关键词：IC设计；集成系统；课程体系；CDIO
中图分类号：G642文献标识码：A
1引言
目前我国集成电路(IC)产业已初步形成了设计业、芯片制造业、封装和测试业四业并举、比较协调的发展格局，出现了长江三角洲(上海、无锡、杭州)、京津地区和珠江三角洲(深圳、珠海、广州)三个相对集中的产业区，建立了多个国家集成电路产业化基地[1]。制造业的技术工艺已进入国际主流领域，设计和封装技术接近国际水平。与之不协调的是我国集成电路人才缺口巨大，据报道到2008年中国IC产业对IC设计工程师的需求量将达到25万人。国家对IC产业高度重视，《中共中央国务院关于加强技术创新发展高科技实现产业化的决定》中将IC产业放在了电子信息产业的第一位[2]。在此背景下，教育部于2001年开始批准设置“集成电路设计与集成系统”本科专业，以适应国内对集成电路设计与应用人才的迫切需求[3]。
从《国务院关于印发鼓励软件产业和集成电路产业发展若干政策的通知》(国发[2000]18号)到《教育部、科技部关于批准有关高等学校建设国家集成电路人才培养基地的通知》(教高〔2003〕2号)，足以看到集成电路设计与集成系统专业是我国目前急需发展和完善的专业。要想办好该专业首先应对该专业建立一个科学的课程体系，该专业的新概念、新技术、新方法不断涌现，因此研究和制定适合本专业的理论与实践发展的课程体系是十分重要的。
2我国IC设计与集成系统专业人才现状
2.1IC设计与集成系统专业人才需求
IC设计与集成系统专业人才的现状是：人才总量严重不足，设计人才供需矛盾尤为突出。人才层次结构不合理；人才地区分布不平衡；人才流向与地区经济发展关系明显。国家教育部、科技部共同于2003年7月确定了9个部级集成电路人才培养基地的宏伟计划。在这之后，又增加了7所大学作为人才培养基地。旨在加快集成电路产业发展的步伐，大力培养集成电路设计人才满足社会对集成电路设计人才的需求。
2.2IC设计与集成系统专业人才培养现状
根据国家教育部网上公布的信息，到目前为止具有集成电路设计与集成系统本科专业的高校有：2001批准的有电子科技大学；2003批准的有西安电子科技大学，南通大学，杭州电子科技大学；2004批准的有山东大学，华南理工大学，黑龙江大学，哈尔滨理工大学；2005批准的有青岛科技大学，西安邮电学院；2006批准的有天津理工大学；2007批准的有北京大学，大连理工大学。其他院校也积极申办该专业。由于该专业是新兴专业，至今还没有科学完善统一的专业规范，这对该专业的发展影响颇大。
3IC设计与集成系统专业特点
集成电路设计与集成系统专业与其他专业相比有如下突出的特点：门槛高、内容新、发展快、属于交叉学科、与产业联系紧密、高投入、与世界同步、毕业生就业服务的范围具有国际性。
本专业是新兴专业，从宏观角度国际上该专业还没有像其他专业(例如计算机)形成完整的知识体系；其次，我国由于是在近几年兴办该专业，还没有专业的人才培养规范，我国各大学专业的教学计划是从国外或者相关专业延伸来的，系统性、完备性差；第三，由于该专业是新兴且又是不断变化的学科专业，所面临的主要挑战是识别和规范该学科的基本内容，因此，“知识结构框架”、“课程体系”的规范显得尤为重要；第四，该专业属于交叉学科专业，其内涵并不像其他专业那样清晰和单一，人才培养涉及知识很广，包括微电子学、计算机、软件工程、通讯、控制、管理等多学科专业；第五，该专业实践性很强，对学生的
运用知识解决问题的能力、总结实践经验发现新知识的能力、团队工作的能力、与人沟通和交流的能力以及创新的能力有很高的要求。
4IC设计与集成系统专业结构体系实践
4.1IC设计与集成系统专业人才培养战略
