机器人综合应用了多门学科的最新成就,是机电一体化的典型产品,机器人竞赛活动和训练涉及人工智能、数字图像处理技术、通讯技术、传感器应用、机械传动和自动控制等多个领域。近年来,各级各类机器人大赛在全国各个地区广泛开展,该活动的开展,有力地推动了大学生实践创新能力的提高,促进了大学实践教学的改革,同时也为广大学生提供了学习和创新的舞台,使得一批高素质的学生脱颖而出。笔者作为盐城工学院机器人参赛队的指导老师,带领学生参加了两届“广茂达杯”全国智能机器人大赛,分别取得了Robocup中型组足球比赛大学组冠军和季军;参加了两届江苏省大学生机器人大赛,在机器人灭火、Robocup中型组足球、机器人游江苏项目上取得了一等奖、二等奖的比赛成绩。本文从机器人创新训练基地的建设、竞赛活动的组织开展以及机器人在高校实践教学中的应用等方面进行探讨。
一、机器人创新训练基地的建设
1.机器人创新训练基地建设的必要性
机器人创新训练基地作为工科院校的创新实践教学平台,可以直接为电子、电气、自动化、计算机、机械类等专业的学生提供服务,其应用除了组队参加机器人竞赛外,还可以为大学生毕业设计、学生科技活动、大学生创新项目研究等提供必要的条件,机器人以其技术先进性、综合性、可开发性、趣味性成为综合的实践创新训练平台,基于机器人的大学生科技活动的开展有利于培养学生的工程实践能力、创新能力、自学能力、协作能力。
2.机器人的选择
在机器人的选型上,我们考虑了几个因素:一是机器人的资源开放性,作为教学型机器人,其硬件资源要具有开放性,在机器人本体的电路主板上能够进行硬件扩充,为此,要求机器人提供一定数量的可扩充接口,实现以机器人本体为基础的硬件功能扩展,特别是便于外接各种传感器;机械方面要便于改造和扩充,实现机器人不同的作用需求。二是机器人的软件开发平台,应该能够用高级语言(如C或者C++)进行机器人的软件编程。能力风暴智能机器人提供的图形化交互式C语言(简称VJC)软件开发系统,不仅可以用直观流程图编程,也可以使用交互式C语言(简称JC语言,具有C语言的基本语法结构)编写机器人程序,从而为机器人的编程提供了方便。三是兼顾机器人比赛的需要,对于机器人比赛项目,不仅要求机器人能够完成特定的任务,还要求运行速度快,稳定性好。对机器人CPU的运行速度和数据处理能力也提出了较高的要求。实践证明,早期的采用以68HC11单片机为核心的机器人在运行比较复杂的程序时(例如PID算法)速度较慢。对于Robocup中型组足球比赛用的机器人,全向轮结构的机器人以其运动控制灵活和反应快捷逐步取代过去的双轮结构。
二、机器人竞赛和创新活动的开展
机器人竞赛是一项很好的科技创新活动,机器人的趣味性易于激发学生学习和研究的兴趣,同时将竞争引入训练过程,使学生变被动学习为主动学习和研究的过程。以竞赛项目为训练课题,将不同专业和不同年级的学生组成一个竞赛小组,同学们在研究竞赛规则、制定策略方案、设计调试程序的过程中集思广益、取长补短、团结协作,这种在探索中学习的过程对于培养学生的实践创新能力是其他教学环节无法实现的。通过几次组队参加机器人大赛,我们不断总结经验,做了如下一些尝试:
1.报名与组队
我校机器人大赛的报名与组织工作由教务处统一领导,由工程训练中心具体承办。为了做好机器人竞赛的报名与组织工作,我们在学生中成立了大学生机器人兴趣小组,兴趣小组由相关专业的学生会干部负责,志愿报名,机器人兴趣小组在教师的组织下利用课余时间开展机器人创新活动(包括机器人开发环境的学习与实践、机器人运动控制的研究、机器人通信的实现、各种传感器的功能及其应用实验等等)。目前参加机器人兴趣小组的学生数已经有近30名同学,他们分别来自不同的专业和不同的年级。在组成参赛队时,以不同专业不同年级的学生结合,大四的学生作为每个参赛队骨干,以老带新,形成梯队。同时根据比赛项目选择不同专业的学生参加,例如,机器人灭火比赛项目和机器人游江苏比赛项目,以电气、电子、自动化专业的学生为主,计算机和机械专业学生配合,对于中型组足球比赛项目,因为涉及计算机通信技术、图像处理技术、MFC编程技术等,则以计算机专业学生为主。机器人兴趣小组的成立和平时的实践活动,为学校参加机器人大赛组队提供了保证,同时,在学校领导和主管部门给予大力支持下,我们尽量多组参赛队,安排机器人兴趣小组的同学参与机器人比赛,从而也吸引更多的同学参与机器人兴趣小组。
2.集中训练
机器人竞赛训练的过程实际上是综合了机械、电气、信息、控制、计算机等多学科的知识的一项综合性实践训练环节,在训练过程中,教师制定粗线条的训练计划和进度,以学生自主训练为主,教师进行适当的辅导和基础知识的培训。我们认为,竞赛成绩固然重要,但是赛前的训练才是培养学生综合素质的最好途径。由于竞赛的竞争性,同学们对训练热情很高,把课余时间都用在训练上,营造出了良好的学术和学习气氛。在第三届江苏省大学生机器人竞赛训练期间,我校的一个机器人灭火参赛小组用了一个学期的时间,自学嵌入式系统的开发、自己设计电路、制作电路板、购置元器件、进行机器人的安装调试,在机器人的设计和制作过程中,同学们查阅了大量的资料,克服了一个又一个难题,这样一个设计制作的训练过程就是一个工程实践过程,对学生的创新能力培养和提高是其他教学环节无法达到的。机器人竞赛是一个真正创新的平台,学生的训练成果在大赛中得以展示无疑会对学生的学习、实践、创新等综合素质的培养和提高产生积极的影响。
3.赛后总结
每次参赛结束,无论成绩如何,我们都要求学生及时写出书面总结,这些参赛队的总结,既为下一届的参赛同学留下了宝贵的经验,同时也是学生工程实践的一个必不可少的训练过程。在2004年我校夺得第五届“广茂达杯”全国智能机器人大赛中型组足球比赛项目冠军后,同学们在总结中感慨地说:“在这样一个全国性的比赛中,不论出现什么问题,都得现场调试、现场解决,让我们得到了锻炼,提高了我们解决实际问题的能力,我们要感谢学校给我们提供了这样一个难得的机会,我们也希望学校能在校园里推广这类活动,让更多的同学参与进来,得到锻炼。”
三、机器人在大学实践教学过程中的应用
高校机器人创新活动和竞赛活动的开展促进了大学生实践创新能力的提高,借助于机器人创新训练基地,近两年,我校有4个工科毕业设计课题在工程训练中心完成,成功申报了两项江苏省大学生实践创新训练计划省级项目。但是,机器人竞赛活动和机器人兴趣小组活动的组织与开展,毕竟是少数同学参与,就机器人平台来说,其在实践教学中如何更好地应用是我们一直思考的问题。智能机器人是技术前言之一,集成了数学、物理、化学、生物、机械、电子、材料、能源、计算机硬件、软件、人工智能、多媒体技术、通讯技术、网络技术等众多领域的科学与技术知识,没有一种技术平台比智能机器人更综合,为了培养学生的综合素质,在教学实验中增加以移动机器人为平台的综合性实验内容是可行的,比如《计算机控制技术》课程中的PID控制算法实验,《单片机原理及应用》课程中的PWM直流电机控制、A/D、D/A实验等。在课程设计、毕业设计等实践教学环节也可以引入机器人平台。开展校内机器人竞赛活动,让更多的学生和教师参与到机器人创新实践活动中来,将有力地增强教学的实践性和互动性,从而推动大学生实践创新能力的提高。
四、结束语
机器人实践创新训练基地的建设和以机器人竞赛活动为切入点的大学生科技创新活动,激发了大学生自主学习和研究创新的激情,培养了大学生的工程实践能力,拓宽了知识面,同时,机器人作为一个综合性实践平台在高校实践教学中的应用,将有力推动大学实践教学改革。
参考文献:
中图分类号： TN911?34； V267.3 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2014）18?0098?03
Data acquisition and control of aviation training simulator based on ADAM module
GUO Long1， CHEN Hong1， LI Jin?jie1， GU Kun?peng2
（1. Qingdao Branch， Naval Aeronautical Engineering Academy， Qingdao 266071， China； 2. Naval Unit 91467 of PLA， Jiaozhou 266311， China）
Abstract： To meet the high requirements of the aviation training simulator for operation control， signal acquisition and real?time interaction， a data acquisition and control of the aviation training simulator based on ADAM module is presented. RS?485 bus and was used in the design of the master?slave control system with ADAM4000 series as distributed I/O module. According to the Advantech ADAM4K protocol， the C# modularized structure was used in the design of semiduplex communication mechanism. The data acquisition and control structure can implement real?time acquisition in simulation real equipment state， and meet the reliable control requirements of each interaction device in simulation cabin. The framework has been put into application successfully， and satisfied effects were obtained.
