时间:2022-06-02 02:38:04
导言:作为写作爱好者,不可错过为您精心挑选的10篇工业设计毕业论文,它们将为您的写作提供全新的视角,我们衷心期待您的阅读,并希望这些内容能为您提供灵感和参考。
应用型本科院校工业设计专业树立以能力为本位,专业技能为核心的人才培养目标,要求学生能够在社会文化环境、市场环境中掌握产品设计、制造、开发及市场推广的一般知识和组织管理原则,具有解决专业问题的综合能力。该专业学生先后经过专业理论的学习,基础绘画的强化,三大构成的提升,设计软件的训练,设计思维的引导,产品形态的设计,产品模型的制作等一整套从理论到实践的训练,培养具有较强的草图表现、计算机辅助设计、模型制作、产品制造与生产等专业核心技能,最终能在企事业单位从事产品设计相关工作。掌握专业核心技能,是应用型本科院校工业设计专业人才培养的核心内容,也是学生就业之根本。
(二)强调学以致用的能力
应用型本科教育主要培养应用型专门人才,重在培养学生应用知识的能力而非发现新知的能力,这是其区别于学术型院校、研究型院校的关键之处。工业设计是工业化时代的创新设计,对创新性和应用性要求较高。在应用型人才培养模式下,该专业侧重培养学生运用专业知识、技能、方法解决实际问题的能力。因此,学以致用的能力是应用型本科院校工业设计专业人才培养的核心能力。
(三)传承地方文化、服务面向地方
工业设计是技术、艺术与文化转化为生产力的核心环节,是现代服务业的重要组成部分。应用型本科教育主要培养应用所学知识为社会谋取直接利益的人才,这表明应用型本科院校工业设计专业不仅承担着培养社会、国家、业界所需的人才,给国家社会带来直接利益,还承担着培养适应地方发展所需的人才,给地方发展带来直接利益,集传承者、创新者、服务者于一体。如何生于斯?长于斯?服务于斯?立足地方(行业)、融入地方(行业)、服务地方(行业)、共享地方(行业),成为推动地方(行业)经济社会发展的不可缺少的重要组成部分,是应用型本科院校的使命与责任。
二、应用型本科院校对工业设计专业毕业设计的要求
工业设计专业毕业设计不同于其他学科专业的毕业论文,也不同于设计类学科中视觉传达、动画等专业的毕业设计。它要求学生针对某一项目,综合运用专业理论知识和专业技能,寻求最佳设计方案以解决实际问题,最终以产品模型和展板等综合形式作为成果展示。根据应用型本科院校工业设计专业的人才培养模式,分析应用型本科院校对工业设计专业毕业设计的要求。
(一)突出专业特性
工业设计专业毕业设计是一项以产品为载体,以社会创新为导向的设计研究与实践。其毕业设计突出体现专业特性,是要区别于艺术类其他专业。工业设计专业毕业设计突出专业特性应解决好三个问题:其一,在知识层面体现“是什么产品”;其二,在技能层面明确“用什么技术实现产品结构和功能”;其三,在实践层面反映“产品模型与设计理念之间融合的程度如何”。这三个问题与该专业需具备的知识和技能紧密相连,解决了是什么、用什么、怎么样三个问题,专业特性才会更清晰、更突显,才能避免与平面、影视等专业的毕业设计作品混乱或雷同。
(二)重视实践应用性
高校向社会输送的工业设计人才只有符合市场的需要才能够获得认可,才能被社会所吸纳。毕业设计作为本科教育阶
段历时最长、层次最高、综合性最强的实践性教学,更应是理论与实践的结合体。选题、方案构思、方案筛选、计算机建模、模型制作、产品展示是工业设计专业毕业设计的六个主要环节,这六个环节涵盖了该专业绝大部分理论与实践知识,且每一环节对应一项专业能力。选题测试学生对专业知识宏观把握的能力;方案构思测试学生知识创新的能力;方案筛选测试学生运用专业方法解决问题的能力;计算机建模测试学生专业技能应用的能力;模型制作测试学生实践动手的能力;产品展示测试学生系统把握专业知识的能力。目前,该专业很多学生在毕业设计创作过程中只参与前四个环节,模型制作则找企业或工厂代工完成,产品展示则认为无关紧要而被忽略。应用型本科院校侧重培养学生应用知识解决实际问题的能力,模型制作和产品展示是最能检验学生实践应用能力的两个环节,因此,学生需参与到毕业设计的各个环节,特别是实践应用环节,以提高学以致用的能力。
(三)展示地方特色
应用型本科院校立足地方,服务地方,其毕业设计也应围绕地方特色展开,作为文化创意产业紧密联系的工业设计专业更应如此。其毕业设计选题要切合当地实际情况,与地方企业、文化产业联系紧密,以服务地方发展为目的。如地处闽西北的三明学院,其红色文化、客家文化、朱子文化、理学文化是该校工业设计专业毕业设计选题较好的切入点,既能传承弘扬地域特色文化,又能产生较好的社会效益。
三、提高应用型本科院校工业设计专业毕业设计质量的对策
(一)科学选题
好的选题就是成功的一半,毕业设计选题直接关系到后续毕业设计进展。工业设计专业毕业设计选题可从三方面考虑:首先,选题与教师的科研课题结合。从学生角度看,可以避免选题的盲目性和随意性,确保毕业设计后续工作进展自如;从导师角度看,可以确保课题的可行性,还能丰富科研成果。其次,选题着眼于地方企业与产业。工业设计专业毕业设计选题立足地方产业发展,围绕地方特色展开创作,实现学生应用能力与企业实际需求之间的零距离对接,可以提高毕业设计质量。再次,选题围绕社会发展与需求。此类选题能帮助学生了解社会动态。如毕业设计选题以我国社会发展的三农问题作为切入点,借助新技术、新材料对农村交通运输工具、生活用品等进行改良与创新,试图解决农村问题、农民问题、农业问题。又如选题以社会弱势群体中的盲人作为切入点,基于无障碍设计理念,通过盲人水杯设计、盲人娱乐产品设计、盲人银行卡设计、盲人出行公交信息系统服务设计等一系列设计方案,为解决盲人生活中出行不便拓展新思路,提供新对策。
(二)组建指导教师团队
工业设计专业毕业设计涉及的知识较为广泛,根据教师自身专长,组建指导教师团队,采取分工与合作的方式,能有效整合资源,更好地指导学生完成毕业设计,提高毕业设计质量。组建指导教师团队需注意:第一,指导教师团队中教师数量不宜过多,2~3个最佳。第二,指导教师团队中教师的知识结构应有所差异,如理论教师与实践教师、科研型教师与教学型教师、青年教师与老辈教师、校内教师与校外教师、学校教师与企业工程师等多种类型的组合,充分发挥各自优势,给学生提供针对性较强的建议。第三,团队中个人分工需明确。任务分工可依据教师专长和毕业设计管理中计划、组织、监督、控制等四个环节,共同督促、推进、落实。
超宽带无线电是对基于正弦载波的常规无线电的一次突破。几十年来,无线通信都是以正弦载波为信息载体,而超宽带无线通信则以纳秒级的窄脉冲作为信息载体。其信号产生、调制解调、信号隐蔽性、系统处理增益等方面,具有独特的优势,尤其是能够在密集的多径环境下实现高速传输。由于脉冲持续时间很短,多径分量在时域上不易重叠,多径分辨能力高,通过先进的多径分离技术或瑞克接收机,可以充分利用多径分量。
目前,典型的超宽带无线通信调制方式以TH-PPM、TH-PAM为主,本论文中,介绍超宽带无线通信中的调制技术,主要讨论TH-PPM、TH-PAM的基本原理,并且对比调制技术的优缺点,性能的好坏,并进行动态的仿真,从仿真图中较清楚的研究调制方式,从而得出正确的结论,细致的研究超宽带无线通信中的调制技术。
关键字:超宽带 调制方式 PPM调制 PAM调制 OFDM调制
2 概述
2.1 总述
近几年来,超宽带短距离无线通信引起了全球通信技术领域极大的重视。超宽带通信技术以其传输速率高、抗多径干扰能力强等优点成为短距离无线通信极具竞争力和发展前景的技术之一。FCC(美国通信委员会) 对超宽带系统的最新定义是:相对带宽(在- 10dB 点处) (fH - fL)/fc > 20 %(fH ,fL ,fc分别为带宽的高端频率、低端频率和中心频率) 或者总带宽BW> 500MHz。[1]它与现有的无线电系统比较,在花费更小的制造成本的条件下,能够做到更高的数据传输速率(100~500MbPs) 、更强的抗干扰能力(处理增益50dB 以上) ,同时具有极好的抗多径性能和十分精确的定位能力(精度在cm 以内) 。
2.2 UWB基本原理
发射超宽带(UWB) 信号最常用和最传统的方法是发射一种时域上很短(占空比低达0. 5 %) 的冲激脉冲。这种传输技术称为“冲击无线电( IR) ”.UWB - IR 又被称为基带无载波无线电,因为它不像传统通信系统中使用正弦波把信号调制到更高的载频上,而是用基带信号直接驱动天线输出的[6];由信息数据对脉冲进行调制,同时,为了形成所产生信号的频谱而用伪随即序列对数据符号进行编码。因此冲击脉冲和调制技术就是超宽带的两大关键所在。
2.2.1 脉冲信号
从本质上讲,产生脉冲宽度为纳秒级的信号源是UWB 技术的前提条件。目前产生脉冲信号源的方法有两类: ①光电方法,基本原理是利用光导开关导通瞬间的陡峭上升沿获得脉冲信号。由于作为激发源的激光脉冲信号可以有很陡的前沿,所以得到的脉冲宽度可达到皮秒(10 - 12 ) 量级。另外,由于光导开关是采用集成方法制成的,可以获得很好的一致性,因此是最有发展前景的一种方法。②电子方法,利用微波双极性晶体管雪崩特性,在雪崩导通瞬间,电流呈“雪崩”式迅速增长,从而获得具有陡峭前沿的波形,成形后得到极短脉冲。在电路设计中,采用多个晶体管串行级联,使用并行同步触发的方式,加快了雪崩过程,从而达到进一步降低脉冲宽度的目的[7]。
冲激脉冲通常采用单周期高斯脉冲,典型的单周期高斯脉冲的时域和频域数学模型分别表示为:
(2-1)
(2-2)
单周期脉冲的宽度在纳秒级(0. 1~1. 5ns) ,重复周期为25~1000ns ,具有很宽的频谱,如图2-1 所示。实际通信中使用的是一长串的脉冲,由于时域中信号的周期性造成了频谱的离散化,周期性的单脉冲序列频谱中出现了强烈的能量尖峰。这些尖峰将会对信号构成干扰,通过数据信息和伪随机码来进行编码P调制,改变脉冲与脉冲间的时间间隔,可以降低频谱的尖峰幅度[2]。
图2-1 单周期脉冲的时间域和频率域的表示
2.2.2 UWB的调制技术
超宽带系统中信息数据对脉冲的调制方法可以有多种。脉冲位置调制( PPM) 和脉冲幅度调制(PAM) 是UWB 最常用的两种调制方式。通常UWB信号模型为:
(2-3)
其中,w ( t) 表示发送的单周期脉冲, dj , tj 分别表示单脉冲的幅度和时延。
a PAM- UWB
PAM是一种通过改变那些基于需传输数据的传输脉冲幅度的调制技术。在PAM调制系统中,一系列的脉冲幅度被用来代表需要传输的数据。任何形状的脉冲都是通过其幅度调制使传输数据在{ - 1 , + 1}之间变化(对于双极性信号) 或在M 个值之间变化(对于M 元PAM) 。增加传输脉冲所占的带宽或减少脉冲重复频率,都可以增加一个固定平均功率谱密度的UWB 系统所能达到的吞吐量和传输距离,可以看出这一效果与增加传输功率的峰值的效果是相似的。[8]
采用脉冲幅度调制(PAM)的超宽带信号波形如下:[4]
(2-4)
其中, dj 是信息序列, Tf 是脉冲重复周期。根据dj 的不同取值, 可将PAM调制方式分为以下三种:
(1) OOK(发送数据为1 ,UWB 信号的幅度为1 ;发送数据为0 ,UWB 信号的幅度为0) ;
(2)PPAM(发送数据为1 ,UWB 信号的幅度为β1 ;发送数据为0 ,UWB 信号的幅度为β2) ;
