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開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇機械手論文，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
關鍵詞：上肢康復訓練機器人 青島大學碩士開題報告范文 青島論文 開題報告
一、 選題的目的和意義
據統計,我國60 歲以上的老年人已有1.12 億。伴隨老齡化過程中明顯的生理衰退就是老年人四肢的靈活性不斷下降，進而對日常的生活產生了種種不利的影響。此外，由于各種疾病而引起的肢體運動性障礙的病人也在顯著增加，與之相對的是通過人工或簡單的醫療設備進行的康復理療已經遠不能滿足患者的要求。隨著國民經濟的發展，這個特殊群體已得到更多人的關注，治療康復和服務于他們的產品技術和質量也在相應地提高，因此服務于四肢的康復機器人的研究和應用有著廣闊的發展前景。
目前世界上手功能康復機器人的研究出于剛起步狀態，各種機器人產品更是少之又少，在國內該領域中尚處于空白狀態，臨床應用任重而道遠，因此對手功能康復機器人的研究有廣闊的應用前景和重要的科學意義。
目前大多數手功能康復設備存在以下一些問題：康復訓練過程中，缺乏對關節位置、關節速度的觀測和康復力的柔順控制，安全性能有待提高;大多數手功能康復設備沒有拇指的參與;感知功能差，對康復治療過程的力位信息和康復效果不能建立起有效地評價。本課題針對以上問題，采用氣動人工肌肉驅動的手指康復訓練機器人實現手指康復訓練的多自由度運動，不僅降低了設備成本，更重要的是提高了系統對人類自身的安全性和柔順性，且具有體積小，運動的強度和速度易調整等特點。
課題的研究思想符合實際國情和康復機器人對系統柔順性、安全性、輕巧性的高要求 。它將機器人技術應用于患者的手部運動功能康復，研究一種柔順舒適、可穿戴的手功能康復機器人，輔助患者完成手部運動功能的重復訓練，其輕便經濟、穿卸方便，尤其適于家庭使用，既可為患者提供有效的康復訓練，又不增加臨床醫療人員的負擔和衛生保健。
綜上所述，氣動人工肌肉驅動手指康復訓練機器人的設計是氣壓驅動與機器人技術相結合在康復醫學領域內的新應用，具有重要的科學意義。
二、 國內外研究動態
2.1 國外研究動態
美國是研究氣動肌肉機構最多的國家，主要集中在大學。
華盛頓大學的生物機器人實驗室從生物學角度對氣動肌肉的特性作了深入研究，從等效做功角度建模，并進行失效機理分析，制作力假肢和仿人手臂用于脊椎反射運動控制研究。
vanderbilt 大學認知機器人實驗室(cognitive robotics lab, crl)研制了首個采用氣動肌肉驅動的爬墻機器人，并應用于驅動智能機器人(intelligent soft-arm control, isac)的手臂。
伊利諾伊大學香檳分校的貝克曼研究所對圖像定位的5自由度soft arm 機械手采用神經網絡進行高精度位置控制和軌跡規劃。亞利桑那州立大學設計了并聯彈簧的新結構氣動肌肉驅動器，可以同時得到收縮力和推力，并與工業界合作開發了多種用于不同部位肌肉康復訓練的小型醫療設備。
英國salford 大學高級機器人研究中心對氣動肌肉的應用作了長期的系統研究，開發了用于核工業的操作手、靈巧手、仿人手臂以及便攜式氣源和集成化氣動肌肉，目前正在研究10 自由度的下肢外骨骼以及仿人手的遠程控制。
法國國立應用科學學院(instituted national dissidences appliqués, insa)研究了氣動肌肉的動靜態性能和多種控制策略，目前正在研制新型驅動源的人工肌肉以及在遠程醫療上的應用。
比利時布魯塞爾自由大學制作了新型的折疊式氣動肌肉用于驅動兩足步行機器人，實現了運動控制。
日本bridgestone 公司在rubber tauter 之后又發明了多種不同結構的氣動肌肉。德國festoon 公司發明了適合工業應用的氣動肌腱fluidic muscle，壽命可達1000萬次以上，同時還對氣動肌肉的應用作了許多令人耳目一新的工作。英國shadow 公司研制了目前世界上最先進的仿人手。美國的kinetic muscles 公司與亞利桑那州立大學合作開發了多種用于肌肉康復訓練的小型醫療設備。
lilly采用基于滑動模的參數自適應控制策略，實現了單氣動肌肉驅動的關節位置控制。
2.2 國內研究動態
自20 世紀90 年代以來，我國陸續開始了氣動肌肉的研究。
北京航空航天大學的宗光華較早開始氣動肌肉的研究，分析了其非線性特性、橡膠管彈性及其自身摩擦對驅動模型的影響，并應用于五連桿并聯機構，通過剛度調節實現柔順控制。
上海交通大學的田社平等運用零極點配置自適應預測控制、非線性逆系統控制以及基于神經網絡方法，實現單自由度關節的快速、高精度位置控制。
哈爾濱工業大學的王祖溫等分析了氣動肌肉結構參數對性能的影響、氣動肌肉的靜動態剛度特性以及與生物肌肉的比較，提出將氣動肌肉等效為變剛度彈簧，設計了氣動肌肉驅動的具有4 自由度的仿人手臂、外骨骼式力反饋數據手套和6 足機器人，采用輸入整形法解決關節階躍響應殘余震蕩問題。
北京理工大學的彭光正等先后進行了單根人工肌肉、單個運動關節以及3 自由度球面并聯機器人的位置及力控制，采用了模糊控制、神經網絡等多種智能控制算法，并設計了6 足爬行機器人和17 自由度仿人五指靈巧手。
哈爾濱工業大學氣動中心的隋立明博士也通過實驗得到了氣動人工肌肉的一個更簡潔的修正模型和經驗公式并對兩根氣動人工肌肉組成的一個簡單關節系統進行實驗建模和采用位置閉環的控制方法進一步驗證氣動人工肌肉的模型。
上海交通大學的林良明也對氣動人工肌肉的軌跡學習控制進行了仿真研究給出了學習的收斂性的初步結論為下一步的學習控制奠定了基礎。其中田社平通過對氣動人工肌肉收縮在頻率域上的數學模型并對它的結構及其靜動態特性進行了理論分析建立了相應的靜態力學方程。
2003年付大鵬等，以機械手抓取物體為分析對象，采用矩陣法來描述機械手的運動學和動力學問題，以四階方陣變換三維空間點的齊次坐標為基礎，將運動、變換和映射與矩陣計算聯系起來建立了機械手的運動數學模型，并提出了機械手運動系統優化設計的新方法，這種方法對機械手的精密設計和計算具有普遍適用意義。
2005年車仁煒，呂廣明，陸念力對5自由度的康復機械手進行了動力學分析，將等效有限元的方法應用到開式的5自由度的康復機械手的動力分析中，這種方法比傳統的分析方法建模效率高、簡單快捷，極其適合現代計算機的發展，的除了機械臂的動力響應曲線，為機械手的優化設計及控制提供理論依據。
2008年北京聯合大學張麗霞，楊成志根據拿取非規則物品的任務要求，采用轉動機構和連桿機構相結合，設計了五指型機器手，手指彎曲電機與指間平衡電機耦合驅動，實現了機器手的多角度張開、抓握運動方式,對實用型仿人機器手的機構設計有參考意義。
2009年楊玉維等人對輪式懸架移動2連桿柔性機械手進行了動力學研究與仿真，。采用經典瑞利.里茲法和浮動坐標法描述機械手彈性變形與參考運動間的動力學耦合問題， 綜合利用拉格朗日原理和牛頓.歐拉方程并在笛卡爾坐標系下，以矩陣、矢量簡潔的形式構建了該移動柔性機械手系統的完整動力學模型并進行仿真。
2009年羅志增，顧培民研究設計了一種單電機驅動多指多關節機械手，能夠很好的實現靈巧、穩妥的抓取物體，這個機械手共有4指12個關節。每個手指有3個指節，由兩個平行四邊形的指節結構確保手指末端做平移運動，這種設計方案很好的實現了控制簡單、抓握可靠的目的。
從目前來看，國內對氣動人工肌肉的研究仍處于剛起步的階段。有關氣動人工肌肉的研究與國外還有相當的差距對氣動人工肌肉中的許多問題，還沒有進行深入的研究。此外，采用氣動人工肌肉作為機器人驅動器的研究還不成熟。
三、 主要研究內容和解決的主要問題
目前大多數手功能康復設備存在以下一些問題:康復訓練過程中，缺乏對關節位置、關節速度的觀測和康復力的柔順控制，安全性能有待提高;大多數手功能康復設備沒有拇指的參與;感知功能差，對康復治療過程的力位信息和康復效果不能建立起有效地評價。為此，課題主要研究內容：設計一種結構簡單，易于穿戴，并且安全、柔順、低成本，使用方便的氣動手功能康復設備。對氣動手指康復系統進行機構運動學分析、用mat lab軟件對康復訓練機器人的康復治療過程的力位信息進行仿真分析。
要實現上述的目標，系統中需要著重解決的關鍵技術有：
(1)基于已有上肢康復訓練機器人外骨骼機械手機械結構部分的設計，對手指康復訓練方法分析和提煉。 主要包括：人手部的手指彎曲抓握動作分析，氣壓驅動關節機構自由度的優化配置。使機械手能夠實現手指的彎曲、物體的抓握等手部癱瘓患者不能實現的動作。
(2)對機器人機械機構的運動學分析。主要包括：氣壓驅動的手指關節外骨骼機械機構的運動學分析。
(3)機器人機構的力位信息仿真。主要包括：用mat lab軟件進行機器人氣壓驅動終端的力位信息 仿真。
根據總體方案設計以及工作量的要求，外附骨骼機械手系統是上肢康復訓練機器人的一部分，本文主要是研究手指康復機械系統運動學、動力學分析工作。
四、論文工作計劃與方案
論文工作計劃安排：
2010年9月——2011年6月準備課題階段：
主要工作：學習當今最先進的機器人設計技術;學習用matlab軟件進行計算仿真及優化，查閱國內外的資料，對康復機械手作初步了解。
2011年7月——2011年9月課題前期階段
主要工作：課題方案設計，擬寫開題報告，開題。
2011年10月——2012年7月課題中期階段
主要工作：開始具體課題研究工作，根據已有上肢康復訓練機器人外骨骼機械手機械結構部分設計，對手指康復訓練方法分析和提煉。研究手指康復機械系統運動學、動力學分析工作。
2012年8月——2012年12月課題后期階段
主要工作：對手指康復機器人進行模擬仿真，對設計進行優化，并在此基礎上進一步完善課題。