Keywords： data acquisition； ADAM module； aviation training simulator； RS 485 bus
0 引 言
当前部队航空装备快速更新换代，各培训院校出现实装短缺、训练手段受限的问题。以计算机系统为核心，综合应用仿真技术、测控技术，构建功能强大的训练模拟器有望成为有效的解决方案。这类训练模拟器不是完全虚拟的训练系统，而是半实物的仿真训练模拟器[1?4]，其具备与实装一致的操作和显示功能，并扩展实装不具备的特情设置、故障设置、训练评估等功能，从而既能做常规维护操作训练，又能进行各种突况训练，能够大大增强目前航空装备教学训练手段。
半实物训练模拟器实现的一个难点是仿真实装的信息采集与控制，即感知受训人员的操作，控制训练模拟器做出相应的响应；同时实时采集训练模拟器的状态变化，改变训练模拟器的显示输出。本文以研华公司的ADAM4000系列[5?7]分布式I/O模块为基本单元，构建航空训练模拟器的数据采集与控制网络，较好地解决了上述难题，并具有可靠性高，实时性好，抗干扰能力强等优点。
1 硬件构成
该航空训练模拟器的数据采集与控制采用RS 485串行异步半双工通信协议，将多个远程I/O模块并联在一个总线下，以工业控制计算机作为主机实现主从式的远程数据采集控制，其硬件组成包括：1台工业控制计算机、1块ADAM4520模块（RS 232?RS 485有源转换模块）、1块ADAM4012模块（模拟量输入模块）、1块ADAM4021模块（模拟量输出模块）、3块ADAM4050模块（数字量输入）、1块ADAM4060模块（数字量输出）以及RS 232和RS 485通信电缆各1条，如图1所示。
工业控制计算机：作为训练模拟器的控制主机，通过COM1（RS 232）口与ADAM4051连接，完成对各数据采集模块的实时通信，能实时监听训练模拟器各人机交互设备状态变化，从而及时响应训练人员的操作，同时改变训练模拟器座舱面板指示和显示器画面。
图1 数据采集与控制硬件构成
ADAM4051：RS 232转RS 422/485转换器，与工控机的串口COM1连接，将计算机串口的标准RS 232总线信号转换为完全隔离的RS 485通信总线。ADAM4051可自动控制RS 485总线的方向，而不需要主机发出握手信号，从而使得主机上可以通用RS 232接口编写通信代码，大大提高编程效率。
{
While（SendBuf.length ！= 0） //若发送队列不为空
{
if（SendBuf [0].Type == ‘D’） //数字量输出
adamCom.DigitalOutput（SendBuf[0].Addr）.SetValue（SendBuf[0].iCh， SendBuf[0].Value）；
else //模拟量输出
adamCom.AnalogOutput（SendBuf[0].Addr）.SetValue（Send
Buf[0].iCh， SendBuf[0].Value））；
SendBuf.RemoveAt（0）； //清除发送队列中第一条数据
}
}
private void timer1_Tick（object sender， System.EventArgs e） //定时函数
{
… …
RefreshOutput （）； //不断循环将发送队列中的数据发出
}
2.2 软件运行流程
软件的运行流程如图3所示。程序开始后，进入循环监听状态，通过COM1串口与各ADAM4000系统模块实时通信；若检测到某一采集点输入发生变化（受训人员进行了相关操作，如加电、发射等），则调用对应的操作响应函数改变训练模拟器的运行状态，同时通过输出控制模块和显示模块将响应结果反馈给受训人员。
图3 软件运行流程图
3 结 语
该数据采集与控制软硬件结构已应用于某型机载电子设备训练模拟器的设计开发中，并取得了良好的效果。基于ADAM模块的航空训练模拟器数据采集与控制设计，在简化硬件电路的同时，提高了系统的稳定性和通用性。基于C#开发的模块化软件结构设计简单、结构合理，可以满足其他各型航空训练模拟器的应用需求，具有一定的推广应用价值。
参考文献
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[4] 李柯，魏保华，郑思龙，等.某型防空导弹半实物仿真训练模拟系统设计[J].计算机仿真，2008，25（1）：297?301.
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【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】1674－4810（2012）19－0006－02
应用型本科教育与研究型本科教育相比，最大的特点是培养实践动手能力强的应用工程型人才。而应用工程型人才的培养，必须以就业岗位所需能力为基础构建一套科学合理的实训体系。通过对我系以往毕业生工作情况的调查，大部分同学认为我系机电专业实训环节基本足够，但是实训内容较为分散，仅仅注重了与课本理论知识结合，却缺乏系统性、整体性，学生就业后很难适应工作岗位对技术的全面整体性要求。为培养企业所需人才，达到应用型本科教育的培养目标，必须对实训进行改革。改革原则是以理论课程为基础，以项目为导向，建立系统的实训体系。
一 实训内容安排
机电专业从大一到大四总共八个学期，其中，最后一学期为毕业设计，前七个学期每学期都安排1～3周的实训环节。整个大学四年的实训内容安排应以某个项目为主线，上下衔接，形成一个系统，如功能型机器人的设计和制作。同时要符合本学期专业基础课和专业课的理论要求。具体的每学期实训名称、实训周数安排详见下表所示。
第一学期，新生刚刚入校，主要学习工程制图这一门基础课。对机电专业学生来说，对机械制图的学习要求不亚于机械专业的学生。开展为期1周的机械制图实训，通过徒手
绘制机器人平台和各基础部件，让学生掌握工程制图的绘制方法和标准等。大一第二学期，学生已经学习了AutoCAD、电子线路CAD等机械、电路绘图课程，因此在本学期开设机电产品认知实训，为期3周。此实训的主要内容有：计算机绘制机器人模型、参观工厂企业，邀请企业工程师开展讲座，识别电子、电气元件，学习焊接、绑线，制作简易小电路板等。本实训的主要目的是让学生真正开始进入机电实践环节中，从最基本的基本功学起、练起，给学生建立一个机电专业的感性认识。第三学期，学生已经学习了电工技术、电子技术等电路基础课程。此学期实训称为电子技术实训，实训内容主要围绕机器人的基本电路展开，如机器人寻线电路、避障电路、电机驱动电路、电源电路、音频电路等。这些电路板的设计和制作是机器人最基本的电路。同时本学期还有一个金工实习，打破传统的锤头、钢球等的实训内容，根据功能型机器人改为机器人底盘、手臂、车轮、手、轴承等的加工。第四学期学生学习了机械原理、液压与气压传动、三维绘图等课程，由此开设机械设计实训，让学生自主设计机器人模型，机器人可以采用不同的驱动方式，完成机器人二维图纸绘制和三维动画演示，该实训为期2周。第五学期开设检测与控制实训，把本学期所学的单片机原理与接口技术、传感器检测技术、机电传动与控制三门理论课综合起来。学生可以根据能力大小自行完成机器人核心电路板的设计和制作，并为机器人增加功能模块，如机器人寻迹、机器人颜色识别、机器人语音等。第六学期的电气控制系统实训主要针对本学期的PLC电气控制技术展开，让学生在机器人上增加气动驱动方式、用PLC控制完成机器人夹持物品、机器人物料运输等功能。第七学期安排机电一体化系统综合实训，需要把三年来学的专业知识综合起来。学生把以前做的功能型机器人进一步完善和强大，然后根据老师拟定的机器人比赛规则组织机电专业学生举行一场机器人对抗赛。总之，把大学四年来学的所有知识综合应用起来，为第八学期的毕业设计做好铺垫。
二 实训过程管理
