時間：2023-03-21 17:11:37
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總的來說，當前基于產品自身進化思想的研究大多還都停留在理論探索階段，相應的計算機輔助創新（ComputerAidedInnovation，CAI）軟件也十分匱乏，更加限制了設計理論的應用與發展。因此，本文在Jacob、Ma.GL等的研究基礎上，通過引入系統功能分析的方法，并綜合考慮功能、結構兩方面因素的作用，提出了一種從多個角度進行激勵分析的功能需求內生式產品創新設計方法。并在課題組開發的原型系統中實現了該功能模塊，體系化、導向性地輔助設計者較好地進行產品概念設計。
內生功能驅動產品創新設計模式
1功能驅動產品創新機理
產品是基于一定物理及幾何結構，在相應技術條件支撐下，實現所需功能集合的有機體。其與生俱來就是市場信息的折射，且任何產品都在按照一定規律不斷的發展和進化。類似于“適者生存”的過程，在市場因素的作用下，產品也在不斷的優勝劣汰。隨著時間的推移，一些市場特性就逐漸被“映射”或“編碼”到存活產品中，內化為產品功能或結構的一部分。正是這些蘊含于產品自身的進化特性信息為需求信息提供了一個較為高效、可靠的獲取渠道。發現這些特性并使之向更優的方向轉變，就可以帶動產品進化，感知并滿足新的市場需求。
基于這一思想，本文從功能演化角度構建了一種基于內生功能驅動的產品創新設計模式。主要通過功能演化的形式拉動結構、市場等特性進化，進而實現產品全面進化，如圖1所示（功能、結構、市場等特性的進化，均是技術系統進步的反映）。其創新機理在于暫時擺脫現有技術和市場對產品設計的束縛，從產品自身出發，運用一定的功能激勵策略對其進行功能改進操作，以激勵產生更多新功能需求信息，實現功能進化；并針對這些功能需求進行概念求解，帶動產品結構也向更適于功能實現的方向演進，進而開拓出新的市場應用空間，實現產品全面進化。
2功能激勵分析策略
產品作為一個有機體，與生物體相類似，也是由功能及承載功能的結構載體組成的系統。借鑒系統功能分析的方法，結合已有產品對其加以功能結構分解，并根據其功能-組件間的鏈式關系及組件間的隸屬關系進行系統功能建模，構建相應的基礎功能模型——功能-組件鏈圖，如圖2所示。功能是產品存在的目的，功能的實現除了與產品自身結構有關外，還與超系統內其它關聯組件相關。為了較好地實現對產品自身蘊含的進化特性信息的挖掘，本文提出的方法正是在系統功能建模基礎上，從超系統和技術系統兩個方面對已有產品進行較為全面的功能激勵分析。進行技術系統分析，是為了實現其自身功能結構特性優化，增進其理想化水平。而引入超系統分析，其目的在于實現技術系統特性向超系統特性進化，進而實現超系統進化反向促進技術系統進化的作用。技術系統分析是功能激勵的主要內容，超系統分析是其有益補充。
本文提出的方法是從功能演化角度，綜合考慮功能、結構二因素的設計模式。因此，技術系統分析包含單組件操作、多組件操作兩個方面，超系統分析則采取賦予新的功能關聯關系的激勵模式。對于單組件而言，功能激勵主要是針對其承載功能加以改變操作；對于多組件，則從功能組合角度對其加以激勵操作。基于以上考慮，本文提出從多個角度進行功能激勵的分析策略，如圖3所示。
基于功能需求內生的產品概念設計
1超系統組件功能關聯
一般情況下，每一個超系統功能都是為了輔助產品技術系統內某個/某些功能的順利實現，即一個超系統功能肯定與系統內某個/某些功能存在相關關系，但通常并不是與所有功能都存在相關關系（關系十分薄弱/暫未發現其相關性）。且超系統功能間通常也存在很多不相關的情況。因此，這就給產品系統提供了不小的創新思考空間。超系統組件功能關聯分析正是基于對這一創新空間信息進行系統挖掘的創新策略。它通過選擇某個超系統功能，在與其不相關的某個系統功能（超系統功能、系統內功能）間建立起良性關系，使其變為相關。如此，便能創造出新的產品功能需求，進而產生新的產品創意。
這種相關分析主要通過以產品超系統功能為行，所有系統功能為列，而構建的系統功能相關性分析矩陣加以分析，如表1所示。其中，“1”表示功能間存在相關關系，“0”則代表不存在，“X”表示兩個功能相同（在此不予討論）。針對筆記本電腦功能創新實例，通過在“敲擊鍵盤”與“存儲電能”間建立起關聯（由0變為1），便激發出在使用者敲擊鍵盤的同時可以產生電能，并有效地將其儲存利用的新型節能筆記本電腦的創意。
2系統內單組件功能改變
系統內單組件功能改變分析主要針對技術系統內某一功能組件及其所承載的功能加以改變性操作，以激勵設計者產生新的想法。
（1）功能擴展
功能擴展主要針對系統內某一功能組件，通過賦予其新的功能，從而帶動其結構也發生相應的改變，進而形成能適應未來市場需求的新產品，如圖4a所示。擴展的功能主要通過超系統組件功能關聯分析得到，也包括由新的超系統組件引入而衍生得到的新需求功能。如在輪椅創新設計中，通過在超系統中引入臺階，以產生攀爬臺階的新功能需求，進而激勵產生帶越障功能的行星輪式車輪的創新方案。
（2）功能裁剪
功能裁剪主要是基于產品簡化及專用化的思想，通過裁剪掉鏈內的冗余功能或對特定應用環境可有可無的功能，甚至一些看上去不可或缺的功能，進而帶動鏈內其它關聯功能改變，以實現產品功能、結構、工藝等方面的簡化，得到更具市場競爭力的產品創意，屬于破壞性創新（DisruptiveInnovation）范疇，如圖4b所示。如可通過去除電視機的顯示圖像功能，以降低其生產及使用成本，使盲人得到相對物美價廉的新產品。
（3）功能分割
功能分割主要是對系統內某組件所承載的功能進行分割，以形成新的結構及新市場的產品創新模式，包括功能作用分割、功能量值分割兩種形式。功能作用分割是將組件上承載的多個功能進行分割，進而形成多個新功能單元，以促使功能組件向更趨于專業化、標準化的方向改進，如圖4c所示；功能量值分割主要將組件上承載的功能從量值上加以分割，以形成多個量值相同或不同的新功能單元，以促使功能組件向精準化、微控化等方向演進，如圖4d所示。如在顯示器演進道路上，通過對顯示內容加以分割，激勵產生了多顯示器協同顯示的超大顯示屏。
