第一篇：機(jī)械動(dòng)力學(xué)在機(jī)械系統(tǒng)及生活中的應(yīng)用及其發(fā)展前景

機(jī)械動(dòng)力學(xué)在機(jī)械系統(tǒng)及生活中的應(yīng)用及其發(fā)展前景

41131023 崔旭

現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)已從原來發(fā)展較成熟的、為實(shí)現(xiàn)某種功能的運(yùn)動(dòng)學(xué)設(shè)計(jì)，逐漸轉(zhuǎn)向了以改善和提高機(jī)器運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力特性為主要目的的動(dòng)力學(xué)綜合。機(jī)構(gòu)動(dòng)力平衡、彈性激斗動(dòng)力學(xué)、含間隙機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)等，已成為現(xiàn)代機(jī)械動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域的重要前沿課題和新分支，在近一二十年有了長(zhǎng)足發(fā)展。國(guó)際上對(duì)此開展了全面、深入的研究，取得了豐碩成果。我國(guó)學(xué)者在這領(lǐng)域也進(jìn)行了一系列的研究，并已取得了重要的進(jìn)展，尤其是在機(jī)構(gòu)動(dòng)平衡理論及方法，連桿機(jī)構(gòu)彈性動(dòng)力學(xué)綜合和含間隙機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析等方面的理論研究成果，已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。總的來說，機(jī)械動(dòng)力學(xué)研究已經(jīng)發(fā)展到了一定階段。

機(jī)械動(dòng)力學(xué)是機(jī)械原理的主要組成部分，它主要研究機(jī)械在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的受力情況，機(jī)械中各構(gòu)件的質(zhì)量與機(jī)械運(yùn)動(dòng)之間的相互關(guān)系等等，是現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)。以下針對(duì)動(dòng)力學(xué)的研究?jī)?nèi)容及其應(yīng)用和發(fā)展前景進(jìn)行論述。

一、機(jī)械動(dòng)力學(xué)主要研究的內(nèi)容

1.在已知外力作用下求具有確定慣性參量的機(jī)械系統(tǒng)的真實(shí)運(yùn)動(dòng)規(guī)律。為了簡(jiǎn)化問題，常把機(jī)械系統(tǒng)看作具有理想、穩(wěn)定約束的剛體系統(tǒng)處理。對(duì)于單自由度的機(jī)械系統(tǒng)，用等效力和等效質(zhì)量的概念可以把剛體系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)問題轉(zhuǎn)化為單個(gè)剛體的動(dòng)力學(xué)問題；對(duì)多自由度機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)問題一般用拉格朗日方程求解。機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程常常是多參量非線性微分方程，只在特殊條件下可直接求解，一般情況下需要用數(shù)值方法迭代求解。許多機(jī)械動(dòng)力學(xué)問題可借助電子計(jì)算機(jī)分析。計(jì)算機(jī)根據(jù)輸入的外力參量、構(gòu)件的慣性參量和機(jī)械系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)信息，自動(dòng)列出相應(yīng)的微分方程并解出所要求的運(yùn)動(dòng)參量。

2.分析機(jī)械運(yùn)動(dòng)過程中各構(gòu)件之間的相互作用力。這些力的大小和變化規(guī)律是設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)副的結(jié)構(gòu)、分析支承和構(gòu)件的承載能力以及選擇合理潤(rùn)滑方法的依據(jù)。在求出機(jī)械真實(shí)運(yùn)動(dòng)規(guī)律后可算出各構(gòu)件的慣性力，再依據(jù)達(dá)朗伯原理用靜力學(xué)方法求出構(gòu)件間的相互作用力。

3.研究回轉(zhuǎn)構(gòu)件和機(jī)構(gòu)平衡的理論和方法。平衡的目的是消除或減少作用在機(jī)械基礎(chǔ)上周期變化的振顫力和振顫力矩。對(duì)于剛性轉(zhuǎn)子的平衡已有較成熟的技術(shù)和方法：對(duì)于工作轉(zhuǎn)速接近或超過轉(zhuǎn)子自身固有頻率的撓性轉(zhuǎn)子平衡問題，不論是理論和方法都需要進(jìn)一步研究。

平面或空間機(jī)構(gòu)中包含有往復(fù)運(yùn)動(dòng)和平面或空間一般運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件。其質(zhì)心沿一封閉曲線運(yùn)動(dòng)。根據(jù)機(jī)構(gòu)的不同結(jié)構(gòu)，可以應(yīng)用附加配重或附加構(gòu)件等方法全部或部分消除其振顫力。但振顫力矩的全部平衡較難實(shí)現(xiàn)。優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用于機(jī)構(gòu)平衡領(lǐng)域已經(jīng)取得較好的成果。

4.研究機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)過程中能量的平衡和分配關(guān)系。這包括：機(jī)械效率的計(jì)算和分析；調(diào)速器的理論和設(shè)計(jì)；飛輪的應(yīng)用和設(shè)計(jì)等。

5.機(jī)械振動(dòng)的分析研究是機(jī)械動(dòng)力學(xué)的基本內(nèi)容之一。它已發(fā)展成為內(nèi)容豐富、自成體系的一門學(xué)科。

6.機(jī)構(gòu)分析和機(jī)構(gòu)綜合一般是對(duì)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)而言，但隨著機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度的提高，機(jī)械動(dòng)力學(xué)已成為分析和綜合高速機(jī)構(gòu)時(shí)不可缺少的內(nèi)容。

二、機(jī)械動(dòng)力學(xué)在機(jī)械系統(tǒng)和生活中的應(yīng)用 1.分子機(jī)械動(dòng)力學(xué)的研究

作為納米科技的一個(gè)分支，分子機(jī)械和分子器件的研究工作受到普遍關(guān)注。如何針對(duì)納機(jī)電系統(tǒng)(NEMS)器件建立科學(xué)適用的力學(xué)模型，成為解決納米尺度動(dòng)力學(xué)問題的瓶頸。分子機(jī)械是極其重要的一類NEMS器件．分為天然的與人工的兩類。人工分子機(jī)械是通過對(duì)原子的人為操縱，合成、制造出具有能量轉(zhuǎn)化機(jī)制或運(yùn)動(dòng)傳遞機(jī)制的納米級(jí)的生物機(jī)械裝置。由于分子機(jī)械具有高效節(jié)能、環(huán)保無噪、原料易得、承載能力大、速度高等特點(diǎn)，加之具有納米尺度，故在國(guó)防、航天、航空、醫(yī)學(xué)、電子等領(lǐng)域具有十分重要的應(yīng)用前景，因而受到各發(fā)達(dá)國(guó)家的高度重視。目前已經(jīng)成功研制出多種分子機(jī)械，如分子馬達(dá)、分子齒輪、分子軸承等。但在分子機(jī)械實(shí)現(xiàn)其工程化與規(guī)模化的過程中，由于理論研究水平的制約，使分子機(jī)械的研究工作受到了進(jìn)一步得制約。

分子機(jī)械動(dòng)力學(xué)研究的關(guān)鍵是建立科學(xué)合理的力學(xué)模型。目前，分子機(jī)械動(dòng)力學(xué)采用的力學(xué)模型有兩類，第一類是建立在量子力學(xué)、分子力學(xué)以及波函數(shù)理論基礎(chǔ)上的離散原子作用模型。在該模型中，依據(jù)分子機(jī)械的初始構(gòu)象，將分子機(jī)械系統(tǒng)離散為大量相互作用的原子，每個(gè)原子擁有質(zhì)量，所處的位置用幾何點(diǎn)表示。通過引入鍵長(zhǎng)伸縮能，鍵角彎曲能，鍵的二面角扭轉(zhuǎn)能，以及非鍵作用能等，形成機(jī)械的勢(shì)能面，使系統(tǒng)總勢(shì)能最小的構(gòu)象即為分子機(jī)械的穩(wěn)定構(gòu)象。采用分子力學(xué)和分子動(dòng)力學(xué)等方法，對(duì)分子機(jī)械的動(dòng)態(tài)構(gòu)象與運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行計(jì)算。從理論上講，該模型可以獲得分子機(jī)械每個(gè)時(shí)刻精確的動(dòng)力學(xué)性能，但計(jì)算T作量十分龐大，特別是當(dāng)原子數(shù)目較大時(shí)，其計(jì)算工作量是無法承受的。第二類模型為連續(xù)介質(zhì)力學(xué)模型。該模型將分子機(jī)械視為桁架結(jié)構(gòu)，原子為桁架的節(jié)點(diǎn)，化學(xué)鍵為連接節(jié)點(diǎn)的桿件，然后采用結(jié)構(gòu)力學(xué)中的有限元方法進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析。該模型雖然克服了第一類模型計(jì)算量龐大的缺陷，但無法描述各原子中電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，故沒有考慮分子機(jī)械的光、電驅(qū)動(dòng)效應(yīng)和量子力學(xué)特性．所以在此模型上難以對(duì)分子機(jī)械實(shí)施運(yùn)動(dòng)控制研究。近年來，有學(xué)者提出將量子力學(xué)中的波函數(shù)、結(jié)構(gòu)力學(xué)中的能量函數(shù)以及機(jī)構(gòu)學(xué)中的運(yùn)動(dòng)副等理論結(jié)合，建立分子機(jī)械動(dòng)力學(xué)分析的體鉸群模型。在該模型中，將分子機(jī)械中的驅(qū)動(dòng)光子、電子、離子等直接作用的原子以及直接構(gòu)成運(yùn)動(dòng)副的原子稱為體，聯(lián)接體的力場(chǎng)稱為鉸，具有確切構(gòu)象的體鉸組合稱為群。將群視為相對(duì)運(yùn)動(dòng)與形變運(yùn)動(dòng)相結(jié)合的桿件．用群間相對(duì)位置的變化反應(yīng)分子的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，而群的形變運(yùn)動(dòng)反映分子構(gòu)象的變化，借助坐標(biāo)凝聚對(duì)群進(jìn)行低維描述。該模型的核心思想來自于一般力學(xué)中的子結(jié)構(gòu)理論和模態(tài)綜合技術(shù)。

