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篇1
关键词：
飞机装配主要是通过将产品零件结合相关的设计要求和技术指标进行组装，最终形成装配件和整机的过程，其产品尺寸、零件数量及形状复杂程度等影响着飞机的制造工作量，所以对机装配技术的提高越来越得到飞机制造商的广泛关注。由机零件制造和装配精度都有很高的要求，制造和装配过程中的难度很大，装配型架作为飞机装配必要的工艺装备，在保证飞机质量稳定性和可靠性等方面需要进行严格的要求，飞机制造质量与装配型架的设计和制造过程息息相关，而且是把握产品质量的唯一尺度，直接影响着产品制造和装配的精度，所以本文对飞机装配型架模块化设计相关技术的研究分析具有重要的现实意义[1][2]。
1传统型架的设计方法
对于传统型架的设计方法，通常可以分为设计前期准备工作、方案设计、详细设计和最终设计等四个阶段。工装设计人员还应结合以往的设计经验和具体要求对工装的强度和刚度进行校核，在保证工装功能的同时还要尽可能的节约材料，确保产品装配的协调性。对于前期准备工作，主要包括熟悉产品图纸等设计资料，了解工艺方案和装配方案，考虑是否采用标准工装和模线样板作为协调依据，以保证产品的制造精度和互换协调性。在装配型架结构方面通常采用刚性结构，每套型架只用于一个装配对象，所以飞机制造过程中装配型架的数量很多。型架上安装有多个定位器，以保证产品装配的精度和结构的稳定性。通常而言，飞机的研制周期需要占飞机研制周期的一半以上，因而，装配型架对缩短整个产品的研制周期具有重要意义[3]。在产品设计完成后，都希望飞机生产用工装能够快速投入使用，而对于型架的结构数据，又需要标准样件和模线样板协调。传统的型架设计通常在产品设计完成后才进行，采用串行的设计制造方法，大大延长了整个工装的研制周期。
2现代装配型架设计的新技术
随着科技的快速发展，市场竞争的日益激烈，各国在航空制造领域都取得了快速的发展，传统的型架设计方法在成本、质量、周期、环保、服务等方面已经无法满足市场发展的要求，设计师通过不断研究新的设计方法和工具来提高工装技术水平，减少制造周期和成本，其中，并行设计方法使得产品设计的工艺性得到了很大提高，也大大缩短了工装设计周期，智能设计系统和有限元分析使零件和组合件的设计达到了很高的精度，优化了装配型架的结构。
2.1飞机结构和工装的并行设计方法
工装和产品并行设计的一个基本思路是改变传统的工装结构，将其划分为独立于产品设计数据或只需要基本数据的标准结构和依赖于最终产品数据的专用结构两部分[4]。装配型架的标准结构部分主要有立柱、底座、辅助支撑等，标准结构尺寸相对较大，需用专用大型加工设备，制造周期长。专用部分主要有卡板、接头定位件等，专用件一般尺寸较小，设计、制造周期短，不需要专门的大型专用设备。因此，在产品设计的初期就可以进行工装标准结构件的设计与制造，当产品最终版本发放后，只需设计制造专用结构就可以进行型架装配了。
2.2装配型架的柔性设计方法
柔性装配工装是基于产品数字量尺寸协调体系的、可重组的模块化、自动化装配工装系统。提高工艺装备“柔性”的方式有三种，一是拼装型架方式，用标准化、系列化的型架元件来拼装型架，实现工装快速设计与制造；二是可卸定位件方式，即型架骨架基本不变，而分布于骨架上的定位器做成可拆卸的，当产品对象发生变化时，只需要更换定位器；三是通过数字化技术、模块化结构和自动控制技术，使工装具有快速重构调整的能力，一台工装可以用于多个产品的装配[5]。柔性工装的快速重构功能使飞机工装的设计制造等准备周期大大缩短，同时其“一架多用”的功能大幅减少工装数量及占地面积，具有很好的经济效益。
2.3装配型架的内定位装配设计方法
所谓内定位装配设计方法，指的是在刚性较好的骨架零件上预先制出坐标定位孔，装配时在装配型架中以骨架零件上的坐标定位孔按相应定位器进行定位的一种方法。装配型架结构设计可以大量采用孔定位件。在刚性好的结构件上，直接利用结构孔定位或者事先在结构件上留取工艺孔。此外，型架的整体结构可以采用多支点可调支撑形式，以便将地基的不均匀变形对装配型架精度的影响限制在局部范围内。这是一种“以动制动”的制约方式，型架结构也变得轻巧，焊接框架的截面尺寸普遍减小。另外，采用多支点可调支撑给吊装、搬运带来很大的方便。
2.4装配型架的数字化设计方法
装配型架的数字化包括数字化设计、数字化制造和数字化检测。型架的数字化设计是指在三维环境下，进行型架结构的零组件设计和数字化预装配。数字化制造是应用数字化设计的工装模型，采用数字化加工设备，对工装的关键特征型面、互换协调交点等进行加工和装配。数字化检测则是采用数字化测量设备对型架进行检验测量[6]。装配工装采用数字化设计，是依据产品外形数模和结构模型，利用设计软件在计算机上进行工装三维模型的数字化定义，应用有限元软件进行工装刚度强度校核，应用仿真软件对产品装配过程进行模拟，从而避免工装结构刚性不足或刚性过剩，消除工装结构与产品的干涉以及装配不协调问题。
2.5装配型架的模块化设计方法
型架的模块化设计是基于工装设计的各种数据库的建立和完善，包括标准件库，工艺数据库，工装典型结构库，参数化模型等。模块化设计对提高工装设计效率是一条简单而有效的途径。此外，针对所使用的设计软件开发辅助设计工具，将设计师从繁琐的操作和重复劳动中解放出来，对提高设计效率也是非常有效的。在数据库的开发过程中，应充分考虑目前工装设计的主流平台，使不同的系统能够互相无缝连接。
参考文献:
[1]李庆利.飞机装配型架快速设计技术研究与实现[D].南京:南京航空航天大学,2012.
[2]刘平,魏莹,邱燕平.现代飞机装配型架设计新技术[J].洪都科技,2007(3):17-21.
[3]邹仁珍.飞机装配型架设计约束求解技术研究与实现[D].南京:南京航空航天大学,2009.
[4]丛培源.数字化测量技术在型架装配中的应用研究[D].杭州:浙江大学,2015.
篇2
1 概述
车辆的生产制造是一项系统性工作，需要设计和工艺统筹考虑，在设计之初就须考虑后续生产中的各种问题，包括质量、成本、生产计划等，优秀的设计应该具有良好的可操作性并且对提高生产效率有所帮助。传统车辆组装方法为串行方法，基本理念是在车辆上依次组装各种部件，突出问题是某一环节出现问题将会导致整个生产线的停滞，解决此问题的一种行之有效的方法是将车辆的组装工作分解成几个模块，模块的生产与车辆的生产并行，最后将模块整体与车辆组装。CRH1A的设计和制造大量采用模块化理念，CRH1A是青岛四方庞巴迪铁路运输设备有限公司生产的时速250km不锈钢车体动车组，由8辆车编组（5动3拖，编组型式：Mc1a+Tp2+M2+Md2+T2+M2+Tp2+Mc1a）构成，列车内部功能齐全，具有良好的的舒适性。本文以CRH1A动车组为参照，阐述其模块化组装的理念。
2.模块介绍
2.1 车顶模块
钢结构车顶固定在工装上，工装两侧与翻转设备固定，车顶板朝下、弯梁朝上放置，工人站在两侧的平台上进行操作，组装防寒材、风道、线槽、中顶板等部件，构成车顶模块，经过校线测试合格后，将整个车顶模块与无车顶车体焊接成一体。这种组装工艺使车顶各部件的组装工作变得非常简便。传统车体为整体焊接结构，车顶与侧墙、端墙、底架焊接成筒型结构，在组装车顶防寒材、线槽、风道等部件时，工人需要借助梯子、凳子等登高并且仰头施工，操作不便，劳动强度大。车顶模块很好的解决此问题，。
另外，CRH1A车体在车顶组装前上部为开放式结构，为大部件的调入提供了便利。在与车顶模块焊接前，整体调入地板、厕所、洗脸间、厨房设备等大部件。传统方法为从车顶空调口调入部件，如果部件尺寸太大，就无法调入，需要将部件做成分体式结构或者加大空调开口。分体式结构使工作变得复杂，加大车顶空调开口会使承载能力降低，车体需要局部补强，所以两者都有遗留问题。采用车顶模块的无车顶车体使得此类问题得以避免。
以地板为例，传统地板分成多块安装，地板之间的接缝处需要用若干螺钉固定以防止地板翘曲，后续还需粘接地板布。地板布与木地板粘接时经常产生气泡，所以地板布须分成几块粘接，工作繁琐。CRH1A地板分成三块：两块客室地板和一块通过台地板，地板主结构与地板布在供货时就是一个整体，减少了后续粘接地板布的工作量，三块地板之间采用搭接结构，仅在搭接处需要螺钉固定，极大的减少了地板固定的工作量。
2.2 司机室模块
司机室框架为鼠笼型结构，如图2所示，采用高强度碳钢焊接而成，具有足够的抗变形能力，在车辆低速与一定质量的公路车辆碰撞时，可以保护司机的安全。在与车体连接之前，司机室框架内布置防寒、地板、司机室操纵台、线路、电器柜、管路等部件，构成司机室模块，然后整体与车体用螺栓连接。
传统司机室框架与车体之间采用焊接连接在一起，司机室内空间狭小，给后续的司机室操纵台、电气柜、管路等的组装工作带来不便。操纵台属于比较大的部件，如果司机室框架预先与车体焊接，操纵台很可能无法整体调入，需要设计成分体式结构上车，然后在车上组装；如果设计之初就留出操纵台调入空间，车体结构将很难达到强度要求，为此需要增加可以后安装的补强梁，补强梁与司机室框架采用螺栓或者高强度铆钉连接。采用司机室模块的CRH1A动车组很好的解决了上述问题，首先司机室模块端部为开放结构，操纵台整体从端部调入，另外模块组装时周围是开放环境，各种操作不受限制，提高了工作效率。
2.3 车下设备安装模块
车下设备种类繁多，包括主变压器、逆变器、蓄电池、制动单元、主压缩机、污物箱等部件，具有质量大、形状各不相同的特点。传统的安装方法如下：在不锈钢或者碳钢车底架横梁上焊接各种支座，然后将各种设备与支座固定在一起。不同设备的安装都是独立的，工人须钻入车下，甚至钻入设备之间的间隙来操作，部分安装工作需要仰头作业，工作条件不是很好，生产效率不高。
为了处理上述问题，CRH1A采用车下设备安装模块，其主体概念是将主变压器、蓄电池等设备和线槽、管路做成一个单独的模块，然后整体与底架固定。具体操作如下：首先，将多个安装梁固定在工装上，各安装梁主体结构相同，但是由于需要固定不同的设备，所以在其上面焊的支座有所不同；将各种设备调入相应位置，并与安装梁上的支座的固定，后续工作为布置线槽和管路；将车辆抬升到一定高度，将整个带有工装的模块用气垫小车推入车下，降低车辆高度，将各安装梁与底架固定，抬升车体，设备与工装脱离，最后移除工装。
