一体化机房方案范文
发布时间：2023-10-07 17:36:50
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篇1
引言
随着电网主站调控一体化的改造和变电站运行管理水平不断提高和发展，其传统的运行管理模式已逐渐显现出诸多不足：
（1）变电站的智能管理业务系统不断上线，如视频监控系统、
故障录波系统、监控后台等等，呈现出“功能齐全，孤立管理”，缺乏有效的统一集中管理系统；
（2）变电站业务系统设备众多，一旦异常，按照“人工申请，审批响应”的运维模式，运维人员急急忙忙奔赴各站点，故障恢复缓慢；
（3）变电站运维过程无法实时跟踪记录、监控和审计，缺乏监管；变电站环境复杂，存放业务系统设备存在潜在风险；变电站运维管理模式陈旧，无法保障业务系统连续性运行；运维效率、运维监管等都是变电站运维管理亟待解决的问题，在这样的背景环境下建设一套完善的科学标准化运维管理体系已成为必然。
1、系统方案需求
根据调控一体化项目具体情况，主站部分要求提供对调度员工作站实现人机分离和对机房内的所有调度工作中服务器进行集中统一管理。所有操作用户全部位于值班室控制操作不用进机房实现真正的无人值守。对于变电站厂站后台机综自系统，主要内容为：实现部署对变电站自动化远动后机远程集中管控维护，试对12座220kV，110kV变电站远程后台机系统进行维修和升级。保证自动化设备或系统的运行可靠性和运行维护效率，提高自动化系统和数据对电网运行和电网调度的可用性，从而提高电网运行可靠性。
2、方案设计说明
方案概述
考虑到调控一体化项目的主站具体环境：调度员多显卡工作站和单显卡工作站的延长需求，调度员需要一对一延长操作，我们采用了datcent EM5300系列的多显卡延长器来实现调度员工作站与管理员人机分离管理功能。并且本系统支持远程音频传输，并且结合MIS系统服务器通过datcent1664专用转换器进行切换管理。最终实现调度大厅的工位上只放键盘鼠标显示器，其他服务器都放在机房里。
考虑到调控一体化远程变电站后台机综自管理具体情况：如对12座220KV，110KV变电站远程后台机系统进行远程管理维护，部署情况：主站安装DCLive IT设施运营综合管理平台和ICS风险控制系统：1套。每个变电站都部署：DSE108＼NPC108各一台，这些每个系统需要配置1个IP网络地址要和12个厂站的网络是联通的，将这些系统通过网线连接到网络运维网络上。之后将登录到DCLIVE IT设施运营管理平台是对厂站里所有DSE108远程维护模块和NPC108远程电源管理模块通过IP的加载后实现进行统一的认证管理。
充分考虑到以后扩容问题，如果以后还要增加变电站的管理，只需单独购买DSE108，NPC108模块即可，直接就可以纳入DCLIVE IT 设施运营管理平台管理。
方案实现
主站集中管理
调度大厅内每台调度员多显卡工作站需要一对一延长的调度服务器端都安装一台EM系列的发送端延长器将信号传到调度室，在调度室安装一台EM系列的接收端，将键盘鼠标显示连接到EM延长器的发送端上，最终实现一对一管理监控。达到人机分离的目的。
调度机房的服务器，每台服务器的键盘、鼠标和显卡接口都直接连接一根服务器接口线缆攫取键盘、鼠标和视频信号服务器接口线缆再通过普通五类线连接到模拟矩阵交换机的被控主机端口；模拟矩阵交换机的用户控制端口通过普通五类线连接到 用户控制室的16台用户工作站，提供显示器控制台提供16个管理用户同时操作访问。操作用户采用取得专利的OSCAR图形化管理菜单进行登陆控制，通过鼠标、键盘点击即可进行操作访问，用户登录后，根据各自权限设置的不同只能对其权限访问内的服务器进行操作访问，还可以对声光报警的服务器音频音质及其大小等参数进行调解设定，没有权限的服务器无法显示在其OSCAR图形化管理菜单上，实现最小化访问权限控制。实现从单点技术管理、普通系统管理、区域本地管理过渡到全面集中管理、安全系统管理和远程控制管理。
变电站后台机远程管理
通过在主站调度中心部署DCLive IT设施运营综合管理平台和ICS-M风险控制系统，在主站调度中心即可实现对12座变电站内后台机、后台机以及电源设备的远程集中管理，提高效率、保障设备安全。
根据设备数量要求在12座变电站内各部署DSE108 设备1台、NPC108CP电源控制设备1台以及在主站调度中心部署1台IT 设施运营管理平台和ICS-M风险控制系统充分考虑到以后扩容问题，如果以后还要增加220KV，110KV变电站的管理，只需单独购买DSE108，NPC108模块即可，直接就可以纳入IT 设施运营管理平台管理。
方案特点
（1）远程集中控制——通过TCP/IP方式实现管理，管理用户可以在任何网络连通的地点，轻松开关、重启和管理控制每个变电站的各类设备；
（2）设备访问控制——通过授权访问审计机制，控制运维人员的访问范围，确保运营过程规范管理，设备维护全程受控；
（3）故障自动恢复——制定自动侦测任务进行主动侦测，如发现设备异常可自动重启解决故障，实现问题故障的快速恢复，提高服务质量，特别适合无人值守变电站，实现真正意义上的无人值守；
（4）能耗优化与设备保护——通过部署基于端口电流检测的NPC等电源控制设备，可对特定设备电量电流进行监控，实现过流报警并自动断电以保护设备，同时还可帮助制定能耗优化策略；
（5）可靠性设计——可靠的故障保持设计，来电后可以自动恢复断电前的供电状态，即使变电站的设备发生故障也不影响当前设备供电方案。
3、结论
按此方案部署的集中控管系统，可保证12座220kV，110kV远程变电站自动化设备或系统的运行可靠性和运行维护效率，提高自动化系统和数据对电网运行和电网调度的可用性，从而提高电网运行可靠性。
篇2
二、设计思路
2.1各专业考虑因素
2.1.1无线
根据当期用户及业务发展需求，测算无线设备配置，考虑多系统、高配置要求完成设备选型，优选分布式、多载波基站设备。由于分布式基站设备体积小、重量轻、设备模块少，安装方式灵活，对于机房面积的需求降低，可采用落地、挂墙、支架、抱杆等多种安装方式；尤其适合与传输、数据等设备共享标准机柜的形式，利于统一管理，同时占地空间大大减少，有效地降低选址难度。另外，由于新型分布式基站对于工作环境要求的降低，可适当降低空调配置等级或减免空调配置。同样也可降低基站对于外电容量的需求、同时减少用电量，降低运营成本。目前，各厂家都推出了高度不超过3U、满配重量不超过12kg的紧凑型BBU，可挂墙安装或利用19”机架安装，甚至堆叠安装，大大节省了安装空间；RRU满配重量不超过25kg，设备容量不超过25升，可灵活采用抱杆、挂墙、落地等安装方式。
2.1.2传输
现网GSM、TD-S及TD-L传输主要承载方式为PTN，WLAN主要承载方式为PON；综合考虑网络安全等多方面要求，网络结构以环状或环带链；设备选型需综合考虑承载需求（端口、带宽等）及现场安装条件。
考虑PTN系统成环需求，PTN设备端口需求为：4×GE+1×FE+9×E1/ 2×10GE+ 2×GE+1×FE+9×E1。现网接入环为GE和10GE环；考虑后期扩容需求及带宽要求，可统一按10GE接入设备考虑。
空间及电源资源较丰富站点，可采用承载能力较强设备，如华为1900/中兴6220；空间及电源资源较紧缺站点，可采用集成度较高设备，如华为960；传输设备可与无线设备共用综合机柜安装；机房空间资源紧张时，传输设备及光缆成端ODB可采用壁挂式方式安装。
2.1.3电源
基站电源设备选型配置时除应满足相关规范要求，还应该积极选用各项节能技术，实现提高基站整体能效水平，降低运营成本。目前，基站电源节能措施实施效果较好的主要有：高效整流模块、铁锂电池和高温铅酸电池等。
1）高效整流模块。高效开关电源整流模块采用了高能效技术、高效拓扑结构、低压降的功率器件以及更低阻抗更低能耗的材料，最佳效率超过了96%，比普通模块提高3%～5%，损耗降低70%左右。高效开关电源整流模块的最高效率点出现在20%～90%负载率区间之内，更适合实际应用情况。
2）铁锂电池。相对于传统铅酸电池，铁锂电池具有循环使用寿命长、耐高温、体积小、重量轻、无污染等优点，对建筑空间、承重等安装条件要求较低。但目前，磷酸铁锂电池原材料的一致性和电池产品的一致性还存在问题，尤其是大容量电池（100Ah及以上大容量电池）。因此现阶段磷酸铁锂电池还无法应用于在大容量基站中，可在如FTTx（小区、商务楼）、室内分布系统、WLAN系统、室外一体化基站等小容量站点进行应用。
3）高温铅酸电池。相对于传统阀控密封蓄电池对温度的敏感性，高温电池采用多项专利技术克服高温条件下引起的蓄电池正极板栅腐蚀、失水干涸、热失控和负极硫酸盐化等难题，在-40℃至+70℃范围内，能够正常使用，且使用寿命与普通电池在常温下相比不发生缩短现象。因此可以提高基站环境温度或在部分地区取消基站空调配置，达到节能减排效果。
三、最小化节能安装设计
在多网共存的前提下，为了提高基站机房的面积及空间的利用效率，降低机房的能耗，促进基站的选址成功率和续约率，需要打破固有思维，进行基站最小化节能设计。设计要同时兼顾考虑节能化、各专业一体化的要求，可按照规范的强弱进行权衡，同时应综合权衡建设可实施性、维护实施性和扩展性。面向多网协同开展一体化配套建设，重点从“最小化”和“节能”两个维度开展方案设计：
无线基站选用分布式、多载波基站设备：减少机房空间占用，降低设备能耗。
集约化设计，实现设备集中管理：分布式近端设备堆叠式安装在标准综合柜内，配置专门的配电单元以及光纤配线架，将外部线缆统一到综合柜内，利于集中管理维护，有效地节省线缆资源。传输设备统一安装于传输综合柜内，预留足够的配线空间，并充分利用综合机柜空余空间安装无线设备。
运用新型节能电源设备：组合开关电源使用高效模块；使用高温铅酸蓄电池提高空调设置温度，降低空调耗电 。
运用新型集成化电源设备：在一体化机柜基站中使用嵌入式电源，在适用场景下使用铁锂电池，节省空间占用，降低对机房承重要求；
灵活考虑柜式及壁挂式空调：减小对机房面积的要求，降低空调耗电 。
空调通风散热设计更有针对性：出风口靠近功耗最大的无线主设备。
采用堆叠式安装设计方式：使用综合设备柜将同类设备集中安装，如无线综合柜、传输综合柜；综合柜配置统一的直流配电单元和ODF配线单元，满足各类设备的统一接入需求；综合柜内部划分不同的设备分区，统一规划，实现分区管理。
节能设计：
1、电源采用组合开关电源，整流模块使用高效整流模块，基站常态运行时，整流模块使用休眠技术，提高整流模块利用效率；
2、无线基站近端设备和远端设备均由机房内电源供电，实现信源和远端设备备电时间一致，降低维护成本和施工难度；
3、从基站节能和深圳地区气候情况考虑，蓄电池组使用高温铅酸蓄电池组，可以将基站空调设置温度由28度提高到35度，减少基站空调耗电量。
