设计技术发展

设计技术发展（共12篇）

设计技术发展 篇1

一、电子设计自动化技术概述

20世纪末, 电子设计技术获得了飞速的发展, 现代电子设计技术的核心已日趋转向基于计算机的电子设计自动化技术, 即EDA (Electronic Design Automation) 技术。EDA技术就是依赖功能强大的计算机, 在EDA工具软件平台上, 对以硬件描述语言HDL (Hardware Description Language) 为系统逻辑描述手段完成的设计文件, 自动地完成逻辑编译、逻辑化简、逻辑分割、逻辑综合、结构综合 (布局布线) , 以及逻辑优化和仿真测试, 直至实现既定的电子线路系统功能。

EDA技术在硬件实现方面融合了大规模集成电路制造技术, IC版图设计技术、ASIC测试和封装技术、FPGA/CPLD编程下载技术、自动测试技术等;在计算机辅助工程方面融合了计算机辅助设计 (CAD) 、计算机辅助制造 (CAM) 、计算机辅助测试 (CAT) 、计算机辅助工程 (CAE) 技术以及多种计算机语言的设计概念;而在现代电子学方面则容纳了更多的内容, 如电子线路设计理论、数字信号处理技术、数字系统建模和优化技术及长线技术理论等。

二、电子设计自动化技术的发展历程

EDA技术的发展经历了一个由浅到深的过程。20世纪70年代, 随着中小规模集成电路的开发应用, 传统的手工制图设计印刷电路板和集成电路的方法已无法满足设计精度和效率的要求, 因此工程师们开始进行二维平面图形的计算机辅助设计, 以便把人们从繁杂、机械的版图设计工作中解脱出来, 这就产生了第一代EDA工具。

到了80年代, 为了适应电子产品在规模和制作上的需要, 随之出现了以计算机仿真和自动布线为核心技术的第二代EDA技术。其特点是以软件工具为核心, 通过这些软件完成产品开发的设计、分析、生产、测试等各项工作。

90年代后, EDA技术继续发展, 出现了以高级语言描述、系统级仿真和综合技术为特征的第三代EDA技术。它的出现, 极大地提高了系统设计的效率, 使广大的电子设计师开始实现“概念驱动工程”的梦想。设计师们摆脱了大量的辅助设计工作, 而把精力集中于创造性的方案与概念构思上, 从而极大地提高了设计效率, 缩短了产品的研制周期。

由此可见, EDA技术可以看做是电子CAD的高级阶段。EDA工具的出现, 给电子系统设计带来了革命性的变化。随着Intel公司Pentium处理器的推出, Xilinx等公司几十万门规模的FPGA的上市, 以及大规模的芯片组和高速、高密度印刷电路板的应用, EDA技术在仿真、时序分析、集成电路自动测试、高速印刷电路板设计及操作平台的扩展等方面都面临着新的巨大的挑战。这些问题实际上也是新一代EDA技术未来发展的趋势。

三、电子设计自动化技术的优势

在传统的数字电子系统或IC设计中, 手工设计占了较大的比例。一般先按电子系统的具体功能要求进行功能划分, 然后将每个电子模块画出真值表, 用卡诺图进行手工逻辑简化, 写出布尔表达式, 画出相应的逻辑线路图, 再据此选择元器件, 设计电路板, 最后进行实测与调试。手工设计方法主要有以下缺点:复杂电路的设计、调试十分困难;由于无法进行硬件系统功能仿真, 如果某一过程存在错误, 查找和修改十分不便;设计过程中产生大量文档, 不易管理;对于IC设计而言, 设计实现过程与具体生产工艺直接相关, 因此可移植性差;只有在设计出样机或生产出芯片后才能进行实测。

与之相比, EDA技术的优势则显而易见。

1. 用HDL对数字电子系统进行抽象的行为与功能描述到具体的

内部线路结构描述, 从而可以在电子设计的各个阶段、各个层次进行计算机模拟验证, 保证设计过程的正确性, 可以大大降低设计成本, 缩短设计周期。

2. EDA

工具之所以能够完成各种自动设计过程, 关键是有各类库的支持, 如逻辑仿真时的模拟库、逻辑综合时的综合库、版图综合时的版图库、测试综合时的测试库等。

3. 某些HDL语言也是文档型的语言 (如VHDL) , 极大地简化设计文档的管理。

4. EDA

技术中最为令人瞩目的功能, 即最具现代电子设计技术特征的功能是日益强大的逻辑设计仿真测试技术。这极大地提高了大规模系统电子设计的自动化程度。

5. 传统的电子设计方法至今没有任何标准规范加以约束, 因

此, 设计效率低, 系统性能差, 开发成本高, 市场竞争能力小。EDA技术的设计语言是标准化的, 不会由于设计对象的不同而改变;它的开发工具是规范化的, EDA软件平台支持任何标准化的设计语言;它的设计成果是通用性的, IP核具有规范的接口协议。良好的可移植与可测试性, 为系统开发提供了可靠的保证。

6. EDA技术最大的优势就是能将所有设计环节纳入统一的自顶向下的设计方案中。

7. EDA不但在整个设计流程上充分利用计算机的自动设计能

力, 在各个设计层次上利用计算机完成不同内容的仿真模拟, 而且在系统板设计结束后仍可利用计算机对硬件系统进行完整的测试。而传统的设计方法, 如单片机仿真器的使用仅仅只能在最后完成的系统上进行局部的软件仿真调试, 在整个设计的中间过程是无能为力的。

四、电子设计自动化技术的展望

目前, 现代集成电路技术的发展使以现场可编程门阵列为代表的大容量可编程逻辑器件的等效门数迅速提高, 其规模直逼标准门阵列, 达到了系统集成的水平。特别是进入20世纪90年代后, 随着CPLD、FPGA等现场可编程逻辑器件的逐渐兴起, VHDL、Verilog等通用性好、移植性强的硬件描述语言的普及, ASIC技术的不断完善, EDA技术在现代数字系统和微电子技术应用中起着越来越重要的作用。从通常意义上来说, 现代电子系统的设计已经再也离不开EDA技术的帮助了。

21世纪将是EDA技术的高速发展时期, 并着眼于数字逻辑向模拟电路和数模混合电路的方向发展。EDA将会超越电子设计的范畴进入其他领域, 随着基于EDA的So C设计技术的发展、软硬核功能库的建立、IP核复用, 以及基于HDL的自顶向下的设计理念的确立, 未来的电子系, 设计 (ESL) 将不再是电子工程师们的专利。

设计技术发展 篇2

我国重载电力机车车体设计及技术发展

结合我国现有的重载直流传动机车及交流传动机车的`运行情况,介绍了我国重载机车车体的技术现状及主要特点,根据重载机车的技术特点,着重阐述了重载机车车体设计,并提出了重载机车车体的技术发展方向.

作 者：金希红 JIN Xi-hong 作者单位：南车株洲电力机车有限公司,湖南,株洲,41刊 名：电力机车与城轨车辆英文刊名：ELECTRIC LOCOMOTIVES & MASS TRANSIT VEHICLES年，卷(期)：32(1)分类号：U260.32关键词：重载电力机车 车体 技术现状 设计 技术发展

设计技术发展 篇3

[关键词]SBS；剧场；舞台系统；舞台机械；定制技术

文章编号：10.3969/j.issn.1674—8239.2016.09.009

1.德国SBS的介绍

1.1 SBS介绍

SBS是一个拥有超过140年经验的专业舞台设备成套供应商，其客户遍布全世界。

SBS创立于1874年；总部位于德国德累斯顿；500万欧元股份；集团内部190名员工；分公司和办事处分布于上海、香港、圣彼得堡、柏林等。

SBS为文化场馆剧院、歌剧院、音乐厅、会议及多功能场馆提供全方位的舞台机械设备。

SBS提供完整的安装，包括台上机械、台下机械、计算机控制系统。

SBS拥有以下资源：项目管理、设计、工程施工、制造、装配、调试以及售后服务。

SBS提供特别的售后服务，包括备品备件、维保、培训以及重大演出的保驾服务。

1.2工程项目清单

亚洲：香港戏剧中心、台北大剧院、曼谷国立玛希隆大学、上海文化广场、武汉琴台艺术中心、北京国家大剧院、杭州大剧院等。

亚洲以外：科隆大剧院、斯图加特歌剧院、阿斯塔纳歌剧院、布宜诺斯艾利斯科隆歌剧院等。

1.3 cOsTAcOwin控制系统

用计算机控制机械设备是舞台工程领域最重要的创新。

（1）安全度等级SIL3，符合EN61508认证（功能性安全）

（2）实用性和灵活性，模块性系统架构

（3）舒适的用户界面

（4）其他系统的界面

1.4 VlsTOR一3D模拟技术

对您的剧场和演出进行3D模拟和可视化处理。（图1）

2.国际环境中高要求项目的挑战

2.1环境以及外部条件（非技术性问题）

地方税收/海关关税/行政管理；项目进度表；文化/语言；合同价格；技术标准；总包或分包；气候；本地化率；公开招标的规则……

2.2对客户技术要求的需要（技术性问题）

3.对舞台系统定制技术的案例

介绍

3.1穆斯卡特皇家歌剧院

（1）项目信息（图2）

（2）挑战

镜框式剧场和音乐厅在一个场馆

（3）转换过程

涉及到的20台机械设备：15分钟的转换时间；“单按钮转换”

3.2罗伊特林根会议中心

（1）项目信息（图3）

（2）挑战

灵活配置的大礼堂

（3）转换过程需要大约5分钟

3.3瑞士伯尔尼音乐剧场

（1）项目信息

（2）挑战

复杂的演员升降机

（3）升降台和演员升降机（图4）

双层升降台台面间距7.2m；演员升降机的仓储高度最高可达3.9m

3.4科隆歌剧院

（1）项目信息

（2）挑战

极端紧凑的台下机械/技术要求高

3.5阿斯塔纳歌剧院

（1）项目信息

（2）挑战

复杂的舞台车台系统

（3）车台系统（图5）

8个被动式舞台车台；1个被动式车载转台；车台可在x和z两个二维方向移动；48个小齿轮驱动单元集成在舞台地板里

这个解决方案对制造和安装齿轮齿条系统以及控制系统的速度和准确性要求极高的精度。

3.6上海文化广场

（1）项目信息（图6）

（2）挑战（图7）

3个大型车台+高载荷主升降台

（3）主升降台（图8）

18 m直径：动态载荷220t；最高速度可达0.25 m/s

（4）驱动系统

要求电气解决方案；30根刚性链；30台电机电子同步；总功率1100 kW

作者简介：

克里斯蒂安·弗里米勒，德国SBS

舞台技术有限公司总裁。

FPGA器件设计技术发展综述 篇4

1 FPGA概述

FPGA在目前的通信、遥控、计算机、图形等领域广泛的应用，已成为当今电子系统中最为关键、最为重要的组成部分。伴随着社会生产技术的发展，FPGA器件的设计越来越受到关注，已成为电子技术工作人员设计的核心课题之一。

1.1 FPGA概念

FPGA是现场可编程门列阵的简称，它的出现是给电子技术、数字系统设计带来了质的变化。它是由它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件在社会发展的基础上形成的一种新产物，作为专用集成电路领域的应用而产生的一种定制电路不足现象，这也克服了传统可编程器件门电路数有限的缺点，给集成电路技术的发展指明了新方向。

1.2 FPGA优点

现场可编程门阵列是一种可编程使用的信号处理器件，它可以通过用户来改变配置信息的功能的特点而受到社会各界人士的关注。FPGA与传统的数字电路系统相比较，它具备着可编程、集成程度高、运行速度快、可靠性好的优势，可以通过配置有关器件内部的逻辑功能和输入、输出端口来将其与原来的电路板连接起来，从而提高电路的性能，减少电路在运行中所产生的其他隐患，有效的提高工作的灵活性和效率。

它与ASIC相比较，具备着显著的优势，如开发周期短、产品上市速度快、市场适应能力强以及未来发展空间大的特点。在目前的社会发展中，一个产品在定型和投入市场之后，很难再对其进行改进和优化，而在FPGA的设计工作中，我们可以迅速的将其转变成为专用的芯片，从而进行生产。

2 FPGA的发展历程

2.1 FPGA的过去发展

FPGA最早出现于上个世纪七十年代，它自诞生以来以其通用型能力好、适应性强的优势得到了迅速的发展，同时也改变了传统器件的固定功能，从根本上改变了传统期间功能的研制和发展。在当前社会发展中，采用FPGA进行工作的时候，用户可以直接通过编程的方式来实现所需要的逻辑功能，而无需要依赖于传统的芯片功能要求。

FPGA由于本身具备着门阵列器件的高度集成、通用性强的特点，又具备着用户可编程灵活度高、在规模、密度上发展不受整体框架限制的优势在过去的几十年时间里得到了飞速发展，并且取得了一定的成绩。

2.2 FPGA的发展趋势

时至今日，FPGA市场逐步趋于规范，早已经改变了传统的那种繁杂无章的市场模式，今天的FPGA生产商家只剩下了为数不多的几家，虽然仍然不时出现新的生产厂家，但是由于其技术底蕴无法与这些老牌常见比较，大多都是昙花一现的现象，而无法得到大力发展。但是就那些老牌的厂家生产和研究分析，FPGA存在着集成程度高、结构灵活、结构可靠的优点而不断的进行研制，且随着半导体技术的完善和发展，这一技术的应用也越来越深入，相信在未来的发展中必然会迎来更进一步的发展。

