發(fā)布時(shí)間：2023-03-17 18:01:32
序言：寫(xiě)作是分享個(gè)人見(jiàn)解和探索未知領(lǐng)域的橋梁，我們?yōu)槟x了8篇的試驗(yàn)設(shè)計(jì)論文樣本，期待這些樣本能夠?yàn)槟峁┴S富的參考和啟發(fā)，請(qǐng)盡情閱讀。
關(guān)鍵詞：射頻識(shí)別技術(shù)射頻卡分類(lèi)
引言
射頻識(shí)別技術(shù)(RFID，RadioFrequencyIdentification)實(shí)際上是自動(dòng)識(shí)別技術(shù)(AEI，AutomaticEquipmentIdentification)在無(wú)線電技術(shù)方面的具體應(yīng)用與發(fā)展。該項(xiàng)技術(shù)的基本思想是，通過(guò)采用一些先進(jìn)的技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)人們對(duì)各類(lèi)物體或設(shè)備(人員、物品)在不同狀態(tài)(移動(dòng)、靜止或惡劣環(huán)境)下的自動(dòng)識(shí)別和管理。
目前，應(yīng)用最廣泛的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)大致可以分為光學(xué)技術(shù)和無(wú)線電技術(shù)兩個(gè)方面。本文主要介紹自動(dòng)識(shí)別技術(shù)在無(wú)線電技術(shù)方面的應(yīng)用。
1射頻識(shí)別技術(shù)簡(jiǎn)介
20世紀(jì)80年代，由于大規(guī)模集成電路技術(shù)的成熟，射頻識(shí)別系統(tǒng)的體積大大縮小，使得射頻識(shí)別技術(shù)進(jìn)入實(shí)用化的階段，成為一種成熟的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)。
射頻識(shí)別技術(shù)是利用射頻方式進(jìn)行非接觸雙向通信，以達(dá)到識(shí)別目的并交換數(shù)據(jù)。它與同期或早期的接觸式識(shí)別技術(shù)不同。RFID系統(tǒng)的射頻卡和讀寫(xiě)器之間不用接觸就可完成識(shí)別，因此它可在更廣泛的場(chǎng)合中應(yīng)用。
典型的射頻識(shí)別系統(tǒng)包括射頻卡和讀寫(xiě)器兩部分。
射頻卡是將幾個(gè)主要模塊集成到一塊芯片中，完成與讀寫(xiě)器的通信。芯片上有EEPROM用來(lái)儲(chǔ)存識(shí)別碼或其它數(shù)據(jù)。EEPROM容量從幾比特到幾萬(wàn)比特。芯片僅需連接天線(和電池)，可以作為人員的身份識(shí)別卡或貨物的標(biāo)識(shí)卡?？ǚ庋b可以有不同形式，比如常見(jiàn)的信用卡及小圓片的形式等。與條碼、磁卡、IC卡等同期或早期的識(shí)別技術(shù)相比，射頻卡具有非接觸、工作距離長(zhǎng)、適于惡劣環(huán)境、可識(shí)別運(yùn)動(dòng)目標(biāo)等優(yōu)點(diǎn)。
在多數(shù)RFID系統(tǒng)中，讀寫(xiě)器在一個(gè)區(qū)域內(nèi)發(fā)射電磁波(區(qū)域大小取決于工作頻率和天線尺寸)?？ㄆ瑑?nèi)有一個(gè)LC串聯(lián)諧振電路，其頻率與讀寫(xiě)器發(fā)射的頻率相同。當(dāng)射頻卡經(jīng)過(guò)這個(gè)區(qū)域時(shí)，在電磁波的激勵(lì)下，LC諧振電路產(chǎn)生共振，從而使電容內(nèi)有了電荷。在這個(gè)電容的另一端，接有一個(gè)單向?qū)ǖ碾娮颖?，將電容?nèi)的電荷送到另一個(gè)電容內(nèi)儲(chǔ)存。當(dāng)所積累的電荷達(dá)到2V時(shí)，此電容可作為電源為其它電路提供工作電壓，將卡內(nèi)數(shù)據(jù)發(fā)射出去或接取讀寫(xiě)器的數(shù)據(jù)。讀寫(xiě)器接收到卡的數(shù)據(jù)后，解碼并進(jìn)行錯(cuò)誤校驗(yàn)來(lái)決定數(shù)據(jù)的有效性，然后，通過(guò)RS232、RS422、RS485或無(wú)線方式將數(shù)據(jù)傳送到計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。簡(jiǎn)單的RFID產(chǎn)品就是一種非接觸的IC卡，而復(fù)雜的RFID產(chǎn)品能和外部傳感器接口連接來(lái)測(cè)量、記錄不同的參數(shù)，甚至可與GPS系統(tǒng)連接來(lái)跟蹤物體。
工作原理如圖1所示。
2射頻識(shí)別技術(shù)的分類(lèi)
射頻識(shí)別技術(shù)主要按以下四種方式分類(lèi)。
(1)工作頻率
根據(jù)工作頻率的不同可分為低頻和高頻系統(tǒng)。①低頻系統(tǒng)一般指其工作頻率小于30MHz的系統(tǒng)。其基本特點(diǎn)是：射頻卡的成本較低、標(biāo)簽內(nèi)保存的數(shù)據(jù)量較少、閱讀距離較短(無(wú)源情況，典型閱讀距離為10cm)、射頻卡外形多樣(卡狀、環(huán)狀、鈕扣狀、筆狀)、閱讀天線方向性不強(qiáng)等。低頻系統(tǒng)多用于短距離、低成本的應(yīng)用中，如多數(shù)的門(mén)禁控制、動(dòng)物監(jiān)管、貨物跟蹤。②高頻系統(tǒng)一般指其工作頻率大于400MHz的系統(tǒng)。高頻系統(tǒng)的基本特點(diǎn)是射頻卡及讀寫(xiě)器成本均較高、卡內(nèi)保存的數(shù)據(jù)量較大、閱讀距離較遠(yuǎn)(可達(dá)幾m~十幾m)、適應(yīng)物體高速運(yùn)動(dòng)性能好、外形一般為卡狀、閱讀天線及射頻卡天線均有較強(qiáng)的方向性。高頻系統(tǒng)多應(yīng)用于需要較長(zhǎng)的讀寫(xiě)距離和高的讀寫(xiě)速度的場(chǎng)合，像火車(chē)監(jiān)控、高速公路收費(fèi)等系統(tǒng)。
(2)射頻卡
根據(jù)射頻卡的不同可分成可讀寫(xiě)(RW)卡、一次寫(xiě)入多次讀出(WORM)卡和只讀(RO)卡三種。RW卡一般比WORM卡和RO卡貴得多，如電話卡、信用卡等。一般情況下改寫(xiě)數(shù)據(jù)所花費(fèi)的時(shí)間遠(yuǎn)大于讀取數(shù)據(jù)所花費(fèi)的時(shí)間(常規(guī)為改寫(xiě)所花費(fèi)的時(shí)間為s級(jí)，閱讀花費(fèi)的時(shí)間為ms級(jí))。WORM卡是用戶(hù)可以一次性寫(xiě)入的卡，寫(xiě)入后數(shù)據(jù)不能改變，且比RW卡要便宜。RO卡存有一個(gè)唯一的號(hào)碼，不能逐改，保證了安全性。RO卡最便宜。
(3)射頻卡的有源與無(wú)源
射頻卡可分為有源及無(wú)源兩種。有源射頻卡使用卡內(nèi)電池的能量、識(shí)別距離較長(zhǎng)，可達(dá)十幾m，但是它的壽命有限(3~10年)，且價(jià)格較高；無(wú)源射頻卡不含電池，利用讀寫(xiě)器發(fā)射的電磁波提供能量，重量輕、體積小、壽命長(zhǎng)、很便宜，但它的發(fā)射距離受限制，一般是幾十cm，且需要讀寫(xiě)器的發(fā)射功率大。
(4)調(diào)制方式
根據(jù)調(diào)制方式的不同還可分為主動(dòng)式和被動(dòng)式。①主動(dòng)式的射頻卡用自身的射頻能量主動(dòng)地發(fā)送數(shù)據(jù)給讀寫(xiě)器。②被動(dòng)式的射頻卡，使用調(diào)制散射方式發(fā)射數(shù)據(jù)。它必須利用讀寫(xiě)器的載波調(diào)制自己的信號(hào)，適宜在門(mén)禁或交通的應(yīng)用中使用。因?yàn)樽x寫(xiě)器可以確保只激活一定范圍之內(nèi)的射頻卡。
目前使用的多數(shù)系統(tǒng)中，一次只能讀寫(xiě)一個(gè)射頻卡。射頻卡之間要保持一定距離，確保一次只能有一個(gè)卡在讀寫(xiě)區(qū)域內(nèi)。讀寫(xiě)距離長(zhǎng)，射頻卡之間的距離就要大，應(yīng)用起來(lái)很不方便?，F(xiàn)在的射頻卡具有防碰撞的功能，這對(duì)于RFID來(lái)說(shuō)十分重要。所謂碰撞是指多個(gè)射頻卡進(jìn)入識(shí)別區(qū)域時(shí)信號(hào)互相干擾的情況。具有防碰撞性能的系統(tǒng)可以同時(shí)識(shí)別進(jìn)入識(shí)別距離的所有射頻卡，它的并行工作方式大大提高了系統(tǒng)的效率。
3國(guó)際射頻識(shí)別技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r
射頻識(shí)別技術(shù)在國(guó)外發(fā)展得很快。RFID產(chǎn)品種類(lèi)很多，像德州儀器、Motoro1a、Philips、Microchip等世界著名廠家都生產(chǎn)RFID產(chǎn)品。他們的產(chǎn)品各有特點(diǎn)，自成系列。射頻識(shí)別技術(shù)被廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化、商業(yè)自動(dòng)化、交通運(yùn)輸控制管理等眾多領(lǐng)域。如澳大利亞將它的RFID產(chǎn)品用于澳機(jī)場(chǎng)旅客行李管理中并發(fā)揮了出色的作用；瑞士國(guó)家鐵路局在瑞士的全部旅客列車(chē)上安裝RFID自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)，調(diào)度員可以實(shí)時(shí)掌握火車(chē)運(yùn)行情況，不僅利于管理，還大大減小了發(fā)生事故的可能性；德國(guó)BMW公司將射頻識(shí)別系統(tǒng)應(yīng)用在汽車(chē)生產(chǎn)流水線的生產(chǎn)過(guò)程控制中等。
據(jù)有關(guān)權(quán)威數(shù)據(jù)顯示，射頻識(shí)別產(chǎn)品在全世界的銷(xiāo)量以每年25.3%的比例增長(zhǎng)。由此可見(jiàn)，射頻識(shí)別技術(shù)具有廣闊的市場(chǎng)前景。
4射頻識(shí)別技術(shù)在我國(guó)的發(fā)展
我國(guó)政府在1993年制定的金卡工程實(shí)施計(jì)劃，是一個(gè)旨在加速推動(dòng)我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)信息化進(jìn)程的重大國(guó)家級(jí)工程，由此各種自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用十分迅猛?，F(xiàn)在，射頻識(shí)別技術(shù)作為一種新興的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，也將在中國(guó)很快地普及。
目前，我國(guó)的射頻識(shí)別技術(shù)在下列幾種應(yīng)用中發(fā)展前景較好。當(dāng)然，這里僅僅羅列了射頻識(shí)別技術(shù)應(yīng)用的一部分。任何一種技術(shù)如果得到普及，都將會(huì)孕育一個(gè)龐大的市場(chǎng)。射頻識(shí)別將是未來(lái)一個(gè)新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。
4.1安全防護(hù)領(lǐng)域
(1)門(mén)禁保安
將來(lái)的門(mén)禁保安系統(tǒng)均可應(yīng)用射頻卡。一卡可以多用。比如，可以作工作證、出入證、停車(chē)卡、飯店住宿卡甚至旅游護(hù)照等，目的都是識(shí)別人員身份、安全管理、收費(fèi)等等。好處是簡(jiǎn)化出入手續(xù)、提高工作效率、安全保護(hù)。只要人員佩戴了封裝成ID卡大小的射頻卡、進(jìn)出入口有一臺(tái)讀寫(xiě)器，人員出入時(shí)自動(dòng)識(shí)別身份，非法闖入會(huì)有報(bào)警。安全級(jí)別要求高的地方、還可以結(jié)合其它的識(shí)別方式，將指紋、掌紋或顏面特征存入射頻卡。
公司還可以用射頻卡保護(hù)和跟蹤財(cái)產(chǎn)。將射頻卡貼在物品上面，如計(jì)算機(jī)、傳真機(jī)、文件、復(fù)印機(jī)或其它實(shí)驗(yàn)室用品上。該射頻卡使得公司可以自動(dòng)跟蹤管理這些有價(jià)值的財(cái)產(chǎn)，可以跟蹤一個(gè)物品從某一建筑離開(kāi)，或是用報(bào)警的方式限制物品離開(kāi)某地。結(jié)合GPS系統(tǒng)利用射頻卡，還可以對(duì)貨柜車(chē)、貨艙等進(jìn)行有效跟蹤。
(2)汽車(chē)防盜
這是RFID較新的應(yīng)用。目前已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了足夠小的、能夠封裝到汽車(chē)鑰匙當(dāng)中含有特定碼字的射頻卡。它需要在汽車(chē)上裝有讀寫(xiě)器，當(dāng)鑰匙插入到點(diǎn)火器中時(shí)，讀寫(xiě)器能夠辨別鑰匙的身份。如果讀寫(xiě)器接收不到射頻卡發(fā)送來(lái)的特定信號(hào)，汽車(chē)的引擎將不會(huì)發(fā)動(dòng)。用這種電子驗(yàn)證的方法，汽車(chē)的中央計(jì)算機(jī)也就能容易防止短路點(diǎn)火。
另一種汽車(chē)防盜系統(tǒng)是，司機(jī)自己帶有一射頻卡，其發(fā)射范圍是在司機(jī)座椅45~55cm以?xún)?nèi)，讀寫(xiě)器安裝在座椅的背部。當(dāng)讀寫(xiě)器讀取到有效的ID號(hào)時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出三聲?shū)Q叫，然后汽車(chē)引擎才能啟動(dòng)。該防盜系統(tǒng)還有另一強(qiáng)大功能：倘若司機(jī)離開(kāi)汽車(chē)并且車(chē)門(mén)敞開(kāi)引擎也沒(méi)有關(guān)閉，這時(shí)讀寫(xiě)器就需要讀取另一有效ID號(hào)；假如司機(jī)將該射頻卡帶離汽車(chē)，這樣讀寫(xiě)器不能讀到有效ID號(hào)，引擎就會(huì)自動(dòng)關(guān)閉，同時(shí)觸發(fā)報(bào)警裝置。
(3)電子物品監(jiān)視系統(tǒng)
電子物品監(jiān)視系統(tǒng)(ElectronicArticleSurveillance,EAS)的目的是防止商品被盜。整個(gè)系統(tǒng)包括貼在物體上的一個(gè)內(nèi)存容量?jī)H為1比特(即開(kāi)或關(guān))的射頻卡，和商店出口處的讀寫(xiě)器。射頻卡在安裝時(shí)被激活。在激活狀態(tài)下，射頻卡接近掃描器時(shí)會(huì)被探測(cè)到，同時(shí)會(huì)報(bào)警。如果貨物被購(gòu)買(mǎi)，由銷(xiāo)售人員用專(zhuān)用工具拆除射頻卡(典型的是在服裝店里)，或者用磁場(chǎng)來(lái)使射頻卡失效，或者直接破壞射頻卡本身的電特性。EAS系統(tǒng)已被廣泛使用。據(jù)估計(jì)每年消耗60億套。
