2022年机电一体化3.docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 西安科技高校论文姓 名： 刘涛专业：机电一体化论文题目： 浅谈机电一体化技术及应用讨论指导老师：高艳强2022 年 4 月 24 日名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - - - - 摘 要机电一体化是现代科学技术进展的必定结果；此简述机电一体化技术的基本情形和进展背景 , 综述国内外机电一体化技术的现状 展趋势；关键词： 机电一体化 技术 现状 进展趋, 分析机电一体化技术的发名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - -

2、- - 第 一 篇 ： 什 么 是 机 电 一 体 * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 3 1. 1 机 电 一 体 化 ”？ 它 的 来 源 是 什 么 ？ * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 4 1. 2 一 体 化 技 术 基 本 概 念 * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 4 1 . 3 体 化 技 术 五 大 组 成 要 素 与 四 大 原 就 ： * * * * * * * * * * * * *

3、 4 第 二 篇 ： 机 电 一 体 化 发 展 历 程 及 其 趋 势 * * * * * * * * * * * * * * 6 2. 1 一 体 化 ”的 发 展 历 程 * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 6 2. 2 一 体 化 ”发 展 趋 势 * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 6 2. 3 的 机 电 一 体 化 产 品 * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *

4、* * * * * * * * 7 2 . 4 发 展 “机 电 一 体 化 ”而 临 的 形 势 和 任 务 * * * * * * * * * * * * * 7 第 三 篇 ： 机 电 一 体 化 技 术 及 其 应 用 * * * * * * * * * * * * * * * * * 1 2 第 四 篇 ： 机 电 一 体 化 中 的 接 口 技 术 * * * * * * * * * * * * * * * * * 1 7 第 五 篇 ： 机 电 一 体 化 系 统 抗 干 扰 问 题 的 探 讨 * * * * * * * * * 2 0 结 论 * * * * * * * *

5、* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 21 参 考 文 献 * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 21 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - - - - 引言 现代科学技术的不断进展,极大地推动了不同学科的交叉与渗透,导致了 工程领域的技术革命与改造；在机械工程领域,由于微电子技术和运算机技术 的快速进展及其向机械

6、工业的渗透所形成的机电一体化,使机械工业的技术结 构、产品机构、功能与构成、生产方式及治理体系发生了庞大变化,使工业生 产由 “机械电气化 ”迈入了 “机电一体化 ”为特点的进展阶段；名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - - - - 第一章 机电一体化概要机电一体化是指在机构得主功能、动力功能、信息处理功能和掌握功 能上引进电子技术,将机械装置与电子化设计及软件结合起来所构成的系统的总称；机电一体化进展至今也已成为一门有着自身体系的新型学科,随着科学技术的 不但进展,仍将被给予新的内容；但其基本特点可概括为：机电一体化是从系 统的

7、观点动身,综合运用机械技术、微电子技术、自动掌握技术、运算机技 术、信息技术、传感测控技术、电力电子技术、接口技术、信息变换技术以及 软件编程技术等群体技术,依据系统功能目标和优化组织目标,合理配置与布 局各功能单元,在多功能、高质量、高牢靠性、低能耗的意义上实现特定功能 价值,并使整个系统最优化的系统工程技术；由此而产生的功能系统,就成为一个机电一体化系统或机电一体化产品；因此, “ 机电一体化 ”涵盖 “ 技术 ”和“产品 ”两个方面；只是,机电一体化技术是 基于上述群体技术有机融合的一种综合技术,而不是机械技术、微电子技术以 及其它新技术的简洁组合、拼凑；这是机电一体化与机械加电气所形成

8、的机械 电气化在概念上的根本区分；机械工程技术有纯技术进展到机械电气化,仍属 传统机械,其主要功能依旧是代替和放大的体力；但是进展到机电一体化后,其中的微电子装置除可取代某些机械部件的原有功能外,仍能给予很多新的功 能,如自动检测、自动处理信息、自动显示记录、自动调剂与掌握自动诊断与 爱护等；即机电一体化产品不仅是人的手与肢体的延长,仍是人的感官与头脑 的眼神,具有智能化的特点是机电一体化与机械电气化在功能上的本质区分名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - - - - 其次章 机电一体化技术进展“机电一体化 ”这个词是日本安川电机公

