導語：如何才能寫好一篇虛擬樣機技術論文，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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（①中國75240部隊，潮州 521000；②中國65370部隊，長春 130000；

③中國93593部隊，三河 065200）

（①Unit 75240 of PLA，Chaozhou 521000，China；②Unit 65370 of PLA，Changchun 130000，China；

③Unit 93593 of PLA，Sanhe 065200，China）

摘要： 為有效解決虛擬維修訓練系統通用、共享和跨平臺重用的問題，借鑒IETM的S1000D標準以數據模塊方式組織數據這一思想，構建了基于IETM虛擬維修數據模型。經應用證明，基于IETM的虛擬維修數據模型有利于系統的數據標準化和技術文檔。

Abstract： To provide effective support for currency, communion and transplantation of Virtual Maintenance Training System, the Virtual Maintenance Data Model was designed based on Interactive Electronic Technology Manual. According to the data module of S1000D, the data model was built. The application showed that the model was useful for data standardization and technology document publishing of the Virtual Maintenance Training System.

關鍵詞 ： 虛擬維修數據模型；交互式電子技術手冊；維修過程

Key words： Virtual Maintenance Data Model；Interactive Electronic Technology Manual；maintenance process

中圖分類號：TP391.9 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2014）34-0230-02

作者簡介：石永亮（1986-），男，陜西寶雞人，助理工程師，主要研究方向為裝備虛擬維修。

0 引言

虛擬維修訓練系統與交互式電子技術手冊（Interactive Electronic Technology Manual, IETM）在裝備知識與維修素材等數據方面基本一致。

本文主要研究如何借鑒IETM的S1000D標準，設計虛擬維修數據模型（Virtual Maintenance Data Model, VMDM），解決虛擬維修訓練系統中數據重用和共享問題。

1 IETM簡介

IETM的概念最先是由美軍提出來的，其定義是從事武器裝備系統的故障診斷和維護保障工作所需要的一組信息包，其中的信息內容和格式均以最優方式進行了組織和編排，以便于最終用戶通過數字屏幕以交互方式使用。當前應用最廣泛的標準當屬美軍標準MIL-PRF-87269和歐洲標準ASD S1000D。

2 基于IETM的虛擬維修訓練系統

S1000D作為IETM在裝備全生命周期保障方面的重要標準，在其標準下制作的交互式電子技術手冊可以存儲大量的裝備保障數據，不僅包括文本、圖標、圖片信息，還包括視頻、音頻等多媒體信息，以及和用戶進行交互的信息。因此借鑒IETM相關標準S1000D設計VMDM層次結構如圖1所示。訓練數據包括了虛擬維修訓練過程數據、虛擬樣機數據和工具設備數據。

2.1 維修過程VMDM 過程VMDM設計如圖2所示，數據標記的具體含義以及其所包含內容的定義如下。

2.1.1 procedural元素 procedural元素是描述整個虛擬維修訓練過程的根元素，由若干個嵌套的子元素和相應的屬性構成，具有的屬性包括維修過程起始步驟編號startId、用來判斷維修過程是否結束的步驟編號endId、進行本次維修訓練的維修操作人員姓名的operatorName以及維修人員編號operatorId，同時描述人員所應該具有的維修水平、技能skillLevel。

2.1.2 step元素 step是具體維修訓練步驟元素，是可以重復、并列的元素，它有四個屬性值：partStateType屬性表示樣機對象子單元的運動屬性，主要包括平移運動、旋轉運動和復合運動三種；stepId表示維修過程中的當前維修步驟編號；name表示當前維修操作的名稱；partname表示本次維修操作的樣機對象單元名稱，該名稱與虛擬維修樣機模型中對該部件的命名一致。

2.2 工具/設備VMDM 工具/設備模型設計如3所示，數據標記的具體含義以及其所包含內容的定義如下。

2.2.1 tool_Equipments tool_Equipments元素是工具/設備數據模型的根元素。

2.2.2 toolList toolList元素用來描述工具/設備，是可以重復的、并列出現的非空元素，具有三個屬性值和一個元素：toolpackageName描述專用工具包的名稱；toolname屬性值為工具設備的名稱；toolId屬性值為工具/設備型號編碼；pic元素描述設備工具的名稱、型號、在工具欄中的布局以及二維圖標文件的存儲路徑等。

2.3 虛擬樣機VMDM 虛擬樣機，根據運動方式，分為平移運動樣機、旋轉運動樣機和復合運動（旋轉＋平移）樣機。本文以復合運動樣機為例，進行介紹。

復合運動樣機單元VMDM設計如圖4所示。

transRotate元素是描述復合運動樣機單元對象信息的根元素，由若干嵌套的Parts子元素構成。Parts元素是可重復、并列出現的非空元素，具有以下屬性：①ID屬性。②PartID屬性。③partname屬性，為相對應樣機單元漢語名稱。相關子元素有endXposition元素、endYposition元素、endZposition元素、attributeToObject以及attachToObject描述的內容與平移樣機信息單元模型中所提及元素的內容相同、類型相同。AxisRotate元素、rotateDegree元素，與旋轉類平移樣機信息單元模型中所提及的內容相同、類型相同。transScale元素描述虛擬維修樣機單元在復合運動過程中平移段的步長。rotateScale元素描述在復合運動過程中的旋轉平移段的步長。length元素描述典型對象單元如螺釘的長度，proportion元素描述旋轉圈數與位移的比例關系。

3 應用驗證

某型復雜裝備虛擬維修訓練系統，基于上述方法建立VMDM，如圖5所示，編輯完成的系統能夠進行，使得系統的推廣使用變得更為方便。

4 結束語

本文參考IETM的S1000D標準對于內容數據模型的組織方法，設計了基于IETM的虛擬維修訓練系統結構框架以及虛擬維修數據模型，并利用XML Schema設計了虛擬維修訓練系統的數據模型，包括維修訓練過程數據模型、工具/設備數據模型、以及樣機對象單元數據模型，并分析了模型中各個元素及屬性的具體描述含義，最后進行了應用驗證。

參考文獻：

[1]張宏亮.基于IETM的虛擬維修系統研究[D].南京：南京航空航天大學碩士學位論文，2008.

[2]李星新.虛擬維修訓練的模型研究與通用平臺實現[D].石家莊：軍械工程學院博士論文，2010，06.

[3]梁偉杰.裝備IETM全壽命過程建模與實現[D].石家莊：軍械工程學院博士論文，2009，06.

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論文摘要:介紹了機械零部件結構可靠性虛擬疲勞設計的軟件及疲勞壽命預測方法。根據斷裂力學理論和虛擬疲勞預測方法，利用系統動力學軟件ADAMS模擬42CrMo硬齒面齒輪加工過程，分析了對應的疲勞載荷譜，得到了齒輪應力壽命S一N曲線。

1、引言

機械產品全壽命設計是衡量產品設計水平先進與否的重要指標，現代設計過程迫切需要通過工程分析手段預測產品的結構可靠性。近年來研究人員試圖將虛擬設計思想更多地融人到復雜機械產品的結構可靠性設計中，借助工程分析軟件對計算機中虛擬的產品樣機進行應力分布、疲勞壽命和可靠性設計等，大大提高了可靠性設計水平。

利用國外先進有限元軟件豐富的試驗數據，應用項目組成員進行的42CrMo硬齒面齒輪的彎曲疲勞可靠性試驗及資料，提出該硬齒面齒輪的結構可靠性虛擬疲勞設計方法，由虛擬零部件疲勞工作的情況快捷地得到應力一壽命(S一N)曲線，推知其疲勞壽命大樣本，以供可靠性分析設計使用。

2、結構可靠性虛擬疲勞設計方法

2.1結構可靠性虛擬疲勞設計軟件

進行產品零部件結構可靠性虛擬疲勞設計首先需要構造產品虛擬樣機，目前國內外比較成熟實用的樣機幾何造型CAD軟件有AutoCAD， Pro/E等，同時還有可以進行各種系統仿真分析的多體運動學、動力學軟件ADAMS， SIMPACK等。

目前國際知名的通用有限元工程分析軟件大多可完成對產品結構進行應力分析、疲勞壽命測試及壽命概率分析的功能，目前見長的軟件有ANSYS，MSC/Fatigue， MSC/Nastran，考慮虛擬環境的CFX及FLUENT。近年來，樣機的運動、動力學及疲勞分析技術正處于逐漸深人和系統化階段，但有許多重要內容要填補，如虛擬環境的融入、幾何造型、動力學、疲勞分析技術的集成及開放式。

2.2疲勞壽命預測方法

多年來人們發展了各種疲勞壽命預測方法，其中名義應力壽命法(S-N法)、局部應變法(E-N法)與基于斷裂力學理論的疲勞裂紋擴展壽命方法，已成為三種經典的疲勞壽命預測方法。

(1)名義應力壽命法(S-N法)

名義應力壽命法通常稱為總壽命法。該方法用于構件總壽命的預測，是以材料或零部件的疲勞壽命曲線為基礎的。該方法可以考慮構件表面加工和表面處理對其疲勞壽命的影響，也可以考慮構件焊縫的疲勞壽命，適用于低應力高周疲勞問題。

(2)局部應變法(E-N法)

局部應變壽命法通常稱為裂紋萌生法。該方法用于預測構件的裂紋萌生壽命。它應用了材料的“記憶特性”，計人了名義應力無法計及的載荷循環順序的影響，使壽命估算結果更接近實際情況，適用于高應變低周疲勞問題。

(3)疲勞裂紋擴展壽命方法

基于斷裂力學理論的疲勞裂紋擴展壽命方法主要用于預測構件從裂紋產生到發生破壞的疲勞壽命。該方法結合模擬材料微觀結構變形的數值方法，是數值模擬斷裂的主要發展方向之一。

3、在硬齒面齒輪彎曲疲勞試驗中的應用

根據項目要求對42CrMo材質的硬齒面齒輪進行了彎曲疲勞可靠性全壽命試驗，試驗在機械部機械科學研究院英國產INSTRON1603型電磁諧振疲勞試驗機上進行。采用4級應力水平，即作4組不同應力的輪齒全壽命大樣本試驗，得到了硬齒面齒輪定壽命下的R-S-N曲線(見圖4中實線部分)。本文以此試驗為研究基礎，進行42CrMo硬齒面齒輪的結構可靠性虛擬疲勞設計和試驗，得到了虛擬試驗的各應力水平下疲勞壽命數據，即S-N曲線。

3.1三維幾何造型設計

三維CAD軟件為構造精準的零部件虛擬幾何造型設計打下軟件基礎。42CrMo硬齒面齒輪是斜齒圓柱齒輪按漸開線形成的，為從齒輪的造型機理開始就嚴格遵循漸開線齒面生成和加工機理，應用三維虛擬造型軟件MDI公司的ADAMS能在幾何形體上展成曲面和使曲面扭曲變形的功能，開發出以法平面標準漸開線齒形為基準的斜齒模擬加工過程。

3.2疲勞載荷譜分析

載荷譜是有限壽命設計的依據之一。因此，掌握載荷譜的變化規律是進行壽命設計的先決條件。通常，載荷譜是由現場數據采集并經數據處理與統計分析獲得。現場采集的載荷時間歷程具有很大的隨機性，并且因現場各種因素如開關信號、電磁干擾等影響，會造成原始信號記錄失真，出現偽信號。齒輪結構所承受的疲勞載荷，實際上是一連續的隨機過程，借助動力學分析軟件Adams平臺，可直接給出機械構件在整個裝置工作過程中的疲勞載荷譜F-t曲線(見圖2)，以此作為理論分析和結構可靠性虛擬疲勞設計的基礎。

3.3有限元分析軟件中的應力分析

建立一對輪齒的有限元模型并進行網格劃分，模型主要為六節點五面體單元，單元總數為63359個，節點總數為15213個。這樣有利于單元自動生成，有利于提高計算精度。有限元計算中，齒輪材料的彈性模量為4. 6 x 107MPa，波松比為0.3。

