機械原理的研究對象范文

導語：如何才能寫好一篇機械原理的研究對象，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公文云整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

[中圖分類號]F59

[文獻標識碼]A

[文章編號]1002―5006(2006)04―0094―02

在《旅游學刊》2005年第3期上發表了《世界遺產地內索道乘客的特征、滿意度及其影響――武陵源案例研究》(作者：張朝枝，徐紅罡，保繼剛)一文，通過對旅客進行問卷調查的方式，利用SPSSIO．0軟件，對索道等設施建設是否增加游客滿意度的問題進行了實證研究。在文章閱讀的過程中，筆者對作者利用SPSSIO．0統計軟件分析得出的結論存有一些疑問，特此提出，以便大家討論。

一、關于市場調查的信度檢驗問題

在文章的3．2部分，作者提到“數據樣本信度檢驗的克朗巴哈值(α)為0．8913，符合信度要求”。信度系數達到0．8913，在市場調查中，可以說問卷的信度是相當好的，問題是該信度是指問卷的總體信度，還是問卷中個別李克特量表的信度?如果是指問卷的總體信度，那么問卷所包含的多個量表各自的信度是多少呢?

因為在大型量表分析中，往往一組問題用來集中測量某一方面的信息，因此需要按問題組來進行信度分析，即測量同一信息的一組問題間信度如何。如果直接測量問卷所有量表的信度，那么有時會掩蓋問卷中個別量表存在較低信度的情況。

二、關于回歸模型選擇和回歸結果的相關問題

在文章的3．3．2部分，作者在SPSSIO．0統計軟件中將“黃獅寨索道的滿意度”、“天子山索道的滿意度”、“百龍電梯的滿意度”以及“觀光電車的滿意度”作為自變量，將“武陵源之旅的總體滿意度”作為因變量進行多元回歸分析，得到模型并對結果進行擬合優度檢驗、回歸方程的顯著性檢驗、回歸系數的顯著性檢驗。筆者認為這部分中存在如下問題：

問題1：選擇總體滿意度作為因變量，4個交通工具的滿意度作為解釋變量建立線性回歸模型，這個模型是否具有經濟意義?因為游客對一個景點的總體滿意度，不是僅僅取決于對索道、電梯、觀光電車等交通工具的滿意度，而是取決于對吃、住、游、購、娛等的全面評價，因此作者對模型的選擇不是很合適，至少忽略了許多影響游客總體滿意度的其他因素。

問題2：作為因變量的“武陵源之旅的總體滿意度”如何得到?作者在問卷中為了測量該總體滿意度，共涉及了24個有關吃、住、行、游、購、娛六要素的問題，如何通過這24個問題得到總體滿意度，并作為因變量，作者未予說明。

問題3：文章中指出“R2α值非常小，幾乎接近于0，9值較大，Betastandardized值明顯偏小，可以判定‘黃獅寨索道的滿意度’、‘天子山索道的滿意度’、‘百龍電梯的滿意度’以及‘觀光電車的滿意度’與‘武陵源之旅的總體滿意度’之間不存在顯著的線性關系?！闭敌≌f明模型擬合優度很差，而F值達到37．269是可以判斷模型的回歸方程是顯著的，二者之間的不一致對模型有什么影響，這是什么原因造成的，作者并未作相應的解釋。

問題4：在文章的回歸系數顯著性檢驗中，“黃獅寨索道”與“百龍電梯”這兩個解釋變量的t值小于2，是顯然不顯著的，并且沒有相應的經濟意義支持該結果，應該剔除并建立行的多元回歸模型，但作者并未給予解決，模型是存在問題的。

問題5：作者并沒有給出模型的D．W檢驗的結果，也是不恰當的。

三、關于樣本群體特征的解釋問題

在文章的4．1部分，作者對旅客的群體特征進行描述時，有下面一段解釋“從乘坐索道等交通工具游客的收入水平來看，占樣本總數46％的月收入在1501―5000元之間的游客是乘坐索道等交通工具游客的49．2％，相對乘坐比例略高。占樣本總數47．1％的月收入在1500元以下的游客卻只占乘坐索道等交通工具游客的45．3％，乘坐比例偏低。另外，月收入在5000元以上的游客乘坐索道的比例也偏低，這表明乘坐索道等交通工具游客數量與其收入水平呈拋物線關系，中間收入層乘坐比例較高，而兩極收入層乘坐比例相對較低?！惫P者認為這部分存在如下問題：

問題1：指標的選擇，作者選擇的是在每100個乘坐交通工具的游客中，處于各個月收入水平下游客的比例來描述收入與乘坐索道等交通工具的關系。但可以發現這個指標并不合適，當某一收入水平的樣本量絕對數大時，則該水平下乘坐索道的人數相應地也就多，因此它僅僅反映收入與乘坐交通工具的表面關系，就此得出二者之間的拋物線關系是不恰當的。筆者認為可以選擇在某一收入水平下，是否乘坐索道的游客數量之比作為統計指標，就可以較好地反映二者之間的真實關系。

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Abstract： In recent years， people are paying more and more attention to the safety of mechanical system and have raised new requirements for the intelligent level of mechanical system. In order to enter the team of machinery manufacturing power， China must promote the original innovation of mechanical system. This paper makes comprehensive analysis of the monitoring possibility design of mechanical system and studies the influence of system theory and life cycle theory on the construction of monitoring possibility design theory of mechanical system.

關鍵詞： 機械系統；可監測性；狀態監測

Key words： mechanical system；monitoring possibility；situation monitoring

中圖分類號：TH122 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2013）24-0032-02

1 概述

機械對于人類文明的發展而言，有著非常重大的意義，它是人們轉換能量、改造社會，提高社會生產率的主要工具。機械工業的發展水平標志著一個國家生產力的發展水平。隨著科學技術的不斷發展，機械裝置的體積、質量不斷增大，復雜程度也在不斷的提高，機械系統運行參數個數不斷地增多。機械系統這些方面的改變與發展，勢必會提高整個系統運行過程中的不確定性，導致經濟生產活動以及科學探索活動突發、中斷事故的增多。機械系統體積的增大，復雜程度的提高，對系統安全可靠運行有著很大的影響，很容易增加系統的研發成本；科技的發展使得機械系統所應用的環境有著飛速的擴展，更多的復雜惡劣環境都對機械系統性能有著更大的考驗；很多領域都需要機械系統能夠長時間的安全可靠運行，對于無故障運行時間有著新的更高的要求；很多機械系統均與操作人員的生命息息相關，這不得不促使人們關注機械系統運行的安全可靠性。所以，不論是從機械系統的發展方向上，還是從社會對機械系統新的要求上，均要求其有著更高的可靠性與安全性，機械設備狀態監測技術是未來機械設備發展的重要方向。

2 可監測性設計理論體系的理論基礎

2.1 系統理論 所謂系統，就是相對于個體而言整體的寓意。不同學科對于系統的定義也不同，所以至于系統的確切含義與理解，不同學科之間也存在著很大的差別。系統論指出，系統就是不同數量的元素之間按照一定的結構組成具備某種功能的有機的統一整體，它不僅僅需要確定結構以及組成要素，還需要對各個組成要素之間的關系做出明確的定義?，F如今，普遍接受的系統論是由美籍奧地利人、理論生物學家-貝塔朗菲所創立的，它針對系統的模式、結構以及內部規律進行了深入的分析與研究，按照數學理論定量的對系統特征（整體性、結構等級分層、相互關聯、動態平衡、時序性等）進行了全方面的描述。

2.1.1 系統論核心思想 系統論的核心思想就是系統整體性，該理論把世間所有的事物均看做是一個整體，統稱為一個系統，這個系統是由很多不同的組成部分按照一定的邏輯，合理的組合在一起的，并不是這些組成部分隨機組合的。系統所表現出來的整體性是單獨的組成部分所不具備的，只有每一個組成部分有機的結合在一起，相互關聯才能夠共同發揮作用。同樣，系統如果失去了任何一個組成部分，那么其整體性能也會出現很大的變化，從而影響其整體特性。

2.1.2 系統論研究方法 使用系統論去研究問題，最核心的方法就是把被研究對象看做是一個整體，是一個系統，通過系統論的思想去分析與研究對象的各種特性，去把握

被研究對象各個組成部分之間的關系以及相互之間所存在的變化規律，最終實現被研究對象的全面性能優化。

2.1.3 系統的種類 我們可以把整個世界看作是很多系統的集合，在這個集合當中存在著多種多樣的系統，不同的系統其組成成分也有著很大的區別。區分不同系統的方法有很多種，所使用的方法以及出發的角度均會劃分出很多種不同的系統集合。譬如，所謂大小系統之說，就是從系統的容量大小角度出發來劃分系統的。

2.1.4 系統論研究的目的和意義 之所以要對系統論進行深入的分析與研究，就是為了能夠更加全面的認識系統普遍存在的特點及共性，從而能夠更好的把握系統的發展規律，去管理并控制系統，進而創造出新的優化的更加符合社會發展方向及程度的系統?？傊瑢ο到y論的研究可以全面的優化現有系統結構，促進所涉及學科更加合理快速的發展，為現代科學理論提供更有價值的技術支持，能夠解決社會發展過程中出現的越來越復雜的問題。

