发布时间:2023-09-21 10:01:53
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中图分类号:TH39文献标识码:A
doi:10.14031/j.cnki.njwx.2018.02.031
机电一体化涉及到机械制造、自动控制等多种技术,而传感器技术是其实现自动化控制的重要一环,它的技术高低对系统的功能起着影响和决定作用。
1传感器技术的意义
机电一体化系统中最核心的部件就是传感器,同样的传感器技术也是系统的关键技术。传感器能够获取被测物体的相关信息,并对系统进行传输,为系统的决策和控制效率的提升提供技术保障。机电一体化系统中测量部分是由电路和传感器等部分组成,主要是对待测对象的信息采集和收纳,再给系统的控制提供参数等数据的决策参考,保证系统的有效控制。传感器在测量部分中能够提高收集参数的准确率和数据获取的速度,有利于测量模块更高效准确地为系统提供科学准确运行的信息,也能够使系统进行自动化检测。
2传感器技术在机电一体化系统中的运用
传感器技术所涉及的范围非常广泛,主要是利用物理特性将非电量转换为电量,能够使机电一体化系统达到更高的自动化水平和准确度[1]。
2.1汽车行业的传感器技术运用
在汽车生产中使用传感器技术是实现汽车自动化控制的关键,尤其是近些年车用电子装置的增加,如娱乐装置、防抱死系统等,都需要传感器技术。汽车机电一体化系统是用电子自动化控制代替机械式控制,这就要求汽车的整体都要覆盖检测控制装置,如底盘控制用传感器、发动机控制传感器等。
汽车传感器要求具有适应性强、抗干扰和稳定可靠性强的特点,随着新型传感器技术的应用,汽车的性能也得到了提高,如可以减少汽车的耗油量、降低尾气排放量,并为使用者提供更人性化的安全稳定服务。以汽车发动机部分为例,这一部分的传感器是众多传感器的中心,其包括温度、气体含量和爆震传感器等种类,可以有效的提高汽车发动机的实用性能。但汽车运行中会出现振动和电磁波,在选择传感器时要注意抗干扰和抗震的性能。
2.2机械加工过程中的传感器技术运用
机械加工过程中,步骤繁多需要检测的部分也很多,大致可以分为三个阶段。一是加工前,要对加工设备和配件进行自动化检测,自行判断和调整夹持方向,确定变形情况和夹紧力的大小,保证机械加工过程的正常运行。二是加工过程中,首先要确保产品的精确程度和合格率,对工程中的切削速度、力度、温度、压力等参数严格检测,达到最佳的加工条件。如其中的切削传感器技术,在切削过程中,传感器主要对切削力度的变化、过程中的振幅、声发射以及电击功率进行检测。为了检测切削状态下的稳定性和加工精度的问题,多采用应变式和压电式三向切削力传感器进行测量。三是在加工完毕后,对工件进行检测,以保证产品的合格。检测时会对工件的尺寸、光滑度、形状和圆度等位置公差测量;齿轮等样式的工件,除了以上的检测外,还要增加齿距、导程等的测量。在测量合格后,将检测参数作为下一道工序的选用条件。
2.3数控机床中的传感器技术运用
数控机床就是利用数字信号对机床的运动和加工过程进行控制,就是将刀具等工具的移动加工信息用数字代码表示。在数控机床上使用的传感器,主要有光电编码器、温度传感器、电压传感器、红外传感器等多种传感器,主要用来测量线位移、角位移、速度、压力等方面。在数控机床实际运行中,常会发生传动轴振抖的现象,为了解决这种现象,就可以使用光电传感器、超声传感器或红外传感器对传动轴振抖的现象及时检测。而且可以利用压力传感器对数控机床的夹紧力进行检测,当夹紧力大于设定值时会导致工件过紧,这时检测系统发出警报和刀具停止运行。此外,压力传感器还能够对刀具的切削力进行检测[2]。
传感器在数控机床的液压系统、气压系统中也被广泛应用,用来检测油路和气路中的压强,当气压值低于标准值时,触点会将故障位置信息传输到数控系统。
