《天窗》教学设计论文（精选12篇）
《天窗》教学设计论文 第1篇
汽车天窗曲率检测就是要求汽车装配后的天窗和车顶装配位置的钣金曲面弧形完全一致。若汽车天窗与车顶装配位置不是很好, 会使天窗在装配时无法保证和车顶钣金曲率保持一致, 造成使用过程中封闭不严, 并严重影响汽车外形的美观。为了避免这种情况发生, 装配后的天窗玻璃在出厂前必须进行曲率检测。
1 设计背景
传统的对汽车装配后的天窗进行曲率检测的是模拟汽车顶部做一个检具, 检测时把天窗玻璃装配到检具上, 然后再用百分表在检具上的指定点上对玻璃上表面进行定点检测。目前的曲率测量台有以下缺点:
(1) 检测效率低。每次检测时安装玻璃天窗玻璃时都得耗费掉至少2 min的时间。
(2) 检测结果不准确。由于是人工手持百分表进行检测, 检测结果的误差在0.02 mm以上。
(3) 一块玻璃的指定测点在16~28个之间, 多点检测时也会耗费很长的时间。
(4) 数据统计难。16~28个测点, 每检一点, 就记录一次, 并将实测数据与标准数据进行比较, 然后判断是否合格。耗时、耗力, 极易出错。
2 设计的主要工作
首先对汽车玻璃天窗曲率检测系统的总体进行设计, 包括汽车玻璃天窗曲率检测系统整体的结构形式的选择、主要零部件的选择及其重要参数的设计与计算。完成上述工作后, 再对工作装置进行设计, 利用PRO/E的虚拟仿真模块对机构运动进行分析, 确定机械传动结构;第二, 在确定了设计中的具体的参数后, 再对工作装置进行强度校核, 确定其使用情况。第三, 对电器控制部分进行分析, 并设计控制电路图;最后利用Lab VIEW软件, 设计天窗曲率检测系统的界面, 接收传感器的采集信号, 对数据进行分析, 对天窗曲率是否合格进行判断。
3 设计方案
如图1所示, 玻璃天窗曲率检测系统, 主要是由水平电缸和垂直电缸, 气缸, 位移传感器组成。水平电缸主要是用来驱动气缸运动;垂直电缸主要是用来驱动位移传感器的;气缸主要是用来夹紧汽车天窗;位移传感器主要是当垂直电缸带动唯一传感器接触到汽车天窗时来检测24个点的曲率的。
利用伺服电机驱动滚珠丝杠, 再由滚珠丝杠带动位移传感器检测台进行上下移动, 当位移传感器接触到玻璃天窗表面时会检测出玻璃表面的曲率, 将测出的曲率传输到计算机中, 操作员通过计算机显示可以了解到哪一个点的曲率需要修正, 再手工操作进行改善, 通过此过程形成合格的玻璃天窗。主要过程是:PLC在夹紧天窗后, 随后传感器到达指定位置, 此时告诉微机可以开始检测了, 此时微机处于检测状态, 并显示各个位置是否合格, 工人根据显示的结果进行操作, 此时微机一直处于检测显示状态。工人操作完成后, 根据显示的合格还是不合格, 按下对应的合格或不合格按钮, 此按钮是连在PLC上的。PLC接到信息后通知微机结果, 然后在微机确认后, 将天窗松开, 两个轴回到原始位置。
3.1 机械传动部分
按照系统的传动要求及承载能力, 计算出主要传动部件的尺寸, 确定型号, 然后绘制二维工程图, 按图纸要求, 利用PRO/E虚拟装配模块, 对检测系统的动作进行运动仿真和动态分析。模型装配的过程就是按一定的约束条件或连接方式, 将各零件组成一个整体, 要求运动件要保留所需的自由度。
(1) 建立运动模型完成各零件的装配, 装配图如图1所示。
(2) 设置驱动机构动才源, 能产生旋转及平移的动才, 可能使用参数进行控制。
(3) 设定分析条件并运行为机构的各种运动设置条件和环境。
(4) 获取分析结果通过回放、测量等进一步了解运动过程, 主要检测运动过程中是否存在冲突 (可以分部检测) 。
3.2 PLC对电器部分的控制与应用
如图2所示, 是水平电缸及垂直电缸的输入和输出的连接情况。水平电缸: (1) 输出部分:Q8.0连接输出使能, Q8.1连接控制使能, Q8.2连接启动/回零, Q8.3连接水平电缸去检测位置, Q8.4连接水平电缸回初始位置, (2) 输入部分:I16.0连接伺服准备OK, I16.1连接回零结束, I16.2连接水平电缸到达检测位置, I16.3连接水平电缸返回初始位置。垂直电缸; (1) 输出部分:Q9.0连接输出使能, Q9.1连接控制使能, Q9.2连接启动/回零, Q9.3连接垂直电缸去检测位置, Q9.4连接垂直电缸回初始位置; (2) 输入部分:I16.4连接伺服准备OK, I16.5连接回零结束, I16.6连接垂直电缸到达检测位置, I16.7连接垂直电缸返回初始位置。
3.3 系统软件设计
以计算机为硬件平台、以美国国家仪器公司开发的Lab VIEW软件为开发平台, 配合必要的传感器、PLC等组成检测和分析系统。Lab VIEW是一种图形化的程序开发环境, 类似C语言和BASIC语言一样。他在具备传统的程序调试工具的情况下, 具有一个完成任何编程任务的庞大的函数库。
针对不同型号的汽车玻璃天窗, 软件主界面中, 在型号栏中准备出各种型号的玻璃天窗以供操作者选择。整个模块显示汽车玻璃天窗进行曲率检测的过程, 图3为进行检测点显示模块示意图。
程序设计与工作过程为:将PLC数据读入;选择不同型号的汽车玻璃天窗得出配置参数, 得出汽车玻璃天窗曲率检测数据的误差范围;对32个传感器分别采集的数据进行编程, 通过对得到的数据进行分析, 从而得到更精准的误差值, 通过对误差分析以判断产品的合格性 (即天窗曲率是否满足要求) 。
4 结语
本汽车天窗检测系统可以大大提高对玻璃天窗曲率检测的效率, 检测结果准确、可靠, 满足要求。
摘要：介绍了汽车天窗曲率检测系统的设计过程和功能实现, 给出了PLC控制的检测系统数据采集接口的硬件和软件实现;结合LabVIEW软件, 实现传感器对汽车天窗曲率数据的采集及精度分析, 从而实现对玻璃天窗的曲率检测, 并可以对检测结果合格与不合格的产品数进行统计并保存数据。
关键词：汽车天窗,曲率检测,PLC
参考文献
[1]王仕军 (导师:于保军) .汽车电动靠背异响测试系统研究.《长春工业大学硕士论文》.
[2]徐安定.车窗玻璃升降器性能检测台设计[J].机电工程, 2005 (8) .