(3)BPSK(发送数据为1 ,UWB 信号的幅度为1 ;发送数据为0 ,UWB 信号的幅度为- 1) 。
对于这三种方式,在超宽带的PAM调制方式中多采用BPSK方式。
b PPM- UWB
脉冲位置调制(PPM) 又称时间调制(TM) ,是用每个脉冲出现的位置落后或超前某一标准或特定时刻来表示某个特定信息的[3]。二进制PPM 是超宽带无线通信系统经常使用的一种调制方法,相对其它调制方法来说也是较早使用的一种方法。采用PPM的一个重要原因是它能够使用零相差的相关接收机来接收检测信号,而这种接收机有着非常好的性能。采用脉冲位置调制( PPM) 的超宽带信号波形如下:
(2-5)
其中, dj 取0 或1 ,δ为调制因子, 与脉冲宽度Tm (1/Tf ) 是一个数量级。当发送数据为1 时脉冲就会相应滞后一个时延δ。
图2-2 给出了上述四种调制方法的信号波形图,对这四种调制方式给出了一个比较直观的描述。
除了这些对脉冲的调制方法外,用伪随机码或伪随机噪声(PN) 对数据符号进行编码以得到所产生信号的频谱时,根据编码的不同即扩频和多址技术不同,超宽带系统又被分为跳时的超宽带系统(TH - UWB) 、直扩的超宽带系统(DS - UWB) 、跳频的超宽带系统(FH - UWB) 和基带多载波超宽带系统(MC - UWB) 等[9]。
图2-2 不同调制方式的信号波形[4]
2.3 UWB 技术特点
由于UWB 与传统通信系统相比,工作原理迥异,因此UWB 具有如下传统通信系统无法比拟的技术特点[4]:
(1)系统容量大。香农公式给出C = Blog2 (1 +S/N) 可以看出,带宽增加使信道容量的升高远远大于信号功率上升所带来的效应,这一点也正是提出超宽带技术的理论机理。超宽带无线电系统用户数量大大高于3G系统。
(2)高速的数据传输。UWB 系统使用上GHz 的超宽频带,根据香农信道容量公式,即使把发送信号功率密度控制得很低,也可以实现高的信息速率。一般情况下,其最大数据传输速度可以达到几百Mbps~1Gbps。
(3)多径分辨能力强。UWB 由于其极高的工作频率和极低的占空比而具有很高的分辨率,窄脉冲的多径信号在时间上不易重叠,很容易分离出多径分量,所以能充分利用发射信号的能量。实验表明,对常规无线电信号多径衰落深达10~30dB 的多径环境,UWB 信号的衰落最多不到5dB。
(4)隐蔽性好。因为UWB 的频谱非常宽,能量密度非常低,因此信息传输安全性高。另一方面,由于能量密度低,UWB 设备对于其他设备的干扰就非常低。
(5)定位精确。冲激脉冲具有很高的定位精度,采用超宽带无线电通信,可在室内和地下进行精确定位,而GPS 定位系统只能工作在GPS 定位卫星的可视范围之内。与GPS 提供绝对地理位置不同,超短脉冲定位器可以给出相对位置, 其定位精度可达厘米级。
(6)抗干扰能力强。UWB 扩频处理增益主要取决于脉冲的占空比和发送每个比特所用的脉冲数。UWB 的占空比一般为0. 01~0. 001 ,具有比其它扩频系统高得多的处理增益,抗干扰能力强。一般来说,UWB 抗干扰处理增益在50dB 以上。
(7)低成本和低功耗。UWB 无线通信系统接收机没有本振、功放、锁相环( PLL) 、压控振荡器(VCO) 、混频器等, 因而结构简单,设备成本将很低。由于UWB 信号无需载波,而是使用间歇的脉冲来发送数据,脉冲持续时间很短,一般在0. 20ns~1. 5ns之间,有很低的占空因数,所以它只需要很低的电源功率。一般UWB 系统只需要50~70mW 的电源,是蓝牙技术的十分之一[10]。尽管如此,UWB 在技术上面临一定的挑战, 还有诸多技术的问题有待研究解决,比如需要更好地理解UWB 传播信道的特点,建立信道模型,解决多径传播;需要进一步研究高速脉冲信号的生成、处理等技术;研究新的调制技术,进一步降低收发结构的复杂度等。
2.4 UWB发射机和接收机组成框图
2.4.1 UWB发射机组成框图
UWB发射机直接发送纳秒级脉冲来传输数据而不需使用载波电路。所以,UWB发射机比现有的无线发射设备要简单得多。TH-UWB发射机组成框图如图2-3所示[5]。
图2-3 UWB发射机组成框图
调制后的数据与伪码产生器生成的伪码一起送入可编程延迟电路,可编程延迟电路产生的时延控制脉冲信号发生器的发送时刻,脉冲信号发生器输出的UWB信号由天线辐射出去。脉冲信号产生电路的一个关键部分是天线,它的作用相当于一个滤波器。
2.4.2 UWB接收机组成框图
TH-UWB接收机采用相关接收方式,接收机框图如图4所示。图4中虚线内的部分是相关器。它由乘法器、积分器和取样/保持电路三部分组成[5]。
接收机与发射机类似,两者的区别在于接收机的基带信号处理器从取样/保持电路中解调数据,基带信号处理器的输出控制可编程时延电路,为可编程时延电路提供定时跟踪信号,保证相关器正确解调出数据。
图2-4 UWB接收机组成框图
2.5 UWB 技术的应用前景
UWB 系统在很低的功率谱密度的情况下,UWB具有巨大的数据传输速率优势,最大可以提供高达1000Mbps 以上的传输速率,使UWB 同其它短距离无线通信系统的技术优势非常明显,如表1 所示。现有的各种无线解决方案(例如802. 11 ,Bluetooth等) 的速率均低于100Mbit/s ,UWB 则在10m 左右的范围之内打破了这一限制,UWB 的应用将使人们可以摆脱更多线缆的牵绊,通信因而变得更为方便[6]。
2.6 结束语
无线通信已经迅速渗入我们的生活当中,对容量不断增长的要求需要一种不对现有的通信系统造成影响的新的无线通信方案,超宽带脉冲无线电系统正好满足了这一要求。UWB 技术对于无线短距离的高速数据通信是非常有竞争力的,随着研究的深入,凭借多方面的优势,它将在很多领域占有一席之地。特别是短距离传输的后3G领域,UWB 将有广阔的发展空间[8]。
表1 几种短距离无线通信比较
IEEE802. 11a
Bluetooth
UWB
工作频率
2. 4GHz
2. 402~2. 48GHz
3. 1~10. 6GHz
传输速率
54Mbps
小于1Mbps
大于480Mbps
通信距离
10m~100m
10m
小于10m
发射功率
1 瓦以上
1 毫瓦~100毫瓦
1 毫瓦以下
容量空间
80kbps/m2
30kbps/m2
1000kbps/m2
应用范围
无线局域网
家庭和办公室互连
近距离多媒体
终端类型
笔记本、台式电脑、掌上电脑、因特网网关
笔记本、移动电话、掌上电脑、移动设备
无线电视、DVD , 高速因特网网关
3 MATLAB 软件工具介绍
3.1 MATLAB语言的概述
MATLAB是一种科学计算软件,适用于工程应用各领域的分析设计与复杂计算,它使用方便,输入简捷,运算高效且内容丰富,很容易由用户自行扩展。因此,它已成为大学教学和科学研究中最常用且必不可少的工具。
MATLAB是“矩阵实验室”(MATrix LABoratoy)的缩写,它是一种以矩阵运算为基础的交互式程序语言,着重针对科学计算、工程计算和绘图的需求。与其他计算机语言相比,其特点是简洁和智能化,适应科技专业人员的思维方式和书写习惯,使得编程和调试效率大大提高。它用解释方式工作,键入程序立即得出结果,人机交互性能好,为科技人员所乐于接受。特别是它可适应多种平台,并且随计算机硬、软件的更新而用时升级。因而,MATLAB语言是数值计算用得最频繁的电子信息类学科工具。它大大提高了课程教学、解题作业、分析研究的效率。
3.2 MATLAB的历史
在1980年前后,美国的Cleve Moler博士在New Mexico大学讲授线性代数课程时,发现应用其他高级语言编程极为不便,便构思并开发了MATLAB(MATrix LABoratory,矩阵实验室),它是集命令翻译、科学计算于一身的一套交互式软件系统,经过在该大学进行了几次的试用之后,于1984年推出了该软件的正式版本。它是以著名的线性代数软件包LINPACK和特征计算软件包EISPACK中的子程序为基础发展而成的一种开放型程序设计语言,其基本的数据单元是一个维数不加限制的矩阵,这就允许用户可以根据数值计算问题的复杂程序,对问题进行分段甚至逐句编程处理,显然这与C、FORTRAN等传统高级语言完全不同。在MATLAB下,矩阵的运算变得异常的容易,后来的版本中又增添了丰富多彩的图形图像处理及多媒体功能,使得MATLAB的应用范围越来越广泛,Moler博士等一批数学家与软件专家组建了名为MathWorks的软件开发公司,专门扩展并改进MATLAB。
为了准确地把一个控制系统的复杂模型输入给计算机,然后对之进行进一步的分析与仿真,1990年MathWorks软件公司为MATLAB提供了新的控制系统模型图形输入与仿真工具,并定名为SIMULAB,该工具很快在控制界得致函广泛的使用。但因其名字与著名的软件SIMULA类似,所以在1992年正式改名为SIMULINK。此软件有两个明显的功能:仿真与连接,亦即可以利用鼠标在模型窗口上画出所需的控制系统模型,然后利用该软件提供的功能来对系统直接进行仿真。很明显,这种做法使得一个很复杂系统的输入变得相当容易。SIMULINK的出现,更使得MATLAB的控制系统的仿真与其在CAD中的应用打开了崭新的局面。
3.3 MATLAB语言的特点
MATLAB语言有以下特点。
(1) 起点高
每个变量代表一个矩阵,以矩阵运算见长。当前的科学计算中,几乎无处不用矩阵运算,这使它的优势得到了充分的体现。
(2) 人机界面适合科技人员
MATLAB的语言规则与笔算式相似。MATLAB的程序与科技人员的书写习惯相近,因此,易写易读,易于在科技人员之间交流。矩阵的行列数无需定义。MATLAB不必有阶数定义,输入数据的行列数就决定了它的阶数。键入算式立即得到结果,无需编译。MATLAB是以解释方式工作的,即它对每条语句解释后立即执行,若有错误也立即做出反应,便于编程者立即改正。这些都大大减轻了编程和调试的工作量。
(3) 强大而简易的做图功能
能根据输入数据自动确定坐标绘图,能规定多种坐标系,(极坐标系、对数坐标系等),能绘制三维坐标中的曲线和曲面,可设置不同颜色、线型、视角等。如果数据齐全,通常只需一条命令即可出图。
(4) 智能化程度高
绘图时自动选择坐标,大大方便了用户;做数值积分时自动按精度选择步长;自动检测和显示程序错误的能力强,易于调试。
(5) 功能丰富,可扩展性强
MATLAB软件包括基本部分和专业扩展两大部分。
基本部分包括矩阵的运算和各种变换、代数和超越方程的求解、数据处理和傅立叶变换及数值积分等等。可以充分满足大学理工科学生的计算需要。
扩展部分称为工具箱。它实际上是用MATLAB的基本语句编成的各种子程序集,用于解决某一方面的专门问题,或实现某一类的新算法。现在已经有控制系统、信号处理、图像处理、系统辨识、模糊集合、神经元网络及小波分析等工具箱,并且向公式推导、系统仿真和实时运行等领域发展。
MATLAB的核心内容在于它的基本部分,所有的工具箱子程序都是用它的基本语句编写的。
3.4 MATLAB仿真
通过利用所学的理论知识,建立一个完整、准确的需求说明,清楚、准确地提出仿真试验所要解决的问题。