严格的实训过程管理对实训质量起着一个监督、保障的作用。可根据实训内容、性质对实训环节分散或集中进行。如：机电产品认知实训中的讲座、企业参观等就可分散进行，充分利用学生的课余时间举行。为保证良好的实践动手效果，其他实训建议停课在实验室集中进行。实训过程包括以下环节：实训开题动员、实训专题技术讲解、学生集中设计和制作、实训验收答辩、实训论文提交等。在实训动员时具体告诉学生详细的实训时间安排、实训内容、实训检查、实训考核方式等，让学生完全进入实训状态。根据题目难易程度和学生能力可把实训专题讲解放在实训初或实训中。如电子技术实训是学生接触的第一个专业基础实训，那么最好在实训初给学生具体讲解一下每个题目的大致思路和实训报告的撰写方法。机械设计实训和检测与控制实训可让学生拿到题目后首先自行设计，在学生设计过程中发现问题后再针对问题进行讲解。实训过程中相应地安排指导老师在实验室值班，负责学生考勤、答疑、指导和实验室管理等工作。在此期间，学生按班次、时间段到实验室分批设计和制作。一般，实训最后几天为实训验收或答辩时间。排好时间段，几位指导老师共同验收，根据学生做的实物进行提问。最后，学生提交实训报告。实训报告撰写方法原则上同毕业设计论文写法、格式相近。这也是为学生毕业设计的论文撰写奠定基础。
三 实训耗材的可持续利用
对机电类专业来讲，由于学生必须制作实物，因此实验耗材开支较大。如果每次实训都购买耗材，这将是极大的浪费。系统性的实训内容安排已为循环利用实验耗材做好保障。每一学期的实训作品都是下一学期实训的地基，犹如必须一步步做好底层才可以最后建造出金字塔来。如何在保证作品质量的前提下，合理、可持续利用实验耗材是实训管理中较难解决的问题。例如，从实训性质来说，电子技术实训和检测与控制实训主要让学生做电路板来实现一定的功能，这两个实训的主要成品都是电路板。可以在这两门实训结束后，由实训负责老师把电路板收集起来统一放在大纸箱里集中保管。机电产品认知实训部分内容，如电子元件识别、电路板焊接就可以使用这些保存的电路板让低年级学生练习，大大节省电子元器件的开支。机电产品认知实训购买的电气元件可以继续为电气控制系统实训服务。当然，实训中常用的各种电子、电气元器件可以由实验室早期统一购买，实训时到实验室领取并做好登记。不常用的，或有些特殊的，由学生提出申请，指导老师同意后方可购买。由于大学四年的实训内容是系统性的，如果严格做好实训耗材的进出管理，妥善保管好每一次实训作品，都可重复、循环使用实验耗材，为节约实训耗材成本提供保障。
四 结论
本文提出的机电实训体系构建是根据我系对毕业生就业情况调查和理论课程设置总结出来的。实训体系的合理构建为工程应用型人才培养奠定基础，满足社会对高技术人才的需要。我们将在今后的实践教学中根据各方反馈的信息加以调整和完善此实训体系。
中图分类号 U2 文献标识码 A 文章编号 2095-6363（2017）07-0014-02
随着装备模拟器的不断发展，装备模拟器的应用在部队训练中越来越普遍，发挥巨大经济效益的同时，对部队战斗力的形成也产生重要的影响，特别在完成高危、恶劣、极端训练科目发挥出了不可代替的作用，得到各兵种部队的特殊关注。各兵种部队也花费大量精力、财力进行装备模拟器的建设，并取得了丰硕的成果。但在综合装备模拟器联合训练方面，还缺少相应的研究和建设，而从现代战争来看，单一兵种作战在战场上发挥的作用越来越小，多兵N联合作战、立体式作战，成为现代战争的常态。为培养适合现代战争形态的部队，建设一套能完成大规模、跨兵种、兵种协作等大型的训练科目的综合装备模拟器也势在必行并且意义非凡。
1 国外采用分布式节点构建综合训练模拟器的发展状况
分布式综合装备模拟器就是把分布在不同地区的各个具有独立训练功能、能完成特定训练的多个单兵种模拟器，通过网络连接到一起，从而建设成能够完成大规模、跨兵种、兵种协作等大型的训练科目的综合装备模拟器。从1982年开始，美国高级研究计划局（DARPA）与陆军联合开发了SIMNET（Simulation Net-work）系统。SIMNET是一个采用分布式结构，基于VR技术的虚拟对抗作战系统。SIMNET联结了包括美军和德军在内的近300台坦克模拟仿真器、飞机飞行模拟器、作战指挥所仿真器、计算机生成兵力（CGF）仿真器及导弹发射仿真器等。他们通过网络连接在一起，可实现资源共享，随时调用数据库、模型库、图形图像库及知识库的信息。假如将装甲兵、机械化步兵、直升机、歼击机、舰艇、反舰导弹、巡航导弹、海军陆战队和诸如A-10S和F-16S固定翼飞机以及野战集团军防空发射阵地临时接入网络，则立即可使用高逼真度视听方法参加相互的军事演习[ 1 ]。SIMNET系统除对参战人员进行诸种作战任务的训练外，还可对各种武器系统的性能和效能进行研究与评估，更可进行包括各种武器平台的大规模虚拟军事演习。上述各种任务都是在由SIMNET系统所提供的综合虚拟战场环境内进行，分布在不同地理位置的各种武器平台借助网络互联，共享这一描述在同一时间和同一空间内的综合性虚拟战场环境，以进行体系对抗的模拟。
2 构建分布式综合装备模拟器的基本步骤
借鉴SIMNET（Simulation Net-work）系统结构，分布式装备模拟器的构建，如图1所示。
战场环境生成设备主要作用：1）生成综合训练的战场环境，将信息发送到综合装备模拟器总服务器；2）接收参训设备生成的、反馈到综合装备模拟器总服务器的数据，并将实时数据生成并将相应信息映射到初始的战场环境中。综合装备模拟器总服务器的作用是接收战场环境生成设备发出的数据并将其发给各个分散模拟器服务器；3）接收各分散服务器的反馈数据，将其提供给战场环境生成设备。飞散模拟器服务器是负责各模拟器操作台和总服务器之间的数据接收与发送。具体流程如图2所示。
3 构建综合装备模拟器的对策研究
现有模拟器装备存在以下的特点：
1）地域分布广。模拟器基本根据兵种分布而分布在适合该兵种训练的地方。
2）针对性强。各功能模拟器大多针对专业兵种设计，只针对专业兵种进行训练。
3）个体差异大。各模拟器设计制造因为设计定位、研制时间、研制经费、采用的技术等诸多因素，使现有的模拟器的仿真度、训练效果等训练水平参差不齐。
要将这些不同地区、不同功能、不同水平的模拟器整合到一起需要解决下面两点问题：
一是网络连接。要先建立各个模拟器之间的网络连接，并保证优质的网络通信效果，实现综合装备模拟器各设备间的数据接收和传送。如何解决网络连接问题？总体思路是，把现有的每台装备模拟器作为计算机网络上的一个节点，这些分布式节点通过局域网（LAN）、广域网（WAN）及远程通信网连接在一起，或通过卫星以远程网络方式连接到一起。结合实际情况有两种方式比较可行。第一是通过卫星以远程网络结合局域网方式进行连接。只要将总服务器和各个分服务器之间采用远程网络连接，各分服务器和操作台采用局域网连接就可解决网络连接问题。这种方法优点是实现起来简单、方便，但由于是无线传输，有可能在保密和传送稳定性方面存在问题。第二是利用各部队比较普及的军网结合局域网进行连接。只要将总服务器和各个分服务器连入军网，在军网内专门开设一条信息通道，各分服务器和操作台采用局域网连接就可解决网络连接问题。这种方式实现起来也比较方便、简单并且兼顾到了信息安全和信号的稳定，基本可以解决网络连接问题。
二是信息传递。各级设备之间由于技术不同，可能产生信息接收和发送问题。有些现有模拟器对从总服务器接收到的整体战场环境等数据，无法生成并传送给各个模拟器操作台；有些模拟器规模小根本就没有分系统服务器。要解决这一问题就要在分服务器上想办法。有分服务器的设备在原有的服务器基础上，建立和完善分服务器和总服务器之间的信息传递功能和操作台接收战场环境及协同兵力信息能力的完善。对没有分系统服务器的设备可以建设符合标准的分系统服务器，进而使设备有参加综合训练的能力。
4 构建综合装备模拟器的未来展望
中图分类号：G710 文献标志码：A 文章编号：1673-9094-C-（2014）09-0016-03
校企合作是当前职业教育改革和发展的重点，也是职业教育改革和发展的难点，更是解决当前职业教育诸多问题的突破口和关键点。[1]近年来各职业院校就校企合作共建实训基地进行了很多尝试与探索，获得了很多宝贵经验，但校企合作协同共建行业培训机构的研究和探索很少。为了服务地方经济发展，针对南通及长三角地区航空产业发展对机务人才的迫切需求，笔者所在院与南通华夏航空工程技术有限公司（以下简称南通华夏）共建行业培训结构。
一、目标协同，
以获取民用航空器维修培训机构资质为目标
目标协同是协同共建培训机构的前提和基础。在实施校企合作建立培训机构的过程中，同时存在多个利益主体，它们有着各自的利益诉求，各个主体之间必须找到利益结合点，才能充分发挥它们的积极性，形成合力。
