導言：作為寫作愛好者，不可錯過為您精心挑選的10篇實驗室自動化設計，它們將為您的寫作提供全新的視角，我們衷心期待您的閱讀，并希望這些內(nèi)容能為您提供靈感和參考。

篇1

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）03-0082-02

隨著微電子技術在世界范圍內(nèi)的飛速發(fā)展，以及各相關產(chǎn)業(yè)對電子電路技術的需求日益增長，《電子設計自動化》已經(jīng)成為電子信息工程等相關專業(yè)的重要課程，也是國內(nèi)外諸多理工科一流高校的電子信息類專業(yè)必修的核心課程[1-3]。尤其在近年來，智能硬件的發(fā)展與半導體技術的革新為電子系統(tǒng)設計帶來了革命性的變化，電子設計自動化技術已經(jīng)一躍成為現(xiàn)代電子工業(yè)的核心學科，引領了現(xiàn)代信息技術的發(fā)展方向，也成為了電子信息工程專業(yè)本科生考研深造與就業(yè)所必需的重要技能[3]。綜上，考慮到創(chuàng)新研究型實驗對學生的創(chuàng)新意識和能力培養(yǎng)的重要作用，筆者作為學?！峨娮釉O計自動化》課程的任課教師，對本課程的實驗課程進行了綜合性的思考與建設。

一、《電子設計自動化》課程實驗改革的必要性

我們通過對國內(nèi)外一流高校的調(diào)研發(fā)現(xiàn)，許多著名高校的EDA技術本科教學有兩個明顯的特點：一是課程在各工科專業(yè)的普及率極高；二是在實驗中大量引入新技術、新方法與新器件，更多地注重創(chuàng)新性、設計性、綜合性項目，突出EDA技術的實用性，以及面向工程實際的特點[4]。這些特點讓我們認識到，通過《電子設計自動化》課程實驗的改革與建設，既能夠幫助學生更好地理解《電子設計自動化》的理論知識，增強學生的實踐能力，更能夠緊跟學科和行業(yè)的需求發(fā)展，為課程拓寬評價方法，提高教學效果，為學生樹立創(chuàng)新精神，培養(yǎng)科學素質(zhì)，增強科創(chuàng)能力，最終增強其綜合素質(zhì)，提高學院與學生的綜合競爭力有很好的幫助。

二、實驗改革方案及主要工作

為了充分結合現(xiàn)有的實驗課程基礎，全面提高試驗課程效果，筆者從實驗過程管理、實驗設計、考核與評價反饋四個角度對《電子設計自動化》實驗進行了綜合性的方向改進，具體內(nèi)容如下。

1.實現(xiàn)項目化的實驗過程管理。筆者基于對科研與教學工作的熟悉，以《電子設計自動化》課程實驗為改進對象，將其現(xiàn)有的實驗課程學時進行壓縮，補充對應EDA能力所需要的主要課程知識點，融合現(xiàn)代EDA技術的最新發(fā)展，并將最后四個學時設置為一次綜合性、設計性的“綜合實驗”，實驗過程及實驗報告作為實驗課程成績的重要評價因素。該綜合實驗采用項目化的過程管理，學生須在給定的范圍中任選題目或自選題目，在四個小時內(nèi)完成該題目的主要設計，并在課程完成后提交課程報告時以“項目任務書”的形式填寫實驗報告，系統(tǒng)闡述選題原因、題目關鍵環(huán)節(jié)、設計時遇到的主要困難及解決方案、最終成果演示及存在不足分析等。

2.設計層次性的“綜合實驗”項目。為了確保實驗教學的實際效果，保持學生的創(chuàng)新熱情，全面提高電子設計水平，在上述“綜合實驗”的實驗項目設計的基礎上劃分為三個層次：第一層次為邏輯行為的實現(xiàn)；第二層次為控制與信號傳輸功能的實現(xiàn)；第三層次為電子系統(tǒng)模塊的實現(xiàn)。每個層次設置三至五個題目。此外，考慮到學生實驗時間的約束，隨著教學課程的進行，預先在教學中對“綜合實驗”進行題目的預告和必要的講解，讓學生提前進行課外的準備和練習，并將該四個學時的“綜合實驗”集中安排在一個下午進行，學生通過集中性的高強度的學習、討論和實驗，完成主要的“綜合實驗”功能。

3.設置創(chuàng)新導向的評價激勵形式?？紤]到該門課程的授課時段為大三下學期的后半段，學生的專業(yè)基礎課及絕大多數(shù)專業(yè)課業(yè)已經(jīng)結束，筆者在課堂上滲透該門課程對于考研及科學研究的重要意義，以及對于科創(chuàng)及電子行業(yè)就業(yè)的作用，在完成課程教學的同時講授和提供論文撰寫及專利申請與重要競賽的資料信息，并鼓勵學生利用課余時間進行深入鉆研、挖掘，并主動利用配套實驗課程進行研究性學習，進而促進學生的科創(chuàng)熱情向論文（算法）、軟件著作權（程序）、專利（電子電路）及重要競賽（電子設計類）的成果轉(zhuǎn)化。

4.提供實時動態(tài)的評價反饋渠道。結合自身工作特長與經(jīng)驗，筆者利用信息技術手段，設置了“韓博士工作室”教學專題網(wǎng)站（http：//），為學生及時訪問和評價的反饋提供渠道。通過調(diào)查問卷、在線信箱、有獎問答、專題活動等方式，在授課過程中進行多次課下問卷調(diào)研，并開設貫穿授課全過程的實時反饋渠道，作為授課、答疑等必要教學活動的有效補充，便于及時了解學生對于綜合性實驗的接受程度以及對課程各方面的綜合評價。

三、實驗改革周期及內(nèi)容

為了更好地實現(xiàn)對《電子設計自動化》課程實驗的改革與創(chuàng)新，筆者制定了以十二個月為周期的長期方案，主要分為以下五個關鍵性階段。

1.第一階段，時間為1個月。結合《電子設計自動化》學科發(fā)展現(xiàn)狀及人才培養(yǎng)需要，更新課程教案，豐富和擴充現(xiàn)有教學大綱及授課內(nèi)容，補充相關多媒體與軟硬件資料，完成“綜合實驗”的選題與設計。

2.第二階段，時間為2個月。截至開學前，與實驗課程老師進行充分的溝通和協(xié)調(diào)，完成各個“綜合實驗”項目的軟硬件環(huán)境配置、具體要求、實施細則及評價方法，嚴格制定精密科學的給分標準。

3.第三階段，時間為2個月。完成課程的教學與本項目的實施，除了完整進行原有授課內(nèi)容的教學以外，按照既定方案進行綜合性創(chuàng)新意識的培養(yǎng)、綜合能力的滲透、實驗技能的提高，并全面介入、觀察、管理和把控“綜合實驗”的開展、實施與評價等各個環(huán)節(jié)。

4.第四階段，時間為4個月。結合課程成績，在課程結束后主動發(fā)現(xiàn)和聯(lián)系具有良好科創(chuàng)能力的學生，在學生的自我意愿的基礎上為其推薦和設置針對性的畢業(yè)設計選題，同時鼓勵和推薦其參加與之水平相適應的科創(chuàng)競賽，并進行必要的指導和培訓。

5.第五階段，時間為3個月。根據(jù)前期各個階段的進展情況，穩(wěn)步完成此次立項的后續(xù)各項相關工作，總結此次立項成績與不足，鼓勵、指導優(yōu)秀學生將其成果、申請專利或獲取軟件著作權。

四、實驗改革實踐成果與創(chuàng)新點

自《電子設計自動化》課程實驗改革在學校實施一年以來，已經(jīng)取得了良好的效果。首先，對于學生而言，實驗改革的實施有效地拓寬了學生的視野，并實現(xiàn)教學與行業(yè)的相互影響與促進。大部分學生在結課后的反饋表明，通過完成本項目所涉及的授課課程，使學生熟悉了具有一定強度的開發(fā)過程，培養(yǎng)了其科學的態(tài)度、嚴謹?shù)淖黠L與創(chuàng)新的精神。截止課程結束，已經(jīng)有相當數(shù)量的學生能夠掌握基本的EDA項目開發(fā)、電子設計類專利申請及學術論文撰寫、電子設計類科創(chuàng)競賽準備及參賽等綜合性的技能，一大批學生在各類相關競賽中獲獎；其次，對于學校而言，通過實驗改革的實施，實現(xiàn)了以項目模式重構實驗課程內(nèi)容，構造了“教―學―做―研”一體化的EDA教學模式，有效實現(xiàn)了學?！峨娮釉O計自動化》課程的教學深度挖掘與教學效果的提升，并進一步實現(xiàn)了學校EDA課程相關實驗室的建設與完善，使得進行綜合性、設計性實驗所必需的軟件、系統(tǒng)、例程、方案及芯片、板卡、連接線纜等軟硬件設施得到了補充；最后，對于任課教師而言，通過本項目的發(fā)展與磨合，有助于任課教師及實驗教師更好地了解學生現(xiàn)狀，為后續(xù)編制符合學生學習特點與發(fā)展需要的新教材、新課件與新方案打下基礎，從而實現(xiàn)對現(xiàn)有EDA實驗項目的更新和發(fā)展。

參考文獻：

[1]丁達春.《電子設計自動化》課程改革探索[J].教育教學論壇，2013，（49）：41-42.

[2]王艷玲，何新鳳.電子設計自動化精品課程建設的實踐[J].廣西教育，2016，（19）：58-59+74.

[3]唐燕影.在《電子設計自動化》課程教學中引入案例教學法[J].知識窗（教師版），2014，（12）：65.

[4]汪志成，趙杰.基于CDIO理念的《電子系統(tǒng)設計自動化》課程改革初探[J].考試周刊，2015，（57）：10-11.

