机械系统设计论文范文

导语：如何才能写好一篇机械系统设计论文，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。

篇1

舞台吊标分为电动和手动两种,它主要用于悬吊和升降各种幕布、灯具、布景等物，是上下左右频繁移动机械,所以吊杆也是舞台安全的主要系数。电动吊杆的作用可以降低工作人员的劳动强度，起至事半功倍的效果,如果一个舞台的深度有14米,我们可以为他设置电动吊杆38道，其中24道景杆（含一道前沿幕）、14道备用吊杆【包括2道二维侧光灯架】，一道升降电影银幕架、1道灯光渡桥及无极均匀伸缩大幕机1套。

通过我们多年使用舞台吊杆机械的经验,我们认为泰州长江影视工程设备厂生产的产品，性能最稳定，安全最可靠，已经被上百家剧院采用。其运用了蜗轮蜗杆减速系统、材质为锡青铜，磨擦系数小，传动效率高。有防冲顶保护、上下限保护。滑轮为镀锌防跳绳花轮，安装不须焊接在滑轮梁上，如焊死，以后维修、调整极不方便。长江影视设备厂的滑轮都是用抱箍罗栓固定。当吊杆升、降至某一位置时，ABS抱死系统立即断火紧锁马达，这样确保吊杆停至此位置下滑系数最小,安全性达到最高。且强弱电分开控制。

所以在这里设计了舞台机械的具体参数:

A、景物吊杆技术参数如下：

电机功率：2.2KW吊点数：4个

升降速度：0.27m/s杆体长暂定：16米

电机转速：1400转/分速比为：40：1

提升荷载为：400KG杆体为钢管

控制方式：点控

该型吊相具有上下限位，冲顶保护装置。制动形式：蜗轮、蜗杆自锁，电磁抱闸。噪音≤45dB.

吊杆杆体用两根Φ50黑铁管焊接成吊杆，中间接头内衬钢管。最后均刷防锈漆两遍，外层喷黑色油漆。

B、灯光吊杆技术参数如下：

电机功率：3KW吊点数：4个

升降速度：0.18m/s杆体长暂定：14米

电机转速：1400转/分速比为：50：1

提升荷载为：600KG杆体为?50黑铁管吊杆

控制方式：点控

该型吊杆具有上下限位，冲顶保护装置。制动形式：蜗轮、蜗杆自锁，电磁抱闸。噪音≤45dB。

吊杆杆体用Φ50；黑铁管焊接成吊杆，中间接头内衬钢管。最后均刷防锈漆两遍，外层喷黑色油漆。

舞台机械设计原则

（节选）1、钢结构

a)所有承重的钢结构件，其结构刚度大于1：1000

b)钢结构件应设计合理，钢结构及其接头应能承受最大额定载荷和由紧急停车造成的冲击载荷；

c)钢结构件所用材料应符合有关标准；

d)钢结构焊缝须符合有关规定，主要焊缝应进行无损探伤检查；

2、吊物与卷扬装置

①卷扬机卷扬机上的电动机和制动器应联合动作，只有电动机电源接通时，才能许可制动器打开；万一制动器打开，而电动机没有接通电源时，只许吊杆（负载）静止或低速下降；

②卷筒组件

卷筒直径不小于钢丝绳直径的30倍；

卷筒用优质灰铸铁或厚壁无缝钢管焊接并经精确机械加工而成；

钢丝绳屿卷筒绳槽中心线的夹角应中于2.5度；

卷筒组件应设计防止钢丝绳在负荷或松驰状态下跳槽的装置。

③滑轮

滑轮的节圆直径，不应小于钢索直径的28倍；

滑轮及滑轮组应采用滚动轴承支承；

滑轮及滑轮组应有防止钢丝绳脱槽的保护装置。

钢丝绳与滑轮的偏角不超过2.5度。

④钢丝绳

悬吊钢丝绳应为带有人造纤维芯的软钢丝绳；

预先检验：供货时所有的钢丝绳均应分批测试；

现场处理：钢丝绳在安装期间应小心处理，不能以任何方式技术打结或损坏；受损或变形的钢丝绳不予接收。所有切断头都应妥善处理；

安装：钢丝绳不应与设备的固定或移动部分磨擦，在有损坏或卡住风险的地方，应采取正确防护措施；

悬挂支承：穿过顶楼的转向滑轮或在其它需要悬挂支承的地方，钢丝绳应在滑轮上进行支承。

⑤钢丝绳配件

钢丝绳配件应采用表面镀锌的标准配件；

钢丝绳配件规格尺寸与钢丝绳匹配；

使用钢丝绳夹的地方，每个接头至少使便用3个正确安装的绳夹。

3、吊杆

a)吊杆采用圆管杆或桁架杆，管子或构架应平直、无扭曲变形；

b)管杆采用优质无缝钢管制造；

c)杆的接头应尽量少，接头采用实心圆棒与管子配合；

d)悬吊钢丝绳的端头用单独安装于杆上的调节装置进行调整；

e)管端：管端应配有带醒目颜色的永久性塑料帽或钢封头；

4、限位、定位、超程开关

a)限位及定位开关

i.行程终止限们开关：行程终止限位开关应能测出设备正常行程绺并使之停车；

ii.中间定位开关：在合适的地方配置中间定位开关和减速开关；

iii.直接碰撞限位开关：行程终止限位开关也可选用直接碰撞限位开关。

b)超程限位开关

超程限位开关：所有电动设备都应安装单独的超程限位开关，以防行程终止限位开关发生故障导致机械损伤。

4、电动机

a)工作循环：舞台机械按断续操作设定。每个工作循环规定为在载荷条件下6次全行程运转并有15min停顿；

篇2

课程设计是对课程内容的应用性训练环节，是学生应用所学知识进行阶段性的专业训练过程，也是对理论教学效果的检验。通过这一环节使学生在查阅资料、理论计算、数据处理等方面得到基本训练，培养学生综合运用理论知识分析、解决实际问题的能力和严谨的工作作风，树立正确的规划、设计思想。

课程设计论文准备

（1）课程设计（论文）开始前应准备好教学大纲、任务书和指导书等必要

的教学文件，以及教学参考资料、范例等。

（2）在满足教学大纲和教学基本要求的前提下，课程设计选题应使学生得

到较全面的能力训练，达到培养学生实践技能的目的。题目的深度、广度和难度要适当，使学生能在规定时间内完成任务。必须明确每个学生独立完成的部分，做到参数、指标或侧重点不同，避免因工作任务雷同而出现抄袭现象。

