集成化实验室（精选十篇）
集成化实验室 篇1
1 财务管理实验室集成化建设必要性
1.1 财务类专业特点对财务管理实验室建设的要求
目前在教学实践中, 单独设立的财务管理实验室一般作为财务管理类课程的实验教学场所, 这类课程包括财务管理、管理会计、国际财务管理、财务报告分析、ERP模拟实验等, 是会计、审计、财务管理、税务、金融、投资等专业的主干课程。这些经管特征浓厚的专业无一不以企业和市场作为研究对象, 并以财务作为专业沟通语言, 因此, 可统称为财务类专业。这类专业的特点决定了财务管理实验室应当具有更为综合的定位和功能。
(1) 财务类专业的人才培养目标具有复合性和应用型的特点, 对人才的技能要求综合且务实, 强调能够从事各类机构的多种财经工作, 既具备实际业务操作水平又具有一定管理能力[1]。相对其他专业而言, 财务类专业人才的技能要求更为综合和务实, 这就要求在专业学习阶段有限的课程安排中应更加注重多元化的综合技能的培养。实验室应当成为上述技能要求的重要支撑。财务管理类课程无疑是财务类专业的核心课程, 财务管理实验室作为课程的实验平台应当承担起财务技能实践、财务环境模拟、财务工作体验、财务案例分析等多种专业职能, 将理论知识转变为复合能力, 向下承接专业基础课程的认知教学, 向上对接专业实践和专业实习的体验环节, 以满足课程教学和技能培养目标的高度关联性。
(2) 财务类专业的实践课程体系呈现立体化、层次化的特征, 实践课程群的教学内容既有独特性又有交叉融合, 课程实践应在重视关联性的基础上突出特质, 实验室的建设应当反映这种内在要求。因此, 财务管理类课程实践教学环节的知识布局也要从宏观体系着眼, 其内容应以经济学、管理学、会计学为基础, 以财务管理、管理会计、财务分析为主体, 兼顾金融、税务、审计等领域, 涉及信息系统、计算机网络、数据处理等技术性学科, 以企业财务活动和财务关系为主线, 以案例分析、场景模拟、角色扮演等实验手段为依托, 形成“专兼结合”的实践教学模式。这使得财务管理实验室的功能设计要实现一体化, 实验实训的多种方法、多项内容、多个环节能够在实验室中得到一站式解决, 还要体现计算机平台的强大功用, 真正做到“实验场所多功能化、实验模式多元化、实验过程自动化”[2], 达到增强学生体验感、强化教学实践性的目的。
(3) 财务类专业发展速度很快, 市场环境的急剧变化使得前沿知识不断更新, 对人才的创新创业思维、探索学习能力和自主研究意识要求很高, 这对实验室资源聚合提出了更加整体化的标准。财务管理实验室不仅仅是课程的实践教学场所, 还应当成为鼓励学生探索专业前沿、启发学生创新意识、推进学生创业项目孵化的“催化剂”, 在硬件上和软件上都要体现出拓展性、适应性和开放性。因此, 财务管理实验室的资源平台需在搜集多种学科信息的基础上高度整合, 用知识资源推动创新和发展。
1.2 当前财经类高校财务管理实验室存在的问题
目前各财经类高校设立的财务管理实验室大多被命名为“ERP财务管理实验室”, 但是其现状和ERP的思想大相径庭———实验资源的整合效果不显著, 利用效率较低, 重复建设和功能错位现象时有出现。总体而言有以下3个问题:
(1) 实验室功能涵盖不全, 不能满足财务管理实践教学需要[3]。当前主流财务管理实验室多是以计算机财务软件平台为依托开展财务管理类课程实践教学, 其模式主要是案例分析和场景模拟, 形式体现为分组讨论和集中点评, 高仿真度的职业体验和借助资源平台的创新实验几乎没有, 这样的模式对于课内理论知识的巩固和深化大有裨益, 但是其本质仍是财务相关理论的验证和理解, 对于提升学生财务技能、认识未来专业环境、缩短进入职业生涯的适应期等目标则鞭长莫及, 既不利于学生探究性学习意识的启发, 也不利于应用型专业人才培养模式的改革, 实质上是应试教育在实践教学环节的衍生。
(2) 实验室资源平台开放程度不够, 受益群体不能涵盖所有财务类专业。设立财务实验室的财经类高校一般将实验室课程的开设对象局限于财务、会计、审计、金融等典型财经类专业, 但是财经类实验室的软硬件投资一般都很高, 如果仅仅面向几个少数专业则不免有资源浪费之嫌。财务管理实验室配备的软硬件平台和教研资源是具有极大开放性和拓展性的, 将这些资源配置定位于专业课的实践教学显然太肤浅。财务意识和财务体验是当代大学生素质培养的重要环节, 非财经专业的学生也有学习、了解、共享财务知识的权利, 财务实验室不能也不应把财务实践教学限制在特定专业内部, 也不应仅仅作为课堂教学的一部分, 推广财务知识、推动专业发展也应成为财务实验室的重要功能定位。
(3) 实验室管理分散僵化, 实验指导教师队伍建设滞后。财务管理实验室毕竟是一个专业课程的实验平台, 其教学管理不可能像课堂教学那样平衡, 简单按照实验项目、实验学时、实验进度安排实验室开放和工作时间是不合理的;而且财务实验室软件和教学资源众多, 每门课程各取所需, 但是缺乏统一的规划整理, 软件布局凌乱、设备使用不均衡、平台资源更新缓慢等问题都是分散管理的弊端。在实验教学中, 部分实验指导教师缺乏企业真实的财务经验和操作经历, 参加课外培训的时间又不充裕[4], 导致对新的软件平台、新的实验模式、新的财务实践领悟不够, 无法满足实践教学的业务需要。
综上所述, 财经类高校财务管理实验室的建设现状尚不能令人满意, 不论从教学管理还是专业发展角度都亟需一个一体化的集中解决思路, 从体系上明晰财务实验室的定位、功能和组件。
2 财务管理实验室的集成化内涵
所谓集成 (Integration) , 是指对生产要素的集成活动以及集成体的形成、维持及发展变化, 进行能动的计划、组织、指挥、协调、控制, 以达到整合增效目的的过程[5]。作为一种全新的管理理念及方法, 集成管理的核心是强调应用集成的思想指导管理实践, 立体地、综合化地将组织中的软、硬资源等要素有机地纳入管理视野之中, 最终促进整个管理活动的效果和效率的提高。将集成的思想运用于财务管理实验室就是要找到整体性的建设思路, 让实验室的资源、功能和管理实现全面优化整合, 以培养学生实际财务能力的目标为指导, 覆盖多课程、面向多环节、注重多技能、惠及多专业。
2.1 集成化财务管理实验室的优势
(1) 交叉性。集成化财务实验室的学科覆盖面广, 可以打破项目间、课程间、专业间的界限, 通过相关学科间互相联通的知识体系和资源平台, 促进技能的触类旁通, 拓展学生的专业视野, 增强其未来工作的适应性。
(2) 整合性[6]。集成化财务实验室能够整合所有教研资源, 既有数据和案例等平面资源, 又有仿真平台、模拟场景等立体资源, 既有分析软件又有专门教具, 其布局也体现一专多能的高度适应性, 既提高资源利用效率, 又方便进行资源管理。
(3) 拓展性。集成化财务实验室不仅服务于实践教学, 还着眼于学生素质拓展, 其资源和工具的广泛性, 尤其是折射出的专业务实精神, 可以作为培养学生创新创业意识的平台;开放管理的模式又可为各类专业竞赛、校内实习等实践项目提供可靠的载体。
2.2 财务管理实验室的功能平台集成
财务管理实验室的功能平台应当整合教学、科研和拓展3个子平台。
教学子平台应该以财务管理、管理会计、报表分析等财务类主干课程的体系设计为依托, 定位为财务实践教学系统。实验项目可以分为认知分析实验、模拟场景实验和仿真感受实验3个层次。其中, 认知分析实验以案例研究的形式给予学生更为具体的理论认知, 通过财务案例强化对理论的理解, 是理论知识的映射;模拟场景实验以分组沙盘模拟的形式让学生模仿企业的决策, 通过模拟运营认识企业的流程, 是理论知识的运用;仿真感受实验以高仿真的形式给予学生全景体验企业中不同角色的机会, 通过全真拟合体验未来的职场角色, 是理论知识的转化和升华。在实际教学中, 3个层次的实验模式应和课程教学有机结合, 特定财务课程可以任意选择其中若干个模式实现灵活的实践教学。例如, 管理会计课程的实践环节可以安排某虚拟企业的案例讨论, 分析企业成本控制、长短期决策、预算管理等管理环节的科学性, 让学生得到理论结论, 而后将这些结论运用于沙盘模拟对抗, 以检验结论的正确性, 最后完全可以安排仿真体验, 分角色体验在多变的市场环境中企业财务决策的全流程。经过这些递进的教学环节, 管理会计的方法不再是枯燥的理论, 而成为学生脑海中立体的实操技能。
科研子平台主要面向实践指导教师和有意于科研工作的优秀学生, 定位的理论基础是学术科研需要依托实验室资源。财务类学科早已进入以实证为主要形式的结构研究、机制研究阶段, 更由于行为学的介入, 使得财务理论的验证和拓展不再仅仅依靠枯燥的数据和模型, 而是越来越多地进行柔性且具体的行为实验方式。实验室在实地数据获取方面具有得天独厚的优势, 既可以依托采购的各种数据平台又可以开展行为实验以取得第一手数据。同时, 实验室本身的实践教学任务又为财务类专业教学的研究提供了丰富的素材。为实现实验室的科研服务功能, 应使财务管理实验室能够承载海量教学研究参考资料, 尤其偏重于实验教学成果和产学转化成果的集成, 并能够进行行为化的财务实验和实验结果分析, 将实验室功能向专业前沿延伸, 实现教学科研的互相促进。
拓展子平台则定位于为学生的财务素质拓展服务。应建立创新创业扶持平台, 鼓励学生的财务创意, 并能够通过系统化的辅导和孵化实现学生的梦想。这一平台应当由技术支持和项目孵化两个相互关联的模块组成。技术支持模块应当利用财务管理实验室的数据、师资、分析工具等强大资源为创新创业计划提供可靠务实的财务分析、风险管理、前景预测等技术性辅导;项目孵化模块则可以根据已通过技术论证的半成型商业项目, 争取更高层次的立项 (例如申请校级或省市级) 以申请资金和政策的支持, 将项目孵化为实体, 实现学生的校内创业, 从而将实践教学的成果变为实际的收益。
2.3 财务管理实验室的资源集成
资源整合是实现诸多功能一体化的必要前提。集成化的教研资源既便于统一管理也便于灵活调用。财务管理实验室的资源集成应从以下两方面进行。
财务类课程实验教学资源集成。应当根据实践教学目标重构一体化的财务类实验课程体系, 包括课程实验教学大纲、课程实验项目、独立实验课程设计、实验教学评价系统和创新创业项目探究模块等针对性强、体验度高的教学环节。对于财务管理、管理会计等相关性较强的课程完全可以设计相关联的实验内容, 例如设计若干个结构和数据完整的虚拟企业, 其财务流程的各个层面均可作为独立案例成为不同课程的实验素材;对于独立实验课程如ERP模拟实验则可以采用循序渐进的实验内容设计, 从场景模拟的沙盘练习 (如“创业者”和“商战”沙盘系统) 逐步过渡到全景体验的高仿真财务决策系统 (如“理财之道”系统) ;对于进入毕业实践阶段的学生则可以安排进行创业模拟企划, 如撰写创业计划书或制订创业资金规划。实验室应当将所有教学资料和软件纳入统一管理平台, 供实验指导教师和参与学生按规定调用参考。
财务教学研究资源集成。财务管理实验室应成为研究财务教学的前沿阵地。其资源除了相关的教学论文数据库之外, 应当建立实验教学数据汇总机制, 将课程实验教学评价数据、学生实验数据、学生创新创业项目数据通过整理形成数据库, 并设计完善的查询和调用方式。实验教学数据的集成不仅可为实验教学研究提供第一手资料, 也可丰富教学研究素材。
3 集成化财务管理实验室的建设途径
3.1 建立开放式的柔性管理机制
一般而言, 作为经管类实验室, 财务管理实验室应当隶属于经济管理实验中心。高度集成的财务实验室管理不应再“一刀切”, 应当实行二元管理机制, 即运行和业务管理归属财务 (或会计) 系, 安全和维护升级归属实验中心。在日常管理上, 教研室应指派专职教师负责实验室管理岗位, 在实验中心配合下实行柔性化管理[7], 灵活调配教学资源和师资力量。在实验资源的管理上, 基于共享的开放式资源管理模式能够适应集成化的资源平台。资源平台应采用目前流行的B/S结构, 可以实现空间、时间和内容上的全面开放:空间上可以方便教师学生在校外通过VPN访问实验资源平台, 时间上可以实现课内课外的全时段访问, 内容上则开放所有承担的实验课程资料。财务类学科具有探究性强的特点, 适合财务教学的开放式管理机制既满足了因材施教的个性化教学需求, 又可以使实验室资源达到最大程度的利用。
3.2 专业师资建设和灵活师资管理
要实现财务管理教研室对实验室的业务管理必须建立专业师资队伍。为了更好地突出财务学理论联系实际的特点, 实践上没有必要专设实验指导教师岗位, 由财务管理教研室专任教师承担实验指导教学任务。为此, 建立定期实验教学轮岗培训机制是必须的, 通过轮岗培训要求专任教师都应当具备实验指导能力, 不仅熟悉所担任课程的实验教学, 还应当了解其他课程实验内容和实验室平台操作, 达到实验教学的一专多能。同时, 为了鼓励实验指导教师参与实验项目的开发与研究, 尤其是高仿真的财务实验项目开发, 相关院系应当对参与教师给予一定奖励。此外, 可以鼓励在实验探究上教师和学生转变角色, 学生不仅是知识的接受者, 实验的参与者, 也是企业主体理财行为的模拟者[8];教师不仅仅指导实验, 在场景模拟和仿真感受实验中完全可以参与学生的实验群体, 由指导者转变为感悟者和探究者, 必要时甚至可以由优秀学生代理指导实验, 使知识的传授更加生动。
4 总结
针对财务专业培养方向和财务类课程教学特点构建的集成化财务管理实验室, 在提高实验室资源配置和使用效率、促进实践教学和理论教学融合、提升实验室教学和科研效能等方面具有突出的优势。将集成化理念运用于财务管理实验室建设需要更为柔性的管理机制和更为专业的实验师资, 在新的软硬件平台上嵌入各项功能及资源, 赋予实验室更多的交叉性、整合性和拓展性, 最终实现实验室的宽口径、高层次和专业化定位。
摘要：财务类专业的特点要求财经类高校建立专门的集成化财务管理实验室, 其交叉性、整合性和拓展性的优势使其能够符合财务管理专业实验教学的需要。在实践中, 必须实现功能集成和资源集成, 在运行机制上推行柔性化和开放式管理, 师资保障上采用灵活性和专业性相结合。
关键词：财务管理,实验室,集成化,实验教学
参考文献
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[7]孙传松, 黄步军.集成化建设高校实验室的思考[J].江苏高教, 2006 (4) :60.