2013年1月——2013年4月結束課題階段
主要工作：整理相關資料，撰寫論文，準備進行畢業論文答辯。
2013年5月——2013年6月論文答辯階段
主要工作方案：
1. 完成學位課與非學位課學習的同時，進行市場調研，對手指康復機械手作初步了解。
2. 查閱資料，了解氣動手指康復機器人的國內外發展現狀。
3. 分析已有上肢康復訓練機器人外骨骼機械手機械結構的部分設計。
4. 對現有手指康復訓練方法設計進行分析和提煉，分析其優缺點。
5. 開始具體設計工作。
論文關鍵詞：PLC,三維機械手,步進控制
隨著自動化控制領域的不斷發展，智能機械手的不斷推新，機器人手臂的智能化程度不斷提升，連續多角度控制的機器人手臂的出現，給機械手的教學帶來了新的挑戰。原來的教學機械手均以兩維空間模擬仿真教學為主。自2007年全國電工電子技能大賽以來，三維空間的機械手的教學需求尤為突出。
一、三維機械手的硬件結構
圖1所示是該三維機械手的實物圖。整個三維機械手能完成八個自由度動作，手臂伸縮、手臂旋轉、手爪上下、手爪緊松。手爪提升氣缸采用雙向電控氣閥控制，氣缸伸出或縮回可任意定位。磁性傳感器用來檢測手爪提升氣缸處于伸出或縮回位置。手爪抓取物料由單向電控氣閥控制，當單向電控氣閥得電，手爪夾緊磁性傳感器有信號輸出，指示燈亮，單向電控氣閥斷電，手爪松開。旋轉氣缸用來控制機械手臂的正反轉，由雙向電控氣閥控制。接近傳感器用來判斷機械手臂正轉和反轉到位后，接近傳感器信號輸出。雙桿氣缸用來控制機械手臂伸出、縮回，由雙向電控氣閥控制。氣缸上裝有兩個磁性傳感器，檢測氣缸伸出或縮回位置。緩沖器對旋轉氣缸高速正轉和反轉到位時，起緩沖減速作用。
二、三維機械手的動作過程
圖2所示是該三維機械手的動作示意圖。當需將工件有右工作臺搬至左工作臺時，在按下啟動的時候，右工作臺傳感器判斷有無工作，若有機械手動作，若無，機械手停止。當機械手左旋并前伸到位準備下降時，為了確保安全，必須在左工作臺上無工件時才允許機械手下降。也就是說，若上一次搬運到左工作臺上的工件尚未搬走時，機械手應自動停止下降。
圖1 三維機械手實物圖 圖2三維機械手動作示意圖
三維機械手的工作過程為：（1）從原點開始前伸；（原點位置為機械手右旋到限位，手臂縮回，手爪上升到上限位，手爪放松）（2）到前限位后開始下降；（3）倒下限位后，機械手加緊工件，延時2s；（4）上升；（5）到上限位后，縮回；（6）到后限位后，左旋；（7）到左限位后，前伸；（8）到前限位后，下降；（9）到下限位后，機械手松開，延時2s；（10）上升；（11）到上限位后，縮回；（12）到后限位后，右旋，返回原點。
根據三維機械手的工作過程及要求，可以畫出機械手的動作流程圖，如圖3所示。
圖3 機械手動作流程圖 圖4機械手狀態轉移圖
三、PLC硬件的選擇和I/O點分配
PLC的種類非常多，根據三維機械手的控制要求，由于其輸入、輸出節點少，要求電氣控制部分體積較小，成本低，并能夠用計算機對PLC進行監控和管理，故選用日本三菱（MITSUBISHI）公司生產的多功能小型FX1N-40MR-001主機。該機型合計有輸入輸出點40個，其中24個輸入點和16個輸出點，采用繼電器方式有觸點輸出，能交流、直流負載兩用。內部主要有：輔助繼電器1280個，其殊功能輔助繼電器256個，斷電保持輔助繼電器1152個；狀態繼電器1000個；定時繼電器256個；計數繼電器256個；數據寄存器8256個。
根據圖3所示的三維機械手動作流程圖，確定電氣控制系統的I/O點分配，如表1所示。
根據圖3流程圖和表1的I/O分配表，可以編制出機械手的狀態轉移圖，如圖4所示。
四、控制程序的設計方法及編程運行
常用的PLC程序設計方法有經驗法和順序功能法。根據圖4狀態轉移圖，編制的步進梯形圖程序如圖5所示。
表1 三維機械手控制I/O分配表
輸入
輸出
名稱
輸入點
名稱
輸出點
停止
SB1
X0
手爪緊/松氣缸閥
YV1
Y1
啟動
SB2
X1
手臂氣缸伸出閥
YV2
Y2
物品檢測傳感器
SQ0
X2
手臂氣缸縮回閥
YV3
Y3
氣動手爪傳感器
SQ1
X3
提升氣缸下降閥
YV4
Y4
旋轉左限位接近傳感器
SQ2
X4
提升氣缸上升閥
YV5
Y5
旋轉右限位接近傳感器
SQ3
X5
旋轉氣缸左移閥
YV6
Y6
伸出臂前點限位傳感器
SQ4
X6
旋轉氣缸右移閥
YV7
Y7
縮回臂后點限位傳感器
SQ5
X7
提升氣缸上限位傳感器
SQ6
X10
提升氣缸下限位傳感器
SQ7
X11
圖5 步進控制梯形圖
圖5中，M8044是用作原點條件，判斷機械手是否在原點開始工作。
如果要實現斷電保護，在圖5的步進控制梯形圖中，將普通輔助/計時/狀態繼電器均換成斷電保護型。
上電后，直接初始狀態繼電器S0，在滿足原點條件繼電器M8044下，按下啟動按鈕SB2，X1得電，進入等待狀態繼電器S20；此時物品檢測傳感器SQ0檢測到上料端有料，X2得電，進入機械手臂伸出狀態S21；機械手伸出Y2得電，機械手前伸到前限位時，進入機械手下降狀態；機械手下降Y4得電，機械手下降到下限位時，進入機械手抓料延時狀態；機械手抓緊并延時，延時時間到，進入機械手上升狀態…………如此，每當該步動作到位，限位條件滿足時，狀態轉移進入下一工作步，進行動作。
需要停止時，按下停止按鈕SB1,X0得電，停止標志繼電器M0得電并自鎖，當機械手右旋到有限位時，如果停止標志有信號，則機械手回到初始狀態，如果停止標志沒有信號，則機械手進行下一周期的搬運工作。
五、結束語
本文以三維機械手為例介紹了日本三菱MITSUBISHI公司生產的FX1N系列微型可編程控制器在步進控制中的設計應用。闡述了三維機械手的動作原理，設計要求，程序設計方法等。本文介紹的程序在實際生產和各屆各級電工電子技能大賽中獲得成功的應用。
參考文獻
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[2] MITSUBISHI ELECTRIC CORPORATION 三菱微型可編程控制器MELSEC-F FX1N使用手冊 2007.11.
[3] 亞龍YL-235A型光機電一體化實訓考核裝置實訓指導書.亞龍科技集團.2008.
【關鍵詞】磁性材料；PLC；取出機械手
引言
在發達國家中，工業機器人自動化生產線成套設備已成為自動化裝備的主流。國外的汽車、電子電器、工程機械等行業已經大量使用工業機器人自動化生產線，以保證產品的質量，提高生產效率，同時避免了大量的工傷事故。機械手是最普遍的一種機器人，是機械技術、電子技術、自動控制技術結合的產物。自1959年美國人英格伯格和德沃爾制造出世界上第一臺工業機器人起，在過去的半個世紀里，機器人技術取得了長足的發展。美國、日本、德國等國較早對機器人開展研究并加以應用[1-3]，近年來中國也步入了機器人發展的快車道[4-7]。
我公司主營業務為磁性材料、磁器件、磁分離及相關配套設備研發、生產與銷售。在以往的生產模式中，經鍛壓后的磁器件主要由人工操作取出，這種模式效率低下且存在安全隱患。特別是伴隨著人力資源的短缺、勞務支出成本的增加、機器人技術的不斷提升以及價格不斷下降，采用一款合適的取出機械手來替代人工操作變得日趨重要。在此背景下，經過公司的多次調研論證，選用了杭州史賓納機械設備有限公司的磁性材料濕壓液壓機取出機械手，生產實踐表明，機械手的引用有效的提高了公司的生產效率、改善了產品質量、節約了生產成本。
1 機械結構組成
取出機械手系統機械部分主要由主機和收放紙系統構成（如圖1所示）。主機包括框架，吸取部，檢測部和傳送帶部等。收放紙系統由放紙部和收紙部兩部份組成。
框架結構采用型材焊接，與液壓機相連接。吸取部進出機構采用導軌、齒輪、齒條進行傳動，伺服電機控制其進出速度和位置。檢測部分利用傳感器檢測模具上有無剩余磁性材料（以下簡稱材料）。為了生產的方便和減小機器的占地空間，把收放紙系統安裝在液壓機前后兩側，隨著液壓機模具一起上升或下降，用電機驅動。
圖1 系統結構總圖
1.液壓機 2.收紙部 3.放紙部 4.吸取部 5.傳送帶部 6.框架
2 工作原理
當液壓機部分完成工作以后，向上移動產生一個開模高度，開模高度必須滿足機械手的工作要求，本產品的最小開模高度150mm。通過伺服電機驅動取出部移動至產品上方，真空泵產生真空，利用吸盤的內外產生壓力差抓取材料。對于抓取物體的真空吸盤部分，需要配備真空發生器，由于真空吸盤是抓取物體的關鍵部分，為了防止物體脫落，真空發生器所產生的吸力必須大于或者等于物體的重力。
真空發生器的吸引公式為：
其中：F為真空發生器所產生的吸力； 為真空度； 為吸盤的有效面積； 為吸頭個數； 為安全系數，一般來說采用標準吸盤時 。
假設吸盤所抓取的物體最大質量為1kg，吸頭的個數 為6個，有效面積 。通過上述公式計算出 。
檢測部對液壓機模具進行檢測是否有剩余材料，如果有剩余重復上述運動過程。當模具上所有材料均被抓取時，取出部向外移動到目標位置，然后下降，將材料放置在傳送帶上，最后上升到初始高度。上升、下降的兩個過程由四個氣缸進行驅動，通過電磁閥對氣缸進行控制。
當材料取出并放置到傳送帶上后，傳送帶下降到一定目標位置，為下一模產品疊放做準備。當疊放數量到達后，傳送帶向外移出一定距離，然后再上升到上限傳感器的位置后停止，開始重新疊層。傳送帶采用螺旋升降機及四導柱方式完成傳送帶的上下移動。取出部的整個取出、放置和傳送帶的下降的工作周期為8秒，材料疊放層數設計為三層。壓力模具每次工作后由噴霧部分進行清洗，脫模劑桶內的壓力一般設為0.4MPa。
圖2 運動過程簡圖
1.齒輪 2.排氣閥 3.吸頭 4.真空泵 5.傳送帶磁環檢測傳感器
6.傳送帶上下傳動裝置 7.帶輪 8.傳送帶 9.剩余磁環檢查傳感器
10.清掃部 11.氣缸
3 控制系統