2、课程设计（论文）指导教师的配备和职责

（1）指导教师应在课程设计（论文）开始时向学生下达任务书并公布具体

考核方式。

（2）指导教师应检查和监督学生的出勤、工作进度，保证足够的指导时间，

对学生遇到的问题要及时指导，注重启发、引导、鼓励学生提出独立见解，适当组织讨论，充分发挥学生的主体作用，发掘学生的创新潜能。

（3）指导教师应认真审查学生完成的设计论文，客观公正地评价学生成绩；

将课程设计论文资料整理齐全，按要求存档，并填写有关报表。

3、课程设计论文的任务书和指导书

（1）课程设计（论文）任务书和指导书由指导教师拟订、撰写，经系主任

审查后，在布置课程设计（论文）任务时印发给学生。

（2）课程设计（论文）任务书的内容应包括：设计（论文）题目、已知技

术参数（题目背景）、设计（论证、调研）要求、设计（分析）方法、指导教师与系主任签字。

（3）课程设计（论文）指导书应包括设计步骤、设计要点、主要技术步骤

和关键分析、方案比较内容等。

4、成绩评定与资料归档

（1）学生课程设计论文完成后，由学生按要求装订成册，指导教师应组织

评审。课程设计论文成绩根据学生的考勤、课程设计论文完成质量综合评定，其权重由教学基层单位确定。成绩采用五级分制评定。

（2）指导教师在课程设计论文工作结束后填写《内蒙古科技大学课程设计

（课程论文）工作总结表》。

（3）课程设计（论文）成果及相关材料由学院保留四年。对于优秀课程设

计（论文），保管期限可适当延长或移交学校档案室存档。

课程设计论文要求

课程设计论文的内容应包括：

1．封面

2．任务书

3．目录

4．正文

（1）．论文题目；

（2）．技术参数、设计步骤；

（3）．设计理论分析方法

（4）．设计结论及其分析

5．参考文献

注意：绝不允许课程设计论文雷同，一经发现全部计为零分！ （即便课程设计的内容相同或相近，在文字叙述中也要有自己独有的文字表达出 来，所有的图都要自己画，一旦发现报告中出现网络下载的图片取消成绩） 课程设计论文的格式要求：

论文使用A4纸打印，中文字符一律使用宋体，西文字符一律使用Times New Roman字体

一级标题采用小三号字加粗，两端对齐，段后空一行；二级标题采用四号字加粗，两端对齐；三级标题采用小四号字加粗，两端对齐；正文采用小四号字，两端对齐，1.5倍行距，首行缩进2字符。题目、目录、附录、参考文献等标题采用小三号字加粗，居中对齐，段后空一行。

图标题应在一级编号下顺序编号，如图1.1、图1.2、图2.1、图2.2??，居中置于图的正下方，段后空一行。

表标题应在一级编号下顺序编号，如表1.1、表1.2、表2.1、表2.2??，居中置于表的正上方，段前空一行。

页眉采用五号字居中注明“内蒙古科技大学课程设计论文”字样，页脚采用五号字居中标注页码（摘要和目录采用罗马数字，其它采用阿拉伯数字）。

（1）篇幅

课程设计论文的篇幅为3--4千字左右。

（2）装订

论文按封面、任务书、目录、正文、附录、参考文献的顺序装订成册。

题目：

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计算机理论双目立体视觉运动平台的动力学仿真分析

一、引言

随着信息、处理、计算机技术的发展，人们对于机器能够仅仅获取以一些平面的二维视觉信息越来越不满意，人们设想借助计算机的技术，能使机器人真正能“看到”精彩的三维世界。计算机技术、视觉传感器技术、摄像技术以及立体视觉理论的发展，利用视觉传感器来获取环境图像，并用计算机实现对视觉信息的处理，从而形成立体视觉，逐渐使这一设想变成现实[1-4]。本文采用了目前国内外进行机电一体化系统设计时最常用的虚拟样机技术，基于3D数字化设计平台UG，采用赫尔姆霍茨模型作为参考设计了一种新型的具有三自由度的双目立体视觉运动平台，如图1所示。

二、运动学仿真验证立体视觉运动平台的运动空间范围

运动学仿真的目的是为了验证立体视觉运动平台动力模型建模的合理性，检查运动自由度范围是否达到设计指标中要求的“眼睛”左右偏航运动空间范围（±60o）、“头部”俯仰运动空间范围（±45o）。同时通过运动学仿真，还可以检查视觉运动平台动力模型各个部件的之间有没有产生运动碰撞干涉。本文采用机械系统动力学自动分析软件ADAMS对运动平台进行运动仿真分析[5]。

经过运行运动学仿真，可以得知各个自由度的运动空间范围如下：

（一）左偏航极限±60度、右偏航极限±60度、俯仰极限±45度位置，如图2所示

（三）没有发生偏航运动，仰视极限负45度位置，如图4所示

偏航和俯仰运动各个自由度运动范围曲线图如图5，图6，图7所示。从上面各个极限位置、偏航和俯仰运动各个自由度运动空间范围曲线图可以观察到部件之间没有产生运动碰撞干涉现象，各个自由度的运动空间范围达到了设计的要求，从仿真结果也可以看出本运动平台运动空间范围广，验证了本视觉运动平台达到了运动功能的要求，说明本立体视觉运动平台的机械系统结构设计是合理的，这为一般机器人立体视觉运动平台的机械结构设计提供实用的改进和参考依据。

三、驱动电机的输入扭矩分析

要验证选择的驱动电机的输入扭矩是否够，那么要测量俯仰电机和偏航电机的扭矩。在立体视觉运动平台中，电机主要是要克服转动过程中转动头和摄像机等运动部件的负载转矩。运动部件的负载扭矩在ADAMS中通过测量扭矩的方式测量出来，如下图8，图9分别是偏航电机和俯仰电机的负载扭矩。

通过图8和图9，可以知道偏航和俯仰电机的负载是时间连续曲线。当偏航或俯仰运动到极限点时，驱动电机要进行变向运行，负载扭矩的方向也发生变化而出现突变拐点，拐点的值便是负载扭矩最大值，可以得知选择的电机的扭矩是足够的。仿真结果对双目立体视觉运动平台的控制系统的性能定性分析提供了一种评价手段。

四、结论

仿真的结果验证了视觉运动平台的俯仰和左右偏航自由度的运动空间范围符合设计要求。根据仿真结果可以看出本运动平台运动空间范围广，验证了本视觉运动平台达到了运动功能的要求，说明本立体视觉运动平台的机械机构设计是合理的，这为一般机器人立体视觉运动平台的机械系统结构设计提供实用的改进和参考依据。

并通过仿真求解出俯仰电机和左右偏航电机的负载扭矩曲线，仿真结果对双目立体视觉运动平台的控制系统的性能定性分析提供了一种评价手段。

参考文献：

[2]贾云得.机器视觉[M].北京:科学出版社,2000,(4):1-10.

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关键词： 现代机械设计 系统化 结构模块化 产品特征 智能化

随着近年来人类科学技术水平的加速发展，特别是计算机软硬件性能的持续提高，以及计算机技术对各行各业全面深入的渗透，各技术领域的思维、观念和方法不断得以更新。机械设计作为一个具有几百年历史的技术领域，也在世界科技进步的大潮中获得了新生。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。

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，我们可以将方案的现代设计方法概括为下述四大类型。

一、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。

系统化设计思想于上世纪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，制定了设计的一般模式，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，制定出标准VDI2221技术系统和产品的开发设计方法。

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。具有代表性的系统化设计方法有设计元素法、图形建模法、“构思”―“设计”法、矩阵设计法、键合图法，等等。

二、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。

这种方法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。

这种方法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（连接和配合部），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。

这种方法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。

根据机械零部件的连接特征，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连接；

4）具有模块化结构和模块化元件的连接，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时，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。

三、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。

四、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，我们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。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。

机械产品的方案设计正朝着计算机辅助实现、智能化设计和满足异地协同设计制造需求的方向迈进，由于产品方案设计计算机实现方法的研究起步较晚，目前还没有成熟的、能够达到上述目标的方案设计工具软件。我认为，综合运用文中四种类型设计方法是达到这一目标的有效途径。虽然这些方法的综合运用涉及的领域较多，不仅与机械设计的领域知识有关，而且涉及系统工程理论、人工智能理论、计算机软硬件工程、网络技术等各方面的领域知识，但仍然是产品方案设计必须努力的方向。

参考文献：

［1］邹慧君，蓝兆辉，王石刚，郭为忠机构学研究现状、发展趋势和应用前景.