对所提出的仿真系统给出详细定义,明确系统中的模块、系统构成、模块之间的相互关系,系统的输入输出、边界条件以及系统的约束条件,并明确仿真所要达到的目标。
根据仿真系统分析的结果,确定系统中的参数、变量及其互之间的关系,并以数学形式将这些关系描述出来,从而构成仿真系统的数学模型。数学建模是系统仿真中最关键的一步,所建立的数学模型必须尽可能准确地反映所关心的真实系统的特性,而又不能过于复杂,以免降低模型的效率,增加不必要的计算过程,即建模需要根据求解问题的要求,在模型的近似程度与复杂程度之间折中。电子与通信系统的数学模型通常以方框图形式或数学方程形式来表达。
根据建立的数学模型所需要的数据元素,收集与模型系统有关的数据。根据数学模型建立系统的计算机仿真模型,收集数据,确定其中各子模块的结构,输入输出接口,输入输出的数据表达形式,数据的存储方式等。然后编制相应的程序流程,用MATLAB语言实现。
仿真模型验证的目的是确定计算机仿真模型是否准确表达了数学模型。仿真模型验证通常的方法是将数学模型的解析结果(或理论结果)与仿真所得到的数值结果相比较来完成的;或通过已知的系统输入输出结果,对比在相同条件下的系统仿真结果来验证仿真模型的正确性。
根据仿真试验设计的方案,让计算机执行计算,并在执行计算的过程中了解仿真模型对于各种不同输入信号以及不同参数和仿真机制下的输出,得出试验数据,从而预测系统在实际环境中的运行情况。
对仿真模型的运行阶段所产生的数据进行分析,其目的是从运行阶段所产生的数据中找出系统运行规律,对仿真系统的性能做出评价,为系统方案的最终决策提供辅助支持。对仿真结果进行分析,对仿真数据的可靠性、一致性、置信度等做出判定,最终将仿真结果以曲线、图表和文字等形式形成论文。
4 超宽带无线的调制技术
发射超宽带(UWB)信号最常用和最传统的方法是发射时域上很短的脉冲。这种传输技术称为“冲激无线电”(Impulse Radio,简写为IR)。信息数据符号对脉冲进行调制,其调制方式可以有多种。脉冲位置调制(PPM)和脉冲幅度调制(PAM)是最常用的两种调制方式。除了要对脉冲进行调制外,为了形成所产生的信号的频谱,还要用伪随机码或伪随机噪声(PN)对数据符号进行编码。一般是,编码后的数据符号引起脉冲在时间轴上的偏移,这就是所谓的跳时超宽带(TH-UWB,Time-Hopping UWB)。直接序列扩谱(DS-SS)就是编码后的数据符号对基本脉冲的幅度进行调制,这在冲激无线电(IR)中被称为直接序列超宽带(DS-UWB,Direct-Sequence UWB),这种调制方式似乎非常有吸引力[1]。
对于超宽带信号,也可以通过很高的数据速率来产生而根本不需要具备脉冲的特性。只要UWB定义所要求的相对带宽或最小带宽在整个传输过程中得到满足,那么,靠发射高速率数据而不是窄脉冲所产生的具有UWB射频带宽的系统,就不应该被排除在UWB系统之外。诸如正交频分复用(OFDM),在数据速率适当的情况下也可产生UWB信号。因此,OFDM也是一种超宽带的调制方式。
本文主要讨论TH-UWB、DS-UWB和OFDM调制方式。
4.1 PPM-TH-UWB 调制方式
4.1.1 跳时超宽带信号的产生
在结合了二进制PPM的TH-UWB(二进制PPM-TH-UWB或者PPM-TH-UWB)中,UWB信号的产生可以系统地描述如下(参见图4-1描绘的发射链路) [1]。
SHAPE \* MERGEFORMAT
图4-1 PPM-TH-UWB信号的发射方案
给定待发射的二进制序列b=(…,b0,b1,…,bk,bk+1,…),其速率Rb=1/Tb (b/s),图4-1中的第一个模块使每个比特重复Ns次,产生一个二进制序列:
(…,b0,b0,…,b0,b1,b1,…,b1,…,bk,bk,…,bk,bk+1,bk+1,…,bk+1,…)=
(...,a0,a1,…aj,aj+1,…)=a
新的比特速率Rcb=Ns/Tb=1/Ts (b/s)。这个模块引入了冗余,其实是一种被称为重复码的(Ns,1)分组编码器。一般术语上称为信道编码。
第二个模块是传输编码器,就是应用整数值码序列c=(…,c0,c1,…,cj,cj+1,…)和二进制序列a=(…,a0,a1,…,aj,aj+1,…),产生一个新序列d,序列d的一般元素表达式如下:
dj=cjTc+aj (4-1)
式中,Tc和 是常量,对所有的cj满足条件cjTc+ <Ts,通常 <Tc。
这里的d是一个实数值序列,而a是二进制序列,c是整数值序列.现在我们遵循最常用的方法,假定c是企业界随机码序列,它的元素cj是整数,且满足
0 cj Nh-1。 码序列c可能为周期序列,其周期表示为Np。两种特殊情况值得讨论。第一种,码是非周期的,即 ;第二种是Np=Ns,这是最常用的一种,这时的编码周期与二进制码重复的次数相等。我们必须牢记:传输编码扮演了码分多址编码和发射信号的频谱形成双重角色[1]。
实数值序列d输入到第三个模块,即PPM调制模块,产生了一个速率为Rp=Ns/Tb=1/Ts(脉冲/s)的单位脉冲(Dirac pulses ) 序列。这些脉冲在时间轴上的位置为 ,因此脉冲位置在jTs基础上偏移了dj,脉冲的发生时间也可表示为( )。注意是码序列对c信号引入了TH位移,也正因为此,c被称为TH码。还要注意一点就是由PPM调制引起的位移 ,通常比TH码引起的位移cjTc小得多,即: ,cj=0除外。Tc称为码片时间(chip time)。
最后一个模块是脉冲形成滤波器,其冲激响应为。必须保证脉冲形成滤波器输出的脉冲序列不能有任何的重叠。
以上所有系统级联以后的输出信号 可表示如下:
(4-2)
比特间隔或比特持续时间,也即用于传输一个比特的时间Tb,可表示为:Tb=NsTs。在式(4-2)中,cjTc定义了脉冲的随机性或者说是相对于Ts整数倍时刻的抖动。如果用随机TH抖动 来表示由TH编码cjTc引起的时间上的位移,并假定 在0和 之间分布,则可得到:
(4-3)
正如前面提到的, 通常远大于 。这两个量的整体效果是产生一个分布在0和 之间的时间随机位移量,用 表示这个时间随机位移,可得发射信号的如下表达式:
(4-4)
更一般性地概括式(4-2)所表示的信号,其思想是:对于信息比特“0”和“1”,可以发射两个不同的脉冲波形 和 来分别表示。上面分析的PPM调制的例子,引入了 这个时间位移量,它的值根据它所代表的比特而有所不同,其实是上述思想的特殊例子,其中的 是 位移以后的波形。一种更一般的表达式:
(4-5)
当将 设置为- 时,式(4-5)也表示了PAM和TH-UWB的结合,即PAM-TH-UWB模型[1]。
4.1.2 PPM-TH-UWB的发射链路 系统模型如图4-2所示
SHAPE \* MERGEFORMAT
图4-2 PPM-TH-UWB 发射器的系统模型
图4-2中的第一个模块表示二进制源。这个模块的输出是发射到物理信道的二进制流。第二个模块表示重复码编码器。二进制流的每一个比特都被重复次。第三个模块仿真TH编码和二进PPM。这里考虑伪随机TH码。最后一个模块是脉冲形成。这个模块的冲激响应表示要发射的UWB信号的基本脉冲波形[1]。
4.1.3 PPM-TH-UWB 仿真结果及其分析
图(4-3)显示了参数设置如下时所产生的UWB信号
以dBm为单位的平均发射功率Pow, 信号的抽样频率fc, 由二进制源产生的比特数numbits, 平均脉冲重复时间Ts(单位为秒),每个比特映射的脉冲数Ns, 码片时间Tc(秒), 跳时码的码元最大值Nh和周期Np,冲激响应持续时间Tm, 脉冲波形形成因子tau(秒), PPM时移dPPM(秒)。
Stx: Pow=-30, fc=50e9, numbits =2, Ts=3e-9, Ns=5,
Tc=1e-9, Nh=3, Np=5, Tm=0.5e-9, tau=0.25e-9,
dPPM=0.5e-9
由图4-3中可以看到输出序列的前五个脉冲在其对应时隙的中间位置,而后五个脉冲则在其对应时隙的起始位置。
图4-3 PPM-TH-UWB 发射机产生的信号
图4-4 PPM-TH-UWB的幅度谱
由图4-4可以看出,TH编码和PPM调制都对幅度谱的高斯形状产生扭曲。PPM-TH-UWB信号的幅度谱将完全包含在无TH编码和无PPM调制的幅度谱包络中,这是因为以同样的形状和同样的平均功率传输等间隔脉冲的结果。
4.2 PAM-DS-UWB调制方式
4.2.1 直接序列超宽带信号的产生
直接序列扩谱(DS-SS)是一种著名的数字调制方式。这里,我们先回顾DS-SS的基本原理,并把主要精力放在它在UWB的延伸方面。
具有UWB特性的信号可以通过下面的过程产生:首先,用伪随机码或二进制PN码序列对要发射的二进制进行编码;其次,对一串窄脉冲进行幅度调制。这一过程可以看做是目前使用DS-SS系统的一种极端方式,此时脉冲在时域上是具有典型时间的奈奎斯特型脉冲或方波。让脉冲宽度远远小于切普间隔,很容易得到DS-SS-UWB的解析表达式。在传统的DS-SS系统中,RF发射信号是对载波进行幅度调制后得到的,通常使用二进制相移键控BPSK方式。而在DS-UWB中,如果没有专门的要求,这一过程可省略。[1]
更详细地,上述信号可以通过如下过程产生(见图所示发射链路)。
SHAPE \* MERGEFORMAT 图4-5 PAM-DS-UWB 信号的发射方案
假定待发射的二进制序列b=(…,b0,b1,…,bk,bk+1,…),其速率为Rb=1/Tb (b/s),图4-5中的第一个系统将每个比特重复Ns次,得到序列:(…,b0,b0,…,b0,b1,b1,…,b1,…,bk,bk,…,bk,bk+1,bk+1,…,bk+1,…)=a*,其速率为Rcb=Ns/Tb=1/Ts (b/s)。与TH方式相似,系统引入的冗余相当于一个参数为(Ns,1)的重复码编码器。
第二个系统将a*序列转换成只含有正值和负值元素的序列a=(…,a0,…,a1,…,aj,aj+1,…),转换公式为:( ).
发射编码器将一个由 1组成、周期为Np的二进制码序列c=(…,c0,c1,…,cj,cj+1,…)应用到序列a=(…,a0,…,a1,…,aj,aj+1,…),产生一个新序列d=a·c,其组成元素dj=ajcj。通常假定Np等于Ns,更具一般性的假定是Np等于Ns的整数倍。注意,序列d的元素值为 1,这一点与序列a相同,其速率为Rc=Ns/Tb=1/Ts (b/s)。
序列d进入第三个系统——PAM调制器,产生一个速率为Rp=Ns/Tb=1/Ts (脉冲/s)的单位脉冲(Dirac脉冲 )序列,其位置在jTs处[6]。
调制器输出的信号进入冲洲响应为p(t)的脉冲形成滤波器。在传统的DS-SS系统中,冲激响应p(t)是持续时间为Ts的矩形脉冲。而在DS-UWB系统中,与TH方式相似,p(t)是持续时间远小于Ts的脉冲。
以上系统级联后的输出信号可以表示为
(4-6)
注意,与TH方式相似,比特间隔或比特持续时间,即传输一个比特所用的时间是Tb=NsTs。
输出的波形显然是一个PAM波形。很容易知道,由于没有时移而且脉冲以规则的时间间隔出现,计算式(4-6)所示信号的PSD要比计算式(4-2)所示信号的PSD更容易。
上述方式的一种变形是使用PPM调制器代替PAM调制器,得到的信号可表示为:
(4-7)
