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③增强通信功能，向网络化发展。

④数控系统在控制性能上向智能化发展。

国外具有世界影响力的机床公司有很多，在报告中重点介绍了几家公司的产品，包括日本山崎马扎克公司开发出的2种可使用长镗杆切削工件的复合加工机床，上海法道机床有限公司组装生产的美国法道VMC4020C机床，德马吉（DMG）公司生产的CTX310ECO通用车床。

我国数控技术起步于20世纪50年代末期，经历了初期的封闭式开发阶段，“六五”、“七五”期间的消化吸收、引进技术阶段，“八五”期间建立国产化体系阶段，“九五”期间产业化阶段，现已基本掌握了现代数控技术，建立了数控开发、生产基地，培养了一批数控专业人才，初步形成了自己的数控产业。

目前，较具规模的企业有广州数控、航天数控、华中数控等，生产了具有中国特色的经济型、普及型数控系统。

经半个世纪的发展，产品的性能和可靠性有了较大的提高，逐渐被用户认可，在市场上站稳了脚跟。

但是由于系统技术含量低，产生的附加值少，不具备与进口系统进行全面抗衡的能力，只在低端市场占有一席之地，还不能为我国数控产业起到支撑的作用，与国外相比，还有不小的差距。

数控技术的发展趋势：

在现代制造系统中，数控技术是关键技术，它集微电子、计算机、信息处理、自动检测、自动控制等高新技术于一体，具有高精度、高效率、柔性自动化等特点，对制造业实现柔性自动化、集成化、智能化起着举足轻重的作用。

当今世界各国制造业广泛采用数控技术，以提高制造能力和水平，提高对动态多变市场的适应能力和竞争能力。

工业发达国家还将数控技术及数控装备列为国家的战略物资，不仅大力发展自己的数控技术及其产业，而且在“高精尖”数控关键技术和装备方面对我国实行封锁和限制政策。

因此大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为世界各发达国家加速经济发展，提高综合国力和国家地位的重要途径。

数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术，其技术范围覆盖很多领域：

①机械制造技术;

②信息处理、加工、传输技术;

③自动控制技术;

④伺服驱动技术;

⑤传感器技术;

⑥软件技术等。

从目前世界上数控技术发展的趋势来看，其主要研究热点有以下几个方面：

1高速、高精度化；

高速切削加工不仅可以提高生产效率，而且可以改善加工质量，所以自20世纪90年代初以来，便成为机床技术重要的发展方向。

各国相继推出了许多主轴转速10000r/rain至60000r/min以上的加工中心和数控铣床。

高速切削加工正与硬切削加工、于切削和准干切削加工以及超精密切削加工相结合;

正从铣削向车、钻、镗等其他工艺扩展;

正向较大切削负荷方向发展。

高速加工对机床和功能部件的要求是：

主轴功能部件的速度应能达到12000～40000r/min;

工作台最高进给速度应达到40～60m/min;

加速度达到lg;

高刚性的机械部件结构;

高稳定、高刚度、冷却良好的高速主轴;

精确的热补偿系统;

高速处理能力的控制系统（具有NURBS插补功能和预处理能力的控制系统）。

2智能化、开放式、网络化；

2l世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统，智能化的内容包括在数控系统中的各个方面：

为追求加工效率和加工质量方面的智能化，如加工过程的自适应控制，工艺参数自动生成;

为提高驱动性能及使用连接方便的智能化，如前馈控制、电动机参数的自适应运算、自动识别负载、自动选定模型、自整定等;

简化编程、简化操作方面的智能化，如智能化的自动编程、specidRepons综述能化的人机界面等;

还有智能诊断、智能监控方面的内容、方便系统的诊断及维修等。

数控装备的网络化将极大地满足生产线、制造系统、制造企业对信息集成的需求，也是实现新的制造模式如敏捷制造、虚拟企业、全球制造的基础单元。

3环保化；

随着人们环境保护意识的加强，对环保的要求越来越高。

不仅要求在机床制造过程中不产生对环境的污染，也要求在机床的使用过程中不产生二次污染。

在这种形势下，装备制造领域对机床提出了无冷却液、无润滑液、无气味的环保要求，机床的排屑、除尘等装置也发生了深刻的变化。

上述绿色加工工艺愈来愈受到机械制造业的重视。

目前在欧洲的大批量机械加工中，已有10%一15%的加工实行了干切削或准干切削。

美国HARDING的QUEST系列车床、德国HUELLER的高速加工中心均采用了干切削技术;