［2］基于WEB的计算机辅助机械创新设计系统研究..计算机类.计算机应用.

［3］机械产品方案的现代设计方法及发展趋势.中国.其它.创新论文.

［4］唐林，邹慧.君机械产品方案的现代设计方法及发展趋势.机械科学，2006，9，18.

［5］雷永刚，彭颖红，阮雪输.机械产品概念设计：综述与分析.武汉大学学报，2006，9，13.

［6］刘晓叙，陈敏.机械产品绿色设计理念.机械设计，2006，4，12.

［7］韩忠愿，熊模华，钟毅芳，周济.现代机械工程设计的特点及CAD技术的走向浅.华中理工大学CAD中心.

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关键词 课程设计 质量 机电专业

中图分类号：G642 文献标识码：A

1 机电专业课程设计的重要性

机电一体化技术不是机械技术与电子技术的简单叠加，而是二者的有机结合。一直以来由于在基础课与专业课教学中缺乏机电知识综合运用能力的培养和训练，学生在学习了机械设计、机械制造和电子技术、微机原理与应用等基础课程以及数控技术、机电一体化技术等专业课之后，仍然不能很好地将机、电的知识融会贯通，不能很好地将所学知识运用于实际生活生产中的机电一体化系统的综合设计，遇到这类问题常常无从下手，存在不少困难。

机电专业课程设计是一个重要的实践性教学环节，一般安排在控制原理、数控技术、机电一体化技术等专业课学习之后。要求学生能够综合运用所学过的机械、电子、计算机和自动控制等方面的知识，独立进行一次机电结合的设计训练，主要目的是：①②

（1） 承上启下。在学习完相关专业课和即将进行毕业设计之前，初步建立“系统设计”的思想，以及相关能力的培养，为毕业设计奠定基础。

（2） 结合生产生活中的机电产品，学习机电系统总体设计方案的拟定、分析与比较的方法，进一步提高学生对本专业重要性的认识。

（3） 通过对机械系统的设计，掌握几种典型传动机构、导向机构及执行机构的工作原理、设计计算方法与选用原则。如齿轮/同步齿型带减速装置、蜗杆副、滚珠丝杠螺母副、直线滚动导轨副等以及相应机构的消间隙方法及装置。

（4） 通过对进给伺服系统的设计，掌握常用伺服电动机的工作原理、设计选择方法与控制驱动方式。如步进电机、交流伺服电机、直流伺服电机等。

（5） 通过对控制系统的设计，掌握一些典型硬件电路的设计方法和控制软件的设计思路。如控制系统选用原则、CPU选择、存储器扩展、I/O接口扩展、A/D与D/A转换配置、键盘与显示电路设计等，以及控制系统的管理软件、伺服电动机的控制软件设计思路等。

（6） 通过对机床夹具的设计，充分了解夹具在保证加工精度和提高生产率方面的重要性，掌握典型夹具的工作原理、设计计算和定位分析与选用原则。如数控钻床工作台设计、数控铣床工作台设计、箱体端盖钻锪孔钻模设计及动态仿真、车床拨叉两个25孔钻模设计及动态仿真等。

（7） 通过对机电产品零件生产工艺设计，掌握一些典型零件的加工工艺规程设计的内容及步骤，工艺路线拟定的方法和步骤。如CA6140型车床主轴箱箱体工艺路线设计、轴类零件数控仿形加工、型腔零件数控仿形加工等。

（8） 培养学生独立分析问题和解决问题的能力。

（9） 锻炼提高学生阅读应用手册和标准、查阅文献资料以及撰写科技论文的能力。

2 提高机电专业课程设计质量的方法

2.1 选题

选题是决定专业课程设计质量的关键。题目的内容应该围绕机电一体化技术，难度和工作量要适中，既不要太难太大，拿到题目后使学生无从下手；又不要太易，照葫芦画瓢即可以完成。而应该使同学们能够在3～4周的时间中综合应用所学过的课程知识，同时查阅相关工具书及文献资料，通过总体方案论证、设计计算、选型、三维绘图及装配，论文撰写，最终完成题目的内容。近几年我院对机电专业课程设计的题目逐步进行规范，机电专业课程设计的对象主要结合生产生活中的机电产品（系统），分为机电产品生产工艺设计、机电产品制造夹具设计、机电系统进给伺服系统设计等三个主要方向。通过课程设计完成可以使学生有一定的成就感，进一步提高对本专业的学习兴趣。设计的机电产品主要有（下转第190页）（上接第169页）CNC机床、工业机器人、三坐标测量机、自动雕刻机、全自动洗衣机、果蔬自动烘干机等。

2.2 质量控制

2.2.1 规范课程设计过程

整个课程设计包括：确定题目及任务书、学生选题及进行课程设计、成绩评价。其中任务书包括：题目，主要完成内容及具体工作量（说明书字数及设计图纸大小、数量）。课程设计的时间一般为3～4周，指导教师根据具体题目进一步安排学生详细的进度安排，并督促学生按期完成进度任务。具体执行时为保证质量主要采取以下措施：

* 一人一题；同一题目不同参数可以扩展至两题；

* 必须有设计图纸（装配图和（或）零件图，或工艺流程图、工序卡）；

* 提高、规范机械制图能力，图纸严格按机械制图标准、规范执行。其中，装配图要求：结构、投影关系、剖面、标题栏格式、配合、总尺寸、技术要求、线条、字体、字号、标准件标注及国标等；零件图要求：结构、投影关系、剖面、标题栏格式、尺寸、公差、粗糙度、材料、热处理等以及技术要求、线条、字体、字号等；

* 认真撰写设计说明书。设计说明书要求清楚地叙述整个设计过程和详细的设计内容。内容一般不少于10000字符，要求条理清晰、图文并茂、符合国标。

2.2.2 规范成绩评价赋分标准

成绩评价应能充分反映课程设计的全过程，目前我们制定的专业课程设计赋分标准如表1所示。

从表1可以看出，成绩评定既包括学生的主观态度，又包括其完成的具体内容情况。

课程设计结束后，教研室根据指导人数，每名教师抽取所指导学生的20%比例，由全体指导教师组成小组，对设计内容、结果、教师给分等进行集体评议，以使课程设计成绩评定更加合理。

通过规范课程设计选题、规范课程设计过程、规范课程设计成绩评定，使我院的专业课程设计质量明显提高，为同学们后续的毕业设计奠定了良好的基础。

注释

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关键词：慧鱼工程技术；机械设计；实践实验教学；创新能力

一、引言

机械设计制造及其自动化专业作为学校向应用型综合大学转变中专业建设的重要组成部分，是培养应用型机械类本科专业人才的主阵地。《机械设计》是该专业重要的专业基础课，专业教学计划围绕《机械设计》教学目标开设了工程实践实验课程，如《机械设计课程设计》《16+2职业技能训练》等，培养学生的综合设计能力、工程实践能力、创新实践能力、团队协作能力等，要求学生能综合利用所学知识解决工程实际问题。但是在实践实验教学环节，教学效果差，一是因为机械设计实验教学所开实验多是认知性实验和验证性实验[1]；二是因为《机械设计课程设计》命题陈旧且单一，缺乏现代设计，无法达到综合训练的目标[2]。为此，本文提出基于慧鱼工程技术的机械设计综合创新实验教学方法，培养学生的综合设计能力、创新工程实践能力等。