2.1.5 系統論發展趨勢 從當前的發展方向來看，系統論有著越來越多新技術、新知識的融合，使得該理論得以快速健康的發展，未來的發展趨勢可以歸納為兩個方面：當前先進的科學技術、新興學科與系統論相互融合；信息論、控制論在系統論的基礎之上，共同向著同一個方向發展。

2.2 層次分析法

2.2.1 層次分析法 上世紀70年代初，美國著名的運籌學專家薩蒂在網絡系統理論和多目標綜合評價方法的應用基礎之上，提出了層次分析法這一概念。這種方法實質上就是針對層次權重分析所提出的一種最為合理科學的方法。隨著工業水平的不斷發展，層次分析法在解決復雜決策問題的定性與定量分析上有著非常明顯的優勢。對問題進行定性定量，根據所反映的綜合信息，通過專業判斷來對目標標準進行加權處理，從而匹配出標準相對重要度，這樣就可以根據所得到的相對重要度來排列解決方法的優先順序。該方法在1982年就已經進入我國，并在很多行業中得到了應用。正是由于其在定性與定量結合處理復雜問題上的優勢，使得其在我國很多領域內都有著廣泛的認同。

2.2.2 基本原理和基本流程 通過層次分析法來對問題進行研究，其基本原理就是根據問題的性質以及所要實現的最終目標，把被研究問題劃分為多個不同的組成成分，同時根據成分與成分之間的相互關系再細分為不同層次的組合，從而構建出一個多層次的用于分析研究的模型結構。這樣所要研究的問題就變成了對不同層次相對重要權值的確定，或者說優劣情況的排序。使用層次分析法來研究具體問題，可以將整個步驟用圖1來表示。

3 可監測性設計理論體系研究

3.1 機械系統可監測性設計研究的必要性

①機械產品設備及系統逐漸的向大型化、復雜化、高集成、多參數以及自動化方向發展，工業發展需要更為可靠、更加智能的機械水平，對工作環境有著更高的要求，而且機械設備的維護也越發的復雜與困難。顯然，機械產品設計需要全面的更新改革。②現在很多產品在設計時并不會考慮到未來的監測問題，所以大部分產品機械系統的可監測性能較差，對于其使用過程中狀態信息的收集十分復雜困難。即使通過其他手段采集到了狀態信息，也因為各種因素導致信息的過時或者缺失。這些情況均無法準確實時的反映出系統的實際狀態。

3.2 基于系統工程論的機械系統可監測性設計理論

3.2.1 可監測性設計研究對象及相關的技術領域

①可監測性設計研究的對象。相對于整個龐大的系統而言，產品最為重要的一個設計屬性就是可監測性。也就是說，對于某一個組成部分或者某一塊組成部分進行可監測性研究是沒有任何意義的，必須是對于整個系統而言，才有可監測性這一概念?；诖丝梢缘玫剑杀O測性設計所要研究的對象首先是機械，其次是整個系統。

②可監測性設計相關的技術領域?？杀O測性設計理論是多種學科交叉的一門基礎理論，它涉及到機械學學科、信息學學科、數學學科、材料學科等多個領域。從整體上來看，想要進行一個全面的可監測性設計，必須要使用到計算機、網絡通信、系統工程、優化算法等多種技術。

3.2.2 可監測性設計的研究內容

根據上述的研究知道，可監測性設計是對于系統而言的，對于系統中的任何一個組成部分均沒有可監測性設計這一概念。實質上，可監測性設計是一個綜合性設計，它需要全面綜合考慮系統的每一個部分以及他們之間的相互關系，綜合考慮系統的運行過程以及各種監測技術的相互配合。通過對系統監測可觀性、可達性的分析與研究，實現內外部監測設備通力配合，保證系統狀態監測的全壽命周期設計。圖2給出了可監測性設計理論體系的主要內容。

①可監測性設計相關術語研究。這一部分的研究主要是通過CMFD技術、PHM技術、現代機械設計理論等，加之系統的科學調研過程以及領域內專家的研討等方式，全面的對機械系統狀態監測以及現代設計理論進行研究，形成可監測性設計體系所使用的基本術語。

②可監測性分配方法研究?？杀O測性設計的關鍵就在于科學的選取測點，這對于最終設計的實施效果有著非常重要的影響。實質上，可監測性分配方法就是對系統監測點優化的一個過程。具體來說，就是通過可靠性、維修性等分配方法理論，按照機械系統高可靠性、高安全性以及智能化的設計目標，最終實現準確反映機械系統運行狀態信息的可靠獲取。

③可監測性設計方法研究。在對機械系統設計方法全面深入研究的基礎之上，通過可靠性設計、可維修性設計以及保障性設計等方法上，對可監測性設計的設計標準、實施過程，采用并行工程思想以及全生命周期設計理念進行系統效益、安全、可靠等多參數分析，共同構建可監測性設計方法體系。

④可監測性設計評價研究。進行科學評價制度的構建是可監測性設計的關鍵部分，這個研究過程影響著這個可監測性設計的內容。這里面不僅僅包含了對設計階段的評價，還包含著生產階段、使用階段的評價內容。簡單來說，就是依靠已有的系統評價理論以及相關方法，對所收集到的各種機械系統運行數據信息，構建一個各種特征參數信息均可研究的機械系統可監測性設計評價體系，從而實現對系統可監測性設計各個階段的科學有效評價。

參考文獻：

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關鍵詞：量子力學；經典科學世界圖景；非機械決定論；整體論；復雜性；主客體互動

Abstract:Asoneofthreerevolutionsofphysicsin20thcentury,quantummechanicshasgreatlytransformedtheworldviewofclassicalscienceinmanyaspects.Quantummechanicsbreaksthoughthemechanicaldeterminisminclassicalscience,transformingitintononmechanicaldeterminism;itchangesscientificcognitiveprocessfromthetheoryofreductionismtothetheoryofwholism;itshiftsthewayofthinkingfrompursuingsimplicitytoexploringthecomplexity;italsoestablishestheinteractionbetweensubjectandobjectinscientificresearches.

Keywords:quantummechanics;worldviewofclassicalscience;nonmechanicaldeterminism;wholism;complexity;interactionbetweensubjectandobject

經典科學基本上是指由培根、牛頓、笛卡兒等開創的，近三百年內發展起來的一整套觀點、方法、學說。經典科學世界圖景的最大特征是機械論和還原論，片面強調分解而忽視綜合。以玻爾、海森伯、玻恩、泡利、諾伊曼等為代表的哥本哈根學派的量子力學理論三部曲：統計解釋—測不準原理—互補原理所反映的主要觀點是：微觀粒子的各種力學量（位置、動量、能量等）的出現都是幾率性的；量子力學對微觀粒子運動的幾率性描述是完備的，對幾率性的原因不需要也不可能有更深的解釋；決定論不適用于量子力學領域；儀器的作用同觀察對象具有不可分割性，確立了科學活動中主客體互動關系。[1]量子力學的發展從根本上改變了經典科學世界

圖景。

一、量子力學突破了經典科學的機械決定論，遵循因果加統計的非機械決定論

經典力學是關于機械運動的科學，機械運動是自然界最簡單也是最普遍的運動。說它最簡單，因為機械運動比較容易認識，牛頓等人又采取高度簡化的方法研究力學，獲得了空前成功；說它最普遍，因為機械力學有廣泛的用途，容易把它絕對化。[2]機械決定論是建立在經典力學的因果觀之上，解釋原因和結果的存在方式和聯系方式的理論。機械決定論認為因和果之間的聯系具有確定性，無論從因到果的軌跡多么復雜，沿著軌跡尋找總能確定出原因或結果；機械決定論的核心在于只要初始狀態一定，則未來狀態可以由因果法則進行準確預測。[3]其實，機械決定論僅僅適用于宏觀物體，而對于微觀領域以及客觀世界中大量存在的偶然現象的研究就產生了統計決定論。[4]

量子力學是對經典物理學在微觀領域的一次革命。量子力學所揭示的微觀世界的運動規律以及以玻爾為代表的哥本哈根學派對量子力學的理解，同物理學機械決定論是根本相悖的。[5]按照量子理論，微觀粒子運動遵守統計規律，我們不能說某個電子一定在什么地方出現，而只能說它在某處出現的幾率有多大。

玻恩的統計解釋指出，因果性是表示事件關系之中一種必然性觀念，而機遇則恰恰相反地意味著完全不確定性，自然界同時受到因果律和機遇律的某種混合方式的支配。在量子力學中，幾率性是基本概念，統計規律是基本規律。物理學原理的方向發生了質的改變：統計描述代替了嚴格的因果描述，非機械決定論代替了機械決定論的統治。

經典統計力學雖然也提出了幾率的概念，但未能從根本上動搖嚴格決定論，量子力學的沖擊則使機械決定論的大廈坍塌了。量子力學揭示并論證了人們對微觀世界的認識具有不可避免的隨機性，它不遵循嚴格的因果律。任何微觀事件的測定都要受到測不準關系的限定，不可能確切地知道它們的位置和動量、時間和能量，只能描述和預言微觀對象的可能的行為。因此，量子力學必須是幾率的、統計的。而且，隨著認識的發展，人們發現量子統計的隨機性，不是由于我們知識和手段的不完備性造成的，而是由微觀世界本身的必然性（主客體相互作用）所注定。