4.2商品生產(chǎn)銷(xiāo)售領(lǐng)域
(1)生產(chǎn)線自動(dòng)化
用RFID技術(shù)在生產(chǎn)流水線上實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制、監(jiān)視，提高生產(chǎn)率，改進(jìn)生產(chǎn)方式，節(jié)約了成本。舉個(gè)例子以說(shuō)明在生產(chǎn)線上應(yīng)用RFID技術(shù)的情況。
用于汽車(chē)裝配流水線。德國(guó)寶馬汽車(chē)公司在裝配流水線上應(yīng)用射頻卡，以盡可能大量地生產(chǎn)用戶(hù)定制的汽車(chē)。寶馬汽車(chē)的生產(chǎn)是基于用戶(hù)提出的要求式樣而生產(chǎn)的。用戶(hù)可以從上萬(wàn)種內(nèi)部和外部選項(xiàng)中，選定自己所需車(chē)的顏色、引擎型號(hào)和輪胎式樣等。這樣一來(lái)，汽車(chē)裝配流水線上就得裝配上百種式樣的寶馬汽車(chē)，如果沒(méi)有一個(gè)高度組織的、復(fù)雜的控制系統(tǒng)是很難完成這樣復(fù)雜的任務(wù)的。寶馬公司在其裝配流水線上配有RFID系統(tǒng)，使用可重復(fù)使用的射頻卡。該射頻卡上帶有汽車(chē)所需的所有詳細(xì)的要求，在每個(gè)工作點(diǎn)處都有讀寫(xiě)器，這樣可以保證汽車(chē)在各個(gè)流水線位置，能毫不出錯(cuò)地完成裝配任務(wù)。
(2)倉(cāng)儲(chǔ)管理
將RFID系統(tǒng)用于智能倉(cāng)庫(kù)貨物管理，能有效地解決與貨物流動(dòng)有關(guān)的信息管理，不但增加了處理貨物的速度，還可監(jiān)視貨物的一切信息。射頻卡貼在貨物所通過(guò)的倉(cāng)庫(kù)大門(mén)邊上，讀寫(xiě)器和天線都放在叉車(chē)上，每個(gè)貨物都貼有條碼，所有條碼信息都被存儲(chǔ)在倉(cāng)庫(kù)的中央計(jì)算機(jī)里，與該貨物有關(guān)的信息都能在計(jì)算機(jī)里查到。當(dāng)貨物出庫(kù)時(shí)，由另一讀寫(xiě)器識(shí)別并告知中央計(jì)算它被放在哪個(gè)拖車(chē)上。這樣，管理中心可以實(shí)時(shí)地了解到已經(jīng)生產(chǎn)了多少產(chǎn)品和發(fā)送了多少產(chǎn)品。
(3)產(chǎn)品防偽
偽造問(wèn)題在世界各地都是令人頭疼的問(wèn)題，將射頻識(shí)別技術(shù)應(yīng)用在防偽領(lǐng)域有它自身的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。防偽技術(shù)本身要求成本低，且難于偽造。射頻卡的成本就相對(duì)便宜，而芯片的制造需要有昂貴的芯片工廠，使偽造者望而卻步。射頻卡本身有內(nèi)存，可以?xún)?chǔ)存、修改與產(chǎn)品有關(guān)的數(shù)據(jù)，利于銷(xiāo)售商使用；體積十分小、便于產(chǎn)品封裝。像電腦、激光打印機(jī)、電視等產(chǎn)品上都可使用。
(4)RFID卡收費(fèi)
國(guó)外的各種交易大多利用各種卡來(lái)完成，而我國(guó)普遍采用現(xiàn)金交易。現(xiàn)金交易不方便也不安全，還容易出現(xiàn)稅收的漏洞。目前的收費(fèi)卡多用磁卡、IC卡，而射頻卡也開(kāi)始占據(jù)市場(chǎng)。原因是在一些惡劣的環(huán)境中，磁卡、IC卡容易損壞，而射頻卡則不易磨損，也不怕靜電及其它情況；同時(shí)，射頻卡用起來(lái)方便、快捷，甚至不用打開(kāi)包，在讀寫(xiě)器前搖晃一下，就完成收費(fèi)。另外，還可同時(shí)識(shí)別幾張卡．并行收費(fèi)，如公共汽車(chē)上的電子月票。我國(guó)大城市的公共汽車(chē)異常擁擠、環(huán)境條件差，射頻卡的使用有助于改善這種情況。
4.3管理與數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)領(lǐng)域
(1)畜牧管理
該領(lǐng)域的發(fā)展起步于賽馬的識(shí)別，是用小玻璃封裝的射頻卡植于動(dòng)物皮下。射頻卡大約10mm長(zhǎng)，內(nèi)有一個(gè)線圈，約1000圈的細(xì)線繞在鐵氧體上，讀寫(xiě)距離是十幾cm。從賽馬識(shí)別發(fā)展到了標(biāo)識(shí)牲畜。牲畜的識(shí)別提供了現(xiàn)代化管理牧場(chǎng)的方法。
(2)運(yùn)動(dòng)計(jì)時(shí)
在馬拉松比賽中，由于人員太多，有時(shí)第一個(gè)出發(fā)的人同最后一個(gè)出發(fā)的人能相隔40分鐘。如果沒(méi)有一個(gè)精確的計(jì)時(shí)裝置，就會(huì)出現(xiàn)差錯(cuò)。射頻卡應(yīng)用于馬拉松比賽中，運(yùn)動(dòng)員在自己的鞋帶上很方便地系上射頻卡，在比賽的起跑線和終點(diǎn)線處放置帶有微型天線的小墊片。當(dāng)運(yùn)動(dòng)員越過(guò)此墊片時(shí)，計(jì)時(shí)系統(tǒng)便會(huì)接收運(yùn)動(dòng)員所帶的射頻卡發(fā)出的ID號(hào)，并記錄當(dāng)時(shí)的時(shí)間。這樣，每個(gè)運(yùn)動(dòng)員都會(huì)有自己的起始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間，不會(huì)出現(xiàn)不公平競(jìng)爭(zhēng)的可能性了。在比賽路線中，如果每隔5km就設(shè)置這樣一個(gè)墊片，還可以很方便地記錄運(yùn)動(dòng)員在每個(gè)階段所用的時(shí)間。
RFID還可應(yīng)用于汽車(chē)大獎(jiǎng)賽上的精確計(jì)時(shí)。在跑道下面按照一定的距離間隔埋入一系列的天線，這些天線與讀寫(xiě)器相連，而射頻卡安裝到賽車(chē)前方。當(dāng)賽車(chē)每越過(guò)一個(gè)天線時(shí)，賽車(chē)的ID號(hào)和時(shí)間就被記錄下來(lái)，并存儲(chǔ)到中央計(jì)算機(jī)內(nèi)。這樣到比賽結(jié)束時(shí)，每個(gè)參賽選手將會(huì)有一個(gè)準(zhǔn)確的結(jié)果。
4.4交通運(yùn)輸領(lǐng)域
(1)高速公路自動(dòng)收費(fèi)及交通管理
高速公路自動(dòng)收費(fèi)系統(tǒng)是射頻識(shí)別技術(shù)最成功的應(yīng)用之一。目前，中國(guó)的高速公路發(fā)展非?？?，而高速公路收費(fèi)卻存在一些問(wèn)題：一是在收費(fèi)站口，許多車(chē)輛要停車(chē)排隊(duì)，成為交通瓶頸問(wèn)題；二是少數(shù)不法的收費(fèi)員貪污路費(fèi)，使國(guó)家損失了相當(dāng)?shù)呢?cái)政收入。RFID技術(shù)應(yīng)用在高速公路自動(dòng)收費(fèi)上，能夠充分體現(xiàn)它非接觸識(shí)別的優(yōu)勢(shì)——讓車(chē)輛高速通過(guò)收費(fèi)站的同時(shí)自動(dòng)完成收費(fèi)，同時(shí)可以解決收費(fèi)員貪污路費(fèi)及交通擁堵的問(wèn)題。利用射頻識(shí)別技術(shù)的不停車(chē)高速公路自動(dòng)收費(fèi)系統(tǒng)是將來(lái)的發(fā)展方向；人工收費(fèi)，包括IC卡的停車(chē)收費(fèi)方式，終將會(huì)被淘汰。預(yù)計(jì)在未來(lái)10年內(nèi)，高速公路自動(dòng)收費(fèi)系統(tǒng)將有數(shù)十億元的需求。
在城市交通方面，解決交通日趨擁擠問(wèn)題不能只依賴(lài)于修路。加強(qiáng)交通的指揮、控制、疏導(dǎo)，提高道路的利用率，深挖現(xiàn)有交通潛能也是非常重要的；而基于RFID技術(shù)的交通管理系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)查處違章車(chē)輛，記錄違章情況。另外，公共汽車(chē)站實(shí)時(shí)跟蹤指示公共汽車(chē)到站時(shí)間及自動(dòng)顯示乘客信息，會(huì)給乘客帶來(lái)很大的方便。
(2)火車(chē)和貨運(yùn)集裝箱的識(shí)別
在火車(chē)運(yùn)營(yíng)中，使用RFID系統(tǒng)很大的優(yōu)勢(shì)在于：火車(chē)是按既定路線運(yùn)行的，因此肯定要通過(guò)設(shè)定的讀寫(xiě)器的地點(diǎn)。通過(guò)讀到的數(shù)據(jù)，能夠得到火車(chē)的身份、監(jiān)控火車(chē)的完整性，以防止遺漏在鐵軌上的車(chē)廂發(fā)生撞車(chē)事故，同時(shí)能在車(chē)站將車(chē)廂重新編組。起初的努力是用超音波和雷達(dá)測(cè)距系統(tǒng)讀出車(chē)廂側(cè)的條碼，現(xiàn)在被RFID系統(tǒng)取代。射頻卡一般安在車(chē)廂頂邊，讀寫(xiě)器安在鐵路沿線，就可得到火車(chē)的實(shí)時(shí)信息及車(chē)廂內(nèi)裝的物品信息。
目前，射頻自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)的安裝遍布全國(guó)14個(gè)鐵路局。2001年3月1日，鐵道部正式聯(lián)網(wǎng)啟用車(chē)次車(chē)號(hào)自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)，為自備車(chē)企業(yè)、合資鐵路和地方鐵路實(shí)現(xiàn)信息化智能運(yùn)輸管理提供了重要良機(jī)。
由于目前中小學(xué)的課時(shí)量、實(shí)驗(yàn)儀器和藥品數(shù)量的限制，使得教材中的很多實(shí)驗(yàn)學(xué)生無(wú)法親自動(dòng)手完成，只能由教師來(lái)做演示實(shí)驗(yàn)，極大地影響了學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)造能力。而微型實(shí)驗(yàn)的出現(xiàn)則可以改善上述的癥狀。尤其是新課改之后，教學(xué)方式、教學(xué)內(nèi)容的變化，給實(shí)驗(yàn)教師帶來(lái)了一定的挑戰(zhàn)性。倘若課堂上依然完全采取教師講、學(xué)生聽(tīng)的方式，便無(wú)法提高教學(xué)質(zhì)量，使教學(xué)停滯不前。尤其是在實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面，不能自己動(dòng)手操作，就會(huì)永遠(yuǎn)走一條既成的老路，無(wú)法實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新。而且常規(guī)的實(shí)驗(yàn)會(huì)需要更多的藥品和儀器，同時(shí)造成環(huán)境的污染。因此，在中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)當(dāng)中逐步實(shí)施微型實(shí)驗(yàn)，節(jié)約資源，提高學(xué)生的創(chuàng)造力是相當(dāng)有必要的。
二、微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)的特色和實(shí)施的必要性
微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器具有不易破碎、小巧便攜、使用方便等特點(diǎn)，使得無(wú)論是學(xué)校還是個(gè)人都有能力去創(chuàng)建自己的“微型實(shí)驗(yàn)室”，這就為化學(xué)實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)的改革提供了方便與可能。實(shí)踐證明，微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)在教學(xué)中的實(shí)施概括來(lái)說(shuō)主要有以下特點(diǎn)：過(guò)去的課堂實(shí)驗(yàn)基本上被演示實(shí)驗(yàn)所占據(jù)，學(xué)生們處在一種“被動(dòng)接受”知識(shí)的狀態(tài)中，而微型實(shí)驗(yàn)使得大多數(shù)學(xué)生都有機(jī)會(huì)自己動(dòng)手參與，使得啟發(fā)式的教學(xué)方法能夠得以實(shí)現(xiàn)；微型化實(shí)驗(yàn)具有安全性和節(jié)約性的特點(diǎn)，教師可以放心地讓每一個(gè)學(xué)生獨(dú)自動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，親自動(dòng)手實(shí)驗(yàn)的方式可以促進(jìn)學(xué)生理解和形成化學(xué)概念，幫助培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)觀察和動(dòng)手能力，同時(shí)，極大地促進(jìn)了學(xué)生對(duì)于化學(xué)實(shí)驗(yàn)興趣的培養(yǎng)；方便了實(shí)驗(yàn)室分組實(shí)驗(yàn)、家庭小實(shí)驗(yàn)尤其是隨堂實(shí)驗(yàn)的展開(kāi)，培養(yǎng)了學(xué)生既動(dòng)手又動(dòng)腦、理論聯(lián)系實(shí)際和解決實(shí)際問(wèn)題的能力，尤其是對(duì)于資源條件較差的農(nóng)村中學(xué)，微型實(shí)驗(yàn)的實(shí)施對(duì)其影響頗深；有利于減少?gòu)U氣、廢液以及固體廢品的排放，改善實(shí)驗(yàn)室環(huán)境、降低空氣污染，減少對(duì)師生健康的損害。具體來(lái)說(shuō)，微型實(shí)驗(yàn)可以：
（一）改進(jìn)演示實(shí)驗(yàn)，激發(fā)創(chuàng)新