3 FPGA设计技术

3.1 可编程技术探讨

在目前的FPGA设计工作中，我们常见的可编程技术主要包含有3种。

3.1.1 SRAM编程技术

SRAM编程技术被称之为最基本的变成技术，是通过对传输管进行控制和存储信息的读写来完成工作的。在设计的过程中，当传输管道接通的时候，SRAM单元内部的存储信息可以通过数据传输端口来进行读取或者改写;而当传输管道中断的时候，存储的信息也会随之静置，形成一个首尾相连的锁定状态。

3.1.2 Flash和E2PROM编程技术

Flash和E2PROM技术在应用的过程中存在着稳定性好、非易失性的特点，在设计的过程中及时关闭电源，其内部存数的信息也不会发生损坏和丢失。在设计工作中，如果采用Flash进行设计，那么其内部的存储单元会自动取消E2PROM隧道型存储单元选择关，通过采用一个信号一次性擦除的方式来存储信息，进而增加器件的继承性。这一技术与SBAM相比较，它结合了非易失性和可重复性的变成特点，因此具备着工作效率高、稳定性好的优势。

3.1.3 反熔丝变成技术

反熔丝变成技术在编程应用之前都是以开路状态存在的，通过编程使得反熔丝结构局部发生变化，在瞬间产生大量的热损耗现象，从而使得薄绝层的物质融化反应，进而形成永久性的通道。这种技术在应用的过程中可以说是集合了FPGA的非易失性和稳定性双重优势，使得信号传输路径的电阻和电容问题得到了缓解，并且具备着安全性高的优点。但是它在应用中缺陷和极为明显，主要表现在：无法重复变成、不能用于新产品开发;一次性进行编程且无法进行可靠检测;在不同工艺下其所造成的工作差异也相当大。

3.2 FPGA前沿设计技术与未来发展趋势

时至今日，在社会发展中半导体产品的应用越来越普遍，可谓是在各领域都已经趋于普及，在应用对于成本的控制都是以摩尔定律为基础进行的，而作为半导体器件中最为关键的一部分——可编程逻辑器的应用越来越普遍，它在每一次工艺升级中都出现了新的转变，在产品的功耗、频率以及密度方面都得到了重大转变。

受到深亚微米半导体工艺影响，传统的设计和生产工艺面临着越来越严峻的挑战，在工作中如果仍然采用传统的设计方法，在未来社会发展中必然无法满足时代要求，这就需要在工作中对其进行优化和改进。这一工作的开展是以高密度、高性能为目标开展的，对于片上的资源集成度进行了更深层次的优化，为FPGA的技术发展奠定了理论基础。

4 结论

为满足用户和市场日益变化的需求，FPGA不断在密度、功能、性能和功耗等方面演变;面对深亚微米工艺带来的各种不良影响，如漏电流、设计复杂度等，又迫切需要最切实际的解决方案。随着挑战的发展，可以预言，未来FPGA的设计技术必将继续呈现出巨大的创新与进步。

参考文献

[1]付花亮.封装对CMOSVLSI电性能的影响[J].微电子学.1993(2).

设计技术发展 篇5

泸州老窖天府中学 周海燕

一、教学内容分析 “信息技术及其发展趋势”是四川教育出版社七年级上册第一章第二课的内容，理论性较强。主要内容有：信息的获取、保存、处理及传递，信息技术的发展趋势。本课以古代信息传递的小故事作为引子，介绍了信息技术的基本概念，通过视频“信息技术扮美生活”，进一步加深了学生对信息技术这个概念的认识和理解。利用教师讲解、学生自主学习、分组讨论等多种形式，对通信技术、微电子技术和电子计算机技术及其发展趋势进行了介绍，为学生形成良好的学习习惯，也为后面章节的学习奠定基础。

二、学生情况分析 本课的教学对象为初一年级学生。学生在前一节课已经了解了信息的概念、特征等，对信息有了初步的了解，但对“信息技术”还处于一知半解的状态。一般把信息技术等同于计算机技术，知识结构缺乏完整性。而且，信息技术的概念又比较抽象，学生第一次接触时不太容易理解，所以，在教学过程中，应尽量避免空洞的理论说教，应结合教材，多收集相关的实例，帮助学生从侧面和感性上理解这个概念，激发他们的兴趣，引导他们从身边开始关注生活中的信息技术。

三、教学目标

四、重点难点

教学重点：（1）信息技术的概念；（2）信息技术的发展趋势。

教学难点：信息技术概念的理解。

五、教学方法

讲授法、讨论法、自主学习、小组协作。

六、教学准备

多媒体电子教室、教学课件、相关视频。

七、教学过程

教学点评：

本课以一则让学生感兴趣的小故事开篇，所营造的教学情境很好地为教学内容的揭示做了恰当地铺垫，把教师此处想说的关键问题“如果是现在，你会用什么方法传递这一则消息呢？”自然、贴切地概括出来。故事短小精悍，抓住学生心理效果明显。这个引入，既符合初一年级学生好奇的年龄特点，又较好地避免本课因识记、理解类型知识较多而容易陷于刚开始就让课堂陷入枯燥、乏味的状况。本课的导入，不仅激发了学生的学习热情，还为后续教学活动的顺利开展创造了条件。

在成功造设情景的背景下，学生的思维被有效打开。教师开门见山，直接向学生阐述什么是信息技术，并通过一段贴近学生生活的央视访谈节目视频，从信息技术应用的角度强化学生对信息技术这一概念的认识，通过对感观产生强烈刺激的多媒体手段，把紧扣主题的教学内容生动地传递给学生，使其对信息技术所发挥作用有了更为直观的理解，从而达到脱离因简单说教而被动接受的低效学习方式。

在教学过程中，可以看到教师开展了讲故事、看视频、演示PPT、讲解、实施任务驱动等教的活动，学生则在教师教的活动中完成了对教材主要段落的阅读、表格填写、小组活动、交流讨论等学的活动。教与学活动形式丰富、自然流畅、紧扣主题，相互有机交融，取得较好的实效性。

从教学的进程来看，教师引导学生由表及里，逐步将课堂教学推向深入，整个教学过程脉络清楚，表述完整，方法得当，思路清晰，教学的结构也十分完整。从各环节教学内容推测所需的时间分配来看，教案呈现出各环节均处在一个合理的、可控的时间范围以内。做到了把主要时间用在对教学的重难点突破上。

本课恰当设置了教学三维目标，合理设定了教学重点、难点。在教学中，教师注重摆正自己引导的角色，更为强调“过程与方法”，通过对学生过程与方法的训练促进三维目标深层次地交织，互相促进、互为补充，达到较好的教学效果，进而防止一味追求对知识的简单传递。教学重难点的设置也比较简明、准确，为教学活动的设计提出了明确的方向。

课件的制作也做到了内容精要、界面统一、服务于教学的基本要求。

这是一个从内容到形式均不错的教学设计，如果将教学各环节所需时间作一个测算和控制并在教案中明确写出来将更好。

设计技术发展 篇6

一、关于机电一体化的核心技术

机电一体化包括硬件和软件两方面技术。硬件是由机械本体、传感器、信息处理单元和驱动单元等部分组成。因此，为加速推进机电一体化的发展，必须从以下几方面入手：

（一）机械本体技术

机械本体必须从改善性能、减轻质量和提高精度等几方面设计考虑。现代机械产品一般都是以钢铁材料为主，为了减轻质量除了在结构上加以改进，还要考虑利用非金属复合材料。只有机械本体减轻了重量，才有可能实现驱动系统的小型化，进而在控制方面改善快速响应特性，减少能量消耗，减轻重量，提高效率。

（二）传感技术

传感器的问题集中在提高可靠性、灵敏度和精确度方面，提高可靠性与防干扰有着直接的关系。为了避免电干扰，目前有设计采用光纤电缆传感器的趋势。对外部信息传感器来说，目前主要发展非接触型检测技术。

（三）信息处理技术

机电一体化与微电子学的显著进步、信息处理设备（特别是微型计算机）的普及应用紧密相连。为进一步发展机电一体化，必须提高信息处理设备的可靠性，包括模/数转换设备的可靠性和分时处理的输入输出的可靠性。进而提高处理速度，并设计解决抗干扰及标准化问题。

（四）驱动技术

电机作为驱动机构已被广泛采用，但在快速响应和效率等方面还存在一些问题。目前.正在积极发展内部装有编码器的电机（或发电机）以及控制专用组件——传感器——电机三位一体的伺服驱动单元。

二、机电一体化技术的主要应用领域

（一）数控机床

数控机床及相应的数控技术经过40年的发展，在结构、功能、操作和控制精度上都有迅速提高，具体表现为：

1.总线式、模块化、紧凑型的结构，即采用多CPU、多主总线的体系结构。

2.开放性设计，即硬件体系结构和功能模块具有层次性、兼容性、符合接口标准，能最大限度地提高用户的使用效益。

3.WOP技术和智能化。系统能提供面向车间的编程技术和实现二、三维加工制造过程的动态仿真，并引入在线诊断、模糊控制等智能机制。

4.大容量存储器的应用和软件的模块化设计。不仅丰富了数控功能。同时也加强了CNC系统的控制功能。

5.能实现多过程、多通道控制.即具有一台机床同时完成多个独立加工任务或控制多台和多种机床的能力，并将刀具破损检测、物料搬运、机械手等控制都集成到系统中去。

6.系统的多级网络功能，加强了系统组合及构造复杂加工制造系统的能力。

7.以单板、单片机作为控制机，加上专用芯片及模板组成结构紧凑的数控装置。

（二）计算机集成制造系统

计算机集成制造系统（CIMS）的实现，不是现有各分散系统的简单组合，而是全局动态最优综合。它打破原有部门之间的界线，以制造为基干来控制“物流”和“信息流”。实现从经营决策、产品开发、生产准备、生产实验到生产经营管理的有机结合。企业集成度的提高可以使各种生产要素之间的配置得到更好的优化，各种生产要素的潜力可以得到更大的发挥。

（三）柔性制造系统

柔性制造系统（FMS），是计算机化的制造系统，主要由计算机、数控机床、机器人、料盘、自动搬运小车和自动化仓库等组成。它可以随机、实时、按量地按照装配部门的要求，生产其能力范围内的任何工件，特别适于多品种、中小批量、设计更改频繁的离散零件的批量生产。

三、机电一体化技术的发展前景

纵观国内外机电一体化的发展现状和高新技术的发展动向，机电一体化将朝着以下几个方向发展：

（一）智能化

智能化是机电一体化与传统机械自动化的主要区别之一，也是21世纪机电一体化的发展方向。近几年，处理器速度的提高和微机的高性能化、传感器系统的集成化与智能化为嵌入智能控制算法创造了条件.有力地推动着机电一体化产品向智能化方向发展。智能机电一体化产品可以模拟人类智能，具有某种程度的判断推理、逻辑思维和自主决策能力。从而取代制造工程中人的部分脑力劳动。

（二）系统化

系统化的表现特征之一就是系统体系结构进一步采用开放式和模式化的总线结构。系统可以灵活组合，进行任意的剪裁。同时寻求实现多个子系统协调控制和综合管理。系统化的表现特征之二就是通信功能大大加强。一般除RS232等常用通信方式外，实现远程及多系统通信联网需要的局部网络正逐渐被采用。机电一体化产品还可根据一些生物体优良的构造研究某种新型机体，使其向着生物（仿生学）系统化方向发展。

（三）微型化

微型机电一体化系统高度融合了微机械技术、微电子技术和软件技术。是机电一体化的一个新的发展方向。国外称微电子机械系统的几何尺寸一般不超过1cm3，并正向微米、纳米级别方向发展。由于微型机电一体化系统具有体积小、耗能小、运动灵活等特点，可进入一般机械无法进入的空间并易于进行精细操作，故在生物医学、航空航天、信息技术、工农业乃至国防等领域，都有广阔的应用前景。目前，利用半导体器件制造过程中的蚀刻技术，在实验室中已制造出亚微米级的机械元件。

（四）模块化

模块化也是机电一体化产品的一个发展趋势，是一项重要而艰巨的工程。由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多，研制和开发具有标准机械接口、电气接口、动力接口、信息接口的机电一体化产品单元是一项复杂而重要的事，它需要制订一系列标准，以便各部件、单元的匹配和接口。机电一体化产品生产企业可利用标准单元迅速开发新产品，同时也可以不断扩大生产规模。

（五）网络化

网络技术的飞速发展对机电一体化有重大影响，使其朝着网络化方向迅速发展。机电一体化产品的种类很多，面向网络的方式也不同。由于网络的普及，基于网络的各种远程控制和监视技术业发展很快。而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品。

总之，机电一体化技术是众多科学技术发展的结晶和必然发展趋势，是社会生产力发展到一定阶段的必然需求。它促使机械工业发生战略性的变革，使传统的机械设计方法、设计概念以及制造技术发生着革命性的变化。大力发展新一代机电一体化产品，不仅是改造传统机械设备的要求，也是推动机械产品更新换代和开辟新领域、发展与振兴机械工业（例如常规低压发电机和高压发电机）的必由之路。

参考文献

[1]张春祥.浅析机电一体化技术及设计要求[J].数字化用户，2013（15）.

[2]刘志，朱文坚.光机电一体化技术[J].现代制造工程，001年12期.

[3]徐爱亲.“机电一体化技术与系统”资源库设计与建设[J].电气电子教学学报，2013（6）.

[4]许勇，邹慧君.机电一体化系统方案生成推理的设计域研究[J].机械设计与研究，2008（2）.