Reform and Innovation of "EDA" Experiment

HAN Peng，LI Yan ，LIU Zhi-gang，NIU Xue-fen

篇2

《自動化生產(chǎn)線安裝與調(diào)試》是工科類高等職業(yè)院校一門重要的、實踐性很強的專業(yè)課程，要求學生不但能夠很好的掌握自動化生產(chǎn)線的理論知識，（包括硬件結構，各元器件的作用，氣動回路的構成，氣缸的結構、工作原理），而且能夠熟練的利用編程軟件對PLC進行現(xiàn)場編程，對設備進行聯(lián)機調(diào)試，在設備運行過程中能夠自主并且快速的確定并排除故障。目前隨著我國自動化生產(chǎn)線的不斷發(fā)展和完善，大中型企業(yè)在生產(chǎn)中使用生產(chǎn)線的比例不斷提高，所需要的人工操作崗位越來越少，也就是說所需要的熟練操作工人數(shù)量在不斷減少，柔性自動化設備的操作和維護人員的比例在不斷的提高，這就需要培養(yǎng)出理論和實際操作能力都很強的高素質(zhì)技能型人才，而高等職業(yè)教育的特點是既重視講授理論知識，又突出實踐操作技能的訓練，以培養(yǎng)高素質(zhì)技能型人才為目標。實踐操作訓練主要形式是實驗實訓教學。從2003年評估開始，很多高職院校都陸續(xù)建立了自動化生產(chǎn)線實驗室，花費巨資購置了自動化生產(chǎn)線實驗實訓設備。但通過這幾年的調(diào)研和教學發(fā)現(xiàn)，在實現(xiàn)實驗教學計劃及教學實施過程中存在一些問題：

1、 實踐教學環(huán)節(jié)不足

《自動化生產(chǎn)線安裝與調(diào)試》課程的實踐環(huán)節(jié)主要包括相關實驗和實習，但目前很多院校因為設備、場地、課時分配等原因不能保證足夠的實踐教學，教學內(nèi)容和教學計劃都過于“理論化”，沒有突出課程“實踐性”和“應用性”的教學特點，不利于實現(xiàn)本課程在高職院校中的教學目標。

2、實驗設備不夠

目前各院校都加強了實驗室建設，購買大量的實驗設備，但隨著各院校招生規(guī)模的擴大及實踐教學環(huán)節(jié)的加強，需要的實驗設備缺口很大，而一臺實驗設備動輒幾十萬，大部分高職院校由于經(jīng)費有限，購置的生產(chǎn)線設備仍不能滿足教學需求，有的學校甚至沒有相關的實驗設備。

3、實驗設備不合適

很多院校購置了生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的成品實驗裝置，而這些設備往往和實際教學脫節(jié)，有的設備功能單一，結構簡單，只能進行“簡單驗證式”和“非真實器件模擬”的實驗，不能使學生深刻理解生產(chǎn)線的工作原理，全面了解真實的控制過程，不能實現(xiàn)學生畢業(yè)后“零距離上崗”的最終目標。

4、實驗教學方式的呆板及滯后

在一些學校至今仍沿用老師編好詳盡的實驗指導書，講固定的程序，缺乏多模式多層次的實驗教學方法，而學生“依葫蘆畫瓢”，學生只需要進行簡單的程序輸入就可以完成實驗，不能達到培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維和綜合職業(yè)能力的目的。

因此，我們急需設計一種綜合性強，價格低廉，能夠培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維和綜合職業(yè)能力，在同行業(yè)中各項技術和指標都比較先進，既能做各種模擬演示實驗又能展示工廠實際生產(chǎn)過程的自動化生產(chǎn)線綜合實驗臺。同時結合我們的實驗臺，要調(diào)整實踐和理論課時的比例，加強實踐教學環(huán)節(jié)，調(diào)整實驗內(nèi)容，使其能更好的完成對于高素質(zhì)技能型人才的培養(yǎng)目標。

在我國，高等職業(yè)教育規(guī)模已經(jīng)很大，高職院校有1000多所，大部分院校由于教學經(jīng)費問題，不能及時的更換或者購買最新的實驗設備，導致教學實驗臺和工廠實際的生產(chǎn)線存在著不小的差距，從而直接影響到高職學生的就業(yè)和擇業(yè)，而本課題將研究設計一種自動化生產(chǎn)線實驗平臺，達到以下目標：

（1）具有綜合性和真實性：既能做自動化生產(chǎn)線真實過程的展示實驗，又能做PLC一般演示實驗，能解決高職院校實驗設備不合適的問題。

（2）具有可開發(fā)性：可以根據(jù)實驗情況，引出PLC的I/O插口，為平臺開發(fā)出其他實驗，由學生自己動手，設計實驗項目，調(diào)動學生自我能動性，進行設計開發(fā)，可以解決實驗教學方式呆板落后的問題。

（3）能真實展現(xiàn)自動化生產(chǎn)線工作的實際過程，同時學生可以自主設計設備動作過程和動作順序，通過動作過程和動作順序，自主設計出相應的控制程序，以提高學生的動手能力和PLC編程能力；

參考文獻

篇3

2自動化測試系統(tǒng)的設計

通過對低速無線傳感器網(wǎng)絡協(xié)議的深入研究，分析軟件測試、通信協(xié)議測試和自動測試等相關理論知識，本文提出將通信協(xié)議測試和自動測試相結合的方法，實現(xiàn)對測試過程自動執(zhí)行和測試結果的自動分析，是本系統(tǒng)的創(chuàng)新點。如圖2所示，虛線框內(nèi)測試步驟可以實現(xiàn)測試的自動執(zhí)行，其中可視化用例設計器、測試用例生成器完成測試用例的自動生成工作，測試用例的自動生成是測試自動執(zhí)行的關鍵部分。測試結果分析器則對測試結果進行自動分析。測試用例的設計和生成是協(xié)議測試的關鍵和難點，如何生成最能發(fā)現(xiàn)被測協(xié)議存在問題的測試用例，如何用最少的測試用例實現(xiàn)足夠大的覆蓋率，是協(xié)議一致性測試的目標和難點。本文提出利用測試用例的自動生成來解決這一問題。測試用例自動生成主要依靠測試用例自動生成器是來完成，是實現(xiàn)測試自動執(zhí)行的核心。其體系結構如圖3所示，其中用例設計描述是文本文件，描述測試用例的特性，選擇的算法不同，描述方式也會有所不同。如采用“基于形式規(guī)格說明的方法”用Z，VDM，OBJ，LARCH等語言描述，采用“組合覆蓋方法”則用XML腳本描述，因為XML腳本的可擴展性比較強，所以在目前的自動化測試系統(tǒng)中得到較多的使用。算法適配器為算法提供接口，向上提供算法支持服務給描述解析器，向下兼容多種算法，兼容多種算法能增強體系結構的擴展性和適用范圍。描述解析器在算法適配器基礎上分析用例設計描述，將用例描述轉(zhuǎn)換成用例生成器可識別的內(nèi)部描述形式，并傳遞給用例生成器。用例生成器獲得來自描述解析器的內(nèi)部描述，根據(jù)描述自動生成可執(zhí)行測試用例。可執(zhí)行的測試用例支持多種形式存儲，如內(nèi)存存儲、文本存儲、數(shù)據(jù)庫存儲等，具體的存儲格式隨著測試執(zhí)行的需求變化。

3一致性自動化測試系統(tǒng)的實現(xiàn)

為了驗證體系結構的適用性和有效性，搭建了基于MicrosoftVS2010、SQLServe2005、“分類樹方法”、GDI+(GraphicsDeviceInterface)來實現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡協(xié)議一致性測試的自動化系統(tǒng)。其中GDI+完成系統(tǒng)中的可視化用例設計器工作，它是一個語法可控制的、可視化、圖形化的編輯器，幫助我們更加有效地使用分類樹方法進行測試用例的設計。分類樹方法是黑盒測試中的一種部分測試方法，是一種有效的功能測試方法。分類樹方法的基本思想是：首先逐層劃分測試對象的輸入域，然后將劃分的獨立的類結合為無冗余的測試用例，這些測試用例覆蓋了整個輸入數(shù)據(jù)域。算法適配器、描述解析器、用例生成器、分類樹方法均使用MicrosoftVS2010實現(xiàn)。SQLServer2005降低了管理數(shù)據(jù)基礎設施和發(fā)送觀察和信息給所有用戶的成本，并具有可信任，高效，智能的特點。因此本文將測試系統(tǒng)及被測試網(wǎng)絡信息存儲在SQLServer2005數(shù)據(jù)庫中，用來在自動執(zhí)行測試用例時調(diào)用并存放測試結果信息。自動化測試系統(tǒng)在實際應用時，首先用GDI+構建測試用例設計，也就是生成XML語言描述的用例說明，然后描述解析器解析該用例說明并生成測試用例模板（系統(tǒng)內(nèi)部格式），由用例生成器生成可執(zhí)行的測試用例，調(diào)用SQLServer2005中存放的測試網(wǎng)絡信息和測試配置信息執(zhí)行測試用例并生成測試報告。本系統(tǒng)中人工只參與第一步，即用GDI+技術構建測試用例設計，其余部分均自動完成，提高了測試工作的效率和客觀性。該實現(xiàn)已應用于國家科技重大專項“信息匯聚傳感器網(wǎng)絡綜合測試與驗證評估環(huán)境”中，限于篇幅測試過程不再贅述，經(jīng)過測試發(fā)現(xiàn)了一些隱藏的無線傳感器網(wǎng)絡協(xié)議一致性測試問題，提高了一致性測試有效性和客觀性，也證明了本文所提出的一致性測試自動化方法的有效性和實用性。

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隨著科技的迅猛發(fā)展，計算機技術不僅僅在生產(chǎn)過程中得到廣泛的應用，其在控制層、監(jiān)控層、管理層和決策層占據(jù)了主要的地位。計算機技術與PLC技術的飛速發(fā)展，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)在工業(yè)控制領域中得到了充分的應用。文章基于現(xiàn)場總線的自動控制實驗裝置，模擬了企業(yè)資源管理、車間監(jiān)控及現(xiàn)場控制三層網(wǎng)絡。

1 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的類別

1.1 DCS現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)

DCS是分布式控制系統(tǒng)的英文縮寫（Distributed Control System），在國內(nèi)自控行業(yè)又被稱之為集散控制系統(tǒng)。即所謂的分布式控制系統(tǒng)，部分資料中稱之為集散系統(tǒng)，是相對于集中式控制系統(tǒng)而言的一種新型計算機控制系統(tǒng)，它是一個由過程控制級、過程監(jiān)控級組成的，以通信網(wǎng)絡為紐帶的多級計算機系統(tǒng)，綜合了計算機、通信、顯示和控制4C技術，其基本思想是分散控制、集中操作、分級管理、配置靈活以及組態(tài)方便。在系統(tǒng)功能方面，DCS和集中式控制系統(tǒng)的區(qū)別不大，但在系統(tǒng)功能的實現(xiàn)方法上卻完全不同。

工程師站是對DCS進行離線配置、組態(tài)工作和在線的系統(tǒng)監(jiān)督、控制、維護網(wǎng)絡節(jié)點等，其主要功能是對DCS提供組態(tài)，配置工作的工具軟件（即組態(tài)軟件），DCS在線運行時，實時監(jiān)視DCS網(wǎng)絡上各個節(jié)點的運行情況，使系統(tǒng)工程師可以通過工程師站及時調(diào)整系統(tǒng)配置、設定一些系統(tǒng)參數(shù)，使DCS隨時處在最佳的工作狀態(tài)之下。與集中式控制系統(tǒng)不同，所有的DCS都要求有系統(tǒng)組態(tài)功能?，F(xiàn)場儀表――安全柵――I/O卡件――控制器――服務器――操作站和工程師站都與服務器聯(lián)系，用于組態(tài)和實時數(shù)據(jù)的調(diào)用等。

1.2 FCS現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)

現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）已經(jīng)經(jīng)歷了20多年的發(fā)展。它是在DCS/PLC基礎上發(fā)展起來的新技術?，F(xiàn)場總線是"控制室連接到現(xiàn)場設備的雙向串行數(shù)字通信總線"，現(xiàn)場總線的"現(xiàn)場"更多的是指現(xiàn)場設備，而不是位置。FCS主要特點是采用總線標準，一種類型的總線，只要其總線協(xié)議一經(jīng)確定，相關的關鍵技術與有關的設備也就被確定。開放的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)具有高度的互操作性。FCS既是一個開放的通信網(wǎng)絡，又是一個全分布式的控制系統(tǒng)。

