机电系统论文精品(七篇)

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篇(1)

参考文献的写作是作者在这一科学领域的问题进行研究并且还有一定的研究成果，参考文献的写作也是对科学研究的更进一步的深入探讨。下面是学术参考网的小编整理的关于信息系统论文参考文献，希望可以在大家写作当中带来帮助。

信息系统论文参考文献：

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关键词：研究生工程教育；行业特色培养方案；课程体系

中图分类号：G40 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）53-0046-02

随着我国高等教育的跨越式发展，不仅本科招生规模迅速扩大，研究生的招生规模也有了巨大的增长。另外，由于国家行政体制的改革，很多部委院校划归地方管理，行业人才培养属性逐渐减弱。培养什么样的人成为这些院校乃至我国高等教育所面临的新课题。研究生教育是高等教育中精英教育的重要部分，承担着我国未来高级人才的培养重任。硕士研究生数量多、学科门类涵盖面广，怎样结合院校的历史、特色和社会需求设定培养目标是当务之急。

研究生培养方案是完成培养目标的具体操作规程，其中课程体系或课程设置是提高研究生研究能力与实践能力的关键。本文将结合工程教育的理念对培养方案中的课程设置进行梳理与优化，贯彻培养目标拉动的思想，提高培养质量。

一、背景

硕士研究生的培养其本质是科研能力、产品设计开发能力的培养，其导师的科研能力、视野往往决定了学生的培养质量。这些院校的大多导师的科研来自于原院校所属的行业企业，因此有必要在研究生的培养中进一步强化行业特色，这样就决定了培养目标中行业人才培养成为主要目标之一。目前研究生培养模式还存在很多问题，归纳起来如下：（1）课程设置不合理，教学形式与教学方法与本科雷同；（2）科研训练不足，导师指导不够；（3）培养目标上，重学术性人才培养，忽视应用型人才培养；（4）培养过程重视“共性”而忽视“个性”；（5）培养目标与培养过程不统一，与社会发展需求脱节。

二、研究生工程教育的本质与体系

研究生工学教育的目标定位是培养学术型人才，以知识传承和培养研究生的知识发现和创新能力为目标，以开展学术研究为主要特征；研究生工程教育的目标定位是培养高层次应用型人才，以提高解决工程问题和技术创新能力为目标，以对接职业发展为主要特征。原部委所属院校的研究生培养目标大多为应用型人才，因此引进工程教育理念优化研究生的培养方案是必要的。不同的目标定位，必然需要不同的培养模式与之相适应，在课程内容、教学方式和教学手段等教育资源组织和运行方式上都应有明显的区别。因此，急需摆脱完全学术型观念和框架的束缚，建立起相对独立的研究生工程教育培养模式来支撑和保障目标的实现。研究生工程教育体系的基本框架：研究生工程教育体系从结构上分，应包括教育的层次结构和学科结构。从层次结构上看，研究生工程教育有硕士和博士两级，目前主要针对硕士层次的研究生培养。

三、研究生工程教育培养知识结构与课程结构设计

1.研究生工程教育培养知识结构设计。研究生个体课程体系设计是以高质量的创新能力、实用的工程能力为目标的，创新的知识结构是实现目标的有力保证。如图1所示为工程型人才知识结构框图，此图呈宝塔形状，塔基为宽厚坚实的基础知识和广博宽泛的相关知识构成；塔身由深入稳固的专业知识构成；塔尖由系统而精深的专业知识构成；各知识结构之间充满了综合性方法论知识、实验与验证方法知识和工程实践知识，使各知识模块之间有机的联系起来，形成浓重的工程创新氛围。

2.研究生工程教育培养的课程设置。高层次工程人才的培养主要通过课程体系来实施。根据工程人才的能力和素质特征，课程体系的建立应运用CDIO（构思、设计、实施和运作）的课程设计方法，涵盖三方面的内容：一是理论层面的知识体系，包括未来工程师个体必须掌握的基础科学、核心工程基础和高级工程基础等知识；二是实践层面的能力体系，包括未来工程师个体必须具备的工程推理与问题解决技能、实验与知识发现技能、系统思维能力等；三是人际交往技能体系，包括团队合作与沟通能力、外语交际能力，以及在企业与社会环境中，兼顾各方利益和尊重生态规律，构思、设计、实施和运作土程产品/系统的能力。

基于图1所示的知识结构设计的硕士研究生课程包括：学位课、选修课、必修课程和补修课程。为了更好地达成顶层工程实践能力，在课程设置的各个层级中设置了与行业相关的课程，也可以称之为专业特色课程。①学位课分为公共基础课及学科基础课，是为达到培养目标要求，保证研究生培养质量而必须学习的课程。同时增加了行业通识知识课程，使之对行业中所涉及的基本知识有所了解。②选修课是为解决实际问题、完善知识结构或加深某方面知识而开设的课程。选修课应以实际应用为导向，以职业需求为目标，以综合素养和应用知识与能力的提高为核心，与专业任职资格挂钩。重视理论性与应用性课程的有机结合，突出案例分析和实践研究，注重培养学生解决实际问题的意识和能力。在此增加了行业的前沿知识课和行业工程知识课，这一部分大多要结合研究生的研究、设计或工程项目开发、未来工作取向以及社会人才需求状况等在导师的指导下选定。③实践环节中案例科研、工程实践以及行业企业的工程实践列为必修环节，贯彻“实践、认识、再实践、在认识”的认识论，加快学生从感性认识到理性认识的速度，提高认知水平和知识运用能力。④补修与增修，对于跨一级学科考入或同等学力考入本专业的硕士研究生以及跨范畴选择课题的研究生，一般应在导师指导下确定1～3门本学科内外的课程作为补修或增补课程，并进行考试或考核。⑤论文阶段，要求最终成果不仅限于研究论文，而是增加工程设计以及工程项目开发报告等。不论是论文还是报告都必须来源于实践，最好来自于企业乃至所在行业的企业。

