计算机与电子信息技术的工程应用研究

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计算机与电子信息技术的工程应用研究

文|孙正凯

摘要：随着人工智能和大数据技术的快速发展，计算机和电子信息技术在工程应用研究中的重要性更加凸显。研究人

员和工程师可以利用计算机和电子信息技术处理和分析海量数据，从中提取有价值的信息，并应用于智能决策、预测

分析、模型优化等领域。通过深入研究和应用这些技术，可以不断提高生产效率、推动科学进步、改善人民生活质量。

因此，本文旨在对计算机与电子信息技术的工程应用展开研究，以期为相关人员提供参考。

关键词：计算机技术；电子信息技术；工程应用

一、引言

计算机与电子信息技术作为现代工程领域的核心技

术，已经深刻地改变了整个社会和工程实践的方式。在

当代工程项目中，计算机与电子信息技术被广泛应用于

各个行业，如通信、制造、能源、交通等，以提高工程

效率、优化系统性能和推动技术创新

[1]

。工程应用研究

的目标是从理论到实践，通过深入研究和探索，将计算

机与电子信息技术与工程实践相结合，为解决实际工程

问题和提升工程领域的发展贡献力量。

算机的普及和商业化。

第四，个人计算机普及时代（1980年代－至今）：

1984年，乔布斯推出了苹果Macintosh电脑，采用图形

用户界面（GUI）和鼠标操作，大大改进了用户体验。

1990年代以后，随着互联网的兴起和信息技术的迅猛发

展，计算机普及到家庭和各行各业，成为现代社会不可

或缺的工具。

第五，当代计算机发展：多核处理器和并行计算技

术的应用，提高了计算机的运算速度和效率。人工智能、

机器学习和深度学习等领域的发展，为计算机技术带来

了新的应用和突破

[2]

