導語：如何才能寫好一篇機械原理的定義，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公文云整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

關鍵詞：醫(yī)院；固定資產(chǎn)；管理；探析

一、醫(yī)院有關固定資產(chǎn)會計制度的改革

公立醫(yī)院作為特殊的事業(yè)單位，在會計核算上一直遵守的就是《醫(yī)院會計制度》。而在我國過去實行的《醫(yī)院會計制度》中，對固定資產(chǎn)的處理方法是：借記“專用基金——修購基金”貸記“銀行存款”或者“應收賬款”等，同時借記“固定資產(chǎn)”貸記“固定基金”。對固定資產(chǎn)不計提折舊，而是計提修購基金——借記“醫(yī)療或藥品支出”，貸記“專用基金—修購基金?！币簿褪钦f，對于固定資產(chǎn)的折舊的計提根本不存在，其賬面上的數(shù)值反映的永遠是固定資產(chǎn)的初始成本。這無疑會產(chǎn)生資產(chǎn)或是成本的虛增。而無論是資產(chǎn)的虛增還是成本的虛增，都會使醫(yī)院的資產(chǎn)負債表有水分，不能完整準確的反應醫(yī)院的經(jīng)營狀況，其次資產(chǎn)負債率也不準確，報表使用者就不能很好的掌握醫(yī)院的實際情況。

針對這種情況，在我國2012年的新《醫(yī)院會計制度》中，取消了“固定基金”和“修購基金”科目，增加了固定資產(chǎn)的“累計折舊”以及“固定資產(chǎn)清理”科目進行核算——公立醫(yī)院在按月提取固定資產(chǎn)的折舊時，借記“待沖基金”科目、“醫(yī)療業(yè)務成本”、“管理費用”等科目，按照應該計提的數(shù)額，貸記“累計折舊” 科目；而在出售、報廢、毀損的固定資產(chǎn)時，按照固定資產(chǎn)的賬面原值減去待處理的固定資產(chǎn)尚未沖減完畢的待沖基金，得出的金額，借記“固定資產(chǎn)清理”科目，按照已提取的折舊，借記“累計折舊”科目，按照相關待沖基金余額，借記 “待沖基金”科目，按照固定資產(chǎn)的賬面余額，貸記“固定資產(chǎn)”科目。這樣一來，便使得醫(yī)院固定資產(chǎn)的核算進一步趨于正規(guī)化和合理化。

二、以往醫(yī)院固定資產(chǎn)會計制度的弊端

（一）造成醫(yī)院報表上凈資產(chǎn)的虛增

在我國過去的《醫(yī)院會計制度》中，有關固定資產(chǎn)的折舊及清理，并不沖減固定基金。期間，除非融資租賃，否則直到固定資產(chǎn)報廢清理完畢之前，賬面上固定資產(chǎn)和固定基金應相等，即始終保持原始價值不變。在對固定資產(chǎn)、固定基金和修購基金進行賬務處理時，采取這種方案顯然是不合理的。因為在提取修購基金時，并沒有設置“累計折舊”會計科目，也就不可以明確的反映固定資產(chǎn)的凈殘值，從而引起醫(yī)院資產(chǎn)和凈資產(chǎn)虛增。導致會計信息無法真實反映固定資產(chǎn)的凈值，不利于對固定資產(chǎn)的管理。

（二）造成醫(yī)院報表上成本的虛增

在從前的《醫(yī)院會計制度》中，固定資產(chǎn)的修購基金的計提是由醫(yī)院收入和結余決定的，而固定資產(chǎn)的價值對其并不產(chǎn)生影響。在實際操作時，許多醫(yī)院會鉆《醫(yī)院會計制度》中沒有明確規(guī)定列支方法的空子——當有大量的資本性支出出現(xiàn)時，便直接從修購基金中列支，有的醫(yī)院甚至直接將其列入當期成本。隨后再根據(jù)固定資產(chǎn)原值計提修購基金。可以看出，當采取這種方法進行核算時，勢必會造成支出的增加，是成本的虛增一種表現(xiàn)形式。

三、醫(yī)院財務會計制度改革與固定資產(chǎn)管理的協(xié)調(diào)意義

（一）有利于完善醫(yī)院固定資產(chǎn)會計信息的真實性，有利于社會對醫(yī)院的監(jiān)督

在過去的會計制度下，修購基金作為一種專用基金，當余額不足時，是不允許再購入固定資產(chǎn)的，是絕對不可以出現(xiàn)負數(shù)的。但是，隨著市場經(jīng)濟的發(fā)展，醫(yī)院對于先進設備的需求又促使眾多醫(yī)院以身犯險，在修購基金無法滿足需求時，仍繼續(xù)購買，只是在賬面上不在作出改變。這樣一來，明顯違背了財務準則的要求，出現(xiàn)了賬實不符，會計信息失真的現(xiàn)象。而在新醫(yī)院會計準則下，取消了對于“修購基金”的賬戶設置。而是采取了與工業(yè)上類似的固定資產(chǎn)折舊法，在固定資產(chǎn)使用年限內(nèi)，通過“累計折舊”科目進行定期計提折舊。做到賬實相符，確保會計信息的真實性和可用性。

（二）有利于加強醫(yī)院對固定資產(chǎn)的管理，節(jié)省資金，創(chuàng)造效益

在舊醫(yī)院會計準則下，醫(yī)院對于固定資產(chǎn)的管理是比較混亂的。許多醫(yī)院都出現(xiàn)了過度重視固定資產(chǎn)購置、輕視固定資產(chǎn)管理的現(xiàn)象。長期以來，我國的公立醫(yī)院固定資產(chǎn)的管理處于一種不嚴格的狀態(tài)，賬戶設置不合理、不科學，且對于固定資產(chǎn)缺乏有效的監(jiān)控。固定資產(chǎn)的購置呈現(xiàn)較大隨意性和盲目性。由于不計提折舊，又導致固定資產(chǎn)的重復購置以及過度購置的情況，造成了資金的大量浪費。新醫(yī)院會計準則的修改，充分考慮了這一方面，并加以規(guī)定和控制。明確規(guī)定了固定資產(chǎn)購置后的管理方法和處理方式，有效的節(jié)省了資金，為醫(yī)院創(chuàng)造效益。

四、對進一步完善醫(yī)院固定資產(chǎn)財務會計制度的建議

（一）增加固定資產(chǎn)減值核算

雖然現(xiàn)行的醫(yī)院會計制度已經(jīng)很大程度上的改善了我國公立醫(yī)院固定資產(chǎn)的購置和管理，但是有部分的內(nèi)容可以進一步的修改完善?？梢越梃b會計制度的謹慎性原則，增加“固定資產(chǎn)減值準備”科目，根據(jù)賬面凈值與市價孰低法，確定固定資產(chǎn)的即時價值，并對差額計提減值準備。這樣一來，既可以清晰的反應固定資產(chǎn)的真實價值，又可以有效的避免醫(yī)院的經(jīng)營風險。

（二）對某些小額使用期短的固定資產(chǎn)列入低值易耗品核算

固定資產(chǎn)占醫(yī)院資產(chǎn)的比例較大，是醫(yī)院財務會計核算的重點。固定資產(chǎn)的管理亦顯得尤為重要。但由于醫(yī)院的特殊性，醫(yī)院使用的固定資產(chǎn)種類、數(shù)量也是極龐大的。管理起來自然有些難度。鑒于這點，可以考慮適當?shù)膶⑹褂闷诙?，且金額較小的固定資產(chǎn)作為低值易耗品處理。這樣可以有效的減少會計人員的工作量，管理起來也方便許多。

在公立醫(yī)院的《醫(yī)院會計準則》修改的道路上，我們能做的還有很多。不斷的完善和實踐固定資產(chǎn)的管理，是我們每個人的責任和義務。認真負責的管理和處置固定資產(chǎn)，不僅可以真實的反應醫(yī)院固定資產(chǎn)的價值和規(guī)模，還可以使報表使用人更好的利用報表做出相應的決策。

參考文獻：

篇2

關鍵詞：有限元 機械工程 應用 前言

有限元方法誕生于20世紀中葉，隨著計算機技術和計算方法的發(fā)展，已成為計算力學和計算工程領域里最為有效的計算方法。許多工程分析問題，如固體力學中的位移場和應力場分析、電磁學中的電磁場分析、振動特性分析、熱學中的溫度場分析、流體力學的流場分析等，都可歸結為在給定邊界條件下求解其控制方程的問題。有限元技術的出現(xiàn)為機械工程結構的設計、制造提供了強有力的工具，它可以解決許多以往手工計算根本無法解決的問題，為企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。在現(xiàn)代機械工業(yè)中要設計生產(chǎn)出性能優(yōu)越、可靠的機械產(chǎn)品，不應用計算及進行輔助設計分析是根本無法實現(xiàn)的，因此目前各生產(chǎn)設計部門都非常重視在設計制造過程中采用先進的計算機技術。 有限元法簡介

有限元法最早是人們在研究固體力學的時候應運而生的，早在七八十年前，就有一些美國人在結構矩陣的分析方面有了一些研究發(fā)現(xiàn)，隨后就有人研究出了鋼架位移的方法，并將其推廣應用到了彈性力學平面的分析當中，也就是把一些連續(xù)的整體劃分為矩形和三角形，再將這些小的單元中的位移函數(shù)用近似的方法表達出來。后來，隨著科學技術的不斷發(fā)展，計算機的水平也有了很大的提高，有限元法也就相應的發(fā)展起來了，因為有限元法在產(chǎn)品的設計和研發(fā)的過程中起到了相當大的作用，所以有限元軟件越來越受到相關專業(yè)人士的喜愛，而其在機械設計中的應用也是非常廣泛的。

3.有限元法在機械工程中的應用

近年來，國內(nèi)外許多學者對機械零部件的有限元分析進行了大量的研究，歸納起來主要是以下幾個方面：

（1）靜力學分析。當作用在結構上的載荷不隨時間變化或隨時間的變化十分緩慢，應進行靜力學分析。這是對機械結構受力后的應力、應變和變形的分析，是有限元法在機械工程中最基本、最常用的分析類型。

（2）動力學分析。機械零部件在工作時不僅受到靜載荷作用，當外界有與其固有頻率相近的激勵時，還會引起共振，嚴重破壞結構從而引起失效。故零部件在結構設計時，對復雜結構，在滿足靜態(tài)剛度要求條件下，要檢驗動態(tài)剛度。

（3）熱應力分析。這類分析用于研究結構的工作溫度不等于安裝溫度時或工作時結構內(nèi)部存在溫度分布時，結構內(nèi)部的溫度應力。

（4）接觸分析。接觸分析用于分析兩個結構物發(fā)生接觸時的接觸面狀態(tài)、法向力等。由于機械結構中結構與結構間力的傳遞均是通過接觸來實現(xiàn)的，所以有限元法在機械結構中的應用很多都是接觸分析。這是一種非線性分析，以前受計算能力的制約，接觸分析應用的較少。

（5）屈曲分析。這是一種幾何非線性分析，用于確定結構開始變得不穩(wěn)定時的臨界載荷和屈曲模態(tài)形狀，例如壓桿穩(wěn)定性問題。

5.有限元法的設計過程

5.1 模型簡化

將模型中的一些對整體的分析結果不會產(chǎn)生影響的部分去掉，例如，產(chǎn)品結構中的倒角、圓角等，因為有這些因素存在會影響單元格劃分的質(zhì)量，以及增加大量的運算量，使結果計算時不易收斂。本例中，我們以一個由內(nèi)襯套，外襯套和天然橡膠構成的橡膠襯套為例，分析其在徑向受載時，橡膠的形變狀況，內(nèi)襯套固定，在徑向沒有孔的方向加載荷，載荷大小為5 000 N，加載速度為5 mm/min。

5.2定義材料特性

給構成模型的各部分以材料參數(shù)，如對于各向同性材料我們只需定義其楊氏模量，泊松比就可以了（這類材料一般為金屬材料）;對于非線形變化的材料需將材料的拉伸或壓縮的應力應變曲線輸入到計算機，然后通過擬合得到相關的系數(shù)再賦予模型的不同部分。

5.3 載荷狀況（工況）定義

至邊界條件定義完成后，模型的基本的受力，位移及材料都已經(jīng)定義完成了，接下來需要定義工況（load case），主要目的是選擇前面已經(jīng)定義好的邊界條件，載荷條件等，還需定義收斂的方法。例如全牛頓-拉弗森法等一些極限收斂的準則。本例中采用的是修正的牛頓-拉弗森法.總的運算時間為0.6秒，疊加次數(shù)30步。

5.4 作業(yè)定義

將已經(jīng)定義好的工況選擇到作業(yè)中，對于更復雜的模型，可能還需要定義初始載荷等。本例中沒有初始載荷的定義，在作業(yè)定義中還需選擇分析操作的類型和分析結果。本例中輸出的結果為應力，柯西應力以及等效的柯西應力等，分析類型為平面應變分析。

5.5 單元類型定義

定義完作業(yè)后需要進行單元類型定義，因為在該軟件中，不同類型的結構對應著不同類型的單元類型及輸出結果。本例采用了單元類型為80的用于平面應變分析的四邊形單元。

