本文是一篇工程硕士论文，工程硕士专业学位在招收对象、培养方式和知识结构与能力等方面，与工学硕士学位有不同的特点。工程硕士专业学位侧重于工程应用，主要是为工矿企业和工程建设部门，特别是国有大中型企业培养应用型、复合型高层次工程技术和工程管理人才。（以上内容来自百度百科）今天为大家推荐一篇工程硕士论文，供大家参考。
专业工程硕士论文精选篇一
第一章 绪 论
1.1 课题的研究背景与意义
经济的飞速发展导致了全球化市场竞争日趋激烈，质量问题成为人们越来越关注的话题，它在很大程度上代表了一个企业的生命力，是企业得以持续发展的根本出发点。因此，质量意识在现代生产企业中也得到了越来越多的关注与重视，产品的质量所具有的重要意义已经远大于过去。然而，据有关统计数据显示，我国目前的大多数产品质量水平还远未达到国际先进水平，显然我国在逐渐成为“世界制造工厂”的同时也生产了大量的质量不高的产品。产品质量问题已经在很大程度上限制了我国经济的快速发展，削弱的我国产品的竞争力，同时也浪费了大量的资源和能源。我国每年因产品质量问题造成的损失高达千亿之多，其中产品生产过程的质量监控不到位、缺乏必要的控制手段以及预控程度不高是现代制造企业面临质量水平低下的主要原因[1]。 随着科学技术的进步，现代工业生产逐渐向大型化和复杂化方向发展，同时市场竞争越来越激烈，对企业生产过程的控制系统提出了更高的要求，形成了复杂加工过程。复杂加工过程的特点主要表现在:(1)加工过程数据高维、非线性;(2)加工过程模型的不确定性;(3)各子过程相互千扰并呈现强稱合性;(4)多层次、多目标的控制要求以及严格的性能指标[2]。根据复杂加工过程的特点，其过程中的制约因素较多且各因素之间关系复杂，很难实现其加工输出与输入参数之间的状态描述和加工过程模拟。因此若采用传统的质量控制方法，难以实时有效地判别出复杂过程的质量问题[3]。 针对具有高度复杂、不可确定、多层次、网络性的复杂加工系统，其质量预测及控制问题是工业过程中带有根本性的、普遍性的又是远远没有解决的问题，需要在未来研究中，运用复杂系统理论提供的新概念，结合已经形成的质量预测及控制体系和方法学，通过多个层次以及对多个层次的综合集成研究，最终对复杂加工过程进行有效的质量预测及控制[4]。随着先进制造技术的逐步应用，生产过程的质量控制理论与技术主要沿着多元化、柔性化、智能化等方向发展。将传统质量预测及控制理论与人工智能技术相结合，充分利用人工智能技术的优势，加快复杂加工过程质量控制的智能化进程。因此，研究复杂加工过程质量智能预测及控制方法不仅具有重要的理论价值，还具有十分重要的实际意义。
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1.2 质量预测关键理论技术及研究现状
企业为了提高质量降低成本，就需要最大限度地控制和减少围绕设计目标产生的波动，而过程质量控制是在生产和服务过程中，对影响质量的各项因素实行控制，是保证产品质量的一个行之有效的途径，是质量改进的先行技术。 随着科学技术的发展，工业生产过程日渐复杂，大多具有数据高维、非线性，过程模型不确定和各子过程相互干扰并呈现强耦合等特点，比传统生产过程质量控制困难很多。因此复杂生产过程的质量预测与控制问题正成为研究者们关注的重大课题。 从目前的现状和未来的发展趋势分析，复杂生产过程中的质量预测和控制技术的智能化是不可避免的。智能质量控制方法，充分利用历史及当前的质量信息，应用人工智能方法进行质量建模与预测，并对制造过程进行实时调整，故能较好地满足现代制造质量发展的要求。预防为主的质量控制改变了传统事后检验的被动性，及时发现和消除质量形成过程中的隐患，将质量损失降低到最小，对其研究的意义重大。
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第二章 基于核主成分分析与改进极限学习机的复杂产品质量预测
引言
复杂产品质量预测是改进现有产品质量，提高产品核心竞争力的关键技术之一。国内外学者对此进行了大量研究。文献[27]采用基于粒子群算法优化的支持矢量回归机方法，构建了单工序质量预测模型，并在此基础上构建了多工序加工质量预测模型，实验表明该方法能够较为准确的预测加工误差。文献[28]采用主成分分析与 BP 神经网络相结合的方法，在一定程度上简化了数据规模，并建立了对螺纹成形质量等级的预测模型，取得了较好的预测效果。针对复杂产品质量预测问题，大多采用基于传统前馈人工神经网络的优化模型或支持向量机的优化分类模型，但由于生产质量相关参数过多，模型迭代次数较大，易陷入局部最优等缺点导致算法计算效率下降，预测结果不够稳定，模型泛化性能较差，因此迫切需要一种新的方法来为复杂产品质量预测提供不同的视角。 极限学习机(Extreme learning machine， ELM)是一种新型单隐层前馈神经网络，该网络与传统神经网络的区别在于可调参数少，只需设置隐含层节点数，再通过随机给定的输入层隐含层的连接权值与隐含层阈值得到输出层权值矩阵，通过网络对数据样本的训练便能够得到唯一的最优解，因此该方法具有的优点是泛化性能好以及学习速度快等[29-39]。文献[40]为了提高电力负荷预测的精度，提出一种在线序列优化的极限学习机的电力负荷预测模型，结果表明该模型的预测精度均优于传统的支持向量回归预测算法及泛化神经网络预测算法。文献[41]利用粒子群算法的全局搜索能力，将其与核极限学习机相结合用于变压器的故障诊断，取得了良好的效果。
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2.1 基于 KPCA 与改进 ELM 的预测模型
ELM 算法的最终输出权值矩阵是通过计算随机给出的权值和偏差得到的，而输入权值与隐含层偏差是随机给定的，这样存在的问题就是随机给定的值可能为 0，导致部分隐含层节点在整个网络中不起作用。因此在实际的工程应用中，只有通过不断增加隐含层节点数才能得到理想的精度，这样就在一定程度上降低了算法在预测上的精度与泛化性能。针对以上问题，本文提出基于核主成分分析(KPCA)与改进遗传算法优化极限学习机的预测模型，首先使用核主成分分析对输入的生产原料及工艺参数进行降维处理，提高算法的运算效率，采用遗传算法对传统极限学习机的权值矩阵及隐含层偏置进行优化，减少隐含层节点为 0 的情况。将该模型应用于精梳毛纺质量参数毛纱 CV 值的预测，并与 PCA-GA-ELM模型及 GA-ELM 模型的预测精度进行对比，验证了 KPCA-MELM 模型具有更高的预测精度。
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第三章 基于混合种群遗传神经网络的工艺参数反演研究 ...... 29
引言.... 29
3.1 纺织品工艺参数反演问题描述 ........ 30
3.3 数学模型描述 ........ 31
3.4 精梳毛纺反演算法设计 ...... 32
3.5 MPG 算法反演 ......... 34
3.6 实验验证 .......... 35
3.7 本章小结 ......... 41
第四章 基于深度学习卷积神经网络的生产控制图模式识别 ......... 42
引言.... 42
4.1 生产过程控制图基本模式 ......... 43
4.2 基于卷积神经网络的控制图模式识别概述 ......... 44
4.3 卷积神经网络的结构 .......... 45
4.4 卷积神经网络的训练过程 ......... 48
4.5 CNN 生产控制图识别模型建立 ...... 52
4.6 生产控制图识别模型训练及测试 .... 54
4.7 纱线 CV 值生产控制图识别实例 .... 61
4.8 本章小结 ......... 63
第五章 总结与展望 ....... 64
5.1 研究工作总结 ........ 64
5.2 研究工作展望 ........ 64
第四章 基于深度学习卷积神经网络的生产控制图模式识别
引言
对制造过程的质量状态进行检测，是实施过程质量连续改进的起点，通过质量生产状态识别发现过程异常并采取纠正措施，可以使过程恢复并保持稳定受控状态。休哈特提出了统计过程控制（Statistical Process Control，SPC）理论，统计过程控制理论认为，世界上没有两个产品是一样的，产品质量特性之间存在的差异也称之为波动(Variation)，波动是造成产品质量问题的根源，而产品质量特性数据的波动具有统计规律性[61]。Snee 进一步阐明了质量改进中的统计思维模式：即企业的所有活动都可以看成一系列相互联系的过程，过程总有波动，识别、量化、控制并减少波动以获得质量改进，从而达到顾客满意的最终质量目标[62-63]。 统计过程控制图理论给出了判定过程异常的准则，然而，这些准则并不能对所有的过程失控都进行有效检测或诊断，比如，GBT4091-2001 中的判异规则：―连续 14 点中相邻点交替上下‖定义了一种周期性异常，但对于控制图中出现的其它周期性异常没作定义，加上过程中偶然波动的影响，通过规则来描述所有周期性异常是无法做到的。现实生产过程中存在的另外一类重要的过程失控现象就是过程失控，在控制图中经常以异常模式的形式出现。由于过程中存在噪声，使用GBT4091-2001 中规定的判断失控的准则却对此并不能进行有效的过程异常诊断。质量控制图是对工序输出值的监视，可根据加工过程中不同的控制状态，呈现出不同的模式。
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总结
本文围绕现代制造过程质量控制，以复杂非平稳的纱线制造过程为研究对象，研究基于智能学习模型的制造过程质量预测与控制方法，以实现纱线生产质量的智能预测与工艺优化，使纱线生产质量最终稳定受控。论文的主要成果总结如下：
(1) 将核主成分分析(KPCA)与改进的极限学习(Modified-ELM，MELM)相结合，构建了复杂产品关键质量参数的预测模型(KPCA-MELM)，通过结合改进遗传算法优化 ELM 算法的输入权值矩阵和隐含层偏差，提高网络的预测效率与精度。
(2) 以 BP 神经网络为基础,提出一种混合种群遗传人工神经网络反演模型，以纱线 CV 值为质量指标对生产过程的主要工艺参数进行反演，并与 SGA-ANN模型进行比较，验证了该模型的有效性，可对复杂加工过程进行工艺参数反演，并以此为依据进行工艺优化。
(3) 构建了基于深度卷积神经网络的控制图异常模式识别模型，并与基于SVC 的控制 图识别模型进行了对比。该方法实现了复杂工况下控制图模式的自动识别，识别准确率可达 98.33%且识别性能稳定，通过实际纺织生产数据测试，能有效地识别不同时间窗内的控制图模式，根据控制图所描述的加工过程的变化，判断纺纱生产过程是否处于受控状态。将该模型应用于纺织加工过程异常的检测，根据识别得出的控制图模式，结合工艺调整规则，消除潜在的问题，使生产质量稳定受控，具有实际生产应用价值。
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参考文献(略)
专业工程硕士论文精选篇二
第一章 绪论
1.1 课题研究的背景和意义
物联网是一个新兴的产业，物联网涵盖了电子技术、计算机技术、通讯技术、网络技术等学科，是一个多学科综合交叉的产业[2-3]。物联网发展潜力巨大，因此也被称之为继计算机、互联网之后的第三次信息产业浪潮[4-5]。在政策方面，国家大力支持物联网技术的发展，2009 年 8 月温家宝总理在视察无锡中科院物联网研究中心[6]，2011 年国家工业和信息化部发布《物联网“十二五”发展规划》，明确指出物联网已成为当今世界新一轮经济和科技的战略至高点之一。[7-8] 物联网技术是各学科的综合产物，其广泛的基础属性决定了其具有广泛的应用领域，如医疗、环境检测、智能家居控制、石化化工、电力检测、农业管理、运输、军事、消防等传统行业，基本涵盖了人类生活的各方面[9-14]。传统行业的各控制系统运行相对独立，外界无法获取其运行时的状态信息，也无法实现对各控制系统的监测与控制。当前，智能化控制得到前所未有的高速发展，人类对系统的控制要求也提高到了一定高度，不仅要是各控制系统能独立、稳定运行，更要实现远程控制，这也为物联网的发展提供了广阔的发展空间。 物联网在各领域的广泛应用，作为物联网感知层基础的传感器在各领域使用的种类和数量极其庞大，传感器硬件接口与数据访问方式千差万别，无法实现统一的管理。为了对感知层数据进行统一的管理，需要建立一个智能操作平台以实现数据的统一处理和传输。物联网对数据管理统一后即可应用于众多的监控系统中，从而减少了监控系统的的研发周期，方便在不同监控系统中进行设备的移植，减少设备维护成本。物联网同时实现了数据在互联网中共享，方便监管人员通过互联网实现远程操作，同时也方便对数据的显示、查询、获取、分析。此物联网监控系统可以应用于农业监控、医疗控制、工业检测、矿井、智能家居、酒店信息监控，环境参数采集等场合，具有较高的实用价值。 通过对本系统的制作与研究，扩展了互联网的应用范围，促进了互联网与无线网络的融合，对物联网的进一步发展奠定了基础。
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1.2 物联网监控系统的发展状况
