机械制造自动化系统的建立李松柏

《机械制造自动化系统的建立李松柏》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机械制造自动化系统的建立李松柏（68页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、机电学院机械制造及自动化系 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。机电学院机械制造及自动化系否否否否否终 止任务的提出评价是否可行需求分析系统分析可行性论证评 价 是 否 可行系统设计（初步设计）评 价 是 否 通过系统设计（详细设计）评 价 是 否 通过系统实施验 收 是 否 合格系统运动系统更新、改造或报废建立期实现期运行期终止期修

2、改终止系统建立程序框图机电学院机械制造及自动化系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）定量分析与定性分析相结合机电学院机械制造及自动化系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系统分析否提供自动化系统建立的相关背景制定自动化系统的技术方案建立自动化系统中必要的模型投资概算及效益分析自动化系统的实施计划自动化系统的综合评价评价是否可行建议执行终 止确定自动化系统的建设目标机电学院机械制造及自动化系2.3 机械自动化系统建立的系统设计系统分析

3、（认识世界）是否正确是否深入是否充分系统设计 （改造世界）好坏成败机电学院机械制造及自动化系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 机电学院机械制造及自动化系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机电学院机械制造及自动化系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机电学院机械制造及自动化系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（7）最大效益的原则（

4、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 机电学院机械制造及自动化系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否根据要求制定设计任务书系统设计（详细设计）工程设计（施工设计）评价是否通过终 止系统设计技术资料、情报和数据的收集与综合系统设计（初步设计）评价是否通过否修改终止机电学院机械制造及自动化系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机电学院机械制造及自动化系2.5 机械制造自动化系统设计中的模型及其仿真建立模型和仿真的原因系统复杂投资大

5、建设周期长具有一定的风险为了设计方案的准确选择为了避免经济损失为了缩短研制周期建立模型和仿真的目的机电学院机械制造及自动化系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）模型的概念机电学院机械制造及自动化系（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

6、程状态方程代数方程2.5.1 机械制造自动化系统模型机电学院机械制造及自动化系（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 勾股定理与模型机电学院机械制造及自动化系（3）模型的重要性2.5.1 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机电学院机械制造及自动化系（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

7、高导弹的命中精度杀伤力数学模型：k k=y y2/32/3c c-2-2k：杀伤力；y：威力；c：命中率机电学院机械制造及自动化系（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 提高经济效益机电学院机械制造及自动化系（4）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 机电学院机械制造及自动化系2.5.1 机械制造自动化系统模型（5）模型相似性丝杠螺母副丝杠螺母副工作台工作台电机

8、电机m(a)工作台进给系统mFxfk(b)机械物理模型iCLR(c)电模型机电学院机械制造及自动化系2.5.1 机械制造自动化系统模型kxdtdxfdtxdmF22idtCdtdiLRiei1kfsmssFsXsG21)()()(CRSLSSESQSG11)()()(2机械物理模型数学模型 电模型数学模型拉氏变换由两传递函数可见，两系统相似，各参数有一一对应关系。F e x q m L f R k 1/C机电学院机械制造及自动化系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建模原则 简明性 正确性可靠性 实用性注意要点 目的要明确 方法要恰当 结果要验证机电学院机械制造及自动化

9、系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实际系统数学模型计算机结果分析仿真结果一次模型化（系统识别）二次模型化（仿真实验）机电学院机械制造及自动化系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 建模阶段机电学院机械制造及自动化系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 模型变换阶段机电学院机械制造及自动化系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 模型试验阶段计算机辅助工程分析机电学院机械制造及自动化系2.

10、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机电学院机械制造及自动化系2.5.2 机械制造自动化系统的计算机仿真改进前改进后机电学院机械制造及自动化系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机电学院机械制造及自动化系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机电学院机械制造及自动化系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

11、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。机电学院机械制造及自动化系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。)1(1iiippiipiittepitit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。机电学院机械制造及

12、自动化系2.6 自动化系统的可靠性分析)1(1iittiiep加权实际可靠度：总系统可靠度：nittiniisiiepp11)1(1 系统可靠度pi(t)与平均无故障时间ti关系曲线：1008060040202468pi (%)ti机电学院机械制造及自动化系2.6 自动化系统的可靠性分析2.6.3 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。机电学院机械制造及自动化系2.6 自动化系统的可靠性分析例1：为了获得足够的电容量

