第一篇：PC也要工業4.0論文

隨著智能手機、平板電腦等移動設備的興起，過去20年傳統臺式PC、筆記本所處的風口位置，已經逐漸外移。因此從表象上來看，臺式PC和筆記本的出貨量年比年呈下滑趨勢。

根據Gartner的統計結果，2015年第4季度，全球6大PC廠商中只有蘋果取得了同比正增長，而包括聯想、惠普、戴爾、華碩、宏碁在內的這五大PC廠商，最大同比跌幅甚至達到11%。而此前，微軟還聯合上述五大PC廠商還進行了一輪Windows10的市場營銷活動，但不論是個人消費者還是企業客戶都沒有因Windows 10上市而換購新款PC。難道，PC市場就真的一蹶不振了嗎?

OEM模式反思

眾所周知，傳統PC市場是在Intel和微軟打造的OEM模式基礎上迅速發展起來的。

應該說，不論是英特爾還是微軟，兩者作為PC產業的核心引領者，其依靠摩爾定律產生迭代更新的商業模式并沒有錯—操作系統和處理器的不斷交替更新，不斷激發用戶需求，帶動了應用軟件和硬件生態的快速發展。

即便是蘋果，其臺式PC和筆記本近期的增長也是受益于英特爾處理器—停止采用Power處理器為蘋果大幅降低了處理器采購成本，以相近的整機成本和更優的用戶體驗博取大眾芳心。

同理，在智能手機市場，除了蘋果采用獨特的iOS系統和蘋果A系列處理器之外，主流的安卓系統還是通過復制類似PC的OEM模式，大獲成功。當然或許有人說，蘋果的成功源自于自己的操作系統體驗更好。但以筆者自己的長期使用經驗，蘋果MacOS與微軟Windows在操作體驗上并沒有太多不同。

或者說，微軟Windows已經把蘋果MacOS/Macintosh給copy得差不多了。無非是受限于專利問題，刻意將每一個窗口的關閉、縮小和全屏按鈕換了個位置而已;程序菜單也刻意與MacOS所有的都放在屏幕最上欄不同，每一個窗口一個。

兩者間的差別除了操作習慣不同，還因為Windows的應用軟件的生態更好—受益于中國市場Windows盜版橫行，大多數用戶最開始都習慣了“免費”的Windows，因而多數商業軟件也是基于Windows開發，以滿足最大的用戶群需求。

如果說蘋果跟其他品牌的PC有什么關鍵的差別，那就是電池續航力—蘋果MacOS系統更精煉，對系統資源的消耗更低，從而使得蘋果筆記本的續航力更久;另一層的差別，當然在于蘋果的工業設計真正做到了極致精致。

換句話說，微軟的操作系統不值那么多錢，如果能讓利給OEM，那么OEM就有可能在工業設計上投入更多、做得更好，去跟蘋果競爭，一如小米和華為這兩家在智能手機領域大獲成功的廠商。事實上，當市場傳言這兩家今年將要進入PC領域時，同樣引發了強烈的市場期待。

模式創新仍可期

如果我們仔細研究一下小米、華為在智能手機領域所取得的成功路徑，就會發現，其實小米、華為基于安卓系統，本質上還是OEM，無非是安卓系統相比Windows系統稍顯靈活，允許OEM做一些用戶使用體驗方面的優化而已。

而微軟沒有給予各家OEM更多的靈活性和空間，主要還是基于PC是生產力工具的理論—對于商用客戶來說，高安全性、高可用性的需求使得PC操作系統只得開放更少的接口。

很明顯，微軟的這一思路在如今移動互聯時代已經落伍了。至少，Windows本身就有家庭版、專業版之分，因此在家庭版開放更多的優化空間給到OEM，或許是一個可選的方向。

事實上，在移動互聯時代，用戶的使用模式和使用需求正在發生根本的變化，而這一變化的核心則在于個性化的用戶體驗。OEM需要有更大的空間，為用戶提供個性化乃至個性定制化的產品，這實際上會催生創新的商業模式，一如小米的米粉經濟。

舉個例子，海爾旗下的雷霆世紀就完全顛覆了傳統的DIY模式，而是以MOD專家定制化的專款MOD機箱設計為核心，聯合英特爾、英偉達、華碩、希捷等一眾頂級DIY配件品牌，以原廠原包原盒的分體組合交付模式，讓玩家自己體驗打造高品質的MOD DIY游戲電腦的樂趣。

所謂MOD，其實是90后/00后對modification DIY加入了modern DIY的理念，也就是DIY改裝加入了摩登時髦的含義，于是乎，MOD的意思就從純技術范兒的DIY改裝，變成了個性化時尚定制的味道。

在筆者看來，這一創新模式與制造業未來工業4.0的模式非常契合，核心是滿足用戶的個性化需求，將產品通過定制化的方式，按需組裝得以海量交付。而這一模式的關鍵，并不在于游戲玩家對硬件性能的極致追求，而在于個性化交付。

換句話說，即便在英特爾、微軟為主導的OEM模式下，OEM們仍然可以打造更為個性化的產品，獲得市場認可。而這，才是PC未來發展的關鍵趨勢。

第二篇：自制PC紅外線接口論文

摘要

紅外線通訊是一種廉價、近距離、無連線、低功耗和保密性較強的通訊方案，在 PC 機中主要應用在無線數據傳輸方面，但目前已經逐漸開始在無線網絡接入和近距離遙控家電方面得到應用。鑒于紅外線通訊的諸多好處，現在的主板幾乎全部提供了紅外線接口，以便用戶利用它進行與帶紅外線接口的設備通訊，如筆記本電腦、打印機、Modem、掌上電腦、移動電話等等。但計算機主板上僅僅提供了紅外線接口，并未提供完整的發射接收裝置，所以用戶在想使用紅外線通訊時，仍然需要購買紅外線連接器。本次設計的自制PC紅外線接口主要是針對主板型紅外線接口所設計，在以后科技發展越來越快的過程中，將會有更大的用途，目前市面上較少有商品化的連接器銷售。此次設計為紅外通訊電路增強紅外線接口。

關鍵詞:增強型，PC機，主板，通訊

錄

1.引 言...............................................................................................................1 2.設計內容及要求..............................................................................................1 3.硬件設計.........................................................................................................4 3.1紅外線接口............................................................................................4 3.1.1 標準紅外線接口.......................................................................4 3.1.2 增強型紅外線接口...................................................................5 3.2 硬件組成...............................................................................................5 3.2.1 標準紅外線接口組成...............................................................5 3.2.2 增強型紅外線接口組成...........................................................5 3.3 硬件電路圖...........................................................................................6 3.3.1 標準紅外接口電路圖...............................................................6 3.3.2 增強型紅外線接口電路圖.......................................................8 4.硬件調試.......................................................................................................12 4.1元器件測試..........................................................................................12 5．結論...............................................................................................................20 6.參考文獻.......................................................................................................21 7.心得體會.......................................................................................................22

1.引 言

隨著科學技術的快速發展，紅外線接口應用越來越廣。但就目前技術水平來說，人們可以具體利用無線網絡接入和近距離遙控家電方面十分有限，因此，這是一個正在蓬勃發展而又有無限前景的技術及產業領域。縱觀國內外經濟的發展它將朝著更加高定位、高精度的方向發展，以滿足日益發展的社會需求。隨著紅外線接口的技術進步，無線傳輸系統將從具有單純判斷功能發展到具有學習功能，最終發展到具有創造力。在新的世紀里，面貌一新的PC紅外線接口將發揮更大的作用。隨著人們生活水平的提高，社會及時代的發展加快。越來越多的舒適及安全伴隨人們的左右，此次自主創新設計正是為此而設計。該設計的核心部分是發射部分采用對管進行放大，進一步提高了發射功率；而接收部分采用三極管對接收信號進行放大，提高了接收的靈敏度。2.設計內容及要求

