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電氣和自動化論文范文1
論文摘要：文章介紹一種應用當前最先進的工業自動化控制技術的用于教學培訓的柔性制造系統。
1引言
隨著工業自動化技術的迅猛發展，現代自動生產加工系統中的控制和操作技術越來越復雜，往往綜合了機械、氣動、液壓、傳感器技術、PLC及伺服驅動、數控技術、機器人技術、通信技術、柔性制造及計算機集成制造技術等多門學科，因此對于工業現場的應用技術人員也提出較高的要求。對于培養生產一線的技術應用型人才的高等職業技術教育院校來說，提供模擬自動化生產加工系統的綜合實訓環節，培養學生的綜合工程應用能力，滿足現代化企業生產的需求是我們的教學理念。在教學中我們引入了德國某公司的F’MS50系統，也稱為柔性制造系統機電一體化培訓設備。
2系統的組成和功能
此柔性制造系統是一套模擬實際工業自動化生產中不同復雜程度控制過程的柔性加工中心。根據系統的不同運行狀態，可實現對生產加工過程的改變和控制。圖1所示為該物流系統的平面示意圖，整個系統由以下13個工作站組成:①供料站;②檢測站;③提取站;④加工站;⑤圖像處理站;⑥裝配站;⑦暫存站;⑧提取站;⑨成品分裝站;⑩閉環柔性輸送裝置;⑧柔性加工系統上下料機器人;⑩數控車床;⑩數控銑床。
該系統的生產過程模擬短行程氣缸的裝配，其中包括的零件有:缸體、活塞、彈簧和端蓋。整個加工系統的流程為:工件由送料站送人檢測站~檢測站檢測工件的狀況~將合格零件放人傳送帶上的工件運送車上~由提取站中的機械手上下料裝置將工件放人加工站進行加工~再將工件放回傳送帶上~工件經過圖像處理站時由工業圖像處理系統檢測將要進行裝配的工件形狀是否合格~合格工件進人下一個站(不合格工件將被剔除)~裝配站中的五軸機器人對氣缸進行組裝(其中缸體由傳送帶運送，活塞儲存在裝配站的貨盤上，端蓋和彈簧儲存在料艙中)~暫存站將裝配好的工件暫存于高層倉庫中(可按需要將工件放回到傳送帶上)一由提取站中的機械手上下料裝置按工件的顏色將工件從傳送帶上放人成品分裝站中~成品分裝站完成成品輸出。
此系統是一個可以擴展的可以連接多個工作站的系統，并在生產過程中可柔性地面對運行狀態且可以按相應的情況控制物流。其主要單元是負責向系統內個工作站間輸送零件的閉環柔性輸送裝置。每個工作站中都帶有由STEMENS S7一300系列控制器和數字量vo模塊組成的控制板，控制板與工作站的連接通過一根標準的vo電纜連接。傳送系統的控制也由SIEMENS S7實現。工作站之間的通信由vo接口定義，傳送系統內部的數據傳送由AS一1(執行器和數字傳感器組成的網絡)總線實現。工作站與傳送系統之間的通信通過vo接口定義。在FMSSo中使用SIEMENS的WinCC對系統進行監視，控制以及數據采集。為了實現WinCC和PLC之間的數據交換，該系統采用了Profibus一DP現場總線。WinCC發送數據到PLC，同時從PLC接收數據信息。通過WinCC在主機中按照級別的優先權監控每個設備的運行情況，并且通過一根電纜即可完成在線對PLC S7編程和故障診斷。
該系統包含實際生產加工的主要功能:來料分配、工件檢測、工件操作(機械手上下料)、工件加工及處理、質量控制(圖像處理)、自動裝配(五軸機器人裝配)、立體倉庫(料倉)、工件輸出、工件分揀、閉環柔性輸送裝置、數控加工等。使用該系統應可以完成不同復雜程度、各種主要課題的教學培訓，如:氣動技術、機械技術、通信技術、機械手技術、傳感器技術、PLC技術、電氣/電子技術、自動控制技術、傳動技術、物流技術、數控技術和系統管理等。
3模塊化工作站
構成柔性制造系統FMS50中的各工作站均包括獨立的電氣和可編程控制器單元，帶有一個標準vo接口用于與PLC板的連接。機械和氣動單元按照各工作站的不同生產功能可以由標準模塊組裝而成，靈活性較大，氣動系統的控制原理相似。
以工件提取站為例，該站完成將工件從傳送帶上提取并將其放置在加工站上的分度盤上的任務。它的主要組成模塊是完成x軸運動(運送工件)的無桿氣缸A、完成:軸運動(提放工件)的扁平氣缸(提升缸)B，氣動平行抓手C(抓取工件)和由3片緊湊型閥組成閥島CPV10及滑槽模塊。氣動控制回路圖如圖2所示。圖中A缸和B缸控制回路中的單向節流閥用于控制兩缸的行進速度;A缸控制回路中的兩個氣控單向閥在回路中形成氣動鎖，是一種安全措施，可使氣缸在系統斷電或停氣時在任意位置保持不動。閥島中的3個電磁閥C，M，M分別控制氣缸A，B，C。其中C型電磁閥由兩個常斷式單電控二位三通電磁閥組成;M型電磁閥是單電控二位五通電磁閥。
模塊化工作站的特點是工作站中的小型模塊應該能夠體現生產加工中的各種單獨功能或組裝加工，采用的控制模式與實際生產中相同，每個工作站均包含獨立的電氣及可編程序控制器單元且采用標準的電氣接口，每個工作站本身可以單獨用于教學實訓，每個模塊都具有相應的培訓內容，各工作站之間通過電纜或總線連接可以形成不同形式的柔性制造系統。
4該系統的教學培訓理念
FMS50系統的模塊化設計，可以單獨訓練PLC編程和機器人操作技術及各工作站，如工件自動裝配、自動輸送、緩沖倉儲等。在教學實踐中，采用模塊化教學方法，教學的過程從基礎簡單的操作和控制逐步擴展到復雜操作的控制，具體操作是將學生分組訓練，每組學生要完成從模塊的機械、氣動與電氣元件組裝安裝到工作站的氣動與電氣回路連接，再根據工藝要求進行PLC編程，調試、操作、維修及故障排除。在工作站之間的連接和工作站與傳送系統的連接過程中，學生可以了解到vo通信和總線控制技術。并且通過監視、控制以及數據采集軟件vvn}rcc，了解系統的物流和信息流運行情況。在整個訓練過程中可以使學生將所學過的專業知識加以綜合應用，并能培養學生的學習能力、獨立思考能力及團隊合作精神。由于該系統是開放式的，學生可以在訓練中加人自己的創新思想，重新組合或開發新的工作站，組成不同的機電一體化系統。在高層次的訓練中，可以對學生進行諸如遠程控制、圖像識別、機器人、交互式仿真系統COS/MIR軟件(提供建模、運動仿真及三菱機器人編程仿真)等知識的培訓。
電氣和自動化論文范文2
論文關鍵詞：變電站；變電站數字化；通信網絡
為了提高電力系統的自動化水平和可靠性，提高電網企業的經濟效益和管理水平，我國電力企業積極進行變電站的數字化。隨著國家標準的不斷完善以及智能斷路器、非常規互感器和網絡技術的發展，數字化將是未來變電站自動化發展的必然趨勢。
一、數字化變電站的特點
隨著數字化技術的出現和應用，數字化變電站的概念也被提出。數字化變電站可以實現信息的整體和統一處理,同時具備變電站內ied之間、控制中心和變電站之間協同互動運行的能力。一般情況下，數字化變電站具備以下幾個技術特點。
1.層次化
由于所具備的功能差異，變電站的結構邏輯可分成間隔層、過程層以及變電站層。間隔層的作用是通過本間隔的數據作用于自身間隔的一次設備。所有與一次設備接口功能的實現是通過過程層完成的。利用全站的數據，變電站層可以對全站的一次設備進行監視以及控制，同時可以實現與遠方控制中心進行交換數據。
2.一次設備的智能化
可編程（plc）控制器可以替換變電站二次回路中的繼電器及其配套的邏輯回路，光電數字和光纖將會代替變電站目前普通的模擬信號和控制線路被。
3.二次設備的網絡化
變電站的二次設備不設功能裝置重復的輸入/輸出接口，通過網絡可以真正實現數據共享、資源共享，普通的功能裝置也會演變成邏輯的功能模塊。
4.運行管理實現自動化
日常運行、維護、數據記錄可以實現無紙化辦公和自動化的信息分流交換；變電站發生故障時，及時提出故障原因和維修意見；系統可以自動發出變電站設備狀態檢修報告。