3.培养目标牵引下的课程设置。当某个体研究生的个性化培养目标确定之后，就要按照工程教育的理念为其选定各层面的课程，即明确哪一门课程、哪一个章节、哪一个知识点能够解决未来研究或工程中的哪个问题，使之充分保证目标的达成。以大连交通大学机械工程学科研究生培养中的两个研究方向研究生为例：①计算流体动力学数值仿真研究方向，主要针对工程领域中的流体流动、传热等问题，以数值计算和仿真为主要手段，开展大规模计算工程软件的工程应用问题的研究。近年紧密与我国高铁的建设相联系，研究解决动车运行各种工况下的空气动力学问题，培养的研究生大部分就业于南北车集团的所属企业。课程配置时在学位课程模块中除选定其他学科基础课外，再选定《流体力学》、《现代轨道车辆》两门专业相关、行业相关课程；在选修课模块中选定《计算流体动力学软件应用》、《机车车辆高等流体动力学》、《车辆工程》等具有较强行业特色的课程；研究生论文的研究内容都取自南北车下属企业的生产企业，这样既解决了企业的实际工程问题，也锻炼了研究生的解决工程问题的能力，同时也为研究生的就业打下了良好的基础。②工业机器人技术研究方向，主要面向汽车制造、机车车辆制造领域研究、开发设计工业机器人及其应用系统，在应用工程的基础上进行机器人机构学理论、控制理论、计算机控制方法的研究。其特点为理论联系实际，立足应用。在进行课程配置时在学位课程模块中选定《车辆工程》或《现代轨道车辆》行业相关课程；在选修课模块中选定《车辆现代设计与制造技术》、《机器人技术》、《计算机控制技术》等具有较强行业特色的课程；研究生论文的研究内容都取自南北车下属企业的生产企业，如动车车辆转向机焊接、车体的焊接、地铁及城轨车辆的焊接等工程项目，在为企业解决实际工程问题的同时，也使研究生知道了学习机器人技术的意义，掌握了解决车辆制造过程中焊接自动化的工程问题的知识与技能，为机电专业方向的研究生就业开辟了一条新路。

四、展望

在过去多年的研究生培养实践中，学校和导师都不断地对工程型研究生培养问题进行探索与研究，也总结出很多经验，制定了一些切实的培养方案，但在培养的过程中大多都按照学术性研究生的培养方案进行，缺乏系统的基于工程教育理念的培养方案。本文所述内容也是我们在培养研究生方面的一些思考和初步实践的总结，尚缺乏深入的理论研究和系统论述。今后要进一步研究工程教育在研究生培养中的理论意义，并构建系统的培养规程，特别要注重下列几方面具体问题的研究与落实：第一，大力构建产学研联盟体系，为研究生培养提供工程实践的条件与机会；第二，推动与职业任职资格及国际研究生工程教育发展趋势的对接；第三，积极营造崇尚工程文化的氛围，提高公众、社会及学校对工程人才和工程教育的认识；第四，主动培育研究生工程教育的师资队伍，适应未来工程人才培养要求。

参考文献：

[1]刘建树.浅谈研究生工程教育体系的构建[J].纺织教育，2012，（2）：43-46.

[2]汪应洛.当代工程观与工程教育[J].西安交通人学学报：社会科学版，2008，（1）：6-8.

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关键词：矿山 安全科学理论基础 问责 监测 建议

Abstract: The current our country mine disaster accident frequent occurrence reason, does not lie in the safety production administration regulation is not in place, mine safety production management is ineffective, also do not depend on mine safety engineering and technology is weak, but in mine safety basic theory research as well as mine monitoring technology lag; analysis of mine safety accident accountability system and current mine monitoring and fault detection technology, puts forward the improvement proposal.

Key words: MineSafety science theoryAccountabilityMonitorSuggestion

中图分类号： TD82 文献标识码：A文章编号：

引言：

近年来，我国经济快速发展，作为重要基础产业的各类矿山也进入了一个新的发展时期，尤其是经过近几年的安全整治，整体安全生产水平有所提高。但我国数量众多的中小型矿山，其安全管理不规范、安全工程技术非常薄弱，也是诱发矿山灾害事故频发的重要原因。

矿山是我国三大高危行业之一，各级政府行政主管部门、各个矿山企业投入大量的人力、物力、财力加强矿山安全工作，安全形势在总体上有所好转, 但是仍然不能从根本上遏制灾害事故频繁发生的现象。2006年，我国成立了全国安全生产标准化技术委员会以及相应的分技术委员会，标志着我国安全生产标准化工作进入了一个新的发展时期。