二、量子力學使得科學認識方法由還原論轉化為整體論

還原論作為一種認識方法，是指把高級運動形式歸結為低級運動形式，用研究低級運動形式所得出的結論代替對高級運動形式的本質認識的觀點。它用已分析得出的客觀世界中的主要的、穩定的觀點和規律去解釋、說明要研究的對象。其目的是簡化、縮小客體的多樣性。這種方法在人類認識處于初級水平上無疑是有效的。如牛頓將開普勒和伽利略的定律成功地還原為他的重力定律。但是還原論形而上學的本質，以及完全還原是不可能的，決定了還原論不能揭示世界的全貌。

量子力學認為整體與部分的劃分只有相對意義，整體的特征絕非部分的疊加，而是部分包含著整體。部分作為一個單元，具有與整體同等甚至還要大的復雜性。部分不僅與周圍環境發生一定的外在聯系，同時還要表現出“主體性”，可將自身的內在聯系傳遞到周邊，并直接參與整體的變化。因而，部分與整體呈現了有機的自覺因果關系。在特定的臨界狀態，部分的少許變化將引起整體的突變。[6]

波粒二象性是微觀世界的本質特征，也是量子論、量子力學理論思想的靈魂。用經典觀點來看，也就是按照還原論的思想，粒子與波毫無共同之處，二者難以形成直觀的統一圖案，這是經典物理學通過部分還原認識整體的方法，是“向上的原因”。可是微觀粒子在某些實驗條件下，只表現波動性；而在另一些實驗條件下，只表現粒子性。這兩種實驗結果不能同時在一次實驗中出現。于是，玻爾的互補原理就在客觀上揭示了微觀世界的矛盾和我們關于微觀世界認識的矛盾，并試圖尋找一種解決矛盾的方法，這就是微觀粒子既具有粒子性又具有波動性，即波粒二象性。這就是整體論觀點強調的“向下的原因”，即從整體到部分。同樣，海森伯的測不準原理說明不能同時測量微觀粒子的動量和位置，這也說明絕不能把宏觀物體的可觀測量簡單盲目地還原到微觀。由此我們可以看出，造成經典科學觀與現代科學觀認識論和方法論不同的根本在于思考和觀察問題的層面不同。經典科學一味地強調外在聯系觀，而量子力學則更強調關注事物內部的有機聯系。所以，量子力學把內在聯系作為原因從根本上動搖了還原論觀點。

三、量子力學使得科學思維方式由追求簡單性發展到探索復雜性

從經典科學思維方式來看，世界在本質上是簡單的。牛頓就說過，自然界喜歡簡單化，而不喜歡用什么多余的原因以夸耀自己。追求簡單性是經典科學奮斗的目標，也是推動它獲取成功的動力。開普勒以三條簡明的定律揭示了看似復雜的太陽系行星運動，牛頓更是用單一的萬有引力說明了千變萬化的天體行為。因而現代科學是用簡單性解釋復雜性，這就隱去了自然界的豐富多樣性。

量子力學初步揭示了客觀世界的復雜性。經典科學的簡單性是與把物理世界理想化相聯系的。經典物理學所研究的是理想的物質客體。它不但用理想化的“質點”、“剛體”、“理想氣體”來描述物體，而且把研究對象的條件理想化，使研究的視野僅僅局限于人們自己制定的范圍之內。而客觀世界并不是如此，特別是進入微觀領域，微觀粒子運動的幾率性、隨機性；觀測對象和觀測主體不可分割性等都足以說明自然界本身并不是我們想象的那么簡單。

在現代科學中，牛頓的經典力學成了相對論的低速現象的特例，成為非線性科學中交互作用近似為零的情況，在量子力學中是測不準關系可以忽略時的理論表述。復雜性的提出并不是要消滅簡單性，而是為了打破簡單性獨占的一統地位。復雜性是把簡單性作為一個特例包含其中，正如莫蘭所說的，復雜性是簡單性和復雜性的統一。復雜性比簡單性更基本，可能性比現實性更基本，演化比存在更基本。[7]今天的科學思維方式，不是以現實來限制可能，而是從可能中選擇現實；不是以既存的實體來確定演化，而是在演化中認識和把握實體。復雜性主張考察被研究對象的復雜性，在對其作出層次與類別上的區分之后再進行溝通，而不是僅僅限于孤立和分離，它強調的是一種整體的協同。

四、量子力學使科學活動中主客體分離邁向主客互動

經典科學思維方式的一個指導觀念就是，認為科學應該客觀地、不附加任何主觀成分地獲取“照本來樣子的”世界知識。玻爾告訴人們，根本不存在所謂的“真實”，除非你首先描述測量物理量的方式，否則談論任何物理量都是沒有意義的！測量，這一不被經典物理學考慮的問題，在面對量子世界如此微小的測量對象時，成為一個難以把握的手段。因為研究者的介入對量子世界產生了致命的干擾，使得測量中充滿了不確定性。在海森伯看來，在我們的研究工作由宏觀領域進入微觀領域時，我們就會遇到一個矛盾：我們的觀測儀器是宏觀的，可是研究對象卻是微觀的；宏觀儀器必然要對微觀粒子產生干擾，這種干擾本身又對我們的認識產生了干擾；人只能用反映宏觀世界的經典概念來描述宏觀儀器所觀測到的結果，可是這種經典概念在描述微觀客體時又不能不加以限制。這突破了經典科學完全可以在不影響客體自然存在的狀態下進行觀測的假定，從而建立了科學活動中主客體互動的關系。

例如，關于光到底是粒子還是波，辯論了三百多年。玻爾認為這完全取決于我們如何去觀察它。一種實驗安排，人們可以看到光的波現象；另一種實驗安排，人們又可以看到光的粒子現象。但就光子這個整體概念而言，它卻表現出波粒二象性。因此，海森伯就說，我們觀測的不是自然本身，而是由我們用來探索問題的方法所揭示的自然。[8]

量子力學的發展表明，不存在一個客觀的、絕對的世界。唯一存在的，就是我們能夠觀測到的世界。物理學的全部意義，不在于它能夠描述出自然“是什么”，而在于它能夠明確，關于自然我們能夠“說什么”。

參考文獻：

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篇4

插圖是教材的重要語言之一，插圖生動形象，使物理教材要表述的理性問題感性化，抽象問題具體化，深奧問題簡單化，降低學生思維的階梯，使得學生在學習過程更容易理解物理知識。物理教材插圖應具有鮮明的特色和學科特點，可以稀釋概念、闡明原理，可以介紹最新科技進步、介紹日常生活中的物理現象，也可以為科學探究作鋪墊。插圖在教材中有十分重要的作用和地位。然而，教材中一些插圖存在瑕疵，這會給學生的學習帶來困惑，不利于組織教學。雖然教材只是呈現教學素材的一個載體，不可能完美無瑕，但為了能更好地服務廣大師生，教材應符合客觀事實、符合物理科學規律、符合中學生的認知特點，做到精益求精。教材中不科學的插圖，教師如果能夠好好挖掘利用，開發成教學資源，可讓學生在討論插圖錯誤中掌握實驗操作的細節、實驗器材的選取和規范使用，習得物理知識，在糾正錯誤中培養學生的思維能力和質疑能力。

1 實驗中體驗文本與插圖優劣，掌握實驗細節

插圖作為文本的補充，需要與文本保持高度一致才能較好地體現出其作為知識載體形象直觀的價值，從而更好地為文本服務。然而，有些教材的插圖與文本表述卻不一致。這會在一定程度上造成學習者的混亂，給學生的學習帶來不必要的障礙。然而，如果很好地利用教材插圖的不足之處，給學生實驗器材，讓學生親自動手體驗插圖和文本的異同、優劣，在比較中學生可以掌握知識，掌握實驗的細節。

案例1：人教版必修1第二章第5節《自由落體運動》中，實驗部分文本表示如下：“如圖2.5-1（本文圖1），打點計時器固定在鐵架臺上，紙帶一端系著重物，......”[2]然而，教材給出的圖2.5-1（如圖1所示），從圖上看，打點計時器不是固定在鐵架臺上的，而是固定在木板上的。

策略：給學生提供實驗器材讓學生自己動手，體驗把打點計時器固定在鐵架臺上和固定在木板上各有什么優劣。通過實踐學生發現，把打點計時器固定在鐵架臺上，其優點是：重物下落過程中阻力?。ㄖ挥锌諝庾枇图垘c限位孔的阻力）；實驗中操作方便。不足之處是：打點計時器固定在鐵架臺上由于其自身重力的作用，對夾子的要求較高，很難控制其與水平地面垂直。把打點計時器固定在木板上的優點是：比較容易固定；方便調整其與水平面垂直；不足之處是：實驗中需要有人扶住木板，操作不方便；實驗室所配重錘會與木板接觸，從而產生摩擦增加阻力，帶來較大的實驗誤差。

2 分析插圖錯誤培養學生規范使用實驗器材的習慣

教材中給實驗所配的插圖，較好地輔助說明了實驗的器材、實驗方案、實驗原理等。教材給實驗所配的插圖含有豐富的信息，應該精益求精。然而，有些實驗插圖卻明顯違背實驗器材的選取和使用規范，不利于減小試驗誤差，會導致實驗不能順利完成，甚至損壞器材或存在安全隱患。