2.往復(fù)機(jī)械的動(dòng)力學(xué)分析及減振的研究

機(jī)械產(chǎn)生振動(dòng)的原因，大致分為兩種，一種是機(jī)械本身工作時(shí)力和力矩的不平衡引起的振動(dòng)，另一種是由于外力或力矩作用于機(jī)架上而引起機(jī)械的振動(dòng)。下面只研究機(jī)械本身由于力和力矩的不平衡而引起的振動(dòng)問題。往復(fù)機(jī)械包含有大質(zhì)量的活塞、聯(lián)桿等組成的曲柄-活塞機(jī)構(gòu)，這些大質(zhì)量構(gòu)件在高速周期性運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的不平衡力和氣缸內(nèi)的燃?xì)鈮毫蛘魵鈮毫Φ闹芷谛宰兓瘶?gòu)成了機(jī)器本身和基礎(chǔ)的振動(dòng)。這樣產(chǎn)生的振動(dòng)通過機(jī)架傳給基礎(chǔ)。此振動(dòng)只要采用適當(dāng)?shù)姆椒朔黄胶饬@一因素，便可減小振動(dòng)。然而由曲柄軸的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩使機(jī)架產(chǎn)生的反力而引起的振動(dòng)將是最難解決的問題。

通過一系列的動(dòng)力學(xué)分析，將產(chǎn)生新的減小振動(dòng)的思路，即想法將往復(fù)機(jī)械工作時(shí)產(chǎn)生的慣性力和力矩的不平衡性，盡量在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部加以平衡解決，使其不傳給機(jī)架。以往解決平衡的辦法是在曲柄軸中心線另一側(cè)加上適當(dāng)配重即可平衡，對(duì)多缸發(fā)動(dòng)機(jī)雖然也可按同樣辦法來處理，但比較麻煩，且發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)笨大。由曲柄-活塞動(dòng)力學(xué)分析可知，若作用于往復(fù)機(jī)械的力之總和等于零(靜平衡條件)和上述作用力對(duì)任意點(diǎn)的力矩之總和等于零(動(dòng)平衡條件)，則作用于往復(fù)機(jī)械的力和力矩就完全平衡。從理論分析上是可行的，在實(shí)際應(yīng)用上也是可以實(shí)現(xiàn)的，即對(duì)于多缸發(fā)動(dòng)機(jī)的平衡，只要合理安排曲柄角位置和適當(dāng)選擇曲柄、連桿、活 塞構(gòu)件的質(zhì)量，則可完全滿足關(guān)于轉(zhuǎn)動(dòng)質(zhì)量的兩個(gè)平衡條件，因而可達(dá)到減小整機(jī)振動(dòng)的目的。

3.機(jī)械系統(tǒng)的碰撞振動(dòng)與控制的研究

機(jī)械系統(tǒng)內(nèi)部或邊界間隙引起的碰撞振動(dòng)是機(jī)械動(dòng)力學(xué)的研究熱點(diǎn)之一。該領(lǐng)域的近期研究成果有：(1)碰撞振動(dòng)的間斷和連續(xù)分析，包括穩(wěn)定性分析、奇異性問題、擦邊誘發(fā)分叉、非線性模態(tài)等研究；(2)碰撞振動(dòng)控制，特別是不連續(xù)系統(tǒng)的控制方法和控制混沌碰撞振動(dòng)；(3)碰撞振動(dòng)分析的數(shù)值方法；(4)碰撞振動(dòng)實(shí)驗(yàn)研究。

在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行環(huán)境下，機(jī)械系統(tǒng)內(nèi)部或邊界上的間隙通常使系統(tǒng)產(chǎn)生碰撞振動(dòng)，即零部件間或零部件與邊界間的往復(fù)碰撞。這會(huì)造成有害的動(dòng)應(yīng)力、表面磨損和高頻噪聲，嚴(yán)重影響產(chǎn)品的質(zhì)量。在當(dāng)代高技術(shù)的機(jī)電系統(tǒng)中，碰撞振動(dòng)有時(shí)會(huì)成為影響系統(tǒng)性能的主要因素。例如：(1)在由機(jī)器人完成的柔順插入裝配中，為避免軸、孔對(duì)中誤差而引起卡阻，需要同時(shí)控制操作器的位置和它與環(huán)境間的作用力。這類柔順操作器的關(guān)鍵部分由彈性元件、應(yīng)變測(cè)量模塊及力反饋電路組成，通過控制彈性元件的變形，產(chǎn)生對(duì)負(fù)載變化非常敏感的控制力。操作器研制的難點(diǎn)之一是，傳動(dòng)誤差擾動(dòng)經(jīng)過間隙環(huán)節(jié)后成為極復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)，對(duì)高靈敏度操作器的動(dòng)力學(xué)特性產(chǎn)生影響。(2)大型航天器中許多大柔性結(jié)構(gòu)(如空間站的天線、太陽能電池帆板)需要在太空軌道裝配或自動(dòng)展開，為此，在關(guān)節(jié)(或套筒)中留有一定間隙。雖然這些間隙與結(jié)構(gòu)尺寸相比很小，但因關(guān)節(jié)數(shù)目很多而使整個(gè)結(jié)構(gòu)呈明顯的松動(dòng)，其振動(dòng)特性變得非常復(fù)雜。另外，這類結(jié)構(gòu)往往還受主動(dòng)控制，間隙顯著增加了控制的難度。

因此，深入研究間隙引起的碰撞振動(dòng)，才能在高技術(shù)機(jī)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)階段把握其動(dòng)力學(xué)特性，避免后繼階段的大挫折。由于碰撞振動(dòng)系統(tǒng)是復(fù)雜的非線性動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)，對(duì)它的研究既有理論難度又有重要工程實(shí)際意義，得到普遍關(guān)注。

4.流體動(dòng)力學(xué)在流體機(jī)械領(lǐng)域中的應(yīng)用

空氣、水、油等易于流動(dòng)的物質(zhì)被統(tǒng)稱為流體。在力的作用下，流體的流動(dòng)可引起能量的傳遞、轉(zhuǎn)換和物質(zhì)的傳送。利用流體進(jìn)行力的傳遞、進(jìn)行功和能的轉(zhuǎn)換的機(jī)械，被稱為流體機(jī)械。流體力學(xué)就是一門研究流體流動(dòng)規(guī)律，以及流體與固體相互作用的一門學(xué)科，研究的范圍涉及到風(fēng)扇的設(shè)計(jì)，發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)氣體的流動(dòng)以及車輛外形的減阻設(shè)計(jì)，水利機(jī)械的工作原理，輸油管道的鋪設(shè)，供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，乃至航海、航空和航天等領(lǐng)域內(nèi)動(dòng)力系統(tǒng)和外形的設(shè)計(jì)等。計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（CFD），就是建立在經(jīng)典流體動(dòng)力學(xué)與數(shù)值計(jì)算方法基礎(chǔ)之上的一門新型學(xué)科。CFD 應(yīng)用計(jì)算流體力學(xué)理論與方法，利用具有超強(qiáng)數(shù)值運(yùn)算能力的計(jì)算機(jī)，編制計(jì)算機(jī)運(yùn)行程序，數(shù)值求解滿足不同種類流體的流動(dòng)和傳熱規(guī)律的質(zhì)量守恒、動(dòng)量守恒和能量守恒三大守恒規(guī)律，及附加的各種模型方程所組成的非線性偏微分方程組，得到確定邊界條件下的數(shù)值解。CFD 兼有理論性和實(shí)踐性的雙重特點(diǎn)，為現(xiàn)代科學(xué)中許多復(fù)雜流動(dòng)與傳熱問題提供了有效的解決方法。

三、展望

近代機(jī)械發(fā)展的一個(gè)顯著特點(diǎn)是，自動(dòng)調(diào)節(jié)和控制裝置日益成為機(jī)械不可缺少的組成部分。機(jī)械動(dòng)力學(xué)的研究對(duì)象已擴(kuò)展到包括不同特性的動(dòng)力機(jī)和控制調(diào)節(jié)裝置在內(nèi)的整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)，控制理論已滲入到機(jī)械動(dòng)力學(xué)的研究領(lǐng)域。

在高速、精密機(jī)械設(shè)計(jì)中，為了保證機(jī)械的精確度和穩(wěn)定性，構(gòu)件的彈性效應(yīng)已成為設(shè)計(jì)中不容忽視的因素。一門把機(jī)構(gòu)學(xué)、機(jī)械振動(dòng)和彈性理論結(jié)合起來的新的學(xué)科——運(yùn)動(dòng)彈性體動(dòng)力學(xué)正在形成，并在高速連桿機(jī)構(gòu)和凸輪機(jī)構(gòu)的研究中取得了一些成果。在某些機(jī)械的設(shè)計(jì)中，已提出變質(zhì)量的機(jī)械動(dòng)力學(xué)問題。各種模擬理論和方法以及運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)的測(cè)試方法，日益成為機(jī)械動(dòng)力學(xué)研究的重要手段。

四、小結(jié)

當(dāng)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，尤其是電子、信息技術(shù)的日新月異加快了人類前進(jìn)的步伐。作為現(xiàn)代社會(huì)進(jìn)行生產(chǎn)和服務(wù)五大要素之一的機(jī)械，也面臨著一次又一次的挑戰(zhàn)，使得機(jī)械產(chǎn)品不得不向完全科學(xué)化發(fā)展，向最優(yōu)發(fā)展。因此機(jī)械動(dòng)力學(xué)在越來越多的領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，如由于機(jī)器速度的提高，一方面使得慣性作用明顯增加，由此產(chǎn)生的振動(dòng)、噪聲等問題嚴(yán)重影響機(jī)器的工作性能和使用壽命；令一方面，由于高速度以及輕化型的要求，機(jī)構(gòu)桿件的彈性變形已不可避免，這大大改變了傳統(tǒng)理想機(jī)械的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力特性。另外，隨著機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)速度和載荷的增加，機(jī)構(gòu)中運(yùn)動(dòng)副間隙、制造和加工誤差、摩擦、磨損等因素對(duì)機(jī)器工作性能的影響也更加明顯。以上問題說明，要滿足現(xiàn)代機(jī)械的要求，提高機(jī)器的動(dòng)態(tài)性能和工作質(zhì)量，關(guān)鍵是要解決好機(jī)械動(dòng)力學(xué)的問題。

機(jī)械動(dòng)力學(xué)的研究已成為當(dāng)前機(jī)械學(xué)領(lǐng)域的重要前沿課題，這在日常對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的使用過程中已達(dá)到共識(shí)，所以應(yīng)該從實(shí)現(xiàn)某種功能的運(yùn)動(dòng)學(xué)設(shè)計(jì)，逐漸向以改善和提高機(jī)器運(yùn)動(dòng)和運(yùn)動(dòng)特性為主要目的的動(dòng)力學(xué)綜合方向發(fā)展，總的來說，機(jī)械動(dòng)力學(xué)研究已經(jīng)發(fā)展到了一定的階段，還需要不斷的總結(jié)歸納，慢慢向新領(lǐng)域發(fā)展，這才能真正讓動(dòng)力學(xué)為我們創(chuàng)造更多的價(jià)值，造福人類。

