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畢 業(yè) 論 文 ﹙設(shè) 計﹚ 開 題 報 告
題目 小型自動化倉庫總體設(shè)計
學(xué)生姓名
學(xué)號
所在院(系)
專業(yè)班級
指導(dǎo)教師
題 目
小型自動化倉庫總體設(shè)計
一、選題的目的及研究意義
1課題目的
隨著科學(xué)技術(shù)和工業(yè)生產(chǎn)的飛速發(fā)展,現(xiàn)代物流技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)出現(xiàn)了一種新型倉儲方式——自動化立體倉庫.它是以高層貨架為主體,以成套搬運(yùn)設(shè)備為基礎(chǔ),以計算機(jī)控制技術(shù)為手段的高效率物流、大容量存儲的機(jī)電一體化高科技集成系統(tǒng)。它集機(jī)械、電子、計算機(jī)、通信、網(wǎng)絡(luò)、傳感器和自動控制等多種技術(shù)于一體,以搬運(yùn)機(jī)械化、控制自動化、管理微機(jī)化、信息網(wǎng)絡(luò)化為特征,成為現(xiàn)代化物流設(shè)計中產(chǎn)品生產(chǎn)與存儲的樞紐。
自動化立體倉庫又稱自動化倉庫、現(xiàn)代智能庫、高層貨架倉庫等,是近年來國際上迅速發(fā)展起來的一種新型倉儲設(shè)施,是在不直接進(jìn)行人工干預(yù)的情況下能自動存儲和取出物料的系統(tǒng)。
自動化立體倉庫在現(xiàn)代物流系統(tǒng)中的作用是顯而易見的,將自動化倉庫技術(shù)應(yīng)用到物流領(lǐng)域中,充分利用自動化倉庫的優(yōu)勢和特點(diǎn),實(shí)現(xiàn)倉庫信息管理自動化和物品入出庫作業(yè)的自動化,為提高貨物的流通效率發(fā)揮重要的作用。國內(nèi)外各個行業(yè)采用自動化倉庫的情況己經(jīng)充分證明,使用自動化立體倉庫能夠產(chǎn)生巨大的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。在貨物流通領(lǐng)域中采用自動化倉庫技術(shù),也將獲得巨大的經(jīng)濟(jì)效益。立體倉庫智能監(jiān)控系統(tǒng)是物流中心的核心,是自動倉儲的計算機(jī)控制中心,對于自動倉儲系統(tǒng)而言,貨架、托盤、無人搬運(yùn)車,堆碼垛機(jī)、輸運(yùn)分揀裝備等屬于硬件系統(tǒng),是物流為目的達(dá)成的基礎(chǔ),而自動倉儲控制與管理系統(tǒng)就像人的大腦,是自動倉庫控制中樞神經(jīng)系統(tǒng),完成物流過程的思維目的,自動倉儲控制與管理系統(tǒng)與企業(yè)計算機(jī)管理系統(tǒng)集成,能實(shí)現(xiàn)物流系統(tǒng)與企業(yè)的商流、信息流、資金流等無縫對接,起到降低成本的作用,提高服務(wù)水平的目的。使其在整個物流過程中發(fā)揮更大的作用。
2研究的意義
一個國家的物流水平充分反映出來了這個國家的綜合實(shí)力和市場競爭力,尤其在跨世紀(jì)的未來十年中,物流科學(xué)對于經(jīng)濟(jì)發(fā)展的影響顯得格外重要,對于企業(yè)生產(chǎn)來說,物流科學(xué)可以帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益,向物流要利潤成為了企業(yè)即席生存和發(fā)展的基礎(chǔ)。物流的關(guān)鍵就是對于自動化立體倉庫及成套設(shè)備的管理。