此設計的PC紅外線接口主要是用在有關紅外線通訊方面上。紅外線通訊是一種廉價、近距離、無連線、低功耗和保密性較強的通訊方案，在 PC 機中主要應用在無線數據傳輸方面，鑒于紅外線通訊的諸多好處，現在的主板幾乎全部提供了紅外線接口，以便用戶利用它進行與帶紅外線接口的設備通訊，如筆記本電腦、打印機、Modem、掌上電腦、移動電話等等。但計算機主板上僅僅提供了紅外線接口，并未提供完整的發射接收裝置，所以用戶在想使用紅外線通訊時，仍然需要購買紅外線連接器。本次設計的自制PC紅外線接口主要是針對主板型紅外線接口進行的設計。

主板上的紅外線接口大多是一個5針插座，其管腳定義依次是：

1.IRTX（Infrared Transmit，紅外傳輸）；

2.GND（電源地線）；

3.IRRX（Infrared Receive，紅外接收）；

4.NC（未定義）；

5.VCC（電源正極）。

根據IRDA（Infrared Data Association，紅外數據協會）提供的“異步串行通訊標準”資料顯示，IRTX引腳能提供 >6.0mA 的輸出電流，而 IRRX 引腳在吸收 <1.5mA 電流就能對輸入信號作出反應。資料同時顯示紅外線接口的發射部分已將傳輸數據進行 38kHz 的載波，而接收部分將進行信號分離處理，所以在制作接口電路時無須再考慮載波和分離電路。

紅外接口連接器的作用是將計算機紅外接口輸出的電脈沖信號轉換為光脈沖信號輸出，并將接收到的光脈沖信號轉換為電脈沖信號通過紅外接口輸入主機。

主板紅外線接口大多為五針插座，其針腳定義分別為。＋5V（電源正）、NC（未定義）、IRRX（Infrared Receive，紅外接收），GND（地）、IRTX（Infrared Transmit，紅外傳輸）。根據紅外數據協會提供的異 步串口通訊標準，IRTX引腳能提供大于6.0MA的輸出電流，IRRX引腳吸收小于1.5MA電流即能對輸入信號作出反映。是紅外數據協會（Infrared Data Association）檢測紅外產品的標準方案示例（簡化了抗干擾電路）。也是DIY紅外接口連接器的最簡方案、筆者使用這個電路在臺式機與筆記本電腦之間通訊，通訊速率能達到對57.6KbPS。

說明：

1)紅外數據協會是國際性非贏利組織，3COM、Canon、HP、IBM、Intel、Sharp、Sony、Microsoft、NEC等160多個公司均是該組織成員；

2)異步串口最高通訊速率為115.2KBPS；

3)當前大多數的筆記本電腦、掌上電腦提供有9600bps--115.2KBPS、1.15Mbps、4Mbps的通訊標準。

3.硬件設計

3.1紅外線接口

3.1.1 標準紅外線接口

紅外線發射電路由紅外線發射管L2和限流電阻R2組成。當主板紅外線接口的輸出端IRTX輸出調制后的電脈沖信號時，紅外線發射管將電脈沖信號轉化為紅外線光信號發射出去。電阻R2起限制電流的作用，以免過大的電流將紅外管損壞。當R2的阻值越小，通過紅外管的電流就越大，紅外管的發射功率也隨電流的增大而增大，發射距離就越遠，但R2的阻值不能過小，否則會損壞紅外管或主板紅外接口。紅外接收電路由紅外線接收管L1和取樣電阻R1組成。當紅外接收管接收到紅外線光信號時，其反向電阻會隨光信號的強弱變化而相應變化，根據歐姆定律可以得知通過紅外接收管L1和電阻R1的電流也會相應變化，而在取樣電阻兩端的電壓也隨之變化，此變化的電壓經主板紅外接口的輸入端IRRX輸入主機。由于不同的紅外接收管的電氣參數不同，所以取樣電阻R1的阻值要根據實際情況作一定范圍的調整。該電路為IRDA的標準方案，一般的DIY可以使用該電路。電路雖然很簡單，但其性能還是不錯的，我用該電路連接筆記本電腦，在沒有誤碼的情況下，傳輸速度可以達到57.6Kbps。該設計的外圍電路的設計如圖

1、圖3所示。

3.1.2 增強型紅外線接口

增強型紅外接口外圍電路與標準接口電路相比，其中主要改進的地方是發射部分采用對管放大，進一步提高了發射功率；而接收部分采用三極管對接收信號進行放大，提高了接收的靈敏度。工作原理可以參考上面的敘述。增強型紅外線接口外圍電路的設計如圖

5、圖7所示。3.2 硬件組成

3.2.1 標準紅外線接口組成

標準紅外線接口元器件清單：

標準型紅外線接口發射外圍電路清單：

標準型紅外線接口接收外圍電路清單：

3.2.2 增強型紅外線接口組成

增強型紅外線接口元器件清單 增強型紅外線接口發射外圍電路清單：

增強型紅外線接口接收外圍電路清單：

3.3 硬件電路圖

標準紅外接口電路圖

計算機主機上的標準紅外線接口發射電路如圖1所示。

3.3.1

圖1 標準紅外線接口發射電路

標準紅外線接口發射電路的PCB板圖如圖2所示。

圖2 標準紅外線接口發射電路的PCB板圖

計算機副機上的標準紅外線接口接收電路如圖3所示。

圖3標準紅外線接口接收電路

標準紅外線接口接收電路的PCB板圖如圖4所示。

圖4標準紅外線接口接收電路的PCB板圖

3.3.2 增強型紅外線接口電路圖

計算機主機上的增強型紅外線接口發射電路如圖5所示。

圖5 增強型紅外線接口發射電路

增強型紅外線接口發射電路的PCB板圖如圖6所示。

圖6 增強型紅外線接口發射電路的PCB板圖

計算機副機上的增強型紅外線接口接收電路如圖7所示。

圖7 增強型紅外線接口接收電路

增強型紅外線接口接收電路的PCB板圖如圖8所示。

圖8 增強型紅外線接口接收電路的PCB板圖

4.硬件調試

4.1元器件測試

元器件的判別主要是發射管和接收管的判別，通過測試即可判別。

測試紅外發射管：紅外發射管實際上是一個特殊的二極管，用萬用表電阻檔測量，發射管的反向電阻通常為無窮大，正向電阻一般為500K左右。如果您有一臺筆記本電腦，可以由PC機的紅外接口引出IRTX和GND兩條線，IRTX連接發射管的正極，GND連接發射管的負極，將發射管對準筆記本電腦的紅外線發射窗口，在筆記本電腦的“紅外線監視器”中會發現“你的PC”。

測試紅外接收管：紅外接收管也是一個二極管，測量時，它的正向電阻大于500K，而且不受光照的影響，反向電阻在沒有光線直射時，一般大于300K，強光照射時應小于10歐，有時會為負數，這是因為在強光照射時，二極管的PN結將獲得的光能轉化為電能，形成了0.7V的結電壓。

元件判別非常重要，使用了一只性能不好的元件，調試時會耽誤你不少時間，還有可能損壞設備，因此，我們在實驗過程中準備前的工作非常重視這一環節。由于不同萬用表內阻不同，測試結果也不盡相同，下文中所述內容均指使用500型萬用表在可見光源（白熾燈）下的測試值。

