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1、基于信息素的制造系统动态协调分析内容简介：当今制造业面临着非常严峻的挑战，其原因在于市场竞争越来越多地表现为动态化、全球化和用户驱动的特点。所以，制造系统所而临的内外环境越来越充满了随机性与不确定性，例如:紧急加工工件的到来，生产设备的故障与修复，不可预知工件 论文格式论文范文毕业论文当今制造业面临着非常严峻的挑战，其原因在于市场竞争越来越多地表现为动态化、全球化和用户驱动的特点。所以，制造系统所而临的内外环境越来越充满了随机性与不确定性，例如:紧急加工工件的到来，生产设备的故障与修复，不可预知工件数量的增加变化、交货期时间的变更等。如此诸多的随机性和不确定因素，对制造系统的协调机制提出了更高
2、的要求，以动态地响应诸多的变化，从而在满足生产环境约束的前提下，使得生产加工工艺与加工设备得到合理的匹配，使得制造系统全局的运行效果达到较优或者近优。 蜜蜂、蚂蚁等低等动物尽管具备极低的智能，但是却能通过彼此之间的交互产生全局行为来提高对环境的自适应性。蚂蚁的探路觅食方法就是一个典型的群居动物行为实例。在观察蚂蚁从巢穴到食物源的寻找路径的过程中发现，蚂蚁尽管不能从外部环境中得到任何关于路径的全局信息，但是总能找到巢穴与食物源之间的最短路径。经研究发现，蚂蚁的这种群体协作功能是通过一种遗留在其往返路径上的叫做信息素的一种挥发性化学物质来进行协调和通信的。通过这种信息素物质，使得蚂蚁群体表现出极其
3、强大的优化能力。蚁群算法原理就是根据蚂蚁群体觅食的思想而设计出来的一种群体智能优化算法，该算法在作业车间调度问题.任务分配问题.机器人合作问题等领域得到了广泛的研究与应用。笔者受蚂蚁觅食行为模型与零件的生产加工工艺选择的相似性的启发，提出了基于信息素的任务分配协调机制，以信息素为介质，给出了制造系统生产加工工艺选择的静态和动态协调算法。 1基于信息素的协调机制 基于信息素的协调机制源于蚂蚁的觅食活动，尽管单个蚂蚁的行为比较简单，但整个蚂蚁群体表现为高度机构化的社会组织，在许多情况下能够完成远远超过单个蚂蚁能力的复杂的任务。这种能力来源于蚂蚁群体中的依靠信息素作为通信物质的个体协作行为。蚂蚁在觅
4、食过程中能过通过相互协作找到食物源与巢穴之间的最短路径。 蚂蚁群体不但能够协调完成复杂的任务，而且还能够自适应外部环境的变化，无论路径长短，各只蚂蚁一开始的分布是均匀的，蚂蚁总是先按照相同的概率选择可行路径。蚂蚁在途经的过程中，能够在其经过的路径上留下信息素，而且能够感知这种化学物质的存在及其强弱，并以此指导自己的行为，蚂蚁更倾向于向信息素量大的路径上移动。相等时间内较短路径上的信息素的遗留量就比较多，则选择较短路径上的蚂蚁也随之增多。不难发现，由于大量蚂蚁组成的蚁群集体行为表现出了一种信息正反馈现象，即某一路径上走过的蚂蚁越多，则随后的蚂蚁选择该路径的概率就越大，蚂蚁个体之间就是通过这种信息
5、交流机制来进行觅食，并最终沿着最短路径进行，通过对蚂蚁觅食行为的深入研究表明。 2基于信息素的制造系统动态协调 1 基于信息素的静态协调分配算法 对某一任务的加工可以有多条加工工艺路线完成，而由于设备性能的不同导致任何一条生产加工工艺路线所需要的总生产成本也是有所不同的，所以，可以理解每条加工工艺路线就分别拥有不同量值的信息素，与这些加工工艺路线对每一种加工任务的吸引强度分别相对应。如果在某条工艺路线上不具备加工某类生产任务的话，则设置该条工艺路线上的信息素值为0，以防比该条工艺路线再吸引此类加工任务而使完工时间等性能指标受到一定程度的影响。 然而，由于只能有某一条或某几条加工工艺路线可以完成
