專業工程碩士論文精選十篇

                            來源: www.1906175.com 作者:lgg 發布時間:2018-10-14 論文字數:37481字
                            論文編號: sb2018100422021023394 論文語言:中文 論文類型:碩士畢業論文
                            本文是一篇工程碩士論文,工程碩士專業學位在招收對象、培養方式和知識結構與能力等方面,與工學碩士學位有不同的特點。工程碩士專業學位側重于工程應用,主要是為工礦企業和工程建設
                            本文是一篇工程碩士論文,工程碩士專業學位在招收對象、培養方式和知識結構與能力等方面,與工學碩士學位有不同的特點。工程碩士專業學位側重于工程應用,主要是為工礦企業和工程建設部門,特別是國有大中型企業培養應用型、復合型高層次工程技術和工程管理人才。(以上內容來自百度百科)今天為大家推薦一篇工程碩士論文,供大家參考。

                             

                            專業工程碩士論文精選篇一

                             
                            第一章 緒 論 
                             
                            1.1 課題的研究背景與意義
                            經濟的飛速發展導致了全球化市場競爭日趨激烈,質量問題成為人們越來越關注的話題,它在很大程度上代表了一個企業的生命力,是企業得以持續發展的根本出發點。因此,質量意識在現代生產企業中也得到了越來越多的關注與重視,產品的質量所具有的重要意義已經遠大于過去。然而,據有關統計數據顯示,我國目前的大多數產品質量水平還遠未達到國際先進水平,顯然我國在逐漸成為“世界制造工廠”的同時也生產了大量的質量不高的產品。產品質量問題已經在很大程度上限制了我國經濟的快速發展,削弱的我國產品的競爭力,同時也浪費了大量的資源和能源。我國每年因產品質量問題造成的損失高達千億之多,其中產品生產過程的質量監控不到位、缺乏必要的控制手段以及預控程度不高是現代制造企業面臨質量水平低下的主要原因[1]。 隨著科學技術的進步,現代工業生產逐漸向大型化和復雜化方向發展,同時市場競爭越來越激烈,對企業生產過程的控制系統提出了更高的要求,形成了復雜加工過程。復雜加工過程的特點主要表現在:(1)加工過程數據高維、非線性;(2)加工過程模型的不確定性;(3)各子過程相互千擾并呈現強稱合性;(4)多層次、多目標的控制要求以及嚴格的性能指標[2]。根據復雜加工過程的特點,其過程中的制約因素較多且各因素之間關系復雜,很難實現其加工輸出與輸入參數之間的狀態描述和加工過程模擬。因此若采用傳統的質量控制方法,難以實時有效地判別出復雜過程的質量問題[3]。 針對具有高度復雜、不可確定、多層次、網絡性的復雜加工系統,其質量預測及控制問題是工業過程中帶有根本性的、普遍性的又是遠遠沒有解決的問題,需要在未來研究中,運用復雜系統理論提供的新概念,結合已經形成的質量預測及控制體系和方法學,通過多個層次以及對多個層次的綜合集成研究,最終對復雜加工過程進行有效的質量預測及控制[4]。隨著先進制造技術的逐步應用,生產過程的質量控制理論與技術主要沿著多元化、柔性化、智能化等方向發展。將傳統質量預測及控制理論與人工智能技術相結合,充分利用人工智能技術的優勢,加快復雜加工過程質量控制的智能化進程。因此,研究復雜加工過程質量智能預測及控制方法不僅具有重要的理論價值,還具有十分重要的實際意義。
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                            1.2 質量預測關鍵理論技術及研究現狀
                            企業為了提高質量降低成本,就需要最大限度地控制和減少圍繞設計目標產生的波動,而過程質量控制是在生產和服務過程中,對影響質量的各項因素實行控制,是保證產品質量的一個行之有效的途徑,是質量改進的先行技術。 隨著科學技術的發展,工業生產過程日漸復雜,大多具有數據高維、非線性,過程模型不確定和各子過程相互干擾并呈現強耦合等特點,比傳統生產過程質量控制困難很多。因此復雜生產過程的質量預測與控制問題正成為研究者們關注的重大課題。 從目前的現狀和未來的發展趨勢分析,復雜生產過程中的質量預測和控制技術的智能化是不可避免的。智能質量控制方法,充分利用歷史及當前的質量信息,應用人工智能方法進行質量建模與預測,并對制造過程進行實時調整,故能較好地滿足現代制造質量發展的要求。預防為主的質量控制改變了傳統事后檢驗的被動性,及時發現和消除質量形成過程中的隱患,將質量損失降低到最小,對其研究的意義重大。 
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                            第二章 基于核主成分分析與改進極限學習機的復雜產品質量預測 
                             
                            引言 
                            復雜產品質量預測是改進現有產品質量,提高產品核心競爭力的關鍵技術之一。國內外學者對此進行了大量研究。文獻[27]采用基于粒子群算法優化的支持矢量回歸機方法,構建了單工序質量預測模型,并在此基礎上構建了多工序加工質量預測模型,實驗表明該方法能夠較為準確的預測加工誤差。文獻[28]采用主成分分析與 BP 神經網絡相結合的方法,在一定程度上簡化了數據規模,并建立了對螺紋成形質量等級的預測模型,取得了較好的預測效果。針對復雜產品質量預測問題,大多采用基于傳統前饋人工神經網絡的優化模型或支持向量機的優化分類模型,但由于生產質量相關參數過多,模型迭代次數較大,易陷入局部最優等缺點導致算法計算效率下降,預測結果不夠穩定,模型泛化性能較差,因此迫切需要一種新的方法來為復雜產品質量預測提供不同的視角。 極限學習機(Extreme learning machine,  ELM)是一種新型單隱層前饋神經網絡,該網絡與傳統神經網絡的區別在于可調參數少,只需設置隱含層節點數,再通過隨機給定的輸入層隱含層的連接權值與隱含層閾值得到輸出層權值矩陣,通過網絡對數據樣本的訓練便能夠得到唯一的最優解,因此該方法具有的優點是泛化性能好以及學習速度快等[29-39]。文獻[40]為了提高電力負荷預測的精度,提出一種在線序列優化的極限學習機的電力負荷預測模型,結果表明該模型的預測精度均優于傳統的支持向量回歸預測算法及泛化神經網絡預測算法。文獻[41]利用粒子群算法的全局搜索能力,將其與核極限學習機相結合用于變壓器的故障診斷,取得了良好的效果。 
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                            2.1 基于 KPCA 與改進 ELM 的預測模型
                            ELM 算法的最終輸出權值矩陣是通過計算隨機給出的權值和偏差得到的,而輸入權值與隱含層偏差是隨機給定的,這樣存在的問題就是隨機給定的值可能為 0,導致部分隱含層節點在整個網絡中不起作用。因此在實際的工程應用中,只有通過不斷增加隱含層節點數才能得到理想的精度,這樣就在一定程度上降低了算法在預測上的精度與泛化性能。針對以上問題,本文提出基于核主成分分析(KPCA)與改進遺傳算法優化極限學習機的預測模型,首先使用核主成分分析對輸入的生產原料及工藝參數進行降維處理,提高算法的運算效率,采用遺傳算法對傳統極限學習機的權值矩陣及隱含層偏置進行優化,減少隱含層節點為 0 的情況。將該模型應用于精梳毛紡質量參數毛紗 CV 值的預測,并與 PCA-GA-ELM模型及 GA-ELM 模型的預測精度進行對比,驗證了 KPCA-MELM 模型具有更高的預測精度。 
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                            第三章 基于混合種群遺傳神經網絡的工藝參數反演研究 ...... 29 
                            引言.... 29 
                            3.1 紡織品工藝參數反演問題描述 ........ 30
                            3.3 數學模型描述 ........ 31 
                            3.4 精梳毛紡反演算法設計 ...... 32
                            3.5 MPG 算法反演 ......... 34
                            3.6 實驗驗證 .......... 35
                            3.7 本章小結 ......... 41 
                            第四章 基于深度學習卷積神經網絡的生產控制圖模式識別 ......... 42 
                            引言.... 42 
                            4.1 生產過程控制圖基本模式 ......... 43 
                            4.2 基于卷積神經網絡的控制圖模式識別概述 ......... 44 
                            4.3 卷積神經網絡的結構 .......... 45
                            4.4 卷積神經網絡的訓練過程 ......... 48
                            4.5 CNN 生產控制圖識別模型建立 ...... 52
                            4.6 生產控制圖識別模型訓練及測試 .... 54
                            4.7 紗線 CV 值生產控制圖識別實例 .... 61
                            4.8 本章小結 ......... 63 
                            第五章 總結與展望 ....... 64 
                            5.1 研究工作總結 ........ 64 
                            5.2 研究工作展望 ........ 64 
                             
                            第四章 基于深度學習卷積神經網絡的生產控制圖模式識別 
                             
                            引言 
                            對制造過程的質量狀態進行檢測,是實施過程質量連續改進的起點,通過質量生產狀態識別發現過程異常并采取糾正措施,可以使過程恢復并保持穩定受控狀態。休哈特提出了統計過程控制(Statistical Process Control,SPC)理論,統計過程控制理論認為,世界上沒有兩個產品是一樣的,產品質量特性之間存在的差異也稱之為波動(Variation),波動是造成產品質量問題的根源,而產品質量特性數據的波動具有統計規律性[61]。Snee 進一步闡明了質量改進中的統計思維模式:即企業的所有活動都可以看成一系列相互聯系的過程,過程總有波動,識別、量化、控制并減少波動以獲得質量改進,從而達到顧客滿意的最終質量目標[62-63]。 統計過程控制圖理論給出了判定過程異常的準則,然而,這些準則并不能對所有的過程失控都進行有效檢測或診斷,比如,GBT4091-2001 中的判異規則:―連續 14 點中相鄰點交替上下‖定義了一種周期性異常,但對于控制圖中出現的其它周期性異常沒作定義,加上過程中偶然波動的影響,通過規則來描述所有周期性異常是無法做到的。現實生產過程中存在的另外一類重要的過程失控現象就是過程失控,在控制圖中經常以異常模式的形式出現。由于過程中存在噪聲,使用GBT4091-2001 中規定的判斷失控的準則卻對此并不能進行有效的過程異常診斷。質量控制圖是對工序輸出值的監視,可根據加工過程中不同的控制狀態,呈現出不同的模式。 
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                            總結 
                             
                            本文圍繞現代制造過程質量控制,以復雜非平穩的紗線制造過程為研究對象,研究基于智能學習模型的制造過程質量預測與控制方法,以實現紗線生產質量的智能預測與工藝優化,使紗線生產質量最終穩定受控。論文的主要成果總結如下:
                            (1) 將核主成分分析(KPCA)與改進的極限學習(Modified-ELM,MELM)相結合,構建了復雜產品關鍵質量參數的預測模型(KPCA-MELM),通過結合改進遺傳算法優化 ELM 算法的輸入權值矩陣和隱含層偏差,提高網絡的預測效率與精度。 
                            (2) 以 BP 神經網絡為基礎,提出一種混合種群遺傳人工神經網絡反演模型,以紗線 CV 值為質量指標對生產過程的主要工藝參數進行反演,并與 SGA-ANN模型進行比較,驗證了該模型的有效性,可對復雜加工過程進行工藝參數反演,并以此為依據進行工藝優化。 
                            (3) 構建了基于深度卷積神經網絡的控制圖異常模式識別模型,并與基于SVC 的控制 圖識別模型進行了對比。該方法實現了復雜工況下控制圖模式的自動識別,識別準確率可達 98.33%且識別性能穩定,通過實際紡織生產數據測試,能有效地識別不同時間窗內的控制圖模式,根據控制圖所描述的加工過程的變化,判斷紡紗生產過程是否處于受控狀態。將該模型應用于紡織加工過程異常的檢測,根據識別得出的控制圖模式,結合工藝調整規則,消除潛在的問題,使生產質量穩定受控,具有實際生產應用價值。 
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                            參考文獻(略)
                             

                            專業工程碩士論文精選篇二

                             
                            第一章 緒論 
                             
                            1.1  課題研究的背景和意義 
                            物聯網是一個新興的產業,物聯網涵蓋了電子技術、計算機技術、通訊技術、網絡技術等學科,是一個多學科綜合交叉的產業[2-3]。物聯網發展潛力巨大,因此也被稱之為繼計算機、互聯網之后的第三次信息產業浪潮[4-5]。在政策方面,國家大力支持物聯網技術的發展,2009 年 8 月溫家寶總理在視察無錫中科院物聯網研究中心[6],2011 年國家工業和信息化部發布《物聯網“十二五”發展規劃》,明確指出物聯網已成為當今世界新一輪經濟和科技的戰略至高點之一。[7-8] 物聯網技術是各學科的綜合產物,其廣泛的基礎屬性決定了其具有廣泛的應用領域,如醫療、環境檢測、智能家居控制、石化化工、電力檢測、農業管理、運輸、軍事、消防等傳統行業,基本涵蓋了人類生活的各方面[9-14]。傳統行業的各控制系統運行相對獨立,外界無法獲取其運行時的狀態信息,也無法實現對各控制系統的監測與控制。當前,智能化控制得到前所未有的高速發展,人類對系統的控制要求也提高到了一定高度,不僅要是各控制系統能獨立、穩定運行,更要實現遠程控制,這也為物聯網的發展提供了廣闊的發展空間。   物聯網在各領域的廣泛應用,作為物聯網感知層基礎的傳感器在各領域使用的種類和數量極其龐大,傳感器硬件接口與數據訪問方式千差萬別,無法實現統一的管理。為了對感知層數據進行統一的管理,需要建立一個智能操作平臺以實現數據的統一處理和傳輸。物聯網對數據管理統一后即可應用于眾多的監控系統中,從而減少了監控系統的的研發周期,方便在不同監控系統中進行設備的移植,減少設備維護成本。物聯網同時實現了數據在互聯網中共享,方便監管人員通過互聯網實現遠程操作,同時也方便對數據的顯示、查詢、獲取、分析。此物聯網監控系統可以應用于農業監控、醫療控制、工業檢測、礦井、智能家居、酒店信息監控,環境參數采集等場合,具有較高的實用價值。 通過對本系統的制作與研究,擴展了互聯網的應用范圍,促進了互聯網與無線網絡的融合,對物聯網的進一步發展奠定了基礎。 
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                            1.2  物聯網監控系統的發展狀況
                             
                             
                             