6.有限元技術發(fā)展趨勢

有限元法最初應用在求解結構的平面問題，發(fā)展至今已由二維問題擴展到三維問題、板殼問題，由單一物理場的求解擴展到多物理場的耦合，由靜力學問題擴展到動力學問題、穩(wěn)定性問題，由結構力學擴展到流體力學、電磁學、傳熱學等學科，由線性問題擴展到非線性問題，由彈性材料擴展到彈塑性、塑性、黏彈性、黏塑性和復合材料，從航空技術領域擴展到航天、土木建筑、機械制造、水利工程、造船、電子技術及原子能等，其應用的深度廣度都得到了極大的拓展。有限元法的發(fā)展過程是與計算機技術的發(fā)展緊密相聯(lián)的。只有計機技術高度發(fā)展以后，有限元法才得到廣泛的應用。一個復雜的問題的求解，過去用小型機花費幾天才能得到結果，現(xiàn)在用PC機幾個小時就能完成同樣的工作。商業(yè)有限元軟件也由只能在大中型計算機上使用，轉(zhuǎn)入到多數(shù)都能在PC平臺上運行?？梢灶A期，隨著計算機技術的進一步發(fā)展，有限元法的應用還將進一步擴大，并將成為工程技術中更重要、更有力的數(shù)值計算工具。

7.結束語

有限元的應用大大提高了企業(yè)的設計效率，優(yōu)化了設計方案，縮短了產(chǎn)品的開發(fā)周期。越來越多的企業(yè)和技術人員意識到CAE技術是一種巨大是生產(chǎn)力?？梢灶A見，不久的將來，有限元法的應用，必將更加普及，將會有更大的突破必將推動了科技進步和社會發(fā)展，并且會取得巨大的經(jīng)濟效益。

參考文獻：

[1]王勖成，邵敏.有限單元法基本原理和數(shù)值方法[M].清華大學出版社，1997

[2]趙松年，佟杰新，盧秀春.現(xiàn)代設計方法[M].北京：機械工業(yè)出版社，1996

篇3

唯物辯證法量變質(zhì)變關系原理要求我們堅持適度原則。當我們需要保持事物性質(zhì)的穩(wěn)定時，就必須把量變控制在一定的限度內(nèi)，注意分寸和火候。初中物理教學中，鑒于學生的生理、心理特點和認知水平，對一些概念、規(guī)律、公式、原理、實驗等不能講得過深，要恰到好處。以概念教學為例，質(zhì)量與物體慣性大小有關，與運動有著非常密切的關系，按說從這些關系中分析更能透徹地理解它，但由于學生已有知識的局限，這里只能依據(jù)教材去理解，只能將質(zhì)量理解為“物質(zhì)的量的量度”，因為課本對質(zhì)量的定義是“物體里所含物質(zhì)的多少叫做質(zhì)量”。再如電壓，從本質(zhì)上講屬于“功”和“能”的范疇，定義電壓，不能用電勢差等超出學生認識范圍的知識去說明，也不能引入電做功等學生陌生的知識。正確的處理方式是：分散講解，類比分析，注重分寸，循序掌握。首先，突出電壓特征，說明電壓是迫使自由電荷定向移動形成電流的原因；其次，從功和能的角度闡述電壓實質(zhì)，指出電流做功和水流相似，電壓越大，在相同的時間內(nèi)，電流越大做功越多。這既揭示了電壓的本質(zhì)含義，又使學生較容易地掌握了該概念，為學好電學打好基礎。

二、要堅持具體問題具體分析原則

唯物辯證法認為，矛盾有特殊性。這一原理要求我們想問題、辦事情要做到具體問題具體分析。初中物理教學中，要注意區(qū)分同一物理現(xiàn)象在不同條件下的特點；運用不同的方法解決不同條件下的問題。例如，在教學“壓強”時，就有必要把液體的壓強同氣體、固體的壓強進行比較，引導學生掌握靜止液體內(nèi)部壓強的特點：液體內(nèi)部各方向都有壓強；液體內(nèi)部壓強隨深度增加而增大；同一深度各方向壓強相等；壓強與液體密度有關。再如，功的原理：人們使用任何機械所做的功都等于不使用機械而直接用手做的功；使用任何機械都不省功；使用任何機械時動力對機械所做的功一定等于機械克服阻力所做的功。教學中對此要做具體分析：第一種表述適用于不計摩擦和機械本身重力的理想情況；第二種表述適用于一般情況；第三種表述是第二種表述的另一種方式，但略有不同，更能反映“使用機械不能省功”的道理。在具體解決問題的過程中，對不同情況宜用不同方法，對上述理想情況，直接用功的原理解決；對非理想情況可借助機械效率求解。

三、要堅持實事求是原則

規(guī)律具有客觀性，所以我們要按客觀規(guī)律辦事，堅持實事求是的原則。例如，在物理實驗教學中，要培養(yǎng)學生實事求是的作風。實驗是人為的，既是客觀存在，又具近似性，會產(chǎn)生誤差。實驗者應承認客觀事實，不允許拼湊數(shù)據(jù)，制造假象，應認真分析誤差，重做實驗，使結果更準確。再如物理規(guī)律的教學，要引導學生在溫故知新中尋求物理規(guī)律的事實依據(jù)，掌握物理規(guī)律的探究方法；讓學生理解規(guī)律的物理意義，明確規(guī)律的適用條件和范圍；引導學生研究規(guī)律與相關知識的關系，用所學規(guī)律解釋物理現(xiàn)象，解決實際問題。例如，在學習電壓、電阻的基礎上引出歐姆定律：I＝U／R，其物理意義是：電流的強弱取決于加在導體兩端的電壓大小和導體本身的電阻大小，即某段電路中的電流大小，與其兩端的電壓成正比，與電阻成反比。其適用范圍和條件是：適用于金屬導體，不適用于氣體導體和高電壓的液體導體，也不適用于含源電路或含有非線性元件的電路，I、U、R必須是同段電路上的三個物理量。

篇4

【關鍵詞】機械設計；設計創(chuàng)新；創(chuàng)新方法

引言

科技的發(fā)展和進步離不開創(chuàng)新精神，在機械設計領域同樣如此。文章對現(xiàn)代機械的特點進行了介紹，并對國內(nèi)機械設計的創(chuàng)新方法進行了深入細致的分析和探討，希望能夠起到一定的參考借鑒作用。

一、機械自動化的定義

對于現(xiàn)代機械的定義，因為研討的視點不一樣，進而給出不一樣的定義。例如美國機械工程師協(xié)會，在1984 年將其定義為：“現(xiàn)代機械就是經(jīng)過計算機信息網(wǎng)絡和諧與控制的機械和（或）機電部件彼此聯(lián)系的體系，該體系可以完結機械力、運動和能量流等動力學任務”。而世界機器與組織理論聯(lián)合會將現(xiàn)代機械定義為：機電一體化是精細機械工程、電子控制和體系思維在產(chǎn)品設計和制造過程中的協(xié)同聯(lián)系。

二、現(xiàn)代機械特點

1、性能較高結構簡單

與傳統(tǒng)機械不同的是，現(xiàn)代機械具有較高的性能，其結構也越來越簡單，功能變更更加容易、方便。隨著技術的發(fā)展，設計方法變得多樣化，作為設計人員，可以將多種技術進行融合，最終實現(xiàn)現(xiàn)代機械的綜合利用。并通過不同的角度和切入點，使現(xiàn)代機械具有更加科學合理的結構，順應時展的需求。

2、成本降低效率提高

現(xiàn)代機械的成本大幅度降低，因此能夠獲得更多的效益，節(jié)省人力、物力、財力。同時現(xiàn)代機械的效率也獲得提高，縮短了工作時間。對于工作成果的展示更加清晰和明確，使現(xiàn)代機械使用人員對于工作成果可以進行較為直觀的理解和感受。在產(chǎn)品質(zhì)量上也獲得提高，工作整體質(zhì)量得以提升。

三、現(xiàn)代機械設計方法概論

1、現(xiàn)代機械設計創(chuàng)新理論

現(xiàn)代機械創(chuàng)新設計是一種實踐活動，以理論知識和實踐知識為基礎，充分發(fā)揮設計者的想象力和創(chuàng)造力，合理運用已有的科技成果和技術手段，使得設計出來的產(chǎn)品更加具有實用性、創(chuàng)造性?，F(xiàn)代機械設計已成為一個龐大的學科，種類和結構日益復雜，功能更加多樣化。機械設計創(chuàng)新理論是指在機械設計學理論的基礎上，聯(lián)系并緊密結合認識哲學、認識科學、思維科學、設計方法學、發(fā)明學、創(chuàng)造學等相關學科中的有益成分，凝結設計人員的聰明才智，并且運用系統(tǒng)科學、信息科學、計算機技術等技術手段，融合美學原理，設計出對國家經(jīng)濟發(fā)展和社會進步有價值的產(chǎn)品。

2、機械設計創(chuàng)新內(nèi)涵

機械設計創(chuàng)新可以通過多種方式實現(xiàn)，較為常用的是提高機械產(chǎn)品的性能以及優(yōu)化產(chǎn)品的技術特性，如適應性、可靠性、經(jīng)濟性等指標。此外，也可以設計全新的機械產(chǎn)品來實現(xiàn)創(chuàng)新。隨著社會的發(fā)展，科技的進步，舊的設計思維和設計方式已不能適應現(xiàn)代設計的需求，機械設計需要具有獨創(chuàng)性、實用性、突破性和聯(lián)動性。獨創(chuàng)性，即打破傳統(tǒng)的設計模式和設計理念，采用科學合理的全新的方案和組合。實用性，即機械設計的創(chuàng)新應具有針對性，滿足市場的需求，具有合理的功能，易于生產(chǎn)，使用方便。突破性，即轉(zhuǎn)變原有的思維方式，不局限于機械設計領域自身，而是擴展到其他領域，并從中獲取靈感，為機械設計提出新的原理，開拓新的局面。

3、開展現(xiàn)代機械設計創(chuàng)新的意義

現(xiàn)代機械設計創(chuàng)新的研究成果，運用到生產(chǎn)實際將帶來巨大的經(jīng)濟效益和社會效益，同時其具有的學術價值更是不容忽視的，對于機械設計行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有非常重要的意義，是其發(fā)展的根本動力。機械設計產(chǎn)品所體現(xiàn)出來的并不僅僅是科學技術的運用與實現(xiàn)，更是設計者思維方式的反映。設計者在進行機械設計的過程中，其思維方式也不斷地獲得提高。同樣設計者的思維方式融入到產(chǎn)品的設計中，使產(chǎn)品更加具有人性化的特征。在兩者的相互作用下，使得機械設計作品更具實用性和可操作性，向著集約化、自動化、智能化的方向發(fā)展?，F(xiàn)代化的創(chuàng)新力量不斷涌入，必將促進機械設計的發(fā)展，使機械產(chǎn)品更加充滿生機和活力。

四、國內(nèi)外機械設計創(chuàng)新的方法研究

1、國內(nèi)機械設計創(chuàng)新方法

隨著經(jīng)濟的發(fā)展和科學技術的進步，對于機械產(chǎn)品無論從質(zhì)量上還是從精度上都有了更高的要求，機械設計領域也產(chǎn)生了重大的突破，取得了令人矚目的成果。先進的設計理論和設計方法不斷涌現(xiàn)，在傳統(tǒng)機械設計方法的基礎上獲得了進展。機械設計是十分復雜的過程，涉及到的知識和理論也非常復雜，在設計過程中會遇到各種各樣的問題，然而在我國的科研工作者和機械設計人員堅持不懈的努力下，豐富了機械設計的理論，積累了寶貴的實踐經(jīng)驗，對于機械設計中出現(xiàn)的問題，已經(jīng)能夠很好地進行解決。高科技及先進理論的引進使設計過程得以簡化，為機械設計的發(fā)展作出重要的貢獻。當前，計算機輔助設計、系統(tǒng)化設計、局部或全局性設計等創(chuàng)新方法已獲得廣泛的應用。

2、國外機械設計創(chuàng)新方法

相對于國內(nèi)的機械設計創(chuàng)新，國外的創(chuàng)新研究開始的較早，并取得了一定的研究成果，目前應用得較為廣泛有以下三種。普適設計理論是在傳統(tǒng)設計方法的基礎上發(fā)展起來的，起源于德國，通過將現(xiàn)有設計方法進行總結和規(guī)范，形成具體的設計規(guī)則模型，根據(jù)既有的經(jīng)驗，設計和構建能量的輸出和輸入環(huán)節(jié)，進而將機械設計的功能結構具體化。公理化設計理論方法則是在決策的基礎上發(fā)展起來的，起源于美國，使科學決策和系統(tǒng)理論相結合，與普世理論相同的是，功利化設計方法同樣注重于經(jīng)驗的積累，最終形成以法律公則和科學方法為基礎的創(chuàng)新方法。公理化設計理論的優(yōu)勢在于能夠優(yōu)化和完善較為復雜的機械設計，其設計效果也比較令人滿意。三次設計法理論主要包括系統(tǒng)設計、參數(shù)設計、容差設計幾個方面，起源于日本，近幾年獲得了較為廣泛的應用。這種方法是目前較為先進的設計方法，準確率和效率都有所提高，機械設計的整個過程可以很快的完成，充分體現(xiàn)了高質(zhì)、高效、方便、快捷的特性。

3、培養(yǎng)機械創(chuàng)新設計思維

在進行機械設計的過程中，創(chuàng)新思維方式的培養(yǎng)非常重要。這是因為機械創(chuàng)新設計是極具創(chuàng)造性的工作，作為設計人員，在提高自身知識水平和能力的同時，培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神的思維方式尤為重要。對于機械設計工作應以全新的視角來看待，突破傳統(tǒng)的設計方法和思維模式，廣開新思路，探索新方法、新技巧，運用先進設計手段，使原有的設計更加完善或者創(chuàng)造出全新的設計作品。

結束語

與傳統(tǒng)的機械設計相比，現(xiàn)代機械設計具有自身設計新理念和新思路。而現(xiàn)代機械設計離不開創(chuàng)新思維，創(chuàng)新思維是社會發(fā)展的源泉，是現(xiàn)代機械設計中重要的組成部分。機械設計人員只有樹立創(chuàng)新思維的理念，并結合自身豐富的實踐經(jīng)驗和扎實的理論知識，同時充分利用現(xiàn)代計算機技術的優(yōu)勢，發(fā)揮主觀能動性，才能夠設計出滿足人們對于產(chǎn)品越來越高的要求，從而促進我國現(xiàn)代機械設計發(fā)展。

參考文獻

[1]許鴻艷.討論現(xiàn)代機械設計的方法及研究進展[J].湖南農(nóng)機，2013，40（5）：55-57.