车下设备安装模块的劳动强度适中，操作者只须在两侧站立工作，在与底架组装时会有部分安装工作需要钻入车下操作。与传统安装方法比较，减少了在车下的较差环境中进行设备安装的工作时间。
3 模块化组装对提高生产效率的作用
常规的车辆组装工作是依次进行的，如果某一环节出现问题，下一环节就无法进行，只有等待问题处理完成后才能进行工作，耽误整车的生产进度。上面介绍的三种模块的生产是在整车之外的工位完成的，与车辆的其它组装工序并行，通过科学的生产计划，将一些需要返工等特殊情况考虑到生产中，将各种模块的完成时间早于其组装到车辆的时间，所以模块本身的生产不会使整个车辆生产线产生延误；另一方面，模块为开放结构，周围可以布置大量人员施工，设备调运和安装都很方便，加快了生产速度。
4 模块化组装的缺点
各种模块的组装是在单独的工位完成的，占用了场地，同时也需要不同种类的工装、翻转设备、气垫小车和专用焊接设备，先期投入成本较大。以车顶模块为例，在组装风道、顶板等部件时车顶弯梁需要朝上放置，但是将整个车顶模块与车体焊接时，需要车顶弯梁朝下放置，所以在车顶模块工装的两侧需要翻转设备；另外，车顶与侧墙的焊接也需要专用的龙门焊机设备，该设备横跨整个车辆，在车辆长度方向可移动，车辆两侧需要提供其移动的轨道，设备两侧是供工作人员高处作业的可升降的操作台，顶部滑轨既要吊装电阻焊机，又要实现焊机在车辆横向和纵向的可移动，所以整个龙门焊机设备成本较高。
另外，车顶模块影响了车体结构。传统车辆的车顶与侧墙焊接后，其接口是光滑的结构，但是采用模块化的车体由于车顶后安装，所以从结构上必须留出车顶弯梁与侧墙立柱焊接的空间，车顶和侧墙接口处形成长条形开放区域，需要用方形板采用焊接的形式将其掩盖，最后还要粘接玻璃钢罩板，以达到美观和良好的空气动力学效果，另外高压平顶与玻璃钢罩板接口处的排水需要认真处理。综上所述，车顶模块使车辆的结构变得复杂。
5 结论
良好的施工环境是质量保证的前提，设计者需要充分考虑生产制造中的各种因素，将复杂的车辆组装工作解成模块，使其在普通劳动强度条件下和开放环境中完成，以提高生产效率。
篇3
1.培养高技能人才的原则
高职教育课程体系的整合主要体现在对课程目标确立、课程内容选择、课程模式设计及课程评价等方面。以就业为导向的课程体系的整合必须在深入了解市场,准确把握市场对高技能人才在知识、能力、素质等方面的具体要求后,从传统的学科式课程模式框架中走出来,真正做到从行业实际需求出发,达到高技能人才培养的要求。
2.课程知识和技术多元整合的原则
高技能人才需要具备较强的综合职业技能,要运用多元整合的策略思想,形成以应用性、技能性为特色的高职课程内容体系。贯彻多元整合的策略思想,要求打破原有课程、学科之间的壁垒和界限,以技术应用能力的培养为核心,以目标培养的实际需要作为内容取舍和结构组合的标准,分析相关的知识要素和技能要素,对课程内容做纵向和横向的整合,不求学科体系的完整,强调课程内容的应用性、必需的基础性和课程内容的综合性。
3.课程体系整体优化的原则
实现整体优化首先要明确知识、能力、素质之间的比例关系。要根据人才培养目标的要求找到三者之间最佳的结构平衡点,使学生的知识、能力、素质得到协调发展。协调课程与课程之间的关系。不同的课程对培养目标所起的作用不同,要明确核心课程、支持课程、基础课程、特色课程之间的关系,并体现在课程体系中。
4.理论教学“必须、够用”的原则
高职的理论教学特别强调理论要为实践服务。以指导实践,提高技术应用能力为目的,坚持理论教学以"必须、够用"为原则,有利于学生用科学的技术理论指导实践和实践操作。因此,课程体系应对理论教学进行大胆改革和重组,取消与专业实际技能培养关系不大、理论性过强的课程,对一些与专业相关的课程进行内容的调整与合并,增设反映新技术的技能课程和过程性课程。
5.重视特色课程的原则
高职的人才培养要为区域经济服务,课程体系的特色主要体现在与区域经济的结合上。区域经济结构不同,产业布局不同,经济发展水平不同,对人才的类型要求、专业要求也不同。满足区域经济发展对人才的特定要求,创建特色课程,构建产学结合的课程体系是值得探索的主要途径。
6.适应职业结构与岗位的变化的原则
高职课程体系具有一定的弹性和灵活的调节机制,能对整个社会的经济、科技的发展与市场需要做出快速反映,根据实际需要及时在内容上吐故纳新、在结构上调整组合、在评价上动态反应。知识经济促进了科技的进步和社会产业结构的调整,造成了职业结构和劳动岗位内容的不断变化,而且这种变化的速度愈来愈快。高职课程体系及时反映这种变化,具有自我调整自我更新的能力。
根据以上原则,我们认为“宽基础、活模块”的课程体系适合以全面素质与综合职业能力的培养为核心,以岗位技能训练为特色的高职教育要求。“宽基础、活模块”的两段结构,呈现出与其他课程模式不同的结构特征。宽基础部分作为横向的课程集群,其学习内容不针对某一特定工种,而是针对一个职业内的一群相关岗位所必须的学识和能力,将工作性质相通的若干个岗位集合为一个群,着眼于一个职业岗位群所需要的通用知识的获得和通用职业能力的训练及学习能力获得。“宽基础”阶段侧重于全面素质与关键能力的培养,着眼于奠定发展后劲的基础。“宽基础”对全面推进素质教育,树立以能力为本位的新观念,增强学生的发展后劲具有极大的促进作用。活模块部分作为纵向课程集群,强调针对特定的岗位对从业者的具体要求和从业能力,追求教学内容与特定岗位需要的一致性。其任务为:一是岗位专项技能的训练,使学习者具备顶岗能力:二是在专项技能训练的过程中兼有提升学习能力的功能。“活模块”阶段注重专项能力、综合能力、适应市场变化的跨岗能力及个性特长的培养,着眼于就业适应性的培养,立足于市场经济和人才的需求。
二、通过社会需求分析确定能力本位的应用化工技术专业模块化课程体系的结构
德州职业技术学院应用化工技术专业从2005年开始筹建,2006年招生。专业设立之初我们对山东省及周边地区多家企业进行调研,发现电池行业由于能源危机的影响焕然一新,它集技术、资金、劳动密集于一身发展迅速。
通过电子邮件的方式发放调查表,就应用化工技术专业学生的知识和技能与就业状况的关系进行调查。初步结论是:文化素养和专业基础理论有利于学生的自身发展和自主创业,专业技能的高低和宽窄决定学生的就业质量和就业面。高职教育不仅要让学生掌握一定的文化知识,更重要的是要培养学生的专业技能。在实际教学中,我们感觉到模块化课程的教学体系能从整体上有针对性的培养学生的专业技能,并且富有成效。因此,创建以能力为本位的应用化工技术专业模块化课程体系是培养高职学生专业技能的有效途径,这也正是高职教育区别于其他各类普通高等教育的重要标志。我们还重点调查了毕业生的就业层面,它们主要涵盖在这样一些领域:企业的产品生产、质量检测、分析化验、技术开发、技术管理以及产品的营销和售后技术服务等。我们把这两项调查结果与模块化课程体系的建设挂钩,具体做法是:从学生的就业领域和就业岗位出发建立与就业岗位对应的能力模块,再根据能力模块的内涵来决定课程模块的数量和内涵以及每门课程及每个课程模块的培养目标。这样构建课程模块有利于我们集中时间和精力有针对性地传授知识和培养学生的能力。
三、课程体系整合方案
高技能人才培养的核心问题是课程的设置与体系的整合问题。因此,我们以高职课程改革为突破口,依据高职课程体系构建的原则,构建了以职业技能为核心的“宽基础、活模块”结构的高职课程体系。这一课程体系由职业公共课模块、职业能力课模块、集中实践模块、人文选修模块组成。
1.职业公共课模块
主要为大学生提供必备的科学、人文、身心等方面的基础知识,重视培育学生的人文素养和科学素养,是职业高校区别职业中专的重要标志之一。主要包括高等数学、大学英语、思想政治理论课、体育等课程。该模块以“必须、够用”为原则。
2.职业能力课模块
首先针对职业所需,确立核心课程。核心课覆盖该专业对应职业岗位群需要的最基本、最主要的知识和技术,教学上侧重于技术方法的讲授。保证学生有足够的时间和条件学好这些课程,掌握本专业必备的知识和技术。围绕着职业能力核心课程,开设专业技术、职业考证、职业方向等课程
(1)专业技术模块
各专业除了核心层以外需要开设的专业技术课。这是对核心技术课程所需专业知识的强化、拓宽和补充,以使学生进一步深入理解本专业的核心技术课,强化技术操作,以熟练和丰富技术操作经验。
(2)职业考证模块
职业考证模块保证职业资格的获取,落实双证书制度。这一模块重视职业技能的考核,将职业考证的相关课程尽可能融入培养计划之中。该模块课程由经验丰富的教师指导,从而有利于学生取得相应的职业资格证书这是强化培养学生的动手能力、操作技能的课程,重在职业基本技能。
(3)职业方向模块
职业方向课模块以当前职业岗位的需求为依据,每个专业设立3个左右的专业方向,在第四学期按照学生的学习兴趣和基础对他们进行分流。此模块侧重对学生进行有针对性的专项培训,以适应多层次岗位的需要。
3.集中实践模块
这一模块的课程强调实训、职训等实用性操作训练,以满足第一线应用技术人才的实际需要。
4.人文选修模块
以人文课程为主,兼有科技、管理、文体类等课程,为学生多方面个性发展提供帮助。
四、“宽基础、活模块”课程体系的特点与应用效果
“宽基础、活模块”结构的课程体系特点是:这种课程结构模式灵活性大、针对性强,可以通过调整不同模块的组合,及时实现专业方向的调整,满足各种教学计划需要,并保持自身的完整性与稳定性,灵活地实现教学内容的新陈代谢,使教学要求与社会的发展变化基本上保持同步。各模块均紧紧围绕职业技能这个核心,体现出:“职业技术核心”、“动手能力优先”和“注重人文和科技素养”的高职课程的设计原则,贯彻了从高职学生发展实际出发,“以学生为主体”的教育理念。新的课程体系是在适应地区经济社会发展需求的前提下,按照用人单位对毕业生的技能要求,设计合理的岗位技能或行业技能的培养目标。这一目标由一组相近的专业岗位综合技能课程或若干个相应的岗位证书课程所组成,这些课程包括相应的实训课,以及参与实际生产或社会服务、实际运作的实战训练,从而使学生在毕业后实现与企业零对接的要求。
参考文献:
[1]王歧奖.课程结构与教学模式整合研究[J].教育科学研究, 2002, (4).