物联网实现物到物(T2T, Thing To Thing)、人到物(H2T, Human To Thing)和人到人(H2H, Human To Human)的互联，把目前网络所实现的人与人之间的互联通过传感技术扩大到了物的范围[15]。物联网的基本组成如图1-1所示，物联网主要由三个层次组成：一是感知层，感知层主要是通过传感器检测设备所需的变量，将模拟量变换成数字量，常见的有一般传感器、RFID(Radio Frequence Identification)、二维码等。二是网络层，网络层的基础的是互联网，包含了有线和无线传输方式，实现数据的远程传输。三是应用层，该层将网络层传输来的数据通过各种信息系统进行处理，为用户提供了多种多样的业务体验，并通过各种设备和人进行交互。在国外，在美国物联网的研究中，高等院校一直处于行业的先驱者，例如麻省理工学院，奥本大学先后获得 DARPA 的支持，加州大学洛杉矶分校的 CENS实验室、WINS 实验室、NESL 实验室、IRL 实验室等等进行的大量的研究工作，此外，很多知名公司也积极从事这方面的工作，例如克尔斯博公司分别和微软、霍尼韦尔、英特尔等公司建立了合作关系。在欧盟物联网的研究中，欧盟委员会递交了《欧盟物联网行动计划》，确保欧洲在构建物联网的过程中起主导作用；日本与韩国在物联网的发展则经历了相似的过程。
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第二章 系统整体设计
2.1 物联网监控系统的功能要求
物联网的组成中包括对各独立的设备的进行数据采集与控制、数据的传输以及与互联网数据的融合。因此，在本文介绍的监控系统应有如下的功能：第一、与物联网通讯节点相结合的各应用控制系统实现对外部设备的数据采集和控制，如酒店新风机控制系统中，应实现对各传感器的数据采集与新风机的通断控制。第二、物联网通讯节点实现组网通讯。 第三、物联网通讯网络完成各节点的数据传输。通讯网络包括对各设备节点组网、入网、地址分配、节点识别等，为数据的正确传输提供稳定的传输途径。 第四、网络通讯中的各节点数据通过协调器实现协调器与互联网通讯的融合，即完成物联网感知层与网络层数据的互联互通。 第五、上位机作为客户端可以通过互联网远程获取各通讯节点的状态信息。通过上诉对物联网监控系统的功能分析，实现了从物联网底层到顶层的数据流向。物联网的架构如图 2-1 所示：
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2.2 物联网监控系统整体方案
从图 2-1 可知，物联网架构包括四个部分，即上位机实现数据监控，协调器实现协议的转换与通讯网络的控制，通讯网络实现数据的传输，各通讯节点完成对外围设备数据的采集与控制。物联网监控系统的设计则完成物联网架构中网络层与感知层的数据融合。物联网监控系统的整体设计方案如图 2-2 所示，通讯节点为网络通讯中为网络的组建提供数据接收与发送终端，对外围设备的控制。若干通讯终端经一定的规则组成可以相互通讯的网络；对外围设备的控制，是对外围设备数据的采集、存储、及外部设备开关量的通断控制，通讯节点并将外围设备的状态信息经通讯网络发送到协调器。通讯网络完成网络组建具体的组网工作，完成数据的输送，并对网络进行维护，路由信息管理，协调各通讯节点的在同一信道中的传输，以达到安全、稳定的目的。目前物联网通讯网络有有线通讯方式与无线通讯方式，有线通讯有RS-232、RS-485、CAN 总线等，无线通讯方式有 Zigbee、Ad hoc、Wifi、蓝牙等，两种不同传输介质的通讯各有优势，应根据不同的使用场合使用合适的通讯方式。对网络通讯的设计主要是对网络中各通讯协议的软件设计。
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第三章 物联网监控系统的硬件设计 ........... 12
3.1 节点硬件设计 .......... 12
3.2 协调器硬件设计 ...... 17
3.3 本章小结 .......... 20
第四章 物联网网络通讯组网设计 ....... 21
4.1 网络通讯物理层设计 ...... 21
4.1.1 SI4432 接收和发送及初始化 ...... 21
4.1.2 物理层封包 ........... 25
4.2 网络通讯数据链路层设计 ...... 25
4.2.1 网络拓扑结构的选用 ........... 25
4.2.2 MAC 子层 ..... 26
4.3 网络通讯网络层设计 ...... 27
4.4 组网过程 .......... 30
4.4.1 网络创建 ....... 30
4.4.2 节点入网 ....... 31
4.5 二进制指数退避(BEB)算法及优化 ....... 32
4.6 本章小结 .......... 35
第五章 物联网协调器设计 ........... 36
5.1 Linux 系统移植 ........ 36
5.2 网关设计 .......... 39
5.2.1 网关架构 ....... 39
5.2.2 TCP/IP 协议与无线网传输帧解析 ....... 40
5.2.3 地址映射与协议转换 ........... 41
5.3 TCP/IP Socket 程序编写 .......... 42
5.4 本章小结 .......... 44
第五章 物联网协调器设计
5.1 Linux 系统移植
微处理器上运行 Linux 系统时，需要对进行几个步骤的操作。Linux 启动时与 Windows 类似，需要有引导程序即 Bootloader，Bootloader 是在操作系统内核运行前的一段小程序[54]。在 Bootloader 中进行对应的操作设置，例如存储地址、系统地址、初始化硬件设备等。然后再在引导程序中启动系统，即启动 Linux 的内核（Kernel），最后再在内核的基础上挂接一个文件系统，即最小的 Linux 系统被制作出来。但由于每套线路板的硬件构成不尽相同，因此需要对部分程序进行相应的移植与裁剪工作，使之真正编译出来的数据数据量减小，适合在微处理器中运行来我们的要求。一套完整的程序所需的平台架构如图 5-1 所示，硬件平台是本系统根据需要而制作出来的 PCB 板，Bootloader、Kernel、文件系统是需要从现有的资源中移植过来，应用程序需要则是根据具体需求而开发的程序，本系统应用程序主要是无线网与网关程序的编写。目前应用最多的 Bootloader 引导程序是 U-Boot( Universal Boot Loader)，是遵循 GPL 条款的开放源码项目。U-boot 有着明显的优势，其源码开放，开发人员或公司不需考虑其版权问题；其次 U-boot 支持多种嵌入式操作系统和多种硬件平台，使之在平台之间的移植的相对比较方便；然后其具有很高的稳定性与可靠性，可以在各平台上可靠运行。最后，其支持的设备众多，驱动源码很丰富，开发人员对其移植时不用理会过多的底层资源。
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总结
本文根据当前物联网监控系统在工厂、医院、楼宇等多楼层、多障碍物、环境复杂应用所领域所存在缺陷，无法满足该行业的控制要求而设计制作一套物联网监控系统。本系统在研究的过程中设计到了电子、计算机、通讯、单片机、Linux系统、互联网等多个学科，是各学科共同的产物。本系统的研究从硬件底层直到计算机上层，基本实现了对数据流向的控制，达到了预期目标。本设计完成的工作如下：
(1) 根据物联网的特性分析，确定方案的功能目标，并提出对功能的实现方案。包括对整体方案的确定、各模块方案的实现、及整个方案工作的分析。
(2) 完成系统的硬件设计。硬件设计包含对原理图、PCB 图的设计，并打样焊接等工作。硬件模块包含通讯节点和协调器模块。
(3) 完成对 Linux 系统的搭建工作，系统搭建主要是对 Uboot、内核、及文件系统的移植工作，以及 SI4432 芯片在 Linux 系统中的驱动程序及应用程序的编写工作。
(4) 分析了无线网络层次的功能，及完成对各层封包的数据帧设定，以便对实现无线网络与互联网的数据流通，解决了本系统的关键点之一。同时对无线网络的 MAC 子层的 BEB 算法进行了优化设计。
(5) 通过对无线网络与 TCP/IP 协议的封包相比较分析，确定了网关的对数据的转换方式，包括地址、数据信息等。
(6) 将本系统应用于酒店新风机的控制系统，并对物联网的各个环节进行了测试，并将协调器作为服务器，在上位机中使用 Labview 编写客户端以实现对新风机控制节点的监控。
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参考文献(略)
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第 1 章 绪论
1.1 课题的背景及意义
直径或对角线直径1m以上的大尺寸超精密大玻璃元件（以下简称“大玻璃”）在航空航天、天文和核能源等行业中使用非常广泛。例如：现代制导武器最广泛应用的激光制导设备，它使用的许多激光原件如大型激光反射镜、激光陀螺腔体、非球面透镜等是均是大玻璃元件；欧洲南方天文台（European Southern Observatory，ESO）正在研制世界的最先进望远镜 E-ELT（European Extremely Large Telescope）核心部件是直径 42m 由 800 块以上直径 1.5m 的六边形非球面反射镜片组成的镜头；为解决人类能源危机研制的激光惯性约束聚变（Inertial Confined Fusion ,ICF）装备的核心部件激光核聚变反射镜，其中美国国家激光聚变装置（National Ignition Facility, NIF）通过 3000 块磷酸盐玻璃将单束激光放大，法国激光兆焦耳工程（Laser Mega-Joule, LMJ)及我国神光ⅳ高功率激光点火装置都使用大量的大尺度光学玻璃；光刻工艺目前使用的极紫外光刻技术（Extreme Ultraviolet Lithography, EUVL）的部件极紫外光刻物镜是由六片中频粗糙度均方根值在 0.1nm 左右的光学玻璃构成的。 随着光学玻璃在航空航天、光电、空间技术以及精密工程等领域应用的扩展，对光学玻璃元件的加工效率和加工质量要求越来越高。光学玻璃加工质量对其使用性能有很大影响，光学玻璃加工后的表面粗糙度、面形精度等会影响光学元件的成像质量，而光学玻璃加工后的亚表层损伤则会降低光学元件的抗疲劳强度、抗腐蚀性和相变稳定性等，从而降低其使用寿命。因此如何提高光学玻璃的加工效率和加工质量是目前光学制造业急需解决的核心问题。 光学玻璃属于硬脆材料，硬度高、脆性大，在加工过程中极易产生表面裂纹、亚表层损伤等问题。目前主要采用磨削、研磨和抛光相结合的技术进行光学玻璃加工。研磨和抛光主要通过对磨削后的工件进行进一步加工，去除磨削对工件造成的损伤从而使其达到质量要求，但是其材料去除率低、加工效率低。因此在光学玻璃的加工过程中，需尽量提高磨削加工质量从而减少研磨、抛光时间，提高加工效率。
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1.2 光学玻璃的加工工艺
从上述论述中可看出：大玻璃作用特殊,要求仪器数量大、尺度大、加工形状精度和表面质量高，如直径 1.5m 的光学元件，在 1.5m 的范围内，其表面形状精度小于 1μm，表面粗糙度不低于 20nm Rms，极少的亚表面损伤。为实现上述目标，目前国际主流加工工艺流程为（图 1.1）：固体粒子磨削，加工时可快速去除材料，平面度可达 1～2μm、表面粗糙度不低于 Ra 50-150nm；离散粒子加工，玻璃加工技术的关键环节，可达到平面度0.5～1μm、表面粗糙度Ra20-50nm；原子分离加工，用高硬度固体粒子（如金刚石砂轮）和大玻璃之间高速相对运动，快速去除玻璃表面的材料，提高表面形状精度和粗糙度，尽可能避免亚表面损伤。国外，英国 Cranfield 大学自主开发 BoX 大玻璃专业数控磨床采用树脂结合剂金刚石砂轮实现对自由曲面大玻璃的快速磨削，BoX 磨床及其加工技术代表着国际大玻璃磨削技术的前沿，目前服务于 E-ELT 的大玻璃的超精密磨削。国内，哈尔滨工业大学研究了 Elid 金属结合剂修整技术，用于普通中小型光学玻璃的镜面磨削，属于这种磨削方式。 目前大玻璃磨削技术及装备开发已经纳入国家重点支助计划，由上海机床股份有限公司和哈尔滨工业大学等单位负责联合开发，目前尚处在起步阶段。
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第 2 章 约束磨料射流抛光去除理论及压力场建模
随着现代光学技术的发展，高精度的光学玻璃的需求量也急剧增长，同时对高精度光学的加工原理及加工方法的要求也越来越高。本章主要介绍射流去除理论，并建立自由射流及约束射流抛光数学模型，具体分析磨料射流抛光的去除机理，为约束式磨料射流抛光技术的深入研究奠定理论基础。
2.1 射流理论
射流是指流体从各种形状的喷嘴射入同一种或另一种流体的流动。在给水排水工程、水利水电工程、航空航天工程、环境工程以及在机械、冶金、化工、能源等许多领域都会利用到射流技术。 如果从喷嘴喷射出的流体射入流体特性相同的无限空间中，则称之为淹没自由射流；如果射流处于层流状态，则成为层流射流；若射流为紊流状态，则称之为紊动射流。实验研究表明，紊动射流一般分为三个区段，即初始段、过渡段及主体段。初始段由势流核和剪切层组成，在势流核内，其速度保持原来的出射速度，边界逐渐向射流轴线收缩直至相交；在剪切层内，其速度分布具有误差函数形式，并自入射点逐渐向两侧扩散，即边界层的扩展。实验研究表明，剪切曾内存在相干结构，亦称拟序结构。这种有组织结构向下运动时，有一种成对合并现象，称之为涡旋配对。射流的断面扩展及其对周围流体的卷吸就是涡旋配对的结果。在自由射流主体段，边界层充分发展，其速度、浓度、温度均服从高斯分布。射流的过度段很短，一般在分析中常予以忽略。另外对于三维紊动射流，氨气轴线速度衰减状况，可分为三个明显的流动区域。即势流核心区、特征衰减区及轴对称衰减区。 冲击射流是指自由射流对固体壁面的冲击流动，按其流动特性可分成三个流动区域：自由射流区，该区流动特性与自由射流相同；冲击区，该区流动改变方向，并且有很大的压力梯度；壁面射流区，对于紊动壁面射流，分为内层和外层，内层具有壁面边界层的特性，外层则具有自由射流的特性。
