數(shù)字化等離子體種子處理機的規(guī)劃與設(shè)計

張波

摘要：等離子體是一種高能量的物質(zhì)聚集態(tài)，技術(shù)發(fā)展拓展了在農(nóng)作物上的應(yīng)用。探討等離子種子處理技術(shù)，開展數(shù)字化等離子種子處理機研究開發(fā)；利用CATIA軟件系統(tǒng)進(jìn)行了等離子種子處理機數(shù)字模型的構(gòu)建，以產(chǎn)品全生命周期的相關(guān)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對整個生產(chǎn)過程進(jìn)行仿真、數(shù)字化生產(chǎn)線的產(chǎn)能評估和廠區(qū)規(guī)劃進(jìn)行了評估和優(yōu)化。該技術(shù)和數(shù)字化裝備具有一定產(chǎn)業(yè)化推廣應(yīng)用前景。

Abstract： Plasma technology has been widely used in various fields. Plasma is a kind of material with high energy， and its application has been expanded. The research of plasma seed treatment technology and the development of digital plasma seed processor are studied. The digital model of plasma seed processor is constructed by CATIA software system. Based on the data of the whole life cycle of the product， the whole production process is simulated， and the production capacity evaluation and the plant planning of the digital production line are evaluated and optimized. The technology and digital equipment have certain industrial application prospect.

關(guān)鍵詞：數(shù)字化；等離子體；裝備；規(guī)劃

Key words： digitization；plasma；equipment；program

中圖分類號：S223.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）13-0195-02

0 引言

我國正在實行社會主義新農(nóng)村建設(shè)，如何保障耕地的合理高效使用，提高農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量，改善農(nóng)民的生活水平，迫切需要一種提高農(nóng)作物單位產(chǎn)量的技術(shù)。等離子種子處理技術(shù)是一種先進(jìn)的技術(shù)，開辟了等離子體在農(nóng)作物上應(yīng)用的新途徑，為農(nóng)作物的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)創(chuàng)出了一條新路子，豐富了我國的農(nóng)業(yè)增產(chǎn)技術(shù)。

1 等離子種子處理技術(shù)

等離子體內(nèi)包含大量的活性粒子，比如電子、自由基、光子、激發(fā)態(tài)的原子、分子、離子等，是一種高能量的物質(zhì)聚集態(tài)。要想利用等離子體處理種子，第一步就需要先獲得穩(wěn)定的等離子體發(fā)生裝置，常用的方法是將空氣電離，形成空氣等離子體，選取適當(dāng)?shù)拿芊馊萜?，對密封容器進(jìn)行抽真空處理，所謂真空就是低于一個大氣壓的氣體狀態(tài)，一個大氣壓為數(shù)萬帕，而用于產(chǎn)生等離子體的真空一般氣壓在100帕左右，在這個密封的容器里還必須裝有兩個電極，由兩塊導(dǎo)電的平行板構(gòu)成，相當(dāng)于一個平行板電容器，電極通過導(dǎo)線與外界相連，當(dāng)真空度到100帕左右時，接通電源，在一定電壓的作用下，真空容器中兩平行板電極間的空氣被電離，就形成了空氣等離子體，在兩極板間主要是氮離子、氧離子和電子，一般物質(zhì)在等離子體狀態(tài)下常常伴有輝光放電現(xiàn)象，這就是等離子體發(fā)生器的基本原理。有了等離子體發(fā)生器，然后將作物的種子以某種方式放入真空容器中兩極板間，讓極板間的等離子體與種子相互接觸，通過一定時間、一定強度的等離子處理，種子的活性就可以得到提高，從而達(dá)到農(nóng)作物提高抵御病蟲害能力和提高產(chǎn)量的目的。

2 數(shù)字化等離子種子處理機

等離子體技術(shù)在我國還屬于一種新興技術(shù)，因此等離子體種子處理設(shè)備也相對陌生，但該設(shè)備的出現(xiàn)彌補了我國冷等離子體種子激活處理設(shè)備的空白，具有重要的現(xiàn)實意義。冷等離子體種子激活處理設(shè)備主要由真空系統(tǒng)、放電系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)四部分組成。借助合適的軟件平臺進(jìn)行數(shù)字化平臺構(gòu)建。Dassault Systemes的CATIA軟件系統(tǒng)中DELMIA 模塊包括兩個相互關(guān)聯(lián)的獨立軟件，DPE（數(shù)字工藝工程）和DPM（數(shù)字制造工藝）。DPE 為數(shù)字化工藝規(guī)劃平臺，是產(chǎn)品工藝和資源規(guī)劃應(yīng)用的平臺。利用在產(chǎn)品設(shè)計初步階段產(chǎn)生的數(shù)字樣機或EBOM數(shù)據(jù)，進(jìn)行產(chǎn)品分析，工藝流程定義，制定總工藝設(shè)計計劃，工藝細(xì)節(jié)規(guī)劃、工藝路線制定；同時還可實現(xiàn)工藝方案評估，工時分析，車間設(shè)施布局和車間的物流仿真等功能。DPM 為工藝細(xì)節(jié)規(guī)劃和驗證應(yīng)用的環(huán)境。它是按照DPE 中設(shè)計好的各種工藝并結(jié)合各種制造資源，以實際產(chǎn)品的3 維（或數(shù)字樣機）模型，構(gòu)造3 維工藝過程，進(jìn)行數(shù)字化裝配過程仿真與驗證。