演示實(shí)驗(yàn)是課堂教學(xué)中最直接、最便捷的一種的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式，是探索新知識(shí)、學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)操作和技能的最基本途徑。因此教師在做課堂演示實(shí)驗(yàn)時(shí)，對(duì)課本的中實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了合理的微型化改進(jìn)。如：做“木炭還原氧化銅”實(shí)驗(yàn)時(shí)，常常會(huì)出現(xiàn)現(xiàn)象不明顯，反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)的現(xiàn)象，影響觀察和判斷，其中碳和氧化銅的質(zhì)量比需要控制在（9~13）：1的范圍內(nèi)，倘若比例過(guò)高，氧化銅不能完全反應(yīng)；比例太低，碳粉的量遮蓋了銅的顏色，現(xiàn)象不易觀察。對(duì)于此實(shí)驗(yàn)，可以做如下改進(jìn)：為了減少實(shí)驗(yàn)時(shí)間，可以在實(shí)驗(yàn)開(kāi)始之前將碳粉和氧化銅粉末混合均勻，調(diào)成糊狀。取少許均勻涂抹在試管底部?jī)?nèi)壁上，待晾干后，進(jìn)行還原實(shí)驗(yàn)操作。因?yàn)榉磻?yīng)物的量非常少，所以加熱較短時(shí)間就能觀察到試管內(nèi)壁紫紅色銅鏡的出現(xiàn)。改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)節(jié)約藥品、現(xiàn)象明顯，有利于激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力，培養(yǎng)其創(chuàng)新的意識(shí)。
（二）設(shè)計(jì)分組實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新、合作精神
設(shè)計(jì)分組實(shí)驗(yàn)不僅可以幫助學(xué)生形成概念、鞏固知識(shí)、培養(yǎng)技能，更能訓(xùn)練其團(tuán)結(jié)、合作、互助的精神。在實(shí)驗(yàn)課堂上，一個(gè)合理有效的分組實(shí)驗(yàn)，能幫助大家節(jié)約資源、節(jié)約時(shí)間。如”二氧化碳?xì)怏w的制取“實(shí)驗(yàn)，教師可以將實(shí)驗(yàn)分為4個(gè)小組：通過(guò)上述分組實(shí)驗(yàn)探究，學(xué)生可以找出二氧化碳?xì)怏w制取的最佳方案，并且能夠舉一反三，了解到其他制取方案的優(yōu)劣性。
（三）展開(kāi)家庭興趣小實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)興趣和實(shí)踐能力
實(shí)驗(yàn)課中的教師演示實(shí)驗(yàn)和學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)，畢竟時(shí)間、儀器、藥品選擇有限，不能夠讓每一個(gè)學(xué)生的興趣和個(gè)性得以激發(fā)，課堂中的實(shí)驗(yàn)更多的是訓(xùn)練學(xué)生的實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)思維。此時(shí)，家庭興趣小實(shí)驗(yàn)便可以提供廣闊的空間，學(xué)生可以依照自己的興趣愛(ài)好，進(jìn)行獨(dú)立的微型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。首先，提出方案設(shè)計(jì)，通過(guò)查閱資料、選擇藥品和儀器，現(xiàn)象觀察與記錄，結(jié)果的交流分析等。整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，都是由學(xué)生來(lái)主導(dǎo)的，體現(xiàn)了自己的主觀能動(dòng)性。如“紙杯燒水”實(shí)驗(yàn)——水的沸點(diǎn)是100℃，加熱沸騰后只吸熱，溫度不再升高，而紙的著火點(diǎn)在150℃以上，所以水可以燒開(kāi)，紙卻沒(méi)事，這樣的實(shí)驗(yàn)材料選擇非常簡(jiǎn)單，容易操作。又如”變胖的雞蛋“——醋酸和雞蛋殼的反應(yīng)，雞蛋殼的主要成分是碳酸鈣，醋酸的主要成分是酸，所用物品在生活中隨處可見(jiàn)，獲取容易，生動(dòng)有趣，現(xiàn)象明顯易觀察。反應(yīng)原理是：蛋殼消失是因?yàn)榕c醋酸發(fā)生了反應(yīng)，被溶解，從雞蛋中冒出來(lái)的氣泡，則是反應(yīng)生成的二氧化碳。
1.初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)類(lèi)型依據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)，可以對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行不同的劃分。根據(jù)初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的不同，可以將初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)分成以下類(lèi)型：制備實(shí)驗(yàn)、性質(zhì)實(shí)驗(yàn)、化學(xué)原理的驗(yàn)證、混合物成分的分析、濃度測(cè)定、定性與定量結(jié)合的實(shí)驗(yàn)等。
2.化學(xué)實(shí)驗(yàn)方案的內(nèi)容實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的成果就是實(shí)驗(yàn)方案。雖然具體的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的目的、內(nèi)容和形式不盡相同，但就一個(gè)相對(duì)完整的實(shí)驗(yàn)方案來(lái)說(shuō)，一般包括：實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)（課題）；實(shí)驗(yàn)?zāi)康?；?shí)驗(yàn)原理；實(shí)驗(yàn)用品（試劑、儀器、裝置設(shè)備）及規(guī)格；實(shí)驗(yàn)裝置圖、實(shí)驗(yàn)步驟和操作方法；注意事項(xiàng)；實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及結(jié)果處理；問(wèn)題和討論等。
3.實(shí)驗(yàn)方案選擇的基本標(biāo)準(zhǔn)同一個(gè)實(shí)驗(yàn)課題，每個(gè)人的設(shè)計(jì)和操作過(guò)程可能不一樣，結(jié)果自然也不會(huì)完全相同。根據(jù)初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原則和教學(xué)實(shí)際，實(shí)驗(yàn)方案選擇的基本標(biāo)準(zhǔn)是：原理正確有科學(xué)依據(jù)；裝置簡(jiǎn)單，在實(shí)際中具有可操作性且操作方便；實(shí)驗(yàn)步驟少，需要時(shí)間短；藥品用量少、無(wú)毒且廉價(jià)易得；實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象要明顯；反應(yīng)條件要簡(jiǎn)單（最好在常溫下進(jìn)行）；盡量不用也不產(chǎn)生污染環(huán)境的物質(zhì)，即符合“綠色化學(xué)”的要求；制備實(shí)驗(yàn)產(chǎn)率高；性質(zhì)實(shí)驗(yàn)誤差??；實(shí)驗(yàn)安全無(wú)危險(xiǎn)；設(shè)計(jì)要嚴(yán)謹(jǐn)?shù)取?/p>
二、中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新的一般原則
無(wú)論哪一類(lèi)中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新，一般都應(yīng)遵循以下原則：
1.科學(xué)性原則科學(xué)性是指實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)程序和操作方法必須與科學(xué)理論和實(shí)驗(yàn)方法論相一致?？茖W(xué)性是化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新的首要原則。例如：實(shí)驗(yàn)室制取氫氣，就不能選用硝酸與金屬鋅反應(yīng)，因?yàn)檫@個(gè)反應(yīng)很難制得純凈的氫氣。
2.目標(biāo)性原則目標(biāo)性是指實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)或創(chuàng)新要根據(jù)一定的教學(xué)目標(biāo)有所側(cè)重與突破。同一個(gè)實(shí)驗(yàn)，教學(xué)目標(biāo)（如教師演示與學(xué)生操作，為了突出環(huán)?；蛉の缎裕┎煌?，設(shè)計(jì)所用的原理、用品、方法、裝置、步驟等是有一定區(qū)別的。
3.安全性原則安全性是指化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)盡量避免使用有毒、有害的化學(xué)試劑，以及反應(yīng)產(chǎn)生有毒害的物質(zhì)，或者具有一定危險(xiǎn)性的實(shí)驗(yàn)裝置與操作?！叭绻仨毷褂玫?，應(yīng)該在所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案中詳細(xì)寫(xiě)明注意事項(xiàng)，以防止造成環(huán)境污染和人身傷害。”［4］安全是中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的第一要?jiǎng)?wù)，設(shè)計(jì)時(shí)必須要特別引起重視！
4.新穎性原則新穎性是指實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)在思路、操作方法、器材用品、裝置等方面要有新的突破，使新設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)對(duì)教學(xué)與研究更加適用或具有指導(dǎo)的意義。
5.可行性原則可行性是指設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)所運(yùn)用的實(shí)驗(yàn)原理在實(shí)施時(shí)切實(shí)可行，所選用的化學(xué)試劑、實(shí)驗(yàn)儀器、設(shè)備和方法在現(xiàn)有的條件下能夠得到滿(mǎn)足。例如：實(shí)驗(yàn)室大量制取二氧化碳，不能為了創(chuàng)新而選用碳酸鈉代替碳酸鈣（或石灰石）與鹽酸反應(yīng)，或者用硫酸替代鹽酸與碳酸鈣（或石灰石）反應(yīng)。因?yàn)榍罢叻磻?yīng)太劇烈，后者反應(yīng)不完全，很快就停止了。
6.簡(jiǎn)約性原則簡(jiǎn)約性是指盡量采用簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)裝置、較少的實(shí)驗(yàn)步驟和試劑，在較短的時(shí)間內(nèi)完成實(shí)驗(yàn)。復(fù)雜的裝置與步驟以及時(shí)間太長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)都會(huì)轉(zhuǎn)移中學(xué)生的注意力，容易導(dǎo)致他們產(chǎn)生畏難情緒和疲勞感，影響對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的觀察、分析與思考。
7.綠色化原則綠色化是指從化學(xué)反應(yīng)的原料、反應(yīng)的條件、反應(yīng)的產(chǎn)物和實(shí)驗(yàn)的操作等化學(xué)實(shí)驗(yàn)的全過(guò)程上進(jìn)行控制，盡可能地減少甚至消除有毒、有害的化學(xué)物質(zhì)對(duì)環(huán)境的影響。綠色化學(xué)是21世紀(jì)化學(xué)科學(xué)的一個(gè)重要發(fā)展方向。
8.啟迪性原則啟迪性是指實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)起開(kāi)導(dǎo)作用，能夠啟發(fā)學(xué)生的思維，促進(jìn)學(xué)生對(duì)化學(xué)原理及知識(shí)的探討和認(rèn)識(shí)，優(yōu)化學(xué)習(xí)過(guò)程，從而提高教學(xué)效益。這是中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新的出發(fā)點(diǎn)和歸宿。
三、實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)的視角
初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)是在義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)的指導(dǎo)下，對(duì)現(xiàn)行教材中所涉及的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)、優(yōu)化、增設(shè)或創(chuàng)新等，以提高化學(xué)實(shí)驗(yàn)在初中化學(xué)教學(xué)中的效益。在初中化學(xué)教學(xué)中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)是提高化學(xué)教學(xué)有效性的需要，也是義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)的要求?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)要與時(shí)俱進(jìn)，必須符合現(xiàn)代化學(xué)教育發(fā)展的理念，在滿(mǎn)足探究性的條件下，可以從以下視角進(jìn)行：
1.實(shí)驗(yàn)過(guò)程綠色化“綠色化學(xué)的理念是在化學(xué)反應(yīng)過(guò)程以及化工生產(chǎn)中，不再使用有毒有害物質(zhì)，不再產(chǎn)生廢物，不再處理廢物，它是一門(mén)從源頭上阻止污染的化學(xué)?！保?］化學(xué)實(shí)驗(yàn)在設(shè)計(jì)上要體現(xiàn)綠色化，盡可能做到原料（反應(yīng)物）的綠色化，化學(xué)反應(yīng)的綠色化（采用原子經(jīng)濟(jì)性反應(yīng)），生成物的綠色化以及催化劑、溶劑的綠色化。例如：在涉及氧氣的制取實(shí)驗(yàn)時(shí)采用雙氧水分解來(lái)制取，二氧化錳要回收等。