日本原洲公司加工中心采用了液氮冷却技术;

日本富士公司的数控车床采用了冷风冷却技术。

4采用五轴联动加工和复合快速力；

采用五轴联动对三维曲面零件的加工，可用刀具最佳几何形状进行切削，不仅粗糙度好，而且效率也大幅度提高。

一般认为，1台五轴联动机床的效率可以等于2台三轴联动机床，特别是使用立方氮化硼等超硬材料铣刀进行高速铣削淬硬钢工件时，五轴联动加工可比三轴联动加工发挥更高的效益。

但过去因五轴联动数控系统、主机结构复杂等原因，其价格要比三轴联动数控机床高出数倍，加之编程技术难度较大，制约了五轴联动机床的发展。

当前由于电主轴的出现，使得实现五轴联动加工的复合主轴头结构大为简化，其制造难度和成本大幅度降低，数控系统的价格差距缩小，因此促进了复合主轴头类型五轴联动机床和复合加工机床（含五面加工机床）的发展。

5重视新技术标准、规范的建立；

开放式数控系统有更好的通用性、柔性、适应性、扩展性，美国、欧共体和日本等国纷纷实施战略发展计划，并进行开放式体系结构数控系统规范（OMAC、OSACA、OSEC）的研究和制定，世界3个最大的经济体在短期内进行了几乎相同的科学计划和规范的制定，预示了数控技术的一个新的变革时期的来l临。

我国在2000年也开始进行中国的ONC数控系统的规范框架的研究和制定。

STEP—NC的出现可能是数控技术领域的一次革命，对于数控技术的发展乃至整个制造业，将产生深远的影响。

首先，STEP—NC提出一种崭新的制造理念，传统的制造理念中，NC加工程序都集中在单个计算机上。

而在新标准下，NC程序可以分散在互联网上，这正是数控技术开放式、网络化发展的方向。

其次，STEP—NC数控系统还可大大减少加工图纸（约75%）、加工程序编制时间（约35%）和加工时间（约50%）。

对我国数控技术和产业化发展的战略思考：

我国是制造大国，在世界产业转移中要尽量接受前端而不是后端的转移，要掌握先进制造核心技术，否则在新一轮国际产业结构调整中，我国制造业将进一步“空芯”。

我们以资源、环境、市场为代价，交换得到的可能仅仅是世界新经济格局中的国际“加工中心”和“组装中心”，而非掌握核心技术的制造中心的地位，这样将会严重影Ⅱ向我国现代制造业的发展进程。

我们应站在国家安全战略的高度来重视数控技术和产业问题，首先从社会安全看，因为制造业是我国就业人口最多的行业，制造业发展可提高人民的生活水平，而且还可缓解我国就业的压力，保障社会的稳定。

现代船舶电力推进技术

题　目：

王晓兵

时　间：

2014年10月22日15:

00时

地　点：

高压实验室5楼报告厅

报告主要介绍了各种船舶电力推进系统，船舶推进方式是船舶科技工作者们研究的一个重要领域。

传统的船舶推进方式是利用原动机直接推进。

而船舶电力推进则是一种由原动机带动发电机发电，经变频器把满足要求的电流送到推进电动机，从而驱动螺旋桨的推进方式。

它具有体积重量小、布置灵活、安全可靠性好、自动化程度高、环保效果好等特点，深受各国造船业的青睐。

王晓兵高级工程师从动力源、推进器和关键技术三个方面，全面总结了现代船舶电力推进系统的现状以及将来的发展趋势。

一、动力源

动力源是指船舶电力推进系统中用来产生电源的能源。

目前，采用最为广泛的是柴油和汽油。

另外，一些所谓的清洁能源也正在引起人们的关注，报告对现代船舶电力推进系统采用的动力源及具有潜力的未来动力源作一介绍：

1．柴油和汽油目前，大多数船舶的电力推进系统采用的动力源都是柴油和汽油。

但是，众所周知，船舶的柴油或汽油引擎在使用中不可避免地会发生泄漏，加上柴油或汽油引擎所排放的废气，会直接污染空气及江海、湖泊等水域，从而阻碍了我国生态环境的健康可持续发展。

据统计，我国现有的柴油机、汽轮机船均没有满足国际海事组织的环保规定。

2．燃料电池燃料电池是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。

由于燃料电池是直接将燃料的化学能转化为电能，中间不经过燃烧过程，因此其具有能量转换效率高（约在45%～60%）的特点，从而CO2和有害气体SOX、NOX及噪音排放大幅度降低，无机械振动，具有很好的环保价值。