由有限元法(FEM)分析計算出隨機動載荷譜下輪齒在嚙合過程中最大動應力齒輪的位置、數值及周期。

3.4基于斷裂力學的疲勞裂紋壽命預測

斷裂力學是在承認裂紋存在的前提下進行疲勞強度計算(即微裂紋形成忽略)，失效判據是裂紋擴展到臨界尺寸時發生疲勞斷裂，應力強度因子幅度可用以下關系表示

對裂紋半長a的積分求出裂紋擴展的應力循環次數，即疲勞壽命。計算N時，應力強度因子幅}k、裂紋初始半長a1、裂紋半長極限值a2由式(1)計出。其中:c為與材料有關的系數，a為幾何效應因子，山為復應力變化范圍。

3.5虛擬試驗結果分析

以實作齒輪試驗的4級應力水平作虛擬疲勞試驗，求得各應力水平下的疲勞壽命數據，這樣可用最小二乘法得出待試驗材料齒輪的S一N曲線。

圖4虛線部分為42CrMo材料齒輪采用上述虛擬技術所作的S一N曲線，試驗中取5個壽命水平N= 0.5 x 1護，1.0 x 1護，1.5 x 1護，2.0 x 1護，2.5 x 1護的應力分布。與圖4中實線部分的實作齒輪試驗S一N曲線對比可知，虛擬試驗得到的S一N曲線與實際齒輪高可靠度下的S一N曲線比較接近，有一定的參考價值。

4、結語

(1)采用全壽命成組試驗法得到產品的全壽命概率分布依據的是大樣本試驗，因此解決復雜機電系統使用期限內無故障的全壽命設計具有極高的經濟價值和十分深遠的應用前景。全壽命設計已成為衡量一個國家機電產品設計水平先進與否的重要指標，只有攻克使零部件全壽命試驗與環境相容這一難題，才能更好地發揮全壽命設計對國民經濟發展的促進作用，迅速把我國的可靠性設計水平提高到主動可靠性設計的國際前沿水平。

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關鍵詞：液壓；鑿巖機；設計研究；建議

中圖分類號：TD421.2 文獻標識碼：C

Abstract： The paper analyzes various design and research literature on hydraulic rock drills in China， enumerates major arguments in some related papers， points out the imperative problems， and puts forward academic and policy-related advice on the R&D of the hydraulic rock drills industry in China.

Keywords： hydraulic； rock drill； design & research； opinion

1 我國液壓鑿巖機設計研究歷史回顧

我國液壓鑿巖機的研制起步非常早，距今已近50年。我國液壓鑿巖機技術研究也很早，二十世紀七十年代，我國長沙礦冶研究院等就翻譯了大量國外液壓鑿巖機專利和論文，七十年代后期，我國作者撰寫了大量液壓鑿巖機的技術論文，直到現在，關于液壓鑿巖機的論文與專利仍然不斷出現在各類期刊與網絡上。

我國液壓鑿巖機設計研究方面的論文，有博士論文，碩士論文，學士論文，有期刊論文，也有網絡論文，在整個液壓鑿巖機技術論文中，占據了很大一部分。

估計有20個高等學校（其中包括3所師范大學）和近10個研究院所的作者發表過液壓鑿巖機技術論文，其中大部分是關于液壓鑿巖機設計研究方面的論文。專利文獻更是與液壓鑿巖機結構設計有關。可見，液壓鑿巖機設計研究在我國并非冷門。

我國液壓鑿巖機的技術論文與設計研究論文大量產出。與此形成鮮明對比，我國液壓鑿巖機產品發展很緩慢，獨立開發的產品，很少能在市場站住腳。

2 我國液壓鑿巖機文獻的分類

2.1 研究型論文

2.1.1 設計計算型論文

此類論文數量多。

設計計算型論文包括了仿真計算，優化設計，活塞間隙優化設計，蓄能器設計優化，換向閥設計優化，活塞緩沖設計，釬尾緩沖設計，沖擊頻率調節方法等等。

博士、碩士、學士的論文幾乎全部屬于此類。高校與研究院所作者的論文大都屬于此類。此類論文數量多。

2.1.2 實驗研究型論文

實驗研究型論文包括實驗方法介紹，實驗設備和儀器介紹，實驗項目介紹，測試結果與測試曲線分析，誤差分析等等。

此類論文中介紹實驗原理與實驗方法的較多。專門介紹液壓鑿巖機測試結果與曲線，并且進行分析的論文較少，大多散見于設計計算論文中，作為計算正確性的證明。

高校與研究院所作者有些論文屬于此類，此類論文數量不多。

2.1.3 材料熱處理研究型論文

材料熱處理研究型論文包括活塞、釬尾的選材與熱處理，銅套的選材等等。關于活塞、釬尾的選材與熱處理的論文較多，關于其他零件的論文數量少。

2.1.4 加工工藝型論文

加工工藝型論文包括鑿巖機主要零件的機加工的設備，工裝夾具，量具與測量方法，工序與工藝步驟，怎樣保證尺寸精度與位置精度，等等，大概是技術保密的原因，此類論文數量極少。

2.2 綜述型論文

2.2.1 產品品種型號綜述型論文

產品品種型號綜述型論文包括當時國內外液壓鑿巖機產品的廠家，系列，型號，主要性能參數等等。

此類論文數量較多，但大多是介紹阿特拉斯、山特維克公司的液壓鑿巖機產品，介紹國內產品的較少。

2.2.2 產品歷史發展綜述型論文

產品歷史發展綜述型論文包括介紹國內外液壓鑿巖機歷史發展，產品型號推出的年代，市場情況等等， 此類論文數量不多，但大多是介紹蒙特貝塔、阿特拉斯、山特維克公司的液壓鑿巖機產品歷史，介紹國內產品歷史的較少。

2.2.3 產品技術綜述型論文

產品技術綜述型論文包括液壓鑿巖機結構類型，技術進展，等等。此類論文數量少而且內容重復較多。

2.2.4 產品市場調研分析指導型論文

產品市場調研分析指導型論文包括當時國內使用的液壓鑿巖機產品的主要型號，市場保有量，年銷售量與銷售額，備件銷售量與銷售額，市場的細分，將來市場的趨勢預測，市場對液壓鑿巖機的性能與技術要求。

此類論文很重要，對于國家的產業政策和企業的產品規劃指導意義很大。

此類論文數量極少，幾乎沒有，倒是在網絡上各種市場調查公司的廣告不少，只提供提綱，具體內容要付費才能提供。

由于我國缺乏市場液壓鑿巖機產品銷售數據統計，要寫出高可信度的此類論文，必然要花費巨大的人力財力，只靠個人或一個單位的力量難以完成，最好有行業組織與行政力量的參與。

2.3 使用維修型論文

2.3.1 產品使用方法型論文

產品操作方法型論文包括鑿巖機沖擊壓力，旋轉壓力，推進壓力的優化匹配，鉆頭直徑與旋轉速度的匹配，操作方法等等。

此類論文數量不多，有北京科技大學高瀾慶教授等的論文“液壓鑿巖機主要工作參數對鑿巖速度影響的試驗研究”，有廣東省水利水電第二工程局梁明華論文“液壓鑿巖機旋轉速度與鑿孔直徑的關系” [1]，是鑿巖機使用實踐總結，指導意義更大。

2.3.1 產品維修與故障分析型論文

產品維修與故障分析型論文多數為水電工程局、鐵路隧道工程局的技術人員所寫。此類論文來源于生產實踐，言之有物，參考價值很大，數量不多，列舉如下：

煤科總院北京建井所黃園月、李耀武、郭孝先“液壓鑿巖機的故障分析與防治”；

廣東省水利水電第二工程局何雄彬“HDl35A和COPl238ME型液壓鑿巖機工作原理及常見故障處理” [2]；

廣東水電二局股份有限公司李同明“阿特拉斯ROCD7鉆機使用中易出現的問題與改進” [3]；

李強“Atlas 1838型鑿巖機六種常見故障的排除”[4]；

張兆欽“COP1238鑿巖機技術特點及使用維護” [5]；

田華軍“HL500型液壓鑿巖機的日常維護保養” [6]。

2.4 產品介紹型論文

2.4.1 產品性能介紹型論文

產品性能介紹型論文多為介紹阿特拉斯、山特維克公司產品的論文，也有少量介紹國內海卓公司產品，樂清采礦機械廠的液壓鑿巖機產品的論文。

2.4.2 市場應用報道型論文

國外作者關于液壓鑿巖機市場應用報道型論文很多，國內此類論文數量很少，有少量關于YYT26支腿式液壓鑿巖機工程案例，使用成本效益分析的報道。

2.5 專利文獻

最近的十幾年關于鑿巖機械的專利有六十多件，大都是液壓鑿巖機械的結構設計方面的專利。尚未見到有重大影響，或產生效益的專利。

3 我國液壓鑿巖機技術研究的不足

3.1 鑿巖機文獻的五多五少現象

通過對我國液壓鑿巖機文獻的分析，我們發現有五多五少現象。

（1） 設計論文多，實驗與工藝論文少；

（2） 研究論文多，使用維修論文少；

（3） 性能介紹型論文多，市場應用報道型論文少；

（4） 歷史發展綜述論文多，市場調研分析指導型論文少；

（5） 專利多，影響小。

3.2 缺少學術交流討論

我國大概有20多年沒有開過全國性液壓鑿巖機技術方面的交流會或研討會。

我們眾多的論文作者，都是在自說自話，沒有交流，沒有討論，更沒有爭論。論文提出的論點，基本沒有人跟進，進行理論與實踐兩個方面的證明或證偽，或補充，只是不加評價的引用。

我懷疑，很少有人認真閱讀這眾多的論文，如果不是博士生，碩士生，大學生因為做畢業論文的需要，閱讀的人就更少了。我國關于液壓鑿巖機論文的影響力實在有限。

3.3 設計理論研究與產品生產脫節

我國大概可稱得上液壓鑿巖機設計研究論文數量大國，但是我國自行開發的液壓鑿巖機產品多數從市場上消失，現在還能在市場上站住腳，有一定銷售量的產品，多數為1980年代技術引進的產品。這種情況至少說明我們的設計研究和產品生產是脫節的，或者說明我們的設計理論還不成熟，還要不斷改進。