结合高校自身在教学资源上的优势和我国IC设计产业发展的实际情况，以市场需求为导向，紧跟IC技术的发展。引入CDIO(Conceive-Design-Implement-Operate)教育理念，结合高校自身的实际情况加强校企合作。培养具有创新能力和国际竞争力的、适应企业需求的国际化、实用化、个性化的高素质、高水平人才为宗旨。
4.2IC设计与集成系统专业人才培养目标
对应用型本科院校而言，应充分考虑行业和区域经济对人才的需求，适时地根据区域经济和行业发展调整专业方向，以便更好地服务于行业和区域经济[4]。加强校企合作，突出“多类型、工程型、实用型，具有国际竞争力”的人才培养目标。
培养学生具有良好的科学素养和文化修养，较完整地掌握集成电路技术的基础知识，使学生了解和掌握IC设计、综合、验证、测试、应用的整个流程；既掌握集成电路设计技术又懂得集成系统技术；既有扎实的理论基础，又有较强的应用能力；既了解集成电路应用、生产知识又精通集成电路产业的管理；既可以承担实际系统的开发，又可进行科学研究。使学生毕业时应获得以下几方面的知识与能力：
(1)具有扎实的数理基础和宽阔的科学视野；
(2)具备独立的科学研究和应用开发能力，同时具有运用知识解决问题的能力、总结实践经验发现新知识的能力、团队工作的能力、较强的协调、组织能力；
(3)具有良好的与人沟通和交流的能力，能掌握文献检索、资料查询和撰写科学论文的能力以及口语交际能力；
(4)具有较好的人文社科知识、人文素质和自然科学基本理论知识，对全球社会、工程科学和技术影响的理解力以及对自己所处领域中问题的敏感性，了解信息学科的发展动态；
(5)掌握电子电路和大规模集成电路系统的设计技能，能从事先进大规模集成电路、集成电子系统等方面的设计以及新产品、新技术和新工艺的研究、应用开发和管理。
4.3IC设计与集成系统专业课程体系制定的指导思想
首先，跟踪、收集该专业和相关专业的知识领域，强调本专业的知识的总结、梳理、推演和挖掘，借鉴ACM和IEEE/CS[5]做法，采用科学的方法，以国外学术界的研
究成果和IC设计工业界的良性建议为基础，选择适当的知识载体，构造IC设计与集成系统恰当的教育知识结构框架，以求更好地向学生传授本学科专业的基本的问题求解方法。
其次借鉴CDIO的理念，大大加强工程实践环节，切实通过基于项目的学习培养学生获取知识的能力、运用知识解决问题的能力、总结实践经验发现新知识的能力、团队工作的能力、与人沟通和交流的能力以及创新的能力，培养学生的专业素质、职业道德和社会责任心。进而培养出符合学科专业和社会发展需要的优秀IC设计人才。
4.4IC设计与集成系统专业课程体系制定
我校(哈尔滨理工大学)从成功申办集成电路设计与集成系统专业以来，与美国西北理工大学(NPU)合作办学借鉴经验；同台湾中华大学进行了实质性合作交流与探讨；与著名的IC设计软件供应商Synopsys、Cadence以及MentorGraphics等进行合作交流。另外，我们还走访了上海交通大学等相关院校专业；参观拜访了一些集成电路生产制造企业，与企业交流了解企业对集成电路人才的具体要求。结合我校实际情况提出了制定IC设计与集成系统专业课程体系的基本策略，基本策略包括：
(1)保证政治理论课与军训的学分和学时要求。在新的教学计划中思想、邓小平理论、马克思主义哲学原理、马克思主义政治经济学、军事理论、军训等课程均未作调整。
(2)压缩公共基础课，取消与集成电路设计方向关系不大的基础课程。取消计算机文化基础课程；由于部分专业课程采用双语教学，因此取消了专业外语。
(3)专业方向课和专业任选课以市场为导向设置。为了培养符合市场需要的IC设计人才，专业方向课的设置以IC设计主流方向为导向，任选课的设置以目前流行的先进的设计方法、设计工具为主，以适应市场的需要。