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2.2 自由磨料射流抛光去除理论
在磨料射流抛光工艺中，磨料磨粒在抛光设备储能器的作用下随着抛光液以一定的速度喷射到工件表面，引起工件材料的去除。工件材料的去除主要有材料的塑性变形和脆性去除。磨料射流对脆性工件的抛光主要是以磨粒以高能方式在工件表面滚动划擦及高能冲击方式去除。 单颗磨粒的速度可以分解为垂直和平行于工件方向，垂直于工件的方向主要是在高速压力的作用下挤入工件，平行于工件方向的速度是给材料的去除提供切削方向。本文主要研究的是约束式磨料射流抛光方法（图 2.2），在抛光过程中微粉磨料随抛光液冲射到工件与约束轮的缝隙中，携带高能量的磨粒在约束轮和射流的共同作用下对工件的表面微观形貌进行不断的冲撞，进而实现材料的去除。由于实验设备的限制本文研究的磨料远小于工件与约束轮的间隙，因而对工件材料的去除不是约束轮对磨粒的挤压而实现，而是完全由磨粒在约束轮与工件之间的不断冲撞弹射去除[14]。因此约束式磨料射流抛光的材料去除方式主要是磨粒滚动去除与磨粒冲击去除。
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第 3 章 抛光区域 CFD 仿真与数值计算 ......... 18
3.1 引言 ...... 18
3.2 抛光区域流体 CFD 仿真 ....... 18
3.3 约束式磨料射流抛光 MATLAB 数值计算 ...... 24
3.4 约束式射流抛光压力场仿真 ........ 29
3.4.1 约束式射流抛光磨料流压力分布 .......... 29
本章小结 .... 30
第 4 章 磨料射流抛光装备及控制系统研究 .......... 32
4.1 引言 ..... 32
4.2 抛光液的配置及分散性研究 ....... 33
4.2.1 氧化铝微粉的分散方式 ..... 33
4.2.2 抛光液的配置实验 ...... 35
4.3 磨料射流抛光系统的搭建 ..... 37
4.3.1 射流发生系统 ....... 37
4.3.2 机床本体系统 ....... 38
4.4 流体输送控制系统的设计 ..... 39
4.4.1 流体输送系统的设计 ......... 39
4.5 射流抛光搅拌及过滤系统设计 .... 40
本章小结 .... 43
第 5 章 约束式磨粒射流抛光工艺实验研究 .......... 44
5. 引言 ...... 44
5.1 实验及测量基础 ....... 44
5.2 自由抛光与约束抛光对比实验 .... 48
5.3 约束式磨料射流抛光单因素实验 ....... 53
5.4 约束抛光正交实验研究 ......... 56
本章小结 .... 61
第 5 章 约束式磨粒射流抛光工艺实验研究
5.1 引言
利用约束式磨料射流抛光方法进行光学玻璃的精密抛光，其基本机理是磨粒在工件及约束轮之间的反复碰撞进行材料的去除。因此进行约束式磨料射流抛光过程中的各个工艺参数包括喷嘴角度，抛光间隙，磨料粒度，磨料浓度，约束轮转速等参数都将对加工质量产生影响，因此研究实际抛光过程中各工艺参数对工件实际抛光质量的影响具有重要意义。 本文对约束式磨粒射流抛光进行实验研究，通过自由抛光与约束式抛光对比实验，单因素实验，及正交实验方法，分别研究了自由抛光与约束抛光抛光对比抛光效果，各因素对工件抛光质量的影响，各工艺参数对工件抛光质量的显著性影响因素情况，以此来验证约束式射流抛光方法在去除材料及提高工件表面质量的优越性。第 5 章 约束式磨粒射流抛光工艺实验研究 5.1 引言 利用约束式磨料射流抛光方法进行光学玻璃的精密抛光，其基本机理是磨粒在工件及约束轮之间的反复碰撞进行材料的去除。因此进行约束式磨料射流抛光过程中的各个工艺参数包括喷嘴角度，抛光间隙，磨料粒度，磨料浓度，约束轮转速等参数都将对加工质量产生影响，因此研究实际抛光过程中各工艺参数对工件实际抛光质量的影响具有重要意义。 本文对约束式磨粒射流抛光进行实验研究，通过自由抛光与约束式抛光对比实验，单因素实验，及正交实验方法，分别研究了自由抛光与约束抛光抛光对比抛光效果，各因素对工件抛光质量的影响，各工艺参数对工件抛光质量的显著性影响因素情况，以此来验证约束式射流抛光方法在去除材料及提高工件表面质量的优越性。
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总结
本文介绍了大尺寸光学玻璃的现实需求及加工工艺现状，光学玻璃的精密抛光工艺过程，特别是离散粒子抛光工艺，并分析其加工方法的缺陷，提出来了约束式磨料射流抛光方法。本文通过对自由射流及约束式磨料射数学模型的建立，运用 CFD 流体计算仿真软件及 MATLAB 数值计算方法，对约束式磨料射流抛光区域的流场进行数值仿真与计算，分析抛光工艺参数及效果。在课题组前期研究基础上研制了约束式磨料射流抛光系统，并对系统进行分析验证，实现磨料流体的清洁、稳定、持续的喷射抛光。并利用该系统对光学 K9 玻璃进行单因素及正交实验，得到了光学玻璃加工参数对工件抛光质量的影响曲线。
（1）结合自由射流抛光理论，明确了约束式磨料射流抛光理论的去除机理，建立了抛光区域压力场的数学模型，包括射流原理，自由射流抛光材料去除数学模型的建立，约束式磨料射流抛光材料去除模型中磨料滚动去除模型，磨料冲蚀模型的建立。
（2）在理想状况下根据 Navier-Stokes 方程建立流体速度场的数学模型，以及磨粒在流体中运动状况的分析，同时明确了磨粒射流的几何特征，同时借助CFD 流体仿真软件及 MATLAB 数值分析方法计算抛光区域压力场情况，获得了抛光工艺参数对压力场的影响情况。
（3）对约束式磨料射流抛光装备及其控制系统进行设计改造。包括磨料发生系统及机床本体系统两类，主要进行抛光微粉磨料的分析，抛光液的配置、悬浮、分散实验，过滤系统的设计，喷嘴的设计，工件安装方法的改进提高，控制系统的设计等内容。
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参考文献(略)
专业工程硕士论文精选篇四
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
随着现代航空航天领域的高速发展，各大企业对零件的质量要求日益增高，特别薄壁类零件，因其高承载能力、高强度、质量轻等特性，在航空航天领域中得到广泛应用，特别是在要求自身重量小又不失强、刚度的大型飞机中得到很好的应用。 目前，薄壁类零件大多数使用的是数控机床铣削加工，而这类零件在加工时极易因为受到一定的切削力、夹紧力、热等因素的影响而产生变形。如整体结构件这类薄壁零件，其具有尺寸大、结构复杂、材料去除率高、薄壁部位多、协调精度要求高等特点，加工过程中会受到残余应力、切削力、切削热等因素的作用，导致加工后零件出现复杂的弯扭组合变形，使得零件很难达到原先的设计要求，甚至报废如图 1-1 所示。航空整体结构件的加工变形问题己成为困扰航空工业的关键技术难点之一，即使是世界著名的飞机制造公司如波音、空客等在整体结构件制造过程中也存在着这类技术难题。而到目前为止，引起整体结构件加工变形的机理仍未被完全掌握，抑制变形或者消除变形的理论和实验研究仍然有大量的基础工作等待进行。纵观导致薄壁件在加工中的变形因素，主要包括四个方面[1]：切削过程力热耦合作用的影响、工件残余应力的影响、加工中装夹系统、工件材料力学特性与结构特点的影响。本文以残余应力为研究对象，探究减少残余应力的策略及方法，为薄壁件加工变形研究提供技术参考。 残余应力作为影响复杂薄壁零件形状精度和尺寸稳定性的关键因素，如何减少和控制残余应力一直是国际先进制造理论与实践急需攻克的主要难题之一。残余应力对于薄壁件的使用寿命有着密切的联系，在零件加工完成后短期及在后期使用过程中，可能会因为受到工件表面和亚表面残余应力的影响而导致二次变形，使零件报废，造成了成本的增加和材料的浪费。工件的残余应力形成过程包括：初始残余应力、后续切削力热所导致的加工残余应力。初始残余应力的分布状态形成包括毛坯成型过程、粗加工前的热处理过程，无论是不均匀的温度场还是内部不均匀的材料组织，都会造成工件形成初始不均匀的残余应力分布，并影响后续的工件残余应力的重分布。另外工件加工残余应力对工件的影响体现在加工完成后因为受到其自然释放而导致二次变形。已有相关研究表明，该影响对于薄壁件来说是致命的，特别对薄壁件的一些关键特征和结构。
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1.2 国内外研究现状
现代飞机机体使用的工程材料主要有：轻合金（铝合金、镁合金）、钛合金、合金钢以及复合材料（碳纤维增强塑料、纤维金属板材等）。虽然复合材料和钛合金在飞机机体上的使用比例有逐年增加的趋势，但铝合金具有密度小、强度高、抗应力腐蚀能力好等特点，在航空制造业中得到了广泛的应用[3]，特别是在民用飞机上，表 1-1 列出了民用飞机使用各种结构材料的质量百分比[4]，表中数据显示，铝合金是飞机构件的主要材料，所占百分比远超其他材料，最高所占比例可达 81%。现代铝合金零部件的加工正趋于采用高速、高效加工技术。优质、高效、低耗一直是人们的努力方向和追求目标，高速切削技术 (HSM:High-Speed Machining)以其特有的原理优势、巨大的潜在应用价值顺应潮流应运而生，成为21 世纪先进制造技术的重要组成部分。它是当今世界机械制造业中一项迅速发展的高新技术。在现代工业发达国家，高速切削作为一种新的切削加工理念，受到越来越多的工程技术人员的认可[5]。高速切削加工的吸引力之一就在于在提高生产效率的同时，可以实现高质量加工，零件能够获得较好的已加工表面质量。 国际上在高速切削理论研究方面虽取得了一些研究成果，但总体上落后于工业实践，缺乏必要的工艺技术研究与实验，因此开展铝合金高速切削研究必将对我国航空工业的飞速发张起到非常积极的作用。
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第二章 残余应力仿真和测试方法研究
金属铣削加工试验及后续的残余应力测试都是一项耗费、耗时、耗人工的复杂工程。随着有限元仿真技术的不断发展，计算机分析能力的提高，越来越多的有限元软件用来分析金属切削加工过程，切削力、热、应力、应变等可以被精确的计算和分析出来。将有限元法与实验法相结合，可以更加高效的完成课题相关研究。对于残余应力的实验测试，将选用 x 射线这一非破坏性方法。本章主要对本文所使用的有限元仿真技术及残余应力的 x 射线测试方法进行介绍，为后续展开相关仿真和实验研究做铺垫。
2.1 仿真研究的理论基础和关键技术
本研究中采用的仿真分析软件是 Third Wave Systems 公司生产的 AdvantEdge FEM 软件，该软件是切削加工专用软件，可以方便的建立与实际加工情况更符合的仿真模型；可以很方便地进行多切削方案的比较来验证及优化切削参数；可以通过运用该软件对刀具温度及应力进行分析来预测刀具性能及刀具磨损，也可以用来分析切削过程工件的温度变化以及切削参数的不同对工件表面残余应力的影响。其主要软件产品 AdvantEdge FEM 是基于材料物理性能的有限元仿真软件，主要功能如下： 软件材料库中有 120 多种工件材料及 100 多种刀具材料;在金属切削模拟过程中可以考虑工件初始应力、刀具的振动、刀具磨损、刀具表面涂层及冷却液等；可以用来进行微观及宏观的金属切削分析，模拟金属切削中材料的性能、切削力、轴向力、径向力、热流、温度、应变、应力、切屑形成、切屑断裂、工件的弹塑性变形及残余应力；详细的铣削(含插铣)、车削、钻孔、锉削等工艺分析；自动进行网格划分，只需要定义关键参数及网格重划系数；具有参数研究功能，可以进行切削速度、进给量、切削宽度、切削深度、刀具前角、刀具后角、切削刃圆弧半径及变换刀具的参数研究来优化金属切削工艺；具有丰富的后处理功能，可以用曲线、云图及动画等方式显示结果。
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2.2 AdvantEdge-3D 铣削模型
金属铣削加工是一个伴随着高温、高压、高应变率的塑性变形过程，对加工表面的残余应力及其分布有着重要影响。在现有的有限元分析软件中，可用于分析金属切削加工产生残余应力的软件有很多，如 ANSYS、ABAQUS、DEFORM、LS-DYNA 等。由于残余应力分析计算时间比较长，且前处理比较复杂，如相关参数设置不合理，会导致后续迭代计算不收敛，造成时间的大量浪费。再加上构建准确的铣刀结构模型比较繁琐，大部分学者使用上述软件仅构建二维切削模型。但是相比于实际铣削加工，二维模型刀具去除材料的方式与铣刀实际去除材料方式存在差异，如图 2-2 为实际铣刀的走刀轨迹，可以看出铣刀每齿的切削厚度是由“薄—厚—薄”，是时刻变化的。而图 2-3 为一般二维切削模型，其去除材料厚度是不变的，且模型过于简化，此模型只能作为局部残余应力分析，而不能代表整个铣削圆弧上的残余应力分布情况。
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第三章 铣削方式及刀轨叠加方式对残余应力的影响 ........ 20