二、數字化變電站中的關鍵技術
由于用戶對供電質量、可靠性要求以及電壓等級和電網容量的不斷提高，電力電子、傳感器、網絡通信和信號處理等技術日漸成熟，所以變電站一次設備智能化、自動化成為發展的必然趨勢。當前，該技術主要是智能斷路器、集成型智能開關以及電子式電流電壓互感器等設備的發展和應用。
1.非常規的互感器
隨著計算機技術和光電技術日益成熟，非常規互感器在實際生產中得到了廣泛的應用。它具有很強的抗電磁干擾能力、絕緣好、可測量頻帶寬，新型光電/電子式互感器具有現代光電技術的優點以及電光晶體的各種優異特性，在電力行業有著廣泛的應用。同時，結合數字信號處理dsp技術和光電技術，未來將呈現出很好的發展勢頭。
數字化保護和測控設備可以和非常規互感器直接接口，省去了中間環節。它的優點是：能隔離高低壓，絕緣性能良好；由于不含鐵芯，鐵磁諧振和磁飽可以消除；良好的抗電磁干擾性能，低壓側無開路高壓危險；測量精度高，動態范圍大；頻率響應范圍大；無易燃、易爆等危險。
由于以上優點，非常規互感器不僅具有可觀的經濟效益和社會效益，而且能很好地適應電力系統數字化、智能化和網絡化發展的需要，提高了電力系統自動化程度并且能夠保證其安全可靠的運行。
2.斷路器智能技術
為了改變現有斷路器的單一空載分閘特性，自動獲得實際開斷時電氣和機械性能上的最佳開斷效果，且由于電網運行過程中會經常有各種開斷指令，斷路器可以執行相應的智能操作——自動調整執行機構和滅弧室工作條件的選擇。通過智能斷路器的過程層(i/o)通信接口，輸入和輸出通信數據，而這些通信數據必須符合iec61850標準?；蛘哒f根據iec61850提出的標準體系，斷路器屬于過程層設備，所以控制跳合閘命令的傳遞以及斷路器狀態信息傳輸是通過iec61850標準的通信數據來實現的。
3.集成型智能開關設備
國外一些大的電力設備生產公司已經推出類似產品，瑞士abb公司推出的接插式開關系統pass是最具代表性的。它是abb公司在生產氣體絕緣組合電器gls和空氣絕緣開關設備als的基礎上研發的一種新型電器設備，而該款產品具備了gls的優點。從20世紀末應用至今，已在美國、加拿大、英國、瑞典等變電站使用并且用戶反應良好?？梢哉f，集成型智能開關設備是電力系統將來一次電氣設備的發展方向，它的主要優點是結構緊湊、安裝方便、接線簡化、占地面積小、自動化程度高、可靠性高和日常維護簡單。
三、數字化變電站通信網絡結構
建設數字化變電站的基礎之一就是從邏輯概念和物理概念上，將通信體系分為三個層次，即間隔層、變電站層以及過程層，并且制定了各層通信接口之間的通信標準。而另一個前提就是制定的iec61850標準，該標準的制定，有利于實現電力自動化系統的三個功能，即控制、監視和繼電保護功能。
由于沒有規定通信拓撲，并且對設備之間的通信接口沒有任何標準，所以各個廠家只是根據客戶需求自行設計和定義物理通信鏈路上的通信接口，上述的三個層次僅是抽象的概念。由于iec6185o使用以太網作為基本通信技術，并沒有限制實際的網絡形式，所以，隨著網絡技術的進步，同一個網絡完全可以融合變電站總線和過程總線。這樣的通信系統既有利于變電站與控制中心構成統一的無縫通信網絡，而且可以同時實現變電站內的無縫連接。
變電站層有兩種功能。變電站層功能是指sas到各個接口的功能，即到本地站操作員人機接口、遠方控制中心遙控接口或遠程監視維護工程遠方監視接口的功能。另外一個功能是指利用多個變電站或間隔的數據，而且作用到整個站的一次設備或多個間隔。
間隔層是利用分析某個間隔數據，然后可以實現控制該層一次設備的目的。該功能是與任何類型的i/o或智能傳感器和執行器通信，即通過一定的邏輯接口在間隔層內通信或與過程層通信。
過程層功能是連接到過程的全部功能。
四、數字化變電站對變電站的影響
1.對二次系統應用的影響
由于現代數字技術的發展以及相關標準的制定，變電站數字化技術得以迅速發展應用。在電氣量采集的環節、ied設備數據傳輸交換方式、變電站信息冗余性、變電站二次系統運行安全性、可靠性等，都將由于變電站數字化技術的應用產生巨大的影響。
2.對變電站整體建設方案的影響
當今，由于土地價格昂貴，縮小變電站的占地面積將是目前變電站建設急需考慮的問題。由于電子式互感器的體積小，方便安裝，與其他高壓設備集成方便，所以能減少變電站的占地面積。實現數字化的變電站基本上沒有電纜，采用光纖通信，造價低，重量輕?？梢匀∠冸娬緝却蟛糠蛛娎|井和電纜層，建設變電站的成本也可大大減少。
3.數字化變電站對設備調試的影響
數字化變電站不僅可以提高二次系統安全性，而且可以大大簡化二次系統的調試；電壓互感器的極性由安裝位置決定，所以現場不需要校驗；絕緣電阻不需要測試；電子式互感器還可以確保使用數據正確，這是由于該設備傳輸的數據都有標記，方便識別；除此之外，由于一二次回路接線不需要查線，原來的查線工作大大減少，減輕運行維護人員的工作量；由于絕緣的系統的光纖信號傳輸回路，所以沒有接地，減少了變電站檢查接地的工作量。
五、數字化變電站未來的發展
電力系統通過sas技術的應用，不僅提高了電網運行的安全性、穩定性，而且還大大減少了系統的維護和檢修費用，具有十分明顯的經濟價值。由于變電站是整個電力系統最基本信息源，所以它也是整個系統中數字化的基礎?；谝陨显?，數字化變電站應具備以下幾項技術優點。
（1）過程層信息系統內部互相調用。在數字化變電站過程層的數據化的信息傳輸都是通過光纖完成的，所以過程層的信息可以實現系統內部互相調。
（2）數字化變電站通信網絡技術有及時性、穩定性以及兼容性等優點。
（3）信息模型化和互操作。作為電力系統的信息源頭，數字化變電站不僅要提供盡可能多的信息，而且這些信息應建立在統一的電力系統信息模型的基礎之上。作為執行終端，實現各種協同功能是數字化變電站最基本的特征，這要求ied之間能夠互操作。為了實現設備之間互相操作，變電站信息的標準化是基礎。
（4）檢測調試方法的變化。由于數字化變電站中的大多數自動化功能都以數據通信的方式實施，所以通信監測設備顯得非常關鍵，不僅用于檢查網絡的聯通性，而且對通信過程和傳輸信息進行監視，用來分析自動化功能的實施情況。
（5）廣域自動化功能。數字化變電站的通信網絡建設需求是互相兼容的，傳輸的信息有同一個標準同時必須能夠相互共享，這樣才能達到電網與變電站之間協同配合的目的。
六、總結
由于數字化變電站技術涉及到許多通信網絡以及新設備的應用，所以從研發到實際應用將會是比較長期的過程。如iec61850標準體系、智能斷路器、電子式互感器、網絡通信技術等。由于各種新技術沒有經過一定時期的實踐檢驗，所以在現場應用的穩定性需要結合工程實際逐步完善。
電氣和自動化論文范文3
論文摘要：從辦學思路、教材設置、師資結構等方面討論了目前高校建筑環境與設備工程專業中出現的問題和應改革的內容;結合中南大學建筑環境與設備工程專業教學實踐，提出了明確辦學思路、強調專業特色、加強實踐環節等方面的專業教學體系改革的思路。
科學技術是第一生產力，是推動社會進步的巨大動力。人是從事科學技術的主體，因此當今社會的競爭就是人才的競爭。而人才核心競爭力的培養，主要來源于大學教育。為了適應社會的發展，教育部在上世紀末對大學很多專業都進行了調整，包括建筑環境與設備專業。建筑環境與設備工程專業是根據教育部1998年頒布的全國普通高等學校本科專業目錄，將“供熱通風與空調工程”和“燃氣工程”兩專業合并，調整、拓寬組建而成的新專業[1]。該專業以培養從事工業與民用建筑室內環境及建筑設備、公共設施、建筑熱能供應系統的設計和建筑自動化與能源管理工作的人才為目標。這次調整，不是簡單的合并，而是產生了一個面向21世紀新的專業學科。近年來，該專業如雨后春筍般在全國范圍91所各類眾多高校中涌現出來，問題也隨之凸現。筆者認為有必要進行深入的、切實可行的教學改革。