传感器技術还应用于工业机器人中,安装的传感器主要是视觉传感器和触觉传感器两种。视觉传感器可以识别工业传送带上的机械零件是否完整,可以完成危险材料的装运和自动导航。而触觉传感器则是对零件的孔洞、曲面等因素进行检查。随着机械自动化水平的不断提高,对传感器技术的要求也不断的增加,这就要求发展连续、瞬时检测的传感器。
机电一体化系统是未来工业的发展方向,而传感器技术在机电一体化系统中的运用,能够有效的提高系统的自动化和智能化水平,提高工作效率。其主要运用于机械加工、汽车行业、数控机床等机电一体化行业,为生活和工程生产提供便利。
作者:吕忠毅
伴随着机电一体化技术的快速发展,其在机械制造业中更是显现出巨大的优越性。例如数控机床就是机电一体化技术的典型产物,其通过综合运用计算机、自动控制、电气传动以及测量技术等,有效的提升了工程机械的加工精度、效率。又比如加工中心,其是带有刀库和自动换刀装置的一种高度自动化的多功能数控机床。可以说,目前在机械制造业上,应用数控机床是不可逆转的一种潮流。
1机电一体化及工程机械性能概述
1.1机电一体化概述
伴随着机电一体化技术的产生和发展,促使工程机械技术实现了机械、液压、电子控制技术等多种技术的有效融合,从而显著提升了工程机械的使用性能和经济效益。现阶段,机电一体化技术在工程机械中的应用主要是借助于微电子处理器的重要作用,通过全面优化、处理各种系统设备,从而推动工程机械行业的全面发展。例如各种工程设备能够实现状态监管和故障自检等。此外,在科技水平的进一步推动下,机电一体化技术在工程机械上的应用范围也越来越宽泛,并推动了工程机械朝向智能化和一体化的方向发展。
1.2工程机械的基本性能
随着科技水平的逐步提高以及社会的逐渐发展,工程项目已经脱离了传统单纯以人力施工的方式,而逐渐转变为采用机械化施工的方式。机械化施工能够显著提升工程项目的施工效率,降低劳动力的使用数量,节约了大量的施工成本。随着目前工程项目数量和规模的扩大,以及各种机械设备的大量投入运用,为全面提升工程机械的使用效率,人们也在工程机械中逐步融入智能化和自动化等技术,并取得了较好的实践效果,同时也进一步奠定了机电一体化技术的发展基础。
2机电一体化技术的应用
第一,在线监控、自动报警及故障自检。对于工程机械来说,机电一体化技术的具体应用是实现对所有设备系统的全程、动态电子监控。其能够对运行中出现故障的设备系统进行监控和检测,例如机械中的电动机、传动系统、工作装置、制动系统以及液压系统等等,其不仅能够实现对上述机械设备的在线监控,还能够在机械设备出现故障的时候,自动报警并快速定位故障位置,进而全面提升机械设备的工作效率,简化设备的维护检查工作,节约设备的维修费用,延长机械设备的使用寿命。
第二,调整施工的精度,提升生产效率。机电一体化在机械加工领域中应用的典型特点就是高效和高精度。例如数控机床(含加工中心)能够充分发挥现代刀具材料的性能,不仅能够显著提升加工效率,降低加工的成本,还能够提升机械零件表面的加工质量和精度。例如目前我国普通级的数控机床的加工精度已经由之前的±10μm达到了±5μm,而精密级加工中心的加工精度已经由过去的±3-5μm达到了±1-1.5μm。可以说,目前运用数控机床来实现机械加工效率,是我国机械制造业进行技术改造以及技术更新的必由之路。
第三,节能降耗的作用。过去工程机械在实际运行中,为了确保机械设备能够处于正常的运转状态中,通常需要消耗大量的能源。主要原因在于工程机械大部分情况是处于超载或者是未达到额定功率的现象,进而做了很多无用功。而通过机电一体化技术,能够对机械设备的施工功率进行有效调节,确保机械设备在正常运转的状态下无需消耗过多的无用功,能够实现节能的作用。例如对于井下作业而言,合理运用胶带输送机、通风机以及提升机等,并采用变频起动和PLC控制系统,就能够在全面提升生产效率的同时,实现大约30%左右的节电量。
3机械制造中数控技术的具体应用
3.1机械