1）測試紅外線發射管

紅外線發射管是一只二極管，可用萬用麥電阻Ｒ* Ｋ檔測量紅外線發射管正反向電阻。反向電阻通常為無窮大，正向電阻一般大于500K歐。

從PC機紅外接口的TRTX（紅外傳輸）和GND（地）兩引腳接出二根引線，TRTX引腳接紅外線發射管正極，GND（地）接紅外線發射管負極，將紅外線發射管對準筆記本電腦的紅外線發射窗口，筆記本電腦的紅外線監視器就會發現紅外通訊對象——“你的PC”。

2）測試光電接收管

測試光電接收三極管時，用萬用表電阻R*K檔測量兩只引腳間的正反向電阻，光電接收管用反向電阻應大于500千歐（越大越好），不受光線照射影響；正向暗電阻（不受光線照射時）應大于300千歐（越大越好），正向明電阻（強光照射時）應小于10歐（越小越好）。

打開筆記本電腦中Windows 98的紅外線監視器，將光電接收管對準筆記本電腦的紅外線發射窗口，當筆記本電腦紅外監視器發出檢測信號時，光電接收管正向電阻應自大而小變化，筆者的測試值是從大于500K減小至30K。如果電阻無變化或變化小說明光電接收管性能不好。

測試光電接收二極管時，萬用表電阻Ｒ*Ｋ檔測量光電二極管兩只管腳間的正反向電阻，正向電阻約為5K左右，不受光線照射影響；反向暗電阻（不受光線照射時）應大于500K（越大越好），反向明電阻（強光照射時）小于0，小于0的原因是受光線照射后二極管ＰＮ結將獲得的光能轉換為電能，提供了0.7V左右的結電壓。

機械鼠標中的光電接收三極管大多是光電接收三極管（也有使用光電接收二極管的鼠標），與普通市售光電接收三極管不同，有三只引腳，因為其是由兩只光電接收三極管構成，中間是公共極，實際使用時可只使用其中一只或兩只并聯使用。

4.2調試過程

調試之前的準備工作：先連接USB接口的紅外適配器，然后應該還要安裝驅動。主板有已集成的紅外解碼編譯功能，要外接一個紅外光電轉換裝置來實現，這個裝置就是主板接口紅外適配器。

筆記本電腦與PC進行紅外通訊有以下四種方案：

圖9 計算機設備管理器中的紅外線設備

1）在資源管理器中選中用鼠標右擊要傳輸文件或目錄，選擇“發送到／紅外線接收者”；

2）選擇“我的電腦／紅外線接收者”圖標，打開“紅外線傳輸”窗口，單擊“發送文件”按鈕后，選擇要發送的文件； 3）在“資源管理器”中選擇文件后將其拖到“我的電腦／紅外線接收者”圖標上；

4）選擇“開始／程序／附件／通訊／直接電纜連接”后，即可以利用 Windows 98提供“直接電纜連接”通過紅外線接口實施通訊。通過紅外線接口運行直接電纜連接時，紅外線發送、接收裝置將取代電纜，不需使用串行或并行電纜連機。“直接電纜連接”的功能比“紅外線接收者”略強，可以使用對方提供的所有共享資源，如能使用對方的打印機和運行對方的程序。

由于紅外收發器的電路相對簡單，所以調試也很方便。發射部分基本上不用調試，注意檢查發射管的極性連接是否正確。接收部分同樣要注意接收管的極性是否連接正確。

在通訊時，IRTX和GND之間應該有0.7V左右的電壓波動，如果沒有就是紅外接口有問題，或者是紅外接口沒有打開；IRRX和GND之間同樣有0.7V的電壓波動，如果波動范圍較小，可以調整取樣電阻，加大它的阻值，但不要太大，否則會降低接收的抗干擾能力。在聯機正常的情況下，可以將筆記本電腦放遠些，再調整取樣電阻，使通訊距離盡量大些。

其他的增大通訊距離的方法還有幾個：1）可以在接收管前面加一個紅色濾光片，以濾除其他光線的干擾；2）還可以在接收管和發射管前面加凸透鏡，提高其光線采集能力等等。

4.3 連機調試

連接好電路就可以連機凋試了，將紅外光電發射接收管對準筆記本電腦的紅外線發射窗口。雙方的“紅外線監視器”就會提示發現紅外通訊對象。

如果調試過程中打開音箱，會有美妙的聲音提示你連接成功。如果連機調試出現問題，請按下述方法解決： 1）筆記本電腦無法檢測到PC 用表直流電壓檔測量紅外接口TRTX（紅外傳輸）和GND（地）兩只引腳間的電壓，當PC紅外線監視器發出檢測信號時，TRTX引腳電壓由0向上波動至0.7V左右，如無電壓波動屬PC紅外接口故障。

如有電壓波動請檢查紅外發射管是否接反（基本無電流）；通過紅外發射管的電流是否有變化；可以通過紅GND（地）接紅外線發射管負極，將紅外線發射管對準筆記本電腦的紅外線發射窗口，筆記本電腦的紅外線監視器就會發現紅外通訊對象——“你的PC”。否則需測試紅外線接收管，測試紅外線接收管時，用多功能用表電阻R*K檔測量兩只引腳間的正反向電阻，紅外線接收管用反向電阻應大于500K（越大越好），不受光線照射影響；正向暗電阻外發射管的電流有變化，筆記本還是無法檢測到PC，說明紅外發射管性能不良，紅外發射管需更換。

2）PC無法檢測到筆記本電腦

用萬用表直流電壓檔測量取樣電阻R2兩端的電壓，當筆記本電腦紅外線監視器發出檢測信號時，取樣電阻兩端的電壓由0至0．7V左右波動，如無電壓波動請檢查光電接收管是否接反，如電壓波動小，請適當增加取樣電阻R2的阻值，如電壓波動過大，請適當減小取樣電阻R2的阻值。

電阻R2的調整有一定難度，過大會導致抗干擾能力下降，過小會導致靈敏度降低（接收距離減小），最好串聯一只電位器精心調節，才能獲得最佳接收效果和接收距離。

3）通訊時常中斷

通訊時常中斷可在紅外線監視器／選項標簽中選擇“連接速度限制為”復選框，在其后的選擇框中限制紅外通訊的速度，在很多情況下，用限制速度的方法進行通訊可以消除大量重試，改善通訊質量。

通訊時常中斷大多是外部環境不佳導致，原因主要有：外部光源干擾、連線過長導致的信號衰減、電源性能不良帶來的電磁干擾。電源性能不良帶來的電磁干擾可通過加裝抗干擾電路解決。4）通訊距離短

按上述方法制作的紅外接口有效通訊距離為0．3m，如果你想增加發射距離，可用增加紅外發射管的數量或增大紅外發射管的電流（即增大發射功率）方法實現。需要提醒注意的是，根據紅外數據協會的紅外通訊標準，一般紅外通訊設備的通訊距離僅為l－3m，如果你想增加距離，需先了解通訊對象的接收距離。

如果通訊對象（如筆記本電腦）發射功率不夠，你將無法接收到對方發出的信號。當然你也可以加裝光放大器，擴展紅外設備的通訊距離。

5．結論

此次設計利用三極管的功能對自制PC紅外線接口進行設計，充分利用了三極管所擁有的功能，同時也體現了三極管放大作用對該外圍接口電路的重要作用，采用此方案，可以達到本設計的要求，以及在以后生活和現代化發展中更可靠、快捷、高效。但是，在此方案中有一點需要注意，此次設計為創新設計，所以難免會有所不足，由于在設計的過程中遇到很多難題，準備工作也不是很充足，所以在信號傳輸設計方面有點缺陷，主要是在使用上不方便，如果能將自制PC紅外線接口與通信設備的USB接口相連接就可以解決這方面的缺陷。這也是這次設計不足的地方，這次的設計僅為外圍電路的設計，因此，在以后的設計制作中有待改進。不過，利用本設計方案，通過設計及硬件調試等方面的論證，能夠實現提高無線傳輸的效率，大大減小有線傳輸所帶來的麻煩等功能，也達到了本次創新性實驗的目的。

