1. 機械設計畢業設計開題報告
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超硬材料薄膜塗層研究進展及應用
摘要：CVD和PVD TiN，TiC，TiCN，TiAlN等硬質薄膜塗層材料已經在工具、模具、裝飾等行業得到日益廣泛的應用，但仍然不能滿足許多難加工材料，如高硅鋁合金，各種有色金屬及其合金，工程塑料，非金屬材料，陶瓷，復合材料(特別是金屬基和陶瓷基復合材料)等加工要求。正是這種客觀需求導致了諸如金剛石膜、立方氮化硼(c-BN)和碳氮膜(CNx)以及納米復合膜等新型超硬薄膜材料的研究進展。本文對這些超硬材料薄膜的研究現狀及工業化應用前景進行了簡要的介紹和評述。
關鍵詞：超硬材料薄膜；研究進展；工業化應用
1 超硬薄膜
超硬薄膜是指維氏硬度在40GPa以上的硬質薄膜。不久以前還只有金剛石膜和立方氮化硼(c-BN)薄膜能夠達到這個標准，前者的硬度為50-100GPa(與晶體取向有關)，後者的硬度為50～80GPa。類金剛石膜(DLC)的硬度范圍視制備方法和工藝不同可在10GPa～60GPa的寬廣范圍內變動。因此一些硬度很高的類金剛石膜(如採用真空磁過濾電弧離子鍍技術制備的類金剛石膜(也叫Ta：C))也可歸人超硬薄膜行列。近年來出現的碳氮膜(CNx)雖然沒有像Cohen等預測的晶態β-C3N4那樣超過金剛石的硬度，但已有的研究結果表明其硬度可達10GPa～50GPa，因此也歸人超硬薄膜一類。上述幾種超硬薄膜材料具有一個相同的特徵，他們的禁帶寬度都很大，都具有優秀的半導體性質，因此也叫做寬禁帶半導體薄膜。SiC和GaN薄膜也是優秀的寬禁帶半導體材料，但它們的硬度都低於40GPa，因此不屬於超硬薄膜。
最近出現的一類超硬薄膜材料與上述寬禁帶半導體薄膜完全不同，他們是由納米厚度的普通的硬質薄膜組成的多層膜材料。盡管每一層薄膜的硬度都沒有達到超硬的標准，但由它們組成的納米復合多層膜卻顯示了超硬的特性。此外，由納米晶粒復合的TiN／SiNx薄膜的硬度竟然高達105GPa，創紀錄地達到了金剛石的硬度。
本文將就上述幾種超硬薄膜材料一一進行簡略介紹，並對其工業化應用前景進行評述。
2 金剛石膜
2．1金剛石膜的性質
金剛石膜從20世紀80年代初開始，一直受到世界各國的廣泛重視，並曾於20世紀80年代中葉至90年代末形成了一個全球范圍的研究熱潮(Diamond fever)。這是因為金剛石除具有無與倫比的高硬度和高彈性模量之外，還具有極其優異的電學(電子學)、光學、熱學、聲學、電化學性能(見表1)和極佳的化學穩定性。大顆粒天然金剛石單晶(鑽石)在自然界中十分稀少，價格極其昂貴。而採用高溫高壓方法人工合成的工業金剛石大都是粒度較小的粉末狀的產品，只能用作磨料和工具(包括金剛石燒結體和聚晶金剛石(PCD)製品)。而採用化學氣相沉積(CVD)方法制備的金剛石膜則提供了利用金剛石所有優異物理化學性能的可能性。經過20餘年的努力，化學氣相沉積金剛石膜已經在幾乎所有的物理化學性質方面和最高質量的IIa型天然金剛石晶體(寶石級)相比美(見表1)。化學氣相沉積金剛石膜的研究已經進人工業化應用階段。
表 1 金剛石膜的性質
Table 1 Properties of chamond film
CVD 金剛石膜
天然金剛石
點陣常數 (Å)
3.567
3.567
密度 (g/cm3)
3.51
3.515
比熱 Cp(J/mol,(at 300K))
6.195
6.195
彈性模量 (GPa)
910-1250
1220*
硬度 (GPa)
50-100
57-100*
縱波聲速 (m/s)
18200
摩擦系數
0.05-0.15
0.05-0.15
熱膨脹系數 (×10 -6 ℃ -1)
2.0
1.1***
熱導率 (W/cm.k)
21
22*
禁帶寬度 (eV)
5.45
5.45
電阻率 (Ω.cm)
1012-1016
1016
飽和電子速度 (×107cms-1)
2.7
2.7*
載流子遷移率 (cm2/Vs)
電子
1350-1500
2200**
空隙
480
1600*
擊穿場強 (×105V/cm)
100
介電常數
5.6
5.5
光學吸收邊 (□ m)
0.22
折射率 (10.6 □ m)
2.34-2.42
2.42
光學透過范圍
從紫外直至遠紅外 ( 雷達波 )
從紫外直至遠紅外 ( 雷達波 )
微波介電損耗 (tan □)
＜ 0.0001
注:*在所有已知物質中占第一,**在所有物質中占第二,***與茵瓦(Invar)合金相當。
2．2金剛石膜的制備方法
化學氣相沉積金剛石所依據的化學反應基於碳氫化合物(如甲烷)的裂解，如：
熱高溫、等離子體
CH4(g)一C(diamond)+2H2(g) (1)
實際的沉積過程非常復雜，至今尚未完全明了。但金剛石膜沉積至少需要兩個必要的條件：(1)含碳氣源的活化；(2)在沉積氣氛中存在足夠數量的原子氫。除甲烷外，還可採用大量其它含碳物質作為沉積金剛石膜的前驅體，如脂肪族和芳香族碳氫化合物，乙醇，酮，以及固態聚合物(如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯)，以及鹵素等等。