6、即有的任务的加工。所以，为了模仿蚂蚁觅食的探路过程，并与加工过程中的真实情况相吻合，首先设置所有能够加工某类生产任务的工艺路线上的信息. 当某条加工工艺路线中所拥有的某设备的可利用时间小于该设备能够加工的某种工件的对应某一加工工序所需工时的时候，自动置该条加工工艺路线的信息素为零。另外，当某个设备的可利用时间为零时，该资源涉及到的所有加工工艺路线的信息素为零。 然而，在实际生产中存在大量随机事件，如新任务插入、订单的取消、交货期变动、机器故障等。为此，针对这些随机事件需要动态的协调来合理的进行任务的分配。由于篇幅问题，主要从新任务加入这种情况来具体研究基于信息素的动态协调算法。有关设备故障、交
7、货期变更等动态协调问题将在后续的工作中展开研究。 2新任务到达时的动态协调 新任务所涉及的范围较大，可以指种类不同的加工工件的集合，这里为了简单描述基于信息素的任务分配的动态协调过程，假设新任务中仅包含一种类型工件的加工任务。这里只有新任务的加工工艺特征信息。 具体动态协调算法步骤如下。 1)首先为新任务每道加工工序选择具有匹配工艺能力的机床。因为在一个制造单元或者车间内部具有某种加工工艺能力的机床往往不比一台，也就是在机床设备之间具有可选择性或者可替代性，所以新任务的每一道加工工序通常可对应多个机床可供选择。 2)将之前生产任务选择工艺路线时在每台可替代机床上遗留的信息素量各自相加，可由式计
8、算所得。 由式所计算出的信息素值大小的差异正体现各个加工机床在加工某种加工工艺特征时所表现出来的能力的强弱。在此条件下运行基于信息素的工艺路径选择算法，将新任务中每个工件的第 7道加工工序特征分配给步骤1)中所涉及到的机床，选中每个设备的概率可由式计算所得。 3)更新机床所拥有的信息素的值。 4)为新任务中所有工件的第道加工工序特征选择机床，直至新任务的所有加工工艺特征都选择所对应能力的机床为止。 5)对新任务的每道加工工艺特征在各可用机床上的加工数量进行统计，将承担工件任务较多的机床自组织成一个主虚拟制造单元，将承担工件任务数量较少的机床自组织成多个或一个副虚拟制造单元。 6)主、副虚拟制造
9、单元在完成新任务加工后自动解散并恢复到之前所属的单元状态。 3结语 受蚂蚁群体觅食行为研究成果的启发，提出了基于信息素的制造系统静态和动态协调算法。在该算法中，利用信息素量的大小来反映机床对加工任务的吸引力，通过奖惩机制，使其表征加工路线的优劣。实例结果表明，通过该算法既实现了加工成本的相对较优化，又实现了制造系统中各设备的均衡利用，并对制造系统内外部环境变化具有良好的自适应性，为解决实际生产任务分配问题提供了一种实际可行的新思路。内容简介：1 内燃机振动信号性质 采用什么样的信号分析法是由内燃机的性质所决定的，任何的分析方法都是在一定条件范围内使用的，因此止确辨别振动信号所体现出来的性质对信
10、号分析方法的选择有着重要的意义 1.1 激励具有非平稳性 内燃机在发动的 论文格式论文范文毕业论文1 内燃机振动信号性质 采用什么样的信号分析法是由内燃机的性质所决定的，任何的分析方法都是在一定条件范围内使用的，因此止确辨别振动信号所体现出来的性质对信号分析方法的选择有着重要的意义 1.1 激励具有非平稳性 内燃机在发动的时候会因为两个方向的力而造成振动，这就是所谓的振动激励源。这两个力分别是跟气缸纵向中心线垂直的活塞侧推产生的力，这两个力其一是由活塞与气缸壁而相互作用产生的;其是因沿气缸纵向中心方向的燃气爆发压力以及连杆作用于活塞产生的推力形成的。在平稳随机的过程中，功率谱密度函数的而积等于
11、均方值，非平稳随机过程的功率谱密度频率成分的分布比例跟时间的长短没有关系，功率谱强度其实就是展开功率，它会随着时间的变化而变化，并且随着各运动部件而改变，产生非恒定的数值。如果假设各项参数都是在恒定条件下，只是对内燃机的整体动力输出状态进行大概估算，这时候所得到的参数是属于合理范围内的，而对于结构和分布比较复杂，需要做精确计量的振动监测和诊断，则要考虑到非平稳性 1.2 响应具有非平稳性 内燃机的部件结构是相当复杂的，工作振动时会引起很多的激励源，如果要对所有的激励和响应之间的关系进行考量，则有一定的难度，因为响应具有非平稳性。内燃机振动信号是属非线性结构状态，在输入非平稳随机激励时，其响应会