空调通风：
计算出基站所需的冷负荷，以此为依据对空调设备进行选型，保障主设备、电源系统等设备的正常运行。本方案采用一主一备配置2台空调，其中1台3P柜式空调，1台2P挂式空调（安装在机房门下方，减少对机房空间的占用），出风口靠近功耗较大的综合设备柜。
篇3
机电一体化技术的迅速发展使得机构在实现原理和组成内容等方面有了突破性的进展，发展成为具有更广泛意义的广义执行机构。广义执行机构是由是驱动元件与执行件(或执行机构)组成的可控执行机构，是机电一体化系统的核心。广义执行机构最主要的特点就是可控性，它的输出运动是由机构参数和输入函数共同决定的，改变控制程序就可使同一机构系统实现不同需要的输出运动或改进机构的运动和动力参数，因此广义执行机构具有传统机构无可比拟的优越性和更大的设计空间。电动机是将电能转化为机械能的装置，可以说是现在世界上使用最普遍的装置，如果没有电机这样的装置，我们甚至无法想象我们这个世界会是什么样子。但原始的电机的功能却是单一的，就是接受电流以后转动，转数是恒定的，然而，人们对生产、生活的速度要求却是多种多样的，由它带动的机械对转数的要求也是多种多样化。
一、总体方案设计思路
1．总体设计要求
盖板能够实现可靠的打开及关闭是实现远程操控系统在各种恶劣环境下可靠地执行勤务和值守任务的保障，也是远程操控系统实现从勤务状态到戒备值守状态快捷、可靠、准确转换的关键。因此，为使此机电一体化执行元件在远程操控的各种工作状况下均能可靠地工作，其总体设计应满足如下要求：(1)应保证盖板在关闭状态下，密封可靠．具有防雨、防潮、防盐雾侵入等功能，并且使关闭后的盖板结构牢同，具有防盗、防撬和防撞击功能。保证此机电一体化执行元件在承受较大的外力撞击后，仍能正常可靠地工作，盖板仍能正常、轻松地开启。(2)盖板的开启和关闭应平稳、可靠、快捷，并可同时实现自动扁闭和应急人工手动启闭。具有机电联动互锁功能，保证自动启闭可靠、准确，手动扁闭轻松、方便，不误动，不锁死。(3)此机电一体化执行元件结构应尽量紧凑、体积小、重量轻，以便于在整个系统中的结构布置。(4)所控制的盖板在开启位置同样应保持锁定状态，并能保证在承受高频、强冲击载荷作用下不致松脱，从而造成误关闭的现象。
根据以上总体设计的要求，初步设想盖板采用骨架式蒙皮结构，为防止盗撬并适应各种恶劣的工作环境，盖板的启闭门轴以及启闭用机电器件在盖板关闭的状态下均应藏在平台本体的内侧。盖板关闭的锁定装置考虑采用具有防盗撬功能，能同时承受纵横向载荷的卡板式机械电子双控互锁式门锁，要求门锁在盖板承受较大的撞击后，仍不失效且能正常开启。另外，卡锁装置应与盖板自动启闭驱动和传动装置实现联动。当采用电子开锁时，应在开锁同时，接通驱动电机和电磁离合器，使盖板自动启闭。而当采用机械开锁时，则应切断驱动电源并使离合器分离。
2．机电一体化执行元件组成和接口
本文所研究的机电一体化执行元件主要分为三个部分：机械部分、电驱动执行部分、信号检测及控制部分，机械部分主要包括盖板、滑轨、减速器、丝杠等构件。电驱动执行部分主要包括驱动电机、电磁离合器以及卡锁电磁铁等构件。信号检测及控制部分主要有单片机、各传感器及数据传输总线组成。机械部分和电驱动执行部分完成整个过程巾的运动和能屠传递，信号检测及控制部分负责监测和接收盖板的状态信号，对数据和信息进行存储、变换等处理，并发送指令给驱动电路，以完成规定动作。
二、各组成部分方案设计
1．机械传动部分设计
本机电一体化执行元件的传动机构主要由电机、减速机构、离合器和丝杠等组成。通过驱动电机，经减速器带动丝杠转动，然后再通过与之配合的螺母把丝杠的旋转运动转变为盖板的平行运动，从而控制盖板的打开与关闭。减速器采用齿轮减速，主要是考虑其体积小，重量轻，传递转矩大，并且启动时转动惯量较小。采用滚珠丝杠主要是考虑其传动比大，轴向推力大，可使盖板肩闭轻松方便，另外，滚珠丝杠为非自锁丝柙，其传动具有可逆性，当位于减速器与滚珠丝杠之间的离合器脱离时，盖板町采用手动启闭，而不会由于传动链逆向自锁而卡死。
2．机电一体化执行元件工作流程分析
此机电一体化执行元件要实现远程控制，通过操作上位机发出指令来控制远程的电机正反转以及停转来控制盖板的打开和关闭。并通过检测装置检测盖板的位置和工作情况，并把盖板的工作状态反馈给上位机。在本机电一体化执行元件中主要是对盖板打开以及闭合的控制、卡销电磁铁和电磁离合器的控制。经过各方面的考虑，其中包括成本的考虑，选择采用位置控制的方式。通过对被控对象位置的检测达到系统控制的目的。盖板开启至工作位置时的锁定可采用常闭式电磁铁控制锁定销的运动来实现。在开启位置卡锁电磁铁断电将盖板锁定。而要将盖板关闭时，电磁铁工作，盖板解锁，即可在动力驱动下关闭。盖板的锁定机构要同时具有手工解锁功能，以备手动启闭盖板之需。
三、信号检测与控制部分方案设计
在盖板平台的控制系统中，单片机控制器通过CAN总线可以从上位机获得控制指令和运动数据，控制器输出的控制信号，经电机驱动器处理后控制直流电动机，从而控制盖板的运动。主控模块作为控制系统的核心部分对此机电一体化执行元件进行统一安排和调度，它通过分析监控平台传送的控制指令、系统状态和全局环境信息，规划盖板运动的轨迹并完成相应的运动控制。控制部分实现的功能：(1)实现盖板的开关动作：在单片机的作用下，控制电机实现盖板的开关动作。(2)实现微机软件控制盖板：利用计算机的软件实现单片机与上位机的通信，完成盖板的开关动作。其中系统的主要部分就是单片机控制外部电机的转动以及单片机和上位计算机的通信。这两个功能正是单片机系统中常用的关键技术，本论文在后面的章节中将会着重介绍这两个方面的功能。此系统具有以下特点：(1)使用方便：体积小，重量轻，不占用太多的空间。(2)操作简单：操作人员通过远程计算机实现盖板的开关动作。(3)程序简单：无论是计算机还是单片机的程序都很简单，不占用太多的程序空间。(4)成本低：使用最为简单的控制方案。本系统对盖板的控制更加智能化，开关过程更加可控化，可以利用一个单片机控制多个盖板的开关动作。甚至可以通过微机和单片机的连接，在用户的可视化窗口上随时控制盖板的开关，从而形成一个较为智能的盖板控制系统。基于单片机的盖板检测与控制系统可以分为：(1)微机及控制软件：提供用户微机程序界面，并将用户对盖板的操控转化为控制指令发送到下位机。(2)单片机控制单元：监测和接收外部状态信号，并发送指令给驱动电路，控制盖板的开关。(3)驱动电路：驱动盖板的电机动作，带动传动机构实现盖板的开关。(4)检测部分：利用传感器检测各器件的状态，并进行反馈。
总之，随着科学技术的飞速发展，特别是机电一体化技术在诸多领域的应用，促使系统的智能化程度越来越高，并日益成为此类执行元件发展的一大趋势。
参考文献：
[1]李慧君，张青，田志斌．机电一体化系统概念设计过程模型的研究．机械设计与研究。2002，11―12
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一、变换功能特征模型
系统的变换功能表达了为满足用户基本需求必须实现的过程对象从输入到输出的变换。物料、信号、能量、时间都可以做为过程对象，具有过程对象的成分、状态、种类及其它广义物理特征是其所具有的主要特征，在一般情况下，我们运用广义物理量来理解它。通过对当前功能表达模型怛7J的分析与研究，最后得出变换功能特征模型。过程对象性态特征和过程对象性态变换特征是变换功能的两大特征。
1．过程对象性态特征
过程对象输出性态特征和过程对象输入性态特征是过程对象性态特征的两大特征。在这个方案设计中，过程对象的输入、输出流是作为已知条件的，而系统则是一未知数，除了考察与外界对象的作用之外，其他的结构则不在考虑范围内。
2．对象性态变换特征
量变特征和质变特征是对象性态变换的特征。正负相关、正相关和负相关属于量变特征；成分、种类及其它方面的转换是属于质变特征。
二、目的功能(效应)特征模型
支持某一变换或技术过程是任何技术系统所要达的目的。而通过系统和操作者间的交互使交换过程对象（数据、能量、原料等）所需的物理效应进行传递。
通过科学效应的显现来表达目的功能所具有的功能。通过把效应作用在原理解的基础上抽象化，以此来分析出变换功能的基本机理。该功能具有两个特征，分别是：
1．效应生成方式特征
效应生成者与过程对象有直接的物理接触的叫做直接生成；效应生成者通过“垂直因果链”的方式向技术系统传递物理效应的叫做外部传入。
2．效应生成者特征
效应的生成方式是多样的，可以通过技术系统和操作者直接生成，也可以通过协同来生成。部件（定性）和原理参数（定量）则是技术系统中创造所需物理效应的主动要素。动态特征和静态特征是部件的输入和输出(能量，物料／信号)性态特征的两个基本类弄。输入量输出量的增大、减小和改变等量变特征是通过动态特征来表达的。输入、输出量本身的特征则是通过静态特征来表达的。输入、输出性态的变换则可以使作用原理解实现相应的功能。比如：输入、输出量本身的静态特征转换是压电元件装置的主要功能，也就是通过压力变换为电压而实现相应的功能；输入、输出量的动态特征则是气泡减阻装置的主要功能，也就是说，摩擦阻力等输出量的量变是通过流体运动粘度系数、流体密度系数和流体成分等输入量的量变来实现的。
三、机电一体化系统方案生成推理策略
机电一体化系统方案生成推理进程分为三个阶段。基于变换功能拓展的技术推理为第一阶段；基于技术的变换功能向目的功能的推理为第二阶段；目的功能向作用原理的推理为第三阶段。
1.基于变换功能拓展的技术推理
“技术”是指在某一功能变换过程中各子过程的类型和执行，以及过程对象和变换所需效应间在时间、空间上的相互作用。作为变换发生的方式，作用原理中的核心知识，技术具有重要的地位。如通过磨削和刀削技术可以使铅笔变得锋利。可以说，变换过程中的任何一个子过程都是通过相应的技术来完成和实现的。因此，变换功能域的方案解也可称为是一个技术结构。由操作者和技术系统构成的人／机系统通过技术面来达到功能变换的目的。比如：在书写时，人们运用铅笔这一技术系统，来实现铅笔书写的技术。也就是说，“技术”是联系变换功能和目的功能的一条纽带。
过程对象（名词）和功能动词（动词）可以和用来表达变换功能。因此，在对表达模型进行变换功能的拓展时我们可以利用这一功能。而基于过程对象的变换功能向技术的推理和基本于能动词的变换功能向技术推理是变换功能向技术推理的两种基本类型。同时，基于功能动词和过程对象的推理则是上述两种基本推理的综合。
2.目的功能向作用原理的推理
定性效应生成者（部件）和效应生成者是技术系统内部的两种效应生成者。因此，效应间的关系分为定量关系和定性关系两类。如果要采用作用原理的定量推理或定性推理，则需要设计要求功能的过程对象性态变换特征（名词）是量变，也就是将作用原理解为原理参数；而通过部件性态的变换来取得相应的功能的则是定性推理，也就是把作用原理解为部件。
