（材料加工工程专业论文）面向对象编程和网络技术在焊接cai中的应用.pdf

摘耍 重庆大学硕士学位论文 摘要 本研究在详细阐述了传统计算机辅助教学基本原理及过程的基础上提出了新 颖的计算机辅助焊接教学软件的开发思想和步骤。在分析比较各种流行软件开发 方法和开发工具的基础上，本研究采用了先进的面向对象的可视化编程技术和 d e l p h i 高级编程语言，进行了焊接方法及设备、铸铁焊接及表面优化技术等课件 的设计。这些课件的基本内容包括文本编辑模块、帮助功能模块、网络教程模块、 题库答案模块、输入输出模块，该系统入机对话界面良好，功能键易于操作， 具有多项选择功能和远程访问功能。对各个模块的功能和操作运行进行了详细说 明。本文还利用网络技术中的超文本标识语言h t m l 进行了焊接教程w 曲页面 的设计与开发，以实现资源共享和远程教育的目的。 关键词焊接；c a i a b s t r a c t i nt h i s p a p e r , t h ef u n d a m e n t a l sf o r t r a d i t i o n a lc o m p u t e r - a i d o di n s t r u c t i o nw m - e t h o r o u g h l y r e v i e w e da n dan 洲d e v e l o p m e n tm d , h o df o rc o m p u t e r - a i d e dw e l d i n g i n s u l l c f i o nw a s b r o u g h tf o r w a r d b yi n l r o d m i n 8o b j e c t - o r i e n t o dp r o g a m m i n g t e c h n o l o g ya n d s u a lp r o g r a m m i n gt e c h n o l o g y , t h e c o u c h , r a r e , w h i c hi n c l u d e w e l d i n gl 贯u c e s s e se q u i p m e n t , c a s t i r o n w e l d i n g a n d s u r f a c 碍p r o c e s s m g , w a s i m p l e m e n t e dw i t h 跚a d v a n c e d 弘。罩呷m m i b gt o o ld e l p m a d d i t i o n a l l y , t h e 俺胁吨e t e a c h i n gm e t h o d 吣i m p l e m e n t e db yi n t r o d n c i n g i n t e m e tt e c h n o l o g y t h eo 叭w 略w b i 专 w a sd i v i d e di n t of o u rm o d u l e s ：t e x te d i t o rm o d u l e s ，n e t w o r kt e a c h i n gm o d u l e s , q u e 娥o n a n s w e rd a t e b e s em o d u l e s , i n p u t ：o u t p u tm o d u l e s h e l pf i l e sf o rt h ef r u i t i o na n d o p e r a t i o no fe v e r ym o d u l ew a sp r o v i d e di nd e t a i l t h es y s t e mi sm u l t i - f u n c t i o n a ia n d e a s y t oo p e r a t e 第一章绪论 计算机是一种能自动、高速精确地完成各种信息的存储、数字计算和控制处 理的电子机器。计算机系统由硬件和软件两部分构成，计算机硬件系统是指用那 些看得见、摸得着的电子机械设备按一定的方式组织起来形成的一个具有确定功 能的有机整体：计算机软件系统则是那些用于对计算机软硬件资源进行有效的管 理、方便用户使用的各种各样的程序的集合。计算机的硬件系统和软件系统是两 个不可分割的统一体。硬件系统是软件系统的物质基础，软件系统为计算机的应 用提供了可靠的保证，相辅相成，共同构成了一个完整的计算机系统。i i 】- 1 4 1 1 1 计算机的应用 计算机的应用大致可以归纳为五个方面： 一科学计算 计算机广泛地用于科学计算和工程技术中数值计算，这是计算机的基本用途 之一，如人造卫星运行轨迹的计算、核能技术的运算、房屋抗震强度的计算等。 二数据处理 把数据( 信息。) 进行记录、分类、排序、制表等工作称为数据处理。计算机 能迅速有效地处理各种各样的复杂数据。目前大多数的计算机用于这一类途径。 三过程控制 计算机在生产过程中的自动控制是计算机应用的另一重要方面。