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塔里木大學(xué)
畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）開題報告
課題名稱 一種小型水果自動分級機(jī)機(jī)械部分的設(shè)計(jì)
學(xué)生姓名 康 鵬 程
學(xué) 號 8031209104
所屬學(xué)院 機(jī)械電氣化工程學(xué)院
專 業(yè) 農(nóng)業(yè)機(jī)械化及其自動化
班 級 農(nóng)機(jī)13-1
指導(dǎo)教師 肖 愛 玲
起止時間 2012.10.15-2013.5.27
機(jī)械電氣化工程學(xué)院教務(wù)辦制
填 表 說 明
一、學(xué)生撰寫《開題報告》應(yīng)包含的內(nèi)容：
1、本課題來源及研究的目的和意義；
2、本課題所涉及的問題在國內(nèi)（外）研究現(xiàn)狀及分析；
3、對課題所涉及的任務(wù)要求及實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)的可行性分析；
4、本課題需要重點(diǎn)研究的、關(guān)鍵的問題及解決的思路；
5、完成本課題所必須的工作條件及解決的辦法；
6、完成本課題的工作方案及進(jìn)度計(jì)劃；
7、主要參考文獻(xiàn)（不少于7篇）。
二、本報告必須由承擔(dān)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）課題任務(wù)的學(xué)生在接到“畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)書”的兩周內(nèi)獨(dú)立撰寫完成，并交指導(dǎo)教師審閱。
三、開題報告要求手寫體，字?jǐn)?shù)在3000字以上，由學(xué)生在本報告冊內(nèi)填寫，頁面不夠可自行添加A4紙張。
四、每個畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）課題須提交開題報告一式三份，一份學(xué)生本人留存，一份指導(dǎo)教師存閱，一份學(xué)生所在學(xué)院存檔，備檢備查。
一 本題來源及研究的目的和意義
1.1 課題的來源：自選題
1.2 課題研究的目的和意義
水果中富含多種維生素和礦物質(zhì),而且適于生食的特點(diǎn)又避免了烹調(diào)過程對維生素等營養(yǎng)物質(zhì)的破壞作用,使這些營養(yǎng)素保持較高的利用率。水果亦含有豐富的膳食纖維素,能促進(jìn)腸道蠕動,有利于糞便排出;并能加速某些有毒物質(zhì)的代謝過程,減輕毒物對人體的損害作用?；谒臓I養(yǎng)特點(diǎn),營養(yǎng)學(xué)家已把水果作為食物結(jié)構(gòu)中的一個重要組成部分,并指出了為維持人體健康,每人每年需要食用80kg左右水果的指標(biāo)。隨著社會生活水平的提高，對健康意識的增強(qiáng)。人們不僅對水果的需求量越來越大而且對水果品質(zhì)的要求也越來越高，水果的分選變得越來越重要；不僅如此隨著農(nóng)業(yè)勞動者文化水平的提高，他們將農(nóng)業(yè)經(jīng)營管理的理論實(shí)踐于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。不再用原始的粗狂式經(jīng)營方法，而是懂得將水果進(jìn)行分級處理。不同等級的價格不同，從而獲得更大的利潤，實(shí)現(xiàn)利益最大化?？梢娝旨壊粌H是廣大消費(fèi)者的要求，更是農(nóng)業(yè)勞動生產(chǎn)者自主性的生產(chǎn)勞動。而水果有著分選工作時效性強(qiáng)、標(biāo)準(zhǔn)高的特點(diǎn)。如果靠人工實(shí)現(xiàn)分選工作，將增加生產(chǎn)勞動者的勞動負(fù)擔(dān)。而且人工勞動不僅效率低且成本較高。因此實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動化作業(yè)勢在必行。
中國果品流通協(xié)會常務(wù)副會長傅秀泉曾說道：目前發(fā)達(dá)國家人均水果年消費(fèi)量為83.3公斤，發(fā)展中國家為55.4公斤，而我國人均年消費(fèi)水果量僅為45.6公斤，較發(fā)達(dá)國家低45%，較發(fā)展中國家也低18%。按現(xiàn)在的總?cè)丝谟?jì)算，我國人均消費(fèi)水果要達(dá)到全世界人均年消費(fèi)61.4公斤的水平，需要增加2000多萬噸的供給量。預(yù)計(jì)今后一個時期，我國居民水果消費(fèi)將會有較快增長，并成為帶動水果產(chǎn)業(yè)發(fā)展的動力。水果加工機(jī)械的發(fā)展將為水果產(chǎn)業(yè)的發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
二、國內(nèi)外水果分選分級設(shè)備的發(fā)展特點(diǎn)與趨勢
2.1國外發(fā)展現(xiàn)狀
