時間：2023-03-24 15:20:20
序論：在您撰寫測控技術論文時，參考他人的優秀作品可以開闊視野，小編為您整理的7篇范文，希望這些建議能夠激發您的創作熱情，引導您走向新的創作高度。
1997年，教育部進行高等院校本科專業調整，將原來的10個儀器儀表類本科專業調整為一個集光、機、電、算為一體的寬口徑、電類專業，即測控技術與儀器專業。[1]截止到2014年，全國共有300所左右高等院校開設測控技術與儀器專業。由于歷史原因，各高校的專業基礎和行業背景存在較大差異，測控技術與儀器專業通常隸屬于電氣工程學院、機械工程學院、儀器科學學院、光電工程學院等單位。這給測控技術與儀器專業認證標準的制定帶來了不少困難和問題。2013年8月和2014年8月，教育部儀器學科教育指導委員會暨教學研討會分別在上海和西安召開，會上專家們對中國工程教育認證協會的通用標準進行了詳細解讀，并對照通用標準，制定了適合于測控技術與儀器專業特殊背景的專業標準。2014年8月，教學指導委員會主任、天津大學曾周末教授做了題為《把握認證理念，推進專業教學改革》的報告，教學指導委員會委員、重慶大學王代華教授做了題為《儀器類專業認證標準解讀》的報告，這兩個報告從認證專家角度介紹了工程教育專業認證的意義和認證準備工作的要點。目前，已有少數高校通過了測控技術與儀器專業認證，如天津大學、合肥工業大學等；有很多高校已提交了認證申請，正在積極準備參與專業認證，如桂林電子科技大學、西安理工大學等。越來越多的高校認識到專業認證的重要性和緊迫性，以專業認證為契機，持續穩步發展專業建設，提高人才培養質量和水平，增強畢業生的就業競爭力成為各高校專業負責人的共識。
二、省屬高校測控技術與儀器專業培養模式探索與思考
針對目前國際、國內經濟環境、工程教育的現狀和發展趨勢，在國際工程教育專業認證背景下，省屬高等院校測控技術與儀器專業人才培養模式應做出怎樣的改變和探索？這是各個省屬高等院校面臨的亟須解決的一個難題。下面以西華大學為例，結合我校實際情況，對國際工程教育專業認證背景下，測控技術與儀器專業本科人才培養模式的幾點思考進行簡要分析。
（一）西華大學測控技術與儀器專業概況西華大學是四川省省屬重點大學，我校的測控技術與儀器專業隸屬于電氣信息學院，是在整合已有的電氣工程與自動化、信息工程、自動化等專業建設的基礎上申報的新專業，于2002年成立，以電子類測控為主。其主要專業方向為測控技術和智能儀器，具體領域為工業化信息領域的檢測與控制技術等。經過10多年的建設，截止到2014年，已畢業本科學生近700人，在校生400余人，省內生源和省外生源比例約為8：2。
（二）西華大學測控技術與儀器專業發展現狀近年來，全國開設測控技術與儀器專業的高等院校越來越多，畢業生就業競爭壓力日益增加。如何基于學校地域、師資隊伍、生源質量等具體情況制定合理的培養計劃和方案，如何凝練專業特色及方向顯得日益重要，這也成為我校測控技術與儀器專業面臨的熱點及難點問題。這具體體現在以下幾方面：1.第一志愿報考率偏低，特別是省外第一志愿，多數為調劑生源；2.專業方向和特色還需進一步提煉；3.本科教學實踐基地建設有待加強。
（三）西華大學測控技術與儀器專業本科學生培養模式探索在國際工程教育專業認證的大背景下，基于我校自身的特點，探索出一條合適的測控技術與儀器專業本科學生培養模式顯得尤為重要。針對上述問題，我們認為可以在以下幾個方面進行探索和嘗試。1.積極修訂本科學生培養方案工程教育專業認證對“目標導向”提出了較高要求。社會對教育的需求和社會環境在不斷變化，本科學生培養方案也必須發生相應變化，必須將學生的要求及其培養目標放在重要的位置，用培養目標和方案來引導學生。應在現有專業課程體系的基礎上，本著系統性、主體性、先進性、特色性的原則，進一步優化課程體系，修訂培養方案。修訂時務必具體、明確、可量化，每一門課程的開設都必須完成一個或幾個培養目標，任課教師也必須承擔相應的培養責任。2.凝練專業特色，突出學校辦學的自主性工程教育專業認證是鼓勵學校辦學自主性的，它鼓勵各高等院校根據自身特色和優勢，結合所在區域經濟社會地位及人才培養方案，制定培養目標，體現特色。[4]合理有效地解決這個問題，可增強畢業生的動手能力、創造能力、就業競爭力等。與此同時，這對增強該專業在省內、外的聲譽也有較大好處，有利于提高第一志愿報考率和生源質量。3.突出實踐教學的重要性，積極拓展實習基地建設工程教育專業認證重視培養學生的動手能力和對工業企業的適應能力，這就要求我們在制定培養目標和計劃時，必須將實踐性環節放在十分重要的位置。[5]雖然目前培養計劃里有很多實踐環節，但大多缺乏過程監管，落實不到位，效果不明顯。因學校經費投入有限，我校本科教學實踐基地的建設一直滯后，每年都在換公司或企業，沒有長期穩定的實習基地。在制定實踐性環節培養計劃過程中，應盡可能地參考用人單位的意見，并定期跟蹤社會需求變化情況，積極拓展實習基地的建設。4.增強學生創新能力的培養工程教育認證重視創新能力的培養。培養創新能力主要有以下幾個途徑：（1）在制定培養計劃時，預留2－3學分作為創新學分，鼓勵學生積極參與各種創新競賽；（2）將本科生實驗室免費、長期開放，鼓勵學生長期泡在實驗室，自主動手設計一些小實驗，完成一些小制作，不能僅滿足于課堂上簡單的驗證性實驗；（3）將部分優秀本科生帶入碩士生導師的團隊，接觸本領域的前沿技術和方法，增長其見識，培養其思維。5.突出學生的主體地位，變自我評價為社會評價工程教育認證突出以學生為中心，把絕大多數學生真正學到什么作為衡量人才質量的評價標準。只有每個學生都很好地滿足本校本專業的培養目標，才符合工程教育認證的要求。對人才培養目標的評價應以社會評價為主，主要體現在畢業生到工作單位后的適應度，及用人單位對畢業生的滿意度。同時定期回訪，持續改進，而不是像以前那樣單純追求就業率，部分學生就業單位跟所學專業毫無關系，且實行“一錘子買賣”，畢業后就跟學校無關。這就要求我們建立定期的回訪機制，不斷完善培養計劃，從而獲得較高的社會評價。
三、結論
目前制定實現規范并比較適用于復用的組件模型有CORBA/ORB、COM/ActiveX、JavaBean以及.NET等。通過對以上組件模型的研究與對比，本系統選定.NET中的WindowsForms作為本實時測控軟件的組件模型，使用.NETFramework的公共語言運行時，組件都建立在一個共同的底層基礎上，不再定義使用復雜的管道接口，對象可以直接交互訪問，有利于組件的自由配置，同時，利用.NET技術的分層結構特點,采用“搭積本”的方式生產軟件，大大提高軟件開發效率。
2基于組件技術的實時測控軟件開發
2.1軟件架構設計
在組件技術中，一個組件就是一個接口集，它通過接口對功能進行封裝。因此，對于同一個應用程序架構，只要其使用的接口集合不變，即可通過更換支持同樣接口集的組件來獲得不同應用，也可重復利用同一個組件或對組件進行二次開發。而基于組件建立的軟件架構和應用開發，其最大優點在于可以復用的應用結構和軟件單元。實時測控軟件主要是對實時測控數據的處理、評估和顯示，而測控數據主要包括光測、雷測、遙測及GPS測量等類型，其處理過程通常包括數據采集、數據解析、數據處理和結果評估等四個部分，針對以上4種數據類型，在基于組件技術思想下，其處理架構可統一進行設計，如圖1所示。針對靶場測控系統中光測、雷測、遙測及GPS測量等數據處理應用，通過將數據采集組件、數據解析組件、數據處理組件、結果評估組件替換成相應功能的組件，即可實現在保持軟件架構不變的前提下開發出不同的應用系統。
2.2基于組件技術的軟件升級維護
