本文作者：工作单位：安徽埃夫特智能装备有限公司
从控制系统设计角度来说，可以采用辩证法内外因基本原理来分析影响重载机器人控制品质的因素，首先，如果系统存在动力学耦合、柔性等非线性因素，仅仅采用传统的线性控制很难获得良好的控制品质，底层伺服回路的控制缺陷是影响机器人控制品质的内因。第二，如果运动规划环节处理不当，传输给底层运动控制回路的运动指令不合理，即存在位置不连续，速度不连续，加速度跃变等情况，对系统会产生严重的冲击，即便底层伺服控制设计再优秀，同样也会严重影响系统控制品质，这就是所谓的外因。下面就从内外因角度对目前在机器人运动规划和底层伺服控制方面的相关进展进行综述。机器人运动规划方法运动规划与轨迹规划是指根据一定规则和边界条件产生一些离散的运动指令作为机器人伺服回路的输入指令。运动规划的输入是工作空间中若干预设点或其他运动学和动力学的约束条件；运动规划的输出为一组离散的位置、速度和加速度序列。运动规划算法设计过程中主要需要考虑以下三个问题：（1）规划空间的选取：通常情况下，机器人轨迹规划是在全局操作空间内进行的，因为在全局操作空间内，对运动过程的轨迹规划、避障及几何约束描述更为直观。然而在一些情况下，通过运动学逆解，运动规划会转换到关节空间内完成。在关节空间内进行运动规划优点如下：a.关节空间内规划可以避免机构运动奇异点及自由度冗余所带来种种问题[1-4]；b.机器人系统控制量是各轴电机驱动力矩，用于调节各轴驱动力矩的轴伺服算法设计通常情况也是在关节空间内的，因此更容易将两者结合起来进行统一考虑[5,6]；c.关节空间运动规划可以避免全局操作空间运动规划带来的每一个指令更新周期内进行运动规划和运动学正逆计算带来的计算量，因为如果指令更新周期较短，将会对CPU产生较大的计算负荷。（2）基础函数光滑性保证：至少需要位置指令C2和速度指令C1连续，从而保证加速度信号连续。不充分光滑的运动指令会由于机械系统柔性激起谐振，这点对高速重载工业机器人更为明显。在产生谐振的同时，轨迹跟踪误差会大幅度增加，谐振和冲击也会加速机器人驱动部件的磨损甚至损坏[7]。针对这一问题，相关学者引入高次多项式或以高次多项式为基础的样条函数进行轨迹规划，其中Boryga利用多项式多根的特性，分别采用5次、7次和9次多项式对加速度进行规划，表达式中仅含有一个独立参数，通过运动约束条件，最终确定参数值，并比较了各自性能[8]。Gasparetto采用五次B样条作为规划基础函数，并将整个运动过程中加速度平方的积分作为目标函数进行优化，以确保运动指令足够光滑[9]。刘松国基于B样条曲线，在关节空间内提出了一种考虑运动约束的运动规划算法，将运动学约束转化为样条曲线控制顶点约束，可保证角度、角速度和角加速度连续，起始点和终止点角速度和角加速度可以任意配置[10]。陈伟华则在Cartesian空间内分别采用三次均匀B样条，三次非均匀B样条，三次非均匀有理B样条进行运动规划[11]。（3）运动规划中最优化问题：目前常用的目标函数主要为运行时间、运行能耗和加速度。其中关于运行时间最优的问题，较为经典是Kang和Mckay提出的考虑系统动力学模型以及电机驱动力矩上限的时间最优运动规划算法，然而该算法加速度不连续，因此对于机器人来说力矩指令也是不连续的，即加速度为无穷大，对于真实的电驱伺服系统来说，这是无法实现的，会对系统产生较大冲击，大幅度降低系统的跟踪精度，对机械本体使用寿命也会产生影响[12]。针对上述问题Constantinescu提出了解决方法，在考虑动力学特性的基础上，增加对力矩和加速度的约束，并采用可变容差法对优化问题进行求解[13]。除了以时间为优化目标外，其他指标同样被引入最优运动规划模型中。Martin采用B函数，以能耗最少为优化目标，并将该问题转化为离散参数的优化问题，针对数值病态问题，提出了具有递推格式的计算表达式[14]。Saramago则在考虑能耗最优的同时，将执行时间作为优化目标之一，构成多目标优化函数，最终的优化结果取决于两个目标的权重系数，且优化结果对于权重系数选择较为敏感[15]。Korayem则在考虑机器人负载能力，关节驱动力矩上限和弹性变形基础上，同时以在整个运行过程中的位置波动，速度波动和能耗为目标，给出了一种最优运动规划方法[6]，然而该方法在求解时，收敛域较小，收敛性较差，计算量较大。
考虑部件柔性的机器人控制算法机器人系统刚度是影响动态性能指标重要因素。一般情况下，电气部分的系统刚度要远远大于机械部分。虽然重载工业机器人相对于轻型臂来说，其部件刚度已显著增大，但对整体质量的要求不会像轻型臂那么高，而柔性环节仍然不可忽略，原因有以下两点：（1）在重载情况下，如果要确保机器人具有足够的刚度，必然会增加机器人部件质量。同时要达到高速高加速度要求，对驱动元件功率就会有很高的要求，实际中往往是不可实现（受电机的功率和成本限制）。（2）即使驱动元件功率能够达到要求，机械本体质量加大会导致等效负载与电机惯量比很大，这样就对关节刚度有较高的要求，而机器人关节刚度是有上限的（主要由减速器刚度决定）。因此这种情况下不管是开链串联机构还是闭链机构都会体现出明显的关节柔性[16,17]，在重载搬运机器人中十分明显。针对柔性部件带来的系统控制复杂性问题，传统的线性控制将难以满足控制要求[17-19]，目前主要采用非线性控制方法，可以分成以下几大类：（1）基于奇异摄动理论的模型降阶与复合控制首先针对于柔性关节控制问题，美国伊利诺伊大学香槟分校著名控制论学者MarkW.Spong教授于1987年正式提出和建立柔性关节的模型和奇异摄动降阶方法。对于柔性关节的控制策略绝大多数都是在Spong模型基础上发展起来的。由于模型的阶数高，无法直接用于控制系统设计，针对这个问题，相关学者对系统模型进行了降阶。Spong首先将奇异摄动理论引入了柔性关节控制，将系统分成了慢速系统和边界层系统[20]，该方法为后续的研究奠定了基础。Wilson等人对柔性关节降阶后所得的慢速系统采用了PD控制律，将快速边界层系统近似为二阶系统，对其阻尼进行控制，使其快速稳定[21]。针对慢速系统中的未建模非线性误差，Amjadi采用模糊控制完成了对非线性环节的学习[22]。彭济华在对边界层系统提供足够阻尼的同时，将神经网络引入慢速系统控制，有效的克服了参数未知和不确定性问题。连杆柔性会导致系统动力学方程阶数较高，Siciliano和Book将奇异摄动方法引入柔性连杆动力学方程的降阶，其基本思想与将奇异摄动引入柔性关节系统动力学方程一致，都将柔性变形产生的振动视为暂态的快速系统，将名义刚体运动视为准静态的慢速系统，然后分别对两个系统进行复合控制，并应用于单柔性连杆的控制中[23]。英国Sheffield大学A.S.Morris教授领导的课题组在柔性关节奇异摄动和复合控制方面开展了持续的研究。在2002年利用Lagrange方程和假设模态以及Spong关节模型建立柔性关节和柔性连杆的耦合模型，并对奇异摄动理论降阶后的慢速和快速子系统分别采用计算力矩控制和二次型最优控制[24]。2003年在解决柔性关节机器人轨迹跟踪控制时，针对慢速系统参数不确定问题引入RBF神经网络代替原有的计算力矩控制[25].随后2006年在文献[24]所得算法和子系统模型的基础上，针对整个系统稳定性和鲁棒性要求，在边界层采用Hinf控制，在慢速系统采用神经网络算法，并给出了系统的稳定性分析[26]。随着相关研究的开展，有些学者开始在奇异摄动理论与复合控制的基础上作出相应改进。由于奇异摄动的数学复杂性和计算量问题，Spong和Ghorbel提出用积分流形代替奇异摄动[27]。针对奇异摄动模型需要关节高刚度假设，在关节柔度较大的情况下，刘业超等人提出一种刚度补偿算法，拓展了奇异摄动理论的适用范围[28]。（2）状态反馈和自适应控制在采用奇异摄动理论进行分析时，常常要同时引入自适应控制律来完成对未知或不精确参数的处理，而采用积分流形的方式最大的缺点也在于参数的不确定性，同样需要结合自适应控制律[29,30]。因此在考虑柔性环节的机器人高动态性能控制要求下，自适应控制律的引入具有一定的必要性。目前对于柔性关节机器人自适应控制主要思路如下：首先根据Spong模型，机器人系统阶数为4，然后通过相应的降阶方法获得一个二阶的刚体模型子系统，而目前的大多数柔性关节自适应控制律主要针对的便是二阶的刚体子系统中参数不确定性。Spong等人提出了将自适应控制律引入柔性关节控制，其基于柔性关节动力学奇异摄动方程，对降阶刚体模型采用了自适应控制律，主要采用的是经典的Slotine-Li自适应控制律[31]，并通过与Cambridge大学Daniel之间互相纠正和修改，确立一套较为完善的基于奇异摄动模型的柔性关节自适应控制方法[32-34]。（3）输入整形控制输入整形最原始的思想来自于利用PosicastControl提出的时滞滤波器，其基本思想可以概括为在原有控制系统中引入一个前馈单元,包含一系列不同幅值和时滞的脉冲序列。将期望的系统输入和脉冲序列进行卷积,产生一个整形的输入来驱动系统。最原始的输入整形方法要求系统是线性的，并且方法鲁棒性较差，因此其使用受到限制。直到二十世纪九十年初由MIT的Signer博士大幅度提高该方法鲁棒性，并正式将该方法命名为输入整形法后[35]，才逐渐为人们重视，并在柔性机器人和柔性结构控制方面取得了一系列不错的控制效果[36-39]。输入整形技术在处理柔性机器人控制时，可以统一考虑关节柔性和连杆柔性。对于柔性机器人的点对点控制问题，要求快速消除残余振荡，使机器人快速精确定位。