控制系統一般由計算機和伺服驅動器組成，前者發出指令協調各運動驅動器之間的運動。同時完成編程和其他環境狀況（傳感器信息）、工藝要求、外部相關設備（吸頭裝置等）之間的信息傳遞和協調工作，后者控制各個運動的控制器，使各部分按照一定的速度、加速度和位置要求進行運動。
3.1 整體方案
本系統選用三菱公司生產的可編程控制器（PLC）FXIN-485-BD進行控制，其中取出機械手橫向的輸入輸出部分采用電機控制，為了使取出機械手的精確定位，采用伺服電機進行控制，電機通過聯軸器帶動齒輪，從而帶動機械手沿直線導軌橫入橫出，而取出機械手的上下行，抓取部分則采用氣動控制，PLC通過繼電器對電磁閥加以控制，而電磁閥通過控制氣缸從而控制取出機械手的上下行動作。關于傳送帶的上下運動部分采用電機進行控制，電機通過減速器和聯軸器與絲杠連接，從而帶動傳送的上下運動。傳送帶的輸出部分采用電機驅動，電機于帶輪通過鍵連，驅動帶輪轉動。收放紙系統部分同樣采用電機用驅動，電機通過聯軸器和紙筒轉軸以鍵連接進行驅動。此外，同時采用觸摸屏進行人機對話，直觀且便于操作。
圖3 結構圖
3.2 電機系統
考慮機械手的橫向運動有著負重大，移動速度快等特點，如果采用氣缸驅動很容易產生氣缸密封圈泄露等現象，所以采用伺服電機驅動。
PLC通過所發脈沖的頻率和數量控制機械手部伺服電機和傳送帶的電機以控制其速度和位置，脈沖信號通過信號分配在經過功率放大驅動電機帶動負載工作。
3.3 氣動系統
氣動控制系統的I/O接線圖如圖4所示，由PLC控制電磁閥的通斷從而實現吸取部分的上下行動作。根據實際的工作需要吸取部分的上行動作負重較大采用動力較好的氣缸并且減小其行程。下行部分負重較小，可采用普通氣缸。
圖4 PLC的I/O接線圖
4 軟件設計
4.1 PLC程序設計
PLC的整體結構包括手動、自動程序，原點復位程序，公用程序四個部分。其中自動程序包括系統在全自動模式下的程序和系統在單循環模式下的程序。PLC的程序流程圖如圖5。
圖5 PLC程序流程圖
4.2 觸摸屏設計
觸摸屏的軟件設計包括創建換面和變量的設計，并將之與PLC連接。畫面的創建包括輸入/輸出區域組態，指示燈組態，功能鍵組態和文本顯示等格式，根據機械手的要求設計出所需要的畫面。所設定的變量就是把觸摸屏的組態功能與PLC相應的I/O接點及存儲單元之間建立聯系，實現觸摸屏敏感元件對PLC參數的輸入，PLC當前值及報警系統向觸摸屏的輸出。
5 結論
本文所介紹的取出機械手可以廣泛的應用于磁性材料生產。實踐表明，該產品可以快速、準確的對控制要求作出反應。并且具有工作效率高，性能穩定且噪音小等一系列優點。
參考文獻：
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請把手機、呼機、聯合收割機、時空穿梭機關……通通關機。
我們為您準備了能自動升溫的座椅，使用方法是：扭動您的腰肢，不停地摩擦座椅，包暖！讓我們懷著愛咋咋地的心情，共同迎接2012菠蘿科學獎的到來！”
這是2012年菠蘿科學獎頒獎典禮的一段開場白。很搞笑是不是？這是一個由果殼網和浙江科技館合力打造的科學獎，頒給的都是有科學作品的人。但和其他科學獎不同，如果他們的科學作品不好玩，那是絕對上不了頒獎臺的。
“向好奇心致敬”是菠蘿科學獎的口號。這個被稱為“中國版搞笑諾貝爾獎”的頒獎典禮引來了不少帶著好奇心的名人。像美食作家沈宏非、相聲演員于謙……他們都是這次頒獎典禮的嘉賓。
于謙說自己從小想當科學家，但幾次數學考試下來，夢碎了，但是今天他又開竅了：“成績不好的，可以給科學家頒獎！”
有人說，這是一次科學青年和文藝青年的狂歡，晚會上的表演嘉賓，芝加哥大學細胞生物學女博士劉旸和德國馬普海洋微生物學博士嚴實用一首科學版的《因為愛情》，對這個評論作了解釋。
“思念是波函數的詩篇，像海森堡矩陣般蔓延……因為愛情，不會輕易突變。所有我們的氫鍵清晰可見……”
菠蘿科學獎頒給了他們
物理學獎：猴腦控制機械手
研發團隊：浙江求是高等研究院“腦—機接口”研究團隊
簡介：意識的本質是什么？如何利用意念發出的信號？浙江求是高等研究院“腦—機接口”研究團隊運用信息技術，提取猴腦運動皮層的神經元信號，指示機械手進行抓、鉤、握、捏的動作，從而完成了猴腦控制機械手的任務。
獲獎理由：霍金先生長期為無法實現掏耳朵、扶眼鏡腿兒等行為而深深苦惱，此研究的出現，為霍金先生提供了美好的希望。
菠蘿Me獎：浙大“飲水機娘”
創作者：浙江大學計算機科學與技術學院潘綱教授、陳龍彪博士
簡介：浙大玉泉校區CCNT實驗室里，一臺飲水機每天通過微博水開和沒熱水時的狀態，以其超萌的形象迅速征服了數以萬計的網友，被親切地稱為“飲水機娘”。
獲獎理由：繼“飲水機娘”之后，華南理工大學西六宿舍251個熱水壺、同濟建筑城規學院C樓地下的鋼琴紛紛登錄微博賣萌，極有力地推動了科學傳播事業的發展。
心理學獎：數錢可以減輕疼痛
論文作者：中山大學心理系教授周欣悅（論文題目：《金錢的符號作用：啟動金錢概念改變社會痛苦和生理性疼痛》）
簡介：數錢很開心，有什么科學依據？中山大學周欣悅的團隊通過500人次的實驗，發現數錢或用包含金錢在內的單詞造句的方法，可以減輕人的疼痛。
獲獎理由：眾所周知，治療疼痛須要花錢，這項研究提供了“不花錢就能減輕疼痛”的方案，我們有理由認為，這一方案值得投入大量資金進行推廣。
數學獎：龍年春晚機器人舞蹈表演
創作團隊：哈工大機器人創新基地洪炳镕教授及冷曉琨、張毅、趙尚杰
簡介：哈工大機器人創新基地研發的機器人舞蹈，首次登上央視春晚舞臺，他們通過神秘和精巧的算法，賦予了這群機器人整齊劃一的集體主義精神，更賦予了其中一位叫“小白”的機器人不隨波逐流、桀驁不馴的自我意識。相當令人尊敬。
獲獎理由：“小白”的出現，意味著機器人擁有思維及運動規劃能力的現實已經到來，據說各大影視院校紛紛表示，今年招生季即將增加機器人考生名額。
化學獎：瓦罐雞湯主要滋味物質研究
研發團隊：華中農業大學食品科學技術學院何小峰、岳馨鈺、、黃文
簡介：瓦罐雞湯為什么比普通雞湯好喝？該研究發現，瓦罐雞湯中的鮮味物質明顯高于其他方法熬制的雞湯，因為瓦罐受熱更均勻，鮮味物質更不容易降解。
獲獎理由：這項研究的出現，為陶瓷產業提供了新的利潤增長點，也為中華文化引領世界潮流提供了強有力的科學支持。
醫學生物獎：Y染色體鑒別曹操身世之謎
論文作者：復旦大學現代人類學教育部重點實驗室，中科院上海生命科學研究院計算生物學研究所王傳超、嚴實、李輝等
簡介：通過對曹操后裔Y染色體某基因的分析，為真正的曹操男性后裔提供了身份鑒定的科學依據，同時，也發現曹操和先祖曹參很可能并無血緣關系。
幻想獎：《小靈通漫游未來》
作者：葉永烈
簡介：葉永烈先生（浙江溫州人，作家，《十萬個為什么》主要作者），1961年所寫的《小靈通漫游未來》一書中，包括氣墊船、環幕立體電影、隱形眼鏡、無線電話、電視手表、人造器官、機器人服務員、農產品工業化生產等預言，現在幾乎都已變成現實。這部小說發行量達300萬冊，至今仍雄踞中國科幻小說第一名，充分證明了幻想是現實的強大引擎這一事實。
菠蘿獎揭秘
為什么是菠蘿科學獎，而不是榴蓮獎、菠蘿蜜獎……
果殼網大BOSS姬十三，一邊嚼著飯，一邊敘述著這只菠蘿的誕生記。
“因為，當初大家坐在一起商量獎項命名時，嘴巴邊上就嚼著菠蘿。有人一提出，大家都覺得挺合適。”如此爽快率直的回答，估計也只有理科男能做到了。
姬十三說，菠蘿果肉酸酸甜甜，很符合這個獎項的特質。最初他們對獎項的定位就是，正統的嚴肅的科學獎項，又是個向好奇心致敬，鼓勵不受束縛的幻想和探索的獎項，不僅僅只有一個味兒。而菠蘿亮黃的顏色也很像一顆好奇心。
為什么評委陣容除了科學家，還有主持人、美食評論家、相聲演員……
據傳，到現場的評委，都被提出了要求：科學家不搞笑不能入；文藝積極分子要無科學不歡樂。
如此嚴格的要求，讓見慣大場面的柯藍評委都有些小心虛，覺得自己是來湊熱鬧，打醬油的。
過程裝備與控制工程專業“理論力學”教學改革的內容，主要思路是強化基礎知識、重點闡述基本概念與定理、改變傳統教學方式、增加實踐環節，大量增加有本專業工程背景的例子，所講授的例題、習題盡量與本專業的工程實際相結合。同時要按照“卓越工程師”培養計劃和培養要求，以及授課教師在以往教學中發現的問題，結合個人教學經驗和他人的教學改革成果，對過程裝備與控制工程專業理論力學教學改革提出如下幾點內容與措施。
1.更新傳統教學手段
傳統教學模式主要是板書形式，內容過于單一，無法形象表示出“理論力學”研究對象的特點，這對于學生的理解是不利的。因此，在現代的教學活動中引用多媒體技術進行課堂教學已是大勢所趨，但如何充分發揮其合理作用仍然值得深思。多媒體教學，不僅僅是指把教學內容做成幻燈片，還應該包括運動機構的實例演示、動畫演示，甚至于一些實驗過程都可以在課堂上播放。這對于本專業的“理論力學”教學只有48學時的情況是非常有利的，可節省大量的在黑板上推導一些繁雜公式和求解過程的時間，可使整個課堂的教學重點內容突出，易于調動學生學習積極性。同時，運用多媒體技術可以演示例題、習題所涉及的機械運動，也可以播放一些工程實例，這些都有助于工程概念淡薄的學生理解課堂內容，在提高學生學習興趣的同時也有利于教師的授課。但要注意，多媒體教學畢竟也只是一種教學手段，要注意其使用的方式、程度，過量的教學信息、頻繁的換屏、花哨的布局，反而會降低學生對教學內容的關注。因此，利用傳統的黑板推導一些重要公式和求解過程，仍然是現代教學中不可替代的教學方式，要充分結合板書與多媒體技術，最大程度地調動學生學習積極性，從而提高教學效果。
2.優化教學模式