4 我國液壓鑿巖機設計理論的主要論點

4.1 關于鑿巖機沖擊機構設計理論

4.1.1 三段法理論

認為活塞往復運動一個周期是由活塞回程加速、回程減速、沖程加速三個階段組成的。4.1.2 設計變量理論

將一個無量綱數稱為設計變量，這個無量綱數可以是：

（1） 沖程時間與活塞運動周期之比；

（2） 活塞回程加速度與沖程加速度之比；

（3） 活塞行程與可能最大行程之比；

（4） 活塞后腔受壓面積與前腔受壓面積之比，很明顯，第四個無量綱數最直觀，最易檢驗。

4.1.3 優化設計理論

根據以下5個設計目標，求得一個最佳設計變量。

（1） 蓄能器容積變化的最大值最小；

（2） 蓄能器隔膜震動次數最小；

（3） 能量利用效率最高；

（4） 沖程時，最大瞬時流量最小；

（5） 回程時，最大瞬時流量最小。

4.2 關于換向閥設計理論

4.2.1 換向閥中位正開口理論

換向閥在中位時，換向閥的高壓窗口與低壓窗口都有微小開啟，叫正開口。認為正開口有益于沖擊機構性能改善。主張應該采用正開口。

4.2.2 換向閥最優行程理論

換向閥行程的選取受到閥口通流面積，換向時間與閥耗油量三重制約，存在一個優化點。

4.3 關于蓄能器設計理論

4.3.1 高壓蓄能器與活塞運動的最佳耦合理論

蓄能器的蓄油與排油量不僅與蓄能器的容積有關，而且與系統的工作頻率有關，如果蓄能器固有頻率選擇不合適，即使加大蓄能器容積，也不能增大蓄能器的蓄油與排油量。

在蓄能器結構參數固定，鑿巖機進油壓力確定的情況下，可以改變蓄能器充氣壓力來改變諧振頻率，使得系統處于最佳工作狀態。

這個理論是極有理論研究價值與學術價值的，是一個動態的理論，是北京科技大學首先進行研究的，可惜無人跟進，這方面的論文太少。

4.3.2 蓄能器一次振動理論

在活塞運動一個周期內，蓄能器隔膜只有一次振動。這個理論已經包含在第4.1.2小節的優化設計理論中了，這是一個靜態的理論。

4.4 關于信號孔位置

4.4.1 活塞回程換向信號孔位置的計算

這個理論是由北京科技大學與中南大學提出的，這是極其重要的計算，缺了這個計算公式，無法進行鑿巖機的圖紙設計。

4.4.2 活塞沖程換向信號孔位置的確定

這個理論是由北京科技大學與中南大學提出的，這也是極其重要的計算。既不能換向太早，使得撞擊釬尾時，活塞已經被減速，也不能換向太晚，造成活塞二次打擊釬尾。

4.5 釬尾反彈緩沖動力計算

研究這個理論的有浙江大學張新等人，廣東工業大學機電工程學院劉智等人，中南大學機電工程學院趙宏強等人，楊國平等人，難能可貴的是，張新做了實驗研究，有實驗曲線圖。

4.6 其他理論

（1）活塞密封間隙與長度優化理論；

（2） 活塞空打緩沖結構計算；

（3） 沖擊頻率無級調節自動換擋理論。

以上3種理論均有，就不一一論述了。

5 我國液壓鑿巖機設計研究亟待解決的問題

5.1 換向閥的結構尺寸問題

（1） 換向閥中位負開口的優缺點分析；

（2） 最優負開口量的計算與實驗驗證；

（3） 換向閥最優行程理論與實驗驗證。

5.2 活塞與缸體結構尺寸問題

（1） 活塞前后腔面積的確定及優化；

（2） 活塞回程換向信號孔位置的確定；

（3） 最優沖程換向信號孔位置計算與實驗驗證。

5.3 蓄能器與活塞運動的最佳耦合理論

研究蓄能器隔膜的動態頻率響應，蓄能器最佳充氣壓力的計算。

5.4 釬尾反彈緩沖系統動力計算與實驗驗證

不但研究緩沖機構本身，進行靜力學計算，更要研究釬尾反彈緩沖系統的動態響應，將緩沖機構，釬具與緩沖液壓油路作為一個系統，研究緩沖活塞的頻率響應，緩沖液壓系統是否能有效吸收釬尾反彈的能量，又是否能迅速將釬頭重新抵緊巖石。

5.5 鑿巖機反打系統動力計算

既要研究反打機構本身，進行靜力學計算。更要將反打機構與反打液壓油路作為一個系統，研究反打活塞的位移，運動速度與沖擊能量。

5.6 零件的氣蝕與腐蝕問題

（1）活塞前后腔氣蝕問題的計算與解決方法；

（2）鑿巖機殼體聯接平面點蝕的原因與預防。

6 我國液壓鑿巖機設計研究的學術建議

6.1 反求法

對國外高端液壓鑿巖機結構尺寸的分析，用反求法研究鑿巖機沖擊機構的設計計算公式與方法。反求法基本屬于歸納法，反求法需要統計多臺高端液壓鑿巖機的結構尺寸，統計數據越多，代數計算公式越接近實際，設計指導作用越大。這方面的工作似乎還沒有人去做。

6.2 驗證法

將我們國內的設計理論，如用最佳設計變量理論，換向閥最優行程理論，蓄能器設計理論，分析國外高端液壓鑿巖機的結構尺寸、充氣壓力等參數，檢驗是否符合我們的理論。如果大致符合，則驗證了我們理論的正確性，如果相差很大，則要尋找原因。

6.3 代數計算公式研究

6.3.1 液壓鑿巖機設計研究方法的分類

理論分析與公式計算，實驗研究，計算機數值仿真是鑿巖機設計研究的三駕馬車。

三段法，最佳設計變量等屬于理論分析計算。

理論分析與公式計算是鑿巖機設計研究的基礎，是實驗研究與數值計算的的基礎與指導。

6.3.2 液壓鑿巖機代數設計計算公式的建立

公式計算必須將鑿巖機的物理（實際）模型簡化為力學模型，再進一步簡化為數學模型，再簡化為代數公式。簡化必須是合理的，不能與力學模型有大的矛盾和沖突。

在不斷的簡化中，必然有失真，這時就要用經驗系數去校正。這方面我們還有許多工作要做，對每一結構類型的鑿巖機，都可以研究出一套基本通用的計算公式。

6.3.3 液壓鑿巖機代數設計計算公式的輸入輸出

代數公式計算輸入的是沖擊能，沖擊頻率，沖擊末速度，進油壓力， 輸出的是活塞質量，活塞前后受壓面積，活塞行程，信號孔位置，閥的結構尺寸，閥行程，開口量，鑿巖機進油流量等等。

6.4 強化實驗研究

6.4.1 液壓鑿巖機實驗的分類

在理論分析指導下的實驗研究是必不可少的，我們的力學模型，數學模型是否正確，簡化是否合理，都需要實驗驗證。數值仿真計算就更需要實驗驗證了。

這里所說的實驗主要是鑿巖機內部機理實驗，也可是型式實驗，而不是出廠實驗。

6.4.2 液壓鑿巖機實驗的規范

實驗的各種條件，包括樣機，液壓系統，測量方法，儀器儀表，都應該是明確的，實驗的結果應該是真實的，可重復的，重復實驗的誤差應該進行分析。實驗的時間、地點與參加人應該注明。

6.5 數值計算研究

6.5.1 數值計算的定義

數值計算就是虛擬樣機技術，因此數學模型要盡可能逼近力學模型與物理模型，數值計算需要輸入的數據很多，需要詳細的鑿巖機圖紙數據，否則不能稱之為虛擬樣機。

數值計算又叫動態仿真，我國在數值計算方面的論文太多了。有基于AMESim的仿真，基于Simulink的動態仿真，基于MATLAB的計算機仿真，準勻加速度法仿真計算，鍵合圖方法仿真，等等。

6.5.2 液壓鑿巖機數值計算輸入輸出的基本要求

沖擊機構數值計算中，進油流量必須是輸入值，而壓力是輸出值。

數值計算輸出結果不能僅僅是沖擊能，沖擊頻率等，必須能輸出活塞運動速度、位移，換向閥的速度、位移，活塞前后腔壓力的曲線。并且能夠描述出液壓油的空化與氣蝕現象。

數值計算的結果曲線應該用實驗曲線驗證，未經實驗驗證的仿真計算是不可信的。

數值計算的結果應該是真實的，不能弄虛作假，其他人也可以重復運行程序。

6.5.3 液壓鑿巖機數值計算程序的基本要求

數值計算的程序應該模塊化，數值計算需要花費大量的精力與時間，不是一個人短時間能夠完成的，因此數值計算的程序應該模塊化，可以由一組人員分工，進行編寫。

數值計算程序應該界面友好，參數的改變，應在界面中進行，而不應在程序中進行。

數值計算的模型與程序應該是持續改進的，和所有的計算機軟件一樣，應該有版本號。液壓鑿巖機數值計算程序應該通用工具化，不要搞成專用工具。不能只有作者自己用，換一個人就不能用。

6.5.3 液壓鑿巖機數值計算程序的難點

虛擬樣機技術是一項浩繁的工程，但是并不是遙不可及。內燃機的燃燒過程，牽涉到化學，燃燒學，熱學，力學，都可以做到數值仿真，并且在發動機設計中起到重要作用。沖擊機構的數值仿真也一定能做到，但是這要求有一個精干的團隊和一個好的實驗條件。

數值計算程序都是針對某一個特定的圖紙的，因此通用性較差。不要指望適合于單腔回油的鑿巖機，也能適合非單腔回油的鑿巖機。也不要指望適合于芯閥結構的鑿巖機，也能適合套閥結構的鑿巖機。這也是數值計算應用的一個難點。我們至少應該做到，對某一相同結構類型的液壓鑿巖機，具有通用性。

7 我國液壓鑿巖機設計研究的政策建議

7.1 以企業為主體，產學研結合

過去幾十年，我國液壓鑿巖機設計研究是以高校和研究所為主體的，和企業產品開發聯系較少。事實證明，我國液壓鑿巖機設計研究進步不大，只有以有實力的大企業為主體，廠學研結合，學校與研究所自己不搞產品生產，只為社會和企業提供知識與技術，各自發揮自己的優勢，才是我國液壓鑿巖機技術與產品的發展道路。

7.2 以行業協會為主體，組織技術交流

與鑿巖機的生產、使用有關的行業有鑿巖機械氣動工具、煤炭、礦山、鐵路、水電、冶金等等，在1980年代，礦山機械行業組織過液壓鑿巖機技術交流會， 1990年代初期， 煤炭建井行業組織過液壓鑿巖機技術交流會。

8 結語

（1）對我國液壓鑿巖機研究文獻進行了分類，5大類，13個小類；

（2）分析了我國液壓鑿巖機技術研究的不足，3個方面的不足；

（3）列舉了我國液壓鑿巖機設計理論的主要觀點，6大類，13個觀點；

（4）列舉了我國液壓鑿巖機設計中亟待解決的5大類共11個問題；

（5）提出了我國液壓鑿巖機設計研究的5條學術建議；

（6）提出了我國液壓鑿巖機設計研究的2條政策建議。

參考文獻：

[1] 梁明華.液壓鑿巖機旋轉速度與鑿巖直徑的關系[J].工程機械，2001，32（6）.

[2]何雄彬.HDl35A和COPl238ME型液壓鑿巖機工作原理及常見故障處理[J].廣東水利水電，2001（8）.

[3] 李同明.阿特拉斯ROCD7鉆機使用中易出現的問題與改進[J].四川水利，2004（3）.

[4] 李強.Atlas 1838型鑿巖機六種常見故障的排除[J].工程機械，2005，36（3）.

篇4

關鍵詞：汽車電子；電力電子；教學改革

作者簡介：吳曉剛（1981-），男，黑龍江哈爾濱人，哈爾濱理工大學電氣與電子工程學院，副教授；周美蘭（1962-），女，黑龍江哈爾濱人，哈爾濱理工大學電氣與電子工程學院，教授。（黑龍江 哈爾濱 150080）

基金項目：本文系黑龍江省高等教育教學改革項目（項目編號：JG2201201107）、哈爾濱理工大學高等教育研究重點項目（項目編號：A201200004）的研究成果。

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）28-0098-02

隨著汽車產業的發展，電子技術在汽車上的應用已成為汽車設計研究部門考慮汽車結構革新的重要原因。在國外，平均每輛汽車上的電子裝置在整車成本中占20%～25%，一些豪華轎車上裝有40多個微處理器，有的汽車電子產品甚至占整車成本的50%以上。許多汽車制造商都認為，增加汽車電子裝備的數量，促進汽車電子化是奪取未來汽車市場的有效手段。[1]

在對汽車電子技術的教學研究中，文獻[2]提出優化“汽車電子與控制”配置課程的內容、改革結構體系、改革教學方法和手段、加強實驗建設和課程設計環節等改革思路。文獻[3]分析了“汽車電子控制技術”課程在理論教學和實踐教學方面的問題，提出了靈活多樣的理論教學改革方案和采用項目教學法等加強實踐環節教學的建議。文獻[4]介紹了汽車電子控制技術課程精品實驗項目的設計思想、主要環節及具體實踐。文獻[5]將虛擬儀器LabVIEW軟件應用于汽車電子技術綜合性和設計性虛擬實驗中，并進行了實驗教學的實踐。文獻[6]開發了汽車電子控制系統實驗教學所需要的嵌入式系統，完成了實驗箱硬件及教學實驗所需的支撐軟件，并在此基礎上開展了教學實踐。文獻[7]介紹了在電子信息工程專業開設汽車電子系列特色課程的研究。

在汽車電子中，涉及到電力電子技術的內容通常稱為汽車電力電子技術，并且成為了電力電子技術的重要分支。哈爾濱理工大學（以下簡稱“我校”）電氣工程及其自動化專業下的電力電子方向，在汽車電子研究上已有了十幾年的基礎。在依托汽車電子驅動控制與系統集成教育部工程研究中心和黑龍江汽車電子技術研究中心科研基地的基礎上，形成了以新能源汽車動力系統控制和汽車電子驅動控制為特色的研究方向，并培養了大量的碩士研究生和博士。因此，為了在本科教學中體現我校電氣工程及其自動化專業的辦學特色，結合在汽車電子方向上的研究成果，在2010年制定的電氣工程及其自動化專業電力電子方向本科生培養方案中，特別增設了“汽車電子技術”專業方向選修課。本文以“汽車電子技術”課程作為研究和實踐對象，通過課程結構優化設置和考核方式改革，結合現場教學和研究性教學的教學方法，實現具有特色的專業選修課教學。