9、司在上世纪60 岁月末作商业注册时最先创用的；当时及 70 岁月,人们始终把机电一体化看作是机械与电子的结 合；国内早期将 “机电一体化技术 ”与“机械电子学 ”并用,近年来 “机电一体化 ”更流行使用；80 岁月,信息技术崭露头角；微处理机的性能提高,为更高级的机电一体 化产品所采纳,典型的机电一体化产品如数控机床、工业机器人和汽车的电子掌握系统等；微机作为关键技术引入了飞行器系统后,使机械电子系统在高 度 控 制 、 排 气 控 制 、 振 动 控 制 和 保 险 气 袋 等 方 面 获 得 广 泛 应 用 ；信息技术促使机械系统在不同程度上利用数据库,连洗衣机和其他消费品 也用上了数据库

10、驱动系统；这样,对机电一体化的系统设计方法的探究、成型 和系统集成以及并行工程设计和掌握的实施日显重要；此外,光学也进入了机电一体化,产生了“光机电一体化” 的新领域；进入 90 岁月,通信技术进入了机电一体化,机器可像机器人系统那样遥控 和虚拟现实多媒体等技术紧密联系的运算机掌握的网络化机电一体化日益普 及；有些机电一体化机械可两用,有的在性能上更是多用途的,特别是微传感 器和执行器技术的进展,和半导体技术以光刻为基础的方法以及和传统机电一 体化微型化方法的结合,开创了以精密工程和系统集成为特点的机电一体化新分支 “微机电一体化 ”；虽然微加工方法尚未成熟,但将逐步成为集成掌握系统 的一个组

11、成部分；之后,机电一体化随着自动化技术的进展而日益进展,稳步进入了 21 世纪；机电一体化是机械、微电子 、掌握、 运算 机、信息处理等多学科的交叉融合,其进展和进步有赖于相关技术的进步与进展,其主要进展方向有数字化、智能化、模块化、色化1. 数字化网络 化、人性化、微型化、集成化、带源化和绿微掌握器及其进展奠定了机电产品数字化的基础,如不断进展的数控机床 和机器人；而运算机网络的快速崛起,为数字化设计与制造铺平了道路,如虚名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - - - - 拟设计、运算机集成制造等；数字化要求机电一体化产品的软件具

12、有高牢靠 性、易操作性、可爱护性、自诊断才能以及友好人机界面；数字化的实现将便 于远程操作、诊断和修复；2.智能化智能化是 21 世纪机电一体化技术进展的一个重要进展方向；人工智能在机 电一体化建设者的讨论日益得到重视,机器人与数控机床的智能化就是重要应 用；这里所说的 “智能化 ”是对机器行为的描述,是在掌握理论的基础上,吸取 人工智能、运筹学、运算机科学、模糊数学、心理学、生理学和混沌动力学等 新思想、新方法,模拟人类智能,使它具有判定推理、规律思维、自主决策等 才能,以求得到更高的掌握目标；诚然,使机电一体化产品具有与人完全相同 的智能,是不行能的,也是不必要的；但是,高性能、高速的微处

13、理器使机电 一体化产品赋有低级智能或人的部分智能,就是完全可能而又必要的；3. 模块化模块化是一项重要而艰难的工程；由于机电一体化产品种类和生产厂家繁 多,研制和开发具有标准机械接口、电气接口、动力接口、环境接口的机电一 体化产品单元是一项特别复杂但又是特别重要的事；如研制集减速、智能调 速、电机于一体的动力单元,具有视觉、图像处理、识别和测距等功能的掌握 单元,以及各种能完成典型操作的机械装置；这样,可利用标准单元快速开发 出新产品,同时也可以扩大生产规模；这需要制定各项标准,以便各部件、单 元的匹配和接口；由于利益冲突,近期很难制定国际或国内这方面的标准,但 可以通过组建一些大企业逐步形成