这类问题对于输入整形控制来说是较容易实现的，但由于机器人柔性环节较多，呈现出多个系统模态，因此必须解决多模态输入整形问题。相关学者对多模态系统的输入整形进行了深入研究。多模态系统的输入整形设计方法一般有:a)级联法：为每个模态设计相应的滤波器，然后将所有模态的时滞滤波器进行级联,组合成一个完整的滤波器，以抑制所有模态的振荡；b)联立方程法:直接根据系统的灵敏度曲线建立一系列的约束方程，通过求解方程组来得到滤波器。这两种方法对系统的两种模态误差均有很好的鲁棒性。级联法设计简单，且对高模态的不敏感性比联立方程法要好；联立方程法比较直接，滤波器包含的脉冲个数少,减少了运行时间。对于多模态输入整形控制Singer博士提出了一种高效的输入整形方法，其基本思想为：首先在灵敏度曲线上选择一些满足残留振荡最大幅值的频段，在这些特定的频带中分别选择一些采样频率，计算其残留振荡；然后将各频率段的残留振荡与期望振荡值的差平方后累加求和，构成目标函数，求取保证目标函数最小的输入整形序列。将频率选择转化为优化问题，对于多模态系统，则在每个模态处分别选择频率采样点和不同的阻尼系数，再按上述方法求解[40]。SungsooRhim和WayneBook在2004年针对多模态振动问题提出了一种新的时延整形滤波器，并以控制对象柔性模态为变量的函数形式给出了要消除残余振动所需最基本条件。同时指出当滤波器项数满足基本条件时，滤波器的时延可以任意设定，消除任何给定范围内的任意多个柔性振动模态产生的残余振动，为输入整形控制器实现自适应提供了理论基础[41]，同时针对原有输入整形所通常处理的点对点控制问题进行了有益补充，M.C.Reynolds和P.H.Meckl等人将输入整形应用于关节空间的轨迹控制，提出了一种时间和输入能量最优的轨迹控制方法[42]。（4）不基于模型的软计算智能控制针对含有柔性关节机器人动力学系统的复杂性和无法精确建模，神经网络等智能计算方法更多地被引入用于对机器人动力学模型进行近似。Ge等人利用高斯径向函数神经网络完成柔性关节机器人系统的反馈线性化，仿真结果表明相比于传统的基于模型的反馈线性化控制，采用该方法系统动态跟踪性能较好，对于参数不确定性和动力学模型的变化鲁棒性较强，但是整个算法所用的神经网络由于所需节点较多，计算量较大，并且需要全状态反馈，状态反馈量获取存在一定困难[43]。孙富春等人对于只具有关节传感器的机器人系统在输出反馈控制的基础上引入神经网络，用于逼近机器人模型，克服无法精确建模的非线性环节带来的影响，从而提高机器人系统的动态跟踪性能[44]。A.S.Morris针对整个柔性机器人动力学模型提出了相应的模糊控制器，并用GA算法对控制器参数进行了优化，之后在模糊控制器的基础上，综合了神经网络的逼近功能对刚柔耦合运动进行了补偿[45]。除采用神经网络外，模糊控制也在柔性机器人控制中得以应用。具有代表性的研究成果有V.G.Moudgal设计了一种具有参数自学习能力的柔性连杆模糊控制器，对系统进行了稳定性分析，并与常规的模糊控制策略进行了实验比较[46]。Lin和F.L.Lewis等人在利用奇异摄动方法基础上引入模糊控制器，对所得的快速子系统和慢速子系统分别进行模糊控制[4748]。快速子系统的模糊控制器采用最优控制方法使柔性系统的振动快速消退，慢速子系统的模糊控制器完成名义轨迹的追踪，并对单柔性梁进行了实验研究。Trabia和Shi提出将关节转角和末端振动变形分别设计模糊控制器进行控制，由于对每个子系统只有一个控制目标，所以模糊规则相对简单，最后将两个控制器的输出进行合成，完成复合控制，其思想与奇异摄动方法下进行复合控制类似[49]。随后又对该算法进行改进，同样采用分布式结构，通过对输出变量重要性进行评估，得出关节和末端点的速度量要比位置量更为重要，因此将模糊控制器分成两部分，分别对速度和位置进行控制，并利用NelderandMeadSimplex搜索方法对隶属度函数进行更新[50]。采用基于软计算的智能控制方法相对于基于模型的控制方法具有很多优势，特别是可以与传统控制方法相结合，完成对传统方法无法精确建模的非线性环节进行逼近，但是目前这些方法的研究绝大部分还处于仿真阶段，或在较简单的机器人（如单自由度或两自由度机器人）进行相关实验研究。其应用和工程实现受限的主要原因在于计算量大，但随着处理器计算能力的提高，这些方法还有广泛的应用前景。
关键词：电工技师论文工艺性标准化
一、专业项目论文的工作观
技师技能考核或鉴定首先应注重的是工作者专业素质——岗位工作能力水平的评价。写作和提交论文是申报鉴定者应对技能考核鉴定的准备过程，同时是个人技能水平的展示过程。
技术工人的专业工作目的一般要求是：保证生产质量、提高生产率、降低物质消耗——有效益价值核算或向好性预期。凭借论文关于专业工作项目立论确定、技术路线解析、工艺方法选择、调试过程记录等的描述，充分显示工作者的能力水平——专业规范把握、主流技术运用、工艺方法适当、工序工步明晰。
技师论文应该强调较高级工艺性内容，应该是工作技艺和业绩展示、以专业文献范式表述的文章，并不一定要用某效益指标来显示工作价值。如工艺改进型课题论文，突出的是专业技巧水平；又如新技术应用型课题论文，突出的是对工程新技术或复杂工艺的理解和驾驭能力。
1.强调论文项目的工艺性价值。技能，应理解为专业工作的技能工艺能力。也许是简称，总易误认为技能偏指技术能力，而忽视工艺能力。技术一般是指工业过程的方法论，即一般是可行性确定后在标准化设计前提下选材、加工手段、加工流程以尽可能的高效率获得目标产品的方法。而工艺，可以理解为加工的“艺术”，强调工作过程中获得目标产品的技巧性、保障性和完美性。技术工艺能力，可以理解为技术与工艺互渗而形成的知识型、技巧型、成熟型的生产力。
较高级的专业技能型人员的工作，应能体现技术工艺引人入胜的技巧性，工作项目论文也理所当然要求显示出工艺性价值——论文应显示出写作者关于工作项目的基本技术理解能力和工艺质量层次。基本技术能力包括专业理论的引用或引证，工艺质量则涵括改进能力、工作技巧、专业理论与实际的连接和补足能力、安全防护构思能力、提高工作对象商品化的能力。工艺质量直接决定了目标产品的实用性、适用性和市场性。
2.注重专业性表述的标准化概念。技师的基本技术理论理解力是其工作的重要基础之一，但其工作的方式、目标往往约束了专业理论的扩充速度和应用空间。许多长期在特殊电气工程岗位工作、工艺经验丰富的技艺型人员理论水平并不高，但他们的本职工作很出色，工作质量的工艺价值突现。一般认为长期的专职工作经验中积累着较高的专业工艺悟性。应该看到，高专业工艺性主要表现为相对行业标准、生产规范有很强的理解力，对生产流程有很强的连接、补足、改进的能力。正是高的专业悟性使得技艺型人员与技术设计人员的工作配合相得益彰。
3.把握过程分析的理论深度。一些技师工作项目论文中，用大量篇幅阐述理论的依据——数理公式推导过程或教科书式论说，然后绘出基本原理图，最后给出相当肯定的可行性结论。必须注意，这种论文往往是有缺陷的——项目的实施有效性没有表达—作者的操作工艺技能水平得不到显示。缺少相关工程经验公式或者经验系数（理论公式受客观实际过程条件的约束），易使得项目实施性这一关键工艺环节受到鉴定评价者质疑。这类论文的缺陷在论文大辩的有限时间里难以弥补。
4.妥当运用“技术进步手段”、“技术创新理念”、“精湛工艺过程”。机电工程岗位特征——专业智能成分较多，技巧思维保持，非连续性非周期性的操作。视下述工作能力为工艺能力；把握专业标准和规范的运用方法、流畅的专业语言（术语，编程，工程图，解析图表等）表述、撰适用的工程文档、规划工作技巧和效率。
技术进步：在产业规范约束下，采用现代的、主流的专业技术成果。
技术工艺创新：在产业规范约束下的工作能够在去除隐患、操作便捷、安全可靠、形式优化、节能提效、减污去噪、降低维护成本、智能化诊断运行等某些方面有显明的特色成果。
基本完备和适配的资料：是指可以作为施工提纲或设备的档案基本资料。
二、电学原理在工程运用中的本征性理解
机电技术中的电工技术是关于电能量分配和智能控制的技术，应用电工技术的基础原理是欧姆定律和麦克斯韦电磁方程组。
1.本征性理解。客观导电材料上的电量分析应划分为以电压（电动势能信息）为主量的“信息变换及传递系统”和以电流为主量的“能量传输电路”。控制信息传递系统的第一要素是“保证信息的准确”，控制系统传递信息不一定依赖固形材料（例如可通过空间电磁场感应传递）。
使用电动机为电能耗用终端的设备继电器线路形式控制电路主要形成运动控制“逻辑、时间、顺序”机制，自保、互锁、延时、中继等都是形成控制信息的电路。
采用集成运放器为核心的信号电压调节器主要解决比例（信号放大）、微分（信号即时变化率）、积分（信号的时间积累效应），而整流、检波、限幅、隔离、跟随、调零、保护等都是附加电路。
电能量传输的第一要素是电路成为回路，依赖有形的导电材料，再者就是能量规模（大小）和传输时间可控。因此，控制电路的关键功能是信息“变换（如电压放大器）”和“调节”。
主电路的关键功能是能量的“被控”和“驱动”，而反馈电路则是对于完成基本运转功能的、由基本控制器和驱动器（主电路）组成的开环系统输出量检测并形成修正信号的“智能化”部件。
现时的机电“主流技术”指由集成PID运算器件、逻辑运算器件（CPU）及大容量数据存储器件为核心的控制器运用技术、由可高频全控大功率无触点开关元件为核心的驱动器运用技术及由新型传感器为核心的传感信号接收变换电路技术。
2.机电能量转换技术离不开磁材料技术，也离不开磁路分析技术；传统的磁路材料由于磁传导敏感于温度和介质成分，其电气特性检定比较困难。但是近些年来，新型合成磁性材料技术迅猛发展，其运用空间（特别是在机电技术领域）急速扩展。
再者，材料科学技术和信息技术是工业技术发展的双引擎，感知设备运动状态和形成系统信息的传感器技术是智能系统的前端。
从对于控制方式本质的理解判断机电控制技术的发展方向：以一个四端电路（网络）为例，若以改变激励能够实现相应响应，则控制方式可分为：a.电流控制电流（控制机制参数体现为电流放大系数），b.电压控制电流（控制机制参数体现为转移电导（跨导）），c.电压控制电压（控制机制参数体现为电压放大倍数），d.电流控制电压（控制机制参数体现为转移电阻（跨阻）），实现电能利用的机电设备的电路多以电流为被控量，所以上述a，b两种控制方式是驱动器电路，c是信息处理电路，d不是机电设备电路优选形式（能量控制信号）。
上述a、b方式分别代表着两个时代的电能传输电路（主电路、驱动器）形式。
a方式中，电流控制电流的中心技术是：实现小电流控制大电流、一路电流控制多路电流。代表性功能器件有三极管和继电器。
三极管，响应速度高，无动作触点，但控制电路与被控电路有公共支路，控制量与被控量的高次谐波相互影响或制约，而且可承受功率在瓦特级，一般不符合机电设备功率规模要求。
继电器（接触器），以电-磁-力形式驱动开关触点动作，实现电流的小控大和一控多。但触点动作时间不准、电弧现象、线圈断电反电动势高并形成高频干扰源、体积大等固有弱点，长期以来被视为“非理想器件”。
b方式是经典控制技术体系中理想的控制方式——信息控制能量。
上世纪后半期，业界使用大功率半控型电子器件晶闸管加之PWM技术的移相触发器实现有缺陷的“信息控制能量”方式于机电设备能量控制——主要是直流电动机的荷载调速。
上世纪末期大功率全控型电子器件IGBT（一种增强型绝缘栅场效应管器件）的商品化普及，机电设备用全控型的信息控制能量方式成为现实，例如在结构简单价格低廉的交流电动机实现宽范围荷载的变频调速。