6.參考文獻

【1】陳晴 計算機網絡技術（第二版）武漢 華中科技大學出版社 2003 【2】謝希仁 計算機網絡（第四版）北京 電子工業出版社2003 【3】康華光 模擬電子技術（第五版）北京 高等教育出版社 2005 【4】閻石 數字電子技術（第五版）北京 高等教育出版社 2004

7.心得體會

從這次的創新型設計中我學到了很多，這次設計主要用到的是三極管，放大電路，還有其他電阻、電容一系列的電子元件。通過這次的創新型設計，我知道了怎樣利用三極管放大作用設計出所要求的產品，同時又將以前所學理論知識運用到設計中，通過多元件的組合從而基本達到總體的要求，但在設計過程中也出現了很多的錯誤，主要是源于對大學所學知識的掌握不牢固。此次實驗過程中，彭老師和各位同學給了我很大的幫助，也在老師的精心指導及同學的互助團結努力下做出了我們所要的設計。在此，我非常感謝彭老師的指導和鐘慧偉同學的幫助，在以后的學習和生活中，我會更多的去實踐一些課程項目，為自己增加更多的知識和經驗。

第三篇：工業機器人論文

走進科技論文

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顏衛勤

工業機器人論文

在科技界，科學家會給每一個科技術語一個明確的定義，但機器人問世已有幾十年，機器人的定義仍然仁者見仁，智者見智，沒有一個統一的意見。原因之一是機器人還在發展，新的機型，新的功能不斷涌現。根本原因主要是因為機器人涉及到了人的概念，成為一個難以回答的哲學問題。就像機器人一詞最早誕生于科幻小說之中一樣，人們對機器人充滿了幻想。也許正是由于機器人定義的模糊，才給了人們充分的想象和創造空間。其實并不是人們不想給機器人一個完整的定義，自機器人誕生之日起人們就不斷地嘗試著說明到底什么是機器人。但隨著機器人技術的飛速發展和信息時代的到來，機器人所涵蓋的內容越來越豐富，機器人的定義也不斷充實和創新。

在此，我僅根據自己的所學及課本給出的定義概述一下有關機器人的定義。機器人（Robot）是1920年 捷克斯洛伐克作家卡雷爾·恰佩克在他的科幻小說《羅薩姆的機器人萬能公司》的劇本中，塑造的一個具有人的外表、特征和功能，愿意為人服務的機器奴仆“Robota”一詞衍生出來的。根據這個定義，我們可以這樣說：機器人是一個在三維空間中具有多自由度的，并能實現諸多擬人動作和功能的機器；而工業機器人（Industrial Robot）則是在工業生產上應用的機器人。

而美國機器人工業協會（U.S.RIA）提出的工業機器人定義為機器人是“一種用于移動各種材料、零件、工具或專用裝置的，通過可編程序動作來執行種種任務的，并具有編程能力的多功能機械手(manipulator)或者通過不同程序的調用來完成各種工作任務的特種裝置”。日本機器人協會(JIRA)的定義則是：工業機器人是“一種裝備有記憶裝置和末端執行器(end effector)的，能夠轉動并通過自動完成各種移動來代替人類勞動的通用機器”。可見美國機器人協會和日本機器人協會給出了相類似的定義。國際標準化組織(ISO)的定義：“機器人是一種自動的、位置可控的、具有編程能力的多功能機械手，這種機械手具有幾個軸，能夠借助于可編程序操作來處理各種材料、零件、工具和專用裝置，以執行種種任務”。而我國科學家對機器人的定義是：“機器人是一種自動化的機器，所不同的是這種機器具備一些與人或生物相似的智能能力，如感知能力、規劃能力、動作能力和協同能力，是一種具有高度靈活性的自動化機器”。在我國，在工業領域內應用的機器人我們稱為工業機器人。通常人們對工業機器人的定義是：工業機器人是一種能模擬人的手、臂的部分動作, 按照預定的程序、軌跡及其它要求, 實現抓取、搬運工件或操作工具的自動化裝置。

工業機器人的最顯著的特點簡單概述為可編程、擬人化、通用性、機電一體化。

工業機器人由主體、驅動系統和控制系統三個基本部分組成。主體即機座和執行機構，包括臂部、腕部和手部，有的機器人還有行走機構。大多數工業機器人有3～6個運動自由度，其中腕部通常有1～3個運動自由度；驅動系統包括動力裝置和傳動機構，用以使執行機構產生相應的動作；控制系統是按照輸入的程序對驅動系統和執行機構發出指令信號，并進行控制。工業機器人按臂部的運動形式分為四種。直角坐標型的臂部可沿三個直角坐標移動；圓柱坐標型的臂部可作升降、回轉和伸縮動作；球坐標型的臂部能回轉、俯仰和伸縮；關節型的臂部有多個轉動關節。

工業機器人按執行機構運動的控制機能，又可分點位型和連續軌跡型。點位型只控制執行機構由一點到另一點的準確定位，適用于機床上下料、點焊和一般搬運、裝卸等作業；連續軌跡型可控制執行機構按給定軌跡運動，適用于連續焊接和涂裝等作業。工業機器人按程序輸入方式區分有編程輸入型和示教輸入型兩類。編程輸入型是將計算機上已編好的作業程序文件，通過RS232串口或者以太網等通信方式傳送到機器人控制柜。

示教輸入型的示教方法有兩種：一種是由操作者用手動控制器(示教操縱盒)，將指令信號傳給驅動系統，使執行機構按要求的動作順序和運動軌跡操演一遍；另一種是由操作者直接領動執行機構，按要求的動作順序和運動軌跡操演一遍。在示教過程的同時，工作程序的信息即自動存入程序存儲器中在機器人自動工作時，控制系統從程序存儲器中檢出相應信息，將指令信號傳給驅動機構，使執行機構再現示教的各種動作。示教輸入程序的工業機器人稱為示教再現型工業機器人。

具有觸覺、力覺或簡單的視覺的工業機器人，能在較為復雜的環境下工作；如具有識別功能或更進一步增加自適應、自學習功能，即成為智能型工業機器人。它能按照人給的“宏指令”自選或自編程序去適應環境，并自動完成更為復雜的工作。

清潔機器人的涵蓋范圍廣泛，依照IFR World Robotic的分類，可分為產業型與家用型兩大類，在產業型方面例如地板清潔（吸塵與洗地）、風管空調系統清潔、除草、大樓窗戶清洗、水箱清潔等。目前為止應用最成功的仍屬地板清潔型機器人，包括機場、大賣場、工廠、飯店大廳等大范圍面積的場所，原因在于地板屬于2-D幾何平面，技術相對較為單純。而家用型的地板清潔機器人（吸塵器）在近年來則快速竄起，成為市場主流產品，根據IFR World Robotics 2005的統計數據顯示，服務型機器人中，清潔機器人仍是主要應用。其中家用清潔機器人更占整體服務型機器人的95%以上，其中2005-2008年更可高達447萬臺。

家用型清潔機器人受到熱烈歡迎的主要原因在于已開發與開發中國家多以雙薪家庭為主，并逐漸走向少子化與高齡化的趨勢，在家庭人口結構變少的情況下，清潔工作的替代便成為新興市場發展的重要需求，遂使的清潔機器人成為各國爭相投入的技術研發重點。