集成电路实验报告 篇2
班级：
姓名：
学号：
指导老师：
实验一：反相器的设计及反相器环的分析
一、实验目的
1、学习及掌握cadence图形输入及仿真方法；
2、掌握基本反相器的原理与设计方法；
3、掌握反相器电压传输特性曲线VTC的测试方法；
4、分析电压传输特性曲线，确定五个关键电压 VOH、VOL、VIH、VIL、VTH。
二、实验内容
本次实验主要是利用 cadence 软件来设计一基本反相器(inverter)，并利用 仿真工具 Analog Artist(Spectre)来测试反相器的电压传输特性曲线(VTC，Voltage transfer characteristic curves)，并分析其五个关键电压:输出高电平VOH、输出低电平VOL、输入高电平VIH、输入低电平VIL、阈值电压 VTH。
三、实验步骤
1.在cadence环境中绘制的反相器原理图如图所示。
2.在Analog Environment中，对反相器进行瞬态分析(tran)，仿真时间设置为4ns。其输入输出波形如图所示。
分开查看：
分析：反相器的输出波形在由低跳变到高和由高跳变到底时都会出现尖脉冲，而不是直接跳变。其主要原因是由于MOS管栅极和漏极上存在覆盖电容，在输出信号变化时，由于电容储存的电荷不能发生突变，所以在信号跳变时覆盖电容仍会发生充放电现象，进而产生了如图所示的尖脉冲。
3.测试反相器的电压传输特性曲线，采用的是直流分析(DC),我们把输入信号修改为5V直流电源，如图所示。
4.然后对该直流电源从0V到5V进行线性扫描,进而得到电压传输特性曲线如图所示。
5.为反相器创建symbol，并调用连成反相器环，如图。
6.测量延时，对环形振荡器进行瞬态分析，仿真时间为4ns，bcd节点的输出波形如图所示。
7.测量上升延时和下降延时。(1)测量上升延时：可以利用计算器(calculator)delay函数来计算信号c与信号b间的上升延时和下降延时如图所示。所以上升延时tpLH=91.933ps
(2)测量下降延时：同样方法可以测得信号c与信号b间的下降延时如图所示。所以下降延时为tpHL=124.8ps
8.测量上升时间。可利用计算器中的risetime函数来计算信号c的上升时间，如图所示。所以，信号c的上升时间156.2689ps
实验二：反相器优化及反相器链分析
一、实验目的
1、学习及掌握cadence图形输入及仿真方法；
2、掌握生成symbol的两种方法；
3、利用基本反相器设计反相器环，并分析其延时；
4、掌握使用计算器(Calculator)以及直接测量上升、下降延时的方法。
二、实验内容
本实验主要利用cadence软件来设计一由反相器环(奇数个)构成的环形振荡器，并利用计算器(Calculator)来分析环形振荡器的延时。
三、实验步骤
1、绘制反相器链
绘制的反相器链如图所示，各反相器的MOS管尺寸如下：栅长length设置为变量len，而宽度设置为：
invX1：a*Wid for PMOS,Wid for NMOS invX4：a*b*Wid for PMOS,b*Wid for NMOS invX16：a*b*bWid for PMOS,b*b*Wid for NMOS invX64：a*c*Wid for PMOS,c*Wid for NMOS
2、瞬态分析
进入Analog Environment中，进行瞬态分析之前必须得设置好参量。其中，a=2,b=4,c=64,Len=600n,Wid=1.5u。也就是说，反相器是二比一的反相器，并且每一级按放大倍数为4的比例放大，所有MOS管的栅长为600n，而最小MOS管的宽为2*1.5u。所以，原理图中所有MOS管的尺寸都已经确定下来。
进行瞬态分析，仿真时间为8ns，输出波形如图所示：
3、测量IN3与IN2间的延时
(1)测量上升延时：可以利用计算器(calculator)delay函数来计算信号IN3与信号IN2间的上升延时和下降延时。
同理，测量出IN3与IN2间下降延时如图所示。
4、测量IN2与OUT间的延时。
5、确定最优的PMOS/NMOS宽度之比a。使用变量仿真，通过改变PMOS/NMOS宽度之比a的值，来确定最快的情况。a由1->3变化，步进为0.2，输出IN2与OUT的波形如图所示：
由上图可以看出，当a由1->3变化时，IN2与OUT间的延时相当接近，所以我们可以认为静态CMOS属于无比逻辑。我们放大HL部分如图所示。我们可以发现最快的情况是当a=1时，此时PMOS与NMOS尺寸相同。
另外，我们可以放大LH部分如图所示。由图可知，选择a=1.5，更接近最优的上升延时。
6、确定最优的放大倍数b 同样，在这里我们使用变量仿真，通过b的值，来确定最快的情况。b由3->8变化，步进为1，输出IN2与OUT的波形如图所示，IN2与OUT间的延时也相当接近。
(1)放大LH部分如图所示。由图可以看出当b=4时，最小的上升延时为670ps
同样，可以利用计算器中的delay函数来确定变量b与延时的关系，输出图形如图所示。由图可以看出，当b=4.0时，最小的上升延时为645ps。
(2)放大HL部分如图所示。由图可以看出当b=4时，最小的下降延时为510ps
同样，可以利用计算器中的delay函数来确定变量b与延时的关系，输出图形如图所示。由图可以看出，当b=3.98时，最小的下降延时为645ps。
所以，由上分析可知，b=4时延时最小。
实验三：版图的绘制
一、实验目的
1、学习及掌握cadence图形输入及仿真方法；
2、利用反相器设计反相器链，并对其进行尺寸的优化；
3、学会反相器优化的基本方法；
4、进一步掌握上升延时、下降延时的测量方法。
二、实验内容
主要内容是为反相器设计版图。
三、实验步骤
1、反相器版图绘制
(1)绘制n有源区，如图所示。其尺寸为5×13，即NMOS的宽为1.5um。
(2)绘制NMOS栅极，如图所示，NMOS管的长为600nm。(2)在有源区中放置两个接触，如图所示，其尺寸为2×2。该接触的主要作用是为了使栅极与金属一层接触良好。
(2)在n有源区旁边绘制一个衬底接触，并添加p选择框和n选择框，如图所示。该衬底接触的主要作用是保证GND与栅极良好接触。这样，NMOS管就基本绘制完成。
(3)用同样的方法绘制PMOS管，如图所示。其中PMOS管的宽为3um，长为600nm。PMOS旁边也为衬底接触，该衬底接触的主要作用是保证VDD与栅极良好接触。
(4)绘制N阱，由于NMOS建立在P型衬底上，为了在同一块晶片上建立PMOS管，则必须对其掺杂，建立一N型区，然后再在该N型区中建立PMOS管。如图所示。
(7)在有源区上绘制金属，并绘制连线。其中为了在金属一层中添加输入引脚，所以在由金属一层到栅极之间要加一“过孔”。最后再绘制GND以及VDD就完成了反相器的版图绘制。完成后的反相器版图如图所示。
实验四：版图后仿真
一、实验目的
1、掌握版图提取(layout extraction)的方法；
2、掌握版图与线路图対查比较方法(LVS)；
3、掌握后模拟仿真(post layout simulation)的基本方法；
4、掌握版图仿真的方法，以及与原理图仿真的比较方法。
二、实验内容
提取出反相器的版图，并用LVS工具验证版图与原理图是否一致，最后提取出版图中的寄生参数进行仿真，并与原理图仿真进行比较。
三、实验步骤
1、为了进行版图提取，还要给版图文件标上端口即添加输入(IN)输出(OUT)引脚以及电源(vdd!、gnd!)引脚，这是LVS的一个比较的开始点。版图上pin脚的目的是为了让版图提取工具可以识别I/O信号的位置，在完成后的版图上加pin脚，为后续的器件提取做好准备。填上端口的名称（Terminal Names 和Schematic中的名字一样）、模式（Mode，一般选rectangle）、输入输出类型（I/O Type）等。至于Create Label属于可选择项，选上后，端口的名称可以在版图中显示。如图所示。
2、版图提取
在版图编辑环境下选择Verify –extractor，然后在弹出的对话框中选择寄生电容提取Extract_parasitic_caps。填好提取文件库和文件名后，单击OK就可以了。然后打开Library Manager，在库myLib下nmos单元中增加了一个文件类型叫extracted的文件，可以用打开版图文件同样的方式打开它。如图就是提取出来的版图，可以看到提取出来的器件和端口，要看连接关系的话，可以选择erify-probe菜单，在弹出窗口中选择查看连接关系。如下图所示，可以很清楚的看到提取版图中的寄生电容。
3、版图与线路图对查比较(LVS,Layout Versus Schematic)从图中可以看出，原理图与版图中的网表完全匹配(The net-lists match.)，说明原理图网表与版图网表是完全一致的。同时，还可以看出版图中有4个节点，4个端口，1个PMOS和1个NMOS；相似的，原理图中也有4个节点，4个端口，1个PMOS和1个NMOS。
也可以点击Netlist来查看原理图和版图的网表。如图所示，左图为由原理图产生的网表，右图为由版图产生的网表。
4、后模拟(Post Layout Simulation)在后模拟之前首先应建立analog_extracted view，在LVS窗口中点击Build Analog即可。然后创建一个名为testbench的原理图来进行后模拟。testbench的原理图如图所示。
进行analog_extracted view(带有寄生参数的仿真)，仿真输出结果如图所示。
5、同时仿真Schematic View和Extracted View(1)配置config view
(2)同时进行版图仿真和原理图仿真，在Analog Environment环境中，Setup->Design选择所要模拟的线路图testbench，view name选择config，然后按以前的方法进行仿真，仿真输入输出结果如图所示。
实验五：期中测试
一、实验目的
1、复习根据版图绘制原理图，并验证版图与原理图是否一致的方法；
2、复习为原理图创建symbol，使用国际通用符号的方法；
3、复习测试电压传输特性曲线，并确定其关键电压的方法；
4、复习测量信号的上升延时和下降延时的方法；
5、复习版图仿真的方法；
6、复习改变电路尺寸，确定上升延时、阈值电压的变化关系的方法。
二、实验内容
根据版图绘制原理图
验证原理图与版图一致
提取版图之后，就进行LVS验证
创建symbol view
Testcell_sim原理图的创建
进行仿真分析
版图仿真
版图仿真和原理图仿真的结果有较大的差距。
LH放大部分
实验要求，对于图二所示电路原理图，原来nmos的宽为W=6um，则pmos的宽为a*W=a*6um，即a设为变量可改变MOS管宽度比