另外，燃料电池还具有结构紧凑、运行质量高等优点。

燃料电池的这些优点决定了燃料电池将是船舶电力推进系统十分具有潜力的动力源之一。

3．液化天然气全液化天然气驱动船舶与烧液体燃料的船舶相比可以大量减少废气排放。

其中二氧化碳排放将减少约20%，氮氧化物排放将减少约90%，颗粒排放可以忽略不计，硫含量为零。

因此，液化天然气也是船舶电力推进动力源的重要选择。

4．太阳能、风能和波浪能太阳能、风能和波浪能是广泛存在于大自然中的清洁能源。

其储量丰富，获取简便。

所以，它们也将是未来极具潜力的动力源之一。

二、推进器

在船舶电力推进系统中，根据不同的设计需求或者性能要求，采用的推进器也有所不同，主要有轴桨推进、管道式推进、方位角推进、吊舱式推进、喷水推进和磁流体推进等。

轴桨推进一般应用在穿梭油轮等船舶中，它是采用水平的变速电机齿轮箱直接驱动螺旋桨。

管道式推进结构一般有两种，即马达垂直安装并通过L型齿轮传动和马达水平安装并通过Z型齿轮传动。

管道式推进的推进方式分为变速恒螺距推进和恒速变螺距推进。

方位角推进则是利用旋转机构在任何方向上产生推进输出。

在方位角推进系统中，马达一般也是垂直安装来驱动L型齿轮传动，通常采用变速马达来驱动固定螺距螺旋桨方式。

目前，在船舶电力推进系统中，应用最为广泛的推进器是吊舱式推进器。

吊舱式电力推进装置的结构是将电机放在一个吊舱内，定距螺旋桨直接连接在电机轴上，可360度旋转，在任何方向上产生推力，不需要舵和侧推器。

整个吊舱位于船体外侧浸泡在海水中直接向外散热，从而整个推进器不需要额外冷却。

这种设计有利于减轻船体自身重量、节省空间，并且能够降低噪声和振动，使得机动性能更加良好，同时，还为推进器的制造、维护和检修提供了方便。

目前，吊舱式推进装置的推进功率在1MW～20MW之间。

喷水推进是依靠船尾的水泵喷出高压高速水流的反作用力来获得，并通过调向阀门的阀轴转动改变出水方向来实现对船舶的操纵（前进、转向和倒退）。

其效率可达到50%~63%。

此外，喷水推进还具有吃水浅、浅水效应小、传动机构简单、附体阻力小、原动机无需反转和保护性能好等优点。

近年来，随着各国对喷水推进技术研究的不断深入，一些新型喷水推进器及装置也相继出现，如通气式喷水推进器，轴流诱导轮喷水推进器，新型舷外式喷水推进装置和吊舱式（或导流罩式）喷水推进器等。

船舶磁流体推进是利用海水中的电流与磁场间的相互作用力使海水运动而产生的一种推进方法。

船舶磁流体推进具有高效、振动小、噪声低、操纵灵活、布置方便等特点。

磁流体推进是一项综合性很强的高新技术，目前许多造船大国纷纷对此技术进行了详细研究，并预测此种推进方式将是本世纪最有希望的船舶推进方式之一。

三、关键技术

船舶电力推进是一项综合性很强的推进系统，它的发展与许多技术的发展密切相关，涉及到电动机制造、电力电子器件、变换器电路、经典和现代控制理论、计算机辅助设计等众多学科领域。

