时间：2023-05-30 10:27:15
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇机械手论文，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
关键词：上肢康复训练机器人 青岛大学硕士开题报告范文 青岛论文 开题报告
一、 选题的目的和意义
据统计,我国60 岁以上的老年人已有1.12 亿。伴随老龄化过程中明显的生理衰退就是老年人四肢的灵活性不断下降，进而对日常的生活产生了种种不利的影响。此外，由于各种疾病而引起的肢体运动性障碍的病人也在显著增加，与之相对的是通过人工或简单的医疗设备进行的康复理疗已经远不能满足患者的要求。随着国民经济的发展，这个特殊群体已得到更多人的关注，治疗康复和服务于他们的产品技术和质量也在相应地提高，因此服务于四肢的康复机器人的研究和应用有着广阔的发展前景。
目前世界上手功能康复机器人的研究出于刚起步状态，各种机器人产品更是少之又少，在国内该领域中尚处于空白状态，临床应用任重而道远，因此对手功能康复机器人的研究有广阔的应用前景和重要的科学意义。
目前大多数手功能康复设备存在以下一些问题：康复训练过程中，缺乏对关节位置、关节速度的观测和康复力的柔顺控制，安全性能有待提高;大多数手功能康复设备没有拇指的参与;感知功能差，对康复治疗过程的力位信息和康复效果不能建立起有效地评价。本课题针对以上问题，采用气动人工肌肉驱动的手指康复训练机器人实现手指康复训练的多自由度运动，不仅降低了设备成本，更重要的是提高了系统对人类自身的安全性和柔顺性，且具有体积小，运动的强度和速度易调整等特点。
课题的研究思想符合实际国情和康复机器人对系统柔顺性、安全性、轻巧性的高要求 。它将机器人技术应用于患者的手部运动功能康复，研究一种柔顺舒适、可穿戴的手功能康复机器人，辅助患者完成手部运动功能的重复训练，其轻便经济、穿卸方便，尤其适于家庭使用，既可为患者提供有效的康复训练，又不增加临床医疗人员的负担和卫生保健。
综上所述，气动人工肌肉驱动手指康复训练机器人的设计是气压驱动与机器人技术相结合在康复医学领域内的新应用，具有重要的科学意义。
二、 国内外研究动态
2.1 国外研究动态
美国是研究气动肌肉机构最多的国家，主要集中在大学。
华盛顿大学的生物机器人实验室从生物学角度对气动肌肉的特性作了深入研究，从等效做功角度建模，并进行失效机理分析，制作力假肢和仿人手臂用于脊椎反射运动控制研究。
vanderbilt 大学认知机器人实验室(cognitive robotics lab, crl)研制了首个采用气动肌肉驱动的爬墙机器人，并应用于驱动智能机器人(intelligent soft-arm control, isac)的手臂。
伊利诺伊大学香槟分校的贝克曼研究所对图像定位的5自由度soft arm 机械手采用神经网络进行高精度位置控制和轨迹规划。亚利桑那州立大学设计了并联弹簧的新结构气动肌肉驱动器，可以同时得到收缩力和推力，并与工业界合作开发了多种用于不同部位肌肉康复训练的小型医疗设备。
英国salford 大学高级机器人研究中心对气动肌肉的应用作了长期的系统研究，开发了用于核工业的操作手、灵巧手、仿人手臂以及便携式气源和集成化气动肌肉，目前正在研究10 自由度的下肢外骨骼以及仿人手的远程控制。
法国国立应用科学学院(instituted national dissidences appliqués, insa)研究了气动肌肉的动静态性能和多种控制策略，目前正在研制新型驱动源的人工肌肉以及在远程医疗上的应用。
比利时布鲁塞尔自由大学制作了新型的折叠式气动肌肉用于驱动两足步行机器人，实现了运动控制。
日本bridgestone 公司在rubber tauter 之后又发明了多种不同结构的气动肌肉。德国festoon 公司发明了适合工业应用的气动肌腱fluidic muscle，寿命可达1000万次以上，同时还对气动肌肉的应用作了许多令人耳目一新的工作。英国shadow 公司研制了目前世界上最先进的仿人手。美国的kinetic muscles 公司与亚利桑那州立大学合作开发了多种用于肌肉康复训练的小型医疗设备。
lilly采用基于滑动模的参数自适应控制策略，实现了单气动肌肉驱动的关节位置控制。
2.2 国内研究动态
自20 世纪90 年代以来，我国陆续开始了气动肌肉的研究。
北京航空航天大学的宗光华较早开始气动肌肉的研究，分析了其非线性特性、橡胶管弹性及其自身摩擦对驱动模型的影响，并应用于五连杆并联机构，通过刚度调节实现柔顺控制。
上海交通大学的田社平等运用零极点配置自适应预测控制、非线性逆系统控制以及基于神经网络方法，实现单自由度关节的快速、高精度位置控制。
哈尔滨工业大学的王祖温等分析了气动肌肉结构参数对性能的影响、气动肌肉的静动态刚度特性以及与生物肌肉的比较，提出将气动肌肉等效为变刚度弹簧，设计了气动肌肉驱动的具有4 自由度的仿人手臂、外骨骼式力反馈数据手套和6 足机器人，采用输入整形法解决关节阶跃响应残余震荡问题。
北京理工大学的彭光正等先后进行了单根人工肌肉、单个运动关节以及3 自由度球面并联机器人的位置及力控制，采用了模糊控制、神经网络等多种智能控制算法，并设计了6 足爬行机器人和17 自由度仿人五指灵巧手。
哈尔滨工业大学气动中心的隋立明博士也通过实验得到了气动人工肌肉的一个更简洁的修正模型和经验公式并对两根气动人工肌肉组成的一个简单关节系统进行实验建模和采用位置闭环的控制方法进一步验证气动人工肌肉的模型。
上海交通大学的林良明也对气动人工肌肉的轨迹学习控制进行了仿真研究给出了学习的收敛性的初步结论为下一步的学习控制奠定了基础。其中田社平通过对气动人工肌肉收缩在频率域上的数学模型并对它的结构及其静动态特性进行了理论分析建立了相应的静态力学方程。
2003年付大鹏等，以机械手抓取物体为分析对象，采用矩阵法来描述机械手的运动学和动力学问题，以四阶方阵变换三维空间点的齐次坐标为基础，将运动、变换和映射与矩阵计算联系起来建立了机械手的运动数学模型，并提出了机械手运动系统优化设计的新方法，这种方法对机械手的精密设计和计算具有普遍适用意义。
2005年车仁炜，吕广明，陆念力对5自由度的康复机械手进行了动力学分析，将等效有限元的方法应用到开式的5自由度的康复机械手的动力分析中，这种方法比传统的分析方法建模效率高、简单快捷，极其适合现代计算机的发展，的除了机械臂的动力响应曲线，为机械手的优化设计及控制提供理论依据。
2008年北京联合大学张丽霞，杨成志根据拿取非规则物品的任务要求，采用转动机构和连杆机构相结合，设计了五指型机器手，手指弯曲电机与指间平衡电机耦合驱动，实现了机器手的多角度张开、抓握运动方式,对实用型仿人机器手的机构设计有参考意义。
2009年杨玉维等人对轮式悬架移动2连杆柔性机械手进行了动力学研究与仿真，。采用经典瑞利.里兹法和浮动坐标法描述机械手弹性变形与参考运动间的动力学耦合问题， 综合利用拉格朗日原理和牛顿.欧拉方程并在笛卡尔坐标系下，以矩阵、矢量简洁的形式构建了该移动柔性机械手系统的完整动力学模型并进行仿真。
2009年罗志增，顾培民研究设计了一种单电机驱动多指多关节机械手，能够很好的实现灵巧、稳妥的抓取物体，这个机械手共有4指12个关节。每个手指有3个指节，由两个平行四边形的指节结构确保手指末端做平移运动，这种设计方案很好的实现了控制简单、抓握可靠的目的。
从目前来看，国内对气动人工肌肉的研究仍处于刚起步的阶段。有关气动人工肌肉的研究与国外还有相当的差距对气动人工肌肉中的许多问题，还没有进行深入的研究。此外，采用气动人工肌肉作为机器人驱动器的研究还不成熟。
三、 主要研究内容和解决的主要问题
目前大多数手功能康复设备存在以下一些问题:康复训练过程中，缺乏对关节位置、关节速度的观测和康复力的柔顺控制，安全性能有待提高;大多数手功能康复设备没有拇指的参与;感知功能差，对康复治疗过程的力位信息和康复效果不能建立起有效地评价。为此，课题主要研究内容：设计一种结构简单，易于穿戴，并且安全、柔顺、低成本，使用方便的气动手功能康复设备。对气动手指康复系统进行机构运动学分析、用mat lab软件对康复训练机器人的康复治疗过程的力位信息进行仿真分析。
要实现上述的目标，系统中需要着重解决的关键技术有：
(1)基于已有上肢康复训练机器人外骨骼机械手机械结构部分的设计，对手指康复训练方法分析和提炼。 主要包括：人手部的手指弯曲抓握动作分析，气压驱动关节机构自由度的优化配置。使机械手能够实现手指的弯曲、物体的抓握等手部瘫痪患者不能实现的动作。
(2)对机器人机械机构的运动学分析。主要包括：气压驱动的手指关节外骨骼机械机构的运动学分析。
(3)机器人机构的力位信息仿真。主要包括：用mat lab软件进行机器人气压驱动终端的力位信息 仿真。
根据总体方案设计以及工作量的要求，外附骨骼机械手系统是上肢康复训练机器人的一部分，本文主要是研究手指康复机械系统运动学、动力学分析工作。
四、论文工作计划与方案
论文工作计划安排：
2010年9月——2011年6月准备课题阶段：
主要工作：学习当今最先进的机器人设计技术;学习用matlab软件进行计算仿真及优化，查阅国内外的资料，对康复机械手作初步了解。
2011年7月——2011年9月课题前期阶段
主要工作：课题方案设计，拟写开题报告，开题。
2011年10月——2012年7月课题中期阶段
主要工作：开始具体课题研究工作，根据已有上肢康复训练机器人外骨骼机械手机械结构部分设计，对手指康复训练方法分析和提炼。研究手指康复机械系统运动学、动力学分析工作。
2012年8月——2012年12月课题后期阶段
主要工作：对手指康复机器人进行模拟仿真，对设计进行优化，并在此基础上进一步完善课题。
2013年1月——2013年4月结束课题阶段
主要工作：整理相关资料，撰写论文，准备进行毕业论文答辩。
2013年5月——2013年6月论文答辩阶段
主要工作方案：
1. 完成学位课与非学位课学习的同时，进行市场调研，对手指康复机械手作初步了解。
2. 查阅资料，了解气动手指康复机器人的国内外发展现状。
3. 分析已有上肢康复训练机器人外骨骼机械手机械结构的部分设计。
4. 对现有手指康复训练方法设计进行分析和提炼，分析其优缺点。
5. 开始具体设计工作。
论文关键词：PLC,三维机械手,步进控制
随着自动化控制领域的不断发展，智能机械手的不断推新，机器人手臂的智能化程度不断提升，连续多角度控制的机器人手臂的出现，给机械手的教学带来了新的挑战。原来的教学机械手均以两维空间模拟仿真教学为主。自2007年全国电工电子技能大赛以来，三维空间的机械手的教学需求尤为突出。
一、三维机械手的硬件结构
图1所示是该三维机械手的实物图。整个三维机械手能完成八个自由度动作，手臂伸缩、手臂旋转、手爪上下、手爪紧松。手爪提升气缸采用双向电控气阀控制，气缸伸出或缩回可任意定位。磁性传感器用来检测手爪提升气缸处于伸出或缩回位置。手爪抓取物料由单向电控气阀控制，当单向电控气阀得电，手爪夹紧磁性传感器有信号输出，指示灯亮，单向电控气阀断电，手爪松开。旋转气缸用来控制机械手臂的正反转，由双向电控气阀控制。接近传感器用来判断机械手臂正转和反转到位后，接近传感器信号输出。双杆气缸用来控制机械手臂伸出、缩回，由双向电控气阀控制。气缸上装有两个磁性传感器，检测气缸伸出或缩回位置。缓冲器对旋转气缸高速正转和反转到位时，起缓冲减速作用。