傳統的課堂教學模式都是以教為中心的，授課教師在有限的課堂教學時間內為完成教學任務會不自覺地采取滿堂灌、填鴨式的教學方式，尤其是目前多媒體技術普遍應用的情況下，授課教師在增加信息量的同時，也會不自覺地加快授課速度，這將使很多學生只是表面上對一些概念和定理聽懂了、了解了，但實際上并沒有真正吸收并為自己所用，因此做起習題來還是感覺無處下手、感覺很難、甚至一頭霧水，這從測試中就能看出來。因此，教師在授課過程中要注意調整教與學的關系，充分尊重教學特點，遵循學生是教學活動的主體，體現出以學生為本的教學理念。教師在教學過程中，既是知識的傳授者，又是學生學習的引導者，要著重培養學生分析“理論力學”中所包含的科學問題和解決這些問題所需要的能力，從而不斷激發出學生學習“理論力學”的主動性和積極性，為后續課程的學習奠定堅實的基礎。
（1）啟發式教學。現代教育要與現代大學生的特點相適應，改變以往填鴨式的教學方法，倡導啟發式的教學方式、教學理念，激發學生求知欲，提高學生分析問題和解決問題的能力。教師在授課過程中，要引導學生深入了解事物內部的本質規律，反映在“理論力學”的教學中就是如何具體應用靜力學、運動學與動力學的基本定律來解決構件或者機構的受力特點、運動形式及所受外力。在這個過程中，如何一步步引導學生，由簡入繁、由表及里的考慮問題，使之掌握思考事物內部本質、探求自然規律并能合理利用的能力，就需要在授課過程中不斷努力并實踐。這樣，逐步形成在教師指導下的、以學生為中心的學習過程，也就是說，要體現出以學生為本的教學理念，強調“學生是教學活動主體”的原則。
（2）討論式教學。在課堂教學中引入討論式的教學形式也是一種嘗試，這是學生合作學習和教師指導相結合的一種新的教學方式。主要過程是：教師提前給學生布置要討論的授課內容，學生之間、學生和授課教師之間圍繞與其相關的問題相互討論及交流信息，學生和教師共同參與到教學活動中，學生要表述對相關內容的理解，同時也可以充當教師的角色來引導討論的進行，這對學生也是極大的挑戰，要求他們必須對授課內容有一定的理解。由于本專業上課的人數過多（每學期都在110～120人），往往很難集中在一起進行討論。針對這種情況可采取不同時間段分成小班的形式進行討論，每個小班的人數控制在20人左右，這樣可使每個學生都有表述問題的機會，當然，這就要求授課教師付出更多的時間與精力。該種教學形式，可發揮學生的積極作用，引導學生主動參與學習過程，在獲得知識、解決問題的過程中更能培養其合作精神、創新能力及概括總結能力。
（3）布置小論文。“理論力學”有很多貫穿前后課程的知識點，對于這些知識點，可以提前布置給學生做小論文，題目應該有多個，使學生以團隊的形式來進行，鼓勵學生上網查找資料，小論文成績可作為期末考試的一部分。對這些布置的內容，在檢查的時候，應該以學生為主，讓學生來講解團隊作小論文時的整體思路，求解過程中遇到的問題、解決的方式，以及通過小論文學到的知識點。而教師的角色主要起到提示、引領及總結的作用，培養學生一題多解的發散思維方式、掌握知識的關鍵要點及綜合運用所學知識的能力。當然，小論文的選則還可以適當增加難度，如：與當今重要工程問題相關的例題和習題，用運動合成與分解來分析火箭與衛星分離過程、機械手臂各關節間運動軌跡、運動速度等；增加應用專題內容，如簡單剛體型機械手臂的動力學建模與運動方程的推導，簡單太空機械手臂運動路徑建模與動力學方程的推導。
（4）建立學習網站。在學校的大力支持下，建立了本專業的“理論力學”授課網站，通過該網絡平臺可實現師生間的資源共享。在課程網站上，具有課程介紹、授課內容、重點例題講解、課件內容、典型習題分析、答疑解惑、心得與討論及虛擬實驗室等幾項內容，對這些內容還要及時更新，并盡量做到在線解答問題，能對學生學習、作業過程中遇到的各種問題進行及時解答。這對于在課堂上沒有及時聽講，或者思路跟不上的學生，具有極大的意義，相當于開設了第二課堂。
3.構建合理的考核體系
過程裝備與控制工程專業的“理論力學”考試，改變了以往的單純靠期末考試取得最終成績的方式，采用新的多種考核形式，如最終成績按平時考核與期末考試成績之和，二者的權重分別占30%和70%。平時成績可包括基本的三部分，如果有實驗還需要加上實驗的成績：作業成績，知識點很多，且每次課都布置相關作業，一學期的作業量非常大，要求學生獨立完成；組織3～5次的測驗，對靜力學、運動學及動力學每部分都要有測驗，可放在該部分內容結束的時候，考查學生掌握概念、定律的熟悉程度，分析問題、解決問題的能力。通過這種測驗，極大督促了學生學習的自覺性，能提前對學過的內容進行復習，不至于把問題都留在期末；課堂討論表現，這與“討論式教學”相關，根據學生的表現給出相應的成績。上述這些考核方式，可有效督促學生平時就要認真對待理論力學課程，而不是把所有問題都推到期末來解決。
4.引入數學工程軟件
在課堂授課過程中可適當引用Maple數學軟件求解微分方程數值解，達到直觀分析運動的目的。這種將抽象的微分方程轉化為圖像顯示的授課內容，使學生有一種興趣感、參與感，直接促進了學生對運動微分方程的理解。Maple軟件在符號（解析）運算方面目前是最優秀的，計算過程中幾乎不需要聲明變量類型，解決一般的數學問題不需要復雜的編程，且具有自動繪圖的功能，在“理論力學”的教學中使用Maple將會得到意想不到的效果。如何生動描述力學問題的物理圖像，這也是進行教學改革應該思考的問題，比如，利用Maple軟件可對傅科擺問題進行演示，在各種初始條件下對傅科擺的運動微分方程直接進行求數值解，同時直觀地展示出傅科擺在水平面上的相對運動軌跡。在課堂的授課中初步表明，應用該方式對一些特殊問題進行求解，可引起學生學習的極大興趣。因此，在課堂教學中，根據學時的多少，盡量安排一些利用Maple軟件進行分析的題目，作為平時考核成績的一部分，對一些學有余力的學生，可適當增加難度，作為選學內容。
5.開展實踐性教學活動
由于“理論力學”本身包含大量的概念、公理、定律以及相關的力學模型，理論性相比于其他課程來講是比較強的。對于剛進入大二的學生，難以很好理解抽象的內容，僅僅依靠課堂講授教學效果較差。因此，在“理論力學”教學中，各專業可根據總學時的安排，開設幾個常規的“理論力學”實驗，增加學生對運動機構的認識。在開設實驗的過程中，可以考慮如下幾種方式：由任課教師與實驗工程師準備，根據教學內容提前準備3～5個學生實驗，可以是3大部分的單獨實驗，也可以是綜合性的實驗；學生動手設計實驗，教師提供實驗所需要的器材、場地，再由學生完成實驗，可考慮開設1～2個這樣的實驗；現場教學的形式，利用2～4學時，帶領學生參觀校內工廠或者相關企業，使學生能觀察到傳動機構及相關的約束形式。也可以利用flash等軟件，做一些動畫，模擬實際機構的運動過程，在課堂授課過程中，有意安排播放。過程裝備與控制工程專業，已著手進行實驗方面的教學研究，考慮通過網絡開展一些虛擬實驗，如虛擬摩擦系數測定、虛擬靜力學分析、虛擬運動學和虛擬動力學實驗。
二、結語
關鍵詞：機械自動化，農業，食品包裝，自動化技術
0 .前言
機械自動化主要是指在機械制造業中應用自動化技術，實現加工對象的連續自動生產，實現優化有效的自動生產過程，從而加快生產投入物品的加工變換和流動速度。機械自動化的技術水準，不僅影響整個機械制造業的發展，而且對國民經濟各部門的技術進步有很大的直接影響。現代世界各國間的競爭主要表現為綜合國力的競爭，要提高我國綜合國力，需在各生產部門實現生產機械化和自動化。免費論文。
機械自動化技術從上個世紀20年展應用以來，已經得到了迅速的發展，特別是近年來計算機制造的高度集成化，開始向計算機集成制造系統 (Computer IntegratedManufacturing System，CIMS)發展，并大大加快了機械自動化的發展，但我國仍處于初級操作階段的自動化。
目前，世界各國的機械自動化水準除少數工業發達國家的某些生產部門外，大多數還處于操作階段的自動化。我國也不例外，我國的產業結構層次低，機械制造業發展很不平衡，大部分企業還比較落后，手工勞動占有相當的比重；我國機械制造業企業中自動化裝備水平不高，不僅在數量上同世界先進國家有較大差距，而且在品種上、質量上、使用上，同世界先進水平也存在較大差距。免費論文。
以微電子技術、軟件技術、計算機技術及通信技術為核心而引發的數字化、網絡化、綜合化、個性化信息技術革命，不僅深刻地影響著全球的科技、經濟、社會和軍事的發展，而且也深刻影響著機械自動化的發展趨勢。機械自動化技術將向以下幾個方向發展[1]：(1)光機電化方向；(2)柔性化方向；(3)智能化方向；(4)全球信息化方向；(5)綠色化制造方向。
1. 機械自動化在農業中的應用
農業是一種復合產業，它不僅包括作物的生產，而且包括農產品的加工、儲藏和運輸等等。農業生產的發展過程受自然環境和社會條件的影響，過去為了解決糧食供應不足的問題，開發農業技術著重于增加產量；但對于現代社會，溫飽問題已經基本解決，人們對于產品的品質以及工作的高效性和舒適性的要求日漸提高。農業機械自動化就是農業機械或裝置的操作過程或工作狀態不依靠人的感官和手工而自動實現。免費論文。農業機械自動化應以實現生產的高效率和高精度，降低生產成本，節約資源，提高農產品品質和實現安全生產等為目的，以滿足人們在農產品生產和消費中的需求。
目前農業機械自動化大致有以下3類：
(1) 已有農業機械及裝置的部分自動化控制。這種自動化方式以提高已有農業機械及裝置的作業與操作性能，提高作業效率和作業精度，減輕駕駛員的負擔，節約資源(肥料、種子、農藥、燃料等) 等為目的。目前，已經廣泛采用的自動控制裝置大多數屬于此類[2-5]，如拖拉機、施肥播種機、移栽機、插秧機、噴霧機、聯合收割機、挖掘收獲機、干燥機等。
(2) 已有農業機械及裝置的無人自動操作。這種自動化方式用在操作簡單且容易實現無人運轉，能長時間重復單調過程的作業上。如用計算機程序或無線電遙控來操縱拖拉機及聯合收割機，自動控制行駛，自動檢測耕深、耕寬或作物行列數，自動完成作業，以及能使干燥機、自動化溫室等固定裝置自動完成作業的機械及裝置。
(3) 農業機器人。農業機器人是一種可由不同程序軟件控制，以適應各種作業，能感覺并適應作物種類或環境變化，有檢測(如視覺等)和演算等人工智能的新一代無人自動操作機械。
