机械原理的定义范文

导语：如何才能写好一篇机械原理的定义，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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关键词：医院；固定资产；管理；探析

一、医院有关固定资产会计制度的改革

公立医院作为特殊的事业单位，在会计核算上一直遵守的就是《医院会计制度》。而在我国过去实行的《医院会计制度》中，对固定资产的处理方法是：借记“专用基金——修购基金”贷记“银行存款”或者“应收账款”等，同时借记“固定资产”贷记“固定基金”。对固定资产不计提折旧，而是计提修购基金——借记“医疗或药品支出”，贷记“专用基金—修购基金。”也就是说，对于固定资产的折旧的计提根本不存在，其账面上的数值反映的永远是固定资产的初始成本。这无疑会产生资产或是成本的虚增。而无论是资产的虚增还是成本的虚增，都会使医院的资产负债表有水分，不能完整准确的反应医院的经营状况，其次资产负债率也不准确，报表使用者就不能很好的掌握医院的实际情况。

针对这种情况，在我国2012年的新《医院会计制度》中，取消了“固定基金”和“修购基金”科目，增加了固定资产的“累计折旧”以及“固定资产清理”科目进行核算——公立医院在按月提取固定资产的折旧时，借记“待冲基金”科目、“医疗业务成本”、“管理费用”等科目，按照应该计提的数额，贷记“累计折旧” 科目；而在出售、报废、毁损的固定资产时，按照固定资产的账面原值减去待处理的固定资产尚未冲减完毕的待冲基金，得出的金额，借记“固定资产清理”科目，按照已提取的折旧，借记“累计折旧”科目，按照相关待冲基金余额，借记 “待冲基金”科目，按照固定资产的账面余额，贷记“固定资产”科目。这样一来，便使得医院固定资产的核算进一步趋于正规化和合理化。

二、以往医院固定资产会计制度的弊端

（一）造成医院报表上净资产的虚增

在我国过去的《医院会计制度》中，有关固定资产的折旧及清理，并不冲减固定基金。期间，除非融资租赁，否则直到固定资产报废清理完毕之前，账面上固定资产和固定基金应相等，即始终保持原始价值不变。在对固定资产、固定基金和修购基金进行账务处理时，采取这种方案显然是不合理的。因为在提取修购基金时，并没有设置“累计折旧”会计科目，也就不可以明确的反映固定资产的净残值，从而引起医院资产和净资产虚增。导致会计信息无法真实反映固定资产的净值，不利于对固定资产的管理。

（二）造成医院报表上成本的虚增

在从前的《医院会计制度》中，固定资产的修购基金的计提是由医院收入和结余决定的，而固定资产的价值对其并不产生影响。在实际操作时，许多医院会钻《医院会计制度》中没有明确规定列支方法的空子——当有大量的资本性支出出现时，便直接从修购基金中列支，有的医院甚至直接将其列入当期成本。随后再根据固定资产原值计提修购基金。可以看出，当采取这种方法进行核算时，势必会造成支出的增加，是成本的虚增一种表现形式。

三、医院财务会计制度改革与固定资产管理的协调意义

（一）有利于完善医院固定资产会计信息的真实性，有利于社会对医院的监督

在过去的会计制度下，修购基金作为一种专用基金，当余额不足时，是不允许再购入固定资产的，是绝对不可以出现负数的。但是，随着市场经济的发展，医院对于先进设备的需求又促使众多医院以身犯险，在修购基金无法满足需求时，仍继续购买，只是在账面上不在作出改变。这样一来，明显违背了财务准则的要求，出现了账实不符，会计信息失真的现象。而在新医院会计准则下，取消了对于“修购基金”的账户设置。而是采取了与工业上类似的固定资产折旧法，在固定资产使用年限内，通过“累计折旧”科目进行定期计提折旧。做到账实相符，确保会计信息的真实性和可用性。

（二）有利于加强医院对固定资产的管理，节省资金，创造效益

在旧医院会计准则下，医院对于固定资产的管理是比较混乱的。许多医院都出现了过度重视固定资产购置、轻视固定资产管理的现象。长期以来，我国的公立医院固定资产的管理处于一种不严格的状态，账户设置不合理、不科学，且对于固定资产缺乏有效的监控。固定资产的购置呈现较大随意性和盲目性。由于不计提折旧，又导致固定资产的重复购置以及过度购置的情况，造成了资金的大量浪费。新医院会计准则的修改，充分考虑了这一方面，并加以规定和控制。明确规定了固定资产购置后的管理方法和处理方式，有效的节省了资金，为医院创造效益。

四、对进一步完善医院固定资产财务会计制度的建议

（一）增加固定资产减值核算

虽然现行的医院会计制度已经很大程度上的改善了我国公立医院固定资产的购置和管理，但是有部分的内容可以进一步的修改完善。可以借鉴会计制度的谨慎性原则，增加“固定资产减值准备”科目，根据账面净值与市价孰低法，确定固定资产的即时价值，并对差额计提减值准备。这样一来，既可以清晰的反应固定资产的真实价值，又可以有效的避免医院的经营风险。

（二）对某些小额使用期短的固定资产列入低值易耗品核算

固定资产占医院资产的比例较大，是医院财务会计核算的重点。固定资产的管理亦显得尤为重要。但由于医院的特殊性，医院使用的固定资产种类、数量也是极庞大的。管理起来自然有些难度。鉴于这点，可以考虑适当的将使用期短，且金额较小的固定资产作为低值易耗品处理。这样可以有效的减少会计人员的工作量，管理起来也方便许多。

在公立医院的《医院会计准则》修改的道路上，我们能做的还有很多。不断的完善和实践固定资产的管理，是我们每个人的责任和义务。认真负责的管理和处置固定资产，不仅可以真实的反应医院固定资产的价值和规模，还可以使报表使用人更好的利用报表做出相应的决策。

参考文献：

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关键词：有限元 机械工程 应用 前言

有限元方法诞生于20世纪中叶，随着计算机技术和计算方法的发展，已成为计算力学和计算工程领域里最为有效的计算方法。许多工程分析问题，如固体力学中的位移场和应力场分析、电磁学中的电磁场分析、振动特性分析、热学中的温度场分析、流体力学的流场分析等，都可归结为在给定边界条件下求解其控制方程的问题。有限元技术的出现为机械工程结构的设计、制造提供了强有力的工具，它可以解决许多以往手工计算根本无法解决的问题，为企业带来巨大的经济效益和社会效益。在现代机械工业中要设计生产出性能优越、可靠的机械产品，不应用计算及进行辅助设计分析是根本无法实现的，因此目前各生产设计部门都非常重视在设计制造过程中采用先进的计算机技术。 有限元法简介

有限元法最早是人们在研究固体力学的时候应运而生的，早在七八十年前，就有一些美国人在结构矩阵的分析方面有了一些研究发现，随后就有人研究出了钢架位移的方法，并将其推广应用到了弹性力学平面的分析当中，也就是把一些连续的整体划分为矩形和三角形，再将这些小的单元中的位移函数用近似的方法表达出来。后来，随着科学技术的不断发展，计算机的水平也有了很大的提高，有限元法也就相应的发展起来了，因为有限元法在产品的设计和研发的过程中起到了相当大的作用，所以有限元软件越来越受到相关专业人士的喜爱，而其在机械设计中的应用也是非常广泛的。

3.有限元法在机械工程中的应用

近年来，国内外许多学者对机械零部件的有限元分析进行了大量的研究，归纳起来主要是以下几个方面：

（1）静力学分析。当作用在结构上的载荷不随时间变化或随时间的变化十分缓慢，应进行静力学分析。这是对机械结构受力后的应力、应变和变形的分析，是有限元法在机械工程中最基本、最常用的分析类型。

（2）动力学分析。机械零部件在工作时不仅受到静载荷作用，当外界有与其固有频率相近的激励时，还会引起共振，严重破坏结构从而引起失效。故零部件在结构设计时，对复杂结构，在满足静态刚度要求条件下，要检验动态刚度。

（3）热应力分析。这类分析用于研究结构的工作温度不等于安装温度时或工作时结构内部存在温度分布时，结构内部的温度应力。

（4）接触分析。接触分析用于分析两个结构物发生接触时的接触面状态、法向力等。由于机械结构中结构与结构间力的传递均是通过接触来实现的，所以有限元法在机械结构中的应用很多都是接触分析。这是一种非线性分析，以前受计算能力的制约，接触分析应用的较少。

（5）屈曲分析。这是一种几何非线性分析，用于确定结构开始变得不稳定时的临界载荷和屈曲模态形状，例如压杆稳定性问题。

5.有限元法的设计过程

5.1 模型简化

将模型中的一些对整体的分析结果不会产生影响的部分去掉，例如，产品结构中的倒角、圆角等，因为有这些因素存在会影响单元格划分的质量，以及增加大量的运算量，使结果计算时不易收敛。本例中，我们以一个由内衬套，外衬套和天然橡胶构成的橡胶衬套为例，分析其在径向受载时，橡胶的形变状况，内衬套固定，在径向没有孔的方向加载荷，载荷大小为5 000 N，加载速度为5 mm/min。

5.2定义材料特性

给构成模型的各部分以材料参数，如对于各向同性材料我们只需定义其杨氏模量，泊松比就可以了（这类材料一般为金属材料）;对于非线形变化的材料需将材料的拉伸或压缩的应力应变曲线输入到计算机，然后通过拟合得到相关的系数再赋予模型的不同部分。

5.3 载荷状况（工况）定义

至边界条件定义完成后，模型的基本的受力，位移及材料都已经定义完成了，接下来需要定义工况（load case），主要目的是选择前面已经定义好的边界条件，载荷条件等，还需定义收敛的方法。例如全牛顿-拉弗森法等一些极限收敛的准则。本例中采用的是修正的牛顿-拉弗森法.总的运算时间为0.6秒，叠加次数30步。

5.4 作业定义

将已经定义好的工况选择到作业中，对于更复杂的模型，可能还需要定义初始载荷等。本例中没有初始载荷的定义，在作业定义中还需选择分析操作的类型和分析结果。本例中输出的结果为应力，柯西应力以及等效的柯西应力等，分析类型为平面应变分析。