二、三维机械手的动作过程
图2所示是该三维机械手的动作示意图。当需将工件有右工作台搬至左工作台时，在按下启动的时候，右工作台传感器判断有无工作，若有机械手动作，若无，机械手停止。当机械手左旋并前伸到位准备下降时，为了确保安全，必须在左工作台上无工件时才允许机械手下降。也就是说，若上一次搬运到左工作台上的工件尚未搬走时，机械手应自动停止下降。
图1 三维机械手实物图 图2三维机械手动作示意图
三维机械手的工作过程为：（1）从原点开始前伸；（原点位置为机械手右旋到限位，手臂缩回，手爪上升到上限位，手爪放松）（2）到前限位后开始下降；（3）倒下限位后，机械手加紧工件，延时2s；（4）上升；（5）到上限位后，缩回；（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，机械手松开，延时2s；（10）上升；（11）到上限位后，缩回；（12）到后限位后，右旋，返回原点。
根据三维机械手的工作过程及要求，可以画出机械手的动作流程图，如图3所示。
图3 机械手动作流程图 图4机械手状态转移图
三、PLC硬件的选择和I/O点分配
PLC的种类非常多，根据三维机械手的控制要求，由于其输入、输出节点少，要求电气控制部分体积较小，成本低，并能够用计算机对PLC进行监控和管理，故选用日本三菱（MITSUBISHI）公司生产的多功能小型FX1N-40MR-001主机。该机型合计有输入输出点40个，其中24个输入点和16个输出点，采用继电器方式有触点输出，能交流、直流负载两用。内部主要有：辅助继电器1280个，其殊功能辅助继电器256个，断电保持辅助继电器1152个；状态继电器1000个；定时继电器256个；计数继电器256个；数据寄存器8256个。
根据图3所示的三维机械手动作流程图，确定电气控制系统的I/O点分配，如表1所示。
根据图3流程图和表1的I/O分配表，可以编制出机械手的状态转移图，如图4所示。
四、控制程序的设计方法及编程运行
常用的PLC程序设计方法有经验法和顺序功能法。根据图4状态转移图，编制的步进梯形图程序如图5所示。
表1 三维机械手控制I/O分配表
输入
输出
名称
输入点
名称
输出点
停止
SB1
X0
手爪紧/松气缸阀
YV1
Y1
启动
SB2
X1
手臂气缸伸出阀
YV2
Y2
物品检测传感器
SQ0
X2
手臂气缸缩回阀
YV3
Y3
气动手爪传感器
SQ1
X3
提升气缸下降阀
YV4
Y4
旋转左限位接近传感器
SQ2
X4
提升气缸上升阀
YV5
Y5
旋转右限位接近传感器
SQ3
X5
旋转气缸左移阀
YV6
Y6
伸出臂前点限位传感器
SQ4
X6
旋转气缸右移阀
YV7
Y7
缩回臂后点限位传感器
SQ5
X7
提升气缸上限位传感器
SQ6
X10
提升气缸下限位传感器
SQ7
X11
图5 步进控制梯形图
图5中，M8044是用作原点条件，判断机械手是否在原点开始工作。
如果要实现断电保护，在图5的步进控制梯形图中，将普通辅助/计时/状态继电器均换成断电保护型。
上电后，直接初始状态继电器S0，在满足原点条件继电器M8044下，按下启动按钮SB2，X1得电，进入等待状态继电器S20；此时物品检测传感器SQ0检测到上料端有料，X2得电，进入机械手臂伸出状态S21；机械手伸出Y2得电，机械手前伸到前限位时，进入机械手下降状态；机械手下降Y4得电，机械手下降到下限位时，进入机械手抓料延时状态；机械手抓紧并延时，延时时间到，进入机械手上升状态…………如此，每当该步动作到位，限位条件满足时，状态转移进入下一工作步，进行动作。
需要停止时，按下停止按钮SB1,X0得电，停止标志继电器M0得电并自锁，当机械手右旋到有限位时，如果停止标志有信号，则机械手回到初始状态，如果停止标志没有信号，则机械手进行下一周期的搬运工作。
五、结束语
本文以三维机械手为例介绍了日本三菱MITSUBISHI公司生产的FX1N系列微型可编程控制器在步进控制中的设计应用。阐述了三维机械手的动作原理，设计要求，程序设计方法等。本文介绍的程序在实际生产和各届各级电工电子技能大赛中获得成功的应用。
参考文献
[1] FX1N series Programmable Controllers Hardware Manual，Mitsubishi electric corporation，1999
[2] MITSUBISHI ELECTRIC CORPORATION 三菱微型可编程控制器MELSEC-F FX1N使用手册 2007.11.
[3] 亚龙YL-235A型光机电一体化实训考核装置实训指导书.亚龙科技集团.2008.
【关键词】磁性材料；PLC；取出机械手
引言
在发达国家中，工业机器人自动化生产线成套设备已成为自动化装备的主流。国外的汽车、电子电器、工程机械等行业已经大量使用工业机器人自动化生产线，以保证产品的质量，提高生产效率，同时避免了大量的工伤事故。机械手是最普遍的一种机器人，是机械技术、电子技术、自动控制技术结合的产物。自1959年美国人英格伯格和德沃尔制造出世界上第一台工业机器人起，在过去的半个世纪里，机器人技术取得了长足的发展。美国、日本、德国等国较早对机器人开展研究并加以应用[1-3]，近年来中国也步入了机器人发展的快车道[4-7]。
我公司主营业务为磁性材料、磁器件、磁分离及相关配套设备研发、生产与销售。在以往的生产模式中，经锻压后的磁器件主要由人工操作取出，这种模式效率低下且存在安全隐患。特别是伴随着人力资源的短缺、劳务支出成本的增加、机器人技术的不断提升以及价格不断下降，采用一款合适的取出机械手来替代人工操作变得日趋重要。在此背景下，经过公司的多次调研论证，选用了杭州史宾纳机械设备有限公司的磁性材料湿压液压机取出机械手，生产实践表明，机械手的引用有效的提高了公司的生产效率、改善了产品质量、节约了生产成本。
1 机械结构组成
取出机械手系统机械部分主要由主机和收放纸系统构成（如图1所示）。主机包括框架，吸取部，检测部和传送带部等。收放纸系统由放纸部和收纸部两部份组成。
框架结构采用型材焊接，与液压机相连接。吸取部进出机构采用导轨、齿轮、齿条进行传动，伺服电机控制其进出速度和位置。检测部分利用传感器检测模具上有无剩余磁性材料（以下简称材料）。为了生产的方便和减小机器的占地空间，把收放纸系统安装在液压机前后两侧，随着液压机模具一起上升或下降，用电机驱动。
图1 系统结构总图
1.液压机 2.收纸部 3.放纸部 4.吸取部 5.传送带部 6.框架
2 工作原理
当液压机部分完成工作以后，向上移动产生一个开模高度，开模高度必须满足机械手的工作要求，本产品的最小开模高度150mm。通过伺服电机驱动取出部移动至产品上方，真空泵产生真空，利用吸盘的内外产生压力差抓取材料。对于抓取物体的真空吸盘部分，需要配备真空发生器，由于真空吸盘是抓取物体的关键部分，为了防止物体脱落，真空发生器所产生的吸力必须大于或者等于物体的重力。
真空发生器的吸引公式为：
其中：F为真空发生器所产生的吸力； 为真空度； 为吸盘的有效面积； 为吸头个数； 为安全系数，一般来说采用标准吸盘时 。
假设吸盘所抓取的物体最大质量为1kg，吸头的个数 为6个，有效面积 。通过上述公式计算出 。
检测部对液压机模具进行检测是否有剩余材料，如果有剩余重复上述运动过程。当模具上所有材料均被抓取时，取出部向外移动到目标位置，然后下降，将材料放置在传送带上，最后上升到初始高度。上升、下降的两个过程由四个气缸进行驱动，通过电磁阀对气缸进行控制。
当材料取出并放置到传送带上后，传送带下降到一定目标位置，为下一模产品叠放做准备。当叠放数量到达后，传送带向外移出一定距离，然后再上升到上限传感器的位置后停止，开始重新叠层。传送带采用螺旋升降机及四导柱方式完成传送带的上下移动。取出部的整个取出、放置和传送带的下降的工作周期为8秒，材料叠放层数设计为三层。压力模具每次工作后由喷雾部分进行清洗，脱模剂桶内的压力一般设为0.4MPa。
图2 运动过程简图
1.齿轮 2.排气阀 3.吸头 4.真空泵 5.传送带磁环检测传感器
6.传送带上下传动装置 7.带轮 8.传送带 9.剩余磁环检查传感器
10.清扫部 11.气缸
3 控制系统
控制系统一般由计算机和伺服驱动器组成，前者发出指令协调各运动驱动器之间的运动。同时完成编程和其他环境状况（传感器信息）、工艺要求、外部相关设备（吸头装置等）之间的信息传递和协调工作，后者控制各个运动的控制器，使各部分按照一定的速度、加速度和位置要求进行运动。
3.1 整体方案
本系统选用三菱公司生产的可编程控制器（PLC）FXIN-485-BD进行控制，其中取出机械手横向的输入输出部分采用电机控制，为了使取出机械手的精确定位，采用伺服电机进行控制，电机通过联轴器带动齿轮，从而带动机械手沿直线导轨横入横出，而取出机械手的上下行，抓取部分则采用气动控制，PLC通过继电器对电磁阀加以控制，而电磁阀通过控制气缸从而控制取出机械手的上下行动作。关于传送带的上下运动部分采用电机进行控制，电机通过减速器和联轴器与丝杠连接，从而带动传送的上下运动。传送带的输出部分采用电机驱动，电机于带轮通过键连，驱动带轮转动。收放纸系统部分同样采用电机用驱动，电机通过联轴器和纸筒转轴以键连接进行驱动。此外，同时采用触摸屏进行人机对话，直观且便于操作。
图3 结构图
3.2 电机系统
考虑机械手的横向运动有着负重大，移动速度快等特点，如果采用气缸驱动很容易产生气缸密封圈泄露等现象，所以采用伺服电机驱动。
PLC通过所发脉冲的频率和数量控制机械手部伺服电机和传送带的电机以控制其速度和位置，脉冲信号通过信号分配在经过功率放大驱动电机带动负载工作。
3.3 气动系统
气动控制系统的I/O接线图如图4所示，由PLC控制电磁阀的通断从而实现吸取部分的上下行动作。根据实际的工作需要吸取部分的上行动作负重较大采用动力较好的气缸并且减小其行程。下行部分负重较小，可采用普通气缸。
图4 PLC的I/O接线图
4 软件设计
4.1 PLC程序设计
PLC的整体结构包括手动、自动程序，原点复位程序，公用程序四个部分。其中自动程序包括系统在全自动模式下的程序和系统在单循环模式下的程序。PLC的程序流程图如图5。
图5 PLC程序流程图
4.2 触摸屏设计
触摸屏的软件设计包括创建换面和变量的设计，并将之与PLC连接。画面的创建包括输入/输出区域组态，指示灯组态，功能键组态和文本显示等格式，根据机械手的要求设计出所需要的画面。所设定的变量就是把触摸屏的组态功能与PLC相应的I/O接点及存储单元之间建立联系，实现触摸屏敏感元件对PLC参数的输入，PLC当前值及报警系统向触摸屏的输出。
5 结论
本文所介绍的取出机械手可以广泛的应用于磁性材料生产。实践表明，该产品可以快速、准确的对控制要求作出反应。并且具有工作效率高，性能稳定且噪音小等一系列优点。
参考文献：
[1]ThangN Nguyen，Harry E Stephanou.Intelligent Robot Prehension [M]， USA： Kluwer Academic Publishers，1993.