14、；明显,从电气产品的标准化、系列化带来 的好处可以确定,无论是对生产标准机电一体化单元的企业仍是对生产机电一 体化产品的企业,规模化将给机电一体化企业带来美好的前程；4.网络化 20 世纪 90 岁月,运算机技术等的突出成就是网络技术；网络技术的兴起 和飞速进展给科学技术、工业生产、政治、军事、训练义举人么日常生活都带 来了庞大的变革；各种网络将全球经济、生产连成一片,企业间的竞争也将全 球化；机电一体化新产品一旦研制出来,只要其功能独到,质量牢靠,很快就名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - - - - 会畅销全球；由于网络的普及

15、,基于网络的各种远程掌握和监视技术方兴未艾,而远程掌握的终端设备本身就是机电一体化产品；现场总线和局域网技术是家用电器网络化已成大势,利用家庭网络home net将各种家用电器连接成以计 算 机 为 中 心 的 计 算 机 集 成 家 电 系 统 computer integrated appliance system, CIAS ,使人们在家里共享各种高技术带来的便利与欢快；因此,机电一体化 产品无疑朝着网络化方向进展；5. 人性化机电一体化产品的最终使用对象是人,如何给机电一体化产品给予人的智 能、情感和人性显得愈来愈重要,机电一体化产品除了完善的性能外,仍要求 在颜色、造型等方面与环境相

16、和谐,使用这些产品,对人来说仍是一种 艺术 享 受,如家用机器人的最高境域就是人机一体化；6. 微型化微型化是精细加工技术进展的必定,也是提高效率的需要；微机电系统 Micro Electronic Mechanical Systems,简称 MEMS 是指可批量制作的,集微型 机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和掌握电路,直至接口、通信和电源等于一体的微型器件或系统；自1986 年美国斯坦福高校研制出第一个医用微探针, 1988 年美国加州高校 Berkeley 分校研制出第一个微电机以来,国内外 在 MEMS 工艺、材料以及微观机理讨论方面取得了很大进展,开发出各种 MEMS 器件和

17、系统,如各种微型传感器（压力传感器、微加速度计、微触觉传 感器）,各种微构件（微膜、微粱、微探针、微连杆、微齿轮、微轴承、微 泵、微弹簧以及微机器人等）；7. 集成化集成化既包含各种技术的相互渗透、相互融合和各种产品不同结构的优化 与复合,又包含在生产过程中同时处理加工、装配、检测、治理等多种工序；为了实现多品种、小批量生产的自动化与高效率,应使系统具有更广泛的柔 性；第一可将系统分解为如干层次,使系统功能分散,并使各部分和谐而又安 全地运转,然后再通过软、硬件将各个层次有机地联系起来,使其性能最优、功能最强；名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 17 页精选学习资料 - -

18、 - - - - - - - 8. 带源化是指机电一体化产品自身带有能源,如太阳能电池、燃料电池和大容量电 池；由于在很多场合无法使用电能,因而对于运动的机电一体化产品,自带动 力源具有特殊的好处；带源化是机电一体化产品的进展方向之一；9. 绿色化科学 技术的进展给人们的生活带来庞大变化,在物质丰富的同时也带来资 源削减、生态环境恶化的后果；所以,人们呼吁爱护环境,回来 自然 ,实现可 连续进展,绿色产品概念在这种呼声中应运而生；绿色产品是指低能耗、低材 耗、低污染、舒服、和谐而可再生利用的产品；在其设计、制造、使用和销毁 时应符合环保和人类健康的要求,机电一体化产品的绿色化主要是指在其使用