3.机电一体化系统方案生成推理进程模型
功构映射观点和域间映射观点是单一功能求解的方案生成推理进程中所存在的两种观点。从功能到结构的推理映射序列是功构映射观点中应加以注意的一点。因为在进行单一功能求解时，只有明确实现所需要功能时所选用的技术，才能根据这一技术分析研究出最佳的作用原理解。也就是按照“功能——技术——作用原理”的步骤逐步推理和找出原理方案解。
方案生成在求解问题中是一个较明显的不良定义。从可操作性方面来看，由于方案生成初期阶段的系统功能信息都不够完整。如果仅仅依靠抽象的功能层分解，想得到完备的功能结构的可能性不大。其实，功能结构的生成和功能求解是互为因果、交替进行的。而在机电一体化系统方案生成进程中，三类映射模式，十二种映射关系是与系统功能求解的三个分过程中相对应的。下面，我们分别来看看：
①分解映射模式，解决变换功能、技术和目的功能的分解问题，也就是先可以通过进行分解映身来降低那些有待求解的比较抽象、复杂而难于直接求解的问题，使后续求解映射问题得到顺利的解答。
②求解映射模式。运用变换功能——技术——目的功能——作用原理的方式逐层或跨层映射来解决功能求解问题，最后使我们获取求变换功能的技术解、目的功能解和作用原理解。
③衍生映射模式，解决分功能解组合不匹配问题。在技术层、目的功能层和作用原理层时，关联分功能解进行组合形成总功能解的时候容易出现接口冲突的情况。在这种情况下，如果在接口冲突处衍生出附加分功能便可消除这种冲突。另外，整体作用原理解也是在生成合理完整的功能结构的过程中派生出来的。
参考文献
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一、微生产线的基本结构设计
自动化生产线最初是在机械制造业中实现的，其中最早出现的是机床自动化生产线。随着工业的不断发展和用户的不同需求，微生产线的发展近几年来也崭露头角。它相对于大型的自动化生产线有着诸多的优点，如体积小、成本较低、生产效率高、易操作、易检修、技术定向等等。笔者以设计一条基于光机电一体化技术的微生产线为主要内容，综合阐述了整个生产线各个独立单元的设计内容和设计方法。这条微生产线系统以工业生产和工程应用为背景，有较高的集成度和开放性，各个单元可拆分独立使用，也可综合整体使用。它可以对工件进行送料检测、加工、搬运、装配及分类存储。系统中应用多种传感器实现对工件材料的检测识别，然后通过模拟打孔装置对工件进行加工，再由搬运单元搬至装配单元，再将装配好的工件搬运至存储单元，最终由机械手对到位的工件完成分类存储。
二、微生产线中基本单元的设计
1.供料单元的设计
它是整个系统的第一个单元，也是整个工作中最基础的模块。供料过程中，供料气缸从料仓中推出工件，推料气缸推出工件。供料单元有三种传感器，可检测区分材质、颜色，供后面单元分类操作。送料检测单元主要完成对工件的检测任务，它的主要组成及用途如下。（1）料仓装置：用于存储要加工的工料。（2）送料气缸：把工料送至颜色检测位置。（3）推料气缸：把检测完毕的工料送至加工转盘。（4）电磁阀及气动元件：用于控制气缸伸缩。（5）光电传感器：用于检测输送台上工件。使用传感器上面的旋钮调节需要的检测距离，检测范围为1～9cm。（6）光纤传感器：一对对射式光纤传感器为料仓传感器，感应料仓中是否有工件。（7）电感式传感：用于检测金属，检测的距离一般是有要求的，设计时规定5mm。
2.加工检测单元的设计
首先由传感器来检测待加工工件是否到达旋转圆盘上。若已经到达，那么旋转圆盘则执行接下来的动作，通过90°的旋转把待加工的工件送到工件要进行加工的正确位置上。钻孔装置对工件进行打孔加工，接下来旋转圆盘再旋转90°进行接下来的动作。这一动作的执行是利用气缸来检测已加工工件的深度，如果气缸已经推到底那么就说明加工工件的孔是符合要求的，不然的话不符合要求。加工检测单元由四工位转盘、模拟钻孔加工装置、深度检测装置、传感器、电磁阀及气动元件、三相380V交流电动机、并励直流电动机、涡轮蜗杆减速机、电磁离合器等组成，主要完成对工件内径的钻孔加工。
3.装配单元的设计
将搬运单元传送来的工件进行装配成形后，搬运到分类存储单元。当放料口有工件，拖料气缸开始执行动作，把钻完孔的工件移动到对应的位置，该位置的顶料气缸就会缩回，这样就实现了装配任务，此时装配完成的工件被拖料气缸推出，已进行下一步的执行动作：搬运单元来搬运。装配单元主要由配件料筒、装配台、抵料气缸、拖料气缸、光纤传感器、电磁阀及气动元件等组成，主要完成将搬运单元传送来的工件进行装配成形。
4.搬运单元的设计
上一单元的合格工件到位，伸缩气缸、提升气缸、旋转气缸相互配合，测工件到位后，由传送机构传送到位。
5.分类存储单元的设计
把不同的工件经过检测，分类放置，可检测材质颜色等。该单元可以按行进行分类存储，也可以按列进行分类存储，用户可以根据生产需要进行设定；从下到上或者从左至右是工件的入库顺序。
三、微生产线的机械设计
1.气缸的选型
在设计过程中，需要根据不同的工作原理及不同的应用范围来选择合适的气缸。系统中使用气缸的机构及相应的气缸选型如下。（1）送料检测单元共使用了2个单作用类型的气缸：一个是用于将料仓中的待测工件推至检测位置的圆柱形气缸，另一个是用于将检测完毕的工件从检测位置推至加工转盘的圆柱形气缸。（2）加工检测单元共使用了3个单作用类型的气缸：一个是用于固定加工转盘上待加工工件的圆柱形气缸，另一个是用于提升钻孔电动机的圆柱形气缸，再一个是用于检测加工工件深度（检测加工元件是否为合格品）的圆柱形气缸。（3）搬运单元。共使用了三种类型的四个气缸：一是用于机械手升降的单作用圆柱形气缸，一是用于机械手伸缩的单作用圆柱形气缸，一是用于抓夹工件的气手指，一是用于使机械手旋转至抓夹位置的双作用气缸。（4）装配单元共使用了2个单作用类型的气缸：一个是用于拖动装配台至装配位置的圆柱形气缸，另一个是用于抵住配件料筒中工件的圆柱形气缸。（5）分类存储单元共使用了2个类型的气缸：一是用于机械手伸缩的单作用圆柱形气缸，另一个是用于抓住工件的气动手指。
2.电磁阀的选型
在微生产线的设计中，气动电磁阀是控制气缸的枢纽部件，在进行气动电磁阀的选型时，需要根据选用的气缸的种类进行电磁阀的选择。系统中大部分选用了的单作用气缸（机械臂也为单作用气缸），统一采用型号为4V110-06-DC24-2.5W的气动电磁阀。它是一个二位五通单电控电磁阀，可以良好的配合该系统使用的气缸的工作。此外，在搬运单元中，用于控制机械手旋转的双作用摆缸，采用型号为4V120-06-DC24-2.5W的气动电磁阀。
3.机械传动的设计
由于每一种机械传送方式都有各自的特点，需要根据不同的要求选择不同的机械传动方式，在加工转盘的旋转过程中，使用了涡轮蜗杆对旋转位置进行精确定位，在分类存储单元机械手的伸缩、提升使用了滚珠丝杠进行平稳放置工件，搬运单元使用了带传送进行工件的水平传送。
四、PLC控制系统的设计
在微生产线系统中，根据系统中多单元协同工作，要求PLC之间实现网络通讯，多传感器、气动元件动作，要求具有数字量、模拟量扩展功能；能够控制步进、变频、伺服电动机的工作，要求PLC具有较强的运动控制的功能；根据国内的电压等级为220V/380V，要求电源可以在该范围工作；由于系统需要拆装和移动，要求PLC具有较强的抗震能力。参考市售PLC产品的价格，最终选定西门子公司生产的S7-200系列PLC。
五、人机界面的设计
人机界面又叫HMI，是用户对自动化控制系统的一种检测、控制手段。本条微生产线采用了MT4404T系列的触摸屏，进行系统的操作和基本状态的监控。该触摸屏具有方便的接口、简捷的开发系统、良好的用户体验等特性，适合用户的基本需求。
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1.“教、学、做、考”一体化教学模式中的“做与教”、“做与学”
在“教、学、做、考”的教学模式中，同样强调教师在“做中教”，学生在“做中学”。但是，教师不仅要在“做”中指导学生操作的关键点，即考察要点，还要指导学生的职业精神。因此，教师要具有较高的综合素质，不仅是态度和蔼、技术熟练的技师，也是要求苛刻的领导，要将普通的课堂变为职工与同事共事、与领导相处的工作单位。
2.“教、学、做、考”一体化教学模式中的“做与考”
“考”有其内容的双重性，即考察学生的职业操作能力，考评学生的职业精神，还要有其时间的延续性，即贯穿在整个“做”的过程中。学生掌握职业操作的技能，不是一朝一夕的事。他们要从事的工作，往往是由若干个步骤或部分组成，因而学生阶段性的学习成果鉴定至关重要，只有把每一步工作都落实到位，才能让学生学有成效。“考”应该体现在工作的每一个环节上，“教、学、做、考”一体化教学模式也就成为必然的选择。社会需要的人才，不仅要有技术，还要有道德素质。学生的职业精神同样需要考核，且职业精神的考核同样是在工作过程中完成的。考的手段，应以该工作的行业标准为准绳。教师应对相应的行业标准进行处理，将每个工作环节的行业标准、规范处理成不同的考察点来约束学生，并将核心职业能力，如与人合作的能力、与人交流的能力等，融入
其中。
二、“教、学、做、考”一体化教学方案设计
1.一体化课程的模块化
一体化课程来源于目标岗位的职业核心能力，其表现形式是学习领域，针对的是一个专业的典型工作任务。一体化课程可由若干分部能力模块组成。分部能力模块，既是独立的，又是联系的，即单个分部能力模块可以完成一项工作任务，各分部能力模块之间可以存在如操作步骤和操作要求上的相同之处。例如，将建筑工程测量一体化课程分为土石方工程测量、基础工程测量和主体工程测量三个独立模块。每个模块采用若干典型的建筑测量项目的数据进行测量放样，这三个模块既可以独立操作，又是一个完整的工作过程。
2.能力模块构成
能力模块构成包括理论教学单元、实践教学项目、考核认证标准和操作规范。每完成一个能力模块的教学，每个学生都应当拿出一个有实际价值的作品或成果，体现其做事能力的形成。教师则按照考核标准，分别予以评价。这样一门一体化课程的教学方案，不再是若干知识章节的“超市”型组合，而是若干与做事能力相对应的能力教学模块的应用型组合，即理论教学、实践教学、教与学成果考核三位一体化。例如，建筑工程测量一体化课程，以《工程测量规范》作为考核的主要依据。
3.考核方案
（1）考核标准的来源。一体化课程按模块设计考核标准。考核标准应该全面且有代表性，包括工作任务行业标准（60%）、用人单位评价（25%）、小组评价（10%）和个人评价（5%）。工作任务行业标准包括《工程测量规范》等文件；如果是真实的项目数据，还应包括实际的成果数据、用人单位评价（用人单位对测量放样成果，从专业角度作出的针对性意见）、小组评价（各小组互相检查并作出评价）和个人评价（自查）。