南通市“十二五”培育和发展新兴产业规划指出，“十二五”重点培育新兴产业基地。通州航空航天产业基地是新兴产业基地之一，主要从事大飞机配套及航空物流产业。随着空港产业园发展，南通将会有大量的航空类专业人才需求。作为国家示范性高职院校，江苏工程职业学院2013年开设了航空机电设备维修、航空电子设备维修专业，培养高素质技术型机务人才。如何培养学生的核心技能，如何协助学生获取行业相关职业资格证书，是学院亟待解决的问题。
南通华夏是中国第一家专门针对中小型飞机的MRO企业，主要为中小型航空器提供大修、改装和附件维修制造等服务，是中国第一家独立的不从属于任何航空公司的MRO，也是南通地区首家民用航空器维修单位。由于公司刚起步，面临如何在本地招募到人才、留住人才，如何降低公司员工培训进修成本等问题。公司希望能够开设航空培训机构，一可解决公司人员培训问题，二能拓展公司的业务范围。
在南通市空港产业园等相关政府部门的支持下，针对苏中、苏北地区尚未具备147民用航空器维修培训资质机构的空白，笔者所在学院与南通华夏强强联手，优势互补，进行深度合作，协同建立行业培训机构，并争取把培训机构建设成为华东地区最大的航空维修人员执照培训基地，为学院专业建设向民航和通航维修培训领域拓展搭建重要平台，同时也为企业带来效益，降低人力资源成本，产生经济效益。
二、组织协同，
采用公司化运作，明确双方责权利
组织协同是协同共建培训机构的根基。校企合作共建培训机构的正常运作，需要合作双方的共同努力，尤其是需要一个完善的组织架构，避免出现一方为主另一方为辅的局面。一个责权利明确的组织架构有利于培训机构的发展。
有限责任公司是一种公司的组织形态，公司以其全部资产对其债务承担责任的经济组织，每个股东以其所认缴的出资额对公司承担有限责任，它将人合性和资合性统一起来：一方面，它的股东以出资为限，享受权利，承担责任，具有资合的性质；另一方面，因其不公开招股，股东之间关系较密切，具有一定的人合性质。笔者所在学院与南通华夏合资组建的从事民用航空器维修人员培训及咨询服务的有限责任公司――南通航空培训中心有限公司（以下简称公司），以股份合作的形式把双方的利益紧密地结合在一起，根据校企双方投入资产的比例，成立董事会，制订公司章程，共同管理公司。
由于公司的目的是获得民航总局认可的民用航空器维修人员培训机构资质，所以公司的组织架构及人员配备以民航总局《民用航空器维修培训机构合格审定规定》为依据，图1为公司组织架构。
培训机构人员的配备采取专兼结合、招聘与派遣结合的方式。为确保培训机构的运行，公司人员由专职人员及来自学院与企业的兼职人员组成，专职人员负责机构的日常运行，兼职人员主要承担培训课程的开发实施。专职人员采取招聘与学院及企业派遣相结合的方式，公司的责任经理、质量经理由于需要较强的航空专业背景，所以由南通华夏派遣人员担任；常务经理负责公司的日常运行及管理，需要有较强的教学管理经验，由学院派遣人员担任。
三、运行协同，
高效优质完成培训机构的建设
运行协同是协同共建培训机构的保障。校企协同共建培训机构要充分发挥校企双方人员优势，需要在培训机构运行的各个环节相互协作、优势互补，高质量完成培训机构的建设。
2013年，公司向民航总局华东管理局提交了申报147培训机构的申请，申请的培训课程包括航空维修基础培训（ME-TA、ME-PA、AV专业）和航空维修基本技能培训（ME、AV），并在民航局2013年9月召开的适航处长会议上通过了审核，成为147培训机构筹建单位。一年来，在校企双方领导的关怀下，在校企派遣的质量经理、常务经理的带领下，培训机构的专兼职教师协同合作遵循《民用航空器维修培训机构合格审定规定》进行了培训机构的建设。
首先，在质量经理的带领下，质量管理部依据《民用航空器维修培训机构管理手册编写指南》（AC-147-07）完成了培训机构管理手册、程序手册的编写，为培训机构的运行提供了依据。
其次，学院与企业的兼职教师分工合作，依据《民用航空器维修基础培训大纲》（AC-147-07）完成了培训课程大纲的编写及多媒体课件、实习工卡的制作。学院教师结合自身教学优势承担“电工基础”“模拟电子技术基础”“空气动力学基础及飞行原理”“涡轮发动机飞机的结构与系统”等16个模块的建设，企业的技术人员完成了“维修基本技能实践”模块实习工卡以及“涡轮发动机飞机的结构与系统”等相关航空专业课程的实习工卡的制作。
之后，在常务经理的带领及兼职教师的配合下，专职人员按照《民用航空器维修培训机构培训设施设备要求》（AC-147-07）结合编制好的教学文件及管理手册和程序手册完善了培训机构的设施设备，完成了培训场所及施训室的建设，并进行了试运行，质量经理按照管理手册带领质量部人员完成了内部自审，并进行了内部整改完善。
四、结语
中图分类号：TM411+.4 文献标识码：A 文章编号：
在变电站综合自动化培训教学中，学员要熟悉变压器、线路、电容器等设备的保护装置、测控装置、保护测控装置及各种自动控制装置。若在每个具体装置中都全面介绍装置的结构和工作原理，不但重复太多，浪费时间，而且也不容易全面深人地介绍清楚，且不利于学员理解掌握。因此在培训中，都要对各种装置的共性部分进行统一介绍，即介绍装置的基本结构、原理与接线。下面就装置部分教学培训工作进行总结，与大家分享。
一、装置的典型硬件结构 装置部分教学培训中，首先要把装置的典型硬件结构弄清楚。成套的综合自动化系统中微机保护系统、监控系统、自动控制系统等装置都是由若干模块组成的，它们的硬件结构都是大同小异，所不同的是软件及硬件模块化的组合与数量不同。一个变电站综合自动化系统中各种子系统的典型硬件结构主要包括模拟量输人/输出回路、开关量输人/输出回路、微机系统、人机对话接口回路、通信回路和电源。
装置采用统一硬件平台，变电站综合自动化装置硬件采用整体面板、国际标准机箱。装置强弱电彻底分离，CPU板采用印刷板、表面装贴技术，提高了装置的可靠性。装置采用统一数据库处理，在设计装置功能模块时提炼不同功能应用信息的共性，建立一个统一的应用功能数据机构模块，包含每种功能所需的一切信息，形成功能程序的统一的开发平台，降低了功能模块程序开发的难度，提高了功能模块程序的可靠性。
二、模拟量的输入/输出回路 1.模拟量的输入电路。变电站综合自动化系统采集的一次设备的电流、电压、有功功率、无功功率、温度等都是属于模拟量，由于微机只能识别数字量，故模拟信号必须转换成数字信号才能输人到微机中进行处理。
2模拟量输出电路。培训中简要说明模拟量输出电路的组成、数/模(D/A)转换器工作原理。
三、开关量输入及输出电路
开关量输人、输出电路是非常重要的教学内容。学员只有明白了断路器、变压器分接头的位置状态是如何被采集和输出后才能更好地工作。
1.开关量输入电路
开关量输入电路的基本功能就是将变电站内需要的状态信号引人微机系统，如断路器状态、继电保护信号等。开关量输人电路由消抖滤波电路、信号调节电路、控制逻辑电路、驱动电路、地址译码电路、隔离电路等组成。
2开关量输出回路
开关量输出电路主要是将CPU送出的数字信号或数据进行显示、控制或调节，如断路器跳闸命令和屏幕显示、报警信号等。开关量输出电路与输人电路基本一样。简单的开关量输出主要包括保护的跳闸出口以及本地和中央信号等，一般都采用并行接口的输出来控制有触点继电器(干簧或密封小中间继电器)的方法，但为提高抗干扰能力，最好也经过一级光电隔离。
四、微型机系统和变电站综合自动化算法
微型机系统的CPU是由一片大规模集成电路芯片制成，不仅能进行算法逻辑运算，还能执行各种控制功能。配备一定容量的存储器、输人/输出设备的接口电路及系统总线。计算机监控系统都应具有数据采集和输出控制部分，这两个部分构成了基本测控单元的主要内容。数字信号处理器(DSP)是一种经过优化后用于处理实时信号的微控制器。
在变电站综合自动化系统中，计算机对采样值进行分析、计算得到所需的电流、电压的有效值和相位以及有功功率、无功功率等量，或者算出它们的序分量，或者线路和元件的视在阻抗，或者某次谐波的大小和相位等，并根据这些参数的计算结果以及定值，通过比较判断决定装置的动作行为，而完成上述分析计算和比较判断以实现各种预期功能的方法就称为变电站综合自动化系统算法。其主要任务是如何从包含有噪声分量的输入信号中快速、准确地计算出所需的各种电气量参数。培训中要说明研究算法的目的主要是提高运算的精确度和提高运算的速度。算法的运算速度将影响自动化装置检测量的检测和自动化装置的动作速度。变电站综合自动化系统中保护和监控对算法有不同要求。