一、主要凸現的問題
(一)辦學思路不清晰
雖然很多學校秉承了“厚基礎、寬口徑”的辦學思想，在教學內容上增加了建筑環境、建筑熱能供應以及建筑自動化等方面的知識，并把建筑環境學列為了專業的平臺，搭建了新的本科專業的框架體系。但是“厚而寬”不是“大而全”。知識口徑的拓寬不是各種知識的堆積和羅列。專業的辦學首先要服從于所在大學的辦學思路，即學校的定位。一般院校和重點院校不同，創新型大學與研究型大學和綜合型大學也不同。如果全國九十一所建筑環境與設備專業的教學體系都參照某一兩個名牌大學的教學體系，那么這樣的后果是顯而易見的:一，專業建設沒有或者散失了原有專業的特色;二，專業培養出來的人才也沒有特色。
(二)教材建設的質量不容樂觀
目前圍繞建筑環境與設備專業的教材種類繁多，質量參差不一。教材是教學內容的具體體現，教學體系中的教材應該具有知識的系統性、延續性和完整性。而不是各個知識塊之間簡單的粘貼或移動的關系。以《暖通空調》為例，集結了原來供熱、供燃氣及通風空調工程專業的主要專業課:《空氣調節》、《工業通風》以及《供熱工程》的主要內容。剔出了三門課管網輸配的交叉部分，而另設了一門課:《流體輸配管網》。但就這兩門課程的教材來看，共同的缺點是把原來空調、通風和供熱三門課的三個系統簡單地歸類總結，系統總結有余，闡述不足。使得在具體教學過程中，出現老師覺得不好講，學生不易接受的情況。
(三)配套的師資隊伍結構有待改善
由于建筑環境與設備專業由原來的暖通空調專業或燃氣專業演變而來，因此師資基本上是暖通空調或燃氣專業的。但是專業的領域已經擴充到建筑室內環境、建筑設備、公用設備和智能建筑等方面。專業的內涵已經由原來的設備或系統擴充到既包括設備、系統，也包括智能建筑。其中的弱勢部分是智能建筑。因為智能建筑技術也是一門交叉學科，而大部分搞自動控制的人才是自動化專業、電氣工程及其自動化專業或計算機專業的人員。對智能建筑、智能化系統及設備缺乏全面的了解和掌握，缺乏建筑結構、建筑設備、供熱空調等方面的專業知識和理解。另一方面，搞設備的人才又缺少對建筑自動化、BAS功能科學要求的理解，缺少有效的上層控制管理邏輯與算法。兩方面人才又缺少“接口”，從而制約了智能建筑技術的發展[2]。因此合理搭配師資，在教學安排方面與其它專業知識交叉融合，才能培養出新時代的建筑環境與設備復合型人才。
二、改革的內容
(一)明確辦學思路，辦出專業特色[3]
明確辦學思路是確定專業人才培養目標和教學體系的前提和基礎。是以科研人才為主，還是以工程技術人員為主，不僅與專業本身的內涵有關，更重要的是與專業所在大學的性質有關。這樣才能形成專業建設和發展的良性競爭。辦學思路還與專業特色有著密切聯系。專業特色與專業在多年的建設發展過程中的教學和科研歷史有關，如有的學校在暖通空調的系統工程方面是強項，而有的學校在制冷空調設備的研究與開發方面是強項。那么在培養人才方面，這些特色就應該很好的繼承和發揮，在課程設置和訓練中要體現出來。
(二)穩固基礎知識，拓寬專業口徑
建筑環境與設備專業是一門跨學科的工科專業，學生基礎知識應包括數理方面、工程熱物理方面、流體機械方面、建筑熱物理方面和自動化控制的知識。只有牢固的基礎知識， 學生才能深刻地理解專業課程，拓寬本專業的服務領域。當然，正如前面強調的，專業辦學的前提是要繼承和發揚本專業的特色。這些基礎知識本身就是屬于很多領域，要與專業在建設和發展過程中的特色結合起來，構造和穩固所必需的專業基礎知識。
專業知識的拓寬，是構架新時代建筑環境與設備專業教學體系的重要部分。專業教學體系不僅僅局限于暖通空調，或是供熱供燃氣，或是把這兩方面的課程全部籠統地包括進去，或是把建筑環境、公用設備和智能建筑方面的知識硬塞進去。在專業學時有限的條件下，很有可能會造成各種知識的七拼八湊。因此，要有側重點地把某些方面作為原本專業特色的延伸和發展，切忌一口吃成一個胖子的思想，盲目地貪大。
(三)編制優秀的教材，配備合理的師資隊伍
正如前面所說，由于原有專業教學體系架構的割斷和組合，使得最近幾年采用的教材在編制上都有這樣或那樣的問題，因此在教材的建設方面還必需投入更多的精力。而選用合適的優秀教材的基礎正是現在的教學體系的完善，必需從根本上理解和制定本專業的教學體系和知識模塊。
師資的知識結構要分布合理，除了保留原來專業特色的知識結構以外，還要補充新的知識，如智能建筑和建筑環境方面的知識結構。師資的梯隊建設也很重要。教學梯隊的形成有利于知識傳授的傳承和不斷更新。每個專業知識模塊，也就是我們所說的課群下面，形成以教授為龍頭，教授副教授主講，青年教師為重要組成的教學梯隊。
三、我校建筑環境與設備專業教學體系改革的幾點思路
中南大學建筑環境與設備工程專業主要源于長沙鐵道學院的制冷空調學科。長沙鐵道學院從上世紀70年代起，就開展了制冷空調及冷藏運輸方面的研究工作， 1985年在機車車輛系成立制冷空調教研室，并開始招收制冷空調專業?？茖W生; 1989年開始招收供熱通風與空調專業本科學生; 1998年根據教育部文件調整為建筑環境與設備專業。因此，在二十多年的建設中，形成了制冷與暖調、系統與設備并重的特色。我專業在調整后修訂了教學計劃，增加了供燃氣、建筑環境和建筑自動化方面的知識模塊，保留了原來的制冷方面的知識模塊，包括有制冷原理、制冷壓縮機和鐵路車輛制冷、制冷裝置自動化等課程。 轉貼于
目前已擬定完2008級新的教學體系和教學計劃，主要的思路有如下幾點。
(一)明確辦學思路，與學校的定位一致。
我專業隸屬于以本科生、研究生教育為主的高層次綜合性大學——中南大學，學校的定位是立足湖南，面向全國，放眼世界，努力建設國內一流、國際上有重要影響的高水平、綜合性、研究型、創新型大學[4]。因此，我專業的辦學思路是以創新素質教育為核心，堅持全面發展的人才培養標準，面向社會主義市場經濟的人才需求，培養出具有實踐能力、創新能力，既懂技術又懂管理的復合型人才。
(二)繼承和發揚專業特色，整合知識架構。
充分利用能源知識的平臺。從2008年開始本專業與同屬能源科學與工程學院的熱能專業進行能源與動力大類招生，使學生在低年級的時候的基礎知識面廣，起到“厚基礎、寬口徑”的作用。
繼續保留專業的特色之一:制冷模塊。從畢業生就業的反饋來看，用人單位對既懂制冷，又懂暖通，既了解系統，又了解設備的人才非常歡迎。
加強暖通和建筑環境的優勢。把空調、供熱、通風和建筑環境的節能、環保、熱舒適與空氣品質結合起來，也是當前時展的需求。
減弱供燃氣和燃燒模塊。從本系教師多年從事的科研工作來看，燃氣和燃燒模塊并沒有形成特色，因此可以適當減少其份額，作為選修課程開設。
加強智能建筑模塊。智能建筑是樓宇發展的重要方向。本系在制冷和空調系統的自動化控制方面有著多年的研究和實 踐經驗?？梢栽诖嘶A上進一步擴充相關領域的知識內容。
(四)加強實踐環節，培養創新人才
實踐環節包括實習、課程設計和畢業設計。實踐環節應受到更多的重視。既保證實踐環節的“量”，又要保證實踐環節的“質”。即:實踐環節的課時量必需嚴格保證，同時要求學生在實踐環節動手、動腦，培養其綜合運用所學知識和創新能力。
畢業設計從選題開始抓起，選題來源于教師的科研課題或工程實際，具有很強的實際意義和理論研究價值，有利于培養學生的綜合能力。
嚴格把握好實踐環節的考核。本系在近兩年所有的專業實踐環節考核中都涵蓋有答辯部分的考核，既鍛煉了學生的膽量、自信和表達能力，又能很客觀地反映實際的情況。
參考文獻
[1]肖勇全，李岱森.建筑環境與設備工程專業[J].高等建筑教育，2002， (2).