3.1 铣削方式对残余应力的影响研究........ 20
3.2 走刀轨迹叠加方式对残余应力的影响研究...... 29
3.2.1 连续加工表面的仿真模型构建......... 29
3.2.2 不同走刀轨迹叠加方式的定义......... 31
3.2.3 走刀轨迹方式对残余应力的影响研究.... 32
3.3 相关研究结论..... 35
3.4 本章小结...... 36
第四章 考虑效率及减小残余应力的工艺参数优化研究 .... 37
4.1 铣削宽度和进给量的组合优化规律.... 37
4.2 铣削深度与进给量的组合优化规律.... 43
4.3 铣削宽度与铣削深度的组合优化规律....... 48
4.4 工艺参数优化原则及对残余应力的重要度分析..... 49
4.5 本章小结...... 50
第五章 铣削实验及其对比分析研究 ........ 51
5.1 毛坯热处理工艺........ 51
5.2 铣削方式实验研究.... 52
5.2.1 实验加工方案......... 52
5.2.2 残余应力测试结果分析....... 53
5.3 走刀轨迹叠加方式实验研究......... 56
5.3.1 实验加工方案......... 56
5.3.2 残余应力测试结果分析....... 57
5.4 本章小结...... 59
第五章 铣削实验及其对比分析研究
前两章基于 AdvantEdge 构建模型并进行相关内容的研究，讨论了不同铣削方式对残余应力的影响；研究了高速铣削对残余应力及加工效率的综合效应；分析了不同走刀轨迹叠加方式对残余应力的作用机制；提出了工艺参数优化原则。本章主要以实验为主，对以上章节提出的优化方法及优化原则进行实验验证，为实际加工应用提供有利依据。
5.1 毛坯热处理工艺
由于毛坯在生产过程中，容易产生较大的残余应力，且分布不均匀，而在切削加工过程当中还会引入更大的残余应力，两者叠加共同影响零件的尺寸精度和形状精度。若初始残余应力得不到控制，很难在后续加工中通过改变加工参数来改善残余应力。所以在毛坯加工前，需进行一定的热处理工艺使得工件内部晶粒组织均匀以改善工件初始残余应力对后续加工造成的影响。 消除应力的方法有:自然时效、人工时效、振动时效、静态过载时效、爆炸时效、循环加载时效等，都在一定程度上达到消除和均化的目的。本文采用人工时效处理，将毛坯送至图 5-1 所示的加热炉中加热至 190℃，保温 12 小时，然后随炉冷却，以改善工件内部残余应力分布情况。为查看热处理前后零件表面残余应力变化情况，在零件表面选取 6 个点进行残余应力测试见图 5-2，热处理前后残余应力测试结果如图 5-3 所示。从图中数据可以看出热处理后残余应力总体得到了改善。X 方向残余应力极值降低了 25%，平均值降低了 39%；y 方向残余应力极值降低了 19.5%，平均值降低了 27.6%，说明热处理能有效改善工件内部残余应力。
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总结
本文以减小和控制残余应力为目的，以铝合金为研究对象，将仿真与实验相结合，探究减小残余应力的铣削工艺优化方法，主要研究成果如下：
（1）分析了基于走刀轨迹的残余应力分布规律。铣刀单个齿的走刀轨迹为圆弧形，切屑中间厚两边薄，当切屑厚度由厚变薄时，残余应力由拉应力向压应力转变。即中间表现为拉应力，两边表现为压应力。
（2）提出了基于三维铣削模型的残余应力获取方式及分析计算方法。此外，为准确比较顺铣与逆铣的区别，本文首次提出了选取纯粹的顺铣点和逆铣点进行对比，采用极差、极值、均值更全面的对不同工艺参数组合下残余应力比较。
（3）基于连续走刀模型，分析了不同铣削方式对残余应力的影响。结果表明，在较低切削速度 150m/min 情况下，逆铣加工产生的残余拉应力和极差均小于顺铣，拉应力最大可降低 45%，极差最大可降低 43%。在较高切削速度678m/min 情况下，顺铣与逆铣对残余应力的影响差异不大。因此，在较低切削速度情况下优先选择逆铣，在较高切削速度情况下可任意选择顺铣或逆铣。
（4）讨论了铣削的高速效应。研究表明，切削速度提高，残余应力层深度变浅。且与较低的切削速度相比，残余应力的增长幅度远小于材料去除率的提高倍数，如切削速度从 150m/min（转速 4000 r/min）提高到 678m/min（转速 18000 r/min）时（其它工艺参数不变），材料去除率增加 3.5 倍，而残余拉应力值仅增加 0.48 倍。因此，采用较高的切削速度有利于实现加工质量和生产效率的完美统一。
（5）基于连续加工表面模型，提出了两种刀具轨迹叠加方式：“逆铣叠加顺铣”和“顺铣叠加逆铣”，分析得出，前者能获得较小残余应力值。此外，将刀具轨迹叠加区残余应力与未叠加时进行对比，分析得出前者残余应力分布能获得有效改善，拉应力值最大下降比例达 46%。其中“逆铣覆盖顺铣”的叠加方式下叠加区残余应力优化效果较明显。
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参考文献(略)
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第一章 绪论
1.1 课题研究的背景
随着经济的快速发展，喷墨印花设备在纺织、广告印刷、装饰装潢、摄影等领域都有了非常广泛而深入的发展，由此带动了整个数码喷墨印花产业的迅猛发展。与传统喷墨印花设备相比，数码喷墨印花是用扫描仪、数字摄像机、数字照相机等输入手段，将图案以数字形式输入到计算机，经过图像软件处理后，再通过计算机控制的数字喷墨印花机，直接将墨水喷射到各种纤维织物上，印制出所需的各种图案的一种印花技术[1]。相对于传统喷印设备，数码印花设备具有打印质量高、速度快、打印介质灵活、打印模式多样的优点。进入 21 世纪后人们越来越重视个性定制和视觉体验，因此数码印花行业具有十分广阔的发展和应用前景。 数码印花技术融合了艺术性和科技性的特点，同时又贴近生活，给纺织印染行业带来了前所未有的个性化体验[2]。这种新型印花技术污染小、能耗低，完美诠释了绿色生产的环保潮流，由于其无需印前处理，极大的降低了设计打样的成本，缩短了设计、生产周期。实现了在任意纺织面料上按需喷印图像，完美体现了“所见即所得”的内涵[3]。数字喷墨印花将传统纺织工艺和现代科技技术相结合，改变了过去人们对于纺织印染行业的观念，使之由劳动密集型向技术密集型转变，与此同时数字喷墨印花技术也改变了印染行业的生产经营理念。因此，业界人士认为，数字喷墨印花技术是 21 世纪印染工业实现技术革命的关键技术之一[4]。 目前，国内大多数从事数码印花设备生产的企业，仍未充分掌握数码喷墨印花设备的关键核心技术。这些企业生产的数码喷墨印花设备在机械结构方面大量仿制欧美、日本等发达国家生产的产品，而控制板卡方面则依赖于国内几家从事数码喷墨印花控制方案供应商，甚至个别企业只进行零配件的组装，这种生产方式不仅竞争力弱，而且利润率极低。 随着国产喷墨印花设备的快速发展，国内处于行业领先地位的几家公司如杭州研华、郑州乐彩等企业也已经研发出多个系列的具有自主知识产权的喷墨印花设备，但是相对于国外品牌仍有较大差距。主要体现在运动协调控制、喷头时序控制和图片数据处理方面。由于数码喷墨印花设备对机器的机构运动协调能力和性能以及喷印控制时序要求较高，目前国产数码喷墨印花设备在运动控制方面普遍存在定位精度低、运动平稳性差、运动协调性差及存在累计误差等问题；在喷头方面目前行业内多采用压电式喷墨打印头，由于国内厂商的科研实力较弱，目前对喷头的控制方面还存在色彩还原度差、色彩渐变效果差、图像存在噪点等问题。
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1.2 数字喷墨印花设备及其喷印系统的国内外研究现状及发展
印染行业是一个技术密集型行业，先进的装备和加工工艺是生产高质量印花产品的前提。随着数字集成技术的发展，数字喷墨印花技术获得了前所未有的发展，数字喷墨印花技术是基于细小流体分裂成液滴的原理，而开发的一种新印花方式。是当今印染行业的先机技术，其发展过程经历如下阶段: （1）1948 年瑞典的 Siemens Elema 申请了第一个利用连续墨水分裂成液滴来记录信号的专利。20 世纪 60 年代，美国斯坦福大学的研究人员成功的研制出了世界上第一台连续喷墨打印机，其原理是通过对喷出的液滴施加电荷，从而控制液滴的喷射方向，有选择地将液滴喷射到喷印介质上形成图案，其余液滴进入液滴回收装置[3]。 （2）20 世纪 70 年代，美国的 IBM 和日本的佳能等公司先后推出应用于办公室的喷墨打印机，这些公司的早期产品效率低、墨水浪费严重，打印成本偏高，后期推出的热气泡连续打印机采用按需喷墨打印方式，节约了墨水用量，改变了人们对打印机的认识[4-5]。 （3）20 世纪 90 年代，数码喷墨印花技术开始应用于纺织品，最具代表的是1992 年奥地利 ZIMMER 公司生产的地毯数码喷射印花机，采用连续喷墨式印花方式，但是样机分辨率只有 18dpi。在 1995 年举办的意大利米兰国际展览会上，日本 MIMAKI 公司展出的数码喷墨印花机分辨率有了显著提高，达到 720dpi。但是印花速度较慢，只有 4.6m2/h[6]。
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第二章 提高印花质量的喷印系统改进方案设计
数码印花机属于高精密、高科技产品，印花质量受到喷头控制方式和运动伺服单元综合影响，因此研究喷印系统控制方式与印花效果的关系对于获得高质量印花效果变得尤为重要。本章在分析了喷印设备工作原理、数字喷墨印花机的喷墨成像原理的基础上，深入研究针对 DY1601 型印花机存在的影响印花质量的问题，从喷印成像单元系统和运动控制单元两个方面提出了高质量喷印控制系统的改进方案。
2.1 喷印设备工作原理分析
数字喷墨印花机又名万能平板打印机。其打印介质为软、硬性物体，例如：金属，陶瓷，水晶，玻璃，亚克力，石材，PVC，塑料，玩具，U 盘，布料，木质，硅胶，皮革等[5]。数码印花机无需直接接触被打印物体，通过墨水喷射的方式完成打印和染色，不会因热量和压力而发生变形等现象，利用电脑的直接输出打印方式，不用在前期做任何准备打印工作。 数码喷墨印花机印花原理是通过喷印点多次叠加实现。如图 2-1 所示，喷印小车伺服电机通过减速齿轮带动同步带拖动压电式喷头在导轨上横向循环往复运动，在数码喷墨印花机横梁上固定了横向导轨和编码尺，运动过程中喷印小车上安装的光栅解码头将读取到的正交编码信号反馈到喷印控制主板[4]；完成一次横向打印任务后，喷印介质伺服电机通过走纸机构拖动喷印介质移动相应位移，然后电机反转拖动喷头完成反向行程打印，以此循环往复，直到这个图片打印完成。 印花时由上位机印花控制软件发送开始打印指令，当 FPGA 主控板接收到印花数据后，首先将印花数据缓存到主控板上的 SDRAM 中，FPGA 主控板向喷印小车伺服系统发送驱动信号，喷印小车伺服电机带动喷头开始水平左右移动，当喷头小车达到制定印花起始点并且进入匀速阶段时，喷印控制主板上的 FPGA 主芯片将从 SDRAM 中取出印花数据，并按照印花时序依次发送到喷头数据线上，然后喷头小车进行扫描式喷墨印花。喷头小车一次印花行程结束后，FPGA 主控板向喷印介质伺服系统发出脉冲控制信号，拖动喷印介质在进布方向上移动相应距离。接着 FPGA 主控板接收下一行印花数据，FPGA 主控板向喷印小车伺服系统发送电机反向行驶指令，使喷头进行反向行程的印花工作[13]。如此循环，直到整幅图像印花结束。当 FPGA 主控板完成整幅印花任务后，驱动喷印小车伺服电机，使喷头小车返回到导轨的最右边，即零点位置。另外 FPGA 主控板还要实现喷孔测试、步进测试、喷头物理位置测试、人机操作及测试印花介质宽度等任务，并产生相应的控制信号，驱动喷印小车和喷头。
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2.2 数字喷墨印花机的喷墨原理
喷印设备按照喷头喷墨方式的不同可以分为两大类，一类是按需式喷墨（Drop on demand , DOD），另一类连续式喷墨（Continuous Ink-Jet , DIJ）。其中按需式喷墨型印花机又可以分为热气泡式、静电式、压电式和音波式；连续式喷墨印花机又分为二值偏转式和多值偏转式[15]。连续式喷墨印花机上配置有供墨系统，在压电驱动装置在电压信号的作用下将腔室内的液体经由喷孔喷出。此时喷出的液体变为不均匀的液串，液串经过电极板的过程中受到静电力的作用，不均匀的液串变为大小、形态均匀且带静电的液滴。在进入电极板之前液滴沿直线方向前进，在通过偏转电极后墨滴的飞行方向发生改变，需要打印的墨滴飞向移动的基板上，不带电荷的墨滴回到回收器中，以便重复使用。根据偏转电极的种类，对墨滴的飞行方向的控制方式分为二维偏转和多维偏转。因为此种模式的液滴生成是不间断地，所以称此模式为连续喷墨式。如图 2-2 所示。
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第三章 喷印运动伺服单元控制原理分析 .... 16
3.1 高质量印花对喷印伺服驱动单元的要求 ...... 16
3.1.1 喷印介质伺服单元需求分析 .......... 16
3.1.2 喷印小车伺服单元需求分析 .......... 17
3.2 永磁同步电机数学模型 ...... 18
3.3 永磁同步电机矢量控制算法 ...... 19
3.4 SVPWM 原理与实现 .... 24
3.5 SVPWM 的 Simulink 仿真 ......... 28
