一体化设计

一体化设计（精选十篇）

一体化设计 篇1

在上述设计理念的引导下, 同时作为中国建筑设计研究院集团旗下的一支专业化设计团队, 我们肩负着更多的社会责任, 在住宅产业化的推进方面及住宅产品的研发、住宅标准部配件的推广运用等科研方面都在不断地投入、不断地努力。随着市场全装修房的需求不断增加, 并逐渐形成主流, 政府相关部门的关注力度及推广力度也在逐渐加大, 通过住宅产业化实现住宅建设的新一轮革命, 通过住宅产业化实现对居住观的引导。针对这一课题, 我院进行了多项开放性的研究, 如全装修住宅一体化设计、住宅设计总承包等。

一、全装修住宅一体化设计

1. 优势及新技术应用

首先对住宅一体化设计的概念我们暂且这样理解:在住宅项目开发过程中, 整合各种设计资源和技术资源, 贯穿项目全过程, 配合项目的开发、进度, 使其达到资源配置及产品性能最优化的设计方法。它的内容包括:规划设计、建筑设计、全装修设计、园林景观设计、设备 (水、暖、电) 的精细化设计, 以及部品部件的标准化设计, 并对供应商产品的设计进行把控。通过对以上设计内容的全方位整合, 提供终端设计产品和服务。

1.1.全装修住宅一体化设计优势

(1) 节约设计成本:与建筑设计同步, 整体性强、资源共享。

(2) 点位精确尺寸统一, 空间细节化, 减少土建与装修、装修与部品之间的冲突和通病。

(3) 设备配套精细化:提升居住环境舒适度。

(4) 保证质量和节约时间:部品工厂化、模数化设计。

下面通过我院操作的具体项目, 以全装修为例对住宅一体化设计的优势进行案例分析。

优势一点位精确:全装修设计与建筑设计统一, 冲突的方面可在设计阶段解决, 减少土建与装修装修与部品之间的冲突和通病。 (如:插座、热水器的管线、空调洞口等)

室内空调机案例:传统设计往往是土建与装修设计没有同步进行, 带来空调留洞和插座位置比较随意, 空调管线外露。在一体化设计中, 我们将室内机位置确定后, 空调管考虑通过内隔墙暗埋再直接出室外, 插座位置也相对隐蔽, 达到良好的感官效果。

阳台案例:在这个项目中, 可以说是对阳台空间的一次革命性设计, 彻底解放阳台的使用空间, 阳台内没有任何暴露的管线。使在传统设计或二次装修设计中无法解决的诸多管线, 如雨水立管, 上、下水立横管, 电源插座等通过一体化设计, 提前预设在墙体内, 只留出精确的使用点位, 给小业主带来物超所值的感受。

点位精确的案例还有, 主卧室床头设置人性化的双控开关、卫生间设置“卫洗丽”插座、客厅背景墙的电视音响的诸多电线通过墙体内埋穿管、走廊设置夜视灯等。

优势二标准化部品与室内空间尺寸统一:部品设计与建筑设计、室内设计同步, 在设计阶段整合, 与室内空间尺寸保持一致, 整体性强、资源共享、节约设计成本, 同时提升部品质量。 (如:工厂化整体橱柜、固定家具、套装门等)

玄关、储物柜案例:通过室内设计师的提前介入, 住宅的细部空间得到更合理的设计, 如玄关、储物柜、固定家具、套装门等在三维空间里充分一致, 整体性强。配电箱的位置也可以更隐蔽, 细节考虑更周到。同时采用工厂化加工, 进而节约成本, 提升部品的质量。

优势三空间细节人性化:使用空间在全装修设计中得到充分合理利用, 真正做到以人为本。 (如:厨房、卫生间、储藏收纳功能空间、细节的人性化设计等)

厨房空间细部案例:通过室内设计的提前介入, 能够对住宅设计中的功能房间 (如厨房、卫生间、收纳空间等) 一次性精确设计到位。在方案阶段就对这些空间进行人体尺度的系统分析, 合理安排使用空间, 真正做到以人为本。

外窗采用安全夹层玻璃作为防护案例:解决了传统设计中长久以来悬而未决的问题, 传统设计采用防护栏杆, 既不美观又影响使用。我们在一体化设计过程中, 没有把这个问题再留给业主, 在设计前期就积极与门窗厂家充分沟通, 最终由建筑师主导, 由工厂一次性加工成型, 既美观, 又起到了安全防护功能。

优势四设备配置合理化、配合统一化:与建筑设计、室内装修设计同步, 提高住宅的使用性能。 (如:中央空调、地暖、净水软水、智能设计、同层排水系统等)

1.2.全装修住宅一体化的新技术应用

在方案早期, 我院也非常重视对新技术的推广和应用, 也得益于政府和开发商的大力支持。我们通过一些新技术、新设备的嵌入, 来贯穿设计全过程, 从而达到最终使用效果, 提高住宅的使用性能。如中央空调、地暖、净水软水系统、智能化设计, 同层排水系统等。

新技术一干法施工:它是实现全装修的一种手段, 目的是使设备分离。我们都知道, 装修的寿命与建筑的使用寿命是不一样的, 建筑的使用寿命是七十年, 而装修寿命基本上五年一个周期, 在使用中会有二次、三次的装修。通过设备的分离, 管线不是埋设在钢筋混凝土楼板中, 采用敷设在架空地板、薄吊顶和轻钢龙骨石膏板隔墙内, 为以后的装修方便, 才能实现真正意义上的全装修。这项技术又能做到节能环保, 缩短工期, 使土建施工与装修施工同步进行, 还可以增加有效使用空间, 从而提高住宅的产品性能。我们采用的干法施工体系主要为:

(1) 墙体系统:装修完内墙实际效果非常平整挺拔

·轻钢龙骨石膏板隔墙

·石膏板干墙系统

·ALC板墙体

·EPS墙面内保温系统

(2) 轻钢龙骨薄吊顶系统:薄吊顶系统, 有利于管线的敷设, 同时隔声性能好

(3) 架空隔音地板系统:架空地板有良好的减噪、隔声措施

(4) 瓷砖干贴系统:卫生间的瓷砖干贴系统, 它的强度是传统水泥铺贴的五倍左右

新技术二预制混凝土构件技术-PC技术:我们在内装修新技术运用的同时通过一体化设计, 在外装修上借助万科金色里程项目也尝试了一项复杂的新技术——PC技术, 即预制混凝土构件技术。它是工业化住宅的一项体现, 通过工厂预制, 现场装配来实现的。这项技术使外墙的美观、平整度、密实度、防水等性能都得到质的飞跃。

我们在日本和香港PC技术研究的基础上, 在工程项目中, 融合两种PC的工法, 结合户型特点, 形成中国特色的PC:

(1) 结构主体采用剪力墙体系, 使室内空间完整, 同时外墙PC又可做为剪力墙的外部模板

(2) PC纯外挂, 不参与主体受力:主要是尊重现有国家的结构技术规范要求

(3) 发挥日本PC工法的优势, 细部节点处理安全性、防水性高

(4) 配筋模式采用香港的L型方案, 降低造价, 减薄外墙厚度, 从而加大内部使用空间。

PCF, 外门窗PC, 阳台、空调板PC和所有细部构造都另有PC构件工厂加工图来深化, 细内部楼梯的PC。到一个螺栓的设计。

图片三一块PC墙体的工厂加工图:面砖分格、设备留洞、门窗安装尺寸, 运输、吊装支撑所需的连接件等都精确表示出来, 使其在工厂内一次加工成形, 最终达到现场精准, 美观的效果, 也杜绝了外门窗的渗漏问题。

2. 全装修住宅一体化设计与管理

以全装修为例, 谈谈如何实现住宅一体化设计与管理。我们认为, 一体化设计流程可以用两种方式来实现。

方式一:在传统设计过程中, 将全装修思路前置, 从方案到施工图贯穿并同步进行, 不同节点控制不同的设计内容, 避免了传统施工图出图后再进行装修设计, 而造成设备图纸几乎无法使用, 建筑与结构图纸也有不同程度的修改, 不断现场变更, 敲敲打打延误工期, 同时质量又得不到保证。一体化设计中, 还增加了一项样板房施工, 通过这一阶段, 检讨图纸内容, 使大批量投入施工后, 修改量减少到极限, 又缩短了工期, 节约成本, 同时品质得到根本保证。

一体化设计管理流程: (见表一)

方式二:产品研发。首先在方案户型确定后由建筑师组织与室内设计师、设备工程师及结构工程师共同对产品进行多方位研究, 如面积的精确核算, 结构体系的经济合理, 对各种性能 (如日照、通风、采光、节能、流线等) 的分析及各种功能 (如储物空间、顶棚、地面、卫生间、厨房等) 的分析。同时与开发商的成本采购、销售等部门共同确定外部材料、内部材料、设备选型、部配件选型等以确定最初的产品定位。在此基础上进行扩初、施工图的深化工作, 并在设计过程中对细节进行反复检讨、推敲, 最终形成全装修内容的全套施工图纸。并总结出详尽的产品成果清单及产品说明, 内容包括对产品的质量、性能、成本概算、适用范围, 操作注意事项等详尽描述, 对产品成果精确把控。

我院完成的多项住宅产品研发成果, 都以为开发商投入使用, 给项目带来极大的经济效益和品质效益。

研发成果案例:建筑材料清单 (见下图)

二、项目设计总包管理

现有开发项目中, 设计管理的通病主要体现在对一家开发商来说, 同时操作的项目多, 带来设计归口管理人员多, 面对的设计单位技术类型复杂, 同一项目细分设计单位众多, 使内、外部协调应接不暇, 难度和压力都可想而知, 而往往工期得不到保证, 最终产品效果也并不理想。

以主体施工图设计单位为基础的总包管理可以充分发挥设计院的技术专长及技术判断力, 整合所有分项设计单位资源, 由设计院变为一个设计出口对接开发商, 从而替开发商解决了设计环节的诸多困扰。

在具体项目总包管理实施后, 开发商也对此进行了绩效考核, 在效率和品质两方面效果突出, 同时也提升开发商对设计院的重视程度, 进而达成长远合作意愿。

项目设计总包管理的职责范围主要体现在设计管理总包负责协助整和所有设计资源, 直接对口开发商的设计管理部门, 通过对项目的造价、进度、质量、沟通等方面的综合管理, 以达到整个设计过程的完整性, 减少开发商的设计管理成本, 使整个项目设计过程更加专业化、统一化。

模式与工作方式

模式:以设计院的项目设总担任项目总包负责人, 同时设立专职项目经理配合设总与下属各专业设计团队共同形成总包管理团队。

工作方式主要体现在:每周确保3个工作日 (根据实际情况调整) 在业主方工作场所工作;周例会制;电话、E-mail形式进行日常沟通;服务迅速——对所有技术归口问题在24小时内做出判断并提出解决方案。

通过以上管理模式及工作方式的操作, 从而实现对项目设计全过程管理服务。

绩效表现:通过总包管理项目操作的综合效率大大提高, 主要体现在以下几点:缩短沟通周期;提高个人工作效率;降低设计变更率;提高变更反应速度;提高计划完成率。

项目的品质在以下几方面也有大幅度提升:提高图纸质量;降低设计失误率;工作流程规范化;提升设计院的管理水平;提升设计岗位的执行力;整合各方资源;与开发商达成更为一致的业务定位;获取行业内的专业信息和资源共享。

工作内容:

(1) 对开发商的报批报建工作进行详细的资料准备和技术沟通的支持

(2) 对项目设计总进度全面把控:对项目从详规到交房全过程进度控制

(3) 各分包设计的合同统计工作

(4) 制定设计管理周报:任务拟定、节点检查、工作进度、其它设计资源的管理等具体操作内容

(5) 进行设计检查:是在施工图出图后用专业技术优势, 对最终成果进行设计把控, 对常见问题、强制性、政府关注的问题逐条检查, 减少施工出错率

(6) 制定变更汇总

(7) 制作产品后期销售资料

(8) 各阶段的经济性分析

(9) 协助进行整体的材料、成本控制

三、总结

通过具体项目操作, 我院在设计一体化的技术与管理实践过程中认为:

(1) 实现住宅产业化是住宅发展的必然趋势, 设计一体化是技术的整合的过程。

(2) 住宅全装修是设计一体化最基本的表现。

模具设计与制造一体化教学设计 篇2

——实践应用型人才教学模式的研究

模具设计与制造专业是一个专业特色鲜明、市场人才需求较大的机制类专业，根据该专业的人才培养方案，结合模具设计与制造专业人才必备设计素质要求，就其该专业的课堂教学、课后习作、课程设计、生产实习、毕业设计一体化教学设计研究谈谈自己的见解。

一、模具设计与制造专业一体化教学设计的具体含义：所谓一体化教教学设计就是将模具专业的课堂教学、课后习作、机械制造技术课程设计、模具设计与制造的课程设计、模具的数控加工技术的课程设计、生产实习以及最后的毕业设计作出一体化的规划；教师依据模具专业人才培养方案、专业课程教学大纲的教学内容，形成课堂教学、课后习作、课程设计、课程设计、生产实习以及最后的毕业设计在内的系统性目标，在教学中实行任务驱动、目标教学，；在课程设计中，有对前面任务设计的修正，也对后面设计进行铺垫，实现目标任务的系统化；在毕业的设计中，以前面的设计为基础，对前面设计进行必要的修改的同时完成后续的设计任务，以期达到从零件的结构、工艺、模具及加工直至装配的一体化全过程的设计，实现设计的规范性和适用性。笔者经过三年的教学实践，深感学生学习兴趣浓厚，掌握的基本理论扎实，设计、应用能力较强。

二、模具设计与制造专业一体化教学设计的实施方案

①针对学生由专业教研室指定相近学科老师组成模具设计研究指导小组共同拟定出某一零件一体化教学设计的具体内容，形成教学任务的主体框架及不同教学任的具体目标。②在课堂教学和课后习作中借助任务驱动，学生一人一题，明确具体目标，使学生开课前就知道学什么，过程中理论实践相结合进行练习，课后知道是否完成预定任务，达到阶段性要求。

③将其课堂习作进行系统化的整合优化，依其内容完成零件的结构设计、工艺设计、成形模具零件的设计，即模具冲压成形或塑料成形与模具设计的课程设计，为后续的机械制造技术课程设计奠定基础。

④依据上述课程设计的结果，结合机械制造技术和数控加工技术课程的教学完成模具零件的加工工艺设计并借助于生产实习实际制造出相应的产品。

对上述设计的结果进行分析，整合规范并完善其他未完成的其它副项，形成学生具有独自个性、突显个人特色的毕业设计。

三、模具设计与制造专业一体化设计必要性

①零件的制作方法各种各样，如：切削加工、特种加工、快速成形等，但以模具成形如铸造、锻造、冲压和塑料成形等方法应用较为广泛，随着科学技术的发展通过模具成形零件的范围会越来越大，机械设备中借助模具形成零件的占有率也越来越多，模具的设计任务必然越来越重。

②模具制造一模一样所体现的较强的互换性，以及零件的标准化，方便了机械的制造与维修。

③模具零件属大批量生产，但所需模具有单件小批量生产的特性，模架及螺钉、弹簧等少量零件已标准化外，非标零件所占比例较大，加重了模具的设计任务、设计人员的需求也随之增加。

④模具的设计与制造相互依存，设计的目的为了制造，制造反过来又 促进了模具设计的发展，作为模具专业的人才，不仅要求较强的动手能力，更要有较强的设计能力，特别是作为一线生产的模具专业专科人才，必须

能动手、会设计，而模具设计与制作专业一体化的教学设计把设计与制造紧密相连接，学生在设计的阶段进程中把模具的制造技术与设计技术融为一体，相互连贯，互相促进。

⑤模具设计与制造专业一体化设计把一本书一个设计，变为一专业一设计，有利于学科内容的纵、横向衔接，综合运用所学知识提高设计水平。

⑥模具设计与制造专业一体化设计把一个班一个老师的指导设计变为一个班多个不同专业老师的联合指导设计，使学生取各专家之长，聚精英之优，使设计更加优化。

⑦模具设计与制造专业一体化设计把分散分学科的设计变为专业的系统化设计，强化了学生设计的步骤和进程系统化的理念，避免了学生的重复设计。

⑧模具设计与制造专业一体化教学实际传承了通过课堂教学、课后习作、课程设计和毕业设计的优点，又促进了课堂教学、课后习作、课程设计与毕业设计的改革，与其说是一种创新，不如说是一个发展。

⑨模具设计与制造专业一体化教学设计与相关专业课程同步，如学生学完塑料成形工艺与模具设计、机械制造基础、冲压工艺与模具设计后依照其毕业设计各题框架开展模具零件的成形工艺与模具的课程设计，接着进行机械制造工艺或数控加工工艺的课程设计及生产实习，最后完成毕业设计的整体设计，这种安排分散了毕业设计的时间布局，学生可在学校完成，并能及时得到各课程老师的阶段性指导，整体设计在毕业实习中完成、大大减轻了学生边毕业实习边毕业设计的负担。这种考虑不仅时间上可行、老师的近距离指导可行，质量上也能得到保证。

陈 新 民

论机电一体化设计 篇3

【关键词】机电一体化设计；PLC提升机；电控技术

1.机电一体化技术在矿山机械应用中的作用分析

1.1电子控制系统实现机械自检

对于机电一体化来说，它可以有效的进行对于机械设备的自我检测，这也成为了它一个十分突出的优势。因为它在一定程度上为相关的工程机械的运行提供了一个动态化的监控模式，并且基于此能够更为合理的对工程机械进行操作。除此之外，对于工程之中可能会出现的问题以及事故能够提前预知并采取合理有效的措施予以解决。电子控制系统有一个十分突出的功能，那就是当设备运行时，可以对其各个部分进行有效的动态监控，这些部分主要包括发动机、传动系统、液压系统以及相应的电子系统。这一监控系统主要存在两个组成部分，分别是监控和信息处理系统以及相应的报警系统。

1.2机电一体化的应用提高了作业的精度

随着我国经济的迅速发展以及科学技术水平的进步，矿采产业的等级也随之上升，这就给矿采的质量提出了更高的要求。所以对于施工工艺的实施如果还只是停留在人为操作之上是不能适应其发展的，不仅如此，如果只是利用相关的仪器对其进行检测的话，需要多次反复检测，这就带来了相当大的工作量，对于人力以及物力也有着较大的消耗。因此，实现对于作业精度以及检测及时性的提高势在必行。而机电一体化可以进行对于这些问题的有效解决，适应了发展的需要。首先，机电一体技术能够实现对于作业模式的设定，使之形成一定的作业顺序以及作业标准，并具有一定的固定性。这样一来，就可以对矿采作业的精确程度进行一定程度的保证。不仅如此，因为相关的机械自动作业能够同参数的调整来实现对于施工精度的提高，而对于精度的设定过程是开放的，这样一来，就能够进行高精度持续作业的实现。

1.3机电一体化可以降低作业的能源消耗

传统的施工操作中，进行对于工作输出功率的调整都是人为的。但是这种调整往往过于僵化，且精确程度不高。它仅仅是做出简单的换挡以及变换转速的操作，这为进行对于能源消耗的控制制造了很大的麻烦，受到的制约较多。面对这种情况，一些厂商采取的措施是：引入相应的电子控制技术，并基于此实现对于挖掘机工作效率的有效降低，这样一来，在工作中就在很大程度上提高了燃油使用的效率。因此，机电一体化能够在很大程度上实现对于能源消耗的降低以及工作效率的提高，且效果明显。

2.基于PLC技术的矿井交流提升机电控系统

2.1电路组成结构

对于基于PLC技术的矿井交流提升机电控系统而言，其电路主要是由5部分组成的，分别是高压主电路、主控PLC电路、提升行程检测与显示电路、提升速度检测以及提升信号电路，其中，高压主电路包含了高压换向器、电动机、启动柜、动力制动电源等。

2.2系统的工作过程

首先，是由井口或者井底通过信号通信电路对开车信号进行发出，这样一来，就具备了相应的开车条件。然后由司机将制动手柄向前推离紧闸位置。主电动机松闸。司机将主令控制器的操作手柄推向正向（或反向）极端位置，这样一来，主控PLC通过对高压换向器进行一定程度上的程序控制而首先得电，同时将高压信号送入到主电动机的定子绕组之中，主电动机接入全部转子电阻启动，然后再对8段电阻进行依次切除，这样就能够对自动加速进行有效的实现。交流提升机在运行的过程当中，当主动机转动时，旋转编码器也随之进行一定程度上的转动，并输出2列a/b相脉冲，然后再将之接入到主控PLC的高速计数器HSC0的a/b相脉冲输入端，由主控PLC根据a/b脉冲的相位关系。这样一来，就可以对提升行程进行一定程度的计算，并将之有效显示出来。

3.PLC在提升机运行过程中的重要环节

在PLC提升机运行过程当中，存在着一些重要环节，对于这些重要环节要加强注意，下面对其进行简要阐述。

①安全回路通过连锁功能能够对提升机运行的安全性与可靠性进行一定程度的提升。一旦出现不正常的工作状态，PLC就会输出断电信号，从而使得安全回路运行的指示灯熄灭，这样一来，提升机就会进行相应的安全制动。对于安全回路而言，它是由多个触点与开关共同完成安全保护工作的，主要有主令控制器手柄零位连锁触电、工作闸制动手柄连锁触点、测速回路断线监视继电器KV的动合触点、过速保护继电器动合触点、常速保护继电器动合触点、高压油过压辅助动合触点、制动油过压输出动断触点、过卷开关松绳保护开关、闸瓦磨损保护开关、调绳开关调绳闭锁贿赂触电等触电、元件等。

②开车前的准备条件：在开车之前，需要满足相应的准备条件，才能进行开车。首先，要将制动手柄至全抱闸位置，并使得主令控制器处于中间位置，即接通状态。同时，主回路和辅助回路送电。

③停车：当达到停车点之时，换向开关就会被撞开，使得工作闸继电器处于断电状态，并对工作制动进行有效的自动实现。除此之外，对于提升机的控制而言，只能选择反向运转，这样一来，就能够对自动换向进行有效实现。

【参考文献】

[1]殷际英.光机电一体化实用技术[M].北京：化学工业出版社，2003.

[2]芮延年.机电一体化系统设计[M].北京：机械工业出版社，2004.