五、人机对话、通信和电源插件
1.人机对话
主要介绍人机对话微型机系统的硬件原理、键盘响应电路、屏幕(液晶)显示电路、打印机的接口电路、多机通信和巡检开关、人机对话插件等。重点讲清人机界面操作和命令菜单使用说明。
2.通信插件
通信插件承担着装置的管理和通信任务，是承接装置与夕卜界通信及交换信息的管理插件，如与面板、PC调试软件、监控后台、工程师站、远动、打印机等的联系，根据保护的配置组织上送遥测、遥信、SOE、事件报文和录波信息等。
3.电源插件
每个装置均有一个独立的开关电源，向其他插件供电，此开关电源与插件面板构成电源插件(又叫电源模件)。培训中要重点说明输出电压的作用。输出电压十SV为CPU及其芯片提供工作电源;15V为模拟输人回路运放提供工作电源;+24V为开出、开人回路提供电源。 六、操作回路 培训中分两个方面介绍操作回路。一是介绍断路器操作回路的原理框图，让学员明白操作回路的基本原理;二是让学员看懂实际的操作回路。 1断路器操作回路的原理
首先介绍断路器操作回路总体上分为合闸回路和跳闸回路两大部分，介绍合闸回路和跳闸回路的工作过程。手动操作时可选择遥控操作或就地操作。当就地/遥控选择开关打至遥控”位置时在后台机上手动遥控操作;当就地/遥控选择开关打至“就地”位置时工作人员在装置上就地操作断路器。然后介绍自动操作时保护接点通过连接压板直接接人控制电源进行断路器操作，并介绍防跳回路的作用和原理。最后介绍位置信号、控制回路断线和事故信号。
2.断路器操作回路实例
断路器操作回路的原理框图与实际操作回路还有一些距离，为了学员更好地工作，还需要讲解断路器实例操作回路，如南瑞继保电气有限公司RSC-941A型装置操作回路和南自IOKV线路保护测控柜断路器操作回路。
七、测控装置
1.前言
随着虚拟技术和网络技术的充分发展，在其不断结合的基础上形成的计算机实训系统，对于现代社会起到了良好的影响。虚拟技术能够使用虚拟机工具软件，将实体计算机建立成多台的虚拟机，从而安装不同的操作系统，模拟出真实的网络环境，不仅能够有效扩展网络数量，还能有效建立起多个服务器，设置出多域结构的局域网络。
2.虚拟技术的相关情况
虚拟技术在现代社会中具有良好的应用效果，其在计算机科学之中，主要是通过组合或分区现有的计算机资源(CPU、内存、磁盘空间等)，使得这些资源表现为一个或多个操作环境，从而提供优于原有资源配置的访问方式的先进技术。虚拟技术在实际应用过程中能够有效打破传统物理形式上的各种局限性，提升各项资源的应用效果，当然，虚拟技术的应用还需要有多种技术作为支撑，比如说存储虚拟化、系统管理工作、操作系统虚拟化以及资源管理和软件提交技术等方面。在传统物理机之中，操作系统主要是在硬件之上运行的，其中的一些应用性程序，在中断方式的引导下，能够逐渐获取到硬件的使用权限，这些硬件主要是网卡、硬盘、存储器并存以及控制器CPU等方面。操作系统在调度硬件工作的过程中，不同服务器能够发挥的作用也是不同的。在虚拟技术逐渐出现之后，使得现阶段的物理机模型发生了相应的改变，针对硬件进行管理的操作系统之中加入了相应VMM（虚拟机监视器），这项设备主要负责硬件的调度和使用。在虚拟技术的应用下，能有效减少传统物理机的不足，提升硬件的总体使用效率。
3.虚拟技术与网络技术结合的良好效果
网络技术是一种新型技术，主要是能够将互联网中的各项分散资源进行充分有效的整合，使其成为统一性的有机整体，从而能够针对这些资源进行全面化的共享，积极发挥各项资源的作用和优势。在网络技术之中，人们能够充分获取到所需要的各项信息，同时还能够提升运用信息的整体性能力，其中整合的资源主要是数据资源、知识资源、存储资源、大型数据库以及专家资源等多个方面[1]。将虚拟技术和网络技术进行充分有效的结合，有其良好的社会现实性。虚拟技术能够有效打破现实中的物理层面，使其转化为可用资源，而网络技术能够充分存储、整合各项资源，给人们的生产生活提供极大的便利条件。将两者进行全面结合，对于现代社会的全面发展具有积极的作用和意义，不仅能够有效推动现代科学技术的发展，同时还能便利人们的日常生产工作[2]。
4.虚拟技术与网络技术结合的计算机实训系统
将虚拟技术和网络技术进行有效结合，有着良好的社会现实性意义，在此基础上形成的计算机实训系统，能够便利社会生产生活。
4.1计算机实训系统的需求分析和总体设计
计算机实训系统之中需要包含操作系统配置、链路层、数据收集、网络层、应用层以及传输层等。计算机实训系统在设计的过程中，采用B/S架构，能够让使用者自行开展相应的网络实验，设计出网络拓扑结构，选择所需要的网络设备，最终绘制出相应的网络实验拓扑图。计算机实训系统使用者需要从自身的需求出发，选择合适的资源，通常都是路由器、交换机以及主机方面，并按照基本的网络原理建构起相应的网络拓扑图，该项工作完成之后，还需要将其提交给web服务器，由其进行后续的计算工作，如果拓扑结构是正确的，可以进行下一步的路由关系计算工作，并下达相应的命令，逐渐构建起网络拓扑[3]。
4.2计算机实训系统的总体设计和实现工作
4.2.1计算机实训系统前端的设计
针对计算机实训系统进行总体设计工作的过程中，需要针对其中涉及到的各项技术进行全面有效的分析，积极采用合适的技术手段，首先需要针对计算机实训系统的前端进行设计。在中，其AJAX功能主要是由客户端脚本和服务器组件共同构成的。AJAX使用的是JSON数据格式，这是一种轻型的数据传输和交换格式，其中的结构主要是键值对。在计算机实训系统的前端中，使用网络拓扑图涵盖到网络层的接口信息，同时还需要包含设备之间的连线信息，这些信息的存在有效提升了计算机实训系统的总体设计和应用效果。在计算机实训系统前端使用的普通网络设备主要包含了路由器、交换机以及网络终端，在一些较为复杂的结构中还需要使用到相应的调制解调器[4]。其次，在web浏览器的运用之下，使得拓扑图之间分解成相应的JSON数据格式，发送到后台服务器之中，服务器需要针对JSON数据进行解析，从而获取到网络拓扑结构的主要信息，这些信息在计算机实训系统前端使用过程中发挥着积极的作用，通常情况下的信息主要是虚拟主机的配置信息情况、路由器和交换机本身的接口信息等方面。最后，经过解析之后的数据能逐渐存储到数据库，直到数据系统全面执行各项实验之后，存储工作也能有效完成[5]。
4.2.2实验资源管理的设计工作
实验资源管理，是计算机实训系统设计过程中的一个环节，需要对其进行有效控制。资源控制器在计算机系统之中的应用主要是从客户的实际需求出发，积极建立起相应的网络环境，配置相应的虚拟资源。计算机实训系统在总体的设计过程中，主要使用了RPC框架Thrift，它主要是通过已经生成的代码的，并实现了传输层和RPC协议层的总体应用。计算机实训系统设计过程中，将C/S结构应用在了资源控制器之中，因而后续的设计工作，使用C++语言进行开发，能够保证资源控制器和虚拟机控制单元的实际应用效果。想要有效提升调度服务器本身的处理效率，使用C/C++语言进行设计工作，能够起到良好的效果，同时积极使用Thrift方式，能够有效提升不同语言的通信效果[6]。在计算机实训系统设计过程之中，针对实验资源管理的情况进行设计工作，主要是针对各个语言层进行分析和设计，提升资源控制器的总体应用效果。
5.结束语
虚拟技术和网络技术的充分有效结合，在现阶段的计算机网络应用工作中具有积极的作用和意义，不仅能够有效推进科学技术的发展和进步，同时还能够有效便利人们的日常生产和生活。虚拟技术能够将物理资源进行有效转化，而网络技术可以有效提升这些资源的实际应用水平。因而将虚拟技术和网络技术的充分有效结合，并在此基础上形成的计算机实训系统，将能体现出良好的应用效果。在计算机实训系统的设计工作之中，需要重点开展计算机实训系统前端的设计和实验资源管理的设计工作。
参考文献
[1]底晓强,张宇昕,赵建平.基于云计算和虚拟化的计算机网络攻防实验教学平台建设探索[J].实验技术与管理,2015,32(4):147-151.
[2]徐孝春.基于虚拟化技术的云计算应用研究——企业云虚拟化平台的研究与实现[D].重庆邮电大学,2012.
[3]江魁,张园红,杨文玲.基于虚拟化技术的网络仿真实验环境实现[J].中国教育网络,2013(7):36-38.
[4]朱辉,刘北水,李晖,等.基于虚拟化技术的信息安全实验平台开发与应用[J].武汉大学学报理学版,2012(s2):249-252.