物流是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的命脈,像人體的血液一樣,時刻支撐著人體的各種循環(huán),維持著生命。在物流學(xué)說的研究領(lǐng)域中,工業(yè)企業(yè)物流一直是被關(guān)注的焦點(diǎn),這不僅由于物流組織的好壞直接決定著企業(yè)生產(chǎn)過程是否能夠順利進(jìn)行,決定著企業(yè)產(chǎn)品的價值和使用價值是否能夠順利實(shí)現(xiàn),而且企業(yè)的物流費(fèi)用己成為生產(chǎn)成本和流通成本的重要組成部分。在這種情況下,企業(yè)將主要力量花在降低生產(chǎn)成本上是“不得要領(lǐng)”的,明智而有效的方法是改善物流。因此,以降低物流成本、減少資金占用、縮短生產(chǎn)周期為主要目標(biāo)的物流合理化(Rationalization)被稱為企業(yè)的“第三利潤源泉”、“最重要的競爭領(lǐng)域”,它被放到企業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略高度來加以研究和實(shí)施。而自動化倉庫作為物流系統(tǒng)的一個樞紐和核心,是物流系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)物流合理化的關(guān)鍵所在,在國民經(jīng)濟(jì)中有著舉足輕重的地位。通常,一種產(chǎn)品要從原材料做成成品,再把成品作為商品,送到消費(fèi)者手中,需經(jīng)過兩個基本物流環(huán)節(jié): 前者是物流生產(chǎn)過程(如:加工流水線,自動生產(chǎn)線),后者是把商品送到消費(fèi)者手中的物流流通過程?;谏鲜鰞蓚€基本物流環(huán)節(jié),目前立體倉庫系統(tǒng)主要有兩大應(yīng)用領(lǐng)域: 其一是各種自動化生產(chǎn)線中的在線立體倉庫系統(tǒng)(如CIMS中的在線立體倉庫系統(tǒng));其二是各種物資配送中心(如超市配貨中心等)。
二、綜述與本課題相關(guān)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢、研究方法及應(yīng)用領(lǐng)域等
1立體倉庫歷史的發(fā)展
高層貨架倉庫的出現(xiàn)和發(fā)展是第二次世界大戰(zhàn)以后生產(chǎn)和技術(shù)發(fā)展的結(jié)果。在生產(chǎn)發(fā)展的實(shí)際需要和科學(xué)技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)實(shí)可能情況下,五十年代初開始出現(xiàn)了自動化立體倉庫,并在實(shí)踐中顯示出了其優(yōu)越性,隨即得到迅速的推廣和發(fā)展。
自動化倉庫最早產(chǎn)生于60年代的美國,到現(xiàn)在大致經(jīng)歷了四代的發(fā)展,并逐步向第五代過渡:
1950年美國首先產(chǎn)生了手動控制的橋式堆垛起重機(jī),這種起重機(jī)的大梁上懸掛一個門架(立柱),利用門架的上下和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動來搬運(yùn)貨物,與此同時也提出了高層貨架的新概念,被認(rèn)為是自動化倉庫的雛形。
1960年左右在美國開始出現(xiàn)了沒有大梁的由人工操作的巷道式堆垛機(jī)。隨著立體倉庫的發(fā)展,巷道式堆垛機(jī)逐漸代替了橋式堆垛機(jī)。1963年美國的一個食品廠在倉庫工作中采用電子計算機(jī),成為世界上最早的全自動化倉庫,20世紀(jì)60年代產(chǎn)生的第一代機(jī)械式立體倉庫系統(tǒng)中,操作人員可通過一些電器按鈕和開關(guān)來控制一些機(jī)械設(shè)備進(jìn)行人、出庫作業(yè),實(shí)現(xiàn)了搬運(yùn)的機(jī)械化;此后,從1963年開始,在歐洲各國,由于用地緊張,開始計劃建造2530米的高層自動化倉庫。從1967年開始,相繼完成了一些計算機(jī)管理和計算機(jī)控制的全自動化倉庫。在日本,從1967年開始安裝了高度為2025米的高層堆垛機(jī),1969年出現(xiàn)了聯(lián)機(jī)全自動化倉庫。此后,日本的自動化倉庫技術(shù)和設(shè)備的臺數(shù)都有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展,在各個部門都安裝了各種各樣的堆垛機(jī)。