针对问题，国家安全生产监督管理总局提出了“十一五”安全生产标准化工作的基本思路；对今后的安全生产管理工作，国家安全生产监督管理总局又提出了安全生产“十二五”规划的基本思路。但从一些文献得知，矿山安全生产方面还存在一些弊端，如安全科学理论基础研究滞后、矿山安全问责体制不够健全、安全监测监控系统有待进一步完善等，现分述如下：

1.安全科学理论基础研究滞后

目前，安全科学理论基础主要是建立在“ 老三论” 系统论、信息论和控制论基础之上的，通过安全系统论分析灾害事故发生的原因，通过信息论监测检测搜集分析处理各种安全信息进行灾害事故预警，通过控制论对灾害事故进行控制，由此建立起安全系统论、安全信息论和安全控制论，构成安全科学基础理论。但是利用安全系统理论只能分析灾害事故发生的原因，不能分析灾害事故发生的机制。由于机制不明，对灾害事故的预警只好采用统计学的方法，利用过去和现在的数据去预测未来，时间是有方向性的，未来不是过去和现在的简单继续，利用过去的数据预测未来，本身就存在缺陷，有其局限性。由于对灾害事故发生的机制不清楚，预警又没有建立在科学的基础之上，对灾害事故进行有效的控制是不可能的。

2.矿山安全问责体制不够健全

问责制是指问责主体对其管辖范围内各级组织和成员承担职责和义务的履行情况，实施并要求其承担否定性后果的一种责任追究制度。我国的问责制在2003年SARS风暴中首度启用后，在接下来的2004年中石油重庆开县“12.23”特大井喷事故、湖南“嘉禾违法折迁”案等事故中都进行了运用。但是综观这些被适用了问责制的事例中，似乎唯独缺少了矿山安全事故的问责，难道我国的矿山安全已经到了足以令人放心的程度吗？显然不是的。

根据国家安全生产监督管理局统计分析，“十一五”规划期间，安全生产法制体制机制不断完善，主体责任进一步落实，全民意识不断增强，为做好“十二五”时期安全生产工作奠定了较好基础。但安全生产形势依然严峻。一是伤亡事故多发。二是职业危害严重。全国累计报告职业病70多万例，每年新增患者约1.4万人，且仍呈上升趋势。三是安全生产基础条件依然薄弱，一些企业安全投入不足，存在生产工艺技术落后，管理、技术人才缺乏。四是安全监管监察保障能力低。安全监管监察装备落后，基层安全监管力量不足，相关法规、技术标准、应急支援等支撑体系尚不健全。这当中所发生的各类事故中尤以煤矿行业为主。

在安全生产中引入问责制，其本质在于对安全生产的责任人和各安全生产管理部门强化安全责任，确保人民生命财产安全。就最近几年发生的矿难事故处理结果来分析，不难发现在这几次的矿山安全问责事例中仍旧存在我国当前问责制度存在的“通病”：

（1）问责形式单一，未能明确具体责任。

（2）问责主体缺位造成问责难以达到公正性。

（3）问责缺乏可依循的程序。

3.我国矿山安全监测工作的现状

3.1 矿井安全监测监控系统

矿井监测监控系统是煤矿等矿山企业高产、高效、安全生产的重要保证，世界各主要产煤国对此都十分重视，投入大量的资金和技术研制生产和推广使用环境安全、提升运输、供电、排水等监测监控系统。矿井安全监控系统，是通过监控影响矿井安全的环境参数因素，如瓦斯、一氧化碳、风速、温度等，实时监控矿井的安全生产状况。上述这些参数借助于计算机、传感器、信号传输与处理系统进行集中监测并在紧急情况下，如瓦斯等参数出现超限情况下发出报警，进行区域断电控制。我国金属非金属矿山地下矿山也需按照【安监总管一〔2011〕108号】文加快地下矿山安全避险“六大系统”的建设。地下矿山企业要严把“六大系统”建设质量关，坚持建设与应用并重的原则，把“六大系统”建设与矿井生产系统布置、灾害防治、技术装备应用、应急救援等工作统筹考虑。

我国现有的矿井监测监控系统虽在保证煤矿安全生产、提高生产率和设备利用率等方面发挥了重要作用。但还有待进一步发展完善。

3.1.1 我国矿井监测监控系统的现状

早期的煤矿监测监控系统大多以模拟技术为主，由传感器、传输线、解调器、计算机、调度显示盘等组成。存在精度低、抗干扰能力差、识错纠错能力弱等先天不足。安全监控系统对煤矿安全生产和管理起到了十分重要的作用，矿山大多已将其作为一项重大的安全装备。但是由于当时相当一部分监控系统技术水平低、功能和扩展性能差、现场维修维护和技术服务跟不上等原因，这些监控系统或者己被淘汰、或者已被停产，因此造成相当一部分矿井无法继续正常使用己装备的安全监测监控系统。特别是近几年来由于老系统服务年限将至，已经没有继续维修维护的必要，这些系统急需更新改造。同时，在"先抽后采、监测监控、以风定产"十二字方针和《煤矿安全规程》等文件中，规定我国各大、中、小煤矿的高瓦斯或瓦斯突出矿井必须装备矿井监测监控系统。但是，大大小小的系统生产厂家不断出现，在国家尚没有统一技术标准的情况下，各自制定自己的通讯传输协议和接口、子系统标准，致使各生产厂家间的设备不能互联互通，信息不能共享，严重影响了系统作用的发挥，同时也阻碍了煤炭生产企业的技术进步和新技术的推广。