《天窗》教学设计 第2篇
九年义务教
育湘教版小学语文第八册29《天窗》
【教学目标】
1、帮助学生积累词语，学习课文把事物描述得更形象、生动。
2、指导学生有感情地朗读课文，读懂小小的天窗是你唯一的慰藉。体会作者对天窗的特殊感情。
3、培养学生的观察力和丰富的想象力。
【教学重难点】
理解小小的天窗是你唯一的慰藉，体会作者对天窗的特殊感情。
【教学准备】
多媒体课件
【教学过程】
一、谈话揭题。
1、通过谈话简要了解文章的作者及创作背景。
2、指名学生分段读课文，检查读书情况，注意正音。
二、发现文中的语言密码，积累语言，学习写法。
1、在文章的字里行间，作者还向我们展示了许多景物、动物。
屋子 闪电 云彩
星
蝙蝠 夜莺 猫头鹰
2、学习比喻句
在文中作者是怎样形容它们的呢？
地洞似的屋里
带子似的闪电
无数像山似的、马似的、巨人似的奇幻的云彩
理解比喻词似的
3、引导学生展开想象，仿说比喻句。
4、出示写夜色的一组
星
闪闪烁烁可爱的星
蝙蝠
灰色的蝙蝠
夜莺
会唱歌的夜莺
猫头鹰
霸气十足的猫头鹰
男、女分角色读竖着读
5、比一比这两组词语，说说自己的感受。
三、学习课文，理解主要内容。
好的读者还要会问。猜一猜，学习这篇文章，老师可能会问那些问题？
学生自主学习自主发问，教师重点指导：
1、什么是天窗？
2、为什么说发明这天窗的大人们是应得感谢的，活泼会想的孩子，怎样从无中看出有、虚中看出实。
好，课文的那几自然段具体写了透过小小的天窗孩子们从无中看出了有、虚中看出了实。
板 无 有 虚 实
3、结合课文理解这时候，小小的天窗是你唯一的慰藉。
慰藉是什么意思？
句子中的你指的是谁？ 这时候指的是什么时候？
（夏天阵雨来了时）小小的天窗是孩子们唯一的慰藉
（晚上，当他们被逼着上床去休息是）小小的天窗又是孩子唯一的慰藉。
结合当时的时代背景，理解唯一。
课件出示文章第四、第六自然段。自由读读这两段话，透过字里行间，你能发现这是一群怎样的孩子。体会孩子们认识外面世界的迫切渴望。
指导朗读
4、这小小的天窗又是怎样安慰他们的？怎么成为了他们唯一的慰藉的呢？
快速从课文中找到答案
A学习课文第五自然段
指名朗读这一段
从那小小的玻璃，你会看见雨脚在那里卜落卜落跳，你会看见带子似的闪电一瞥，你想象到这雨这风这雪这电，怎样猛烈地扫荡了这个世界，你想象它们的威力，比你在露天真实感到的要大十倍百倍。
指导理解朗读
师读：从那小小的玻璃，你会看见雨点在那里跳，你会看见带子似的闪电一瞥。
听出了什么？
雨点跟雨脚不一样吗？
对啊，雨点它有脚，它光着脚丫在那儿卜落卜落跳，跳得那样轻快。
一瞥是什么意思？闪电它有眼睛啊，它飞速地看了你一眼。
指导朗读，读出想象中风、雨、雷、电的威力无比。
小结：就这样，活泼会想的孩子，从无中看出有、虚中看出实。小小的天窗成了他们唯一的慰藉
B学习课文第七自然段 夏天的夜晚，孩子们又透过小小的天窗看到了什么呢？请默读第七自然段，用画出看到的，用..画出想象到的。
汇报：
看到：
想到：
一粒星
无数闪闪烁烁可爱的星
一朵云
无数像山似的、马似的、巨人似的奇幻的云彩
一条黑影
灰色的蝙蝠
会唱的夜莺
霸气十足的猫头鹰
夜的美丽与神奇，就这样在你的想象中展开。
亲爱的孩子们，透过那小小的天窗，仰望头顶的星空，你会想的什么呢？
训练说话出示图：
秋天来了，当你透过小小的，看见飞过的一只大雁，你会想到：
北风呼啸，当你看见一朵洁白飘逸的雪花，你会想到：
活泼会想的孩子就这样从无中看出有、虚中看出实。小小的天窗成了他们唯一的慰藉。
四、总结升华，体会情感
现在，你明白了吗？为什么说发明这天窗的大人们是应得感谢的。
指名汇报
小结：是啊，当门窗紧闭，屋子黑得地洞里似的时，只有这个小小的透明玻璃，给孩子们打开了一扇通往外面的世界，通向广袤宇宙的窗。所以作者说发明这天窗的大人们，是应得感谢的。
引读课文第八自然段
小小的天窗，带给孩子们无限的想象（板）
理解文中第八自然段的天窗为什么要加上双引号呢？
打开心灵的天窗 第3篇
但是，前些天遇到的一件事，却改变了我的看法。
那天我到门诊的时候，已经来了两个老年病人，我走到门口，正听到他们在争执，这引起了我的兴趣，索性就在门外听着。
“你都70了，还来做啥视力矫正手术啊？赶啥时髦啊，不都是小孩子家做的么？”
“话怎么能这么说，大家都像你这样，看不见了还不愿意来，一定要女儿逼来，那世界上瞎子不多了？”
“谁说我看不见了，不是还能看见一点么，这么大岁数了，很正常嘛。”
“什么正常！”那老伯认真起来：“我觉得我还没老，很多事我还没尝试过。我现在看书看报看电视，总要依托我的眼镜，一旦失去眼镜，这个世界就是模糊的，做很多事也要依靠别人。我想靠自己生活，没有束缚。”
……
我觉得很有点启发。我见过无数来治疗的老年人，却从来没遇到过今天的情况。从医学角度讲，也从未有过如此高龄做视力矫正手术的先例。
曾有人说眼睛是心灵的窗户，如果不保持眼睛的明亮，心就会蒙上灰尘。也许在这位老伯看来，生活并没有因年龄的衰老而就此打住，反而人到老年，才展开了一幅更美丽的画卷，让他看到了人生的平和舒缓。生活中，这样的老人其实不少，这些经历岁月风霜的老人们坚决不对年龄妥协，或许他们正在逐步地远离健康，但是他们依然没有放弃对健康的追求，没有放弃对生活的追求。或许，在经历了岁月磨练之后，现在的他们才开始真正地享受人生，这时，拥有一个健康的身体，或者说，即便不能拥有健康的身体，也应该拥有一个追求生活、追求健康的心态，这种不放弃的心态对所有的老人来说都应该是极其重要的。
《天窗》教学设计论文 第4篇
学语文的主要任务是学习语言文字, 掌握规律, 以求运用。本节课教学, 力图引导学生披文以入情, 披文以入境, 缘文来悟道, 缘文来体验, 既关注“意”的体悟, 也关注“言”的探究, 同时给予“法”的指导。紧扣关键词句, 联系上下文及生活实际, 在朗读与交流中体会语言的情感及表达效果。以求在品味语言中让文本语言的张力之美自然而然地释放出来, 文本的结构之美和语言特色在教学中自然而然地流淌出来。
【教学目标】
1. 认识“藉、蝙”等生字, 会写本文的生字, 读准“藉”的字音, 理解“慰藉”的意思。
2. 通过抓关键词, 联系上下文, 体会“小小的天窗是孩子们唯一的慰藉”的含义, 感受天窗给孩子们带来的无穷乐趣。
3. 采用比较阅读的策略学习重点段落, 合作发现“看见+想象”的写法, 在语境中尝试仿写。
【教学过程】
一、揭题初读, 了解生活中的“天窗”
1. 齐读课题。师:同学们见过的天窗是怎样的?
2. 请学生自由朗读课文, 注意读准字音, 读通句子, 画出文中直接介绍天窗的句子。
3. 检查字词。重点教学“慰藉”, 注意“藉”的读音及字形。
4.结合图片了解天窗。
课件出示:
二、紧扣“慰藉”, 走进孩子心中的“天窗”
1. 梳理脉络, 体会“被关”“被逼”的心情。
(1) 师:大人们开天窗, 是为了采光。那么, 在孩子们的眼中, 这小小的天窗又有着怎样特殊的意义呢?浏览课文, 画出相关语句。
(2) 学生交流。
课件出示:
(3) 师:文中的“这时候”, 分别是指什么时候? (预设:下雨被关在黑得像地洞似的屋子里;夜晚被逼着上床“休息”)
(4) 师:是呀, 你顶喜欢在雨里跑跳, 却被关在黑得像地洞似的屋里时, 你的心情会怎样?夜晚, 你还忘不了月光下的草地河滩, 却被逼着“休息”时, 你又是怎样的心情?
(板书:孤独难过失落……)
2. 品词酌句, 体味“看见”“想象”的神奇。
(1) 师:小小的天窗为什么会给这些失落的孩子以慰藉呢?找出相关段落。
(课件出示:第5、7 自然段)
(2) 师:透过天窗, 孩子们能看见什么?