注意到在式(4-7)中,由于码的伪随机特性,编码会起到白化频谱的作用。
4.2.2 PAM-DS-UWB 发射链路 其系统模型如图4-6所示.
SHAPE \* MERGEFORMAT
图4-6 PAM-DS-UWB 发射机系统模型
图4-6中的前两个模块分别表示二进制源和重复码编码器。第三个模块是在重复码编码器的输出端实现DS编码和二进制PAM调制。我们考虑伪随机DS码,分配给一般用户的是长度为NP的二进制码序列。最后一个模块是脉冲形成器[1]。
4.2.3 PAM-DS-UWB 仿真结果及其分析
图4- 7 由PAM-DS-UWB发射机产生的信号
图(4-7)显示了参数设置如下时所产生的UWB信号
以dBm为单位的平均发射功率Pow, 信号的抽样频率fc, 由二进制源产生的比特数numbits, 平均脉冲重复时间Ts(单位为秒),每个比特映射的脉冲数Ns, 码片时间Tc(秒), 跳时码的码元最大值Nh和周期Np,冲激响应持续时间Tm, 脉冲波形形成因子tau(秒), PPM时移dPPM(秒)。
Stx: Pow=-30, fc=50e9, numbits =2, Ts=2e-9,
Ns=10, Np=10, Tm=0.5e-9,
tau=0.25e-9,
这个信号由两组脉冲序列组成,每组包含10个脉冲,每组映射信息源的一个比特。从图4-7中可以看出每二组的10个脉冲与第一组的10个脉冲在极性上是相反的。
图4-8 PAM-DS-UWB的幅度谱
由图4-8可以看出,幅度谱的包络具有基本脉冲的傅氏变换的形状,即高斯形状。且Np(信号每比特发射脉冲数)值越大,图形分布越宽,即幅度峰值越小。
4.3 OFDM调制技术
4.3.1 概述
多频带(MB)方式与本章前两节分析研究的IR原理不同。根据2002年,FCC公布的UWB定义,带宽超过500MHz的信号都是UWB信号。因此,按照FCC规定的频带范围3.1~10.6GHz,将此7.5 GHz的带宽分割成最小带宽为500MHz的若干个频带。为了尽量减小同窄带通信系统的相互干扰,UWB采用较小的功率,于是UWB信号对于窄带通信系统来说相当于热噪声,并不被窄带通信系统的接收机检测到,也可以避免特定频带上的非人为干扰[1]。
在每个子频带内可以使用不同的数据调制类型,并不一定要用IR方式,正确的频谱带宽可以通过合适的比特速率实现。应用最广泛的是众所周知的正交频分复用(OFDM)。
4.3.2 多频段OFDM-UWB信号产生
一个已调的OFDM信号由调制在不同载波频率 上的同个并行发射的信号组成。这些载波等间隔地位于频域上,其间隔为 。OFDM调制器输入的二进制序列每K比特编为一组,以产生具有N个符号的数据块{ },这里假定 是L个可能的取值中的一个,K=N1bL。最后,每个符号调制一个不同的载波。为了并行传输数据块的N个符号,不同的调制载波信号在频率上必须正交[8]。
所有调制器使用相同的矩形波,其持续时间为T:
(4-8)
如果符号 在星座图中的点用 表示,OFDM信号中有N个符号的数据块的表达式如下[1]:
(4-9)
而相应的复包络是
(4-10)
其中 ,S(t)是周期为T0的周期函数。
式(4-9)中OFDM信号的数字变换相当于传输式(4-10)中复数包络的抽样值,也就是说传输序列可表示如下:
(4-11)
tc是抽样周期。
仿真OFDM调制信号,考虑的是OFDM各个载波使用QPSK调制的情况。仿真整个发射链路,产生式(4-9)的信号。
4.3.3 OFDM仿真结果及其分析 要发射的总比特数numbits; 调制信号的中心频率fp; 抽样频率fc; 每个符号在其相应载波上的传输时间T0; 循环前缀的持续时间TP;保护间隔时间TG, 矩形脉冲响应的幅度为A, OFDM系统的子载波数N。
(1) numbits=8; fp=1e9; fc=50e9; T0=242.4e-9;
TP=60.6e-9; TG=70.1e-9; A=1; N=4;
图4-9 OFDM-UWB信号
图4-10 OFDM-UWB幅度谱
图4-10中的幅度谱由子载波的幅度谱叠加而成。
(2)numbits=8; fp=1e9; fc=50e9; T0=242.4e-9;
TP=0; TG=50e-9; A=1; N=2;
图4-11 OFDM-UWB信号图
图4-11 OFDM-UWB信号幅度谱
对比以上两图,可以看出,在同样的时间里为了传输更多的符号,是以增加带宽为代价的,也就是增加子载波的数量。
4.4 总结
通过一系列的仿真,我们可以得出以下结论:PAM、PPM两种调制方法主要是为了进行信息数据符号对脉冲的调制,而信号中的伪随机TH码和DS码主要是为了产生信号的频谱,使信号的功率谱密度在采用伪随机码调制后变得更加平滑,不能干扰到其它已经存在的窄带系统[9]。
OFDM具有良好的抗多径干扰性能,通过频率的合理选择,能够同现存的窄带系统和开放频段的通信系统具有很好的共存性,同传统的超宽带系统相比有很大的优势[11]。
5 性能分析及应用前景
5.1 脉位调制(PPM)和脉幅调制(PAM)
脉位调制(PPM)是一种利用脉冲位置承载数据信息的调制方式。按照采用的离散数据符号的状态数可以分为二进制PPM(2PPM)和多进制(MPPM)。在这种调制方式中,一个脉冲重复周期内脉冲可能出现的位置有2个或M个,脉冲位置与符号状态一一对应。根据相邻脉位之间距离与脉冲宽度之间关系,又可分为部分重叠的PPM和正交PPM(OPPM)。在部分重叠的PPM中,为保证系统传输可靠性,通常选择相邻脉位互为脉冲自相关函数的负峰值点,从而使相邻符号的欧氏距离最大化。在OPPM中,通常以脉冲宽度为间隔确定脉冲位置。接收机利用相关器在相应位置进行相干检测。鉴于UWB系统的复杂度和功率限制,实际应用中,常用的调制方式为2PPM或2OPPM[3]。
PPM的优点在于:它仅需要根据数据符号控制脉冲位置,不需要进行脉冲幅度和极性的控制,便于以较低的复杂度实现调制与解调。因此,PPM是UWB系统广泛采用的调制方式。但是,由于PPM信号为单极性,其辐射谱中往往存在幅度较高的离散谱线。对此超宽带信号的幅度谱仿真也证明了这一点。如果不对这些谱线进行抑制,将很难满足FCC对辐射谱的要求[10]。
脉幅调制(PAM)是数据通信系统最为常用的调制方式之一。在UWB系统中,考虑到实现复杂度和功率有效性,不宜采用多进制PAM(MPAM)。UWB系统常用的PAM有两种方式:开关键控(OOK)和二进制相移键控(BPSK)。前者可以采用非相干检测降低接收机复杂度,而后者采用相干检测可以更好地保证传输可靠性[3]。
当发射能量相同时,使用二进制PAM调制的信号可以比使用二进制PPM调制的信号获得更好的性能。
5.2 OFDM调制
OFDM有很多优点:能够提供较大的系统容量,具有较强的抗多径干扰、抗频率选择性衰落和频率扩散能力,适应多径和移动信道传播条件,能够适应不同设计需求,灵活分配数据容量和功率,可提供灵活的高速和变速综合数据传输可以实现较高的安全传输性能,允许数据在复数的高速的射频上被编码。由于OFDM技术的良好性能使得它在无线通信系统中得到了广泛的应用[12]。
OFDM技术是将频道资源分成若干个子信道,每个子信带再采用一定的调制技术,提高频率利用率。OFDM可与PPM、PAM等结合使用,将会有性能更好的调制技术出现。
5.3 UWB的应用前景
超宽带技术在通信、雷达和无线定位等领域都将有广阔的应用前景。近年来,人们对超宽带技术深入的研究使超宽带技术在系统理论、功率放大器、脉冲的产生与接收、同步、集成电路等方面取得了重大进步,尤其是在超宽带无线产生领域的技术进步,使超宽带通信成为无线网络的重要组成部分成为可能。
相对于传统的窄带无线通信系统,超宽带无线产生系统具有诸多优点和潜力,使超宽带无线产生成为中短距无线网络的理想接入技术。根据产生速率不同,挤兑超宽带无线传输系统也具有不同的特点和应用领域。
利用超宽带技术可以提供高数据率传输的能力与定位功能,可以设计依赖定位信息优化网络资源管理的WPAN或WLAN,并应用于多媒体传输、计算机通信和家庭娱乐等领域。
利用脉冲超宽带信号对障碍物的良好穿透特性与精确测距功能,可以设计既具有通信功能也具有定位功能的超宽带脉冲无线通信与定位系统。该系统包括传输距离远(通信速率低)、颁布式移动定位、便携、超低成本、超低功耗、定位可靠性和精度高等特点。因而可以广泛用于传感器网络、消防、公共安全、库存盘点、人员监护与救生等重要领域。利用超宽带脉冲信号低截获概率、保密性高和体积小的优点,该系统还可以应用与侦察、情报收集、伤员救护、武器制导等军事领域[8]。
超宽带信号具有很低的辐射功率,而这样的辐射功率分布在某些方面GHz的频率范围内,功率谱密度极低,类似白噪声频谱,具有低干扰、低截获概率特性;同时由于使用窄脉冲为信号载体并采用跳时扩频,接收端必须已知发射端扩频码的条件下才能解调出发射数据来,加上它对多径干扰具有很好的鲁棒特性,非常适合在军事保密通信的应用。非常低的辐射功率可以避免过量的电磁波对人体的伤害[7]。
结论
超宽带无线通信技术是目前发展的热门技术。它以其自身的优点,被研究人员广泛关注。超宽带无线电技术大体包括基带脉冲传输方式和带通载波调制传输的方式两大类。脉冲传输的特点是把信息调制在离散脉冲信号上发射,而带通载波调制传输的特点则是把信息调制在正弦载波上发射。本论文是以采用基带脉冲传输技术的经典超宽带无线电通信系统为基础进行研究的。
为了更好地了解超宽带通信系统,本文先概括地介绍了超宽带无线通信的基础知识。接着将仿真的基本工具MATLAB的使用说明简单介绍。然后,重点介绍超宽带通信的调制方式,主要包括对TH-PPM、DS-PAM和OFDM调制方式的介绍,并通过仿真图像加以对比,说明调制方式的优缺点。
常采用不同的调制方案,对系统传输速率、搞多径干扰能力有很大影响。对它们进行分析比较,对系统调制信号的设计具有一定的参考意义。通常,在一个通信系统中,应用何种调制方式不仅要看调制方式本身性能,还要根据系统总的设计加以考虑。
参考文献
[1]葛利嘉,朱林,袁晓芳,陈帮富,超宽带无线电基础,电子工业出版社,2005,1~110
[2]葛利嘉,曾凡鑫,刘郁林,岳光荣,超宽带无线通信,国防工业出版社,2005,76~107
[3]常远,UWB无线通信系统信号产生和调制技术的研究,哈尔滨工程大学优秀硕士论文,2006
[4]朱慧,苏锐,超宽带技术概述,信息技术,2006
[5]武海斌,超宽带无线通信技术的研究,无线电工程,2003
[6]徐征,UWB超宽带无线通信技术,中国电力教育2006年研究综述与论坛专刊,2006
[7]张新跃,沈树群,UWB超宽带无线通信技术及其发展前景,数据通信,2004
[8]张在琛,毕光国,超宽带无线通信技术及其应用,技术视点,2004
[9]牛?模?禾危??泶?尴咄ㄐ畔低车牡髦品绞窖芯浚?缱又柿浚?004
[10]邵怀宗,李玉柏,彭启琮,马永,时间脉冲位置调制的超宽带无线通信,系统工程与电子技术,2003
负责人
1.专业(或专业课群)确定题目及指导教师,并填写题目报表经主管院长认可
每学年第一学期12—14周
院教学秘书、教学院长
2.确定题目、学生报名、各学院汇总报表。各项准备工作就绪
每学年第一学期15—16周
院教学秘书、专业(或专业课群)负责人
3.各学院做好指导教师及有关人员的思想动员工作,并公布毕业设计(论文)工作要求及评分标准等有关规定
每学年第一学期末
教学院长
4.各学院做好学生的思想动员工作,下达任务书,向学生公布毕业设计(论文)要求及评分标准等有关管理规定。毕业设计(论文)环节开始运行
每学年第一学期末或第二学期第一周
教学院长
5.学生每人作开题报告或开题综述(文字的或宣讲。含文献综述、方案论证、进程计划等)各学院检查开题情况、教务处随机抽查
第二学期第1—4周