組件接口是對某一功能的一套抽象描述，具有封裝性，它通過接口與其功能實現分離開了，并以接口作為客戶與組件（或組件之間）交互的唯一方式，因此，只要保持接口不變，就可以將系統中的組件用新的組件替換，以隨時進行系統升級維護。下面以實時測控數據處理軟件中的雷測數據處理應用為例，其軟件的架構如圖2所示。當需要對系統進行升級維護時，在軟件架構完全保持不變的前提下，對具體的組件進行替換，只要保持接口不變，程序無需重新編譯鏈接，系統即可通過使用更新后組件中的新接口來獲得新特性，從而實現系統的升級維護。
2.3利用組件復用技術實現軟件功能擴展
組件復用是利用已有組件創建新組件，即通過第三方產品來構建自己產品。組件復用是通過包容和聚合來實現的，包容時外部組件包含內部組件的接口，它由外部組件接收此調用請求再交由內部組件來處理，聚合時外部組件直接調用內部組件的接口，它讓內部組件直接處理該調用請求。在C++語言，通過在外部組件中增加內部組件接口，并把調用請求轉發給內部組件即可實現包容，對于聚合，在內部組件中維護一個外部組件接口指針（如m_pUnknownOuter），通過委托機制，讓內部組件接口提出的查詢接口請求由一個委托接口轉發至外部組件，再由外部組件接口查詢內部組件。這樣就可以實現一致的訪問，即不管是通過外部組件的接口，還是內部組件的接口，都可以查詢到內外組件所支持的接口集合。在實際應用中，軟件開發不僅有大量的、功能強大的商業化組件可以使用，而且有應用廣泛的、成熟的靶場測控系統專用組件可以使用，如組件化的數據接收、量綱復用、坐標轉換、濾波平滑、精度評估等功能模塊。因此，利用好組件復用技術可以有效擴展靶場測控數據處理系統的軟件功能，對于靶場測控系統建設具有重要的現實意義。
3結束語
由于歷史原因，各高校的專
業基礎和行業背景存在較大差異，測控技術與儀器專業通常隸屬于電氣工程學院、機械工程學院、儀器科學學院、光電工程學院等單位。這給測控技術與儀器專業認證標準的制定帶來了不少困難和問題。2013年8月和2014年8月，教育部儀器學科教育指導委員會暨教學研討會分別在上海和西安召開，會上專家們對中國工程教育認證協會的通用標準進行了詳細解讀，并對照通用標準，制定了適合于測控技術與儀器專業特殊背景的專業標準。2014年8月，教學指導委員會主任、天津大學曾周末教授做了題為《把握認證理念，推進專業教學改革》的報告，教學指導委員會委員、重慶大學王代華教授做了題為《儀器類專業認證標準解讀》的報告，這兩個報告從認證專家角度介紹了工程教育專業認證的意義和認證準備工作的要點。目前，已有少數高校通過了測控技術與儀器專業認證，如天津大學、合肥工業大學等；有很多高校已提交了認證申請，正在積極準備參與專業認證，如桂林電子科技大學、西安理工大學等。越來越多的高校認識到專業認證的重要性和緊迫性，以專業認證為契機，持續穩步發展專業建設，提高人才培養質量和水平，增強畢業生的就業競爭力成為各高校專業負責人的共識。
二、省屬高校測控技術與儀器專業培養模式探索與思考
針對目前國際、國內經濟環境、工程教育的現狀和發展趨勢，在國際工程教育專業認證背景下，省屬高等院校測控技術與儀器專業人才培養模式應做出怎樣的改變和探索？這是各個省屬高等院校面臨的亟須解決的一個難題。下面以西華大學為例，結合我校實際情況，對國際工程教育專業認證背景下，測控技術與儀器專業本科人才培養模式的幾點思考進行簡要分析。
（一）西華大學測控技術與儀器專業概況
西華大學是四川省省屬重點大學，我校的測控技術與儀器專業隸屬于電氣信息學院，是在整合已有的電氣工程與自動化、信息工程、自動化等專業建設的基礎上申報的新專業，于2002年成立，以電子類測控為主。其主要專業方向為測控技術和智能儀器，具體領域為工業化信息領域的檢測與控制技術等。經過10多年的建設，截止到2014年，已畢業本科學生近700人，在校生400余人，省內生源和省外生源比例約為8：2。
（二）西華大學測控技術與儀器專業發展現狀
近年來，全國開設測控技術與儀器專業的高等院校越來越多，畢業生就業競爭壓力日益增加。如何基于學校地域、師資隊伍、生源質量等具體情況制定合理的培養計劃和方案，如何凝練專業特色及方向顯得日益重要，這也成為我校測控技術與儀器專業面臨的熱點及難點問題。這具體體現在以下幾方面：1.第一志愿報考率偏低，特別是省外第一志愿，多數為調劑生源；2.專業方向和特色還需進一步提煉；3.本科教學實踐基地建設有待加強。
（三）西華大學測控技術與儀器專業本科學生培養模式探索
在國際工程教育專業認證的大背景下，基于我校自身的特點，探索出一條合適的測控技術與儀器專業本科學生培養模式顯得尤為重要。針對上述問題，我們認為可以在以下幾個方面進行探索和嘗試。
1.積極修訂本科學生培養方案
工程教育專業認證對“目標導向”提出了較高要求。社會對教育的需求和社會環境在不斷變化，本科學生培養方案也必須發生相應變化，必須將學生的要求及其培養目標放在重要的位置，用培養目標和方案來引導學生。應在現有專業課程體系的基礎上，本著系統性、主體性、先進性、特色性的原則，進一步優化課程體系，修訂培養方案。修訂時務必具體、明確、可量化，每一門課程的開設都必須完成一個或幾個培養目標，任課教師也必須承擔相應的培養責任。
2.凝練專業特色，突出學校辦學的自主性
工程教育專業認證是鼓勵學校辦學自主性的，它鼓勵各高等院校根據自身特色和優勢，結合所在區域經濟社會地位及人才培養方案，制定培養目標，體現特色。合理有效地解決這個問題，可增強畢業生的動手能力、創造能力、就業競爭力等。與此同時，這對增強該專業在省內、外的聲譽也有較大好處，有利于提高第一志愿報考率和生源質量。
3.突出實踐教學的重要性，積極拓展實習基地建設
工程教育專業認證重視培養學生的動手能力和對工業企業的適應能力，這就要求我們在制定培養目標和計劃時，必須將實踐性環節放在十分重要的位置。雖然目前培養計劃里有很多實踐環節，但大多缺乏過程監管，落實不到位，效果不明顯。因學校經費投入有限，我校本科教學實踐基地的建設一直滯后，每年都在換公司或企業，沒有長期穩定的實習基地。在制定實踐性環節培養計劃過程中，應盡可能地參考用人單位的意見，并定期跟蹤社會需求變化情況，積極拓展實習基地的建設。
4.增強學生創新能力的培養
工程教育認證重視創新能力的培養。培養創新能力主要有以下幾個途徑：（1）在制定培養計劃時，預留2－3學分作為創新學分，鼓勵學生積極參與各種創新競賽；（2）將本科生實驗室免費、長期開放，鼓勵學生長期泡在實驗室，自主動手設計一些小實驗，完成一些小制作，不能僅滿足于課堂上簡單的驗證性實驗；（3）將部分優秀本科生帶入碩士生導師的團隊，接觸本領域的前沿技術和方法，增長其見識，培養其思維。
5.突出學生的主體地位，變自我評價為社會評價
工程教育認證突出以學生為中心，把絕大多數學生真正學到什么作為衡量人才質量的評價標準。只有每個學生都很好地滿足本校本專業的培養目標，才符合工程教育認證的要求。對人才培養目標的評價應以社會評價為主，主要體現在畢業生到工作單位后的適應度，及用人單位對畢業生的滿意度。同時定期回訪，持續改進，而不是像以前那樣單純追求就業率，部分學生就業單位跟所學專業毫無關系，且實行“一錘子買賣”，畢業后就跟學校無關。這就要求我們建立定期的回訪機制，不斷完善培養計劃，從而獲得較高的社會評價。
三、結論
關鍵詞：軟件無線電數字信號處理調制解調TMS320C6701
軟件無線電是隨著計算機技術、高速數字處理技術的迅速發展而發展起來的，其基本思想就是將寬帶A/D/A變換器盡可能地靠近天線，將電臺的各種功能盡量在一個開放性、模塊化的平臺上由軟件來確定和實現。該平臺的調制方式、碼速率、載波頻率、指令數據格式、調制碼型等系統工作參數具有完全的可編程性。