5.5 单元类型定义

定义完作业后需要进行单元类型定义，因为在该软件中，不同类型的结构对应着不同类型的单元类型及输出结果。本例采用了单元类型为80的用于平面应变分析的四边形单元。

6.有限元技术发展趋势

有限元法最初应用在求解结构的平面问题，发展至今已由二维问题扩展到三维问题、板壳问题，由单一物理场的求解扩展到多物理场的耦合，由静力学问题扩展到动力学问题、稳定性问题，由结构力学扩展到流体力学、电磁学、传热学等学科，由线性问题扩展到非线性问题，由弹性材料扩展到弹塑性、塑性、黏弹性、黏塑性和复合材料，从航空技术领域扩展到航天、土木建筑、机械制造、水利工程、造船、电子技术及原子能等，其应用的深度广度都得到了极大的拓展。有限元法的发展过程是与计算机技术的发展紧密相联的。只有计机技术高度发展以后，有限元法才得到广泛的应用。一个复杂的问题的求解，过去用小型机花费几天才能得到结果，现在用PC机几个小时就能完成同样的工作。商业有限元软件也由只能在大中型计算机上使用，转入到多数都能在PC平台上运行。可以预期，随着计算机技术的进一步发展，有限元法的应用还将进一步扩大，并将成为工程技术中更重要、更有力的数值计算工具。

7.结束语

有限元的应用大大提高了企业的设计效率，优化了设计方案，缩短了产品的开发周期。越来越多的企业和技术人员意识到CAE技术是一种巨大是生产力。可以预见，不久的将来，有限元法的应用，必将更加普及，将会有更大的突破必将推动了科技进步和社会发展，并且会取得巨大的经济效益。

参考文献：

[1]王勖成，邵敏.有限单元法基本原理和数值方法[M].清华大学出版社，1997

[2]赵松年，佟杰新，卢秀春.现代设计方法[M].北京：机械工业出版社，1996

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唯物辩证法量变质变关系原理要求我们坚持适度原则。当我们需要保持事物性质的稳定时，就必须把量变控制在一定的限度内，注意分寸和火候。初中物理教学中，鉴于学生的生理、心理特点和认知水平，对一些概念、规律、公式、原理、实验等不能讲得过深，要恰到好处。以概念教学为例，质量与物体惯性大小有关，与运动有着非常密切的关系，按说从这些关系中分析更能透彻地理解它，但由于学生已有知识的局限，这里只能依据教材去理解，只能将质量理解为“物质的量的量度”，因为课本对质量的定义是“物体里所含物质的多少叫做质量”。再如电压，从本质上讲属于“功”和“能”的范畴，定义电压，不能用电势差等超出学生认识范围的知识去说明，也不能引入电做功等学生陌生的知识。正确的处理方式是：分散讲解，类比分析，注重分寸，循序掌握。首先，突出电压特征，说明电压是迫使自由电荷定向移动形成电流的原因；其次，从功和能的角度阐述电压实质，指出电流做功和水流相似，电压越大，在相同的时间内，电流越大做功越多。这既揭示了电压的本质含义，又使学生较容易地掌握了该概念，为学好电学打好基础。

二、要坚持具体问题具体分析原则

唯物辩证法认为，矛盾有特殊性。这一原理要求我们想问题、办事情要做到具体问题具体分析。初中物理教学中，要注意区分同一物理现象在不同条件下的特点；运用不同的方法解决不同条件下的问题。例如，在教学“压强”时，就有必要把液体的压强同气体、固体的压强进行比较，引导学生掌握静止液体内部压强的特点：液体内部各方向都有压强；液体内部压强随深度增加而增大；同一深度各方向压强相等；压强与液体密度有关。再如，功的原理：人们使用任何机械所做的功都等于不使用机械而直接用手做的功；使用任何机械都不省功；使用任何机械时动力对机械所做的功一定等于机械克服阻力所做的功。教学中对此要做具体分析：第一种表述适用于不计摩擦和机械本身重力的理想情况；第二种表述适用于一般情况；第三种表述是第二种表述的另一种方式，但略有不同，更能反映“使用机械不能省功”的道理。在具体解决问题的过程中，对不同情况宜用不同方法，对上述理想情况，直接用功的原理解决；对非理想情况可借助机械效率求解。

三、要坚持实事求是原则

规律具有客观性，所以我们要按客观规律办事，坚持实事求是的原则。例如，在物理实验教学中，要培养学生实事求是的作风。实验是人为的，既是客观存在，又具近似性，会产生误差。实验者应承认客观事实，不允许拼凑数据，制造假象，应认真分析误差，重做实验，使结果更准确。再如物理规律的教学，要引导学生在温故知新中寻求物理规律的事实依据，掌握物理规律的探究方法；让学生理解规律的物理意义，明确规律的适用条件和范围；引导学生研究规律与相关知识的关系，用所学规律解释物理现象，解决实际问题。例如，在学习电压、电阻的基础上引出欧姆定律：I＝U／R，其物理意义是：电流的强弱取决于加在导体两端的电压大小和导体本身的电阻大小，即某段电路中的电流大小，与其两端的电压成正比，与电阻成反比。其适用范围和条件是：适用于金属导体，不适用于气体导体和高电压的液体导体，也不适用于含源电路或含有非线性元件的电路，I、U、R必须是同段电路上的三个物理量。

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【关键词】机械设计；设计创新；创新方法

引言

科技的发展和进步离不开创新精神，在机械设计领域同样如此。文章对现代机械的特点进行了介绍，并对国内机械设计的创新方法进行了深入细致的分析和探讨，希望能够起到一定的参考借鉴作用。

一、机械自动化的定义

对于现代机械的定义，因为研讨的视点不一样，进而给出不一样的定义。例如美国机械工程师协会，在1984 年将其定义为：“现代机械就是经过计算机信息网络和谐与控制的机械和（或）机电部件彼此联系的体系，该体系可以完结机械力、运动和能量流等动力学任务”。而世界机器与组织理论联合会将现代机械定义为：机电一体化是精细机械工程、电子控制和体系思维在产品设计和制造过程中的协同联系。

二、现代机械特点

1、性能较高结构简单

与传统机械不同的是，现代机械具有较高的性能，其结构也越来越简单，功能变更更加容易、方便。随着技术的发展，设计方法变得多样化，作为设计人员，可以将多种技术进行融合，最终实现现代机械的综合利用。并通过不同的角度和切入点，使现代机械具有更加科学合理的结构，顺应时展的需求。

2、成本降低效率提高

现代机械的成本大幅度降低，因此能够获得更多的效益，节省人力、物力、财力。同时现代机械的效率也获得提高，缩短了工作时间。对于工作成果的展示更加清晰和明确，使现代机械使用人员对于工作成果可以进行较为直观的理解和感受。在产品质量上也获得提高，工作整体质量得以提升。

三、现代机械设计方法概论

1、现代机械设计创新理论

现代机械创新设计是一种实践活动，以理论知识和实践知识为基础，充分发挥设计者的想象力和创造力，合理运用已有的科技成果和技术手段，使得设计出来的产品更加具有实用性、创造性。现代机械设计已成为一个庞大的学科，种类和结构日益复杂，功能更加多样化。机械设计创新理论是指在机械设计学理论的基础上，联系并紧密结合认识哲学、认识科学、思维科学、设计方法学、发明学、创造学等相关学科中的有益成分，凝结设计人员的聪明才智，并且运用系统科学、信息科学、计算机技术等技术手段，融合美学原理，设计出对国家经济发展和社会进步有价值的产品。

2、机械设计创新内涵

机械设计创新可以通过多种方式实现，较为常用的是提高机械产品的性能以及优化产品的技术特性，如适应性、可靠性、经济性等指标。此外，也可以设计全新的机械产品来实现创新。随着社会的发展，科技的进步，旧的设计思维和设计方式已不能适应现代设计的需求，机械设计需要具有独创性、实用性、突破性和联动性。独创性，即打破传统的设计模式和设计理念，采用科学合理的全新的方案和组合。实用性，即机械设计的创新应具有针对性，满足市场的需求，具有合理的功能，易于生产，使用方便。突破性，即转变原有的思维方式，不局限于机械设计领域自身，而是扩展到其他领域，并从中获取灵感，为机械设计提出新的原理，开拓新的局面。

3、开展现代机械设计创新的意义

现代机械设计创新的研究成果，运用到生产实际将带来巨大的经济效益和社会效益，同时其具有的学术价值更是不容忽视的，对于机械设计行业的可持续发展具有非常重要的意义，是其发展的根本动力。机械设计产品所体现出来的并不仅仅是科学技术的运用与实现，更是设计者思维方式的反映。设计者在进行机械设计的过程中，其思维方式也不断地获得提高。同样设计者的思维方式融入到产品的设计中，使产品更加具有人性化的特征。在两者的相互作用下，使得机械设计作品更具实用性和可操作性，向着集约化、自动化、智能化的方向发展。现代化的创新力量不断涌入，必将促进机械设计的发展，使机械产品更加充满生机和活力。

四、国内外机械设计创新的方法研究

1、国内机械设计创新方法

随着经济的发展和科学技术的进步，对于机械产品无论从质量上还是从精度上都有了更高的要求，机械设计领域也产生了重大的突破，取得了令人瞩目的成果。先进的设计理论和设计方法不断涌现，在传统机械设计方法的基础上获得了进展。机械设计是十分复杂的过程，涉及到的知识和理论也非常复杂，在设计过程中会遇到各种各样的问题，然而在我国的科研工作者和机械设计人员坚持不懈的努力下，丰富了机械设计的理论，积累了宝贵的实践经验，对于机械设计中出现的问题，已经能够很好地进行解决。高科技及先进理论的引进使设计过程得以简化，为机械设计的发展作出重要的贡献。当前，计算机辅助设计、系统化设计、局部或全局性设计等创新方法已获得广泛的应用。

2、国外机械设计创新方法

相对于国内的机械设计创新，国外的创新研究开始的较早，并取得了一定的研究成果，目前应用得较为广泛有以下三种。普适设计理论是在传统设计方法的基础上发展起来的，起源于德国，通过将现有设计方法进行总结和规范，形成具体的设计规则模型，根据既有的经验，设计和构建能量的输出和输入环节，进而将机械设计的功能结构具体化。公理化设计理论方法则是在决策的基础上发展起来的，起源于美国，使科学决策和系统理论相结合，与普世理论相同的是，功利化设计方法同样注重于经验的积累，最终形成以法律公则和科学方法为基础的创新方法。公理化设计理论的优势在于能够优化和完善较为复杂的机械设计，其设计效果也比较令人满意。三次设计法理论主要包括系统设计、参数设计、容差设计几个方面，起源于日本，近几年获得了较为广泛的应用。这种方法是目前较为先进的设计方法，准确率和效率都有所提高，机械设计的整个过程可以很快的完成，充分体现了高质、高效、方便、快捷的特性。

3、培养机械创新设计思维

在进行机械设计的过程中，创新思维方式的培养非常重要。这是因为机械创新设计是极具创造性的工作，作为设计人员，在提高自身知识水平和能力的同时，培养具有创新精神的思维方式尤为重要。对于机械设计工作应以全新的视角来看待，突破传统的设计方法和思维模式，广开新思路，探索新方法、新技巧，运用先进设计手段，使原有的设计更加完善或者创造出全新的设计作品。

结束语

与传统的机械设计相比，现代机械设计具有自身设计新理念和新思路。而现代机械设计离不开创新思维，创新思维是社会发展的源泉，是现代机械设计中重要的组成部分。机械设计人员只有树立创新思维的理念，并结合自身丰富的实践经验和扎实的理论知识，同时充分利用现代计算机技术的优势，发挥主观能动性，才能够设计出满足人们对于产品越来越高的要求，从而促进我国现代机械设计发展。

参考文献

[1]许鸿艳.讨论现代机械设计的方法及研究进展[J].湖南农机，2013，40（5）：55-57.