伴随着社会的日渐进步,机械制造行业的产品的种类也日渐繁多。例如在各种机壳的毛坯制造中更多地选用焊件,而若使用传统机械加工方式则无法实现单价下料问题。因此综合运用机电综合技术的数控技术就能有效改善这种局面,运用数控气割方式,代替传统的仿型法,并运用龙骨板程序实现对采煤机叶片以及滚筒等的下料,可以实现快速切割并确保了切割质量。同时部分零件的焊接坡口可以直接割出,有效地提升了生产效率。此外,数控气割机上配备的有能够自动调整的切缝补偿装置,其可以通过程序来控制构件的实际轮廓,例如数控机床可以对铣刀的半径进行补偿。通过切缝补偿装置就能够实现对毛坯件加工余量的精确控制。
3.2机床设备
在整个机械制造行业中,机械设备是其重中之重。尤其是伴随着现代机械制造业的快速发展,更是对机床设备提出了更高的要求。现阶段,综合融入机电一体化技术的数控机床设备是机械行业中的重要产品之一。其主要是将计算机控制装置运用在机床上,通过代码来实现对机床控制的机电一体化产品。其在控制介质上记录刀具和工件的相对位置、主轴转速、刀具选择、冷却泵的启停等操作及顺序动作数字码,进而发出相应的控制指令来要求机床的伺服系统或者其他相应的执行元件,最终实现机床制动加工零件的功能。总之,机电一体化在工程机械中的应用是科技水平发展和社会进步的必然要求,因此综合运用先进的科技技术,融合国内外先进理论思想,不断完善机电一体化技术,从而促使其和工程机械实现完美的融合是工程技术人员不懈的追求。
参考文献
[1]赵耀辉.评析机电一体化技术在工程机械中的应用[J].门窗,2014,8:114.
[2]张彬.论机电一体化技术在现代工程机械中的应用与发展[J].现代商贸工业,2012,5:180.
机电一体化技术是现代社会上一种新型技术,在社会上很多领域内均有着十分广泛的应用,其中一个方面就是在现代工程机械中的运用。在现代工程机械中应用机电一体化技术,可使工程机械功能得以进一步增强,使其能够发挥更好作用,对现代工业生产可起到很大促进作用。所以,在现代机械工程中应用机电一体化技术具有十分重要的作用及意义。本文就机电一体化技术在现代工程机械中的发展运用进行分析。
1现代工程机械中机电一体化技术应用分析
1.1在工程机械的监控功能中机电一体化技术的运用
在现代工程机械中通过引进机电一体化技术,可实时监控工程机械运行过程中,其内容主要包括执行装置、传动系统以及制动系统,此外还包括液压系统,当有异常情况出现时便能够实现自动报警,可将工程机械中所发生故障的位置准确找出。因此,在现代工程机械中通过应用机电一体化技术,可有效提升机械使用效率,可使机械设备维护工作在很大程度上降低其强度,使故障维修时间可得以大大缩短,从而使生产效率能够得到有效提高。
1.2在工程机械的节能降耗中机电一体化技术的运用
对于传统工程机械而言,其能量充分利用率及使用率均比较低,比如,对于液压挖掘机而言,其燃料充分利用率仅仅能够达到30%,其余能量均被浪费。由于当前能源利用越来越紧张,导致机械工程发展应当向“节能降耗”方向发展。比如,由小松公司所生产挖掘机,其在节能降耗方面便能达到较好效果,所节约燃料能够达到大约23%,分析其原因主要就是在机械中使用新型控制节能器。再比如,由日立公司所生产挖掘机,在机械中选择的节能控制体系为“卡特电子效率”体系,其能够全面、综合控制泵及发动机,可使燃料利用率得以大大提高,并且在能够在很大程度上提高生产效率。
1.3在工程机械半自动化及自动化中机电一体化技术应用
在工程机械实际应用过程中,通过实现半自动化及自动化作业,可使操作人员在实际工作过程中大大降低其劳动强度,可在很大程度上提高工程生产效率。另外,通过在工程机械中引进自动化技术,还能够有效避免一些缺乏经验的工作人员在操作过程中有失误情况出现,可使作业精度得到有效保证。比如,由三菱公司所生产挖掘机,其中便应用挖掘轨迹控制系统,其能够预先设定耗铲斗运行轨迹,并且利用微机控制系统,可自动化控制铲刀及动臂杆运行,进而可更好实现自动化控制,并且能够使作业精度得以有效提高[1-2]。