由于煤矿井下是一个特殊的工作环境，因此，矿井安全监控系统不同于一般工业监控系统。因此，一般工业监控原理和技术难以直接运用到矿井安全监控系统中。

3.1.2 现有的矿井监测监控系统存在的问题

现有的矿井监测监控系统虽在保证煤矿等矿山企业安全生产方面发挥了重大作用，但由于这些系统监测参数单一、系统性能价格比低，难以满足煤矿等矿山企业安全生产的需要，主要表现在如下几方面：

（1）现有系统通常都是针对某一监控对象而开发，为单一的环境安全或其他专用监控系统，从而造成硬件不通用、软件不兼容、信息不共享。用户难以通过简单的操作实现环境安全、运输等多方面底层监控的目的。

（2）现有系统均在同一水平上重复开发，若要进行新领域的监控，需要重新开发，且开发周期长，需要大量的人力、物力和财力。

（3）现有系统均没有将数据、声音、图像等多种媒体有机地结合在一起，难以提高信息及系统的利用率。

3.2 矿山设备故障诊断发展概况

随着计算机和电子技术的迅速发展，它不断促进了矿山工业生产技术的现代化，生产装备不断向着大型化、高速化和自动化方向发展，使生产能力不断提高，同时对设备提出了新的要求，如性能要更好，功能要更强，精度要更高。这些要求必然使设备越来越复杂，越来越昂贵。大规模生产的流程化也越来越普遍，故障诊断技术也越来越多地应用在各种各样的矿山设备中。在我国的现代化矿山建设中值得推广。机械故障诊断技术可以大量应用在矿山生产中，根据传感器件测量的振动、温度、噪声等信号，以及油样分析、无损探伤检验等结果，判断工艺流水线甚至整个矿山的生产状况是否正常，是否出现故障的苗子，以便随时进行在线维护，将事故消灭在萌芽状态。或及时安排在维修项目中，以便在停机检修中处理，不至因事故造成更大的损失。

3.3 常用矿山设备故障诊断方法

机械设备故障诊断技术的方法有很多，而且还在不断地发展，按照设备状态信息的物理特征进行诊断的方法有以下几种：

（1）振动诊断；（2）声学诊断；（3）温度诊断。

故障诊断技术可根据不同的诊断对象、要求、设备、人员、地点等具体情况，对设备的诊断采用不同的技术手段。而矿山机电设备的故障诊断技术中，除采用机械中最普遍采用的振动监测和温度诊断外，油磨屑分析近年来也被用于国内外的矿井机械设备的监测上，并且越来越广泛地得到了成功的运用。

4.矿山设备故障诊断技术应用的关键问题

故障诊断技术应用关键在各种故障信号的测量方法选定后，故障全断技术在矿山生产中具体的应用关键还应注意以下几个方面：

4.1选择合适的测点位置，尽可能靠近能反映重要设备运转信息的故障源，能够决定关键设备和工艺流水线能否正确生产状态信息。

4.2建立基准(正常或额定运行时)的信息库。在设备安装调试正常运转后，所测定的上述各量对照设计值确定一组额定值和允许变动的范围作为基准值对照表，当设备不正常时，所测取的值就能和基准值进行比较，经诊断后发出需要维修的提示信息。当设备故障严重时除了能发出警告信号，甚至还能控制设备进入保护状态。

4.3为了能保证测取信息的准确可靠性，防止干扰信号产生误诊断，还应在硬件和软件方面设置过滤环节。

5.建议

在我国，矿山安全生产管理工作如同坐在火山口上，企业该如何落实预防方针，如何防止安全生产事故，如何避免坐在火山口上，给矿山安全管理工作提出了一个严峻的问题。

首先，建立安全管理体系。企业根据自身实际情况，建立以人为中心的现代化安全管理体系，将影响安全生产的各个要素，包括人、硬件、软件、环境等，纳入系统予以管理控制。对系统各要素本身和相互关系的要求及其实现或满足的的方法都要识别、确认并规定清楚，对可能出现的问题，特别是要素间接口的问题，应予以评估，确保体系有充分的预见性和适宜性，以便对相关内容做出规定，防止事故的发生。特别是从体系建立和运行初期，必须充分的识别和评估系统的缺陷和风险，避免遗留出错（特别是关键错误）的机会。

安全基础理论的核心是灾害事故的发生机制、预警与控制理论。国家中长期科学和技术发展规划纲要中将“复杂系统、灾变形成及其预测控制”作为面向国家重大战略需求的基础研究。国家安全生产科技发展规划也将“矿山重大灾害事故致因机理及动力学演化过程”作为安全生产基础理论研究重点领域之一。灾害事故的发生机制是预防与控制的基础，而对机制的研究必须建立在复杂孕灾系统演化的动力学机制基础之上。