常用的沉積方法有四種：(1)熱絲CVD；(2)微波等離子體CVD；(3)直流電弧等離子體噴射(DC Arc Plasma Jet)；(4)燃燒火焰沉積。在這幾種沉積方法中，改進的熱絲CVD(EACVD)設備和工藝比較簡單，穩定性較好，易於放大，比較適合於金剛石自支撐膜的工業化生產。但由於易受燈絲污染和氣體活化溫度較低的原因，不適合於極高質量金剛石膜(如光學級金剛石膜)的制備。微波等離子體CVD是一種無電極放電的等離子體增強化學氣相沉積工藝，等離子體與沉積腔體沒有接觸，放電非常穩定，因此特別適合於高質量金剛石薄膜(塗層)的制備。微波等離子體CVD的缺點是沉積速率較低，設備昂貴，制備成本較高。採用高功率微波等離子體CVD系統(目前國外設備最高功率為75千瓦，國內為5千瓦)，也可實現金剛石膜大面積、高質量、高速沉積。但高功率設備價格極其昂貴(超過100萬美元)，即使在國外願意出此天價購買這種設備的人也不多。直流電弧等離子體噴射(DC Arc P1asma Jet)是一種金剛石膜高速沉積方法。由於電弧等離子體能夠達到非常高的溫度(4000K-6000K)。因此可提供比其它任何沉積方法都要高的原子氫濃度，使其成為一種金剛石膜高質量高速沉積工藝。特殊設計的高功率JET可以實現大面積極高質量(光學級)金剛石自支撐膜的高速沉積。我國在863計劃"75」和"95」重大關鍵技術項目的支持下已經建立具有我國特色和獨立知識產權的高功率De Are Plasma Jet金剛石膜沉積系統，並於1997年底在大面積光學級金剛石膜的制備技術方面取得了突破性進展。目前已接近國外先進水平。
2．3金剛石膜研究現狀和工業化應用
20餘年來，CVD金剛石膜研究已經取得了非常大的進展。金剛石膜的內在質量已經全面達到最高質量的天然IIa型金剛石單晶的水平(見表1)。在金剛石膜工具應用和熱學應用(熱沉)方面已經實現了，產業化，一些新型的金剛石膜高技術企業已經在國內外開始出現。光學(主要是軍事光學)應用已經接近產業化應用水平。金剛石膜場發射和真空微電子器件、聲表面波器件(SAW)、抗輻射電子器件(如SOD器件)、一些基於金剛石膜的探側器和感測器和金剛石膜的電化學應用等已經接近實用化。由於大面積單晶異質外延一直沒有取得實質性進展，n一型摻雜也依然不夠理想，金剛石膜的高溫半導體器件的研發受到嚴重障礙。但是，近年來採用大尺寸高溫高壓合成金剛石單晶襯底的金剛石同質外延技術取得了顯著進展，已經達到了研製晶元級尺寸襯底的要求。金剛石高溫半導體晶元即將問世。
鑒於篇幅限制，及本文關於超硬薄膜介紹的宗旨，下面將僅對金剛石膜的工具(摩擦磨損)應用進行簡要介紹。
2．4金剛石膜工具和摩擦磨損應用
金剛石膜所具有的最高硬度、最高熱導率、極低摩擦系數、很高的機械強度和良好化學穩定性的異性能組合(見表1)使其成為最理想的工具和工具塗層材料。
金剛石膜工具可分為金剛石厚膜工具和金剛石薄膜塗層工具。
2．4．1金剛石厚膜工具
金剛石厚膜工具採用無襯底金剛石白支撐膜(厚度一般為0．5mm～2mm)作為原材料。目前已經上市的產品有：金剛石厚膜焊接工具、金剛石膜拉絲模芯、金剛石膜砂輪修整條、高精度金剛石膜軸承支架等等。
金剛石厚膜焊接工具的製作工藝為：金剛石自支撐膜沉積→激光切割→真空釺焊→高頻焊接→精整。金剛石厚膜釺焊工具的使用性能遠遠優於PCD，可用於各種難加工材料，包括高硅鋁合金和各種有色金屬及合金、復合材料、陶瓷、工程塑料、玻璃和其它非金屬材料等的高效、精密加工。採用金剛石厚膜工具車削加工的高硅鋁合金錶面光潔度可達V12以上，可代替昂貴的天然金剛石刀具進行「鏡面加工"。金剛石膜拉絲模芯可用於拉制各種有色金屬和不銹鋼絲，由於金剛石膜是准各向同性的，因此在拉絲時模孔的磨損基本上是均勻的，不像天然金剛石拉絲模芯那樣模孔的形狀會由於非均勻磨損(各向異性所致)而發生畸變。金剛石膜修整條則廣泛用於機械製造行業，用作精密磨削砂輪的修整，代替價格昂貴的天然金剛石修整條。這些產品已經在國內外市場上出現，但目前的規模還不大。其原因是：(1)還沒有為廣大用戶所熟悉、了解；(2)面臨其它產品(主要是PCD)的競爭；(3)雖然比天然金剛石產品便宜，但成本(包括金剛石自支撐膜的制備和加工成本)仍然較高，在和PCD競爭時的優勢受到一定的限制。
高熱導率(≥10W／em．K)金剛石自支撐膜可作為諸如高功率激光二極體陣列、高功率微波器件、MCMs(多晶元三維集成)技術的散熱片(熱沉)和功率半導體器件(Power ICs)的封裝。在國外已有一定市場規模。
在國內，南京天地集團公司和北京人工晶體研究所合作在1997年前後率先成立了北京天地金剛石公司，生產和銷售金剛石膜拉絲模芯、金剛石膜修整條和金剛石厚膜焊接工具及其它一些金剛石膜產品。該公司大約在2000年左右渡過了盈虧平衡點，但目前的規模仍然不很大。國內其它一些單位，如北京科技大學、河北省科學院(北京科技大學的合作者)、吉林大學、核工業部九院、浙江大學、湖南大學等都具有生產金剛石厚膜工具產品的能力，其中有些單位正在國內市場上小批量銷售其產品。
2．4．2金剛石薄膜塗層工具
金剛石薄膜塗層工具一般採用硬質合金工具作為襯底，金剛石膜塗層的厚度一般小於30lxm。金剛石薄膜塗層硬質合金工具的加工材料范圍和金剛石厚膜工具完全相同，在切削高硅鋁合金時一般均比未塗層硬質合金工具壽命提高lO～20倍左右。在切削復合材料等極難加工材料時壽命提高幅度更大。金剛石薄膜塗層工具的性能與PCD相當或略高於PCD，但制備成本比PCD低得多，且金剛石薄膜可以在幾乎任意形狀的工具襯底上沉積，PCD則只能製作簡單形狀的工具。金剛石薄膜塗層工具的另一大優點是可以大批量生產，因此成本很低，具有非常好的市場競爭能力。
