1 基于模块化产品平台的技术对象重用建模框架
技术对象重用机制基于模块化产品平台的技术对象重用建模框架从不同维度来表述,引入重用广度维、重用深度维和重用方式维等概念,融合产品生命周期过程、重用层次和重用方式为一体,如图1所示。
3.1.1 重用深度
深度意味着企业人员在不同应用场景下对象重用的粒度,是重用充分与否的有效衡量标准。重用深度由实例层、主模型层和知识层三个层次组成,如图1所示,采用层次性思想,可增强技术对象重用的灵活性和适应性,满足各类用户的重用需求,检索到不同层次的对象信息,更利于PLM的管理[7]。
实例层重用是指技术对象实例的重用,如零件、文档、工程图和模型等的重用。主模型层的重用是指对描述实例层对象的主模型或相关联的主图、主文档等对象的重用。知识层重用是对相关知识进行重用的过程。
对象重用的深度维体现了重用的层次抽象性和灵活多样性,每种重用深度会对产品开发设计过程、客户需求的满足度产生不同程度的影响。重用深度越大,对象可变型度越大,能更大程度地提高客户满意度;反之,重用过程更简单、更形象。
3.1.2 重用广度
广度是指描述设计、制造、销售维护及回收等生命周期各个阶段对象重用的广泛程度。广度维体现了重用的阶段性和过程性,随企业具体的生产模式及运作方式的不同而不同,可能会出现更为细化的阶段或更为详尽的场景,这里不再赘述。技术对象的重用广度越大,越有可能获得更多有用的信息,增强企业用户的自学习能力。
3.1.3 重用方式
对象重用的实质是通过借用企业已有对象来满足当前需求的解决过程。实现对象重用可以有许多途径,不同途径具有不同的侧重点。按重用对象的类型分有基于实例的重用、基于参数的重用、基于知识的重用及基于规则的重用等;按匹配程度分有精确匹配重用和近似匹配重用两种;按检索方式分有基于产品主结构的重用、基于分类树的重用、基于对象编码的重用及基于对象名称的重用等。
本文根据上述企业重用需求,按对象重用的程度,将重用方式分为完全重用和部分重用两种类型。完全重用是指企业已有的对象能完全满足客户对新产品提出的需求,不需经过任何的修改而直接使用。部分重用是指企业已有的对象不能完全满足客户的需求,需在已有对象的基础上进行修改,只重用其部分特征或特性。
3.2 基于模块化产品平台的技术对象重用过程模型
重用是一个不断搜索、不断选择和不断修改的过程,基于模块化产品平台的技术对象重用过程模型用来描述重用活动及重用活动间的逻辑关系,如图2所示。
重用过程首先以客户需求为导向,进行需求信息的语义分析,根据一定的映射规则,映射为重用需求。然后,用户可根据其熟悉的检索策略进入检索环节:对于熟悉产品主结构的用户,可从产品主结构或产品结构进入;对于无经验的用户,可利用分类树检索入口进入;对于熟悉编码或明确正确名称的用户,可直接从编码系统或名称字典进入。确定入口之后,提取技术对象特性及属性的描述语义,由实例层开始检索,进行相似度计算,得到与需求完全匹配或近似匹配的实例集。分析所有实例,若存在精确匹配的实例,则完全重用该实例;否则评价实例与需求的匹配程度,选出最匹配的实例,进入其相应的主模型层实行匹配搜索和匹配分析。若精确匹配或相似度高,则进入修改阶段,确定变型方案或修改策略;否则,进入知识层检索,重用精确匹配和相似度很高的相关知识,如以往经验、领域知识等,确定修改方案。修改的过程是一个反复迭代的过程,需反复对修改得到的对象进行匹配评价,直至符合客户需求。若经反复迭代后仍得不到满意的结果,则进入全新设计流程,从而获得满足需求的对象实例。对于修改得到的对象或重新设计的对象,经入库验证和审批流程后,可作为新版本的对象存储到优选库中备用。
为了有效地控制企业人员在产品全生命周期的各个环节优先重用已有资源,可将重用的过程与业务流程结合起来,启动某流程之前,先询问是否检索已有资源,提醒或强制用户进入重用流程。上述重用过程存在大量的反复迭代过程,具体实施过程中,可酌情进行调整和优化。
4 基于模块化产品平台的技术对象重用技术
为了最大化地满足上述需求,确保重用方法和重用行为的可追溯性,本文将对实现技术对象重用的关键技术展开讨论,分别从重用广度-重用深度和重用深度-重用方式两两维度上介绍基于模块化产品平台的技术对象重用技术,深入了解其内涵和本质,使用户尽可能在最接近客户需求的维度实现重用。
4.1 基于广度维-深度维的重用技术
基于广度维-深度维的重用技术是指在生命周期的不同阶段,用户根据不同应用场景的重用需求,为实现不同深度的技术对象重用所采用的技术和策略,主要指需求映射技术。
客户需求-PLM重用需求-技术对象的映射如图3所示,其映射机理为:由企业人员和客户共同协商,明确订单中的需求信息及语义表达,并通过一定的映射规则将其映射为产品全生命周期不同阶段的重用需求。再建立重用需求语义与技术对象特性及属性语义之间的映射关系,通过一定的约束规则综合分析,明确最相符的、所属不同重用深度的技术对象。由于需求是人的主观判断、主观意愿,甚至是主观期望的一种反映形式,具有明显的不确定性和模糊性,因此,本文选用语义相似性作为映射关系的约束规则。相似度(degree of similarity)是指语义之间相似程度的度量[8], 取值范围为[0,1], 取值“0”表示两语义完全不相似;取值“1”表示完全相似。
首先,对客户需求、PLM重用需求、技术对象的特性及属性进行语义分析,并存放于语义库中进行统一管理。其中,客户需求从表现形式来看,可分为关键词形式和句法形式两种。刘慧[9]详细地阐述了这两类需求的特点和语义分析过程。通常客户需求主要有产品外观需求、功能需求、性能需求、质量需求、使用需求、交付需求和维修需求等,其语义信息用矢量c=(c1,c2,…,cm)表示。PLM的重用需求主要包括设计阶段的重用需求,如在概念设计阶段构思产品总体轮廓时,需重用已有产品的主要功能、结构、采用的主要技术及成本等。在详细设计阶段,在概念模型的基础上形成完整的产品开发方案,需重用产品配置方案、零部件的几何形状、尺寸、精度及约束关系等。制造阶段的重用需求如制定生产计划时,跟踪检查其执行情况,根据以往的经验知识及时做出调整;制定工艺路线时,按已有产品的流程,合理安排工序;生产过程中各环节的质量控制与改善等。销售服务阶段的重用需求如下:根据客户资料及产品资料,保证客户订单处理的及时性;统计销售数量,预测年度、季度销售目标,扩大销售额;与客户建立良好的合作关系,经常与客户沟通,介绍新产品及报价等细节,尽可能获取客户需求信息;根据修护记录,实现产品的安装、调试和维修,并及时做好产品保修的审查、统计和结算工作;负责对客户进行培训及技术支持,接收客户反馈的各种信息,如抱怨、投诉、质量改进建议等,以提高企业的服务质量。回收阶段的重用需求如下:对报废后的产品或部件进行再制造以期重新投入使用,需了解报废产品的材料成分、性能指标等;回收使用中的产品或零部件,通过参数、结构、材料等的改良,使其更环保、更耐用等,它们的语义信息用矢量r=(r1,r2,…,rq)表示;技术对象的特性及属性包括结构特性、功能特性、特征特性、元属性等,其语义信息表示为e=(e1,e2,…,en),其中e1=(s1,s2,…,st)表示某个对象的语义矢量。
将需求语义、技术对象特性及属性的描述语义与语义库中的语义进行相似性分析,代入语义相似度计算模型进行计算[10],若相似度值越大,则表明该对象与需求越匹配。
客户需求-重用需求与重用需求-技术对象之间的相似度计算公式分别为
式中,Sim(c,r)、Sim(r,e)为相似度;
给定一个相似度阈值或范围,通常是由资深工程师给出的经验值,在此范围内大于阈值的对象即为检索得到的与需求匹配的对象,该映射过程是模糊映射,因此,通过语义相似度计算得到的结果是一个对象集。
4.2 基于深度维-方式维的重用技术
基于深度维-方式维的重用技术是确定重用深度中的技术对象集后,明确是完全重用某技术对象还是部分重用某技术对象的方案,这里主要指对象的匹配评价技术。重用过程中,对象的匹配分析是决定能否有效重用的关键环节。
将检索得到的对象集中的对象与客户需求进行匹配度评价,由于需求的模糊性特征,对相似匹配影响的权重也不同,因此,该匹配评价属于多因素评价问题。本文采用层次分析法(AHP)进行匹配计算,计算过程如下。
检索得到的对象集矢量用矩阵形式表示为
将客户需求矢量与技术对象特性及属性的语义矢量进行正规化计算,得到匹配指标矩阵为
采用1-9数值序列对各需求元素进行不相关比较,得到判断矩阵为
计算权重,即
得到权重矩阵w=[w1w2w3 … wr]T
引入贴近度p作为匹配指标[11],即