隨著自動化技術與人工智能的快速發展，機器人在人類的環境中扮演越來越重要的腳色。傳統上機器人的應用層面多集中于工業化的生產系統與制造流程上，專門應付長時間作業、大量重復性動作、系統復雜且需要精密控制、高危險性等工作上。而近年來的演進則漸漸朝向服務型機器人的方向快速蓬勃發展。那么在我們身邊有什么樣的機器人呢？ 生活中常見的工業機器人有如下幾種：

點焊機器人，這主要是針對汽車生產線，提高生產效率，提高汽車焊接的質量，降低工人的勞動強度的一種機器人。它的特點是通過機器人對兩個鋼板進行點焊的時候，需要承載一個很大的焊鉗，一般在幾十公斤以上，那么它的速度要求在每秒鐘一米五到兩米這樣的高速運動，所以它一般來說有五到六個自由度，負載三十到一百二十公斤，工作的空間很大，大概有兩米，這樣一個球形的工作空間，運動速度也很高，那么自由度的概念，就是說，是相對獨立運動的部件的個數，就相當于我們人體，腰是一個回轉的自由度，我們大臂可以抬起來，小臂可以彎曲，那么這就三個自由度，同時腕部還有一個調整姿態來使用的三個自由度，所以一般的機器人有六個自由度，就能把空間的三個位置，三個姿態，機器人完全實現，當然也有小于六個自由度的，也有多于六個自由度的機器人，只是在不同的需要場合來配置。

弧焊機器人也是工業機器人中一個最重要的方面，像我們汽車的后橋，進行焊接的時候，它連續焊接，所以它的特點是連續軌跡控制，所以它要求的軌跡精度要求非常高，一般來說也是五到六個自由度，由于它焊槍比較小，所以在五到十公斤就可以了，這個方面是在國際和國內應用非常大的一類機器人，在另一方面像搬運和鉚接，這些工作場合下，像搬運，主要是要求機器人有很高的速度，承載能力很多、很強，像日本的大庫機器人，它可以承載三百公斤，抓取、來進行搬運和碼垛。

醫療機器人，是近五年來發展比較迅速的一個新的應用領域，那么這個也可以看到幾個方面，包括人是一個非常珍貴的生物，那么包括人的眼球、神經、血管都很精細，那么如果人手術的時候，醫生來手術，一個是疲勞，另一個人手操作的精度還是有限的，那么這是在德國，一些大學里面，面向人的脊椎，如腰間盤突出這種病，進行識別以后，能夠自動地用機器人來輔助進行定位，進行操作和手術。還有一類叫康復機器人，康復機器人像比方說，現在發病量比較大的是偏癱和半身不遂這種病患，當他恢復治療完以后，需要對他的肢體進行鍛煉和恢復，那么如果醫生是有限的，不可能一個醫生，天天給一個病人進行按摩或牽引這樣的工作，那么家庭的人員都上班，沒有時間照顧，那么用一個機器人，可以對他的手進行牽動，天天強迫他進行鍛煉，使人的肌肉的恢復達到最好，更為精細的工作像很多大學和一些醫院在開發像人的腦手術，這個是很危險的事情，但是，已經得到了很好的例證，包括北航開發出了對人腦的定位和鉆孔這樣的工作，還包括像美國已經有一千多例機器人對人眼球進行手術，這樣的機器人，還包括通過遙控操作的辦法，實現對人的胃腸這種手術，大家在電視里邊看到，一個機械手，大概有手指這樣粗細的一個機械手，通過插入腹臟以后，人在屏幕上操作這個機器手，同時對它用激光的方法對病灶進行激光的治療，這樣的話，人就不用很大幅度地破壞人的身體，這實際對人的一種解放，是非常好一種機器人，醫療機器人它也很復雜，一方面它完全自動去完成各種工作，是有困難的，一般來說都是人來參與，這是美國開發的一個林白手術這樣一個例子，人通過在屏幕上，通過一個遙控操作手來控制另一個機械手，實現通過對人的腹腔進行手術，前幾年我們國家展覽會上，美國已經成功的實現了對人的心臟瓣膜的手術和搭橋手術，這已經在機器人領域中，引起了很大的轟動，還包括，AESOP的這種外科手術機器人，它實際上通過一些儀器能夠對人的一些病變進行檢查，通過一個機械手就能夠實現對人的某些部位進行手術，還包括遙操作機械手，以及多個醫生可以在機器人共同參與下進行手術，包括機器人給大夫醫生拿鉗子、鑷子或刀子來代替護士的工作，同時把照明能夠自動的給醫生的動作聯系起來，醫生的手到哪兒，照明就去哪兒，這樣非常好的，一個醫生的助手。

由此可見，工業機器人是人類的得力助手，隨著社會的發展，大量的工業機器人把人們從繁重的體力和危險的環境中解放出來，使人們有更好的崗位去工作，去創造更好的精神財富和文化財富，機器人來做這些危險環境的工作，展望21世紀工業機器人將是一個與20世紀計算機的普及一樣，會深入地應用到各個領域，有人說在21世紀的前20年是機器人從制造業走向非制造業的發展一個重要時期，也是智能機器人發展的一個關鍵時期，目前國際上很多國家，也對機器人對人類社會的影響的估計提出了新的認識，同時，我們也可以看到機器人技術，涉及到多個學科，機械、電工、自動控制、計算機測量、人工智能、傳感技術等等，它是一個國家高技術實力的一個重要標準。所以，作為當代大學生，作為一名機械專業的學生，我們的使命任重而道遠。

第四篇：工業機器人--論文

材料：工業機器人論文

摘要：工業機器人是面向工業領域的多關節機械手或多自由度的機器人。工業機器人是自動執行工作的機器裝置，是靠自身動力和控制能力來實現各種功能的一種機器。它可以接受人類指揮，也可以按照預先編排的程序運行，現代的工業機器人還可以根據人工智能技術制定的原則綱領行動。機器人技術是具有前瞻性、戰略性的高技術領域。國際電氣電子工程師協會IEEE的科學家在對未來科技發展方向進行預測中提出了4個重點發展方向，機器人技術就是其中之一。

關鍵詞：工業機器人；構造；中國工業機器人；發展前景；

由來

1920年捷克作家卡雷爾·查培克在其劇本《羅薩姆的萬能機器人》中最早使用機器人一詞，劇中機器人“Robot”這個詞的本意是苦力，即劇作家筆下的一個具有人的外表，特征和功能的機器，是一種人造的勞力。它是最早的工業機器人設想。

20世紀40年代中后期，機器人的研究與發明得到了更多人的關心與關注。50年代以后，美國橡樹嶺國家實驗室開始研究能搬運核原料的遙控操縱機械手。

所示，這是一種主從型控制系統，主機械手的運動。系統中加入力反饋，可使操作者獲知施加力的大小，主從機械手之間有防護墻隔開，操作者可通過觀察窗或閉路電視對從機械手操作機進行有效的監視，主從機械手系統的出現為機器人的產生為近代機器人的設計與制造作了鋪墊。

1954年美國戴沃爾最早提出了工業機器人的概念，并申請了專利。該專利的要點是借助伺服技術控制機器人的關節，利用人手對機器人進行動作示教，機器人能實現動作的記錄和再現。這就是所謂的示教再現機器人。現有的機器人差不多都采用這種控制方式。1959年第一臺工業機器人在美國誕生，開創了機器人發展的新紀元

