制造自动化课件第2章

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1、第2章机械制造自动化系统的建立,机电学院机械制造及自动化系,主讲教师：周亮,制造系统自动化技术,2.1 机械制造自动化系统建立的步骤,第2章机械制造自动化系统的建立,自动化系统建立的步骤一般是按生命周期来划分。,生命周期：是指一个产品或系统从提出建立或改造开始到系统脱离运行或被新的系统所代替的终止时间。,四个阶段：建立期、实现期、运行期、终止期,寿命：是指系统或产品从投入使用到报废不再使用的时间区间。,2.2 机械制造自动化系统建立的系统分析,2.2.1 系统分析的基本原则,（1）内部条件与外部条件相符合（2）当前与长远利益相结合（3）整体效益和局部效益相结合（4）定量分析与定性分

2、析相结合,2.2 机械制造自动化系统建立的系统分析,2.2.2 系统分析的步骤及内容,2.3 机械自动化系统建立的系统设计,系统分析（认识世界）,是否正确是否深入是否充分,系统设计（改造世界）,好坏成败,2.3 机械自动化系统建立的系统设计,2.3.1 系统设计的基本原则,（1）系统整体最优原则（2）大概率事件原则（3）反复斟酌，慎重对待需求原则（4）目标函数准确性原则（5）充分掌握信息的原则（6）继承和理解吸收的原则,2.3 机械自动化系统建立的系统设计,产品生命周期中差错的产生和清除,2.3 机械自动化系统建立的系统设计,产品开发过程中的蝴蝶效应,2.3 机械自动化系统

3、建立的系统设计,2.3.1 系统设计的基本原则,（7）最大效益的原则（8）尽量简化的原则（9）尽可能定量的原则（10）动态设计的原则（11）综合应用多学科的知识和技术的原则（12）具有法制观念原则,2.3 机械自动化系统建立的系统设计,2.3.2 系统设计的步骤及内容,2.4 机械制造自动化系统的实施,设计,联调,加工,装配,检验,试运行,包装,喷漆,安装,运输,运行,调试,2.5 机械制造自动化系统设计中的模型及其仿真,2.5.1 机械制造自动化系统模型,模型是对客观实体系统的特征要素、有关信息和变化规律的一种抽象表达。它反映了系统某些本质属性，描述了实体系统各要素之间的相互关系

4、和系统与环境之间的相互作用。模型能更深刻、更集中、更普遍地反映所研究主题的特征。,（1）模型的概念,（2）模型的分类,思维型字句型描述型,方程式型函数型概率统计型逻辑型,工程图方框图流程图,信息流程图资金流程图物料流程图,数式模型,图式模型,计算机程序模型,概念模型,抽象模型,形象模型,模拟模型实体模型,模型,差分方程状态方程代数方程,2.5.1 机械制造自动化系统模型,（3）模型的重要性,2.5.1 机械制造自动化系统模型,勾三股四弦五,数学模型：x2+y2=z2,力的合成与分解工业机器人动力学与运动学分析 ,例1 勾股定理与模型,（3）模型的重要性,2.5.1

5、机械制造自动化系统模型,法拉第：实验、归纳电磁感应定律,麦克斯韦：归纳、推演麦克斯韦方程组,电磁波的存在电磁波的速度=光速,光也是电磁波,例2 电磁波的发现与模型,（3）模型的重要性,2.5.1 机械制造自动化系统模型,例3 战略核武器的发展方向,两种不同观点：主张提高杀伤威力，制造亿吨级的氢弹主张提高导弹的命中精度杀伤力数学模型：k = y2/3c-2 k：杀伤力；y：威力；c：命中率,（3）模型的重要性,2.5.1 机械制造自动化系统模型,机械制造自动化系统：复杂、投资大、建设周期长、具有风险选择正确的设计方案避免经济损失和对生命的危害缩短研制周期提高经济效益,（4）

6、模型的建立方法,2.5.1 机械制造自动化系统模型, 机理建模法：一般特殊推理演绎法实验建模法：特殊一般逻辑归纳法综合建模法：有机结合,2.5.1 机械制造自动化系统模型,某制造自动化生产线，生产多种产品，某种产品日需求量100件，使用前每天每件占用资金1元（存储费），生产线改变生产产品需生产准备费5000元，求：多少天生产一批次，每批次生产多少件，每天的费用最低？,分析：已知：生产准备费、产品存储费、日需求量求：周期、产量目标：每天的费用最低,假设：生产准备费 C1、产品存储费 C2、日需求量 r、周期 T、产量 Q 当存储量降为零时，能马上生产出 Q 件,例1 数学模型

7、的建立与分析,2.5.1 机械制造自动化系统模型,建立：已知量: (C1、C2、r)，决策量: (T、Q)，Q=rT 一个周期存储费: q(t) = C2TQ/2 = C2rT2/2 一个周期的费用: C = C1+q(t) = C1+ C2rT2/2 每天费用: C(T) = C/T = C1/T+C2rT/2,分析：C1 : T 、Q ；C2 : T 、Q ；r : T 、Q ,应用：当r =100件/天, C1=5000元，C2 = 1元 T =10天，Q = 1000件，C = 1000元,2.5.1 机械制造自动化系统模型,（5）模型相似性,(a) 工作台进给系统,2.5.1 机械

8、制造自动化系统模型,机械物理模型数学模型,电模型数学模型,由两传递函数可见，两系统相似，各参数有一一对应关系。,2.5.1 机械制造自动化系统模型,（6）建模的原则与注意要点,2.5.2 机械制造自动化系统的计算机仿真,（1）计算机仿真的基本内容,2.5.2 机械制造自动化系统的计算机仿真,（2）计算机仿真的三个阶段,例1：CA6350微型客车正面碰撞计算机仿真,建立汽车几何模型,第一阶段建模阶段,2.5.2 机械制造自动化系统的计算机仿真,建立整车及零部件的有限元模型,第二阶段模型变换阶段,2.5.2 机械制造自动化系统的计算机仿真,改进前实验,改进前仿真,第三阶段模型试验阶段,计算