[2]劉春蕾，趙三元，海.智能建筑相關專業課程體系建設研究[J].安徽建筑工業學院學報(自然科學版)， 2004， (4).
電氣和自動化論文范文4
關鍵詞：高壓設備；檢修；抽空；路徑
一、利用系統設置的反向工作對高壓系統抽空
1.系統原理和抽空路徑
系統原理：冷凝器、貯液器等->壓縮機排氣管->反向工作閥（1）->壓縮機吸氣閥->壓縮機排氣閥->反向工作閥（2）->壓縮機吸氣管->一15低壓循環桶->低壓氣體調節站->蒸發器。
2.特點及適用場合
（1）停止庫房降溫。
（2）嚴重影響庫內商品質量。將大量高壓高溫氣體排往低壓系統，導致蒸發壓力和庫房溫度迅速上升，排管化霜滴水。
（3）造成管道和設備焊接部位脆裂。因低壓管道和設備長期處于低溫狀態，受溫度劇烈變化的影響。
（4）能量損失大。反向工作時間過長，耗電大，不經濟。
（5）恢復正常工作時，壓縮機啟動困難。反向工作后，低壓系統壓力過高。
鑒于以上原因，該方法僅在沒有其它可行方法時采用，最大限度的減少氨的泄放量，以減輕對水源或空氣造成的危害。
必須指出：反向工作對于新建冷庫制冷系統的設備管道進行試驗和抽空補焊，是十分有用的。
二、冷庫日常維護保養
保溫部分：
1.冷庫及制冷設備新安裝完畢或長期停用后，再次使用，應進行全面的檢測調試，在一切指標正常的情況下，由專業的制冷技術人員指導放可啟動使用。
2.保溫保護：注意使用中應注意硬物對冷庫體及外體的碰撞和刮劃。因為可以造成凹陷和銹蝕，嚴重的會造成局部保溫性能降低。
3.密封保護：由于裝配式冷庫是由若干塊保溫板拼而成，因此板之間存在一定的縫隙，施工中這些縫隙會用密封膠密封，防止空氣和水分進入。所以在使用中對一些密封失效的部位及時修補。要堅決杜絕逃冷現象出現。
4.地面保護：一般小型裝配式冷庫的地使用保溫板，使用冷庫時應防止地面存有大量的冰和水，如果有冰，清理時切不可使用硬物敲打，損壞地面。
三、制冷系統的日常作維護和保養
1.初期運轉機組：要經常觀察壓縮機的油面及回油情況及油的清潔度，發現油臟或油面下降要及時解決，以免造成不良。
2.對于機組：要經常清掃風冷器使其保持良好的換熱狀態。檢查電機、風扇是否轉動靈活，如有阻滯現象則應加注油；如有異常磨擦聲則應更換同型號規格的軸承清潔風機風葉、盤管、積水盤上的污物。對于冷風機組要經常檢查冷凝器，出現結垢問題，要及時清除水垢。
3.對于蒸發器：要經常檢查除霜情況，除霜是否及時有效，會影響制冷效果，導致制冷系統回液。
4.經常觀察壓縮機運行狀態；檢查其排氣溫度，在換季運行時，要特別注意系統的運行狀態，及時調整系統供液量和冷凝溫。
5.仔細傾聽壓縮機，冷凝器風機運轉聲音，發現異常及時處理，同時檢查壓縮機、排氣管及地腳的振動情況。檢查壓縮機是否有異常的氣味
6.對壓縮機的維護；初期系統內部清潔度較差，在運行30天后要更換一次冷凍油，對于清潔度較高的系統，在運行半年之后再徹底更換一次（要根據實際情況而定）。壓縮機維修保養：制冷技工每年對壓縮機進行一次檢測、保養。檢查壓縮機油位、油色。如油位低于觀察鏡的1/2位置，則應查明漏油原因并排除故障后再充注油；如油已變色則應徹底更換油。檢查制冷系統內是否存在空氣，如有則應排放空氣：
a）壓縮機電機絕緣電阻（正常0.5MΩ以上）；
b）壓縮機運行電流（正常為額定值，三相基本平衡）；
c）壓縮機油壓；
d）壓縮機外殼溫度；
e）吸氣壓力；
7.電磁調節閥、壓差調節閥維修保養：
a）干燥過濾器：檢查干燥過濾器是否已臟堵或吸潮，如是則更換同規格的干燥過濾器；
b）電磁調節閥、壓差調節閥：
――通斷電檢查電磁調節閥、壓差調節閥是否動作可靠，如有問題則更換同規格電磁調節閥，壓差調節閥；
四、整個制冷系統配備了完善可靠的電氣控制系統
在能滿足設計要求同時又能實現控制更先進更智能，系統運行更經濟的前提下提出以下控制方案：冷藏庫主控采用兩套由可編程邏輯控制器配合人機界面組成的集中顯示、集中控制系統（TCS系統）以下簡稱DCS系統。系統功能如下；
1.系統變量顯示
該系統能將系統實時變量以數碼或者中文形式顯示在畫面上，如每個庫內溫度、每個管排溫度顯示到屏幕上去，不但能顯示數碼而且還能顯示動態棒圖和動態表，讓重要的變量顯示更清晰更直觀。
2.系統工作參數顯示
所謂系統工作參數就是系統工作在用戶要求范圍所需的參數，TCS能將所有需要設置的工作參數集中顯示到一副或幾副畫面上，這樣操作員可以以最快速度觀察到需要及時更正的數據，以免因為數據沒能及時更正造成生產延誤。
3.系統狀態顯示
DCS不但能將系統工作參數、系統變量顯示出來而且還能將系統硬件的狀態以三維指示燈表示出來，如當一號壓縮機工作時，它所對應的三維指示燈就在屏幕上動起來，這樣整個屏幕就被點綴的形象生動，盡將自動化的“柔性化”表達的淋漓盡致！
4.實時事件登陸
當系統硬件或軟件出現異常情況的時候，操作屏幕會將異常情況以中文形式顯示到事件畫面當中，如果事件為故障事件時，系統會發出警報聲并將發生故障的硬件停下來，同時給出提示信息，提示操作員應該檢查哪個地方就能排除此故障，給檢修帶來極大方便。
5.密碼功能
在系統畫面中加入密碼功能后可以有效的將一些重要的畫面保護起來，分成若干個安全等級，這樣掌握低安全等級畫面的操作員就不能訪問安全等級高的畫面（既不會造成操作越軌），而掌握高安全等級畫面的操作員既能訪問高安全等級畫面又能訪問底安全等級畫面，掌握這些等級畫面的操作員一般為工程師或車間主任。
6.通訊功能
當僅僅是在機房操作控制系統不能滿足控制要求時，就可以采用聯結上位機來構成樹形或托普網絡實現集中遠程控制，而此時可以通過將PLC通訊口添加一個集線器，上位機連一個通訊口文本顯示器一個口等方式來組成網絡系統，這樣一切先進的控制需求均可輕松實現。
每個冷庫單獨控溫，圖形界面顯示，操作簡便；自動控制制冷系統冷風機、電磁閥的運行；可根據用戶需求獨立設定各庫溫度；自動、手動定時沖霜，依時間和溫度退出充霜；供液電磁閥延時打開，沖霜后有排水時間設定，冷風機延時工作不會把沖霜后冷風機上的水珠吹到庫內，這種設計非?？茖W先進。
電氣和自動化論文范文5
關鍵詞：城市路燈 GPRS無線通訊 智能監控系統
中圖分類號：U672.7+4文獻標識碼：A
一、引言
路燈對于城市發展的作用不容忽視，城市路燈的建設和管理不但關系到社會的安定和經濟的繁榮，而且也影響著市容市貌，作為實用工具和景觀工程，城市路燈的照明建設日益受到政府和各界的關注。這項基礎設施建設代表著一座城市的現代化水平、經濟實力、乃至人文特色，而它工作難度大、技術含量高的特性也給城市的建設者們帶來考驗，城市路燈照明是人們日常生活中不可缺少的公共基礎設施，在全國各地供電緊張的情況下，關閉景觀燈、調節路燈的開關時間等應急節電措施在廣泛應用，一般只在用電高峰間啟用，看似有效的措施卻卻見效甚微，一方面節約資源有限，另一方面又給人們的日常生活帶來負面影響，而要想真正做到少浪費，多節約，只有實施路燈的智能化管理，才能使我們的每一度電都能物盡其用！真正做到符合城市現代化發展的需要，百姓安居便民出行、路燈照明管理有效控制。
二、國內及本地城市路燈照明系統的現狀問題分析
1.國內城市路燈照明系統的現狀問題