一、“汽車電子技術”課程結構

“汽車電子技術”課程開設在大學四年級上學期，為專業選修課程，2學分，共32學時。其中理論教學22學時，實踐教學10學時。根據電氣工程及其自動化專業的基礎課程和平臺課程設置，結合汽車電子技術的主要特點，“汽車電子技術”課程的理論教學可分為6個模塊，如圖1所示。

在“汽車電子技術”課的理論教學環節中，第一部分，先介紹汽車電子的基本概念，回顧汽車電子技術的發展歷史，通過實例分析介紹汽車電子對汽車安全與節能的影響，結合電氣工程及其自動化專業的相關知識，講述汽車電子與電力電子的關系。

第二部分，介紹汽車電子技術中常用的器件。包括光電、霍爾、電阻等各類傳感器，常用于汽車電子控制系統中的單片機選型及選用依據，汽車電子控制系統中所用的交直流電機、電磁閥等執行器件的工作原理和控制方法。

第三部分，在以上介紹的基礎上，著重介紹汽車變速器電控、ABS系統、動力轉向電控等汽車電子控制系統的設計方法，主要內容包括電控系統開發遵循的標準、硬件電路設計和軟件編程方法，特別強調目前汽車電子控制系統中所用的V流程開發模式。

第四部分，結合新能源汽車的熱點問題，充分發揮電氣工程及其自動化專業知識在電動汽車方面的運用。本門課與目前車輛工程專業所開設的“汽車電子技術”不同之處在于，省去了傳統以發動機作為主導的汽車動力系統控制部分，強化了電驅動系統的匹配與設計部分。該部分內容除了包含對于汽車動力系統設計方法和匹配規律的介紹外，還增加了對于電動汽車動力系統控制的一般方法介紹。

第五部分，介紹汽車電器系統，包括汽車儀表系統、燈光照明系統、電動門鎖系統、電動車窗、電動后視鏡、電動天窗、電動座椅、車載空調系統、車載音響系統、車載電視娛樂系統、車載無線通訊系統、電子導航與全球定位系統、智能交通系統和車載網絡系統等方面的內容。

第六部分是課程的最后部分，介紹汽車電子控制系統中可靠性的評價標準和一般的故障診斷方法。

以上六部分構成了我校電氣工程及其自動化專業“汽車電子技術”理論教學的主要內容。

在“汽車電子技術”課程的實踐教學過程中，主要有實驗和課程設計兩種方式。實驗課作為學生在校內實現理論聯系實際的一種比較有效的手段，學生通過實驗能夠加深對課程理論知識的理解，并能夠培養一定的實踐能力。我校在電氣工程及其自動化專業“汽車電子技術”實驗課的設置上，主要分為5個部分，如圖2所示。

課程設計是提高學生分析問題和解決問題能力的重要手段，它不但可以使學生加深對理論和實驗課程的理解，而且能夠使學生將所學的課程內容與相關課程綜合起來，提高了知識的應用能力。[8]“汽車電子技術”是一門實踐性很強的課程，課程設計主要結合我校電氣工程及其自動化專業平臺課的知識，以電動汽車控制系統作為設計目標，讓學生結合電力電子技術的相關知識進行設計。

二、“汽車電子技術”課程教學方法的改革

對于“汽車電子技術”課程來說，涉及到的汽車電子控制系統單靠語言描述是很難講清楚的，而通過傳統的板書教學方式，也很難清晰勾勒出汽車電子控制系統的原理和工作過程。因此本門課在授課方式上采用多媒體教學的方式，通過多媒體課件制作出的動畫及示意圖等來展示汽車電子控制系統的結構、組成及工作原理，使教學的內容直觀清晰，易于理解。

在“汽車電子技術”課程的教學過程中，除了正常的多媒體課堂教學外，還采用了現場教學結合研究性教學的授課方法。現場教學即依托我校汽車電子驅動控制與系統集成教育部工程中心的實驗平臺，使學生到工程中心參觀現場演示，并試用工程中心開發的汽車電子產品實驗樣機。這些教學手段可以使學生對汽車電子的功能及開發有更直觀的認識。除此之外，教學內容中以汽車電子產品的項目開發作為主導。例如在“汽車電子控制系統的設計”這部分內容講授時，可自始至終以工程中心開發的汽車變速器控制單元作為對象，從汽車電子產品開發的前期調研、方案論證，到中間環節的樣機開發、功能驗證，再到最后環節的樣機標定、測試等進行全方位的介紹。通過這樣的講授，學生對汽車電子的感性知識加深，在理論學習中的目的就會變得明確，清楚地認識到需要掌握的主要內容。

三、“汽車電子技術”課程考核方式

為了有效地組織教學，突出“汽車電子技術”課程的實踐性，改革了這門課程的考核方式。我校其他專業課程的考核方式大部分是以平時成績占30%，期末卷面成績占70%的比例進行綜合評定。而由于“汽車電子技術”課程面向電氣工程及其自動化專業電力電子方向的本科生，選課人數基本維持在40～60人范圍內，這樣的人數規模便于授課教師進行小范圍內的專業指導，因此在考核方式上提出了平時成績、作業成績、實驗成績、課程設計與專業論文撰寫相結合評定的方式。與其他課程不同之處還在于，其他課程安排的課程設計都是最終給定一個獨立的成績，而作為專業選修課，本門課程的課程設計成績只是最終成績的其中一部分。

目前該門課程的考核采用平時成績占10%，作業成績占10%，實驗成績占10%，課程設計占30%，專業小論文占40%的比例權重進行成績的評定。這樣做的好處是，不但能夠充分發揮本門課理論與實踐緊密結合的特點，并且可以充分激發學生的學習興趣，培養學生的團隊合作精神。

專業小論文作為考核的主要部分，在撰寫過程中，授課老師首先利用2學時的時間對學生進行科技論文撰寫的培訓，而后引導學生充分利用學校圖書館的資源，根據各自分配到的科技論文主題進行文獻的檢索；學生分成了3至4名成員一組，選擇關于汽車電子的主題項目，可建議主題為電動汽車整車控制器的設計、汽車防抱死ABS系統設計、汽車自動變速器控制系統設計等，學生也可以自己提出新的主題。給定主題一段時間以后，學生提交科技論文，并以學術會議的形式在課堂上進行交流，老師和其他同學可以自由根據報告者的內容提問，并提出意見和建議。該部分成績可以當場給出，這樣做的好處是激發學生的積極性，所給定的成績能夠實現主觀與客觀兼顧的效果，令所有同學信服。

四、結論

根據“汽車電子技術”理論與實際緊密結合的特點，結合所開設課程在電氣工程及其自動化專業的實際情況，提出了教學中課程內容優化配置，現場教學結合研究性教學的授課方法；考核上提出了平時、作業、實驗、課程設計與科技論文撰寫相結合的方式。通過這些教學改革，提高學生學習的積極性和主動性，真正能夠在有限的學時內獲得最實用的知識，增強學生的實踐能力。

參考文獻：

[1]李建秋，趙六奇，韓曉東.汽車電子學教程[M].第2版.北京：清華大學出版社，2011.

[2]周雅夫，連靜，李琳輝，等.《汽車電子與控制》課程教學改革的探析[J].科技創新導報，2010，（16）：190.

[3]趙科.汽車電子控制技術教學探討[J].新西部：理論版，2011，（27）：221-222.

[4]趙秀春，徐國凱，陳曉云.汽車電子控制技術精品實驗項目設計與實踐[J].大連民族學院學報，2010，12（5）：497-499.

[5]仇成群.LabVIEW在汽車電子虛擬實驗教學中的應用[J].儀器儀表用戶，2011，18（6）：97-98.

[6]張新豐，陳慧，孟宗良，等.控制器V型開發模式實驗教學探索[J].實驗室研究與探索，2012，31（2）：131-134.

篇5

無

(f0003)《武漢理工大學學報（信息與管理工程版）》征稿啟事 無

科技信息

(i0001)《武漢理工大學學報（信息與管理工程版）》第34卷（2012）總目次 無

學術論文

(667)開溝鋪管機自動導航系統設計與試驗 偉利國 胡小安 王麗麗

(671)基于虛擬樣機的減振器阻尼特性仿真與調試 張杰 諶文思 李伯華 毛利劍 胡三寶

(675)混合數據模型在建筑物三維建模中的應用 王育堅 許承福 劉立平

(680)基于進程核心的網絡仿真建模及統計分析 李清平

(684)一個分布式可信中心的門限盲簽名方案 胡建軍

(687)凹版印刷電雕網點自動檢測系統研究與設計 孟艷敏

(690)基于evm矩陣求解關鍵路徑的方法 林銘德 戴一?

(695)基于floyd算法的校園最短路徑問題分析與實現 嚴曉鳳 陸濟湘 唐雙平

(699)基于本體的移動商務信息檢索 毛一梅

(704)城市應急平臺地名查詢方法研究 張郁 王敘泉

(708)柴油機添藍供給系統試驗研究平臺設計及應用 顏伏伍 芮鵬飛 劉傳寶 胡杰

(712)大功率智能充電機的設計 羅冰洋 徐文靜 劉思寧 莫易敏

(715)基于空間擴散模型的重金屬污染源位置的研究 方璽 葛權耕 何朗

(719)外轉子諧波電機的研究與分析 吳應軍 喬維高 蹇林旎

(723)一類負系數解析函數族的子族 李小飛 朱志鋒 王今朝

(726)基于克隆選擇的免疫算法研究 周金龍 王仲君

(729)網格環境下汽車營銷資源配置及其效率評估 王虎 張建友 李冰

(733)基于危機周期理論的應急管理技術創新體系 馮艷飛 黃宏純

(737)新時期下我國經濟增長傳導路徑的實證研究 張泉樂

(742)基于主成分分析的運輸型物流企業競爭力研究 劉丹 陳麗芳

(746)名人微博的影響力評價指標研究 劉雁妮 賀和平 彭文莎

(751)基于arcgis的三維輔助規劃設計 龔珍 吳浩 黎華

(754)個人所得稅和企業所得稅的一體化研究 徐進 楊雙

(759)艦船維修經費投向的群決策分析 李璐 張亞迪 彭志高

(763)上市公司社會責任績效影響因素實證研究 陳曉芳 孔繁國

(767)基于garch模型的證券市場風險的var度量 程淑芳 陳盛雙

(772)校園一卡通資金的財務核算與核對問題研究 龔林紅

(776)基于粗糙集的空管安全風險預警指標優選 楊智 羅帆

(781)b2b市場中基于mediator調節的雙邊協商模型 庫洪鋒 吳清烈

(785)動態產品供應鏈績效及其驅動因素結構分析 劉進

(789)廈

市住宅地價預警研究 孫宇 葉青

(793)廈門市地價時空動態變化分析與研究 袁琳 葉青

篇6

根據肌電觸發的神經肌肉電刺激(neuromuscular electrical stimulation，NMES)能改善患者肢體功能的作用、小腦頂核電刺激(fastigial nucleus stimulation， FNS)的神經源性保護原理、脊髓電刺激(spinal cord stimulation， SCS)促使大腦動脈血流分布增高的效應以及認知重新學習法(cognitive relearning，CR)的心理康復作用，本文提出了一種新型的“物理+心理”的綜合康復療法，并研制了相關的康復平臺樣機。該樣機采用主從式結構，下位機包括肌電采集、NMES、FNS&SCS 等功能相對獨立的電路模塊，并通過串口與上位機(PC)進行通信。其中，NMES 模塊采用了一種低頻可調制方波作為電刺激波形；為了能有效地分離治療閾值與疼痛閾值，FNS&SCS 模塊則采用了隨機信號調幅的無極性中頻指數波；這兩種電刺激波形均能解決對機體的適應性問題。

本論文主要的研究內容是基于PC 的康復平臺軟件的實現，按照軟件工程思想、采用統一建模語言(unified modeling language， UML)、面向對象的程序設計技術(oriented object programming， OOP)，本文具體運用BCB6.0 研究并設計了自動、人工、循環三種可視化的可交互的治療模式，為“物理+心理”療法的實現提供了軟件平臺的支持。同時利用數據庫、API函數、多線程、雙緩沖等技術完成了治療參數控制、串口通信、方案維護、病歷登記、復診登記、信息查詢、科室信息維護、繪圖參數設置等功能模塊。

【關鍵詞】 腦卒中；神經肌肉電刺激；小腦頂核電刺激；脊髓電刺激；認知重新學習法

[Abstract] The movement function diseases and such syndromes as depression etc resulted from the stroke all do badly harm to human beings’ health and mentality. It’s well known that our nerve centre (brain & spinal cord) has the outstanding plasticity， which is one of the most important discoveries of ‘Brain’s 10-Years Plan’. Although， some ordinary rehabilitation methods derived from facilitation technique can help the recovery of the patient’s movement ability， the clinical result is not satisfied.According to the improvement effect from the EMG-triggered neuromuscular electrical stimulation to the limbs，the principle of neurogenic neuroprotective electrical stimulation to the cerebella fastigial nucleus， the increase action to the cerebral artery blood stream from spinal cord stimulation and the positive mentality function from cognitive

relearning method. The integration rehabilitation method of ‘Physical & Mental’ is brought forward and the medical instrument sample has been developed.The designed therapy instrument adopts the framework of distributed control system that comprises the extension set and PC. The extension set comprises several correspondingly independent circuit modules as EMG collection，NMES and FNS&SCS， which all communicate with PC by the standard serial port. Moreover， NMES module use one of the low frequency modulating rectangle wave as the stimulation output， and in order to separate therapy threshold and ache threshold， FNS&SCS module make use of the random signal modulating and non-polar differential exponent medium frequency pulse signal as carrier wave. Both of them can effectively solve the adaptability problem of simulating waveform to the human body.