第二篇：機(jī)械動(dòng)力學(xué)在機(jī)械行業(yè)中的應(yīng)用及發(fā)展

摘要 世紀(jì)初,發(fā)展以靈巧機(jī)械手、步行機(jī)器人、并聯(lián)機(jī)床、可移動(dòng)光學(xué)儀器平臺(tái)、磁懸浮列車、汽車主動(dòng)底盤等為代表的智能化機(jī)電產(chǎn)品將是我國(guó)機(jī)械工業(yè)的奮斗目標(biāo)之一。這類機(jī)電產(chǎn)品具有材料新穎、結(jié)構(gòu)輕巧、機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、智能化高等特點(diǎn)，產(chǎn)生了材料非線性、幾何非線性、控制中的非線性與時(shí)滯等復(fù)雜動(dòng)力學(xué)問題。這些問題將是21 世紀(jì)初機(jī)械動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域的研究前沿。

近代機(jī)械發(fā)展的一個(gè)顯著特點(diǎn)是，自動(dòng)調(diào)節(jié)和控制裝置日益成為機(jī)械不可缺少的組成部分。機(jī)械動(dòng)力學(xué)的研究對(duì)象已擴(kuò)展到包括不同特性的動(dòng)力機(jī)和控制調(diào)節(jié)裝置在內(nèi)的整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)，控制理論已滲入到機(jī)械動(dòng)力學(xué)的研究領(lǐng)域。在高速、精密機(jī)械設(shè)計(jì)中，為了保證機(jī)械的精確度和穩(wěn)定性，構(gòu)件的彈性效應(yīng)已成為設(shè)計(jì)中不容忽視的因素。一門把機(jī)構(gòu)學(xué)、機(jī)械振動(dòng)和彈性理論結(jié)合起來的新的學(xué)科——運(yùn)動(dòng)彈性體動(dòng)力學(xué)正在形成，并在高速連桿機(jī)構(gòu)和凸輪機(jī)構(gòu)的研究中取得了一些成果。在某些機(jī)械的設(shè)計(jì)中，已提出變質(zhì)量的機(jī)械動(dòng)力學(xué)問題。各種模擬理論和方法以及運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)的測(cè)試方法，日益成為機(jī)械動(dòng)力學(xué)研究的重要手段。

一、機(jī)械動(dòng)力學(xué)研究的內(nèi)容

任何機(jī)械，在存在運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，都要受到力的作用。機(jī)械動(dòng)力學(xué)時(shí)研究機(jī)械在力作用下的運(yùn)動(dòng)和機(jī)械在運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生的力，并從力與運(yùn)動(dòng)的相互作用的角度進(jìn)行機(jī)械的設(shè)計(jì)和改進(jìn)的科學(xué)。詳細(xì)的機(jī)械動(dòng)力學(xué)研究方向可以分為以下六點(diǎn)：

（1）在已知外力作用下，求具有確定慣性參量的機(jī)械系統(tǒng)的真實(shí)運(yùn)動(dòng)規(guī)律；分析機(jī)械運(yùn)動(dòng)過程中各構(gòu)件之間的相互作用力；研究回轉(zhuǎn)構(gòu)件和機(jī)構(gòu)平衡的理論和方法；機(jī)械振動(dòng)的分析；以及機(jī)構(gòu)的分析和綜合等等。

為了簡(jiǎn)化問題，常把機(jī)械系統(tǒng)看作具有理想、穩(wěn)定約束的剛體系統(tǒng)處理。對(duì)于單自由度的機(jī)械系統(tǒng)，用等效力和等效質(zhì)量的概念，可以把剛體系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)問題轉(zhuǎn)化為單個(gè)剛體的動(dòng)力學(xué)問題；對(duì)多自由度機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)問題一般用拉格朗日方程求解。機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程常常是多參量非線性微分方程，只在特殊條件下可直接求解，一般情況下需要用數(shù)值方法迭代求解許多機(jī)械動(dòng)力學(xué)問題可借助電子計(jì)算機(jī)分析計(jì)算機(jī)根據(jù)輸入的外力參量、構(gòu)件的慣性參量和機(jī)械系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)信息，自動(dòng)列出相應(yīng)的微分方程并解出所要求的運(yùn)動(dòng)參量。（2）分析機(jī)械運(yùn)動(dòng)過程中各構(gòu)件之間的相互作用力。這些力的大小和變化規(guī)律是設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)副的結(jié)構(gòu)、分析支承和構(gòu)件的承載能力以及選擇合理潤(rùn)滑方法的依據(jù)。在求出機(jī)械真實(shí)運(yùn)動(dòng)規(guī)律后可算出各構(gòu)件的慣性力，再依據(jù)達(dá)朗伯原理用靜力學(xué)方法求出構(gòu)件間的相互作用力。（3）研究回轉(zhuǎn)構(gòu)件和機(jī)構(gòu)平衡的理論和方法。平衡的目的是消除或減少作用在機(jī)械基礎(chǔ)上周期變化的振顫力和振顫力矩。對(duì)于剛性轉(zhuǎn)子的平衡已有較成熟的技術(shù)和方法：對(duì)于工作轉(zhuǎn)速接近或超過轉(zhuǎn)子自身固有頻率的撓性轉(zhuǎn)子平衡問題，不論是理論和方法都需要進(jìn)一步研究。

平面或空間機(jī)構(gòu)中包含有往復(fù)運(yùn)動(dòng)和平面或空間一般運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件。其質(zhì)心沿一封閉曲線運(yùn)動(dòng)。根據(jù)機(jī)構(gòu)的不同結(jié)構(gòu)，可以應(yīng)用附加配重或附加構(gòu)件等方法全部或部分消除其振顫力但振顫力矩的全部平衡較難實(shí)現(xiàn)優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用于機(jī)構(gòu)平衡領(lǐng)域已經(jīng)取得較好的成果。（4）研究機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)過程中能量的平衡和分配關(guān)系。這包括：機(jī)械效率的計(jì)算和分析；調(diào)速器的理論和設(shè)計(jì)；飛輪的應(yīng)用和設(shè)計(jì)等。

（5）機(jī)械振動(dòng)的分析研究是機(jī)械動(dòng)力學(xué)的基本內(nèi)容之一。它已發(fā)展成為內(nèi)容豐富、自成體系的一門學(xué)科。

（6）機(jī)構(gòu)分析和機(jī)構(gòu)綜合一般是對(duì)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)而言，但隨著機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度的提高，機(jī)械動(dòng)力學(xué)已成為分析和綜合高速機(jī)構(gòu)時(shí)不可缺少的內(nèi)容.二、機(jī)械動(dòng)力學(xué)的分類 機(jī)械動(dòng)力學(xué)的分析過程，按其功能的不同，可以分為兩類問題：（1）動(dòng)力學(xué)反問題：已知機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和阻力（力矩），求解應(yīng)施加于原動(dòng)構(gòu)件上的平衡力（平衡力矩），以及各種運(yùn)動(dòng)副中的反力，也就是已知運(yùn)動(dòng)，求力。

（2）動(dòng)力學(xué)正問題：給定機(jī)器的輸入力（力矩）和阻力的變化規(guī)律，求解機(jī)器的時(shí)間運(yùn)動(dòng)規(guī)律，也就是已知力，求運(yùn)動(dòng)。

以機(jī)器人為例加以詳細(xì)說明。在機(jī)器人的分析中，首先要根據(jù)機(jī)器人手部應(yīng)完成的工作，進(jìn)行軌跡的規(guī)劃，即給定機(jī)器人手部的運(yùn)動(dòng)路徑以及路徑上個(gè)點(diǎn)的速度和加速度。然后，通過求解動(dòng)力學(xué)反問題，求出應(yīng)施加于各主動(dòng)關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)力矩的變化規(guī)律。動(dòng)力學(xué)反問題時(shí)機(jī)器人控制設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。若已知各關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)力矩，要求解手部的真實(shí)運(yùn)動(dòng)，則需要求解動(dòng)力學(xué)正問題，它是機(jī)器人動(dòng)態(tài)仿真的基礎(chǔ)。

三、機(jī)械動(dòng)力學(xué)在現(xiàn)代機(jī)械系統(tǒng)中的應(yīng)用

從分析、仿真到設(shè)計(jì)和控制，機(jī)械動(dòng)力學(xué)的研究范圍在不斷擴(kuò)大，形成了許多的分支領(lǐng)域，如：機(jī)床動(dòng)力學(xué)、車輛動(dòng)力學(xué)、轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)、機(jī)器人動(dòng)力學(xué)、彈性機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)等（1）機(jī)床動(dòng)力學(xué)

對(duì)精密機(jī)床來說，加工精度時(shí)很重要的一個(gè)指標(biāo)，而機(jī)床的震動(dòng)則嚴(yán)重破壞了機(jī)床的加工精度。切削過程中產(chǎn)生的復(fù)雜的激振力，傳動(dòng)系統(tǒng)中的齒輪、滾動(dòng)軸承等則是機(jī)床的內(nèi)部振動(dòng)源。機(jī)床動(dòng)力學(xué)的研究?jī)?nèi)容為：機(jī)床的動(dòng)力源分析、機(jī)床振動(dòng)的動(dòng)力學(xué)模型和振動(dòng)分析，及機(jī)床的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)。（2）車輛動(dòng)力學(xué)

隨著車輛的高速化，安全性和舒適性變得十分重要。而出現(xiàn)了許多獨(dú)有的動(dòng)力學(xué)問題，例如:帶有錐度的車輪子鐵軌上的振動(dòng)會(huì)導(dǎo)致列車的蛇形運(yùn)動(dòng)，它會(huì)激發(fā)車輛的橫向運(yùn)動(dòng)；高速列車在大區(qū)率彎道上的運(yùn)動(dòng)時(shí)涉及車輛安全的重大課題；為提高轎車的舒適性，最新的研究趨向時(shí)車架振動(dòng)的主動(dòng)控制，即根據(jù)每時(shí)刻的路面激勵(lì)情況和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，隨時(shí)調(diào)整振動(dòng)系統(tǒng)元件的參數(shù)，使其永遠(yuǎn)處于最佳的減震狀態(tài)。（3）轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)

汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、離心機(jī)等旋轉(zhuǎn)機(jī)械，轉(zhuǎn)子時(shí)其工作的主體。為了提高機(jī)械的工作效率和容量，這類機(jī)械的轉(zhuǎn)速日益提高。抑制轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的振動(dòng)時(shí)關(guān)鍵問題。特別是大型汽輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子，由于振動(dòng)造成的破壞會(huì)給國(guó)民經(jīng)濟(jì)造成重大損失。20世紀(jì)80年代，我國(guó)兩臺(tái)20萬千萬汽輪發(fā)電機(jī)組就曾因振動(dòng)引起嚴(yán)重的短軸事件。轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)研究轉(zhuǎn)子及其支撐系統(tǒng)的振動(dòng)及其對(duì)策。它以早期的軸和軸系的振動(dòng)研究為基礎(chǔ)，但汽輪發(fā)電機(jī)組軸的工作轉(zhuǎn)速超過了臨界轉(zhuǎn)速，而且包含著更復(fù)雜的多的振動(dòng)現(xiàn)象，從而形成了機(jī)械動(dòng)力學(xué)的一個(gè)重要分支。