根據相關權威數字統計發現，目前我國城市路燈約有1億盞，安裝功率達2.5萬千瓦，照明一年的耗電量就達590億千瓦時。另據住房和城鄉建設部的《關于2010年城市照明節能工作專項監督檢查情況的通報》顯示，在2005年至2010年期間，我國多數城市道路照明單位功率耗電量正在逐年發生變化，以每年3%的速度下降，截至通報之日起已累計節電14.6%，其中，日照、柳州、遵義等城市節電收效較為明顯，甚至達到了25%。
可見，城市照明領域具有相當大的節能潛力，其他城市也有潛在上升空間。但如何挖掘這一潛力并找到切實有效可行的途徑，成為城市節能工作的重中之重。出現這一困難的根本原因在于受城市規劃剛性、新型節能設施生產技術不成熟和照明規模、更換成本較高等三大問題的制約，國內城市路燈照明系統中普遍存在的管理落后、技術欠發達等因素是導致電量浪費的癥結所在，面對消耗日益嚴重的電力資源高能耗、高電費，路燈設施設備陳舊、燈具用量大、損耗大及照明盲點多、維修不及時等普遍現象來說，改善并解決這一現狀成為社會的突出問題之一。
2.本地城市路燈照明系統的現狀問題分析
在實地調查和多年工作經驗的總結中我們發現，連云港地區的城市路燈照明系統主要延續采用傳統的有限通訊管理模式，經常給監管者和維護者的工作都帶來極大困擾，主要存在如下幾個方面的問題：
⑴路燈供電線路長，線損過大直接導致能耗過多，不但浪費資源，而且造成了過多的成本支出，同時給后期的維護更換增加了成本；
⑵路燈設備分散，管理人員少，管理困難，人力控制開關每天的耗時太大，在季節變換中，每個控制點的開關燈的調節周期頻率更高，尤其在城鎮化水平不斷提高，城市范圍不斷擴大，路燈照明設施區域不斷增多的現狀下，工作范圍的不斷擴大給有限的人力管理帶來極大挑戰；
⑶多采用較為普通的簡易時控器控制方案；會出現管理和故障發現滯緩的情況，不能及時發現并掌握各路口路段的照明情況，信息不能反饋，更不能實時控制，很難達到對不同路段、不同時間和不同燈型的有效控制和管理，導致資源配置不夠合理；
⑷傳統的有限通訊管理模式，導致在巡檢過程中的耗時較長，無形中增大了工作人員的工作量大，效率低，成本高的矛盾對比明顯；
三、GPRS在路燈遠程監控系統中的應用特點
1.讓管理無盲點死區
GPRS無線通訊監控系統的應用，主要是在路燈控制系統的線路終端配置了GPRS傳輸模塊，并根據不同路況及管理要求進行差異化的模塊銜接，讓監控者能夠隨時掌握和監控路燈照明和故障狀況，讓管理無盲點死區，遇到故障能夠及時發現盡快處理，大大提高了工作效率。
2. 靈活且時效性強
GPRS的模塊安裝非常靈活，上面提到而已在原有線路上鋪設，但并不意味著要按部就班，它可以在每一個路口安裝，也可以由一個GPRS模塊同時監控多個路口，隨意性很強，能夠滿足使用者的多種要求，方便統籌管理。
而且它具有實時在線功能， 能時刻監控各路段的照明情況，尤其在出現人力等不可抗因素時，如惡劣天氣等，可提早或者進行系統預置，在遇到突發狀況時，快速對路燈控制智能終端采集的數據進行分析，及時采取措施并制定有效方案，避免因城市路燈照明系統的不完善造成重大交通事故的隱患發生。
3簡單方便省時省力
該應用無需鋪設新的線路，只需要在原有的線路上增加GPRS端口功能，就可以將監控數據通過專線傳輸到指定位置，并通過無線通訊的網絡模式來接受遠程監控智能系統管理者的相應指令。更主要的是，在這種現代化的無線通信管理模式下，有利于利于城市路燈照明系統的差異化的針對性管理，起到事半功倍的作用。
四、GPRS無限通訊遠程監控智能系統的應用效益
1.經濟效益
能夠有效的節省成本。不再需要鋪設有限通訊的專線，因此安裝更加簡單方便，施工效率也會大幅提高；加上每個箱變只需要一個GPRS收發器，能更好的節約GPRS流量。只需要通過現有的電力線架設通訊控制網絡，在有效的節約人力物力的同時；更能夠保證通訊的順暢，即便天氣和地形狀況不佳，該遠程監控智能系統也不會受到任何影響，始終保持順暢自然。
此外，它對光亮的感應和開關的自動調節功能對延長燈具的有效壽命起到了良好保證，在減少燈具更換次數的同時，也有效的節約了資源，減少有害氣體的排放污染。通過對半夜光亮度的遠程靈活設置，大大的減少了對有限電力資源的浪費。
2. 管理效益
每天可進行自動通、斷電操作；可保證工作日、節假日按不同的時間自動通、斷電；可對用電設備進行分區、分線路管理。通過微機、集中器設置，防止非授權人操作，確保斷路器安全可靠。依據用電情況，可判斷無人值守的用電設備運行情況。所有運行參數（自動通斷電時間，區域劃分）可在管理終端隨時設置，隨時啟用，方便管理。
3. 社會效益
除了具備以上特性外，這種遠程監控智能系統還具有良好的社會效益，便民功能得以彰顯，它能夠根據天氣情況和實際光的亮度來自動調整開關和亮度，智能化管理比人的管理更靈活，它會在天氣不好的時候自動快速的啟動開關，反之光照過強的時候則會自動關閉，對于安裝在橋下或隧道的路燈，則會根據實際的監測來自動以最佳的亮度打開路燈，這種智能型的人性化照明管理方式能大大提升公眾的滿意度，提高民眾的城市生活幸福感。
五、結束語
總之，城市照明節能還有很長的路要走，不能只追求城市建筑規模和打造景觀城市而盲目增加照明亮度。采用先進的高科技路燈照明遠程監控管理系統來節能減排刻不容緩，尤其從技術層面上來說，完善的城市照明控制系統是城市照明節能的關鍵。除了這里提到的GPRS無線通訊管理方式外，GSM的無線透明傳輸終端等多元化應用及選擇綠色節能的照明產品，都是快速持久節能的有效措施，尤其在國家乃至全球對于節能減排的要求都在不斷加強，路燈照明系統的智能化和管理的科學化剛好符合這一時展趨勢的政策要求，也將是城市路燈建設發展的必然方向。應得到城市建設者們重視。
參考文獻
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【2】楊以鳳;;GPRS及其應用[A];安徽省第五屆“興皖之光”青年學術年會論文集（工科卷）[C];2005年
電氣和自動化論文范文6
集成化建筑設計系統(IntegratedBuildingDesignSystem,IBDS)是當今計算機輔助建筑設計領域的一個十分活躍的課題。近年來，IBDS有較大發展，并逐漸引起學術界和工業界的重視。本文分析IBDS的背景，介紹IBDS的概念，討論IBDS的相關技術，最后綜述IBDS的狀況。
關鍵詞：建筑計算機輔助設計暖通空調集成化建筑系統產品數據交換標準
Abstract
Beinganactivetopicinthefieldofcomputeraidedbuildingdesign,IBDS(IntegratedBuildingDesignSystem)hasmadegreatprogressandattractedmoreandmoreattentionofacademicandindustrialcirclestheseyears.ThispaperintroducesthebackgroundandtheconceptofIBDS,discussesandreviewsitsrelatedtechnologyanddevelopment.
