自動機模擬試驗裝置的現狀

1. 儀器分析實驗課程教學探討論文

儀器分析實驗課程教學探討論文

摘要: 分析儀器分析實驗課程教學中存在的問題，探討輔助教學手段在儀器分析實驗教學中的運用，提出將模擬技術引入教學、合理運用微課、建設網路教學平台等對策。

關鍵詞: 儀器分析實驗;輔助教學手段;課程教學

儀器分析實驗課程是化學類及相關專業開設的主要基礎課程之一，課程內容主要包括電化學分析法、紫外可見吸收光譜法、紅外吸收光譜法、色譜法、原子吸收光譜法、熒光光譜法等模塊。通過這門課程的學習，學生可以加深對有關儀器分析方法基本原理的理解，掌握儀器的基本結構及使用方法，合理選擇實驗條件，正確處理實驗數據和表達實驗結果，為後續課程的學習及未來職業崗位的勝任奠定一定基礎。

1儀器分析實驗教學存在的主要問題

1．1硬體資源不足，學生缺乏實操訓練

儀器分析實驗所用大型儀器每台價格少則幾千元，多則幾萬元，甚至幾十萬元。許多院校受到資金和場地的限制，無法配置課程所需的全部設備，或者僅有1～2檯面向全體師生。因此，硬體資源的不足，導致儀器分析實驗教學不能像基礎實驗那樣，採用獨立操作的方式，讓每位學生都參與實驗，只能靠教師演示或讓學生做些輔助性的操作來完成教學任務。例如:在紅外光譜實驗中，學生可以進行的操作大多是固體樣品的壓片;在液相色譜實驗中，學生的主要任務是配置溶液、用超聲除去氣體、用微孔濾膜過濾等。而儀器參數的設置、進樣等涉及儀器操作的部分大多由教師演示，學生則少有動手操作儀器的機會。

1．2精密儀器的特殊性使學生使用受到限制

精密儀器的操作技術要求高，使用人員只有在熟悉儀器性能和熟練掌握操作規程的前提下，才能進行實際操作。一旦使用不當，不僅會造成儀器損壞，而且相對高昂的維護費用和相對較長的維護時間會給日常教學帶來嚴重影響。因此，在儀器分析實驗教學中，通常採用大循環方式組織教學。大多數任課教師為了保證設備處於良好的運行狀態，避免或減少故障的發生，在課上只是親自演示，不允許學生隨意開啟、關閉儀器，隨意旋轉儀器按鈕，隨意改變儀器工作參數。在這種情況下，學生只能走馬觀花地看演示，達不到理想的學習效果。

1．3注重培養操作能力，忽視介紹內部結構

儀器分析實驗的教學目標為掌握實驗原理，了解儀器構造、各部分功能，以及儀器的使用、維護和保養。多數學校在現有條件下，收獲較為理想的教學效果也只是學生能在課程結束後掌握機械操作儀器的方法，而學生對儀器的內部結構和原理卻了解甚少，也不懂常規維護和保養，能力自然不能得到充分鍛煉。這對日後工作幫助顯然不夠，難以滿足職業教育技能型人才培養的實際需求。

1．4輔助教學手段針對性不強

隨著信息化時代的來臨，在硬體資源不足的情況下，教師可以藉助互聯網上的教學視頻來進行輔助教學，對學生掌握實驗原理、儀器構造也能起到一定效果。但由於儀器設備型號不同，軟體、硬體操作規程差別較大，學生觀看互聯網上的視頻後，面對本校的實驗設備可能還是無從下手。例如:利用網路搜索到的紫外可見分光光度計的教學視頻多為721、722、752、UV756MC型號;氣相色譜儀教學視頻主要是GC120M、AGILENT6890N型;而液相色譜儀、原子吸收分光光度計、原子熒光光度計、氣質聯用儀等儀器的網路教學資源十分有限。針對以上問題，根據實際條件，選擇、開發適合本校的輔助教學手段，用來彌補教學資源的不足，不失為一條可行之路。

2輔助教學手段在儀器分析實驗教學中的運用

2．1將模擬技術引入教學

分析儀器模擬技術是利用計算機技術、網路技術、模擬技術和信息技術，在計算機上建立一套與真實分析儀器完全相同的虛擬分析系統［1］。它能夠藉助圖像、動畫來描述設備的特性，顯示實體的真實動作，模模擬實操作過程。國內大型分析儀器模擬技術現已成熟，以由北京東方模擬軟體技術有限公司開發的大型分析儀器模擬操作系統系列軟體為例，它涵蓋紫外分光計、紅外分光計、氣相色譜裝置、原子吸收光譜、高效液相色譜、色質聯用分析儀模擬等內容。該系統採用計算機虛擬模擬技術進行開發。軟體具備機理模型，虛擬場景逼真度高，且以真實實驗資料庫作為支撐，能夠自動模擬相應的實驗現象，得到與真實實驗相似的實驗結果。操作方式靈活真實，模擬操作過程與真實儀器操作過程極其相似。學生可以通過模擬技術在計算機上建立的虛擬實驗操作平台，完成對昂貴分析儀器設備的模擬操作，就如同在真實的分析儀器上操作。它不僅能夠滿足日常訓練、常規考核以及技能大賽等需求，也為剖析儀器的內部結構、原理提供極大方便。模擬實訓室的建立可利用校內現有計算機機房進行擴充，購買相應操作軟體。這與添置設備相比，模擬技術投入少、消耗低、使用周期長、維護方便。大型分析儀器模擬軟體的引入，與傳統的教學方式相比，不僅能滿足設備數量與學生數量之間巨大差距的矛盾，彌補辦學硬體資源的不足，還可對設備的內部結構、實驗原理等相關知識進行形象剖析和立體化講解。模擬儀器的反復操作不僅不會增加實驗成本，遇到操作不當、參數設置不正確時，也不會損壞儀器、出現安全問題，能夠幫助學生盡快、全面掌握儀器設備的操作技能。

2．2合理運用微課

針對儀器分析實驗硬體資源不足的問題，如何把有限的實訓資源整合到傳統教學環境里來，使其最大限度地發揮作用，需要教師認真對待。從技術角度來看，微課這種靈活、主題突出的新型教學模式就是一個有效的方法。微課是以教學視頻為主要載體，反映教師在教學活動過程中針對某個知識點或教學環節開展教與學的各種教學資源有機組合。開發儀器分析實驗相關微課，藉助網路與視頻技術，通過視頻、圖片、PPT等形式，可形象直觀地將實訓項目操作技能視覺化，供學生反復觀看，更有利於學生理解與掌握專業技能［2］。它還能將課堂教學延伸到課外，學生能夠在課前、課後利用電子設備瀏覽實訓課教學內容，有針對性地學習。教學視頻是微課的'核心組成部分，時長一般在5～8分鍾，主題突出，經過後期製作的視頻及配套輔助資源的總容量一般為幾十兆位元組，視頻格式須是支持網路在線播放的流媒體格式(如rm，wmv，flv)等［3］。儀器分析實驗的微課製作可採用「錄像法」，把儀器部件、旋鈕、操作方法、實訓內容完整地展現出來。如對紅外光譜實驗中固體樣品的壓片過程、分光光度計的使用，均可全程錄制。而對於大型設備，如氣相色譜、高效液相色譜、原子吸收分光光度計等，一次完整的實驗耗時較長，微課的製作可按動作節點把操作步驟碎片化成不同單元，針對碎片化後的知識點進行錄制。步驟要連貫，不能輕易跳過。視頻的後期製作中，加入關鍵詞，以字幕的形式補充其不宜講清楚的部分。以G5氣相色譜儀的操作為例，可碎片化成以下幾部分錄制:一是儀器構造，主要介紹氣路控制系統、儀器控制面板、進樣器、色譜柱箱、檢測器(包括控制電路)等;二是開機方法，介紹開機操作順序及載氣流量的調節;三是樣品測定，主要介紹主菜單功能，設置溫度、橋電流的方法，由於升溫時間較長，過程省略;四是取樣進樣的操作;五是關機方法，介紹怎樣返回至主菜單，設置橋電流，怎樣關恆流源降溫，最後關主機;六是軟體操作部分，可使用「Camtasia」錄屏軟體，將軟體操作過程完整錄制下來。儀器操作的錄制過程，既要有設備的整體畫面，又要注重細節，讓學生能夠在整套設備中准確找到相關按鍵或旋鈕，同時又能看清操作方法。

2．3建設網路教學平台

《國家中長期教育改革和發展規劃綱要(2010—2020年)》中提出，要「加強網路教學資源體系建設，開發網路學習課程，創新網路教學模式」。網路教學平台是實現教育教學方法創新，促進優質教育資源普及共享的重要途徑和基礎保障［4］。網路教學支持平台是指建立在互聯網的基礎之上，為網路教學提供全面支持服務的軟體系統的總稱，包括支持網路教學的硬體設施和支持網路教學的軟體系統。網路教學平台主要有點播式教學平台和互動式網路教學平台。點播式教學平台能夠實現教學資源的快速傳遞，學生可以隨時點播音頻、視頻課件，查閱電子教案等教學內容。而互動式教學平台可使師生通過網路進行交流，教師也可利用教學平台對學生的學習情況進行跟蹤，並根據學生的學習情況有選擇性地發布課程內容。網路教學平台建設包括硬體建設和軟體建設。硬體設施主要有全方位的校園寬頻網、功能完善的網路多媒體教室、伺服器、多媒體教學材料和軟體的存儲設備。軟體方面主要是教學系統平台。教師可將儀器分析課程的課件、教案、專業資料、儀器使用的微課程上傳至平台，供學生自主學習。學生可先通過網路平台觀看儀器操作的微課程，熟悉儀器結構和操作要領，然後上機操作，這使得教學更具有針對性。目前國內許多院校或公司研製和開發了適合自身需要的網路教學平台產品，如北京師范大學研製的Vcalss、上海交通大學的Answer教學系統平台，都可以引進使用。