篇5

【關鍵詞】Flash;ActionScript;模擬課件;機械教學

【中圖分類號】G40-057 【文獻標識碼】B 【論文編號】1009―8097(2009)08―0093―05

隨著現(xiàn)代教育技術的發(fā)展,采用計算機來制作模擬實驗在教學中的應用越來越廣泛,特別是在學校實驗條件不足、實驗器材缺少的情況下,采用計算機模擬部分教學實驗具有簡單、快捷、成本低廉等特點。而在這類實驗教學模擬課件中,模擬的關鍵在于與現(xiàn)實環(huán)境的相互一致性,即能精確模擬或再現(xiàn)現(xiàn)實環(huán)境條件下的實驗過程。例如,在學校機械類課程的教學中,教學課件不僅要能實現(xiàn)較精確的模擬運動,還要能夠讓課件具有一定的交互性和仿真性。然而早期的教學用模擬課件一般采用簡單的逐幀運動模擬,不能完全反映真實情況下的機械運動效果。為此,本文采用Flash ActionScript腳本程序結合實例詳細介紹了平面曲柄滑塊機構教學模擬課件和2K-H型周轉(zhuǎn)輪系教學模擬課件的制作過程,并和傳統(tǒng)Flash模擬機械課件作分析比較,指出Flash ActionScript技術在制作機械類教學課件中的優(yōu)越性,以期起到拋磚引玉的作用。

一 傳統(tǒng)Flash模擬平面曲柄滑塊機構運動模擬課件的制作方法

傳統(tǒng)Flash機械教學課件是利用逐幀動畫的原理,近似地來模擬機構的運動,并輔以簡單的控制,如暫停、播放等。平面曲柄滑塊的傳統(tǒng)Flash模擬教學課件的制作過程如下:

創(chuàng)建各桿件及滑塊的圖形元件,并按相應位置分別放置在Flash主場景中不同的層上,采用補間動畫形式建立動畫,曲柄元件在總幀內(nèi)旋轉(zhuǎn)一周,逐幀調(diào)整連桿元件及滑塊元件的位置和轉(zhuǎn)角使其對應,在action層的最后幀加gotoAndPlay(2)返回第二幀,形成連續(xù)的運動機構模型(圖1),生成的swf動畫模型文件體積約為3KB。其相應元件的對應關系是通過鼠標或鍵盤方向鍵調(diào)整,類似桿件設計的幾何作圖法,存在一定人為操作的誤差,所以該方法僅是機構運動的簡單模擬,且運動情況單一,作為機械教學模擬課件適用范圍略顯不足。

二 基于Flash ActionScript的平面曲柄滑塊機構教學模擬課件的研制

基于Flash ActionScript的動畫模擬是利用ActionScript腳本語言結合Flash軟件本身繪制矢量圖的優(yōu)勢來制作。類似桿件設計的解析法,制作上述平面曲柄滑塊機構的教學模擬課件必須要了解其運動的規(guī)律。若桿AB為曲柄,長度為l1,BC為連桿,長度為l2,C1、C2為滑塊極限位置, H為滑塊的行程,e為偏距(圖2)。根據(jù)機構運動的原理[1],當曲柄AB勻速轉(zhuǎn)動,各節(jié)點、滑塊及角度 和 之間有如下關系:

A點的坐標為 ,則

B點的坐標為;

C點的坐標為 , ;

C1點的坐標為 , ;

C2點的坐標為 , ;

行程 ;

角度 和 之間關系有;

滑塊的坐標即為點C的坐標;

為保證運動可行性,兩桿長度還必須有 的關系。

根據(jù)以上關系,設計出平面曲柄滑塊機構的動畫模型,可以根據(jù)輸入不同的曲柄和連桿的長度和偏距來觀察機構不同的運動變化情況,并顯示不同狀態(tài)下滑塊的行程,且曲柄的轉(zhuǎn)速可調(diào)。其制作過程如下:

在Flash中分別創(chuàng)建一個小圓點(節(jié)點)的影片剪輯元件和滑塊影片剪輯元件,放置在Flash主場景中并分別命名為“da”和“hk”;繪制4個輸入文本框和1個動態(tài)文本框,分別定義為“sd”、“qb”、“l(fā)g” 、“pxj”和“H”,表示輸入的速度值、曲柄長度值、連桿長度值和顯示行程的值;點A、B、C、C1和C2的坐標分別表示為“xa”、“ya”、“xb”、“yb”、“xc”、“yc”、“xc1”、“yc1”和“xc2”、“yc2”;Flash公用庫中引入3個按鈕,分別用于確認輸入數(shù)值和控制運動的播放(命名為“anp”)和暫停(命名為“ans”)(圖3)。注意Flash中的y坐標軸正向向下,具體ActionScript程序如下:

主場景第一幀上的程序:

this.anp._visible = 0;//隱藏播放按鈕

this.ans._visible = 1;//顯示暫停按鈕

this.jg._visible=0;//隱藏輸入警告

xa = this.da._x;

ya = this.da._y;//將xa和ya表示為點A的坐標值

i = 90;//定義曲柄初始角度

v = 5;//定義曲柄初始轉(zhuǎn)速

l1 = 100;//定義曲柄初始長度,用l1表示

l2 = 200;//定義連桿初始長度,用l2表示

e=0;//定義偏距初始值,用e表示

duplicateMovieClip(this.da, "db", 2);//生成點B

this.db._x = xa+l1*Math.cos(i*Math.PI*1.0E+00/180);

this.db._y = ya+l1*Math.sin(i*Math.PI*1.0E+00/180);

//定義點B的初始位置

xb = this.db._x;

yb = this.db._y;//將xb和yb表示為點B的坐標值

duplicateMovieClip(this.da, "dc1", 3);//生成點C1

this.dc1._alpha = 50;//改變點C1的透明度為50%

this.dc1._x = xa+(l2-l1);

this.dc1._y = ya+e;

//定義點C1的初始位置

duplicateMovieClip(this.dc1, "dc2", 4);//生成點C2

this.dc2._x = xa+(l2+l1);

this.dc2._y = ya+e;

//定義點C2的初始位置

H = this.dc2._x-this.dc1._x;

//將H表示為行程并顯示在文本框H中

duplicateMovieClip(this.da, "dc", 5);//生成點C

this.dc._x = xb+l2*Math.cos(Math.acos(l1*Math.sin(Math.atan((xb-xa)/(yb-ya)))/l2));

this.dc._y = ya;//定義點C的初始位置

this.hk._x = this.dc._x;

this.hk._y = this.dc._y;

//定義滑塊的初始位置,即為點C的位置

this.pj._y = ya+e;

主場景第二幀上的程序:

this.dc1._x = xa+Math.sqrt(Math.pow((l2-l1), 2)-Math.pow(e, 2));

this.dc1._y = ya+e;

this.dc2._x = xa+Math.sqrt(Math.pow((l2+l1), 2)-Math.pow(e, 2));

this.dc2._y = ya+e;

this.pj._y = ya+e;

H = Math.round((this.dc2._x-this.dc1._x)*100)/100;

//將H表示為行程并顯示在文本框H中(保留兩位小數(shù))

xb = xa+l1*Math.sin(i*Math.PI*1.0E+00/180);

yb = ya-l1*Math.cos(i*Math.PI*1.0E+00/180);

this.dc._x = xb+Math.sqrt(Math.pow(l2, 2)-Math.pow((ya-yb+e), 2));

this.dc._y=ya+e;

xc = this.dc._x;

yc = this.dc._y;

this.hk._x = xc;

this.hk._y = yc;

this.pj._y = yc;

this.createEmptyMovieClip("gan", 1);

gan.lineStyle(5, 0x333333, 100);

gan.moveTo(xa, ya);

gan.lineTo(xb, yb);

gan.lineTo(xc, yc);//繪制曲柄和連桿

this.db._x = xb;

this.db._y = yb;

if (i>=360) { i = 0;}

i = i+v;

主場景第三幀上的程序:

gan.clear();

gotoAndPlay(2);

按鈕上的ActionScript程序如下:

輸入確定按鈕

on (release, keyPress "") {

//將文本框中輸入的數(shù)值賦給對應的值

v = Number(sd);

l1 = Number(qb);

l2 = Number(lg);

e= Number(pxj);

if (l2

this.jg._visible = 1;

l2 = l1;

e=0;

} else {

this.jg._visible = 0;

}

}

播放按鈕

on (release) {

play();

this.anp._visible = 0;

this.ans._visible = 1;

}

暫停按鈕

on (release) {

stop();

this.anp._visible = 1;

this.ans._visible = 0;

}

制作成的教學模擬課件如圖3 所示,生成的swf動畫文件體積約為8KB。該模擬課件可以顯示機構在不同條件下的運動情況,如正反轉(zhuǎn)和急回特性等,運動較為精確,課件具有一定的可調(diào)節(jié)性,如各桿長度、偏距、速度等可自行輸入,比傳統(tǒng)Flash模擬的平面曲柄滑塊機構課件有了更好的交互性能,更有利于其作為教學模擬課件的應用。

三 基于Flash ActionScript的2K-H型周轉(zhuǎn)輪系模擬課件的研制

周轉(zhuǎn)輪系的傳動比問題一直是學生在學習機械基礎課程的難點,很多學生不能在思想上形成最初的機構模型。若采用傳統(tǒng)Flash模擬動畫制作該教學模擬課件,其中包括行星輪系和差動輪系,至少需要制作兩個課件,而采用ActionScript程序,則僅用一個教學模擬課件就可以實現(xiàn)包括周轉(zhuǎn)輪系的轉(zhuǎn)化等這部分知識在內(nèi)的教學需要。

制作這樣的教學模擬課件,同樣必須先了解該機構的運動規(guī)律。圖4是最常見的2K-H型周轉(zhuǎn)輪系,根據(jù)周轉(zhuǎn)輪系的轉(zhuǎn)化原理[1],各個參數(shù)之間有如下關系:

該周轉(zhuǎn)輪系自由度 ,機構要有確定的運動必須有兩個已知條件,考慮到教學的需要,將 和 作為已知條件輸入,來調(diào)節(jié)周轉(zhuǎn)輪系的運動情況,其制作過程如下:

在Flash中分別創(chuàng)建各個零件的影片剪輯元件和各控制按鈕元件(圖5),添加一個影片剪輯元件將轉(zhuǎn)臂和行星輪元件放在一起,命名為“H”,將分別表示中心輪、內(nèi)齒輪、行星輪和轉(zhuǎn)臂的“l(fā)1”、“l(fā)3”、“l(fā)2”和“H”各元件按相應位置放置在Flash主場景中,其中中心輪、內(nèi)齒輪和行星輪的齒數(shù)分別為21、57和18,模數(shù)取10個像素,“n1”、“n2”、“n3”和“nH”分別表示各構件的轉(zhuǎn)速,“fdy”表示各輪的分度圓;將分別控制分度圓顯示、數(shù)據(jù)輸入說明顯示和數(shù)據(jù)輸入確認等按鈕及其輔助元件也按相應位置放在Flash主場景中并給以命名。具體ActionScript程序如下:

主場景第一幀上的程序:

n1 = 0;

n3 = 0;

z1 = 21;

z2 = 18;

z3 = 57;

nH = 0;

//定義各初始值

this.srjg._visible = 0;//隱藏數(shù)據(jù)輸入警告

this.srsm._visible = 0;//隱藏數(shù)據(jù)輸入說明

stop();

主場景第二幀上的程序:

this.l1._rotation = n1;//中心輪的轉(zhuǎn)角

this.l3._rotation = n3;//內(nèi)齒輪的轉(zhuǎn)角

nH = (z1*n1+z3*n3)/(z1+z3);

this.H._rotation = nH;//轉(zhuǎn)臂的轉(zhuǎn)角

this.H.l2._rotation=(n3-nH)*z3/z2;

//行星齒輪相對轉(zhuǎn)臂的轉(zhuǎn)角

n1 = n1+i;

n3 = n3+j;

主場景第三幀上的程序:

gotoAndPlay(2);

各控制按鈕上的ActionScript程序

使用說明按鈕(顯示數(shù)據(jù)輸入說明)

on (release) {

this.srsm._visible = 1;

}

關閉說明按鈕(關閉說明和數(shù)據(jù)輸入說明在同一個元件中)

on (release) {

this._visible = 0;

}

顯示分度圓按鈕

on (release) {

this.l1.fdy._visible=1;

this.H.l2.fdy._visible=1;

this.l3.fdy._visible=1;

this.ycfdy._visible=1;

this.xsfdy._visible=0;

}

隱藏分度圓按鈕

on (release) {

this.l1.fdy._visible=0;

this.H.l2.fdy._visible=0;

this.l3.fdy._visible=0;

this.ycfdy._visible=0;

this.xsfdy._visible=1;

}

數(shù)據(jù)輸入確認按鈕

on (release, keyPress "") {

i = Number(t1);

j = Number(t2);

play();

if (i>10 || i3 || j

i = 0;

j = 0;

this.srjg._visible = 1;

} else {

this.srjg._visible = 0;

}

}

制作成的教學模擬課件如圖5 所示,生成的swf動畫文件體積約為25KB。該模擬課件可以顯示周轉(zhuǎn)輪系在不同速度條件下的運動情況,例如輸入負值該輪將實現(xiàn)反轉(zhuǎn),輸入數(shù)值“0”則停止轉(zhuǎn)動(自由度變?yōu)?),課件具有一定的可調(diào)節(jié)性,可模擬真實環(huán)境下的機構運動情況,作為教師課堂教學實驗效果更佳。

篇6

關鍵詞:交流調(diào)速功率控制效率

Abstract:Accordingtotheelectromechanicalenergyconversionprinciple,theessenceof

ACspeedregulationisanalyzedthoroughly;moreover,acreativeconclusionthatthe

essenceofACspeedregulationliesinthepowercontrolisdrawninthispaper.Infact,

alltheACspeedregulationapproachescanbegeneralizedintwobasicstrategies,

electromagneticpowercontrolandlosspowercontrol.Theformeristoadjusttheideal

no-loadrotationspeed,andthuspossesseshighefficiency.Whereas,thelatteristoregulate

therotationspeeddepression,andthuspossesseslowefficiency.