机电一体化系统设计 篇4

关键词：机电一体化,传感器,发展趋势

0 引言

现代科学技术的不断发展,极大地推动了不同学科的交叉与渗透,导致了工程领域的技术革命与改造。在机械工程领域,由于微电子技术和计算机技术的迅速发展及其向机械工业的渗透所形成的机电一体化,使机械工业的技术结构、产品机构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化,使工业生产由“机械电气化”迈入了“机电一体化”为特征的发展阶段。

1 机电一体化认识

日本在1971年提出一个新的英文集成名词“Mechatronics”词首Mecha取自Mechanics(机械学),词尾tronics取自Electronics(电子学)。我国经常译为机电一体化或机械电子学。在1981年德国工程师协会,德国电气工程技术人员协会共同组成的精密工程技术专家组提出的“关于大学精密工程技术专业的建议书”中,把精密工程技术定义为光-机-电一体化的综合技术。它包括机械(含液压,气动及微机械),电工与电子,光学等技术及其组合,其核心为精密工程技术。在当前“信息爆炸”的形式下,相对于专门型人才来说,市场对复合型人才的需求更加迫切。在中国,我们认为机械发展新阶段是机电一体化阶段。机电一体化是指在机构的主功能、动力功能、信息处理功能和控制功能上引进电子技术,将机械装置与电子化设计及软件结合起来所构成的系统的总称。机电一体化发展至今也已成为一门有着自身体系的新型学科,随着科学技术的不但发展,还将被赋予新的内容,基本特征可概括为:机电一体化是从系统的观点出发,综合运用机械技术、微电子技术、自动控制技术、计算机技术、信息技术、传感测控技术、电力电子技术、接口技术、信息变换技术以及软件编程技术等群体技术,根据系统功能目标和优化组织目标,合理配置与布局各功能单元,在多功能、高质量、高可靠性、低能耗的意义上实现特定功能价值,并使整个系统最优化的系统工程技术。因此,“机电一体化”涵盖“技术”和“产品”两个方面。只是,机电一体化技术是基于上述群体技术有机融合的一种综合技术,而不是机械技术、微电子技术以及其它新技术的简单组合、拼凑。这是机电一体化与机械加电气所形成的机械电气化在概念上的根本区别。机械工程技术有纯技术发展到机械电气化,仍属传统机械,其主要功能依然是代替和放大的体力。但是发展到机电一体化后,其中的微电子装置除可取代某些机械部件的原有功能外,还能赋予许多新的功能,如自动检测、自动处理信息、自动显示记录、自动调节与控制自动诊断与保护等。即机电一体化产品不仅是人的手与肢体的延伸,还是人的感官与头脑的眼神,具有智能化的特征是机电一体化与机械电气化在功能上的本质区别。

2 机电一体化的设计过程

机电一体化的机械动力部分由一般电动机演变为控制电动机,里程碑式地引入了电子和计算机等先进技术,代替人完成机器的检测与控制等工作。在知识经济中体现了制造业高科技化,促进了高科技产业和知识经济的发展。它是一种用于机电产品最优设计的方法学。它包括4个基本学科:电气、机械、计算机科学和信息技术。如图1所示。

机电一体化系统和多学科系统之间的区别不在于它们的组成要素,而在于这些组成要素设计的次序。一直以来,多学科系统设计使用一种按学科顺序设计的方法。比如,机电系统的设计一般通过以机械设计开始的三个步骤完成。当机械设计完成后,设计电源和微电子系统,接着是控制算法的设计及其实施。按学科顺序设计的方法的最大缺点是对整个过程中各个点的固定设计导致新的限制,这种限制源于对这些点的设计,而且会传递到下一个学科点的设计。使用并行方法进行预先设计可以使产品更具协同性。它补充了信息系统以指导设计,这种指导贯穿于设计的各个阶段,而不只是预先设计阶段,从而使之更加综合。在将机械,电气及计算机系统和信息系统进行集成以设计制造产品和过程时,需要进行协同。最终产品的功能应大于其各部分功能之和。如果没有协同组合的话,机电一体化产品具有的性能特征是很难实现的,机电一体化的关键要素如图2。

机电一体化系统是在物理系统中使用信息系统的结果。物理系统包括机械系统,计算机系统,执行器,传感器和实时接口。机电一体化系统不只是机电系统,而且还是一个控制系统。传感器和执行器用来把能量从动力大的一边(通常是机械的一边),转换到动力小的一边(通常是电气和计算机的一边)。上图中的机械系统不仅包括机械零部件,还可能包括流体,气动,热,声,化学及其它学科。传感技术已经出现了新的发展以适应对特殊监测应用解决方案不断增长的需要。

2.1 机电一体化中的集成设计问题

由于机电一体化方法内在的并行性,或同时性工程,所以样机试制阶段的建模与仿真很重要。因为模型来自于各学科的综合应用。所以应用一种可视化的编程软件是很重要的。这样就涉及到了框图,流程图,状态转换图和波特图。机电一体化是一种设计哲学,其产品或设备有一个重要的特点就是它们内部的智能,这是将执行器,传感器,控制系统和计算机组合设计实现的。系统的集成是通过硬件(部件)和软件(信息处理)的联合实现的。硬件集成是将机电一体化系统看成一个整体系统来设计的,将传感器,执行器和微处理器融入到机械系统中,软件集成主要基于高级控制功能在设计时应首先分析客户要求以及系统集成的技术环境。在制作时应考虑了解客户,市场分析,优化性能,生命周期性能,质量,可靠性和销售。

2.2 机电一体化关键要素

(1)信息系统:信息系统包括信息传输的所有方面,从信号处理到控制系统到分析技术。信息系统结合了以下四种学科:通讯系统,信号处理,控制系统和数值计算方法。在机电一体化应用中,我们最关心的是建模,仿真,自动控制和用于优化的数字方法。(2)自动控制:控制系统工程学是在19世纪晚期产生的学科,认为在低阶系统(三阶或三阶以下)系统的稳定性依赖于特征方程的根和劳思(Routh)判据,这是一个很好的判断系统稳定性的分析工具。(3)最优化:就是先确认最优轨迹,最优轨迹是根据系统的要求即约束条件确定的,然后设计控制系统,在设计控制系统的时候应使系统的各参数最终满足控制要求,使误差最小化,或者说使目标函数的扰动最小化,可用最优化过程反复迭代公式(Pk+1=Pk+τ·S k)这里k是迭代次数,S k是P空间内的探索方向,τ是该方向上的探索步长空间内的探索步长,当P值不能再改进时这个过程结束,此时为最优化。(4)机械系统:机械系统考虑力作用下物体的特性。这样的系统按其性质可分为刚性的,可变形的和可流动的。大多数机电一体化系统应用的刚体系统,都依赖于物理学中的基本定律。(5)电气系统:电气系统由两个分支组成:电源系统和通讯系统。通讯系统以低能量的电信号形式在各点之间传输信息。诸如信息存储,处理和交换是通信系统的常见组成部分。电气工程的这个领域也称电子学。另一方面,电源系统用来在各点之间有效的传递大量的电能,而不是信息,例如:发电机是把机械能转化为电能,而电动机是把电能转化为机械能。

3 传感器和变换器

仪器仪表在现代科技领域中起着关键的作用。传感器是与仪器仪表紧密相关的机电一体化系统中一个非常重要的组件,其作用是为特定工业过程提供收集不同信息的机制。传感器广泛应用于过程检测以及工况评价方面,为用计算机系统对制造作业作较高级的监控提供便利,可应用于过程前,过程中及过程后。有时,传感器可以将一种物理现象转化为决策分析的可用信号。智能系统用传感器来监测由环境变化影响的特定场合,然后通过校正动作对其控制。

实际上在所有的应用中,传感器是将各种现实世界的数据转化为电信号,因此可定义为:传感器是一种把被测物理量转换成输出信号的装置。因此传感器也可以称为变换器,应用范围广泛,甚至可以用于分辨那些人类感官无法觉察到的环境变化。它们作为一次元件,连续的将变化着的信息转变成另一种形式,也就是说,传感装置检测被测量,并将其转换成系统可接受形式的信号,通常为电信号。整个系统的最大准确度由传感器的灵敏度和其内部噪声干扰所决定。在测控系统中,任何参数的变化,不论是在被测量中还是在信号修整中,都会直接影响系统的准确度。传感器和变换器是现代控制系统(电,光,机械或流体系统)的两个重要组成部分,传感器和变换器选用的程度取决于控制系统的自动化水平和复杂程度。要构成一个复杂控制系统,测量装置必须能够满足快速,灵敏和精确的要求。随着使用要求的不断提高,传感器的体积也不断的小型化,并通常将多个传感器和数据处理系统组合固定在一起。传感器的分类:根据传感器的输出信号形式,电源,工作模式以及被测变量可将传感器分为以下两大类。模拟传感器:模拟是指连续的,不中断的一系列事件。典型的模拟传感器的输出与被测变量是成正比例的,输出信号以连续方式变化,根据其幅值取得信息,通常其输出要经过A/D转换后输到计算机。数字传感器:数字是指一系列离散的事件,各个事件前后分开,如果传感器的逻辑电平输出是数字的,则称其为数字传感器。数字传感器有着准确度和精密度高的特点,与计算机监控系统相连时不需要任何转换器。

4 A/D,D/A转换

在计算机控制系统中,主机输入数据或向外部发布命令,都是通过接口及输入输出通道进行的,完成信息传递和交换的装置称为过程输入输出通道。这些通道是联系主机与被控对象的纽带和桥梁。生产对象的各种模拟信号,不能直接输入计算机,而要经过模/数转换,转换成数字信号,才能输入计算机进行加工处理。同样,经过计算机加工处理得到的数字信号,也不可能直接作用与被控对象。而要经过数/模转变成模拟信号,才能输出到被控对象。

数据采集系统的基本任务是将模拟量即连续量转换为数字量以便于计算机进行存储,计算和处理。由于绝大多数物理量都是模拟量。因而数据采集系统不但本身就是一种独立系统,而且是计算机控制系统的极重要的组成部分。

一个典型的计算机控制系统如图3所示。其工作原理是作为系统输入的物理量(压力,温度,湿度,位置等),首先由传感器变成点信号,然后送到放大器和滤波器。传感器的输出信号一般比较微弱,放大器的作用是将传感器输出的电信号放大到适当的大小。以利于进一步处理。滤波器的作用是消除干扰信号。然后,信号送到模拟多路开关,它在计算机的控制作用下对各个模拟通道进行分时处理,将各通道信号接到后面的采样保持电路和A/D转换器。采样保持电路在规定的时刻对送来的模拟信号进行采样并在A/D转换期间保持被采样的电压不发生变化。A/D转换器在保持时间内完成模/数转换后将数字量送到计算机。采样保持电路及A/D转换的定时和控制信号均由计算机产生。计算机对A/D转换器送来的各路数字量进行各种处理计算,然后用分时方法将处理结果送到各路D/A转换器变成模拟信号去完成各种模拟控制。有时为了提高速度和精度,数据采集系统不用模拟多路转换开关,而是每条通道用一个A/D转换器。

4.1 传感器的作用

传感器是工业控制计算机系统的重要环节。如没有传感器对生产过程的原始参数进行精确可靠的测量,那么无论是信号转换,信息处理,或数据的显示与控制,都将成为一句空话。可以说,没有精确可靠的传感器就没有精确可靠的测量系统。

4.2 A/D转换器的原理

经过多路转换开关和采样/保持的模拟量必须被变成数字量才能送入计算机。完成这一转换任务的器件叫做模拟/数字转换器,简称A/D转换器。如图4是逐次逼近型A/D转换器原理图。由图4可以看出,由N位寄存器,N位D/A转换器、比较器以及控制逻辑四部分组成。其工作原理:当启动信号作用后,时钟信号在控制逻辑作用下,首先使寄存器的DN-1=1,N位寄存器的数字量一方面作为输出用,另一方面,经D/A转换器转换成模拟量Vx后,送到比较器,在比较器中与被转换的模拟量Vx进行比较,控制逻辑根据比较器的输出进行判断。若Vx≥Vc,则保留这一位;若Vx<Vc,则DN-1=0。DN-1位比较完毕后,再对下一位DN-2进行比较,使DN-2=1,与上一位DN-1一道进入D/A转换器,转换后再进入比较器,与Vx进行比较,……,如此一位一位地继续下去,直到最后一位D0比较完毕为止。此时,N位寄存器中的数字量即为Vx所对应的数字量。一个N位的A/D转换器只需比较N次,即可得到结果,而计数式A/D转换器,则需要比较2N-1次。因此逐次逼近型A/D转换器速度比较快,因而得到广泛应用。

4.3 D/A转换器的原理

D/A转换器的作用是将数字量转换为模拟量。它实际上是一种由二进制译码控制的电流叠加电路。通常包括四个组成部分:精密的电压基准;模拟二进制数字电压(或电流)开关;产生二进制权电流或权电压的精密电阻网络;提供电压或电流输出相加的运算放大器。其原理如图5为倒T型电阻D/A转换器。其输出电压表达式很容易用基准电流和响应的倍数表示出来。与权电流型的D/A转换器相比,倒T型电阻D/A转换器具有电路简单、转换速度快的优点,但其转换误差较大。在实际的D/A转换器中,开关S是电子式的模拟开关。为了减小转换误差,开关必须具有导通电阻小,截止电阻大的特点。