2．4其他輔助手段的使用

根據儀器分析實驗課程的特點，教師也可選擇簡單易行的輔助手段，如:製作大型儀器操作流程圖，並將其列印、壓膜塑封後放在儀器旁邊，學生在使用之前需仔細閱讀，按照說明進行操作;針對現在高校大學生幾乎都有智能手機的現狀，在沒有網路教學平台的情況下，教師也可將微課、視頻通過微信發送給學生;也可通過易企秀軟體，生成二維碼，學生通過掃描二維碼的方式在課後觀看相關教學視頻進行自學等。

3結束語

儀器分析實驗課程是一門實踐性很強的課程，對分析儀器的需求較高。在教學資源有限的情況下，我們應當積極探索輔助教學手段的運用，幫助學生深入、直觀地理解和掌握所學知識，提高動手能力和獨立操作能力，為學生獨立調試、使用儀器打下良好基礎，從而達到提高教學質量的目的。

作者:柳意 單位:錦州師范高等專科學校

參考文獻:

［1］田文德，丁輝，姚飛．分析儀器的計算機模擬［J］．現代科學儀器，2001(3):41－49．

［2］胡海星，張春霞，張春燕．微課在高職實訓教學中的應用研究［J］．長沙大學學報，2015(3):125－126．

［3］柳意．微課在環境工程技術專業實訓中的應用［J］．哈爾濱職業技術學院學報，2016(2):42－44．

［4］徐旭松．ActRes互動式網路教學平台的開發與應用［J］．江蘇理工學院學報，2015(4):82－86．

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2. 機械專業畢業論文開題報告

機械專業畢業論文開題報告範文（精選6篇）

在生活中，報告與我們愈發關系密切，要注意報告在寫作時具有一定的格式。那麼什麼樣的報告才是有效的呢？下面是我整理的機械專業畢業論文開題報告範文，歡迎閱讀，希望大家能夠喜歡。

機械專業畢業論文開題報告 篇1

論文題目：

MC無機械手換刀刀庫畢業設計開題報告

本課題的研究內容

本論文是開發設計出一種體積小、結構緊湊、價格較低、生產周期短的小型立式加工中心無機械手換刀刀庫。主要完成以下工作：

1、調研一個加工中心，了解其無機械手換刀刀裝置和結構。

2、參照調研的加工中心，進行刀庫布局總體設計。畫出機床總體布置圖和刀庫總裝配圖，要有方案分析，不能照抄現有機床。

3、設計該刀庫的一個重要部分，如刀庫的轉位機構(包括定位裝置，刀具的夾緊裝置等)，畫出該部件的裝配圖和主要零件(如殼體、蝸輪、蝸桿等3張以上工作圖。

4、撰寫設計說明書。

本課題研究的實施方案、進度安排

本課題採取的研究方法為：

(1)理論分析，參照調研的加工中心，進行刀庫布局總體設計。

進度安排：

2009.3.16-3.20 收集相關的畢業課題資料。

2009.3.23-3.27 完成開題報告。

2009.3.30-4.17 完成畢業設計方案的制定、設計及計算。

2009.4.20-5.15 完成刀庫的設計

2009.5.18-5.29 完成畢業設計說明書。

2009.6.01-6.08 畢業設計答辯。

主要參考文獻

[1] 廉元國,張永洪. 加工中心設計與應用 [M]. 北京:機械工業出版社,1995.3

[2] 惠延波,沙傑.加工中心的數控編程與操作技術 [M]. 北京:機械工業出版社2000.12

[3] 勵德瑛.加工中心的發展趨勢 [J]. 機車車輛工藝,1994,6

[4] 徐正平.CIMT2001 加工中心評述[J]. 製造技術與機床,2001,6

[5] 劉利. FPC-20VT 型立式加工中心[J]. 機械製造,1994,7

[6] 李洪. 實用機床設計手冊 [M]. 沈陽:遼寧科學技術出版社,1999.1

[7] 劉躍南.機械繫統設計[M].北京:機械工業出版社,1998.8

[8] Panasonic 交流伺服電機驅動器 MINASA 系列使用說明書

[9] 成大先.機械設計手冊第四版第 2 卷[M]. 北京:化學工業出版社,2001.11

[10] 成大先.機械設計手冊第四版第 3 卷[M]. 北京:化學工業出版社,2001.11

機械專業畢業論文開題報告 篇2

1 課題提出的背景與研究意義

1.1 課題研究背景

在數控機床移動式加工中移動部件和靜止導軌之間存在著摩擦，這種摩擦的存在增加了驅動部件的功率損耗，降低了運動精度和使用壽命，增加了運動雜訊和發熱，甚至可能使精密部件變形，限制了機床控制精度的提高。由於摩擦與運動速度間存在非線性關系，特別是在低速微進給情況下，這種非線性關系難以把握，可能產生所謂的尺蠖運動方式或混沌不清的極限環現象，嚴重破壞了對微進給、高精度、高響應能力的進給性能要求。為此，把消除或減少摩擦的不良影響，作為提高機床技術水平的努力方向之一。該課題提出的將磁懸浮技術應用到數控機床加工中，即可以做到消除移動部件與靜止導軌之間存在的摩擦及其不良影響。對提高我國機床工業水平及趕上或超過國際先進水平具有重大意義，且社會應用前景廣闊。

1.2課題研究的意義

機床正向高速度、高精度及高度自動化方向發展。但在高速切削和高速磨削加工場合，受摩擦磨損的影響，傳統的滾動軸承的壽命一般比較短，而磁懸浮軸承可以克服這方面的不足，磁懸浮軸承具有的高速、高精度、長壽命等突出優點，將逐漸帶領機電行業走向一個沒有摩擦、沒有損耗、沒有限速的嶄新境界。超高速切削是一種用比普通切削速度高得多的速度對零件進行加工的先進製造技術，它以高加工速度、高加工精度為主要特徵，有非常高的生產效率，磁懸浮軸承由於具有轉速高、無磨損、無潤滑、可靠性好和動態特性可調等突出優點，而被應用於超高速主軸系統中。要實現高速切削，必須要解決許多關鍵技術，其中最主要的就是高速切削主軸系統，而選擇合理的軸承型式對實現其高轉速至關重要。其中，磁懸浮軸承是高速切削主軸最理想的支承型式之一。磁懸浮軸承可以滿足超高速切削技術對超高速主軸提出的性能要求。但它與普通滑動或滾動軸承的本質區別在於，系統開環不穩定，需要實施主動控制，而這恰恰使得磁懸浮軸承具有動特性可控的優點磁懸浮軸承是一個復雜的機電磁一體化產品，對其精確的分析研究是一項相當困難的工作，如果用實驗驗證則會碰到諸如經費大、周期長等困難，在目前國內情況下不能採取國外以試驗為主的研究方法，主要從理論上進行研究，利用計算機軟體對磁懸浮控制系統進行模擬是一種獲得磁懸浮系統有關特徵簡便而有效的方法。這就是本課題的研究目的和意義。

2 本課題國內外的研究現狀

磁懸浮軸承的應用與發展可以說是傳統支承技術的革命。由於具有無機械接觸和可實現主動控制兩個顯著的優點，主動磁懸浮軸承技術從一開始就引起了人們的重視。磁懸浮軸承的研究最早可追溯到1937年，Holmes和Beams利用交流諧振電路實現了對鋼球的懸浮。自1988年起，國際上每兩年舉行一屆磁懸浮軸承國際會議，交流和研討該領域的最新研究成果；1990年瑞士聯邦理工學院提出了柔性轉子的研究問題，同年G.Schweitzer教授提出了數字控制問題；1998年瑞士聯邦理工學院的R.Vuillemin和B.Aeschlimann等人提出了無感測器磁懸浮軸承。近十年，瑞士、美國、日本等國家研製的電磁懸浮軸承性能指標已經很高，並且已成功應用於透平機械、離心機、真空泵、機床主軸等旋轉機械中，電磁懸浮軸承技術在航空航天、計算機製造、醫療衛生及電子束平版印刷等領域中也得到了廣泛的應用。縱觀2006年在洛桑和托里諾召開的第10界國際磁軸承研討會，磁軸承主要應用研究為磁軸承在高速發動機、核高溫反應堆（HTR-10GT）、人造心臟和回轉儀等方面。國內在磁懸浮軸承技術方面的研究起步較晚，對磁懸浮軸承的研究起步於80年代初。