当孩子们孤独、失落、忧伤时, 透过天窗他们可以看见———雨脚、闪电, 也可以看见———一颗星、一朵云, 还可以看见———一条黑影……
小小的天窗让黑暗的房间顿时有了色彩, 所以说———这时候, 小小的天窗是唯一的慰藉。
(3) 师:天窗, 除了可以让孩子看见外面的世界, 还能给孩子带来什么?再次默读第5、7 自然段, 圈出相关词语。
预设:
“卜落卜落”:雨时缓时急, 时大时小, 雨点落在玻璃上的声音也会不同。当雨大时———雨小时———雨急时———雨缓时——— (学生根据情境读词) 此时, 雨声在你们的心中仿佛成了什么?由此, 你能感受到孩子们的心情又会是怎样的?
“猛厉地扫荡”:透过这个词语, 你又仿佛看到怎样的画面?当你把这画面的威力放大十倍的时候, 可以怎么读?把这威力想象得比真实感到的大百倍的时候——— (学生根据语境读句子) 读着读着, 你的心情又有怎样的变化?
“也许……也许……也许……”, 你还会想象到, 也许是——— (学生想象说话) 此时, 你又会是怎样的感受?
(4) 小结:小小的天窗让孩子们仿佛看到了广袤的世界, 你想把它想象成什么, 就想成什么。多么自由、多么惬意啊!因为有了天窗, 失落的心灵得到了满足, 让原本忧伤的心变得快乐。 (板书:自由快乐满足……)
三、探究仿写, 追寻语言形式的奥秘
1. 小组合作, 发现文本语言特色。
(1) 师:作者又是怎样把这种自由、快乐、满足感写出来的呢?
课件出示:
预设:
先写看见, 再写想象;
字词、短语或句式的不断反复。 (“看见……看见……这……这……这……这……你会从……想象到…… 无数…… 无数…… 也许…… 也许…… 也许……”)
(2) 师生合作读第5、7 自然段。
2. 想象仿写, 学习运用文章写法。
(1) 师:像这样被关在黑暗的屋中, 独自面对这小小的天窗的情景一定还会有很多。
课件出示:
(2) 写后交流, 评议。
四、总结归纳, 拓展延伸下节课的学习
课堂小结:这小小的天窗, 带给孩子怎样快乐的享受啊!这小小的天窗, 就是乡下孩子放飞心灵的天窗啊!今天这节课, 我们走进了孩子心中的天窗。其实, 对于作者茅盾来说, 这天窗也有特殊的意义。下节课, 我们将进一步走近作者, 结合时代背景, 来了解作者心中的天窗。 (板书:心窗)
【教学反思】
在本节课的教学中, 教师引导学生认识生活中的“天窗”, 紧扣“慰藉”, 联系上下文, 抓关键词, 品读透过“天窗”看见的和想象的语言, 读懂“天窗”即孩子们放飞心灵的“心窗”。在重点段落比较阅读中发现语言表达的形式, 探求作家语言的奥秘, 在语境中仿写, 达成“言意共得”的教学目标。
整节课的教学, 以探究“天窗”的作用为主线, 在情感体验中注重语言实践。教师成为学生和文本的桥梁, 担当一个引导者的角色, 让学生成为学习的主人, 习得语言的规律, 学会阅读的方法。
一、紧扣文本特点, 设计教学
散文, 形散神聚。“天窗”既是封闭环境中孩子通往外界的视觉通道, 更是孩子寻求“慰藉”的精神通道。从孩子的角度观察这扇天窗, 可以走进孩子的心灵, 激发孩子的想象, 体会作者的心境, 达成文字与情感共振。
紧扣“慰藉”展开探究学习, 既能激发学生兴趣, 又体现散文教学的特点。“小小的天窗为什么会给这些失落的孩子以慰藉呢?”这是学生认知的冲突点, 能引起学生的深思。同时, 这也是文章的“神”的所在, 作者借“天窗”表达对现实境遇的不满与心中的苦闷, 也期望通过天窗找到心灵的慰藉。在童心与文心重合点寻找教学落脚点, 这样的设计就能打开学生的心窗, 让课堂教学更有情趣, 更有实效。
二、基于学生特点, 展开教学
体会关键词句的情感色彩, 感受想象的表达效果, 是本课教学的重难点。抓住如“卜落卜落”“猛厉地扫荡”等词句, 通过联系生活, 想象品读, 体会文中孩子的心情变化, 很好地落实了“能联系上下文和自己的积累, 推想课文中有关词句的意思, 辨别词语的感情色彩, 体会其表达效果”的阅读目标。课堂中, 学生想象丰富, 充分感受“天窗”带来的快乐、自由与满足, 与上文失落、苦闷的情感形成鲜明的对比, 从而读懂“天窗”即“心窗”。最后, 在情感体验中发现“看见+想象”的段落结构特点以及语言表达上“重复”的特点。这也较好地体现高段学生虽处于从直观形象思维向抽象逻辑思维过渡的阶段, 但仍以形象思维为主的特点。
三、聚焦语言现象, 落实语用
天窗教学设计 第5篇
1、运用多种方法理解“唯一、慰藉、扫荡”等词语的含义。
2、朗读课文，读出对文字的独特感受，读出文字蕴含的情感。 3. 在遣词造句中积累语言，提高语感。
4. 了解作者对故乡天窗的独特感情，感受想象的乐趣，唤起学生对名著的求知欲，为学生的阅读打开一扇天窗。
教学重点：理解感悟“小小的天窗是孩子们唯一的慰藉”，了解天窗给乡下孩子带来的无尽遐想和无穷乐趣。
教学难点：能理解课文内容谈自己感受;体会天窗的神奇。 教具准备：课件
教学方法：创设情境、想象描述法、指导学法。 学习方法：自主学习、合作探究、展示提升。
设计理念：《新课程标准》指出，阅读教学“要珍视学生独特的感受、体验和理解”，“重点培养学生具有感受、理解、欣赏、和评价的能力”，“提倡多角度、有创意的阅读”，“重视朗读和默读”，重视积累，“培养语感”。基以此，我在教学设计中，以读为本，重视朗读和默读，引导学生在读中感知，在读中感悟，在读中理解，在读中解疑，把感悟、理解、积累、运用、表达有机地结合起来以求有效地培养学生的阅读能力。教学中我坚持让学生：用自己的心灵去感悟，用自己的眼睛去观察，用自己的头颅去判断，用自己的语言去表达。
教学程序： 一、
观察回忆，整体感知天窗的魅力。
这样一扇简陋的、只能透些许阳光的天窗究竟有什么魅力吸引作家矛盾写下它?对活泼好想的孩子们意味着什么?请大家快速回顾课文说说：课文是从哪几方面来写天窗的?
为什么小小的天窗是孩子们唯一的慰藉呢?为什么天窗是神奇的呢?这节课我们围绕这两个学习课文。
二、潜心会文，体验想象的神奇。
1、速读课文47自然段，
1) 找出“小小的天窗是唯一的慰藉”在第二部分中出现了几次? 2) 那么，我们可以把第二部分分成几层?
2、学习第一层4、5小节。
1) 学法一：初读了解内容，默读思考：4、5小节主要写什么?“慰藉”是什么意思?
2) 学法二：精读解决问题：在夏天阵雨来时，为什么天窗是孩子们唯一的慰藉?(自由读找找划划文中语句，用“因为，所以 。”的句式来回答。
3) 学法三：细读品味语言。找出文中的比喻句、拟人句。说说它好在哪里?理解词语“顶，偏就不，关”这些词语体现出孩子们怎样的心情?
4) 想象体会“扫荡的威力”。让我们和文中的孩子一起到地洞似的黑屋子里去感受想象一下这风这雨这雷这电会怎样猛厉地扫荡这世界呢?