傳統的衛星測控平臺存在著性能不完善，調制方式、副載波、碼速率組態不靈活，體積偏大等問題。研制和開發通用化、綜合化、智能化的測控平臺，通過注入不同的軟件，實現對調制載頻、調制方式、傳輸碼速率等參數的改變，應用于各種軌道衛星平臺的遙測遙控任務。數字信號處理器（DSP）是整個軟件無線電方案的靈魂和核心所在。通用平臺的靈活性、開妻性、通用性等特點主要是通過以數字信號處理器為中心通用硬件平臺及DSP軟件來實現的。經過比較，我們采用TI公司的TMS320C6000系列DSP芯片和匹配的芯片形成一套實時的DSP系統。
圖1TMS320C6701結構框圖
1軟件無線電通用平臺的DSP技術
1.1TMS320C6701DSP芯片介紹
TMS320C6701是TI公司的高性能DSP芯片，具結構框圖如圖1所示。
TMS320C6701的主要特點為：
*單指令字長為32位，8個指令組成一個指令包，總字長為256位，引腳與TMS320C6201系列的引腳兼容。
*體系結構采用甚長指令字（VLIW）結構；
*硬件支持IEEE標準的單精度和雙精度指令集，支持字節尋址獲得8位/16位/32位數據，指令集中有位操作指令（包括位域抽取、設置、清除以及位計數、歸一化等）；
*1Mb(位)的片內存儲空間，其中程序存儲空間和數據存儲空間各512Kb；
*32b外部存儲器接口（EMIF），有52MB的外部存儲器尋址能力；
＊四通道自加載DMA協處理器，可用于數據的DMA傳輸；
*16位宿主機接口（HPI）；
*兩個多通道緩沖串口（McBSPs）；
*兩個32位通用定時器；
＊靈活的鎖相環路（PLL）時鐘產生器，可以對輸入時鐘進行不同的倍頻處理；
*芯片內部有IEEE1149.1標準邊界掃描仿真器（JTAG），可用于芯片的自檢和開發；
*芯片共352腳采用BGA封裝，以獲得好的高頻電氣性能，并使芯片尺寸變小；
*采用0.18μm工藝，則五層金屬組成，輸入輸出接口電壓為3.3V，核心電壓1.8V(167MHz時為1.9V)。
1.2DSP技術在軟件平臺中的應用
每套測控平臺含雙機備份的遙控調制器與遙控解調器，雙機分別由獨立電源供電。系統總體框圖如圖2所示。調制器與解調器分別通過不同的RS232串口與遙控處理計算機通信，完成對調制解調器的控制及其帶數據的收發。
用戶在每次任務前通過控制計算機設置調制方式、調制參數及通信連接方式，并調用算法參數生成程序產生調制器和解調器中算法的預置參數，并在設備初始化時以批數據方式從串口送入DSP芯片，經校驗后送FlashROM中。為保證程序傳送的可靠性，采用IRQ差錯控制方式，DSP每接收一個數據包在存儲的同時向計算機回傳數據信息，計算機一旦發現數據出錯即轉入重傳方式。參數設置成功后，調制解調器根據協議發送和接收遙控指令，并將工作狀態回送遙控處理計算機，同時在遙控前端機面板上顯示。
1.3調制器與解調器硬件結構與功能描述
硬件系統以DSP為核心，電路主要由下述模塊組成：電源模塊、系統時鐘及模式設置模塊、存儲器模塊、系統監控模塊、與控制計算機通信模塊、調制輸出模塊、B碼時鐘接收模塊和顯示控制模塊。在解調系統中，除解調輸入模塊、解密接口模塊和顯示控制模塊外，其余模塊均與調制系統一致，如圖3所示。
調制器加電時，DSP首先通過外部存儲器模塊完成自加載。自加載完成后，由DSP主程序對狀態顯示監控模塊進行參數初始化設置。在有調制任務時，首先由控制計算機對DSP進行參數設置（如濾波器參數、調制制式、調制副載頻、調制碼速率等），然后發調制數據給DSP，由DSP的串行通信口接收數據，在DSP內完成副載頻調制；調制數據經DSP串口發送給數模塊轉換進行數模轉換，轉換的信號過低通可編程濾波器濾波后輸出。解調器的工作過程與上類似，在檢測到有已調副載波進入A/D通道時，啟動解調模塊進行解調，將解調的數據送到控制計算機。
2DSP實現信號調制和解調
2.1信號調制
調制器的設計目標是在可編程的硬件平臺上，通過注入不同的算法或執行軟件，實現不同載波頻率、調制方式、傳輸速率和碼型的多制式的通用型調制器。它將以靈活的重構性支持各種通信發射機的不同需求，更有利于各通信設備的互連互連?？紤]到數字直接合成技術具有數控靈活、頻率分辨率高、頻率切換快、相位可連續線性變化、覆蓋帶寬大、生成的正弦/余弦信號正交性好等特點，我們的設計方案是以DSPs芯片為內核，采用軟件DDS技術，實現高精度、高性能的數字調制器。調制器的總體框圖如圖4所示。
幀分析在設備初始化時完成程序數據的接收、校驗和轉發（向FlashROM送）。在正常工作時，從幀數據中分離出調制參數及等調制數據，分別送參數寄存器與數據寄存器。
圖5BPSK接收總體框圖
在數據格式變換中，完成將輸入的數據分別轉變為調制參數控制字（如相應調制方式下的頻率控制字K、相位控制字φ和副度控制字A）和相應格式的被調制數據，經滾降處理后(對于FSK方式可不用滾降處理)對正弦載波進行調制。
2.2信號解調
對于BPSK接收，我們采用相干解調方式，如圖5所示。接收信號經帶通采樣得到原始信號序列后，首先與本地產生的正弦序列相混頻，然后經低通濾波除高頻分量，得到其帶信號樣值序列（正弦序列的頻率與相位也由此樣值序列獲得）。再對基帶信號樣值序列進行最佳判決點時刻波形估計，估計值送往均衡器做均衡處理，均衡結構再做0、1判決得到最終的解調數據。解調的關鍵點在于本地載波的同步和符號定時誤差的提取。
ASK(FSK)信號的解調方法可分為相干解調和非相干解調兩類。由于相干解調的抗干擾能力較強，本方案采用相干解調方式。圖6為采用相干解調時，接收端的解調總體方案流程框圖。
接收信號首先經低通濾波器，濾除帶外噪聲（此處的低通濾波器由專用器件設計）。然后經A/D變換，得到樣值序列，按照工作的不同階段，分兩路分別與本地相應的相干載波進行解調，主要包括混頻和低通濾波兩過程。解調后的信號經低通濾波器后，恢復出基帶信號?；鶐盘栠M行位定時和碼元判決，得到最終的解調數據。
圖6ASK/FSK相干解調總體流程框圖
國內外大量工程實踐表明，對水利水電工程進行全面的監測和監控，是保證工程安全運行的重要措施之一。同時，將監測和監控的資料及時反饋給設計、施工和運行管理部門，又可為提高水利水電工程的設計及運行管理水平提供可靠的科學依據。
1高新測控技術的基本要素及其功能
現代化的測控技術[2],應該具有采集數據、科學管理數據，及時或實時對水利水電工程的安全狀況作出分析和評價，并對其異?；螂U情作出輔助決策等功能.因此,高新測控技術的基本要素包括數據采集系統、數據管理系統和分析評價系統及其計算機通訊網絡支撐等(見圖1)。
圖1水利水電工程高新測控技術示意圖
1.1數據采集系統
通過測控單元(MCU)自動采集、筆記本電腦現場采集或人工觀測埋入壩體或安裝的傳感器采集的監測效應量(大壩的變形、滲流、應力應變和溫度等)和影響量(水位、氣溫、降雨和地震等)，并輸入計算機的數據庫。其中，自動化數據采集系統可以實現實時采集，半自動化和人工采集為定期采集。因此，自動化采集數據一般是對水利水電工程關鍵部位(或壩段)主要監測量(變形和滲流等)的采集。
1.2數據管理系統
由數據采集系統采集的數據進入計算機數據庫后，由數據管理系統對其進行科學有序的管理。包括將電容、電感、電阻、電壓、頻率等轉換為位移、揚壓力、滲流量、應力應變、裂縫開合度以及溫度等，及它們的誤差識別和處理，并將監測量按有關監測規范進行整編和初分析；編制月報和年報等。
1.3分析評價系統
分析評價系統根據監測到的數據，進行觀測資料的分析和反分析，結構和滲流正、反分析，建立各類監控模型和擬定監控技術指標等；將收集到的工程設計、施工、運行管理、有關法規和規范等方面的專家知識進行編輯，構成分析、評價、輔助決策等方面的知識庫和推理分析知識。
現簡述幾種傳感器的主要工作原理及其應用情況.