案例2：在探究牛頓第二定律的實驗中人教版和滬科版都用到砝碼。人教版在托盤中加砝碼為小車提供動力，使其做勻變速直線運動，如圖2所示[1]，滬科版在小車中加砝碼來改變小車的質量[2]。在該實驗中魯科版給出了圖3所示的實驗示意圖[3]。從圖上可看出，細繩所掛重物其尺寸幾乎和小車相當。

策略：引導學生分析插圖的不足之處。通過分析學生知道，砝碼是天平上作為質量標準的物體，有嚴格的使用要求。人教版插圖用砝碼提供動力，滬科版插圖用砝碼配重，都會在小車與滑輪相碰撞的瞬間，造成砝碼與其他物體的碰撞，甚至造成砝碼脫落，造成砝碼的損傷，明顯選材不當、使用不當。如果所掛重物像魯科版教材所述“細繩的另一端跨過滑輪并掛一個質量很小的重物”[3]，該重物質量小，體積大，所受空氣阻力大，在運動過程中空氣阻力的影響不能被忽略。如果該物體密度大，質量大，則不滿足“所掛重物質量m遠小于小車及車中物體質量M ”，重物的重力不再近似等于細線對小車的拉力，不滿足實驗條件。實驗中所掛重物應該選取密度大、體積小、質量小的物體為妥。教學中引導學生分析上述插圖中的不足之處，可以很好地培養學生在實驗中合理選擇實驗器材，規范使用器材的習慣，培養學生嚴謹的科學態度。

3 討論插圖錯誤培養學生的質疑精神和能力

教材插圖是為了讓學生更形象地理解物理現象、物理規律等，所以教材插圖各部分的搭配必須非常精確。然而，在高中物理教材中存在各部分比例不當、平面圖與實物圖混搭、虛實搭配錯誤等問題，這些問題的存在增加了學生的理解難度，削弱了學生對物理知識的掌握。教材中的一些插圖各部分比例不當，與實際存在較大差異。

案例3：在人教版選修3-5第65頁圖19.1-2（本文圖4），“三種射線在磁場中的運動軌跡不同（示意圖）”[4]，該圖乍一看沒什么問題，射線的偏轉方向也沒有問題，但是仔細推敲后圖中α射線和β射線偏轉半徑比例不當。

通過論證，學生發現教材插圖比例不對，在給教材插圖“挑刺”和論證中，發展了學生的思維能力，培養了學生的質疑精神和質疑能力。質疑能力對學生的長遠發展至關重要，只有質疑精神和質疑能力的學習才有可能具備創新的意識和創新的能力。

4 討論插圖和文本設問習得知識

教材插圖是對教材正文部分的補充，使學生更好地理解教材內容。有時需要對教材插圖進行描述，如對實驗裝置中的插圖標注實驗器材，有時為了引導學生思考物理問題針對插圖設問。有些教材插圖的標注或設問的表述不當，容易給學生帶來困惑，甚至出現科學性錯誤。利用好這些錯誤可以讓學生習得物理知識，掌握分析問題的方法。

篇5

機械加工企業加工的產品必須能夠滿足客戶的要求，必須是安全優質的。同時，從企業經濟利益考慮，企業在進行機械信息化加工過程中，必須采取一定的措施降低原材料和人工消耗，減少成本投入，維護生產環境和諧發展。因此，機械加工工藝的過程必須按照工藝學的原理進行，同時要采用合理的方法。機械加工采用哪種加工工藝，必須根據企業的生產條件和設計要求而確定，并制定相應的工藝文件資料，不能憑借經驗盲目確定。在進行機械加工之前，對工藝信息化規劃的表現形式主要有兩種，一種是工藝過程中建立記錄卡片，另一種是工序卡片。在機械加工信息化建設過程中的工藝規程是指在進行某項零件或產品的加工過程中，對采取的操作方式和加工制造所采用的工藝過程所記錄的工藝文件。機械加工中采用的工藝規程指的是進行機械產品加工中的操作方法，以及在工藝生產過程中形成的工藝文件。工藝規程是機械加工工人在生產過程中進行生產的依據，并且是新產品在進行加工制造前，所實施的各種準備工作的依據。制定工藝信息化規劃的內容主要包括兩個方面，既對工藝路線具體的操作步驟和設定機械加工過程中的各個不同工序。因此，機械加工工藝信息化規劃技術的重要意義，就是為實現科學的機械加工生產提供依據。

2對面向機械加工工藝信息化規劃與建設的研究

2.1綠色制造的技術構建

綠色制造的技術構建，對機械加工產品的生命周期產生重要影響。機械加工成品的生命周期所涵蓋的范圍非常廣泛，其中最為主要的是加工材料的選擇，制造加工的過程，產品的設計包裝、產品的裝配和使用，還包括機械加工產品的回收、拆卸、再造等。在機械加工中實現綠色制造可以更好的實現產品的重用、再造、減量化、再生循環幾個方面的信息化規劃。面向機械加工工藝信息化規劃制造的整個技術構架中，主要包括三項非常具體的信息化規劃內容，集成了兩個層面的過程控制，實現綠色制造的2個目標。工藝信息化規劃建設技術為企業進行機械加工提供了研究目標，并提供了綠色制造的模型和視圖。綠色技術的構建為實現企業自身的經濟效益和社會效益提供了協調發展的前提條件，能夠最大化的實現對資源的優化配置，提高資源的利用率，最大量的建設對環境的影響。

2.2機械加工中的工藝信息化規劃技術的研究對象

和傳統的機械制造系統相比，工藝信息化規劃制造技術所研究的范圍更加廣泛，其研究對象主要有三類：控制有害物質使用的技術、預防污染的技術以及針對環境設計所采取的技術。以各種制造活動為研究對象，可以對以上所述的三種技術進行分類，最終可以劃分為3類：第一類以產品的生命周期為基礎；第二類以產品的加工技術為基礎；第三類以產品的生產過程采用的技術為基礎，。以上幾點所構成的技術構架為開展綠色制造的實施提供了參考框架。

3優化機械加工工藝信息化規劃技術

3.1優化機械加工工藝信息化規劃制造技術的工藝參數

在機械加工工藝信息化規劃制造過程中，對參數進行優化是實現信息化規劃技術的關鍵。利用參數優化，可以達到降低資源消耗的目的。在機械加工過程中采用不同的加工工藝，就要優化相對應的工藝參數。經過優化的工藝參數，可以提高產品的加工質量，降低能源消耗，減少刀具的磨損，降低環境污染，提高企業的經濟和社會效益。

3.2對制造工藝措施的優化

選擇科學合理的工藝設計，是工藝信息化規劃中最關鍵的環節，其對實現工藝信息化規劃技術的意義非常重要。企業確定工藝措施的具體做法，通常情況下是根據企業的生產效率和產品的加工成本為前提條件的，很少考慮采取有效措施更好的利用資源以及實現保護環境的目標，導致在機械加工過程中不僅對環境造成了污染，而且對資源造成嚴重浪費。

3.3優化多機床的節能型調度技術

要實現機械加工工藝信息化規劃就要對企業的機床設備進行優化配置。在機械加工生產中，一般實施的是多機床同時進行多工件的加工方式，其特點是不同的機床可以采用同一種加工工藝，而不同機床在型號和規格上有很大差別，導致機床在加工工件的過程中，消耗資源量和對環境的影響結果不盡相同。因此，要對機械加工工藝進行信息化規劃就要進行科學的調度，才能從根本上實現降低加工系統的能源消耗量。

4構建機械加工工藝信息化規劃技術的評價體系

一般情況下企業的評價體系主要包括三個方面，即實現最低的生產投入、最高的獲利、最高的企業生產效率。但是，現在的企業在追求經濟效益的同時，還要注重實現最佳的環境效益和社會效益。因此，在構建機械加工工藝信息化規劃技術的評價體系時，要綜合考慮各種影響因素，制定科學合理的評價指標。面向機械加工的評價體系應當包括五個主要方面：產品質量、生產時間、生產成品、資源利用效率、環境影響。

5結語

篇6

1．1安全工程原理定義

安全工程學是一門多學科理論和方法交叉的科學，是研究人、機、環境之間互相聯系的工程技術科學，是研究技術工程中各種因素之間的聯系，以及應用相關的理論、原理和測量方法來達到系統安全的學科［8－9］。安全工程原理是專門研究如何利用各種工程技術的原理和方法來確保實現系統安全功能的科學思想。它以安全學和工程學為理論基礎，以系統工程、人機工程、環境工程和技術設施等為手段，對工程風險進行分析、評價、控制、改進、優化等，以期實現系統及其全過程安全目標的科學準則，是安全科學發展過程中必須遵循的基本原則。安全工程原理是研究安全系統中設備設施的設計、操作應遵循的準則，如何保障人體行為活動的舒適高效安全，作業環境的安全性，機器裝備研發和運行當中應考慮的人體工效機理以及各種物質信息的能量和信息輸入輸出過程中固有的基本原則。