5) 学法四：美读体会情感。男女合作朗读第五自然段。女同学读分号前面的内容，读出孩子们透过天窗看到光明，看见歌舞般快乐的雨点闪电时那种惊喜的心情。男同学读分号后面的内容，要读出孩子们借风雨雷电痛快淋漓地表达出自己被关在黑屋子里的不快心情。
3、我们用刚才的学法，小组内自学第二层6、7小节。
1) 初读。课文讲什么?
2) 精读。小组讨论：晚上“休息”时，为什么天窗是唯一的慰藉?
3) 细读比喻句、排比句。体会它的妙处。
4) 美读体会感情。孩子们的想象要读得激动神往而又快乐。
4、试试解决问题的能力吧! 1) 小小的天窗为什么是神奇的?
2) 文章中的那些描写是“虚” “无”的，哪些是“有” “实的?
3) 你对“天窗”有哪些新的理解?
三、课堂小结：
今天我们运用了初读了解内容、精读解决问题、细读品味语言、美读体会感情的读书方法。弄清了“小小的天窗是孩子们唯一的慰藉”
的原因，从中明白了天窗虽小却能开人心窍，有了天窗使孩子们的想象活跃起来，有了想象，我们才能看到更真切、更阔达、更复杂、更确实的世界。我们要抓住身边一切想象的机会，积极动脑，展开想象。 四、观察想象，个性抒写。
老师也给大家插上想象的翅膀。请观看星空图，聆听优美的乐曲，放飞自己的想象，把你想象到的化作优美的语言写在纸上吧! 用“仰望星空，我看到 ，想象到 进行说话写话训练。
“打开天窗”让他“说” 第6篇
[关键词]作文教学；口头语言表达；书面语言表达
长期以来，我国语文教育教学重“文”轻“语”，忽视“说”与“听”在智能发展中的重要地位，其表现是：重写作成品的静态、平面的研究，轻写作心理过程中动态、立体的分析；重书面作文训练，轻口语表达训练；作文目标重视产出什么样的成品，轻视怎样产出作文成品。在作文课堂上只有单向的写作知识、技巧的授受，缺乏多向的、个性化的交流、碰撞，学生的思维处于沉睡状态，语言处于惯性支配之下的自由境况。结果，我们的学生正在渐渐失去说话能力。
所以，在语文课堂上“打开天窗”，把思维能力和说话能力的训练和培养作为提升写作能力及综合素质的重要切入点，让口头语言教学真正成为写作教学的半壁江山，意义非常重大。其理论依据和策略意义表现在以下几个方面：
第一，作文能力结构要求口头语言表达与书面语言表达全面发展。大脑整体功能的开发依赖于各部分功能的优化，说话能力沟通思维和表达，既使思维由内隐、模糊的片断转化为外显、清晰的思想意识，又为书面语言的深加工打下了基础。因为人们对事物的认识是否已经建立起整体性的观念，可以通过两种形式来检测：一是说，二是写。让学生说是为了了解其想的状况，使其思维从模糊、隐蔽、零碎和感性走向清晰、显豁、条理和成熟，由无意识转向潜意识再转向有意识。同时，说比写更经常更直接地存在于人们的学习活动和各种交往过程中，是合作学习、发现学习、探究学习中不可缺少的重要对话方式；写比说更进一步，认识上的模糊点、未知领域会通过写暴露出来，迫使写作主体放下笔再去学习研究，直到真正理解才能继续进行下去。如针对学习过程中的收获、读后感、学习体会、作品鉴赏、人物评论、自己的推断、结论甚至对材料的提炼概括及解释等，用自己的语言表述出来，完成对知识的再创造，不仅使所学知识真正内化为自己的精神力量，而且可以在语文学习中进行潜移默化的作文训练，提高学生的思维能力和表达能力。
第二，知识认知过程需要口头语言表达和书面语言表达并重。成功的语文学习和作文活动应该首先调动全体学生的亲切感、好奇心和探究欲，激活他们的思维，让他们有事可想，有话可说，变被动的学习为主动的需要。同时给学生上台演讲、发表意见、讨论交流、质疑答辩乃至读文章、讲故事、说笑话、猜谜语、对对联等多种形式的语言环境，促使口语书语贯穿于学习过程的始终，从而使具有不同智慧水平、知识结构、思维方式的学生互相取长补短，使其思维的深度、广度、灵活度都得到进一步的拓展，在对话中实现思想的交锋、心灵的对抗碰撞和人格的提升，从而达到“道生一，一生二，二生三，三生万物”的境界。
第三，知识认知心理要求口语表达和书面语言表达缺一不可。关于“作文高低水平区别加工”策略实验证明，作文是一个多重加工、多重水平的行为，作者既要进行高水平加工（思维），如进行总体计划、审题立意、构思选材、谋篇布局等，又要进行低水平加工（文字表达），如表达方式、结构技巧、语言加工、修辞手法、书写甚至标点等。如果高低水平加工同时进行，便增加了作文中各水平间的注意分配的难度。为了降低作文难度，可以采取高、低水平分别加工的策略。具体做法是在计划构思与运笔行文之间加上一个口语表述的阶段。即首先进行高水平加工，解决主题“写什么”的问题。因为语文能力首先表现为一个人的思维品质，其次才是语言表达能力。思维品质反映为考虑问题是否正确，全面还是片面，深刻还是肤浅。在个体独立而充分思考的基础上得出自己对话题、材料或题目的认识、结论，形成提纲式的立意，然后用“头脑风暴法”组织学生进行广泛深入的交流比较和鉴别选择，拓宽思想深加工的角度、渠道和层次，充分发展学生的语言深层结构，使立意更深刻更全面更新颖，并最终形成比较完善的作文或论文提纲。
实验证明，口语表述作为一种作文策略，其优势在于可以绕过低水平加工，使注意力集中于高水平加工并免受低水平加工的困扰，这样可以有效改善学生的思维水平，降低作文难度，提高作文质量。
第四，长期作文教学实践证明，口头语言表达和书面语言表达能够优势互补。长期语文教学实践中表明，在人的语言机制中，口语和书语能力的发展存在着极大的相关性，“说”与“写”是完全同一的语言产出体系，尤其是“说”的价值被重新认识，如“提高了说的能力，有利于提高写的能力；写的能力提高了，也有利于说的能力的提高。”（张鸿苓）「1」 大教育家叶圣陶更是独具慧眼很早就意识到说的独特意义，“苟忽于听说，不注意训练，则读写成效亦将减损。”“必须认识到看书读书就是听他人说话——用眼睛从书面上听他人的话，作文其实就是说自己的话；读和听是同一回事，写和说是同一回事，不能丢开听和说不顾，光顾读和写。”
互补策略集中在两个方面：借助口语优势进行书面表达——口述后笔录；借助书语优势进行口语表达——笔录后口述。在教学实践中，口述后笔述与笔述后口述都不是简单的单向性操作方式，而是一个不断循环、螺旋上升的活动链。它利用口述与笔述相结合的方式，把口述信息量大、高水平加工完全但语言结构不够严谨的特点，和笔述有较充分的低水平加工时间的特点结合起来，使笔述和口述可以互相借助对方优势改善自身质量，达到口语训练和思维训练的双赢目的。其价值在于：首先，口述后笔述在信息丰富深刻、思维积极活跃的基础上，对信息进行再选择、再加工，使思维的内部结构不断趋于合理、完善，当思维诉诸笔端时会得到进一步的补充、修正和完善，比较适合用于训练低思维水平学生的书面表达能力。其次，笔述后口述则可以进一步提高口述质量，如思维的条理有序，语言的通畅准确，表达方法的恰当得体，尤其能够有效提高高思维水平学生的口语能力，即说劣写优学生的口语水平。
《天窗》教学设计论文 第7篇
为节约模具开发成本和生产成本, 如何在有无天窗之间保证产品质量实现模具安全快速切换, 需要模具设计人员进行全面考虑。
工艺分析
