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本科畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))開題報(bào)告 論 文 題 目： 液壓驅(qū)動(dòng)金屬打包機(jī)設(shè)計(jì)學(xué) 院：專 業(yè) 、 班 級(jí)：學(xué) 生 姓 名：指導(dǎo)教師（職稱） 一、選題依據(jù) 1. 論文（設(shè)計(jì)）題目 液壓驅(qū)動(dòng)金屬打包機(jī)設(shè)計(jì) 2. 研究領(lǐng)域 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3. 論文（設(shè)計(jì)）工作的理論意義和應(yīng)用價(jià)值 隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展和人民生活水平的提高，各種生活金屬廢品和工業(yè)金屬廢料也日益增多，過度開采也導(dǎo)致各類礦產(chǎn)資源不斷減少。怎樣利用這些金屬廢棄物，不使其污染環(huán)境，又變廢為寶，達(dá)到可持續(xù)發(fā)展的目的成為一個(gè)重要的研究課題擺在人們面前。液壓金屬打包機(jī)就是在這種需求下產(chǎn)生的。金屬打包機(jī)主要是用來將廢鐵、廢鋁、廢鐵、線材以及一些輕薄金屬板材余料等壓縮成塊打包，提供給鋼廠作為回爐熔煉的合格爐料。這樣既加快了廢金屬的回收和利用，減少了廢料的運(yùn)輸成本和冶煉成本，又方便儲(chǔ)存運(yùn)輸，提升回爐速度。提高了生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益。 4. 目前研究的概況和發(fā)展趨勢(shì) 當(dāng)前，中國(guó)的打包機(jī)還是以模仿為主，對(duì)外國(guó)的產(chǎn)品略有改善，沒有實(shí)質(zhì)的發(fā)展， 而在企業(yè)管理中，往往只注重生產(chǎn)加工、輕研究開發(fā)，創(chuàng)新不夠。 我國(guó)的液壓剪切機(jī)和液壓打包機(jī)在 20 世紀(jì) 80 年代中期就開始起步研制應(yīng)用。當(dāng)時(shí)國(guó)家已經(jīng)將廢鋼鐵回收列入節(jié)能項(xiàng)目中，這主要是為了從宏觀政策上鼓勵(lì)發(fā)展。國(guó)家物資總局和商業(yè)部，為了廢鋼鐵回收價(jià)能夠正常實(shí)施，特別從捷克、美國(guó)、日本、西德等國(guó)家分別組織引進(jìn)了一部分打包機(jī)以及廢鋼剪切機(jī)。首先對(duì)京、津等大中型城市進(jìn)行武裝，我國(guó)非金屬加工設(shè)備的生產(chǎn)體系，通過隨后不斷的技術(shù)合作和引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)等多種形式逐漸形成。雖然自 20 世紀(jì) 80 年代后期引進(jìn)國(guó)外的廢鋼打包機(jī)械距今 已有 20 幾年，中國(guó)加入世界貿(mào)易組織也有多年，世界經(jīng)濟(jì)一體化進(jìn)程不斷加快，但是我國(guó)液壓打包機(jī)的開發(fā)近況仍舊存在許多令人不太滿意的地方：（1）新產(chǎn)品開發(fā)研制的動(dòng)力、財(cái)力不足。（2）經(jīng)久耐用簡(jiǎn)單可行的設(shè)備受歡迎。 具初步統(tǒng)計(jì)，國(guó)外的金屬打包機(jī)設(shè)備產(chǎn)品種類大概有 200 種，成套數(shù)量多，并且不斷有新的技術(shù)和產(chǎn)品推出。國(guó)外打包機(jī)設(shè)備產(chǎn)品一方面向高精度、大型化發(fā)展，另一方面向多功能方向發(fā)展。我國(guó)的打包機(jī)械產(chǎn)品數(shù)量較少，僅有 60 多種，缺乏高精度、大型化打包機(jī)械產(chǎn)品，并且在很多領(lǐng)域還處在空白狀態(tài)。行業(yè)需要自動(dòng)化程度高、生產(chǎn)效率高、具有流水線形式的廢鋼鐵綜合加工機(jī)械，對(duì)一機(jī)多功能設(shè)備更加青睞。比如韓國(guó)大模技術(shù)有限公司生產(chǎn)的 DMS 系列的金屬打包機(jī)能夠 360 度自由旋轉(zhuǎn)，并 且功率大，適用于大鋼廠料作業(yè)；詹陽動(dòng)力重工公司生產(chǎn)出來的液壓履帶式抓鋼機(jī)附帶電磁吸盤和散料抓斗，一機(jī)多用深受鋼鐵企業(yè)歡迎。 結(jié)合現(xiàn)有生產(chǎn)力和社會(huì)發(fā)展水平，相信金屬打包機(jī)械在未來的發(fā)展態(tài)勢(shì)將會(huì)呈現(xiàn)以下特點(diǎn)： （1） 高效化、低能耗、高速化。提升器械的工作效率，減少生產(chǎn)成本。 （2） 自動(dòng)化、智能化。打包機(jī)的自動(dòng)化與智能化是今后發(fā)展的必然趨勢(shì)，高效打包機(jī)械將在生產(chǎn)發(fā)揮越來越重要的作用，不論是在降低成本和提高效率方面，都有著巨大的貢獻(xiàn)。