                            物聯網實現物到物(T2T, Thing To Thing)、人到物(H2T, Human To Thing)和人到人(H2H, Human To Human)的互聯,把目前網絡所實現的人與人之間的互聯通過傳感技術擴大到了物的范圍[15]。物聯網的基本組成如圖1-1所示,物聯網主要由三個層次組成:一是感知層,感知層主要是通過傳感器檢測設備所需的變量,將模擬量變換成數字量,常見的有一般傳感器、RFID(Radio  Frequence Identification)、二維碼等。二是網絡層,網絡層的基礎的是互聯網,包含了有線和無線傳輸方式,實現數據的遠程傳輸。三是應用層,該層將網絡層傳輸來的數據通過各種信息系統進行處理,為用戶提供了多種多樣的業務體驗,并通過各種設備和人進行交互。在國外,在美國物聯網的研究中,高等院校一直處于行業的先驅者,例如麻省理工學院,奧本大學先后獲得 DARPA 的支持,加州大學洛杉磯分校的 CENS實驗室、WINS 實驗室、NESL 實驗室、IRL 實驗室等等進行的大量的研究工作,此外,很多知名公司也積極從事這方面的工作,例如克爾斯博公司分別和微軟、霍尼韋爾、英特爾等公司建立了合作關系。在歐盟物聯網的研究中,歐盟委員會遞交了《歐盟物聯網行動計劃》,確保歐洲在構建物聯網的過程中起主導作用;日本與韓國在物聯網的發展則經歷了相似的過程。
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                            第二章 系統整體設計 
                             
                            2.1  物聯網監控系統的功能要求
                            物聯網的組成中包括對各獨立的設備的進行數據采集與控制、數據的傳輸以及與互聯網數據的融合。因此,在本文介紹的監控系統應有如下的功能:第一、與物聯網通訊節點相結合的各應用控制系統實現對外部設備的數據采集和控制,如酒店新風機控制系統中,應實現對各傳感器的數據采集與新風機的通斷控制。第二、物聯網通訊節點實現組網通訊。 第三、物聯網通訊網絡完成各節點的數據傳輸。通訊網絡包括對各設備節點組網、入網、地址分配、節點識別等,為數據的正確傳輸提供穩定的傳輸途徑。 第四、網絡通訊中的各節點數據通過協調器實現協調器與互聯網通訊的融合,即完成物聯網感知層與網絡層數據的互聯互通。 第五、上位機作為客戶端可以通過互聯網遠程獲取各通訊節點的狀態信息。通過上訴對物聯網監控系統的功能分析,實現了從物聯網底層到頂層的數據流向。物聯網的架構如圖 2-1 所示: 
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                            2.2  物聯網監控系統整體方案
                            從圖 2-1 可知,物聯網架構包括四個部分,即上位機實現數據監控,協調器實現協議的轉換與通訊網絡的控制,通訊網絡實現數據的傳輸,各通訊節點完成對外圍設備數據的采集與控制。物聯網監控系統的設計則完成物聯網架構中網絡層與感知層的數據融合。物聯網監控系統的整體設計方案如圖 2-2 所示,通訊節點為網絡通訊中為網絡的組建提供數據接收與發送終端,對外圍設備的控制。若干通訊終端經一定的規則組成可以相互通訊的網絡;對外圍設備的控制,是對外圍設備數據的采集、存儲、及外部設備開關量的通斷控制,通訊節點并將外圍設備的狀態信息經通訊網絡發送到協調器。通訊網絡完成網絡組建具體的組網工作,完成數據的輸送,并對網絡進行維護,路由信息管理,協調各通訊節點的在同一信道中的傳輸,以達到安全、穩定的目的。目前物聯網通訊網絡有有線通訊方式與無線通訊方式,有線通訊有RS-232、RS-485、CAN 總線等,無線通訊方式有 Zigbee、Ad hoc、Wifi、藍牙等,兩種不同傳輸介質的通訊各有優勢,應根據不同的使用場合使用合適的通訊方式。對網絡通訊的設計主要是對網絡中各通訊協議的軟件設計。
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                            第三章 物聯網監控系統的硬件設計 ........... 12 
                            3.1  節點硬件設計 .......... 12
                            3.2  協調器硬件設計 ...... 17 
                            3.3  本章小結 .......... 20 
                            第四章 物聯網網絡通訊組網設計 ....... 21 
                            4.1  網絡通訊物理層設計 ...... 21 
                            4.1.1 SI4432 接收和發送及初始化 ...... 21 
                            4.1.2 物理層封包 ........... 25 
                            4.2  網絡通訊數據鏈路層設計 ...... 25 
                            4.2.1 網絡拓撲結構的選用 ........... 25 
                            4.2.2 MAC 子層 ..... 26 
                            4.3  網絡通訊網絡層設計 ...... 27 
                            4.4  組網過程 .......... 30 
                            4.4.1  網絡創建 ....... 30 
                            4.4.2  節點入網 ....... 31 
                            4.5  二進制指數退避(BEB)算法及優化 ....... 32
                            4.6  本章小結 .......... 35 
                            第五章 物聯網協調器設計 ........... 36 
                            5.1 Linux 系統移植 ........ 36
                            5.2  網關設計 .......... 39 
                            5.2.1  網關架構 ....... 39 
                            5.2.2 TCP/IP 協議與無線網傳輸幀解析 ....... 40 
                            5.2.3  地址映射與協議轉換 ........... 41 
                            5.3 TCP/IP Socket 程序編寫 .......... 42 
                            5.4  本章小結 .......... 44 
                             
                            第五章 物聯網協調器設計
                             
                            5.1 Linux 系統移植
                            微處理器上運行 Linux 系統時,需要對進行幾個步驟的操作。Linux 啟動時與 Windows 類似,需要有引導程序即 Bootloader,Bootloader 是在操作系統內核運行前的一段小程序[54]。在 Bootloader 中進行對應的操作設置,例如存儲地址、系統地址、初始化硬件設備等。然后再在引導程序中啟動系統,即啟動 Linux 的內核(Kernel),最后再在內核的基礎上掛接一個文件系統,即最小的 Linux 系統被制作出來。但由于每套線路板的硬件構成不盡相同,因此需要對部分程序進行相應的移植與裁剪工作,使之真正編譯出來的數據數據量減小,適合在微處理器中運行來我們的要求。一套完整的程序所需的平臺架構如圖 5-1 所示,硬件平臺是本系統根據需要而制作出來的 PCB 板,Bootloader、Kernel、文件系統是需要從現有的資源中移植過來,應用程序需要則是根據具體需求而開發的程序,本系統應用程序主要是無線網與網關程序的編寫。目前應用最多的 Bootloader 引導程序是 U-Boot( Universal Boot Loader),是遵循 GPL 條款的開放源碼項目。U-boot 有著明顯的優勢,其源碼開放,開發人員或公司不需考慮其版權問題;其次 U-boot 支持多種嵌入式操作系統和多種硬件平臺,使之在平臺之間的移植的相對比較方便;然后其具有很高的穩定性與可靠性,可以在各平臺上可靠運行。最后,其支持的設備眾多,驅動源碼很豐富,開發人員對其移植時不用理會過多的底層資源。 
                            ............
                             
                            總結
                             
                            本文根據當前物聯網監控系統在工廠、醫院、樓宇等多樓層、多障礙物、環境復雜應用所領域所存在缺陷,無法滿足該行業的控制要求而設計制作一套物聯網監控系統。本系統在研究的過程中設計到了電子、計算機、通訊、單片機、Linux系統、互聯網等多個學科,是各學科共同的產物。本系統的研究從硬件底層直到計算機上層,基本實現了對數據流向的控制,達到了預期目標。本設計完成的工作如下: 
                            (1)  根據物聯網的特性分析,確定方案的功能目標,并提出對功能的實現方案。包括對整體方案的確定、各模塊方案的實現、及整個方案工作的分析。 
                            (2)  完成系統的硬件設計。硬件設計包含對原理圖、PCB 圖的設計,并打樣焊接等工作。硬件模塊包含通訊節點和協調器模塊。   
                            (3)  完成對 Linux 系統的搭建工作,系統搭建主要是對 Uboot、內核、及文件系統的移植工作,以及 SI4432 芯片在 Linux 系統中的驅動程序及應用程序的編寫工作。   
                            (4)  分析了無線網絡層次的功能,及完成對各層封包的數據幀設定,以便對實現無線網絡與互聯網的數據流通,解決了本系統的關鍵點之一。同時對無線網絡的 MAC 子層的 BEB 算法進行了優化設計。   
                            (5)  通過對無線網絡與 TCP/IP 協議的封包相比較分析,確定了網關的對數據的轉換方式,包括地址、數據信息等。   
                            (6)  將本系統應用于酒店新風機的控制系統,并對物聯網的各個環節進行了測試,并將協調器作為服務器,在上位機中使用 Labview 編寫客戶端以實現對新風機控制節點的監控。
                            .........
                            參考文獻(略)  
                             

                            專業工程碩士論文精選篇三

                             
                            第 1 章  緒論 
                             
                            1.1 課題的背景及意義
                            直徑或對角線直徑1m以上的大尺寸超精密大玻璃元件(以下簡稱“大玻璃”)在航空航天、天文和核能源等行業中使用非常廣泛。例如:現代制導武器最廣泛應用的激光制導設備,它使用的許多激光原件如大型激光反射鏡、激光陀螺腔體、非球面透鏡等是均是大玻璃元件;歐洲南方天文臺(European Southern Observatory,ESO)正在研制世界的最先進望遠鏡 E-ELT(European Extremely Large Telescope)核心部件是直徑 42m 由 800 塊以上直徑 1.5m 的六邊形非球面反射鏡片組成的鏡頭;為解決人類能源危機研制的激光慣性約束聚變(Inertial Confined Fusion ,ICF)裝備的核心部件激光核聚變反射鏡,其中美國國家激光聚變裝置(National Ignition Facility, NIF)通過 3000 塊磷酸鹽玻璃將單束激光放大,法國激光兆焦耳工程(Laser Mega-Joule, LMJ)及我國神光ⅳ高功率激光點火裝置都使用大量的大尺度光學玻璃;光刻工藝目前使用的極紫外光刻技術(Extreme Ultraviolet Lithography, EUVL)的部件極紫外光刻物鏡是由六片中頻粗糙度均方根值在 0.1nm 左右的光學玻璃構成的。 隨著光學玻璃在航空航天、光電、空間技術以及精密工程等領域應用的擴展,對光學玻璃元件的加工效率和加工質量要求越來越高。光學玻璃加工質量對其使用性能有很大影響,光學玻璃加工后的表面粗糙度、面形精度等會影響光學元件的成像質量,而光學玻璃加工后的亞表層損傷則會降低光學元件的抗疲勞強度、抗腐蝕性和相變穩定性等,從而降低其使用壽命。因此如何提高光學玻璃的加工效率和加工質量是目前光學制造業急需解決的核心問題。 光學玻璃屬于硬脆材料,硬度高、脆性大,在加工過程中極易產生表面裂紋、亞表層損傷等問題。目前主要采用磨削、研磨和拋光相結合的技術進行光學玻璃加工。研磨和拋光主要通過對磨削后的工件進行進一步加工,去除磨削對工件造成的損傷從而使其達到質量要求,但是其材料去除率低、加工效率低。因此在光學玻璃的加工過程中,需盡量提高磨削加工質量從而減少研磨、拋光時間,提高加工效率。 
                            .......
                             
                            1.2 光學玻璃的加工工藝 
                            從上述論述中可看出:大玻璃作用特殊,要求儀器數量大、尺度大、加工形狀精度和表面質量高,如直徑 1.5m 的光學元件,在 1.5m 的范圍內,其表面形狀精度小于 1μm,表面粗糙度不低于 20nm Rms,極少的亞表面損傷。為實現上述目標,目前國際主流加工工藝流程為(圖 1.1):固體粒子磨削,加工時可快速去除材料,平面度可達 1~2μm、表面粗糙度不低于 Ra 50-150nm;離散粒子加工,玻璃加工技術的關鍵環節,可達到平面度0.5~1μm、表面粗糙度Ra20-50nm;原子分離加工,用高硬度固體粒子(如金剛石砂輪)和大玻璃之間高速相對運動,快速去除玻璃表面的材料,提高表面形狀精度和粗糙度,盡可能避免亞表面損傷。國外,英國 Cranfield 大學自主開發 BoX 大玻璃專業數控磨床采用樹脂結合劑金剛石砂輪實現對自由曲面大玻璃的快速磨削,BoX 磨床及其加工技術代表著國際大玻璃磨削技術的前沿,目前服務于 E-ELT 的大玻璃的超精密磨削。國內,哈爾濱工業大學研究了 Elid 金屬結合劑修整技術,用于普通中小型光學玻璃的鏡面磨削,屬于這種磨削方式。 目前大玻璃磨削技術及裝備開發已經納入國家重點支助計劃,由上海機床股份有限公司和哈爾濱工業大學等單位負責聯合開發,目前尚處在起步階段。 
                            .......
                             
                            第 2 章  約束磨料射流拋光去除理論及壓力場建模
                             
                            隨著現代光學技術的發展,高精度的光學玻璃的需求量也急劇增長,同時對高精度光學的加工原理及加工方法的要求也越來越高。本章主要介紹射流去除理論,并建立自由射流及約束射流拋光數學模型,具體分析磨料射流拋光的去除機理,為約束式磨料射流拋光技術的深入研究奠定理論基礎。 
                             
                            2.1 射流理論 
                            射流是指流體從各種形狀的噴嘴射入同一種或另一種流體的流動。在給水排水工程、水利水電工程、航空航天工程、環境工程以及在機械、冶金、化工、能源等許多領域都會利用到射流技術。 如果從噴嘴噴射出的流體射入流體特性相同的無限空間中,則稱之為淹沒自由射流;如果射流處于層流狀態,則成為層流射流;若射流為紊流狀態,則稱之為紊動射流。實驗研究表明,紊動射流一般分為三個區段,即初始段、過渡段及主體段。初始段由勢流核和剪切層組成,在勢流核內,其速度保持原來的出射速度,邊界逐漸向射流軸線收縮直至相交;在剪切層內,其速度分布具有誤差函數形式,并自入射點逐漸向兩側擴散,即邊界層的擴展。實驗研究表明,剪切曾內存在相干結構,亦稱擬序結構。這種有組織結構向下運動時,有一種成對合并現象,稱之為渦旋配對。射流的斷面擴展及其對周圍流體的卷吸就是渦旋配對的結果。在自由射流主體段,邊界層充分發展,其速度、濃度、溫度均服從高斯分布。射流的過度段很短,一般在分析中常予以忽略。另外對于三維紊動射流,氨氣軸線速度衰減狀況,可分為三個明顯的流動區域。即勢流核心區、特征衰減區及軸對稱衰減區。 沖擊射流是指自由射流對固體壁面的沖擊流動,按其流動特性可分成三個流動區域:自由射流區,該區流動特性與自由射流相同;沖擊區,該區流動改變方向,并且有很大的壓力梯度;壁面射流區,對于紊動壁面射流,分為內層和外層,內層具有壁面邊界層的特性,外層則具有自由射流的特性。 
                            ........
                             