特點

戴沃爾提出的工業機器人有以下特點:將數控機床的伺服軸與遙控操縱器的連桿機構聯接在一起，預先設定的機械手動作經編程輸入后，系統就可以離開人的輔助而獨立運行。這種機器人還可以接受示教而完成各種簡單的重復動作，示教過程中，機械手可依次通過工作任務的各個位置，這些位置序列全部記錄在存儲器內，任務的執行過程中，機器人的各個關節在伺服驅動下依次再現上述位置，故這種機器人的主要技術功能被稱為“可編程”和“示教再現”。

1962年美國推出的一些工業機器人的控制方式與數控機床大致相似，但外形主要由類似人的手和臂組成。后來，出現了具有視覺傳感器的、能識別與定位的工業機器人系統。當今工業機器人技術正逐漸向著具有行走能力、具有多種感知能力、具有較強的對作業環境的自適應能力的方向發展。目前，對全球機器人技術的發展最有影響的國家是美國和日本。美國在工業機器人技術的綜合研究水平上仍處于領先地位，而日本生產的工業機器人在數量、種類方面則居世界首位。

構造與分類

工業機器人由主體、驅動系統和控制系統三個基本部分組成。主體即機座和執行機構，包括臂部、腕部和手部，有的機器人還有行走機構。大多數工業機器人有3～6個運動自由度，其中腕部通常有1～3個運動自由度；驅動系統包括動力裝置和傳動機構，用以使執行機構產生相應的動作；控制系統是按照輸入的程序對驅動系統和執行機構發出指令信號，并進行控制。

工業機器人按臂部的運動形式分為四種。直角坐標型的臂部可沿三個直角坐標移動；圓

柱坐標型的臂部可作升降、回轉和伸縮動作；球坐標型的臂部能回轉、俯仰和伸縮；關節型的臂部有多個轉動關節。

工業機器人按執行機構運動的控制機能，又可分點位型和連續軌跡型。點位型只控制執行機構由一點到另一點的準確定位，適用于機床上下料、點焊和一般搬運、裝卸等作業；連續軌跡型可控制執行機構按給定軌跡運動，適用于連續焊接和涂裝等作業。

工業機器人按程序輸入方式區分有編程輸入型和示教輸入型兩類。編程輸入型是將計算機上已編好的作業程序文件，通過RS232串口或者以太網等通信方式傳送到機器人控制柜。

示教輸入型的示教方法有兩種：一種是由操作者用手動控制器(示教操縱盒)，將指令信號傳給驅動系統，使執行機構按要求的動作順序和運動軌跡操演一遍；另一種是由操作者直接領動執行機構，按要求的動作順序和運動軌跡操演一遍。在示教過程的同時，工作程序的信息即自動存入程序存儲器中在機器人自動工作時，控制系統從程序存儲器中檢出相應信息，將指令信號傳給驅動機構，使執行機構再現示教的各種動作。示教輸入程序的工業機器人稱為示教再現型工業機器人。

具有觸覺、力覺或簡單的視覺的工業機器人，能在較為復雜的環境下工作；如具有識別功能或更進一步增加自適應、自學習功能，即成為智能型工業機器人。它能按照人給的“宏指令”自選或自編程序去適應環境，并自動完成更為復雜的工作。

應用

所謂工業機器人，就是具有簡單記憶和可變控制程序的自動機械。它是在機械手的基礎上發展起來的，國外稱為industrial robot。工業機器人的出現將人類從繁重單一的勞動中解放出來，而且它還能夠從事一些不適合人類甚至超越人類的勞動，實現生產的自動化，避免工傷事故和提高生產效率。，例如在沖壓、壓力鑄造、熱處理、焊接、涂裝、塑料制品成形、機械加工和簡單裝配等工序上，以及在原子能工業等部門中，完成對人體有害物料的搬運或工藝操作。隨著世界生產力的發展，必然促進相應科學技術的發展。工業機器人能夠極大地提高生產效率，已經廣泛地進入人們的生活生產領域。

20世紀50年代末，美國在機械手和操作機的基礎上，采用伺服機構和自動控制等技術，研制出有通用性的獨立的工業用自動操作裝置，并將其稱為工業機器人；60年代初，美國研制成功兩種工業機器人，并很快地在工業生產中得到應用；1969年，美國通用汽車公司用21臺工業機器人組成了焊接轎車車身的自動生產線。此后，各工業發達國家都很重視研制和應用工業機器人。

由于工業機器人具有一定的通用性和適應性，能適應多品種中、小批量的生產，70年代起，常與數字控制機床結合在一起，成為柔性制造單元或柔性制造系統的組成部分。中國的工業機器人

我國工業機器人起步于70年代初期，經過20多年的發展，大致經歷了3個階段：70年代的萌芽期，80年代的開發期和90年代的適用化期。

70年代是世界科技發展的一個里程碑：人類登上了月球，實現了金星、火星的軟著陸。我國也發射了人造衛星。世界上工業機器人應用掀起一個高潮，尤其在日本發展更為迅猛，它補充了日益短缺的勞動力。在這種背景下，我國于1972年開始研制自己的工業機器人。

進入80年代后，在高技術浪潮的沖擊下，隨著改革開放的不斷深入，我國機器人技術的開發與研究得到了政府的重視與支持。“七五”期間，國家投入資金，對工業機器人及其零部件進行攻關，完成了示教再現式工業機器人成套技術的開發，研制出了噴涂、點焊、弧焊和搬運機器人。1986年國家高技術研究發展計劃（863計劃）開始實施，智能機器人主題跟蹤世界機器人技術的前沿，經過幾年的研究，取得了一大批科研成果，成功地研制出了一

批特種機器人。

從90年代初期起，我國的國民經濟進入實現兩個根本轉變時期，掀起了新一輪的經濟體制改革和技術進步熱潮，我國的工業機器人又在實踐中邁進一大步，先后研制出了點焊、弧焊、裝配、噴漆、切割、搬運、包裝碼垛等各種用途的工業機器人，并實施了一批機器人應用工程，形成了一批機器人產業化基地，為我國機器人產業的騰飛奠定了基礎。

雖然中國的工業機器人產業在不斷的進步中，但和國際同行相比，差距依舊明顯。從市場占有率來說，更無法相提并論。工業機器人很多核心技術，目前我們尚未掌握，這是影響我國機器人產業發展的一個重要瓶頸。

工業機器人在世界其他主要國家的發展：

美國是工業機器人的誕生地，基礎雄厚，技術先進。現今美國有著一批具有國際影響力的工業機器人供應商，像Adept Technologe、American Robot、Emersom Industrial Automation 等。

德國工業機器人的數量占世界第三，僅次于 日本和美國，其智能機器人的研究和應用在世界上處于領先地位。目前在普及第一代工業機器人的基礎上，第二代工業機器人經推廣應用成為主流安裝機型，而第三代智能機器人已占有一定比重并成為發展的方向。世界上的機器人供應商分為日系和歐系。瑞典的ABB公司是世界上最大機器人制造公司之一。1974年研發了世界上第一臺全電控式工業機器人IRB6，主要應用于工件的取放和物料搬運。1975年生產出第一臺焊接機器人。到1980年兼并Trallfa噴漆機器人公司后

工業機器人的發展前景

在發達國家中，工業機器人自動化生產線成套設備已成為自動化裝備的主流及未來的發展方向。國外汽車行業、電子電器行業、工程機械等行業已經大量使用工業機器人自動化生產線，以保證產品質量，提高生產效率，同時避免了大量的工傷事故。全球諸多國家近半個世紀的工業機器人的使用實踐表明，工業機器人的普及是實現自動化生產，提高社會生產效率，推動企業和社會生產力發展的有效手段。