全自動(dòng)打包機(jī)還能減少因?yàn)槿藶橐蛩禺a(chǎn)生的失誤。 （3） 機(jī)電液一體化。綜合利用各相關(guān)技術(shù)優(yōu)勢(shì)，揚(yáng)長(zhǎng)避短，增進(jìn)整個(gè)液壓系統(tǒng)的完善程度，取得系統(tǒng)優(yōu)化的效果，有著顯著的社會(huì)效益和技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。 （4） 液壓元件的標(biāo)準(zhǔn)化，集成化。標(biāo)準(zhǔn)化的液壓元件為設(shè)備的維修帶來方便， 而集成化有效地阻止了泄露和污染。 （5） 安全性。運(yùn)用先進(jìn)的安全防護(hù)裝置，保證操作者和檢修人員的人身安全。 二、論文（設(shè)計(jì)）研究的內(nèi)容 1. 重點(diǎn)解決的問題 打包機(jī)的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，機(jī)座部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料選擇，擠壓部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料選擇，液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)、元件選擇。 2. 擬開展研究的幾個(gè)主要方面（論文寫作大綱或設(shè)計(jì)思路） （1） 打包機(jī)的總體方案設(shè)計(jì)：確定必要的設(shè)計(jì)依據(jù) 對(duì)加工工件的工藝分析 打包機(jī)的整體布局 機(jī)械原理分析 （2） 打包機(jī)主要參數(shù)的確認(rèn)：打包機(jī)的尺寸參數(shù) 運(yùn)動(dòng)參數(shù)等 （3） 打包機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：整體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 機(jī)座部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) （4） 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)：明確液壓系統(tǒng)的使用要求 進(jìn)行負(fù)載特性分析 確定回路方式 選擇液壓元件 進(jìn)行安全校核等 （5） 打包機(jī)設(shè)計(jì)一系列圖樣的繪制 3. 本論文（設(shè)計(jì)）預(yù)期取得的成果 通過學(xué)習(xí)及查閱相關(guān)資料了解液壓金屬打包機(jī)的基本工作原理，掌握對(duì)液壓金屬打包機(jī)各組成部件的結(jié)構(gòu)尺寸的計(jì)算、強(qiáng)度校核、驗(yàn)算過程等，了解液壓金屬打包機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)和相關(guān)技術(shù)。通過自主設(shè)計(jì)選擇最合理的方案設(shè)計(jì)能夠得到以下結(jié)果： （1） 液壓金屬打包機(jī)的工作原理及總體方案設(shè)計(jì) （2） 設(shè)計(jì)說明書 （3） 主要部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（相關(guān)裝配圖、零件圖） （4） 液壓金屬打包機(jī)系統(tǒng)相關(guān)的一篇外文翻譯（不少于 2000 字） 三、論文（設(shè)計(jì)）工作安排 1. 擬采用的主要研究方法（技術(shù)路線或設(shè)計(jì)參數(shù)）； （1） 參閱相關(guān)產(chǎn)品的技術(shù)資料，如液壓金屬打包機(jī)設(shè)計(jì)方案等，擬確定各結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，從而能安全實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)液壓金屬打包機(jī)的功能。 （2） 要從各種方案中選擇合適的方案，分析出各方案的優(yōu)缺點(diǎn)，綜合優(yōu)化各種方案設(shè)計(jì)，從而確定本次設(shè)計(jì)的最后設(shè)定方案。 （3） 從經(jīng)濟(jì)性、適用性、節(jié)能性出發(fā)，設(shè)計(jì)各個(gè)部分。 （4） 要完成動(dòng)力驅(qū)動(dòng)部分的設(shè)計(jì)與校核，主缸系統(tǒng)，鎖緊機(jī)構(gòu)等零部件的設(shè)計(jì)與校核。 （5） 完成總裝配圖、零件圖，部件圖設(shè)計(jì)和說明書的撰寫。 2. 