（4）機(jī)器人動(dòng)力學(xué)

20世紀(jì)60年代，機(jī)器人學(xué)誕生并迅速地發(fā)展起來，它是機(jī)構(gòu)學(xué)、機(jī)械電子學(xué)、計(jì)算機(jī)學(xué)和信息科學(xué)等多學(xué)科綜合而成的前沿學(xué)科。各種工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)越來越廣泛的應(yīng)用于噴漆、搬運(yùn)、焊接和裝配等工業(yè)生產(chǎn)線上，各種特種機(jī)器人則應(yīng)用于海洋探測(cè)、外空探測(cè)等領(lǐng)域。機(jī)器人機(jī)構(gòu)學(xué)成為機(jī)構(gòu)學(xué)中異常活躍的一個(gè)分支。為了提高機(jī)器人的速度，高速、柔性機(jī)器人已經(jīng)出現(xiàn)。機(jī)器人機(jī)構(gòu)的復(fù)雜性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了一般的平面機(jī)構(gòu)，而且機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)必須考慮控制。

（5）彈性機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)

早期的機(jī)械研究當(dāng)中認(rèn)為只有機(jī)構(gòu)與原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)連在一起時(shí)才有動(dòng)力學(xué)問題，孤立的一個(gè)機(jī)構(gòu)沒有動(dòng)力學(xué)問題。剛體機(jī)構(gòu)的平衡問題，就是一個(gè)機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)問題。二戰(zhàn)以后，在凸輪機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)、和齒輪機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)研究中先后涉及了構(gòu)件的彈性。在彈性機(jī)構(gòu)中的分析中可以不涉及原動(dòng)機(jī)特性，仍假定主動(dòng)構(gòu)件等速回轉(zhuǎn)，也不考慮工作機(jī)負(fù)載，只研究在構(gòu)件自身慣性力作用下的振動(dòng)。正是隨著高速彈性機(jī)構(gòu)的研究，才有了彈性機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)。

彈性機(jī)構(gòu)是典型的多體動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)。隨著機(jī)構(gòu)部件日趨輕柔、其彈性振動(dòng)與剛體運(yùn)動(dòng)相耦合，致使數(shù)學(xué)模型成為具有時(shí)變系數(shù)、復(fù)雜非線性項(xiàng)的高維微分方程組 微分代數(shù)方程組，這給彈性 機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)分析帶來很大的困難。

目前，對(duì)彈性連桿機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析的KED 法已比較成熟。近年來，不少研究開始涉及動(dòng)力穩(wěn)定性、主共振、分?jǐn)?shù)共振、主參激共振、內(nèi)共振等非線性動(dòng)力學(xué)問題。由于高維非線性動(dòng)力學(xué)問題的難度，這些研究的對(duì)象主要是最簡(jiǎn)單的四連桿 曲柄連桿機(jī)構(gòu)，對(duì)具有共性的彈性多桿或組合機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)的研究還很少。與彈性連桿機(jī)構(gòu)相比，彈性凸輪系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)研究進(jìn)展遜色許多。在多數(shù)研究中，將從動(dòng)件簡(jiǎn)化為線性時(shí)不變系統(tǒng)，討論其動(dòng)響應(yīng)及其優(yōu)化問題。近期，一些研究開始涉及到動(dòng)力穩(wěn)定性、參激振動(dòng)等問題。由于非線性動(dòng)力學(xué)理論未能足夠地滲入到該領(lǐng)域，其研究的深度與廣度仍顯不足，理論成果與工程要求仍有相當(dāng)距離。

近年來，已有不少關(guān)于彈性機(jī)構(gòu)振動(dòng)主動(dòng)控制的研究。研究的典型問題是：引入模態(tài)控制等結(jié)構(gòu)控制中的方法，采用壓電陶瓷片為驅(qū)動(dòng)器，對(duì)平面四連桿機(jī)構(gòu)的彈性振動(dòng)進(jìn)行主動(dòng)控制。這些研究尚在實(shí)驗(yàn)室階段，到實(shí)際工程應(yīng)用尚有距離。（6）微機(jī)電系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)

近年來，微機(jī)電系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱MEMS: Micro E ectro-Mechanica System）正走出實(shí)驗(yàn)室，成為21世紀(jì)初的新興產(chǎn)業(yè)。僅從國(guó)防科技工業(yè)領(lǐng)域看，MEMS 技術(shù)將用于各種微型武器系統(tǒng)，形成具有新的競(jìng)爭(zhēng)力的“智能軍火”。西方發(fā)達(dá)國(guó)家正在積極研制用于軍事目的的微型航空器、重量在1kg 級(jí)、甚至0.1kg 級(jí)的納米衛(wèi)星等。而它們的實(shí)現(xiàn)必須借助各種微發(fā)動(dòng)機(jī)、微慣導(dǎo)儀器、微傳感器、微執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

與傳統(tǒng)機(jī)械和結(jié)構(gòu)相比，MEMS 的研制過程更具有設(shè)計(jì)與制造一體化的特征。目前，對(duì)MEMS 的設(shè)計(jì)多還在器件水平。除了少數(shù)二維器件的設(shè)計(jì)外，多數(shù)設(shè)計(jì)借助于ANSYS 等商品化軟件進(jìn)行試湊；除了一些微加速度計(jì)的設(shè)計(jì)外，多數(shù)設(shè)計(jì)尚屬于結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)范疇。可以預(yù)見，隨著MEMS 的實(shí)用化，其動(dòng)力學(xué)問題將日益引起人們的關(guān)注。例如，微發(fā)動(dòng)機(jī)中的運(yùn)動(dòng)部件、微慣導(dǎo)儀器必須從動(dòng)力學(xué)角度去進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)。這方面的研究尚處于起步階段。

機(jī)床、車輛、轉(zhuǎn)子和機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)，其重點(diǎn)在于這類機(jī)械的個(gè)性問題。而各類機(jī)械中都包含著機(jī)構(gòu)，各類機(jī)械又都是由原動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)裝置和工作機(jī)組成的系統(tǒng)。因此，機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)和機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)研究各種機(jī)械在動(dòng)力學(xué)方面的共性問題。

四、機(jī)械動(dòng)力學(xué)的未來展望

近代機(jī)械發(fā)展的一個(gè)顯著特點(diǎn)是，自動(dòng)調(diào)節(jié)和控制裝置日益成為機(jī)械不可缺少的組成部分。機(jī)械動(dòng)力學(xué)的研究對(duì)象已擴(kuò)展到包括不同特性的動(dòng)力機(jī)和控制調(diào)節(jié)裝置在內(nèi)的整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)，控制理論已滲入到機(jī)械動(dòng)力學(xué)的研究領(lǐng)域。

在高速、精密機(jī)械設(shè)計(jì)中，為了保證機(jī)械的精確度和穩(wěn)定性，構(gòu)件的彈性效應(yīng)已成為設(shè)計(jì)中不容忽視的因素。一門把機(jī)構(gòu)學(xué)、機(jī)械振動(dòng)和彈性理論結(jié)合起來的新的學(xué)科——運(yùn)動(dòng)彈性體動(dòng)力學(xué)正在形成，并在高速連桿機(jī)構(gòu)和凸輪機(jī)構(gòu)的研究中取得了一些成果。

在某些機(jī)械的設(shè)計(jì)中，已提出變質(zhì)量的機(jī)械動(dòng)力學(xué)問題。各種模擬理論和方法以及運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)的測(cè)試方法，日益成為機(jī)械動(dòng)力學(xué)研究的重要手段。

[參考文獻(xiàn)] 1.胡海巖.先進(jìn)機(jī)械系統(tǒng)的若干動(dòng)力學(xué)與控制問題.面向21世紀(jì)的中國(guó)振動(dòng)工程研究.北京: 航空工業(yè)出版社, 1999, 1-9.2.沈志云.關(guān)于高速鐵路及高速列車的研究.振動(dòng)、測(cè)試與診斷, 1998, 18 3.張策, 陳樹勛.論彈性連桿機(jī)構(gòu)的低階諧振現(xiàn)象.機(jī)械工程學(xué)報(bào),1986 4.王玉新.彈性連桿機(jī)構(gòu)低階諧振響應(yīng)不完全同步機(jī)理研究.機(jī)械工程報(bào), 1996, 32(4): 11-16.5.李俊寶, 張景繪, 任勇生, 張令彌.振動(dòng)工程中智能結(jié)構(gòu)的研究進(jìn)展.力學(xué)進(jìn)展, 1999, 29(2): 165-177.6.顧仲權(quán), 馬扣根, 陳衛(wèi)東.振動(dòng)主動(dòng)控制, 北京: 國(guó)防工業(yè)出版社, 1997.7.百度百科 http://baike.baidu.com/view/71553.htm

第三篇：數(shù)據(jù)庫技術(shù)在物流行業(yè)中的應(yīng)用及發(fā)展前景

數(shù)據(jù)庫技術(shù)在物流行業(yè)的應(yīng)用及發(fā)展前景

現(xiàn)代物流業(yè)的發(fā)展有賴于信息技術(shù)的提升，信息技術(shù)對(duì)現(xiàn)代物流業(yè)的發(fā)展有著巨大的推動(dòng)作用。論文在闡述了我國(guó)現(xiàn)代物流發(fā)展趨勢(shì)和我國(guó)物流信息技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，詳細(xì)分析信息技術(shù)在現(xiàn)代物流中應(yīng)用的基礎(chǔ)上，提出了利用信息技術(shù)促進(jìn)我國(guó)現(xiàn)代物流發(fā)展得措施建議。

一、數(shù)據(jù)庫在倉儲(chǔ)管理中的應(yīng)用

1、條碼技術(shù)在倉儲(chǔ)管理中的應(yīng)用

倉儲(chǔ)管理是條形碼技術(shù)廣泛應(yīng)用和比較成熟的領(lǐng)域，不僅適用于商業(yè)商品庫存管理，還適用于工廠產(chǎn)品和原料庫存管理。通過條碼技術(shù)，可以使管理者實(shí)時(shí)掌握倉庫的各種狀況，了解儲(chǔ)物的數(shù)量和動(dòng)態(tài)變化，并據(jù)此分析決策，以調(diào)整庫存量，改善庫存結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)物的全面控制和管理。條碼技術(shù)在倉儲(chǔ)管理中的應(yīng)用主要表現(xiàn)在以下方面： ? 貨物管理