3 等離子種子處理機數(shù)字模型的構(gòu)建

等離子種子處理機主要由真空系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、放電系統(tǒng)四大系統(tǒng)組成。我們分別對四大系統(tǒng)應(yīng)用CATIA V5進(jìn)行三維數(shù)字模型的構(gòu)建，進(jìn)行裝配，生成EBOM表，并且優(yōu)化仿真，有限元分析，然后再進(jìn)行總裝，制定加工流程等。

放電系統(tǒng)與傳動系統(tǒng)等裝置存在于真空系統(tǒng)的內(nèi)部，所以真空系統(tǒng)是整套設(shè)備的載體，重中之重，當(dāng)起密封性出現(xiàn)問題時，由于真空倉內(nèi)部氣壓與外界的標(biāo)準(zhǔn)大氣壓相差較大，輕則機器損壞，重則引起整個機器的爆炸，造成不可挽回的損失。所以我們需要隨其進(jìn)行虛擬的裝配仿真、零件干涉驗證，生成EBOM表、以及強度的校核等工作。

在實際安裝過程中，通常先完成各個部件的子裝配及完成各部件的拼裝。根據(jù)工程實際情況，裝配體采用自下而上的建模方法。在建模過程中，用螺栓擰緊的和焊接的連接，擰緊后的一個整體視為同一個零件裝配。

在等離子種子優(yōu)化機的設(shè)計過程中，對真空系統(tǒng)進(jìn)行虛擬裝配，可以滿足工程人員查看有關(guān)裝配問題的需要，幫助他們做出決策，例如選擇零部件配合公差、確定零部件在拆裝過程中所需的空間、安排零部件的拆裝方向和軌跡等，從而確定合理地裝配工藝和裝配流程，并應(yīng)用到實際的產(chǎn)品設(shè)計當(dāng)中，如此不僅能夠提高設(shè)計環(huán)節(jié)的裝配精度，還能夠大大提高工作效率。此外，真空系統(tǒng)的虛擬裝配系統(tǒng)可以比較準(zhǔn)確地反映產(chǎn)品的物理性能，由于利用真空系統(tǒng)的虛擬裝配系統(tǒng)能夠在大批量生產(chǎn)產(chǎn)品之前就做出虛擬樣機，從而幫助設(shè)計者找到設(shè)計缺陷，提高設(shè)計質(zhì)量，且能夠大大降低成本，避免了資源浪費。

4 數(shù)字化生產(chǎn)線的產(chǎn)能評估和廠區(qū)規(guī)劃

數(shù)字化工廠（DF）是指以產(chǎn)品全生命周期的相關(guān)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，在計算機虛擬環(huán)境中，對整個生產(chǎn)過程進(jìn)行仿真、評估和優(yōu)化，并進(jìn)一步擴展到整個產(chǎn)品生命周期的新型生產(chǎn)組織方式。它將有利于我們進(jìn)行規(guī)劃廠區(qū)、預(yù)估產(chǎn)能、工藝規(guī)劃等工作人機工程學(xué)是研究“人一機一環(huán)境”系統(tǒng)中人、機、環(huán)境三大要素之間的關(guān)系，為解決該系統(tǒng)中的效能、健康問題提供理論與方法的科學(xué)。通過數(shù)字化的仿真分析，發(fā)現(xiàn)該套設(shè)備的一次生產(chǎn)周期我2分鐘，而與流水線配套使用后，則可以連續(xù)生產(chǎn)，大大提高了生產(chǎn)率，一條流水線在一個工時（4小時）內(nèi)的小麥處理產(chǎn)能為480kg。

一般流水線的形式分為“一字型、U型、環(huán)型”等形式，傳統(tǒng)流水線多為“一字型”，但是經(jīng)常出現(xiàn)前后不協(xié)調(diào)的問題，比如人行通道面積與工作區(qū)域發(fā)生干涉等問題。該條流水線我們設(shè)計成U型如圖3為所示，總占地面積為15平方米，人行道面積寬為5米，按一個廠房1000平米算的話，可以布置約30條的流水線，并且整體布局較為合理。

5 總結(jié)

當(dāng)前物理學(xué)研究的一個重要方向就是等離子體，國際上很多國家都將其應(yīng)用在了生物學(xué)和農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，并取得了不錯的成果，但是關(guān)于低溫等離子體種子處理的作用機理研究還需更加深入?，F(xiàn)階段冷等離子體種子處理技術(shù)已經(jīng)比較成熟，具備進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化推廣應(yīng)用階段的條件，但是要想使該技術(shù)得到進(jìn)一步的推廣應(yīng)用，還需要政府的大力支持。

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