2.實(shí)驗(yàn)裝置微型化“所謂微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)，就是以盡可能少的化學(xué)試劑來(lái)獲取所需化學(xué)信息的實(shí)驗(yàn)方法與技術(shù)?！保?］雖然它的化學(xué)試劑用量一般只為常規(guī)實(shí)驗(yàn)用量的幾十分之一乃至幾千分之一，卻可以達(dá)到準(zhǔn)確、明顯、安全、方便和防止環(huán)境污染等目的。例如：在“探究微粒的運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)”中，可以用試管代替燒杯進(jìn)行微型化實(shí)驗(yàn)。在一個(gè)單孔橡皮塞上插入一根玻璃導(dǎo)管接近試管底，試管內(nèi)壁貼一張滴加無(wú)色酚酞試液的濾紙，從導(dǎo)管口滴上兩滴濃氨水到試管底部，用透明膠封導(dǎo)管口，可以看到，試管里滴有無(wú)色酚酞試液的濾紙由下往上慢慢變紅了。
3.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)環(huán)?；白罴训沫h(huán)境保護(hù)方法是在源頭上防止污染的產(chǎn)生，而不是污染產(chǎn)生后再去處理。”［7］實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中我們應(yīng)該采取一些有效措施使化學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所和環(huán)境的污染降低到最低限度。這些措施主要是：實(shí)驗(yàn)裝置密閉化，避免敞口操作，防止有關(guān)物質(zhì)散佚到周?chē)h(huán)境中；采取收集辦法，回收有關(guān)物質(zhì)；對(duì)有毒物質(zhì)進(jìn)行無(wú)毒害處理；加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所的通風(fēng)或采取其他的防護(hù)措施等。例如：一氧化碳還原性實(shí)驗(yàn)，對(duì)多余的一氧化碳可以回收，也可以燃燒進(jìn)行無(wú)毒害處理等。
4.實(shí)驗(yàn)操作安全化保證實(shí)驗(yàn)安全，是化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的原則要求。有一些實(shí)驗(yàn)，由于物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)的特殊性，給實(shí)驗(yàn)增加了難度甚至危險(xiǎn)性。在點(diǎn)燃?xì)錃獾膶?dǎo)管和氫氣發(fā)生器之間，用一個(gè)小塑料瓶裝上大約四分之三的水制成一個(gè)“安全裝置”連接起來(lái)，這樣，即使點(diǎn)燃不純凈的氫氣，爆炸也只是在“安全裝置”中發(fā)生，氫氣很少威力小，氫氣發(fā)生裝置不會(huì)發(fā)生爆炸，因此不會(huì)發(fā)生安全事故。
5.實(shí)驗(yàn)趣味化化學(xué)實(shí)驗(yàn)具有動(dòng)機(jī)功能，增加化學(xué)實(shí)驗(yàn)的趣味性，可以激發(fā)學(xué)生的化學(xué)學(xué)習(xí)興趣。例如：在研究燃燒與滅火的條件時(shí)，增加演示“燒不壞的手帕”［8］實(shí)驗(yàn)，可以激發(fā)學(xué)生的興趣。在此基礎(chǔ)上讓學(xué)生繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，探討手帕燒壞的條件，則能夠使學(xué)生深化對(duì)有關(guān)知識(shí)的認(rèn)識(shí)。
6.利用儀器功能轉(zhuǎn)化儀器本身沒(méi)有限定它只能用于什么而不能用于什么，只是主要適用于什么?！胺此純x器的別樣用途，可以幫助我們加深對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器和實(shí)驗(yàn)原理的認(rèn)識(shí)，進(jìn)行化學(xué)實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新?！保?］例如：漏斗可以充當(dāng)集氣與尾氣吸收裝置，在鈉與水反應(yīng)氣體產(chǎn)物的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)中，將漏斗置于水中，倒扣在鈉塊上，產(chǎn)生的少量氣體可順利地富集到試管中。
7.利用學(xué)科知識(shí)遷移我們往往習(xí)慣于使用教材的實(shí)驗(yàn)儀器和裝置，很少重視儀器的笨拙和實(shí)驗(yàn)時(shí)的效率，這種視經(jīng)典為權(quán)威的思想往往就是教師缺乏創(chuàng)新的癥結(jié)所在。實(shí)際上，科學(xué)的實(shí)驗(yàn)方法就是應(yīng)該不斷地發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，傳統(tǒng)裝置的不當(dāng)之處無(wú)疑給我們提供了實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的課題。例如：學(xué)習(xí)“質(zhì)量守恒定律”內(nèi)容時(shí)，在使用托盤(pán)天平稱(chēng)量氫氧化鈉與硫酸銅溶液反應(yīng)前后的質(zhì)量時(shí)，在18×200的中型試管里裝入大約1mL稀鹽酸與酚酞的混合溶液，球形滴管吸入NaOH溶液后，將球形滴管放在試管口，把上述帶有球形滴管的試管放入盛水的100mL量筒中，讓學(xué)生通過(guò)觀察比較反應(yīng)前后試管浸在液面中的高度即可（試管作上標(biāo)記）。改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)操作起來(lái)方便有趣，不用天平而是利用物理上的浮力知識(shí)，體現(xiàn)了學(xué)科之間的聯(lián)系，有利于學(xué)生知識(shí)的遷移。
8.實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)單化教材所選用的實(shí)驗(yàn)方案未必都是最好的，有時(shí)候會(huì)產(chǎn)生現(xiàn)象不明顯、實(shí)驗(yàn)不容易成功、結(jié)果不準(zhǔn)確等問(wèn)題，影響了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果。例如：測(cè)定“空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)”實(shí)驗(yàn)，由于教材提供的實(shí)驗(yàn)裝置密封性和燃燒匙放入不易控制，加上導(dǎo)氣管內(nèi)尚留有空氣導(dǎo)致誤差因素較多，有時(shí)氧氣顯示超過(guò)五分之一，讓教師無(wú)法自圓其說(shuō)。可做如下改進(jìn)：將小顆白磷放在1.5cm×2.5cm的薄銅片上，置于硬質(zhì)大試管中部，塞緊橡皮塞，用酒精燈對(duì)準(zhǔn)銅片加熱使白磷充分燃燒，待試管冷卻后浸入水中，在水面下拿掉橡皮塞，待液面上升穩(wěn)定后再塞上橡皮塞，拿出水面觀察。改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)所用儀器少，誤差因素少，結(jié)果比較準(zhǔn)確。
9.儀器、藥品生活化采用學(xué)生熟悉的身邊物品或一些廢品作為化學(xué)實(shí)驗(yàn)的藥品，就會(huì)使學(xué)生產(chǎn)生一種親切感，覺(jué)得化學(xué)并不神秘，就在自己身邊，有利于調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，激發(fā)他們進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究的興趣。例如：用蛋殼代替碳酸鈣制取二氧化碳；測(cè)試肥皂水、食鹽水、泥水、蔗糖水、洗發(fā)水、食醋、蘇打水的pH值等。許多生活用品甚至廢棄物品也可以用做化學(xué)實(shí)驗(yàn)的儀器，這種“物盡其用”的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)能夠充分拓展學(xué)生的思維空間，使他們更加關(guān)注身邊的化學(xué)現(xiàn)象，增強(qiáng)愛(ài)護(hù)環(huán)境、節(jié)約資源的意識(shí)，更好地學(xué)以致用。例如：用小氣球收集氣體，礦泉水瓶做容器，廢棄的醫(yī)用注射器做量筒、集氣瓶等。
GPS（GlobalPositioningSystem）全球定位系統(tǒng)是利用美國(guó)的24顆GPS地址衛(wèi)星所發(fā)射的信號(hào)而建立的導(dǎo)航、定位、授時(shí)的系統(tǒng)。美國(guó)政府已承諾，在今后相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)，GPS系統(tǒng)將向全世界免費(fèi)開(kāi)放。目前，GPS系統(tǒng)廣泛地應(yīng)用在導(dǎo)航、大地測(cè)量、精確授時(shí)、車(chē)輛定位及防盜等領(lǐng)域。因此，開(kāi)展對(duì)GPS系統(tǒng)的研究和應(yīng)用，將極大地提高生產(chǎn)力，并產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。本文旨在通過(guò)利用GPS所提供的精確授時(shí)的功能，采用單片機(jī)技術(shù)，設(shè)計(jì)適合于需要精確授時(shí)的高精度時(shí)鐘系統(tǒng)。
GSU-16是日本光電（KODEN）公司生產(chǎn)的并行11通道GPSOEM接收板，由于采用了先進(jìn)半導(dǎo)體設(shè)計(jì)手段，它具有尺寸小、功耗低、性能穩(wěn)定、性?xún)r(jià)比高等優(yōu)良特性。利用它，可以方便、快速地開(kāi)發(fā)出各種GPS應(yīng)用系統(tǒng)。其主要性能指標(biāo)如下：
接收通道——11通道并行接收，可同時(shí)跟蹤11顆衛(wèi)星；
授時(shí)精度——小于400ns，無(wú)累計(jì)誤差；
數(shù)據(jù)更新時(shí)間——1s；
體積和重量——65mm×35mm，約重40g（含鋰電池）；
數(shù)據(jù)輸出格式——NMEA-0183v2.0；RTCM-sc104v2.0；
環(huán)境工作溫度——-30～+75℃；
正常工作參數(shù)——電壓5（1±0.05）V；電流100mA；功耗100mW。
2GSU-16的硬件接口和軟件接口
（1）硬件接口
GSU-16同時(shí)提供12腳接口（J3）和5腳接口（J4）。本設(shè)計(jì)中采用5鏈接口J4，各引腳的功能如表1所列。
表1
接口編號(hào)信號(hào)名稱(chēng)
功能
1GND電源地2backupin備份電源輸入，3V時(shí)消耗2μA3SD1串行輸出4RD1串行輸入5+5V主供電電源輸入
GSU-16的RD1腳為RS232C的通信接口，其邏輯電平為T(mén)TL電平。這樣能夠很方便地與各種單片機(jī)連接連接，無(wú)須電平轉(zhuǎn)換。同時(shí)，12腳接口還提供了高精度的秒脈沖輸出，可用于需要更高精度定時(shí)服務(wù)的測(cè)量系統(tǒng)。在此，我們僅使用其時(shí)鐘信息，故只需在其輸出的ASCII數(shù)據(jù)中直接提取即可。
（2）軟件接口
GSU-16的通信波特率為4800，1個(gè)起始位，8個(gè)數(shù)據(jù)位，1個(gè)停止位，無(wú)奇偶校驗(yàn)。通常使用NMEA-0183格式輸出，數(shù)據(jù)代碼為ASCII碼字符。
NMEA-0183是美國(guó)海洋電子協(xié)會(huì)為海用電子設(shè)備制定的標(biāo)準(zhǔn)格式，目前廣泛使用V2.0版本。由于該格式為ASCII碼字符串，比較直觀和易于處理，在許多高級(jí)語(yǔ)言中都可以直接進(jìn)行判別、分離，以提取用戶(hù)所需要的數(shù)據(jù)。
NMEA-0183主要語(yǔ)句中，最常見(jiàn)的幾種格式為：
GPGGAGPS定位數(shù)據(jù)
GPGLL地址位置和經(jīng)緯度
GPZDA日期和時(shí)間
GPVTG方位角對(duì)地速度
例如，GPZDA為時(shí)間和日期輸出語(yǔ)句，其標(biāo)準(zhǔn)格式如下：
又如，$GPGGA為定位導(dǎo)航數(shù)據(jù)輸出語(yǔ)句，其標(biāo)準(zhǔn)格式如下：
在具體使用時(shí)，可以在收到一條消息后，用軟件來(lái)判別消息引導(dǎo)頭是否為“$GPZDA”或“$GPGGA”來(lái)確認(rèn)收到的消息正確與否，然后從消息中提取世界時(shí)，一定要注意將提取到的世界時(shí)加上8小時(shí)才是北京時(shí)間，而且軟件還必須對(duì)16：00～24：00世界時(shí)作相應(yīng)的處理，以轉(zhuǎn)換為正確的北京日期和時(shí)間。
3應(yīng)用電路和程序設(shè)計(jì)
在設(shè)計(jì)該時(shí)鐘系統(tǒng)時(shí)，我們采用的單片機(jī)是Motolola公司的MC68HC08的通用芯片MC68HC908GP32。該芯片以它的高性能、低功耗、低價(jià)位獲得了廣泛的應(yīng)用，其主要特性為：
①32KB片內(nèi)Flash存儲(chǔ)器，具有在線可編程能力和保密功能；
②512B片內(nèi)RAM；
③增強(qiáng)型串行通信口和串行接口；
④支持C語(yǔ)言。
其接口電路可按圖1設(shè)計(jì)，程序流程如圖2所示。
單片機(jī)初始化程序樣例如下：
SCBREQU$0019
SCC1EQU$0013
SCC2EQU$0014
SCC3EQU$0015
SCS1EQU$0016
SCS2EQU$0017
SCDREQU$0018
TEMPEQU$40；定義1個(gè)字節(jié)的臨時(shí)存儲(chǔ)空間
ORG$8000；定義程序的起始位置
INIT：LDA#%00100010；初始化開(kāi)始
STASCBR；波特率定義
LDA#%01000000
STASCC1
LDA#%00001100
STASCC2
LDA#%00000000
STASCC3
START：JSRGETDATA；接收1個(gè)字符
STATEMP；將其存放臨時(shí)空間
CMP#$"$"；判是否為“$”符，如不是轉(zhuǎn)START
……
；判是否為GPZDA信息模塊，如不是則轉(zhuǎn)START重新接收
……
；數(shù)據(jù)接收與處理模塊
……
；時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)與顯示模塊
