先进控制技术及应用

先进控制技术及应用（精选9篇）

1.先进控制技术及应用 篇一

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先进控制在石化行业的应用现状

作者：穆以东

来源：《科技创新导报》2012年第22期

摘 要:石化行业复杂的生产过程、苛刻的控制条件对控制技术提出了很高的要求,同时也推动了过程控制的理论研究和深入发展。基于先进控制的广泛应用和取得的显著效果,文章对当前各种先进控制在石化行业的应用进行了总结和深入分析,并对存在的问题和今后发展做了进一步探讨。

关键词:石化行业 先进控制 优化 故障诊断 鲁棒性

2.先进控制技术及应用 篇二

近年来随着原油重质化趋势的与日俱增, 以及重油轻质化的需求, 发展重油加工技术是目前炼油工业的突出任务之一。延迟焦化技术具有流程简单、原料适应性强、技术成熟可靠、投资和操作费用较低等优势, 成为最主要的重油加工工艺之一[1]。一方面, 由于延迟焦化是一个包含多塔串联和物料循环的复杂工业生产过程, 原料来源复杂, 单元之间以及各个单元变量之间的关联性强, 过程控制的难度大。特别是延迟焦化过程的半连续特性, 使延迟焦化装置成为最难操作和控制的炼油装置之一[2]。另外一方面, 由于延迟焦化装置加工硫、重金属和沥青质含量高的渣油, 而带来的产品质量、设备腐蚀、环境污染等方面的问题日益严重, 对延迟焦化的操作也相应地提出了更高的要求。为此, 延迟焦化装置应在现有DCS的基础上, 应用先进控制技术, 进一步平稳操作, 实现优化生产。国外较早就有先进控制技术在延迟焦化装置应用的报道[3,4]。国内在这几年中也有几套延迟焦化装置采用了先进控制技术, 取得了不错的控制效果[5,6]。

本文以某厂延迟焦化装置为工业应用背景, 在焦化反应机理模型的基础上, 对控制目标、主要变量选择、约束条件、控制器结构等方面进行了详细分析。同时, 结合生产过程实际情况, 研究开发以多变量预测控制为核心控制算法的延迟焦化先进控制系统, 解决常规控制难以解决的诸如工艺参数的平稳控制、产品质量稳定控制以及产品有效切割等问题。

2 延迟焦化生产工艺

2.1 工艺流程

延迟焦化装置主要由加热炉、焦炭塔、分馏塔和吸收稳定单元组成。图1是延迟焦化生产工艺流程简图。

注:1——加热炉;2——焦炭塔;3——主分馏塔;4——柴油汽提塔;5——蜡油汽提塔;6——空冷;7——油气分离罐;8——压缩机;9——分液罐;10——换热器;11——吸收塔;12——解吸塔;13——稳定塔;14——再吸收塔;15——回流罐

原料油以高流速通过加热炉管, 在短时间内达到焦化反应温度, 并迅速离开加热炉, 进入焦炭塔, 进行裂解、缩合等热反应。分馏塔把焦炭塔顶来的高温反应油气按沸点范围分割成富气、汽油、柴油、蜡油等产品。吸收稳定单元把来自分馏塔的富气分离成干气、液化石油气, 并将粗汽油进一步处理成稳定汽油。

2.2 反应机理分析

延迟焦化是一个复杂的热反应过程, 主要发生热裂解反应和缩合反应。国内外已在渣油热反应机理和延迟焦化装置模型化方面取得了许多研究成果[7,8,9]。本文采用文献[7]提出的渣油热转化的十一集总反应动力学模型分析延迟焦化反应过程输入变量和输出变量之间的内在关系, 为先进控制系统的分析、设计提供依据。该反应网络如图2所示, 十一个集总组分包括减压渣油的六个集总组分和热反应产物五个集总组分, 分别为:饱和烃 (S) 、轻芳烃 (Al) 、重芳烃 (Ah) 、软胶质 (Rl) 、硬胶质 (Rh) 、沥青质 (B) ;气体 (G) 、汽油 (L) 、饱和烃中间馏出油 (V1) 、非饱和烃中间馏出油 (V2) 、焦炭 (C) 。

十一集总动力学反应模型可用式 (1) 表示:

undefined

式中:undefined——十一集总组分列向量;K——各反应的速率常数矩阵, 其元素为0或undefined。

通过对动态机理模型的研究可知, 影响延迟焦化装置液体产品收率的主要变量有反应温度、焦炭塔塔顶压力及循环比。气体、汽油、焦炭收率随反应温度的增加而增加。而柴油和蜡油的收率却随着反应温度的增加先增加后降低, 即有一个最优点。焦炭塔塔顶压力越高, 反应产物在焦炭塔内反应停留时间加长, 反应深度加深, 从而导致柴油和蜡油收率下降, 汽油和焦炭收率升高。汽油在循环比较大时收率较高, 而柴油、蜡油在循环比较低时收率较高。因此, 控制合适的反应温度、焦炭塔塔顶压力及循环比, 可使残渣油的热转化向液体产品收率最大化方向进行。在实际应用中, 一旦工艺确定, 焦炭塔塔顶压力和循环比一般不作为提高液体收率的调节手段, 却常把反应温度作为调节手段[10]。

3 延迟焦化装置先进控制器设计

3.1 先进控制总体框架

延迟焦化装置的优化目标较多, 如处理量最大、液体产品收率最大、汽油收率最大、柴油收率最大、焦炭和气体量最小等, 具体的优化目标因装置而异。通过对反应机理的分析以及对该厂延迟焦化装置的原料来源、性质、操作参数、设备等方面的深入分析, 确定了该延迟焦化装置的优化目标为:建立延迟焦化装置各个工艺单元内部和工艺单元之间诸多变量的协调控制;降低关键被控变量的波动;满足被控变量的工艺约束;缓解因焦炭塔切塔等事件对关键工艺参数的影响;提高和稳定产品质量;实现生产操作的长期、安全、卡边优化控制。

图3给出实现这一目标的总体框架。首先, 构建一个大控制器解决各个单元间的耦合关系;其次, 通过分析延迟焦化各个单元间的相互影响关系, 构建加热炉、分馏塔、吸收稳定单元三个控制器, 各控制器间相对独立, 具有一定的内在联系, 是一个有机整体。同时, 工艺计算与软测量可以让先进控制系统更有效地提高产品质量的稳定性;事件监测根据焦炭塔的塔顶温度、塔底温度、塔顶压力及其变化率信息, 及时准确地监测焦炭塔切塔、小吹汽、预热等扰动事件, 为多变量鲁棒预测控制系统及时有效地克服焦炭塔切塔等操作造成的扰动提供了条件。

3.2 模型预测控制策略

模型预测控制是一种面向实际工业过程发展起来的计算机控制算法, 以其易于建模、控制性能较好、鲁棒性强、有效处理约束等特点, 已在工业控制中得到了广泛的应用[11]。预测控制自产生以来已提出了许多算法, 如模型算法控制 (MAC) 、动态矩阵控制 (DMC) 、广义预测控制 (GPC) 、预测函数控制 (PFC) 等。本文采用的是模型算法控制。以下通过预测控制的三个基本特征 (即模型输出、滚动优化、误差校正) 对MAC算法进行阐述[12]。

系统输入和输出关系的脉冲响应序列模型可以通过过程测试和辨识获得:

undefined

式中:undefined——脉冲响应系数, 模型向量undefined通常可事先保存并称为内部模型;y, u——系统的输出、输入;N——脉冲响应系数的数目;ym——模型输出。

考虑到工业对象不可避免的模型误差, 需要对上述开环模型预测输出误差进行反馈校正。由式 (2) 推导出系统闭环预测模型为:

undefined

式中:yp——校正后的预测输出;y (k) ——被控变量当前的实际输出。

在MAC算法中, 为了使系统的输出y (k) 平滑地达到设定值ysp, 采用从现在时刻实际输出值出发的一阶指数函数形式:

式中:undefined, 其中T是采样周期, τ表示参考轨迹的时间常数。

为了实现以上的控制目标, 设计了如下的优化目标函数:

J=[yp (k+1) -yr (k+1) ]TQ[yp (k+1) -yr (k+1) ]

+uT (k) Ru (k) (5)

式中:Q=diag[q1, q2, …, qP];R=diag[r1, r2, …, rM];yr (k+1) =[yr (k+1) , yr (k+2) , …, yr (k+P) ]T。

为了保证未来控制输入的合理性, 引入控制输入的位置约束和速率约束, 如下所示:

umin

-vmin

3.3 先进控制变量选择

3.3.1 加热炉控制器变量

加热炉是延迟焦化的核心, 给整个装置提供热量, 与其上下游的关系密切, 是多变量、强耦合的复杂系统。炉出口温度的变化直接影响到焦炭塔内的反应温度和焦化深度, 从而影响到产品分布和产品质量。炉膛负压是实现加热炉安全燃烧的一个重要指标;烟气氧含量是提高热效率, 降低能耗的主要指标;结合现场实际, 加热炉控制器最主要的任务是平稳炉出口温度, 兼顾炉膛负压和烟气氧含量的控制, 缓解由于焦炭塔切塔等事件造成的加热炉辐射进料温度、燃料气管网压力波动对加热炉操作的影响。

