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绪论：在寻找写作灵感吗？爱发表网为您精选了8篇机械工程论文，愿这些内容能够启迪您的思维，激发您的创作热情，欢迎您的阅读与分享！
依据南通大学自身的特色，依托长三角经济发展和南通市区域经济发展需要，积极探索、创新校企协同工程人才培养模式，以实际工程为背景，以工程需求为导向，以培养优秀后备工程师为目标，循工程技术为主线，靠校企合作为手段，以培养“双师型”教师队伍为支撑，达回归工程实践之重点。从2007年至今，倡导企业与学校按照新的模式培养工程师人才，变招收学生为参与培养学生，组织并实施了卓越机械工程师培养计划，并取得显著成效，主要进行了如下探索与创新。
1.1创立了高校和一流企业联合培养卓越工程师的新机制
从南通大学自身定位和办学特色出发，调研南通及周边地区产业结构，遴选在行业内产品技术含量高、科研实力雄厚，生产设备及管理模式先进的一流大型企业，研究论证校企协作共同实施人才培养的可行性，突破现有“订单式”人才培养模式的局限，探索面向行业需求的卓越工程师培养新机制。行业企业深度参与卓越工程师培养全过程，校企合作共同制订培养目标、共同建设课程体系和教学内容、共同实施培养过程、共同评价培养质量、共同促进学生就业。
1.2校企协同下的卓越工程师培养模式制度化创新设计
在校企协同培养的机制与理念下，需要对传统的工科教育模式进行创新设计。将学生专业培养从宏观上分为学校培养和企业培养两个层面，学校培养以强化基础理论教学为主、夯实专业基础；企业培养以实践教学为主，强化工程实践能力。基于校企协同培养模式，进一步使特色课程建设、生产实习、综合素质拓展和毕业设计等具体环节设计制度化，形成具有自主特色的体系，主要体现在以下几方面。
1）创新设计特色课程体系和教学方法。
以强化工程实践能力、工程设计能力与工程创新能力为核心，优化课程体系和教学内容。结合企业和行业对工程师素质实际需要，特设与企业实际结合的专业课程，并纳入教学计划，聘请企业资深工程师讲授专业性强、实践性强、学校难以开设的核心技术课程，并针对现有技术难题和生产过程组织实施案例教学，开展基于问题的学习、基于案例的学习等研究性教学和学习方法，对调动学生自主学习的积极性、提升学生专业理论水平、加强专业技能起到重要作用，教学效果明显。
2）面向卓越工程师能力要求的综合素质拓展创新。
开设包括人生励志篇、生产组织与管理篇、制造科学与技术篇、交流与总结篇等涵盖多方面的系列讲座，对进一步提升学生与青年教师的工程素质、工程意识、人文科学素养和创新能力起到了积极作用。具有丰富工程背景和管理经验的资深教授、高级工程技术专家的讲座，极大调动了学生的学习热情，取得了良好效果。
3）制订规范、合理、安全且可操作性强的实习计划。
结合专业培养的需要，制定定点岗位实习与全厂多岗位流动实习相结合的实习计划，可满足学生对未来从事工作的兴趣需要，对培养未来工程技术人员的全面素质起到推动作用。
4）结合工厂实际生产，组织落实能符合学生培养要求的毕业设计。
毕业设计从选题论证、过程指导到答辩等诸多环节，以工厂工程师队伍为主、学校指导教师为辅共同负责，有力强化了毕业设计在卓越机械工程师培养中的重要地位，提高了学生解决工程实际问题的能力，深化了学生对理论知识的理解与掌握，促进工程应用与实践水平的提高。
1.3校企协同构建面向卓越工程师培养的“双师型”师资队伍
从企业层面构建稳定的企业教师梯队，选择技术水平高、责任心强的工程技术人员作为企业的指导教师，负责人才培养各个环节，同时负责对学校青年教师的再培养工作；学校组建以老教师为主、青年教师轮流参与的教师队伍，在对学生实施培养的全过程中，完成对青年教师的工程实践能力培养，逐步提升大学教师回归工程实践、服务工程需要的能力，使教师兼具工程师素养，取得对学生培养和对青年教师再培养双重教育效果；学校教师有义务培养企业年轻工程师，努力参与营造工厂科学研究、人文与管理氛围，使工程师兼具教师素质，共同构建适应卓越工程师教育培养的新型“双师型”师资队伍。
1.4以学科平台支撑卓越工程师教育培养体系的健全与完善
牢固树立大学以培养人才为宗旨，倡导一流企业为社会人才培养作贡献的理念，构建教、学、产、研系统。校企深层次产学研合作、共建实践基地和平台，促进科研与教学的融合、促进高校教师理论与实践的结合，构建寓研于教的培养模式，使校企合作平台提升到学科平台的层次。学科平台的构建对促进专业建设、实践基地建设、课程体系完善和科研反哺教学均具有重要的推动作用，最终支撑卓越工程师培养体系的完善，回归高等学校人才培养的根本任务。
2校企协同构建卓越机械工程师培养模式的实践
2007年，南通大学选择机械工程学院为改革试点单位，根据学科专业特点和服务地方经济发展的需要，与上海振华重工集团（南通）有限公司开始探索校企协同人才培养模式，从2005级300名学生中双向遴选出30名学生，成立南通大学振华港机班，实施校企协同定向培养，由企业和学校共同制定培养目标、共同实施培养过程、共同促进学生就业，这种机制与模式在南通大学尚属首次。作为校企合作单位的上海振华重工集团（南通）有限公司（以下简称“振华港机”）是世界著名企业上海振华重工集团下属生产基地之一，主要从事港机钢结构生产、总装、调试、发运以及钢桥、大型龙门吊、浮吊以及船舶配套件等海洋重型装备的研发与制造。公司先后参与承担了国家科技支撑计划、国家高技术研究发展计划（863计划）、工业与信息化产业部产业技术创新计划等几十项研究课题，并获得授权国家发明专利数十项。其中参与的：“ZPMC新一代港口集装箱起重机关键技术研制平台建设”获2008年国家科技进步一等奖、“海上重型装备全回转浮吊关键技术及应用”获得2010年国家科学技术进步二等奖。经校企双方专家共同研讨，制订了面向企业的人才培养方案，并根据机械工程师培养的目标和要求，对专业课程体系进行了调整和优化，增设了与企业生产实际紧密接轨的课程。2008年上半年组织该批学生到企业进行了认识实习，2008年暑假又组织该批学生到振华港机进行了为期1个半月的生产实习；工厂及教师团队完成了学生在企业半年的毕业设计任务，结合工厂实际题目，实施一生一题。针对公司港机钢结构装备制造的需要，开设了《钢结构力学及制造工艺》课程，共32学时；开设了《焊接结构工艺实践》，为期1周，由振华港机和学校共同实施组织完成。为适应振华公司面向进军海洋工程市场的需求，南通大学通过中远川崎公司邀请日本川崎造船株式会社及其配套件公司的日籍专家来校进行8场专题讲座。总部设在南通的中远川崎船舶制造有限公司是中国远洋运输集团公司与日本川崎造船株式会社的合资公司，是江苏乃至全国屈指可数的一流船舶制造企业，实现了行业联合实施人才培养。