计算机可以 在生产过程中及时采集检测数据，并在迅速处理后选取最优方案对生产现场进行 自动控制，从而提供产品的质量和产量，降低原材料消耗和生产成本，同时也提 高了劳动生产率，改善了劳动条件。 四计算机辅助工程( c a e ) 计算机辅助设计( c a d ) 、计算机辅助铝4 造( c a m ) 、计算机辅助测试( c a = r ) 三者相结合就形成了计算机辅助工程，从而实现计算机在生产过程中的全面应 用，现在计算机在工程辅助方面的应用已发展到了计算机集成制造系统c i m s 。 第一章绪论重厌大学硬士学位论文 此外，在教育方面计算机的应用也越来越广泛。计算机辅助教学c a i 是使用 计算机作为教学工具，把教学内容编制成教学软件课件，学习者可以根据自 己的需要和爱好选择不同的内容在计算的帮助下学习，以实现教学内容的多样 化、形象化。随着计算机网络技术的不断发展，特别是全球计算机网络i n t e r n e t 的实现，计算机远程教育已成为当今计算机应用技术发展的主要方向之一。 五模式识别及其他方面的应用 模式识别和人工智能是计算机发展的一个方向，主要是指计算机在模拟人工 的智能方面的一种应用。例如，在日益广泛的人工智能领域中的模式识别、定理 证明、专家系统、机器翻译、智能机器人、离散系统和连续系统的计算机模拟等 等。实际上，许多部门的计算机应用都是综合了信息处理、科学计算、自动控制、 人工智能等计算机应用技术。i s 3 6 1 1 2 网络与信息社会 把计算机联成网络的设想早在电子计算机诞生不久就已经产生了，近2 0 3 0 年中网络技术已经取得了很大的成绩。然而直到9 0 年代初美国政府提出了“国 家信息基础设施”工程计划( n a t i o n a li n f o r m a t i o ni n f r a s t r u c t u r en i i ) 才引起了 全世界的特别关注，这通常也被称为“信息高速公路计划”。n i i 近期的目标就是 加速公用互联网的发展。随之而来在世界范围掀起了i n t e m e t 建设的狂风巨浪。 预计在未来1 0 年中全世界在这一领域将投资1 2 万亿美圆。我国自9 0 年代就开 始了“金卡”，“金桥”、“金关”等网络工程，另外还有一批全国性的网络正在建 设，但只有信息高速公路的建设才标志着信息社会的到来。 制造业几十年来经历了巨大的变革，由计算机和网络引发的信息技术的发展 是促进制造业发生变革的最主要的因素。近年来提出的“先进制造技术” a m t ) 的概念涵盖了许多先进技术，如计算机集成制造系统( c i m s ) 、并行工程 ( c o n c u r r e n te n g i n e e r i n g ) 、灵捷制造( a 鲫e m a n u f a c t u r i n g ) 等都可属于a m t 的 范畴。实际上，计算机加网络正在以信息流来部分地替代了制造业中的物质流。 然而，近两年这种传统的企业网正在被i n t r a n e t 网所替代。i n t r a n e t 是采用i n t e r n e t 技术建立的一种新型的企业内部网，只是为企业内信息的安全保密、为保证企业 内部通信带宽的提高在i n t r a n e t 和i n t r a n e t 之间建立了一道“防火墙”。i a t e m e t 技术比较成熟，因此建立周期短、投资少，还可以节约企业网建成后升级和维护 的费用。据统计，现在美国已有5 0 以上的企业采用了i n t r a n e t 网，预计再过1 2 年将有9 0 的企业会建立i n t r a n c t 网。 2 第一章绪论重庆大学硕士学位论文 i n t r a n e t 与过去的主机终端或者服务器客户机的结构不一样，它的 最大特点是信息双向交流机制，这一特点甚至可能使企业的管理结构发生变化。 过去由主机或者服务器发布信息，郎由上级到下级，一级传一级的宝塔式的信息 发布转变成网络中的每一成员可以相互发布信息的方式，也就是说企业的管理结 构从宝塔式转向扁平化，打破了企业经营过程中各环节之间的壁垒，减少了信息 传递的层次，提高了效率，加深了企业管理的民主化，增强了决策的集体化。i n 呦e t 的作用不仅限于新产品的试制，它还引发了整个企业管理运行机制的新一论变 革。企业销售部门的定单一经认可，企业的运营中心即可通知设计部门提供图纸， 供应部门装备原材料，通知生产部门根据图纸和原材料安排好生产，根据预定的 生产计划安排产品的发送和收回货款，各部门的信息可以及时相互交流。这一工 作方式可以用于跨国大公司对所属世界各地的分支机构下达任务、相互协调，甚 至还可扩大用于不同企业之间的密切合作，形成网络上的“虚拟公司”。上述的 这种工作方式也就是并行工程、灵捷制造等生产模式的简单化了的描述。不难看 出，计算机加网络就是“先进制造技术”的基础。 在教育方面，传统的课堂教育有利于师生面对面地交流信息，教师随时可以 调整自己的策略，以达到因材施教的目的，但学生大都处于被动地位，且不利于 个别学习。广播电视教育正好克服了传统课堂教育的这一弊端，然而，课堂教育 的优点却成为它的缺陷之处。随着信息高速公路的实施，把课堂教育与广播电视 教育融为一体的新型的远距离双向式交互式教学方式将应运而生，从而使教育发 生了根本的变化。 