图1所示为公司乘用车无天窗顶盖外板, 材料DC04料厚0.8mm, 材料屈服强度σS为140~220MPa, 抗拉强度σb≥270MPa。外形尺寸1 940mm×1 150mm×150mm, 属大型车身外覆盖件, 自动化生产, 应用于基本低配型。图2为有天窗顶盖外板, 零件的材质、料厚、材料屈服强度、抗拉强度和外形尺寸与图1相同, 应用于高配豪华版。两种类型顶盖的区别为天窗位置材料是否切除。
经分析, 零件用4道工序完成:拉延→修边、冲孔、整形→上翻边、下翻边、整形、侧整形→上翻边、下翻边、冲孔、侧冲孔。其中后三道工序采用切换机构, 实现有无天窗快速切换。工序规划如下图3所示。
快速切换机构方案
本文以第二序修边为例介绍快速切换机构。常规的模具结构设计方案主要为以下两种。
方案一:通过调整上模刀口进给量实现有无天窗功能切换。即行程限位分为高低挡, 高挡位刀口进给量是2-3-3形式, 如图4所示;低挡位刀口进给量是5-3-2形式, 如图5所示。
生产有天窗顶盖时, 行程限位用低挡位, 此时天窗处刀口进给量是2mm, 其他地方刀块进给量是图5所示5-3-2形式, 此时其他修边刀块的进给量比天窗处刀口进给量多3mm。当生产无天窗顶盖时, 行程限位用高挡位, 此时模具的闭合高度高了3mm, 因天窗处修边进给量是2mm, 而其他地方修边刀块进给量比天窗处修边刀块多3mm, 此时天窗处刀块不工作, 其他地方修边刀块正常工作。实现有无天窗的生产切换。
缺陷:模具型面四周刀块刃口进给量太大, 批量生产刀口磨损严重, 顶盖钣金件易产生毛刺和切屑影响产品件品质。
方案二:拆卸刀块法。顶盖模具天窗位置设计成正常结构, 当不要冲制天窗时, 把天窗位置上模刀块拆掉, 上模下行到与下模完全闭合完成整个冲制过程, 天窗位置因无上刀口而未冲制, 完成无天窗顶盖冲制。当需要冲制天窗时, 把天窗位置上模刀块装上, 天窗位置因有上刀口而被冲制, 完成有天窗顶盖冲制。
缺陷:一是频繁拆卸上模刀块比较麻烦, 二是频繁拆卸刀块影响模具精度。
快速切换机构及工作原理
快速切换机构结构如图6所示 (有冲制天窗状态) 。
(1) 无天窗冲制工艺流程。模具在机床上打开, 上模随上滑块向上, 压料芯10在重力和氮气缸作用下滑动块1和压料芯10完全脱开, 固定在天窗冲孔刀块7上的氮气缸8与压料芯10同步脱开, 处于不受力状态, 此时切换气缸9接通使气缸压缩, 滑动块1沿着滑动导轨4方向随气缸向左运动, 安装在滑动块1上的调整块6与天窗冲孔刀块7脱离, 此时切换指示杆5处于“无”状态。机床下行模具闭合时, 压料芯受压同时氮气缸8也受压, 天窗冲孔刀块7在氮气缸8力作用下向上顶起脱离工作区域, 不参与工作, 完成一次冲制工作。
(2) 有天窗冲制工艺流程。模具在机床上打开, 上模随上滑块向上, 压料芯10在重力和压料用氮气缸作用下滑动块1和压料芯10完全脱开, 固定在天窗冲孔刀块7上的氮气缸8与压料芯10同步脱开, 处于不受力状态, 此时接通切换气缸9使气缸伸展, 滑动块1沿着滑动导轨4方向随气缸向右运动, 安装在滑动块1上的调整块6与天窗冲孔刀块7完全接触, 此时切换指示杆5处于“有”状态。机床下行模具闭合时, 虽压料芯受压同时氮气缸5也受压, 但天窗冲孔刀块6处于刚性接触状态, 参与工作完成一次冲制工作。
(3) 主要力和行程的核算方法。切换气缸选用:切换时各部件均不受力, 切换气缸只需克服滑块1和滑动导轨4间的摩擦阻力。
具体核算方法如下:
气缸力F=uG=0.18×1 800=3 2 4 N (G=滑块重力=1 8 0 0 N;u=0.18)
气缸行程=调整块6长度+ (10~20) mm (调整块6=60mm)
本车型选用型号为100-75的气缸, 其气缸力F=0.5×1 010 000×0.015×0.015×3.14=356N
气缸行程75mm, 75mm>60mm可以满足使用要求。
氮气缸用来克服天窗冲孔刀块7的重力。氮气缸行程应是压料芯行程- (10~20) mm。
刀块重力F (天窗冲孔刀块7) =3 600N。
选用4个型号为RMG45-25的氮气缸, F=136×9.8×4=5 331.2N。
行程:压料芯行程40m m, 氮气缸行程是25m m, 40m m>25mm。
结语
《天窗》教学设计论文 第8篇
关键词：嵌入式,单片机,系统硬件
1 系统硬件设计概述
针对某型电动天窗电控系统设计需求, 采用C8051F330单片机作为整个控制系统的核心, 其性能优劣对整个系统的功能实现有重要的影响。电动天窗控制系统硬件设计主要包括:系统核心单片机的选择, 电机控制单元的设计, 稳压单元的设计, JTAG口电路的设计 (用于调试) , 接口的设计, 控制按键的设计, 其它部件的选择。控制系统的硬件构成如图1所示。
从图1是整个控制系统硬件部分的主要构成, 包括C8051F330单片机、电机控制芯片MC33486AD、JTAG口、接口电路、控制键、零位传感器、电机传感器。此外, 硬件部分还包括:稳压单元U1和U2、功率场效应管、电阻和电容。其中, 一个接口电路有电机电流信号输入, 通过模数转化后进入单片机。另一接口电路有点火开关信号、传感器信号和不同控制键信号输入。控制系统会根据收到的信号, 由ECU进行处理并产生控制信号, 通过电机驱动芯片MC33486来控制电机正转或反转, 从而实现天窗的平滑打开、关闭, 翘起、闭合等基本功能[1,2], 还会根据不同的位置信号和按键长短信号实现天窗的自学习、位置记忆控制等高级功能。
2 电控天窗硬件系统部分功能电路设计
2.1 稳压单元的设计
从整个天窗控制系统的硬件构成单元可以看到, 整个电路需要提供的电压基准有12V、5V和3.3V。其中, 控制系统核心C8051F330、JTAG电路需要3.3V供电;电机驱动芯片MC33486、电机计数脉冲输入端引脚、零位信号脉冲输入端引脚需要5V供电;而天窗运动控制按键需要12V供电。由于系统对电源的稳定性要求较高, 所以要采用稳压芯片。其中, 5V稳压采用LM78L05芯片, 而3V稳压采用AS1117芯片, 电路中的电容元件也可以起到稳压的作用。稳压单元的电路设计如图2所示。
稳压电路中所用到的LM78L05, 在一定温度范围内它的输出电压误差在-5%~+5%之间;它的输出电流是100m A;它具有内部过热保护、内部短路电流保护和输出三极管安全区域保护的特性。在它的电流保护功能下, 输出电流的最大值会控制在一个安全数值范围内。输出三极管的安全区域保护限制着内部的功率损耗, 若内部功率损耗过大时, 热量切断保护电路会起作用防止集成电路过热。稳压电路中所用到的AS1117, 它是一个低功耗的电压调节器, 可以产生800m A的输出电流和3.3V的输出电压。它的静电流和温度系数非常的小, 在全载荷下所产生的电压回动也较低[3,4]。此外, 它还有逻辑控制的电子切断保护装置, 具有过流保护和过热保护的特性。利用LM78L05、AS1117和部分电容元件所设计的稳压电路, 可以有效的将12V的输入电压转变成所需要的5V和3.3V电压, 很好的满足不同单元在工作中的需要。
2.2 电机驱动单元的设计