2009年6月，首次由校企联合培养的30名学生到振华集团顺利就业，在各自的岗位上发挥了积极的作用，部分学生已经成长为企业骨干和中层管理，在人才培养实践过程中，通过不断积累经验，积极拓展，深化改革，进一步强化校企互动，彰显了办学特色，为地方经济社会发展做出了应有的贡献。在人才培养的基础上，南通大学机械工程学院与上海振华重工集团（南通）有限公司开展了深层次的产学研合作，积极参与企业重大项目研发和技术攻关。双方合作成功申报了2012年江苏省科技成果转化专项项目：“潮间带及近海风电设备多功能安装作业船的研发及产业化”获批经费1200万元，成功申报了2009及2012年南通市重大科技创新项目：“大型船舶动力定位推进器的研发与制造”、“大型高效回转伸缩式装船机关键技术研发与产业化”共获批经费900万元。双方合作科研项目的成果“喷射流场电沉积机理及绿色环保应用”、“喷射电沉积流场主导结晶机理与绿色技术应用”荣获2011年教育部高校科技进步二等奖、2011年江苏省科技进步三等奖；“海洋钻井平台升降系统设计与制造”、“潮间带风电设备多功能安装作业工程船设计与制造”分别荣获2012年南通市科技进步二等、三等奖各一项。协助公司申报高新技术企业、国家及江苏省首台套产品；与公司共建省级企业研究生工作站、省级技术研发中心，为企业自身发展、研究生培养、青年教师提升知识和应用能力都创造了条件和机会，在实践过程中逐步形成并完善了以公司高端人才、学校资深教授、年轻工程师、青年教师、研究生共同构成的多层次梯队，每年定期举行学术、技术研讨会，进一步促进和完成对“双师型”队伍的培养，促进科研团队与教学团队的融合。在科研合作过程中探索构建寓研于教的培养模式，在面向本科生开设的《先进制造技术》、《机械制造工程学》和《测试技术》等多门专业课中努力把与企业合作项目的科研思想、方法及成果纳入教学过程，让本科层次的学生及早了解技术发展前沿和趋势，尤其是让即将进入该行业的未来工程师们提前接触和了解行业的发展现状、技术前沿与趋势，对于学生的专业水平、科学素养、创新意识和能力都有明显提高，为这些学生毕业后能够迅速融入企业，参与企业的科技创新和技术革新，成长为社会需要的卓越工程师，奠定了良好的基础。振华港机的多名学生毕业后参与了企业的一系列重大技术攻关，获得了优秀团队的称号，体现出校企协同人才培养的良好效果。帮助公司工程技术人员进行工程理论再教育，接纳17名振华公司员工开设专科升本科的学历教育，派出学院教师参与企业文化、教育与工程技术交流等活动。把科研优势转化为教学优势，把科研成果转化为教学资源，促进科研与教学的融合、科研基地与教学基地的融合。
在成功实施南通振华港机校企定向培养的基础上，通过进一步总结经验，结合2010年6月教育部出台的关于卓越工程师教育培养计划的新要求和新形势，2011年经过与江苏苏南重工机械科技有限公司（以下简称“苏南重工”）多次协商，挑选机械工程学院30名学生组成“08苏南重工班”开展面向卓越工程师计划的培养。江苏苏南重工机械科技有限公司是由江苏苏南特钢集团有限公司于2006年投资创办的现代化冶炼大型锻件及装备的研发、生产企业，产品主要用于船舶、电力、石油化工、冶金设备制造等领域。企业拥有世界一流的生产设备和一批高端工程技术人员。2011年7月，南通大学和苏南重工校企合作签约仪式在常熟市举行，双方签署了面向卓越工程师教育培养的人才培养协议，共同推进南通大学卓越工程师教育培养计划全面启动。2011年7月，30名学生到苏南重工进行了为期一个半月的生产实习，结合学生就业兴趣和工厂需求，实施生产实习定点及岗位轮训制度，这是南通大学与苏南重工开展本科人才培养的一个重要环节，并倡导企业把工程师对学生指导、授课等培养环节纳入年终个人考核中。2011年9月，由南通大学与苏南重工共同开设的人才培养“08苏南重工班”特色课程班开课，特意安排三位享受国家特殊津贴、研究员级高级工程师周奠华、林尧武与白多智分别讲授《大功率低速柴油机用N80A高温合金排气阀的研制》、《柴油机半组合式特种曲轴制造技术及设备》、《大型锻件制造工艺及设备》等三门课程，各24学时，授课中实施了基于现场案例的教学，对照现场设备和制造过程讲授专业理论知识，深受学生欢迎。邀请了近20位校内外专家学者，围绕人生励志篇、生产组织与管理篇、制造科学与技术篇、交流总结篇几个部分组织、安排了15场特色系列讲座，着力提升苏南重工班学生的整体素质，提高人才培养的质量，取得了良好的效果。在毕业设计环节，机械工程学院根据南通大学毕业设计的规范和要求，结合苏南重工的实际情况，经过双方多次协商交流，共同落实了苏南重工班学生毕业设计题目，确定了企业毕业设计指导教师团队，以工厂工程师为主，学校教师为辅共同负责。学生在工厂为时半年，圆满完成了在企业进行的毕业设计任务。通过毕业设计环节学生进一步熟悉了工作岗位要求，学习企业先进技术和文化，为走上工作岗位参与企业技术创新和工程开发奠定了良好基础。
3结束语
2007年，南通大学与上海振华重工集团合作协同培养人才，形成初步培养方案，完成协同培养模式的设计；2011年，南通大学又与常熟苏南重工进行协作培养，更加注重培养学生的实践能力与创新能力，进一步发展完善培养模式。经过与振华港机和苏南重工的成功实践，完成了校企协同培养模式的构建，形成了校企协同的培养机制。协同培养学生的创新水平、实践能力、责任意识，沟通能力等都有了进一步的提高。该模式已经逐步成为机械工程师培养的基本模式，已逐步成为南通大学卓越工程师教育培养的示范和样板。结合南通大学卓越工程师培养的实践经验，对实施卓越工程师培养的改革与深化提出几点思考：
（1）目前，实施卓越工程师培养的最大困难在于企业的认知度与参与度不够。
迄今，政府没有相应的鼓励政策与约束机制强化企业的参与，以追求产品利润为目的的企业无义务履行大学生培养的职责；而教学资金短缺、无职场氛围和规模产品生产的学校又难以满足可持续性的卓越工程师培养任务。解决困难的措施在于把握企业的人才需求，倡导企业变市场普招学生为向学校定向培养学生，选择优秀学生，根据双向选择机制，各用人单位合理出具相应资金、人力和场所，减少学校教学成本；
（2）在实施卓越工程师培养中，需要为同行业或相近多家企业进行特色人才培养，遴选一、二个大型企业为基础，以其他企业为补充，以形成学生成班制的培养模式。
1机械工程全日制专业学位研究生培养体系改革的总体策略
在人才培养越来越注重个性化、创新性的今天，高等学校应该改变过去单一的知识传授的教育方式，增强学生的个性培养与实践创新能力的培养，培养体系应该有自己的特色与个性。通过领会我国由工程教育大国迈向工程教育强国，走新型工业化发展道路、建设创新型国家和人才强国的发展战略，为适应高等教育面向社会需求培养人才的发展形势，我们深入分析了机械工程领域的优势特色和发展难题，借鉴国内外工程教育教学改革的成功经验，确立了石油特色机械工程全日制专业学位研究生培养体系改革的总体策略。即：依托石油石化企业发展优势，进一步增强与企业的产学研合作，促进导师队伍建设，加快具有石油特色的实验室和校内外实践创新基地建设；开阔全球视野，推进国际化办学，拓宽学科发展空间和就业渠道；以企业需求为导向，借鉴国际工程教育人才培养新理念，培养知识面广博、适应性广、实践创新能力强的高层次应用型人才。
2机械工程全日制专业学位研究生培养体系的构建
专业学位研究生培养体系的构建涉及培养目标、研究方向、课程设置、实践基地、培养方式、学制、学位论文、导师队伍、质量管理等要素。
2.1培养目标全日制专业学位是以应届本科毕业生为主的全脱产学习，其培养目标与非全日制专业学位应有所不同，与学术型学位有明显差异。机械工程全日制专业学位研究生的培养目标为：具有良好的思想道德素养、敬业精神和创新精神；具有坚实的数学、力学、机械工程、计算机技术基础；掌握一门外国语，能熟练阅读专业文献；掌握现代机械设计、制造、机电控制、车辆工程等领域的基本理论与方法，了解本学科专业发展前沿；在石油机械工程、机械设计、机械制造、机电控制、车辆工程等某一方向或领域，从事科技攻关、技术开发、工程设计与施工、工程规划与管理的应用型高层次专门人才。