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【关键词】Flash;ActionScript;模拟课件;机械教学

【中图分类号】G40-057 【文献标识码】B 【论文编号】1009―8097(2009)08―0093―05

随着现代教育技术的发展,采用计算机来制作模拟实验在教学中的应用越来越广泛,特别是在学校实验条件不足、实验器材缺少的情况下,采用计算机模拟部分教学实验具有简单、快捷、成本低廉等特点。而在这类实验教学模拟课件中,模拟的关键在于与现实环境的相互一致性,即能精确模拟或再现现实环境条件下的实验过程。例如,在学校机械类课程的教学中,教学课件不仅要能实现较精确的模拟运动,还要能够让课件具有一定的交互性和仿真性。然而早期的教学用模拟课件一般采用简单的逐帧运动模拟,不能完全反映真实情况下的机械运动效果。为此,本文采用Flash ActionScript脚本程序结合实例详细介绍了平面曲柄滑块机构教学模拟课件和2K-H型周转轮系教学模拟课件的制作过程,并和传统Flash模拟机械课件作分析比较,指出Flash ActionScript技术在制作机械类教学课件中的优越性,以期起到抛砖引玉的作用。

一 传统Flash模拟平面曲柄滑块机构运动模拟课件的制作方法

传统Flash机械教学课件是利用逐帧动画的原理,近似地来模拟机构的运动,并辅以简单的控制,如暂停、播放等。平面曲柄滑块的传统Flash模拟教学课件的制作过程如下:

创建各杆件及滑块的图形元件,并按相应位置分别放置在Flash主场景中不同的层上,采用补间动画形式建立动画,曲柄元件在总帧内旋转一周,逐帧调整连杆元件及滑块元件的位置和转角使其对应,在action层的最后帧加gotoAndPlay(2)返回第二帧,形成连续的运动机构模型(图1),生成的swf动画模型文件体积约为3KB。其相应元件的对应关系是通过鼠标或键盘方向键调整,类似杆件设计的几何作图法,存在一定人为操作的误差,所以该方法仅是机构运动的简单模拟,且运动情况单一,作为机械教学模拟课件适用范围略显不足。

二 基于Flash ActionScript的平面曲柄滑块机构教学模拟课件的研制

基于Flash ActionScript的动画模拟是利用ActionScript脚本语言结合Flash软件本身绘制矢量图的优势来制作。类似杆件设计的解析法,制作上述平面曲柄滑块机构的教学模拟课件必须要了解其运动的规律。若杆AB为曲柄,长度为l1,BC为连杆,长度为l2,C1、C2为滑块极限位置, H为滑块的行程,e为偏距(图2)。根据机构运动的原理[1],当曲柄AB匀速转动,各节点、滑块及角度 和 之间有如下关系:

A点的坐标为 ,则

B点的坐标为;

C点的坐标为 , ;

C1点的坐标为 , ;

C2点的坐标为 , ;

行程 ;

角度 和 之间关系有;

滑块的坐标即为点C的坐标;

为保证运动可行性,两杆长度还必须有 的关系。

根据以上关系,设计出平面曲柄滑块机构的动画模型,可以根据输入不同的曲柄和连杆的长度和偏距来观察机构不同的运动变化情况,并显示不同状态下滑块的行程,且曲柄的转速可调。其制作过程如下:

在Flash中分别创建一个小圆点(节点)的影片剪辑元件和滑块影片剪辑元件,放置在Flash主场景中并分别命名为“da”和“hk”;绘制4个输入文本框和1个动态文本框,分别定义为“sd”、“qb”、“lg” 、“pxj”和“H”,表示输入的速度值、曲柄长度值、连杆长度值和显示行程的值;点A、B、C、C1和C2的坐标分别表示为“xa”、“ya”、“xb”、“yb”、“xc”、“yc”、“xc1”、“yc1”和“xc2”、“yc2”;Flash公用库中引入3个按钮,分别用于确认输入数值和控制运动的播放(命名为“anp”)和暂停(命名为“ans”)(图3)。注意Flash中的y坐标轴正向向下,具体ActionScript程序如下:

主场景第一帧上的程序:

this.anp._visible = 0;//隐藏播放按钮

this.ans._visible = 1;//显示暂停按钮

this.jg._visible=0;//隐藏输入警告

xa = this.da._x;

ya = this.da._y;//将xa和ya表示为点A的坐标值

i = 90;//定义曲柄初始角度

v = 5;//定义曲柄初始转速

l1 = 100;//定义曲柄初始长度,用l1表示

l2 = 200;//定义连杆初始长度,用l2表示

e=0;//定义偏距初始值,用e表示

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

//定义点B的初始位置

xb = this.db._x;

yb = this.db._y;//将xb和yb表示为点B的坐标值

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

this.dc1._alpha = 50;//改变点C1的透明度为50%

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

this.dc1._y = ya+e;

//定义点C1的初始位置

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

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

this.dc2._y = ya+e;

//定义点C2的初始位置

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

//将H表示为行程并显示在文本框H中

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

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

this.dc._y = ya;//定义点C的初始位置

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

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

//定义滑块的初始位置,即为点C的位置

this.pj._y = ya+e;

主场景第二帧上的程序:

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;

//将H表示为行程并显示在文本框H中(保留两位小数)

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);//绘制曲柄和连杆

this.db._x = xb;

this.db._y = yb;

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

i = i+v;

主场景第三帧上的程序:

gan.clear();

gotoAndPlay(2);

按钮上的ActionScript程序如下:

输入确定按钮

on (release, keyPress "") {

//将文本框中输入的数值赋给对应的值

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;

}

}

播放按钮

on (release) {

play();

this.anp._visible = 0;

this.ans._visible = 1;

}

暂停按钮

on (release) {

stop();

this.anp._visible = 1;

this.ans._visible = 0;

}

制作成的教学模拟课件如图3 所示,生成的swf动画文件体积约为8KB。该模拟课件可以显示机构在不同条件下的运动情况,如正反转和急回特性等,运动较为精确,课件具有一定的可调节性,如各杆长度、偏距、速度等可自行输入,比传统Flash模拟的平面曲柄滑块机构课件有了更好的交互性能,更有利于其作为教学模拟课件的应用。

三 基于Flash ActionScript的2K-H型周转轮系模拟课件的研制

周转轮系的传动比问题一直是学生在学习机械基础课程的难点,很多学生不能在思想上形成最初的机构模型。若采用传统Flash模拟动画制作该教学模拟课件,其中包括行星轮系和差动轮系,至少需要制作两个课件,而采用ActionScript程序,则仅用一个教学模拟课件就可以实现包括周转轮系的转化等这部分知识在内的教学需要。

制作这样的教学模拟课件,同样必须先了解该机构的运动规律。图4是最常见的2K-H型周转轮系,根据周转轮系的转化原理[1],各个参数之间有如下关系:

该周转轮系自由度 ,机构要有确定的运动必须有两个已知条件,考虑到教学的需要,将 和 作为已知条件输入,来调节周转轮系的运动情况,其制作过程如下:

在Flash中分别创建各个零件的影片剪辑元件和各控制按钮元件(图5),添加一个影片剪辑元件将转臂和行星轮元件放在一起,命名为“H”,将分别表示中心轮、内齿轮、行星轮和转臂的“l1”、“l3”、“l2”和“H”各元件按相应位置放置在Flash主场景中,其中中心轮、内齿轮和行星轮的齿数分别为21、57和18,模数取10个像素,“n1”、“n2”、“n3”和“nH”分别表示各构件的转速,“fdy”表示各轮的分度圆;将分别控制分度圆显示、数据输入说明显示和数据输入确认等按钮及其辅助元件也按相应位置放在Flash主场景中并给以命名。具体ActionScript程序如下:

主场景第一帧上的程序:

n1 = 0;

n3 = 0;

z1 = 21;

z2 = 18;

z3 = 57;

nH = 0;

//定义各初始值

this.srjg._visible = 0;//隐藏数据输入警告

this.srsm._visible = 0;//隐藏数据输入说明

stop();

主场景第二帧上的程序:

this.l1._rotation = n1;//中心轮的转角

this.l3._rotation = n3;//内齿轮的转角

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

this.H._rotation = nH;//转臂的转角

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

//行星齿轮相对转臂的转角

n1 = n1+i;

n3 = n3+j;

主场景第三帧上的程序:

gotoAndPlay(2);

各控制按钮上的ActionScript程序

使用说明按钮(显示数据输入说明)

on (release) {

this.srsm._visible = 1;

}

关闭说明按钮(关闭说明和数据输入说明在同一个元件中)

on (release) {

this._visible = 0;

}

显示分度圆按钮

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;

}

隐藏分度圆按钮

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;

}

数据输入确认按钮

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;

}

}

制作成的教学模拟课件如图5 所示,生成的swf动画文件体积约为25KB。该模拟课件可以显示周转轮系在不同速度条件下的运动情况,例如输入负值该轮将实现反转,输入数值“0”则停止转动(自由度变为1),课件具有一定的可调节性,可模拟真实环境下的机构运动情况,作为教师课堂教学实验效果更佳。

篇6

关键词:交流调速功率控制效率

Abstract:Accordingtotheelectromechanicalenergyconversionprinciple,theessenceof

ACspeedregulationisanalyzedthoroughly;moreover,acreativeconclusionthatthe

essenceofACspeedregulationliesinthepowercontrolisdrawninthispaper.Infact,

alltheACspeedregulationapproachescanbegeneralizedintwobasicstrategies,

electromagneticpowercontrolandlosspowercontrol.Theformeristoadjusttheideal

no-loadrotationspeed,andthuspossesseshighefficiency.Whereas,thelatteristoregulate

therotationspeeddepression,andthuspossesseslowefficiency.