9、机辅助工程分析,2.5.2 机械制造自动化系统的计算机仿真,改进后仿真,改进后实验,2.5.2 机械制造自动化系统的计算机仿真,改进前,改进后,2.5.2 机械制造自动化系统的计算机仿真,碰撞过程的视频图像,2.5.2 机械制造自动化系统的计算机仿真,例2 射击命中率,在我方某前沿防守地域，敌人以一个炮排（含两门火炮）为单位对我方进行干扰和破坏为躲避我方打击，敌方对其阵地进行了伪装并经常变换射击地点经过长期观察发现，我方指挥所对敌方目标的指示有50是准确的，而我方火力单位，在指示正确时，有1/3的射击效果能毁伤敌人一门火炮，有1/6的射击效果能全部消灭敌人现在希望能用某种方式把我方将要对敌人

10、实施的20次打击结果显现出来，确定有效射击的比率及毁伤敌方火炮的平均值。,2.5.2 机械制造自动化系统的计算机仿真,分析：这是一个概率问题，可以通过理论计算得到相应的概率和期望值.但这样只能给出作战行动的最终静态结果，而显示不出作战行动的动态过程。为了能显示我方20次射击的过程，现采用模拟的方式。,问题分析需要模拟出以下两件事： (1) 观察所对目标的指示正确与否模拟试验有两种结果，每一种结果出现的概率都是1/2因此，可以用投掷一枚硬币的方式予以确定，当硬币出现正面时为指示正确，反之为不正确,2.5.2 机械制造自动化系统的计算机仿真,(2) 当指示正确时，我方火力的射击结果,模拟试验有

11、三种结果：毁伤一门火炮的可能性为1/3(即2/6)，毁伤两门的可能性为1/6，没能毁伤敌火炮的可能性为1/2(即3/6)。,这时可用投掷骰子的方法来确定：出现、点：则认为没击中敌人；出现、点：则认为击毁敌人一门火炮；出现点：则认为击毁敌人两门火炮,2.5.2 机械制造自动化系统的计算机仿真,2. 符号假设,i：要模拟的打击次数； k1：没击中敌人火炮的射击总数； k2：击中敌人一门火炮的射击总数； k3：击中敌人两门火炮的射击总数 E：有效射击比率； E1：20次射击平均每次毁伤敌人的火炮数,2.5.2 机械制造自动化系统的计算机仿真,3. 模拟框图,初始化:i=0,k1=0,

12、k2=0,k3=0,i=i+1,骰子点数?,k1=k1+1,k2=k2+1,k3=k3+1,k1=k1+1,i20?,E=(k2+k3)/20 E1=0*k1/20+1*k2/20+2*k3/20,停止,硬币正面?,Y,N,N,Y,1，2，3,4，5,6,2.5.2 机械制造自动化系统的计算机仿真,4. 模拟结果,2.5.2 机械制造自动化系统的计算机仿真,4. 模拟结果,2.5.2 机械制造自动化系统的计算机仿真,从以上模拟结果可计算出： E = 7/20=0.35 E1 = 0 13/20 + 1 4/20 + 2 3/20 = 0.5,2.5.2 机械制造自动化系统的计算机仿真,则由全概

14、了事件发生的随机性。只要多次实验求平均值，模拟值就会很接近理论值。,理论计算与模拟结果的比较,分类,项目,无效射击,平均值,有效射击,2.6 自动化系统的可靠性分析,2.6.1 研究可靠性的意义,自动化系统可靠性是保证系统安全正常运行的关键。,自动化系统性能的提高结构和系统复杂性的加强零部件数量的增多系统运行工况更加复杂,可靠性要贯穿系统设计、制造、安装、调试整个过程。,可靠性问题特别突出,2.6 自动化系统的可靠性分析,2.6.2 可靠性的基本概念,可靠性：是指一台设备（或系统）在规定的时间内，在预定的工作条件下正常工作，不发生故障的概率。,可靠度：可靠性的概率值称为可靠度。概率的概

15、念就是对可靠性做了定量的描述。,故障：指系统在运行过程中出现的异常现象，即产品质量下降、效率降低、磨损加剧、不能正常工作等。,2.6 自动化系统的可靠性分析,系统可靠度的计算：,总系统的可靠性取决于子系统及其组成元器件的可靠性，主要取决于可靠性最低的子系统或元器件。,第i个子系统加权后实际可靠度为：,式中发生故障的加权系数；发生故障的子系统数；子系统未加权的可靠度，子系统工作时间；子系统平均无故障时间。,2.6 自动化系统的可靠性分析,加权实际可靠度：,总系统可靠度：,系统可靠度pi(t)与平均无故障时间ti关系曲线：,100,80,60,0,40,20,2,4,6,8,pi ( %),ti,2.6 自动化系统的可靠性分析,2.6.3 自动化系统可靠性模型与仿真,可靠性模型指的是系统可靠性逻辑框图(也称可靠性方框图)及其数学模型。原理图表示系统中各部分之间的物理关系。可靠性逻辑图表示系统中各部分之间的功能关系，即用简明扼要的直观方法表现能使系统完成任务的各种串并旁联方框的组合。,2.6 自动化系统的可靠性分析,逻辑图和原理图在联系形式和方框联系数目上都不一定相同，有时在原理图中是串联的，而在逻辑图中却是并联的。,2.6 自动化系统的可靠性分析,原理图中只需一个方框即可表示，而在可靠性逻辑图中却需要两个或几个方框才能表示出来

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