[2]Roman H T，Pellegrino B A，Sigrist W R.Pipe craw ling inspection robots：an overview[J].IEEE Transaction on Energy Conversion，1993（08）.
[3]DuskoKatic， Miomir Vukobratovic.Survey of Intelligent Control Techniques for Humanoid Robots[J].Journal of Intelligent and Robotic Systems，2003（06）.
[4]肖雄军，蔡自兴.服务机器人的发展[J].自动化博览，2004（06）.
[5]张家梁，吕恬生，宋立博，王钧功.电动连续式爬缆机器人设计理论分析与试验[J].上海交通大学学报，2003（01）.
请把手机、呼机、联合收割机、时空穿梭机关……通通关机。
我们为您准备了能自动升温的座椅，使用方法是：扭动您的腰肢，不停地摩擦座椅，包暖！让我们怀着爱咋咋地的心情，共同迎接2012菠萝科学奖的到来！”
这是2012年菠萝科学奖颁奖典礼的一段开场白。很搞笑是不是？这是一个由果壳网和浙江科技馆合力打造的科学奖，颁给的都是有科学作品的人。但和其他科学奖不同，如果他们的科学作品不好玩，那是绝对上不了颁奖台的。
“向好奇心致敬”是菠萝科学奖的口号。这个被称为“中国版搞笑诺贝尔奖”的颁奖典礼引来了不少带着好奇心的名人。像美食作家沈宏非、相声演员于谦……他们都是这次颁奖典礼的嘉宾。
于谦说自己从小想当科学家，但几次数学考试下来，梦碎了，但是今天他又开窍了：“成绩不好的，可以给科学家颁奖！”
有人说，这是一次科学青年和文艺青年的狂欢，晚会上的表演嘉宾，芝加哥大学细胞生物学女博士刘旸和德国马普海洋微生物学博士严实用一首科学版的《因为爱情》，对这个评论作了解释。
“思念是波函数的诗篇，像海森堡矩阵般蔓延……因为爱情，不会轻易突变。所有我们的氢键清晰可见……”
菠萝科学奖颁给了他们
物理学奖：猴脑控制机械手
研发团队：浙江求是高等研究院“脑—机接口”研究团队
简介：意识的本质是什么？如何利用意念发出的信号？浙江求是高等研究院“脑—机接口”研究团队运用信息技术，提取猴脑运动皮层的神经元信号，指示机械手进行抓、钩、握、捏的动作，从而完成了猴脑控制机械手的任务。
获奖理由：霍金先生长期为无法实现掏耳朵、扶眼镜腿儿等行为而深深苦恼，此研究的出现，为霍金先生提供了美好的希望。
菠萝Me奖：浙大“饮水机娘”
创作者：浙江大学计算机科学与技术学院潘纲教授、陈龙彪博士
简介：浙大玉泉校区CCNT实验室里，一台饮水机每天通过微博水开和没热水时的状态，以其超萌的形象迅速征服了数以万计的网友，被亲切地称为“饮水机娘”。
获奖理由：继“饮水机娘”之后，华南理工大学西六宿舍251个热水壶、同济建筑城规学院C楼地下的钢琴纷纷登录微博卖萌，极有力地推动了科学传播事业的发展。
心理学奖：数钱可以减轻疼痛
论文作者：中山大学心理系教授周欣悦（论文题目：《金钱的符号作用：启动金钱概念改变社会痛苦和生理性疼痛》）
简介：数钱很开心，有什么科学依据？中山大学周欣悦的团队通过500人次的实验，发现数钱或用包含金钱在内的单词造句的方法，可以减轻人的疼痛。
获奖理由：众所周知，治疗疼痛须要花钱，这项研究提供了“不花钱就能减轻疼痛”的方案，我们有理由认为，这一方案值得投入大量资金进行推广。
数学奖：龙年春晚机器人舞蹈表演
创作团队：哈工大机器人创新基地洪炳镕教授及冷晓琨、张毅、赵尚杰
简介：哈工大机器人创新基地研发的机器人舞蹈，首次登上央视春晚舞台，他们通过神秘和精巧的算法，赋予了这群机器人整齐划一的集体主义精神，更赋予了其中一位叫“小白”的机器人不随波逐流、桀骜不驯的自我意识。相当令人尊敬。
获奖理由：“小白”的出现，意味着机器人拥有思维及运动规划能力的现实已经到来，据说各大影视院校纷纷表示，今年招生季即将增加机器人考生名额。
化学奖：瓦罐鸡汤主要滋味物质研究
研发团队：华中农业大学食品科学技术学院何小峰、岳馨钰、、黄文
简介：瓦罐鸡汤为什么比普通鸡汤好喝？该研究发现，瓦罐鸡汤中的鲜味物质明显高于其他方法熬制的鸡汤，因为瓦罐受热更均匀，鲜味物质更不容易降解。
获奖理由：这项研究的出现，为陶瓷产业提供了新的利润增长点，也为中华文化引领世界潮流提供了强有力的科学支持。
医学生物奖：Y染色体鉴别曹操身世之谜
论文作者：复旦大学现代人类学教育部重点实验室，中科院上海生命科学研究院计算生物学研究所王传超、严实、李辉等
简介：通过对曹操后裔Y染色体某基因的分析，为真正的曹操男性后裔提供了身份鉴定的科学依据，同时，也发现曹操和先祖曹参很可能并无血缘关系。
幻想奖：《小灵通漫游未来》
作者：叶永烈
简介：叶永烈先生（浙江温州人，作家，《十万个为什么》主要作者），1961年所写的《小灵通漫游未来》一书中，包括气垫船、环幕立体电影、隐形眼镜、无线电话、电视手表、人造器官、机器人服务员、农产品工业化生产等预言，现在几乎都已变成现实。这部小说发行量达300万册，至今仍雄踞中国科幻小说第一名，充分证明了幻想是现实的强大引擎这一事实。
菠萝奖揭秘
为什么是菠萝科学奖，而不是榴莲奖、菠萝蜜奖……
果壳网大BOSS姬十三，一边嚼着饭，一边叙述着这只菠萝的诞生记。
“因为，当初大家坐在一起商量奖项命名时，嘴巴边上就嚼着菠萝。有人一提出，大家都觉得挺合适。”如此爽快率直的回答，估计也只有理科男能做到了。
姬十三说，菠萝果肉酸酸甜甜，很符合这个奖项的特质。最初他们对奖项的定位就是，正统的严肃的科学奖项，又是个向好奇心致敬，鼓励不受束缚的幻想和探索的奖项，不仅仅只有一个味儿。而菠萝亮黄的颜色也很像一颗好奇心。
为什么评委阵容除了科学家，还有主持人、美食评论家、相声演员……
据传，到现场的评委，都被提出了要求：科学家不搞笑不能入；文艺积极分子要无科学不欢乐。
如此严格的要求，让见惯大场面的柯蓝评委都有些小心虚，觉得自己是来凑热闹，打酱油的。
过程装备与控制工程专业“理论力学”教学改革的内容，主要思路是强化基础知识、重点阐述基本概念与定理、改变传统教学方式、增加实践环节，大量增加有本专业工程背景的例子，所讲授的例题、习题尽量与本专业的工程实际相结合。同时要按照“卓越工程师”培养计划和培养要求，以及授课教师在以往教学中发现的问题，结合个人教学经验和他人的教学改革成果，对过程装备与控制工程专业理论力学教学改革提出如下几点内容与措施。
1.更新传统教学手段
传统教学模式主要是板书形式，内容过于单一，无法形象表示出“理论力学”研究对象的特点，这对于学生的理解是不利的。因此，在现代的教学活动中引用多媒体技术进行课堂教学已是大势所趋，但如何充分发挥其合理作用仍然值得深思。多媒体教学，不仅仅是指把教学内容做成幻灯片，还应该包括运动机构的实例演示、动画演示，甚至于一些实验过程都可以在课堂上播放。这对于本专业的“理论力学”教学只有48学时的情况是非常有利的，可节省大量的在黑板上推导一些繁杂公式和求解过程的时间，可使整个课堂的教学重点内容突出，易于调动学生学习积极性。同时，运用多媒体技术可以演示例题、习题所涉及的机械运动，也可以播放一些工程实例，这些都有助于工程概念淡薄的学生理解课堂内容，在提高学生学习兴趣的同时也有利于教师的授课。但要注意，多媒体教学毕竟也只是一种教学手段，要注意其使用的方式、程度，过量的教学信息、频繁的换屏、花哨的布局，反而会降低学生对教学内容的关注。因此，利用传统的黑板推导一些重要公式和求解过程，仍然是现代教学中不可替代的教学方式，要充分结合板书与多媒体技术，最大程度地调动学生学习积极性，从而提高教学效果。
2.优化教学模式
传统的课堂教学模式都是以教为中心的，授课教师在有限的课堂教学时间内为完成教学任务会不自觉地采取满堂灌、填鸭式的教学方式，尤其是目前多媒体技术普遍应用的情况下，授课教师在增加信息量的同时，也会不自觉地加快授课速度，这将使很多学生只是表面上对一些概念和定理听懂了、了解了，但实际上并没有真正吸收并为自己所用，因此做起习题来还是感觉无处下手、感觉很难、甚至一头雾水，这从测试中就能看出来。因此，教师在授课过程中要注意调整教与学的关系，充分尊重教学特点，遵循学生是教学活动的主体，体现出以学生为本的教学理念。教师在教学过程中，既是知识的传授者，又是学生学习的引导者，要着重培养学生分析“理论力学”中所包含的科学问题和解决这些问题所需要的能力，从而不断激发出学生学习“理论力学”的主动性和积极性，为后续课程的学习奠定坚实的基础。
（1）启发式教学。现代教育要与现代大学生的特点相适应，改变以往填鸭式的教学方法，倡导启发式的教学方式、教学理念，激发学生求知欲，提高学生分析问题和解决问题的能力。教师在授课过程中，要引导学生深入了解事物内部的本质规律，反映在“理论力学”的教学中就是如何具体应用静力学、运动学与动力学的基本定律来解决构件或者机构的受力特点、运动形式及所受外力。在这个过程中，如何一步步引导学生，由简入繁、由表及里的考虑问题，使之掌握思考事物内部本质、探求自然规律并能合理利用的能力，就需要在授课过程中不断努力并实践。这样，逐步形成在教师指导下的、以学生为中心的学习过程，也就是说，要体现出以学生为本的教学理念，强调“学生是教学活动主体”的原则。
