简述系统工程的理论基础范例(12篇)
简述系统工程的理论基础范文1篇1
摘要：“计算机导论”是计算机各专业本科的第一门专业基础课，它对后续课程学习的重要性是不言而喻的。针对近年来在大学计算机专业中开展的“计算机导论”课程的现状，结合自己的教学实践，本文就“计算机导论”的教学方式和方法做初步探讨。
关键词：计算机导论；教学内容；教学方法；计算学科；课程构建；导引
中图分类号：G642
文献标识码：B
1引言
“计算机导论”课程是计算机专业者要学习的一门非常重要的专业基础课，也是入门课。应该就学科特点、学科形态、历史渊源、发展变化、典型方法、学科知识组织结构和分类体系、各年级课程的重点，以及如何认识计算机科学，学好计算机科学等问题从科学哲学和高级科普的角度去回答学生的疑问，因而起到后续课程导引的作用，从而让学生对计算机系统有一个全面的初步了解，并为深入学习计算机学科的各专业课奠定“以全局指导局部”的基础。
但是计算机科学发展日新月异，新方法、新技术不断涌现。因此很难找到一本与时俱进的教材，既满足学生的理论课需求，又满足实践课需求。同时传统教学模式中有些内容已不适应新时期人才培养的要求，需要进行变革，针对上述情况，笔者对教学内容和教学方法等方面进行探讨自己的看法。
2存在问题
通过大三、大四学生调查，发现当问及你对计算机学科的体系结构怎么理解？80%的学生对此问题回答模棱两可，笔者对这种现状震惊了。相当一部分学生对计算科学缺乏比较全面的认识，科学思维能力、创新能力、工程知识、分析和解决实际问题的工作能力较差，一些学生经过四年的学习后还没有建立起一些专业学习的方法，甚至有些同学认为计算机专业学习就是熟练掌握电脑的基本操作，而对于一些理论方面的知识缺乏兴趣。这样必然导致学生在以后的专业学习和自我学习能力培养方面出现很大的障碍。究其以上情况，教与学的目前状况值得我们深思了。
鉴于存在以上的现象，诚然与学生本身的学习能力、态度、兴趣有关，但另一方面对“计算机算计导论”这门课程的内容、教学目标要求以及对教师的要求等都发起了挑战，如何解决这门入门课程对学生、后续课程的引导作用，是目前亟待解决的问题。
3教学目标
多年来，在计算机专业教育中，对该课程应达到怎样的教学目标问题一直没有定论，这也就给从事该课程教学的教师带来了一些难度和偏差。由于学生个体的差异，如对计算机的认识程度的不同，导致他们对该课程的需求、兴趣不同，因此就有可能在教学过程中增加或删减一些内容，而实际上，内容的增加或删减的根本原因就在于没有课程目标的约束。1989年1月，ACM攻关组在《ACM通讯》杂志上发表了计算教育史上具有里程碑意义的报告――《计算作为一门学科》，该报告明确要求《计算机导论》课程要以严密的方式将学生引入计算学科中各个富有挑战性的领域。2001年12月，ACM和IEEE-CS任务组提交的CC2001(ComputingCurricula2001)报告更进一步指出，该课程应能让学生了解计算学科中那些富有智慧的核心思想。我们从这个意义上出发来看，既然本课程是计算专业的最先开设的课程，它应该达到的目标是：(1)激发学生对学习计算机学科的兴趣；(2)充分展示计算领域能做什么，但不去深究怎么做；(3)能揭示计算领域的历史及其发展状况；(4)能培养学生学科全局观及随着学科的发展不断更新知识的意识；(5)能让学生了解该专业毕业生应具有的基本知识和技能，以及在该领域工作应有的职业道德和应遵守的法律准则。
4教学内容
近年来，虽然很多高等学校开设了“计算机导论”课，但要区别计算机科学与技术专业学生与非计算机专业学生在培养目标和方向上的不同，；还要明确课程内容设置目的，作为计算机方向的入门课程，应把握教学内容的深度和广度。按照“CCC2002教程”的描述，按照上述对内容的描述，“计算机导论”课程的内容可分为下列几大部分：
(1)计算机学科概述，包括学科的背景、发展历程、名称的来历等；
(2)对计算机硬件知识的描述，包括计算机的产生和发展，冯・诺伊曼结构计算机的基本组成，计算机的体系结构，计算机硬件技术的发展等；
(3)对软件知识的描述，包括软件的分类、程序设计的基础知识、面向对象程序设计的思想、算法与算法分析、数据结构与操作系统的基本知识、数据库和软件工程；
(4)对通信与网络知识的描述，主要介绍数据通信的基本概念和计算机网络的基本原理，包括网络的体系结构、数据通信的基本方法和网络协议以及网络系统的安全和管理知识；
(5)人与计算机，包括人机交互知识、人工智能技术的研究领域及取得的主要成果、人脑与电脑的关系；
(6)计算机和社会，包括计算机系统的应用、计算机专业与社会的关系、知识产权与职业道德等；
(7)学科的未来，在每一部分中穿插介绍计算机发展史上著名的事件、公司、人物、产品，我国计算机技术的发展历程，使学生全面了解本学科。
5教材选择
5.1适当补充新的信息
在课程内容的选择上，既要有基础性又必须有先进性。既然计算机导论是一门正规的基础课程，课程内容就不能带有随意性。课程的性质和目的也决定了不仅要向学生介绍计算机的感性知识，还要介绍计算机的理性知识，即要“领进门”，又要“送一程”，所以课程内容的基础性是十分重要的，这一部分内容应该相对稳定。但是计算机导论又是一门实践性极强的课程，由于计算机技术的发展和软件的更新换代十分迅速，如果授课内容陈旧、肤浅，不但学生会失去学习的兴趣，而且上机实习也会遇到障碍(找不到过时版本的软件)，所以课程内容必须“吐故纳新”，要适当介绍一些计算机技术的新知识和一些流行的优秀软件，使课程内容始终保持先进性。所以不仅教学大纲要不断修订，而且教材也要及时更新。
5.2防止两个倾向
在计算机导论课的内容选择上还要防止两个倾向:一个是过于简单，另一个是过于复杂。如果课程内容简单化，降低要求，就容易把这门课降格为社会上一般的计算机操作培训班。把计算机基础教育系列课程的第一门课程混同于计算机扫盲，是对该课程采取实用主义态度的结果，也是对课程性质和任务的一种误解。反之，如果课程内容复杂化，一再加码，就会把这门课提升到计算机原理课的水平，学生听不懂，吃了夹生饭，会给后续计算机专业课程的学习造成障碍，同样也会使学生对计算机的学习“望而却步”。
6教学方法的探讨
6.1教学融入“故事性、趣味性、启迪性”
“计算机导论”课程的教学会涉及到计算机科学发展的很多人和事物，如果将一味地将一些枯燥的知识简单的传授给学生，学生的接受能力和兴趣并不能达到理想的效果，把涉及到的专业术语知识等所关联的到人物事件讲述成一个个生动的故事，提高学生的学习兴趣，通过他们的成功与贡献来启迪我们的学生对计算机科学学习的兴趣，增强专业认识。比如讲到计算机体系结构时，就会提到冯诺依曼，他的人生经历，事件发展背景；讲到计算机网络时就会提到，美苏争霸等重大事件；比如讲到人工智能方面可以引出“深蓝大战”。这样集故事性、趣味性、启迪性结合古板的知识让学生充满兴趣开拓自己的知识面。
6.2直观的教学法
比如，当涉及到一些硬件知识时候，教师可以在课堂一边拿着一些硬件部件进行现场讲解。在做实验时，让学生亲自动手来实践课堂教学的理论知识，比如进行硬件组装，让学生通过真实地触摸硬件的元器件及产品来加深他们对知识的理解；再如，当讲到计算机网络的有关知识时，就可以到实验室去，让学生从专业的角度来学习网络，进行现场简单的认识网络的组成。这种感性的教学方法能带给学生直接的专业学习体验以及更新颖的感观认识。
6.3善用现代计算机多媒体技术教学法
采用这种技术不仅能使大一学生有了上课耳目一新的感觉，更重要的是它能在有限的课堂时间里带来更多的信息量：
(1)在讲到硬件的一些基础知识，可以用视频展现整个说要讲解的相关知识的视频过程。
(2)在讲解到操作系统等软件进行操作时，可以用视频展现操作系统的安装过程，然后再带学生进行实验室进行现场安装，进一步巩固课堂教学。
(3)在讲到一些抽象的基本原理时，如在讲解到CPU的工作原理时，可以用制作的Flash小动画展现CPU的工作原理。
6.4语言表述具体化
因为计算学科中抽象性的内容较多，所以教师在授课过程中，如果语言表述不通俗易懂的话，抽象性越高，学生会在刚刚了解一个内容的基础上，再尽全力去理解这晦涩的专业术语等抽象的表达，这样学生陷入一个恶性循环中，就会有云里雾里的感觉，听课效果肯定会受影响。
6.5精讲多练是授课的重要方法
计算机导论课的主要目的是培养学生使用计算机和利用计算机去解决实际问题的能力，以及培养学生的自学能力和较快接受新技术、新方法的能力。这些能力单靠课堂教学是培养不出来的，而要靠大量的上机实践。因此，计算机导论课应由“以教师为中心”向“在教师指导下学生主动学习为主”转移，正确的指导和大量的上机实践是学好这门课的基本保证。课程性质的定位也决定了必须采用精讲多练的授课形式。精讲应该是不得不讲时才讲。现代教育思想在强调学生是学习主体的同时并不忽视教师的主导作用。教师要精选重点和难点详细讲解，使刚入大学的新生在陌生的学习对象面前不至于束手无策，但也要给学生留有足够的时间和空间，使他们能够充分发挥学习的主动性和积极性。
6.6对授课教师的要求
“计算机导论”课程作为计算机专业学生的入门课程，内容广泛且与后续课程关系密切，因此讲授起来有一定难度，本课程要求教师必须站在学科的高度看问题，将复杂的、抽象的内容简单化、形象化，因此对教师的要求很高。“良好的开端是成功的一半”，但也有“万事开头难”，授课教师不仅要有极大的热情，能够带动学生的学习积极性，更要对本学科有全面了解，要变传统的知识型教学为研究型教学，选择适当的知识为载体，通过对知识点的讲授，让学生学会思维。这就需要教师自身先把知识“嚼出味儿”，然后再在课堂上使学生形成科学的思维习惯，掌握有效的学习方法。教师还应该根据自己所在学校对学生的培养目标定位、根据学生的特点，有机地组织和确定课程内容，把握教学计划的总体安排，强化能力培养的意识，使学生能通过对学科的理解和认知进入学科领域。
“计算机导论”课的每一个环节势必影响着计算机专业学生的后续知识的学习，这值得我们每一位从事这方面工作的人们去关注。
参考文献：
[1]中国计算机科学与技术学科教程2002研究组.中国计算机科学与技术学科教程2002[M].北京:清华大学出版社,2002.