5 机电一体化综述

机电一体化系统开发过程的第一步就是分析客房需求以及系统集成的技术环境。解决问题的复杂技术系统往往是一个具有数字或模拟形式并由复杂软件支持其硬件的机械、电子、液压和热动力部件的结合体。典型机电一体化系统使用传感器从技术环境中收集数据和信息。接下来的一步就是使用建模和描述方法的完善形式,以一种集成的方式来涵盖这个系统的所有子任务。这包括在初始阶段对子系统间必要接口的有效描述。数据经过处理和解释转化为执行器的动作。机电一体化系统能够缩短开发周期,降低成本,提高质量。在机电一体化产品的设计中,有必要在不同的专家组之间协调知识和需要的信息。并行工程是产品的设计和制造以特殊方式融合的一种设计方法。传统设计和制造间的障碍得以排除。

6 机电一体化的发展趋势

机电一体化是集机械、电子、光学、控制、计算机、信息等多学科的交叉综合,它的发展和进步依赖并促进相关技术的发展和进步。因此,机电一体化的主要发展方向如下:

6.1 智能化

智能化是21世纪机电一体化技术发展的一个重要发展方向。人工智能在机电一体化建设者的研究日益得到重视,机器人与数控机床的智能化就是重要应用。诚然,使机电一体化产品具有与人完全相同的智能,是不可能的,也是不必要的。但是,高性能、高速的微处理器使机电一体化产品赋有低级智能或人的部分智能,则是完全可能而又必要的。

6.2 模块化

模块化是一项重要而艰巨的工程。由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多,研制和开发具有标准机械接口、电气接口、动力接口、环境接口的机电一体化产品单元是一项十分复杂但又是非常重要的事。从电气产品的标准化、系列化带来的好处可以肯定,无论是对生产标准机电一体化单元的企业还是对生产机电一体化产品的企业,规模化将给机电一体化企业带来美好的前程。

6.3 网络化

20世纪90年代,计算机技术等的突出成就是网络技术。由于网络的普及,基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾,而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品。现场总线和局域网技术是家用电器网络化已成大势,利用家庭网络(home net)将各种家用电器连接成以计算机为中心的计算机集成家电系统(computer integrated appliance system,CIAS),使人们在家里分享各种高技术带来的便利与快乐。因此,机电一体化产品无疑朝着网络化方向发展。

6.4 微型化

微型化兴起于20世纪80年代末,指的是机电一体化向微型机器和微观领域发展的趋势。国外称其为微电子机械系统(MEMS),泛指几何尺寸不超过1cm3的机电一体化产品,并向微米、纳米级发展。微机电一体化产品体积小、耗能少、运动灵活,在生物医疗、军事、信息等方面具有不可比拟的优势。

6.5 绿色化

工业的发达给人们生活带来了巨大变化。一方面,物质丰富,生活舒适;另一方面,资源减少,生态环境受到严重污染。于是,人们呼吁保护环境资源,回归自然。绿色产品概念在这种呼声下应运而生,绿色化是时代的趋势。设计绿色的机电一体化产品,具有远大的发展前途。机电一体化产品的绿色化主要是指,使用时不污染生态环境,报废后能回收利用。

6.6 系统化

系统化的表现特征之一就是系统体系结构进一步采用开放式和模式化的总线结构。系统可以灵活组态,进行任意剪裁和组合,同时寻求实现多子系统协调控制和综合管理。表现之二是通信功能的大大加强,一般除RS232外,还有RS485、DCS人格化。未来的机电一体化更加注重产品与人的关系,机电一体化的人格化有两层含义。一层是,机电一体化产品的最终使用对象是人,如何赋予机电一体化产品人的智能、情感、人性显得越来越重要,特别是对家用机器人,其高层境界就是人机一体化。另一层是模仿生物机理,研制各种机电一体花产品。事实上,许多机电一体化产品都是受动物的启发研制出来的。

7 结束语

机电一体化系统设计讲稿 篇5

1.1无级变速传动链

1.1.1机床主传动系统设计满足的基本要求

机床主传动系统因机床的类型、性能、规格尺寸等因素的不同，应满足的要求一也不一样。在设计机床主传动系统时最基本的原则就是以最经济、合理的方式满足既定的要求。在设计时应结合具体机床进行分析，一般应满足下述基本要求:(1)满足机床使用性能要求。

首先应满足机床的运动特性，如机床的主轴有足够的转速范围和转速级数(对于主传动为直线运动的机床，则有足够的每分钟双行程数范围及变速级数);传动系统设计合理，操作方便灵活、迅速、安全可靠等。(2)满足机床传递动力要求。

主电动机和传动机构能提供和传递足够的功率和转矩，具有较高的传动效率。

1.1.2数控机床主传动系统分类

机床主传动系统可按以下不同的特征来分类:(1)按驱动主传动的电动机类型可分为交流电动机驱动和直流电动机驱动。交流电动机驱动中又可分为单速交流电动机驱动或调速交流电动机驱动两种。调速交流电动机驱动又有多速交流电动机驱动和无级调速交流电动机驱动。无级调速交流电动机通常采用变频调速的原理。(2)按传动装置类型可分为机械传动装置、液压传动装置、电气传动装置及其组合。(3)按变速的连续性可分为分级变速传动和无级变速传动(此部分在下面详细介绍)。数控机床的主传动要求有较大的调速范围，以保证在加工时能选用合理的切削用量，从而获得最佳的生产率、加工精度和表面质量。数控机床的变速是按照控制指令自动进行的，因此变速机构必须适应自动操作的要求。大多数数控机床采用无级变速系统，数控机床主传动系统主要有以下四种配置方式:(1)主轴电动机直接驱动。

如图2一1(a)所示，电动机轴与主轴用联轴器连接，这种方式大大简化了主轴箱和主轴结构，有效地提高了主轴部件的刚度，但主轴输出扭矩小，电动机发热对主轴影响较大。目前，多采用交流伺服电动机，它的功率很大，但输出功率与实际消耗的功率保持同步，效率很高。(2)电动机经同步齿形带带动主轴。

如图1一1(b)所示，电动机将其运动经同步齿形带以定比传动传递给主轴。由于输出扭矩较小，这种传动方式主要用于小型数控机床低扭矩特性要求的主轴，可以减小传动中的振动和噪声。

(3)电动机经齿轮变速传动主轴。

如图1一1(c)所示，主轴电动机经二级齿轮传动变速，使主轴获得低速和高速两种转速，从而使之实现分段无级变速，这种方式在大、中型数控机床中采用较多。经过齿轮传动降速后，电动机输出转矩可以扩大，以满足主轴低速运转时输出扭矩大的特性要求。一部分小型数控机床一也采用这种传动方式，以获得强力切削时所需要的扭矩。(4)电主轴。

如图1一1(d)所示，将调速电动机与主轴合成一体(电动机转子轴即机床主轴)，其优点是主轴部件结构紧凑、刚度高、质量轻、惯量小，且可提高调速电动机启动、停止的响应特性;其缺点是电动机发热易引起热变形。1.1.3无级变速传动链的设计 无级变速传动链可以在一定的变速范围内连续改变转速，以得到最有利的切削速度;能在运转中变速，便于实现变速自动化;能在负载下变速，便于车削大端面时保持恒定的切削速度，以提高生产效率和加工质量。无级变速传动可由机械摩擦无级变速器、液压无级变速器和电气无级变速器来实现。机械摩擦无级变速器结构简单、使用可靠，常用于中、小型车床、铣床等主传动系统中。液压无级变速器传动平稳、运动换向冲击小，易于实现直线运动，常用于主运动为直线运动的机床，如磨床、拉床、刨床等机床的主传动系统中。电气无级变速器有由直流电动机或交流调速电动机驱动的两种，由于它可以大大简化机械结构，便于实现自动变速、连续变速和负载下变速，故其应用越来越)’一泛，尤其在数控机床上目前几乎全都采用电气无级变速器。

数控机床的主运动广泛采用无级变速传动，这不仅能使其在一定的调速范围内选择到合理的切削速度，而且还能在运转中自动变速。无级变速系统有机械、液压和电气等多种形式，数控机床一般采用由直流或交流调速电动机作为驱动源的电气无级变速。由于数控机床主运动的调速范围较宽，一般情况下单靠调速电动机无法满足;另一方面调速电动机的功率和转矩特性一也难以直接与机床的功率和转矩要求安全匹配。因此，需要在无级调速电动机之后串联机械分级变速传动，以满足调速范围和功率、转矩特性的要求。(1)无级变速装置的分类。

机床主传动中常用的无级变速装置有三类:变速电动机、机械无级变速装置和液压无级变速装置。

1)变速电动机。

机床上常用的变速电动机有直流电动机和交流电动机，它们在额定转速以上为恒功率变速，通常变速范围仅为2 ~3;额定转速以下为恒定转矩变速，调整范围很大，变速范围可达30甚至更大。上述功率和转矩特性一般不能满足机床的使用要求。为了扩大恒功率变速范围，可在变速电动机和主轴之间串连一个分级变速箱。变速电动机I’一泛用于数控机床和大型机床中。

2)机械无级变速装置。

机械无级变速装置有柯普(Koop)型、行星锥轮型、分离锥轮钢环型和宽带型等多种结构，它们都是利用摩擦力来传递转矩的，通过连续地改变摩擦传动副工作半径来实现无级变速。由于它的变速范围小，多数是恒转矩传动，通常较少单独使用，而是与分级变速机构串联使用，以扩大变速范围。机械无级变速器应用于要求功率和变速范围较小的中、小型车型、铣床等机床的主传动中，更多的是用于进给变速传动中。

3)液压无级变速装置。

液压无级变速装置通过改变单位时间内输入液压缸或液动机中液体的油量来实现无级变速。它的特点是变速范围较大，变速方便，传动平稳，在运动换向时冲击小;易于实现直线运动和自动化。液压无级变速装置常用在主运动为直线运动的机床中，如刨床、拉床等。(2)无级变速装置与机械分级变速机构的串联。在无级变速系统装置单独使用时，其调速范围都较小，远远不能满足现代通用机床变速范围的要求。因此，常常将无级变速装置与机械分级变速机构串联，以扩大其变速范围。(3)采用直流或交流电动机无级调速。

机床上常用的无级变速机构为直流或交流调速电动机。直流电动机是采用调压和调磁方式来得到主轴所需转速的。直流电动机从额定转速向上至最高转速是用调节磁场电流(简称调磁)的办法来调速的，属于恒功率调速;从额定转速向下至最低转速是用调节电枢电压(简称调压)的办法来调速的，属恒转矩调速。通常，直流电动机的恒功率变速范围较小，仅为2~4，而恒转矩变速范围很大，可达几十，甚至超过100。交流调速电动机靠调节供电频率的方式来调速，所以其常被称为调频主轴电动机。通常额定转速向上至最高转速气max为恒定功率，变速范围为3~5;额定转速至最低转速气为恒转矩，变速范围为几十，甚至超100。直流和交流电动机的功率转矩特性如图1-2所示。

交流调速电动机由于体积小、转动惯性小、动态响应快、没有电刷且能达到的最高转速比同功率的直流电动机高，故磨损和故障也少。现在在中、小功率领域，交流调速电动机已占优势，应用一也更加广泛。伺服电动机和脉冲步进电动机都是恒转矩的，而且功率不大，所 以只能用于直线进给运动和辅助运动。基于上述分析可知，如果直流或交流调速电动机用于拖动直线运动执行器，例如龙门刨床工作台(主运动)或立式车床刀架(进给运动)，可直接利用调速电动机的恒转矩变速范围，用电动机直接带动或通过定比减速齿轮拖动执行机构。