(1)差動電阻式傳感器
該傳感器為美國加州大學卡爾遜教授所研制。置于其內腔的兩根彈性鋼絲作為傳感元件，受力后一根受拉、一根受壓.當環境量發生變化時，兩者的電阻值向相反方向變化，根據兩個元件的電阻值比值,測出物理量的數值。
我國南京電力自動化設備廠從20世紀50年代開始，已研制出幾十萬支差動電阻式傳感器，并應用于大量的水利水電工程中，取得了成功經驗。
(2)振弦式傳感器
由前蘇聯的達維金可夫發明。其核心元件是一根鋼弦，鋼弦的一端固定，另一端則固定在測量元件(受壓膜片或測量端塊)上。當受力后，鋼弦長度將產生微小變化，引起固定頻率的變化，從而測出物理量的數值。
加拿大的Rocktest公司，美國的Sinco,Geokon公司等生產的振弦式傳感器性能良好，其中真空式為最佳。近幾十年來，我國較多的工程應用了這種傳感器。
(3)差動電容式傳感器
由我國南京電力自動化研究院研制。其工作原理是，將垂線或引張線穿過由4塊組成矩形的電容極板中，當測線發生位移時，電容極板的電容產生變化，從而測出位移量。
該傳感器經過20多年的完善，其精度和長期穩定性等均有較大提高，已在不少水利水電工程中應用。
(4)差動電感式傳感器
首先由原法國的Telemac公司研制。其工作原理是，當高頻交變電流通過垂線坐標儀時，在周圍產生交變磁場,接收點的磁感應強度與導線距離成反比；當垂線產生位移時，接收點測得的感應電勢發生變化,其變化量的大小反映位移量的大小。
該傳感器在我國龍羊峽等水利水電工程中得到成功應用。我國有關廠家也仿制了這類傳感器。
(5)步進馬達式傳感器
由原法國Telemac和意大利ISMS公司研制.其工作原理是，由步進電機驅動光電探頭，探頭中的光照準器先后對準基準桿和垂線鋼絲，然后返回原點，在此過程中，測量電路記錄探頭前進及返回基準點和垂線鋼絲的脈沖數,經計算得到位移量。
該傳感器的機械部件較多，易出現故障，其長期穩定性也不易保證。我國有關廠家也仿制了這類傳感器，在實際工程應用中的故障率較高。
(6)CCD傳感器
由河海大學結合國家三峽工程重大基金項目研制。該傳感器由若干個特別研制的CCD線陣模塊和發光二極管陣列模塊組成，當垂線穿過并產生位移時，CCD線陣模塊記錄垂線位移與基準點的位置，從而計算出位移量。
該傳感器技術先進，精度和可靠性高，在上標和響洪甸等水利水電工程中得到應用。
(7)其它新穎傳感技術
①光纖傳感技術光導纖維是由不同折射率的石英玻璃包層及石英玻璃細芯組合而成的纖維。它能使感受到的各種物理量而計算出監測量，以及傳送感受的信息通訊。目前，應用于光纖傳感的監測量主要是裂縫，應力應變尚需進一步研究。應用信息通訊較為廣泛，且安全可靠。
②CT技術意稱計算機層析成像。它指的是在不破壞物體結構的前提下，根據物體周邊所獲取的某種物理量(如波速、X線光強)的一維投影數據，應用數學方法，通過計算機處理，重構物體特定層面的二維圖像及其由此重構的三維圖像；從而定量描述物體內部材料分布和缺陷。該技術將成為工程結構物內部隱患監測和老化評估的一種重要手段，在國內外得到應用，我國豐滿水電站等工程中也得到成功應用。
③滲流熱技術依據滲流場與溫度場同時滿足擴散方程及其初始和邊界條件的原理，利用埋設的溫度計測值分析滲流場的分布及其異常部位。
④GPS技術利用衛星定位技術(GPS)監測堤壩和巖土邊坡的表面變形.
⑤激光傳感技術由激光點光源(即發射點)發射的激光與激光探測儀(即接收端點)構成激光淮直線，由發射的激光在波帶板及支架(測點)上觀測位移量。它可分大氣激光和真空激光準直，其中的真空激光準直除包括激光點光源、波帶板及其支架和激光探測儀，即發射點、測點和接收端點以外，,還有真空管道。我國豐滿和太平哨水電站等大壩壩頂水平位移和垂直位移的10多年觀測資料表明，真空激光準直具有精度高、長期穩定等優點。
2.1.2數據采集裝置數據采集裝置將各類傳感器測出的物理量(如電阻、電阻比、電容、電感和頻率等)轉化為數字量(如位移、滲壓、應變和溫度等)，即A/D轉換,以便遠程輸送。當距離超過100m以后，傳感器輸出的電量和頻率等信號，隨距離的增大急劇衰減，以至無法測出物理量，但數字量可遠距離輸送。因此，一般將幾十個傳感器按部位接入數據采集裝置，使傳感器觀測的物理量轉換為數字量。按監測方式不同，數據采集裝置可大致分為以下幾種類型。
(1)自動化數據采集裝置國內外自動化數據采集裝置主要有，美國Geomation公司的2300系統、Sinco公司的IDA系統；我國臺灣研華公司的ADAM4000和ADAM5000系統；南京電力自動化設備廠的FWC-1系統等。按結構的不同可歸納為總線型和集散型兩大類。
①總線型結構Geomation公司的2370型、IDA、ADAM4000、ADAM5000以及FWC-1等系統均屬于總線型結構.以IDA系統為例,其系統結構見圖2(a)，模塊箱的結構見圖2(b).圖中主機為工控機，中繼起聯接和中斷作用。
IDA母線有二線信號、二線電源；A1～An是智能測量模塊，每個模塊可接8個傳感器；B1～Bm是智能傳感器。A和B有解釋指令、多路傳輸、A/D轉換和錯誤查詢等功能。同時具有自動和人工測讀的兩種功能，并可防雷。
②集散型結構Geomation公司研制的2350型、2380型等系統屬集散型結構。其系統結構見圖3。
從圖3中可見，NMS為主機；NRU起中繼和網點(即可轉成有線的調制信號)的作用；MCU(3)是異地單元,也起中繼作用(距離近的可以不用)；MCU(4)和MCU(5)也是異地單元，但它能起無線電發射和接收作用；MCU(6)～MCU(N)是監測傳感器。在這兩種型式中，總線型結構具有抗干擾能力強、可靠性高、現場調機方便和造價低等優點。其中Geomation公司的2370型、IDA等系統可接入電式和頻率式傳感器。
(2)人工或半自動化數據采集裝置人工或半自動化數據采集儀可在現場測讀傳感器的測值，或用筆記本電腦采集。其中，差動電阻式采集儀主要有SQ-2型數字電橋、XJ型數字式電阻比檢測儀、ZJ型數字式和PSM-R型電阻比檢測儀等；鋼弦式采集儀主要有SDP-3型鋼弦溫度測試儀和GPC-1型袖珍式鋼弦頻率測定儀等。
2.2數據管理系統
水利水電工程大壩可埋有幾百個、幾千個甚至上萬個傳感器。如長江三峽水利樞紐建筑物就埋設約一萬多個傳感器，其采集數據每年達幾百萬個，并隨著觀測年限的增加，數據將越來越多，對這些海量數據必須進行科學有序地管理，以便為分析評價系統提供可靠的信息。數據管理系統的核心是數據管理軟件和應用軟件。
2.2.1數據庫管理軟件平臺在大、中型水利水電工程中，目前常用的數據庫管理系統有Oracle、Sybase、Informix以及SQLServer等4大類。其中以Oracle和Sybase數據庫在中國應用最廣。而Sybase為單進程、多線索結構，即通過單進程的多重通路來同時服務于多用戶，提高內存的有效使用率，便于優先程序的查詢。因此，Sybase數據庫無論在總體結構、功能和特性等方面都有較大優勢。本文作者開發和研制的7個大型水電工程的數據(或信息)管理及專家綜合評價系統，主要采用了Sybase數據管理系統。在小型水利水電工程中，目前常用的數據庫管理系統有DBase，Foxbase和Foxpro等。而Foxpro為用戶級數據庫系統,目前采用較多。
2.2.2數據庫邏輯模型檢測的目的是分析評價工程的安全狀況。因此，根據分析評價的需要，數據庫的邏輯模型包括工程檔案、原始數據、整編數據和生成數據等4個分庫(見圖4)。
(1)工程檔案分庫該分庫管理工程概況以及與工程安全有關的設計、施工資料等.