二、机械设计实验教学弊端及改进策略

1.机械设计实验教学弊端。《机械设计》是一门综合性很强的专业基础课，以《机械制图》《理论力学》《材料力学》《机械工程材料》《互换性和测试测量技术》《机械原理》等课程为依托，对机械零件设计准则、摩擦磨损及、螺纹连接、轴毂连接、带传动、链传动、齿轮传动、蜗杆涡轮传动、轴系设计、滚动和滑动轴承、机械系统设计以及其他常用零部件设计等知识进行讲解[3]。其课程特点是内容多且杂，存在大量经验公式与图表，教学内容抽象等，多数学生反映内容零乱，找不到重点。为此，通常在制订教学计划开设相应实验课，辅助学生理解并掌握相关知识，如《机械设计课程设计》《机械设计实验》。随着技术的发展，社会对学生的综合创新设计及工程实践能力提出更高的要求[4]，但目前《机械设计课程设计》《机械设计实验》仍然存在一定的弊端，实践实验教学效果差，无法满足社会需求。《机械设计课程设计》是对渐开线圆柱齿轮二级减速器进行设计，该实践项目存在一些弊端：一是课程设计命题陈旧且单一，是对通用渐开线圆柱二级齿轮减速器进行设计，主要内容为机械方案设计、传动系统详细设计、装配图绘制及减速器设计说明书，相关设计技术指导书成熟，网络资源丰富，学生设计时基本是依葫芦画瓢，查手册，套公式，设计过程就是仿造，部分学生存在抄袭、买卖现象，严重影响教学秩序和教学质量；二是重视二维装配图，轻视二维零件图、爆炸图和三维建模及装配的训练，不足以满足机械设计综合训练的要求。机械设计实验方面，主要包括机器组成及典型机械传动零件感性认识、传动试验（齿轮传动、带传动和链传动等）、机械传动轴系部件设计与分析。由于我校教学计划安排，无明确的机械设计实验有关课程，仅在《机械设计》理论教学时，组织学生参观机械典型零部件多功能语音教学示范箱，加深对《机械设计》各章节的理解。为弥补《机械设计》实践实验课程的不足，我校除了积极对《机械设计课程设计》教学内容、教学方式以及考核方式做调整外，还积极探索以16+2实践周“专业技能训练”作为实验实践教学的补充，但由于不规范存在教学效果差的问题。2.设计实践实验教学，对大学生工程实践能力的培养具有重要的意义[5]。为此，我校对《机械设计课程设计》教学进行创新改革，积极探索机械设计综合创新实验教学。Fischertechnik，即“慧鱼”，是德国人基于六面体接体发明创造的工程技术智趣拼装模型，包含各类机械构件（齿轮传动、丝杆传动、链传动、皮带传动、连杆机构、凸轮机构、减速器等）、电气元件（电机、电气开关、气动零件、各类传感器、控制器、导线及导线接头等）和编程软件等模块。该模型是《机械设计》的理想教学工具。基于此我校，利用Fischertechnik模型搭建机械创新人才培养平台，结合教师科研、机械工程专业学科竞赛与大学生创新创业训练计划项目等，在16+2实践周“职业技能训练”时机械设计综合创新实验题目，学生自由组队，综合利用《机械原理》《材料力学》《理论力学》《机械设计》《机械制图》等课程知识，合理分工，利用Fischertechnik组合模型，完成相关综合创新实验设计任务，力求达到培养综合设计能力、工程实践能力、创新实践能力、团队协作能力等的教学目标。

三、机械设计综合创新实验教学示例

为解决菠萝采摘生产效率低、人工成本较高、果农劳动强度高、芒刺对果农伤害较大等问题，我校17机械班某组学生基于慧鱼组合模型设计了一款小型手扶式菠萝自动采摘机。右上图为菠萝采摘机部分功能装置，分别为成熟识别装置、传输装置，考查学生对《机械设计》教学中电动机、减速器装置、齿轮传动、皮带传动、链条传动/螺栓连接等知识的理解与掌握。基于慧鱼工程技术的机械设计综合创新实验教学中，我校学子在第八届全国大学生机械创新设计大赛（慧鱼组）中获得国家三等奖1项，立项大学生创新创业训练计划项目国家级2项、省级1项，发表省级以上科技学术论文3篇，申报专利1项。目前，我们正在以国家级大学生创新创业训练计划项目为依托，积极备战中国—东盟高校创新创业教育联盟大学生创意机器人设计大赛和第九届全国大学生机械创新设计大赛，期望取得优异成绩。

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关键词：TRIZ理论；毕业设计；最终理想解；技术矛盾；物理矛盾

作者简介：刘训涛（1975-），男，山东鄄城人，黑龙江科技学院机械学院，副教授；吴卫东（1967-），男，江苏沛县人，黑龙江科技学院机械学院，教授。（黑龙江 哈尔滨 150027）

基金项目：本文系黑龙江省高教学会“十二五”规划课题“TRIZ理论在本科教学中的应用与大学生创新能力培养的研究”（项目编号：HGJXHC110906）、黑龙江省新世纪教改项目“TRIZ理论在机械工程专业毕业设计中的应用与实践”（项目编号：6621）、黑龙江科技学院青年才俊资助项目的研究成果。

中图分类号：G642.477 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）07-0170-02

随着高校扩招，大学招生人数逐年增加，但是教师的人数却变化不大，指导毕业设计的师生比逐年降低，教师一般一年要指导6～8个本科生，高职称的教师甚至要指导13～14人的毕业设计。由于机械设计的自身特点，指导教师很难每年均给出全新的课题，导致很多毕业设计题目、设计内容雷同甚至与前两年完全一样。同时由于传统的毕业设计过程管理松散，学生毕业设计又与找工作时间重叠，还有些学生利用最后一学期上驾校、考驾照，学生实际投入到毕业设计的时间有限，所以学生毕业设计存在一定的突击、抄袭、拷贝，甚至花钱请人完成的现象。虽然各高校先后开展了论文工作，但是仍然无法保证学生毕业设计的创新性、独立性。学生毕业设计质量逐年下降，甚至有些人认为应该取消本科生毕业论文答辩。针对本科毕业设计存在的问题，尝试将TRIZ理论引入到毕业设计中，在师资队伍、毕业设计选题、开题答辩、结构设计与过程管理中采用TRIZ理论融入模式开展教学，经过三年多的教学试验，取得了一些成绩。