本次设计的天窗控制系统硬件部分所用的电机驱动芯片是双高端开关器件MC33486。它一般包括两个N沟道功率MOS管和一个检测控制模块[4,5,6]。图3是MC33486在天窗控制系统中的电路设计图。芯片输出引脚GLS1、GLS2连至外挂的两个低端MOS管的门极, 开关管通断由输入引脚IN1、IN2的逻辑状态决定;引脚OUT1、OUT2为高端输出口, 直接用来驱动负载电动机;内部两个高端MOSFET用以实现高端电流检测、错误保护以及低端门极驱动;内部低端控制模块用于驱动H桥中外挂的两个低端开关, 并具有短路保护功能, 它和高端保护共同实现对H桥的负载短路、电源短路、对地短路保护功能。当此模块工作出现异常时, 可由芯片的ST管脚反映出。
利用MC33486芯片设计的电机驱动电路, 在刚起动时, 电动机转速为零, 电动势为零, 由于电动机的电枢绕组电阻很小, 如直接加额定电压起动, 将产生巨大的冲击电流, 电流可能突然增到额定电流的几倍。这样, 对电动机及所拖动的机械设备会造成极大的损害。此外, 起动电流尖峰值过高将影响后续控制功能 (如防夹功能) 的实现, 至少会使控制方式复杂化。为此, 在起动时, 必须设法限制起动电流, 尽量减少甚至消除瞬时过载电流尖峰, 使其接近正常运转的电流值。鉴于直流斩波形式的功率因素高、调速范围宽、谐波少、响应快、抗干扰性能强, 而且考虑到此驱动芯片具有较高的斩波频率, 因此设计时可采用直流斩波DC-PWM原理实现可控直流电源。即通过控制程序控制驱动芯片的控制信号使起动前100ms内驱动器的供电电压低于正常的工作电压, 当n达到额定转速以后再恢复正常的供电电压, 进而限制起动电流、减小起动尖峰, 使起动时的电流接近正常运行时的恒定电流。
3 结论
本文分析了应用C8051F330单片机对汽车电动天窗控制系统进行硬件设计的实现路径和方法, 重点对稳压单元电路、电机驱动电路等方面进行了分析与设计, 其设计思路可为企业开发具有自主知识产权的汽车电动天窗控制器产品提供一定的硬件设计参考。
参考文献
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[5]温国忠.JTAG接口电路设计与应用[M].微计算机信息, 2007 (8) :298-300.
《天窗》教学设计论文 第9篇
根据甲方提出的要求对某大厦楼顶进行外开移动式平移天窗的机械设计,天窗重达8吨,设计尽量简洁、安全、高效。按照平移天窗系统工艺动作过程和工程设计中可使用的空间,设计主要利用类比法和经验设计法,这些方法不但设计周期长,还需不断计算来检测其是否符合要求。为此利用Pro/E软件对其进行三维参数化设计的同时进行仿真模拟。
Pro/E是基于单一数据库、参数化、特征、全相关及工程数据再利用等概念的基础上开发出的一个功能强大的CAD/CAE/CAM软件[1]。它以参数化和特征建模技术为设计人员提供了良好的设计环境。大厦平移天窗的设计是融静力学、机械原理、机械零件、材料力学为一体的综合性机械设计,利用Pro/E进行设计不仅提高了设计效率和准确性,而且通过Ansys力学分析、机构强度计算分析等最大限度的增强了设计质量。
1 设计要求及工艺动作过程
1.1 设计要求
1) 平移天窗总重:
8 t;
2) 风载:
正向0.662 kPa,负向1.98 kPa;
3) 空间位置非常有限,根据图纸确定出轨道坡度:
35°;
4) 横移速度:
0.1 m/s(约转速10 r/min)。
1.2 工艺动作状态
1) 关闭静止状态:
不使用时,平移天窗静止不动且防翻,处于关闭状态。
2) 平移提升:
运动装置驱动运动,平移天窗向外侧移动。天窗移动到规定位置后,启动限位开关,平移提升状态完成。
3) 回移归位:
驱动装置反转,平移天窗回移,减速器内有自锁装置,保证平移天窗稳定下移。移动到指定位置后,启动限位开关,天窗归位。
根据现场施工图纸(如图1)要求,为方便设计,利用Pro/E建立安装位置三维立体图,如图2所示。
2 机构设计计算
2.1 驱动装置的选择计算
2.1.1 输出功率计算
每个横移天窗有两套驱动装置,门开启速度:0.1 m/s;门重约:8 t。
爬坡功率:
P1=8 000 / 29.8sin350.1 = 2 248 W。
风载荷(按最大值计算)所需功率
P2:P2=0.66245 / 2sin350.1=855 W。
驱动装置输出总功率P:
P =P1+ P2=2 248+855=3 103 W。
2.1.2 传动装置总效率
摆线针轮减速器效率:η摆=0.9;
联轴器效率:0.99;
轴承效率:η轴承=0.98;电机效率:η电机=0.86;
齿轮、齿条效率:0.8;损耗效率:0.9;
ηa=η卷η4联η2轴承η齿η损η电机 =0.514。
2.1.3 电机功率
PE=3 103/0.514=6 035.53 W;
考虑负载系数1.5,
PE=6 035.531.5=9 053.29 W。
2.2 减速装置的选择计算
根据强度条件,按输入的计算功率Pc1确定型号[2]。
式中pc1为计算输入功率(kW);p1为输入功率(kW);KA为工况系数(查表,取值为1);n1为指定的输入转速(r/min)(查表,取值为1 000);n′1为减速器实际输入轴的转速;pF1为在指定转速时,许用输入功率(kW);经计算得pc1=12.09。
由于空间位置的限制和机构运动的需求,选择摆线针轮减速器。
2.3 齿轮齿条的设计计算
根据机械设计手册,进行了齿轮齿条的设计计算,最后得到
齿条齿顶高 ha2=8 (mm);
齿条齿根高 hf2=10 (mm);
齿条全齿高 h2=18(mm);
齿条材料及热处理 Met2=40Cr表面淬火。
根据上述计算及现场图纸的空间安装位置,利用Pro/E建立齿轮齿条三维立体图,如图3所示。
齿轮轴的设计计算
(1) 齿轮轴材料:
20Cr。
(2) 初算轴的直径[3]:
其中弯矩
Ft=Fcos20°=33 996cos20°=31 945.8 N;
Fr=Fsin20°=33 996sin20°=11 627.3 N;
按扭转强度初算结果为
轴径初算所得外径为: 78.5 (mm);外径圆整成标准直径后为:80 (mm);
外径标准直径系列号是: 40;
考虑轴上有键槽,轴径应增大5%,取d=100 mm (与电机输出轴相同);
齿轮轴模数:8;端面压力角 αt=20°;齿轮1分度圆直径 d1=176 (mm);
齿轮1齿顶圆直径 da1=192 (mm);齿轮1全齿高 h1=18 (mm)。
齿轮1材料及热处理 Met1=20Cr〈渗碳〉。
根据安装及运动的需求,通过计算及Pro/E辅助设计,得到其它部分设计图如图5所示。
3 关键部件强度计算
机构主体由以下部分组成:轴承、导轨、三角支架等,根据其结构特点和运动特征分析,可以确定以下部件为强度计算重点:导轨、三角支架、轴承座及支撑梁。采用ANSYS进行数值计算分析,各部位均采用实体建模方法,单元类型选择Solid95[4],计算结果选用Von-Mises等效应力进行分析。
3.1 导轨强度计算