加热炉控制器的主要操作变量 (MVs) 包括燃料气流量、引风机入口阀、加热炉烟气挡板开度、焦炭塔塔顶急冷油流量。主要被控变量 (CVs) 包括加热炉炉出口温度、加热炉炉膛负压、加热炉烟气含氧量、加热炉炉膛温度、加热炉炉管表面温度、焦炭塔塔顶温度。主要干扰变量 (DVs) 包括加热炉支路进料量、加热炉支路进料温度、加热炉支路注汽量、燃料气管网压力以及焦炭塔切塔、小吹汽及预热事件。

3.3.2 分馏塔控制器变量

分馏塔涉及到不同温位能量的综合利用和多个产品的分离, 具有明显的多变量特点。产品的有效切割是全装置生产好坏的重要考核指标之一。在一定的压力下, 塔顶温度决定了粗汽油的质量, 是主要的被控变量之一。柴油抽出温度直接影响柴油的95%点, 它也影响柴油和蜡油的切割, 是决定装置轻收的重要因素。柴油上回流影响柴油和汽油的切割。中段回流取热量的多少将影响分馏塔上部的热量供应以及蜡油和柴油的切割, 是确保全塔汽液相负荷分布均匀, 获得理想分馏效果的关键参数。分馏塔蒸发段温度会影响整个分馏塔的汽相负荷和热量供应, 也是影响装置循环比的主要变量。

分馏塔的主要操作变量包括塔顶回流量、柴油回流量、柴油采出量、中段回流量、蜡油回流量、塔底进料量。主要被控变量包括分馏塔塔顶温度、中段回流温度、柴油抽出温度、蜡油蒸发段温度、塔底温度、塔底液位、柴油95%点。主要干扰变量包括油气进分馏塔温度、焦炭塔切塔、小吹汽及预热事件。

3.3.3 吸收稳定单元控制器变量

吸收稳定单元控制的主要目的是在满足被控变量工艺约束的前提下, 提高单元的平稳性和液化气产品回收率。液化石油气C2含量受解吸塔重沸器出口温度控制。液化石油气C5含量受稳定塔操作压力、温度、回流等参数影响。稳定汽油中C5、C4含量由稳定塔重沸器返塔油汽温度控制。

吸收稳定单元的主要操作变量:解吸塔进料流量、解吸塔底重沸器加热量、稳定塔进料流量、稳定塔顶回流流量、稳定塔底液位调节阀、稳定塔底重沸器加热量、液化气去脱硫流量;主要被控变量:解吸塔底温度、解吸塔底液位、稳定塔顶温度、稳定塔底温度、稳定塔底液位、稳定塔顶回流罐液位;主要干扰变量:富气流量、焦炭塔切塔、小吹汽及预热事件。

3.4 约束条件

为保证装置操作平稳及产品质量, 延迟焦化装置先进控制设计必须考虑到装置的瓶颈约束。这些瓶颈约束主要包括:①加热炉炉膛或者炉管表面温度过高会导致加热炉炉管结焦, 从而影响到延迟焦化装置的正常运转周期, 制约装置生产能力的有效发挥[13];②焦炭塔塔顶温度过高会导致焦炭塔塔顶油气线结焦;③切塔时焦炭塔的空高制约焦炭塔的处理能力;④分馏塔塔底温度上限受到塔底油在塔底结焦的限制, 下限受到加热炉对流出口温度和循环比下限的限制;⑤分馏塔液泛约束;⑥富气压缩机功率以及机泵负荷制约生产负荷。

另外, 各个操作参数均有一定的操作区域限制。因此, 先进控制运行时, 同时要协调各个操作变量, 保证装置运转满足以上约束。

4 工业应用效果

延迟焦化装置先进控制系统投运后, 取得了明显的控制效果。多变量预测控制系统根据设定的工艺参数实时、自动地调节相关参数, 使操作人员的劳动强度大大减轻, 同时, 有效克服了生产负荷和原料组成变化、以及焦炭塔切塔、小吹汽、预热等干扰对操作的影响, 提高了装置的平稳性。表1是先进控制投运前、后240 h的部分主要被控变量的统计分析数据。可以看出, 先进控制系统投运后, 各主要被控变量的波动幅度明显减小。

5 结 论

3.先进控制技术及应用 篇三

关键词：农业机械化；农机技术；推广；应用

中图分类号：F323.3 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2016）08-0051-02

先进的农业机械技术，对农业粮食的增产、农村社会经济的发展以及自然生态环境的保护与改善，都发挥着不可替代的重要作用。近年来，随着农机技术的发展与推广，广大农民使用先进农机技术的积极性与日俱增。农机科研单位及农机生产厂家积极研究开发适应现代农业需要的先进农机设备及农业技术，为广大农民使用先进的农机技术提供物资保障。同时，政府部门对农机购置补贴优惠政策的连续实施，对广大农民购置先进的农机具起到了催化剂的作用。

1 连山区推广应用先进农机技术的情况

为了推广和使用先进的农机技术，结合葫芦岛市连山区农村农机发展的现状、农业的自然条件，经过大量的、科学的调查研究，选择适合本区实际的、以大田深松和保护性耕作为代表的农田作业项目，以带动本区广大农民使用先进的农机技术。

连山区农机管理部门从2008年开始推广玉米保护性耕作和大田深松技术项目。据统计，从2008年到2015年7 a期间，为推广玉米保护性耕作和大田深松技术项目的实施，共完成保护性耕作和大田深松面积1.07万hm2，总投资300余万元。玉米保护性耕作项目的主要内容是：玉米秸秆还田、免耕播种、深施化肥、药物除草和机械化收获。通过农业机械化免耕播种、深施化肥、药物除草和机械化收获等技术手段，实现玉米耕作的全程机械化，从而实现农业增产、农民增收，促进农业的可持续发展，经济效益、社会效益和生态效益显著。

据统计资料显示，7 a期间，在国家保护性耕作项目的带动下，连山区共吸引社会投入资金（主要是农民自筹）510万元，扶持农机专业合作社5个，补助农户8万余户，有2 140余人接受过保护性耕作技术培训；项目区玉米平均产量增加20～30 kg/667 m2，共增加农民收入700多万元。

2 推广应用先进农机技术的效益分析

2.1 经济效益

推广保护性耕作，最直接的经济效益是节约种地成本。试验表明，由于减少了翻耕、重耙、镇压、施底肥等工序，种植玉米可节约生产成本30元/667 m2，7 a期间共节约300余万元。在减少种地成本的同时，保护性耕作还具有明显的增产作用，7 a期间共增加玉米产量200～300万kg，增加农民收入700～900万元。

2.2 社会效益

实施保护性耕作，用最简单、最直接的方式实现玉米作物的播种、施肥、除草和收获的全程机械化作业，极大地减轻了农民的劳动强度；同时，实施保护性耕作，还可以改善土壤的颗粒结构，提高土壤的有机质含量。其对于转变农业生产方式、促进农业可持续发展具有里程碑式的重要意义。

2.3 生态效益

秸秆覆盖地表和免耕播种改善了土壤结构，减少了水分蒸发，增强了土壤蓄水保墒、保肥能力。实际监测结果表明，实行玉米保护性耕作地块可以增加土壤储水量14%～15%，提高土壤水分利用率15%～17%，减少风蚀60%，可抑制沙尘暴的生成，并有效解决了焚烧秸秆带来的环境污染问题，改善了生态环境。

3 推广应用先进农机技术的基本技术路线

玉米保护性耕作的基本技术路线为：玉米收获（在当前尚未实现全面机械化的情况下，采用机械和人工两种方式）→秸秆粉碎还田覆盖地表→免耕机械播种→药物除草→田间管理。

4 连山区推广应用先进农机技术的主要措施

4.1 争取国家项目投资

几年来，先后在全区6个乡镇树立玉米保护性耕作示范样板田，积极主动邀请上级主管部门的专家、学者进行技术指导，争取扩大玉米保护性耕作项目的投资规模。

4.2 争取区委区政府领导的大力支持

区委区政府先后召开全区保护性耕作动员会、现场会、乡镇干部座谈会；区委区政府领导亲自参加全区保护性耕作现场会，并作重要讲话；主管农业的副区长经常深入基层调查研究保护性耕作工作，帮助解决工作中的突出问题。几年來，区政府都把保护性耕作工作写入区政府工作报告中，并把保护性耕作工作的完成情况作为考核乡镇领导干部的一项重要内容。

4.3 争取乡镇和村干部的支持

在完成保护性耕作项目的过程中，乡镇、村干部发挥了重要作用。乡党委书记、乡长和主管农业的副乡长、农机管理站站长都经常工作在第一线，指挥工作，落实地块，组织机收，做推广宣传工作。

4.4 抓好宣传培训工作

宣传培训工作是做好保护性耕作工作的基础。先后召开宣传发动和现场会28次，参加人数达千余人；举办各种技术培训班16次，受培训人数2 140多人；编写《连山区保护性耕作技术手册》约1.5万字，印发2 000册；发放宣传单3 800多份；利用电台、电视台等新闻媒体进行专题报道。同时，通过试验田里的机械现场作业展示和玉米产量对比，让农民看得见、摸得着保护性耕作的真实效果。此外，还拍摄了《连山区保护性耕作宣传片》（片长约20 min），对保护性耕作技术做了系统的总结和介绍，以更加广泛地进行宣传推广。