This paper’s main work is the study of PC-based rehabilitation platform software， which complies with Software Engineering， adopts Unified Modeling Language and Oriented Object Programming and uses BCB6.0. We finished three visualized and alternating treatment modes (auto， manual， circular) to afford the ‘physical & mental’ therapy

method for the patient. Utilizing database，API functions，multithread，double-buffer and other technologies， the platform software has been finished with many functions and modules， such as cure parameters control， cure project setting，serial port communication， case register， re-enroll case， patient information query，department information maintenance，drawing parameters setting etc.[Keywords] Stroke; Neuromuscular electrical stimulation; Fastigial nucleus stimulation; Spinal cord stimulation; Cognitive re-learning

認知重新學習法（CR）是源于國外一個全新的概念，它已經被證實不僅是一種有效的腦卒中康復方法，而且還具有獨特的心理輔助治療作用。CR的一般作用方式是以自發肌電所觸發的NMES 等生物反饋法為基礎，讓患者盡力思考，增加中樞神經對瘓肢的控制，增加癱瘓肌肉的肌電水平，從而在達到或超過儀器所設定閾值后能夠觸發電刺激。如此反復作用，一方面，也會使患者意識到這是自己主動想象的結果，從而更加努力運動，可以增強治療信心，明顯改善抑郁情緒；另一方面，隨著患者認知心理的重新學習和恢復，不僅可以促進腦部功能的重新組織，還可以激活一些原來閑置不用的神經通路，使其能夠替代已受損的神經功能，從而使新的神經網絡得以建立，肢體功能最終得以恢復。

1 系統總體設計的原則和思路

1.1 設計原則

現代醫療儀器的設計原則一般包括：信號因素、環境因素、醫學因素、經濟與時代因素5 個方面，這也是本文全部設計工作的基本準則。毋庸置疑，現代醫療儀器的一個重要發展方向是數字化和智能化；而且隨著“以人為本”醫療理念的逐步深入，微創、無創的治療方式更易于讓患者、醫院以及社會所接受。

1.2 設計思路

①無創性的要求：傳統的電刺激以有創傷的方式為主，比如單獨植入電極或全部植入刺激電極、脈沖發生器和導聯線等，這不僅加深了病人的痛苦，使其產生抵觸心理，而且也會引起交叉感染等。

由于近年來采用表面電極的電刺激療法(比如NMES 或TENS 等)在腦卒中康復工作中取得了良好的效果，所以，本康復平臺所有的電刺激均通過表面電極來實現。②有效性的要求：所研制的康復平臺以肌電觸發的NMES 為主，以經皮的FNS 和SCS 為輔，并利用計算機技術為CR 療法提供實現的手段，期望通過上述“物理+心理”療法促使患者運動功能、腦神經以及心理功能全面有效的康復。③安全性的要求：首先，相關電路模塊的電氣安全是設計中需要始終貫穿的問題；其次，探討并選取安全、合適的電刺激波也是保證療效的關鍵。④直觀性的要求：為了使患者和醫護人員能夠觀察所采集到的肌電、治療參數等數據，借以發揮視覺信號的心理反饋作用，該平臺需要配置一臺能旋轉的15”/17”的顯示器(CRT 或LCD，分辨率1024*768，256 色以上為宜)。⑤模塊化的要求：考慮系統功能的擴展和后期臨床實驗的要求，應該將相關電路和軟件設計成相對獨立的模塊，這樣便于組裝和維護。⑥信息化的要求：康復平臺的軟件系統不只局限于為心理療法和治療控制提供支持，還應該提供病歷登記、信息查詢、治療方案維護等軟件功能，以便將來診斷工作以及科室間的信息共享工作的開展。⑦人性化的要求：應注重醫護人員使用的簡便性，比如，軟件中的各種治療參數要易于維護和控制；另外，成型后的儀器樣機也能在病房和科室間移動。⑧可擴展性的要求：由于所提出的創新性的康復方法需要臨床實驗進行驗證，所以在軟硬件的設計中應該盡量采用便于功能擴展的技術和方法。

2 設計策略與技術路線

2.1 設計策略

當前數字醫療儀器的設計結構和方式有以下幾種：①采用傳統的基于單片機或DSP(數字信號處理器)控制的一體化式結構，體積小巧，結構緊湊，但功能不夠強大，難于維護和升級。②運用新興的虛擬儀器(virtual instruments， VI)技術，雖然設計周期短，技術更新快，但是專業軟硬件設備的成本過高，也不符合儀器的后期小型化的需求。③ 使用當前流行的嵌入式技術(embedded technology，ET)，那么僅在嵌入式系統的移植、搭建交叉編譯環境、驅動與GUI 設計等方面就會耗費大量的時間和精力；此外市場上能符合本系統性能要求的開發板也是寥寥無幾，價格不菲。④采用模塊化電路結合PC 的方式，首先在制定好通信接口與協議的前提下，電路模塊和軟件系統可以分別獨立設計；其次電路模塊可以采用成熟的技術來實現(如51 單片機)，而且PC 價格低廉，設計資料豐富；最后成型的電路模塊分別與PC 上的軟件進行聯調組裝即可。此外，這種方式也便于今后向工控機上移植。根據上述分析，作者借鑒了多參數生理監護儀和B 超工作站的設計方式，采用這種電路模塊結合PC 的主從式結構以及“總—分—總”的設計策略，即先進行總體設計，再分別實現各個軟/硬件模塊，最后修改、調試、組裝，完成樣機。

2.2 技術路線

本設計主要的技術路線如下所述：①康復平臺總體采用上述“主從式”結構，下位機的各個電路采用模塊化設計方法；上位機(PC)的軟件系統主要負責治療參數控制，進行視覺信號反饋等。②具體而言，下位機應該至少包括肌電采集、NMES、FNS 以及SCS 電路，并統一使用MCS51作為主控單片機；考慮到所需要的肌電信號的頻率范圍，上下位機間通過標準的RS232 串口進行通信即可。考慮到一般的PC 配置有兩個串口，所以可以把作為主要治療手段的NMES 模塊以及采集電路與串口1 連接，而將作為輔助治療方法的 FNS、SCS 合并為一個模塊并且與串口2 相連。③上位機軟件主要實現以下功能：①借助軟件所提供的視覺反饋引出CR 的心理作用，即肌電信號超過預定閾值后能觸發NMES 的反饋作用；②通過串口控制采集電路和刺激電路模塊；③提供病歷登記、信息查詢、治療參數維護等功能模塊。④成型后的樣機擬組裝于能移動的推車中以方便醫護人員的使用。

總體的技術路線可總結為：立足于腦卒中康復理論和方法的創新，盡量采用成熟穩定的技術和方法。這樣能盡快地完成樣機的設計工作，從而能較快地對所采用的綜合康復方法進行驗證，并為后期的臨床實驗和技術升級做好準備。

3 系統總體設計

3.1 系統總體結構設計

綜上所述，所設計的腦神經網絡綜合康復平臺包括四部分，分別為肌電采集模塊、NMES 模塊、FNS&SCS 模塊和康復平臺軟件系統(總體結構如1所示)。

其中，肌電采集模塊和NMES 模塊通過串口1與PC 進行通信，FNS&SCS 模塊通過串口2 與PC進行通信。

3.2 物理+心理療法的總體設計

本設計所提出的這種“物理+心理”的綜合康復療法無疑是整個系統的立足點，它不僅決定著系統性能的優劣，而且直接影響著軟硬件的設計思路和實現方式。經過對生物反饋方法以及心理療法的分析，結合醫療儀器控制與反饋技術的發展，作者提出了“開環治療”及“閉環治療”這兩種主要的康復治療模式。①閉環治療這里的“閉環治療”指的就是自發肌電所觸發的NMES，其治療流程如圖2 所示。①首先讓患者盡力思考，增加瘓肢的肌電水平，由肌電采集模塊檢測并發送所采集到的微弱信號。②上位機軟件同步顯示所采集到的肌電以及預置的電刺激閾值，當某一時刻，患者努力活動的肌電最值超過這個閾值時，系統就啟動一次NMES，從而引起一次有功能活動的肌肉收縮作為對患者努力的“回報”和“獎

勵”。③軟件的閾值能根據患者的肌電水平自動進行調節，從而促使患者不斷地努力活動，不斷得到這種獎勵性質的電刺激。④如此反復，形成一種自發肌電觸發NMES 的“閉環治療”方式。總體而言，它在理論上可以為CR 的實現提供支持，即通過這種視覺信號的反饋使患者意識到這是自己想象和運動的結果，從而更加主動地去活動。在通過NMES改善腦卒中患者運動能力、重建大腦和癱瘓肌肉的

功能聯系的同時，也能增強患者的治愈信心，改善抑郁情緒，從而促使患者認知的重新學習和心理功能的康復。

②開環治療

“開環治療”方式指的是傳統的被動的康復方法，即系統只進行常規的電刺激(包括NMES，或FNS&SCS)治療，此時系統所采集并描繪的肌電信號只起一種顯示作用，而不再觸發NMES，即是一種單向的開環的治療。一般而言，這種方式適用于當患者肢體功能有一定恢復的中后期階段的康復治療。

當然，系統所提供的FNS&SCS 模塊也能單獨使用，比如在康復早期對患者進行FNS，借以發揮其改善患者大腦血流、保護腦神經組織、促進神經功能恢復的功效。此外，由于腦卒中患者在發病初期的自發肌電水平是非常微弱的，一般在2~20μV之間，遠遠不能達到促使肢體正常運動的目的。所以，可設想在康復初期經過本康復平臺的FNS 或SCS 后，待其自發肌電水平有一定增加的情況下，再進行上述的“閉環治療”，這也是一種可能的策略。

4 總結

篇7

目前，數控技術正在發生根本性變革，由專用型封閉式開環控制模式向通用型開放式實時動態全閉環控制模式發展。在集成化基礎上，數控系統實現了超薄型、超小型化；在智能化基礎上，綜合了計算機、多媒體、模糊控制、神經網絡等多學科技術，數控系統實現了高速、高精、高效控制，加工過程中可以自動修正、調節與補償各項參數，實現了在線診斷和智能化故障處理；在網絡化基礎上，CAD/CAM與數控系統集成為一體，機床聯網，實現了中央集中控制的群控加工。長期以來，我國的數控系統為傳統的封閉式體系結構，CNC只能作為非智能的機床運動控制器。加工過程變量根據經驗以固定參數形式事先設定，加工程序在實際加工前用手工方式或通過CAD/CAM及自動編程系統進行編制。CAD/CAM和CNC之間沒有反饋控制環節，整個制造過程中CNC只是一個封閉式的開環執行機構。在復雜環境以及多變條件下，加工過程中的刀具組合、工件材料、主軸轉速、進給速率、刀具軌跡、切削深度、步長、加工余量等加工參數，無法在現場環境下根據外部干擾和隨機因素實時動態調整，更無法通過反饋控制環節隨機修正CAD/CAM中的設定量，因而影響CNC的工作效率和產品加工質量。由此可見，傳統CNC系統的這種固定程序控制模式和封閉式體系結構，限制了CNC向多變量智能化控制發展，已不適應日益復雜的制造過程，因此，對數控技術實行變革勢在必行。