1)当a在1~4之间变化时，用DC扫描分析电路的阈值电压变化情况
当a=2时，阈值电压等于2.5V。所以，此时利用瞬态仿真，得到输入输出波形
计算器计算出此时上升延时和下降延时 输出OUT的上升延时
输出OUT的下降延时
2)当a在1~4之间变化时，用瞬态扫描(tran)分析电路的上升延时变化情况，输出结果如图
a在1‾4变化时，a与上升延时的关系曲线
当a在1~4变化时，输出信号的上升延时随着a的增大而逐渐减小。当a=2时，输出信号的上升延时26.8ps ，与上面得到的值完全相同
实验六：CMOS反相器设计
一、实验目的
1、进一步学习及掌握cadence图形输入及仿真方法；
2、掌握反相器的设计方法，使之达到设计要求；
3、进一步学会版图制造工艺以及版图设计的基本规则及方法；
4、进一步掌握版图提取(layout extraction)的方法以及版图与线路图対查比较方法(LVS)；
5、进一步掌握后模拟仿真(post layout simulation)的基本方法；
6、掌握版利用Spectre进行瞬态仿真(tran)以及直流仿真(DC)的方法。
二、设计目标
本实验主要是要设计一反相器，使得该反相器满足以下几个条件：
1、该反相器能够同时驱动32倍最小尺寸CMOS反相器(Wn=1.5um,Wp=3um)和一个等效的100fF线电容；
2、该反相器的传输延时(propagation delay)必须小于300ps；
3、假设输入信号有50ps的上升和下降时间；
4、该反相器必须用AMI 0.6um工艺中的最小栅长设计。
三、实验内容
1、反相器尺寸设计
(1)反相器尺寸设计原理图
(2)确定尺寸
对上面的反相器原理图进行封装之后，建立如图所示的inv_des原理图，原理图主要是用来确定反相器的尺寸，使之满足设计目标。图中要设计的反相器输出接了一个32倍最小尺寸CMOS反相器和一个100fF的电容。32倍最小尺寸CMOS反相器的原理图如图所示。
进入Analog Environment，设置好参数，进行瞬态分析，param的变化范围是从1->10，得到输出信号的波形如图所示。在利用计算器中的delay函数测得输出信号的上升延时、下降延时与变量param的关系曲线如图所示。
由图上升延时与变量param的关系曲线可以看出，随着变量param的不断增大，上升延时不断减小，当param=5.2时，上升延时恰好等于300ps；由图下降延时与变量param的关系曲线可以看出，随着变量param的不断增大，上升延时也不断减小，当param=5时，下降延时恰好等于300ps。
综合以上两种情况可知，为了满足条件2：该反相器的传输延时(propagation delay)必须小于300ps，所以可取变量param=6。
变量param=6，绘制出设计好的原理图如图所示：
2、延时及功耗分析
在前面图所示原理图中，令变量param=6保持不变，然后进行瞬态分析，其输入输出波形如图所示。由图可知，输出波形基本不失真，所以此反相器能够同时驱动32倍最小尺寸CMOS反相器(Wn=1.5um,Wp=3um)和一个等效的100fF线电容。
(1)延时分析
利用计算器calculator中的delay函数分析波形的上升延时和下降延时如图九、十所示。由图可以看出：上升延时为234.20ps，下降延时为253.63ps。
(2)功耗分析
为了测量功耗，所以首先应测出电源电压和输出电流，再利用计算器中的spectrerPower函数来计算功耗。
3.电压传输特性曲线及关键电压
进入Analog Environment，设置好参数，为测试电压传输特性曲线，所以对V1进行DC扫描，扫描范围为0->5V。输出的电压传输特性曲线如图所示。
由上图可以看出：输出高电平VOH =5V、输出低电平VOL =0V、输入高电平、输入低电平、阈值电压分别为VIH =3.01V，VIL=2.02V，VTH=2.48V。所以，噪声容限为NMLVILVOL2.0202.02VNMHVOHVIH53.011.99V.4、版图绘制
根据实验要求绘制该反相器的版图如图十六所示。该反相器版图使用AMI 0.6um工艺，栅长为600nm，NMOS管的宽为9um，而PMOS管的宽本应该为18um,但是由于PMOS管的尺寸过大，在这里采用两个宽为9um的PMOS管并联的方式来等效宽为18um的PMOS管。
版图仿真
首先为反相器创建一个config view。然后，在Analog Environment环境中，Setup->Design选择所要模拟的线路图inv_design_postSim，view name选择config，然后按以前的方法进行仿真，仿真输入输出结果如图
对版图仿真的输出波形进行局部放大，由放大的图形可以看出，在此种情况下原理图仿真的延时比版图仿真的延时略小。
实验七：CMOS全加器设计
一、实验目的
1、进一步学习及掌握cadence图形输入及仿真方法；
2、掌握全加器的设计方法，并用全加器构成4位累加器；
3、进一步学会版图制造工艺以及版图设计的基本规则及方法；
4、进一步掌握版图提取(layout extraction)的方法以及版图与线路图対查比较方法(LVS)；
5、进一步掌握后模拟仿真(post layout simulation)的基本方法；
6、掌握版利用Spectre进行瞬态仿真(tran)以及直流仿真(DC)的方法。
二、实验内容
1、全加器晶体管级原理图
根据实验原理绘制的全加器晶体管级原理图如图所示。注意：Cin为关键信号(最后稳定信号)，故靠近输出端，可以减小延时。
2、全加器延时及功耗分析
对上面的全加器原理图进行封装之后，建立如图所示的Full_Adder_test原理图，原理图主要用来分析全加器的延时以及功耗等。
(1)最坏的上升延时分析
下面利用瞬态分析，测量Cin=1，A=1，B由0->1变化时的延时情况。如下图所示，是该情况下的输入输出波形。
用计算器中的delay函数测得此时的最坏下降延时(对于Sum来说，此时相当于最坏的上升延时)如图所示。由图可知，最坏的上升延时tpLH=484.753ps。
如图所示，是利用计算器中的spectrerPower函数计算出的功耗波形。由图可以看出，在静态时，电路消耗的功耗很微小(几乎为0)；然而在动态时，相对静态而言，消耗的功耗就比较大。然而，从整体上来说功耗还是很小的。
(2)最坏的下降延时分析
下面利用瞬态分析，测量Cin=0，A=0，B由1->0变化时的延时情况。如下图所示，是该情况下的输入输出波形。
SO2性质实验的优化集成 篇3
1.有关SO2实验存在的问题
（1）硫在氧气中燃烧实验时，先在空气中点燃硫，再将其插入氧气瓶中，硫燃烧产生的SO2散失到空气造成污染，不符合绿色化学的要求。
（2）教师在演示SO2漂白性实验时，往往向品红溶液中直接通入SO2气体，复色实验也常常在敞口试管中进行，这些操作都会导致SO2逸出而污染空气。
（3）用SO2气体模拟酸雨实验时，耗时较长且效果不明显。
（4）在中学阶段，很少有教师利用SO2做喷泉实验，致使学生产生“SO2不能做喷泉实验”的错误认识。
2.优化集成的方法
在密闭容器中，利用一段烛芯实现了硫在氧气自动燃烧；硫燃烧放热提高了反应速率，促使品红纸花、绿叶迅速变色；再利用燃烧产生的SO2探究酸雨的形成和H2SO3的性质；用NaOH溶液吸收多余SO2后，瓶内形成负压实现了喷泉实验。这样就将硫在氧气中燃烧实验、SO2性质实验、酸雨的形成及H2SO3的性质实验和喷泉实验成功的优化集成为一个绿色实验，从而大大提高了课堂效益。
二、实验装置（如图1、2所示）
图1图2三、实验操作
(1)在橡皮塞上打一个孔，固定一根石英导管燃烧匙，并在导管另一端上套一段密封的橡皮管。
(2)先收集一锥形瓶（250 mL）氧气，用毛玻璃片盖住备用。并在瓶中放入一片品红浸湿的纸花和一片绿叶（可事先用缝衣针在绿叶上扎些小孔，破坏绿叶表面的蜡质层；或将新鲜绿叶放在阳光下增强光合作用，打开气孔；都有利于快速反应）。
(3)燃烧匙内放入约0.4 g硫粉，在硫粉上插一小段烛芯。
(4)将烛芯点燃后即可插入瓶中，立即将橡皮塞塞住瓶口(如图1所示），硫粉燃烧发出明亮的蓝紫色火焰、红色纸花颜色褪去、绿叶迅速变黄。
(5)在空气中加热浸有品红的滤纸，不褪色；水煮绿叶，仍保持绿色。
(6)纸花褪色后，用酒精灯对锥形瓶中褪色的纸花和绿叶垫石棉网加热（经多次实验效果比水浴加热好），纸花颜色恢复，变黄的叶片颜色不能恢复。
(7)用注射器刺穿橡皮管向瓶内注入少量蒸馏水，振荡。
(8)用注射器刺穿橡皮塞取少许锥形瓶中的溶液，滴到pH试纸上，测得溶液pH可达2或3；取溶液注入盛有BaCl2溶液的试管中，有少许白色沉淀，再向其中滴加3%的H2O2溶液，振荡，滴加稀盐酸，立刻产生大量不溶于稀盐酸的白色沉淀。（此现象清楚地说明：无论硫粉多少，氧气都会有剩余，将部分亚硫酸氧化成硫酸，直观地解释了自然界中酸雨的酸性逐渐增强的原因。）
(9)用注射器刺穿橡皮管向瓶内注入少量浓氢氧化钠溶液，振荡；再将锥形瓶倒置，导管插入盛有蒸馏水的烧杯中，去掉密封的橡皮管，立刻形成喷泉（如图2所示）。
四、实验优点
(1)本实验将多个实验作整体化设计，在有限的教学时间内提高了课堂教学效益。
(2)整个实验完全在密闭条件下进行，充分利用硫燃烧产生的SO2进行了多个实验探究，实现了化学实验绿色化、集约化；通过实验的优化集成激发学生问题意识，培养学生实验探究能力和反思意识。
(3)对比实验加深了学生对SO2漂白性与SO2危害性的认识；该实验还直观的解释了硫酸型酸雨酸性增强的原因，增强了学生对环境的危机感和环保意识。
五、实验说明
①装置密封性要好，制取氧气不可用氯酸钾。
②引燃的烛芯（或带火星的火柴梗）不超过0.5厘米。
实验室小系统与LIS集成方案研究 篇4
LIS系统是实验室、检验科等科室日常工作平台,但LIS的覆盖面只是涉及到实验室业务的主要流程部分[1],检验还是要来源于LIS系统之外。具体来说,检验结果数据是从手工试验、检验仪器,或是从某个具体检测的小系统中得来的。这些小系统一般是与某种具体的业务相关,或者只检测某种检验项目,如蛋白电泳、过敏源检测等。这些特定项目也只能在这些小系统中才能完成,系统的功能单一、明确、具体。这些小系统在实际使用时,需要工作人员往这些小系统中录入病人的基本信息、检验项目等。而这些基本信息在LIS系统中是已经有的,这样重复录入,除耗费人力成本外,同时会造成错录或漏录,引起新的错误。为了解决这些问题,满足这些新的需求,需要将这些实验室的小系统与LIS进行集成,以更好、高效地完成实验室的基本业务。
1 实验室小系统介绍