金剛石薄膜塗層硬質合金工具研發的一大技術障礙是金剛石膜與硬質合金的結合力太差。這主要是由於作為硬質合金粘接劑的Co所引起。碳在Co中有很高的溶解度，因此金剛石在Co上形核孕育期很長，同時Co對於石墨的形成有明顯的促進作用，因此金剛石是在表面上形成的石墨層上面形核和生長，導致金剛石膜和硬質合金襯底的結合力極差。在20世紀80年代和90年代無數研究者曾為此嘗試了幾乎一切可以想到的辦法，今天，金剛石膜與硬質合金工具襯底結合力差的問題已經基本解決。盡管仍有繼續提高的餘地，但已經可以滿足工業化應用的要求。在20世紀後期，國外出現了可以用於金剛石薄膜塗層工具大批量工業化生產的設備，一次可以沉積數百隻硬質合金鑽頭或刀片，拉開了金剛石薄膜塗層工具產業化的序幕。一些專門從事金剛石膜塗層工具生產的公司在國外相繼出現。
目前，金剛石薄膜塗層工具主要上市產品包括：金剛石膜塗層硬質合金車刀、銑刀、麻花鑽頭、端銑刀等等。從目前國外市場的銷售情況來看，銷售量最大的是端銑刀、鑽頭和銑刀。大量用於加工復合材料和汽車工業中廣泛應用的大型石墨模具，以及其它難加工材料的加工。可轉位金剛石膜塗層車刀的銷售情況目前並不理想。這是因為可轉位金剛石膜塗層刀片的市場主要是現代化汽車工業的數控加工中心，用於高硅鋁合金活塞和輪轂等的自動化加工。這些全自動化的數控加工中心對刀具性能重復性的要求十分嚴格，目前的金剛石膜塗層工具暫時還不能滿足要求，需要進一步解決產品檢驗和生產過程質量監控的技術。
目前國外金剛石膜塗層工具市場規模大約在數億美元左右，僅僅一家只有20多人的小公司(美國SP3公司)，去年的銷售額就達2千多萬美元。
國內目前尚無金剛石膜塗層產品上市。國內不少單位，如北京科技大學、上海交大、廣東有色院、勝利油田東營迪孚公司、吉林大學、北京天地金剛石公司等都在進行金剛石膜塗層硬質合金工具的研發，目前已在金剛石膜的結合力方面取得實質性進展。北京科技大學採用滲硼預處理工藝(已申請專利)成功地解決了金剛石膜的結合力問題，所研製的金剛石膜塗層車刀和銑刀在加工Si-12％AI合金時壽命可穩定提高20-30倍。並已成功研發出「強電流直流擴展電弧等離子體CVD"金剛石膜塗層設備(已申請專利)。該設備將通常金剛石膜沉積設備的平面沉積方式改為立體(空間)沉積，沉積空間區域很大，可容許金剛石膜塗層工具的工業化生產。該設備可保證在工具軸向提供很大的金剛石膜均勻沉積范圍，因此特別適合於麻花鑽頭、端銑刀之類細長且形狀復雜工具的沉積。目前已經解決這類工具金剛石膜沉積技術問題，所制備的金剛石膜塗層硬質合金鑽頭在加工碳化硅增強鋁金屬基復合材料時壽命提高20倍以上。目前能夠制備的金剛石膜塗層硬質合金鑽頭最小直徑為lmin。目前正在和國內知名設備製造廠商(北京長城鈦金公司)合作研發工業化商品設備，生產能力為每次沉積硬質合金鑽頭(或刀片)300隻以上，預計年內可投放國內外市場。
3 類金剛石膜(DLC)
類金剛石膜(DLC)是一大類在性質上和金剛石類似，具有8p2和sp3雜化的碳原子空間網路結構的非晶碳膜。依據制備方法和工藝的不同，DLC的性質可以在非常大的范圍內變化，既有可能非常類似於金剛石，也有可能非常類似於石墨。其硬度、彈性模量、帶隙寬度、光學透過特性、電阻率等等都可以依據需要進行「剪裁」。這一特性使DLC深受研究者和應用部門的歡迎。
DLC的制備方法很多，採用射頻CVD、磁控濺射、激光淀積(PLD)、離子束濺射、真空磁過濾電弧離子鍍、微波等離子體CVD、ECR(電子迴旋共振)CVD等等都可以制備DLC。
DLC的類型也很多，通常意義上的DLC含有大量的氫，因此也叫a：C—H。但也可制備基本上不含氫的DLC，叫做a：c。採用高能激光束燒蝕石墨靶的方法獲得的DLC具有很高的sp3含量，具有很高的硬度和較大的帶隙寬度，曾被稱為「非晶金剛石」(Amorphorie Diamond)膜。採用真空磁過濾電弧離子鍍方法制備的DLC中sp3含量也很高，叫做Ta：C(Tetragonally Bonded Amorphous Carbon)。
DLC具有類似於金剛石的高硬度(10GPa-50GPa)、低摩擦系數(0．1一0．3)、可調的帶隙寬度(1_2eV～3eV)、可調的電阻率和折射率、良好光學透過性(在厚度很小的情況下)、良好的化學惰性和生物相容性。且沉積溫度很低(可在室溫沉積)，可在許多金剛石膜難以沉積的襯底材料(包括鋼鐵)上沉積。因此應用范圍相當廣泛。典型的應用包括：高速鋼、硬質合金等工具的硬質塗層、硬磁碟保護膜、磁頭保護膜、高速精密零部件耐磨減摩塗層、紅外光學元器件(透鏡和窗口)的抗劃傷、耐磨損保護膜、Ge透鏡和窗口的增透膜、眼鏡和手錶表殼的抗擦傷、耐磨摜保護膜、人體植入材料的保護膜等等。
DLC在技術上已經成熟，在國外已經達到半工業化水平，形成具有一定規模的產業。深圳雷地公司在DLC的產業化應用方面走在國內前列。不少單位，如北京師范大學、中科院上海冶金所、北京科技大學、清華大學、廣州有色院、四川大學等都正在進行或曾經進行過DLC的研究和應用開發工作。
DLC的主要缺點是：(1)內應力很大，因此厚度受到限制，一般只能達到lum～21um以下；(2)熱穩定性較差，含氫的a：C-H薄膜中的氫在400℃左右就會逐漸逸出，sp2成分增加，sp3成分降低，在大約500℃以上就會轉變為石墨。