3.电气主流技术发展的瞻望。机电设备机械构件的技术进步程度受制于材料技术发展及其成果的商品化程度。通用机电电工技术范畴的技术开发重点有：
电力电子技术：利用电力电子器件实现工业规模电能变换的技术，是建立在电子学、电工原理和自动控制三大学科上的新兴学科成果。器件以半导体为基本材料，根据器件的特点和电能转换的要求，开发电能转换电路，包括各种控制、触发、保护、显示、信息处理、继电接触等二次回路及外围电路。
电动机技术：强磁材料与低温环境技术。
虚拟现实技术：软件型传感系统分析与仪表。
机电液智能控制技术：机械、液压、电子融合控制技术使得机器的效率、性能、品质、可靠性等大大提升，如大型工程机械设备、深海或隧道的巨力液压控制系统。
微机电系统技术：常规电气系统元器件微型化组件化甚至实现“叠层组件—集成化”，即把微型化的敏感元器件、微处理器、执行器、各种机械构件、电动机、能源、光学系统等都集成于一个极小的几何空间内，并且能像集成电路一样大批量、廉价地生产。
电致流体相变技术：电场作用下电流变液（ERF，electrorheologicalfluid）可在“固”—“液”两相之间转换，转换过程可控而且可逆，转换时间为ms级，利用其电控力学行为，可以预期得到较之传统力学元件更为理想的（机—电能量转换控制的）响应指标。
磁致流体相变技术：磁流变液是由高磁导率、低磁滞性的微小软磁性颗粒和非导磁性液体混合而成的悬浮体。在零磁场条件下呈现出低黏度的牛顿流体特性；而在强磁场作用下，则呈现出高黏度、低流动性。磁流变液在磁场作用下的流变是瞬间的、可逆的，而且其流变后的剪切屈服强度与磁场强度具有稳定的对应关系。
硅胶导电与绝缘的智能化控制技术；作为可以在电磁场发挥“柔性”功能的新型器件必将影响机电设备电路构造技术。导电硅胶是具备导电性能的硅胶制品，用于一些电子硅胶产品上发挥开关接通的作用，现时应用于一些电子设备、家用设备、办公设备中，比如导电硅胶按键、电线连接管、影印机滚轴、电缆插头、连接器衬垫等。
三、要强调通用电学知识与电工新技术运用衔接的工艺能力
机电设备技术标准（国家标准、国际电工委员会文件、超级公司企业标准）的意志和执行能力。标准化是机电设备可靠性的保障。国家标准中对机床的控制方式、接地方式、抗干扰、容错、机械连锁、危险部件防护等，作了较完善规定，有效保障了机床的安全可靠运转。经验证明，符合标准的机床，故障率较低，反之故障率则高，可靠的保护措施是防止器件和装置损坏的重要方面。
当前的国家职业技能鉴定技师和高级技师考评体系强调了标准化水平是素质和技术能力的体现。如技术资料规范化编整能力、微机控制应用程序解析能力、逆向工程能力（逆向于在确定材料条件下设计制造的路径对产品拆解—解析技术工艺特征，提交改进或改性方案，以期获得结构或功能更优化的产品）、工程数学与物理运动现实的映射解释能力。
四、提高论文的精致程度和新技术含量的着眼点
维修电工岗位工作的技术工艺核心领域（空间范围，对象）。
维修电工岗位工作的主流技术、前端发展技术（如机器人，城市电动载人设备（电梯，搜索救生设备，无人驾驶运行设备，物流基地自动化设备等），注意：在机电前端技术领域；与电路系统运行规律模式相似的流体智能控制系统正在迅速地发生着微型化、精准化、多种指标信息传递同道化的技术水平提升。
机器的电气系统运用主流技术改造的工艺路线和工步流程。
一些控制系统设计方案的实用性（技术改造方案的功能指标的得失）和适用性。
专业技术文献资料的引用和“创新价值”的保障。
五、论文正文的编辑策略
通过这里的工作全过程的描述而展示个人的工作实力状况，明喻达到专业技师水平。正文应涵括以下内容：
1.详尽细致的立论表述：现实性、可行性、绩效预期等。立论的过程是运用专业范畴的概念、判断和推理等逻辑思维形式，简述预期的项目工作的流程、效益目标、专业技术层次特征和工艺精华综合；证明自己的主张。立论应具备论点、论据和论证三要素。
现实性：有重点而且简单的描述工作环境，仪器工具，基础性技术资料等工作先期条件，适配一些示意性插图、流程框图、曲线图、简表等。
可行性：有重点而且简单的描述工作团队情况，已经具备的知识基础和经验，主流技术采用的决定，需要增加的仪器工具，实施方案或技术工艺路线。
绩效预期：有重点而且简单的、与现实性情况可比较的谈说，重点是预期的技术或形式先进性、工程安全性、设备的控制或运行可靠性、节能减排等的定性谈说。
2.主流技术采用、工艺方案、实施过程等的详述。例如：可编程序控制器（PLC）技术基于用计算机软件实现继电器电路中的中继、延时、顺序、串并逻辑、传感信息处理等的硬件功能而提升了机电设备控制的可靠性。又如：基于用计算机软件对全控型大功率电力电子器件编程控制而实现交流电源变频控制，使得电动机“宽范围、恒功率或恒转矩的调速”成为普适技术。
工艺方案：展示工作者专业软实力的平台，以分类的技术工艺设计资料及对其简单注解说明文字为主项。资料文件要符合专业规范，要基本完备，要适配。例如：机床设备电气系统档案基本资料文件一般有电路原理图、电器件位置示意图、接线图、元件明细表、电气原理说明或控制流程注解、维修或改造记录等。
三项资料：工作对象技术改造之前的电路原理图及工况表述、改进工程技术路线设计（流程图与功能框图）和主要零部件明细，是工艺方案论证的骨干依据。
对于要遵循物理规律，以推演、论证、解析为主要技术路线的项目论文，建议采用机电工程手册为理论蓝本，引用工程计算方法处理数据。
调试过程：调试工作的工序、工步罗列，调试过程状况和数据的记录。
3.结果与讨论。这是全文的重心，应精心筛选技术工艺成果，把那些必要而充分的数据、现象、样品、认识等选出来，写进去，作为分析的依据。在对结果做定性和定量分析时，应说明数据的处理方法及误差分析，说明现象出现的条件及其可证性。
概括项目工作的总结：所得结果与已有结果的比较；联系实际结果，解说它的工程意义、应用价值和在实际中推广应用的可能性；在本项目实施过程中尚存在的问题，对相关进程记录资料进一步标准化编整的见解、意愿与建议。
参考文献：
[1]王建，张文凡.电类技师论文的撰写、答辩及点评.（ISBN9787111318422）.机械工业出版社，2012.
关键词:机器人控制技术;双语教学;教学改革
自1920年,捷克剧作家卡雷尔•凯培克(Karel Capek)第一次提出“机器人”这个名词以来,机器人学和机器人控制技术已取得令人瞩目的成就。从20世纪60年代在美国问世的第一台工业机器人,到人工智能学界引入机器人作为研究对象,再到日本工业机器人的崛起,如今,机器人技术的应用正逐步由现有的生产领域向更为广泛的人类生活领域拓展[1],并朝着智能化的方向发展。其间,新兴学科“机器人学”悄然形成,作为一门高度交叉的前沿学科,机械学、生物学、计算机科学、控制科学、人工智能等学科为机器人学的发展带来了无限活力。
机器人技术是近年来得到广泛关注的研究领域,中国、日本、韩国和欧盟等都将机器人技术列入了国家科技发展规划[2]。随着机器人技术的发展,人们已逐步认识到,在信息技术教育中渗透机器人学科知识与机器人应用前景方面的教育已势在必行[3]。中南大学在研究生阶段开设的机器人控制技术课程采用双语教学,可以让学生在中英文两种语言中自由翱翔,了解机器人学的发展历史和最新动态,掌握机器人控制技术的数理基础、运动学、动力学,熟悉一些机器人轨迹规划、编程控制的方法,实现知识学习和语言应用的双赢效果,更好地在这一当今世界科技热门领域与国际接轨。
1开展双语教学改革的必要性
首先,机器人控制技术(Control Techniques of Robots)研究各种机器人的控制手段,以达到使机器人完成各种任务和动作的目的。作为全球科学界研究的热门领域,其发展日新月异,最新、最前沿的资料往往以英文表述,中文翻译不一定能够表达出原文的丰富内涵。因此,实施双语教学有其必要性和紧迫性。
其次,由于人才市场的竞争日趋激烈,社会对人才的需求越来越高,独立学习新专业知识的能力和较高的英语水平,必然会给毕业生带来额外的就业竞争力,高等教育有责任将学习能力和就业能力的培养结合起来,把学生培养成为有较高综合素质的人才。
2开展双语教学改革的可行性
2.1以优秀教材为基础
本课程采用的是中南大学蔡自兴教授编著的《机器人学(第二版)》,书中介绍了机器人学的基本原理及其应用,全面反映了国内外机器人学研究和应用的最新进展,是一部机器人学的通用教材和系统著作[4]。书中关于机器人学及相关学科的专业术语都有英文标注,内容涉及机器人学的概况、数理知识、控制方法、应用与展望,使学生阅读时能够方便、快速地学习专业英文术语,有助于研究生阶段的英文学习和专业学习,尤其是英文文献的阅读和英文稿件的写作。
2.2以部级教学团队为人力资源
我校教授该课程的是部级智能科学基础系列课程教学团队,学生们都感到非常幸运。双语教学不仅要求教师具备较好的学科知识基础和学术研究能力,还应熟练地使用英语进行读写和交流,表达专业知识,解析专业词汇[5]。教学团队的老师具备机器人控制技术的专业英语基础、较高的英语口语水平、扎实的课程教学能力,使学生能够获得经典的理论知识、最新的机器人技术应用和发展动态。
3教学改革实施过程
3.1教学内容的改革
3.1.1丰富实例激发兴趣
第一节课,教师就向学生提出了一个问题,“你们想象中的机器人是什么样的(What do the Robots look like in your mind)?”这一个小小的问题激发了学生无限的想象,是漫画里的机器猫,还是电影里的终结者?同学们由此展开了热烈的讨论,学习兴趣也热烈地迸发了。
在学习绪论中,老师通过图片、视频,生动地介绍了“机器人”这一名词的起源、发展,机器人研究的主要内容,目前的应用情况以及广阔的应用前景、社会的巨大需求等。此外,同学们还参观了中南大学信息科学与工程学院智能所的研究成果,“中南移动”系列机器人(如图1所示)灵活、可爱,表演了机器人导航、避障、多机器人协同作业等。
3.1.2双语讲述课程内容
机器人控制技术是一门高度交叉的前沿学科,包括机械学、电子学、自动控制、计算机等相关内容。学习这门课程需要许多知识储备,需要良好的数学和物理学基础知识[2,6]。因此,课程内容也要合理安排,既要使学生掌握关键知识,又不过多纠缠于繁琐的公式推导,本课程主要的授课内容如表1所示。
机械手位姿表示(Representation of Position and Attitude)、机器人运动学(Kinematics)和动力学(Dynamics)等基础知识把学生领进了机器人控制世界的大门,使学生具备了控制机器人的基本工具。
