デジタル油圧に関する私の考え

1979年に修士号を取得するために勉強していたとき、学校にはすでにアナログコンピューターがあり、デジタルコンピューターが追加されたことを覚えています。それらはすべていくつかの大きなワードローブのサイズでした。当時、アナログマシンとデジタルマシンの利点について議論がありました。数年以内に、シミュレーターは不足しました。デジタルコンピューターをはじめ、デジタル技術は過去50年間、意気揚々と進歩してきました。音楽: デジタルディスクの登場から数年以内に、アナログレコードとテープが隅に押し込まれました。ディスク上のDDDは、記録、処理、および保存プロセスがすべてデジタルであることを意味する。過去には、テレビ画像にはしばしば「雪片がはためく」ことがありました。これは、アナログ技術のテレビ信号が干渉されたことを意味します。デジタル技術を採用した後、画像ははるかに鮮明で安定しています。同じワイヤは、アナログTVの10倍以上のデジタルTVチャンネルを送信できます。

ビデオを録画するために、 (デジタル) ディスクはアナログ技術を使用して磁気テープに取って代わりました。 20年以上の間に、ビデオフォーマットは低解像度VCD (352 × 288ピクセル) からDVD、Blu-ray、4K (3840 × 2160ピクセル) に進化しました。8K ( 7680 × 4320ピクセル) 、それは映画を見るために最前列に座っているよりも優れています。デジタルカメラはフィルムカメラをアナログ技術に置き換えました、そして、画像は非常に簡単に後処理できるので、プロの写真家でさえそれらを愛しています。デジタルシネマはまた、フィルムフィルムを時代遅れにしています。デジタル技術はどこへ行っても無敵であるように思われ、わずか数年で過去のアナログ技術の長期使用に取って代わりました。それで、「デジタル油圧」も従来の油圧に取って代わるのでしょうか、そしてなぜですか? これは、この記事が答えようとしている質問です。

シミュレーション技術はアナログ量に基づいています。デジタル技術は、デジタル量に基づいて開発されています。いくつかの関連する概念は、異なるカテゴリで異なる方法で定義されます。プロセス制御の分野では、著者はこのように理解しています。アナログ量とは、時間と空間が連続し、徐々に遷移する量を指し、特定の範囲 (定義領域) 内の任意の値を取得できます。たとえば、オイルタンク内のオイル温度と液体レベル、油圧シリンダー内のピストンのストローク、負荷室内の圧力、比例バルブスプールの変位などです。離散量は、時間または空間で不連続であり、いくつかの離散値のみを取り、中間値はありません。たとえば、通常の作業条件下でのスイッチバルブスプールの位置は、その開閉プロセスを無視し、完全に開いた状態と閉じた状態の2つの状態のみを考慮します。そしてその位置は離散量と見なすことができます。別の例として、いくつかの定量的ポンプが並列に接続されており、出力できる流れは一般に、各ポンプの出力流れの異なる組み合わせである個別の量であると見なされます。離散量は順序付けられていません。

離散量とアナログ量の間に絶対的な境界はありません。

アナログと離散量は客観的に存在します。

デジタル量は、客観的な世界の人為的に合意された抽象的かつ簡略化された説明です。数字は動機ではなく情報を伝えるために作られています。数字を使用すると、人々に心理的なプレッシャーをかける可能性がありますが、身体的なプレッシャーを伝えることはできません。

数値の数量が注文されます。

シーケンスがあります。たとえば、1を追加するたびに、結果は1、3、2ではなく、常に1、2、3になります。バイナリでは、数字は0と1だけですが、シーケンスもあります: 0、1、10、11、… ... 数字は、場所によって意味が異なります。たとえば、11の場合、左側の1の値は、10進数の右側の1の値の10倍になります。 3万5000、誰もが理解しています。 3500万は機能しません。