4.5 注重发挥农机合作组织的作用

大面积地推广保护性耕作技术，必须充分发挥农机合作社组织的作用。连山区现有农机合作组织5家，据不完全统计，这5家农机专业合作社共拥有不同型号的耕作机具125台（套），其中大中型拖拉机48台。每年保护性耕作推广面积中大部分都是农机合作组织完成的，为此，从购机补贴政策上加大对农机合作组织的扶持力度，使它们在机具配备、作业范围、作业能力等多方面得到不断的加强和扩大，收到了一举多得的效果。仅2014年，农机合作社组织服务面积就达1.4万hm2，总收入360万元。

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4.6 加強组织领导和基础建设

组织领导工作十分重要，为了抓好保护性耕作工作，区政府成立了以区长为组长，以财政、农发、农机、广播电视等单位为成员的领导小组，专门研究制定保护性耕作的方案、资金和一些较为突出的实际问题。区农机局成立了以局长为组长，以主管业务的副局长、农机推广站等部门领导为组员的保护性耕作项目领导小组，负责具体工作。区农机局还专门设置了保护性耕作办公室，派专人负责保护性耕作工作。在基础建设方面，重点加强了档案资料的收集整理，编印了保护性耕作资料汇编综合本（2册，约4.0万字）；购置了简单的土壤化验设备，可以对土壤的温度、含水量等及时进行监测。

5 连山区推广应用先进农机技术存在的问题及建议

一是免耕播种机、玉米收获机的适应性能问题。在实际生产中发现，目前市场上生产的免耕播种机具，对不同土壤、不同地表现状的适应性能存在问题。建议相关部门积极引导机具生产厂家尽快丰富免耕播种机品种和型号，以满足不同农艺规格要求，降低产品价格。

二是种植结构问题。一家一户的种植模式与大型保护性耕作机械的使用存在矛盾。现阶段农户土地面积小、地块零散，不利于大范围开展机械作业，很大程度上制约了保护性耕作技术的推广与应用。建议政府加大土地集约经营的政策力度，发展农业服务组织和农村经纪人进行统一服务，通过集约经营和统一生产模式，降低生产成本，提高农民的收益。

6 结语

推广和使用先进的农机技术，必将进一步促进玉米保护性耕作和大田深松技术的推广及应用，对于转变耕作方式、改善生态环境、提升农机化装备水平，以及农业的可持续发展将会起到十分重要的促进作用。

参考文献

[1] 李治国，曹学文，翟金津，等.北京保护性耕作技术示范推广探讨[J].农机化研究，2007（9）：16-19.

[2] 李治国，张学敏，翟金津，等.北京市保护性耕作技术模式及发展对策研究[J].农机化研究，2009（1）：249-252.

[3] 王晓娜.北京地区免耕农业及其经济效益研究[D].北京：首都经济贸易大学，2008.

Abstract： Using advanced agricultural machinery technology is in favor of agricultural production increasing， farmers' income increasing and environmental protection. This paper introduced benefit conditions， technical route and main measures in the promotion and application of advanced agricultural machinery technology， analyzed the main existing problems， and put forward the development suggestions， so as to give full play to the important role of advanced agricultural machinery technology in the agricultural development.

Key words： agricultural mechanization； agricultural machinery technology； promotion； application

4.先进控制技术及应用 篇四

材料成型及控制工程有四个方向：焊接、铸造、热处理、锻压。随着科学技术的发展材料成型也变得越来越机械化和自动化。当今制造技术的主要发展趋势是：制造技术向着自动化、集成化和智能化的方向发展。

焊接：近20年来，随着数字化，自动化，计算机，机械设计技术的发展，以及对焊接质量的高度重视，自动焊接已发展成为一种先进的制造技术，自动焊接设备在各工业的应用中所发挥的作用越来越大，应用范围正在迅速扩大。在现代工业生产中，焊接生产过程的机械化和自动化是焊接机构制造工业现代化发展的必然趋势。焊接采用加热和加压或其他方法使热塑性塑料制品的两个或多个表面熔合成为一个整体的方法。自动化采用具有自动控制，能自动调节、检测、加工的机器设备、仪表，按规定的程序或指令自动进行作业的技术措施。其目的在于增加产量、提高质量、降低成本和劳动强度、保障生产安全等。自动化程度已成为衡量现代国家科学技术和经济发展水平的重要标志之一。现代自动化技术主要依靠计算机控制技术来实现。焊接生产自动化是焊接结构生产技术发展的方向。现代焊接自动化技术将在高性能的微机波控焊接电源基础上发展智能化焊接设备，在现有的焊接机器人基础上发展柔性焊接工作站和焊接生产线，最终实现焊接计算机集成制造系统CIMS。

在焊接设备中发展应用微机自动化控制技术，如数控焊接电源、智能焊机、全自动专用焊机和柔性焊接机器人工作站。微机控制系统在各种自动焊接与切割设备中的作用不仅是控制各项焊接参数，而且必须能够自动协调成套焊接设备各组成部分的动作，实现无人操作，即实现焊接生产数控化、自动化与智能化。微机控制焊接电源已成为自动化专用焊机的主体和智能焊接设备的基础。如微机控制的晶闸管弧焊电源、晶体管弧焊电源、逆变弧焊电源、多功能弧焊电源、脉冲弧焊电源等。微机控制的IGBT式逆变焊接电源，是实现智能化控制的理想设备。数控式的专用焊机大多为自动TIG焊机，如全自动管/管TIG焊机、全自动管/板TIG焊机、自动TIG焊接机床等。在焊接生产中经常需要根据焊件特点设计与制造自动化的焊接工艺装备，如焊接机床、焊接中心、焊接生产线等自制的成套焊接设备，大多可采用通用的焊接电源、自动焊机头、送丝机构、焊车等设备组合，并由一个可编程的微机控制系统将其统一协调成一个整体。

铸造：熔炼金属，制造铸型，并将熔融金属浇入铸型，凝固后获得一定形状、尺寸、成分、组织和性能铸件的成形方法。铸造是人类掌握比较早的一种金属热加工工艺，已有约6000年的历史。中国约在公元前1700～前1000年之间已进入青铜铸件的全盛期，工艺上已达到相当高的水平。铸造是指将室温中为液态但不久后将固化的物质倒入特定形状的铸模待其凝固成形的加工方式。被铸物质多为原为固态但加热至液态的金属（例：铜、铁、铝、锡、铅等），而铸模的材料可以是沙、金属甚至陶瓷。因应不同要求，使用的方法也会有所不同。随着科技技术的发展国内的铸造技术也飞速发展近年开发推广了一些先进熔炼设备，提高了金属液温度和综合质量，开始引进AOD、VOD等精炼设备和技术，提高了高级合金铸钢的内在质量。直读光谱仪和热分析仪，炉前有效控制了金属液成分，采用超声波等检测方法控制铸件质量。一些大中型铸造企业开始在熔炼方面用计算机技术，控制金属液成分、温度及生产率等。成都科技大学研制成砂处理在线控制系统，清华大学等开发了计算机辅助砂型控制系统软件，华中科技大学成功开发商品化铸造CAE软件。铸造业互联网发展快速，部分铸造企业网上电子商务活动活跃，如一些铸造模具厂实现了异地设计和远程制造。

铸造专家系统研究虽然起步晚，但进步快。先后推出了型砂质量管理专家系统、铸造缺陷分析专家系统、自硬砂质量分析专家系统、压铸工艺参数设计及缺陷诊断专家系统等。机械手、机器人在落砂、铸件清理、压铸及熔模铸造生产中开始应用。精确成形技术和近精确成形技术，大力发展可视化铸造技术，推动铸造过程数值模拟技术CAE向集成、虚拟、智能、实用化发展；基于特征化造型的铸造CAD系统将是铸造企业实现现代化生产工艺设计的基础和前提，新一代铸造CAD系统应是一个集模拟分析、专家系统、人工智能于一体的集成化系统。采用模块化体系和统一数据结构，且与CAM／CAPP?ERP／RPM等无缝集成；促使铸造工装的现代化水平进一步提高，全面展开CAD／CAM／CAE／RPM、反求工程、并行工程、远程设计与制造、计算机检测与控制系统的集成化、智能化与在线运行，催发传统铸造业的革命性进步。

锻压是锻造和冲压的合称，是利用锻压机械的锤头、砧块、冲头或通过模具对坯料施加压力，使之产生塑性变形，从而获得所需形状和尺寸的制件的成形加工方法。“锻压”作为金属加工的主要方法和手段之一，在国民经济中占有举足轻重的地位，是装备制造业，特别是机械、汽车行业，以及军工、航空航天工业中的不可或缺的主要加工工艺。随着经济结构调整的不断深化，作为支柱产业的汽车制造业的大发展，为我国的锻压行业发展营造了一个非常好的机会。近几年在设备制造技术和加工技术上都取得很大的进展，行业的竞争力得到提升，某些技术水平已进入世界先进行列。

但随着中国汽车工业的快速发展，国产锻造设备存在的不足日益凸显。其中，拥有中国自己产权的通用锻压设备多处于较低的水平，目前锻压设备发展趋势是集机械、电子、液压、气动及检测等方面的最新技术于一体，自动化程度高、换模快速、工作可靠、噪声低、防护完善、精度高。近年来又发展了数控系统，能和电子计算机、工业机器人、自动换模系统及自动仓库等相结合，构成多种系列的柔性制造单元（FMC）和柔性制造系统（FMS），并向电子计算机集成制造系统（CIMS）的方向逼近。