[2]张尧学.全国高职高专教育产学研结合经验交流会论文集[C].北京:高等教育出版社, 2003.
[3]晓明.整体性课程结构观与优化课程结构的新思路[J].教育理论与实践, 2004, (5).
[4]黄尧孝.构建高等职业教育课程体系的理论思考[J].职教论坛, 2005, (5).
[5]郑晓梅.论高等职业教育课程目标的价值取向[J].职业技术教育, 2003, (19).
篇4
1.1.1串行LVDS接口串行LVDS接口模块采用美国TI公司的10位LVDS解串器SN65LV1224B作为接收芯片，串行LVDS数据经过解串器后输出10位并行数据．系统上电时，将解串器与发送芯片建立同步，保证数据传输的可靠性．隔离芯片选择ADI公司iCoupler?技术的微功耗四通道数字隔离器AD－UM3440，无需外部驱动器和其他分立器件，提供低脉宽失真和严格的通道与通道之间的匹配．串行LVDS接口模块框图如图2所示。
1.1.2并行LVDS接口并行LVDS接口接收16位并行LVDS信号、1位时钟信号CLK和1位写使能控制信号，接收芯片采用NationalSemiconductor公司生产的DS90LV048A，支持四通道信号传输，具有高速的传输率和超低的功耗，选择4片DS90LV048A作为并行数据传输，1片DS90LV048A作为接收控制信号．隔离芯片选择ADUM3440，满足传输速率要求．当接收芯片检测到写使能的高电平信号时启动数据传输，接收有效数据．并行LVDS接口模块框图如图3所示。
1.1.3RS422与模拟量接口RS422接口采用AM26LS32作为差分线路接收器，实现RS422数据传输；模拟量接口进行模拟量采样时首先经信号调理电路对信号进行处理，然后送入模拟开关，再经过A／D转化和数字隔离实现模拟量采集．RS422与模拟量接口模块框图如图4所示．
1.2存储模块
根据存储容量和存储速度要求，存储模块分为小容量存储和大容量存储两部分，小容量存储模块采用流水线操作即可满足要求，大容量存储模块采取流水线操作和并行扩展技术分别从横向和纵向实现存储要求［10］．NANDFlash选用SAMSUNG公司的K9WBG08U1M，单片存储容量为4GB，1页容量为4KB，内部由2片2GB的Flash芯片叠装组成，通过片选信号CE1和CE2分别选通，读、写操作以页为单位．写操作包括加载和编程两步，单片K9WBG08U1M写满1页所需加载时间为102．5μs，最大编程时间为700μs．
1.2.1小容量存储模块小容量存储单元采用2片K9WBG08U1M搭建流水线，减少对编程时间的等待．一组流水线进行4次加载操作，后面3片的加载时间为307．5μs，小于最大编程时间700μs，因此所需的总时间为102．5＋700＝802．5μs．一组8GB流水线的存储速率为16kB÷802．5μs＝163MB／s，满足存储速度和容量要求．小容量存储模块框图如图5所示。
1.2.2大容量存储模块大容量存储单元采用16片K9WBG08U1M搭建4×4存储阵列，存储容量达到4×4×4＝64GB．采用流水线技术，最大限度提高Flash芯片的存储速度，每组16GB存储单元的最快存储速率为40MB／s，4组Flash并行操作速率理论上可达到160MB／s，满足指标要求．在FPGA内部建立FIFO模块实现数据缓存与位数转换．横向进行位扩展的4片Flash拥有相同的片选信号和不同的数据通道，扩展为32位数据线；纵向进行流水线操作的4片Flash拥有不同的片选信号和相同的数据通道．大容量存储模块框图如图6所示。
2系统测试与分析
2.1模块化测试与分析系统工作时，首先确认上位机与下位机接口连接无误，然后上位机发送启动命令，进行初始化操作．初始化结束后基板发送信号进行检测，工作时基板作为中央逻辑控制单元控制各个模块，记录系统采用模块化设计，接口模块由存储板上的FPGA控制启动接收数据，并进行存储，事后回读分析．RS422和模拟量的回读数据分别如图7和图8所示．模块化的管理方法，能够满足记录系统的存储要求，实现各通道的实时存储．
2.2柔性化测试与分析系统设计接口扩展插槽和存储扩展插槽，可根据需求插入接口板，将扩展的接口模块经内部转换设计为与已知接口模块具有相同控制信号的模块，插入对应存储板实现扩展功能．如图9所示为某次试验对温度数据的记录，验证了系统的可扩展性．柔性化的构建，有利记录更多通道的数据，体现了记录系统的灵活性，使用便捷．
2.3现场试验测试与分析某次飞行试验中，对系统功能进行检验测试，事后进行回读分析，经上位机软件回读后的数据如图10所示．经过多次现场试验验证，将系统实测数据分析对比，验证了记录系统具有较高的可靠性．
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1无土栽培与基质栽培
无土栽培是指在植株栽培过程中不应用天然的土壤，而是利用含有植物生长所需要的营养液，实现植物生长，该种方式能培养出品质优良的作物。基质栽培与无土栽培不同，依然应用天然的土壤，将农业种植与无土栽培方式相互结合。将植物的根系固定在有机、无机基质中，通过滴灌或是细流灌溉的方式，为植物生长提供所需要的营养液。该种植物栽培方式所需要的投资比较少、实际成本比较低、节约肥料、产品质量高[1]。
2蔬菜基质栽培发展现状
伴随着生态环境的恶化，人们越来越意识到环境对于生活、饮食等的重要性。蔬菜种植对于生态环境依赖性较高，一方面是植物生长所需要的水分、土壤肥力、阳光等；另一方面是良好的植物生长环境。在生态环境质量较差的情况下，蔬菜栽植的质量较低。绿色蔬菜种植秉持着无污染、高产量、安全生产的原则，在农业生产中得到了广泛关注。基于基质栽培方式的出现，改变了大面积蔬菜种植方式，该种方式在蔬菜管理上比较方便，并能够为蔬菜生长提供所需要的营养。新时期，调整农业生产种植结构，不断改进蔬菜种植结构，多种利用有机固体废弃物合成环保型有机栽培基质产生。在工业生产中，筛选、分类这些合成基质的原料来源，并且对其发酵的过程进行整体控制。近年来，有机生态型无土栽培的发展逐渐向着规模化、集约化、自动化、工厂化以及小型化、家庭化方向发展。因此，使得模块化基质栽培方式产生，如在居民阳台、庭院上以及屋顶上的栽培种植。虽然该类新型的蔬菜栽植形式被广泛应用，但整体上蔬菜基质栽培系统水平低，其在实际农业生产中的用途比较单一。最为关键的就是，蔬菜基质栽培技术方式比较简陋，栽培基质槽的材料设计应用为塑料、聚氯乙烯、聚乙烯，这样的结构材料不易处理，并且不具备相应的组合功能，对于生态环境的影响巨大[2]。在未来伴随着模具生产研发，传统模块化的蔬菜机制栽培箱系统，能够根据用户的实际需求进行灵活性组装，在结构设计、尺寸等的设计上能够实现创新。基质栽培箱的研发，对于提升农户蔬菜栽植效率，提高农业生产的现代化水平具有较为积极的意义，如通过栽培箱的结构变化、结构镶嵌，将平铺的栽培箱放置方式转换为立体栽培方式，不仅有效降低了空间利用率，还能够创新蔬菜生产方式。
3现行基质栽培设备缺陷分析
调查现行的农场蔬菜基质栽培现状，发现很多问题，这些问题都是制约着蔬菜栽培发展的重要原因。目前，大部分的农场蔬菜栽培中所选择的基质都为森林中的腐叶土、蛭石，这些材料都是构成蔬菜栽培的基本材料，这些材料的应用作用在于能够有效固定植物，并且作为土壤之间的营养衔接环节，为植物的根部输送充足的营养。采用何种材料作为蔬菜基质的栽培箱这很关键。在实际调查中，很多农场中的栽培箱为泡沫，该种材料价格低，但容易被破坏，并且埋没在土壤中不可降解，对于环境的影响比较严重。同时，大部分栽培箱的体积都较大，不利于搬运，不仅浪费材料，还占据了大量空间。另外，栽培基质与过滤物在泡沫箱中混合，不能及时进行清理。蔬菜基质栽培要想提升蔬菜质量，要求栽培箱无论从箱体的结构上，还是从箱体的功能上，都需要满足蔬菜模块化栽培的需求。目前，基于蔬菜栽培这样的情况，还不能满足蔬菜栽培模块化的标准[3]。
4蔬菜模块化基质栽培箱创新设计与实际应用