Keywords:ACspeedregulationPowercontrolEfficiency

[中图分类号]TM343[文献标识码]B文章编码1561-03(2003)-03-0024-031引言

交流调速实质的讨论，是关系到近代交流调速发展的重要理论问题。尽管传统电机学对此作了较深入的分析，但所给出的异步机转速表达式却是由转差率定义式变换而产生的，即根据上述的转速“定义式”，异步机被传统理论人为地划分为变频、变极和变转差率三种调速方案，文献1还认为“变频和变转差率调速有本质不同，在所有交流调速中，变频调速的效率最高(理由是转差率不变)是最合理和理想的方法”。这种观点既缺乏理论依据也与实践不符，例如串级、双馈调速和变频调速相比，机械特性和调速效率都很接近，并没有本质不同。

有鉴于此，本文根据电动机最基本的电-机能量转换原理，重新探讨异步机调速的原理，所得出的功率控制理论虽然导由异步机，但结论基本适用于所有电动机。

2电动机模型与功率控制原理

电动机是将电能转换成机械能的设备，因此可以普遍地表达为图1的两端口网络。

由电动机输出端口观察，根据动力学原理

(1)

式中:Pm为输出机械功率

T为输出转矩即电磁转矩

Ω为角速度由此可见，电动机调速的方法有两种:一是控制电磁功率，所改变的是理想空载转速;二是增大损耗功率，以增大转速降。公式(6)是电动机调速普遍的表达式。

2异步机模型与功率控制调速原理

异步机是电动机的一种，其调速原理必然服从上述的普遍调速规律。根据能量转换原理，异步机可以等效成图2的网络模型。异步机的定子通过旋转磁场的作用，将电磁功率传输给转子，因此旋转磁场可以等效为电磁功率的传输通道，即图2中的感应通道。在磁场的作用下，转子电磁功率除损耗外转化为机械功率，这种电磁感应通道的特点是交流机与直流机本质的区别。

异步机按转子型式可分为鼠笼型和绕线型，前者转子是封闭短路的，因此只有一个机械功率输出端口;后者转子是开启的，因此具有机械功率和电功率两个端口。转子的电功率端口可以通过电传导与外电路进行功率交换。

异步机调速可以通过定子口或转子口实施功率控制调速，分别控制电磁功率或损耗功率。前者改变的是理想空载转速，调速效率较高，机械特性为平行曲线;后者增大转速降，调速效率较低，机械特性为汇交曲线。

应该注意同步转速和理想空载转速的区别，同步转速n1是旋转磁场的变化速度，理想空载转速n0是假定、转子全部电磁功率都转换为机械功率的机械速度。电动机的速度显然与n0密切相关，而与同步转速没有直接、必然的联系。

3恒转矩的电磁功率控制调速

所谓恒转矩调速，是指额定输出转矩能力不变的调速，特点是主磁通Φm不变。恒转矩调速可以通过定子或转子的电磁功率控制实现，但在定子控制时，必须要注意主磁通Φm的恒定。

3.1定子电磁功率控制--变频调速的原理

从功率控制角度观察，变频调速是典型的定子电磁功率控制调速。由于转子电磁功率是由定子传输的，且定、转子电磁功率相等，因此控制定子电磁功率就可间接地控制转子电磁功率。定子电磁功率转矩平衡方程式约束，不能作为控制量。但单纯调压并不能实现定子电磁功率控制，因U1不但影响电磁功率，还作用于磁场。为了解决上述问题，应根据式(9)，在调压的同时正比地改变频率f1，使主磁通Φm保持不变。从而实现高效率的电磁功率控制调速。变频调速时，理想空载转速按n0随U1改变，此时同步转速n1随f1而变，且有n0=n1，但决定电动机转速的是n0而不是n1，下面将会看到，即使n1不变，n0也可随电磁功率改变，可见n0与n1没有直接、必然的联系。变频调速的功率控制原理如图3所示。可见恒转矩变频调速时，其充分条件是调压，必要条件是变频，调速的实质在于电磁功率控制。3.2转子电磁功率控制调速

对于绕线式异步机调速，可以对转子直接进行电磁功率控制。方法是从转子口移出或注入电功率，以改变转子的净电磁功率。与定子电磁功率控制调速(即调压变频调速)相比，两者并无原理的区别。对于图2(b)的模型，在转子口引入附加电磁功率时，转子的净电磁功率(13)

式中:Pem1为定子传输给转子的电磁功率

Pes为附加电磁功率，亦称电转差功率

Pem2将随Pes的方向和大小而改变。注意不要把Pes简单理解成转差功率Ps，应该把Ps中的电磁功率和损耗功率区别开来，对调速的影响也不同,Pes将改变异步机的理想空载转速。

式(13)中的-Pes表示移出，而+Pes表示注入，前者使转子的净电磁功率减小，后者则使其增大，异步机的理想空载转速(14)

可见，-Pes控制得到的是低同步调速，而+Pes则是超同步调速。

转子电磁功率控制调速的技术关键为:

l由于转子电压的频率为变化的转差频率，因此必须要进行频率变换，以使转子和附加电源进行有功功率交换。

l能够连续地控制Pes的大小，以获得平滑的无级调速。

l尽量避免产生感性无功功率以提高功率因数，减小无功损耗。

上述的技术关键是设计调速控制装置应该注意的。转子电磁功率控制的系统构成要点是附加电源，它是Pes传输所必须的。传统的方法是外置，例如串级(cascadecontrol)、双馈doubleFeed)等调速。外置电源将使系统复杂化，而且在低同步调速时造成Pes从定子至外置电源之间的无谓循环，增大了定子损耗。

较好的方法,是我国首创的斩波内馈调速。如图4示:该系统突出特征是将附加电源设置在异步机自身的定子上，附加电势由电磁感应产生，在典型的低同步调速时，由转子引出，经交流控制装置传给定子附加的内馈绕组(以前亦称调节绕组)。内馈绕组处于发电状态，通过电磁感应抵消定子原边输入的多余电功率。斩波控制,则是用以调节Pes的大小实现转速的无级调节，克服有源逆变器移相控制所带来的功率因数低、谐波分量大等一系列缺点。

4结论

(1)异步机调速的实质在于功率控制，控制原则有电磁功率控制和损耗功率控制，前者改变的是理想空载转速，后者增大转速降。

(2)动态转矩是功率激励和转速响应的结果，并随转速响应自动减小，直至新的转矩平衡后为零，稳态电磁转矩只能服从客观负载转矩，调速的实质并非转矩控制。

(3)调速效率和特性只决定于功率控制属性。转子电磁功率控制的调速与变频调压调速只有控制对象的不同，没有本质区别。

参考文献

[1]汤蕴缪.电机学—机电能量转换[M]机械工业出版社,1986.63-183

篇7

关键词：机械产品；方案设计方法；发展趋势

引　言

科学技术的飞速发展，产品功能要求的日益增多，复杂性增加，寿命期缩短，更新换代速度加快。然而，产品的设计，尤其是机械产品方案的设计手段，则显得力不从心，跟不上时展的需要。目前，计算机辅助产品的设计绘图、设计计算、加工制造、生产规划已得到了比较广泛和深入的研究，并初见成效，而产品开发初期方案的计算机辅助设计却远远不能满足设计的需要。为此，作者在阅读了大量文献的基础上，概括总结了国内外设计学者进行方案设计时采用的方法，并讨论了各种方法之间的有机联系和机械产品方案设计计算机实现的 发展趋势。

根据目前国内外设计学者进行机械产品方案设计所用方法的主要特征，可以将方案的现代设计方法概括为下述四大类型。

1、系统化设计方法

系统化设计方法的主要特点是：将设计看成由若干个设计要素组成的一个系统，每个设计要素具有独立性，各个要素间存在着有机的联系，并具有层次性，所有的设计要素结合后，即可实现设计系统所需完成的任务。

系统化设计思想于70年代由德国学者Pahl和Beitz教授提出，他们以系统理论为基础，制订了设计的一般模式，倡导设计工作应具备条理性。德国工程师协会在这一设计思想的基础上，制订出标准VDI2221“技术系统和产品的开发设计方法。

制定的机械产品方案设计进程模式，基本上沿用了德国标准VDI2221的设计方式。除此之外，我国许多设计学者在进行产品方案设计时还借鉴和引用了其他发达国家的系统化设计思想，其中具有代表性的是：

(1)将用户需求作为产品功能特征构思、结构设计和零件设计、工艺规划、作业控制等的基础，从产品开发的宏观过程出发，利用质量功能布置方法，系统地将用户需求信息合理而有效地转换为产品开发各阶段的技术目标和作业控制规程的方法。

(2)将产品看作有机体层次上的生命系统，并借助于生命系统理论，把产品的设计过程划分成功能需求层次、实现功能要求的概念层次和产品的具体设计层次。同时采用了生命系统图符抽象地表达产品的功能要求，形成产品功能系统结构。

(3)将机械设计中系统科学的应用归纳为两个基本问题：一是把要设计的产品作为一个系统处理，最佳地确定其组成部分(单元)及其相互关系；二是将产品设计过程看成一个系统，根据设计目标，正确、合理地确定设计中各个方面的工作和各个不同的设计阶段 。

由于每个设计者研究问题的角度以及考虑问题的侧重点不同，进行方案设计时采用的具体研究方法亦存在差异。下面介绍一些具有代表性的系统化设计方法。

1.1　设计元素法

用五个设计元素(功能、效应、效应载体、形状元素和表面参数)描述“产品解”，认为一个产品的五个设计元素值确定之后，产品的所有特征和特征值即已确定。我国亦有设计学者采用了类似方法描述产品的原理解。

1.2　图形建模法

研制的“设计分析和引导系统”KALEIT，用层次清楚的图形描述出产品的功能结构及其相关的抽象信息，实现了系统结构、功能关系的图形化建模，以及功能层之间的联接 。

将设计划分成辅助方法和信息交换两个方面，利用Nijssen信息分析方法可以采用图形符号、具有内容丰富的语义模型结构、可以描述集成条件、可以划分约束类型、可以实现关系间的任意结合等特点，将设计方法解与信息技术进行集成，实现了设计过程中不同抽象层间信息关系的图形化建模。