。

（二）电子信息技术的定义与分类

电子信息技术是一门综合性技术学科，利用电子器

件、电子元器件以及电磁波等技术手段进行信息的传输、

处理、存储和显示。它包括了电子技术、通信技术、计

算机技术等多个领域，广泛应用于通讯、计算机、控制、

自动化、嵌入式系统、数字化设备等各行各业。

电子信息技术的分类包括以下几个方面：一是电子

技术，其研究和应用电子器件、电子元器件以及电子电

路的科学和技术；二是通信技术，通过利用电磁波进行

信息传输；三是计算机技术，利用计算机进行数据的处

理、存储和管理；四是自动化技术，利用各种控制系统

实现工业过程、生产设备、交通、能源等方面的智能化

控制和自动操作；五是显示技术，利用各种装置和材料

将图像、文字、声音等信息展示给人类。

（三）计算机与电子信息技术的重要性

第一，计算机和电子信息技术在自动化和智能化方

面发挥了重要作用。通过计算机的控制和算法，许多重

复性、危险或复杂的任务可以被自动化处理，提高生产

二、计算机与电子信息技术的概述

（一）计算机技术的发展历程

计算机技术的发展历程可以追溯到古代的计算工具

和机械设备。现代计算机的发展主要集中在以下几个重

要时期和关键技术的突破。

第一，电子管时代（1940年代-1950年代）：1940

年，康奇与贝克特成功制造出第一台电子管计算机——

ENIAC，该计算机在军事和科学研究领域有着重要的应

用。1951年，原点公司推出第一台可商用的计算机——

UNIVAC，被广泛用于数据处理领域。

第二，晶体管时代（1950年代-1960年代）：1958年，

杰克·基尔比在贝尔实验室发明了第一颗晶体管，将其

应用于计算机技术领域，这标志着计算机技术进入了晶

体管时代。1964年，IBM推出第一台采用集成电路的大

型计算机——IBM System/360，成为当时计算机发展的

里程碑。

第三，微处理器时代（1970年代－至今）：1971年，

英特尔公司推出了第一款商用微处理器——Intel 4004，

这一创新使得计算机变得更加小型化和可靠。1981年，

IBM发布了第一台个人电脑——IBM PC，引领了个人计

孙正凯（1981.04-），男，汉族，江苏徐州，博士，副教授，研究方向：信号与信息处理、电子信息工程。

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效率和质量。同时，人工智能技术的发展也使得计算机

能够具备一定程度的学习和决策能力。第二，计算机和

电子信息技术在科学研究和工程应用中起到关键的支持

和推动作用。通过计算机模拟和仿真，科学家可以更好

地理解和预测自然现象。在工程领域，计算机和电子信

息技术广泛应用于控制系统、数据采集和处理、仪器仪

表等方面，提高了工程项目的效率和安全性。第三，计

算机和电子信息技术已成为现代社会经济发展的重要驱

动力。它们为各个行业提供了新的商业模式和机会，推

动了电子商务、互联网金融、电子政务等新兴产业的崛

起。同时，计算机和电子信息技术也改变了人们的生活

方式和社会交往方式，推动了社会进步和文化传播

[3]

。

三、工程应用中的计算机技术

（一）计算机辅助设计 (CAD) 技术

工程设计是工程领域中至关重要的环节，而计算机

技术的应用为工程设计带来了革命性的改变。计算机辅

助设计（Computer-Aided Design，简称CAD）技术是指

利用计算机软件和硬件设备辅助进行工程设计的一种技

术手段。CAD技术利用计算机完成工程设计的过程，包

括图像生成、模型构建、数据管理和分析等方面。通过

CAD技术，工程师可以快速、准确地进行设计和分析，

从而提高设计效率和质量。

CAD技术在工程应用中具有广泛而重要的具体应

用。CAD技术基于计算机技术和图形学原理，通过软件

工具实现对工程设计和制造过程的辅助，提高设计效率、

减少错误和成本。首先，CAD技术可以用于创建工程设

计的三维模型。工程师可以通过CAD软件将设计方案

和想法转化为精确、可视化的三维模型。这些模型可用

于分析、评估和优化设计，以及与其他工程师和利益相

关者进行合作和沟通。其次，CAD软件提供丰富的绘图

功能，可用于创建工程图纸、平面图、断面图等。工程

师可使用CAD工具进行精确的尺寸标注、符号绘制和

注释，生成专业且易于理解的图纸。再次，CAD技术结

合其他工程分析软件（如有限元分析软件）可用于进行

工程分析和仿真。工程师可基于CAD模型，进行结构

分析、流体力学分析、热传递分析等，并评估设计的性

能和可靠性。此外，CAD软件可与计算机数控（CNC）

机床和其他制造设备集成使用。通过CAD生成的三维

模型，可进行加工路径规划、数字化控制指令生成等，

实现自动化的制造和加工过程。最后，CAD软件可生成

逼真的渲染图像和动画，用于实时演示、客户沟通和项

目展示。通过CAD技术，工程师可将设计方案以图像、

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视频或虚拟现实的形式展示给利益相关者，增强沟通效

果和促进项目的理解和接受。综上所述，CAD技术在工

程应用中具有广泛的应用。它在工程设计、制造和生产

过程中提供了强大的辅助功能，可以提高设计效率、优

化性能和降低成本。

（二）工程仿真与建模技术

工程仿真与建模技术是计算机技术在工程应用中的

重要领域，利用计算机进行工程问题的模拟、分析和优

化，以提升设计效率、预测性能和降低成本。首先，仿

真与建模技术是利用计算机进行虚拟仿真和建立模型的

技术手段，通过数学模型、数值计算和可视化技术，模

拟真实世界中的物理、工程过程，以实现对工程系统的

分析、优化和验证。其次，仿真与建模技术在工程应用

中具有广泛的应用，在各个领域都发挥着重要的作用。

一是通过仿真与建模技术，设计师可以在计算机中对产

品进行虚拟设计、装配和测试。这能够大大降低实际原

型的制作成本和周期，提前发现潜在设计问题，从而加

快产品上市速度。二是通过仿真与建模技术，可以对工

艺流程进行虚拟优化。例如，在制造业中可以对工厂布

局、生产线配置和工艺参数进行优化，以提高生产效率

和产品质量

[4]