1970年安裝了由貨架支承式變?yōu)榈孛嬷С惺降母叨冗_(dá)40米的堆垛機(jī)。70年代美國還提出了采用50米高堆垛機(jī)的可能性[15]。到了70年代末期,隨著可編程控制器PLC、自動存取、自動導(dǎo)向小車、條形碼閱讀器等設(shè)備在立體倉庫中的應(yīng)用,第二代自動化倉庫系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了控制自動化。
到本世紀(jì)80年代末,計算機(jī)技術(shù)的異軍突起及其在自動化倉庫系統(tǒng)中的成功應(yīng)用,導(dǎo)致了第三代集成化立體倉庫系統(tǒng)的誕生,形成了由管理級、監(jiān)控級、控制級組成的三級分布式控制結(jié)構(gòu),上位管理機(jī)協(xié)調(diào)控制整個倉庫系統(tǒng)的出、人庫作業(yè)和庫存管理,并且與上位工廠計算機(jī)信息管理網(wǎng)相聯(lián)結(jié),實(shí)現(xiàn)管理微機(jī)化。
進(jìn)入90年代后,堆垛機(jī)在使用范圍和性能上有了很大的發(fā)展,還出現(xiàn)了第四代智能型立體倉庫系統(tǒng),該類倉庫系統(tǒng)不僅實(shí)現(xiàn)了對出、人庫任務(wù)和倉庫信息的全自動處理,而且還可根據(jù)生產(chǎn)計劃報表分析、制定出所需材料與勞動力,并依據(jù)物資的現(xiàn)有庫存量提出外購建議,當(dāng)某些物資庫存量不能滿足生產(chǎn)需要時,系統(tǒng)還可根據(jù)現(xiàn)有在庫物資適當(dāng)修改生產(chǎn)計劃,并上報工廠相關(guān)部門,諸如此類人工智能已逐步融入了立體倉庫系統(tǒng)中;此外,隨著電子數(shù)據(jù)交換技術(shù)的日臻完善。目前,自動化倉庫系統(tǒng)逐步向第五代“3I" (Intelligent, Integrated, Information)倉庫系統(tǒng)過渡。
美國學(xué)者J.A.White將自動化技術(shù)在倉儲領(lǐng)域(包括立體倉庫)中的發(fā)展分為五個階段人工倉儲階段、機(jī)械化倉儲階段、自動化倉儲階段、集成化倉儲階段和智能化階段。其中智能自動化倉儲在九十年代后期以及二十一世紀(jì)的若干年內(nèi),將是倉庫自動化技術(shù)的主要發(fā)展方向。
第一階段是人工倉儲技術(shù)階段,在這一階段,物資的輸送、存儲、管理和控制主要依靠人工實(shí)現(xiàn),至今國內(nèi)外生產(chǎn)和服務(wù)行業(yè)中的許多環(huán)節(jié)都是這一技術(shù)的實(shí)例,它具有直觀、便于聯(lián)系、減少了過程銜接之間問題等優(yōu)點(diǎn)。
第二階段是機(jī)械化倉儲技術(shù)階段,它包括通過各種各樣的傳送帶、工業(yè)輸送車、機(jī)械手、吊車、堆垛機(jī)和升降機(jī)來移動和搬運(yùn)物料,用貨架、托盤和移動式貨架存儲物料,通過人工操作機(jī)械存取設(shè)備,用限位開關(guān)、螺旋機(jī)械制動和機(jī)械監(jiān)視器等控制設(shè)備的運(yùn)行。這一階段經(jīng)歷的時間比較長。
第三階段是自動化倉儲技術(shù)階段,這時只是各個設(shè)備的局部自動化并各自獨(dú)立應(yīng)用。隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,工作的重點(diǎn)轉(zhuǎn)向物資的控制和管理要求實(shí)時、協(xié)調(diào)和一體化,信息自動化技術(shù)逐漸成為倉儲自動化技術(shù)的核心。