國外早期的水果自動分級方法主要通過CCD相機(jī)，采用無損檢測、計(jì)算機(jī)分析處理等手段對水果逐一進(jìn)行分析判別后得出綜合結(jié)論。利用機(jī)器視覺技術(shù)實(shí)現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品內(nèi)部品質(zhì)無損檢測是目前國際上正在研究的熱點(diǎn)課題。除了使用高效的信息處理技術(shù)，水果的質(zhì)量無損檢測手段包括近紅外線、紅外線檢驗(yàn)等光學(xué)檢驗(yàn)方法和高光譜、多光譜技術(shù)等。其發(fā)展趨勢有以下幾點(diǎn)：
1、由于水果一般都比較嬌嫩，容易擦傷或碰傷，采用傳統(tǒng)的機(jī)械式分選分級機(jī)具難免會出現(xiàn)損傷，從而造成“降級”損失。隨著科技水平的不斷提高，各學(xué)科互相滲透日益普遍，光學(xué)、電子技術(shù)廣泛應(yīng)用到分選分級設(shè)備中。運(yùn)用光、電技術(shù)，不僅效率高，檢驗(yàn)精度也高，還可以測定果實(shí)的成熟度、含糖量、有否病蟲害、空心等，對這些項(xiàng)目，傳統(tǒng)機(jī)械式是無能為力的。運(yùn)用光、電技術(shù)，還可以去掉很多繁雜的結(jié)構(gòu)，機(jī)具緊湊、靈巧，可靠性高，甚至造價還低。
2、為適應(yīng)生產(chǎn)要求，機(jī)具的處理能力日漸提高自動化水平也不斷提高，所需操作人員越來越少，因而成本不斷下降。設(shè)備廣泛實(shí)現(xiàn)了儀表化和數(shù)顯化。
3、注意改善勞動條件，在可能條件下，為操作者提供比較舒適的工作環(huán)境。
4、逐步由單項(xiàng)檢驗(yàn)發(fā)展為多項(xiàng)復(fù)合檢驗(yàn)，聯(lián)機(jī)群檢成一線，可以對形狀、成熟度、內(nèi)部質(zhì)量等方面按要求同時依次連續(xù)進(jìn)行，這樣可避免由于被檢項(xiàng)目較多、多次裝機(jī)幾經(jīng)周折而損傷果實(shí)，從而進(jìn)一步提高了商品競爭能力。
5、大力發(fā)展多品種通用分選機(jī)，可用于幾種果實(shí)的分選。實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用，只需更換部分部件及分選標(biāo)準(zhǔn)的指令，就可進(jìn)行另一種水果或果菜的分選。機(jī)具可充分利用，節(jié)約了機(jī)具設(shè)備的投資、存放場地和保養(yǎng)費(fèi)用。
6、新技術(shù)為市場需要服務(wù)，但要善于了解消費(fèi)者的心理。目前，探測果實(shí)是否空心或內(nèi)在質(zhì)量時，廣泛采用測透光率的方法，也有應(yīng)用X射來測量。
7、分選分級只是收獲后包裝前的一個環(huán)節(jié)而已，目前不少廠家已將分選、清洗、初加工、包裝等幾道工序連成一線(不包括待貯藏的)，視生產(chǎn)的需要及果品的實(shí)際情況統(tǒng)一考慮，而不必將分選分級另外劃為一個獨(dú)立部分。
2.1國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀
由于國內(nèi)對水果品質(zhì)檢測及自動分級研究時間不長，有一些成功的研究，但遠(yuǎn)談不上大規(guī)模推廣應(yīng)用。還存在許多需要繼續(xù)解決的問題。如國內(nèi)研究的對象大多在靜態(tài)的狀態(tài)下進(jìn)行，另外以前對水果研究主要的是單渠道單指標(biāo)的分級，對水果的多個品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行檢測時，處理速度較慢。對水果品質(zhì)進(jìn)行快速、全量檢測，多渠道同時并行，國內(nèi)學(xué)者需要繼續(xù)研究與攻克的難題之一。同時，理論和實(shí)際還有很大的距離。目前我國水果所用的分級設(shè)備還僅限于機(jī)械分級法，即利用重量和大小分級設(shè)備進(jìn)行分級；機(jī)器自動分級設(shè)備主要依靠于進(jìn)口，應(yīng)用并不廣泛。
三、對課題所涉及的任務(wù)要求及實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)的可行性分析
3.1、水果分級的方法
1、以水果的外部特征為分選標(biāo)準(zhǔn)
一般來說，水果的外部特征比較容易測量，基于水果的外部特征的分選設(shè)備種類繁多、技術(shù)成熟、經(jīng)濟(jì)實(shí)用。
(l)按質(zhì)量分選。根據(jù)水果的質(zhì)量進(jìn)行分選的分選機(jī)，是最早開發(fā)的機(jī)種，現(xiàn)在被廣泛地應(yīng)用于蘋果、梨等水果的分選作業(yè)。目前主要是機(jī)械式質(zhì)量分選機(jī)，有固定衡量秤和運(yùn)動衡量秤兩種形式。
(2)按尺寸大小分選。按水果的體積大小進(jìn)行分選的分選機(jī)，最常見的是篩孔滾動筒式、圓孔膠帶式以及輥式。
(3)按色澤分選。按色澤分選的原理是不同顏色對不同波長的光的反射強(qiáng)度不同。
(4)按硬度分選。按硬度分選的方法應(yīng)用比較少，是一種力學(xué)成熟度的分析方法。
(5)應(yīng)用計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的分選。由攝像機(jī)采集水果的圖像，由計(jì)算機(jī)對水果的顏色、大小、形狀和表面損傷情況等信息進(jìn)行很精確的分析。