视频监控系统技术发展与设计 篇7

1 视频监控发展与设计概述

如今,我们已经进入到以互联网和大数据为代表的信息化时代,信息技术也深刻地改变了人们的思维及行为方式和社会组织结构形态。安全技术防范系统和技术也必须适应这些变化,不断满足现代社会人们的安全需求。集光学技术、传感技术、芯片技术、编解码压缩技术、网络传输技术、计算机技术、存储技术、多媒体技术于一体的安全防范视频监控技术是一个在不断进步与发展中的技术。

视频监控与安防入侵报警等技术被融入智能建筑技术之后,构建建筑物(群)的安防系统,乃至社区、城区、城市的监控报警联网系统以及各类大型活动(体育赛事、公众集会等)、各类公共安全突发事件的应急通信指挥系统等,大大丰富了建筑领域应急响应与联动系统的内涵。随着社会的需求、科技的进步,数字、网络技术的发展,安防系统也从封闭到开放,安防从局部的生命财产的保护到全局公共安全管理与控制。目前视频监控报警联网系统建设已成为平安城市建设、智慧城市建设必不可少的重要内容。

近几年国家与行业也对安防系统与视频监控系统的设计颁布了大量的标准与规范。相关行业组织也对这些标准语规范进行了培训与宣贯。安防系统与视频监控系统的质量有了较大提高,但也应看到从事安防视频监控建设的从业者在系统设计与施工中存在一些不足与问题,影响系统安全性能的发挥。

笔者在视频监控设计方案审查评审和安防工程验收的过程中也发现一些不足与值得探讨的问题。下面结合GB 50348-2004《安全防范工程技术规范》与GB 50395-2007《视频安防监控系统工程设计规范》等相关国家与行业标准的要求,对视频监控系统设计存在的问题与不足提出一些看法与建议。

1.1 存在的问题与不足

(1)对具体项目的安全风险分析、安全需求分析不够,设计方案雷同

视频监控设计方案内容没有依据具体项目进行设计,不能对项目存在的安全风险、用户的安全需求进行了解与分析。没有对可能引起不幸、伤害、财产损失或其他类型损害或损失的事件或客观条件;没有结合社会人文环境、自然物理环境、系统的防范对象和可能具备的能力、可能攻击的目标(防护对象:财富、人或设施)和方法(个体、有组织,一般犯罪、暴力性质,一般盗、抢、高技术犯罪);明确威胁是来自内部、外部或内外勾结进行风险分析。设计简单化,不同安全要求的视频安防监控设计雷同,不能满足甲方的安全需求。

(2)设计中的设备选择与配置成为设备堆砌

设计没有明确防护的部位、过程及采用的技术手段;制定系统技术能力和实际效果指标体系,视频监控设计方案描述了系统由若干个摄像机、若干个探测器组合起来。设计内容粗糙,未具体地针对具体防护目标进行设计,用产品说明书代替设计。

(3)前后矛盾不协调

系统设计没有明确的防护部位、过程及采用的技术手段和制定系统技术能力和实际效果指标体系。

视频监控设计方案概念混淆、系统不匹配、设计任务书的要求与设计方案不一致;设计的图文表不一致;设计内容粗糙。

(4)勘察未结合防范区域

现场勘察没有了解具体设计目标安全需求(从可能出现损失的程度、防护功能、系统的防范程度三方面考虑);可能出现损失的程度:确定可以承受的最低风险(涉及安全经济学、安全投入水平);防护功能:威慑入侵者;阻止和制止入侵活动;制止入侵活动并制服入侵者;系统的防范程度:一般性防范(防止贼偷方便);有策划的犯罪;对防护对象提供(某种意义上)绝对的安全。

勘察报告未对需设防的周界、监视、防护、禁区进行勘察与设防建议或勘察报告中有类似内容,但视频监控设计方案中未出现。

(5)概念过多

以计算机、互联网为代表的信息技术取得了巨大进步与发展,改变了技术设计理念与思维方式。当今物联网、大数据、云计算及应用体感交互等新技术与新概念的提出,一定会推动新一代信息技术的发展与应用。安防的从业人员也在探讨新技术、新概念与安防技术的结合,并在安防产品与工程中有初步应用。视频监控设计方案中出现了互联网、物联网、大数据、云计算一些新的概念,对高清、智能识别处理等新技术应用,我们既要跟上最新技术的发展,更要真正了解和熟悉这些技术所体现的技术融合、产品软化、开放与服务的特点。以实事求是的态度,因地制宜,积极地采用新技术,让它生根发芽,茁壮成长,满足安防设计的功能性能要求。但也不产生过高的期望。在新技术成熟性、配套性未得到充分验证,实际效果与期望值还有差距的情况下慎重选择。但有视频监控设计方案与技术交流等同,有的设计对这些新技术与概念并不理解与真正熟悉,出现大量新名词,概念混淆。

(6)其他

安防标准规定了不同风险等级的设计要求,在风险分析和评估的基础上,依据标准和规范结合甲方的实际需求进行设计。视频监控设计方案中经常出现标准引用错误、没有采用国家与行业最新标准、对政府与管理部门的要求和国家、行业的相关标准学习了解不够等问题。

视频监控系统设计既要满足系统先进、安全、可靠要求,又要考虑系统的适用性和经济性;既要从子系统和各种手段的功能从发,又要考虑它们之间功能上的关联和技术上的集成。当今视频监控系统设计还要满足系统开放性、信息综合分析、资源共享、多功能集成的要求。有的安防工程设计人员没有认识到新技术不断发展与进步,不重视技术可持续创新中思维方式和设计理念的变化,低估它的影响,觉得这些不过是概念而已。不熟悉新一代信息技术的基本特征,在设计方案中知识创新不够。

1.2 正确的视频监控系统设计程序

(1)风险等级确定,确定系统要求。

(2)针对场地建筑结构确定纵深防护体的防范区域。

(3)各区域的防护级别。

(4)根据应用场合选择设备。

(5)对图像声音所能监控或复核的范围进行计算。

(6)方案中明确整个系统设计参数(如视频安防系统要求的保护面积、实际保护面积、交叉复盖率,声音复核范围、系统的反应时间、联动影响时间、备用电源指标、系统平均无故障工作时间)等。

1.3 视频监控设计应满足不同用户的安全需求

监控系统设计关注要点:摄像机使用环境、镜头匹配、安装方位和方式,涉及灵敏度、焦距范围、布局、预置方式、控制方式等,是系统规划和设计的重要内容。

2 视频监控系统设计程序与方法

2.1 认真做好现场勘察

现场勘察:是视频监控工程设计的基础(不是简单的建筑情况的罗列和堆砌,防范风险的调查)。

2.1.1 现场勘察内容

(1)基础信息(风险等级与要求的防护等级,人防、物防、技防情况,建筑概况)。

(2)环境信息(地理人文、气候雷电、电磁)。

(3)草拟设防方案(周界区、周界内、施工现场)。

通过与甲方共同进行现场勘察达到:

1)为风险分析收集基础信息;

2)为系统设计勘察基础环境信息;

3)为设备匹配测量环境(建筑特点、地理情况、气候、光照、供电、干扰等)数据,通过勘察为设计提供信息,使得设计与现场条件相适应、协调、结合;

4)与设计匹配一致。

2.1.2 现场勘察重点

(1)周界与监视区的勘察周界形状、周界长度;周界内外地形地物状况等;提出周界警戒线的设置和基本防护形式的建议。

(2)防护区与进去的勘察防区内防护部位、防护目标;勘察防区内所有出入口位置、通道长度、门洞尺寸等;勘察防区内所有门窗(包括天窗)的位置、尺寸等。

(3)现场环境的勘察。主要项目和内容如下:室外的调查、室内的调查、热源的勘察、照度的勘察、干扰源的勘察等。

(4)现场作业面的勘察拟定前端设备安装方案,必要时应作现场模拟试验。

2.2 安防视频监控系统设计

2.2.1 系统设计原则与指导思想

(1)系统的防护级别与被防护对象的风险等级相适应,防护要求根据风险的不同及人的感受而定。

(2)技防、物防、人防相结合,探测、延迟、反应相协调。

(3)满足防护的纵深性、均衡性、抗易损性要求,层次设防、无薄弱环节、安全可靠持久运行可维护。

(4)满足系统的安全性、电磁兼容性要求。

(5)满足系统的可靠性、维修性与维护保障性要求。

(6)满足系统的先进性、兼容性、可扩展性要求。

(7)满足系统的经济性、适用性要求。

2.2.2 设计要素

视频安防监控系统应根据建筑物的使用功能及安全防范管理的要求,对必须进行视频安防监控的场所、部位、通道等进行实时、有效的视频探测、视频监视,图像显示、记录与回放,宜具有视频入侵报警功能。与入侵报警系统联合设置的视频安防监控系统,应有图像复核功能,宜有图像复核加声音复核功能。视频安防监控系统的设计应符合《视频安防监控系统技术要求》GA/T367等相关标准的要求。

2.2.3 监视图像信息和声音信息原始完整性要求

图像的原始完整性是图像的重要指标。

(1)图像信息和声音信息保持原始场景特征的特性,即无论中间过程如何处理,最后显示/记录/回放的图像和声音与原始场景保持一致,即在色彩还原性、灰度级还原性、现场目标图像轮廓还原性、事件后继顺序、声音特征等方面均与现场场景保持最大相似性(主观评价)的程度。

(2)安防系统所特有的特性是严格区别于其他非安防电视应用系统的根本特点。只有这样,才可以保证后续现场图像和声音分析,才有可能成为呈堂证供。进一步讲,原始完整性还应包括现场图像记录后的不可篡改的特性。

2.2.4 视频监控系统的设计目标

(1)图像的完整性设计要求——从空间和时间角度来评价

空间的完整性:与摄像机的视场有关,每个摄像机视场对所设计监控部位的充分和有效的覆盖,多个摄像机视场的组合形成对一个过程或监控区域的充分和有效的覆盖。它保证系统的有效性,关系到摄像机的布局、数量、安装方式和镜头的匹配。

时间的完整性:系统对一个连续过程或事件的监控能力,系统满足长时间工作和图像信息存贮能力,考核系统具有适应环境、存贮方式和空间能力。

当图像信息作为报警复核的手段时,图像的完整性还可以从与报警探测器的探测区的匹配性来评价。

(2)图像鉴别等级——视频监控系统防护性能的技术指标,它是系统的各技术环节(摄像、传输、信号分配、处理、显示等)性能的综合体现,也是系统适应环境条件能力的表现。以系统最终显示的图像来进行评价,通常分为三级:

1)探测:可以鉴别有无探测目标(作为报警复核手段或利用视频探测来产生报警时)。

2)分类:可以对探测目标进行分类,动态监控。

3)识别:可以对探测目标进行个体识别(利用视频进行个体识别或记录图像作为证据或机器识别)。

在实际应用中,图像鉴别等级根据不同用户的需求和探测目标的不同确定。视频安防监控系统探测以人为例,当人面部或全身占全图像的若干比例时,即可实现探测或系统具有识别的能力。有的地方制定的高风险安防视频监控地方标准对此提出了明确要求。

2.2.5 视频监控功能性能设计

(1)视频安防监控系统能对需要进行监控的建筑物内(外)的主要公共活动场所、通道、电梯(厅)、重要部位和区域等进行有效的视频探测与监视,图像显示、记录与回放。

(2)前端采集设备的最大视频(音频)探测范围能满足现场监视覆盖范围的要求,摄像机灵敏度与环境照度相适应,监视和记录图像效果满足有效识别目标的要求,并与环境相协调。

(3)系统的信号传输设计保证图像质量、数据的安全性和控制信号的准确性。

(4)系统控制功能——经授权(不同权限)的图像选择切换、设备控制等功能。

(5)系统保证对现场发生的图像、声音信息的及时响应,监视图像信息和声音信息具有原始完整性,并满足管理要求。

(6)图像记录功能设计要考虑记录图像的回放效果能满足资料的原始完整性,视频存储容量应满足记录时间要求,回放带宽与检索能力满足管理要求。

(7)系统监视或回放的图像应清晰、稳定,显示方式、图像帧率(回放)应满足安全管理要求。

(8)数字视频系统支持网络用户依据权限远程访问实时和历史图像,并能通过网络实现远程管理。

(9)系统具有与其他系统联动的接口,能够响应其他系统的联动信号或向其他系统发出联动信号。

(10)具有视频移动报警的系统,能任意设置视频警戒区域和报警触发条件,并能启动录像。

2.2.6 设备选型与设置

从选择前端设备(摄像机、镜头、防护罩、云台等),到确定传输方式(铜、光等传输介质),最后选择中心设备(矩阵、存贮、显示等)。

目前,视频监控正在朝数字化、网络化等方向发展,联网监控成为监控系统的一个基本特性。与传统视频监控不同,数字网络监控不再是前端采集、中间传输、后端控制存储显示主要由各种硬件设备组成的模拟信号系统,而是基于IP网络的多媒体信息建立的综合管理平台,它以网络为依托,以视频编码压缩传输为基础,结合图像信号的数字化处理与智能应用为亮点,构建一个智能化、网络化、综合应用的视频系统。

2.2.7

安全性、电磁兼容性、电源、接地、传输等

2.2.8

施工、维保

2.2.9 设计验证

设计在满足一般设计原则的基础上,要考虑以下内容:

(1)系统功能是否满足用户的安全需求。

(2)系统和设备的性能指标能否实现设计目标。

(3)系统间功能联动(集成)的接口、通信(传输、协议)是否统一,设备间的接口是否匹配。

(4)系统方案是否成熟、可实现。

(5)是否有可靠的供应商。

验证方法有:通过分析、计算、专家系统;模拟验证;PDCA循环完善,不断完善。

2.3 视频安防监控系统设计要点

(1)不同防范对象、防范区域对防范需求(包括风险等级和管理要求)的确认。

(2)风险等级、安全防护级别对视频探测设备数量和视频显示/记录设备数量要求;对图像显示及记录和回放的图像质量要求。

(3)监视目标的环境条件和建筑格局分布对视频探测设备选型及其设置位置的要求。

(4)对控制终端设置的要求。

(5)对系统构成和视频切换、控制功能的要求。

(6)与其他安防子系统集成的要求。

(7)视频(音频)和控制信号传输的条件以及对传输方式的要求。

3 IP监控系统设计考虑

IP监控系统是基于局域网/城域网/互联网的新一代远程网络视频监控系统,由前端设备、服务器、客户端三部分组成。前端由“网络视频服务器+摄像机”或是由网络摄像机组成。安装了服务器端软件的服务器(或PC)及相应的存储设备(磁盘阵列)等组成网络视频的监控中心。连接在网络中的任何一台电脑,只需安装客户端软件,并授予合法身份和权限就可成为监控系统的终端。受益于近几年宽带网的发展,网络视频监控系统已经陆续得到应用。图像清晰度、智能化要求压缩解决大量数据量传输存储,大数据量的应用靠计算机智能推动技术的发展。

IP监控系统改变了硬件为主、平台是系统的核心与灵魂这一构架,其基础技术环境是通用设备(服务器、交换机等)构成的分布式网络系统。通过软件实现网络的互联、互操作及各子系统的集成,通过中间件实现硬件的兼容和软件的接口。通过融合技术实现不同系统、不同媒体间信息的综合分析和应用。显然、集成是由软件来完成。

网络视频的协议集应包括前端和近端设备搜索、管理;图像结构;媒体结构;音视频实时流;事件处理;图像分析;PTZ控制和安全机制等。现代监控平台以软件为核心,具有充分的开放性,可通过配置、整合资源为业务(管理)工作提供按需服务,设计的目标是面向服务的,追求更高的技术附加值。

3.1 数字视频网络监控设计必须要深入了解的知识

模拟与数字系统选择设计有较大区别,模拟系统主要考虑系统布线、矩阵的方式、线缆布置、供电方式等。数字系统只是网络的接口即可,重点不在施工,而是网络与存储架构选择设计、系统配置、传输与存储的码流带宽等的设计。

传统的模拟监控只要在视频制式和控制协议两方面匹配的产品都可以搭配起来组成一套系统,而IP监控系统需要考虑到编码、解码、存储及数据流控制协议等四个层面,涉及到ISO模型中的二、四、五及七层等四个层面的协议,在模拟监控阶段,工程商可以不和网络系统打交道,到了IP监控阶段,工程商需了解ISO模型、路由交换等基本的网络知识才能选择合适的产品组成系统。

3.2 数字视频网络系统架构设计与系统选型

3.2.1 采集与编解码

(1)数字视频安防监控系统前端采集方式。

1)网络摄像机(IP摄像机)、模拟+编码器方式视频设备(必须进行压缩处理);

2)SDI、HD-SDI摄像机(非压缩方式);

3)其他方式(960H、HD-CVI等)。

(2)视频压缩方式选择H264、SVAC标准(解决巨量信息的传输和存储)。

(3)视频格式与封装问题。

3.2.2 平台选择(改变硬件为主、平台是系统的核心与灵魂)

(1)视频监控系统接入方式、网络架构、系统集成与管理平台配置。

(2)平台CMS功能、视频分析VCA架构。

3.2.3 平台管理功能

平台基本功能:中心管理、监视及控制、存储、数字矩阵显示、流媒体分发、报警、电子地图。

3.2.4 网络系统架构设计

(1)数字视频传输与联网协议选择TCP/TP、UDP、SIP、RTSP、RTP、RTCP;数据信息与指令传输。

(2)满足视频传输码流、带宽、延迟、丢包等指标要求的网络设计(传输、交换、路由)。

(3)对于需要通过Internet进行远程传输、控制的数字视频安防监控系统,应考虑以下几点:

1)接入图像数量大的数字视频安防监控系统选择合适的交换设备(接入层、汇聚层、核心层)。

2)根据实际链路承载性能:包括视频信号的码流;后端的复合应用;数据流的弹性、突发性;链路规划的冗余度,后期的扩容等;同时,在实际应用中还应考虑25%的网络余量,用于传输网络上的其他数据,如音频、数据包中会话、握手协议的大小、包头开销等;选择相应性能的数据传输交换设备和网络设计方案。

3)应配置专用视频安全接入设备,以保证系统的安全性。

3.2.5 存储要求与数字视频存储架构与方式设计

(1)视频监控对存储的要求

1)海量:几千至几万个点,要求1000～1 0000TB的存储容量。

2)价格的敏感性:突破了传统的存储方式。

3)可扩充性:监控点和监控业务的不断增长。

4)可管理性:海量存储的管理瓶颈。

5)网络连接:IP存储。

(2)数字网络视频监控中存储要解决的问题:海量视频图像数据存储多长时间?如何实现海量数据的快速检索?如何保障系统数据安全?如何实现存储空间的无缝扩容与缩减?如何对存储系统进行简单的运维与管理?

(3)存储方式选择

DVR、NVR、DAS、NAS、SAN、云存储、分散、集中、前端存储方式存储系统设计(视频采集、存储、回放要求)可管理中心存储、前端存储、客户端存储。三种存储模式可以并存,也可单独使用。常见录像方式有:实时录像、自动录像、手动录像、报警录像、动态侦测录像等。

3.2.6 图像显示

与传统系统有很大差别,通常视频矩阵切换输出的是同一制式(格式)的图像信号(视频Video),而网络视频系统解码器输出的图像信号可能是不同的制式(高、标清)、格式。因此,不能简单地解码上墙(或矩阵上墙)。特别是需要图像组合时,必须进行制式、格式变换才能实现组合上墙。

3.2.7 系统安全

物理、信息与网络传输安全等问题,在网络环境中需统一规划,包括:身份认证、加密、VPN建立等;最近提出一种“可信图像源”概念,通过对图像源、系统设备、用户的身份认证来保证图像信息不被非法修改、删除和使用。

3.2.8 系统指标、标准与质量评价方法

(1) GA 669、GB/T 28181、ONVIF、PSIA、HDCCTV。

(2)码流、带宽资源、时延、抖动、丢包率等。

(3)建立新的模式、实现新的应用、新的目标,必须有新的评价体系。安防系统原来的评价体系必须加以调整。基于三防、三要素的评价体系很多场合不适用了(探测目标变了,延迟功能和反应方式不同了),如何评价系统的效果、效益非常重要,特别对于投入很大的项目。

(4)要有格式、数据率、连续性、时延、PSNR等具体指标和主观评价的要求。

(5)数字高清评价方法问题:我国传统模拟安防视频监控对图像质量的评价主要是参照广电系统对模拟电视采用的五级图像主观评价方法和对图像清晰度、灰度等级、信噪比等性能指标的客观测试方法。但数字电视的图像采集、处理压缩、传输方式完全不同于模拟电视。数字信号清晰度的表示法和处理、传输中产生的干扰及图像的缺损与模拟电视完全不同,因而所采用的评价测试方法也是有所不同的。数字图像要解决对图像全局清晰度(评估画面的清晰程度,主要从细节较多的场景进行观察,包含:分辨率、混叠、模糊程度)、运动效果(运动的连贯性,评估画面的运动时的连贯性,主要通过运动物体较快并且匀速运动时是否存在卡顿等现象)、拉丝效果(评估运动物体边缘是否存在拉丝效果)、抖动、闪烁(评估运动物体是否存在抖动或者边缘闪烁现象)、噪点(评估画面的边缘或细节处是否存在噪点现象)、亮色串扰(评估静止画面的亮色串扰现象,尤其在黑白图像时效果较明显)、边缘锯齿(评估画面的边缘是否存在锯齿及其严重程度,一般倾斜的线条或物体边缘容易产生锯齿)。色彩重现(评估画面的色度效果,包括:色彩饱和度、色调、色彩的对比度、色彩过渡的锐利程度)、颜色浸染(评估画面的浸染程度,包括:色彩浸染、运动/静止结合部分的效果、亮色对齐)。

目前,从测试图形、测试信号源到测试计量仪器都是空白。所谓高清的百万像素的视频信号经过编解码变换、通道传输、储存记录和显示以及最后效果,目前还没有统一的评价方法。为使高清视频监控规范得到进一步发展,必须尽快研究和掌握高清视频的评价方法。

3.2.9其他问题(GA 669、GB/T28181、ONVIF、PSIA、HDCCTV等)

现代视频监控系统中视频监控平台通常采用模块化的软硬件架构,数据库、核心模块、文件模块,目录模块、媒体模块、报警模块等安装在一台或者多台服务器上,之间通过网络进行连接;通信规范服务划分设备发现服务、设备管理服务、输入输出服务、图像配置服务、媒体配置服务、实时流媒体服务、事件处理服务、PTZ控制服务。在解决安全防范视频监控联网系统信息的传输、交换、控制过程中,监控信令和媒体标准问题使社会治安资源社会动态防范图像或系统具有能够通过网络互联互通的基础,实现图像资源共享和统一集中监控和信息集成应用。GA 669、GB/T281 81、ONVIF、PSIA标准与规范为探索解决这类问题提供方法与协议。

现代视频监控技术除了网络视频监控,人们也在探索解决视频高清化的其他途径,如HDCCTV等技术。

4 结束语

当前正在构建的平安城市视频监控系统以及在建筑智能化中的安防系统(银行、博物馆、军工仓库等重点单位的视频监控系统)的需求是视频监控技术发展的主要动力,“百闻不如一见”、“看得更清”成为人们对视频监控系统的追求。CCD、CMOS高清摄像机的出现解决了高清图像的获取,DVR、磁盘阵列等数字记录设备的出现解决了大容量的记录。但海量的图像信息的存储和传输是视频监控的难点,数字化的关键技术——图像压缩技术解决了存储开销,为高清数字视频监控提供了可能,也为网络化创造了条件,安防从局域性系统走向广域系统。1080P等百万级高清IP摄像机、H.264等高效编码技术、磁盘阵列和DAS、NAS、SAN等分布式、集中式存储技术的不断发展都推动视频监控从传统的模拟CCTV、模数结合(模拟+DVR)到现代网络高清数字转变。高清数字视频监控技术工程应用前景广阔。

为缓解传统视频监控中海量信息冗余的问题,视频智能分析处理正处于技术突破的阶段。这一技术进步和发展将会在安防中有广阔的应用前景,可以预见智能视频技术在海量视频图像数据查找和检索中将与物联网和云计算技术结合发挥巨大作用。

安防视频监控系统从传统模式向现代模式的转换过程中,要满足人们对现代安防视频监控系统的设计要求,每个视频系统建设从业者要关注和学习了解以下问题:

(1)解决目前安全防范监控报警联网系统中视音频编解码标准,并满足安全防范监控中特殊需求的问题。

(2)系统联网建设及图像信息整合与共享;系统结构从单功能、单向、集总式转变为综合、交互、分布式的架构;要规范视频监控联网中信息传输、交换、控制的互联结构、通信协议结构,传输、交换、控制的基本要求和安全性要求,以及控制、传输流程和协议接口等技术要求。

(3)解决数字视频技术下高质量图像获得、构建全新的安防系统,实现新的系统功能;探索在不同条件(图像采集方式、环境条件)下图像内容的分析,探索新的图像识别方法(行为、轨迹);研究各种图像识别技术的环境适应性,各种应用对环境条件的具体要求及识别结果的准确度;掌握数字、网络、智能技术在数字视频监控中信号的获取、传输、显示、存储、处理的系统设计与应用。

参考文献

[1]GB 503348-2004《安全防范工程技术规范》

[2]GB 503395-2007《视频安防监控系统工程设计规范》

[3]GB/T 50331 4-2006《智能建筑设计标准》

[4]GA/T75-94《安全防范工程程序与要求》

[5]GA/T 3367-2001《视频安防监控系统技术要求》

[6]GA/T 669-2008《城市监控报警联网系统技术标准》

[7]GB/T 28181-2011《安全防范视频监控联网系统传输、交换、控制技术要求》

[8]GB/T 27524-2010《安全防范监控数字视音频编解码技术要求》

[9]智能建筑行业发展报告

浅述旋耕刀设计技术的发展 篇8

自19世纪旋耕机问世以来,旋耕刀便成为旋耕机设计者研究的主要对象。低功耗、高效率是旋耕刀研究的主要目标。随着科学技术的发展,数字化设计技术已逐渐被引用到旋耕刀的设计制造领域。

1 旋耕刀的传统设计

早在1912年,澳大利亚的Arthur Clifford Howard根据丰富的经验,利用蒸汽拖拉机作为动力来带动锄头旋转。经过田间试验后,设计出了直角型的锄头[2],这就是旋耕刀最早的雏形。