机器人控制包括基本控制原理(Basic Principles)、力与位置的控制(Force/Position Control)、智能控制(Intelligent Control)、机器人传感器(Sensors)、轨迹规划(Trajectory Planning)以及机器人编程(Programming)等内容,这些内容使学生对机器人控制技术的认识提高到实际操作的层面上来,更有助于学生的动手实践。
3.2课堂互动与自主学习
在机器人应用现状和未来前景等较活跃的领域,任何课本都无法反映最近一两年的最新动态,所以这两个方面的知识就要从最新的科技文献、新闻甚至与相关专家的交流中去了解获得。老师把这些作为课堂互动内容,鼓励学生使用英语汇报,一方面可以让学生自己搜集、整理第一手资料、制作PPT演示文稿,锻炼信息处理的能力;另一方也锻炼了英语演讲的能力。
3.2.1课堂英语辩论
关于机器人应用的学习,教师设计了一次题为“机器智能能否超越人类智能(Will Machine Intelligence Surpass Human Intelligence)”的辩论课,老师给学生两周的准备时间,布置学生查阅相关资料,根据资料搜集的情况确立自己的观点,形成正方阵营或反方阵营,鼓励学生在辩论过程中用英语表达。
课堂上,正方和反方各抒己见,探讨机器智能与人类智能各自优越性的命题。学生从科学幻想(Science Fiction)到深蓝(Deep Blue),从图灵测试(Turing Test)到机器人的结构化/功能化模拟(Structural/ Functional Imitation),从工程角度(Mechanical Perspective)到哲学角度(Philosophical Perspective)展开辩论,可谓包罗万象,分析全面。
在比较和辩论过程中,同学们渐渐发现了机器智能相对于人类智能的优缺点。在运算速度(Calculation Speed)、记忆能力(Memory)、逻辑推理(Logical Reasoning)方面,机器智能有着人类无法比拟的优势,而在创新思维(Creative Thinking)和社会属性(Sociality)等方面,机器智能又有着很大的局限性。
在这次课堂辩论课中,虽然正反双方最终都没有驳倒对方,但是学生对机器智能的优缺点有了更深刻的认识,对机器人在哪些领域更能发挥特长,在哪些领域有待进一步探索都达成了共识;此外,在课堂采用辩论中,学生们用英语唇枪舌战,互相辩驳,表达自己的思想、观点,英语使用能力都有了很大提高。
3.2.2课堂英语讨论
关于机器人学展望的学习,教师又为学生提供了一次自主学习的机会,同样提前两周给学生布置任务,设计了一次题为“机器人学展望(Prospection of Robotics)”的讨论课。
在课堂上,大部分学生用英文进行了汇报,同时演示了精心制作的英文PPT。机器人技术的发展日新月异,科技成果丰富多彩,学生们根据自己的兴趣,在不同领域查阅资料,所以汇报成果也展示了当今世界最新的机器人科技成果,涉及家政服务(Domestic Service)、军事国防(Military Defense)等。
在家政服务领域,目前世界上就有婚礼司仪机器人(Wedding Master Robot)、智能清洁机器人(Intelligent Cleaning Robot)、机器人宝宝(Robot Baby)等;而在军事国防领域,则有无人驾驶飞机(Unmanned Aircraft)、智能侦查机器人(Intelligent Robot for Detection)、拆弹机器人(Bomb Disposal Robot)、太空探索(Space Exploration)等。而学生们对未来机器人的发展更做出了大胆设想。
3.3双语考核办法
为了使双语教学改革落到实处,考核中既要体现双语,也要灵活掌握考核方式。我校的平时成绩占30%,主要来源于学生在辩论课和讨论课中的表现。期末考试成绩占70%,考试内容主要为表1所示的核心授课内容。卷面全部为英文,题型有简答题、计算题等,学生可以用英文作答,也可以用中文作答。这样既考查了学生的课程学习成果,又考察了学生对相关英语用法的掌握程度,又给学生一次阅读英语和写作英语的机会。
4结语
纵观中南大学的研究生机器人控制技术课程双语教学改革,在课程初始阶段,采用丰富的双语实例激发学生的学习兴趣;在教授理论基础和实践方法阶段,精心安排授课内容并使用双语授课,使学生既不陷入深奥的数学推理中,又能把握机器人控制技术的核心知识、英语用法;在探讨机器人技术的最新发展动态时,采用英语课堂互动,充分地调动了学生的自主学习热情,有利于成为复合型专业人才。
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Practical Reform of Bilingual Education in Control Techniques of Robots
ZHOU Zhi
(Institute of Information Science and Engineering, Central South University, Changsha 410083, China)
[关键词]计算机技术；自动化；产业
中图分类号：TP317.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）45-0126-01
仪器自动化工艺流程的智能化和数字化，是现阶段仪器自动化工艺流程行业的发展趋势，而其实现途径就在于以计算机技术为基础，实现自动化系统的构建。从这个角度来讲，实现计算机技术与自动化仪器自动化工艺流程的相互融合，已经成为势在必行的事情。
1 计算机技术系统与仪器自动化工艺流程技术的概况
1.1 计算机技术系统
本文主要阐释的是嵌入式系统，它以计算机技术为基础，构建完善的通信技术系统，并且由此去实现对于设备运行进行控制，监测和协助。这种嵌入式系统的特点在于：其一，执行速度要求高，希望可以具备高可靠性的软件支撑；其二，具备实时性的特点，要求能够充分使用存储空间，代码编写不仅仅注重质量还关注于效率；其三，由软件系统和任务调度去实现系统软件的完成。嵌入式系统的相关技术主要涉及到以下内容：嵌入式处理器保证处理能力的稳定性；网络通信接口以及通信协议的完善性；调试工具的计算性能的科学性。
1.2 仪器自动化工艺流程技术
综合来讲，现阶段仪器自动化工艺流程技术的发展方向在于：实现模拟一起进度，分辨度，测量速度的全面提升。相对于以往仪器自动化工艺流程来讲，在融入计算机技术之后，其能够在分析，处理，监测，控制，计算，输出等环节发挥着越来越重要的作用，由此也推动着仪器自动化工艺流程行业朝着信息化的方向发展。现阶段仪器自动化工艺流程技术的发展主要集中体现在以下几种：其一，以实现监测为效能的传感技术；其二，以实现测量控制的系统集成技术；其三，以实现监控效能的智能控制技术；其四，以良好操作性能为基础的人机界面技术。
2 计算机技术在自动化仪器自动化工艺流程中的应用
从理论上来讲，自动化仪器自动化工艺流程等电子系统主要涉及到多个功能模块，几个模块按照一定的方式组合起来，大致可以分为硬件和软件两个类别。在此过程中将不同的计算机技术运用到自动化仪器自动化工艺流程中去，其实现的效能是不一样的。具体来讲，实现计算机技术与自动化仪器自动化工艺流程的融合的技术可以归结为以下内容：
2.1 从微电子技术应用的角度来看
微电子技术经过多年的发展，已经从原来的多个芯片集成为现在的一个芯片，将其融入到自动化仪器自动化工艺流程中去，不仅仅可以减少微控制器电路的扩展要求，使得电路分散免除外部干扰，还可以在实现仪器自动化工艺流程可靠性方面发挥效能。
2.2 从嵌入式技术应用的角度来看
嵌入式系统作为应用软件的重要组成部分，其核心部位在于嵌入式微处理器，其成本低廉，功耗较小，可靠性强，稳定性好，是普通微处理器难以企及的，能够很好的被融入到仪器自动化工艺流程中去。不仅仅可以实现自动化仪器自动化工艺流程处理速度的提升，还具备较高程度的智能性和可靠性。尤其是采用8位和16位的单片机，可以为仪器自动化工艺流程的智能化发展打下夯实的基础。
2.3 从网络技术应用的角度来看
实现网络技术与自动化仪器自动化工艺流程的融合，也是未来仪器自动化工艺流程的发展趋势。尤其在网络协议和通信接口理论研究成果不断展现，互联网应用开发力度不断强化，各类型企业应用需求量不断增加的情况下，采用网络技术去促进自动化仪器自动化工艺流程的信息化发展，已经成为势在必行的事情。
3 计算机技术与自动化仪器自动化工艺流程相互融合的实现途径
针对于上述计算机技术在自动化仪器自动化工艺流程中的应用情况来看，这两者的相互融合已经成为行业发展趋势。对此，我们应该积极为两者的相互融合创造条件，具体来讲，其主要涉及到以下几个方面的内容：
3.1 注重计算机技术与自动化仪器自动化工艺流程技术的理论研究
自动化仪器自动化工艺流程本来就属于交叉性学科，再将计算机技术融入其中，如果没有健全的技术理论体系作为开展实践探索的依据的话，势必会给予自动化仪器自动化工艺流程的信息化发展构成极大的危害。因此，我们应该积极做好以下几方面的工作：其一，积极将自动化仪器自动化工艺流程和计算机知识纳入到专业学习课程中去，为后来两者的相互融合打下夯实的人力资源基础；其二，高度重视计算机技术和自动化仪器自动化工艺流程技术的理论研讨，鼓励专家学者进行跨学科合作，为促进两者的相互融合奠定深厚的理论基础；其三，高度重视技术人才的培养，发挥其在促进理论健全方面的作用。
3.2 给予计算机技术与自动化仪器自动化工艺流程技术的融合提供支持
计算机技术与自动化仪器技术融合，只有作用于实践的时候，才能够发挥其最大功效。对此，应该不断为两者相互融合创造条件，具体来讲，主要涉及到以下几个方面的内容：其一，给予技术探索项目合理的资金支撑，鼓励在此方面做出过突出贡献的人，形成良好的技术创新氛围；其二，积极将技术交叉融合纳入到文化建设中去，形成良好的技术融合氛围，鼓励就此形成技术交流平台，实现技术信息的优化整合，以保证两者能够更好的实现融合；其三，建立健全完善的绩效考核制度，将技术创新纳入到绩效考核中去，鼓励更多的技术人才参与到实际的技术创新中去，从而更好的实现技术的相互融合；其四，高度重视技术实践的总结和归纳，在此基础上不断积累技术融合经验，以便制定更加完善的技术完善方案。
4 结束语