简述系统工程的理论基础范文篇2
关键词：教学改革；《信号与系统》；民航设备；二次雷达；机务维修
中图分类号：G642.0文献标志码：A文章编号：1674-9324（2017）04-0110-02
一、引言
20世纪50年代，美国麻省理工学院MIT总结二次大战以来在通信、雷达和控制等领域广泛应用的基础理论，为大学本科生开设《信号与系统》课程。该课程以复杂的数学推导为基础，旨在利用数学工具来分析科学研究和实际应用过程中的问题。国际一流大学在本课程授课中，除了课堂讲授外，会安排很多时间给学生进行实验、讨论、交流，鼓励发现问题，并通过讨论的方式以使学生吃透概念。奥本海姆先生曾说过：“有些课程只是让学生不断的点头，而我们的讲课是让学生不断的思考”。国内众多高校开展了《信号与系统》精品课程的建设工作，主要包括教学视频、PPT及网络课程，同时以部分课后练习和模拟试卷辅助。此外，在《信号与系统》课程的教学中引入计算机模拟仿真软件（如MATLAB）来帮助学生完成数值计算、信号与系统分析的可视化建模及仿真调试，通过实例介绍和分析该软件在《信号与系统》课程教学中的具体应用是一个主要的教改方向。
中国民航大学承担着为我国民航事业培养专业型人才的重大任务，其中，电子电器类专业毕业生的就业主要面向民航机务。根据多年的教学经验发现，学生在学习的过程中更愿意关注与将来工作直接相关的问题，对于基础理论缺乏学习热情，尤其是部分数学基础相对薄弱的学生在面对《信号与系统》课程时往往存在厌学心理。因此在教学过程中，探索一种结合民航行业特色、更为有效的教学手段，使抽象的概念与民航实际应用相结合，提高学生的学习积极性，激发学生思考实际问题的能力是非常必要的。考虑到民航设备一般造价都很高、体积大的特点，让所有学生在学习阶段直接长时间接触民航设备不太现实。
基于上述原因，本文拟结合民航具体的二次雷达设备，设计一套模拟演示系统，通过该系统向学生阐述《信号与系统》课程中所涉及的基本概念，使得学生能够在较短的时间内对信号和系统两方面内容所研究对象的描述方式、物理意义及系统的分析方式有深刻的理解。一方面可配合理论讲解进行课堂演示，另一方面系统代码是开放的，学生可通过对代码的修改进一步将所学知识融会贯通，提高学习的积极性。
二、教学环节设计列举
二次雷达通过地面询问机发射询问信号，机载应答机接收到询问信号后根据所询问的内容产生一定的应答信号来完成监视任务，因此二次雷达的工作过程与一般通信系统的工作过程类似。本节通过对航管二次雷达系统进行模拟，该系统从基带信号建模及系统建模开始，研究分析并模拟出经过航管二次雷达各单元模块后的信号表达式及波形，并考虑将这些信号通过傅里叶变换转换至频域，使得学生在学习的过程中能更明确时域和频域的特点，通过对比学习的方法，以加深对知识的理解。
首先简单介绍二次雷达工作原理及信号流程。这里，以询问信号的产生到被接收的整个过程为例，展开讨论，其中包含模数转换、调制、传输和解调。鉴于学《信号与系统》课程的学生一般还没有学习通信原理等课程，因此拟在描述中进行一些必要的简化。比如对于模数转化，只考虑离散化采样的过程，用这一过程来描述采样定理的内容；从信号被发射到被接收的过程，若考虑自由空间传播，无噪声影响，只存在时延和衰减，因此这一过程可用来描述无失真传输系统等。下面列举几个模块来加以具体说明。
1.信号的描述与运算，主要通过对二次雷达发射基带信号的建模与仿真来向学生展示信号的数学描述和波形描述两种形式。此外，二次雷达发射的询问信号包含三个脉冲信号，可通过用基本脉冲信号来构造该发射信号的方式来阐述信号的基本运算：加减、乘除、反转、平移及尺度变换，使得学生将数学表达式与有实际物理意义的随时间变化的信号联系起来，将基本的数学运算与信号运算结合起来，深刻理解各种运算对信号的“作用”。更进一步的，如何根据已有的典型信号通过运算得到所需要的信号。
2.调制原理。调制原理是《信号与系统》课程中一个非常重要的知识点，也是非基带传输系统所不可缺少的一个步骤，这里拟通过对航管雷达的调制模块的仿真来向学生更直观地展示调制原理。航管二次雷达发射的询问信号为幅度调制，通过对基带信号的数学模型与载波信号相乘的过程实现调制，通过对调制前后信号的时域波形及频谱分析，使得学生对调制过程有更深刻的认识。
3.采样定理。通过对航管雷达发射机的A/D变换的模拟来阐述采样定理，通过对基带时域信号与频谱的分析来研究过采样、欠采样以及以奈奎斯特采样频率进行采样对信号恢复的影响，使学生明确采样定理的实际意义，为以后课程设计及日后的工作奠定非常必要的理论基础。
4.无失真传输系统。无失真系统是《信号与系统》课程中介绍的一个具有代表性的实际系统，无失真系统的传输条件、系统的单位冲激响应形式相对较简单，但由于学生缺乏将系统响应的数学表达式与具体的实际系统联系起来的思维，因此将通过模拟理想情况下航管雷达的从发射到接收的过程，这可理解为发射的雷达信号在自由空间中传播的过程中经过了一定的时延和衰减到达接收端，这正是一个实际存在的理想无失真传输系统，然而实际中，由于信号在传播过程中会被杂波及干扰所影响。另外，由于实际电路器件的非线性特性，会对信号不同频率成分的衰减或放大的倍数不同，这就导致发射接收系统存在失真，通过对无失真及有失真的输出信号分析来阐述无失真传输系统的条件。
5.演示平台设计及实现。上述各功能模块对于学生理解课程中所涉及到的基本概念具有深刻的意义，如何将各模块子系统联系起来构成一个可模拟航管雷达整个工作的完整系统，可以使学生更深刻的理解实际系统的复杂性，并可使学生明白日后学习工作中如何将一个复杂的系统划分成不同的子系统，并且可进一步研究分析各子系统对整体系统功能的影响，因此，设计实现整个航管二次雷达的模拟演示系统具有重要的意义。
我们所设计仿真的系统的简单界面，通过点选系统框图中的不同部分，便可演示该部分的输出信号及其频谱。该演示系统还模拟仿真了二次雷达机载应答机接收到询问信号后对其处理的过程，这涉及到信号的解调等处理。此外，还模拟仿真了二次雷达的应答过程等，拟通过这样一个与民航直接相关的系统来激励学生的学习兴趣，将理论与实际相结合，加深对基本知识点的掌握。
三、结语
通过对民航二次雷达信号及系统的模拟仿真，注重物理概念的培养，使得学生正确认识了这门课程，掌握了这门课程的学习方法，清楚该课程在日后学习工作中的地位。此外，通过理论结合实际，激发了学生的学习兴趣，这将在一定程度上克服部分学生因为数学功底薄弱而放弃该课程学习的念头。
参考文献：
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[2]许波，陈晓平，姬伟，毛彦欣.“信号与系统”课程教学改革思考与实践[J].电气电子教学学报，2008，（01）：8-10.
[3]金波.基于Matlab的“信号与系统”实验演示系统[J].实验技术与管理，2010，（12）：104-107.
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[5]庄跃迁.二次雷达基带视频信号处理的算法和实现[D].电子科技大学，2007.
[6]孙国华，陈国发.二次雷达信号模拟器的设计[J].雷达与对抗，1999，（03）：6-9.
TeachingReformfortheCourseof"SignalsandSystems"BasedontheCharacteristicofCivilAviation
JIAQiong-qiong，WANGLu，CHENWan-tong
（CollegeofElectronicInformationandAutomation，CivilAviationUniversityofChina，Tianjin300300，China）
简述系统工程的理论基础范文篇3
关键词：发展前景计量基础检测体系
想要完全的掌握一门技术或是了解一门学科，最主要的就是要对它有准确的理解，正所谓知己知彼，百战百胜。而想要发展好一个企业，更是应该如此。就拿石油企业来说，强化计量基础，完善检测体系是最主要的宗旨，那么就要详尽的了解一切关于石油计量、检测的相关内容。而本文将会对完善计量体系合格的重要性、方法及其关键作出阐述。以下就是对于强化计量基础，完善检测体系的具体论述。
一、发展应用前景
1.众所周知，强化计量基础，完善检测体系的最成功应用就是用于石油企业，这也是见效最快的一个案例。说到这，不得不提的就是石油的发展，就拿中国来说吧，石油企业是比较重要的一个工业部门，其包括的工种就有数几种，比如石油勘探、储运、开发等部门，都是在整个环节中很重要不能少的部门。根据最新的资料显示，就单单中国石油天然气总公司的职工就多达将近1100多万，是一个庞大的组织。而且每年所产的石油产量高达1.4多亿，每年所缴纳的税款也是一笔很大的数目，根据最新的排行，可以位居全国前三名。这样庞大的人员数目，石油产量和价值总和，如果没有一套完善的体系是很难支撑起来的。因此，强化计量基础，完善检测体系便成了最为重要的政策和宗旨，它可以保障石油行业甚至是其它行业的高速发展和可持续发展。
2.强化计量基础，完善检测体系的正确运用和坚持实行，在一定程度上起了推波助澜的作用，实现了石油企业和很多相关企业的经济效益和可持续发展，同时，也带动了企业或是国家的进步，减少了大量的损失，可以说是只要强化计量基础，完善检测体系，就会有很大的发展前景。
二、计量和检测的概念和运用
1.简单的了解计量和检测的应用和前景只是其中的一部分，更重要的还是真正掌握计量和检测的方法。根据相关的书籍，不难得出计量检测的关键之处：那就是建立合格的文件化体系。简单来说，计量和检测的应用就是为了满足广大的顾客或是组织需求的相关的一系列有系统的，可以相互作用和相互监督的技术、法制或是管理的文件。一个有效的严谨的计量检测系统是必须要保证所用的测量设备和测量的种种过程，以及其中出现的任何问题都满足顾客和组织的预期用途。并且任何的企业，都要有完善的计量检测体系，这也是国家相关的质量监督检验站对于广大企业的明确要求，凡是上市的企业，都必须具有这一套体系。而且，这一套完备的计量检测体系都是有很明确的目标的，它必须要确保该企业或是该组织具有与它实力相当的计量检测能力，并且可以自己承担企业在运行过程中所产生的影响正常的生产活动或是经济效益的一系列不能准确测量和记录结果的风险。自从2003年以来，为了进一步的提高相关企业或是国家的计量检测水平，制定了一系列新得规范标准，目的就是在于能够更好的和国际接轨。通过以上的论述，可以明确的看出计量和检测对于一个企业组织，甚至是国家的重要作用。
2.分析了计量检测的基本概念，接下来的怎样实行计量检测就显得更为关键了。完备的计量和检测系统针对的并不是一个行业，大多数的企业都可以制定适合自己的方案。以下本文将会针对21世纪最受人关注的石油话题来进行详细的讲解。首先来讲解一下关于计量的准确使用，众所周知，石油在日常的工作测量中需要用到的物品很多，比如秒表、钢卷尺、计量器等等，看似简单，但是每一件所测量出来的结果都要经过计算机数据库的管理系统，任何一项都必须达到无比的精准。在计量的时候，要建立相应的身份证，它所包含的启用时间、测量时间、生产周期、生产厂家、能够使用的状态等等的讯息都可以在计算机相应的窗口中查询得到，这样不仅方便直观，而且达到了高度的校对性，一旦有问题出现，可以在第一时间内进行修改，避免了资源的二次浪费和节省了大量的时间。在计量的过程中有一个非常重要的原则，就是实行普遍三种级别管理，一共分为A、B、C三个级别，级别A就作为重点的管理对象，它的法制要求和精准度都要是最高的，从而起到决定性的引导作用。级别B则发挥一般的作用，用于周期的检测，作为一般的要求进行管理。C类则是监视类的仪表，采取自行的校对。这三种级别的原则不存在谁大谁小，却是缺一不可的，它们相互辅助相互监督，实现管理与预期效果的高度统一。以上的论述，就是对于计量和检测系统的具体介绍。
三、对于企业和相关组织的重要性
1.通过上述的阐述，大家都基本上了解了强化计量基础，完善检测体系的重要性，下面的内容就会全面的介绍它对企业的重要性具体体现在哪里以及如何提高计量检测水平，带动企业的快速发展。计量和检测是提高企业产品质量的有利保证，同时也关系到一个组织的发展和生存。任何一切的产品质量都是要用数据来体现的，假如企业使用的计量和检测不符合标准，就会导致压力表的不准确度，从而影响产品的质量。如果说没有完备的计量检测体系，产品的质量就无法得到保证，企业也就没有它的立足之地了。所以准确的计量代表着一个企业的信誉和管理体系的完备程度。用一句简单的话说就是没有计量检测的准确性，就没有产品的质量和企业的未来发展。
2.知道了计量检测对于企业的重要性，那么怎么提高它的质量和水平也就成为了重中之重。要想发展的好，走在世界的前列，就要重视计量检测的管理制度，制定适合自己和完备的制度。在这里，为大家分析出了几点具体的做法，首先要提高相应的意识，投入大量的教育和实践。其次要责任落实到个人，提高团队的整体责任感。其次要制定严谨的计量检测制度，严格按照要求来。最后要做好定期的检查和审核。其实，具体的做法应该要落实到企业，具体情况具体而定，但以上所论述的是很严谨的一般做法，适用于大多数的组织。
四、结语
通过以上的种种论述，我们不难看出强化计量基础，完善检测体系对于一个企业或是国家的重要意义。计量检测是一个简单而又严谨的工作，在某一程度上，它所体现出来的是一个国家的现代化和新兴行业的发展水平。本文就是要更好的告诉大家，随着社会的进步，经济的繁荣发展，任何企业都要依据自己的实际情况制定严谨、实用并且科学的计量检测体系，相信只有这样，才会使得一个组织或是国家立于世界的不败之地，自信地迎接一切风险和挑战。
参考文献
[1]武华.如何做好计量检测工作[J].石油企业.2010（1）.