本課題采用按尺寸大小分選，課題的關(guān)鍵是保證水果不破損的前提下完成水果分級。采用柵格的間距大小分選出水果的大小，可以加快分選效率。采用緩沖裝置是水果下落的速度減小，從而保證水果不會摔壞損傷。
四、本課題需要重點(diǎn)研究的關(guān)鍵的問題及解決的思路
4.1、本課題需要研究的難點(diǎn)問題解決的思路。
4.1.1主要出現(xiàn)的問題
1、從查閱的資料來看，所查到的現(xiàn)有的水果分級機(jī)械主要集中于大水果，如蘋果、橘子等較為規(guī)則且不易破損的，小型水果主要是紅棗、荔枝等表皮較為堅(jiān)硬的。而對于草莓、杏子、李子這類小而且較易破損的分級機(jī)械較少。
2、現(xiàn)有的水果分級裝置在分離時利用水果重力通過分級的機(jī)械部分。對于表皮較脆、較軟的水果，碰撞力將使水果產(chǎn)生傷害，不能保證水果的質(zhì)量。
3、現(xiàn)有的水果分級設(shè)備還存在運(yùn)轉(zhuǎn)時震動較大，震動產(chǎn)生的力也會損傷水果。
4.1.2、需要解決的難題
設(shè)計(jì)提出一種全新的研究方案，主要解決問題的思路：
本設(shè)計(jì)的主要矛盾是：對于表皮脆而軟的水果比表皮堅(jiān)硬的水果分離起來比較困難，因?yàn)橐紤]水果的損傷。本題是小型水果，小型水果主要有紅棗、杏子、草莓、李子、桂圓等。滿足杏子、草莓、李子這些易破損水果的分級要求，即可完成設(shè)計(jì)要求。主要難題有：
1、對水果通過分級機(jī)械部分的方式進(jìn)行改進(jìn)或添加緩沖裝置，減小碰撞力。
2、對動力傳動的方式加以改進(jìn)或通過其他方式減小機(jī)器自身的震動，從而避免在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中機(jī)械振動對水果造成的傷害。
3、完成水果通過分級的機(jī)械部分前的傳輸方式，使得水果以正確的姿態(tài)進(jìn)入分級部分。
4、實(shí)現(xiàn)水果分級的效能，完成機(jī)械傳動部分的設(shè)計(jì)。
五、 完成本課題需要的工作條件及解決的辦法
1、完成本課題所必須做的工作有利用學(xué)校圖書館及互聯(lián)網(wǎng)查閱大量資料。
2、了解各類小型水果的基本性質(zhì)。水果分級機(jī)械的結(jié)構(gòu)、原理等。
3、了解各種類型的水果分級機(jī)械特點(diǎn)。
4、關(guān)鍵問題可請求老師指導(dǎo)或通過同學(xué)討論，選擇適合水果分級機(jī)械的類型。
5、對擬定的水果分級機(jī)械的分級部分進(jìn)行設(shè)計(jì)、計(jì)算，利用Solidworks等繪圖軟件繪制出分級機(jī)械部分的零件圖，裝配圖，反復(fù)對設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行檢驗(yàn)、校核。
六、 完成本課題的工作方案及進(jìn)度計(jì)劃
工作方案：
1、設(shè)計(jì)并繪制出水果分級機(jī)械分級部分主要機(jī)體，確定機(jī)體的大概尺寸。
2、了解并調(diào)查水果的不同等級要求的果實(shí)大小。確定分級柵格的尺寸。
3、完成曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，選擇適當(dāng)?shù)姆胖眯问?。確定各部件的尺寸。
4、繪制出水果分級機(jī)械分級部分柵格分布，曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的布置位置。
5、設(shè)計(jì)出傳動機(jī)構(gòu)和變速箱。對其進(jìn)行計(jì)算，選出適當(dāng)?shù)膫鲃颖取?
6、繪制出傳動機(jī)構(gòu)的分布空間。
7、組裝裝配圖并生成三維立體模型，觀察效果并加以改進(jìn)。
8、反復(fù)休整與調(diào)試，達(dá)到最佳效果。
擬定工作進(jìn)度（以周為單位）：
第1周—第2周 通過查找文獻(xiàn)資料，了解小型水果的品種及特性。水果自動分級機(jī)械發(fā)展的國內(nèi)外現(xiàn)狀。
第3周—第5周 設(shè)計(jì)小型水果自動分級機(jī)機(jī)械部分的總體方案。
第6周—第9周 針對小型水果設(shè)計(jì)出自動分級機(jī)械部分：水果分級機(jī)構(gòu)、動力傳輸機(jī)構(gòu)、水果輸送機(jī)構(gòu)進(jìn)行具體設(shè)計(jì)。
第10周—第12周 撰寫設(shè)計(jì)說明書，對部分問題修改、調(diào)整。
第13周—第14周 整理資料準(zhǔn)備答辯。
七、 主要參考文獻(xiàn)
【1】白 菲，孟超英 水果自動分級技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展 食品科學(xué)
[J] 2005, Vol. 26, 增 刊 145頁
【2】吳德光 國外水果分級技術(shù)云南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報 [J]1992年6月 第7卷 第2期 110-114頁
【3】張志恒，胡文蘭 我國居民水果消費(fèi)的現(xiàn)狀、前景及其對策 中國果品研究 [J] 1996 No.4
【4】[1]張復(fù)宏. 中國水果的出口結(jié)構(gòu)分析及對策 農(nóng)業(yè)科技管理, [J] 2009,(8).