。三是仿真与建模技术可以应用于材料力

学、结构分析和优化。通过建立精确的数值模型，可以

对结构的承载能力、应力分布和变形进行分析，帮助优

化结构设计，提高工程安全性和经济性。四是在航空航

天、汽车、船舶等领域，仿真与建模技术可以进行流体

力学和空气动力学分析，优化流场分布、减少阻力和提

高气动性能。总而言之，仿真与建模技术的应用在工程

领域中能够提供可靠、高效的工程分析和设计，推动工

程技术的发展和创新。

四、工程应用中的电子信息技术

（一）电子电路设计与分析

电子电路设计与分析是电子信息技术在工程应用中

的重要领域，涉及电子电路的设计、分析和优化。电子

电路作为电子信息技术的基础，广泛应用于通信、计算

机、嵌入式系统、消费电子产品等领域。首先，电子电

路设计的流程如图1所示。其次，电子电路设计与分析

在工程领域中有着广泛且重要的应用。首先，在通信系

统中，电子电路设计与分析扮演着关键的角色。无线通

信设备中的无线传输和接收模块需要射频电路设计，数

字信号处理和通信协议实现则需要数字电路设计，而调

制解调、滤波和放大等功能则需要模拟电路设计。其次，

电子电路在控制系统中起到了重要的作用。通过设计和

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分析电路，可以实现控制系统的信号处理、传感器接口、

执行器驱动等功能。例如，比较器、运算放大器和模数

转换器等电路可以用于测量、比较和反馈控制系统的信

号。第三，电子电路在电力系统中的应用主要包括电力

电子器件和电路的设计与分析。功率半导体器件的设计

和选型以及功率电子转换器的设计和实现，可以实现电

力系统中的能量传输、调节和控制。最后，电子电路设

计和分析在医疗设备中发挥着重要作用。心脏起搏器、

体温计、血压计等医疗设备的电路设计和分析，能够实

现医疗诊断和治疗过程中的信号检测、处理和控制。电

子电路设计与分析为工程师提供了强大的工具和技术支

持，用于解决各种工程问题，推动技术的创新和进步。

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编码、解码、调制、解调、传输、调制解调、检测、纠错、

解码等一系列处理和传输过程，以实现有效的数据传输

和信息交流的技术方法和手段。信号处理与通信技术广

泛应用于通信系统、传感器网络、数据传输等领域。首先，

信号处理与通信技术在传统有线通信和无线通信系统中

起着关键作用。它涉及调制解调、信道编码、调度算法

等方面，以提高数据传输速率、减少传输误码率和提高

通信质量。其次，信号处理与通信技术在传感器网络中

用于数据采集、传输和处理。通过传感器网络技术，可

以实现对环境、物体状态等信息的实时获取和监测。最

后，信号处理与通信技术是数据传输的关键技术。在数

字通信中，信号处理技术用于调制解调、信道编码和解码、

信道均衡和误码纠正等过程，以提高数据传输的可靠性

和速率。在数据网络中，信号处理技术可以应用于数据

压缩、多路复用、流量控制和拥塞控制等任务。综上所述，

信号处理与通信技术在工程应用中扮演着重要角色。它

通过处理和传输信号，实现高效的数据传输和信息交流。

五、结束语

随着信息技术的飞速发展和普及，计算机与电子信

息技术的工程应用研究日益受到关注。计算机和电子信

息技术已经深入渗透到各个领域，成为推动社会进步和

经济发展的重要引擎。通过研究和应用这些技术，可以

提高生产力、优化工作流程、降低成本，实现工程工作

的自动化和智能化。因此，本文对计算机与电子信息技

图1　电子电路设计的流程

术的工程应用展开了研究，希望可以进一步推动创新、

促进发展，为各行业带来更多机遇。

（二）信号处理与通信技术

信号处理与通信技术涉及信号的获取、处理、传输

和分析，以实现高效的通信和信息交流。信号处理与通

信技术是指利用电子信息技术对信号进行采集、处理、

作者单位：孙正凯 南昌理工学院 民办高等教育研

究院

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