导轨在开窗机及窗体运动过程中边界条件由以下部分组成:开窗机及窗体的重力、风载、三角支架支撑约束、末端固定约束。重力及风载由主动轮和从动轮施加到导轨,计算后其大小为:59 269.4 N。根据初步设计,在两个斜坡上分别施加一个约束,在导轨长平面均匀施加5个约束,短平面施加一个约束,用以模拟三角支架支撑,在末端施加固定约束。模拟运动轨迹,分别计算7种情况,其有限元模型、约束及加载情况部分图如图6所示。
根据计算结果可以看出:在爬坡过程中,最大等效应力处于导轨与轮接触部位。当从动轮移动至导轨末端,主动轮接近斜坡顶端时的出现最大等效应力值43.2 MPa,导轨选用材料为40铬渗碳,其屈服极限为785 MPa[5],偏安全。当主动轮、从动轮处于斜坡中部时,支撑约束处载荷最大,说明此处三角支架受力最大,因此考虑最危险情况,在三角支架强度计算中以此处三角支架为分析对象进行强度计算。
3.2 三角支架强度计算
三角支架的强度计算有限元模型如图7所示。根据计算,三角支架最大受力为12 606 N,三角支架利用螺栓固定在混凝土墙上,因此在四个孔处施加固定约束。背板与肋板、肋板与平板、背板与平板和肋板等处的等效应力云图如图8所示。螺栓承受剪应力为其失效的主要原因,因此给出其最大剪应力计算结果,如图9所示。
根据计算结果可以看出:1) 背板与平板联接处最大等效应力为22 MPa,平板与肋板联接处最大等效应力为13 MPa,背板与肋板联接处最大等效应力为22 MPa,应注意焊接工艺保证连接处强度;2) 最大等效应力剪切应力出现在螺栓与背板连接表面处,其值为39.9 MPa;3) 孔处最大剪切应力出现在上部螺栓与背板联接处,其值为46.3 MPa。屈服极限为231 MPa,偏安全。
4 结论
利用Pro/E及Ansys等计算机辅助设计手段不仅提高了设计效率和准确性,而且通过力学分析、机构强度计算分析等最大限度的增强了设计质量,使得大厦楼顶外开移动式平移天窗的机械设计安全、高效。
摘要：大厦外开移动式平移天窗的设计是融静力学、机械原理、机械零件、材料力学为一体的综合性机械设计。利用Pro/E对其进行三维参数化设计并进行仿真模拟,提高了设计效率和准确性,同时通过Ansys进行力学分析和机构强度计算分析,最大限度地增强了设计质量,使得大厦楼顶外开移动式平移天窗的机械设计简洁、安全、高效。
关键词：Pro/E,Ansys,天窗,设计
参考文献
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[4]宋志安.机械结构有限元分析.北京:国防工业出版社,2010
[5]单辉祖.材料力学.北京:高等教育出版社,2001
《天窗》教学设计论文 第10篇
关键词：建筑节能,天窗采光,优化设计,高校体育馆
一、天然采光对建筑能耗的影响
本文所研究的基于天窗采光的建筑节能优化设计是指利用昼光照明 (daylighting) 来减少建筑照明能耗, 从而达到建筑总能耗最小的目的。其基本思想是:当天然光在室内工作面上产生的照度达到或超过国家相关规范所制定的标准时, 关闭人工照明;反之则开启人工照明进行补偿。可以采用直接式的开关或渐变式的人工照明方式, 当然, 渐变式的照明方式更利于节能。
利用天然采光进行建筑节能设计所涉及的不仅是建筑照明能耗, 还包括建筑的采暖能耗和制冷能耗, 这三种能耗之间存在耦合关系, 彼此交互作用, 共同决定着天然采光对建筑整体能耗的影响程度。要利用天然采光来减少建筑的照明能耗势必要增加建筑的开窗面积, 而增加建筑的开窗面积又会导致建筑的外围护体系发生变化, 从而影响建筑的采暖和制冷能耗;另一方面, 利用天然采光会使照明散热量减少, 也会影响建筑的采暖和制冷能耗。
二、建筑节能优化设计的基本要素
一般情况下, 优化问题由三个基本要素组成, 即优化变量、约束条件以及优化目标函数。下文将针对这三个要素展开分析和论述。
1. 优化变量
一个实际的优化方案可以用一组参数 (如几何参数、物理参数、工作性能参数等) 来表示。其中, 一部分参数的取值需要在优化过程中进行调整和优选, 一直处于变化的状态中, 这类参数是优化变量 (或称决策变量、设计变量) , 是独立的参数 (1) 。
基于天窗采光的建筑节能优化设计所涉及的主要优化变量包括天窗的位置、天窗的布置形式、天窗的大小、天窗的材料及遮阳形式, 本文选取天窗的大小作为优化变量进行研究。
2. 约束条件
约束条件是在优化变量取值时的限制条件, 可以是等式约束, 也可以是不等式约束。根据性质的不同, 约束可以分为边界约束和性能约束两类。边界约束可直接用来限制优化变量的取值范围, 如长度变换的范围。性能约束则是根据某种性能指标要求推导出来的限制条件 (1) 。
由于本文选取天窗大小作为优化变量, 所以边界约束就是对天窗大小的约束, 《公共建筑节能设计标准GB 50189-2005》规定屋顶透明部分的面积不应大于屋顶总面积的20%;其性能约束主要包括对照度大小、照度均匀度和眩光的控制。《建筑照明设计标准GB50034-2004》对体育馆比赛厅按照不同的使用功能和不同的体育项目做出了详细规定, 本文研究对象拟定为高校体育馆, 其主要的功能是满足高校师生进行体育教学和日常体育锻炼, 因此约束条件为日常训练和娱乐活动照度取值范围, 即照度≥300lx, 照度均匀度U2≥0.5。由于该设计标准所给出的眩光指数是针对人工照明而言的, 存在一定的局限性, 因此本文对眩光控制暂且不作分析。
3. 优化目标
在通常情况下, 优化目标可以由目标函数来表达, 但对于通过天窗采光来进行建筑节能优化设计而言有一定困难, 因此本文利用计算机模拟的方式来代替目标函数。通过建立优化模拟模型, 对不同的优化变量取值分别进行模拟, 以此来考察优化变量对比赛厅光环境及建筑能耗的影响。本次研究的优化目标是在严寒地区高效体育馆的日常训练中尽可能利用天然光, 以减小体育馆的照明能耗, 但同时考虑采暖能耗和制冷能耗的变化, 就能使得建筑总能耗最少。
三、优化变量模拟分析
1. 模拟模型及模拟参数
高校体育馆一般为中型体育馆, 主要为了满足教学和日常训练的要求, 比赛场地一般设计为多功能。参考《体育建筑设计规范JGJ/T131-2000》中的相关数据, 将模拟模型的比赛场区尺寸确定为54m38m, 将其高度确定为21m, 能满足篮球、排球、网球、羽毛球、兵乓球以及体操等多种体育项目的教学、训练和比赛的要求。本文将模拟地点定在齐齐哈尔, 地处中国光气候分区中的Ⅴ区, 外临界照度为4 000lx。模拟所选用的材料及其与采光相关的物理特性参数详见表1。
2. 模拟结果分析
本文所建立的模型只是针对比赛厅这部分, 因此我们将约束条件中屋顶面积不大于屋顶总面积的20%做了调整, 转换成屋顶透明部分的面积不大于比赛场地 (不含观众席部分) 面积的60%。本文选取天窗面积与比赛场地面积的比值分别为0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6进行模拟, 其布置形式如图1所示。我们采用Square One公司研发的辅助生态设计软件ECOTECT模拟上述几种情况的比赛厅照度分布情况, 结果如表2所示。