12、更加的复杂;如果系统是线性非变化系统，就可以根据平稳输入平稳输出、非平稳输入非平稳输出，把系统模型变的简单化但在实际应用中，很多激励源跟各要素的关系非常复杂，各机构假设都是随机的，振动的系统是非线性不变系统。比如，内燃机的活塞在做顶部激励时，从气缸箱体上进行测量，其所测出的响应谱结构图和分布的变化非常大，通过测试统计分布频带，可以看到其表现出非平稳性 2振动信号分析方法 在对振动信号进行传输和处理的过程中，需要对信号做各种运算和变换，其信号变换主要包括时移、反转、尺度变换、分解与合成，其数字信号处理模块的功能提供多种信号分析和处理的方法 1 振动信号滤波 内燃机是一种内部结构复杂的机械，产生振
13、动有多个源头，在不同情形下对应不同的振动频率，至于什么样的频率是不确定的。所以，在提取振动信号的特征之前需要对信号采用滤波方法进行预处理，然后再深入分析滤波可以使信号中特定的频率成分通过，并给予抑制和衰减其他成分。在实践工作中，测试系统采用的是无限冲激响应滤波器，其输出是由当前及过去的输入信号和过去输出值决定的，可以很好保留幅值频率特性，其他的一些滤波器也可以通过设置控制数字滤波器参数的阶数、频率、阻带和带通、脉动量及阻带衰减 2信号的时域分析 从 DAQ系统中测量到的采样信号是属于信号的时域表示，采样信号的幅值会随着时间的改变而发生变化，通过 DAQ系统图可以直观的看到最大值、最小值、峰值、
14、均值等。在振动测试的过程中，要通过分析找出某段时间内异常频率值在信号的时域分析中，通过运用通测法可以采集信号中极限峰值频率和幅值，而对振幅平均测量法的应用可以来完成对输入信号最大值、最小值和峰值的检测，最后应用Waveform Graph可以实现时域波形的显示 3 信号的频域分析 振动信号测试技术中的频谱分析指的是把时间域的各种动态信号通过傅里叶变换到频率域进行分析，在LABV1p;W中，有很多相应的决速V1来进行谱分析处理，最终实现频谱分析、功率谱分析、数据存储及历史数据装载。通过对频域分析可以得到频域各种参数特征和频域组成信息，而从实验区收集的信号是属于非周期非线性信号。当试验机处于正常运
15、行状态的时候，频率波中会有一个主频率值，如果内燃机有出现故障的话，就会造成频率波的不稳定，而产生具有十扰作用的频率。在频域分析中，可以采用快速傅里叶变换FFT 获取到信号的幅频特性和相频特性，对信号的频率和幅值等的特征参数进行测量 3内燃机振动的控制措施 3.1被动控制 3.1.1控制内燃机的振动问题，首先是设计合理的方案来降低内燃机本身的振动或是避免有害振动的产生，其次是采取措施降低内燃机振动对周边环境的影响。对于前者主要是通过建立仿真模态来分析内燃机振动情形下哪些会有共振的现象发生，然后通过调整内燃机、悬置系统结构参数达到有效设置振动模型的目的。而后者主要采用的是控制振动产生和振动能量传递
16、过程的方法，控制振源、传输途径和受保护对象，主要手段有减振技术和隔振技术 3.1.2 隔振技术。隔振技术的方法主要是在振源和被保护源之间安装一些具有弹性和阻尼作用的隔振装置，将刚性连接变成柔性连接，这样就可以削弱能量的传递，从而减少震动对周围环境和自身产生的影响。另外还有一种叫消极隔振，它的作用主要在于降低基础震动对防振设备的影响，通过利用减振器跟基础振隔开，以减低基础振传递给防振设备的能量 3.1.3 单独隔振和整体隔振。根据内燃机型号的不同，可以采用整体隔振和单独隔振两种方式。整体隔振是指将内燃机以及其从动机械如电机、传动机齿轮箱等整套机组作为一个整体放到隔振器上，一般是一个底座底座的刚度一般都很大，对降低机组的重心和刚度有很大的作用，从而加大质量，减少机组本身的振动。同时，还可以对整个隔振系统的固有频率起到降低的作用，提高隔振的效率单独隔振就是指把内燃机和从动机械分别进行隔振但是考虑到隔振形式的底座比较弱，内燃机振动和附加的应力都比较大，所以有时候需要通过采用附加底座的方式增加其刚性 3.1.4减振技术。