贴近度p的取值范围为[0,1],当p=1时,表明完全匹配;当0<p<1时,p越大,检索到的对象与客户需求越匹配。因此,依据贴近度来选择最满意的对象,若是完全匹配的,则直接重用;若是近似匹配的,则选择贴近度最大的对象。若出现多个对象贴近度同时最大的情况,则可组织专家综合分析或通过重用率进行筛选。若完全匹配,则直接重用该对象;若属于非完全匹配,则需修改。
综合上述分析,本文提出在不同的生命周期阶段,采用何种方式重用不同深度的技术对象的重用策略。在设计阶段,大多数需求都是对零件对象的重用,重用策略是先检索实例层,重用零件实例,若没有完全匹配的实例,再重用某一类零件的主模型,对主模型进行变型,生成满足需求的实例;若仍然不能满足要求,此时再重用设计零件时涉及的相关知识,如设计规范、设计原理等。在制造阶段,通常重用的对象是生产计划、工艺工序、质量控制信息等与零件相关的文档信息和工程图信息,因此,制造阶段的重用策略是先重用已有的文档实例或工程图实例,若没有完全匹配的实例,再重用主文档或主图,如生产计划主文档,即生产计划的模板,将这个模板针对客户需求进行修改,形成一个新的生产计划;若仍然不能满足要求,此时再重用如何制定主文档或主图的相关知识,重新设计新的满足需求的生产计划主文档和生产计划实例。在销售服务和回收阶段,按照重用需求,依次从实例层、主模型层、知识层进行重用,灵活选用每个层次中相关的对象,重用思想和过程与设计、制造阶段相同,这里不再赘述。
5 应用
下面选取设计阶段配置设计过程作为实例,进一步阐述对象的重用场景。场景是用于表现环境、对象及行为之间交互的形式。目前描述场景的方法很多,如时序图、用例图、交互图、场景树等。为了简洁、直观、快速地反映配置设计过程中企业人员、系统及对象之间的交互行为,本文选择生命序列图方法作为描述工具。
生命序列图(live sequence chart,LSC)是Damm[12]在信息序列图(message sequence chart,MSC)的基础上提出的。本文选用生命序列图来描述场景,原因是它在同一幅图中能详细说明不同时间跨度上行为、条件、过程、对象之间的精确关系。
产品配置是借助一系列配置规则,将企业已有资源及相互约束关系与客户需求建立映射关系,并对匹配的对象进行合理的组织,形成满足客户个性化需求的产品设计过程。本文以杭州某汽轮机企业三系列工业汽轮机为例,对汽缸的配置设计的重用场景进行阐述。
如图4所示,在生命序列图中,方框中带下划线的对象代表场景的参与对象,主要包括在场景中扮演某个角色的人、系统、操作对象等;每条纵向的直线代表参与对象的生命线,表示参与对象在场景中出现的起止时刻;每条横向带箭头的直线表示一个操作, 该直线由操作的执行者指向接收者,该直线上方的文本即为操作的内容。每个小方框为场景中的子过程或称子图,六边形表示某几个或某一个参与对象的循环执行过程,虚线代表终止条件。生命序列图中的各个操作都是按时间先后顺序由上至下进行的。
首先,由销售人员与客户商榷订单内容,根据客户提出的需求,销售人员结合企业实际提出调整建议或调整方案,直到双方达成共识。为了保证产品质量和交货期,从销售人员和客户最终确定的需求方案出发,如对汽缸类型、进气压力、排气压力、进气温度、排气温度等参数的需求,明确是否能够重用已有资源。在设计人员的协助下,将客户模糊的个性化需求规范化,并映射为对象重用需求,例如由工程师通过查阅焓-熵图,将上述需求参数映射为进气焓、排气焓、进气比容、排气比容等参数。
然后,进入配置设计流程。设计人员收到配置请求后,回复确认信息,并发送“开始”操作信息给配置系统,激活配置行为,此时,配置系统开始工作。配置系统应包含的功能有管理及定义配置规则、建立对象事物特性表、管理对象属性及相关知识、配置产品模型等。目前,配置方法很多,有基于约束、基于规则、基于资源、基于本体、基于实例等的配置方法,可依据企业实际进行选择。若选用基于规则的配置,可通过决策表进行规则求解,即参照文献[13]中ECA(event condition action)规则的求解方法,确定配置规则。按照该配置规则,检索相关对象实例,即检索子图启动。由设计人员发送检索请求,在优选库中进行检索操作,以分类结构作为搜寻入口,并创建符合要求的实例集。根据提取出的需求和实例的描述语义,进行语义相似度计算,在实例集内寻找最合适的实例,直接调用进行配置设计。若没有精确匹配的实例,则转入评价子图,进行匹配分析,计算实例与需求之间的贴近度,选择贴近度值最大的实例标识为最匹配的对象。查找搜寻到最匹配的实例的主模型,若近似满足需求,则进入修改子图,选取相关参数进行变型,主模型层的修改主要针对主模型、主图、主文档、主工艺规划等展开,如修改主模型的几何参数、状态属性、联系属性、工艺流程等。汽轮机汽缸的变型方案可参照文献[6]。若不能满足需求,则进行知识层检索,知识层的修改涉及产品生命周期各阶段的抽象知识,可从设计参数、理论基础、方案策略、相关经验等角度着手,找到符合需求的知识进行修改或全新设计。修改过程需不断地与需求进行评价匹配,直到完全匹配客户需求为止。该配置设计流程是一个反复迭代的过程,需确认产品中所有配置对象后方能结束。将选好的对象按照配置规则进行组合,得到满足客户需求的配置结构。
最后,由配置系统发送配置结果给客户确认,并由设计人员进行有效性验证和审批,如分析修改对象所对应需求的重现率;分析对象是否具有可重用能力;分析修改对象的正确性,确保再次重用的质量;分析对象的复杂度;分析修改对象的兼容性,判断其是否能与其他对象进行装配,已有的系统能否对其进行编辑等。遵循先入库后使用的原则,并记录对象的创建、定型等属性,作为后续的参考依据,保证优选库中对象的质量和可靠性。
该重用场景中,基于分类结构的优势在于,不必构建概念语义树,检索结果仍然是以分类树的形式显示的,使检出的对象集排列更有序,在选择最佳匹配对象的过程中,可大大减少相似对象的浏览量,便于识别最佳的重用候选对象或最相似的可修改对象,同时,以类的形式显示可使用户在同类对象中发现未曾想到的重用机会。
6 结论
(1)针对模块化产品平台对重用提出的要求,以技术对象为核心,从重用深度、重用广度和重用方式三个维度阐述了重用建模框架, 并提出了基于模块化产品平台的技术对象重用过程模型,深入探讨了技术对象重用的本质。
(2)从重用广度-重用深度和重用深度-重用方式两个角度,分析了需求映射和匹配评价两个重用的关键技术,并给出了重用策略。
(3)以生命序列图为描述工具,简洁、直观地反映了配置设计过程中企业人员、系统及对象之间的交互重用场景。
模块化技术 篇5
中职教师只有突破传统教学的束缚，勇于创新，才能更好地培养技术人才。在教学过程中，要根据学生实际情况进行相应调整，使教育体系适应于学生，学生才能得到更好的教育，为今后就业打好基础。在此基础上学生不仅拥有丰富的理论知识，还能将其运用于生活中。所以在教学过程中要以培养知识为中心，向实践方向扩展，时间是检验真理的唯一标准。丰富的实践操作以提高现场的动手能力，在教学过程中仔细留意学生的问题，及时进行更正，保障学生正确掌握技巧。
中职院只有对所需电气自动化技术的就业岗位进行透彻的分析与了解，才能创办与之相对应的教学课程，制定准确无误的`培养该专业的技术人才的方案，使其专业的学生具有该职业所需求的技能条件。
随着网络的发展，学生可以从网络上查询，了解所学知识。因此学校开展网络教育的需求越来越迫切。学生可以在网络教育平台进行学习，课下进行课程的学习与巩固，虽然网络教育平台需要更多的精力和资源，但是带来的教育效果远远超出所付出的精力与资源。扩展大学生学习途径至关重要，例如，将一些关于专业性的讲座，公开课放在网站上，便于没有到现场听的学生在网络上学习，保障了每位大学生都有学习的机会，从而巩固所学知识。
3.2 制定合理的教学体系
在模块化教学中，若以专项能力为基础来分开教学，并且每个分区制定详细的课程教学计划，同学对学生课程学习成果的反馈记录，进行探讨与后续改动。这样做的话，有利于帮助学生更好的理解专业知识，使之很好的与实践相结合，培养实践的动手能力。教师只有制定完整的教学体系，坚持以理论与实践相结合的方式进行教学，才能使学生以高完成度完成学业，进而达到教学目的，增强教学质量。
4 结论
模块化技术 篇6
温差发电片；外形设计；空调热风；家居低碳
当今世界，能源与气候问题日益突出，在全球气候变暖的大背景下，低能耗、低排放、低污染的“低碳经济”时代即将到来。低碳的循环的能源亟待发展，对于家居生活的低碳能源倡导，我们还没有投入足够的关注。低碳家居作为一个新兴理念在未来发展中将逐渐显现出其价值。本文关注这一理念，并对家居低碳概念付诸实际行动。温差作为我们日常生活中极其常见的物理现象，有着其不为大多数人所洞察的潜在能量，目前对于这块能量的利用还处于初步的阶段，我们采用半导体温度发电模块来对热源能量进行转化[1]，其具有无噪音、低污染、转化率相对较高等优点，可广泛地用于对家电废热的回收及利用，所产生的电能可作为家庭辅助电力供应系统来使用。