……
；返回START重新接收下一組消息
GETDATA：BRCLR5，SCS1，GETDATA
LDASCRA
RTS
4結(jié)論
實(shí)踐教學(xué)是加強(qiáng)學(xué)生專(zhuān)業(yè)知識(shí)教育，提高學(xué)生綜合素質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的重要環(huán)節(jié)。社會(huì)上需要理論和實(shí)踐能力充分結(jié)合的綜合型人才，所以我們應(yīng)該把實(shí)驗(yàn)教學(xué)提升到實(shí)踐科學(xué)的高度來(lái)認(rèn)識(shí)、探索、研究和實(shí)施，研究實(shí)踐方法，強(qiáng)化實(shí)踐過(guò)程，提高學(xué)生綜合分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。工藝實(shí)驗(yàn)就是這樣一類(lèi)專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的提出結(jié)合科研方向，以工程訓(xùn)練的方式完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。這類(lèi)實(shí)驗(yàn)不同于一般的測(cè)試實(shí)驗(yàn)，它需要多個(gè)工藝過(guò)程才能完成，包括方案的提出，方案的論證，各工藝過(guò)程的完成，性能的測(cè)試等，每一個(gè)過(guò)程都相當(dāng)于一個(gè)單一的小實(shí)驗(yàn)，有目的、內(nèi)容、原理、步驟等，所以多工藝實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目既能鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力，又能鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新能力、科研思維、綜合能力，不僅理論性很強(qiáng)，技術(shù)性和實(shí)踐性更強(qiáng)。華中科技大學(xué)光學(xué)與電子信息學(xué)院電子科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)的《電子器件制備工藝》就是這樣一門(mén)課程。
二、課程組織方式
工藝實(shí)驗(yàn)不同于一般的課堂實(shí)驗(yàn)，完成它需要較長(zhǎng)時(shí)間，所以以課程設(shè)計(jì)方式組織實(shí)驗(yàn)，教學(xué)形式以學(xué)生自主進(jìn)行特定項(xiàng)目為主，教師參與指導(dǎo)并審核：學(xué)生自主完成方案的提出和論證，完成論證報(bào)告，指導(dǎo)教師審核，在理論可行的情況下，按照預(yù)約時(shí)間進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室完成各工藝過(guò)程，最后測(cè)試器件或材料性能。學(xué)生可以自行決定實(shí)驗(yàn)時(shí)間，在給定的期限內(nèi)完成全部實(shí)驗(yàn)工藝。在電子器件制備工藝課程設(shè)計(jì)中，我們提供了學(xué)生實(shí)踐的時(shí)間和研究條件，學(xué)生自行設(shè)計(jì)方案，自行完成實(shí)驗(yàn)，充分發(fā)揮了學(xué)生的主觀能動(dòng)性和創(chuàng)造性，調(diào)動(dòng)了學(xué)生的積極性，促進(jìn)了學(xué)生的能力發(fā)展。
三、教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)
電子器件制備工藝課程內(nèi)容，注重加強(qiáng)各不同研究方向之間的綜合，滿(mǎn)足學(xué)生寬口徑訓(xùn)練的要求，不同的學(xué)生可以選擇不同興趣方向的題目類(lèi)型來(lái)完成。選擇了興趣方向以后，就進(jìn)入自行完成實(shí)驗(yàn)的階段。整個(gè)課程的內(nèi)容包括：資料的查詢(xún)—方案的制定—方案的論證及審核—工藝過(guò)程—性能測(cè)試。
1.資料的查詢(xún)及方案制定。
選題后，學(xué)生要查閱資料，理解題目，消化和整理資料，寫(xiě)出本實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)報(bào)告，并從理論上論證實(shí)驗(yàn)方案及結(jié)果。實(shí)驗(yàn)方案確定后，在進(jìn)入實(shí)驗(yàn)操作之前，需要指導(dǎo)教師審核設(shè)計(jì)方案，以可行性和理論正確性為原則。這一步很重要，如果方案制定正確，整個(gè)項(xiàng)目就等于完成了一半，以后的實(shí)驗(yàn)過(guò)程就會(huì)很順利，在工藝操作過(guò)程不出錯(cuò)的情況下，基本能得出好的結(jié)論。
2.工藝的進(jìn)行。
在進(jìn)入實(shí)際工藝操作之前，學(xué)生應(yīng)該充分了解工藝的原理、意義和目的，并且要了解各工藝的注意事項(xiàng)，以免出現(xiàn)設(shè)備的損壞、實(shí)驗(yàn)的失敗等現(xiàn)象。在各個(gè)實(shí)驗(yàn)工藝進(jìn)行過(guò)程中，學(xué)生應(yīng)該嚴(yán)格按照工藝要求進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)教師也會(huì)要求學(xué)生嚴(yán)肅對(duì)待，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題要及時(shí)討論，并提出解決方案，力求使實(shí)驗(yàn)出色完成。經(jīng)過(guò)整個(gè)工藝實(shí)驗(yàn)過(guò)程，學(xué)生對(duì)專(zhuān)業(yè)的興趣提高了，獲得新知識(shí)的能力提高了，創(chuàng)新能力和研究思維得到了很好鍛煉，動(dòng)手能力、操作技能、分析和解決問(wèn)題的能力得到了很大的提高。
四、實(shí)驗(yàn)教材的制定
工藝實(shí)驗(yàn)課程的實(shí)驗(yàn)教材內(nèi)容，主要從實(shí)驗(yàn)過(guò)程入手，講解各工藝過(guò)程的目的和意義，以及該工藝所需設(shè)備的操作注意事項(xiàng)。盡量能詳細(xì)地講解實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可能存在的問(wèn)題以及解決方法。
五、工藝實(shí)驗(yàn)的組織實(shí)施
第一次接觸多工藝實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的同學(xué)，一般要先參觀實(shí)驗(yàn)室，然后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)預(yù)約（設(shè)備預(yù)約），做好準(zhǔn)備后進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室（進(jìn)行各工藝過(guò)程）。
1.參觀實(shí)驗(yàn)室。
實(shí)踐教學(xué)是動(dòng)手能力的培養(yǎng)，多工藝實(shí)驗(yàn)也不例外，但它與傳統(tǒng)的專(zhuān)業(yè)測(cè)試實(shí)驗(yàn)又不同，需要完成一系列的操作才能達(dá)到教學(xué)目的。所以實(shí)驗(yàn)前對(duì)即將要接觸的各環(huán)節(jié)（如設(shè)備、流程、注意事項(xiàng)等）必須做到心中有數(shù)，提前熟悉實(shí)驗(yàn)室，對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備有感性認(rèn)識(shí)，實(shí)驗(yàn)過(guò)程可能出現(xiàn)的一些問(wèn)題應(yīng)該在進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室之前就有心理準(zhǔn)備，才能做到實(shí)驗(yàn)時(shí)有的放矢。參觀實(shí)驗(yàn)室可以以小組或班級(jí)為單位進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，實(shí)驗(yàn)教師針對(duì)具體事項(xiàng)進(jìn)行講解，解答學(xué)生心中的疑問(wèn)。這個(gè)環(huán)節(jié)可以大大減少實(shí)驗(yàn)中破壞性事件（如損壞設(shè)備等）的發(fā)生概率。
2.實(shí)驗(yàn)預(yù)約。
實(shí)驗(yàn)預(yù)約是一個(gè)很重要的環(huán)節(jié)。工藝實(shí)驗(yàn)的預(yù)約不同于一般實(shí)驗(yàn)，主要是針對(duì)設(shè)備的預(yù)約。由于實(shí)驗(yàn)學(xué)生人數(shù)多，設(shè)備有限，在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行期間，所有設(shè)備全天開(kāi)放，而進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的學(xué)生要分時(shí)分段進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室。為了更好地安排實(shí)驗(yàn)時(shí)間，我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)預(yù)約表格（表1），學(xué)生可以根據(jù)表格提示預(yù)約。
3.實(shí)驗(yàn)過(guò)程參與情況跟蹤。
在工藝實(shí)驗(yàn)中，由于以團(tuán)隊(duì)形式進(jìn)行，團(tuán)隊(duì)成員中就存在自覺(jué)與不自覺(jué)、主動(dòng)與不主動(dòng)的問(wèn)題，我們采用了實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的登記制度，保證每個(gè)同學(xué)參與到每個(gè)環(huán)節(jié)，就保證了讓每個(gè)參與的同學(xué)都了解各工藝過(guò)程的意義和作用，也為成績(jī)的評(píng)定提供參考。表2是小組完成工藝實(shí)驗(yàn)流程登記表。上述措施既保證了每個(gè)同學(xué)各個(gè)工藝過(guò)程都要參加，同時(shí)對(duì)每個(gè)同學(xué)來(lái)說(shuō)也保證了項(xiàng)目研究的完整性。
六、實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)體系的制訂
工藝實(shí)驗(yàn)是以小組為單位進(jìn)行，為了激發(fā)同學(xué)們的積極性，我們制定了特定的成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)體系。傳統(tǒng)的成績(jī)?cè)u(píng)定體系，以教師作為評(píng)價(jià)主體，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的判斷占據(jù)了主導(dǎo)地位，一般是根據(jù)實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果判斷實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)的總體成績(jī)，而無(wú)法對(duì)實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)中的每一位成員做出具體評(píng)價(jià)。對(duì)于工藝實(shí)驗(yàn)這一類(lèi)型的項(xiàng)目來(lái)說(shuō)，團(tuán)隊(duì)多、周期長(zhǎng)、環(huán)節(jié)多、課外工作量大，傳統(tǒng)的評(píng)價(jià)體系不能準(zhǔn)確評(píng)價(jià)團(tuán)隊(duì)中的每一個(gè)體。由于缺乏其他的評(píng)價(jià)主體，團(tuán)隊(duì)中學(xué)生個(gè)人的實(shí)驗(yàn)情況未得到充分考察，教師無(wú)法公平、公正地衡量每位學(xué)生在實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)中的貢獻(xiàn)，打擊了部分學(xué)生的實(shí)踐積極性，嚴(yán)重影響課程效果。為了解決傳統(tǒng)成績(jī)?cè)u(píng)定的弊端，我們?cè)诔煽?jī)?cè)u(píng)定中增加了學(xué)生的自評(píng)和互評(píng)環(huán)節(jié)，讓學(xué)生自我評(píng)價(jià)，內(nèi)容包括實(shí)驗(yàn)態(tài)度、資料檢索、創(chuàng)新性、團(tuán)隊(duì)合作情況等，并讓學(xué)生對(duì)所在團(tuán)隊(duì)中的其他成員進(jìn)行評(píng)價(jià)。自評(píng)互評(píng)綜合形成每個(gè)學(xué)生的平時(shí)成績(jī)；再結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果的老師評(píng)定，形成學(xué)生的最終成績(jī)。通過(guò)成績(jī)?cè)u(píng)定方式的改變，大大增強(qiáng)了學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)的主動(dòng)性，有助于學(xué)生進(jìn)一步融入實(shí)驗(yàn)，成為實(shí)驗(yàn)課程真正的主人，端正實(shí)驗(yàn)態(tài)度，避免“被動(dòng)實(shí)驗(yàn)”的消極情緒。
七、結(jié)論
