DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 2. 物理模型与数值方法 2.1. 蜂窝陶瓷几何结构及物理模型 本文研究对象为蜂窝陶瓷浸润硝酸钠相变材料的蓄热体，其几何结构如图1所示，长10 cm，宽10 cm，厚度10 cm，具体结构参数见表1。计算模型如图2所示，将其置于一长通道中进行换热，通道进口距蜂窝陶瓷50 cm，出口距蜂窝陶瓷100 cm，截面为10 cm * 10 cm，外壁面均为绝热条件。 本文选择干空气为传热流体，进口风速从1 m/s至10 m/s变化。由于相变材料为硝酸钠，其相变温度为306℃，加热条件下空气进口温度设置为350℃，相变材料初始温度为250℃。 图1. 蜂窝陶瓷实物及几何特征 Table 1 The main structure of honeycomb ceramic 性能 指标 单位 尺寸 100 × 100 × 100 mm 孔洞形状及尺寸 正六边形，边长2.1 mm 壁厚 1.16 mm 表1. 蜂窝陶瓷的主要结构参数 图2. 数值模拟结构及计算模型 2.2. 材料物性 蜂窝陶瓷作为基体，其具体物性参数见表2。NaNO 3 作为浸润到蜂窝陶瓷的相变材料，其物性参数见表3。干空气作为换热介质，在标准大气压、温度为250℃下的干空气密度、比热容以及动力粘度分别为0.675 kg/m 3 ，1.034 kJ/(kg∙K)和4.117 × 10 −5 m 2 /s。 Table 2 The main properties of honeycomb ceramic 性能 指标 单位 单个重量 1.005 Kg 导热系数 3.29 W/m∙K 比热容 1.32 kJ/kg∙K 体积密度 2.51 g/cm 3 热膨胀系数 2.96 ×10 −6 /℃，RT~800℃ 吸水率 16.8 % 抗热震性能 室温~800℃，10次循环以上 软化温度 1500 ℃ 表2. 蜂窝陶瓷的主要性能 Table 3 Physical parameters of NaNO 物性参数 NaNO 3 体积密度ρ (g/cm 3 ) 2.261 熔化温度T m (℃) 306 比热容c p (KJ/(kg·K)) 1.82 相变潜热L (kJ/kg) 173.3 动力粘度η (kg/ (m·s)) 2.5E−3 膨胀系数α (K − 1 ) 7.15E−4 导热系数λ (W/(m·K)) 0.5 表3. NaNO 3 的物性参数 研究采用4种比例的硝酸钠浸润到蜂窝陶瓷，数值分析其相变蓄热性能。这4种比例的陶瓷蓄热体的密度、比热、相变潜热及相关计算方法见表4。 Table 4 Physical parameters of ceramics under four working condition S1 S2 S3 S4 硝酸钠含量ε 0% 10% 40% 50% 体积密度(g/cm 3 ) ρ = ρ T a o c i + ε ρ P C M 2.51 2.74 3.41 3.64 比热容(kJ/kg·K) C P = ε ρ P C M C p P C M + ρ T a o c i C p T a o c i ρ 1.32 1.36 1.45 1.48 相变潜热(kJ/kg) L = ε ρ P C M L P C M ρ 0 14.32 45.90 53.82 表4. 四种工况下陶瓷的物性参数 2.3. 控制方程及数值方法 描述计算单元体内部对流换热、多孔陶瓷壁面导热以及相变换热等流动传热行为的控制方程可参考文献 [ 15 ]，对于相变材料的熔解相变过程，其控制方程为： ∂ ( ρ h ) ∂ t = d i v ( η g r a d T ) + ∂ ( ρ Δ H ) ∂ t h = ∫ T r e f T c p d T ，   Δ H = { L . T > T m 0 ， T < T m 其中 T r e f 为初始温度， T m 相变材料的熔化温度，L为相变材料潜热。 空气流动通道内： Re = u d / v > 2300 ，由此可知计算控制单元内部空气运动为湍流状态。根据物理模型，计算单元进口风速v、进口风温 T r e f 为常量，出口为充分发展条件。因此左右边界(y方向)为进出口边界条件， v = 0 ， ∂ u / ∂ y = 0 ， ∂ ω / ∂ y = 0 ， ∂ T / ∂ y = 0 ；上下、前后边界(x、z方向)为绝热固体边界且液相无滑移， u = v = ω = 0 。 本文采用CFD商业软件Fluent来进行求解，其中流动采用标准 k − ε 两方程湍流模型，对流项采用二阶迎风格式，压力与速度的耦合计算采用SIMPLE算法，迭代初始速度均取零。相变过程采用非稳态模型，计算时间步长为1秒，每一时间步迭代次数为500次，该收敛条件能够充分保证每一个时间歩内传热流动计算达到收敛。
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user: 3. 结果与分析 3.1. 风速对蓄热性能的影响 本论文首先研究风速对陶瓷的蓄热性能的影响，图3展示了风速与陶瓷出口风温和陶瓷平均比体积温度的关系。可以看出，在纯蜂窝陶瓷基体中，通过提高进口风速，陶瓷出口风温与陶瓷平均比体积温度的上升速度都逐渐加快，上升到目标温度(完全相变温度)所需要的时间也随之变短，在同一时间节点的陶瓷出口风温与陶瓷平均比体积温度也随着进口风速的提升而变大(如表5所示)。当进口风速由1 m/s分别提高到5 m/s和10 m/s时，陶瓷蓄热体的平均蓄热功率分别提高了109%和205%，蓄热速率得到显著提升。 图3. 风速对陶瓷出口风温和陶瓷平均比体积温度的影响 此外，在同一风速下，纯蜂窝陶瓷与浸润了50%硝酸钠相变材料的蜂窝陶瓷对比可以发现，后者出口风温与平均比体积温度的上升速率明显要缓慢许多，上升到目标温度所需时间也更长。风速为5 m/s时，浸润了50%硝酸钠相变材料的蜂窝陶瓷与纯蜂窝陶瓷相比，平均蓄热功率增加了62%。显然，蜂窝陶瓷浸润了50%硝酸钠相变材料后，其蓄热性能得到显著提高。 图4为浸润了50%硝酸钠相变材料的蜂窝陶瓷在不同风速下液相随时间的变化曲线，结合表6可以发现相变材料完全相变过程中最后10%阶段的时间过长，一度达到完全相变时间的58%，因而本论文选取相变材料相变达到90%作为研究基准更有利于蓄热性能等数据分析。 Table 5 The influence of wind speed on the heat storage performance of materials (pure honeycomb ceramic 风速(m/s) 蓄热时间(s) 平均蓄热功率(kW) P = ρ V c p Δ T t 1 563 0.588 5 270 1.227 10 185 1.791 表5. 风速对材料蓄热性能的影响(纯蜂窝陶瓷) 图4. 不同风速下液相随时间的变化(PCM case 50%) Table 6 Phase transition time of materials under different wind speeds (PCM case 50% 风速(m/s) 相变90%时间(s) 相变90%~100%时间(s) 相变90%~100%时间占比(%) 1 373 296 44 5 118 150 56 10 78 108 58 表6. 