倉庫根據(jù)貨物的品名、型號(hào)、規(guī)格、產(chǎn)地、品牌、包裝等劃分貨物品種，并且分配唯一的編碼，以實(shí)現(xiàn)對(duì)庫內(nèi)貨物的識(shí)別和管理。? 庫位管理

倉庫分為若干個(gè)庫房，每一個(gè)庫房分為若干個(gè)庫位，每一個(gè)庫位都有唯一的編碼。在貨物入庫時(shí)，將庫位條碼和貨物條碼一一對(duì)應(yīng)。通過讀取產(chǎn)品條碼，即可查詢產(chǎn)品在貨位的具體位置，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的全方位管理。通過終端就能夠?qū)崟r(shí)地查看貨位貨量的存儲(chǔ)情況、空間大小及產(chǎn)品的最大容量，管理貨倉的區(qū)域、容量、體積和裝備限度。? 倉儲(chǔ)業(yè)務(wù)管理

條形碼作為數(shù)據(jù)、信息輸入的重要手段，有利于實(shí)現(xiàn)入庫、在庫、出庫作業(yè)的自動(dòng)化管理和庫存控制。

2、射頻識(shí)別技術(shù)在倉儲(chǔ)管理中的應(yīng)用

將RFID系統(tǒng)用于智能倉庫貨物管理，RFID完全有效地解決了倉庫里與貨物流動(dòng)有關(guān)的信息的管理，它不但增加了一天內(nèi)處理貨物的件數(shù)還監(jiān)看著這些貨物的一切信息，射頻卡是貼在貨物所通過的倉庫大門邊上，讀寫器和天線都放在叉車上、每個(gè)貨物都貼有條碼、所有條碼信息都被存儲(chǔ)在倉庫的中心計(jì)算機(jī)里、該貨物的有關(guān)信息都能在計(jì)算機(jī)里查到。當(dāng)貨物被裝走運(yùn)往別地時(shí)，由另一讀寫器識(shí)別并告知計(jì)算中心它被放在哪個(gè)拖車上。這樣管理中心可以實(shí)時(shí)地了解到已經(jīng)生產(chǎn)了多少產(chǎn)品和發(fā)送了多少產(chǎn)品，并可自動(dòng)識(shí)別貨物，確定貨物的位置。它的具體應(yīng)用有以下方面： ? 實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)

通過射頻識(shí)別天線合理的分散布置（每50~100米距離安裝一個(gè)）在需要監(jiān)控的給定區(qū)域內(nèi)，并在需要檢測(cè)的物品上貼附射頻識(shí)別標(biāo)簽，就可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)定位功能。放置好的天線按預(yù)先設(shè)置的時(shí)間間隔傳送射頻信號(hào)，閱讀設(shè)備接收和過濾出有用信號(hào)，辨認(rèn)RFID作用范圍內(nèi)的存貨位置，并將該信息輸入中心數(shù)據(jù)庫。從而使管理者隨時(shí)獲取監(jiān)控區(qū)域內(nèi)貨物的具體位置，實(shí)時(shí)制定倉儲(chǔ)作業(yè)計(jì)劃，減少存貨的搬運(yùn)時(shí)間和距離。? 智能托盤系統(tǒng)

智能托盤系統(tǒng)的核心技術(shù)是射頻識(shí)別技術(shù)，它能高效、準(zhǔn)確的處理日常進(jìn)出倉庫的大量托盤貨物，解決生產(chǎn)原材料在倉庫中的裝卸、處理和追蹤等與物資流通相關(guān)方面的信息管理問題，并可以保證獲取信息的準(zhǔn)確性和可靠性。

智能托盤系統(tǒng)是將RFID閱讀器安裝在托盤進(jìn)出倉庫必經(jīng)的通道口上，把射頻識(shí)別標(biāo)簽貼附于托盤上而實(shí)現(xiàn)的。這樣，當(dāng)托盤貨物通過出入口時(shí)，閱讀器就能使計(jì)算機(jī)了解到哪些托盤以及貨物通過里通道。此外，當(dāng)托盤裝滿貨物時(shí)，自動(dòng)稱重系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)比較裝載著貨物的總重量和存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中單個(gè)托盤的重量，并獲取其中差異，了解貨物的實(shí)時(shí)信息。? 通道控系統(tǒng)

通道控制系統(tǒng)是一種以射頻識(shí)別技術(shù)為核心的 “紅綠信號(hào)“系統(tǒng)，這種系統(tǒng)可以有效的控制數(shù)千個(gè)進(jìn)出倉庫的包裝箱的流轉(zhuǎn)。這些唄控制的包裝箱上都固定著射頻識(shí)別標(biāo)簽，而在包裝箱途徑的各個(gè)出入口都安裝有射頻閱讀器，閱讀器天線固定在通道上方。當(dāng)包裝通過天線所在處，閱讀器會(huì)讀取標(biāo)簽信息并與數(shù)據(jù)庫中存放的信息進(jìn)行比較，若信息一致，綠燈亮，包裝箱可通過；若信息不同，則激活紅燈，同時(shí)將信息資料記錄在數(shù)據(jù)庫中，包裝箱不予放行。通道控制系統(tǒng)消除了采用紙張單證管理系統(tǒng)時(shí)常出現(xiàn)的人為錯(cuò)誤，排除了以往不堪重負(fù)的運(yùn)輸超負(fù)荷狀況，建立了高速、有效和良好的信息輸入途徑，可以在物體高速移動(dòng)的狀況下有效獲取信息，節(jié)省了時(shí)間。? 配送過程保護(hù)系統(tǒng)

為防止倉庫中存放的高價(jià)值貨物被盜，防止因托盤放錯(cuò)位置而導(dǎo)致交貨延遲，倉庫可利用射頻識(shí)別技術(shù)建立配送過程保護(hù)系統(tǒng)。該系統(tǒng)可保證叉車按照正確設(shè)定的路線移動(dòng)托盤，降低貨物在非監(jiān)控道路上被盜的可能。

實(shí)施時(shí)，倉庫需要建立一個(gè)懸浮在上方的射頻閱讀器，并為每個(gè)叉車裝備食品標(biāo)簽。叉車沿途經(jīng)過的詳細(xì)資料（包括正確的裝貨位置、設(shè)定的行走路線等）都通過射頻連接從中央數(shù)據(jù)庫下載到叉車。若發(fā)現(xiàn)標(biāo)簽錯(cuò)誤，則叉車被強(qiáng)行停止，并由管理者重新設(shè)定想走路徑，同時(shí)自動(dòng)稱重系統(tǒng)也實(shí)時(shí)提供監(jiān)控信息。

二、數(shù)據(jù)庫技術(shù)在運(yùn)輸過程中的應(yīng)用

1.GIS（地理信息系統(tǒng)）在鐵路運(yùn)輸中的應(yīng)用

鐵路運(yùn)輸?shù)乩硇畔⑾到y(tǒng)便于銷售、市場(chǎng)、服務(wù)和管理人員查看客運(yùn)站、貨運(yùn)站、貨運(yùn)代辦點(diǎn)；客運(yùn)代辦點(diǎn)之間的相對(duì)地理位置，運(yùn)輸專用線和鐵路干線之間的相對(duì)地理位置，并用不同顏色和填充模式來區(qū)分各種表達(dá)信息，使用戶看到銷售區(qū)域、影響范圍、最大客戶、主要競(jìng)爭(zhēng)對(duì)象、人口狀況及分布、工農(nóng)業(yè)統(tǒng)計(jì)值等，由此可以找出增加運(yùn)輸收入的潛在地區(qū)，從而擴(kuò)大延伸服務(wù)；通過這種可視方式，更好地制定市場(chǎng)營(yíng)銷和服務(wù)策略，有效地分配市場(chǎng)資源。２.GPS（全球定位系統(tǒng)）在運(yùn)輸中的應(yīng)用 ? 導(dǎo)航

三維導(dǎo)航是GPS的首要功能，飛機(jī)、船舶、地面車輛及步行者都可以利用導(dǎo)航接收器進(jìn)行導(dǎo)航。例如，安裝了GPS接收機(jī)的車輛，隨時(shí)可以知道自身所處的準(zhǔn)確位置，指揮中心也可以隨時(shí)對(duì)車輛進(jìn)行監(jiān)控。? 營(yíng)運(yùn)車輛管理

1.實(shí)現(xiàn)集成管理，提高實(shí)時(shí)監(jiān)控能力。車輛安裝GPS后，車隊(duì)利用互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)入公司GPS監(jiān)控平臺(tái)，通過電子地圖就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)自己公司的車輛和

司機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，清楚地了解到車輛運(yùn)行的具體位置、駕駛員是否按照指定的線路行駛，以及當(dāng)時(shí)的行車速度，甚至通過衛(wèi)星傳輸回來的圖像就可以看到車廂內(nèi)旅客情況和駕駛員在開車的情景，管理實(shí)現(xiàn)可視化。2.車隊(duì)通過借助GPS，可大大提高調(diào)度能力。線路管理人員坐在辦公室或手里有臺(tái)無線上網(wǎng)的電腦，隨時(shí)隨地就可以清楚地知道運(yùn)行車輛目前往返于路途的實(shí)際情況，對(duì)車輛進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，有利于車隊(duì)合理調(diào)度車輛。3.油料管理。系統(tǒng)可以不間斷地記錄車輛累計(jì)行駛里程、加油記錄，準(zhǔn)確提供車輛實(shí)際油耗，改變了運(yùn)輸企業(yè)按照“理論公里”確定油料標(biāo)準(zhǔn)的“模糊”管理方式，為運(yùn)輸企業(yè)節(jié)約油料、堵漏增收、降低成本提供了科學(xué)依據(jù)。

? 鐵路運(yùn)輸中的應(yīng)用

利用GPS的計(jì)算機(jī)管理信息系統(tǒng)，可以通過GPS和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)收集全路列車、機(jī)車、車輛、集裝箱及所運(yùn)貨物的動(dòng)態(tài)信息，實(shí)現(xiàn)列車及貨物的追蹤管理。只要知道火車的車中、車型和車號(hào)，就可以立即從近１０萬ｋｍ的鐵路網(wǎng)上流動(dòng)著的幾十萬輛火車中找到該貨車，還能得知這輛貨車現(xiàn)在何處運(yùn)行或停在何處，以及所有的車載貨物發(fā)貨信息。鐵路部門運(yùn)用這項(xiàng)技術(shù)可大大提高其路網(wǎng)及其運(yùn)營(yíng)的透明度，為貨主提供更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。? 結(jié)合移動(dòng)通信技術(shù)提高駕駛員技能