3.6 本章小结 .......... 30
第四章 喷印运动伺服单元设计 ...... 31
4.1 喷印运动伺服单元总体设计 ..... 31
4.2 关键硬件电路设计 ........ 31
4.3 喷印运动伺服控制单元软件设计 .... 34
4.3.1 软件设计需求 ....... 35
4.3.2 软件总体框架 ...... 35
4.3.2 软件控制算法 ...... 38
4.4 上位机调试软件设计 .......... 42
4.5 本章小结 .......... 42
第五章 喷印成像单元控制方法设计 ..... 43
5.1 数码印花的喷印成像原理 .......... 43
5.2 压电式喷头的工作原理 ....... 44
5.3 喷印成像控制单元方案设计 ..... 45
5.4 喷头控制时序仿真及分析 ......... 49
5.5 本章小结 ......... 51
第六章 实验结果及分析
前文通过分析喷印系统控制方式与印花效果的关系入手，从运动伺服单元和喷印成像单元两方面对系统存在的问题提出了改进方案，完成方案设计后需要进行实际的调试，针对实际测试的结果对存在的问题进行修正，以满足高质量印花需求。
6.1 喷印伺服单元测试结果及其分析
根据以上软硬件功能设计完成了基于 STM32F103RBT6 为主控芯片的永磁同步电机控制单元，整个伺服驱动控制单元由伺服驱动功率板和伺服驱动控制板构成，功率板和控制板通过信号连接线连接。选用电机为 57BL01 系列 180W 永磁同步电机，自带 1000 线光电编码器。功率板如图 6-1 所示，控制板如图 6-2所示，图 6-3 为永磁同步电机，为了方便调试，控制板设计了串口接口，同时安装了 OLED 显示屏幕，可以实时观测数据。同时控制板硬件上配置了 EEPROM芯片，可以存储用户参数。 速度模式下，采用电流、速度双闭环，电流环作为控制闭环的内环，速度环作为外环。电流环作为内环响应速度快，当电机定子电流产生扰动时，必须快速进行调节，以降低转矩脉动；同时稳态时要达到电流无静差。为了满足上述要求电流环采用 PI 控制[23]，电流环的输出作为速度环的输入。图 6-4 表示为喷头运动伺服单元分别在给定转速在 1500rpm 和 2000rpm 启动时的速度阶越响应曲线，实验结果如图 6-4 所示。
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总结
论文研究的对象为 DY1601 型数码印花机，本文首先分析了喷印系统控制方式与印花效果之间的关系，进而对影响喷印设备印花精度和质量的因素进行了深入研究，提出了高质量、高精度喷墨印花改进方案设计，完成了预期的研究任务。论文主要完成了以下工作：
（1）深入了解数码印花技术的背景及发展状况，对数码印花设备进行了简要介绍。针对国内数码印花设备在高质量印花方面存在的问题进行归纳与总结，在此基础上提出了课题研究的意义。
（2）从数码印花设备工作原理和喷墨原理入手，分析了喷印系统控制方式与印花效果之间的关系。针对目前 DY1601 型印花机所采用的喷印控制方式在定位精度、喷头速度稳定性、喷印点质量和噪点数量等方面存在的问题，从运动控制和喷头控制两个方面提出了喷印控制系统改进方案。数码印花设备运动伺服单元主要包括喷头运动控制和喷印介质运动控制，针对喷头运动单元存在的力矩波动大，匀速稳定性差和定位精度差和喷印介质运动单元在高速时出现的失步现象，本文提出采用永磁同步电机矢量控制方式的电流、速度、位置三闭环控制方法。针对喷印成像单元采用单段点火电压而造成的喷印点不规则、图像过渡效果差和噪点数量过多问题，提出采用两段式点火电压控制方案。
（3）通过对数码印花设备传动结构和运动参数的分析，提出高质量印花系统对运动伺服单元的要求。建立永磁同步电机数学模型，对永磁同步电机矢量控制算法进行数学公式推导，并用 MATLAB 自带的 Simulink 建立了仿真模型，进行矢量控制仿真分析。
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参考文献(略)
专业工程硕士论文精选篇六
第一章 绪论
1.1 课题背景与研究意义
簇绒地毯作为地毯产品的一大分支，其一出现就以其独特的优势，迅速占领了市场，成为了地毯行业的主流。簇绒工艺能很快成功得益于很多因素：首先这是一种快速的生产工艺，与机织地毯相比，其操作技术要求相对较低；其次簇绒嵌入织物底布的只是极少量的绒头纱，在绒头纱越来越贵的情况下，成本优势变得越来越明显；不管是机织地毯还是簇绒地毯其表面特性在很大程度上取决于绒毛中的纤维量，簇绒工艺的速度和其他方面的一些优点不仅能够降低生产成本，甚至还增强了外表面的美感。 如今，簇绒地毯以其高效的生产、丰富的品种及经济性，越发得到人们的青睐。随着生活水平的不断提高，人们对生活和居住环境的要求越来越高，地毯作为室内铺装的重要组成部分，以其舒适、美观逐渐走进千家万户，成为家居生活的必需品，国内市场簇绒地毯需求持续地高涨。 国外对簇绒地毯多色提花技术的研究从很早开始就有所发展，目前常用的多色提花技术大致分为两类。一类是采用选针的方式，主要是利用每根针控制一种颜色的纱线；另一类是采用控制喂纱量的方式，主要是通过低埋绒头让不需要的颜色埋在下面，达到选色效果[3]。但是这两类多色提花技术均有一些不足，第一类提花方式的缺点是遇到换色的地方，就需要先停下来等待进行选针，大大影响了工作效率；第二类提花方式的缺点是使地毯增重，而且这种方式的提花不能完全隐蔽不需要的颜色。 我国在簇绒地毯的研制方面起步较晚，目前簇绒地毯机械在许多技术领域仍落后于国外。我国的簇绒地毯机大多数也还是从国外引进，设备的更新完全依赖国外簇绒技术的发展。近几年国家的大力支持也使得我国的簇绒地毯行业正快速地发展，国内对簇绒地毯装备的需求也越来越大。为了打破高端簇绒地毯织造技术被国外少数地毯制造造商垄断局面，研制出性能稳定和织造效率高的多色提花圈绒块毯织造系统对我国地毯行业的发展具有重要意义。 本文课题来源于国家自然科学基金(51375084)和教育部创新团队发展计划(IRT1220)，将多机并行理念应用在多色提花圈绒块毯织造系统中，以大幅度提升多色提花圈绒块毯的织造效率，同时为探索具有自主知识产权的多色提花技术提供借鉴。
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1.2 国内外研究现状
国际上以美国、英国、日本等主导世界簇绒地毯技术先进水平，在技术上各有千秋。在多色提花领域发展了不少簇绒地毯技术，通用的有滑动针床、单针控制和埋绒头技术，比较先进的有 Colortech 技术和 CYP (COMPUTERIZED YARN PLACEMENT)技术[3]。 Colortech 技术为英国 Cobble 公司的专利技术，是一种独特的簇绒控制技术。该机器通常以割绒机为基础，结合单针控制、滑动针床、底基布间歇式喂入进行簇绒，可织出 6 种颜色的地毯图案。该技术为单独控制每一根针，6 根针(或 6 根以下)为一组，分别穿不同 的纱线，可生产仿威尔顿地毯，尤其适合生产电梯毯、广告毯等。生产过程中，针床作横向移动，底基布作间歇式喂入运动。该技术与平割平圈附件组合，可生产多种颜色、圈绒和割绒组合的全幅宽上不重合图案的地毯。 美国 TAPISTRON 公司的 CYP(COMPUTERIZED YARN PLACEMENT)技术为与原簇绒机上不同的一项新型地毯织造技术。纱线喂入控制方式较为独特，每一根针(中空针)上有 6 根纱，分别由 6 个喂纱附件控制，当需要某一根纱时，该根纱线喂入，上一根纱线被切断。每一根针对应一把刀。该机器可生产各种类型的地毯，比如：平圈绒地毯、平割绒地毯、圈绒割绒混合地毯、6 种不同颜色的圈绒割绒相混合的地毯等，而且通过计算机设置，在同一块地毯上可织出不同密度、不同形状的地毯，该机器采用的纱架结构占地面积少。 近些年来，Tuftco一直致力于在改进地毯的簇绒方法。这其中包括了iTron 系统专利，这是一项利用空心针技术织造复杂的多色、多花型的的簇绒地毯的技术，并且织造效果和机织地毯非常相像[4]。这项技术可以织造高达 24 种颜色的簇绒地毯，速度远超过机织地毯的织造速度，iTron technology 在 2009 年获得了由美国 Floorcovering Alliance 颁布的年度创新奖。
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第二章 多机并行多色提花圈绒块毯织造系统方案设计
多机并行多色提花圈绒块毯织造系统总体方案的提出是该织造系统设计的首要环节。总体方案主要在充分了解织造要求的基础上，根据毯面花纹样式和毯面大小确定织造的适用范围和生产率，进行织造工艺分析，确定织造的方法和形式，绘制织造工艺流程图，并同时进行总体布局、确定技术参数。多机并行多色提花圈绒块毯织造系统总体方案的确定不仅关系到织造的质量，还是后面确定各功能模块执行机构设计的依据。因此，在拟定总体方案时必须全面考虑，使确定的方案具有较高的技术性和较好的经济性。
2.1 织造系统总体方案和织造流程
单针控制和埋绒头技术都有局限性，单针控制效率受限，埋绒头技术不能隐蔽不需要颜色的绒头且地毯偏重。多机并行的思路就是采用多台织机经过多个工步来完成一块地毯的织造，其中每台织机负责一种颜色。这种方案虽然增大了织造系统的占用面积，但是省去了更换不同颜色纱线的时间，提高了生产效率。本文所设计的多机并行多色提花圈绒块毯织造系统包括了如图2-2所示的四个功能模块，分别是底布供给、并行织造系统、成品输出和主传动系统。这四个部分构成了该织造装备的基本组成要素，其功能独立，但是织造过程中各环节又相互配合，缺一不可。其中并行织造系统作为本课题的创新点，也是后面着重研究的内容。
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2.2 织造系统底布输送与张紧系统设计
在整个织造系统中，底布输送与张紧系统是保证底布能进行簇绒织造的前提。织造之前要求底布输送位置准确和底布张紧，其输送的精度和张紧的好坏将直接影响到后面地毯成品的质量。近年来，带式输送机是输送散状物料的常见方案，广泛应用于化工、冶金、矿山、建材、粮食等多个部门[10]。其原理是将一根闭合的环形输送带套在前后两个滚筒上并张紧，其中一个滚筒由电机驱动，依靠输送带和滚筒之间的摩擦力来达到运送物料的目的，如图 2-7 所示。 电动滚筒是一种将电机和减速器共同置于滚筒体内部的新型驱动装置，如图2-8 所示。由于其安装方便，逐渐地替代了带式输送机中由电机、减速器、链轮或带轮加滚筒的传统传动方式。每一个电动滚筒都是独立的电动输送辊子，自带动力和传动系统。电动滚筒一般不能直接使用，需要选择外部的包裹配件，如图2-9 所示。常见的有摩擦传动皮带包胶、塑料模块化皮带包胶、链板式皮带包胶和塑料模组网带链轮四种类型。包胶一般根据使用功能来进行选择，例如加上平滑或带有特殊沟槽的包胶可以增强电动滚筒外管与输送机皮带之间的摩擦，而采用链板式皮带包胶和塑料模组网带链轮都可以实现链传动，从而提高同步性。
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第三章 多机并行多色提花圈绒块毯织造系统机头设计...........18
3.1 机头总体设计..........18
3.2 气动织枪原理分析..........20
3.3 绒高调节机构设计..........21
3.4.1 机械无级变速传动方案.......21
3.4.2 提花罗拉方案.......22
3.4 纱线剪断机构设计..........24
3.5 本章小结...........25
第四章 多机并行多色提花圈绒块毯织造系统机构分析...........27
4.1 传动轴静力学分析..........27
4.1.1 有限元介绍...........27
4.1.2 传动轴 ANSYS 有限元分析........28
4.2 机械手 ANSYS 有限元分析...........34
4.4 本章小结..........49
第五章 结论与展望.......50
5.1 总结...........50
5.2 展望...........50
第四章 多机并行多色提花圈绒块毯织造系统机构分析
机构分析的目的在于掌握机构的组成原理、运动性能和动力性能，以便合理地设计机构并充分发挥其效能，为验证和改进设计提供依据[25]。在多机并行多色提花圈绒块毯织造系统中，主要运动机构为多轴机械手。为了确保能够顺利完成地毯织造动作，本章对多轴机械手机构中的关键机构和零件进行分析。
4.1 传动轴静力学分析
4.1.1 有限元介绍
有限元分析的基本思想是将一个结构或连续体的求解域离散为若干个子单元，并通过它们边界上的节点相互连接成组合体。本文所设计的多机并行多色提花圈绒块毯织造系统的构件均采用 Solidworks 进行三维建模，ANSYS 与各类三维软件都可以进行数据互换，不管分析结构多么复杂，运用 ANSYS 进行有限元分析都非常方便。 ANSYS 软件是一款功能强大而灵活的大型通用有限元分析软件，提供主要包括结构分析、热分析、电磁场分析、流体动力学分析等分析类型。利用 ANSYS软件进行有限元分析的一般工作流程如图 4-1 所示 [26, 27]：由图 2-17 可知，伺服电机连接传动轴同时驱动两个平行的单轴机械手，传动上所受的力来自运动加速度形成的惯性力。负载带来的扭转力矩必然造成传动轴的变形，利用 ANSYS 分析传动轴在受力作用下的角位移，判断能不能满足刚性要求。
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总结
