機電一體化的應用現狀和發(fā)展
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機電一體化的應用現狀和發(fā)展【1】
【摘要】文章介紹了機電一體化技術(shù)的基本情況和發(fā)展背景，以及國內機電一體化技術(shù)的應用現狀，并分析了機電一體化技術(shù)的未來(lái)的發(fā)展趨勢。
【關(guān)鍵詞】機電一體化;發(fā)展過(guò)程;應用;發(fā)展趨勢
1 機電一體化的發(fā)展過(guò)程
目前，人們普遍將機電一體化的發(fā)展概括為三個(gè)階段：一是二十世紀六十年代之前;在這之前人們開(kāi)始將電子技術(shù)應用到機械產(chǎn)品上，尤其是隨著(zhù)二戰的爆發(fā)，加快了電子技術(shù)和機械產(chǎn)品的結合速度。
隨后這些技術(shù)逐漸在人們的生活中得到應用，也極大的促進(jìn)了經(jīng)濟的發(fā)展。
但是，由于電子技術(shù)并不成熟，在很大程度上限制了機電結合技術(shù)的應用和發(fā)展。
二是二十世紀七十年代至八十年代之間;在該時(shí)期內是機電一體化技術(shù)發(fā)展的一個(gè)鼎盛時(shí)期，尤其是伴隨著(zhù)計算機技術(shù)、通信技術(shù)等技術(shù)的快速發(fā)展以及應用，以及集成電路的規�；�、微型計算機的發(fā)展，這些技術(shù)的產(chǎn)生都為機電一體化技術(shù)的發(fā)展打下了堅實(shí)的基礎。
而且，機電一體化也受到了很多國家的關(guān)注，發(fā)展十分迅速。
三是九十年代后期;隨著(zhù)計算機技術(shù)等相關(guān)技術(shù)的成熟和在機電控制中的應用，機電一體化技術(shù)已經(jīng)開(kāi)始向著(zhù)智能化的方向發(fā)展。
在這一時(shí)期，伴隨著(zhù)機電一體化技術(shù)體系的不斷研究和完善，在很多領(lǐng)域都已經(jīng)實(shí)現了機電一體化，而且光機電一體化技術(shù)的出現和應用也豐富了機電一體化系統。
我國研究機電一體化技術(shù)的時(shí)間相對較晚，是從二十世紀八十年代開(kāi)始的，在經(jīng)過(guò)了幾代人的共同努力，取得了較為滿(mǎn)意的成果，而且在促進(jìn)我國經(jīng)濟發(fā)展方面也做出了巨大貢獻。
但是，我國現階段機電一體化技術(shù)發(fā)展仍然存在以下幾點(diǎn)問(wèn)題：首先，機電一體化的基礎理論研究方面，科研力量不足，自主研發(fā)能力較差。
尤其是在一些重要的機電技術(shù)領(lǐng)域的研發(fā)，和發(fā)達國家相比存在很大的差距。
其次，沒(méi)有充分體現出一些科技含高的技術(shù)產(chǎn)品，對我國經(jīng)濟發(fā)展的推動(dòng)作用并不明顯。
最后，機電一體化產(chǎn)品的質(zhì)量和設計水平還需要不斷的提高。
針對這三點(diǎn)問(wèn)題，需要在今后的工作上有針對性的進(jìn)行改進(jìn)，促進(jìn)機電一體化技術(shù)的健康穩步發(fā)展。
2 國內機電一體化技術(shù)應用現狀
當前我國正處于市場(chǎng)經(jīng)濟的發(fā)展階段，盡管較之以往我們的機電產(chǎn)品出口取得了顯著(zhù)的成績(jì)，但是仍然不能忽視存在的問(wèn)題。
正確對待機遇和挑戰，思考并解決當前存在的問(wèn)題無(wú)疑會(huì )有助于提高我國機電技術(shù)產(chǎn)品的水平和性能，對于完善我們的市場(chǎng)經(jīng)濟制度也大有裨益。
從促進(jìn)產(chǎn)業(yè)結構調整，推動(dòng)完整的機電一體產(chǎn)業(yè)形成的角度看，我們的機電一體化面臨以下兩點(diǎn)任務(wù)：其一，要進(jìn)一步推動(dòng)傳統工業(yè)技術(shù)升級，實(shí)現節能高效，這就需要對傳統產(chǎn)業(yè)進(jìn)行微電子技術(shù)改造。