【5】張方明, 應(yīng)義斌。 水果分級機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)的研究和發(fā)展 [J]. 機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用,2004,(1):34-37.
【6】Miller B K, et al. Peach defect detection with machine vision[J].
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【7】李慶中, 汪懋華. 基于分形特征的水果缺陷快速識別方法 [J]. 中國圖像圖形學(xué)學(xué)報 2000,5(2):144-148.
【8】李慶中, 張漫, 汪懋華. 基于遺傳神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的蘋果顏色實(shí)時分級方法 [J]. 中國圖像圖形學(xué)學(xué)報 2000,5(9):779-784.
【9】籍保平,吳文才. 計(jì)算機(jī)視覺蘋果分級系統(tǒng) [J] .農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報 2000,31(6):118-121.
【10】何東健,楊青, 薛少平,等. 果實(shí)表面顏色計(jì)算機(jī)視覺分級技術(shù)研究
[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報,1998,14(3):202-205.
學(xué)生簽名 康 鵬 程
2012年10月5日
指導(dǎo)教師審閱意見
指導(dǎo)教師簽名
年 月 日
塔里木大學(xué)
畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)書
學(xué)院
機(jī)械電器化工程
班級
農(nóng)機(jī)13-班
學(xué)生姓名
康鵬程
學(xué)號
8031209104
課題名稱
一種小型水果自動分級機(jī)機(jī)械部分的設(shè)計(jì)
起止時間
2012年10月29日——2013年5月18日（周）
指導(dǎo)教師
肖愛玲
職稱
副教授
課題內(nèi)容：在對水果預(yù)處理時，首先要對水果進(jìn)行分級處理。分級的要求不僅要較為精確的分出果品的大小，還要使果品不受損傷，保證果品的質(zhì)量。本設(shè)計(jì)主要針對小型水果設(shè)計(jì)出自動分級機(jī)機(jī)械部分。主要包括：水果分級機(jī)構(gòu)、動力傳輸機(jī)構(gòu)、水果輸送機(jī)構(gòu)。
擬定工作進(jìn)度（以周為單位）：
第1周—第2周 通過查找文獻(xiàn)資料，了解小型水果的品種及特性。水果自動分級機(jī)械發(fā)展的國內(nèi)外現(xiàn)狀。
第3周—第5周 設(shè)計(jì)小型水果自動分級機(jī)機(jī)械部分的總體方案。
第6周—第9周 針對小型水果設(shè)計(jì)出自動分級機(jī)機(jī)械部分：水果分級機(jī)構(gòu)、動力傳輸機(jī)構(gòu)、水果輸送機(jī)構(gòu)進(jìn)行具體設(shè)計(jì)。
第10周—第12周 撰寫設(shè)計(jì)說明書，對部分問題修改、調(diào)整。
第13周—第14周 整理資料準(zhǔn)備答辯。
主要參考文獻(xiàn)：
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[11] 何東健, 楊 青, 薛少平,等. 果實(shí)表面顏色計(jì)算機(jī)視覺分級技術(shù)研究[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，1998,14(3).
[12] 楊可楨，程光蘊(yùn)，李仲生. 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M].第5版.北京：高等教育出版社，2006.5
[13] 單輝祖. 材料力學(xué)[M].第3版. 北京：高等教育出版社,2009.2
[14] 裘建新.機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書[M].第 5版.北京：高等教育出版社，2008.
[15] 陸鳳儀. 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.
任務(wù)下達(dá)人（簽字）
年 月 日
任務(wù)接受人意見
任務(wù)接受人簽名
年 月 日
注：1、此任務(wù)書由指導(dǎo)教師填寫，任務(wù)下達(dá)人為指導(dǎo)教師。
2、此任務(wù)書須在學(xué)生畢業(yè)實(shí)踐環(huán)節(jié)開始前一周下達(dá)給學(xué)生本人。
3、此任務(wù)書一式三份，一份留學(xué)院存檔，一份學(xué)生本人留存，一份指導(dǎo)教師留存。
外文翻譯資料
機(jī)電一體化技術(shù)及其應(yīng)用研究
1 機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展
機(jī)電一體化是機(jī)械、微、控制、機(jī)、信息處理等多學(xué)科的交叉融合，其發(fā)展和進(jìn)步有賴于相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，其主要發(fā)展方向有數(shù)字化、智能化、模塊化、化、人性化、微型化、集成化、帶源化和綠色化。
1.1 數(shù)字化
微控制器及其發(fā)展奠定了機(jī)電產(chǎn)品數(shù)字化的基礎(chǔ)，如不斷發(fā)展的數(shù)控機(jī)床和機(jī)器人；而計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的迅速崛起，為數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造鋪平了道路，如虛擬設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)集成制造等。數(shù)字化要求機(jī)電一體化產(chǎn)品的軟件具有高可靠性、易操作性、可維護(hù)性、自診斷能力以及友好人機(jī)界面。數(shù)字化的實(shí)現(xiàn)將便于遠(yuǎn)程操作、診斷和修復(fù)。
1.2 智能化
即要求機(jī)電產(chǎn)品有一定的智能,使它具有類似人的邏輯思考、判斷推理、自主決策等能力。例如在CNC數(shù)控機(jī)床上增加人機(jī)對話功能，設(shè)置智能I/O接口和智能工藝數(shù)據(jù)庫，會給使用、操作和維護(hù)帶來極大的方便。隨著模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、灰色、小波理論、混沌與分岔等人工智能技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，為機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展開辟了廣闊天地。
1.3 模塊化
由于機(jī)電一體化產(chǎn)品種類和生產(chǎn)廠家繁多，研制和開發(fā)具有標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械接口、動力接口、環(huán)境接口的機(jī)電一體化產(chǎn)品單元模塊是一項(xiàng)復(fù)雜而有前途的工作。如研制具有集減速、變頻調(diào)速電機(jī)一體的動力驅(qū)動單元；具有視覺、圖像處理、識別和測距等功能的電機(jī)一體控制單元等。這樣，在產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)時，可以利用這些標(biāo)準(zhǔn)模塊化單元迅速開發(fā)出新的產(chǎn)品。