（4）功能替代
功能替代主要建立在技術進步或技術優化基礎上，在不影響產品主要功能實現前提下，通過將某組件所承載的功能利用更優的功能，或將發出某功能的組件用更優的組件加以替換操作，以帶動鏈內其它相關功能組件改變，進而實現產品整體性能優化的目的，如圖4e所示。例如，將精密機械移動替換成磁致伸縮移動的，高精密度顯微鏡玻片載物臺移動裝置創新設計方案。
3系統內多組件功能組合
系統內多組件功能組合分析主要是針對技術系統內多個組件間所承載的功能加以組合優化，以激勵設計者產生創新想法，進而推動產品功能-結構改進向理想化方向逼近而引入的創新策略。
（1）功能合并
功能合并主要建立在對相同或不同功能鏈中具有相近或相關功能的不同組件進行系統分析的基礎上，通過對其進行功能并處理操作，以實現功能、組件的高效利用，去除多余功能結構，實現產品功能結構優化的目的，演進過程如圖5a所示。通過這一處理，可使產品功能結構得到優化，經濟性、易操作性增強，提升其市場競爭力。如在冰箱制冰機創新設計中，將儲冰裝置內為定向輸送冰塊而進行的螺旋攪動操作，與為防止冰塊粘結而加入的反向攪動操作合并，便形成了定時雙向螺旋攪動裝置的設計方案。
（2）功能整合
功能整合主要基于合理化配置的思想，對多組件間承載的多個功能進行優化整合處理，進而帶動結構上的優化整合，以增強其系統性、經濟性、適用性等綜合性能，形成新的競爭優勢，這一過程如圖5b所示。例如，在輪椅創新設計中，通過對各組件間所承載的功能進行整合處理，最終得到利用汽缸結構實現自動調節升降高度及靠背角度調節功能，利用行星輪結構實現越障、行進功能，利用套扣結構實現可變形（變身為擔架）功能等集多種實用功能于一體的新型多功能輪椅的改進方案。
（3）功能捆綁
功能捆綁主要是對功能-組件鏈圖中功能作用密集的組件加以分析，將作用于該組件的功能，以及鏈內其它相關功能進行打包組合；然后，采取反問“引入該功能目的”的思考形式，探求這些功能的本質（設計需求）；最后，對這些設計目的加以組合優化處理，并進行相應的功能性再設計，激勵產生新的功能配置方案，實現功能集成進化，如圖5c所示。這一過程通常會伴隨新功能的產生，可有效帶動產品結構產生較為全面的進化，進而得到更具市場競爭優勢的創新產品。例如，將冰箱制冰機儲冰裝置的儲冰功能與制冰裝置的儲水功能，以及輸冰裝置的定向輸送功能加以捆綁，激勵得到傳輸帶式制冰機的創新方案。
4功能需求內生式產品概念設計過程
本文提出的方法應用的關鍵在于合理利用上述激勵策略進行功能激勵分析。將這種方法與計算機輔助創新設計模式相結合，構建的產品概念設計過程模型如圖6所示。這一過程主要包含系統功能建模、功能激勵分析、概念方案生成、方案優化評價四大分析模塊。具體操作步驟描述如下：
步驟1產品組件、功能錄入。結合已有產品對其進行功能結構分解，提取并錄入產品功能組件及其所承載的功能。
步驟2功能-組件鏈圖構建。針對步驟1的錄入結果，構建相應的產品功能-組件鏈圖，并適時對錄入的功能、組件加以調整。
步驟3多角度激勵分析。結合功能-組件鏈圖及在此基礎上生成的功能相關矩陣，從三大分析角度出發，利用對應的分析策略進行遍歷式分析，以得到多個功能改進方向，形成相應的功能需求信息集。
步驟4概念方案求解。針對上一步分析得到的功能需求信息利用FBS方法進行知識資源檢索，以映射得到相應的原理解。
步驟5領域具體化分析。結合得到的原理解及已有產品進行具體化分析，使之轉化為相應的產品創新方案。這一步是結合獲取的知識資源進行創造性思維的階段，是新知識生成的過程。
步驟6方案優化評價。此步操作主要通過對生成的方案做進一步探討，借鑒功能跟隨形式（FunctionFollowForms）原理發現新產品的潛在應用市場，并結合已有信息及設計經驗對方案加以優化評價，進而得到創新性、實用性及可實現性相對較好的產品創新方案。
5功能模塊實現
產品創新是市場需求與技術實現對立統一的過程，是創新主體與現代設計技術有機協同的設計過程，是以知識為基礎，以獲取及創造新知識為核心的知識物化過程。本文基于提出的多角度功能激勵的設計思想，融合認知科學、信息技術及創新設計理論，實現了該功能模塊。其體系架構如圖7所示，包含交互層、推理層、資源層。
（1）交互層是實現人機交互的重要單元，主要給用戶提供一個友好的交互界面，提供信息輸入、輸出接口，并對整個設計過程加以可視化。其中，也包含管理員對系統及知識庫進行的日常維護操作。
（2）推理層主要根據設計過程中用戶輸入的設計信息，為其提供所需的設計原理及過程推理方法支持。該層除了系統功能建模、功能激勵分析等人機交互式信息操作單元外，還包括信息轉換、映射求解、評價計算等多個采用推理機形式，通過調用相應的知識資源，以實現創新信息映射轉換的智能操作單元。信息轉換單元主要采用自然語義與基于規則推理的形式，對功能激勵結果加以標準化轉換；映射求解單元利用FBS方法，對生成的標準化信息進行概念求解；評價計算單元則是根據輸入的評價信息，利用一定的評價規則對方案加以量化比較，以篩選得到相對較優的設計方案。
（3）資源層主要為概念設計過程提供知識支持，包括本體庫、效應庫、評價庫等多個知識單元。
系統內的效應庫、專利庫等知識庫主要采用功能基的形式加以組織，并提供基于自然語義的Internet3應用實例冰箱通常都在冷凍室內裝一制冰裝置，其制冰的工作原理與大型制冰機一樣。制冰裝置的上面部分放置有普通的柵格式盒子。往盒子里倒上水，冷凍一定時間后，再由一個特制的帶有蝸桿減速器的電機把盒子翻轉。當盒子幾乎朝下時，盒子的另外一邊就頂到了專門的凸出部位上。盒子傾斜后，冰塊就能實現與內壁相分離，往下脫落，并掉到收集器中。這一加工過程一直會持續到收集器裝滿冰塊為止，如圖8所示。但這種制冰裝置也存在很多問題，如占用空間較大，工作震動、噪聲大等問題，迫切需要對其加以改進。運用本文提出的方法進行創新分析，具體步驟如下：
步驟1通過選擇已有的制冰裝置作為基礎產品，對其進行功能結構分解，錄入電機1、連桿、制冷裝置、驅動減速器1、轉動冰盒等產品組件及功能信息。
步驟2結合已有產品，并針對錄入結果對制冰機進行系統建模，構建相應的產品功能-組件鏈圖（如圖9）。