金属热处理是将金属工件放在一定的介质中加热到适宜的温度，并在此温度中保持一定时间后，又以不同速度在不同的介质中冷却，通过改变金属材料表面或内部的显微组织结构来控制其性能的一种工艺。在热处理过程中对温度的检测和记录非常的重要，温度控制的不好对产品的影响十分的大，所以温度的检测十分的重要，在整个过程的温度的变化趋势也显得十分的重要，导致在热处理的过程中必须对温度的变化进行记录，可以方便以后进行数据分析，也可以查看到底是哪段时间温度没有达到要求。这样对以后的热处理进行改进起到非常大的作用实现一定程度上的自动化。

日前，中钢邢机通过对热处理炉群的自动化控制系统进行创新改进，在所属异型公司成功完成单台炉体单机控制向整个炉群单机管控的“集中化”转变，实现企业炉群自动化控制的新突破。“集中化”管控就是由单台主机整体集中完成整个炉群的自动化控制工作，通过建立热处理炉群自动化控制的独立整体管控网络，改变每台热处理炉都有一台主机主控的传统模式。企业探索实施“热处理炉群控制集中化管理”，最初是基于对企业扩能上量后热处理炉数量增多、生产用电不易调配问题的解决。经过在异型公司试点进行实际改造实施后，使热处理炉群能够结合排产计划，对照峰谷用电时间段，实现对每台热处理炉作业的自动程序化科学调控，从而大大降低了作业用电成本。同时使企业设备管理更趋便捷科学，运行效率明显提升，目前每班只需2人即可完成17台热处理炉的日常作业管理。为了使工件在生产线上自如地完成整个所要求的热处理工艺过程，被特定设计的连续炉相互连接沟通。炉膛内可多方位贯通，并可使工件料筐90℃角转入下道加热区或过渡保温箱，经传送抵达下一工序或进入冷却室冷却。这种炉体结构和传送装置都具有相当高的水平。以可控气氛箱式炉为例，为满足渗碳、碳氮共渗、氮碳共渗、淬火或光亮淬火、等温淬火等热处理工艺的实施，料盘和料架上的工件以冷链驱动的方式自动送入、通过和送出炉膛，在各自的炉子中完成所要求的工艺。箱式炉与相应的计算机辅助测量、控制与调节系统连用，形成各个独立的模块单元，易于相互连接，构成完善、灵活、组合式自动热处理系统。

电子计算机在热处理中的应用，包括计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助生产(CAM)、计算机辅助选材(CAMS)、热处理事务办公自动化(OA)、热处理数据库和专家系统等，它为热处理工艺的优化设计、工艺过程的自动控制、质量检测与统计分析等，提供了先进的工具和手段。计算机在热处理中的应用，最初主要用于热处理工艺程序和工艺参数(温度、时间、气氛、压力、流量等)的控制，现在也用于热处理设备、生产线和热处理车间的自动控制和生产管理，还有的用计算机进行热处理工艺、热处理设备、热处理车间设计中的各种计算和优化设计。在热处理中引入计算机，可实现热处理生产的自动化，保证热处理工艺的稳定性和产品质量的再现性，并使热处理设备向高效、低成本、柔性化和智能化的方向发展。计算机在热处理中的应用国外已十分普遍，例如，日本一家摩托车厂的热处理车间，有连续式渗碳炉、周期式渗碳炉、连续软氮化炉等共37台设备，从开始送料，到最终产品检验，全部由计算机控制，每班只需要三个人操作，一人在计算机室内负责全部生产、技术和质量管理，一人在现场巡回检查，一人负责产品质量检验，生产效率极高。我国在热处理行业中应用计算机还是近十多年的事情，目前国内研制生产的热处设备已越来越多地引入了微机控制，极大地提高了设备的自动化水平和生产效率。在热处理工艺过程的实时控制、计算机辅助设计、计算机模拟和数学模型的开发应用等方面，也取得了一定的成绩。

5.先进控制技术及应用 篇五

摘要：随着生态文化建设进程的逐步推进，对于造林工程的重视程度逐渐加深，相应的造林面积也越来越大，与此同时有关部门对有害生物的防控重视程度也越来越强。本文从营林技术的具体种类入手，对防控工作的重要性以及在实体控制过程中的应用进行了集中的阐释，旨在更好地辅助相关工作人员进行相应工作的开展。

关键词：营林技术；林业；有害生物；防治

中图分类号：S763 文献标识码：A DOI编号：10.14025/j.cnki.jlny.2016.10.078

对于国家林业来说，主要的阻力就在于相应的有害生物，不仅严重制约森林的持续发展，也对森林的基础绿化效益造成了很大的影响，相关管理工作人员要强化对其的重视程度，进一步加大防控力度。对于防控工作来说，以预防为主，控制为辅，要对相应的技术进行基本的革新和推进，就要保证对资源的合理利用和整合。

营林技术

实际的林业生产中，需要进行种苗的培育、林业的基本建造、林木的基础抚育以及管控和治理，直到最后的成林收获，整体的操作形成了基础的林业生产。有生产就要有相应配套管理，因此营林技术应运而生。营林技术是一项整体工程，首先是对于树种的选取，相关工作人员要进行细致的选种工作，保证树种的基本抗性和优良。其次是培植地域的选择，保证适宜的土地种植适合的树木，对于混交林也要保证科学化的育林选择。再次是对合适的壮苗进行实际造林。最后再进行必要的除草、施肥等基础管理措施，为幼林的生长提供必要的保障措施，并且根据情况设置相应的隔离带，对林区进行进一步的卫生环境的改善。另外要注意，要保证林业的基础植被形成层次化的生长情况，保证林区内树木的顺利生长。无论是任何形式的营林技术，在实际运用中都要保证基本的技术理念和技术目的，要保证林业的基本防护，促进林业的可持续性发展。营林技术对于林业防控的关键意义

大自然中发生的情况是无法实际预料的，森林资源随时会受到各种有害生物的侵袭，甚至会导致树木的死亡。因此，林业管理人员要进行必要的原因分析，将工作进行在情况发生之前，运用适宜的营林技术保证林区的可持续发展。管理人员只有将有害生物的发展情况控制在相应的可控范围内，才能保证林木正常生长，并且最大程度上保证了林业的利益优化。任何防治工作都要求相关人员进行预防为先，要保证基本的隐患在萌芽状态就被清除，才会对后续的治理工作形成良性的开端。营林技术是以治理为优化的基本预防技术，保证对其基础预防策略的合理化运用才能保证整体林业的顺利持续发展。营林技术在林业有害生物防控工作中的实际应用

3.1 优质选种，提升基础林区素质

对于林区的建设来说，最关键的就是最初的选种过程，这需要相应的管理人员进行精细化的工作，对基础树种进行优质的选取要保证细致严谨的工作态度。对于灾害的预防和治理，一定要保证树种具有一定的抗虫性，要认真甄别其中的差异，保证最优化的资源配置。在选种的过程中，不仅要考量相应树种的差异，还要保证适宜地域的差异，保证树种的抗病性在相应的地区能得到充分的发挥，形成优质的林区。林区管理人员要根据营林技术的基本准则，保证在合理的地区进行科学化的选种，培育基本抗性强，且实际产量高的适地性树种，形成优良的基础林区。选种对于基础林区的维护和管理起到原始化的作用，能从根本上提升整体林区的质量，并对林区的良性发展产生正向的助推作用。例如，内蒙古乌审旗一代林区就非常适宜种植柠条、山杏等树木，不仅树种的基本质量优良，而且也非常适宜当地的基础环境。

3.2 优选地质。强化混交林业发展

对于林区的建设，混合林占有绝对的优势。由于混合林内树种的丰富多样，基础的树木生存条件良好，不仅减少了病虫和有害生物生长，而且还为病虫害的天敌形成了天然的保障，益鸟益兽也助力整体林区的防护。其中最重要的原因有三点，一是混交林为病虫的天敌提供了基本的生长环境和食物源头，保证了非人工灭虫的优化操作；二是混交林由于树木丰富，形成的天然光合作用也很强，形成了对不良天气因素的自然抗体，保证了整体树木的生长旺盛；三是混交林内相互生物形成良性的生态系统，进行自行的生态消化，保证了基础的自然守则，完善了整体林区的基础抗性。

3.3 优化防护。保证基础防御手段

对于林区的基础防护，除了运用树木之间的自然防护，也要进行必要的人为干预，保证基础防护措施的完善。相应的管理人员要进行必要隔离带的建立和搭设，控制病虫害的恶性扩散，减少基础林木受到的损伤。另外还要进行相关人员的工作设定，进行林区内定期的卫生监督和管理，保证林区资源的最大化应用，从根本上促进树木的健康生长。在实际的林区保护过程中，管理人员要结合人为力量充分发挥林区树木多样性的功能，必要时进行适宜的封山育林，强化人力对于林区的监管力度，从整体上提升林区的基础防御能力。