2.2研究方向经过机械工程学科与石油与天然气工程、石油化学与化工技术、油气田防灾减灾工程及防护工程等石油特色学科或方向的长期交叉渗透，融合凝练成东北石油大学机械工程领域全日制专业学位研究生的研究方向：a.石油机械工程；b.机械设计及理论；c.机械制造及其自动化；d.机械电子工程；e.车辆工程；f.工业设计；g.安全技术及工程；h.材料腐蚀防护与失效分析。
2.3课程设置在实行弹性学分制的同时，将研究生所学课程分为学位课与非学位课，以及为加强实践能力培养而设置的必修环节，为跨专业学生设置的补修环节。全日制专业学位硕士研究生应修学分不少于32学分，其中专业学位课程不少于12学分，必修环节至少5学分。为了突出石油特色，注重知识的前沿性、交叉性和渗透性，除了对常设课程内容和教学模式进行改革与更新的同时，新设置了油井举升工程前沿技术、机械制造前沿技术、机电控制前沿技术、材料科学与工程前沿技术、机械装备故障检测与分析前沿技术、石油化工设备安全技术、流体参数测试实验等课程。
2.4实践创新基地全日制专业学位研究生实践能力的培养，需要采取多种模式、拓展多种渠道，在加强企业实践基地建设的同时，要更加重视校内实践基地的建设。我们依托黑龙江省石油装备工程技术研究中心、中国石油HSE安全检测与评价重点实验室、钻井修井井架及设备检测评价国家计量认证实验室等高水平实验室，整合学科、学院实践教学资源，构建了机械工程专业学位研究生校内实践基地。由多个实践教学平台组成：石油钻采机械实践平台、海洋石油钻井采油工程技术与装备实践平台、多相流分离技术与装备实践平台、特种工程车辆实践平台、石油化工设备状态监测与故障诊断实践平台、石油化工装备腐蚀防护与失效分析实践平台、流体传动与控制综合应用实践平台。实践基地为学生提供一个实现自主创新、自由探索的实践环境。
2.5学制与培养方式实行弹性学制，一般培养年限为3年，最长不超过5年。具备提前毕业资格的研究生，修学年限可为2~3年。研究生培养采用“三跨”模式，学生可以根据需要自由择时、择地、择专业课学习。实行双导师制，校内导师为主要责任人，指导团队培养相结合。应充分发挥导师指导研究生的主导作用，努力体现“因材施教”的教育思想，积极调动研究生学习的主动性和自觉性，帮助研究生按时制定好个人培养计划。加强研究生的自学能力、动手能力、表达能力、写作能力和创新能力的训练和培养。
2.6教师队伍充分利用地处大庆油田这一地理位置的优势，选派青年教师到石油石化企业去挂职锻炼，他们将得到大量的直接面向工程实践的“实战机会”；加强学校与企业的合作，积极开展联合课题研究和科技服务，使年轻教师都参与到解决工程实际问题和科技创新的实践中来，工程创新意识不断得到增强，解决工程实践问题的能力也得到相应提升。同时，现场工程知识的积累及科技创新，又促进了专业理论水平的提高，逐步建成“双师型”的导师团队。充分利用与石油石化行业长期全面合作办学的各种资源，完善校外导师聘任制度，扩大校外导师队伍，落实好全日制专业学位研究生培养的“双导师制”。
结束语
遗传算法就是一种以事物的自然属性和遗传属性为基础，通过计算机对生物进化规律进行模拟以寻优的一种算法，将寻优的范围与遗传空间相对应，把每一种可能的值通过二进制码进行编码，如同染色体一样，形成的字符串相当于基因，然后按预期的结果对每一组编码进行评价，选出最合适的一个值。算法一开始是提出一些问题的解，然后根据要求对这些解进行选择，重新拆解组合，去掉不合适的，留下最优值，由此形成的便是新值，如此往复，继承与改良，这便是GA算法。由以上我们可以看出GA算法并不是简单的重复，而是属于一种螺旋式的上升过程，是不断向更好的方向“进化”的，在淘汰与择优中趋于稳定。
2GA算法的数学基础和算子
2.1GA算法的数学基础
图式定理是GA算法的数学基础，图式定理是Holland提出的，它在一定程度上解释了GA算法强大的数据信息处理能力，由定理我们能看出，经过不断地复制和交叉变异，在第一代中包含的编码数量H可以用如下公式表示：m（H，t+1）≥m（H，t）（N（H）/FAV）[1-PC•（〥（H）/（L-1））-O（H）•Pm]（1）如以遗传学讲，其中m（H，t）和m（H，t+1）分别代表第t代和第t+1代种群数量，N代表图式H中染色体适应能力的平均水平，FAV代表种群中包含的染色体的适应力的平均水平，交叉比率用PC表示，变异比率用Pm表示，图式的长度用〥表示，OH是H的确定参数，即阶，染色体长度用L表示。
2.2GA算法的算子
GA遗传算法的基本算子有三个，分别是选择、交叉和变异。选择算子相当于生物界优胜劣汰，决定物种最终存活的自然选择，在生物群中选择一些适应力强的生物，将它们的染色体放入基因库，是染色体重新交叉组合完成变异的前提，选择算子的特点是只能在原有的基础上选择出优良的基因，而无法重新创造。交叉算子相当于自然界生物为完成繁衍生息和进化而进行的繁殖现象，染色体经由交叉，重新组合后形成新的染色体，即从双亲染色体里随机地分别选择一条再重新组合，是染色体的重新创造。变异算子是在选择和交叉算子完成重组的基础上使遗传算法能力的增强，以寻找GA值的最优解，如果在整个GA算法中少了变异操作，就只能在原有基础上来回寻找而没有新的突破。
3如何实现遗传算法
遗传算法归根结底是寻找一个最优的解或者工程中所讲的最好的解决方案，从函数来讲是求如下函数的最优解：F=f（x，y，z），x，y，z∈Ω，F∈R（2）其中x，y，z是自变量，每一组（x，y，z）就是一组解，优化目标的目的是寻找一组解使得：F=f（x0，y0，z0）=maxf（x，y，z）（3）首先，将公式（2）的各个参数通过二进制数编码形成字符串，再进行链接形成所谓的“基因链”，据已有的研究结果，可以知道字符串长度不同、码制不同都将对最终计算的结果的精度产生影响。其次，采用随机抽选的方式选择个体的初始值，之所以随机抽选是因为这样产生的结果更具有一般性，能代表寻常情况。最后，确定群体的规模，即确定基因选择的目标源，在这个目标源中寻找最佳值，规模的确定决定了GA算法结果的权威性和有效性，太小则不能提供足够的采样点，结果的多样性将会打折扣，太大则会增加计算量，拖长搜索时间，通畅将规模控制在40～200左右为宜，在对每个个体的优劣实施评价之后，设置一个适应度函数，然后分别确定交叉率和变异率，判断搜索何时停止，在本次讨论中，判断标准可以定为搜索所得的解是否达到了预期的最大值。
4GA在机械工程中的应用
GA算法的优点显而易见，它在机械工程中的应用是极为广泛的。在零件的切削中可以对零部件和切削工具予以优化，使得切削参数的设置达到总在工作以最低的成本，实现最高的效率，最终得到最高的收益的目的，在自动化控制的智能制造系统中可以为系统的静态动态的配合寻找到最佳契合点，以下对GA算法在机械公式和功能中的应用以具体实例加以阐述。
4.1优化人工神经网