其二，大張旗鼓地開(kāi)發(fā)自動(dòng)化、數字化、智能化機電產(chǎn)品，促進(jìn)產(chǎn)品的更新?lián)Q代[5， 6]。
首先，在技術(shù)政策上，要對能耗高、效率低下、不符合環(huán)保標準的傳統產(chǎn)業(yè)進(jìn)行限制，加快對落后產(chǎn)品的淘汰。
同時(shí)，要鼓勵對傳統產(chǎn)業(yè)實(shí)施機電一體化技術(shù)改造。
其次，我國機電一體化產(chǎn)業(yè)覆蓋面廣，發(fā)展迅速，而我們的財力、人力和物力是有限的，產(chǎn)業(yè)的規劃和發(fā)展不可能面面俱到，所以我們應建立機電一體化行業(yè)“協(xié)會(huì )”性質(zhì)的統管合作機構，并賦予其職能，既有利于深入的行業(yè)調查，指導行業(yè)布點(diǎn)布局的調整，發(fā)展重點(diǎn)項目，又有助于制定出縱覽全局的“機電一體化”發(fā)展計劃和戰略規劃，以避免開(kāi)發(fā)上重復、生產(chǎn)上撞車(chē)。
再次，通過(guò)“協(xié)會(huì )”的有效組織和廣泛宣傳，一來(lái)可以建立行業(yè)信息發(fā)布平臺，及時(shí)分享更多的行業(yè)內部信息，二來(lái)可以增加產(chǎn)業(yè)在社會(huì )上的認知，使行業(yè)內外都重視和支持 “機電一體化”的發(fā)展，既可以吸引外商到我國投資發(fā)展“機電一體化”的眼球，又可以更加方便合理調配資源。
同時(shí)，盡管人民幣升值短期內會(huì )減緩我國機電產(chǎn)品出口，但對技術(shù)貿易來(lái)講，卻可以利用此時(shí)的時(shí)機，大量引進(jìn)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的先進(jìn)技術(shù)，反哺自身加工業(yè)，提高企業(yè)的利潤空間。
作為世界上最大的發(fā)展中國家，大力發(fā)展機電一體化技術(shù)，用微電子技術(shù)改造傳統產(chǎn)業(yè)，開(kāi)發(fā)數字化、智能化機電產(chǎn)品，既是振興我國傳統機電工業(yè)的新鮮血液和源動(dòng)力，也是一條促使機電行業(yè)產(chǎn)業(yè)、產(chǎn)品結構調整日益完善的捷徑。
2 機電一體化的核心技術(shù)
2.1 機械本體技術(shù)
機械本體必須從改善性能、減輕質(zhì)量和提高精度等幾方面考慮。
現代機械產(chǎn)品一般都是采用鋼鐵材料為主創(chuàng )造的，為了減輕質(zhì)量，除了在結構上加以改進(jìn)外，主要應考慮利用非金屬復合材料。
只有機械本體減輕了質(zhì)量，才有可能實(shí)現驅動(dòng)系統的小型化，在控制方面才能夠改善快速響應特性，減少消耗能量，提高效率。
2.2 信息處理技術(shù)
機電一體化是與微電子學(xué)的顯著(zhù)進(jìn)步、信息處理設備(特別是微型計算機)的普及應用分不開(kāi)的。
為進(jìn)一步發(fā)展機電一體化，必須提高信息處理設備的可靠性，包括模/數轉換設備的可靠性和分時(shí)處理的輸入輸出的可靠性，進(jìn)而提高處理速度，并解決抗干擾及標準化問(wèn)題。
2.3 驅動(dòng)技術(shù)
電機作為驅動(dòng)機構已被廣泛采用，但在快速響應和效率等方面還存在一些問(wèn)題。
目前，正在積極發(fā)展內部裝有編碼器的電機以及控制專(zhuān)用組件―傳感器―電機三位一體的伺服驅動(dòng)單元。
2.4 接口技術(shù)
為了與計算機進(jìn)行通信，必須使數據傳遞的格式標準化、規格化。
接口采用同一標準規格不僅給信息傳遞和維修帶來(lái)方便，而且可以簡(jiǎn)化設計。
目前，正致力于發(fā)展低成本、高速串行的接口，來(lái)解決信號電纜非接觸化、光導纖維以及光藕器的大容量化、小型化、標準化等問(wèn)題。