专业(或专业课群)负责人、院教学秘书、教学院长
6.期中检查,各学院教学院长领导,各专业(或专业课群)组织检查,学生每人口头汇报、解答问题。各学院对达不到教学要求的学生应给予警告;对优秀学生予以注意培养。各学院检查日程报教务处备案
第8—10周
专业(或专业课群)负责人、院教学秘书、教学院长,教务处随机抽查
7.毕业设计(论文)评阅
第16周
毕业环节指导小组
8.答辨:学生将毕业设计说明书或论文,按要求装订成册,由所在毕业环节指导小组答辨。必须有院级抽查答辨,并检查评分标准执行情况,不符合标准的,由教学院长、组织调整平衡,教务处抽查
毕业教学环节的最后一周内
专业(或专业课群)负责人、院教学秘书、教学院长
9.毕业设计说明书或论文由专业(或专业课群)负责人依据《规定》归档,并推荐评选优秀毕业设计(论文)及参加学校的优秀毕业设计(论文)答辩。
毕业教学环节的最后一周内
专业(或专业课群)负责人、院教学秘书
10.校优秀毕业设计(论文)答辩:各学院各专业推荐2—3名获优秀毕业设计(论文)学生,参加学校组织的优秀毕业设计(论文)答辩。
毕业教学环节的最后一周内
教务处
11.各学院总结毕业设计(论文)工作,并写出一份书面报告(含主要工作经验;毕业设计(论文)完成情况;成果、成绩评定;优秀的和最差的学生典型情况;指导教师工作突出的和差的情况,存在的问题和建议等)交教务处
第19周以前
教学院长
1.1.1管理文件齐全,但执行过程存在问题。我校重视毕业设计有关教学文件的制定和管理,对毕业设计制定了较全面的管理办法,从组织领导,指导教师,选题原则,过程管理及检查指导,答辩,成绩评定等方面都有相关的管理办法。并在《榆林学院本科毕业设计(论文)工作指导手册》中提供了设计说明书的写作规范及具体格式要求,但在执行过程中出现了一些问题。比如学校负责检查毕业设计的教师不全是专业教师,他们往往不能发现专业上的问题,而主要检查设计说明书的格式问题,这使得指导教师们把大量的时间花费在了格式审查上,对设计内容的指导时间相对减少。
1.1.2防抄袭软件的引入,并不适用于给排水专业毕业设计。学校为了杜绝毕业设计(论文)的抄袭现象,特引入了防抄袭软件。但对于给排水工程专业专业的毕业设计,主要成果是图纸,防抄袭软件不能检测,所以只能检测设计说明书。而设计说明书中的计算方法、设计步骤大都来源于课本和规范,重合度很高。为了顺利通过学校的重合率检测,在毕业设计后期,学生们不是忙于修改图纸,而是把大量的精力放在了降低设计说明书的重合率上,有的甚至随意修改设计说明书,这已违背了引入防抄袭软件的初衷。
1.2指导教师存在的问题
1.2.1部分指导教师缺乏实践经验。我校给排水专业以青年教师为主,大部分教师毕业后直接任教,虽然理论知识丰富,但缺乏实践经验,甚至没有进行过真正的工程设计。对现行规范研究不够深入,近几年规范变动较大,哪里作了哪些修改,并没有作调查研究。这使得在毕业设计指导过程中出现了很多问题。
1.2.2部分指导教师投入精力不足。由于学校的教学工作任务比较繁重,大部分专业教师在指导毕业设计的同时,还承担其它教学任务,无法在毕业设计中时刻监督学生,只能做不定期的检查与指导,一些问题可能得不到及时解决。并且每位指导教师指导学生的数量较多,对学生毕业设计的指导很难做到全面兼顾,难以确保整个专业毕业设计的质量。
1.2.3成绩评定过于宽松。由于毕业设计是学生毕业前的最后一个环节,是学生在大学阶段学习、实践成果的全面总结。所以无论读研,还是工作,都对学生的毕业设计成绩有较高的要求。指导教师对毕业设计的成绩评定标准也因此而相对放宽,近几届毕业生中也从未出现因毕业设计成绩不及格而不能按时毕业的情况,以至于使学生对毕业设计的重视程度相对降低。
1.3学生自身存在的问题
1.3.1时间投入不足。毕业设计安排在大四最后一个学期进行,而这个时期恰好是学生找工作的重要时期,学生的择业与毕业设计在时间上发生冲突,导致部分学生忙于应聘不按时回校,不能把足够的时间和精力放在毕业设计上,这已严重影响了毕业设计的质量。
1.3.2重视程度不够。学生们知道,一般情况下毕业设计成绩都在及格以上,所以部分同学只是简单套用课本和规范中的计算步骤,以完成设计为目的。并不深究设计方案是否合理可行,设计成果是否能够应用,使得毕业设计与工程实践严重脱离。
1.3.3前期基础不够扎实。部分学生前期专业课程学习不够认真,基础理论知识薄弱;课程设计敷衍了事,以完成为目的,并不深究设计内容;毕业实习只是简单“走过场”,并未意识到毕业实习与毕业设计息息相关,这些都使后继的毕业设计不能顺利进行。
2提高给排水工程专业毕业设计质量的改革措施
2.1注重过程管理,提高教师和学生的积极性
在毕业设计过程中,应继续加强指导教师对学生的指导与督促,并适当辅以学校的检查,高效地完成毕业设计任务。防抄袭软件的引入,不适用于给排水等以图纸为主要设计成果的专业。给排水专业的图纸是否为学生独立完成,只能靠专业教师评定。而其设计说明书中引用课本和规范部分不能随意更改,学校在进行重复率检测时可适当放宽要求。
2.2坚持“请进来、走出去”,保障毕业设计的质量
在毕业设计过程中,积极邀请设计院的工程师来我校开办讲座,并对学生的毕业设计进行指导,以进一步提高学生的实践能力和设计水平。同时,鼓励青年教师利用课余时间走进企业,学习工程实践经验,提高自身实践能力,从而提高毕业设计的指导水平。
2.3提前安排毕业设计,加强学生的重视程度
为了在大四最后一个学期顺利完成毕业设计,我们在第七学期提前就把毕业设计的任务下达,让学生可以提前到实际工程中去考察,让学生有充足的时间准备毕业设计。指导教师严格把握毕业设计的进度,一旦进度滞后,通知该生的毕业设计成绩相应降低一个等级,从而提高学生毕业设计的紧迫感。消灭学生毕业设计100%及格率的思想,加强学生对毕业设计的重视程度,以保证毕业设计的质量和效果。
2.4精心准备毕业实习,使毕业设计事半功倍
毕业实习与毕业设计息息相关,毕业实习质量的好坏,将直接影响到后继的毕业设计质量。我们应对毕业实习做好充分的准备,让学生在毕业实习中充分了解自己的设计内容,使毕业实习与毕业设计紧密联系起来,充分发挥毕业实习的作用。
2.5建立校企合作机制,实施开放型毕业设计
鼓励学生到设计部门或相关企业做毕业设计。让学生走出校门,进入生产第一线,真正实现毕业设计与工程实践的有机结合,做到真题真做,从而提高学生的实践能力,为学生今后走向工作岗位奠定基础。并且一些单位可能就是学生将来的就业单位,这种方式不仅在一定程度上解决了择业与毕业设计时间上的冲突问题,还提高了专业就业率。
本科采矿工程专业经历四年的学习,从高数、大学英语、工程制图等基础课到井巷工程、采矿学、矿山压力与岩层控制等专业课程,并且安排了矿山机械、工程经济学、矿山电子等拓展课程[1],学习内容之广,但学习的深度较浅。采矿工程毕业设计是教学计划中教学的最后一个环节[2-3],其目的就是让毕业生综合的、系统的运用四年所学知识,毕业设计还要求学生实地考察学习,理论联系实际,科学的培养自身技能,为将来从事煤炭行业打下坚实基础。近年来发现,采矿本科毕业设计的内容水平明显下降,究其原因是学生或者指导教师的责任[4-5]。学生毕业设计不合格说明培养的质量不能满足企业要求,盲目不求质量输送毕业生,可能由于知识缺漏造成的人员伤亡,对国家和社会造成很大的损失,也会对本校的声誉以及个人的前途发展有很大的影响[6]。因此,剖析目前采矿工程毕业设计存在的问题和提出解决新思路是本文的目的所在。
一、存在的问题
(一)单位实习情况差在单位实习情况的好坏是决定是否能做好毕业实习的重要影响因素之一。每个煤炭学校的采矿专业学生都安排至少四周的单位实习时间,如果充分利用好这四周在单位现场实习,对矿井的各个环节有个初步认识并对重要部分重点了解,可以说毕业设计以及答辩就不是问题。但了解学生实际到单位实习情况不容乐观,据统计只有三成的学生实际到单位进行了现场实习,并且学生到单位后没有下井实习,只是做了收集矿上基础资料的工作,收集之后便离开单位,浪费了大量的宝贵时间,造成对煤矿情况不了解、巷道设计不清楚、实际的采煤生产一无所知,造成毕业设计和答辩的被动。
(二)毕业设计的选题及内容单一纵览近年来的采矿毕业设计题目,设计的矿井集中在河南、山西,相当一部分矿井被学生重复拿来设计,如焦作、平顶山和晋城的矿井,重复次多过多,甚至一个学期有两到三个学生做同一个矿的初步设计,设计的内容只是部分不同,缺乏创新。
(三)工程绘图全部依赖电脑,缺乏手绘能力2000年以前,电脑未能全面普及,采矿毕业设计普遍要求手绘图纸,手绘的内容有《井田开拓方式平面图》、《井田开拓方式剖面图》、《采区平面图》、《采区剖面图》与《井底车场》,抄袭较少,但电脑普及之后,出现了电脑绘图软件,如AtoCAD,为了减少学生工作量,学生可以利用CAD绘图,逐渐学生缺乏手绘图纸的能力,对图纸的熟悉度大不如以前,出现了诸多问题,如线性不对,图中比例不对、标注不规范等问题,并且学生可以轻易的复制,抄袭的严重。
(四)毕业答辩情况不容乐观部分毕业生在答辩时尽管设计说明书内容和排版较好,但答辩时对自己设计的论文的内容模糊,答辩时语言不流畅,思路不清晰,对设计的内容只知其一不知其二,很难用可衡量的标准去给学生定量给分,只能靠答辩老师定性给分,由于收到诸多因素影响,不能准确的去判断情况。
二、解决问题新思路
(一)改变毕业设计实习方式,建立三点一线的联络通道针对部分学生不去单位实习情况,建立“毕业生—指导教师—实习单位”联系通道,即实习学生、实习单位联系人与指导老师建立联系通道,及时沟通了解学生在实习单位的实习情况,指导老师及时进行实习指导和实习内容安排,目的让学生在最短的时候内,高效的将所需了解的内容尽快掌握,也约束了学生的行为,杜绝学生不去单位实习情况。
(二)利用3D模拟现场等手段建立新的实习场景由于煤矿行业性质决定,现场实习存在很大的安全风险,再加上煤矿行业不景气,各煤矿经营情况不好,学生寻找实习单位比较困难,下井进行一线实习更是难上加难,所以寻求新的实习模式刻不容缓,可以实验室为实践教学基础平台,可利用3D模拟现场场景,可为学生提供新的设计思路,打破常规只在现场实习才能了解情况。
(三)加强毕业设计中间环节的管制,建立周汇报答辩制度。毕业设计期间完全由学生自主安排时间,部分同学懒惰性太强,设计进程一拖再拖,到最后阶段随意糊弄过关,为了杜绝此现象,加强毕业设计中间环节的管制,建立周汇报答辩制度,即学生一周一次给指导老师汇报设计进程。
(四)建立完善的毕业答辩管理制度。可实施“三项答辩法”,即在原来采矿工程毕业设计答辩采用单一设计内容及图纸答辩的基础上,增加了基础知识答辩和采矿CAD设计能力考核两个答辩环节,并通过采用一定的指标权重进行综合得出毕业设计成绩。例如答辩成绩和指导老师的成绩比重分别为70%和30%;答辩成绩和指导老师的成绩相差20分时,以低分为最终成绩;答辩成绩和指导老师成绩一个不及格时,则答辩最终成绩不及格。
三、结语
采矿工程毕业设计环节的好坏是决定采矿工程专业人才培养能否成功的关键一步,毕业学生正处于青春期,叛逆和懒惰时常伴随着他们,但如果毕业实习环节严谨、科学、合理,及时打消学生其他想法,将精力全身心投入到毕业设计中,从中学到各项能力,使同学们能达到具备扎实牢固的基础知识和专业知识,具有较高的适应采矿工作能力,对新技术和新知识有所了解的复合型人才。
作者:李红斌 单位:河南理工大学
参考文献:
[1]董长吉,等.采矿工程专业毕业设计改革的研究与应用[J].黑龙江教育,2013(2):50-51.
[2]李怀珍,武俐.采矿工程毕业设计存在的问题分析与教改探讨[J].淮南职业技术学院学报.2011.38(11):85-87.
[3]查文华.采矿工程专业毕业设计教学环节现状及对策分析[J].科教文汇.2009(7):102-103.