5 碳氮膜
自從Cohen等人在20世紀90年代初預言在C-N體系中可能存在硬度可能超過金剛石的β-C>3N4相以後，立即就在全球范圍內掀起了一股合成β-C3N4的研究狂潮。國內外的研究者爭先恐後，企圖第一個合成出純相的β-C3N4晶體或晶態薄膜。但是，經過了十餘年的努力，至今並無任何人達到上述目標。在絕大多數情況下，得到的都是一種非晶態的CNx薄膜，膜中N／C比與薄膜制備的方法和具體工藝有關。盡管沒有得到Cohen等人所預測超過金剛石硬度的β-C3N4晶體，但已有的研究表明CNx薄膜的硬度可達15GPa-50GPa，可與DLC相比擬。同時CNx薄膜具有十分奇特的摩擦磨損特性。在空氣中，cNx薄膜的摩擦因數為O.2-O.4，但在N2，CO2和真空中的摩擦因數為O.01-O.1。在N2氣氛中的摩擦因數最小，為O．01，即使在大氣環境中向實驗區域吹氮氣，也可將摩擦因數降至0.017。因此，CNx薄膜有望在摩擦磨損領域獲得實際應用。除此之外。CNx薄膜在光學、熱學和電子學方面也可能有很好的應用前景。
採用反應磁控濺射、離子束淀積、雙離子束濺射、激光束淀積(PLD)、等離子體輔助CVD和離子注人等方法都可以制備出CNx薄膜。在絕大多數情況下，所制備薄膜都是非晶態的，N／C比最大為45％，也即CNx總是富碳的。與C-BN的情況類似，CNx薄膜的制備需要離子的轟擊，薄膜中存在很大的內應力，需要進一步降低薄膜內應力，提高薄膜的結合力才能獲得實際應用。至於是否真正能夠獲得硬度超過金剛石的B-C3N4，現在還不能作任何結論。
6 納米復合膜和納米復合多層膜
以納米厚度薄膜交替沉積獲得的納米復合膜的硬度與每層薄膜的厚度(調制周期)有關，有可能高於每一種組成薄膜的硬度。例如，TiN的硬度為2l GPa，NbN的硬度僅為14GPa，但TiN／NbN納米復合多層膜的硬度卻為5lGPa。而TiYN／VN納米復合多層膜的硬度競高達78GPa，接近了金剛石的硬度。最近，納米晶粒復合的TiN／SiNx薄膜材料的硬度達到了創記錄的105GPa，可以說完全達到了金剛石的硬度。這一令人驚異的結果曾經過同一研究組的不同研究者和不同研究組的反復重復驗證，證明無誤。這可能是第一次獲得硬度可與金剛石相比擬的超硬薄膜材料。其意義是顯而易見的。
關於為何能夠獲得金剛石硬度的解釋並無完全令人信服的定論。有人認為在納米多層復合膜的情況下，納米多層膜的界面有效地阻止了位錯的滑移，使裂紋難以擴展，從而引起硬度的反常升高。而在納米晶粒復合膜的情況下則可能是在TiN薄膜的納米晶粒晶界和高度彌散分布的納米共格SiNx粒子周圍的應變場所引起的強化效應導致硬度的急劇升高。
無論上述的理論解釋是否完全合理，這種納米復合多層膜和納米晶粒復合膜應用前景是十分明朗的。納米復合多層膜不僅硬度很高，摩擦系數也較小，因此是理想的工具(模具)塗層材料。它們的出現向金剛石作為最硬的材料的地位提出了嚴峻的挑戰。同時在經濟性上也有十分明顯的優勢，因此具有非常好的市場前景。但是，由於還有一些技術問題沒有得到解決，目前暫時還未在工業上得到廣泛應用。
可以想見隨著技術上的進一步成熟，這類材料可能迅速獲得工業化應用。雖然鈉米多層膜和鈉米晶粒復合膜已經對金剛石硬度最高的地位提出了嚴峻的挑戰，但就我所見，我認為它們不可能完全代替金剛石。金剛石膜是一種用途十分廣泛的多功能材料，應用並不局限於超硬材料。且金剛石膜可以做成厚度很大(超過2mm)的自支撐膜，對於納米復合多層膜和納米復合膜來說，是無論如何也不可能的。
僅供參考，請自借鑒
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2. 刀具磨損的檢測與監控方法
刀具狀態檢測方法可分為直接測量法和間接測量法。
1.直接測量法
直接測量法能夠識別刀刃外觀、表面質量或幾何形狀的變化，一般只能在不切削時進行，它有兩個明顯的缺點：一是要求停機檢測；二是不能檢測出加工過程中出現的刀具突然破損。國內外採用的刀具磨損量的直接測量法有：電阻測量法、刀具工件間距測量法、光學測量法、放電電流測量法、射線測量法、微結構鍍層法及計算機圖像處理法。
（1）電阻測量法
該方法利用待測切削刃與感測器接觸產生的電信號脈沖，來測量待測刀具的實際磨損狀態。該方法的優點在於感測器價格低廉，缺點是感測器的選材必須十分注意，既要有良好的可切削性，又要對刀具壽命無明顯的影響，而且工作不太可靠，因為切屑和刀具上的積屑可能引起感測器接觸部分短路，從而影響精度。
（2）刀具工件間距測量法
切削過程中隨著刀具的磨損，刀具與工件間的距離減小，此距離可用電子千分尺、超聲波測量儀、氣動測量儀、電感位移感測器等進行測量。但是這種方法的靈敏度易受工件表面溫度、表面品質、冷卻液及工件尺寸等因素的影響，使其應用收到一定限制。
（3）光學測量法
光學測量法的原理是磨損區比未磨損區有更強的光反射能力，刀具磨損越大，刀刃反光面積就越大，感測器檢測的光通量就越大。由於熱應力引起的變形及切削力引起的刀具位移都影響檢測結果，所以該方法所測得的結果並非真實的磨損量，而是包含了上述因素在內的一個相對值，此法在刀具直徑較大時效果較好。
（4）放電電流測量法
將切削力刀具與感測器之間加上高壓電，在測量迴路中流過的（弧光放電）電流大小就取決於刀刃的幾何形狀（即刀尖到放電電極間的距離）。該方法的優點是可以進行在線檢測，檢測崩齒、斷刀等刀具幾何尺寸的變化，但不能精確地測量刀刃的幾何尺寸。