信息技术渗于教育内容之中，伴随信息高速公路而到来的信息社会，要求人 们具备获取、利用、处理各种信息的能力，为达此目的，有关信息技术、通讯技 术、多媒体等方面的内容势必要进入校园之中。第二，将来的教育媒体不仅仅是 教科书，还有融文学、声音、图画为一体的电子教科书，教学内容将会存在光盘、 c d 等介质上。第三，信息高速公路将使现代教育方式，从以广播电视为主体， 个人自学为主要方式，转变为以计算机、多媒体技术和通讯技术为主体，以个人 为主的个别学习和交互式集体合作学习相结合为主要方式。 1 3 计算机在焊接中的应用 如前所述，计算机的用途十分广泛，许多工程技术人员在文字处理、电子表 格、般计算等日常事物方面已应用了计算机。在焊接行业中，计算机的应用起 步教早，正在逐步向焊接科研、生产、管理等各个领域深入发展，其应用软件主 要集中在焊接生产工艺管理、专家系统、数据库与应用软件、数值分析、数值模 第一章绪论重庆大学硕士学位论文 拟和焊接生产过程控制等方面。一些先进的软件设计思想如人工智能、神经元网 络、模糊控制、软件设计方法学等也引入到焊接领域中，它们提高了软件的整体 设计水平和实用性。刚“1 1 3 1 计算机辅助焊接过程控制 焊接过程的自动化是提高焊接生产效率、保证产品质量的一个极重要的手 段。焊接质量控制的对象是焊接工艺参数及其合理调节，其控制效果第一可表现 在焊缝金属的内在质量，掘金相组织好，内部缺陷少等方面：第二表现在几何形 状，如焊缝成形、焊接熔深和焊透控制等方面。在焊透控制中用来检测焊缝熔透 的主要方法有背面检铡熔池温度场的变化；用红外传感和视觉传感来检测熔池表 面的下塌量以获取熔透信息等。哈工大采用熔池震荡法对t i g 焊从正面控制熔透 作了深入的研究，采用弧光传感检测熔池振荡的振幅，根据熔透时的固有振荡特 征进行相应的熔透控制，这在低碳钢和高合金钢的焊接应用中已经获得了较好的 控制效果。在等离子弧中，通过光纤采集焊接时的图象，并运行计算机进行分析 处理来控制熔透。在这些控制中，都利用了计算机高精度的的运算和大容量存储 的功能并利用具有柔性的软件来控制，同时将神经元网络和模糊控制引入到熔透 控制中，实现了硬件所代替不了的功能，并进步实现了焊接过程的质量自动控 制。在压力焊方面通过神经元网络的计算来确定并适时控胄4 焊接时的最佳工艺参 数，这在压力焊领域中是个新的研究方向。 1 3 2 焊接结构计算机辅助设计与制造 焊接结构包罗万象，航空、航天、造船、化工、机床、车辆、桥梁等工业与 民用建筑中都有焊接结构，全世界将近一半的钢材用于制造焊接结构。焊接结构 的计算机辅助设计，首先要适应各行业的特点和需要。虽然各种焊接结构都必然 遵循共同的焊接力学规律，但至今尚无包含这种共性的计算机辅助( c a d ) 软件。 焊接结构产品的多样化，促使焊接结构产品的现代化生产必须适应于柔性制造 ( f m s ) 和计算机集成制造( c d d s ) 的需要。 在先进机械制造领域中，敏捷制造( a g i l em a n u f a c t u r i n g ) 、精益生产( l e a n p r o d u c t i o n ) 以及先进制造技术( a d v a n c e dm 蛐峨l c t i l r i n 曲正成为各个国家的研究方 向。在现代化的焊接生产中，自动化的焊接( 焊枪) 操作机、焊接( 工件) 变位 机、乃至焊接机器人正在被广泛地应用到各个行业的生产中，如何提高焊接操作 第一章绪论重庆大学磺士学位论文 机、焊接变位机的设计，提高其自动化、智能化的程度，如何低成本、高效率、 高可靠性地实现焊接生产的机械化和自动化，既是生产第一线焊接工作者的愿 望，也是焊接科研工作者的任务。哈工大正在从事这方面的开发研究工作，同时 也在进行焊接变位机、焊接操作机智能化计算机辅助设计( i c a d ) 的开发研究 工作。 1 3 3 焊接专家系统 专家系统由知识库、推理机、数据库和入机接口组成。它用一种比较理想的 方式来封装从领域专家处获取的知识，建成知识库，对知识库的操作不同于传统 的预先定义好了的操作方式，每次运行时都各不相同，这取决于推理机的构造。 焊接专家系统近年来在国内外有很大的发展，主要集中在焊接工艺、焊接方法选 择、焊接结构安全评定等方面。另外，还有焊接变压器设计专家系统和铸造焊接 专家系统等。这些焊接专家系统可以根据完成的焊接工艺评定报告( p q r ) 制定 焊接工艺说明书( w p s ) ，并可以从相关的知识和实例中进行推理来提取出相应 的w p s 报告；还能进行焊接接头组织性能预测，焊接缺陷的诊断等。目前国内 研究焊接专家系统的高校主要有清华大学、上海交通大学、哈尔滨工业大学和天 津大学等。它们于相应生产厂家密切协作，使这些软件在实际生产中都得到了较 好的应用。 1 3 4 焊接工程数据库 数据库开发始于6 0 年代末期，是数据管理和数据处理的最新技术，目前已 渗透到科学研究、工程技术、生产管理等各个领域。数据库软件从小型d b a s e 、 f o x p r o 发展到大型数据库o r a c l e 、 n f o r m i x 等，这些软件为焊接领域内 大量的工艺数据及技术资料的查询和利用提供了有力的工具。