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随着"一体化"教学的研究，"一体化"教学改革正在如火如荼地全面推进，职业教育的理念正在发生着翻天覆地的变化。建立师生互动的教学模式，倡导"自主、合作、探究"的学习方式，组织"一体化"教学，已成为我们一线教师的共识。实践使我们深深地认识到，理念的转变和策略的更新是重要的，更重要的是上课时操作层面的落实。在我院"一体化"教学的改革中，全体教师都参与到"一体化"教学的探索中。经过一个学期的探索，我结合学院教学改革的工作实际，就职业教育院校如何进行"一体化"教学进行了大胆的尝试，打破了传统的学科体系和教学模式，根据职业教育培养目标的要求重新整合了教学资源，使"一体化"教学真正体现其能力本位的特点。
结合学院教学改革的工作实际，就职业教育院校如何进行"一体化"教学进行分析和探讨，打破传统的学科体系和教学模式，根据职业教育培养目标的要求重新整合教学资源。
从"一体化"教学特点的分析到"一体化"教学计划的修改，从教学计划的修改到"一体化"教学大纲的制定，从教学大纲的制定到"一体化"教学环节和教学模式的设计，从教学环节和模式的设计到"一体化"教材的选用和编写，从教材到"一体化"教案的编写，从专业的学习到专业考核，从单一的教室授课到"一体化"车间授课，教学场所的改变，进行了大胆的尝试和探索。并分析了以后的发展和努力方向等多个方面环节。
实施"一体化"教学需要多方面的一体化，它包括了教学计划一体化、教学大纲一体化、教材一体化、教案一体化、教学组织一体化、教师队伍一体化、教学场所一体化、考核一体化等诸多方面的综合表现。
下面就个人教学过程中的一些看法和想法，浅谈一下电气技术专业的"一体化"教学的实施方案。
一、"一体化"教学计划
专业教学计划是组织、实施教学活动的纲领和依据，是实施"一体化"教学的前提。根据职业技能鉴定标准和社会的需求，以学生能力的培养和就业为导向，制定一体化培养目标，将学生所学专业的相关知识和技能分成若干个模块，每个模块都有核心技能和辅助技能，各技能模块又都具体理论和技能要求。
例如：在制订技师电气专业教学计划的时候，我们就围绕现代社会发展的需要，注重能力培养，瞄准就业实际对电气技术的需求，认真研究该专业培养目标培养要求。（如：下页的图表）
1、电气技术专业培养目标
本专业培养具备电工电子技术、计算机技术、控制理论与工程、电力拖动及其自动化等方面基础知识和专业技能，能够从事电气设备、自动控制装置、供配电系统、电力拖动自动控制系统、楼宇自动化控制与管理系统的分析、设计、实验、安装、运行、维护和管理等工作的高级技术应用性人才。
2、电气技术专业培养要求
本专业是以自动控制、电力拖动理论为基础，电子技术、计算机技术为主要技术手段，对电气设备、自动化设备、电力拖动自动控制系统、供配电系统等实施控制和应用的宽口径专业。学生在掌握控制原理、分析方法、设计方法的同时，获得工程实践能力的培养。毕业生应具备以下知识和能力：
（1）具有先进的思想和良好的文化、道德修养，拥有健康的心理素质，体现文明举止的行为习惯; 具有一定的社会、人文、法律知识与语言应用能力。
（2）系统掌握电气设备自动控制、电力拖动自动化、供配电系统、楼宇自动化及计算机应用等领域的基础知识，具有较强的自学能力和创新能力，以适应工业自动化控制等方面的需要；
（3）具有电气设备自动控制、电力拖动自动化、供配电系统、楼宇自动化系统的设计、试验、运行、监测和分析的能力；
（4）具备一般计算机控制系统的设计、应用、管理和维护的能力；
（5）具备初步的工程设计能力和分析解决工程实际问题的实践能力；具有工程的质量和效益观念以及一定的组织管理能力；
（6）获取与本专业相关的职业资格证书。
综上所述，可以看出教学计划直接影响到专业的发展方向。
二、"一体化"教学大纲
根据"一体化"教学计划，课程一旦确定以后，每一门课程都应制定出教学大纲，编写相应的教材。教学大纲是学科教学的指导性文件，它以纲要的形式规定了课程的教学目的、任务；知识、技能的范围、深度与体系结构；教学进度和教学法的基本要求。它是编写教材和进行教学工作的主要依据，也是检查学生学业成绩和评估教师教学质量的重要准则。
此外，教学大纲是教师工作的主要依据，因此，教师在应用教学大纲进行教学的过程中也必须要遵循一定的要求。无论是教材和教学参考书的选编，授课计划的制订，还是成绩考核，教学检查及课程评估都要以教学大纲为依据。教学大纲明确规定本门课程在专业教学计划中的地位和作用，确定本门课程教学的基本任务和要求，依据学科的知识系统与有关先行课、后继课之间的联系，确定各章、节的基本内容、重点和难点，并能反映出本学科的新产品和新技术的方向；同时要提出本门课程教学组织实施的原则和学时数，并分列讲授课内容、实训内容及其他实践性教学环节的教学时数的分配。教学大纲不仅是讲授大纲，还是指导学生自学和培养学生能力的纲要。
总之，教学大纲是课程内容合乎逻辑的构架，是教学顺序、教学工作的指南，以及对该课程掌握程度的反映，是"一体化"教学中重要的部分。
综上所述，可以看出教学大纲在教学过程中的指导性作用和重要性。所以在教学大纲的制定过程中要，围绕着教学计划，集思广义，细化每一个教学环节。把每一个课程分成若干个课题或项目，再把每一个课题或项目分成若干个实训。把相关的理论知识穿插到每一个课题和实训中。使学生用知识去实践，在实践中学知识。
选定的教学课题满足以下要求：
(1)课题所涉及的知识和技能在教学大纲所要求的范围以内；
(2)学生对所确定的课题及其结果有着较强的兴趣；
(3)课题所涉及的内容是学生所比较熟悉的：
(4)课题所涉及的知识和技能、所涉及的内容符合最近发展区理论，通过学生主动的探索和学习是有能力完成的；
(5)在课题完成过程中，最好能有利于对学生进行情感、态度和价值观的教育；
制定课题必须考虑以下几个问题：
(1)课题活动怎样调用学生的已有知识？
(2)此课题能否让学生感兴趣？能否激励学生收集有关资料，激发学习自觉性？
(3)如何让学生们更加了解自己并相互学习？
(4)如何让学生们把他们所学的知识与现实生活联系起来？
(5)课题内容是否有助于树立学生的自信心？
三、"一体化"教材
"一体化"教材选用和编写，是实施"一体化"教学的基础。依据教学大纲及技能鉴定标准，按科学性、合理性、实用性、有效性原则选用和编写"一体化"教材。在教材的编写中注重各模块内容的比例，注意核心技能和辅助技能的分配。
"一体化"教材的科学性表现在书中内容体现了根据课题的需要"缺什么，补什么"的原则；合理性：统筹安排每一个模块的顺序，使整个教学过程循序渐进，层层深入；实用性：抛开纯理论的讲解，以生活实例和社会需求为例，解决生产实际问题；有效性: 用知识去实践，在实践中学知识，使学生学会学习的方法。
在《电力拖动基础训练》的编写中各模块的比重为（见下页的图表）。
四、"一体化"教案
"一体化"教案是"一体化"教学的重要组成部分，它给课堂教学带来了生机和可操作性。教案的形式和内容直接决定了教学的结果，所以教案的编写在教学环节中是十分重要的。它的编写，需要老师充分理解教学大纲和教学目的，并具有丰富的实践经验，这就使得教师在课前，备课压力在加大，必须付出艰辛的劳动；
为解决备课的问题，减轻老师的备课压力丰富课堂内容，各课题老师采取集中备课的方式。
五、"一体化"教学场所
在教学过程中教学场所是十分重要的，决定了教学的效果，所以要加强一体化的建设。建立理论与实践"一体化"教学的专业教室，是融教室、实训、考工等于一体。需购置和自制了大量的教学设备，在各个专业教室都能够进行多媒体教学，使专业教室具有多媒体教学、实物展示、演练实训、考工强化训练和考工等多种功能，营造出了良好的职业氛围和环境。教师在专业教室上课可以边讲边练，使学生在模拟工厂的环境下学习，在学习过程中，既可以对照实物学习构造原理，又可以进行实际动手训练。教学方法直观、灵活，教学形式生动、活泼，激发了学生的学习热情，调动了学生能力培养的参与性与主动性，有利于拓展学生的能力，发展学生的潜能，培养综合性人才，大大提高了教学质量。同时，也节约了教学时间，提高了教学效果。
例如，在电气技术专业的理论与实践"一体化"教学中，我们结合专业特点，围绕某一种典型产品的设计制造过程，把教学与生产制造结合起来，营造一种教学工厂式的教学氛围，师生双方通过边教、边学、边做来完成整个教学过程，实现"一体化"的教学模式。
"一体化"教室的不足属于最难解决的问题，因为理论教室不但用于白天上课，而且用于学生晚上晚自习（我校大部分学生是住宿生）。所以，不可能将理论课室改造为"一体化"教学场地。为此，我们最大限度的发挥每个教室的功能，将文化基础模块和专业基础模块放在理论教室，再把理论教室和实习教室有机的结合起来。
六、"一体化"教师队伍
教师是"一体化"教学中的重要组成部分，教师队伍的水平高低直接就影响到了教学质量和学生能力的培养。
技工类院校所培养的人才，是面向各行各业的生产第一线，所承担的工作是把成熟的技术规范、技术知识应用于现实生产并转变为产品或直接的服务。也就是说，技工类院校是以能力培养为中心，这种高级应用型的人才培养方式，对教师的专业素质提出了新的更高的要求。而现在从事技工类院校的教师，尤其是专业课教师，除要求他们在所从事的学科有一定的理论学术水平外，还应具有较为丰富的实践经验以及较强的动手操作能力，也就是要成为既懂理论又会实践的双师型教师。但是从当前我院及其他技工类院校的教师队伍的现状看，现在达到双师型教师标准的应该说只是少数，尚有大部分教师还达不到这一要求，并成为制约教学水平进一步提高的瓶颈。这一问题解决得好坏，不仅直接关系到学校教师队伍的整体素质和水平，更关系到所培养学生毕业后的工作潜力和就业前景。而教师队伍的水平高低，将决定学校教育教学质量的高低。
我院积极探索"一体化"教学师资队伍的建设，教师队伍的建设打破传统的体系，成立了"一体化"教学研究室和"一体化"教学课题组及"一体化"教学责任老师（学科带头人）的"一体化"教师队伍体系。
除此以外，我们还积极的从大型企业、公司聘请高级技师、高级工程师来校教学，满足专业化发展的要求，为学生提供专业最前沿的知识技能。
（如下图）
七、"一体化"教学过程的组织
随着"一体化"教学的探索与研究，一体化的教学模式在我院已经初步成型。实现"一体化"教学，已成为我们一线教师的共识。实践使我们深深地认识到，理念的转变，策略的更新是重要的，在整个教学过程中，重要的是教学过程的组织，上课时操作层面的落实。