網(wǎng)絡(luò)化信息系統(tǒng)要素全、規(guī)模大且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，同時(shí)技術(shù)體制不斷發(fā)展，面臨著網(wǎng)絡(luò)攻防對(duì)抗威脅，由此對(duì)網(wǎng)絡(luò)化信息系統(tǒng)試驗(yàn)平臺(tái)結(jié)構(gòu)提出了新的挑戰(zhàn)。網(wǎng)絡(luò)化信息系統(tǒng)試驗(yàn)平臺(tái)具有以下功能特征：1）可擴(kuò)展性：試驗(yàn)平臺(tái)的硬件能力和試驗(yàn)資源類(lèi)型可根據(jù)試驗(yàn)需求擴(kuò)展；2）可配置性：試驗(yàn)平臺(tái)提供的試驗(yàn)資源具有可編程能力，允許用戶(hù)根據(jù)試驗(yàn)任務(wù)配置系統(tǒng)架構(gòu)、應(yīng)用和協(xié)議等試驗(yàn)環(huán)境特征；3）安全隔離性：用戶(hù)的不同試驗(yàn)之間互不影響，且具有威脅性（如蠕蟲(chóng)和病毒等）的試驗(yàn)不會(huì)對(duì)試驗(yàn)平臺(tái)硬件基礎(chǔ)設(shè)施造成不可恢復(fù)的破壞；4）可重組性：試驗(yàn)資源通過(guò)虛擬化技術(shù)邏輯分片后，可根據(jù)不同試驗(yàn)任務(wù)要求實(shí)現(xiàn)資源封裝、調(diào)度和聚合，在試驗(yàn)完成后可實(shí)現(xiàn)對(duì)試驗(yàn)資源的釋放、凈化和回收；5）快速響應(yīng)性：能夠利用試驗(yàn)資源快速構(gòu)建目標(biāo)系統(tǒng)和試驗(yàn)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)過(guò)程自動(dòng)化，以提高試驗(yàn)效率。上述功能特征中，可擴(kuò)展性強(qiáng)調(diào)試驗(yàn)平臺(tái)的開(kāi)放性和兼容性；可配置性和可重組性強(qiáng)調(diào)能針對(duì)不同試驗(yàn)任務(wù)按需生成目標(biāo)系統(tǒng)的能力；安全隔離性為確保試驗(yàn)平臺(tái)基礎(chǔ)設(shè)施（基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算設(shè)備和存儲(chǔ)設(shè)備等）安全而提出要求；快速響應(yīng)性從試驗(yàn)組織效率角度提出要求。本文基于虛擬化思想，提出了一種面向網(wǎng)絡(luò)化信息系統(tǒng)的虛擬化試驗(yàn)平臺(tái)結(jié)構(gòu)，通過(guò)試驗(yàn)虛擬化服務(wù)層實(shí)現(xiàn)了對(duì)復(fù)制目標(biāo)系統(tǒng)的仿真、實(shí)物和虛擬化資源（虛擬服務(wù)器和虛擬操作系統(tǒng)等基于計(jì)算機(jī)虛擬化技術(shù)形成的試驗(yàn)資源）的統(tǒng)一組織、調(diào)度和管理，滿(mǎn)足多樣化試驗(yàn)任務(wù)需求。該結(jié)構(gòu)具有隔離試驗(yàn)平臺(tái)基礎(chǔ)設(shè)施和試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)系統(tǒng)的特點(diǎn)，支持具有破壞性的對(duì)抗試驗(yàn)以及網(wǎng)絡(luò)化信息系統(tǒng)能力評(píng)估。
2虛擬化試驗(yàn)平臺(tái)
2．1分層結(jié)構(gòu)模型根據(jù)以上網(wǎng)絡(luò)化信息系統(tǒng)試驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)原則，在參考虛擬化環(huán)境基礎(chǔ)架構(gòu)上，提出了如圖1所示的試驗(yàn)平臺(tái)分層結(jié)構(gòu)模型，圖中LVS為真實(shí)／虛擬／仿真。試驗(yàn)平臺(tái)分層結(jié)構(gòu)分為試驗(yàn)基礎(chǔ)設(shè)施層、試驗(yàn)虛擬化服務(wù)層和面向任務(wù)的試驗(yàn)環(huán)境層3部分。面向任務(wù)的試驗(yàn)環(huán)境層是用戶(hù)試驗(yàn)的抽象模型，通過(guò)一組規(guī)范化的語(yǔ)義抽象描述了試驗(yàn)對(duì)象的本質(zhì)屬性和生命周期；試驗(yàn)虛擬化服務(wù)層是試驗(yàn)服務(wù)的提供者，對(duì)仿真、實(shí)物和虛擬化3種形態(tài)的試驗(yàn)資源進(jìn)行調(diào)度、部署和優(yōu)化分配，通過(guò)將試驗(yàn)對(duì)象本質(zhì)特征映射到分配的試驗(yàn)資源上復(fù)制目標(biāo)系統(tǒng)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)試驗(yàn)的隔離、控制和數(shù)據(jù)采集等功能；試驗(yàn)基礎(chǔ)設(shè)施層是試驗(yàn)服務(wù)的承載者，屏蔽了底層試驗(yàn)資源的異構(gòu)性，為試驗(yàn)虛擬化服務(wù)層提供抽象的資源池和統(tǒng)一的試驗(yàn)資源訪問(wèn)接口。虛擬化試驗(yàn)平臺(tái)由試驗(yàn)基礎(chǔ)設(shè)施、試驗(yàn)虛擬化服務(wù)、面向任務(wù)的試驗(yàn)環(huán)境和試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)與模型組成，其功能組成如圖2所示。試驗(yàn)基礎(chǔ)設(shè)施主要由試驗(yàn)資源池、試驗(yàn)運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)和試驗(yàn)管理與控制網(wǎng)絡(luò)等組成。其中，試驗(yàn)運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對(duì)異構(gòu)試驗(yàn)資源的網(wǎng)絡(luò)化組織。試驗(yàn)管理與控制網(wǎng)絡(luò)連接各試驗(yàn)管理系統(tǒng)，如試驗(yàn)設(shè)計(jì)、試驗(yàn)驅(qū)動(dòng)和試驗(yàn)評(píng)估等系統(tǒng)。前后2個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間通過(guò)防火墻等安防設(shè)備隔離，以確保試驗(yàn)安全。試驗(yàn)虛擬化服務(wù)主要由試驗(yàn)任務(wù)管理、試驗(yàn)資源管理和試驗(yàn)資源部署等服務(wù)組成。整個(gè)試驗(yàn)虛擬化服務(wù)層是實(shí)現(xiàn)第1章試驗(yàn)平臺(tái)功能特征的核心，可進(jìn)行試驗(yàn)運(yùn)行與試驗(yàn)基礎(chǔ)設(shè)施分離，使得底層試驗(yàn)基礎(chǔ)設(shè)施層的擴(kuò)展、故障和運(yùn)行過(guò)程對(duì)面向任務(wù)的試驗(yàn)環(huán)境層完全透明。試驗(yàn)用戶(hù)僅需將試驗(yàn)任務(wù)需求給試驗(yàn)虛擬化服務(wù)層，即可開(kāi)展網(wǎng)絡(luò)化信息系統(tǒng)能力評(píng)估試驗(yàn)。面向任務(wù)的試驗(yàn)環(huán)境主要完成試驗(yàn)任務(wù)的規(guī)劃和描述，并向試驗(yàn)虛擬化服務(wù)提出試驗(yàn)任務(wù)請(qǐng)求。另外，試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)與模型是實(shí)現(xiàn)虛擬化試驗(yàn)平臺(tái)統(tǒng)一的基礎(chǔ)，所有試驗(yàn)的設(shè)計(jì)、組織和管理等均需遵照試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)和模型實(shí)施。試驗(yàn)平臺(tái)3層結(jié)構(gòu)組成間相互配合完成試驗(yàn)任務(wù)，虛擬化試驗(yàn)平臺(tái)活動(dòng)視圖如圖3所示。試驗(yàn)平臺(tái)試驗(yàn)過(guò)程如下：1）試驗(yàn)組織方首先提取試驗(yàn)對(duì)象的本質(zhì)特征，并按照試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)形成目標(biāo)系統(tǒng)和試驗(yàn)運(yùn)行的配置文件。本質(zhì)特征指試驗(yàn)對(duì)象在試驗(yàn)過(guò)程中表現(xiàn)出最為重要的組成、結(jié)構(gòu)、功能和行為及其屬性。2）面向任務(wù)的試驗(yàn)環(huán)境根據(jù)試驗(yàn)對(duì)象的本質(zhì)特征信息，向試驗(yàn)虛擬化服務(wù)發(fā)出目標(biāo)系統(tǒng)復(fù)制和試驗(yàn)環(huán)境構(gòu)建請(qǐng)求。目標(biāo)系統(tǒng)復(fù)制和試驗(yàn)環(huán)境構(gòu)建由試驗(yàn)虛擬化服務(wù)組織完成。試驗(yàn)虛擬化服務(wù)在接收請(qǐng)求后，從試驗(yàn)資源池中分配可用的仿真、實(shí)物和虛擬化資源，并完成異構(gòu)試驗(yàn)資源的屬性配置和集成部署，形成滿(mǎn)足試驗(yàn)任務(wù)要求的目標(biāo)系統(tǒng)和試驗(yàn)環(huán)境。3）完成目標(biāo)系統(tǒng)部署后，由面向任務(wù)的試驗(yàn)環(huán)境加載試驗(yàn)激勵(lì)信息驅(qū)動(dòng)整個(gè)目標(biāo)系統(tǒng)運(yùn)行，試驗(yàn)基礎(chǔ)設(shè)施承載試驗(yàn)運(yùn)行。4）試驗(yàn)虛擬化服務(wù)在試驗(yàn)過(guò)程中對(duì)試驗(yàn)運(yùn)行數(shù)據(jù)和事件等進(jìn)行記錄，準(zhǔn)備試驗(yàn)評(píng)估數(shù)據(jù)。5）試驗(yàn)結(jié)束后，由試驗(yàn)虛擬化服務(wù)對(duì)試驗(yàn)資源進(jìn)行凈化和回收。
2．2技術(shù)實(shí)現(xiàn)方法虛擬化試驗(yàn)平臺(tái)核心是如何實(shí)現(xiàn)各種試驗(yàn)資源的虛擬化生成、調(diào)度、分配和管理，功能實(shí)現(xiàn)主要涉及以下3個(gè)方面：1）試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)系統(tǒng)的基礎(chǔ)試驗(yàn)資源生成；2）虛擬化試驗(yàn)平臺(tái)的安全隔離；3）對(duì)仿真、實(shí)物和虛擬化3種不同類(lèi)型資源統(tǒng)一部署和集成。由于網(wǎng)絡(luò)化信息系統(tǒng)組成要素多樣，不同類(lèi)型系統(tǒng)組成的特征差異較大。故針對(duì)不同類(lèi)型資源本文采用了不同的基礎(chǔ)試驗(yàn)資源構(gòu)建方法，如表1所示。表1中，基于軟路由的路由器仿真方法主要是在操作系統(tǒng)容器中（如Linux容器）部署Qugga和Dummynet［6］等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和鏈路仿真系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的通信網(wǎng)絡(luò)路由器資源仿真?；谄脚_(tái)虛擬化的硬件環(huán)境構(gòu)建方法主要采用商用的VMwareESX和開(kāi)源項(xiàng)目OpenVZ等實(shí)現(xiàn)計(jì)算硬件的虛擬化復(fù)制。本文基礎(chǔ)試驗(yàn)資源構(gòu)建方法均采用現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn)，不再贅述。虛擬化試驗(yàn)平臺(tái)應(yīng)確保生成目標(biāo)試驗(yàn)環(huán)境和試驗(yàn)基礎(chǔ)設(shè)施的安全隔離，是虛擬化試驗(yàn)平臺(tái)重要特征。虛擬化試驗(yàn)平臺(tái)安全隔離需在試驗(yàn)基礎(chǔ)設(shè)施、試驗(yàn)虛擬化服務(wù)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)3方面同時(shí)實(shí)現(xiàn)，其原理如圖4所示，具體如下：1）試驗(yàn)基礎(chǔ)設(shè)施安全：在威脅性試驗(yàn)過(guò)程中，來(lái)自目標(biāo)系統(tǒng)的惡意代碼等可能滲透、駐留或攻擊試驗(yàn)基礎(chǔ)設(shè)施。因此，面向任務(wù)的試驗(yàn)環(huán)境和試驗(yàn)基礎(chǔ)設(shè)施之間需部署防火墻等隔離設(shè)備，對(duì)非法訪問(wèn)以及非授權(quán)用戶(hù)等進(jìn)行隔離。每次試驗(yàn)后，還需對(duì)試驗(yàn)資源進(jìn)行釋放、凈化、回收和整理，以免影響下一次試驗(yàn)安全。2）試驗(yàn)虛擬化服務(wù)安全：用戶(hù)在虛擬化試驗(yàn)平臺(tái)上試驗(yàn)時(shí)，可能因誤操作或非法訪問(wèn)等造成試驗(yàn)基礎(chǔ)設(shè)施或服務(wù)損壞。因此，需在試驗(yàn)運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)上部署入侵檢測(cè)設(shè)備，監(jiān)控來(lái)自試驗(yàn)虛擬化服務(wù)的非法訪問(wèn)。同時(shí)通過(guò)防火墻、密鑰和證書(shū)認(rèn)證等方式，控制用戶(hù)對(duì)試驗(yàn)虛擬化服務(wù)的訪問(wèn)，以確保用戶(hù)嚴(yán)格按照試驗(yàn)方案組織試驗(yàn)。3）試驗(yàn)數(shù)據(jù)安全：當(dāng)用戶(hù)直接從面向任務(wù)的試驗(yàn)環(huán)境中采集數(shù)據(jù)時(shí)，惡意代碼和攻擊行為會(huì)乘機(jī)滲透到試驗(yàn)虛擬化服務(wù)和試驗(yàn)基礎(chǔ)設(shè)施。針對(duì)該問(wèn)題，本文提出了基于的數(shù)據(jù)采集方式。實(shí)現(xiàn)虛擬化試驗(yàn)平臺(tái)還應(yīng)將仿真、實(shí)物和虛擬化3種形態(tài)試驗(yàn)資源進(jìn)行統(tǒng)一分配、調(diào)度、部署和集成。本文提出了基于端口映射和路由重定向的異構(gòu)試驗(yàn)資源管理方法，試驗(yàn)資源虛擬化管理模型如圖5所示，具體如下：1）對(duì)于虛擬化和實(shí)物資源的統(tǒng)一管理，可采用端口映射方法實(shí)現(xiàn)。通過(guò)將虛擬計(jì)算節(jié)點(diǎn)資源的網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)置為混雜模式，并將虛擬計(jì)算節(jié)點(diǎn)資源的所有對(duì)外數(shù)據(jù)交互映射到物理網(wǎng)絡(luò)接口實(shí)現(xiàn)。2）對(duì)于仿真和實(shí)物資源的統(tǒng)一管理，可采用路由重定向方式實(shí)現(xiàn)。通過(guò)修改仿真運(yùn)行結(jié)果和數(shù)據(jù)流輸出路徑，用戶(hù)可透明地將仿真數(shù)據(jù)導(dǎo)入實(shí)物資源對(duì)外接口，從而實(shí)現(xiàn)仿真資源和實(shí)物資源的互操作；反之亦可。3）對(duì)于仿真和虛擬化資源，由于這2種資源均依托計(jì)算硬件設(shè)備實(shí)現(xiàn)，資源間可直接交互。