第四階段是集成自動化階段,在七十年代末和八十年代,自動化技術(shù)被越來越多地應(yīng)用到生產(chǎn)和分配領(lǐng)域,“自動化孤島”被集成,在集成化系統(tǒng)中,整個系統(tǒng)的有機(jī)協(xié)作,使總體效益和生產(chǎn)的應(yīng)變能力大大超過各部分獨(dú)立效益的總和。
第五階段是智能自動化倉儲技術(shù)階段,人工智能技術(shù)的發(fā)展推動了自動化向更高級的階段智能自動化方向發(fā)展?,F(xiàn)在,智能自動化倉儲技術(shù)還處于初級發(fā)展階段,到二十一世紀(jì)倉儲技術(shù)的智能化將具有更廣闊的前景。
2國外立體倉庫的發(fā)展現(xiàn)狀
目前,自動化立體倉庫在發(fā)達(dá)國家已相當(dāng)普遍,以自動化功能齊全的立體倉庫取代傳統(tǒng)的普通房式倉庫己成為世界倉儲建設(shè)發(fā)展的潮流。據(jù)不完全統(tǒng)計,美國擁有各種類型的自動化立體倉庫20000多座,日本擁有38000多座,德國擁有10000多座,英國有4000多座,前蘇聯(lián)有1500多座。高度達(dá)40米以上的巨型立體倉庫數(shù)量越來越多。發(fā)展至今,自動化倉庫在設(shè)計、制造、自動化控制和計算機(jī)管理方面的技術(shù)也日趨成熟[20]。
在總體設(shè)計方面,國外已有采用計算機(jī)輔助設(shè)計的(CAD)即根據(jù)約束條件來確定最佳的貨架高度、巷道數(shù)量、貨架尺寸和堆垛機(jī)數(shù)量以及出入庫運(yùn)行系統(tǒng)的參數(shù),并用計算機(jī)模擬技術(shù)來考核倉庫的功能。貨架在國外已系列化、標(biāo)準(zhǔn)化,對貨架的承載能力(包括抗震)進(jìn)行了很多實(shí)驗(yàn)研究(包括破壞性實(shí)驗(yàn)),貨架計算采用計算機(jī)程序。堆垛機(jī)產(chǎn)品已經(jīng)走入系列化,運(yùn)行噪聲低,備有各種安全保護(hù)裝置,調(diào)速性能好。一般都具有完善的貨物位置檢測和貨物尺寸檢測。國外立體倉庫普遍采用抗干擾能力強(qiáng)、工作可靠的可編程控制器來控制巷道堆垛機(jī)和出入庫系統(tǒng),并且用計算機(jī)進(jìn)行貨位管理和庫存管理,倉庫管理計算機(jī)與上級管理機(jī)聯(lián)網(wǎng)并能與控制系統(tǒng)相接,實(shí)現(xiàn)在線控制。
現(xiàn)在國外各發(fā)達(dá)國家在自動化倉庫技術(shù)中投入大量資金,在倉庫自動化過程各個環(huán)節(jié)即輸入、儲運(yùn)、輸出上采用新技術(shù)。這些新技術(shù)集中有以下幾種:
自動導(dǎo)向小車系統(tǒng)、磁性導(dǎo)軌裝置、激光掃描儀、條形碼識別、命令揀選系統(tǒng)、儲運(yùn)機(jī)器人、機(jī)械手、智能卡車。
3立體倉庫在我國的發(fā)展
在我國,立體倉庫的發(fā)展是從70年代初期開始的,是在消化吸收德國西馬克—特蘭斯普蘭股份公司專有技術(shù)的基礎(chǔ)上開發(fā)出來的。我國進(jìn)人80年代以來,一些交通運(yùn)輸部門,物資儲存部門以及現(xiàn)代大中型企業(yè)對老式倉庫進(jìn)行了技術(shù)改造,開始采用自動化立體倉庫,據(jù)不完全統(tǒng)計,目前我國擁有立體倉庫500余座,在15米以上的大型立體倉庫100多座,其中全自動化的立體倉庫有30多個。
1980年由北京機(jī)械工業(yè)自動化研究所等單位研制建成我國第一座自動化立體倉庫,并在北京汽車制造廠投產(chǎn)。從此以后,立體倉庫在我國得到了迅速的發(fā)展。1995年建成的儀征化纖工業(yè)聯(lián)合公司滌綸長絲自動化立體倉庫是日前由國內(nèi)獨(dú)立設(shè)計和制造的綜合自動化程度最高的立體倉庫高度。這些立體倉庫廣泛使用在機(jī)器制造業(yè)、電器制造業(yè)、航空港、輕工和化工企業(yè)、商儲業(yè)、軍需部門等各行各業(yè)。目前我國有能力承接立體倉庫設(shè)計任務(wù)的單位已達(dá)數(shù)十家。