FCS的關鍵要點有三點：（1）FCS系統(tǒng)的核心是總線協(xié)議，即總線標。只要其總線協(xié)議一經(jīng)確定，相關的關鍵技術與有關的設備也就被確定。（2）FCS系統(tǒng)的基礎是數(shù)字智能現(xiàn)場裝置，數(shù)字智能現(xiàn)場裝置是FCS系統(tǒng)的基礎硬件支撐，其是因FCS系統(tǒng)執(zhí)行的是自動控制裝置與現(xiàn)場裝置之間的雙向數(shù)字通信現(xiàn)場總線信號制。（3） FCS系統(tǒng)的本質(zhì)是信息處理現(xiàn)場化，對于一個控制系統(tǒng)，無論是采用DCS還是采用現(xiàn)場總線，系統(tǒng)需要處理的信息量至少是一樣多的。實際上，采用現(xiàn)場總線后，可以從現(xiàn)場得到更多的信息。現(xiàn)場總線系統(tǒng)的信息量沒有減少，甚至增加，而傳輸信息的線纜卻大大減少了。

1.3 PLC現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)

PLC是由摸仿原繼電器控制原理發(fā)展起來的，二十世紀七十年代的PLC只有開關量邏輯控制，首先應用的是汽車制造行業(yè)。它以存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和運算等操作的指令；并通過數(shù)字輸入和輸出操作，來控制各類機械或生產(chǎn)過程。用戶編制的控制程序表達了生產(chǎn)過程的工藝要求，并事先存入PLC的用戶程序存儲器中。運行時按存儲程序的內(nèi)容逐條執(zhí)行，以完成工藝流程要求的操作。PLC的CPU內(nèi)有指示程序步存儲地址的程序計數(shù)器，在程序運行過程中，每執(zhí)行一步該計數(shù)器自動加1，程序從起始步（步序號為零）起依次執(zhí)行到最終步（通常為END指令），然后再返回起始步循環(huán)運算。PLC每完成一次循環(huán)操作所需的時間稱為一個掃描周期。不同型號的PLC，循環(huán)掃描周期在1微秒到幾十微秒之間。PLC用梯形圖編程，在解算邏輯方面，表現(xiàn)出快速的優(yōu)點，在微秒量級，解算1K邏輯程序不到1毫秒。它把所有的輸入都當成開關量來處理，16位（也有32位的）為一個模擬量。大型PLC使用另外一個CPU來完成模擬量的運算。把計算結果送給PLC的控制器。

而相同I/O點數(shù)的系統(tǒng)，用PLC比用DCS，其成本要低一些（大約能省40%左右）。PLC沒有專用操作站，它用的軟件和硬件都是通用的，所以維護成本比DCS要低很多。一個PLC的控制器，可以接收幾千個I/O點（最多可達8000多個I/O）。如果被控對象主要是設備連鎖、回路很少，采用PLC較為合適。PLC由于采用通用監(jiān)控軟件，在設計企業(yè)的管理信息系統(tǒng)方面，要容易一些。

2 現(xiàn)場總線自動化控制試驗裝置設計

2.1 總體設計

本次研究中現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)是由西門子S7-300、S7-400系列PLC、Profinet、Prpfobus-DF、AS-I等現(xiàn)場總線。整個系統(tǒng)是由3層網(wǎng)絡組成，分別是ERP層（企業(yè)資源管理）、MES層（車間監(jiān)控層）、現(xiàn)場控制。其中ERP層是由Internet組成或者校園局域網(wǎng)組成；MES層是由實驗室局域網(wǎng)、工業(yè)以太網(wǎng)組成；現(xiàn)場控制層是由S7-300和S7-400組成。

2.2 系統(tǒng)軟件組成和硬件配置

2.2.1 軟件組成

軟件操作系統(tǒng)是Windows XP，自動控制系統(tǒng)軟件包括SIMATIC WinCC FLEXIBLE 2007、SIMATIC WinCC（V6.2）、SIMATIC Manager Step7（V5.4）等等。

2.2.2 車間監(jiān)控部分

其是整個自動化控制系統(tǒng)的中樞組成部分，其對全部現(xiàn)場設備的工作狀態(tài)進行監(jiān)視控制。主要外城狀態(tài)、圖形、數(shù)據(jù)顯示及設備操作控制、歷史數(shù)據(jù)存檔、報表打印、故障記錄等等，實現(xiàn)分布式控制。

2.2.3 特殊功能裝置

系統(tǒng)通過SIMOTION S425配備一個5kW電源模塊、兩個0.4kW、一個雙伺服電動驅(qū)動模塊等，可對各種復雜的運動進行有效的控制。

2.2.4 現(xiàn)場控制部分

本次研究過程中Profinet網(wǎng)絡是由西門子Scalence X208交換機、ET200S分布式I/O、TP177B觸摸屏組成，其是控制電動機啟動器的組成；使用的S7-300控制器使用的是CPU315F-2PN/DF安全控制CPU，其備有I/O模塊和存儲卡，傳感器模塊SM338可與多種傳感器連接；S7-300控制部分DP網(wǎng)絡連接有ET200S和MM440變頻器，將PA網(wǎng)絡和AS-I網(wǎng)絡介入系統(tǒng)中后，儀表、執(zhí)行器和現(xiàn)場開關都可通過S7-300、現(xiàn)場總線進行連接與通信。

S7-400控制器單純配置了CPU模塊，主要是充分利用強大運算處理功能。同時還配置了了SIWAREX FTA、SIWAREX U承重模塊。S7-400控制部分可進行數(shù)據(jù)處理與采集、位置控制、速度控制、模擬生產(chǎn)工藝實現(xiàn)過程量控制等復雜控制，在大部分工業(yè)企業(yè)中屬于非常重要的控制解決方案。

3 結束語

現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)將成為新世紀工業(yè)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，使用該系統(tǒng)的企業(yè)，將在管理現(xiàn)代化、綜合自動化和信息集成化等方面有了長足的進步，雖然現(xiàn)場總線系統(tǒng)仍然存在許多的不足之處，相關的從業(yè)人員將對現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的進行不斷的研究，促進行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

篇5

 

對于電氣及自動化信息類專業(yè)學生來講，控制類相關課程具有重要地位，主要包含“自動控制理論”、“現(xiàn)代控制理論”、“運動控制理論”、“儀表及過程控制”、“計算機控制”等相關課程?！白詣涌刂评碚摗焙汀艾F(xiàn)代控制理論”課程是研究自動控制系統(tǒng)的共同規(guī)律，為自動控制系統(tǒng)的分析和綜合提供基本理論、基本方法的一門專業(yè)基礎課該課程，是一門重要的控制類專業(yè)的基礎課，具有較強的理論性，對于工程實踐具有重要的指導作用，因而受到人們的廣泛重視。目前不只是控制類專業(yè)，越來越多的非控制類專業(yè)也都把自動控制理論作為一門重要的專業(yè)基礎課來學習。但是“自動控制理論”、“現(xiàn)代控制理論”課程數(shù)學計算和理論分析比重大，是本科生遇到的最抽象、難度最大的課程之一，加之未接觸專業(yè)課，沒有具體應用的物理模型，僅以數(shù)學模型為基線講，學生往往會認為“自動控制理論”與專業(yè)無關而無學習興趣，這是多年來常規(guī)教學始終感到困惑的原因。而后續(xù)“運動控制理論”、“儀表及過程控制”、“計算機控制”專業(yè)課是以電動機為控制對象，以控制器為核心，以電力電子功率變換裝置為執(zhí)行機構，在自動控制理論的指導下組成的電氣傳動自動控制系統(tǒng)。如何講授“強理論性”課程，使學生真正認識到學好理論可獲得對電氣信息類多門專業(yè)課的理論支撐，從而學好后續(xù)專業(yè)課程是教學改革的主要目的。需結合“自動控制理論”、“現(xiàn)代控制理論”專業(yè)基礎理論課程與“運動控制理論”、“儀表及過程控制”，“計算機控制”專業(yè)課程的問題進行深入的分析與研究，從教學內(nèi)容、方法及形式、教材建設、實踐教學等方面進行全方位、多層次的改革探索和實踐，將對教學質(zhì)量和人才培養(yǎng)方面有明顯效果。 

本項目探討了如何更新和重組控制理論相關課程的教學內(nèi)容，保證教學內(nèi)容的系統(tǒng)性、先進性和實用性，以適應形勢發(fā)展的需要。提出如何學習和掌握這些課程，包含“自動控制理論”、“現(xiàn)代控制理論”、“運動控制理論”、“儀表及過程控制”、“計算機控制”等控制類課程的教學內(nèi)容的一些方法和措施。 

一、教學內(nèi)容、方法及形式改革 

1.教學設計 

近年來，不斷更新觀念，壓縮精簡陳舊過時的教學內(nèi)容，加強現(xiàn)論及現(xiàn)代方法的內(nèi)容，很好地解決先修課程和后續(xù)課程的銜接問題，避免內(nèi)容的重復，進一步優(yōu)化課程體系。建立一套適應性強的包括理論講授、計算機輔助設計、實踐教學和強化訓練等方面在內(nèi)的全方位教學新體系。 

2.教學方法 

將課堂教學、實驗教學、課程研討、網(wǎng)絡教學等有機地結合起來，并充分利用多媒體教學手段提高教學效率、創(chuàng)造視覺的新感受、激發(fā)學生的學習興趣和熱情。內(nèi)容取材時，不僅體現(xiàn)控制理論課程內(nèi)知識點之間的內(nèi)在聯(lián)系，還體現(xiàn)課程群之間的相互關系。 

3.教學手段 

在教學組織過程中，積極采用現(xiàn)代信息技術改進傳統(tǒng)的教學手段，在多媒體教學、網(wǎng)絡課程等方面努力探索。統(tǒng)一制作“自動化概論”、“自動控制理論”、“現(xiàn)代控制理論”、“運動控制理論”、“過程控制理論”、“計算機控制”電子教案和cai課件，并將授課課件在課程網(wǎng)頁上，可供學生課余預習、瀏覽、復習等。另外，教學大綱、授課計劃、實驗指導書、學習指導以及教材和參考文獻均可通過網(wǎng)絡方便查閱。在課程開始即公布授課教師的信箱和電話號碼等聯(lián)系方式，密切授課教師與同學之間的聯(lián)系，使學生有問題可及時獲得老師的輔導答疑，也可通過網(wǎng)上答疑相互交流，打破班級與時間的束縛，在平行班級中實行聽課和答疑共享。 

4.教學改革與教學研究 

精簡教材和教學內(nèi)容，教學組定期進行集體備課，加大對該課程與前后各門課程之間的銜接研究，避免內(nèi)容上的重復，使其與其他相關課程融合為一個有機的整體。建設可用于大多數(shù)工科專業(yè)的“控制理論”平臺課程。不斷改進和完善本課程的新體系結構，充分體現(xiàn)其基礎性、應用性、前沿性和系統(tǒng)性；配合新的教材和課程體系，研究并建立配套的新實驗體系，強化自主性、設計性、綜合性和創(chuàng)新性；以matlab軟件為基礎，構造開放式小車倒立擺綜合實驗平臺，將分析、設計、仿真、虛擬實驗、模擬實驗融為一體；開發(fā)先進的多媒體課件，將matlab平臺和虛擬實驗融入到教學過程中，使教學更為直觀生動，更具趣味性和吸引力；完善了課程網(wǎng)站，完成了課程輔助教材的修改和編寫，各類題庫建設、網(wǎng)絡統(tǒng)計功能、遠程教學管理系統(tǒng)、虛擬實驗內(nèi)容的擴展及網(wǎng)絡版的開發(fā)等；使其真正成為學生自主學習、師生互動、雙向交流的園地；教考分離，采用試題庫出題，統(tǒng)一考試，流水閱卷，考后進行詳細的試卷分析。 