传统大模块机制栽培箱不能满足蔬菜模块化种植，在栽培箱结构、形体设计上存在着不科学的地方。创新蔬菜模块化机制栽培箱设计，从箱体比例、箱体结构、箱体组装设计上、箱体尺寸设计上以及箱体颜色设计上进行优化。4.1箱体比例设定蔬菜模块化基质栽培箱的比例设计，既要满足蔬菜栽培，还需要具有较好的视觉性，模块比例设计可以通过设计出突出、凹陷的结构，实现2个模块之间的组合。从该种栽培箱的三视图设计上能够看出来，包含2个2∶1的叠席形和1个1∶1的正方形组成。基于这样的设计，既能够节省空间，也能够模块与模块之间的随意性组合与堆放。同时，这样的设计也能够符合培养方面的审美要求，箱体长短、高低设计合理，提升空间利用率。4.2箱体结构箱体结构设计决定着蔬菜的生长，在箱体的尺寸设计完成后，需要进行箱体的实际结构设计，保障结构设计完整，并且满足植物基质栽培要求。由于该种箱体的外形看似“Z”字母形状，箱体为不完整的长方体，结构设计需要充分借助该种不规则结构优势。具体的结构设计中，每个箱体都是1个单独模块，其功能不仅完整，还能够为蔬菜生产提供便利。如在每个结构箱体上都有主箱体、排水孔、进水孔、透气孔、左右卡槽、上下卡槽。其中进水口能够为蔬菜生长提供所需要的水分，营养液能够经过过滤孔进入到基质中。当灌溉水分多余时利用排水孔排水，将箱体的上半部分做镂空处理，便于植物呼吸。4.3模块组装箱体尺寸、结构的特殊性，使得其能够进行随意组装，与积木原理相同，蔬菜种植者可以根据光照、水分等需求，随意挪动栽培箱，该方面设计能够体现出箱体结构设计的创新。用户摆放箱体时，能够根据个人意愿进行摆放，既能够体现出产品之间的互动感，借助巧妙的卡槽结构设计实现箱体的叠放。通过不同类型的箱体叠放，空间能够被利用起来，增强箱体摆放的随意性。在实际的箱体组装环节中，可以分为平面栽培模块和立体栽培模块。如可以进行2个箱体的横向组装和竖向组装，也可以进行10个箱体的组装，在变换组装的方式下，提升了空间利用率，使得蔬菜栽培形式变得多变。4.4箱体尺寸在箱体的具体尺寸设计上，需要符合人体力学原理，保障箱体搬运省力。借助人机公程学，让机器设备的尺寸能够适合人的心理特点和生活方式。在蔬菜模块化基质栽培箱的设计上，主要涉及箱体的搬运、推拉等，箱体被抬起的瞬间，其重心都落在了双手与身体组成的平面内。一般情况下，人的手离开膝盖的距离为25cm和50cm时，成年人所能够提起物体的质量为最佳，其高度也比较合适。成年男子能够提起的最大栽培箱体重量为30kg。如果箱体的质量超出30kg时，需要2个人进行搬运。箱体的设计尺寸为：长50cm、宽25cm、高25cm。这样的箱体设计在形体上比较完美，并且其平均单体质量在25kg，实际搬运操作上比较便利。4.5箱体颜色在箱体的颜色设计上主要有2个设计方案：第一，单色设计。由于蔬菜农场所栽培的蔬菜种类比较多，自身环境比较杂乱，为了避免视觉疲劳，在箱体的设计需要保持箱体颜色统一，体现整洁、干净的箱体环境。第二，根据不同的蔬菜种类进行颜色的搭配，有利于蔬菜分类，便于用户进行识别。
5蔬菜模块化基质栽培箱设计应用
蔬菜模块化基质栽培箱设计在农业种植中的应用比较广泛，与传统的栽培箱设计相比，其具有较强的经济性和环保性。5.1经济性应用栽培箱的结构为长方体造型，大部分的结构由简单的板块面相互组合而成，箱体上的卡槽设计并不多，不会增加箱体的搬运难度。但简单的卡槽设计就能够实现多种箱体之间的组合，使得箱体与箱体之间稳定性结合。并且在箱体与箱体之间相互组合环节中，不需要进行多余支架的支撑，也不需要进行复杂结构的处理，基于这样的处理有效降低了箱体的制造成本和使用材料，使得箱体的搬运更加便利。同时，在栽培箱体底部设有过滤筛板，该筛板能够有效防止浪费营养物质，保障了栽培箱内部营养物质的回流。5.2环保性应用绿色农产品是农业生产中的重点项目，该模块化蔬菜基质栽培箱设计，以其高度的模式化、标准化，将不同高度的植物设定在针对性的生长空间中，并且对于栽培箱自身进行结构调整，能够保障不同植株充分利用阳光。如在进行栽培箱的拼装过程中，将对光照依赖性较强的植物放在最外侧和最高点，而对光照要求较低的植物，可调整其位置。基于这样调整栽培箱位置能够有效弥补大面积土地蔬菜种植环节中，对于自然光照的不可调节缺陷。在位置的设置上，如果是栽植小型植物，如生菜等，可以进行栽植箱的叠放，如果进行顶端需要固定的植物，如豆角、苦瓜等，需要将栽培箱摆成一排。
6结论
综上所述，传统大模块机制栽培箱不能满足蔬菜模块化种植，在栽培箱结构、形体设计上存在着不科学的地方。农场中的栽培材料价格低，埋没在土壤中不可降解，同时，大部分的栽培箱体积都比较大，不利于搬运，浪费材料。栽培基质与过滤物在泡沫箱中混合，不能及时进行清理。创新蔬菜模块化机制栽培箱设计，从箱体比例、箱体结构、箱体组装、箱体尺寸以及箱体颜色设计上进行优化。
参考文献
1尚华.蔬菜模块化基质栽培箱创新设计与应用模式研究[J].包装工程，2014（12）
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Cisco等公司最早提出了层次化网络设计的概念，已经在各类大中型网络设计中得到广泛应用，它将一个网络分为核心层、汇聚层和接入层，使得网络设计清晰而有层次感，减弱了网络设计的复杂性，降低了网络设计的门槛，极大地推动了网络设计的快速发展。在ChinaNet、ChinaNet2中都是采用这种设计方法，尤其是在ChinaNet建设初期“老三层”模式更是深入人心。对于纯粹用于运营的计算机网络层次化网络设计有着明显的设计优势，但对于需求较多的业务型计算机网络，用户经常提出的服务器网络群设计、网络出口安全、网络内部监控等个性化需求，这些都不能在层次化网络设计中一次性设计完成，经常造成多个厂商各自负责一块，后期再进行对接的现象，响应速度慢，工程周期长，协调工作量大。
在工业设计中模块化设计被广泛应用，产品的模块化设计始于20世纪初，1900年在德国书架生厂商将自己生产的书架分为书架底座、书架框架和书架顶板三大部分，其中书架的框架体尺寸不同，用户可根据需求选择不同大小的数据啊框架，在根据个人喜好选择不同形式的书架底座和顶板，从而组合成合适自己的“理想书架”。这种书架的设计方式就是最早期的模块化设计方式。现在经过几百年的发展，源于工业产品的模块化设计原理已经应用到了各个行业。在网络 设计中根据具体情况将用户需求进行功能划分，针对不同的功能利用现有成熟网络模型进行分块规划设计，后期将各个模块组合起来形成可用的最终成型网络拓扑，这种方法就是采用了工业产品模块化设计的思想，并应用到现在的大客户网络设计中，产生了一种新的网络设计思路。
工业设计方面大量文献资料对模块化进行了系统分析：
1.1 模块
模块就是具有相同功能和结合关键点（指联接部位的形状、尺寸、连接件间的配合或啮合等），但有自身独特性能或不同内部结构、不同规格的单元。模块可以进行分解和组合，可以根据不同的需求、环境要求进行调整自身的大小，这是现代模块化概念的分级模块化原理的基础。
独立性、抽象化、灵活可互换是模块的三大特点。
（1）模块的独立性首先就是指的模块的功能明确的、独立的，其次是指模块可以独立设计、生产、安装。一个产品某一个模块的增减只会减少该模块所具有的功能，对其他模块基本无影响。
（2）模块的抽象化是指模块就像一个黑匣子，对外提供功能和接口，而内部结构隐藏在自身的界面中。
（3）模块的灵活可互换是指需要某个功能只需要选择增加或更换具备改功能的模块。
1.2 模块化及模块化设计
模块化的重点是部件的标准化，用户可根据需求选择一系列具备不同功能的部件自行拼装成产品。
将某一类产品进行分析研究，将其中功能相同的部件提取出来，并对其进行标准化以形成标准化部件，这就是分解出来的模块。后期产品设计时选择不同的模块进行组合形成新的产品，这个功能分解、部件标准化、组合产品的过程就是模块化设计。
传统的产品设计是以系统为中心开展，而模块化设计分为标准件设计和模块组合设计。由于模块自身具备的特点，使得模块化设计更加有效的支撑了产品的创新，利用已有的模块通过组合即可得到不同的新产品，这样大大缩短了设计的周期，通过模块的标准化还可以大大降低产品的生产成本、提升标准件的质量。同样采用模块化网络设计出的网络将具有如下特点：
（1）各个模块功能明确，可以根据用户需求进行取舍，即使在工程施工中用户也能根据需要进行取舍；
（2）各个模块之间相对独立，在具体项目施工时可以分多个项目组同时进行实施，缩短施工工期；
（3）形成的模块模版，可供后期相近网络设计借鉴，以达到快速设计的效果。
使用模块化网络设计，根据用户需求将网络分为各个功能模块，在设计初期即将各个功能模块之间的通信考虑进去，由一个厂商完成整个网络的设计、施工，可以节省网络建设时间，并且降低了后期维护难度，也给网络施工方创造了更大商机。
模块化网络设计方法并非与层次化网络设计完全没有关系，在模块化网络设计中也会应用层次化网络设计方法，例如本文中的内网模块设计，模块化网络设计方法是对分层网络设计方法的一个外延拓展。
2 网络模块化设计的应用
以某市电子政务网为例，前期收集用户需求得到如下信息：
（1）需建立一张本地城域网。
（2）全市政府单位统一出口。
（3）一个统一的系统平台。
（4）通过VPN技术提供外出办公服务。
（5）网络性能高可靠，网络安全可监控。
根据用户需求，将整个网络分为：内部网络、外部网络、服务器区、安全防护、网络管理五大模块进行设计。
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模块运输车动力单元的设计，即通过液压系统的计算在满足工作要求的情况下，对动力单元较小空间内的设计布置，尤其是发动机总成的布置，并能保证动力单元安装架结构强度、各机构正常工作、液压及发动机系统散热良好。如何设计动力单元内部各部件之间的相对位置，使各部件能完成其工作职能并便于安装、更换、维护，是整个产品设计中的一个重点和难点。目前，模块运输车的设计大多属于面向订单的设计，根据施工需要要求动力单元本身不带走行轮组，对整体高度有严格的要求，为此，如何在有限的空间下设计出具有大功率输出功能的动力单元，使模块运输车适应更为严格的工况，已成为企业竞争取得成功的关键[2-3]。本文以某型号模块运输车动力单元为研究对象，在对其结构进行分析的基础上，结合整车的参数需求进行设计，通过有限元计算进行分析及优化，快速有效地得到动力单元结构的最优结果。