文献［11］将语义设计网作为设计工具，在其开发的活性语义设计网ASK中，采用结点和线条组成的网络描述设计，结点表示元件化的单元(如设计任务、功能、构件或加工设备等)，线条用以调整和定义结点间不同的语义关系，由此为设计过程中的所有活动和结果预先建立模型，使早期设计要求的定义到每一个结构的具体描述均可由关系间的定义表达，实现了计算机辅助设计过程由抽象到具体的飞跃。

1.3　“构思”—“设计”法

将产品的方案设计分成“构思”和“设计”两个阶段。“构思”阶段的任务是寻求、选择和组合满足设计任务要求的原理解。“设计”阶段的工作则是具体实现构思阶段的原理解。

将方案的“构思”具体描述为：根据合适的功能结构，寻求满足设计任务要求的原理解。即功能结构中的分功能由“结构元素”实现，并将“结构元素”间的物理联接定义为“功能载体”，“功能载体”和“结构元素”间的相互作用又形成了功能示意图(机械运动简图)。方案的“设计”是根据功能示意图，先定性地描述所有的“功能载体”和“结构元素”，再定量地描述所有“结构元素”和联接件(“功能载体”)的形状及位置，得到结构示意图。Roper，H.利用图论理论，借助于由他定义的“总设计单元(GE)”、“结构元素(KE)”、“功能结构元素(FKE)”、“联接结构元素(VKE)”、“结构零件(KT)”、“结构元素零件(KET)”等概念，以及描述结构元素尺寸、位置和传动参数间相互关系的若干种简图，把设计专家凭直觉设计的方法做了形式化的描述，形成了有效地应用现有知识的方法，并将其应用于“构思”和“设计”阶段。

从设计方法学的观点出发，将明确了设计任务后的设计工作分为三步：1) 获取功能和功能结构(简称为“功能”)；2) 寻找效应(简称为“效应”)；3) 寻找结构(简称为“构形规则”)。并用下述四种策略描述机械产品构思阶段的工作流程：策略1：分别考虑“功能”、“效应”和“构形规则”。因此，可以在各个工作步骤中分别创建变型方案，由此产生广泛的原理解谱。策略2：“效应”与“构形规则”(包括设计者创建的规则)关联，单独考虑功能(通常与设计任务相关)。此时，辨别典型的构形规则及其所属效应需要有丰富的经验，产生的方案谱远远少于策略1的方案谱。策略3：“功能”、“效应”、“构形规则”三者密切相关。适用于功能、效应和构形规则间没有选择余地、具有特殊要求的领域，如超小型机械、特大型机械、价值高的功能零件，以及有特殊功能要求的零部件等等。策略4：针对设计要求进行结构化求解。该策略从已有的零件出发，通过零件间不同的排序和连接，获得预期功能 。

1.4　矩阵设计法

在方案设计过程中采用“要求—功能”逻辑树(“与或”树)描述要求、功能之间的相互关系，得到满足要求的功能设计解集，形成不同的设计方案。再根据“要求—功能”逻辑树建立“要求—功能”关联矩阵，以描述满足要求所需功能之间的复杂关系，表示出要求与功能间一一对应的关系。

Kotaetal将矩阵作为机械系统方案设计的基础，把机械系统的设计空间分解为功能子空间，每个子空间只表示方案设计的一个模块，在抽象阶段的高层，每个设计模块用运动转换矩阵和一个可进行操作的约束矢量表示；在抽象阶段的低层，每个设计模块被表示为参数矩阵和一个运动方程。

1.5　键合图法

将组成系统元件的功能分成产生能量、消耗能量、转变能量形式、传递能量等各种类型，并借用键合图表达元件的功能解，希望将基于功能的模型与键合图结合，实现功能结构的自动生成和功能结构与键合图之间的自动转换，寻求由键合图产生多个设计方案的方 法。

2、结构模块化设计方法

从规划产品的角度提出：定义设计任务时以功能化的产品结构为基础，引用已有的产品解(如通用零件部件等)描述设计任务，即分解任务时就考虑每个分任务是否存在对应的产品解，这样，能够在产品规划阶段就消除设计任务中可能存在的矛盾，早期预测生产能力、费用，以及开发设计过程中计划的可调整性，由此提高设计效率和设计的可靠性，同时也降低新产品的成本。Feldmann将描述设计任务的功能化产品结构分为四层，(1)产品(2)功能组成(3)主要功能组件(4)功能元件。并采用面向应用的结构化特征目录，对功能元件进行更为具体的定性和定量描述。同时研制出适合于产品开发早期和设计初期使用的工具软件STRAT。

认为专用机械中多数功能可以采用已有的产品解，而具有新型解的专用功能只是少数，因此，在专用机械设计中采用功能化的产品结构，对于评价专用机械的设计、制造风 险十分有利。

提倡在产品功能分析的基础上，将产品分解成具有某种功能的一个或几个模块化的基本结构，通过选择和组合这些模块化基本结构组建成不同的产品。这些基本结构可以是零件、部件，甚至是一个系统。理想的模块化基本结构应该具有标准化的接口(联接和配合部)，并且是系列化、通用化、集成化、层次化、灵便化、经济化，具有互换性、相容性和相关性。我国结合软件构件技术和CAD技术，将变形设计与组合设计相结合，根据分级模块化原理，将加工中心机床由大到小分为产品级、部件级、组件级和元件级，并利用专家知识和CAD技术将它们组合成不同品种、不同规格的功能模块，再由这些功能模块组合成不同的加工中心总体方案。

以设计为目录作为选择变异机械结构的工具，提出将设计的解元素进行完整的、结构化的编排，形成解集设计目录。并在解集设计目录中列出评论每一个解的附加信息，非常有利于设计工程师选择解元素。

根据机械零部件的联接特征，将其归纳成四种类型：1)元件间直接定位，并具 有自调整性的部件；2) 结构上具有共性的组合件；3)具有嵌套式结构及嵌套式元件的联接 ；4)具有模块化结构和模块化元件的联接。并采用准符号表示典型元件和元件间的连接规则，由此实现元件间联接的算法化和概念的可视化。

在进行机械系统的方案设计中，用“功能建立”模块对功能进行分解，并规定功能分解的最佳“粒化”程度是功能与机构型式的一一对应。“结构建立”模块则作为功能解的选择对象以便于实现映射算法。

3、基于产品特征知识的设计方法

基于产品特征知识设计方法的主要特点是：用计算机能够识别的语言描述产品的特征及其设计领域专家的知识和经验，建立相应的知识库及推理机，再利用已存储的领域知识和建立的推理机制实现计算机辅助产品的方案设计。

机械系统的方案设计主要是依据产品所具有的特征，以及设计领域专家的知识和经验进行推量和决策，完成机构的型、数综合。欲实现这一阶段的计算机辅助设计，必须研究知识的自动获取、表达、集成、协调、管理和使用。为此，国内外设计学者针对机械系统方案设计知识的自动化处理做了大量的研究工作，采用的方法可归纳为下述几种。

3.1　编码法

根据“运动转换”功能(简称功能元)将机构进行分类，并利用代码描述功能元和机构类别，由此建立起“机构系统方案设计专家系统”知识库。在此基础上，将二元逻辑推理与模糊综合评判原理相结合，建立了该“专家系统”的推理机制，并用于四工位专用机床的方案设计中。

利用生物进化理论，通过自然选择和有性繁殖使生物体得以演化的原理，在机构方案设计中，运用网络图论方法将机构的结构表达为拓扑图，再通过编码技术，把机构的结构和性能转化为个体染色体的二进制数串，并根据设计要求编制适应值，运用生物进化理论控制繁殖机制，通过选择、交叉、突然变异等手段，淘汰适应值低的不适应个体，以极快的进化过程得到适应性最优的个体，即最符合设计要求的机构方案。

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3.2　知识的混合型表达法

针对复杂机械系统的方案设计，采用混合型的知识表达方式描述设计中的各类知识尤为适合，这一点已得到我国许多设计学者的共识。

在研制复杂产品方案设计智能决策支持系统DMDSS中，将规则、框架、过程和神经网络等知识表示方法有机地结合在一起，以适应设计中不同类型知识的描述。将多种单一的知识表达方法(规则、框架和过程)，按面向对象的编程原则，用框架的槽表示对象的属性，用规则表示对象的动态特征，用过程表示知识的处理，组成一种混合型的知识表达型式，并成功地研制出“面向对象的数控龙门铣床变速箱方案设计智能系统GBCDIS”和“变速箱结构设计专家系统GBSDES”。

3.3　利用基于知识的开发工具

在联轴器的CAD系统中，利用基于知识的开发工具NEXPERT-OBJECT，借助于面向对象的方法，创建了面向对象的设计方法数据库，为设计者进行联轴器的方案设计和结构设计提供了广泛且可靠的设计方法谱。则利用NEXPERT描述直线导轨设计中需要基于知识进行设计的内容，由此寻求出基于知识的解，并开发出直线导轨设计专家系统。

3.4　设计目录法

构造了“功能模块”、“功能元解”和“机构组”三级递进式设计目录，并将这三级递进式设计目录作为机械传动原理方案智能设计系统的知识库和开发设计的辅助工具。

3.5　基于实例的方法

在研制设计型专家系统的知识库中，采用基本谓词描述设计要求、设计条件和选取的方案，用框架结构描述“工程实例”和各种“概念实体”，通过基于实例的推理技术产生候选解来配匹产品的设计要求。

4、智能化设计方法

智能化设计方法的主要特点是：根据设计方法学理论，借助于三维图形软件、智能化设计软件和虚拟现实技术，以及多媒体、超媒体工具进行产品的开发设计、表达产品的构思、描述 产品的结构。