二、實踐教學改革 

實踐性教學環(huán)節(jié)是學生能力培養(yǎng)中的重要環(huán)節(jié)。工科學生除要掌握一定的工程技術知識外，還要有較強的實際動手能力。 

1.改革實驗課教學，建立體化實驗教學體系 

實驗教學是“控制理論”課程的重要組成部分。通過實驗不僅能夠培養(yǎng)學生分析問題和解決問題的能力，驗證所學理論，而且對所學內(nèi)容能夠提出一些新的見解。為了適應教學改革的需要，在實驗室建設方面的指導思想是：將傳統(tǒng)的模擬實驗與matlab環(huán)境下的仿真實驗相結合，將基礎理論驗證類實驗與自主型、綜合型、設計型實驗相結合，將基本實驗與創(chuàng)新實驗相結合，建立一個立體化的實驗教學體系，從而滿足不同階段實踐教學的需要，為激發(fā)學生的創(chuàng)新意識提供硬件平臺。 

由于實驗課內(nèi)容和形式的多元化，大大激發(fā)了學生做實驗的主動性、積極性和創(chuàng)新性，學生可以通過預約或上網(wǎng)自主地開展多項實驗，進行理論驗證、性能分析和綜合設計，對提高學生的實踐能力和本課程的學習都將起到良好的作用。 

課程組織形式與教師指導方法，對于教學大綱規(guī)定的必做實驗，由任課教師和實驗教師共同指導完成；對于設計性、綜合性、創(chuàng)新性實驗，學生自己利用課余時間完成，可以預約指導教師給予宏觀上的指導。 

2.積極開展大學生科研實訓活動、參與教師科研項目 

 引導學生積極參加大學生科研實訓項目，吸引有興趣的學生參與教師的科研活動，培養(yǎng)學生嚴謹?shù)目茖W態(tài)度、創(chuàng)新意識、創(chuàng)業(yè)和團隊合作精神，提高學生初步的科學研究能力以及工程實踐能力，培養(yǎng)學生獲取知識及撰寫論文的能力。 

三、控制理論專題授課方案 

根據(jù)“自動控制理論”、“現(xiàn)代控制理論”、“運動控制理論”、“儀表及過程控制”課程大綱的要求，在適當時候，以某一專題講座的方式授課。將各種教材進行比較、處理、揉合，組織成各個專題，以高質(zhì)量、高水平、高效率來達到最佳教學效果。由于專題授課具有綜合性、整體性和探討性，使其信息量得以加大，知識在綜合和分析中得到延伸，既提升授課內(nèi)容，使之濃縮為精華，又吸引了學生的注意力和參與興趣。

四、應用現(xiàn)代教育技術 

開發(fā)研制了計算機輔助教學課件。教學課件以教材為藍本，包含簡明、清晰的授課講義、重點、難點、例題演示、控制系統(tǒng)計算機仿真和控制系統(tǒng)分析計算等內(nèi)容，既有課本內(nèi)容的直接再現(xiàn)，又增加很多有助于講解理論和計算方法的表現(xiàn)手段。課件以計算機為載體，既可用于課堂教學，又可通過上網(wǎng)，供學生進行自學和課后復習使用?？刂评碚摰姆治龇椒ㄓ泻芏鄨D解法，如頻域分析、根軌跡法、狀態(tài)空間法等。利用計算機強大的計算能力仿真能力和豐富的色彩，可輕而易舉地準確繪制出清晰美觀的畫面。采用動畫技術后，圖形的來龍去脈可用動態(tài)演示。計算機的圖形演示與教師的講授相結合，使教學內(nèi)容形象化、具體化和生動化，增進學生的理解，提高學生的學習興趣。 

計算機仿真技術在實驗教學中的應用為實驗教學帶來極大的方便。仿真實驗具有建模方法簡單、參數(shù)調(diào)整方便、結果可視性好等優(yōu)點，克服常規(guī)實驗內(nèi)容單調(diào)、缺乏變化、元器件制約參數(shù)調(diào)整以及實驗設備數(shù)量有限等不足。在教學中適當介紹并應用matlab軟件，并設計出計算機輔助實驗教學軟件包，提供一個方便易用的圖形用戶界面，將matlab控制工具箱的相關功能集成一體。 

網(wǎng)絡教學平臺開發(fā)。網(wǎng)絡教學能真正體現(xiàn)學生的主體作用。在網(wǎng)絡中，學生可以利用網(wǎng)絡的交互性、檢索性等特點來選擇自己需要的內(nèi)容進行獨立學習。學生可以在任何時間進行自主學習，并且與教師在網(wǎng)上交流，探討問題，在教學中發(fā)揮積極作用。 

五、建立科學、有效的教學信息回饋 

堅持洛陽理工學院本科畢業(yè)班所有學生中，實施“‘控制理論’相關課程的學習調(diào)查”制度。不定期進行相關問卷，包含這門課程是否易學、學習難點、學習方法、是否能學以致用等幾個方面的內(nèi)容，充分了解學生學習這門課的基本情況，為課程改革提供必要的依據(jù)，收到良好的效果。 

六、結束語 

在新世紀中，控制類學科將具有更加光明的前景，控制類研究內(nèi)容將具有挑戰(zhàn)性，研究的范圍將更加廣闊，電氣自動化專業(yè)控制類課程的內(nèi)容將不斷地發(fā)展和更新，電氣自動化專業(yè)控制類課程設置及教學內(nèi)容改革研究也將進一步進行下去。 

 

參考文獻： 

[1]王瑛.控制理論實驗開放式教學的探索[j].實驗室研究與探索,2002, 

4(21):15-17. 

篇6

中圖分類號：G642.41 文獻標識碼：C DOI：10.3969/j.issn.1672-8181.2013.15.025

1 引言

隨著電子設計自動化（EDA）技術的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)基于固定芯片和固定連線的嵌入式開發(fā)設計方法逐漸淘汰，基于可編程邏輯器件的芯片設計與實現(xiàn)方案被廣泛采用。各高校信息與通信工程本科專業(yè)一般都開設相關選修課[1]，如《FPGA系統(tǒng)及應用》，《可編程邏輯器件設計》，《軟件無線電》等。這些課程中都涉及FPGA（現(xiàn)場可編程門陣列）這一核心芯片的設計與實現(xiàn)，為了輔助教學內(nèi)容，本類課程的講授一般采取課程教學和實驗教學相結合的方式，課程教學和實驗教學的學時安排一般是2：1，或者更高達到1：1[2]。該類課程的主要特點就是重實踐，因此課程和實驗設置需要注重對于學生動手能力的培養(yǎng)[3]。

可編程邏輯器件的實驗設計通常以模塊化開發(fā)為主，指導學生采用EDA設計思想，進行可編程器件的設計編程與仿真驗證，實驗教學可以輔助課堂教學取得良好的效果[4]。然而，在目前的可編程邏輯器件實驗設計中也存在一些問題，同學們經(jīng)常會遇到仿真分析和實際系統(tǒng)工作不一致的情況，導致實驗無法繼續(xù)，同學也不知如何處理。引起這類問題的原因其實有很多種，包括硬件問題、設計時序問題等等。傳統(tǒng)解決這種問題的方法是指導學生將一些關鍵信號的管腳引出，用示波器進行邏輯分析。但這種分析方法存在兩個問題，一方面是所需要觀察的信號往往較多，一般的示波器通道數(shù)有限，不能夠很好分析多路信號的邏輯關系，另一方面是一般的實驗開發(fā)板也并不能把多個管腳全部引出并設置觀測點。隨著可編程邏輯器件技術的不斷發(fā)展，無論是Xillinx公司生產(chǎn)的芯片還是Altera公司生產(chǎn)的芯片，一般都提供在線邏輯分析儀功能，其基本原理是通過消耗一定的硬件資源（一般是RAM資源），來達到實時在線的數(shù)據(jù)邏輯分析。從而可以有效提高同學們的實驗驗證效率，并啟發(fā)指導學生獨立進行系統(tǒng)驗證、故障排除，有助于學生掌握解決相關專業(yè)工程技術問題的技能，培養(yǎng)學生具有良好的創(chuàng)新實踐能力和動手能力。

2 在線邏輯分析儀功能分析

在線邏輯分析儀的主要功能是在上板在線測試過程中采集并觀察芯片內(nèi)部信號，以便于進行時序及邏輯正確性驗證[5]。主要工作原理是通過在綜合后網(wǎng)表里插入用于采集數(shù)據(jù)的IP核（包括ILA、ICON），然后選擇需要觀測的信號量、用于觸發(fā)采樣的觸發(fā)信號、以及采樣時鐘，然后運行產(chǎn)生一個新的網(wǎng)表文件重新布局布線并生成可在芯片中運行的二進制文件。其功能實現(xiàn)流程如圖1所示：

圖1 在線邏輯分析儀功能實現(xiàn)流程

在芯片運行過程中，如果滿足觸發(fā)條件，則芯片里面的邏輯分析儀IP核會自動將所需觀測的信號量采集并存儲在芯片內(nèi)的RAM中，并將采集結果通過JTAG傳輸至PC機的監(jiān)控界面上進行顯示，顯示方式也可以靈活配置，既可以選擇二進制形式按位輸出，或者將其中任意信號綁定為一組總線信號，進行波形顯示，這個過程就像操作一個真實的邏輯分析儀一樣?；谠诰€邏輯分析儀的開發(fā)測試如圖2所示：

圖2 基于在線邏輯分析儀的開發(fā)測試圖

如上所述，在線邏輯分析儀可以摒棄傳統(tǒng)昂貴的邏輯分析儀在線實時地進行時序調(diào)試。通過設置，可以有選擇地觀察可編程邏輯器件內(nèi)部的任何信號，并可靈活設置觸發(fā)條件（如時鐘上升沿、下降沿、自定義的觸發(fā)信號及信號的邏輯組合）、數(shù)據(jù)寬度和深度等，這些設置與資源的消耗是相關的。

在線邏輯分析儀的引入也帶來一些問題，首先，編譯時間被延長得很長。每次編譯過程中，都會根據(jù)你添加的邏輯分析儀工程文件重新生成一次網(wǎng)表，再重新編譯整個工程，那么編譯時間就不可避免地被延長了。另一方面，由于在線邏輯分析儀本身是需要占用可編程邏輯器件資源的，如需要觀察更多的數(shù)據(jù)寬度和深度，則占用可編程邏輯器件資源較多，同時資源的消耗也會帶來時序方面的影響，就像測不準原理一樣，測量過程的引入會導致對原系統(tǒng)一定程度的改變，但只要綜合考慮待測系統(tǒng)與在線邏輯分析儀的資源消耗以及進行合理的時序設計，這些問題是可以得到很好的控制的。

3 基于在線邏輯分析儀的實驗設計

基于在線邏輯分析儀的實驗編排既需要具有邏輯系統(tǒng)開發(fā)代表性，又需要符合本科生的實際能力和知識背景。

在線邏輯分析儀的選擇取決于硬件平臺的選擇，由于Xilinx的開發(fā)環(huán)境功能較全，集成了軟件開發(fā)、前仿真、后仿真以及在線調(diào)試工具，在課程實驗設計中，我們選擇Xilinx公司Viertex5系列的芯片，以及Chipscope作為在線邏輯分析儀。