实验室小系统主要是指与某个具体实验室项目相关的仪器或仪器系统,既可以是一个硬件系统,又可是纯软件系统,也可以是硬件结合软件的系统,也可以叫做针对某种具体项目的实验室专业系统。这类实验室小系统通常是单机运行的系统,如TCT检测系统、血清蛋白电泳检测系统、过敏源检测系统、血栓弹力图检测仪、生殖检测分析系统和微量元素检测系统等。在具体的应用中,实验室小系统主要还是指某个特定实验室项目检测系统中的软件部分,由它自己对数据进行管理。这类小系统的重点都在于软件自身功能设计,鲜有考虑到与LIS系统之间的数据交互功能。即使那些留有与LIS之间数据交互接口的,很多也是通过文件的方式来实现的,其功能也较弱,无法处理现实中一些较为复杂的需求。大部分的实验室小系统,都是使用一些本地数据库,如ACCESS、Sybase SQLAnywhere和MySQL等。这些小系统一般都是自管理,自成系统。
在一定程度上,有些检验仪器也可作看作是一类实验室小系统,这类检验仪器都附带有一套功能完整的软件管理系统,仪器检验的结果能在系统中本地数据库中存储,其数据传输也是由软件系统来实现,而不是由硬件直接与LIS进行连接。
对于目前我院使用众多实验室小系统,大部分在与LIS进行集成方面,没有相关的功能设计,其重点还是在其业务本身。但是,为了实验室工作更高效、有序地开展,还是需要通过不同的技术手段,实现这些小系统与LIS进行数据集成,实现信息交换,减少不必要的重复,以及人为疏忽引起的错误。
2 几种常用集成方案
在系统集成中,大体上可以分为两个方向:功能集成和数据集成[2,3]。功能集成,主要面向那些系统间功能调用的场景,其前提是被调用方需要提供API,调用方需要进行二次开发。而对于数据集成,其主要目的是数据的融合。这种数据融合,既可以是单向的,也可以是双向的,只需要外部写入的数据满足系统对数据的内容和格式要求即可。在实验室小系统与LIS系统集成中,主要还是实现数据集成相关的功能。
在实践中,根据小系统软件对应的研发力量情况,集成方案大体上分为两大类:松耦合方式和紧耦合方式。松耦合集成方式,一般有3种具体的方案可以采用,即HL7消息传递方式、Web Services接口方式和专用接口方式。紧耦合的数据集成方式,主要有2种方式:(1)中间表方式;(2)当小系统软件没法做改进或修改时,即直接读取本地数据库的方式。
2.1 松耦合方式
(1)HL7消息传递方式
HL7消息传递方式是一种主动的消息传递方式,为保证消息一定到达,需要消息发送方和消息接收方同时处理好消息审计。HL7标准是医院系统之间进行信息交互的国际标准和行业标准[4]。但遗憾的是,HL7只是成为了业界的一个指导性质的标准,而没有成为一个执行性质的标准,每个厂家对HL7都有独特的理解,导致系统彼此之间连接在绝大多数情况并不能实现即插即用。另外,由于实现HL7相关的功能较为复杂,这些实验室小系统出于成本的考虑,一般不采用。但这毕竟是国际公认的标准,当前这个标准至少是为系统集成实现指明了一个方向。随着HL7标准及相关API工具包的不断完善和升级,将解决HL7标准的易用性问题。如果大家都采用国际公认的行业标准,在系统集成问题上行业整体成本将下降。
(2)Web Services方式
Web Services方式是一种被动的信息传递方式,信息的获取时机取决于调用系统方[5,6,7]。一般在LIS端考虑其与其他系统的数据集成问题,针对一些数据交互业务,开发出了一些WS接口函数。在这种方式下,要实现小系统与LIS系统简约的信息集成,需要小系统进行二次开发,调用LIS系统提供的这些Web Services服务。
(3)专用接口方式
有些小系统的功能比较完备,考虑了与外部系统进行数据交换的功能需求。那么只需要按照小系统的接口的要求,组织好数据,满足通讯协议一致性即可。当然,能提供专用接口功能的小系统,其数量是很少的。另外,这类专用接口一般都是被动调用的,所以有关数据的获取机制和时机,全由LIS系统端来控制和实现。
2.2 紧耦合方式
(1)中间表方式
这种方案的主要思想是,发送方主动往中间表写入数据,接收方定时、主动地从中间表取数据[8]。当中间表建立在HIS方时,院方可以利用触发器来实现业务数据写入。
采用这种方案的前提是,需要与小系统的软件开发人员一起定义中间表的结构信息,同时协调好数据获取机制。小系统与LIS之间进行集成采用中间表方式时,中间表是建立在LIS系统数据库中的,小系统端也需要进行2次开发,以便能够从中间表中读出和写入数据。
(2)直接读取小系统数据库
目前这些小系统一般都是单机独立运行的,几乎没有为与其他系统交互预留数据交互接口。而且,开发这些系统的公司一般都是以售卖硬件为主,在软件上没有太多的考虑,因此以上数据集成方案很难在现实中应用。按照现实的条件,只有发挥主动性,主动对这些小系统的数据库进行操作。比较好的情况是这些小系统都采用微软的ACCESS数据库这一通用的本地数据库,为再进行数据集成和了解其数据结构的信息提供了较为便利的条件。另外,这一方案还有一个授权前提是,小系统厂家要允许医院用户能对其本地数据库进行访问,公开其数据表结构之间的关系。
由于这些小系统在软件方面功能,购置时在与LIS系统集成方面并没有考虑太多。同时,有些小系统已经独立运行了多年,厂家在数据交互方面也没有进一步的升级。为了解决现实中的问题,就只有从LIS端考虑,采取主动的方式。事实上,这也是代价最小、可预见、见效最快的方式,在实践中,这种方式是我们采用最多的方式。
3 各个方案特点
根据我们的在实践中开发经验,我们对以上提到的5种方案从性能、开发成本、耦合性和升级难度等4个方面进行了比较,如表1所示。
结合实际情况,紧耦合中直接读取小系统数据库的方式是最经常采用的,实施起来的代价最小,只需要LIS一方编写程序或修改代码即可。但是这种方式需要一个前提条件是,小系统使用的本地数据库最好是通用的,如ACCESS,MySQL和Sybase SQL Anywhere等常见的数据库。如果是自定义格式或不为业界所常用的数据库,那就会在从LIS端访问小系统本地数据库造成困难。
4 结论与展望
在军卫一号医院信息系统中,文中提到的5种主要信息集成方案,我们在实践都使用过,没有哪种方式能够一劳永逸,都是需要对系统进行改造,或者系统本身在数据交互需求方面考虑的比较多,而预留有数据交互功能。至于采用哪种方式,是由现实中的需求层面所决定的。我们总结出以下3点内容:
(1)为了保持系统的独立性、松耦合紧内聚的特点,采用国际标准的系统集成方式是最佳方式或最终趋势;
(2)实际情况决定现实技术方式,无论是松耦合还是紧耦合,没有最佳,只有适用,适用的方式就是最好的方式;
(3)以后无论开发什么样的系统,或者引进外来系统,要充分考虑到系统的开放性。只有开放的系统,能方便与其他系统进行数据交互,或能与其它系统集成的系统,才是有生命力的系统。具有持续、不断改进能力的系统,才是好的系统。
参考文献
[1]李书章,褚健.数字化医院建设理念与实践[M].北京:人民军医出版社.2011
[2]彭武良,周丽,王雷.企业应用集成技术综述[J].计算机应用研究.2007.(9):12-15.
[3]信息集成[OL]http://baike.baidu.com/view/1376686.htm
[4]HL7resources[OL]:http://www.hl.org
[5]Richard Monson-haefrl.J2EE Web Services[M].New Jersey:Addison-Wesley,2003
[6]柴晓路,梁宇路.Web Services技术、架构和应用[M].北京:电子工业出版社.2003:18-21.
[7]余浩,保鹏飞.HIS系统Web Services接口设计与实现[J].中国医疗设备,2011,26(4):43-45.
集成化实验室 篇5
◆系统介绍
在建设工程质量监督过程中，对产生的质量检测数据进行有效监管（尤其是检测结果不合格数据），以及这些数据在各个子系统中流转和共享的横向数据关系，可随时根据质量监督工作的要求调用、查询和汇总，有助于对工程项目尤其是重点工程项目实施有效的实体质量监管。实现同现有检测检验系统的数据对接，上级、同级、下级间监督系统的纵向数据交换。
利用工程质量检测数据集成管理平台，实现对施工企业、监理公司等工程责任主体及检测机构、建材生产企业等相关单位质量行为的监管：按委托单位汇总检测数据可实现对施工企业质量行为的监管；按监理单位汇总检测数据可实现对监理单位质量行为的监管；按生产单位汇总检测数据可实现对建材生产企业质量行为的监管；按检测机构汇总检测数据可实现对工程质量检测机构质量行为的监管。
配合工程质量检测管理信息系统可以规范各工程质量检测机构内部的业务流程和管理模式，检测数据自动采集的应用则可以确保检测数据的公正性与准确性，以信息化手段提高各检测机构的管理水平和工作效率，最终达到提升检测机构的技术能力和市场竞争力的目标，促进工程质量检测市场的健康、稳定发展。
◆系统及用户特征
本系统的最终用户包括：
1、建设局领导：使用检测监管所有统计查询；
2、监督站领导：使用检测监管所有统计查询；
3、监督员：使用自己监督工程的检测报告、不合格报告、修改信息、自动采集信息等查询；
4、检测中心领导：使用检测监管所有统计查询；
5、检测中心质量部:新闻管理、公示平台、视屏信息、比对等统计查询；
6、系统管理人员：使用检测监管系统、对监管数据进行维护与管理。
◆功能介绍
1、工程质量检测数据集成管理平台(监管系统)
主要功能：检测及鉴定机构备案管理（包括人员、设备、项目、资质范围、能力等）、检测及鉴定业务备案检查、质量监督、检测及鉴定信息查询、机构管理、人员管理、设备管理、诚信管理、新闻管理、公示平台，下面为主要的功能介绍：
1）检测及鉴定机构备案管理（包括人员、设备、项目、资质范围、能力等）
(1)发布备案申请流程及资料: 系统通过该模块发布检测及鉴定机构备案申请流程及资料。
(2)网上填写或下载备案申请表格: 检测及鉴定机构通过该模块完成备案申请资料的网上登记；或从该模块下载备案申请表格进行人工填写。
(3)网上审批备案申请:管理部门通过该模块对网上备案申请登记的检测及鉴定机构进行审批。
(4)查询备案申请审批进度: 检测及鉴定机构通过该模块查询备案的进度情况。
(5)查询已备案检测及鉴定机构名录：施工单位及建筑企业通过该模块查询已备案检测及鉴定机构名录及业务范围。
2）检测及鉴定业务备案检查
(1)检测及鉴定业务备案检查流程及要求：系统通过该模块发布检测及鉴定每项业务备案检查流程及资料。
(2)检测及鉴定业务备案申请：检测及鉴定机构通过该模块可完成单项业务备案网上申请登记。
(3)检测及鉴定业务备案申请审查: 管理部门通过该模块对网上备案申请登记的检测及鉴定每项业务进行审查。
(4)审查鉴定方案: 管理部门通过该模块对每个鉴定方案进行审查。
(5)查询备案检测及鉴定业务信息: 通过该模块可查询出每个检测及鉴定业务的备案情况。
3）质量监督