在利用数学系统理论的同时，考虑了系统工程理论、产品设计技术和系统开发方法学VDI2221，研制出适合于产品设计初期使用的多媒体开发系统软件MUSE。

在进行自动取款机设计时，把产品的整个开发过程概括为“产品规划”、“开发”和“生产规划”三个阶段，并且充分利用了现有的CAD尖端技术——虚拟现实技术。1) 产品规划—构思产品。其任务是确定产品的外部特性，如色彩、形状、表面质量、人机工程等等，并将最初的设想用CAD立体模型表示出，建立能够体现整个产品外形的简单模型，该模型可以在虚拟环境中建立，借助于数据帽和三维鼠标，用户还可在一定程度上参与到这一环境中，并且能够迅速地生成不同的造型和色彩。立体模型是检测外部形状效果的依据，也是几何图形显示设计变量的依据，同时还是开发过程中各类分析的基础。 2) 开发—设计产品。该阶段主要根据“系统合成”原理，在立体模型上配置和集成解元素，解元素根据设计目标的不同有不同的含义：可以是基本元素，如螺栓、轴或轮毂联接等；也可以是复合元素，如机、电、电子部件、控制技术或软件组成的传动系统；还可以是要求、特性、形状等等。将实现功能的关键性解元素配置到立体模型上之后，即可对产品的配置(设计模型中解元素间的关系)进行分析，产品配置分析是综合“产品规划”和“开发”结果的重要手段。3) 生产规划—加工和装配产品。在这一阶段中，主要论述了装配过程中CAD技术的应用，提出用计算机图像显示解元素在相应位置的装配过程，即通过虚拟装配模型揭示造形和装配间的关系，由此发现难点和问题，并找出解决问题的方法，并认为将CAD技术综合应用于产品开发的三个阶段，可以使设计过程的综合与分析在“产品规划”、“开发”和“生产规划”中连续地交替进行。因此，可以较早地发现各个阶段中存在的问题，使产品在开发进程中不断地细化和完善。

我国利用虚拟现实技术进行设计还处于刚刚起步阶段。利用面向对象的技术，重点研究了按时序合成的机构组合方案设计专家系统，并借助于具有高性能图形和交换处理能力的OpenGL技术，在三维环境中从各个角度对专家系统设计出的方案进行观察，如运动中机构间的衔接状况是否产生冲突等等。

将构造标准模块、产品整体构造及其制造工艺和使用说明的拟订(见图1)称之为快速成型技术。建议在产品开发过程中将快速成型技术、多媒体技术以及虚拟表达与神经网络(应用于各个阶段求解过程需要的场合)结合应用。指出随着计算机软、硬件的不断完善，应尽可能地将多媒体图形处理技术应用于产品开发中，例如三维图形(立体模型)代替装配、拆卸和设计联接件时所需的立体结构想象力等等。

利用智能型CAD系统SIGRAPH-DESIGN作为开发平台，将产品的开发过程分为概念设计、装配设计和零件设计，并以变量设计技术为基础，建立了胶印机凸轮连杆机构的概念模型。从文献介绍的研究工作看，其概念模型是在确定了机构型、数综合的基础上，借助于软件SIGRAPH-DESIGN提供的变量设计功能，使原理图随着机构的结构参数变化而变化，并将概念模型的参数传递给下一级的装配模型、零件设计。

5、各类设计方法评述及发展趋势

综上所述，系统化设计方法将设计任务由抽象到具体(由设计的任务要求到实现该任务的方案或结构)进行层次划分，拟定出每一层欲实现的目标和方法，由浅入深、由抽象至具体地将各层有机地联系在一起，使整个设计过程系统化，使设计有规律可循，有方法可依，易于设计过程的计算机辅助实现。

结构模块化设计方法视具有某种功能的实现为一个结构模块，通过结构模块的组合，实现产品的方案设计。对于特定种类的机械产品，由于其组成部分的功能较为明确且相对稳定，结构模块的划分比较容易，因此，采用结构模块化方法进行方案设计较为合适。由于实体与功能之间并非是一一对应的关系，一个实体通常可以实现若干种功能，一个功能往往又可通过若干种实体予以实现。因此，若将结构模块化设计方法用于一般意义的产品方案设计，结构模块的划分和选用都比较困难，而且要求设计人员具有相当丰富的设计经验和广博的多学科 领域知识。

机械产品的方案设计通常无法采用纯数学演算的方法进行，也难以用数学模型进行完整的描述，而需根据产品特征进行形式化的描述，借助于设计专家的知识和经验进行推理和决策。因此，欲实现计算机辅助产品的方案设计，必须解决计算机存储和运用产品设计知识和专家设计决策等有关方面的问题，由此形成基于产品特征知识的设计方法。

目前，智能化设计方法主要是利用三维图形软件和虚拟现实技术进行设计，直观性较好，开发初期用户可以在一定程度上直接参与到设计中，但系统性较差，且零部件的结构、形状、尺寸、位置的合理确定，要求软件具有较高的智能化程度，或者有丰富经验的设计者参与。

值得一提的是：上述各种方法并不是完全孤立的，各类方法之间都存在一定程度上的联系，如结构模块化设计方法中，划分结构模块时就蕴含有系统化思想，建立产品特征及设计方法知识库和推理机时，通常也需运用系统化和结构模块化方法，此外，基于产品特征知识的设计同时又是方案智能化设计的基础之一。在机械产品方案设计中，视能够实现特定功能的通用零件、部件或常用机构为结构模块，并将其应用到系统化设计有关层次的具体设计中，即将结构模块化方法融于系统化设计方法中，不仅可以保证设计的规范化，而且可以简化设计过程，提高设计效率和质量，降低设计成本。

篇8

目前,设计知识管理已成为国内外许多研究机构、大学、企业的研究热点,如美国nist的设计知识库项目[2]；欧洲wise工程知识管理项目[3]、moka项目[4]；韩国lg公司资助的知识管理项目[5]；国家863资助的知识管理平台研究[6]等,但还没有一个实用的能支持概念设计知识重用的系统,对它的研究也还停留在理论准备阶段。

本文在研究了基于本体的的概念设计知识模型的基础上,提出了基于本体的概念设计知识管理框架,研究了用户对本体的定义、对知识结构内容的自由扩充以及概念设计知识的检索方法等关键技术。

1、基于本体的概念设计知识建模

1.1概念设计知识分类与表达

概念设计是对设计问题加以描述,并以方案的形式提出众多解的设计阶段[7].概念设计从不同的角度有多种定义[8].一般认为,概念设计是指以设计要求为输入、以最佳方案为输出的系统所包含的工作流程,是一个由功能向结构的转换过程。

图1描述了一般概念设计的工作流程,它包含综合与评价两个基本过程。综合是指根据设计要求,运用各种分析、设计方法推理而生成的多个方案,是个发散过程；评价则从方案集中择出最优,是个收敛过程。概念设计是将所设计的产品看成一个系统,运用系统工程的方法去分析和设计。具体说,概念设计就是将设计对象的总功能分解成相互有机联系的若干功能单元,并以功能单元为子系统进行再次分解,生成更低一级的功能单元,经过这样逐层分解,直至对应的各个最末端功能单元能够找到一个可以实现的技术原理解。概念设计的主要任务是功能到结构的映射,概念设计过程主要包括：功能创新、功能分析和功能结构设计、工作原理解的搜索和确定、功能载体方案构思和决策。

根据概念设计的过程及人在设计时的认知特点将概念设计知识分为元知识和实例知识（其分类如图2所示）。元知识中主要包括功能知识、技术原理解知识、结构知识等。实例知识中主要包括方案设计实例、技术原理解实例、产品实例等知识。

（1）功能知识。主要描述产品完成的任务,描述产品的功能及功能子项。描述产品要完成的功能,包括功能内容、实现参数、性能指标等；

（2）技术原理解知识。描述产品功能及功能子项的原理解答。它的表达要复杂些,一方面可用文字、数字表达它的说明、解答参数,另一方面,要有图形支持产品原理解答；

（3）结构知识。描述产品的结构设计状况,是对原理域知识的细化和扩充,是求解原理解的结构载体,可描述产品关键部分的形状、尺寸和参数。产品功能结构的映射（简称为功构映射）就是对产品的功能模型进行结构实现的求解,是将产品功能性的描述转化为能实现这些功能的具有具体形状、尺寸及相互关系的零部件描述。在这里功能是产品结构的抽象,是结构实现的目的；而结构则为实现某功能而选用的一组构件或元件。功能结构间的关系一般而言是多对多的映射关系。一个功能可能由一个或多个特征或元件实现,而一个特征或元件也可能完成一个或多个功能；

（4）实例知识。已成功或失败的设计范例,包括方案设计实例,产品结构知识实例、技术原理解实例等。它包含了更多的实际因素,是类比设计和基于实例推理设计的基础。

以工程机械中某型滑模式水泥摊铺机为例,总功能为摊铺水泥路面,总功能可细分为滑模作业、控制作业等功能,滑模作业功能又可细分为提水泥浆、挤压成型等功能。其中某个功能的实现可能会由几个结构组合而成,例如滑模式水泥摊铺机滑模作业功能就是由螺旋分料器、刮平板等几个结构一起才能实现。图3为该水泥摊铺机的功能层次定义和功能分解结构举例。该产品所对应的结构分解则如图4所示。图5中给出了对于滑模作业功能的技术原理解简图、技术原理解的评价、参考产品,以及实现该功能的说明等相关的知识。

如何利用计算机技术对概念设计予以支持,对概念设计知识进行有效的管理,至今仍没有较好的解决方法。目前的知识建模主要是专家系统,最常用的知识模型包括框架、产生式规则、语义网络、谓词逻辑等。专家系统的知识建模主要侧重符号层的系统实现,很少考虑动态的,非结构化的知识,造成专家系统解决问题的局限性,使得专家系统不能解决大型复杂问题。

本体作为“对概念化显式的详细说明”[9,10],研究领域内的对象、概念和其他实体,以及它们之间的关系,可以很好地解决概念设计知识的表达、检索和重用等问题。采用本体描述概念设计知识可以支持细粒度的产品语义信息的描述,可以形式化地定义特定领域的知识,如概念、事实、规则等；支持语义层面的集成和共享,基于本体的知识定义可以对知识作普遍的、无歧义的语义解释,可以保证不同使用者之间进行语义层面的信息共享和互操作。

1.2本体建模过程描述

本体是某一领域的概念化描述,着意于在抽象层次提出描述客观世界的抽象模型,它包括两个基本的要素：概念和概念之间的关系。本体的构建必须满足以下的要求：对目标领域的清晰描述；概念或概念之间关系的明确定义；一般性和综合性原则。本体可以有多种表述方式,包括图形方式、语言形式和xml文档形式等。