為了體現(xiàn)在線邏輯分析儀的作用，實驗設計中采用了比較教學法。設計對象為數(shù)字通信系統(tǒng)中經(jīng)常出現(xiàn)的毛刺現(xiàn)象。這是在可編程邏輯器件設計中經(jīng)常出現(xiàn)并困擾設計者的重要問題，這類錯誤往往較難發(fā)現(xiàn)，但卻能導致較為嚴重的邏輯錯誤，降低整個數(shù)字系統(tǒng)的工作可靠性。

在可編程邏輯器件課程中的高級用法介紹時，一般都會介紹毛刺產(chǎn)生的原理。即這是由于信號在可編程邏輯器件的內(nèi)部走線延遲和組合邏輯的不同步所導致的，在多路信號變化的瞬間，組合邏輯的輸出常常產(chǎn)生一些小的尖峰，這是由可編程邏輯器件內(nèi)部結構特性決定的，因此這類現(xiàn)象通常出現(xiàn)在多路組合邏輯中。

學生在學習這一概念時往往僅有理論認識，缺乏直觀的理解。因此，在課程實驗設計中分別采用組合邏輯和時序邏輯進行某個加法器的設計實現(xiàn)。并采用毛刺檢測電路對毛刺進行捕捉并通過在線邏輯分析儀將各觀察點上出現(xiàn)的毛刺檢測出來并存儲，并將其顯示在屏幕上。這樣在同一功能模塊對應的不同實現(xiàn)方案所產(chǎn)生的在線邏輯分析儀輸出結果并不相同，從而證明了時序邏輯可以顯著避免組合邏輯中毛刺的產(chǎn)生，其可靠性要優(yōu)于組合邏輯。

在實驗設計中，還可結合采用陷阱教學法，即在模塊的設計中故意引入組合邏輯中容易產(chǎn)生毛刺的錯誤寫法，讓學生采用在線邏輯分析儀自己發(fā)現(xiàn)錯誤，體會該類錯誤發(fā)生的原因，并進行相應糾正。從而使同學更深刻理解硬件描述語言的綜合結果及在線邏輯分析儀調(diào)試的方法和作用，同時通過這種方法可以培養(yǎng)他們注意細節(jié)的良好習慣。

由于在線邏輯分析儀可以進行靈活的觸發(fā)條件配置、采樣時鐘選擇。因此，在基于在線邏輯分析儀的實驗設計中還可結合不同設置條件進行邏輯分析儀驗證。如為了能有效地捕捉數(shù)據(jù)流，可以設置多種不同的觸發(fā)方式，如：基本觸發(fā)、隨機觸發(fā)、延遲觸發(fā)等。以及采用不同的采樣時鐘，并將觀察結果輸出至屏幕顯示，分析比較不同設置對于毛刺的影響，加深對于在線邏輯分析儀的使用理解和對于毛刺產(chǎn)生機理的認識。

4 結論

本文研究闡述了信息與通信工程專業(yè)EDA課程教學和實驗的特點現(xiàn)狀，闡述了對于學生理解時序設計的重要性，并分析了在線邏輯分析儀在EDA設計開發(fā)中起到的重要作用。在此基礎上，將在線可編程邏輯分析儀引入實驗教學，結合采用比較教學法和陷阱教學法，提出了基于在線邏輯分析儀的課程實驗設計。通過這類實驗可以使同學們更深刻地理解硬件描述語言及可編程邏輯器件的時序設計。

參考文獻：

[1]王桂珍.電子設計實踐教學中硬件設計軟件化初探[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2007，（12）：78-80.

[2]于華楠，趙睿，鄔春明，秦力.基于通信工程專業(yè)的EDA教學探討與實踐[J].東北電力大學學報，2011，31（5）：195-197.

[3]胡永祥，楊偉豐，蔣鴻，劉豐年.應用型通信工程專業(yè)實踐教學體系的構建[J].湖南工業(yè)大學學報，2011，25（3）：105-108.

篇7

中圖分類號：TP302 文獻標識碼：A 文章編號：16727800（2013）009001504

作者簡介：鮮征征（1977-），女， 廣東金融學院計算機科學與技術系講師，研究方向為軟件開發(fā)、軟件測試、數(shù)據(jù)挖掘。

0引言

軟件測試是使用人工或自動化手段來運行、檢測軟件系統(tǒng)的過程，是軟件開發(fā)必不可少的環(huán)節(jié)和軟件工程實踐的重要組成部分，自動化測試是軟件測試發(fā)展的必然結果。成功實施自動化測試的關鍵是選用適合自己測試項目的自動化測試工具，然而，不管選用何種測試工具，都會帶來相應的測試成本：商業(yè)測試工具昂貴，開源測試工具雖然免費，但卻擁有較高的使用成本，且免費的測試工具性能比較單一，無法支持整個自動化測試的實施，有時，即使在付出了相應的測試成本后，測試效果依然不如人意。

因此，開發(fā)適合自己項目的特定的測試工具將是一種行之有效的解決方案。其中“猴子”自動化測試工具也正是在這樣的背景中提出的。由于項目資源投入有限，大型而通用的測試工具的開發(fā)和維護需要耗費項目組不少的資源，而具有簡單功能的“笨猴子”的開發(fā)成本相對于收益是可以接受的。本文將在分析自動化測試的主要技術后給出一個“猴子”自動化測試工具的設計步驟和實現(xiàn)的關鍵技術，其中的方法可以為將來設計功能更強大的“猴子”測試工具奠定一定的基礎。

1自動化測試技術

1.1自動化測試優(yōu)勢

針對手工測試，自動化測試有著很強的優(yōu)勢，即借助計算機的計算能力可以重復、不知疲倦地運行，對數(shù)據(jù)能進行精確的、大批量的比較，而且不會出錯。因此，自動化測試適宜用在需要重復執(zhí)行機械化的界面操作、計算、數(shù)值比較、搜索等方面。應該充分利用自動化測試工具的高效率來幫助測試人員完成一些基本測試用例的執(zhí)行，從而實現(xiàn)更加快速的回歸測試，并提高測試的覆蓋率。雖然，自動化測試的目的是幫助人工，但是手工測試仍有很多不可替代的地方，例如很多數(shù)據(jù)的正確性、界面是否美觀、業(yè)務邏輯的滿足程度等都離不開測試人員的人工判斷。因此，為了讓軟件測試更加順利和取得更好的效果，通常是自動化測試和人工測試相結合，讓其充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢。

1.2自動化測試工具選擇

自動化測試工具可以將復雜的測試工作自動化或半自動化， 減少測試工作量， 提高測試工作效率、減少測試開銷， 所以需要選擇一個合適的且滿足企業(yè)信息系統(tǒng)工程環(huán)境的自動化測試工具。從開發(fā)成本來說，自動化測試工具分為商業(yè)、開源和自制的測試工具。根據(jù)測試方法的不同，自動化測試工具分為白盒測試工具、黑盒測試工具和測試管理工具。工具和軟件開發(fā)過程中相關活動的關系如圖1所示。

（1）商業(yè)測試工具。目前很多軟件公司都具有一套自動化測試工具。白盒測試工具的代表有：Telelogic公司的Logiscope，PR公司的PRQA，Compuware公司的DevPartner，Rational公司的Purify，其中前兩個是靜態(tài)測試工具，后兩個是動態(tài)測試工具。黑盒測試工具的代表有：Rational公司的TeamTest和Robot，Compuware公司的QACenter，Mercury Interactive的WinRunner、LoadRunner 和QTP等。測試管理工具的代表有Rational公司的TeamManager、Compuware公司的TrackRecord等。除此之外，還有專用于性能測試的工具有Radview公司的WebLoad，Microsoft公司的WebStress等工具，針對數(shù)據(jù)庫測試的TestBytes對應用性能進行優(yōu)化的EcoScope等工具。

雖然，很多大型軟件公司都有一套自動化測試工具，但沒有一種通用的測試工具可以找到任何軟件中的所有Bug。應該根據(jù)被測軟件的特性來進行合理的選擇，此外，上述的測試工具價格都相對較高，從整個軟件開發(fā)的成本來說也是需要考慮的。

（2）開源測試工具。開源測試工具作為開源軟件的重要組成部分，但開源并不意味著完全免費，開源測試工具同樣需要考慮使用成本。開源測試工具相對于商業(yè)測試工具的優(yōu)勢：相對成本較低，可以根據(jù)實際需求對其進行個性化改造。引入開源測試工具也需要考慮成本、選型等問題。

常見的測試管理類開源測試工具有：Bugzilla、Mantis、BugFree。單元測試類開源測試工具有：Nunit、Nmock等。性能測試類開源測試工具有：Jmeter、TestMaker等。自動化功能測試類開源測試工具有：Abbot Java GUI Test Framework、White、Watir等。

（3）自制測試工具。目前，很多軟件測試組織其實都已經(jīng)具備了自己動手開發(fā)測試工具的條件。自己動手開發(fā)測試工具的優(yōu)勢主要有：購買成本為0；可以有針對性地開發(fā)自己需要的那部分功能；可以自己定制需要的功能，隨時修改，實現(xiàn)個性化；可擴展性好，可以隨時增加新功能；可以充分利用項目組熟悉的語言來開發(fā)，從而利用自己的技術優(yōu)勢；可以使用自己熟悉的腳本語言，從而不必使用商業(yè)工具提供的“廠商腳本語言”。

雖然，自制測試工具有很多好處，但是也必須考慮隨之而來的成本問題。自制測試工具開發(fā)的成本主要是指開發(fā)時間、人員和維護方面的成本，還需考慮測試工具的實用性，不需要做一個大而全的、面面俱到的工具。因此，通常應當將自制測試工具最好定位在輔助測試、用于解決專門的問題、迫切的問題。在商用工具價格昂貴、開源測試工具也不適用的時候，可以考慮自制測試工具。本文下一章節(jié)將著重介紹一個“猴子”測試工具的設計與開發(fā)的關鍵技術。

2“猴子”測試工具設計與實現(xiàn)

2.1“猴子”測試技術的概念

所謂的猴子測試（Monkey Test），即搞怪測試、隨機測試，通俗來講是一種系統(tǒng)對信號因子輸入穩(wěn)健性的測試方法，一般用于計算機軟件程序這樣的邏輯嚴密性要求較高的系統(tǒng)。測試者可以進行各種稀奇古怪的操作模式，用以測試軟件的穩(wěn)定度。該測試技術泛指任何形式的，不需要任何人工干預的，隨機進行的自動化測試。這種類型的工具之所以稱為“猴子”是源于“無限猴子定理”，即“讓一只猴子一直在打字機上按鍵，最終能完成莎士比亞的全部工作”。由于系統(tǒng)的“可重復性”以及系統(tǒng)輸入因子“有限性”和“單純性”，“猴子”測試被廣泛用于軟件Bug測試。

根據(jù)“猴子”測試的原理，有很多可以實現(xiàn)“猴子”測試的方法，一個簡單的實現(xiàn)方式是一個能隨機產(chǎn)生鼠標點擊和鍵盤輸入來模擬用戶操作的“猴子”測試工具。 而復雜的實現(xiàn)方式是實現(xiàn)一個“聰明”的“猴子”，構建聰明“猴子”測試工具需要開發(fā)和測試資源，而最昂貴的代價是創(chuàng)建模型或狀態(tài)表[2]。