(4)加强实践教学环节，引入CDIO教育理念。增加了课程实验、课程设计、毕业设计等教学环节的学时，提高学生的实践能力。同时加大校企合作力度，采用“定制式”培养模式，将毕业生安排IC设计公司针对实际项目进行毕业设计。
(5)动态的教学计划。由于集成电路设计与集成系统专业是一个飞速发展的学科，市场需求是不断变化的，应随时调整教学计划中的专业平台课以后的教学内容。
按照以上基本策略制定了IC设计与集成系统专业的课程体系。
IC设计与集成系统专业教学计划，拓扑图见下图。
其中主干课程包括：信号与系统、片上计算机系统、数字信号处理、半导体集成电路、数字IC设计、模拟IC设计、EDA技术与VERILOG、ASIC设计、SoC软硬件协同设计、集成电路逻辑综合技术、集成电路设计验证技术、版图设计、集成电路测试与可测性、布局与绕线等。
2009年我校集成电路设计与集成系统专业的第一届毕业将步入社会，按照“定制式”培养方式，目前已有多家企业与我校达成协议。这些企业对我校该届毕业生所具备知识水平和专业能力高度认可。
5结束语
百年大计，教育为本。发展我国集成电路设计产业，培养集成电路设计与集成系统专业的专业人才是重中之重。培养该专业的优秀的专业人才离不开一个科学的课程体系。本文结合近四年的教学、管理经验对该专业课程体系进行了探讨，对该专业的知识结构和课程体系的进一步研究与实践具有重要指导意义。
参考文献
[1]杨媛,余宁梅,高勇.半导体集成电路课程改革的探索与思考[J].中国科教创新导刊,2008,(3):78-79.
[2]孙玲.关于培养集成电路专业应用型人才的思考[J].中国集成电路,2007,(04).
[3]方卓红,曲英杰.关于集成电路设计与集成系统本科专业课程体系的研究[J].科技信息,2007,(27):9-10.
[4]陈小虎,刘化君,朱晓春等.电气信息与电子信息类应用型人才培养体系的创新与实践[J].中国大学教学,2006,(04).
[5]TheComputerSocietyoftheInstituteforElectricalandElectronicEngineers(IEEE-CS)andtheAssociationforComputingMachinery(ACM).ComputingCurriculaFinalDraft-December15,2001.
ResearchandPracticeontheCourseSystemofICDesignandIntegrationSystem
【关键词】电力电子集成技术；集成技术的分类；分析现状；探讨发展趋势
电力电子技术在研发，以及装置的生产和维护上需要大量的人力资源和物力资源的投入，导致电力电子装置的使用范围受到严重的限制，最终阻碍了电能在使用技术方面的发展和进步。同时根据国际电力电子学界的分析研究发现，电力电子技术的发展主要受到电力电子集成技术的制约。因此解决电力电子集成技术对于扩展电力电子技术使用范围有着至关重要的意义。概括电力电子集成技术的不同层次和形式，探讨集成技术的发展现状，研究分析电力电子集成技术的发展趋势。实现电力电子装置在设计和生产上的成本最小化，可靠性最大化的目的，达到电力电子模板将功率器件、电路元件以及控制器、动作开关等部件有机的集成起来，形成标准化的生产模板。促进电能的高效、科学、合理的开发和利用，为国民经济的稳定发展提供保障条件。
一、电力电子集成技术的概念