基于本体的产品概念设计知识建模过程包括3个阶段：

（1）产品概念设计知识目标确定。产品概念设计知识定位,概念设计知识的定位决定本体构造的功能需求及最终用户。

（2）产品概念设计知识本体分析与建立。根据需求分析,确定该领域的相关概念及概念属性,并用xml语言进行形式化描述。这个阶段是建立概念设计知识本体的关键环节,直接影响到整个本体的生成质量,同时也是工作量最大的阶段。

（3）产品概念设计知识本体评价。对所创建的本体进行一致性及完备性评价。一致性是指术语之间的关系逻辑上应保持一致；完备性是指本体中概念及关系应是完善的。我们称该3阶段的组合为产品概念设计知识本体建模的一个生命周期（见图6）。

1.3概念设计知识的本体表示

在此我们以工程机械中滑模式水泥摊铺机为例,结合图3～图5中的实际知识,从概念实体、概念属性及概念间关系等方面来说明产品知识、功能知识、技术原理解知识、技术原理解实例等概念设计知识的本体表示,通过概念蕴涵、属性关联、相互约束和公理定义等方法揭示了概念间的本质联系,形成一个语义关系清晰的产品概念设计知识模型。建模采用目前最新的owl语言描述。

表述的语义为一个滑模式水泥摊铺机继承了一个产品的所有属性,此外还具备了关系属性：摊铺能力,同时,又对属性摊铺能力作了限制：只能应用于滑模式水泥摊铺机领域,且取值变化只能在摊铺宽度中（省略了关于滑模式水泥摊铺机类似属性的定义,如摊铺厚度和摊铺速度等）。

（3）功能知识类

<owl：classrdf：id=“功能知识”>

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

<owl：cardinality>1</owl：cardinality>

</owl：restricton>

<owl：restriction><owl：onpropertyrdf：resource=“#产品”/>

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

</owl：restricton>

</owl：class>

表述的语义为一个功能知识只有一个功能名称,且最少具有一个相关产品（省略了功能知识类似属性的定义,如功能编号、功能说明、创建人、创建时间、存储位置等）。

（4）功能技术原理解类

<owl：classrdf：id=“功能技术原理解”>

<owl：restriction>

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

<owl：restriction>

<owl：onpropertyrdf：resource=“#技术原理解简图”/></owl：restricton>

</owl：class>

表述的语义为一个功能技术原理解具有对应的功能名称,相关的技术原理解简图（省略了技术原理解类似属性的定义,如评价、参考产品、创建人、创建时间、存储位置等）。

上述描述中,使用类公理（subclassof）描述了两个类（概念）之间的继承关系,如滑模式水泥摊铺机类是产品类的子类。在描述类属性时,使用关系属性（objectproperty）描述了类的某个属性同时也表示了两个类之间的某种关系,如摊铺能力既是滑模式水泥摊铺机类的一个属性,同时也表达了和摊铺宽度类之间的对应关系。另外,使用属性公理domain和range表示属性的应用领域和属性的取值范围,如属性摊铺能力只能用于滑模式水泥摊铺机类,且它的取值只能是摊铺宽度数据集。

1.4基于本体的概念设计知识管理的特点和优势

基于本体的概念设计知识管理可以让设计人员更好地重用已有的概念设计知识,基于本体的概念设计知识管理具有以下的一些特点或优势：

（1）支持用户定制知识类别。产品概念设计过程中,需要运用多种类型的知识,如：功能类、功能技术原理方案解类等。这些知识的描述和使用有着不同的特点,不能用相同的描述框架来处理。基于本体的设计知识建模允许用户对设计中知识类别加以定制,针对每一类别定义其描述属性,从而较好的解决了概念设计中多来源多类型知识的表示问题。

（2）支持概念共享的知识库构建。概念设计知识本体的构造澄清了概念设计领域知识的结构,为概念设计知识的表示打好了基础,而本体中统一的术语和概念也使概念设计知识更好地共享成为可能。基于本体的概念设计知识表示在区分不同知识类别的同时,建立起概念间的共享联系。通过概念间的共享机制,避免了设计知识库的数据冗余和数据不一致问题,方便了知识的建模录入、检索及统计处理。

（3）多视图和基于本体概念的知识检索。在目前的应用系统中一般采用基于关键字的数据库查询方法,由于其数据库组织不是建立在能够表示概念之间的关系、事实和实例的领域模型的基础上,因此无法实现智能查询和信息推理,也就无法解决语义异构性问题。由于不同的组织和人员可能使用不同的词语表示同一个含义,因此查询系统得不到意义相同但用词（语法）不同的内容。当需要对多个数据源进行查询的时候问题更为明显,多意词和同义词会使查询得到许多不相关的信息,而忽略另外一些重要信息。

在基于本体的概念设计知识管理中由于具有统一的术语和概念,知识库建立在本体的基础上,使得基于知识的设计意图匹配成为可能。采用基于知识、语义上的检索匹配,对用户的检索请求,通过查询转换器按照本体把各种检索请求转换成对应的概念,在本体的帮助下从知识库中匹配出符合条件的数据集合,解决了语义异构的问题。

从人在设计时的认知特点出发,可以采用基于功能分解树的功能设计知识检索视图、基于产品分解结构树的结构设计知识检索视图,还可以利用本体中已定义的概念定义其它知识检索视图,比如需求功能知识检索视图、软件工具使用知识检索视图等,实现基于知识检索的设计意图的匹配。

2、基于本体的概念设计知识管理

2.1概念设计知识管理系统结构

结合工程机械行业的实际,本文提出了图7所示的基于本体的产品概念设计知识管理系统结构,系统按照知识产生、获取和利用的流程来构建,系统结构主要包括概念设计知识管理工具、数据接口程序以及基于本体的概念设计知识库,具体由4个部分构成。

（1）概念设计知识获取。概念设计知识的获取包括从概念设计知识本体定义、本体之间关系定义、本体知识库生成到概念设计知识获取整个过程。

（2）概念设计知识维护。主要包括从概念设计知识本体维护、本体关系维护、知识库重新生成到概念设计知识维护的过程,实现对本体的属性修改,各类知识之间的关系维护,以及知识库的更新等。

（3）概念设计知识检索重用。系统中提供基于多视图的知识检索方式,如基于功能分解树的功能设计知识检索视图、基于产品分解结构树的结构设计知识检索视图,及用户定义的其它知识检索视图。此外系统提供基于本体概念的知识检索方式,通过本体映射库,可以实现同义词的检索,保证可能会采用不同的概念和术语表示相同的设计信息的人可以得到相同的知识帮助。

（4）概念设计知识库的构建。要实现基于本体的,支持客户自定义的概念设计知识管理,系统必须由足够的柔性,支持各类知识的存储,作为系统基石的知识库的构建就不能采用完全预先定义的方式,在系统中我们采用基础数据库加上在此基础上经过本体定义工具动态生成的各类知识库的方法保证基于本体的知识管理的实现。

2.2概念设计知识管理关键技术及实现

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关键词：农机农艺结合；现代农业

中图分类号：S233 文献标识码：A 文章编号：1674-0432（2013）-06-0148-1

0 引言

向农业大量输入机械、化肥、燃料、电力等各种形式的工业辅助能，用现代科技武装，以现代管理理论和方法经营，生产效率达现代先进水平的农业。

以上是现代农业的定义。从定义不难看出，现代农业要运用现代科技武装来促进农业的进步，现代农业的生产注重农机与农艺的共同发展。农机化的发展使得农业在生产过程中不但提高了生产效率也提高了经济效益，而现代农艺技术的发展也越来越多样化，越来越全面，只有把农机技术与农艺技术有机的结合起来，才能充分发挥二者在现代农业生产中的作用。

本文试从农机与农艺的定义出发，来探讨现代农业的发展离不开农机与农艺相结合。

1 农机与农艺

1.1 农机

简单的说农机即农业机械。

农机是指农业生产所用的动力机、作业机，是农业机械的简称，农机是机械学原理和技术在农业上的应用，属于生产力范畴。它是作为农业生产工具而存在和发展。

农机的特点，是结构要复杂、操作要简单。

1.2 农艺

指农作物的栽培、选种等技艺。

生产对人类有用的动植物，以及在不同程度上配制供人类使用的产品及其处置的科学技艺。可见农艺也是建立在科学技术基础之上的技艺。

2 了解农机与农艺在生产过程中的相互关系与作用，协调两者关系，促进农业生产

2.1 农机与农艺的结合是现代农业发展的必然趋势

农业机械可以说是一种应用于农业的生产工具，节省农业生产时间，提高经济效益，农业机械的使用在现代农业发展的道路上起着不可替代的作用。随着现代农业的快速进步，农艺技术在农业生产中的作用同样不可小视，在农业生产过程中只有农机技术与农艺技术有机的结合在一起，才能充分发挥农机与农艺在农业生产中的作用。

农艺技术是农业生产工艺过程及其相应的操作技术，是生物学理论与实践的结合，农机技术是指为实现这些工艺过程而设计制造的相应农机具及其管理运用技术，是机械学原理与技术的结合。二者虽然在定义上截然不同，但是却有着密切的联系，正确处理好二者之间的关系，使之相互适应并且紧密结合是发展农业机械化的关键，是实现现代农业稳步发展的重要途径。

通过我国农业的发展实践可以证明，农机与农艺的结合是现代农业发展的必然趋势。

2.2 农机与农艺在发展过程中应该是相辅相成的

现代农业的发展离不开农机与农艺的相结合。在农业生产的过程中，值得一提的是，农机的发展不能一味的服从于农艺的发展，而农艺的发展也不能一味的服从农机的发展，两者在发展过程中应该是相辅相成的。农艺工作人员要与农机研发工作人员多沟通，因为农机与农艺的结合应该是科学的、规范的，而不是主观决定的。

因此农机与农艺的结合，不仅仅是理论上的结合，也是农机研发人员与农艺人员的结合。

3 结语

农机与农艺相结合已经成为农业发展中的重要角色。农业机械化的实现，有效的取代了古老的手工作业，省时省力，提高效率。农业生产借助农业机械化技术完成农艺工艺过程，降低了生产成本，提高了劳动效率。农机与农艺的有机结合与运用可以抢抓农时，加强农业抵御自然灾害的能力，提高农业生产水平。

发达国家农业生产水平发展迅猛，主要原因就是其农机与农艺有效的结合在一起，有效的促进了农业的发展。因此只有农机与农艺有机的结合起来，才能充分发挥二者在现代农业生产中的作用，促进我国农业又好又快的发展。

参考文献

[1] 王贵荣.浅谈农机农艺相结合[J].农业机械.2009（09）.