1引言
本科毕业设计是我国高校教育教学计划的重要组成部分,是培养学生综合素质与实践能力的最终环节。毕业设计的质量是评定学生获取毕业资格、授予学士学位的重要依据,同时也是体现本科院校教育教学水平的一个标志,更是提升学生学术论文撰写水平、培育学生逻辑思维品质和创新思维能力的过程。这个环节的操作和运行方式也不同于高等学校开展的其他教学活动,它需要学生在指导老师的帮助和引导下,通过查阅相关的文献资料,结合自己大学四年所学专业知识,有针对性地完成一个比较具体的课题。特别是应用型本科院校工科专业的学生,他们毕业之后大部分将直接参加工作,而毕业设计是踏入社会前的最后一次系统训练,同时也是最后一次大幅度提升综合能力的机会。因此,如何提高本科毕业设计的质量值得高等院校不断探索与研究。
2工科专业学生的特点
学生是实施和完成毕业设计的主体,想要提高毕业设计的质量,首先必须了解完成毕业设计的学生的特点,这样才能进行因材施教。对于工科专业的学生,他们动手能力普遍较强,对技术的应用也较为熟练,而相比之下理论知识的掌握较为薄弱。如果高校给出的毕业设计课题偏向于比较抽象的理论知识,对工科学生将不会产生足够强的吸引力,当然也不能充分激发学生的钻研热情。工科学生普遍对枯燥的理论研究工作兴趣不高,加上他们的语言表达能力相对较弱,导致论文撰写的水平也不尽如人意,从而使毕业设计的质量大大降低。因此,针对工科学生的这些特点,学校所给出毕业设计课题应该,一方面尽量减少对新的理论知识学习的要求,另一方面提高对学生技术应用的要求,从而实现有创新性和应用价值的毕业设计。比如这类学生通常对改变人们生活方式的新科技较为关注,学校就可以引导他们在这些领域发现有价值的研究项目和课题。
3目前工科专业毕业设计中普遍存在的问题
3.1毕业设计课题陈旧、空泛、无新意
毕业设计通常由导师指定研究题目,这些课题往往是过时的、重复的、甚至是之前毕业的学生已经完成过的设计题目与方案,所以缺乏新意。另外,论文导师通常是学校教师,缺少在企业的实践经历,所以他们出的课题常常偏离实际应用,相对较为空泛。这就容易与工科学生的兴趣点相脱节,通常表现为学生对这类题目缺乏研究热情,不会主动去调研相关资料进行探索,而是像完成家庭作业一样,等待老师一项一项地布置任务,非常被动地去完成最终的设计。有些学生甚至会直接在网上抄袭别人的设计思路与研究方法,进行简单地修改作为自己的毕业设计。因此要解决这类问题,首先得从根源上来改革毕业设计的模式,即毕业设计课题要能充分吸引工科学生的兴趣,调动他们研究的积极性,使他们愿意在毕业设计中投入精力,发挥真正的才华。
3.2完成毕业设计的时间过于紧凑
学校留给学生完成毕业设计的时间比较短,通常集中在大四的最后一个学期,并且与学生的实习活动时间相重合,使得很多学生在实习与毕业设计之间疲于奔命,这样既不能花心思把毕业设计做好,同时也影响了学生在企业实习的效率。解决这一矛盾还需要高校在教学模式上做出调整,合理地分配好各个教学环节的时间,使学生的大学四年的时间能够有更有效地得到利用。
3.3学生自身对毕业设计的重视程度不够
大部分学生把毕业设计看成是跨出学校大门的最后一门考试,只要成绩合格就可以拿到学分,然后从大学顺利拿到学位毕业。于是他们对待毕业设计的态度常常比较敷衍,重视度不高,与对待一道练习题无异,他们会尽情地通过网络寻找答案,只要最终可以通过答辩,他们愿意付出最少的努力来完成毕业设计的工作。而相反,学生们更愿意把大量的精力和时间投入考研与找工作的活动中去,他们觉得这些活动才是和自己的未来息息相关,影响自己前途的重要事情。所以要改变这种状况,首先要改变学生对毕业设计的认识,让他们察觉到毕业设计这个环节的重要性。从这一点来考虑的话,学校就得让毕业设计与学生未来的人生规划相联系,让毕业设计成为他们将来工作或者创业的出发点。
4改进工科专业毕业设计教学模式的具体步骤
通过前面的分析和讨论,可以看出,要从根本上提高工科专业学生毕业设计的质量,必需改进现有的毕业设计教学模式。针对上述现象,我们提出了以下几点建议。
4.1根据学生兴趣拟定毕业设计题目
通过引导学生自主选择毕业设计的题目,让学生把自己的兴趣爱好融入进毕业设计中去。指导教师应该鼓励并帮助学生一同完成毕业设计的创新工作。另外,针对工科专业学生的动手能力强这一特点,学校可以尽量多给学生提供一些基础的通用化工具或者仪器,任由他们发挥自己的创造力,来完成一件具有一定功能的作品。而且学校可以改变毕业设计最终的评价标准,通过对某些标新立异的作品进行褒奖和鼓励来大大激发学生研究热情。目前阶段,我们学校尝试引导学生通过参加设计比赛激发学生学习的兴趣,并且取得了不错的成绩。自2012年开始连续3年,我校电子信息类学生在全国智能车大赛、江苏省电子设计竞赛、全国信息技术应用水平大赛、中国机器人大赛等比赛中获得了多项喜人成绩。这些学生的竞赛作品都有资格作为毕业设计的题目并最终帮助学生取得毕业资格。这种形式客观上也减少了毕业生最终完成毕业设计的压力。
4.2在校企合作过程当中实施毕业设计
学校通过与企业合作来改变毕业设计模式。首先,部分毕业设计的课题可以来源于企业,这些课题的实践性以及操作性会很强,符合工科学生的口味,另外这对企业来说,也是有利可图的,学生优秀的毕业设计成果完全可以融入到他们的产品研发当中。其次,可以邀请企业当中的优秀工程师来指导工科学生毕业设计。工程师不仅有丰富的实践经验,所指导的课题更贴近实际应用,而且企业当中的工程师也是工科学生未来的职场榜样,对学生的说服力更强。第三,与学校合作的企业可以给学生提供做毕业设计的场地条件以及某些学校不具备的实验设备,为学生毕业设计的顺利完成提供硬件保证。在这一方面,我们可以学习和借鉴德国应用科技大学的运作方式(本文作者之一张林曾到该校进行了为期一年的访学),该校以实践为导向,特别强调学生在企业实践能力的培养,因此被称为“现代工业社会的高等学府”。他们学生的毕业设计主要以校企合作的方式为主,学校负责理论教学,企业负责实践教学并为毕业生提供稳定的毕业设计场所。一旦申请毕业设计题目的学生被企业选中,企业就会派一名工程师指导学生的毕业设计工作,包括给出具体的课题名称、任务要求等。学生在企业做毕业设计一段时间后,要回到学校找一位导师给他审查课题。毕业论文答辩在学校进行,答辩委员会由学校教师及毕业设计单位的工程师组成。据统计资料表明,德国应用科技大学校企合作指导毕业设计模式非常有利于就业。许多学生通过在企业做毕业设计后,拥有了丰富的企业实践经验,从而能够很顺利地寻找到就业机会。
4.3合理做好毕业设计的时间安排
高等院校应该错开毕业实习与毕业设计的时间,让学生有比较充裕的时间对毕业设计进行准备和思考。这就要求学校方面对本科学生的四年学习生涯进行整体的重新规划。学生在高校中的学习周期是按学期计算的,不同学期的学习活动是松紧不一的。可以把实习的时间拆分到各个学期中去,使学生在四年的本科生活中真正做到学习与实践相结合,真正做到知行合一,使得学生对学习与工作有正确的认识,形成终身学习的意识。目前国内高校大部分都没有解决这一制度性的难题,我们可以借鉴欧洲国家的高等教育制度。同样以德国的高校为例,为了方便大学生实习,学校实行有弹性的教学管理,特别是在课程和学制方面。如建立在全学分制基础上的弹性学制,灵活的课程设置,理论部分的分批教学等人性化管理,大大激发了学生实习的热情。学生学习时间一般分配为在校学习2天,在企业内实习3天。寒、暑假期间,学生可以每周五天都呆在企业接受实训。由于在企业实践的时间远远多于课堂学习时间,使得课堂教学的针对性和目的性都很强,恰到好处的理论与实践课程的交叉进行使得理论知识在实践中不断强化,培养出的学生都有很好地运用知识的能力,这也正是德国强大制造业的基础。
4.4毕业设计以引导学生进行自主创业作为新的指导方向
总理近来不断提到“大众创业、万众创新”,并将此写入了政府工作报告。作为创新与创业的生力军,大学生应该自觉地形成创新,特别是创业意识。大学生思想比较开放,思维也比较灵活,与其进入传统行业为企业打工,倒不如自立门户开辟新行业自主创业。工科学生对技术的应用比较擅长,学校可以引导学生利用自己掌握的技术,做出在某一方面改善人们生活品质、提高人们生活便利的毕业设计,鼓励学生将自己的设计申请专利或者进行出售,利用经济效益作为刺激学生完成原创毕业设计的动力。也可以在全校范围内搭建毕业设计平台,利用不同工科专业学生的专长,组建创业团队,学校应给予相应的支持与服务。对于取得了一定创新成果的团队,可以以团队为单位进行团队毕业设计的完成与答辩,这样节省了个人完成毕业设计的时间,从而更好地开展创业活动。大学对学生的教育要树立起学生的创业意识,从个人层面上可以促进个人上进,从国家层面讲才能保证中国经济发展调速不减势、量增质更优,实现中国经济提质增效升级“双引擎”。当然自主创业绝非易事,学校还需要开设相关的课程对准备创业的毕业生进行培训与指导,让他们正确认识到创业将会遇到的困难,使他们做好充分的心理准备。
5结束语
由于以往教育模式的缺陷,本科院校工科专业学生的毕业设计常常存在很多问题。我们通过探讨工科专业学生在学习以及实践过程中出现比较普遍问题的原因,试图寻找到提高毕业设计水平的有效途径。我们发现,毕业生普通存在的问题主要是由于学校的教学进程不合理,毕业设计题目选题缺乏新意等原因造成的,在客观方面无法给予学生完成优质毕业设计的条件,同时也使学生在主观方面缺乏创新的动力。我们提出了一些改进方案,包括教学周期的合理安排、鼓励学生自主选题,进行校企合作等,其中我们认为最值得提倡的就是引导学生把毕业设计与自主创业相联系,把毕业设计当成未来创业的第一站,从而激发学生完成创新性毕业设计的动力。
作者:戚凤华 张林 单位:南京晓庄学院电子工程学院
参考文献:
[1]白钰枝,惠媛媛,王春玲,辛梅.校企合作毕业设计的模式研究[J].经济与法,2013,(283).
[2]李智超.新建工科专业毕业设计课题类型工程化的实现途径研究[J].中国电力教育,2013,(10).
2存在的问题
1)思想认识上不够重视学生方面:有些学生存在完成任务式的应付心里,避重就轻,能简就简,敷衍了事。有些学生则只重视找工作而轻视毕业设计,不愿在毕业设计上花费太多时间和精力,甚至有些学生还以找工作为由,完全依赖于导师,向导师索要源代码,甚至花钱在网上购买来交差。已经找到工作的学生,更是认为毕业设计做的好与不好对自己没什么影响,对待毕业设计也更加心不在焉。导师方面:大多数指导教师除了要指导学生毕业设计之外,还要承担大量的教学和科研任务,在毕业设计指导工作上能够投入的精力和时间非常有限,致使有些导师对毕业设计的指导工作不太重视,对学生放任自流,不管不问,或者是直接将相关源代码发给学生,以“简化”指导工作。由于思想上的不重视,学生学习态度不认真,导师指导工作不到位,造成毕业设计流于形式,疏于管理,效果较差,使得学生白白浪费了毕业前的一次综合训练机会。因此,如何充分认识毕业设计的重要性,并进行相应的教学改革是软件工程专业毕业设计必须要面对并解决的问题。
2)时间安排上不够科学毕业设计一般安排在第八学期,这期间刚好是学生求职和考研的黄金时间段,由于目前就业形势的日益严峻,学生就业压力越来越大,当求职和考研时间与毕业设计时间发生冲突时,学生都会选择将主要精力投入到求职和考研上,有些还要去外地求职、应聘考试、面试等,毕业设计自然是无暇顾及。而且,学校方面,为了保证就业率,往往对学生毕业设计的质量也是睁一只眼闭一只眼,这又在无形中鼓励了学生消极对待毕业设计的态度,毕业设计质量下降也就成为必然结果。
3)题目设置上不够合理由于毕业设计在高校各类教学活动中是最具综合性和独立性的,相对于常规课程而言,对指导教师要求也就更高,尤其软件工程专业,工程实践性比较强,但每年真正来源于实际工程项目的题目所占的比例较小,很多题目都是虚构出来的,导致有些题目不是理论性太强,就是缺乏具体需求的支撑,使学生很难从毕业设计过程中真正领悟到真实的软件工程方法。而有些指导教师自己都没参与过实际的工程项目,本身就缺乏实践经验,对学生毕业设计的指导只是凭着自己的感觉来进行,缺乏系统性、整体性、科学性和严谨性,学生遇到问题后,难以得到及时的解决,导致抄袭现象时有发生,甚至有些学生直接照搬往届毕业生的设计成果。毕业设计的主要目的在于通过毕业设计的训练来提升学生对所学知识的综合应用能力以及创新能力,从而实现学生从学校到工作岗位的平稳过度。但由于题目设置上的不合理,题量太少,层次不清,导致选题匹配效果差。在选题时,部分能力差的学生所选题目难度太大,造成毕业设计很难完成,而有些能力强的学生所选题目难度过小,达不到能力提升的目的。
4)过程监管上不够到位众所周知,对于软件工程项目而言,过程控制与管理是项目执行的关注点,毕业设计也当如此。虽然学校也会在毕业设计过程中组织对各阶段的工作情况进行检查,但执行检查工作的不一定是专业教师,使得这种检查大多只是对指导老师所填写的各种表格和文档等表面内容进行检查,对毕业设计的过程起不到实际的监督作用,再加之有些学生在校外求职或实习等原因造成指导教师与学生无法定期见面和沟通不畅等问题,使得指导教师难以用软件工程方法对学生进行指导。毕业设计虽然启动较早,但实际上很多学生前期在毕业设计上很少投入时间和精力,只是在答辩前为了完成任务而赶工应付,这样的毕业设计质量自然也就不佳。