1983年上海微電機研究所採用徑向被動、軸向主動的混合型磁懸浮研製了我國第一台全懸浮磁力軸承樣機；1988年哈爾濱工業大學的陳易新等提出了磁力軸承結構優化設計的理論和方法，建立了主動磁力軸承機床主軸控制系統數學模型，這是首次對主動磁力軸承全懸浮機床主軸從結構到控制進行的系統研究；1998年，上海大學開發了磁力軸承控制器（600W）用於150m制氧透平膨脹機的控制；2000年清華大學與無錫開源機床集團有限公司合作，實現了內圓磨床磁力軸承電主軸的'工廠應用實驗。目前，國內清華大學、西安交通大學、國防科技大學、哈爾濱工業大學、南京航空航天大學等等都在開展磁懸浮軸承方面的研究。2002年清華大學朱潤生等對主動磁懸浮軸承主軸進行磨削試驗，當轉速60000r／min、法向磨削力100N左右時，精度達到小於8m的水平，精磨磨削效率基本達到工業應用水平。2003年6月，南京航空航天大學磁懸浮應用技術研究所研製的磁懸浮乾燥機的性能指標已通過江蘇省技術鑒定，向工業應用邁出了可喜的一步。2005年「濟南磁懸浮工程技術研究中心」研製的磁懸浮軸承主軸設備，在濟南第四機床廠做磨削試驗，成功磨製出一個內圓孔工件，這是我國第一個用磁懸浮軸承主軸加工的工件。此項技術填補了國內空白。近幾年來，由於微電子技術、信號處理技術和現代控制理論的發展，磁懸浮軸承的研究也取得了巨大進展。

從總體上看，磁懸浮軸承技術正向以下幾個方向發展：

(1)理論分析更注重系統的轉子動力學分析，更多地運用非線性理論對主動

磁懸浮轉子系統的平衡點和穩定性進行分析；更注重建立系統的非線性耦合模型以求得更好的性能。

(2)注重系統的整體優化設計，不斷提高其可靠性和經濟性，以期獲得磁懸浮軸承更加廣泛的應用前景。

(3)控制器的實現越來越多的採用數字控制。為達到更高的性能要求，控制器的數字化、智能化、集成化成為必然的發展趨勢。由於數字控制器的靈活性，各種現代控制理論的控制演算法均在磁懸浮軸承上得到嘗試。

(4)發展了多種新型磁懸浮軸承如：無感測器磁懸浮軸承、無軸承電機超導磁懸浮軸承、高溫磁懸浮軸承。此外，磁懸浮機床主軸在各方面也有較大的發展空間如：高潔凈鋼材Z鋼和EP鋼的引入；陶瓷滾動體，重量比鋼球輕40%；潤滑技術的開發，對於高速切削液的主軸，油液和油霧潤滑能有效防止切削液進入主軸；保持架的開發，聚合物保持架具有重量，自潤滑及低摩擦系數的特點從應用的角度看，磁懸浮軸承的潛力尚未得到的發掘，而它本身也未達到替代其它軸承的水平，設計理論，控制方法等都有待研究和解決。

3 課題的研究目標與研究內容

3.1 研究目標

控制器是主動控制磁懸浮軸承研究的核心，因此正確選擇控制方案和控制器參數，是磁懸浮軸承能夠正常工作和發揮其優良性能的前提。該課題主要研究單自由度磁懸浮系統，其結構簡單，性能評判相對容易、研究周期短，並且可以擴展到多自由度磁懸浮系統的研究。針對磁懸浮主軸系統的非線性以及在控制方面的特點，該課題探索出提高系統總體性能和動態穩定性的有效控制策略。

3.2 主要研究內容

（1）闡述課題的研究背景與意義，對國內外相關領域的研究狀況進行綜述。

（2）對磁懸浮機床主軸的動力學模型進行分析，並將其數值化、離散、解耦和降階等，為後續研究

機械專業畢業論文開題報告 篇3

1、 目的及意義(含國內外的研究現狀分析)

本人畢業設計的課題是」鋼坯噴號機行走部件及總體設計」,並和我的一個同學(他課題是「鋼坯噴號機噴號部件設計」)一起努力共同完成鋼坯噴號機的設計。我們的目的是設計一種價格相對便宜，工作性能可靠的鋼坯噴號機來取代用人工方法在鋼坯上寫編號。

對鋼坯噴號是鋼鐵製造業必然需要存在的一個環節，這是為了實現質量管理和質量追蹤。我們把生產鋼坯對應的連鑄機號、爐座號、爐號、流序號以及表示鋼坯生產時間的時間編號共同組成每塊鋼坯的唯一編號，適當的寫在鋼坯的表面。這樣就在鋼鐵廠的後續檢驗或在客戶使用過程中，如果發現鋼坯的質量有問題，就可以根據這個編號來追蹤到生產這個鋼坯的連鑄機、爐座、爐號、流序及時間等重要信息，及早的發現並解決生產設備中存在的問題。

目前，在國外像日本、美國等一些發達國家已經實現了對鋼坯的自動編號，雖然其輔助設備較多，價格較貴，但大大提高生產的自動化進程和效率。並且鋼坯噴號機具有設備利用率高、位置精度高、可控制性能好等優點。而在國內，除了少數的幾家大型鋼鐵企業(寶鋼、鞍鋼等)引進了自動鋼坯噴號機，大部分的鋼鐵企業仍然處在人工編號的階段。

實現鋼坯噴號的機械化和自動化是提高生產效率和降低生產成本的重要途徑之一，鋼坯噴號機無論在國內還是國外都會有很大的市場。一方面因為人工的工藝流程不但浪費了大量的能量，而且打斷了生產的自動化進程，從而致使生產效率降低，生產成本增加。另一方面由於生產鋼坯的車間溫度很高，有強烈的熱輻射，同時還有大量的水蒸氣和粉塵，因此對其中進行人工編號的工人的勞動強度非常大，並且對身體是一種摧殘，容易得職業病。所以無論從那個方面看都急需一種價格相對便宜，工作性能可靠的鋼坯噴號機來代替人工編號。

作為一個大學生，畢業設計對我來說是展示我大學四年學習成果的一個機會，也是對我的綜合能力的一個考驗。我本人對「鋼坯噴號機行走部件及總體設計」的課題也非常感興趣，我一定會努力完成這次畢業設計的。總的來說，鋼坯噴號機對於鋼鐵廠和這次畢業設計對於我都是具有現實意義的。

2、基本內容和技術方案

本課題是基於機械設計與電子控制結合的技術來設計鋼坯噴號機。經連連軋的鋼坯規格為160mmx200mm的方形鋼坯，用切割機割成定長，由300mm寬的輸出通道送出。

1.基本內容

先擬定鋼坯噴號機的總體方案，然後確定鋼坯噴號機行走部件的傳動方案及結構參數，最後畫出鋼坯噴號機行走部件的裝配圖以及零件圖。

2.系統技術方案

(1)工作過程：啟動機器PLC控制步進電機帶動鋼坯噴號機到相應的位置，按下啟動鍵發送控制信號傳到控制部件(PLC)，控制部件發出控制命令給執行部件(主要是行走部件及噴號部件，行走部件帶動噴頭靠近鋼坯表面，然後噴頭進行噴號)，噴號完成後噴頭上升並清洗號碼牌。再次移動噴號到下一個鋼坯處。

(2)要求實現的功能：行走部件功能(噴號機整體左右的移動，噴號部件的上下前後移動，噴頭的左右移動)、噴號部件功能(噴頭噴號，清洗號碼牌，號碼牌的更換)。其中號碼為(0—9)十個數字，號碼可以變化更換。每個號碼大小為35mmx15mm，號碼間距為5mm。

(3)實現方案：

行走功能的實現：由於在鋼坯上噴號並不需要很精確的定位，所以採用人工控制步進電機的方式移動整體噴號機來粗調。採用液壓缸提供動力來推動噴號部件，並採用行程開關控制電機來實現噴號部件上下移動，下行程開關可以控制噴號部件與鋼坯表面之間的間距和發出信號使噴頭開始噴塗料並向右移動。採用液壓缸推動，滾輪在導架上滾動的方式實現噴好機構的前後移動，並採用行程開關控制電機來實現噴頭的左右移動，右行程開關可以控制噴頭停止噴塗料並回到初始位置和噴號部件向上移動。

噴號功能的具體實現方案由和我一組的同學確定。

3、進度安排

3-4周 認真閱讀和學習有關資料和知識，並翻譯英文文獻

5-7周 鋼坯噴號機行走部件的傳動方案及總體設計

8-9周 確定鋼坯噴號機行走部件結果參數

10-13周 完成鋼坯噴號機行走部件裝配圖及零件工作圖

14-15周 准備並進行畢業答辯

機械專業畢業論文開題報告 篇4

1. 設計（或研究）的依據與意義

十字軸是汽車萬向節上的重要零件，規格品種多，需求量大。目前，國內大多採用開式模鍛和胎模鍛工藝生產，其工藝過程為：制坯→模鍛→切邊。生產的鍛件飛邊大，鍛件加工餘量和尺寸公差大，因而材料利用率低；而且工藝環節多，鍛件質量差，生產效率低。