Keywords:ACspeedregulationPowercontrolEfficiency

[中圖分類號]TM343[文獻標識碼]B文章編碼1561-03(2003)-03-0024-031引言

交流調(diào)速實質(zhì)的討論，是關系到近代交流調(diào)速發(fā)展的重要理論問題。盡管傳統(tǒng)電機學對此作了較深入的分析，但所給出的異步機轉(zhuǎn)速表達式卻是由轉(zhuǎn)差率定義式變換而產(chǎn)生的，即根據(jù)上述的轉(zhuǎn)速“定義式”，異步機被傳統(tǒng)理論人為地劃分為變頻、變極和變轉(zhuǎn)差率三種調(diào)速方案，文獻1還認為“變頻和變轉(zhuǎn)差率調(diào)速有本質(zhì)不同，在所有交流調(diào)速中，變頻調(diào)速的效率最高(理由是轉(zhuǎn)差率不變)是最合理和理想的方法”。這種觀點既缺乏理論依據(jù)也與實踐不符，例如串級、雙饋調(diào)速和變頻調(diào)速相比，機械特性和調(diào)速效率都很接近，并沒有本質(zhì)不同。

有鑒于此，本文根據(jù)電動機最基本的電-機能量轉(zhuǎn)換原理，重新探討異步機調(diào)速的原理，所得出的功率控制理論雖然導由異步機，但結論基本適用于所有電動機。

2電動機模型與功率控制原理

電動機是將電能轉(zhuǎn)換成機械能的設備，因此可以普遍地表達為圖1的兩端口網(wǎng)絡。

由電動機輸出端口觀察，根據(jù)動力學原理

(1)

式中:Pm為輸出機械功率

T為輸出轉(zhuǎn)矩即電磁轉(zhuǎn)矩

Ω為角速度由此可見，電動機調(diào)速的方法有兩種:一是控制電磁功率，所改變的是理想空載轉(zhuǎn)速;二是增大損耗功率，以增大轉(zhuǎn)速降。公式(6)是電動機調(diào)速普遍的表達式。

2異步機模型與功率控制調(diào)速原理

異步機是電動機的一種，其調(diào)速原理必然服從上述的普遍調(diào)速規(guī)律。根據(jù)能量轉(zhuǎn)換原理，異步機可以等效成圖2的網(wǎng)絡模型。異步機的定子通過旋轉(zhuǎn)磁場的作用，將電磁功率傳輸給轉(zhuǎn)子，因此旋轉(zhuǎn)磁場可以等效為電磁功率的傳輸通道，即圖2中的感應通道。在磁場的作用下，轉(zhuǎn)子電磁功率除損耗外轉(zhuǎn)化為機械功率，這種電磁感應通道的特點是交流機與直流機本質(zhì)的區(qū)別。

異步機按轉(zhuǎn)子型式可分為鼠籠型和繞線型，前者轉(zhuǎn)子是封閉短路的，因此只有一個機械功率輸出端口;后者轉(zhuǎn)子是開啟的，因此具有機械功率和電功率兩個端口。轉(zhuǎn)子的電功率端口可以通過電傳導與外電路進行功率交換。

異步機調(diào)速可以通過定子口或轉(zhuǎn)子口實施功率控制調(diào)速，分別控制電磁功率或損耗功率。前者改變的是理想空載轉(zhuǎn)速，調(diào)速效率較高，機械特性為平行曲線;后者增大轉(zhuǎn)速降，調(diào)速效率較低，機械特性為匯交曲線。

應該注意同步轉(zhuǎn)速和理想空載轉(zhuǎn)速的區(qū)別，同步轉(zhuǎn)速n1是旋轉(zhuǎn)磁場的變化速度，理想空載轉(zhuǎn)速n0是假定、轉(zhuǎn)子全部電磁功率都轉(zhuǎn)換為機械功率的機械速度。電動機的速度顯然與n0密切相關，而與同步轉(zhuǎn)速沒有直接、必然的聯(lián)系。

3恒轉(zhuǎn)矩的電磁功率控制調(diào)速

所謂恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，是指額定輸出轉(zhuǎn)矩能力不變的調(diào)速，特點是主磁通Φm不變。恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速可以通過定子或轉(zhuǎn)子的電磁功率控制實現(xiàn)，但在定子控制時，必須要注意主磁通Φm的恒定。

3.1定子電磁功率控制--變頻調(diào)速的原理

從功率控制角度觀察，變頻調(diào)速是典型的定子電磁功率控制調(diào)速。由于轉(zhuǎn)子電磁功率是由定子傳輸?shù)?，且定、轉(zhuǎn)子電磁功率相等，因此控制定子電磁功率就可間接地控制轉(zhuǎn)子電磁功率。定子電磁功率轉(zhuǎn)矩平衡方程式約束，不能作為控制量。但單純調(diào)壓并不能實現(xiàn)定子電磁功率控制，因U1不但影響電磁功率，還作用于磁場。為了解決上述問題，應根據(jù)式(9)，在調(diào)壓的同時正比地改變頻率f1，使主磁通Φm保持不變。從而實現(xiàn)高效率的電磁功率控制調(diào)速。變頻調(diào)速時，理想空載轉(zhuǎn)速按n0隨U1改變，此時同步轉(zhuǎn)速n1隨f1而變，且有n0=n1，但決定電動機轉(zhuǎn)速的是n0而不是n1，下面將會看到，即使n1不變，n0也可隨電磁功率改變，可見n0與n1沒有直接、必然的聯(lián)系。變頻調(diào)速的功率控制原理如圖3所示?？梢姾戕D(zhuǎn)矩變頻調(diào)速時，其充分條件是調(diào)壓，必要條件是變頻，調(diào)速的實質(zhì)在于電磁功率控制。3.2轉(zhuǎn)子電磁功率控制調(diào)速

對于繞線式異步機調(diào)速，可以對轉(zhuǎn)子直接進行電磁功率控制。方法是從轉(zhuǎn)子口移出或注入電功率，以改變轉(zhuǎn)子的凈電磁功率。與定子電磁功率控制調(diào)速(即調(diào)壓變頻調(diào)速)相比，兩者并無原理的區(qū)別。對于圖2(b)的模型，在轉(zhuǎn)子口引入附加電磁功率時，轉(zhuǎn)子的凈電磁功率(13)

式中:Pem1為定子傳輸給轉(zhuǎn)子的電磁功率

Pes為附加電磁功率，亦稱電轉(zhuǎn)差功率

Pem2將隨Pes的方向和大小而改變。注意不要把Pes簡單理解成轉(zhuǎn)差功率Ps，應該把Ps中的電磁功率和損耗功率區(qū)別開來，對調(diào)速的影響也不同,Pes將改變異步機的理想空載轉(zhuǎn)速。

式(13)中的-Pes表示移出，而+Pes表示注入，前者使轉(zhuǎn)子的凈電磁功率減小，后者則使其增大，異步機的理想空載轉(zhuǎn)速(14)

可見，-Pes控制得到的是低同步調(diào)速，而+Pes則是超同步調(diào)速。

轉(zhuǎn)子電磁功率控制調(diào)速的技術關鍵為:

l由于轉(zhuǎn)子電壓的頻率為變化的轉(zhuǎn)差頻率，因此必須要進行頻率變換，以使轉(zhuǎn)子和附加電源進行有功功率交換。

l能夠連續(xù)地控制Pes的大小，以獲得平滑的無級調(diào)速。

l盡量避免產(chǎn)生感性無功功率以提高功率因數(shù)，減小無功損耗。

上述的技術關鍵是設計調(diào)速控制裝置應該注意的。轉(zhuǎn)子電磁功率控制的系統(tǒng)構成要點是附加電源，它是Pes傳輸所必須的。傳統(tǒng)的方法是外置，例如串級(cascadecontrol)、雙饋doubleFeed)等調(diào)速。外置電源將使系統(tǒng)復雜化，而且在低同步調(diào)速時造成Pes從定子至外置電源之間的無謂循環(huán)，增大了定子損耗。

較好的方法,是我國首創(chuàng)的斬波內(nèi)饋調(diào)速。如圖4示:該系統(tǒng)突出特征是將附加電源設置在異步機自身的定子上，附加電勢由電磁感應產(chǎn)生，在典型的低同步調(diào)速時，由轉(zhuǎn)子引出，經(jīng)交流控制裝置傳給定子附加的內(nèi)饋繞組(以前亦稱調(diào)節(jié)繞組)。內(nèi)饋繞組處于發(fā)電狀態(tài)，通過電磁感應抵消定子原邊輸入的多余電功率。斬波控制,則是用以調(diào)節(jié)Pes的大小實現(xiàn)轉(zhuǎn)速的無級調(diào)節(jié)，克服有源逆變器移相控制所帶來的功率因數(shù)低、諧波分量大等一系列缺點。

4結論

(1)異步機調(diào)速的實質(zhì)在于功率控制，控制原則有電磁功率控制和損耗功率控制，前者改變的是理想空載轉(zhuǎn)速，后者增大轉(zhuǎn)速降。

(2)動態(tài)轉(zhuǎn)矩是功率激勵和轉(zhuǎn)速響應的結果，并隨轉(zhuǎn)速響應自動減小，直至新的轉(zhuǎn)矩平衡后為零，穩(wěn)態(tài)電磁轉(zhuǎn)矩只能服從客觀負載轉(zhuǎn)矩，調(diào)速的實質(zhì)并非轉(zhuǎn)矩控制。

(3)調(diào)速效率和特性只決定于功率控制屬性。轉(zhuǎn)子電磁功率控制的調(diào)速與變頻調(diào)壓調(diào)速只有控制對象的不同，沒有本質(zhì)區(qū)別。

參考文獻

[1]湯蘊繆.電機學—機電能量轉(zhuǎn)換[M]機械工業(yè)出版社,1986.63-183

篇7

關鍵詞：機械產(chǎn)品；方案設計方法；發(fā)展趨勢

引言

科學技術的飛速發(fā)展，產(chǎn)品功能要求的日益增多，復雜性增加，壽命期縮短，更新?lián)Q代速度加快。然而，產(chǎn)品的設計，尤其是機械產(chǎn)品方案的設計手段，則顯得力不從心，跟不上時展的需要。目前，計算機輔助產(chǎn)品的設計繪圖、設計計算、加工制造、生產(chǎn)規(guī)劃已得到了比較廣泛和深入的研究，并初見成效，而產(chǎn)品開發(fā)初期方案的計算機輔助設計卻遠遠不能滿足設計的需要。為此，作者在閱讀了大量文獻的基礎上，概括總結了國內(nèi)外設計學者進行方案設計時采用的方法，并討論了各種方法之間的有機聯(lián)系和機械產(chǎn)品方案設計計算機實現(xiàn)的發(fā)展趨勢。

根據(jù)目前國內(nèi)外設計學者進行機械產(chǎn)品方案設計所用方法的主要特征，可以將方案的現(xiàn)代設計方法概括為下述四大類型。

1、系統(tǒng)化設計方法

系統(tǒng)化設計方法的主要特點是：將設計看成由若干個設計要素組成的一個系統(tǒng)，每個設計要素具有獨立性，各個要素間存在著有機的聯(lián)系，并具有層次性，所有的設計要素結合后，即可實現(xiàn)設計系統(tǒng)所需完成的任務。

系統(tǒng)化設計思想于70年代由德國學者Pahl和Beitz教授提出，他們以系統(tǒng)理論為基礎，制訂了設計的一般模式，倡導設計工作應具備條理性。德國工程師協(xié)會在這一設計思想的基礎上，制訂出標準VDI2221“技術系統(tǒng)和產(chǎn)品的開發(fā)設計方法。

制定的機械產(chǎn)品方案設計進程模式，基本上沿用了德國標準VDI2221的設計方式。除此之外，我國許多設計學者在進行產(chǎn)品方案設計時還借鑒和引用了其他發(fā)達國家的系統(tǒng)化設計思想，其中具有代表性的是：