                            2.2 自由磨料射流拋光去除理論 
                            在磨料射流拋光工藝中,磨料磨粒在拋光設備儲能器的作用下隨著拋光液以一定的速度噴射到工件表面,引起工件材料的去除。工件材料的去除主要有材料的塑性變形和脆性去除。磨料射流對脆性工件的拋光主要是以磨粒以高能方式在工件表面滾動劃擦及高能沖擊方式去除。 單顆磨粒的速度可以分解為垂直和平行于工件方向,垂直于工件的方向主要是在高速壓力的作用下擠入工件,平行于工件方向的速度是給材料的去除提供切削方向。本文主要研究的是約束式磨料射流拋光方法(圖 2.2),在拋光過程中微粉磨料隨拋光液沖射到工件與約束輪的縫隙中,攜帶高能量的磨粒在約束輪和射流的共同作用下對工件的表面微觀形貌進行不斷的沖撞,進而實現材料的去除。由于實驗設備的限制本文研究的磨料遠小于工件與約束輪的間隙,因而對工件材料的去除不是約束輪對磨粒的擠壓而實現,而是完全由磨粒在約束輪與工件之間的不斷沖撞彈射去除[14]。因此約束式磨料射流拋光的材料去除方式主要是磨粒滾動去除與磨粒沖擊去除。
                            ........
                             
                            第 3 章  拋光區域 CFD 仿真與數值計算 ......... 18 
                            3.1 引言 ...... 18 
                            3.2 拋光區域流體 CFD 仿真 ....... 18
                            3.3 約束式磨料射流拋光 MATLAB 數值計算 ...... 24 
                            3.4 約束式射流拋光壓力場仿真 ........ 29 
                            3.4.1 約束式射流拋光磨料流壓力分布 .......... 29 
                            本章小結 .... 30 
                            第 4 章  磨料射流拋光裝備及控制系統研究 .......... 32 
                            4.1  引言 ..... 32 
                            4.2  拋光液的配置及分散性研究 ....... 33 
                            4.2.1 氧化鋁微粉的分散方式 ..... 33 
                            4.2.2 拋光液的配置實驗 ...... 35 
                            4.3 磨料射流拋光系統的搭建 ..... 37 
                            4.3.1 射流發生系統 ....... 37 
                            4.3.2 機床本體系統 ....... 38 
                            4.4 流體輸送控制系統的設計 ..... 39 
                            4.4.1 流體輸送系統的設計 ......... 39 
                            4.5 射流拋光攪拌及過濾系統設計 .... 40 
                            本章小結 .... 43 
                            第 5 章  約束式磨粒射流拋光工藝實驗研究 .......... 44 
                            5. 引言 ...... 44 
                            5.1 實驗及測量基礎 ....... 44 
                            5.2 自由拋光與約束拋光對比實驗 .... 48
                            5.3 約束式磨料射流拋光單因素實驗 ....... 53
                            5.4 約束拋光正交實驗研究 ......... 56 
                            本章小結 .... 61 
                             
                            第 5 章  約束式磨粒射流拋光工藝實驗研究 
                             
                            5.1 引言 
                            利用約束式磨料射流拋光方法進行光學玻璃的精密拋光,其基本機理是磨粒在工件及約束輪之間的反復碰撞進行材料的去除。因此進行約束式磨料射流拋光過程中的各個工藝參數包括噴嘴角度,拋光間隙,磨料粒度,磨料濃度,約束輪轉速等參數都將對加工質量產生影響,因此研究實際拋光過程中各工藝參數對工件實際拋光質量的影響具有重要意義。 本文對約束式磨粒射流拋光進行實驗研究,通過自由拋光與約束式拋光對比實驗,單因素實驗,及正交實驗方法,分別研究了自由拋光與約束拋光拋光對比拋光效果,各因素對工件拋光質量的影響,各工藝參數對工件拋光質量的顯著性影響因素情況,以此來驗證約束式射流拋光方法在去除材料及提高工件表面質量的優越性。第 5 章  約束式磨粒射流拋光工藝實驗研究 5.1 引言 利用約束式磨料射流拋光方法進行光學玻璃的精密拋光,其基本機理是磨粒在工件及約束輪之間的反復碰撞進行材料的去除。因此進行約束式磨料射流拋光過程中的各個工藝參數包括噴嘴角度,拋光間隙,磨料粒度,磨料濃度,約束輪轉速等參數都將對加工質量產生影響,因此研究實際拋光過程中各工藝參數對工件實際拋光質量的影響具有重要意義。 本文對約束式磨粒射流拋光進行實驗研究,通過自由拋光與約束式拋光對比實驗,單因素實驗,及正交實驗方法,分別研究了自由拋光與約束拋光拋光對比拋光效果,各因素對工件拋光質量的影響,各工藝參數對工件拋光質量的顯著性影響因素情況,以此來驗證約束式射流拋光方法在去除材料及提高工件表面質量的優越性。 
                            ...........
                             
                            總結
                             
                            本文介紹了大尺寸光學玻璃的現實需求及加工工藝現狀,光學玻璃的精密拋光工藝過程,特別是離散粒子拋光工藝,并分析其加工方法的缺陷,提出來了約束式磨料射流拋光方法。本文通過對自由射流及約束式磨料射數學模型的建立,運用 CFD 流體計算仿真軟件及 MATLAB 數值計算方法,對約束式磨料射流拋光區域的流場進行數值仿真與計算,分析拋光工藝參數及效果。在課題組前期研究基礎上研制了約束式磨料射流拋光系統,并對系統進行分析驗證,實現磨料流體的清潔、穩定、持續的噴射拋光。并利用該系統對光學 K9 玻璃進行單因素及正交實驗,得到了光學玻璃加工參數對工件拋光質量的影響曲線。 
                            (1)結合自由射流拋光理論,明確了約束式磨料射流拋光理論的去除機理,建立了拋光區域壓力場的數學模型,包括射流原理,自由射流拋光材料去除數學模型的建立,約束式磨料射流拋光材料去除模型中磨料滾動去除模型,磨料沖蝕模型的建立。 
                            (2)在理想狀況下根據 Navier-Stokes 方程建立流體速度場的數學模型,以及磨粒在流體中運動狀況的分析,同時明確了磨粒射流的幾何特征,同時借助CFD 流體仿真軟件及 MATLAB 數值分析方法計算拋光區域壓力場情況,獲得了拋光工藝參數對壓力場的影響情況。 
                            (3)對約束式磨料射流拋光裝備及其控制系統進行設計改造。包括磨料發生系統及機床本體系統兩類,主要進行拋光微粉磨料的分析,拋光液的配置、懸浮、分散實驗,過濾系統的設計,噴嘴的設計,工件安裝方法的改進提高,控制系統的設計等內容。 
                            .........
                            參考文獻(略)
                             

                            專業工程碩士論文精選篇四

                             
                            第一章  緒論 
                             
                            1.1  研究背景及意義
                            隨著現代航空航天領域的高速發展,各大企業對零件的質量要求日益增高,特別薄壁類零件,因其高承載能力、高強度、質量輕等特性,在航空航天領域中得到廣泛應用,特別是在要求自身重量小又不失強、剛度的大型飛機中得到很好的應用。 目前,薄壁類零件大多數使用的是數控機床銑削加工,而這類零件在加工時極易因為受到一定的切削力、夾緊力、熱等因素的影響而產生變形。如整體結構件這類薄壁零件,其具有尺寸大、結構復雜、材料去除率高、薄壁部位多、協調精度要求高等特點,加工過程中會受到殘余應力、切削力、切削熱等因素的作用,導致加工后零件出現復雜的彎扭組合變形,使得零件很難達到原先的設計要求,甚至報廢如圖 1-1 所示。航空整體結構件的加工變形問題己成為困擾航空工業的關鍵技術難點之一,即使是世界著名的飛機制造公司如波音、空客等在整體結構件制造過程中也存在著這類技術難題。而到目前為止,引起整體結構件加工變形的機理仍未被完全掌握,抑制變形或者消除變形的理論和實驗研究仍然有大量的基礎工作等待進行。縱觀導致薄壁件在加工中的變形因素,主要包括四個方面[1]:切削過程力熱耦合作用的影響、工件殘余應力的影響、加工中裝夾系統、工件材料力學特性與結構特點的影響。本文以殘余應力為研究對象,探究減少殘余應力的策略及方法,為薄壁件加工變形研究提供技術參考。 殘余應力作為影響復雜薄壁零件形狀精度和尺寸穩定性的關鍵因素,如何減少和控制殘余應力一直是國際先進制造理論與實踐急需攻克的主要難題之一。殘余應力對于薄壁件的使用壽命有著密切的聯系,在零件加工完成后短期及在后期使用過程中,可能會因為受到工件表面和亞表面殘余應力的影響而導致二次變形,使零件報廢,造成了成本的增加和材料的浪費。工件的殘余應力形成過程包括:初始殘余應力、后續切削力熱所導致的加工殘余應力。初始殘余應力的分布狀態形成包括毛坯成型過程、粗加工前的熱處理過程,無論是不均勻的溫度場還是內部不均勻的材料組織,都會造成工件形成初始不均勻的殘余應力分布,并影響后續的工件殘余應力的重分布。另外工件加工殘余應力對工件的影響體現在加工完成后因為受到其自然釋放而導致二次變形。已有相關研究表明,該影響對于薄壁件來說是致命的,特別對薄壁件的一些關鍵特征和結構。 
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                            1.2  國內外研究現狀
                            現代飛機機體使用的工程材料主要有:輕合金(鋁合金、鎂合金)、鈦合金、合金鋼以及復合材料(碳纖維增強塑料、纖維金屬板材等)。雖然復合材料和鈦合金在飛機機體上的使用比例有逐年增加的趨勢,但鋁合金具有密度小、強度高、抗應力腐蝕能力好等特點,在航空制造業中得到了廣泛的應用[3],特別是在民用飛機上,表 1-1 列出了民用飛機使用各種結構材料的質量百分比[4],表中數據顯示,鋁合金是飛機構件的主要材料,所占百分比遠超其他材料,最高所占比例可達 81%。現代鋁合金零部件的加工正趨于采用高速、高效加工技術。優質、高效、低耗一直是人們的努力方向和追求目標,高速切削技術 (HSM:High-Speed Machining)以其特有的原理優勢、巨大的潛在應用價值順應潮流應運而生,成為21 世紀先進制造技術的重要組成部分。它是當今世界機械制造業中一項迅速發展的高新技術。在現代工業發達國家,高速切削作為一種新的切削加工理念,受到越來越多的工程技術人員的認可[5]。高速切削加工的吸引力之一就在于在提高生產效率的同時,可以實現高質量加工,零件能夠獲得較好的已加工表面質量。 國際上在高速切削理論研究方面雖取得了一些研究成果,但總體上落后于工業實踐,缺乏必要的工藝技術研究與實驗,因此開展鋁合金高速切削研究必將對我國航空工業的飛速發張起到非常積極的作用。 
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                            第二章  殘余應力仿真和測試方法研究
                             
                            金屬銑削加工試驗及后續的殘余應力測試都是一項耗費、耗時、耗人工的復雜工程。隨著有限元仿真技術的不斷發展,計算機分析能力的提高,越來越多的有限元軟件用來分析金屬切削加工過程,切削力、熱、應力、應變等可以被精確的計算和分析出來。將有限元法與實驗法相結合,可以更加高效的完成課題相關研究。對于殘余應力的實驗測試,將選用 x 射線這一非破壞性方法。本章主要對本文所使用的有限元仿真技術及殘余應力的 x 射線測試方法進行介紹,為后續展開相關仿真和實驗研究做鋪墊。 
                             
                            2.1  仿真研究的理論基礎和關鍵技術
                            本研究中采用的仿真分析軟件是 Third Wave Systems 公司生產的 AdvantEdge FEM 軟件,該軟件是切削加工專用軟件,可以方便的建立與實際加工情況更符合的仿真模型;可以很方便地進行多切削方案的比較來驗證及優化切削參數;可以通過運用該軟件對刀具溫度及應力進行分析來預測刀具性能及刀具磨損,也可以用來分析切削過程工件的溫度變化以及切削參數的不同對工件表面殘余應力的影響。其主要軟件產品 AdvantEdge FEM 是基于材料物理性能的有限元仿真軟件,主要功能如下: 軟件材料庫中有 120 多種工件材料及 100 多種刀具材料;在金屬切削模擬過程中可以考慮工件初始應力、刀具的振動、刀具磨損、刀具表面涂層及冷卻液等;可以用來進行微觀及宏觀的金屬切削分析,模擬金屬切削中材料的性能、切削力、軸向力、徑向力、熱流、溫度、應變、應力、切屑形成、切屑斷裂、工件的彈塑性變形及殘余應力;詳細的銑削(含插銑)、車削、鉆孔、銼削等工藝分析;自動進行網格劃分,只需要定義關鍵參數及網格重劃系數;具有參數研究功能,可以進行切削速度、進給量、切削寬度、切削深度、刀具前角、刀具后角、切削刃圓弧半徑及變換刀具的參數研究來優化金屬切削工藝;具有豐富的后處理功能,可以用曲線、云圖及動畫等方式顯示結果。 
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                            2.2 AdvantEdge-3D 銑削模型
                            金屬銑削加工是一個伴隨著高溫、高壓、高應變率的塑性變形過程,對加工表面的殘余應力及其分布有著重要影響。在現有的有限元分析軟件中,可用于分析金屬切削加工產生殘余應力的軟件有很多,如 ANSYS、ABAQUS、DEFORM、LS-DYNA 等。由于殘余應力分析計算時間比較長,且前處理比較復雜,如相關參數設置不合理,會導致后續迭代計算不收斂,造成時間的大量浪費。再加上構建準確的銑刀結構模型比較繁瑣,大部分學者使用上述軟件僅構建二維切削模型。但是相比于實際銑削加工,二維模型刀具去除材料的方式與銑刀實際去除材料方式存在差異,如圖 2-2 為實際銑刀的走刀軌跡,可以看出銑刀每齒的切削厚度是由“薄—厚—薄”,是時刻變化的。而圖 2-3 為一般二維切削模型,其去除材料厚度是不變的,且模型過于簡化,此模型只能作為局部殘余應力分析,而不能代表整個銑削圓弧上的殘余應力分布情況。 
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                            第三章  銑削方式及刀軌疊加方式對殘余應力的影響 ........ 20 
                            3.1  銑削方式對殘余應力的影響研究........ 20 
                            3.2  走刀軌跡疊加方式對殘余應力的影響研究...... 29 
                            3.2.1  連續加工表面的仿真模型構建......... 29 
                            3.2.2  不同走刀軌跡疊加方式的定義......... 31 
                            3.2.3  走刀軌跡方式對殘余應力的影響研究.... 32 
                            3.3  相關研究結論..... 35 
                            3.4  本章小結...... 36 
                            第四章  考慮效率及減小殘余應力的工藝參數優化研究 .... 37 
                            4.1  銑削寬度和進給量的組合優化規律.... 37 
                            4.2  銑削深度與進給量的組合優化規律.... 43 
                            4.3  銑削寬度與銑削深度的組合優化規律....... 48 
                            4.4  工藝參數優化原則及對殘余應力的重要度分析..... 49 
                            4.5  本章小結...... 50 
                            第五章  銑削實驗及其對比分析研究 ........ 51 
                            5.1  毛坯熱處理工藝........ 51 
                            5.2  銑削方式實驗研究.... 52
                            5.2.1  實驗加工方案......... 52 
                            5.2.2  殘余應力測試結果分析....... 53 
                            5.3  走刀軌跡疊加方式實驗研究......... 56
                            5.3.1  實驗加工方案......... 56 
                            5.3.2  殘余應力測試結果分析....... 57 
                            5.4  本章小結...... 59 
                             