安全生产重于泰山，面对严峻的安全生产形势，以及社会不断发展所带来的各领域的生产，面对新的形势以及各方面的挑战，我们党和国家也高度重视，采取多项重大举措，意在治理我们社会正常生产所带来的各方面的安全问题，也是我们建设和谐社会的迫切需要。同时急需强化人们的法律意识。这也是基础工作，现面临的问题不是我国当前安全生产管理上无法可依，而是人们对其不重视，或是重视的力度不够。面对种种现实各领域的安全生产问题，我们当前需要做的很多，要将安全科学研究理论知识转化到我们实际工作当中去，要通过相关安全培训强化人们的安全意识，组织管理者、全体职工认真学习安全生产法规，特别对安全生产存在的薄弱环节，通过学习职工的防范和自我保护意识，认识到遵章守纪、强化管理、确保安全的重要性。让每一个与安全生产有关的管理者、劳动者都能真正懂得安全意识的重要性。

谈到安全生产工作，我认为首先要把“安全第一”的思想贯穿到生产领域当中的每一个人，包括从业人员以及我们的管理人员，就是要在生产过程中把安全始终放在第一重要的位置上。首先，一个人的安全意识可以说非常重要，因为很多事故都是由人的自由度、人的失误、人的习惯、人的思想情绪、人的操作水平、人的责任心、人的职业道德等因素所造成的。其次，安全生产工作需做到预防为主，预防工作贵在“预”，预是预防工作的前提和基础。从某种意义上讲，预和防的关系就是想与做的关系。预是一种思维活动，防则是预指导下的实际动作。只有把预的工作做到位，才有可能防到关键处。最后就是综合运用经济、法律、行政等手段，人管、法治、技防多管齐下，并充分发挥社会、广大职工、舆论的监督作用，来有效解决安全生产领域的问题。总体来说，实施综合治理也是由我国安全生产中出现的新情况和面临的新形势所决定的。而各领域的安全生产又各具特点，迫使防治手段需多样化。要实现安全生产，必须从文化、法制、科技、责任，加大安全投入，多管齐下，综合施治。

抓落实也是一步很重要的工作，来不得半点马虎，而且得落实到人、落实到位。我们在正常生产前所制定的各项规章制度、各项规程、各项安全措施等，再美好都只是停留在表面上，更重要的是我们如何去落实这些、如何从真正意义上落实到位。再就是保障安全生产就是一种严格的责任、法定的责任，首先要明确责任，然后要有人负起责任，最后就是对责任者的追究。所以说，抓落实这项工作必须得明确人的责任。在现实安全生产中，要把明确责任同矿山安全问责制联系在一起，要毫不容情使得生产经营单位的主体责任，以及管理者、劳动者的管理、岗位职责，还有相应的监管部门的监管责任都要切实到位，我们生产经营单位要加强对自己严格管理的同时，还必须强化国家相应监管部门的监管，也不能缺少外部有组织力量的监督和保障。对未明确责任管理的单位，就必须承担起相应的法律责任。

前面说到从法律、行政的手段强化安全管理工作，抓安全也得重视加大对安全的投入，这也是保障正常安全生产的一个条件，要引起我们管理层对安全投入这块的重视。所以说在新的历史条件下，我们生产单位要确保安全生产中要有良好的安全投入这个保障。要杜绝一些企业只顾盈利不顾安全的现象，对不符合安全生产条件的要坚决依法关闭，不留后患。安全生产条件要靠人以及通过现代的高科技等手段来创造，这当中，人的因素至关重要，既要用制度管人，又要人去执行制度，安全设施需要合格的操作者，安全生产管理要有称职的管理者，这些都离不开人，再先进高科技含量的安全设施也脱离不了人的操纵，所以我们要加强对劳动者的劳动安全技能培训和管理者的相关管理培训，杜绝违章操作，进一步完善日常检修制度，明确工作程序，制定一些较详细的危险情况分析和相应的防范应急措施。同时要加强对安全检查的工作力度，消除安全隐患，夯实安全运行基础。

其次，完善矿山问责制度。完善的问责体制是体制发挥有效功用的前提，事实也表明了我国目前的矿山安全问责体制，由于存在诸多不足，影响了其在遏制我国矿山安全事故频发方面的作用，因此有必要对其进行完善。

一、以法律的形式完善问责制度，使得问责制度更加的强势，以便为完善问责主体。

二、明确矿山安全问责的客体，即谁问谁责。

三、理清矿山安全问责的范围，即问什么。

四、补充矿山安全问责的形式，我国目前矿山安全问责中的责任承担方式主要是行政责任中的引咎辞职。

五、建立一套完善的问责程序。

在今后的安全生产中，要通过各方面措施来加强管理，从上到下、从管理者到劳动者，要建立一套有效的管理机制，明确到人。

面对社会日新月异的发展，以及人们对社会日益增长的经济文化需要，在新的历史条件下安全生产会带来许多新的问题，这就要求我们生产经营单位要不断完善各项安全生产法律管理制度，不断制定相应的安全措施，不断加大对安全的投入，不断加强对管理者和劳动者的培训。

最后，完善矿山安全监测及故障诊断系统，实现综合检测，建立数字化矿山，从技术角度及早的发现问题，解决问题。数字化矿山的发展为煤矿企业信息化建设加快了步伐，而综合监测系统正是数字化矿山体系中的核心模块。

