数字化等离子体种子处理机的规划与设计
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摘要：等离子体是一种高能量的物质聚集态，技术发展拓展了在农作物上的应用。探讨等离子种子处理技术，开展数字化等离子种子处理机研究开发；利用CATIA软件系统进行了等离子种子处理机数字模型的构建，以产品全生命周期的相关数据为基础，对整个生产过程进行仿真、数字化生产线的产能评估和厂区规划进行了评估和优化。该技术和数字化装备具有一定产业化推广应用前景。
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.
关键词：数字化；等离子体；装备；规划
Key words： digitization；plasma；equipment；program
中图分类号：S223.1 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）13-0195-02
0 引言
我国正在实行社会主义新农村建设，如何保障耕地的合理高效使用，提高农产品产量，改善农民的生活水平，迫切需要一种提高农作物单位产量的技术。等离子种子处理技术是一种先进的技术，开辟了等离子体在农作物上应用的新途径，为农作物的高产稳产创出了一条新路子，丰富了我国的农业增产技术。
1 等离子种子处理技术
等离子体内包含大量的活性粒子，比如电子、自由基、光子、激发态的原子、分子、离子等，是一种高能量的物质聚集态。要想利用等离子体处理种子，第一步就需要先获得稳定的等离子体发生装置，常用的方法是将空气电离，形成空气等离子体，选取适当的密封容器，对密封容器进行抽真空处理，所谓真空就是低于一个大气压的气体状态，一个大气压为数万帕，而用于产生等离子体的真空一般气压在100帕左右，在这个密封的容器里还必须装有两个电极，由两块导电的平行板构成，相当于一个平行板电容器，电极通过导线与外界相连，当真空度到100帕左右时，接通电源，在一定电压的作用下，真空容器中两平行板电极间的空气被电离，就形成了空气等离子体，在两极板间主要是氮离子、氧离子和电子，一般物质在等离子体状态下常常伴有辉光放电现象，这就是等离子体发生器的基本原理。有了等离子体发生器，然后将作物的种子以某种方式放入真空容器中两极板间，让极板间的等离子体与种子相互接触，通过一定时间、一定强度的等离子处理，种子的活性就可以得到提高，从而达到农作物提高抵御病虫害能力和提高产量的目的。
2 数字化等离子种子处理机
等离子体技术在我国还属于一种新兴技术，因此等离子体种子处理设备也相对陌生，但该设备的出现弥补了我国冷等离子体种子激活处理设备的空白，具有重要的现实意义。冷等离子体种子激活处理设备主要由真空系统、放电系统、传动系统、控制系统四部分组成。借助合适的软件平台进行数字化平台构建。Dassault Systemes的CATIA软件系统中DELMIA 模块包括两个相互关联的独立软件，DPE（数字工艺工程）和DPM（数字制造工艺）。DPE 为数字化工艺规划平台，是产品工艺和资源规划应用的平台。利用在产品设计初步阶段产生的数字样机或EBOM数据，进行产品分析，工流程定义，制定总工艺设计计划，工艺细节规划、工艺路线制定；同时还可实现工艺方案评估，工时分析，车间设施布局和车间的物流仿真等功能。DPM 为工艺细节规划和验证应用的环境。它是按照DPE 中设计好的各种工艺并结合各种制造资源，以实际产品的3 维（或数字样机）模型，构造3 维工艺过程，进行数字化装配过程仿真与验证。
3 等离子种子处理机数字模型的构建
等离子种子处理机主要由真空系统、传动系统、控制系统、放电系统四大系统组成。我们分别对四大系统应用CATIA V5进行三维数字模型的构建，进行装配，生成EBOM表，并且优化仿真，有限元分析，然后再进行总装，制定加工流程等。
放电系统与传动系统等装置存在于真空系统的内部，所以真空系统是整套设备的载体，重中之重，当起密封性出现问题时，由于真空仓内部气压与外界的标准大气压相差较大，轻则机器损坏，重则引起整个机器的爆炸，造成不可挽回的损失。所以我们需要随其进行虚拟的装配仿真、零件干涉验证，生成EBOM表、以及强度的校核等工作。
在实际安装过程中，通常先完成各个部件的子装配及完成各部件的拼装。根据工程实际情况，装配体采用自下而上的建模方法。在建模过程中，用螺栓拧紧的和焊接的连接，拧紧后的一个整体视为同一个零件装配。
在等离子种子优化机的设计过程中，对真空系统进行虚拟装配，可以满足工程人员查看有关装配问题的需要，帮助他们做出决策，例如选择零部件配合公差、确定零部件在拆装过程中所需的空间、安排零部件的拆装方向和轨迹等，从而确定合理地装配工艺和装配流程，并应用到实际的产品设计当中，如此不仅能够提高设计环节的装配精度，还能够大大提高工作效率。此外，真空系统的虚拟装配系统可以比较准确地反映产品的物理性能，由于利用真空系统的虚拟装配系统能够在大批量生产产品之前就做出虚拟样机，从而帮助设计者找到设计缺陷，提高设计质量，且能够大大降低成本，避免了资源浪费。
4 数字化生产线的产能评估和厂区规划
数字化工厂（DF）是指以产品全生命周期的相关数据为基础，在计算机虚拟环境中，对整个生产过程进行仿真、评估和优化，并进一步U展到整个产品生命周期的新型生产组织方式。它将有利于我们进行规划厂区、预估产能、工艺规划等工作人机工程学是研究“人一机一环境”系统中人、机、环境三大要素之间的关系，为解决该系统中的效能、健康问题提供理论与方法的科学。通过数字化的仿真分析，发现该套设备的一次生产周期我2分钟，而与流水线配套使用后，则可以连续生产，大大提高了生产率，一条流水线在一个工时（4小时）内的小麦处理产能为480kg。
一般流水线的形式分为“一字型、U型、环型”等形式，传统流水线多为“一字型”，但是经常出现前后不协调的问题，比如人行通道面积与工作区域发生干涉等问题。该条流水线我们设计成U型如图3为所示，总占地面积为15平方米，人行道面积宽为5米，按一个厂房1000平米算的话，可以布置约30条的流水线，并且整体布局较为合理。
5 总结
当前物理学研究的一个重要方向就是等离子体，国际上很多国家都将其应用在了生物学和农业领域，并取得了不错的成果，但是关于低温等离子体种子处理的作用机理研究还需更加深入。现阶段冷等离子体种子处理技术已经比较成熟，具备进入产业化推广应用阶段的条件，但是要想使该技术得到进一步的推广应用，还需要政府的大力支持。
参考文献：
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