在教学过程中，教师和学生是课程的共同开发者和创造者。组织学生发现、寻找、搜集和利用学习资源是教师的一项重要职责。教师必须在构建自己教学风格，教育价值，精神世界的基础上，将教案开发成丰富的情境资源，提供层次分明，逐步深入，便于拓展的题目，使学生在做这些课题时能从实际入手，从问题中找区别和联系，形成猜想和顿悟，经过思考从中总结经验。长此以往，逐步形成学生的问题意识，分辨意识，应用意识和创新意识。
事实上，问题是教学活动的核心，没有问题的存在，教学就无法进行。什么样的问题就决定着什么样的思考，什么样的思考就决定着课堂教学的成败。我们要求问题要能引发学生的质疑、探索、发现、创新、提高，这就经常提到的问题式教学方法，问题式教学方法能够激发学生的学习兴趣。
使得每堂课上教师、学生共同去研讨、探究、学习，使学习中的师生始终处于一种共生共长的和谐状态。在这种状态下，师生的知识、能力、情感、态度、价值观不断积累、培养、渐进。在这种师生的知识和能力渐生渐长的过程中，学生的技术能力逐步提高，视野逐渐开阔，并能进一步拓展延伸。由于课堂上师生都能及时反馈学习情况，便于调整、补充、矫正，这样就搭建了师生互动的平台。
对于教师来说，能否营造宽松愉悦的课堂气氛比自身的学识是否渊博更重要。我在一体化教案的编写中，多列写与本节课相关的问题，通过这一类问题的解决让学生在课上培养起来的积极的思维，饱满的情绪延续到课后，以求课堂教学的持效性，充分调动学生的学习积极性。在平时教学中，以一体化的教学方案为依托，总是鼓励学生先去做，做不出来可以相互讨论，引导启发。同时尊重学生的不同感受，尊重学生的思考方式，引导学生生动地、自主地、富有个性地学习，拓展学生的思维的空间。
结合问题教学法和行为引导教学法组合成项目教学方法。项目式教学方法灵活运用了问题教学法和行为引导教学法。
项目教学法的优点：
1、实践性：教学内容与真实世界密切联系，学生的学习更加具有针对性和实用性。解决传统的理论教学与实际脱节的问题。用什么，学什么。缺什么，补什么的原则。改变学生被动听讲的局面，让学生"动"起来，在技能训练中掌握理论，在理论学习中提升操作技能，形成"用所学知识去实践，从实践中学知识"的教学模式。
2、自主性：提供学生根据自己的兴趣选择内容和展示形式的决策机会，学生能够自主、自由地进行学习，从而有效地促进学生创造能力的发展。
发挥学生的主观能动性，激发学生的兴趣，使其能够主动的去学习。 3、发展性：教给学生学习的方法，解决和处理问题的能力。为学生发展式地进行终身学习打下了一定的基础。
4、综合性：具有学科交叉性和综合能力的运用的特点。
学生在解决和处理一个任务或项目时，通过互相讨论、查阅资料图书和上网查找资料，制定方案，决策问题的解决和处理的方法。进一步拓展了知识的广度和深度，突破了知识主要来源于教师和教材的限制，开阔了教与学的视野，为学生发展式地进行终身学习打下了一定的基础。培养一专多能人才。
5、开放性：体现在学生围绕主题所探索的方式、方法和展示、评价具有多样性和选择性。
在教学中充分尊重学生的个性，培养学生的自信心和自尊心。在教学中不允许批评学生，要充分肯定学生的每一点成绩，鼓励学生在不断的练习中取得成功，促进健全人格的塑造和培养。
6、评价特点：注重学生在教学活动中能力发展的过程，测评内容包括学生参与活动各环节的表现以及作业质量。一张试卷，确定学生的学期成绩或学生的能力。
项目教学法的教学环节设计
教学环节的设计直接关系到教学的质量，通过一个学期的探索，总结教学过程经历如下几个环节：
（1）复习导入新课，基本知识介绍，然后与同学们一起讨论，最终确定项目的目标和任务；
各种方法的分析：分析每个同学的想法让大家共同讨论分析利弊，选择最佳方案。
（2）由学生制定项目工作计划，教师签字认可；
根据最佳方案，制定工作计划，包括工艺流程、材料的选择，数量、工具仪表的选用。列写材料清单。老师利用学生写自己计划的时间，进行学生的设计思路检查，及时更正和修改。
（3）分组分工，以小组成员合作的形式，确立工作步骤和程序工作；
各组长进行，各组组员的任务完成情况。列写小组工作计划、工艺流程，总的工具材料清单。老师换身份成了仓库保管员，各组长拿材料清单进行材料的 "购买"，然后把购买的材料分给自己的组员进行施工。在教学过程中，针对实际情况，采用讲解法、演示法、实践操作法等教学方法，并在巡回指导时善于发现问题、总结问题。做到共性问题，集中讲解；个别问题，个别指导。
根据每个小组不同的情况，进行教学。可以节约时间，照顾到每一位同学。
（4）检查评估，首先由学生对自己的工作结果进行自评，然后由教师进行检查评分。
任务的检查评估，对各种设计方案的安装进行总评，评出优秀作品，给予表扬，指出不好的作品进行批评指正。使其在学习中具有竞争意识。师生共同讨论和评判在完成该项目工作中出现的问题，介绍同学们解决问题的一些较好的方法。
（5）布置课后思考作业。
课后思考作业，可以是课堂相关的也可以是课外的，课本以外的知识，让学生利用课余时间学习更多的内容，通过互相讨论、查阅资料图书和上网查找资料，进一步拓展了知识的广度和深度，突破了知识主要来源于教师和教材的限制，开阔了教与学的视野，为学生发展式地进行终身学习打下了一定的基础。培养一专多能人才，也为学生代表学校参加技能竞赛准备人才。
整个教学环节注重学生的主观能动性，尝试了一种开放、互动、创新的教与学的模式。学生在完成项目的过程中，通过互相讨论和查找资料，进一步拓展了知识的广度和深度，突破了知识主要来源于教师和教材的限制，开阔了教与学的视野，为学生发展式地进行终身学习打下了一定的基础。
学生的组织。
分组教学的好处分析：
1、学生能力的培养。注重学生能力的培养，发掘这些学生的技能潜力，各小组发挥团队精神团结协作，组长也可以得到多方面能力的提高；
2、学生的管理。现在每个班级都超过了50人，上课学生的管理也成了，老师头疼的问题，采用小组制，可以解决学生的管理问题。各小组组长负着本小组纪律和考核，随时汇报老师，进行小组量化评比。用学生管理学生，自己管理自己的方式。
3、实习材料的管理。学生多，实习材料的管理，同样也是一个头疼的问题。采用小组制，让组长进行材料的领取和检查回收，领取材料时小组长统一的进行材料质量数量的核实签字，发放材料，责任到人。材料回收时，小组长认真检查，回收仓库。
七、学生的考核
学生的考核将单一的纯理论考试调整为理论与实践相结合、设计报告与实物制作相结合、整体与单元相结合的多种考试方法。特别是要利用多媒体教室和校园计算机网络，积极探索考核学生应用电工电子技术知识解决实际问题的能力，主要注重学生综合能力的考核。
八、努力的方向
篇8
管件的开料加工是一种定尺切割加工方法。开料加工的方式主要有机械式开料加工、液压式开料加工以及电气式开料加工。机械式开料加工是通过轮带传动进行开料加工的方式，但由于其加工工艺粗糙，已经不被现代的管件市场所接受。液压式开料加工是以液压缸驱动连杆，连杆与活塞相连接，连杆与活塞同时运动带动刀具对工件进行切割。现在采用最多的开料加工方式是电气式开料加工，以异步电机作为驱动系统，将切割刀具连接到异步电机的转轴上，由异步电机转动带动刀具旋转，再通过其他机构的辅助，实现对加工管件的切割[1]。
（二）管道管端成型工艺。
将成型模具置于关键的端口，根据需要对端口进行加工，改变其形状是管端成型工艺的原理。管端成型工艺方法主要有机械冲压式、管端偏心回转式和NC工作机驱动成型模具式等几种。机械冲压式成型通过对管端冲压而使端口形状发生改变的成型方法。管端偏心回转式成型主要用于管端成型加工的初始阶段。NC工作机驱动成型模具式成型是应用半球形成型模具在管件沿轴心进行转动时进行移动，进行管件端口加工来改变端口形状。
（三）管道弯管成型工艺。
弯管成型工艺是借助弯曲模具对管件进行一定角度的弯曲，对同一管件进行多次弯曲后而形成一定的形状，是管道一体化数控成型的核心工艺。目前，三维弯曲成型是应用最广泛的管件成型工艺，其加工方式是管件在模具的作用下发生一定程度的弯曲，辗压式加工和拉式加工是最主要的两种加工方式。辗压式加工是事先将管件和模具装置固定，利用辊轮围绕弯曲模具的滚动进行管件弯曲加工。而拉式加工是靠弯曲模具拖动管件进行弯曲[2]。
（四）卸料工艺。
在管件成型加工完成后，将产品从设备上人工卸下，然后进行分料悬挂弯管件，是管道开料加工工艺中的卸料工序。为了提高卸料的效率，开始采用机械手卸料，其原理是在伺服电机的驱动下，通过滚珠丝杆将完成工件平稳地卸下取出。凭借其精确的自动卸料功能，机械手卸料得到了更多的应用。
二、管道一体化数控加工的控制方案
管件数控成型加工是以开料加工、管端成型和弯管成型等加工工艺为主，精确控制好每个加工程序的过程。该过程中会产生大量的数据信息，需要对其进行准确的处理，以提高整个加工系统的工作效率。建立一套管道一体化数控加工的控制方案，能够做到对各项加工工艺的控制和转换。结合管道的一体化数控成型工艺，需要对整个管道数控加工的控制结构进行设计，得出一个完备的方案。建立以伺服系统为核心部分的控制系统，将其作为整个管道一体化数控加工系统的控制核心。以管道一体化数控加工工艺作为控制对象，准确的接受指令信号，自动完成对管件的加工。结合管件数控加工中存在的问题，需要对伺服控制系统进行合理的设计。伺服控制系统的主要构成包括气动伺服控制、电液伺服控制和机电伺服控制系统。管件一体化加工大多选择机电伺服系统，以交流电机作为执行机构，数控成型加工控制的精确度会大幅度提高。伺服控制结构主要采用半闭环的控制方式，是针对于管件一体化加工整体机械性和传动精度较高特性的设计。根据管件一体化加工工艺的分析，有如下特点：一，控制系统应该具有可靠性高和抗干扰能力强的特点；二，具备自动精确检测的控制系统，符合管件加工工艺对精度的要求；三，操作简单，执行人员可以很容易选择需要的管件加工方式，并能够及时得到管件加工的工艺参数；四，系统进行改造和升级更加简单快捷，做到实时通讯，便于参数的更改。对管道数控加工控制的一体化设计，实现了控制加工系统的数字化和智能化，大幅度节约了成本。通过对管件加工工艺条件、要求以及成本问题综合考虑，设计了以交流伺服控制系统为主体的控制方案。
篇9
汽车制造商致力于在每种新的汽车设计中扩大电子控制的使用。在崇尚实用和经济的汽车市场上，相对于机械系统，电子控制的优势在于由更简易快速的装配实现成本降低，而重量的减轻则大大减少了燃料成本。品牌汽车的重点在于提供先进的功能并提高乘客的舒适度，让产品与众不同，并保证利润。
这种趋势要求对汽车装配线的基础设施进行根本改变，例如重新设计。传统的点对点配线方式，由于电子子系统数量不断增加，会很快变得沉重而复杂，难以承受。
更重要的是，与大量制动器的中央控制有关的软件开发工作变得尤其复杂和费时，这就要求设计师开发出可靠的软件。另外，中央控制器和单独的子系统之间复杂的信号联系，例如对大量电子电动机的PWM控制，会导致高度电磁辐射，造成困难的辐射抑制，这在汽车整体基础上解决将会非常昂贵。