简述系统工程的理论基础范文篇4
[关键词]推断统计；连续型随机变量；密度函数；面积；区间估计；抽样误差
[DOI]1013939/jcnkizgsc201614142
1背景
现代商务统计是搜集、整理、分析现代商务活动信息资料的理论和方法。这些理论和方法主要包含在描述统计和推断统计中。
希望通过本课程的学习，使学生对统计学的学科体系有一个全面的认识，为学习后续课程作好铺垫；能明确理解统计这个认识工具的特点、作用；弄懂各种概念、范畴等基本知识；会分析社会经济现象和现代商业事务的一些具体事例；在今后的工作中，能将统计学的知识贯穿其中。
对于推断统计部分的学习，数学基础薄弱的商科学生往往感到困难，其原因大致有这么几点：概率统计知识基础不扎实或者没有先修概率统计课程；推断统计中的一些结论、公式的推导抽象；推断统计中的一些思想理解不透彻；推断统计结果不会解读。
讲授《商务统计》的主要精力放在知识和应用的结合上，目的是更有效地阐述统计学特有的方法论和解释数据的能力。根据经管类学生的数理基础较薄弱的特点，应重于统计学的通识教育，侧重讲思想、原则和基本计算，不追求严谨，内容上删繁求简。
上述区间是在具体的一次抽样下得到的，若这样的抽样重复抽取100次，就得到100个具体的置信区间，则在这100个置信区间中有95个包含待估参数μ。
参考文献：
[1]张俊妮数据挖掘与应用[M].北京：北京大学出版社，2009
[2]王汉生应用商务统计分析[M].北京：北京大学出版社，2008
[3]雷奥奇・卡塞拉，罗杰L贝耶统计推断[M].2版北京：机械工业出版社，2002
简述系统工程的理论基础范文篇5
其实牛顿用力和物质给出世界图景的方式并不是惟一的，不同于牛顿的质点和机械力学说，莱布尼兹力图超越牛顿物理中的力和物质实体的描述，其提出的形而上学式的单子论更倾向于主客体融合，以今天的视角看来是更为合理的信息宇宙实体概念，逐步形成了莱布尼兹-罗素逻辑计算传统，可以说它是另一条物理学传统。可以有效地克服上述原子论的物质和力实体的困境，可惜300年来并没有引起足够的重视，它的光芒被顺应了工业革命潮流的牛顿力学的近现代科学大大掩盖了[3]。近年来，近现代科学遭遇到的挑战正使情况发生改变，人们开始重新审视世界的图景。热力学的兴起是一个转折点，爱因斯坦将熵理论在科学中的地位概述为：熵理论对于整个科学来说是第一大法则，指出熵理论是科学定理的培养基。由于熵紧密联系着信息，这相当于肯定了信息对认识世界图像的重要性。诺贝尔物理学奖得主Gerard'tHooft指出物理的下一次大突破或许来自信息理论，而不是量子力学或相对论[2]。近年来，JohnAWheeler、LeeSmolin等人意识到熵原理是宇宙第一法则”可提升为一切来自比特”，也等价于宇宙就是一台计算机”，也等价于信息原理是宇宙第一法则”[4]。这些事实表明，我们对世界的看法需要从信息角度来进行，回答以物质和力为基础的现代科学在客观与主观、物质与精神、唯物与唯心、可逆与不可逆、生命与非生命、G?del不完备性等一系列根本问题上所遭遇到的根本性挑战。
本文进一步指出，信息/熵是比质点、物质、力、引力更重要的物理实在，通过信息/熵可以了解力、引力、量子等。换句话说，信息/熵是本质，力是表象，力起源于信息/熵。从某种程度上说，信息/熵即量子引力作用，量子即信息。因此本文立足于更本质的广义信息，以一种全新的视角看我们的世界，给出了描述我们这个世界的一种新框架，可以贯通物理、化学、生物、生态、经济、社会、心理等分支，实现客观与主观、物质与精神、唯物与唯心、可逆与不可逆、生命与非生命等的统一。本文最后给出该新框架在复杂生态系统中的应用案例。
2一个唯信息论的理论模型
2.1近现代物理学的理论模型
近现代物理学以小球（质点或场）为对象，坚持先有物质、后有联系的原则，在简单动力学因果（力学的、可还原的、对称的、单调的）下，定义质点、惯性系、运动、力（场）、时空，得到了牛顿力学方程或哈密顿力学方程。
形成了从牛顿力学、电磁场理论、平衡统计力学、相对论到量子力学的近现代物理学的理论框架，论述了物质、时空、运动、力等大千世界的可逆的、确定的物理运动现象。这种基于简单动力学因果的法则导致了力、运动、物质（或能量）的还原性和客观性，也即式（1）有如下特征：牛顿力学方程必须基于惯性系；能量或哈密顿函数H是可积的；刘维算符L具有正则性和厄米性。于是世界便是物质（或能量）在力的作用下运动或转化，因此便有了世界除了运动的物质或物质运动以外，什么都没有”的图像。这种图像看似很合理，但似乎还有不少东西（如主观、精神、心智、不可逆、有机性、活力、生命等）没法包含进来，因此也会有上帝第一推动的困惑。
确实，由于简单的物理运动还属于比较低等的运动现象，大千世界还有许多更高级、更复杂的运动现象，因此，在物理学的前沿领域，则进一步兴起了系统科学、非线性科学、自组织理论、非平衡统计力学、复杂性科学等，它们主要以式（1）所示的微观动力学为基础，引入粗粒化、新概率因果或其它假设，形成以经典熵/信息为核心的统计力学，实现从微观可逆动力学、中观动理学到宏观非线性偏微分方程的推演，从而研究生命、秩序、心智、文明、进化等更高级、更复杂的世间万象。显然，这种思路仍是基于物理学的还原逻辑，具体说来就是，以近现代物理学的可逆动力学为基础，要么是像非线性科学那样在可逆的动力学基础上加入非线性作用，要么是像自组织理论和统计力学那样人为地引入了粗粒化和新概率因果假设，要么像系统科学和复杂性科学那样人为地假设组元间的复杂作用规则，从而实现对生命、秩序、心智、文明、进化等复杂世间万象的形成机理的分析。不可否认，这种思路取得的成就是巨大的，目前也是科学界的研究主流。但显然，近现代物理学中所谓的质点、物质、惯性系、运动、力（场）、时空都是一种简化，是一种实用主义的唯物观，描述了一个客观的、简单的、可逆的、确定的机械唯物的世界，以其揭示宇宙的简单物质性方面是足够的，但进一步以其为出发点研究宇宙的生命、秩序、心智、文明、进化等复杂世间万象方面有先天的固疾。其实在力的起源上牛顿必须求助于上帝的第一推动时已揭示了这种固疾确实是先天存在，今天现代科学在许多前沿问题如四种力统一、宇宙奇点、客观与主观、物质与精神、唯物与唯心、可逆与不可逆、生命与非生命、G?del不完备性等一系列根本问题上的大量困惑只是具体表现，它们只是让这种科学根基的先天固疾昭然若揭而已。所以总体来说近现代科学的唯物论正遭遇到重大挑战，必须从根源入手探讨修正方法。
2.2一个唯信息论的理论模型
我们把自然实在看成生成性网络（整体），大自然是个整体，对大自然来说，是先有联系（信息），后有物质，生成性网络的联系、信息创生万物。换句话说，对自然来说，信息是比物质和力更根本的本体，可以用一种以信息为本体的唯信息论去取代以物质和力为本体的近现代科学的唯物论。
当然以信息为基础建立物理学并不是一个陌生的概念[5]。300多年前，莱布尼兹就有了从信息出发建立力学的思想。自上世纪50年代以来，学术界已在热力学的基础上发展起了信息熵的概念。近年来，量子信息的出现，信息概念开始融入量子力学研究，为理解量子物理学的基础问题提供了一个新的途径，量子信息和量子计算对整个社会的信息格局有巨大的冲击。最近，不少著名物理学家如JohnAWheeler和LeeSmolin等意识到，对整体网络这样的研究对象，应坚持先有整体网络结点的物理过程之间的信息交换、后有场和时空的观点[4]。现有不少研究也暗示，很可能是先有表征正如现代科学自身逻辑揭示出的黑洞视界熵、确定性混沌、彭加勒共振、量子测量坍塌之类的整体论的信息、或全息原理，后有力/量子引力[2]。一句话，我们需要直接从整体网络中提炼信息概念，重新诠释力、时空和动力学等概念。如目前Frieden利用Fisher信息重构了物理学，也有人从量子信息角度理解重力[2]。这些研究确实是试图从反映整体网络的信息/熵角度修正牛顿力（能量函数、哈密顿函数或作用量函数）、时空观和动力学，提出新的物理学方程，从而尝试重建物理学[6-7]。
不过，总体上，这些信息概念起源于经典熵，仍基于物理学的还原逻辑，对本原的整体性和有机性理解是不充分的；这种信息熵概念是狭义的，不具有本体论的意义，仍是附属于物质上的派生品而已，没有从根本上替代力和物质实体，也仅限于用在通讯等技术和数据统计领域而已。遗憾的是，目前几乎所有的信息熵概念都是以其为基础的。因此，不难理解，以其为基础来重建物理学是不可能成功的。
广义信息熵及其最大化原理会导致涌现出有序结构，实际上是产生沿λk>0模式的最小流动阻力或最大流量的流动（即形成特定构形或流动）。直观看来，由于组元xi的不断时空演化，对应的网络前峰就不断在以最小阻力的形式流动并持续变形，就像一团流体，从而导致复杂系统结构的演化。因此，一个复杂开放系统结构的演化实际上就是生成性网络或一团流体（或气）在时空上以最小流动阻力或最大流方式的蔓延，条件允许，其往往会形成发展层次分形结构。这是一幅生动的宇宙图像：物质、时空、生命、活力、社会、组织、秩序等，该图像可给出牛顿式的物质世界图像（最简单的、最低层次的图像），也可给出引力理论和量子理论给出的图像，也是系统科学、非线性科学、自组织理论、复杂性科学、统计力学给出的图像。它可以看做是这个有机自然的图像。
显然，通过定义ρJ及MFP这种方式就产生和构造了力和时空，即在图2的网络上由不断的信息操作（多样化的、复杂的、内置的、非对称或更高级对称的联系）这种全新的因果关系而产生流动的、进化的、稳定的、公用的序结构，这种结构的出现不仅就是我们感受到的物质、时空、运动、力等物理现象的起源，也是生命、秩序、心智、意识、文明、进化等世间万象的起源。而MFP揭示了信息熵最大原理正是产生流动的、进化的和稳定的结构，从而产生物质、时空、运动、力、生命、秩序、心智、意识、文明、进化等世间万象的调控法则。上述体系相当于找到现代物理学的深层次基础。相对论力学认为，没有万有引力，只有时空弯曲。现在则可以这样表达，没有万有引力，只有最大化的广义流或信息传递，万有引力是最大化的广义流或信息传递的结果。时空、物质、力、量子、生命、意识、社会、进化等也是最大化的广义流或信息传递的结果。
信息、认知是产生一切的终级理由，这就是终级解释，所以进一步地追问终结原因是不必要的。其实作为一种哲学和科学的根本信念，或者说一种假设，是无法基于逻辑推理加以论证的。
如上所述，在现有的现代科学逻辑中实现从物质到生命这样大跨度的贯通，必须基于以牛顿力学为基础、以经典熵/信息为核心的统计力学，从微观可逆动力学、中观动理学到宏观非线性偏微分方程，令人困惑的粗粒化和新概率因果假设不可少。本文则改变力和物质的思维方式，引入新本原，这不仅可描述物理学现象，也可与生命、意识现象等贯通起来。与现有系统科学、非线性科学、自组织理论、非平衡统计力学、复杂性科学等的研究思路有根本的不同。
3唯信息论新模型在生态系统中的应用
生态系统作为由大量组元组成的典型复杂开放系统，其演化动力学是当前学术界的研究热点和难点。生态系统不同于以力和原子概念为主导的经典力学体系，而是一个以熵和信息概念为主导的非平衡热力学和统计力学系统，因此，上述的唯信息论的新模型可以在研究生态系统的演化中得到良好的应用。
以位于日光城”拉萨市的拉鲁湿地为例，该湿地是目前青藏高原上受人类活动影响，生态环境和结构发生重大变化较为典型的生态系统之一。60年代以前，该湿地面积曾有数十万平方公里，生态环境良好，生物多样性丰富。然而，70年代后期以来，频繁的人类活动导致了拉鲁湿地生态系统的退化，严重地破坏了当地的生态环境。因此必须从湿地形成的机理上寻找原因，分析湿地结构形成的影响因素，从机理抓起，从而来治理高原湿地。分析其原因，主要是人类活动的影响。自20世纪80年代中期在湿地东北面娘热沟、夺底沟山角下相继建立的一些采矿场和1990年修建的一江两河”农业灌溉引水渠对湿地积水状况影响最为显著。同时，1990年后修建的一条长7.3km，宽3-5m，自东向西横穿湿地而过的拉萨中干渠，因渠底低于湿地地面高程1-2m，湿地中60％的积水和地下水通过该渠排走，因而湿地地势相对较高的东面就逐步成为了季节性积水或无积水的地带。虽然夏季雨季开始后，上涨的河水可冲越抬升的河床增大湿地积水覆盖面积，但湍急的河水所挟带的大量泥沙已致使北面河水入口处约有6.7-13hm的湿地被沙化。同时，随着城市建设的加快发展，又有一些单位和个人进驻湿地，开展旅游项目和进行无规则放牧，对该湿地和拉萨市的生态环境造成严重威胁，进一步加速了湿地退化的进程。
从广义信息熵最大的角度来说，各种条件自始至终都影响着湿地生态系统中组元的变化，从而影响湿地生态系统中结构的形成，或者说，生态系统中的组元会通过信息的传递，极力去争取最大广义信息熵，协调发展形成新的食物链网络从而适应新的环境要求。在外部条件的影响下，湿地生态系统会突然失稳、结构发生突变，这就可能造成湿地生态系统向退化的方向发展。延伸阅读：农业田间信息技术的应用
2000年湿地生态结构模式和1990年的湿地生态结构模式比较接近，说明自1990年后湿地的生态结构模式又逐渐的稳定下来，湿地生态结构没有发生太大的变化，湿地的衰退现象得到了一定的抑制，究其原因，是人们为了留住拉鲁湿地这片独特的高原内陆湿地生态系统，做了很多有效的保护工作。通过这些保护工作，鸟类，鱼类的数量减少趋势得到了控制，湿地芦苇、藏青苔草的生物量开始逐渐的增加。此期间的湿地生态系统中，人类的对外部环境的干预增强了关键物种从外界获取环境流的能力，物种通过竞争和协作，物种之间形成某种联系，从而组成新的自然生态网络；这种有序结构的形成增强了物种抵御外界干扰的能力，保持了系统的稳定性，有利于湿地生态的发展。
4结语
本文的理论内核是信息生成万物，自然界多样化的现象可以看成是网络上信息的动态演绎过程（动力学原理就是MFP）。从无到有、从无序到有序、从简单到复杂、从无生命到有生命、从低等到高等、从物质到意识等，都可以看成是这团网络流体的流变形态的进化而已。过去，以物质为核心的近现代科学，在揭示宇宙的简单物质性方面是相当成功的，但在研究宇宙的生命、秩序、心智、文明、进化等复杂的、高级的世间万象方面遭遇到了客观与主观、物质与精神、唯物与唯心、可逆与不可逆、生命与非生命、Gdel不完备性等一系列根本问题的挑战。本文提倡用信息本体取代近现代科学中的物质和力（或场）的本体，用信息论来解释现有的物理定律，重新看所谓的客观世界，许多挑战性疑难都可得到一定程度的解决。
另外，从实用方面看，本文的基于信息论的新物理学模型得到了对称破缺的力学方程，可以应用到物理、化学、生物、生态、经济、社会、心理等不同学科，描述结构、组织、生命、社会等复杂系统展示的现象。以拉鲁湿地复杂生态系统为例，本文的方法清晰地给出了生态系统结构的演化规律，论述了一个具有严格理论基础的完整分析复杂系统的模型，说明新的理论模型可以很好地应用到实际研究当中。
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[7]StonierT.Informationandmeaning:anevolutionaryperspective[M].London:Springer,1997,p1-5.