中图分类号：TB
文献标识码：A
doi：10.19311/ki.16723198.2017.01.092
1引言
1.1机器人在现代社会中的重要性
随着城乡居民消费结构的持续升级，以及智慧中国战略的不断推进，智能机器人在家庭、农业、工业等生活的方方面面都有着极其广泛的应用。随着社会的不断发展，社会分工越来越细，与此同时工作也变得越来越单调。另外，社会上有些工作风险较高，若让人去做，不仅效率不高，而且更会产生生命危险。在这样高风险的作业领域，对机器人的需求越来越高。在这一背景下，各种各样的机器人被研制了出来，用它们代替人来完成枯燥、单调、高风险的工作。这极大的提高了劳动生产率和生产质量，创造出了更多的社会财富。
同时，社会服务也对机器人产生了大量的需求。从公共服务方面来说，目前我国老龄人口已超过总人口的10%，人口老龄化问题已成为中国需要面临的重大课题。此外，我国残疾人口占总人口的比重也位居世界较高国家之列。机器人的运用，可以为他们提供大量的护理服务，提高他们的生活质量。在医疗服务方面机器人也有很大的优势，手术机器人凭借其操作的精度及可长期工作等特性广泛应用于手术操作中。总而言之，机器人已成为我们的社会不可取代的一部分。
1.2当前机器人领域的现状及弊端
目前机器人正处于快速发展的阶段，但目前市场上的机器人仍存在着许多弊端。传统机器人需要设计者针对具体的任务进行手工编程，为了使机器人在环境改变时也能完成任务，设计者就需要尽量将各种情况考虑在内。但是这样的机器人存在一些问题：一方面程序员无法穷尽所有的可能情况，另一方面环境的复杂性也无形中加大了机器人可能出故障的概率，这使得机器人缺乏良好的环境自适应能力，给机器人的广泛应用带来了很大的限制。
基于无法动态适应具体任务目标这个问题，市场上出现了很多自主学习的机器人，比如有些作品使用了强化学习的算法，这种算法通过进行试错来寻求最优行动策略，从而有效解决了基于行为控制的机器人缺乏对动态环境适应能力这一问题。但同时这些该作品也存在出现了一些弊端。这一技术需要执行一些分层检索及优化的工作，因为机器人需要进行大量重复性实验来获得最优解，而任务变得复杂时该技术的性能就会变得很差，提高了学习的难度。
基于目前机器人存在的限制与不足，本文提出了基于神经网络的学习方法，使机器人环境适应能力提高。
2多任务学习机器人介绍
2.1机械结构
本文所设计的多任务学习机器人的机械结构主要由摄像头和仿生机械臂组成。为了使机器人能执行与人类一样非常细腻的动作，并能在某些应用中代替人，本文设计的机械臂拥有与人相似的机械结构。
如图1所示，该机械臂具有着与人体骨骼结构相似的关节，通过这些关节，机械臂可以完成人手臂的旋转、升降等动作。为了方便控制机械臂的运动状态，每一个关节都有相应的姿态参数。而根据不同关节的灵活程度不同，对应的参数数量也会存在差异。当机械手模仿人体动作时，可以通过设定对应机械手关节的姿态参数来完成，这样，人体的姿态与机械手关节的姿态参数之间就存在着一一对应的关系。我们所搭建的神经网络的目的，就是为了找到这样的对应关系，为机器人学习人的动作奠定基础。本文设计中的摄像头主要用于捕捉人体手臂姿态，并对采集到的视频流中的手臂姿态进行学习。通过将摄像头固定到一定位置，作为机器人的“眼睛”，机器人便可将人的动作记录下来，转化为视频信息。高速摄像头将人的连贯动作存储成一帧帧的图片，作为神经网络训练的原始输入信息。
2.2神经网络
人工神经网络，是人们利用仿生学观点，模拟人脑的结构及智能行为所构建的网络，它能模拟生物神经系统对真实世界做出交互反应。神经元的基本模型也叫“M-P神经元模型”。该模型中，神经元接收来自n个神经元的信号（x1，x2，…），通过带权重（w1，w2，…）的连接传递，将获得的总输入值与阈值q比较，通过激活函数f（x）最终得到该单元的输入y。
y=f（∑ni=1wixi-θ）
神经网络就是一个个这样的网络单元按一定的结构次序排列而成的。两层神经元形成的网络可以容易地实现与、或、非这样的基本逻辑运算，多层神经网络可以处理更加复杂的运算。神经网络的学习过程，就是根据获得的训练数据对自身的权重和阈值进行一定的调整，使神经网络输出的值与我们所给的输出值相差达到最小的过程。
为了达到这样的学习过程，就需要合适的算法。误差逆传播算法（简称“BP算法”）是目前最成功的算法之一。在训练开始时，随机产生权重值wi，输入训练集（xi，yi）和学习率η，神经网络根据对应权重和输入值计算出输出y，。BP算法以y与y之间差值的差值作为反馈，调整各个神经元的阈值和权重，进而更新神经网络，使网络的误差减小。其中，学习率η起着“控制神经网络学习速度”的作用，若学习率过小，神经网络变化相对迟缓，影响学习效率；而若学习率过大，则容易陷入局部最优解，影响最终结果。因此，给予足够的训练数据和适宜的学习率，神经网络就会快速调整到稳定而准确的状态。
利用神经网络，我们可以对摄像机获得的人体手臂各个关节的姿势进行学习，所获得的神经网络便表征了人体姿态与机械臂关节参数的映射关系。
2.3学习机器人原理
本文所用神经网络的作用是将输入的动作信息转化为机器人的姿态参数，以神经网络作为核心算法，机器人就可以在一定的学习训练后，具备识别人体关节姿态的能力，从而使机器人做出与人体输入动作一致的动作，具体的学习过程如下：
为了获得比较完备的训练数据，选择尽可能多的人采集手臂各关节姿态数据，提高神经网络的鲁棒性；使人于摄像头采集姿态的最佳角度，做各种各样的动作，以覆盖尽可能多的关节姿态参数范围；针对高速摄像头采集获得的图像数据的某一帧，手工采用测量工具标定该图像中人体每个关节的角度数据，以这些图像数据和标定获得的角度数据作为训练原始数据。
以采集的数据作为神经网络的输入，选择一定的学习速率，采用误差逆传播（BP）算法，完成训练后，得到一个能够根据图像数据输出关节姿态参数的神经网络。神经网络训练完毕之后，为了检测其准确性，需要对其进行测试。测试过程与实际使用过程类似。测试方法如下：使用摄像头采集人体手臂的几组图像数据，将这几组图像数据分别作为神经网络的输入，观察神经网络能否正确输出与人体手臂关节相对应的角度数据。如果机器人的动作有较大的偏差，则证明训练失败，需要重新检查训练数据，对摄像头捕捉关节的位置进行调整，或提高摄像头的性能，以便使摄像头获得更精确的信息。另外，根据神经网络测试的结果，适当调节神经网络模型学习过程中的参数如学习速率，样本容量等。
神经网络训练与测试完毕后，我们就获得了一个输入为一系列包含手臂各个关节的图像数据、能够识别人体关节各个姿态，并输出各个关节姿态角度的神经网络。利用这个训练并测试完成的神经W络，多任务学习机器人即可以根据人演示的动作，准确地模仿人的姿态，完成特定的任务，具体过程如下：
（1）针对某一环境下的任务要求，人体做任务动作，摄像头捕捉这个过程中的图像信息。
（2）每一时刻的图像信息输入神经网络，神经网络输出各个关节的角度值。
（3）各个关节角度值输入到机械臂相关关节控制单元，实现对机器人姿态的控制。
（4）每个时刻分别重复这个过程，就实现了机器人控制参数流的输出，机器人即可完成一系列动作。
由于神经网络的可复用性，机器人可以随时模仿各种各样的动作，实现了多任务学习的设计要求。实际的应用过程中，可以通过设计多个存储单元，分别存储多个动作的控制参数流序列，实现常用动作的记忆与切换功能。
3总结
本文所设计的机器人主要由摄像头及仿生机械臂组成，机器人以摄像头接收使用者的动作，首先通过训练过程，对神经网络进行训练。神经网络训练完毕后，在使用过程中，人体演示机器人做相应动作，机器人就可根据神经网络识别的结果反馈来操控机器人，完成指定动作。应用这一方法，可以有效提高机器人的环境应变能力，通过对某一新动作的学习，可以高效提取新动作的参数信息，根据这些信息输出对机器人的控制量，从而达到理想的效果。本作品解决了传统机器人功能单一的缺点，可以使得机器人能执行多种动作，使机器人“身兼数职”，也提高了机器人的灵活性与便捷性。
参考文献
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）32-0013-02
高校大型科学仪器共享平台是当今高校大型教学科研仪器设备管理的主要形式，它主要以设备为基础，结合现代信息技术，整合集成相关资源，达到配置优化、布局合理、开放共享的管理目的。平台技术的推广可以有效的提高仪器设备的使用效率，支撑科技创新的发展，服务地方经济发展，同时也可以为国家相关资源的配置提供决策依据。近年来高校在改善科研与教学仪器上的经费投入逐年增高，尤其是伴随“211工程”、中央与地方共建实验室以及本科教育提升计划等项目的实施，各类大型仪器设备不再主要配备在学校层面，而是更多的配备到了学院或教学系。加强学院大型仪器的资源共享，使优质资源充分发挥其作用，不仅是国家资源配置效益的问题，更是关系到如何有效提高高等学校教学科研发展的关键。在院系级别建设大型仪器共享平台不仅可以为科技创新提供支撑、为资源配置提供决策依据，同时也可以使高校更好的为地方经济发展提供服务。本研究主要探索授权日常管理、授权使用、培训三位一体的学院一级大型仪器共享平台的信息化管理技术。
一、学院大型仪器管理模式及其弊端