目前許多發達國家正在進行農業機器人的開發研究，部分研究成果已開始在農業生產中應用。例如, 使用機械手的果蔬自動采摘機；水果采收、分選及食品加工等部門廣泛采用的攝影圖像處理等視覺檢測裝置；畜牧業中利用遠距離遙控技術檢測乳牛的位置，并把擠奶器附著在上擠奶的自動擠奶裝置[2]； 還有把羊的形態圖形化,使剪刀自動感知羊的皮膚并作業的剪羊毛機器人。
2. 機械自動化在食品包裝業的應用
食品工業是中國第一大工業門類，在全部包裝機械中，有近一半的種類和數量與食品工業包括飲料工業相關。二十多年來，中國經濟的高速發展，國民經濟和人民生活水平的持續增長，對中國食品工業產生了巨大的市場需求，從而也帶旺了與之相關的食品包裝市場以及食品包裝機械制造業。
中國食品包裝機械制造業起步于二十世紀八十年代初期，一些中小型機床、農機制造企業由于失去了國家計劃經濟的支持而自發轉型。部分私營企業也從相對技術含量較低但利潤空間較大的食品包裝機械行業入手，中國食品包裝機械制造業可說是由仿造進口設備開始，一步一步發展起來的。
國內食品包裝機械行業是保持高速增長的行業。我國食品和包裝機械行業在經歷了上世紀70年代起步，80 年展，80年代末和90 年代初的快速增長(年增長率高達20%)，初步形成了門類比較齊全、品種基本配套的產業。由于我國食品包裝機械起步晚，生產企業構成形式多種多樣，從行業企業總體規模來看，95%的企業為小型企業、鄉鎮集體企業、民營企業、個體企業及少量聯營企業和股份制企業，大中型企業只占行業企業總數的5%。這樣的企業構成也是我國大型成套設備生產能力弱，高檔設備主要依靠進口的主要原因。目前大型國營生產企業、部分民營企業、合資和獨資企業成為食品包裝機械行業的主力，但國內沒有大型成套設備方面的設計和制造能力。
食品包裝機械的發展趨勢主要體現在高生產率、自動化、單機多功能。傳統包裝機械多采用機械式控制，如凸輪分配軸式、光電控制、氣動控制等控制形式。機電一體化技術是在信息論、控制論和系統論基礎上建立起來的綜合技術，運用過程控制原理，將機械、電子與信息、檢測等有關技術進行有機組合，實現機電一體化和自動化，提高包裝機械整體制造水平。
自動化產品在食品包裝機械行業的市場具有很大的發展潛力。2005年包裝機械使用的自動化產品的市場規模約為8億元。2006年自動化產品在包裝機械的市場增長率在10%左右。
食品包裝機械自動化產品的廠家市場概況如下[6]：
（1）活躍在食品包裝機械市場的PLC廠家主要有12家，具有競爭實力的有三菱、OMRON、西門子、松下電工、施耐德和臺達6家。
（2）活躍在食品包裝機械市場變頻器廠家主要有19家，具有競爭實力的有三菱、富士、安川、SEW、松下電工及松下電器、西門子、臺達和施耐德9家。
（3）活躍在食品包裝機械市場，且互為競爭對手的人機界面廠家主要有5 家：DIGITALHITECH、三菱、OMRON、西門子和EASYVIEW。
（4）活躍在食品包裝機械市場的電機廠家主要是國內電機生產廠商，合資和進口的電機基本得不到應用。
（5）活躍在食品包裝機械市場的低壓電器的合資或進口廠家主要有7家，具有競爭實力的有富士、OMRON、西門子、施耐德4家，大部分都是國內生產。
食品包裝機械自動化產品生產存在以下主要問題[7]：
首先我國機械食品包裝制造企業高起點的較少，大多數企業在低水平徘徊。中國包裝機械在產品開發、性能、質量、可靠性、價格、服務等方面與進口產品的競爭中處于劣勢，抵擋不了進口產品的大量涌入。每年的進口設備，大都是國內不能制造或達不到使用技術要求的技術含量高的或大型的設備，如無菌包裝機，大型高速飲料灌裝機、貼標機、組合電子秤等。
其次是科技發展滯后，創新能力不足。目前國外包裝機械產品的品種大約有6000多種，成套數量多，并且不斷有新技術、新產品出現，一方面向高精度、大型化發展，另一方面向多功能方向發展。與發達國家相比，我國包裝機械產品品種及配套數量少，只有國外品種的一半左右。
另外，中國食品包裝機械制造業雖然名牌產品在逐漸形成，但生產集中度還不夠。目前中國有食品包裝機械制造企業6000多家，其中2000多家不夠穩定，每年有近15％的企業轉產或倒閉，但又有約15％的企業加入到這一行業中來。目前產值及銷售額超過億元的企業僅有十幾家，最好的企業產值及銷售額剛過10億元，上市企業僅有一家；年銷售額超過3000萬元的企業也僅有50家，這50家企業的總銷售額僅有80億元，只有20.66％的集中度。
3. 結語
機械自動化在任何一個國家的重要地位都是顯而易見的，機械自動化技術直接關系到機械制造業的基礎和水平。作為一個發展中國家，我國必然要大量發展機械自動化技術，走一條科技強國之路。隨著改革開放步伐的加快，我國在立足本國經濟的基礎上，不斷吸收國外先進經驗，使我國的農業和食品包裝業的機械自動化有了長足進步，并向更高的水平發展。農業和食品包裝的機械自動化的發展，需要我國結合自身的實際情況，進行自主創新，開發和改進。
【參考文獻】
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關鍵詞：仿真 機械 控制
中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2013）12-0104-01
隨著技術的進步，作為機械設計制造的仿真模擬技術得到了快速的發展，并且廣泛應用于實際當中。計算機仿真技術是以多種學科理論為指導，利用相應的軟件為工具，通過虛擬試驗的方法來解決問題的技術。隨著工程機械產品競爭日益激烈。為了提高產品質量、性能，降低開發成本。在這種需求下，以仿真技術為代表的技術成為工程領域一種現代化設計手段。運用仿真設計，建立系統的數學模型，從實際對象的物理模型出發。設置不同的激勵信號，利用相應曲線，即可對系統進行辨識。可以在產品設計設計和評估產品的性能方面，降低開發風險，縮短開發周期，提高產品性能。工程中的技術問題首先是要仿真技術在各個領域得到了廣泛的應用。
1 計算機仿真的實現
對于需要研究的對象，計算機一般是不能直接認知和處理的，這就要求為之建立一個既能反映所研究對象的實質，又易于被計算機處理的數學模型。數學模型將研究對象的實質抽象出來，計算機再來處理這些經過抽象的數學模型，并通過輸出這些模型的相關數據來展現研究對象的特質，當然，這種展現可以是三維立體的。由于三維顯示更加清晰直觀，已為越來越多的研究者所采用。通過對這些輸出量的分析，就可以更加清楚的認識研究對象。模型是進行計算機仿真的核心。系統的數學模型根據時間關系可劃分為靜態模型、連續時間動態模型、離散時間動態模型和混合時間動態模型；根據系統的狀態描述和變化方式可劃分為連續變量系統模型和離散事件系統模型。通過這個關系還可以看出，數學建模的精準程度是決定計算機仿真精度的最關鍵因素。從模型這個角度出發，可以將計算機仿真的實現分為三個大的步驟：模型的建立、模型的轉換和模型的仿真實驗。所謂模型的轉換，即是計算機語言轉換成能夠處理的形式，“仿真模型”是新的系統，利用已有的仿真軟件，如鑄造過程就常用ADSMS軟件來進行仿真。將仿真模型載入計算機進行使用。
2 計算機仿真在機械行業的應用
2.1 仿真技術
仿真技術是綜合多學科的技術，以機械系統運動學和控制理論為核心，運用成熟的計算機圖形技術將部件集成在一起，建立機械系研究的問題，根據仿真所要達到的目的抽象出一個確定的系統，結合系統的邊界條件和約束條件，利用各種相關學科的知識，把所抽象出來的系統用數學的表達式描述出來，描述的內容，傳統的仿真就是針對單個子系統的仿真，而仿真技術則是強調整體的優化，它通虛擬環境的耦合，對產品設計方案進行評估，并不斷改進設計方案，直到獲得最優化的效果，所以子系統之間的協同求解，應該快速地建立控制系統、液壓系統、氣動系統等虛擬樣機。的運用目前市場上一批成熟的分析軟件有ANSYS、PATRAN等。運動學和動力學仿真軟件可采用ADAMS軟件。控制系統仿真軟件可采用MATLAB軟件。通過三維模型和運動學、動力學仿真軟件ADAMS中進行分析，對控制方案進行仿真。使產品設計可擺脫對物理樣機的依賴，給企業帶來高的經濟效益，高效的研發手段促使產品開發風險降低，提高生產效率，通過虛擬樣機找到組織生產，使產品制造和市場競爭方面更具靈活性，同時克服企業資源的局限性，將具有開發產品技術組成一個臨時的企業聯盟。仿真技術必將成為工程機械領域產品研發的主流。
2.2 機械加工仿真
機械加工過程，是利用計算機仿真，有助于發現其機理，為提高機械性能。在機械的磨削方面，采用時間變化的描述磨削過程的各個數學模型，通過優化和虛擬磨削創造了必要的前提，在銑削方面，建立多齒端銑切削過程動力學模型，開發切削振動仿真的微機通用軟件，得出了端銑切削振動的原理和條件。電火花加工的工藝仿真系統，實現了加工參數的優化。建立了連續擠壓的計算機仿真模型，通過模擬連續擠壓全過程的應力場、應變場和溫度場。
2.3 機構運動仿真
了解了機構需要設定的運動副情況后，進行運動仿真。新建一個運動學仿真，創建連桿，根據各部件相互運動方式需建立7個連桿，對模型的材料特性進行加載，定位每個運動副的時間函數，在一個周期內完成所有的運動。向機構添加一定的外載荷，使整個機構工作在真實的工程狀態下，機構的兩連桿之間，模擬兩個零件之間的彈性連接。根據運動驅動的形式，取料機械手采用恒定轉速驅動，采用恒轉速調速，要求必須設定運動時間和解算步數，機構做運動仿真分析時，需要詳細記錄整個仿真零件的位移距離，適當縮短機械加工產品開發周期，對于提高產品質量和性能具有積極的作用。
參考文獻
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[2]姜虹，朱文海等.結構與控制系統協同并行設計技術研究.美國MDI公司2001年ADAMS中國用戶年會會議論文.