                            第五章  銑削實驗及其對比分析研究
                             
                            前兩章基于 AdvantEdge 構建模型并進行相關內容的研究,討論了不同銑削方式對殘余應力的影響;研究了高速銑削對殘余應力及加工效率的綜合效應;分析了不同走刀軌跡疊加方式對殘余應力的作用機制;提出了工藝參數優化原則。本章主要以實驗為主,對以上章節提出的優化方法及優化原則進行實驗驗證,為實際加工應用提供有利依據。 
                             
                            5.1  毛坯熱處理工藝 
                            由于毛坯在生產過程中,容易產生較大的殘余應力,且分布不均勻,而在切削加工過程當中還會引入更大的殘余應力,兩者疊加共同影響零件的尺寸精度和形狀精度。若初始殘余應力得不到控制,很難在后續加工中通過改變加工參數來改善殘余應力。所以在毛坯加工前,需進行一定的熱處理工藝使得工件內部晶粒組織均勻以改善工件初始殘余應力對后續加工造成的影響。 消除應力的方法有:自然時效、人工時效、振動時效、靜態過載時效、爆炸時效、循環加載時效等,都在一定程度上達到消除和均化的目的。本文采用人工時效處理,將毛坯送至圖 5-1 所示的加熱爐中加熱至 190℃,保溫 12 小時,然后隨爐冷卻,以改善工件內部殘余應力分布情況。為查看熱處理前后零件表面殘余應力變化情況,在零件表面選取 6 個點進行殘余應力測試見圖 5-2,熱處理前后殘余應力測試結果如圖 5-3 所示。從圖中數據可以看出熱處理后殘余應力總體得到了改善。X 方向殘余應力極值降低了 25%,平均值降低了 39%;y  方向殘余應力極值降低了 19.5%,平均值降低了 27.6%,說明熱處理能有效改善工件內部殘余應力。  
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                            總結
                             
                            本文以減小和控制殘余應力為目的,以鋁合金為研究對象,將仿真與實驗相結合,探究減小殘余應力的銑削工藝優化方法,主要研究成果如下:  
                            (1)分析了基于走刀軌跡的殘余應力分布規律。銑刀單個齒的走刀軌跡為圓弧形,切屑中間厚兩邊薄,當切屑厚度由厚變薄時,殘余應力由拉應力向壓應力轉變。即中間表現為拉應力,兩邊表現為壓應力。 
                            (2)提出了基于三維銑削模型的殘余應力獲取方式及分析計算方法。此外,為準確比較順銑與逆銑的區別,本文首次提出了選取純粹的順銑點和逆銑點進行對比,采用極差、極值、均值更全面的對不同工藝參數組合下殘余應力比較。 
                            (3)基于連續走刀模型,分析了不同銑削方式對殘余應力的影響。結果表明,在較低切削速度 150m/min 情況下,逆銑加工產生的殘余拉應力和極差均小于順銑,拉應力最大可降低 45%,極差最大可降低 43%。在較高切削速度678m/min 情況下,順銑與逆銑對殘余應力的影響差異不大。因此,在較低切削速度情況下優先選擇逆銑,在較高切削速度情況下可任意選擇順銑或逆銑。 
                            (4)討論了銑削的高速效應。研究表明,切削速度提高,殘余應力層深度變淺。且與較低的切削速度相比,殘余應力的增長幅度遠小于材料去除率的提高倍數,如切削速度從 150m/min(轉速 4000 r/min)提高到 678m/min(轉速 18000 r/min)時(其它工藝參數不變),材料去除率增加 3.5 倍,而殘余拉應力值僅增加 0.48 倍。因此,采用較高的切削速度有利于實現加工質量和生產效率的完美統一。 
                            (5)基于連續加工表面模型,提出了兩種刀具軌跡疊加方式:“逆銑疊加順銑”和“順銑疊加逆銑”,分析得出,前者能獲得較小殘余應力值。此外,將刀具軌跡疊加區殘余應力與未疊加時進行對比,分析得出前者殘余應力分布能獲得有效改善,拉應力值最大下降比例達 46%。其中“逆銑覆蓋順銑”的疊加方式下疊加區殘余應力優化效果較明顯。 
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                            參考文獻(略)

                             

                            專業工程碩士論文精選篇五

                             
                            第一章  緒論
                             
                            1.1  課題研究的背景
                            隨著經濟的快速發展,噴墨印花設備在紡織、廣告印刷、裝飾裝潢、攝影等領域都有了非常廣泛而深入的發展,由此帶動了整個數碼噴墨印花產業的迅猛發展。與傳統噴墨印花設備相比,數碼噴墨印花是用掃描儀、數字攝像機、數字照相機等輸入手段,將圖案以數字形式輸入到計算機,經過圖像軟件處理后,再通過計算機控制的數字噴墨印花機,直接將墨水噴射到各種纖維織物上,印制出所需的各種圖案的一種印花技術[1]。相對于傳統噴印設備,數碼印花設備具有打印質量高、速度快、打印介質靈活、打印模式多樣的優點。進入 21 世紀后人們越來越重視個性定制和視覺體驗,因此數碼印花行業具有十分廣闊的發展和應用前景。 數碼印花技術融合了藝術性和科技性的特點,同時又貼近生活,給紡織印染行業帶來了前所未有的個性化體驗[2]。這種新型印花技術污染小、能耗低,完美詮釋了綠色生產的環保潮流,由于其無需印前處理,極大的降低了設計打樣的成本,縮短了設計、生產周期。實現了在任意紡織面料上按需噴印圖像,完美體現了“所見即所得”的內涵[3]。數字噴墨印花將傳統紡織工藝和現代科技技術相結合,改變了過去人們對于紡織印染行業的觀念,使之由勞動密集型向技術密集型轉變,與此同時數字噴墨印花技術也改變了印染行業的生產經營理念。因此,業界人士認為,數字噴墨印花技術是 21 世紀印染工業實現技術革命的關鍵技術之一[4]。 目前,國內大多數從事數碼印花設備生產的企業,仍未充分掌握數碼噴墨印花設備的關鍵核心技術。這些企業生產的數碼噴墨印花設備在機械結構方面大量仿制歐美、日本等發達國家生產的產品,而控制板卡方面則依賴于國內幾家從事數碼噴墨印花控制方案供應商,甚至個別企業只進行零配件的組裝,這種生產方式不僅競爭力弱,而且利潤率極低。 隨著國產噴墨印花設備的快速發展,國內處于行業領先地位的幾家公司如杭州研華、鄭州樂彩等企業也已經研發出多個系列的具有自主知識產權的噴墨印花設備,但是相對于國外品牌仍有較大差距。主要體現在運動協調控制、噴頭時序控制和圖片數據處理方面。由于數碼噴墨印花設備對機器的機構運動協調能力和性能以及噴印控制時序要求較高,目前國產數碼噴墨印花設備在運動控制方面普遍存在定位精度低、運動平穩性差、運動協調性差及存在累計誤差等問題;在噴頭方面目前行業內多采用壓電式噴墨打印頭,由于國內廠商的科研實力較弱,目前對噴頭的控制方面還存在色彩還原度差、色彩漸變效果差、圖像存在噪點等問題。 
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                            1.2 數字噴墨印花設備及其噴印系統的國內外研究現狀及發展 
                            印染行業是一個技術密集型行業,先進的裝備和加工工藝是生產高質量印花產品的前提。隨著數字集成技術的發展,數字噴墨印花技術獲得了前所未有的發展,數字噴墨印花技術是基于細小流體分裂成液滴的原理,而開發的一種新印花方式。是當今印染行業的先機技術,其發展過程經歷如下階段: (1)1948 年瑞典的 Siemens Elema 申請了第一個利用連續墨水分裂成液滴來記錄信號的專利。20 世紀 60 年代,美國斯坦福大學的研究人員成功的研制出了世界上第一臺連續噴墨打印機,其原理是通過對噴出的液滴施加電荷,從而控制液滴的噴射方向,有選擇地將液滴噴射到噴印介質上形成圖案,其余液滴進入液滴回收裝置[3]。 (2)20 世紀 70 年代,美國的 IBM 和日本的佳能等公司先后推出應用于辦公室的噴墨打印機,這些公司的早期產品效率低、墨水浪費嚴重,打印成本偏高,后期推出的熱氣泡連續打印機采用按需噴墨打印方式,節約了墨水用量,改變了人們對打印機的認識[4-5]。 (3)20 世紀 90 年代,數碼噴墨印花技術開始應用于紡織品,最具代表的是1992 年奧地利 ZIMMER 公司生產的地毯數碼噴射印花機,采用連續噴墨式印花方式,但是樣機分辨率只有 18dpi。在 1995 年舉辦的意大利米蘭國際展覽會上,日本 MIMAKI 公司展出的數碼噴墨印花機分辨率有了顯著提高,達到 720dpi。但是印花速度較慢,只有 4.6m2/h[6]。 
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                            第二章  提高印花質量的噴印系統改進方案設計 
                             
                            數碼印花機屬于高精密、高科技產品,印花質量受到噴頭控制方式和運動伺服單元綜合影響,因此研究噴印系統控制方式與印花效果的關系對于獲得高質量印花效果變得尤為重要。本章在分析了噴印設備工作原理、數字噴墨印花機的噴墨成像原理的基礎上,深入研究針對 DY1601 型印花機存在的影響印花質量的問題,從噴印成像單元系統和運動控制單元兩個方面提出了高質量噴印控制系統的改進方案。 
                             
                            2.1 噴印設備工作原理分析 
                            數字噴墨印花機又名萬能平板打印機。其打印介質為軟、硬性物體,例如:金屬,陶瓷,水晶,玻璃,亞克力,石材,PVC,塑料,玩具,U 盤,布料,木質,硅膠,皮革等[5]。數碼印花機無需直接接觸被打印物體,通過墨水噴射的方式完成打印和染色,不會因熱量和壓力而發生變形等現象,利用電腦的直接輸出打印方式,不用在前期做任何準備打印工作。 數碼噴墨印花機印花原理是通過噴印點多次疊加實現。如圖 2-1 所示,噴印小車伺服電機通過減速齒輪帶動同步帶拖動壓電式噴頭在導軌上橫向循環往復運動,在數碼噴墨印花機橫梁上固定了橫向導軌和編碼尺,運動過程中噴印小車上安裝的光柵解碼頭將讀取到的正交編碼信號反饋到噴印控制主板[4];完成一次橫向打印任務后,噴印介質伺服電機通過走紙機構拖動噴印介質移動相應位移,然后電機反轉拖動噴頭完成反向行程打印,以此循環往復,直到這個圖片打印完成。 印花時由上位機印花控制軟件發送開始打印指令,當 FPGA 主控板接收到印花數據后,首先將印花數據緩存到主控板上的 SDRAM 中,FPGA 主控板向噴印小車伺服系統發送驅動信號,噴印小車伺服電機帶動噴頭開始水平左右移動,當噴頭小車達到制定印花起始點并且進入勻速階段時,噴印控制主板上的 FPGA 主芯片將從 SDRAM 中取出印花數據,并按照印花時序依次發送到噴頭數據線上,然后噴頭小車進行掃描式噴墨印花。噴頭小車一次印花行程結束后,FPGA 主控板向噴印介質伺服系統發出脈沖控制信號,拖動噴印介質在進布方向上移動相應距離。接著 FPGA 主控板接收下一行印花數據,FPGA 主控板向噴印小車伺服系統發送電機反向行駛指令,使噴頭進行反向行程的印花工作[13]。如此循環,直到整幅圖像印花結束。當 FPGA 主控板完成整幅印花任務后,驅動噴印小車伺服電機,使噴頭小車返回到導軌的最右邊,即零點位置。另外 FPGA 主控板還要實現噴孔測試、步進測試、噴頭物理位置測試、人機操作及測試印花介質寬度等任務,并產生相應的控制信號,驅動噴印小車和噴頭。 
                            ...........
                             
                            2.2 數字噴墨印花機的噴墨原理 
                            噴印設備按照噴頭噴墨方式的不同可以分為兩大類,一類是按需式噴墨(Drop on demand , DOD),另一類連續式噴墨(Continuous Ink-Jet , DIJ)。其中按需式噴墨型印花機又可以分為熱氣泡式、靜電式、壓電式和音波式;連續式噴墨印花機又分為二值偏轉式和多值偏轉式[15]。連續式噴墨印花機上配置有供墨系統,在壓電驅動裝置在電壓信號的作用下將腔室內的液體經由噴孔噴出。此時噴出的液體變為不均勻的液串,液串經過電極板的過程中受到靜電力的作用,不均勻的液串變為大小、形態均勻且帶靜電的液滴。在進入電極板之前液滴沿直線方向前進,在通過偏轉電極后墨滴的飛行方向發生改變,需要打印的墨滴飛向移動的基板上,不帶電荷的墨滴回到回收器中,以便重復使用。根據偏轉電極的種類,對墨滴的飛行方向的控制方式分為二維偏轉和多維偏轉。因為此種模式的液滴生成是不間斷地,所以稱此模式為連續噴墨式。如圖 2-2 所示。 
                            ..........
                             