实现计算机技术与自动化仪器自动化工艺流程的相互融合，是自动化仪器自动化工艺流程行业发展的趋势，也是计算机技术实现专业化的重要途径。对此，我们应该树立创新意识，积极鼓励在此方面进行研究和实践，形成浓厚的技术革新氛围，以保证计算机技术可以更好的在自动化仪器自动化工艺流程产业发挥其效能，实现我国仪器自动化工艺流程产业的信息化，数字化，网络化发展。
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论文的参考文献怎么写？正确的列出论文中的引用文献，是非常必要的，论文中叙述的内容只要是文献里详细介绍了的，只要在引用的地方标注参考文献的编码就可以了，下面是学术参考网的小编整理的关于军事机器人论文参考文献，给大家在写作当中参考借鉴。
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[关键词] 科技馆 中小学机器人教育 建构主义 项目学习
自上世纪50年代以来,随着人工智能技术的迅速发展,机器人产业也发生了日新月异的变化。虽然其初衷是为工业、农业、国防等领域服务,但随着技术的进步及社会需求的发展,它已对普通公众的生活产生了潜移默化的影响,在医疗、教育、娱乐、交通等领域都能看到机器人“身影”,这也使人们愈来愈认识到,培养机器人设计与操作人才对机器人产业发展的重要性。因此,目前很多中小学校和校外机构都开设了机器人教育及培训课程,这对机器人人才储备而言具有重大意义。而作为校外教育不可或缺的一个环节,科技馆在中小学机器人教育体系中理应占据一席之地,发挥出自己的作用。那么,如何发挥呢?笔者认为,应在明确机器人教育的概念、厘清其发展现状的基础上,结合科学教育理论,确定合适的教育模式并加以实施。
一、机器人教育的概念
1920年,当捷克斯洛伐克作家卡雷尔•恰佩克在他的科幻小说《罗萨姆的机器人万能公司》中创造出“机器人(Robot)”这个词的时候,他肯定没料到在近一个世纪之后,其小说中让机器人代替人类劳动的情节已经变成了现实,并且它们还对公众生活产生了巨大的影响。
伴随着“机器人”这个词的诞生,社会各界一直对它的定义争论不已,但是一般说来,人们都可以接受这种说法,即机器人是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。联合国标准化组织采纳了美国机器人协会给机器人下的定义:“一种可编程和多功能的,用来搬运材料、零件、工具的操作机;或是为了执行不同的任务而具有可改变和可编程动作的专门系统。”
那么,什么是“机器人教育”呢?根据目前被广泛采用的彭绍东教授的定义,“机器人教育”就是学习、利用机器人,优化教育效果及师生劳动方式的理论与实践。
彭教授根据机器人在教学中扮演的角色,把机器人教育分为五大类:
(1)机器人学科教学(Robot Subject Instruction,简称RSI);
(2)机器人辅助教学(Robot―Assisted Instruction,简称RAI);
(3)机器人管理教学(Robot――Managed Instruction,简称RMI);
(4)机器人(师生)事务(Robot―Represented Routine,简称RRR);
(5)机器人主持教学(Robot――Directed Instruction,简称RDI)。
国内外目前所开展的主要是前两个类型,即机器人学科教学(RSI)和机器人辅助教学(RAI)。前者是指以机器人为对象进行学习,学习的内容是“机器人学科”;而后者指的是以机器人为工具进行学习,学习的内容是“自然科学的各个学科”。由于国内外情况的差异,我国中小学目前所开展的机器人教育以“机器人学科教学”为主,而国外则两种教育类型发展较为平均,并无特殊偏重。
二、国内外中小学机器人教育的现状
在一些发达国家,机器人教育已经成为中小学教育的热点。在美国,一般通过机器人技术课程、机器人辅助教学课程、课外活动及机器人主题夏令营等定期活动来对中小学生进行机器人教育。比如,美国加利福尼亚州高中工程与技术联盟在为高中生开设的工程与技术选修课程中,提供了ROBOTICS课程,主要介绍机器人技术历史,基础,术语,微控制,传感器,程序控制等方面的知识;美国国家自然基金支持的项目“K―12 教育中的机器人技术”,目的是帮助K―12 教师以及其他教育者开发或改进以机器人作为一种工具,来教授STEM 的课程和开发机器人技术课程;印地安那州的Purdue大学与LAFAYETTE学校合作,在5至8年级学生课外活动中开展的ROBOTICS项目;Carnegie Mellon大学提供的针对高中生的ROBOCAMP暑期机器人计划,通过八星期的课程,使学生懂得一些基本的与机器人有关的电子,机械和计算机科学知识。
在日本,其机器人产业的发展已经超过了欧美各国,这与他们对机器人教育的高度重视密不可分。他们不光在各个大学设立了机器人研究专业,并且在中小学的教学大纲中也加进了机器人课程。每年定期举办针对不同层次学生的机器人设计和制作大赛,各个学校也会在假期举办机器人研习营,从而形成了一个多角度、全覆盖的机器人教育体系。
此外,英国、俄罗斯、巴西、新加坡等国也早已出台了多项措施推进本国的中小学机器人教育发展。
而我国的中小学机器人教育则起步较晚,且覆盖面较小。2000年,北京景山学校以科研课题的形式将机器人普及教育纳入到信息技术课程中,在国内率先开展了中小学机器人课程教学。2001年,上海市西南位育中学、卢湾高级中学等学校开始以“校本课程”的形式进行机器人活动进课堂的探索和尝试。2005年,哈尔滨市正式将机器人引入课堂教学,在哈尔滨师大附小、60中、省实验中学等41所学校开设了“人工智能与机器人”课程,用必修课形式对中小学生进行机器人科学方面的教育。
除了这些进行正规课堂教学的学校外,有些中小学则采用兴趣班、培训班的形式开展机器人教育。
庆幸的是,我国政府已经意识到中小学机器人教育的重要性,并在“课标”中有所体现。如教育部在2003年4月正式颁布的《普通高中技术课程(实验)标准》中,首次在“通用技术”科目中设立了“简易机器人制作”模块,它是基于计算机技术的学习平台、将机械传动与单片机的应用有机组合的一个选修课程模块。现在,新的高中课程标准在“信息技术”科目中也已设立了“人工智能初步”选修模块,这是我国高中阶段开展人工智能教育迈出的第一步。
不过值得注意的是,在我国中小学机器人教育体系中,科技馆所占比例几可忽略。我们认为作为青少年科普的重要阵地,科技馆理应在中小学机器人教育中发挥更大的作用。
三、科技馆与中小学机器人教育
1.科技馆在中小学机器人教育中的定位
作为校外科普机构,科技馆不可能将完成“课标”为己任,而是应定位于中小学机器人校内教育的补充与提高。就中国的情况而言,我们认为,补充的内容应该是校内教育极少涉及的机器人辅助教学(RAI),而提高的内容是校内教育已有一定基础的机器人学科教学(RSI)。
2.科技馆在中小学机器人教育中可采用的指导理论
在杜威“做中学”、皮亚杰的“发生认识论”以及维果斯基“心理发展的文化历史学说”基础上发展起来的建构主义教育理论(本文的讨论范围不包括激进的建构主义〈radical constructionism〉),近年来已经在科学教育领域中产生了巨大影响。
建构主义认为,世界是客观存在的,但世界的意义却是由人建构的。它强调知识的动态发展性,并认为知识不是通过教师传授得到的,而是学习者在一定的情境(即社会文化背景下),借助其他人(包括教师和学习伙伴)的帮助,利用必要的学习资料,通过意义建构的方式而获得。由于学习是在一定的情境(即社会文化背景下),借助其他人的帮助(即通过人际间的协作活动)而实现的意义建构过程,因此建构主义学习理论认为“情境”、“协作”、“交流”和“意义建构”是学习环境中的四大要素。
在学习过程中,学习者处于中心地位,是信息加工的主体,要主动对意义进行建构;而教师则是意义建构的帮助者,而非知识的灌输者。故在此理念下,整个学习过程中,学生要充分发挥自己的主动性,使用探究的方式,以自己已有的知识和经验为基础,努力构建属于自己的新知识;他们需要主动搜集、分析相关信息、资料,并对要学习的问题提出假设并加以验证。而教师的任务则是激发学生的学习兴趣,创设符合学习内容的情境,提示新旧知识之间联系,引导学生之间的协作、对话,从而帮助学生完成新知识的构建。
建构主义教育理论与科技馆教育的教育特点非常契合。因为“科技馆教育的本质特点在于它模拟再现了科研和生产活动的实践过程,并且不是简单地模拟再现,而是以学习为目的、经过改造的模拟再现,创造了引导观众进入探索与发现科学过程的条件。科技馆提供的‘从实践中学习’的途径不仅成为它与其他教育、传播机构及传统博物馆的最大区别,而且是科技馆生存与发展的价值所在。”也就是说,科技馆的教育需要创设学习情境,引导观众自己进行意义建构,并且在此过程中,可能伴有观众与科技馆员工或观众之间的交流,这恰恰正是一个完整的建构主义者所提倡的教育过程。
3.科技馆在中小学机器人教育中可采用的模式
1918年,著名教育学家克伯屈(William Heard Kilpatrick)在他名为《项目(设计)教学法:在教育过程中有目的活动的应用》的文章中,首次提出了“项目学习(Project-based Learning)”的概念,用以说明有目的的设计行为对教育的重要性及其在教育过程中的应用。它让“学生自己计划、运用已有的知识经验,通过自己的操作,在具体的情境中解决实际问题”。它是“一套能使教师指导儿童对真实世界进行深入研究的课程活动,它在真实世界中让学生借助多种资源开展探究活动,并在一定时间内解决一系列相互关联着的问题的一种新型的探究性的学习,具体表现为构想、验证、完善、制造出某种东西,它可以是有形的由学生制作的物体,如书、剧本或一项发明等。”20世纪二三十年代,项目教学法已经在美国一些学校的低年级中得到了运用,到20世纪八九十年代,则在广大中小学中得到了普遍推广。
我们认为,项目学习法正是在科技馆中进行机器人教育所可以采用的模式。不论是机器人学科教学(RSI),还是机器人辅助教学(RAI),都可以项目学习的模式开展。而可采用的活动形式有机器人俱乐部、夏令营、机器人比赛等。
选定项目后,就需要组织学生对主题的探究活动。这一阶段一般都以学习小组或团队的形式进行。学生首先要对项目的主题进行调查、讨论,提出解决问题的假设;然后收集相关信息,对它们进行处理和分析,再验证或之前的假设,最终得出问题的解决方案。在整个探究过程中,为有利于学生自我知识的建构,应对他们的一切探索和决定都持鼓励态度,而毋须规定出唯一正确的答案。
四、结论