结语

6.先进刀具技术现状分析及发展趋势 篇六

钢市低迷不改 钢铁原材料市场延续弱势1-8月份桐庐蜂产品原料抽检合格率100%为户外而生 耳神探险者ER151几大优势辽宁山推开展道路机械产品专项培训(图)十二五天津节能减排综合工作实施方案解析潍柴控股集团动能公司进入“高考月”进口葡萄酒：超越价格与跟风的竞争赢创决定将美白炭黑产能提至2.2万吨广东LED出口遭“围剿”2月19日绥芬河开元经贸氯化钾行情动态新能源车将减免购置税 政府补贴改为直减2012中国水性木器涂料现场涂装大赛结果揭晓外国朋友考察福鼎茶业生产先进技术2013汇坚国际·太湖国际装备制造业博览会周五开幕7月16日湖北天舜化工磷酸一铵产销动态央视新址修幕墙大换装8月21日铝业市场新闻简要宁波市智慧物流专项扶持政策出台

进入21世纪以来，随着制造技术的全球化趋势，制造业的竞争也越来越激烈。在由机床、刀具、夹具和工件组成的切削加工工艺系统中，刀具是最活跃的因素。因此在高速加工技术广泛应用于生产的今天，高性能刀具越来越受到重视并大量取代传统刀具。虽然高性能刀具与传统刀具相比价格昂贵，甚至是传统刀具的10倍，但是使用高性能刀具仍然可以有效地降低生产成本[1]。

刀具材料、几何参数及其结构是高性能刀具设计制造最重要的关键技术。目前，先进刀具发展迅速，各种专用高性能刀具不断推陈出新。在刀具材料方面，超细晶粒硬质合金刀具和超硬材料刀具获得了广泛运用；在涂层方面，多层梯度复合涂层和高强度耐热纳米涂层也得到了长足的发展，并在航空航天、汽车船舶等领域得到应用；在刀具结构方面，将朝可转位、多功能、专用复合刀具和模块式方向发展。

刀具材料的最新进展

近年来，世界各工业发达国家都在致力于开发与高速、高效、高质切削加工相匹配的先进切削刀具材料[2]。刀具材料对刀具寿命、加工效率、加工质量和加工成本等影响很大。刀具切削时要承受高压、高温、摩擦、冲击和振动等作用，因此刀具材料必须具备如下一些基本性能：硬度高，即刀具材料的硬度必须高于被加工材料；高的强度和韧性，刀具切削部分的材料在切削时要受到很大的切削力和冲击力，因此刀具材料必须要有足够的强度和韧性；耐磨性和耐热性好，一般来说，刀具材料硬度越高，耐磨性也就越好，同时刀具的耐磨性和耐热性有着密切的关系；导热性好，导热性越好，就能降低切削部分的温度，从而减轻刀具磨损；工艺性和经济性好[3-5]。

(1)新型高速钢。

高速钢(HSS)是加入了W、Mo、Cr、V等合金元素的高合金工具钢。虽然目前可供使用的刀具材料品种较多，但由于高速钢在强度、韧性、热硬性、工艺性，特别是锋利性(刀尖半径可达12~15μm)等方面具有优良的综合性能，因此在切削某些难加工材料以及在复杂刀具(尤其是切齿刀具、拉刀和立铣刀等)制造中仍占有较大比重[6]。

(2)新型细晶粒和超细晶粒硬质合金。

硬质合金是高硬度、难熔的金属化合物(主要是WC，TiC等，又称为高温碳化物)微米级的粉末，用钴或镍等金属做粘结剂烧结成的粉末冶金制品。硬质合金是当前切削领域中应用最广泛的切削刀具材料，切削效率大约为高速钢的5~10倍。全世界硬质合金的产量增长极快，新材料、新牌号的硬质合金刀具不断出现，在全部刀具中的比重越来越大。但其工艺性差，用于复杂刀具尚受到很大的限制。

细晶粒(1～0.5μm)和超细晶粒(小于0.5μm)硬质合金材料及整体硬质合金刀具的开发，使硬质合金的抗弯强度大大提高，可替代高速钢用于制造小规模钻头、立铣刀、丝锥等量大面广的通用刀具，其切削速度和刀具寿命远超过高速钢。整体硬质合金刀具的使用可使原来采用高速钢的大部分应用领域的切削效率显著提高。为提高硬质合金的韧性，通常采取增加Co含量的方法，由此引起的硬度降低现在可通过细化晶粒得到补偿，并可使硬质合金的抗弯强度提高到4.3GPa，已达到并超过普通高速钢的抗弯强度。细晶粒硬质合金的另一优点是刀具刃口锋利，尤其适合高速切削粘而韧的材料[5]。

(3)超硬刀具。

所谓超硬刀具材料是指人造金刚石和立方氮化硼，以及用这些粉末与结合剂烧结而成的聚金刚石和聚晶立方氮化硼。由于超硬刀具具有比硬质合金更优良的耐磨性，能够适应更高的切削速度，已成为高速切削的主要刀具材料，更为重要的是能够满足难加工材料的切削需要。因此超硬刀具材料已经在整个切削加工领域中起到越来越重要的作用。

金刚石是碳的同素异形体，分为天然金刚石和人造金刚石(PCD)两种。PCD是在高温、高压和催化剂作用下，由石墨转化而成的。金刚石刀具具有极高的硬度和耐磨性，拥有锋利的切削刃和良好的导热性能，同时PCD刀具与有色金属和非金属材料间的亲和力很小，在加工过程中不易在刀尖上产生积屑瘤。目前，PCD刀具主要运用在以下两个方面[2,5]：a.难加工有色金属及其合金，如用PCD刀具加工硅铝合金时，刀具寿命可达硬质合金的50~200倍；b.难加工非金属材料，PCD刀具非常适合于石材、硬质碳、碳纤维增强塑料和人造板材等难加工非金属材料的加工[6]。因此，可以说金刚石刀具是精密加工有色金属及其合金、陶瓷、玻璃、木材等非金属材料最佳的刀具。

但是金刚石的热稳定性较低，切削温度超过700~800℃时，就会完全失去其硬度。另外，金刚石中的碳和铁具有很强的亲和力，在高温高压下，铁原子与碳原子发生相互作用，导致金刚石石墨化，从而使刀具极容易发生磨损。因此，金刚石刀具一般不用来加工钢铁等材料。

继美国GE公司于1957年首次合成立方氮化硼之后，在高温高压条件下将立方氮化硼聚合在硬质合金上，得到了复合结构的立方氮化硼(CBN)刀片。CBN刀具有聚晶烧结块和复合刀片两种，能在较高切削速度下加工淬硬钢及铸铁，以车代磨，并可高速切削部分高温合金，加工精度高，表面粗糙度相当低，而且立方氮化硼还适宜加工各种淬硬钢、Ni基、Fe基及其他一些耐磨、耐蚀的热喷涂(焊)件材料，钒钛铸铁、冷硬铸铁等耐磨类铸铁，钛合金材料等[2]。

(4)陶瓷材料。

陶瓷刀具具有很高的硬度、耐磨性能及良好的高温力学性能，与金属的亲和力小，不易与金属产生粘结，并且化学稳定性好。因此，陶瓷刀具可以加工传统刀具难以加工或根本不能加工的超硬材料。陶瓷刀具有Al2O3基和Si3N4基两大类，加入各种碳化物、氮化物、硼化物和氧化物等可改善其性能，还可通过颗粒、晶须、相变、微裂纹和几种增韧机理的协同作用提高其断裂韧性[7-9]。

目前，国产的一些晶须增韧陶瓷、梯度功能陶瓷等产品已达到国外同类刀片的性能，有的还优于国外。陶瓷刀具使用的主要原料氧化铝、氧化硅等在地壳中含量丰富，对节省贵重金属也具有重要的意义。陶瓷刀具主要应用于难加工材料的高速加工。国际上已经将陶瓷材料刀具视为进一步提高生产率的最有希望的刀具之一[10-11]。

刀具涂层的最新进展

在相对较软的刀具基体上涂覆一层或多层硬度高、耐磨性好的金属或非金属化合物薄膜(如TiAlN、TiC、TiN、Al2O3等)而形成的涂层刀具，是切削刀具发展的一次革命。涂层刀具与未涂层刀具相比，具有明显的优越性：显著降低摩擦系数，改善刀具表面的摩擦学性能和排屑能力；显著提高耐磨性和抗冲击韧性，改善刀具的切削性能，提高加工效率和刀具寿命；提高刀具表面抗氧化性能，使刀具可以承受更高的切削热，有利于提高切削速度及加工效率，并扩大了干切削的应用范围。在先进制造业中，80%以上的硬质合金刀具及高性能高速钢刀具都采用了表面涂层技术，而CNC机床上所用的切削刀具90%以上是涂层刀具[2-5]。

刀具涂层技术自从问世以来，对刀具技术的改善和加工技术起到了越来越重要的作用，已经成为现代刀具的标志。涂层刀具是通过在韧性较好的硬质合金基体或高速钢基体上，涂覆一薄层耐磨性高的难熔金属化合物而获得的，使刀具性能发生了巨大的变化。常用的涂层材料有TiC、TiN、Al2O3等，其中TiC的硬度比TiN高，抗磨损性能更好。对硬质合金，一般采用化学气相沉积法(CVD)，层积温度为1000℃；而对高速钢刀具，一般采用物理气相沉积法(PVD)，层积温度在500℃左右[2]。

随着涂层工艺的日益成熟和不断发展，从开始的单一涂层，进入到开发多元、多层、梯度、纳米涂层的新阶段。就目前PVD技术的发展状况，涂层薄膜结构大体可以分为单一涂层、复合涂层、梯度涂层、多层涂层、纳米多层涂层、纳米复合结构涂层[3]。