(2)原始數據分庫管理監測資料的原始數據，包括物理量(電阻、電阻比、電感、電容、頻率等)和監測效應量(變形、揚壓力、滲流量、應力應變和溫度等)，并應保證原始數據的真實性。
(3)整編數據分庫依據有關標準和規范，對原始數據進行誤差識別和轉換；按結構單元和監測項目進行整編，包括測值統計表及其過程線圖，以及特征值(如最大值、最小值等)和環境量(如水位、氣溫、降雨、地下水位等)的統計等；對測值進行初步分析，初步識別異常值以及復測；編制日報、月報和年報，其中，日報是刊錄測頻高(每日一次或數次)的自動化監測系統的數據。
(4)生成數據分庫對監測資料分析和反分析的成果，結構和滲流分析和反分析的成果，以及與工程安全有關的設計、施工和運行的專家知識等進行管理，為工程安全分析評價提供定性和定量的依據。主要包括大壩或各結構單元在各荷載組合工況下的應力和位移、壩體溫度場、壩體和壩基滲流場(等勢線和流線)；位移和揚壓力的力學規律計算值；各測點的統計模型，變形測點和空間位移場的確定性模型和混合模型；變形、應力和揚壓力的監控指標；歷次異?；螂U情的分析評價成果等。
2.2.3應用軟件根據數據庫的邏輯模型,在數據庫的軟件平臺上，開發和研制數據庫的應用軟件，主要包括：
(1)菜單編程對數據庫的菜單和各個分庫的菜單等編制應用程序。可以采用下拉式或全屏幕式。
（2)原始數據管理的應用軟件包括與采集系統相聯的通訊軟件；按結構單元和測控裝置將傳感器監測的物理量(電阻、電阻比、電感、電容和頻率等)或數字量(變形、滲壓、滲流量、應力應變和溫度等)編制成圖表的軟件。
(3)整編數據管理的應用軟件包括誤差識別和處理程序；將物理量轉化為數字量(應變轉化為應力，以及測控裝置沒有轉換為數字量的物理量)；按結構單元，將數字量及其相應環境量編制整編成圖表的軟件；初分析軟件；編制日報、月報和年報的軟件等。
(4)生成數據管理的應用軟件包括對監測資料分析和反分析成果、結構和滲流分析和反分析成果，以及有關專家知識等，并編制成相應圖表的軟件。
2.3分析評價系統[3]
對水利水電工程監測和監控的目的是，依據監測資料和相應的專家知識，對工程的安全狀況作出綜合分析和評價。因此，完整的現代測控系統必須包括分析評價系統.其功能是依據監測資料、結構、滲流等分析和反分析成果，以及與工程安全有關的設計、施工、運行管理、法規和規劃等專家知識，對監測資料進行分析和評價，從中尋找異常值或不安全因素，并對此進行成因分析和輔助決策等。因此，分析評價系統應包括資料評價、綜合檢查分析、觀測檢查、物理成因分析、專家綜合診斷和輔助決策等部分，其結構和流程分別見圖5和圖6。
2.3.1資料評價應用時空分布、力學規律、監控模型、監控指標、日常巡查和關鍵問題等6類評判準則，對監測值進行分析評判，從中識別異常值或不安全因素。
2.3.2檢查分析對異常值或不安全因素，通過同一部位的同類監測量、相關監測量和環境量的綜合分析(或相關分析)檢查，從中識別引起異常值或不安全因素的成因。如由觀測引起的，則進入觀測檢查；是由結構和荷載引起的，則進入物理成因分析。
2.3.3觀測檢查對由觀測引起的異常測值，首先檢查觀測記錄，然后檢查采集系統。對觀測記錄錯誤的測值宜進行刪除或修改；對監測采集系統引起的異常測值，在排除故障后重測并進行修正。
2.3.4物理成因分析對由結構和荷載引起的異常值或不安全因素，首先檢查環境量(或外因)有無產生特殊荷載工況。若有，則分析壩基異常(包括變形、穩定和應力等)成因，然后分析建筑物異常(變形、應力、裂縫等)成因，當穩定和強度滿足安全要求時，則“異?！被颉安话踩蛩亍笔怯珊奢d引起的，為結構調整所致,所以屬基本正常。若無特殊荷載工況，則反分析壩基和壩體的計算模型和計算參數等；然后，正演分析監測量,若與實測值一致，則為計算條件改變而引起的；并復核壩基和壩體的穩定和強度，若滿足安全要求，則雖為結構引起，但尚屬基本正常；若穩定和強度不滿足安全要求，則為異?；螂U情，隨即進入輔助決策。若分析不出物理成因，則進入專家綜合診斷。
2.3.5專家綜合診斷對異?；虿话踩蛩氐囊呻y雜癥，即難以分析成因的，進行專家綜合診斷，包括對其影響因素和安全度的專家綜合評判。
2.3.6輔助決策依據異常或險情的程度，首先提出報警級別，然后提出輔助決策的建議。其中報警級別分三級，一級為險情，二級為異常，三級為局部異常。輔助決策建議包括運行控制水位和補強加固處理措施的建議等。
2.3.7支持庫群為了給以上分析評價提供定量依據，該系統還包括數據庫、方法庫、知識庫和圖庫等支持庫群。
(1)數據庫主要管理監測資料及其分析和反分析成果，與工程安全有關的設計、施工和運行資料等。
(2)方法庫依據安全分析評價需求，方法庫主要包括監測資料分析和反分析軟件包，結構和滲流分析軟件包,綜合分析和評價程序，以及輔助決策程序等。如本文作者給多座水利水電工程開發的分析評價系統中，共設置40個程序。其中，監測資料分析和反分析軟件包有監測資料預處理、資料分析和反分析等22個程序；結構和滲流分析軟件包有規范法的應力和穩定分析，有限元靜力、動力以及粘彈性和粘彈塑性分析等13個程序；綜合分析和評價包括影響因素和安全度評價等2個程序；輔助決策包括報警、洪水反調節等3個程序。從而，總體上能滿足安全分析和評價的定量分析需要。
(3)知識庫包括專家語言的定量化知識,隱蔽薄弱部位的設計和施工的專家知識，歷次安全定期檢查以及異?；虿话踩蛩氐姆治鲈u價成果等。
(4)圖庫包括圖形庫和圖像庫。其中，圖形庫包括分析和評價過程中的各類圖表；圖像庫包括分析評價結論的多媒體演示等。
2.3.8分析評價的人工智能技術為了實現分析評價的人工智能化，分析評價系統采用正向推理、反向推理、混合推理和元控制等4種技術。其中，正向推理為已知問題的事實，在知識集中尋找匹配知識，反復循環直至找到有解結論；反向推理為已知或假設結構，從知識集中尋找匹配的解，反復循環，直至找到匹配的解；混合推理為融合正向和反向推理的原理，先正向后反向或先反向后正向；元控制是將元知識(即知識的知識)構成元知識庫，以求解問題的目標。
2.4計算機及通訊網絡技術
由于高新測控技術是將數據采集、信息管理和分析評價融匯在一起的龐大系統工程，必須在現代計算機及通訊網絡技術的支持下才能實現。
2.4.1計算機網絡拓撲結構常用的拓撲結構有總線形、星形和樹形等(見圖7)。其中，總線形結構為網絡所有結點連在通信總線上；星形結構為網絡所有結點連接在中心結點上，由中心結點負責數據處理和交換；樹形結構為自頂而下的層次化的擴展式結構，頂部結點為根結點，連接2個以上結點的稱為支節點，以下為端結點，以根結點為網絡核心、支結點為子網絡中心、端結點為面向用戶的桌面。
一般大中型水利水電工程結構單元(如壩段)較多、布置的測點也較多，宜用總線形；對省局(廳)或大網局，由于所屬水利水電工程較多，分布也廣，而需要由局中心控制時，宜用星形結構，其中一個結點為一座水利水電工程；對特大型水利水電工程.如三峽工程，由于分項工程較多，宜用樹形結構(見圖8)。