1.2主传动系统分析

数控车床用于加工回转体零件。它集中了卧式车床、转塔车床、多刀车床、仿形车床、自动和半自动车床的功能，是数控机床中应用较广泛的品种之一。下面以一个典型数控车床C K3263 B为例说明如何分析数控机床主传动系统，图1一4所示为C K3263 B主传动系统。主电动机经带轮副和四速变速机构驱动主轴，其传动路线表达式是

拟定转速图如图2-5所示，从图中可知，主轴共得到四段转速:

1.3 车床数控化改装主传动系统方案设计

将06140卧式车床改造成用MCS-51系列单片机控制的经济型数控车床，采用步进电动机开环控制，纵向和横向均具有直线和圆弧插补功能。将原来的主传动系统改装为主变速系统。一般的卧式车床在改装为经济型数控车床时，主传动系统和变速操纵机构是不动的，可利用暂停指令进行手动变速换挡，然后再继续加工。如果要提高机床的自动化程度或者所加工工件的直径相差较大，在加工过程中需要自动变速时，可考虑设置加工过程中的自动变速装置，本任务即后一种情况。

将机械主传动系统改装为自动变速装置的几种方案说明见下文介绍。1.采用多速电动机改装

目前采用多速电动机对主传动系统进行改装，一般是将主电动机更换为双速或四速电动机，由微机系统信号自动控制切换电动机的转速。这样做的好处是机床性能良好，主传动链改装量较少，但多速电动机的功率是随着转速的变化而变化的，所以电动机功率要选的大一些，同时电动机的尺寸一也大，因此还要增加一套电动机变速系统。2.主变速系统改装

对主轴箱内变速系统进行改装，一般是将滑移齿轮变速改为电磁离合变速。这种变速机构仍为有级变速，一般变速级数不超过四级。3.采用直流主轴电动机或交流主轴电动机改装

改装后，机床主轴由直流主轴电动机(或交流主轴电动机)通过皮带直接带动，并通过电气系统实现无级变速。

采用直流主轴电动机或交流主轴电动机改装，其改装成本高，但效果好，能获得满意的速度，而且由于传动链中没有齿轮，故噪声很小。另外在改装中要注意，主轴电动机的选择要与进给系统电动机配套，以利于使用CNC系统。图1-5所示为本任务改装后的主传动系统示意。拆下原操纵手柄，装上齿轮2;以一个180 W的交流小电动机8通过蜗轮副7和齿轮3, 2将运动传给手柄轴1，带动主轴箱内的拨叉和滑块进行变速。另外将手柄轴接长，在接长轴4上安装带单个压块6的圆盘，并在附加的机壳上固定一个装有6个微动开关的圆盘5, 6个微动开关的位置与6级变速挡位对应。当手柄轴带动圆盘转动时，压块6依次压下6个微动开关，发出6个不同信号，数控系统通过对电路信号的识别来控制变速。

自动变速过程如下:当变速电动机接到S指令后，便开始转动，通过传动装置使手柄轴带动拨叉滑块使变速齿轮移位。与此同时，在速度继电器的控制下，主电动机低速点动，以便滑移齿轮顺利地进人啮合位片。当压块压下的触点信号与数控系统S指令信号相符时，小电动机制动，主运动变速完成。这种方案保留了原主轴箱的结构，改装量小，但只适合于06140型车床。

1.3.2主传动系统设计过程 1.明确已知条件，草拟转速图 拟定转速图的一般步骤如下:(i)确定变速组数及各变速组的传动副数;(2)安排变速组的传动顺序，拟定结构式(网);(3)分配传动副传动比.绘制转凉图 2.齿轮齿数的确定

齿轮的齿数取决于传动比和径向尺寸要求。在同一变速组中，若模数相同且不采用变位齿轮，则传动副的齿数和相同;若模数不同，则齿数和S与模数m,成反比，即:

对于三联滑移齿轮，当采用标准齿轮且模数相同时，最大齿轮与次大齿轮的齿数差应大于4，以避免滑移过程中的齿顶干涉。

当传动比i采用标准公比的整数次方时，齿数和S及小齿轮齿数可以从表1一1中查得。

1.4 实训准备

1.项目任务单

项日任务单见附录二。2.项目要求

学完基础知识及实例后，学生自主分析数控车床主轴箱实物，熟悉内部组成，然后分组制订设计方案，方案合格后，开始具体设计。3.仪器与设备(1)CAK4085数控车床6(2)《机床设计手册》若干。(3)扳手、钳子、直尺。4.实训步骤

(1)学生分组，并在现场分析数控车床主轴箱实物。(2)学生分组，制定任务实施方案。

(3)根据任务实施方案，学生将任务实施过程填入记录表1一2中。1.4.2项目评价

项日的整体评价如表1-3所示。

图1一1数控机床主传动的配置方式

图1-2直流和交流调速电动机的功率转矩特性

图1-4 CK3263B主传动系统

图1-5改装后主传动系统示意图

表1一1常见传动比的适用齿数

表1一2项目实施过程记录表

表1-3项目评价表

项目二数控车床导轨副设计 2.1.1导轨副设计步骤

(1)根据已知的工作条件，选择合适的导轨类型，常见导轨形式见表2-1.(2)选择导轨截面形状与组合方式。常见导轨截面形状见表2一2。1)双三角形导轨。如图2-1所示，双三角形导轨导向性和精度保持性都很高，磨损后能自动下沉补偿磨损量。两条三角形导轨副同时起支撑和导向作用，由于结构对称，两条导轨磨损均匀，故接触刚度好。但由于超定位，加工、检验、维修都较困难，而且当量摩擦系数也高，因此适于精度高的场合。例如丝杠车床、单柱坐标锁床的导轨副等。2)双矩形导轨。

如图2一2所示，双矩形导轨的刚度高，当量摩擦系数比双三角形导轨低，承载能力强，加工、检验、维修都较方便，因此被广泛使用，例如数控机床的导轨副。双矩形导轨承载面和导向面是分开的，存在侧向间隙，必须用镶条调节。

如图2一2(a)所示，用两外侧面做导向面时，间距大、热变形大、间隙大，因而导向精度低、承载能力大;如图2-2(b)所示，以内外侧面做导向面时，间距小、热变形小、间隙小，因而导向精度高、易获得较高的平行度;如图2一2(c)所示，用两内侧面做导向面时，由于导轨面对称分布在导轨中部，当传动件位于对称中心线上时，避免了由于牵引力与导向中心线不合而引起的偏转，不致在改变运动方向时引起位置误差，故导向精度高。3)三角形与矩形组合。

如图2-3(a)和图2-3(b)所示，三角形与矩形组合导轨兼有三角形导轨的良好导向性及矩形导轨的制造方便、刚性好等优点，并避免了由于热变形所引起的配合变化。其缺点是三角形导轨比矩形导轨磨损快，易造成磨损不均匀，磨损后又不能通过调节来补偿，故对位置精度有影响。

三角形与矩形组合导轨兼有导向性好、制造方便和刚度高等诸多优点，因此被广泛使用，例如车床、磨床、龙门刨床、龙门铣床、滚齿机、坐标锁床的导轨副等。4)双燕尾形导轨。

如图2一4(a)所示，它的高度较小，可以承受颠覆力矩，是闭式导轨中接触面最少的一种结构。间隙调整方便，用一根镶条就可以调节各接触面的间隙。这种导轨刚度较差，加工、检验、维修都不大方便，适用于受力小、层次多、要求间隙调整方便的场合，例如牛头刨床和插床的滑枕导轨、升降台铣床的床身导轨、车床刀架导轨副和仪表机床导轨等。5)矩形与燕尾形导轨组合。

如图2一4(b)所示，由于它兼有调整方便、能承受较大力矩的优点，故多用于横梁、立柱和摇臂的导轨副。6)双圆柱导轨组合。圆柱导轨具有制造方便、不宜积存较大切屑的优点，但间隙难以调整，磨损后一也不易补偿，因此适用于移动件只受轴向力的场合，例如攻螺纹机、机械手的导轨副等。(3)通过计算选择结构参数。

1)计算额定动载荷Ca’(单位N)。

式中: KW—负荷系数，按表2一3选取;KH----硬度系数，按表2一4选取;KT—温度系数，按表2一5选取;KC—接触系数，按表2一6选取;K—寿命系数，一般取K=50;2)依据 的原则，选择结构参数。(4)其他参数选择。1)导轨材料选择。

铸铁耐磨性好，热稳定性高，减振性好，成本低，易于加工，在滑动导轨中应用广泛。淬硬的钢导轨耐磨性好。镶装塑料导轨具有耐磨性好，动、静摩擦系数接近，化学稳定性好，抗振性好，抗撕伤能力强，工作范围广，成本低等诸多优点。在选材时，支撑导件与运动件应选不同的材料，其热处理的方式一也有所不同。2)调整装置。

导轨工作时会产生间隙，间隙过小会增加摩擦阻力，间隙过大会降低导向精度，所以应选择合适的调整装置进行调整。例如滑动导轨副采用压板和镶条两种方法调整。①镶条。

镶条用来调整矩形导轨、燕尾形导轨的侧隙，以保证导轨面能正常接触。镶条应放在导轨受力较小的一侧，常用的有平镶条和楔形镶条两种。

平镶条如图2一5所示，它是靠调整螺钉1移动镶条2的位置来调整间隙的，图2一5(c)所示为在间隙调整好后，再用螺钉3将镶条2紧固。平镶条调整方便，制造容易，图2一5(a)和图2一5(b)所示的镶条较薄，而且只在与螺钉接触的几个点上受力，容易变形，刚度较低，日前较少使用。楔形镶条如图2一6所示，镶条的两个面分别与动导轨和支撑导轨均匀接触，所以比平镶条刚度高，但加工较困难。

楔形镶条的斜度为1 : 100一1:40,镶条越长，斜度应越小，以免两端厚度相差太大。如图2一6(a)所示的调整方法是用调节螺钉1带动镶条2做纵向移动以调节间隙。镶条上的沟槽a在刮配好后加工，这种方法构造简单，但螺钉头凸肩和镶条上沟槽之间的间隙会引起镶条在运动中窜动。图2一6(b)所示为从两端用螺钉3和5调节，避免了镶条4的窜动，性能较好。图2一6(c)所示为通过螺钉6和螺母7调节，镶条8上的圆孔在刮配好后加工，这种调节方法方便，且能防止镶条8的窜动，但其纵向尺寸较长。②压板。

压板用来调整辅助导轨面的间隙和承受的颠覆力矩，如图2一7所示。

2.2.1选择导轨副

1.确定最大载荷F-max 已知作用在单滑座上的最大载荷Fmax，滑座数M=4，工作台受到进给方向的载荷(与丝杠轴线平行)Ff= 1 401 N，工作台受到横向的载荷(与丝杠轴线垂直)F-n= 337 N ,工作台受到垂直方向的载荷(与工作台面垂直)Fe=512 N，移动部件总重量G =736 N。单滑块所受的最大垂直

2.确定额定工作时间寿命孔 要求该导轨副每天开机6h，每年工作300个工作日，且工作8年以上，则额定工作时间寿命:

3.确定行程长度系数TS 要求单向行程长度LS = 0.52m，每分钟往返次数为3，则额定行程长度系数: 4.计算额定动载荷Ca’(单位为N)要求工作温度不超过120 0C，工作速度为40 m/min，滚道表面硬度取60 HRC。由前面的计算结果得额定工作时间寿命Th = 14 400 h。则:

表2一7为JSA一KL型直线滚动导轨副(宽型螺孔)尺寸参数，图2一8所示为其外形图;表28 JSA-ZL型直线滚动导轨副尺寸参数

表2-9项目实施过程记录表

表2-10项目评价表

项目三 简易机电产品设计与制作

3.1.1设计原则

一方面，在保证产品完成规定功能的前提下，通过对构成各子系统的方案进行优化组合，降低成本，使系统功能平稳、准确、快速，以满足用户的要求。机电一体化产品的主要特征是自动化操作，功能是产品的生命，只有功能可靠，产品才具有价值。另一方面，要使功能达到最佳，机械子系统、电子信息处理子系统、动力子系统、传感检测子系统和执行机构子系统5部分构成要素的匹配、相互协调和相互补充也极为重要。而通过降低成本，并且使系统功能达到稳、准、快，又增强了产品的市场竞争力。

3.1.2设计工作流程

一个全新的机电一体化产品的正向设计和开发过程大体可以分为产品规划、概念设计和详细设计三个阶段。1.产品规划阶段

产品规划包括需求分析、市场预测和技术可行性分析，最后确定设计参数及设计制约条件，提出设计要求，并将其作为设计、评价和决策的依据。(1)需求分析。

需求分析从需求识别开始，认识需求是一种创造性工作，设计人员应深人实际，细致观察，敏锐捕捉市场的需求，并及时完成产品的开发和试制工作。(2)市场预测。

市场预测是产品的前期调研工作，调研内容主要有以下三方面: 1)面向用户的产品市场调研:主要有产品销售对象的可能销售量，用户对产品的功能、性能、质量、使用维护、包装及价格等方面的要求。此外，还应了解竞争产品的种类、优缺点和市场占有率等情况。

2)面向产品设计的技术调研:主要有行业和专业技术发展动态，相关理论的研究成果和新材料、新器件的发展动态，竞争企业、竞争产品的技术特点分析等。此外，还要了解本单位的生产基础条件。

3)面向产品生命周期的社会环境调研:主要有产品生产和目标市场所在地的经济技术政策(如产业发展政策、投资动向、环境保护及安全法规等)，产品的种类、规模及分布，社会的风俗习惯，社会人员构成状况及消费水平、消费心理和购买能力等。

通过调研应确定开发产品的必要性、种类和生命周期，预测产品的技术水平、经济效益和社会效益等，确定用户对产品的功能、性能、质量、外观和价格等方面的要求，即形成产品的初步概念，然后进行技术可行性分析。(3)技术可行性分析。

技术可行性分析包括以下几个方面: 1)关键技术和技术线路:研究本产品需要的关键技术，指明产品实现的技术路线和技术标准。例如，一个新概念汽车，采用什么样的发动机、什么样的控制总线和什么样的人机接口等。所使用的关键性技术应该是比较成熟的、成本和技术风险容易控制的。如果要采用比较前沿的新技术，则需要在市场和成本方面多做考虑。

2)可选技术方案:同样的产品可能有多种技术方案可选择，设计人员必须根据一定的准则从中选择一个最合适的方案或将这些方案进行综合处理。

3)主要性能指标及技术规格的可行性:产品的性能指标及技术规格对产品的成本和市场竞争力至关重要。性能指标和技术规格越高，产品的成本就越高，价格也就越高。但市场竞争力不完全由技术性能决定，还与其价格、品牌等许多因素有关。用户往往追求性价比高的产品。因此制定产品的规格和性能指标需要综合考虑各方面的因素，突出产品的特色，力争做到高性能、低价格。在制定主要产品的规格和性能指标时还要充分参考竞争对手的产品及发展趋势，制定最合理的参数。

4)主要技术风险:综合分析产品功能、技术规格及性能指标实现的可能性，分析产品开发、生产中可能存在的各种问题和风险，以及这些问题与风险的解决和规避方法。如果不充分考虑这些问题和风险，产品开发时间则可能拖延，从而错过市场最佳时机，使产品的成本过高、质量和成品率低或者大规模地更换生产设备等。因此，必须提前对这些问题进行充分的评估，使产品开发和生产能顺利进行。

5)成本分析:根据所制定的产品技术规格和技术路线，综合分析产品成本，包括技术成本、原材料成本、制造成本和人力成本等，为产品的立项提供决策支持。

6)结论和建议:根据产品的成本分析和技术风险分析，对产品的技术规格、性能指标和市场定位等参数提出修改建议，确定产品是否立项。产品立项应给出生产设计要求表，表中所列要求分为特征指标、优化指标和寻常指标，各项要求应尽可能量化，并按重要程度分出等级。2.概念设计阶段

在概念设计阶段输人生产设计要求表，输出总体方案。该方案主要包括产品外观和结构布置方案、产品部件或子系统划分以及设计目标、各部件或子系统的接口设计等三个方面，并制订详细设计任务书、验收规范及进度计划。

3.3案例导入

(3)确定小带轮齿数Z1和小带轮节圆直径d1.应使小带轮齿数，而带轮最小许用齿数Z min可查表3一3获得。当带速和安装尺比寸允许时，Z1尽可能选用较大值，初步选取Z1=12。(4)确定大带轮齿数Z2和大带轮节圆直径d2(5)初选中心距久ao、带的节线长度Lop、带的齿数Zb。

根据表9-4选取接近标准的节线长度Lp=381mm，相应齿数Zb= 40。(6)计算实际中心距a。

设计同步带传动时，中心距a应该可以调整，以便获得适当的张紧力。(7)校验带与小带轮的啮合齿数Zm 啮合齿数:(8)计算基准额定功率P0

(9)确定实际所需的同步带宽度bs。

式中bs0—选定型号的基准宽度，由表9-5可查得bs0 = 25.4mm;Kz—小带轮啮合齿数系数，由表9-6可查得K, = 0.8。10)带的工作能力验算。

根据下式计算同步带额定功率P的精确值，若结果满足 率)，则带的工作能力合格。

带的设计功

同步带传动示意简图如图3-9所示。(11)结果整理。

同步带:选用L型同步带，订购型号为150 L100

最后，经过厂家订购与协商，确定带轮及带，零件如图3一

10、图3一11所示，同步带传动效果如图3一12所示。3.3.3锥齿轮传动设计

(1)确定齿轮材料及精度等级。

锥齿轮材料选择45 #钢调质，齿面硬度为217~225 HBS。经过计算齿轮传动的最大圆周速度为4.19 m/s，查表3一8可确定锥齿轮精度等级为7级)(2)确定模数及齿数。(3)计算相关参数。

根据以上尺寸画出小锥齿轮零件(见图3一13)和大锥齿轮零件图(见图3一14)。锥齿轮传动啮合部分三维造型如图3一15所示。3.3.4计数系统设计 在啤酒、汽水和罐头等灌装生产线上，常常需要对随传送带传送到包装处的成品瓶进行自动计数，以便统计产量或为计算机管理系统提供数据。光电计数器是通过红外线发射和接收进行计数的，有直射式和反射式两种。直射式的发射、接收分体，发生器和接收器分别置于流水线两边，中间没有阻挡时发射器的红外线反射到接收器上，接收器收到发射来的红外线，经相反处理使之没有信号输出，有工件经过时挡住光路，接收机失去红外线信号便输出一个脉冲信号到运算累加器进行计数。发射式是发射、接收同体，置流水线一边，前面没有工件往下流时，发射器发出的红外线直接射出没有反射，接收器没有接收到反射来的红外线信号则没有输出。有工件经过时，其将挡住光电路使发射器发出的红外线信号反射到接收器上，接收器接收到反射来的红外线信号便输出一个脉冲信号到运算累加器进行计数。本项目的设计日的是每推一个料，计数器显示一个数，逐次递增。整体方案是:通过传感器(光电开关或磁性开关)检测到推杆动作，将信号传到单片机，单片机输出，并令数码管显示推出工件个数)其结构如图3一16所示。

本设计是两种传感器均可，接线图如图3一17所示。

本设计中的计数器、光电开关、磁性开关均需外购，其外形如图3一18所示。

3.4.1实训准备

1.项目目的

(1)使学生具备一般机电产品方案的设计能力。(2)熟练掌握同步带设计方法。(3)学会查《机械设计手册》。2.项目要求

每组学生自行设计同步带系统和计数系统。3.仪器与设备

(1)电脑若干(二维设计软件、三维设计软件必有)。(2)《机械设计手册》若干。4.实训步骤(1)学生分组设计方案。

(2)两位指导教师及各组组长审核方案。

(3)方案通过后，具体设计，学生将项目实施过程填入记录表3-9中。3.4.2项目评价

项目的整体评价见表3一10。

图3一1机电一体化系统设计流程

图3一2常用电子类组装工具

图3一4方案一草图

图3一5风能供料装置结构示意

图3一6风能供料装置主要部件示意

图3一7同步带

表3-1同步带载荷修正系数KA

表3一3带轮最小许用齿数Zmin

表3一4同步带节线长度L P

表3-5同步带在基准带宽下的许用工作拉力和线密度

表3一6小带轮啮合齿数系数

图3-9同步带传动示意简图

图3一10小带轮零件

图3一11大带轮零件

图3一12同步带传动效果

苯酚性质复习一体化实验设计 篇6

关键词 苯酚；复习；一体化；实验

苯酚是高中学习中的一种重要的有机物，教学中通过在课堂上进行苯酚性质的演示实验，直接形象地引导学生了解苯酚的性质，但是鉴于苯酚有毒性、强烈的腐蚀性，极大的伤害学生和环境不能进行学生分组实验。所以本实验小组进一步改良完善了苯酚的实验过程，并将多个性质实验整合，实现了苯酚性质探索的绿色一体化。

实验过程：

一、苯酚物理性质实验

（1）向1号Y型管一端中加入少量苯酚，再加入少量水，振荡，观察到苯酚溶液为乳白色悬浊液。

（2）将装有苯酚溶液的一端加热，溶液逐渐变澄清，再将澄清的苯酚溶液少量缓缓倒入Y型管的另一端，观察到苯酚溶液迅速变回乳白色悬浊液。说明苯酚的溶解性随温度的升高而增大。

（3）取少量苯酚在2号Y型管中分为2份，一边加入无水乙醇，很快形成无色溶液，表明苯酚易溶于酒精。另外一边加入少量CCl4，也变为无色溶液，表明苯酚易溶于有机溶剂。

二、苯酚化学性质实验

（1）将所得苯酚悬浊液分两份置于1号Y型管两端，顺着管壁向一端滴加氢氧化钠溶液，苯酚溶液变澄清。再向另外一端中加入紫色石蕊试剂，无变化。说明苯酚的酸性不能使指示剂变色，但可以发生酸碱中和反应。

（2）按如图所示组装实验装置，打开止水夹1，并且向长颈漏斗中滴加稀盐酸，使盐酸与碳酸钙反应，将其反应生成的二氧化碳导入1号Y型管一端澄清的苯酚钠溶液中，观察现象，溶液变为白色悬浊液，生成苯酚和碳酸氢钠。说明苯酚的酸性小于碳酸而强于碳酸氢根。

取下1号Y型管，用胶头滴管取少量反应后的溶液（溶液过滤），滴加氯化钡，观察，没有白色沉淀，所以证明溶液中只含有碳酸氢根。再取少量反应后溶液（溶液过滤）于试管中，滴加氯化铁，观察，溶液变为紫色（苯酚的显色反应）。

实验装置：

（3）再将2号Y型管连接到实验装置中，打开止水夹2、3，试管中的浓溴水被压入Y型管一侧中，产生白色沉淀，为三溴苯酚。

（4）将2号Y型管另一侧中溶于CCl4所得的溶液中加入一小块钠，看到有气泡产生，收集少量气体验纯，有尖锐的爆鸣声，表明钠与苯酚反应产生氢气。

本研究最大的特点是苯酚用量最小化，每步实验可以前后承接，后续性质的研究用到前面的药品和溶液，较好体现了一体化思想理念，而整个过程的微毒性和环境零排放也是很大的以一个亮点，渗透和贯彻了绿色化学的理念。