在定位系統(tǒng)中整合通信與導(dǎo)航功能，對(duì)于提高物流行業(yè)運(yùn)輸效率、進(jìn)行車輛指揮實(shí)時(shí)調(diào)度和道路狀況預(yù)警、解決交通領(lǐng)域的車輛擁堵等問題具有很大的使用價(jià)值。移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商豐富的網(wǎng)絡(luò)容量、便捷的信息平臺(tái)和ＷＬＡＮ熱點(diǎn)接入、GPS衛(wèi)星定位等多種無線技術(shù)整合方案在實(shí)時(shí)通信與導(dǎo)航應(yīng)用中大有作為。比如，前方車輛遇到結(jié)冰路面或碰到一起交通事故，可以通過無線方式將信息發(fā)送出去，后方的車接受信息后，可通過車載導(dǎo)航系統(tǒng)重新選擇路線行駛；而采用三維地圖現(xiàn)實(shí)的導(dǎo)航系統(tǒng)能夠真實(shí)地顯示出整個(gè)街道和十字路口的圖像，駕駛員甚至可以在不熟悉的城市比較容易地找到目的地。數(shù)據(jù)庫技術(shù)在物流行業(yè)的發(fā)展前景 GPS在智能交通系統(tǒng)中的功能發(fā)展 ? 車輛定位、跟蹤

為了有效提高定位精度和定位連續(xù)性，國(guó)際上廣泛采用集成的差分GPS定位和慣性導(dǎo)航（INS）定位方法。車輛上安裝有GPS接收機(jī)與接收天線，而控制中心通過廣域網(wǎng)與GSM、GPRS或CDMA網(wǎng)絡(luò)相連，以實(shí)時(shí)顯示出車輛的實(shí)際位置，還可實(shí)現(xiàn)多車輛、多屏幕同時(shí)跟蹤。另外，一旦車輛發(fā)出遇劫、被盜等警情時(shí)，控制中心也可將車輛位置信息及警情信息通過廣域網(wǎng)送１１０指揮中心，由公安部門出警。? 智能調(diào)度

控制中心可以監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)車輛運(yùn)行狀況并隨時(shí)與被跟蹤目標(biāo)通話，對(duì)車輛進(jìn)行合理調(diào)度。

? 交通設(shè)施信息的實(shí)時(shí)采集

交通設(shè)施信息是智能交通管理數(shù)據(jù)的重要組成部分之一。交通運(yùn)輸?shù)脑敿?xì)信息，例如交通中的紅綠燈控制信息，步行街、單行道、禁止左轉(zhuǎn)等信息，公路交通中的路況、車道數(shù)、限速等，在實(shí)際中經(jīng)常發(fā)生變化，隨時(shí)掌握交通設(shè)施的位

置及變化，對(duì)交通管理，規(guī)劃出行線路等至關(guān)重要，可用GPS準(zhǔn)確采集，及時(shí)補(bǔ)充。

? 緊急救援。

通過GPS定位和監(jiān)控管理系統(tǒng)可以對(duì)遇有險(xiǎn)情或發(fā)生事故的車輛進(jìn)行緊急援助。控制中心的電子地圖顯示求助信息和報(bào)警目標(biāo)，規(guī)劃最優(yōu)援助方案，并以報(bào)警聲光提醒值班人員進(jìn)行應(yīng)急處理。? 倉儲(chǔ)管理信息系統(tǒng)

它是對(duì)庫內(nèi)貨物的信息進(jìn)行自動(dòng)處理的過程。同時(shí)還具有事務(wù)處理、預(yù)測(cè)、計(jì)劃、控制、決策支持等功能。

隨著計(jì)算機(jī)、電子信息技術(shù)和電子商務(wù)技術(shù)的發(fā)展，物流企業(yè)必將完善和提高倉儲(chǔ)管理水平，提高貨物運(yùn)輸效率，降低物流行業(yè)運(yùn)營(yíng)成本，實(shí)現(xiàn)物流管理的信息化和智能化。

第四篇：大型機(jī)械在抗洪搶險(xiǎn)中的應(yīng)用

黃河安危事關(guān)大局，國(guó)家歷來對(duì)黃河防洪極為重視，經(jīng)過幾十年的努力，我國(guó)對(duì)洪水、河道演變以及工程施工技術(shù)、搶險(xiǎn)技術(shù)等方面的研究和實(shí)踐已達(dá)到了較高的水平。但是，目前黃河下游的防洪安全問題仍很突出，防洪的形勢(shì)仍然很嚴(yán)峻。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，國(guó)家對(duì)黃河防洪安全的要求也越來越高，為了適應(yīng)黃河情況多變、險(xiǎn)情復(fù)雜、搶險(xiǎn)任務(wù)艱巨的特

點(diǎn)，組建了機(jī)械化程度高、技術(shù)先進(jìn)、反映迅速、機(jī)械靈活、能打硬仗的專業(yè)機(jī)動(dòng)搶險(xiǎn)隊(duì)伍。抗洪搶險(xiǎn)也隨著社會(huì)的進(jìn)步和治黃現(xiàn)代化建設(shè)快速發(fā)展，從傳統(tǒng)的人工搶險(xiǎn)向現(xiàn)代化機(jī)械化搶險(xiǎn)轉(zhuǎn)變，改變了過去防汛搶險(xiǎn)依靠人海戰(zhàn)術(shù)，沒有專用的快速搶險(xiǎn)成套設(shè)備，在抗洪過程中人員勞動(dòng)強(qiáng)度過大，疲勞程度高，效率低，甚至錯(cuò)過了搶險(xiǎn)的最佳時(shí)機(jī)，往往給抗洪斗爭(zhēng)造成被動(dòng)的局面。

機(jī)械化搶險(xiǎn)具備適應(yīng)“搶早、搶小、搶險(xiǎn)快、搶險(xiǎn)成功率高”的特點(diǎn)已成為防汛搶險(xiǎn)發(fā)展的主要趨勢(shì)。要從實(shí)際出發(fā)，充分利用在長(zhǎng)期抗洪搶險(xiǎn)斗爭(zhēng)中積累的搶險(xiǎn)技術(shù)和大型機(jī)械設(shè)備相結(jié)合，用現(xiàn)代化的機(jī)械設(shè)備代替原來的人工搶險(xiǎn)，有效控制險(xiǎn)情，極大地減少了人力投入，減輕搶險(xiǎn)勞動(dòng)強(qiáng)度，提高搶險(xiǎn)成功與效率。

機(jī)動(dòng)搶險(xiǎn)隊(duì)要加強(qiáng)防汛搶險(xiǎn)技術(shù)學(xué)習(xí)。開展防汛搶險(xiǎn)新技術(shù)，新方法研究和實(shí)戰(zhàn)演練，不斷提高隊(duì)員搶險(xiǎn)技術(shù)水平，以及組織能力和動(dòng)手操作能力，使每個(gè)隊(duì)員都能獨(dú)擋一面、一專多能、熟練操作機(jī)械設(shè)備技術(shù)，使人機(jī)成為一個(gè)有機(jī)整體，充分發(fā)揮大型機(jī)械設(shè)備在施工和搶險(xiǎn)中的效能。把機(jī)動(dòng)搶險(xiǎn)隊(duì)建設(shè)成一支機(jī)動(dòng)靈活、反應(yīng)快速，搶險(xiǎn)水平較高的專業(yè)化搶險(xiǎn)隊(duì)伍。才能保證在關(guān)鍵時(shí)刻拉的出、上的去、搶的住。

根據(jù)黃河搶險(xiǎn)中土石方工程較多的特點(diǎn)，為達(dá)到快速搶護(hù)的目的，選用優(yōu)質(zhì)高效的機(jī)械設(shè)備，組織機(jī)械化施工搶險(xiǎn)，進(jìn)行高強(qiáng)度土石方作業(yè)，對(duì)縮短搶險(xiǎn)時(shí)間，節(jié)約搶險(xiǎn)投資、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高快速應(yīng)變能力，才能搶得快，搶得牢，確保黃河安全。

在搶險(xiǎn)實(shí)踐中，河道工程搶險(xiǎn)方法有，加修子埝、散拋塊石、捆拋柳石枕、推拋石籠、柳石樓廂、土袋及土織物等。這些方法多道工序要靠人力和機(jī)械協(xié)作，所以搶險(xiǎn)技術(shù)人員和機(jī)械協(xié)作十分重要，人機(jī)有效結(jié)合工作，可達(dá)到互相彌補(bǔ)，取長(zhǎng)補(bǔ)短的效果。

目前黃河抗洪搶險(xiǎn)時(shí)使用的大型設(shè)備有：挖掘機(jī)、裝載機(jī)、自卸車、推土機(jī)、裝袋機(jī)等。不但用于挖、裝、運(yùn)、推、拋等作業(yè)，機(jī)動(dòng)搶險(xiǎn)隊(duì)的機(jī)械設(shè)備不能僅做一種工作，還要做到一機(jī)多用。挖掘機(jī)不僅能挖能裝，除正常挖掘土石方外，而且還能推、拋、利用自身長(zhǎng)臂的特長(zhǎng)，可將停留在壩坡的枕體推入河中，在裝載機(jī)或自卸車散拋石護(hù)坡、根石加固時(shí)，它可以平整灘坡，抓拋鉛絲籠等。

裝載機(jī)不僅能裝，而且還能挖、推、平、碾壓、運(yùn)、拋等，如在一般不太堅(jiān)硬的地面上可以開挖。推拋石籠、柳石枕、平整壩面、道路。利用輪胎碾壓土方，可裝拋備防散石護(hù)坡，在搶險(xiǎn)需拋鉛絲籠或柳石樓廂時(shí)，使用裝載機(jī)裝拋鉛絲籠，插運(yùn)柳秸料。拋運(yùn)快，效率高。

推土機(jī)不僅能推、平、碾壓運(yùn)還能推枕，推石籠，平整道路和壩面，削坡，碾壓石方，短距離搬運(yùn)柳秸料，石料等（利用推的功能）。

自卸車不僅能運(yùn)、而且還能拋石，利用車廂長(zhǎng)的特點(diǎn)和石料下落慣性可拋石，一次到位。

裝袋機(jī)：在搶險(xiǎn)需用土袋時(shí)，使用裝袋機(jī)裝土袋，裝袋快，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，效率高。

