FASE与光电信息工程相结合论文.doc

FSAE与光电信息工程相结合论文1.Formula SAE Formula SAE，是由各国SAE，即汽车工程师协会举办的面向在读或毕业7个月以内的本科生或研究生举办的一项学生方程式赛车比赛，要求在一年的时间内制造出一辆在加速、刹车、操控性方面有优异的表现并且足够稳定耐久，能够成功完成规则中列举的所有项目业余休闲赛车。自1981年创办以来，FSAE已发展成为每年由7个国家举办的9场赛事所组成，并有数百支来自全球顶级高校的车队参与的青年工程师盛会。 SAE方程式（Formula SAE）系列赛源于1978年。第一次比赛于1979年在美国波斯顿举行，13支队伍中有11支完赛。当时的规则是制作一台5马力的木制赛车。SAE方程式（Formula SAE）系列赛将挑战本科生、研究生团队构思、设计与制造小型具有越野性能的方程式赛车的能力。为给车队最大的设计弹性和自我表达创意和想象力的空间，在整车设计方面将会限制很少。赛前车队通常用8至12个月组的时间设计、建造、测试和准备赛车。在与来自世界各地的大学代表队的比较中，赛事给了车队证明和展示其创造力和工程技术能力的机会。 为了达到比赛的目的、学生可以把自己假想设计人员。某一制造公司聘请他们为其设计、制造和论证一辆用来评估该公司某一量产项目的原型车。预期的销售市场是周末业余汽车比赛。因此，该车必须在加速，制动和操控性能方面表现出色。该车必须成本低廉、易于维修、可靠性好。此外，考虑到市场销售的因素，该车需美观、舒适，零部件也需要有通用性。制造企业计划每天生产四辆该型车, 并要求原型车实际耗资应低于2.5万美元（该规则09年已经取消）。设计小组受到的挑战是设计和组装一辆满足各种要求的车。各个设计环节将作为竞赛比较和评判的内容。 2. 比赛规则简介 比赛规则非常开放，以鼓励学生的原创设计和各种形式的赛车的出现。比赛的基本原则如下： 开轮/开舱 使用排量不超过610cc的四冲程汽油机 安装内径20mm的进气限流阀 轴距不小于1525mm 轮辋不小于8英寸 必须能够制动全部四个车轮 悬架行程不小于50.8mm（2英寸） 大量安全和结构强度要求 整车成本不大于25000美元（按规则计算） 3. 评定项目 比赛通过一系列静态和动态的项目来评判汽车的优劣，这些项目包括：技术检验、成本分析、市场陈述、工程设计、单项性能测试、耐久测试、燃油经济性。通过给这些项目打分来评判汽车的性能。 项目分值分配如下： 静态项目 陈 述 75 工程设计 150 成本分析 100 动态项目 加 速 性 75 弯道性能 50 操作稳定性 150 燃油经济性 50 耐 久 性 350 总 分 1000 4. 2008年Formula SAE系列赛 2008年Formula SAE系列赛包括以下九个比赛： 1. 美国密歇根，Formula SAE，由SAE举办； 2. 美国加利福尼亚，Formula SAE West，由SAE举办； 3. 美国弗吉尼亚，Formula SAE VIR，由SAE协办； 4. 澳大利亚，Formula SAE Australasia，由澳洲SAE举办； 5. 巴西，Formula SAE Brasil，由巴西SAE举办； 6. 意大利，Formula SAE Italy，ATA举办； 7. 英国，Formula Student，由ImechE举办； 8. 德国，Formula Student Germany； 9. 日本，Formula SAE Japan。 09年的比赛包括美国的密歇根、加州和弗吉尼亚赛，以及英国、巴西、意大利、日本、德国、澳大利亚赛。 湖南大学是最早参与到该项赛事的中国高校，他们在2007年就制作了一台赛车去参加在美国本土的比赛。