功耗一直是旋耕刀研究的主要内容。1970年Beeny和Khoo1利用旋耕刀的三维图形来研究在不同旋转半径下,凿型刀、直角刀和弯刀3种刀的功耗。

旋耕刀的几何参数是影响功耗的主要因素,在1974年,Hendrick和Gill根据旋耕刀的旋转速率设计出的正切刃,使它不接触未切开的土地,大大降低了旋耕刀的切削功耗。旋耕刀的运动轨迹是旋耕刀几何参数设计的主要依据。在1978年,Hendrick和Gill利用运动方程对旋耕刀的运动轨迹进行了理论分析,利用瞬心的方法来确定旋耕刀在任意轨迹点的方向和速率。在对旋耕刀运动轨迹的研究过程中,1991年Thakur和Godwin得到在准静态条件下,在旋耕刀旋转一周的过程中,旋耕刀所受的最大合力发生在旋耕刀入土10~15°时。这一发现对旋耕刀的设计提供了重要的力学依据。

20世纪90年代以前,对旋耕刀的设计研究大都采用传统的机械设计方法,这些传统设计为旋耕刀数字化设计提供了理论基础。传统的机械设计特点是:以长期经验积累为基础,通过力学、数学建模及试验等所形成的经验公式、图表、标准及规范作为依据,运用条件性计算或类比等方法进行设计。目前传统机械设计已经远远不能满足产品的功能和市场需求。主要有下面几点缺陷[3]:

①方案设计时凭借设计者有限的直接经验或间接经验,通过计算、类比分析等,以收敛思维方式,过早地确定方案。这种方案设计既不充分又不系统,不强调创新,因此很难得到最优方案。

②零部件设计中,仅对重要的零部件根据简化的力学模型或经验公式进行静态的或近似的设计计算,其它零部件只作类比设计,与实际工况有时相差较远,难免造成失误。

③传统设计偏重于考虑产品自身功能的实现,忽略人—机—环境之间关系的重要性。

④传统设计采用手工计算、绘图,设计的准确性差、工作周期长、效率低。

2 旋耕刀的数字化设计

自20世纪50年代开始,各种CAD/CAM工具开始出现并逐步应用到制造业中。这些工具的应用表明制造业已经开始利用现代信息技术来改进传统的产品设计过程,标志着数字化设计的开始。数字化设计是利用计算机软硬件及网络环境,以传统设计理论为基础,通过产品数据模型,全面模拟产品的设计、分析、装配、制造等过程,包括三维建模、装配分析、优化设计、系统集成、产品信息管理、虚拟设计与制造、多媒体与网络通讯等,是一项多学科的综合技术。

1985年江苏工学院的朱金华等人根据旋耕机组的运动学特性和土壤特性而建立的旋耕机刀片的几何模型和动力学模型以及以功耗最小为目标函数优选刀片设计参数的方法,在此基础上建立了包括图形输出在内的旋耕机刀片计算机辅助设计系统[4]。该方法成功的运用旋耕机刀片的二维参数化设计,是国内较早的旋耕刀数字化设计。

1995年Rosetal运用数字化设计技术,设计出了先进的旋耕刀虚拟仿真系统,即用FORTRAN程序生成图形坐标,再用Auto LISP程序把图形输入到Auto CAD系统,用来研究旋耕刀几何参数对功耗的影响[5]。

随着网络技术的发展,2004年日本等国已建立了网络CAD设计系统[6],该系统主要包括CAD程序及数据库。设计者可以通过Windows界面,输入旋耕刀的设计参数。当WWW服务器获得旋耕刀的设计参数后,将运行用VB编写的程序text.files,并保存计算后的设计数据。再由Auto LIP程序来读取text.files文档中的设计数据。最后由Auto CAD.Scrip运行Auto CAD自动生成旋耕刀。通过CAD命令把该图纸转化为WWW的浏览格式。最终,设计者通过Whip!插件获取旋耕刀图纸。该系统为旋耕刀设计者的交流提供方便,也能便捷地为旋耕刀的系列化制造提供图纸。其原理图如图1所示。

2004年印度的旁遮普邦农业大学“Punjab Agricutural University”的研究学者采用计算机模拟技术,依据旋耕刀的旋转速度、前进速度和旋耕刀的方位角,利用坐标转换得到旋耕刀的运动轨迹方程,然后由计算机三维绘图来生成贝赛尔曲面。用C或C++语言编写程序,通过该程序对旋耕刀模拟运动轨迹的分析,来修改旋耕刀的几何模型,进行模型优化。把优化后的模型数字信息输入到数控车床中,便可直接加工出旋耕刀产品。不但节省了旋耕刀的设计开发费用,而且缩短了开发周期。

2006年,江苏大学利用反求工程技术建立逆转潜土旋耕刀的三维模型,进行潜土逆转旋耕刀的计算机仿真[7~8]。

上面几个例子是旋耕刀的二维设计、二维参数化设计和三维设计等数字化设计技术在旋耕刀设计中的成功运用。参数化有利于旋耕刀的优化及系列化设计,三维模型有利于旋耕刀的应力分析及运动模拟。因此,三维参数化设计将是旋耕刀设计的发展趋势。

3 结语

随着数字化设计技术的日渐成熟,数字化设计制造技术已成为旋耕刀设计研究的主要手段[9]。随着科学技术的进步,新技术的出现,越来越多的先进技术将会被运用到旋耕刀的设计研究领域。

参考文献

[1]桑正中.农业机械学(上册)[M].北京:机械工业出版社,1987.

[2]Diane Langmore.'Howard,Arthur Clifford(1893-1971),Australian Dictionary of Biography,Volume9,1983,375-376.

[3]机械设计网络课程.http://me.seu.edu.cn/course/mechde-sign/netcourse/01000000.html.

[4]朱金华,励振纲,邹举.旋耕机刀片设计的CAD系统[J].农业机械学报,1985,9:51-61.

[5]V.S.Saimbhi,D.S.Wadhwa,P.S.Grewal.Develop-ment of a Rotary Tiller Blade using Three-dimensional Computer Graphics.12August2004.

[6]Ryozo.Noguch,Internet CAD system for Agricultural Machinery-CAD Program Applied to Rotary blade De-sign,Agricultural Information Technology in Asia and0ceania,1998:103-106.

[7]李伯全,陈翠英,梁君秋.潜土逆转旋耕理论模型验证及工作参数选择[J].江苏大学学报.2005,5:203-205.

[8]刘保玲,邱白晶,史春建,等.基于高速图像处理提取被抛土粒三维运动轨迹[J].农业机械学报,2006,6:104-107.

设计技术发展 篇9

1 我国机械设计与制造技术的发展现状分析

1.1 我国机械设计的发展现状

传统的机械设计以手工设计为主, 设计人员利用简单的工具进行计算绘图一般采用封闭的收敛设计思维, 经验类比设计形式, 计算上只做静态分析, 计算数据的误差采用增加安全系数的办法。产品开发周期较长, 设计人员之间合作起来不够协调, 信息沟通不好。现阶段, 计算机网络技术的迅速发展给机械设计提供了非常便利的条件, 机械设计人员充分利用计算机这个有利工具, 建立了企业之间的虚拟小组或动态联盟, 使资源共享, 各个企业的优势可以给别人借鉴, 有效避免了设计上的好多误区, 信息的交流及共享提高了产品设计的成功率, 加快了产品开发的速度。

1.2 我国机械制造技术的发展现状

人类社会的机械制造技术从使用最原始的天然工具发展到制造工具, 从简单的手工制造发展到机床的使用, 人类一直为制造技术的发展而不断努力着。机械制造技术这门工程学科需要不断的研究及发展, 现在机械制造技术运用科学的手段取得了一定的成绩, 提高了产品的质量、效益、竞争力等方面。可以说现在的机械制造技术是先进制造技术的初步发展阶段它是在传统的制造技术的基础上发展起来的, 保留了传统制造技术中的有效因素, 吸收了各种高新技术的精华, 它把机械制造技术提高到了一个新的技术领域增加了整个制造业的经济效益和社会效益。近年来, 我国的机械制造技术虽然取得了一些成绩, 但是和发达国家比较还是存在着较大的差距。在管理方面, 我国没有广泛采取计算机管理模式, 对组织、管理体制的更新发展不够充分, 很多企业仍然处于经验管理阶段;在制造工艺上, 我国对精细加工、微细加工、高精密加工、激光加工等技术没有广泛采用, 许多技术尚在开发、掌握之中;在自动化技术上, 我国的数控机床、计算机集成制造系统、柔性制造系统等, 尚未实现柔性自动化、知识集成化、智能化, 我们只处在单机自动化、刚性自动化的阶段。

2 我国机械设计与制造技术的未来发展方向

2.1 我国机械设计的未来发展方向

我国未来的机械设计要把远程机械设计作为重点发展方向, 远程机械设计目前在我国正处于初步发展阶段, 它是一个多学科、多技术的研究领域, 涉及许多机械工程和计算机方面的知识领域。对于机械设计来说, 它主要研究设计过程的建模、设计优化理论的一些内容;在计算机技术方面, 它主要研究怎样对现有的设计资源 (如各种专业化的计算、分析程序、数据库、知识库等) 进行组织及发布, 以便于这些资源以最快的速度供设计人员查询及应用, 因此要大力研究网络环境下设计资源获取及调用, 这样设计人员在设计过程中遇到问题, 就能通过网络及时的进行分析计算或查询数库, 很快的解决问题, 进行下一步工作, 相对来说降低了成本, 节约了时间, 有效地提高了工作的效率。

2.2 我国机械制造技术的未来发展方向

2.2.1 网络化发展趋势

当今社会科技飞速发展, 网络遍及每个角落, 机械制造技术也势必要通过网络来作为未来发展的媒介, 产品的零件制造、物料选购、市场开发等等都可以通过网络在异地进行。网络通讯技术可以加强经营管理的学习、加速技术信息的交流, 为整个机械制造技术的提高提供了便捷服务。

2.2.2 自动化发展趋势

机械制造技术的自动化发展是必然趋势, 科技发展推动了自动化的普及, 自动化的发展表现在制造技术中系统技术、集成技术、人机一体化制造等各个系统中, 自动化给机械制造技术的快速发展奠定了良好的基础。

2.2.3 绿色环保的发展趋势

制造技术未来会更多的朝着绿色环保的方向发展, 在生产过程、使用材料、包装等方面更多的讲究环保, 生产出来的产品是绿色无污染的产品, 很大程度上减少了制造对环境的污染, 提高了原材料及能源的利用率。

2.2.4 精密成形制造技术

精密工程技术也是未来机械制造技术的一个发展方向, 包括精密的焊接、铸造、塑性加工、切割等技术, 超精密的机械制造技术未来将进入微型机械电子技术及微型机器人的时代。

3 结语

我国机械设计与制造技术的水平直接反应了我国科技的发展水平, 是我国在国际间进行科技竞争的重要手段。因此, 研究和发展我国的机械设计与制造技术势在必行, 网络化、自动化的发展是我们前进的方向, 绿色环保制造技术是人类社会在制造业中的可持续发展道路。努力跟随世界发展的潮流, 提高我国的综合竞争力, 尽快缩短我国与发达国家之间的差距, 相信我国的机械设计与制造技术会给国家和人民带来更多的财富, 创造更多的社会价值。

摘要：当今社会我国经济、科技迅猛发展, 机械设计与制造技术决定了制造业的发展前景, 也是创造财富、科技进步的基础因素。本文就我国机械设计与制造技术的现状进行了分析, 提出了未来的发展方向。

关键词：机械设计,制造技术,发展方向

参考文献

[1]刘小琴, 续海峰.机械设计中的材料设计方法研究[J].机械管理开发, 2009, 6.

设计技术发展 篇10

煤矿井下爆炸性环境用本质安全型产品的主要设计依据是GB 3836.4《爆炸性环境 第4部分:由本质安全型“i”保护的设备》,涉及本质安全电气系统方面的标准GB 3836.18《爆炸性环境 第18部分:本质安全型系统》暂未涵盖煤矿井下I类本质安全系统(只包含II类本质安全系统)。国际上,新版 IEC 60079-25虽然在范围上已包括I类、II类和III类电气系统,但对I类本质安全系统的技术规定仍很不完善。本文在了解国内煤矿本质安全设备现状和研究国内外最新本质安全系统防爆技术的基础上,结合GB 3836.18和IEC 60079-25标准的规定以及具体的实践认知,提出针对煤矿井下本质安全电气系统设计和评定的关键要素及实用方法,供关注煤矿本质安全防爆技术的同仁研究参考。

1 本质安全电气系统的概念

本质安全电气系统是用于爆炸性环境的电路或部分电路是本质安全电路的电气设备互连部分的组合,通常包括关联设备、本质安全设备及其之间的互连导线或电缆,如图1所示。这种系统组合的安全性和兼容性要通过检验或评定才能确认,并且在规定构成本质安全系统的电气设备、电气设备的电气参数及其互连导线电气参数的系统描述文件中进行详细规定。

1-获防爆合格认证的本质安全设备;2-电缆;3-获防爆合格认证的关联设备;4-简单设备

关联设备是一个在防爆领域赋予固定内涵的专业术语。关联设备同时含有限能电路和非限能电路,且其特定的结构使非限能电路不能对限能电路产生不利影响。煤矿井下本质安全设备的关联设备一般都处于危险环境中,须另外采用附加防爆型式对其进行保护,例如将其置于隔爆外壳中。由隔爆外壳保护的关联设备除了应符合本质安全型相关要求外,还应同时符合隔爆型要求。

GB 3836.18按系统获得防爆合格认证情况将本质安全电气系统分为 “已获证的本质安全电气系统”和“未获证的本质安全电气系统”两类。这种概念及分类对煤矿井下本质安全电气系统同样适用。