(1)上传检测及鉴定工作安排计划和检测及鉴定方案:监管部门通过该模块，将工程报监的工程分派给相应的符合资质的检测机构进行检测，同时各检测机构也可通过该模块将具体的检测及鉴定方案进行上传。
(2)查询检测及鉴定工作安排计划和检测及鉴定方案:各检测机构也可通过该模块查询主管部门分配任务，同时各主管部门也可通过该模块查询到各检测机构具体的检测及鉴定方案。
(3)检测及鉴定数据和视频信息实时上传:检测机构上传的相关检测信息数量；由系统自动检索出非实时上传数据的检测机构名单及检测信息数量（可根据需要设定检索时段；检测监管部门人员可根据需要设定检索时段（如：日、月、季等），由系统自动统计出非实时上传数据的检测机构名单及检测信息数量并可导出excel报表；数据是否实时上传的时间限制可在后台管理设定。
(4)指纹识别验证检测人员身份:通过该模块对检测人员的指纹特征，查询统计出针对同一人具体检测报告中的指纹是否相符，对指纹与检测人员不付的报告统计并查询出来。
(5)未上传检测及鉴定机构统计：系统能够统计出未上传数据的检测机构名单；检测监管部门人员可根据需要设定检索时段（如：日、月、季），由系统自动统计出未上传数据的检测机构名单并可导出excel报表。
(6)不合格数据查询统计：系统统计出检测机构上传的相关检测项目不合格数据信息，根据需要检索出‘未上传不合格数据机构’的检测机构名单（可根据需要设定检索时段）；根据需要检索出相关工程项目的质量检测不合格信息（系统默认所有工程项目），总计的“不合格数据”占总的试验数据的百分率分布图（即饼图）可以实时绘出并打印。
(7)已修改数据查询统计：该功能方便检测监管部门领导和工作人员查看、统计各检测机构上传的已修改报告数量及修改信息，帮助检测监管部门分析检测机构修改报告的合法性与从未修改报告检测机构的真实性；系统自动统计出检测机构已上传的已修改报告数量及修改信息；自动检索出‘已修改报告机构和未修改报告机构’的检测机构名单（可根据需要设定检索时段）；自动链接（所检索时段）相关已修改报告及修改信息。
(8)审查检测报告重要信息内容修改：通过该模块审查并分析出重要信息内容修改（主要是自动采集数据的更改）。
(9)审查鉴定报告：通过该模块，可对已上传的鉴定报告进行审查，并对该报告能否作为备案资料作出审批。
(10)通报质量监督检查结果：通过该模块可发布及查询质量监督检查结果。
(11)网上发送整改通知书（具有短信通知功能）：对检测不合格的检测机构，通过网上发送整改通知书，同时对检测机构的负责人短信通知。
(12)通报检测机构整改情况：定期对不合格的检测机构的整改情况进行通报。
(13)GPS定位功能：对现场使用的重要仪器设备进行GPS定位。
4）检测及鉴定信息查询
(1)检测及鉴定报告查询：检测监管职能部门及管理人员通过该模块可及时了解各检测机构在进行建设工程质量检测活动中所发出的检测报告数据信息，并可通过每一个检测报告了解相对应的数据采集、试验数
据已修改等信息；通过对汇总相关信息进行分析，从而得出对检测机构在建设工程质量检测活动中进行有效监管的措施；通过该模块可及时了解在监工程有关质量检测的结果和检测数量等情况，动态把握在建在监工程有关质量检测不合格信息。从而加强对在监工程质量的监督力度。
(2)自动采集数据查询：检测监管职能部门及管理人员，通过该模块及时了解各检测机构在平时建材质量检测试验的力学试验数据，并通过对汇总采集数据及数据是否实时上传等情况进行分析，而得出对检测机构在进行建设工程质量检测活动中进行有效监管的措施。根据用户设定的检索条件，系统自动统计显示已上传自动采集数据信息的检测机构名单。
(3)视频信息查询：检测监管职能部门及管理人员，通过该模块及时了解各检测机构当前的试验过程。
(4)对比及能力验证数据查询：检测监管职能部门及管理人员通过该模块可查询检测机构参与监督部门组织的比对及能力验证试验的结果，了解该检测机构相关检测项目的检测能力，为质量监督提供依据。
(5)检测及鉴定数据统计：检测监管职能部门及管理人员，通过该模块可及时统计各检测机构在进行建设工程质量检测活动中有关检测报告数据及检测过程信息。并可通过统计整个被监管机构的检测报告、采集、数据修改等信息，检测监管职能部门及管理人员进行全面综合分析，了解检测机构在建设工程质量检测活动中存在的问题，对进行有效监管提供有力依据。工程质量监督管理部门及质量监督人员，通过该模块可及时统计在监工程主要有关工程质量检测的结果和检测数量等数据，从而加强对在监工程质量的监督力度。
5）检测不合格监管
(1)上传不合格检测及鉴定数据：对于未建立信息系统的检测机构，可通过该模块进行人工上传不合格检测及鉴定数据。
(2)不合格工程处理：各检测机构通过本检测监管信息系统将检测结果不合格数据自动上传给上级主管部门，经上级主管部门技术室审核确认为检测结果不合格数据后，作为不合格工程处理，将不合格检测数据按工程监督注册登记编号与在监工程数据库中的项目关联起来，同时向负责相关项目的监督员和各镇（街）监督组发送电子版“不合格工程处理通知单”，也可同时打印纸质的通知单给相关监督员，并且启动不合格工程跟踪处理程序，形成监督系统环境下的协同处理，最终将处理完毕的结果回复给上级主管部门，从而形成一个完整的质量问题处理闭环流程。
6）机构管理
(1)检测及鉴定机构基本信息：对各检测机构、鉴定机构、建设局、监督站进行增加、修改、删除、查看；机构对信息进行变更时，系统会记录变更内容。
(2)检测及鉴定机构变更信息：记录检测及鉴定机构的机构名称、法人代表、总经理等变更信息。
7）人员管理
(1)人员花名册及基本信息：对各检测机构人员进行增加、修改、删除、查看；机构对人员信息进行变更时，系统会记录变更内容，系统可按照条件对人员统计。
(2)检测及鉴定人员查重：针对目前存在一个人挂靠在多个检测单位的人员名单上，需要从业人员查重功能，用户可以按照检测机构，人员姓名、身份证号码或指纹等作为条件来查询。
(3)所从事的检测及鉴定项目查重：对于每一检测人员同时只能从事检测的项目根据系统设定值(如3个或4个),当超出时自动进行系统查重。
8）设备管理
(1)仪器设备基本信息：对各检测机构的设备基本信息进行增加、修改、删除、查看。
(2)查询主要仪器设备使用、维修、检定/校准、租借等情况，可根据各种条件查询各检测机构的设备的使
用、维修、检定/校准、租借记录。
9）诚信管理
(1)优良记录：管理部门记录机构或者人员的奖励内容，并会发布到公示平台中。
(2)不良记录：管理部门记录机构或者人员的不良内容及处罚结果，并会发布到公示平台中。
2、Internet网络数据交换平台
通过Internet平台实现各质量检测机构将质量检测数据自动向区质监站的外网服务器提交，同时区质监站的专用工作站可从区质监站的外网服务器中提取质量检测数据，并且还可向区质监站的外网服务器发布相关统计汇总结果数据，供相关责任部门和社会公众查询。该平台主要包括三部分功能：数据交换服务端、数据交换发送端、数据交换接收端。
3、工程质量检测数据接口
1）与现行信息化系统的接口：工程报监登记的工程信息，通过数据接口，上传到检测监管系统数据库中，同时检测监管软件提供系统调用。
2）与各检测机构的接口：从各检测机构内部的检测业务系统已生成的报告，检测数据，修改数据，通过数据交换软件，上传到检测监管系统数据库中。
3）与各检测机构采集系统的数据接口：从各仪器设备厂家的采集软件采集的数据，通过数据交换软件，上传到检测监管系统数据库中。
集成管理体制下实验团队的建设 篇6
1 集成管理体制下实验团队的内涵
实验团队与实验队伍,二者都是对从事实验教学岗位人员的统称。但“团队”只是“队伍”的一部分,而“团队”比“队伍”具有更特殊的作用,更强的战斗力和生命力,是队伍中更具活力的群体。“队伍”比“团队”的提法久远,前者是传统的称谓,后者是近年来的新叫法。其人员构成,前者由教师、实验技术人员和管理人员组成[3];后者则由教师、现代教育技术人员、实验技术人员和管理人员组成。其学科构成,前者是单一学科专业,后者是多种学科专业的有机组合。其成员来源,前者来自同一部门,后者来自多个部门。其工作属性,前者以培养专门学科型人才为目标,后者以培养复合型实用人才为目标。但二者都以学生为服务对象,都把提高教学质量作为自己的目的追求。可见,“团队”本质上仍然属于“队伍”行列,但其内涵比“队伍”更充实而丰富,其建设与管理体制有着直接的联系。例如在集成管理体制下,实验团队是以是学院、实验中心(实验室)和实训中心(基地)等为建设单位,以学科共同课程组群、专业课程组群和跨学科、跨专业实验教学环节课程为建设平台,以实验、实践、实训等教学环节为建设任务,这就决定了其实验团队的多样性和建设的复杂性。其多样性主要表现在以下几个方面:一是建设部门不同,例如学院、实验中心(实验室)和实训中心(基地)等;二是建设任务不同,例如围绕专业课程组群、学科共同课程组群以及围绕实践教学环节的各种课程建设;三是建设级别不同,例如院级、学校级、省级以及国家级。可见,实验团队的种类繁多,但在概念上,“团队”都具有共同的意蕴:共同的目标、相容的学术价值取向,是愿意和能够互助协作的人员所组成的学习和工作型组织,即都有明确的目标;互补的特长;有效的运作机制,并且都需要组织管理层的大力支持。[4]
2 集成管理体制下实验团队的建设任务
实验团队建设任务:一是提高团队全体人员的整体素质和实验教学水平;二是完成所承担的实验教材建设任务。也就是在全校范围内有计划地组织不同任务、不同级别的(院级、校级、省级、国家级)实验团队,通过建立有效的运行机制,促进团队成员的互助协作,加强老中青几代相传承、教师与技术人员相协助、课程教学与实验教学相结合、理论与实践相促进、学校与社会相联系,通过团队成员的互助合作,强化实验教学研究,开发教学资源,打造一批围绕专业课程组群建设的“四级”实验团队、围绕学科共同课程组群建设的“四级”实验团队、围绕实践教学环节课程建设的“四级”实验团队,从而完成上述2项任务。
3 实验团队建设的策略与原则
目前高校实验团队建设的路径是立项审报、备案、验收,最后授予其称号。这种建设方式,从根本上满足了广大教职员工要求进步和争做贡献的意愿,具有一定的先进性。但必须要加大组织管理的力度,否则,就会出现虎头蛇尾,雷声大、雨点小的现象。因此,在策略上要采取“赛马不相马”的原则,扩大参加的人员,从而吸引更多的人加入实验团队行列,使从事实验教学人员在精神上得到鼓舞,即满足实验教学工作人员的精神需求。
4 实验团队建设中存在的问题