8 0 年代初国外就已 经开发了许多有实用价值的焊接工艺工程数据库。近年来国内已有多项有关焊接 工程数据库的报道，如“焊接工艺评定管理数据库系统”、“焊工档案管理数据 库”、“焊接工艺说明书数据库”、“焊材数据库”等，这些已在生产实际中应用。 上海交大结合人工智能、知识工程和工程数据库系统等的优点，提出了焊接工艺 智能化工程数据库的设计方法。 第一章绪论重庆大学硕士学位论文 1 3 5 焊接机器人和模式识别 在国外焊接机器人已广泛应用于焊接生产，其中汽车工业领域用得最多，在 国内，哈工大等高校都有专门的研究机构从事这方面的研究。机器人有很强的适 应能力，借助视觉传感器，焊接机器人可进行路径规划和避障，借助计算机的存 储记忆功能，机器人可以示教再现。另外将专家系统、模式识别和神经元网络引 入焊接机器人可进一步提高焊接质量。焊接机器人借助视觉传感器所得到的图象 必须进行图象处理和模式识别才能得到有效的信号，在这方面哈工大和华南理工 大学都进行了富有成效的研究。哈工大用图形法来检测分析熔池形成过程，取得 了较好的效果，并应用于t i g 焊和等离子弧焊的焊接过程控制中。哈工大把神经 元网络引入焊接检测领域，研制出微机控制的超声探伤仪。甘肃工业大学成功地 研制了“x 射线焊缝探伤实时成象自动评片系统”，取代了传统的胶片成象和人 工评片的方法。 1 3 6 数值分析、数值模拟和计算机仿真 焊接热过程是形成焊接接头，产生焊接应力变形的过程，也包含着产生焊接 缺陷的过程。早期的焊接热过程分析采用解析法，这种方法须对焊接热源作出与 实际热源偏差较大的假设，仅适合予焊件几何形状简单的场合。随着计算机技术 的飞速发展，为有限元分析方法、有限差分法和数值分析方法所需进行的大量计 算创造了条件，使数值分析和数值模拟的方法在焊接中的应用得到了很大的发 展。哈工大把流体力学方程引入焊接熔池的传热分析，进而分析熔滴和熔池的相 互作用，比较确切地预测熔池的尺寸和形状。同时，还在焊接接头的应力分布、 焊接疲劳裂纹的扩展以及残余应力的控制方面取得了很大的进展。上海交大进行 了三维弹塑性有限元分析的研究。数值计算除了应用于动态的应力分析外，还可 用于焊接接头组织变化的分析计算、焊接结构的强度和可靠性分析等。 1 3 7 国外计算机辅助焊接工程软件的发展 国外的焊接应用软件主要是1 0 0 多家公司为焊接工程师提供软件包，这些软 件可分为过程控制软件和独立运行软件两类。其中独立运行的软件包括焊接工程 数据库、数值计算和数值模拟、焊接手册及其解释程序、专家系统、焊工培训软 件以及焊接市场销售分析预测软件等。国外的工业企业都把焊工培训放到了重要 的位置，因此开发教育培训软件具有广泛的实用价值。多媒体焊接教育软件的开 第一章绪论重庆大学硕士学位论文 发在国外受到了普遍重视，它可以将知识以图象、声音、动画和图表的方式表示 出来使大家容易接受。现在的一个c d - r o m 光盘容量可以达到6 0 0 多兆字节， 相当于2 5 万页的书。利用它可以将焊接变形形成过程以动画的形式表现出来， 同时电弧焊的种类及熔滴过度的形式可以通过声音和图象的方式使其更易于理 解。这种包含有各种电子信息的媒体使被培训者有兴趣观看，也更加容易接受。 这非常有利于焊接基本理论与基本技能的普及教育，意义重大。 计算机网络的发展速度非常快，局域网( l a n ) 和广域网( w a n ) 使生产 自动化成为可能。i n t e r n e t 将世界互相连接在一起。欧洲焊接协会提出了远程 学习计划用以培训焊接工人，整个培训课程以光盘的形式提供。 1 4 焊接软件开发应用面临的问题 早在1 0 年前我国一些高等学校已经开始研制焊接软件，以后一些科研院所 和企业也进行了焊接软件的开发工作，现在可在p c 机上运行的商品化了的焊接 应用软件已超过百种，主要应用在信息存储、重复计算、标准说明、专家系统咨 询系统和培训教育等方面，但焊接软件销售的情况并不理想，销售量在1 0 0 份以 上的软件不过1 0 余种1 1 州卅，这是因为： 一对焊接软件所起的作用认识不足。提到计算机的应用，焊接专业人员往 往只联想到焊接生产自动化，实际上计算机的应用是多方面的，焊接应用软件不 仅用于焊接自动化，更多的是着眼予改进焊接质量、提高生产率、降低成本等方 面。 二焊接应用软件专业性强，适用面窄。焊接应用软件是针对解决焊接过程 中某一特定问题而开发的，这本身就决定了不可能拥有很大的用户群。有些软件 尽管很有实用价值，但由于用户使用频率不高，也影响了用户的兴趣。 三焊接软件的性能有待改善。现有的大多数焊接软件操作仍嫌复杂。现有 的软件一般属于单用户型，各软件内的数据尚不能相互交换，即不能适应软件集 成化和网络化的要求。这些问题都正在得到改进，而且随着计算机软件的发展， 神经网络、模糊推理、数据挖掘、超文本等新技术的出现，软件的功能将得到加 强。 软件是一种高技术含量的产品，软件的开发需要投入一定的资金，焊接软件 销售量有限，往往不能收回其制作成本，因而制约了它的发展。但是对于一些企 第一章绪论 重庆大学硕士学位论文 业来说，需要保存、利用长期积累的焊接工程数据和实际经验，使得这些潜在的 资产不致埋没或由于专业技术人员的退休而损失，不得不自行开发适用于本企业 的焊接软件。 