（5）射線測量法
將有放射性的物質摻入刀具材料內，當刀具磨損時，放射性的物質微粒就會隨切屑一起通過一個預先設計好的射線測量器。射線測量器中所測得的量是同刀具磨損密切相關的，射線劑量的大小就反映了刀具磨損量的大小。該法的最大弱點是放射性物質對環境的污染大，對人體健康非常不利。此外，盡管此法可以測量刀具的磨損量，並不能准確地測定刀具切削刃的狀態。因此，該法僅適用於某些特殊場合，不宜廣泛採用。
（6）微結構鍍層法
將微結構導電鍍層同刀具的耐磨保護層結合在一起。微結構導電鍍層的電阻隨著刀具磨損狀態的變化而變化，磨損量越大，電阻就越小。當刀具出現崩齒、折斷及過度磨損現象時，電阻趨於零。該方法的優點是檢測電路簡單，檢測精度高，可以實現在線檢測。缺點是對微結構導電鍍層的要求很高：要具有良好的耐磨性、耐高溫性和抗沖擊性能。
（7）計算機圖像處理法
計算機圖像處理法是一種快捷、無接觸、無磨損的檢測方法，它可以精確地檢測每個刀刃上不同形式的磨損狀態。這種檢測系統通常由CCD攝像機、光源和計算機構成。但由於光學設備對環境的要求很高，而實際生產中刀具的工作環境非常惡劣（如冷卻介質、切屑等），故該方法目前僅適用於實驗室自動檢測。
2.間接測量法
間接測量法利用刀具磨損或將要破損時的狀態對不同的工作參數的影響效果，測量反映刀具磨損、破損的各種影響程度的參量，能在刀具切削時進行檢測，不影響切削加工過程，其不足之處在於檢測到的各種過程信號中含有大量的干擾因素。盡管如此，隨著信號分析處理技術、模式識別技術的發展，這一方法己成為一種主流方法，並取得了很好的效果。國內外採用的刀具磨損的間接測量法有：切削力測量法、機械功率測量法、聲發射、熱電壓測量法、振動信號及多信息融合檢測。
（1）聲發射信號測量法
聲發射技術用於監測刀具的磨、破損是近年來聲發射在無損檢測領域方面新開辟的一個應用領域。其原理是當固體材料在發生變形、斷裂和相變時會引起應變能的迅速釋放，聲發射就是隨之產生的彈性應力波。當刀具破損時可檢測到幅值較高的AE信號。聲發射刀具監控技術被公認是一種最具潛力的新型監控技術，進入80年代以來，國內外致力於開發和應用該技術，已獲得較大成果。早在1977年Iwatak和Moriwaki提出了用聲發射技術對刀具磨損進行在線檢測。在此基礎上，Moriwaki提出了聲發射刀具破損檢測方法。Kannatey-Asibu和Dornfeld從理論上研究了聲發射信號的頻譜特徵，並結合模式識別方法實現了對刀具破損的在線監測。我國聲發射監測技術研究盡管起步較晚，但發展迅速。黃惟公採用包絡分析法求取刀具磨損中聲發射信號的包絡線，用時序模型的參數作為特徵值，通過神經網路對刀具磨損方程進行辨識，實驗證明效果良好；李曉利對鏜削過程中的典型AE信號進行FFT分析，通過在頻域里AE信號幅值的變化反映刀具磨損狀態；袁哲俊對切削過程中的聲發射信號進行小波包分解，獲取信號各頻段的能量分布，以此作為信號特徵，並建立基於模糊推理的快速神經網路模型識別刀具磨損狀態。由日本Murakami Giken公司研製的chip-55A型刀具破損監控儀採用聲發射監控技術，實施對加工過程中刀具狀態的監控，該產品與其公司生產的數控銑床配套使用，效果良好。
（2）切削力信號測量法
切削力變化是切削過程中與刀具磨、破損狀態最為密切相關的一種物理現象。採用切削力作為檢測信號，具有拾取容易，反應迅速、靈敏等優點，是在線方法中研究較多、很有希望突破的一種方法，所以是加工中心和FMS中測量刀具破損的常用方法。
基於切削力的監測方法，採用的監測數據主要有切削分力，切削分力比，動態切削力的頻譜和相關函數等。當刀具破損時，切削力變化敏感。當刀具破損較小時，刀具切削刃不鋒利，使切削力增強:當產生崩刃或斷刀時，切削深度減少或沒有，使切削力劇減。在監測切削力時，在X,Y,Z三個方向上同時對Fx,Fy,Fz三個分力進行測量，依靠裝在每個電機上的伺服放大器測量出進給電機和主軸電機的電流變化，並把電流變化傳給力閥，在顯示器上讀出被測量的力，從而判斷刀具是否破損。1977年，日本東京電機大學的村幸辰從理論和實驗兩方面深入研究了不同加工條件和刀具磨損狀態下各切削力的變化規律，發現在一定條件下切削分力比是一個能靈敏反映刀具磨損變化的特徵量，據此他提出了切削力比監測法；1984年，Lan和Dornfeld的研究表明，切向力和進給力對刀具破損具有較高的敏感性；Shiraishi等通過對加工過程的測量、檢測和控制技術的對比研究指出刀具失效的力監測法是最有潛力的方法，有著廣闊的工業應用前景，扭矩監測和切削力法一樣具有相同的研究價值；成剛虎採用了頻段均方值法通過切削力監測刀具的磨損狀態；萬軍利用切削力模型和最小二乘法實現模型自動跟蹤加工過程特性變化，從而獲取刀具磨損量。在切削力監控技術方面具有代表性的成果是瑞典Sandvik Coromant公司推出的TM-BU-1001型刀具監控儀，該系統採用的力感測器可安裝於主軸軸承、進給絲杠，可設置三個門限，一旦超限自動報警。
（3）功率測量法