論文（設(shè)計(jì)）進(jìn)度計(jì)劃 （1） 第一周~第四周，查找、收集相關(guān)文獻(xiàn)資料，研讀文獻(xiàn)并完成文獻(xiàn)綜述， 撰寫開題報(bào)告； （2） 第五周~第七周，完成外文翻譯工作和整體方案設(shè)計(jì)選擇，根據(jù)選擇的方案進(jìn)行打包機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)； （3） 第七周~第九周，完成打包機(jī)上蓋、水平擠壓部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料選擇、參數(shù)計(jì)算和校核； （4） 第九周~第十二周，液壓動(dòng)力系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)與液壓動(dòng)力系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)計(jì)算、校核，液壓系統(tǒng)圖的繪制及液壓元件的選擇； （5） 第十三周~第十六周，完成零件圖、裝配圖的繪制，撰寫說明書，打印材料，準(zhǔn)備答辯。 四、需要閱讀的參考文獻(xiàn) [1] 洪震，賀元成. 全自動(dòng)液壓打包機(jī)改進(jìn)設(shè)計(jì)[J]. 機(jī)械，2015 年 09 期 [2] 王青云. 金屬打包機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 橡塑技術(shù)與裝備，2015 年 16 期 [3] 楊賀明. 日產(chǎn) 120t 液壓打包機(jī)的設(shè)計(jì)校核[J]. 國(guó)際紡織導(dǎo)報(bào)，2013 年 04 期 [4] 賀正權(quán)，華延功. 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二、根據(jù)驅(qū)動(dòng)方式的不同，目前國(guó)內(nèi)擁有并使用的金屬打包機(jī)大致分為絲桿傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)和液壓傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)兩大類。絲桿傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)的金屬打包機(jī)，主要由電動(dòng)機(jī)、減速器、絲桿及螺母進(jìn)行傳動(dòng)，人工取包或是機(jī)械頂住包塊。這類金屬打包器械，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于制造。但是其缺點(diǎn)也很明顯，絲桿傳動(dòng)的功率損耗大，磨損大，體積大， 所以在金屬打包機(jī)發(fā)展過程逐漸被液壓傳動(dòng)式所替代。而液壓驅(qū)動(dòng)金屬打包機(jī)，采用液壓系統(tǒng)作為打包機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，相對(duì)絲桿傳動(dòng)式金屬打包機(jī)來說，占地面積稍小， 結(jié)構(gòu)與之相比更為緊湊，更容易獲得大的壓力。兩種打包機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式雖然不同，但是其主機(jī)的結(jié)構(gòu)基本都相同。打包機(jī)的具體運(yùn)動(dòng)基本都為：（1）合蓋—封閉料箱， 形成壓縮室。即預(yù)壓過程（2）第一極壓頭加壓—X 向加壓（3）第二級(jí)加壓—Y 向加壓。即最終加壓，形成密度較高的束塊。（4）開側(cè)門，推出束塊，（5）回位—主、側(cè)壓頭退回，側(cè)門關(guān)閉，機(jī)蓋啟開。等待下一工作循環(huán)加料。 三、液壓驅(qū)動(dòng)式金屬打包機(jī)的核心部分便是液壓系統(tǒng)，液壓系統(tǒng)的性能直接影響到打包機(jī)的工作性能。打包機(jī)的液壓系統(tǒng)主要由動(dòng)力裝置：液壓泵；執(zhí)行裝置：液壓缸；控制調(diào)節(jié)裝置：手動(dòng)方向閥、壓力控制閥；輔助裝置：油箱、油管、接頭、密封件、壓力表等組成。液壓金屬打包機(jī)對(duì)液壓系統(tǒng)的要求為： （1） 合理的動(dòng)力裝置。液壓泵和電機(jī)的選擇直接關(guān)系到動(dòng)力源的利用率，因此，選擇液壓泵和電機(jī)時(shí)應(yīng)選擇最合理最節(jié)能的。液壓泵的基本參數(shù)為：壓力、轉(zhuǎn)速、流量、效率，一般應(yīng)該根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際工況來選取。選擇液壓泵的另外因素就是泵的流量或者是排量，液壓泵的流量與實(shí)際工作狀況有關(guān)，選擇的液壓泵流量需大于液壓系統(tǒng)工作時(shí)候的最大流量。