Keywords：buildingCADHVACIBDSSTEP
1前言
隨著計算機輔助設計技術的發展普及，近年來，國內外在計算機建筑設計包括模擬計算、圖紙繪制和資料管理等方面的研究和開發有了較大進展，同時也暴露出一系列問題。由于社會發展對建筑設計的效率和質量要求的不斷提高，近十年來逐漸提出（集成化建筑設計系統）（IBDS）的概念，世界各國相應投入大量人力和財力從事此方面的研究開發工作，并開始產生一些中應用于實踐的成果。本文綜述IBDS的研究和發展狀況。
2提出IBDS的背景
集成化建筑設計系統的由來出于如下四方面原因：
2．1模擬分析軟件的可應用性
從70年代初起，采用模擬分析方法計算建筑物結構負荷、預測建筑物熱環境特性、分析供熱空調系統工作狀態等方面的研究開發工作已廣泛開展，到目前似乎已相當成熟。但這些模擬分析方法在實際設計中應用的卻很少。據近年在北美、西歐[1～3]的調查，建筑設計中使用計算機做計算的在50%以上，但所用軟件多數是根據設計手冊上的比較粗略的算法編制而成的，其功能僅代替手算，在一定程序上提高了設計效率，但并不能提高設計質量。在設計中真正使用模擬分析軟件的不足20%。對一些設計公司的調查表明，雖然他們購買了一些大型模擬分析軟件，但往往不是為了在設計中使用，而是為了向客戶顯示實力，爭取市場。
20多年來模擬分析方法的研究與相應軟件的開發表明，模擬分析軟件的應用對建筑設計是很重要的[4]，它們可以準確預測系統特性，從而提高系統性能，降低運行能耗。但是為什么很難付諸實際應用？調查結果表明，除商業性原因外，尚有如下技術原因：
①使用困難。為做一次模擬分析，需準備和輸入大量的數，這是一件枯燥而耗時的工作。在設計過程中要分析不同的問題，往往需要使用不同軟件，這些軟件間盡管所需要的數據有許多是相同的，但所要求的格式不同，又要重復輸入。為了得到一點結果，人要圍著機器轉，設計人員不到萬不得已時，不會這樣做。
②結果不可信。曾請三十余名自認為有模擬分析經驗的工程師對同一建筑用同一程序做能耗分析，所得結果的最大與最小差別竟在一倍以上[5]，類似的實驗曾做過多次，結果均是同樣的現象發生[6]。由此使人產生懷疑，甚至得出悲觀的想法[7]。究其原因，發現模擬分析是一完整過程，要獲得正確的答案，不僅與所用軟件有關，還與使用軟件的全過程有重要關系[8]。一座建筑物很復雜，只能選其一部分并在簡化后做模擬分析，而不同的選擇與不同的簡化，結果就會相差很大。模擬軟件一般都要求輸入許多設計人員很難確定的系數，如房間換氣次數、窗簾遮陽系數、室內發熱量等，這些系數的取值很不同，導致結果偏差很大。再就是初始條件和邊界條件的選取也存在很大影響。面對一個軟件，設計人員很難對這些選擇做出正確的決策，而不同的決策又有結果大相徑庭。由此，當模擬計算結果與經驗估計出的結果或手冊法結果相差懸殊時，該信哪一個？設計人員最終又選擇了經驗數據或手冊法。當計算模型越復雜時，要求輸入的數據就越多，輸入數據的不確定度也就越大，從而導致結果的不確定度越大。
③特殊問題不能解。當被分析系統復雜或特殊時，由于計算軟件的通用性不夠，往往又不能分析計算。例如采用蓄冷水池的空調系統或蓄冰系統，一般常見的分析軟件就無能為力。即使簡單地對系統做模擬分析，要根據軟件中所確定的設備模型形式去輸入設備性能參數，如果設備廠家提供的性能參數的形式與軟件中的設備模型不同，用戶就無所適從。
結果是："憑經驗能估計出的結果，計算機大概也能算出，可是還要輸入大量數據，結果也不一定比估出的可靠。碰見新東西估算不了，計算機也算不了。這樣，要計算機何用？"這大概是模擬分析技術不能在建筑設計中廣泛應用的主要原因。
2．2CAD技術的迫切要求
盡管模擬分析技術遲遲不能廣泛應用，計算機輔助設計（CAD）技術卻后來居上，在近十年內飛速發展起來。目前在歐美發達國家，建筑、空調系統設計使用計算機繪圖已在70%以上。據報導國內設計院中計算機繪圖也占到50%以上。這是由于CAD技術順乎潮流，提高勞動生產率，直接產生經濟效益。
然而，隨之而來的問題就是：如何將計算機繪圖與計算機分析計算相結合？CAD應用是利用計算機輔助完成包括資料檢索（查樣本、手冊、工程圖紙等）、設計計算、圖紙繪制等在內的設計全過程，而不是僅作為一個繪圖工具。
計算機圖形輸入與處理技術很快就使人們認識到，它不應僅是為了繪圖而輸入圖形，而是用戶向計算機輸入所要研究的系統的最理想的手段。根據所輸入的圖形獲取系統信息，從而進行分析計算，可以在很大程度上解決上述數據輸入困難，準備數據工作量大的問題。目前已有很成功的軟件用于建筑學設計中，代替以往的建筑模型，通過CAD技術可以從各個角度向人們顯示建筑物的外部及內部的視覺形象。結構設計亦已可以從圖形輸入開始，直接進行各種力學計算。國內近幾年已開發出供暖設計CAD軟件，可直接在建筑圖的基礎上索取建筑物信息，做簡單的供暖負荷計算，然后自動完成熱水供暖設計計算，并得到管網設計圖紙及材料表，這些都是極好的嘗試。CAD技術的推廣，使設計部門已在很大程度上具備了必要的硬件和軟件條件。隨之而來的最迫切的問題就是：如何充分利用這些硬件和軟件資源，如何充分利用已通過CAD輸入到計算機中的設計圖形信息，與現有的模擬分析技術相結合，真正解決建筑設計中的問題，提高設計質量呢？
2．3信息處理技術發展的需要
計算機技術發展的重要之一就是信息處理技術。這主要表現在兩方面：一是數據存儲技術，二是數據傳輸技術
近十年來，數據存儲媒介從幾百kB的軟盤，發展到目前已初露頭角的存儲量為上千MB，而大小相當于一張普通軟盤的光盤。目前已有操作讀光盤，每張成本（不包括信息價值）僅一兩美元，便可儲存泰晤士報全年幾萬個版面的全部內容。預計在本世紀內可讀寫光盤也將以很低價格出現。這樣，大量的產品樣本、設計手冊、設計規范等資料，就應該以光盤或其他電子方式儲存，并以各種極方便的方式檢索、查詢。
但是，這些以電子形式儲存的資料和信息不應僅像書本手冊那樣供查詢用。我們在設計、繪圖、計算中使用這些樣本、手冊中的數字和規則的真正的意義在于，這些存儲的信息能夠被計算機"理解"和直接使用。例如，做一臺表冷器的選擇計算時，如果計算機能從光盤上檢索到有關表冷器的資料，直接取出有關數據，而不是由使用者讀出再重新輸入，計算機就有可能對儲存于光盤內所有有關的表冷器做一遍分析計算，找到最適宜的型號。這樣，將使設計與模擬分析過程產生質的飛躍。但是，怎樣才能使所存儲的信息被計算機"理解"和真正使用？如果僅是以書本上的形式儲存，計算機就不可能理解。必須采用一種數據結構去存儲這些信息，信息的產生來源于各處，例如各設備廠家或標準制定單位。產生出的數據庫也要被各種計算機分析軟件查找和使用。信息被利用的次數越多，花費同樣成本輸入此信息所產生的效益就越高，因此制定標準的通用數據結構就成為非常重要的事。
數據傳輸技術的飛速發展所提出的也是數據標準化問題。目前世界各國都積極開展信息高速通訊基礎的開發與建設。美國近年要在全國實現"信息高速公路"，這類系統的建成將使全球范圍內任兩點間的信息查詢與傳輸如同打電話一樣方便。這樣，將來的設計圖紙、技術要求、設備性能等技術文件將以EDI（電子數據交換）的方式傳輸，則這些信息被計算機接收后，能否被"理解"和直接使用也成為重要問題?？梢姡瑔栴}的關鍵仍在于數據結構標準化。
2．4CIM哲理
CIM的概念最初是由美國的JosephHarrington在1974年提出，1981年開始被廣泛接受，并被認為是信息時代的工廠自動化模式。但從當今的應用情況看，CIM遠遠超出機器制造業的范圍，它是一種組織、管理生產的哲理、思想和方法。CIM是一種綜合自動化系統，它在新的管理模式與制造工藝的指導下，綜合應用系統技術、信息技術、自動化技術，通過計算機及其支撐軟件，把孤立的、局部的自動化技術，子系統及企業員工，靈活而有機地綜合起來，構成一個完整的系統，對生產過程的物質流、管理過程的信息流、決策過程的決策流進行有效的管理與控制，以適應新的競爭模式下的市場對生產過程提出的高質量、高速度和高靈活性的要求。