简述系统工程的理论基础范文
关键词：机械产品；方案设计方法；发展趋势
引言
科学技术的飞速发展，产品功能要求的日益增多，复杂性增加，寿命期缩短，更新换代速度加快。然而，产品的设计，尤其是机械产品方案的设计手段，则显得力不从心，跟不上时代发展的需要。目前，计算机辅助产品的设计绘图、设计计算、加工制造、生产规划已得到了比较广泛和深入的研究，并初见成效，而产品开发初期方案的计算机辅助设计却远远不能满足设计的需要。为此，作者在阅读了大量文献的基础上，概括总结了国内外设计学者进行方案设计时采用的方法，并讨论了各种方法之间的有机联系和机械产品方案设计计算机实现的发展趋势。
根据目前国内外设计学者进行机械产品方案设计所用方法的主要特征，可以将方案的现代设计方法概括为下述四大类型。
1、系统化设计方法
系统化设计方法的主要特点是：将设计看成由若干个设计要素组成的一个系统，每个设计要素具有独立性，各个要素间存在着有机的联系，并具有层次性，所有的设计要素结合后，即可实现设计系统所需完成的任务。
系统化设计思想于70年代由德国学者pahl和beitz教授提出，他们以系统理论为基础，制订了设计的一般模式，倡导设计工作应具备条理性。德国工程师协会在这一设计思想的基础上，制订出标准vdi2221“技术系统和产品的开发设计方法。
制定的机械产品方案设计进程模式，基本上沿用了德国标准vdi2221的设计方式。除此之外，我国许多设计学者在进行产品方案设计时还借鉴和引用了其他发达国家的系统化设计思想，其中具有代表性的是：
(1)将用户需求作为产品功能特征构思、结构设计和零件设计、工艺规划、作业控制等的基础，从产品开发的宏观过程出发，利用质量功能布置方法，系统地将用户需求信息合理而有效地转换为产品开发各阶段的技术目标和作业控制规程的方法。
(2)将产品看作有机体层次上的生命系统，并借助于生命系统理论，把产品的设计过程划分成功能需求层次、实现功能要求的概念层次和产品的具体设计层次。同时采用了生命系统图符抽象地表达产品的功能要求，形成产品功能系统结构。
(3)将机械设计中系统科学的应用归纳为两个基本问题：一是把要设计的产品作为一个系统处理，最佳地确定其组成部分(单元)及其相互关系；二是将产品设计过程看成一个系统，根据设计目标，正确、合理地确定设计中各个方面的工作和各个不同的设计阶段。
由于每个设计者研究问题的角度以及考虑问题的侧重点不同，进行方案设计时采用的具体研究方法亦存在差异。下面介绍一些具有代表性的系统化设计方法。
1.1设计元素法
用五个设计元素(功能、效应、效应载体、形状元素和表面参数)描述“产品解”，认为一个产品的五个设计元素值确定之后，产品的所有特征和特征值即已确定。我国亦有设计学者采用了类似方法描述产品的原理解。
1.2图形建模法
研制的“设计分析和引导系统”kaleit，用层次清楚的图形描述出产品的功能结构及其相关的抽象信息，实现了系统结构、功能关系的图形化建模，以及功能层之间的联接。
将设计划分成辅助方法和信息交换两个方面，利用nijssen信息分析方法可以采用图形符号、具有内容丰富的语义模型结构、可以描述集成条件、可以划分约束类型、可以实现关系间的任意结合等特点，将设计方法解与信息技术进行集成，实现了设计过程中不同抽象层间信息关系的图形化建模。
文献［11］将语义设计网作为设计工具，在其开发的活性语义设计网ask中，采用结点和线条组成的网络描述设计，结点表示元件化的单元(如设计任务、功能、构件或加工设备等)，线条用以调整和定义结点间不同的语义关系，由此为设计过程中的所有活动和结果预先建立模型，使早期设计要求的定义到每一个结构的具体描述均可由关系间的定义表达，实现了计算机辅助设计过程由抽象到具体的飞跃。
1.3“构思”—“设计”法
将产品的方案设计分成“构思”和“设计”两个阶段。“构思”阶段的任务是寻求、选择和组合满足设计任务要求的原理解。“设计”阶段的工作则是具体实现构思阶段的原理解。
将方案的“构思”具体描述为：根据合适的功能结构，寻求满足设计任务要求的原理解。即功能结构中的分功能由“结构元素”实现，并将“结构元素”间的物理联接定义为“功能载体”，“功能载体”和“结构元素”间的相互作用又形成了功能示意图(机械运动简图)。方案的“设计”是根据功能示意图，先定性地描述所有的“功能载体”和“结构元素”，再定量地描述所有“结构元素”和联接件(“功能载体”)的形状及位置，得到结构示意图。roper，h.利用图论理论，借助于由他定义的“总设计单元(ge)”、“结构元素(ke)”、“功能结构元素(fke)”、“联接结构元素(vke)”、“结构零件(kt)”、“结构元素零件(ket)”等概念，以及描述结构元素尺寸、位置和传动参数间相互关系的若干种简图，把设计专家凭直觉设计的方法做了形式化的描述，形成了有效地应用现有知识的方法，并将其应用于“构思”和“设计”阶段。
从设计方法学的观点出发，将明确了设计任务后的设计工作分为三步：1)获取功能和功能结构(简称为“功能”)；2)寻找效应(简称为“效应”)；3)寻找结构(简称为“构形规则”)。并用下述四种策略描述机械产品构思阶段的工作流程：策略1：分别考虑“功能”、“效应”和“构形规则”。因此，可以在各个工作步骤中分别创建变型方案，由此产生广泛的原理解谱。策略2：“效应”与“构形规则”(包括设计者创建的规则)关联，单独考虑功能(通常与设计任务相关)。此时，辨别典型的构形规则及其所属效应需要有丰富的经验，产生的方案谱远远少于策略1的方案谱。策略3：“功能”、“效应”、“构形规则”三者密切相关。适用于功能、效应和构形规则间没有选择余地、具有特殊要求的领域，如超小型机械、特大型机械、价值高的功能零件，以及有特殊功能要求的零部件等等。策略4：针对设计要求进行结构化求解。该策略从已有的零件出发，通过零件间不同的排序和连接，获得预期功能。
1.4矩阵设计法
在方案设计过程中采用“要求—功能”逻辑树(“与或”树)描述要求、功能之间的相互关系，得到满足要求的功能设计解集，形成不同的设计方案。再根据“要求—功能”逻辑树建立“要求—功能”关联矩阵，以描述满足要求所需功能之间的复杂关系，表示出要求与功能间一一对应的关系。
kotaetal将矩阵作为机械系统方案设计的基础，把机械系统的设计空间分解为功能子空间，每个子空间只表示方案设计的一个模块，在抽象阶段的高层，每个设计模块用运动转换矩阵和一个可进行操作的约束矢量表示；在抽象阶段的低层，每个设计模块被表示为参数矩阵和一个运动方程。
1.5键合图法
将组成系统元件的功能分成产生能量、消耗能量、转变能量形式、传递能量等各种类型，并借用键合图表达元件的功能解，希望将基于功能的模型与键合图结合，实现功能结构的自动生成和功能结构与键合图之间的自动转换，寻求由键合图产生多个设计方案的方法。
2、结构模块化设计方法
从规划产品的角度提出：定义设计任务时以功能化的产品结构为基础，引用已有的产品解(如通用零件部件等)描述设计任务，即分解任务时就考虑每个分任务是否存在对应的产品解，这样，能够在产品规划阶段就消除设计任务中可能存在的矛盾，早期预测生产能力、费用，以及开发设计过程中计划的可调整性，由此提高设计效率和设计的可靠性，同时也降低新产品的成本。feldmann将描述设计任务的功能化产品结构分为四层，(1)产品(2)功能组成(3)主要功能组件(4)功能元件。并采用面向应用的结构化特征目录，对功能元件进行更为具体的定性和定量描述。同时研制出适合于产品开发早期和设计初期使用的工具软件strat。
认为专用机械中多数功能可以采用已有的产品解，而具有新型解的专用功能只是少数，因此，在专用机械设计中采用功能化的产品结构，对于评价专用机械的设计、制造风险十分有利。
提倡在产品功能分析的基础上，将产品分解成具有某种功能的一个或几个模块化的基本结构，通过选择和组合这些模块化基本结构组建成不同的产品。这些基本结构可以是零件、部件，甚至是一个系统。理想的模块化基本结构应该具有标准化的接口(联接和配合部)，并且是系列化、通用化、集成化、层次化、灵便化、经济化，具有互换性、相容性和相关性。我国结合软件构件技术和cad技术，将变形设计与组合设计相结合，根据分级模块化原理，将加工中心机床由大到小分为产品级、部件级、组件级和元件级，并利用专家知识和cad技术将它们组合成不同品种、不同规格的功能模块，再由这些功能模块组合成不同的加工中心总体方案。
以设计为目录作为选择变异机械结构的工具，提出将设计的解元素进行完整的、结构化的编排，形成解集设计目录。并在解集设计目录中列出评论每一个解的附加信息，非常有利于设计工程师选择解元素。
根据机械零部件的联接特征，将其归纳成四种类型：1)元件间直接定位，并具有自调整性的部件；2)结构上具有共性的组合件；3)具有嵌套式结构及嵌套式元件的联接；4)具有模块化结构和模块化元件的联接。并采用准符号表示典型元件和元件间的连接规则，由此实现元件间联接的算法化和概念的可视化。
在进行机械系统的方案设计中，用“功能建立”模块对功能进行分解，并规定功能分解的最佳“粒化”程度是功能与机构型式的一一对应。“结构建立”模块则作为功能解的选择对象以便于实现映射算法。
3、基于产品特征知识的设计方法
基于产品特征知识设计方法的主要特点是：用计算机能够识别的语言描述产品的特征及其设计领域专家的知识和经验，建立相应的知识库及推理机，再利用已存储的领域知识和建立的推理机制实现计算机辅助产品的方案设计。
机械系统的方案设计主要是依据产品所具有的特征，以及设计领域专家的知识和经验进行推量和决策，完成机构的型、数综合。欲实现这一阶段的计算机辅助设计，必须研究知识的自动获取、表达、集成、协调、管理和使用。为此，国内外设计学者针对机械系统方案设计知识的自动化处理做了大量的研究工作，采用的方法可归纳为下述几种。
3.1编码法
根据“运动转换”功能(简称功能元)将机构进行分类，并利用代码描述功能元和机构类别，由此建立起“机构系统方案设计专家系统”知识库。在此基础上，将二元逻辑推理与模糊综合评判原理相结合，建立了该“专家系统”的推理机制，并用于四工位专用机床的方案设计中。
利用生物进化理论，通过自然选择和有性繁殖使生物体得以演化的原理，在机构方案设计中，运用网络图论方法将机构的结构表达为拓扑图，再通过编码技术，把机构的结构和性能转化为个体染色体的二进制数串，并根据设计要求编制适应值，运用生物进化理论控制繁殖机制，通过选择、交叉、突然变异等手段，淘汰适应值低的不适应个体，以极快的进化过程得到适应性最优的个体，即最符合设计要求的机构方案。
3.2知识的混合型表达法
针对复杂机械系统的方案设计，采用混合型的知识表达方式描述设计中的各类知识尤为适合，这一点已得到我国许多设计学者的共识。
在研制复杂产品方案设计智能决策支持系统dmdss中，将规则、框架、过程和神经网络等知识表示方法有机地结合在一起，以适应设计中不同类型知识的描述。将多种单一的知识表达方法(规则、框架和过程)，按面向对象的编程原则，用框架的槽表示对象的属性，用规则表示对象的动态特征，用过程表示知识的处理，组成一种混合型的知识表达型式，并成功地研制出“面向对象的数控龙门铣床变速箱方案设计智能系统gbcdis”和“变速箱结构设计专家系统gbsdes”。
3.3利用基于知识的开发工具
在联轴器的cad系统中，利用基于知识的开发工具nexpert-object，借助于面向对象的方法，创建了面向对象的设计方法数据库，为设计者进行联轴器的方案设计和结构设计提供了广泛且可靠的设计方法谱。则利用nexpert描述直线导轨设计中需要基于知识进行设计的内容，由此寻求出基于知识的解，并开发出直线导轨设计专家系统。
3.4设计目录法
构造了“功能模块”、“功能元解”和“机构组”三级递进式设计目录，并将这三级递进式设计目录作为机械传动原理方案智能设计系统的知识库和开发设计的辅助工具。
3.5基于实例的方法
在研制设计型专家系统的知识库中，采用基本谓词描述设计要求、设计条件和选取的方案，用框架结构描述“工程实例”和各种“概念实体”，通过基于实例的推理技术产生候选解来配匹产品的设计要求。
4、智能化设计方法