最后結(jié)合液壓泵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和性能來確定型號(hào)，一般需要達(dá)到液壓泵變量機(jī)構(gòu)慣性小、工作壓力高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、成本較低等特 點(diǎn)。需要注意的是，為了使液壓泵工作安全可靠，應(yīng)使液壓泵的額定壓力大于工作壓力，通常高 0.25~0.60，而液壓泵的額定流量與實(shí)際流量相當(dāng)，不需要超過太多。 （2） 執(zhí)行裝置的可靠性。執(zhí)行裝置—液壓缸的選擇，首先需要根據(jù)設(shè)計(jì)的實(shí)際要求，計(jì)算參數(shù)，經(jīng)過強(qiáng)度校核后，確定其是否符合實(shí)際生產(chǎn)要求，才能夠確定液壓缸的型號(hào)。通常，液壓金屬打包機(jī)需要用到 3 個(gè)或以上的液壓缸，主要用途為：（a） 機(jī)蓋啟開或預(yù)壓（b）主壓力缸（c）側(cè)壓力缸等 （3） 方便的控制裝置。液壓控制元件選擇。考慮打包機(jī)的運(yùn)動(dòng)工作循環(huán)，在壓縮過程中，應(yīng)保持穩(wěn)定狀態(tài)，不允許受到各種干擾，同時(shí)要求各個(gè)液壓缸只能單獨(dú)動(dòng)作，不能同時(shí)動(dòng)作，主缸、側(cè)缸、蓋缸都能在任意位置停止運(yùn)動(dòng)，基于此來選擇液壓油路。而選擇的各種控制閥應(yīng)保證液壓系統(tǒng)的安全可靠性，同時(shí)考慮各個(gè)液壓缸的互鎖機(jī)制，結(jié)合控制閥的中位機(jī)能，達(dá)到減少系統(tǒng)的功率損失，便于卸荷的效果。 （4） 輔助元件選擇。由于液壓系統(tǒng)工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生一系列因素，如油液可壓縮性以及油液升溫等，此類因素在系統(tǒng)靜止時(shí)不會(huì)對(duì)系統(tǒng)系能產(chǎn)生影響，但是在工作時(shí)這一系列因素會(huì)導(dǎo)致液壓系統(tǒng)性能無法達(dá)到設(shè)計(jì)的要求，所以需要選擇一系列輔助元件，如在液壓系統(tǒng)的回油路裝冷卻器，調(diào)節(jié)油溫：在主壓缸的加載缸進(jìn)油口裝壓力表和安全閥等，讓液壓金屬打包機(jī)滿足工作循環(huán)中各種壓力、流量變化的要求。 四、打包機(jī)的控制系統(tǒng)，市面上常見的金屬打包機(jī)控制系統(tǒng)大致也分為兩種，通過繼電器控制，和采用 PLC 作為控制軟件控制系統(tǒng)。（1）傳統(tǒng)的繼電器控制方式， 雖然控制形式簡(jiǎn)單，但是有的控制全都是采用電氣元件來完成，接線較為麻煩，在系統(tǒng)發(fā)生問題時(shí)，查找起來非常困難，并且通過人工操縱桿實(shí)現(xiàn)打包機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制，不能達(dá)到控制精確，甚至可能導(dǎo)致操作失誤而帶來不必要的損失。所以這種控制方式終將被淘汰（2）新式打包機(jī)通過運(yùn)用 PCL 控制系統(tǒng)，作為新一代可編程控制器的 PLC， 在生產(chǎn)過程中的自動(dòng)控制和順序邏輯控制可根據(jù)要求和加工流程來實(shí)現(xiàn)，通過計(jì)算機(jī)收集數(shù)據(jù)信息，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與處理，再進(jìn)行系統(tǒng)的總體控制，控制相對(duì)精確， 所以在控制現(xiàn)場(chǎng)中 PLC 不僅被廣泛應(yīng)用，同時(shí)也取得了很好的控制效果。并且采用PLC 控制，在檢查系統(tǒng)問題時(shí)也相對(duì)簡(jiǎn)單。 五、液壓系統(tǒng)的故障檢測(cè)。隨著液壓技術(shù)與微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、傳感技術(shù)等新技術(shù)的緊密結(jié)合，使得液壓系統(tǒng)向著復(fù)雜化、精密化和自動(dòng)化的方向快速發(fā)展，而且用途越來越多，涉及的領(lǐng)域也越來越廣。在機(jī)、電、液一體化的耦合系統(tǒng)中， 液壓系統(tǒng)發(fā)生的故障具有隨機(jī)性、隱蔽性和復(fù)雜性等特點(diǎn)，所以開展針對(duì)液壓系統(tǒng)的故障診斷的研究顯得尤為重要。依據(jù)液壓系統(tǒng)的故障診斷技術(shù)特點(diǎn)，可分為以下三個(gè) 發(fā)展階段： （1） 原始診斷階段。該階段由于機(jī)器裝備比較簡(jiǎn)單，故障診斷主要依靠專家或維修人員通過感官、經(jīng)驗(yàn)和簡(jiǎn)單儀表，對(duì)故障進(jìn)行診斷并排除。通常采用的方法有感官診斷法、邏輯分析法、圖論法和儀器檢測(cè)法。每種方式方法的應(yīng)用時(shí)機(jī)，需要視具體的應(yīng)用場(chǎng)合與故障發(fā)生狀況而定。