2.5 傳感技術(shù)
傳感器的問(wèn)題集中在提高可靠性、靈敏度和精確度方面，提高可靠性與防干擾有著(zhù)直接的關(guān)系。
為了避免電干擾，目前有采用光纖電纜傳感器的趨勢。
對外部信息傳感器來(lái)說(shuō)，目前主要發(fā)展非接觸型檢測技術(shù)。
3 機電一體化的發(fā)展趨勢
3.1 智能化
智能化是21 世紀機電一體化技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要發(fā)展方向。
人工智能在機電一體化建設者的研究日益得到重視，機器人與數控機床的智能化就是重要應用。
這里所說(shuō)的“智能化”是對機器行為的描述，是在控制理論的基礎上，吸收人工智能、運籌學(xué)、計算機科學(xué)、模糊數學(xué)、心理學(xué)、生理學(xué)和混沌動(dòng)力學(xué)等新思想、新方法，模擬人類(lèi)智能，使它具有判斷推理、邏輯思維、自主決策等能力，以求得到更高的控制目標。
誠然，使機電一體化產(chǎn)品具有與人完全相同的智能，是不可能的，也是不必要的。
但是，高性能、高速的微處理器使機電一體化產(chǎn)品賦有低級智能或人的部分智能，則是完全可能而又必要的。
3.2 數字化
微控制器及其發(fā)展奠定了機電產(chǎn)品數字化的基礎，如不斷發(fā)展的數控機床和機器人;而計算機網(wǎng)絡(luò )的迅速崛起，為數字化設計與制造鋪平了道路。
如虛擬設計、計算機集成制造等。
數字化要求機電一體化產(chǎn)品的軟件具有高可靠性、易操作性、可維護性、自診斷能力以及友好人機界面。
數字化的實(shí)現將便于遠程操作、診斷和修復。
3.3 微型化
微型化興起于20 世紀80 年代末，指的是機電一體化向微型機器和微觀(guān)領(lǐng)域發(fā)展的趨勢。
國外稱(chēng)其為微電子機械系統(MEMS)，泛指幾何尺寸不超過(guò)1cm3 的機電一體化產(chǎn)品，并向微米、納米級發(fā)展。
微機電一體化產(chǎn)品體積小 、耗能少、運動(dòng)靈活， 在生物醫療、軍事、信息等方面具有不可比擬的優(yōu)勢。
微機電一體化發(fā)展的瓶頸在于微機械技術(shù)，微機電一體化產(chǎn)品的加工采用精細加工技術(shù)，即超精密技術(shù)，它包括光刻技術(shù)和蝕刻技術(shù)兩類(lèi)。
3.4 綠色化
工業(yè)的發(fā)達給人們生活帶來(lái)了巨大變化。
一方面，物質(zhì)豐富，生活舒適;另一方面，資源減少，生態(tài)環(huán)境受到嚴重污染。
于是，人們呼吁保護環(huán)境資源， 回歸自然。
綠色產(chǎn)品概念在這種呼聲下應運而生，綠色化是時(shí)代的趨勢。
綠色產(chǎn)品在其設計、制造、使用和銷(xiāo)毀的生命過(guò)程中，符合特定的環(huán)境保護和人類(lèi)健康的要求，對生態(tài)環(huán)境無(wú)害或危害極少，資源利用率極高。
設計綠色的機電一體化產(chǎn)品， 具有遠大的發(fā)展前途。
機電一體化產(chǎn)品的綠色化主要是指，使用時(shí)不污染生態(tài)環(huán)境，報廢后能回收利用。
參考文獻：
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機電一體化技術(shù)現狀的歷程及發(fā)展趨勢【2】
關(guān)鍵詞：機電一體化技術(shù);
現代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，極大地推動(dòng)了不同學(xué)科的交叉與滲透，導致了工程領(lǐng)域的技術(shù)革命與改造。
在機械工程領(lǐng)域，由于微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的迅速發(fā)展及其向機械工業(yè)的滲透所形成的機電一體化，使機械工業(yè)的技術(shù)結構、產(chǎn)品機構、功能與構成、生產(chǎn)方式及管理體系發(fā)生了巨大變化，使工業(yè)生產(chǎn)由機械電氣化邁入了機電一體化為特征的發(fā)展階段。