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關鍵詞 工程機械；焊接；核心工藝
中圖分類號TG40 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2013）84-0067-01
0 引言
工程機械大型焊接件的焊接過程直接影響著焊接質量，也影響著焊接夾具裝夾系統的合理布局，還影響著大型焊接件的焊接變形預測及控制。因此對大型焊接件進行現場觀察，分析零件的結構特點、工藝，分析焊接車間的布局特點等，對工程機械大型焊接件的核心工藝進行初步規劃具有非常重要的意義。
1 工程機械的發展現狀
工程機械經歷了50年到60年的發展歷程，到20世紀90年代中末期機械焊接技術就已經達到了非常高的水平。經歷了十幾年的發展的機械焊接工業，在跨國公司品牌的不斷沖擊之下，創造出了一條寬闊自由的發展道路，并慢慢的在國內壯大起來，已經控制了國內85%以上的工程機械大型焊接市場份額。國內焊接市場的營業額在最近幾年吞并了我國整個工程機械行業總營業額的大半個江山，因此，機械焊接行業地位的重要性，以及大型焊接件的核心工藝推出的出色產品，在國際市場上開始萌芽，其發展勢頭并不亞于其他行業。
2 工程機械焊接構件特點及常規焊接工藝
2.1 工程機械焊接結構件的特點
工程機械結構件主要包含薄板件，板厚一般為2mm～4mm；中板件板厚約為6mm～20mm；厚板件板厚約為20mm及以上。大多數情況下主要利用板材進行拼接，采用箱形結構，附件（機座鑄鋼件）焊接在上面，其結構復雜，焊縫要求精度高。在工程機械大型焊接結構件中，角焊縫的情況比較多，通常只檢查焊縫的焊接形態和質量，但對于主要的受力結構件需要檢查表面裂紋和焊縫缺陷，采用磁粉探傷或者超聲波探傷。
2.2 常規焊接工藝
常規的焊接工藝主要包括以下兩個方面。1）焊件準備：即下料準備，采用剪板機和數控切割機進行切割。薄板件平常用等離子切割，中厚板采取火焰切割。校平的時候，薄板件通常采用壓力機校準；中厚板采用專用的板材矯平機校準，板材比較完整則可省去校準工序。折彎的時候采用專用折彎機，批量生產時通常采用數控折彎機，以獲得較高的工作效率；2）組對點焊：指點焊的過程中，確定各焊件位置的時候，利用人工畫劃的方法使各個焊件按其對應的位置關系組成一個整體，這種方式簡單可靠，缺點是劃線工作量繁瑣，生產效率不高，組對誤差偏高，產品生產差。工件數量較大時應采用機器人焊接，這種焊接方式操作簡單易行，組對精度高，產品優良，當前有許多廠家采用機器人焊接模式。
3工程機械大型焊接件的核心工藝發展趨勢
3.1 焊接變位機將普遍應用
隨著市場的擴大以及市場競爭日趨激烈，焊縫的質量被作為一個重要的評判標準。因此，為了在保證高標準的焊接質量的前提之下，又必須兼顧整體生產效率、操作安全程度和自動焊接等要求，一般情況，車間內焊接某部件時，要采用變位機來獲得更高的焊接質量，實現一次裝夾完成全部焊接。而像立焊、橫焊、仰焊等難以保證焊接質量的錯誤操作則應該摒棄。由此，變位機焊接在焊接行業內必定得到廣泛應用。
3.2 焊接機器人及自動焊接機的使用將逐步增加
采取機器人焊接的模式即代替焊工焊接，這樣不僅可以節省焊接工人的人數，降低工人勞動強度，而且還能保證焊縫質量的穩定可靠。機器人焊接，客觀的說焊接機器人即機械手，因其自身不能獨立工作，需配備一些設備，像變位機、專用夾具等，組成焊接機器人工作站。隨著我國經濟的不斷發展，焊接機器人代替操作人員是必然走向。
3.3 焊前工序設備水平將逐步提高
采取機器人自動焊接的企業一定都知道，不僅操作人員的技術水平對焊縫質量有影響，下料、成型對焊縫質量的影響也非常大。將焊前工序設備水平與實際操作要求相一致，是實現焊接過程的自動化進程的關鍵，進而降低機械加工強度；提高生產效率；同時，還可以使產品質量穩定可靠、提高同行業中產品的競爭力。廠家需要花費更多的資金，并且在產品改型的過程中還需要對其重新設計調整是影響拼點工裝的主要因素。目前，只有資金雄厚的廠家使用拼點工裝，但都獲得很大的收益。從已經使用機器人焊接的廠家我們可以看出，其使用的配套拼點工裝相對較多，焊接工序設備的質量大幅度提高。
4 結論
我國是一個正處于工業化進程中的制造業大國，意味著工業化達到一定水平后，工業裝備水平的高低將制約著工業經濟的增長的快慢。焊接技術的迅速發展，以及新的焊接設備、工藝方法不斷涌現，為我國工程機械大型焊接工藝發展做出應有的貢獻。與此同時，大型焊接件的工藝、設備布局及物流、焊接變形預測與控制，對提高企業核心競爭力、提高核心零部件的制造能力和技術水平具有十分重要的意義。
參考文獻
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[3]龍聽，汪建華.溫差法在焊接殘余應力和變形控制中的應用[J].壓力容器，2007.
關鍵詞：樹木移栽機；機械化；新型
1現今發展動態
目前在我國主要采用手工來完成樹苗移栽作業，而國外發達國家已實現從育苗到移栽的的機械化作業，我國在植樹機械方面還比較落后。長期以來，我國樹木移栽一直在沿用傳統的手工勞作方式，一個農民一天只能種幾十顆樹木，還不包括起壟、澆水的耗費，勞動強度大，生產效率低。隨著農村勞動力的向城市轉移，樹木移栽技術落后，效率低，移植質量低已經越來越制約樹木移栽的發展，一款質量可靠性能穩定、操作便捷、維修方便、一機多用、性價比高的植樹機成為我國農業的迫切需求，并實現批量化、標準化生產。
2新型樹木移栽機產品
2.1 公司簡況
桂林永鑫科技有限公司創建成立于廣西桂林市，自主研發設計并制造新型樹木移栽機械。目前本公司已完成新型樹木移栽機的設計研發工作。永鑫科技以“應用科技”為生產經營理念，努力將創新科技實用化，以滿足目前市場需求，向大型樹木移栽基地提供新型樹木植樹機，并以此為基礎，通過技術改進，研發同類新型農作物幼苗植樹機，是一家綜合性植樹機開發制造公司。
2.2 產品架構
新型樹木移栽機是一款集犁土、碎土、栽植、埋土、壓實一體的樹木移栽機械（產品整體效果圖如圖一），主要適用于楊樹、桉樹等一些樹干比較挺直的木材用樹大苗的移栽，對實現大面積移栽和植樹造林方面具有明顯的優勢。
該型機械分為三大模塊：車身、松土部分和栽植部分。松土部分和栽植部分采用拖帶方式，可以廣泛用于一般農用拖拉機拖帶。松土部分實現犁土、碎土功能，分別由犁土機構和碎土機構實現，其中犁土機構采用振動式松土系統。松土部分作業為了讓后續的栽植作業更好進行，減少了在栽植前需要先對土壤進行翻新這一道工序，同時也提高了樹苗的成活率。栽植機構（如圖二）由機架、凸輪傳動系統、定位機構、夾持機械手、連動桿、錐形種樹機構、埋土機構、雙壓實輪等組成，是一款聯動式栽植機構，實現挖坑、栽植、埋土、壓實的同步進行，達到理想的移栽效果。
3 產品優勢
3.1功能優勢
永鑫科技植樹機將種植過程中的絕大部分勞動量都交由機械完成，自動化程度較高，大大的降低了工人的勞動量。移栽過程中，工人的工作只是將樹苗放到栽植機構的機械手上，而移栽的其余工作就交由機械完成，極大提高了栽植效率，減少了栽植時間。這是國內同類植樹機目前所不能做到的，永鑫科技的這一項優勢可以使得植樹機作業經濟效益最大化。
3.2技術優勢
傳統的栽植機構將樹苗傳送、挖洞、栽樹、埋土、壓實等動作有機的結合，摒棄了原本各個動作單獨的控制，這樣的控制會產生累計誤差，最終使各個動作無法合理的配合工作。永鑫科技植樹機的技術設計優勢就在于將各個動作通過導桿連接起來，通過同一構件為各個運動提供動力，從而達到各個動作的完美結合。這是一個變革性的創新技術，這項技術將使得永鑫科技植樹機在實際使用過程中，能保持較高的穩定性，使得使用成本大大降低。
3.3成本優勢
永鑫科技植樹機在設計之時就從整個產品的生命周期成本的角度來考慮。從設計生產成本，到使用維護成本，我們都進行了嚴格的控制。而且永鑫科技植樹機結構簡單，零部件少，所需動力也相對傳統植樹機械少，節省了能源，達到了經濟環保的要求。永鑫科技植樹機和市場上同類機型的價格與使用成本比較如表-1。
3.4可變性優勢
永鑫科技目前的設計是針對楊樹、桉樹等一些樹干比較挺直的木材用樹大苗的移栽，但在設計時就考慮到了產品后期轉型的問題，技術團隊可以在三年將永鑫科技植樹機改造成適合玉米、小麥等農用產品的綜合性植樹機，而這一類市場的需求將在這幾年內不斷上升。此項優勢恰好符合了永鑫科技公司的發展規劃，使得永鑫科技植樹機更具市場競爭力。
4市場分析
4.1細分目標市場：
本產品主要適用于楊樹、桉樹等一些樹干比較挺直的木材用樹大苗的移栽，適合進行大面積移栽和植樹造林的市場利基。基于前期的市場調研，對目標市場分析如下：
目前國內機械化移栽技術在玉米、棉花、蔬菜、煙草、甘薯、甜菜等多種經濟作物的應用最為廣泛，在楊樹、桉樹等一些木材用樹的苗木的應用比較少，這些木材用樹在進行大面積種植的時候，人工種植所需的成本高，并且勞動強度大，栽植效率低且栽植質量不理想。目前雖然存在一些樹木大苗栽植機械，但由于技術比較落后，并不能很好解決上述缺點。目前國內植樹機少則每臺2萬～ 3 萬元，多則7 萬～ 8 萬元，甚至更高。我們設計出的新型樹木植樹機不僅結構簡單，零部件少，而且自動化程度較高，既保證了移栽效率又保證了移栽質量。
“新型樹木移栽機”的高優質質量水平將更能吸引廣大植樹人使用。
4.2市場變化趨勢及潛力
植樹機在國內市場還將占據很高的份額，而且還會較長時間存在。因而，提高其生產率，完善其作業性能和可靠性，將是今后植樹機的一個發展方向。隨著我國土地流轉和農村勞動力轉移，農村勞動力短缺已成為必須面對的問題，當前環保也成為我國社會發展的一大主題，植樹造林對于改善環境的作用不可忽視，研制性能優越、價格合理的全自動植樹機將是今后國內移栽的另一大發展趨勢。
近期，由于國家植樹政策的扶持及公民環保意識加強等多方面原因，植樹機的市場前景將越來越好。
5銷售渠道設計
公司新型移栽機的主要優點在于采用聯動式植樹機構，實現挖坑、栽植、埋土、壓實的同步進行，達到理想的移栽效果，相對現有栽植機械來說具有多方面的優勢，是一種差別于現有移栽機市場的新產品，作為一種新產品公司新型移栽機尚處于產品生命周期的導入期，而同時移栽機整個行業目前處于行業生命周期的成長期，移栽機的功能已經為許多用戶所了解，并且這些用戶漸漸地接受一些品牌的移栽C。
論文摘要：數控機床電氣系統故障的調查、分析與診斷的過程也就是故障的排除過程，一旦查明了原因，故障也就幾乎等于排除了。因此故障分析診斷的方法十分重要。
一、故障的調查與分析
這是排故的第一階段，是非常關鍵的階段，主要應作好下列工作：
1、詢問調查在接到機床現場出現故障要求排除的信息時，首先應要求操作者盡量保持現場故障狀態，不做任何處理，這樣有利于迅速精確地分析故障原因。
2、現場檢查到達現場后，首先要驗證操作者提供的各種情況的準確性、完整性，從而核實初步判斷的準確度。由于操作者的水平，對故障狀況描述不清甚至完全不準確的情況不乏其例，因此到現場后仍然不要急于動手處理，重新仔細調查各種情況，以免破壞了現場，使排故增加難度。
3、故障分析根據已知的故障狀況按上節所述故障分類辦法分析故障類型，從而確定排故原則。由于大多數故障是有指示的，所以一般情況下，對照機床配套的數控系統診斷手冊和使用說明書，可以列出產生該故障的多種可能的原因。
4、確定原因對多種可能的原因進行排查從中找出本次故障的真正原因，這時對維修人員是一種對該機床熟悉程度、知識水平、實踐經驗和分析判斷能力的綜合考驗。
5、排故準備有的故障的排除方法可能很簡單，有些故障則往往較復雜，需要做一系列的準備工作，例如工具儀表的準備、局部的拆卸、零部件的修理，元器件的采購甚至排故計劃步驟的制定等等。
下面把電氣故障的常用診斷方法綜列于下。
(1)直觀檢查法這是故障分析之初必用的方法，就是利用感官的檢查。
①詢問向故障現場人員仔細詢問故障產生的過程、故障表象及故障后果，并且在整個分析判斷過程中可能要多次詢問。
②目視總體查看機床各部分工作狀態是否處于正常狀態(例如各坐標軸位置、主軸狀態、刀庫、機械手位置等)，各電控裝置(如數控系統、溫控裝置、裝置等)有無報警指示，局部查看有無保險燒煅，元器件燒焦、開裂、電線電纜脫落，各操作元件位置正確與否等等。