19、时不污染生态环境,产品寿命终止时,产品可分解和再生利用；名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - - - - 第三章典型机电一体化产品的进展趋势1 数控机床目前我国是全世界机床拥有量最多的国家（近 占约 5且大多数是一般数控（发达国家数控机床占320 万台）,但数控机床只 10）；近些年来数控机床为适应加工技术的进展,在以下几个技术领域都有庞大进步；（1）高速化由于高速加工技术普及,机床普遍提高了各方面的速度；车床主轴转速有30004000r/min 提高到 800010000r/min；铣床和加工中心主轴转速由 40008000r/

20、min 提高到 12000 40000r/min 以上；快速移动速度由过去的 1020m/min 提高到 48m/min,60m/mni,80m/min,120m/min；在提高速度的同时要求提高运动部件起动的加速度,由过去一般机床的0.5G（重力加速度）提高到 1.5G2G,最高可达 15G；直线电机在机床上开头使用,主轴上大量采纳内 装式主轴电机；（2）高精度化数控机床的定位精度已由一般的0.010.02mm 提高到 0.008 左右；亚微 M级机床达到 0.0005mm 左右；纳 M 级机床达到 0.0050.01um；最小辨论率为1nm（0.000001mm）的 数 控 系 统 和 机

21、 床 已 问 世；数控中两轴以上插补技术大大提高,纳M 级插补使两轴联动出的圆弧都可以达到 1u 的圆度,插补前多程序预读,大大提高了插补质量,并可进行自动拐 角处理等；（3）复合加工,新结构机床大量显现 如 5轴 5 面体复合加工机床, 5 轴 5联动加工各类异形零件；同时派生出各种新奇的机床结构,包括6 轴虚拟轴机床,串并联绞链机床等,采纳特别机械结构,数控的特别运算方式,特别编程要求；名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - - - - （4）使用各种高效特别功能的刀具使数控机床“ 如虎添翼 如内冷转头由于使高压冷却液直接冷却

22、转头切削刃和排除切屑,在转深孔 时 大 大 提 高 效 率 ； 加 工 刚 件 切 削 速 度 能 达 1000m/min , 加 工 铝 件 能 达 5000m/min；（5）数控机床的开放性和联网治理数控机床的开放性和联网治理已是使用数控机床的基本要求,它不仅是提 高数控机床开动率、生产率的必要手段,而且是企业合理化、正确化利用这些 制造手段的方法；因此,运算机集成制造、网络制造、异地诊断、虚拟制造、并行工程等等各种新技术都在数控机床基础上进展起来,这必定成为 21 世纪制 造业进展的一个主要潮流；2.自动机与自动生产线在国民经济生产和生活中广泛使用的各种自动机械、自动生产线及各种自 动化

23、设备,是当前机电一体化技术应用的又一具体表达；如：200080000 瓶/h 的啤酒自动生产线；18000120000 瓶/h 的易拉罐灌装生产线；各种高速香烟 生产线；各种印刷包装生产线；邮政信函自动分捡处理生产线；易拉罐自动生 产线； FEBOPP 型三层共挤双向拉伸聚丙烯薄膜生产线等等,这些自动机或生 产线中广泛应用了现代电子技术与传感技术；如可编程序掌握器,变频调速 器,人机界面掌握装置与光电掌握系统等；我国的自动机与生产线产品的水平,比 10 多年前跃升了一大步,其技术水平已达到或超过发达国家上一世纪 80 岁月后期的水平；使用这些自动机和生产线的企业越来越多,对爱护和治理 这些设备

24、的相关人员的需求也越来越多；3.机电一体化技术的进展趋势以微电子技术、软件技术、运算机技术及通信技术为核心而引发的数字 化、网络化、综合化、个性化信息技术革命,不仅深刻地影响着全球的科技、经济、社会和军事的进展,而且也深刻影响着机电一体化的进展趋势；专家预 测,机电一体化技术将向以下几个方向进展：（1）光机电一体化方向一般机电一体化系统是由传感系统、能源（下转第80 页）（上接第81页）（动力）系统、信息处理系统、机械结构等部件组成；引进光学技术,利名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - - - - 用光学技术的先天特点,就能有效