1．2安全工程原理的研究對象

原理是對學科領域的研究內容和研究方法的總結歸納，是學科發展所必須遵循的基本準則和規律，利于人們立于更高的思想高度、更深的層次來掌握所研究的對象，便于人們認識和利用事物的本質規律［10－11］。安全工程原理作為安全工程學的基本準則，有它本身的研究對象，一個安全系統通常包括3個組成部分，即從事安全生產活動的操作人員和管理人員，生產過程中所運用到的機器裝備、儀表設備等物質條件，以及工作人員所處的作業環境等。這3部分構成的人－機－環系統之間的相互影響的作業結果就會對安全系統安全性產生最直接的影響，安全工程原理就是從這3個子系統以及系統之間的關系出發，研究分析如何使用系統的原理和方法，來辨別、分析系統中存在的危險因素，并制定解決這些危險因素和保障安全生產的原則機理。安全工程原理的研究對象主要包括以下幾個方面:1)安全系統工程中人為主體的生理、心理特征因素與安全之間的聯系，以及各種工作方法、規章制度、管理手段是否符合人的特性，是否能更好地發揮人的主觀能動性。研究分析人體在安全工作中的生物能量變化、運動動作和活動空間等各方面的適應標準，以及其對勞動效率和安全行為的影響。2)對安全生產過程中所使用到的各種機器設備的安全性和工效，從設備的材料、形狀、強度、大小、工藝、可靠性等方面來研究其與安全作業的關系，以及其對操作人員的舒適性和工作效率的影響。從人體測量學、工效學、生理心理特征等要求來對儀器和部件的設計提供要求和標準。3)研究人體勞動工作過程中所面臨的作業條件和環境的適宜性，分析各種惡劣環境因素對人體人健康和勞動效率的影響，以及各種職業因素危害的預防方法，其中包括高溫高濕、噪聲、照明不適、振動、粉塵、有毒有害氣體、輻射等因素。

2安全工程原理二級原理及其內涵

安全工程是安全工程與各種工程技術學科相互交叉的學科，它主要研究人、機器設備、環境之間的關系，建立這三者之間的平衡狀態，實現本質安全化即進行實時安全控制的技術和管理方法的工程學科［12－13］。安全工程原理［14］是研究事物安全與危險之間的轉變規律，分析事物安全的本質規律，揭示事物安全的相對應的客觀因素及轉化條件，研究預測、消除和控制事物安全與危險影響因素和轉化條件的理論和思想。基于安全工程原理的定義和研究對象以及一個工程系統的基本特征，筆者提煉出了安全工程原理主要涉及的下屬原理有:①設備設施功能安全原理;②人造物宜人原理;③環境安全原理;④人造物穩固原理;⑤合理空間尺度原理;⑥最小能量原理;⑦輸入輸出暢通原理。

2．1設備設施功能安全原理

設備設施功能安全原理是指機械設備在設計和研發過程中應考慮到能防止危險因素引起的人身傷害，其中危險因素包括設備故障、超載運行、人的誤操作和不安全行為等，能保障人身安全，指導設備設施安全功能的科學設計。設備設施功能安全原理要求設備通過自身的功能、結構來限制或防止機器的某些危險運動，或限制其運動速度、振幅、壓力等危險因素，以防止對人體造成危害或減小危害程度。設備設施功能安全原理的作用是杜絕或減少機械設備在正?；蚬收蠣顟B，甚至在操作者失誤犯規或有不安全行為的情況下發生人身或設備事故，其特征下面舉例加以說明:1)防止機械設備因超限運行而發生事故，機械設備的超限運行是指超速、超溫、超壓、超載、超位等，當設備處于超限運行狀態時，相應的設備安全裝置可以使設備卸載、卸壓、降速或自動停止運行，從避免事故的發生，保證人身和設備的安全。2)防止設備設施因人的誤操作、犯規或不安全動作而引發事故對人體造成傷害，通過設備中相互制約、相互干涉的功能來避免危險的發生。當機器正常運行時，人可能有意或無意地進到設備運行的危險區域，或接觸到危險有害因素，設備的安全功能此時應能阻止人進入危險區，或在危險區令人免遭傷害。3)通過自動監測與診斷系統來排出設備故障產生的危險。通過監測監控儀器及時發現出現的故障，通過自動報警裝置提醒操作者注意危險，并通過診斷系統自動排出產生的故障和危險，避免事故的發生。

2．2人造物宜人原理

人造物宜人原理是指各種人造物包括建筑物、車船飛機、儀器設備，設計的核心都必須是以人為本，設計的最終目的是滿足人體的各種需求，使人的活動舒適高效安全，充分發揮人的主觀能動性。人造物在進行設計研發時，為了使產品更好地滿足人的生理特點，讓人在工作時處于舒適的狀態和適宜的環境之中，就必須在設計中充分考慮到人體各種生理測量參數特征。在設計工作空間、機械、交通運輸裝備時，特別是設計各種運動式機械時，駕駛艙、座位等的相關尺寸時，也是由人體尺寸及其操作姿勢或舒適的動作來確定的。人造物宜人原理要求各種人造物符合人的特點，根據人的生理、心理特點來指導人造物的設計，以人為中心來設計人造物，使物的設計與人的特點更加匹配，達到安全、高效、舒適的目的。人造物宜人原理也指明了在人機系統中，應當以人為主體，機器設備為客體，注重人的主體感覺，要求客體必須符合主體特點，明確了主客體的地位作用。

2．3環境安全原理

安全生產與人所處的作業環境息息相關，環境安全影響著人的生理、心理特征、工效以及設備的運行狀態［15］。安全合理的環境條件不僅可保障人的生理健康和安全作業，還能提高勞動效率和減小失誤率。環境安全原理是指在勞動作業過程中按照相關的環境標準和要求對作業環境進行改善和設計，形成一個安全、健康、舒適、高效的作業環境。不論在室內作業還是室外作業，地面工作還是地下工作，人都面臨著不同的環境因素，其中包括溫度、濕度、噪聲、照度、壓力、風速、光照、輻射、粉塵、有毒有害氣體等。環境安全原理是研究如何保證這些環境條件處于最適宜的狀態，避免惡劣環境因素對人體造成危害，使得勞動人員在作業環境中保持旺盛的精神狀態，減少疲勞感，保持高效率的勞動作業。環境安全原理要求對作業環境因素進行合理的設計和評價，找出存在的問題，采取相應的改善措施，把有害因素轉變為有利因素，采取防治措施降低惡劣環境因素的影響，盡可能地使各項環境指標處于最佳水平，完全符合人的生理心理要求。而在這種無毒無害、無輻射、溫濕度和照明度適宜的環境條件下，人體工作效率提高，可長時間持續作業而不感到疲勞，也避免了各種惡劣環境因素損害人體健康，導致職業病的產生。

2．4人造物穩固原理

人造物穩固原理是指在人在平時工作、生活中所使用和接觸到的建筑物、公路、橋梁、機器設備等設施必須要有良好的穩固性，結構設計及材料強度都符合安全標準，避免垮塌事故的發生，保證人體的生命和財產安全。人造物的穩固性與人造物的設計、材料強度、使用時的承載負荷強度密切聯系，只有嚴格按照國家相關的建筑規范標準設計施工，建立完善的監督管理體系，才能保證人造物的質量水平和穩固性，避免垮塌事故的發生。下面列舉一些人造物穩固性原理的應用例子:1)在設計階段，確定人造物的使用對象群體，根據使用對象的特征來規定設計標準，確保設計參數符合安全標準。2)施工工程中嚴格按照設計標準進行，工序和材料都符合國家標準，嚴禁偷工減料而降低了人造物的質量。3)不定期地進行檢查，發現問題及時進行維護和保養。建立完善的監控管理體系，實時監測人造物的運行狀況和質量水平，預防事故的發生。

2．5合理空間尺度原理

合理空間尺度原理是指人從事各種工作時需要足夠的活動空間，作業空間上的活動范圍設計應該與人體的功能尺寸密切相關，符合人或人群的活動特點，有足夠大的空間來供人施展各種作業姿勢。作業空間設計應當以人為本，結合操作任務的要求進行設計。相關設備設施的布置應當滿足為作業人員提供合理的空間范圍，提供舒適的作業條件，以達到提高人體工作效率、保障作業者安全和減輕作業者精神與體力負擔的目的。合理空間尺度原理在作業空間設計中的作用主要體現在以下幾個方面:1)作業人員的工作位置與設備布置應符合人的生理活動特征，利于作業者迅速而準確地完成動作和使用機器設備。為了合理地提高作業空間利用率，作業中的人流和物流的移動距離應盡可能符合最短距離原則，以擴大作業者的有效活動空間，從而提供作業人員的工作效率。2)合理的作業空間尺度不僅要使作業者在工作期間操作、活動方便，并且當較長時間保持某種作業姿勢時，應盡可能使其少地產生疲勞感，同時還有利于整個作業系統的運行。因此在設計作業空間時，應合理考慮作業群體的人體尺寸、活動極限與作業范圍等。3)合理空間尺度的設計必須考慮到安全性，充分考慮作業空間對作業者的生理和心理影響，作業空間的通道設計必須保證人流的順利通行，設備距離足以避免行人無意碰撞而造成人員受傷或機器的意外觸發。

2．6最小能量原理

最小能量原理是指在生產作業過程中盡量保持勢能、電能、化學能、熱能、生物能等能量的總和達到最低，保持能量密度的最小化。當生產體系處于穩定平衡狀態時，其系統的能量狀態保持為最低水平。因此，在建筑物設計、產品設備研發、勞動作業輪換時應盡量充分利用人力資源，使各種機器設備運行處于穩定平衡狀態，減少能量的消耗，保障安全效率和減少資源的浪費。人體進行運動或作業所消耗的總能量稱為能量代謝量，它的大小與作業類別、勞動強度有著密切的聯系，是評價作業負荷和工作效率的重要指標。最小能量原理體現了能量與安全之間的相互影響，當人體在作業中消耗的能量越小，勞動強度越低，則消耗的體力減少，疲勞度降低，人的勞動效率就會保持在一個很高的水平，從而也減少了安全事故的發生。