功率測量法也是工業生產中應用潛力很大的方法。該方法是通過測定主軸負荷功率或電流電壓相位差及電流波形變化等來確定切削過程中刀具是否破損。該方法具有信號檢測方便，可以避免切削環境中切屑、油、煙、振動等因素的干擾，易於安裝。潘建岳在對加工中心鑽削過程功率信號分析的基礎上，提出並採用功率數據的歸原處理方法，以此建立了鑽頭磨損在線監控系統；劉曉勝將回歸分析技術和模糊分類相結合，建立了鏜削切削參數與電流之間的數學模型，間接的反映刀具磨損量與鏜削切削參數的內在聯系，並利用功率信號識別刀具磨損量；郭興提出一種基於人工神經網路的銑刀破損功率監控方法，建立了一個銑刀破損功率監控系統，實驗表明該系統能夠靈敏的檢測出刀具破損並實施監控。袁哲俊系統的研究了切削過程中刀具異常對主電機功率影響的規律，提出了用主電機功率的瞬時值、導數值、靜態平均值和動態均方值等多個參數綜合監控鑽削過程刀具異常狀態；萬軍利用離散自回歸AR模型對功率信號進行處理，其模型參數通過適應演算法在每個信號采樣時刻進行遞歸修正，以適應切削狀況，同時為了區別刀具磨損和切削條件改變引起的功率信號變化，文章引入了歸一化偏差處理，當刀具切出工件時其歸一化偏差明顯比刀具磨損時歸一化偏差的變化要小，監控時設報警門限，當歸一化偏差超限時，即刻報警，具有良好的效果。成功應用電機功率監控技術具有代表性的廠家是美國Cincinnati milacron公司，該公司開發的刀具監控系統與本公司生產的馬刀系列立式加工中心配套使用。
（4）工件尺寸測量法
加工中刀尖磨損或破損必然會引起工件尺寸發生變化，通過測量工件己加工表面的尺寸變化量，可以間接判斷出刀具的磨損、破損情況。從測量方式看，有接觸工件測量的接觸式和測量刀具工件之間間隙的非接觸式兩類。測量工件尺寸方法的優點在於能直接定量給出刀具徑向磨損或破損值，並可與加工精度的在線、實時補償結合起來，保證加工質量，實現精加工中刀具磨損、破損監測的最終目標。其缺點在於，實時測量易受測試環境干擾，冷卻液、切屑等影響測量結果;加工中工件、刀具的熱膨脹和受力變形、主軸回轉精度、進給運動精度、振動等因素也會直接影響測量的精度。此外，在加工變截面工件時，要求感測器進行准確的跟蹤定位，由此也會帶來定位的誤差，並增加了實現的難度。
（5）切削溫度測量法
切削熱也是金屬切削過程中的一個重要物理現象，刀具的磨損和破損將導致切削溫度的驟增。測量切削溫度有三種方式:(l)刀具一工件組成的自然熱電偶，可以測出切削區的平均溫度，不同的刀具、工件材料需進行標定;(2)固定在刀體內某點，由兩種金屬絲組成的熱電偶，測出的是距離刀刃一定距離處某點的溫度，存在溫度變化時響應慢、事先准備費時的問題。(3)紅外攝像系統，可測出切削區溫度場分布，具有靈敏度高，響應時間短的特點，但儀器復雜、成本高，聚焦困難，難以測出切削覆蓋處的刀具溫度。
（6）刀具與工件接觸處電阻測量法
測量原理可分為兩種:一種是根據刀具磨損使刀具與工件接觸面積增大而引起接觸電阻減小的效應，這種方法受切削用量影響較大並有絕緣要求；二是在刀具後刀面上貼一層薄膜導體，它隨著刀具磨損而消耗，根據其電阻的變化可知刀具後刀面的磨損量。此方法精度高，但需每把刀具都粘貼薄膜電阻，且在高溫、高壓下薄膜電阻易脫落。該方法應用於實際工況，目前還不太現實。
（7）振動頻率測量法
刀具在切削過程中，工件與磨損的刀刃部側面摩擦，會產生不同頻率的振動。對這種振動的監測有兩種方法:一是把振幅分成高低兩部分，在切削過程中對此兩部分振幅進行對比;二是把振幅分成幾個獨立的幅帶，用微處理機對這些幅帶進行不斷地記錄及分析，即能監測出刀具後刀面的磨損程度。美國國家標准局自動化研究所在鑽削加工中利用振動信息方面取得了成功的經驗。研製成的系統是利用裝在工件上的加速度感測器對振動信息進行時效分析，識別鑽頭的磨損並判斷鑽頭的折斷。
（8）工件表面粗糙度測量法
隨著刀具磨損程度的增加或破損的發生，工件己加工表面的粗糙度將呈增大趨勢，據此可間接評價出刀具的磨損或破損狀況。測量工件表面粗糙度的方法也可分為兩類。一類是劃針式接觸測量，可直接得出表面粗糙度的評價參數R。此類方法僅適於靜態測量。目前，絕大多數此類方法僅適用於計量室或實驗室環境。另一類是非接觸式光學反射測量，得出的是工件表面粗糙度的相對值，自動監測中通常採用光纖感測器和激光測試系統兩種類型。此類方法測試效率高，可以不留痕跡地測量軟質材料的工件表面，但事先需採用樣品標定，受切削液、切屑、工件材質、振動等的影響較大。當前還達不到實際應用水平。
（9）電流信號測量法
該方法簡稱MCSA，利用感應電動機的定子電流作為信號分析的切入點，研究其特徵與故障的對應關系。其基本原理是：隨著刀具磨損的增大，切削力矩增大，機床所消耗的功率增大或電流上升，故 可實現在線檢測刀具磨損。MCSA具有測試便利、信息集成度高、傳動路徑直接、信號提取方便、不受加工環境的影響、價格低、易於移植等特點，在機床這種傳動系統封閉、一般感測器比較困難安裝的場合，應該是一種值得探索的方法。
（10）熱電壓測量法
熱電壓測量法利用熱點效應原理，即兩種不同導體的接觸點在受熱時，將在兩導體的另一端之間產生一個電壓，這個電壓的大小取決於導體的電特性 及接觸點與自由端之間的溫度差。當刀具和加工工件是由不同材料構成時，在刀具與工件之間就可以產生一個與切削溫度相關的熱電壓。這個電壓就可以作為刀具磨損量的一個度量，因為隨著刀具磨損量的增大，熱電壓也隨之增大。該方法的有點是價格便宜，精度較高，使用簡便，特別適用於高速加工區，缺點是對感測器材料及精度要求高，只能進行間隔式檢測。
3. 機械工程類論文
機械工程技術作為工業領域中不可缺少的生產手段,其有著舉足輕重的作用,而且其還是提升國家經濟水平的重要工具。下文是我為大家蒐集整理的的內容，歡迎大家閱讀參考!