ANN，即人工神经网，是一种用于建模和控制的，针对模型结构不稳定的线性系统而设计的结构，单次结构目前并不成熟，并没有确切的数据指导后来者准确的使用，处于摸索阶段。对于ANN，目前采用的训练方法是反向传播算法，大速度比较慢且结果具有一定的局限性，GA算法可谓使这一问题得见柳暗花明。在AN的行学习参数的优化工作中，仍用反向传播，但对一下因素进行编码操作，包括隐含层数、隐含层数的单元数、势态、网络连接方法、迭代数等，编码完成后，构成ANN基因链，把基因链的适应度函数定义为10-MSE-隐含单元数/10-训练跌代数/1000，MSE是训练好的网络对样本的方差。
4.2优化FLC矩阵的参数
模糊逻辑控制器，简称FLC，涉及到的概念有控制对象偏差和动作强度，表达了二者的模糊关系，现有一延时二阶系统的函数为GS=exp（-0.4s）/（0.3s+1），要求此系统的输出值尽量的跟踪输入值，采用FLC矩阵进行参数优化，取矩阵R=77×11，对此矩阵的77个元素以8bit的二进制码表示，基因链长616bit，经由GA算法优化的FLC控制下，输出值的效果明显地优于“比例-积分-微分”控制器的效果。
4.3实现机床挂最佳组合
机床挂轮组合的完美与否直接决定了生产线的效率，而这又是一个极为古老的问题，最佳组合最终实现的是挂轮组的传动比与要求的值误差达到最小，本文中，笔者通过GA算法，以求能找到一个有效的方案，适合度函数定义为：F=20-ABS（id）-（A/B）*（C/D）（A，B，C，D）∈Ω其中，A，B，C，D分别代表挂轮齿数，共计4个挂轮，ABS（）表示绝对值函数，Ω是挂轮约束条件，需要A+B＞C=d+m，C+D＞B+d+m，d，m分别代表齿轮模、安装轴径。笔者在文中采用cenitor算法，对每个齿轮用一个5位二进制码进行编码，代表挂轮表的32个挂轮，共4个挂轮故基因码长20位，个体数为100，经过验证后发现，如果id为整数，GA算法只需完成1000次杂交运算就可以选出多个误差为0的组合，它并非盲目地完成计算，搜索数远小于问题解的数值。
5结语
我校为本科生开设的数控技术系列课程涉及数控加工技术、数控设备与编程技术、特种加工、CAD/CAM技术、机械制造工程学、模具设计与制造、先进制造技术等。长期以来，受经费、任课教师的知识背景和考核标准等因素影响，该课程教学有重视软件、轻视硬件训练的倾向；国内具有高水平和突出特色的教材偏少；办学模式较为单一，缺乏自身的特色和多样化风格；实践类培养环节不能保证所有学生有充裕的时间、充足的设备进行自主、创新性实验或进行科技创新活动。尽管我们承担了大量以数控技术为“使能技术”的科研课题，积累了丰富的高新技术研究开发与工程经验，但在教学和科研的关系上存在着各自为政的局限，教学和科研的融合不能令人满意。主要问题在于教师过于重视科研，而对教学工作敷衍了事，不乐意探讨教学方法、教学成果、教学业绩，不安心从事基础教材的编写；教学内容陈旧乏味，教学方式照本宣科；课堂远离科学研究氛围，科研的新成果不能应用到教学之中，科研的新动态不能融合到教学之中；教师之间科研单兵作战、各自为营，虽鼓角相闻，但交流无多。教学和科研相结合成为一句空话。相对于传统教学科研割裂的情形，教学与科研互动在4个方面具有优化作用和先进性。
1.1教育内容
教学不是按照一本相对固定、内容庞杂的数控技术教材进行授课，而是根据实际需要，以一定的理论框架为基础，将理论授课整合为结构合理、专业精深的专题讲座体系，其教学内容应是与时俱进的。
1.2教育方法
让在数控技术科研上富有学术成果的教师参加教学工作，有利于将相关领域基础理论中的知识点和学科发展的前沿自然结合，形成高屋建瓴之势，真正做到深入浅出。
1.3教育分工
不是由一位特定教师承担一两个班级至少一学期的授课，而是由多名或更多的研究型教师，经分工协作，充分发挥各自的教研所长，面对更多的班级进行短时期、高水平的学术交流。
1.4教育考核
采用研究型专题写作等灵活形式，更加注重对学生能力、素质的考核，促使教学重心向素质教育转轨，加大对理论联系实际问题的考核，加大对数控技术现实问题、热点问题的分析与考核。
2基于教学科研互动的数控技术系列课程改革
实现教学、科研的良性互动，把促进综合素质的培养作为制订课程计划的基本依据，在数控技术系列课程和社会需求之间建立明确的联系，使数控技术系列课程教学从基于理论向重视实践和面向行动转化。
2.1解决了教学和科研相融合的机制问题
建立了教学和科研相互融合的机制，主要包括三部分
(1)结合学科建设和教研室工作，建立任课教师的评价体制，即制定处理教学科研关系的激励政策，教师的奖励、晋职、招收研究生等均要求教学与科研并重。
(2)任课教师自身要实现教学和科研之间的融合，即采用互动式的教学方式，注意学生的反馈，注意与实践相结合，注意通过研究的方法来解决问题，以利于学生和教师的交流互动，有利于教师掌握当前社会的变化以及研究领域的变化。
(3)任课教师之间要实现教学和科研的融合，即形成“学科带头人”制度，以机械工程学科带头人为工作中心，数控技术的教学和科研都围绕其进行，一方面，通过相互传授和向学生传授其研究的内容，扩大团队的影响，另一方面，通过教学，相互听课，不断相互交流协作，互相学习，最终取得教学和科研的双赢效果。
2.2促进了科研成果向教学资源的转化
结合课程改革和实验教学改革，结合专业建设与学科发展，进行统筹规划，坚持高标准、高起点、高效率，在引进高新技术硬件和软件的同时，将数控技术的最新研究成果和技术引入课程教学，内化为数控技术教学内容，形成教学特色，从而使数控技术系列课程的办学水平得到提高，教师和实验技术人员的交流得以加强，知识得以更新，素质得到提高。由于改善了教学科研条件，教学、科研相互促进、良性循环。
2.3教学方式和方法迈上新台阶
自主开发了数控铣床仿真系统、数控车床仿真系统等虚拟实验系统，机械制造工程学CAI虚拟教学软件，数控加工技术、数控车床编程与操作、数控铣床/加工中心编程与操作、数控电火花线切割机床编程与操作等CAI课件。由于在教学过程中体现了自己特有的教学思想，不但有效地提高了教学效率，而且以逼真的效果加大了课堂信息量，提高了学生的空间思维能力、创新能力，从而提高了教学质量，取得了很好的教学效果。
2.4优化数控技术核心课程，发展跨学科相关课程
从数控技术的系统性、整合性出发，减少了一些专业课的课时，将数控技术系列课程中带有共性的基础原理和方法整合、加强、优化至核心课程，尽量避免对学位课程进行过于具体的设计；调整了人才培养方案，先后对本科生进行了数值分析、计算机图形学、Matlab科学与计算、复杂刀具设计等课程知识的培训，尽可能地拓宽课程基础知识；打破学科壁垒，先后聘请与我院有科研合作关系的设计与艺术学院、电气工程学院、计算机学院、临床医学院的专家举办机电产品造型技术、控制电机、计算机图像处理技术、人体解剖学等课程知识的讲座，使学生形成了较为灵活的思想和较为宽广的知识背景。
2.5花大力气编写高质量的特色教材和专著
如何编写和使用教材是数控技术系列课程改革面临的新问题。我校组织数控技术科研和教学的精干力量，编写了《数控铣床及加工中心自动编程与操作》《数控车床自动编程与操作》《数控线切割自动编程与操作》三部拟作教材使用的专著。该系列著作的特点在于：尝试将学科性教育和职业性教育的内容糅合，内容科学合理、客观翔实；突出一个“新”字，现代化内容贯穿全书，使读者处于数控技术的发展前沿，拉近读者与现代科学发展的距离；重视交叉学科和跨学科研究的发展动向，并尽可能地将这些动向反映出来；结合工程实际，融合机械设计自动化软件SolidWorks的三维特征造型技术、Matlab语言的数值计算功能，详尽地介绍数控技术CAD/CAM软件在模具和工具行业的应用；对于师生和社会读者普遍关心的数控加工技术的工艺技巧及特种加工技术等内容，也做了合理的编排。