2．7輸入輸出暢通原理

輸入輸出暢通原理是指在安全作業空間里必須有物質、信息、能量等的通道并保證人員能夠安全進入和疏散撤離等。物質、信息、能量等由環境向系統的流動就是輸入，而由系統對周圍環境的作用則是輸出。輸入的主要是人所需要的物質和信息源，而輸出則是經過人處理操作后的各種形式的完成品和信息。作業過程中，人在一定場所里使用機器設備和物質材料來完成生產任務的。作業場所的設計不僅要考慮將作業需要的機器設備根據工藝流程、生產任務和操作要求進行合理的布局，給人、物等提供合理的區域和最佳暢通路線，為預防意外事故的發生提供安全措施。作業空間要保證作業者在操作過程中能夠通過聽覺、視覺、觸覺與所控制的設備進行信息交流;其次，應確保在同一作業空間內的相關作業者之間能夠實現語言或視線的溝通交流。在各種機器及生產系統中，人必須準確地獲得機器設備的工作狀態、性能參數、信號參數等信息，并將工作指令舒暢地傳至機器，實現人與機器之間的信息輸入輸出暢通，這樣才能實現人機系統的平衡。

3安全工程原理應用分析

3．1安全工程原理應用機理

安全工程原理的7個二級原理在安全工程整個原理體系中扮演著不同的角色，各級原理相互聯系作為安全工程原理的理論支撐。安全工程原理可以分別從人、物、環境的角度來進行研究分析，而各下屬原理也從不同方向來指導人－物－環系統的發展。人造物宜人原理是從人的角度來對人造物的設計構建提出指導要求;設備設施功能安全原理和人造物穩固原理則是從物的安全角度來對各種設備、建筑物的設計標準、操作制度進行指導;環境安全原理和合理空間尺度原理是環境發展必須遵循的安全原理，保證作業環境的舒適和健康;最小能量原理則分別從人和物的角度來對安全作業中各種能量的消耗降到最低，從而提高能量利用率和工作效率，也從能量方面將人因素與物因素相互聯系起來。輸入輸出暢通原理在人、物、環3方面都得到了體現，物、環境方面的信息根據輸入原理的基本準則傳入至人體，而在人體對外界信息進行識別、處理后通過輸出原理將指令下達至物和環境方面，完成信息在人－物－環系統之間的運轉。

3．2安全工程原理實際應用例子

筆者在設計研發深井受限空間環境與安全人工智能仿真試驗系統裝備時，曾根據安全工程原理對裝備的功能、空間、材料和內部儀器設備進行規劃與布置，使其運用起來達到安全、高效、舒適的效果。深井受限空間與安全人工智能仿真試驗系統是旨在模擬深井作業空間環境，研究人體在特殊作業環境中工作時人體各種生理、心率參數指標的變化規律及其對安全行為和勞動效率的影響。根據設備設施功能安全原理，試驗系統內均采用本質安全性的電氣設備，而且設有專門的人員操作區，人體無需與機器設備近距離接觸，即使出現機器故障或操作失誤也不會對人體造成危害。根據人造物宜人原理，該試驗裝備采用的是全自動化操控模式，人體只需在操作平臺上即可完成對整個試驗系統的各種參數的控制，從而使人的活動舒適高效安全。根據環境安全原理，該試驗裝備從溫度、濕度、噪聲、照度、空氣壓力、風速、粉塵、有毒有害氣體等方面來模擬深井作業環境，目的在于研究惡劣環境對人體生理健康和安全行為的危害，從而預防惡劣環境對人的影響。當然在環境模擬試驗過程中，必須保證各環境因素都在人體忍受極限范圍之類，保障環境的安全性。整個試驗艙采用鋼制材料建造，使其牢固可靠，并且整個艙體內外噴涂具有隔熱、消音、防輻射功能的涂料，可保證艙體放置在室外長時間不受損害，符合人造物穩固原理。試驗艙設計為正方體艙型，，長8.2m，寬2.5m，高2.2m，設置有專門的操作區、試驗區和儲存區，空間充足能供人自由地操作活動，滿足合理空間尺度原理。各環境模擬參數儀器均采取的智能化控制，即當參數水平值低于設定值時，儀器可自動啟動運行，當水平值高于設定值時儀器則自動停止來維持穩定值，從而避免了資源能量的浪費，達到了最小能量原理的標準。整個試驗系統安裝有聲音、圖像的監測監控系統，并艙體4面設有觀察窗，利用內外進行溝通交流，艙體前后都設有安全通道利用人員正常的進入和疏散等，保證了信息、人員、物質的輸入輸出暢通性。

4結論

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【關鍵詞】大學物理；工程力學；教學結合

0 引言

當今大學生通常要完成幾十門課程學習。對應用型本科高校的學生來說，課程大致分為四大類：通識課、專業基礎課、專業課以及實訓課。各課程構成一個完整的體系，在將來的職業生涯和人生中均占有極及重要的地位。課程間相互聯系、相互依賴這是非常常見的。大學物理和工程力學是我院機械類、土木類專業的兩門重要課程，大學物理為通識課，工程力學為專業基礎課。處理好通識課與專業基礎課教學中的結合問題，是解決當前應用型本科處理理論課程課時緊與實訓課時需增加的這一矛盾的當務之急，在提高學生學習興趣方面也可起到積極作用。

1 兩課程間的聯系與區別

大學物理與工程力學的主要區別體現在性質、任務、研究對象方面；聯系體現在數學工具的運用及內容重復方面。

1.1 大學物理與工程力學課程的區別

大學物理課為通識課，即基礎課，主要是工科類、農學類、醫學類學生學習。課程研究對象廣泛，包括物質世界的基本規律、基本原理，涉及力、聲、光、電、磁、熱、原子物理等多個領域，該課程是許多自然科學、工程技術、新技術的基礎。它的目的和任務是：通過學習，學生對物理概念、物理規律、物理原理有全面認識，了解物理學的前沿、了解物理學在新技術中的應用；使學生的運算能力、抽象思維能力、創新能力得到嚴格的訓練；培養學生的以科學思想，用科學方法去分析和處理問題的能力。

工程力學為工科類學生的專業基礎課。主要包括理論力學（靜力學、運動學、動力學）和材料力學，以研究機械運動規律和構件承載能力為主。該課程理論性強但研究對象與后續專業課程、工程實際聯系緊密。課程開設的目的和任務是使學生掌握物體機械運動的基本規律及其研究方法，初步學會用這些規律和方法分析、解決工程中簡單力學問題，并為后續專業課的拓展及實際工作處理力學問題奠定堅實理論基礎。

1.2 大學物理與工程力學課程的聯系

從課程內容來講，力學為大學物理課程中一個重要組成部分。兩門課程在內容上有許多重疊和類同之處，可以說工程力學是從物理學中分離出來的一門內容更詳細、與工程技術更接近的課程。它將物理學中的力學部分進行了擴展。

此外，兩門課程的聯系在于處理問題的科學思想、科學方法。建立理想化模型，抓住問題的主要矛盾在兩門課程中反復體現。同時，數學知識的應用，比如向量的運算、微積分的應用是兩門課程在問題處理方法上的最大共同之處。

2 兩課程教學結合的關鍵

目前，應用型本科院校對學生的實踐能力培養日益重視，實踐課時在不斷加大，理論課學時不斷縮減。在實施大學物理與工程力學兩課程的教學過程中，應揣摩兩課程的特點，堅持有效的教學結合原則。

2.1 正確處理課程內容銜接問題

兩門課程中存在不少重復的內容。以馬文蔚的《物理學教程》和謝幫華的《工程力學》為例[1-2]，工程力學中的靜力學部分，重復內容包括：摩擦定律、力矩、空間力系平衡方程、重心的坐標公式；材料力學重復內容包括：應力、剪切變形、受迫振動；運動學部分重復包括：點的運動、剛體的基本運動、運動的合成；動力學部分包括：質點運動微分方程、剛體繞定軸轉動的微分方程、功和功率、動能定理、動量定理、動量矩定理、慣性系（慣性系、非慣性系、科里奧利力、慣性力、非慣性系中的動力學方程）、轉動慣量。共18處重復。其中應力、剪切變形這兩個概念僅在大學物理機械波傳播速度與介質的關系這一部分提到，其余部分內容在兩門課程基本都有完整的闡述。

因此，兩門課程的授課老師應對相應的重復點熟悉，做到不浪費課時、也不漏講內容。同時，大學物理具有基礎性，且很多內容相對容易理解，應堅持大學物理的主體地位原則。這樣，一些大學物理教學大綱要求詳講的內容，工程力學課可以略講或直接刪減，如摩擦定律、力矩、空間力系平衡方程、點的運動、剛體的運動、運動微分方程、剛體繞定軸轉動的微分方程、功和功率、動能定理、動量定理、角動量定理、轉動慣量這11個內容均為大學物理大綱中的必學內容，工程力學課中可略講或不講；而相對運動、慣性系、質心運動定理（重心的坐標公式）這3大內容在大學物理大綱中定為選學內容而又是工程力學必不可少的內容。大學物理老師可補充進行講解或明示學生該內容的重要性，而不是按照大綱機械地刪掉。另外，應力、剪切變形這2個內容在大學物理課程中提及，受迫振動只講特殊情況的部分，大學物理老師也應讓學生明白這些內容在后續課程的重要地位。