1 动力单元的总体设计
模块车动力单元在发动机输出端装有分动箱，由分动箱分别驱动液压走行马达及均衡、转向马达，具有结构紧凑，传动效率高的特点。动力单元主体采用框架式结构，侧面及顶面多处使用栅格板封面，以加强通风散热效果，框架与车体之间采用上部调节油缸连接、下部铰轴连接的连接方式，可通过收缩调节油缸抬起动力单元前端，根据现场需要形成0°～10°的仰角，以提高整车接近角和离地角适应行驶道路的纵向坡度。
设计时，将客户提出的工作条件以及工作环境等为已知条件，通过分析模块车的工作参数及类型，建立适合的动力单元初步模型。模块运输车依据客户需求及使用条件，对整车尺寸提出了长宽高的外形要求，对模块车动力单元也由整车条件提出其外形要求，其中对高度要求最高，动力单元整体高度需小于850mm，外形尺寸为3700×3000×850mm。
2 动力单元的组成
动力单元的主要由动力系统、液压系统及电气系统三大部分组成，其中动力系统由发动机、分动箱、空气滤清器、进气散热器、中间冷却器、消音器、蓄电池、燃油箱组成；压系统由液压油冷却器、液压泵、液压油箱、调节油缸组成；电气系统由各电气元件、控制器集成于两个电气控制柜内。对动力单元内的组成部分进行布置，见图2。
3 动力单元的设计过程
3.1 液压及动力系统计算及发动机选型
依据液压系统的计算，见表1：
根据表1中液压系统的计算结果，同时参考各发动机厂家产品库中已有的发动机产品，选择了满足动力单元尺寸需求特别是高度需求的发动机产品，为德国MAN公司的MU6876型卧式柴油机，该发动机功率参数为375kw/2100r。
3.2 安装架设计及各部件的布置
根据安装架及发动机的结构特点，发动机的安装方式采用悬挂式，发动机三点支撑，其中一点在风扇端支撑，另外两点通过分动箱两个支腿支撑，而分动箱与发动机飞轮壳连接。液压油泵通过分动箱的联轴器与发动机飞轮连接，以用于发动机输出功率。
通过布置发动机、分动箱、空气滤清器、进气散热器、中间冷却器、消音器、蓄电池、燃油箱、液压油冷却器、液压泵、液压油箱、调节油缸及两个电气控制柜等部件初步完成安装架的设计，安装架由各型号矩形管焊接而成。
3.3 各部件的调整及安装架结构强度的优化
通过动力单元内各部件在安装架内的布置情况进行三维建模，对各部分之间有相互干涉、影响使用、不便于维护的部件位置进行调整，其别对发动机的散热系统进行了调整及试验，使各部件能在安装架内发挥各自的职能。
各部件位置固定后，依据总体受力、各部件受力及动力单元振动情况，对安装架进行有限元分析，对于某些应力集中的位置进行了优化和补强，从而保证了整个动力单元的使用强度。优化后的动力单元安装架的有限元分析结果如图3。
4 结论
本文以某型号模块运输车为例，分析了动力单元结构的的设计过程，该设计的成果受到客户的广泛好评，成品如图4所示。
该模块运输车的动力单元得到了满足所有约束条件的结构参数值最优组合，快速准确地实现了动力单元结构的优化设计。整个动力单元设计具有如下特点：（1）该动力单元的设计在同功率输出的模块车中，结构紧凑，动力单元高度达到了极限尺寸，有效的满足了整车的应用需求；（2）该动力单元的设计具有模块化的特点，可实现不同类型模块车的互换。此外，该设计及优化方法适用于与动力单元相似的产品的设计中，对其它产品的设计具有一定的参考价值。
【参考文献】
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在对机械产品进行设计制造时，需要与成组技术和计算机技术等相关技术进行必要的结合，然后对同一功能的单元进行有效的设计，从而可以设计出可互换且性能不同的模块。这样一来，就可以形成不同规格的产品，利于产品的重新生产和应用。这也对机械设计的发展及其创新有着非常好的促进作用。
本文就对模块化的设计的相关问题进行分析，然后对模块的划分以及模块化的技术的应用进行了相关的阐述，然后对模块化机械设计在数控加工中心的应用体会及发展趋势进行必要的分析。
1.模块化的概念分析
模块化设计需要考虑很多的问题，首先其要保证设计的灵活性，要重视管理与制造的便利性，从而能够更为有效地控制设计制造过程，避免出现混乱。另外，在设计时还要考虑模块系列的扩展及变型产品的辐射。正因为如此，在设计过程中一定要对结构要素和功能要素加以考虑。用科学合理的方式来划分具体内容，被划分的模块要具有完整性和独立性的特点，这样才更加有利于模块借口的分离和联接，想要做到这一点，就要有效控制模块的数量，确保模块结构的规范性让所有模块之间的联系更加简单、稳定、
值得一提的是，在进行模块化设计时，一定要重视模块的组合，要重视相同模块的互换以及不同功能模块的组合等，这些内容往往体现在接口上，因此人们对模块的规范化和标准化提出更高的要求。
在模块化设计过程中，要先对设计的产品进行分析，拟定出产品的系列频谱，然后通过对产品的结构和功能进行分析，确定重要的参数，然后对产品的模块进行更为合理的划分，使模块的结构更为有效
2.模块化设计技术在数控加工中心的应用体会及发展趋势
基于我国数控加工技术的发展以及模块化设计的日益完善，对模块化设计技术在数控加工中心的应用进行分析，可以更好地明白模块化设计的重要内容和发展趋势，从而为我国数控技术的发展提供有利的依据同时也可以进一步完善模块化设计技术。
2.1.模块化设计技术在数控加工中心的应用体会
2.1.1.数控立式车床模块的划分
在对模块划分时，一定要充分考虑车床的模块化要求和结构形式，要对独立的功能单元进行分析并将其作为模块来让分解功能单元更为独立，形成更为有效的搭配和拼组形式，让整个操作过程更加简便和多变，进而为车床生产提供更为有效的支持。不仅如此，还要让部件模块形成一个更为完整的整体，保证装配质量。此外，还要进一步促进部件不同性能及用途的更好发挥，让功能更加细化。这样一来，就可以让整个组合方式更为灵活。值得一提的是，在对模块进行划分时，一定要对机床大件的模块化设计进行足够的重视，要有效规划大件的结合要素，从而让分离和联接更为简易、高效。另外，在对模块设计时还要留有空间，为新技术的引入打下基础。
2.1.2.车床的模块划分
分解总功能，其功能与实现功能的模块具有一定的对应关系。如通过单一模
块促使某一功能的实现；多个模块共同促使某一功能的实现；某一个模块促使多
个功能的实现；其分别为一一对应关系、单对多的关系、多对单的关系。
依据模块与功能的映射关系，对数控立式车床的结构型式及特点进行考虑，通过模块划分原则的运用，可对通用的模块进行划分。其可分为监测模块、辅助模块、支承模块、执行模块以及传动模块，同时还能够继续进行细化和分解。分析同一功能的模块，其结构与用途存在着差异而，而相同接口结构模块的形成，
在结构模块的组合过程中，可以促使不同性能与用途的数控立式车床产品的设计
和制造。
2.2.模块化设计技术在数控加工中心的应用的发展趋势
通过上述分析可以知道，模块化设计技术在数控加工中心的应用的发展趋势
会朝着规格化、通用化、标准化程度发展，未来在对模块化进行设计时，要更为重视产品的规格，要让整个设计生产更为统一，形成一个统一的标准，从而使生产更为高效。更进一步来讲，整个设计生产更为统一可以使模块的互换变得更为可能，其机械化设计与制造水平也会得到进一步提高。
另外，模块化设计技术在数控加工中心的应用会更加重视简便化，这样就可以让部件模块形成一个更为完整的整体，保证装配质量，让功能更加细化。这样一来，就可以让整个组合方式更为灵活，让分离和联接更为简易、高效。此外，未来的模块化发展过程中，产品的精度和性能也会朝着更为稳定的方向发展，这样就可以让生产成本得以降低，提升生产的效益和效率。
结论：总之，在对模块化产品进行设计应用时，一定要重视对产品的精度和性能的提升，让产品更为精细，让其性能更加稳定，这样就可以让产品生产更为低廉，使机械产品的结构更为简单。另外，当产品的设计规格更为标准化和通用化时，可以更好地提升模块的互换性能，进而让机械化设计和数控车床生产水平得到很好地提高。
参考文献：
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一、参数化设计系统的特点
参数化设计，是CAD技术在实际应用中提出的课题，是基于图形数据的操作。[1]通过参数驱动机制，可以对图形的几何数据进行参数化修改，极大的提升了设计效率和准确率。为满足电梯轿厢对参数化设计系统的需要，结合Pro/E功能，确定电梯轿厢参数化设计系统的特点：
（一）设计流程更加规范。将以往模糊、随意、不规范的管理方式，进行了量化、规范化，标准化，减少了人为的干扰因素。同时，系统的高度集成性使各部门的业务联系更加紧密，信息共享和流程协作将成为常态，强化了参与员工的大局观念和协作意识。
（二）脚本编辑器更加强大。参数化设计系统采用的是将模型的变化关系式写入脚本编辑器中，编辑器自动生成程序语句、变量自动提示、错误检查等多种方便实用功能，还提供了可直接控制的Pro/E模型中的多种CAD函数，使设计人员操作更加简单方便，降低错误率，便于发现问题，方便修改。