2.6向本科生开放大型、精密科研数控设备
向本科生开放大型、精密科研设备，是在课程实践环节改革中将教学科研互动工作落到实处的一项重大举措。但这种开放不是简单的开放，而是通过拟订培养方案，提出培养措施，安排开放时间等，将其纳入专项培训、专业课程设计、毕业设计、课外科技创新活动的工作计划中。得益于该措施，学生不但有机会接触一些高精尖的数控设备，如数控高功率横流二氧化碳气体激光器、数控YAG固体激光器、立式数控加工中心等，一些学生还以主人翁的姿态参与了部分相关科研子课题的研究工作。该举措在一定程度上改变了数控技术教学中存在的课程理论化、实践环节简化、实践训练弱化的现状。
3结束语
1.1机械自动化管理应用现状。依靠机械的方法实现自动控制的技术被称为机械自动化技术。就目前而言，我国机械自动化技术的管理应用模式上与国外相比还存在着滞后性，但由于机械自动化技术在国内应用非常广泛，而且行业前景也很好，使得一些机械工程企业在应用技术的过程中重视程度不够，管理方面也不成熟，缺乏系统性和科学性，而且缺乏创新意识，导致机械自动化技术整体更新过慢。
1.2机械工程自动化人才培养现状。对于机械工程自动化人才的管理，既缺乏技术人才的培养，也缺乏对技术人才的管理。机械工程自动化技术发展还处于初级阶段，因此专注于此方面的技术人才培养不足，造成人才匮乏现象。另外是对技术人才的管理，在人才培养上我国更加侧重于理论知识教育，使人才缺乏技术实践经验，直接造成了对人才全面发展的制约，对开展自动化技术应用也有着制约影响。我国的机械设计水平没有大幅度的提升，使得设计人员的技术水平也出现了停滞现象，这种现象直接使我国机械工程自动化呈封闭状态发展，造成发展状态不平衡。
2机械化工程自动技术的创新措施
针对目前我国机械化工程自动技术的现状，加强机械工程创新研究至关重要。在加强机械工程自动化技术措施的过程中，主要可以从三个方面进行加强：
2.1制定明确的战略方向。实现机械工程自动化是一个长期的工程，不能盲目进行操作。自动化主要是机械工程自动控制取代传统人工操作，这个过程要保证方向和目标的明确，要针对我国具体情况制定针对性的措施对策。在加强自动化过程中，要积极引进国外先进技术，学习创新理念，从理论上不断丰富机械技术。要在教育过程中加大对自动化知识的普及，使市场和机械行业发展以此为重要导向。国家相关部门要通过大力度的资金政策支持，促进科学技术研究，实现机械自动化产业链的形成。在明确发展方向的同时，要始终以实际情况为基本参照标准，以保证符合多元化市场发展规律。另外机械化自动技术的发展是以信息技术为一定基础的，因此要注重信息技术的应用和发展，以加快机械工程经营管理效率的提高，促进产业结构的完善。
2.2积极引进自动化设备及应用技术。从目前我国机械工程自动化技术应用情况来看，存在着一定的滞后现象，且发展态势落后于国外发达国家。没有实现高度自动化，计算机集成制造系统没有得到广泛应用，基础技术储备不足。在实践探索中要以自身发展特点为基础，积极借鉴国外经验，完善自身技术，实现技术突破和创新。现阶段的机械生产中，针对大批量零件加工仍采取流水作业模式，即以半自动化为主。针对这个环节我们要积极引进先进设备，提高机械自动化，既节省人力资源，同时也提升生产加工效率，对提升企业整体经济效益有着重要作用。在进行非大规模生产加工过程中，可以通过成熟技术人员进行数控机床加工，实现自动化技术应用。在自动化应用中不是进行单一复制，而是有针对性的进行侧重，对不同特性的产品进行优化。在信息化和新材料不断研究发展的新时期，给自动化技术应用带来更大发展空间。目前自动化技术正向开放式结构发展，驱动装置也向数字化方向发展。在系统上和通讯方式实现数字化和智能化是新一代自动化技术的新方向。在我国工业发展不断加快的新时期，机械工程自动化技术要大力推广，实现工业全面自动化、智能化。
2.3实现高质量技术人才培养。为真正实现机械工程自动化，要注重专业技术人才的培养。在人才培养中要加大教育体系建设，从教育着手，加大对自动化专业人才的教育投入。同时改变传统应试教育模式，积极鼓励学生理论与实践相结合，坚持“工学结合”理念，使专业人才在接受理论教育阶段接触机械自动化实践。通过教育机构与校外企业的联合合作，可以保证机械工程自动化人才是理论知识与实践技能兼备的复合型人才。针对目前专业自动化人才空缺现状，要结合科学理念进行培养和管理，在吸纳人才和应用人才的过程中，也要注重人才潜能挖掘，实现机械功能自动化技术创新，人才发展推动我国技术革新。
3机械工程自动化技术未来发展形势
我国科技的不断发展和创新推进机械工程行业发展迅猛，自动化技术将越来越广泛的应用于各行业领域中，实现自动化普及。机械工程自动化将真正实现创新、发展、科学，进一步向机械智能化迈进。同时在“中国梦”理念的指导下，自动化技术的应用形势将走向低碳、环保，实现设备环保、应用材料环保，使得机械工程自动化技术实现可持续发展。网络信息技术的高速发展，使机械自动化技术逐渐趋向网络化。实现网络化能够使自动化技术不受传统应用管理下的地域空间限制，使发展前景和空间更加广阔。因此，在未来的机械工程自动化技术应用中，要充分利用网络信息技术，同时结合管理技术、制造技术以及其他系统工程技术，促进完整的、系统的自动化技术体系形成。
结束语
1液压支架立柱应用存在的问题及对策
煤矿井下环境中往往存在大量的腐蚀介质，如CO2、SO2、H2S等，所用机械工程材料（板材）主要以低合金钢为主，结构件大多采用16Mn低合金钢板。液压支架作为综合机械化采煤工作面重要设备之一，在工作面开采过程中，需要长期承受载荷和不断运动，并且矿井环境对钢结构件有很强的腐蚀性，这些对支架材料的强度、耐磨性、耐腐蚀性和抗疲劳性能等均有较高的要求，图1是立柱的腐蚀失效形貌。与国外同类产品相比，国产支架所用工程材料由于合金含量低（不添加Cr、Ni、V等合金元素）、表面不处理，因此抗磨、耐蚀性能较差，为延长使用寿命只有通过增加材料厚度来实现，某一型号的液压支架质量比国外同类产品质量增加了1/3。提高国产支架立柱及其结构件工程材料的应用水平的措施包括以下几方面：（1）材料设计着重于选择具有Cr、Ni、V等合金元素含量的高强度低合金钢为主，不仅保证机械工程材料具有较高的强度等力学性能，而且具有较好的耐腐蚀性能；（2）对机械工程材料表面进行必要的表面喷涂处理，使其表面具有较好的耐磨、耐腐蚀氧化层（如合金化合物、陶瓷等），提高材料的使用寿命；（3）通过提高材料力学性能和使用性能，减低国产支架及其结构件质量，减少煤炭生产设备材料成本和生产成本。
2刮板输送机中部槽和刮板应用存在的问题及对策