2.4.2計算機通訊網絡平臺單個的水利水電工程一般用局域網，可采用高速光纖、載波或微波等網絡通訊。對省網局(廳)或大型水利水電工程需要有外部技術支持的，一般采用廣域網，亦可采用以太網或Intranet網等。
2.4.3計算機工作方式一般采用C/S(客戶機/服務器)方式。其中，服務器主要存儲監測數據以及與工程安全有關的設計和施工等資料，應該有強大的存儲和處理數據的功能；其型號和數量視工程規模、監測項目的多少，由需求分析確定，一般應有雙機或多機熱備份?？蛻魴C主要面向用戶的分析評價和輔助決策等，可由多臺并行計算機完成。
3結語
(1)現代化測控技術應包括數據采集、管理和分析評價等功能，以及完成這些功能的計算機軟硬件環境和通訊網絡環境。
(2)數據采集包括傳感器和測控裝置，完成A/D轉換，以便監測的數字量能遠距離輸送。
建設工程質量檢測是國家進行工程質量監管的重要手段，在工程質量監督管理中發揮著重要的監控威懾作用。當前國內建設工程質量檢測行業仍然存在著不規范的市場行為，檢測機構的檢測工作中時有弄虛作假，試樣做假、漏檢、少檢的行為發生。規范建設工程質量檢測行業的市場行為，加強建設工程質量檢測機構的管理能力，提升建設工程質量檢測機構的工作質量勢在必行。信息化管理方法的運用能夠在一定程度上保障建設工程質量檢測過程中檢測數據的真實性、公正性、可靠性。建設工程質量檢測的信息化管理是指在工程質量檢測機構中，利用計算機自動化技術、網絡技術以及現代通訊技術等手段對建設工程質量檢測機構及其所屬各部門的檢測業務進行綜合管理，為建設工程質量檢測機構的整體運行提供全面、自動化的管理及各種服務。目前，全國較發達地區已經相繼建立了較為完善的檢測機構信息化監管系統，對涉及建筑結構安全的力值檢測參數如混凝土抗壓強度、鋼筋力學性能指標等必須實時上傳試驗結果，對于非力值檢測參數的檢測報告必須上傳關鍵頁面。除此之外，某些地區如廣州市正在推行混凝土試塊芯片植入技術，對于混凝土試塊一律要求植入混凝土芯片，檢測機構不得接收無芯片的混凝土試塊，試塊必須進行掃描識別之后方可進行試驗，無芯片的混凝土抗壓強度報告不得作為驗收報告采用。然而目前檢測機構的信息化管理運作中依然存在不少問題，如網絡傳輸不順暢，導致數據無法實時上傳；存儲設備容量不夠，導致部分數據丟失；監管系統安全性不足，數據被他人利用等。其中，當前最突出的問題是信息化管理僅僅停留在對試驗數據的監控，疏忽了對試驗流程與過程的監管，即無法保證樣品的真實性或試驗過程的規范性，容易出現“偷梁換柱”等問題，即試樣制假或試驗作假等現象。有鑒于此，本研究以上述問題為出發點，應用現代信息網絡技術，對試驗流程與試驗數據進行“雙控”，確保試驗結果的真實性和檢測報告的有效性，為真實評價工程質量提供科學依據。
2設計原理與系統架構
2.1技術原理
根據檢測監管業務需要，對試驗流程進行全過程監控，包括收樣、樣品制備、數據采集等過程。主要體現于兩個方面：第一方面，通過高清攝像槍對樣品接收和樣品制備過程進行實時記錄；另一方面通過在試驗機電腦上安裝視頻采集卡，自動采集試驗機電腦屏幕的數字信號，通過圖像處理器轉換成與攝像機信號一致的模擬信號。最后利用現有的CATV技術，將電腦屏幕數字信號與攝像機信號整合在一起，通過光纖傳輸至硬盤錄像機，實現實時的監控、存儲功能，通過錄像回放功能實現對歷史記錄的查詢。通過登陸客戶端軟件或ip登錄訪問服務器電腦，可以實現在辦公室對檢測過程的動態監控。本部通過現有的vpn網絡，連接到檢測中心服務器后瀏覽視頻、回放錄像，實現遠程監控。
2.2系統架構
本系統主要有前端的數據采集裝置包括高清攝像槍和視屏采集卡，數據傳輸介質（光纖），數據接收與存儲設備（硬盤錄像機）、網絡交換機、服務器電腦以及客戶端軟件組成。系統架構如圖1所示。（1）高清攝像槍用于監控樣品接收與存放、樣品制作、抗壓試驗等過程，對試驗過程規范性與樣品的真實性進行實時監管，避免弄虛作假現象的發生。（2）視屏采集卡自動采集試驗機電腦屏幕的數字信號，并通過內置轉換器轉換成與攝像槍信號一致的模擬信號，對試驗參數、試驗數據、以及曲線的形態進行實時監控，確保試驗過程的規范性和數據真實性。（3）光纖作為信號傳輸介質，將高清攝像槍與視頻采集卡的信號傳輸至硬盤錄像機，相比同軸電纜，光纖傳輸速度快，降低信號延遲；傳輸損失少，保證視屏質量。（4）網絡交換機實現與局域網內的電腦及服務器電腦互聯，可以通過局域網訪問硬盤錄像機。（5）硬盤錄像機數據接收和存儲終端，實時接收光纖傳至的信號并存儲，并可以對歷史記錄按時間進行查詢。（6）服務器將若干硬盤錄像機通過網絡交換機串聯至服務器電腦，通過訪問服務器電腦可以同時訪問局域網內所有的硬盤錄像機，實現一機多控。本部通過現有的vpn網絡，連接到檢測中心服務器后瀏覽視頻、回放錄像。（7）客戶端軟件除了通過ip訪問服務器電腦以外，可以通過安裝客戶端軟件對局域網內的硬盤錄像機進行訪問，相比于ip訪問，使用管理更簡便。
3系統實施
圖2和圖3是分別利用客戶端軟件和iP登陸訪問，對試驗過程和試驗環境進行的全方位監控。以混凝土芯樣抗壓強度檢測詳細闡述監控流程，具體如下。
3.1樣品安全管理監控
委托方完成登記委托后，將樣品放置于芯樣樣品存放區集中保管，在存放區安裝高清攝像槍，配合大門口的監控信號，對樣品進行全面安全監視，如下圖4、圖5所示。
3.2樣品制備流程監控
芯樣的制備流程主要包括芯樣接收、開箱驗樣、盲樣編號、芯樣切割、芯樣打磨、芯樣補平等6個階段，對上述6個關鍵節點布設視屏監控，如下圖6、圖7、圖8、圖9、圖10、圖11所示。杜絕芯樣制備環節的不正規操作，保證樣品真實性、試驗過程規范性，確保試驗結果可靠性。
3.3抗壓試驗“雙控”
“一控”是對樣品的真實性進行確認，避免試驗人員調換樣品，高清攝像槍可以清晰捕捉樣品編號，確保是真實樣品，如圖12所示；對試樣的破壞過程及破壞形態是否正常進行判定，如試樣偏心受壓導致提前破壞或樣品未完全破壞而試驗機誤判試驗終點等現象；“二控”是對試驗機電腦屏幕的監控，監控試驗數據采集是否正常，試驗曲線走勢是否正常，是否發生試樣尚未破壞而試驗機停止采集數據、曲線下落時間與試樣的破型時間不一致等現象的發生，如圖13所示。
4結束語
裝備工業的技術水平和現代化程度決定著整個國民經濟的水平和現代化程度，數控技術及裝備是發展新興高新技術產業和尖端工業（如信息技術及其產業、生物技術及其產業、航空、航天等國防工業產業）的使能技術和最基本的裝備。馬克思曾經說過“各種經濟時代的區別，不在于生產什么，而在于怎樣生產，用什么勞動資料生產”。制造技術和裝備就是人類生產活動的最基本的生產資料，而數控技術又是當今先進制造技術和裝備最核心的技術。當今世界各國制造業廣泛采用數控技術，以提高制造能力和水平，提高對動態多變市場的適應能力和競爭能力。此外世界上各工業發達國家還將數控技術及數控裝備列為國家的戰略物資，不僅采取重大措施來發展自己的數控技術及其產業，而且在“高精尖”數控關鍵技術和裝備方面對我國實行封鎖和限制政策?？傊?，大力發展以數控技術為核心的先進制造技術已成為世界各發達國家加速經濟發展、提高綜合國力和國家地位的重要途徑。