本器件的重要组件为半导体温差发电片，其以塞贝尔效应[2]为基本原理制成。半导体温差发电是一种将温差能（热能）转化成电能的固体状态能量转化方式。事实上，温差发电片在温差较小的范围内并不能体现实际的利用价值。本文选择空调外机出风作为热源，很大程度上考虑到空调其出风口的温度相较于环境存在较为可观的温差。
在空调外机的出风口处架一与出风口大小相匹配的圆弧形罩面（其尺寸随空调设计规格的不同而调整），照面内部规则镶嵌若干温差发电片如图1（a），系统整体功能的实现是通过热风使得罩面两侧形成一定温度差，内部的温差发电片通过线路排布，整合成效率较高的转化装置，所产生的电能经由配置控制电路或储存在蓄电池或直接加载到用电器上。罩面由五个支架固定在空调外机上，罩面与出风口之间留有空隙，使热空气向侧面流通，防止外机散热受阻，引起压缩机无法工作。发电片在罩面内部的排布参照太阳能电池方阵，其主件是由温差发电片单体串并联获得[3]，其扑拓结构如图1（b）。
考虑阵列中所有模块两端的温差构成矩阵 T
假设热电偶的赛贝克系数[4]，模块的内阻和导热性都与温度无关。我们可以将阵列模块等效为一个电压源，其开路电压和电阻分别为和，不考虑输出电流的限制，所以可计算得：当时，输出功率取到最大：
这里是单一热电偶的塞贝克系数； 是与组件相关的导热性系数； t是组件两端的温差。从上式看出，该装置的输出功率主要受三个因素影响：发电片的规格及性能参数；模块的阵列拓扑结构；两端温差。
温差发电罩面包括铝制外壳层、温差发电片、线路排布通道、内壳层、整体电流输出线路管，温差发电片利用软性导热硅胶绝缘垫固定在散热铝槽所做外壳。软性硅胶导热材料有良好的导热能力、高强的绝缘效果、厚度可选择、柔软而富有弹性等特点，引导热量由内而外，分散热量使空间内达到均温。在散热设计中的应用是很广泛的。
我们所用的温差发电实验通过构建冷热源，模拟温差发电装置工作环境，测定温差发电装置在不同温差条件下的热电特性。实验得出TEC112706T200温差发电片发电特性如下：
表1 温差发电片测试一试验组数
实验条件说明：冷源温度恒定为30℃；热源加热至稳定20秒后读数；热源初始温度为35℃，逐渐上升。实验测试不同温度等级下的空载电动势得到变化曲线，两组全呈线性增长的变化趋势。由表知，当温度在45℃到55℃时，其发电特性接近于水平，能得到稳定电压1V。我们估计在夏季室外的温度平均可达32℃，而空调外机吹出的热风的温度可达70℃左右。这里的温差在考虑到罩面导热损耗所产生的的温差趋近因素，我们可以确定该款温差发电片能达到预定的功率输出。但是显而易见，其电压水平达不到正常用电器的工作电压，所以可以通过上述的阵列排布将多片串并联起来提高电压，并且针对这一温差发电组件，设计系统的蓄电电路，将温差发电片组件所产生的电能，经过升压，稳压进而储存到蓄电池中以备使用，该电路结构简单，体积小，成本低，而且转换效率达到了90%以上。
结论：我们通过温差发电片模块化的设计，使其与空调相配套，构成可靠，低碳的发电系统。并且对该模块组件进行阵列线路的分析，推导得到该模块所能输出的最佳功率的表达。并且选用到一款合适的温差发电片，对他的在温差的主要性能参数进行了试验检测，其符合日常空调使用的环境情况。最后本文还通过整合蓄电电路，解决了整个系统所产生电源的存储和正常范围内电压驱动等问题。
[1]郑艺华，马永志.温差发电技术及其在节能领域的研究究.节能技术，2006.02
模块化技术 篇7
1 UPS电源系统的定义和分类
UPS (Uninterruptible PowerSyste m/Uninterruptible Power Supply) 指的是不间断电源, 通常要求将蓄电池以及主机之间进行有效连接, 依靠主机逆变器等模块电路顺利实现对直流电的转换, 获得市电, 而UPS就是能够实现这一过程的一种系统设备。其具体分类为:
1.1 后备式
后备式UPS通常是针对个人计算机的使用而言, 这也是UPS种最普遍的一种类型。假如电源出现异常, 该设备可以马上切换到电池模式, 在此过程中, 后备式UPS需要调动转换器开关, 实现对负载的有效切换。逆变器通常在电源发生异常的情况下才会开启, 因此将其称为“后备式”UPS。该设别在设计上拥有很多优势, 其尺寸相对较小, 耗费的成本较低, 而且具备较高的工作效率。如果选择适用的滤波电路或者浪涌保护器, 该系统还可以针对浪涌提供一定的噪声过滤功能。
1.2 在线互动式
该类型的UPS属于具有明显的智能化特点, 电池以及交流电源之间的转换器一直与UPS的输出端保持连接状态。假如电源处于正常状态时对逆变器实施反应操作, 就能够对电池进行有效充电。假如电源出现异常, 其转换开关通常会呈开启状态, 同时依靠电池向UPS输出端提供电能。该类型的UPS在滤波效果上明显优于后备式UPS, 同时其转换瞬态过电压也并后备式UPS要低, 这主要是因为在线互动式UPS得逆变器一直都保持着开启状态, 始终与输出端进行有效连接。
1.3 后备式-铁磁共振式
该类型的UPS在功率处于3kv A至15kv A的使用对象中应用十分广泛。后备式-铁磁共振式UPS通常需要通过特殊的饱和变压器开展设计, 该变压器一般具备的线圈数目为3个。一般情况下, 主电源路径通过交流输入电源, 对电源开关实施转换, 同时转换变压器, 之后实现与输出端的有效连接。如果电源发生异常, 转换开关会呈打开状态, 逆变器会完成对负载的有效供电。该类型的变压器能够发挥“铁磁共振”的作用, 能够对一定电压进行适当调节, 并针对输出波形进行科学修改。但是, 铁磁共振变压器本身存在明显的输出电压失真问题, 其瞬态过电压也相对较大, 很容易发生诸如交流电源连接失误等严重问题。
1.4 双转换在线式
该类型UPS通常应用于功率超过10KVA的电源, 其主电源路径属于逆变器, 其他与后备式设计无明显区别。
针对双转换在线式UPS, 其输入交流电, 同时出现电源问题时, 无法对转换开关进行激活, 因为输入交流电始终处于给电池充电的工作状态, 只能通过备用电池实现对输出逆变器的电力供应。所以, 假如输入交流电源发生异常, 并不需要另外的时间开展在线运行状态的转换。
1.5 Delta转换在线式
该类型UPS属于新引进技术的一种, 该类技术能够解决双转换在线UPS存在的问题, 可以针对功率处于5KVA至1.6MW范围的电源发挥广泛应用效果。该类型的UPS设计与双转换在线式设计存在很大相似点, Delta转换在线式设计可以在现实UPS一直依靠逆变器完成对负载的电压供应。但是, Delta转换器的存在也能够针对逆变器进行电能输出。假如交流电源发生异常, 该设计采取的工作模式与双转换在线式设计是相同的。
2 逆变器并联系统的研究
2.1 交互式并联系统
交互式并联系统内部采用的逆变器一般属于电压控制型或者电流控制型, 此外, 也有可能采用的是以上两种控制类型的混合并联模式。针对电压控制型, 该控制下的逆变器均处于并联状态, 均可以视为电压源, 不同逆变器的地位不存在差异, 处于并联系统的所有逆变器都需要对公共网上的电压幅值、相位以及频率进行跟踪, 所有逆变器均需要按照其具体工作状态进行适当调整, 再确定是采用公共电网吸收功率的方法或者向公共电网发送功率的模式。
2.2 独立并联系统
该类型逆变器与公共电网之间不存在能量交换, 具有一定的独立性。该系统结构通常适用于UPS并联系统, 能够保证供电系统的正常运行。独立并联系统内部的逆变器在类型上多种多样, 不但可以选择电压控制型和电流控制型, 而且可以选择以上两种控制类型的混合并联。电压控制型逆变器并联状态下, 所有逆变器均可视作一个电压源, 所有逆变器均拥有同等地位, 此类系统能够实现模块化并联, 优势较突出。
3 模块化UPS的优点
一方面, 模块化UPS通过被看作是冗余系统的一种, 如果有一个功率模块发生异常, 系统会将该模块脱离, 与母线分开, 转而由另外的模块对全部负载进行承担。假如我们针对系统实施扩容处理, 应在保证负载不受干扰的情况下适当新增功率模块, 也就是插入模块的热插拔。另一方面, 因为模块化UPS属于高频机, 选择IGBT高频整流技术或者逆变技术, 扩大对主动功率因素校正技术的实际应用, 能够有效提高整机效率, 机器不会制造严重的噪声。所以, 模块化UPS能够发挥突出的节能效果。
4 结束语
综上所述, 各种类型的UPS在性能特点上存在很大差异。其中以后备式、在线互动式、Delta转换在线式等设计模式的应用最为广泛。人们可以选取适合自己的UPS拓扑结构, 并且采用模块化UPS以及并联控制技术能够创建高效企业。
参考文献
[1]陈息坤.高频模块化UPS及其并联控制技术研究[D].华中科技大学, 2012.