2在现代工程机械中机电一体化技术应用展望
2.1机电一体化技术应用向微型化方向发展
在当前机电一体化技术发展过程中,微型机电一体化系统属于新的方向,并且也是在纳米程度上电子技术和机械技术两者相融合而得到的产物。对于微型机电一体化产品而言,其所指的主要就是在几何尺寸方面向微米及纳米级别发展,通常情况下及体积均小于1立方厘米,这中系统在社会上各个领域运用中均表现出明显有数,具有体积小、能耗低及运动灵活特点,属于当前社会上十分关键的一项技术。
2.2机电一体化技术应用向高性能化方向发展
对于机电一体化技术高性能化而言,其所包括内容主要有高精度应用、高速度应用以及高可靠性应用与高效率应用。对于新型CNC系统而言,其中多个CPU结构利用多总线进行连接,其主要目的就是为能够使上述四个方面要求得到满足。对于该类系统而言,其选择精简指令集机,能够使多个操作系统同时运行,从而对相关操作进行处理,进而使机电一体化产品能够具备较高性能。
2.3机电一体化技术应用向智能化方向发展
通常情况下,对于现代机电一体化进步及发展而言,其主要就是在控制理论基础方面得以体现,即相比于传统机械自动化控制技术而言,现代化机电一体化技术与其所存在区别主要就是在智能化技术方面,而这种区别的实际表现就是在产品智能性方面。对于现代化机电一体化技术而言,其综合人工智能、计算机科学以及生理学等相关一系列智能方法及思想,可对人类智能进行模拟,该技术当前正处于不断探索及应用阶段,在今后必然会有十分广阔的发展前景[2-3]。
3结语
在现代工程机械发展过程中,机电一体化技术有着十分广泛的应用,并且对现代工程机械科学性及功能性的提高具有很大帮助作用。因此,在现代工程机械实际使用过程中,应当充分掌握机电一体化技术应用情况,并且应当准确把握其发展趋势,从而使机电一体化技术能够在到更好应用及发展,进而使工程机械能够得到更好发展。
参考文献:
[1]鲁鑫康.工程机械中机电一体化技术的应用[J].电子制作,2014(9).
前言
如今,我国正处在改革开放的重要阶段,无论是经济水平还是社会建设,都发生了翻天覆地的重大变化,人们的生活条件以及生产方式都有了显著的改善,不仅如此,我国的社会化、现代化发展进程仍在持续加快,在此形势下,我国的机械制造迎来了一个前所未有的崭新时代。过去,我国的机械制造水平一直停留在传统生产阶段,具有生产效率低、生产耗能大等劣势,当传统生产阶段步入机电一体化阶段后,其生产效率与生产质量得到了大幅度的提高,不仅如此,同时减少了人力资源的消耗以及生产资源的浪费,从某种程度而言,机电一体化已然成为了机械制造、生产、发展的大趋势,为了全面推动机电一体化的发展进程,应有效运用数控技术,研究数控技术来提高机电一体的自动化、机械化、智能化水平具有极其深远的现实意义。
1机电一体化在机械制造中的应用
机一体化是一门融合了计算机技术、信息技术、机械技术、微电子技术等众多学科的综合化交叉技术,因其具有较高的实时控制、管理、统计功能而被应用在生产制造等诸多领域,在机械加工制造的过程中,能起到在线监控、节能降耗、提高质量、减少人力等积极作用,具有十分重要的现实意义,其主要功能如下。
1.1实时在线监控功能
对于机械制造而言,生产质量是第一要义,一个微小的疏忽与错误都会令机械制造出现极其严重的后果,为了保障机械产品的质量,生产工人应全天候监守在生产前线,以确保生产无误,减少故障的发生。然而这无形中就给企业工厂增添了太多的经济负担,无益于经济效益的提高。而机电一体化所具备的“自动报警及故障自诊,即对机械的电动机、传动系统、工作装置、制动系统和液压系统等的在线运行状态监控。”能够准确地对出现故障的部位以及相应故障做出及时有效的预警,工作人员可以根据报警信息在第一时间做出调整、修理与维护,这样不仅保障了机械生产的质量,还能减少设备的损耗程度,提高设备的使用寿命,节约维修费用。