现今已经有北京理工大学、湖南大学、哈尔滨工业大学（威海）、同济大学、吉林大学、厦门理工学院、华南理工大学，河南科技大学等20所本科高校以及西安汽车职业技术学院一所专科院校参与其中。并且2010年开始，FSAE将在中国设置分站赛。 5.中国大学生方程式汽车大赛简介 一、赛事名称 中文名称：中国大学生方程式汽车大赛 英文名称：Formula SAE - China 简 称: FSAE 二、赛事简介 中国大学生方程式汽车大赛（以下简称FSAE）是中国汽车工程学会及其合作会员单位，在学习和总结美、日、德等国家相关经验的基础上，结合中国国情，精心打造的一项全新赛事。 FSAE活动由各高等院校汽车工程或与汽车相关专业的在校学生组队参加。FSAE要求各参赛队按照赛事规则和赛车制造标准，自行设计和制造方程式类型的小型单人座休闲赛车，并携该车参加全部或部分赛事环节。比赛过程中，参赛队不仅要阐述设计理念，还要由评审裁判对该车进行若干项性能测试项目。 在比赛过程中，参赛队员能充分将所学的理论知识运用于实践中。同时，还学习到组织管理、市场营销、物流运输、汽车运动等多方面知识，培养了良好的人际沟通能力和团队合作精神，成为符合社会需求的全面人才。 三、赛事意义 目前，中国汽车工业已处于大国地位，但还不是强国。从制造业大国迈向产业强国已成为中国汽车人的首要目标，而人才的培养是实现产业强国目标的基础保障之一。 大学生方程式赛车活动将以院校为单位组织学生参与，赛事组织的目的主要有： 一是重点培养学生的设计、制造能力、成本控制能力和团队沟通协作能力，使学生能够尽快适应企业需求，为企业挑选优秀适用人才提供平台； 二是通过活动创造学术竞争氛围，为院校间提供交流平台，进而推动学科建设的提升； 大赛在提高和检验汽车行业院校学生的综合素质，为汽车工业健康、快速和可持续发展积蓄人才,增进产、学、研三方的交流与互动合作等方面具有十分广泛的意义。 毫无疑问，对于对汽车的了解仅限于书本和个人驾乘体验的大学生而言，组成一个团队设计一辆纯粹而高性能的赛车并将它制造出来，是一段极具挑战，同时也受益颇丰的过程。在天马行空的幻想、大脑一片空白的开始、兴奋的初步设计、激烈的争执、毫无方向的采购和加工、无可奈何的妥协、令人抓狂的一次次返工、绞尽脑汁的解决难题之后，参与者能获得的不仅仅是CATIA UG ANSYS以及焊接、定位、机加工技能,更有汽车工程师的基本素养和丰富实践经验。 与此同时，管理和运营整个团队让未来的企业管理者接受了一次难度十足的锻炼。FSAE赛事也给了汽车厂商发现优秀人才和创意想法的机会。湖北汽车工业学院 FSAE 车队及项目简介湖北汽车工业学院秉承中国大学生方程式汽车大赛 “中国创造，擎动未来”的理念，积极响应主办方的号召，迅速组建了自己的湖北汽车工业 FSAE 车队，参加2011 年10 月在上海举办的第二届中国大学生方程式汽车大赛。目前车队由汽车系郭一鸣老师担任车队指导老师，由徐礼成担任车队队长，旗下共由八个部门组成，包括整车技术部、车身部、发动机部、底盘部、电子电器部、试验部、市场部和项目管理部。涵盖了车辆工程、机械设计、工业设计、汽车营销、财务管理等不同专业的大二大三学生共180 余人，车队组成人员涉及专业之多，规模之庞大，都创我校历年来参加全国各类大赛之最，汇聚了全学院办事效率最高的团队，我们团队全体成员会努力为您完成一切承诺的相关事宜。 湖北汽车工业学院 FSAE项目背景 湖北汽车工业学院作为全国唯一以汽车命名的本科院校，其汽车学科在华中地区乃至全国汽车行业都具有广泛而深远的影响力。为了更好地提升湖北汽车工业学院在中国汽车行业的知名度和影响力，切实培养和提高学生的专业素质和能力，我系拟成立车队参与本次大赛。 