院系大型仪器的构造主要服务于科学研究，购置的经费主要依靠中央财政、省财政及学校对重点实验室的建设经费和个人项目的资助。购置的对象主要取决与学院重点学科以及研究组的需求，针对性较强，在部分研究方向形成了较系统的配置体系。目前，国家各级科研管理部门均在大力推进大型仪器设备的信息共享机制，但由于管理手段及制度的不完善，大型仪器共享工作仅仅实现了院系内部或学校一级上的共享，很难推广至全社会的范围。校内相关部门之间可能进行一些名义上的共享服务，而在管理层面还处于相对分散状态。在传统的封闭式设备管理模式中，大型仪器的使用效益很难进行量化的考核，仪器的维护和维修也得不到应有的保障。由于学校对仪器管理工作缺乏相应激励机制，导致管理人员在工作中毫无积极性可言，更有甚者为了保证仪器设备的完好，在使用中人为设置各种阻碍，降低了设备的使用效率，这样就更难期望其在仪器使用与开发上有所建树。而国家以及各部门对大型仪器数据的考核与统计工作，大多数采用仪器管理单位自主统计上报的方法，很难保证数据的真实性和准确性。由于学院在专业仪器管理人员上的缺陷，仪器的使用大量依靠研究生自主进行，常造成仪器设备不必要的损害。因此急需建立相关管理制度与管理手段，对各类仪器设备进行科学管理。
二、院系级大型仪器共享平台建设总体目标
本着“专管共用，资源共享”的管理理念，建立健全日常管理、授权使用、培训的大型仪器使用制度，促进仪器资源有效的利用。首先建立结合了激励政策、监管机制、有偿服务制度的科学管理制度，对分配制度、人员编制、资金运转等方面的管理进行改革；其次以自身条件为基础，有序的推进大型仪器设备的开放使用，提高设备的使用效益；最后建立体系化的培训制度，对使用对象进行全方位培训，提高仪器使用效率，维护仪器正常使用。
1.建立健全激励政策和监管机制。改进仪器管理人员的评价与激励机制，从薪酬制度、晋升制度、职业规划等方面全面激励管理人员在仪器管理与功能开发上的工作热情。加强仪器使用与共享情况的监管，利用信息化手段对各设备的真正使用情况进行汇总，为仪器设备的采购、调配、维护提供数据支持。
2.建立院级大型仪器共享平台，加强仪器有偿使用。构建学院大型仪器实验教学、检测服务平台，将全部大型仪器设备和通用检测设备集中于全校以便进行全面统一的管理，最大限度地发挥大型仪器设备在教学、科研、学科建设及社会服务方面的作用。平台可以实现大型仪器的专管共用、资源共享，既提高了大型仪器的利用率，又限制了大型仪器的分散管理和重复购置。大型仪器的使用伴随着大量能源、耗材的消耗，为促进大型仪器管理和使用的良性循环，应建立了统一的有偿使用制度，规范仪器使用过程中的维护及维修工作。
3.建立健全大型仪器设备使用培训体系。随着大型仪器设备的普及，传统送样检测的管理模式已不适用，学校新型人才培养计划也要求学生掌握更多实践操作能力。结合虚拟仿真培训软件、仪器分析课程、仪器使用前沿讲座、新型设备使用演示等手段建立完善的培训考核体系，严格按培训结果对仪器使用权限进行设定，保障仪器正常高效的使用。
三、大型仪器共享平台管理系统的设计与实现
1.管理系统总体结构与功能。大型仪器管理平台的总体架构采用三层架构：第一层为浏览界面，主要为用户提供友好访问界面与方便的使用体验；第二层为应用服务器，主要负责日常管理业务以及数据的处理；第三层中心数据库，放置在学校中心服务器中，主要提供数据的存储、访问及管理。管理平台能实现的主要功能如下：仪器预约：网站为用户提供仪器预约安排表，用户通过浏览器可查看仪器设备使用状况与安排表，并根据自己的实验要求预约仪器使用时间。使用记录查询：平台可快捷查询、统计某仪器以及用户在一定时间段内的使用情况。以方便管理者在仪器出现异常情况时快速查找异常原因，同时方便用户和有关机构快速查找实验原始数据。在线监控：通过网络视频技术，采集各仪器设备使用的实时视频资料，方便管理者随时监控或事后查看。经费管理：建立统一的经费管理系统，充分规范设备的有偿使用制度。仪器使用统计：实时统计系统内所有仪器的使用情况，并可方便的提供各类统计数据，为大型仪器的购置决策和高效管理提供依据。培训提示：不定期各类培训提示。
2.预约平台网站。预约平台网站是系统中心平台的主要模块之一，教学、科研以及社会服务都可以通过系统进行预约。教学实验项目享有优先安排权，无需支付费用，仅记录使用情况。教学计划以外的科研项目或共享使用按预约时间进行安排，并按有偿使用标准进行收费。对于本校教师从事的科研活动，可以直接通过自动扣费系统从个人预付账户中支付；执行对外检测服务项目时，在确保学校教学和科研工作正常进行的基础上，积极对外提供服务，并严格按照相关收费标准收取检测费用。使用者还可以通过预约模块了解实验室与仪器分布、实验室使用规章制度、培训信息等，并可以通过互动平台与管理者进行交流。
四、培训制度与体系的建设
对于各类仪器设备尤其大型仪器设备，无论对研究生、本科生甚至专业老师都可能是新鲜事物，如没有完善的培训、考察、使用权限授予机制，极易造成仪器在使用过程中的损坏。为了应对科研仪器尤其是大型仪器在管理上的难题，结合共享平台构建基于信息化技术的三级授权的仪器使用权限授予机制，并设计了与之相配的不同层次的培训与授权体系。
1.实验室准入以及小型仪器设备使用权限的授予。这个层次的授权主要面对刚入学的研究生及本科生，为这些学生提供进入实验室的各类注意事项的教育以及小型仪器设备的使用培训。培训的手段主要以网络视频教学和考核为主，制作相关实验室注意事项教育视频、各类小型仪器设备使用培训视频以及网上考核软件，并将这些视频加入仪器预约平台网站供学生下载学习。学生可以在预约平台上参加相关在线考核，通过的学生的信息将被加入实验室初级授权准入数据库，即拥有了进入科研实验室操作常用仪器设备的权利。
2.大型仪器设备使用权限的授予。根据不同仪器设备的操作难度以及专业性，通过组织虚拟仿真培训软件、仪器分析课程、仪器使用前沿讲座、新型设备使用演示等形式加强对研究生以及本科生的培训。培训的内容为仪器的使用步骤与规范、样品的制备、数据处理以及使用资格考核，培训老师包括专职管理人员、专业老师以及厂家工程师，培训结束为考核合格的学生授予使用权限。通过这些培训进一步完善培训的内容，提高培训的质量，最终建立长效的培训机制。同时将一系列科研实践与所涉及的仪器设备结合，对研究生开设高级仪器分析课程。通过设计各类大型实验，系统的向学生介绍仪器使用、数据分析以及实验设计的知识。
【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2013）08-0248-01
电气设备包括了以生产、传输、分配和使用为主的电能的应用和电工装备等，是电能和电工装备制造学科及工程领域内的总称。电气技术是一门通过电能、电气设备和电气技术等手段实现创造、维持与改善限定空间和环境的一门学科，电气技术涉及的范围及其广泛，涵盖了电能的转换与利用、研究，电气技术的教学包括了基础理论的教学、设施设备的教学、技术的应用和实训的教学等。本文主要以电工的实训教学作为主要内容进行分析，从电气实训教学的重要性出发，分别从电工的实训、电子技术的实训、电气工程的设计等方面进行实训教学的分析、阐述和探究，从而提高电气技术在实训教学方面的质量和效率。
作为以电子电气类专业为主的高职技术院校而言，提高学生的电气技术在实训方面是保证学生就业的重要途径之一，因此，对于电子技术专业的学生来说，电子技术的实训教学具有重要意义[1]。电气技术是以电气为主的一门新兴学科，在电工装备和工程领域之内具有重要作用，电气技术所应用到的范围十分广泛。
随着电气技术的不断发展，电气技术的应用范围越来越广，伴随着数字化、模块化、智能化及软件化的各种电工和电子仪器及设备的发展，使得业内对电气技术人才的专业技术提出了更高的要求。在电气技术中包括的电工实训、电子技术实训和电气工程设计的实训等都是电气技术实训的关键实践环节，这些环节对学生充分获取学科知识、掌握学科技能，从理论转向实际的应用和操作等方面都具有重要意义。
一、电工的实训
作为电气技术实训教学中重要的组成部分，电工实训是电子技术实训中必须掌握的最基本的技能，电工技术的熟练运用为电气技术的实践奠定了基础，同时也是学生适应和提高自身就业竞争力的关键手段。
因此在电工的实训方面，必须要掌握的技能有以下几点：一是熟练掌握常用的机床电气的工作原理，正确并快速选择常用的电工元件；二是熟练掌握典型机床电气中故障问题的分析和解决办法；三是设计比较复杂的接触器电气控制系统型继电器；四是能够熟练操作和调节变频器控制下的电动机的无级调速；五是会进行简单的控制器（PLG）的工作原理及其控制技术的编程；能够通过利用控制器完成常用机床电气线路控制的线路的改造，掌握相对复杂的控制技术，在控制技术方面，必须掌握的是关于MCS-5I单片机的原理、结构、指令系统、功能扩展及接口等各种控制技术；六是理解单片机在机床控制系统中的简单应用；七是借助计算机技术的利用和支持，熟练掌握现代化电子技术对电工、单片机等方面的控制和分析及其设计；八是借助和通过各种高科技软件技术，包括CAPTURE、LAYOUT和PROTELL等软件，在电子线路原理图和印刷线路电板设计达到高度成熟的地步；九是能够轻松运用PSPICE、EWB、MATLAB等软件在电工实践中进行电子线路的仿真设计[2]。
二、电子技术的实训