5)量化考核上不够严格毕业设计成绩一般由平时成绩+论文成绩+答辩成绩三部分按一定比例构成,平时成绩由指导教师自行把握,论文成绩则由其他有经验的教师进行评阅,答辩成绩由答辩委员会老师按照相关评分标准打分并取平均分,这样虽然基本可以保证成绩的公正性,但成绩构成太简单,未显示地将开题报告、文献翻译、分析和设计过程以及总结等纳入到考核范围,对毕业设计的前期和中期工作没有约束力。在成绩评定时,有些导师要求不严,采取宽容迁就的态度。答辩时,通过门槛较低,造成大部分学生仅以答辩及格为目标,在思想上不重视,答辩准备工作不扎实。同时,学校为了提高学生毕业率,在最终答辩时,对毕业设计的质量要求也有所放松,这也是导致毕业设计质量难以保证的一个重要原因。
3采取的对策
时间安排上,可以提前启动毕业设计工作,将原来的第八学期开始提前到第六学期中后期,此时学生已经学完大部分课程,具有了一定的知识基础,而且学生都在校,可以随时与导师见面,指导教师也有充分的时间对毕业设计项目随时跟进,随时指导。导师资格审查上,对于软件工程专业来说,学生毕业设计的导师,应该由长期从事实际工程实践或者有较好科研成果的“双师型”(双师即“教师”、“工程师”)教师来担任,也可以聘请校外科研单位或企业中水平较高的工程师来担任企业导师,这样不仅可以减轻指导教师短缺的压力,也能促进指导教师队伍多元化模式的形成。题目设置上,要求题量要充分,使得水平层次不同的学生都能选到合适的题目;难度和工作量要适中,且要有一定的创意,使学生通过毕业设计的训练,在综合应用能力和创新能力上都能够得到有效的提高。有课题的指导教师要尽量结合自己的课题来设计题目,没课题的指导教师可以从与学校有合作的企事业单位中获取有实际意义的题目。鼓励学生根据自己的兴趣点和就业取向自拟题目,允许学生到实习企业中根据企业的实际工程需要选题和实施毕业设计,这样既能解决实际问题又可完成毕业设计。过程监管上,首先要在指导教师和学生之间建立有效的沟通联系机制和问题讨论的例会制度,充分发挥指导教师的引导作用,在毕业设计过程中,坚持每周师生沟通一次。学生提出问题,指导教师引导和总结,鼓励学生发挥主观能动性和创造力。同时,学校要成立由领导牵头、具有一定工程实践经验的专业技术人员组成的督导组,对毕业设计过程包括选题、开题、中期检查、答辩和成绩评定等各个环节实施有效的监控和督导,加强管理学生的同时也要加强对指导教师工作质量的检查,确保毕业设计工作能够有序、有效的实施。量化考核上,要对毕业设计从前期的开题、文献查阅,到中期的分析、设计、实现,再到后期的总结等各个阶段的进行量化考核,前一阶段的成绩考核不合格者,不能进行下一阶段工作,必须加以整改,直到整改合格后才能进入下一阶段。对于未能按要求如期完成毕业设计的可以推迟答辩,对于首次答辩不合格的可以进行二次答辩,仍不合格的,可以缓发毕业证。只有建立严格的考核制度,才能对学生有约束力,让学生从思想上重视毕业设计,进而保证毕业设计的质量。
(二)题目设置不当,难度及工作量过大或过小为使毕业设计选题与目前建筑业的发展趋势结合,学院鼓励毕业设计题目直接来源于设计院的工程实际,拿来“真题真做”。但是大跨空间结构类型的工程实践一般为奥运场馆、大型会展中心、剧院、机场航站楼等大型复杂建筑工程,若直接“真题真做”,作为本科生的毕业设计题目其难度及工作量过大。因此,实际的大跨空间结构毕业设计没有从设计院拿来就“真题真做”,而是选择性地删掉一些设计内容,在此过程中若控制不当,将导致此类毕业设计题目的难度及工作量过大或过小。目前,大跨空间结构毕业设计内容多为大跨度钢屋盖的设计,结构形式为网架或网壳,主要设计内容包括建筑选型、结构选型、屋盖(网架或网壳)构件设计、焊接空心球节点或螺栓球节点设计、支座节点设计。这类大跨空间结构毕业设计题目内容新、实践应用广、实用价值高,但是局限于结构设计、知识结构考察不够全面、系统综合性不强,且主要计算工作应用工程设计软件完成,工作量难以在计算书和图纸中反映出来。实际中,另一类大跨空间结构毕业设计删掉的设计内容较少,接近于“真题真做”,但学生普遍反映此类毕业设计的难度和工作量过大。通过调查分析,得知:(1)由于大跨空间结构的建筑造型新颖、奇特,学生在建筑选型时耗费大量时间,且后期结构设计方案很难满足前期选择的建筑造型,因此,学生返工现象较为普遍,增大了毕业设计的工作量。(2)为满足大跨空间结构建筑要求,学生偏向选用玻璃幕墙体系作为维护结构,但是学生对玻璃幕墙及其支撑钢结构体系的设计较为陌生,此部分设计难度较大。(3)由于大跨空间结构的受力体系较为复杂,学生很难简化出合理的力学分析模型。(4)学生普遍认为钢柱脚的设计难度较大,尤其是对底板上加劲肋的计算方法理解困难。
(三)参考资料缺乏,学生自主查阅资料能力有限由于大跨空间结构毕业设计题目是近几年新增的毕业设计题目,往届学生的毕业设计成果相对较少。目前,学校图书馆及网络资源中关于框架结构和框剪结构毕业设计的相关资料较多,而大跨空间结构毕业设计的参考资料匮乏。学院图书馆的规范及标准图更新速度太慢,尽管学院加大了对图书和资料的投入力度,但学生在毕业设计时总觉得可利用的设计规范及设计手册较少,尤其是最近两三年刚颁布的规范和规程。大跨空间结构设计不能局限于有限的教科书内容,需要学生自主查阅各种现行的建筑结构设计规范、设计手册、标准图集及其他工具书等。在毕业设计过程中遇到问题,学生首先想到询问指导教师某个系数的取值,而不是系统地查阅相关规范条例的具体内容,也不深究其使用条件、使用范围是否满足设计题目的要求。在标准构件的选型上更是不问出处,拿来就用。大跨空间钢结构的构造节点较多,其节点形式要和结构体系的计算模型相一致,学生在这方面的结合能力也较差。
(四)学生软件应用能力欠缺为提高学生的动手能力和计算机操作能力,学院提倡学生在手算基础上利用计算软件进行电算,鼓励学生利用C语言或FORTRAN语言对部分计算进行编程,在计算中采用表格Excel进行重复计算以简化计算过程。但从了解的情况看,学生平时虽有接触常用的办公软件MicrosoftOffice、绘图软件AutoCAD、工程设计软件3D3S等,但是没有经过实际锻炼,学生掌握得并不理想。很多学生把Office简单认为就是打字,而Word中的排版、长文档处理、公式符号输入等都不熟悉,对Office中其他几个软件的了解更少。工程设计软件采用的基本假定和计算方法与手算的基本假定和计算方法有所不同,但学生对此理解并不深刻。
(五)指导教师缺乏实际工程经验大跨空间结构毕业设计的指导工作要求教师具有丰富的工程实践经验,以指导学生结构选型、屋盖(网架或网壳)构件设计、焊接空心球节点或螺栓球节点设计、支座节点设计等工作。由于大跨空间构的屋盖结构形态呈三维状态,在荷载作用下具有三维受力特性,且构件呈空间工作状态,在屋盖结构计算部分需应用工程设计软件(如3D3S软件)。因此,大跨空间结构毕业设计还要求指导教师具有熟练应用工程设计软件的能力。但是近年来高校不断扩招并扩大教师队伍,许多硕士、博士从学校毕业就直接进入了一线教学岗位,没有经过工程实践锻炼和系统的岗前培训,许多青年教师因缺少毕业设计的指导经验和工程实践经验,在大跨空间结构毕业设计的题目设置、难度及工作量的控制方面都存在较大不足,直接影响了毕业设计的质量。(六)研究生复试、找工作等占用毕业设计时间毕业设计是大学生的最后一个教学环节,受到研究生复试或找工作的影响较为严重。部分优秀学生虽然重视,但精力有限,尤其是达到研究生复试分数线的学生,整日忙于面试、调剂等事情。部分学习认真成绩良好的学生,到5月份才开始应付毕业设计,导致毕业设计毫无思路,且不熟悉办公软件、绘图软件、工程设计软件,严重影响毕业设计质量。毕业设计期间,有些学生为了参加求职面试、公务员考试等,频繁往返与学校、家和各用人单位。因此,学生的毕业设计成果不可能做到尽善尽美,就不得不罗列的大量数据,绘制不算规范的设计图纸,计算书表达也不够完全和规范,毕业设计的质量无法保证。
二、大跨空间结构毕业设计的改进措施
(一)大跨空间结构理论教学方面为提高大跨空间结构毕业设计质量,学院现已开设《空间结构》等相关课程,但课时有限,因此要求指导教师应深入研究教学大纲,熟悉培养目标,精选教学内容,制定合理的教学计划。在理论教学过程中,一边进行理论知识学习,同时还要安排学生参观典型的大跨空间结构,实地讲解钢屋架(网架或网壳)、钢柱、钢梁、钢支撑以及节点、柱脚、预埋件的连接构造形式,使学生对大跨空间结构的结构体系、构件类型、受力特征、截面形式、尺寸、材料等有进一步理解,对钢结构有更深入的了解,提高学生学习的积极性,从而提高大跨空间结构的教学质量。
(二)合理设置题目的难度及工作量为了保证大跨空间结构毕业设计的质量,要求设置的题目应该是内容新颖、知识结构全面、工作任务圆满、系统综合性强、实践应用广、实用价值高。实践证明,所有学生从接触此类题目的任务书开始便目的明确、兴趣浓厚、主动积极,为高质量完成毕业设计打下良好基础。经过不懈探索,实践出适合土木工程专业大跨空间结构毕业设计题目,此类毕业设计的结构体系如图1所示,结构设计主要包括以下几个方面:(1)大跨度钢屋盖的设计,结构形式为网架或网壳,主要设计内容包括网架或网壳结构选型、构件设计、焊接空心球节点或螺栓球节点设计、支座节点设计。此部分设计工作主要应用工程设计软件完成,并辅以相应的手算校核,包括钢构件强度及稳定验算、螺栓球节点和支座节点设计复核。(2)钢刚架的设计,此部分设计以手算为主,包括钢柱、钢梁、柱脚、梁柱节点设计。(3)混凝土框架设计。实际大跨空间结构下部多设置两、三层的框架结构作为办公区域,框架顶部设置钢柱支撑上部网架、网壳结构,既能满足建筑功能,又能节省建筑成本。此部分设计以手算为主,包括框架梁、框架柱、楼板、楼梯、基础、雨篷、预埋件设计。
(三)加强毕业设计资料库的建设高校普遍存在设计资料陈旧和数量不足的现象,尤其是大跨空间结构方面的设计资料更少。学校应增加投入力度,尽快更新规范和规程及标准图集。随着科技进步和网络普及,资料库的建设也应跟上时代的发展,可以尝试在校园内建立一个毕业设计网站,收录各种类型的毕业设计实例,建筑设计、施工及验收规范,结构计算手册和构造图集等。此毕业设计网站可实现网络资源共享,信息更新速度快,查阅方式比传统方式便捷。
(四)完善指导教师分组制度根据专业方向、新老教师搭配、自愿组合等原则,建立毕业设计指导教师小组,每组推荐一位经验丰富的老教师作为小组负责人。小组负责人组织本组成员对年轻教师进行岗位培训,拓宽年轻教师的思路,提高其指导水平,适时地邀请一些经验丰富、德高望重的专家举行讲座。定期考核年轻指导教师的教学实践能力,建立长期有效的监督处理机制。
(五)强化过程管理,培养学生独立解决问题的能力毕业设计的效果、质量与指导教师采取的管理、指导密切相关。指导教师应定期检查学生毕业设计的进度和质量,特别要做好开题报告、中期进度检查和答辩前的检查工作。在毕业设计指导过程中,指导教师要启发学生的思路,采取讨论式、探讨式的教学方法。当学生面对问题时,提倡学生自己查阅资料,自己解决问题,并鼓励学生在毕业设计中运用新技术、新材料,进行多种结构方案的比较,建立优化设计的概念,培养学生自我发展能力,为走向社会打下坚实的基础。
2采矿工程本科毕业设计存在的问题
当前,采矿工程专业本科毕业设计一般要求具有一定的典型性、专业性、合理性和规范性。同时,设计说明书还应达到一定的书写要求,需要达到通俗易懂程度,还应具有一定的解决问题的深度和技术难度。当然,我校对毕业设计要求更高一些,就是需要具有专题研究,该部分要求和毕业设计说明书具有一定的相关性,并具有一定的学术性和创新性等,如果用这样的标准来衡量当前的采矿工程本科毕业设计一般部分(含设计、图纸和说明书)及专题部分,部分学生的设计质量大部分都偏低,甚至有的学生都不能满足最低要求。综上所述,采矿工程专业本科毕业设计存在如下问题:
2.1毕业设计选题简单及内容相近在进行毕业设计选题过程,一般采矿工程专业院校都按照既有模式进行,设计选题题目根据毕业实习矿山为背景,设计题目没有针对性或比较肤浅,有的甚至不科学,重复以前的题目,缺乏对应的研究。这不仅限制了学生主观能动性的拓展,而且阻碍了学生对生产问题、技术创新和解决实际问题的技能培养。
2.2书写功底差毕业设计过程中比较严重的问题是设计说明书的写作能力差,在整个设计过程中,特别是摘要和设计说明书中阐述的设计过程不够严谨,表述不清,很多学生无从下手,不知道如何能把问题解释清楚,把说明书写成记账式说明或敷衍了事的概述。另外,毕业设计说明书的排版格式不规范、结构不合理、条理不清晰、计算错误,甚至有的学生把导师名字都写错,可见学生对本科毕业设计的重视程度和写作功底比较差,需要加强这方面的锻炼。
2.3工程制图漏洞百出毕业设计工程制图要求采矿工程本科毕业生具有较强的绘图能力、空间想象能力和图文表达能力,学生在制图过程中不断提高绘图能力。通过毕业设计,采矿工程本科生能够较为熟练地掌握计算机绘图、手工绘图能力和追求完美的视观感受。但在实际毕业设计过程中,甚至最后提交的毕业设计说明书和设计图纸,还发现很多问题,比如说明书和设计图纸不符合、CAD制图的比例不对应、工业广场留设不合理、代表符号混乱不合要求、矿块布置不合理、通风线路标示错误、平面图和剖面图不对应等。这严重影响整个制图效果,并直接降低了毕业设计的质量。