（2）讨论式教学。在课堂教学中引入讨论式的教学形式也是一种尝试，这是学生合作学习和教师指导相结合的一种新的教学方式。主要过程是：教师提前给学生布置要讨论的授课内容，学生之间、学生和授课教师之间围绕与其相关的问题相互讨论及交流信息，学生和教师共同参与到教学活动中，学生要表述对相关内容的理解，同时也可以充当教师的角色来引导讨论的进行，这对学生也是极大的挑战，要求他们必须对授课内容有一定的理解。由于本专业上课的人数过多（每学期都在110～120人），往往很难集中在一起进行讨论。针对这种情况可采取不同时间段分成小班的形式进行讨论，每个小班的人数控制在20人左右，这样可使每个学生都有表述问题的机会，当然，这就要求授课教师付出更多的时间与精力。该种教学形式，可发挥学生的积极作用，引导学生主动参与学习过程，在获得知识、解决问题的过程中更能培养其合作精神、创新能力及概括总结能力。
（3）布置小论文。“理论力学”有很多贯穿前后课程的知识点，对于这些知识点，可以提前布置给学生做小论文，题目应该有多个，使学生以团队的形式来进行，鼓励学生上网查找资料，小论文成绩可作为期末考试的一部分。对这些布置的内容，在检查的时候，应该以学生为主，让学生来讲解团队作小论文时的整体思路，求解过程中遇到的问题、解决的方式，以及通过小论文学到的知识点。而教师的角色主要起到提示、引领及总结的作用，培养学生一题多解的发散思维方式、掌握知识的关键要点及综合运用所学知识的能力。当然，小论文的选则还可以适当增加难度，如：与当今重要工程问题相关的例题和习题，用运动合成与分解来分析火箭与卫星分离过程、机械手臂各关节间运动轨迹、运动速度等；增加应用专题内容，如简单刚体型机械手臂的动力学建模与运动方程的推导，简单太空机械手臂运动路径建模与动力学方程的推导。
（4）建立学习网站。在学校的大力支持下，建立了本专业的“理论力学”授课网站，通过该网络平台可实现师生间的资源共享。在课程网站上，具有课程介绍、授课内容、重点例题讲解、课件内容、典型习题分析、答疑解惑、心得与讨论及虚拟实验室等几项内容，对这些内容还要及时更新，并尽量做到在线解答问题，能对学生学习、作业过程中遇到的各种问题进行及时解答。这对于在课堂上没有及时听讲，或者思路跟不上的学生，具有极大的意义，相当于开设了第二课堂。
3.构建合理的考核体系
过程装备与控制工程专业的“理论力学”考试，改变了以往的单纯靠期末考试取得最终成绩的方式，采用新的多种考核形式，如最终成绩按平时考核与期末考试成绩之和，二者的权重分别占30%和70%。平时成绩可包括基本的三部分，如果有实验还需要加上实验的成绩：作业成绩，知识点很多，且每次课都布置相关作业，一学期的作业量非常大，要求学生独立完成；组织3～5次的测验，对静力学、运动学及动力学每部分都要有测验，可放在该部分内容结束的时候，考查学生掌握概念、定律的熟悉程度，分析问题、解决问题的能力。通过这种测验，极大督促了学生学习的自觉性，能提前对学过的内容进行复习，不至于把问题都留在期末；课堂讨论表现，这与“讨论式教学”相关，根据学生的表现给出相应的成绩。上述这些考核方式，可有效督促学生平时就要认真对待理论力学课程，而不是把所有问题都推到期末来解决。
4.引入数学工程软件
在课堂授课过程中可适当引用Maple数学软件求解微分方程数值解，达到直观分析运动的目的。这种将抽象的微分方程转化为图像显示的授课内容，使学生有一种兴趣感、参与感，直接促进了学生对运动微分方程的理解。Maple软件在符号（解析）运算方面目前是最优秀的，计算过程中几乎不需要声明变量类型，解决一般的数学问题不需要复杂的编程，且具有自动绘图的功能，在“理论力学”的教学中使用Maple将会得到意想不到的效果。如何生动描述力学问题的物理图像，这也是进行教学改革应该思考的问题，比如，利用Maple软件可对傅科摆问题进行演示，在各种初始条件下对傅科摆的运动微分方程直接进行求数值解，同时直观地展示出傅科摆在水平面上的相对运动轨迹。在课堂的授课中初步表明，应用该方式对一些特殊问题进行求解，可引起学生学习的极大兴趣。因此，在课堂教学中，根据学时的多少，尽量安排一些利用Maple软件进行分析的题目，作为平时考核成绩的一部分，对一些学有余力的学生，可适当增加难度，作为选学内容。
5.开展实践性教学活动
由于“理论力学”本身包含大量的概念、公理、定律以及相关的力学模型，理论性相比于其他课程来讲是比较强的。对于刚进入大二的学生，难以很好理解抽象的内容，仅仅依靠课堂讲授教学效果较差。因此，在“理论力学”教学中，各专业可根据总学时的安排，开设几个常规的“理论力学”实验，增加学生对运动机构的认识。在开设实验的过程中，可以考虑如下几种方式：由任课教师与实验工程师准备，根据教学内容提前准备3～5个学生实验，可以是3大部分的单独实验，也可以是综合性的实验；学生动手设计实验，教师提供实验所需要的器材、场地，再由学生完成实验，可考虑开设1～2个这样的实验；现场教学的形式，利用2～4学时，带领学生参观校内工厂或者相关企业，使学生能观察到传动机构及相关的约束形式。也可以利用flash等软件，做一些动画，模拟实际机构的运动过程，在课堂授课过程中，有意安排播放。过程装备与控制工程专业，已着手进行实验方面的教学研究，考虑通过网络开展一些虚拟实验，如虚拟摩擦系数测定、虚拟静力学分析、虚拟运动学和虚拟动力学实验。
二、结语
关键词：机械自动化，农业，食品包装，自动化技术
0 .前言
机械自动化主要是指在机械制造业中应用自动化技术，实现加工对象的连续自动生产，实现优化有效的自动生产过程，从而加快生产投入物品的加工变换和流动速度。机械自动化的技术水准，不仅影响整个机械制造业的发展，而且对国民经济各部门的技术进步有很大的直接影响。现代世界各国间的竞争主要表现为综合国力的竞争，要提高我国综合国力，需在各生产部门实现生产机械化和自动化。免费论文。
机械自动化技术从上个世纪20年展应用以来，已经得到了迅速的发展，特别是近年来计算机制造的高度集成化，开始向计算机集成制造系统 (Computer IntegratedManufacturing System，CIMS)发展，并大大加快了机械自动化的发展，但我国仍处于初级操作阶段的自动化。
目前，世界各国的机械自动化水准除少数工业发达国家的某些生产部门外，大多数还处于操作阶段的自动化。我国也不例外，我国的产业结构层次低，机械制造业发展很不平衡，大部分企业还比较落后，手工劳动占有相当的比重；我国机械制造业企业中自动化装备水平不高，不仅在数量上同世界先进国家有较大差距，而且在品种上、质量上、使用上，同世界先进水平也存在较大差距。免费论文。
以微电子技术、软件技术、计算机技术及通信技术为核心而引发的数字化、网络化、综合化、个性化信息技术革命，不仅深刻地影响着全球的科技、经济、社会和军事的发展，而且也深刻影响着机械自动化的发展趋势。机械自动化技术将向以下几个方向发展[1]：(1)光机电化方向；(2)柔性化方向；(3)智能化方向；(4)全球信息化方向；(5)绿色化制造方向。
1. 机械自动化在农业中的应用
农业是一种复合产业，它不仅包括作物的生产，而且包括农产品的加工、储藏和运输等等。农业生产的发展过程受自然环境和社会条件的影响，过去为了解决粮食供应不足的问题，开发农业技术着重于增加产量；但对于现代社会，温饱问题已经基本解决，人们对于产品的品质以及工作的高效性和舒适性的要求日渐提高。农业机械自动化就是农业机械或装置的操作过程或工作状态不依靠人的感官和手工而自动实现。免费论文。农业机械自动化应以实现生产的高效率和高精度，降低生产成本，节约资源，提高农产品品质和实现安全生产等为目的，以满足人们在农产品生产和消费中的需求。
目前农业机械自动化大致有以下3类：
(1) 已有农业机械及装置的部分自动化控制。这种自动化方式以提高已有农业机械及装置的作业与操作性能，提高作业效率和作业精度，减轻驾驶员的负担，节约资源(肥料、种子、农药、燃料等) 等为目的。目前，已经广泛采用的自动控制装置大多数属于此类[2-5]，如拖拉机、施肥播种机、移栽机、插秧机、喷雾机、联合收割机、挖掘收获机、干燥机等。
(2) 已有农业机械及装置的无人自动操作。这种自动化方式用在操作简单且容易实现无人运转，能长时间重复单调过程的作业上。如用计算机程序或无线电遥控来操纵拖拉机及联合收割机，自动控制行驶，自动检测耕深、耕宽或作物行列数，自动完成作业，以及能使干燥机、自动化温室等固定装置自动完成作业的机械及装置。
(3) 农业机器人。农业机器人是一种可由不同程序软件控制，以适应各种作业，能感觉并适应作物种类或环境变化，有检测(如视觉等)和演算等人工智能的新一代无人自动操作机械。
目前许多发达国家正在进行农业机器人的开发研究，部分研究成果已开始在农业生产中应用。例如, 使用机械手的果蔬自动采摘机；水果采收、分选及食品加工等部门广泛采用的摄影图像处理等视觉检测装置；畜牧业中利用远距离遥控技术检测乳牛的位置，并把挤奶器附着在上挤奶的自动挤奶装置[2]； 还有把羊的形态图形化,使剪刀自动感知羊的皮肤并作业的剪羊毛机器人。
2. 机械自动化在食品包装业的应用
食品工业是中国第一大工业门类，在全部包装机械中，有近一半的种类和数量与食品工业包括饮料工业相关。二十多年来，中国经济的高速发展，国民经济和人民生活水平的持续增长，对中国食品工业产生了巨大的市场需求，从而也带旺了与之相关的食品包装市场以及食品包装机械制造业。
中国食品包装机械制造业起步于二十世纪八十年代初期，一些中小型机床、农机制造企业由于失去了国家计划经济的支持而自发转型。部分私营企业也从相对技术含量较低但利润空间较大的食品包装机械行业入手，中国食品包装机械制造业可说是由仿造进口设备开始，一步一步发展起来的。