在当前采煤工作面内，刮板输送机的中部槽是刮板输送机的机身部件，在工作过程中，刮板输送机刮板链由机头电机牵引与刮板一起带着货载在中部槽中移动，长期以来中部槽部件制作都选择普通碳钢或低合金钢材料，在使用过程中存在以下问题：①重量大，安装和搬运费时费力；②为了降低生产成本和减轻部件重量，中部槽一般是由8~16mm的钢板制成，在受到较大的冲击时易变形，修复困难；③长期受硬质煤块摩擦磨损，磨损严重；④受工作环境温度、空气湿度影响，以及存在的CO2、SO2、H2S等腐蚀介质，产生腐蚀失效。针对刮板输送机机身部位，需要结合其恶劣的工况条件，选择耐磨性能优越、易弯曲、拉伸性能好、抗撕裂、耐冲击、易施工和摩擦阻力小的耐磨材料。根据上述问题，国内部分煤炭生产企业使用了山东科技大学研制的采用超高分子量聚乙烯作为衬里的钢塑复合方法，提高大型刮板输送机的耐磨性，其主要原理是通过利用高弹性超高分子塑性材料吸收能量，减小磨损和降低摩擦系数，在使用初期产生了一定效果，但由于物料输送时与高分子塑性材料摩擦过程中产生摩擦热，致使高分子塑性材料逐渐老化发生快速磨损。中部槽和刮板等工程材料的使用失效实际上是材料的摩擦磨损失效为主，材料的腐蚀及其与磨损的交互作用加速了材料的失效。提高中部槽和刮板等工程材料的应用水平主要以提高材料的耐摩擦磨损性能为主。提高该类工程材料应用水平的主要措施：（1）中部槽、中板材料设计为8～10mm的碳钢材料+（8～10）mm的高铬合金耐磨耐蚀材料，在保证部件使用强度前提下，可以采用复合镶铸的材料制作方法提高材料的耐磨性，也可以将厚度8～10mm的高铬合金制作成具有互换性的通用型耐磨耐蚀板件，这对于提高100万t以上的过煤量的刮板输送机中部槽的材料使用寿命，通过适当增加中板的高铬合金层厚度更有意义；（2）在刮板表面堆焊一层耐磨陶瓷涂层（Ni基WC陶瓷，厚度8～10mm）是解决其耐磨难题的较好的工艺方法，但要求堆焊层铺展均匀、通过退火消除堆焊层应力，防止耐磨堆焊层脱落。
3支架用推拉头（联接头）材料应用存在的问题及对策
煤矿机械用推拉头是联接液压支架和刮板输送机重要的链接联头，作用是联接液压支架和刮板输送机，即刮板输送机向前推进，支架同时向前步进，推拉头的使用性能要求是抗推拉、挤压、扭转强度高。进口支架随机配匹的推拉头（如DBT型号）具有较好的使用性能，但国产推拉头使用寿命短（有的30d内断裂，有的使用寿命不到1a），其失效形式主要是断裂、裂纹、组织粗大，心部有气孔、缩孔等缺陷等，如图2、图3所示。国产推拉头的频繁失效导致其更换量大、操作困难，给井下工作人员带来极大不便，特别是该零件存在的安全隐患给井下工作人员和生产单位带来人身安全和煤矿生产不安全的严重后果难以估量。图2材料组织粗大，整体截面断裂图3链接部位断裂推拉头的化学成分设计、成形工艺、热处理等技术要求对推拉头的材料应用寿命的长短至关重要，随着强度的提高，特别是当抗拉强度超过600MPa时，传统合金材料受力后的延迟断裂变得突出，这是推拉头材料高强度化时遇到的一个主要问题和难题。根据上述用于采煤设备联接用的合金钢的推拉头部件的失效分析，通过对材料的化学成分进行重新设计优化、探索部件的成形工艺、热处理工艺，开展系列的材料组织、性能研究和优化，并进行新型推拉头试制产品的生产现场工业试验，可最终到达批量生产合格产品的要求。提高推拉头部件工程材料的应用水平的措施为：采用先铸锭成型，并确保材料内部无气孔、缩孔等缺陷，后锻造成型等工艺，确保材料组织细化，致密性高，从而制备具有一定含量的Cr、Mo、V等成分的高强度合金钢材料，并通过研究推拉头新型材料的系列淬火工艺、回火工艺，优化微观组织，确保材料的力学性能。目前由西安交通大学联合神华神东技术研究院研制的新型Cr-Mo-V高强度合金钢推拉头材料已经在神东煤矿开始工业运行试验，其使用寿命可望达到或超过进口产品材料。
4溜槽、落煤冲击板等材料应用存在的问题及对策
（1）溜槽、落煤冲击板材料的磨损、腐蚀失效煤炭生产中的原煤中含煤干石10％～12％，煤干石中含高硬度的26％SiO2、10％Al2O3、15％Fe2O3、35％CaO（上述硬颗粒总量合计在86％左右），是造成输送设备材料损耗的主要磨损源。流动的含煤介质主要是煤泥，对输送设备（管道、落煤管、溜槽、导料槽裙板等）的冲击磨损、磨粒磨损、摩擦磨损及腐蚀严重。由于高硬度的、耐磨性能好的合金材料都为高合金白口铸铁，焊接性能差，所以现在煤炭生产中选用的耐磨材料基本上都是低合金碳钢材料，首先保证了安装、检修方便（焊接性能好），但硬度低，耐磨性差。保德等9个洗煤厂所有靠近地面的煤介质输送溜槽斜挡板由于冲击磨损严重，每隔90d就要焊补或增加一层耐磨板（16～25mm），所有溜槽斜挡板每年都要更换一次，耐磨材料的消耗量巨大，生产设备管理工作和工人检修、更换的劳动强度巨大，是当前影响和削弱神东煤炭生产效率、生产成本高的主要原因之一。要保证噪声、灰份污染问题解决的效果和可持续型，首先要解决所有相关设备用材料的抗磨损问题，其后才能通过防噪音处理解决噪音污染问题，也减少了运行设备中煤粉、灰份跑、冒、滴、漏现象。（2）抗冲击磨损腐蚀材料设计与应用西安交通大学针对上述冲击、磨损工况，进行了多次调研、分析和试验，设计、研制了一种既抗冲击、又耐磨损的高铬合金铸铁/橡胶/碳钢三维网格型双金属复合材料。该抗冲击磨损腐蚀复合材料由3层及3种材料组成，底层为钢铁材料，中间层为高分子橡胶材料，上层为耐磨、耐腐蚀性能良好的高铬合金铸铁材料。底层钢铁材料作为组装和支撑高铬合金层和橡胶中间层的基底，方便安装焊接；中间层高分子橡胶垫硫化粘接于钢铁和高铬合金铸铁材料之间，可以缓冲物料冲击、降低噪音；上层高铬合金铸铁材料设计成100mm×100mm网格型，而且整体拼接成横截面为中间高两边低的弧形，防止了高冲击致使高硬度耐磨合金碎裂问题，提高耐磨合金的抗冲击性能，并充分发挥了高铬合金耐磨铸铁的高耐磨性能（硬度HRC62～65），同时高铬合金铸铁基体组织为奥氏体，也具有较好的抗冲击性能。通过在2006年～2007年期间调研、试制，新型复合材料已经在神华神东公司保德洗煤厂安装并使用，并且经90d的磨损量测试，其使用后使用寿命比原16Mn耐磨钢材料提高9倍多（见表1），维修次数减少1/10，噪音由原95dB降至85dB。溜槽等部件材料同样可以设计为8～10mm的碳钢材料+（8～10）mm的高铬合金耐磨耐蚀材料，在保证部件使用强度前提下，可以将厚度8～10mm的高铬合金制作成具有互换性的通用型耐磨耐蚀板件，不仅提高了工程材料的耐磨、耐蚀性能，而且有利于耐磨板的更换，避免了整体结构件的更换。
5结语
专题：总体设计
专 业：机械工程
班 别：机自041
学 号：1037
学生姓名：
指导教师：
完成时间： XX年3月31日
学生宿舍地源热泵供热系统设计
----总体设计
1、选题的依据及意义：
1.依据：
进入90年代后，我国的居住环境和工业生产环境都已广泛地应用热水供应装置，热水供应装置已成为现代学校居住必备。90年代中期，由于大中城市电力供应紧张，供电部门开始重视需求管理及削峰填谷，热泵供热技术提到了议事日程。近年来，由于能源结构的变化，促进了地源热泵供热机组的快速发展。
随着生产和科技的不断发展，人类对地源热泵供热技术也进行了1系列的改进，同时也在积极研究环保、节能的地源热泵供热产品和技术，现在利用成熟的电子技术来进行综合的控制，并和太阳能结合更注意能源的综合利用、节能、保护环境及趋向自然的舒适环境必然是今后发展的主题。
2.意义：