2 煤矿井下爆炸性环境的特殊性

相对于地面,煤矿井下环境恶劣,空气潮湿,空间、光线受限,设备维护困难。井下开采过程中被释放出来的与煤天然共存的瓦斯或煤尘与空气混合后在井下采区或巷道形成具有爆炸危险性的瓦斯-空气混合物或煤尘-空气混合物。虽然煤矿行业十分重视持续有效的井下通风,但由于存在通风故障、瓦斯突出、产煤量增大引起的瓦斯释放增大等难以预料的问题,可能引起瓦斯浓度超标,从而带来危险。受井下空间环境限制,一旦发生爆炸很容易造成灾难。因此,煤矿井下需要更为严格的安全要求,禁止在井下瓦斯爆炸极限范围内进行开采。

针对煤矿井下瓦斯环境的具体情况,欧洲将井下危险环境条件分为“1级危险环境条件”和“2级危险环境条件”。当井下空气环境中的甲烷浓度在LEL(爆炸下限)～UEL(爆炸上限)范围内时属于“1级危险环境条件”,这种条件下的井下环境属于危险的爆炸性环境;当井下空气环境中的甲烷浓度在0%～LEL范围或UEL～100%范围时,属于“2级危险环境条件”,这种条件下的井下环境属于具有潜在危险的爆炸性环境。目前这一思想也正被IEC和我国相关机构所接受。

《煤矿安全规程》规定,采区回风巷、采掘工作面回风巷风流中瓦斯浓度超过1.0%时,必须停止工作,撤出人员,采取措施,进行处理。此时应认为巷道环境由“2级危险环境条件”进入了“1级危险环境条件”。根据GB 3836.1和GB 25285.2 关于设备保护级别/水平(EPL)的思想,只有EPL Ma级设备可继续带电工作,其它设备必须停电。《煤矿安全规程》还严格规定了甲烷传感器报警浓度、断电浓度、复电浓度、断电范围等。

因此,煤矿井下爆炸性危险作业场所的特殊性决定了其分类不同于地面爆炸性环境中危险“区”域的分类。煤矿井下本质安全电气系统的设计和应用也应根据这种思想考虑其特定的危险环境条件和对应的合适EPL。

3 煤矿井下本质安全电气系统的设计

3.1 确定系统构成

任何拟定的本质安全系统都应在明确设计目标后,根据电气系统具体的连接关系来确定系统的整体构成(包括互连导线及简单设备)。仅由电池供电的一体便携式本质安全设备(如干电池供电的LED本质安全手电筒,无关联设备)是最简单的本质安全系统。图1中的典型本质安全电气系统由本质安全关联设备、本质安全设备(包含简单设备RTD)及其之间的连接导线或电缆构成。

3.2 制定系统描述文件

3.2.1 对整个系统制定系统描述文件

为了便于分析和确认电气系统所达到的本质安全等级,在明确了电气系统的构成之后,可参照GB 3836.18第4制定系统描述文件,采用图纸、清单、使用维护手册或类似的文件方式来规定确保安全所需的信息,如规定电气设备的有关项目、包括互连布线的系统电气参数等。制订系统描述文件的系统设计师应能代表其机构或雇主承担责任且具备相应的技术能力。

实际上,对系统使用功能的兼容分析也很重要,它决定着各设备组合后系统能否正常运行,但这不是本文论述的重点。

3.2.2 认定简单设备

一般情况下,简单设备不需要认证便可使用,但当简单设备用于本质安全电气系统时必须对其安全性进行确认。

国际上,对于简单设备的认定大多是根据制造商提供的指标,若设备中任何器件的参数都不超过1.2 V、0.1 A、20 μJ、25 mW即可视为简单设备,如开关、热电偶、RTD、LED、部分SPD等。在北美,对简单设备的定义更为简练和限定:非储能且不产生电压的设备。虽然简单设备用于本质安全回路时无需认证且不影响其安全性,但适用时,外壳材质、IP等级、端子或接线等本质安全设备所需的共性要求还应符合GB 3836.1和GB 3836.4的相关规定。

对于符合GB 3836.4中5.7简单设备要求的开关、端子、接线盒、插头、插座等无源器件,无需改动系统安全评价便可增加到系统中;对于纯电阻、简单半导体等无源元件简单设备,还需要考虑热效应评定或试验。

如果系统增加符合GB 3836.4要求的单个电容或电感储能元件,则进行安全评定时要考虑它们的电气参数及其可能产生的热效应,同时应有清晰的标志。如果电感是铁芯电感,则不能看作是简单设备,必须通过试验来确定。

如果简单设备计划含有多个独立的本质安全电路,例如连接件、插头和插座,则应按GB 3836.4的要求进行可靠隔离,否则安全评定时只能按这些电路可能造成混触故障来分析。

简单设备的确认证明应作为系统描述文件的内容之一。有时用户需要对简单设备进行第三方认证确认,主要是因为用户需要这样的文件作为附加保险措施。对系统进行本质安全检验或评定时也要对简单设备进行认定,因为它是本质安全电路的一部分。根据我国煤矿的具体情况,将矿用本质安全简单设备作为含有其它电路的设备部件时,对整机的鉴定显得很有必要。系统设计师除了考虑以上技术内容外,还应在可能的情况下,把包括内部参数在内的信息清晰标示出来,在系统框图中也要详细说明。

3.2.3 确定井下本质安全电气系统的类别和组别

可用于井下瓦斯环境的本质安全电气系统内的电气设备类别为I类,允许的最高表面温度应不超过150 ℃(当其表面可能堆积煤尘时)或450 ℃(当其表面不可能堆积煤尘时)。

环境温度影响设备或元件的温升。当本质安全系统部分或整体运行温度超出-20～+40 ℃的正常工作环境温度时,应在系统描述文件中说明。符合GB 3836.4的本质安全设备适应的环境温度范围为-20～+60 ℃,当设备周围环境温度超过+60 ℃时,最小点燃电流将降低(当温度从20 ℃上升到200 ℃时,点燃能量可能会下降 20%～30%),此时GB 3836.4 标准已不再适用,建议参考IEC 60079-33。

3.2.4 确定井下本质安全电气系统的防爆等级

用于煤矿井下的本质安全电气系统的整体本质安全等级不一定为同一个等级。也就是说,系统的每一个组成部分的本质安全等级可为“ia”等级,也可以为“ib”等级。当然,系统的每一组成部分均为“ia”等级或均为“ib”等级也是允许的,这取决于系统设计师对系统EPL设计的需要。

如果本质安全电气系统或者系统的一部分满足“ia”等级设备的要求,则该系统或系统的该部分就为“ia”等级;同理,如果本质安全电气系统或系统的一部分满足“ib”等级设备的要求,则该系统或系统的该部分就为“ib”等级。

当系统某一部分满足一个等级,而另一部分满足另一个等级时,应具体分析系统的整体情况。例如某电气监控系统包含一台由“ia”等级关联设备供电的井下“ib”等级本质安全瓦斯探测仪,系统正常运行时的本质安全防爆等级应属于“ib”等级(即EPL Mb),按照《煤矿安全规程》要求,当井下出现瓦斯超限情况、需要停止关联设备供电并同时启动探测仪内部备用电池供电后,该系统中的本质安全瓦斯监控仪可设计达到“ia”等级(即 EPL Ma);如果一台仪表防爆标志为“ib”等级,该仪表还可以连接一台“ia” 等级的传感器(如光纤),那么该种系统设计也是允许的。

至于“ic”等级的本质安全电气系统,它类似于煤矿井下的矿用一般型电气系统,不建议在煤矿井下使用。

3.2.5 确定系统设备保护水平及适用的矿井条件(选型)

本质安全电气系统中,“ia”等级的设备对应达到EPL Ma级保护水平;“ib”等级的设备对应达到EPL Mb级保护水平。整个系统不一定在一个EPL级别。

EPL Ma级设备适用于井下“1级危险环境条件”下的采煤作业。EPL Ma级设备具有很高的固有安全等级,有两个独立的防爆保护措施或双重防爆安全系统,即使在罕见的故障条件下,EPL Ma级设备(如电话机、甲烷气体探测设备)也能连续工作。

EPL Ma级和EPL Mb级设备都适用于井下“2级危险环境条件”下的采煤作业。EPL Mb级设备具有高安全性,适用于正常的采煤工作条件。在井下瓦斯环境中,EPL Mb级设备可进行断电操作或安全处理。

3.3 确定系统采用的互连导线或电缆

3.3.1 互连导线或电缆影响系统本质安全性能

本质安全电气系统研究的互连导线或电缆指系统中本质安全电路的互连导线或电缆,是系统中本质安全电路的一部分,其电气参数、结构和布局直接影响系统的本质安全防爆性能,对系统本质安全性能的评定至关重要。系统互连导线或电缆多用于本质安全供电或本质安全信号传输,其分布电容和分布电感的储能在危险场所电缆短路或开路条件下易被释放出来,可能带来引燃危险。另外,其结构和布线也与系统或回路故障分析有关。因此,包括分布电容和分布电感在内的与本质安全性能有关的互连导线的电气参数以及计算推导的有关电气参数,系统设计师在系统描述性文件中都应进行详细规定。有时也可以通过规定具体的电缆型号、规格、长度来代替电气参数。

IEC 60079-14、IEC 60079-25将本质安全电气系统互连导线或电缆按结构性能分为A、B、C三种类型。这种分类便于进行电缆故障分析,同样也适用于矿用本质安全系统,但设计时需注意选用的电缆应符合矿用电缆的相关特殊要求。

非本质安全电路用导线或电缆须与本质安全电路用导线分开布置。

3.3.2 电缆选型、布线安装及注意事项

(1) 关于电缆选型。

需要时,系统描述文件应规定各个特定电路允许使用的多芯电缆类型。特殊情况下如果没有考虑隔离电路之间的故障,则应在系统描述文件的框图上注明。如果互连电缆使用的多芯线还含有其它本质安全电路,除非防爆检验机构另有试验认可,否则多芯线必须符合矿用A型或B型多芯电缆的要求。

(2) 关于电缆布线、安装。

本质安全电路的防爆原理要求其整体性能不能受其它能量的干扰,即使在发生电路开路、短路或接地时也不能超过电路的安全能量阈值。因此,用于本质安全电路的电缆与其它设备的电缆在机箱或机柜中必须互相隔离,安装方式也应尽可能使本质安全性能不受外界电场或磁场的干扰。

安装接线的主要依据是系统描述文件中给出的“系统安装图”(可参考 GB 3836.18图E.2)。

(3) 关于多芯电缆。

含“ia”或“ib”等级本质安全电路的多芯电缆不能含有非本质安全电路。通常还要求本质安全电路与非本质安全电路的现场接线盒或分线盒相互独立。绝对禁止将本质安全电路端子或电缆连接到非本质安全电路的端子或电缆上。

多芯电缆中没有被使用的每根芯线应对地充分绝缘,并且两端用适当的端子充分隔离,防止未使用的芯线成为电路混触的媒介。

(4) 关于接线和分线。

当本质安全系统的互连导线或电缆需要分线盒或隔离接线端子隔板对含有的本质安全电路进行分线或接线时,系统设计师应按照GB 3836.4的规定对分线盒或接线盒进行设计和选型。还应注意的是,包括本质安全设备、关联设备以及简单设备、线路接线盒或分线盒在内,本质安全系统内部所有设备的外部连接装置(如接线端子、插头和插座)应符合 GB 3836.4第6.2的规定。

不存在单纯意义上的本质安全型电缆,也不存在单纯意义上的本质安全型接线盒或分线盒,只存在符合系统本质安全电路技术要求的互连用电缆、接线盒或分线盒。

(5) 关于导体或端子材质。

用轻合金材料作导体的部位应注意预防电解腐蚀。

(6) 关于电缆标识。

应有单独的标识表明本质安全电路用电缆是本质安全电路的一部分。国际上通行的做法是用浅蓝色护套或表层标识,此时其它电路就不宜用蓝色护套或蓝色表层。为了防止混淆,也可对本质安全电路导线采取单独标识牌、将导线组合到公用的浅蓝色线槽中等措施。

(7) 关于电缆的表面温度。

本质安全防爆设备在任何状态下都不应超过设备允许的最高表面温度,并应与其绝缘等级相适应。

3.3.3 光缆和光纤传输

井下用光缆或光纤没有电信号,但由此认为光纤传输就是本质安全的观点是片面的。光也有能量,例如当光缆或光纤遭到破坏被折断时,泄漏的光能(波长范围为380 nm～10 μm)转换成热能被表面或颗粒吸收,导致温度升高,如果不加限制,就有可能点燃瓦斯或爆炸性粉尘云。

本质安全型光辐射(op is)是指在正常或规定的故障条件下,不会产生足以点燃特定危险环境爆炸混合物的可见光辐射或红外光辐射。对于悬浮在空气中的瓦斯或粉尘云,本质安全型光辐射要求电路具有可靠的限能电路,将持续时间大于1 s的连续波光功率限制在150 mW以内,辐照强度峰值限制在20 mW/mm2(表面积不大于400 mm2)以内,最高表面温度限制在150 ℃以下,否则需增加联锁装置;对于持续时间小于1 ms或1 ms～1 s之间的光脉冲,脉冲能量应分别不超过相应环境爆炸性气体的最小火花点燃能量(MIE)或10倍的最小火花点燃能量。有关光辐射设备和传输系统的保护措施可参见IEC 60079-28。