(1)將用戶需求作為產(chǎn)品功能特征構思、結構設計和零件設計、工藝規(guī)劃、作業(yè)控制等的基礎，從產(chǎn)品開發(fā)的宏觀過程出發(fā)，利用質(zhì)量功能布置方法，系統(tǒng)地將用戶需求信息合理而有效地轉(zhuǎn)換為產(chǎn)品開發(fā)各階段的技術目標和作業(yè)控制規(guī)程的方法。

(2)將產(chǎn)品看作有機體層次上的生命系統(tǒng)，并借助于生命系統(tǒng)理論，把產(chǎn)品的設計過程劃分成功能需求層次、實現(xiàn)功能要求的概念層次和產(chǎn)品的具體設計層次。同時采用了生命系統(tǒng)圖符抽象地表達產(chǎn)品的功能要求，形成產(chǎn)品功能系統(tǒng)結構。

(3)將機械設計中系統(tǒng)科學的應用歸納為兩個基本問題：一是把要設計的產(chǎn)品作為一個系統(tǒng)處理，最佳地確定其組成部分(單元)及其相互關系；二是將產(chǎn)品設計過程看成一個系統(tǒng)，根據(jù)設計目標，正確、合理地確定設計中各個方面的工作和各個不同的設計階段。

由于每個設計者研究問題的角度以及考慮問題的側重點不同，進行方案設計時采用的具體研究方法亦存在差異。下面介紹一些具有代表性的系統(tǒng)化設計方法。

1.1設計元素法

用五個設計元素(功能、效應、效應載體、形狀元素和表面參數(shù))描述“產(chǎn)品解”，認為一個產(chǎn)品的五個設計元素值確定之后，產(chǎn)品的所有特征和特征值即已確定。我國亦有設計學者采用了類似方法描述產(chǎn)品的原理解。

1.2圖形建模法

研制的“設計分析和引導系統(tǒng)”KALEIT，用層次清楚的圖形描述出產(chǎn)品的功能結構及其相關的抽象信息，實現(xiàn)了系統(tǒng)結構、功能關系的圖形化建模，以及功能層之間的聯(lián)接。

將設計劃分成輔助方法和信息交換兩個方面，利用Nijssen信息分析方法可以采用圖形符號、具有內(nèi)容豐富的語義模型結構、可以描述集成條件、可以劃分約束類型、可以實現(xiàn)關系間的任意結合等特點，將設計方法解與信息技術進行集成，實現(xiàn)了設計過程中不同抽象層間信息關系的圖形化建模。

文獻［11］將語義設計網(wǎng)作為設計工具，在其開發(fā)的活性語義設計網(wǎng)ASK中，采用結點和線條組成的網(wǎng)絡描述設計，結點表示元件化的單元(如設計任務、功能、構件或加工設備等)，線條用以調(diào)整和定義結點間不同的語義關系，由此為設計過程中的所有活動和結果預先建立模型，使早期設計要求的定義到每一個結構的具體描述均可由關系間的定義表達，實現(xiàn)了計算機輔助設計過程由抽象到具體的飛躍。

1.3“構思”—“設計”法

將產(chǎn)品的方案設計分成“構思”和“設計”兩個階段?！皹嬎肌彪A段的任務是尋求、選擇和組合滿足設計任務要求的原理解?！霸O計”階段的工作則是具體實現(xiàn)構思階段的原理解。

將方案的“構思”具體描述為：根據(jù)合適的功能結構，尋求滿足設計任務要求的原理解。即功能結構中的分功能由“結構元素”實現(xiàn)，并將“結構元素”間的物理聯(lián)接定義為“功能載體”，“功能載體”和“結構元素”間的相互作用又形成了功能示意圖(機械運動簡圖)。方案的“設計”是根據(jù)功能示意圖，先定性地描述所有的“功能載體”和“結構元素”，再定量地描述所有“結構元素”和聯(lián)接件(“功能載體”)的形狀及位置，得到結構示意圖。Roper，H.利用圖論理論，借助于由他定義的“總設計單元(GE)”、“結構元素(KE)”、“功能結構元素(FKE)”、“聯(lián)接結構元素(VKE)”、“結構零件(KT)”、“結構元素零件(KET)”等概念，以及描述結構元素尺寸、位置和傳動參數(shù)間相互關系的若干種簡圖，把設計專家憑直覺設計的方法做了形式化的描述，形成了有效地應用現(xiàn)有知識的方法，并將其應用于“構思”和“設計”階段。

從設計方法學的觀點出發(fā)，將明確了設計任務后的設計工作分為三步：1)獲取功能和功能結構(簡稱為“功能”)；2)尋找效應(簡稱為“效應”)；3)尋找結構(簡稱為“構形規(guī)則”)。并用下述四種策略描述機械產(chǎn)品構思階段的工作流程：策略1：分別考慮“功能”、“效應”和“構形規(guī)則”。因此，可以在各個工作步驟中分別創(chuàng)建變型方案，由此產(chǎn)生廣泛的原理解譜。策略2：“效應”與“構形規(guī)則”(包括設計者創(chuàng)建的規(guī)則)關聯(lián)，單獨考慮功能(通常與設計任務相關)。此時，辨別典型的構形規(guī)則及其所屬效應需要有豐富的經(jīng)驗，產(chǎn)生的方案譜遠遠少于策略1的方案譜。策略3：“功能”、“效應”、“構形規(guī)則”三者密切相關。適用于功能、效應和構形規(guī)則間沒有選擇余地、具有特殊要求的領域，如超小型機械、特大型機械、價值高的功能零件，以及有特殊功能要求的零部件等等。策略4：針對設計要求進行結構化求解。該策略從已有的零件出發(fā)，通過零件間不同的排序和連接，獲得預期功能。

1.4矩陣設計法

在方案設計過程中采用“要求—功能”邏輯樹(“與或”樹)描述要求、功能之間的相互關系，得到滿足要求的功能設計解集，形成不同的設計方案。再根據(jù)“要求—功能”邏輯樹建立“要求—功能”關聯(lián)矩陣，以描述滿足要求所需功能之間的復雜關系，表示出要求與功能間一一對應的關系。

Kotaetal將矩陣作為機械系統(tǒng)方案設計的基礎，把機械系統(tǒng)的設計空間分解為功能子空間，每個子空間只表示方案設計的一個模塊，在抽象階段的高層，每個設計模塊用運動轉(zhuǎn)換矩陣和一個可進行操作的約束矢量表示；在抽象階段的低層，每個設計模塊被表示為參數(shù)矩陣和一個運動方程。

1.5鍵合圖法

將組成系統(tǒng)元件的功能分成產(chǎn)生能量、消耗能量、轉(zhuǎn)變能量形式、傳遞能量等各種類型，并借用鍵合圖表達元件的功能解，希望將基于功能的模型與鍵合圖結合，實現(xiàn)功能結構的自動生成和功能結構與鍵合圖之間的自動轉(zhuǎn)換，尋求由鍵合圖產(chǎn)生多個設計方案的方法。

2、結構模塊化設計方法

從規(guī)劃產(chǎn)品的角度提出：定義設計任務時以功能化的產(chǎn)品結構為基礎，引用已有的產(chǎn)品解(如通用零件部件等)描述設計任務，即分解任務時就考慮每個分任務是否

存在對應的產(chǎn)品解，這樣，能夠在產(chǎn)品規(guī)劃階段就消除設計任務中可能存在的矛盾，早期預測生產(chǎn)能力、費用，以及開發(fā)設計過程中計劃的可調(diào)整性，由此提高設計效率和設計的可靠性，同時也降低新產(chǎn)品的成本。Feldmann將描述設計任務的功能化產(chǎn)品結構分為四層，(1)產(chǎn)品(2)功能組成(3)主要功能組件(4)功能元件。并采用面向應用的結構化特征目錄，對功能元件進行更為具體的定性和定量描述。同時研制出適合于產(chǎn)品開發(fā)早期和設計初期使用的工具軟件STRAT。

認為專用機械中多數(shù)功能可以采用已有的產(chǎn)品解，而具有新型解的專用功能只是少數(shù)，因此，在專用機械設計中采用功能化的產(chǎn)品結構，對于評價專用機械的設計、制造風險十分有利。

提倡在產(chǎn)品功能分析的基礎上，將產(chǎn)品分解成具有某種功能的一個或幾個模塊化的基本結構，通過選擇和組合這些模塊化基本結構組建成不同的產(chǎn)品。這些基本結構可以是零件、部件，甚至是一個系統(tǒng)。理想的模塊化基本結構應該具有標準化的接口(聯(lián)接和配合部)，并且是系列化、通用化、集成化、層次化、靈便化、經(jīng)濟化，具有互換性、相容性和相關性。我國結合軟件構件技術和CAD技術，將變形設計與組合設計相結合，根據(jù)分級模塊化原理，將加工中心機床由大到小分為產(chǎn)品級、部件級、組件級和元件級，并利用專家知識和CAD技術將它們組合成不同品種、不同規(guī)格的功能模塊，再由這些功能模塊組合成不同的加工中心總體方案。

以設計為目錄作為選擇變異機械結構的工具，提出將設計的解元素進行完整的、結構化的編排，形成解集設計目錄。并在解集設計目錄中列出評論每一個解的附加信息，非常有利于設計工程師選擇解元素。

根據(jù)機械零部件的聯(lián)接特征，將其歸納成四種類型：1)元件間直接定位，并具有自調(diào)整性的部件；2)結構上具有共性的組合件；3)具有嵌套式結構及嵌套式元件的聯(lián)接；4)具有模塊化結構和模塊化元件的聯(lián)接。并采用準符號表示典型元件和元件間的連接規(guī)則，由此實現(xiàn)元件間聯(lián)接的算法化和概念的可視化。

在進行機械系統(tǒng)的方案設計中，用“功能建立”模塊對功能進行分解，并規(guī)定功能分解的最佳“?；背潭仁枪δ芘c機構型式的一一對應。“結構建立”模塊則作為功能解的選擇對象以便于實現(xiàn)映射算法。

3、基于產(chǎn)品特征知識的設計方法

基于產(chǎn)品特征知識設計方法的主要特點是：用計算機能夠識別的語言描述產(chǎn)品的特征及其設計領域?qū)＜业闹R和經(jīng)驗，建立相應的知識庫及推理機，再利用已存儲的領域知識和建立的推理機制實現(xiàn)計算機輔助產(chǎn)品的方案設計。

機械系統(tǒng)的方案設計主要是依據(jù)產(chǎn)品所具有的特征，以及設計領域?qū)＜业闹R和經(jīng)驗進行推量和決策，完成機構的型、數(shù)綜合。欲實現(xiàn)這一階段的計算機輔助設計，必須研究知識的自動獲取、表達、集成、協(xié)調(diào)、管理和使用。為此，國內(nèi)外設計學者針對機械系統(tǒng)方案設計知識的自動化處理做了大量的研究工作，采用的方法可歸納為下述幾種。

3.1編碼法

根據(jù)“運動轉(zhuǎn)換”功能(簡稱功能元)將機構進行分類，并利用代碼描述功能元和機構類別，由此建立起“機構系統(tǒng)方案設計專家系統(tǒng)”知識庫。在此基礎上，將二元邏輯推理與模糊綜合評判原理相結合，建立了該“專家系統(tǒng)”的推理機制，并用于四工位專用機床的方案設計中。

利用生物進化理論，通過自然選擇和有性繁殖使生物體得以演化的原理，在機構方案設計中，運用網(wǎng)絡圖論方法將機構的結構表達為拓撲圖，再通過編碼技術，把機構的結構和性能轉(zhuǎn)化為個體染色體的二進制數(shù)串，并根據(jù)設計要求編制適應值，運用生物進化理論控制繁殖機制，通過選擇、交叉、突然變異等手段，淘汰適應值低的不適應個體，以極快的進化過程得到適應性最優(yōu)的個體，即最符合設計要求的機構方案。

3.2知識的混合型表達法

針對復雜機械系統(tǒng)的方案設計，采用混合型的知識表達方式描述設計中的各類知識尤為適合，這一點已得到我國許多設計學者的共識。

在研制復雜產(chǎn)品方案設計智能決策支持系統(tǒng)DMDSS中，將規(guī)則、框架、過程和神經(jīng)網(wǎng)絡等知識表示方法有機地結合在一起，以適應設計中不同類型知識的描述。將多種單一的知識表達方法(規(guī)則、框架和過程)，按面向?qū)ο蟮木幊淘瓌t，用框架的槽表示對象的屬性，用規(guī)則表示對象的動態(tài)特征，用過程表示知識的處理，組成一種混合型的知識表達型式，并成功地研制出“面向?qū)ο蟮臄?shù)控龍門銑床變速箱方案設計智能系統(tǒng)GBCDIS”和“變速箱結構設計專家系統(tǒng)GBSDES”。

3.3利用基于知識的開發(fā)工具

在聯(lián)軸器的CAD系統(tǒng)中，利用基于知識的開發(fā)工具NEXPERT-OBJECT，借助于面向?qū)ο蟮姆椒?，?chuàng)建了面向?qū)ο蟮脑O計方法數(shù)據(jù)庫，為設計者進行聯(lián)軸器的方案設計和結構設計提供了廣泛且可靠的設計方法譜。則利用NEXPERT描述直線導軌設計中需要基于知識進行設計的內(nèi)容，由此尋求出基于知識的解，并開發(fā)出直線導軌設計專家系統(tǒng)。