一 機電一體化概要
機電一體化是指在機構得主功能、動(dòng)力功能、信息處理功能和控制功能上引進(jìn)電子技術(shù)，將機械裝置與電子化設計及軟件結合起來(lái)所構成的系統的總稱(chēng)。
機電一體化發(fā)展至今也已成為一門(mén)有著(zhù)自身體系的新型學(xué)科，隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的不但發(fā)展，還將被賦予新的內容。
但其基本特征可概括為：機電一體化是從系統的觀(guān)點(diǎn)出發(fā)，綜合運用機械技術(shù)、微電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、計算機技術(shù)、信息技術(shù)、傳感測控技術(shù)、電力電子技術(shù)、接口技術(shù)、信息變換技術(shù)以及軟件編程技術(shù)等群體技術(shù)，根據系統功能目標和優(yōu)化組織目標，合理配置與布局各功能單元，在多功能、高質(zhì)量、高可靠性、低能耗的意義上實(shí)現特定功能價(jià)值，并使整個(gè)系統最優(yōu)化的系統工程技術(shù)。
由此而產(chǎn)生的功能系統，則成為一個(gè)機電一體化系統或機電一體化產(chǎn)品。
二、機電一體化的發(fā)展歷程
1.數控機床的問(wèn)世，寫(xiě)下了機電一體化歷史的第一頁(yè);2.微電子技術(shù)為機電一體化帶來(lái)勃勃生機;3.可編程序控制器、電力電子等的發(fā)展為機電一體化提供了堅強基礎l4.激光技術(shù)、模糊技術(shù)、信息技術(shù)等新技術(shù)使機電一體化躍上新臺階。
三、機電一體化的技術(shù)現狀
機電一體化占據制造產(chǎn)業(yè)的主導地位是發(fā)展的必然，而制造產(chǎn)業(yè)是整個(gè)科學(xué)技術(shù)和國家經(jīng)濟發(fā)展的基礎工業(yè)，因而機電一體化在當前激烈的國際政治、軍事、經(jīng)濟競爭中起著(zhù)重要的作用，受到了工業(yè)國家的極大重視。
美國國家關(guān)鍵技術(shù)委員會(huì )在1991年向總統提交的報告中，列舉了22項對于美國國家經(jīng)濟繁榮和國防安全至為關(guān)鍵的技術(shù)，其中包括機器人、傳感器、控制技術(shù)和CIMS及與CIMS相關(guān)的其他工具和技術(shù)，如仿真系統、計算機輔助設計(CAD)、計算機輔助工程(CAE)、成組技術(shù)(CT)、計算機輔助工藝規程編制(CAPP)、工廠(chǎng)調度工具等。
西歐高技術(shù)發(fā)展規劃尤里卡計劃，提出了五大關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域、24個(gè)重點(diǎn)攻關(guān)項目作為歐洲高技術(shù)發(fā)展戰略目標，其中包括研制可自由行動(dòng)、決策并易于人機對話(huà)的歐洲第三代安全民用機器人，廣泛合作研究計算機輔助設計、制造、生產(chǎn)、管理的柔性系統，實(shí)現工廠(chǎng)全面自動(dòng)化等機電一體化研究方向。
日本將智能傳感器，計算機芯片制造技術(shù)，具有視頻、觸覺(jué)和人機對話(huà)能力的人工智能工業(yè)機器人，柔性制造系統等，列為高技術(shù)領(lǐng)域的重大研究課題。
同時(shí)，各國政府對這些高新技術(shù)的發(fā)展給予必要的政策優(yōu)惠和資金支持。
我國是發(fā)展中國家，對機電一體化技術(shù)研發(fā)及應用相對滯后。