不同风速下材料的相变时间(PCM case 50%) 表7显示从相变90%所需时间和平均蓄热功率两个方面比较风速对陶瓷蓄热性能的影响，不同风速下S4蜂窝陶瓷中相变材料发生90%相变时，可以发现：1) 风速越高，相变材料相变时间越短。当进口风速由1 m/s分别提升到5 m/s和10 m/s时，相变到达90%所需时间分别缩短了68%和79%。2) 风速越高，蓄热体的平均蓄热功率越高，当进口风速由1 m/s分别提升到5 m/s和10 m/s时，蓄热功率分别提高了196%和328%，提升效果较为明显。显然，风速越高时，相变蓄热陶瓷的整体蓄热效果越好。 Table 7 The influence of wind speed on the heat storage performance of materials (PCM case 50% 风速(m/s) 陶瓷出口风温(℃) 陶瓷平均比体积温度(℃) 相变达90%所需时间t (s) 平均蓄热功率(kW) P = ρ V ( c p Δ T + L ) t 1 320.9 330.5 373 0.674 5 331.9 322.9 118 1.992 10 335.8 318.2 78 2.884 表7. 风速对材料蓄热性能的影响(PCM case 50%) 3.2. 材料浸润比例对蓄热性能的影响 图5显示的是相变蓄热陶瓷中不同相变材料比例对陶瓷蓄热性能的影响，可以看出，在进口风速5 m/s下，相变材料浸润比例越高，陶瓷的出口风温与比体积平均温度上升越缓慢。由图6、表8可以发现，当陶瓷的相变材料浸润比例从10%分别提升到40%和50%时，蜂窝陶瓷的平均蓄热功率变化不大，但蓄热量分别增加了67%和89%，陶瓷的整体蓄热效果得到有效的提高。 图5. 相变材料比例对陶瓷出口风温和陶瓷平均比体积温度的影响(v = 5 m/s相变90%) 图6. 不同浸润比例的相变材料液相比例随时间变化图(v = 5 m/s) Table 8 The influence of phase change material ratio on the heat storage performance of materials (v = 5 m/s 相变材料比例ε 陶瓷出口风温(℃) 陶瓷平均比体积温度(℃) 相变达90%所需时间(s) 平均蓄热功率(kW) P = ρ V ( c p Δ T + L ) t 10% 332.0 322.8 60 2.07 40% 331.5 322.7 103 2.01 50% 331.8 322.9 118 1.992 表8. 相变材料比例对蓄热性能的影响(v = 5 m/s)
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user: 4. 结论 本文基于新型蜂窝陶瓷热物性表征，采用数值方法对添加硝酸钠的新型相变蓄热蜂窝陶瓷蓄放热性能进行计算模拟，研究了新型相变蓄热材料蓄热性能相比纯蜂窝陶瓷的提高程度。结果表明： 1) 蜂窝陶瓷基体可以对提高传热效率具有强化作用。 2) 不管是纯蜂窝陶瓷还是复合相变蓄热陶瓷，提高陶瓷的进口风速，蓄热功率增大，材料的相变时间会变短，陶瓷的整体蓄热速率得到提升。 3) 复合相变蓄热陶瓷基体中相变材料的比例越高，材料的相变时间越长，陶瓷的蓄热性能得到提高。
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user: 摘要 本文选择实验室里的SCARA型搬运机器人作为研究对象，对其进行运动学分析与仿真。首先利用改进型MDH参数法建立各连杆的坐标系，确定D-H参数。接着推导出其运动学方程，利用MATLAB Robotics Toolbox进行运动仿真分析，验证模型的正确性，并使用蒙特卡洛法绘制出末端执行器的工作空间。最后，选择代数法进行逆运动学分析计算，得到运动学逆解，并在MATLAB中将求解过程封装成函数。通过此函数随机输入给定位姿都能得到给定位姿对应的最优逆解，证实了逆解算法的正确性。结果表明，对该晶圆搬运机器人的运动学分析正确，为后续的运动学标定与误差补偿奠定了坚实的理论依据。
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user: 1. 引言 在集成电路产业中，最基本、最核心的环节就是晶圆的制造与加工。晶圆制造设备和技术的改进与创新已成为制约该行业进一步发展的关键问题，晶圆搬运机器人是晶圆加工设备的重要组成部分，它直接反映了整个系统的自动化程度和可靠性 [ 1 ]。由于对晶圆的需求量和工业生产规模的不断增加，要求其生产向高速、连续、高精度的生产模式发展。人工处理方式根本不能满足这一要求。这必须通过高速、高精度的硅片搬运机器人来实现。因此通过对晶圆搬运机器人的运动学分析以此提高其定位精度十分必要。 运动学分析分为正向与逆向。正向运动学即已知机器人的各关节变量求解出其末端执行器相对于基座标的齐次变换矩阵，从而了解末端执行器的位置和姿态，求解运动学正解有DH法 [ 2 ] 和旋量理论法 [ 3 ]。常用的分析方法是D-H法，这是建立机器人连杆坐标系最常用的方法 [ 4 ]。目前，在学术界有标准D-H法和改进D-H法两种体系构建方法，D-H参数法是我国最常用的分析方法，然而，标准的D-H法在实际应用中存在许多问题，其实际应用范围和效果与改进的MDH法相比不理想 [ 5 ]。因此，为了避免标准D-H方法对晶圆搬运机器人运动学研究带来的弊端，本文则采用改进的MDH方法对其进行分析建模，并使用Matlab验证运动学分析结果的正确性。 机器人运动学里根据机器人末端执行器的位置和位姿信息，计算出每个关节对应的转动关节角，称为机器人的逆运动学问题 [ 6 ]。为了将机器人末端执行器的运动控制在指定的空间位姿或沿一定的轨迹运动，需要求解其逆运动学。在复杂逆向运动学的研究中，求解逆运动学常用的方法是解析法，其主要包括代数法、几何法等解法。魏娟 [ 7 ] 等人通过矩阵的逆运算得到了机器人的逆解表达式。刘晓刚 [ 8 ] 等人将机器人的逆运动学分为四类，并通过几何法求解每一类对应的关节角机器人逆向问题，在实际生产和生活中具有重要意义。机器人反向运动学的解是不能确定能否得到封闭解的，所以不同结构的机器人通常是不同的，需要我们依据具体问题具体分析。