复合涂层是由各种不同功能或特性的涂层薄膜组成的结构，也称为复合涂层结构膜，其典型涂层为目前的硬涂层加软涂层，每层薄膜各具不同的特征，从而使涂层具有更好的综合性能[12-14]。

梯度涂层是指涂层成分沿着薄膜生长方向逐步变化，这种变化可以是化合物各元素比例的变化，如TiAlCN中Ti、Al含量的变化，也可以由一种化合物逐渐过渡到另一种化合物，如CrN逐渐过渡到CBC碳基涂层[15]。

多层涂层由多种性能各异的薄膜叠加而成，每层膜化学组成基本恒定。目前在实际应用中多有2种不同膜组成，由于所采用的工艺存在差异，各膜层的尺寸也不尽相同，通常由十几层薄膜组成，每层薄膜尺寸大于几十纳米，最具代表性的有AlN+TiN、TiAlN+TiN涂层等。与单层涂层相比，多层涂层可有效改善涂层组织状况，抑制粗大晶粒组织生长[16]。

纳米多层涂层结构与多层涂层类似，只是各层薄膜的尺寸为纳米数量级，又可称为超显微结构。理论研究证实在纳米调制周期内(几纳米至几十纳米)，与传统的单层膜或普通多层膜相比，此类薄膜具有超硬度、超模量效应，其显微硬度预计可以超过40GPa，并且在相当高的温度下，薄膜仍可保留非常高的硬度。

正因为涂层刀具既有硬度很高、化学稳定性好、摩擦系数小的表层，不易产生扩散磨损，同时又有基体的韧性，因而切削力、切削温度都较低，能够显著提高刀具的切削性能。因此,涂层刀具已成为现代切削刀具的主流，西方工业发达国家使用的涂层刀具占可转位刀片的比例已由20世纪80年代的26%上升到目前的90%，新型数控机床所用的刀具中80%左右是涂层刀具。瑞典山特维克可乐满和美国肯纳金属公司的涂层刀片的比例已达85%以上；美国数控机床上使用的硬质合金涂层刀片的比例为80%；瑞典和德国车削用的涂层刀具都在70%以上[3,15]。我国涂层刀具起步晚，但进步快,其涂层网点遍布全国。有不少城市都有自己的涂层中心，并承接对外加工业务。我国从1970年代初就开始进行CVD涂层技术研究，80年代中期，我国的CVD涂层技术就已经进入实用化水平，其工艺水平也达到国际水平。总体而言，国内CVD涂层技术水平与国际水平相差不大。但我国1980年初才开始研究PVD涂层技术，目前国外刀具PVD涂层技术已发展到第四代，而国内还处于第二代水平，且仍以单层TiN涂层为主[16]。

刀具结构的最新进展

当前刀具结构的变革正朝着可转位、多功能、专用复合刀具和模块式方向发展，刀具结构不断创新[5]。

立铣刀采用变螺旋角的设计或者刀槽采用不等分的设计，能减小精密切削中的振动，提高表面质量；高速钢立铣刀的大前角设计明显降低了切削力，改善了排屑，在精密加工中能改善表面的完整性；硬质合金刀具的整体化使小直径刀具的刚度显著提高，甚至复杂刀具如齿轮、螺纹刀具等也采用整体硬质合金制造；整体硬质合金立铣刀采取端齿中一刃过中心设计，使立铣刀功能扩大，不用预钻孔，在一定深度范围内可实现直接向下切削。

钻头的工作条件比较差，而排屑是人们最关心的问题，所以一直在设法改进。群钻是比较典型的，但是其刃磨比较复杂；德国的Guehring公司研制了RT型钻头，其抛物线形槽增加了芯厚，加大了槽的面积；采用S型钻尖的麻花钻具有很好的定心性，能显著减小钻削轴向力，改善排屑断屑状况。

复合刀具淡化了传统的车、铣、镗、钻和螺纹加工等不同切削工艺的界限，能在一次装夹中对复杂零件进行多工序的集中加工，以减少换刀次数，节省换刀时间，还可减少刀具的数量和库存量，有利于管理和降低制造成本。较常见复合刀具有多功能车刀、铣刀，还有镗铣刀、钻-铣螺纹-倒角等各种多功能刀具。美国肯纳公司的多功能车刀可完成车外圆、端面和镗孔等工作。在CIMT2001上,德国Gun-ther公司展出的车、钻刀可在实心材料上钻平底孔、镗孔、车端面、车外圆，可将工时缩短40%。Emuge公司的螺纹铣刀,一次走刀可完成钻底孔、倒角和铣螺纹工序。日本三菱公司开发的Octacot多功能铣刀可安装八角形刀片或圆刀片，在加工中心上完成铣平面、沟槽、台阶、倒角、轮廓加工和斜面等多种加工[2，5，17-18]。

可转位刀具发展的一个重要方面是刀片断屑槽型的开发，山特维克可乐满推出的R、M和F等新槽型系列(钢材粗加工、半精加工和精加工相应采用PR、PM和PF槽型；切不锈钢时用MR、MM和MF槽型；切铸件和有色金属用KR、KM和KF的槽型)以及伊斯卡以“霸王刀”为典型的槽型设计都独树一帜。这些刀片大多是三维曲面槽型，断屑范围宽，适应性好。

结束语

随着制造技术的全球化，制造业的竞争也日趋激烈。高速切削作为先进制造技术的一项全新的共性基础技术，已经成为现代切削加工技术的重要发展方向。先进刀具在机械加工中起到了越来越重要的作用，选择合理的刀具材料、涂层及几何参数将是实现高效切削加工的关键。因此，刀具作为切削加工工艺系统中最活跃的因素已经成为实现高速切削加工的必要条件。

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7.先进控制技术及应用 篇七

1 预测控制技术

预测控制自产生以来已提出了许多算法,如模型算法控制(MAC)、动态矩阵控制(DMC)、广义预测控制(GPC)及预测函数控制(PFC)等[1],笔者采用模型算法控制。预测控制主要包括预测模型、参考轨迹和滚动优化3个部分[2]。

预测控制是一种基于模型的控制算法,这一模型称为预测模型,预测模型的功能是根据对象的历史信息和未来输入预测其未来输出。对于线性稳定对象,甚至阶跃响应、脉冲响应这类非参数模型也可直接作为模型使用。此外,非线性系统、分布参数系统的模型,只要具备上述功能,也可以在这类系统进行预测控制时作为预测模型使用。

模型预测控制是一种闭环控制算法。在通过优化计算确定了一系列未来的控制作用后,为了防止模型失配或环境扰动引起控制对理想状态的偏离,预测控制通常不把这些控制作用逐一全部实施,而只是实现本时刻的控制作用[2]。到下一采样时间,则需首先检测对象的实际输出,并利用这一实时信息对给予模型的预测进行修正,然后再进行新的优化。反馈校正的形式是多样的,不论取何种修正形式,模型预测控制都把优化建立在系统实际的基础上,并力图在优化时对系统未来的动态行为做出较准确的预测。

在多变量控制系统中,控制系统的期望输出是从当前实际输出y(k)出发向设定值ysp平滑过渡的一条参考轨迹定的。参考轨迹采用从现在时刻实际输出值出发的一阶指数形式。它在未来P个时刻的值为:

undefined

其中undefined为采样周期,τ为参考轨迹的时间常数[3]。显然,τ增加α相应增加,响应速度放慢,但鲁棒性好。

预测控制是一种优化控制算法,它通过某一性能指标的最优化来确定未来的控制作用。这一性能指标涉及到系统未来的行为。预测控制不是用一个对全局相同的优化性能指标,而是在每一时刻有一个相对于该时刻的优化性能指标。不同时刻优化性能指标的相对形式是相同的,但其绝对形式,即所包含的时间区域是不同的。因此,在预测控制中,优化不是一次离线进行,而是反复在线进行,这就是滚动优化的含义[4]。图1所示为变量预测控制运行原理。

由于被控对象的非线性、时变及随机干扰等因素,使得预测模型的预测输出值与被控对象的实际输出值之间存在误差。因此需要对上述开环模型预测输出进行修正。在模型预测控制中通常是用输出误差反馈校正方法,即闭环控制得到。

2 苯塔控制设计

2.1 控制策略及方案

精馏是在一定的物料平衡和能量平衡的基础上运行,影响物料平衡的因素是进料量和进料成分的变化,顶部馏出物料的流量和底部产量的变化;影响能量平衡的因素主要是进料热焓的变化,再沸器加热量和冷凝器冷却量的变化。经白土塔精制后的混合芳烃,进入精馏单元的苯塔。把顶苯从塔顶蒸出,经冷却后作为苯塔回流,部分作为返洗芳烃。苯塔底物料作为进料用泵送入甲苯塔。精馏塔本身是典型的多变量、强耦合和非线性对象,实施先进控制在操作与控制方面与单变量系统有很大差异,面临更多的困难[5]。