科技馆作为重要的校外教育机构,也有必要在此领域发挥自己的作用。本文通过分析认为,科技馆的机器人教育应定位于中小学机器人校内教育的补充与提高,补充的内容应该是校内教育极少涉及的机器人辅助教学(RAI),而提高的内容是校内教育已有一定基础的机器人学科教学(RSI)。具体应在建构主义教育理论的指导下,以项目学习的模式,开展机器人俱乐部、夏令营及机器人比赛等形式的中小学生机器人教育。
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一、智能机器人
机器人是一种可编程和多功能的，用来完成搬运、安装、焊接、切割等不同任务的操作机，或是为了执行不同的任务而具有可改变和可编程动作的专门系统[3]。 智能机器人则是一个在感知、反应、思维方面全面模拟人的机器系统，融合了机械、电子、传感器、计算机、仿生学、自动控制、人工智能等多学科知识的复杂智能机械，可以代替人从事危险复杂的工作，例如在工业、农业、军事、航天、医疗等多个领域大显身手。目前，各国正加快智能机器人技术的创新与发展，如美国再工业化和工业互联网战略、德国工业 4.0 战略、日本机器人新战略、韩国机器人强国战略等，机器人技术引领当今科技和产业发展态势。中国通过制定“互联网+”行动计划、“中国制造 2025”发展目标、“十三五”规划，，将机器人和智能制造纳入了国家科技创新的优先重点领域[4][5]。
二、 “智能机器人”和“智能控制”主题热点搜索
本文以“智能机器人”和“智能控制”为主题进行“学术研究热点”检索，检索结果显示了按照热度值排序的热点主题相关的主要知识点、主题学科名称、热度值、主要文献数、相关国家课题数、主要研究人员数和主要研究机构数。“智能机器人”相关知识点主要有移动机器人、工业机器人、仿人机器人、服务机器人、机器人导航、远程操作、人工智能、神经网络、模糊控制等知识点。
智能化是机器人控制和产业创新发展的重点。关于“智能控制”的热点知识主要包括模糊控制、神经网络、遗传算法、学习控制、自适应控制、变结构控制、预测控制、专家系统、非线性系统等知识点，这些知识点代表着“智能机器人”主要研究方向。
三、“智能机器人”和“智能控制”主题学术趋势和研究发展
CNKI数字图书馆提供“学术趋势”检索功能，为科研工作者了解“智能机器人”发展趋势提供了非常好的工具。本文通过“学术趋势”功能检索“智能机器人”和“智能控制”主题的学术趋势，图中不仅提供学术关注度，还提供热门被引文章供读者深度研究。图2显示智能机器人和智能控制方面的从1997年至2015年论文收录量逐年增大，2015年收录量达1343篇。读者可以从图2中及时掌握每年学术热点论文，从中深入学习“智能机器人”的具体研究方法和科研理论，为理论创新寻找突破口。
另外，CNKI数字图书馆还具有“指数”功能，通过对“智能机器人”和“智能控制”主题进行检索，得到以下各项信息：
“学术关注度”和“媒体关注度”是我们进行科学研究时比较关注的两个方面。通过对关注度的分析发现最近三年科研工作者和媒体对智能机器人的关注度剧增，预示着国家加大了“智能机器人”领域的投入和研究力度。
“关注文献”和“研究进展”搜索功能为读者提供了当前“智能机器人”领域高被引论文、下载量比较大的论文以及最新相关论文，为科研工作者迅速把握“智能机器人”研究的内容和研究趋势提供帮助。
“学科分布”为读者提供“智能机器人”和“智能控制”在不同学科领域的研究情况和“相关词”的统计情况。通过分析可知，移动机器人、智能制造、人工智能、路径规划、机器视觉、图像处理、虚拟现实、语音识别、声源定位等是分布在不同学科领域的“智能机器人”相关词，也是“智能机器人”目前重要的学术研究方向；单片机、模糊控制、神经网络、智能家居、智能电网、物联网、RFID、ZigBee、无线传感器网络、智能交通等是分布在不同学科领域的“智能控制”的相关词。因此，我们通过它们可以了解到跨学科智能机器人的研究动向。
“机构分布”显示了哈尔滨工业大学、哈尔滨工程大学、上海交通大学、清华大学、浙江大学、中国科学院沈阳自动化研究所等多所研究机构是文献的主要提供单位，这为读者认识机器人研究机构提供参考。
结论
CNKI数字图书馆提供的“学术研究热点”、“学术趋势”和“指数”功能为我们展示了“智能机器人”和“智能控制”的研究热点和学术研究方向，为读者科研选题和科学研究提供学术参考。通过对“智能机器人”关键知识点的、经典科研论文和最新科研论文的深度分析，探索和挖掘智能机器人发展的技术空白点，发现最新研究方向。目前大学图书馆的资源整合和智能搜索功能还比较弱，需要进一步加强图书馆智能搜索引擎的构建和其他智能交互平台建设才能提高图书馆资源利用率和服务效能。
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【关键词】电气知识学习的对象;元器件的学习
前言
电气技术是无处不在的一种应用技术，重要性不言而喻。但电气技术种类繁多，强电、弱电、微电，高压、中压、低压等，面对这些，学习的人会按部就班地学习基础理论知识，然后学习专业基础知识，学习控制系统知识等。之后毕业工作，又在工作中继续学习岗位中的新知识。反正一直都在忙碌着。许久也没有静下来思索一下，到底一直以来，经历的电气技术知识学习，学了什么东西。在此有必要予以探讨，理顺一下。
一、电气技术的理论知识
首先认识一下，电是什么东西？在学习电气技术知识过程，先要了解电的特性，形成的机理，了解电场，电荷，电子，磁场等相互关系。然后学习电的知识应用，涉及到电路的分析。电路分析理论中设定的元器件为理想元件，将其组合形成电路，主要反映电源与元件相互作用的电流、电压关系。电路分析为专业基础知识，包含基尔霍夫定律，电路变换，交直流电路，电路响应等。在此阶段，各种理论、数学知识交织，复杂抽象。若要今后侧重电气技术的设计工作，此阶段学习必须扎实，因为在将来的实际工作中，可能会碰到教科书外的新东西，或要由自己创新推导出适用新公式来进行计算，才能解决问题，如果没有扎实的基础功底，恐怕是难以实现的。
二、专业知识的学习
专业知识的学习，是应用技术知识的学习，其本质就是元器件的应用知识学习。并都能用实物器件构成基础应用电路。任何一种元器件被制作出来应用，肯定具有一定的功能，有的元器件功能简单，有的则非常复杂。要掌握该专业知识，首要的一点就是要充分了解各类器件的结构，特性以及工作原理。以下是工程技术中常用的一些典型元器件。开关：接通、分断电路的基本设备。接触器：开关电器，运用电磁原理实现小信号控制强电的开关电器。有了它，电气控制工作容易实现。电动机：负载电器，看似简单（电能转化为机械能）实则应用复杂，种类很多，特性也众多，常常作为电气技术服务的终端负载，一般而言电动机都是系统中的重要器件。有直流、交流、步进、伺服、特种等电动机，林林总总。PLC：复杂控制器件，功能强大，应用灵活，逻辑运算功能齐全，软电路，指令多，输入输出信号点多，能实现大部分电气技术中信号处理的功能。鉴于其复杂程度，故独立形成一门课程。其本质仍然是元器件知识的应用。变频器：为电动机直接服务专用器件之一。能很好地开发电动机的性能。能调节的参数数百以上，功能很多，能对电动机进行细微调节，精确控制，并易于智能化控制。对于变频器，若仅看生产厂商的产品说明书，并就疑点问题咨询生产厂商，也能掌握该器件的应用。其本质是元器件的应用，由于复杂，也独立形成一门课程。电子技术：其实也是元件学习，学习电阻、电容、电感、晶体管，集成电路等元器件，根据各器件特性，再组合成具有特定功能的电气系统。电子电路变化万千，常常需要电路分析的基础知识紧密伴随。
广义而言，导体、导线，也是一种能输送电能的元件;还有磁性物体等等，都是我们要学习并掌握其特性的元件。
三、控制系统知识的学习
控制系统是由多个各种元器件构成的集合体，即元器件的综合应用。综合应用就是将具有各种功能的元器件，按规律组合，形成能完成特定功能的应用系统。有的复杂元器件，如对于PLC和变频器等综合功能强的器件来说，是由多种器件组合而成的新功能部件，就本身来说可看成一个系统，若其与其他分立元器件一起应用于大系统中，则可看成是其中的一个元器件。应用中我们要注意分清主次对象。对于实现同样功能的控制系统，可选用的电器元件很多，采用不同的元器件组合，都能实现同一功能。具体而言，最终倾向于用何种元器件的组合，这主要由工程技术人员依据系统的成本，系统的可靠性、先进性、维护性、通用性等方面来统筹考虑;还有一方面，就是由工程技术人员本人的对元器件认知的程度，理论知识水平，甚至个人喜好来决定。要理解系统的工作原理，必须有技术文件的说明。典型的技术文件，就是电气图，是用特定的语言在技术文件上进行的功能表达。为了在电气技术领域之间进行技术交流，国家制定了通用的电气技术标准，规定了各类功能的电器元件的文字符号、图形符号，以用于描述电气控制系统的工作原理。所以，学习电器元件知识的同时，必须掌握用符号表达其工作特性的方式。电器元件的文字符号、图形符号，尤其是图形符号，它是对元器件的抽象表达方式，这一点与机械制造的机械工程图形有很大的区别。如果电气工程图也用机械工程图形的方式来表达，方形、圆形、梯形等按比例展示，则图形庞大、杂乱;并且最重要的是，这样的图形没法反映出系统工作的原理特性，所以电器元件以及电路图，必须要用抽象的符号来描述，才能易于记忆和理解工作过程。因此，学习电气知识的人员，必须习惯抽象思维;经常接触电气技术的人，抽象思维的感觉，一般要略好一些。常用的电路图是用图形符号和文字符号一起来共同描述电气控制系统的专用文件。除某些参数外，电路图是系统设计中的最后决定性文件;今后该电气系统的工作，主要围绕着电路图来进行。
四、应用
掌握了电气系统原理，并形成了可实施的电路图等技术文件后，就可以具体应用元器件来组成实在的电气控制系统。但在实施过程中，还有电气安全，电工工艺等事项要符合规范，否则形成的系统也是没有实用价值的。国家标准中，有这么一类的标准，专门控制电气系统的安全与质量;对应的，也有配套的电气工艺技术文件。所以完整的电气知识的学习，还应该包含安全和工艺这类知识的学习。整个过程形成体系，这样才能正确的应用电器元器件。
五、结束语
分析电气课程的学习内容，了解到学习电气技术其实就是认识元器件，并应用的过程。前述的几个学习过程，容易理解和学习的过程是第二过程，因为此过程面对的都是具体元器件实物，相对直观，即使是理论知识学得不是很深，也容易适应。其实熟悉电气元件，掌握典型应用后，就能比较容易地进入电气知识学习的状态，并融汇理论的知识，从而不断从深度、广度进行拓展学习。
参考文献
[1]周元兴.电工与电子技术[M].北京：机械工业出版社，2009.