目前在国内尚无关于国外引进的焊接软件普遍应用的报道，这可能是我国执 行的焊接标准与国外有所不同，各企业在生产中也有自己的习惯。因此即使使用 外汇购买了国外焊接软件也很难在生产中发挥作用。看来自主开发适合国情厂情 的焊接应用软件是唯一可行的道路。 1 5 本课题研究的目的和主要工作 针对目前焊接应用软件中还没有关于表面优化技术、铸铁焊接、焊接方法及 设备系统研究开发的报道，以及课堂教学单一化的问题，本课题主要从以下几个 方面进行研究： 根据计算机辅助教学的基本原理和实现过程，进行表面优化技术、铸铁 焊接、焊接方法及设备的课件设计。 二利用最新软件技术和面向对象的可视化开发语言，开发出具有良好入机 对话界面、多项功能选择、帮助用户方便使用的计算机辅助焊接教学系 统软件。 三利用i n t e m e t 网络及网页编写技术开发出焊接教学软件的网络页面，以最 终实现资源共享和远程教学的目的。 8 计算机辅助教学c a i ( c o m p u t e ra i d e di n s t r u c t i o n ) 是使用计算机作为教学工 具，把教学内容编制成教学软件课本，学习者可以根据自己的需要和爱好选 择不同的内容在计算机的帮助下学习，以实现教学内容多样化、形象化。随着计 算机网络技术的不断发展，特别是全球计算机网络i n t e r n e t 的实现，计算机远程 教育已成为当今计算机应用技术发展的主要方向之一。1 3 9 。【蜘 2 1c a l 的概况 c a i 是计算机科学、教育学、心理学等多学科交叉形成的一门新兴学科。它 既是计算机的一个应用领域，又代表一种新的教育技术和教学方式。它在国际上 始于5 0 年代末，在7 0 年代后期已有c a j 专著问世，形成了c a i 课程，并开始 了智能计算机辅助教学的研究。8 0 年代初，我国也逐步开展了对c a j 的研究。 经过近3 0 年的发展，c a i 已成为计算机用于教育领域的主要形式，并形成了自 己独有的理论研究和开发应用范畴，产生了套专门的概念、教学模式、工作办 法和常用技术。由于c a i 改变了固定的时间和地点，以班为单位授课的传统教学 模式和教学环境，具有交互性、多样性、个别性、灵活性等特点，加大了知识传 授量，实现了因材施教的教学原理，改变了人们获取知识的手段和方法。因此， 它的兴起和蓬勃发展标志着教育领域中一场深刻变化的开始，日益受到人们的重 视。 2 1 1c a i 的基本过程 要运用计算机进行教学，首先要编制一套在计算机上使用的教材，并把它存 储在计算机中，此外，还要编一套教学程序，对在什么时候呈现什么样的教学内 容和提什么问题，在什么情况下提供什么样的反馈信息等等作出详细规定。计算 机实际上是起到教学媒体的作用，在计算机上所使用的教材和执行的教学程序通 常称为课程软件( c o u r s es o f a , a r e ) 。即课件( c o u r s e w a r e ) 。在cai 课件的教 学过程中把课程内容划分成许多小的教学单元，每个单元介绍一个概念或事实。 因此，在设计教学软件单元时，除了必须详细规定以何种形式呈现何种内容并提 出何种问题外，还应当预测学生的各种可能的回答和给出回答的反馈信息，然后 选用某种计算机能接受的语言来描述各教学单元之间的连接关系以及每个单元的 9 教学意图依次实现信息的呈现、提问、应答接受与判断、信息反馈等功能。所 以，教学单元的设计就成为课件设计的基本环节。 计算机教学会话过程如图2 1 所示，其教学步骤为： 计算机学生 图2 i 计算机一学生交互活动 ( 1 ) 学生选择课程 c a 系统中通常存储着许多课程的课件，学生可以根据自己的兴趣或教师安 排的进度选择一定的课程。计算机立即根据学生的选择从课件库中将那一课的教 学程序调入内存去运行，并在屏幕上显示语言。 ( 2 ) 计算机呈现教材 计算机呈现一小段教学材料，每段教学材料都可以根据情况采用文字、图形 及声音等多种形式来表现其内容。 ( 3 ) 学生注意教学信息 学生对呈现的教学内容进行学习。 ( 4 ) 计算机提问 计算机以提问方式测试学生对刚才所学内容的掌握程度。 ( 5 ) 学生反应 学生针对提问通过思考、判断作出反应。 ( 6 ) 计算机评价与反馈 计算机除了判断学生应答的正确程度外，还需提供包含结果知识和对学生的 赞扬、批评与勉励、建议的反馈信息。 ( 7 ) 学生注意反馈信息 学生通过计算机提供的结果知识帮助自己确认结果，明白什么是正确的。什 么是错误的以及错误的原因。 ( 8 ) 计算机作教学决策 计算机根据某种教学策略决定、复习、补习、测验、诊断等下一步的教学行 动。也可让学生参与决策，自己决定下一步的选择。 2 1 2c a i 课件的设计过程 课件实质上是通过计算机程序实现教学设想过程、方法和策略的计划和控制 部分，是教学内容、教学方法的具体表现。课件的设计过程与其它软件系统一样， 也要经历目标分析、算法确定、程序设计、评价调试及运行维护等阶段，由于课 件是为实现教学而设计的，故它又是一个人机会话系统，整个课件的运行将由人 和计算机共同控制，为了设计出具有应用价值的高质量课件，必须遵循一定的设 计步骤，课件设计一般分为八个阶段，其流程如图2 2 所示。