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user: 2. 正运动学分析与仿真 2.1. 建立运动学模型 图1所示为本文研究的晶圆搬运机器人。其采用的是SCARA型的结构，有垂直升降和三个水平旋转的关节，并且三个旋转关节的驱动轴相互独立，可以实现灵活运动，其有一个末端执行器，共包括四个个自由度，可以实现R、T、Z、W四个轴的运动 [ 9 ]。 图1. 晶圆搬运机器人模型 图2. 晶圆搬运机器人结构简图 由图1的晶圆搬运机器人模型可得到其结构简图如图2所示，其中为i连杆序号； a i 为连杆长度，表示沿 X i 轴，从 Z i − 1 移动到 Z i 的距离； α i 为连杆转角，表示绕 X i 轴，从 Z i − 1 轴旋转到 Z i 轴的角度。 d i 为连杆偏距，表示沿 Z i 轴，从 X i − 1 移动到 X i 的距离； θ i 为关节角，表示绕 Z i 轴，从 X i − 1 旋转到 X i 的角度； d i 为连杆偏距，表示沿 Z i 轴，从 X i − 1 移动到 X i 的距离。关机的转动变换范围都在-Π~Π。由此并创建了机器人连杆的坐标系，从而可得到晶圆搬运机器人的D-H参数表，如表1所示。 Table 1 D-H parameter tabl i a i − 1 / mm α i − 1 / rad d i / mm θ i / rad 1 0 0 d 1 0 2 0 0 d 2 θ 2 3 a 2 0 d 3 θ 3 4 a 3 0 d 4 θ 4 表1. D-H参数表 本文研究对象 a 2 = 165   mm ， a 3 = 165   mm ， d 2 = 40   mm ， d 3 = 36   mm ， d 4 = 23   mm 为了检验得出的D-H参数的正确性，利用MATLAB中的Robotics Toolbox建立了机器人模型。如图3所示。 图3. Matlab中机器人模型 对在MATLAB所建立的模型进行连杆的简单运动，发现其与实际模型基本一致。因此，上述建立的晶圆搬运机器人连杆坐标系与D-H参数是正确的，下一步即可以进行求解运动学正解方面的研究。 2.2. 正运动学分析 正运动学求解即在已知各关节变量的条件下，通过计算，最终得到末端执行器的位姿与基座之间的函数关系的过程 [ 10 ]。根据上述所得出的改进D-H参数表中的数据和图2，图3中的坐标系与关节转角关系，可建立起各关节的位置关系，依次推导出末端执行器相对于基坐标系的齐次变换矩阵，从而建立运动学方程 [ 11 ]。为了简但表达，用 C i 和 S i 分别代表 sin θ i 和 cos θ i ， S i j 表示 sin ( θ i + θ j ) 。结合改进的D-H参数可得晶圆搬运机器人各坐标系之间的变换矩阵为： T 1 0 = [ 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 d 1 0 0 0 1 ] ， T 2 1 = [ C 2 − S 2 0 0 S 2 C 2 0 0 0 0 1 d 2 0 0 0 1 ] ， T 3 2 = [ C 3 − S 3 0 a 2 S 3 C 3 0 0 0 0 1 d 3 0 0 0 1 ] ， T 4 3 = [ C 4 − S 4 0 a 3 S 4 C 4 0 0 0 0 1 d 4 0 0 0 1 ] 再根据公式(1)即可求出最后的正运动学方程。 T 4 0 = T 1 0 T 2 1 T 3 2 T 4 3 = [ C 234 − S 234 0 a 3 C 23 + a 2 C 2 S 234 C 234 0 a 3 S 23 + a 2 S 2 0 0 1 d 1 + d 2 + d 3 + d 4 0 0 0 1 ] (1) 末端执行器的附着坐标系{E}相对于杆坐标系{4}的齐次变换矩阵为： T E 4 = [ 1 0 0 a 4 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 ] (2) 由式(2)可得末端执行器的坐标系{E}相对于基座标系齐次坐标变换矩阵为： T E 0 = [ n x o x a x p x n y o y a y p y n z o z a z p z 0 0 0 1 ] = [ C 234 − S 234 0 a 3 C 23 + a 2 C 2 + a 4 C 234 S 234 C 234 0 a 3 S 23 + a 2 S 2 + a 4 S 234 0 0 1 d 1 + d 2 + d 3 + d 4 0 0 0 1 ] (3) 2.3. 正运动学仿真与验证 为了验证推导出的正运动学方程的正确性，在Matlab里对上述正运动学方程的求解过程进行编程，并将其建立为一个函数T1独立保存。在关节角和移动关节允许变化的范围内给定一定的值 q = [ 0， pi / 4 ， − pi / 4 ， pi / 3 ] ，将其代入到Matlab机器人工具箱的fkine函数中运算，所得结果为： T 4 0 = [ 0.5000 − 0.8660 0 281.7 0.8660 0.5000 0 116.7 0 0 1 99 0 0 0 1 ] 再将q值代入建立好的函数里进行运算。经过对比，发现得出的结果和上述结果相同，则说明建立的晶圆搬运机器人正运动学方程正确。
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user: 3. 工作空间仿真 晶圆搬运机器人的工作空间是其终端可以到达的空间所有位置的点的集合。工作空间代表了其末端执行器的运动范围，是其一个重要运动学指标。对晶圆搬运机器人工作空间的分析和轨迹规划等问题的研究具有实际意义 [ 12 ]。 已知晶圆搬运机器人的各关节参数，其中 d 1 为[0， 300] mm之间的随机值，各转动角的范围在[−170˚， +170˚]之间，又由(3)式知各转动量与移动量之间的代数关系，在Matlab中依据各关节的运动范围和运动学方程，应用蒙特卡洛法 [ 13 ]。绘制出晶圆搬运机器人的工作空间，如图4所示。 由图4可得，机器人末端执行器沿x轴移动范围约为[−330， 330] mm，沿y轴移动范围约为[−327， 327] mm沿z轴的移动范围约为[101， 397] mm。工作空间之间的点分布致密，没有明显的空隙，说明晶圆搬运机器人能够满足正常的运行要求，也展示出其结构设计的合理性与可靠性，为之后研究晶圆搬运机器人的末端执行器的轨迹规划奠定了坚实的理论依据 [ 14 ]。 图4. 晶圆搬运机器人工作空间
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user: 4. 逆运动学分析与验证 4.1. 逆运动学分析 逆运动学实际上是正运动学的逆问题，即已知末端执行器的位置和姿态，以确定机器人各关节变量的值 [ 3 ]。对于SCARA型晶圆搬运机器人，只要确定四个参数 p x 、 p y 、 p z 和θ就能确定目标点位置，这四个参数分别是末端执行器坐标系相对于基坐标系和绕轴的方位角和三个坐标分量。 于是，从末端坐标系到基坐标系的变换矩阵为： T = [ n x o x a x p x n y o y a y p y n z o z a z p z 0 0 0 1 ] (4) T为空间中已知的一位姿矩阵，末端执行器所能到达的位置都在其所限定的空间里。 让式(1)和(4)相等，可以得到4个非线性方程，进一步可求得 d 1 、 θ 3 、 θ 2 、 θ 4 ，即求出了运动学逆解。 p x = a 2 cos θ 2 + a 3 cos ( θ 2 + θ 3 ) (5) p y = a 2 sin θ 2 + a 3 sin ( θ 2 + θ 3 ) (6) p z = d 1 + d 2 + d 3 + d 4 (7) θ 4 = atan ( n y ， n x ) − θ 2 − θ 3 (8) 将式(5)和式(6)同时平方然后相加可得到 p x 2 + p y 2 = a 2 2 + a 3 2 + 2 a 2 a 3 cos θ 3 (9) 由式(9)可推出 cos θ 3 、 sin θ 3 、 θ 3 cos θ 3 = p x 2 + p y 2 − a 2 2 − a 3 2 2 a 2 a 3 (10) 式(10)左边为一余弦函数，其值域在−1与+1之间，可以利用方程有无解的情况来判断末端执行器是否在可达范围内。