13、，常将三个电器并联。假定选定失效模式是电容短路，则其中任何一个电容器短路都可使系统失败。c1c2c3c1c2c3可靠性框图原理图 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。机电学院机械制造及自动化系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。例2：常开触头继电器原理图V故障模式：1、给电后，合不上；2、断电后，分不开。可靠性框图机电学院机械制造及自动化系2.6 自动化系统的可靠性分析例3：导管及二个阀门的原理图和逻辑图可靠性框图原理图阀门A阀门B流体阀门A阀门B流体

14、ABAB 画可靠性逻辑图应明确系统功能是什么，也就是要明确系统正常工作的标准是什么，同时还应弄清部件A、B正常工作时应处的状态。机电学院机械制造及自动化系2.6 自动化系统的可靠性分析abdce42135CLRXXDD系统级分系统级设备级部件级组件级机电学院机械制造及自动化系2.6 自动化系统的可靠性分析1、串联模型 组成系统的所有单元中任一单元的故障就会导致整个系统故障的系统称串联系统，其逻辑框图如图所示。123n数学模型：式中 ps(t)系统的可靠度；pi(t)第i个单元的可靠度。niistptp1)()(机电学院机械制造及自动化系2.6 自动化系统的可靠性分析例：由4个单元串联组成的系统

15、，单元的可靠度分别为：pA=0.9、pB=0.8、pC=0.7、pD=0.6，求系统的可靠度 pS。若系统各单元的失效时间服从指数分布,则系统的可靠度为：ps(t)=Pi(t)=eit解：pS=0.90.80.70.6=0.3024 机电学院机械制造及自动化系2.6 自动化系统的可靠性分析2、并联模型 组成系统的所有单元都故障时，系统才故障的系统叫并联系统，其逻辑框图如图所示。12n数学模型：)(1()()(11niiniistptFtF)(1(1)(1)(11niiniistptFtp机电学院机械制造及自动化系2.6 自动化系统的可靠性分析例：由4个单元并联组成的系统，单元的可靠度分别为：p

16、A=0.9、pB=0.8、pC=0.7、pD=0.6，求系统的可靠度 pS。解：pS =1(1pi)=1(10.9)(10.8)(10.7)(10.6)=0.9976机电学院机械制造及自动化系2.6 自动化系统的可靠性分析4、混合模型数学模型：（1）串并联可靠性模型：Nnsptptp)(1 1)(（2）并串联可靠性模型：nNpstptp)(1(1)(数学模型：机电学院机械制造及自动化系2.6 自动化系统的可靠性分析5、其它模型混联模型：R1表决器（R1)R2R3 实际中系统是比较复杂的，如果系统可靠性框图不能分解成上述的几种模型，可用：网络计算法；布尔值表法；部件状态图示法；最小路集法；全概率

17、分解法等。机电学院机械制造及自动化系2.6 自动化系统的可靠性分析2.6.4 自动化系统可靠性预计与分配 系统可靠性预计和分配是可靠性设计的重要任务之一，它在系统设计的各阶段(如方案论证、初步设计及详细设计阶段)要反复进行多次。可靠性预计：是根据系统的元件、部件和分系统的可靠性来推测系统的可靠性。是一个局部到整体、由小到大、由下到上的过程，是一种综合的过程。可靠性分配：是把系统规定的可靠性指标分给分系统、部件及元件，使整体和部分协调一致。是一个由整体到局部、由大到小、由上到下的过程，是一种分解的过程。机电学院机械制造及自动化系2.6.4 自动化系统可靠性预计与分配可靠性预计与分配流程框图可靠性

18、目标比 较更 改设 计系统可靠性指标分配给分系统分配给元部件技术条件系统可靠性预计分系统可靠性预计元件可靠性预计可靠性、维修型、安全性分析可靠性维修型安全性评估调研机电学院机械制造及自动化系 可靠性预计的主要价值在于:它可以作为设计手段，对设计决策提供依据。其计算方法有性能参数法、相似产品法、元件计数法、上下限法、故障率预计法等。可靠性分配的目的是使各级设计人员明确其可靠性设计要求，并研究实现这个要求的可能性及办法。常用的分配方法有等同分配法、评分分配法、比例组合法等。2.6.4 自动化系统可靠性预计与分配机电学院机械制造及自动化系2.6.4 自动化系统可靠性预计与分配等同分配法将 系统的可靠

19、度平均地分配给各单元的方法。对于串联系统的可靠度为：ps=pi 按等同分配要求，其分配公式为：pi=(ps)1/n,i=1,2,n例1：由三个单元组成的系统,设各单元费用相等,问为满足系统的可靠度为0.729时，对各个单元应分配的可靠度为多少?解:pi=(pS)1/n=0.7291/3=0.9 即 p1=p2=p3=0.9机电学院机械制造及自动化系2.6.4 自动化系统可靠性预计与分配例2：由三个单元组成的并联系统，若每个单元分配的可靠度相等，即p1=p2=p3=p，已知系统的可靠度指标ps=0.99，试求分配到各个单元的可靠度。解:RS=1(1 R1)(1 R2)(1R3)=1(1 R)R=