下面对课件设计 过程的每一步骤分别予以介绍。 一误件目标分析 在确定所设计的课件目标时，应对教学目的、教学对象、教学用途及教学环 境提出明确的要求。教学目的不仅包括该学科领域及教学内容的范围，而且对教 学应提出具体的要求。课件的可行性首先要看其教学臣的的是否合适。 课件的使用范围相当广泛，但对于不同的教学对象应该设计不同的课件，考 虑教学对象这个因素时，不仅包括学生的学历程度、年龄，而且还应该包括学生 应有的预备知识。 课件的目标分析可通过丽种方式来表示：一种是清单式，即按照软件需求方 式列出清单；另一种表示方式是教学框图。 二制定课程计划 课程计划是对各课内容大体上进行分配，根据教学目的选择教学策略，并且 确定各课之间的关系，实现从教学目标到内容的演化。课件有包括若干课的课程 组成所以进行课件的第二步就是制定课件的课程计划。 课件计划包括两个部分：一是课分配；一是课程调度。课分配是根据教学内 容把课程教材按段和时间分成若干课。课程调度是根据各课的关系和内容选用相 应的调度策略，一般来说，课程调度有程序式、菜单式、混合式三种。 图2 2 课件设计流程 1 2 三教学设计 课程把教材分成课，而每课又按内容分成若干教学单元，要落实c m 的课程 计划，需要进行教学设计，通过教学设计来确定每课的教学活动如何进行，教学 设计的任务不仅是划分教学单元，而且要选择控制教学单元前进的策略。即课件 的结构方式。 根据程序教学的理论，把课件的每课都按照单纯教学目的方式分成相对独立的小 步子，一个这种小步子就是一个教学单元。划分教学单元应该遵循学习理论和教 育规律，精选教材，突出重点，它安排好每个教学单元的难度和份量，以适应c m 小步子的需要。 四教学单元设计 课外的教学单元设计又称课件的编辑处理，教学单元是课件的基本成分，它 的任务就是进行一个小段教学活动，在每个教学单元中，都要向学生传递教学信 息，从学生那里取得回答信息，并对回答信息作出反馈。在c 越中，信息的传递 与反馈是通过计算机的输出输入设备来实现的，授课内容和对学生问题的回答以 屏幕显示、声音输出、打印输出等方式呈现给学生。因此，c a j 课件的教学单元 设计是一个综合设计，它包括对教学内容呈现方式的设计、反馈信息及呈现方式 的设计、屏幕设计、键盘设计、键盘输入的设计和其它输入输出设备使用的设计。 教学单元可分为课文单元和问题单元两种形式。课文单元主要是在输出设备 上呈现教学内容；问题单元是通过提问卜学生回答反馈的过程来实现教师 的讲解、提问和帮助。 五、程序设计 程序设计是按照前面的教学设计所确定的课件结构方式和教学单元设计的具 体内容编制计算机程序，再输入到计算机中进行编辑调试，直到达到每个教学单 元的设计要求为止。 六、评价调试 课件在计算机上初步实现后，必须组织人员对它进行调试。首先检查这个已 实现的课件的教学单元设计、教学设计、课程规划及目标等是否都已达到了要求； 然后再对符合设计要求的这个课件作出评价，对课件的完美性、推广性、美学效 果、教学对象等方面进行全面分析和测试；最后本课件的设计人员还要根据评价 意见和鉴定对课件进行调试，方可允许进入试用阶段。 七、试用调试 通过评价调试后的课件还需要经受一个时期的试用考验，在计算机辅助教学 中课件较大数量的使用和教学活动的效果测试可以暴露其内在不足，以便进一步 完善修改。 八、运行维护 在推广使用过程中，课件设计人员还要根据需要，充实、修改原来的课件版 本，使之具有更强的软件生命力，在使用中不断完善，不断发展。 2 1 3 多媒体c a i 技术 多媒体技术就是使用计算机综合处理文本、图形图象、动画、音频和视频等 多种多媒体信总，使这些信息建立逻辑连接，集成为系统并具有交互性，以便以 逼真的方式向人们展示丰富多彩的内容。 把多媒体技术应用到计算机辅助教学中，就形成了m c a i ，它是复杂的综合 性的高技术信息处理系统，具有信息媒体多样化、信息容量大、信息结构多样化、 传输多样化等特点。利用m c a i 进行教学具有如下优点： ( 1 ) ( 2 ) ( 3 ) ( 4 ) ( 5 ) 将文字、图表、动静态图象、视频和音频集成在一起，构成教学软件， 产生极佳的逼真效果。并且教师可按照需要随时修改程序、增加新内 容以完善课件。 超文本结构的使用，克服了传统的线性结构的缺陷。 多媒体著作工具可有效地控制多媒体地使用，使m c a i 的制作变得相 对简单。 多媒体技术和数据库技术相结合，提高了c a i 综合利用多媒体信息得 水平。 友好的人机对话功能，及输入输出手段的多样化。 多媒体技术在c a i 中主要应用于动画模拟、控制模拟、填图拼图、分步显示、 练习与反馈以及模拟实验等。 在制作m c a i 软件时应注意以下基本原则： ( 1 ) 十分重视软件脚本的创作，必须在充分了解学生的学习心理和方式的 基础上，针对性很强地对教学方式教学描述；决定内容地取舍与组织， 做到中心明确、重点突出、层次分明：并注重于启发学生应用知识去 分析问题、解决问题。 ( 2 ) 选择一个合适的多媒体著作工具。主要从以下方面考虑：编程环境、 超级连接能力、媒体输出能力、动画创作能力、易学习性、易使用性、 性能价格比、服务支持和文档。