关键词：芒福德；技术哲学
abstract: two of mumford’s most important contributions to the philosophy of technology are the suggestions of a new understanding of technics with a novel recognition of human nature, and a theory of the nature of modern technology as megamachine with a historical interpretation of its origination.
key words: lewis mumford; philosophy of technology
美国城市理论家、社会哲学家、技术思想家刘易斯•芒福德（lewis mumford, 1895-1990）是一位全才作家，毕生出版了30多部著作，涉及城市建筑、城市规划、城市历史、生态学、社会学、文学评论、艺术批评、技术史与技术哲学等多个领域。他的视野宽阔、思想独到、文笔生动，有深刻的人文关切，被认为是当时最伟大的人文主义者，生态运动的重要思想家。他的技术史与技术哲学研究别具一格，是20世纪后期兴起的技术哲学的重要先驱之一。
早期的芒福德是一个技术乐观主义者、温和的技术决定论者，认为技术可以不断创造新文化，可以给人类带来光明的未来。30年代美国经济大消条时期写作的《技术与文明》（technics and civilization, 1934）一书是一个转折，对从前技术乐观主义有所反思，其所持的技术乐观主义更加谨慎，温和的技术决定论转变为价值决定论。第二次世界大战使芒福德丧失了唯一的儿子，原子弹的使用、战后的核军备竞赛使他开始进一步反省技术的本质。60年作并陆续出版的两卷本《机器的神话》（the myth of the machine, vol.1, technics and human development, 1967; vol.2, the pentagon of power, 1970）对30多年前写作的《技术与文明》进行再诠释，表达了对现代技术的失望和担忧、对科学技术的严厉批判态度。主要在这三本书中，芒福德展开了一个技术哲学思想体系。我认为，对人性的独到理解以及与之相关的对技术的广义理解，以“巨机器”概念为标志的对现代技术之本质的揭示以及对现代技术之起源的独特历史阐释，是芒福德对当代技术哲学最重要的两大贡献。本文依次予以评述。
一、人性与技术
自始至终，芒福德把技术的问题与人的问题结合在一起进行思考，是人文主义的技术史与技术哲学的典范。不同的人文理念导致不同的技术哲学。“没有对人性的深刻洞察，我们就不能理解技术在人类发展中所扮演的角色。”（［1］p.77）在芒福德的人性理解之中，重视心灵胜过工具，重视有机体胜过机械。
芒福德所面临的是一个技术越来越占据支配地位的世界，而这个世界所包含着的对人性的理解就是：人是工具的制造者和使用者（homo faber, a tool maker and user）。这一人之本性的定义由弗兰克林提出，受到19世纪学者的高度认同。托马斯•卡莱尔（thomas carlyle）也把人描述成“使用工具的动物”（tool-using animal）。一般历史学家都或多或少地认同这一规定，并以此编写人类的文明进化史特别是史前文明史。我们非常熟悉的史前分期，遵循的就是工具标准：旧石器时代、新石器时代、青铜时代、铁器时代等。人类的历史被认为是一部金属工具的历史。
芒福德对这一人性标准进行了革新，提出了“心灵首位论”(the primacy of mind)，认为minding比making更重要、更基本。因此，在他看来，人不能首先被规定为homo faber，而应该规定成homo symblicus（man the signifying and self-creating symbol），即人是符号的创造和使用者。把工具制造作为人的基本规定性，这只是我们机器时代和功利主义时代对工具普遍认同的产物，是对这个时代无批判性的、无意识的认同。而且，带着这种时代性的无意识，我们对史前时期的人类进化做了非常不恰当的叙述，漏掉了许多至关重要的东西，反而把不太重要的东西作为进化史的主角。“对工具、武器、物理器械和机器的高估已经模糊了人类发展的真正道路。”［3，p.5］
1，心智技术、身体技术和社会技术先于自然技术而不是相反
在我们时代的一般意识中，人作为生物学意义上的存在，被认为首先需要满足的是衣食居住等物质的方面。在马斯洛所给出的分层次的人类动机理论中，低层次的是生理需要，再往上才是安全、爱与归属、尊重与自我实现的需要。芒福德认为，无论就人性的结构而言，还是就人类的史前进化历程而言，最基本的需求都不是物质上的生理上的需求，而首先是精神上的、心理上的需求，即使最简单的认知过程，都渗透着心理上的预期；物质的、生理的需求的背后是精神和心理的需求做支撑。心灵不是进化后期的产物，而是最先出现的东西。
芒福德构造了一个人类史前进化的诠释方案，即人类的进化动力不是外在的生存竞争，而是内在的心理调适与意义创造。原始人类是一个心理能量和性能量都十分充沛，大脑活动过度，无时无刻不在受着梦魇和内在欲望的折磨，无意识的冲动是人类进化的主要动力，而控制这些无意识冲动的种种措施便是人类的文化。自由充沛的心理能量是人类进化之源，同时也规定了人的本性：好奇心、探险的欲望、无功利的制作、游戏的心态，符号和意义的创造，是人之为人的根本特征。
最基本的文化形式是“仪式”。仪式基于重复、秩序和可预见性，是秩序和意义的创造者，是开启我们人性的关键步骤。在我们的孩提时代，我们都喜欢重复的讲同一个故事，不厌其烦；在艺术作品里，比如音乐作品里，重复是一个重要的表现手法；重复也是机械化的基本特征。因此，芒福德认为，艺术与技术具有共同的起源。即使是现代工业机械技术，它令人讨厌的单调重复的特征，根本上也是来自原始仪式的范导作用。使人类成为人类的早期文化包括跳舞、表演、歌唱、模仿、仪式、典礼、巫术、图腾，显然先于工具的制造和劳动分工，并赋予之后出现的工具和劳动以意义。对于人类的起源而言，游戏比劳动更重要、更基本。人们很容易厌恶单调劳动，却对重复的礼仪活动不厌其烦，就证明了这一点。通过仪式的规范作用，人类得以引导内在的心理能量和性能量，避免单纯冲动的毁灭性后果。人类既是非理性的，又是理性的。非理性是动力，理性是自我控制的文化机制。
除了仪式之外，语言的进化也比工具的进化更重要。仪式和交往共同构成了人类社会的基础，而工具是第二位的。芒福德解释说，考古发掘发现，墓葬里置于人身边的是装饰品而不是工具，表明“装饰”这种文化活动对人来讲比工具这种物质活动更重要。矿石在早期的炉膛中被首先熔炼成指环而不是武器，珠宝对早期的人类而言比机械和军事器具更重要。人类在驯化动物、栽培植物之前，需要将自己驯化和安置好。轮车最早是灵车而不是马车或战车。大规模的杀人最早不是因为战争而是为了献祭。自原始人类以来，心灵技术、身体技术和社会技术总是先于自然技术，为后者准备条件。人类在制造第一个工具之前已经必定已经制造出了他自己，因此，对于理解史前人类文明而言，最重要的不是单纯的寻找物理遗迹，而是发掘心灵的历程。
芒福德自己承认，他所构建的这个史前进化的“心灵优先”方案，只是一个新的“神话”，并没有充分的考古证据。但是，一切关于人类起源的理论都是神话，都不可能最终找到排它的、物质的硬证据，因此，让我们选择这套“神话”而不是别的“神话”的理由只能来自我们对人性的认同。基于这个新的人性认同，芒福德把技术置于文化的制约之下而不是相反。对于历史来说，制造和使用工具这种狭义的技术并不是人类发展中占据首位的因素，通过语言发展精致的文化，是更重要的。“如果将过去5000年的技术发明一下子都消除的话，对生活而言当然是一个灾难性的损失，但人还是人，但如果将人的解释能力消除的话，那么人就将沉沦于比任何动物都更加孤立无助和更加野蛮的境地。”（[5],pp.8-9）工具技术并不是人特有的，许多动物有技术发明。如果人只有他的工具技术，那是不值得一提的。在语言符号、社会组织和审美设计出现之前，人类的技术并不比任何动物高明。恰恰是符号－价值体系的出现，为人类特有的技术能力提供了条件。“人的发明和转化，较少是出自增加食物供应或控制自然的目的，更多的是为了利用其自身巨大的有机资源、展现其潜在的潜能以更充分的实现其超有机的要求和渴望。”（［3］,p.8）
在芒福德的著作中，“技术”一词始终用的是technics而不是technology，这里包含着他对技术的素朴和广义的理解。在英语语境中，technology容易指向大工业的机器系统、基于现代科学之应用的技术成就。芒福德关注的更多是历史的人类在不同时期所使用的不同水平的工具，现代技术只是这些工具的一种极端的使用和极端的版本。每一种技术，都根源于人类心灵的某种模式，现代技术也不例外。“工具和我们引伸出来的机械技术，都不过是生活技术的特定化的碎片。”（［1］）正因为不是技术决定心灵，而是心灵决定技术，芒福德才会在充分意识到现代技术的严重困境时，也不对未来感到绝望，因为通过心灵能力的重新激活，人类有能力走出现代技术为之设置的绝境。
2，技术多样性：好的技术与坏的技术；有机技术与机械技术
由于心灵决定技术，健康的好的心灵形态就导致健康的好的技术，恶劣的心灵形态就导致恶劣的技术。芒福德经常据此对技术进行区分。早先，他区分了“machine”与“the machine”，前者指的是具体的机械工具，如印刷机、动力织机等，后者则是指一种以某种特定的方式将机械工具加以组织和运用的观念体系和制度体系，特别是，他指的是与近代的资本主义制度、大工业体系与近代科学的运用相关联的机械技术系统，以及由此派生或隐含着的知识、技能、工艺和器械。他认为，后者只有近代的欧洲才有，而前者，则各个文明都有。像中国、印度这些东方国家之所以没有工业革命，不是因为缺乏前者——相反，东方古老的文明国家有比欧洲丰富得多的机械发明，许多关键技术发明都来自东方——而是因为缺乏后者，即缺乏一个特定形态的“机械观念和机械制度”。这个“the machine”后来被芒福德命名为“巨机器”（megamachine）。很显然，对他而言，前者是较好的，而后者是较坏的。
构成芒福德人性规定的另一个方面是有机论思想。价值与有机论内在相关，而机械论中没有价值的地位。基于有机论的立场，芒福德把技术分成两类。一类他所赞赏的技术是简单的、家庭作业的、民主的（democratic）、多元的（polytechnics）、生活化的、综合的，一句话，“有机技术”；后一类他不喜欢的技术是大工业的、专制的（authoritarian）、巨大的、复杂的、一元的（monotechnics）、权力指向的，一句话，“非有机技术”。