假设其在可达范围内。利用三角函数关系可得 sin θ 3 = ± 1 − cos 2 θ 3 (11) 利用2幅角反正切公式计算 θ 3 θ 3 = a t a n 2 ( sin θ 3 ， cos θ 3 ) (12) 式(12)的解有正负两种情况，即对应不同的象限。但当关节角的正弦和余弦值确定后，其象限也就确定了，在Matlab中编写此算法时，实际情况是必须应用2幅角反正切公式才能求解正确的关节角。 令 k 1 = a 2 + a 3 cos θ 3 ， k 2 = a 3 cos θ 3 则式(5) (6)可简化为 p x = k 1 cos θ 2 − k 2 sin θ 2 (13) p y = k 1 sin θ 2 + k 2 cos θ 2 (14) 将式(13)乘 k 1 加上式(14)乘 k 2 可得 cos θ 2 = k 1 p x + k 2 p y p x 2 + p y 2 = ( a 2 + a 3 cos θ 3 ) p x + a 3 sin θ 3 p y p x 2 + p y 2 sin θ 2 = k 1 p y − k 2 p x p x 2 + p y 2 = ( a 2 + a 3 cos θ 3 ) p y − a 3 sin θ 3 p x p x 2 + p y 2 同上式(12)方法可求得 θ 2 = atan 2 ( sin θ 2 ， cos θ 2 ) (15) 至此，通过以上步骤，四个关节变量 d 1 、 θ 3 、 θ 2 、 θ 4 已完全解出，且有确定的代数形式，为后期晶圆搬运机器人的轨迹规划计算奠定了基础。 4.2. 运动学逆解验证 由于Matlab中机器人工具箱里求解逆解的ikine函数并不能求出逆解的最优解 [ 2 ]。于是将自己在4.1节求解逆解的过程在Matlab中编成一个求逆解的函数T2封装起来。为了验证此函数算法的正确性，先随机输入一组关节变量[0.2， pi/3， −pi/3， pi/3]利用T1函数可直接得到运动学正解矩阵 nj = [ 0 .5000 − 0.8660 0 0 .2475 0 .8660 0 .5000 0 0 .1429 0 0 1 0 .299 0 0 0 1 ] ，将这个正解矩阵nj作为运动学逆解求解的期望值，利用T2函数可 求得矩阵nj对应的8组运动学逆解，结果如图5所示，有一组解[0.2， 1.0472， −1.0472， 1.0471]和期望值[0.2， pi/3， −pi/3， pi/3]相同，即其为最优逆解。当再次随机输入不同的关节角时得到的8组逆解中总存在一组逆解与之前期望值一样，即为最优解 [ 14 ]。因此，可以认为求出的运动学逆解正确，继而认为此求解运动学逆解的算法的合理性。
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user: 5. 结语 针对晶圆搬运机器人的运动学问题，本文以实验室里的SCARA型晶圆搬运机器人为研究对象，针对其结构特点，利用改进型MDH参数法得到其运动学方程，利用MATLAB进行运动仿真分析来验证模型的正确性；应用蒙特卡洛法绘制出末端执行器的工作空间。针对逆运动学存在多解的问题，选择代数 图5. 运动学逆解求取结果 法进行逆运动学分析计算，准确地求解出运动学最优逆解，并对逆解结果进行了验证。结果表明，本文对该晶圆搬运机器人建立的运动学模型和运动学分析正确，正逆运动学算法正确，为之后研究晶圆搬运机器人末端执行器的轨迹规划、运动学标定与误差补偿奠定了坚实的理论依据。
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user: 摘要 矿山环境污染是自古以来就存在的问题，特别是近二十多年来，我国矿山开采速度飞速增长，生态环境因此受到严重破坏，为此我国出台了大量的法律法规，采取了许多措施，但都没有从根本上解决这个问题。基于此，本文研究了矿山地质环境治理可行性，对矿山环境治理中存在的问题进行归纳，发现我国矿山环境治理在管理、资金、技术上都存在着很大问题，对矿山环境保护与恢复治理进行了初步的规划，提出了解决问题的几点建议。矿山环境的保护与恢复治理还具有一定的经济效益、环境效益和社会效益，对在更大范围内构建和谐社会具有重要的现实意义。
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user: 1. 引言 1.1. 研究背景 矿山环境污染是自古以来一直存在的问题，尤其是进入现代社会以来，由于经济的飞速发展，人们对于矿石的需求也越来越大，但受制于人们的思想意识和技术条件，矿山开采不可避免的对环境造成了一定的危害，如采矿需要破坏大量的农田、林地，开采出来的矿渣也会占用大量的耕地，这些植被被破坏，会造成严重的水土流失；开采过程中会产生大量的废气和废水，会对空气、河流和土壤等造成严重的污染；开采出来的矿渣含有大量的重金属和有毒金属，会造成土地盐碱化和河流重金属含量偏高；有时甚至会因为开采过度，致使地底形成空洞，造成地面塌陷。 十九大后，“美丽”变成了建设社会主义现代化国家的重要指标，更是提出了“绿水青山就是金山银山”这样的口号。因此，对于矿山环境的保护与恢复治理迫在眉睫。本文分析了矿山环境保护与恢复治理的可行性，研究为今后矿山地质环境保护与恢复治理提供了一定的参考。 1.2. 研究现状 我国地大物博，现有矿山约15万个，矿业开发总规模居世界第三。随着采矿工作的深入，我国许多的农田耕地和建设用地都遭到了一定程度的破坏，从而产生泥石流、山体崩塌、地表下陷等一系列地质问题。根据相关的数据显示，因过度采矿我国的很多土地面积都将被占用 [ 1 ]。经过50多年的大规模、高强度的开采，改变和破坏了地球表面和岩石圈的平衡，使矿山生态环境不断改变和恶化，制约着国民经济的可持续发展。 我国较为系统的矿山环境调查研究工作始于20世纪90年代中后期，较大规模的矿山环境治理工程则始于新世纪。由于我国矿山数量众多，生态环境问题严重，因此矿山环境治理是一项巨大的系统工程，具有长期性、艰巨性、复杂性特点 [ 2 ]。从2000年以来，我国政府就已经投入了几十亿的资金用于治理和改善我国的矿山环境。2009年发布了《矿山地质环境保护规定》，从地质灾害、地形地貌景观、地下含水层等方面对矿区生态修复内容进行了重要补充，明确规定建立并实施矿山地质环境治理恢复保证金制度；2017年国务院印发《矿产资源权益金制度改革方案》；2019年9月，修订后的《矿山地质环境保护规定》将保证金相关条款修改为基金，以切实减轻矿山企业负担。但是我国矿山环境保护与恢复治理工作仍然存在着许多问题，需要我们采取进一步的措施来解决它。