1.4 網(wǎng)絡(luò)化
由于網(wǎng)絡(luò)的普及，基于網(wǎng)絡(luò)的各種遠(yuǎn)程控制和監(jiān)視技術(shù)方興未艾。而遠(yuǎn)程控制的終端設(shè)備本身就是機(jī)電一體化產(chǎn)品，現(xiàn)場總線和局域網(wǎng)技術(shù)使家用電器網(wǎng)絡(luò)化成為可能，利用家庭網(wǎng)絡(luò)把各種家用電器連接成以計(jì)算機(jī)為中心的計(jì)算機(jī)集成家用電器系統(tǒng)，使人們在家里可充分享受各種高技術(shù)帶來的好處，因此，機(jī)電一體化產(chǎn)品無疑應(yīng)朝網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。
1.5 人性化
機(jī)電一體化產(chǎn)品的最終使用對象是人，如何給機(jī)電一體化產(chǎn)品賦予人的智能、情感和人性顯得愈來愈重要，機(jī)電一體化產(chǎn)品除了完善的性能外，還要求在色彩、造型等方面與環(huán)境相協(xié)調(diào)，使用這些產(chǎn)品，對人來說還是一種享受，如家用機(jī)器人的最高境界就是人機(jī)一體化。
1.6 微型化
微型化是精細(xì)加工技術(shù)發(fā)展的必然，也是提高效率的需要。微機(jī)電系統(tǒng)(Micro Electronic Mechanical Systems，簡稱MEMS)是指可批量制作的，集微型機(jī)構(gòu)、微型傳感器、微型執(zhí)行器以及信號處理和控制電路，直至接口、通信和電源等于一體的微型器件或系統(tǒng)。自1986年美國斯坦福大學(xué)研制出第一個醫(yī)用微探針，1988年美國加州大學(xué)Berkeley分校研制出第一個微電機(jī)以來，國內(nèi)外在MEMS工藝、材料以及微觀機(jī)理方面取得了很大進(jìn)展，開發(fā)出各種MEMS器件和系統(tǒng)，如各種微型傳感器（壓力傳感器、微加速度計(jì)、微觸覺傳感器），各種微構(gòu)件（微膜、微粱、微探針、微連桿、微齒輪、微軸承、微泵、微彈簧以及微機(jī)器人等）。
1.7 集成化
集成化既包含各種技術(shù)的相互滲透、相互融合和各種產(chǎn)品不同結(jié)構(gòu)的優(yōu)化與復(fù)合，又包含在生產(chǎn)過程中同時處理加工、裝配、檢測、管理等多種工序。為了實(shí)現(xiàn)多品種、小批量生產(chǎn)的自動化與高效率，應(yīng)使系統(tǒng)具有更廣泛的柔性。首先可將系統(tǒng)分解為若干層次，使系統(tǒng)功能分散，并使各部分協(xié)調(diào)而又安全地運(yùn)轉(zhuǎn)，然后再通過軟、硬件將各個層次有機(jī)地聯(lián)系起來，使其性能最優(yōu)、功能最強(qiáng)。
1.8 帶源化
是指機(jī)電一體化產(chǎn)品自身帶有能源，如太陽能電池、燃料電池和大容量電池。由于在許多場合無法使用電能，因而對于運(yùn)動的機(jī)電一體化產(chǎn)品，自帶動力源具有獨(dú)特的好處。帶源化是機(jī)電一體化產(chǎn)品的發(fā)展方向之一。
1.9 綠色化
技術(shù)的發(fā)展給人們的生活帶來巨大變化，在物質(zhì)豐富的同時也帶來資源減少、生態(tài)環(huán)境惡化的后果。所以，人們呼喚保護(hù)環(huán)境，回歸，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，綠色產(chǎn)品概念在這種呼聲中應(yīng)運(yùn)而生。綠色產(chǎn)品是指低能耗、低材耗、低污染、舒適、協(xié)調(diào)而可再生利用的產(chǎn)品。在其設(shè)計(jì)、制造、使用和銷毀時應(yīng)符合環(huán)保和人類健康的要求，機(jī)電一體化產(chǎn)品的綠色化主要是指在其使用時不污染生態(tài)環(huán)境，產(chǎn)品壽命結(jié)束時，產(chǎn)品可分解和再生利用。
2 機(jī)電一體化技術(shù)在鋼鐵中應(yīng)用
在鋼鐵企業(yè)中，機(jī)電一體化系統(tǒng)是以微處理機(jī)為核心，把微機(jī)、工控機(jī)、數(shù)據(jù)通訊、顯示裝置、儀表等技術(shù)有機(jī)的結(jié)合起來，采用組裝合并方式，為實(shí)現(xiàn)工程大系統(tǒng)的綜合一體化創(chuàng)造有力條件，增強(qiáng)系統(tǒng)控制精度、質(zhì)量和可靠性。機(jī)電一體化技術(shù)在鋼鐵企業(yè)中主要應(yīng)用于以下幾個方面：
2.1 智能化控制技術(shù)(IC)
由于鋼鐵具有大型化、高速化和連續(xù)化的特點(diǎn)，傳統(tǒng)的控制技術(shù)遇到了難以克服的困難，因此非常有必要采用智能控制技術(shù)。智能控制技術(shù)主要包括專家系統(tǒng)、模糊控制和神經(jīng)等，智能控制技術(shù)廣泛于鋼鐵的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、控制、設(shè)備與產(chǎn)品質(zhì)量診斷等各個方面，如高爐控制系統(tǒng)、電爐和連鑄車間、軋鋼系統(tǒng)、煉鋼———連鑄———軋鋼綜合調(diào)度系統(tǒng)、冷連軋等。
2.2 分布式控制系統(tǒng)(ＤCS)
分布式控制系統(tǒng)采用一臺中央機(jī)指揮若干臺面向控制的現(xiàn)場測控計(jì)算機(jī)和智能控制單元。分布式控制系統(tǒng)可以是兩級的、三級的或更多級的。利用計(jì)算機(jī)對生產(chǎn)過程進(jìn)行集中監(jiān)視、操作、管理和分散控制。隨著測控技術(shù)的，分布式控制系統(tǒng)的功能越來越多。不僅可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程控制，而且還可以實(shí)現(xiàn)在線最優(yōu)化、生產(chǎn)過程實(shí)時調(diào)度、生產(chǎn)計(jì)劃統(tǒng)計(jì)管理功能，成為一種測、控、管一體化的綜合系統(tǒng)。ＤCS具有特點(diǎn)控制功能多樣化、操作簡便、系統(tǒng)可以擴(kuò)展、維護(hù)方便、可靠性高等特點(diǎn)。ＤCS是監(jiān)視集中控制分散，故障面小，而且系統(tǒng)具有連鎖保護(hù)功能，采用了系統(tǒng)故障人工手動控制操作措施，使系統(tǒng)可靠性高。分布式控制系統(tǒng)與集中型控制系統(tǒng)相比，其功能更強(qiáng)，具有更高的安全性。是當(dāng)前大型機(jī)電一體化系統(tǒng)的主要潮流。
2.3 開放式控制系統(tǒng)(OCS)
開放控制系統(tǒng)(Open Control System)是計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展所引出的新的結(jié)構(gòu)體系概念?！伴_放”意味著對一種標(biāo)準(zhǔn)的信息交換規(guī)程的共識和支持，按此標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)不同廠家產(chǎn)品的兼容和互換，且資源共享。開放控制系統(tǒng)通過工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)使各種控制設(shè)備、管理計(jì)算機(jī)互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)控制與經(jīng)營、管理、決策的集成，通過現(xiàn)場總線使現(xiàn)場儀表與控制室的控制設(shè)備互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)測量與控制一體化。