機器人技術是具有前瞻性、戰略性的高技術領域。國際電氣電子工程師協會IEEE的科學家在對未來科技發展方向進行預測中提出了4個重點發展方向，機器人技術就是其中之一。1990年10月，國際機器人工業人士在丹麥首都哥本哈根召開了一次工業機器人國際標準大會，并在這次大會上通過了一個文件，把工業機器人分為四類：⑴順序型。這類機器人擁有規定的程序動作控制系統；⑵沿軌跡作業型。這類機器人執行某種移動作業，如焊接。噴漆等；⑶遠距作業型。比如在月球上自動工作的機器人；⑷智能型。這類機器人具有感知、適應及思維和人機通信機能。

日本工業機器人產業早在上世紀90年代就已經普及了第一和第二類工業機器人，并達到了其工業機器人發展史的鼎盛時期。而今已在第發展三、四類工業機器人的路上取得了舉世矚目的成就。日本下一代機器人發展重點有：低成本技術、高速化技術、小型和輕量化技術、提高可靠性技術、計算機控制技術、網絡化技術、高精度化技術、視覺和觸覺等傳感器技術等。

根據日本政府2007年指定的一份計劃，日本2050年工業機器人產業規模將達到1.4兆日元，擁有百萬工業機器人。按照一個工業機器人等價于10個勞動力的標準，百萬工業機器人相當于千萬勞動力，是目前日本全部勞動人口的15%。

我國工業機器人起步于70年代初，其發展過程大致可分為三個階段：70年代的萌芽期；80年代的開發期；90年代的實用化期。而今經過20多年的發展已經初具規模。目前我國已生產出部分機器人關鍵元器件，開發出弧焊、點焊、碼垛、裝配、搬運、注塑、沖壓、噴漆等工業機器人。一批國產工業機器人已服務于國內諸多企業的生產線上；一批機器人技術的研究人才也涌現出來。一些相關科研機構和企業已掌握了工業機器人操作機的優化設計制

造技術；工業機器人控制、驅動系統的硬件設計技術；機器人軟件的設計和編程技術；運動學和軌跡規劃技術；弧焊、點焊及大型機器人自動生產線與周邊配套設備的開發和制備技術等。某些關鍵技術已達到或接近世界水平。

一個國家要引入高技術并將其轉移為產業技術（產業化），必須具備5個要素即5M:Machine/Materials/Manpower/Management/Market。和有著“機器人王國”之稱的日本相比，我國有著截然不同的基本國情，那就是人口多，勞動力過剩。刺激日本發展工業機器人的根本動力就在于要解決勞動力嚴重短缺的問題。所以，我國工業機器人起步晚發展緩。但是正如前所述，廣泛使用機器人是實現工業自動化，提高社會生產效率的一種十分重要的途徑。我國正在努力發展工業機器人產業，引進國外技術和設備，培養人才，打開市場。日本工業機器人產業的輝煌得益于本國政府的鼓勵政策，我國在十一五綱要中也體現出了對發展工業機器人的大力支持。

總結

1954年美國戴沃爾最早提出了工業機器人的概念，并申請了專利。1959年第一臺工業機器人在美國誕生，開創了機器人發展的新紀元。

第五篇：工業窯爐論文

工業爐窯節能

姓名：

班級：熱能

XXX

學號：XXXXXXXX

一、工業爐窯歷史、現狀、分類

作為將物料或工件進行冶煉、焙燒、燒結、熔化、加熱等工序的熱工設備，工業爐窯中國早在商代就已經出現了較為完善的煉銅爐，其爐溫可達1200℃。在春秋時期，伴隨著提高爐溫技術的發展，在當時出現了鑄鐵。

1794年，世界上出現了熔煉鑄鐵的直筒形沖天爐。之后，在1864年，在西門子（英）的蓄熱式爐原理基礎之上，馬丁（法）建造了第一臺用氣體燃料加熱的煉鋼平爐。通過使空氣和煤氣在蓄熱室所進行的高溫預熱，他使爐溫達到了煉鋼所要求的1600℃以上的溫度。

到20世紀20年代，電能供應逐漸充足，開始使用各種電阻爐、電弧爐和有芯感應爐在工業上達到了廣泛的應用。與此同時機械化和自動化爐型的出現，在一定程度上提高了爐子生產率并改善了勞動條件。二十世紀50年代，無芯感應爐得到迅速發展。后來又出現了電子束爐，利用電子束來沖擊固態燃料，能強化表面加熱和熔化高熔點的材料。

目前，我國約有13萬臺工業爐窯，其中主要分布在冶金、建材、機械和化工等四個部分，約占爐窯總數的85%以上。年總能耗量為全國總能耗量的25%，燃料爐與電爐比例相當。燃燒方式較為原始，勞動強度大，環境污染，重燃耗高，爐子熱效率低，自動監測與控制手段差為我國工業爐窯現階段主要問題。

工業爐的分類主要可根據、工藝特點、工作溫度、熱工操作特點、工作制度進行分類。在工業中常用爐窯主要有一下幾大類：熔煉爐、熔化爐、加熱爐、石化用爐、熱處理爐、燒結爐、化工作爐、燒成爐、燒成窯、干燥爐（窯）、熔煅燒爐（窯）、電弧爐、感應爐（高溫冶煉）、煉焦爐、焚燒爐、其他工業爐窯。

二、工業爐窯節能現狀

工業爐的能耗受許多方面因素的影響，但在目前節能主要措施一般都離不開優化設計、改進設備、回收余熱利用、加強檢測控制和生產管理等幾個方面。

1、熱源改造，燃燒系統改造

在我國，部分工業爐窯所采用技術與世界先機技術相比，存在許多不足。同時加之

更換成本高等方面因素，在很大程度上增加了能源消耗。因此，科學技改就十分重要。

進行節能技術改造，全面地了解工業爐的熱工過程，分析、診斷加熱爐的“病情”，找出其“病因”便離不開科學的測試方法。目前所采用的熱工測試方法中，熱平衡測試是受到公認的測試方法。

通過對工業爐的熱工測定，使加熱爐的熱效率進一步提高，單耗下降，并獲得加熱爐運行經濟技術性能指標的各項參數，分析加熱爐運行情況，及時調整加熱爐工況，使其達到運行的最佳狀態，從而找出節約能源的有效途徑和方向。這便是熱工測試的主要目標。

但是，熱工測試方法在使用過程中存在一些問題，例如測試繁雜、模擬生產穩定工況易失實，這使測試在一定程度上與實際產生了不小的差距。因此，在測試技術方面在未來的發展中將會成為部分專家、學者等研究的方向。

2、窯爐結構改造

通過測試后，對爐窯便有了初步了解，也為技術改造提供了改進的依據。在設計爐窯時，首先應盡量采用符合生產工藝要求的新型節能爐窯。在實踐中通常考慮的通常有爐型、材料、密封、熱傳遞（燃燒）過程、溫度分布等。根據相關資料，主要有以下幾種節能措施:（1）采用圓形爐膛替代箱形爐膛，可強化爐膛對工件均勻傳熱的效果，減少爐壁散熱量，使爐膛形成一個熱交換系統，在加熱元件，爐襯和工件3者之間進行熱交換。通過采用合理的爐膛空間和在不增大爐膛空間容積的前提下，加大爐內壁面積，以增大熱交換面積的方式提高爐膛熱交換從而提高熱效率。

（2）在爐膛內安設風扇，加強爐內對流傳熱。特別是小型加熱爐，高速氣流可破壞停滯在工件表面阻礙傳熱和界面反應爐氣邊界底層，起到縮短加熱時間和加快提高工件溫度的作用。