3.4設計目錄法

構造了“功能模塊”、“功能元解”和“機構組”三級遞進式設計目錄，并將這三級遞進式設計目錄作為機械傳動原理方案智能設計系統(tǒng)的知識庫和開發(fā)設計的輔助工具。

3.5基于實例的方法

在研制設計型專家系統(tǒng)的知識庫中，采用基本謂詞描述設計要求、設計條件和選取的方案，用框架結構描述“工程實例”和各種“概念實體”，通過基于實例的推理技術產(chǎn)生候選解來配匹產(chǎn)品的設計要求。

4、智能化設計方法

智能化設計方法的主要特點是：根據(jù)設計方法學理論，借助于三維圖形軟件、智能化設計軟件和虛擬現(xiàn)實技術，以及多媒體、超媒體工具進行產(chǎn)品的開發(fā)設計、表達產(chǎn)品的構思、描述產(chǎn)品的結構。

在利用數(shù)學系統(tǒng)理論的同時，考慮了系統(tǒng)工程理論、產(chǎn)品設計技術和系統(tǒng)開發(fā)方法學VDI2221，研制出適合于產(chǎn)品設計初期使用的多媒體開發(fā)系統(tǒng)軟件MUSE。

在進行自動取款機設計時，把產(chǎn)品的整個開發(fā)過程概括為“產(chǎn)品規(guī)劃”、“開發(fā)”和“生產(chǎn)規(guī)劃”三個階段，并且充分利用了現(xiàn)有的CAD尖端技術——虛擬現(xiàn)實技術。1)產(chǎn)品規(guī)劃—構思產(chǎn)品。其任務是確定產(chǎn)品的外部特性，如色彩、形狀、表面質(zhì)量、人機工程等等，并將最初的設想用CAD立體模型表示出，建立能夠體現(xiàn)整個產(chǎn)品外形的簡單模型，該模型可以在虛擬環(huán)境中建立，借助于數(shù)據(jù)帽和三維鼠標，用戶還可在一定程度上參與到這一環(huán)境中，并且能夠迅速地生成不同的造型和色彩。立體模型是檢測外部形狀效果的依據(jù)，也是幾何圖形顯示設計變量的依據(jù)，同時還是開發(fā)過程中各類分析的基礎。2)開發(fā)—設計產(chǎn)品。該階段主要根據(jù)“系統(tǒng)合成”原理，在立體模型上配置和集成解元素，解元素根據(jù)設計目標的不同有不同的含義：可以是基本元素，如螺栓、軸或輪轂聯(lián)接等；也可以是復合元素，如機、電、電子部件、控制技術或軟件組成的傳動系統(tǒng)；還可以是要求、特性、形狀等等。將實現(xiàn)功能的關鍵性解元素配置到立體模型上之后，即可對產(chǎn)品的配置(設計模型中解元素間的關系)進行分析，產(chǎn)品配置分析是綜合“產(chǎn)品規(guī)劃”和“開發(fā)”結果的重要手段。3)生產(chǎn)規(guī)劃—加工和裝配產(chǎn)品。在這一階段中，主要論述了裝配過程中CAD技術的應用，提出用計算機圖像顯示解元素在相應位置的裝配過程，即通過虛擬裝配模型揭示造形和裝配間的關系，由此發(fā)現(xiàn)難點和問題，并找出解決問題的方法，并認為將CAD技術綜合應用于產(chǎn)品開發(fā)的三個階段，可以使設計過程的綜合與分析在“產(chǎn)品規(guī)劃”、“開發(fā)”和“生產(chǎn)規(guī)劃”中連續(xù)地交替進行。因此，可以較早地發(fā)現(xiàn)各個階段中存在的問題，使產(chǎn)品在開發(fā)進程中不斷地細化和完善。

我國利用虛擬現(xiàn)實技術進行設計還處于剛剛起步階段。利用面向

對象的技術，重點研究了按時序合成的機構組合方案設計專家系統(tǒng)，并借助于具有高性能圖形和交換處理能力的OpenGL技術，在三維環(huán)境中從各個角度對專家系統(tǒng)設計出的方案進行觀察，如運動中機構間的銜接狀況是否產(chǎn)生沖突等等。

將構造標準模塊、產(chǎn)品整體構造及其制造工藝和使用說明的擬訂(見圖1)稱之為快速成型技術。建議在產(chǎn)品開發(fā)過程中將快速成型技術、多媒體技術以及虛擬表達與神經(jīng)網(wǎng)絡(應用于各個階段求解過程需要的場合)結合應用。指出隨著計算機軟、硬件的不斷完善，應盡可能地將多媒體圖形處理技術應用于產(chǎn)品開發(fā)中，例如三維圖形(立體模型)代替裝配、拆卸和設計聯(lián)接件時所需的立體結構想象力等等。

利用智能型CAD系統(tǒng)SIGRAPH-DESIGN作為開發(fā)平臺，將產(chǎn)品的開發(fā)過程分為概念設計、裝配設計和零件設計，并以變量設計技術為基礎，建立了膠印機凸輪連桿機構的概念模型。從文獻介紹的研究工作看，其概念模型是在確定了機構型、數(shù)綜合的基礎上，借助于軟件SIGRAPH-DESIGN提供的變量設計功能，使原理圖隨著機構的結構參數(shù)變化而變化，并將概念模型的參數(shù)傳遞給下一級的裝配模型、零件設計。

5、各類設計方法評述及發(fā)展趨勢

綜上所述，系統(tǒng)化設計方法將設計任務由抽象到具體(由設計的任務要求到實現(xiàn)該任務的方案或結構)進行層次劃分，擬定出每一層欲實現(xiàn)的目標和方法，由淺入深、由抽象至具體地將各層有機地聯(lián)系在一起，使整個設計過程系統(tǒng)化，使設計有規(guī)律可循，有方法可依，易于設計過程的計算機輔助實現(xiàn)。

結構模塊化設計方法視具有某種功能的實現(xiàn)為一個結構模塊，通過結構模塊的組合，實現(xiàn)產(chǎn)品的方案設計。對于特定種類的機械產(chǎn)品，由于其組成部分的功能較為明確且相對穩(wěn)定，結構模塊的劃分比較容易，因此，采用結構模塊化方法進行方案設計較為合適。由于實體與功能之間并非是一一對應的關系，一個實體通?？梢詫崿F(xiàn)若干種功能，一個功能往往又可通過若干種實體予以實現(xiàn)。因此，若將結構模塊化設計方法用于一般意義的產(chǎn)品方案設計，結構模塊的劃分和選用都比較困難，而且要求設計人員具有相當豐富的設計經(jīng)驗和廣博的多學科領域知識。

機械產(chǎn)品的方案設計通常無法采用純數(shù)學演算的方法進行，也難以用數(shù)學模型進行完整的描述，而需根據(jù)產(chǎn)品特征進行形式化的描述，借助于設計專家的知識和經(jīng)驗進行推理和決策。因此，欲實現(xiàn)計算機輔助產(chǎn)品的方案設計，必須解決計算機存儲和運用產(chǎn)品設計知識和專家設計決策等有關方面的問題，由此形成基于產(chǎn)品特征知識的設計方法。

目前，智能化設計方法主要是利用三維圖形軟件和虛擬現(xiàn)實技術進行設計，直觀性較好，開發(fā)初期用戶可以在一定程度上直接參與到設計中，但系統(tǒng)性較差，且零部件的結構、形狀、尺寸、位置的合理確定，要求軟件具有較高的智能化程度，或者有豐富經(jīng)驗的設計者參與。

值得一提的是：上述各種方法并不是完全孤立的，各類方法之間都存在一定程度上的聯(lián)系，如結構模塊化設計方法中，劃分結構模塊時就蘊含有系統(tǒng)化思想，建立產(chǎn)品特征及設計方法知識庫和推理機時，通常也需運用系統(tǒng)化和結構模塊化方法，此外，基于產(chǎn)品特征知識的設計同時又是方案智能化設計的基礎之一。在機械產(chǎn)品方案設計中，視能夠?qū)崿F(xiàn)特定功能的通用零件、部件或常用機構為結構模塊，并將其應用到系統(tǒng)化設計有關層次的具體設計中，即將結構模塊化方法融于系統(tǒng)化設計方法中，不僅可以保證設計的規(guī)范化，而且可以簡化設計過程，提高設計效率和質(zhì)量，降低設計成本。

篇8

目前,設計知識管理已成為國內(nèi)外許多研究機構、大學、企業(yè)的研究熱點,如美國nist的設計知識庫項目[2]；歐洲wise工程知識管理項目[3]、moka項目[4]；韓國lg公司資助的知識管理項目[5]；國家863資助的知識管理平臺研究[6]等,但還沒有一個實用的能支持概念設計知識重用的系統(tǒng),對它的研究也還停留在理論準備階段。

本文在研究了基于本體的的概念設計知識模型的基礎上,提出了基于本體的概念設計知識管理框架,研究了用戶對本體的定義、對知識結構內(nèi)容的自由擴充以及概念設計知識的檢索方法等關鍵技術。

1、基于本體的概念設計知識建模

1.1概念設計知識分類與表達

概念設計是對設計問題加以描述,并以方案的形式提出眾多解的設計階段[7].概念設計從不同的角度有多種定義[8].一般認為,概念設計是指以設計要求為輸入、以最佳方案為輸出的系統(tǒng)所包含的工作流程,是一個由功能向結構的轉(zhuǎn)換過程。

圖1描述了一般概念設計的工作流程,它包含綜合與評價兩個基本過程。綜合是指根據(jù)設計要求,運用各種分析、設計方法推理而生成的多個方案,是個發(fā)散過程；評價則從方案集中擇出最優(yōu),是個收斂過程。概念設計是將所設計的產(chǎn)品看成一個系統(tǒng),運用系統(tǒng)工程的方法去分析和設計。具體說,概念設計就是將設計對象的總功能分解成相互有機聯(lián)系的若干功能單元,并以功能單元為子系統(tǒng)進行再次分解,生成更低一級的功能單元,經(jīng)過這樣逐層分解,直至對應的各個最末端功能單元能夠找到一個可以實現(xiàn)的技術原理解。概念設計的主要任務是功能到結構的映射,概念設計過程主要包括：功能創(chuàng)新、功能分析和功能結構設計、工作原理解的搜索和確定、功能載體方案構思和決策。

根據(jù)概念設計的過程及人在設計時的認知特點將概念設計知識分為元知識和實例知識（其分類如圖2所示）。元知識中主要包括功能知識、技術原理解知識、結構知識等。實例知識中主要包括方案設計實例、技術原理解實例、產(chǎn)品實例等知識。

（1）功能知識。主要描述產(chǎn)品完成的任務,描述產(chǎn)品的功能及功能子項。描述產(chǎn)品要完成的功能,包括功能內(nèi)容、實現(xiàn)參數(shù)、性能指標等；

（2）技術原理解知識。描述產(chǎn)品功能及功能子項的原理解答。它的表達要復雜些,一方面可用文字、數(shù)字表達它的說明、解答參數(shù),另一方面,要有圖形支持產(chǎn)品原理解答；

（3）結構知識。描述產(chǎn)品的結構設計狀況,是對原理域知識的細化和擴充,是求解原理解的結構載體,可描述產(chǎn)品關鍵部分的形狀、尺寸和參數(shù)。產(chǎn)品功能結構的映射（簡稱為功構映射）就是對產(chǎn)品的功能模型進行結構實現(xiàn)的求解,是將產(chǎn)品功能性的描述轉(zhuǎn)化為能實現(xiàn)這些功能的具有具體形狀、尺寸及相互關系的零部件描述。在這里功能是產(chǎn)品結構的抽象,是結構實現(xiàn)的目的；而結構則為實現(xiàn)某功能而選用的一組構件或元件。功能結構間的關系一般而言是多對多的映射關系。一個功能可能由一個或多個特征或元件實現(xiàn),而一個特征或元件也可能完成一個或多個功能；

（4）實例知識。已成功或失敗的設計范例,包括方案設計實例,產(chǎn)品結構知識實例、技術原理解實例等。它包含了更多的實際因素,是類比設計和基于實例推理設計的基礎。

以工程機械中某型滑模式水泥攤鋪機為例,總功能為攤鋪水泥路面,總功能可細分為滑模作業(yè)、控制作業(yè)等功能,滑模作業(yè)功能又可細分為提水泥漿、擠壓成型等功能。其中某個功能的實現(xiàn)可能會由幾個結構組合而成,例如滑模式水泥攤鋪機滑模作業(yè)功能就是由螺旋分料器、刮平板等幾個結構一起才能實現(xiàn)。圖3為該水泥攤鋪機的功能層次定義和功能分解結構舉例。該產(chǎn)品所對應的結構分解則如圖4所示。圖5中給出了對于滑模作業(yè)功能的技術原理解簡圖、技術原理解的評價、參考產(chǎn)品,以及實現(xiàn)該功能的說明等相關的知識。

如何利用計算機技術對概念設計予以支持,對概念設計知識進行有效的管理,至今仍沒有較好的解決方法。目前的知識建模主要是專家系統(tǒng),最常用的知識模型包括框架、產(chǎn)生式規(guī)則、語義網(wǎng)絡、謂詞邏輯等。專家系統(tǒng)的知識建模主要側重符號層的系統(tǒng)實現(xiàn),很少考慮動態(tài)的,非結構化的知識,造成專家系統(tǒng)解決問題的局限性,使得專家系統(tǒng)不能解決大型復雜問題。