智能化设计方法的主要特点是：根据设计方法学理论，借助于三维图形软件、智能化设计软件和虚拟现实技术，以及多媒体、超媒体工具进行产品的开发设计、表达产品的构思、描述产品的结构。
在利用数学系统理论的同时，考虑了系统工程理论、产品设计技术和系统开发方法学vdi2221，研制出适合于产品设计初期使用的多媒体开发系统软件muse。
在进行自动取款机设计时，把产品的整个开发过程概括为“产品规划”、“开发”和“生产规划”三个阶段，并且充分利用了现有的cad尖端技术——虚拟现实技术。1)产品规划—构思产品。其任务是确定产品的外部特性，如色彩、形状、表面质量、人机工程等等，并将最初的设想用cad立体模型表示出，建立能够体现整个产品外形的简单模型，该模型可以在虚拟环境中建立，借助于数据帽和三维鼠标，用户还可在一定程度上参与到这一环境中，并且能够迅速地生成不同的造型和色彩。立体模型是检测外部形状效果的依据，也是几何图形显示设计变量的依据，同时还是开发过程中各类分析的基础。2)开发—设计产品。该阶段主要根据“系统合成”原理，在立体模型上配置和集成解元素，解元素根据设计目标的不同有不同的含义：可以是基本元素，如螺栓、轴或轮毂联接等；也可以是复合元素，如机、电、电子部件、控制技术或软件组成的传动系统；还可以是要求、特性、形状等等。将实现功能的关键性解元素配置到立体模型上之后，即可对产品的配置(设计模型中解元素间的关系)进行分析，产品配置分析是综合“产品规划”和“开发”结果的重要手段。3)生产规划—加工和装配产品。在这一阶段中，主要论述了装配过程中cad技术的应用，提出用计算机图像显示解元素在相应位置的装配过程，即通过虚拟装配模型揭示造形和装配间的关系，由此发现难点和问题，并找出解决问题的方法，并认为将cad技术综合应用于产品开发的三个阶段，可以使设计过程的综合与分析在“产品规划”、“开发”和“生产规划”中连续地交替进行。因此，可以较早地发现各个阶段中存在的问题，使产品在开发进程中不断地细化和完善。
我国利用虚拟现实技术进行设计还处于刚刚起步阶段。利用面向对象的技术，重点研究了按时序合成的机构组合方案设计专家系统，并借助于具有高性能图形和交换处理能力的opengl技术，在三维环境中从各个角度对专家系统设计出的方案进行观察，如运动中机构间的衔接状况是否产生冲突等等。
将构造标准模块、产品整体构造及其制造工艺和使用说明的拟订(见图1)称之为快速成型技术。建议在产品开发过程中将快速成型技术、多媒体技术以及虚拟表达与神经网络(应用于各个阶段求解过程需要的场合)结合应用。指出随着计算机软、硬件的不断完善，应尽可能地将多媒体图形处理技术应用于产品开发中，例如三维图形(立体模型)代替装配、拆卸和设计联接件时所需的立体结构想象力等等。
利用智能型cad系统sigraph-design作为开发平台，将产品的开发过程分为概念设计、装配设计和零件设计，并以变量设计技术为基础，建立了胶印机凸轮连杆机构的概念模型。从文献介绍的研究工作看，其概念模型是在确定了机构型、数综合的基础上，借助于软件sigraph-design提供的变量设计功能，使原理图随着机构的结构参数变化而变化，并将概念模型的参数传递给下一级的装配模型、零件设计。
5、各类设计方法评述及发展趋势
综上所述，系统化设计方法将设计任务由抽象到具体(由设计的任务要求到实现该任务的方案或结构)进行层次划分，拟定出每一层欲实现的目标和方法，由浅入深、由抽象至具体地将各层有机地联系在一起，使整个设计过程系统化，使设计有规律可循，有方法可依，易于设计过程的计算机辅助实现。
结构模块化设计方法视具有某种功能的实现为一个结构模块，通过结构模块的组合，实现产品的方案设计。对于特定种类的机械产品，由于其组成部分的功能较为明确且相对稳定，结构模块的划分比较容易，因此，采用结构模块化方法进行方案设计较为合适。由于实体与功能之间并非是一一对应的关系，一个实体通常可以实现若干种功能，一个功能往往又可通过若干种实体予以实现。因此，若将结构模块化设计方法用于一般意义的产品方案设计，结构模块的划分和选用都比较困难，而且要求设计人员具有相当丰富的设计经验和广博的多学科领域知识。
机械产品的方案设计通常无法采用纯数学演算的方法进行，也难以用数学模型进行完整的描述，而需根据产品特征进行形式化的描述，借助于设计专家的知识和经验进行推理和决策。因此，欲实现计算机辅助产品的方案设计，必须解决计算机存储和运用产品设计知识和专家设计决策等有关方面的问题，由此形成基于产品特征知识的设计方法。
目前，智能化设计方法主要是利用三维图形软件和虚拟现实技术进行设计，直观性较好，开发初期用户可以在一定程度上直接参与到设计中，但系统性较差，且零部件的结构、形状、尺寸、位置的合理确定，要求软件具有较高的智能化程度，或者有丰富经验的设计者参与。
值得一提的是：上述各种方法并不是完全孤立的，各类方法之间都存在一定程度上的联系，如结构模块化设计方法中，划分结构模块时就蕴含有系统化思想，建立产品特征及设计方法知识库和推理机时，通常也需运用系统化和结构模块化方法，此外，基于产品特征知识的设计同时又是方案智能化设计的基础之一。在机械产品方案设计中，视能够实现特定功能的通用零件、部件或常用机构为结构模块，并将其应用到系统化设计有关层次的具体设计中，即将结构模块化方法融于系统化设计方法中，不仅可以保证设计的规范化，而且可以简化设计过程，提高设计效率和质量，降低设计成本。
简述系统工程的理论基础范文篇7
一、重视学生基本概念的掌握
中职生的基础知识薄弱，学习自觉性、积极性不够。因此，在专业知识的入门上要对学生现有情况进行摸底调查，了解具体的学生情况，适当降低入门的授课难度。但是，在一开始就要严格要求，特别是基本概念掌握和延伸，要精讲精练，通过课上精讲、课后巩固练习、检验测试等方式确保学生熟练掌握。
重视基本概念的掌握，一是因为基本概念特别重要，很多知识点都是由基本概念引申出来的，环环相扣；二是通过基本概念的学习、巩固的过程可以树立学生勤学苦练的意识，助其养成细致、认真的良好学习习惯。
二、学生要熟练掌握液压传动主要元件的基本工作原理
液压传动系统由四个部分组成：动力元件（液压泵）、执行元件（液压缸）、控制元件（液压阀）和一系列辅助元件。对于四个部分的教学，要根据学生的基础，由易到难，重点要求掌握液压元件的工作原理。
液压动力元件部分要求重点掌握液压泵的工作原理。后面四种液压泵的授课当中，也要始终围绕如何“吸油-压油”这一原理，要求学生明辨各种液压泵的工作过程和特点。
液压执行元件部分，重点讲述不同液压缸的工作特点，特别是差动连接，将在后面的章节反复应用。可以用医用针管制作一个液压缸的模型，让学生有形象的认识，这样得到的知识就会真正理解并很难忘记。
液压控制元件部分是本章的重点也是难点。本节应重点讲述液压阀的作用、特点和应用，让学生知道管路上不同阀门所起到的不同作用即可。而课本中所提到的阀门的具体结构、装配图等，则没有必要要求学生完全看懂掌握。
通过对上述液压阀功能作用的形象讲述，提高学生学习的兴趣，提高学生的分析能力和探究能力，可以增强学生的学习信心，提高克服困难的勇气。
三、启发式教学引导学生读懂液压传动系统简图，锻炼学生独立分析问题的能力
看懂液压传动系统的简图，是这章学习的最终目的，也是前面所学知识点的汇总。要使学生能够掌握识读液压传动系统简图，就要引导学生把前面学习的相关知识融会贯通，综合应用。要引导学生精读教材，引导学生了解各部分内容之间的内在联系。在进行液压传动系统图的分析时，告诉学生，要重点看油路的走向，把自己想象成坐船的客人，顺流而下，一路游览沿途的风景。旅途的起点就是泵，终点就是液压缸，沿途的风景就是一个个的液压阀门。学生读懂每个元件在系统中的作用后，结合要求读懂每个回路的功能，整个系统原理就出来了。例如，讲数控车床的液压传动系统图时，首先让学生结合前面所学，认识每一个图形符号。其次，从液压泵为起点看油路的走向，油路会有两条支路，一条控制卡盘的夹紧与松开，另一条是刀架的运动。其中卡盘的加紧与松开就是液压缸活塞的前进与后退；刀架的运动包括快进、工进、工退和快退四种速度，这是由换向阀控制的。再次，把实现所有工作要求的油路走向依次拼凑起来，穿插说明相关元件的作用，描述系统图工作原理便水到渠成，一清二楚。
在这一个过程中，可以要求学生自主学习，分组讨论。有些学习基础不好的同学可能会有一定的难度。教师要耐心引导，让学生在潜移默化中养成好的读书习惯。
四、充分利用多媒体教学，使学生对事物的认识更加感性化
简述系统工程的理论基础范文篇8
关键词：机械产品；方案设计方法；发展趋势
引言
科学技术的飞速发展，产品功能要求的日益增多，复杂性增加，寿命期缩短，更新换代速度加快。然而，产品的设计，尤其是机械产品方案的设计手段，则显得力不从心，跟不上时展的需要。目前，计算机辅助产品的设计绘图、设计计算、加工制造、生产规划已得到了比较广泛和深入的研究，并初见成效，而产品开发初期方案的计算机辅助设计却远远不能满足设计的需要。为此，作者在阅读了大量文献的基础上，概括总结了国内外设计学者进行方案设计时采用的方法，并讨论了各种方法之间的有机联系和机械产品方案设计计算机实现的发展趋势。
根据目前国内外设计学者进行机械产品方案设计所用方法的主要特征，可以将方案的现代设计方法概括为下述四大类型。
一、系统化设计方法
系统化设计方法的主要特点是：将设计看成由若干个设计要素组成的一个系统，每个设计要素具有独立性，各个要素间存在着有机的联系，并具有层次性，所有的设计要素结合后，即可实现设计系统所需完成的任务。
系统化设计思想于70年代由德国学者Pahl和Beitz教授提出，他们以系统理论为基础，制订了设计的一般模式，倡导设计工作应具备条理性。德国工程师协会在这一设计思想的基础上，制订出标准VDI2221“技术系统和产品的开发设计方法。
制定的机械产品方案设计进程模式，基本上沿用了德国标准VDI2221的设计方式。除此之外，我国许多设计学者在进行产品方案设计时还借鉴和引用了其他发达国家的系统化设计思想，其中具有代表性的是：
(1)将用户需求作为产品功能特征构思、结构设计和零件设计、工艺规划、作业控制等的基础，从产品开发的宏观过程出发，利用质量功能布置方法，系统地将用户需求信息合理而有效地转换为产品开发各阶段的技术目标和作业控制规程的方法。
(2)将产品看作有机体层次上的生命系统，并借助于生命系统理论，把产品的设计过程划分成功能需求层次、实现功能要求的概念层次和产品的具体设计层次。同时采用了生命系统图符抽象地表达产品的功能要求，形成产品功能系统结构。
(3)将机械设计中系统科学的应用归纳为两个基本问题：一是把要设计的产品作为一个系统处理，最佳地确定其组成部分(单元)及其相互关系；二是将产品设计过程看成一个系统，根据设计目标，正确、合理地确定设计中各个方面的工作和各个不同的设计阶段。
由于每个设计者研究问题的角度以及考虑问题的侧重点不同，进行方案设计时采用的具体研究方法亦存在差异。下面介绍一些具有代表性的系统化设计方法。
1.1设计元素法
用五个设计元素(功能、效应、效应载体、形状元素和表面参数)描述“产品解”，认为一个产品的五个设计元素值确定之后，产品的所有特征和特征值即已确定。我国亦有设计学者采用了类似方法描述产品的原理解。
1.2图形建模法
研制的“设计分析和引导系统”KALEIT，用层次清楚的图形描述出产品的功能结构及其相关的抽象信息，实现了系统结构、功能关系的图形化建模，以及功能层之间的联接。
将设计划分成辅助方法和信息交换两个方面，利用Nijssen信息分析方法可以采用图形符号、具有内容丰富的语义模型结构、可以描述集成条件、可以划分约束类型、可以实现关系间的任意结合等特点，将设计方法解与信息技术进行集成，实现了设计过程中不同抽象层间信息关系的图形化建模。
文献将语义设计网作为设计工具，在其开发的活性语义设计网ASK中，采用结点和线条组成的网络描述设计，结点表示元件化的单元(如设计任务、功能、构件或加工设备等)，线条用以调整和定义结点间不同的语义关系，由此为设计过程中的所有活动和结果预先建立模型，使早期设计要求的定义到每一个结构的具体描述均可由关系间的定义表达，实现了计算机辅助设计过程由抽象到具体的飞跃。
1.3“构思”—“设计”法
