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关键词:信息通信设备;状态检修技术;试点研究;应用
中图分类号:TM73 文献标识码:A
状态检修的技术基础是设备状态的准确评价,根据监测等采集手段获取各种状态信息,分析故障发生现象,评估故障发展的趋势,依据设备的重要程度而采用不同的检修策略,并合理地安排检修时间和检修项目,使设备状态“可控、在控”,保证信息设备和通信设备的安全经济运行。
1 信息通信设备状态检修技术研究依据与工具
1.1 技术原理。所谓状态检修,是在设备状态监测基础上,据监测和分析诊断的结果,科学安排检修时间和项目的检修方式。主要体现在以下几个方面:(1)进行数据收集,通过数据服务总线从OMS系统、主网状态检修辅助决策系统、数字标准化作业系统、其它相关系统获取数据。(2)根据基础数据和评价标准对设备进行状态评价,并将结果提供给监测预警功能与其信息共享,以备外部信息平台调用。(3)根据状态评价结果及风险评估参数对设备进行风险评价。(4)以状态评价为基础,结合风险评估结论,生成检修策略。(5)基于检修策略,生成设备检修计划。(6)对上一年度状态检修工作进行总结,进行绩效评估。
1.2 设备状态检修技术分析。设备状态检修是利用监视技术和诊断技术提供设备运行状态信息,判断设备是否运行异常,预知设备的故障,对设备未来的运行健康状态实施设备检修。以监测为依据,对结果的有效应用和管理是实现状态检修的保障。能提高状态检修工作质量的技术主要有设备可靠性分析技术、设备状态监测与故障诊断技术、设备寿命管理与预测技术。
1.3 设备状态检修的作用。通过持续、规范的设备跟踪管理,综合离线、在线等各种检测分析结果,准确掌握设备运行状态、健康水平和发展趋势,为开展状态检修下一阶段工作创造条件。(1)评价工作的开展:编写评价细则、制定管理办法及工作流程。(2)评价细则编写原理:参照故障树分析法,综合技术监督经验,总结设备的故障发生规律和特点,分析得出典型故障,提取表征设备典型故障类型的特征状态量。(3)以特征状态量为主要依据,制定状态评价表,通过对表中的特征状态量评分,得出设备健康状况和发展趋势。
1.4 主要的技术依据。以设备的当前实际工作状况为依据,通过先进的监测、可靠性评价手段及寿命预测手段,综合各设备的状态信息,识别故障早期征兆,对故障部位及严重程度、发展趋势做出判断,并根据分析诊断的结果在设备性能下降到一定程度或故障将要发生前进行检修。
状态检修通过数学评估模型,解决在信息和通信系统状态检修中存在的数据处理和状态评价建模这两个关键问题,对其进行实值校验,结果显示所提出的模型基本符合实际,且具有准确、操作性强的特点,能适应当前信息通信设备状态检修的需要。
2 信息通信设备状态检修技术应用
2.1 设备状态检修技术系统总体框架。状态检修系统是以安全、环境、成本为基础,包括信息数据采集和处理、设备评价、检修策略和计划。由巡视巡检员进行数据收集和录入,按照预警规则,对异常数据进行预警,检修人员对预警信息进行数据处理。
2.2 设备状态检修技术系统数据框架。(1)业务数据。业务数据包括实时采集的数据、巡视数据、巡检数据、检修数据和设备台帐数据等业务应用所产生的数据。(2)基础管理数据。基础数据包括参数配置数据、流程数据、权限管理数据、人员机构数据,主要为状态检修系统提供支撑性数据。
2.3 设备状态检修技术系统应用框架
系统完全采用三层B/S的结构,完全基于J2EE开放式结构设计:(1)业务层。本系统业务层为信息通信设备状态检修管理系统,主要实现数据信息采集,巡视管理、巡检管理,状态评价、设备检修计划等,实现对信息通信设备状态检修管理工作。(2)应用层。提供业务应用服务。实现信息通信设备状态检修系统的所有业务逻辑。实现设备状态评价与配套设备的信息交互与管理,同时作为一个软件业务逻辑和评价模型计算层,同时实现与数据层的信息交换。(3)数据层。用来存储系统的各种数据,实现信息通信设备日常业务应用数据交互时的数据存储。