本體作為“對概念化顯式的詳細說明”[9,10],研究領域內(nèi)的對象、概念和其他實體,以及它們之間的關系,可以很好地解決概念設計知識的表達、檢索和重用等問題。采用本體描述概念設計知識可以支持細粒度的產(chǎn)品語義信息的描述,可以形式化地定義特定領域的知識,如概念、事實、規(guī)則等；支持語義層面的集成和共享,基于本體的知識定義可以對知識作普遍的、無歧義的語義解釋,可以保證不同使用者之間進行語義層面的信息共享和互操作。

1.2本體建模過程描述

本體是某一領域的概念化描述,著意于在抽象層次提出描述客觀世界的抽象模型,它包括兩個基本的要素：概念和概念之間的關系。本體的構建必須滿足以下的要求：對目標領域的清晰描述；概念或概念之間關系的明確定義；一般性和綜合性原則。本體可以有多種表述方式,包括圖形方式、語言形式和xml文檔形式等。

基于本體的產(chǎn)品概念設計知識建模過程包括3個階段：

（1）產(chǎn)品概念設計知識目標確定。產(chǎn)品概念設計知識定位,概念設計知識的定位決定本體構造的功能需求及最終用戶。

（2）產(chǎn)品概念設計知識本體分析與建立。根據(jù)需求分析,確定該領域的相關概念及概念屬性,并用xml語言進行形式化描述。這個階段是建立概念設計知識本體的關鍵環(huán)節(jié),直接影響到整個本體的生成質(zhì)量,同時也是工作量最大的階段。

（3）產(chǎn)品概念設計知識本體評價。對所創(chuàng)建的本體進行一致性及完備性評價。一致性是指術語之間的關系邏輯上應保持一致；完備性是指本體中概念及關系應是完善的。我們稱該3階段的組合為產(chǎn)品概念設計知識本體建模的一個生命周期（見圖6）。

1.3概念設計知識的本體表示

在此我們以工程機械中滑模式水泥攤鋪機為例,結合圖3～圖5中的實際知識,從概念實體、概念屬性及概念間關系等方面來說明產(chǎn)品知識、功能知識、技術原理解知識、技術原理解實例等概念設計知識的本體表示,通過概念蘊涵、屬性關聯(lián)、相互約束和公理定義等方法揭示了概念間的本質(zhì)聯(lián)系,形成一個語義關系清晰的產(chǎn)品概念設計知識模型。建模采用目前最新的owl語言描述。

表述的語義為一個滑模式水泥攤鋪機繼承了一個產(chǎn)品的所有屬性,此外還具備了關系屬性：攤鋪能力,同時,又對屬性攤鋪能力作了限制：只能應用于滑模式水泥攤鋪機領域,且取值變化只能在攤鋪寬度中（省略了關于滑模式水泥攤鋪機類似屬性的定義,如攤鋪厚度和攤鋪速度等）。

（3）功能知識類

<owl：classrdf：id=“功能知識”>

<owl：restriction><owl：onpropertyrdf：resource=“#功能名稱”/>

<owl：cardinality>1</owl：cardinality>

</owl：restricton>

<owl：restriction><owl：onpropertyrdf：resource=“#產(chǎn)品”/>

<owl：mincardinality>1</owl：mincardinality>

</owl：restricton>

</owl：class>

表述的語義為一個功能知識只有一個功能名稱,且最少具有一個相關產(chǎn)品（省略了功能知識類似屬性的定義,如功能編號、功能說明、創(chuàng)建人、創(chuàng)建時間、存儲位置等）。

（4）功能技術原理解類

<owl：classrdf：id=“功能技術原理解”>

<owl：restriction>

<owl：onpropertyrdf：resource=“#功能知識”/></owl：restricton>

<owl：restriction>

<owl：onpropertyrdf：resource=“#技術原理解簡圖”/></owl：restricton>

</owl：class>

表述的語義為一個功能技術原理解具有對應的功能名稱,相關的技術原理解簡圖（省略了技術原理解類似屬性的定義,如評價、參考產(chǎn)品、創(chuàng)建人、創(chuàng)建時間、存儲位置等）。

上述描述中,使用類公理（subclassof）描述了兩個類（概念）之間的繼承關系,如滑模式水泥攤鋪機類是產(chǎn)品類的子類。在描述類屬性時,使用關系屬性（objectproperty）描述了類的某個屬性同時也表示了兩個類之間的某種關系,如攤鋪能力既是滑模式水泥攤鋪機類的一個屬性,同時也表達了和攤鋪寬度類之間的對應關系。另外,使用屬性公理domain和range表示屬性的應用領域和屬性的取值范圍,如屬性攤鋪能力只能用于滑模式水泥攤鋪機類,且它的取值只能是攤鋪寬度數(shù)據(jù)集。

1.4基于本體的概念設計知識管理的特點和優(yōu)勢

基于本體的概念設計知識管理可以讓設計人員更好地重用已有的概念設計知識,基于本體的概念設計知識管理具有以下的一些特點或優(yōu)勢：

（1）支持用戶定制知識類別。產(chǎn)品概念設計過程中,需要運用多種類型的知識,如：功能類、功能技術原理方案解類等。這些知識的描述和使用有著不同的特點,不能用相同的描述框架來處理?；诒倔w的設計知識建模允許用戶對設計中知識類別加以定制,針對每一類別定義其描述屬性,從而較好的解決了概念設計中多來源多類型知識的表示問題。

（2）支持概念共享的知識庫構建。概念設計知識本體的構造澄清了概念設計領域知識的結構,為概念設計知識的表示打好了基礎,而本體中統(tǒng)一的術語和概念也使概念設計知識更好地共享成為可能?；诒倔w的概念設計知識表示在區(qū)分不同知識類別的同時,建立起概念間的共享聯(lián)系。通過概念間的共享機制,避免了設計知識庫的數(shù)據(jù)冗余和數(shù)據(jù)不一致問題,方便了知識的建模錄入、檢索及統(tǒng)計處理。

（3）多視圖和基于本體概念的知識檢索。在目前的應用系統(tǒng)中一般采用基于關鍵字的數(shù)據(jù)庫查詢方法,由于其數(shù)據(jù)庫組織不是建立在能夠表示概念之間的關系、事實和實例的領域模型的基礎上,因此無法實現(xiàn)智能查詢和信息推理,也就無法解決語義異構性問題。由于不同的組織和人員可能使用不同的詞語表示同一個含義,因此查詢系統(tǒng)得不到意義相同但用詞（語法）不同的內(nèi)容。當需要對多個數(shù)據(jù)源進行查詢的時候問題更為明顯,多意詞和同義詞會使查詢得到許多不相關的信息,而忽略另外一些重要信息。

在基于本體的概念設計知識管理中由于具有統(tǒng)一的術語和概念,知識庫建立在本體的基礎上,使得基于知識的設計意圖匹配成為可能。采用基于知識、語義上的檢索匹配,對用戶的檢索請求,通過查詢轉(zhuǎn)換器按照本體把各種檢索請求轉(zhuǎn)換成對應的概念,在本體的幫助下從知識庫中匹配出符合條件的數(shù)據(jù)集合,解決了語義異構的問題。

從人在設計時的認知特點出發(fā),可以采用基于功能分解樹的功能設計知識檢索視圖、基于產(chǎn)品分解結構樹的結構設計知識檢索視圖,還可以利用本體中已定義的概念定義其它知識檢索視圖,比如需求功能知識檢索視圖、軟件工具使用知識檢索視圖等,實現(xiàn)基于知識檢索的設計意圖的匹配。

2、基于本體的概念設計知識管理

2.1概念設計知識管理系統(tǒng)結構

結合工程機械行業(yè)的實際,本文提出了圖7所示的基于本體的產(chǎn)品概念設計知識管理系統(tǒng)結構,系統(tǒng)按照知識產(chǎn)生、獲取和利用的流程來構建,系統(tǒng)結構主要包括概念設計知識管理工具、數(shù)據(jù)接口程序以及基于本體的概念設計知識庫,具體由4個部分構成。

（1）概念設計知識獲取。概念設計知識的獲取包括從概念設計知識本體定義、本體之間關系定義、本體知識庫生成到概念設計知識獲取整個過程。

（2）概念設計知識維護。主要包括從概念設計知識本體維護、本體關系維護、知識庫重新生成到概念設計知識維護的過程,實現(xiàn)對本體的屬性修改,各類知識之間的關系維護,以及知識庫的更新等。

（3）概念設計知識檢索重用。系統(tǒng)中提供基于多視圖的知識檢索方式,如基于功能分解樹的功能設計知識檢索視圖、基于產(chǎn)品分解結構樹的結構設計知識檢索視圖,及用戶定義的其它知識檢索視圖。此外系統(tǒng)提供基于本體概念的知識檢索方式,通過本體映射庫,可以實現(xiàn)同義詞的檢索,保證可能會采用不同的概念和術語表示相同的設計信息的人可以得到相同的知識幫助。

（4）概念設計知識庫的構建。要實現(xiàn)基于本體的,支持客戶自定義的概念設計知識管理,系統(tǒng)必須由足夠的柔性,支持各類知識的存儲,作為系統(tǒng)基石的知識庫的構建就不能采用完全預先定義的方式,在系統(tǒng)中我們采用基礎數(shù)據(jù)庫加上在此基礎上經(jīng)過本體定義工具動態(tài)生成的各類知識庫的方法保證基于本體的知識管理的實現(xiàn)。

2.2概念設計知識管理關鍵技術及實現(xiàn)

篇9

關鍵詞：農(nóng)機農(nóng)藝結合；現(xiàn)代農(nóng)業(yè)

中圖分類號：S233 文獻標識碼：A 文章編號：1674-0432（2013）-06-0148-1

0 引言

向農(nóng)業(yè)大量輸入機械、化肥、燃料、電力等各種形式的工業(yè)輔助能，用現(xiàn)代科技武裝，以現(xiàn)代管理理論和方法經(jīng)營，生產(chǎn)效率達現(xiàn)代先進水平的農(nóng)業(yè)。

以上是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的定義。從定義不難看出，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)要運用現(xiàn)代科技武裝來促進農(nóng)業(yè)的進步，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)注重農(nóng)機與農(nóng)藝的共同發(fā)展。農(nóng)機化的發(fā)展使得農(nóng)業(yè)在生產(chǎn)過程中不但提高了生產(chǎn)效率也提高了經(jīng)濟效益，而現(xiàn)代農(nóng)藝技術的發(fā)展也越來越多樣化，越來越全面，只有把農(nóng)機技術與農(nóng)藝技術有機的結合起來，才能充分發(fā)揮二者在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的作用。

本文試從農(nóng)機與農(nóng)藝的定義出發(fā)，來探討現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展離不開農(nóng)機與農(nóng)藝相結合。

1 農(nóng)機與農(nóng)藝

1.1 農(nóng)機

簡單的說農(nóng)機即農(nóng)業(yè)機械。

農(nóng)機是指農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所用的動力機、作業(yè)機，是農(nóng)業(yè)機械的簡稱，農(nóng)機是機械學原理和技術在農(nóng)業(yè)上的應用，屬于生產(chǎn)力范疇。它是作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)工具而存在和發(fā)展。

農(nóng)機的特點，是結構要復雜、操作要簡單。

1.2 農(nóng)藝

指農(nóng)作物的栽培、選種等技藝。

生產(chǎn)對人類有用的動植物，以及在不同程度上配制供人類使用的產(chǎn)品及其處置的科學技藝?？梢娹r(nóng)藝也是建立在科學技術基礎之上的技藝。

2 了解農(nóng)機與農(nóng)藝在生產(chǎn)過程中的相互關系與作用，協(xié)調(diào)兩者關系，促進農(nóng)業(yè)生產(chǎn)

2.1 農(nóng)機與農(nóng)藝的結合是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的必然趨勢

農(nóng)業(yè)機械可以說是一種應用于農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)工具，節(jié)省農(nóng)業(yè)生產(chǎn)時間，提高經(jīng)濟效益，農(nóng)業(yè)機械的使用在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的道路上起著不可替代的作用。隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的快速進步，農(nóng)藝技術在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的作用同樣不可小視，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中只有農(nóng)機技術與農(nóng)藝技術有機的結合在一起，才能充分發(fā)揮農(nóng)機與農(nóng)藝在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的作用。

農(nóng)藝技術是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)工藝過程及其相應的操作技術，是生物學理論與實踐的結合，農(nóng)機技術是指為實現(xiàn)這些工藝過程而設計制造的相應農(nóng)機具及其管理運用技術，是機械學原理與技術的結合。二者雖然在定義上截然不同，但是卻有著密切的聯(lián)系，正確處理好二者之間的關系，使之相互適應并且緊密結合是發(fā)展農(nóng)業(yè)機械化的關鍵，是實現(xiàn)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)穩(wěn)步發(fā)展的重要途徑。

通過我國農(nóng)業(yè)的發(fā)展實踐可以證明，農(nóng)機與農(nóng)藝的結合是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的必然趨勢。

2.2 農(nóng)機與農(nóng)藝在發(fā)展過程中應該是相輔相成的

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展離不開農(nóng)機與農(nóng)藝的相結合。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的過程中，值得一提的是，農(nóng)機的發(fā)展不能一味的服從于農(nóng)藝的發(fā)展，而農(nóng)藝的發(fā)展也不能一味的服從農(nóng)機的發(fā)展，兩者在發(fā)展過程中應該是相輔相成的。農(nóng)藝工作人員要與農(nóng)機研發(fā)工作人員多溝通，因為農(nóng)機與農(nóng)藝的結合應該是科學的、規(guī)范的，而不是主觀決定的。

因此農(nóng)機與農(nóng)藝的結合，不僅僅是理論上的結合，也是農(nóng)機研發(fā)人員與農(nóng)藝人員的結合。

3 結語

農(nóng)機與農(nóng)藝相結合已經(jīng)成為農(nóng)業(yè)發(fā)展中的重要角色。農(nóng)業(yè)機械化的實現(xiàn)，有效的取代了古老的手工作業(yè)，省時省力，提高效率。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)借助農(nóng)業(yè)機械化技術完成農(nóng)藝工藝過程，降低了生產(chǎn)成本，提高了勞動效率。農(nóng)機與農(nóng)藝的有機結合與運用可以搶抓農(nóng)時，加強農(nóng)業(yè)抵御自然災害的能力，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平。

發(fā)達國家農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平發(fā)展迅猛，主要原因就是其農(nóng)機與農(nóng)藝有效的結合在一起，有效的促進了農(nóng)業(yè)的發(fā)展。因此只有農(nóng)機與農(nóng)藝有機的結合起來，才能充分發(fā)揮二者在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的作用，促進我國農(nóng)業(yè)又好又快的發(fā)展。

參考文獻

[1] 王貴榮.淺談農(nóng)機農(nóng)藝相結合[J].農(nóng)業(yè)機械.2009（09）.