从表2可以看出, 随着天窗面积与场地面积比值的增大, 比赛场地的最小照度、最大照度和平均照度也随之增大, 并且基本呈线性关系;照度均匀度U1、U2也是随天窗面积与场地面积比值的增大而增大。根据照度大小、照度均匀度与天窗面积、场地面积之比存在的线性关系可以得出:当比值在0.35左右时, 场地内的最小照度达到300lx, 能够满足日常综合训练的要求;而照度均匀度要在天窗面积与场地面积比值达到0.6时才能够满足日常训练的要求, 即照度均匀度U2达到0.5。如果不考虑乒乓球和羽毛球这两个小球项目, 只需满足场地内最小照度大于300lx, 照度均匀度U2大于0.3即可, 也就是说, 当天窗面积与场地面积比值大于0.35均能满足要求。
四、优化变量与建筑能耗的关系
为了考察优化变量与建筑能耗的关系, 我们利用英国IES公司开发的IES (Integrated Environmental Solutions) 软件分别对天窗面积与比赛场地面积比值为0、0.1、0.15、0.2、0.25、0.3、0.35、0.4的全年能耗进行模拟。我们按照比赛厅的照度变化将人工照明设置了5档, 即当比赛厅照度<50lx时, 比赛厅人工照明全部开启;当50lx比赛厅照度<100lx时, 比赛厅人工照明开启3/4;当100lx比赛厅照度<200lx时, 比赛厅人工照明开启1/2;当200lx比赛厅照度<300lx时, 比赛厅人工照明开启1/4;当比赛厅照度≥300lx时, 比赛厅不开启人工照明。但模拟出的照明能耗还是和实际照明能耗有一定的差距, 因为软件无法根据照度均匀度设置照明灯具的开启或关闭。模拟结果如表3所示。
注:表中Emin表示照度最小值, Emax照度最大值, Eave照度平均值, U1和U2表示照度均匀度, 其中U1=Emin/Emax, U2=Emin/Eave。
为了便于分析, 我们将表3中的数据绘制成图2。从图2可以看出, 随着天窗面积与场地面积比值的增大, 各种能耗和总能耗呈现不同的变化趋势。其中, 采暖能耗随比值的增大基本呈上升趋势, 天窗面积与场地面积之比在0~0.15之间时增加幅度最大, 0.3~0.4之间次之, 0.2~0.3之间有小幅度的波动情况, 其原因在于天窗面积与场地面积比值在0~0.15和0.3~0.4之间时, 由天窗引起的热损失大于太阳辐射热, 而在0.2~0.3之间时二者基本持平。制冷能耗在0~0.15之间时随天窗面积与场地面积比值的增大而减少, 在0.2~0.4之间时随天窗面积与场地面积比值的增大而增大, 其原因在于当比值在0~0.1时照明能耗呈明显下降趋势, 使得比赛厅的照明散热减小幅度很大, 其作用大于太阳辐射热, 从而使得制冷能耗呈下降趋势;而当天窗面积与场地面积比值在0.15~0.4之间时, 照明能耗下降趋势变得平缓, 使得比赛厅的照明散热减小幅度变小, 其作用小于太阳辐射热, 所以制冷能耗呈上升趋势。照明能耗随天窗面积与场地面积比值的增大呈下降趋势, 比值在0~0.1之间时下降幅度很大, 随后变为平缓。总能耗随天窗面积与场地面积比值的增大基本呈先减小后增加的趋势, 当比值在0~0.1之间呈减小趋势, 在0.2~0.4之间呈增大趋势, 原因在于当比值在0~0.1之间时照明能耗在总能耗中所占比例最大, 且在此区间其减小幅度较大, 从而引起总能耗的减小, 在0.2~0.4之间时, 采暖能耗在总能耗中所占比例最大, 因此总能耗的变化趋势与采暖能耗的变化趋势接近。
从图2还可以看出, 当天窗面积与比赛场地面积比值大于0.3以后, 比赛厅的建筑总能耗呈明显上升趋势, 因此本文没有对天窗面积与比赛场地面积比值大于0.4的情况进行模拟。
经过模拟得出天窗面积与比赛场地面积之比为0.1时, 比赛厅的建筑总能耗最少。但对于建筑设计而言, 无需给出一个最优解, 只需给出一个最优区域即可。原因有以下几方面:第一, 建筑节能只是建筑设计考虑的众多因素之一, 还有很多其他因素, 比如建筑造型、建筑室内空间感受等等;第二, 若建筑师在设计中完全按照所求出的最优解进行设计, 那么那样的建筑方案不是设计出来的, 而是计算出来的, 这泯灭了建筑师的创造力。因此, 本文认为可以以天窗面积与比赛场地面积之比为0.1的建筑总能耗为基准, 不超过其10%的建筑总能耗为建筑节能优化设计的可行域, 经计算可知可行域为天窗面积应在比赛场地面积的0.1~0.2倍之间。
结论
从上述分析可以看出, 当天窗面积与比赛场地面积之比为0.6时, 严寒地区高校体育馆比赛厅的建筑能耗不仅不是最小, 反而最大。因此, 从建筑节能的角度来看, 严寒地区高校体育馆比赛厅的采光形式应采用天然采光和人工照明相结合的方式, 本文建议天窗大小应在比赛场地面积的0.1~0.2倍之间选取。
注释
我喜爱《打开天窗》 第11篇
这本书的作者是蒋方舟。书中收录了蒋方舟写的60多篇散文，堪称真正意义上的新概念作文。其中给我印象最深的是《天下第一刀》这篇文章。蒋方舟把自己说成是一把分段刀，用这把刀，娴熟地给《飞机遇险的时候》等课文做了分段手术，里面有这么一段写得最为精彩——
一日，我正在闲逛，已有几天没分段，手怪痒痒的。恰好，《飞机遇险的时候》走来。不愧是遇过险的飞机，比其他课文勇敢多了，但是它的腿还是不断地打哆嗦。我一个箭步冲上去，“嚓、嚓、嚓”。老师看见我熟练的刀法，鼓掌叫道：“哇噻，分段技术已达到‘神仙画画’的地步了。”
你看，她的语言多么幽默风趣，想象多么丰富奇崛，真不知道她是怎么想出来的。像这样好玩的文字多着呢！像《出售妈妈》《上课吃糖》《孩子是怎么來的》《给右腿的信》……真是个原汁原味的儿童世界！这里没有装腔作势，没有虚情假意，没有生搬硬套，没有无病呻吟，所写的都是我们小孩真实的生活和心理，写得鲜活生动，意气飞扬！
怎么样？听了我的介绍，你是不是也喜欢上了这本书呢？另外，蒋方舟还出了一本《正在发育》，也是一本很不错的书呢。
（指导老师：吴宗彦）
版画——打开艺术天窗 第12篇
手绘，用手感觉艺术。木板上铺上复写纸，再铺上画纸。一支笔，笔尖触及春的灵动、夏的活泼、秋的安恬、冬的静谧，在纸上划下篇篇欢歌，雀跃音符交织成丝丝旋律。虽然每幅普通画纸上的人物很单纯，背后的故事也很简单，但能折射出时代的跨越和灵魂的净透，赋予作品根本的灵气。
手刻，用刀碰撞火花。一块写满故事的木板，一把美工刀。细腻的刀刃了解艺术的精雕细琢，摸索风的轻曼、雨的透彻、雾的耐心、霜的力量，刚柔并济，该狠决不挽留，该轻决不马虎，深浅错落、沟壑纵横，宛然顿挫有致的诗篇，娓娓道来。每块普通的木板都成了神奇的3D动画，吹拂去木屑刨丝，凹凸处承载了一代代人的寄托和身心的释放，给予作品内在的充盈。
手印，用墨映衬光辉。一件简单的半成品，一盒墨。油墨甘为艺术献身，倾心水的温润、火的炙烈、冷的安定、热的激昂，恩威并施，该满绝不少丝毫，该缺决不多点滴。每件普通的作品都是一部纪录片，待油墨风干，刻下的一幕幕不再朦胧，而是明晰呈献在眼帘，完成的细节点点记录下作者的心血，赠予作品外在的赏心悦目。
版画可以为我们打开一扇艺术的天窗，透过玻璃，尽享美丽的悸动。动手做的每一步很重要，既是对艺术的虔诚也是对自己的锻炼。
在艺术之路上劈荆棘、斫榛莽，定会欣赏到葳蕤满庭的盛况！