将产品的方案设计分成“构思”和“设计”两个阶段。“构思”阶段的任务是寻求、选择和组合满足设计任务要求的原理解。“设计”阶段的工作则是具体实现构思阶段的原理解。
将方案的“构思”具体描述为：根据合适的功能结构，寻求满足设计任务要求的原理解。即功能结构中的分功能由“结构元素”实现，并将“结构元素”间的物理联接定义为“功能载体”，“功能载体”和“结构元素”间的相互作用又形成了功能示意图(机械运动简图)。方案的“设计”是根据功能示意图，先定性地描述所有的“功能载体”和“结构元素”，再定量地描述所有“结构元素”和联接件(“功能载体”)的形状及位置，得到结构示意图。Roper，H.利用图论理论，借助于由他定义的“总设计单元(GE)”、“结构元素(KE)”、“功能结构元素(FKE)”、“联接结构元素(VKE)”、“结构零件(KT)”、“结构元素零件(KET)”等概念，以及描述结构元素尺寸、位置和传动参数间相互关系的若干种简图，把设计专家凭直觉设计的方法做了形式化的描述，形成了有效地应用现有知识的方法，并将其应用于“构思”和“设计”阶段。
从设计方法学的观点出发，将明确了设计任务后的设计工作分为三步：1)获取功能和功能结构(简称为“功能”)；2)寻找效应(简称为“效应”)；3)寻找结构(简称为“构形规则”)。并用下述四种策略描述机械产品构思阶段的工作流程：策略1：分别考虑“功能”、“效应”和“构形规则”。因此，可以在各个工作步骤中分别创建变型方案，由此产生广泛的原理解谱。策略2：“效应”与“构形规则”(包括设计者创建的规则)关联，单独考虑功能(通常与设计任务相关)。此时，辨别典型的构形规则及其所属效应需要有丰富的经验，产生的方案谱远远少于策略1的方案谱。策略3：“功能”、“效应”、“构形规则”三者密切相关。适用于功能、效应和构形规则间没有选择余地、具有特殊要求的领域，如超小型机械、特大型机械、价值高的功能零件，以及有特殊功能要求的零部件等等。策略4：针对设计要求进行结构化求解。该策略从已有的零件出发，通过零件间不同的排序和连接，获得预期功能。
1.4矩阵设计法
在方案设计过程中采用“要求—功能”逻辑树(“与或”树)描述要求、功能之间的相互关系，得到满足要求的功能设计解集，形成不同的设计方案。再根据“要求—功能”逻辑树建立“要求—功能”关联矩阵，以描述满足要求所需功能之间的复杂关系，表示出要求与功能间一一对应的关系。
Kotaetal将矩阵作为机械系统方案设计的基础，把机械系统的设计空间分解为功能子空间，每个子空间只表示方案设计的一个模块，在抽象阶段的高层，每个设计模块用运动转换矩阵和一个可进行操作的约束矢量表示；在抽象阶段的低层，每个设计模块被表示为参数矩阵和一个运动方程。
1.5键合图法
将组成系统元件的功能分成产生能量、消耗能量、转变能量形式、传递能量等各种类型，并借用键合图表达元件的功能解，希望将基于功能的模型与键合图结合，实现功能结构的自动生成和功能结构与键合图之间的自动转换，寻求由键合图产生多个设计方案的方法。
二、结构模块化设计方法
从规划产品的角度提出：定义设计任务时以功能化的产品结构为基础，引用已有的产品解(如通用零件部件等)描述设计任务，即分解任务时就考虑每个分任务是否存在对应的产品解，这样，能够在产品规划阶段就消除设计任务中可能存在的矛盾，早期预测生产能力、费用，以及开发设计过程中计划的可调整性，由此提高设计效率和设计的可靠性，同时也降低新产品的成本。Feldmann将描述设计任务的功能化产品结构分为四层，(1)产品(2)功能组成(3)主要功能组件(4)功能元件。并采用面向应用的结构化特征目录，对功能元件进行更为具体的定性和定量描述。同时研制出适合于产品开发早期和设计初期使用的工具软件STRAT。
认为专用机械中多数功能可以采用已有的产品解，而具有新型解的专用功能只是少数，因此，在专用机械设计中采用功能化的产品结构，对于评价专用机械的设计、制造风险十分有利。
提倡在产品功能分析的基础上，将产品分解成具有某种功能的一个或几个模块化的基本结构，通过选择和组合这些模块化基本结构组建成不同的产品。这些基本结构可以是零件、部件，甚至是一个系统。理想的模块化基本结构应该具有标准化的接口(联接和配合部)，并且是系列化、通用化、集成化、层次化、灵便化、经济化，具有互换性、相容性和相关性。我国结合软件构件技术和CAD技术，将变形设计与组合设计相结合，根据分级模块化原理，将加工中心机床由大到小分为产品级、部件级、组件级和元件级，并利用专家知识和CAD技术将它们组合成不同品种、不同规格的功能模块，再由这些功能模块组合成不同的加工中心总体方案。
以设计为目录作为选择变异机械结构的工具，提出将设计的解元素进行完整的、结构化的编排，形成解集设计目录。并在解集设计目录中列出评论每一个解的附加信息，非常有利于设计工程师选择解元素。
根据机械零部件的联接特征，将其归纳成四种类型：1)元件间直接定位，并具有自调整性的部件；2)结构上具有共性的组合件；3)具有嵌套式结构及嵌套式元件的联接；4)具有模块化结构和模块化元件的联接。并采用准符号表示典型元件和元件间的连接规则，由此实现元件间联接的算法化和概念的可视化。
在进行机械系统的方案设计中，用“功能建立”模块对功能进行分解，并规定功能分解的最佳“粒化”程度是功能与机构型式的一一对应。“结构建立”模块则作为功能解的选择对象以便于实现映射算法。
三、基于产品特征知识的设计方法
基于产品特征知识设计方法的主要特点是：用计算机能够识别的语言描述产品的特征及其设计领域专家的知识和经验，建立相应的知识库及推理机，再利用已存储的领域知识和建立的推理机制实现计算机辅助产品的方案设计。
机械系统的方案设计主要是依据产品所具有的特征，以及设计领域专家的知识和经验进行推量和决策，完成机构的型、数综合。欲实现这一阶段的计算机辅助设计，必须研究知识的自动获取、表达、集成、协调、管理和使用。为此，国内外设计学者针对机械系统方案设计知识的自动化处理做了大量的研究工作，采用的方法可归纳为下述几种。
3.1编码法
根据“运动转换”功能(简称功能元)将机构进行分类，并利用代码描述功能元和机构类别，由此建立起“机构系统方案设计专家系统”知识库。在此基础上，将二元逻辑推理与模糊综合评判原理相结合，建立了该“专家系统”的推理机制，并用于四工位专用机床的方案设计中。
利用生物进化理论，通过自然选择和有性繁殖使生物体得以演化的原理，在机构方案设计中，运用网络图论方法将机构的结构表达为拓扑图，再通过编码技术，把机构的结构和性能转化为个体染色体的二进制数串，并根据设计要求编制适应值，运用生物进化理论控制繁殖机制，通过选择、交叉、突然变异等手段，淘汰适应值低的不适应个体，以极快的进化过程得到适应性最优的个体，即最符合设计要求的机构方案。
3.2知识的混合型表达法
针对复杂机械系统的方案设计，采用混合型的知识表达方式描述设计中的各类知识尤为适合，这一点已得到我国许多设计学者的共识。
在研制复杂产品方案设计智能决策支持系统DMDSS中，将规则、框架、过程和神经网络等知识表示方法有机地结合在一起，以适应设计中不同类型知识的描述。将多种单一的知识表达方法(规则、框架和过程)，按面向对象的编程原则，用框架的槽表示对象的属性，用规则表示对象的动态特征，用过程表示知识的处理，组成一种混合型的知识表达型式，并成功地研制出“面向对象的数控龙门铣床变速箱方案设计智能系统GBCDIS”和“变速箱结构设计专家系统GBSDES”。
3.3利用基于知识的开发工具
在联轴器的CAD系统中，利用基于知识的开发工具NEXPERT-OBJECT，借助于面向对象的方法，创建了面向对象的设计方法数据库，为设计者进行联轴器的方案设计和结构设计提供了广泛且可靠的设计方法谱。则利用NEXPERT描述直线导轨设计中需要基于知识进行设计的内容，由此寻求出基于知识的解，并开发出直线导轨设计专家系统。
3.4设计目录法
构造了“功能模块”、“功能元解”和“机构组”三级递进式设计目录，并将这三级递进式设计目录作为机械传动原理方案智能设计系统的知识库和开发设计的辅助工具。
3.5基于实例的方法
在研制设计型专家系统的知识库中，采用基本谓词描述设计要求、设计条件和选取的方案，用框架结构描述“工程实例”和各种“概念实体”，通过基于实例的推理技术产生候选解来配匹产品的设计要求。
四、智能化设计方法
智能化设计方法的主要特点是：根据设计方法学理论，借助于三维图形软件、智能化设计软件和虚拟现实技术，以及多媒体、超媒体工具进行产品的开发设计、表达产品的构思、描述产品的结构。
在利用数学系统理论的同时，考虑了系统工程理论、产品设计技术和系统开发方法学VDI2221，研制出适合于产品设计初期使用的多媒体开发系统软件MUSE。
在进行自动取款机设计时，把产品的整个开发过程概括为“产品规划”、“开发”和“生产规划”三个阶段，并且充分利用了现有的CAD尖端技术——虚拟现实技术。1)产品规划—构思产品。其任务是确定产品的外部特性，如色彩、形状、表面质量、人机工程等等，并将最初的设想用CAD立体模型表示出，建立能够体现整个产品外形的简单模型，该模型可以在虚拟环境中建立，借助于数据帽和三维鼠标，用户还可在一定程度上参与到这一环境中，并且能够迅速地生成不同的造型和色彩。立体模型是检测外部形状效果的依据，也是几何图形显示设计变量的依据，同时还是开发过程中各类分析的基础。2)开发—设计产品。该阶段主要根据“系统合成”原理，在立体模型上配置和集成解元素，解元素根据设计目标的不同有不同的含义：可以是基本元素，如螺栓、轴或轮毂联接等；也可以是复合元素，如机、电、电子部件、控制技术或软件组成的传动系统；还可以是要求、特性、形状等等。将实现功能的关键性解元素配置到立体模型上之后，即可对产品的配置(设计模型中解元素间的关系)进行分析，产品配置分析是综合“产品规划”和“开发”结果的重要手段。3)生产规划—加工和装配产品。在这一阶段中，主要论述了装配过程中CAD技术的应用，提出用计算机图像显示解元素在相应位置的装配过程，即通过虚拟装配模型揭示造形和装配间的关系，由此发现难点和问题，并找出解决问题的方法，并认为将CAD技术综合应用于产品开发的三个阶段，可以使设计过程的综合与分析在“产品规划”、“开发”和“生产规划”中连续地交替进行。因此，可以较早地发现各个阶段中存在的问题，使产品在开发进程中不断地细化和完善。
我国利用虚拟现实技术进行设计还处于刚刚起步阶段。利用面向对象的技术，重点研究了按时序合成的机构组合方案设计专家系统，并借助于具有高性能图形和交换处理能力的OpenGL技术，在三维环境中从各个角度对专家系统设计出的方案进行观察，如运动中机构间的衔接状况是否产生冲突等等。
将构造标准模块、产品整体构造及其制造工艺和使用说明的拟订(见图1)称之为快速成型技术。建议在产品开发过程中将快速成型技术、多媒体技术以及虚拟表达与神经网络(应用于各个阶段求解过程需要的场合)结合应用。指出随着计算机软、硬件的不断完善，应尽可能地将多媒体图形处理技术应用于产品开发中，例如三维图形(立体模型)代替装配、拆卸和设计联接件时所需的立体结构想象力等等。
利用智能型CAD系统SIGRAPH-DESIGN作为开发平台，将产品的开发过程分为概念设计、装配设计和零件设计，并以变量设计技术为基础，建立了胶印机凸轮连杆机构的概念模型。从文献介绍的研究工作看，其概念模型是在确定了机构型、数综合的基础上，借助于软件SIGRAPH-DESIGN提供的变量设计功能，使原理图随着机构的结构参数变化而变化，并将概念模型的参数传递给下一级的装配模型、零件设计。
五、各类设计方法评述及发展趋势
综上所述，系统化设计方法将设计任务由抽象到具体(由设计的任务要求到实现该任务的方案或结构)进行层次划分，拟定出每一层欲实现的目标和方法，由浅入深、由抽象至具体地将各层有机地联系在一起，使整个设计过程系统化，使设计有规律可循，有方法可依，易于设计过程的计算机辅助实现。