                            第三章  噴印運動伺服單元控制原理分析 .... 16 
                            3.1  高質量印花對噴印伺服驅動單元的要求 ...... 16 
                            3.1.1  噴印介質伺服單元需求分析 .......... 16 
                            3.1.2  噴印小車伺服單元需求分析 .......... 17 
                            3.2  永磁同步電機數學模型 ...... 18 
                            3.3 永磁同步電機矢量控制算法 ...... 19
                            3.4 SVPWM 原理與實現 .... 24
                            3.5 SVPWM 的 Simulink 仿真 ......... 28 
                            3.6 本章小結 .......... 30 
                            第四章  噴印運動伺服單元設計 ...... 31 
                            4.1  噴印運動伺服單元總體設計 ..... 31 
                            4.2 關鍵硬件電路設計 ........ 31 
                            4.3  噴印運動伺服控制單元軟件設計 .... 34 
                            4.3.1 軟件設計需求 ....... 35 
                            4.3.2  軟件總體框架 ...... 35 
                            4.3.2  軟件控制算法 ...... 38 
                            4.4  上位機調試軟件設計 .......... 42 
                            4.5 本章小結 .......... 42 
                            第五章  噴印成像單元控制方法設計 ..... 43 
                            5.1 數碼印花的噴印成像原理 .......... 43 
                            5.2 壓電式噴頭的工作原理 ....... 44 
                            5.3  噴印成像控制單元方案設計 ..... 45 
                            5.4  噴頭控制時序仿真及分析 ......... 49 
                            5.5  本章小結 ......... 51 
                             
                            第六章  實驗結果及分析 
                             
                            前文通過分析噴印系統控制方式與印花效果的關系入手,從運動伺服單元和噴印成像單元兩方面對系統存在的問題提出了改進方案,完成方案設計后需要進行實際的調試,針對實際測試的結果對存在的問題進行修正,以滿足高質量印花需求。 
                             
                            6.1  噴印伺服單元測試結果及其分析  
                            根據以上軟硬件功能設計完成了基于 STM32F103RBT6 為主控芯片的永磁同步電機控制單元,整個伺服驅動控制單元由伺服驅動功率板和伺服驅動控制板構成,功率板和控制板通過信號連接線連接。選用電機為 57BL01 系列 180W 永磁同步電機,自帶 1000 線光電編碼器。功率板如圖 6-1 所示,控制板如圖 6-2所示,圖 6-3 為永磁同步電機,為了方便調試,控制板設計了串口接口,同時安裝了 OLED 顯示屏幕,可以實時觀測數據。同時控制板硬件上配置了 EEPROM芯片,可以存儲用戶參數。 速度模式下,采用電流、速度雙閉環,電流環作為控制閉環的內環,速度環作為外環。電流環作為內環響應速度快,當電機定子電流產生擾動時,必須快速進行調節,以降低轉矩脈動;同時穩態時要達到電流無靜差。為了滿足上述要求電流環采用 PI 控制[23],電流環的輸出作為速度環的輸入。圖 6-4 表示為噴頭運動伺服單元分別在給定轉速在 1500rpm 和 2000rpm 啟動時的速度階越響應曲線,實驗結果如圖 6-4 所示。 
                            .........
                             
                            總結 
                             
                            論文研究的對象為 DY1601 型數碼印花機,本文首先分析了噴印系統控制方式與印花效果之間的關系,進而對影響噴印設備印花精度和質量的因素進行了深入研究,提出了高質量、高精度噴墨印花改進方案設計,完成了預期的研究任務。論文主要完成了以下工作: 
                            (1)深入了解數碼印花技術的背景及發展狀況,對數碼印花設備進行了簡要介紹。針對國內數碼印花設備在高質量印花方面存在的問題進行歸納與總結,在此基礎上提出了課題研究的意義。 
                            (2)從數碼印花設備工作原理和噴墨原理入手,分析了噴印系統控制方式與印花效果之間的關系。針對目前 DY1601 型印花機所采用的噴印控制方式在定位精度、噴頭速度穩定性、噴印點質量和噪點數量等方面存在的問題,從運動控制和噴頭控制兩個方面提出了噴印控制系統改進方案。數碼印花設備運動伺服單元主要包括噴頭運動控制和噴印介質運動控制,針對噴頭運動單元存在的力矩波動大,勻速穩定性差和定位精度差和噴印介質運動單元在高速時出現的失步現象,本文提出采用永磁同步電機矢量控制方式的電流、速度、位置三閉環控制方法。針對噴印成像單元采用單段點火電壓而造成的噴印點不規則、圖像過渡效果差和噪點數量過多問題,提出采用兩段式點火電壓控制方案。 
                            (3)通過對數碼印花設備傳動結構和運動參數的分析,提出高質量印花系統對運動伺服單元的要求。建立永磁同步電機數學模型,對永磁同步電機矢量控制算法進行數學公式推導,并用 MATLAB 自帶的 Simulink 建立了仿真模型,進行矢量控制仿真分析。 
                            .........
                            參考文獻(略)
                             

                            專業工程碩士論文精選篇六

                             
                            第一章  緒論 
                             
                            1.1  課題背景與研究意義 
                            簇絨地毯作為地毯產品的一大分支,其一出現就以其獨特的優勢,迅速占領了市場,成為了地毯行業的主流。簇絨工藝能很快成功得益于很多因素:首先這是一種快速的生產工藝,與機織地毯相比,其操作技術要求相對較低;其次簇絨嵌入織物底布的只是極少量的絨頭紗,在絨頭紗越來越貴的情況下,成本優勢變得越來越明顯;不管是機織地毯還是簇絨地毯其表面特性在很大程度上取決于絨毛中的纖維量,簇絨工藝的速度和其他方面的一些優點不僅能夠降低生產成本,甚至還增強了外表面的美感。 如今,簇絨地毯以其高效的生產、豐富的品種及經濟性,越發得到人們的青睞。隨著生活水平的不斷提高,人們對生活和居住環境的要求越來越高,地毯作為室內鋪裝的重要組成部分,以其舒適、美觀逐漸走進千家萬戶,成為家居生活的必需品,國內市場簇絨地毯需求持續地高漲。 國外對簇絨地毯多色提花技術的研究從很早開始就有所發展,目前常用的多色提花技術大致分為兩類。一類是采用選針的方式,主要是利用每根針控制一種顏色的紗線;另一類是采用控制喂紗量的方式,主要是通過低埋絨頭讓不需要的顏色埋在下面,達到選色效果[3]。但是這兩類多色提花技術均有一些不足,第一類提花方式的缺點是遇到換色的地方,就需要先停下來等待進行選針,大大影響了工作效率;第二類提花方式的缺點是使地毯增重,而且這種方式的提花不能完全隱蔽不需要的顏色。 我國在簇絨地毯的研制方面起步較晚,目前簇絨地毯機械在許多技術領域仍落后于國外。我國的簇絨地毯機大多數也還是從國外引進,設備的更新完全依賴國外簇絨技術的發展。近幾年國家的大力支持也使得我國的簇絨地毯行業正快速地發展,國內對簇絨地毯裝備的需求也越來越大。為了打破高端簇絨地毯織造技術被國外少數地毯制造造商壟斷局面,研制出性能穩定和織造效率高的多色提花圈絨塊毯織造系統對我國地毯行業的發展具有重要意義。 本文課題來源于國家自然科學基金(51375084)和教育部創新團隊發展計劃(IRT1220),將多機并行理念應用在多色提花圈絨塊毯織造系統中,以大幅度提升多色提花圈絨塊毯的織造效率,同時為探索具有自主知識產權的多色提花技術提供借鑒。 
                            ........
                             
                            1.2  國內外研究現狀 
                            國際上以美國、英國、日本等主導世界簇絨地毯技術先進水平,在技術上各有千秋。在多色提花領域發展了不少簇絨地毯技術,通用的有滑動針床、單針控制和埋絨頭技術,比較先進的有 Colortech  技術和 CYP (COMPUTERIZED YARN PLACEMENT)技術[3]。 Colortech 技術為英國 Cobble  公司的專利技術,是一種獨特的簇絨控制技術。該機器通常以割絨機為基礎,結合單針控制、滑動針床、底基布間歇式喂入進行簇絨,可織出 6  種顏色的地毯圖案。該技術為單獨控制每一根針,6  根針(或 6  根以下)為一組,分別穿不同  的紗線,可生產仿威爾頓地毯,尤其適合生產電梯毯、廣告毯等。生產過程中,針床作橫向移動,底基布作間歇式喂入運動。該技術與平割平圈附件組合,可生產多種顏色、圈絨和割絨組合的全幅寬上不重合圖案的地毯。 美國 TAPISTRON  公司的 CYP(COMPUTERIZED  YARN  PLACEMENT)技術為與原簇絨機上不同的一項新型地毯織造技術。紗線喂入控制方式較為獨特,每一根針(中空針)上有 6  根紗,分別由 6  個喂紗附件控制,當需要某一根紗時,該根紗線喂入,上一根紗線被切斷。每一根針對應一把刀。該機器可生產各種類型的地毯,比如:平圈絨地毯、平割絨地毯、圈絨割絨混合地毯、6  種不同顏色的圈絨割絨相混合的地毯等,而且通過計算機設置,在同一塊地毯上可織出不同密度、不同形狀的地毯,該機器采用的紗架結構占地面積少。 近些年來,Tuftco一直致力于在改進地毯的簇絨方法。這其中包括了iTron  系統專利,這是一項利用空心針技術織造復雜的多色、多花型的的簇絨地毯的技術,并且織造效果和機織地毯非常相像[4]。這項技術可以織造高達 24 種顏色的簇絨地毯,速度遠超過機織地毯的織造速度,iTron technology  在 2009 年獲得了由美國 Floorcovering Alliance 頒布的年度創新獎。 
                            ........
                             
                            第二章  多機并行多色提花圈絨塊毯織造系統方案設計 
                             
                            多機并行多色提花圈絨塊毯織造系統總體方案的提出是該織造系統設計的首要環節。總體方案主要在充分了解織造要求的基礎上,根據毯面花紋樣式和毯面大小確定織造的適用范圍和生產率,進行織造工藝分析,確定織造的方法和形式,繪制織造工藝流程圖,并同時進行總體布局、確定技術參數。多機并行多色提花圈絨塊毯織造系統總體方案的確定不僅關系到織造的質量,還是后面確定各功能模塊執行機構設計的依據。因此,在擬定總體方案時必須全面考慮,使確定的方案具有較高的技術性和較好的經濟性。 
                             
                            2.1  織造系統總體方案和織造流程 
                            單針控制和埋絨頭技術都有局限性,單針控制效率受限,埋絨頭技術不能隱蔽不需要顏色的絨頭且地毯偏重。多機并行的思路就是采用多臺織機經過多個工步來完成一塊地毯的織造,其中每臺織機負責一種顏色。這種方案雖然增大了織造系統的占用面積,但是省去了更換不同顏色紗線的時間,提高了生產效率。本文所設計的多機并行多色提花圈絨塊毯織造系統包括了如圖2-2所示的四個功能模塊,分別是底布供給、并行織造系統、成品輸出和主傳動系統。這四個部分構成了該織造裝備的基本組成要素,其功能獨立,但是織造過程中各環節又相互配合,缺一不可。其中并行織造系統作為本課題的創新點,也是后面著重研究的內容。
                            ......
                             
                            2.2  織造系統底布輸送與張緊系統設計 
                            在整個織造系統中,底布輸送與張緊系統是保證底布能進行簇絨織造的前提。織造之前要求底布輸送位置準確和底布張緊,其輸送的精度和張緊的好壞將直接影響到后面地毯成品的質量。近年來,帶式輸送機是輸送散狀物料的常見方案,廣泛應用于化工、冶金、礦山、建材、糧食等多個部門[10]。其原理是將一根閉合的環形輸送帶套在前后兩個滾筒上并張緊,其中一個滾筒由電機驅動,依靠輸送帶和滾筒之間的摩擦力來達到運送物料的目的,如圖 2-7 所示。 電動滾筒是一種將電機和減速器共同置于滾筒體內部的新型驅動裝置,如圖2-8 所示。由于其安裝方便,逐漸地替代了帶式輸送機中由電機、減速器、鏈輪或帶輪加滾筒的傳統傳動方式。每一個電動滾筒都是獨立的電動輸送輥子,自帶動力和傳動系統。電動滾筒一般不能直接使用,需要選擇外部的包裹配件,如圖2-9 所示。常見的有摩擦傳動皮帶包膠、塑料模塊化皮帶包膠、鏈板式皮帶包膠和塑料模組網帶鏈輪四種類型。包膠一般根據使用功能來進行選擇,例如加上平滑或帶有特殊溝槽的包膠可以增強電動滾筒外管與輸送機皮帶之間的摩擦,而采用鏈板式皮帶包膠和塑料模組網帶鏈輪都可以實現鏈傳動,從而提高同步性。 
                            .........
                             
                            第三章  多機并行多色提花圈絨塊毯織造系統機頭設計...........18
                            3.1  機頭總體設計..........18
                            3.2  氣動織槍原理分析..........20
                            3.3  絨高調節機構設計..........21
                            3.4.1  機械無級變速傳動方案.......21
                            3.4.2  提花羅拉方案.......22
                            3.4  紗線剪斷機構設計..........24
                            3.5 本章小結...........25
                            第四章  多機并行多色提花圈絨塊毯織造系統機構分析...........27
                            4.1  傳動軸靜力學分析..........27
                            4.1.1  有限元介紹...........27
                            4.1.2  傳動軸 ANSYS 有限元分析........28
                            4.2  機械手 ANSYS 有限元分析...........34
                            4.4  本章小結..........49
                            第五章  結論與展望.......50
                            5.1 總結...........50
                            5.2 展望...........50
                             
                            第四章  多機并行多色提花圈絨塊毯織造系統機構分析 
                             
                            機構分析的目的在于掌握機構的組成原理、運動性能和動力性能,以便合理地設計機構并充分發揮其效能,為驗證和改進設計提供依據[25]。在多機并行多色提花圈絨塊毯織造系統中,主要運動機構為多軸機械手。為了確保能夠順利完成地毯織造動作,本章對多軸機械手機構中的關鍵機構和零件進行分析。 
                             
                            4.1  傳動軸靜力學分析
                             
                            4.1.1  有限元介紹 
                            有限元分析的基本思想是將一個結構或連續體的求解域離散為若干個子單元,并通過它們邊界上的節點相互連接成組合體。本文所設計的多機并行多色提花圈絨塊毯織造系統的構件均采用 Solidworks 進行三維建模,ANSYS 與各類三維軟件都可以進行數據互換,不管分析結構多么復雜,運用  ANSYS 進行有限元分析都非常方便。 ANSYS 軟件是一款功能強大而靈活的大型通用有限元分析軟件,提供主要包括結構分析、熱分析、電磁場分析、流體動力學分析等分析類型。利用 ANSYS軟件進行有限元分析的一般工作流程如圖 4-1 所示 [26, 27]:由圖 2-17 可知,伺服電機連接傳動軸同時驅動兩個平行的單軸機械手,傳動上所受的力來自運動加速度形成的慣性力。負載帶來的扭轉力矩必然造成傳動軸的變形,利用 ANSYS 分析傳動軸在受力作用下的角位移,判斷能不能滿足剛性要求。 
                            .......
                             