(2)儀器檢查法使用常規電工儀表，對各組交、直流電源電壓，對相關直流及脈沖信號等進行測量，從中找尋可能的故障。例如用萬用表檢查各電源情況，及對某些電路板上設置的相關信號狀態測量點的測量，用示波器觀察相關的脈動信號的幅值、相位甚至有無，用PLC編程器查找PLC程序中的故障部位及原因等。
(3)信號與報警指示分析法
①硬件報警指示這是指包括數控系統、伺服系統在內的各電子、電器裝置上的各種狀態和故障指示燈，結合指示燈狀態和相應的功能說明便可獲知指示內容及故障原因與排除方法。
②軟件報警指示如前所述的系統軟件、PLC程序與加工程序中的故障通常都設有報警顯示，依據顯示的報警號對照相應的診斷說明手冊便可獲知可能的故障原因及故障排除方法。
(4)接口狀態檢查法現代數控系統多將PLC集成于其中，而CNC與PLC之間則以一系列接口信號形式相互通訊聯接。有些故障是與接口信號錯誤或丟失相關的，這些接口信號有的可以在相應的接口板和輸入/輸出板上有指示燈顯示，有的可以通過簡單操作在CRT屏幕上顯示，而所有的接口信號都可以用PLC編程器調出。
(5)參數調整法數控系統、PLC及伺服驅動系統都設置許多可修改的參數以適應不同機床、不同工作狀態的要求。這些參數不僅能使各電氣系統與具體機床相匹配，而且更是使機床各項功能達到最佳化所必需的。因此，任何參數的變化(尤其是模擬量參數)甚至丟失都是不允許的；而隨機床的長期運行所引起的機械或電氣性能的變化會打破最初的匹配狀態和最佳化狀態。此類故障多指故障分類一節中后一類故障，需要重新調整相關的一個或多個參數方可排除。
(6)備件置換法當故障分析結果集中于某一印制電路板上時，由于電路集成度的不斷擴大而要把故障落實于其上某一區域乃至某一元件是十分困難的，為了縮短停機時間，在有相同備件的條件下可以先將備件換上，然后再去檢查修復故障板。
鑒于以上條件，在拔出舊板更換新板之前一定要先仔細閱讀相關資料，弄懂要求和操作步驟之后再動手，以免造成更大的故障。
(7)交叉換位法當發現故障板或者不能確定是否故障板而又沒有備件的情況下，可以將系統中相同或相兼容的兩個板互換檢查，例如兩個坐標的指令板或伺服板的交換從中判斷故障板或故障部位。這種交叉換位法應特別注意，不僅硬件接線的正確交換，還要將一系列相應的參數交換，否則不僅達不到目的，反而會產生新的故障造成思維的混亂，一定要事先考慮周全，設計好軟、硬件交換方案，準確無誤再行交換檢查。
(8)特殊處理法當今的數控系統已進入PC基、開放化的發展階段，其中軟件含量越來越豐富，有系統軟件、機床制造者軟件、甚至還有使用者自己的軟件，由于軟件邏輯的設計中不可避免的一些問題，會使得有些故障狀態無從分析，例如死機現象。對于這種故障現象則可以采取特殊手段來處理，比如整機斷電，稍作停頓后再開機，有時則可能將故障消除。維修人員可以在自己的長期實踐中摸索其規律或者其他有效的方法。
二、電氣維修與故障的排除
電氣故障的分析過程也就是故障的排除過程，因此電氣故障的一些常用排除方法在上一節的分析方法中已綜合介紹過了，本節則列舉幾個常見電氣故障做一簡要介紹，供維修者參考。
1、電源電源是維修系統乃至整個機床正常工作的能量來源，它的失效或者故障輕者會丟失數據、造成停機。重者會毀壞系統局部甚至全部。西方國家由于電力充足，電網質量高，因此其電氣系統的電源設計考慮較少，這對于我國有較大波動和高次諧波的電力供電網來說就略顯不足，再加上某些人為的因素，難免出現由電源而引起的故障。
2、數控系統位置環故障
①位置環報警。可能是位置測量回路開路；測量元件損壞；位置控制建立的接口信號不存在等。
②坐標軸在沒有指令的情況下產生運動。可能是漂移過大；位置環或速度環接成正反饋；反饋接線開路；測量元件損壞。
3、機床坐標找不到零點。可能是零方向在遠離零點；編碼器損壞或接線開路；光柵零點標記移位；回零減速開關失靈。
關鍵詞：西門子定位器，調節閥，執行機構，初始化，參數，在線更換
0.引言
在大型化工裝置中，調節閥是控制系統的終端，調節閥操作要保證工藝裝置安全可靠平穩運行。一旦其發生故障，將直接影響裝置的安全運行，對生產過程影響非常大。運用智能閥門定位器，能夠改善調節閥的流量特性和性能，可以通過與DCS或總線設備進行數字信息通訊，提升企業生產控制能力，為裝置的安全穩定生產提供保障。
1.在化工儀表維護過程中發現，常規定位器存在很多不足
1) 常規定位器多為機械力平衡原理，它采用噴嘴擋板機構，可動件較多，容易受溫度波動、外界振動等干擾的影響，耐環境性差；彈簧的彈性系數在惡劣環境下能發生改變，會造成調節閥非線性，導致控制質量下降；外界振動傳到力平衡機構，易造成部件磨損以及零點和行程漂移，也使定位器難以工作；
2) 由于噴嘴本身的特性，執行器在穩定狀態時也要大量消耗壓縮空氣，若使用執行器數量較多，能耗較大；而且噴咀本身是一個潛在故障源，易被灰塵或污物顆粒堵住，使定位器不能正常工作；
3) 常規定位器手動調校時需要使用專用設備、不隔離控制回路是不可能的，且零點和行程的調整互相影響，須反復整定，費時費力，非線性嚴重時，則更難調整。論文參考網。
2.西門子智能定位器工作原理
SIPART PS2 型智能電氣閥門定位器的工作原理與傳統定位器完全不同。論文參考網。采用微處理器對給定值和位置反饋作比較。如果微處理器檢測到偏差，它就用一個五步開關程序來控制壓電閥，壓電閥進而調節進入執行機構氣室的空氣流量。當SIPART PS2 采用二線制連接時，它完全從4 至20mA給定信號中獲取電源。亦可從PROFIBUS（SIPART PS2PA）總線信號中獲取電源。
SIPART PS2 定位器采用適當的安裝組件固定到直行程或角行程執行機構上，執行機構的直線或轉角位移通過安裝的組件檢測并由一個剛性連接的導電塑料電位器轉換，裝在直行程執行機構上的組件檢測得到的角度誤差被自動地校正.微處理器根據偏差（給定值W 與位置反饋信號X）的大小和方向輸出一個電控指令給壓電閥。壓電閥將控制指令轉換為氣動位移增量，當控制偏差很大時（高速區）。定位器輸出一個連續信號；當控制偏差不大（低速區），定位器輸出脈沖連續；當控制器偏差很小時（自適應或可調死區狀態），則沒有控制指令輸出。
3.西門子定位器安裝注意事項：
3.1選擇閥門反饋組件并確定行程。角行程閥門選用角行程反饋組件；直行程閥門根據行程長度選擇適當的反饋組件。直行程反饋桿上面有行程刻度，根據閥門的行程長度選擇適當的行程刻度，在所選行程刻度上安裝反饋固定螺釘。
3.2注意定位器在閥門上的安裝位置。西門子智能閥門定位器位置反饋，是通過電位器實現。電位器下限與上限分別是0和100。定位器閥位變送器通過反饋桿旋轉角度來測量閥門動態位置。選擇合適的定位器安裝位置有利于保證定位器控制精度。安裝時，確保閥門反饋桿水平時，對應閥門50%左右閥位。
3.3定位器氣源回路漏氣檢查。西門子定位器對氣路密封性要求較高，漏氣會造成閥桿移動，閥位變化，從而導致定位器頻繁動作，出現喘振現象，因此在定位器調試前，必須進行定位器及執行機構的氣密性試驗，這項工作對西門子定位器來說至關重要。
4.西門子定位器參數設置：
4.1執行機構形式
執行機構選用：直行程執行機構（WAY），角行程執行機構（TURN）如果選擇1.YFCT=WAY. 則由于線性位移轉換為角位移產生的非線性通過定位器得以補償。
4.2反饋軸額定轉角
如果選擇1.YFCT=TURN （見上述） 則角行程執行機構的轉角自動設置為90 度。對直行程執行機構（1.YFCT=WAY），則可設定為33°或90°，這都取決于行程范圍。
4.3閥門正反作用設置
設置定值的方向是用于設置改變設定值的方向。
4.4分程控制功能
參數7.SPRA用來分程控制的起始點設置，參數8.SPRE用來分程控制的結束點設置；參數“7.SPRA”及“8.SPRE”和參數“6.SDIR”一起用來限制有效設定值范圍。這樣可以通過特性曲線來解決分程任務。
4.5閥門緊閉功能
利用這一功能閥門能達到最大開啟度（保持壓電閥接觸通電），緊閉功能可作用于僅單輸出或的雙輸出執行器的定位。當設定值低于0.5% 或大于99.5%時YCLS 起作用。
5.西門子定位器初始化調試：
5.1調試前準備：
1）參數檢查
2）手動測試，檢查閥門行程在變送器測量范圍內
在手動模式下，移動執行器，使桿達到水平位置，顯示屏將顯示一個介于P48.0 到P52.0之間的值。如果不是這種情況，調整磨擦夾緊單元（8，圖3），直到桿水平并顯示“P50.0”時。確切的說，達到了這一值，定位器能測定的位移將更精確。
5.2初始化操作
由于有多種應用，所以定位器裝配后必須與執行機構相適應（初始化）。初始化可用以下方式進行：
自動初始化
初始化是自動進行的。定位器順序測定作用方向，行程或轉角、執行器的行程時間，并配以執
行器動態工況時的控制參數。
手動初始化
執行機構的行程或轉角可用手動調整；其余參數同自動初始化一樣自動測定。這一功能在軟端停時需要。
6.在線更換西門子定位器試驗
首先前提條件，對于具有 HART 功能的定位器，其初始化數據可以讀出并傳送到另一個定位器。因此，更換一臺故障定位器，不會因為初始化而中斷生產過程。
具體實施方案如下：
1） 獲取故障閥門定位器數據參數
用HART手操器把現場定位器參數上傳
2） 用機械或氣動方法把執行機構固定當前位置
采用機械手輪的方式或者制作限位裝置，將執行機構固定在一定位置；并確保工藝狀況穩定，在一定時間內不需頻繁、大幅調節。
3） 拆除故障定位器前，讀取并紀錄故障定位器電位器顯示值。
4） 拆卸故障定位器。
5）安裝新定位器及所有附件
6）接通儀表信號，調節調整輪，使新定位器液晶顯示閥位置與記錄數值相符。
7） 拷貝故障定位器參數至新裝定位器上
8） 在機械限位裝置保護下，小幅操作定位器，測試閥門行程
9） 取下機械鎖定裝置。新安裝智能閥門定位器可以投運了。
7.常見故障及處理
喘振現象是西門子定位器的常見故障，主要現象一個或者兩個壓電閥經常在固定的自動設定點動作，從而導致閥門閥位波動。
主要原因有：
1)定位器，執行機構氣路系統泄漏
2)閥支路臟
3)配件填料盒上的靜態磨擦力或執行機構太高
4)反饋組件連接不緊密，間隙過大
可通過定位器顯示面板上的閥位顯示及設定點的變化規律來進行判斷。
8.結束語
西門子SIPARTPS2智能閥門定位器操作簡單、方便、靈活，性能可靠，控制精度高，結構緊湊。其優越的性能，先進的技術，在化工行業得到了廣泛的應用與好評。論文參考網。希望它的推廣能不斷提高企業的自動化水平，為生產裝置的長周期、穩定運行提供保障。
【參考文獻】
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Abstract： The tunnel flashing uses traditional hot melt welding， its construction efficiency is low and the welding quality and appearance are poor. Combined with the application of the welding technology of a new type of ultrasonic flashing in Banlun tunnel of the Napo Expressway from Guning， Yunnan to Napo， Guangxi， this paper analyzes the results from principle， process， organization， quality and other aspects. The indicators and performance advantages are obvious， which provides the reference for the application of ultrasonic flashing welding in the engineering.