步驟3根據超系統功能與所有功能間的關系，建立起相應的制冰機功能相關矩陣，如表2所示。并針對矩陣進行超系統組件功能關聯分析，如通過在“提供水”與“轉動冰層推桿”之間建立起關聯，提出在“轉動冰層推桿”時，根據其受到的阻力大小，實時控制是否“提供水”的創意；在“提供水”與“儲存2冰塊”間建立關聯，提出只有當開始“儲存2冰塊”操作時，機器才“提供水”的新需求。針對鏈圖，從系統內單組件功能改變、系統內多組件功能組合兩個角度進行激勵分析。如圖10所示，經功能裁剪分析，提出去除攪拌器“攪拌2冰塊”操作的創意，以減小裝置的控制復雜程度；經功能合并分析，并根據經其它激勵操作得到的設計過程信息，提出將驅動撥冰裝置葉輪轉動的“轉動連桿”功能與驅動傳輸帶轉動的“轉動轉軸”功能加以合并的新需求，以在一定程度上實現結構簡化；經功能捆綁分析，將冰盒的“儲存水”功能、儲冰器的“儲存冰塊”功能和攪拌器“輸送冰塊”等多個功能加以捆綁，激勵產生要設計一個既能“儲存水及冰塊”，又能“按需定向輸送冰塊”的集成化裝置的想法。
步驟4通過以上遍歷式創新分析，生成“輸送冰塊”、“轉動轉軸”等多個功能需求。對其進行相應的知識檢索，得到“一種提高冰淇淋抗融性的乳化劑以及用其制備的冰淇淋”、“超薄潛水數顯磁力攪拌器”、“物料輸送螺旋機構”等知識。
步驟5結合已有產品，對步驟4得到的原理解進行具體化思考，進而產生“在儲冰盒內增加可溶且可食用的抗融泡沫添加劑”、“用磁力攪拌器代替機械攪拌”、“采用多柵格式制冰、儲冰裝置，且伴隨傳送帶輸送，出冰口處受扭曲力和重力作用而自動脫落”等多個概念方案，如圖11所示。
步驟6結合已有設計經驗及企業實際情況，對以上分析得到的多個概念方案進行初步評價篩選，并進行合理的市場定位，去除可實現性低、經濟性差、創新性不高的噪聲方案。然后，再對剩余的創新想法做進一步組合優化分析，以得到最終制冰機改進方案。即采用一種柵格式的傳輸帶式結構，將其直接放在冷凍室的頂部沿著圓周運動，并采用一個帶葉輪的旋轉裝置，以頂出柵格內的冰塊，供用戶食用；且儲水罐的“提供水”功能也與傳輸帶的運行建立起相應的控制關系，使滴水速度與柵格制冰、儲冰速度保持同步。改進后的制冰機系統工作過程如圖12所示。其去除了原有的冷藏室，縮減了工作空間，部分消除了收集、儲存冰塊所帶來的各種不便，并通過合理調節傳輸帶的運行速度，可實現按用戶需求持續提供冰塊等優勢。
第一，植物的規格要確定好，要結合植物所適應的地質條件來對各種規格的植物進行協調搭配。一般來說，中型及其以上規格的喬木作為園林的架構之一，會對整個園林所呈現出來的景觀效果起著重要作用，應當先進行安放，然后才是小型規格的植物的安放，保證在園林景觀的細節處做好處理；第二，要合理組合植物的品種類型，落葉植物和針葉常綠植物之間在園林中所占的比例應當保持一定的平衡關系，對于植物如花卉、葉叢的顏色要協調好，一般以夏東兩季的植物色彩為主色調，其他色調為輔，以保證視覺上能起到互相補充的效果。
2園林設計中人工智能應用現狀
2.1系統操作方面
由于園林設計既涉及藝術方法也涉及到技術手段，因此，對操作人員的綜合能力要求就比較高，也就是說，操作人員應當對建筑理論、園林綠植知識和計算機基礎三方面綜合掌握，而事實上，很多參與園林設計的人員并沒有很強的工程操作能力，要求太高，難以實現。
2.2園林可重復使用性方面
目前來說，園林的重復使用性還是太低，因為每個地方的氣候條件和地理環境都不相同，所以，針對一個地方所制作的園林設計并不能簡單地復制到另一個地方，如蘇州園林的設計不能直接用在遼寧的園林設計，原因在于北方相對南方來說，園林供水相對困難，山石種類不同，綠植花卉種類也不如南方園林的豐富，而且南北審美觀不同，北方園林設計多采用渾厚石材，綠植多為松、柏、楊、柳、榆、槐，加上三季更迭的花灌木，呈現剛健雄渾的特點，而南方則因為花木種類豐富，布局特別，注重山石與水的搭配，獨具精致淡雅的特點，由此可見，園林的可重復使用性不高。
2.3計算機輔助設計方面
計算機輔助設計即常說的CAD。目前來說，CAD并不能完全對口符合園林設計的需求，因為CAD只能呈現出單一的圖形畫面，既不利于設計者進行設計，也不利于客戶對設計者的設計的理解，導致客戶與設計者之間難免信息不對稱，造成一定的信息偏差，影響之后園林設計出來的成果。
3加強人工智能在園林設計中應用的辦法
3.1園林子系統的設計
作為整個園林系統的組成部分，園林子系統的設定概要應通過計算機實施建模，來對項目實施進行基本設定，在獲得項目系統的自動生成規則之后，在對所收集到的園林基本數進行存檔，來作為全局的運行參數，在一定程度上影響了計算機的運行結果。一般來說，存檔信息有園林的設計規模、投資情況、發展需求以及相關的環境因素等，存檔后，可能會對建筑的規模大小、選址、風格特點以及植物的搭配等造成影響。
3.2地形子系統的設計
地形子系統的設計應當是通過計算機對采集到的地質數據進行推理而后才進行的。一般來說，會采用規則引擎最為計算機的推理機，是基于專家系統的模式下進行推理的，工作原理是由機器來仿造人類在對事件進行考慮的思維和方法，通過進行試探性的方法來進行推理，并不斷地對推理所得出來的結果進行解釋和驗證。對地質情況進行實時實地勘查是保證園林設計圖紙正常輸出的要求，這是不能單純地依靠計算機來實現的，因為地質勘查涉及到很多復雜地形的勘查，只能依靠人工的方式。地質勘查可以分為前期階段和后期階段。前期階段主要是設定園林工程的初稿，因此，只要對地質情況進行系統的粗略勘察即可。后期階段主要是完成圖紙設計要求，因此，對數據準確性要求更高，并勘查人員對此進行較為細致的處理。這以后才是通過對計算機智能系統軟件的使用來將前期階段和后期階段所獲得的數據進行智能化處理，完成相關數據的細化以及修正，然后通過系統推理得到一個初步的園林模型。
3.3主干道路子系統的設計