[2]梁新明.高频模块化UPS及其并联控制技术研究[J].中国科技信息, 2014 (09) :181-182.
[3]王其英.UPS的发展历史与新技术[J].中国金融电脑, 2011, (9) :32-36.
模块化技术 篇8
利用动态库技术进行通信协议设计,按照从核心到外围的层次关系进行模块化组合设计,各模块动态加载,可扩展,独立编译,软件系统层次明确、内外松散耦合,便于功能组合和升级改造,提升软件质量。
1 动态库基本理论
1.1动态库分类
VC支持三种DLL,它们是:
1)Non-MFC DLL:指的是不用MFC的类库结构,直接用C语言写的DLL,其输出函数一般用的是标准C接口,并能被非MFC或MFC编写的应用程序所调用。
2)Regular DLL:和下述Extension DLL一样,是用MFC类库编写的,能够被所有支持DLL技术的语言所编写的应用程序调用。在这种动态链接库中,它必需有一个从CWin APP继承下来的类,DLLMain函数被MFC提供,不用自己显式的写出来。
3)Extension DLL:只被用MFC类库所编写的应用程序所调用。在这种动态链接库中,用户可以从MFC继承想要的、更适于自己用的类,并把它提供给自己的应用程序。与RegulaDLL不一样,它没有一个从CWin APP继承下来的类的对象,用户必需为自己的DLLMain函数添加初始化代码和结束代码。
1.2 DLL调用方法
DLL的创建是供可执行应用程序调用的。使用了外部DLL的应用程序的创建与普通应用程序的创建完全一样。在此基础上可以对外部DLL进行显式或隐式调用。对DLL的调用分为两种,一种是显式的调用,一种是隐式的调用。所谓显示的调用,是指在应用程序中用Load Library或MFC提供的Afx-Load Library显示地将自己所做的动态库调进来,动态链接库的文件名即是上面函数的参数,再用Get Proc Address获取想要引入的函数。自此,就可以像使用应用程序自定义的函数一样来调用此引入函数了。在应用程序退出之前,应该用Free Library或MFC提供的Afx Free Library释放动态链接库。
隐式的调用则需要把产生动态链接库时产生的.LIB文件加入到应用程序的工程中,想使用DLL中的函数时,只需声明一下即可,而无需调用Load Library和Free Library对DLL进行显示加载、卸载。
隐式调用的方法比较简单,但隐式调用的DLL在应用程序加载的同时被加载到内存中,当应用程序调用的DLL比较多时,装入的过程十分缓慢。通过延迟加载技术可以很好地解决该问题。但除了必须的.dll文件外还需要DLL的.h文件和.lib文件。这在那些只提供.dll文件的场合就无法使用了,而只能采用显式调用方式。
1.3 输入函数和输出函数
模块是Windows的基本构成单元,主要由应用程序模块和DLL模块组成。这两类模块的结构是一样的,都可以“输出”(export)函数供其他模块使用,也可以“输入”(import)其他模块的函数。输入一个函数就是在代码中创建指向该函数的动态链接,而非像在静态链接中那样实际装配该函数的代码。与DLL不同,由应用程序模块输出的函数是无法为其他应用程序模块所输入的。
MFC提供的用于输出的函数的关键字是__declspec和dll-export。在要输出的函数、类或数据的声明前使用__declspec(dllexport) 表示输出。若要输出动态库中的函数mimafuwu(HWND h Wnd)供应用程序输入使用则在动态库中声明该函数如下:
2通信协议动态库设计
2.1动态库结构
通信协议动态库一般只包含一个输出函数和由该输出函数创建的三个UI线程(用户界面线程)即主控线程、数据接收线程和数据发送线程组成。三个线程分别对应三个模块:DLL主控模块,DLL数据接收模块和DLL数据发送模块。DLL主控模块负责与调用DLL的应用程序及DLL数据收发模块交互数据和消息,同时负责按接口协议进行解析、分包、组包、超时重传等数据处理操作,DLL数据收发模块负责与外部通信端进行物理层接口(如网口、串口等)的数据收发,DLL数据收发模块相互独立不涉及信息交互。通信协议动态库结构示意图见图1。
2.2动态库接口及协议
通信协议动态库接口设计为内部接口和外部接口。如图2所示,内部接口为动态库内部模块之间的接口,外部接口有两种,分为动态库与调用其的应用程序之间的接口和动态库与外部通信端之间的接口。
2.2.1内部接口及协议
动态库内部接口为DLL主控模块与DLL数据发送模块之间和DLL主控模块与DLL数据接收模块之间的接口。内部模块之间主要通过自定义消息方式构造协议进行数据通信。
2.2.2外部接口及协议
2.2.2.1动态库和调用DLL的应用程序之间接口及协议
动态库和调用DLL的应用程序之间接口为DLL输出函数。两者之间主要通过自定义消息方式构造协议进行数据通信。
2.2.2.2动态库和外部通信端之间接口及协议
动态库和外部通信端之间的接口主要为以太网口和串口、并口等通信端口等。使用的接口协议主要有:基于TCP的网络通信协议、基于UDP的网络通信协议和基于串口/并口的端口通信协议等。
2.3动态库信息处理流程
调用DLL的A端应用程序拟制一份数据按动态库和调用DLL的应用程序之间接口协议将其提交DLL主控模块,DLL主控模块按动态库和外部通信端之间接口协议进行数据处理后再按内部接口协议将数据提交DLL发送模块,DLL发送模块将数据发送到B端。DLL接收模块接收B端数据后按内部接口协议将其提交DLL主控模块,DLL主控模块按动态库和外部通信端之间接口协议收齐数据后,再按动态库和调用DLL的应用程序之间接口协议将数据提交A端应用程序。即:
1)A端调用DLL的应用程序->DDL主控模块->DLL发送模块- >B端
2)B端 - >DLL接收模块->DLL主控模块->A端调用DLL的应用程序
3 通信协议动态库设计要点
3.1动态库中的输出函数
应用程序一启动就应加载动态库,调用动态库输出函数。动态库中一般只有一个输出函数,该函数只负责创建UI线程。输出函数参数须包含应用程序某窗口句柄,一般为主框架窗口句柄,同时输出函数将必要的变量信息如动态库创建的某个线程的线程号回传至应用程序。通过窗口句柄和线程号作为参数,以便于应用程序和动态库之间以自定义消息的方式进行通信。
3.2动态库中的超时时钟设置
动态库中超时时钟的设置与应用程序有别,不能使用ON_WM_TIMER()消息机制,需采用自定义消息方式。具体方法如下。
3.3动态库与调用DLL的应用程序之间的消息传递
如前所述,动态库与调用DLL的应用程序之间消息传递时首先需要知道应用程序窗口句柄和动态库某线程的线程号,使用的MFC消息函数如下。
动态库往应用程序发消息:
其中 ,参数Apph Wnd为应用程 序主框架 窗口句柄 ,WM_DLL_TO_APP_MSG为自定义消息标识,wparam为消息中携带的参数一(如数据指针等),lparam为消息中携带的参数二(如数据长度等)。
应用程序往动态库发消息:
其中,参数m_Threadid为动态库中某个线程的线程号,应用程序将消息发往该线程,WM_APP_TO_DLL_MSG为自定义的消息标识,wparam为消息中携带的参数一(如数据指针等),lparam为消息中携带的参数二(如数据长度等)。
3.4 通信参数的设置和使用
动态库对通信参数(诸如IP地址、端口号、串口配置,动态库路径、分包长度、固定包头、超时时钟值和重传次数等)的设置和使用一般有两种方式。一种为,读取第三方软件形成的通信参数配置文件的方式。另一种为,应用程序调用输出函数时将通信参数传递给动态库,动态库再进行通信参数的设置和使用。两种方式以前者为优。
4 基于UDP的通信协议动态库开发实例
结合第3节和第4节内容,本节以创建Regular DLL和显式调用DLL为例,设计一个基于UDP的通信协议动态库。为了使用该动态库,首先创建一个调用该DLL的简单应用程序。
第一步:创建应用程序
启动VC++,单击[File]->[New]菜单项,在project页中选择MFC App Wizard(exe),新建一个名为My App的基于单文档界面的工程。
第二步:创建DLL