（三）系统采用模块化设计。模块化是一种全新的设计理念和方法，将系统以不同功能和性能来设计模块，需要时可以直接通过筛选和组装模块来生产出新的产品。模块可以重复使用，有效避免了设计师从零开始构思草图。能在短时间内试验多种外形构思，极大地提高设计效率，节省时间和精力。
（四）系统选用CAD二次开发技术。Pro/E为产品提供了设计、数据管理、二次开发等完整方案，其二次开发包以C语言为依托，利用其开发的应用程序安全访问和控制Pro/E，实现应用程序与系统的无缝集成。系统采用并行设计方式，可以分发给多个设计人员共同进行设计，并整合成完整的产品。
（五）系统可以快速制图。系统模板与Pro/E模型相关联，通过运行脚本程序，可以快速生成产品模型。系统产品模板关联三维模型后，可以自动生成工程图纸，使图纸的标注尺寸随着三维模型变化。
（六）可靠的安全性能。系统将数据、程序、模型分开管理，并设置用户验证和使用权限。如果只得到数据、程序与模型之中的一部分，是不可能使系统正常运行的，保证了较高的安全性。同时，系统针对不同的开发、使用对象制定不同的控制流程，从而能够较好的保护数据和系统的安全。
二、电梯轿厢参数化设计系统的实现
（一）基于CAD/CAM三维软件Pro/E设计。Pro/E操作软件是CAD/CAM/CAE一体化的三维软件，是参数化技术的最早应用者，采用了单一数据库来解决特征的相关性问题。它采用模块化方式，可以分别进行草图绘制、零件制作、装配设计、钣金设计、加工处理等，保证用户可以按照自己的需要进行选择使用。CAD是计算机辅助设计领域流行的制图软件，功能强大、使用方便，广泛应用于机械、建筑、家居、纺织等诸多行业。以Pro/E为代表的参数化特征造型是目前最成熟的CAD技术之一。参数化设计一直是CAD追求的目标，旨在有效提高机械产品的设计效率。既能直观、准确地反应产品形态，又能根据用户意见随时进行修改。设计过程中涉及到的各种参数都可以作为变量，这些变量之间的关系可以跨越CAD不同模块，从而实现数据的全相关。同时，使用Pro/TOOLKIT技术来调用Pro/E所设计的功能模块，使程序和系统间实现无缝对接。
（二）部件模块化分解。参数化是实现机械设计自动化、模块化、标准化的前提和基础。参数化与模块化相辅相成。模块化设计作为一种多样化的设计方法，已经在诸多领域得到广泛应用。模块化设计要求的是标准化和组合化。要实现模块化，首先要将产品按照功能、可拆卸和安装、产品的要求等三种方式进行分解，在完成设计和划分之后再进行有机组合，实现模块集成。模块设计需要选用模块，这就要求设计者要充分了解产品的要求，掌握模块构成、功能、接口等参数。电梯轿厢的参数化设计就需要用到模块化，可随时对模块进行重新组合，对参数进行修改，达到高标准、高质量、快速完成相关设计的目的。[2]
（三）创建三维参数化模板。三维参数模板的建立需要遵循一定的规则，根据电梯轿厢的模块化树形结构特点，采取自上而下的方式建模。完成建模之后，还要对参数进行设置。基于Pro/E单一数据库特性，各种参数都会存储在数据库中，用户参数与模型可以一起增加和储存。同时，基于Pro/E的全相关性，在模型中创建和修改的参数可以在工程图中使用。利用这一特性，可以把零件的数质量信息统一存储到三维模型中，如此就可以根据参数脚本传递的不同参数，直接把参数赋予新生成的三维模型和工程图。设计人员可以通过三维模型对轿厢任何一处进行修改。
（四）实施全流程管理。模板从创建到实施，其流程可分为四步：编辑、审核、测试、实施。模板编辑完成之后，则进入具有审核权限的用户进行审核。审核通过则进入测试程序，检查程序的生成结果。测试完成则进入具有实施权限的用户投入使用。流程管理环环相扣，缺一不可。通过全流程管理，确保系统正常运行。
综上所述，参数化设计系统作为一种先进的设计系统，能有效提升电梯轿厢的设计效率和准确性。不仅能够缩短设计周期、提高设计质量、降低设计成本，还具有方便维护与更新的优点。通过基于三维模型和程序的有机结合，实现模块化、信息化、规范化设计，从而能够快速开发出安全、舒适、可靠的电梯轿厢，满足客户需求。参数化设计系统的成功应用，必将对机械产品的开发和应用产生深远的影响。
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近年来，作为应用型本科院校的计算机专业，面临IT人才急剧扩张的市场需求，急需对传统的人才培养模式进行改革与创新。在这种背景下，我院计算机科学与技术专业对学生试行了“3+1”人才培养模式，通过创新课程教学体系应该是首位性的工作，为此对此专业进行模块化课程体系建设。
1 模块化课程体系是实现创新课程教学体系的最佳途径
应用型本科院校从字面上讲可以说是具有两层含义，其一，它是一所本本科院校，其二，它的人才培养目标在于培养应用型、技能型人才。由于其自身的性质具有一定的双重性，因此，它既不同于一般的本科院校，也不同于一般的中职以及高职院校，在对人才的培养目标上也就自然而然的不同了。一般本科院校培养的人才过于注重理论知识的学习，而忽视了实践能力的训练，一般高职院校培养的人才虽然掌握了一定的技能，但却不具备很高的综合素质，但应用型本科院校却截然不同。它培养出的人才既要具备一定的知识水平，综合素质，又要具备很强的动手实践能力，因此，应用型本科院校所培养出的人才对于面向生产、建设、管理、服务等一线或岗位群，并不断满足其需要还是在很大程度上具有优势的。
在传统的人才培养方案中，课程体系是按照计算机一级学科整体建设的需求来设置学科理论课程及实践课程，而不是按照本科层次应用型人才的培养目标来设置课程体系，学生所学的知识与技能与企业的岗位技能要求不匹配，出现了“学非所用”的结构失衡。因此，在制定课程体系与课程内容时，应淡化原有按一级学科设置的理论体系，强化按应用能力设置的知识体系。即由注重学科理论的系统性向注重工程实践的综合性转变。而模块化课程体系不以学科建设为中心组织教学内容，而是强调教学内容在能力形成中的作用，恰恰体现了这种转变，也是实现创新课程教学体系建设的最佳途径。
2 计算机专业模块化课程体系的构建
模块化教学法自创立之初，迄今为止已有数十年，其主要特点在于以现场化教学为主，并辅之与之相关的职业技能培训。具体地说该方法与以往教学模式的不同在于以就业为导向，并根据学生所学专业需要为之设置与之相关的专业技能模块和职业岗位（群）模块，除此之外，还需考虑技术变化和市场对各高级应用型专门人才的实际需求情况来对课程体系结构进行构建以及调整。
由于“3+1”人才培养目标直接面向职业岗位（群），这使得其在进行模块化课程体系开发方法选择上，需要用到逆向思维法。所谓逆向思维法就是通过对学生将来所要从事岗位的职业素质以及能力进行分析，并得出一个有效的结果，进而根据这个结果对教师所要教授课程进行设计，组成相应的教学单元。在课程设计上要求具备一定的针对性和实用性，并突破不同学科间的壁垒以及对以往的教学模式进行变革，因此，这种教学方法对于构建由课程一级（专业基础）模块、课程二级（专业方向课程）模块和课程三级（职业岗位群课程）模块组成的模块化课程体系，具有极大帮助。
2.1 专业基础模块
专业基础模块课程是计算机科学与技术专业的公共核心知识体系，其开设的目的在于对不同专业方向学生的计算机知识进行补充，旨在培养学生将来从事计算机科学与技术方面岗位所应具备的一些最为基础的素质与能力，也为满足学生未来所从事职业需要以及为学生终身学习奠定一定的知识基础。除此之外，该模块课程学习也在一定程度上使得学生的社会适应能力和职业迁移能力得以提高。专业基础模块课程主要包含：计算机基础、高级程序设计语言、数据结构、计算机组成原理和数据库技术基础等课程，使学生掌握从事计算机各行业工作所具备的最基本的硬件，并且通过和课程体系相对应的基础实验模块使学生具备该专业最基本的技能。
2.2 专业方向模块
专业方向模块课程是在专业基础模块课程基础上，按照专业方向的教育增加各个专业方向教育所需要的比较全面的专业知识，以构成较完整的专业方向知识体系。专业方向模块包括网络方向、软件方向和嵌入式方向等子模块。由于计算机科学与技术专业自身具有极强的实践性，因此，对于这一专业学生的培养来说，并不能仅仅停留在计算机科学与技术专业理论知识的教授上，还要对学生的动手实践能力进行培养，从而使得学生能够掌握一些不可或缺的、实用的计算机科学与技术专业技能，对本科层次的应用型人才培养、教育而言也是如此。把这一点体现在该专业课程设置上就是说，该专业课程要在一定程度上体现学生所要掌握的计算机科学与技术以及一些必备的技能，并通过与该模块相对应的专业实验及实训模块来促使学生所学的理论知识能够很好的与实践相结合，力求为该专业方向学生的培养打下雄厚的理论和技术基础。
2.3 职业岗位群模块
职业岗位群模块设置的目的在于对学生将来所要从事的具体某方面工作所应具备的职业素质进行培养，从而使得学生在走出校门后就能够很好的适应并满足岗位的实际需要。如果说专业基础模块注重的是从业未来及一些不确定因素，强调的是专业宽口径，职业岗位群模块则注重就业岗位的实际需要，强调的是学生的实践能力。掌握一门乃至多门专业技能对于提高学生的就业能力可以说是发挥着不可或缺的重要作用。
3 计算机专业模块化教学的实施和对教学改革的促进