2.4 设备状态检修技术系统技术框架。(1)应用系统层。应用系统层承接借鉴了行业应用系统分类标准,按业务功能划分日常业务管理、台账管理、业务查询管理、数据采集管理、系统支撑管理。(2)业务支撑层。业务支撑层是整体应用系统建设的基础保障, 如将数据交互、统计分析服务等支撑组件进行有效的整合和管理,便于应用系统快速搭建相关功能模块。由此可见,业务支撑层的建设是整体架构设计的核心部分,其关系到应用系统开发的进度以及后期系统功能的扩展。(3)数据资源层。数据资源层主要由设备台账库、数据分析库、基础支持库组成,其中数据分析库是整个状态检修系统的分析数据来源。
2.5 设备状态检修技术系统安全框架
系统需要充分考虑与项目实施相关的网络安全、应用安全和数据安全的要求,在网络隔离和安全验证方面的具体做法如下:(1)应用软件安全。系统在设计开发中实现必要的安全措施,权限设计及日志审计等功能。按照高等级信息安全要求,来设计、开发本项目。(2)安全性。数据库用户密码、最终用户密码均不明码保存,用服务器上所有服务调用均须验证用户身份并经权限校验,不对相关系统构成安全威胁。(3)安全验证。系统通过安全认证。
结语
先进的状态检修管理系统,对保障设备管理的健康状况、运行性能及设备可靠性有较大的提高。同时科学地制定检修策略,合理安排检修项目和检修间隔,有效降低检修成本,提高设备健康水平,最终形成符合信息通信设备状态检修要求的管理体系、执行体系、技术体系。
参考文献
关键词:数据结构;实验教学;教学改革
作者简介:刘志鹏(1980-),男,江苏南京人,南京邮电大学计算机学院,讲师;段卫华(1977-),男,江苏南京人,南京邮电大学计算机学院,讲师。(江苏 南京 210003)
基金项目:本文系南京邮电大学计算机学院教学改革项目(项目编号:12)的研究成果。
中文图书分类号:G642.0 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2013)01-0132-02
“数据结构”课程是计算机科学与信息管理等专业的核心课程之一,它在计算机领域的重要性仅次于编程基础。[1]我国制定的CCC2002体系强调了“数据结构”在计算学科及电子信息学科中的作用与地位。该课程一般以“计算机高级程序设计语言”为先修课程,也是“操作系统”、“数据库”、“编译原理”等专业课程的基础。“数据结构”课程涉及的知识点较多、实践性很强,除了要求学生有严密的逻辑思维外,还需要拥有较好的编程实践基础。目前,大多数高校“数据结构”课程的教学工作均在一学期内完成。学生学习任务较重,往往在学习过程中出现“重理论、轻实践”的现象。许多学生在设计和实现算法方面表现不佳。为了在有限的学时中得到更好的教学效果,使学生在算法设计和实现两个方面的能力都有所提高,笔者从“数据结构”课程实验教学环节入手,尝试了一系列的探索和研究。
一、实践教学目前存在的问题
“数据结构”是一门实践性很强的课程。实践有助于学生更好地理解和应用所学习的理论知识,实践环节是无法替代的,直接影响学生的学习效果。然而,目前的“数据结构”实验教学环节普遍存在如下的一些问题:
1.学生对实践环节重视不够
目前,学生对“数据结构”课程实践环节普遍不够重视。主要原因如下:
第一,主流开发语言和集成开发环境,如C++、Java等,均提供了现成的数据结构程序库。程序员可直接调用程序库中的函数而无需重头编写底层数据结构。部分学生认为,只要掌握程序库的使用方法,便无需实践数据结构的底层实现。然而,无论是C++的STL和Boost程序库,还是Java语言的集合类,均无法满足某些程序苛刻的性能要求。因此对学生而言,仅仅掌握某种特定编程语言的程序库是不够的。