1)启动VC++,单击[File]->[New]菜单项,在project页中选择MFC App Wizard(dll),新建一个名为My Lib的工程,在第一步的时候选择创建一个动态链接MFC的规则DLL。
2)构造输出函数mimafuwu():
3)编译后会生成库文件My Lib.dll。
第三步:应用程序加载和使用DLL
1)在创建的My App工程的Main Frm.cpp文件的函数
CMain Frame::On Create(LPCREATESTRUCT lp Create Struct)returnMy Lib.dll
return语句前添加如下代码,完成对My Lib.dll的动态链接,并完成对输出函数mimafuwu()的调用:
在上述代码中,首先由Load Library()将DLL模块映射到进程的内存空间,对DLL模块进行动态加载。其函数原型为:
Load Library(LPCTSTR lp Lib File Name);
其中,参数lp Lib File Name为待加载的模块名,如不特殊指定扩展名,Windows将指定默认的扩展名为“.dll”。如果成功加载则返回HINSTANCE值,标识了文件映像映射到进程地址空间的虚拟内存地址;如果加载失败则返回NULL,可通过GetLast Error()了解进一步的信息。
接下来的Get Proc Address()函数将在DLL模块中找到要输入符号的地址。其函数原型为:
FARPROC Get Proc Address( HMODULE h Module, LPCSTRlp Proc Name);h Module Load Library
其中,参数h Module为通过Load Library()等函数而得到的DLL模块句柄,lp Proc Name为要查找的输入符号名。Get Proc Address()在成功调用后将返回DLL的输出符号地址,否则返回空指针NULL。通过其返回得到的内存地址即可完成对输出函数的调用。
当进程中的线程不再需要DLL中的输出符号时,可以通过Afx Free Library()函数从进程的地址空间显式卸载DLL。其函数原型如下:
BOOL Free Library(HMODULE h Lib Module);
其中参数h Lib Module标识了要卸载的DLL模块。
2) 编译后会生成可执行文件My App.exe,确保文件My Lib.dll路径正确。运行后若弹出提示框:,则应用程序加载和使用DLL成功。
第四步:根据具体应用定制应用程序和DLL
在前面生成的My App和My Lib工程的基础上进行修改。应用程序一启动就加载一个开了三个UI线程(用户界面线程)即数据接收线程、数据发送线程和主控线程的动态库,应用程序与动态库主控线程、动态库收发线程与主控线程之间通过自定义消息方式进行数据交互。在动态库库数据接收线程中创建UDP套接字,通过将IP地址设置为127.0.0.l实现应用程序对数据的自发自收。
整个信息流程为:应用程序拟制一份数据提交动态库主控线程,动态库主控线程将收到到的数据提交动态库发送线程发送,动态库接收线程收到数据后提交动态库主控线程,动态库主控线程将数据提交应用程序,即:应用程序->DLL主控->DLL发送- >DLL接收->DLL主控->应用程序。数据在各提交过程中不做任何处理,应用程序发出的数据和收到的数据内容一致。
5 结束语
编写通信协议动态链接库DLL设计说明,目的是作为规范和指导DLL形式的通信协议程序模块设计工作的技术文件。同时对DLL基本程序设计、实现DLL功能扩展和对第三方提供的DLL功能模块调用等提供编程基础。利用动态库技术,遵循从核心到外围的层次关系进行模块化组合设计理念,使软件系统层次明确,各模块松散耦合、独立开发、独立验证、独立升级改造,便于整个软件系统维护与功能扩展,提升软件质量。
摘要：该文针对利用动态库技术进行通信协议模块化设计进行研究,首先简要地介绍了动态库基本理论,然后给通信协议动态库设计方法和设计要点,最后给出了基于UDP的通信协议动态库开发实例。
关键词：动态库
参考文献
[1]Roberts J W.Traffic control in the BISDN[J].Computer Net-works and ISDN Systems,1993(25):1055-1064.
[2]郎锐,孙方.Visual C++网络通信程序开发基础及实例解析[M].2版.北京:机械工业出版社,2006.
[3]Kruglinski D J.Visual C++技术内幕[M].4版.北京:清华大学出版社,2009.
模块化技术 篇9
大力发展高等职业教育是我国实施科教兴国战略的一项重要举措。作为重点专业——汽车运用技术专业, 是以为汽车维修企业及相关企业培养从事专业技术工作和相关管理工作的高技能专门人才为目标。这样的培养目标决定了该专业人才的培养和教育, 必须从战略的高度重视学生的基本素质和专业技能的培养, 以适应社会发展对汽车类人才的需要。
模块教学法, 突出了职业技术教育的特点, 办学指导思想、办学水平能较好地得到社会的承认。从我院汽车运用技术专业初步实践效果看, 模块化教学改革适合汽车运用工程专业对人才培养目标的要求。
二、传统教学模式
近几年来, 我国高等职业教育迅速发展, 各类高等职业技术学校在边探索、边改进的进程中, 已取得了一定的成果, 初步形成了自己的办学规模和特色。然而, 部分高职院校有的是原中等职业学校或中专学校升格而来, 有的是几所中职 (或中专) 并而来, 其专业设置、办学规模在很多方面还有“继承”的痕迹。传统的培养模式、课程设计、教学管理的弊病是显而易见的。其中, 最突出的表现是在课程体系的设置上仍存在着“重理论、轻实训”的倾向, 实训教学仍然没有摆脱理论束缚的地位。如在汽车实训上, 主要采用以讲授或讲练 (主要指课堂练习为主) 的方式进行, 中间穿插些实验实训。这种培养模式, 不适合学生的学习规律, 也无法做到因材施教, 更不适应高等职业教育发展对汽车维修人才的需要。
三、模块化教学
模块化教学法是把操作技术和相关理论组合在一起进行教学的一种好方法, 它在理论学习和操作训练之间找到了最佳的切入点, 实现了理论学习与操作训练的有机结合。它仍然是按传统的方式进行教学课时和教学时间的安排, 绝不是简单地集中教学。模块化教学往往以任务形式出现, 让学生带着任务去学习。理论教学是为了完成任务而进行的理论方面的教学, 简单地讲, 就是介绍与此任务相关的知识。实践教学就是为了完成任务而进行的一种实践性的操作过程。通过模块教学法的实施, 可以强化学生的技能训练, 促进学生操作技能的形成。它有讲有学, 循序渐进, 边学边练, 可以收到事半功倍的效果。
四、模块化教学的实践
09年年初开始, 为了适应高等职业教育对人才培养目标的要求, 我院汽车运用技术专业课程进行了教学改革, 对课程体系、课程内容、教学手段与方法、实践教学条件等方面进行了更加深入系统研究。以研究本专业面向的职业岗位工作任务为切入点, 以完成工作任务的工作过程为依据, 构建了以工作任务为基本单元的专业课程体系, 并根据职业岗位的工作职责确定了专业课程标准, 保证教学内容和标准与职业岗位的工作内容和标准高度统一。在依据工作情境设计的学习情境中实施教学, 尽可能使学生在实践中获取直接知识和技能, 从而构建属于自己的经验和知识体系, 教学过程更加贴近职业工作过程。
我院率先对该专业08级学生的职业技能课程采用模块化教学, 共分为六个模块, 分别为:发动机构造与维修模块、电控发动机模块、底盘构造与维修模块、自动变速器模块、电气设备构造与维修模块和车身电器模块。第二学年的第三学期开展发动机构造与维修模块、底盘构造与维修模块、电气设备构造与维修模块, 第四学期开展电控发动机模块、自动变速器模块、车身电器模块。每学期实际教学周为18周, 每个模块六周, 在这六周中, 第一周都先做相应的拆装实训, 目的让学生熟悉本模块的内容, 同时掌握相应工具的使用。然后根据调研将本模块的教学内容根据实际工作的需要, 又划分为若干个教学模块, 如电气设备构造与维修模块划分为电工基本知识、电源系统、起动系统、点火系统、仪表系统和全车电路六个教学模块。为了加强学生的动手能力, 我们采用一节课教学、两节课让学生实训、一节课考核的教学模式。当然这样又会提出一些新的问题, 学生多设备少教师带不过来。为解决这些问题我们是这样做的:一个班级60人, 将其分为六组, 每班配6-8套工具, 一些小的零配件尽量做到2人一个。每个班级配备两名教师, 一名主讲, 另一名辅助, 两人相互配合, 做到讲解与指导同步进行。当然这样也不完全能保证在有限的时间内对每个学生都照顾到, 于是我们又在每个班级选出两名程度比较好的学生担任助教, 让每组学生选出一名组长, 这样在实际授课时, 首先保证助教和组长学会, 然后在实训时, 学生之间更好沟通, 让学生教学生, 从而保证学生在有限的课堂上解决更多的问题。