相比之下，十字軸冷擠壓成形的具有以下優點：

1、提高勞動生產率。用冷擠壓成形工藝代替切削加工製造機械零件，能使生產率大大提高。

2、製件可獲得理想的表面粗糙度和尺寸精度。冷擠壓十字軸類零件的精度可達ITg---IT8級，表面粗糙度可達Ra O．2～1．6。因此，用冷擠壓成形的十字軸類零件一般很少再切削加工，只需在要求特別高之處進行精磨。

3、提高零件的力學性能。冷擠壓後金屬的冷加工硬化，以及在零件內部形成合理的纖維流線分布，使零件的強度高於原材料的強度。

4、降低零件成本。冷擠壓成形是利用金屬的塑性變形製成所需形狀的零件，因而能大量減少切削加工，提高材料的利用率，從而使零件成本大大降低。

2. 國內外同類設計（或同類研究）的概況綜述

利用切削加工方法加工十字軸類零件，生產工序多，效率低，材料浪費嚴重，並且切削加工會破壞零件的金屬流線結構。目前國內大多採用熱模鍛方式成形十字軸類零件，加熱時產生氧化、脫碳等缺陷，必然會造成能源的浪費，並且後續的機加工不但浪費大量材料，產品的內在和外觀質量並不理想。

採用閉式無飛邊擠壓工藝生產十字軸，鍛件無飛邊，可顯著降低生產成本，提高產品質量和生產效率：

（1）不僅能節省飛邊的金屬消耗，還能大大減小或消除敷料，可以節約材料30﹪；由於鍛件精化減少了切削加工量，電力消耗可降低30﹪；

（2）鍛件質量顯著提高，十字軸正交性好、組織緻密、流線分布合理、纖維不被切斷，扭轉疲勞壽命指標平均提高2~3倍；

（3）由於一次性擠壓成型，生產率提高25%.

數值模擬技術是CAE的關鍵技術。通過建立相應的數學模型，可以在昂貴費時的模具或附具製造之前，在計算機中對工藝的全過程進行分析，不僅可以通過圖形、數據等方法直觀地得到諸如溫度、應力、載荷等各種信息，而且可預測存在的缺陷；通過工藝參數對不同方案的對比中總結出規律，進而實現工藝的優化。數值模擬技術在保證工件質量、減少材料消耗、提高生產效率、縮短試制周期等方面顯示出無可比擬的優越性。

目前，用於體積成形工藝模擬的商業軟體已有「Deform」、「Autoforge」等軟體打入中國市場。其中，DEFORM軟體是一套基於有限元的工藝模擬系統，用於分析金屬成形及其相關工業的各種成形工藝和熱處理工藝。DEFORM無需試模就能預測工業實際生產中的金屬流動情況，是降低製造成本，縮短研發周期高效而實用的工具。二十多年來的工業實踐清楚地證明了基於有限元法DEFORM有著卓越的准確性和穩定性，模擬引擎在大金屬流動，行程載荷和產品缺陷預測等方面同實際生產相符保持著令人嘆為觀止的精度。

3. 課題設計（或研究）的內容

1）完成十字軸徑向擠壓工藝分析，完成模具總裝圖及零件圖設計。

2）建立十字軸徑向擠壓成形模具的三維模型。

3）十字軸徑向擠壓成形過程數值模擬。

4）相關英文資料翻譯。

4. 設計（或研究）方法

1）完成十字軸徑向擠壓成形工藝分析，繪制模具總裝圖及零件圖。

2）寫畢業論文建立十字軸徑向擠壓成形模具的三維模型。

3）完成十字軸徑向擠壓成形過程數值模擬。

4）查閱20篇以上與課題相關的文獻。

5）完成12000字的論文。

6）翻譯10000個以上英文印刷符號。

5. 實施計劃

04-06周：文獻檢索，開題報告。

07-10周：進行工藝分析、繪制模具二維圖及模具三維模型設計。

11-13周：進行數值模擬。

14-16周：撰寫畢業論文。

17周：進行答辯。

機械專業畢業論文開題報告 篇5

一、畢業設計題目的背景

三級圓錐—圓柱齒輪減速器，第一級為錐齒輪減速，第二、三級為圓柱齒輪減速。這種減速器具有結構緊湊、多輸出、傳動效率高、運行平穩、傳動比大、體積小、加工方便、壽命長等優點。因此，隨著我國社會主義建設的飛速發展，國內已有許多單位自行設計和製造了這種減速器，並且已日益廣泛地應用在國防、礦山、冶金、化工、紡織、起重運輸、建築工程、食品工業和儀表製造等工業部門的機械設備中，今後將會得到更加廣泛的應用。

二、主要研究內容及意義

本文首先介紹了帶式輸送機傳動裝置的研究背景，通過對參考文獻進行詳細的分析，闡述了齒輪、減速器等的相關內容；在技術路線中，論述齒輪和軸的選擇及其基本參數的選擇和幾何尺寸的計算，兩個主要強度的驗算等在這次設計中所需要考慮的一些技術問題做了介紹；為畢業設計寫作建立了進度表，為以後的設計工作提供了一個指導。最後，給出了一些參考文獻，可以用來查閱相關的資料，給自己的設計帶來方便。

本次課題研究設計是大學生涯最後的學習機會，也是最專業的一次鍛煉，它將使我們更加了解實際工作中的問題困難，也使我對專業知識又一次的全面總結，而且對實際的機械工程設計流程有一個大概的了解，我相信這將對我以後的工作有實質性的幫助。

三、實施計劃

收集相關資料：20XX年4月10日——4月16日

開題准備： 4月17日——4月20日

確定設計方案：4月21日——4月28日

進行相關設計計算：4月28日——5月8日

繪制圖紙：5月9日——5月15日

整理材料：5月15日——5月16日

編寫設計說明書：5月17日——5月20日

准備答辯：

四、參考文獻

[1] 王昆等 機械設計課程設計 高等教育出版社,1995.

[2] 邱宣懷 機械設計第四版 高等教育出版社,1997.

[3] 濮良貴 機械設計第七版 高等教育出版社,2000.

[4] 任金泉 機械設計課程設計 西安交通大學出版社,2002.

[5] 許鎮寧 機械零件 人民教育出版社,1959.

[6] 機械工業出版社編委會 機械設計實用手冊 機械工業出版社,2008

機械專業畢業論文開題報告 篇6

1. 設計（或研究）的依據與意義

十字軸是汽車萬向節上的重要零件，規格品種多，需求量大。目前，國內大多採用開式模鍛和胎模鍛工藝生產，其工藝過程為：制坯→模鍛→切邊。生產的鍛件飛邊大，鍛件加工餘量和尺寸公差大，因而材料利用率低；而且工藝環節多，鍛件質量差，生產效率低。

相比之下，十字軸冷擠壓成形的具有以下優點：

1、增強勞動生產率。用冷擠壓成形工藝代替切削加工製造機械零件，能使生產率大大增強。

2、製件可獲得理想的表面粗糙度和尺寸精度。冷擠壓十字軸類零件的精度可達ITg---IT8級，表面粗糙度可達Ra O．2～1．6。因此，用冷擠壓成形的十字軸類零件一般很少再切削加工，只需在要求特別高之處進行精磨。

3、增強零件的力學性能。冷擠壓後金屬的冷加工硬化，以及在零件內部形成合理的纖維流線分布，使零件的強度高於原材料的強度。

4、降低零件成本。冷擠壓成形是利用金屬的塑性變形製成所需形狀的零件，因而能大量減少切削加工，增強材料的利用率，從而使零件成本大大降低。

2. 國內外同類設計（或同類研究）的概況綜述

利用切削加工方法加工十字軸類零件，生產工序多，效率低，材料浪費嚴重，並且切削加工會破壞零件的金屬流線結構。目前國內大多採用熱模鍛方式成形十字軸類零件，加熱時產生氧化、脫碳等缺陷，必然會造成能源的浪費，並且後續的機加工不但浪費大量材料，產品的內在和外觀質量並不理想。

採用閉式無飛邊擠壓工藝生產十字軸，鍛件無飛邊，可顯著降低生產成本，增強產品質量和生產效率：

（1）不僅能節省飛邊的金屬消耗，還能大大減小或消除敷料，可以節約材料30％；由於鍛件精化減少了切削加工量，電力消耗可降低30％；

（2）鍛件質量顯著增強，十字軸正交性好、組織緻密、流線分布合理、纖維不被切斷，扭轉疲勞壽命指標平均增強2~3倍；

（3）由於一次性擠壓成型，生產率增強25%.