2.2 正確處理科學思想、科學方法銜接問題

大學物理研究物理規律、物理定理時，建立理想化模型是常用的研究方法。如質點模型、彈簧振子模型、理想氣體分子模型、電荷元模型、電流元模型，這種抓住事物主要矛盾的做法正是辯證唯物主義方法論的具體體現。類似的建模思想在工程力學中有剛體、理想變形固體等多種力學模型。倘若沒有科學的方法，問題的分析將變得復雜甚至無法解決。教師應進行類比，將這種各領域研究問題方法上的類比滲透于教學過程中。

在具體問題的計算過程中，高等數學微積分、矢量的運算法則均有廣泛運用。這基本貫穿了整個大學物理和工程力學的課程內容。若在教學過程中，教師有意識的將數學工具的應用推廣到別的領域，將處理方法進行類比。這必將會減輕另一課程的教學和學習負擔，使學生的思維能力、科學方法的應用能力進入新的平臺。

3 結語

課程間的教學結合問題，是教育者應加重視的問題之一。合理處理大學物理與工程力學課程中的重疊、類同內容，適當進行類比教學，有利用提高課時利用率、提高學生學習積極性，更能滿足當前高校教育培養應用型人才的需要。這一問題的有效實施，需要教師研究教材，相互探討，不斷試驗，檢查效果，及時總結，不斷完善。

【參考文獻】

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[關鍵詞]軌道車輛；薄壁電纜；老化剩余壽命

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2016.06.081

[中圖分類號]TM247 [文獻標識碼]A [文章編號]1673-0194（2016）06-0-01

0 引 言

電線電纜在長期使用過程中會受到諸多因素的影響而引起材料的老化，從而使產品性能下降，特別是絕緣材料的老化，可能引起故障甚至引發火災。軌道車輛等線纜用量大，要求產品使用壽命長，因此，線纜的老化壽命就顯得十分重要，但目前軌道車輛用線纜的壽命研究卻鮮有所見。本文基于取得的軌道車輛上實際使用的薄壁電纜作為試驗對象，開展老化剩余壽命的研究評估。

1 電線電纜老化的因素

引起線纜老化的因素有很多，對于絕緣材料來說，溫度是最重要的因素，而其他因素，基本都是外部影響，有些只能作用于材料外層（如機械應力、濕度、化學物質、氧等），因此，溫度是影響車輛用線纜老化的主要因素。

2 熱老化壽命的預測方法

目前國內外熱老化壽命研究預測方法中，最重要和常用的方法是基于Arrhenius模型進行外推計算的方法，包括常規法和基于分析法的快速評定法等。其中常規法是被廣泛認可的方法，其試驗過程采用恒應力加速老化試驗法，可信度較高，并已形成標準，如IEC 60216系列。

3 熱老化試驗及老化剩余壽命預測

3.1 試驗樣品的情況及取樣背景

試驗樣品為符合標準GB/T 12528-2008的要求，型號為WDZ-DCYJB/3-125 750V 2.5mm2的軌道車輛用薄壁電纜。電纜由單股線芯的導體和絕緣組成，絕緣材料的主要材質為聚醚醚酮（PEEK）。試驗樣品取自實際安裝在軌道車輛上的電纜，該車輛已運營7～8年。

3.2 耐熱性能和診斷試驗的選擇

根據GB/T 12528-2008中的性能要求，IEC 60216-2：2005的性能推薦以及產品的使用安全要求綜合考慮，選擇耐電壓性能，試驗方法為GB/T 3048.8- 2007。

3.3 試樣數量

對于耐電壓類檢查試驗，在絕大多數情況下，要求每一溫度至少由11個樣品組成。

3.4 終點選擇

按照GB/T 3048.8-2007對老化后樣品進行耐壓測試，施加電壓3.5 V，持續15 min，如果樣品被擊穿則表示樣品未能通過檢查試驗。

3.5 暴露溫度和時間

試驗樣品的絕緣材料為PEEK，該材料具有優異的耐熱性能，根據預測試結果，確定試驗的暴露溫度和時間選擇見表1。

3.6 試驗結果

根據測試得到各個溫度的終點時間見表2。

（4）

由式（4）可評估產品的使用情況要求，如假設車輛的設計運行時間為30年，則根據式（4）可估算產品的最高使用溫度約為220℃。

4 結 語

基于Arrhenius模型原理的常規法老化壽命預測可用于軌道車輛用電纜的老化壽命評估，但該方法只考慮溫度對產品的影響，忽略機械應力、濕度、電氣老化等因素對產品老化的影響。

選取車輛實際使用薄壁電纜作為研究對象，得到老化時間與熱力學溫度之間的關系為lgt=-16.020+10 599/T，此關系式可用于產品在車輛設計使用年限內最高使用溫度的評估，為產品的設計和維護提供參考。

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【關鍵詞】FPGA；增量式編碼接口；電路設計；ARM

前言：作為目前國內外應用較多的傳感器，光電編碼器可以以光電轉換的形式將輸出軸上的幾何機械位移量轉變為脈沖量與數字量可以較好的滿足信息的傳遞、輸出、儲存和應用。增量式編碼器是光電編碼器的一種主要形式，近年來，在我國的信息領域得到了廣泛應用。本文通過對增量式編碼器接口電路設計的基本原理進行分析，并結合增量式編碼器的相關概念和特點，為基于FPGA的增量式編碼器接口電路提供了合理的設計思路。

一、增量式編碼器簡述

增量式編碼器是將輸出軸上的機械位移轉換為具有周期性的電信號，再將此電信號轉變為計數脈沖，進而將位移的大小用脈沖個數來表示的一種光電編碼器[1]。增量式編碼器的優點為構造和原理較為簡單、支持其運作的機械平均壽命最高可達幾萬小時、抗外部干擾能力強且穩定性與安全性較高，適用于長距離的電路信號傳輸。

二、增量式編碼器接口電路設計的基本原理

（一）四倍頻與鑒相電路的設計原理

增量式編碼器運行過程中，流經其內部的兩路信號（設為A相信號與B相信號）在上升沿與下降沿的過程中各自變化了兩次，且在電路轉換的一個周期內，無論A相信號與B相信號如何變化，其范圍均處于00-10-11-01-00與00-01-11-10-00之中。此外，由于A、B兩路信號的頻率要比系統時鐘的時鐘信號低得多，因此，利用系統時鐘對A、B兩路信號進行出發判斷，進而產生四倍頻脈沖信號與鑒相電平[2]。此時，增量式編碼器中的計數器則會通過觸發四倍頻脈沖器的跳變沿將兩路信號的產生的脈沖個數進行計數，以完成位移向電路信號的轉化工作。鑒別電機正反轉的具體方法為：如鑒相電平在00-10-11-01-00范圍內的輸出為0，說明電機正轉；若在00-01-11-10-00范圍內的輸出為1，則說明計數器在做單位為1的減法計數。

（二）基于FPGA的ARM接口設計原理

由于數據總線是編碼器計數值輸出進而傳達到ARM（RISC微處理器）的媒介，而FPGA本身的配置時間通常要大于同一系統中ARM的上電加載程序時間，又由于ARM芯片的數據總線是與系統中FPGA的控制及檢測通道相連，通道內的電平值會有一部分存在FGPA在加載完成后的數據總線當中。因此，ARM芯片在進行電加載程序時會和系統的現場可編程門陣列發生較大沖突，造成系統無法讀取正確的數據。

為了保證ARM可以將增量式編碼器的計數值正確讀取出來，將專門刪除電子目錄的讀使能信號RD作為數據總線的三態控制信號與增量式編碼器連接，而在系統運行時，只有讀使能信號與地址信號均被選通時，由編碼器內的計數器所計算出的16位計數值才得以導通，進而傳輸到數據總線上[3]。

三、基于FPGA的增量式編碼器接口電路設計方法

利用QuartusⅡ軟件（Altera公司開發的FPGA/PLD綜合性軟件）以混合模式的電路工程設計方法進行增量式編碼器接口的電路設計。首先，構造出系統的四倍頻模塊和鑒相模塊，在QuartusⅡ軟件平臺上通過利用標準硬件描述語言VHDL實現上述兩個模塊的功能。具體流程為：編碼器前級四倍頻模塊與鑒相模塊分別向線路輸出四倍頻信號與鑒相信號，設定計數器以信號輸出的方向依據對其進行雙向計數，當讀使能信號與輸出地址信號均被選通時，將相關數據經由數據總線顯現到計數器終端屏幕上。至此，完成電路接口的位移和電能轉換。

四、時序仿真與驗證結果分析

就本文而言，所選取的FPGA芯片的型號為E144C8，仿真平臺QuartusⅡ的版本為QuartusⅡ8.1，經由仿真平臺建立增量式編碼器的波形仿真文件對所涉及電路接口的仿真驗證，并將系統編譯后的仿真波形記錄下來。在此基礎上，通過建立邏輯分析文件的形式對經由增量式編碼器轉化而來的電路內部信號進行實時采集和監測，進而將系統邏輯分析儀的采集信號波形進行記錄并加以分析。