對地形子系統進行地形數據的輸出即可得到主干道路設計，因為我們首先完成了地形的設計，因此，在接下來對道路進行設計的過程中就可以有效地避免其他的建筑和設施的干擾，這之后的設計才能按部就班地開展。推理的總體規則為：首先，由園林的建設規模、投資情況等來對道路的類型和所需費用等進行計算，得到相關數據；然后，結合之前的輸出地形圖來生成推薦道路圖，并檢查道路的密度是否符合園林的設計規范，接著根據道路建設定額表來對工程造價進行計算，看是否符合預期投資情況；最后，對道路圖進行人工的調整，并反復驗算。
3.4圖紙和圖表輸出子系統的設計
在設計過程中盡管沒有可以執行的國家標準，但在設計的全過程中應重視建筑的節能設計，從工藝設計開始注重建筑物的節能。例如，在滿足工藝要求的前提下，設計人員應在建筑平面布局、交通用地、安全疏散、使用功能的組合、室內環境的確定等方面進行方案的優化，盡量減少占地，縮短管線減少交通面積，使平面布局更加緊湊合理，減少建筑物護結構的面積，從而減少土建工程量，降低施工能耗，減少采暖及空調設備的用量，以達到節約能源，降低能耗的目的。
如我區大部分地區為嚴寒地區，工業建筑均需冬季采暖，尤其在東部地區冬季室外溫度在－20℃～－30℃的天數較長，采暖能耗占比例較大。過去好多地區的墻體厚度較大，結構構件的尺寸較大，建筑物重量大，結構笨重，在節約能源方面非常不利。因此，在設計中進行節能設計的潛力很大。
在本人設計的供水工程中，有好多廠房為泵房、水處理間、加藥間、水沉淀間等。在能保證電氣設備使用要求的前提下，盡量采用主副廠房合并建設，以減少土建工程量。有些廠房室內濕度大，采用自然和機械進排風，來保證室內正常環境。并參照公共建筑的節能標準，對屋面墻體采取有效的保溫措施，采用密封性能較好的門窗等措施以提高建筑物的保溫性能，從而改善室內環境、達到降低能耗的目的。
2工程實例
以單層排架結構取水泵站為例，屋面采用擠塑聚苯乙烯夾芯板，外墻為300厚陶粒砌塊，外貼擠塑聚苯乙烯保溫板，門用彩板門，窗戶為斷橋鋁合金窗，建筑面積461．16m2，采暖面積427．68m2。
2．1墻體外保溫優點
為了保證室內基本的熱環境要求，在滿足建筑物使用功能的前提下，做墻體外保溫，可消除“熱橋”的不良影響，有效地保護主體墻，使墻體潮濕、結露的情況得到改善。
2．2門、窗戶
本工程門窗設計采用斷橋鋁合金門窗。優點是:保溫隔熱性能好，比普通門窗熱量散失減少，大量節省采暖和制冷費用，節能效果顯著;防結露、結霜，提高了門窗的水密性和氣密性;防風沙、抗風壓，抗振動效果好，是一種綠色建材。
2．3節能計算
電子式多功能電能表主要針對國內市場三相用電的工業用戶。隨著電力行業改革深入,工業三相用電對多功能電能表的需求大量增加。目前國內多功能表種類少、價格較高、功能不完善,往往僅是針對某些地區的特定要求開發,缺乏通用性,某些產品未能完全達到國標的要求。本文介紹的電子式多功能電能表正是為了適應這種市場需求而設計的。
這是一款智能型高科技電能計量產品,該表可以同時計量正/反向有功電能、正/反向無功電能、四象限無功電能,還具有多費率控制,負荷曲線記錄,各相失壓、過壓、頻率超限記錄,數據LCD顯示等多種功能。主站可以通過RS-485總線或手持紅外抄表器對該電表進行查表、設表、抄表等操作。
軟件代碼全部采用C/C++語言編寫,編碼效率高,可維護性好,便于實現模塊化設計,可根據用戶的需求方便地對功能模塊進行裁剪。而且代碼經過優化,其生成的目標代碼大小和執行效率已與匯編代碼相差無幾。該產品的技術指標全面符合GB/T17215-1998《1級和2級靜止式交流有功電度表》、DL/T614-1997《多功能電能表》和DL/T645—1997《多功能電能表通信規約》的要求。
多功能電能表的總體結構和硬件設計
多功能表總體結構
電子式多功能電能表硬件的核心MCU主控制器,它負責按鍵輸入掃描、工作狀態檢測,計量數據的讀入、計算和存儲、電表參數的現場配置以及與外界的通信控制等。其主要功能單元包括MCU主控制器單元、電量計量模塊、紅外和RS—485通信模塊、校表模塊、EEPROM存儲陣列等;其他輔助模塊主要有:時鐘日歷電路、工作異常報警電路、按鍵輸入電路、復位和看門狗電路、開關電源模塊和后備電池電路、大屏幕液晶顯示模塊和LED顯示模塊。多功能表總體結構框圖如圖1所示。
高性能主控制器單元
主控制器采用NEC公司8位單片機中的高檔產品uPD78P0338。該款單片機為120腳QFP封裝,單片集成有60KBFlash、一個異步通信串行口、40x4段LCD驅動器、高達10MHz的總線時鐘和10路10位精度的ADC,并可通過簡單的接口進行在系統編程,極大地方便在線調試和軟件升級。并且支持高級語言,較好地滿足了多功能表任務繁多、數據量龐大、算法較復雜的功能要求。
串口復用通信單元
通信電路模塊主要包括TSOPl838紅外接收頭、紅外發射二極管、載波電路、MAX487專用485收發電路、驅動/開關二極管和其他元件。
本電能表為便于用戶抄表,設計有紅外本地抄表和RS-485集中抄表兩種串行抄表方式,因為uPD78F0338僅有一個串口,故通信電路設計時采用串口復用技術。由9012、9014和若干電阻等器件組成互補開關,由MCU的一個I/O口來控制紅外和RS-485通信方式的切換,如圖2所示。
高精度電量計量模塊
計量模塊由高精度專用電能計量芯片SA9904,電流互感器和其他電路元件組成。SA9904是Sames公司生產的一款三相雙向功率/電能計量芯片,可以計量有功/無功功率、電壓、頻率、相序異常等,可以單獨計量每一相的用電信息,符合IEC521/1036標準,可達到1級交流電能表的精度要求,各數據寄存器具有24位精度,可通過三線SPI接口與CPU交換數據。從而可以較好地適應多功能表需要計量多種電量數據的要求。SA9904引腳及其電路圖如圖3所示。
其中,CLK、DO、DI構成與MCU控制器的接口,用于傳輸控制命令和測得的電量數據,IIps、IIPt、IIPr用來對電流取樣,IVPl、IVP2、IVP3用來對電壓取樣。
時鐘日歷模塊
時鐘電路采用EPSON生產的RTC-4553實時時鐘芯片。內部集成了32.768kHz的石英晶體振蕩器,簡化電路,并可以根據需要進行自由設置以得到較高的頻率;同時集成有時鐘和日歷計數器,可選擇24或12小時顯示模式,時鐘可通過軟件方式進行間隔30秒的調整,并提供0.1Hz或1024Hz的定時脈沖輸出,以便于在電能表的外部對時鐘精度進行定期檢查。RTC-4553引腳及其電路圖如圖4所示。