數控技術是用數字信息對機械運動和工作過程進行控制的技術，數控裝備是以數控技術為代表的新技術對傳統制造產業和新興制造業的滲透形成的機電一體化產品，即所謂的數字化裝備，其技術范圍覆蓋很多領域：(1)機械制造技術；(2)信息處理、加工、傳輸技術；(3)自動控制技術；(4)伺服驅動技術；(5)傳感器技術；(6)軟件技術等。
1數控技術的發展趨勢
數控技術的應用不但給傳統制造業帶來了革命性的變化，使制造業成為工業化的象征，而且隨著數控技術的不斷發展和應用領域的擴大，他對國計民生的一些重要行業（IT、汽車、輕工、醫療等）的發展起著越來越重要的作用，因為這些行業所需裝備的數字化已是現展的大趨勢。從目前世界上數控技術及其裝備發展的趨勢來看，其主要研究熱點有以下幾個方面［1～4］。
1．1高速、高精加工技術及裝備的新趨勢
效率、質量是先進制造技術的主體。高速、高精加工技術可極大地提高效率，提高產品的質量和檔次，縮短生產周期和提高市場競爭能力。為此日本先端技術研究會將其列為5大現代制造技術之一，國際生產工程學會（CIRP）將其確定為21世紀的中心研究方向之一。
在轎車工業領域，年產30萬輛的生產節拍是40秒/輛，而且多品種加工是轎車裝備必須解決的重點問題之一；在航空和宇航工業領域，其加工的零部件多為薄壁和薄筋，剛度很差，材料為鋁或鋁合金，只有在高切削速度和切削力很小的情況下，才能對這些筋、壁進行加工。近來采用大型整體鋁合金坯料“掏空”的方法來制造機翼、機身等大型零件來替代多個零件通過眾多的鉚釘、螺釘和其他聯結方式拼裝，使構件的強度、剛度和可靠性得到提高。這些都對加工裝備提出了高速、高精和高柔性的要求。
從EMO2001展會情況來看，高速加工中心進給速度可達80m/min，甚至更高，空運行速度可達100m/min左右。目前世界上許多汽車廠，包括我國的上海通用汽車公司，已經采用以高速加工中心組成的生產線部分替代組合機床。美國CINCINNATI公司的HyperMach機床進給速度最大達60m/min，快速為100m/min，加速度達2g，主軸轉速已達60000r/min。加工一薄壁飛機零件，只用30min，而同樣的零件在一般高速銑床加工需3h，在普通銑床加工需8h；德國DMG公司的雙主軸車床的主軸速度及加速度分別達12*!000r/mm和1g。
在加工精度方面，近10年來，普通級數控機床的加工精度已由10μm提高到5μm，精密級加工中心則從3～5μm，提高到1～1.5μm，并且超精密加工精度已開始進入納米級(0.01μm)。
在可靠性方面，國外數控裝置的MTBF值已達6000h以上，伺服系統的MTBF值達到30000h以上，表現出非常高的可靠性。
為了實現高速、高精加工，與之配套的功能部件如電主軸、直線電機得到了快速的發展，應用領域進一步擴大。
1.25軸聯動加工和復合加工機床快速發展
采用5軸聯動對三維曲面零件的加工，可用刀具最佳幾何形狀進行切削，不僅光潔度高，而且效率也大幅度提高。一般認為，1臺5軸聯動機床的效率可以等于2臺3軸聯動機床，特別是使用立方氮化硼等超硬材料銑刀進行高速銑削淬硬鋼零件時，5軸聯動加工可比3軸聯動加工發揮更高的效益。但過去因5軸聯動數控系統、主機結構復雜等原因，其價格要比3軸聯動數控機床高出數倍，加之編程技術難度較大，制約了5軸聯動機床的發展。
當前由于電主軸的出現，使得實現5軸聯動加工的復合主軸頭結構大為簡化，其制造難度和成本大幅度降低，數控系統的價格差距縮小。因此促進了復合主軸頭類型5軸聯動機床和復合加工機床（含5面加工機床）的發展。
在EMO2001展會上，新日本工機的5面加工機床采用復合主軸頭，可實現4個垂直平面的加工和任意角度的加工，使得5面加工和5軸加工可在同一臺機床上實現，還可實現傾斜面和倒錐孔的加工。德國DMG公司展出DMUVoution系列加工中心，可在一次裝夾下5面加工和5軸聯動加工，可由CNC系統控制或CAD/CAM直接或間接控制。
1.3智能化、開放式、網絡化成為當代數控系統發展的主要趨勢
21世紀的數控裝備將是具有一定智能化的系統，智能化的內容包括在數控系統中的各個方面：為追求加工效率和加工質量方面的智能化，如加工過程的自適應控制，工藝參數自動生成；為提高驅動性能及使用連接方便的智能化，如前饋控制、電機參數的自適應運算、自動識別負載自動選定模型、自整定等；簡化編程、簡化操作方面的智能化，如智能化的自動編程、智能化的人機界面等；還有智能診斷、智能監控方面的內容、方便系統的診斷及維修等。
為解決傳統的數控系統封閉性和數控應用軟件的產業化生產存在的問題。目前許多國家對開放式數控系統進行研究，如美國的NGC(TheNextGenerationWork-Station/MachineControl)、歐共體的OSACA(OpenSystemArchitectureforControlwithinAutomationSystems)、日本的OSEC(OpenSystemEnvironmentforController)，中國的ONC(OpenNumericalControlSystem)等。數控系統開放化已經成為數控系統的未來之路。所謂開放式數控系統就是數控系統的開發可以在統一的運行平臺上，面向機床廠家和最終用戶，通過改變、增加或剪裁結構對象（數控功能），形成系列化，并可方便地將用戶的特殊應用和技術訣竅集成到控制系統中，快速實現不同品種、不同檔次的開放式數控系統，形成具有鮮明個性的名牌產品。目前開放式數控系統的體系結構規范、通信規范、配置規范、運行平臺、數控系統功能庫以及數控系統功能軟件開發工具等是當前研究的核心。
網絡化數控裝備是近兩年國際著名機床博覽會的一個新亮點。數控裝備的網絡化將極大地滿足生產線、制造系統、制造企業對信息集成的需求，也是實現新的制造模式如敏捷制造、虛擬企業、全球制造的基礎單元。國內外一些著名數控機床和數控系統制造公司都在近兩年推出了相關的新概念和樣機，如在EMO2001展中，日本山崎馬扎克（Mazak)公司展出的“CyberProductionCenter”（智能生產控制中心，簡稱CPC)；日本大隈（Okuma）機床公司展出“ITplaza”（信息技術廣場，簡稱IT廣場)；德國西門子(Siemens)公司展出的OpenManufacturingEnvironment（開放制造環境，簡稱OME）等，反映了數控機床加工向網絡化方向發展的趨勢。
1.4重視新技術標準、規范的建立
1.4.1關于數控系統設計開發規范
如前所述，開放式數控系統有更好的通用性、柔性、適應性、擴展性，美國、歐共體和日本等國紛紛實施戰略發展計劃，并進行開放式體系結構數控系統規范(OMAC、OSACA、OSEC)的研究和制定，世界3個最大的經濟體在短期內進行了幾乎相同的科學計劃和規范的制定，預示了數控技術的一個新的變革時期的來臨。我國在2000年也開始進行中國的ONC數控系統的規范框架的研究和制定。
1.4.2關于數控標準