數值模擬技術是CAE的關鍵技術。通過建立相應的數學模型，可以在昂貴費時的模具或附具製造之前，在計算機中對工藝的全過程進行分析，不僅可以通過圖形、數據等方法直觀地得到諸如溫度、應力、載荷等各種信息，而且可預測存在的缺陷；通過工藝參數對不同方案的對比中總結出規律，進而實現工藝的優化。數值模擬技術在保證工件質量、減少材料消耗、增強生產效率、縮短試制周期等方面顯示出無可比擬的優越性。

目前，用於體積成形工藝模擬的商業軟體已有「Deform」、「Autoforge」等軟體打入中國市場。其中，DEFORM軟體是一套基於有限元的工藝模擬系統，用於分析金屬成形及其相關工業的各種成形工藝和熱處理工藝。DEFORM無需試模就能預測工業實際生產中的金屬流動情況，是降低製造成本，縮短研發周期高效而實用的工具。二十多年來的工業實踐清楚地證明了基於有限元法DEFORM有著卓越的准確性和穩定性，模擬引擎在大金屬流動，行程載荷和產品缺陷預測等方面同實際生產相符保持著令人嘆為觀止的精度。

3. 課題設計（或研究）的內容

1）完成十字軸徑向擠壓工藝分析，完成模具總裝圖及零件圖設計。

2）建立十字軸徑向擠壓成形模具的三維模型。

3）十字軸徑向擠壓成形過程數值模擬。

4）相關英文資料翻譯。

4. 設計（或研究）方法

1）完成十字軸徑向擠壓成形工藝分析，繪制模具總裝圖及零件圖。

2）畢業論文建立十字軸徑向擠壓成形模具的三維模型。

3）完成十字軸徑向擠壓成形過程數值模擬。

4）查閱20篇以上與課題相關的文獻。

5）完成12000字的論文。

6）翻譯10000個以上英文印刷符號。

5. 實施計劃

04-06周：文獻檢索，開題報告。

07-10周：進行工藝分析、繪制模具二維圖及模具三維模型設計。

11-13周：進行數值模擬。

14-16周：撰寫畢業論文。

17周：進行答辯。

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3. 自動控制系統的發展及技術現狀是什麼

1基本概念

如圖4-1所示框圖說明了控制系統的基本概念，動作信號通過（經由）控制系統元件後，提供一個指示，此系統的目的就是將變數c控制於該指示內。一般來說，被控變數為系統的輸出，而動作信號為系統的輸入。舉一個簡單的例子，汽車的方向控制（Steering Control），兩個前輪的方向可視為被控制變數，即輸出；而其方向盤的位置可視為輸入，即動作信號e。再如，若我們要控制汽車的速度，則加速器的壓力總和為動作信號，而速度則視為被控變數。

圖4-13自動化生產線

5）大系統理論的誕生

系統和控制理論的應用從60年代中期開始逐漸從工業方面滲透到農業﹑商業和服務行業，以及生物醫學﹑環境保護和社會經濟各個方面。由於現代社會科學技術的高度發展出現了許多需要綜合治理的大系統，現代控制理論又無法解決這樣復雜的問題，系統和控制理論急待有新的突破。在計算機技術方面，60年代初開始發展資料庫技術，1970年提出關系資料庫，到80年代資料庫技術已經達到相當的水平。60年代末計算機技術和通信技術相結合產生了數據通信。1969年美國國防部高級研究局的阿帕網（ARPA）的第一期工程投入使用取得成功，開創了計算機網路的新紀元。資料庫技術和計算機網路為80年代實現管理自動化創造了良好的條件。管理自動化的一個核心問題是辦公室自動化，這是從70年代開始發展起來的一門綜合性技術，到80年代已初步成熟。辦公室自動化為管理自動化奠定了良好的基礎。

國際自動控制聯合會（IFAC）於1976年在義大利的烏第納召開了第一屆大系統學術會議，於1980年在法國的圖魯茲召開第二屆大系統學術會議。美國電氣與電子工程師學會（IEEE）於1982年10月在美國弗吉尼亞州弗吉尼亞海灘舉行了一次國際大系統專題討論會。1980年在荷蘭正式出版國際性期刊《大系統──理論與應用》。這些活動標志著大系統理論的誕生。

6）人工智慧和模式識別

用機器來模擬人的智能，雖然是人類很早以前就有的願望，但其實現還是從有了電子計算機以後才開始的。1936年，圖靈提出了用機器進行邏輯推理的想法。50年代以來，人工智慧的研究是基於充分發揮計算機的用途而展開的。

早期的人工智慧研究是從探索人的解題策略開始，即從智力難題﹑弈棋﹑難度不大的定理證明入手，總結人類解決問題時的心理活動規律，然後用計算機模擬，讓計算機表現出某種智能。1948年美國數學家維納在《控制論》一書的附註中首先提出製造弈棋機的問題。1954年美國國際商業機器公司（IBM）的工程師塞繆爾應用啟發式程序編成跳棋程序，存儲在電子數字計算機內，製成能積累下棋經驗的弈棋機。1959年該弈棋機擊敗了它的設計者。1956年赫伯特·西蒙和艾倫·紐厄爾等研製了一個稱為邏輯理論家的程序，用電子數字計算機證明了懷特海和羅素的名著《數學原理》第二章52條定理中的33條定理。1956年M．L．明斯基、J．麥卡錫、紐厄爾、西蒙等10位科學家發起在達特茅斯大學召開人工智慧學術討論會，標志人工智慧這一學科正式誕生。1960年人工智慧的4位奠基人，即美國斯坦福大學的麥卡錫、麻省理工學院的明斯基、卡內基梅隆大學的紐厄爾和西蒙組成了第一個人工智慧研究小組，有力地推動了人工智慧的發展。從1967年開始出版不定期刊物《機器智能》，共出版了9集。從1970年開始出版期刊《人工智慧》。從1969年開始每兩年舉行一次人工智慧國際會議（IJCAI）。這些活動進一步促進了人工智慧的發展。70年代以來微電子技術和微處理機的迅速發展，使人工智慧和計算機技術結合起來。一方面在設計高級計算機時廣泛應用人工智慧的成果，另一方面又利用超級微處理機實現人工智慧，大大地加速了人工智慧的研究和應用。人工智慧的基礎是知識獲取﹑表示技術和推理技術，常用的人工智慧語言則是LISP語言和PROLOG語言，人工智慧的研究領域涉及自然語言理解﹑自然語言生成﹑機器視覺﹑機器定理證明﹑自動程序設計﹑專家系統和智能機器人等方面。人工智慧已發展成為系統和控制研究的前沿領域。

1977年E．A．費根鮑姆在第五屆國際人工智慧會議上提出了知識工程問題。知識工程是人工智慧的一個分支，它的中心課題就是構造專家系統。1973—1975年費根鮑姆領導斯坦福大學的一個研究小組研製成功一個用於診治血液傳染病和腦膜炎的醫療專家系統MYCIN，能學習專家醫生的知識，模仿醫生的思維和診斷推理，給出可靠的診治建議。1978年費根鮑姆等人研製成功水平很高的化學專家系統DENDRAL。1982年美國學者W．R．納爾遜研製成功診斷和處理核反應堆事故的專家系統REACTOR。中國也已經研製成功中醫專家系統和蠶育種專家系統。現在專家系統已應用在醫學﹑機器故障診斷﹑飛行器設計﹑地質勘探﹑分子結構和信號處理等方面。

為了擴大計算機的應用，使計算機能直接接受和處理各種自然的模式信息，即語言﹑文字﹑圖像﹑景物等，模式識別研究受到人們的重視。1956年，塞爾弗里奇等人研製出第一個字元識別程序，隨後出現了字元識別系統和圖像識別系統，並形成了以統計法和結構法為核心的模式識別理論，語音識別和自然語言理解的研究也取得了較大進展，為人和計算機的直接通信提供了新的介面。

60年代末到70年代初美國麻省理工學院﹑美國斯坦福大學和英國愛丁堡大學對機器人學進行了許多理論研究，注意到把人工智慧的所有技術綜合在一起，研製出智能機器人，如麻省理工學院和斯坦福大學的手眼裝置﹑日立公司有視覺和觸覺的機器人等。由於機器人在提高生產率，把人從危險﹑惡劣等工作條件下替換出來，擴大人類的活動范圍等方面顯示出極大的優越性，所以受到人們的重視。機器人技術發展很快，並得到越來越廣泛的應用，並在工業生產﹑核電站設備檢查﹑維修﹑海洋調查﹑水下石油開采﹑宇宙探測等方面大顯身手，正在研究中的軍用機器人也具有較大的潛在應用價值。關於機器人的設計﹑製造和應用的技術形成了機器人學。

總結人工智慧研究的經驗和教訓，人們認識到，讓機器求解問題必須使機器具有人類專家解決問題的那些知識，人工智慧的實質應是如何把人的知識轉移給機器的問題。1977年，費根鮑姆首倡專家系統和知識工程，於是以知識的獲取﹑表示和運用為核心的知識工程發展起來。自70年代以來，人工智慧學者已研製出用於醫療診斷﹑地質勘探﹑化學數據解釋和結構解釋﹑口語和圖像理解﹑金融決策﹑軍事指揮﹑大規模集成電路設計等各種專家系統。智能計算機﹑新型感測器﹑大規模集成電路的發展為高級自動化提供了新的控制方法和工具。

50年代以來，在探討生物及人類的感覺和思維機制，並用機器進行模擬方面，取得一些進展，如自組織系統﹑神經元模型﹑神經元網路腦模型等，對自動化技術的發展有所啟迪。同一時期發展起來的一般系統論﹑耗散結構理論﹑協同學和超循環理論等對自動化技術的發展提供了新理論和新方法。