其中,SCK、Sin、Sout與主處理器接口,用于發送控制指令或者傳輸日期時間數據,本系統日歷時鐘模塊采用電池作后備電源,以確保在停電狀態下,日期時間的準確無誤。
多功能電能表的軟件設計
數據結構設計
多功能電能表涉及的數據類型種類繁多。按字節分包括單字節、雙字節、三字節、四字節和六字節等,按表征的意義分有時間、時刻、電壓、電流、有功功率、無功功率、有功電能、無功電能、次數、功率因數、門限、狀態字、系數、表號等。復雜的數據類型對數據結構的設計提出了較高的要求,本實現方案通過采用多種數據尋址方式和多種類型存儲器較好地解決了這一問題。
數據結構設計要點
系統的數據存放方式有:內部ROM、RAM和外掛EEPROM。
內部ROM用來存放大量的常數表格,RAM用于存放臨時變量和堆棧,本方案需要2.5KB左右的RAM,串行EEPROM則存儲各種用戶電量數據和設表參數,通過12C總線與CPU交換數據,電能表按設計需求的最大要求大約需要250KB的EEPROM,本方案采用8片256位EEPROM通過級聯來實現。
數據尋址方式
EEPROM數據訪問采用兩種方式;直接地址訪問,通過數據的EEPROM地址直接讀寫數據;數據ID尋址,通過數據的編碼讀寫數據。
通信口復用功能設計
紅外通信和RS-485共用一個串行口(RxD/TxD)通信,由于串行口通信開始都有一低電平位(0),因此將紅外接收端(與485接收端用一三極管隔開)引到一中斷引腳INTP1,通過其引發的中斷可判斷串行口數據是否來自紅外。發送時按時應方式發送,使其不互相干擾。由于紅外通信和遙控接收用同一接收管,因此在判斷紅外來源的中斷中啟動定時器INTTM4檢測紅外接收端,如果檢測到脈沖寬度為9ms或0.56ms,則判斷為紅外遙控,并根據定時檢測遙控編碼;否則判斷為紅外產生的串行口接收中斷,并將定時檢測關閉。
紅外38.4kHz調制信號由CPU內部分頻輸出(P05/PCL)。f=fx/27=4.9152/128=38.4kHz。
因紅外發送字節之間可選有15～20ms的延時,而485通信則不需要延時。數據發送在發送中斷中進行,紅外通信在發送操作后立即關閉發送中斷允許,待延時時間到后再允許發送中斷。
多功能表程序流程圖
1、發電過程中的運用
電力工程技術得技術含量很高,它可以通過電子設備實現電能的轉化和控制,大大降低電能的消耗和機電設備的損耗,極大的提高了發電機和機電設備的工作效率。當前，電力工程技術中還涌現出同步開斷技術的智能開關、新型超高壓輸變電技術的高壓直流輸電、電氣傳動技術的高壓變頻等一大批高精尖技術。
2、電源領域的運用
不同用戶，尤其是大用戶往往采用不同的電子設備和電器元件，為了滿足各類用戶的用電需求,電力工程技術為接入智能電網的用戶提供了個性化的電源供應,如直流電源、交流電源、恒定頻率的交流電源等等。
3、輸電過程中的運用
因為智能電網的運營需要具備電能質量高、電網工作狀穩定的條件,而這些條件的滿足需要電力工程技術中的諧波抑制技術和無功補償技術作為支撐。隨著電力工程技術的不斷發展和智能電網建設的不斷完善,大批適應智能電網發展需求的新型裝置應運而生,比如超導無功補償裝置和薄型交流變換器。對于線路較長、輸電容量較大的輸電工程,一些國家通常采用直流電的輸電方式。而我國則在此基礎上，采用晶閘管變流裝置來作為送電和受電兩端的整流閥和逆變閥裝置，對這些新技術和新設備的采用,極大的提高的電網輸送的容量,同時在極端天氣下還增強了輸電網絡的穩定性。這些裝置技術含量高，有效地解決了電力輸送過程中電網突然斷電和電壓的不穩定等現象,極大的提高了輸電網絡的可靠性。因此,高技術含量和高效率的電力工程技術和相關的配套裝置是我國新型智能電網建設取得突破性發展的有力保障。
二、智能電網建設過程中電力工程技術的具體應用
1、電能質量優化技術
該技術在智能電網建設中的運用，需要建立在電能的質量等級劃分以及評估方法體系的完善的基礎上，對供用電的接口所具備的經濟性能進行分析，從而建立起用戶經濟性以及技術等級這兩個評估體系，并借助法律法規的不斷完善，來促使智能電網的建設向經濟且優質的方向發展。電能的質量優化技術的運用，具體涵蓋了直流有源濾波器相關技術、自適應靜止無功補償技術、電氣化鐵道平衡供電技術、統一電能質量控制器以及連續調諧濾波器關鍵技術等。這些技術能夠使得電能的質量大大提高，并且降低了其使用的成本，從而具有較大的運用市場。
2、高壓直流輸電技術
首先，線路造價低，節省電纜費用。其次，運行電能損耗小，傳輸節能效果顯著。直流輸電導線根數少，電阻發熱損耗小，沒有感抗和容抗的無功損耗，且傳輸功率的增加使單位損耗降低，大大提高了電力傳輸中的節能效果。最后，線路走廊窄，其節約的土地量是很可觀的。除了經濟性，直流輸電調節速度快，運行可靠。在正常情況下能保證穩定輸出，在事故情況下可實現緊急支援，因為直流輸電可通過可控硅換流器快速調整功率、實現潮流翻轉。此外，直流輸電線路無電容充電電流，直流線路無電容充電電流，電壓分布平穩，負載大小不發生電壓異常不需并聯電抗。
3、能源轉換技術
目前國家下大力度整治空氣污染物的排放，到2020年較2005年二氧化碳的排放量減少40%，而我國發電系統仍主要依賴于熱力發電。因此大力開發和利用新型清潔能源，減少大氣污染和溫室效應，已成為衡量一個國家可持續發展的重要指標，通過使用先進技術進行能源的轉換和高效利用已經成為了現代低碳經濟能源利用的核心。目前,我國著重開發大規模電廠并網技術。電網未來的發展趨勢應該是范圍大、運行可靠的光伏發電技術等。但是,我國的能源轉換技術和世界先進水平還有較高的差距。因此,我們要加大相關的技術和資金投入,進一步研發能源轉換的核心技術。比如智能電網建設中能量轉換技術的發展方向就是提高可再生能源的利用率和各種并網技術的效率等。
三、總結
關鍵詞：會計軟件、反記帳、使用限制條件、數據處理