国内食品包装机械行业是保持高速增长的行业。我国食品和包装机械行业在经历了上世纪70年代起步，80 年展，80年代末和90 年代初的快速增长(年增长率高达20%)，初步形成了门类比较齐全、品种基本配套的产业。由于我国食品包装机械起步晚，生产企业构成形式多种多样，从行业企业总体规模来看，95%的企业为小型企业、乡镇集体企业、民营企业、个体企业及少量联营企业和股份制企业，大中型企业只占行业企业总数的5%。这样的企业构成也是我国大型成套设备生产能力弱，高档设备主要依靠进口的主要原因。目前大型国营生产企业、部分民营企业、合资和独资企业成为食品包装机械行业的主力，但国内没有大型成套设备方面的设计和制造能力。
食品包装机械的发展趋势主要体现在高生产率、自动化、单机多功能。传统包装机械多采用机械式控制，如凸轮分配轴式、光电控制、气动控制等控制形式。机电一体化技术是在信息论、控制论和系统论基础上建立起来的综合技术，运用过程控制原理，将机械、电子与信息、检测等有关技术进行有机组合，实现机电一体化和自动化，提高包装机械整体制造水平。
自动化产品在食品包装机械行业的市场具有很大的发展潜力。2005年包装机械使用的自动化产品的市场规模约为8亿元。2006年自动化产品在包装机械的市场增长率在10%左右。
食品包装机械自动化产品的厂家市场概况如下[6]：
（1）活跃在食品包装机械市场的PLC厂家主要有12家，具有竞争实力的有三菱、OMRON、西门子、松下电工、施耐德和台达6家。
（2）活跃在食品包装机械市场变频器厂家主要有19家，具有竞争实力的有三菱、富士、安川、SEW、松下电工及松下电器、西门子、台达和施耐德9家。
（3）活跃在食品包装机械市场，且互为竞争对手的人机界面厂家主要有5 家：DIGITALHITECH、三菱、OMRON、西门子和EASYVIEW。
（4）活跃在食品包装机械市场的电机厂家主要是国内电机生产厂商，合资和进口的电机基本得不到应用。
（5）活跃在食品包装机械市场的低压电器的合资或进口厂家主要有7家，具有竞争实力的有富士、OMRON、西门子、施耐德4家，大部分都是国内生产。
食品包装机械自动化产品生产存在以下主要问题[7]：
首先我国机械食品包装制造企业高起点的较少，大多数企业在低水平徘徊。中国包装机械在产品开发、性能、质量、可靠性、价格、服务等方面与进口产品的竞争中处于劣势，抵挡不了进口产品的大量涌入。每年的进口设备，大都是国内不能制造或达不到使用技术要求的技术含量高的或大型的设备，如无菌包装机，大型高速饮料灌装机、贴标机、组合电子秤等。
其次是科技发展滞后，创新能力不足。目前国外包装机械产品的品种大约有6000多种，成套数量多，并且不断有新技术、新产品出现，一方面向高精度、大型化发展，另一方面向多功能方向发展。与发达国家相比，我国包装机械产品品种及配套数量少，只有国外品种的一半左右。
另外，中国食品包装机械制造业虽然名牌产品在逐渐形成，但生产集中度还不够。目前中国有食品包装机械制造企业6000多家，其中2000多家不够稳定，每年有近15％的企业转产或倒闭，但又有约15％的企业加入到这一行业中来。目前产值及销售额超过亿元的企业仅有十几家，最好的企业产值及销售额刚过10亿元，上市企业仅有一家；年销售额超过3000万元的企业也仅有50家，这50家企业的总销售额仅有80亿元，只有20.66％的集中度。
3. 结语
机械自动化在任何一个国家的重要地位都是显而易见的，机械自动化技术直接关系到机械制造业的基础和水平。作为一个发展中国家，我国必然要大量发展机械自动化技术，走一条科技强国之路。随着改革开放步伐的加快，我国在立足本国经济的基础上，不断吸收国外先进经验，使我国的农业和食品包装业的机械自动化有了长足进步，并向更高的水平发展。农业和食品包装的机械自动化的发展，需要我国结合自身的实际情况，进行自主创新，开发和改进。
【参考文献】
[1] 李静锋,刘书婷. 机械自动化发展的探索[J].大众科技,2008,6,139-140.
[2] 田丽晶.中国农业机械自动化的发展与思考[J].吉林广播电视大学学报，2004，(1)：57,58,62.
[3] 马振华 李丹.论我国机械自动化技术的发展应该注重的几个问题[J].科技资讯，2008，(15)：43.
[4] 金衡模,高焕文,王晓燕.农业机械自动化的现状与推进模式[J].中国农业大学学报,2000,5: 44-49.
[5] 张列贵.简述现代机械自动化技术[J]. 黑龙江科技信息,2007,(10X):28.
[6] 刘文秀,张兆兰.食品包装机械自动化市场分析[N].中国包装报,2008-6-10(1).
[7] 李越.技术进步是中国食品包装机械的发展方向[J].中国包装,2003,23(3):37-39.
关键词：仿真 机械 控制
中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）12-0104-01
随着技术的进步，作为机械设计制造的仿真模拟技术得到了快速的发展，并且广泛应用于实际当中。计算机仿真技术是以多种学科理论为指导，利用相应的软件为工具，通过虚拟试验的方法来解决问题的技术。随着工程机械产品竞争日益激烈。为了提高产品质量、性能，降低开发成本。在这种需求下，以仿真技术为代表的技术成为工程领域一种现代化设计手段。运用仿真设计，建立系统的数学模型，从实际对象的物理模型出发。设置不同的激励信号，利用相应曲线，即可对系统进行辨识。可以在产品设计设计和评估产品的性能方面，降低开发风险，缩短开发周期，提高产品性能。工程中的技术问题首先是要仿真技术在各个领域得到了广泛的应用。
1 计算机仿真的实现
对于需要研究的对象，计算机一般是不能直接认知和处理的，这就要求为之建立一个既能反映所研究对象的实质，又易于被计算机处理的数学模型。数学模型将研究对象的实质抽象出来，计算机再来处理这些经过抽象的数学模型，并通过输出这些模型的相关数据来展现研究对象的特质，当然，这种展现可以是三维立体的。由于三维显示更加清晰直观，已为越来越多的研究者所采用。通过对这些输出量的分析，就可以更加清楚的认识研究对象。模型是进行计算机仿真的核心。系统的数学模型根据时间关系可划分为静态模型、连续时间动态模型、离散时间动态模型和混合时间动态模型；根据系统的状态描述和变化方式可划分为连续变量系统模型和离散事件系统模型。通过这个关系还可以看出，数学建模的精准程度是决定计算机仿真精度的最关键因素。从模型这个角度出发，可以将计算机仿真的实现分为三个大的步骤：模型的建立、模型的转换和模型的仿真实验。所谓模型的转换，即是计算机语言转换成能够处理的形式，“仿真模型”是新的系统，利用已有的仿真软件，如铸造过程就常用ADSMS软件来进行仿真。将仿真模型载入计算机进行使用。
2 计算机仿真在机械行业的应用
2.1 仿真技术
仿真技术是综合多学科的技术，以机械系统运动学和控制理论为核心，运用成熟的计算机图形技术将部件集成在一起，建立机械系研究的问题，根据仿真所要达到的目的抽象出一个确定的系统，结合系统的边界条件和约束条件，利用各种相关学科的知识，把所抽象出来的系统用数学的表达式描述出来，描述的内容，传统的仿真就是针对单个子系统的仿真，而仿真技术则是强调整体的优化，它通虚拟环境的耦合，对产品设计方案进行评估，并不断改进设计方案，直到获得最优化的效果，所以子系统之间的协同求解，应该快速地建立控制系统、液压系统、气动系统等虚拟样机。的运用目前市场上一批成熟的分析软件有ANSYS、PATRAN等。运动学和动力学仿真软件可采用ADAMS软件。控制系统仿真软件可采用MATLAB软件。通过三维模型和运动学、动力学仿真软件ADAMS中进行分析，对控制方案进行仿真。使产品设计可摆脱对物理样机的依赖，给企业带来高的经济效益，高效的研发手段促使产品开发风险降低，提高生产效率，通过虚拟样机找到组织生产，使产品制造和市场竞争方面更具灵活性，同时克服企业资源的局限性，将具有开发产品技术组成一个临时的企业联盟。仿真技术必将成为工程机械领域产品研发的主流。
2.2 机械加工仿真
机械加工过程，是利用计算机仿真，有助于发现其机理，为提高机械性能。在机械的磨削方面，采用时间变化的描述磨削过程的各个数学模型，通过优化和虚拟磨削创造了必要的前提，在铣削方面，建立多齿端铣切削过程动力学模型，开发切削振动仿真的微机通用软件，得出了端铣切削振动的原理和条件。电火花加工的工艺仿真系统，实现了加工参数的优化。建立了连续挤压的计算机仿真模型，通过模拟连续挤压全过程的应力场、应变场和温度场。
2.3 机构运动仿真
了解了机构需要设定的运动副情况后，进行运动仿真。新建一个运动学仿真，创建连杆，根据各部件相互运动方式需建立7个连杆，对模型的材料特性进行加载，定位每个运动副的时间函数，在一个周期内完成所有的运动。向机构添加一定的外载荷，使整个机构工作在真实的工程状态下，机构的两连杆之间，模拟两个零件之间的弹性连接。根据运动驱动的形式，取料机械手采用恒定转速驱动，采用恒转速调速，要求必须设定运动时间和解算步数，机构做运动仿真分析时，需要详细记录整个仿真零件的位移距离，适当缩短机械加工产品开发周期，对于提高产品质量和性能具有积极的作用。
参考文献
[1]曾芬芳.虚拟现实技术.上海：上海交通大学出版社，1997.
[2]姜虹，朱文海等.结构与控制系统协同并行设计技术研究.美国MDI公司2001年ADAMS中国用户年会会议论文.
[3]冯雅丽，李瑞涛等.虚拟样机技术及其在深海采矿系统开发中的应用前景.2001年中国大洋矿产资源研究开发学术研讨会论文集.