五、结束语
模块化多电平变换器模拟仿真技术 篇10
近年来, 基于数字式实时仿真器的硬件在环 (hardware-in-loop, HIL) 半实物[1,2,3,4]仿真技术在快速原型机研发及工业电子控制单元测试中的应用已越来越广泛。目前, 国际上较为流行的数字式实时仿真器有RTDS[1], RT-lab[2], dSPACE[3]等。对电力电子系统而言, 实时仿真器可作为控制器实现对实际功率变换器的控制, 或者用实时仿真器模拟功率变换器, 由实际控制器对模拟的功率变换器进行控制, 用于验证系统实际控制器功能的正确性。后者可极大提高控制系统的设计和调试效率, 有效避免因控制器在调试过程中造成功率变换器开关器件损坏所带来的风险和损失, 特别是对于高压大容量功率变换器系统而言更为有效。
基于运算放大器的模拟计算机早在数字计算机问世之前已经被采用, 主要用于实现系统控制功能, 而如今已基本被数字计算机取代。尽管模拟计算机在处理复杂的控制算法实现能力上无法与数字计算机相媲美, 但在某些应用场合, 模拟计算机可以弥补数字计算机的劣势[5,6]。数字式实时仿真器价格较为昂贵, 一般为几十万到几百万元人民币, 且其仿真步长由于受到数字计算机的速度及数—模或模—数转换速率的限制, 不可能做到很小, 特别是在仿真脉宽调制 (PWM) 功率变换器时, 对动态变化较快的信号 (如电流) 的仿真精度仍有待提高。因此, 模拟计算机对PWM功率变换器主电路的仿真效果优于数字式实时仿真器, 且性价比更高。文献[7]给出了一种基于第二代电流传输器 (second-generation current conveyors) 的功率变换器模拟仿真方法, 并取得了较好的仿真效果, 但该方法对电子电路专业知识的要求较高。
本文提出了一种以电子模拟开关和运算放大器为核心的模拟仿真技术, 用于PWM功率变换器的HIL半实物仿真。该技术仅采用常规的模拟开关及运放电路即可实现, 具有成本低廉、设计门槛较低的优点。本文以模块化多电平变换器 (MMC) [8,9,10,11,12,13,14]为例, 给出了MMC的设计及实现方法。
1 MMC模拟仿真步骤
PWM功率变换器模拟仿真技术主要用于对变换器主电路进行模拟仿真, 其基本思路是用电子模拟开关及运算放大器电路模拟实现功率变换器的开关函数及各种电压 (电流) 关系和运算, 从数学模型角度模拟实现PWM功率变换器主电路的等效电气外特性。
以下以如图1所示的MMC整流器电路为例, 说明设计模拟仿真电路的具体步骤。
1.1 建模
MMC半桥子模块SM的电压、电流关系为:
式中:iCxyj和uCxyj分别为x相y桥臂第j个子模块中电容的电流和电压;ixy为x相y桥臂的电流;Sxyj∈[0, 1]为MMC整流器x相y桥臂第j个子模块的开关函数;下标x∈[a, b, c]表示a相, b相或c相, y∈[p, n]表示上/下桥臂, j=1, 2, …, N为桥臂的第j个子模块, N为单个桥臂子模块总数;uxyj为x相y桥臂第j个子模块的电压;C为子模块中电容元件的电容值;UC0为子模块电容电压初始值。
x相y桥臂各子模块输出的端口电压uxy为:
x相的上/下桥臂电流为:
式中:ixp和ixn分别为x相上、下桥臂的电流;uxp和uxn分别为x相上、下桥臂的电压;L为电感值;ex为x相电源电压;UO为电源中性点O的对地电压;Ud/2为直流母线电压;R为MMC整流器中电阻的阻值。
考虑到三相电源电压、电流的约束条件及ia+ib+ic=0, 可得电源中性点电压UO如下:
c相下桥臂电流icn为:
1.2 调理
与主电路和实际控制器之间的调理电路功能相似, 此步骤是将图1中的电压、电流量按一定比例变换为实际控制器相应输入/输出所要求的低电压调理信号。将要求的低电压调理信号以uzc表示, 其中下标z表示电压或电流, 可取图1中的各电压/电流;上标c表示对应电压/电流的低电压调理信号, 该信号大小应在模拟仿真电路运放及电子模拟开关的正常工作电压范围内。
根据实际控制器输入/输出信号的幅值要求, 不同的电压/电流量可选用不同的变换系数。设直流母线电压转换系数、电容电压转换系数、交流电压转换系数和电流转换系数分别为Kd, Kc, Ke, Ki, 则调理后的信号分别为, 代入式 (1) 至式 (6) 可得各信号调理后的关系式, 在此不再赘述。
1.3 实现
由式 (1) 至式 (6) 可知, MMC模型主要包括开关函数、加/减法、比例和积分函数等。本文所提的模拟仿真方法由电子模拟开关实现式中的开关函数Sxyj, 由运算放大器构成的积分电路实现式 (1) 中电容电压及其电流的关系 (电容并联电阻时, 将积分电路改为一阶惯性电路) 。半桥子模块的模拟仿真电路如图2 (a) 所示, 该电路与图1中的子模块电压/电流具有相同的数学模型及等效外特性。图中, R0和R1均为电阻阻值;C1为电容器电容值。
通过运放加法和比例器则可实现式 (2) 、式 (4) 、式 (5) 和式 (6) , 再由运放构成的积分电路可实现式 (3) 中电感电流及其电压的关系。x相上/下桥臂模拟仿真电路分别如图2 (b) 和图2 (c) 所示。图中, R2d, R2c, R2e均为电阻阻值;C2为电容器电容值。
其余电路相对较简单, 在此不作赘述。
图2中有关子模块电容电压以及桥臂电流的积分电路参数可由式 (1) 和式 (3) 对应的调理信号关系得到, 其中积分时间常数的电阻电容为:R1C1=CKi/Kc, R2cC2=LKc/Ki, 因此, 选定C1和C2后即可确定R1和R2c;R2d=R2cKd/Kc, R2e=R2cKe/Kc, 其他参数略。
2 仿真验证
为验证MMC模拟仿真电路的有效性和可行性, 首先对实际主电路和模拟仿真电路进行对比数字仿真。仿真方法为:用PSIM仿真软件搭建MMC主电路及MMC控制器。为便于对比仿真结果, 本文在同一个仿真文件中同时搭建相应的MMC模拟仿真电路, 其中MMC主电路与MMC控制器实现闭环控制, 相关控制策略参见文献[13-14], MMC模拟仿真电路中的电子模拟开关也由上述MMC控制器的PWM信号控制。MMC主电路及其模拟仿真电路的参数为:N=4;L=10mH;C=2 400μF;交流侧线电压Eab=380V;额定直流母线电压UdN=800 V;额定直流母线电流IdN=12.5A;子模块额定电容电压Uc=200V;开关频率fs=5kHz;额定功率PN=10kW;模拟仿真电路直流电源Vcc=±15 V;Kd=0.01;Kc=0.0125;Ke=0.015;Ki=0.25Ω。
以上转换系数取值由实际MMC控制器输入/输出信号的幅值要求决定。例如, 假设实际PWM控制器输入的直流母线电压调理信号额定值为8V, 子模块电容电压调理信号额定值为2.5V, 则直流母线电压转换系数Kd=8V/800V=0.01, 电容电压转换系数为Kc=2.5 V/200 V=0.012 5。根据MMC主电路及其模拟仿真电路的参数可求出模拟仿真电路的电路参数, 如图2 (a) 中的积分电路参数为R1C1=CKi/Kc=48 ms, 取C1=1μF, 则R1=48kΩ, 图2 (b) 和图2 (c) 中的积分电路参数为R2cC2=LKc/Ki=0.5ms, 取C2=0.1μF, 则R2c=5kΩ, R2d=R2cKd/Kc=4kΩ, R2e=R2cKe/Kc=6kΩ。
取仿真工况为MMC稳态运行时, 在0.04s时MMC直流母线负载电阻由500Ω突变至32Ω, 所得MMC整流器与其模拟仿真电路的仿真结果如图3所示。图中, Id为直流母线电流;uCap1为子模块1的电容电压。红色和黑色曲线分别表示实际MMC和模拟仿真电路的仿真结果。