3.4 防雷电冲击及其它电冲击保护

如果辨识出雷电会对井下本质安全电路带来危险,那么最好在地面采取措施,采用浪涌抑制分流器、隔离器等将地下电路与地面电路隔离,防止雷电冲击通过管道或电缆传到地下。如果井下本质安全电路必须要增加防电冲击保护,可参考GB 3836.18附录F。

3.5 系统标志

GB3836.18第12 适用。

4 煤矿井下本质安全电气系统的参数评定

4.1 确认本质安全电气系统的主要电气防爆参数

本质安全电气系统认证和评定模式分整体检验评定认证(“已获证本安电气系统” 在获证前进行的认证)和在本质安全系统整体概念(整体原则)基础上,对“未获证的本质安全电气系统”进行的本质安全系统电气参数评定认可。

对于任何本质安全系统,无论采用哪种认证、评定方式,都应根据电气系统具体的连接关系,结合系统描述框图(参见GB 3836.18图E.1,与GB 3836.4规定的控制图不同)或其组成部分的控制图,分析并确认下列参数。

(1) 系统内的所有组成设备的基本信息:① 制造商详情;② 制造商提供的产品名称、型号规格(包括正常工作电压Un、工作电流In等);③ 认证标准;④ 防爆合格证或文件编号;⑤ 防爆标志。

应特别注意设备认证中所包含的任何特殊条件。例如防爆合格证编号的后缀“U”或“X”所代表的特定意义。

应特别注意认证用的标准。在同一个本质安全系统中,通常不能采用按照不同(不完全兼容)标准体系认证的设备,例如北美标准和 IEC 标准就不完全兼容。

系统中电气设备的本质安全防爆参数一般都会在产品铭牌上标明,或者在认证证书和产品使用说明书上给出,这些本质安全参数是评定本质安全系统安全性的主要依据。需要强调的是,这些本质安全电气防爆参数与产品正常运行时的工作参数不同,系统设计师应特别注意。

(2) 与危险场所本质安全设备有关的电气参数:① 认证的最大允许输入电压 Ui(V);② 认证的最大允许输入电流 Ii(mA);③ 认证的最大允许输入功率 Pi(W);④ 设备最大内部有效电容 Ci(μF);⑤ 设备最大内部有效电感 Li(mH);⑥ 设备最大内部有效电感与电阻比 Li/Ri (mH/Ω);⑦ 必要时,设备最小有效输入电阻Ri(Ω)也可用Li和Li/Ri值导出,该参数对实际确定Ii和系统工作性能可能有用。

(3) 与安全场所(或置于另一防爆类型如隔爆外壳内)关联设备/电路有关的电气参数:① 最高电压(交流有效值或直流)Um (V AC/DC),不同连接装置的Um值可不同,同一连接装置的交流或直流Um值也可不同,Um值是评定系统安全性的基础,应特别重视;② 认证的最大输出电压 Uo (交流峰值或直流)(V);③ 认证的最大输出电流 Io(交流峰值或直流)(mA);④ 最大输出功率 Po(W);⑤ 最大外部允许电容 Co(μF);⑥ 最大外部允许电感Lo(mH);⑦ 最大外部允许电感与电阻比 Lo/Ro (mH/Ω);⑧ 必要时,线性电源的输出电阻最小值 Ro(Ω)可由Lo和Lo/Ro值导出,该参数在判定电源输出特征和系统工作性能时可能会很有用。

(4) 与本质安全电气系统互连导线或电缆有关的本质安全电气参数:① 最大允许电缆电容 Cc(μF);② 最大允许电缆电感 Lc(mH);③ 电缆最大允许电感与电阻比 Lc/Rc(mH/Ω);④ 必要时,满足系统负载能力而允许的电缆电阻Rc (Ω),进而由此确定电缆长度,可通过系统的正常工作参数导出,虽然该参数不是本质安全评定必需的参数,但验算该参数可推知系统匹配后能否正常工作。

4.2 线性输出特征单电源组合本质安全电路系统的参数评定

根据不同电源的电路结构原理,电源输出类型可分为线性输出特性、梯形输出特性和矩形输出特性三种特征。不同特征的输出电源,其电路火花点火能力不同。GB 3836.18附录C给出了这三种电源输出特性的特征曲线图。

多数本质安全系统由具有单个独立电源的关联设备通过互连导线或电缆与现场安装的单个本质安全设备连接构成。如果这种系统的电源同时具有线性输出特征,则被看作为简单本质安全系统。

安全评定第一步,对两个独立的已获证设备的参数信息进行分析,确定系统各设备的电路特征类型及关联电气参数。系统设计师通常对设备的电路连接和内部结构不甚了解,因此需要依靠防爆合格证、说明书或控制图给出的电气数据来研究系统描述图和安装图。

当简单本质安全电气系统的特征被确认后,可按以下程序对系统内设备匹配的兼容性进行评定:

(1) 设备类别确认:I类(特殊情况如环境中还存在除瓦斯以外的气体时需另行考虑)。

(2) 确定系统防爆等级和EPL。通过研究两个独立的已获证设备的参数信息来确定系统的防爆等级或类别。系统总体防爆等级或类别“就低不就高”,即采用两个独立设备防爆等级或类别中的最低级别。允许系统中的不同部分具有不同的类别和级别,但应在系统描述文件中明确界定电路的各部分及其参数,例如系统中任一设备为“ib”等级,则整个系统就是“ib”等级。根据设计或用户需要,系统中的各部分选用相同的本质安全等级可能较为经济。图1中,若关联设备为“[Exib]I”,本质安全设备为“ExiaI”,则系统本质安全等级只能为“ExibI”,也就是说,即使本质安全等级为ExiaI的本质安全设备可以达到EPL Ma保护水平,但在该系统中也不能被看作为EPL Ma级设备,而只能作为EPL Mb级设备使用(特殊设备除外)。

(3) 确定设备温度组别。设备在使用条件或用途不同时可能有不同的温度组别,应选择和记录相关的温度组别。另外,不需要确定系统的温度组别,当关联设备置于非危险场所时不考虑温度组别。

(4) 确认环境条件。记录每台设备允许的环境温度范围并将其标注在系统描述图和安装图上。

(5) 系统安全评定准则。分析比较电源装置的输出与输入电压、电流和功率等电气参数,判定系统是否满足本质安全防爆性能,评定合格的条件(有时仅需其中一个或几个参数就能全部确定系统的安全,这时可不列无关参数):Um与设备供电电源相适应;Uo≤ Ui;Io ≤ Ii ;Po ≤ Pi;Cc ≤ Co - Ci(适用时,应考虑 Ci=∑Cim、Cc=∑Ccn,m、n为分支数);Lc ≤ Lo - Li(适用时,应考虑 Li=∑Lim、Lc=∑Lcn,m、n为分支数),或使用式Li/Ri≤Lo/Ro、Lc/Rc≤Lo/Ro判定,Li≤1%Lo时取 Lc/Rc=Lo/Ro。

另外,若电源为线性电源且 Ci≤1%Co,允许的 Lc/Rc值可使用 GB3836.18附录D的计算公式确定。

适用时,还应考虑“系统故障分析”(本文第5部分)后,针对新演变组合系统的最不利综合参数再进行评定。

(6) 检查接地、屏蔽或隔离是否符合系统安全性、防爆性能、EMC和功能性(必要时参见 IEC 61508、IEC 61511)要求。

如果这些要求全部满足,则确定这两个设备兼容匹配。记录该分析的便捷方法是绘制一个表格。以图2所示的本质安全设备与关联设备相互连接为例,给出其举例数值,见表1～4,对电源和温度变送器(为了简化分析,假设RTD与变送器一体)进行本质安全参数比较。

如果有必要,也可按GB 3836.4规定的方法,通过型式检查和/或型式试验进一步确任系统是否足够安全。

图2中的系统防爆标志为ExiaI,本质安全电气参数满足以上本质安全评定的合格条件,因而系统符合要求。

4.3 线性输出特征多电源组合电路的本质安全参数评定

如果本质安全系统含有1个以上线性电源,则应按GB 3836.18附录B规定,依照前述方法分析和评定组合后电源的影响,适用时还应考虑系统故障分析(本文第5部分)。这些方法完全适用于煤矿井下本质安全系统。

4.4 非线性和线性本质安全电路互连组合的本质安全参数评定

如果本质安全系统含有1个以上电源,并且这些电源中一个或多个是非线性的,则不能使用GB 3836.18附录B介绍的评定方法。对于这种本质安全系统,GB 3836.18附录C对如何分析含有1个非线性电源的组合系统做了说明,该内容来源于德国物理技术研究院报告——PTB-ThEx-10e。其中对于线性特性、梯形特性和矩形特性等特征电源电路的分析说明,以及关于电路电压叠加或电流叠加及其串、并联的原理分析均完全适用于煤矿井下本质安全设备;多电源本质安全电路的互连原理也适用于煤矿井下本质安全设备,但是GB 3836.18附录C中缺少I类电源特性极限曲线图,其中IIC、IIB类的电源特性极限曲线图均不适用于煤矿。

在此提出两种可行的替代方法。一种是采用GB 3836.18附录C中IIB类电源特性极限曲线图替代。原理是基于煤矿瓦斯环境I类电气设备的本质安全火花实验装置最小点燃能量(525 μJ)远高于地面用IIB类设备代表性气体的火花实验装置最小点燃能量(160 μJ)。这种替代本身已具有足够的安全系数,因此在使用 GB 3836.18附录C中IIB类电源特性极限曲线替代I类电源分析时,要去掉IIB曲线原有的1.5倍安全系数。另一种替代方法也是最根本的方法,即依据 GB 3836.4 进行火花试验来最终判定。

一般情况下,矩形输出特性的电源很难做到Exia等级。

4.5 FISCO系统本质安全参数评定

对于FISCO系统,其本质安全电气系统已预先确定,因此只需符合GB 3836.19即可。而FNICO系统类似于煤矿井下的矿用一般型,不建议在煤矿井下使用。

5 系统故障分析

5.1 系统设备故障分析

如果系统含有本身不符合GB 3836.4的设备,则应将系统作为一个整体按GB 3836.4进行分析或试验。除了应考虑设备内部故障外,还应考虑现场接线故障。

普遍认为对整体系统施加故障没有对设备各个部分施加故障严格。尽管如此,用该方法仍认为能达到可接受的安全等级。

如果需要的所有信息都具备,即使使用了符合GB 3836.4的已获证设备,也允许在进行故障分析时再施加计入整体系统的故障。更常用的方法是对单独分析过的设备或试验过的设备的输入、输出特征值进行直接比较。如果系统中仅有按照GB 3836.4进行单独分析的设备或试验的设备,则只需证明系统内所有设备互相兼容即可。设备内部的故障已经考虑,不需要进一步考虑。如果系统含单一电源,则电源的输出参数也已考虑了外部互连电缆的开路、短路和接地,也不需要再进一步考虑这些故障。

5.2 系统互连电缆故障分析

矿用A型电缆、B型电缆:不考虑电路之间的故障。

矿用C型电缆:考虑包括最不利的故障组合条件下导体之间同时2处电路短路和多达4处导体开路。如果电缆内包含的每个本质安全电路的安全系数达到标准要求的安全系数的4倍,则可不必考虑故障。多芯电缆内,在故障情况下所有电路的本质安全等级应取级别最低的等级。

若系统互连电缆中还存在接线、分线或插接耦合等情况,则故障分析时还应考虑3.3.2节中第(4)部分。

6 国内外本质安全技术的现状及发展

虽然我国目前还没有针对井下的本质安全电气系统标准,但“井上”和“井下”本质安全电气系统的基本原理和基本思想没有差异,熟悉本质安全技术的专家都知道二者完全可以通用,新版的国际标准也体现了该思想。目前,我国在用煤矿本质安全产品多采用系统回路整体检验认证的模式,但大多数缺少符合GB 3836.4要求的控制图,系统描述文件不够齐全,带有系统安装图的更少,证书或铭牌上的本质安全参数也普遍标注不全,这些现象都是造成当前甚至今后一个时期井下本质安全难以检查和再确认的主要原因。另外,目前国内几乎没有EPL Ma级的矿用设备、行业系统规划不足、新技术难以渗入等也是导致目前井下安全水平低下的原因。

与隔爆、增安等防爆类型不同,煤矿井下爆炸性环境本质安全电气系统的设计与评定一旦完成,在后续的市场环节和使用过程便很难再发现其隐患。针对该情况,制造商的责任固然很重大,而发证机构责任尤重。由于本质安全电路允许存在火花开关,一旦本质安全隐患的确存在而技术或管理机构又“疏”于发现,后果不堪设想。因此,希望相关各界高度重视。

目前,国内和国际上的本质安全新技术正在不断创新发展,西安科技大学、中国矿业大学和南阳防爆电气研究所等单位近年来在本质安全电路电弧放电及非爆炸方法评定方面已有很多成果;国际上,德国根据自己的研究成果和专利提出了针对本质安全防爆技术的最新提案“POWER-i”,其原理是利用持续电子控制技术获得本质安全允许能量的大幅提升,旨在打破现行本质安全标准对本质安全电气参数的传统限制,该项技术必将开辟本质安全防爆应用的崭新局面。我国相关防爆技术机构目前在积极开展包括矿用本质安全电气系统研究的同时,也正在积极关注并实际参与国际最新本质安全技术的研究。电气防爆技术作为爆炸性环境中安全生产事业的重要装备的基础保障,其本身就是一项系统性工程,而实现我国本质安全电气防爆安全技术的跨跃式发展还需相关各界不拘一格实质性地协同配合。