二、數控技術發展趨勢

（一）性能發展方向

（1）高速高精高效化。速度、精度和效率是機械制造技術的關鍵性能指標。由于采用了高速CPU芯片、RISC芯片、多CPU控制系統以及帶高分辨率絕對式檢測元件的交流數字伺服系統，同時采取了改善機床動態、靜態特性等有效措施，機床的高速高精高效化已大大提高。（2）柔性化。包含兩方面：數控系統本身的柔性，數控系統采用模塊化設計，功能覆蓋面大，可裁剪性強，便于滿足不同用戶的需求；群控系統的柔性，同一群控系統能依據不同生產流程的要求，使物料流和信息流自動進行動態調整，從而最大限度地發揮群控系統的效能。（3）工藝復合性和多軸化。以減少工序、輔助時間為主要目的的一種復合加工，正朝著多軸、多系列控制功能方向發展。數控機床的工藝復合化是指工件在一臺機床上一次裝夾后，通過自動換刀、旋轉主軸頭或轉臺等各種措施，完成多工序、多表面的復合加工。數控技術軸，西門子880系統控制軸數可達24軸。（4）實時智能化。而人工智能則試圖用計算模型實現人類的各種智能行為。

（二）功能發展方向

（1）用戶界面圖形化。用戶界面是數控系統與使用者之間的對話接口。由于不同用戶對界面的要求不同，因而開發用戶界面的工作量極大，用戶界面成為計算機軟件研制中最困難的部分之一。圖形用戶界面極大地方便了非專業用戶的使用，人們可以通過窗口和菜單進行操作，便于藍圖編程和快速編程、三維彩色立體動態圖形顯示、圖形模擬、圖形動態跟蹤和仿真、不同方向的視圖和局部顯示比例縮放功能的實現。（2）科學計算可視化。科學計算可視化可用于高效處理數據和解釋數據，使信息交流不再局限于用文字和語言表達，而可以直接使用圖形、圖像、動畫等可視信息。可視化技術與虛擬環境技術相結合，進一步拓寬了應用領域，如無圖紙設計、虛擬樣機技術等，這對縮短產品設計周期、提高產品質量、降低產品成本具有重要意義。（3）多媒體技術應用。多媒體技術集計算機、聲像和通信技術于一體，使計算機具有綜合處理聲音、文字、圖像和視頻信息的能力。在數控技術領域，應用多媒體技術可以做到信息處理綜合化、智能化，在實時監控系統和生產現場設備的故障診斷、生產過程參數監測等方面有著重大的應用價值。

（三）體系結構的發展

（1）集成化。采用高度集成化CPU、RISC芯片和大規模可編程集成電路FPGA、EPLD、CPLD以及專用集成電路ASIC芯片，可提高數控系統的集成度和軟硬件運行速度。應用FPD平板顯示技術，可提高顯示器性能。平板顯示器具有科技含量高、重量輕、體積小、功耗低、便于攜帶等優點，可實現超大尺寸顯示，成為和CRT抗衡的新興顯示技術，是21世紀顯示技術的主流。應用先進封裝和互連技術，將半導體和表面安裝技術融為一體。通過提高集成電路密度、減少互連長度和數量來降低產品價格，改進性能，減小組件尺寸，提高系統的可靠性。（2）模塊化。硬件模塊化易于實現數控系統的集成化和標準化。根據不同的功能需求，將基本模塊，如CPU、存儲器、位置伺服、PLC、輸入輸出接口、通訊等模塊，作成標準的系列化產品，通過積木方式進行功能裁剪和模塊數量的增減，構成不同檔次的數控系統。（3）網絡化。機床聯網可進行遠程控制和無人化操作。通過機床聯網，可在任何一臺機床上對其它機床進行編程、設定、操作、運行，不同機床的畫面可同時顯示在每一臺機床的屏幕上。（4）通用型開放式閉環控制模式。由于制造過程是一個具有多變量控制和加工工藝綜合作用的復雜過程，包含諸如加工尺寸、形狀、振動、噪聲、溫度和熱變形等各種變化因素，因此，要實現加工過程的多目標優化，必須采用多變量的閉環控制，在實時加工過程中動態調整加工過程變量。加工過程中采用開放式通用型實時動態全閉環控制模式，易于將計算機實時智能技術、網絡技術、多媒體技術、CAD/CAM、伺服控制、自適應控制、動態數據管理及動態刀具補償、動態仿真等高新技術融于一體，構成嚴密的制造過程閉環控制體系，從而實現集成化、智能化、網絡化。

三、智能化新一代PCNC數控系統

當前開發研究適應于復雜制造過程的、具有閉環控制體系結構的、智能化新一代PCNC數控系統已成為可能。智能化新一代PCNC數控系統將計算機智能技術、網絡技術、CAD/CAM、伺服控制、自適應控制、動態數據管理及動態刀具補償、動態仿真等高新技術融于一體，形成嚴密的制造過程閉環控制體系。

參考文獻：

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[2]交流異步電動機的軟起動與保護探討，何友全礦山機械，2000.5.

[3]陳伯時、陳敏遜，交流調速系統，機械工業出版社，1997.

篇8

關鍵詞：ZDJ9電動轉轍機CREO1.0 Pro/INTRALINK自頂向下 協同化

中圖分類號：TH122 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）01（b）-0036-02

西安鐵路信號有限責任公司隸屬于中國鐵路通信信號集團公司，是1959年由鐵道部直接規劃和創建的、鐵道部定點研發、生產鐵路信號設備的專業重點企業。多年來，公司先后研制了多種型號的道岔轉換設備產品，包括各種鐵路道岔用的ZD6系列轉轍機、ZD（J）9系列電動轉轍機、外鎖閉裝置、安裝裝置等多種產品，圖紙數量龐大。

隨著鐵路技術的進步，鐵路系統對鐵路信號產品的性能要求越來越高，設計和改型任務越來越多，設計和生產的時間要求也越來越緊，原始的圖紙管理、設計管理凸顯落后，存在的問題如下：（1）現有的產品研發模式設計周期長、難度大、效率低。（2）數據的安全性和準確性差。（3）數據積累和重用困難。（4）標準件、通用件、外購件缺乏有效管理。（5）無法開展有效的協同設計。

基于以上問題，公司引入了PTC公司的CREO1.0、Pro/INTRALINK軟件來管理數據，它能對工程數據信息進行同時地傳達交流操作，以及對復雜產品的相互關系進行管理。通過INTRALINK的數據管理功能，實現了ZDJ9電動轉轍機的協同化設計，縮短了設計周期，為加工生產爭取更多的時間成為可能。通過數字樣機和仿真分析，減少了樣機試制的費用，降低了研發成本。本文圍繞ZDJ9電動轉轍機對INTRALINK下的協同化設計實施進行介紹。

1 設計方法及步驟

使用Creo1.0、Pro/INTRALINK軟件，采用自頂向下的設計方法，完成了ZDJ9電動轉轍機的協同化設計，提高了設計效率和設計質量。其方法和步驟如以下幾點。

1.1 確定設計師系統及產品功能劃分

根據設計目的，在Pro/INTRALINK系統中確定產品的各個功能模塊，形成產品結構樹。并按照模塊要求設定設計師的權限。如圖1所示

1.2 總體設計師確定產品組成、布局和關鍵尺寸

ZDJ9轉轍機總體設計師根據鐵路道岔轉換設備的總體要求、轉轍機的相關技術要求和性能及可靠性要求，按優化設計原則，確定ZDJ9電動轉轍機的功能模塊、關鍵尺寸以及各模塊之間的接口尺寸，形成了滿足產品功能要求的總體設計方案；然后在此基礎上，通過AutoCAD、word等軟件構建ZDJ9轉轍機整機草圖，將關鍵尺寸、接口尺寸、約束條件、關鍵設計參數等設計信息進行匯總，以驅動整個產品的設計、修改；確定產品的裝配關系；建立部件參數表，表中包括全局參數、關系和全局位置信息，以及組件、約束條件、需求、各部件的裝配技術要求、整機裝配技術要求。如圖2所示

1.3 總體設計師創建ZDJ9轉轍機整機骨架模型

總體設計師在CREO1.0中創建ZDJ9轉轍機的整機骨架模型，將轉轍機的真實結構，用線鏈、曲面、基準表達出來，建立轉轍機的主要模塊的主要結構、空間裝配位置和各模塊之間的接口。ZDJ9轉轍機的整機骨架模型如圖3所示。

1.4 骨架模型的檢入及分發

總體設計師完成骨架模型的設計后，便可以通過CREO1.0的幾何功能，自上而下地分解設計目標，將設計信息傳遞給各個模塊的具體設計師。各模塊的設計師從整機骨架模型中通過復制整機骨架模型中的幾何來獲取自己模塊范圍內的定位基準和關鍵的尺寸，而展開整個產品的設計過程是在上級模塊所確定的邊界內部，最后完成產品總體性能上的最優設計。各模塊的設計人員和總體設計的人員通過采用INTRALINK軟件就可以同時的開展設計，這兩組工作人員還可以進行相互參考設計。主要是由總體設計人員先將骨架模型加入到INTRALINK軟件的公用區內，然后，各模塊的設計人員便可從公用區中得到自己模塊所屬的幾何，完成骨架零件分發。因此，各設計人員在INTRALINK軟件的公用區中可以得到自己需要的最新的設計資料。

1.5 各模塊設計師開展自己的設計工作

各個功能模塊的設計師根據上一級設計師給出的骨架文件在本地具體化后開始設計工作，創建方法有如下兩種，可按實際情況選擇。

（1）在裝配中，建立零部件，然后利用復制幾何功能復制屬于本功能模塊的幾何，做為生成實體的基礎。

（2）簡單零件直接根據需要設計。如圖4所示

1.6 ZDJ9電動轉轍機整機的裝配

各級設計師根據骨架信息，自下往上，逐級構造裝配件，直至完成最終產品的裝配。如圖5所示

2 自頂向下進行協同化研發的優勢

2.1 有效的協同化開發團隊

在沒有INTRALINK之前，團隊之間的協同只能通過開會，面對面地交流，以及數據的拷貝，進行信息共享。INTRALINK通過提供單一的數據存儲空間，不但將不同的設計人員組織在一起，共同完成一個項目的設計任務，還實現了設計數據的及時共享。每個設計人員不僅是數據的提交者，也是數據的使用者。設計團隊在INTRALINK提供的虛擬空間中協同工作，減少因溝通不便帶來的設計延誤。在Pro/INTRALINK中，團隊是按角色進行管理，每個人可以在一個團隊中承當不同的角色，每個角色被賦予不同的權限。

2.2 信息共享和安全控制

在某些方面，信息的共享和安全是相互排斥的，但是它們在INTRALINK中得到很好的統一。INTRALINK不僅通過公共區實現了數據的共享，還通過狀態以及權限策略保證數據的安全性。它通過基于文件夾的權限設計，為數據提供安全訪問。系統可以定義，誰可以訪問什么狀態的數據。為了防止兩個以上人員同時修改同一個數據的情況，INTRALINK提供了檢出/檢入機制，保證在一個人員修改數據的時候，其他人員只能查看而不能修改該數據。所有修改的數據都保存在INTRALINK中，便于查詢和使用歷史數據。

2.3 設計人員可集中精力進行設計，無須做數據管理工作

數據管理工作完全由INTRALINK系統實現，各設計師不必花費精力去考慮數據文件的存儲、版本、更新以及設計變更后通知相關人員的問題。INTRALINK系統是控制數據相關性和變更在所有設計部門間傳遞的極佳工具。

2.4 轉階段管理

通過階段基線，對特定時間點的技術狀態進行標識和記錄，獲得特定狀態唯一的模型結構樹。通過批量轉換階段標識和調整模型結構樹，簡化新階段的初始化工作。通過轉階段管理不僅保證數據的齊套性，方便設計評審，還可以對設計歷史進行追溯，提高設計質量，縮短設計復查時間。

2.5 可有效提高設計效率

使用INTRALINK系統，采用自頂向下的協同化設計方法，可保證產品的關鍵信息始終處于整個設計的核心，而設計過程則是通過捕捉核心設計信息的修改將自動更新整個產品系統。總體設計師對于總體結構、尺寸和分系統接口尺寸的更改能迅速自頂向下傳遞到各個子系統并自動更改，分系統設計工程師無需進行更改工作。增加了設計的靈活性，極大提高了設計效率。

2.6 可有效避免人為錯誤

在設計過程中可有效避免接口不一致、零部件干涉等人為錯誤；若要求生成二維圖，則可完全避免視圖錯誤和畫法幾何錯誤。

2.7 可有效避免重復工作

在INTRALINK環境中建立標準件庫、常用件庫，在設計師需要時直接插入模型即可。由于INTRALINK采用開放的產品模型信息訪問環境，因而在進行設計工作時，對于INTRALINK系統中已存在的數據均可方便的直接使用或借用，避免了重復工作，提高設計效率。

3 結論

通過使用CREO1.0、Pro/INTRALINK軟件，并使用自頂向下的設計方法，圓滿完成了ZDJ9電動轉轍機的協同化研發設計。ZDJ9電動轉轍機協同化設計小組第一次近距離的在工作中接觸到和使用到了先進的產品數據管理方法，提高了工作效率，加強了團隊設計協同。借此契機，以企業信息化帶動整個工作效率和管理效率的提高成為今后工作的一個方向。同時，企業級的信息化工作還要面臨更多的挑戰，將先進的解決方案引入的同時，更多的工作是將其與企業實際相結合并發揮作用。

參考文獻

[1] 李凱.宇航火箭發動機自頂向下的并行設計[D].PTC技術論文精選，2003.