近些年我國自動化倉庫技術(shù)發(fā)展很快,已實(shí)現(xiàn)了與其它信息決策系統(tǒng)的集成,并正在做智能控制和模糊控制的研究工作。盡管如此,至今在我國己建成的集成化倉儲系統(tǒng)還不多,我國的自動化立體倉庫與國外發(fā)達(dá)國家相比,無論是從數(shù)量上還是從建設(shè)水平上都有著比較大的差距。
4 未來的發(fā)展趨勢
(1).自動化程度不斷提高,近年來采用可編程控制器(PLC)和微機(jī)控制搬運(yùn)設(shè)備的倉庫和采用計算機(jī)管理與PLC聯(lián)網(wǎng)控制的全自動化倉庫在全部立體倉庫中的比重不斷增加。
(2).大型自動化倉庫系統(tǒng)己不再是發(fā)展方向。為了適應(yīng)工業(yè)發(fā)展的新形勢,出現(xiàn)了規(guī)模更小,反應(yīng)速度更快,用途更廣的自動化倉庫系統(tǒng)。
(3).在堆垛機(jī)方面,不斷推出具有新的物理外形和更高性能的設(shè)備。最新的開發(fā)包括提高電子和控制技術(shù),在使堆垛機(jī)具有更高定位精度的同時,提高搜索能力和運(yùn)行速度,以期獲得更短的操作周期和更大的生產(chǎn)能力。
(4).應(yīng)用領(lǐng)域日趨廣泛,從制造工廠、商場、機(jī)場、港口、軍需部門到地下室冷庫等各行各業(yè)均有采用。倉庫存儲貨物品種也日益多樣化,除了大多數(shù)仍是制成品外,儲存品種越來越多。
(5).提高倉庫運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性與安全性。在倉庫自動控制與信息傳輸中采用高可靠性的硬、軟件,增強(qiáng)抗干擾能力。國外自動化倉庫這方面發(fā)展的一個方向是普遍采用掃描技術(shù),使貨物的存取和發(fā)送信息做到快速、實(shí)時、可靠和準(zhǔn)確。
(6).在揀選作業(yè)自動化方面,各國正加緊研究開發(fā)可供實(shí)用的揀選自動化設(shè)備和系統(tǒng),但尚未真正達(dá)到能可靠實(shí)用階段。
(7).在一些生產(chǎn)企業(yè),立體倉庫己不僅僅簡單地作為物料的儲存的倉庫,而且與生產(chǎn)企業(yè)的工藝流程緊密結(jié)合,成為生產(chǎn)物流的一個組成部分。如柔性加工系統(tǒng)(FIMS)中的自動化倉庫就是一個典型例子。
(8).隨著計算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展,人工智能技術(shù),特別專家系統(tǒng)在自動化倉庫中的應(yīng)用日益增多。
應(yīng)用領(lǐng)域
自動化所先后參加了第二汽車制造廠立體庫、上海虹橋機(jī)場國際貨運(yùn)立體庫、天水長城開關(guān)廠FMS板材立體庫、上海寶鋼總廠備件立體庫、國家863計劃中CIMS實(shí)驗(yàn)工程立體庫、濟(jì)南第一機(jī)床廠中央立體庫、株洲南方航空動力機(jī)械有限公司物流系統(tǒng)、儀征化纖股份公司滌綸長絲立體庫、廣東震德塑料機(jī)械廠有限公司零部件自動化立體庫等四十余座自動化倉庫的建設(shè), 這些自動化倉庫都達(dá)到了當(dāng)時的國內(nèi)最高水平, 有的達(dá)到了國際先進(jìn)水平。
三、對本課題將要解決的主要問題及解決問題的思路與方法、擬采用的研究方法(技術(shù)路線)或設(shè)計(實(shí)驗(yàn))方案進(jìn)行說明,論文要寫出相應(yīng)的寫作提綱
1本論文主要的工作
在本文中,首先是對于自動化立體倉庫歷史背景、發(fā)展現(xiàn)狀的介紹,主要介紹了從立體倉庫出現(xiàn)到現(xiàn)在的發(fā)展情況,各個時期的主要特點(diǎn),還有各國在這一研究領(lǐng)域的進(jìn)展情況等等,主要是對于美國,日本以及歐洲各國的情況進(jìn)行介紹,還介紹了現(xiàn)在立體倉庫主流的結(jié)構(gòu),控制系統(tǒng),包括立體倉庫的控制系統(tǒng)的分類,立體倉庫中實(shí)體結(jié)構(gòu),信息流控制,物質(zhì)流控制,監(jiān)控系統(tǒng)的分層等,并對每一個系統(tǒng)所發(fā)揮的作用進(jìn)行了闡述。