3.1 按模块组织教学内容
所谓按模块对教学内容进行组织，首先，要对不同模块的总体人才培养目标进行确立，并在此基础上，对以往以知识讲授为中心的学科式课程内容体系进行变革，打破不同章节之间的限制，将理论知识与实际操作知识紧密结合起来，以技术和能力培养为目标努力构建不同的学习专题作为子模块；其次，每个子模块又下设不同的学习单元（根据模块知能体系的各个具体目标与内容而划分的小专题）以及课题，从而使得模块课程的教学能够形成一个崭新的“积木组合式”的教学模式。
3.2 模块化教学有利于提高教师的理论水平和实践能力
模块教学作为教学方法中一种，将其运用在计算机专业教学的中，就是要对以往传统的教学体系进行变革，让广大师生能够不断的学习以及掌握新的知识和技能，从而使得教师自身的实践能力以及理论水平在一定程度上得以提高。具体的说就是，在教学的过程中教师一定要根据模块教学的特点，将模块的教学方向灵活的运用。将模块教学的核心点定在提高学生的能力以及素养上，将学生的主体地位发挥出最大的作用，积极的调动学生学习的兴趣，在模块教学的过程中还应该采用其他的教学方法。例如，案例教学法、讨论式等教学方法。在专业课程的教学过程中强调“教师边讲解边演示，学生以一边操作以边理解”将动手和动脑有机的相结合在一起，进而来形成一个“双边教学法”，由于在实际的教学过程中有了师生之间的互动，这使得以往教师讲，学生听的一言堂教学模式被彻底打破。
3.3 模块化教学有利于促进教材建设
由于模块教学法对教材要求较高，这使得在市场上很难找到与之相关的教材，即使找到也未必能够用的上，从这点上来看，模块化教学法对于现有教材内容的革新、现行教材体系进行突破、增添教材的专业性、实用性以及正确解决学科体系的系统性与生产实践所需知识综合性的矛盾具有极大帮助。
3.4 模块化教学有利于提高学生的知识水平和实践能力
使用模块法进行教学，使得以往生搬教材的教学方式得以变革，这对于激发学生的学习兴趣以及引导学生参与到课堂中来具有极大帮助。并且由于模块教学法注重理论知识与实践知识相结合，这使得学生的理论素养和动手实践能力在无形中得以点滴提高起来，这对于学生未来从业是有利的。
4 结语
实践证明，应用型本科教育模块化教学是教育改革的必然趋势，随着应用型本科教育的发展和教学改革的深入，计算机专业的模块化课程体系也将会不断地完善和提高，走出一条高技能人才培养模式改革之路，并得到合作企业和社会的认可。
参考文献
[1] 刘伯红，方义秋，夏英，等.基于“关键点”课程的课程体系改革与探索[J].实验科学与技术，2011（4）：82-84.
[2] 李海涛.模块化教学条件下课程体系的构建[J].四川职业技术学院学报，2007（2）：82-83.
[3] 胡燕燕.关于高职教育课程体系构建的几点思考[J].高等职业教育：天津职业大学学报，2004（1）：19-22.
[4] 向昌成.高职高专计算机应用专业建设探讨[J].阿坝师范高等专科学校学报，2006（S2）：38-40.
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计算机技术的特点之一就是日新月异，人们不由自主地被裹进数字化、智能化、网络化、多媒体化的技术进步浪潮里，高职计算机专业人才培养受到层出不穷的新技术的影响.如何使学生掌握未来职业所需的专业知识与技能，使之具备适应职场技术快速变化的能力？数学课程在培养学生的学习能力和应用能力上有怎样的作用？又该怎样做？这是计算机专业导向下应用数学课程建设关心和思考的问题.
一、学情教情调查
为了解学生的数学基础状况及学习情况，我们设计了两份问卷调查表，分别在学生大学入学时和第一学期结束时进行调查，调查内容包括个人中学数学学习兴趣和水平的自我评价，对数学的认识，对大学数学学习的期待，大学数学学习途径和学习情况自我评价，对大学数学教学内容、教学方法和考核方式等的评价，以及对老师教学的意见和建议.抽样调查了2009级、2010级、2011级和12级软件专业、网络专业、信息管理专业若干班级.调查结果如下：
1.入学初调查
76%的同学对数学学习有兴趣并在中学数学学习中感到充实愉快，但成绩一般.90%的同学都认为学数学有必要，86%的学生相信能继续学好数学或能改变现状，75%的学生期待大学数学能提高数学应用能力，80%的同学喜欢思考，有一定独立学习的能力和习惯，62%乐于和同学共同探讨.
2.第一学期末调查
60%左右的学生仍然有兴趣，65%认为数学课程训练了思维，教学内容比较合适，影响数学学习的主要因素是自身基础和学习方法，对老师的教学15%表示很满意，70%表示满意，7%表示不满意.对自己的学习状况，3%表示很满意，42%表示满意，50%表示不满意.对老师教学的意见和建议是：改变一言堂占16%，少讲多练占26%，增加课堂互动占34%，改革教学内容占24%.学生学习数学的途径基本在课堂内，边听边看书，以完成作业为度.大部分学生很少或从不借阅数学参考书，说明在数学学习上学生缺乏探索钻研，自我要求不高，仅凭课内的90分钟时间，课外复习方式就是完成作业.软件和网络专业近20%学生抄作业或懒得做作业.
3.调查统计后的若干结论
软件专业学生在数学兴趣、理解消化知识的能力、挑战自我上表现更为突出，软件专业32%的学生有参加数学建模学习比赛的意愿.信管专业学生习惯听从老师的安排，自律性、学习积极性更高.网络专业学生的学习状态相对更平淡，但是对学习内容和教师教学的期待比其他两个专业学生高，所谓有心向学，无力“杀敌”.在数学学习兴趣、学习能力上呈现的整体性差异，间接反映出数学课程与各专业课程的相关性.计算机各专业人才培养方向和职业岗位目标不同，需要的数学知识与技能训练不同，分配在数学上的总学时不同，因此应用数学课程在教学中需进行适当的模块划分，加强针对性以适应不同专业的需要.
二、计算机专业导向下应用数学课程的教学理念与设计
应用数学是高职计算机类专业的基础能力课程模块中的必修课程.从短期看，为学生的专业课程学习服务，要适应计算机专业培养人才的任务导向、项目驱动等工学结合的教学模式.从长期看，为学生继续学习提供具有数学特色的思考方式和技能训练，包括抽象化、最优化、逻辑分析、数据整理推断、运用符号、量化能力、建模能力、人工计算能力、数学软件运用能力等.但数学课程的教学时数受到制约，不可能面面俱到地为学生准备所有的知识和进行系统全面的数学能力训练，让不同的专业侧重选择不同的学习内容，实施模块化教学成为必然选择，为此，我们从教学内容、教学方法、教学组织形式、考核评价等方面提出一种模块化教学设计的理念.
1.优化课程知识结构
课程设计遵循“学有所用、够用为度”的原则，以整合计算机专业背景知识、程序设计思想方法、应用问题为主线，将课程教学内容设计成三大模块和若干子模块，各模块知识有独立性和适用性，便于计算机各专业根据需要和课时限制针对性选择.恰当案例是教学核心，通过模块学习和案例分析来训练学生的思维能力和应用能力，使学生获得新的知识和新的经验，并在新知识经验的基础上建立个人的理解力，扩展智力框架.[4]
2.教学方法
课程形式上有理论讲授课、数学实验课、数学建模实践指导课，各部分课时约占1/3.各部分的逻辑关系是：理论知识模块实操模块综合应用模块.教学方法以综合应用模块中的项目为导向，根据项目需要选择理论知识模块的学习深度，兼顾内容衔接和层次递进，应用实验课程强化巩固，使数学理论知识学习、数学实验操作和数学建模形成一个项目式整体.
有数学家说过：“数学素质中最重要的是数学建模意识和基本的数学头脑.”实践表明，数学实验和数学建模实践是扩展学生学习途径、提高学生参与学习的广泛性、提升学生查阅资料能力和团队合作精神的有效形式.
3.教学组织方式
以问题解决为核心组织教学，教学的问题可分为概念问题、方法问题、思想问题、计算问题、推论问题、应用问题、实际操作以及模拟实现等问题.通过项目化分组实施“模块案例+MATLAB软件实现”教学做一体化，逐步解决上述问题，实现教学目标.
4.构建课程新的评价体系
评价的主要目的是为了全面了解学生的数学学习过程，考查学生的“输出”能力，同时督促学生学习和改进教师教学.但以往的评价手段“期末一考定终身”过于单一，不能全面反映学生的真实情况.
对数学学习的评价要关注学生学习的结果，更要关注学习的过程，所以采用过程考核与目标考核、笔试与机试相结合，通过强化项目化分组的过程监控，将作业、小组讨论、实验报告、论文写作、资料查阅等任务的完成情况纳入考核系统，加权计算数学成绩，更能反映学生学习成果的真实情况，同时也能提高学生平时学习的积极性.
三、计算机专业导向下应用数学课程模块化教学实践经验
1.进一步明确了模块化教学的思路
通过研究，教师更清楚地把握了要教什么，教到什么程度，什么教学形式更有效果.学生普遍比较喜欢MATLAB上机学习的形式和体验，新鲜有趣，在老师布置的任务驱动下能全神贯注，通过阅读实验指导，向老师提问和相互交流，大多数学生都能完成任务，特别是听理论课有些吃力的学生，发现自己也能读懂教材，可以动手操作，自然而然就有收获参与的良好心理体验，学生“尝试应用数学”的愿望得到最基本满足.因此加大实践实践教学环节的学时比重成为共识.