结构模块化设计方法视具有某种功能的实现为一个结构模块，通过结构模块的组合，实现产品的方案设计。对于特定种类的机械产品，由于其组成部分的功能较为明确且相对稳定，结构模块的划分比较容易，因此，采用结构模块化方法进行方案设计较为合适。由于实体与功能之间并非是一一对应的关系，一个实体通常可以实现若干种功能，一个功能往往又可通过若干种实体予以实现。因此，若将结构模块化设计方法用于一般意义的产品方案设计，结构模块的划分和选用都比较困难，而且要求设计人员具有相当丰富的设计经验和广博的多学科领域知识。
机械产品的方案设计通常无法采用纯数学演算的方法进行，也难以用数学模型进行完整的描述，而需根据产品特征进行形式化的描述，借助于设计专家的知识和经验进行推理和决策。因此，欲实现计算机辅助产品的方案设计，必须解决计算机存储和运用产品设计知识和专家设计决策等有关方面的问题，由此形成基于产品特征知识的设计方法。
目前，智能化设计方法主要是利用三维图形软件和虚拟现实技术进行设计，直观性较好，开发初期用户可以在一定程度上直接参与到设计中，但系统性较差，且零部件的结构、形状、尺寸、位置的合理确定，要求软件具有较高的智能化程度，或者有丰富经验的设计者参与。
值得一提的是：上述各种方法并不是完全孤立的，各类方法之间都存在一定程度上的联系，如结构模块化设计方法中，划分结构模块时就蕴含有系统化思想，建立产品特征及设计方法知识库和推理机时，通常也需运用系统化和结构模块化方法，此外，基于产品特征知识的设计同时又是方案智能化设计的基础之一。在机械产品方案设计中，视能够实现特定功能的通用零件、部件或常用机构为结构模块，并将其应用到系统化设计有关层次的具体设计中，即将结构模块化方法融于系统化设计方法中，不仅可以保证设计的规范化，而且可以简化设计过程，提高设计效率和质量，降低设计成本。
简述系统工程的理论基础范文
【关键词】教学方法；理论；实践；仿真软件；层次
自中国加入WTO以来，中国制造业的总产量不断攀升，中国正在成为一个制造业大国。目前中国已有百余种产品位居世界第一。但是，目前中国仅仅是“制造业大国”而非“制造业强国”，从总体上说，我国的制造业多以传统产业为主，技术较为落后，低水平生产过剩，高水平生产能力不足，竞争力严重不足。在中国，高档次的数控机床只占机床总数的1.2%，而在日本和美国等发达国家则占有60%以上。因此，我国的加工制造业规模和技术水平还有待大幅度提高，我国需要为此提供更多高素质的数控人才。数控编程是一门对学生逻辑思维要求很强的专业技术课，如果单纯的理论教学，易使学生产生厌倦情绪，再加上职业学生知识基础薄弱，理解能力有限，因此使数控编程教学陷入异常困难的境地。在长年的数控教学中，我不断思索，本文将以数控编程课程为例，就如何从教学方案上推进和提高技能人才的培养的速度和质量进行研究和探讨。
一、导授结合，让学生真正掌握技能
把学生的学习由静态向动态转换，将原理知识转换成实用知识，激发学生的学习兴趣，对掌握数控专业技能有很好的促进作用，帮助学生理解知识，掌握技能。现在，已被广泛使用的行为教学方法，要求教师由“授”转变成“导”，教师不仅要亲手教授学生如何使用机床，还要引导学生完成新零件的工艺设计、刀具的选用、程序编制以及加工完成，在老师的指导下，学生可自我解决一系列的问题，比如说公、量、刃具选择，加工工艺方案，程序如何编制更合理等等问题，如此，大大增强了学生的学习兴趣，教学效果更显著。
二、理论联系实际，使学生真正掌握知识
理论是靠实践来检验，而实践则可用理论来指导。通过实践来解开某些理论编程中的疑问，理论课的内容作为指导实习具有它的一般性，而单纯是实习过程又具有具体性，就要求学生扎实掌握某一方面的理论，才能去做好类似的不同的实践。理论课要为实习课提高理论依据，实习课将理论变成操作技能。
因此，理论与实践课不能脱节，而每次的理论实践之后的这一过程比前一次要有所深入和提高。
三、注重教学层次，改变教学方法
1、先具体后抽象
数控编程的教材开头用大篇幅说明数控机床及程序的概述，比如数控技术的基本概念，数控技术的发展，数控机床的基本组成和工作原理，数控机床的分类，插补原理，工艺分析
等等。如果按照书本上的顺序先讲解这些抽象的概念，然后才去学习编写程序，这样学生一开始就没有学习热情，应先大体介绍一下数控机床，然后讲述程序的编写方法，最后在总结陈述中引出这些概念，这样可使学生学得更加牢固。
2、由简到繁，循序渐进
学生掌握知识的过程是循序渐进的，尤其是基础相对薄弱的职校学生来说，由简到繁是很有效的方法。学习数控编程也是如此，如果让学生一开始就学习编写一大段复杂的程序，学生肯定很困难。应先学习基础的变成语句，如：M03，M30，G00，G01等，可以完成简单直线加工程序编写，然后加入其它语句G02，G03等，可以编写圆弧加工程序，接下来就是多次从简到繁的零件图形练习，逐渐加入循环语句的知识。每节课讲解的指令不能过多，确保学生学透彻，每次讲解新的指令前都要对已学指令巩固复习一下，达到温故而知新的目的。
四、利用仿真软件教学
1、仿真教学代替传统教学
目前，在我国所使用的仿真软件有上海的“宇龙数控加工仿真系统”、武汉“宇航数控加工仿真系统”等软件。仿真系统内容丰富，品种齐全，有数控车床、数控铣床、数控加工中心、数控线切割、数控电火花等机床，包括法那克、西门子、广数等系统操作面板和软件，基本上可仿真市面上绝大多数机床。使用仿真软件教学，能得到比课本更全面更系统的教学资源。
2、利用模拟操作代替实际操作
简述系统工程的理论基础范文1篇10
一、教学整合的意义
根据高等职业教育培养目标的要求，结合教育部大力推行的高职高专教学改革，高职院校电类专业对部分课程进行了教学改革。《数字电路与EDA技术》这门课程就是将数字电路和EDA技术的教学进行整合。
数字电路课程是电类专业的专业基础课，通过对本门课程的学习，使学生掌握典型的数字电路的组成、工作原理和工作特性，能够设计一些逻辑功能电路，并为专业主干课程的学习打下基础。对于数字电路的设计，传统的设计方法是以逻辑门和触发器等通用器件为载体，以真值表和逻辑方程为表达方式，依靠手工调试。随着数字电子技术的迅速发展，特别是专用电子集成电路的迅速发展，基于EDA技术的设计方法成为数字系统设计的主流。EDA技术就是以计算机为工具，在EDA软件开发平台上，使用硬件描述语言完成设计文件，然后由计算机自动完成逻辑编译、化简、分割、综合、仿真等，最终对特定目标芯片进行适配编译、逻辑映射和编程下载。
EDA技术的设计方法正在成为现代数字系统设计的主流，作为即将成为工程技术人员的职业技术学院的电类专业的学生只懂电子技术的基本理论和方法，而不懂如何设计电路，会限制就业的岗位。实际上数字电路和EDA技术是不能分家的，因为前者是理论基础，后者是工具，将两者整合既能学好理论又能提高实践技能。如果作为两个课程分别学习则不适应高职高专的学制长度。因此，将数字电路与EDA技术有机地融为一体是高职教育的要求和未来发展的需求。
二、教学方法探讨
在整合后的课程中我们把EDA技术贯穿于数字电路课程教学全过程。例如，在讲授门电路时，就开始用EDA软件仿真演示，熟悉用原理图输入一个简单门电路的过程，通过编译、功能仿真检验门电路的功能，可以加深学生对门电路知识的理解；在讲授组合逻辑电路时，引入硬件描述语言的设计方法，并介绍基于EDA技术的数字电路设计方法；在讲授时序逻辑电路时，可以引入一些简单的综合性的电路设计，为学生创造一个宽阔的设计空间。在开始讲解基于EDA技术的数字电路设计方法时，可以通过引入简单的数字电路的设计流程，使学生从宏观上对EDA设计方法有一个整体的了解，让学生在潜意识里建立这部分内容的知识框架。下面简单介绍组合逻辑电路中的二选一数据选择器的EDA设计流程：
（1）编写硬件描述语言（以VHDL语言为例）。在EDA编程软件中输入设计源文件，如图1所示。
（2）逻辑编译。逻辑编译过程包括检查设计源文件是否有误，进而提取网表、进行逻辑综合和器件的适配，最后形成编程文件。
（3）功能仿真。通过模拟仿真测试电路的逻辑功能是否达到设计要求，仿真波形如图2所示。
（4）锁定引脚。将程序中各端口名称与硬件电路中的各引脚对应。
（5）编程下载。功能仿真成功后，就可以将设计好的项目下载到逻辑器件中，实现既定的功能。
在课程教学中，我们采用项目教学的方法，制定一系列由易到难的项目，例如，基本门电路的设计、数据选择器的设计、全加器的设计、数字频率计的设计、交通信号灯控制器的设计、数字钟的设计等。通过各个项目展开知识点的讲解，包括数字电路的基础知识、EDA技术的入门、数字电路的分析方法、原理图的设计方法、硬件描述语言的描述方法及软件仿真和硬件下载等。在教学中尽可能地将课堂搬到实验室，让学生边学边练，将理论教学与实验教学融为一体。教学可以一部分安排在数字电路实验室，一部分安排在EDA实验室，比如对于一些简单的数字电路可以安排用数字电路实验箱进行一般的实验验证，使学生知道如何搭建一个简单的电路，如何验证一个电路的功能，从而对数字电路产生一个感性的认识。在EDA实验室，学生可以学习用EDA技术设计数字电路，包括原理图或硬件描述语言的输入、编译、功能仿真、引脚分配、下载等。
简述系统工程的理论基础范文篇11
关键词：“油气田开发基础”；知识体系；案例分析；研讨式教学
中图分类号：G642.0文献标志码：A文章编号：1674-9324（2017）04-0108-02
当代油气工业的发展离不开专业人才的培养，世界经济社会发展对油气资源的渴求，持续对油气开发专业人才培养提出新的要求。“油气田开发基础”作为本科阶段的专业主干课程，是油气田开发专业技术人员所必须掌握的基本知识。不断完善和提升“油气田开发基础”课程教学效果，是更好地适应和服务于学科发展和满足学生未来工作需求的重要环节。本文针对目前课程存在内容重复且不系统、理论性过强、教学手段单一、主要为课堂讲授等问题，进行了教学内容和教学方法改革，对课程内容进行了调整凝练，增加案例分析、突出研讨式教学，加强了课堂知识与油气田现场的联系，并探讨了在保持48学时的情况下完成设计教学内容、提升学生学习效果的方案。
一、教学改革目标
“油气田开发基础”是我校油气田开发学科的专业主干课，设置为48学时，3学分。教材为刘吉余教授主编，石油工业出版社出版的《油气田开发地质基础》（第4版）。本课程分为油气成因理论、油气成藏原理、油气藏分布规律和油气藏描述等4部分共15章。根据目前的教学大纲，“油气田开发基础”课程的教学目标：使学生掌握现代油气成因理论和油气聚集成藏原理，掌握油气聚集类型及分布规律，以油气藏为对象掌握油气藏描述及储层评价的方法，具有分析解决油气藏开发过程中地质问题的基本能力。油气田开发学科的本科生，作为未来油气开发的专业技术工程师，应具有系统完备的油气田开发基础理论和评价描述油气藏的基础知识，能够协同其他学科如沉积学、构造地质、地球物理测井、地震、油气藏工程等更多的知识，深化油气藏特征认识，为后期油气田开发方案优化、油气藏工程设计提供理论基础，也为数值模拟提供三维数据体，具备在未来油气田开发生产过程中分析问题、解决问题的理论基础与知识体系。通过本次教学改革，有效实现以下目标：①建立合理的油气田开发基础知识体系。②课堂教学与现场开发实践的紧密结合。③增加研讨式教学环节，建立统一的试题库，使学生由被动接受向主动学习转变。
二、教学内容改革
1.知识体系优化。系统合理的教学知识体系是吸引学习兴趣、提高教学效率、提升教育成效的基础。在目前“油气田开发基础”教学内容中，存在着以下几方面问题：①课程内容与先修课程有重复之处。如油气水的成分及性质一章与“油层物理”、“石油工程概论”等课程存在重复，占用了本课程4个学时，另外在储层非均质性、油层压力和温度、储量计算等方面也与“油藏工程”有诸多重复之处。②知识体系过于理论化，教学知识与实际应用联系不紧密。虽然教学中讲授了油气成因、成藏、油气藏分布和描述的基础理论，但这些知识在油气田开发实际中如何具体应用，学生缺乏直观印象和系统认识。③学生主动性发挥不足。课程以课堂讲授为主，教学方法较为单一，缺乏研讨式教学氛围。为此，在教学改革探索过程中，逐步构建了以“油气藏”为对象，涵盖油气藏成烃、成藏以及描述为一体的系统化的知识体系，突出现场应用实践，满足学生未来工作需求。优化后的教学内容由原来的15章调整为12章，精简了油气水成分性质、油气层压力温度等内容，同时重点在油气藏描述部分充实了具体案例，充分吸收了不同类型油气田开发的最新研究成果及现场应用新技术，保证课程内容的前沿性。