（一）概念。电力电子集成概念的出现已经有几十年的时间，世界上第一台计算机ENIAC在1946年诞生于美国的宾夕法尼亚大学，随着这类计算机的发展，晶体管计算机问世并不断发展起来，出现了集成电路。集成电路的发展和进步促进了人类科技的迅猛发展。同时出现了早期的单片集成，并且进一步证实了在同一块硅片上将主电路、驱动、保护电路以及控制电路等元件集成的片内系统（SystemOnChip—SOC）理念。但是单片集成存在高压隔离、传热、以及小电流电路元件制造工艺上的差距明显等问题。造成单片集成只能在小功率的范围内应用。随着电力电子集成化的明确，现在市场上广泛使用的电力电子功率模板在革新单片集成技术的基础上，对集成化的理念更为完善和创新。
（二）电力电子集成技术的研究机构。以美国电力电子研究中心（CenterforPowerElectronicSystem-CPES）为核心机构，德国赛米控公司，瑞士ABB公司以及西班牙国家微电子研究中心等权威性的电力电子集成技术的研究机构。
二、电力电子集成技术的分类
电力电子集成技术可分为三种不同的形式和层次。第一种是单片集成，是片内系统（SystemOnChip—SOC）理念的具体表现，在同一块硅片上设计将主电路、驱动、保护电路以及控制电路等元件集成起来。具有降低成本、减少体重的优势，但是其存在的高压隔热以及传热等问题突出。第二种是混合集成，利用封装技术，在同一个模块中将包括功率器件、驱动以及保护电路、控制电路的数块硅片封装，形成功能相较完整、独立的元件，更好的解决了不同工艺要求的高压隔热等问题。第三种是系统集成，这种集成方式在工程技术行业的应用最为普遍。
三、电力电子集成技术的重要意义
电力电子集成技术的改进关系着整个电力电子行业的发展。有利于实现复杂的电力电子应用系统研发，设计成本以及设计的人力物力成本的降低，促进电力电子行业的技术革命创新，影响着电力、能源以及工业生产过程的自动化。同时电力电子集成技术的发展和进步有利于改善电力电子领域的劳动以及技术密集的产业问题。
四、电力电子集成技术的现状
在电力电子集成模块的结构设计原理中，分析模块的可靠性能以及制造成品的成功概率等方面发现，制造成品的成功率随着模块中的集成元件的数量的增加而降低。电力电子装置的复杂性能随之增加。同时控制电路影响着装置的灵活性能，因此不同用途的集成模块不能随意更换控制电路。
集成模板内部的铝丝键合工艺存在很多问题，工艺的寄生电感大，造成元件的过高开关过电压问题，进而形成开关应力。铝丝过细，导致其传热性能不强。同时并联多根铝丝，造成电流分布不均匀，出现局部电流过于集中的问题。
单片集成的应用范围并不广泛，仅在小功率的范围内才有所应用，目前，混合集成重要是以中等级别的功率应用为主。系统集成在构成上是以分立的元件为主，在设计、制造上，过程复杂，成本高，集成的优点并不能很好的体现出来。
五、电力电子集成技术的发展趋势
随着新型半导体材料的发展以及加工工艺的改善，单片集成必然朝着较大功率的范围推广、普及应用。混合集成在集成程度以及技术难度上有一定的发展优势，因此，在未来的电力电子集成技术上，仍旧有一定的市场前景。改善电力电子集成模块的电路技术和磁技术，使得电路的性能得到提高，损耗得到降低。未来的电力电子集成技术一定会朝着将功率元件、电路元件、控制器以及动作开关等有效集成，形成系列完整、智能的电力电子标准模块的方向发展，实现元件内部的高度集成，降低生产成本，同时也能适应自动化的生产需求。
六、结语
电能的利用方式随着电力电子技术的产生和发展而发生了重大的创新。同时电力电子技术的发展也改变了人们对电能的使用观念。但是在实际的电力电子技术发展过程中，存在着电力电子装置在应用范围上受到限制等严重问题。探讨集成技术的发展现状，研究分析电力电子集成技术的发展趋势，结合实际的技术水平情况，采取科学合理的集成形式，促进集成技术的实用化和产业化。
参考文献
[1]李永东，李敏.电力电子系统分析研究[J].电工技术杂志，2010（8）.