2.4低级错误多采矿工程本科毕业设计的一个重要不足在于设计中所犯低级错误、原则性错误较多。比如:具有高瓦斯矿井,很多同学没有在设计及说明书中阐述如何抽放瓦斯,更不用说如何实现煤与瓦斯共采等深奥问题;在地面上有构建筑物需要保护区域没有留设保安矿柱;通风系统混乱,污风相互混合,形成不通畅系统等。这些问题都属于采矿工程本科生最容易犯的低级错误,违反了相关安全规程和设计规程,采矿工程专业本科生经常犯这些低级错误,说明学生没有很好地掌握基本理论知识和专业知识,最重要的是将来走向工作岗位如果一直马虎下去将会造成严重的后果。
2.5设计内容高度相似由于扩招等各方面的原因,现在每个毕业设计指导老师都带3-8个毕业生,项目多的老师相对简单,但对于项目少的老师只能给学生为数不多的设计任务,也就说,指导老师给的任务就比较相近。有的同学的毕业设计大部分内容照抄其他同学的,或者从前几届毕业的学生那抄袭和照搬。虽然设计题目不尽相同,但设计内容和说明书高度相似,导致说明书前后表述矛盾、不一致,相似错误频发等等问题。
3问题产生的因素
导致采矿工程本科毕业设计质量低下的原因较多,有学生自身的原因也有指导教师的原因,甚至有外部环境的影响。总结起来有以下几点:
3.1前期准备不充分因为采矿工程专业是一门专业性很强、实践性强的学科,毕业设计前应做好充分准备,包括理论知识和专业知识的复习,经过了认识实习、生产实习和毕业实习的不断进步,应该可以作出质量较高的毕业设计和说明书,毕业设计前期准备不够充分主要表现在:
(1)矿山接受学生实习的积极性不高,指导教师联系实习地点困难,一般靠老师的学生在矿山当了领导以后才能给安排。所以,矿山对学生实习的重视程度不够;
(2)实习经费不足,学校提供的实习经费一压再压,已经完全不能适合经济快速发展的步伐,实习费用已经远远不能满足实习需要;
(3)实习内容不够全面,由于实习经费不足,致使指导教师无奈把实习时间从3周压缩成2周,甚至1周,促使实践性很强的实习不能完全联系实际;
(4)实习过程过于简单,由于实习时间的压缩,导致实习过程相对简单,不跟班实习,不能切实体会理论联系实际的效果;
(5)有些同学对毕业实习和毕业设计积极性不高,采矿工程专业属于高危行业,学生对从事的专业具有一定的厌烦和恐惧感,特别是部分学生毕业后不打算到矿山工作,致使毕业设计和实习成为这些学生的艰巨的任务和负担,使学生在思想和行动上对毕业设计和实习重视的态度不够;
(6)指导教师人员匮乏,难以胜任繁重的实习指导任务,缺少用制度管理学生的经验,对学生产生的众多问题及指导教师提出了要求和修改意见后学生无动于衷的问题束手无策;
(7)考核制度不够健全、实施不够严厉,成绩评定过于简化,造成学生的重视程度不够,有失公平。
3.2指导教师自身因素由于采矿工程专业就业压力小,相对10年前,招收采矿工程专业的学生大幅度提高,导致每个教师需要指导的学生数逐渐增多,因此,产生了如下问题:
(1)指导教师的投入得不到保障。从时间和精力上讲,大多数高校教师承担着大量教学和科研任务,另外还需完成大量的考核指标,比如:每年要完成多少高水平的论文、获得的科研奖励、专利、著作、指导研究生数量、上讲台课时数、在研科研项目数、是否有纵向课题(国家自然科学基金)、评职称、无休止的会议等等,在高校激烈竞争的今天,指导教师的自由度相对较小。很多指导老师无法保证有足够的时间来指导学生更好地完成设计,只能把握方向;
(2)指导教师相对缺乏采矿设计方面的知识。一部分高校教师本身缺乏科研与工程实践经历,尤其是作为毕业设计指导为主体的年轻教师,个别教师没有很丰富的采矿工程方面的经验来有效地指导毕业设计。同时,也存在个别教师工作责任心不强的现象,没有很好地起到监管作用,放松了对学生毕业设计的要求。导致毕业生认为毕业设计就是走过场,不可能在最后还不让过。
3.3外部环境因素目前,随着国民经济的高速发展,采矿工程专业的毕业生就业相对容易,每个学生均有4-5个单位可以选择,但有一部分学生把主要心思放在考研、出国、考公务员上,从主观上对毕业设计没有足够的重视,加上毕业设计期间是求职择业的最佳时机,学生的大部分时间均不在毕业设计上。当然,也有为数不多的毕业后去矿山的学生可以完全发挥自己主观能动性,拓展自己的思路,把精力放在毕业设计上。
这次毕业设计工作,给予我们不少启发,下面就今后毕业设计工作谈一些想法。
一、选择结合实际任务的不同类型毕业设计课题,进一步提高学生的独立工作能力
建筑结构工程专业的培养目标是学生毕业后既能从事建筑结构的设计和研究,又能从事建筑工程的施工和管理,但他们在学校里要着重进行的是作为结构工程师的基本训练。为了达到这个目标,必须在整个教学中加强基本理论,重视基本技能训综,切实安排好实践环节,以及认真做好最后一个学期的毕业设计工作。
在各种教学安排中,传授知识和培养能力是学校教学的两个方面,而能力和创新精神却是提髙教学质量的重要标志。能力和创新精神的丨川练应当贯穿在各个教学环节之中,使学生由低到高地受到连续的训练和薰陶。但是毕业设计却是贯彻理论联系实际原则和综合训练独立工作能力的最后的也是最重要环节。它对保证学生质量起着其它教学环节所不能代替的作用,因而必需予以髙度的重视和精心安排。
从历史沿革看,我系本专业毕业设计曾有几种做法:解放初期没有毕业设计,学生祗是在临毕业前阅读几篇文献,写份读书报告;学苏后开始设置毕业设计,做的是假拟题目,分建筑.结构、施工三个阶段进行“总装配”;58年后实行“真刀真枪”的毕业没计,学生在一个小组里结合实际设计任务经历结构设计的全过程;61年后“真刀真枪'’和“真题假做”的结构设计题目件举,同时引入少呈科研題目,使学生学会科研方法。
我们认为把毕业设计作为“总装配”也好,作为“经历结构设计全过程”也好,作为“学会科研方法”也好,它们都有正确的一面,但也有困难的一面,而且不能概括毕业设计的基本要求。例如进行“建筑、结构、施工”的三阶段总装配,好处是学生能将已学知识联系起来解决工程问题。但毕业设计时间短,学生要忙于完成三阶段任务,精力分散,不易做到深入钻研,不能更好地培养独立工作能力和创新精神。又如“经历结构设计全过程”的做法,好处是真刀真枪,能调动学生积极性,是一次实战淚习。但生产和教学矛盾突出,例如设计资料常变动,各设计工种间技术矛盾很多,施工单位会提出种种实际问题要求推翻已做好的设计,因此学生会做大量重复性工作,有的不属于基本教学要求。
我们认为毕业设计的基本要求,槪括起来应做到“两彳、进一步”一就是进一步理论联系实际,进一步训练能力;抓住“三个性”——就是要求学生做毕业设计时具有综合性、独立性和创造性。这里所谓“进一步”,就是把毕业设计和其它教学环节联系起来考虑,有些训练可以在其它教学环节中基本完成,而在毕业设计中强调的则是进一步的提高。所谓“三个性”,就是在综合进行“总装配”的基础上,强调培养独立工作能力和创新精神。
为了达到这个目标,可供选择的毕业设计课题是广泛的。它可以是设计题目,可以是研究设计任务,也可以是本专业在结构、力学、材料、施工方面的科研专题。这里有一个核心问题,就是毕业设计题目要结合实际任务,它应该或者是一项实际生产任务或者是一个有现实意义的课题。学生不仅在毕业设计中能经历一次设计的或小型科研的全过程,而且有为推动四化建设尽自己力量的责任感。有了这一点,学生就会有极大的主动性和极积性去研究解决各种工程实际问题,做一些有创新意义的工作。也就能使学生在毕业设计中更有目的地钻研和运用理论,锻炼基本技能,自觉提高独立工作能力,自始至终地用高标准要求自己,最后达到培养目标要求。
二、抓好毕业设计前各个教学环节(尤其是实践环节),是提高毕此设计水平的重要条件
建筑结构工程专业是设计类型的专业,培养目标测重于结构设计和设计问题的研究。上述毕业设计安排能不能完成培养目标赋予的任务?会不会削弱结构设计方面的训练?这是必须认真考虑的问题。
我们认为,一个结构工程师,除了有宽厚的理论基础外,必须有严S的学风,有熟练的运算、绘图和应用规范手册的技能,有一定的处理构造和施工问题的能力。这三方面是进行结构设计的基本要求。但要成为有作为的工程师,这些要求是不够的。他还要有丰富的想象力,能做出好的设计方案,会处理新的工程问题L.这祥才能使生产不断发展。所有这些学风、技能和能力训练,显然不能只在一个毕业设计环节中加以完成,而是大学五年培养的结果。大学平时教学环节和毕业计,@;一t有整体。所以,适当地对平时教学和毕业设计进行分工,将一些更基本的丨川练放庄F时教学中,尤其在乍时实践环节中加以完成,而毕业设计丨则重对培养综合性的理论联系实际的能力,独立工作能力和创新精神,则是可取的。
例如,学生测量实习时,我们可以要求他们在2~3周内完成一个广区(或地区)的实际测图任务,学生测绘的地形地物图作为该厂的竣工图或在该地区进行基建的依据。
学生肩负了生产任务,就能认真地对待每一个读数,处理每一个数据,绘制每一根线条。这样就能在不长时间内锻炼严谨的学风,为今后培养更好的学风打下基础。
又如我们有意地在一些课程设计和大作业中安排工程技能的训练。譬如在“单层厂房结构设计”中,我们可以要求学生对一个典型厂房进行构件选型、主体结构和构件计算、处理各种构造问题、画出结构布置图、节点大样图、构件模板配筋图、材料表等。
他们的计算和图纸大体应达到生产用结构计算书和结构施工图的水平。这样就使学生在课程设计阶段基本完成过去毕业设计中对结构施工图训练的要求,在毕业设计中就有更多时间去考虑新方案和新专题。在“髙层建筑结构”作业中,我们还可以要求学生进行一个较复杂的结构构件计算,了解一般结构工程的计算方法、步骤以及怎样进行数值校核的方法。那么学生在毕业设计中就能摆脱一些数值运算钏练要求,用计算机进行工程计算:腾出精力去研究更为复杂的问题。
施工实习时,我们选择宝钢工地作为实习现场。那里有宏伟的建设场面,有先进的施工机械,有众多的技术课题,有经验丰富的技术人员指导。我们要求学生在完成实习任务的同时,为工地解决一、两个实际工程问题,写出专题报告,由工地技术人员负责审阅鉴定。例如有的学生为了统一异型钢模板类型,改进了某项设计,可节约数十吨钢材;有些学生对上海地区降水工程的历史和现状进行了调査分析,或者对宝钢工程中的基坑边坡稳定问题进行分析讨论。他们都写出有价值的专题报告,受到好评。在77和78级两届实习中,学生几乎一致认为:“施工实习使我们开阔了眼界,学习了施工知识,受到了一次从未有过的独立工作锻炼,在能力培养上有一个飞跃”。
我们体会学生经过测量实习、课程设计、施工实习等实践环节训练后,在学风、技能和能力上,每次都能迈上一个台阶。如果思想抓紧,措施得力,一步一个脚印地前进,他们的进步将是不小的。这些训练都能为毕业设计打下基础,有些工程技术训练大体得到解决,有些能力培养有了良好开端。在这个前提下,无疑地应该而且可以对毕业设计提出更髙的要求。
三、不同类型毕北设计题目的做法和要求
根据上面的毕业设计要求和我们的具体条件,我们认为毕业设计净时间以16~17周为宜,毕业设计选题以三类为宜,即“设计类”、“设计研究类”和“其它形式研究类”。由于本专业培养目标和学生毕业后岗位都侧重于结构设计和研究工作,所以前两类题目应该多一些;又由于教学计划中对结构课程设计已有一定训练,所以单纯设计的题目也不宜太多,以免过多重复。至于三类题目的比例,要看每届毕业设计前的具体情况而定。
1.设计类题目,指的是学生所参加的实际设计任务,或以实际任务为背景的题目。这类毕业设计大体可分收集资料、方案、计算、绘施工图、总结等个五阶段进行。
在第一、二阶段中,要考虑建筑、结构、施工三方面问题;在绘图阶段学生应参加各设计工种的技术讨论和汇总工作;在总结阶段有人可写专题,有人可做本工程设计的业务总结。参加这类题目的学生一般可由三种人组成:基本技能尚嫌不足的学生,对结构设计有特长的学生以及少数成绩优秀、组织能力较强的学生。
2. 设计研究类题目,指的是学生所参加的某项实际工程设计任务中的研究专题。
也可以是学生在参加某项工程的部分设计后,着重解决一、两个专题。做这种专题时,在设计方面要求学生达到技术设计阶段的要求,有一定份量的计算和绘图工作;在研究方面要求学生有较深入的理论分析,有自己独立的和创新的见解,有一些专题论文。参加这类题目的学生人数应该比另两类题目多。这些学生对一般性的设计技能已有一定的训练,有较好的自学能力,因而在毕业设计中有可能对他们进行进一步提高的训练。
我们认为这类题目可以多一些,原因有四:
①学生在结构设计上至少能做到技术设计阶段,在研究上有自己的专题,能够满足毕业设计的基本要求;
②不受生产任务在时间上和工作量上的限制,生产和教学的矛盾不大,又能为生产和技术改造直接服务;
③题目与教师的科研能结合。目前教师的科研大体有两类:一类是基本理论,一类是工程技术专题。后一类更容易结合。教师指导这类题,花时间不多,收效却不小。
学生又能为教师的科研提供必要的数据,所以教师愿意带;
④与当前土建技术发展方向结合(例如髙层结构的某些专题,结构优化问题,抗震分析等),比较有生命力。
3. 研究类题目,指的是学生所参加的结构设计以外的专题研究,