2.2“猴子”測試工具開發(fā)使用的技術

一個“猴子”測試工具的開發(fā)主要是語言的選擇和接口驅(qū)動的設計。本文基于對被測軟件（C#語言開發(fā)的軟件）的考慮，故選用了 C#語言?！昂镒印睖y試工具的實現(xiàn)原理是利用產(chǎn)生鼠標點擊和鍵盤輸入事件來模擬用戶操作，而Windows GUI 驅(qū)動是直接驅(qū)動Windows底層的API完成查找GUI控件、驅(qū)動鼠標和鍵盤操作的方式實現(xiàn)對軟件的測試。故可以利用Windows系統(tǒng)提供的Windows API完成工具的實現(xiàn)。

2.3“猴子”測試工具的具體實現(xiàn)

（1）功能簡述。該“猴子”測試工具主要功能：隨機點擊界面，輸入隨機字符和鍵盤按鍵，對于某些類型（按鈕、可編輯框等）的控件做出特定的動作，監(jiān)視被測試程序的進程信息，能識別出程序是否出現(xiàn)異常，持續(xù)記錄內(nèi)存和CPU使用情況，方便發(fā)現(xiàn)是否存在內(nèi)存泄漏問題，持續(xù)截屏，方便追溯和問題定位。

（2）設計原理。“猴子”測試的工作原理是利用測試工具隨機產(chǎn)生鍵盤敲擊和鼠標單擊事件。因此，利用Windows系統(tǒng)的本機原生函數(shù)實現(xiàn)對鍵盤輸入，鼠標點擊的模擬，從而創(chuàng)建一個”猴子”進行簡單測試。

（3）設計流程。本文的“猴子”測試工具的設計流程如圖2所示。

在設計過程中，鼠標操作功能和截屏功能是開發(fā)的難點，“猴子”動作規(guī)則的設計則是整個工具的核心。

（4）具體實現(xiàn)。

界面設計：“猴子”工具的界面主要包含Bug報告存儲地址選擇、源字符集、被測程序選擇、測試時間間隔選擇等。作為一個運用于軟件開發(fā)過程中以測試相對應的項目而實現(xiàn)的輔小工具，其界面的實現(xiàn)不需要太復雜的功能。

實現(xiàn)鼠標操作功能主要有以下步驟：

首先，引入鼠標觸發(fā)事件的函數(shù)。該函數(shù)原型為：

public static extern void mouse_event（int dwFlags， int dx， int dy， int cButtons， int dwExtraInfo）；

其次，設計鼠標相關操作的類MouseAPI，該類定義了鼠標的各種操作，考慮到篇幅有限，這里僅列出該類的主要函數(shù)原型及功能說明，如表1所示。

（6）“猴子”動作規(guī)則。將該工具之所以用“猴子”來命名，最關鍵的是它具有猴子天性好動的特性，“猴子”的動作規(guī)則主要包含：隨機完成鼠標移動和鍵盤輸入、具備一些智能、連續(xù)不斷地完成一些指定動作。

“猴子”隨機完成鼠標移動和鍵盤輸入實現(xiàn)分析：首先獲取某個范圍內(nèi)是隨機數(shù)，然后通過其得到一個當前屏幕中任何一個點的坐標，接著實現(xiàn)鼠標的隨機移動。最后使用將指定的字符串數(shù)組中某個字符串以鍵盤輸入的方式發(fā)送給應用程序。

讓“猴子”具備一些智能實現(xiàn)分析：首先將獲取光標所在點的窗口類的類名與指定的控件類類名進行比較，進而判斷當前鼠標點擊的控件，然后做出相應的動作。使用雷同的方法，“猴子”可以識別出按鈕控件、靜態(tài)控件，如標簽、出錯提示對話框等控件并做出相對應的動作。

讓“猴子”連續(xù)不斷地完成一些指定的動作的實現(xiàn)分析：為使“猴子”能連續(xù)不斷地完成指定動作，利用Timer控件實現(xiàn)一個計時器，然后通過一個按鈕來控制定時器的啟動和停止。而“猴子”工作時的所有動作規(guī)則都被封裝于Timer控件的Tick時間中，這樣，在每一個指定的時間段，“猴子”便會執(zhí)行一次指定動作。

3實驗及結果分析

（1）被測對象的選擇。為了有效地完成對“猴子”測試工具的有效性檢查，被測對象的選擇應該是擁有可編輯控件和若干按鈕控件的小型軟件。本次測試選了一個僅具有加、減、乘、除的簡單計算器。

（2） 實驗過程。整個實驗過程分為如下步驟進行：①設置測試報告存儲的位置；②設置鍵盤輸入的字符集。指定字符集所在的文本文件的位置，指定鍵盤輸入的字符串；③指定被測程序；④根據(jù)測試的需要，設置“猴子”操作程序的時間間隔；⑤啟動被測程序；⑥開始“猴子”測試。

（3）測試結果及分析?？紤]到篇幅有限，這里僅給出部分測試結果，分別如圖3、圖4、圖5所示。

通過對實現(xiàn)的“猴子”測試工具的實驗，該工具達到預期效果，可以實現(xiàn)一定的自動化測試。“猴子”測試工具開始工作后，“猴子”每隔一段指定的時間就會隨機點擊被測程序主界面，并在識別到可編輯控件時會隨機鍵入某些字符串，字符串是事先準備好的字符集文本文件中的一部分字符。在連續(xù)進行的多次試驗中，基本上，在“猴子”進行操作了若干有限步操作后，被測程序的bug便將會被檢查出來。當測試進行了一段時間，被測程序的大部分Bug便會被找出并糾正。這之后，再進行“猴子”測試時，Bug的發(fā)現(xiàn)變得越來越困難。

4結語

軟件測試是軟件工程實踐中的重要組成部分，自動化測試是軟件測試發(fā)展的大方向。軟件自動化測試實施的關鍵是自動化工具的選用，而當所有的工具都不適用，或自己開發(fā)一個跟項目相適應的工具比應用現(xiàn)有的工具更

能節(jié)約成本時，自制一個自動化測試工具便也是一種可供選擇的方法。本文設計的“猴子”測試工具是對應于簡單的軟件進行測試“猴子”原型，針對具體的項目程序的環(huán)境，可以進一步完善“猴子”，使其更加智能，從而能發(fā)現(xiàn)更多的Bug。

參考文獻：

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[9]宋潔.軟件測試技術及自動測試工具的實現(xiàn)[D].北京：北京郵電大學，2007.

篇8

“理性愉悅”的概念最早是由300多年前美國的一位博物館學家提出的，與單純的娛樂消遣不同，“理性愉悅”含有啟發(fā)、熏陶、欣賞之意。博物館應該給前來參觀的人們帶去思考、觀察、探險、想象等體驗活動，直到今天，“理性愉悅”這一概念仍然影響著全世界博物館的展陳設計，而且愈來愈傾向于參觀者。博物館本身是具有教育意義的，動態(tài)展示設計讓參觀者與展覽品之間不再是互相脫節(jié)、彼此孤立的關系，而是轉(zhuǎn)變成和諧、互動的關系，作為“受教育”的一方，參觀者也不再一直處于被動位置，而是能夠更為主動地參與到動態(tài)展示設計的活動中，通過自身“體驗”來汲取知識。

1茶文化的數(shù)字動態(tài)體驗展示設計類型

隨著茶文化博物館的悄然興起，茶文化有了更加多元化的傳播途徑，人們在參觀博物館的同時，培養(yǎng)了人文修養(yǎng)、豐富了知識面、提高了文化內(nèi)涵。以往博物館主要通過視覺感知來向參觀者傳遞信息，比如原始資料、圖片、書籍、字畫，或者是文物、器具、蠟像、茶葉等實物，它們都屬于二維、三維空間的視覺感知，之于參觀者，缺乏互動性，也沒有更多深入探究知識的機會。動態(tài)體驗展示設計強調(diào)的是“體驗”二字，給參觀者生動、逼真、身臨其境之感，讓人們對茶文化有更深層的感知和了解，我們參觀茶文化博物館，是否對立面的展示品有興趣，很大程度上取決于視覺、聽覺、觸覺等感官的感知空間。目前茶文化博物館常用的動態(tài)體驗展示設計主要分為四種類型：虛擬空間、動態(tài)展示、手工操作、互動體驗。本文分別就以上四種類型的展示設計進行解析。

2虛擬空間展示設計

在計算機技術的支持下，創(chuàng)造出一個虛擬的場景或者空間，繼而演繹某一歷史時期下的茶故事。虛擬空間大多是三維立體成像或者是立體電影的形式，營造出形象逼真、栩栩如生的茶文化氛圍，給參觀者無比新奇的身臨其境之感。

2.1幻影成像

20多年前，西方發(fā)達國家的許多公共場所都應用了幻影成像技術，我國是最近幾年，在新建的科技館、博物館中開始嘗試應用幻影成像。它是在“幻影”與“實景造型”相結合的基礎上，把拍攝的人物、景色等投射在布景箱的主題模型景觀上，最后影像通過半反光、半透明的玻璃與模型景觀融為一體，在與參觀者的互動中，演繹故事，重現(xiàn)歷史。幻影成像最大的特色是直觀逼真、栩栩如生，在聲音、視覺效果的渲染下，能夠引起參與者的共鳴，激發(fā)人們的內(nèi)心情感，非常適合用來演繹茶文化的歷史故事。比如：美國波士頓茶葉故事博物館（Bostonteapartymuseum）通過成像模擬和交互設計重現(xiàn)了一場無比倫比的歷史場景———參觀者置身于300多年前的商船模型中，通過計算機技術投射人物光影，在“將茶葉融入大海”的歡呼聲中，所有參觀者一瞬間仿佛穿越到18世紀茶葉貿(mào)易壟斷的時期，親眼見證了北美殖民地的人們奮起反抗英國殖民者。同樣，中國的茶文化展示設計，同樣可以利用幻影成像技術為參觀者重現(xiàn)真實的歷史事件，比如時期用煙換茶葉、茶馬互市等，從而給參觀者更加真實的感知和體驗。當然，歷史事件的重現(xiàn)務必要真實客觀，所有的場景、人物、故事都要經(jīng)過詳細考證，絕不能杜撰。

2.2茶數(shù)字博物館

當今時代，“數(shù)字”無疑是最具有發(fā)展前景的信息技術，數(shù)字化的茶博物館通過3D建模、虛擬現(xiàn)實等技術，再配合動畫模型、人機交互等，可以讓人們在任何地方、任何時間參觀存在于虛擬網(wǎng)絡世界中的博物館。數(shù)字化的茶博物館蘊藏信息之豐富、傳播信息之迅速、交流互動之便捷等一系列優(yōu)勢，都是其它展示設計方式所無法比擬的，它沒有時間、空間的限制，在廣大茶文化愛好者與茶文化博物館之間搭建起良好的互動平臺。

3動態(tài)展示與手工操作

3.1茶動態(tài)模型

采用新媒體技術、物理原理等，實現(xiàn)了靜態(tài)茶文化展覽品的動態(tài)化。比如：要向參觀者展示一個小型茶葉制作機械，如果它是二維圖片，給人的就是視覺感知；如果它是三維的茶葉制作機械，那么給人的體驗就要比二維圖片豐富；假如這個機械是四維動態(tài)的，那么給參觀者的視覺感知就更加豐富了。相比二維平面圖片和三維立體靜態(tài)的展示，人們肯定更喜歡四維動態(tài)化的茶模型。又如：“三沸”示意模型的展示，把一些氣體融入水中，參觀者就會看到《茶經(jīng)•五之煮》的一幕：如魚目微有聲為一沸、緣邊如涌泉連珠為二沸、騰波鼓浪為三沸。動態(tài)化的茶模型比靜態(tài)的墻展、圖片、資料陳列更加生動形象，一沸、二沸、三沸之間的區(qū)別一目了然。