無論在手工會計還是在電算化會計中，都要根據已審核的記帳憑證登記帳薄，稱之為記帳，而反記帳則是將已經登記入帳的會計數據予以取消，使之恢復到記帳前的狀態，它是記帳的逆操作，也是電算化會計系統中才有的一個概念。會計軟件中要不要設有反記帳功能，一直存在激烈的爭論。因此即使會計軟件界在功能設計上借鑒成風的今天，反記帳功能卻遭遇迥異，金蝶第一個吃了螃蟹，在其“會計風暴”中加上了反記帳功能，而用友、安易等老牌會計軟件商則不以為然，拒絕反記帳功能在其軟件上“安家”。他們認為會計數據記帳后就不能修改，唯其如此，才能保證會計信息的質量和可信度，在人們對電子會計數據能否作為審計依據還存在種種爭議的情況下，反記帳功能將更加給人以一種不安全感。筆者認為，反記帳功能是電算化會計系統經濟業務處理結果發生錯誤時予以修正的理想方式，只要在設計時能充分考慮到其各種不足，對其使用設置嚴格的限制條件，就完全可以使其成會計軟件功能的一部分。
—、反記帳功能的作用
反記帳功能在下述情況發生時，有著無可替代的作用：
1、大量的錯誤憑證被登記入帳這種情況在電算化會計系統投入使用初期，尤其在試運行期間，非常容易發生。如果沒有反記帳功能，則只能編制大量的錯帳更正憑證予以更正，從而導致帳薄中存在大量無用的冗余信息，影響對會計信息的使用；也不利于審計工作的進行----當審計人員查到一筆又一筆的錯帳時，它們也許在后續的憑證中進行了更正，這種情況大量出現時，會使審計人員對錯弊產生麻痹思想，影響審計工作的效率和查錯能力。如果有反記帳功能就可以先取消記帳，把錯誤憑證全部修正后再重新記帳，帳薄中的冗余信息就可以大大減少，帳薄信息就會簡潔明了，便于利用。
2、帳證不符手工會計中由于會計人員的粗心，常常發生過帳錯誤，導致帳證不符，這時一般利用劃線更正法予以更正。在電算化會計信息系統中，記帳實質是將記帳憑證庫的有關數據轉入帳簿數據庫中，而且正式過有誤，則不管帳簿記錄是否正確均應先取消帳簿記錄數據，再對錯誤憑證一一進行修改，審核無誤后重新登記入帳。
3、記帳過程意外中斷在手工會計中，這也許不成為一個問題，記帳人員只須隨后續接下去登記就可以了。但在電算化會計系統中，記帳是由計算機自動進行的，當意外斷電、病毒侵襲等非常事件導致核算基本功能規范》也規定，會計軟件“應當具有在計算機發生故障或者由于強行關機及其他原因引起內部和外部會計數據被破壞的情況下，利用現有數據恢復到最近狀態的功能”。這里的最近狀態就是對最后一次記帳進行反記帳后的狀態。
二、反記帳功能使用條件設計
反記帳功能顯然不是一個常用的功能，它只有在前述特殊情況下才能使用。如果濫用反記帳功能，則不但影響會計處理的嚴肅性，也會大大增加工作量。許多人就是以此為反對在會計軟件中設計反記帳功能的理由。因此，對其使用必須嚴格限制。其限制條件至少必須包括：
1、操作者必須是得到系統管理員授權的原記帳人在電算化會計系統中，記帳人員應對帳簿的正確性負完全責任，誰記帳有誤就只能由誰負責修正。反記帳功能的目的，就是取消部分甚至全部的錯誤帳簿記錄以后重新正確記帳，從本質上講，它也是對錯帳的一種更正行為。為了保證記帳操作的嚴肅性，避免濫用反記帳功能，操作者必須同時得到系統管理員授權才能實施反記帳。
2、只能在結帳前進行結帳就是在本期經濟業務全部處理完畢，并被認為正確后予以封帳，使本期的經濟業務固定下來。進行結帳操作就意味著本期已經沒有經濟業務需要處理，因而不但不允許輸入本期的記帳憑證，也不允許對本期經濟業務進行記帳和反記帳。
3、只能按憑證號或日期逆序連續進行記帳是按日期和憑證號順序進行的，只有按其逆序連續取消帳簿數據庫的記錄，才能保證重新記帳的正常進行。這就意味著，反記帳的范圍應該以帳簿數據庫的最后一條記錄或者說是最后一張已記帳憑證為起點，依逆序前溯定位，來確定反記帳的記錄數，而不能允許從帳簿數據庫中間任意抽取幾條記錄（不管是否是連續）作為反記帳的范圍。
三、反記帳過程的數據處理
反記帳是記帳的逆操作，從某種意義上說，它也是記帳的一種特殊形式，因而在設計上必須將兩者結合起來考慮。在所有會計軟件中，記帳都是必備功能，根據一般的說法，計算機回到未記帳憑證庫中去，應該轉回的記錄就是反記帳的范圍。一般來說，這個范圍應該由反記帳執行人員根據需要指定。但是對于記帳過程意外中斷而進行恢復到記帳前狀態這種情況，會計軟件應該提供自動定位的功能。現有會計軟件的解決方案是在每次正式記帳前先將帳薄數據內容備份到硬盤某一固定文件中去，如本次記帳被意外中斷，則以備份文件恢復帳薄數據庫文件，由于每次備份到硬盤的文件名是固定唯一的，所以恢復只能對最后一次記帳進行，也只能進行一次。而且這種備份和恢復是對月內帳薄數據的完全備份和完全恢復，如果一個單位的經濟業務量較大時，在月度較遲時間進行記帳和反記帳，就會耗費較長的時間。為了提高效率，設想采用如下兩種方法加以解決：
計費器組成方框圖如圖1所示。
1.1主控模塊
主控模塊如圖2所示。
CPU選89C51RC2，它的主要特點是：ROM為32KFLASH，RAM為512byte；具有雙DPTR寄存器、一個硬件看門狗定時器、3個16位定時/計數器、7個中斷源，其它與MCS51基本相同。雙DPTR寄存器給軟件編程帶來了很大的方便。
復位、看門狗及電源監控由MAX813芯片來完成。計費器在營運過程中，由于干擾等各種因素的影響。有可能出現死機現象導致出租車無法正常營運。為了克服這一現象，除了充分利用CPU本身的看門狗定時器外，還需外加看門狗電路。MAX813的主要特點如下：
（1）系統上電、掉電以及供電電壓降低時，第7腳產生復位輸出，復位脈沖寬度的典型值為200ms，高電平有效，復位門限為4.65V。
（2）如果在1.6s內沒有觸發該電路（即第6路無脈沖輸入），則第8腳輸出一個低電平信號，即看門狗電路輸出信號。
（3）手動復位輸入，低電平有效，即第1腳輸入一個低電平，則第7腳產生復位輸出。
（4）具有1.25V門限值檢測器，第4腳為輸入，第5腳為輸出。
實際應用時，將第1腳與第8腳相連，第7腳接CPU的復位腳（89C51RC2的第9腳），第6腳與CPU的P1.0相連。在營運過程中，P1.0不斷輸出脈沖信號。如果因某種原因CPU進入死循環，則P1.0無脈沖輸出。于是1.6秒后在MAX813的第8腳輸出低電平，該低電平加到第1腳，使MAX813產生復位輸出，使CPU有效復位，擺脫死循環的困境。另外，當電源電壓低于門限值4.65V時，MAX813也產生復位輸出，CPU處于復位狀態，不執行任何指令，直到電源電壓恢復正常，因此可有效防止因電源電壓較低時CPU產生錯誤的動作。