本文采用d e l p h i 语言环境作为著作工 具，能满足上述要求。 ( 3 ) 尽量发挥多媒体的优点，大量采用音频、视频、动画和图象，并用有 效的集成技术。使软件成为集成的多媒体软件。 ( 4 ) 充分利用多媒体提供的多种输入输出功能，使软件具有很强的交互 性，使学生完全投入到学习过程中去。 ( 5 ) 使用超文本结构，使学生更容易得到他们需要的学习信息。在制作超 文本结构时，可将素材按其内部的联系划分成不同层次、不同关系的 知识单元，然后用著作工具将这些单元组成一个网状结构。 ( 6 ) 人机界面友好。一个高质量的多媒体教学软件，从学生使用角度来讲， 应该是一个典型的“傻瓜”系统。在m c a i 软件中，可以用多种方式 来实现友好的界面： 在屏幕上显示下一步操作的充足信息 在任何时候，以某种方式为学生提供他所需要的帮助信息 帮助信息应该是具体的、详细的而非泛泛而谈 界面应尽量采用一致的模式，并做到简单明了 界面打夯的图标应当引人入胜，并且符合常规 ( 7 ) m c a i 系统的文档齐全。在文档中簧用浅显易懂的语言来讲j i 荦软件的 安装、使用方法及出现异常情况的处理方法。文档要易读易懂。 2 1 4c a i 的现状 荷兰的杰夫摩能教授在综合了c a i 的发展趋势后提出了如表2 1 所示的 二维矩阵，根据摩能教授的分析，国外一般从( a ，1 ) 开始演进，目前已处于b 行。在我国，由于起步教晚，大部分c a i 工作还处于( a ，1 ) 水平，少数有条 件的单位进入( b ，1 ) ，甚至( c ，1 ) ，显示了我国c a i 工作发展的部平衡性。 表2 1c a i 发展方向及动态 i教学目标知识和技能的应用知识分析创造性地解 技术方案获得和解决问题决问题 ja 教学软件 a ，1a ，2a ，3 fb 各种媒体简单联合b ，lb 。2b ，3 ic 多媒体单一场所 c ，1c ，2c ，3 d 多媒体多个场所d ，ld ，3d ，3 我国目前c a i 存在的问题有： ( 1 ) 软件的层次较低，大部分处于( a ，1 ) 水平。 ( 2 ) 入机界面差。 ( 3 ) 系统均采用线性文本结构。 ( 4 ) 表现手段仅限于文字、图形和少量简单的动画，从编制上来说，其软 件与课本没太大的区别。 但是。由于我们现在正处于计算机技术相当成熟的阶段( 比如数据库技术、 网络技术、多媒体技术) ，我们可以直接把这些先进技术应用与c a i 中去，并进 一步把它们做成网络教程，以供浏览参阅。 2 2 表面优化技术课件的设计 2 2 1 表面优化技术概况 表面工程，是经表面预处理后，通过表面涂覆、表面改性或多种表面技术复 合处理，改变固体金属或非金属表面的形态、化学成分和组织结构，以获得所需 要表面性能的系统工程。工业现代化的发展对设备零部件表面性能的要求越来越 高，特别是在高速、高温、高压、重载、腐蚀介质等条件，零部件材料的破坏往 往自表面开始如磨损、腐蚀、高温氧化等，表面的局部损坏又往往造成整个零件 失效，最终导致设备停产。因此，改善材料的表面性能，会有效的延长其使用寿 命。因此许多国家都在努力研究各种提高零件表面性能的新技术、新工艺，开发 出了大批实用、先进、高效的表面技术，并通过与微电子及计算机控制技术的结 合使表面技术的装备水平大大提高。诸多表面技术不仅成为现代制造技术中的重 要工艺方法，而且在设备的技术改造和维修方面发挥了重要作用。 表面工程的最大优势是能够以多种方法制备出优于本体材料性能的表面功能 薄层，其厚度一般为几微米到几毫米，仅为结构尺寸的几百分之- - n 凡十分之一， 却使零件具有了比本体材料更高的耐磨性、抗腐蚀性和耐高温等性能。因此，即 使采用性能优越的贵重、稀有元素，也不会显著增加成本，采用表面技术的经济 效益和社会效益是难以估量的。p 1 卜p 力 随着焊接技术的迅速发展，作为焊接专业技术范围内的热喷涂技术、低温镀 铁技术、金属刷铁技术、堆焊等几种表面强化和保护方法也得到了广泛的推广使 用，表面优化技术课件就利用m c a i 这一教学手段，尝试将这几种方法系统、全 面地介绍给读者，从而达到用m c a i 来充当专家的目的。 2 2 2 课件的开发流程及目标分析 课件目标分析对于教学软件的开发是极为重要的。这个阶段要对课件的教学 目的、教学对象和教学环境提出具体明确的要求，它是整个设计的纲领性文件。 本课件为从事表面工程的工作人员，在能够运行w i n d o w s 的计算机上，借助本科 件就能掌握表面优化技术的原理和方法。 本课件的开发流程如图2 - 3 所示。 2 2 3 剧本设计 图2 3 表面优化技术课件的课程内容分配如下： 0 封面( 欢迎使用本课件) i 前言 2 热喷涂技术 2 1 热喷涂技术基本知识 2 2 氧一乙炔火焰喷涂及喷熔 2 3 等离子喷涂与粉末堆焊 1 7 2 4电弧喷涂和其它喷涂方法 2 5 涂层性能检测 2 6 安全技术与劳动保护 3 低温镀铁技术 3 1 定义、特点及工艺过程 3 2 镀铁层的形成及组织 3 3 镀铁层的性能及强化 4 金属刷镀技术 4 1 定义、特点及工艺过程 4 2 刷镀层的形成及组织 4 3 镀铁层的性能及强化 5 堆焊技术 5 1 堆焊的实质与特点 5 2 堆焊的分类及材料 5 3 常用堆焊设备 5 4 堆焊检验 6 热喷涂技术应用实例 6 1 氧一乙炔火焰喷涂喷熔的应用 6 2 等离子弧喷涂与粉末堆焊的应用 6 3 电弧喷涂的应用 6 4 手工电弧堆焊的应用 6 5 金属电刷镀的应用 7 总复习 2 3 铸铁焊接课件的设计 2 3 1 铸铁焊接概况 在机器制造业中，铸铁件生产占有相当大的比重，约占整个机器重量的 4 5 - 9 0 。