实验团队的建设,核心在于建立一种团队成员有效互助协作运行的机制。这不仅是一种组织建设,更是一种制度建设,还是一种文化建设。该机制是连接团队成员的纽带,促进团队成员合作的黏合剂。但从各校建设的情况分析,存在着一系列的问题:一是在指导思想上,没有把实验团队整体知识、能力、素质结构的提高放在优先发展的位置;二是在管理思想上,没有按照科学发展的要求进行“以人为本”的管理,更多的只是对被管理者的约束、限制;三是没有把组织协调工作放在突出的位置,在工作与团队建设任务之间难以处理所出现的矛盾冲突;四是存在资助力度不大,导致参加人员的积极性不高。例如《山西财经大学实验团队建设与管理办法》(下文简称办法)第二十五条指出:“资助院级教学团队3万元专项建设经费”。第十三条规定:“实验教学团队的建设周期不超过5年”。第八条规定:“团队人员不得少于5人”。按此初步匡算,参加团队建设的人员每年每人只有1 200元的经费。这只够发表一篇文章的费用,难以开展其他工作,很容易出现半途而废的情况。
5 实验教学团队建设的措施与建议
5.1 端正态度改变作风实行人本管理
实验团队的建设是消除高校内涵发展“短板”的一项重要举措,也是高校发展教育事业的根本保证。实验团队的整体素质、能力以及水平决定着高校人才培养的质量。建设实验团队本质上是要促进高校实验教学乃至理论教学的教学质量,并不是为了建设而建设。作为学校的领导,必须端正工作态度、改变工作作风,树立“领导就是服务”的思想,关心职工的生活、学习、工作,把每名教职工的发展与进步作为自己工作的动力,以科学发展观为指导,改进和完善管理制度,实行人本管理。[5]
5.2 做好部门协调工作促进实验团队的建设
在集成实验室管理的体制下,实验团队人员来自多部门的特性决定了部门间必须互助与协作,只有在做好部门间协调工作的基础上,才能从根本上保证团队成员进行充分的交流与合作。否则,将会因不同部门的任务冲突,影响团队合作。在发生矛盾冲突难以协调的情况下,只能中止合作。实际上,只有理顺、协调好部门间的关系,进行整体规划,使每名成员的工作不发生冲突,才能保证团队建设的正常进行。
5.3 加大政策支持的力度
实验队伍是影响目前高校教学质量提高的瓶颈。人员缺乏、队伍不稳定、工作积极性不高、整体素质不高是高校普遍存在的问题。[6]因此,国家必须加大政策的支持力度,从编制上扩大实验岗位从业人员的比重;在薪酬上提高实验岗位的待遇;在职称上设置与教师系列同样的级别。只有实验岗位待遇与教师岗位相同或略超过教师待遇,才会分流一部分教师加入实验队伍行列。在高等教育大众化的现实情况下,实验能力的培养成了高校教学的重点,实验团队的建设在高校师资队伍建设中应当优先发展。加大对实验团队建设的力度是高校转型发展的需要,也是高校内涵发展的根本保证。
5.4 完善实验团队的运行机制
实验团队有4种运行机制。一是团队协作,采用集体授课的形式,选择对该内容最熟悉的成员主讲,其他成员协助并进行辅导。这种方式能够互相学习取长补短,既能保证教学质量,又能提高整体教学水平。二是项目驱动,通过编写实验指导教材,加强参编人员的整体素质。三是校企合作,团队成员到企业“定岗实践”,参与企业生产、工艺管理、项目论证、技术改造、产品营销、职工培训等。[7]四是校研合作,即与软件开发公司合作,共同研讨软件开发项目。事实上,这几种机制通常并不独立的,而是相互联系的整体。通过我校ERP实验团队建设的经验分析,只有这4种运行机制同时起作用,才能更好地发挥团队成员的互补性,实现协作效应、发展效应、集成效应。[8]
5.5 加大实验教学团队协作文化的建设
5.5.1 营造协作互助的文化氛围
实验教学团队是为解决综合性跨学科专业的实际问题而组建的具有多科性(由不同学科专业组成)、多源性(由不同部门所组成)、多层性(同不同学历、职称所组成)、互助性的学习共同体。通常针对特定的教学任务、问题或课题,通过团队成员的合作,充分发挥每名参与者的自身特长,通过集体研究,充分讨论形成总体解决方案。显然,这是一种共同研究、学习、共同进步和发展的方式。在这种环境中,只有将个体特长发展为整个团队的特长,才能更好地发挥团队的协同效应、倍增效应、互补效应。也就是说,只有团队成员的通力协作,才能实现组织的合力。[9]因此,营造协作互助的文化氛围,培育协作互助文化显得尤为重要。
5.5.2 必须大力发展协作互助文化
实验教学在高校人才培养过程中,承担着培养学生实践能力与创新能力,提高教学质量,培养社会适用人才的重任。[10]只有依靠团体的力量才能完成这一重任,把事情办好。[11]协作,从字面理解,就是互相配合。从本质上讲,则是一种行为方式、理念、精神或文化。事实上,只有从理念、精神或文化的角度理解,才能更好地发挥它的引领作用,成为一种精神驱动力。特别是在高校普遍不重视实验队伍建设,实验技术人员待遇普遍不高,人员缺乏,实验任务以及实验教学改革任务十分繁重的现实情况下,只有通过大力发展协同文化,树立服务的思想,发扬奉献的精神,倡导人生价值的实现,确立协作发展观,才能使团队成员在竞争与协作中实现共赢。
吸引人才、留住人才、发展人才是实验团队建设的根本任务。吸引并能留住人才是纲,发展人才是目,纲举才能目张。因此,加大吸引和留住人才的力度,很有必要。
摘要：针对集成管理体制下的现实情况,在阐述其实验团队内涵的基础上,提出了实验团队建设的任务、策略以及原则,并针对实验团队建设中存在的问题,提出了有针对性的措施和建议。
集成化实验室 篇7
关键词：地质实验测试,异常信息,提取,集成
在社会运行及发展过程中地质承载着社会群体的交通、住房以及其他环境的总重量, 若不能够对地质信息进行解读就贸然行动, 会在一定程度上加剧地质活动的安全隐患, 因此加强对地质实验测试中异常信息的提取与集成进行分析和研究, 具有重要的现实意义。
1地质实验测试
地质实验测试是一种地质实验实践活动, 因为我国在对矿产资源进行有效的开发和保护时都要进行地质实验测试, 由此可见其重要性。科学的不断进步使得地质实验测试的水平得到进一步提高, 这些为地质信息的获取提供了技术保障。在地质实验测试工作中利用引进和自主研究的新技术、新方法, 对不同类型的地质标本进行物理、化学、生物的测试, 得出自然信息。地质实验测试为了获得更多信息还升级了实验室的设置, 利用先进的装备可以更加快速的读取地质实验测试中的信息。
2异常信息的提取
就总体情况来看, 地质实验测试的专业性和知识度都比较高, 并且实际地质实验测试结果直接关系着后期地质工作的顺利开展, 在此种情况下, 相关地质工作人员应当善于发现地质实验测试中的异常信息, 并及时进行规范的提取。从总体情况来看, 地质实验测试的应用涉及多种学科内容, 并且在实际测试过程中所出现的异常信息具有明显的不确定性和不完整性, 从而在一定程度上加大了异常信息的提取难度。这就需要相关地质实验测试人员积极开拓思维, 采取合理的方式来提高异常信息的提取效果, 促进地质实验测试工作的顺利开展。
2.1多层次、多角度、多学科的提取异常信息
在地质实验测试过程中, 应当结合地质实验测试相关工作人员所收集的材质进行实验和测试, 以保证地质实验测试的准确性和可靠性。在异常信息的提取过程中, 应当立足于多层次、多角度和多学科的角度, 从而在最大程度上避免地质实验测试人员由于工作疏忽所导致的信息提取不全面等问题出现, 从而切实提高地质实验测试过程中异常信息的提取质量。
比如在地质勘察过程中, 工作人员在现场初步认定是一座铁矿, 但是在对所收集标本进行检测的过程中, 发现检测结果出现异常, 此种情况下, 相关地质实验测试的工作人员应当对结果进行系统全面的提取, 以保证地质实验测试的精准性。在对地质材料进行规范的解剖后, 可以发现矿石最外层的铁元素的形成, 与空气和水蒸气的作用存在着密切的联系。由于地质周围水蒸气旺盛, 且存在铁锈状况, 这就需要相关地质实验测试人员对矿石周围环境进行科学化评估, 明确在实际矿产资源的开采过程中是否会出现水流倒灌的情况, 以保证地质实验测试的顺利开展。在此基础上, 实现地质矿物学以及化学等学科之间的协调配合, 将材料浸入到标准的酸性溶液或碱性溶液当中, 并对其化学变化进行观察, 从而对地质实验测试中的异常信息进行科学化的解释, 从而为地址实验测试提供有价值的数据支撑。
2.2海量数据过滤下的异常信息的提取
就我国地质勘察工作的总体情况来看, 实际地质实验测试工作中, 比较注重数据信息的累积。我国有多年的地质勘探工作经验, 矿产资源在世界排名也比较靠前, 所收集的地质资料也具有多元化和丰富性特征。一旦在地质实验测试中出现异常信息, 可以通过海量数据过滤的方式来对异常信息进行提取, 以保证地质实验测试工作的顺利开展。
在对地质相关工作人员所收集的标本进行地质实验测试的过程中, 标本材料极易受到多种因素的影响导致材料表面出现不同程度的氧化, 从而导致地质实验测试过程中出现信息异常的情况。在此种情况下, 相关工作人员可以通过查询海量数据来对异常信息进行精准合理的筛选, 在此基础上通过云储藏来对异常信息数据进行对比, 从而对异常信息的数据区间进行有效的把握。在此异常信息数据区间内进行下一步的预测工作, 若再一次出现异常信息, 可以继续采取该种方式对异常信息进行提取, 从而获取比较有价值的地质实验测试信息来促进地质实验测试工作的顺利开展。
3异常信息的集成
3.1异常信息的集成需要跨学科的配合
我们在前文中也有所提到, 地质实验测试信息的读取是要借助多种学科的力量, 由此可见, 异常信息的集成也需要跨学科的配合。集成异常信息是为了以后地质实验测试中有据可循, 这就要求信息的流动要足够的透明, 要摆脱封闭式的地质实验测试。只有各个学科的交流, 为异常信息的集成提供灵感, 地质实验测试才更加具有说服力。
例如地质学家从实践现场带回来一块材料, 生物学家可以通过化石的分析给出远古时期生物生存所需的生命元素。物理学家通过材料的坚硬度, 分析它的年代。化学家通过对元素的分析, 预测矿产的种类。这个时候地质实验测试者可以把这些信息集成起来, 通过进一步的实验分析得出结果。
3.2异常信息的集成需要制定远景计划
我们需要对地质实验测试的异常信息进行集成, 就要制定远景计划。在现如今的试验中, 靠近海边的实验测试异常信息要进行有效的集成。这是因为考虑到未来, 在海洋中进行开采, 需要更加多的复杂数据。把各种大陆架地质实验测试中的异常信息进行单独的分析和集成。例如水中发现了极少的稀有元素, 这是因为入海口在水流的作用下把海底的稀有元素带进了大陆架, 通过对这样异常信息的集成, 再根据地理洋流运动等知识, 发现新的海底资源。我们把一些异常数据有计划的集成起来, 有长远目光的打算, 在未来的工作中, 我们就先人一步。
结束语
从宏观层面来看, 地质实验测试中的异常信息的提取与集成具有一定的重要性和特殊性, 那么这就要求相关地质工作人员在地质实验测试中, 应当积充分运用发散性思维, 结合多元化的学科知识, 来积极做好异常信息的提取和集成工作, 为地质开采以及地址实验测试工作的顺利开展奠定可靠的基础, 从而推动我国地质事业的现代化发展。
参考文献
[1]徐国栋, 金斌, 王凤玉.-地质实验测试异常信息提取与集成[J].四川地质学报, 2014.
[2]龙亚谦, 刘湘南, 刘文灿.-基于证据信度模型的致矿地质异常信息提取与集成[J].吉林大学学报:地球科学版, 2014.