關鍵詞： 隧道；防水板；超聲波；焊接
Key words： tunnel；flashing；ultrasonic；welding
中圖分類號：U445.4 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）02-0131-02
1 項目概況
云南富寧至廣西那坡高速公路主線全長22.233km，起點位于云南羅富高速公路，連接廣西靖那高速公路，板侖隧道樁號為K3+885，位于廣西與云南交界的富寧板侖鄉境內，隧道左線里程為ZK2+886～ZK4+851，長度1965m，右線里程為YK2+885～YK4+885，長度2000m，左線進出口明洞長度分別為26m、22m，右線進出口明洞長度分別為4m、12m；隧道左線最大埋深358m，右線最大埋深355m。本隧道為全線最長隧道，為分離式隧道，是富寧至那坡高速公路控制性工程，隧道進口處間距20.7m，出口處間距19.5m，洞口段為小間距施工。本文結合板侖隧道采用新型超聲波防水板焊接技術的實例應用，對焊接技術和質量控制要點進行分析探討。
2 工藝概況及原理
以往多數隧道防水板鋪設后一直采取手工方式固定到隧道內壁上，固定方式以射釘錨固墊片為主，墊片與防水板以熱熔形式處理，往往容易燒焦、燒穿，與初支表面的密貼效果不穩定，質量控制難，整體平順性不好。板侖隧道結構防水由噴射混凝土、柔性卷材防水層和二次襯砌結構自防水等組成，其中柔性防水卷材為土工布和1.5mm厚PVC防水板組成，施工過程中采用新型超聲波對防水板焊接，超聲波焊接機由發生器產生20kHz～35kHz的高壓、高頻信號，通過換能系統轉換成高頻機械振動，借助焊接槍頭加于兩個靠近的塑料工件上，通過工件表面及內在分子間的摩擦提高接觸面局部溫度，當溫度升高至工件熔點時，工件接口迅速熔化將接口間的空隙填實，隨接觸時間延長，接觸面熔化深度加大，當接觸震動停止后，工件冷卻定形，至此超聲波焊接完美收官。
3 工藝特點
①超聲波焊接開機即可焊接，正常情況下焊接槍頭不會燙傷操作人員，安全性好。②超聲波焊接不需加溶劑、粘接劑或其他輔助品，使用成本低。超聲波焊接一次性投入較大，但設備使用壽命長，分攤成本僅為電熱壓力焊焊槍成本的7.5%，經濟效益明顯。③超聲波焊接節約了電熱壓力焊的預熱等待時間，一個接觸點僅需3s，生產率高，也不會因出現焊點破洞修補而浪費時間。④焊點外觀質量和熔接程度好，焊點不破損，防水板鋪設質量好。
4 適用范圍
本方法適用于隧道施工的防水板與墊片間的焊接施工。
5 主要引用標準
《公路工程質量檢驗評定標準》（JTG F80/1-2004）；
《高速公路施工標準化技術指南》 第五冊 隧道工程；
《公路隧道施工技術規范》（JTG F60-2009）。
6 施工方法
隧道內壁一定范圍內鋪設好土工布，土工布與隧道洞壁間的錨固點全部安放有熱熔墊片；作業臺架就位，在機械手卷筒支架上安裝好防水板卷筒；調試好超聲波焊接機；在隧道一側的拱腳處開始釋放防水板，使防水板縱向（新鋪與已鋪）搭接寬度和橫向起點位置正確，人工將防水板按壓至基層土工布墊片上并保持密貼，用超聲波焊槍對正墊片，啟動開關持續2～3s；每個墊片上點焊3-4個焊點；待水平方向熱熔墊片全部點焊完成后，再次啟動機械手向上移動，使防水板與下一排熱熔墊片熔接固定。如此，即可完成整個拱圈防水板的鋪設。
7 工藝流程及操作要點
7.1 施工工藝流程
施工準備基面檢查土工布鋪設防水板鋪設及超聲波焊接固定效果檢查
7.2 操作要點
7.2.1 施工準備
工前調配好人員、機具等各方面資源，做好工前準備工作。首先材料要準備到位，其中，熱熔墊片（圖1）選擇紅色新型改進型墊片，確定固定點的位置再開始施焊。另外，在受力條件允許的情況下需要盡量縮小墊片面積，以節省EVA原材料，降低材料成本。
7.2.2 基面檢查
鋪設防水層前先掃描隧道斷面，按質量要求處理好初期支護噴射混凝土表面，將錨桿頭或鋼筋露頭切除后用細石混凝土抹平覆蓋，凹坑深寬比不宜超出1/10，超出這一控制標準會影響混凝土噴射基面的平整度，所以檢查時必須用細石混凝土將其填平，再用平整度尺和塞尺檢驗填坑后表面的平整度，確認符合噴射要求后再鋪土工布，安裝環向透水盲管，然后施作防水板。
7.2.3 土工布鋪設
利用作業臺架將土工布沿隧道內壁展開，用尾部套有熱熔墊片（如圖1）的射釘將土工布平順地固定到隧道洞壁上，構成防水板鋪設基層。鋪設時，要保證土工布兩幅搭接寬度至少為50mm，并且布面平順，沒有褶皺或隆起（如圖2）。墊片作為防水板固定點，應按設計要求布置成梅花形，拱部墊片間距控制在0.5～0.8m之間，邊墻的墊片間距為0.8～1.0m。盡量在平整的基面上設置防水板和熱熔墊片的固定點，以方便焊接。
7.2.4 防水板鋪設、超聲波焊接
7.2.4.1 超聲波焊接機調試
①接通電源：電源為220V、50Hz單項電源。通電后查看指示燈是否亮起，若不亮，需要對保險管進行檢查。
②儀器調試：通電后點按面板上的紅色“測試”按鈕，查看表盤電流表，電流正常值應該在“0.5～1”安倍之間，若不在這一區間內，需要對頻率螺桿進行進行左右微調，調試過程中點按紅色“測試”按鈕，直至電流恢復正常，如果依然無法恢復正常，就應該查看模具是否完好，因為模具存在裂縫或破損，也會對電流造成不良干擾。
7.2.4.2 防水板鋪設及固定點焊接
①防水板對位。防水板鋪設從一側邊墻下部向拱部、再從拱部向另一側邊墻鋪設。打開防水板包裝，將板材拉出一兩米進行對位。要確保第二幅板材與上一幅防水板搭接處寬度至少為15cm，平順，且松緊度留有一定余量（設計周長和鋪設長度按4：5比例進行預留）。
②超聲波焊接機壓焊。墻部壓焊：一手持超聲波焊接機，一手頂壓防水板，超聲波焊接機與防水板面垂直壓緊開始點焊。防水板被熔化后，在端頭壓入防水板大概0.5mm處停止點焊，單點焊接持續時間約為3s（如圖3、圖4）。施焊時應確保防水板和墊片緊壓密貼，否則會影響點焊效果。
拱部壓焊：對拱部施焊時，先用臨時鋼筋支撐將防水板撐至噴射混凝土面，再以壓焊的方式進行焊接。
焊點數量：邊墻部位每個墊片焊3個點；拱部每個墊片焊4個點，且宜均勻布置于墊片上，以確保焊接牢固。
焊接順序控制：在確保和上一幅防水板搭接不小于15cm前提下，從一側邊墻向拱部、再從拱部向另一側邊墻鋪設、逐排與固定點焊接。單幅超聲波焊點完成后，采用爬焊機連接兩幅防水板。
7.2.4.3 防水板搭接焊接
防水板鋪設到位后及時進行搭接焊接。搭接焊接采用自動爬行熱熔器具，要求焊縫均勻，無燒蝕、不破損。
8 勞動力組織和主要機械設備
勞動力組織和機械見表1，表2。
9 質量控制
9.1 易出現的質量問題
焊點不牢固、焊點焊接過量、焊點結合面不均勻。
9.2 控制措施
①焊接時，防水板與墊片之間必須密貼，增加焊接時間，增加焊接壓力。
②減少焊接時間、減輕焊接壓力。
③檢查防水板與墊片之間是否密貼。焊接時，槍頭模具應與防水板墊片面垂直。
10 工程效果評價
防水板超聲波焊接技術的應用，使以往防水板焊焦、焊穿的質量通病得到了根本改善。現場土工布、防水板鋪設美觀、平順，可操作性和觀感質量及經濟性都得到大幅度提高，防水板和土工布的連接質量達到質的飛躍，板侖隧道通過采用新型超聲波防水板焊接技術，隧道防水板焊接效果顯著，質量及外觀控制得到較好效果。
參考文獻：
[1]中國機械工程學會焊接分會.焊接手冊[M].北京：機械工業出版社，1993：502-515.