将多机并行理念应用在多色提花圈绒块毯织造系统中，可大幅度提升多色提花圈绒块毯的织造效率，因此，研究设计了多机并行多色提花圈绒块毯织造系统，现对所做工作总结如下。
（1） 根据多色提花的要求，在多色提花织机中引入多机并行理念，提出了提高织机效率的地毯织造流程；设计了多机并行多色提花圈绒块毯织造系统，包括织造主机、底布输送与张紧系统、伺服滑台、底布存储机构和卷毯机构，该织造系统采用模块化设计，可依据产品颜色要求，增减织造主机。
（2） 对比传统簇绒机织造原理和织枪簇绒原理，参照气动织枪设计机头部件，所设计的机头质量轻、运动惯量不大，可实现高速运动；设计了绒高调节机构和纱线剪断机构，使机头实现调整簇绒绒高和剪断纱线的功能。
（3）对多机并行多色提花圈绒块毯织造系统中主要运动机构多轴机械手进行机构分析，主要分析传动轴和导向轴的变形以及共振。结果表明：传动轴在扭转力矩作用下满足刚度要求；织枪的共振频率较低，不会发生共振；刚柔耦合分析得出导向轴的扭转导致织枪针尖运动误差达到 2mm，可通过增加平衡质量来调整质心位置以减少运动误差。
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参考文献(略)
专业工程硕士论文精选篇七
第一章 绪论
1.1 课题研究的背景与意义
WZ330 挖装机工作装置的分析与研究一文是基于石家庄铁道大学和中国人民解放军第 6411 工厂共同开发的铁道部 2009 年科技计划项目(WZ330 隧道挖装机)。 中国铁路隧道工程随着铁路交通事业的迅速发展而发展，隧道工程机械化水平的提升可以大大加快我国铁路工程建设的速度[1]。隧道挖掘装载机是隧道钻爆后出砟的主要机械装备，它的主要作用是挖掘、出砟、输送砟石等等；它的优点是出砟效率高，进而缩短了施工周期[2]。另外在国家大力发展铁路、公路和地铁的建设时期，配套的机械产品(如隧道挖装机等)也应大力发展以适应建设过程中的需求，实现产品的自主化，保证产品的质量，降低产品的成本，因此研究挖装机是非常必要的。另外，由于隧道施工钻爆法的显著特点是成本低、效率高以及适应能力强，因此到目前为止，中国隧道施工过程中最重要的隧道技术手段仍然是施工钻爆法[3]。 在中国隧道工程建设中，钻爆法施工一直占主导位置，其中 90%以上的隧道都采用钻爆法施工[4]，研究隧道挖装机的目的主要是为了加快国内隧道钻爆法施工过程中的速度[5]。据调查，隧道出砟所需要的时间超过了隧道施工总工序时间的 60%以上[6]，这大大制约了钻爆法隧道施工的进度。 WZ330 挖装机主要针对挖掘隧道、地铁以及地下矿产等研发的一种挖掘、出砟、输送砟石的机械设备。但是国内的挖装机配套设备并不完善，主要还是依靠进口，因此研究高效率隧道挖装机具有重要的意义。
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1.2 国内外研究状况
由于挖装机的引进和受到广大施工单位的青睐，国内也开始研究和设计挖装机，并投入生产使用。国内产的挖装机主要由南昌凯马、江西蓝翔和贵阳力特等厂家进行生产，根据工程需求分别有轨轮式和履带式[7]，见表 1-1。 LW-160 系列轨轮式挖掘装载机(如图 1-1 所示)是一种连续生产高效的挖掘装载机，主要用于铁路隧道的施工、矿山平巷的掘进作业，具有工作平稳、无冲击、高效、环保、等特点。 LWL-260 挖掘装载机(如图 1-2 所示)的研发是为了提高国产隧道装载机的工作效率和对单线铁路隧道工程施工的适用性，在设计过程中南昌凯马有限公司多次研究了德国 ITC-312、日本 KL-41CN 机型的性能和结构特点，也征求了客户的意见，并对国产挖装机配套件的功能进行了考察[8]。蓝翔重工有限公司(简称“蓝翔重工”)，2002 年 5 月成立，位于江西省安源经济开发区，主要生产矿山机械、水泥机械、工程机械等。WDZ-160 挖掘装载机(如图 1-3 所示)是蓝翔重工有限公司重点生产销售的，主要参数见表 1-2。
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第二章 WZ330 挖装机工作装置的实体建模
2.1 WZ330 挖装机概述
WZ330 挖装机整机由挖掘和运砟机构、底盘行走机构、液压传动系统、内燃机和电力双动力系统、电气控制系统五大系统组成，完成挖装机的挖掘、出砟、输送砟石的功能。该机采用双动力驱动，电液比例阀控制，其特点是装载能力强，工作比较稳定，耐磨性好等。WZ330 挖装机的整机结构如图 2-1 所示。如图 2-2 所示，WZ330 挖装机的工作装置主要由大臂 1、大臂液压缸 2、小臂液压缸 3、小臂 4、铲斗液压缸 5、铲斗 6、铲斗连杆 7 和铲斗倾翻杆 8 等组成。它的结构特点是两两构件间均采用铰链连接，且挖装机在工作过程中的各种动作是通过改变液压缸的行程来完成的[17]。大臂 1 的下铰接点与回转平台联接座铰接在一起，并利用大臂液压缸 2 来支撑大臂，通过改变大臂液压缸的行程，完成大臂的升降动作。小臂 4 铰接于大臂的上端，它可以绕着铰接点转动，大臂和小臂的相对转角由小臂液压缸 3 控制，当小臂液压缸伸缩时，小臂则可以绕着大臂上铰接点转动。铲斗 6 与小臂 4 的末端铰接，通过改变铲斗液压缸 5的行程来使铲斗绕这铰接点转动。为了使铲斗转角增大，一般铲斗液压缸通过连杆机构（即铲斗连杆 7 和铲斗倾翻杆 8）与铲斗连接在一起[18]。
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2.2 WZ330 挖装机工作装置的实体建模
WZ330 挖装机的工作装置主要由大臂、小臂、铲斗、大臂液压缸、小臂液压缸、铲斗液压缸等构件组成。在利用 SolidWorks 2013 对工作装置的各零件进行实体建模时，应该先对模型进行必要的简化,比如模型中的销轴、卡环等细小部件与课题研究内容无关的可以将其简化[20]。进行装配时，与论文研究无关的螺栓也可以将其简化。大臂是工作装置中决定总体构造形式和其他特征的关键构件，整体式单节大臂目前应用最广泛，其特点是作业效率高、成本低、质量轻等。 大臂由左、右侧板以及上、下盖板焊接而成，其结构是箱型体[20]。每一块板均采用厚度为 20 mm 的 Q345 钢板，如图 2-3 是大臂的三维模型。 零部件的干涉是造成装配车间返工率和高废品成本都高的主要原因之一。只使用 2D CAD 工具时，在投产使用之前发现这些问题是非常困难的。 将装配好的挖装机总图在 SolidWorks 2013 进行干涉检查，步骤为“菜单栏→工具→干涉检查→计算”(如图 2-13 所示)，从而检查出装配图中干涉的地方，进而对零件图加以修改，以保证装配图无干涉。
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第三章 WZ330 挖装机工作装置的运动学与动力学分析 ...........17
3.1 虚拟样机技术和 ADAMS 软件介绍 ....... 17
3.1.1 虚拟样机技术 ........ 17
3.1.2 ADAMS 软件概述 .......... 18
3.1.3 ADAMS 软件仿真分析步骤 ............ 18
3.2 WZ330 挖装机工作装置的运动学分析 ........... 19
3.3 WZ330 挖装机工作装置的动力学分析 ........... 28
3.4 本章小结 ...... 40
第四章 WZ330 挖装机工作装置的静力学分析 ......41
4.1 有限元法概述 ....... 41
4.2 有限元分析软件介绍 .... 42
4.3 三维模型的导入 ............ 44
4.4 前置处理 ...... 46
4.5 大臂的静力学分析 ........ 51
4.6 小臂的静力学分析 ........ 54
4.7 本章小结 ...... 58
第五章 WZ330 挖装机大臂的优化设计 ............59
5.1 基于 ANSYS 优化设计介绍 ........... 59
5.2 大臂的参数化建模 ........ 61
5.3 大臂的静力学分析 ........ 62
5.4 大臂的优化设计 ............ 63
5.5 优化结果分析 ....... 68
5.6 本章小结 ...... 68
第五章 WZ330 挖装机大臂的优化设计
5.1 基于 ANSYS 优化设计介绍
目前，在工程设计中优化设计已得到普遍应用。“最优设计”则是所采用的一种方案可以满足所有的设计条件，同时达到开支最小的要求。优化设计的对象是很广的，如尺寸、形状、制造费用、材料特性等等。ANSYS Workbench 的Design Explorer 模块可以实现产品的快速优化[44]。(1)设计变量：设计变量是允许变化的基本变量，比如厚度、长度等等。通过改变设计变量的值可以得到优化设计的结果。 (2)状态变量：状态变量是因变量，是设计变量的函数，它是优化设计必须要满足的条件。在 ANSYS Workbench 优化设计中能够定义不超过 100 个状态变量。 (3)目标函数：它是尽量减小的数值。目标函数必须是设计变量的函数，且它的数值会随着设计变量数值得变化而变化。比如重量减轻，应力偏差最小等等。在 ANSYS Workbench 的优化设计中目标函数只能有一个。 (4)优化变量：状态变量、设计变量、目标函数三者统称为优化变量。优化变量是用户自己定义的，用户需要定义哪些是设计变量，哪些是状态变量，哪些是目标函数[45]。
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总结
本论文完成了对 WZ330 挖装机工作装置的实体建模、运动学分析、动力学分析、静力学分析、大臂的结构优化，研究结果如下： (1)利用 SolidWorks 2013 完成了挖装机工作装置的各零件的实体建模，包括大臂、铲头、小臂、大臂液压缸缸桶和杠杆、斗杆液压缸缸桶和杠杆、铲头液压缸缸桶和杠杆、连杆等等。然后按照装配关系把 WZ330 挖装机工作装置的各零件装配成整体，为后续的研究奠定了良好的基础。 (2)利用 ADAMS/View 软件对 WZ330 挖装机完成了运动学和的动力学仿真分析。得到 WZ330 挖装机工作装置铲斗尖运动范围的包络图和工作装置最大工作宽度轨迹，从而确定了挖装机的工作参数，包括工作装置最大转角、最大挖掘高度、最大挖掘深度、最远挖掘半径等等，进而验证模拟数据是否与原始数据基本一致。 通过动力学仿真得出大臂各铰接点的受力曲线图和小臂各铰接点的受力曲线图,进而得出大臂和小臂各铰接点的受力极值，对第四章 WZ330 挖装机工作装置的静力学分析提供了依据。
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参考文献(略)
专业工程硕士论文精选篇八
第一章 绪论
1.1 研究的背景与意义
目前国内的电磁先导式阀都是由电磁铁和液压阀构成，电磁铁由电磁铁元件厂专业生产，阀由液压元件制造公司生产，液压阀的设计者选用一种合适的电磁铁配需要设计的液压阀，这种分体式先导阀的优点是便宜；其不足之处是体积大，功耗高，在要求体积小、功耗低的电磁阀装备中不能应用，如军事车辆、深海装备、航空装备等领域。目前在这些领域应用的先导式阀大多是选用进口产品，如某军用车辆进口一支低功耗小型电磁插装阀要 6000 元，不但价格高，供货时间长，而且一旦国外不同意进口，整个装备就没有办法生产。因此国内急需开发电磁铁和阀集成一体的小型低功耗电磁插装阀。国外研制电磁插装阀的公司主要有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压件供应商，这两家公司在我国液压领域占有很大的份额，也有专门开发小型低功耗电磁插装阀的公司，如 Magnet schultz 公司本来是供应电磁铁产品的一家公司，利用其小型电磁铁开发经验，最近几年开发了一系列小型低功耗电磁插装阀供应市场。hydraforce 公司也是一家主要开发小型电磁电磁插装阀的公司。同时，国外公司能够根据用户需求，供应系列成套的产品。 国内飞机上应用的小型低功耗电磁插装阀主要是引进前苏联的技术，在飞机定型时确定阀的结构和技术要求，由专业生产企业组织生产，如***液压机械公司就是一家专门从事航空液压件生产的企业。目前国内还没有一家企业开发比较通用的小型低功耗电磁插装阀，大部分都是依靠国外进口产品，主要原因是设计研究难度大，加工精度要求高，国内军工装备定型后难以更改，市场难以打开等，但是一直依靠国外的进口产品，不仅花费高，耗时高，而且非常被动。为了解决这一问题，本文将设计研究一种小型低功耗的电磁插装阀，为促进电磁铁和阀集成一体的小型低功耗电磁插装阀的国产化做出贡献。
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1.2 电磁插装阀国内外研究现状