由图3可见, 模拟仿真电路与实际MMC的仿真结果一致, 表明模拟仿真电路可有效模拟MMC主电路的一次电压/电流信号。
3 实验验证
基于上述模拟仿真电路的MMC系统框图如图4所示。图中, j∈[1, 2, 3, 4], x∈[a, b, c], y∈[p, n], 其中模拟仿真平台 (虚线框中部分) 的输入/输出与实际MMC控制器相连, 该平台主要由2个部分组成: (1) 3个上桥臂 (如图2 (b) 所示) 和3个下桥臂 (如图2 (c) 所示) 电路, 每个桥臂板包含4个子模块电路 (如图2 (a) 所示) ; (2) 综合板, 用于对第一部分电路板的信号进行处理, 实现式 (3) 至式 (6) 的信号关系, 并将有关信号输出至MMC控制器。另外, MMC控制器通过光纤及通信卡输出每个子模块的PWM信号及输入每个子模块的直流侧电容电压信号。在模拟仿真实验平台中, 运算放大器采用TL074A集成四运算放大器, 电子模拟开关采用MAX333A集成四开关, 其余电阻/电容值根据转换系数计算得到 (与前文仿真验证时的电路参数相同) 。模拟仿真实验平台实物图如附录A图A1所示, 其中每个桥臂板通过4个接插件连接MMC控制器的通信卡。
根据主电路参数搭建的MMC实验装置系统框图如图5所示。图中, j∈[1, 2, 3, 4], x∈[a, b, c], y∈[p, n], 虚线框部分为MMC主电路及其调理电路。MMC主电路包括三相上/下桥臂, 每个桥臂含有4个子模块, MMC的桥臂电流、交流侧电压以及直流母线电压通过检测及调理电路进行转换, 并输出到实际MMC控制器, 同时MMC控制器通过光纤及通信卡输出每个子模块的PWM信号及输入每个子模块的直流侧电容电压信号。MMC装置的实物图如附录A图A2所示。
根据模拟仿真原理, 图4和图5中的2个虚线框内电路完全等效, 具有相同的数学模型和输入/输出信号。
MMC控制器以型号为TMS320F28M35H52C的数字处理器 (DSP) 及2片型号为EP3C25F240的现场可编程门阵列 (FPGA) 为控制核心, 并通过光纤及24块通信卡与MMC实验装置 (或模拟仿真电路) 相连。在实验测试时, MMC实验装置和MMC模拟仿真实验平台采用同一个MMC控制器及控制程序。
MMC模拟仿真平台的实验结果如图6所示。
图6 (a) 为a相上/下桥臂各子模块端口电压的模拟信号波形和上/下桥臂电流的模拟信号波形, 图6 (b) 为负载由轻载突变时a相上/下桥臂2个子模块电容电压的模拟信号波形和上/下桥臂电流的模拟信号波形。
MMC装置的实验结果如图7所示。图7 (a) 为a相上/下桥臂各子模块的端口电压波形和上/下桥臂电流波形, 图7 (b) 为负载由10%无功和有功空载突变时a相上/下桥臂2个子模块电容电压波形和上/下桥臂电流波形。
由图6和图7可以看出, MMC模拟仿真平台的实验结果与MMC装置的实验结果基本一致, 表明图4和图5中的2个虚线框中的电路具有相同的电气外特性。
4 结语
本文提出了一种以电子模拟开关和运算放大器为核心的PWM功率变换器的模拟仿真方法, 该方法具有较好的并行实时处理及运算能力, 且价格低廉, 性能优异, 适用于各种PWM功率变换器主电路的半实物仿真, 可作为价格昂贵的数字式实时仿真器的一种高性价比替代品, 二者可以优势互补。此外, 文中还详细论述了该模拟仿真方法的设计步骤和原理, 并基于该原理研制了模块化多电平变换器模拟仿真实验平台。最后, 由仿真和实验验证证明了所提方法的有效性和可行性。
本文所提模拟仿真技术主要作用为:在实际PWM功率变换器原型机的研发或生产调试过程中, 对实际控制器软硬件进行前期验证, 以有效避免由控制器算法或设计及保护不当造成的变换器开关器件损坏。但与数字式实时仿真器相比, 该模拟仿真平台的仿真模型及参数修改还不够灵活和方便, 需针对不同的功率变换器设计不同的模拟仿真电路;此外, 该模拟仿真技术也不适用于功率开关损耗等指标的验证, 因此, 还需在后续研究中对该方法进行进一步优化。
附录见本刊网络版 (http://www.aeps-info.com/aeps/ch/index.aspx) 。
摘要：为降低实时仿真器的成本, 提高仿真性能, 提出了一种针对功率变换器的实时模拟仿真方法, 该方法具有天然的实时处理开关信号及模拟信号的能力, 且其仿真速度与系统规模及复杂性无关。以电子模拟开关和运算放大器为核心, 分别模拟实现了功率变换器数学模型中的开关函数和数学运算, 并针对模块化多电平变换器 (MMC) 设计了MMC模拟仿真方法及电路, 同时研发了MMC模拟仿真平台。通过仿真和实验验证表明了所提方法的可行性和有效性。
模块化技术 篇11
1.镜头稳定
在前期拍摄中，由于一些不可避免的客观因素，常常得到的是一堆画面抖动的镜头素材。而在后期处理中，这些素材又需要加入到整个影片项目中，就需要在After Effects中做必要的后期处理以消除画面抖动，以上处理的过程与技术，可以称之为镜头稳定的应用。镜头稳定可以将一些貌似废弃无法使用的镜头，变废为宝为我们所用，还可以省去重新拍摄达到节约成本的目的。
2.运动跟踪
所谓运动跟踪，是对动态镜头中的某个或多个指定的像素点进行跟踪分析，并自动创建出关键帧，最后将跟踪的运动数据应用于其他图层或滤镜中，让其他图层元素或滤镜与原始镜头中的运动对象进行同步匹配，因此运动跟踪的基本原理可以理解为“相对运动，即为静止”。
运动跟踪最典型的应用就是在镜头画面中替换或添加元素，上页图1所示的为替换墙壁上的海报案例。
3.镜头反求
镜头反求，又称为运动匹配或摄影机轨迹反求，是将CG元素（也称虚拟元素或三维场景）的运动与实拍素材画面的运动相匹配，镜头反求是一切CG特效成功的基础。图2所示的为镜头反求应用的一则案例。
无论是镜头稳定、运动跟踪，还是镜头反求，都可以在After Effects的Tracker（跟踪）面板上进行相关的设置和应用。执行“Window（窗口）→Tracker（跟踪）”菜单命令，打开Tracker（跟踪）面板，如图3所示。
● 具体技术应用
1.镜头稳定
在镜头稳定的应用中，主要包含Stabilize Motion（运动稳定）和Warp Stabilizer（稳定器）两个功能。
使用Stabilize Motion（运动稳定）功能稳定画面，在手动指定完素材画面中的某个或某几个像素点后，After Effects进行相应的解算并将画面中目标物体的运动数据作为补偿画面运动的依据，从而达到稳定画面的作用。
使用Warp Stabilizer（稳定器）功能稳定画面，在对稳定器做一些必要的设置后，系统将会自动分两步完成画面的解算，即分析和修正。其中，分析的时候，画面中会出现蓝色的条；在修正的时候，画面中会出现橙色的条。另外，Warp Stabilizer（稳定器）在画面最终的裁剪和比例缩放方面也有比较好的控制。
2.运动跟踪
在After Effects CS6中，Track Motion（运动跟踪）功能也可称之为2D跟踪解算。其基本的流程如下：
（1）镜头设置
为了让运动跟踪的效果更加平滑，应使选择的跟踪目标具备明显的、与众不同的特征，这就要求在前期拍摄时有意识地为后期跟踪做好准备。
（2）添加合适的跟踪点
当在Tracker（跟踪）面板中设置了不同的Track Type（跟踪类型）后，After Effects会根据不同的跟踪模式在Layer（图层）预览窗口中设置合适数量的跟踪点。
（3）选择跟踪目标与设定跟踪特征区域
在进行运动跟踪之前，首先要观察整段影片，找出最好的跟踪目标（在影片中因为灯光影响而若隐若现的素材、在运动过程中因为角度的不同而在形状上呈现出较大差异的素材不适合作为跟踪目标）。虽然After Effects会自动推断目标的运动，但是如果选择了最合适的跟踪目标，那么跟踪成功的几率会大大提高。
（4）设置附着点偏移
附着点是目标图层或滤镜控制点的放置点，默认的附着点是特征区域的中心。
（5）调节特征区域和搜索区域
特征区域：要让特征区域完全包括跟踪目标，并且特征区域应尽可能小一些。
搜索区域：搜索区域的位置和大小取决于跟踪目标的运动方式。搜索区域要适应跟踪目标的运动方式，只要能够匹配帧与帧之间的运动方式就可以了，无需匹配整段素材的运动。如果跟踪目标的帧与帧之间的运动是连续的，并且运动速度比较慢，那么只需要让搜索区域略大于特征区域就可以了；如果跟踪目标的运动速度比较快，那么搜索区域应该具备在帧与帧之间能够包含目标的最大位置或方向的改变范围。