盾构集成实验台自动控制系统的设计 篇8
1 控制系统设计
目前国内多数盾构来自国内外不同的盾构厂家,其控制系统的设计、系统集成也各不相同,对大多数隧道施工型企业来说,存在设备操作人员不易掌握操作要领、技术维护人员维护设备困难、设备维护升级费用昂贵、盾构控制系统国产进程缓慢,为解决上述情况,研发盾构自动化集成控制平台,进行盾构局部控制系统软件的设计、模拟测试试验。实验台由信号发生模拟装置、自动控制系统和负载模拟装置组成(图1)。
2 控制系统硬件设计
2.1 数据发生模拟装置功能设计
实验台控制设备的工作状态采用指示灯和工作状态模拟显示装置进行显示,动力负载部分采用西门子变频器控制教学变频电机;信号发生装置采用西门子S7-300PLC及配套模块模拟多种工业环境的模拟信号,为主控制站提供实时、多规格模拟信号(图2)。
2.2 主控制系统功能设计
西门子S7-400HPLC是系统冗余结构,确保了任何时候的系统高可靠性,例如所有的重要部件都是冗余配置。这包括了冗余的CPU、电源模块、通讯介质、接口模块IM153-2和用于冗余CPU通信的同步模块。系统中2个CPU同时工作,CPU没有切换时间,I/O口为主动冗余,同时工作。S7-400H的冗余原理如图3所示。
主控制站采用西门子S7-400H PLC及配套模块组成,主站和从站采用PROFIBUS总线连接,和上位机之间通过PROFINET总线实现远程设计、修改、实时监控等功能,上位监控采用WINCC7.2设计人机界面,可以根据控制系统的实际需求做出重新设计(图4)。整个实验台的设计以方便操作人员更改接线设计、更改硬件组态设计,同时尽量满足多种控制环境为目的,把信号发生器的模拟信号输出端设置到实验台的操作面板,便于操作,为后期多功能自动化系统集成、进行盾构自动控制系统优化、性能提升研究、实验过程中总结自动控制系统集成的理论方法和相关数据做好基础工作,为盾构控制系统集成提供相关的指导作用,也可以为盾构设备操作、维护人员培训起到基础作用。
3 控制系统组态软件设计
3.1 数据发生模拟装置
信号发生装置采用西门子S7-300PLC及配套模块模拟多种工业环境的模拟信号,为主控制站提供实时、多规格模拟信号。
3.2 主控制系统
上位监控采用WINCC7.2设计人机界面,可以根据控制系统的实际需求做出重新设计。实验台主控制系统的主操作界面和刀盘驱动系统人机操作界面如图5、图6所示。
4 讨论与总结
开展实验平台设计理论研究,进行实验平台控制系统硬件方案设计和控制系统软件集成、信号模拟、数据采集及处理方法研究得到如下相关的实验数据:(1)实现盾构局部控制系统软件设计,模拟测试盾构局部控制系统的控制回路流程,测试控制系统运行过程中可能存在的软件漏洞;(2)实现盾构控制软件系统集成、模拟测试试验,模拟测试盾构控制系统的施工工艺流程,测试控制系统运行过程中可能存在的软件兼容和施工工程风险问题;(3)实现其它自动控制软件设计、测试、系统集成试验,得到控制系统软件兼容程度和漏洞相关数据。
该实验台是针对盾构控制技术国产化进程缓慢而设计,在实验平台上开展自动控制系统软件的设计、模拟测试、软件优化、系统软件集成方法的研究。同时,针对盾构施工过程中操作人员不易掌握操作要领、技术维护人员维护设备困难、设备维护升级费用昂贵等问题,该实验台可以对盾构操作人员、技术维护人员进行必要培训,进一步降低施工过程中的误操作率及设备维护、升级费用。目前,该实验台已经投入相关的人员培训工作,正在进行盾构控制系统软件设计、控制过程参数优化、模拟测试等工作。
摘要：实验台的主控制站采用西门子S7-400PLC及配套模块组成,主站和从站采用PROFIBUS总线连接,和上位机之间通过总线实现远程编程、修改、实时监控等功能,上位机监控采用WINCC7.2设计的人机界面,可以根据控制系统的实际需求做出重新设计,进行盾构局部控制系统软件的设计、模拟测试试验、盾构控制软件系统集成、模拟测试试验及其它自动控制软件设计、测试、系统集成试验。
关键词：盾构,实验台,主站,从站,总线连接,系统集成
参考文献
[1]白彬,周洁.我国隧道盾构掘进机的发展和应用[J].工程机械,2004,(5):25-27.
[2]傅德明,周文波.土压盾构技术在我国地铁隧道工程中的应用和发展[J].岩土力学与工程学报,2004,(S2):4888-4889.
[3]傅德明.我国隧道盾构掘进机技术的发展历程(上)[J].建设科技,2002,(8):80-81.
集成化实验室 篇9
随着我国信息产业的迅速发展,对信息技术人才,尤其是信息产业的基石-集成电路设计专业方面人才的需求急速增加。在这样的背景下,很多高等院校都开设了微电子学专业[1]。《集成电路原理与设计》和《集成电路设计EDA实验》课程是微电子学专业的基础核心课程,教学的好坏关系到办学的质量,尤其是《集成电路设计EDA实验》课程,强调学生的实际动手能力,关系到学生的就业竞争力和前景[2]。教学实践发现,此课程的教学可以通过对实验课程开课时间、先前理论课程的重点内容、基于工业界主流电子设计自动化(EDA)工具的实验平台的搭建和教学实例的选择进行优化,以调动学生学习的积极性,增强学生的动手能力,使学生从整体上掌握集成电路设计的流程,并与工业界接轨,从而提高就业竞争力。
1 原教学情况
在实际教学中发现,原来的《集成电路设计EDA实验》课程存在以下几个方面的问题:1)与《集成电路原理与设计》课程同步开设,导致学生做实验时,还没有学到相关的理论内容,不能很好地从理论上解释实验现象和结果,理论和实践脱节;
2)原来的实验课程学时比较短,在学生动手设计电路之前,没有相关的重点理论知识复习,导致学生对整个实验的意义不明确,参与的积极性不高。3)原实验课程在EDA工具选择方面存在单一性、非主流性、学习的顺序不够合理和没有按照集成电路设计的特点形成整体设计流程平台的问题。4)教学实例的选择偏难,且没有代表性。
2 教学优化
针对以上存在的问题和不足,作了如下几个方面的优化。
2.1 课程开设时间的优化
《集成电路原理与设计》课程是在大三下学期开设的,从第1周到第18周,一共72学时。为了能与理论课程更好地协调,《集成电路设计EDA实验》课程在大三下学期的第7周开课,到第18周结束,每周4节课,共48学时。第7和15周主要是复习先前理论课程的重点内容,第7周复习器件、模拟电子线路和模拟集成电路设计流程的知识,第15周复习基本门电路和数字集成电路设计流程的知识。第8～14周动手设计模拟集成电路,第16～18周动手设计数字集成电路。
2.2 先前理论课程的重点内容
根据《集成电路原理与设计》课程的进度,把复习的内容分为两部分,整个实验课也分两个阶段,先定制模拟集成电路的设计,再做基于门标准单元的数字集成电路的设计。这样做既能和理论课很好地协调,也能使学生由浅入深,自底层向顶层地深刻理解集成电路设计。
集成电路设计是基于半导体器件的,互补金属氧化物半导体(CMOS)技术是当前集成电路的主流工艺,因此先复习N型和P型CMOS场效应晶体管(FET)器件的结构、制造和特性的知识。然后复习电路分析基础、由CMOS FET构成的单级放大器和《模拟电子线路》课程的有关知识及模拟集成电路设计流程。最后复习由CMOS FET构成的基本门电路、触发器和数字集成电路设计流程的知识。为实验奠定理论基础。
2.3 基于工业界主流EDA工具的实验平台
在选取EDA工具搭建实验平台时,应该选择工业界主流的EDA工具,并且整个流程与工业界接轨,从而能提高学生在就业时的竞争力。
2.3.1 集成电路设计流程
如图1和图2所示,集成电路设计流程可以分为全定制的模拟集成电路和基本标准单元的数字集成电路设计两个流程。由于模拟集成电路是基于底层晶体管的设计,且晶体管的数量比较少,版图也是自己绘制,比数字集成电路设计更能深刻理解电路设计的底层原理,因此应该先学习模拟集成电路设计流程,再学习数字集成电路设计流程[3,4]。
2.3.2 实验平台
目前主流的EDA供应商有Cadence、Synopsys、Mentor Graphics和Magma。Cadence拥有模拟和数字集成电路设计的整套集成EDA平台[5]。Synopsys拥有数字集成电路设计的整套集成EDA平台。Mentor Graphics和Magma的某些点工具具有卓越的性能。
工业界模拟集成电路设计流程一般选择Cadence的Analog Design Environment为平台,再配置其它供应商的点工具,形成一个高效、稳定的流程。对应图1的流程,选择Cadence公司的Virtuoso Schematic和Composer分别完成原理图的收入和版图的绘制,并采用Spectre仿真器完成功能仿真和后仿真,而选择Mentor Graphics的Calibre完成物理验证及寄生参数的抽取工作。
选择基于Synopsys公司的Galaxy搭建数字集成电路设计实验平台。对应图2所示的流程,选择Synopsys公司的VCS、DesignCompiler、Formality、IC Compiler、Star-RC、Prime Time分别完成RTL级功能验证和后仿真、综合、等价形式验证、布局布线、寄生参数抽取和时序验证工作,而采用Mentor Graphics的Calibre完成物理验证。
以上两个实验平台与工业界的主流集成电路设计流程一致,这样使学生在学校就能接触工业界的设计理念,能有效提高学生学习的积极性和目标性,使学生在毕业时受到公司的青睐。
2.4 教学实例
教学实例的选择应该本着既简单易操作,又尽可能多地涵盖集成电路设计的概念和技巧。所有的实例都采用当前主流的CMOS工艺实现。在做模拟集成电路设计时,选择由两个N型FET构成的电流源负载共源极放大器为实例,完成整个模拟集成电路设计的流程。在做数字集成电路设计时,以实现一个周、时、分、秒计时器为实例,完成整个数字集成电路设计的流程。
3 结束语
根据以前教学中遇到的实际问题,对微电子专业的基础核心课程《集成电路设计EDA实验》的教学进行了优化。优化方案实施后的调查显示,提高了学生做实验的积极性,增强了学生动手和利用所学理论解释、解决实际问题的能力,就业时受到公司的青睐,达到了教学优化的预期目标。
摘要：根据教学经验,阐述了对《集成电路设计EDA实验》课程教学的优化。这些优化包括课程开设时间、先前理论课程重点内容的复习、基于工业界主流EDA工具的实验平台的搭建和教学实例的选择。课程优化后的教学充分调动了学生学习的积极性,增强了学生的动手能力,使学生从整体上掌握了集成电路设计的流程,并与工业界接轨,提高了就业竞争力,达到了预期效果。
关键词：集成电路设计,教学优化,EDA工具
参考文献
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[3]何乐年,王忆.模拟集成电路设计与仿真[M].北京:科学出版社,2008.
[4]张兴.微电子学概论[M].北京:北京大学出版社,2010.