目前国内小型低功耗电磁插装阀的技术水平与国外相差较大，还没有相关的成熟产品，基本依赖进口，相比之下国外相关的技术则成熟很多。目前，国外知名液压元件生产制造厂商，如 hydraforce、hydac、parker 和 eaton 等公司生产的小型低功耗电磁插装阀性能及技术水平在国际上处于领先地位，它们在国际市场上占有较大的销售份额。因此对于一些中高端的电磁插装阀的技术参数及结构他们都采取了保密措施，只公布了一些比较通用的电磁插装阀的技术参数及结构。 图 1.1 所示为 Hydraforce 公司[1]生产的 SV08-20：电磁铁的衔铁和铁芯采用锥面的接触结构，中间安加复位弹簧，采用阀芯一端直接嵌插在衔铁内，通过衔铁的动作直接带动阀芯的移动，实现电磁铁和阀集成一体化，电磁插装阀的工作压力为 20.7MPa，在压差为 0.69MPa 时，最大流量为 30L/min，电磁铁通电、断电响应时间分别为 40ms 、46ms，在工作压力为 20.7MPa 时的内部泄漏量为0.15ml/min，工作温度为-40°~120℃，总长为 93mm，安装孔总长（插装阀插入阀块的长度）为 27.7mm，直径为 13mm。 图 1.2 所示为 Vickers 公司[2]生产的 SV165-8-C/CM：该电磁插装阀电磁铁结构与上述的 Hydraforce 公司电磁插装阀电磁铁结构基本相同，该电磁插装阀的工作压力为 21MPa，在压差为 0.65MPa 时，额定流量为 37L/min，内部泄漏量（port2 to port1）为 5drops/min，工作温度为-40°~100℃，总长为 86mm，安装孔总长27.6mm，直径为 12.6mm。
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第二章 电磁插装阀结构参数设计计算
2.1 电磁插装阀的主要性能要求
电磁插装阀作为液压阀的一种，其种类和功能繁多，广泛应用在工程机械的各个领域。本文将研究设计一种用在综合传动装置换挡系统中的小型低功耗二位三通电磁插装阀，如图 2.1 所示。二位三通是指电磁插装阀在正常工作时阀芯有左、右两个工作位置和三条通道（A、P、T）。阀体外型是一个台阶型圆柱，在两个台阶型圆柱的侧面开有两个直径型同的圆柱通道即工作油口 A 和回油口 T。阀体上端开有一圆柱孔安放阀座，阀座内的圆柱型孔即为进油口 P。阀座的下端紧接着球阀，球阀的下端紧接着推杆，推杆下端链接的是一个电磁铁，电磁铁的衔铁内安有一个弹簧。当电磁铁未通电时，在弹簧的作用下，推杆将球阀压紧在阀座上，关闭了 P-A 通道，打开了 A-T 通道。当电磁铁通电时，衔铁向铁芯吸合，通道 P 内油液产生的推力推动球阀向下移动并压紧在阀体流道的锥面上，关闭了A-T 通道，打开了 P-A 通道。通过插装阀通道的启闭来控制油缸的结合顺序，实现综合传动装置中的换挡功能。
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2.2 阀的主要结构尺寸设计与计算
阀芯作为电磁阀的核心零件，其结构参数对电磁阀性能的影响至关重要。就阀芯结构型式而言，液压系统中的阀芯结构有三种：滑阀、锥阀、球阀。 滑阀式阀芯易于实现多路控制，工作、动作可靠，工艺性好，操纵力小，制造简单，但是由于其阀芯与阀体之间有间隙，密封性能没有锥阀和球阀好，另外，由于其阀芯与阀套的配合长度较长，摩擦力大，易于出现液压卡紧现象。 锥阀式阀芯具有密封性能好，动作灵敏，阀口开启时无死区，阀芯锥面的导向性好，动作平稳等优点。另外，锥阀能完全切断油路，对油液中赃物的敏感性小，结构简单。一般用于大通径。但是其对工艺方面的要求比较严格，容易出现卡滞现象，且对阀芯锥面必须进行精磨加工。 球阀式阀芯具有结构紧凑，安装尺寸小、材料耗用少，并且驱动力矩小、流阻小、制造工艺简单，操作和维修方便，工作介质在双面上密封可靠，具有最低的流阻，能实现快速启闭并且操作无冲击，由于其特殊的球型结构，能在位置上实现自动定位且能很好地承受来自管道的应力。一般多用于低压小通径。 综上所述，本文研究的二位三通电磁插装阀选用球阀式阀芯结构。
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第三章 基于 Ansoft 的电磁铁仿真分析 ........... 31
3.1 电磁铁静态仿真 ...... 32
3.1.1 电磁铁静态模型的建立及参数设置 ...... 32
3.1.2 关键结构参数对电磁铁静态特性影响的仿真分析 ....... 34
3.2 电磁铁动态仿真 ...... 47
3.3 本章小结 .......... 53
第四章 电磁插装阀的试验研究 .......... 55
4.1 电磁铁试验研究 ...... 56
4.1.1 电磁铁的静态特性试验 ........ 56
4.1.2 电磁铁的动态特性试验 ........ 58
4.2 插装阀性能试验研究 ....... 60
4.2.1 压差—流量特性试验 .... 60
4.2.2 压力响应时间特性试验 ........ 63
4.3 本章小结 .......... 65
第五章 总结与展望 ........ 67
5.1 全文结论 .......... 67
5.2 研究不足及后续工作 ....... 68
第四章 电磁插装阀的试验研究
本文研究的是小型低功耗电磁插装阀。在第二章通过运用电磁铁设计理论和液压换向阀设计理论计算得到了电磁插装阀的初始结构参数，对于电磁插装阀的电磁铁初始结构参数的优化、初始设计中无法计算的、不确定的电磁铁结构，通过 Ansoft Maxwell 有限元仿真软件进行选取、改进。对于电磁插装阀的阀体结构的初始结构参数，由于时间的有限，将不再对其进行仿真分析。为了验证电磁插装阀参数设置的正确性、合理性，加工制造出电磁插装阀试验样机并进行试验。为了节约成本，简化加工工艺，将试验样机的电磁铁外壳两端及阀体下端面制作成圆盘，用螺栓将电磁铁外壳上端圆盘与阀体下端圆盘连接起来，同理，用螺栓将电磁铁的外壳下端圆盘和法兰盘连接起来。两种螺栓连接将电磁铁和插装阀连成一块，一起构成电磁插装阀试验样机。本节将利用自主研制的电磁铁特性测试试验台对直流电磁铁试验样机进行静态和动态性能测试，并将试验测得的结果和仿真得到的结果进行对比分析。表 4.1为直流电磁铁试验样机结构参数表。
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结论
本文以综合传动装置换挡系统中电磁插装阀为研究对象，分析了电磁插装阀的国内外发展状况。根据电磁插装阀的性能要求，设计了直流湿式电磁铁和二位三通插装阀结构，基于 Ansoft Maxwell 仿真软件对电磁铁进行仿真分析，确定结构，最后将电磁插装阀加工成试验样机进行试验，得出结论。具体内容如下：
1、根据性能指标要求和有关标准规定，对功耗为 8W 的电磁插装阀的结构进行了初步设计计算。根据电磁铁设计理论确定了电磁铁线圈电阻、安匝数等关键参数。根据液压换向阀设计理论确定了二位三通插装阀结构和关键参数。
2、基于电磁铁初步设计结果，利用 Ansoft Maxwell 仿真软件建立了电磁铁二维仿真模型。对电磁铁隔磁套结构、厚度和衔铁结构参数进行仿真分析并根据分析结果对电磁铁进行了改进，最后将改进后的电磁铁进行动静态特性的仿真分析，得出结论。 （1）隔磁套厚度对衔铁电磁吸力的影响微乎其微。 （2）整体式隔磁套结构和三段式衔铁套管结构都能满足初始位置 1.2mm 处获得初始电磁吸力 30N 的要求，但是为了简化制造工艺，减小尺寸，采用整体式隔磁套结构。 （3）凸台型和圆锥型衔铁结构都能获得比平面型衔铁结构更平稳的位移-力特性。为了简化制造工艺、减少冲击，设计衔铁端部结构为凸台型。 （4）改进后的电磁铁能满足初始位置 1.2mm 处获得初始电磁吸力 30N 的性能要求，且整个行程中位移-力特性比较平缓，冲击小。 （5）通过对电磁铁的动态特性仿真，得出该电磁铁的吸合动作时间为 24ms，释放动作时间为 39ms，最大工作电流为 0.32A，最大动态电磁铁吸力为 111.2N。该电磁铁动态响应时间短、速度快，吸力平稳，动态性能好。
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参考文献(略)
专业工程硕士论文精选篇九
第一章 绪论
1.1 论文选题
本文以中油国际事业公司与中联油合共同投资建设的位于大连大窑湾的中石油国际储备库北区工程自控系统设计应用作为研究对象，研究自控系统在大型原油储库的应用成果与问题，总结自控系统经验教训进而提升今后大型原油储库安全生产质量及运行管理水平。
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1.2 论文选题的背景及意义
随着我国国民经济的持续、快速、稳定和健康发展，拉动和加剧了对能源特别是石油的需求，提高了我国对外部石油的依存度，原油进口量占比逐年增加，原油作为重要的能源供需矛盾日益显著。在国际政治经济形势变化莫测情况下，随时都可能由于国际政治冲突摩擦或经贸争端中断原油供应或运输，牵制和影响我国经济发展和人民生活，并且我国原油储备规模及储备天数远远落后于美、日等发达国家。因此为稳定石油供给、保障国家和企业的原油供应，国家陆续在舟山、镇海、黄岛、大连、钦州等东部沿海城市建立起大型原油储库作为国家能源战略储备基地。随着大型原油储库的陆续建设，我国原油储库的建设标准及自动化程度均提出了更高的要求，原油储库的单罐储量、总库容均向大型化方向发展，油库自动化均向着集中管控、数字化油库方向发展。原油作为易燃、易爆的危险品，具有燃烧速度快、热辐射强及火灾危险性大等特点；原油储库单罐储量大、地域分布广，油库在储存和输送的过程中一旦发生火灾事故极难扑救，不但会危及周围人员生命安全,给国家财产造成巨大损失,还会对周围环境造成污染[1]。正因为现代油库事故的易发性和不可控性, 使人们对油库的安全管控提出了更高的要求，因此建立一套技术先进、性能可靠、功能完备、操作管理方便的油库自控系统对保障原油储库安全可靠生产、便捷高效运营有着重要的现实意义和深远的战略意义。
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1.3 大型原油储库自控系统的发展现状及趋势
自动控制系统（automatic control systems）是在无人直接参与下可使生产过程或其他过程按期望规律或预定程序进行的控制系统。自动控制系统是实现自动化的主要手段，简称自控系统。 自控系统是综合运用机械、微电子、自动控制、计算机、传感测控、网络通讯、电力电子、接口以及软件编程等多学科技术，可自动实现数据采集、信息处理、显示记录、调节控制、联锁保护、自动诊断及信息交换等功能，并根据系统功能合理配置与布局各功能单元，实现整个系统多功能、高质量、高可靠性、低能耗的系统工程技术。[1,2] 自控系统主要由：控制器，被控对象，执行机构和变送器四个环节组成。伴随着控制系统结构和测控仪表的更新换代，自动化技术的发展经历了人工控制阶段、模拟控制阶段、计算机集中数字监控阶段、集散控制系统(DCS)阶段等发展阶段。 油库自控系统结构也经历了从美国普渡大学的 PURDUE 企业参数体系的 5 层结构（经营决策层、企业管理层、生产调度层、过程优化层或过程监测层、过程控制层）过渡为 3 层结构，通常表述为 ERP/MES/PCS，称管理层/控制层/设备层。[3, 4]
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第二章 大连中石油国际储备库自控系统总体方案
2.1 工程概况
本储备库位于大连保税油库和大连国家战略储备库库址西侧。工程建设 42 座10×104 m3外浮顶原油储罐，每 6 座 10×104 m3储罐组成一个罐组，共设 7 个罐组（分别布置于 3 个台阶上），库区总库容为 420×104m3。 一、储运系统建设以下设施： 1#、2#、3#罐组共 18 座储罐，储存以中东沙特阿拉伯中质原油为代表的低凝、低粘原油，罐组及配套管道系统均不设加热及保温设施； 4#、5#罐组共 12 座储罐，储存以委内瑞拉 Merey16 原油为代表的低凝、高粘原油，对储罐及配套管道系统设置加热设施并保温； 6#、7#罐组共 12 座储罐，储存以非洲苏丹 PF 混合原油为代表的高凝、高粘原油，对储罐及配套管道系统设置加热设施并保温。 1 座外输泵房，共 8 台泵（4 台原油装船泵，1 台原油外输泵，1 台原油装火车泵，2 台原油抽底油泵）。 1 间冷凝水回收泵房，内设 2 套闭式冷凝结水回收装置；1 间换热站，内设 1 套汽-水换热机组、1 套全自动软化水装置、1 台软化水箱。 配套库区联络线、外输管道等进出油库工艺管网；中心控制室、消防控制室、远程IO 室等仪表辅助房间；变电所、配电间、发电机间、电气控制室等电气辅助房间。
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2.2 自控系统建设原则和总体目标
油库自控系统建设应统筹规划所需实现的功能，所划定的风险级别和防护等级，结合介质物性、流程及平面特点，集成计算机技术、工业控制技术、现场总线技术、网络通信技术、数据库技术、图形显示技术等多学科技术。自控系统建设原则如下： 先进性原则：系统硬件采用先进成熟的技术，应用软件组态采用先进的软件工程方法。安全可靠性原则：系统硬件采用新技术的前提是该技术的成熟性、安全性和可靠性；同时提高数据的抗破坏能力。主要设备采用双机热备，并通过数据备份恢复、容错等处理等技术，保证系统数据安全。选用高可靠性的系统软件平台。实用性原则：系统的功能以满足生产需要为前提，完善应用需求分析的科学化；使用户界面设计易于理解、易于掌握、易于操作。可扩展性原则：为适应油库管理规模的发展与扩大，系统须具有可扩展性。应用软件设计采用模块化结构，使系统逻辑结构清晰、易读，各模块功能尽量相对独立、减少关联性，以易于扩展、维护和修改，提高设备配置和系统扩展的自由度和灵活性。兼容性原则：系统通讯与网络协议采用国际标准，极大提高系统的兼容性，方便各厂家设备信号接入该系统。性能价格原则：系统配置选用知名厂家的产品，以便获得更优良的性能、更可靠的质量、更周到的服务及强有力的技术支持，使设备投资产生更大的经济效益。
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第三章 仪表选型、安装、布线方案 ..... 13