（6）解算
在Tracker（跟踪）面板中单击Analyze（分析）按钮来执行运动跟踪解算。
（7）优化
在进行运动跟踪分析时，往往会因为各种原因不能得到最佳的跟踪效果，这时就需要重新调整搜索区域和特征区域，然后重新进行分析。另外在跟踪过程中，如果跟踪目标丢失或跟踪错误，可以返回到跟踪正确的帧，然后重复第5和第6步骤，重新进行调整并分析。
（8）应用跟踪数据
在确保跟踪数据正确的前提下，可以在Tracker（跟踪）面板中单击Apply（应用）按钮应用跟踪数据[Track Type（跟踪类型）设置为Raw（自然）时除外]。对于Raw（自然）跟踪类型，可以将跟踪数据复制到其他动画属性中或使用表达式将其关联到其他动画属性上。
在Tracker（跟踪）面板中单击Track Motion（运动跟踪）按钮或Stabilize Motion（运动稳定）按钮时，Timeline（时间线）面板中的源图层都会自动创建一个新的Tracker（跟踪器）。每个跟踪器都可以包括一个或多个Track Point（跟踪点），当执行跟踪分析后，每个跟踪点中的属性选项组会根据跟踪情况来保存跟踪数据，同时会生产相应的跟踪关键帧。
3.镜头反求
以前在处理镜头的反求时如上页图4所示，往往都需要借助专业的反求软件（如Boujou、Matchmover等）。但是现在After Effects提供了这样的功能，能满足特效师的一些常规镜头跟踪的需求，其跟踪的数据也可以输出给三维软件去使用。在After Effects CS6中，Track Camera（镜头反求）功能称之为3D跟踪解算。
执行Track Camera（摄像机跟踪、反求）有以下3种方法：在Tracker（跟踪）面板中单击Track Camera（镜头反求）按钮。执行“Animation（动画）→Track Camera（镜头反求）”菜单命令。执行“Effect（特效）→Perspective（透视）→3D Camera Tracker（3D镜头反求）”菜单命令。
不管用哪种方法，在执行完该命令之后，被解算的图层上会自动添加3D Camera Tracker（3D镜头反求）滤镜，如图5所示。
Track Camera（镜头反求）的一般流程是：分析→反求→定义平面→添加文字和摄像机。
模块化技术 篇12
对冲压机械手模块化技术进行研究, 重点解决五金金属制品行业冲压工序的手工操作生产效率低、劳动强度大、且安全风险较大的问题。项目将采用光机电一体化技术、模块化研究技术、快接技术、谐波技术等技术应用于冲床转机械手, 提高机械手的使用灵活性, 简化安装和维护, 以较低成本提高工件转移速度。
1 机械手工作流程及结构分析
1.1 工作流程分析
通过分析研究各种冲床的上下料模式及运行要求, 采用模块化设计技术、协调作业技术, 完成冲压机械手的工作流程化分析, 如图1所示。
1.2 结构分析
根据对冲压机械手的功能划分及需求分析, 为满足产品的各项功能和性能、提高整个模块化系统的柔性考虑, 冲压机械手可分为以下四个模块, 如图2, 由取料模块1将工件抓取, 经过推送模块2、旋转模块3及升降模块4将工件送至到指定的位置。由此可见冲压机械手主要由取料模块、推送模块、旋转模块及升降模块组成。
1.取料模块2.推送模块3.旋转模块4.升降模块
取料模块:根据产品特点要求, 整合各种取放料技术, 如真空吸盘、机械爪、电磁吸盘等, 其取料的重量从数克到数千克不等;
推送模块:在冲压机械手完成取料动作后, 执行直线运动的作用, 与旋转模块、升降模块配合, 实现避开障碍, 按照一定路线运动的功能;
旋转模块:旋转模块主要实现将工件及推送模块一同绕一定的中心进行旋转的运动;
升降模块:升降模块是将以上3个模块同时升降动作。
四个模块的组合满足现有的大部分冲床的需求, 再根据实际的使用, 主要是在更换生产工件的进行末端取料模块的更换, 因此如何快速更换不同的取料模块, 缩短设备调试的时间, 是主要的研究重点。因此进行了快接夹具模块及取料模块的设计与应用。
2 快接夹具模块的设计与应用
根据冲压机械手模块化的要求, 研究开发了采用真空吸技术的快速组合夹具模块, 它可以同时满足气路与电路的连接要求。同时可以快速定位夹紧, 从而实现了机械手末端取料模块的快速装夹, 大大提高了取料模块的更换时间, 降低了生产成本。
模块化拼接是本设计的重要独特之处, 夹具主要由两部分组成, 分为公头和母头两部分, 机械手末端位置固定安装公头那一部分, 而取料夹具那一端则安装母头部分, 公头和母头两部分对应的位置拼接在一起即可牢牢地锁定, 实现快速更换的功能。因此一个快接夹具公头可以配套拼接多个母头, 有效提高了冲床更换生产工件时的效率, 缩短调试时间。
快接夹具设计为方形的结构, 由耐磨金属板材通过精密加工成型, 设计图如图3所示。夹具公头中间设计有圆柱造型2与母头的通孔4相配合, 并与导柱11和导套6配合完成公头和母头快接夹具的定位, 气管接口3通过通断气来实现公头与母头夹具的锁紧与松开。接头10与空轴9为相通设计, 配合接头8与孔7实现气路的贯通。连接器1与5配合实现电路之间的连接。因此这种设计的快接夹具可以有效实现气路与电路的连接, 缩短取料模块夹具的更换时间, 提高工作效率。
1.连接器2.圆柱3.气管接口4.通孔5.连接器6.导套7.孔8.接头9.空轴10.接头11.导柱
3 冲压机械手的末端取料模块的设计与应用
经过对冲压机械手的模块化分解, 需要根据具体的设计要求选择合适的功能模块, 需要考虑的因素有负载、尺寸大小、精度、速度等, 其中取料模块的选择, 可根据工件产品的形状特点, 取料模块可采用真空吸盘、机械爪、电磁吸盘等不同的形式模块。
3.1 真空吸盘的选择
真空吸盘, 首先将真空吸盘通过接管与真空设备接通, 然后与工件表面接触, 起动真空设备吸取, 使吸盘内产生负气压, 从而将工件吸牢, 即可开始搬送工件。当工件搬送到目的地时, 平稳地充气进真空吸盘内, 使真空吸盘内由负气压变成零气压或稍正的气压, 真空吸盘就脱离工件, 从而完成了提升搬送的任务[1,2]。
真空吸盘吸附性能不仅仅受吸盘的材料品种影响, 还有吸盘的结构形状与工件表面的贴合程度。比较常见的机械手真空吸盘有以下几种。
第一、扁平形状真空吸盘。这种类型的吸盘材料可以用多种材料, 主要用于搬运吸附一些工件表面比较光滑的产品。
第二、短波纹管型吸盘。它的吸附性能相对来说比较好, 而且缓冲性能好, 对于细小工件的损坏的可能性比较小。方便吸附小型工件, 同时波纹管可做较小距离的行程移动[3]。
第三、长波纹管型吸盘。它的性能与用途场合等都与短波纹管型真空吸盘差不多, 唯一比较大的区别是长波纹管型吸盘在水平方向的高度差比较大, 还可以做长距离的搬运工序[4]。
真空吸盘夹具的应用方案如图6和图7所示。
3.2 机械爪的选择
机械爪, 采用气动元件配合爪子部分工作, 依据气动反应速度快的特点, 能缩短辅助生产时间, 提高效率;机械爪对气动元件的精度要求不太高, 宜于制造, 且采用气动元件便于实现自动化控制。气动元件以压缩空气为动力源的, 它通过气缸把气体压力转换为机械能, 可以完成夹具定位、夹紧等多种动作[5]。如图8、图9所示。
3.3 电磁吸盘的选择
电磁吸盘是利用了电磁原理:使内部线圈通电产生磁力, 经过导磁面板, 将接触在面板表面的工件紧紧吸住;线圈断电, 磁力消失实现退磁, 卸下工件[6]。如图10、图11所示。
选用电磁吸盘进行取放料的操作时, 工件必须是能受磁吸的材料, 同时设计时需要分析工件的重量及吸盘的吸力及数量等。
电磁吸盘夹具的应用方案如图12、图13所示。
4 结束语
通过对冲压机械手模块化技术进行研究, 重点解决了五金金属制品行业冲压工序的手工操作生产效率低、劳动强度大、安全风险较大的问题。采用机电一体化技术和模块化技术研究开发冲床机械手末端取料模块及快接夹具, 提高了机械手的使用灵活性, 简化安装和维护, 同时也以较低成本, 提高了工作效率。
参考文献
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