车队由大赛领导小组、指导老师小组、企业顾问小组指导。车队目前分八个大部，分别为项目管理部、整车技术部、车身部、发动机部、底盘部、电子电器部、试验部、市场部。项目管理部负责 FSAE 车队的日常管理、进度管理、资料管理和财务管理等；湖北汽车工业学院 FSAE 车队现有队员 185 人，成员涵盖校本部和科技学院大一、大二、大三、大四本科生，人员比例分别为 2.1%、47.6%、43.8%、6.5%，以大三和大二学生为主体（约占 91%）；专业涉及车辆工程、热能与动力、机械设计制造及其自动化、工业设计、汽车电子、汽车营销、汽车服务工程、电子信息、财务管理、材料成型、国际经济与贸易、英语等 16 个专业，以车辆工程为主。基本目标：制造一辆符合比赛规格的 FSAE 赛车，顺利完成比赛，通过比赛积累造车经验，培养学生的研发、设计、制造、管理能力，使学生成为高素质专业人才。 最高目标：争取在比赛中获得大赛前十名，为湖北汽车工业学院争光！ 专业简介光信息科学与技术是理学/工学（与学校分科方向有关）学科的一类，其培养目标是具有扎实的数学、物理、电子和计算机的基础知识，系统地掌握光学信息处理技术、现代电子学技术和计算机应用技术的基本技能，能在光通信、光学信息处理、以及相关的电子信息科学、计算机科学等信息技术领域、特别是光机电算一体化产业从事科学研究、产品设计和开发、生产技术或管理的面向二十一世纪的高级专门人才。光电子材料与光电元器件原子物理、量子力学、固体物理、半导体物理、光电功能材料与器件、激光原理、光学、非线性光学等 （1）、中国的光学与光电子材料研究已进入应用和产业化的发展阶段。其中在半导体光电子材料方面：在中国，用于集成电路（IC）和太阳能电池单晶硅（Si）年产量约为400吨。用于光电子器件的GaAs单晶、用于LED和LD的InP单晶和用于红、绿色LED的GaP芯片材料已实用化。用于蓝光LD和蓝、绿光LED和GaN、SiC等宽禁带半导体材料正在研发中。 在激光晶体材料方面：华北光电技术研究所研制的Nd:YAG晶坯性能指标达到国际先进水平。华博技术有限公司的YAG激光棒年批量生产能力为3000根。中国已成为矾酸钇（YVO4）晶体的生产出口大国。中国科学院福建物质结构研究所研制成大尺寸YVO4单晶，并加工成偏振晶体器件。北京烁光特晶体科技有限公司已建成年产200公斤YVO4 单晶生产线。上海光机所研制的掺钛蓝宝石激光晶体也已经出口美国、日本、俄罗斯等国家。中国研制的Nd:YAG和Nd:YVO4激光晶体，其主要技术指标达到国际先进水平，出口产品数量约占国际市场1/3。 在非线性光学晶体方面：中国研制的偏硼酸钡（BBO）、三硼酸锂（LBO）等优质的非线性光学材料，系国际首创，用于激光光源在可见光区的频率转换。用于激光倍频、光参量振荡、电光调Q和声光、电光器件的铌酸锂（LN）单晶中国的年生产能力约为10 吨。 光纤光缆光电子材料发展的重点为：高功率、可调谐、LD泵浦和新波长激光晶体等；超高亮度（LED）、半导体激光器（LD）用GaAs,Gap,GaN基外延材料等；STN，TFT显示器用液晶材料等；用于密集波分复系统的G.655非零色散位移光纤及大尺寸光纤预制棒等。 光学元器件包括：光学仪器，光电检测仪器，光学遥感、遥测仪器，机器人视觉，光学检测和测量、夜视和侦察，微光夜视仪，红外夜视仪，高分辨率的成像卫星，侦察相机，高灵敏探测器平面阵列（FRA)，快速三维模型测量；计量学（定位，位置，线度，准直)；机器视觉（特征，方位和缺陷）；光学传感器（成分，温度，PH值探测等）。 1. 光通信与光纤传感器件（光电传感技术、光纤通信原理与技术、光通信实验等）这里可包括光纤光缆，光电子材料，集成光电子器件，光电元、器件，光纤通信器件（光纤无源器件，光纤有源器件），光纤传感器件，光纤激光器，光端机，光纤通讯机及设备，光纤数据传输设备；光纤陀螺仪；光纤控制的相控阵雷达，光纤地面和卫星通信系统等等。