报告介绍其中两项较为关键的技术，即电机技术和电力电子变频技术。

介绍了在船舶电力推进系统中的电机技术，按调速方式分为直流电动机和交流电动机的两大类推进系统；

同时介绍了现代船舶电力推进系统中的电力电子元件，包括各种类型的二极管、晶体管和晶闸管。

四、总结

随着电力半导体技术、电机控制技术和微机控制技术的发展和成熟，电力推进日益显示出它的优越性，21世纪也将是船舶电力推进系统发展的黄金时代。

船舶采用电力推进系统后，有利于进行计算机网络管理，有助于实现系统的自动控制，全面提升船舶信息化、智能化、自动化水准。

因此，船舶电力推进系统应用范围不断扩大，前景看好。

王晓兵高级工程师的报告让我对现代船舶电力推进系统有了很深的了解，同时也从中了解到了许多与专业相关的内容。

高压开关现状及其未来发展趋势

题目：

报告人：

王艳秋教授研究员级高工　新东北电气集团高压开关有限公司

2014年6月26日

教学楼G-105

报告主要介绍了高压开关行业近年来的发展状况及未来发展的趋势，报告主要从行业市场状况及趋势；

行业开关产品、技术发展状况及趋势；

国内外产品技术的差距及思考等三方面进行介绍。

首先介绍行业市场状况及趋势，主要从三方面作介绍：

1、行业近几年市场需求状况：

高压开关设备市场发展看发展中国家，发展中国家看中国。

中国从某种程度上代表着国际高压开关市场的发展。

近几年电力工业的高速发展，带动了高压开关设备市场的发展，特别是2003年至今行业企业呈现出“热火朝天”的景象。

其他相关行业也在稳定发展，虽然受到从去年开始的国家宏观调控政策的影响，甚至对开关行业市场需求量有一定影响，但从某种程度上也减轻了高压开关行业供应能力不足的压力，对行业长期稳定发展有利。

2、国内产品市场的变化特点:

行业主要产品市场容量总体在不断上升，行业市场总体容量在持续增加、扩大，这与国家的宏观经济政策和经济强有力、高速发展是密不可分的，是我国电力工业持续高速发展，电网建设，三峡工程、农网改造、西部开发等一大批工程项目为高压开关行业的进一步发展提供了广阔的空间和无限的机遇的结果。

近些年来，行业市场无油化开关市场比重也一直在不断提高；

真空开关市场容量扩大，市场占有率提高；

预装式变电站需求增长显著；

12kV开关柜市场呈现快速增长趋势；

高压SF6产品市场发展良好；

开关行业规模化程度不断提高。

在2000年以前由于电网投资的高速增长，高压开关行业有过一段高速发展时期，在城农网改造结束后有所减缓。

但2002年下半年以来，全国电力需求快速增长以及电力行业开始实质性的体制改革，国家加大对电源以及电网建设投资力度，又为高压开关市场的再度快速发展奠定了基础。

总体来说，市场是稳中有升，发展状况良好。

3、市场发展趋势分析：

高压开关市场将进一步快速平稳向前发展；

市场产品需求将更多样化；

无油化趋势是市场的主流 

；

高可靠性、少（免）维护型产品市场需求将急剧增加；

产品市场向信息化、智能化发展的进程将加快；

直流成套设备市场需求量将增长；

低价位竞争依然是近几年市场竞争的法宝。

其次介绍行业开关产品、技术发展状况及趋势：

近几年国内外公司为了提高其产品竞争力，从技术方面出发，主要围绕着产品的受控操作和智能化、小型化、高可靠、免维护、人机关系、环境适应性和提高经济性等方面做了卓有成效工作，同时产品参数、水平也得到了很大提高。

对行业产品的发展主要从高压产品；

中压产品；

诞生了世界上开断容量最大的发电机保护断路器；

开发成功更高电压等级的高压真空接触器；

真空负荷开关；

具有前瞻性的高温超导限流器技术进一步发展等几个方面介绍。

综观近几年高压开关行业国内外产品技术发展和市场需求的变化特征，今后高压开关产品的发展趋势仍将表现在以下几个方面：

统一技术平台和整体解决方案，小型化，紧凑型，环境适应、协调和保护，高可靠，少免维护，智能化，经济型，最佳人机关系。

最后介绍了国内外产品技术的差距，国内行业产品技术同国外的直接差距主要表现在以下几个方面：

技术含量高的高压开关设备（高压、中压）；

系统设计、开发；

智能化；

二次及控制技术；

功率补偿技术；

前瞻性技术等。

实际上造成国内同国外产品技术差距的原因是多方面的，最根本的问题是创新能力问题，主要受到以下几个方面的制约：

未建成良好的创新体制；

缺乏创新人员；

研究开发经费不足。

通过这次报告让我对高压开关行业的发展现状以及未来的发展趋势有了进一步的了解。

未来，高压开关将会把控制、信号、保护、测量和监视等功能组合起来，使高压开关柜具有连续自监视以及与电站控制系统直接连接等功能，从而实现其中多种功能的任意组合，这些技术将引领未来高压开关技术发展的潮流。

磁悬浮技术及应用

报告题目：

主讲人：

日本工业大学张晓友教授

时　 

间：

2013年8月22日（周四）下午3:

00

地 

点：

机械工程学院五楼508室

报告介绍了磁悬浮原理、磁悬浮列车和磁悬浮轴承的研究和应用，指出了磁悬浮研究的方向。

由于有机体同时具有磁性和超导性、金属间化合物MgB2新超导转变温度的发现，超导磁悬浮技术有望产生新的突破。

首先了解了磁悬浮原理：

磁悬浮技术的系统，是由转子、传感器、控制器和执行器4部分组成，其中执行器包括电磁铁和功率放大器两部分。

假设在参考位置上，转子受到一个向下的扰动，就会偏离其参考位置，这时传感器检测出转子偏离参考点的位移，作为控制器的微处理器将检测的位移变换成控制信号，然后功率放大器将这一控制信号转换成控制电流，控制电流在执行磁铁中产生磁力，从而驱动转子返回到原来平衡位置。

因此，不论转子受到向下或向上的扰动，转子始终能处于稳定的平衡状态。

然后介绍了磁悬浮技术发展的历史过程及发展现状。

20世纪60年代，世界上出现了3个载人的气垫车实验系统，它是最早对磁悬浮列车进行研究的系统。

我国对磁悬浮列车的研究工作起步较迟，1989年3月,国防科技大学研制出我国第一台磁悬浮试验样车。

1995年，我国第一条磁悬浮列车试验线在西南交通大学建成，并且成功进行了稳定悬浮、导向、驱动控制和载人运行等时速为300km的试验。

西南交通大学这条试验线的建成，标志我国已经掌握了制造磁悬浮列车的技术，上海将辅设1318km的磁悬浮铁路，那时我国将成为世界上第一个具有磁悬浮运营铁路的国家。

国际上对磁悬浮轴承的研究工作也非常活跃，国内对磁悬浮轴承的研究工作起步较晚，尚处于实验室阶段，落后外国约20年。

最近几年,结合磁悬浮轴承和无传感器检测两大研究领域的最新研究成果，诞生了一个全新的研究方向—无传感器的磁悬浮轴承。

即不需要设计专门的位移传感器，转子的位移是根据电磁线圈上的电流和电压信号而得到的。

这类磁悬浮轴承在以下几个方面得到了显著的改善和提高：

转子的轴向尺寸变小，系统的动态性能得到提高；

进一步提高了磁悬浮轴承的可靠性；

便于设计磁悬浮轴承的控制器；

价格会显著下降。

最后介绍了磁悬浮技术的研究的方向和应用前景：

随着电子元件的集成化以及控制理论和转子动力学的发展，经过多年的研究工作，国内外对该项技术的研究都取得了很大的进展。

但是不论是在理论还是在产品化的过程中，该项技术都存在很多的难题，其中磁悬浮列车的技术难题是悬浮与推进以及一套复杂的控制系统，它的实现需要运用电子技术、电磁器件、直线电机、机械结构、计算机、材料以及系统分析等方面的高技术成果。

需要攻关的是组成系统的技术和实现工程化。

悬浮磁轴承所需解决的难题则主要表现在控制系统和满足转子轴系动力特性上。

在重视控制系统研究的同时，着重研究系统的转子动力学分析，从而更有效的改进控制方法和策略；

采用具有强鲁棒性的滑模控制、模糊控制和神经网络控制等，实现对复杂转子动力学特性的控制。

磁悬浮轴承面向电力工程的应用也具有广阔的前景，根据磁悬浮轴承的原理,研制大功率的磁悬浮轴承和飞轮储能系统以减少调峰时机组启停次数；

进行以磁悬浮轴承系统为基础的振动控制理论的研究，将其应用于汽轮机转子的振动和故障分析中；

通过调整磁悬浮轴承的刚度来改变汽轮机转子结构设计的思想，从而改善转子运行的动态特性,避免共振，提高机组运行的可靠性等，这些都将为解决电力工程中的技术难题提供崭新的思路。

磁悬浮轴承面向电力工程的应用也具有广阔的前景，根据磁悬浮轴承的原理，研制大功率的磁悬浮轴承和飞轮储能系统以减少调峰时机组启停次数;

进行以磁悬浮轴承系统为基础的振动控制理论的研究，将其应用于汽轮机转子的振动和故障分析中;

通过调整磁悬浮轴承的刚度来改变汽轮机转子结构设计的思想，从而改善转子运行的动态特性，避免共振，提高机组运行的可靠性等，这些都将为解决电力工程中的技术难题提供崭新的思路。