按照这种分类和分级的标准，很自然就可以分出多种类别的技术，分出好的技术和坏的技术来。比如：生活技术优先于权力技术，身体技术优先于制造技术，内在技术优先于外在技术。手的有意义的动作优先于手的工具性运作：它打手势，抱孩子，抚摸爱人的身体，在舞蹈中分享仪式，表达感情。原始技术主要不表现在工具方面，而在身体技术方面，因而不能因为原始工具的原始简陋而认为原始技术就很简陋。由于原始技术的目的不在于对外部环境进行控制，而是对身体进行规训和装饰，以达到性别强调、自我表现或群体识别等更高级的目的，因此原始的身体技术丰富而复杂。正是通过原始的身体技术这个至关重要的环节，我们的身体才成为真正人类的身体：它本身就是表达心灵的语言和符号。
在史前制造技术中，芒福德推崇器具（utensil）甚于工具，认为容器（container）优先于工具，重视器具制造(utensil-making)、编织篮子(basket-weaving)、染色(dyeing)、制革(tanning)、酿酒(brewing)、制罐(potting)、蒸馏(distilling)等活动。他认为，过去的人类学家过分关注进攻性的武器和掠取性的工具，而忽视了容器在文明史上的地位。像炉膛、贮藏地窖、棚屋、罐壶、圈套、篮子、箱柜、牛栏，以及后来的沟渠、水库、运河、城市，都是文明的盛载者。语言，这个文明最大的容器，同样被芒福德高度赞扬。“语言的出现，是人类表达和传达意义的基本形式，与手斧相比，对人类的发展具有无可比拟的重要性。只有当知识和实践能够被以符号形式存贮起来，通过语词传递，一代又一代，才可能有新鲜的文化成就。驯养动植物才成为可能。这一工艺成就并不需要挖掘的棍子和锄头。犁和车轮是在大规模的收获谷物之后才出现的。”（［1］）由于容器技术多为女性所发展，芒福德可谓女性主义技术史的先驱。
将工具独立出来予以格外重视是巨机器时代的一种现象，而在巨机器统治人类之前，工具的角色既不独立也不突出。希腊文里的techne既指技术也指艺术，审美表达与技术发明并不是两个完全不同的东西。“甚至在最早的时期，诱捕和喂草所要求的更多的是对动物习性和动物栖息地的敏锐观察而不是工具，所依靠的是广泛的植物试验，以及对种种食物、药物和有毒物对于人类机体的诸种影响的精明解释。在那些园艺发现——如果奥克斯•阿姆斯（oakes ames）是对的话，一定比植物的驯化要早数千年——中，气味和形式美与其食用价值同样重要。最早的栽培物，除了谷物外，人们经常关注的是它们花朵的颜色和形态，以及它们的香味、质地、香型，而不只是营养。埃德加•安德森（edgar anderson）提出，新石器时代的花圃像今天许多简单文化的花圃一样，可能是食用植物、染料植物、药用植物和观赏植物的组合，它们对生命同样必要。”（［1］,pp.80-81）新石器时代的驯养得益于主体方面对性的关注，通过宗教神话和仪式强化了这种关注。育种、杂交、施肥、播种、，都是富于想象的性之教养的产物。（[1], p.81）
原始技术优于现代技术，因为原始技术是生活中心的（life-centered），而不是狭隘的工作中心（work-centered），更不是生产中心（production-centered）或能量中心（power-centered）。生活的技术适应环境的有机性质，限制任何个体的过度增长。它是均衡的、有限的、和谐的。
二、现代技术的本质：巨机器
作为有机论者和生态主义者的芒福德始终信奉“小的是美好的”，对巨大工程、巨型建筑、巨型城市有本能的恐惧和反感。对他来说，现代技术的主要问题是对于有机世界的系统性背离，其标志就是“巨机器”（megamachine）成为时代的主角，而现代技术的本质也被芒福德称为 “巨技术”（megatechnics）。
所谓巨机器或巨技术，就是与生活技术、适用性技术、多元技术相反的一元化专制技术，其目标是权力和控制，其表现是制造整齐划一的秩序。芒福德认为，现代巨机器主要体现在极权主义政治结构、官僚管理体制和军事工业体系之中。美国国防部所在的五角大楼（pentagon）、几层楼高的巨大的登月火箭、核武器，都是芒福德所谓巨机器的典型。
1， 巨机器的起源
在反思现代性的起源方面，不同的思想家有不同的做法。胡塞尔把欧洲科学的危机的根源追溯到伽利略的数学化思想，海德格尔把现代性归于由柏拉图发起的西方形而上学传统。芒福德则把巨机器的起源追溯到了古埃及。
埃及是人类历史上最早的专制王朝国家，而这个国家本身就被芒福德看成一部最早的巨机器，也是之后一切巨机器的原型。这部巨机器的基本特征就是令人惊叹的组织秩序，它的主要物质成果是金字塔。在那个物质工具水平并不十分发达的年代，制造金字塔这样庞大的工程之所以可能，完全靠的是对人力的高度组织。近十万的劳工以一种钟表般的精确性被组织起来从事劳动，只使用石头、木头和青铜工具，就造出了吉萨金字塔这样巨无霸的建筑。没有一个巨机器是造不出这样的“巨无霸”的，而这个巨机器恰恰不是由机械零件组成，而是由高度组织化了的人所组成。因此，这个一切巨机器的原型消失在历史之中，未留下任何考古证据。
这个原型巨机器是如何可能的呢？芒福德从文字、宗教、天文学等几个方面揭示了埃及巨机器的起源。通过祭司阶层的坚持不懈地努力，埃及人的宗教和宇宙论被融合在一起，共同铸造了绝对的宇宙规则和绝对权威的概念：法老是太阳神阿蒙－拉在人间的代表（[4],p.28）。由于文字的发明，文书书写者和传抄者组成了最早期的官僚阶层，通过他们，这种普遍的宇宙秩序得以在人间实现，那就是一个在政治威权统治下的严格的社会秩序。这种社会秩序由军事强制和神性力量相结合组成的国家机器来维持，百姓则从事重复的单调劳动。在这种单调重复的规则和秩序中，个人达到自我控制的心理均衡。
巨机器在历史上的存在有它的合理之处。某种意义上讲，正是巨机器创造和维系了埃及3千年的文明历程。正是巨机器使得洪水控制、粮食生产和城市建设等我们称之为文明的东西成为可能：埃及文明恰恰是我们今天能够追溯得到的最古老的“文明原型”。但在芒福德看来，这个事实只能解释为我们今天恰恰又生活在一个巨机器的时代，我们的文明或多或少与埃及文明同类。他认为，金字塔与登月火箭相类似，差别只在于前者静态，后者动态，但它们都崇拜死亡：一个是存放木乃伊的坟墓，一个指向无生命的月球。埃及巨机器与现代技术相类似，今天的科学家和技术专家就是那时的祭司和僧侣，他们一样的维持着他们时代的社会基本秩序，同样的垄断他们时代最神圣最神秘的知识，同样是最高统治力量的大脑和神经系统。
自轴心时代以来，埃及巨机器被人们抛弃了，只在军队里保存着其原始范型。直到中世纪，一个新的巨机器时代开始孕育，它首先表现在“求序意志”（will to order）的出现。这种求序意志最先出现在修道院、军队、账房里，最后在现代科学和现代资本主义经济制度中得到确立和保障。
修道院为近代世界奉献了一样最重要的机械：钟表。教士们为了有更多的时间沉思和祈祷，发明了不少机械以代替劳动。教士们规则而又刻板的生活节奏，为机械钟的发明提供了温床。这个精确的时间机器规定了现代人整齐划一的生活节奏（[7]，第100页），使得“效率”的概念成为可能，为大工业标准化、流水线生产提供了先天的时间方案。钟表的出现以及流行，创造了一个客观的、数学的、纯粹量的世界概念，一个科学的世界概念。从前的时间经验与生活经验紧密相关，牧民和农民依据自己的劳作对象和劳作方式来确定自己的生活节奏。如今，时间与有机的生活经验相分离，受制于机械的节奏。节省时间成为新的时代性要求，守时成为美德。所以芒福德说：“钟表而非蒸汽引擎，是现代工业时代的关键机器。”（[2],p.14）
修道院不仅奉献了机械钟表，而且也培育了宇宙秩序的观念。怀特海在《科学与近代世界》里说：“中古世纪在规律的见解方面为西欧的知识形成了一个很长的训练时间。当时也许缺乏一些实践。但这观念在任何时候都没有被冲淡。这个时期十分明显地是一个有秩序的思想的时期，完全是理性主义的时期。”（［8］，第12页）经院哲学所培育起来的宇宙秩序的概念成为现代物理学的基本哲学前提。
除修道院之外，资本主义商业的兴起对现代巨机器的形成也是必不可少的。由实物经济到货币经济，由有形财产到无形财产，由实体经济到抽象的虚拟经济的转变，慢慢培养了人们抽象和计算的习惯。金钱价值越来越取代了生活价值的位置，而追求金钱理论上是永无止境的。于是，通过抽象、通过计算来无休止的追求权力，成了新时代的资本主义精神。对芒福德来说，欧洲资本主义最后通过技术革新实现了自己的辉煌成就，但资本主义先于现代技术，而且并不必然依赖现代技术，因为资本主义本身才是现代技术得以可能的巨机器。芒福德不无嘲讽的说：“机器承担了资本主义的罪恶，而资本主义取走了机器的美德。”（[2], p.27）他认为，现代技术的问题并不在于机器，而在于机器背后的巨机器。
2， 巨机器的克服
芒福德提出巨机器的概念，其目的就是为了揭示巨机器的反有机的本性，从而引导人们克服巨机器。他强调要区别“机器”与“巨机器”。东方文明有着欧洲文明难以企及的“技术”和“机器”，但他们因为没有“巨技术”和“巨机器”，因此不能够与现代西方的技术文明相抗争。同样道理，现代技术文明导致的种种问题，不能够单纯从技术的角度来处理。“在技术的领域里来寻求由技术所引起的所有问题的答案，这将是一个十足的错误。”（[2], p.434）。对他来说，克服巨机器的主要路线还是回归人性的正确规定，回归生活世界和生活技术。
如果把我们的人性就规定成工具制造者和使用者，那么我们就完全无法逃离巨机器的阴影，因为这两者享有共同的逻辑。唯有我们意识到心灵的优先性，我们才能真正克服巨机器。“从工作中解放出来”（free from work）是机械化和自动化的能够做的事情，但事情的要害在于“为了工作而解放”（free for work），而这只有以人的心灵为本，充分开发人的潜能才有可能，机械化并不能真的使人获得自由。彻底的机械化将会使人类彻底的失去自由。只有把目光转向人性的全面发展，而不是围着机器的革新和使用打圈圈，才有可能真正摆脱巨机器的控制。
由于始终强调心灵优先性，技术服务于心灵的需要，甚至巨技术也是服务于某种不健康的心灵需要，因此，芒福德始终对技术时代抱有乐观主义的态度。他没有技术自主论者通常会有的悲观主义。但是，对现实生活中每每占据支配地位的巨机器，芒福德自感并没有行之有效的办法来对付。他用他的笔反复歌颂生命的多样性、丰富性和创造性，强调生命是意义世界的不竭源泉。通过对有机生活的一再回溯，他指出了逃离巨机器的基本方向。
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