中国现有光纤通信企业320余家，其中光纤光缆193家，光电器件46家，光缆材料和配套件企业22家，通信专用仪表9家，光通信传输设备50家。产值240亿元，销售额262亿元。“十五”期间中国光通信产业发展重点为光传输、光接入、光传送网产品、光纤光缆和光电器件五个方面。 2. 激光器件及应用（光学、物理光学、非线性光学、激光原理和技术、光信息处理等）包括激光器件（光纤，半导体、固体、气体、准分子及其它），激光加工，激光全息，激光医疗仪器，激光测距，激光雷达，激光跟踪，激光制导，光学陀螺仪，交通控制系统，光导航设备与系统，目标指示器，干扰发射机和通信设备等。目前中国从事激光技术研究、激光应用产品研制生产的单位约有400余家（不含激光音像设备生产单位），全国激光产品市场年销售额约为32.4亿元人民币（此数据不包括激光音像设备、激光通信工程、激光条码检测及激光二次效益如激光医疗收入等）。 3. 光信息输入与存贮（电工电子技术、计算机技术、光学基础） 随着计算机、网络技术和数字媒体技术的发展，光输出入类设备，如扫描仪、打印机、复印机、传真机和数码相机等办公自动化设备，以及光存储类产品，如CD-ROM、CD-RW和DVD-ROM光盘机，以及记录用的CD-R 光盘机和可重复读写型的CD-RW 光盘机，迅速地进入了人们的生活和工作。各种新型的办公消费、娱乐类的光电产品将成为21世纪人们生活中的必需品。 数码相机产业数码相机产业市场发展迅速：国家计委已确立重点发展数码相机（DSC）产业的计划，进军数码相机市场。目前在于组织力量，研发数码相机的关键零部件、核心技术及配件；重点项目包括：彩色显示器、专用IC、高性能球面镜片及印表机、碳粉等。 目前中国从事数码相机的研发、生产的厂家有：凤凰数码、喜马拉雅、海鸥、方正科技、紫光、联想集团、朝华科技、华旗资讯、TCL、先科、明基（BenQ）等。目前国内已有30多个品牌，大多集中在家用市场。 国外公司陆续在中国内地投资设立数码相机生产线，这些公司包括：美能达（Minolta)、尼康（Nikon)、宾得（Pentax)、松下（Panasonic)、三星（Samsung)、惠普（HP)、爱普生（Epson)、 三洋公司、索尼（Sony)公司、奥林巴斯公司（Olympus)、柯达公司(Kodak) 、佳能公司(Canon)、 富士胶片公司(FujiFilm)等。 扫描仪市场扫描仪市场稳定增长：扫描仪是计算机的重要外设产品之一，已成为光电产品中技术工艺成熟、市场应用稳定增长的重要产品。目前全球扫描仪的著名品牌Microtek、HP、AGFA、UMAX、Acer、EPSON、Canon等早已陆续进入中国国内市场，与此同时，台湾地区的代工生产厂商的生产基地也都全部转移到了内地，北大方正、清华紫光等国内单位研发的扫描仪也正成为扫描仪市场中重要品牌。研发生产扫描仪的厂商拥有扫描器生产技术和影像处理技术，因此包括数码相机、PC Camera等相关产品都是目前扫描仪厂商谋图发展的替代产品。为了适应多功能PC外围光电输入/输出设备应用市场的需求，今后扫描仪产品必将向着多功能复合应用方向发展。4 . 光显示材料与设备（电路基础、模拟电路、数字电路、微机原理与接口技术、光学等） 显示器领域中国显示器领域发展良好：在液晶显示器（LCD）方面：中国液晶显示器产量占世界产量的25 %。中国液晶行业年销售额约为53.52亿元。 中国已能生产满足宽温度低阈值等特殊要求的TN液晶材料，STN液晶材料已开始批量生产，结束了完全依靠进口的局面。国内的薄膜晶体管（TFT）用液晶材料仍处于实验室研制阶段。