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user: 2. 矿山环境治理存在的问题 2.1. 管理落后 矿山环境治理是一项大工程，需要多方面的人员、部门配合。尽管我国已经出台了多项加强矿山环境治理的法律法规，但是对于其中的分工还不够详尽，导致许多工作难以开展。而且许多地方政府对于矿山环境保护不够重视，只要“金山银山”不要“绿水青山”，对于某些矿山企业掠夺式开采和乱采滥挖现象监管不力，造成矿产资源法浪费，对环境造成了严重的破坏。 2.2. 技术落后 由于我国矿山环境保护工作起步较晚，发展时间短，导致采矿技术和治理技术都比较落后。技术的落后，意味着矿山环境保护与治理过程中所采取的手段比较单一，治理方案水平偏低，导致最后治理成果不够理想，造成我国矿山治理覆盖率远低于其他国家 [ 3 ]。 2.3. 资金投入不足 在当前的矿山环境保护与恢复治理工作中，有些矿山企业对此并不重视，投入资金较少，严重影响矿山环境保护与恢复治理的效果。某些私人小企业在采完矿之后一走了之，根本不管采矿活动对矿山环境造成的严重影响，是矿山环境保护与恢复治理工作受到很大阻碍。那些大型矿山大部分都是国有的，且很早以前就开发了，所得利润都已经上缴国家，而矿山环境治理需要长期、大量的资金，企业很难承受 [ 4 ]。 虽然我国现在已经建立了矿山地质环境治理恢复基金制度，但整体来说还不够完善。由于建立时间短，所以缺乏相关的法律法规来约束，使得该项制度在许多地方并不能落实到位，而且各个地方对于它的用途也不一样，一些地方的基金使用范围过窄，导致矿山环境治理范围较小，并不能使矿山环境恢复。且该项基金投入资金不足，使得老矿山治理率较低，而新矿山虽然有企业参与，但是不足以支撑起整个矿山环境的治理，导致治理效果不理想 [ 5 ]。
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user: 3. 矿山环境影响 3.1. 景观影响 矿山开采时会形成一个面积较大的采坑，破坏了原有的植被、土壤，改变了原有的生态系统，会形成高陡边坡，对原有景观破环程度大，强烈改变了原有的景观。运矿道路为运送矿石的废石路，修筑过程中切坡削土，局部地段由弃土小块废石堆积铺垫而成，改变了矿区原有的景观，对原有景观影响程度较大 [ 6 ]。 3.2. 水资源影响 矿山开采可能会对地下水造成一定的影响，可能导致主要含水层水位下降，会使地下出现空缺导致地面崩塌，严重时会影响到地表水径流，改变水流方向，使水利设施失去作用，影响到农作物耕种。如果矿体出露标高低于当地侵蚀基准面，开采时就会有地下水涌出；如果废渣中含有有毒有害物质，可能会因大气降水淋滤矿石或废渣污染地表水、地下水而造成水环境质量下降。 3.3. 地质灾害影响 矿山开采严重破坏了原有的结构构造，还有大量的废渣堆积，如果不及时处理，在自然因素影响下会造成崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害，对矿山附近的人类活动区造成破坏。矿山开采期间，矿区底部被挖空，容易导致地面塌陷，对道路交通、农田、建筑等产生影响；会堆积大量矿渣，如果遇见暴雨天气容易诱发山体滑坡和泥石流 [ 7 ]。 3.4. 土地资源影响 采矿活动会占用破坏基本农田、耕地、林地或草地，如果矿渣里含有有毒有害金属，未对其进行集中有效处理的情况下便直接排至周围自然环境中，会导致矿山周围土壤环境出现较严重的污染与破坏，大量重金属、有毒有害物质存在于矿山周围土壤当中，致使土壤酸碱性失衡 [ 7 ]。
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user: 4. 矿山环境治理措施 4.1. 存在问题的解决措施 4.1.1. 管理制度的完善 我国应当加强对矿山环境保护与恢复治理的重视，完善相关的法律法规，充分发挥各个部门在矿山环境治理中的作用，使得矿山环境治理能够达到预期效果。各级政府也要加强对矿山环境治理的力度，建立起与相关部门合作的工作制度，要根据当地实际情况制定切实可行的办法，完善相关的法律法规，严格安照相应的法律、法规、条例等进行矿山环境保护与恢复治理 [ 4 ]。要加大对矿山环境保护与恢复治理的宣传力度，使得广大干部和人民群众了解并意识到矿山环境保护与恢复治理的重要性和必要性。各级政府要把矿山环境保护与恢复治理纳入日常基本工作中，要及时解决矿山环境治理工作中出现的问题，使当地矿山环境治理工作能够顺利开展，早日实现建设美丽中国的宏伟目标。 4.1.2. 矿山环境治理恢复基金制度的完善 对于矿山环境治理恢复基金，我们首先要完善相关的法律法规，可以在现有的矿山环境保护法中加入相关的条款，也可以进行单独立法。由于我国幅员辽阔，矿产资源种类繁多，加上各地实际情况大不相同，对于基金的使用情况也各有差异，所以在具体的实施过程中还需要因地制宜，建立更加细致的地方性法规，并且要加强监督，严格执行。 目前矿山环境治理恢复基金的资金主要来源于国家财政支出和矿山企业，这给他们带来了很大的压力，所以我们需要拓宽资金来源渠道。国家财政支出是基金的重要资金来源，国家征收的各类矿产资源税费以及矿山生态环境损害赔偿金都可以用于此项基金。对于已经开采完但是还没有得到治理的矿山，我们可以向矿山企业征收一定的费用用于矿山环境治理 [ 5 ]。我国现在公益事业正在快速发展，国家也给出了一些优惠政策，人们对于环境保护的认识水平也在逐步提高，我们可以向社会爱心人士和团体寻求帮助，得到他们的捐赠。另外，我们也可以在法律许可的范围内进行投资，比如委托银行贷款、购买国家债券等，这需要聘请专业的投资人才来负责。 在矿山环境治理恢复基金的运营过程中，我们需要确立科学合理的基金使用范围和使用方式。矿山企业应当将开采行为和环境治理同时进行，可以适当扩大基金使用范围，有利于矿山环境保护与恢复治理的方面都可以进行，而且基金在使用完后需要偿还，有经济能力的还需要支付较低的利息，经济能力差的也需要偿还一部分 [ 5 ]。对于那些没有企业负责的老矿山，由基金全额支付治理费用，待其产生经济效益后再将资金返回。当然，在运营过程中，监督是必不可少的。我们首先在基金内部设立监察部门进行内部监督，主要基金的资金往来情况和资助的矿山环境治理项目的进展情况进行监督。我们还需要进行外部监督，让法律法规和社会群众进行监督，对基金的设立、运行、财务状况、项目进展情况都要做到公开透明 [ 8 ]。 当然，除了上述情况以外，矿山环境治理恢复基金还存在这许多问题，这需要花费大量的人力、物力、时间来完善它，需要我们集思广益，让矿山环境治理工作能够顺利进行。 4.2. 环境治理措施 4.2.1. 景观治理 矿山开采采用“边开采、边治理”的原则，先对不稳定斜坡、危岩体和坡表孤立危岩进行清理，并把矿渣回填，使坡面平整顺直。对覆土完善的边坡台阶进行绿化，植物景观区的植被恢复方式采取因地制宜、适地适树的原则，在植物种类选择上，要考虑当地的气候特征，根据所选植物的生长习性及所需的种植条件，结合当地长远的规划，选择适宜树种，达到植被恢复效果。首先选取能在矿渣上自然生存的物种，然后再种植一些生长速度快、适应性强的树种、草籽，也可以移植一批已经生长起来的树木，再结合当地的气候和规划，种植一些适宜的树种和果树 [ 9 ]。 4.2.2. 水资源治理 在开采过程中，应进行地下水观测和预警，达到开采前勘探的目的。当水位异常时立即停止开采，查明原因，采取有效措施。