第二,由于“数据结构”课程以笔试作为衡量学生学习成果的主要方式,加上实践环节考查指标并不明确,造成很多同学不重视实践环节,导致实践环节效果不理想。
第三,学生对“数据结构”在操作系统、数据库、编译器中的实际应用知之甚少,部分同学虽然知道“数据结构”课程十分重要,但并不知道数据结构在各个领域的广泛应用。
2.学生程序设计能力薄弱
学生程序设计能力薄弱,是部分高校长期普遍存在的现象。究其原因,主要包括以下两个方面:
首先,部分学生程序设计基础较薄弱。对于C++的某些基本语法并不熟悉,也不了解使用封装、继承和多态型在编写大规模代码过程中带来的好处。大量的对语法知识的要求导致学生难以阅读和编写程序,造成学生思想上的困惑。
其次,对程序设计能力薄弱、基础较差的学生而言,某些优秀教材[2,3]并不适合。学生阅读这些教材时,虽然能够理解算法的含义,但是却无法将伪代码转换成对应编程语言的程序代码。这一方面导致学生无法动手实践,另一方面也进一步削弱了学生的编程能力。
3.实践过程中无法得到及时的反馈
许多学生在“数据结构”实践课中采用先编写、后调试的方法,这种编写代码的方式对代码量较少、代码逻辑较简单的程序是有效的。但对于代码量较多、代码逻辑复杂的“数据结构”程序则不可取。由于拼写和逻辑错误,导致最终程序错误较多,难以调试。由于在代码编写过程中无法得到及时的反馈,导致学生丧失了进一步学习的兴趣。
此外,编写代码、正确执行后,许多同学不及时总结经验教训,反复犯相同错误。对待实验报告撰写工作态度不端正。教师没有及时将实验报告成绩和其中存在的问题及时反馈给学生,部分学生不了解实验报告和实验的评分细则,对实践环节最终成绩不满,也反过来削弱了学生学习该门课程的兴趣。
二、实践环节的教学改革
针对教学中存在的以上情况,笔者主要从以下几个方面进行实践环节的探索和改革:
1.引导学生重视实践环节
第一,加重实践环节占用总评成绩的比例,从原先的10%-15%增加到20%。改变传统模式下主要依靠平时作业、课堂表现和期末考试成绩的评价模式。增强实践环节比重,旨在督促学生参与实践、编写程序和撰写报告。
第二,在课堂教学中,提纲挈领地讲解C++、Java语言程序库的不足之处,使学生明确具备编写数据结构代码能力的重要性。
第三,针对多种数据结构,讲解其在操作系统、[4]数据库[5]和编译器中的实际应用。开源软件为“数据结构”教学提供了大量的实际案例。通过介绍数据结构的实际应用,提升学生的学习兴趣,提高学生对实践环节的重视程度和兴趣。
最后,尽早明确实验任务和目标。让学生在教学过程和实践环节中明确认识到,只有按部就班,才可以完成实验任务。在实践环节中,不能随着学生的完成情况无限制地增加题目的要求和难度,而应做到因材施教,因人而异。
2.提升学生程序设计能力
教材是学生入门和提高的主要材料。笔者选用人民邮电出版社陈慧南编著的《数据结构:使用C++语言描述(第2版)》作为“数据结构”课程的教材。该教材2007年入选普通高等教育“十一五”国家级规划教材,其中对每一种主要的数据结构均给出了C++代码实现。与传统经典教材[2,3]相比,省略了学生将伪代码转换为可执行代码的中间过程。学生在实现基本数据结构时可直接参考教材程序完成。该教材列出了“数据结构”中使用的C++知识点,并指导学生在课后自行开展有针对性的复习。通过边复习、边学习的方式,部分同学能够克服程序设计能力不足的缺陷,建立理解和实践“数据结构”课程的信心。
针对许多学生仅能理解C++代码片段,无法将这些代码片段合成完整的程序问题,笔者通过课堂教学和实践环节两个方面加以弥补。在课堂教学中,教师至少编写一个完整的数据结构实现。通过演示,使学生了解编写代码的具体动态流程和技巧。实践环节中,采用循序渐进的代码编写方式,即课堂上先给出对应算法完整程序的框架,并演示程序得到的最终结果,让学生去填写框架中的函数内容,接下来要求学生独立完成一些函数模块,具体操作方法与文献[6]中的第一项研究方法相同。实践表明,采用结对编程、独立完成实验报告的方式与独自完成实践环节的效果相比较,实践环节学生平均成绩高5~7分。