順序付けられていない数量は数字としてカウントできません。

デジタル技術の応用理由と範囲

デジタル技術の人気は、少なくとも以下の特性によるものです。

高い反干渉

現実世界は基本的にシミュレーションである。保存、送信、再受信のプロセスでは、実際に情報の保存と送信に使用される物理量Rmationは常に予測不可能な干渉と未定の損失を受けます。たとえば、磁気テープの磁気は弱まります。空気中の電磁波、ワイヤー、光ファイバーの光波は、長距離伝送後、強度が減衰します。また、光ディスク上の反射バンプは、数十年の損失後の酸化のために不均一な高さを有する。このようにして、実際の受信信号の強度は元の信号とは異なります。例えば、送信端での信号強度は1.000 ± 0.001Vであり、受信端は0.990 ± 0.005Vであってもよい。アナログ技術を使用し、受信信号の強度に応じて処理すると、歪みが発生します。リツイートが多いほど、歪みは大きくなります。デジタル技術の基本原理は大まかに次のとおりです。送信側と受信側は、送信側が送信するアナログ量をサンプリングして離散量を取得することに同意します。次に、離散量をデジタル0と1で構成されるバイナリデジタル量に1つずつ変換します。グループ内のパルスを使用して、離散量を取得します。受信者に送信されます。受信機は、振幅が特定の値よりも小さい、たとえば0.3パルスを0と見なし、振幅が特定の範囲内にあると見なします。約0.7 1.3パルスを1として、この範囲外のすべてのパルスを1として。無効です。次に、グループ化された2進数を、必要に応じて日常生活で使用される8進数、16進数、または10進数に変換し、アナログ量に復元します。これは非常に高い干渉防止を有し、強力な再現性を達成しているので、何度も転送することができる。バイナリコード化信号伝送の原理A-受信信号B-規則に従って解釈されるバイナリデジタル信号干渉防止、バイナリは他のすべての基底、たとえば三元よりも優れています。したがって、社会全体で普及しているデジタル技術は、実際にはバイナリデジタル技術です。符号化信号伝送の周波数は一般に固定されていますが、単位としてHzを使用する代わりに、b/(bit/sビットレート、1秒あたりに送信できる桁数) 、初期の数千b/sから現在の数百千b/s (Mb/s) または数十億 (Gb/s)。

確認可能性

アナログの量がデジタルの量に変えられた后点検することは容易です。たとえば、データのバッチの送信の最後にチェックコードを送信します。このバッチのデータの合計の最後の2桁は、チェックコードと等しくなければならないことが合意されています。それ以外の場合、このデータのバッチはすべて無効であり、再送信を要求します。情報の信頼性は、検証可能であることによってさらに改善される。

包括的な表現能力

一連のデジタル組み合わせを使用して、デジタル技術は現在、世界で使用されているほとんどすべてのテキストを同時に表現し、さまざまな音、色、画像、音楽、映画を表現することができます。など、そしてその歪みは普通の人々が知覚できないレベルに達しています。

プログラム性

デジタル技術に基づいて開発されたコンピュータプログラムは、一方ではコンピュータによって実行することができ、他方では非常に複雑なロジックを表現することができ、コンピュータが複雑なプロセス制御を実現し、特定の自己学習能力を持つことができるように。スマートな前進。

高速コンピューティング機能

携帯電話の中央処理装置 (CPU) は、毎秒数億の演算および論理演算を実行することができた。いくつかの携帯電話は同時に4つのCPU (4つのコア) を備えており、その計算-複雑なプログラムを実行する能力は想像するのが難しいです。

高速転送能力

一方で、デジタル技術は、電磁波と光波伝搬の使用により、300,000 km/sの速度を持っています。一方、非常に高い周波数 (携帯電話の3G、4G、および5Gは基本的に高い周波数を適用します) での送信は、多くの情報を運ぶことができます。現在、家庭用光ファイバーの伝送速度は100メガバイト/秒に達する可能性があり、高解像度ビデオを同期して伝送することはすでに可能です。それよりも少ないCond、4つの古典的な古典を送信することができます。

高レベルの統合

今、ポータブルハードディスクは手のひらのサイズで、2T以上のストレージ容量を持っています。これは1兆の漢字と約80万部の赤い邸宅の夢に相当します。しかし、大規模なクラウドサーバーのストレージ容量は、日常的な言葉で説明することは困難です。バイナリデジタル信号は、回路の2つの安定状態によって表されるため、回路内のコンポーネントは高精度を必要とせず、非常に小さなサイズに圧縮できます。現在、大規模な集積回路のコンポーネントのサイズは、髪の毛の数百または1000分の1にすぎません。ゴマのサイズの集積回路には、何百万もの電子部品を含めることができます。