通过电子技术的实训，能够提高学生在测试电子电路和电子仪器的使用等方面的能力。通过电子元器件的识别、对电子元器件进行性能测试和多种电子电路性能指标的检测等，得以强化和巩固电子技术理论知识和基础，熟练掌握电子技术的各种技术，为彻底掌握电气技术的实践，从事各种生产和科学研究的工作奠定一定的基础。在高职技术类院校当中，电子技术的实训对电气技术的实训教学起着重要的意义和作用。
具体的说，在电子技术的实训过程中，需要掌握以下几个方面的内容：一是较为熟练的拆接焊的能力；二是熟练快速的选择常用的元器件、并对其进行检测和筛选的能力；三是对简单的装配工艺进行编制、熟练安装小型的电子电器元件；四是能够正确使用和读取仪器设备上的参数；五是能够对电子电路和小型的电子产品进行控制和调节；六是能够进行简单的电路板的设计和制作；七是能够熟练检验和校正小型的电子电气产品；八是对常见的电子电路故障能够进行分析并解决问题。
三、电气工程设计的实训
电气工程的设计在电气技术的实训方面，主要是能够培养学生对理论知识进行综合应用，提高学生学以致用的能力。在电气工程的设计方面，需要对所设计的电气工程进行资料的查阅、选择合适的方案、设计电路、进行安装并调试，经过这些具体的设计实训，能够让学生在设计的过程中，总结自己的不足、及时改正自己的错误和缺点，巩固理论知识，提高了学生在实际应用过程中发现问题并及时解决问题的能力。
通过上述三个方面的分析和实践可以证明，通过电工实训、电子技术的实训和电气工程的设计，能够联合多方面的综合实践，最终提高电气技术的实践和应用能力，提高电气技术的教学实训[3]。
要提高电气技术的实训，首先要理清实训教学的思路，再按照清晰的思路一步步的进行教学，方能达到最好的实训效果，一般普遍的实训教学包括四个环节，分别是预习、理论的教学、实训教学、撰写总结报告。在预习的过程中，要充分理解和明确实训教学的目的和意义；学好基本的工艺知识，善于总结前人的经验和教训；重视实际操作能力的培养，重视实训报告的总结等。
总之，只有把理论和实践良好的结合起来，熟练的把理论知识运用到实践过程当中，才能适应当今社会对人才的要求，提高自身的就业竞争力，成为顶尖级的技术人才。
参考文献：
RTDynamics公司开发的同名、实时交互式飞行动力学软件，主要用于模拟高保真的、简单易用的飞行模拟器。该软件主要包括固定翼飞机静态链接库和旋转翼飞行动力学库（图1和图2）。
1.固定翼飞机数据库
FDM（flight dynamics model）是为飞行训练装备和模拟器开发的一种实时的基于C++的飞机飞行动力学软件模型。它包括各种可重构的总成模型，如机翼、机身、发动机、地面、飞行仪器、起落架及增稳系统模型。飞行状态有滑行、着陆、起飞和爬升等正常状态及有风状态的实时模拟。FDM可以在宽泛的刷新频率下运行，为了获取稳定的模拟状态，一般可达到最高100H z的刷新频率。为了获得更好的保真效果，使用较高性能的计算机可以达到1000H z的刷新频率。如果可以的话，FDM还能在实时计算机系统上运行。地面模型可借助W G S84获得完整的地形应用在固定翼数据库上。
2.旋转翼飞机数据库
这个库包含了完整的直升机飞行动力学模型，并且允许用户和开发人员根据需要重新配置飞行动力学模型，来仿真不同形式的直升机。RTDynamics公司开发了这一实时交互式、简单易用的飞行动力学软件，主要用来进行飞行训练和工程仿真。
旋转翼飞行动力学模型FDM（flight dynamics model）是一种实时直升机飞行动力学模型，用来进行飞行设备的培训和模拟器的开发。
二、飞行动力学模型（FDM）
1.固定翼飞机FDM
FDM的架构组成基于许多数学模型集合而成，如机翼、机身、发动机和着陆系统数学模型等。并且具有方便拓展功能的接口，如可方便地集成已有的增稳系统控制总成等。
FDM支持基行控制系统架构的构成，在这种架构下，不同的总成通过彼此串联起来，一个总成的输出就是另一个总成的输入。通过调整开/闭（当总成没有激活时，仅仅传递数值而不对数值进行变化）和改变配置参数，开发人员可进行不同增稳系统和自动驾驶模式的运行。默认情况下，转动阻尼器和自动配平控制器供用户使用。飞行动力学模型的配置参数定义为XML文件，通过调整配置文件用户可模拟指定飞机类型的状态。
固定翼FDM通过修改XML参数可用来模拟大型商用班机以及小型或者灵敏的喷气式战斗机，如图3。如果现有的数学模型不足以模拟飞机模型，用户可添加新的或者换掉已有的数学模型。如用户可开发一种全新的发动机模型，并替换掉默认的发动机模型。
配置文件部分内容节选如下：
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-180.0 0.4
-175.0 0.681
-170.0 0.881
-
2.旋转翼飞机FDM
旋转翼FDM具有完整的组成架构，里面有许多数学模型彼此相互作用。如转子动量理论模型、机身模型、稳定器模型、基于起落架的刚体动力学模型、控制系统模型（如稳定升推系统）、仪表模型和陆地模型等，如图4。
旋转翼FDM转子模型使用了动量理论和简化的叶片单元理论的综合方法，模型不仅生成力和力矩还包括相关的诱导速度和风轮尾流等信息，可用在其他模型上，如机身模型来模拟干扰效果，转子模型还考虑了风和地面的效应。
机身和稳定器模型可以使用风洞实验数据。这两种模型可以和主翼及尾翼或者其他模型综合仿真干扰效果。因为旋转翼的存在，在仿真过程中必须考虑风的影响。
旋转翼FDM具有默认的发动机模型，用来模拟带有调速器的通用发动机。这就是说，为了保持恒定的转速，发动机的油门需要根据变动的载荷自动调节。当然，大部分现代直升机都装配了调速系统，另外，程序也留有相关接口，用户可以使用不同的发动机，比如油门由飞行员控制。
旋转翼FDM有一套飞行控制架构，这一结构允许各种不同总成在同一级中彼此关联，这样，一个总成的输出是另一个总成的输入。通过开/关（当某个总成没有激活时，其只进行输入量的传递而不进行任何改变，再传往其他总成）控制及配置文件修改，开发人员可进行不同升稳系统及自动驾驶模式的开发。默认情况下，还提供转动阻尼器和自动俯仰角控制器。
旋转翼FDM飞行动力学模型目前已经过UH-60和CH-53飞行数据的测试与验证（图5）。不同种类直升机的建模可以通过修改X M L格式的参数化配置文件来实现，这样不需要C++编程知识也能完成用户化的直升机建模工作。对于用户想创建自定义直升机模型来说，通过查看Data＼RotorLibFDM文件夹下的Example-GenHeli500-DesktopSim文件是一个重要的起点。
下面是部分内容节选：
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CoPY=”0.1397”
四、产品特性总结
1.计算机生成兵力库――CGF（Computer Generate Force）
主要用于无人直升机的实时动力学模型；
飞行状态的保存和加载；
确定状态模拟；
无人机高级飞行特技命令；
无人机低级飞行特技命令；
地形轮廓跟踪能力；
模型和控制系统采用可修改二进制格式保存（XML）；
用户自定义飞行动作；
开放灵活的C++ API。
2.飞行动力学模型库――FDM（FlightDynamics Model）
主要用行设备训练、模拟器开发以及工程仿真；
高度逼真的直升机仿真模型；
模型和控制系统采用可修改二进制格式保存（XML）；
高度真实的起落架模型（刚度阻尼、转向、制动）；
飞行状态的保存和加载；
确定状态模拟；
基于动量理论的主、副旋转翼模型；
不同组件之间的气动干扰模拟；
开放灵活的C++ API。
3.RotorLibFDM for Matlab/Simulink
旋转翼FDM具有完整的组成架构，里面有许多数学模型彼此相互作用。
转子动量理论模型；
机身模型；
稳定器模型；
基于起落架的刚体动力学模型；
控制系统模型（如稳定升推系统）；
仪表模型；
陆地模型。
4.RotorLib for VR-Force
在VR-Force环境能够实现：
兼容RotorLib CGF；
兼容RotorLib FDM；
兼容VR-Force中燃料消耗和损伤模型。
5.FixedWing CGF for VR-Force
在VR-Force环境能够实现：
战略、战术仿真；
编队、依地形飞行；
逼真的地面滑行、起飞、着落；
空战飞行特技动作；
垂直起降飞机的起飞、着落、盘旋。
bat Maneuvers Library
支持近距离空中支援，包含丰富的空战特技动作。
7.主要模块
高级飞行动力学模型库（旋转翼直升机和固定翼飞机）；
驾驶员操作动力学模型库；
两大类的C++A P I程序库，分别是飞行动力学模型
库――FDM（Flight Dynamics Model）和计算机生成兵力
库――CGF（Computer Generate Force）。
五、产品应用范围
FDM具有广泛的应用范围，因为其在保真度、计算性能和飞行难度方面有很大的灵活性，因此FDM可根据不同的配置内容应用到许多不同的仿真情形中。
（1）飞行员训练。
桌面训练器；
操作程序和训练制度训练器；
有屏幕的仿真器；
任务演练；
部分任务训练；
整体飞行训练；
无人机（UAV）操作训练；
仪表飞行规则（IFR）训练；
驾驶员座舱熟悉练习。
（2）工程模拟器。
飞机系统开发；
学术研究；
无人机系统开发。
（3）娱乐应用。
娱乐模拟器；
游戏。
（4）可以仿真绝大部分通用机型。