1.2节能降耗,提高生产效率
传统的机械制造过程中,生产设备还处在人力化阶段,生产工人劳动强度的有限性限制了机械制造的效率,也影响了机械制造的质量以及能源损耗量。然而当机电一体化介入机械制造的过程中时,其所具有的自动化、半自动化控制功能可以极大程度地提高机械生产设备的劳动强度,减轻操作人员的工作负担,并有效地改善因操作失误出现的质量问题。不仅如此,通风机、PLC控制系统等机电设备的适用,能够极大程度地减少能源损耗,提高生产效率。
2机械制造中数控技术的应用
一直以来,机械制造都是各个国家综合国力的一种体现,提高机械制造技术十分重要。“在机械制造技术中,数控技术因可以很大程度上提高生产效率,而成为现阶段的研究热点。”从数控技术的应用发展人手,研究其所具有的价值意义对于今后我国的工业发展及其繁荣将起到十分积极有效的作用。
2.1机械制造中数控技术应用对设备的作用
在机械制造过程中,数控技术的应用主要体现在生产设备方面,“数控技术在机床控制方面取得了广泛、深入的发展,开始是数控铣床、接着是数控车床、数控钻床、数控锉床……这些设备成为了现代制造业的最关键设备,是它们保障了现代制造业向高精度、高速度、高效率、高柔性化的方向发展。”在机械制造的过程中,计算机数控技术能够良好地控制机床设备等,通过代码的方式实现机床设备的机电一体化,并通过指令对机床设备各元件部分进行控制,以确保其操作的顺畅与自动化。只有在自动化程度极高的前提下,才能保障生产效率的提高。
2.2机械制造中数控技术应用对机械的作用
机电一体化又称机械电子工程,是机械工程与自动化的一种,英语称为Mechatronics,它是由英文机械学Mechanics的前半部分与电子学Electronics的后半部分组合而成。机电一体化最早出现在1971年日本杂志《机械设计》的副刊上,随着机电一体化技术的快速发展,机电一体化的概念被我们广泛接受和普遍应用。随着计算机技术的迅猛发展和广泛应用,机电一体化技术获得前所未有的发展。现在的机电一体化技术,是机械和微电子技术紧密集合的一门技术,他的发展使冷冰冰的机器有了人性化,智能化。
一、机电一体化的优势
随着机电一体化相关技术的快速发展,机电产品的外观更加人性化、功能更加强大、体积和重量更加轻巧、可靠性更高等。与传统的机电产品相比机电一体化产品具有以下优势。
1、功能增强并且应用广泛
机电一体化产品最显著的特点就是突破了原来传统机电产品的单技术和单功能的局限性,将多种技术与功能集成于一体,使其功能更加强大。而且能适应于不同的场合和不同的领域,满足用户需求的应变能力较强。
2、精度大大提高
机电一体化技术简化了机构,减少了传动部件,从而使机械磨损、配合及受力变形等所引起的误差大大减少,同时由于采用计算机检测与控制技术补偿和校正因各种干扰造成的动态误差,从而达到单纯用机械技术所无法实现的工作精度。
3、安全性和可靠性提高
机电一体化产品一般具有自动监控、报警、自动诊断、自动保护、安全联锁控制等功能。这些功能能够避免人身伤害和设备事故的发生,提高了设备的安全性和可靠性。
4、改善操作
机电一体化产品采用计算机程序控制和数字显示,具有良好的人机界面,减少了操作按钮及手柄,改善了设备的操作性能,减少了操作人员的培训时间,从而大大简化操作。
5、提高柔性
所谓柔性,即可以利用软件来改变机器的工作程序,以满足不同的需要。例如,工业机器人具有较多的运动自由度,手爪部分可以换用不同的工具,通过改变控制程序改变运动轨迹和运动姿态,以适应不同的作业要求。
6、生产能力和工作质量提高
基于虚拟原型的机电一体化设计建模与仿真技术研究 。
二、机电一体化的核心技术?
机电一体化技术是将机械技术、电工电子技术、微电子技术、信息技术、传感器技术、接口技术、信号变换技术等多种技术进行有机地结合,并综合应用到实际中去的综合技术,现代化的自动生产设备几乎可以说都是机电一体化的设备。
1、机械本体技术?