時鐘及存儲器由芯片DS1244Y來完成，該芯片是一具有幽靈式（Phantom）時鐘的32K×8NVSRAM，第1腳為復位腳，其余和一般SRAM兼容。它提供嵌入式RTC和全靜態非揮發性RAM，含有內芷式鋰電池和控制電路。此控制電路不斷監視Vcc，當Vcc>4.5V時，DS1244Y提供全部功能；當Vcc<4.0V時，寫保護有效，所有的輸入變成“Don''''tCare”，所有的輸出處于高阻態；當Vcc≤3.0V時，電源自動切到內部的鋰電池。NVSRAM的操作和原來的SRAM一模一樣，但時鐘操作有區別。一次完整的時鐘操作由D0腳串行輸入預定的8個字節（即64個bit）給DS1244Y，DS1244Y收到8個字節后，再通過D0腳串行寫入或讀出8個字節（即時鐘數據）。編程時間將NVSRAM的最后一個字節地址（7FFFH）定義為時鐘地址。因此，NVSRAM的最后一個字節空間不能作RAM用。實際設計電路時，將DS1244Y的第1腳（RST）與CPU的P1.1相連。CPU復位后，由軟件通過P1.1給出一個低電平使DS1244Y復位。須特別注意的是DS1244Y的第1腳不要與Vcc相連。假如與Vcc相連，當CPU產生復位時（此復位可由看門狗或手動產生），如果此時CPU正在對時鐘進行讀寫，則CPU復位后，會對RAM或時鐘進行讀寫操作，導致意料不到的錯誤。有關DS1244Y的具體用法請見參考文獻[1]。
打印功能，可通過選項設定，也可選擇稅控打印。各種打印命令及資料均由電腦通過RS-232或手持式資料傳輸器傳給計費器，存儲在DS1244Y中。以何種格式打印何種數據完全由用戶自動選擇，因此可適用不同地區、不同客戶之需要。
計費器可使用司機卡、采集卡、收費卡及稅控卡等四種IC卡，究竟使用哪種卡可由選項控制。司機卡表示每次開機均要插入對應卡（一臺出租車對應兩張司機卡），計費器才能正常工作；采集卡可采集計費器中存儲的各種營運資料；收費卡表示乘客可使用該卡支持車資；稅控卡由稅務部門發行，只有稅控計費器才需要此卡。
計費器通過一條I/O線控制語言接口電路。乘客上車時，CPU給出50ms的低脈沖使語音接口電路說一段話。乘客下車時，CPU給出20ms的低脈沖使語音接口電路說另一段話。
計費器可通過RS-232與電腦進行
串行通信，通過電腦設置計費器的各種參數及采集計費器里存儲的各種數據。
1.2稅控模塊
該模塊由稅部門專門提供，稅控計費器需要此模塊，非稅控計費器則不需要此模塊。主控模塊與稅控模塊實行串行通信。計費器正常工作時，主控模塊按要求將各種數據串行傳送到稅控模塊，稅控模塊將收到的數據存儲或顯示。
1.3電源模塊
該模塊為一開關電源，將輸入的12V直流電源變為穩定的5V電源。由于12V電源由出租車上的電瓶提供，其電壓有一定的離散性，當電瓶質量不好時12V電源較低。而開關電源的適用范圍較廣，且驅動能力較強，使用開關電源可有效防止因輸入電壓過低而產生的各種故障現象。設計電源模塊應注意電源的抗干擾能力。
1.4按鍵顯示模塊
按鍵顯示模塊如圖3所示，共需4片4511、1片4028、1片2003、20個數碼管及一些發光二極管（作為指示燈，如計程、計時收費指示燈）。計費器提供6個按鍵功能，但稅控計費器不需要6個按鍵，只需要3個按鍵，因而無需4028譯碼器，利用CPU的三條I/O線即可實現三個按鍵的功能。
1.5防作弊及脈沖輸入模塊
防作弊及脈沖輸入模塊如圖4所示。為了提高計費器的防作弊功能，采用了兩片PIC508，傳感器中裝一片PIC508，計費器中裝一片PIC508。其工作原理如下：每次計費器復位后，計費器中的PIC508送一隨機數（1個字節）作為密碼給傳感器中的PIC508，車輛每產生一個脈沖，傳感器中的PIC508均要將此密碼送回到計費器的PIC508。只有密碼正確，計費器中的PCI508才發正確信息給CPU，表示輸入了一脈沖，否則發錯誤信息給CPU。當CPU收到三次錯誤信息（次數可任意設置）時，CPU報警表示有作弊現象。由于不同時刻，即使同一個計費器的密碼也不相同且是隨機，因此采用該方法能效地防止司機作弊。
2軟件設計應注意的問題
由于計數器的選項多達64個，功能齊全，能適應不同地區的需要，軟件編程及調試比較復雜，需要特別小心。為了使計費器穩定、可靠地工作，軟件設計主要考慮了以下幾個方面：
（1）為了防止計費器死機，軟件編程時采用了指令冗余技術、軟件陷阱技術以及軟件看門狗技術。請參見參考文獻[2]。
（2）為了防止程序“亂飛”而非法修改計費器所設置好的各種參數，從軟件的角度對計費器的各種參數進行了多重保護。必須通過“合法”的途徑才能修改參數，而程序“亂飛”也不能修改計費器所設置好的參數。
（3）司機卡、采集卡、收費卡、稅控卡共用一個IC卡接口，稅控模塊優先訪問插入的IC卡并進行判斷，直接與稅控初始化卡稅務信息卡和稅務稽查卡交換信息。如果不是稅控卡，則將控制權交給主控模塊，主控模塊要注意區分卡的類型，按照IC卡的有關控制命令正確編程。
（4）對DS1244Y時鐘操作時，串行輸入數據的第5字節的第5位（RST）須置0，以便DS1244Y能接收復位信號。每次上電后，由軟件對其復位。
（5）任何時候均要注意保存好計費器所處的狀態及各種數據，復位后計費器能夠回到原來的狀態。如計費器處于載客狀態，復位后計費器仍然回到載客狀態，且車資、收費里程、收費時間及單價同復位前一樣。
1．一機多能是目前挖掘機發展的最大特點，為了滿足各種不同環境下施工的需要，常見的挖掘機一般都配有正鏟、反鏟、起重、抓斗、平坡斗、裝載斗、耙齒、破碎錐、推土板、沖擊鏟、集裝叉、高空作業架、鉸盤及拉鏟、麻花鉆、電磁吸盤、振搗器等。此外，為了在特定條件下挖掘機能具備特殊的用途，還發展了如水下專用和水陸兩用挖掘機、低比壓、低噪聲等專用挖掘機。