苯塔实现混合C8中苯与重组分C6+分离。在控制方面,要求塔两端产品质量都需同时兼顾,既保证塔顶苯纯度又兼顾塔底苯的含量,保证下游单元的操作中甲苯的纯度。灵敏板温差TDC-214和灵敏板温度TI-206是苯塔操作关键变量,体现塔内温度分布平衡和物料分布的平衡,保证苯塔操作塔顶苯的产品质量和下游单元甲苯产品质量。根据苯塔的工艺特点,选择塔回流罐液位、塔顶温差、塔灵敏板温度和塔釜液位为被控参数,对塔回流罐液位、塔顶温差和塔灵敏板温度采用预测控制,对塔釜液位采用非线性液位控制。根据苯塔的控制策略,在预测控制模型中选取塔回流罐液位、塔顶温差和塔灵敏板温度作为被控变量,分别以CV1、CV2和CV3表示;选取苯塔塔回流量控制回路的设定值、塔顶侧线采出量的阀位输出值、进换热器中压蒸气控制回路的设定值为操作变量,分别以MV1、MV2和MV3表示;选择苯塔介质的汽相变化量为干扰变量,以DV1表示。

在将多变量预测控制算法应用于生产控制之前,通过闭环仿真考察系统的动态响应、稳态精度和模型的鲁棒性。

2.2 控制器设计

在苯塔中利用精馏的方法,从混合芳烃中分离出苯。经白土塔精制后的混合芳烃,进入精馏单元的苯塔。把顶苯从塔顶蒸出,经冷却后作为全回流回苯塔。苯产品从侧线抽出,冷却后送入苯成品罐。苯塔塔底物料作为进料用泵送入甲苯塔。

为了消除各个换热设备之间耦合,包括消除二甲苯塔顶气相对抽提单元汽提塔之间换热耦合影响,同时实现精馏单元操作物料平衡,避免周期性干扰引入对各塔操作影响(如各塔之间物料传递不平衡导致各塔操作的不平衡)。引入苯塔塔顶苯含量软测量、甲苯塔顶甲苯含量软测量和二甲苯塔顶C8+软测量,在这些基础上实现装置能耗优化。

对苯塔而言,苯塔组分主要有非芳烃和甲苯重组分。非芳烃影响产品因素主要是前系统造成(抽提单元操作不当引入);甲苯影响因素主要由自身苯塔操作引起,塔底苯含量直接关系到后续甲苯塔产品质量,因此对苯塔操作而言,存在最佳最优的回流比(回流/侧线抽出),既能保证苯塔需要的分离度又能实现最小热负荷,使苯塔操作能耗最低。控制器中的变量名称见表1。

3 应用效果分析

在采用多变量预测控制技术的先进控制系统投运以后各主要关键变量标准偏差降低了60.0%以上,保证苯塔的分离效果。苯塔灵敏板温度在常规操作下的偏差达到18.60℃,参数运行方差是15.73;在投用先进控制系统后,苯塔灵敏板温度运行最大波动4.29℃,参数运行方差是0.53,控制效果提高了96.0%以上。苯塔回流罐液位在常规操作下的偏差达到21.8%,参数运行方差是32.09;在投用先进控制系统后,苯塔回流罐液位运行最大波动6.1%,参数运行方差是0.36,控制效果提高了97.0%以上。

4 结束语

利用多变量预测控制技术的芳烃抽提先进控制系统投运后,精馏单元的苯塔具有更好的抗干扰性,能综合协调各个过程的控制变量,克服工艺约束,增加生产能力,实现质量卡边操作和增加高附加值产品收率,提供更安全、平稳和有效的过程操作,节能降耗,提高转化率,减少目标产品损失,提高装置运行平稳率,确保设备安全,减轻操作工的劳动强度,增加企业经济效益。

参考文献

[1]周猛飞,王树青,金晓明.先进控制技术在延迟焦化装置的应用[J].化工自动化及仪表,2009,36(1):79～82.

[2]钱积新,赵均,徐祖华.预测控制[M].北京:化学工业出版社,2007:96～134.

[3]李华银,赵均,徐祖华.多变量预测控制在空分装置自动变负荷中的应用[J].化工自动化及仪表,2009,36(4):64～67.

[4]Garcia C E,Morari M.Internal Model Control.2.-De-sign Procedure for Multivariable System[J].Ind EngChem Res,1985,24(2):472～484.

8.先进控制技术及应用 篇八

【关键词】航测；数字地形；制图；质量控制

数字地形图是地形图提交形式的一种。数字化生产的应用为数字地形图的生产提供了先进的手段，对于地形图的生产模式、存储和保存均提供了方便。数字地形图的生产和检查大致分为：航空摄影、野外控制测量、野外像片控制测量、内业加密、内业立体采集；野外调绘、内业编辑、整理、建库、附件、整理资料、上交成果[1]。

1低空航测系统

无人机低空航测系统一般包括空中航摄系统、地面控制系统和数据处理系统。无人机航测系统工作流程为：根据任务要求用航线设计软件对测区进行航迹规划，在地面控制子系统中将规划好的航线载入到空中摄影子系统；无人机地面控制子系统按照规划的航线，借助自动驾驶仪控制无人机飞行和拍摄作业；空中摄影子系统将拍摄的数据进行存储，无人机平台利用无线传输通道与地面控制子系统交换数据，地面工作人员通过这些数据监测无人机的飞行航线，并对飞行航迹做必要调整；飞行任务结束后，地面控制飞机降落，下载影像，并快速进行影像质量检查，决定是否补飞；合格的影像转入内业，借助摄影测量工作站进行测绘产品[2]。

2航测数字地形制图的质量问题

目前地形图质量检查基本上沿袭了传统的作业方式。各级检查人员除了上仪器检查定向精度和综合取舍外，主要是对照纸图检查丢漏、工艺等，最后将检查结果标到纸图上。这种检查方式打印成本较高，而且一旦喷墨绘图仪出现问题检查验收就无法进行。对数字图中的高程注记点的点数统计，无论作业员还是各级检查人员都要对着纸图反复数上好几遍，而且总难免疏漏。在高曲矛盾检查和等高线属性检查中，大量的等高线要靠人工去检查。这些检查方法效率低、劳动强度大。由于我国数字地形图的生产起步较晚，部分生产软件还在发展完善过程中。由软件本身不完善造成数据上的一些较为隐蔽性的问题往往更加难于发现。如我们在1∶5萬地形图的作业过程中发现ANAGRAF解析测图仪采集的等高线高程经常有±1m的跳值现象。这种问题是由采集软件造成的，在现有的生产软件中很难被发现[3]。这就要求我们在完善各类生产软件的同时，增强检查软件功能，从而提高作业效率、保证作业精度。目前在质量检查方面研究院所和各测绘大队都开展了一定的研究并取得了一定的成果，如用于制图的对数据拓扑关系检查的软件。航测对矢量数据的检查也有一定的进展，廖昌军等人对等高线属性检查提出了较好的算法。由于航测工序多，用于生产的软件系统较多，数据格式较多且航测生产过程中的数据拓扑关系尚未建立，因此难于用制图的方式去检查。当前航测方面还没有全面的行之有效的用于质量检查的软件系统。检查自动化程度不高，对问题信息的反馈依赖于纸图。检查手段与依托网络进行数字化生产的要求不相适应。

3无人机航测数字地形制图的关键技术

3.1像控点布设

像控点的目标影像应清晰，易于判刺和立体测量；布设的控制点宜能公用，一般布设在航向及旁向六片或五片重叠范围内；控制点距橡片边缘不应小于lcm或1.Scm综合成图法的控制点距航向边缘不应小于上述规定的1/2；高程控制点点位目标应选在高程起伏较小的地方，以线状地物的交点和平山头为宜；狭沟、尖锐山顶和起伏较大的斜坡等，均不宜选作点位目标；当目标条件和像片条件矛盾时应着重考虑点位目标[4]。

3.2航空摄影

3.2.1航线设计

航线网布点应按航线每分段布设六个平高点；航线首末端上下两控制点应布设在通过像主点且垂直于方向线的直线上，困难时互相偏离不大于半条基线；上下对点应布在同一立体相对内；航线中间两控制点应布设在首末控制点中线上，困难时可向两侧偏离一条基线左右，其中一个宜在中线上；应尽量避免两控制点同时向中线同侧偏离，出现同侧偏离时，最大不应该超过一条基线。按照摄区范围、划定的分区和提供的分区平均基准面高程进行航线设计。尽量保证统一航摄区域高差不大于设计航高的1/6；保证测区之间有重叠度，航向重叠60%-70%、旁向重叠30%-40%。

3.2.2航摄

在规定的航摄期限内，选择地表植被及其它覆盖物对成图影响较小、云雾少、无扬尘（沙）、大气透明度好的季节进行摄影，并根据地形条件的不同，严格按规范规定的太阳高度角要求选择摄影时间。

3.3空三加密

解析空中三角测量，为纠正和测图提供了定向点和注记点，以及作业时所需要的仪器安置元素数据，空三加密前需取得以下各种资料：航摄质量鉴定书，涤纶片，图历表，野外控制、调绘图片，布点略图，各种观测计算手簿，前一工序的技术设计书等。

它包括精密立体测图仪测图和解析测图仪联机测图。精密立体测图仪适用于各种比例尺及各种地形类别的测图，解析测图仪适用于各种摄像资料的测图。该文主要介绍精密立体测图仪测图。

3.4测绘地物地貌

经过像片准备工作和定向后可以进行地物地貌测绘。立体测图可采用全野外凋绘后测图和内判测图后外业对照、补测和补调的方法。在使用内判测图后外业对照、补测和补调的方法时应注意：①航摄像片的现势性要好；②必要时需要编制测区室内判读样片③对有把握判准的地物地貌元素，按图饰要求直接测绘在图板上，对无把握判准的地物地貌元素，内业只测绘外轮廓作为疑点留给外业处理。④外业进行检查、核对、补测和补调工作。对内业测绘有把握的部分应作抽查，对内业标明的疑点应作核对、补测，对内业无法判绘的地形元素应进行补调。

测绘地物地貌时，应在仪器上与已描图边进行接边；像对间的地物接边差不大于地物点平面位置中误差的两倍，等高线接边差应不大于1个基本等高距；每像对测完后应经检查才能从仪器上取下，每幅图测完后应认真进行自校和资料整理。

4结论

数字地形图的生产和检查验收尽管目前已经形成规模生产，实践中仍然存在着问题。为节约成本，对于野外作业质量的控制，有待于提高对过程生产的监控。在工作中要树立以预防为主的原则，树立一次性完成任务的理念。

参考文献：

[1]史华林.无人机航测系统在公路带状地形测量中的应用[J].测绘通报，2014，06：60-62.