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关键词:智能科学与技术专业;课程体系;教材建设

继2004年北京大学率先在国内建立“智能科学与技术”本科专业之后,2005年,北京邮电大学、南开大学和西安电子科技大学;2006年,首都师范大学、北京信息科技大学、武汉工程大学和西安邮电学院;2007年,北京科技大学、厦门大学和湖南大学;2008年,河北工业大学和桂林电子科技大学;2009年,重庆邮电大学和大连海事大学;2010年,中南大学和上海理工大学先后经教育部批准先后设立了“智能科学与技术”本科专业[1-2]。在中国人工智能学会教育工作委员会的指导下,自2002年起,各相关专业教师定期召开智能科学与技术教育学术研讨会,并出版教育论文专辑,大力推进了我国智能科学与技术教育的健康、快速发展,并对我国智能科学技术的人才培养和学科建设起到了极大的带动作用。

作为一个发展中的新兴专业,目前各高校仍主要结合自身基础和特点建设该专业。如南开大学以智能技术与智能工程为核心专业课程[3];北京科技大学从社会需求角度出发,以提高学生软件实践能力为切入点[4];河北工业大学根据相关专业的就业现状,以提高学生硬件实践能力为着力点[5]。为了解决南开大学、北京科技大学和河北工业大学3所高校共同面临的课程体系和教材建设等问题,三校教师分别于2010年6月16日和8月2日在南开大学、河北工业大学进行了两次研讨,现将研讨成果汇总于此。

1研讨背景

“智能科学与技术”专业自开办以来,不可避免地要回答如下3个方面的问题:

1) 来自用人单位的问题:“智能科学与技术”专业是做什么的?与其他专业相比优势何在?

2) 来自学生及家长的问题:“智能科学与技术”专业是学什么的?与其他专业相比优势何在?

3) 来自教师自身的问题:“智能科学与技术”专业应该教什么?与其他专业相比优势何在?

无论是做什么、学什么还是教什么,归根到底是课程体系和教材内容。无论是研究生课程下移(带来学生接受知识的困难),还是在其他专业教学体系基础上做简单的增、删、改(带来学生知识结构的凌乱),都是不行的,长此以往的后果将是没有优势,只有劣势。

南开大学、北京科技大学和河北工业大学3所高校的“智能科学与技术”专业建设都源于自动化专业基础,而且都具有典型的工科特色;同时3所高校分别是教育部直属“985”高校、教育部直属国家“优势学科创新平台”建设项目试点高校和河北省属“211”高校,3所高校的“智能科学与技术”专业分别于2006、2007和2008年招生。3所高校在“智能科学与技术”专业建设上的异同特点以及地域便利的条件,为优势互补、交流融合提供了机遇。

2课程体系

根据研究任务的不同,智能科学技术涵盖的内容可以划分为智能科学、智能技术、智能工程三个层次[6]。

1) 智能科学:主要任务是研究人的智慧,建立人机结合系统理论,并用其模拟人的智慧。

2) 智能技术:在智能科学的框架内创建人机结合智能系统所需要的方法、工具和技术。

3) 智能工程:利用智能科学的理念和思想,充分运用智能技术工具创建各种应用系统。它是当前新技术、新产品、新产业的重要发展方向、开发策略和显著标志。

根据上述智能科学技术的划分,智能科学与技术专业的课程体系同样划分为理论、技术与工程应用3个层次,具体框架如图1所示。

需要说明的是,由于课时、学时等因素的限制,有些课程需要包含未列入课程的部分内容。如智能科学与技术概论课程内含系统论的简要介绍;智能控制系统包含可编程序控制器、智能传感器、智能执行器等内容;智能工程包含若干典型智能系统实例。

3教材建设

经南开大学、北京科技大学和河北工业大学3所高校的讨论,一致认为工科专业应以技术和工程应用两个层次为核心,并将人工智能导论和智能信息处理两门课程的教材合并为智能技术。同时,根据南开大学侧重理论、北京科技大学侧重软件、河北工业大学侧重硬件的原则进行分工,编写对应课程的教学大纲和教材内容。

3.1智能技术

本课程包括智能计算和计算机视觉两部分,分别介绍以对人脑的物理结构进行模拟为主要特征的联接主义智能技术和以模拟人类视觉处理为主要特征的计算机视觉两部分。它是智能技术的主干内容;也是实现智能技术、组成智能系统的重要工具,属于本专业本科生的专业基础课。通过智能技术的学习,学生应能够掌握智能技术的基本原理和方法。通过课堂讲解、,并配合一定的作业练习、上机实验等环节,学生应初步具备运用智能技术和方法分析和解决问题的能力。本课程拟定90学时,其中授课54学时,实验36学时。

教材内容包括智能计算和计算机视觉两部分,智能计算部分包括神经网络、模糊理论和遗传算法/蚁群算法,计算机视觉包括计算机视觉导论、计算机视觉理论基础、图像预处理、图像分割、物体识别、图像理解、双目立体视觉、三维视觉技术、主动视觉。