为保证生活用水，应采取蓄水池供水或新水源引入等措施，生产过程中产生的废水要做到循环利用，不外排 [ 10 ]。对于已经受到污染的水资源，采用污水处理系统处理后进行回收、排放。对于那些含有重金属或酸碱性失衡的水资源，还需要采取特定的方法，有时甚至不能排放出去。 4.2.3. 地质灾害治理 地质环境保护应是采矿计划的重要组成部分，坚持做到有效防止地质灾害问题出现，开采过程中要将防止地质环境破坏作为重要管理内容，纳入日常监督管理，合理处理资源与环境的关系，坚持开发前保护、开发与保护同步，推动矿山生态环境可持续发展 [ 11 ]。 4.2.4. 土地资源治理 表层土壤在矿山长期的开采过程中，其结构已经完全改变，所以对受影响的土地采取土地平整、覆土等各种手段进行处理。对于那些含有重金属或酸碱性失衡的土壤，我们可以先采用化学方法进行初步治理，通过添加某些溶液来减轻土壤盐碱化 [ 12 ]。其次，我们可以种植一些特定的植物进行进一步的治理。有些植物对重金属环境具有很强的适应能力，具有很强的超富集性，我们可以通过种植它们来吸收土壤中的重金属；有些植物能够提高土壤有机质、改善土壤理化性质，例如豆科植物具有很好的固氮作用，能够与根瘤菌共生将大气中的氮气转化为氮素固定到土壤中 [ 13 ]。除此之外，我们也可以引进一些动物、微生物进行土壤治理，在合适的环境条件下通过自身的新陈代谢作用来降低土壤中有毒、有害污染物质的活性并改善土壤土质 [ 14 ] [ 15 ]。 4.3. 矿山环境监测 为保证矿区内建筑物尽量少受影响，保证矿区内人民的生命财产安全，把潜在不稳定岩体坡表裂缝、崩塌危岩段对岩体后缘张拉裂缝、大型孤立块石作为重点监测内容，在崩塌危岩及其治理工程建筑物适当部位设立地表位移、裂缝等有效监测点，充分利用施工期已有监测点建立工程效果监测网，开展崩塌危岩体变形观测，并定期检查是否有新的裂缝发育；崩塌危岩段对岩体后缘张拉裂缝进行简易监测；大型孤立块石进行定期巡查及简易监测。
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user: 5. 效益分析 5.1. 社会效益 通过对矿山地质环境开展保护与恢复治理的工作，可以有效降低地质灾害的危险性，基本消除了采矿对当地居民生存环境的影响，降低由于地底被挖空而出现塌陷带来的危害，改善矿群关系，还可以解决部分当地劳动力过剩的矛盾，确保当地经济稳步发展，对当地的发展起到了推动作用。 5.2. 生态效益 矿山地质环境治理的实施将大大改善矿区生态环境，使矿区恢复生机，成为当地环境的一个亮点。还能使当地的生态系统恢复平衡，使资源、环境与可持续发展协调一致，使城市变得更适宜人居住。通过植树造林、种草绿化并涵养水分，有效遏制了植被破坏和水土流失，改善了当地水土环境，增加了林地和耕地的面积，生态效益十分明显 [ 16 ]。 5.3. 经济效益 矿区绿化种植的树木，多年生长后可作为木材使用或采摘果实。林地还具有涵养水源、减少土壤肥力损失、净化空气等作用，对经济发展有很大帮助。同时，矿山环境的治理项目的实施，增加治理区农民就业岗位，促进当地的经济发展，产生一定的经济效益 [ 17 ]。
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user: 6. 结语 矿山环境保护与恢复治理，是践行生态文明思想的重要措施，对维护和改善矿区环境起到了良好的作用。我国矿山环境保护与恢复治理工作目前还存在着许多问题，在管理、资金、技术等方面还需要完善。矿山环境治理过程中，应遵循“边开采，边治理”的原则，要注意对原有景观的保护，对有可能引发地质灾害的地方要及时治理，要结合实际情况和当地的气候、政策等种植植被。通过治理，改善了当地的生态环境，实现了社会效益、环境效益、经济效益的同步提高，符合构建和谐的社会环境的总体要求。
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user: 摘要 2020年1月1日，国际海事组织2020限硫令正式实施，船东使用以下三种措施应对：船用低硫燃料油、船舶废气清洗系统、船舶新能源。本文重点罗列了船东应对限硫令后，遇到的问题，并对遇到的问题进行了思考。
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user: 1. 引言 船舶废气排放严重污染环境，船舶废气中的硫化物可以形成酸雨，酸雨会造成植物减产、严重造成植物死亡；酸雨会破坏建筑物的外墙面，也会引发人们呼吸系统疾病等，为此国际海事组织IMO批准了MARPOL公约附件中关于2020年后实施0.50%的硫限制规定，也称2020限硫令。国际海事组织限硫令上限自2020年1月1日起生效，规定营运船舶必须使用硫含量不超过0.5%m/m的船舶低硫燃料油，或者安装废气清洗系统或使用其他新型燃料达到同等的低硫排放目标 [ 1 ]。 船舶可以使用以下三种措施应对2020限硫令：第一是直接使用船用低硫燃料油，在炼油环节去除硫；第二是直接使用船用高硫燃料油，同时安装船舶废气清洗系统，通过船舶废气清洗系统对船舶废气进行脱硫，降低船舶废气中的硫氧化物含量；第三直接使用液化天然气、电力、氨等新能源实现硫氧化物的标准排放。 截止到2021年3月，世界远洋营运船舶为101，205艘，其中以安装废气脱硫系统的船舶为3947艘，已预订废气清洗系统并计划与2021~2023年安装的船舶为557艘；使用LNG新能源的船舶为557，新造船订单为123艘；使用低硫油的船舶为96，701艘。2021年3月，远洋船舶应对限硫令的措施比较如图1所示。 图1. 2021年3月远洋船舶应对限硫令的措施比较 根据世界船用燃料油市场价格，虽然不同港口，不同时间船用低硫燃料油和船用高硫燃料油价格不同，并且时刻变化，但是一直是船舶用低硫燃料油价格高于船舶用高硫燃料油价格，使用船用低硫燃料油会显著增加船舶营运成本。目前差价大约为100 USD/吨。2021年5月船舶用低硫燃料油和高硫燃料油价格如图2所示。 图2. 2021年5月船舶用低硫燃料油和高硫燃料油价格
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user: 2. 使用船用低硫燃料油引发的思考 船舶主机、副机、锅炉等设备，在过去的几十年中，一直使用船舶高硫燃料油，虽然船舶设备方为应对2020限硫令，出台了一些防范措施如：船舶主机中使用陶瓷活塞环、注意船舶燃油使用中的各方面数据、不同油商的船舶燃料油不混合等。但是在过去的一年中，从国内船舶缸套毛胚厂和船舶缸套加工厂得到的数据显示，船舶缸套需求令急增，这也从侧面显示低硫燃料油对船舶主机、副机、锅炉等有一定的影响 [ 2 ]。 2020年，某船舶航行途中缸套排气温度、扫气温度过高，并有敲缸和透平喘振现象，更换活塞环后仍然异常，之后燃料油抽样检查发现沥青质、金属元素超标；2020年，某船舶在不同港口加装了低硫燃料油，低硫燃料油混合产生大量的油渣，导致主机停电、全船失电；2020年，某船舶加装低于0.5%的船用低硫燃料油航行，在经过某港口被抽检时含硫量为5.1%。 船舶低硫油使用，引发的船舶故障增多，据国内某船舶管理公司数据显示，某公司2020年关于低硫燃料油引发的故障有50多起。 