一、TRIZ理论师资队伍建设

教师在毕业设计中与学生接触最多，既是学生毕业设计质量的监督者，又是设计方法、绘图技巧的直接传授者，所以教师在本科生毕业设计中起着至关重要的作用，教师的业务能力和专业水平在很大程度上决定了学生毕业设计的质量与成败。学校鼓励教师逐步提高自身学术修养，在职完成博士研究生学习，积极参加省内重点高校精品课程的盯课任务，积极到工厂、实验室挂职锻炼，积极开展各种教研与科研活动。利用黑龙江省优越的TRIZ理论学习与推广环境，有计划的开展教师TRIZ理论培训，聘请亿维讯的TRIZ理论讲师为教师进行软件及理论培训。选派多名教师参加国家科技部、黑龙江省科技厅组织的由俄罗斯、德国以及国内TRIZ理论专家讲授的师资培训班，并利用教研室活动时间，不定期的开展TRIZ理论学习与实践情况交流，共同探讨学生创新能力形成发展的规律，为创新教育提供最直接、最深刻的体验。[1]组建起一支业务素质高、爱生、敬业，同时又了解TRIZ、喜爱TRIZ、研究TRIZ的教学团队，为TRIZ理论在本科毕业设计中的应用奠定师资基础。

二、TRIZ理论在毕业设计中的应用

毕业设计过程是实现本科培养目标的重要阶段，是学生毕业前的最后学习阶段，是对学生大学四年学习的总体检验与综合运用，是学生综合素质与工程实践能力培养的最后一里路程，也是本科生毕业及学位资格认证的重要依据，更是衡量高等学校教育质量与办学效益的重要评价内容。[2]毕业设计过程一般包括课题选择、任务书下达、毕业实习、开题答辩、中期答辩、图纸绘制与说明书撰写、毕业答辩几个过程。通过TRIZ理论融入式教学法的实施，将TRIZ理论融入到毕业设计的各个环节，提高了学生毕业设计的质量。

1.TRIZ理论在选题中的应用

选题是做好本科毕业设计的第一步，选题是否正确得当，将直接关系到学生毕业设计知识的学习量、实践与创新能力的培养水平，是关系到学生毕业设计成绩的重要步骤。由于教师指导的学生多，同时参与指导毕业设计的青年教师比重大，实践经验较欠缺，导致许多教师无奈之下选用陈旧的课题或者兄弟院校的毕业设计题目，毕业设计选题缺乏创新，有的甚至不科学，更无法发挥学生的潜能，无法开展学生实践与创新能力的培养。为了克服以上困难，在选题时力争密切联系科研、生产、实验室建设实际，力争产、学、研结合，努力增加课题的实用性。尽量选择教师自身熟悉的科研、学术研究课题，力求将教师承担的国家、省（部）、厅（局）级科研课题，以及企事业单位委托课题、校内基金课题和自拟课题与学生的毕业设计挂钩，让学生参与到教师的科学研究中，早一步体验科研实际。[5]在课题选择时，应用TRIZ理论进行产品S进化曲线分析，研究机械产品的发展阶段，寻找机械产品现阶段存在的矛盾，从而确立待选课题，并尽量使课题处于TRIZ理论1到4级发明阶段，力争做到选题科学、合理、新颖、先进。另外，要激发学生开展毕业设计的兴趣，培养学生独立自主创新的能力。通过三年的实践，本科毕业设计题目更新率、题目可操作性、对学生自主创新能力培养均有显著提高，如图1所示。

黑龙江科技学院机械设计专业有学生152人，有专任教师16人。通过TRIZ理论在选题阶段的应用，毕业设计题目更新率由原来的53.6%增加到了93.5%，课题和教师的科研与研究课题相衔接率逐年增加，由2009年的35.6%增加到63.4%。毕业设计知识点逐年增加，涵盖了机械设计中的理论知识与实践知识，设计包括机械结构设计、方案选择、结构力学分析。使学生通过毕业设计学会了方案制定、材料选择、结构设计、零部件强度校核、电机选择、手册查找、工艺及热处理方案制定等多方面知识。毕业设计的可操作性明显提高，教师指导难度降低，毕业设计中创新设计题目由4.35%提高到36.7%。通过科学选题增加了学生毕业设计的信心和动力，让学生在综合知识运用上更加自如，更能够激发学生潜在的创造能力。

2. TRIZ理论在开题中的应用

开题报告的撰写是学生在毕业实习后，依据教师给定的设计题目和实习阶段收集的资料，对毕业设计课题国内外发展现状的综述、机械产品结构设计方案选择、课题开展计划制定、设计目标及参考文献的撰写。[4]鼓励和引导学生在开题阶段使用TRIZ理论。应用TRIZ理论进行九屏法分析，研究课题的系统、子系统、超系统，以及系统、子系统和超系统的过去、现在与未来系统，查找整个系统以及操作区中可利用的资源，找出要解决的问题，通过对问题的抽象，运用TRIZ理论建立矛盾。如果是技术矛盾（即一个参数改变引起另一个参数的“恶化”），依据矛盾矩阵表和40个创新原理查找解决方案；如果是物理矛盾（对一个参数提出两种不同的要求），采用时间分离、条件分离、空间分离、整体与部分分离原理进行解决，或者通过对结构进行物-场分析，应用标准解查找解决方案，并利用PRO/Innovator的专家评价系统或者机械系统设计中学到的方案选择原则对各个方案进行打分，选择最优的设计方案。各年开题报告撰写中技术创新方法的应用情况如图2所示。随着黑龙江科技学院TRIZ理论选修课程的开设，学生对TRIZ理论的了解逐渐增加，在开题报告中应用TRIZ理论的数量逐年增加，开题报告的质量也有明显的提高。[2]

3.TRIZ理论在结构设计中的应用

TRIZ理论的核心思想是通过重新定义问题，建立最终理想解；通过系统思考来充分利用系统内部和外部的资源，不折中、不妥协，创造性地解决问题；通过工具和方法来寻找创新规律。[3]在结构设计阶段，学生首先对设计中遇到的问题形式进行描述，并将其转换为技术形式与发明形式；然后应用功能分析对关键部件结构进行分析，通过鱼骨图查找当前结构的问题节点，应用小人法、金鱼法对结构进行分析，通过S进化曲线的分析，确定产品所处的技术进化阶段，选择相应的TRIZ理论工具，确定结构的最终理想解（ideal final result，IFR），明确努力方向，保证在问题解决过程中沿着此目标前进并获得最终理想解，从而避免传统创新设计方法中缺乏目标的弊端，提升创新设计效率。应用ARIZ（Algorithm for Inventive Problem Solving）算法、进化法则、知识库、效应库、结构库、专利地图（国内专利库、欧美专利库），从专利规避角度出发，开展机械运动、机械动力、机械结构及机电结合等详细设计，[1]具体应用过程如图3所示。

通过TRIZ理论的应用激发学生的联想思维、想象思维、灵感思维，进而提升了本科毕业设计的质量。学生毕业设计图纸、说明书中重复率明显下降，创新点逐年增加，部分学生还将毕业设计成果申请了实用新型专利，通过毕业设计不仅锻炼了学生的工程实践能力，激发了学生的创新热情，同时还发掘了学生自主创新的潜能。

三、TRIZ理论在毕业设计管理中的应用

传统的毕业设计均是在设计初规定好最后答辩时间，学生只要在答辩日期前提交毕业论文和图纸就可以，但由于现代科技的发展，以及往届生的口口相传，很多学生在网上购买毕业设计、或者直接拷贝工厂图纸和往届毕业设计。而在整个毕业设计期间，很少有学生进行认真的设计、甚至很少有人思考与毕业设计有关的内容。有的指导教师甚至在整个毕业设计周期都见不到学生，学生也都是在毕业设计的最后几天连夜突击，毕业设计质量可想而知。学生在毕业设计中知识的学习，创新思维能力的培养更是无从谈起，毕业设计甚至成为教师和学生的共同心病。