3.2茶影像體驗

采用LED顯示屏、投影幕布等，為參觀者動態(tài)展示茶具、茶葉、茶藝、茶道、茶知識、茶俗等。它的展示形式可以是短小精悍的微電影，比如描述某一件茶事，還可以是弧幕影院那種大視野，給人強烈震撼的影片。總之，充分發(fā)揮茶影像技術的優(yōu)勢，能夠開拓參與者的事業(yè)，讓人們對創(chuàng)新的茶科技有更深入的了解，最終實現(xiàn)參與者和茶文化之間的良好互動。除此之外，必定會有更加多元化的多媒體技術應用到茶文化的展示設計中，茶文化的傳播途徑得以拓展。

3.3采茶制茶

茶葉從茶園走進人們生活的過程，就是采茶制茶的過程，這也是茶文化中不可或缺的重要環(huán)節(jié)。參觀者對采茶制茶充滿了好奇，比如：什么樣的茶葉既好看又好喝？雀舌、單芽、旗槍到底是什么形狀？茶葉的形狀也能制作出來嗎……等等。茶博物館完全可以為參觀者提供一個可以親自采摘的茶園，在工作人員的指導下，讓人們了解工夫紅茶、鐵觀音、龍井茶等制作流程，人們親身參與揉捻茶葉，有更多的接觸茶葉的機會，通過手工操作掌握茶葉的發(fā)酵、干燥工序等。如果場地有限，茶博物館則可以提供簡單的扁擔、竹簍、微型揉捻機、炒鍋、炭火等采茶制茶的器具，讓人們能夠參與其中。

3.4壺藝作坊

有句話并非空談———“器為茶之父”。茶文化的展示設計必然包括了茶壺，茶博物館可以另辟一個制作紫砂壺、陶泥壺的空間，比如：將一張木質(zhì)桌子擺放于大廳中間，上面放一些紫砂、泥巴等，以供參觀者動手體驗。陶藝壺的制作相對簡單，它追求一種質(zhì)樸、稚拙感。紫砂壺的制作流程相對復雜，需要圍桶身、敲擊泥片、捏塑壺蓋，然后再加上壺把與壺嘴，最后還要打磨到色澤光亮。

3.5制作茶點

這部分主要針對一些高品質(zhì)的茶樓會所而言的，在展示茶餐的同時，可以配以茶點的制作，讓顧客了解茶點的制作工具和材料。根據(jù)顧客個人所需，可以自由選擇茶點口味。茶食、茶點、茶菜深受顧客青睞，人們也更愿意參與到制作茶點的活動中，不僅豐富了各種茶點、茶食的種類，而且有助于促進我國茶葉行業(yè)的發(fā)展與進步。

4互動體驗

4.1營造場景

為了讓參觀者感受原滋原味的茶文化，茶博物館可以營造某些具有傳承意義的歷史場景，并體現(xiàn)出某個時期的風俗文化，從而提高茶博物館的展陳效果。比如：“藏族酥油茶”、“傣族烤茶”等茶文化展陳設計就是通過營造場景來表現(xiàn)風俗人情的，圍繞藏族、傣族的茶事活動來布置環(huán)境，包括制茶、品茶、茶藝等，就像符號化的藏族文字、語言、飾物，讓參與者融入到藏族的風俗文化中，通過工作人員的講解和指導，參與者可親自制作酥油茶，使用藏族禮儀，穿戴藏族服飾，在互動中刺激人們的視覺、聽覺、味覺、嗅覺等各感官。營造場景同樣要以“真實”為原則，本著科學、客觀、嚴肅的態(tài)度重構茶文化、茶歷史中的一切人、事、景。

4.2茶道與茶藝

在品茶中獲得心靈的啟迪、生命的感悟等，即為茶道?；顒又锌梢灾噩F(xiàn)古老的傳統(tǒng)茶道，也可以展示現(xiàn)代社會的茶道：布置場景、營造氛圍、擺設茶案器具，指導人們正確的奉茶姿態(tài)。茶道活動的全過程都在與參觀者互動，通過運用禮儀、動手培植等各個環(huán)節(jié)，提高人們的文化素養(yǎng)。茶藝的側(cè)重點在演示技藝，先由表演者表演、解說茶藝，人們學習怎樣通過茶藝泡出茶的色澤和香味，在互動環(huán)節(jié)，茶藝表演者可以讓人們親自沏炮龍井茶、烏龍茶，向人們介紹不同的朝代是怎么煮茶烹茶的，通過互動演示和交流，原滋原味的茶歷史、我國經(jīng)典的茶文化都將以動態(tài)的形式呈現(xiàn)給人們，這無疑是對我國非物質(zhì)文化遺產(chǎn)的最大保護。

5結束語

在“動態(tài)體驗”理念的指導下，茶文化的展示設計方式得以豐富和創(chuàng)新，給了參觀者嘆為觀止的視覺體驗。與常規(guī)的文物博物館相比，由于茶葉的可飲、可烹、可觸、可嗅，讓茶文化博物館的動態(tài)體驗展示設計更具有趣味性，相信在信息科技的支持下，不久的將來，還將有更加新奇的展示方式讓人們?nèi)ンw驗。

參考文獻

[1]樓亞思.情境中的動態(tài)體驗———析傳統(tǒng)戲劇文化于展示設計的價值[J].藝術與設計(理論),2010,06:53-55.

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[5]馮文博.數(shù)字技術下包裝設計發(fā)展特征探析[J].包裝工程,2014,06:5-7.

篇9

動態(tài)體驗展示設計強調(diào)的是體驗二字, 給參觀者生動、逼真、身臨其境之感, 讓人們對茶文化有更深層的感知和了解, 我們參觀茶文化博物館, 是否對立面的展示品有興趣, 很大程度上取決于視覺、聽覺、觸覺等感官的感知空間。目前茶文化博物館常用的動態(tài)體驗展示設計主要分為四種類型:虛擬空間、動態(tài)展示、手工操作、互動體驗。本文分別就以上四種類型的展示設計進行解析。

2 虛擬空間展示設計

在計算機技術的支持下, 創(chuàng)造出一個虛擬的場景或者空間, 繼而演繹某一歷史時期下的茶故事。虛擬空間大多是三維立體成像或者是立體電影的形式, 營造出形象逼真、栩栩如生的茶文化氛圍, 給參觀者無比新奇的身臨其境之感。

2.1 幻影成像

20多年前, 西方發(fā)達國家的許多公共場所都應用了幻影成像技術, 我國是最近幾年, 在新建的科技館、博物館中開始嘗試應用幻影成像。它是在幻影與實景造型相結合的基礎上, 把拍攝的人物、景色等投射在布景箱的主題模型景觀上, 最后影像通過半反光、半透明的玻璃與模型景觀融為一體, 在與參觀者的互動中, 演繹故事, 重現(xiàn)歷史?；糜俺上褡畲蟮奶厣侵庇^逼真、栩栩如生, 在聲音、視覺效果的渲染下, 能夠引起參與者的共鳴, 激發(fā)人們的內(nèi)心情感, 非常適合用來演繹茶文化的歷史故事。

比如:美國波士頓茶葉故事博物館 (Boston tea party museum) 通過成像模擬和交互設計重現(xiàn)了一場無比倫比的歷史場景參觀者置身于300多年前的商船模型中, 通過計算機技術投射人物光影, 在將茶葉融入大海的歡呼聲中, 所有參觀者一瞬間仿佛穿越到18世紀茶葉貿(mào)易壟斷的時期, 親眼見證了北美殖民地的人們奮起反抗英國殖民者。同樣, 中國的茶文化展示設計, 同樣可以利用幻影成像技術為參觀者重現(xiàn)真實的歷史事件, 比如時期用煙換茶葉、茶馬互市等, 從而給參觀者更加真實的感知和體驗。當然, 歷史事件的重現(xiàn)務必要真實客觀, 所有的場景、人物、故事都要經(jīng)過詳細考證, 絕不能杜撰。

2.2 茶數(shù)字博物館

當今時代, 數(shù)字無疑是最具有發(fā)展前景的信息技術, 數(shù)字化的茶博物館通過3D建模、虛擬現(xiàn)實等技術, 再配合動畫模型、人機交互等, 可以讓人們在任何地方、任何時間參觀存在于虛擬網(wǎng)絡世界中的博物館。數(shù)字化的茶博物館蘊藏信息之豐富、傳播信息之迅速、交流互動之便捷等一系列優(yōu)勢, 都是其它展示設計方式所無法比擬的, 它沒有時間、空間的限制, 在廣大茶文化愛好者與茶文化博物館之間搭建起良好的互動平臺。

3 動態(tài)展示與手工操作

3.1 茶動態(tài)模型

采用新媒體技術、物理原理等, 實現(xiàn)了靜態(tài)茶文化展覽品的動態(tài)化。比如:要向參觀者展示一個小型茶葉制作機械, 如果它是二維圖片, 給人的就是視覺感知;如果它是三維的茶葉制作機械, 那么給人的體驗就要比二維圖片豐富;假如這個機械是四維動態(tài)的, 那么給參觀者的視覺感知就更加豐富了。相比二維平面圖片和三維立體靜態(tài)的展示, 人們肯定更喜歡四維動態(tài)化的茶模型。又如:三沸示意模型的展示, 把一些氣體融入水中, 參觀者就會看到《茶經(jīng)五之煮》的一幕:如魚目微有聲為一沸、緣邊如涌泉連珠為二沸、騰波鼓浪為三沸。動態(tài)化的茶模型比靜態(tài)的墻展、圖片、資料陳列更加生動形象, 一沸、二沸、三沸之間的區(qū)別一目了然。

3.2 茶影像體驗

采用LED顯示屏、投影幕布等, 為參觀者動態(tài)展示茶具、茶葉、茶藝、茶道、茶知識、茶俗等。它的展示形式可以是短小精悍的微電影, 比如描述某一件茶事, 還可以是弧幕影院那種大視野, 給人強烈震撼的影片?？傊? 充分發(fā)揮茶影像技術的優(yōu)勢, 能夠開拓參與者的事業(yè), 讓人們對創(chuàng)新的茶科技有更深入的了解, 最終實現(xiàn)參與者和茶文化之間的良好互動。除此之外, 必定會有更加多元化的多媒體技術應用到茶文化的展示設計中, 茶文化的傳播途徑得以拓展。

3.3 采茶制茶

茶葉從茶園走進人們生活的過程, 就是采茶制茶的過程, 這也是茶文化中不可或缺的重要環(huán)節(jié)。參觀者對采茶制茶充滿了好奇, 比如:什么樣的茶葉既好看又好喝?雀舌、單芽、旗槍到底是什么形狀?茶葉的形狀也能制作出來嗎等等。茶博物館完全可以為參觀者提供一個可以親自采摘的茶園, 在工作人員的指導下, 讓人們了解工夫紅茶、鐵觀音、龍井茶等制作流程, 人們親身參與揉捻茶葉, 有更多的接觸茶葉的機會, 通過手工操作掌握茶葉的發(fā)酵、干燥工序等。如果場地有限, 茶博物館則可以提供簡單的扁擔、竹簍、微型揉捻機、炒鍋、炭火等采茶制茶的器具, 讓人們能夠參與其中。