4. 機械設計畢業設計開題報告

我幫你找個格式，但是每個學校的格式都不一樣的，你也找一下吧。

畢業設計（論文）學生開題報告
課題名稱 大型軸承液壓裝配機的設計
課題來源 自選 課題類型 AY 指導教師
學生姓名 學 號 0510111617 專業班級
本課題的研究現狀、研究目的及意義
研究現狀：研究現狀是指到目前為止，別人和你自己在這個項目上做過一些什麼研究。
軸承是一種通用性機械零部件，用來支撐軸，保持軸的准確位置，在我們日常生產生活中，起到了極大的作用。軸承的分類很多，滾動軸承就是其中很重要的一種。由於其結構特性，滾動軸承在以往的裝配過程中，大多採用手工，既費時又費力，極大限制了勞動生產率的提高。
滾動軸承的使用壽命和使用性能很大程度上取決於實際應用中軸承的安裝是否正確。許多機械設備中。盡管選用了品質優良的軸承，但常常達不到所要求的壽命，甚至出現早期失效，使整個機械設備不能正常運行，影響了生產效率，增加了成本，有時會造成巨大的經濟損失。
船舶螺旋槳軸上的調心滾子軸承直徑560mm，屬於大型軸承，在裝配時如果不能實現自動化，將增加工人的勞動量，要實現該軸承裝配自動化已經迫在眉睫。
研究目的與意義：
隨著現代科技的迅速發展，裝配自動化正在逐步發展成為當今世界裝配的發展主流，逐步取代人工的手工裝配。它已成為衡量一個國家機械發展水平的主要標志之一。自動裝配技術的重要性還在於促進產品製造系統的整體優化，生產率得以全面提高，用少量調整工人服務於一定數量的自動裝配設備（這句話表達不清楚），在一定程度上提高均衡生產水平。自動裝配不會因為工人疲勞，疏忽，情緒，技術不熟練等因素影響而造成產品質量缺陷或不穩定。實踐表明，當達到一定批量的與手工裝配保持同一水平的自動化裝配將會使成本下降（這句話表達不清楚）。同時，在許多情況下，裝配自動化所佔用的生產面積比手工裝配完成同樣生產任務的工作面積要小的多。
本次設計是大型軸承液壓裝配機，它可以實現螺旋槳軸承裝配的自動化，保證軸承的裝配質量，使軸在調心滾子軸承中可靠的運轉。

課題類型：
（1）A—工程實踐型；B—理論研究型；C—科研裝置研製型；D—計算機軟體型；
E—綜合應用型
（2）X—真實課題；Y—模擬課題；
（1）、（2）均要填，如AY、BX等。
2
本課題的研究內容
大型軸承液壓裝配機在軸承裝配過程中完成軸承的裝配工作，需要保障操作者的健康和安全，確保產品的品質，提高生產效率。在調查研究、消化資料的基礎上，設計一台用於軸承裝配生產線上的液壓裝配機。要求該機有手動和自動兩種工作方式。
要求完成：
1、 完成裝配機的總體設計並繪制總裝配圖；
2、 完成主要部件的設計並繪制零件圖；
3、 完成驅動系統設計並繪制驅動系統原理圖；
4、 完成控制系統設計並繪制控制系統原理圖；
5、 完成設計說明書， 要求不少於40頁；
6、 完成與設計相關的外文資料的翻譯，不少於3000字元。
實施方案：
軸承液壓裝配機有機體、水平驅動裝置、水平裝配結構、驅動控制裝置。在機架上設計一個軸承存放及輸送結構，在流水線上設一個螺旋槳軸的輸送結構，其一端設有軸的固定座，其另一端則進行軸承的裝配。驅動裝置採用液壓系統，控制裝置採用PLC控制。在這些的基礎上，完成液壓裝配機的設計計算。

進度安排：
第1—4周， 實習調研、收集資料；
第5周， 完成開題報告；
第6—7周 ， 完成總體方案設計；
第8—11周 ， 完成機械結構、驅動系統、控制系統的設計計算；
第12—15周， 繪制裝配機的總裝配圖、零件圖；並繪制驅動系統原理圖、控制系統原理圖；
第16周， 整理文檔，圖紙，完成畢業設計說明書；
第17周， 校對所有設計內容，參加畢業設計論文答辯。
開題報告(2)

已查閱的主要參考文獻
需要填寫5-8篇文獻資料，甚至可以包括你們相關課程的課本。
指導教師意見

指導教師簽名：
年 月 日

5. 物理沉積模擬研究歷史及現狀

沉積物理模擬研究始於19世紀末期，至今己走過了逾百年坎坷不平的研究歷程。可將沉積模擬研究分為三個階段：即19世紀末至20世紀60年代的初期階段、20世紀60年代至80年代的迅速發展階段和90年代以來的半定量研究及湖盆砂體模擬階段，每個階段都有其研究重點和熱點。可以認為，20世紀60年代以後的沉積模擬研究成果推動了不同學科的交叉與繁榮，促進了實驗沉積學的飛速發展，奠定了現代沉積學的基礎。

（一）沉積物理模擬技術的研究歷史

1.以現象觀察描述為主要研究內容的初級階段

19世紀末，笛康（Deacon，1894）首次在一條玻璃水槽中觀察到泥砂運動形成的波痕，並對其進行描述。吉爾伯特（Gilbert，1914）第一次用各種粒徑的砂在不同的水流強度下進行了水槽實驗，較詳細地觀察和描述了一系列沉積現象和沉積構造，他當時描述的砂丘後來被其他研究者命名為不對稱波痕。此後在20世紀四五十年代，愛因斯坦（Einstein，1950）、布魯克斯（Brooks，1965）、伯格諾爾多（Bagnold，l954，1966）等亦完成了一些開拓性的實驗，並建立了實驗沉積學的一些基本方法，但這一時期的實驗內容總體比較簡單，多以實驗現象的觀察和描述為主，缺乏理論分析和指導。西蒙斯和理查德森（Simons et al.，1961，1965）關於水槽實驗的系統研究報告在沉積學界引起震動，應看做是該時期實驗研究的代表性成果。

Simons的實驗是在一長為150ft、寬8ft、深2ft的傾斜循環水槽上進行的，水槽的坡度可在0～0.013°之間變化，流量變化范圍為2～22ft³/s。此外，Simons等人的特殊研究還用到一個長60ft、寬2ft、深2.5ft的較小的傾斜循環水槽，小水槽的底坡可在0～0.025°之間變化。2ft寬的小水槽中進行特殊研究是為了確定黏度、河床質密度和河床質的分選情況在沖積河道流動中的重要作用而進行的。

Simons給出了8ft寬的大水槽中用到的河床質的粒徑分布和2ft寬的小水槽中用到的河床質的粒徑分布。除特別規定外，粒徑分布均以沉降粒徑表示（Colby，1964），這一分布曲線是建立在試驗研究期間和試驗研究之後對隨機抽取的大量砂樣進行粒度分析的基礎之上。

Simons和Richardson自1956、1965年完成了一系列的實驗，每次試驗的一般步驟是：就一給定的水-泥砂混合物流量進行循環，直到建立起平衡流動條件為止。Simons把平衡流動定義成這樣的一種流動，即除進出口效應波及的范圍不計外，在整個水槽上流動所確立的床面形態和底坡與流體流動和河床質特徵相一致，也就是說，水流的時均水面坡度為一常數，並與時均河床底坡平行，而且河床質流量的濃度為一常數。注意，Simons等在此特別強調，這里不應把平衡流動與恆定均勻流動的概念混淆起來，因為對於水砂平衡流動，流速在同一空間點以及從這一空間點到另一空間點都可以變化。即除平坦底形外，在沖積河道中並不存在經典定義的恆定均勻流的情況。

2.以沉積機理研究為主要內容的迅速發展時期

20世紀60～80年代，隨著科學技術的發展，模擬實驗的裝備及技術日趨完善，實驗內容己不僅僅局限在沉積現象的觀察與描述方面，而深入到沉積機理的研究。

Schumm（1968，1971，1977）和Williams用水槽實驗研究了凹凸不平的底床對流量變化的反應；Kailinske（1987）、Cheel（1986）、Fraser（1990）、Bridge（1981）、Leeder（1983）、Luque（1974）、Crowley（1983）、Bridge（1988，1976）、Yalin（1979，1972）、Coleman（1973）、Dietrich（1978）、Bridge et al.（1976）、Saunderson（1983）和趙霞飛（1982）從室內到野外研究了各類底形的生長情況；麻省理工學院地球和行星科學系的蘇薩德與他的同事博格瓦爾（Southard et al.，1973）用一條長6m、寬17cm、深30cm的傾斜水槽進行了從波紋到下部平坦床砂的實驗研究，繼而在1981年，又與加拿大學者科斯特羅（Costello et al.，1981）合作，在一條長11.5m、寬0.92m的水槽中用分選很好的粗砂研究下部流態底形的幾何、遷移和水力學特徵。Southard（1971）還與新澤西州立大學地質科學系的埃施里（Ashley，1982）分別用水槽模擬爬升波紋層理的沉積特徵，應用水深和平均速度來表徵在鬆散泥砂河床的明渠均勻流中的床面形態，如果以無因次水深、速度和粒徑（或者以這三個變數本身）為坐標，便可得到一種三維空間曲面圖形，圖中各點可能的床面形態具有一一對應的特點。

這一時期有三個學者值得提及，他們是J.B.Southand、J.R.L.Allen和J.L.Best，由於他們的出色工作，使沉積學科有了穩固的基礎，也使沉積模擬研究煥發了新的生命力。