25、地改进机电一体化系统的传感系统、能源系统和信息处理系统；（2）柔性化方向将来机电一体化产品,掌握和执行系统有足够的“冗余度 ”,有较强的 “柔性”,能较好地应对突发大事,被设计成“自律安排系统 ”；在这系统中,各子系统是相互独立工作的,子系统为总系统服务,同时具有本身的“自律性 ”,可根据不同环境条件做出不同反应；其特点是子系统可产生本身的信息并附加所给信息,在总的前提下,具有“行动 ”是可以转变的；这样,既明显地增加了系统的才能（柔性）,又不因某一子系统的故障而影响整个系统；（3）智能化方向今后的机电一体化产品“全息 ”特点越来越明显,智能化水平越来越高；这主要得益于模糊技术与信息技术（特别

26、是软件及芯片技术）的进展；名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - - - - 第四章 机电一体化技术在钢铁企业中应用在钢铁企业中,机电一体化系统是以微处理机为核心,把微机、工控机、数据通讯、显示装置、外表等技术有机的结合起来,采纳组装合并方式,为实 现工程大系统的综合一体化制造有力条件,增强系统掌握精度、质量和牢靠 性；机电一体化技术在钢铁企业中主要应用于以下几个方面：1. 智能化掌握技术 IC由于钢铁工业具有大型化、高速化和连续化的特点,传统的掌握技术遇到 了难以克服的困难,因此特别有必要采纳智能掌握技术；智能掌握技术主要包 括

27、专家系统、模糊掌握和神经网络等,智能掌握技术广泛应用于钢铁企业的产 品设计、生产、掌握、设备与产品质量诊断等各个方面,如高炉掌握系统、电炉和连铸车间、轧钢系统、炼钢 等；2. 分布式掌握系统 DCS 分布式掌握系统采纳一台中心 连铸 轧钢综合调度系统、冷连轧运算 机指挥如干台面对掌握的现场测控运算机和智能掌握单元；分布式掌握系统可以是两级的、三级的或更多级的；利用 运算机对生产过程进行集中监视、操作、治理和分散掌握；随着测控技术的 发 展,分布式掌握系统的功能越来越多；不仅可以实现生产过程掌握,而且仍可 以实现在线最优化、生产过程实时调度、生产方案统计治理功能,成为一种测、控、管一体化的综合系

28、统；CS 具有特点掌握功能多样化、操作简便、系统可以扩展、爱护便利、牢靠性高等特点； CS 是监视集中掌握分散,故障影响面小,而且系统具有连锁爱护功能,采纳了系统故障人工手动掌握操作措名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - - - - 施,使系统牢靠性高；分布式掌握系统与集中型掌握系统相比,其功能更强,具有更高的安全性,是当前大型机电一体化系统的主要潮流；3. 开放式掌握系统 OCS 开放掌握系统 Open Control System是目前运算机技术进展所引出的新的结 构体系概念； “开放 ”意味着对一种标准的信息交换规程的共识

29、和支持,按此标 准设计的系统,可以实现不同厂家产品的兼容和互换,且资源共享；开放掌握 系统通过工业通信网络使各种掌握设备、治理运算机互联,实现掌握与经营、治理、决策的集成,通过现场总线使现场外表与掌握室的掌握设备互联,实现 测量与掌握一体化；4.运算机集成制造系统 CIMS 钢铁 企业的 CIMS 是将人与生产经营、生产治理以及过程掌握连成一体,用以实现从原料进厂,生产加工到产品发货的整个生产过程全局和过程一体化掌握；目前钢铁企业已基本实现了过程自动化,但这种“自动化孤岛 ”式的单机自动化缺乏信息资源的共享和生产过程的统一治理,难以适应 现代 钢铁生产的要求；将来钢铁企业竞争的焦点是多品种、小