某公司油轮运输石油，航行于中东波斯湾经霍尔木兹海峡、阿拉伯海、印度洋、马六甲海峡、南海、太平洋、至中国航线，主机为HSD-MAN B&W 7S80MC，额定功率为25，480 KW，额定转速79 r/min。自2020年1月1日更换低硫油后，两周内，主机多个汽缸套出现不同程度的拉缸，专业服务人员上船和船上工作人员一起对船舶主柴油机进行的吊缸专业检查。 汽缸套部位检查发现：3个汽缸套磨损异常，有硬质颗粒进入汽缸套和活塞之间，造成汽缸套磨料磨损。磨料磨损的主要来源为燃料油燃烧产生的灰分和碳质；燃料油中的催化剂；燃料油运输或者储存过程中混入的锈、砂或者其它杂质；燃料油燃烧时自空气中吸入的杂质 [ 3 ]。 活塞部位检查发现：活塞环最上面的一道均有轻度的拉伤痕迹，活塞头上则有轻微的红颜色结垢。活塞头红色结垢物如图3所示。 分析总结：此船舶主柴油机3个汽缸套磨损严重，需要进行更换。因更换低硫燃料油前船舶主机运行正常，定期清洗滤清器和日用油柜；气缸油加注正常，润滑正常；活塞环工作正常，无断环、卡死等异常现象 [ 4 ]。随对此船用低硫燃料油进行了采样分析。船舶低硫燃料油采样检测结果如表1所示。 图3. 活塞头红色结垢物 Table 1 Testingresults of low sulphur fuel oi 检查项目 检查结果 检查标准 检查方法 硫含量(m/m) 0.39% ≤0.5% ASTM D4294 密度(15℃，kg/m³) 950 930~991 ASTM D1298 运动粘度(50℃，mm²/s) 212 100~380 ASTM D445 清洁度 3 ≤2 ASTM D4740 苯乙烯(mg/kg) 40 ≤20 GB/T6041 苯酚(mg/kg) 20 ≤10 表1. 船舶低硫燃料油采样检测结果 此船舶燃料油检测结果显示燃料油中对燃烧不利的物质苯乙烯和苯酚含量超标，这些苯类物质超标易导致燃油系统磨损，燃烧不充分，易产生结垢。此次船舶使用的低硫燃料油不合格或者被污染 [ 5 ]。 解决方案：更换缸套，更换低硫燃料油后，连续使用五天后，检查汽缸套，未发现异常磨损和其它异常现象，汽缸套使用正常。这说明不合格低硫燃料油造成了船舶主柴油机缸套磨损异常。 船用低硫燃料油的风险不可忽视，自从更换低硫燃料油以来，此船东公司的主柴油机发动机，特别是老式的二冲程船用发动机上，2020年汽缸套更换频次明显高于往年，活塞头有明显沉积渣，沉淀渣会增加发动机缸套的异常磨损。此外，此船东公司为了使主机更好的使用低硫燃料油，为船舶主机更换陶瓷环、新式气缸油、增加了低硫燃料油化验次数、柴油机检查保养次数，船舶配件费用和设备维修费用都比往年有所增加。 目前大部分船东在观望、比较，可以预见近几年部分使用低硫燃料油的船舶会考虑加装废气清洗系统或者使用新能源。
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user: 3. 使用船舶废气清洗系统 船舶废气清洗系统有三种形式：开式船舶废气清洗系统、闭式船舶废气清洗系统、混合式船舶废气清洗系统。关于开式船舶废气清洗系统产生洗涤水是否会对海洋环境造成污染，各方一直有争论，但是闭式船舶废气清洗系统使用的洗涤水循环使用，不会对环境造成污染 [ 6 ]。在法律政策、社会环保、技术方面无限制条款。 船舶安装废气清洗系统的经济性则取决于高低硫燃料油价格差别、船舶耗油量、安装废气清洗系统投资额等。 例如：某8年船龄船舶，计划投资400万美元，加装闭式船舶废气清洗系统，设定船舶设备和船舶寿命相同为20年，船舶日耗油100吨/天，每年运行350天，高低硫燃料油价差120美元/吨，社会平均收益率按照10%计算，问这项投资在经济上是否可行？ 年节省燃料油费用：350 × 100 × 120 = 420万美元。 加装船舶废气清洗系统后可产生的净现值 NPV = A ( P / A ， I ， n ) − P = 42 0 ( P / A ， 1 0 % ， 12 ) − 4 00 = 42 0 × 6 . 8137 − 4 00 = 2461 ， 754 净现值为正，从经济考虑，这项投资可行。 实际上，第一年节省燃料油费用420万美元大于投资额400万美元，此船舶加装废气清洗系统第一年就可以收回投资。每一艘船舶都可以根据实际情况计算船舶加装废气清洗系统的经济性，若经济上可行，则可以为船舶加装废气清洗系统。 所以，在当前情况下，船舶加装废气清洗系统应对2020限硫令是一项经济性的选择，可以规避低硫油带来的风险和低硫油的高成本。
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user: 4. 使用LNG等新燃料 目前船舶新燃料有：LNG、电力、氨燃料、甲醇、氢气、生物燃料等。使用相对比较多的是LNG，电力船舶只在小船和近海使用；其它新燃料基本还是实验阶段。各国都在积极研究新能源，推进新能源的使用。尤其是LNG船舶。 目前国内外都出台了一些政策支持船舶新能源，如江苏省现有船舶应用LNG清洁能源改造补贴：船龄15年以下、200总吨以上、船长小于68米、符合京杭运河主尺度系列的普通货船，加装5立方米以上LNG气罐，可享受政府补贴5万元；加装5立方米以下LNG气罐，可享受政府补贴资金4万元。享受优先过闸等优惠政策。但LNG新燃料船舶整体造价成本比较搞，例如：新造30吨VLCC造价大概为1亿美金，而LNG VLCC，造价成本为1.5亿美元，大概增加成本50%；改建成本高：例如2020年国内改造一艘VLCC，由船舶主机由普通柴油机更换为双燃料柴油机，改装成本超过3000万美元，改造周期超过1年。 但是在各国政策的积极推进下，LNG加注港口增多，技术不断改进成熟，LNG船舶成本有下降的趋势，有部分船东在使用低硫燃料油的船舶报废后，选择LNG船舶。LNG船舶不会产生硫化物排放，环保意义重大；此外，随着LNG船舶技术的逐渐成熟、配套的逐渐增多、成本的逐年下降，会有更多的LNG新造船舶投入使用。
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user: 5. 思考和结论 限硫令已经实施一年多了，不同的船东选择不同的方案应对，遇到的问题也是各不相同，船东、船员、船舶管理公司、设备厂商等各方面积极应对挑战，解决问题，2020限硫令得以顺利实施。但也有一些问题在持续发生，需要加强监测和监管，使用新方法或者更换新设备，在可预见的时间内，船用低硫燃料油、船舶废气清洗系统、新能源这三种措施将会并行持续发展；同时使用船用低硫油的船舶会减少，使用船舶废气清洗系统的船舶和新能源的船舶会增加。 对船舶废气的治理的研究也在持续进行中，如：使用更低硫的燃料油；船舶废气清洗系统脱硫的同时脱碳、脱销；各个国家和地区对LNG船支持和LNG加注站的建设，氨气、电能、生物能源等船舶的研究和应用，所以减少船舶废气排放、净化船舶废气是一项持续的工作，保护自然环境是我们永恒的主题。
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user: 摘要 为探究驾驶人气质特征和驾驶技能的关系，分析气质特征对驾驶表现及风险驾驶的影响，本研究使用陈会昌气质量表和驾驶技能量表(DSI)进行问卷调查，获取了100个有效样本。利用调查样本对驾驶人气质特征进行显著性检验，在此基础上对气质特征与驾驶技能进行相关性分析，探讨两者的内在关系。分析结果表明：抑郁质特征对驾驶事故及违规处罚发生表现出显著影响；胆汁质特征与安全技能和情绪控制技能显著相关，且均呈负相关关系；抑郁质特征与驾驶技能显著相关，也呈负相关关系。研究结果对提升驾驶员交通安全意识，降低行车事故发生率，保障驾驶员、车辆及环境安全，具有一定的现实意义。