3試驗(yàn)分析
根據(jù)以上網(wǎng)絡(luò)化信息系統(tǒng)虛擬化試驗(yàn)平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，本文基于10臺(tái)（IBMM3系列服務(wù)器）和1套高性能網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建了試驗(yàn)平臺(tái)原型系統(tǒng)。依托試驗(yàn)平臺(tái)原型系統(tǒng)，完成具有218個(gè)節(jié)點(diǎn)規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)化信息系統(tǒng)（含傳感器、通信網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算設(shè)備、情報(bào)處理和作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)等節(jié)點(diǎn)）復(fù)制，實(shí)現(xiàn)了對(duì)虛擬化試驗(yàn)平臺(tái)的可配置性、安全隔離性、可重組性和快速響應(yīng)性等特征的驗(yàn)證。虛擬化試驗(yàn)平臺(tái)典型試驗(yàn)情況如圖6所示。由圖6（a）可見(jiàn)，虛擬化試驗(yàn)平臺(tái)提供了可視化的目標(biāo)系統(tǒng)配置功能，實(shí)現(xiàn)了面向任務(wù)的目標(biāo)系統(tǒng)配置。圖6（b）給出了試驗(yàn)過(guò)程中內(nèi)存資源變化。試驗(yàn)開(kāi)始前（黑色虛線左側(cè)），上一次試驗(yàn)所占用的內(nèi)存資源回收至資源池中；試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，資源重新分配和部署，資源曲線顯示內(nèi)存占用狀態(tài)，試驗(yàn)進(jìn)行時(shí)達(dá)到最大值；試驗(yàn)結(jié)束后，內(nèi)存資源再次釋放和回收，表明本文提出的試驗(yàn)平臺(tái)結(jié)構(gòu)具有對(duì)試驗(yàn)資源重組能力。以上218個(gè)節(jié)點(diǎn)規(guī)模的目標(biāo)系統(tǒng)復(fù)制花費(fèi)時(shí)間如表2所示?？梢?jiàn)，試驗(yàn)花費(fèi)總時(shí)間小于30min，具有較高的試驗(yàn)快速響應(yīng)性。另外，利用網(wǎng)絡(luò)偵察、掃描和滲透等工具測(cè)試了構(gòu)建的虛擬化試驗(yàn)平臺(tái)安全性，驗(yàn)證了該平臺(tái)能夠應(yīng)對(duì)主要的2～4層（鏈路層、傳輸層和網(wǎng)絡(luò)層）網(wǎng)絡(luò)威脅，確保了試驗(yàn)安全性。由于試驗(yàn)虛擬化服務(wù)層的隔離性，兩者不能直接互相訪問(wèn)，故掃描和監(jiān)聽(tīng)中均未出現(xiàn)任何試驗(yàn)基礎(chǔ)設(shè)施層信息。
4結(jié)束語(yǔ)
一、目前煙水配套工程建設(shè)的現(xiàn)狀
1.對(duì)煙水工程建設(shè)投入不足，缺乏整體規(guī)劃
要搞好建設(shè)項(xiàng)目，必須要加大資金的投入力度，部分煙草行業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)對(duì)煙葉生產(chǎn)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)投入資金的看法不一，少數(shù)地方政府干部和群體對(duì)建設(shè)煙水配套工程積極性和支持力度不高，此外項(xiàng)目缺乏整體規(guī)劃，使得項(xiàng)目在實(shí)施過(guò)程中，由于漏項(xiàng)或結(jié)算投資不足而進(jìn)行設(shè)計(jì)變更、調(diào)概等，增加了不必要的投入和建設(shè)成本。
2.實(shí)施煙水配套工程處于探索階段，缺乏工作經(jīng)驗(yàn)
由于工程項(xiàng)目分散，點(diǎn)多面廣，工程技術(shù)和項(xiàng)目管理人手不足，施工管理存在局部漏洞。一是在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，無(wú)法按時(shí)做到現(xiàn)場(chǎng)逐一檢查、分項(xiàng)驗(yàn)收和隱蔽簽證工作；二是工程監(jiān)理人員少，不能對(duì)工程進(jìn)行常態(tài)監(jiān)管。
3.煙水配套工程普遍存在重建設(shè)，輕管理，群眾維護(hù)的責(zé)任意識(shí)差的現(xiàn)象
村級(jí)公路建設(shè)和土地綜合利用開(kāi)發(fā)造成部分水池、攔山溝損壞不能進(jìn)水，輸水管道堵塞；部分雨水集蓄工程，溝渠被泥沙堵塞后無(wú)人清理，到雨季不能進(jìn)水，導(dǎo)致水池在烈日下暴曬，時(shí)間過(guò)長(zhǎng)后就無(wú)法蓄水；部分工程項(xiàng)目護(hù)欄、爬梯、引水管、供水管、管樁、水龍頭、標(biāo)識(shí)牌等均有人為損壞現(xiàn)象。究其原因是各責(zé)任村未落實(shí)好管護(hù)責(zé)任制，沒(méi)有明確專(zhuān)人管護(hù)。
針對(duì)于以上的問(wèn)題，要提高煙葉的經(jīng)濟(jì)效益，必須加強(qiáng)對(duì)煙水基礎(chǔ)設(shè)施的科學(xué)管理。
二、 煙水基礎(chǔ)設(shè)施的科學(xué)管理
1.加強(qiáng)領(lǐng)導(dǎo)，創(chuàng)新發(fā)展是搞好煙水配套工程建設(shè)的基礎(chǔ)
煙草公司把煙水配套工程作為主要工作任務(wù)之一，實(shí)現(xiàn)主要領(lǐng)導(dǎo)負(fù)總責(zé)，班子成員掛靠項(xiàng)目，分管領(lǐng)導(dǎo)具體抓落實(shí)，對(duì)項(xiàng)目建設(shè)管理實(shí)現(xiàn)包保責(zé)任制。加強(qiáng)煙水配套工程建設(shè)管理的隊(duì)伍建設(shè)，煙草公司從行業(yè)內(nèi)公開(kāi)擇優(yōu)選擇業(yè)務(wù)骨干，從水利部門(mén)抽調(diào)工程技術(shù)人員，充實(shí)煙建辦的建設(shè)管理力量，確保該項(xiàng)工作順利進(jìn)行。建立健全長(zhǎng)效管理機(jī)制，按照“三督查一調(diào)度”（即督導(dǎo)、督查、督辦、抓調(diào)度）的要求，對(duì)煙水配套工程建設(shè)管理制度化，實(shí)行五天一調(diào)度，半月一通報(bào)，同時(shí)成立督查組、按片區(qū)定期進(jìn)行督查指導(dǎo)，貫徹落實(shí)“抓進(jìn)度、抓質(zhì)量”的工作要求。形成對(duì)煙水配套工程全員參與，齊抓共管的良好局面。
2.科學(xué)規(guī)劃，突出實(shí)效是搞好煙水配套工程建設(shè)管理的前提
在煙水配套工程規(guī)劃設(shè)計(jì)工作中，要緊緊圍繞“基本煙田搞建設(shè)”的要求優(yōu)化布局；堅(jiān)持“因地制宜，科學(xué)規(guī)劃、依托水源、連片配套、規(guī)模推進(jìn)、多方結(jié)合、注重實(shí)效”的原則，進(jìn)行科學(xué)規(guī)劃、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、綜合配套，嚴(yán)把項(xiàng)目立項(xiàng)審查關(guān)，確保實(shí)施工程的質(zhì)量與實(shí)效。在項(xiàng)目申請(qǐng)立項(xiàng)，規(guī)劃設(shè)計(jì)中，煙草部門(mén)牽頭，縣、鄉(xiāng)鎮(zhèn)技術(shù)隊(duì)伍和專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)單位相結(jié)合，認(rèn)真現(xiàn)場(chǎng)踏勘、科學(xué)設(shè)計(jì)、充分論證，保證了設(shè)計(jì)方案的可行性。對(duì)設(shè)計(jì)方案的初審和評(píng)估，實(shí)行現(xiàn)場(chǎng)審查和專(zhuān)家會(huì)審相結(jié)合的審查制度，由煙草公司與水利部門(mén)兩家共同把關(guān)。真正體現(xiàn) “科學(xué)規(guī)劃、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、整村推進(jìn)、連片實(shí)施”的要求。
3.嚴(yán)格規(guī)范，注重監(jiān)管是搞好煙水配套工程建設(shè)管理的保證
按照全過(guò)程、全員、全方位參與的思路，落實(shí)項(xiàng)目制管理的要求，從抓程序、抓規(guī)范、抓質(zhì)量入手，進(jìn)一步健全制度和措施，強(qiáng)化監(jiān)管，確保規(guī)范運(yùn)作。一是抓好規(guī)范項(xiàng)目管理的落實(shí)；二是加強(qiáng)招投標(biāo)、質(zhì)量監(jiān)督、項(xiàng)目設(shè)計(jì)、審批等監(jiān)管；三是規(guī)范施工和監(jiān)理的招標(biāo)工作；四是建立多層督察機(jī)制，強(qiáng)化施工監(jiān)管，加強(qiáng)督促檢查；五是 施工管理做到“七員到位”；六是注重縣級(jí)竣工驗(yàn)收基礎(chǔ)作用。
4.加強(qiáng)項(xiàng)目補(bǔ)貼資金的管理是搞好煙水配套工程建設(shè)管理的核心
認(rèn)真落實(shí)三個(gè)“以我為主”的要求，對(duì)項(xiàng)目資金實(shí)行專(zhuān)戶(hù)管理、單獨(dú)核算、封閉運(yùn)行，嚴(yán)格落實(shí)煙水配套工程建設(shè)補(bǔ)貼資金管理辦法。通過(guò)強(qiáng)化資金管理，保證了補(bǔ)貼資金直補(bǔ)項(xiàng)目建設(shè)主體和專(zhuān)款專(zhuān)用，確保了資金安全和資金撥付渠道的暢通，保證了實(shí)施項(xiàng)目的正常建設(shè)。
5.建管并重，持續(xù)改進(jìn)是搞好煙水配套工程建設(shè)管理的關(guān)鍵
為了使煙水配套工程建設(shè)項(xiàng)目建成后發(fā)揮長(zhǎng)效作用，探索項(xiàng)目建設(shè)的運(yùn)行管護(hù)問(wèn)題，借鑒水利等部門(mén)的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，制定并實(shí)施了《印江自治縣煙水配套工程建設(shè)項(xiàng)目管護(hù)辦法》，堅(jiān)持“誰(shuí)所有、誰(shuí)使用、誰(shuí)受益、誰(shuí)維護(hù)”，“誰(shuí)毀壞、誰(shuí)賠償”和“以水養(yǎng)水”的運(yùn)行管護(hù)原則。強(qiáng)化建管并重，深化建后管護(hù)工作，促進(jìn)了建成項(xiàng)目的運(yùn)行管護(hù)工作。
印江在“十二五”期間將繼續(xù)加強(qiáng)煙葉生產(chǎn)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，一是圍繞煙草行業(yè)“卷煙上水平”總體規(guī)劃，按照“新思路、大手筆、超常規(guī)”的工作要求，每年繼續(xù)爭(zhēng)取投入專(zhuān)項(xiàng)資金用于煙水配套工程建設(shè)。二是在“依托水源搞建設(shè)”的基礎(chǔ)上，把煙葉生產(chǎn)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)提升到一個(gè)新的水平。我國(guó)其它地區(qū)在進(jìn)行煙水配套工程建設(shè)中也要嚴(yán)格遵守科學(xué)管理，從而使我國(guó)的烤煙產(chǎn)業(yè)為我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)。
1設(shè)計(jì)自主化的目標(biāo)
為使我國(guó)核電建設(shè)能走上健康持續(xù)發(fā)展的道路，國(guó)家有關(guān)主管部門(mén)明確提出必須實(shí)現(xiàn)核電發(fā)展的四個(gè)自主化。四個(gè)自主化中，核電工程設(shè)計(jì)自主化是基礎(chǔ)。只有做到設(shè)計(jì)自主化，才能實(shí)現(xiàn)工程管理、設(shè)備制造和電站營(yíng)運(yùn)的自主化，進(jìn)而降低核電站的投資，降低核能發(fā)電的電價(jià)，我國(guó)的核電也才能得到快速地發(fā)展。
常規(guī)島及電站輔助設(shè)施(BOP)設(shè)計(jì)自主化的主要目標(biāo)是要通過(guò)技貿(mào)結(jié)合，以若干臺(tái)大型商用核電站的建設(shè)為載體，逐步全面建立大型商用核電站常規(guī)島和BOP的自主設(shè)計(jì)能力，并具備一定的研究開(kāi)發(fā)能力。包括建立并完善整套規(guī)程、規(guī)范及程序文件，配套合適的設(shè)計(jì)／計(jì)算手段和方法，培育建立起一支合格的設(shè)計(jì)隊(duì)伍，最終能由國(guó)內(nèi)工程公司或設(shè)計(jì)部門(mén)向建設(shè)單位提交合乎規(guī)程規(guī)范要求、質(zhì)量要求和進(jìn)度要求的整套設(shè)計(jì)文件和相關(guān)工程服務(wù)。
實(shí)現(xiàn)上述設(shè)計(jì)自主化的步驟是：
a)在大型商用核電站的首兩臺(tái)機(jī)組的建設(shè)過(guò)程中，通過(guò)外方為主，中外合作設(shè)計(jì)，完成包括設(shè)計(jì)管理、設(shè)計(jì)規(guī)范、適用的計(jì)算機(jī)軟件和數(shù)據(jù)庫(kù)、系統(tǒng)的擬定、計(jì)算與優(yōu)化、施工圖設(shè)計(jì)技術(shù)以及各類(lèi)工程文件編制在內(nèi)的全面技術(shù)轉(zhuǎn)讓?zhuān)?/p>
b)3、4號(hào)機(jī)組的大部分設(shè)計(jì)責(zé)任轉(zhuǎn)移到中方，僅少量關(guān)鍵性技術(shù)責(zé)任仍由外方承擔(dān)；
c)5、6號(hào)機(jī)組由中方承擔(dān)全部設(shè)計(jì)責(zé)任。
考慮到我國(guó)核電站建設(shè)將走上系列化、標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)的道路，除少量改進(jìn)項(xiàng)目之外，后4臺(tái)機(jī)組的重新設(shè)計(jì)工作量將大大減少。因此，1、2號(hào)機(jī)組設(shè)計(jì)技術(shù)轉(zhuǎn)讓的成功與否是設(shè)計(jì)自主化能否得以實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。