课题组应用TRIZ理论动态化、周期化和分割原理，将毕业设计的考核分割量化，将毕业设计考核由一点单一考核变成多点分段动态考核。教研室教师集体制定各考核点，学生最后的毕业设计成绩由各个考核点成绩组成，改变了过去一次答辩定成绩的做法，加强了过程管理。用分割法将毕业设计成绩分割成毕业实习、开题答辩、中期答辩、教师定期指导、最后答辩几部分（见表1）。在毕业设计之初就列出每一部分考核的具体时间，让学生根据阶段考核时间表自动校正自己的毕业设计进程，同时每个阶段考核都由教研室组织教师进行成绩评定，并将成绩立即公布，任何一部分成绩不合格均不允许参加毕业答辩。通过两年的实践，学生技术文件质量普遍提高，学生毕业设计进程普遍加快，学生参与毕业设计的热情普遍增强，学生应用到毕业设计中的精力和时间增加，创新的结构增多，抄袭现象减少，学生集中突击情况不复存在，学生毕业设计质量明显提高。

四、结论

毕业设计既是对学生大学四年学习知识、实践动手能力的检验，又是学生自主创新能力、工程素质的集中综合培养。毕业设计囊括了实习、开题、产品结构设计计算、图纸绘制、论文撰写、论文答辩等过程。通过在本科毕业设计中引入TRIZ理论强调了学生的主体地位，激发了学生的创新热情，培养了学生的创新能力，避免了学生毕业论文的抄袭现象，克服了毕业设计题目雷同问题，提高了学生毕业设计的效率和质量。部分学生还将毕业设计内容申请了国家实用新型专利，也提高了学生的就业率。通过毕业设计实践，机械设计专业连续三年在学校毕业设计专项评估中名列第一，就业率连续三年名列学校前茅，2012年黑龙江科技学院亦荣膺“全国高校就业50强”，毕业生受到了用人单位的一致好评。

参考文献：

[1]马苏常，王健民，王宪成.应用TRIZ理论提升职技高师学生毕业设计创新能力的探索[J].职业技术教育，2009，（32）：79-81.

[2]刘训涛，赵存友，徐鹏.TRIZ理论与大学生创新能力的培养[J].高教论坛，2011，（3）：29-30.

[3]刘训涛，曹贺，陈国晶.TRIZ理论及应用[M].北京：北京大学出版社，2011.

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【关键词】渗透压仪;机电一体化;冰点测量;医药卫生

Abstract：Osmotic pressure meter is widely used in medicine，health. At present，the most commonly used osmotic pressure meter have disadvantages of complex structure，high cost，low precision and efficiency. To solve these problems，we propose a novel osmotic pressure test instrument in the paper，which is designed by mechanotronics theory. Meanwhile，the principle，the realization scheme and functional characteristics of the system are introduced in the paper. The instrument has the advantages of small size，high accuracy，fast detection speed etc.. In addition，the apparatus is designed with a data transmission interface，convenient data analysis and comprehensive utilization.

Key words：Osmotic pressure meter;Mechanotronics;Freezing point test;Medicine

引言

渗透压仪在医药、卫生领域应用十分广泛。在制作注射针剂、滴眼液等药物时，必须考虑药剂的渗透压，渗透压过高或过低都会导致人体细胞或细胞壁破裂等严重后果。为了更好的指导医生临床用药，必须在药物标签上注明溶液的渗透压相关参数[1-2]。因此研制开发渗透压测试仪器在药物研发、生产及临床用药等方面具有重大意义。

目前，常用的渗透压测定方法有：冰点下降法、沸点升高法、半透膜法等[3]，本文提出的新型渗透压测量仪采用冰点下降法设计，融合了机电一体化系统设计理论。该仪器克服了传统检测方法的不足，具有体积小、精度高、重复性好、操作简便等优点。

1.渗透压仪工作原理及技术方案

1.1 工作原理

本文提出的渗透压仪基于拉乌尔冰点理论设计。所谓拉乌尔冰点理论就是任何溶液如果其单位体积所溶解的颗粒总数相同，则引起溶液冰点下降的值也相同。根据该理论，我们知道，水溶液的渗透压摩尔浓度与其对应的冰点值有一一对应关系;其渗透压摩尔浓度与冰点温度下降值为线性关系，其关系为;其中表示水溶液的渗透压摩尔浓度;表示水溶液的冰点温度值相对于水的冰点温度值的下降值。可见，通过测量被测水溶液的冰点温度下降值可以算出对应水溶液的渗透压摩尔浓度。

对于任意水溶液，其结冰过程可以用图1所示的结冰曲线来描述。图中AB段为降温阶段;BC段为过冷阶段;CD段为溶液受到扰动后，开始结晶放热，溶液温度回升阶段;DE段为温度稳定阶段，该段温度即为所测溶液的冰点温度。因此，测得这段平稳曲线的温度值，最终就能评价所测溶液的渗透压值。

图1 水溶液结冰曲线图

1.2 技术方案

基于拉乌尔冰点理论的渗透压测量仪总体上可以分为机械结构和控制电路两部分，仪器整体是一个典型的机电一体化装置，整个系统的设计遵循机电一体化系统设计原则。其中，机械结构部分包括一套探针搅拌机构、两套制冷机构、和两套传动及定位机构。控制电路部分包括供电电路、单片机电路、通信电路、传动控制电路、制冷控制电路、高精度温度检测电路、按键及显示电路等，控制电路结构如图2所示。仪器采用AC220V供电，通过内部的供电电路，转换成+5V、±15V，+12V等控制电源供仪器使用;单片机选用STC12C5A芯片，实现键盘读入、LCD显示、高精度温度测量、制冷和传动控制等功能。STC12C5A60S2是一款高效微控制器，内部集成了10位ADC模块，转换速度可达250K/S，具有技术成熟可靠、灵活方便、价格低廉等优点，其软硬件资源可以满足设计要求[4];溶液冰点温度测量采用美国SENSOR公司的负温度系数热敏电阻SP60A实现。该型号的热敏电阻采用玻璃封装形式，能够实现液体温度的高精度测量，误差为±5%;半导体制冷元件采用单级温差电制冷组件TEC1-12706设计，该组件采用+12V供电，配合NTC温度传感器实现对样品和探针的制冷控制;此外，仪器还设计有按键、液晶显示、EEPROM存储等电路，用于完成标定和测量参数显示等功能。

图2 渗透压仪控制电路结构图

图3 机械系统结构示意图

2.仪器机械结构设计

本仪器的机械结构主要包括三部分，下面将分别介绍。

1）探针搅拌机构。由直流电动机、曲柄滑块机构和探针组成，该机构利用电机转动，带动探针做上下直线运动，从而实现对溶液的搅动并触发其立刻结晶。

2）制冷机构。本仪器有两套制冷机构，分别负责对被测溶液和探针的制冷控制。每套制冷机构包括制冷半导体、制冷铜块、温度传感器和绝热填充材料等。

3）传动和定位机构。本仪器有两套传动和定位机构，分别负责对制冷机构的平移控制和探针搅拌机构的升降控制。每套传动和定位机构由直流电动机、齿形带传动机构、光耦开关等组成（见图3）。