【关键词】核电站一回路系统故障诊断
1引言
机械设备的结构以及故障产生的机理日益复杂使得故障诊断技术应用于保护国民经济支柱产业的关键设备成为工业发展的必然趋势，核电工业尤其如此。作为安全、清洁、经济的能源，核电己被越来越多的国家政府和人们所认同。在我国，在核电机组的陆续建设和运行缓解我国现在的能源需求的同时，也对核电设备的安全性、可靠性提出了越来越高的要求。另一方面，系统和设备出现故障而造成的反应堆停堆会给核电站造成巨大的经济损失。所以无论是核电站安全性还是经济性的角度考虑，加强核电站系统设备状态监测与故障诊断技术的研发都具有重大意义。
2诊断对象
压水堆核电厂主要是由反应堆、一回路系统、二回路系统及其它辅助系统和设备组成。压水堆核电厂中具有放射性的一回路与不带放射性的二回路系统是分开的，通常把压水堆核电厂分为核岛和常规岛两大部分。核岛是指核的系统和设备部分；常规岛是指那些和常规火电厂相似的系统―和设备部分。
反应堆将堆芯核裂变放出的热能通过一回路冷却剂的循环带出反应堆并传递给二回路工质以产生蒸汽。现代商用压水堆核电厂反应堆一回路一般有二至四条并联在反应堆压力容器上的封闭环路。每一条环路由一台蒸汽发生器、一台或两台反应堆冷却剂泵及相应的管道组成，其中一个环路的热管段上通过波动管与一台稳压器相连。一回路内的高温高压含硼水，由反应堆冷却剂泵输送，流经反应堆堆芯，吸收了堆芯核裂变放出的热能，再进入蒸汽发生器，通传蒸汽发生器传热管壁降热量传给蒸汽发生器二次侧给水，然后再由反应堆冷却剂泵唧送回反应堆。如此循环往复，构成封闭回路。整个一回路系统设有一台稳压器。一回路系统的压力靠稳压器调节，且保持稳定。
核能安全利用的目标是放射性释放的潜在风险可控，其前提是保证核电站一回路系统各关键设备的安全运行。反应堆压力容器与管道对放射源有保存、封闭的作用，所以保障压力边界的完整性很重要。主泵是一回路系统能量传递的唯一动力源，其正常运行对反应堆安全运行意义重大。控制反应堆启、停的控制棒提升和插入顺畅。反应堆堆内部件繁多，需要及时发现并合理的处置可能的松动或脱落。在尽量提高核电站自身的固有可靠性的同时开展故障诊断研究，开展核电站一回路系统的故障诊断研究，及时发现故障，防止故障的恶化，保障核电站运行安全。
3研究现状
我国核电站故障诊断起步较晚，1988年清华大学核研院开始跟踪故障诊断专家系统学术动态，并于1993年利用故障树分析技术开发了核电站二回路故障诊断专家系统（FBOLES），并通过了模拟机验证。同年清华大学工程物理系开发了基于规则知识库的压水堆核电站运行故障诊断及处理专家系统ESPWR。90年代末期国内核电站及反应堆故障系统的研究逐步转向包括人工神经网络、模糊逻辑、遗传算法等的新型方法。清华大学核研院在其研究中加入了基于人工神经网络的快速预测，采用遗传算法的综合评价。重庆大学进行了使用因果图方法的核电站二回路故障诊断系统研究。尽管投入了大量的研究，但是具有其特殊性，目前能够面向核电站一回路系统的综合故障诊断系统非常少。国内上尚没有具有自主知识产权的并投入运行的核电站一回路系统综合故障诊断系统。
目前也有很多针对一回路系统某个设备的故障诊断系统，这是较接近工程实用的诊断研发方向。中国原子能研究院使用人工神经网络、小波分析、主成分分析等多种方法进行了针对试验快堆钠泵的故障诊断系统研究与开发。各大高校针对单个设备单一故障的特征提取、诊断方法研究进行了大量理论研究，但缺乏工程实用背景。总体看核电站一回路系统故障诊断研究和应用现状呈现出理论研究强，工程应用研究不够的问题。
4故障诊断策略
故障监测与诊断一般可分为信号采集、特征量提取、诊断知识获取与诊断决策四个主要步骤。选择合适的运行参数作为监测信号，信号处理提取数据特征量数据，利用人工智能获取诊断知识，最后利用诊断知识、模型等对在线或离线监测获得的运作状态数据进行诊断，并提出诊断决策建议。