将更多智能转向单独的子系统，会减少很多汽车配线和信号传输，也会减少汽车中央控制器负荷。验证和确保软件能够运行多个功能组合是一个冗长的过程，需要花费很多工程设计时间。另外，不同种类的电缆树的开发、制作和安装，以及为每一个电机进行的额外的点对点配线，会很快带来更多重量和成本。由于控制板和电机之间高密度的信号传输，电磁辐射也会开始增多。
另外一个模块化和容易实现的解决方案，是将数码控制融合到一个单片集成或多芯片电机驱动器。增加或减少一个电机变得更加容易，只需要相应增加或减少电机驱动器芯片或模块。然而，这需要改变板块设计，这个解决方案没有减少控制板和电机阵列之间配线的复杂性。因此，如果要解决成本和电磁问题，就需要另外的解决方案。
将更多智能向电机点转移，采用电机一体化模块，这个模块包含接口、控制器和驱动器以及电机本身组成一个独立的单元，如图1所示。
这样可减少控制板的装载量，只包含处理器和一个总线接口，就像三线LIN总线那样。LIN已经被汽车电子集成商广泛使用，以减少汽车配线的复杂性和信号传输。作为一种业界标准的互连解决方案，可以采用标准的LIN接口以及模块内部的控制和驱动功能，来支持大量的机电一体化模块在汽车上应用。
额外增加一个电机，只需简单地将电机作为一个完整的机电一体化模块连接到总线上。这不仅解决了软件复杂性、EMI和分级性，而且允许汽车模块供应商向汽车制造商客户交付“现成套装”模块。因此，电子系统的集成变得更加直接，为新车型和现有车型的改进获取市场利益创造宝贵的时间。子系统销售商也可以创造新的功能，将IP嵌入到模块中去，这样就能实现与众不同，并且保护他们在产品开发中的投资。
通常和LIN网络连接的汽车电子模块包括安装在门上的车窗、门镜和门锁的驱动、电子座椅调节、顶灯定位系统、温度控制电机和风扇。大多数这些应用都要求在一维或几维内进行控制。为了实施一个机电一体化解决方案，系统集成商不仅需要成熟的LIN接口IP，还需要带有集成电机驱动功能的可配置电机控制、CPU和存储子系统的集成，以及适用于汽车额定电压的电力电子技术。
图2显示集成了总线接口功能块和机电一体的电机控制器解决方案。LIN接口接收高电平的电机驱动和位置命令。智能电机驱动功能使必要信号从一个电机移动到另一个电机。具体的执行可能需要一个状态机、微步进电流查找表和电流控制器，能够由设计者设置参数，以满足具体的系统要求。除了接口和控制功能，还必须使用其他的功能块，例如步进电机控制所需的稳压器、电荷泵以及电机驱动MOSFET。一个智能的电力技术，可以将所有这些模块合并成单个集成解决方案，快速地集成到电机组件中去。
这种方式也可以在硬件中采用更加复杂的电机控制功能，例如电流整形。如果独立设计出一种步进电机控制器，设计者通常会希望采用他们自己的电流整形来支持微步进“向前”、“慢速衰减”、“快速衰减”和“混合衰减”模式。另外一个对步进电机操作有关键影响的设计是确定PWM频率。如果频率设定过高，就有可能导致过热。另一方面，如果频率过低，驱动器就会产生可听见的噪音。设定合理的频率取决于包括供应电压、常用电流和操作温度在内的操作条件。如果应用的是汽车机电一体化模块，这些都可以精确地得到预测。假定典型值，计算出一个最佳PWM频率约为22kHz。因此，在硬件中固定PWM频率是可行的，这样能节省外部的器件。其他在硬件中可能有用的功能，如可以最大化可靠性、减少组件数量以减少外部二极管或肖特基器件装置，以及片内电流感测都集成在一颗芯片中。片内电流感测允许单片集成控制器IC独立回应命令，该命令由设定电机电流的LIN总线接收。
通过在硬件中采用必要的步进电机控制，图中显示的电容成了唯一需要的外部元件。对电子子系统的销售商来说，这个流线型硬件集成减少了软件设计，允许开发者集中精力在应用设计层面上，增加独特功能和成本效益。AM]已经采用这种方法，为LIN连接的汽车机电一体化模块设计了一个单芯片步进电机控制器。
AMl3062x就是一个使用AMI的智能功耗技术，即智能接口技术(I2T)制造的单芯片集成IC。22T可以在一个单独的IC中实现低压、中压和高压电路集成、高精度模拟电路、非易失性存储和一些中等复杂的数字电路。如图3所示，在这个器件中。两个H桥MOSFET驱动器，都使用了40V的低漏－源电阻RDS(ON)晶体管，能够满足高达800mA的电机电流要求。
支持智能功耗技术的开发工具，也让工程师有了足够的灵活性来设计定制的电机控制总线命令。这些可以用于加速应用开发，以及减少总线的内部信号传输。
使用标准产品的机电一体化
需要更高电机驱动要求的模块，可能雷要额外的外部MOSFET，可能会使用I2T集成的MOSFET作为前级驱动。另外，一个要求更复杂的信号传输的模块可能需要一个微处理器。使用标准的8、16或32位处理器，结合基于标准数字组件和电力电子的智能电力或分离解决方案是另一种选择。
更高程度的集成和智能
另一方面，片上系统(SoC)解决方案提供了最大的可靠性、组装简便性、更低成本的材料和供应的连续性。需要一种能够支持嵌入式微处理器、高精度模拟的复杂数字电路和高压功能的工艺。例如，BCD(Bipolar CMOS DMOS)工艺允许用数字CMOS电路集成微控制器核、芯片内存储以及采用半桥或全桥高压电机驱动器的独立DMOS晶体管。BCD工艺的优点，包括最大的DMOS晶体管的额定电压，以及芯片内存储器和处理器内核的容量。为了达到14V和将来42V的汽车电子供电标准，DMOS晶体管就应该调整到80V。
一个例子是，AMI的BCD工艺采用了0.35um技术的数字CMOS电路，能够使用一系列内核为32位的复杂处理器，例如ARM7TDMI。还有OTP存储器，用于代码存储的64kByte嵌入式闪存和／或1kByte的数据EEPROM。芯片内高精度模拟电路，包括光带隙基准、ADC和DAC，以及包括LIN控制器在内的数字IP，能够简化一级供应商的开发过程。
多芯片模块解决方案
另外，制造多芯片模块、综合使用智能功耗、数字和模拟技术，让设计者获得更多自由度，能够创造出适用于复杂的多维解决方案的、拥有更大存储容量更灵活的处理子系统。还可以使用更小的设计规则来制造CPU子系统，虽然需要更高的工艺成本，但更小的芯片尺寸也能减少实际成本。
然而作为机电一体化模块的一部分，组装一个多芯片解决方案不是一件简单的事情。为了满足汽车质量和可靠性标准，需要采用严格控制的系统封装(SiP)技术，它是QS9000认证的封装。因此，系统集成商必须在多芯片方式更大的灵活性和可靠性风险、更多的SiP开发和组装之间取得平衡。
散热对系统分割和封装的影响
特定机电一体化解决方案的最佳配置，必须将电机产生的热量、RDS(ON)产生的热量以及电机驱动器功率MOSFET内部的开关损失考虑在内。
因此单芯片集成的使用，会使包括MCU和存储在内的数字电路超过制造商建议的最高工作温度。一个潜在的解决方案是提高数字工艺的工作温度。另一方面，使用更先进的封装技术，通过对隔离的DMOS晶体管的散热，消除热量在SoC衬底中的积累，也可能会有效防止过高的温度毁坏数字电路。在实际应用中，两种技术结合使用可能会更有效。
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中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2014）01-00011-03
1 概述
为了适应复杂的钻井条件和地下地质条件，提高油气勘探开发综合效益，国内外油田企业不同程度的实施了井场数据一体化集成管理应用，为科学钻井，油气安全高效勘探开发提供了重要支撑。从国内外油田行业发展趋势来看，构建井场数据一体化集成管理应用平台是推动油气勘探开发信息化建设快速发展的必然选择。
构建井场数据一体化集成管理应用平台最基础工作是进行井场数据中心建设。井场各专业按照自身应用需要建立了专业数据模型，采用相应的数据存储方式，要实现井场所有专业数据集成存储和统一交互应用，首要工作是进行井场数据一体化集成。在已经取得大量信息化成果的基础上建立一体化集成数据中心，需要保证信息化既有成果应用的延续性，对这种数据库集成管理方案进行分析尤为重要。
2 分专业数据集成管理方案
图1
2.1 主要优势
在数据模型设计上，保持专业数据库现状不变，通过数据集成技术实现数据的互连互通和统一访问，支持局级层面应用。源头数据管理上，数据库的部署和摆放完全保持现有模式，源头数据采集后直接进到各专业应用库支持专业应用。实时数据在专业应用库层面支持基层应用。
分专业数据集成管理方案是对现有数据库的搭桥，未改变现有数据管理模式。该方案在管理模式上基本不变，只是通过数据集成技术实现各专业库之间的互连互通，现有应用系统也无需改造。因此管理模式上不需大的改变，推行上较容易。
数据中心建设周期短，见效快。由于数据中心是对现有数据库的互联互通，避免了统一数据模型建设带来的模型设计工作量和专业数据库向数据中心进行数据迁移的工作量。
无需改变现有应用系统，继承性好。现有专业应用系统无需改造，还可以继续运行在各专业数据库基础上。
2.2 主要缺点
数据传输、加工环节较多，加大了数据出错的概率，造成了数据的冗余和不一致，降低了数据的可信程度。
目前专业数据库之间存在的数据冗余、标准冲突等问题依然存在。由于模型之间相互独立，业务规则难以统一，不能形成规范化的应用开发管理，将造成未来应用系统的开发混乱。许多数据源头多处产生，同样的数据多次录入，重复存储，造成了大量的数据冗余。
分专业的数据模型不能很好支持油田集成化应用。数据集成需要对专业库作深入细致的分析、比对，数据映射关系错综复杂，数据清理、加工难度较大。同时，在数据服务管理层，需要针对不同应用开发大量的中间件，可复用性差，开发与管理难度较大。
数据中心搭桥即使解决了数据共享的问题，但仍然存在着专业数据库结构制约应用的问题。由于各专业数据库模型的结构设计不成熟，稳定性差。随着新技术的引进和应用的拓展，专业库标准将随之发生变化，导致数据对应关系、 数据对应用的支持都要作相应的调整。因此，结构的任何改变都将造成中间件、应用系统不稳定性的逐级放大。
数据中心难以实现有效的数据应用服务。该方案数据中心只起到了存储和简单的数据提供的作用，数据管理的分散化，造成数据提供缺乏权威性。
3 两级数据集成管理
3.1 主要优势
在数据模型设计上，该方案同方案一，参考国际标准，建立符合油田的自身特点和未来发展需求的统一数据模型。在源头数据管理上，数据库的部署与油田现有模式相似，源头数据库以分布式的形式建立在各二级单位，源头数据直接进到各专业应用库，经过数据审核后再提交一体化数据库。实时数据的采集直接进入专业应用数据库支持基层应用，实时数据经抽析、加工生成分析数据，经审查后加载到一体化数据库。
数据模型与国际标准接轨，数据的存储和组织更加科学，可扩展性强，能够满足未来技术发展需要。