神经网络讲授单个神经元(感知器)的动作原理,与实际生物神经元的对应关系;讲授BP神经网络的组成,网络的特性和对非线性函数的模拟功能;介绍BP算法的优、缺点;讲授H网络的组成结构,H网络在解决优化问题的优越性。模糊理论讲授模糊集合的概念,建立隶属度函数的概念;介绍模糊规则的建立原则,模糊规则与模糊系统收入输出量之间的关系;介绍模糊化以及模糊量精确化的几种常用方法。遗传算法和蚁群算法只作简要介绍,重点介绍这两种算法的特点和成功的应用实例,使学习者有一个感性认识,明确这种类型算法的“迭代”特点以及总体最优目标与个体行为之间的联系。

计算机视觉理论基础主要介绍Marr的视觉计算理论、图像的相关知识、傅立叶变换基础;图像预处理主要介绍像素亮度变换、几何变换、直方图修正、局部预处理、图像复原;图像分割主要介绍阈值处理方法、基于边界的分割方法、基于区域的分割方法;形状表示与描述主要介绍链码、使用片断序列描述边界、尺度空间方法、基于区域的形状表示与描述;物体识别主要介绍知识的表示、统计模式识别、神经元网络、遗传算法、模拟退火、模糊系统;图像理解主要介绍并行和串行处理控制、分层控制、非分层控制;双目立体视觉主要介绍双目立体视觉原理、精度分析、系统结构、立体成像、立体匹配、系统标定;三维视觉技术主要介绍结构光三维视觉原理、光模式投射系统、标定方法、光度立体视觉、由纹理恢复形状、激光测距法;主动视觉主要介绍从阴影恢复形状、从运动恢复结构、主动跟踪。

3.2智能控制理论与技术

本课程是“智能科学与技术”专业的一门重要专业课程,目的是使学生了解智能科学与控制理论结合所产生之智能控制理论的基本概念和应用价值;使学生熟知当前主流智能控制技术的种类,并掌握模糊控制、神经网络控制以及进化计算、群体智能的基础知识,了解智能技术与传统控制方法的结合点;加强MATLAB仿真实验的训练,以使学生更好地理解基础知识,培养学生使用高级智能控制方法解决实际控制问题的能力。本课程的学习将使学生加深对控制理论的理解,明晰智能技术在控制中的应用技巧,也为本科生继续深造打下基础。本课程拟定64学时,其中授课54学时,实验10学时。

教材内容包括智能控制概论,介绍智能控制的发展历程和应用领域,简介几种重要的智能控制方法;专家控制,简介专家系统的基本结构,讲授专家PID控制器的原理与设计方法;模糊控制,讲授模糊数学基础知识、传统的模糊控制原理和控制器设计与实现方法、模糊PID控制的两种形式,特别是PID控制参数的模糊整定技术;神经网络控制,讲授前馈神经网络和递归神经网络中几种典型的网络模型以及学习算法、基于神经网络的线性系统辨识技术、神经网络逆模控制等;进化计算与控制,讲授进化计算的概念、遗传算法的原理及其与其他智能方法的结合,介绍遗传机器人学;群体智能与控制,讲授蚁群算法的基本原理及其在控制问题中的应用,介绍群体机器人学。

3.3单片机原理与应用

本课程是“智能科学与技术”专业的一门专业课程,目的是使学生了解单片机的组成原理及常用控制算法的实现;掌握51系列单片机指令系统和一般汇编程序设计编写方法;熟悉常用的单片机硬件扩展技术;在此基础上,熟练掌握控制算法的单片机程序编写与调试。本课程拟定54学时,其中授课38学时,实验16学时。

教材内容包括单片机系统概述,介绍单片机定义、单片机发展过程及单片机硬件结构;单片机指令系统及程序设计,介绍指令系统和汇编语言程序设计;硬件资源及接口技术,介绍硬件资源和接口技术;单片机使用技术,介绍抗干扰技术、C语言应用程序设计;依次介绍PID控制器、状态反馈控制器、模糊控制器、系统辨识、卡尔曼滤波、滑模控制器、最优控制器、鲁棒控制器、自适应控制器、神经网络控制器的历史沿革、基本原理、常用形式和单片机具体实现方法。

3.4嵌入式系统

本课程以当前主流的嵌入式系统技术为背景,以嵌入式系统原理为基础,以嵌入式系统开发体系为骨架,以嵌入式控制系统开发为目标,较为全面地介绍嵌入式系统的基本概念、软硬件的基本体系结构、软硬件开发方法、相关开发工具、应用领域、热门领域的开发实例以及当前的一些前沿动态,为学生展示较为完整的嵌入式控制系统领域概况。本课程拟定64学时,其中授课48学时,实验16学时。

教材依据嵌入式控制系统的特征,将控制算法、嵌入式系统硬件、操作系统、应用程序设计及组态软件作为统一的技术平台介绍,突出嵌入式技术在控制系统中应用的特点,重点介绍嵌入式控制系统软硬件、电路、操作系统、实时性、可靠性等特性,从软件体系结构及开发的角度出发,强调实时调度、Bootloader、BSP、嵌入式实时多任务系统设计、交叉开发与仿真开发等关键技术,并特别引入了工业控制中需要的电磁兼容性设计和大量的典型嵌入式控制系统实例设计。通过本课程的学习,学生不但可以学会使用工具开发嵌入式软硬件,而且可以从总体角度选择适当的技术和方法,全面规划和设计嵌入式系统。