集成化实验室 篇10
与世界其他多数国家一样, 近10年来, 可再生能源发电由于其经济、社会及环境效益在国内得到了快速发展。其中, 以光伏发电和风力发电为代表的分布式发电 (DG) 方式发展最为迅速, 其年安装容量以30%的速度增长[1]。截至2008年底, 中国的光伏电站总安装容量达240 MW[2], 风力发电系统总装机容量达12 153 MW, 与2007年相比分别增加了140%和89%[3]。上述DG系统通常接入低压配电网实现并网运行, 接入位置和运行策略大多由用户自行确定, 且各DG之间处于分散无联络的自由运行状态。随着可再生能源发电系统的增加, DG系统日益增多, 这种运行模式不仅对原有电网的安全性构成威胁, 而且也不利于整体能源综合利用效率的提高。微网概念的提出为DG运行提供了一个新的模式。所谓微网, 是指一簇负载、微电源通过电气网络紧密集成为单一可控的网络系统。采用恰当的控制技术, 可通过单一的并网接口将微网与常规电网并网运行, 因而对电网来说, 可将微网看成是一个单一可调度的负载, 其响应速度为数秒级。此时, 微网作为大电网的补充和延伸, 起着削峰填谷的作用;当电网出现故障时, 在微网中智能控制器的控制下, 微网可配合储能单元稳定自主地脱网运行, 实现各DG单元与负载、储能单元之间能量的优化调度和网络的经济运行。多能源发电微网 (microgrid with multi-energy generators, MGMEG) 能够方便可再生能源及清洁能源的接入、用户需求侧管理、现有能源的最大化利用, 同时由于分散供电提高了供电的可靠性和供电质量[4,5,6]。 由于这些潜在优势, 作为未来可能的一种能源系统模式, 微网技术研究正日益受到广泛重视。
与传统的大容量火力发电相比, 微网中存在一次能源的波动性 (如风能、太阳能) 和二次能源动态分配中的双向流动性 (如微网与大电网之间能量的双向流动、储能单元母线上能量的双向流动等) 。此外, 微网中各DG单元的负荷跟随反应速度差别很大, 从毫秒级 (如光伏发电、燃料电池、电储能单元) 、秒级 (如微型燃气轮机、机械储能单元) 到分钟级 (如风力发电) , 此外还存在输入能源 (如风能、太阳能) 的相关性和输出能源 (供电) 的相关性等特点。所有这些特性更增加了微网运行自动化管理尤其是优化调度的复杂性。
如何在保证系统电能质量的前提下, 通过在线优化智能调度, 实现微网中多种DG单元、储能单元和负载之间的最佳匹配, 实现多种DG单元的灵活投切, 实现微网在孤岛与并网2种运行模式之间的无缝转换控制, 这些都是亟待解决的研究课题[7,8,9]。迄今为止, 国际上有关分布式能源的微网运行实例较少, 仅有美国、德国等少数发达国家建有数百千瓦的分布式能源微网, 可供借鉴的实验数据甚少。因此, 建立实验室级分布式能源微网模拟系统成为分布式能源微网研究急需解决的关键技术之一。根据现有资料, 美国、英国、德国和加拿大等发达国家在分布式能源微网方面正在进行相关基础研究, 所采取的研究手段中无不重视实验平台的应用。例如:美国威斯康星大学的由2个微电源按单相交流母线集成的微网[7];希腊雅典大学的包含太阳能光伏发电和风力发电的采用代理技术控制的单相微网[10];德国太阳能研究所开发的DeMoTec实验系统[10], 该系统为DG系统的通用实验系统;还有英国曼彻斯特大学设计的飞轮储能系统。这些系统可以对不同DG单元、储能系统以及某些控制技术进行实验测试。
完备的实验室级分布式能源微网模拟系统, 除了物理硬件系统以外, 应同时具备运行控制与能量管理功能, 为获得微网运行的实际经验和运行数据, 加深理解微网稳定控制机理等提供实用化的基础研究平台。
综上所述, MGMEG由风能、太阳能、生物质能等可再生能源发电系统, 燃料电池、微型燃气轮机等清洁能源发电系统, 储能装置以及各类负载组成。其特征是可以并网运行, 在电网出现波动时也可脱离电网独立运行。该微网的集成、运行控制及能量管理等方面面临诸多新的挑战。作为一种有效的研究手段, MGMEG实验平台 (TB-MGMEG) 一直是许多国家研发的重点之一。为了优化MGMEG 系统结构、解决三相不平衡问题, 研究优化的能量控制和管理策略, 本文提出了一种TB-MGMEG结构, 包括发电单元物理系统的电气集成、基于IEEE 61970-301标准[11]的能量管理系统 (EMS) 信息集成以及能量控制及管理策略。
1 TB-MGMEG结构
本文提出的TB-MGMEG结构如图1所示, 其中包括30 kW单/三相光伏发电系统、30 kW单/三相风力发电模拟系统、5 kW燃料电池发电系统、300 A·h 蓄电池组、1 800 F超级电容器组、2套15 kW常规发电机组。常规发电机组用于模拟常规小水电、火力发电机组以及各类负载 (电阻、电容、电感、交直流电机负载、各类电子负载) 。传输线路的阻抗可调以模拟不同的传输距离, 通过改变接线端子的组合来构成不同的MGMEG 网络结构。
2 MGMEG 的运行控制
上述TB-MGMEG 采用微网中心控制器 (MGCC) 和本地控制器2层控制器进行控制[12], 如图2所示。
MGCC的作用是:①启动和停止TB-MGMEG的运行;②根据波动能源 (如太阳能和风能) 预测结果以及优化调度策略, 针对每个发电单元产生优化的发电计划, 使系统的发电、用电功率达到平衡。本地控制器集成在各个微电源逆变器中, 主要完成如下功能:①稳定性控制, 包括馈线潮流、电压及频率控制;②系统运行状态从并网到离网 (或反之) 的自动无缝转换控制;③P-Q 控制, 包括电能质量、有功及无功功率控制;④紧急事件发生时可提供适当保护。
本地控制器通常为电压源型逆变器 (VSI) 。在单机并网DG系统中, VSI仅采用简单的电流控制策略 (CCS) 以及固定频率输出。与上述用于单机并网的VSI不同, 用于MGMEG的VSI所面临的挑战在于:微网在自主模式下运行时, 系统失去了主发电电源, CCS不再奏效;与并网模式相比, 独立运行的MGMEG由于包含多个发电技术及容量大小显著各异的微电源, 需要更快速的调节以维持系统电压及频率的稳定性。本结构中VSI采用如下控制策略:①P-Q控制 (固定功率控制) ;②下垂控制[13];③频率/电压控制。
P-Q控制的目的是保持输出有功和无功功率的恒定, 从而保持功率因数的恒定。
在下垂控制策略中, 可采用频率下垂和电压下垂特性。频率下垂特性如图3 (a) 所示, 该特性可以用于DG输出有功功率或该DG所连接母线潮流的控制。采用前者控制策略, 当微网脱离主网独立运行时, DG可以通过频率调节自动平衡其输出功率, 如图3 (a) 中点A表明微网运行在孤岛模式, 点B为并网模式, 当DG运行在点A时其输出有功功率较点B大, 但频率更低。采用后者控制策略时, 负载功率增加时, 由DG本身自动平衡, 因此从主网侧看, 母线潮流表现为恒定值, MGMEG表现为一恒定负载。在此情形下, MGMEG 可以看成是一个真正可调度的系统, 从而可实现需求侧管理。频率与本地馈线潮流下垂特性可以保证与负载功率平衡。利用如图3 (b) 所示的电压下垂特性, 通过调节无功输出来调节DG所接母线的电压[14]。这些下垂控制策略的典型应用如图4所示。
图中, VSI的控制需要本地信息 (瞬时电流及电压数据) 以及来自MGCC的下垂特性设定值以决定脉宽调制 (PWM) 控制信号。这些设定值包括空载输出频率、空载输出电压、下垂特性的斜率以及基本的指令等。
3 MGMEG的EMS
3.1 MGMEG EMS的挑战及其对DG信息需求
概括说来, 用于MGMEG 的EMS面临着如下新的挑战:
1) 能量利用的多元化需要更为主动的网络化管理, 以实现多能源供应、多能源互补以及最大化能源利用, 从而降低系统运行成本[15]。
2) 由于可再生能源的波动性, 调度策略以及调度计划不能像常规电网那样预先安排。
3) 发电技术的多样性不仅给系统的信息管理带来了额外的负担, 同时在规划与设计MGMEG 时还需要新的方法以开发灵活的EMS和系统调度策略, 从而安排合适的发电计划, 保证高质量的能源供应。
上述挑战使得能量管理对DG信息的需求大大增加, 这些信息不仅包括DG系统的制造、安装信息, 而且包括实时监控信息和仿真、预测信息。这将对 DG相关信息的收集、表示以及交换格式提出更高要求。通常, MGMEG所需要的信息可以分为如下几类:
1) 安装信息:包括技术类型、所有公司、在MGMEG 中的位置、安装地点信息 (地理位置信息、太阳辐射以及风速数据) 。
2) 功率及容量信息:包括额定值范围、有功和无功范围、过载系数、相应速度、启停时间、功率时间曲线。
3) 可变费用信息:包括燃料效率曲线、启停费用、环境费用 (由废气产生) 。
4) 固定费用信息:包括初次投资、安装费用等。
5) 电气连接信息:包括发电机或界面参数、变压器参数、运行限制、启停动作、电能质量、短路电流。
6) 保护信息:包括保护类型、隔离方式。
7) 控制信息:包括预编程控制策略、控制种类、孤岛运行。
8) 通信信息:包括界面及协议、输入和输出技术。
3.2 TB-MGMEG EMS软件框架及信息集成
TB-MGMEG的EMS软件功能模块包括数据采集与监控 (SCADA) 模块、自动发电控制 (AGC) 模块和微网分析软件 (AS-MG) 模块。每个模块包括多个模型。以AGC模块为例, 涉及到的模型包括:①系统优化配置模型;②优化的保护设计;③DG特性的计算;④优化调度模型;⑤系统控制模型;⑥单元DG控制模型;⑦系统动态仿真模型。上述模型之间的关系如图5所示。通过AGC模块, 可以实现TB-MGMEG的离线控制模拟及在线实时控制。
上述功能模块或模型的集成需要相关信息的快速可靠交换。此外, 如果需要将MGMEG纳入电力系统统一控制与管理, 则二者间的信息交换是必须的。因此, 如何将所需信息集成是MGMEG EMS的关键技术之一。
事实上, MGMEG是现有电力系统的延伸。因此, MGMEG EMS的开发可以借鉴IEC 61970-301标准在电力系统中的成功应用经验。通过定义开放的信息模型和公共信息接口组件接口规范 (CIS) , IEC 61970-301标准使来自不同制造商的不同EMS或不同应用程序的集成以及电力系统不同调度中心的互操作成为可能。从EMS的发展趋势来看, MGMEG EMS设计应遵从IEC 61970-301标准以实现对MGMEG的更为积极的网络化管理。然而, 从目前来看, DG模型并没有包含在现有的IEC 61970-301标准之中, 如光伏发电、风力发电等可再生能源发电系统或微型燃气轮机、燃料电池等新能源发电系统或PWM逆变器等。因此, 基于IEC 61970-301标准开发MGMEG EMS需要采用面向对象技术来收集、抽象有关DG信息, 所需进一步研究的工作如下:
1) 基于 IEC 61970-301标准扩展相应的类, 包括光伏电池、风力发电、燃料电池、PWM逆变器、太阳辐射和风速计算等。
2) 类属性扩展, 如运行模式、功率调节模式、有功和无功调节、安装地点地理信息、电气连接类型等。
3) 功能模块开发, 如新型发电机的功率计算仿真模型及动态控制模型、 微网动态模型。
3.3 MGMEG EMS类扩展实例
本节将以光伏发电系统为例说明如何根据IEC 61970-301标准进行类扩展。 整个光伏发电系统的统一建模语言 (UML) 模型如图6所示。其中, PowerSystemResource, Name, RectifierInverter以及CurveSchedule来自IEC 61970-301标准类Core, 其属性可参考IEC 61970-301标准。其他类属于本文新建类, 包括Track, PVModel, Inverter, InstallSite, Insolation, PVGeneratingunit, PVPowerPlant和PowerForecast。上述各个类的功能描述如表1所示, 各类详细属性的描述可参考文献[16]。
根据上述类似的建模方法, 同样可以分别对燃料电池、超级电容储能单元、风力发电、微型燃气轮机发电等系统进行建模[17]。
基于上述工作, MGMEG EMS的所有模块可以通过公共对象请求代理体系结构 (CORBA) 技术集成一体, 如图7所示。
3.4 MGMEG EMS的作用
本文开发的TB-MGMEG EMS与相关微网的物理系统相配合可将所有控制器集成为一体, 保证MGMEG自动、可靠、经济运行, 其主要功能有:①系统配置优化设计;②SCADA;③在线及离线AGC;④微网在线及离线分析。
利用功能①, 用户可以研究相同负载条件下的不同微网的系统配置, 以确定系统的优化设计方案。对于在线及离线AGC和AS-MG, 在线是指控制器可以响应来自实际DG系统的实时数据, 而离线是指控制器可以响应通过对DG特性及馈线潮流数值计算而得到的仿真数据。利用功能②～④则能实现微网的控制/调度策略的仿真及实验验证。
4 结语
本文在研究MGMEG运行特点的基础上, 提出了针对MGMEG 的综合实验平台TB-MGMEG设计方案, 包括硬件设计及软件设计。该实验系统包含单/三相多交流母线系统, 系统最大容量可达200 kW。基于IEC 61970-301标准并采用面向对象技术实现的EMS能够有效集成SCADA、在线及离线AGC和AS-MG功能。实际运行表明, 利用该实验平台可以实现对MGMEG 的优化设计方案、控制及调度策略的验证等功能。同时, 该EMS由于采用了IEC 61970-301标准, 在未来的工程实践中, 可以实现类似变电站自动化管理的功能, 一方面对所在的微网子系统进行管理, 另一方面实现与现有电力系统的数据交换, 从而实现微网在电力系统中更丰富的附加值服务功能。 对于电力系统来说, 通过与上述MGMEG EMS交换数据, 即可实现对所有接入不同节点的微网实时管理。