篇1
淺談機械裝置自動化技術
摘要：機械裝置在工業生產中佔有很重要的地位，特別是難度高、危險、工作量大的工程都是需要機械裝置的使用。文章首先對機械裝置自動化技術進行了簡單的概述，之後著重分析了其實踐應用。
關鍵字：機械裝置;自動化技術;實踐運用
在工業經濟的大背景下，自動化技術一直處於不斷發展之中，自動化至今為止並沒有一個准確的定義，因為其在相關技術的支援下不斷革新，當前的自動化技術主要將計算機技術和人工智慧技術作為基礎，通過計算機程式來模擬人的思維，用機械裝置代替人類進行各項活動，當前機械裝置自動化技術已經被廣泛應用於各個領域中。
1機械裝置自動化技術概述
總結來說機械裝置自動化技術具備以下優點：首先，能夠節省大量人力，機械裝置自動化被應用以後，很多產業真正實現了批量生產，一個機床甚至一個車間只需要一個操控人員，生產效率大大提升;其次，機械裝置在計算機系統的操控下能夠精確完成各項動作指令，只要指揮沒有失誤，機械動作就不會出現失誤，可以說裝置技術水平比經驗最豐富的生產師傅還要高，因此產品質量明顯提升;最後，該項技術的應用能夠排除一些不確定因素的干擾，大大提升生產速度，人們可以根據標准生產速度預計月、季度以及年生產量，而且隨著技術的進一步發展，生產速度仍有上升空間[1]。
2機械裝置自動化技術的實踐運用
2.1各類刀具的自動化應用
工業生產過程中離不開各類刀具，尤其是與金屬加工相關的行業，切削過程中都要將刀具作為主要工具，機械裝置自動化技術還不發達的年代，使用這些刀具時對人的依賴程度比較高，換刀以及走刀過程需要浪費很多時間，切削時還容易出現失誤，隨著機械裝置自動化技術的發展，刀具的使用向著自動化的方向發展，普通機床以及自動機床在使用刀具時對人的依賴程度大大降低，工人們不再需要親自動手完成選刀、換刀以及走刀等一些列過程，這些刀具會根據計算機程式自動完成這些動作，不僅節省時間，且不容易出現失誤，技術人員只需要在操控室里觀察整個過程，如果出現偏差直接在電腦中調整引數即可，既便捷又安全。
2.2運用於機械加工中
機械裝置自動化技術在機械加工中的應用非常普遍，比較典型的就是自動化加工裝逗乎置，自動化加工裝置主要有兩種型別，一種是全自動化，其能夠完全實現迴圈自動化加工，同時裝卸工件的過程也完全實現自動化，另一種是半自動化，只能做到前半部分，裝卸工件過程需要依靠人工，加工過程自動化可以代替人們絕大多數的體力勞動，甚至可以代替一部分腦力勞動。例如當前大多數機械加工過程所使用的都是數控機床，對加工過程進行自動化控制，能夠按照人們的要求批量加工出各類零件，實現流水作業。
2.3運用於計算機輔助設計與工藝中
計算機輔助製造包含很多內容，需要計算機輔助設計提供幫助，從廣義的角度來說，設計內容包括所有與物流相關事項，從狹義的角度來說，是指生產裝備間的活動，我們可以將其理解為數控程式設計，無論是廣義的角度理解還是從狹義的角度理解，設計中都要將機械裝置自動化技術作為根本依據。而在一些輔助工藝的設計中，人們可以根據實際需要對工藝流程進行優化，提升程式設計效率的同時，還能提升技術的精準度。而無論是設計過程還是在生產過程，都涉及到大量與生產過程有關的資料，將這些資料集中在一起進行統一管理，包括生產物料資訊、生產工藝流程、年度生產計劃、成本控制計劃以及產品訂單資訊等，這些資訊共同構成了生產過程的資訊流，資訊流的自動化管理實際上就是對整個產品生產周期的管理。
2.4運用於物流供輸中
機械製造中有一個非常重要的環節就是物流供輸，只有物流供輸過程順利進行，生產過程所需要的物料才能被及時運送到裝置處或者是倉儲處，機械生產過程才能持續下去。物流供輸過程的自動化，就是在生產系統中輸入物料名稱，系統就會根據流程判斷出該物料應仿指洞該輸送到何處，並作出輸送指令，輸送機械就會根據指令完成輸送動作。物流供輸系統中包括以下幾項內容：其一是單機供料裝置，該裝置中包括備枯五種機器，分別用於存料、隔料、上料以及輸料，另外其中還包括一組定位裝置，用來判斷物料輸送的具 *** 置;其二為連續輸送裝置，其中包括帶式、棍式以及鏈式輸送系統，還包括很多傳送帶，除此之外還有一個特殊的裝置叫做返回裝置，如果由於輸入錯誤或者是指令錯誤導致物料運輸失誤，就可以啟動該裝置將物料運回;其三為運輸小車，對於一些特殊物料就需要使用運輸小車運輸，例如鋼廠會使用有軌小車運煤，使用懸掛車運輸鋼卷等;其四是工業機器人，由於位置特殊其他裝置無法將物料輸送到時，工業機器人就能發揮作用;其五的儲存裝置，其中包括中央刀庫以及自動化立體倉庫。
2.5應用於裝配過程中
工業生產除了加工以外還有一個重要的過程就是轉配，就是將加工好的零件按照技術要求組合在一起，形成基礎部件或套件，最終裝配成完整的產品，機械裝置自動化技術最初發展起來的時候人們都將重點放在加工環節，而裝配環節主要依靠人工，大量技術工人由加工環節向裝配環節轉移，但是實踐表明人工裝配無論如何也滿足不了實際需求，於是人們開始研究自動化裝配。零件裝配質量會對產品質量產生直接影響，從技術角度來說，裝配過程要比加工過程更加復雜，因為其不屬於完全的流水化生產過程，需要自動化裝配系統具有一定的判斷力，能夠自動判斷出連線處或者是接觸處是否符合標准要求，連線的是否牢靠等，這就需要人工智慧技術提供支援，使自動裝配系統能夠模仿人腦思維。
2.6應用於檢測過程中
檢測是所有工業生產過程中必須可少的環節，能夠及時發現零件或者成品中存在的問題，避免一些不合格產品流入市場，例如汽車製造業就會對每一個零件進行檢測，確認尺寸、材料等所有特性都符合標准要求以後才可以進行裝配，同樣裝配完成以後仍舊要對裝配情況進行檢測，隨著加工和裝配過程的自動化，人工檢測已經不能滿足生產要求，各類自動化識別技術應運而生，例如，在對切削刀具的磨損情況進行檢查時，就可以將電流訊號作為依據，也可以根據人工神經網路做出判斷，自動化技術的應用大大提升了檢測效率，也提升了檢測結果的准確性。
機械裝置自動化技術具有悠久的歷史，在工業經濟的發展中具有不可替代的作用，到目前為止其仍舊處於進一步發展中，在計算機技術以及人工智慧技術越來越發達的今天，機械裝置自動化技術仍舊有非常大的發展空間。
參考文獻
[1]黃學俊.自動化技術在機械裝置製造中的應用[J].中國高新技術企業,2015,111330:60-61.