光伏建筑一体化的设计要素 篇7

建筑布局

建筑布局是建筑师最关心的部分, 分为“大局”和“小局”, 光伏系统是建筑物的一部分, 首先要满足其内外效果与整体建筑的一致性, 并且要保证建筑物各项功能不受影响, 这就是“大局”的设计。建筑是多元的, 有时候会存在边角、弧形等与电池板模组数相冲突的特殊地带, 如何满足建筑师的要求, 如何采用特殊设计制作的太阳能电池组件来满足细节的设计, 这就是“小局”。必须有整体和细节的全面考虑, 才能保证建筑物不因光伏系统的附加而影响其艺术性。

结构安全性设计

任何一种材料与建筑结合时, 都必须考虑其安全性能。当光伏电池作为一种建筑维护材料时, 必须首先对其强度和刚度做详细的分析检查。这是建筑概念得以实现的前提。

光影分析

太阳电池与建筑相结合, 有时不可避免的会受到遮挡, 树、广告牌、女儿墙、其它建筑……遮挡对于晶体硅电池发电量影响很大, 对于非晶硅的影响会小得多, 一块晶体硅电池组件被遮挡了1/10的面积, 功率损失将达到50%;而非晶硅受到同样的遮挡, 功率损失只有10%, 这就是薄膜电池弱光发电性能的体现。如果太阳电池不可避免的会被遮挡, 就要尽量选用非晶硅电池;同时, 建议每一个BIPV项目都要经过专业的遮挡分析, 长期处于阴影遮挡下的建筑是不适合做BIPV的。

设计时, 我们采用专业生态环境分析软件对建筑所处环境进行模拟分析, 合理布置电池板, 使电池板始终在太阳的“光芒”下。冬至、夏至太阳几乎直射南北回归线, 对于地球来说是太阳运行距离最远的两个端点, 如果建筑在这两个时间点上不被遮挡, 那么布置的电池板将会长年接受阳光的照耀。

散热分析

电池是怕热不怕冷的, 当电池片吸收的光照转化为电能时, 电池板自身温度会急剧升高, 如果没有良好的通风散热, 不但会直接影响到电池板的转化率, 而且电池板背面的高温也会直接影响到室内的环境温度, 也就是舒适度。因此建议在建筑立面或屋顶使用BIPV的时候, 要尽可能多的考到光电幕墙的散热问题。

透光率设计

从采光的角度上讲, 建筑分为采光部分和非采光部分, 采光部分就是常用的玻璃部分, 非采光部分包括窗间墙、梁柱位、剪力墙等。如果将电池板铺在非采光部分, 则不存在透光设计, 但由于组件背后为实体墙则必须考虑通风散热, 建议采用开缝式设计。如果将电池板铺在采光区域则应参照《建筑采光设计标准》GB/T50033-2001, 对建筑采光的要求进行设计。

不同光伏电池对建筑的影响

对于不同的电池类型, 室内外装饰效果截然不同, 初步方案设计时, 需根据建筑功能、风格全面考虑, 做到和谐统一, 使其融入于建筑中, 避免后期确定带来的设计败笔。同时, 采用电池板类型不同, 相同面积下的电池板安装功率也不同, 即最终发电量不同;相同的电池板安装功率, 所需数量 (面积) 也各不相同;故需在建筑初步设计时确定电池板的选型及数量。

非晶硅薄膜电池有暗红色、深褐色、深灰色、深蓝色等多种颜色的选择, 透光度也有从1%~30%的选择, 甚至从薄膜的镀膜花纹上也可以有条状、点状、网状等的选择, 较能够满足建筑师对建筑风格多元化的要求。

晶硅系列也可以有多种颜色的选择, 主要通过二氧化氮的用量控制来改变表面颜色。一般电池片表面采用蓝色或黑色, 因为这两种颜色对可见光波长的吸收最佳;其它颜色对该波长的反映不敏感, 也就是吸收率降低, 所以一般不建议客户改用除蓝色和黑色以外的颜色。下图为类似建筑选用不同电池的效果对比。

可以看出, 非晶薄膜电池色泽均匀, 投影柔和, 较能够被建筑师所接受;但晶体硅电池的高转换率是非晶薄膜电池尚未能达到的。因此可以总结, 如果建筑追求的是发电量或装机功率, 则建议选用晶体硅电池;如果建筑追求的是建筑效果, 则建议选用非晶薄膜电池。

位置选择

BIPV的位置选择除了屋顶和立面幕墙外, 还可以安装在建筑的其它部位, 比如窗台、遮阳、装饰百叶、窗、栏杆等, 甚至可以安装在停车场、候车厅、城市雕塑、电话亭等公共设施上面。电池板安装于不同的部位, 其最终发电量也不相同, 应兼顾建筑效果和发电量, 在建筑初步设计时确定太阳能的安装位置。

支撑系统

由于BIPV本身就是建筑的维护结构, 其支撑系统的设计可以直接影响到整个系统的建筑性能, 如美观性、安全性、可操作性、水密气密性等等。因此, 支撑系统的设计应基于幕墙结构的设计, 再综合考虑与电池组件的结合、出线盒的位置、组件的布线等因素。

结语

兴业太阳能作为一家从2005年就开始从事BIPV设计研发、生产安装的专业太阳能光伏应用公司, 拥有BIPV装机功率达3MW的工程经验。比如:青岛市迎接奥运会发电应标志性工程之一——青岛火车站 (103KW) ;世界最大的非晶硅BIPV单体建筑——威海市民广场 (630KW) ;美国LEED白金奖的参选项目——万科总部办公楼 (267KW) 等等。

一体化医护移动推车的设计 篇8

在病房中, 临床医护人员需要分配较多的时间在患者身上, 以便实时全面地掌握病情, 及时告知主治医师采取相应措施。但信息传递和措施执行之间存在时间差, 容易贻误病情。传统PDA (Personal Digital Assistant) 虽然携带方便, 但在信息系统的安装、无线通信上均存在局限性[2], 医护人员无法通过PDA一次性完成管理病人、病历、发药、护理等多项操作。

为了弥补PDA的局限性, 我院配备了多台一体化医护移动推车, 使临床医护人员在病床边就能进行病人相关信息的采集、记录、查询、处置和传输, 提高服务的时效性。

1 一体化医护移动推车设计

一体化医护推车基于我院的基础信息平台 (HIS/PACS/LIS) 设计, 搭载Windows XP操作系统及医护人员最适应的键盘与鼠标操作方式。医护人员可应用该推车, 通过WLAN连接信息平台进行操作与查询工作。

1.1 硬件设计

1.1.1 设计框架

推车采用DIN导轨设计整合相关配件, 具有个性化及高灵活性的配置, 可满足手术室 (OR) 、重症监护病房 (ICU) 、急诊、内外科等不同科室的使用需求。配备了各种常用医疗挂篮挂桶, 周围设计有不锈钢围栏, 可防止物品脱落;可选择性地安装存放药品针剂的药箱, 药箱的层数、高度、大小均可选择;还可以根据科室的需要安装输液架、手消架 (用于搁置手消毒剂) 、锐器物桶、垃圾桶、扫描枪等, 支持个性化定制。一体化医护移动推车实物图, 见图1。

(1) 机电技术整合。显示器、电脑、电动升降器整合在一起, 由同一电源电池供电。这种设计能够使整机维护和修理更便捷。

(2) 整机少线整合。无繁琐外露电源线, 整机中心运行稳定。

(3) 车体主体由铝合金组成, 机构可支撑>40 kg的重量, 并能使用电动升降器调节车体高度。

注:1:触摸屏;2:天线;3:文件盒;4:挂耳;5:扫描仪支架;6:绕线圈;7:垃圾桶、锐物盒;8:键盘抽屉;9:抽屉;10:药盒

1.1.2 医疗级别设计

整车按照医疗安全规则级别设计, 符合IEC60601-1认证要求[3]。

(1) 稳定性。在推车的任意部位, 对其施加外力 (大小约为其重量的1/4, 最大不超过220 N) 。通过高度≤10 mm的障碍物时, 推车不会发生失衡现象。同时, 推车采用专业的、具备锁定功能的超静音滑轮, 可自由移动, 但不会随意移动。

(2) 安全设计。推车上任何有缝隙的地方都通过了相应的安全要求。

(3) 漏电流控制。推车电源电流通过或跨过绝缘体流入接地导体。正常状态下, 漏电流≤100 m A;如果非永久性安装的保护接地导线断开, 漏电流≤500 m A。在这两种情况下推车的漏电流分别是普通商用计算机的2.8%和14.2%。

(4) 电池安全设计。推车采用磷酸铁锂材质电池, 通过了UL60601-1和EN60601-1医疗安规认证, 可防止过度充电, 同时内部走线或器件连接设计可防止引发火灾。

1.1.3 感染控制设计

推车采用无风扇的无缝设计, 电脑、电池皆没有风扇, 结构衔接处没有缝隙与锐角, 不会藏污纳垢, 易保持清洁卫生, 防止病毒感染传播, 满足医院标准要求。同时推车已通过防水防尘检测, 可满足消毒药水喷洒及擦拭需求。

1.1.4 无线连接设计

推车内建无线网络天线2支, 信号强度高, 可进行WLAN连接, 同时也支持标准千兆位以太网的有线连接。

1.2 软件设计

1.2.1 系统架构

推车软件应用系统由住院医生工作站、移动护理系统 (Clinic Mobile Information System, CMIS) 、护士工作站、电子病历 (EMR) 、护理管理系统组成, 可实现病人管理、病人护理、临床报告管理、不良事件管理、护理质量评价等功能[4]。

软件系统架构图, 见图2。

1.2.2 主要功能

住院医生工作站协助医生管理住院病人信息。医生通过输入病人ID号实现病人识别、病人基本信息查询和病人跟踪管理 (入科、转入、手术、出院) , 即时在病床边处理相关工作。

CMIS[5]和护士工作站[6]可实现病人体征单 (包括体征明细、瞳孔、神志、体温) 的实时查询、录入功能, 同时生成条码。护士可通过扫描病人腕带上的条码即时查询护理记录, 在病床边开展护理工作, 遇到紧急情况能够及时地采取适当的医疗措施。

推车还支持EMR系统。医护人员可根据当前病人病理体征及时地录入、修改、查询病人的临床报告。

护理管理系统根据“以病人为中心”的医疗服务需求, 自动上报并分析不良事件;同时病人可以通过该系统匿名评价医护人员的服务质量, 医护人员也可以及时查询评价结果。

2 结论

一体化医护移动推车遵循“以病人为中心”的医疗理念, 结合无线通信技术和移动计算机技术, 可根据不同科室的需求, 将相对独立的功能设计成单一模块;可根据需要配置不同类型的药箱、垃圾桶、手消架、输液架等。使医护人员在病人床边能随时获取全面的医疗数据, 优化了信息存取流程, 减少了医疗差错和事故, 有效地提高了医护人员的工作效率。

一体化医护移动推车在我院已投入应用, 性能稳定、使用方便, 为医疗诊断、病人护理、科研和教学提供了良好的工作平台。

摘要：本文详细介绍了一体化医护移动推车的硬件和软件设计过程。该推车主要由触摸屏、天线、文件盒等组成, 集成了住院医生工作站、移动护理系统、护士工作站、电子病历、护理管理系统。通过应用该推车, 医护人员可通过WLAN连接信息平台进行操作与查询工作, 及时处理病人相关信息。该推车的应用优化了医务人员工作流程, 提高了医院的工作效率。

关键词：移动推车,移动医疗,移动护理,医疗信息化

参考文献

[1]陈钧, 冉庆欣."推车"构建医护信息移动平台-手推医护信息移动平台延伸医疗服务[J].中国信息界-e医疗, 2012, 16 (5) :32-37.

[2]陈杰.手持设备 (PDA) 在医院信息系统中的应用[J].医疗设备信息, 2004, 19 (12) :26-28.

[3]杜堃, 叶岳顺, 黄丹, 等.新标准新理念-关注医用电气安全新标准的重要变化[J].中国医疗器械信息, 2007, 13 (4) :32-34.