按照业务主题组织的数据模型能够对跨专业的综合应用提供无缝支持，实现“业务联动、信息共享”。
源头数据的管理模式保持现有模式不变，推行难度小。目前数据管理模式是从基层队逐级上报，不同的业务部门分管内部的数据资源。该方案保留了现有源头数据管理模式。
对现有应用系统的冲击小。因为在各二级单位保留了原有专业数据库，使得原有系统能够在不作任何改变的情况下继续运行。
3.2 主要缺点
多套模型并存，映射关系复杂，相互间数据迁移难度大。该方案建立了一体化数据库统一数据模型，同时保留专业数据库原数据模型。多套数据模型之间存在复杂的映射关系，造成从专业数据库到数据中心数据迁移难度大。因为专业数据库的任何结构改变都会造成模型间映射关系的改变，从而导致双向的数据迁移困难。
源头数据多点存储，不能进行统一管理，从技术上无法保证源点数据的唯一。源点数据不唯一将使数据中心失去数据的权威性。缺乏了数据权威性将直接导致基于数据中心的应用无法推行。
容易造成专业应用与数据中心脱节，与专业库自成体系，使一体化数据库价值得不到体现。因为尽管建立了统一的数据模型，但是由于源头数据直接进入专业应用数据库，容易导致专业应用数据库的自成体系运转，造成现有专业分割的局面继续存在。而对于一体化数据库的数据支持逐渐弱化为一项数据上传任务。
没有实现信息的扁平化管理，不能适应油田未来改革发展的需要。建立了一体化数据库，但是数据管理模式仍旧是从基层队逐级上报，层层管理，背离油田未来信息扁平化管理的大思路。
4 一级数据集成管理
4.1 主要优势
在数据模型设计上，该方案参考国际标准，结合油田的自身特点和未来发展需求，建立一个涵盖地学研究、生产运行和经营管理所有信息于一体的统一模型，彻底打破当前信息系统专业分割的格局，形成一个与国际公司接轨的数据管理模式，既能满足各专业的应用需求，又能支持跨专业的综合应用。
在源头数据管理上，钻井、录井、测井等各专业通过数据采集系统，按照源头数据采集标准和采集管理流程，经过质量控制和数据审核后直接加载到油田一体化数据库主库。实时数据的采集直接进入专业应用数据库，实时数据经抽析、加工生成分析数据，经审查后加载到一体化数据库。
数据模型与国际标准接轨，数据的存储和组织更加科学，可扩展性强，能够满足未来技术发展需要。随着油田管理的精细化，信息化应用需求也将越来越大，数据种类、数量也将不断地增大。参照国际POSC标准设计一套科学的数据模型，可以较好地适应业务发展的需要。同时为未来的国际化合作奠定了信息基础。
按照业务主题组织的数据模型能够对跨专业的综合应用提供无缝支持，实现“业务联动、信息共享”。因为底层的数据是一套，所以某一业务数据改变，其它相关的业务应用就可以看到，大大提高了不同业务之间的联动。集成的数据组织模式可以快速、准确地提供数据服务，减少应用人员收集数据的时间，降低企业的“无效”工作时间。对提高研究人员效率和改善管理决策有非常重要的意义和价值。
有效解决目前专业数据库之间存在的数据冗余、标准冲突等问题。只有数据标准统一，在应用系统中才能准确、唯一地理解数据的语义，消除数据应用的歧义性，有利于应用系统的规范化开发和持续发展。
易于建立起完善的数据服务体系。数据中心不仅是数据存储中心，而且还是数据服务中心。通过源头采集入库的数据，只有通过应用，才能进一步对数据进行再次校核，一体化数据库为所有的应用提供按需的服务支持，应用又反过来验证和完善数据中心的数据，这样就建立起采集、应用、完善、再应用的良性数据服务循环体系。
4.2 主要缺点
与现有数据管理模式差别较大，推行难度比较大。目前数据管理模式是从基层队逐级上报，不同的业务部门分管内部的数据资源，目前所有的应用都是建立在该模式之上，因此要实现集中管理，应用系统的迁移存在较大难度。
新数据管理模式将对现有应用系统带来较大的冲击。现有的应用系统都是基于目前的勘探、开发数据结构设计的，大都没有能够按照先进的软件工程方法设计，系统对数据结构的依赖较大。如果数据结构改变，将会有较大的修改工作量。
数据结构标准设计的技术难度比较高。由于数据中心要实现井场所有数据资产的管理和对外提供数据服务，所以不仅保存生产源头数据，还要保存勘探开发研究成果数据、管理决策数据，既包含结构化数据，又包括非结构化数据。怎样有机地将不同类型的数据集成为一个整体，还有很多需要解决的技术关键，如图形标准与专业数据集成技术等。随着全球化进程的加快，将来可能要和国际同行业进行数据交换，因此数据标准要和国际标准靠拢，但目前在国内真正深入研究石油行业数据国际标准的企业或大专院校很少。
5 结论
分专业数据集成管理方案不符合未来数据管理的发展趋势，比较符合现阶段实际情况，能做到数据的互连互通，见效快，数据管理仍然是分专业管理。两级数据集成管理方案可以做到数据的集中存储，但仍然存在标准不统一的问题，容易造成分专业自成体系，一体化数据库不能有效发挥作用的被动局面。一级数据集成管理方案可以实现数据的集中存储、统一数据服务和规范源头数据采集，避免分散管理、标准难统一的弊端，符合未来数据管理的发展趋势，但对当前的数据管理模式冲击较大。
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1研究背景
2002年至2012年，随着我国新一轮经济周期开始，能源需求急剧增加，煤炭迎来了“价飞量增”的巨变，期间煤炭产量年平均增长率超过11.0%，远高于同期GDP的增长率。物极必反，受经济增长方式转变、进口煤冲击、环境保护等多重因素影响，2013年以来国内煤炭供大于求的矛盾日益加剧，煤炭价格持续下跌， 2014年超过70%的煤炭企业出现亏损，煤炭行业告别黄金十年进入微利时代。
2神华一体化调运组织分析
神华集团成立近30年来，创造了矿、电、路、港、航、化一体化，产、运、销、储一条龙的经营模式。神华的一体化某种程度上说就是煤炭供应链的一体化，它的业务网络是由煤矿装车站、自有及国有铁路、自有及社会港口和直达销售网点三部分构成。其中，神东矿区、包神铁路、神朔铁路、朔黄铁路、黄骅港这条主干线是神华一体化的核心内容。
神华集团日常生产运营调运指挥是以效益最大化为原则，需要科学制定计划，需要执行过程的严格管控，但目前神华集团计划制定、下达、监督实施过程中的最主要手段还是业务人员的经验操作和人为控制，面对日益复杂的调运流程和庞大的生产运营数据，要在日常生产调运指挥中实现集团效益最大化存在较大困难。
一是调运组织方式落后，缺乏科学技术手段。神华一体化调运组织业务流程相对粗放，仅以装车数量来匹配煤源供应、装车能力、运输能力、接卸能力和销售水平之间的不平衡问题。没有充分考虑成本、利润、周转时间等重要运营指标，同时缺乏科学的技术手段，不能结合客观条件的变化准确迅速地编制调运方案。
二是调运过程不透明，主观因素影响大。一体化调运组织过程复杂，涉及总部调度指挥部门、煤源供应单位、装车组织单位、运输组织单位、销售单位等十几个单位。然而调运组织过程中人为判断、凭经验决策的情况较多，调运组织效果受参与者的主观因素影响大，增加调运难度。
三是信息化程度不够，经营分析难度较大。调运组织涉及行业板块多，各单位信息化程度不一致，信息复杂度增加，信息整合难度大。各类生产数据的统计手段落后，生产运营分析仅停留在增量对比方面，结构优化和生产经营分析薄弱。
3一体化调运组织方案优化
3.1一体化调运各环节能力分析
对一体化调运组织方案进行优化，首先要全面掌握一体化调运过程上游煤源供应能力、装车站装车能力，中游铁路运输能力，下游接卸能力等各环节的能力状况及各环节能力之间的对比关系。
（1）煤炭供应及装车能力分析。包神铁路管内分布着14个装车站点，神朔铁路管内分布着15个装车站点，神东煤炭集团、榆神能源公司、杭锦能源公司等7家单位在此区域供应煤源，煤炭供应及车站装车能力如表1所示：
（2）铁路运输能力分析：目前神华铁路运输能力制约点有两个：包神铁路神东口和神朔铁路神池南口。
结合神华铁路机车、车辆、行车设备、供电及车站设备状况等，经测算得出包神铁路神东站最大通过能力为80列，含25列万吨列车，合计105小列；神朔铁路神池南口最大通过能力为112列，含84列万吨列车，合计196小列。
（3）下游接卸能力分析：神华集团煤炭销售主要分为两种形式：港口下水销售和铁路沿线直达销售。一体化调运主要涉及的是神华自有的黄骅港和天津煤码头。黄骅港有翻车机13台，其中C64型和C70型翻车机5台，日卸车能力为40列；C80型翻车机8台，日卸车能力为92列。天津煤码头有翻车机4台，C64型和C70型翻车机1台，日卸车能力为8列；C80型翻车机3台，日卸车能力为24列。铁路沿线直达销售包括国铁沿线和自有铁路沿线销售，由神华销售公司负责，沿线直达销售可根据历年实际经验设为常数，大新口15列，王佐口15列，黄万线30列，朔黄沿线20列。
综上，神华一体化调运下游端日接卸总能力为219列，其中C80型列车最大接卸能力为142列，C70型和C64型列车最大接卸能力为105列。
（4）神华自有两港装船能力分析：黄骅港拥有煤炭专用泊位17个，均为万吨级以上泊位，煤炭泊位装船能力为60万吨/日，大于卸车能力。天津煤码头拥有煤炭专用泊位3个，均为万吨级以上泊位，煤炭泊位装船能力为18.2万吨/日，大于卸车能力。
（5）一体化调运各环节能力比较：神华煤炭一体化调运组织中的五个主要环节中，装车能力、运输能力、卸车能力在一定时期内能力状况相对稳定，可以直接确定三者间的大小关系。
①装车与运输：包神铁路管内各装车站能力之和为120列，考虑到区域装车能力限制，包神铁路管内装车能力为108列，大于包神铁路运输能力105列。神朔管内各装车站能力之和为107列，考虑到区域装车能力限制，神朔铁路管内装车能力为100列，包神、神朔装车能力合计207列，大于神朔铁路最大运输能力196列。
②运输与接卸：神朔铁路运输能力为196列，其中C80型列车110列，C70型列车40列，C64型列车46列，小于下游端接卸能力的219列。
③运输和销售：由于煤炭销售情况受价格影响波动较大，所以无法笼统的直接比较销售和运输能力的大小，需要结合具体时段内的销售实际情况，加以分析判断，但可以确定的是目前制约一体化调运水平的因素为运输或者销售。
3.2一体化调运指标体系建立
神华集团一体化调运的主要经营指标包括煤炭车板成本、转运成本、销售收入、综合利润、煤炭调运量等。
（1）车板成本。煤炭的车板成本是指将煤炭送到发运站列车上产生的成本，含煤炭生产成本、短途运输成本和搬运成本等。
（2）转运成本。转运成本是指煤炭从装车站运往港口所需要支付的费用。煤炭转运成本包括铁路运费、回空费、港杂费等。转运成本与铁路运费、运输距离等因素有关。
（3）销售收入。销售收入是指将煤炭所有权转到客户，收到货款或取得索取价款凭证，而认定的收入，它由煤炭销售单价和销售量决定。