1985年12月，國家科委組織完成了《我國機電一體化發(fā)展途徑與對策》的軟科學(xué)研究，探討我國機電一體化發(fā)展戰略，提出了數控機床、工業(yè)自動(dòng)化控制儀表等15個(gè)機電一體化優(yōu)先發(fā)展領(lǐng)域和6項共性關(guān)鍵技術(shù)的研究方向和課題，提出了機電一體化產(chǎn)品的產(chǎn)值比率在2000年達到15%～20%的發(fā)展目標。
經(jīng)過(guò)近二十多年的發(fā)展，我國在數控技術(shù)、汽車(chē)電子化等機電一體化技術(shù)方面有了較大的提高。
近年來(lái)，我國已研制成功了用于噴漆、焊接、搬運以及能前后行走的、能爬墻、能上下臺階、能在水下作業(yè)的多種類(lèi)型機器人。
CIMS~究方面，我國已在清華大學(xué)建成國家ClMS~ 中心(ERC)，在一些著(zhù)名大學(xué)和研究單位建立7個(gè)CIMS單元技術(shù)實(shí)驗室和8個(gè)CIMS培訓中心，在國家立項實(shí)施CIMS的企業(yè)已達7O多家。
這些都將推動(dòng)我國的機電一體化技術(shù)向更高層次縱深發(fā)展。
四.機電一體化的發(fā)展趨勢
機電一體化是集機械、電子、光學(xué)、控制、計算機、信息等多學(xué)科的交叉綜合，它的發(fā)展和進(jìn)步依賴(lài)并促進(jìn)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步。
因此，機電一體化的主要發(fā)展方向如下：
1、智能化
智能化是2l世紀機電一體化技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要發(fā)展方向。
人工智能在機電一體化建設者的研究日益得到重視，機器人與數控機床的智能化就是重要應用。
這里所說(shuō)的智能化是對機器行為的描述，是在控制理論的基礎上，吸收人工智能、運籌學(xué)、計算機科學(xué)、模糊數學(xué)、心理學(xué)、生理學(xué)和混沌動(dòng)力學(xué)等新思想、新方法，模擬人類(lèi)智能，使它具有判斷推理、邏輯思維、自主決策等能力，以求得到更高的控制目標。
誠然。
使機電一體化產(chǎn)品具有與人完全相同的智能，是不可能的，也是不必要的。
但是，高性能、高速的微處理器使機電一體化產(chǎn)品賦有低級智能或人的部分智能，則是完全可能而又必要的。
2、模塊化
模塊化是一項重要而艱巨的工程。
由于機電一體化產(chǎn)品種類(lèi)和生產(chǎn)廠(chǎng)家繁多，研制和開(kāi)發(fā)具有標準機械接口、電氣接口、動(dòng)力接口、環(huán)境接VI的機電一體化產(chǎn)品單元是一項十分復雜但又是非常重要的事。
如研制集減速、智能調速、電機于一體的動(dòng)力單元，具有視覺(jué)、圖像處理、識別和測距等功能的控制單元，以及各種能完成典型操作的機械裝置。
這樣，可利用標準單元迅速開(kāi)發(fā)出新產(chǎn)品，同時(shí)也可以擴大生產(chǎn)規模。
這需要制定各項標準，以便各部件、單元的匹配和接口。
由于利益沖突，近期很難制定國際或國內這方面的標準，但可以通過(guò)組建一些大企業(yè)逐漸形成。
顯然，從電氣產(chǎn)品的標準化、系列化帶來(lái)的好處可以肯定，無(wú)論是對生產(chǎn)標準機電一體化單元的企業(yè)還是對生產(chǎn)機電一體化產(chǎn)品的企業(yè)，規�；瘜⒔o機電一體化企業(yè)帶來(lái)美好的前程。
3、網(wǎng)絡(luò )化
20世紀90年代，計算機技術(shù)等的突出成就是網(wǎng)絡(luò )技術(shù)。
網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的興起和飛速發(fā)展給科學(xué)技術(shù)、工業(yè)生產(chǎn)、政治、軍事、教育義舉人么日常生活都帶來(lái)了巨大的變革。
各種網(wǎng)絡(luò )將全球經(jīng)濟、生產(chǎn)連成一片，企業(yè)間的競爭也將全球化。