設計院可以看成生產思想產品（各種設計文件和圖紙）的部件，一個設計項目相當于一項訂貨，設計過程（加工過程）是由許多不同專業的人經過若干設計階段通力合作完成的，需要各專業按計劃有條不紊地互提資料，互相會簽，最后由成品檔案室驗收、歸檔，并向甲方提交全套設計文件和圖紙。其間各專業內部尚需分工和遵循嚴格的質量保證程序。建筑的招標、設計、施工、高度和運行管理的整個生命周期，完全可以借鑒CIM的思想方法，采用CIM的核心技術--集成技術，把建筑、結構、設備（暖通空調和給排水）、電氣、室內設計和概預算等專業，集成于統一的計算機平臺，充分共享有關數據和資源，解決建設各專業之間存在的"錯、漏、碰、缺"等問題，真正實現建筑設計整個過程的全計算機化(無紙設計)。
3IBDS的概念
如上所述，設計院目前面臨著擁有先進的計算機硬件和軟件技術與實際上不能充分利用這些技術來產生效益的矛盾。問題主要在于各種應用軟件的分散性，數據不通用，難以互換，以及對各種計算分析過程沒有或無法自動給出正確的指導。為了解決這一問題，與飛速發展的計算機技術適應，集成化建筑設計系統IBDS的概念應運而生，并且在近十年內迅速發展。IBDS的核心就是將以往分散的各功能軟件如繪圖用CAD、計算模擬程序、數據庫管理等結合在一起。通過通用的數據結構和數據轉換工具，使這些功能軟件能互用各自的各種資源，全面地完成設計、分析、計算任務。
IBDS應該提供建筑設計各專業工程師從方案選擇、初步設計、分析計算到施工圖繪制的全過程。人們希望有了設計人員的知識、經驗及設想后，通過IBDS用計算機進行分析、計算、比較、判斷等，不僅將方案形象地表現出來，而且將量化的結果輸出，工程師再依據它去修改方案，重新設計。因此，IBDS必須采用開放性的體系結構，把設計院的"人和資料"集成在一起，具體表現在：
不同專業的數據模型的集成
建立各專業通用的標準化的中央建筑數據庫。該數據庫把建筑設計涉及的建筑、結構、設備、電氣、室內設計和概預算等專業所用的數據模型統一起來，集成在一起，保證各專業所用建筑信息的一致性。建筑師畫的建筑各層平面圖、剖面圖、立面圖等，可以作為建筑底圖，傳給其它專業。其它專業的工程師可以在該建筑底圖的基礎上，對有關信息進行修改、重新定義以及添加專業的特定數據，然后進行各專業的有關設計計算。例如，設備專業工程師可以計算建筑物的空調供暖負荷，在建筑底圖上布置空調供暖管道，進行水力、熱力計算分析等；結構專業工程師可以進行各種受力構件的設計計算分析。一旦建筑師改變建筑物的平面、空間布置，會直接反映在各專業的建筑底圖上，從而避免其它專業的"冤枉"勞動。
不同設計階段所使用的模擬軟件的集成
建筑設計在不同階段需要用到性質不同，細致程度不同的模擬軟件，IBDS應充分考慮建筑設計在方案選擇、初步設計和施工圖設計等不同階段使用不同模擬軟件對輸入數據模型要求的一致性和相關性，盡量保證前一階段的計算結果和數據可應用于后續階段的設計計算，減少數據的重復輸入和不一致性。
設計資源的集成
把建筑設計有關的設計手冊、標準法規、工程圖紙、設備產品手冊等數據和資料以數據庫、知識庫等方式集成存儲在計算機網絡上，以便設計人員查詢和使用。
可見，集成化的中央建筑數據庫IDM是IBDS的核心。IBDS的體系結構如下圖所示。各專業CAD系統通過IDM進行數據集成和通訊。
HBDS的體系結構示意圖
IBDS的特點除了集成化、標準化和網絡化之外，還有一個很重要的特點：智能化，即采用KBS（基于知識的系統）來組織和指導建筑設計過程中模擬軟件的使用全過程，這樣才能正確發揮計算工具的功能。1989年國外一些學者開始提出PAM（PerformanceAssessmentMethod）的概念[9]。PAM是解決模擬軟件"結果不可信"問題的一個重要途徑。PAM指出，要保證用程序做模擬分析能給出正確結果，必須正確指導和嚴格管理模擬分析這一全過程。這包括：
對所分析的對象進行正確的簡化。例如，從多層多房間的建筑中取出有代表性的一部分做分析計算，復雜水網的簡化；
對每個物理過程選取正確的物理模型來近似。例如一空調設備，采用動態模型還是靜態模型？集總參數還是分布參數？是否考慮墻內表面長波輻射？對流換熱系數取常數還是作為溫度及風速的函數？透過窗的太陽輻射在各內表面的分析：
一些不確定的輸入參數的選取，如房間換氣次數，人員設備必熱量，氣象參數的確定，窗的開閉，遮陽等；
系統控制的確定。例如應按照房間為定溫去計算熱量還是計算定熱量下的溫度或其它某處控制下的溫度和熱量變化？如何考慮空調系統的控制和人的操作調整？
模擬計算過程的控制。例如初始影響的消除，計算時間步長，邊界輸入參數的離散方法，總的模擬計算段的長度與時間的確定等；
輸出結果的處理。如何根據模擬計算結果對所研究的問題作出結論。
以上諸條的正確條件并非固定，而是與所研究的對象的性質及所要解決的問題有關。例如為計算冬季供暖負荷，可以用穩定的KFΔt模型，而要計算夏季空調負荷，就要使用動態模型。再例如驗證建筑物表面結露的可能性時，需考慮全部外墻的傳熱；而論證是否要裝社會空調，夏季房間是否過熱則需取可能是最熱的一間或幾間朝西或朝南的房間進行計算。目前可以列舉出十幾種不同的對建筑和空調系統進行模擬分析的目的，對于每一目的，上述各問題的恰當選擇都可能不同。
所有這些問題，落實為具體的模擬計算過程，就成為如下四個問題：
①模擬計算程序的選取
②實際建筑和空調系統的再加工（簡化）
③輸入數據的確定和輸入文件的生成
④模擬計算結果的后處理
國際能源組織（IEA）組織十余個國家合作，就各種不同的目的和使用不同程序如何進行上述第②③④步工作進行了研究，形成了一大批PAM手冊。實驗結果表明，讓程序使用者按照這些手冊去一步步做，可顯著提高模擬計算工作的正確性和結果的可信賴性[10]。
將這類手冊轉換為計算機可以理解的形式作為知識庫存儲于集成化環境中，再開發出可按照這些知識自動進行數據分析加工的專家系統，就可以使這一使用過程自動完成，只要使用者提出要解決的問題，專家系統即可能選取適宜的程序，生成相應的數據文件，運行模擬分析程序，最終向使用者顯示由結果分析得出的結論。
與傳統的CAD軟件相比，IBDS不再是以計算程序為中心，使用者圍繞著計算程序準備數據，運行程序，檢查結果。集成化環境使使用者成為中心，將各種繪圖、計算、數據資料準備好，隨時供使用者在設計分析中使用。使用者可以充分發揮自己的分析和創造能力，利用CAD系統去設計、分析各種系統，而將一切重復和瑣碎的工作交給計算機去完成。集成化設計環境的指導思想就是，使用者應是計算機的主人，而不是奴隸；計算機的應用應最大范圍地開發人的創造力，為人提供進行創造性思維的場所，而不是把人變為機械式工具。
4實施IBDS技術
4．1革新CIM（集成）技術
正象計算機集成制造系統CIMS一樣，集成也是IBDS的信心技術。IBDS系統采用STEP標準化的建筑數據庫，把建筑設計各專業的數據模型集成起來，把設計的不同階段集成起來，把各種設計用的模擬軟件集成起來，把各種信息資源集成起來?？傊?，IBDS依賴集成技術把建筑設計院的兩大法寶"人和資料"有機地統一起來，保證設計過程中信息共享和傳輸的計算機化。
4．2STEP（產品數據交換標準）技術
STEP（StandardfortheExchangeofProductModelData）是國際標準化組織ISOTC184正在制訂的標準ISOCD10303。STEP采用一種中性文件機制，是CAD/CAM數據交換的標準[11]。它規定了產品設計、開發、制造以至于產品全部生命周期中，包括產品形狀，解析模型、材料加工方法、組裝分解順序、管理數據等方面的必要信息定義和數據交換的外部描述?，F在普遍認為STEP將成為全世界公認的唯一CAD數據交換標準。
STEP包括兩部分內容，一是數據模型的定義，它采用EXPRESS數據定義語言來寫成。這種語言可以準確定義所描述對象的數據模型，小到單個簡單的汽車零件，大到一檔復雜的建筑物。STEP的另一部分就是具體的數據文件的表述方式，它是由任意詞條構成，每一條的形成都遵守數據模型中的定義。這樣，只要理解了數據模型，就能讀懂根據此數據模型按照STEP方式寫出的任何數據文件。如果制定出統一的數據模型，使大家都按照這一模型去描繪所研究的對象，所生成的數據文件就很容易交換，通過一些轉換工具可以很容易地將其轉換為各種軟件內部特定的數據文件。