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user: 1. 引言 道路交通事故是全球公共安全关注的主要问题之一，就道路交通安全而言，机动车交通事故是一个严重的问题。人是各个交通要素中最活跃的一个要素，因此人对行车安全的影响最大，对人为因素的探究应放在相对重要的位置。因此探究驾驶人气质特征及驾驶人个体特征对驾驶技能的影响有助于深层次理解各种行车现象，为干预与管控机动车驾驶提供理论依据。气质特征是相对稳定的一种人格心理特征因素 [ 1 ]，影响着人的生理功能和心理情感领域，主要表现为情感变化幅度、情绪稳定性和显露性以及行为快慢、动作反应敏捷度等个性特性。气质特征对驾驶人的驾驶技能可能存在一定程度的影响。目前国内外学者对人格特征与驾驶行为的关系进行了大量研究，但尚未就气质特征对驾驶技能的影响展开深入研究。 不同气质特征的驾驶人在行车时采取的策略不同，进而影响驾驶行为。相关研究结果表明 [ 2 ]，胆汁质驾驶人更倾向于采取冒险的姿态，车辆通常表现出相对更高的车速，更容易发生交通事故；抑郁质驾驶人更倾向于采取保守的姿态，车辆通常表现出相对较低的车速，但在应对紧急情况时驾驶员的反应也相对迟钝。相同气质特征人群的驾驶行为有相似之处。多血质驾驶人是多次交通违法的易发人群，多血质人群注意力易分散、兴趣易转移的特征在驾驶过程中是一个极大的缺点，可能会导致驾驶人行车期间多次交通违法行为的发生 [ 3 ]；胆汁质驾驶人频繁变换车道且方向控制能力最差，所以该类型驾驶人的事故倾向性特征最为明显；粘液质驾驶人在行车时的车道保持较好且形式轨迹稳定，方向控制是四个类别驾驶人中最为稳定的，该人群是四种气质类型中最适合做驾驶人的气质类型人群 [ 4 ]。驾驶技能和行车经验能够抵消气质特征带来的部分影响，改善不良驾驶行为，但驾驶人本质的气质特征不能被消除，仍会对驾驶行为带来影响 [ 5 ]。综合以上文献可以看出，驾驶人气质特征对行车过程是有影响的，不同类型气质特征对驾驶技能的影响尚无明确定论。 在对交通安全进行衡量与分析时，驾驶技能是一个重要的概念。驾驶技能反映了驾驶员的车辆驾驶能力和情绪心理调节能力，在一定程度上代表着行车进程的最大性能水平 [ 6 ]。驾驶员的驾驶技能相较于驾驶风格而言，在行车过程中，技能水平越高，行车安全越能够得到保障。操作熟练，判断准确且技术素质较好的驾驶员动作反应快而准，而技术素质差的驾驶员对外界刺激不敏锐，判断错误，容易发生驾驶事故 [ 7 ]。Chaozhong Wu等人 [ 8 ] 对驾驶技能的研究提出知觉运动技能、安全技能和情绪控制技能等三因素解决方案，研究发现了三者之间存在的交互作用。在行车过程中，驾驶人的危险知觉技能越好，越不容易发生交通事故 [ 9 ]；驾驶人的知觉运动技能和安全技能越差，越难以合理有效地处理异常驾驶行为(违规行为、失误行为)和外界异常情况 [ 6 ]。对驾驶技能的更好理解有助于减少激进驾驶行为并提高交通安全性。 综合以上文献，本文拟以驾驶人为研究对象，通过问卷调查收集气质特征和驾驶技能的相关数据，利用调查样本对驾驶人气质特征进行显著性检验。在此基础上对气质特征与驾驶技能进行相关性分析，探讨两者的内在关系并进行实证研究。分析气质特征与驾驶技能之间的关系有助于全面理解不同驾驶表现的产生原因，其结论能够为气质特征、驾驶行为及相关领域提供研究基础，为改善驾驶行为，保障行车安全，降低事故发生提供理论支撑。
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user: 2. 方法 2.1. 被试 本研究采用线上问卷调查的方式，同时收集被调查人个体特征、气质特征和驾驶技能信息，共收回调查问卷117份，删除无效问卷17份，有效问卷占比85.4%。有效被试的信息汇总如表1所示。 Table 1 Descriptive statistical analysis of sample 变量 组别 人数 占比(%) 1性别 男 72 72.0 女 28 28.0 2过去三年发生驾驶事故 有 50 50.0 无 50 50.0 3过去三年发生违规处罚 有 45 45.0 无 55 55.0 表1. 样本的描述性统计分析 2.2. 问卷信度检验 2.2.1. 陈会昌气质量表 陈会昌气质量表又称陈会昌六十气质量表，分为4种气质类型维度，分别为粘液质、胆汁质、抑郁质和多血质，每种类型的分量表题目数量相同。该量表的测试题采用随机组合的方式排列，采用李克特五级评分，非常符合(+2)，比较符合(+1)，一般(0)，比较不符合(−1)，完全不符合(−2)。每种类型题目的分数分别相加即为该类型的得分。其各个分量表、总量表的信度检验汇总结果如表2所示。 Table 2 Reliability test of Chen Huichang’s temperament scal 变量 项数 Cronbach’s α 基于标准化项的Cronbach’s α 粘液质 15 0.710 0.723 胆汁质 15 0.718 0.734 抑郁质 15 0.768 0.767 多血质 15 0.752 0.757 总量表 60 0.885 0.889 表2. 陈会昌气质量表信度检验 陈会昌气质量表各个分量表的克朗巴哈系数值(标准化项克朗巴哈系数值)分别为粘液质子量表0.710 (0.723)、胆汁质子量表0.718 (0.734)、抑郁质子量表0.768 (0.767)、多血质子量表0.752 (0.757)。四个子量表的α值介于0.7~0.8之间，均高于0.7说明调查问卷内部一致性较好。总量表的α值为0.885 (0.889)，说明气质量表总体具有较高的稳定性和可靠性。 2.2.2. 驾驶技能量表(DSI) 本文使用的驾驶技能测量工具是由Lajunen和Summala开发编制的。它由二十项测试题组成，知觉运动技能方面十项测试题，安全技能方面七项测试题，情绪控制技能方面三项测试题。调查问卷采用李克特五级评分，非常强(+5)、较强(+4)、一般(+3)、较弱(+2)、非常弱(+1)。其分量表、总量表信度汇总如表3所示。 Table 3 Reliability test of Driving Skill Inventor 变量 项数 Cronbach’s α 基于标准化项的Cronbach’s α 知觉运动技能 10 0.925 0.925 情绪控制技能 3 0.741 0.745 安全技能 7 0.882 0.882 总量表 20 0.940 0.942 表3. 驾驶技能量表信度检验 驾驶技能量表各个维度的克朗巴哈系数值(标准化项克朗巴哈系数值)分别为知觉运动技能0.925 (0.925)、情绪控制技能0.741 (0.745)、安全技能0.882 (0.882)，子量表α值均高于0.7表明量表比较理想，内部一致性好。整体量表的α值为0.940 (0.942)，说明驾驶技能量表总体具有较高的稳定性和可靠性。