篇2
淺析機械結構優化設計的應用與展望
一、機械結構優化設計的關鍵技術與理論
機械結構優化設計中有許多的關鍵技術與理論，它們對機械結構優化設計的發展和應用起著十分重要的作用。歸結起來，其中的主要關鍵技術與理論有以下幾個方面：
機械結構優化設計的思想和理論;優化方法;建模技術;結構分析技術;結構重分析技術;敏度分析技術;軟體開發技術。機械結構優化設計的研究與開發主要集中在這幾個方面，不斷有新的理論、方法與技術出現，也有一些其他學科的相關知識和新理論被引入結構優化設計，並且大大拓寬了該方法的應用領域和范圍，為機械結構優化設計的發展注入了新的活力。
二、機械結構優化設計的應用
1.航空航天
航空航天技術代表著一個國家科學技術的綜合水平與實力，大量的先進科學技術首先在航空航天領域推廣應用或發明、開發，而機械結構優化設計發展最快、應用最廣和作用最大的領域也在航空航天。由於該領域的特殊地位，機械結構優化設計得到了廣泛的應用和充分的重視。目前，結構優化設計的大量研究集中在航空航天領域，同時也發表了大量的研究論文和研究報告。國內進行了有關飛機機身、飛機翼面、飛機結構整體、火箭發動機殼體、航空發動機輪盤、機身承力框架等結構優化設計方面的研究，發表了許多論文。而在國外，有關結構優化設計在航空航天工業中應用的研究更是層出不窮，發表了大量的研究報告和論文，一些著名的結構優化設計專家學者都在從事該領域的研究等。我國的航空航天工業已經取得了巨大的成功，其中機械結構優化設計應用是其重要的因素之一，而且必將成為越來越大的角色之一，為我國航海空航天事業的發展做出很大的貢獻。
2.船舶工業
船舶結構優化設計方法的研究相對起步較晚，我國開始研究船舶結構優化設計比國外晚了近十年。但是，我國的船舶結構優化設計也取得了較大的成果，在潛艇結構、中小型集裝箱結構、油船剖面、潛艇外部液壓艙等結構優化設計方面進行了研究，提高了相關研究物件的效能，為船舶設計提供了一種可靠、精確的設計方法。
3.通用機械和機床
通用機械和機床的結構優化設計也是一個機械結構優化設計成功應用的領域，把有限元技術與優化技術結合起來，機械結構優化設計對大型復雜機械結構件的設計是一種有效、精確的方法。由於一般的機械零部件都是連續體結構，結構分析非常復雜，進行結構優化設計比較困難。國內的相關研究比較突出，發表了大量的研究論文和報告，陳立周、孫煥純等根據機械設計中離散設計變數較多的情況，提出了離散設計變數結構優化設計方法;孫靖民、米成秋對機床床身等部件進行了結構優化設計;賙濟等研究了圓柱拉壓彈簧動載下的結構優化設計;鍾毅芳、唐增寶等進行了液力傳動系和雙級齒輪減速器的結構優化設計研究;方宗德等完成了斜齒輪三維修形的優化設計;秦東晨、方剛等完成了復雜箱形梁的結構優化設計研究等。通過這些研究工作的開展，通用機械和機床的設計有了一種快速、有效、可靠的設計方法，提高機械產品的設計水平。
4.汽車工業
汽車工業是一個不斷創新、發展的重要行業，各個國家和地區都十分重視汽車工業的發展。因此，先進的機械結構優化設計方法也就在此行業得到推廣和應用，國內外出現了大量的研究成果。馮振東等進行了萬向節傳動布局的支承動態結構優化設計;田振中研究了特種汽車車身的結構優化設計;馮國勝對汽車車架的結構優化設計進行了研究;章一鳴等研究了汽車懸掛系統的優化設計;上官文斌等進行了發動機懸置系統的優化設計;秦東晨等對汽車車身進行了結構優化設計等。汽車工業已經成為機械結構優化設計廣泛應用的一個領域。
三、機械結構優化設計的展望
結構優化設計隨著最優化方法的不斷發展和改善，已逐漸得以發展。
拓撲優化、材料優化和形狀優化的整合在機械結構和部件設計中具有重要的實用價值，是近年來出現的並行設計的重要組成部分，仍將是下一步研究工作的重點。拓撲優化能夠為結構的方案設計提供科學的依據，使復雜結構和部件在概念設計階段即可靈活地、理性地優選方案，有望用於大型實際結構優化設計求解。拓撲優化研究中提出的均勻化方法等，可以將材料選擇，布局優化和形狀優化整合一體，為並行地設計材料、工藝和結構提供科學的手段，有關方法的研究，實用化軟體開發及應用是有意義的。但是要處理龐大的有限元和優化模型計算量增大，應力約束處理、對「多孔狀」材料分布圓整化，單元消失可能會對計算模型造成病態等問題。
動態特性優化是機械繫統和結構設計應用研究的一個重要方向。特徵向量、動力響應量的靈敏度分析、高度密集頻率的動力學問題的分析和優化設計，大型動力優化問題的建模和求解方法，非線性分析在優化中的應用，使優化技術的作用從對設計方案的優化延伸到加工工藝過程的優化，仍是極富有研究和應用價值。
結構優化技術在工程設計中的進一步推廣應用仍具實用價值，要解決優化設計的有限元模型的龐大性，解決結構優化與多學科設計問題交叉問題。對於機構、結構和機械裝置的可靠性與健壯性是大型工業裝備設計時十分關心的問題，綜合考慮可靠度，健壯性及成本的全效能優化設計理論、方法及其應用，將給出更為接近實際的結果，應予重視。在這類問題的研究中，對包括模糊性和隨機性的不確定因素應予注意。為促進優化設計為工程實際服務，進一步開展實用性，通用性的結構化設計軟體的開發和完善工作也是十分迫切的。