3.仪器硬件电路设计

3.1 冰点温度检测电路

仪器中，溶液冰点温度的检测采用NTC温度传感器SP60A来完成。检测电路如图4所示。NTC插入样品，与被测溶液充分接触，当溶液温度发生变化时，NTC的阻值也随之变化，利用图4所示的电路可以测得阻值的变化，从而测得溶液温度。根据结冰曲线，可以分析出溶液的冰点温度。电路分析：IC6A，R97，R98组成一个200mA恒流源电路;利用恒流源将NTC的阻值转换为电压信号;再利用IC7采集并将信号送给单片机;最后单片机再根据温度曲线计算冰点温度。

3.2 传动控制电路

传动控制电路是本设计的重要组成部分，是整个电路系统的一个有机整体。仪器中有两套传动机构，分别由两个12V供电的直流电机控制，实现制冷机构的平移控制和探针机构的升降控制。电机控制由LMD18200完成[5]。LMD18200是美国国家半导体公司推出的专用于直流电机驱动的H桥组件。其连续输出电流达3A，工作电压高达55V，且具有过热和短路保护功能，能够方便的实现对直流电动机的可靠控制。电机控制电路原理如图5所示，LMD18200所接收的转向信号由单片机的P1.1输出，而PWM信号由P1.2模拟输出，实现直流电动机的转速和转向控制，进而实现对传动系统的控制。

图5 电机控制电路原理

3.3 制冷控制电路

渗透压仪在工作过程中，（下转第121页）（上接第119页）探针和被测溶液需要通过半导体制冷来使其达到规定的温度范围。本仪器中半导体制冷元件采用单级温差电制冷组件TEC1-12706设计，该组件采用+12V供电，配合NTC温度传感器实现对样品和探针的制冷控制。电路图如图6所示。当P2.1为低电平时，Q1导通，制冷半导体得电，开始制冷;当温度达到规定值时，P2.1变为高电平，Q1截止，制冷半导体失电，停止制冷。

图6 制冷控制电路原理图

3.4 RS485总线接口电路

本文设计的总线接口电路采用RS485通信方式，接口电路原理如图7所示。利用RS485总线接口，实现渗透压仪的数据传输与分析。

图7 RS485接口电路原理图

4.实验与分析

针对设计的渗透压测量仪，进行了测试实验，实验对象是质量分数为0.9%的NaCl标准溶液。三次测量据如表1所示。实验结果表明，三次测量结果的相对偏差小于1%，测量平均值的相对误差小于1%，本仪器的测量精度和重复性较高，能够满足设计要求。

表1 渗透压仪精度及重复性实验数据表

电压值（V） 冰点温度

（℃） 渗透压摩尔浓度

（mOSmol/kgH2O） 误差

第一次测量 1.837 -0.535 287.9 -0.2%

第二次测量 1.839 -0.538 289.5 0.3%

第三次测量 1.835 -0.532 286.3 -0.7%

平均值 1.837 -0.535 287.9 -0.2%

标准值 288.5

5.结束语

本文提出的新型渗透压测量仪采用冰点下降法设计，融合了机电一体化系统设计理论。该仪器克服了传统检测方法的不足，具有体积小、精度高、重复性好、操作简便等优点。在医药、生物和食品卫生等领域具有广阔的应用前景。

参考文献

[1]董来鑫，李艳宁.基于MSC1210的冰点温度测量系统[J].电子测量技术，2008，8：151-153.

[2]戴稼禾，忻伟钧.冰点渗透压计及其在医学临床上的应用[J].中国医疗器械杂志，1997（3）：65-66.

[3]叶宏宇，沈满，刘锁.渗透压测量方法简析[J].药物分析杂志，2001（21）：94-95.

[4]陈桂友.增强型8051单片机实用开发技术[M].北京：北京航空航天大学出版社，2010.

[5]赵景.基于ARM的溶液冰点仪研制.硕士学位论文，天津大学，2007.

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论文关键词：汽车电子技术，同步开发，节能环保，安全舒适

1．引言

汽车电子是车体汽车电子控制装置和车载汽车电子控制装置的总称。车体汽车电子控制装置要和车上机械系统进行配合使用，即所谓“机电结合”的汽车电子装置，包括发动机、底盘、车身电子控制。例如电子燃油喷射系统、制动防抱死控制、防滑控制、牵引力控制电子控制自动变速器、电子动力转向等；车载汽车电子装置是在汽车环境下能够独立使用的电子装置，它和汽车本身的性能并无直接关系，包括汽车信息系统、导航系统、汽车音响及电视娱乐系统、车载通信系统、上网设备等【1】。

汽车电子化被认为是汽车技术发展进程中的一次革命，汽车电子化的程度被看作是现代汽车水平的重要标志，是用来开发新车型，改进汽车性能最重要的技术措施。汽车制造商增加汽车电子设备的数量、促进汽车电子化是夺取未来汽车市场的重要的有效手段。汽车电子产品市场将在汽车产业发展的保障下稳步发展，各类汽车电子产品在汽车中的普及率将持续提高，随着未来汽车市场的快速发展和汽车电子的价值含量迅速提高，汽车电子产业将形成巨大的经济规模效应，汽车电子产品占汽车的成本将进一步提高。汽车电子系统的发展趋势主要来自三个方面的驱动因素：一是绿色性，也是环保的要求；二是生产更安全的汽车，即安全性的要求；三是满足驾乘人员更舒适的连通性和对信息娱乐的要求。

2．汽车电子系统发展的重要技术趋势

汽车电子在汽车中占据了越来越重要的地位，汽车已经进入电子控制时代，汽车将由单纯的机械产品向高级的机电一体化产品发展，成为所谓的“电子汽车”。

2.1绿色环保成为汽车电子领域的热点

最终改变汽车行业的不是豪华气派的车身和时尚潮流的色彩，而是用于车轮、底盘以及仪表板那些微小的电子测量、控制和驱动元件。电子技术实现绿色环保的关键领域分为三个部分，无论哪一部分，传感器都是功不可没的【2】。

第一部分是胎压。驾驶时轮胎适当充气不仅具有重要的安全意义，而且还可以节约燃料。由于胎压不足，每天有四百万加仑的燃料白白浪费掉。胎压监测传感器正日益成为新型汽车的标准配置。

第二部分是车载网络。一辆典型的新型汽车有多达一百个电子控制模块（如ABS、ESP、自动车窗、为儿童设计的后座娱乐系统等），所有模块都通过铜线实现相互通信。用于宝马新款的FlexRay网络及类似技术通过单个总线系统来运行，完全摒弃了铜线，从而使车体重量大幅减轻，并将每箱燃料的行驶里程增加五英里，如果将此技术应用于全球所有车辆，每年可减少向大气排放1500万吨的二氧化碳。

第三部分是引擎。油箱中燃料所生成的百分之七十五的能量会因引擎和动力传动系统的低效及空转而损失掉。当今汽车的电子控制单元可实现控制和提供实时信息，以便计算机操控引擎的排量状态。汽车的电子控制单元可读取位于引擎曲轴和凸轮轴处的传感器，从而调节燃料流量和相应进气量，甚至可调整各种转速和引擎负荷情况下的打火时间。在引擎内部的恶劣条件下，对耐高温精密测量系统的设计是极为复杂的，不过一旦应用此系统即可显著节约燃料。