低価格

集積回路を製造するための主要な原料であるシリコンは、地球の地殻の中で2番目に豊富な元素であるため、無尽蔵です。過去50年間で、製造技術が成熟し、集積回路のサイズが縮小するにつれて、同じ機能を備えた集積回路の価格は18か月ごとに半減しました。

インターネット

上記の特性に基づいて開発された強力なインターネットは、すべての家庭、さらにはすべての人のポケットに入りました。デジタル技術は情報のデジタル化に基づいていますが、アナログ技術を置き換えることができる理由は、多くの面で上記の特性のサポートと切り離せません。携帯電話が20年前の大きな携帯電話と同じくらい大きいか、画面が白黒だけであるか、3枚の写真を撮った後にメモリがいっぱいになると想像してみてください。またはインターネットに接続できない、または瞬間に写真を投稿できません。1時間かかります。またはコピーを送信するには100元かかります。デジタル技術はまだとても人気がありますか?

それでも、デジタル技術には限界があります。情報の送信にのみ使用され、電圧はわずか数V、電流はわずか数 µ Aであり、送信される電力は日常生活のエンジニアリング技術にとって重要ではありません。

まだ多くの情報がありますが、目立たない非常に主観的な説明をするために言語を使用する必要があるのは残念です。香りや食べ物の味に関する情報など、デジタル化の成功したアプリケーションに関する公開レポートはありません。

デジタル油圧はコンピュータに直接接続できますか? これは噂です!

コンピューター内の電子部品間の動作電流は数 µ A未満です。油圧コンポーネントを制御するには、必要な信号電流は少なくとも数十mAで、これはコンピューターの内部電流の10,000倍以上です。したがって、コンピュータは油圧部品を駆動するために電力増幅を必要とし、直接接続することは不可能です。コンピュータの電子部品は、初期の8ビットから現在は一般的な64ビットまで、内部バスを介して並列信号を送信します。出力信号は、サーボバルブを制御するためのアナログ信号、比例バルブを制御するためのPWM信号であるかどうかにかかわらず、この内部バスから変換と増幅を取り出すために特別な電子部品を必要とします。またはステッピングモーターを駆動するPNM信号。最も単純なスイッチ信号でさえ、また、パラレルバスから特定のビットをフェッチするために専用の電子部品が必要です。プリンタに接続するための25ピンのパラレルポートとマウスに接続するための9ピンのシリアルポートを備えていたパーソナルコンピュータの出力インターフェイス、しかし今はイヤホンジャック、HDMIとUSBインターフェイスだけがあります。これらのインターフェイスはいずれも油圧部品に直接接続できません。一部の産業用制御コンピュータまたはPLCには、アナログ信号、PWM信号、PNM信号、および油圧部品を制御するためのスイッチ信号を出力できる特別なインターフェイスがありますが、すべてニーズに応じて特別に設定されています。異なる電子部品とアンプにはいくつかの価格差がありますが、今日の高度に発展した電子産業では、これらの価格差は油圧システム全体のコストと比較してごくわずかです。したがって、「コンピューターは、D/A変換コンプを必要とせずに、個別の油圧コンポーネントを制御することは事実です。「Ents」が、いわゆる「デジタル油圧はコンピュータに直接接続することができます」は噂とブラフです!

デジタル油圧の定义について

ヨーロッパでは、デジタル油圧の研究は、主にフィンランドのタンペレ工科大学やオーストリアのヨハネスケプラー大学リンツなどのいくつかの研究機関に集中しています。タンペレ工科大学のリンジャマ氏はかつて、次の定義を提案しました。デジタルフルイドパワーは、システム出力を積極的に制御する個別の値のコンポーネントを備えた超高速および空気圧システムを意味します。注: この定義は、デジタルシステムとディスクリートコンポーネントのみを指し、デジタルコンポーネントを指しません。