[2]邵金强，罗斐，张磊.无人机航测技术及其在土地整治项目中的应用探讨[J].科技视界，2014，01：405-406.

[3]王凤国，胡润强.无人机航测技术的应用实践及可行性分析[J].甘肃科技，2014，06：34-36.

9.H13钢先进热处理技术应用研究 篇九

H13钢热处理工艺的优化

王庆亮，陈汉辉，续 维，吴晓春，闵永安

（1,宝钢集团上海五钢有限公司制造管理部,上海 200940 2，上海大学，上海，200720）

2摘要：高温均质化、超细化处理是优质H13钢模块生产中的关键技术。高温均质化处理可基本消除钢中的共晶碳化物，显著改善成分偏析；超细化处理可使H13钢组织得到细化，并进一步提高组织、性能均匀性。采用高温均质化处理和超细化处理，可以使H13钢等向性明显改善，冲击韧性、热疲劳抗力显著提高。关键词： 热作模具钢；高温均质化；冲击韧性；热疲劳

Improvement on Heat Treatment Technology for H13 Steel

WANG Qing-liang1，CHEN Hanhui1，XU Wei1，WU Xiao-chun2，MING Yong-an2(1, Baosteel Group Shanghai No.5 Steel Co., Ltd.;manufacturing management

department,shanghai 200940,china

2, Shanghai University shanghai 200940,china 2,)

Abstract: Both high temperature homogenization treatment and superfining treatment are key techniques in the production of quality H13 die steel block.High temperature homogenization treatment can basically eliminate eutectic carbide and dramatically improve the segregation in steel.Superfining treatment can fine the microstructure of H13 die steel and further improve its uniformity of both microstructure and performance.H13 die steel produced in the new process flow route has been well-improved in anisotropy, impact toughness and thermal fatigue.Key Words: hot working die steel, high temperature homogenization, impact toughness, thermal fatigue

1.背景

我国自上世纪八十年代引进H13钢以来，许多钢厂都能生产H13钢。目前H13钢是国内外应用最广泛的热作模具用钢。当前国内H13钢的生产是按GB/T1299-2000标准，该标准仅规定了H13钢的低倍、硬度、脱碳层性能指标，而对热作模具钢使用性能影响较大的显微组织及冲击韧性等关键指标却没有提及。造成国内特殊钢生产企业普遍不重视对钢材显微组织的控制，以致国产H13钢的质量大体上不尽如人意，尤其是大型模块，偏析比较严重，存在粗大共晶碳化物，二次碳化物网状析出严重，模块心部较表面更为显著，而同样

[4]进口的优质H13钢材质均匀，碳化物弥散分布、细小均匀，具有良好的等向性能与热疲劳性能，虽然价格比国产H13钢高出2倍以上，但一直占据着国内高档H13模具钢市场的主导地位。

H13钢的理想组织状态是没有共晶碳化物和晶界碳化物，以及无显微偏析的均匀的显微组织。共晶碳化物主要是在凝固时产生，会造成应力集中，是潜在的热疲劳裂纹源。可以

H13钢热处理工艺的优化

3.2.成分偏析：

Wt%

Cr

um

V

um

„均质化前 —均质化后

Wt%

„均质化前 —均质化后

图3 H13钢高温均匀化前后Cr、V元素的微区成分分析

经过在1200℃以上的高温长时间的保温，H13钢成分偏析得到改善，成分更加均匀。通过对H13钢高温均匀化前后元素微区成分分析，Cr、Mo、V合金元素的成分上下波动幅度较小，如图3所示。3.3冲击韧性

按照北美压铸协会对优质H13钢的验收标准NADCA＃207标准进行制备，为7mm×10mm×55mm无缺口试样。试样经1025℃±10℃保温30分钟后油淬，二次高温回火后获得44HRC～46HRC的硬度。

***100500纵向表面纵向心部横向表面横向心部冲 击 功 J

1＃工艺H132＃工艺H13

图4 传统工艺H13和特殊热处理H13冲击性能比较

图4表明，采用高温均质化＋超细化处理的H13钢各向冲击韧性均有不同程度的提升，尤其是横向性能指标提升很大。横纵向冲击韧性之比从0.14～0.63提升到0.80以上，显示出良好的等向性能。这是由于H13模块的组织性能得到提高，基本避免了共晶碳化物和二次碳化物，提高了组织均匀性。3.2 热疲劳性能

采用Uddeholm热疲劳试验方法对比研究了传统工艺H13钢和特殊热处理H13钢模块心部试样的热疲劳性能。图5为热疲劳试样示意图。所有热疲劳试样均经1020℃真空淬火和600℃回火两次获得约48HRC的硬度，采用高频感应加热装置加热和自来水喷射冷却使试样表面温度在20~700℃之间循环。循环一定周次后后用稀盐酸溶液清洗，洗去表面氧化层后在体视显微镜观察裂纹的形成和发展。

H13钢热处理工艺的优化

在固体中，扩散是物质传输的唯一方式。影响扩散的因素很多，由扩散第一定律可以看出，单位时间内的扩散流量大小取决于两个参数，一个是扩散系数，一个是浓度梯度。其中温度是影响扩散系数的最主要因素，温度越高，原子的振动能越大，因此借助于能量起伏而越过势垒进行迁移的原子几率越大。此外，温度越高，金属内部的空位浓度提高，也有利于扩散。Cr7C3型碳化物开始溶入奥氏体的温度为950～1050℃，但要完全溶入则需要一定的保温时间和更高的加热温度，而这个温度又不能引起钢的过烧。经过试验，获得了比较合理的高温均质化工艺，经过实际生产验证，可以基本消除共晶碳化物，改善成分偏析。4.2 超细化处理

经过高温质均化处理H13钢，虽然基本消除了共晶碳化物，但经过高温阶段的长时间保温，容易在锻造后出现魏氏组织、粗大晶粒等组织缺陷。为降低模块开裂风险，模块锻后一般采用较缓慢的速度冷却，所以大型热作模块锻后心部组织中二次碳化物会沿晶析出形成碳化物链，严重时会形成网状碳化物。上述这些缺陷采用一般的退火工艺难以消除。针对H13钢的相变特点，相应开发了专门的组织超细化热处理工艺，改善锻后组织，提高H13钢的组织、性能均匀性。

H13钢模块锻后超细化处理，通过重新奥氏体化和二次碳化物的溶解来提高组织均匀性，通常Cr23C6开始溶入奥氏体的温度为900～1000℃，但由于Mo、V的存在，使（Cr,Fe,Mo,V）23C6开始溶入奥氏体的温度升高到1000～1020℃[9]。通过合理的奥氏体化工艺参数的制定，即保证了二次碳化物的重溶，又使锻后组织得到了细化。在随后的冷却过程中，通过关键温度区间冷却速度的控制，基本抑制了二次碳化物的沿晶析出，并在随后的热处理工序中，使碳化物弥散均匀地分布在铁素体上（如图3所示）。

H13钢模块的超细化处理，不仅为用户的模具机械加工作了组织准备，也为优良的淬回火组织的获得奠定了基础。其中作用类似于为提高热作模具的强韧性而进行的预备热处理，而预处理对热作模具钢组织的改善和力学性能的提升具有相当重要的影响[10]。4.3.对H13钢的性能影响的研究

H13钢在使用过程中主要的失效形式为开裂失效和热疲劳失效。一般采用淬回火态冲击韧性和热疲劳寿命指标进行衡量。

经过均质化和超细化处理，基本消除共晶碳化物，改善成分偏析，获得表里均一的组织，显著提高模块心部的力学性能，使冲击功横纵比达到0.8左右，减少了模具因为心部强韧性不足引起的开裂失效

热疲劳裂纹通常形成于模具型腔表面热应力集中处，随着循环次数的增加，裂纹尖端附近出现一些小空洞并逐渐形成微裂纹，与开始形成的主裂纹合并，裂纹继续扩展，最后裂纹间相互连接形成严重的网络状裂纹而导致模具失效。H13钢中材质不均匀，存在粗大碳化物和碳化物网、链时，热疲劳裂纹主要在这些第二相处首先出现，并且扩散速度较快，带有方向性；并当钢材材质纯净度提高，无碳化物这类裂纹源时，则热疲劳裂纹一般在晶界处萌生。热疲劳裂纹一旦形成，将随着循环次数增加不断扩展，且裂纹尖端沿着晶界扩展，形成网络状均匀的裂纹，甚至形成二次、三次裂纹，吸收了应力能量、减缓了扩散速度，提高了热疲劳寿命。5.结论