●本次設(shè)計主要解決的問題有:
自動化立體倉庫的構(gòu)造尺寸及基本布局。
自動化立體倉庫的功能原理設(shè)計。
自動化倉庫中的堆垛機(jī)的自動控制。
計算機(jī)管理系統(tǒng)的設(shè)計。
解決的思路與方法如下:
●對自動化立體倉庫構(gòu)造尺寸及基本布局的設(shè)計。
根據(jù)自動化立體倉庫存放的貨物的特性選用合適的存儲容器,本次采用托盤式的存儲容器,然后根據(jù)相關(guān)的設(shè)計經(jīng)驗(yàn)來設(shè)計托盤。對于貨架的結(jié)構(gòu)和尺寸也采用相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)來設(shè)計,(參照現(xiàn)有的貨架來設(shè)計)再對進(jìn)行相應(yīng)的受力分析來最終定型。
根據(jù)允許存放貨物的最大尺寸和貨架的總高度來進(jìn)行相應(yīng)堆垛機(jī)的選型。
●對自動化立體倉庫的功能原理設(shè)計。
存儲和保管功能;調(diào)節(jié)供需功能;貨物運(yùn)輸能力調(diào)節(jié)功能的設(shè)計。
總之,使原來的自動化倉庫從“靜態(tài)倉庫”變成“動態(tài)倉庫”。
●綜合考慮對堆垛機(jī)的自動控制要求擬采用PLC自動控制器配合相關(guān)的檢測裝置來控制其相關(guān)動作。
通過對堆垛機(jī)動作的分析理出相應(yīng)的工藝路線,結(jié)合相關(guān)的要求統(tǒng)計輸入輸出點(diǎn)的個數(shù)再進(jìn)行PLC的選型,結(jié)合堆垛機(jī)的工作方式設(shè)計合理的控制面板,對堆垛機(jī)的行走方向和升降方向準(zhǔn)停位置的確定采用光電開關(guān)加奇偶校驗(yàn)來保證其精度,為了能使堆垛機(jī)能平穩(wěn)的運(yùn)行,對行走方向和升降方向的電機(jī)調(diào)速采用兩臺變頻器來對相應(yīng)的速度進(jìn)行控制。結(jié)合整個控制過程對堆垛機(jī)動作的相應(yīng)執(zhí)行進(jìn)行手動和自動、單周期和連續(xù)控制的PLC程序設(shè)計。
●計算機(jī)管理系統(tǒng)可采用條形碼技術(shù)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)來實(shí)現(xiàn)
四、檢索與本課題有關(guān)參考文獻(xiàn)資料的簡要說明
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五、畢業(yè)論文(設(shè)計)進(jìn)程安排
2007年3月19至4月15:查閱資料,調(diào)研,編寫開題報告
2007年4月16至4月22:系統(tǒng)和功能分析
2007年4月23至5月03:總體方案設(shè)計
2007年5月04至5月15:存儲、傳送系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計
2007年5月16至5月27:控制、管理系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計
2007年5月28至6月06:檢測、識別、控制裝置
2007年6月07至6月12:繪制圖
2007年6月13至6月20:編寫說明書
六、指導(dǎo)教師意見
1.對開題報告的評語
2.對開題報告的意見及建議
指導(dǎo)教師(簽名):
年 月 日
所在院(系)審查意見:
負(fù)責(zé)人簽字(蓋公章)
年 月 日
8
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