（3）爐體密封，包括爐膛內各引出構件，爐殼，爐門等處的密封。爐體密封不嚴，將會造成到處跑火、漏火，造成能源大量浪費、設備燒壞、環境惡劣等狀況，因此爐體密封直接影響工件品質和能耗，同時密封也是爐內氣氛控制的關鍵。而耐火纖維制品的出現，為解決爐體密封創造了條件，實現了軟密封。

（4）采用耐火澆注料整體澆注的加熱爐具有強度高、整體性、氣密性好、壽命長

等優點。

（5）采用新型爐用材料，優化爐襯結構。爐襯在保證爐子的結構強度和耐熱度的前提下，應盡量提高保溫能力和減少儲蓄熱。單純依靠增加爐襯厚度來降低爐外壁溫度不僅會增加爐襯儲蓄熱和成本，而且相應地減少了爐底面積的有效利用率。選用耐火纖維、巖棉等作為保溫層，用輕質磚作為爐體的內襯，減少爐體的蓄熱損失，增強爐子的隔熱保溫，減少爐墻的散熱損失。

（6）在爐圍內壁涂高溫高輻射涂料，強化爐內的輻射傳熱，有助于熱能的充分利用，其節能效果為3％～5％，是近期較先進的節能方法。

（7）根據不同工況，采用不同燒嘴。例如，調焰燒嘴、平焰燒嘴、高速噴嘴、自身預熱燒嘴、低氧化氮燒嘴以及近來研制成的蓄熱式燒嘴，為適應煤氣和柴油的使用提供了多種先進的燃燒器。正確地使用高效先進燃燒器一般可以節能5％以上。平焰燒嘴最適合在加熱爐上使用，高速燒嘴適用于各類熱處理爐和加熱爐，自身預熱燒嘴是一種把燃燒器、換熱器、排煙裝置組合為一體的燃燒裝置，適用于加熱熔化、熱處理等各類工業爐。

（8）根據燃料種類，選擇性能良好的節能型燃燒裝置和與之相配套的風機、油泵、閥件以及熱工檢測與自動控制系統，保證良好的燃燒條件和控制調節功能也是行之有效的節能措施。

在燃燒技術方面，常規的節能燃燒技術有：高溫空氣燃燒技術，富氧燃燒技術，重油摻水乳化技術、高爐富氧噴粉煤技術、普通爐窯燃料入爐前的磁化處理技術等。其中應用廣泛的有：高溫空氣燃燒技術和富氧燃燒技術。

高溫空氣燃燒技術是90年代發展起來的一項燃燒技術。高溫空氣燃燒技術通過蓄熱式煙氣回收，可使空氣預熱溫度達煙氣溫度的95％，爐溫均勻性≤±5℃，其燃燒熱效率可高達80％。該技術具有高效節能、環保、低污染、燃燒穩定性好、燃燒區域大、燃料適應性廣、便于燃燒控制、設備投資降低、爐子壽命延長、操作方便等諸多優點。但高溫空氣燃燒還存在諸如各熱工參數間和設計結構間的定量關系，控制系統和調節系統的最優化，燃氣質量和蓄熱體之間的關系，蓄熱體的壽命和蓄熱式加熱爐的壽命的提高等一些問題，有待進一步去探索。

采用氧氣濃度高于21％的氣體參與燃燒的技術，叫富氧燃燒技術。富氧燃燒的技術

主要是研制適合工業爐窯實用的燃燒器。富氧助燃技術具有減少爐子排煙的熱損失、提高火焰溫度、延長爐窯壽命、提高爐子產量、縮小設備尺寸、清清生產、利于CO2和SO2的回收綜合利用和封存等優點。但富氧燃燒含氧量的增加導致溫度的急劇升高，使NOx增加，這是嚴重制約富氧燃燒技術進入更多領域的因素之一。另外在工業爐窯上設計采用富氧空氣助燃時，應該避免爐內溫度場不均勻。

3、余熱回收與利用

余熱包括高溫廢氣余熱、冷卻介質余熱、廢汽廢水余熱、高溫產品和爐渣余熱、化學反應余熱、可燃廢氣廢液和廢料余熱以及高壓流體余壓等七種。根據調查，各行業的余熱總資源約占其燃料消耗總量的17％～67％，可回收利用的余熱資源約為余熱總資源的60％。

煙氣帶走的熱量占燃料爐總供熱量的30％～70％，因此，將煙氣中的余熱回收利用將會是節約能源的又重點。通常煙氣余熱利用途徑有：

（1）裝設預熱器，利用煙氣預熱助燃空氣和燃料。

（2）裝設余熱鍋爐，產生熱水或蒸汽，以供生產或生活用。（3）利用煙氣作為低溫爐的熱源或用來預熱冷的工件或爐料。

我國從五十年代開始在工業爐窯上采用預熱空氣的預熱器，其中主要形式為管式、圓筒輻射式和鑄鐵塊狀等形式換熱器，但交換效率較低。八十年代，國內先后研制了噴流式，噴流輻射式，復臺式等換熱器，主要解決中低溫的余熱回收。在100度以下煙氣余熱回收中取得了顯著的效果，提高了換熱效率。但在高溫下仍因換熱器的材質所限，使用壽命低，維修工作量大或固造價昂貴而影響推廣使用。

21世紀初國內研制出了陶瓷換熱器。其生產工藝與窯具的生產工藝基本相同，導熱性與抗氧化性能是材料的主要應用性能。它的原理是把陶瓷換熱器放置在煙道出口較近，溫度較高的地方，不需要摻冷風及高溫保護，當窯爐溫度1250-1450℃時，煙道出口的溫度應是1000-1300℃，陶瓷換熱器回收余熱可達到450-750℃，將回收到的的熱空氣送進窯爐與燃氣形成混合氣進行燃燒，可節約能源35%－55%，這樣直接降低生產成本，增加經濟效益。

陶瓷換熱器在金屬換熱器的使用局限下得到了很好的發展，因為它較好地解決了耐腐蝕，耐高溫等課題，成為了回收高溫余熱的最佳換熱器。經過多年生產實踐，表明陶

瓷換熱器效果很好。它的主要優點是：導熱性能好，高溫強度高，抗氧化、抗熱震性能好。壽命長，維修量小，性能可靠穩定，操作簡便。是目前回收高溫煙氣余熱的最佳裝置。目前，陶瓷換熱器可以用于冶金、有色、耐材、化工、建材等行業主要熱工窯爐。

回收煙氣余熱的最有效和應用最廣的是換熱器。我國近年來開發和推廣應用的高效換熱器有片狀換熱器，各種噴流換熱器，各種插入件管式換熱器，旋流管式換熱器，麻花管式換熱器，各種組合式換熱器，煤氣管狀換熱器和蓄熱式換熱器等。蓄熱式換熱器是今后技術發展趨勢，其余熱利用后的廢氣排放溫度在200℃以下，節能效益可達30％以上。

超導熱管是余熱回收裝置的主要熱傳導元件，與普通的熱交換器有著本質的不同。熱管余熱回收裝置的換熱效率可達98％以上，這是任何一種普通熱交換器無法達到的。熱管余熱回收裝置體積小，只是普通熱交換器的1／3。

4、控制系統節能改造

目前我國工業爐的能源消耗大，浪費嚴重，普遍存在空氣過剩系數過大的問題，這主要是由于調節手段的落后，工人的勞動強度較大，難以保證理想的燃燒工況。因此提高熱工檢測與控制水平，具有很大的節能潛力。

采用先進的自動控制技術，特別是采用微機控制系統，已經成為工業爐自動控制的發展方向。通過設置自動控制系統，以各相關系統的及時精確配合和控制來實現節能。諸如加熱爐各主要過程變量的定量控制，爐溫與燃料流量的串級控制，燃料與助燃空氣的比值控制以及煙道廢氣的含氧量控制等。