通過對上述系統編譯的仿真波形與邏輯分析儀的采集信號波形進行分析，得出結論如下：（1）記錄增量式編碼器正轉時的仿真波形，并對其觀察和分析可知，當計數值count_out由初始值0000增至000F時，系統實現四倍頻加計數；（2）記錄增量式編碼器反轉時的仿真波形，通過對其觀察發現計數值count_out由（1）中的末值000F將至0003時，系統實現四倍頻減計數；（3）對增量式編碼器正反轉切換時的仿真波形進行記錄并加以分析發現，正反轉切換時，位于某項信號后，另一相信號前的第一個定時器INCLK的上升沿，其計數方向立刻發生轉變，即由加計數變為減計數。（4）對邏輯信號儀采集的信號波形進行分析可知，當讀使能型號RD波形較低且地址信號為00h時，增量式編碼器中計數器所顯現的計數值則會經由三態總線傳輸到系統的數據總線上。。綜上所述，本文所涉及的電路已基本實現了增量式編碼器的四倍頻、雙相信號計數以及信號鑒別和ARM的通信功能。

結論：本文以基于FPGA的增量式編碼器接口電路設計為研究對象，通過對增量式編碼器的概念和優點進行分析，從四倍頻與鑒相電路以及基于FPGA的ARM接口設計原理等方面對增量式編碼器接口電路設計的基本原理展開了深入研究。在此基礎上，結合增量式編碼器接口電路的設計方法對其時序仿真進行了模擬分析?？梢?，未來加強對基于FPGA的增量式編碼器接口電路設計在ARM上應用的研究力度，對于實現信號的自動檢測與自動控制具有重要的現實意義。

參考文獻：

[1]徐悅.基于單片機的板帶軋機AGC控制系統開發與設計[D].燕山大學，2013.

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關鍵詞： 機械類課程教學 機械手抓取機構 ADAMS軟件 仿真分析

在機械類課程教學中，往往由于在課堂上沒有機械設備的實物，導致教學缺乏直觀性。由于目前的一線教學條件及場所的限制，各學校也很難在課堂上配備機械設備的實物。鑒于此，我們可以借助現代化多媒體教學手段，充分利用機械設計、仿真等軟件，從而改變現狀。以機械手抓取機構的教學為例，在教學過程中靈活運用機械動力學仿真軟件ADAMS來講解其運動及受力特征，效果很好。

機械手（圖1）是模仿人手工作的機械，它可將工件或工具按預定程序自動地送到所需要的位置。推廣使用機械手，可以提高勞動生產率，保證產品質量。改善工人勞動條件是實現生產自動化的有效途徑之一。抓取機構是機械手的主要部件之一，它直接用來抓取工件或操縱工具［1，2］。

由于工件或工具的形狀、大小、重量等不同，抓取的方式也不同，抓取機構可分為手爪式、真空吸盤式和電磁吸盤式三種類型。本文以手爪式抓取機構作為研究對象，其結構如圖2所示。研究的整體過程可分為力學計算，UG建模、裝配、定義連桿，導入ADAMS，加約束添加驅動，運動仿真及后置處理，優化模型，等等［3］。

1.抓取機構力學分析

整個機構（圖3（a））是沿中心平面對稱的，所以在力學分析過程中取左連桿和左手指為對象（圖3（b））。對左連桿對象而言為二力桿件［4］，如圖3（c）所示，沿桿線力平衡，則有公式：

2.仿真分析

2.1 虛擬樣機技術及ADAMS軟件

虛擬樣機技術（Virtual Prototype Technology）是當前設計制造領域的一門新技術，涉及系統動力學、計算方法與軟件工程學等學科。它利用軟件建立機械設計系統的三維實體模型和力學模型，分析和評估系統的性能，從而為物理樣機的設計和制造提供參數依據。

ADAMS（Automatic Dynamic Analysis of Mechanical System）軟件是美國MDI公司開發的機械系統動力學仿真分析軟件，它使用交互式圖形軟件環境和零件庫、約束庫、力庫，創建完全參數化的機械系統幾何模型，對虛擬機械系統進行靜力學、運動學和動力學分析，輸出位移、速度、加速度和反作用力曲線。ADAMS軟件的仿真可用于預測機械系統的性能、運動范圍、碰撞檢測、峰值載荷，以及計算有限元的輸入載荷，等等［5,6］。本文的研究載體即為ADAMS軟件。

2.2 模型建立

ADAMS軟件在動力學分析及后置處理有著非常強大的功能，但其造型能力相對較差。對本文機構可采用專業三維設計軟件完成，考慮和ADAMS做聯合仿真時，優先選擇UG軟件。主要是這兩款軟件都支持Parosolid標準，且在UG的運動仿真模塊任何一步驟均可以直接導出ADAMS的.cmd文件，可做到無縫對接。在做兩者聯合建模仿真時最好均采用英文界面，這樣可大大減少錯誤［7］。

在UG中的抓取機構的造型如圖4所示，導入ADAMS軟件中的模型如圖5所示。采用在UG中造型后，添加連桿（UG中把運動單元稱為連桿）后導入ADAMS中，再在ADAMS中添加約束完成后續的仿真分析。

2.3 仿真分析

對其施加約束，進行動力學分析。首先在大地和機架之間添加固定副，使大地和機架形成一體。然后再分別添加各連桿之間的運動副：在導桿與機架之間添加移動副，導桿分別與左、右連桿之間添加旋轉副，左連桿與左手指添加旋轉副，右連桿與右手指之間添加旋轉副。同時在左右連桿之間添加一個彈簧，實際物理樣機是不存在這個彈簧，在此虛擬樣機中的目的是測量抓取力量。最后在導桿與機架之間添加的移動副上添加驅動力驅動。暫定驅動力取700N。

在ADAMS的Build菜單建立模型中的兩個角度α+β、α隨時間的變化曲線，如圖6所示。為后續的驗證工作做準備。

（b）角度α隨時間的變化曲線

圖6 角度α+β、α隨時間的變化曲線

在ADAMS的后置處理模塊中生成彈簧力隨時間的變化曲線，如圖7所示，通過曲線查找得彈簧力為1663N。

利用ADAMS的Fuction Buider功能建立式（4）的表達式，并生成公式中f力曲線，如圖8所示。通過曲線查找得彈簧力為1650 N。

通過對比發現，公式計算的輸出力值1650N與虛擬樣機仿真實驗的輸出力1663N基本重合，這其中誤差還包含了樣機的本身重力等影響。由此可見，仿真實驗數據的可靠性很高，完全可用仿真分析來代替繁雜的計算過程，節省大量的設計計算時間。

3.優化

通過更改模型中機構的幾何位置、尺寸等來細化模型。但從該虛擬樣機的三維模型中，可清晰地看到機構左右成對稱，若要對其細化，最好是更改沿其對稱軸線上的幾何關系。鑒于此，選擇更改導桿與左右連桿的旋轉副作用點位置，來細化模型。觀察在不同位置時機構輸出力的變化及跟隨的兩個角度α+β、α的變化。

在虛擬樣機中設置導桿與左右連桿的旋轉副作用點的豎直方向Y坐標為變量DV_1，以此來模型細化處理。分別得到五種不同坐標下的角度變化曲線如圖9所示，彈簧力變化曲線如圖10所示。

通過圖10可以發現，隨著坐標值增大輸出力增大，由此可得出在其他條件不變的情況下，將導桿與左右連桿的旋轉副作用點向上提高即可增大輸出力，具體增大量可參照圖10。

4.結語

機械手在工業生產中的運用非常廣泛，所涉及的專業也相當多。本文僅對其中的一小部分抓取機構作虛擬樣機分析，通過分析其理論力學上輸入力與輸出力的關系，在ADAMS中對其進行分析，發現虛擬樣機實驗中的力關系與理論力關系基本吻合，這樣就對后續的研究分析提供了可靠性。在后續的研究開發過程中可對樣機添加材料特性、慣性矩等，進一步與物理樣機靠近。虛擬樣機技術的應用大大縮短了抓取機構的設計研發周期，降低了產品生產成本，為抓取機構的設計提供了一個高效的開發途徑［8］。

參考文獻：

［1］孫恒，陳作模.機械原理［M］.北京：高等教育出版社，2000.

［2］焦振學.先進制造技術［M］.北京：北京理工大學出版社，2001.

［3］葛曉忠，詹葵華，鐘克.基于UG的平面連桿機構的運動分析與應用［J］.東華大學學報，2008，（6）：332－334.

［4］哈爾濱工業大學理論力學教研室.理論力學［M］.北京：高等教育出版社，2000.

［5］王國強，張進平，馬若丁.虛擬樣機技術及其在ADAMS上的實踐［M］.西安：西北工業大學出版社，2002.

［6］鄭建榮.ADAMS虛擬樣機技術入門及提高［M］.北京：機械工業出版社，2005.

［7］范勤，何麗君.基于ADAMS的臥卷夾鉗虛擬樣機建模及動力學仿真［J］.起重運輸機械，2008，（5）：55－58.

［8］謝方偉，李柄文.虛擬樣機技術在減速器設計中的運用［J］.煤礦機械，2008，（1）：166－168.