3.1 储运系统主要仪表选型、安装、布线方案 .......... 13
3.1.1 温度仪表 ..... 13
3.1.2 雷达液位计 ........ 14
3.1.3 阀门总线控制系统 .......... 17
3.2 消防系统主要仪表选型、安装、布线方案 .......... 19
3.2.1 火焰探测器 ........ 19
3.2.2 光纤光栅感温火灾探测系统 ........ 22
第四章 控制系统方案及逻辑 .... 25
4.1 控制系统方案 ......... 25
4.1.1 控制系统硬件设计 .......... 26
4.1.2 控制系统软件设计 .......... 27
4.1.3 通讯系统设计 .... 28
4.1.4 控制系统特点 .......... 29
4.2 控制系统逻辑 ......... 29
4.2.1 储运控制系统逻辑 ......... 29
4.2.2 消防控制系统逻辑 ......... 30
第四章 控制系统方案及逻辑
4.1 控制系统方案
储备库自控系统采用集成控制系统(ICS)，包括储运控制系统、消防控制系统。操作人员在中控室可完成对油库的监控和运行管理。储运控制系统由基本过程控制系统(BPCS)和安全仪表系统（SIS）两部分组成，BPCS完成对储备库生产过程数据采集、集中监视、联锁控制和工艺流程切换。当库区发生紧急状况，SIS 通过关断储罐根部阀及进出库阀门，实现库区紧急关断；通过检测输油泵参数超限联锁停泵，实现输油泵安全联锁保护。 PCS 与 SIS 共用上述操作员站、工程师站、冗余实时数据服务器、WEB 服务器、历史服务器、打印机等上位机。 在中控室设 7 个 ESD 按钮：每罐组设 1 个按钮。当发生火灾时，正在进行原油外输作业时，按下着火罐组对应 ESD 按钮执行联锁保护逻辑。 通过 WEB 服务器和历史服务器将储备库的储罐液位、温度等原始数据和库区电动阀门的状态等实时数据传输到海关监管部门及上级管理部门。系统采用的监控软件具有Web 浏览功能，通过有限制授权，可支持通过 IE 浏览器远程访问库区监控系统[27,28]。
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结 论
本文主要研究的是自控系统在大型原油储库的设计与应用。从自控系统的发展现状及趋势入手入手，明确了自控系统需达到的自控水平和实现功能，分析了大型原油储库的流程及平面特点，通过现场调研收集自控系统现场易出现的问题，从解决现场实际问题与完善系统功能的角度出发对大连中石油国际储备库储运控制系统与消防控制系统现场仪表的选型、安装、布线与控制系统软硬件设置及控制逻辑等方面研究，全面提升了大型原油储库自控系统的安全生产质量及运行管理水平。 针对高凝高粘外浮顶原油储罐液位计量大胆创新性的采用 ENRAF 专利技术 TE02模式，通过雷达天线与两倍于其直径的导波管相匹配，最大程度解决了高凝高粘原油在导波管内结盖和原油挂壁问题，现场使用效果验证了该方案降低由于导波管结盖造成液位检测故障发生概率，减轻了现场维护的工程量。 针对大型原油储库电缆敷设及故障排查工作量大的问题，在原油储库创新性的采用EIM 现场总线控制系统，通过与常规硬线电缆敷设方式相比，节省了电缆材料及安装费用；由于阀门总线控制系统全部设备之间均使用 Modbus RTU 协议通讯，信号传输无需额外的协议转换，使用 RBE 例外报告功能和优先扫描功能，与其它阀门总线控制系统相比，解决了总线系统易发生故障、阀门动作不同步与信号传输滞后等问题，提高了系统安全与实时响应速度。 储罐采用三频红外火焰探测器与光纤光栅火灾探测器相结合的火灾检测方案，并通过对两种火灾检测仪表信号做与逻辑，当同时满足时才可实现消防自动联锁，避免由于系统误报造成消防设备启动，给生产造成影响。火灾检测采用可靠的火灾检测仪表结合优化的控制逻辑保证火灾自动联锁信号输出的准确性，提高了消防联锁控制能力。
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参考文献(略)
专业工程硕士论文精选篇十
第一章 安全评价和综合评价方法
1.1 安全评价方法
安全评价也被称之为风险评价或危险评价，安全评价的目的是实现安全，是运用安全系统工程原理和方法，识别和评价工程、系统、生产经营活动中存在的危险、有害因素，确定系统发生危害的几率和损失程度，提出科学合理可行的安全对策。 安全评价是落实“安全第一、预防为主、综合治理”方针的重要保障，是安全生产监督管理工作的重要手段。安全评价方法，目前已经有数十种之多，因而使用时应了解系统，并选用合适的方法。目前石油行业依据不同生产企业特点，主要使用安全检查表法、事件树分析法、事故树分析法、预先危险性分析法、故障类型影响分析法、危险和可操作性分析法、作业条件危险性评价法[10-17]。安全检查表法是根据相关的安全规范、标准、制度及其他系统分析方法分析的结果，系统的进行科学的分析，找出各种不安全因素，依据检查项目把找出的不安全因素以问题清单的形式制成表格，并依此表格实施安全检查和诊断的系统安全分析方法。 安全检查表法的关键是安全检查表的编制和实施。安全检查表必须包括系统和子系统的全部主要检查点，应列明所有可能导致事故发生的不安全因素。安全检查表法相对其他安全评价方法来说，是一种最基本、最简单、应用较广泛的安全评价方法。 安全检查表法适用于工程的各个阶段，善长对于熟知的工艺进行分析，有经验的人员还要将设计文件与相应的安全检查表进行比较，但是也可用于新工艺过程的早期的开发阶段.但是由于安全检查表法只能作定性分析，不能提供事故后果分析及危险型分级，因此很少用于安全预评价，多用于对已运行的系统的评价。 安全检查表法自 20 世纪 30 年代投入应用以来，已有很多成功案例，例如日本劳动省的安全检查表、美国杜邦公司的过程危险检查表、我国机械工厂安全性评价表、危险化学品经营单位安全评价现场检查表、加油站安全检查表、液化石油充装站安全评价现场检查表、光气及光气化产品生产装置安全检查表等。
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1.2 综合评价方法
在现实生活、工作中，我们经常会遇到综合评价问题，而我们知道，评价的依据就是指标。但由于影响各评价事物的因素往往是众多而复杂的，如果仅从单一指标上对被评价事物进行综合评价不尽合理，因此往往需要将反映被评价事物的多项指标的信息加以汇集，得到一个综合指标，以此来从整体上反映被评价事物的整体情况，这就是多指标综合评价方法。近年来，围绕着多指标综合评价，其他领域的相关知识不断渗入，使得多指标综合评价方法不断丰富，有关这方面的研究也不断深入。目前国内外提出的综合评价方法已有几十种之多，但总体上可归为两大类：即客观赋权评价法和主观赋权评价法。前者根据指标之间的相关关系或各项指标的变异系数来确定权数，如灰色关联度法、TOPSIS 法、主成分分析法等；后者多是采取定性的方法，由专家根据经验进行主观判断而得到权数，如层次分析法、模糊综合评判法等。以下是对几种常见综合评价方法的概述[21-29]。
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第二章 运用模糊综合评判方法对试油修井设备进行质量评估
2.1 模糊综合评判的主要步骤
如上所述，模糊综合评判是以模糊变换原理为基础，根据最大隶属度原则，考虑与被评价事物有关的各个因素，对其进行的综合评判的一种方法。该方法的数学模型计算主要步骤如下[30-37]。权重系数可分为主观权重系数和客观权重系数。主观权重系数（又称经验权数）是指人们对分析对象的各个因素，按其重要程度，依照经验，主观确定的系数，例如专家咨询权数法（Delphi 法）、层次分析法（AHP 法）和专家评分法。这类方法人们研究的较早，也较为成熟，但客观性较差。客观权重系数是指经过对实际发生的资料进行整理、计算和分析，从而得出的权重系数，例如熵权法、标准离差法和 CRITIC 法；这类方法研究较晚，且很不完善，尤其是计算方法大多比较繁琐，不利于推广应用。
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2.2 二级模糊综合评判
在现实生活中，由于被评判对象的构成较为复杂，影响评判结果的因素较多，因素权重难以确定，或者某些因素自身受到其他多个因素影响时，就需要进行多级模糊综合评判。本文仅对试油修井设备系统安全评判拟用到的二级模糊综合评判作简单介绍[38-40]。 从流程示意图可以看出，每给出一个变化条件 R（因素和权重矩阵），就可以求得一个结果，最终可以求得目标层的综合评判结果。通过多次模糊综合评判，可以有效反映出组成复杂系统（评价对象）各因素的层次性和相互关系。合理运用多级模糊综合评判，可以得出精确、直观、科学的评判结果。 试油修井设备系统是一个综合系统，试油作业是野外作业，作业区域环境各异，因此该系统的质量受队伍配置、设备型号、现场环境、季节因素等综合因素的影响，对该系统的评估需要考虑的因素比较多，工作量较大。在确定试油修井设备系统质量评价指标时，应坚持科学性、系统性、可操作性的原则。科学性是指指标体系应该能够科学地、客观地、充分地、系统地、准确地反映试油修井设备系统质量状况；系统性是指指标划分、选用、评价过程中要统筹考虑各个系统的关联，实现整体性与独立性的有机结合和统一；可操作性主要是指指标体系的设置尽量避免形成庞大的指标群或层次复杂的指标树，指标的数据易采集，计算公式科学合理，评价过程简单，利于掌握和操作。
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第三章 试油修井设备机系统井架承载能力测试与评定......26
3.1 井架承载能力测试技术原理.........26
3.2 渤海钻探 S08***试油队试油井架承载能力测试 .......27
3.3 数值分析与结果评定.........33
3.3.1 渤海钻探 S08***试油队井架结构分析.......33
3.3.2 渤钻井下 S08***-404578#井架数值模拟....34
3.4 井架承载能力评定结论......40
3.4.1 井架测试 ......40
3.4.2 井架数值模拟 ....40
3.4.3 井架测试和数值模拟综合分析........41
3.4.4 井架承载能力评定.........41
第四章 试油系统设备安全评价.....42
4.1 试油系统设备安全评估检查表的制定......42
4.2 分级分值及分值计算规定.......55
4.3 渤海钻探 S08***试油队安全评价综合结论.........56
第四章 试油系统设备安全评价
试油系统设备安全评价分为两个部分，井架承载能力安全评价和安全评估检查表法评价。依据 SY 6326-2012《石油钻机修井机井架底座承载能力检测评定方法和分级规范》的规定，井架承载能力评定可分为 A、B、C、D 四级[53]。为了方便的与井架承载能力评定级别对应，因此在此将最终整套设备的安全评定结果也分成四级，得到整套石油系统设备的最终安全评价结论。
4.1 试油系统设备安全评估检查表的制定
根据试油系统设备的功能特点，将试油系统设备分为井架和底盘、提升系统、动力系统、井控系统、工具、安全设施、照明系统和辅助设备设施八部分，安全检查表也与之对应分为相应的八个表格，总共 235 条检查内容。根据检查内容对设备的重要程度将检查内容分为关键、重要、次重要、一般四级，在 235 条检查项中，关键项 21 条，重要项 106 条，次重要项 74 条，一般项 8 条，此外还有 26 条未定义具体内容的检查项，以供安全评价人员根据现场实际情况填写。具体检查表内容见表 4-1 至表 4-8。 在安全评定过程中，为了使评定结果直观化，考虑到井架安全性的重要程度，制定了井架承载能力不同级别的分值，以便将其与安全检查表的得分相加，得到整套设备的最终得分和评定级别。
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结 论
试油修井设备系统是井下作业过程常用的一套设备，设备安全是保证试油修井作业安全、有序进行的基础，对试油修井设备系统的质量和安全进行有效评估是一项具有重要现实意义的工作。通过运用建立在模糊数学理论基础上的模糊综合评判方法对试油修井设备系统进行质量评估，结合井架承载能力检测和现场安全检查表的评价结果，对在役试油修井作业设备进行了评估，得到以下结论：
1．通过两级模糊综合评判方法对 S08XXX 队的在役试油修井系统进行了设备质量评估。运用承载能力测试和现场安全检查表法，对同一系统做了综合安全评估。综合安全评估结果与模糊综合评判结果结论较为一致：针对被评判队伍设备的质量状态，38.77%的检测人员认为是良，29.06%的检测人员认为是中，这一结果与通过承载能力测试和现场检查表法求得的Ⅲ级分级结论较为一致，相互验证了两种方法的有效性。
2．进行模糊综合评判时，指标选取和权重的确立过程，实质是现场安全检查表法各个指标和所占分数的确立过程。由于试油修井作业现场环境各异、在役设备型号不同、专家认识水平不一等因素，针对具体的某一套设备，应对中国石油集团现有标准根据实际进行修订和简化，使得安全检查表法更有针对性并确保结果的科学性。
3．设备质量状况评估是一项系统工程，设备管理部门和使用维护单位应该建立完善的设备使用、管理、维护保养和质量评估记录，以便于全面、真实的了解设备运转状况，为设备质量和安全性能评估提供更多的有益参考。
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参考文献(略)