3.5智能工程

本课程是“智能科学与技术”专业的一门核心专业课程。面向智能技术的实际应用,着眼于解决工程应用中的技术问题,从典型系统设计案例分析出发,通过大量实验提高学生的工程实践能力。本课程拟定36学时,全部为授课学时。

教材内容包括智能工程概论,介绍智能工程现状、工程设计原则和工程实际流程;常用传感器原理,介绍传感器一般特性、光电式传感器和视觉传感器;典型智能系统设计案例,包括智能移动机器人、智能电梯群控电梯等系统。

3.6智能机器人

课程通过对一个具有代表性的仿人机器人的拆解,将知识点拆解成6个主要教学模块:1)机器人控制模块,介绍各类控制模块的原理与组成;2)机器人运动系统,介绍电机与舵机的原理与控制方法;3)机器人动作系统,介绍机器人各部件的协调控制;4)机器人视觉系统,介绍典型的超声波、影像传感器的原理与识别算法;5)机器人表现系统原理,介绍人与机器人的交互原理;6)机器人通信系统原理,介绍机器人之间的数据与信息传递方法。学生学习时,能够与基础知识相联系,并能掌握机器人这门技术,为从事机器人产品研发工作打下坚实的基础。本课程拟定54学时,其中授课44学时,实验10学时。

教材面向“智能科学与技术”专业,同时兼顾信息类专业学生编写,根据这类专业学生的知识结构和特点组织内容。从具体的机器人控制需求出发,将自动控制的基本理论和机器人控制特点相结合,讲授机器人控制系统的组成、规律、特点和设计方法。理论上反映当前的最新进展,内容上考虑初学者的需求,侧重普及性、实用性和新颖性,结构体系符合信息类和控制类专业学生的特点,力求简洁、清楚,对技术的叙述遵循目标、问题、理论依据、实现方法、实际情况、发展方向的方式。做到重点突出,符合实际,满足需要,指导性强。

3.7智能控制系统

本课程是“智能科学与技术”专业的一门专业课程,使学生了解智能控制系统的基础知识;掌握智能控制系统中最新的智能传感技术、智能控制器、智能执行能执行器及智能网络与接口技术;掌握智能控制系统中多个关键硬件装置的识别及其使用。通过学习多个智能控制系统的开发实例,学生应掌握智能控制系统的设计方法与技术,坚实地掌握最新智能控制系统知识,提高理论联系实际的能力,并为学习其他课程的打下坚实基础。本课程拟定64学时,其中授课48学时,实验16学时。

教材内容包括概述,介绍智能控制系统的基本概念、基本内容和机构及其发展趋势;智能传感系统,讲授智能数据采集技术、传感器智能化的数据处理方法、多传感器信息融合的方法、智能传感器实现方法与典型实例;智能控制器设计,讲授基于单片机的智能控制器设计及其应用、基于高性能嵌入式ARM的智能控制器设计及其应用、基于PLC的智能控制器设计及其应用;智能电动执行器,讲授智能电动执行器的硬件实现技术,软件设计技术以及典型的智能电动执行器实例及其应用;智能网络与接口技术,讲授无线传感器智能网络,工业现场总线网络以及智能传感器、智能控制器和智能执行器的网络接口实现技术;智能控制系统设计实例,综合利用前面的知识设计网络化智能压力传感器的系统设计、基于声音定位的智能机器人系统设计、基于微机电惯性传感器的汽车多路况智能防撞系统的设计、大型设备的PLC智能控制系统设计。

4结语

通过南开大学、北京科技大学和河北工业大学3所高校的研讨,我们凝练出较完整的“智能科学与技术”专业课程体系,体现出本专业的特色;提出可供3所高校共同使用的教学大纲和教材内容,体现出学生培养的工程实践导向。这些研究成果可以为开办“智能科学与技术”专业的兄弟院校进一步研讨提供蓝本,也可以为筹建该专业的高校所参考。

注:本文受到北京科技大学教学研究会第六批教学研究课题、北京科技大学教育教学研究基金青年教师教育教学研究立项项目、河北工业大学教改项目(2010-12)支持。

参考文献:

[1] 王万森,钟义信,韩力群,等. 我国智能科学技术教育的现状与思考[J]. 计算机教育,2009(11):10-14.

[2] 教育部关于公布2009年度高等学校专业设置备案或审批结果的通知[S]. 教高〔2010〕2号,2010.

[3] 方勇纯,刘景泰. 南开大学“智能科学与技术”专业教学体系与实验环境建设[J]. 计算机教育,2009(11):21-25.

[4] 石志国,刘冀伟,王志良.“智能科学与技术”本科专业软件实践类课程建设探讨[J]. 计算机教育,2009(11):93-97.

[5] 刘作军,张磊,杨鹏,等. 谈我校增设“智能科学与技术”专业的设想与措施[J]. 计算机教育,2009(11):53-56.

[6] 卢桂章. 无处不在的智能技术[J]. 计算机教育,2009(11):68-72.

A Study on the Course System and Textbook Construction for the Discipline of

Intelligence Science and Technology

YANG Peng1, ZHANG Jian-xun2, LIU Ji-wei3, ZHANG Lei1

(1. Hebei University of Technology, Tianjin 300130, China; 2.Nankai University, Tianjin 300071, China;

3. University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China)