由于STEP在描述數據模型和易于交換數據方面的突出優點，它很快被工業界和標準化組織采用，作為定義數據標準的工具和交換數據的方法。集成化的建筑工程數據庫應該采用STEP技術，把各專業的圖紙、數據庫、產品設備等標準化，以便不同CAD系統之間、不同專業之間、不同模擬軟件之間、設計院與甲方和廠家之間，能夠自由而方便地相互傳遞和交換信息。
STEP標準化是IBDS集成化的前提和保證，它可以避免CAD計算分析軟件開發方面的大量重復性勞動，與此數據標準兼容的軟件均可以交換使用，從而使各部門有可能分工協作，共同開發我國的集成化環境。IBDS的每一塊功能軟件均可以獨立在市場上出售，被其它符合此標準的軟件所使用，這將使軟件研制開發者直接受益。
4．3AI（人工智能）技術
目前的CAD系統已能較成功地應用于繪圖和設計計算，但用于方案設計的卻很少。其實方案設計在很大程度上決定了投標的快速反應能力。IBDS系統采用AI技術，把工程師的設計經驗、規則、思維活動等模糊、隨機、不完備的知識，通過一定的結構來組織和表達，讓計算機能夠理解、推理和判斷，輔助工程師進行方案選擇。AI技術中比較成熟的是專家系統，特別是DSS（決策支持系統）?？梢奍BDS的智能性體現在各專業設計型專家系統應用的好壞。
4．4計算機網絡技術
IBDS的實施應以計算機網絡為物質基礎，特別是基于光纖和衛星的全球范圍的快速ISDN網絡。通過計算機網絡可以共享建筑設計的有關數據庫、知識庫等軟件資源和打印機、繪圖儀等硬件資源，傳輸有關設計資料和文檔，允許位于不同地點的設計工程師同時參與一個建筑的設計。同時還可使設備生產廠家能將產品信息直接提供給CAD系統。
4．5HCI（人機交互）技術
HCI技術在計算機的應用發展中越來越受到人們的重視。人擅長于用形象思維、回憶聯想、發明和創造等對客觀世界中的不確定、不完備甚至矛盾的事物和知識進行推理、分析、判斷和理解。計算機則擅長于確定性、重復性、機械性的數據處理。在IBDS中，應充分發揮人和計算機的各自優點，把繁瑣和費時的數值性的設計計算交給計算機完成，讓工程師有充分的時間做方案選擇等關鍵的決策工作。友好的用戶界面和人機交互方式才能讓建筑設計工程師喜歡IBDS，在實際設計中自覺使用它。
4．6計算可視化技術
可視化技術從80年展起來，已被廣泛應用于CFD等科學計算領域?？茖W計算的核心問題是計算模型，包括其理論框架、基本概念、幾何描述、計算方法和過程等。在建筑設計過程中需要做許多計算，如何采用圖形、圖象、動畫等方式，在計算開始時準備數據，計算過程中以某種直觀形象的方式表現，計算完成后以容易理解和使用的形式表達結果，等等，都是視算一體化要解決的問題。眼睛是人類接受信息的最佳器官，只有把各種模擬軟件的使用過程可視化，讓用戶用眼睛去看、理解和判斷，而不是"兩眼一摸黑"地撞運氣，才能反模擬軟件用對、用好，真正發揮它們的用處。
4．7分布式數據庫（知識庫）技術
分布式的數據庫采用計算機網絡上的不同計算機存儲建筑設計有關的設計手冊、標準法規、工程圖紙、設備產品手冊等數據和資料、使設計院、管理單位、廠家、甲方等建筑業有關單位的人員可以共享信息，提高信息利用的效率。
4．8OO（面向對象）技術
OO技術是現代軟件工程技術的關鍵所在，它可以使對現實世界的描述更接近客觀自然，是IBDS系統的保證之一。OO中的抽象、封裝、繼承等機制可對復雜系統進行簡化、分解和解耦，有助于復雜系統的描述。OO已被廣泛地應用于上述的MIS、HCI、CIM、可視化、數據庫、AI等領域。以OO為基礎的C++語言是開發IBDS的良好工具。
4．9多媒體技術
多媒體技術就是用圖形、圖象、動畫、聲音、文字等人類容易理解和接受的方式存儲各種信息。多媒體技術在IBDS中的應用將是必不可少的。
4．10協同工程技術
協同工程是一種系統化的方法，用來支持建筑設計的集成化的協同作業，也就是不同專業或同專業的不同工程師同時進行設計。如建筑底圖由不同的建筑師分工畫不同的部分，在計算機里實際是在同一圖形上加工，完成后的圖紙傳送設備、結構、電氣等專業這樣不僅可以避免工程師重畫圖紙，而且當某一工程師改變圖紙時，能自動及時反映到其它專業的系統圖上，從而解決不同專業之間的"打架"問題，方便互提資料、會簽等。
除以上討論的幾種技術外，還有許多現代科學技術可應用IBDS中，如MIS（管理信息系統）技術、TQC（全面質量控制）技術[12]等。合理運用所有這些技術才能充分發揮IBDS的功能保證IBDS成功。
5IBDS的現狀和展望
IBDS的概念是在約10年前提出的[13]，而真正開始組織開發則是最近6～8年間的事。但IBDS的發展卻異常引人注目，1991年6月在美國召開了第一屆集成化建筑環境會議，即有近300篇論文，幾百人參加（包括韓國、臺灣的學者）。迄今已召開了四屆會議，有關的研究討論越來越深入[14～17]。1988年美國能源部投資3000萬美元開始AEDOT系統的開發，目前已研制出示范系統，并開始進一步向實用性發展。歐洲十來個國家的有關研究單位聯合開發COMBINE系統。該項目歷時五年，投資已超過1000萬歐洲貨幣單位，在1995年6月已完成概念研究和原型示范系統。1990年EIAAnnex21SubtaskD"DesignSupportEnvironment"開始，加拿大、德國、英國、瑞士等國專家就集成化建筑設計環境的開發狀況做調查和分析。開始于1995年9月的IEAAnnex30"BringingsimulationtoApplication"又是一個新的國際合作項目，它的目的也是研究如何把模擬軟件通過IBDS應用于實際建筑設計工程中。到目前為止，IBDS還處在研究和開發階段，世界上還沒有一個供實用的IBDS。
我國建筑設計應用CAD從80年代中期開始，真正進入實用階段是1991年年底之后。在全國大約9000家從事建筑設計的單位中，甲級院都裝備比較好的CAD系統，并且近年來微機數量增加很快（1992年增加8000臺，1993年增加31000臺）。在具備計算機硬件的同時，國內一些公司和研究單位推出實用性的建筑、結構、給排水、暖通空調、電氣和工程概預算的CAD軟件。但是，目前設計單位中不同的專業應用計算機技術水平差別較大[18]，而且大部分CAD軟件只是用計算機代替圖板和丁字尺繪圖，沒有把繪圖和計算集成到一起。在數值計算中應用較多的是結構設計。可喜的是，最近國內一些研究單位開始IBDS的研究探討[18]。與國外的開發研究狀況相比，我們認為國內此領域的工作尚需在長遠規劃和相互協作等方面得到重視和加強。
計算機集成化制造系統CIMS是國家863重大項目，十幾個單位聯合攻關。IBDS在國外與CIMS的重要性相當，它可以解決建筑規劃、設計、施工、調試及運行中的一系列問題，從而提高設計與施工質量、降低成本、提高效率。因此，是否應該將IBDS作為重點目標，做好長遠規劃，一步步為之努力，而不僅是在目前的CAD系統的基礎上添添改改，滿足當前的市場需求。80年代初各部門即研究開發暖通空調模擬軟件，十多年后，除個別軟件廣泛使用外，大多數使用者卻轉向國外一些著名的模擬計算軟件。如果我們按照目前的狀況發展，會不會十年后發生類似的現象，即國外成套的成熟的集成化環境進入我國而將我們的取而代之？現在可能是需要整體考慮、長遠規劃的時候了。
IBDS涉及范圍廣，工程浩大，很難由一個單位獨立完成，必須聯合協作。在市場經濟體制下，又無國家財政支持，如何進行聯合協作？又如何能與國外競爭？聯合與協作不是分工編軟件，而是通過不斷交流，進行概念研究和標準制定，這方面的工作量遠比具體編程大，必須通過合作交流來完成，而合作的結果會使參加各方均受益。能否在國家的支持下，由學會組織，有關設計和研究單位合作，在聯合開發我國的IBDS呢？
IBDS是一個完美的計算機輔助建筑設計系統，雖然它的實施尚有一段不短的路要走，但是它的哲理、思想和方法無疑是正確而深刻的。IBDS的實施將大大提高建筑設計的水平，推動建筑業的發展，并且創造一種嶄新的設計文化。
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