30、批量生产,质优价廉,准时交货；为了提高生产率、节能降耗、削减人员及现有库存,加速资金周转,实现生产、经营、治理整体优化,关键就是加强治理,猎取必需的 经济 效益,提高了企业的竞争力；美国、日本等一些大型钢铁企业在 现 CIMS 化；5. 现场总线技术 FBT 20 世纪 80 岁月已广泛实现场总线技术是对自动化领域的一场变革；由于现场总线简洁、牢靠、经济有用,已成为当今自动化领域进展的热点之；目前,新建的连铸机已经开始使用现场总线技术；现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络；现场总线的含义主要表达在以下几个方 面：1现场通信网络传统的分散型掌握系统DCS

31、通信网络截止于掌握站或输入输出单元,现场外表仍旧是一对一模拟信号传输；现场总线是用于过程自动化和制造自动化名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - - - - 的现场设备或现场外表互联的现场通信网络,把通信线始终延长到生产现场或 生产设备；2互操作性 互操作性的含义是来自不同制造厂的现场设备,不仅可以相互通信,而且 可以统一组态,构成所需的掌握回路,共同实现掌握策略；3分散功能块现场总线掌握系统 FCS废弃了分散型掌握系统DCS的输入输出单元和掌握站,把 DCS 掌握站的功能块分散给现场外表,从而构成虚拟掌握站；例如 流量变送器不仅

32、具有流量信号变换、补偿和累加输入功能块,而且有 PID 掌握 和运算功能块；4通信线供电 现场总线的常用传输线是双绞线,通信线供电方式答应现场外表直接从通 信线上摄取能量；这种低功耗现场外表可以用于安全环境,与之配套的仍有安 全栅；有的企业生产现场有可燃性物质,全部现场设备必需严格遵守安全防爆 标准,现场总线也不例外；6.流传动技术传动技术在钢铁工业中起至关重要的作用；随着电力电子 技术和微电子技术的进展,沟通调速技术的进展特别快速；由于沟通传动的优越性,电气传动技术在不久的将来由沟通传动全面取代直流传动,数字技术的进展,使复杂的 矢量掌握技术有用化得以实现,沟通调速系统的调速性能已达到和超过

33、直流调 速水平；现在无论大容量电机或中小容量电机都可以使用同步电机或异步电机 实现可逆平滑调速；沟通传动系统在轧钢生产中一显现就受到用户的欢迎,应 用不断扩大名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - - - - 终止语综上所述 , 经过 20 多年的进展,机电一体化技术已经成为当今世界最热 门、最重要的技术进展方向之一,并影响到几乎全部的工业行业；我国从 80 年 代初对机电一体化技术和产品开头予以重视,先后在国家科技攻关方案、863 高科技方案和国家自然科学基金中列专项对机电一体技术加以讨论,并取得了一系列重大科技成果； 1990

34、 年,国家将用电子技术改造传统产业列为“ 八五”及本世纪后十年进展全民经济的重要战略技术措施,机电一体化技术的推广应用已取得相当进展；名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - - - - 致谢三年时间,匆忙,太匆忙；一切恍如昨日历历在目,转瞬间,各走天际；回首 3 年的点点滴滴生活,感叹万分,万千思绪在心头；说不出,道不尽,心 中多少欢快与忧愁；我的指导老师胡志满老师在高校三年里给了我莫大的帮 助,无论是在学习上仍是在生活里的过程中都教会了我很多很多；他不仅教授 我专业学问,更教会了我很多为人处世的道理,在他的尽心指导下,我也渐渐 地懂得了更多的专业学问；在我论文的整个写作过程中,他从论文的选题、提 纲的撰写、格式的要求、内容的修改甚至标点符号各个方面都给了具体的看法 和修改,使我能够按时依据学院要求顺当地完成整篇论文；我很庆幸在高校里 遇上这样一位好老师,感谢老师！；同学：潘朝良2022 年 01 月 20 日名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页,共 17 页