3.及时反馈实践结果
鼓励学生在编写代码前,首先编写测试用例。一方面有助于学生了解代码中的边界条件,考虑代码实现中的各种特殊情况。另一方面也有助于学生在编写代码的过程中及时获得反馈。避免传统编写代码方式所导致的程序无法正常运行的情况,增强学生的信心。
第二,指导学生编写代码的正确次序。例如,在编写单链表类时,先实现构造函数和析构函数,再实现插入函数和打印函数。这样便可先检测插入函数是否正常工作,在此基础上,再完成删除函数等其他功能函数。这种迭代开发、单元测试,将错误局部化的思想对于培养学生正确的程序设计观念十分重要。指导学生重视代码重构的工作并鼓励学生重构代码,通过介绍编码规范,强调良好代码风格的重要性。
第三,指导学生调试程序。针对Visual C++ 6.0集成开发环境和gcc编译器,总结学生在编码时常犯的各种编程错误,并给出相应的代码调试方法。通过不断完善文档、分发并反馈,从而减轻教师的工作量,培养学生的参与精神和不断总结的能力。
最后除课后答疑外,笔者还及时通过电子邮件反馈疑难解答和平时成绩。教师将有代表性的提问进行总结和群发邮件,使学生能及时掌握自己的最新成绩,并允许学生质疑分数的公平性和公正性,制定较详细的实践环节评分标准,明确实验报告的结构,要求学生重视需求分析、概要设计,并要如实撰写总结和体会部分。许多同学的总结都停留在表面,并没有总结实际学到的编程知识和调试方法。
以下是在“数据结构”课程实践环节中的的评分标准:
能独立查阅文献资料,较好地理解课题任务并提出实施方案;内容详实准确、文字流畅,符合规定内容及字数要求;论证、分析、设计、计算、结构、建模、实验正确合理;用语符合技术规范,图表、公式清楚;努力学习,遵守纪律,作风严谨务实,按期完成规定的任务。
三、实践环节教学效果
1.课堂和实验课教学效果
通过课堂讲授和实践性环节锻炼,学生能端正学习态度,树立编写代码的信心和决心。通过制定合理的编程任务,每个学生都能动手编写程序。通过动手实践,加深了对数据结构相关知识点的理解。采用结对编程、测试优先和代码重构,学生认识到编写能够运行的代码和优秀代码的差异。有些同学能够进一步完成更高难度的编程任务,并参加国家级的比赛,如挑战杯等。
2.实践环节效果反馈
本次共有97名学生学习“数据结构”课程,每个学生需要完成4份实验报告。统计结果表明,上交报告的积极性、分析设计的规范性和总结体会,与去年相比,均有很大程度的提高。拖延上交实验报告的情况从去年的11.0%降低到3.1%,实验报告的内容更加规范,总结体会内容大多集中在编程过程中遇到的问题及解决方案上。通过填充和扩充代码两种编程方法,绝大多数学生完成了数据结构实践环节的基本任务,如单链表的实现等。51.5%的同学能够完成更加复杂的程序设计任务,如双向链表等。
“数据结构”课程是计算机专业的专业基础课程,应用范围非常广泛。本文分析了数据结构实践教学中目前存在的一些问题,积极探索和尝试新的教学方式,在一定程度上调动了学生的积极性,为学生的软件开发打下了良好的基础。但对于课程体系的建设及教学方法的改进等问题,仍然需要开展进一步的研究。
参考文献:
[1]Mehran Sahami.Expanding the Frontiers of Computer Science Education[EB/OL].http://wccce11.unbc.ca/wccce11-sahami.pdf.
[2]严蔚敏,吴伟民.数据结构(C语言版)[M].北京:清华大学出版社,2011.
[3]科曼,等.算法导论[M].潘金贵,等译.北京:机械工业出版社,
2006.
[4]毛德操,胡希明.Linux内核源代码情景分析[M].杭州:浙江大学出版社,2001.