2設(shè)計(jì)自主化的現(xiàn)狀
2.1常規(guī)島工程設(shè)計(jì)自主化現(xiàn)狀
從技術(shù)角度而言，核電站常規(guī)島與常規(guī)火力發(fā)電廠汽輪機(jī)島之間并無(wú)本質(zhì)上的區(qū)別。我國(guó)幾個(gè)主要的電力設(shè)計(jì)院已經(jīng)具備了600MW級(jí)火力發(fā)電廠的設(shè)計(jì)資格，在工程設(shè)計(jì)實(shí)踐方面，也已有了相當(dāng)?shù)姆e累。
在核電工程方面，國(guó)內(nèi)電力設(shè)計(jì)部門(mén)自主承擔(dān)完成了秦山一期300MW機(jī)組常規(guī)島設(shè)計(jì)任務(wù)，目前正開(kāi)展秦山二期600MW級(jí)常規(guī)島工程設(shè)計(jì)工作。而嶺澳核電項(xiàng)目則在大型商業(yè)核電站常規(guī)島設(shè)計(jì)自主化方面邁出了第一步。通過(guò)與常規(guī)島供貨商的合作，國(guó)內(nèi)電力設(shè)計(jì)院具體承擔(dān)了常規(guī)島部分土建、工藝設(shè)計(jì)任務(wù)并完全承擔(dān)了相應(yīng)的技術(shù)責(zé)任。整個(gè)設(shè)計(jì)工作按國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和慣例組織進(jìn)行，目前工作已接近完成。
與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的工程公司(A／E公司)相比，我們至少應(yīng)在以下幾個(gè)方面通過(guò)國(guó)際合作，從技術(shù)轉(zhuǎn)讓中獲取相應(yīng)的能力，才能真正談得上設(shè)計(jì)的自主化。
a)項(xiàng)目管理的能力，包括項(xiàng)目管理隊(duì)伍的組成和工作程序的建立等；
b)適當(dāng)?shù)挠?jì)算機(jī)系統(tǒng)(硬件和軟件)以及配套的工程數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，其中工程數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)是問(wèn)題的關(guān)鍵；
c)接口控制能力，包括接口的預(yù)見(jiàn)性和確立、控制等；
d)系統(tǒng)的計(jì)算擬定和優(yōu)化(指工藝、電氣、儀控等主要系統(tǒng))；
e)設(shè)備采購(gòu)規(guī)范書(shū)的編制能力；
f)施工、安裝、調(diào)試和運(yùn)行文件的編制能力；
g)國(guó)際通用的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的理解和比較。
國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的A／E公司與國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)單位(CDI)能力差異比較見(jiàn)表1和表2。
2.2BOP設(shè)計(jì)自主化
國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)院已基本具備了BOP設(shè)計(jì)自主化的能力。特別是在嶺澳核電站項(xiàng)目中，國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)院與業(yè)主的經(jīng)驗(yàn)和能力相結(jié)合，除個(gè)別系統(tǒng)由于商務(wù)、系統(tǒng)小成套等因素導(dǎo)致工藝設(shè)計(jì)由外方承擔(dān)外，已全面實(shí)現(xiàn)了包括工程管理、采購(gòu)、設(shè)計(jì)(工藝設(shè)計(jì)和土建設(shè)計(jì))等各個(gè)環(huán)節(jié)的自主化。
表1工程管理能力差異表
項(xiàng)目A／E公司CDI
項(xiàng)目經(jīng)理能對(duì)工程實(shí)施全方位的控制，有職、責(zé)、權(quán)，對(duì)外代表公司對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行質(zhì)量、工期和費(fèi)用三大控制，擁有項(xiàng)目組內(nèi)部人力調(diào)度和收入分配的權(quán)力。主要從技術(shù)協(xié)調(diào)角度組織管理項(xiàng)目設(shè)計(jì)，基本沒(méi)有人員調(diào)配、費(fèi)用控制和收入分配的權(quán)力。項(xiàng)目三大控制職責(zé)主要由生產(chǎn)處室實(shí)現(xiàn)，導(dǎo)致項(xiàng)目技術(shù)、工期、費(fèi)用職責(zé)不清。
項(xiàng)目管理隊(duì)伍有專(zhuān)責(zé)的項(xiàng)目經(jīng)理工作班子，職能包括項(xiàng)目的計(jì)劃，設(shè)計(jì)管理協(xié)調(diào)，商務(wù)、會(huì)計(jì)、質(zhì)保、預(yù)算、采購(gòu)、合同等與項(xiàng)目實(shí)施有關(guān)的各個(gè)方面。不健全的項(xiàng)目工作班子，依靠生產(chǎn)處室實(shí)現(xiàn)管理的職能。
工作程序建立行之有效的工作程序并按程序辦事，工作人員的個(gè)人表現(xiàn)基本能與公司體系運(yùn)作的有效性進(jìn)行適度的分離。以工作經(jīng)驗(yàn)和工作慣例為基礎(chǔ)，工作程序不健全或不受重視，行政命令仍為主要工作手段之一。
工程數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)龐大適用的工程數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，包括工程設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)、參考文檔數(shù)據(jù)庫(kù)等，有利于建立快速報(bào)價(jià)體系，電站優(yōu)化設(shè)計(jì)和提高設(shè)計(jì)效率與質(zhì)量，降低工程投資。工程數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)正在建立和積累，但適用于國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的工程數(shù)據(jù)庫(kù)基本是空白。
質(zhì)保體系正常運(yùn)作的質(zhì)保體系和較強(qiáng)的質(zhì)保意識(shí)。體系類(lèi)似，運(yùn)作的有效性和穩(wěn)定性正常。
接口控制有豐富的接口控制經(jīng)驗(yàn)，專(zhuān)門(mén)的管理程序和管理人員對(duì)接口的預(yù)見(jiàn)性和控制能力有待加強(qiáng)。
表2工程設(shè)計(jì)能力差異表
項(xiàng)目A／E公司CDI
標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范對(duì)國(guó)際通行的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范有廣泛深入的了解，并運(yùn)用于工程實(shí)踐。對(duì)國(guó)際通行的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的了解和使用有待加強(qiáng)。
系統(tǒng)設(shè)計(jì)
(SystemDesign)有較強(qiáng)的系統(tǒng)計(jì)算、分析、設(shè)計(jì)、選型和優(yōu)化的能力，有豐富的計(jì)算機(jī)軟件。有一定的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和分析計(jì)算能力，但仍以經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)和引進(jìn)設(shè)計(jì)為主，應(yīng)變能力不強(qiáng)，適用計(jì)算機(jī)軟件不夠。
安裝設(shè)計(jì)
(設(shè)備、管道、
電纜等)有較強(qiáng)的設(shè)計(jì)布置、力學(xué)分析、支吊系統(tǒng)設(shè)計(jì)、材料和型號(hào)選擇的經(jīng)驗(yàn)和能力，有適用的參考數(shù)據(jù)庫(kù)支持，具備了3D模型設(shè)計(jì)能力。有豐富的設(shè)備、管道、電纜等設(shè)計(jì)布置的經(jīng)驗(yàn)和能力，掌握了3D模型設(shè)計(jì)能力，但缺乏適用的數(shù)據(jù)庫(kù)，所采用的設(shè)計(jì)計(jì)算軟件也僅適用于國(guó)內(nèi)工程。
土建設(shè)計(jì)成熟的結(jié)構(gòu)計(jì)算與設(shè)計(jì)。與國(guó)外設(shè)計(jì)能力大致相當(dāng)，但大型動(dòng)力設(shè)備基礎(chǔ)的力學(xué)分析計(jì)算有待加強(qiáng)。
設(shè)備采購(gòu)
規(guī)范書(shū)由專(zhuān)門(mén)的部門(mén)、人員和程序來(lái)完成，對(duì)各主要發(fā)電設(shè)備主、輔機(jī)供貨商比較了解，所編設(shè)備采購(gòu)規(guī)格書(shū)內(nèi)容比較全面(包括商務(wù)、技術(shù)、材料、質(zhì)保、包裝、運(yùn)輸安裝、服務(wù)等各方面內(nèi)容)。無(wú)專(zhuān)門(mén)的采購(gòu)部門(mén)，以過(guò)往工作經(jīng)驗(yàn)為主，以編寫(xiě)技術(shù)規(guī)格書(shū)為主，內(nèi)容相對(duì)較簡(jiǎn)單。
安裝、調(diào)試、
運(yùn)行文件有較強(qiáng)的文件編寫(xiě)能力?；緹o(wú)經(jīng)驗(yàn)，能力有待提高。
3工程設(shè)計(jì)模式
3.1常規(guī)島工程設(shè)計(jì)模式
為了要實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)自主化，必須最大限度地參與核電站的設(shè)計(jì)和管理實(shí)踐活動(dòng)，只有參與才能掌握，只有干才能學(xué)會(huì)，只有敢于承擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)才能取得勝利。
由于國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)單位的資源、經(jīng)驗(yàn)和能力的局限性，選擇一家國(guó)際著名的工程公司進(jìn)行合作設(shè)計(jì)可更有效地借鑒國(guó)外先進(jìn)的管理手段，設(shè)計(jì)技術(shù)以及信息財(cái)富，有利于國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)單位在較短的時(shí)間內(nèi)盡快趕上國(guó)際先進(jìn)水平。
在選擇國(guó)外合作伙伴時(shí)要注意在電站工程設(shè)計(jì)方面，國(guó)際上流行著兩種不同的模式，在這兩種模式中，工程公司所起的作用也不同。
3.1.1美國(guó)模式
a)設(shè)備制造商僅負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)和提供直接由其制造的產(chǎn)品，國(guó)內(nèi)俗稱(chēng)主機(jī)供應(yīng)商；
b)工程公司在電站的成套設(shè)計(jì)、工程管理、采購(gòu)、工程服務(wù)(土建、安裝、調(diào)試運(yùn)行、維修)等方面起著非常大的作用，并且有豐富的經(jīng)驗(yàn)。
3.1.2歐、日模式
a)設(shè)備制造商不但能負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)和提供直接由其制造的產(chǎn)品，對(duì)主廠房?jī)?nèi)的工藝系統(tǒng)也有較強(qiáng)的設(shè)計(jì)和成套能力；
b)一般不請(qǐng)獨(dú)立的工程公司協(xié)助其進(jìn)行輔助系統(tǒng)的成套設(shè)計(jì)；
c)其工程設(shè)計(jì)力量是屬于設(shè)備制造商的一部分，所提供的工程設(shè)計(jì)總是與公司的設(shè)備緊密聯(lián)系在一起，屬專(zhuān)門(mén)化的設(shè)計(jì)。
3.1.3選擇美國(guó)模式的優(yōu)勢(shì)
筆者認(rèn)為，如創(chuàng)建合資的工程公司，則采取美國(guó)模式更為有利，主要因?yàn)椋?/p>
a)從工程的觀點(diǎn)看，美國(guó)模式無(wú)論是設(shè)備制造還是電站設(shè)計(jì)均十分接近我國(guó)傳統(tǒng)的、成熟的火力發(fā)電項(xiàng)目建設(shè)實(shí)踐，雙方合作容易找到共同一致的基礎(chǔ)。
b)美國(guó)的工程公司總是獨(dú)立于設(shè)備制造之外，具有和多家廠商合作的經(jīng)驗(yàn)，因而在電站設(shè)計(jì)方面，增強(qiáng)了靈活性，減少了局限性，可增強(qiáng)國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)院的應(yīng)變能力。
c)在主設(shè)備的招標(biāo)評(píng)標(biāo)過(guò)程中，唯有美國(guó)模式的工程公司才能公允地同參與競(jìng)爭(zhēng)的各供貨商進(jìn)行評(píng)判。若選擇了歐洲某設(shè)備貨商合作，將使自己陷入“唯一性”，而失去了“靈活性”和“公允性”。
d)美國(guó)工程公司由于其在工程項(xiàng)目中的地位和作用，積累了非常豐富和廣泛靈活的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)提高國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)單位的水平有利。
e)一般而言，美國(guó)公司在提供技術(shù)轉(zhuǎn)讓方面，持相對(duì)比較開(kāi)放的態(tài)度。
3.2BOP工程設(shè)計(jì)模式
可按嶺澳核電項(xiàng)目現(xiàn)有的模式，繼續(xù)擴(kuò)大國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)的份額，把設(shè)計(jì)自主化推上一個(gè)新臺(tái)階。