中国液晶材料年生产能力已超过40 吨。国内主要的企业有4家：北京清华亚王液晶材料有限公司、西安现代化学研究所、石家庄实力克液晶公司和烟台万润精细化工有限公司。 偏振片偏振片已进入稳定的批量生产阶段，现有两家生产企业，广东福地日合偏光器件有限公司和深圳市深纺乐凯光电子材料有限公司，年销售75万平方米，销售额超过6000万元。 ITO导电玻璃是液晶三大材料之中发展最快的，生产厂家已超过10家，其中规模最大的是深圳莱宝真空技术有限公司。年生产ITO玻璃376万平方米，销售总值约6亿元。STN用导电玻璃已大部分满足国内需求。生产导电玻璃的成套设备已具备实现国产化的能力。 红外产品（电工电子技术、计算机技术、光学基础） 近几年来，中国的红外产品市场发展迅速。随着工业自动化的发展，热故障与热漏泄诊断的逐步推广，以及技术安保体系的建立，红外测温仪、热像仪和热电视等产品的市场稳步增长。全国主要红外产品年销售额约为8亿5千万元人民币。 照明与能源（原子物理、半导体物理、量子力学、固体物理、电工电路技术、光学基础） 高亮度高效金属卤化物灯、硫二聚物（微波放电）灯和发光二极管LED光源将逐步取代白炽灯，实现照明上的革命。发光材料，发光二极管与发光元器件； 发展太阳能电池，地球上的能源愈来愈短缺，美国预计到2050年，太阳能源将占能源的一半。 光全息与全息存储（光学、物理光学、非线性光学、光信息处理、激光原理与技术) 本专业应用范围越来越广泛，前景可以说是相当好 其他此外，掩膜版、背光源、取向剂、封接胶、光刻胶以及其他LCD相关材料的国内自给率有了很大的提高。即不完全统计，从事这方面生产的企业有7家，实现产值1.69亿元。 中国现有LCD生产厂家约60家， 2003年北京市京东方科技集团有限公司以3.8亿美元成功收购韩国现代显示技术株式会社的TFT-LCD（薄膜晶体管液晶显示器件）核心技术，已经在北京经济技术开发区建设TFTLCD产业基地，未来10年，TFTLCD将在家电、电脑、数码相机、手机等行业得到广泛应用。 日本、韩国、台湾等向中国大陆加快转移STNLCD、TFT-LCD生产线，已建成的或开始建设已达14条线，大多数为STN-LCD生产线，也有TN 和彩色STN生产线。 在发光二极管（LED）方面：近年来中国LED产业呈现稳步增长趋势，国内与LED研究、开发、生产有关的单位有300多家，大多数企业生产普通LED（指芯片为GaP、GaAlAs的发光二极管）。年产量达120亿只，销售额约40多亿元。目前国内普通LED芯片能批量生产的企业只有一家联创光电公司，年产约20亿只，联创光电公司将向LED下游产品扩展，发展红、绿、蓝三基色全彩显示屏、LED白光照明、LED交通等产品，届时联创光电将成为国内产品层次最多、规模最大的LED厂家。 LED显示屏生产企业约有几十家。中国正在成为全球传统LED的生产加工供应基地之一。 中国生产的红、绿、橙、黄发光二极管产量约占世界产量的 12 %，蓝色发光二极管已研制成功。 在等离子体显示器（PDP）方面：等离子体显示器（PDP）研究开发取得较大进展， 已经开始生产42英寸PDP屏。 在其他类型显示器方面方面：如真空荧光显示（VFD）、有机EL（OLED）、场发射（FED）等均在科研生产中取得进展。“十五”期间中国发展显示器投资了320万亿元。专业与FSAE的结合的产物AGVAGV无人搬运车(Automated Guided Vehicle，简称AGV)，指装备有电磁或光学等自动导引装置，能够沿规定的导引路径行驶，具有安全保护以及各种移载功能的运输车，工业应用中不需驾驶员的搬运车，以可充电之蓄电池为其动力来源。