设计技术发展 篇11

关键词：建筑；幕墙设计；节能

一、节能型建筑幕墙的设计原则

节能幕墙的设计要遵循的原则如下：

科学性：需综合，全面权衡各因素，充分考虑其功能，性能等诸多方面，合理选型（幕墙的型式和窗墙面积比），选材和构造。

适用性：结合环境因素与项目的具体情况，参照标准规定与地方要求， 认真落实国家有关节能政策， 同时要处理好建筑低能耗与高舒适度的关系。

经济性： 建筑幕墙只是建筑围护结构的一部分，只是建筑节能的一个方面，节能的考虑需全盘考虑， 只有达到节能与经济的统一才能体现节能的作用与价值。

二、节能材料的选择

1节能玻璃。

① 阳光控制镀膜玻璃。阳光控制镀膜玻璃是在玻璃表面镀上一层金属或金属化合物膜，膜色不仅使玻璃呈现丰富的色彩，而且更重要的就是对波长 350nm（0.35m）—1800nm（1.8m）的太阳光具有一定控制作用的镀膜玻璃，其对于可见光有适当的透射率，对红外线有较高的反射率，对紫外线有较高吸收率；具有单向透视性，在室内可清晰地观察室外景物而不影响室内自然采光，在室外（光强面）只能看到周围的景物，使建筑物绚丽多彩却无法看清室内，也称为热反射玻璃。

②低辐射玻璃（Low-E玻璃）。Low-E玻璃又称低辐射玻璃，这种玻璃不但可见光透过率高，而且具备很强地阻隔红外线的特点，能够发挥自然采光和隔热节能的双重功效使用后可以有效地减少冬季室内热量的外散流失，在夏季也能阻隔室外物体受太阳照射变热后的二次辐射，从而达到节能降耗的目的。

③中空玻璃。中空玻璃是一种以两片或多片玻璃组合而成，玻璃与玻璃之间的空间和外界用密封胶隔绝，里面是空气或其他特殊气体，中空玻璃具有优良的隔热和隔音性能，相比砖墙或混凝土墙体又轻得多，对于建筑节省能源的要求，中空玻璃以其不可替代的优越性能而被广泛使用。

④夹层玻璃。夹层玻璃是由两片或两片以上的玻璃，由中间层与玻璃牢固的韧性粘结合成的复合玻璃制品，中间层一般为透明性的有机材料，其加工工艺分干法和湿法两种 夹层玻璃具有很高的冲击性和抗惯性，在受到冲击破碎时，使得无论垂直安装还是倾斜安装，均能抵挡意外撞击的穿透，一般情况下，还能保持一定的可见度，从而起到安全防护作用。

⑤真空玻璃。真空玻璃是将两片或两片以上平板玻璃以支撑物隔开，周边密封在玻璃间形成真空层的玻璃制品，其工作原理与玻璃保温瓶的保温隔热原理相同，通过把中空玻璃空腔里的空气抽走，消除掉空腔内部的对流和传导传热，可以获得更好地隔热效果，这种玻璃的空腔很窄，一般为0.5-2.0mm，两层玻璃之间用一些均匀分布的支柱分开。真空玻璃相对于其他的隔热玻璃而言生产工艺较为复杂，中间小立柱的存在也影响了它的外观。

2铝合金型材。

铝合金型材在建筑幕墙系统中，不但起着支承龙骨的作用，而且对节能效果也有较大影响。普通铝型材，即非隔热型材，其热导率非常大，是热的良导体，由热传导方式通过型材的热量占总热量的 50%以上，必须采用断桥处理；隔热断桥型铝合金型材采用导热系数很低的塑料进行隔断，隔热的原理是基于产生一个连续的隔热区域，利用隔热条将铝合金结构分隔成明显的两个部分，隔热条选用材料聚酰胺尼龙-66，其导热系数远远小于铝合金的导热系数，而力学性能指标与铝合金相当，可避免热胀冷缩作用导致隔热条与铝型材间发生脱落，可承受风压，垂直冲击力和长期的压力，能够经受极端热处理，用滚压方式与铝型材结合后再进行阳极氧化处理或表面处理，节能性能非常好。

三、幕墙节能体系

1）双层幕墙技术。双层幕墙是一种特殊的幕墙系统，与传统建筑幕墙有本质区别，其由外层幕墙，内层幕墙、遮阳系统和通风装置组成，内外层幕墙之间形成空气缓冲区；其设计理念是体现节能、环保，它除了具有传统幕墙的全部功能以外，在防尘、通风、保温隔热、合理采光、隔声降噪、防止结露和安全性六个方面更具显著特点。

2）光电幕墙。光电幕墙的基本单元为光电板，光电板是由若干个光电电池进行串并联组合而成的电池阵列，将电池阵列放入两层玻璃中（上层为透明玻璃，下层颜色任意）用铸膜树脂热固而成，在光电板背面接线盒和导线，这样就可以将太阳能转化为电能为人们所使用。

四、建筑门窗与建设幕墙的节能设计发展可以促进建筑行业纵深性发展

1对建筑门窗与建筑幕墙比例上的控制

考虑到建筑的性质、建筑物所处的气候环境、建筑物的使用功能等具体条件来设计门窗和幕墙，这就要求对建筑门窗和建筑幕墙的比例有一定的控制，这是由于门窗、幕墙的面积率在一定程度上直接影响着建筑采光、采暖空调在能源上的消耗量，常用的门窗与幕墙的比例控制在零点三左右。特别是在炎热地区或者是严寒地区，在进行大面积建筑门窗或者建筑幕墙设计的时候一定要注意采光、热工性能相对较好以及隔声效果好的新型玻璃材料。考虑到地区的不一样来选择符合当地实际情况的热反射玻璃、保温玻璃以及中空玻璃等材料。

2源于对建筑日照设计原理的考虑

在开展遮阳设计的时候要对各个地区的气候特征有一个全面的考虑，特别是对于冬冷夏热的地方夏天需要遮阳，冬天需要日照，因而要采取相关活动式的遮阳方法。而在开展遮阳构造设计的过程中要充分考虑到建筑门窗、建筑幕墙在整体上的艺术效果、颜色以及材料，力求形式上的美观与简单，方便于安装和平时的清洗；在寒冷地区如果采用大面积的玻璃门窗或者幕墙的时候要注意不要产生“热桥”。这是因为建筑门窗与建筑幕墙框绝大部分都是金属材料，玻璃。金属材料导热系数比较大，所以在室外温差相对大的时候就应该在门窗和幕墙框架内加热绝缘体材料来进行一定的保温，以免挂霜或者结露，这样也可以降低能源的消耗。此外，夹在幕墙竖框室内室外一般可以使用热绝缘橡胶密封条来加以分割，促进“热断桥”的形成，这样就可以有效地防止结露想现象的产生了，而且对视野没有丝毫的影响，依旧清晰。

3加强对视觉现象和冷凝现象的注意

在使用一定的保温材料之后，要是防火材料或者保温隔热材料接触热反射玻璃的背面抑或是在热反射玻璃背后选择颜色各异且不均匀的衬热材料的时候，受到某种光照条件的影响，有可能会滋生视觉“穿透”现象，可以看到后面的物体。除此之外，要是这些材料和玻璃间有冷凝水积聚或者又潮气的时候也就致使玻璃与一些保温材料慢慢腐蚀，从而形成一些对外观有着各种影响的小斑点。此外，建筑门窗与建筑幕墙的设计发展还应该考虑到经济、美观、维修以及耐久，这样也便于清洗。在构造形式与合理选择材料的时候要对其使用的灵活性以及能源的消耗上有一定的考虑。所以，对立面分格方向、大小以及玻璃与框格的颜色不仅要经济、适用，而且还得给人一种视觉美的感受，从而确保建筑展现在人们面前的是一种多姿多彩效果和一种富丽堂皇的艺术气息。

五、结语：

设计技术发展 篇12

1 技术系统的设计理念

技术系统是整个电视转播系统设计的核心。

1.1 电视转播系统的整体设计思路

从理论上将电视转播系统主要有两种结构:

1.1.1 线性结构

这种结构主要是讲传统的模拟电视转播系统的相应设备数字化, 即将模拟设备换成功能相同的数字设备。这种结构的好处是能够最大限度地“保持传统”, 其结构简单明了, 便于维护。

1.1.2 非线性结构

这种结构主要使用基于宽带服务器的分布式结构, 这种结构能大大简化传统的结构设计, 最大化地实现“集成化”。

目前基于宽带互联技术的网络化技术已在电视转播系统中开始局部使用, 但将所有功能都集成与基于网络的数字系统其难度仍然很大。因此主流的电视转播主线系统仍使用数字化的线性结构来实现, 计算机网络技术只在局部使用。

综上, 数字电视转播系统的设计思路是:系统的可靠性为第一前提, 并能够保证技术上的先进性, 系统配置模块化、多样化, 支持全高清且能够兼容模拟信号的4:3和16:9格式;能够满足直播、录播的双重需求, 并保证出色的视音频输出、录制质量;系统应留有一定的扩展空间。

1.2 信号格式与接口标准的选择

1.2.1 信号格式

电视转播系统的视频信号格式已经经历了模拟符合信号阶段、模拟分量信号阶段, 一直发展到现在数字分量信号阶段。数字分量信号有着几号的复制特征, 其信噪比高达60d B以上, 是目前电视转播系统视频信号的不二选择。

电视转播系统采用高清编码, 格式标准为SMPTE292 HDSDI, 及分辨率为1920×1080, 场频50Hz, 使用4:2:2格式。

相对与复杂的视频信号的特技处理、合成、分解及苛刻的信噪比要求, 电视转播系统对音频信号的处理与要求就要低得多, 且需要处理的地方较好, 一次完成即可。因此音频系统仍采用传统的模拟信号格式, 在达到记录播出设备之前无需模数转化, 使得音频信号可以始终保持较高的技术指标。

1.2.2 设计原则要求

电视转播系统设计符合我国高清广播电视标准, 使用全数字信号, 系统兼顾先进行、稳定性、可扩展性与超前性。

需特别指出的是, 电视转播系统将进一步网络化、数字化和智能化, 为了适应这一需求, 系统中的视频分配器、音频分配器、TALLY系统、字幕机、接口板, 特别是特技切换台都应有最新的网络接口, 为将来系统扩展、升级及网络控制服务。

2 系统设计方案

从电视转播的功能模块设计来讲, 该系统包含视频系统、音频系统、同步系统、内部通话系统、TALLY系统、电源系统和空调系统这七大模块。在系统设计中, 应尽可能较少信号的中转环节, 以保证信号质量, 减少不必要的信号衰减、干扰;尽可能减少设备数量, 以减少故障的发生概率, 减少系统能耗。

2.1 视频系统

视频系统是电视转播的核心部分, 而其功能、工作的核心是数字切换台。现在数字高清切换台与传统切换台的基本功能相似, 其主要优点在于:实现了传统切换台与计算机甚至网络技术的结合, 能够实现联网操作、纯软件操作。其输入的SDI接口或HDMI接口不在简单的与控制面板的功能键一一对应, 而是通过菜单进行控制和设置;数字切换台菜单功能江大, 可对制式 (兼容标清信号的4:3和16:9) 、格式、特接及键等进行详细设置。

基于以上考虑, 本设计使用SONYMVS 7000X高清数字切换台, 其主要特点有:可用于标清、高清或1080/50P (3G) 制作, 用户可通过简单的软件升级进行模式切换。面板上共有48路直切键, 可输入64路信号源, 且能能够将多路信号进行自动同步。而备用系统则使用Quartz的32×32路数字矩阵。

摄像系统是信号的采集生成系统, 在视频系统中占有举足轻重的位置。当前市场上的数字高清摄像机很多。本设计选用池上的HDK-790E全数字高清广播级演播室摄像机及配套的CCU, 该机系统采用220万像素1080i FITCCD, 以12比特模/数转换和最高达38比特的内部处理 (演算) 完成了图像处理数字化并保证了图像质量及稳定性。此外, 与基站组合, 可对应1080i、480i、480p、720p输出等所有广播电视格式。

2.2 音频系统

演播室音频系统包括声音接收装置、音频信号传输装置、音频信号编辑处理装置、扬声器等。本设计使用松下公司的RASAM DA-7数字调音台作为音频系统的核心设备, 辅以适当数量的电子切换开关组成开放式音频系统, 以保证节目录制的多方面需求。

2.3 通话系统

使用了TELEX公司的RTRTSTM CRONUSTM数字矩阵内部通信系统。

2.4 TALLY系统

使用了基于计算机软件技术控制的TALLY系统, 该系统可根据导播、摄像的习惯选择使用双色或单色只是系统。

电视转播系统的电源及空调系统相较传统系统更趋于简化, 这里不在赘述。

3 结束语

基于网络的电视转播系统, 因为计算机及网络技术应用与发展, 在录制存储技术及控制技术上哟了长足的进步, 能够更好的满足电视节目的录制需求, 进一步简化了系统操作与维护的难度。但对操作及技术维护人员的电子技术、计算机技术、网络技术等有了更高的要求, 要求越来越综合化和系统化。就电视转播系统而言, 合理的配置, 较强的扩展性能, 能提高电视节目的制作技术和艺术水平。

参考文献

[1]张宇, 李秋旻.电视现场转播车技术系统浅谈[J].现代电视技术, 2005.

[2]武建敏, 胡永强.吉兆GME3011型电视激励器内置开关电源原理与检修[J].电子世界, 2012.