2.项目导向，教学做一体化，锻炼和提高了学生的能力
从教学实践来看，在实验室教学，讲解操作演示模仿练习项目训练的方式比较有效果.把一个建模任务以数学论文的形式完成，学生首先感到很困难，但坚持下去，通过查阅资料，小组合作完成的过程带给学生与以往不一样的体验.有的学生在数学学习的总结中写道：“这次写的小论文给我收获蛮大，一来提高了我的思维，那是一次真正思想上自由的思考，虽然一开始摸不着头脑，找不到头绪，只能到处去查资料、看书、查看相关专题，在短时间要理解运用知识，这是平时我们学习很难得到的，真正锻炼到了思维.二来又锻炼了我的计算机应用能力、检索文献的能力、学习新知识的能力和论文写作能力等.这次写论文对我来说是一次很好的经历，这段日子的体会和收获，相信对我今后的学习会有一定影响，让我不断努力进步.”教学做的方式同时促进了学生计算机专业课程的学习和知识的运用.有学生反馈：“这次实训使我对计算机编程有了新认识，虽然我是学计算机的，平时写过很多程序，不过那是事先设计好的题目，要么是课本上的，要么是老师限定好所有条件的，虽然做出来了，却不知道在现实中有什么用，然而这次写程序却给了我很大挑战，感觉写得很辛苦，但是蛮有成就感，因为是自己第一次联系现实用计算机解决问题.”
计算机专业课程（如数据结构、C语言程序设计）教师对应用数学课程中讲授算法逻辑结构、递归算法、最短路算法等的做法大加肯定，在他们传授相关知识时学生理解接受得比较快，数学课程为计算机专业课程教学起到一定的先导作用.
数学教学的层次性更加鲜明.通过课堂普及性教学建模选修提高性教学全国大学生数学建模竞赛集训三级渐次提高的教学链，使具有创新精神和独立钻研能力的优秀学生突颖而出.从2009年开始参加的每届全国大学生数学建模竞赛，均取得全国一等奖、二等奖的佳绩，尤其是2010年，五个参赛队中两个获得全国一等奖并获“高教社”杯，已有三篇学生数学竞赛论文在《数学工程学报》上发表.
3.考核评价方式改变，降低了学习压力，改变学习状况
通过强化项目化分组的过程监控，以数学建模论文写作作为考查学生掌握和运用知识的能力的主要依据，使得学生改变平时混课，学习没有压力也没有动力，考前抱佛脚的情况.把考试压力分解到日常的学习中，学生感到只要平时认真上课，就不会畏惧考试，消除了有句话说的“大学有一棵树叫‘高数’，许多人都挂在上面”的大面积考试不及格现象.
结束语
虽然本课程在教学上取得一些令人鼓舞的改变，摸索出一点适合高职计算机类的数学教学理念、设计和实践经验，学生对数学教学的认可度也得到提高，但要达到“数学学习对每名学生有用”的境界，仍然艰巨.当今数学的范畴不再是几何、代数、微积分.数学扎根于数据，展现于抽象形式中，对诸如表格、图形、趋势分析、财务报告、逻辑辩论、概率推断等等生活、新闻报刊、例行公事中的数学概念的理解展现了数学基本能力，这些能力的掌握程度必然影响到学生未来的职业能力.愿与同行们共同探讨基础课程贴近生活实际和专业需要的教学改革问题，不断改进数学教学工作.
【参考文献】
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二、学习目标和学情分析
（一）学习目标。对一门具体课程，衡量期望值的指标是课程标准或教学大纲。“模具制造技术一体化教学”课程期望是理论知识达到中职“模具制造工艺”课程教学大纲规定的教学目标；操作技能达到中级模具钳工国家职业标准规定的技能要求；并通过国家职业技能鉴定考核，取得相应职业资格证书。这是课程总的教学目标。
（二）学情分析。学情分析是要找出学生的背景、学习特性及先备技能，为制定教学目标、教学策略、教学媒体、教学过程以及教学评价等具体的教学设计过程提供依据，创造适合学生的课程。本教学的学习者为中职第二学年学生。相当多同学仍停留在自己是考不上高中的落伍者的心理状态中，希望得到尊重、理解、平等相待，有强烈的自主要求与成功自豪感；部分同学学习基础较差，对纯理论的课堂教学提不起兴趣。
三、学习内容分析
学习内容是为实现教学目标，要求学习者系统学习的知识、技能和行为的总和。为便于进行项目组合，这里将学习内容按模具结构各系统零件加工工艺理论和操作技能两部分分别划分为单一学习单元或单一基础技能。划分时，每个学习单元内容应尽可能保持知识体系的教学单位特征，理论知识和操作技能要便于融合成一个有机的“项目”组合体。同时，要考虑教学的时间安排，避免在同一个“项目”中包含过于冗长的理论内容或繁多的操作技能内容。
四、教学模块（项目）设计
教学模块（项目）设计的根本目的是通过对教学资源、学习过程和学习内容进行组织安排，创设有效的教学系统，以促进学习者的学习。教学模块既要具备项目教学法的特征，又要符合一体化教学的要求。
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LXI是基于以太网技术等工业标准，由中小型总线模块组成的新型仪器平台。它由安捷伦公司和VXI科技公司于2004年9月共同合作成立的LXI联盟提出的，利用现有Ethernet标准、Internet工具、LAN协议、IEC物理尺寸和IVI驱动程序的各方优点，使测试系统的互连平台转向更高速的PC标准的I／O，是构成新一代合成仪器平台的标准。
LXI总线数字化仪模块能够对两种标准频率的中频信号进行数据采集和数字中频处理与分析、并且给出幅频特性分析结果、也可以直接输出数字中频I／Q数据，提供给其他分析设备进行用户需要的特定分析。
总体实现方案
LXI总线数字化仪模块主要包括中频信号处理通路、高速ADC、基于FPGA与DSP的数字中频信号处理、数据存储单元以及嵌入式微处理器等部分，具体实现方案如图1所示。中频信号处理通路部分主要完成模拟中频信号预采样处理、程控增益控制、抗混叠滤波等，处理后的中频信号经过高速ADC采样，采样得到的数字中频信号首先送到FPGA进行数字下变频、数字滤波等处理后得到IQ两路数据，再存储在存储器中，然后由DSP进行本地数据运算，以得到要分析信号相应的特性信息。IQ数据也可以直接送到模块前面板，即IQ数据输出。嵌入式微处理器是整个模块的控制核心，完成系统间的通讯、图形控制，同时提供丰富的接口。
关键电路实现
中频信号处理通路设计
由于中频数字化仪模块能够对两种频率的中频信号进行采样与信号处理，因此整个中频信号通道覆盖两种中频带宽。中频信号处理通路主要完成中频信号滤波、信号放大、抗混叠滤波以及对数检波和预采样等。中频信号在进入模块通道后，首先进行低通滤波，滤除中频信号中的高频分量，滤波后需要对信号进行放大控制，以满足ADC的采样要求。信号进入ADC之前要进行抗混叠滤波处理，在抗混叠滤波电路部分信号通道分成两路，进行第一种中频信号分析时，通过控制开关选择第一中频滤波通道；进行第二种中频信号分析时，选择第二中频滤波通道。信号通道前端的对数检波及预采样电路辅助程控增益放大器实现模块整个通道0dB～30dB的自动增益功能。同时为提高模块的动态范围，在中频信号进入高速ADC之前设计有噪声叠加电路。具体实现原理如图2所示。
ADC电路设计
数字化仪模块ADC采用14位、130Msps模数转换器(ADC)，为减小信号干扰，采用模拟差分输入方式。转换器的数字输出为低功耗LVDS、二元补码数据格式，以方便后续数据处理。
为满足模块能够完成对两种中频信号采集，ADC电路部分设计了可变采样时钟电路，模块会根据用户的测试需要自动选择不同的采样时钟，并且采样时钟始终锁定在模块内部或外部参考上。采样时钟发生电路由参考电路、集成锁相环路(内部自带VCO)及DDS电路三部分组成，如图3所示。基于FPGA的控制电路控制集成锁相环路内部自带的VCO锁定在一个固定输出频率上，采样时钟信号则由DDS对VCO输出的信号分频得到。
基于FPGA和DSP的数字中频信号处理电路设计
FPGA主要完成数字中频信号处理和硬件电路的控制。其中信号处理部分包括数字下变频、数字滤波等，总体结构上由DDS、下混频器、MAC滤波器、系数存储器等组成，DDS完成数控本振(NCO)的功能，用来产生下变频所需的本振信号：硬件电路控制部分包括中频信号处理通路控制、采样时钟控制、数据存储控制及触发控制等。
FPGA处理后数据的最终处理与运算工作由DSP完成，包括中频检波、对数处理、视频滤波、视频检波以及对运算结果进行误差修正等任务，处理完成的数据通过LXI总线接口送到虚拟仪器软面板进行结果显示。由于要进行两种中频信号测量，数据处理复杂程度高，而DSP和FPGA的存储空间有限，因此采用动态更新DSP程序和FPGA程序的方法。根据用户选择的功能，重新配置DSP和FPGA代码到芯片，此方法提高了软件的灵活性和可扩展性，同样缩小了硬件体积，减少了硬件成本。
LXI触发电路设计
LXI规范提供了3种触发方式：基于LAN的触发；基于IEEE1588精密时钟协议提供的时间基准进行定时触发：通过专用LXI触发总线的触发。
本数字化仪模块采用基于IEEE1588精密时钟协议提供的时间基准进行定时触发，该触发需要通过网线来实现IEEE1588协议，使各设备的实时时钟保持同步、各设备根据同步的时间实现事件的同步。由带有以太网外设的CPU处理器和FPGA组成。FPGA仍然实现IEEE 1588时间戳和硬件触发的功能，这样可以大大提高同步精度，同时有利于LXI测试模块的升级和维护。
模块软件设计
驱动软件设计