機電一體化新產(chǎn)品一旦研制出來(lái)，只要其功能獨到，質(zhì)量可靠，很快就會(huì )暢銷(xiāo)全球。
由于網(wǎng)絡(luò )的普及，基于網(wǎng)絡(luò )的各種遠程控制和監視技術(shù)方興未艾，而遠程控制的終端設備本身就是機電一體化產(chǎn)品。
現場(chǎng)總線(xiàn)和局域網(wǎng)技術(shù)是家用電器網(wǎng)絡(luò )化已成大勢，利用家庭網(wǎng)絡(luò )(home net)將各種家用電器連接成以計算機為中心的計算機集成家電系統(computer integrated appliance system，CIAS)，使人們在家里分享各種高技術(shù)帶來(lái)的便利與快樂(lè )。
因此，機電一體化產(chǎn)品無(wú)疑朝著(zhù)網(wǎng)絡(luò )化方向發(fā)展。
4、微型化
微型化興起于20世紀8O年代末，指的是機電一體化向微型機器和微觀(guān)領(lǐng)域發(fā)展的趨勢。
國外稱(chēng)其為微電子機械系統(M甌 )，泛指幾何尺寸不超過(guò)1cm3的機電一體化產(chǎn)品，并向微米、納米級發(fā)展。
微機電一體化產(chǎn)品體積小、耗能少、運動(dòng)靈活，在生物醫療、軍事、信息等方面具有不可比擬的優(yōu)勢。
微機電一體化發(fā)展的瓶頸在于微機械技術(shù)，微機電一體化產(chǎn)品的加工采用精細加工技術(shù)，即超精密技術(shù)，它包括光刻技術(shù)和蝕刻技術(shù)兩類(lèi)。
5綠色化
工業(yè)的發(fā)達給人們生活帶來(lái)了巨大變化。
一方面，物質(zhì)豐富，生活舒適，另一方面，資源減少，生態(tài)環(huán)境受到嚴重污染。
于是，人們呼吁保護環(huán)境資源，回歸自然。
綠色產(chǎn)品概念在這種呼聲下應運而生，綠色化是時(shí)代的趨勢。
綠色產(chǎn)品在其設計、制造、使用和銷(xiāo)毀的生命過(guò)程中，符合特定的環(huán)境保護和人類(lèi)健康的要求，對生態(tài)環(huán)境無(wú)害或危害極少，資源利用率極高。
設計綠色的機電一體化產(chǎn)品，具有遠大的發(fā)展前途。
機電一體化產(chǎn)品的綠色化主要是指，使用時(shí)不污染生態(tài)環(huán)境，報廢后能回收利用。
6、系統化
系統化的表現特征之一就是系統體系結構進(jìn)一步采用開(kāi)放式和模式化的總線(xiàn)結構。
系統可以靈活組態(tài)，進(jìn)行任意剪裁和組合，同時(shí)尋求實(shí)現多子系統協(xié)調控制和綜合管理。
表現之二是通信功能的大大加強，一般除Rs232外，還有RS485、DCS人格化。
未來(lái)的機電一體化更加注重產(chǎn)品與人的關(guān)系，機電一體化的人格化有兩層含義。
一層是，機電一體化產(chǎn)品的最終使用對象是人，如何賦予機電一體化產(chǎn)品人的智能、情感、人性顯得越來(lái)越重要，特別是對家用機器人，其高層境界就是人機一體化。
另一層是模仿生物機理，研制各種機電一體花產(chǎn)品。
事實(shí)上，許多機電一體化產(chǎn)品都是受動(dòng)物的啟發(fā)研制出來(lái)的。
五，結柬語(yǔ)
綜上所述，機電一體化的出現不是孤立的，它是許多科學(xué)技術(shù)發(fā)展的結晶，是社會(huì )生產(chǎn)力發(fā)展到一定階段的必然要求。
當然，與機電一體化相關(guān)的技術(shù)還有很多，并且隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各種技術(shù)相互融合的趨勢將越來(lái)越明顯，機電一體化技術(shù)的發(fā)展前景將會(huì )越來(lái)越好。
參考文獻
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