[4]王园园, 刘砚燕, 魏春岚, 等.移动医疗在卫生领域的应用与研究现状[J].解放军护理杂志, 2012, 29 (23) :29-32.

[5]李志悦.手持设备 (PDA) 在临床移动信息系统 (CMIS) 的应用[J].医学信息, 2008, 21 (2) :178-180.

建筑及室内一体化设计分析 篇9

一、室内设计的内容分析

室内设计作为一种空间环境设计, 设计活动与人之间的关系非常密切, 可以说是人主导又能直接影响人生活的设计工作。室内设计包括空间组织、界面处理、室内物理环境设计、陈设设计等, 室内设计与艺术元素密切结合, 且艺术元素贯穿到室内设计的全过程。

室内设计中的空间组织是指基于建筑设计, 对建筑内部空间进行的完善、调整与改进设计。空间组织是室内设计的重要环节, 组织过程中通过设计着重对内部的形状与空间大小来进行调整, 如大尺寸的再分割, 小空间进行空间布局组合, 这种空间的优化组合, 能够实现室内空间间的衔接、协调、统一、过渡等, 进而有助于室内环境的多功能设计与优化, 更重要的是能满足现代人的精神需求。室内空间的界面处理是基于室内空间组织进行的室内界面优化设计, 该设计环节主要是对室内的地面、墙面、天花板等界面进行设计, 室内界面设计中会处理一些界面形状、界面色彩、界面材质等, 甚至有界面的构造再处理。室内物理环境的设计则是对室内的通风、取暖、光照、温湿度、噪音等方面进行设置与处理, 室内物理环境的设计将会改变室内的体感气候, 优化设计后将会为现代人提供舒适的居住环境。室内陈设设计主要对室内中的家具布局、室内装饰、室内绿化等进行设计, 室内陈设设计中艺术要素较多, 还要将各种艺术要素进行整合、优化, 以形成全面的系统的设计风格, 陈设设计主要目的是将室内环境与艺术元素相结合, 构建艺术化、个性化的设计氛围, 增加室内设计的情调。

室内设计工作中的陈设设计、空间组织、物理环境设计等要对室内环境进行艺术因素补充, 增加室内实用性, 这便需要室内设计要坚持艺术原则与使用原则。此外, 客户主体需求也是室内设计重要的参照因素。在进行室内设计时需要着重将住户的精神需求、心理需求及行为需求等活性需求考虑其中, 还要就住户的文化背景、社会地位、住宅功用等进行综合参考, 保证室内设计的个性化。

二、建筑设计与室内设计的关系探讨

就设计环节的先后顺序可以看出, 室内设计是建筑设计的后续, 而建筑设计是室内设计的前提条件, 室内设计是基于建筑设计的创意体现。就住宅设计目的可以看出, 室内设计主要就住宅的内部环境进行调整与改进, 而建筑设计则是基于建筑性能与周边环境进行综合化设计。就空间设计实体而言, 室内设计主要是基于建筑设计中的建筑材料、建筑结构设计、建筑物理等进行进一步优化组合, 且建筑设计对室内设计有一定的决定作用。由此可见, 良好的建筑工程是建筑设计与室内设计的一体化优化组合, 其中实现了建筑自然要素与人为需求的有效结合, 并在结合设计中完美地融合了建筑的自然气息与艺术元素。

室内设计是建筑设计的延续与优化创造。在进行室内设计时常将客户需求、艺术创造及建筑材质与结构进行综合考虑, 室内设计在建筑设计的基础上对建筑内部功能、结构、形式等方面的进一步设计。而同样的, 建筑设计师在进行建筑设计时不仅要考虑选取建筑材料、结构, 还要考虑客户的需求, 基于客户的结构与功能需求进行建筑设计。由此可见, 建筑设计与室内设计是相互融合、互为前提的。在进行建筑设计与室内设计时均要考虑建筑的使用功能与建筑精神功能, 两方面的设计也要在建筑或住宅韵律设计时推进各种要素的相互协调作用, 如建筑设计与室内设计两环节均要进行空间处理、建筑质地及建筑内外部装饰, 且在这些方面中两环节的设计是不可分割的, 它们在设计中融为一体。

三、建筑设计与室内设计的一体化探讨

建筑设计与室内设计的一体化融合需要两者的相互融合, 并在融合中体现一定的侧重点, 这便需要室内设计要融入到建筑设计中, 并以建筑设计为基础, 进行创意优化, 升级建筑设计的使用功能。

1. 将室内设计贯穿到建筑设计的全过程中

室内设计室一般比建筑设计师具有更加细化的专业体系, 其中涉及到室内空间、室内色彩、室内照明、室内陈设、室内背景等, 而建筑设计师多侧重建筑结构、材质、性能等方面。室内设计以建筑设计为基础, 要提高室内设计的质量与艺术感染力, 需要将室内设计与建筑设计进行一体化。

实现建筑设计与室内设计的一体化应该在建筑设计初期将室内设计融入到建筑设计中, 尤其要将室内设计融入到建筑设计方案的深化阶段, 这样为建筑设计提供目的与理念参考, 实现建筑设计与室内设计的整体配合, 为室内设计奠定基础。建筑设计实施阶段要参考室内设计理念选取材料, 并做好建筑外形的处理, 此外, 在建筑设计方案建设阶段, 还要参照建设成果进行建筑设计与室内设计理念进行优化调整。

2. 基于建筑设计进行室内设计

室内设计师应该充分了解建筑设计中的相关细节, 并保证室内设计基于建筑设计进行。需要注意的是, 在进行室内设计时, 为应业主要求进行室内空间结构调整, 就需要室内设计师充分运用建筑设计方面的知识, 对建筑结构进行科学合理化的改造, 且改造过程中要采取必要的加固技术, 以有效减少建筑改造中的安全隐患;室内设计在进行建筑功能处理时, 要将建筑整体功能与局部功能相结合, 在考虑交通线路合理化与空间整体性的基础上进行综合设计。另外, 空问的分隔处理与装饰材料的选用都要求建筑室内设计师参照防火规范进行专业化调整与改进。由此可见, 建筑室内设计工作进行时需要以建筑设计为前提, 并在设计师的专业指导下全面推进。

四、结语

在进行建筑设计时应该将室内设计考虑在内, 并将室内设计贯穿到建筑设计与建设的全过程, 并在建筑建设中进行优化调整, 以全面实现建筑工程各环节设计的协调、融合。推进建筑设计与室内设计的一体化, 对优化组合建筑的使用性能、艺术美化等均居于较高的推动作用, 因此, 在进行建筑设计与建设时需要强化一体化理论研究, 并严格落实各设计环节的融合要点, 以全面提升建筑各环节设计效果。

摘要：随着经济的发展, 建筑工程各环节的设计工作也出现了分工, 比较突出的便是建筑设计与建筑室内设计两环节的分工。本文就建筑与室内设计进行了一体化探讨, 望能对建筑设计与室内设计两环节实现有效衔接提供借鉴。

关键词：建筑设计,室内设计,一体化

参考文献

[1]庄奋起.建筑外观与室内一体化设计理论思考[J].城市建设理论研究 (电子版) , 2013 (10) .

[2]孙昕.室内与建筑一体化设计及实施的研究[D].西北农林科技大学, 2006.

储藏空间与住宅一体化设计研究 篇10

笔者通过抽样调查发现, 郑州市场上配置有储藏空间的住宅套型仅占住宅总数的20%左右, 储藏空间设计被边缘化的现象非常显著。其原因可归结为两点:一是历史原因。即长期以来, 片面追求人均居住面积的增长, 而忽视了套内各功能空间和人的行为需求之间的动态关联。二是居住观念。虽然居民有改善居住条件的愿望, 但由于缺乏专业引导, 而导致其只注重起居、卧室和厨卫等较明确的功能空间的优化, 而把储藏功能的实现置于家具设计范畴。

然而, 我们注意到, 随着集成家居概念的引入, 北京、上海等大城市中, 收纳型家具的嵌固式集成设计广为流行, 拥有独立的储藏间已成为优质生活的一个标志。由此, 储藏空间成为建筑设计与家具设计的对接点。

储藏空间应如何设置?其位置与数量应如何把握?基于这些问题, 本文中, 笔者提出储藏空间与住宅一体化设计的理念, 即在套型设计或装修改造时, 考虑到人的居住行为和空间需求的关系, 将储藏空间作为功能性空间植入套型中, 实现储藏功能的合理化配置。在本文中, 我们以郑州普罗旺世居住小区底层复式套型改造方案为例, 探讨了装修改造中, 储藏空间与住宅一体化设计的方法。

一、套型特征

该套型建筑面积约为190m2, 层高2 800mm, 入户门正对餐厅, 客厅两层通高, 厨房和公共卫生间在套内北端, 一层和二层各两室, 二层的主卧配有独立卫生间和衣帽间。

二、空间优化的思考路径

根据文献及实际调研, 在我国的集合住宅中, 当套内的储藏空间所占面积 (包含建筑空间和家具占用面积) 为住宅面积的12%～14%, 且建筑空间和家具占用面积的比例约为2∶1时, 住宅具有良好的舒适性。本方案以此为线索, 并结合业主对功能空间的实际需求, 对套型空间进行了优化 (图1, 图2) 。

三、方案介绍

1. 为每间卧室增设独立的衣帽间。

文献资料显示, 住宅中收纳物品数量最多, 占用储藏空间面积最大的就是卧室。美国的住宅中, 几乎所有的卧室都配备有储藏间或壁橱, 因为相比家具而言, 衣帽间不仅储藏效率和经济性高, 而且造价相对稳定, 更适合大量储物的要求。但是, 我国目前住宅套型设计的做法, 大多只是在主卧室设置衣帽间, 其他卧室则预留陈设衣柜的位置。这与现在流行的嵌固式家具的存在明显脱节, 甚至相对滞后。在本案例中, 我们充分考虑家中每位居住者的空间需求, 业主不仅可以在步入式衣帽间内存取物品, 还可以在其中进行更衣、梳妆、缝补、熨衣等行为, 大大增加了居住生活的便利。

2. 架设夹层作为多功能储藏室。

本案中的客厅是两层通高的空间, 高度达5 500mm, 这样的高度与其平面尺寸相比显得过于高远。为此, 我们在客厅上部3 350mm的高度上设置夹层作为多功能储藏室。因其内部容量大 (面积为8.76m2, 净高2000mm) , 因此既可作收藏品的储藏室, 也可与其他功能复合利用 (如作为儿童书房等) 。

3. 利用交通空间部分设置壁橱。

充分利用交通空间, 可以有效缩减家务劳动中的行走距离, 减轻一定的劳动强度。本案例中, 在一层的厨房和二层的家庭起居室均设置了壁橱, 以方便业主存取物品。

4. 多向服务储藏空间的设置。

把一层卧室中衣帽间内的转角部位向外反转, 可将原来使用不便的角落变为开放式壁橱, 作为餐厅的备餐台为餐厨服务。这种做法还可以用于为相邻两个空间服务的双向壁橱等。这样, 在很大程度上增加了储藏空间的灵活性, 同时, 丰富的空间也能给居住者带来更多的乐趣。

5. 自由储藏空间。

本案中, 将原本较窄的楼梯踏步开口出放大为喇叭口形, 有效遮挡了楼梯井下部的空间, 并以植物为软隔断, 形成了半开放储藏空间。由于没有固定门扇和隔墙, 可以方便地存取比较大件的物品, 因此适合作为存放家务工具和杂物的空间。

总之, 在本案例中, 笔者通过对住宅储藏空间的优化设计, 使储藏空间净面积增加了17.69m2, 达到前述面积要求, 并在一定程度上提高了住宅的舒适度和适宜性 (见图3, 图4) 。

由此可见, 储藏空间与住宅的一体化设计能够有效地提高住宅的储藏量, 同时也能为后期嵌固式家具的装配产品提供良好的基础空间。

四、结束语