數控標準是制造業信息化發展的一種趨勢。數控技術誕生后的50年間的信息交換都是基于ISO6983標準，即采用G，M代碼描述如何（how）加工，其本質特征是面向加工過程，顯然，他已越來越不能滿足現代數控技術高速發展的需要。為此，國際上正在研究和制定一種新的CNC系統標準ISO14649（STEP－NC)，其目的是提供一種不依賴于具體系統的中性機制，能夠描述產品整個生命周期內的統一數據模型，從而實現整個制造過程，乃至各個工業領域產品信息的標準化。
STEP-NC的出現可能是數控技術領域的一次革命，對于數控技術的發展乃至整個制造業，將產生深遠的影響。首先，STEP-NC提出一種嶄新的制造理念，傳統的制造理念中，NC加工程序都集中在單個計算機上。而在新標準下，NC程序可以分散在互聯網上，這正是數控技術開放式、網絡化發展的方向。其次，STEP-NC數控系統還可大大減少加工圖紙（約75％）、加工程序編制時間（約35％）和加工時間（約50％）。
目前，歐美國家非常重視STEP-NC的研究，歐洲發起了STEP-NC的IMS計劃(1999.1.1～2001.12.31)。參加這項計劃的有來自歐洲和日本的20個CAD/CAM/CAPP/CNC用戶、廠商和學術機構。美國的STEPTools公司是全球范圍內制造業數據交換軟件的開發者，他已經開發了用作數控機床加工信息交換的超級模型(SuperModel)，其目標是用統一的規范描述所有加工過程。目前這種新的數據交換格式已經在配備了SIEMENS、FIDIA以及歐洲OSACA-NC數控系統的原型樣機上進行了驗證。
2對我國數控技術及其產業發展的基本估計
我國數控技術起步于1958年，近50年的發展歷程大致可分為3個階段：第一階段從1958年到1979年，即封閉式發展階段。在此階段，由于國外的技術封鎖和我國的基礎條件的限制，數控技術的發展較為緩慢。第二階段是在國家的“六五”、“七五”期間以及“八五”的前期，即引進技術，消化吸收，初步建立起國產化體系階段。在此階段，由于改革開放和國家的重視，以及研究開發環境和國際環境的改善，我國數控技術的研究、開發以及在產品的國產化方面都取得了長足的進步。第三階段是在國家的“八五”的后期和“九五”期間，即實施產業化的研究，進入市場競爭階段。在此階段，我國國產數控裝備的產業化取得了實質性進步。在“九五”末期，國產數控機床的國內市場占有率達50％，配國產數控系統（普及型）也達到了10％。
縱觀我國數控技術近50年的發展歷程，特別是經過4個5年計劃的攻關，總體來看取得了以下成績。
a.奠定了數控技術發展的基礎，基本掌握了現代數控技術。我國現在已基本掌握了從數控系統、伺服驅動、數控主機、專機及其配套件的基礎技術，其中大部分技術已具備進行商品化開發的基礎，部分技術已商品化、產業化。
b.初步形成了數控產業基地。在攻關成果和部分技術商品化的基礎上，建立了諸如華中數控、航天數控等具有批量生產能力的數控系統生產廠。蘭州電機廠、華中數控等一批伺服系統和伺服電機生產廠以及北京第一機床廠、濟南第一機床廠等若干數控主機生產廠。這些生產廠基本形成了我國的數控產業基地。
c.建立了一支數控研究、開發、管理人才的基本隊伍。
雖然在數控技術的研究開發以及產業化方面取得了長足的進步，但我們也要清醒地認識到，我國高端數控技術的研究開發，尤其是在產業化方面的技術水平現狀與我國的現實需求還有較大的差距。雖然從縱向看我國的發展速度很快，但橫向比（與國外對比）不僅技術水平有差距，在某些方面發展速度也有差距，即一些高精尖的數控裝備的技術水平差距有擴大趨勢。從國際上來看，對我國數控技術水平和產業化水平估計大致如下。
a.技術水平上，與國外先進水平大約落后10～15年，在高精尖技術方面則更大。
b.產業化水平上，市場占有率低，品種覆蓋率小，還沒有形成規模生產；功能部件專業化生產水平及成套能力較低；外觀質量相對差；可靠性不高，商品化程度不足；國產數控系統尚未建立自己的品牌效應，用戶信心不足。
c.可持續發展的能力上，對競爭前數控技術的研究開發、工程化能力較弱；數控技術應用領域拓展力度不強；相關標準規范的研究、制定滯后。
分析存在上述差距的主要原因有以下幾個方面。
a.認識方面。對國產數控產業進程艱巨性、復雜性和長期性的特點認識不足；對市場的不規范、國外的封鎖加扼殺、體制等困難估計不足；對我國數控技術應用水平及能力分析不夠。
b.體系方面。從技術的角度關注數控產業化問題的時候多，從系統的、產業鏈的角度綜合考慮數控產業化問題的時候少；沒有建立完整的高質量的配套體系、完善的培訓、服務網絡等支撐體系。
c.機制方面。不良機制造成人才流失，又制約了技術及技術路線創新、產品創新，且制約了規劃的有效實施，往往規劃理想，實施困難。
d.技術方面。企業在技術方面自主創新能力不強，核心技術的工程化能力不強。機床標準落后，水平較低，數控系統新標準研究不夠。
3對我國數控技術和產業化發展的戰略思考
3.1戰略考慮
我國是制造大國，在世界產業轉移中要盡量接受前端而不是后端的轉移，即要掌握先進制造核心技術，否則在新一輪國際產業結構調整中，我國制造業將進一步“空芯”。我們以資源、環境、市場為代價，交換得到的可能僅僅是世界新經濟格局中的國際“加工中心”和“組裝中心”，而非掌握核心技術的制造中心的地位，這樣將會嚴重影響我國現代制造業的發展進程。
我們應站在國家安全戰略的高度來重視數控技術和產業問題，首先從社會安全看，因為制造業是我國就業人口最多的行業，制造業發展不僅可提高人民的生活水平，而且還可緩解我國就業的壓力，保障社會的穩定；其次從國防安全看，西方發達國家把高精尖數控產品都列為國家的戰略物質，對我國實現禁運和限制，“東芝事件”和“考克斯報告”就是最好的例證。
3.2發展策略
從我國基本國情的角度出發，以國家的戰略需求和國民經濟的市場需求為導向，以提高我國制造裝備業綜合競爭能力和產業化水平為目標，用系統的方法，選擇能夠主導21世紀初期我國制造裝備業發展升級的關鍵技術以及支持產業化發展的支撐技術、配套技術作為研究開發的內容，實現制造裝備業的跨躍式發展。
強調市場需求為導向，即以數控終端產品為主，以整機（如量大面廣的數控車床、銑床、高速高精高性能數控機床、典型數字化機械、重點行業關鍵設備等）帶動數控產業的發展。重點解決數控系統和相關功能部件（數字化伺服系統與電機、高速電主軸系統和新型裝備的附件等）的可靠性和生產規模問題。沒有規模就不會有高可靠性的產品；沒有規模就不會有價格低廉而富有競爭力的產品；當然，沒有規模中國的數控裝備最終難以有出頭之日。
在高精尖裝備研發方面，要強調產、學、研以及最終用戶的緊密結合，以“做得出、用得上、賣得掉”為目標，按國家意志實施攻關，以解決國家之急需。
在競爭前數控技術方面，強調創新，強調研究開發具有自主知識產權的技術和產品，為我國數控產業、裝備制造業乃至整個制造業的可持續發展奠定基礎。
參考文獻：
［1］中國機床工具工業協會行業發展部.CIMT2001巡禮［J］.世界制造技術與裝備市場，2001(3)：18-20.
［2］梁訓王宣,周延佑.機床技術發展的新動向［J］.世界制造技術與裝備市場，2001(3)：21-28.