2.4 計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)
鋼鐵企業(yè)的CIMS是將人與生產(chǎn)經(jīng)營、生產(chǎn)管理以及過程控制連成一體，用以實(shí)現(xiàn)從原料進(jìn)廠，生產(chǎn)加工到產(chǎn)品發(fā)貨的整個生產(chǎn)過程全局和過程一體化控制。目前鋼鐵企業(yè)已基本實(shí)現(xiàn)了過程自動化，但這種“自動化孤島”式的單機(jī)自動化缺乏信息資源的共享和生產(chǎn)過程的統(tǒng)一管理，難以適應(yīng)鋼鐵生產(chǎn)的要求。未來鋼鐵企業(yè)競爭的焦點(diǎn)是多品種、小批量生產(chǎn)，質(zhì)優(yōu)價廉，及時交貨。為了提高生產(chǎn)率、節(jié)能降耗、減少人員及現(xiàn)有庫存，加速資金周轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)、經(jīng)營、管理整體優(yōu)化，關(guān)鍵就是加強(qiáng)管理，獲取必須的效益，提高了企業(yè)的競爭力。美國、日本等一些大型鋼鐵企業(yè)在20世紀(jì)80年代已廣泛實(shí)現(xiàn)CIMS化。
2.5 現(xiàn)場總線技術(shù)(ＦBT)
現(xiàn)場總線技術(shù)(Ｆieｄ Bus Technology)是連接設(shè)置在現(xiàn)場的儀表與設(shè)置在控制室內(nèi)的控制設(shè)備之間的數(shù)字式、雙向、多站通信鏈路。采用現(xiàn)場總線技術(shù)取代現(xiàn)行的信號傳輸技術(shù)(如4～20mA，ＤC直流傳輸)就能使更多的信息在智能化現(xiàn)場儀表裝置與更高一級的控制系統(tǒng)之間在共同的通信媒體上進(jìn)行雙向傳送。通過現(xiàn)場總線連接可省去66%或更多的現(xiàn)場信號連接導(dǎo)線?，F(xiàn)場總線的引入導(dǎo)致ＤCS的變革和新一代圍繞開放自動化系統(tǒng)的現(xiàn)場總線化儀表，如智能變送器、智能執(zhí)行器、現(xiàn)場總線化檢測儀表、現(xiàn)場總線化PLC(Programmable Logic Controller)和現(xiàn)場就地控制站等的發(fā)展。
2.6 交流傳動技術(shù)
傳動技術(shù)在鋼鐵工業(yè)中起作至關(guān)重要的作用。隨著電力技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展，交流調(diào)速技術(shù)的發(fā)展非常迅速。由于交流傳動的優(yōu)越性，電氣傳動技術(shù)在不久的將來由交流傳動全面取代直流傳動，數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，使復(fù)雜的矢量控制技術(shù)實(shí)用化得以實(shí)現(xiàn)，交流調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速性能已達(dá)到和超過直流調(diào)速水平?，F(xiàn)在無論大容量電機(jī)或中小容量電機(jī)都可以使用同步電機(jī)或異步電機(jī)實(shí)現(xiàn)可逆平滑調(diào)速。交流傳動系統(tǒng)在軋鋼生產(chǎn)中一出現(xiàn)就受到用戶的歡迎，應(yīng)用不斷擴(kuò)大。
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外文資料翻譯
Electromechanical integration technology and its application
An electromechanical integration technology development
Mechatronics is the machinery, micro-, control, aircraft, information processing, and other cross-disciplinary integration, and its development and progress depends on the progress of technology and development, the main direction of development of a digital, intelligent, modular, and human nature , miniaturization, integration, with source and green.
1.1 Digital
Microcontroller and the development of a number of mechanical and electrical products of the base, such as the continuous development of CNC machine tools and robots, and the rapid rise of the computer network for the digital design and manufacturing paved the way for, such as virtual design and computer integrated manufacturing. Digital request electromechanical integration software products with high reliability, easy operability, maintainability, self-diagnostic capabilities, and friendly man-machine interface. Digital will facilitate the realization of long-distance operation, diagnosis and repair.
Intelligent 1.2
Mechanical and electrical products that require a certain degree of intelligence, it is similar to the logical thinking, reasoning judgement, autonomous decision-making capabilities. For example, in the CNC machine increase interactive features, set up Intelligent I / O interface and intelligent database technology, will use, operation and maintenance of bring great convenience. With fuzzy control, neural network, gray, wavelet theory, chaos and bifurcation, such as artificial intelligence and technological progress and development and the development of mechanical and electrical integration technology has opened up a vast world.