                            總結 
                             
                            將多機并行理念應用在多色提花圈絨塊毯織造系統中,可大幅度提升多色提花圈絨塊毯的織造效率,因此,研究設計了多機并行多色提花圈絨塊毯織造系統,現對所做工作總結如下。 
                            (1)  根據多色提花的要求,在多色提花織機中引入多機并行理念,提出了提高織機效率的地毯織造流程;設計了多機并行多色提花圈絨塊毯織造系統,包括織造主機、底布輸送與張緊系統、伺服滑臺、底布存儲機構和卷毯機構,該織造系統采用模塊化設計,可依據產品顏色要求,增減織造主機。 
                            (2)  對比傳統簇絨機織造原理和織槍簇絨原理,參照氣動織槍設計機頭部件,所設計的機頭質量輕、運動慣量不大,可實現高速運動;設計了絨高調節機構和紗線剪斷機構,使機頭實現調整簇絨絨高和剪斷紗線的功能。 
                            (3)對多機并行多色提花圈絨塊毯織造系統中主要運動機構多軸機械手進行機構分析,主要分析傳動軸和導向軸的變形以及共振。結果表明:傳動軸在扭轉力矩作用下滿足剛度要求;織槍的共振頻率較低,不會發生共振;剛柔耦合分析得出導向軸的扭轉導致織槍針尖運動誤差達到 2mm,可通過增加平衡質量來調整質心位置以減少運動誤差。
                            .........
                            參考文獻(略) 
                             

                            專業工程碩士論文精選篇七

                             
                            第一章  緒論
                             
                            1.1  課題研究的背景與意義
                            WZ330 挖裝機工作裝置的分析與研究一文是基于石家莊鐵道大學和中國人民解放軍第 6411 工廠共同開發的鐵道部 2009 年科技計劃項目(WZ330 隧道挖裝機)。 中國鐵路隧道工程隨著鐵路交通事業的迅速發展而發展,隧道工程機械化水平的提升可以大大加快我國鐵路工程建設的速度[1]。隧道挖掘裝載機是隧道鉆爆后出砟的主要機械裝備,它的主要作用是挖掘、出砟、輸送砟石等等;它的優點是出砟效率高,進而縮短了施工周期[2]。另外在國家大力發展鐵路、公路和地鐵的建設時期,配套的機械產品(如隧道挖裝機等)也應大力發展以適應建設過程中的需求,實現產品的自主化,保證產品的質量,降低產品的成本,因此研究挖裝機是非常必要的。另外,由于隧道施工鉆爆法的顯著特點是成本低、效率高以及適應能力強,因此到目前為止,中國隧道施工過程中最重要的隧道技術手段仍然是施工鉆爆法[3]。 在中國隧道工程建設中,鉆爆法施工一直占主導位置,其中 90%以上的隧道都采用鉆爆法施工[4],研究隧道挖裝機的目的主要是為了加快國內隧道鉆爆法施工過程中的速度[5]。據調查,隧道出砟所需要的時間超過了隧道施工總工序時間的 60%以上[6],這大大制約了鉆爆法隧道施工的進度。 WZ330 挖裝機主要針對挖掘隧道、地鐵以及地下礦產等研發的一種挖掘、出砟、輸送砟石的機械設備。但是國內的挖裝機配套設備并不完善,主要還是依靠進口,因此研究高效率隧道挖裝機具有重要的意義。 
                            .........
                             
                            1.2  國內外研究狀況 
                            由于挖裝機的引進和受到廣大施工單位的青睞,國內也開始研究和設計挖裝機,并投入生產使用。國內產的挖裝機主要由南昌凱馬、江西藍翔和貴陽力特等廠家進行生產,根據工程需求分別有軌輪式和履帶式[7],見表 1-1。 LW-160 系列軌輪式挖掘裝載機(如圖 1-1 所示)是一種連續生產高效的挖掘裝載機,主要用于鐵路隧道的施工、礦山平巷的掘進作業,具有工作平穩、無沖擊、高效、環保、等特點。 LWL-260 挖掘裝載機(如圖 1-2 所示)的研發是為了提高國產隧道裝載機的工作效率和對單線鐵路隧道工程施工的適用性,在設計過程中南昌凱馬有限公司多次研究了德國 ITC-312、日本 KL-41CN 機型的性能和結構特點,也征求了客戶的意見,并對國產挖裝機配套件的功能進行了考察[8]。藍翔重工有限公司(簡稱“藍翔重工”),2002 年 5 月成立,位于江西省安源經濟開發區,主要生產礦山機械、水泥機械、工程機械等。WDZ-160 挖掘裝載機(如圖 1-3 所示)是藍翔重工有限公司重點生產銷售的,主要參數見表 1-2。 
                            .....
                             
                            第二章  WZ330 挖裝機工作裝置的實體建模
                             
                            2.1  WZ330 挖裝機概述
                            WZ330 挖裝機整機由挖掘和運砟機構、底盤行走機構、液壓傳動系統、內燃機和電力雙動力系統、電氣控制系統五大系統組成,完成挖裝機的挖掘、出砟、輸送砟石的功能。該機采用雙動力驅動,電液比例閥控制,其特點是裝載能力強,工作比較穩定,耐磨性好等。WZ330 挖裝機的整機結構如圖 2-1 所示。如圖 2-2 所示,WZ330 挖裝機的工作裝置主要由大臂 1、大臂液壓缸 2、小臂液壓缸 3、小臂 4、鏟斗液壓缸 5、鏟斗 6、鏟斗連桿 7 和鏟斗傾翻桿 8 等組成。它的結構特點是兩兩構件間均采用鉸鏈連接,且挖裝機在工作過程中的各種動作是通過改變液壓缸的行程來完成的[17]。大臂 1 的下鉸接點與回轉平臺聯接座鉸接在一起,并利用大臂液壓缸 2 來支撐大臂,通過改變大臂液壓缸的行程,完成大臂的升降動作。小臂 4 鉸接于大臂的上端,它可以繞著鉸接點轉動,大臂和小臂的相對轉角由小臂液壓缸 3 控制,當小臂液壓缸伸縮時,小臂則可以繞著大臂上鉸接點轉動。鏟斗 6 與小臂 4 的末端鉸接,通過改變鏟斗液壓缸 5的行程來使鏟斗繞這鉸接點轉動。為了使鏟斗轉角增大,一般鏟斗液壓缸通過連桿機構(即鏟斗連桿 7 和鏟斗傾翻桿 8)與鏟斗連接在一起[18]。 
                            ...........
                             
                            2.2 WZ330 挖裝機工作裝置的實體建模
                            WZ330 挖裝機的工作裝置主要由大臂、小臂、鏟斗、大臂液壓缸、小臂液壓缸、鏟斗液壓缸等構件組成。在利用 SolidWorks 2013 對工作裝置的各零件進行實體建模時,應該先對模型進行必要的簡化,比如模型中的銷軸、卡環等細小部件與課題研究內容無關的可以將其簡化[20]。進行裝配時,與論文研究無關的螺栓也可以將其簡化。大臂是工作裝置中決定總體構造形式和其他特征的關鍵構件,整體式單節大臂目前應用最廣泛,其特點是作業效率高、成本低、質量輕等。  大臂由左、右側板以及上、下蓋板焊接而成,其結構是箱型體[20]。每一塊板均采用厚度為 20 mm 的 Q345 鋼板,如圖 2-3 是大臂的三維模型。 零部件的干涉是造成裝配車間返工率和高廢品成本都高的主要原因之一。只使用 2D CAD 工具時,在投產使用之前發現這些問題是非常困難的。 將裝配好的挖裝機總圖在 SolidWorks 2013 進行干涉檢查,步驟為“菜單欄→工具→干涉檢查→計算”(如圖 2-13 所示),從而檢查出裝配圖中干涉的地方,進而對零件圖加以修改,以保證裝配圖無干涉。 
                            .........
                             
                            第三章  WZ330 挖裝機工作裝置的運動學與動力學分析 ...........17 
                            3.1   虛擬樣機技術和 ADAMS 軟件介紹 ....... 17 
                            3.1.1   虛擬樣機技術 ........ 17 
                            3.1.2   ADAMS 軟件概述 .......... 18 
                            3.1.3   ADAMS 軟件仿真分析步驟 ............ 18 
                            3.2   WZ330 挖裝機工作裝置的運動學分析 ........... 19 
                            3.3   WZ330 挖裝機工作裝置的動力學分析 ........... 28
                            3.4   本章小結 ...... 40 
                            第四章  WZ330 挖裝機工作裝置的靜力學分析 ......41 
                            4.1   有限元法概述 ....... 41 
                            4.2   有限元分析軟件介紹 .... 42
                            4.3   三維模型的導入 ............ 44 
                            4.4   前置處理 ...... 46
                            4.5   大臂的靜力學分析 ........ 51
                            4.6   小臂的靜力學分析 ........ 54
                            4.7   本章小結 ...... 58 
                            第五章  WZ330 挖裝機大臂的優化設計 ............59 
                            5.1   基于 ANSYS 優化設計介紹 ........... 59 
                            5.2   大臂的參數化建模 ........ 61
                            5.3   大臂的靜力學分析 ........ 62 
                            5.4   大臂的優化設計 ............ 63
                            5.5   優化結果分析 ....... 68 
                            5.6   本章小結 ...... 68 
                             
                            第五章  WZ330 挖裝機大臂的優化設計
                             
                            5.1  基于 ANSYS 優化設計介紹
                            目前,在工程設計中優化設計已得到普遍應用。“最優設計”則是所采用的一種方案可以滿足所有的設計條件,同時達到開支最小的要求。優化設計的對象是很廣的,如尺寸、形狀、制造費用、材料特性等等。ANSYS Workbench 的Design Explorer 模塊可以實現產品的快速優化[44]。(1)設計變量:設計變量是允許變化的基本變量,比如厚度、長度等等。通過改變設計變量的值可以得到優化設計的結果。 (2)狀態變量:狀態變量是因變量,是設計變量的函數,它是優化設計必須要滿足的條件。在 ANSYS Workbench 優化設計中能夠定義不超過 100 個狀態變量。 (3)目標函數:它是盡量減小的數值。目標函數必須是設計變量的函數,且它的數值會隨著設計變量數值得變化而變化。比如重量減輕,應力偏差最小等等。在 ANSYS Workbench 的優化設計中目標函數只能有一個。 (4)優化變量:狀態變量、設計變量、目標函數三者統稱為優化變量。優化變量是用戶自己定義的,用戶需要定義哪些是設計變量,哪些是狀態變量,哪些是目標函數[45]。 
                            .........
                             
                            總結 
                             
                            本論文完成了對 WZ330 挖裝機工作裝置的實體建模、運動學分析、動力學分析、靜力學分析、大臂的結構優化,研究結果如下: (1)利用 SolidWorks 2013 完成了挖裝機工作裝置的各零件的實體建模,包括大臂、鏟頭、小臂、大臂液壓缸缸桶和杠桿、斗桿液壓缸缸桶和杠桿、鏟頭液壓缸缸桶和杠桿、連桿等等。然后按照裝配關系把 WZ330 挖裝機工作裝置的各零件裝配成整體,為后續的研究奠定了良好的基礎。 (2)利用 ADAMS/View 軟件對 WZ330 挖裝機完成了運動學和的動力學仿真分析。得到 WZ330 挖裝機工作裝置鏟斗尖運動范圍的包絡圖和工作裝置最大工作寬度軌跡,從而確定了挖裝機的工作參數,包括工作裝置最大轉角、最大挖掘高度、最大挖掘深度、最遠挖掘半徑等等,進而驗證模擬數據是否與原始數據基本一致。 通過動力學仿真得出大臂各鉸接點的受力曲線圖和小臂各鉸接點的受力曲線圖,進而得出大臂和小臂各鉸接點的受力極值,對第四章 WZ330 挖裝機工作裝置的靜力學分析提供了依據。
                            .........
                            參考文獻(略) 

                             

                            專業工程碩士論文精選篇八

                             
                            第一章  緒論
                             
                            1.1  研究的背景與意義
                            目前國內的電磁先導式閥都是由電磁鐵和液壓閥構成,電磁鐵由電磁鐵元件廠專業生產,閥由液壓元件制造公司生產,液壓閥的設計者選用一種合適的電磁鐵配需要設計的液壓閥,這種分體式先導閥的優點是便宜;其不足之處是體積大,功耗高,在要求體積小、功耗低的電磁閥裝備中不能應用,如軍事車輛、深海裝備、航空裝備等領域。目前在這些領域應用的先導式閥大多是選用進口產品,如某軍用車輛進口一支低功耗小型電磁插裝閥要 6000 元,不但價格高,供貨時間長,而且一旦國外不同意進口,整個裝備就沒有辦法生產。因此國內急需開發電磁鐵和閥集成一體的小型低功耗電磁插裝閥。國外研制電磁插裝閥的公司主要有Rexroth Bosch  公司、HYDAC 公司、Magnet schultz 公司、parker 公司和 hydraforce公司,其中 Rexroth  Bosch  公司、parker 公司是世界知名的大型液壓件供應商,這兩家公司在我國液壓領域占有很大的份額,也有專門開發小型低功耗電磁插裝閥的公司,如 Magnet  schultz 公司本來是供應電磁鐵產品的一家公司,利用其小型電磁鐵開發經驗,最近幾年開發了一系列小型低功耗電磁插裝閥供應市場。hydraforce 公司也是一家主要開發小型電磁電磁插裝閥的公司。同時,國外公司能夠根據用戶需求,供應系列成套的產品。 國內飛機上應用的小型低功耗電磁插裝閥主要是引進前蘇聯的技術,在飛機定型時確定閥的結構和技術要求,由專業生產企業組織生產,如***液壓機械公司就是一家專門從事航空液壓件生產的企業。目前國內還沒有一家企業開發比較通用的小型低功耗電磁插裝閥,大部分都是依靠國外進口產品,主要原因是設計研究難度大,加工精度要求高,國內軍工裝備定型后難以更改,市場難以打開等,但是一直依靠國外的進口產品,不僅花費高,耗時高,而且非常被動。為了解決這一問題,本文將設計研究一種小型低功耗的電磁插裝閥,為促進電磁鐵和閥集成一體的小型低功耗電磁插裝閥的國產化做出貢獻。 
                            .......
                             