核电站反应堆一回路系统是一个庞大而复杂的系统，其运行中涉及的监测参数很多，包括按照阵列排布的温度、压力参数、各设备的振动测量获得的大量振动特征参量……这些数据具有时变性、多尺度性、非线性以及维度大等特征，不同的监测和诊断目标下选择合理的监测参数和特征量需要进行反复地分析和斟酌。主要考虑那些对核反应堆的安全运行有着重要影响的参数作为监测参数，并考虑某些参数间的关系。面对到不同的设备的不同监测要求肯定会有不同的监测参数组合，我们的选择标准是：（1）可用性，容易采集表达；（2）完整性，能够充分描述对应设备的动态行为；（3）最小化，尽可能使参数数目最少；（4）敏感性，对设备的某些故障比较敏感。
特征量的提取是故障诊断过程中的一个关键步骤，需从监测的信号中分析提取出具有能代表故障特征的值的过程。准确的故障诊断依赖于良好的特征信息的提取，并直接的决定了故障诊断的效果。从时域分析、频域分析、小波分析、分形维度和经验模态等多中方法入手，找到最好的表征故障信息的特征参量是很有必要的。这些方法特征提取过程的共同依据是能量保持。在特征提取中要尽可能多的提取多的特征参量以免信息遗漏。特征量的提取只是初始数据集预备与转换过程中的第一步，它并不是进行诊断知识提取的最佳数据集，要对其进行许多转换得到更有用的特征量组合。为得到更好的特征量组合需对原始特征数据进行处理和分析，异常点分析、合适的样本容量，比率，标准化等都是最基本的，大型的数据集的简化、归约也是很有必要的，可以通过特征归约，熵度量，主成分分析，值归约，特征离散化技术等技术来实现。这些技术会帮助我们从纷繁的数据集中找到合适的用于故障诊断知识获取的特征量或其组合。
由于人工智能在处理复杂动态系统故障诊断中兼具有理论意和应用价值，所以将人工智能用于核电站的故障诊断系统成为越来越普遍的选择。基于人工智能的诊断知识的获取方法很多，以单一设备故障诊断为例，需要根据已有的异常状态信息对新监测数据的故障与否、故障类型、故障程度等做出判断，其实质可以看作是分类问题。可以采用的分类方法有如下一些：决策树分类法、基于规则分类法、最近邻分类法、朴素贝叶斯分类、神经网络分类法、支持向量机和粗糙集分类方法等等。无论采用哪种方法，基于人工智能的诊断知识的获取都是训练算法从样本特征数据中找到对故障类别进行良好分类准确度、并对新的数据具有好的泛化能力的诊断模型，也就是获取诊断知识的载体。在一回路压力边界完整性诊断知识获取中，可以基于声发射信号衰减和传感器阵列布置建立一个压力边界泄漏定位、定量解析模型，也就是泄漏诊断知识；在主泵故障诊断中可以基于支持向量建立各故障分类模型知识。
当对象从单一设备扩展到一回路这样一个复杂系统的综合故障诊断时，首先需要考虑系统各设备之间的关联关系对特征的提取与简化的影响，诊断知识的归纳与知识库的建立往往需要一个很长的积累过程，海量数据下如何提高诊断效率的问题也会凸显。
最后使用训练好的诊断模型对新的监测运行状态做出诊断，诊断结果一般包括故障类别置（或位）和故障程度，诊断结果可以指导运行操作人员结合管理流程，做出维修保障行动或决策。
针对核电站一回路系统的综合故障诊断技术研发成熟后，一般以一种操作人员的支持系统的方式服务于核电站一回路系统故障诊断，使得核电站一回路系统的运行中的故障诊断更容易、更准确，降低事故时的人因失误，并减轻事故给操作人员带来的压力，提高系统的可靠性和有效性。随着技术研发的进步，除单纯的故障诊断外，支持系统还可能扩展状态监测、故障预测、故障隔离、故障定位、规程指导等功能，所使用的方法也随着人工智能技术的广泛应用而越来越趋向于智能化。