鉛絲網(wǎng)片編織機(jī)：編織既快，對(duì)均勻。

挖掘機(jī)、裝載機(jī)和自卸車組合施工搶險(xiǎn)要合理匹配。利用自卸汽車裝運(yùn)土石方，就必須配備一定數(shù)量的裝載機(jī)和挖掘機(jī)裝車。為了充分發(fā)揮自卸車的運(yùn)輸和裝車機(jī)械設(shè)備的效率，必須進(jìn)行合理的配套。

根據(jù)黃河搶險(xiǎn)的特點(diǎn)，考慮到場(chǎng)地和道路等條件，為使裝車機(jī)械設(shè)備和自卸汽車都能發(fā)揮出較多機(jī)械效能。首先考慮運(yùn)距、車速、必須使裝車時(shí)間與自卸汽車的運(yùn)輸循環(huán)時(shí)間一致，達(dá)到裝不等運(yùn)，運(yùn)不等裝，匹配合理，才能充分發(fā)揮機(jī)械的工作效率。在運(yùn)土方時(shí)選用挖掘機(jī)裝車，自卸車運(yùn)，裝載機(jī)推平、碾壓。在調(diào)運(yùn)石料時(shí)選用裝載機(jī)裝，自卸車運(yùn)，裝運(yùn)快效率高。

根據(jù)近年來的搶險(xiǎn)實(shí)踐，濮陽第三機(jī)動(dòng)搶險(xiǎn)隊(duì)總結(jié)了以下幾條經(jīng)驗(yàn)：在搶險(xiǎn)需拋散石護(hù)坡時(shí)備方石料運(yùn)距出險(xiǎn)地點(diǎn)10米以內(nèi)，以挖掘機(jī)抓拋?zhàn)羁欤线\(yùn)距在50米以內(nèi)裝載機(jī)鏟拋?zhàn)羁臁０倜淄庹{(diào)拋時(shí)，由裝載機(jī)和自卸車匹配效率高。

搶險(xiǎn)需拋鉛絲籠時(shí)，用裝載機(jī)人機(jī)配合拋籠快投拋準(zhǔn)確到位，效率高。

搶險(xiǎn)采用柳石樓廂時(shí)，使用裝載機(jī)插運(yùn)秸、柳料不但插運(yùn)量大，而且速度快，效率高。

搶險(xiǎn)需搶修子埝時(shí)，運(yùn)距在30米內(nèi)以推土機(jī)較快，運(yùn)距在50米以內(nèi)使用裝載機(jī)較快。運(yùn)距在百米外由自卸車或小翻斗車與挖掘機(jī)匹配較快。由于濮陽第三機(jī)動(dòng)搶險(xiǎn)隊(duì)上級(jí)所配設(shè)備有：一臺(tái)挖掘機(jī)，一臺(tái)裝載機(jī)，三臺(tái)自卸車，沒有推土機(jī)。在汛期特別是洪水期間，本轄區(qū)有四處控導(dǎo)工程。二處險(xiǎn)工，三處涵閘，僅靠現(xiàn)有設(shè)備根本滿足不了搶險(xiǎn)需要。2003年8月份洪水期間，濮陽第三機(jī)動(dòng)搶險(xiǎn)隊(duì)先到封丘大宮，后到蘭考蔡集支

第五篇：計(jì)算機(jī)在材料科學(xué)中的應(yīng)用及其發(fā)展前景

計(jì)算機(jī)在材料科學(xué)中的應(yīng)用及其發(fā)展前景

計(jì)算機(jī)（Computer）是一種能夠按照事先存儲(chǔ)的程序，自動(dòng)、高速地進(jìn)行大量數(shù)值計(jì)算和各種信息處理的現(xiàn)代化智能電子設(shè)備。隨著計(jì)算機(jī)的性能的完善以及各種科學(xué)研究軟件的豐富，計(jì)算機(jī)在材料科學(xué)中的作用變得越來越顯著了，如新材料的設(shè)計(jì)，計(jì)算機(jī)模擬，工藝過程的優(yōu)化及自動(dòng)控制，數(shù)據(jù)和圖像處理，信息檢索等等，這些都體現(xiàn)了計(jì)算機(jī)在材料科學(xué)中的廣泛應(yīng)用，其發(fā)展前景極為可觀。

下面我就幾種計(jì)算機(jī)在材料科學(xué)中的應(yīng)用來說明計(jì)算機(jī)與材料科學(xué)研究的關(guān)系。

溫度場(chǎng)的計(jì)算，各種材料的加工、成型過程中與加熱、冷卻等傳熱過程有著密切的聯(lián)系，所以利用計(jì)算機(jī)解決傳熱問題是極為有力的。

材料科學(xué)與行為工藝的計(jì)算機(jī)模擬，材料行為工藝是通過調(diào)整材料在加工過程中的組織性能來改善其使用性能，利用計(jì)算機(jī)模擬材料可以部分代替?zhèn)鹘y(tǒng)的真實(shí)試驗(yàn)，提高了效率、節(jié)省費(fèi)用。

相圖是描述相平衡系統(tǒng)的重要幾何圖形，通過相圖可以獲得某些熱力學(xué)資料；反之通過熱力學(xué)數(shù)據(jù)可以建立一定的模型，從而計(jì)算和繪制相圖。相圖計(jì)算CALPHAD(Calculation of Phase Diagram)更是在前人收集、總結(jié)熱力學(xué)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上發(fā)展形成的一門新的介于熱力學(xué)、相平衡和計(jì)算機(jī)科學(xué)之間的交叉學(xué)科。

材料的組成和結(jié)構(gòu)與計(jì)算機(jī)模擬，材料的組成和結(jié)構(gòu)采用各種大型分析設(shè)備進(jìn)行，如掃描電鏡、透射電鏡、分析電鏡、掃描探針顯微鏡，各種譜儀和各種衍射儀，這些均是在計(jì)算機(jī)控制下完成各自的分析工作，而且設(shè)備隨之提供了各種功能強(qiáng)大的分析模擬軟件及其數(shù)據(jù)庫，從而更加有效地提高了分析時(shí)的數(shù)據(jù)處理能力。

金屬材料加工與計(jì)算機(jī)模擬，用計(jì)算機(jī)模擬實(shí)現(xiàn)試生產(chǎn)、減少實(shí)驗(yàn)次數(shù)、動(dòng)態(tài)顯示材料加工和制備工藝的各個(gè)物理量的演變歷程和空間分布、預(yù)測(cè)缺陷和優(yōu)化工藝流程，極大地縮短了試制周期、減少勞動(dòng)力成本、提高生產(chǎn)率。

塑料加工中的計(jì)算機(jī)模擬，利用各種加工技術(shù)和計(jì)算機(jī)輔助工程CAE，實(shí)現(xiàn)對(duì)塑料制品造型、大量數(shù)據(jù)調(diào)用、人機(jī)對(duì)話，屏幕顯示模擬實(shí)際的成型過程、預(yù)測(cè)塑料制件設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)和成型條件對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響，從而能夠方便、快捷地修改，尋求最佳的成型過程，使新的成型制品在較短的周期內(nèi)順利投產(chǎn)。

材料數(shù)據(jù)庫將數(shù)據(jù)的進(jìn)行集合及其管理、利用，從而對(duì)工程數(shù)據(jù)建立數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，用于存儲(chǔ)、管理和使用面向工程設(shè)計(jì)所需要的工程數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)模型，這是將工程方法與數(shù)據(jù)庫技術(shù)結(jié)合起來，并將人工智能及專家系統(tǒng)與數(shù)據(jù)庫相結(jié)合，建成智能化的CAD/CAM集成系統(tǒng)。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)極大地方便了用戶對(duì)數(shù)據(jù)的使用與管理，減輕用戶的工作量和復(fù)雜性，提高了數(shù)據(jù)庫的安全性，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)可以提供數(shù)據(jù)共享即多用戶同時(shí)使用全部或部分?jǐn)?shù)據(jù)，數(shù)據(jù)庫的具有數(shù)據(jù)的獨(dú)立性即每個(gè)用戶所使用的數(shù)據(jù)有其自身的邏輯機(jī)構(gòu)，數(shù)據(jù)庫的使用減少數(shù)據(jù)冗余，使數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化，使數(shù)據(jù)的相互關(guān)聯(lián)和記錄類型的相互關(guān)聯(lián)，統(tǒng)一的數(shù)據(jù)保護(hù)功能，并發(fā)控制的問題，加強(qiáng)了對(duì)數(shù)據(jù)的保護(hù)

數(shù)據(jù)庫經(jīng)歷了第一代的層次數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，第二代的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，直到現(xiàn)在的第三代的面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫系統(tǒng)，從而滿足了現(xiàn)在要在數(shù)據(jù)庫中存放和管理的諸如多媒體數(shù)據(jù)、空間數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、復(fù)雜對(duì)象、圖像對(duì)象、知識(shí)和超文本等工程數(shù)據(jù)的需求，也就有了面向?qū)ο蟮墓こ虜?shù)據(jù)庫系統(tǒng)。

工程數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)可以適合于CAD、CAM、CIM等工程應(yīng)用領(lǐng)域。要建立工程數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)首先需要選擇合適的DBMS作為其開發(fā)平臺(tái)，再將工程數(shù)據(jù)映射成DBMS支持的數(shù)據(jù)模型，利用DBMS提供的數(shù)據(jù)定義語言和數(shù)據(jù)操縱語言，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)，提供操縱數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的用戶界面。

對(duì)于材料數(shù)據(jù)而言，其數(shù)據(jù)量十分龐大，目前世界上已有的工程材料數(shù)據(jù)庫有數(shù)十萬種，各種化合物大幾百萬種。材料的成分、結(jié)構(gòu)、性能及使用等構(gòu)成了龐大的信息體系，它們依然在不斷更新和擴(kuò)大。

材料中成分的組合若進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的話，將耗時(shí)、耗力，如果利用材料數(shù)據(jù)庫和其他信息處理技術(shù)則可以極大地減少研制工作量、縮短研究周期、降低成本和提高效率。

計(jì)算機(jī)材料性能數(shù)據(jù)庫儲(chǔ)存信息量大且存取速度快，查詢方便，由材料查性能，也可以由性能查材料，通過比較不同材料的性能數(shù)據(jù)，進(jìn)行選材或材料代用。，使用靈活，即使對(duì)材料的數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)充、更新和修改，功能強(qiáng)大，實(shí)現(xiàn)單位的自動(dòng)轉(zhuǎn)換、圖形化表示數(shù)據(jù)、進(jìn)行數(shù)據(jù)的派生。其應(yīng)用廣泛，配合CAD、CAM實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助選材，還可以設(shè)計(jì)材料性能預(yù)測(cè)或材料設(shè)計(jì)的專家系統(tǒng)。