篇9

隨著計算機技術的高速發展，傳統的制造業開始了根本性變革，各工業發達國家投入巨資，對現代制造技術進行研究開發，提出了全新的制造模式。在現代制造系統中，數控技術是關鍵技術，它集微電子、計算機、信息處理、自動檢測、自動控制等高新技術于一體，具有高精度、高效率、柔性自動化等特點，對制造業實現柔性自動化、集成化、智能化起著舉足輕重的作用。目前，數控技術正在發生根本性變革，由專用型封閉式開環控制模式向通用型開放式實時動態全閉環控制模式發展。在集成化基礎上，數控系統實現了超薄型、超小型化；在智能化基礎上，綜合了計算機、多媒體、模糊控制、神經網絡等多學科技術，數控系統實現了高速、高精、高效控制，加工過程中可以自動修正、調節與補償各項參數，實現了在線診斷和智能化故障處理。

長期以來，我國的數控系統為傳統的封閉式體系結構，CNC只能作為非智能的機床運動控制器。加工過程變量根據經驗以固定參數形式事先設定，加工程序在實際加工前用手工方式或通過CAD/CAM及自動編程系統進行編制。CAD/CAM和CNC之間沒有反饋控制環節，整個制造過程中CNC只是一個封閉式的開環執行機構。在復雜環境以及多變條件下，加工過程中的刀具組合、工件材料、主軸轉速、進給速率、刀具軌跡、切削深度、步長、加工余量等加工參數，無法在現場環境下根據外部干擾和隨機因素實時動態調整，更無法通過反饋控制環節隨機修正CAD/CAM中的設定量，因而影響CNC的工作效率和產品加工質量。由此可見，傳統CNC系統的這種固定程序控制模式和封閉式體系結構，限制了CNC向多變量智能化控制發展，己不適應日益復雜的制造過程，因此，大力發展以數控技術為核心的先進制造技術已成為我們國家加速經濟發展、提高綜合國力和國家地位的重要途徑。

2.數控技術的發展趨勢

數控技術的應用不但給傳統制造業帶來了革命性的變化，使制造業成為工業化的象征，而且隨著數控技術的不斷發展和應用領域的擴大，他對國計民生的一些重要行業的發展起著越來越重要的作用。從目前世界上數控技術發展的趨勢來看，主要有如下幾個方面：

2.1高精度、高速度的發展趨勢

盡管十多年前就出現高精度高速度的趨勢，但是科學技術的發展是沒有止境的，高精度、高速度的內涵也在不斷變化，目前正在向著精度和速度的極限發展。

效率、質量是先進制造技術的主體。高速、高精加工技術可極大地提高效率，提高產品的質量和檔次，縮短生產周期和提高市場競爭能力。為此日本先端技術研究會將其列為5大現代制造技術之一，國際生產工程學會將其確定為21世紀的中心研究方向之一。在轎車工業領域，年產30萬輛的生產節拍是40秒/輛，而且多品種加工是轎車裝備必須解決的重點問題之一；在航空和宇航工業領域，其加工的零部件多為薄壁和薄筋，剛度很差，材料為鋁或鋁合金，只有在高切削速度和切削力很小的情況下，才能對這些筋、壁進行加工。近來采用大型整體鋁合金坯料"掏空"的方法來制造機翼、機身等大型零件來替代多個零件通過眾多的鉚釘、螺釘和其他聯結方式拼裝，使構件的強度、剛度和可靠性得到提高。這些都對加工裝備提出了高速、高精和高柔性的要求。

2.25軸聯動加工和復合加工機床快速發展

采用5軸聯動對三維曲面零件的加工，可用刀具最佳幾何形狀進行切削，不僅光潔度高，而且效率也大幅度提高。一般認為，1臺5軸聯動機床的效率可以等于2臺3軸聯動機床，特別是使用立方氮化硼等超硬材料銑刀進行高速銑削淬硬鋼零件時，5軸聯動加工可比3軸聯動加工發揮更高的效益。但過去因5軸聯動數控系統、主機結構復雜等原因，其價格要比3軸聯動數控機床高出數倍，加之編程技術難度較大，制約了5軸聯動機床的發展。當前由于電主軸的出現，使得實現5軸聯動加工的復合主軸頭結構大為簡化，其制造難度和成本大幅度降低，數控系統的價格差距縮小。因此促進了復合主軸頭類型5軸聯動機床和復合加工機床（含5面加工機床）的發展。

2.3智能化、開放式、網絡化成為當代數控系統發展的主要趨勢

21世紀的數控裝備將是具有一定智能化的系統，智能化的內容包括在數控系統中的各個方面：為追求加工效率和加工質量方面的智能化，如加工過程的自適應控制，工藝參數自動生成；為提高驅動性能及使用連接方便的智能化，如前饋控制、電機參數的自適應運算、自動識別負自動選定模型、自整定等；簡化編程、簡化操作方面的智能化，如智能化的自動編程、智能化的人機界面等；還有智能診斷、智能監控方面的內容、方便系統的診斷及維修等。為解決傳統的數控系統封閉性和數控應用軟件的產業化生產存在的問題。

目前許多國家對開放式數控系統進行研究，數控系統開放化已經成為數控系統的未來之路。所謂開放式數控系統就是數控系統的開發可以在統一的運行平臺上，面向機床廠家和最終用戶，通過改變、增加或剪裁結構對象（數控功能），形成系列化，并可方便地將用戶的特殊應用和技術訣竅集成到控制系統中，快速實現不同品種、不同檔次的開放式數控系統，形成具有鮮明個性的名牌產品。目前開放式數控系統的體系結構規范、通信規范、配置規范、運行平臺、數控系統功能庫以及數控系統功能軟件開發工具等是當前研究的核心。網絡化數控裝備是近兩年國際著名機床博覽會的一個新亮點。數控裝備的網絡化將極大地滿足生產線、制造系統、制造企業對信息集成的需求，也是實現新的制造模式如敏捷制造、虛擬企業、全球制造的基礎單元。國內外一些著名數控機床和數控系統制造公司都在近兩年推出了相關的新概念和樣機，反映了數控機床加工向網絡化方向發展的趨勢。

3.結束語

隨著人們對數控技術重視，它的發展越發迅速。文中簡要陳述當前的發展趨勢，另外數控技術的正不斷走向集成化，并行化，仍有廣闊的發展空間。

參考文獻

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[3]張亞力.簡述數控發展的新趨勢[J].國土資源高等職業教育研究.2005.

[4]陳芳.數控技術的發展和途徑[J].科技資訊.2008.

篇10

（安徽省新技術推廣站，合肥 230061）

摘要：我國制造業規模居世界第一位，但大而不強，能力過剩和結構性短缺反差強烈，高端裝備的核心、關鍵零部件受制于人，成為制造業轉型升級瓶頸。國內大部分企業以傳統的生產方式已達到極限水平，難以滿足高端裝備對核心、關鍵零部件的精密、小體積、高靠性等要求。信息技術與制造業協同創新、深度融合正在引領制造業向智能制造變革。

本文以提高零部件的裝配精度為切入點，探索在現有加工設備的條件下，利用成熟的精密測量、數據存儲和計算機軟硬件等技術，以傳統選配工藝和全零件測量數據為基礎，解決傳統選配方案憑經驗和判斷性測量，難以確定本企業最優分組數和最佳裝配精度，實現企業的制造工藝向擁有核心靈魂的原始創新跨越，突破高端裝備核心、關鍵零部件的制造瓶頸。

關鍵詞 ：高端裝備核心零部件; 性能; 裝配精度; 集成創新

收稿日期：2015-06-30，修回日期：2015-08-04

作者簡介：楊成，男，安徽省新技術推廣站推廣二室主任。上海交通大學機械制造及工藝專業畢業，長期從事企業信息化和技術創新體系建設的推廣工作。對企業信息化和技術創新體系建設內容、步驟及實施方法論有一定造詣，形成了一套數據分析、建模及異常數據模型優化的方法論，主持編制了安徽省地方標準《中小企業成長性評價》（DB34/T 2330 ～ 32）。

1 裝備制造轉型升級的瓶頸和機遇

制造業是國民經濟的主體，是立國之本、興國之器、強國之基。經過幾十年快速發展，我國制造業規模躍居世界第一位，但制造業大而不強，總體仍處于國際分工和產業鏈的中低端，尤其在經濟增速放緩以及市場需求下降的今天，高端裝備核心、關鍵零部件為發達國家所掌控，受制于人的矛盾會愈發突出，能力過剩和結構性短缺反差強烈，加劇了產業“國退洋進”風險，嚴重制約了制造業轉型升級，是制造業“由大變強”的瓶頸。如挖掘機的液壓系統和發動機兩項組成的核心零部件就占成本的42%，工業機器人三大核心零部件減速器、控制器和伺服電機占成本的75%，市場份額占據了國內70% 以上，且外商憑借市場壟斷制定了大量“霸王條款”，要求國內企業提前訂貨期，甚至延長訂單交貨期等，嚴重影響了行業正常生產秩序。

當前，新一代信息技術與制造業深度融合，正在引發影響深遠的產業變革。基于信息系統的智能裝備、數字車間和智能工廠等智能制造正在引領制造方式變革。跨領域、跨行業協同創新，為高端核心、關鍵零部件等重點領域關鍵共性技術的突破提供了新的路徑。本文以提高零部件裝配精度為切入點，將現代精密測量、大數據存儲計算與傳統的選配工藝融合，探索跨領域跨行業協同創新的新路徑。

2 改善零部件裝配精度的理論思考

高端裝備的核心、關鍵零部件結構復雜、精密度高，且要求體積小、重量輕、噪音低、振動小、可靠性高、運行平穩和壽命長。隨著相關產業的快速發展，對產品的性能指標提出了越來越高的要求。在制造上，業內基本是提高零件的加工精度或裝配精度來解決。作為本身精密度要求極高的產品，大部分零件的加工精度己經達到了當前生產設備的極限水平。如果再提高零件的加工精度，勢必要對加工設備更新換代，這將使生產成本以指數級增加，如沒有批量和高技術工人保障，不具有可行性。在現有的生產設備的條件下，調整裝配工藝是可行的途徑。

對傳統手工模式而言，調整精密產品的裝配工藝難度極高。一方面，精密產品零件數量多、精度高，且零件間配合關系復雜，任何細微差錯都會體現在產品的最終性能上；另一方面，調整選配方案，無論是方案設計、驗證工作量，還是執行過程中的測量、保管、運輸和分組等工作量都將呈指數倍增加。隨著高精度檢測、計算機和存儲技術的發展，網絡化、數字化和智能化閉環制造系統成為高端制造的發展方向，制約選配方案優化的零件檢測量、檢測精度、人工分組計算驗證工作量和生產成本等制約因素得到了很大改善。