技術革新と交換について

古い製品を常に革新し、新しいより良い製品に置き換える必要があることは間違いありません。そして顧客の必要性を最初に置く。テクノロジーに従事してビジネスを始める人は、常に顧客のニーズを最優先し、自分のテクノロジーが顧客にもたらすメリットは何かを考えるべきです。たとえば、油圧シリンダーは、負荷を駆動するために顧客によって使用されます。したがって、最優先事項は旅程です。次に、定格作業圧力は何ですか、圧力テストがどのくらい高く行われ、何十万もの耐久性テストが行われましたか、ピストンロッドの耐摩耗性と耐食性はどうですか? クロール、業界標準の最小要件を満たしているかどうかなど。現在、油圧シリンダーの大部分、特に建設機械で使用されるシリンダーは、手動で制御されています。つまり、手動で閉ループ制御されており、自動位置決めは必要ありません。自動位置決め油圧シリンダーの場合、荷重が変化してオイル源の圧力が変化したときの位置決めの再現性と精度、および動的な応答特性について話す必要があります。測定されたデータについて話しましょう。国内および国際的には、油圧シリンダーを製造できる少なくとも千の企業があります。それは国内の高度なレベルに達したと言うのは比較的簡単です。しかし、国際的な高度なレベルに到達するには、少なくとも世界の8つまたは10の最先端の製造工場のレベルを調査および検査する必要があります。

技術革新と代替に注意を払わなければならない重要なポイント

関数とタスクは基本的に同じでなければなりません。さまざまな機能やタスクを持つコンポーネントを比較し、交換について話すことは無意味です。

価格性能比はより良いです: または性能はより良いですが、価格はあまり上がりません。またはパフォーマンスは悪くありませんが、価格は明らかに低いです。ここでの性能は、耐久性、環境保護などを含めて一般化する必要があります。ここでの価格は、研究開発、設計および製造コストだけでなく、交換および代替コストも考慮に入れる必要があります。したがって、あるコンポーネントがより高度で別のコンポーネントを置き換えることができると言うには、テストによって得られたパフォーマンスデータを現実的な方法で包括的に比較し、さまざまなコストを比較する必要があります。 1点だけを比較するだけでは不十分です。たとえば、フィードバック付きのサーボバルブは、再現性、直線性、ヒステリシスなどにおいて、一般的な開ループ電気比例バルブよりも明らかに優れていますが、その適用量と範囲は、複雑な構造と製造コストを削減できないためだけでなく、電気比例弁のそれよりはるかに劣っています。しかしまた汚染の感受性および他の問題のために。さらに、さまざまなアプリケーションで、パフォーマンスが優れているかどうかについてさまざまな評価が得られることがよくあります。 1つのアプリケーションでは優れたパフォーマンスであり、別のアプリケーションでは真剣に受け止められない場合があります。例えば、仕事の耐久性、外航船は20年間続くことを望みますが、ミサイルはほんの数分しか必要としません。

悪魔は詳細に隠れています。多くのアイデアは、それらが普及に適しているかどうかを知るために、実際に製造され使用されるまで詳細に公開されません。リニアモーターカーはその一例です。理論的には、それは非常に美しいです: 列車は磁力によって空中に吊り下げられており、地面との摩擦はありません。しかし、実際に製造されたときは、高価で宣伝するのが難しいと感じられました。
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新しい技術は古い技術に取って代わることができないかもしれません。たとえば、1825年頃に最も早く登場した蒸気機関車である列車牽引機関車。その後、1840年頃に電気機関車が登場しました。その後、1920年頃にディーゼル機関車が登場しました。現在、蒸気機関車は基本的に使用されていませんが、ディーゼル機関車はまだ大量に使用されていますが、現在、14本の高速列車はすべて電気で運転されています。別の例として、ガソリンエンジンは1883年に発明されました。ディーゼルエンジンは9年後に発明されました、そしてそれはその素晴らしい出力のために長年にわたって支持されてきました。これは、船舶、トラック、移動式建設機械のほぼ唯一の電源であり、自動車のガソリンエンジンと均等に分割されています。しかし、ドイツ連邦環境保護省の最近の報告によると、ディーゼルエンジンはドイツの微粒子PM10とNO 2の主な排出源であるため、批判されています。ドイツでは、E5排出基準を満たすディーゼル車が2015年に市場に投入され、2017年にシュトゥットガルトの市街地への立ち入りが禁止されました。ミュンヘン、ケルン、その他の都市も同様の措置を講じる準備をしています [7]。自動車業界は、ディーゼルエンジンの寿命が危機に瀕していることを嘆いています。したがって、既存のすべての油圧コンポーネントを置き換えることができるアーティファクトが発明されたと主張するのは単純であり、油圧技術の深遠さとその広範で複雑なアプリケーションを知らない。

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