机械本体必须从改善性能、减轻质量和提高精度等几方面考虑。现代机械产品一般都是以钢铁材料为主,为了减轻质量除了在结构上加以改进,还应考虑利用非金属复合材料。只有机械本体减轻了重量,才有可能实现驱动系统的小型化,进而在控制方面改善快速响应特性,减少能量消耗,提高效率。?
2、传感技术?
传感器的问题集中在提高可靠性、灵敏度和精确度方面,提高可靠性与防干扰有着直接的关系。为了避免电干扰,目前有采用光纤电缆传感器的趋势。对外部信息传感器来说,目前主要发展非接触型检测技术。?
3、信息处理技术?
机电一体化与微电子学的显著进步、信息处理设备(特别是微型计算机)的普及应用紧密相连。为进一步发展机电一体化,必须提高信息处理设备的可靠性,包括模/数转换设备的可靠性和分时处理的输入输出的可靠性,进而提高处理速度,并解决抗干扰及标准化问题。?
4、驱动技术?
电机作为驱动机构已被广泛采用,但在快速响应和效率等方面还存在一些问题。目前,正在积极发展内部装有编码器的电机以及控制专用组件-传感器-电机三位一体的伺服驱动单元。?
5、接口技术?
为了与计算机进行通信,必须使数据传递的格式标准化、规格化。接口采用同一标准规格不仅有利于信息传递和维修,而且可以简化设计。目前,技术人员正致力于开发低成本、高速串行的接口,来解决信号电缆非接触化、光导纤维以及光藕器的大容量化、小型化、标准化等问题。?
6、软件技术?
软件与硬件必须协调一致地发展。为了减少软件的研制成本,提高生产维修的效率,要逐步推行软件标准化,包括程序标准化、程序模块化、软件程序的固化、推行软件工程等。
三、机电一体化技术的发展前景
纵观国内机电一体化的发展现状和科学技术的提升,机电一体化将朝着以下几个方向发展:
一是智能化。智能化是机电一体化与传统机械自动化的主要区别之一。近几年,处理器速度的提高和微机的高性能化、传感器系统的集成化,有力地推动着机电一体化产品向智能化方向发展。其产品可以模拟人类智能,从而取代制造工程中人的部分脑力劳动。
二是系统化。系统化的表现特征之一就是系统体系结构进一步采用开放式和模式化的总线结构。系统可以灵活组态,进行任意的剪裁和组合。表现特征之二是通信功能大大加强,远程及多系统通信联网的局部网络正逐渐被采用。另外,机电一体化产品还可根据一些生物体优良的构造研究某种新型机体,使其向着生物系统化方向发展。
三是微型化。微型机电一体化系统高度融合了微机械技术、微电子技术和软件技术,是机电一体化的一个新的发展方向。由于微机电一体化系统具有体积小、耗能小、运动灵活等特点,可进入一般机械无法进入的空间并易于进行精细操作,其具有广阔的应用前景。
四是模块化。模块化也是机电一体化产品的一个发展趋势。由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多,它需要制订一系列标准,以便各部件、单元的匹配和接口。机电一体化产品生产企业可利用标准单元迅速开发新产品,同时也可以不断扩大生产规模。
五是绿色化。绿色化是时代的趋势,机电一体化产品的绿色化主要是指使用时不污染生态环境,报废时能回收利用。绿色制造业是现代制造业的可持续发展模式。
六是网络化。网络技术的飞速发展对机电一体化有重大影响,使其朝着网络化方向发展。机电一体化产品的种类很多,面向网络的方式也不同。由于网络的普及,基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾,而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品。?
四、结束语
综上所述,机电一体化技术是众多科学技术发展的结晶,是社会生产力发展到一定阶段的必然要求。它促使机械工业发生战略性的变革,使传统的机械设计方法和设计概念发生着革命性的变化。大力发展新一代机电一体化产品,不仅是改造传统机械设备的要求,而且是推动机械产品更新换代和开辟新领域、发展与振兴机械工业的必由之路。
参考文献:
[1] 倪勇. 机电一体化技术在工程机械中的应用研究[A]. 2014年4月建筑科技与管理学术交流会论文集[C]. 2014
[2] 田军锋. 国产主要综采机电设备存在的问题及发展方向[A]. 安全高效矿井机电装备及信息化技术――陕西省煤炭学会学术年会论文集(2011)[C]. 2011