                            1.2 電磁插裝閥國內外研究現狀
                            目前國內小型低功耗電磁插裝閥的技術水平與國外相差較大,還沒有相關的成熟產品,基本依賴進口,相比之下國外相關的技術則成熟很多。目前,國外知名液壓元件生產制造廠商,如 hydraforce、hydac、parker 和 eaton 等公司生產的小型低功耗電磁插裝閥性能及技術水平在國際上處于領先地位,它們在國際市場上占有較大的銷售份額。因此對于一些中高端的電磁插裝閥的技術參數及結構他們都采取了保密措施,只公布了一些比較通用的電磁插裝閥的技術參數及結構。 圖 1.1 所示為 Hydraforce 公司[1]生產的 SV08-20:電磁鐵的銜鐵和鐵芯采用錐面的接觸結構,中間安加復位彈簧,采用閥芯一端直接嵌插在銜鐵內,通過銜鐵的動作直接帶動閥芯的移動,實現電磁鐵和閥集成一體化,電磁插裝閥的工作壓力為 20.7MPa,在壓差為 0.69MPa 時,最大流量為 30L/min,電磁鐵通電、斷電響應時間分別為 40ms  、46ms,在工作壓力為 20.7MPa 時的內部泄漏量為0.15ml/min,工作溫度為-40°~120℃,總長為 93mm,安裝孔總長(插裝閥插入閥塊的長度)為 27.7mm,直徑為 13mm。 圖 1.2 所示為 Vickers 公司[2]生產的 SV165-8-C/CM:該電磁插裝閥電磁鐵結構與上述的 Hydraforce 公司電磁插裝閥電磁鐵結構基本相同,該電磁插裝閥的工作壓力為 21MPa,在壓差為 0.65MPa 時,額定流量為 37L/min,內部泄漏量(port2 to  port1)為 5drops/min,工作溫度為-40°~100℃,總長為 86mm,安裝孔總長27.6mm,直徑為 12.6mm。 
                            ........
                             
                            第二章  電磁插裝閥結構參數設計計算 
                             
                            2.1 電磁插裝閥的主要性能要求 
                            電磁插裝閥作為液壓閥的一種,其種類和功能繁多,廣泛應用在工程機械的各個領域。本文將研究設計一種用在綜合傳動裝置換擋系統中的小型低功耗二位三通電磁插裝閥,如圖 2.1 所示。二位三通是指電磁插裝閥在正常工作時閥芯有左、右兩個工作位置和三條通道(A、P、T)。閥體外型是一個臺階型圓柱,在兩個臺階型圓柱的側面開有兩個直徑型同的圓柱通道即工作油口 A 和回油口 T。閥體上端開有一圓柱孔安放閥座,閥座內的圓柱型孔即為進油口 P。閥座的下端緊接著球閥,球閥的下端緊接著推桿,推桿下端鏈接的是一個電磁鐵,電磁鐵的銜鐵內安有一個彈簧。當電磁鐵未通電時,在彈簧的作用下,推桿將球閥壓緊在閥座上,關閉了 P-A 通道,打開了 A-T 通道。當電磁鐵通電時,銜鐵向鐵芯吸合,通道 P 內油液產生的推力推動球閥向下移動并壓緊在閥體流道的錐面上,關閉了A-T 通道,打開了 P-A 通道。通過插裝閥通道的啟閉來控制油缸的結合順序,實現綜合傳動裝置中的換擋功能。 
                            .......
                             
                            2.2  閥的主要結構尺寸設計與計算 
                            閥芯作為電磁閥的核心零件,其結構參數對電磁閥性能的影響至關重要。就閥芯結構型式而言,液壓系統中的閥芯結構有三種:滑閥、錐閥、球閥。 滑閥式閥芯易于實現多路控制,工作、動作可靠,工藝性好,操縱力小,制造簡單,但是由于其閥芯與閥體之間有間隙,密封性能沒有錐閥和球閥好,另外,由于其閥芯與閥套的配合長度較長,摩擦力大,易于出現液壓卡緊現象。 錐閥式閥芯具有密封性能好,動作靈敏,閥口開啟時無死區,閥芯錐面的導向性好,動作平穩等優點。另外,錐閥能完全切斷油路,對油液中贓物的敏感性小,結構簡單。一般用于大通徑。但是其對工藝方面的要求比較嚴格,容易出現卡滯現象,且對閥芯錐面必須進行精磨加工。 球閥式閥芯具有結構緊湊,安裝尺寸小、材料耗用少,并且驅動力矩小、流阻小、制造工藝簡單,操作和維修方便,工作介質在雙面上密封可靠,具有最低的流阻,能實現快速啟閉并且操作無沖擊,由于其特殊的球型結構,能在位置上實現自動定位且能很好地承受來自管道的應力。一般多用于低壓小通徑。 綜上所述,本文研究的二位三通電磁插裝閥選用球閥式閥芯結構。 
                            .......
                             
                            第三章  基于 Ansoft 的電磁鐵仿真分析 ...........   31 
                            3.1 電磁鐵靜態仿真 ......   32  
                            3.1.1 電磁鐵靜態模型的建立及參數設置 ......   32  
                            3.1.2 關鍵結構參數對電磁鐵靜態特性影響的仿真分析 .......   34  
                            3.2 電磁鐵動態仿真 ......   47  
                            3.3 本章小結 ..........   53  
                            第四章  電磁插裝閥的試驗研究 ..........   55 
                            4.1 電磁鐵試驗研究 ......   56  
                            4.1.1 電磁鐵的靜態特性試驗 ........   56  
                            4.1.2 電磁鐵的動態特性試驗 ........   58  
                            4.2 插裝閥性能試驗研究 .......   60  
                            4.2.1 壓差—流量特性試驗 ....   60  
                            4.2.2 壓力響應時間特性試驗 ........   63  
                            4.3 本章小結 ..........   65  
                            第五章  總結與展望 ........   67 
                            5.1 全文結論 ..........   67  
                            5.2 研究不足及后續工作 .......   68  
                             
                            第四章  電磁插裝閥的試驗研究
                             
                            本文研究的是小型低功耗電磁插裝閥。在第二章通過運用電磁鐵設計理論和液壓換向閥設計理論計算得到了電磁插裝閥的初始結構參數,對于電磁插裝閥的電磁鐵初始結構參數的優化、初始設計中無法計算的、不確定的電磁鐵結構,通過 Ansoft Maxwell 有限元仿真軟件進行選取、改進。對于電磁插裝閥的閥體結構的初始結構參數,由于時間的有限,將不再對其進行仿真分析。為了驗證電磁插裝閥參數設置的正確性、合理性,加工制造出電磁插裝閥試驗樣機并進行試驗。為了節約成本,簡化加工工藝,將試驗樣機的電磁鐵外殼兩端及閥體下端面制作成圓盤,用螺栓將電磁鐵外殼上端圓盤與閥體下端圓盤連接起來,同理,用螺栓將電磁鐵的外殼下端圓盤和法蘭盤連接起來。兩種螺栓連接將電磁鐵和插裝閥連成一塊,一起構成電磁插裝閥試驗樣機。本節將利用自主研制的電磁鐵特性測試試驗臺對直流電磁鐵試驗樣機進行靜態和動態性能測試,并將試驗測得的結果和仿真得到的結果進行對比分析。表 4.1為直流電磁鐵試驗樣機結構參數表。
                            .........
                             
                            結論
                             
                            本文以綜合傳動裝置換擋系統中電磁插裝閥為研究對象,分析了電磁插裝閥的國內外發展狀況。根據電磁插裝閥的性能要求,設計了直流濕式電磁鐵和二位三通插裝閥結構,基于 Ansoft Maxwell 仿真軟件對電磁鐵進行仿真分析,確定結構,最后將電磁插裝閥加工成試驗樣機進行試驗,得出結論。具體內容如下: 
                            1、根據性能指標要求和有關標準規定,對功耗為 8W 的電磁插裝閥的結構進行了初步設計計算。根據電磁鐵設計理論確定了電磁鐵線圈電阻、安匝數等關鍵參數。根據液壓換向閥設計理論確定了二位三通插裝閥結構和關鍵參數。   
                            2、基于電磁鐵初步設計結果,利用 Ansoft Maxwell 仿真軟件建立了電磁鐵二維仿真模型。對電磁鐵隔磁套結構、厚度和銜鐵結構參數進行仿真分析并根據分析結果對電磁鐵進行了改進,最后將改進后的電磁鐵進行動靜態特性的仿真分析,得出結論。 (1)隔磁套厚度對銜鐵電磁吸力的影響微乎其微。 (2)整體式隔磁套結構和三段式銜鐵套管結構都能滿足初始位置 1.2mm 處獲得初始電磁吸力 30N 的要求,但是為了簡化制造工藝,減小尺寸,采用整體式隔磁套結構。 (3)凸臺型和圓錐型銜鐵結構都能獲得比平面型銜鐵結構更平穩的位移-力特性。為了簡化制造工藝、減少沖擊,設計銜鐵端部結構為凸臺型。 (4)改進后的電磁鐵能滿足初始位置 1.2mm 處獲得初始電磁吸力 30N 的性能要求,且整個行程中位移-力特性比較平緩,沖擊小。 (5)通過對電磁鐵的動態特性仿真,得出該電磁鐵的吸合動作時間為 24ms,釋放動作時間為 39ms,最大工作電流為 0.32A,最大動態電磁鐵吸力為 111.2N。該電磁鐵動態響應時間短、速度快,吸力平穩,動態性能好。
                            .........
                            參考文獻(略) 
                             

                            專業工程碩士論文精選篇九

                             
                            第一章 緒論
                             
                            1.1 論文選題
                            本文以中油國際事業公司與中聯油合共同投資建設的位于大連大窯灣的中石油國際儲備庫北區工程自控系統設計應用作為研究對象,研究自控系統在大型原油儲庫的應用成果與問題,總結自控系統經驗教訓進而提升今后大型原油儲庫安全生產質量及運行管理水平。
                            ........
                             
                            1.2 論文選題的背景及意義
                            隨著我國國民經濟的持續、快速、穩定和健康發展,拉動和加劇了對能源特別是石油的需求,提高了我國對外部石油的依存度,原油進口量占比逐年增加,原油作為重要的能源供需矛盾日益顯著。在國際政治經濟形勢變化莫測情況下,隨時都可能由于國際政治沖突摩擦或經貿爭端中斷原油供應或運輸,牽制和影響我國經濟發展和人民生活,并且我國原油儲備規模及儲備天數遠遠落后于美、日等發達國家。因此為穩定石油供給、保障國家和企業的原油供應,國家陸續在舟山、鎮海、黃島、大連、欽州等東部沿海城市建立起大型原油儲庫作為國家能源戰略儲備基地。隨著大型原油儲庫的陸續建設,我國原油儲庫的建設標準及自動化程度均提出了更高的要求,原油儲庫的單罐儲量、總庫容均向大型化方向發展,油庫自動化均向著集中管控、數字化油庫方向發展。原油作為易燃、易爆的危險品,具有燃燒速度快、熱輻射強及火災危險性大等特點;原油儲庫單罐儲量大、地域分布廣,油庫在儲存和輸送的過程中一旦發生火災事故極難撲救,不但會危及周圍人員生命安全,給國家財產造成巨大損失,還會對周圍環境造成污染[1]。正因為現代油庫事故的易發性和不可控性,  使人們對油庫的安全管控提出了更高的要求,因此建立一套技術先進、性能可靠、功能完備、操作管理方便的油庫自控系統對保障原油儲庫安全可靠生產、便捷高效運營有著重要的現實意義和深遠的戰略意義。 
                            .......
                             
                            1.3 大型原油儲庫自控系統的發展現狀及趨勢
                            自動控制系統(automatic control systems)是在無人直接參與下可使生產過程或其他過程按期望規律或預定程序進行的控制系統。自動控制系統是實現自動化的主要手段,簡稱自控系統。 自控系統是綜合運用機械、微電子、自動控制、計算機、傳感測控、網絡通訊、電力電子、接口以及軟件編程等多學科技術,可自動實現數據采集、信息處理、顯示記錄、調節控制、聯鎖保護、自動診斷及信息交換等功能,并根據系統功能合理配置與布局各功能單元,實現整個系統多功能、高質量、高可靠性、低能耗的系統工程技術。[1,2] 自控系統主要由:控制器,被控對象,執行機構和變送器四個環節組成。伴隨著控制系統結構和測控儀表的更新換代,自動化技術的發展經歷了人工控制階段、模擬控制階段、計算機集中數字監控階段、集散控制系統(DCS)階段等發展階段。 油庫自控系統結構也經歷了從美國普渡大學的 PURDUE  企業參數體系的 5 層結構(經營決策層、企業管理層、生產調度層、過程優化層或過程監測層、過程控制層)過渡為 3  層結構,通常表述為 ERP/MES/PCS,稱管理層/控制層/設備層。[3, 4] 
                            ..........
                             
                            第二章 大連中石油國際儲備庫自控系統總體方案
                             
                            2.1 工程概況
                            本儲備庫位于大連保稅油庫和大連國家戰略儲備庫庫址西側。工程建設 42 座10×104 m3外浮頂原油儲罐,每 6 座 10×104 m3儲罐組成一個罐組,共設 7 個罐組(分別布置于 3 個臺階上),庫區總庫容為 420×104m3。 一、儲運系統建設以下設施: 1#、2#、3#罐組共 18 座儲罐,儲存以中東沙特阿拉伯中質原油為代表的低凝、低粘原油,罐組及配套管道系統均不設加熱及保溫設施; 4#、5#罐組共 12 座儲罐,儲存以委內瑞拉 Merey16 原油為代表的低凝、高粘原油,對儲罐及配套管道系統設置加熱設施并保溫; 6#、7#罐組共 12 座儲罐,儲存以非洲蘇丹 PF 混合原油為代表的高凝、高粘原油,對儲罐及配套管道系統設置加熱設施并保溫。  1 座外輸泵房,共 8 臺泵(4 臺原油裝船泵,1 臺原油外輸泵,1 臺原油裝火車泵,2 臺原油抽底油泵)。 1 間冷凝水回收泵房,內設 2 套閉式冷凝結水回收裝置;1 間換熱站,內設 1 套汽-水換熱機組、1 套全自動軟化水裝置、1 臺軟化水箱。 配套庫區聯絡線、外輸管道等進出油庫工藝管網;中心控制室、消防控制室、遠程IO 室等儀表輔助房間;變電所、配電間、發電機間、電氣控制室等電氣輔助房間。 
                            ........
                             
                            2.2 自控系統建設原則和總體目標
                            油庫自控系統建設應統籌規劃所需實現的功能,所劃定的風險級別和防護等級,結合介質物性、流程及平面特點,集成計算機技術、工業控制技術、現場總線技術、網絡通信技術、數據庫技術、圖形顯示技術等多學科技術。自控系統建設原則如下: 先進性原則:系統硬件采用先進成熟的技術,應用軟件組態采用先進的軟件工程方法。安全可靠性原則:系統硬件采用新技術的前提是該技術的成熟性、安全性和可靠性;同時提高數據的抗破壞能力。主要設備采用雙機熱備,并通過數據備份恢復、容錯等處理等技術,保證系統數據安全。選用高可靠性的系統軟件平臺。實用性原則:系統的功能以滿足生產需要為前提,完善應用需求分析的科學化;使用戶界面設計易于理解、易于掌握、易于操作。可擴展性原則:為適應油庫管理規模的發展與擴大,系統須具有可擴展性。應用軟件設計采用模塊化結構,使系統邏輯結構清晰、易讀,各模塊功能盡量相對獨立、減少關聯性,以易于擴展、維護和修改,提高設備配置和系統擴展的自由度和靈活性。兼容性原則:系統通訊與網絡協議采用國際標準,極大提高系統的兼容性,方便各廠家設備信號接入該系統。性能價格原則:系統配置選用知名廠家的產品,以便獲得更優良的性能、更可靠的質量、更周到的服務及強有力的技術支持,使設備投資產生更大的經濟效益。 
                            .........
                             