一般可透过电脑来控制其行进路线以及行为，或利用电磁轨道(electromagnetic path-following system)来设立其行进路线，电磁轨道黏贴於地板上，无人搬运车则依循电磁轨道所带来的讯息进行移动与动作。AGV以轮式移动为特征，较之步行、爬行或其它非轮式的移动机器人具有行动快捷、工作效率高、结构简单、可控性强、安全性好等优势。与物料输送中常用的其他设备相比，AGV的活动区域无需铺设轨道、支座架等固定装置，不受场地、道路和空间的限制。因此，在自动化物流系统中，最能充分地体现其自动性和柔性，实现高效、经济、灵活的无人化生产。AGV的优点 （1）自动化程度高； 由计算机，电控设备，激光反射板等控制。 当车间某一环节需要辅料时，由工作人员向计算机终端输入相关信息，计算机终端再将信息发送到中央控制室，由专业的技术人员向计算机发出指令，在电控设备的合作下，这一指令最终被AGV接受并执行将辅料送至相应地点。 （2）充电自动化； 当AGV小车的电量即将耗尽时，它会向系统发出请求指令，请求充电（一般技术人员会事先设置好一个值），在系统允许后自动到充电的地方“排队”充电。 另外，AGV小车的电池寿命很长（10年以上），并且每充电15分钟可工作4h左右。 （3）美观，提高观赏度，从而提高企业的形象。 （4）方便，减少占地面积；生产车间的AGV小车可以在各个车间穿梭往复。AGV之所以能够实现无人驾驶，导航和导引对其起到了至关重要的作用，随着技术的发展，目前能够用于AGV的导航/导引技术主要有以下几种： 1 直接坐标 （Cartesian Guidance） 用定位块将AGV的行驶区域分成若干坐标小区域，通过对小区域的计数实现导引，一般有光电式（将坐标小区域以两种颜色划分，通过光电器件计数）和电磁式（将坐标小区域以金属块或磁块划分，通过电磁感应器件计数）两种形式，其优点是可以实现路径的修改，导引的可靠性好，对环境无特别要求。缺点是地面测量安装复杂，工作量大，导引精度和定位精度较低，且无法满足复杂路径的要求。 2 电磁导引（Wire Guidance） 电磁导引是较为传统的导引方式之一，目前仍被许多系统采用，它是在AGV的行驶路径上埋设金属线，并在金属线加载导引频率，通过对导引频率的识别来实现AGV的导引。其主要优点是引线隐蔽，不易污染和破损，导引原理简单而可靠，便于控制和通讯，对声光无干扰，制造成本较低。缺点是路径难以更改扩展，对复杂路径的局限性大。 3 磁带导引 （Magnetic Tape Guidance） 与电磁导引相近，用在路面上贴磁带替代在地面下埋设金属线，通过磁感应信号实现导引，其灵活性比较好，改变或扩充路径较容易，磁带铺设简单易行，但此导引方式易受环路周围金属物质的干扰，磁带易受机械损伤，因此导引的可靠性受外界影响较大。 4 光学导引（Optical Guidance） 在AGV的行驶路径上涂漆或粘贴色带，通过对摄像机采入的色带图象信号进行简单处理而实现导引，其灵活性比较好，地面路线设置简单易行，但对色带的污染和机械磨损十分敏感，对环境要求过高，导引可靠性较差，精度较低。 5 激光导航（Laser Navigation） 激光导引是在AGV行驶路径的周围安装位置精确的激光反射板，AGV通过激光扫描器发射激光束，同时采集由反射板反射的激光束，来确定其当前的位置和航向，并通过连续的三角几何运算来实现AGV的导引。 此项技术最大的优点是，AGV定位精确；地面无需其他定位设施；行驶路径可灵活多变，能够适合多种现场环境，它是目前国外许多AGV生产厂家优先采用的先进导引方式；缺点是制造成本高，对环境要求较相对苛刻（外界光线，地面要求，能见度要求等），不适合室外（尤其是易受雨、雪、雾的影响）。 6 惯性导航 （Inertial Navigation） 惯性导