現(xiàn)有的材料數(shù)據(jù)庫主要是歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家開發(fā)研制的，而國(guó)內(nèi)的相關(guān)單位也進(jìn)行了不斷的探索，取得了一定成績(jī)，如清華大學(xué)材料研究所等單位于1990年聯(lián)合建成的新材料數(shù)據(jù)庫，它采用Oracle數(shù)據(jù)庫，含有新型金屬和合金、精細(xì)陶瓷、新型高分子材料、先進(jìn)復(fù)合材料和非晶態(tài)材料五個(gè)子庫，今后的材料數(shù)據(jù)庫是向網(wǎng)絡(luò)版方向發(fā)展。

專家系統(tǒng)(Expert System)源于人類專家的知識(shí)，應(yīng)用人工智能技術(shù)，工具一個(gè)或多個(gè)人類專家提供的特殊領(lǐng)域的只是、經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行推理和判斷，模擬人類專家作出決斷的過程，解決那些原來只有工業(yè)專家自己才能解決的各種各樣的復(fù)雜問題，專家系統(tǒng)實(shí)際上是一種計(jì)算機(jī)程序，在某一特定領(lǐng)域內(nèi)，能夠利用知識(shí)和推理來解決人類專家才能解決的問題。

完整的專家系統(tǒng)由六個(gè)部分組成：

1.知識(shí)庫：用于存放領(lǐng)域?qū)＜姨峁┑膶ｉT知識(shí)，它有知識(shí)的數(shù)量和質(zhì)量之分，要選擇合適的知識(shí)表達(dá)方式和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、把專家的知識(shí)形式化并存入知識(shí)庫中.工作數(shù)據(jù)庫：包含問題的有關(guān)初始數(shù)據(jù)和求解過程的中間信息組成。

2.推理機(jī)：它要解決如何選擇和使用知識(shí)庫中的知識(shí)，并運(yùn)用適當(dāng)?shù)目刂撇呗赃M(jìn)行推理來實(shí)現(xiàn)問題的求解。

3.知識(shí)獲取機(jī)制：實(shí)現(xiàn)專家系統(tǒng)的自我學(xué)習(xí)，在系統(tǒng)使用過程中能自動(dòng)獲取知識(shí)，不斷完善擴(kuò)大現(xiàn)有系統(tǒng)功能。

4.解釋機(jī)制：專家系統(tǒng)在通用戶的交互過程中，回答用戶提出的各種問題，包括與系統(tǒng)運(yùn)行有關(guān)的求解過程和與運(yùn)行無關(guān)的關(guān)于系統(tǒng)自身的一些問題。

5.人機(jī)接口：實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與用戶之間的雙向信息轉(zhuǎn)換，即系統(tǒng)將用戶的輸入信息翻譯成系統(tǒng)可以接受的內(nèi)部形式，或把系統(tǒng)向用戶輸出的信息轉(zhuǎn)換成人類所熟悉的信息表達(dá)方式。

解釋專家系統(tǒng)：通過對(duì)已知信息和數(shù)據(jù)的分析與解釋，確定它們的含義，如圖像分析、化學(xué)結(jié)構(gòu)分析和信號(hào)解釋等。

下邊是幾種專家系統(tǒng)還有它們各自的應(yīng)用

1.預(yù)測(cè)專家系統(tǒng)：通過對(duì)過去和現(xiàn)在已知狀況的分析，推斷未來可能發(fā)生的情況，如天氣預(yù)報(bào)、人口預(yù)測(cè)、經(jīng)濟(jì)預(yù)測(cè)、軍事預(yù)測(cè)。

2.診斷專家系統(tǒng)：根據(jù)觀察到的情況來推斷某個(gè)對(duì)象機(jī)能失常（即故障）的原因，如醫(yī)療診斷、軟件故障診斷、材料失效診斷等。

3.設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)：工具設(shè)計(jì)要求，秋初滿足設(shè)計(jì)問題約束的目標(biāo)配置，如電路設(shè)計(jì)、土木建筑工程設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)和生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)等。

4.規(guī)劃專家系統(tǒng)：找出能夠達(dá)到給定目標(biāo)的動(dòng)作序列或步驟，如機(jī)器人規(guī)劃、交通運(yùn)輸調(diào)度、工程項(xiàng)目論證、通信與軍事指揮以及農(nóng)作物施肥方案等。

5.監(jiān)視專家系統(tǒng)：對(duì)系統(tǒng)、對(duì)象或過程的行為進(jìn)行進(jìn)行不斷觀察，并把觀察到的行為與其應(yīng)當(dāng)具有的行為進(jìn)行比較，以便發(fā)現(xiàn)異常情況，發(fā)出警報(bào)，如核電站的安全監(jiān)視等。

6.控制專家系統(tǒng)：自適應(yīng)地管理一個(gè)受控對(duì)象的全面行為，使之滿足預(yù)期的要求，如空中交通管制、商業(yè)管理、作戰(zhàn)管理、自主機(jī)器人控制、生產(chǎn)過程控制等。

材料加工過程的計(jì)算機(jī)控制，微機(jī)和可編程控制器在材料加工過程中的應(yīng)用可以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，顯著改善產(chǎn)品質(zhì)量和精度，從而提高產(chǎn)量。計(jì)算機(jī)在材料加工中的應(yīng)用有物化性能測(cè)試數(shù)據(jù)的采集和處理，加工過程自動(dòng)控制（主要探討的內(nèi)容），計(jì)算機(jī)輔助模具設(shè)計(jì)和制造，材料加工過程的全面質(zhì)量管理

在材料加工控制領(lǐng)域中，運(yùn)用較多的是微機(jī)和可編程控制器（Programmable Controller，簡(jiǎn)稱PC），材料加工過程中的基本單元控制一般由可編程控制器或微機(jī)控制系統(tǒng)完成，而復(fù)雜的生產(chǎn)線可由可編程控制器和微機(jī)控制系統(tǒng)共同完成。

計(jì)算機(jī)工業(yè)控制系統(tǒng)基本功能：模擬量參數(shù)的采集、轉(zhuǎn)換及屏幕顯示，模擬量參數(shù)的越線報(bào)警（聲、光的形式），被控參數(shù)的閉環(huán)自動(dòng)控制，各種流量的累計(jì)計(jì)算，用于統(tǒng)計(jì)計(jì)算，各種開關(guān)量輸入信號(hào)的檢測(cè)與各種開關(guān)量輸出信號(hào)的控制，用于設(shè)備的啟停與各種連鎖保護(hù)，生產(chǎn)工藝流程圖及各種被控參數(shù)的動(dòng)態(tài)趨勢(shì)曲線的屏幕顯示、便于操作人員及時(shí)掌握設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過程的操縱和控制，工藝參數(shù)的記錄及打印，以便保存生產(chǎn)技術(shù)資料做經(jīng)濟(jì)指標(biāo)考核，完成與上位機(jī)的通信，將下位機(jī)的各檢測(cè)參數(shù)和各流量累計(jì)值通過數(shù)據(jù)線傳輸?shù)缴衔粰C(jī)，從而接收到上位機(jī)的監(jiān)督控制

計(jì)算機(jī)在材料檢測(cè)中也有非常廣泛的應(yīng)用，材料的性能主要決定于它的化學(xué)成分和組織結(jié)構(gòu)，化學(xué)成分不同的材料具有不同的性能，而相同成分的材料經(jīng)過不同的加工處理而具有不同的組織結(jié)構(gòu)時(shí)，也將具有不同的性能。所以通過對(duì)材料的化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能及物理性的檢測(cè)，能更加清晰地揭示材料的深?yuàn)W秘密。如材料成分的檢測(cè)即通過改變材料的成分可以調(diào)整材料的性能，這是利用材料的合成和制備完成的，所以對(duì)材料的成分進(jìn)行細(xì)致的檢測(cè)是必要的。

目前有許多大型分析設(shè)備（掃描探針顯微鏡（SPM），掃描電鏡（SEM），透射電鏡（TEM），X射線衍射儀，電子衍射儀，紅外光譜儀，原子吸收譜儀，激光光譜儀）用于材料成分的檢測(cè)

材料組織結(jié)構(gòu)的檢測(cè)直接影響材料性能的材料組織，評(píng)價(jià)材料缺陷，進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真。材料缺陷的計(jì)算機(jī)評(píng)定，材料缺陷檢測(cè)、分級(jí)評(píng)定和材料缺陷對(duì)性能的影響研究也是材料組織檢測(cè)的一項(xiàng)，它們也是保證產(chǎn)品質(zhì)量的主要環(huán)節(jié)之一。

選擇可以利用計(jì)算機(jī)圖像處理與模式識(shí)別技術(shù)來進(jìn)行材料缺陷特征參數(shù)的研究，可以實(shí)現(xiàn)材料缺陷圖像獲取、材料缺陷檢出、材料缺陷識(shí)別、材料缺陷尺寸測(cè)量和分級(jí)評(píng)定等功能，基本上是自動(dòng)化的。

對(duì)材料研究中的數(shù)據(jù)作進(jìn)一步處理，如計(jì)算、繪圖、擬合分析等，這些功能現(xiàn)在均可利用軟件來完成。

計(jì)算機(jī)科學(xué)與材料科學(xué)研究相結(jié)合，改進(jìn)了研究工具和研究方法，促進(jìn)了學(xué)科的發(fā)展。過去，人們主要通過實(shí)驗(yàn)和理論兩種途徑進(jìn)行科學(xué)技術(shù)研究。現(xiàn)在，計(jì)算和模擬已成為研究工作的第三條途徑。計(jì)算機(jī)與有關(guān)的實(shí)驗(yàn)觀測(cè)儀器相結(jié)合，可對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)記錄、整理、加工、分析和繪制圖表，顯著地提高實(shí)驗(yàn)工作的質(zhì)量和效率。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)已成為工程設(shè)計(jì)優(yōu)質(zhì)化、自動(dòng)化的重要手段。在理論研究方面，計(jì)算機(jī)是人類大腦的延伸，可代替人腦的若干功能并加以強(qiáng)化。古老的數(shù)學(xué)靠紙和筆運(yùn)算，現(xiàn)在計(jì)算機(jī)成了新的工具，數(shù)學(xué)定理證明之類的繁重腦力勞動(dòng)，已可能由計(jì)算機(jī)來完成或部分完成。計(jì)算和模擬更是一種新的研究手段。計(jì)算機(jī)在材料科學(xué)中的廣泛應(yīng)用，常常產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，從而引起產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)等方面的重大變革。

總之，計(jì)算機(jī)在材料科學(xué)中的應(yīng)用相當(dāng)廣泛，其發(fā)展前景也讓材料科學(xué)研究的從業(yè)者滿懷期待。