3 關聯技術的發展現狀

3.1 傳統的裝配工藝

（1）機械裝配。

按照設計的技術要求，實現機械零件或部件的連接，組合成機器。機械裝配是機器制造的重要環節，裝配工作的好壞對機器的效能、修理的工期、工作的勞力和成本等都起著非常重要的作用。零件的裝配有互換、選配、修配和調整4 種配合方法，批量生產主要是互換法和選配法。

（2）互換法。

裝配的同一種零件能互換裝入。零件加工公差要求嚴格，它與配合件公差之和應符合裝配精度要求，裝配質量穩定可靠，裝配過程簡單，裝配效率高，易于實現自動裝配,便于組織流水作業，產品維修方便，主要適用于生產批量大的產品。但是對設備精度要求較高，尤其組成環數較多時，組成環的制造公差規定得嚴，零件制造困難，加工成本高。

（3）選配法。

對于組成環數少而裝配精度又要求特別高的機器結構，為了提高加工經濟性，將精度高的零件的加工公差放寬,然后按照實際尺寸的大小分成若干組, 使各對應的組內相互配合的零件仍能按配合要求實現互換裝配。特點：①零件的制造精度不高，卻可獲得很高的裝配精度；②組內零件可以互換，裝配效率高；③憑經驗和判斷性測量來分組，在很大程度上取決于人的技術水平，不易準確控制裝配精度；④零件的分組數不宜太多，否則會因零件測量、分類、保管和運輸工作量的增大而使生產組織工作變得相當復雜；⑤難以控制各組零件數完全匹配，多余零部件浪費大。

3.2 數字化精密量具的發展現狀及趨勢

數字化測量是高端制造的關鍵技術。高環境適應性、亞微米、納米級測量儀器從計量室進入生產現場，為高端制造網絡化、數字化和智能化奠定了的基礎。

（1）數字化量具發展現狀及趨勢。

在生產實踐中，根據普通的工件精度要求，一般使用直尺、游標卡尺和千分尺等測量工具數字顯示已基本普及，位移傳感器的測量精度從微米量級向納米量級提升已經成為發展趨勢。Heindenhain、日本三豐及SONY 等國外公司近年來都相繼推出精度達到納米級的光柵式長度計，北京標普公司采用了有自主知識產權開發的SGG-01 型0.1 納米測長儀, 分辨力達0.1nm，示值誤差±（3+0.03L）nm。

量具基本都有數據通訊接口，但這些測量手段的準確率和效率往往與操作者的經驗和工作態度有關，難以滿足一些現代化生產制造場合的高效的在線100％檢測要求，同時測量的數據極少在線存儲。

（2）機器視覺引領高精度尺寸測量。

基于機器視覺的檢測技術，以其自動化、非接觸、高可靠性和多工件多尺寸（長度、距離、角度、形狀和位置）高精度測量，不受操作者的疲勞度、責任心和經驗等因素影響的特點，在國內外制造業得到了深入研究和廣泛應用。測量儀從檢驗室進入車間、對生產現場零部件100%檢測成為發展趨勢。目前機器視覺測量精度已經達到亞微米級以上，能夠滿足絕大部分高精度零部件的檢測要求。

德國MAHR 公司、瑞士TESA 公司和日本三豐公司等三維視像測量系統，儀器分辨力0.01μm，測量精度XY 軸（0.3+L/1000）μm，Z 軸（1+2L/1000）μm。國內西安愛德華、東莞萬濠、蘇州怡信、深圳鑫磊以及北京天地宇等公司也有類似產品，貴陽新天光電公司的儀器測量精度達到（1.0+L/100）μm。

3.3 數據存儲發展現狀與演變趨勢

數據存儲是增長最快的半導體技術。每12 到18 個月，存儲能力就會提升一倍。如今，臺式機硬盤存儲容量最高可達4TB，這意味著能裝下1 萬張照片或562 個小時的高清視頻。硬盤制造商希捷表示，到2020 年，熱輔助磁記錄技術將給世界帶來60TB 臺式機硬盤，足夠存儲12 萬張照片或6,750 小時高清視頻。

與有著60 年悠久歷史的硬盤驅動器技術不同，NAND 閃存技術還很年輕，有很大的發展提升空間。如今，NAND 閃存的存儲能力以每年175% 的速度增長。

MicroSD NAND 存儲卡的體積比指甲還小，存儲容量卻超過100 億字節。

大數據時代，云存儲(Cloud Storage) 應運而生。與傳統存儲設備相比，云存儲不再僅是一個硬件，而是一個由網絡設備、存儲設備和應用軟件等多個部分組成的復雜系統。“云存儲可顛覆磁盤陣列所代表的傳統存儲需求。”基于x86 服務器的分布式存儲系統、虛擬化技術和閃存的廣泛普及，以及軟件定義的存儲技術等，都使云存儲能夠以更低的成本快速向前發展。數據量的大小由TB 級增長至PB 級，云環境下的大數據存儲成為未來的發展趨勢。

4 大數據環境下的選配工藝技術實現

4.1 前期準備

（1）建立機器視覺檢測線或利用現有數字化量具100% 測量加工零件精度，并在線存儲，建立全部零件加工精度數據庫，積累海量的零部件精度數據，通過數據統計，找到各零件基本尺寸、公差和偏差穩定的分布概率。

（2）制定產品精度提升的目標，確定組成環零件組的基本尺寸、偏差和配合公差，按照產品裝配圖進行數字裝配，仿真運行，檢查、驗證驗證各組成環精度可行性；并根據裝配合格率、零件剩余率和生產效率，建立優化模型，經反復優化，確定加工零件分組數和選配公差。

（3）預測投入產出，確定建立數字化檢測線和自動分揀生產線的可行性。

4.2 過程優化

（1）建立數字化檢測線和自動分揀生產線，保證零件加工精度100% 的記錄和存儲。

（2）實施基于物聯網的庫房庫位管理，對全部零部件可識別分類包裝。庫管人員只需將生產指令、數量輸入電腦，系統會自動匹配各組別零件的庫存數量，選擇最佳的組別，并將所需零部件從庫位上取出，送往裝配車間。

（3）詳細記錄每個產品的出廠質量，建立產品可追溯檔案；盡可能多地收集客戶對產品的滿意度，對客戶返廠產品進行質量分析和記錄。

（4）按照裝配合格率、零件剩余率、生產效率、客戶滿意度和返廠產品質量等因素，準確及時掌握工藝系統的工作狀態和誤差變化趨勢，持續完善優化模型、優化加工零件選配公差和分組數

（5）產品升級。利用國家的扶持政策，充分發揮科研機構理論研究優勢，構建經實踐驗證的產品全生命周期的大數據平臺，研究全生命周期數據統一模型及現場運行過程檢測技術、面向故障與效率的數據關聯分析技術，形成面向產品的海量實踐數據和理論研究深度融合的產學研合作，實現產品從模仿設計向擁有核心靈魂的原始創新跨越。

5 大數據環境下的選配工藝的意義

5.1 低投入、高產出，突破制造業“由大變強”的瓶頸增加的檢測、工藝優化和分揀設備的投入，相對研發試制高端裝備核心、關鍵零部件巨額的研發成本微不足道。零部件制造廠商轉換產品升級換代觀念，走從中低端向中高端的策略，即企業以現有滿足主機廠中低端產品，通過優化裝配工藝，主動提高產品的性能指標，必然完全滿足主機廠中低端產品的要求，一方面使主機廠用戶在原機型無障礙采用，經一段時間應用后，以“實效”樹立主機廠的信心，逐步推動主機廠在高端機型的核心、關鍵零部件上應用；另一方面，零部件制造廠商通過海量數據的積累，不斷優化裝配工藝，形成具有真正靈魂的、穩定的、難以模仿的工藝，保證產品的性能質量，形成經濟增長新動力，塑造國際競爭優勢。

5.2 效益驅動，推動零部件制造廠商智能工廠建設

通過零部件制造廠商將新一代信息技術與裝配過程融合，建立零部件加工精度和裝配過程的數字化——建設數字化裝配車間，形成的產學研合作經驗，其成果可有效樹立企業兩化深度融合的信心，推動企業進一步推進信息技術與制造過程深度融合，建立從毛坯、粗加工、熱處理、精加工、毛刺和飛邊清理打磨等到零件加工全過程的數字化，并在海量數據積累的基礎上，持續優化改造現有加工工藝流程，在有限的設備投入下，實現零件的加工精度或裝配精度雙向提高——建設智能工廠，全面提升企業的資源配置優化、實時在線優化、生產管理精細化和智能決策科學化水平，新一輪產業競爭中，搶占智能制造這一制高點。

5.3 零件精度分組工藝不可復制，成功經驗可推廣

基于企業個性化設備和人員加工出零部件海量精度數據的概率分布，并根據裝配合格率、零件剩余率、生產效率、客戶滿意度和返廠產品質量等因素，確定組成環分組數，每組零件的基本尺寸、配合公差等工藝參數和優化模型是企業產品的核心靈魂，同行企業簡單復制無效，也就是企業的核心知識沉淀不可復制，可以有效保護企業產品的競爭力。本文以提高裝配精度為切入點，技術創新上，需要將現代精密測量、大數據存儲計算與傳統的選配工藝融合，實施跨領域跨行業的協同創新，企業可完成海量的數據采集和存儲，提出客戶的要求，大量的理論研究、數字仿真、模型提煉優化等研究工作，企業不具優勢，勢必要引進專業研究機構，進行產學研合作。因此，通過項目實施，總結出的實施方法論，采用的檢測設備，數字仿真軟件、優化模型規則的提煉方法等，以及形成的專家團隊，可在行業內共享，推動行業內企業從模仿設計向擁有核心靈魂的原始創新跨越。

6 結語

我國經濟發展進入新常態，經濟增速放緩，市場需求下降，資源和環境約束不斷強化，勞動力等生產要素成本不斷上升的環境下，整機生產企業在核心、關鍵零部件受制于人的背景下，難以繼續通過內部挖潛以及產品提價等方式部分的轉嫁上游供貨商提高配件價格產生的高成本，維持較穩定的盈利能力；而新一代信息技術與制造業深度融合，基于信息物理系統的智能裝備、智能工廠等智能制造正在引領制造方式變革。以市場需求為導向，利用相關領域的創新成果，通過創新鏈的資源配置，實施跨行業協同創新，建立以企業為主體，政產學研用相結合的制造業創新體系，是可以突破制造業核心、關鍵零部件的瓶頸，促進制造業數字化網絡化智能化，走創新驅動的發展道路。

《智能制造》雜志征稿通知

一、征文范圍

1. 數字化設計與制造

2. 智能設計理論、方法及系統

3. 自動化與現代制造系統

4. 機器人技術及應用

5. 虛擬設計與虛擬樣機

6. 網絡化控制與制造技術

7. 綠色設計與綠色制造中的智能技術

8. 智能加工、智能檢測與控制

9. 數字企業與數字化工廠

10. 制造系統建模、運行、控制、優化與調度

11. 先進制造模式與戰略

12. 制造信息與知識處理

13. 數控技術與數字化裝備

14. 現場總線與無線傳感網技術

注：以上內容范疇供參考，圍繞智能制造全領域，具體題目請自擬。

二、論文遴選、刊錄出版和基本要求

1.《智能制造》編輯部組織編委會有關專家，對投稿進行審查、遴選，擇優刊登。審查遴選期限為自編輯部收到稿件后的三個月。

對于刊登的論文，編輯部提供正式錄用通知。

2. 論文內容必須是作者未正式發表過的研究成果，論文主題與智能制造相關，投稿作者須恪守學術道德規范，文責自負，嚴禁一稿多投及中途撤稿。論文字數4000 ～ 7000 字。

3. 論文應包括以下項目：論文題目；作者簡介（200 字以內，包括姓名、工作單位、通信地址、電話、手機、電子信箱等）；中文摘要、

關鍵詞 、標題和正文、

參考文獻。

三、編輯部投稿聯系方式

聯系人：張友蘋