本階段後期，模擬實驗的內容已十分廣泛，如濁流模擬實驗、風洞模擬實驗、風暴模擬實驗等。這些模擬實驗不僅促進了沉積學理論的發展，而且對油氣勘探開發具有重要的實際意義。例如美國地質調查局自20世紀70年代開始用風洞實驗研究風成砂丘的特徵，並深入研究砂層的滲濾特徵，從而為研究採收率服務。風洞實驗也經歷了漫長的歷程，40～60年代，風洞實驗主要用於研究砂和土壤的搬運機理，學者有伯格諾爾多（Bagnold，1914）、切皮爾和烏德拉夫（Chepil et al.，1963）等，70～80年代，風洞實驗已用於風成沉積構造和形成機理的研究。邁克等（Mckee et al，1971）用風洞實驗研究了風成砂丘背風面由滑塌作用形成的各種變形構造，弗里傅格和施恩克（Fryberger et al.，1981）的風洞實驗有了進一步發展，這個風洞由一個槽和盆組成，槽長4.27m，寬61cm，高45.7cm，盆長4.27m，寬61cm，高1.83m。這項實驗著重研究波痕、滑塌和顆粒降落形成的沉積特徵，並描述它們的形成條件。60年代以後，濁流模擬實驗也越來越受到重視，從事這方面工作的有米德爾頓（Middleton，1976b，1976，1977）、里德爾（Riddell，1969）和拉瓦爾等（Laval et al，1988）。70年代的模擬實驗雖有所深入，但還未能利用數學模型來預測砂丘規模（包括長度和厚度）的變化。雖然塞利（Selley，1979）和艾倫（Allen，1976）曾提出過充滿希望的方法，但未能在控制條件下，用這些方法詳細而准確地預測底形變化。

這一時期，從事實驗研究的學者還有拉斯本等（Rathbun et al，1969）、威廉姆斯（Williams，1967）、李斯（Rees，1966）等。

3.以砂體形成過程和演化規律為主要研究內容的湖盆砂體模擬階段

20世紀80～90年代，沉積模擬研究進入了以砂體形成過程和演化規律為主要研究內容的湖盆砂體模擬階段。該階段不僅注重解決理論問題，更注重解決實際問題，與油氣勘探開發結合起來。

如果仔細研究20世紀80年代以前的實驗內容及國外文獻，不難發現，在此之前沉積模擬實驗存在的問題主要有三個方面：一是實驗條件，以前的水槽實驗多採用分選好的砂，忽視粉砂和礫的沉積作用；另外，實驗過程多採用均勻流，忽視非均勻流；多在穩定狀態平衡條件下進行，忽視非穩定狀態的影響，而這些被忽視的因素正是自然環境下普遍存在的底床形成條件。二是實驗內容，以前的水槽實驗主要模擬河流及濁流的搬運與沉積作用，對盆地沉積體系和砂體展布的模擬實驗以及對砂體規模和延伸的定量預測則不夠或者說基本沒開展此方面的研究。三是實驗目的，以前的水槽實驗主要著眼於沉積學基礎理論的研究，對實際應用考慮不多，其原因就在於從事這方面的實驗有許多實際困難，例如，做礫級沉積物的實驗需要更寬、更深、流量更大的水槽，做粉砂級實驗需要更嚴格的化學和物理條件，做大型盆地沉積體系的模擬實驗耗資大，需要更高級的技術裝備和控制系統等。

20世紀80年代之後，針對上述方面存在的嚴重不足，各國實驗沉積學家調整研究思路，克服重重困難，在盡量保持原有特色的基礎上，或對原有的實驗室結構進行較大規模的改造或重新建立適合於砂體模擬的大型實驗室。值得提及的有下面三個。

1）科羅拉多州立大學工程研究中心的大型流水地貌實驗裝置。該實驗裝置主要模擬河流沉積作用，同時可模擬天然降雨對河流地貌的影響，以及在不同邊界條件下河床變形規律、單砂體的形成機制等。美國許多實驗沉積學家在該實驗室完成了一系列實驗（Baridge，1993；Bryant，1993），我國訪問學者賴志雲教授也在此完成了鳥足狀三角洲形成及演變的模擬實驗。

2）瑞士聯邦工業學院Delft模擬實驗室。該實驗室隸屬於荷蘭河流和導航分局，是一個較現代化的實驗室。為了從事應用基礎研究，該室專門建成了一個大型水槽，水槽用加固混凝土建造，觀察段由帶玻璃窗的鋼架構成。水槽總長98m，寬2.5m，帶玻璃窗段長50m，測量段長30m，測量段寬為0.3m和1.5m。沒有沉積物時的最大水深為1m。水槽周圍安裝了各種控制和測量裝置，微機和微信息處理機能自動取得數據和自動改變各種邊界條件（如流量）等。在玻璃窗段的上方架設軌道，供儀器車運行。

儀器車上安裝了三個剖面顯示器和一個水位儀，這樣可以測量三條縱向底床水平剖面，通常一條位於水槽中間，另兩條位於距槽壁1/6槽寬處。記錄的資料由微機收集、儲存和計算，最後輸出成果。1983年，該室的項目工程師Wijbenga和項目顧問Klaasen用這個裝置研究了在不穩定流條件下底形規模的變化，資料處理以後，針對每個過渡帶，自動繪出水深與時間、砂丘高度與時間、砂丘長度與時間的關系曲線，從而確定底形規模的變化規律。歐洲學者在此完成了小型沖積扇和扇三角洲形成過程的模擬實驗，取得了一些定性和半定量的成果。

3）日本築波大學模擬實驗室。該實驗室長343m，寬數米（具體數字不詳），自動化程度較高，監測設備相對齊全，分析手段比較先進，相繼完成了海浪對沉積物的搬運和改造、飽和輸砂及非飽和輸砂的河流沉積體系、湖泊沉積與水動力學等一系列實驗，有一批世界各地的客座研究人員，定期發布研究成果。

由此看來，20世紀80～90年代沉積模擬有兩個特點，一個是逐漸由定性型描述向半定量或定量型研究轉變，另一個是由小型水槽實驗轉向大型盆地沉積體系模擬。

（二）國內沉積物理模擬技術的發展現狀

1.國內沉積物理模擬研究的基本概況

1985年以前，我國的水槽實驗室主要集中於水利、水電和地理部門的有關院校和研究單位，從事泥砂運動規律、河道演變和大型水利水電樞紐工程等的實驗研究。70年代末，長春地質學院建成了第一個用於沉積學研究的小型玻璃水槽，這個水槽長6m，高80cm，寬25cm，主要研究底形的形成與發展。80年代，中國科學院地質研究所也用自己的小型水槽做了一部分研究工作。這是我國曾經僅有的兩條以沉積學研究為主而建立的水槽，雖然在研究內容、深度和廣度上與國際水平相比還有一定差距，但為我國沉積模擬實驗的發展邁開了第一步。

隨著沉積學理論的發展和科學技術必須轉化為生產力的需要，我國的油氣勘探開發形勢對定量沉積學、儲層沉積學和沉積模擬實驗提出了一些急待解決的實際問題。多年來，在我國東部陸相斷陷湖盆的研究中，一直存在一些爭論不休的問題，如湖盆陡坡沉積體系、扇三角洲、水下扇的形成條件和分布規律以及裂谷湖盆與坳陷湖盆沉積體系的區別等，都期待著沉積模擬實驗予以驗證；不同類型的單砂層的形態、規模和延伸方向等也需要沉積模擬實驗予以合理預測。因此，1985年以後，許多沉積學家積極呼籲：根據當前世界沉積學發展的動向以及我國油氣勘探開發的生產實際和今後發展的需要，應建立我國的沉積模擬實驗室。專家認為，該實驗室應以模擬陸相盆地沉積砂體為主要對象，以儲層研究為重點，解決生產實際中的問題，以陸相湖盆中砂體的分布、各類砂體規模和性能的定量預測、提高勘探成功率和開發效益為主要目標；此外，實驗室的建立還應兼顧沉積學的各項基礎研究，為人才培養、對外交流等提供條件，推動我國沉積學理論的發展，並逐步發展成為面向全國的沉積模擬實驗室。這一實驗室的建立也是理論研究轉化為生產力的重要手段，是與世界范圍內油氣勘探開發中以儲層為主攻目標的動向相一致，於是CNPC沉積模擬重點實驗室便應運而生。

2.CNPC沉積模擬重點實驗室實驗裝置簡介

（1）裝置規模

CNPC沉積模擬重點實驗室實驗裝置長16m，寬6m，深0.8m，距地平面高2.2m，湖盆前部設進（出）水口1個，兩側各設進（出）水口2個，用於模擬復合沉積體系，尾部設出（進）水口一個。整個湖盆採用混凝土澆鑄，以保證不滲不漏。湖盆四周設環形水道。湖盆屋頂採用槽鋼石棉瓦結構，能夠保證實驗過程不受天氣變化的影響並有利於採光。

（2）活動底板及控制系統

活動底板系統是實驗室的重要組成部分。針對我國東部斷陷盆地的實際情況，沒有基底的升降，便不能產生斷裂體系，構造運動便不能模擬，構造對沉積控製作用的模擬便不能實現，實驗室的功能和作用將大大降低，因此，在湖盆區設置活動底板是必要的。