Modular 1.3
As electromechanical integration products and manufacturers wide variety of research and development of a standard mechanical interface, dynamic interface, the environment interface modules electromechanical integration products is a complex and promising work. If the development is set to slow down. VVVF integrated motor drive unit with vision, image processing, identification and location of the motor functions, such as integrated control unit. Thus, in product development, design, we can use these standards modular unit quickly develop new products.
1.4 Network
As the popularity of the network, network-based remote control and monitoring of various technical ascendant. The remote control device itself is the integration of mechanical and electrical products, fieldbus technology to household appliances and LAN network possible, use a home network to connect various home appliances into a computer as the center of computer integrated appliances system, so that people in the home can be full enjoyment of the benefits of various high-tech, therefore, electromechanical integration products should be no doubt North Korea networks.
1.5 humanity
Electromechanical integration of the end-use product is targeted, how to give people electromechanical integration of intelligent products, emotion and humanity is becoming more and more important, electromechanical integration products in addition to improving performance, it also urged the color, shape and so on and environmental coordination, the use of these products, or for a person to enjoy, such as home robot is the highest state of human-machine integration.
1.6 miniaturization
Micro-fine processing technology is a necessity in the development, but also the need to improve efficiency. MEMS (Micro Electronic Mechanical Systems, or MEMS) refers to quantities can be produced by the micro-collection agencies, micro-sensors, micro actuators and signal processing and control circuit until interface, communication and power is one of the micro-devices or systems . Since 1986 the United States at Stanford University developed the first medical microprobe, 1988 at the University of California, Berkeley developed the first micro-motor, both at home and abroad in MEMS technology, materials and micro-mechanism much progress has been made, the development of all sorts MEMS devices and systems, such as the various micro-sensors (pressure sensors, micro-accelerometer, micro-tactile sensor), various micro-component (micro-film, micro-beam, microprobes, micro-link, micro-gear, micro-bearings, micro-pump , microcoil and micro-robot, etc.).
1.7 Integration
Integration includes a mutual penetration of various technologies, and integration of various products of different structural optimization and composite, and included in the production process at the same time processing, assembly, testing, management, and other processes. In order to achieve more variety, small batch production of automation and high efficiency, the system should have a more extensive flexible. First system can be divided into several levels, allowing the system to function dispersed, and security and coordination with other parts of the operation, and then through software and hardware at various levels will be organically linked to its optimal performance, the most powerful.