[2] 張弘.農(nóng)藝與農(nóng)機結合是農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展的基石[J].農(nóng)業(yè)技術與裝備，2008（10）.

[3] 劉孟成.淺談實現(xiàn)農(nóng)機與農(nóng)藝之間的結合[J].安徽農(nóng)學通報（下半月刊），2010（04）.

[4] 丁蘭，張海清.關于農(nóng)機農(nóng)藝相結合的思考[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2010（03）.

[5] 楊明，姚俊林.淺談農(nóng)機與農(nóng)藝相結合[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2006（07）.

[6] 黨海英.關于農(nóng)機與農(nóng)藝關系問題的探討[J].農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程，2007（02）.

[7] 蔣亦元.農(nóng)機科技創(chuàng)新中的農(nóng)機與農(nóng)藝相結合問題[J].農(nóng)業(yè)機械學報，2007（03）.

[8] 黨海英.論農(nóng)機與農(nóng)藝[J].農(nóng)業(yè)技術與裝備，2008（09）.

[9] 肖潔.對實現(xiàn)農(nóng)機與農(nóng)藝相結合的幾點淺見[J].貴州農(nóng)機化，2003（03）.

篇10

[關鍵詞] UG； 建模； 分級裝置； 仿真

引言

UG是Unigraphics軟件的簡稱，是起源于美國麥道飛機公司，在1991年并入世界上最大的軟件公司之一的美國電子資訊系統(tǒng)公司，是當今世界上最先進、緊密集成的PLM軟件。目前UG軟件已經(jīng)成為全球最有影響力、最先進的CAD/CAM/CAE軟件，并且在各個領域都有廣泛的應用，如航空、汽車、通用機械、模具等領域。UG軟件有一項非常有用的功能叫做實體模型功能，它能夠在設計階段就給客戶提品的實體模型，從而能夠顯著的縮短產(chǎn)品的確認周期，同時該軟件還具有復合式建模工具，從而能夠根據(jù)需要進行一定的增加、刪除、恢復改變產(chǎn)品的參數(shù)便于修改。傳統(tǒng)的煤礦機械制造通常包括可靠性研究、初步設計、詳細設計、改進設計等幾個階段，在這個過程中機械需要反復的調(diào)試，需要耗費大量的人力物力。

1 煤礦分級裝置的UG建模

1.1 煤礦分級裝置

在中國南方，煤炭資源量主要集中于貴州、云南、四川三省，這三省煤炭資源量之和為3525.74億噸，占中國南方煤炭資源量的91.47%；探明保有資源量也占中國南方探明保有資源量的90%以上。目前在煤炭行業(yè)，需要對挖掘的煤根據(jù)篩選設備和用戶對于產(chǎn)品粒度的要求進行分級銷售。針對煤炭的粒度分級，設計一種分級裝置，其分級裝置按照煤礦的粒度大小分成大、中、小三級，對應的粒度大小分別為50-100mm、25-50mm、13-25mm。該分級裝置主要是通過半月槽滾柱式分級機構進行分級，其原理是通過兩個半月槽滾柱之間的空隙大小來控制煤炭的分級。裝置圖如下圖所示：

圖中1部分由三個直接為100mm的圓柱形鐵皮滾柱組成，2部分由五個圓孔間隙直徑為25mm的半月槽鐵皮滾柱組成，3部分由五個圓孔間隙直徑為50mm的半月槽鐵皮滾柱組成。工作時由輸送裝置將煤炭輸送到圓形滾柱1，它確保了煤炭能夠正常輸送到第一級分級設備，粒度小于25mm的煤炭就能夠從間隙落下；而后粒度小于50mm的煤炭從二級滾柱間隙落下，剩下的粒度大于100mm的的煤炭被輸送裝置輸出。

1.2 煤炭分級裝置的建模

目前，該軟件三維建模主要有：特征建模、實體建模、自由曲面建模、用戶自定義建模以及綜合以上建模形式，將其融為一體的復合建模。其征建模的模塊的設計信息是用工程特征來定義的，從而可以顯著的、更加清楚的表達用戶的設計意圖。該模塊可以進行標準設計特征的生成和編輯。對于零件的建模，并沒有一套統(tǒng)一的標準順序，但是一般是根據(jù)零部件的結構和特點，先建立一個基本提攜，而后再在該體系上逐步建立零件的孔、槽等以及其他的用戶自定義特征，最后再創(chuàng)建螺紋、修剪和陣列等特征。

1.2.1 輸送機構的建模

在本裝置中輸送結構根據(jù)旋轉(zhuǎn)命令進行建模。建模的程序步驟如下：運行UG軟件，然后進入應用（application）然后選擇建模（modeling）模塊，通過草圖（sketch）命令集畫出初步草圖，在完成草圖之后點擊旋轉(zhuǎn)（revolved body）命令就可建立輸送機構的模型。

1.2.2 一級分級機構的建模

一級分級機構的建模方法與輸送機構大體相同，不同點在于旋轉(zhuǎn)草圖的不同。一級機構在完成建模之后，還需進一步處理，即還需通過倒圓角（edge blend）命令對滾柱半月槽的槽肩部分進行倒圓角。二級機構的建模與一級機構相同。

1.2.3 分級裝置支架的建模

分級裝置支架建模與一級二級分級結構的建模有所不同，它不是通過旋轉(zhuǎn)命令建立的，而是通過采用實體建模中的拉伸命令。前面部分與一級建模一樣，先打開UG軟件，進入應用中的建模模塊，通過草圖功能畫出支架平面的草圖，然后采用拉伸（extrude body）命令，即可完成建模。

1.2.4 各部件建模裝配

在完成各部件的建模之后，需要對各部件進行裝配，進入應用后進入裝配（assemblies）模塊，該模塊中裝配配對類型主要有配對、對齊、中心等，通過這些裝配類型對分級裝置整體進行裝配。裝配結果如下圖：

UG裝配建模有以下特點：采用自底向上和自頂向下的混合裝配方法，這樣生成的裝配模型零件的數(shù)據(jù)是對零件本身的鏈接映像；建模之后裝配模型和零件之間是完全雙向相關的，這樣不僅提高了軟件的實際操作性能，同時也可顯著減少儲存空間。若部分零件根據(jù)產(chǎn)品的實際需要進行了部分修改，則裝配模型中的零件會自動更新。UG裝配功能之間的相關性使得整個設計團隊實現(xiàn)了設計模型共享，是團隊成員之間可以與他人同步并行工作，這樣大大提高了工作效率，節(jié)約了時間。

2 煤礦分級裝置的運動仿真

2.1 UG運動仿真模塊簡介

UG運動仿真模塊（UG/Motion）是一個模擬仿真分析的工具，該模塊能夠?qū)λO計的三維或者二維模塊進行運動學和動力學分析，同時還可分析所設計產(chǎn)品的臨界點、速度以及加速度等參數(shù)，并且還能通過圖形動畫等直觀的形式顯示出來，輸出仿真動畫。UG運動分析模塊會復制主模型的裝配文件，并且能夠根據(jù)實際提供一些列不同的運動分析方案，對運動機構進行優(yōu)化分析，根據(jù)分析優(yōu)化結構指導零件的設計和改進。此外，該模塊還能夠嵌入求解分析運動方法的ADAMS解算器。分析方案所用的處理器就是基于該嵌入式軟件代碼的。1.整個分析的前處理過程就是創(chuàng)建分析方案包括創(chuàng)建連桿、運動副和定義運動驅(qū)動等。用所創(chuàng)建的分析方案生成ADAMS輸入數(shù)據(jù)文件，然后再傳輸回ADAMS結算器上；2.第二階段是求解階段，該階段是根據(jù)前處理階段得到的數(shù)據(jù)通過求解器求出解，再反饋到運動模型中進行分析；3.第三階段稱為后處理階段，通過運動分析模塊解釋第二階段的數(shù)據(jù)，并通過動畫、圖表及報表等直觀形式顯示。

2.2 運動仿真過程

2.2.1 建立運動分析場景

運動仿真的建立需要一個載體，這個載體儲存了整個運動模型的信息，也就是說需要建立一個運動場景。建立新場景的方法如下：打開之前已經(jīng)建立的煤炭分級裝置的三維模型，然后選擇應用菜單中的運動仿真選項（motion），這樣就進到了UG運動仿真模塊，此時系統(tǒng)會自動彈出對話框即運動導航器窗口，在此窗口中選擇已經(jīng)建立的模型并點擊鼠標右鍵，而后選擇新建場景（new scenario），至此，運動分析場景建立完成。

2.2.2 建立連桿特性

建立運動分析場景之后還不能將分散的各個部件直接按一定的關系連接起來，還需對所有運動部件定義為連桿，賦予各個部件一定的運動學特性，在定義連桿的同時根據(jù)需要確定其質(zhì)量特性和材料特性。材料特性在仿真運動中非常重要，它是計算質(zhì)量和慣性矩的重要因素。UG軟件的材料庫中提供了一定的材料，若材料庫中沒有，用戶也可根據(jù)需要自定義。在本例中建立連桿特性的步驟如下：首先單擊創(chuàng)建連桿，然后選擇需要創(chuàng)建連桿的三維模型，系統(tǒng)會彈出連桿創(chuàng)建選項卡，然后根據(jù)實際需要勾選連桿的質(zhì)量屬性、初始速度等參數(shù)。

2.2.3 創(chuàng)建運動副

運動副的作用是使兩個構件能夠相互接觸，但又能夠保持相對運動的一個部件，它規(guī)定了連桿的運動，同時也限制了連桿的自由度。在UG中若要用到運動副，需先給部件定義連桿特性，然后才能用運動副連接，組成運動機構。煤炭的分離裝置主要是完成分級的任務，各部件主要是旋轉(zhuǎn)作用，因此創(chuàng)建運動副時選擇創(chuàng)建旋轉(zhuǎn)副。

2.2.4 添加驅(qū)動

根據(jù)配套的分離裝置初步計算得出的分離裝置的速度為2m/s，轉(zhuǎn)速為360rpm。創(chuàng)建完運動副之后還需完成以下步驟：單擊滾柱勾選驅(qū)動方式（motion drive）為恒定驅(qū)動（constant），初始位移設置為0，初始加速度設置為0，初始速度設置為2m/s，各項參數(shù)設置完成后點擊確定，運動模型建立完成。

2.3 運動仿真分析結果的曲線輸出

當對煤礦分級裝置進行運動仿真分析時，在UG內(nèi)部會自動生成一系列數(shù)據(jù)。當需要分析時，可調(diào)用所需要的數(shù)據(jù)。UG軟件的數(shù)據(jù)可用XESS或者MicrosoftExcel打開。然后通過電子表格可將驅(qū)動機構到特定的位置然后輸出運動仿真視頻。進行圖表輸入的步驟如下：單擊動畫設置（animation），然后選擇動力學/靜力學分析（kinematic/dynamic analysis）中的運動學分析，時間設置為100s，步驟設置為20，然后點擊提交；接著再單擊生成圖表（graphing）時，會出現(xiàn)之前定義的連桿名稱，選擇需要分析的連桿，同時勾選曲線類型和輸出特點就可得到相對應的數(shù)據(jù)表格。煤炭分級裝置的曲線如下圖所示：

由圖可知，在煤炭分離時速度變化呈現(xiàn)一定的規(guī)律性變化，并且穩(wěn)定性也有保證。因此能夠完成分級的任務。

3 結語

用UG創(chuàng)建的三維模型，形象、逼真，可以直觀的反應煤礦分級裝置的構造。本文通過對煤礦分級裝置的分析和仿真，達到了初始設置的目的。UG制作的三維動態(tài)模擬，方便工程設計人員了解掌握機械的結構和運行原理，不僅可以有效的檢驗機械在用戶操作過程中人為的操作干涉，同時節(jié)約了大量的時間和成本，大大提高了機械的設計質(zhì)量和市場競爭力。

[參考文獻]

[1] 張雙俠，納斯哈提.基于UG軟件的鋪膜機計算機輔助設計[J].農(nóng)機化研究，2007，（11）：138-141.

[2] 夏林海.基于UG的新型自動編煙機虛擬樣機設計[D].重慶：重慶大學，2012.

[3] 鄧 鋒，章新喜，王進松.一種新型煤炭干法分級設備的試驗研究[J].煤炭技術，2010，29（11）：109-111.