3.4 壺藝作坊

有句話并非空談器為茶之父。茶文化的展示設計必然包括了茶壺, 茶博物館可以另辟一個制作紫砂壺、陶泥壺的空間, 比如:將一張木質(zhì)桌子擺放于大廳中間, 上面放一些紫砂、泥巴等, 以供參觀者動手體驗。陶藝壺的制作相對簡單, 它追求一種質(zhì)樸、稚拙感。紫砂壺的制作流程相對復雜, 需要圍桶身、敲擊泥片、捏塑壺蓋, 然后再加上壺把與壺嘴, 最后還要打磨到色澤光亮。

3.5 制作茶點

這部分主要針對一些高品質(zhì)的茶樓會所而言的, 在展示茶餐的同時, 可以配以茶點的制作, 讓顧客了解茶點的制作工具和材料。根據(jù)顧客個人所需, 可以自由選擇茶點口味。茶食、茶點、茶菜深受顧客青睞, 人們也更愿意參與到制作茶點的活動中, 不僅豐富了各種茶點、茶食的種類, 而且有助于促進我國茶葉行業(yè)的發(fā)展與進步。

4 互動體驗

4.1 營造場景

為了讓參觀者感受原滋原味的茶文化, 茶博物館可以營造某些具有傳承意義的歷史場景, 并體現(xiàn)出某個時期的風俗文化, 從而提高茶博物館的展陳效果。比如:藏族酥油茶、傣族烤茶等茶文化展陳設計就是通過營造場景來表現(xiàn)風俗人情的, 圍繞藏族、傣族的茶事活動來布置環(huán)境, 包括制茶、品茶、茶藝等, 就像符號化的藏族文字、語言、飾物, 讓參與者融入到藏族的風俗文化中, 通過工作人員的講解和指導, 參與者可親自制作酥油茶, 使用藏族禮儀, 穿戴藏族服飾, 在互動中刺激人們的視覺、聽覺、味覺、嗅覺等各感官。營造場景同樣要以真實為原則, 本著科學、客觀、嚴肅的態(tài)度重構茶文化、茶歷史中的一切人、事、景。

4.2 茶道與茶藝

在品茶中獲得心靈的啟迪、生命的感悟等, 即為茶道。活動中可以重現(xiàn)古老的傳統(tǒng)茶道, 也可以展示現(xiàn)代社會的茶道:布置場景、營造氛圍、擺設茶案器具, 指導人們正確的奉茶姿態(tài)。茶道活動的全過程都在與參觀者互動, 通過運用禮儀、動手培植等各個環(huán)節(jié), 提高人們的文化素養(yǎng)。茶藝的側(cè)重點在演示技藝, 先由表演者表演、解說茶藝, 人們學習怎樣通過茶藝泡出茶的色澤和香味, 在互動環(huán)節(jié), 茶藝表演者可以讓人們親自沏炮龍井茶、烏龍茶, 向人們介紹不同的朝代是怎么煮茶烹茶的, 通過互動演示和交流, 原滋原味的茶歷史、我國經(jīng)典的茶文化都將以動態(tài)的形式呈現(xiàn)給人們, 這無疑是對我國非物質(zhì)文化遺產(chǎn)的最大保護。

5 結束語

在動態(tài)體驗理念的指導下, 茶文化的展示設計方式得以豐富和創(chuàng)新, 給了參觀者嘆為觀止的視覺體驗。與常規(guī)的文物博物館相比, 由于茶葉的可飲、可烹、可觸、可嗅, 讓茶文化博物館的動態(tài)體驗展示設計更具有趣味性, 相信在信息科技的支持下, 不久的將來, 還將有更加新奇的展示方式讓人們?nèi)ンw驗。

參考文獻

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中圖分類號:TP3文獻標識碼:A文章編號:1671-7597(2009)1120025-01

關于不斷提高帶有半導體器件的電氣傳動及自動化控制設備的可靠性,一直是業(yè)界人士十分關心的問題。對此,國家有關部門根據(jù)我國現(xiàn)狀,提出了電控及自動化設備的可靠性測試方法,在現(xiàn)階段使用的測試試驗方法主要有:試驗室測試方法;保證試驗方法;現(xiàn)場測試方法。通過對電氣自動化控制設備可靠性的測試,可以指導設計和工藝的改進。

一、可靠性測試的主要方法

要取得電控及自動化設備的可靠性等征量定量地評價其水平,首先要決定一個測試方法,根據(jù)國家電控配電設備質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心提出的測試方法,當前常用的可靠性測試方法主要有以下幾種。

(一)試驗室測試方法。在試驗室內(nèi),用一種規(guī)定的可控的工作條件和環(huán)境條件,模擬現(xiàn)場的使用條件,使被測設備如同現(xiàn)場所遇到的環(huán)境應力進行試驗,將累計的時間和累計失效數(shù)等其它數(shù)據(jù)通過數(shù)理統(tǒng)計得到可靠性指標這是一種模擬可靠性試驗,這種試驗方法試驗條件易于控制所得數(shù)據(jù)質(zhì)量高所得試驗結果可以再現(xiàn),可以分析,但受試驗條件的限制很難得到與真實情況相對應的數(shù)據(jù),同時試驗費用昂貴,由于這種試驗一般都需要較多的試品,所以還要考慮到被試產(chǎn)品的生產(chǎn)批量與成本因素,因此這種試驗方法比較適用于大批量生產(chǎn)的產(chǎn)品。

(二)保證實驗方法。該方法是在產(chǎn)品出廠前將產(chǎn)品在規(guī)定條件下進行無故障的工作試驗,俗稱烤機,我們研究的電控設備通常由大量的元器件組成,它的故障模式是一種不以某幾種故障為主的,隨機的,多樣化的形式來顯現(xiàn)出來的,因此它的故障服從指數(shù)分布,也就是說它的失效率具有隨著時間變化的特性。我們在試驗室內(nèi)對出廠前的產(chǎn)品進行烤機,實際上就是對產(chǎn)品的早期失效進行測試考核,通過對產(chǎn)品的改進,使失效率達到某一項規(guī)定指標后再出廠。這項試驗主要是一種可靠性保證試驗,而且所需的時間長,對大量生產(chǎn)的產(chǎn)品來說,它只能用于設備的樣本,對小量,大系統(tǒng)生產(chǎn)的產(chǎn)品來說,它可用于所有產(chǎn)品。這種試驗方法對電路復雜,町靠性要求較高臺數(shù)又少的電控及自動化設備比較適用。

(三)現(xiàn)場測試方法。通過對設備在使用現(xiàn)場進行的可靠性測試記錄各種可靠性數(shù)據(jù),然后根據(jù)數(shù)理統(tǒng)計方法得出設備可靠性指標的一種方法。該方法的特點是試驗需要的試驗設備比較少,工作環(huán)境真實,其測試所得數(shù)據(jù)能真實反映產(chǎn)品,在實際使用情況下的可靠性,維護性等參數(shù),且需要的直接費用少,受試設備可以正常工作使用。不利之處是不能在受控的條件下進行試驗、外界影響因素繁雜,不可控,試驗條件的再現(xiàn)性比試驗室的再現(xiàn)性差。

現(xiàn)場測試分為三種情況:一種是在線測試,測試設備不停止運行;一種是停機測試,被測試設備停止運行;第三種為脫機測試,將被測部件從運行現(xiàn)場取出,放到專用的測試裝備上進行測試。從測試技術角度上說,后二者更容易進行各種測試;對于復雜系統(tǒng)來說,往往故障和問題需要在設備運行時才能發(fā)現(xiàn)和定位,必須進行在線測試。究竟采取哪種方式進行現(xiàn)場測試,取決于故障狀況和實際應用是否允許立即停機。

二、可靠性測試方法的選擇

如何選擇可靠性測試方法,可以從實踐場地、試驗環(huán)境、試驗產(chǎn)品、試驗測試程序等方面來推斷。

(一)試驗場地的選擇。場地的選擇原則,即如果要考核可靠性水平不低于某一指標時選擇最嚴酷的試驗場地,如果是為了測定正常使用條件下的可靠性水平,則應選擇工作環(huán)境最為典型的試驗場地,若為提供可靠的可比資料,則應選擇有相同或近似的試驗條件場地。

(二)試驗環(huán)境的選擇。由于電控產(chǎn)品的工況差異很大,選擇了非惡劣的場地,設備工作在一般應力下,以保證測試的客觀性。

(三)試驗產(chǎn)品的選擇。這方面的特點要有典型性。包含的品種也很多,造紙機電控設備、紡織機電控設備、礦井提升機電控設備。從性質(zhì)上講,產(chǎn)品屬性有大型設備、中小型設備。從工作運行情況看,既有連續(xù)運行設備又有間斷運行設備。

(四)測試程序及組織工作。試驗的測試程序:要有統(tǒng)一的試驗程序,如實驗起始結束時間,時間間隔的確定,數(shù)據(jù)的采集,各種性能指標的記錄,保障情況的記錄,故障的排除等,都應有規(guī)格規(guī)范,并由現(xiàn)場試驗人員嚴格執(zhí)行。以保證測試的準確性、可信性。試驗的組織工作:要有高效、嚴密的組織機構,對試驗數(shù)據(jù)收集、整理。對試驗人員的選定,試驗工作的協(xié)調(diào),試驗報告的分析,及至最后試驗結果的判斷工作,還要通過這個組織把現(xiàn)場工程師、可靠性設計工程師、制造工程師聯(lián)系在一起。其工作開展是通過組織的管理機構,對現(xiàn)場的測試進行全面管理,這樣會收到比較好的效果。

三、現(xiàn)場可靠性測試方法

現(xiàn)場可靠性測試方法是一種較為實用的測試方法,通過現(xiàn)場測試,可以收集數(shù)據(jù),對數(shù)據(jù)進行系統(tǒng)分析,得出故障工作時間,做為評估和制定考核指標的依據(jù)。

(一)現(xiàn)場可靠性測試目的。1.收集現(xiàn)場可靠性數(shù)據(jù),進行可靠性評估,為制定合理的町靠性考核指標提供依據(jù)。2.收集現(xiàn)場的可靠性數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)理統(tǒng)計后得到可靠性數(shù)據(jù)指標。3.收集設備上元器件的可靠性數(shù)據(jù),為今后元器件的使用提出可靠性指標。4.對設備的壽命特性進行考查,可幫助確定出廠時設備進行的烤機時間。5.收集現(xiàn)場的設備維修性數(shù)據(jù),進行維修性評估。

(二)現(xiàn)場可靠性試驗的條件。試驗方法首先要求設備生產(chǎn)廠管理制度比較完善,工藝條件比較穩(wěn)定和成熟,元器件進貨渠道比較正規(guī),制造的產(chǎn)品有品質(zhì)保證,對于用戶工廠,被測試設備的使用工廠,要求設備的工作條件符合產(chǎn)品的技術標準,最好是用戶使用的電控及自動化設備量比較多一些,以使統(tǒng)計的數(shù)字更為可靠。

(三)可靠性數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。依據(jù)收集到的可靠性數(shù)據(jù),按照點控設備可靠性指標體系的要求進行統(tǒng)計,計算有關可靠性特征,根據(jù)收集的數(shù)據(jù)通過統(tǒng)計計算表明,典型的國產(chǎn)電控及自動化設備的平均無故障工作時間。

四、結論