地源热泵技术，是利用地下的土壤、地表水、地下水温相对稳定的特性，，通过消耗电能，在冬天把低位热源中的热量转移到需要供热或加温的地方，在夏天还可以将室内的余热转移到低位热源中，达到降温或制冷的目的。地源热泵不需要人工的冷热源，可以取代锅炉或市政管网等传统的供暖方式和中央空调系统。冬季它代替锅炉从土壤、地下水或者地表水中取热，向建筑物供暖;夏季它可以代替普通空调向土壤、地下水或者地表水放热给建筑物制冷。同时，它还可供应生活用水，可谓1举3得，是1种有效地利用能源的方式。通常根据热泵的热源(heat source)和热汇(heat sink)(冷源)的不同，主要分成3类：
空气源热泵系统 ( air-source heat pump) ashp
水源热泵系统 (water- source heat pump) wshp
地源热泵系统 (ground- source heat pump)gshp
平时还有人把热泵系统按照1次和2次介质的不同，分别叫做：
空气---水热泵系统
水 --- 空气热泵系统
水 --- 水热泵系统
空气---空气热泵系统
这些都是把热源、热汇以及空调系统的传递介质也包括进来分类形成的。
为了和国际标准接轨，我们还是应该依照国际惯例来命名。在1997年由美国的ashrae(美国采暖、制冷与空调工程师学会)统1了标准术语，无论是wshp、gshp都叫做gshp--地源热泵系统。
另外，为了让我们在学习和讨论中更方便，介绍1些地源热泵室外能量交换系统的概念：
土壤埋管系统----土壤换热器(水平埋管、竖直埋管)
地下水系统
地表水系统
这些都是地源热泵的热源或热汇形式。(具体参见下图)
图。1。1土壤换热器(水平埋管)图
图。1。2土壤换热器(竖直埋管)图
图。1。3 地表水系统图
图。1。4 地下水系统图
2、国内外研究现状及发展趋势
1、地源热泵的发展历史
地源热泵是1种先进的技术，它高效、节能、环保，有利于可持续发展。这项技术最先开始于19XX年，瑞士zoelly提出了“地热源热泵”的概念。1946年美国开始对地源热泵进行系统研究，在俄勒冈州建成第1个地源热泵系统，运行很成功，由此掀起了地源热泵系统在美国的商用。1985年美国安装地源热泵14000台，1997年则安装了45000台，目前已安装了400000台以上的地源热泵，并且以每年10%的速度递长。1998年美国商用建筑的地源热泵空调系统已经占到空调保有量的19%以上，其中在新建筑里面占30%。在欧洲国家里更多的是利用浅层地热资源，来供热或者取暖。上个世纪70年代以来，随着能源和环境问题的逐渐变得严重，在各个方面节能也被更多的考虑，以可再生的地热源为能源的地源热泵又引起了人们的重视。尤其是近年来，随着能源和环境问题的日益突出，地源热泵的研究和应用发展迅速，国内外的很多高校和研究机构相继开展了理论和实际应用方面的研究。随着研究的深入，我们的地源热泵研究工作者在全国范围内举行了各种交流探讨会。中国制冷学会第2专业委员会主办了“全国余热制冷与热泵技术学术会议”;1988年中科院广州能源研究所主办了“热泵在我国应用与发展问题专家研讨会”;中国能源研究会地热专业委员会于1994年9月6日至8日在北京召开了第4次全国地热能开发利用研讨会;从90年代开始，每届全国暖通制冷学术年会上都有“热泵应用”的专题;XX年6月19～23日，中美地源热泵技术交流会在北京召开，会议介绍了地源热泵技术，国外的应用状况和在中国的推广;山东建筑工程学院地源热泵研究所与山东建筑学会热能动力专业委员会联合发起并承办“国际地源热泵新技术报告会”于XX年3月17日在山东建筑工程学院举行，加强了国内外地源热泵先进技术的交流。
2、地源热泵在中国的发展现状及前景：
目前在中国，地下水热泵系统已开始广泛使用，而土壤源热泵系统尚处于研究机构工程摸索和研究阶段。
从有关调查来看，地下水热泵工程真正成功的并不多。原因在于要实现100%的回灌，并回灌到同1含水层，不污染地下水，且能长时间稳定运行，并不容易做到。同时，还出现了大量不进行回灌的热泵工程，更有甚者，出现了直接利用地下水通入风机盘管内进行空调。这样做，1则污染水体，2则浪费水资源。
对于土壤源热泵的发展主要是从1998年开始。国内数家大学建立了土壤源热泵实验台，且大多数进行了地下换热器与地面热泵设备的长期联合运行。其中1998年重庆建筑大学建设了包括浅埋竖埋管换热器和水平埋管换热器在内的热泵系统;1998年青岛建工学院建成了聚乙烯垂直土壤源热泵系统;湖南大学1998年建设了水平埋管土壤源热泵系统;1999同济大学建设了垂直土壤源热泵系统。这些系统为中国推广土壤源热泵奠定了基础。从XX年开始，在国内长春、济南、温州、重庆、米泉建立了1系列土壤源热泵系统的示范工程。土壤源热泵系统越来越多的被房地产商所关注和采用。
鉴于国内的国情和地源热泵系统自身的特点，我们对其各自的前景作1分析。随着地下水热泵工程技术改进和规范化，由于其突出的节能和保护大气环境的功能，还是存在着巨大的潜在的市场。水平埋管土壤源热泵，虽然占地面积大，但靠地表换热可以自然恢复地温，在年排热量和吸热量不平衡的地区应用比较有优势。而垂直埋管土壤源热泵，随着专业安装队伍的发展，钻孔设备的完善，势必会使造价大幅度降低，无疑会成为今后最有竞争力空调方式。
3、本课题研究方案：
本课题属于设计改造现有热水系统，学校宿舍的热水供应系统。在改造中应该充分考虑到：
1、 学生的定时供热，需要的功率及系统响应时间问题。
2、 属于改造系统，要和现有的系统相结合。
3、 考虑到成本问题，造价是否合理。
4、 在使用过程中维护的费用及技术的要求是否合理。
5、 运行的安全及噪音处理问题。
6、 废物的处理及环保问题。
4、本课题研究的内容：
广西工学院北区5#的热水供应改装。
1、该大楼空调工程包括：
1-6层的热水供应，所有宿舍。
2、设计参数：
每层有14个房间，每间8人，共6层。
3、柳州地区基本气象参数：
根据物候报告，5月1号到10月1号之间为高温区很少用热水，寒假期间不用热水
(1)、循环水换热器的计算
(2)、土壤热泵系统(gchp)的土壤换热器设计
地下埋管换热器是地源热泵系统的关键组成部分，是土壤源热泵系统设计的核心内容，其选择的形式是否合理，设计的是否正确，关系到整个地源热泵系统能否满足要求和正常使用。
地下埋管换热器设计主要包括地下热交换器形式及管材选择，管径、管长及竖井数目、间距确定，管道阻力计算及水泵选型等
(3)、布置型式
目前地源热泵地下埋管换热器主要有两种布置型式，即水平埋管和垂直埋管。选择方式主要取决于场地大小、当地土壤类型以及挖掘成本，如果场地足够大且无坚硬岩石，则水平式较经济;如果场地面积有限时则采用垂直式布置，很多场合下这是唯1的选择。
尽管水平布置通常是浅层埋管，初投资1般会便宜些，但它的换热性能比竖埋管小很多，并且往往受可利用土地面积的限制，故1般采用垂直埋管布置方式。
3.1 水平埋管
水平埋管主要有单沟单管、单沟双管、单沟2层双管、单沟2层4管、单沟2层6管等形式，由于多层埋管的下层管处于1个较稳定的温度场，换热效率好于单层，而且占地面积较少，因此应用多层管的较多。(单层管最佳深度1。2～2。0m，双层管1。6～2。4m)
近年来国外又新开发了两种水平埋管形式，1种是扁平曲线状管，另1种是螺旋状管。它们的优点是使地沟长度缩短，而可埋设的管子长度增加。
3.2 垂直埋管
根据埋管形式的不同，1般有单u 形管，双u 形管，套管式管，小直径螺旋盘管和大直径螺旋盘管，立式柱状管、蜘蛛状管等形式;按埋设深度不同分为浅埋(≤30m)、中埋(31～80m)和深埋(>80m)。