[2] 张弘.农艺与农机结合是农业机械化发展的基石[J].农业技术与装备，2008（10）.

[3] 刘孟成.浅谈实现农机与农艺之间的结合[J].安徽农学通报（下半月刊），2010（04）.

[4] 丁兰，张海清.关于农机农艺相结合的思考[J].现代农业科技，2010（03）.

[5] 杨明，姚俊林.浅谈农机与农艺相结合[J].现代农业科技，2006（07）.

[6] 党海英.关于农机与农艺关系问题的探讨[J].农业装备与车辆工程，2007（02）.

[7] 蒋亦元.农机科技创新中的农机与农艺相结合问题[J].农业机械学报，2007（03）.

[8] 党海英.论农机与农艺[J].农业技术与装备，2008（09）.

[9] 肖洁.对实现农机与农艺相结合的几点浅见[J].贵州农机化，2003（03）.

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[关键词] UG； 建模； 分级装置； 仿真

引言

UG是Unigraphics软件的简称，是起源于美国麦道飞机公司，在1991年并入世界上最大的软件公司之一的美国电子资讯系统公司，是当今世界上最先进、紧密集成的PLM软件。目前UG软件已经成为全球最有影响力、最先进的CAD/CAM/CAE软件，并且在各个领域都有广泛的应用，如航空、汽车、通用机械、模具等领域。UG软件有一项非常有用的功能叫做实体模型功能，它能够在设计阶段就给客户提品的实体模型，从而能够显著的缩短产品的确认周期，同时该软件还具有复合式建模工具，从而能够根据需要进行一定的增加、删除、恢复改变产品的参数便于修改。传统的煤矿机械制造通常包括可靠性研究、初步设计、详细设计、改进设计等几个阶段，在这个过程中机械需要反复的调试，需要耗费大量的人力物力。

1 煤矿分级装置的UG建模

1.1 煤矿分级装置

在中国南方，煤炭资源量主要集中于贵州、云南、四川三省，这三省煤炭资源量之和为3525.74亿吨，占中国南方煤炭资源量的91.47%；探明保有资源量也占中国南方探明保有资源量的90%以上。目前在煤炭行业，需要对挖掘的煤根据筛选设备和用户对于产品粒度的要求进行分级销售。针对煤炭的粒度分级，设计一种分级装置，其分级装置按照煤矿的粒度大小分成大、中、小三级，对应的粒度大小分别为50-100mm、25-50mm、13-25mm。该分级装置主要是通过半月槽滚柱式分级机构进行分级，其原理是通过两个半月槽滚柱之间的空隙大小来控制煤炭的分级。装置图如下图所示：

图中1部分由三个直接为100mm的圆柱形铁皮滚柱组成，2部分由五个圆孔间隙直径为25mm的半月槽铁皮滚柱组成，3部分由五个圆孔间隙直径为50mm的半月槽铁皮滚柱组成。工作时由输送装置将煤炭输送到圆形滚柱1，它确保了煤炭能够正常输送到第一级分级设备，粒度小于25mm的煤炭就能够从间隙落下；而后粒度小于50mm的煤炭从二级滚柱间隙落下，剩下的粒度大于100mm的的煤炭被输送装置输出。

1.2 煤炭分级装置的建模

目前，该软件三维建模主要有：特征建模、实体建模、自由曲面建模、用户自定义建模以及综合以上建模形式，将其融为一体的复合建模。其征建模的模块的设计信息是用工程特征来定义的，从而可以显著的、更加清楚的表达用户的设计意图。该模块可以进行标准设计特征的生成和编辑。对于零件的建模，并没有一套统一的标准顺序，但是一般是根据零部件的结构和特点，先建立一个基本提携，而后再在该体系上逐步建立零件的孔、槽等以及其他的用户自定义特征，最后再创建螺纹、修剪和阵列等特征。

1.2.1 输送机构的建模

在本装置中输送结构根据旋转命令进行建模。建模的程序步骤如下：运行UG软件，然后进入应用（application）然后选择建模（modeling）模块，通过草图（sketch）命令集画出初步草图，在完成草图之后点击旋转（revolved body）命令就可建立输送机构的模型。

1.2.2 一级分级机构的建模

一级分级机构的建模方法与输送机构大体相同，不同点在于旋转草图的不同。一级机构在完成建模之后，还需进一步处理，即还需通过倒圆角（edge blend）命令对滚柱半月槽的槽肩部分进行倒圆角。二级机构的建模与一级机构相同。

1.2.3 分级装置支架的建模

分级装置支架建模与一级二级分级结构的建模有所不同，它不是通过旋转命令建立的，而是通过采用实体建模中的拉伸命令。前面部分与一级建模一样，先打开UG软件，进入应用中的建模模块，通过草图功能画出支架平面的草图，然后采用拉伸（extrude body）命令，即可完成建模。

1.2.4 各部件建模装配

在完成各部件的建模之后，需要对各部件进行装配，进入应用后进入装配（assemblies）模块，该模块中装配配对类型主要有配对、对齐、中心等，通过这些装配类型对分级装置整体进行装配。装配结果如下图：

UG装配建模有以下特点：采用自底向上和自顶向下的混合装配方法，这样生成的装配模型零件的数据是对零件本身的链接映像；建模之后装配模型和零件之间是完全双向相关的，这样不仅提高了软件的实际操作性能，同时也可显著减少储存空间。若部分零件根据产品的实际需要进行了部分修改，则装配模型中的零件会自动更新。UG装配功能之间的相关性使得整个设计团队实现了设计模型共享，是团队成员之间可以与他人同步并行工作，这样大大提高了工作效率，节约了时间。

2 煤矿分级装置的运动仿真

2.1 UG运动仿真模块简介

UG运动仿真模块（UG/Motion）是一个模拟仿真分析的工具，该模块能够对所设计的三维或者二维模块进行运动学和动力学分析，同时还可分析所设计产品的临界点、速度以及加速度等参数，并且还能通过图形动画等直观的形式显示出来，输出仿真动画。UG运动分析模块会复制主模型的装配文件，并且能够根据实际提供一些列不同的运动分析方案，对运动机构进行优化分析，根据分析优化结构指导零件的设计和改进。此外，该模块还能够嵌入求解分析运动方法的ADAMS解算器。分析方案所用的处理器就是基于该嵌入式软件代码的。1.整个分析的前处理过程就是创建分析方案包括创建连杆、运动副和定义运动驱动等。用所创建的分析方案生成ADAMS输入数据文件，然后再传输回ADAMS结算器上；2.第二阶段是求解阶段，该阶段是根据前处理阶段得到的数据通过求解器求出解，再反馈到运动模型中进行分析；3.第三阶段称为后处理阶段，通过运动分析模块解释第二阶段的数据，并通过动画、图表及报表等直观形式显示。

2.2 运动仿真过程

2.2.1 建立运动分析场景

运动仿真的建立需要一个载体，这个载体储存了整个运动模型的信息，也就是说需要建立一个运动场景。建立新场景的方法如下：打开之前已经建立的煤炭分级装置的三维模型，然后选择应用菜单中的运动仿真选项（motion），这样就进到了UG运动仿真模块，此时系统会自动弹出对话框即运动导航器窗口，在此窗口中选择已经建立的模型并点击鼠标右键，而后选择新建场景（new scenario），至此，运动分析场景建立完成。

2.2.2 建立连杆特性

建立运动分析场景之后还不能将分散的各个部件直接按一定的关系连接起来，还需对所有运动部件定义为连杆，赋予各个部件一定的运动学特性，在定义连杆的同时根据需要确定其质量特性和材料特性。材料特性在仿真运动中非常重要，它是计算质量和惯性矩的重要因素。UG软件的材料库中提供了一定的材料，若材料库中没有，用户也可根据需要自定义。在本例中建立连杆特性的步骤如下：首先单击创建连杆，然后选择需要创建连杆的三维模型，系统会弹出连杆创建选项卡，然后根据实际需要勾选连杆的质量属性、初始速度等参数。

2.2.3 创建运动副

运动副的作用是使两个构件能够相互接触，但又能够保持相对运动的一个部件，它规定了连杆的运动，同时也限制了连杆的自由度。在UG中若要用到运动副，需先给部件定义连杆特性，然后才能用运动副连接，组成运动机构。煤炭的分离装置主要是完成分级的任务，各部件主要是旋转作用，因此创建运动副时选择创建旋转副。

2.2.4 添加驱动

根据配套的分离装置初步计算得出的分离装置的速度为2m/s，转速为360rpm。创建完运动副之后还需完成以下步骤：单击滚柱勾选驱动方式（motion drive）为恒定驱动（constant），初始位移设置为0，初始加速度设置为0，初始速度设置为2m/s，各项参数设置完成后点击确定，运动模型建立完成。

2.3 运动仿真分析结果的曲线输出

当对煤矿分级装置进行运动仿真分析时，在UG内部会自动生成一系列数据。当需要分析时，可调用所需要的数据。UG软件的数据可用XESS或者MicrosoftExcel打开。然后通过电子表格可将驱动机构到特定的位置然后输出运动仿真视频。进行图表输入的步骤如下：单击动画设置（animation），然后选择动力学/静力学分析（kinematic/dynamic analysis）中的运动学分析，时间设置为100s，步骤设置为20，然后点击提交；接着再单击生成图表（graphing）时，会出现之前定义的连杆名称，选择需要分析的连杆，同时勾选曲线类型和输出特点就可得到相对应的数据表格。煤炭分级装置的曲线如下图所示：

由图可知，在煤炭分离时速度变化呈现一定的规律性变化，并且稳定性也有保证。因此能够完成分级的任务。

3 结语

用UG创建的三维模型，形象、逼真，可以直观的反应煤矿分级装置的构造。本文通过对煤矿分级装置的分析和仿真，达到了初始设置的目的。UG制作的三维动态模拟，方便工程设计人员了解掌握机械的结构和运行原理，不仅可以有效的检验机械在用户操作过程中人为的操作干涉，同时节约了大量的时间和成本，大大提高了机械的设计质量和市场竞争力。

[参考文献]

[1] 张双侠，纳斯哈提.基于UG软件的铺膜机计算机辅助设计[J].农机化研究，2007，（11）：138-141.

[2] 夏林海.基于UG的新型自动编烟机虚拟样机设计[D].重庆：重庆大学，2012.

[3] 邓 锋，章新喜，王进松.一种新型煤炭干法分级设备的试验研究[J].煤炭技术，2010，29（11）：109-111.