关键词 工程机械；焊接；核心工艺
中图分类号TG40 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）84-0067-01
0 引言
工程机械大型焊接件的焊接过程直接影响着焊接质量，也影响着焊接夹具装夹系统的合理布局，还影响着大型焊接件的焊接变形预测及控制。因此对大型焊接件进行现场观察，分析零件的结构特点、工艺，分析焊接车间的布局特点等，对工程机械大型焊接件的核心工艺进行初步规划具有非常重要的意义。
1 工程机械的发展现状
工程机械经历了50年到60年的发展历程，到20世纪90年代中末期机械焊接技术就已经达到了非常高的水平。经历了十几年的发展的机械焊接工业，在跨国公司品牌的不断冲击之下，创造出了一条宽阔自由的发展道路，并慢慢的在国内壮大起来，已经控制了国内85%以上的工程机械大型焊接市场份额。国内焊接市场的营业额在最近几年吞并了我国整个工程机械行业总营业额的大半个江山，因此，机械焊接行业地位的重要性，以及大型焊接件的核心工艺推出的出色产品，在国际市场上开始萌芽，其发展势头并不亚于其他行业。
2 工程机械焊接构件特点及常规焊接工艺
2.1 工程机械焊接结构件的特点
工程机械结构件主要包含薄板件，板厚一般为2mm～4mm；中板件板厚约为6mm～20mm；厚板件板厚约为20mm及以上。大多数情况下主要利用板材进行拼接，采用箱形结构，附件（机座铸钢件）焊接在上面，其结构复杂，焊缝要求精度高。在工程机械大型焊接结构件中，角焊缝的情况比较多，通常只检查焊缝的焊接形态和质量，但对于主要的受力结构件需要检查表面裂纹和焊缝缺陷，采用磁粉探伤或者超声波探伤。
2.2 常规焊接工艺
常规的焊接工艺主要包括以下两个方面。1）焊件准备：即下料准备，采用剪板机和数控切割机进行切割。薄板件平常用等离子切割，中厚板采取火焰切割。校平的时候，薄板件通常采用压力机校准；中厚板采用专用的板材矫平机校准，板材比较完整则可省去校准工序。折弯的时候采用专用折弯机，批量生产时通常采用数控折弯机，以获得较高的工作效率；2）组对点焊：指点焊的过程中，确定各焊件位置的时候，利用人工画划的方法使各个焊件按其对应的位置关系组成一个整体，这种方式简单可靠，缺点是划线工作量繁琐，生产效率不高，组对误差偏高，产品生产差。工件数量较大时应采用机器人焊接，这种焊接方式操作简单易行，组对精度高，产品优良，当前有许多厂家采用机器人焊接模式。
3工程机械大型焊接件的核心工艺发展趋势
3.1 焊接变位机将普遍应用
随着市场的扩大以及市场竞争日趋激烈，焊缝的质量被作为一个重要的评判标准。因此，为了在保证高标准的焊接质量的前提之下，又必须兼顾整体生产效率、操作安全程度和自动焊接等要求，一般情况，车间内焊接某部件时，要采用变位机来获得更高的焊接质量，实现一次装夹完成全部焊接。而像立焊、横焊、仰焊等难以保证焊接质量的错误操作则应该摒弃。由此，变位机焊接在焊接行业内必定得到广泛应用。
3.2 焊接机器人及自动焊接机的使用将逐步增加
采取机器人焊接的模式即代替焊工焊接，这样不仅可以节省焊接工人的人数，降低工人劳动强度，而且还能保证焊缝质量的稳定可靠。机器人焊接，客观的说焊接机器人即机械手，因其自身不能独立工作，需配备一些设备，像变位机、专用夹具等，组成焊接机器人工作站。随着我国经济的不断发展，焊接机器人代替操作人员是必然走向。
3.3 焊前工序设备水平将逐步提高
采取机器人自动焊接的企业一定都知道，不仅操作人员的技术水平对焊缝质量有影响，下料、成型对焊缝质量的影响也非常大。将焊前工序设备水平与实际操作要求相一致，是实现焊接过程的自动化进程的关键，进而降低机械加工强度；提高生产效率；同时，还可以使产品质量稳定可靠、提高同行业中产品的竞争力。厂家需要花费更多的资金，并且在产品改型的过程中还需要对其重新设计调整是影响拼点工装的主要因素。目前，只有资金雄厚的厂家使用拼点工装，但都获得很大的收益。从已经使用机器人焊接的厂家我们可以看出，其使用的配套拼点工装相对较多，焊接工序设备的质量大幅度提高。
4 结论
我国是一个正处于工业化进程中的制造业大国，意味着工业化达到一定水平后，工业装备水平的高低将制约着工业经济的增长的快慢。焊接技术的迅速发展，以及新的焊接设备、工艺方法不断涌现，为我国工程机械大型焊接工艺发展做出应有的贡献。与此同时，大型焊接件的工艺、设备布局及物流、焊接变形预测与控制，对提高企业核心竞争力、提高核心零部件的制造能力和技术水平具有十分重要的意义。
参考文献
[1]王寿福.焊接技术在铁路机车车辆工业中的应用[J].焊接技术，2004.
[2]王玉玲.机械可靠性维修性优化设计方法及其在工程机械中的应用[D].济南：山东大学，2007.
[3]龙听，汪建华.温差法在焊接残余应力和变形控制中的应用[J].压力容器，2007.
关键词：树木移栽机；机械化；新型
1现今发展动态
目前在我国主要采用手工来完成树苗移栽作业，而国外发达国家已实现从育苗到移栽的的机械化作业，我国在植树机械方面还比较落后。长期以来，我国树木移栽一直在沿用传统的手工劳作方式，一个农民一天只能种几十颗树木，还不包括起垄、浇水的耗费，劳动强度大，生产效率低。随着农村劳动力的向城市转移，树木移栽技术落后，效率低，移植质量低已经越来越制约树木移栽的发展，一款质量可靠性能稳定、操作便捷、维修方便、一机多用、性价比高的植树机成为我国农业的迫切需求，并实现批量化、标准化生产。
2新型树木移栽机产品
2.1 公司简况
桂林永鑫科技有限公司创建成立于广西桂林市，自主研发设计并制造新型树木移栽机械。目前本公司已完成新型树木移栽机的设计研发工作。永鑫科技以“应用科技”为生产经营理念，努力将创新科技实用化，以满足目前市场需求，向大型树木移栽基地提供新型树木植树机，并以此为基础，通过技术改进，研发同类新型农作物幼苗植树机，是一家综合性植树机开发制造公司。
2.2 产品架构
新型树木移栽机是一款集犁土、碎土、栽植、埋土、压实一体的树木移栽机械（产品整体效果图如图一），主要适用于杨树、桉树等一些树干比较挺直的木材用树大苗的移栽，对实现大面积移栽和植树造林方面具有明显的优势。
该型机械分为三大模块：车身、松土部分和栽植部分。松土部分和栽植部分采用拖带方式，可以广泛用于一般农用拖拉机拖带。松土部分实现犁土、碎土功能，分别由犁土机构和碎土机构实现，其中犁土机构采用振动式松土系统。松土部分作业为了让后续的栽植作业更好进行，减少了在栽植前需要先对土壤进行翻新这一道工序，同时也提高了树苗的成活率。栽植机构（如图二）由机架、凸轮传动系统、定位机构、夹持机械手、连动杆、锥形种树机构、埋土机构、双压实轮等组成，是一款联动式栽植机构，实现挖坑、栽植、埋土、压实的同步进行，达到理想的移栽效果。
3 产品优势
3.1功能优势
永鑫科技植树机将种植过程中的绝大部分劳动量都交由机械完成，自动化程度较高，大大的降低了工人的劳动量。移栽过程中，工人的工作只是将树苗放到栽植机构的机械手上，而移栽的其余工作就交由机械完成，极大提高了栽植效率，减少了栽植时间。这是国内同类植树机目前所不能做到的，永鑫科技的这一项优势可以使得植树机作业经济效益最大化。
3.2技术优势
传统的栽植机构将树苗传送、挖洞、栽树、埋土、压实等动作有机的结合，摒弃了原本各个动作单独的控制，这样的控制会产生累计误差，最终使各个动作无法合理的配合工作。永鑫科技植树机的技术设计优势就在于将各个动作通过导杆连接起来，通过同一构件为各个运动提供动力，从而达到各个动作的完美结合。这是一个变革性的创新技术，这项技术将使得永鑫科技植树机在实际使用过程中，能保持较高的稳定性，使得使用成本大大降低。
3.3成本优势
永鑫科技植树机在设计之时就从整个产品的生命周期成本的角度来考虑。从设计生产成本，到使用维护成本，我们都进行了严格的控制。而且永鑫科技植树机结构简单，零部件少，所需动力也相对传统植树机械少，节省了能源，达到了经济环保的要求。永鑫科技植树机和市场上同类机型的价格与使用成本比较如表-1。
3.4可变性优势
永鑫科技目前的设计是针对杨树、桉树等一些树干比较挺直的木材用树大苗的移栽，但在设计时就考虑到了产品后期转型的问题，技术团队可以在三年将永鑫科技植树机改造成适合玉米、小麦等农用产品的综合性植树机，而这一类市场的需求将在这几年内不断上升。此项优势恰好符合了永鑫科技公司的发展规划，使得永鑫科技植树机更具市场竞争力。
4市场分析
4.1细分目标市场：
本产品主要适用于杨树、桉树等一些树干比较挺直的木材用树大苗的移栽，适合进行大面积移栽和植树造林的市场利基。基于前期的市场调研，对目标市场分析如下：
目前国内机械化移栽技术在玉米、棉花、蔬菜、烟草、甘薯、甜菜等多种经济作物的应用最为广泛，在杨树、桉树等一些木材用树的苗木的应用比较少，这些木材用树在进行大面积种植的时候，人工种植所需的成本高，并且劳动强度大，栽植效率低且栽植质量不理想。目前虽然存在一些树木大苗栽植机械，但由于技术比较落后，并不能很好解决上述缺点。目前国内植树机少则每台2万～ 3 万元，多则7 万～ 8 万元，甚至更高。我们设计出的新型树木植树机不仅结构简单，零部件少，而且自动化程度较高，既保证了移栽效率又保证了移栽质量。
“新型树木移栽机”的高优质质量水平将更能吸引广大植树人使用。
4.2市场变化趋势及潜力
植树机在国内市场还将占据很高的份额，而且还会较长时间存在。因而，提高其生产率，完善其作业性能和可靠性，将是今后植树机的一个发展方向。随着我国土地流转和农村劳动力转移，农村劳动力短缺已成为必须面对的问题，当前环保也成为我国社会发展的一大主题，植树造林对于改善环境的作用不可忽视，研制性能优越、价格合理的全自动植树机将是今后国内移栽的另一大发展趋势。
近期，由于国家植树政策的扶持及公民环保意识加强等多方面原因，植树机的市场前景将越来越好。
5销售渠道设计
公司新型移栽机的主要优点在于采用联动式植树机构，实现挖坑、栽植、埋土、压实的同步进行，达到理想的移栽效果，相对现有栽植机械来说具有多方面的优势，是一种差别于现有移栽机市场的新产品，作为一种新产品公司新型移栽机尚处于产品生命周期的导入期，而同时移栽机整个行业目前处于行业生命周期的成长期，移栽机的功能已经为许多用户所了解，并且这些用户渐渐地接受一些品牌的移栽C。
论文摘要：数控机床电气系统故障的调查、分析与诊断的过程也就是故障的排除过程，一旦查明了原因，故障也就几乎等于排除了。因此故障分析诊断的方法十分重要。
一、故障的调查与分析
这是排故的第一阶段，是非常关键的阶段，主要应作好下列工作：
1、询问调查在接到机床现场出现故障要求排除的信息时，首先应要求操作者尽量保持现场故障状态，不做任何处理，这样有利于迅速精确地分析故障原因。
2、现场检查到达现场后，首先要验证操作者提供的各种情况的准确性、完整性，从而核实初步判断的准确度。由于操作者的水平，对故障状况描述不清甚至完全不准确的情况不乏其例，因此到现场后仍然不要急于动手处理，重新仔细调查各种情况，以免破坏了现场，使排故增加难度。
3、故障分析根据已知的故障状况按上节所述故障分类办法分析故障类型，从而确定排故原则。由于大多数故障是有指示的，所以一般情况下，对照机床配套的数控系统诊断手册和使用说明书，可以列出产生该故障的多种可能的原因。
4、确定原因对多种可能的原因进行排查从中找出本次故障的真正原因，这时对维修人员是一种对该机床熟悉程度、知识水平、实践经验和分析判断能力的综合考验。