（4）综合利润。利润指标是一体化调运过程中最为关注的指标，综合利润由销售收入减去车板成本和转运成本来确定，综合利润又等于路港利润和销售利润之和。
（5）煤炭调运量。对于神华煤炭一体化调运而言，每日每个装车站的煤炭实际调运量的分配决定着调运组织的结果。在煤炭调运总量确定的情况下，如何利用科学有效的方法，确定每个装车站的调运数量，编制最佳调运方案，是想实现煤炭一体化调运利润最大化的关键。
3.3一体化调运优化条件分析
（1）决策要素。一体化调运的优化实际上就是运用运输规划方法科学编制每日调运计划的问题，包含三方面决策要素：单位调运周期内煤炭调运总量、每个装车站调运煤炭数量、所编制的调运方案达到神华整体效益最优。
（2）模型类型选择。运筹学中主要的模型包括线性规划模型、整数规划模型、动态规划模型、非线性规划模型和混合规划模型等。本文采用整数规划模型解决煤炭调运优化问题。
（3）一体化调运优化模型建立。神华煤炭一体化调运业务可简述为：煤炭在内蒙古西部、陕西北部、陕西西部等区域生产或收购，在包神铁路和神朔铁路各个装车站装车，经包神铁路、神朔铁路、朔黄铁路运送到黄骅港、天津煤码头及铁路沿线直达接卸站，此问题是装车站i到卸车站j的多到多的运输线路整数规划问题。但结合当前神华煤炭调运业务实际，调度指挥部门负责一体化装车运输计划的下达和实施，销售部门（单位）根据煤炭装车运输日班计划，安排煤炭分流和具体销售工作。此问题可简化为由多个装车车站i到一个卸车车站j的多到一的整数规划问题。
①决策变量。决策变量是通过煤炭调运优化模型运输确定的变量，即优化调运方案。本文优化决策变量设为Xi，表示一个煤炭调运周期内第i个装车站的装车列数。建立优化模型之前，我们要先确定一体化调运总量，即包神铁路和神朔铁路各装车站装车总列数，它是由一体化调运各环节中最薄弱环节确定的。
注：A-装车总列数，B-下游分流总列数，Xi-装车站i的日装车数量，Li-装车站i的日装车能力，Xa-装车站i装C80型车列数，Xb-装车站i装C70型车列数，Xc-装车站i装C64型车列数，Xq-铁路车站i的区域装车数量，Lq-铁路车站i的车站作业能力，A1-包神管内装车列数，A2-神朔铁路管内装车列数，C1-包神铁路通过能力，C2-神朔铁路通过能力，Da-包神管内C80型车装车列数，Db-包神管内C70型车装车列数，Dc-包神管内C64型车装车列数，Ea-神朔管内C80型车装车列数，Eb-神朔管内C70型车装车列数，Ec-神朔管内C64型车装车列数。
3.5建立模型
4结语
本文通过对神华集团实地走访调研和座谈讨论，在对神华一体化调运组织模式认真研究和深入分析的基础上，结合当前调运实际建立了易于操作的运筹学整数规划模型，实现日常调运组织方案从人工编制到计算机编制的转变。有效提升了一体化调运效率和效果。根据本文的举例求解情况，运用数学建模编制一体化调运组织方案从确定调运总量、添加约束条件、建立模型到模型求解确定最终方案用时较以往的人工编制方法节约75%，利润提高1.3%。
参考文献：
[1]Hamdy A.Taha著，刘德刚，朱建明，韩继业译.运筹学导论[M].北京：中国人民大学出版社，2014.
[2]张阿娟.一体化供应链管理[M].上海：立信会计出版社，2006.
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一、系统平台
J2EE平台是利用Java开发企业级应用系统的标准平台，采用J2EE技术实现集成设计评价系统可以有效解决设计评价的集成性、并行性及通用性差等问题。
二、系统描述
1.集成设计评价应用总体框架。本文研究的集成设计评价总体框架如图1所示，设计评价服务器集成了多种设计评价方法，管理员在完成设计后，通过网络添加该设计方案的评价指标、指标数据以及待评价的设计方案,专家在线完成设计方案评价打分以及设计方案修改后，管理员可调用服务器上的多种评价方法查看评价结果，根据评价的结果和专家反馈的意见对设计方案进行修改并重新设定评价指标数据,专家可再次对设计方案进行评价，形成一个设计－评价－设计的过程。
2.系统实现层次框架。图2所示为系统层次框架：
（1)界面层:提供了终端用户的系统访问界面。用户可以通过浏览器访问评价系统，通过VRML，可以实时地对三维设计方案进行可视化浏览。
（2)页面服务层:由一些运行在服务器上的Servlet、JSP页面、JavaBean组件构成。它们响应客户端的HTTP请求，进行参数解析，检验用户输入数据的合法性，根据请求将数据传递给后端的应用逻辑层，并负责将处理结果回送给用户。
（3)业务逻辑层:主要是由Servlet、基于Java Web容器的独立线程、Java应用程序组成，业务逻辑层负责处理数据库各种功能，根据用户提交的请求对评价方法库和数据库进行具体操作。
（4)数据层:包括评价方法库和数据库，数据库包括评价指标、评价方案、设计方案、专家信息评价结果、专家意见以及修改后的设计方案等，方法库中集成了层次分析法、模糊综合评价法等多种评价方法。
三、关键技术
1.可视化实现。在现有的评价系统中,用户可以看到一般只是指标数据，看不到设计方案的三维模型,对方案缺乏更客观的认识。为此本文采用VRML技术来实现用户在线浏览设计方案的三维实体模型。专家在方案评价过程中,可通过Http协议将三维设计方案实体模型下载到本地,利用本地的CAD软件修改待评价的方案实体模型，修改后的方案实体模型通过Http协议上传到服务器上供管理员查看。
2.评价方法库实现。Web服务器上集成多种评价方法，包括层次分析法、灰色模糊综合评价法等，建立了评价方法库。这些方法都需要对指标数据进行规范处理并设定评价指标的影响因素权重。
(1)数据规范处理。评价之前需对指标数据进行规范处理，本文采用定性和定量计算相结合的方法，将各评价指标因素转化为无量纲的评价值,方案评价指标因素值规范化处理公式如式1所示:
为规范化处理后的无量纲评价值，xij为原评价值，xmaxj是评价方案中该指标最大值,xminj是评价方案中该指标最小值。对于定量指标,可直接用式1计算。对于定性指标，本文采用梯形模糊数对其进行模糊量化。每个语言标度对应一个四元数组,记为(α,m,n,β)。为计算方便,又常写成L-R型模糊数:(m,n;γ,δ),其中γ=m-α,δ=β-n。对于两个梯形模糊数，由于其乘除运算不是简单的线性计算，因而本文采用Onissone给出的近似的运算公式:设两个L-R型梯形模糊数M=(a，b;α,β)、N=(c，d;γ,δ),则有
采用近似公式对定性指标进行模糊量化后，利用模糊数的整体期望值对定性指标的模糊量值进行解模糊，设量化后的梯形模糊数则模糊数的整体期望值
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一、管道一体化数控加工工艺
（一）管道开料加工工艺。管件的开料加工是一种定尺切割加工方法。开料加工的方式主要有机械式开料加工、液压式开料加工以及电气式开料加工。机械式开料加工是通过轮带传动进行开料加工的方式，但由于其加工工艺粗糙，已经不被现代的管件市场所接受。液压式开料加工是以液压缸驱动连杆，连杆与活塞相连接，连杆与活塞同时运动带动刀具对工件进行切割。现在采用最多的开料加工方式是电气式开料加工，以异步电机作为驱动系统，将切割刀具连接到异步电机的转轴上，由异步电机转动带动刀具旋转，再通过其他机构的辅助，实现对加工管件的切割[1]。
（二）管道管端成型工艺。将成型模具置于关键的端口，根据需要对端口进行加工，改变其形状是管端成型工艺的原理。管端成型工艺方法主要有机械冲压式、管端偏心回转式和NC工作机驱动成型模具式等几种。机械冲压式成型通过对管端冲压而使端口形状发生改变的成型方法。管端偏心回转式成型主要用于管端成型加工的初始阶段。NC工作机驱动成型模具式成型是应用半球形成型模具在管件沿轴心进行转动时进行移动，进行管件端口加工来改变端口形状。
（三）管道弯管成型工艺。弯管成型工艺是借助弯曲模具对管件进行一定角度的弯曲，对同一管件进行多次弯曲后而形成一定的形状，是管道一体化数控成型的核心工艺。目前，三维弯曲成型是应用最广泛的管件成型工艺，其加工方式是管件在模具的作用下发生一定程度的弯曲，辗压式加工和拉式加工是最主要的两种加工方式。辗压式加工是事先将管件和模具装置固定，利用辊轮围绕弯曲模具的滚动进行管件弯曲加工。而拉式加工是靠弯曲模具拖动管件进行弯曲[2]。
（四）卸料工艺。在管件成型加工完成后，将产品从设备上人工卸下，然后进行分料悬挂弯管件，是管道开料加工工艺中的卸料工序。为了提高卸料的效率，开始采用机械手卸料，其原理是在伺服电机的驱动下，通过滚珠丝杆将完成工件平稳地卸下取出。凭借其精确的自动卸料功能，机械手卸料得到了更多的应用。
二、管道一体化数控加工的控制方案
管件数控成型加工是以开料加工、管端成型和弯管成型等加工工艺为主，精确控制好每个加工程序的过程。该过程中会产生大量的数据信息，需要对其进行准确的处理，以提高整个加工系统的工作效率。建立一套管道一体化数控加工的控制方案，能够做到对各项加工工艺的控制和转换。结合管道的一体化数控成型工艺，需要对整个管道数控加工的控制结构进行设计，得出一个完备的方案。
建立以伺服系统为核心部分的控制系统，将其作为整个管道一体化数控加工系统的控制核心。以管道一体化数控加工工艺作为控制对象，准确的接受指令信号，自动完成对管件的加工。结合管件数控加工中存在的问题，需要对伺服控制系统进行合理的设计。伺服控制系统的主要构成包括气动伺服控制、电液伺服控制和机电伺服控制系统。管件一体化加工大多选择机电伺服系统，以交流电机作为执行机构，数控成型加工控制的精确度会大幅度提高。伺服控制结构主要采用半闭环的控制方式，是针对于管件一体化加工整体机械性和传动精度较高特性的设计。
根据管件一体化加工工艺的分析，有如下特点：一，控制系统应该具有可靠性高和抗干扰能力强的特点;二，具备自动精确检测的控制系统，符合管件加工工艺对精度的要求;三，操作简单，执行人员可以很容易选择需要的管件加工方式，并能够及时得到管件加工的工艺参数;四，系统进行改造和升级更加简单快捷，做到实时通讯，便于参数的更改。对管道数控加工控制的一体化设计，实现了控制加工系统的数字化和智能化，大幅度节约了成本。通过对管件加工工艺条件、要求以及成本问题综合考虑，设计了以交流伺服控制系统为主体的控制方案。
结论：数控加工工艺成为了管道一体化数控加工的核心内容，确定了以交流伺服控制系统为主体数控加工的控制方案设计，加速提高了数控加工工艺的完善和进步。高速化、高精度化、加工过程复合化将成为未来管道一体化数控加工技术的发展目标。应用多媒体技术，智能化控制，是未来管道一体化数控加工技术的发展方向。管道一体化数控加工工艺将越来越多的应用于我们的生活当中。
