數字化等離子體種子處理機的規劃與設計

張波

摘要：等離子體是一種高能量的物質聚集態，技術發展拓展了在農作物上的應用。探討等離子種子處理技術，開展數字化等離子種子處理機研究開發；利用CATIA軟件系統進行了等離子種子處理機數字模型的構建，以產品全生命周期的相關數據為基礎，對整個生產過程進行仿真、數字化生產線的產能評估和廠區規劃進行了評估和優化。該技術和數字化裝備具有一定產業化推廣應用前景。

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.

關鍵詞：數字化；等離子體；裝備；規劃

Key words： digitization；plasma；equipment；program

中圖分類號：S223.1 文獻標識碼：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村建設，如何保障耕地的合理高效使用，提高農產品產量，改善農民的生活水平，迫切需要一種提高農作物單位產量的技術。等離子種子處理技術是一種先進的技術，開辟了等離子體在農作物上應用的新途徑，為農作物的高產穩產創出了一條新路子，豐富了我國的農業增產技術。

1 等離子種子處理技術

等離子體內包含大量的活性粒子，比如電子、自由基、光子、激發態的原子、分子、離子等，是一種高能量的物質聚集態。要想利用等離子體處理種子，第一步就需要先獲得穩定的等離子體發生裝置，常用的方法是將空氣電離，形成空氣等離子體，選取適當的密封容器，對密封容器進行抽真空處理，所謂真空就是低于一個大氣壓的氣體狀態，一個大氣壓為數萬帕，而用于產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，由兩塊導電的平行板構成，相當于一個平行板電容器，電極通過導線與外界相連，當真空度到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，一般物質在等離子體狀態下常常伴有輝光放電現象，這就是等離子體發生器的基本原理。有了等離子體發生器，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，從而達到農作物提高抵御病蟲害能力和提高產量的目的。

2 數字化等離子種子處理機

等離子體技術在我國還屬于一種新興技術，因此等離子體種子處理設備也相對陌生，但該設備的出現彌補了我國冷等離子體種子激活處理設備的空白，具有重要的現實意義。冷等離子體種子激活處理設備主要由真空系統、放電系統、傳動系統、控制系統四部分組成。借助合適的軟件平臺進行數字化平臺構建。Dassault Systemes的CATIA軟件系統中DELMIA 模塊包括兩個相互關聯的獨立軟件，DPE（數字工藝工程）和DPM（數字制造工藝）。DPE 為數字化工藝規劃平臺，是產品工藝和資源規劃應用的平臺。利用在產品設計初步階段產生的數字樣機或EBOM數據，進行產品分析，工藝流程定義，制定總工藝設計計劃，工藝細節規劃、工藝路線制定；同時還可實現工藝方案評估，工時分析，車間設施布局和車間的物流仿真等功能。DPM 為工藝細節規劃和驗證應用的環境。它是按照DPE 中設計好的各種工藝并結合各種制造資源，以實際產品的3 維（或數字樣機）模型，構造3 維工藝過程，進行數字化裝配過程仿真與驗證。

3 等離子種子處理機數字模型的構建

等離子種子處理機主要由真空系統、傳動系統、控制系統、放電系統四大系統組成。我們分別對四大系統應用CATIA V5進行三維數字模型的構建，進行裝配，生成EBOM表，并且優化仿真，有限元分析，然后再進行總裝，制定加工流程等。

放電系統與傳動系統等裝置存在于真空系統的內部，所以真空系統是整套設備的載體，重中之重，當起密封性出現問題時，由于真空倉內部氣壓與外界的標準大氣壓相差較大，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。

在等離子種子優化機的設計過程中，對真空系統進行虛擬裝配，可以滿足工程人員查看有關裝配問題的需要，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，并應用到實際的產品設計當中，如此不僅能夠提高設計環節的裝配精度，還能夠大大提高工作效率。此外，真空系統的虛擬裝配系統可以比較準確地反映產品的物理性能，由于利用真空系統的虛擬裝配系統能夠在大批量生產產品之前就做出虛擬樣機，從而幫助設計者找到設計缺陷，提高設計質量，且能夠大大降低成本，避免了資源浪費。

4 數字化生產線的產能評估和廠區規劃

數字化工廠（DF）是指以產品全生命周期的相關數據為基礎，在計算機虛擬環境中，對整個生產過程進行仿真、評估和優化，并進一步擴展到整個產品生命周期的新型生產組織方式。它將有利于我們進行規劃廠區、預估產能、工藝規劃等工作人機工程學是研究“人一機一環境”系統中人、機、環境三大要素之間的關系，為解決該系統中的效能、健康問題提供理論與方法的科學。通過數字化的仿真分析，發現該套設備的一次生產周期我2分鐘，而與流水線配套使用后，則可以連續生產，大大提高了生產率，一條流水線在一個工時（4小時）內的小麥處理產能為480kg。

一般流水線的形式分為“一字型、U型、環型”等形式，傳統流水線多為“一字型”，但是經常出現前后不協調的問題，比如人行通道面積與工作區域發生干涉等問題。該條流水線我們設計成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

當前物理學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用在了生物學和農業領域，并取得了不錯的成果，但是關于低溫等離子體種子處理的作用機理研究還需更加深入。現階段冷等離子體種子處理技術已經比較成熟，具備進入產業化推廣應用階段的條件，但是要想使該技術得到進一步的推廣應用，還需要政府的大力支持。

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