20、1(1 RS)1/3=1(1 0.99)1/3=0.7845 R1=R2=R3=0.7845机电学院机械制造及自动化系2.6.4 自动化系统可靠性预计与分配AGREE分配法：美国电子设备可靠性咨询组提出例：由四个单元组成的串联系统,要求在连续工作24h时的期间内具有0.96的可靠度,试用AGREE方法作可靠度分配。iisiitNWpn)ln(iitiep此方法认为系统的故障时间符合指数分布:单元号 i 组成件数 ni重要度 Wi工作时间 ti(h)1234102090501.00.91.0 0.852410 24 12第i个子系统的失效率分配为:机电学院机械制造及自动化系2.6.4 自动化系统

21、可靠性预计与分配1.计算系统总组成件数：N=ni=10+20+90+50=170 3.计算各单元容许可靠度：p1=e0.000124=0.997600，p2=e0.00053410=0.994678 p3=e0.000924=0.978620，p4=e0.00117712=0.985974 系统可靠度：ps=p1 p2 p3 p4=0.9574550001.0241170)96.0ln(10)ln(1111tNWpns2=0.000534，3=0.0009，4=0.0011772.计算各单元容许失效率：机电学院机械制造及自动化系2.6.4 自动化系统可靠性预计与分配可靠度分配应遵循的原则例：美

22、国海军F/A-18A飞机的可靠性框图燃油系统应急燃油系统发动机1发动机2液压飞行操纵系统备用手动系统右发电机左发电机应急电源系统配电系统环境控制系统甚高频通讯雷达武器塔康系统惯性导航备用罗盘超高频通讯备用罗盘雷达起落架超高频通讯超高频通讯机电学院机械制造及自动化系可靠度分配应遵循的原则：1）关键子系统，可靠度指标应高些；2）易达到高可靠度的子系统，其可靠度指标可高些；3）不易维修、更换的子系统，可靠度指标可高些；4）易受工作环境影响的子系统，可靠度指标可高些；5）结构复杂，难保证高可靠度的子系统，可靠度指标应低些；6）对系统可靠性影响不大的子系统，可靠度指标应低一些。总的原则：对总系统的可靠性

23、影响显著，对保证系统性能起主要作用，对完成执行任务具有保障作用，容易实现高可靠度要求所组成的子系统，其可靠度要高，反之则低。2.6.4 自动化系统可靠性预计与分配机电学院机械制造及自动化系2.7 自动化系统的技术经济分析研究内容：自动化系统规划方案的预期经济效果。2.7.1 生命周期成本的概念全生命周期成本：也称寿命周期费用，是指为设置和获得系统以及系统一生所消耗的总费用，包括开发、设置、后勤支援和报废等费用。是指产品从酝酿、立题、论证、研究、设计、生产和使用一直到最后报废回收的整个生命周期内所耗费的费用的总和。机电学院机械制造及自动化系2.7.2 全生命周期成本的构成产品生命周期总成本建立期

24、成本（研发者成本）实现期成本（生产者成本）运行期成本（使用者成本）终止期成本（使用者成本）系统分析 系统设计调研费资料费论证费设计费试验费制造 装配 检测材料费加工费调试费试运行费运输费包装费备品使用费动力费人员培训费动力费维修维护费环境调节费清理费机电学院机械制造及自动化系2.7.3 经济效益累计各年净现金流量的计算公式为式中 第t年的净收入 年收入 年支出 时间（年），t=1,2,TtACICOtTttTttCOCIAI11)(当I O时的年份，为项目的回收期。立项方案的选择是I越大愈好，即项目的回收期越短越好。差额计算法：机电学院机械制造及自动化系2.8 自动化系统的战略效益和社会效益2

25、.8.2 社会效益 主要体现在对社会产生的影响及社会利益。主要包括功能条件与国家技术政策和科学发展规划是否一致、方案的实施与社会环境、公害污染、能源消耗等以及国家的法律、法规、条例等是否一致。还包括先进技术的应用与推广、出国创汇或替代进口、环境的影响和就业的影响等。2.8.1 战略效益 作为企业主要是市场竞争力（市场应变能力、企业的信誉、生产管理水平、技术能力、员工的素质）。机电学院机械制造及自动化系2.9 机械制造自动化系统的总体设计例：某减速机厂建立减速机座生产自动化系统 工厂条件：该厂是一个技术力量强、经济实力较为雄厚、效益较好、设备较为先进、产品供不应求的企业。产品条件：生产多种结构相