2．挖掘機作業操縱的完全自動化。液壓由傳統的半液壓式向全液壓式挖掘機發展，控制方式分別經歷了簡單的杠桿操縱、液壓操縱、氣壓操縱，一直到目前的液壓伺服操縱和電氣控制、無線電遙控、電子計算機綜合程序控制。利用電子計算機控制接收器和激光導向相結合，在危險地區或水下作業采用無線電操縱。
3．隨著新技術、新工藝的迅猛發展，挖掘機日趨系列化、通用化、標準化。
4．對可靠性、穩定性以及使用壽命提出更高的標準和要求。
5．采用帶有墜物保護結構和傾翻保護結構的駕駛室，安裝可調節的彈性座椅，用隔音措施降低噪聲干擾。改善駕駛員的勞動條件，加強對駕駛員的勞動保護。
6．中、小型液壓挖掘機的液壓系統趨于變量系統的轉變。
7．更注重環境保護，CAT、小松等廠家紛紛推出滿足三次排放要求的挖掘機。
二、應用領域
(一)挖掘機用途
挖掘機是一種多用途土石方施工機械，主要進行土石方挖掘、裝載，還可進行土地平整、修坡、吊裝、破碎、拆遷、開溝等作業，所以在公路、鐵路等道路施工，橋梁建設，城市建設、機場港口及水利施工中得到了廣泛應用。所以挖掘機兼有推土機、裝載機、起重機等的功能，能代替這些機械工作。
(二)挖掘機的分類
(1)按作業過程分為單斗挖掘機(周期作業)、多斗挖掘機(連續作業)。(2)按用途分為建筑型(通用型)、采礦型(專用型)。(3)按動力分為電動、內燃機、混合型。(4)按傳動方式分為機械、液壓、混合型。(5)按行走裝置分為履帶式、輪胎式、汽車式。(6)按工作裝置分為正鏟、反鏟、拉鏟、抓鏟、吊裝。
三、創作靈感
一直以來，常規挖掘機的功能比較單一、作業空間有限，同時單一機械的利用率低，能耗較大，因此單一功能的工程機械對于工作效率的提高極為不利，對于資源是極大的浪費。這款“多功能挖掘機”以常規挖掘機為基礎，打破傳統的設計思路，巧妙的集成多種工程機械的功能特點，突出環保理念，將普通挖掘機的傳統鏟斗改進為多功能機械臂，包括三個模塊組成的機械手和一個可更換的破碎錘模塊，通過圓形液壓泵的驅動使該車機械前臂同時具有了挖、鏟、抓、破碎(或鉆)、拆卸等多種功能，四驅三角履帶使該車具有了復雜地形下的良好適應能力，這款多功能挖掘機的應用可以極大的減少單一機械應用的數量，減少工程機械轉場能耗，減少污染，而“一機多能”也是今后工程機械發展的趨勢，該車正是這個理念的產物，它所具有的優點使其在未來具有廣闊的發展前景。
四、圖解功能說明
鏟斗在不進行任何機構變換情況下，和常規挖掘機鏟斗相同，具有挖掘功能;機械前臂在創新的圓形液壓缸的驅動下可以使機械前臂的三個模塊分開，成為一個多功能的機械手;機械前臂在動臂部分的液壓缸驅動下，機械前臂會進行180°的旋轉，此時切換為破碎錘模塊，在作業時，破碎錘也可以更換為鉆機，滿足不同需求。該車在不工作時，三段式動臂可以最大限度的折疊，減少占用的空間，比普通挖掘機等工程機械更易存儲、運輸;該車采用的四驅三角液壓履帶可以每個履帶輪單獨運動，靈活性高;可調節的配重系統可根據車體負重和平衡情況調節重心，保持平衡，因此，其地形適應能力比普通工程車更好。
五、作品創意
(一)機械前臂具有挖掘、破碎、抓、握的功能
機械前臂在不進行調整變換的情況下與常規挖掘機相同，具有常規挖掘機鏟斗的鏟土挖掘功能，機械前臂上部集成破碎錘模塊，同時可以將破碎錘更換為鉆機，以滿足復雜作業情況的需要。機械前臂在創新的圓形液壓缸結構的驅動下分開為三塊，可成為機械手，具有抓取物體、拆卸的能力。
(二)四驅三角履帶
該工程車行走部分采用四驅三角液壓履帶，履帶可以單獨上下旋轉，對地面具有良好的覆蓋作用，讓機器對復雜地面具有更好的適應性。
(三)可調節配重平衡系統
1.1原理說明
項目要求在原車型上進行拓展開發，按照校車的法規要求，主要有以下幾點：
①新增電磁式電源總開關，上15電后，再通過觸發電源開關，接通起動開關，通過應急開關提供15電給ECU使整車起動。
②采用帶鎖扣（防止駕駛員誤操縱）的應急開關。未按下應急開關時，所有燈光及其報警指示同普通型。當按下應急開關時，通過應急開關提供15電給ECU的46腳，使發動機正常起動，并同時提供電源給電源開關繼電器和應急開關繼電器（采用轉換型繼電器），車廂頂燈通過頂燈開關提供的15電正常工作。
③當應急開關撥開鎖扣同時按下時，通過應急開關斷開ECU的46腳的15電，使發動機立即熄火；應急開關繼電器線圈端無15電，但可通過應急開關繼電器的常閉觸點和應急開關接通30D電給車廂頂燈，起動車內應急照明，方便乘客下車；報警繼電器1（常開型繼電器）的線圈端得電，繼電器的開關端接通，使其接通車輛危險報警信號而使得左右所有的轉向燈工作。
1.2設計過程出現的故障
1）故障現象初期設計未采用D1和D2二極管進行隔斷。整車起動，按下應急開關后發動機迅速熄火、車廂頂燈亮、危險報警信號燈全亮，功能符合法規要求。但當整車起動，綜合（轉向）開關工作時，所有的危險報警信號燈全亮。
2）故障原因綜合（轉向）開關接通閃光繼電器的輸出端，而報警繼電器1通過緊急燈開關接通了15電，并通過線路傳輸到報警繼電器1的線圈端，使得危險警報信號燈全部工作。
3）改進方向增加反向二極管，這樣有利于截止電源在轉向的情況下提供給報警繼電器1，同時需要考慮當應急開關工作時，避免通過緊急燈開關串通15電與30D。當然在選擇二極管的時候，需要根據電流的大小，選擇合適的二極管，否則容易擊穿二極管，導致其他故障。
2校車上應急功能電路設計方案二
2.1原理說明
電磁式電源總開關、電源開關、應急開關的設計同方案一。為了截止通過緊急燈開關的15電及防止應急情況下15電和30D串電，考慮增加報警繼電器2和報警繼電器3隔開緊急燈開關提供的15電和30D，具體設計原理見圖4。
2.2設計可能出現的故障
1）故障現象當整車在起動且頂燈開關按下時，其它15電上的用電器工作，再按應急開關，則會熔斷頂燈開關F11熔斷絲（5A）。
2）故障原因設計人員在原產品的基礎上開發產品，忽略了頂燈開關和應急開關會存在15電和30D串電的情況，而只單純考慮了功能的實現。
3）改進方向用一個轉換型繼電器（如圖4中的應急開關繼電器），將其應急開關工作情況下，直接給白頂燈提供30D。而在應急開關不工作、頂燈開關工作的情況下，提供頂燈15電，這樣就不會串電。
3結束語