實驗室活動底板區由四塊活動底板組成，每塊活動底板面積2.5m×2.5m=6.25m²，活動底板能向四周同步傾斜、非同步傾斜、同步升降、非同步升降。活動區傾斜坡度arctan 0.35、上升幅度10cm、下降幅度35cm、同步誤差小於2mm。每塊底板由四根支柱支撐，不漏水不漏砂，而且運動靈活可靠，基本滿足實驗要求。

活動底板的控制由16台步進電機、16台減速機、四台驅動電源、計算機及電子元器件實現，由計算機輸出脈沖數控制步進電機轉動，並轉化為活動底板的升降。步進電機的最大優點是可以精確控制運動狀態，升降速度可根據需要調整，從而滿足自然界地殼運動特點的要求。

（3）檢測橋驅動定位系統

為了對砂體沉積過程實施有效監控，並便於砂體檢測，目前在湖盆上設置一座6m跨度、1m寬度的檢測橋。測橋具有以下幾個功能：①測橋可在縱向16m范圍內自由移動並自動定位，導軌和測橋的機械誤差小於2mm，以保證達到高精度砂體形態檢測的要求；②測橋一端設置控制平台，以便控制測橋的自動定位和自動檢測；③測橋上設置一套CCD激光光柵檢測系統，整個系統可橫向移動6m，用於疊加檢測，以提高測量精度；④測橋中部設置一個檢測小車，可在6m跨度內移動，對砂體沉積過程進行掃描。

3.中國石油大學（華東）沉積學水槽實驗室簡介

斷陷盆地是我國東部地區中新生代以來形成的一類典型的陸內裂谷盆地，蘊含豐富的油氣資源。隨著油氣勘探重點向地層、岩性油藏的轉移，斷陷盆地內部的濁積岩砂體也成為隱蔽油氣藏勘探的重要領域。然而，由於斷陷盆地濁積岩砂體的形成和分布受到多種因素的影響，形成過程又具有一定的突發性，致使目前對其的認識仍停留在通過地震、鑽井資料的定性分析階段，對其成因和動力學機制認識不深刻，也沒有形成能夠有效預測的方法。而物理沉積模擬可以再現濁積砂體的形成過程、發展演化規律，從而建立流體流動模型，預測砂體形態和分布規律，探討濁積砂體發育的控制因素。中國石油大學（華東）沉積學水槽實驗室正是在此前提下建立起來的。

中國石油大學（華東）沉積學水槽實驗室始建於2002年，由實驗水槽、加砂槽和內置底形模板三部分組成，經過多次改造，成功進行了斷陷盆地陡岸砂礫岩體、扇三角洲、三角洲前緣滑塌濁積體、震濁積岩等實驗模擬。實驗水槽內壁長5m、寬2m、高1m，長軸側壁為玻璃，便於觀察和照相，短軸側壁及底面均為厚25cm的水泥壁，整個水槽置於高40cm的底座之上。短軸側壁一端裝有進水口，另一端裝有出水口，進水口處外接一加砂槽，沉積物與水同時由加砂槽注入水槽。水槽內放一活動金屬支架，支架表面鋪設鐵板，用來模擬原始底形，通過升降控制桿可調節底形坡度。支架上固定一金屬管，作為震源觸發點，通過施加外力敲擊金屬管模擬震動的發生（圖10-1，圖10-2）。

圖10-1 水槽模擬實驗裝置剖面圖（單位：cm）

（三）沉積模擬研究的發展趨勢

20世紀90年代以後，沉積物理模擬技術出現了一些新的發展動態和趨勢，這些發展趨勢可概括為以下五個方面。

1.物理模擬與數值模擬的日益結合

沉積模擬研究經過了一個世紀的發展歷程，取得了一批優秀的學術成果。然而這些成果主要集中在物理模擬研究方面，隨著計算機在地學領域內的普遍應用，碎屑砂體沉積過程的數值模擬研究正逐漸發展成為沉積模擬技術的一個重要分支，並且日益與物理模擬相互滲透，二者相輔相成，相互依賴，相互促進。碎屑沉積過程的物理模擬與數值模擬的多層面結合是沉積模擬技術的一個重要發展方向。通過物理模擬與數值模擬的結合，數值模擬研究可以擺脫人為因素的干擾，物理模擬過程可為計算機數值模擬提供定量的參數，使數值模擬有可靠的物理基礎，更接近於油田生產實際，從而更有效地指導油氣勘探開發。

圖10-2 水槽模擬實驗裝置立體圖（單位：cm）

數值模擬之所以正逐漸發展成為沉積模擬技術的一個重要分支，是因為碎屑砂體形成過程的數值模擬與物理模擬相比，數值模擬具有一些突出的優點，具體表現在以下四個方面。

1）數值模擬的所有條件都以數值給出，不受比尺和實驗條件的限制，可以嚴格控制井隨時間改變邊界條件及其他條件；

2）數值模擬具有通用性，只要研製出適合的應用軟體，就可以應用於不同的實際問題，因而數值模擬具有高效的特點；

3）數值模擬還具有理想的抗干擾性能，重復模擬可以得到完全相同的結果，這是物理模擬難以達到的；

4）隨著計算機的迅速升級換代，功能不斷加強，成本不斷降低，相對來說費用比較便宜。

2.提供勘探早期儲層預測的新方法

在一個盆地或區塊勘探早期，一般鑽井較少，僅有幾口評價井，但是往往有比較詳細的地震資料。通過地震資料的解釋，可以明確盆地或區塊的邊界類型及條件以及沉積體系的類型，結合鑽井資料，可以建立概念化的地質模型，並抽取主要控制因素建立物理模型，在物理模型指導下就可開展物理模擬實驗。由物理模擬提供的參數可以開展數值模擬研究，從而可以較准確地預測盆地沉積體系的展布規律以及優質儲層的分布，為勘探目標的選擇提供依據，這是沉積模擬研究為油氣勘探開發服務的一個重要方面，並成為沉積模擬技術發展的一個顯著趨勢。

3.提供開發後期砂體非均質性描述的新技術

油田開發後期一般靜動態資料較多，可以利用較豐富的油田開發生產資料，建立精細的地質模型，分砂層組或單砂層開展模擬實驗，並把實驗結果與已有的靜動態資料進行對比，如果在井點上實驗結果與靜動態資料所反映的砂體特徵吻合程度較高，就可以認為實驗結果是可靠的。對於井點之間原型砂體的特徵可由實驗砂體（模型砂體）對應井點之間的特徵來描述，從而定量預測井間儲層分布和非均質特徵以及剩餘油的分布規律，這是沉積模擬技術發展的另一個重要動向。

4.與儲層建築結構要素分析方法的結合

儲層構型要素分析方法的實質是儲層的層次性，層次性是儲層形成過程的一個重要特徵，也是地質現象的普遍規律。每個層次都具有兩個要素，即層次界面和層次實體（林克湘等，1995）。沉積模擬實驗的主要優勢就是可以按形成過程的時間單元詳細地描述這些界面的形態、起伏、連續性、分布范圍和厚度變化以及它們所代表的級別，並與現代沉積和露頭調查成果相互印證，建立儲層預測的地質知識庫和儲層參數模型，提出砂體形成和分布的控制因素以及演變的地質規律，這是其他研究方法所不具備的。近些年，國內外的部分文獻都在努力探索二者結合的可能性（Miall，1985，1988），並取得了一些創新性成果，形成沉積模擬技術發展的一個新動向。

5.與流動單元劃分及高解析度層序地層研究相結合

油氣田開發後期，研究剩餘油分布規律的一個重要手段就是對流動單元進行重新劃分和識別。在該過程中，高解析度層序的研究是基礎，近來沉積模擬技術也在該項研究中擔當相當重要的角色。因為高解析度層序地層研究的關鍵就是對等時界面進行精細劃分，而沉積模擬技術正好具備這一優勢，無論是砂體形成過程的物理模擬實驗或是數值模擬研究都可以提供砂體形成過程中任一階段的時間界面以及該時間段內的儲層分布和內部結構特徵，同時可以指出下一時間段內的儲層演化趨勢及生長變化特徵。所以說，沉積模擬技術與高解析度層序地層研究相結合，必將在細分流動單元和剩餘油預測方面顯示出強大的生命力。國內外不少學者在以不同方式開展此方面的工作，有理由相信，在未來幾年內該方法會發展成為剩餘油分布預測的一項實用技術。

綜上所述，進入21世紀後，沉積模擬研究除了保持其原有的沉積學理論研究的優勢之外，主要的發展趨勢是與計算機及其他地質研究方法相結合，在預測儲層生長變化及演化趨勢方面形成綜合性的實用技術。

6. 「智能機器人」與「工業機器人」的區別是什麼

「智能機器人」與「工業機器人」的區別:工業機器人也有人工智慧;智能機器人概念很廣。

我國的機器人專家從應用環境出發，將機器人分為兩大類，即工業機器人和智能機器人。

工業機器人就是面向工業領域的多關節機械手或多自由度機器人。

目前，國際上的機器人學者，從應用環境出發將機器人也分為兩類：製造環境下的工業機器人和非製造環境下的服務與仿人型機器人，這和我國的分類是一致的。

是有獨立機械機構和控制系統，能自主的 、運動復雜、工作自由度多、操作程序可變，可任意定位的自動化操作機。