該發(fā)展階段的故障診斷方法，其優(yōu)點(diǎn)是建模簡(jiǎn)單， 分析過程和結(jié)果易于理解。但它過于依賴檢修人員的判斷能力和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，只能對(duì)故障進(jìn)行簡(jiǎn)單的定性分析，做不到定量分析。另外，當(dāng)系統(tǒng)復(fù)雜時(shí)，使用此類診斷方法將會(huì)變得非常困難，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且診斷正確率不高，滿足不了現(xiàn)代液壓系統(tǒng)的要求。 （2） 基于傳感器與計(jì)算機(jī)技術(shù)診斷階段。這個(gè)階段由于傳感器技術(shù)和動(dòng)態(tài)測(cè)試技術(shù)的發(fā)展，使得對(duì)液壓系統(tǒng)個(gè)中診斷新號(hào)（壓力、流量、振動(dòng)等）的測(cè)量變得容易和快捷，微機(jī)和信號(hào)處理技術(shù)的快速發(fā)展，使數(shù)據(jù)處理的效率大大提高，從而出現(xiàn)了各種狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷方法。主要是時(shí)域分析法、頻域分析法、時(shí)頻分析法、狀態(tài)空間分析法、動(dòng)態(tài)過程分析法、參數(shù)估計(jì)法等。該階段的診斷方法，需要建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型或者提取系統(tǒng)的特征參數(shù)，而液壓系統(tǒng)是一個(gè)非線性時(shí)變系統(tǒng)，具有強(qiáng)耦合、滯后、參數(shù)時(shí)變等非線性特征，導(dǎo)致液壓系統(tǒng)故障特征參數(shù)提取困難，數(shù)學(xué)模型極其復(fù)雜甚至數(shù)學(xué)模型無法建立的情況，很難得到較準(zhǔn)確的在線狀態(tài)估計(jì)或參數(shù)估計(jì)。 （3） 智能化診斷階段。這一階段的特點(diǎn)是將人工智能的研究成果（專家經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)、模糊邏輯和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等）應(yīng)用到液壓系統(tǒng)故障診斷領(lǐng)域中，它以常規(guī)信號(hào)處理和診斷技術(shù)為基礎(chǔ)，以人工智能技術(shù)為核心，構(gòu)建智能化故障診斷模型和系統(tǒng)。此時(shí)，故障診斷過程由以知識(shí)處理為核心取代了以數(shù)據(jù)處理為核心。目前，基于人工智能的液壓系統(tǒng)故障診斷法主要有基于模糊邏輯的診斷法、基于專家系統(tǒng)的診斷法和基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的診斷法以及它們之間的融合等。①基于專家系統(tǒng)的診斷法，是根據(jù)人們?cè)陂L(zhǎng)期的實(shí)踐中積累起來的大量故障診斷經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)設(shè)計(jì)出的一套計(jì)算機(jī)程序，其診斷結(jié)果直觀、形象，易于理解，并且克服了模型診斷法對(duì)模型的依賴性。但是，專家系統(tǒng)存在知識(shí)獲取比較困難；當(dāng)規(guī)則較多時(shí)，推理中存在匹配沖突、組合爆炸等問題，導(dǎo)致推理速度變慢、效率低下。②基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的診斷法，是利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有高度的自適應(yīng)性、較強(qiáng)的自學(xué)習(xí)能力和容錯(cuò)性以及分布式并行信息處理功能等，較好地解決了專家系統(tǒng)中出現(xiàn)的無窮遞歸、組合爆炸及匹配沖突等問題，并使計(jì)算速度大大提高。但是，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障診斷存在學(xué)習(xí)算法收斂速度慢，訓(xùn)練樣本獲取困難，不能解釋推理過程和推理結(jié)果等問題。 結(jié)合目前的人工智能、只能計(jì)算、信息處理等計(jì)算機(jī)等相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展，將 相關(guān)學(xué)科和領(lǐng)域的新技術(shù)、新理論不斷引入并與現(xiàn)有的故障診斷技術(shù)相融合，必將促進(jìn)液壓系統(tǒng)故障診斷技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。