1)u 形管型：是在钻孔的管井内安装u 形管，1般管井直径为100～150mm，井深10~200m，u 形管径1般在φ50mm 以下
2)套管式换热器：的外管直径1般为100～200mm，内管为φ15～φ25mm。其换热效率较u 形管提高16。7%。缺点：⑴下管比较困难，初投资比u 形管高。⑵在套管端部与内管进、出水连接处不好处理，易泄漏，因此适用于深度≤30m 的竖埋直管，对中埋采用此种形式宜慎重。
(4)、地下埋管系统环路方式：串联方式和并联方式
串联方式的优点是：①1个回路具有单1流通通路，管内积存的空气容易排出;
②串联方式1般需采用较大直径的管子，因此对于单位长度埋管换热量来讲，串联方式换热性能略高于其缺点是：①串联方式需采用较大管径的管子，因而成本较高;
②由于系统管径大，在冬季气温低地区，系统内需充注的防冻液(如乙醇水溶液)多;
③安装劳动成本增大;
④管路系统不能太长，否则系统阻力损失太大。
并联方式的优点是：①由于可用较小管径的管子，因此成本较串联方式低;
②所需防冻液少;
③安装劳动成本低。
其缺点是：①设计安装中必须特别注意确保管内流体流速较高，以充分排出空气;
②各并联管道的长度尽量1致(偏差应≤10%)，以保证每个并联同的流量;
③确保每个并联回路的进口与出口有相同的压力，使用较大管径的管子做集箱，可达到此目的。
从国内外工程实践来看，中、深埋管采用并联方式者居多;浅埋管采用串联方式的多
(5)土壤换热器的埋管材料回路有相
5.1 管材选择
1般来讲，1旦将地下埋管系统换热器埋入地下后，基本不可能进行维修或更换，因此地下的管材应首先要保证其具有良好的化学稳定性、耐腐性
⑴ 聚乙烯(pe)和聚丁烯(pb)国外地源热泵系统中得到了广泛应用。
⑵ pvc(聚氯乙烯)管的导热性差和可塑性不好，不易弯曲，接头处耐压能力差，容易导致泄漏，因此在地源热泵系统中不推荐用pvc 管
⑶ 为了强化地下埋管的换热，国外有的提出采用薄壁(0。5mm)的不锈钢钢管，但目前实际应用不多。
5.2 管件与连接
⑴热熔联接(承接联接和对接联接，对于小管径常采用)
⑵电熔联结
(6)、埋管管长与埋管间距的确定
地下热交换器长度的确定除了已确定的系统布置和管材外，还需要有当地的土壤技术资料，如地下温度、传热系数等(可以通过热响应实验测得)。
6.1 水平埋管：确定管沟数目及间距
埋管管长的估算：利用管材“换热能力”，即单位埋管管长的换热量。水平埋管单位管材“换热能力”在20～40w/m(管长)左右，;设计时可取换热能力的下限值，即20 w/m。
单沟单管埋管总长具体计算公式如下：
其中l ——埋管总长，m
1 q ——冬季从土壤取出的热量，kw，
分母“20”是每m 管长冬季从土壤取出的热量，w/m
目前，在工业领域中，PLC属于单台设备自动化控制较为典型的设备，有着不易受干扰、可靠性高、编程简单、安装快捷以及体积小等优点。最近几年以来，PLC技术得到快速发展，技术、硬件以及软件的开发都得到了十足进步，功能强大，系统开发性与兼容性比较好，PLC技性比较高。在冶金、电力、化工以及机械等方面PLC得到广泛应用，是自动化控制的主要支柱，推动了自动化与机械工程的持续发展。PLC技术包含生产管理、顺序控制、生产监控、位置控制以及过程控制等，要想将这些复杂控制完成就需要将PLC处理器核心同控制设备之间所产生的通信问题解决，对于通信技术的重点是确保通信的稳定性与正确性。PLC技术在通信功能方面较为稳定，以下几点分析PLC在数据共享或者是传递中的主要特点。1.程序编辑简单化。大部分的PLC生产厂家均为PLC用户设计了专业的通信软件以及计算机软件，进而完成程序的翻译，使用户编程工作量得以减轻，进而使得PLC编程不在仅仅局限在专业人员，PLC编程门槛大大的降低。2.应用国际上标准的通信协议。为了方便PLC用户的使用以及PLC的推广，PLC生产厂家规定需要使用国际统一的标准通信协议，这样在一定程度上提高不同生产厂家PLC产品进行生产互换的可能性，同时还为PLC用户的维修带来了便利，使PLC产品通信开放程度得到大大提高。3.现场总线界面之间的契合度。PLC的大部分生产厂家都能生产出现场总线，并且广泛应用于通信领域中，比如，目前广泛应用于PLC中并且符合国家标准的AS一工总线、Profibus总线以及DeviceNet总线。这类的现场总线同PLC界面有着较高的契合度，在一定程度上使通信稳定性得到保证。
二、远程通信控制与系统控制中PLC技术的应用
目前，在自动化控制系统中，PLC技术不仅在其他继续结构控制中应用，同时还在自动化系统本身的控制中得到应用，也可以说，PLC技术能在本身系统中采取逻辑错误纠正以及故障排查，这样才能保证自动化控制系统运行的稳定性。在工业自动化的实际生产中，设备所进行的每个动作都会有相应的自动化系统进行控制，并且应用系统检测装置会进一步调整执行期间所出现的累积误差，一旦设备的运行情况发生异常，PLC整个系统的逻辑关系就会发生混乱，通过发生混乱现象的逻辑关系，PLC控制系统就会自行诊断故障，并且报警。在不同系统间PLC进行远程信息控制的过程中，只要确保信息传输界面同互联网通信模块之间的正确性，PLC技术便能稳定的进行远程通信。
三、逻辑运算中PLC技术的应用
PLC在自动化控制系统中，数据处理与逻辑运算有着比较重要的作用，例如运算功能、数据筛查功能、数据传输功能、数据转换功能、数据位处理功能以及控制开关量等。利用PLC运算功能，进而对生产数据进行处理，比如数据的分析、采集以及工作总结等，目前大部分的造纸工业、冶金以及食品等都是通过PLC对数据信息进行监控。通过PLC控制开关量，可以使软接触点得到有效的增加，进而使工业自动化系统质量得以提升，企业能够节省大量的物力成本与人力成本，对比传统意义上继电器，其可靠性较好、操作简单、便于维修、迅速控制，目前基本上能替代大多数的继电器。
四、生产系统自动化控制中PLC技术的应用
在自动化生产的过程中，通常PLC是利用主机模块、位置控制模块、模拟参数控制模块、工//0界面模块、通信模块以及计数模块对工业自动化生产进行控制。在实际的工业生产过程中，PLC技术可以利用对于生产过程的了解，并且按照实际生产过程中需要控制的监控对象与动作对象，优化组合以及合理调整PLC系统中的相关控制模块，进而通过最合理方式与最少模块构建功能完善且全面的一个自动化控制系统，这样才能确保生产中灵活调整控制以及生产中的准确运行。在运行PLC控制系统的过程中，对参数模块功能的模拟是在监控整个生产的过程，并且将控制语句传输到监控仪表，进而对控制精度进行改善，比如，热处理日常运行的维护，锅炉温度升降控制或者是保温工作等等。目前世界上的大部分国家，都已经利用PLC技术完成机械工程自动化的相关标准设备，这一技术的应用范围比较广，覆盖到食品、娱乐、交通、化工以及冶金等全部轻重工业，在自动化领域中使用最为重要，也是用途最为广泛的控制设备。仅在2009年全国PLC的生产件数就己经达到了1500万件，到2010年时，其产量突破了1800万件，2011年时产品最终数量达到2300万件，到目前为止呈现为持续增长的趋势。
五、结论
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