1.8 with source of
Electromechanical integration refers to the product itself with energy, such as solar cells, fuel cells and large-capacity battery. As on many occasions not be able to use electricity, which campaigns for the mechanical and electrical integration products, has a unique power source comes with the benefits. Sources with the integration of mechanical and electrical product development direction of.
Green 1.9
The development of technology in people's lives brought great changes in the material at the same time has also brought rich resources, deterioration of the ecological environment consequences. Therefore, people calling for the protection of the environment, regression, and achieving sustainable development in the concept of green products such calls have emerged. Green products is low-power, low-wood consumption, clean, comfortable, coordination and utilization of renewable products. In its design, manufacture, use and destruction of human beings should be in line with environmental protection and health requirements, electromechanical integration of green products is mainly refers to the use of time is not pollute the ecological environment, at the end of product life, and regeneration of decomposition products.
2 electromechanical integration in the application of technology in the iron and steel
In the iron and steel enterprises, the integration of mechanical and electrical systems are at the core microprocessor, the computer, industrial computer, data communications, display devices, meters and the combination of technologies such as organic, assembled by the merger means for the realization of a large-scale integrated system create conditions for effective integration, enhanced system control precision, quality and reliability. Electromechanical integration technology in the iron and steel enterprises in the mainly used in the following areas:
2.1 Intelligent Control Technology (IC)
As a large-scale iron and steel, high-speed continuous and the characteristics of the traditional control technologies encountered insurmountable difficulties, it is necessary to adopt very intelligent control technology. Control technologies include intelligent expert system, neural and fuzzy control, intelligent control techniques in steel product design, manufacturing, control, product quality and diagnostic equipment, and other aspects, such as blast furnace control system, electric furnace and continuous casting plant, steel rolling system , steelmaking - Casting integrated scheduling system - rolling, cold rolling, etc..
2.2 Distributed Control System (DCS)
Distributed control system uses a central command for the control of a number of Taiwan-site monitoring and intelligent computer control unit. Distributed control systems can be two, three or more levels. Using computers to concentrate on the production process monitoring, operation, management and decentralized control. With monitoring and control technologies, and the functions of distributed control system more and more. Not only can be achieved control of the production process, but also can be achieved online optimization, the production process real-time scheduling, production planning statistical management functions, as a measurement, control, integration of the integrated system. DCS control functions with diverse features and easy operation, the system can be extended, easy maintenance and high reliability characteristics. DCS is decentralized and centralized control monitoring, fault-minor, and the system has the chain protection features, the use of manual control system failure operational measures, the system is highly reliable. Distributed control system and centralized control system compared to their more functional, with a higher level of security. Is the large-scale integration of mechanical and electrical systems main trend.
2.3 Open Control System (OCS)
Open Control System (Open Control System) is the development of computer technology led by the new structure concept. "Open" means a standard for the exchange of information in order consensus and support this standard design systems, different manufacturers products can be compatible and interoperable, and the sharing of resources. Industrial control systems through open communication network so that all control equipment, management, computer interconnections, to achieve control and management, administration, integrated decision-making, through fieldbus to the scene and control room instrumentation control equipment interconnected to achieve integrated measurement and control of.
2.4 Computer Integrated Manufacturing System (CIMS)
CIMS is the iron and steel enterprises will be and the production and operation, production management and process control connecting to achieve from raw materials into the plant, production and processing of shipments to the entire production process and the overall integration process control. Currently iron and steel enterprises have basically achieved process automation, but this kind of "automated island" of single automation lack of information resources and the sharing of the unified management of the production process, can hardly meet the requirements of the iron and steel production. Future competition iron and steel enterprises is the focus of many varieties, small batch production, cheap and of good quality, timely delivery of goods. In order to improve productivity, saving energy, reducing staff and the existing inventory, accelerate cash flow, production, operation and management of the overall optimization, the key is to strengthen the management, access to the benefits of raising the competitiveness of businesses. The United States, Japan and some other large-scale iron and steel enterprises in the 1980s has been widely realization of CIMS.
2.5 Fieldbus Technology (FBT)
Fieldbus Technology (Fied Bus Technology) is the connection settings in the field of instrumentation installed in the control room and control devices for digital, bi-directional, multi-station communication link. Fieldbus technology used to replace the existing signal transmission technology (such as 4 to 20 mA, DC DC transmission), it will enable more information in the field of Intelligent Instrumentation devices and higher-level control system in the joint between the communications media on the two-way transmission. Fieldbus connection can be through save 66% or more on-site signal connecting wires. Fieldbus lead to the introduction of the reform and the new generation of DCS around open fieldbus automation system of instruments, such as intelligent transmitter, intelligent, fieldbus detection instruments, fieldbus of PLC (Programmable Logic Controller) local control stations and field development.
2.6 AC drive technology
Transmission technology in the iron and steel industry plays a crucial role. With power technology and the development of microelectronics technology, the development of AC variable speed very quickly. The AC drive to the advantages of electric drive technology in the near future from AC drive completely replace DC transmission, the development of digital technology, complex vector control technologies to achieve practical, AC variable speed system speed and performance has reached more than DC converter level. Now whether small or large-capacity electrical motor capacity synchronous motor can be used to achieve reversible induction motor or smoothing governor. AC drive system in the production of steel rolling emerged as a welcome users, applications continues to expand.
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