2.油气田开发案例库建设。案例教学是一种开放式、互动式的新型教学方式，即围绕一定教学目的把实际中真实的研究案例加以典型化，来提高学生分析问题和解决问题的能力。案例教学自兴起以来，在医学、工商管理、法学等各个领域显示出良好的教学效果，在油气田开发领域也备受欢迎。“油气田开发基础”课程内容复杂，理论知识抽象，为了使学生更好地理解，提升教学质量，课程以典型的油气田为背景建立了油气田开发实践案例库，并根据教学内容穿插至不同的课堂教学中。在进行案例教学过程中，充分遵从案例教学的特点，发挥学生的能动性，重点着力于师生之间的互动学习。这种理论与实践的紧密结合，使得学生更好地理解了油气藏的理论知识，并对其描述方法、资料运用及结果分析等有了更深入细致的理解和掌握，极大调动了学生的学习兴趣。为此，教学改革中紧密结合课程理论知识、油气田实际特点和开发需求、最新学术研究成果，分析整理经典应用案例，建立了满足学生学习和课堂教学需求的案例库，以专题形式在课堂上与学生进行讨论与分析。本次改革整理了以下6个案例库：油气田开发数据库案例；地层对比与微构造案例；储层微观特征及储层评价案例；沉积微相及砂体展布规律案例；储量计算与评估案例；开发选区案例。优化后的教学内容和建立的与之对应的案例库使得课堂教学内容体系以及与现场应用联系的紧密性明显增强。
三、教学方法的改革
在进行教学内容优化、案例库建设的基础上，为了确保教学内容的完成，提升学生的学习效果，建立与之适应的教学方法是十分必要的。在教学改革中，针对课堂、课下和课程考核三个环节进行了教学方法的优化。
1.课堂研讨式教学：在教学改革过程中，课堂讲授注重互动和启发的研讨式教学方法。研讨式教学是以解决问题为中心的教学方式，通过问题提出、研究、讨论、实践、探索，提出解决问题办法的方式，使学生掌握知识和技能。这种教学方法能有效集中学生听课的注意力，启发学生对新知识的主动思考与推演，加强对新学内容的理解与记忆；辅以理论知识、现场研究与生产实践的案例，大大提升理论知识的形象化、具体化，激发了学生的学习兴趣。在教学过程中设置讨论环节，针对实际问题进行讨论、分析，营造创新的学习环境，提高学生理论联系实际的能力和创新能力。
2.课下调研与自学：在“油气田开发基础”教学中，针对课程重点、难点和热点等关键性问题，安排学生进行课题调研。完成了油气藏数据库及应用、油藏地层格架及构造、储层微观特征及储层评价、储层成因机理、储量复算及开发选区等5项调研课题，从随后的调研汇报结果看，学生调研热情高，知识学习效果好，提升了写作与总结能力。针对与其他课程有重复的教学内容，要求同学在课下自学，在课上以提问的形式请同学简单讲解，既加深了理解和印象，又提高了课程的教学效率。同时，建立了包括名词解释、填空、判断、简答、综述等内容的300余道代表性题目的习题集，供学生选作或自学之用。
3.注重实践能力的考核方式：考核方式的创新是确保“油气田开发基础”教学效果和教学改革成败的重要保证。此前的考核方式是期末笔试，考试形式比较单调，题型也多为名词解释、填空、简答、论述题，考试内容多集中于教材内容，无法有效引导学生自主学习能力、理论联系实际的能力及主动开展实践调研的动力。在本次教学改革中，主要进行了两方面的尝试：①是将平时成绩的比例提高至30%，平时成绩的评定不再仅仅关注出勤，而是将作业、调研、课堂提问等均纳入其中。②是对考试题型和考试重点进行优化，设立侧重考察学生内容理解、知识运用、现场实践等方面的题型，论述题比例由20分提高到40分。
教学实践表明，本次教学改革实现了建立合理油气田开发基础知识体系的目标，强化了学生对油气藏开发地质的概念，突出了现场案例教学特点，确定了满足学生未来工作需求与国际化接轨的教学内容与教学方法，取得了良好效果。
参考文献：
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TeachingReformforthe"BasicOil-GasFieldDevelopment"Course
DAIJin-you，LANChao-li，ZHOUXiao-feng，WANGJian-guo，XUEYong-chao，XIEChuan-li
（CollegeofPetroleumEngineering，ChinaUniversityofPetroleum-Beijing，Beijing102249，China）
简述系统工程的理论基础范文篇12
关键词：自动化；控制系统；自动控制原理；强化概念
中图分类号：TP13文献标识码：A
1引言
“自动控制原理”是研究自动控制共性规律的技术科学。控制理论与其它任何学科一样，源于社会实践和科学实践。随着社会生产和科学技术的迅猛发展，自动控制已形成了完整的理论体系，主要包括经典控制理论、现代控制理论，以及自20世纪80年代逐渐形成的大系统理论和智能控制理论。“自动控制原理”是自动化类专业一门很重要理论基础和技术课程。该课程的特点是：内容丰富、理论性强、涉及知识面广、信息量大、而且比较抽象，是具有一定深度和学习难度的课程。本文主要讨论如何在这门课程的教学过程中把抽象的理论具象化，如何提高大家的兴趣，如何把这门课程与整个专业体系结合起来。
2上好《自动控制原理》第一课
对于这门难度很高的课程，第一课一定要给予学生充分的感性认识，为基本概念的掌握打下好的基础。只有掌握了基本的概念，学生才有进一步自我深化的可能。而同时感性认识的获得的方法莫过于实际的例子。笔者为此设计了一些例子来进行教学，获得了较好的效果。现举出常用的一个例子与大家共同探讨。
如图所示，这是一个水位自动控制系统。
首先需让同学们明白这个系统的控制过程。在教学实践中发现，由于比较贴近生活，同学们对于这个系统的自动运行原理基本都能自发自然的理解，不需太多的引导。但当教师要同学们对他自己的理解进行表述时却都不能准确完整的表达。因此在教学过程中要引导大家如何进行准确完整的表述。一般有以下这样几点需要表述出来。
（1）系统的控制目标是什么？被控制量是什么？被控对象是哪个？扰动量有哪些？（被控对象和被控量不要混淆，要让同学们分清楚，同时还要让大家明白系统的概念）
（2）什么元件实现对被控对象的驱动？这个元件就是执行元件。
（3）哪个元件实现对被控量的测量？它就是检测元件。它的信号是如何反馈的？
（4）输入量由哪个元件给定？反馈量如何与给定量进行比较？（一般要进行反馈量大于给定量和小于给定量的两方面分析，在讲解的时候要重点突出负反馈在自动控制系统中作用和地位）
（5）系统还有哪些元件给定？它们在系统中起什么作用？
通过这样的引导，同学们基本能完整准确的表述。反复进行这样的训练，同学们从中可以得到这些学习效果：基础概念不断丰富深入认识理解，系统的缜密的思维不断建立完善，语言表达能力得到提高。而且在分析的过程中，同学还能感觉到自动化原来并不是那么神秘，是可以学会，可以掌握的，从而提高大家学习兴趣。
当然在实际教学中，不能仅举上述一个例子，还需很多例子，如直流调速系统、位置随动系统、过程控制系统（一般书上温度控制最常见到）等等。例子越多，同学们感性认识越丰富，基础概念理解越深入准确。当然这个学习的过程中，还应该适当的留下空白，让同学们解答，或者让同学们写出一些简单控制系统的分析，作为大作业评讲。
我们在分析自控过程时，要让同学们领会到自动化专业课程体系的结构，知道每门课程的基本作用和地位。从而通过这门课程让大家可以初步建立起本专业的知识框架，至于具体内容，当然需要每门课程的具体教学去完成了。
3对“自动控制原理”课，从实际控制系统入手进行教学，强调工程和物理概念
“自动控制原理”是一门理论性较强的课程，涉及知识面广，信息量大，所涉及的数学基础较为广泛，从微积分，复变函数，离散数学到矩阵理论。学生觉得难学，教师觉得难教。如果在教学过程中只注重一般的数学论证，缺乏工程和物理概念的阐述，学生学后不知用在哪里，如何运用。学生在课堂上忙于做笔记，课后忙于根据公式作大量的习题，考完试后，公式忘掉了，脑子里一片空白。这样的学习效果为后续专业课程的学习、毕业设计以及就业工作等带来许多问题。
任课教师必须有一个明确的认识，那就是设置本课程的教学目的并不在于使学生仅仅多学一些知识，而是通过该课程的学习，在学生头脑中形成一种稳固的思想，并使他们自己学会找出与本专业的实践结合点，培养一种对知识应用和创造的能力。在教学过程中一定要重点讲述基本概念、基本原理和基本方法。
通过典型示例，引出控制、自动控制，反馈等基本概念。例如，通过人骑自行车这样一个最简单的例子，引出控制系统的基本构成，通过人的控制将不稳定的被控对象通过反馈控制变成稳定，并且可实现跟踪控制，进而引出机器人控制这个热点的控制问题。根据换热器的温度控制，让同学们明确闭环控制的首要目的是为了克服不确定性因素，如对象本身的不确定性以及不确定性的干扰等。在关于稳定性的教学中，还要明确反馈可能会引起系统的不稳定，保持系统的稳定性是控制系统设计首先必须满足的基本要求。通过系统传递函数分析的关于系统的稳定性是有界输入/有界输出（BI/BO）稳定性，因传递函数本身就是关于系统的输入输出描述。通过这些典型示例，使学生们对学习本课程的任务有一个感性认识，明确自动控原理课程的主要内容就是采用时域、根轨迹、频域等各种方法分析控制系统的性能，并根据要求的系统性能指标，进行控制系统的设计校正。在掌握了这些基本概念后，学生的学习就有了明确的目的性。为了定量分析自动控制系统的性能，需用数学模型描述实际的物理系统，引出传递函数的概念。传递函数是控制理论中很重要的一个概念，不仅要让学生掌握它是在零初始条件下输入输出变量的拉氏变换之比，更要明确它表示的是输入输出的变化量之比。还可把它引伸为一个算子，实现从输入到输出的一个变换。同时还要明确传递函数只能描述元件或系统输入输出特性，即端部特性，而不能描述其内部状态。通过传递函数的引入，可建立控制系统的方框图。整个经典控制理论都是以传递函数为核心，围绕着系统方框图进行分析和设计。通过强化物理概念，使学生们看到的不仅是一个个方框图、传递函数，更要看到方框图背后所代表的物理系统，这样在进行分析和设计时就有了明确的物理概念。
在知识的传授中，注重控制思想和工程背景。本课程的设置目的不仅是对这门学科知识的掌握，更重要的是在各行业中的具体工程应用。因此在教学的全部过程中必须注重课程在工程的具体情况，并将工程的分析、设计实现方法渗入课程的教学中，如PID参数的整定及工程整定等。还应向学生介绍控制理论的前沿和热点，并结合教师的科研介绍在工程中的应用，以此使学生学会寻找各行业与控制理论的结合点，并去开创新的结合点，从而培养学生应用知识的能力和创新的能力。
4注重“自动控制原理”与“信号与系统”有机结合，拓宽学生的知识面
自动化专业开设的“自动控制原理”和“信号与系统”两门课，都是作为专业基础课开设，两门课程在内容上存在一定的重复。将两门课的内容有机的结合在一起，做到一加一等于二，甚至大于二。“信号与系统”和“自动控制原理”是不同性质的专业基础课，虽然在内容上存在重复，但在思想体系及出发点上不同。“信号与系统”偏重于弱信号的处理与传输，为通信系统的学习做准备。而“自动控制原理”则侧重系统的应用。因此在“自动控制原理”的教学过程中，注重对基本概念、基本理论和基本方法的阐述，使学生等到一定的工程应用概念。在选用例子时，尽量选用实际控制系统的例子，这样能够使学生在很少的时间内理解一般系统的控制规律，掌握控制系统的有关概念。而在讲述数学模型中的信号流图，采样系统中的z变换和差分方程的求解等内容时，由于这部分内容与“信号与系统”中的部分内容相重复，就可简单讲解。在“自动控制原理”中不重点讲述的脉冲响应函数和卷积的概念，而在“信号与系统”中作为重点进行阐述，这样可以拓宽学生的知识面，为第三学年学生选专业奠定了基础。
在自动化专业，同时开设“自动控制原理”和“信号与系统”两门课的时间还不长，在教学过程中会暴露出许多问题，如何在教学内容上统筹安排，使学生在有限的学时内获得更多的知识，仍需在今后的教学实践中不断探讨。
参考文献
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