5、排故准备有的故障的排除方法可能很简单，有些故障则往往较复杂，需要做一系列的准备工作，例如工具仪表的准备、局部的拆卸、零部件的修理，元器件的采购甚至排故计划步骤的制定等等。
下面把电气故障的常用诊断方法综列于下。
(1)直观检查法这是故障分析之初必用的方法，就是利用感官的检查。
①询问向故障现场人员仔细询问故障产生的过程、故障表象及故障后果，并且在整个分析判断过程中可能要多次询问。
②目视总体查看机床各部分工作状态是否处于正常状态(例如各坐标轴位置、主轴状态、刀库、机械手位置等)，各电控装置(如数控系统、温控装置、装置等)有无报警指示，局部查看有无保险烧煅，元器件烧焦、开裂、电线电缆脱落，各操作元件位置正确与否等等。
(2)仪器检查法使用常规电工仪表，对各组交、直流电源电压，对相关直流及脉冲信号等进行测量，从中找寻可能的故障。例如用万用表检查各电源情况，及对某些电路板上设置的相关信号状态测量点的测量，用示波器观察相关的脉动信号的幅值、相位甚至有无，用PLC编程器查找PLC程序中的故障部位及原因等。
(3)信号与报警指示分析法
①硬件报警指示这是指包括数控系统、伺服系统在内的各电子、电器装置上的各种状态和故障指示灯，结合指示灯状态和相应的功能说明便可获知指示内容及故障原因与排除方法。
②软件报警指示如前所述的系统软件、PLC程序与加工程序中的故障通常都设有报警显示，依据显示的报警号对照相应的诊断说明手册便可获知可能的故障原因及故障排除方法。
(4)接口状态检查法现代数控系统多将PLC集成于其中，而CNC与PLC之间则以一系列接口信号形式相互通讯联接。有些故障是与接口信号错误或丢失相关的，这些接口信号有的可以在相应的接口板和输入/输出板上有指示灯显示，有的可以通过简单操作在CRT屏幕上显示，而所有的接口信号都可以用PLC编程器调出。
(5)参数调整法数控系统、PLC及伺服驱动系统都设置许多可修改的参数以适应不同机床、不同工作状态的要求。这些参数不仅能使各电气系统与具体机床相匹配，而且更是使机床各项功能达到最佳化所必需的。因此，任何参数的变化(尤其是模拟量参数)甚至丢失都是不允许的；而随机床的长期运行所引起的机械或电气性能的变化会打破最初的匹配状态和最佳化状态。此类故障多指故障分类一节中后一类故障，需要重新调整相关的一个或多个参数方可排除。
(6)备件置换法当故障分析结果集中于某一印制电路板上时，由于电路集成度的不断扩大而要把故障落实于其上某一区域乃至某一元件是十分困难的，为了缩短停机时间，在有相同备件的条件下可以先将备件换上，然后再去检查修复故障板。
鉴于以上条件，在拔出旧板更换新板之前一定要先仔细阅读相关资料，弄懂要求和操作步骤之后再动手，以免造成更大的故障。
(7)交叉换位法当发现故障板或者不能确定是否故障板而又没有备件的情况下，可以将系统中相同或相兼容的两个板互换检查，例如两个坐标的指令板或伺服板的交换从中判断故障板或故障部位。这种交叉换位法应特别注意，不仅硬件接线的正确交换，还要将一系列相应的参数交换，否则不仅达不到目的，反而会产生新的故障造成思维的混乱，一定要事先考虑周全，设计好软、硬件交换方案，准确无误再行交换检查。
(8)特殊处理法当今的数控系统已进入PC基、开放化的发展阶段，其中软件含量越来越丰富，有系统软件、机床制造者软件、甚至还有使用者自己的软件，由于软件逻辑的设计中不可避免的一些问题，会使得有些故障状态无从分析，例如死机现象。对于这种故障现象则可以采取特殊手段来处理，比如整机断电，稍作停顿后再开机，有时则可能将故障消除。维修人员可以在自己的长期实践中摸索其规律或者其他有效的方法。
二、电气维修与故障的排除
电气故障的分析过程也就是故障的排除过程，因此电气故障的一些常用排除方法在上一节的分析方法中已综合介绍过了，本节则列举几个常见电气故障做一简要介绍，供维修者参考。
1、电源电源是维修系统乃至整个机床正常工作的能量来源，它的失效或者故障轻者会丢失数据、造成停机。重者会毁坏系统局部甚至全部。西方国家由于电力充足，电网质量高，因此其电气系统的电源设计考虑较少，这对于我国有较大波动和高次谐波的电力供电网来说就略显不足，再加上某些人为的因素，难免出现由电源而引起的故障。
2、数控系统位置环故障
①位置环报警。可能是位置测量回路开路；测量元件损坏；位置控制建立的接口信号不存在等。
②坐标轴在没有指令的情况下产生运动。可能是漂移过大；位置环或速度环接成正反馈；反馈接线开路；测量元件损坏。
3、机床坐标找不到零点。可能是零方向在远离零点；编码器损坏或接线开路；光栅零点标记移位；回零减速开关失灵。
关键词：西门子定位器，调节阀，执行机构，初始化，参数，在线更换
0.引言
在大型化工装置中，调节阀是控制系统的终端，调节阀操作要保证工艺装置安全可靠平稳运行。一旦其发生故障，将直接影响装置的安全运行，对生产过程影响非常大。运用智能阀门定位器，能够改善调节阀的流量特性和性能，可以通过与DCS或总线设备进行数字信息通讯，提升企业生产控制能力，为装置的安全稳定生产提供保障。
1.在化工仪表维护过程中发现，常规定位器存在很多不足
1) 常规定位器多为机械力平衡原理，它采用喷嘴挡板机构，可动件较多，容易受温度波动、外界振动等干扰的影响，耐环境性差；弹簧的弹性系数在恶劣环境下能发生改变，会造成调节阀非线性，导致控制质量下降；外界振动传到力平衡机构，易造成部件磨损以及零点和行程漂移，也使定位器难以工作；
2) 由于喷嘴本身的特性，执行器在稳定状态时也要大量消耗压缩空气，若使用执行器数量较多，能耗较大；而且喷咀本身是一个潜在故障源，易被灰尘或污物颗粒堵住，使定位器不能正常工作；
3) 常规定位器手动调校时需要使用专用设备、不隔离控制回路是不可能的，且零点和行程的调整互相影响，须反复整定，费时费力，非线性严重时，则更难调整。论文参考网。
2.西门子智能定位器工作原理
SIPART PS2 型智能电气阀门定位器的工作原理与传统定位器完全不同。论文参考网。采用微处理器对给定值和位置反馈作比较。如果微处理器检测到偏差，它就用一个五步开关程序来控制压电阀，压电阀进而调节进入执行机构气室的空气流量。当SIPART PS2 采用二线制连接时，它完全从4 至20mA给定信号中获取电源。亦可从PROFIBUS（SIPART PS2PA）总线信号中获取电源。
SIPART PS2 定位器采用适当的安装组件固定到直行程或角行程执行机构上，执行机构的直线或转角位移通过安装的组件检测并由一个刚性连接的导电塑料电位器转换，装在直行程执行机构上的组件检测得到的角度误差被自动地校正.微处理器根据偏差（给定值W 与位置反馈信号X）的大小和方向输出一个电控指令给压电阀。压电阀将控制指令转换为气动位移增量，当控制偏差很大时（高速区）。定位器输出一个连续信号；当控制偏差不大（低速区），定位器输出脉冲连续；当控制器偏差很小时（自适应或可调死区状态），则没有控制指令输出。
3.西门子定位器安装注意事项：
3.1选择阀门反馈组件并确定行程。角行程阀门选用角行程反馈组件；直行程阀门根据行程长度选择适当的反馈组件。直行程反馈杆上面有行程刻度，根据阀门的行程长度选择适当的行程刻度，在所选行程刻度上安装反馈固定螺钉。
3.2注意定位器在阀门上的安装位置。西门子智能阀门定位器位置反馈，是通过电位器实现。电位器下限与上限分别是0和100。定位器阀位变送器通过反馈杆旋转角度来测量阀门动态位置。选择合适的定位器安装位置有利于保证定位器控制精度。安装时，确保阀门反馈杆水平时，对应阀门50%左右阀位。
3.3定位器气源回路漏气检查。西门子定位器对气路密封性要求较高，漏气会造成阀杆移动，阀位变化，从而导致定位器频繁动作，出现喘振现象，因此在定位器调试前，必须进行定位器及执行机构的气密性试验，这项工作对西门子定位器来说至关重要。
4.西门子定位器参数设置：
4.1执行机构形式
执行机构选用：直行程执行机构（WAY），角行程执行机构（TURN）如果选择1.YFCT=WAY. 则由于线性位移转换为角位移产生的非线性通过定位器得以补偿。
4.2反馈轴额定转角
如果选择1.YFCT=TURN （见上述） 则角行程执行机构的转角自动设置为90 度。对直行程执行机构（1.YFCT=WAY），则可设定为33°或90°，这都取决于行程范围。
4.3阀门正反作用设置
设置定值的方向是用于设置改变设定值的方向。
4.4分程控制功能
参数7.SPRA用来分程控制的起始点设置，参数8.SPRE用来分程控制的结束点设置；参数“7.SPRA”及“8.SPRE”和参数“6.SDIR”一起用来限制有效设定值范围。这样可以通过特性曲线来解决分程任务。
4.5阀门紧闭功能
利用这一功能阀门能达到最大开启度（保持压电阀接触通电），紧闭功能可作用于仅单输出或的双输出执行器的定位。当设定值低于0.5% 或大于99.5%时YCLS 起作用。
5.西门子定位器初始化调试：
5.1调试前准备：
1）参数检查
2）手动测试，检查阀门行程在变送器测量范围内
在手动模式下，移动执行器，使杆达到水平位置，显示屏将显示一个介于P48.0 到P52.0之间的值。如果不是这种情况，调整磨擦夹紧单元（8，图3），直到杆水平并显示“P50.0”时。确切的说，达到了这一值，定位器能测定的位移将更精确。
5.2初始化操作
由于有多种应用，所以定位器装配后必须与执行机构相适应（初始化）。初始化可用以下方式进行：
自动初始化
初始化是自动进行的。定位器顺序测定作用方向，行程或转角、执行器的行程时间，并配以执
行器动态工况时的控制参数。
手动初始化
执行机构的行程或转角可用手动调整；其余参数同自动初始化一样自动测定。这一功能在软端停时需要。
6.在线更换西门子定位器试验
首先前提条件，对于具有 HART 功能的定位器，其初始化数据可以读出并传送到另一个定位器。因此，更换一台故障定位器，不会因为初始化而中断生产过程。
具体实施方案如下：
1） 获取故障阀门定位器数据参数
用HART手操器把现场定位器参数上传
2） 用机械或气动方法把执行机构固定当前位置
采用机械手轮的方式或者制作限位装置，将执行机构固定在一定位置；并确保工艺状况稳定，在一定时间内不需频繁、大幅调节。
3） 拆除故障定位器前，读取并纪录故障定位器电位器显示值。
4） 拆卸故障定位器。
5）安装新定位器及所有附件
6）接通仪表信号，调节调整轮，使新定位器液晶显示阀位置与记录数值相符。
7） 拷贝故障定位器参数至新装定位器上
8） 在机械限位装置保护下，小幅操作定位器，测试阀门行程
9） 取下机械锁定装置。新安装智能阀门定位器可以投运了。
7.常见故障及处理
喘振现象是西门子定位器的常见故障，主要现象一个或者两个压电阀经常在固定的自动设定点动作，从而导致阀门阀位波动。
主要原因有：
1)定位器，执行机构气路系统泄漏
2)阀支路脏
3)配件填料盒上的静态磨擦力或执行机构太高
4)反馈组件连接不紧密，间隙过大
可通过定位器显示面板上的阀位显示及设定点的变化规律来进行判断。
8.结束语
西门子SIPARTPS2智能阀门定位器操作简单、方便、灵活，性能可靠，控制精度高，结构紧凑。其优越的性能，先进的技术，在化工行业得到了广泛的应用与好评。论文参考网。希望它的推广能不断提高企业的自动化水平，为生产装置的长周期、稳定运行提供保障。
【参考文献】
[1] 西门子阀门定位器选型样本[Z].北京亚捷隆测控技术有限公司.