我国每年约生产4 5 0 万吨铸铁件。但是，铸造中出现缺陷是不可避免的。 有铸造缺陷的铸件一般达1 0 2 0 或更高。可见，每年我国约有数十万吨铸铁件 需要修复挽救。另外，机器在使用过程中常发生铸铁零件损坏，往往给生产造成 很大影响，必须及时修复。因此，无论是新铸件的修补还是旧铸件的挽救，都有 着重大的技术经济意义。 现在，焊接工艺是修复铸铁件的主要方法。由于焊接工作者多年来的努力， - 1 8 在铸铁焊接材料、焊接方法、焊接理论、工厂应用等方面都有了很大发展。研究 成功了多种材料，掌握了各种焊接方法，进行了较深入的基础性研究。特别是， 目前铸铁冷焊技术已得到了很大发展，繁重的热焊工艺已逐渐被取代。 但是，我国铸铁焊接的发展是及其不平衡的，有的掌握得好，有的掌握得不 好感到神秘莫测，有的甚至认为铸件是不能焊接的。特别是由于铸铁焊接技术未 普及，焊接新材料新工艺未能很好推广，使得许多可以挽救的铸铁件报废，从而 给国家和企业造成重大损失。 s s - - 6 3 为了普及铸铁焊接技术，介绍铸铁焊接新材料和新方法，以促进铸铁焊接技 术的应用和发展，我们特编写并开发了“铸铁焊接课件”。 2 3 2 剧本设计 铸铁焊接课件的课程内容分配 封面( 欢迎使用本课件) 0 绪论 1 铸铁概论 1 1 铸铁的分类 1 2 铸铁常见缺陷及产生过程 1 3 影响铸铁组织的因素 2 铸铁的焊接性分析 2 1 灰臼铸铁焊接性 2 1 1 白口及淬硬组织 2 1 2 裂纹 2 2 球墨铸铁焊接性分析 3 铸铁焊接材料 3 1 铸铁电弧冷焊同质型焊材 3 2 铸铁电弧冷焊异质型焊材 4 铸铁焊接方法及工艺 4 1 手工电弧冷焊及工艺 4 2 气焊及工艺 4 3 手工电渣焊补焊及工艺 4 4 钎焊及工艺 4 5 小缺陷喷补修复及工艺 5 总复习 2 4 焊接方法及设备课件 2 4 1 焊接方法及设备概况 主要讨论焊接电弧物理、焊丝熔滴过渡、埋弧焊、气体保护电弧焊、等离子 弧焊、电渣焊、压力焊、钎焊、高能密度焊等机械化自动化的方法及设备。为了 便于了解各种方法及其发展中一些共同性的基本理论和实践问题，阐述埋弧焊、 钨极氩弧焊、c o = 电弧焊、等离子弧焊、压力焊、钎焊、高能密度焊的基本原理、 特点和应用等方面的基本知识，并给出这些方法和设备的整体概念。这样的编排 方法有利于读者灵活地掌握各种焊接方法和设备的基本原理、并运用这些基本原 理迸一步推进机械化自动化焊接方法的发展。i “1 2 4 2 剧本设计 焊接方法及设备课件的课程内容分配如下 0 封面( 欢迎使用本课件) 1 绪论 2 电弧焊及电渣焊 2 1 手工电弧焊 2 2 埋弧焊 2 3 钨极氩弧焊 2 4 熔化极氩弧焊 2 5 c o ：气体保护焊 2 6 等离子弧焊 2 7 电渣焊 3 压力焊 3 1 电阻焊 3 2 超声波焊 3 3 爆炸焊 3 4 锻焊 3 5 扩散焊 3 6 摩擦焊 4 钎焊 4 1 火焰钎焊 4 2 感应钎焊 2 0 4 4 4 5 5 5 5 6 3 炉中钎焊 4 盐浴钎焊 5 电子柬钎焊 高能密度焊 1 电子束焊 2 激光焊 3 原子焊 总复习 由于传统c a i 课件人机界面差，教学软件往往只限于单纯的文本结构和少量 简单的图形图像，其表达方式和效果均有限。为此作者将面向对象的可视化编程 应用于焊接教学系统的设计和开发，以丰富计算机辅助焊接教学的内容，提高教 学效果。 2 1 第三章面向对象编程技术与d e l p h i 在 焊接c a i 中的应用 3 1软件开发目标和技术要求 3 1 1 开发目标 开发一套适用于各类读者的多媒体计算机辅助焊接教学软件。 3 1 2 技术要求 一以微机为主要的运行平台 二良好韵人机对话界面，各功能按钮键明白易懂，易于操作； 三多项功能选择，读者可以通过提示按钮选择自己喜欢的教材内容： 四通过帮助系统让读者以快捷方式进入自己所需要学习的部分教学单元： 五打印文档，利于读者存档和机外阅读。 3 2系统设计 软件开发的总体目标和技术确定后，应经过系统设计、编程、调试运行等几 个阶段使之变成能够实际运行的软件，其中以系统设计最为重要。它反应了系统 设计的思想、功能的实际过程，软件质量的高低最终取决于系统设计的质量和水 平。实践表明，软件的系统设计所耗时间约为整个系统开发周期的1 4 到l ，3 ，而 费用却占系统开发的费用的5 5 7 0 。由此可见系统设计在软件开发过程中的重 要性。 3 1 q d s ! 软件的系统设计包括相互关联的两个阶段：总体设计阶段和详细设计阶段。 即把一个事物让计算机去做。计算机需要哪些功能模块、按什么样的步骤去做才 能做得到，这个过程就是总体设计阶段。这一阶段的主要任务是： 2 2 一提取系统的事物处理流程( 系统总体流程设计) ： 二确定系统应具有的功能( 功能设计)