2.2汽车电子系统智能安全的新科技

近年来世界各国政府都加大制定安全法规的力度，我国也相继出台多项有关汽车安全的强制性国家标准，对汽车的安全性提出了越来越严格的要求，促使各汽车制造商采取各种措施满足法规要求。为贯彻执行这些法规使汽车更加安全可靠，同时也为提高自己产品的市场竞争能力，汽车厂商和零部件供应商开发出先进的汽车电子技术，不断推出新的汽车电子装置来提高汽车的主动、被动安全性能，生产更安全的车辆【3】。

1.全力自动刹车功能的碰撞警示系统。这套系统采用的是一种极为精确的警示系统，即平视显示视觉警告。当与前车距离过近或路中间有行人时，会通过类似于刹车灯的警示灯亮起，提醒驾驶者注意。如果驾驶者未能对警告作出反应，该系统判定即将发生碰撞时，汽车会自动激活全力自动刹车。该系统可以使驾驶者在车速与行人的相对速度小于20公里/小时，以及与汽车的相对速度小于25公里/小时，完全避免碰撞。如果相对速度高于25公里/小时，碰撞速度将会被减小20公里/小时，尽可能减小碰撞时的车速，降低碰撞造成的损害。

2.驾驶员警示控制系统。该系统由一个摄像头、若干传感器和一个控制单元组成。摄像头装在风挡和车内后视镜之间，不断测量汽车与车道标志之间的距离；传感器记录汽车的运动；控制单元储存该信息并计算是否有失去对汽车控制的危险。如果评估的结果是高风险，即通过声音信号向司机发出警示。在仪表盘上还显示一段文字信息，用一个咖啡杯的符号提示司机休息一会儿。在车速超过60公里/小时，该系统激活；当车速超过65公里/小时，系统便开始进行干预。通过中控台上的一个按钮可以激活车道偏离警示系统，如果驾驶员在行车过程中跨越其他车道，但没有转向操作（如打转向灯），该系统会发出轻微的警示音。该系统也是通过一台摄像机监测车辆在车道线之间的位置，当车速超过60公里/小时，该系统激活；当车速超过65公里/小时，系统便开始进行干预。

3.车内智能安全网络。该网络最大特点能及时提醒并消除驾驶者的各种失误，如当驾驶者昏昏欲睡或与前行车未保持足够的安全距离时，该系统的就会自动发出预警信号，提醒司机。如未有反应，会主动降低车速；通过方向盘监测驾驶者脉搏，发现驾驶员疲劳驾驶时，便启动警告系统；最初，它只是摇晃驾驶座位，当驾驶者仍无反应时，系统就会自动熄灭而强行停车。

4.汽车会“说话”。丰田、日产、宝马、奔驰等绝大多数车厂都意识到，下一个能为改善交通安全带来重要推动力的就是汽车与汽车间的“交流”。这一功能的原理虽然简单，但却非常有效：如果汽车能互相进行信息的沟通，即使危险尚处在下一个弯道甚至远在地平线的另一端，汽车驾驶员也能提前识别到即将发生的危险。支持这项技术的硬件条件，如发射与接收装置等已不是问题，汽车完全可以向500米范围内的所有车辆发送必要的警告信息。但如何打破厂与厂之间的隔阂，建立统一的标准这才是最大挑战。实际上，几乎所有车厂都建立了类似的系统，旗下车型能够互相对话，但不同车厂的车型之间却是“语言不通”。只有所有汽车生产厂商和主管机构共同合作，才能建立一个专为所有交通参与者架设的无线局域网络（WLAN）。只有足够多的车辆装备了这项技术，才可能实现有效的自发无线网络。

5.带排队辅助功能的自适应巡航控制系统。这是一种经过升级的自适应巡航控制系统，在0~200公里/小时之间的车速范围内激活，可以通过隔栅中的雷达传感器监测到前面的车辆并测量与它的距离，系统会自动调整车速以保持与前车的距离。

2.3汽车电子系统将提供更加舒适的配置

现代的汽车设计是要追求人与车协调，要以人为本，围绕人的需求而生产。要使人乘驾汽车感到舒适、方便和不容易疲劳，汽车设计就要符合汽车人体工程学的要求。而且对车内的配置，还要求具备信息、通信电子装置和工作条件，成为流动办公室；还要求具备视听娱乐电子装置，成为舒适休闲娱乐的场所【4】。

1.智能交通系统。汽车智能化相关的技术问题已受到汽车制造商高度重视，其主要技术中“自动驾驶仪”的构想必将依赖于电子技术实现。智能交通系统的开发将与电子、卫星定位等多个交叉学科相结合，它能根据驾驶员提供的目标资料，向驾驶员提供距离最短而且能绕开车辆密度相对集中处的最佳行驶路线。它装有电子地图，可以显示出前方道路、并采用卫星导航。从全球定位卫星获取沿途天气、车流量、交通事故、交通堵塞等各种情况，自动筛选出最佳行车路线。未来的某天，路上行驶的都会是由计算机控制的智能汽车。

2.自动可调式电子避震系统。采用电子无段可调避震系统，可根据不同的路况，行车速度以及负重等驾驶条件主动、自动地调整最适合的避震阻尼力，使车内人员始终享受最舒适的行车过程。另外，电子遥控和预设定技术的使用，使汽车发动机启动、汽车空调启动、座椅预热、位置预调整等人性化功能得以在人坐进汽车前即可实现，从而增加了人们用车的舒适度。这些功能必将在未来广泛使用于各种汽车中。

3.由无线通信、车载电脑、互联网和全球定位GPS技术整合而成的车载无线通信网络系统技术的发展，使汽车的通讯功能已不只限于收听广播和用车载电话通话，汽车已能让你阅读或发送电子邮件和传真，收看天气预报和股市行情，访问互联网，甚至订机票或一束鲜花。在车内能使用办公室的一切，例如数据库、电话号码、通讯录、约会记录、笔记本、参考资料、寻呼机、计算器以及银行业务等，使得汽车不仅成为人们可靠的交通工具，还将成为人际间交往的流动办公室，成为人们舒适的休闲娱乐室，成为人类社会活动中的重要场所。

3．围绕汽车电子发展的三大趋势做同步开发

当前汽车市场的潮流所向是绿色环保、安全和舒适，尤其在舒适性的需求上，汽车已经越来越演化成消费品，具有了和家电等消费电子产品的相似性【5】。

与电子行业的整机、IC同步开发相似，随着汽车产品市场需求的多元化和车型市场生命周期越来越短，整车设计越来越需要在第一时间推出不断调整的市场所需要的车型和产品，这就越来越需要汽车的整体系统设计与整体解决方案。同步开发成为汽车产品开发的主流模式。一方面要求汽车电子零部件供应商融入整车配套体系，理解整车设计的需求，能够完全根据整车厂的时间计划节点配合整车的开发进度，并在第一时间同步推出对应设计和产品。另一方面也是对整车设计的挑战，整车厂商要适应消费市场快速调整的需求，就必须与汽车电子零部件供应商密切合作、同步开发。

参考文献

[1]刘艳梅.电子技术在现代汽车上的发展与应用[J].中国科技信息，2006（01）.

[2]别辉，过学讯.现代电子技术在汽车上的全面应用[J].北京汽车，2006（04）.

[3]危明飞，高伟，包艳，魏辉.电子技术在现代汽车上的应用及发展趋势[J].重型汽车，2005（06）.