[2] 西门子SIPART PS2智能定位器操作手册[Z].
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.
关键词： 隧道；防水板；超声波；焊接
Key words： tunnel；flashing；ultrasonic；welding
中图分类号：U445.4 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）02-0131-02
1 项目概况
云南富宁至广西那坡高速公路主线全长22.233km，起点位于云南罗富高速公路，连接广西靖那高速公路，板仑隧道桩号为K3+885，位于广西与云南交界的富宁板仑乡境内，隧道左线里程为ZK2+886～ZK4+851，长度1965m，右线里程为YK2+885～YK4+885，长度2000m，左线进出口明洞长度分别为26m、22m，右线进出口明洞长度分别为4m、12m；隧道左线最大埋深358m，右线最大埋深355m。本隧道为全线最长隧道，为分离式隧道，是富宁至那坡高速公路控制性工程，隧道进口处间距20.7m，出口处间距19.5m，洞口段为小间距施工。本文结合板仑隧道采用新型超声波防水板焊接技术的实例应用，对焊接技术和质量控制要点进行分析探讨。
2 工艺概况及原理
以往多数隧道防水板铺设后一直采取手工方式固定到隧道内壁上，固定方式以射钉锚固垫片为主，垫片与防水板以热熔形式处理，往往容易烧焦、烧穿，与初支表面的密贴效果不稳定，质量控制难，整体平顺性不好。板仑隧道结构防水由喷射混凝土、柔性卷材防水层和二次衬砌结构自防水等组成，其中柔性防水卷材为土工布和1.5mm厚PVC防水板组成，施工过程中采用新型超声波对防水板焊接，超声波焊接机由发生器产生20kHz～35kHz的高压、高频信号，通过换能系统转换成高频机械振动，借助焊接枪头加于两个靠近的塑料工件上，通过工件表面及内在分子间的摩擦提高接触面局部温度，当温度升高至工件熔点时，工件接口迅速熔化将接口间的空隙填实，随接触时间延长，接触面熔化深度加大，当接触震动停止后，工件冷却定形，至此超声波焊接完美收官。
3 工艺特点
①超声波焊接开机即可焊接，正常情况下焊接枪头不会烫伤操作人员，安全性好。②超声波焊接不需加溶剂、粘接剂或其他辅助品，使用成本低。超声波焊接一次性投入较大，但设备使用寿命长，分摊成本仅为电热压力焊焊枪成本的7.5%，经济效益明显。③超声波焊接节约了电热压力焊的预热等待时间，一个接触点仅需3s，生产率高，也不会因出现焊点破洞修补而浪费时间。④焊点外观质量和熔接程度好，焊点不破损，防水板铺设质量好。
4 适用范围
本方法适用于隧道施工的防水板与垫片间的焊接施工。
5 主要引用标准
《公路工程质量检验评定标准》（JTG F80/1-2004）；
《高速公路施工标准化技术指南》 第五册 隧道工程；
《公路隧道施工技术规范》（JTG F60-2009）。
6 施工方法
隧道内壁一定范围内铺设好土工布，土工布与隧道洞壁间的锚固点全部安放有热熔垫片；作业台架就位，在机械手卷筒支架上安装好防水板卷筒；调试好超声波焊接机；在隧道一侧的拱脚处开始释放防水板，使防水板纵向（新铺与已铺）搭接宽度和横向起点位置正确，人工将防水板按压至基层土工布垫片上并保持密贴，用超声波焊枪对正垫片，启动开关持续2～3s；每个垫片上点焊3-4个焊点；待水平方向热熔垫片全部点焊完成后，再次启动机械手向上移动，使防水板与下一排热熔垫片熔接固定。如此，即可完成整个拱圈防水板的铺设。
7 工艺流程及操作要点
7.1 施工工艺流程
施工准备基面检查土工布铺设防水板铺设及超声波焊接固定效果检查
7.2 操作要点
7.2.1 施工准备
工前调配好人员、机具等各方面资源，做好工前准备工作。首先材料要准备到位，其中，热熔垫片（图1）选择红色新型改进型垫片，确定固定点的位置再开始施焊。另外，在受力条件允许的情况下需要尽量缩小垫片面积，以节省EVA原材料，降低材料成本。
7.2.2 基面检查
铺设防水层前先扫描隧道断面，按质量要求处理好初期支护喷射混凝土表面，将锚杆头或钢筋露头切除后用细石混凝土抹平覆盖，凹坑深宽比不宜超出1/10，超出这一控制标准会影响混凝土喷射基面的平整度，所以检查时必须用细石混凝土将其填平，再用平整度尺和塞尺检验填坑后表面的平整度，确认符合喷射要求后再铺土工布，安装环向透水盲管，然后施作防水板。
7.2.3 土工布铺设
利用作业台架将土工布沿隧道内壁展开，用尾部套有热熔垫片（如图1）的射钉将土工布平顺地固定到隧道洞壁上，构成防水板铺设基层。铺设时，要保证土工布两幅搭接宽度至少为50mm，并且布面平顺，没有褶皱或隆起（如图2）。垫片作为防水板固定点，应按设计要求布置成梅花形，拱部垫片间距控制在0.5～0.8m之间，边墙的垫片间距为0.8～1.0m。尽量在平整的基面上设置防水板和热熔垫片的固定点，以方便焊接。
7.2.4 防水板铺设、超声波焊接
7.2.4.1 超声波焊接机调试
①接通电源：电源为220V、50Hz单项电源。通电后查看指示灯是否亮起，若不亮，需要对保险管进行检查。
②仪器调试：通电后点按面板上的红色“测试”按钮，查看表盘电流表，电流正常值应该在“0.5～1”安倍之间，若不在这一区间内，需要对频率螺杆进行进行左右微调，调试过程中点按红色“测试”按钮，直至电流恢复正常，如果依然无法恢复正常，就应该查看模具是否完好，因为模具存在裂缝或破损，也会对电流造成不良干扰。
7.2.4.2 防水板铺设及固定点焊接
①防水板对位。防水板铺设从一侧边墙下部向拱部、再从拱部向另一侧边墙铺设。打开防水板包装，将板材拉出一两米进行对位。要确保第二幅板材与上一幅防水板搭接处宽度至少为15cm，平顺，且松紧度留有一定余量（设计周长和铺设长度按4：5比例进行预留）。
②超声波焊接机压焊。墙部压焊：一手持超声波焊接机，一手顶压防水板，超声波焊接机与防水板面垂直压紧开始点焊。防水板被熔化后，在端头压入防水板大概0.5mm处停止点焊，单点焊接持续时间约为3s（如图3、图4）。施焊时应确保防水板和垫片紧压密贴，否则会影响点焊效果。
拱部压焊：对拱部施焊时，先用临时钢筋支撑将防水板撑至喷射混凝土面，再以压焊的方式进行焊接。
焊点数量：边墙部位每个垫片焊3个点；拱部每个垫片焊4个点，且宜均匀布置于垫片上，以确保焊接牢固。
焊接顺序控制：在确保和上一幅防水板搭接不小于15cm前提下，从一侧边墙向拱部、再从拱部向另一侧边墙铺设、逐排与固定点焊接。单幅超声波焊点完成后，采用爬焊机连接两幅防水板。
7.2.4.3 防水板搭接焊接
防水板铺设到位后及时进行搭接焊接。搭接焊接采用自动爬行热熔器具，要求焊缝均匀，无烧蚀、不破损。
8 劳动力组织和主要机械设备
劳动力组织和机械见表1，表2。
9 质量控制
9.1 易出现的质量问题
焊点不牢固、焊点焊接过量、焊点结合面不均匀。
9.2 控制措施
①焊接时，防水板与垫片之间必须密贴，增加焊接时间，增加焊接压力。
②减少焊接时间、减轻焊接压力。
③检查防水板与垫片之间是否密贴。焊接时，枪头模具应与防水板垫片面垂直。
10 工程效果评价
防水板超声波焊接技术的应用，使以往防水板焊焦、焊穿的质量通病得到了根本改善。现场土工布、防水板铺设美观、平顺，可操作性和观感质量及经济性都得到大幅度提高，防水板和土工布的连接质量达到质的飞跃，板仑隧道通过采用新型超声波防水板焊接技术，隧道防水板焊接效果显著，质量及外观控制得到较好效果。
参考文献：
[1]中国机械工程学会焊接分会.焊接手册[M].北京：机械工业出版社，1993：502-515.