26、似、规格不同的减速机，其产品属于中小批生产类型，其品种可根据市场情况和定货情况进行调整，具有多批次生产的性质。其产品结构和工艺相似性强，精度要求较高。该产品在市场已形成竞争态势，目前该厂稍占上风。具备自筹资金建立减速机座自动化系统的条件！机电学院机械制造及自动化系2.9 机械制造自动化系统的总体设计2.9.1 产品的工艺分析减速机座结构简图机电学院机械制造及自动化系2.9.1 产品的工艺分析产品各型号的结构尺寸：310430型号ABCD1D2D3D41280155200408095120233019526580120140180341024010014016020043357031201601

27、802205470380400140180200240机电学院机械制造及自动化系 精镗左端的孔 精镗右端孔加工结束。加工平面 加工左端面 12 及二个台阶孔；工艺路线：随行夹具转位随行夹具转位随行夹具转位随行夹具转位随行夹具移动随行夹具移动以 11 12 面定位铣面和钻扩铰面上的两定位销孔；以面和两销孔定位（随行夹具）加工右端面和孔；加工端面及面上螺纹孔的钻孔、攻丝；对左端面的螺纹孔进行钻孔、攻丝；加工平面112.9.1 产品的工艺分析机电学院机械制造及自动化系1.生产系统工位的安排2.9.2 生产系统设备选择、布局及生产节拍的计算 工位1：采用立式加工中心，完成面和两定位销孔的加工，夹具采用

28、V型块和档块定位，气动夹紧，上下料均采用人工操作机械吊装的方式。工位2：采用卧式加工中心，完成除表面外的所有加工面的粗加工。夹具采用一面两销定位的随行夹具，零件在随行夹具上采用螺旋自动夹紧装置，随行夹具与机床的相对位置采用两弹性锥销定位，气动夹紧。在此工位随行夹具要实现一次180的转位，以加工零件的另一端。工件同随行夹具一起由2号工位到3号工位。工位3：采用卧式加工中心，完成主轴阶梯孔的精加工。在此工位工件也需有一次180的转位。3号工位加工完后自动返回到成品零件存放处。机电学院机械制造及自动化系2.生产节拍的确定2.9.2 生产系统设备选择、布局及生产节拍的计算工件机械加工工时表工件规格 工

29、时 (min/件)1（立式加工中心）2（卧式加工中心）3（卧式加工中心）1号14193050工位号30505号机电学院机械制造及自动化系3.生产系统布局2.9.2 生产系统设备选择、布局及生产节拍的计算立式加工中心工件成品12卧式加工中心卧式加工中心3工件毛坯机电学院机械制造及自动化系2.9 机械制造自动化系统的总体设计2.9.3 工艺装备和物料传输系统设计 主要指所设计的柔性系统的夹具、工件的传输机构、上下料机构、切屑的清理和排除机构以及必要的专用刀具和量具的设计。2.9.4 系统的安全及质量控制设计 在工位2和工位3的内孔加工时，要对尺寸精度进行监控。加工过程中进行孔径的自动测量。当刀具破

30、损时，其切削力或切削扭矩定会增加，超过了给定的正常值，这时可以发生停机信号并报警。机电学院机械制造及自动化系2.9 机械制造自动化系统的总体设计2.9.5 控制系统设计管理计算机控制计算机控制计算机控制计算机控制计算机CRT打印机CNC系统顺序控制器CNC系统顺序控制器顺序控制器CNC系统立式数控铣床随行夹具的转位运行卧式加工中心卧式加工中心孔径尺寸检测及预报随行夹具的转位运行孔径尺寸检测及预报物流传输机构的运行切屑的去除FMS控制系统框图机电学院机械制造及自动化系2.9.5 控制系统设计控制系统的六个功能（1）数据管理（2）运行控制（3）运行监视（4）业绩管理（5）操作方式选择（6）无人化运行监视 加工监视功能 尺寸精度监视功能 刀具寿命管理功能 适应控制功能 机电学院机械制造及自动化系1.结合实例按阶段叙述系统建立过程。2.结合实例叙述系统分析和系统设计的步骤。3.模型的概念是什么？建模有哪几种方法？建模的原则和注意要点是什么？4.可靠度的计算，可靠度分配的计算。第2章 复习题