                            第三章 儀表選型、安裝、布線方案 ..... 13 
                            3.1 儲運系統主要儀表選型、安裝、布線方案 .......... 13 
                            3.1.1 溫度儀表 ..... 13 
                            3.1.2 雷達液位計 ........ 14 
                            3.1.3 閥門總線控制系統 .......... 17 
                            3.2 消防系統主要儀表選型、安裝、布線方案 .......... 19 
                            3.2.1 火焰探測器 ........ 19
                            3.2.2 光纖光柵感溫火災探測系統 ........ 22 
                            第四章 控制系統方案及邏輯 .... 25 
                            4.1 控制系統方案 ......... 25 
                            4.1.1 控制系統硬件設計 .......... 26 
                            4.1.2 控制系統軟件設計 .......... 27 
                            4.1.3 通訊系統設計 .... 28 
                            4.1.4 控制系統特點 .......... 29 
                            4.2 控制系統邏輯 ......... 29 
                            4.2.1 儲運控制系統邏輯 ......... 29 
                            4.2.2 消防控制系統邏輯 ......... 30 
                             
                            第四章 控制系統方案及邏輯
                             
                            4.1 控制系統方案
                            儲備庫自控系統采用集成控制系統(ICS),包括儲運控制系統、消防控制系統。操作人員在中控室可完成對油庫的監控和運行管理。儲運控制系統由基本過程控制系統(BPCS)和安全儀表系統(SIS)兩部分組成,BPCS完成對儲備庫生產過程數據采集、集中監視、聯鎖控制和工藝流程切換。當庫區發生緊急狀況,SIS 通過關斷儲罐根部閥及進出庫閥門,實現庫區緊急關斷;通過檢測輸油泵參數超限聯鎖停泵,實現輸油泵安全聯鎖保護。 PCS 與 SIS 共用上述操作員站、工程師站、冗余實時數據服務器、WEB 服務器、歷史服務器、打印機等上位機。 在中控室設 7 個 ESD 按鈕:每罐組設 1 個按鈕。當發生火災時,正在進行原油外輸作業時,按下著火罐組對應 ESD 按鈕執行聯鎖保護邏輯。 通過 WEB 服務器和歷史服務器將儲備庫的儲罐液位、溫度等原始數據和庫區電動閥門的狀態等實時數據傳輸到海關監管部門及上級管理部門。系統采用的監控軟件具有Web  瀏覽功能,通過有限制授權,可支持通過 IE  瀏覽器遠程訪問庫區監控系統[27,28]。 
                            .........
                             
                            結    論
                             
                            本文主要研究的是自控系統在大型原油儲庫的設計與應用。從自控系統的發展現狀及趨勢入手入手,明確了自控系統需達到的自控水平和實現功能,分析了大型原油儲庫的流程及平面特點,通過現場調研收集自控系統現場易出現的問題,從解決現場實際問題與完善系統功能的角度出發對大連中石油國際儲備庫儲運控制系統與消防控制系統現場儀表的選型、安裝、布線與控制系統軟硬件設置及控制邏輯等方面研究,全面提升了大型原油儲庫自控系統的安全生產質量及運行管理水平。 針對高凝高粘外浮頂原油儲罐液位計量大膽創新性的采用 ENRAF 專利技術 TE02模式,通過雷達天線與兩倍于其直徑的導波管相匹配,最大程度解決了高凝高粘原油在導波管內結蓋和原油掛壁問題,現場使用效果驗證了該方案降低由于導波管結蓋造成液位檢測故障發生概率,減輕了現場維護的工程量。 針對大型原油儲庫電纜敷設及故障排查工作量大的問題,在原油儲庫創新性的采用EIM 現場總線控制系統,通過與常規硬線電纜敷設方式相比,節省了電纜材料及安裝費用;由于閥門總線控制系統全部設備之間均使用 Modbus RTU 協議通訊,信號傳輸無需額外的協議轉換,使用 RBE 例外報告功能和優先掃描功能,與其它閥門總線控制系統相比,解決了總線系統易發生故障、閥門動作不同步與信號傳輸滯后等問題,提高了系統安全與實時響應速度。 儲罐采用三頻紅外火焰探測器與光纖光柵火災探測器相結合的火災檢測方案,并通過對兩種火災檢測儀表信號做與邏輯,當同時滿足時才可實現消防自動聯鎖,避免由于系統誤報造成消防設備啟動,給生產造成影響。火災檢測采用可靠的火災檢測儀表結合優化的控制邏輯保證火災自動聯鎖信號輸出的準確性,提高了消防聯鎖控制能力。
                            .........
                            參考文獻(略) 
                             

                            專業工程碩士論文精選篇十

                             
                            第一章   安全評價和綜合評價方法
                             
                            1.1  安全評價方法
                            安全評價也被稱之為風險評價或危險評價,安全評價的目的是實現安全,是運用安全系統工程原理和方法,識別和評價工程、系統、生產經營活動中存在的危險、有害因素,確定系統發生危害的幾率和損失程度,提出科學合理可行的安全對策。 安全評價是落實“安全第一、預防為主、綜合治理”方針的重要保障,是安全生產監督管理工作的重要手段。安全評價方法,目前已經有數十種之多,因而使用時應了解系統,并選用合適的方法。目前石油行業依據不同生產企業特點,主要使用安全檢查表法、事件樹分析法、事故樹分析法、預先危險性分析法、故障類型影響分析法、危險和可操作性分析法、作業條件危險性評價法[10-17]。安全檢查表法是根據相關的安全規范、標準、制度及其他系統分析方法分析的結果,系統的進行科學的分析,找出各種不安全因素,依據檢查項目把找出的不安全因素以問題清單的形式制成表格,并依此表格實施安全檢查和診斷的系統安全分析方法。 安全檢查表法的關鍵是安全檢查表的編制和實施。安全檢查表必須包括系統和子系統的全部主要檢查點,應列明所有可能導致事故發生的不安全因素。安全檢查表法相對其他安全評價方法來說,是一種最基本、最簡單、應用較廣泛的安全評價方法。 安全檢查表法適用于工程的各個階段,善長對于熟知的工藝進行分析,有經驗的人員還要將設計文件與相應的安全檢查表進行比較,但是也可用于新工藝過程的早期的開發階段.但是由于安全檢查表法只能作定性分析,不能提供事故后果分析及危險型分級,因此很少用于安全預評價,多用于對已運行的系統的評價。 安全檢查表法自 20 世紀 30 年代投入應用以來,已有很多成功案例,例如日本勞動省的安全檢查表、美國杜邦公司的過程危險檢查表、我國機械工廠安全性評價表、危險化學品經營單位安全評價現場檢查表、加油站安全檢查表、液化石油充裝站安全評價現場檢查表、光氣及光氣化產品生產裝置安全檢查表等。 
                            .....
                             
                            1.2  綜合評價方法
                            在現實生活、工作中,我們經常會遇到綜合評價問題,而我們知道,評價的依據就是指標。但由于影響各評價事物的因素往往是眾多而復雜的,如果僅從單一指標上對被評價事物進行綜合評價不盡合理,因此往往需要將反映被評價事物的多項指標的信息加以匯集,得到一個綜合指標,以此來從整體上反映被評價事物的整體情況,這就是多指標綜合評價方法。近年來,圍繞著多指標綜合評價,其他領域的相關知識不斷滲入,使得多指標綜合評價方法不斷豐富,有關這方面的研究也不斷深入。目前國內外提出的綜合評價方法已有幾十種之多,但總體上可歸為兩大類:即客觀賦權評價法和主觀賦權評價法。前者根據指標之間的相關關系或各項指標的變異系數來確定權數,如灰色關聯度法、TOPSIS 法、主成分分析法等;后者多是采取定性的方法,由專家根據經驗進行主觀判斷而得到權數,如層次分析法、模糊綜合評判法等。以下是對幾種常見綜合評價方法的概述[21-29]。 
                            .......
                             
                            第二章  運用模糊綜合評判方法對試油修井設備進行質量評估
                             
                            2.1  模糊綜合評判的主要步驟
                            如上所述,模糊綜合評判是以模糊變換原理為基礎,根據最大隸屬度原則,考慮與被評價事物有關的各個因素,對其進行的綜合評判的一種方法。該方法的數學模型計算主要步驟如下[30-37]。權重系數可分為主觀權重系數和客觀權重系數。主觀權重系數(又稱經驗權數)是指人們對分析對象的各個因素,按其重要程度,依照經驗,主觀確定的系數,例如專家咨詢權數法(Delphi 法)、層次分析法(AHP 法)和專家評分法。這類方法人們研究的較早,也較為成熟,但客觀性較差。客觀權重系數是指經過對實際發生的資料進行整理、計算和分析,從而得出的權重系數,例如熵權法、標準離差法和 CRITIC 法;這類方法研究較晚,且很不完善,尤其是計算方法大多比較繁瑣,不利于推廣應用。 
                            .....
                             
                            2.2  二級模糊綜合評判
                            在現實生活中,由于被評判對象的構成較為復雜,影響評判結果的因素較多,因素權重難以確定,或者某些因素自身受到其他多個因素影響時,就需要進行多級模糊綜合評判。本文僅對試油修井設備系統安全評判擬用到的二級模糊綜合評判作簡單介紹[38-40]。 從流程示意圖可以看出,每給出一個變化條件 R(因素和權重矩陣),就可以求得一個結果,最終可以求得目標層的綜合評判結果。通過多次模糊綜合評判,可以有效反映出組成復雜系統(評價對象)各因素的層次性和相互關系。合理運用多級模糊綜合評判,可以得出精確、直觀、科學的評判結果。 試油修井設備系統是一個綜合系統,試油作業是野外作業,作業區域環境各異,因此該系統的質量受隊伍配置、設備型號、現場環境、季節因素等綜合因素的影響,對該系統的評估需要考慮的因素比較多,工作量較大。在確定試油修井設備系統質量評價指標時,應堅持科學性、系統性、可操作性的原則。科學性是指指標體系應該能夠科學地、客觀地、充分地、系統地、準確地反映試油修井設備系統質量狀況;系統性是指指標劃分、選用、評價過程中要統籌考慮各個系統的關聯,實現整體性與獨立性的有機結合和統一;可操作性主要是指指標體系的設置盡量避免形成龐大的指標群或層次復雜的指標樹,指標的數據易采集,計算公式科學合理,評價過程簡單,利于掌握和操作。 
                            .........
                             
                            第三章   試油修井設備機系統井架承載能力測試與評定......26 
                            3.1  井架承載能力測試技術原理.........26 
                            3.2  渤海鉆探 S08***試油隊試油井架承載能力測試 .......27 
                            3.3  數值分析與結果評定.........33 
                            3.3.1  渤海鉆探 S08***試油隊井架結構分析.......33 
                            3.3.2  渤鉆井下 S08***-404578#井架數值模擬....34 
                            3.4 井架承載能力評定結論......40
                            3.4.1  井架測試 ......40 
                            3.4.2  井架數值模擬 ....40 
                            3.4.3  井架測試和數值模擬綜合分析........41 
                            3.4.4  井架承載能力評定.........41 
                            第四章  試油系統設備安全評價.....42 
                            4.1  試油系統設備安全評估檢查表的制定......42 
                            4.2  分級分值及分值計算規定.......55 
                            4.3  渤海鉆探 S08***試油隊安全評價綜合結論.........56 
                             
                            第四章   試油系統設備安全評價
                             
                            試油系統設備安全評價分為兩個部分,井架承載能力安全評價和安全評估檢查表法評價。依據 SY 6326-2012《石油鉆機修井機井架底座承載能力檢測評定方法和分級規范》的規定,井架承載能力評定可分為 A、B、C、D 四級[53]。為了方便的與井架承載能力評定級別對應,因此在此將最終整套設備的安全評定結果也分成四級,得到整套石油系統設備的最終安全評價結論。 
                             
                            4.1  試油系統設備安全評估檢查表的制定
                            根據試油系統設備的功能特點,將試油系統設備分為井架和底盤、提升系統、動力系統、井控系統、工具、安全設施、照明系統和輔助設備設施八部分,安全檢查表也與之對應分為相應的八個表格,總共 235 條檢查內容。根據檢查內容對設備的重要程度將檢查內容分為關鍵、重要、次重要、一般四級,在 235 條檢查項中,關鍵項 21 條,重要項 106 條,次重要項 74 條,一般項 8 條,此外還有 26 條未定義具體內容的檢查項,以供安全評價人員根據現場實際情況填寫。具體檢查表內容見表 4-1 至表 4-8。 在安全評定過程中,為了使評定結果直觀化,考慮到井架安全性的重要程度,制定了井架承載能力不同級別的分值,以便將其與安全檢查表的得分相加,得到整套設備的最終得分和評定級別。
                            .........
                             
                            結   論
                             
                            試油修井設備系統是井下作業過程常用的一套設備,設備安全是保證試油修井作業安全、有序進行的基礎,對試油修井設備系統的質量和安全進行有效評估是一項具有重要現實意義的工作。通過運用建立在模糊數學理論基礎上的模糊綜合評判方法對試油修井設備系統進行質量評估,結合井架承載能力檢測和現場安全檢查表的評價結果,對在役試油修井作業設備進行了評估,得到以下結論: 
                            1.通過兩級模糊綜合評判方法對 S08XXX 隊的在役試油修井系統進行了設備質量評估。運用承載能力測試和現場安全檢查表法,對同一系統做了綜合安全評估。綜合安全評估結果與模糊綜合評判結果結論較為一致:針對被評判隊伍設備的質量狀態,38.77%的檢測人員認為是良,29.06%的檢測人員認為是中,這一結果與通過承載能力測試和現場檢查表法求得的Ⅲ級分級結論較為一致,相互驗證了兩種方法的有效性。 
                            2.進行模糊綜合評判時,指標選取和權重的確立過程,實質是現場安全檢查表法各個指標和所占分數的確立過程。由于試油修井作業現場環境各異、在役設備型號不同、專家認識水平不一等因素,針對具體的某一套設備,應對中國石油集團現有標準根據實際進行修訂和簡化,使得安全檢查表法更有針對性并確保結果的科學性。 
                            3.設備質量狀況評估是一項系統工程,設備管理部門和使用維護單位應該建立完善的設備使用、管理、維護保養和質量評估記錄,以便于全面、真實的了解設備運轉狀況,為設備質量和安全性能評估提供更多的有益參考。
                            .........
                            參考文獻(略)

                            原文地址:http://www.1906175.com/gclw/23394.html,如有轉載請標明出處,謝謝。

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