第9章 自动化制造系统的计算机 仿真及优化
自动化制造系统
第一章1制造：人类按照市场的需求，运用主观掌握的知识和技能，借助于手工或可以利用的客观物质和工具，采用有效的方法，将原材料转化为最终产品并投放市场的全过程。
2系统的性质：①目的性②整体性③集成性④层次性⑤相关性⑥环境适应性3自动化制造系统定义：由一定范围的被加工对象、一定的制造柔性、一定自动化水平的各种设备和高素质的人组成的一个有机整体。
4自动化制造系统的五个典型组成部分：①具有一定技术水平和决策能力的人②一定范围的被加工对象③信息流及其控制系统④能量流及其控制系统⑤物料流及物料处理系统5自动化制造系统的功能组成：（毛坯制备，储运过程，机械加工，装配过程，辅助过程，质量控制，系统控制，热处理）自动化子系统6自动化制造系统的分类：刚性自动化系统及设备（刚性半自动化单机，刚性自动化单机，刚性自动线，刚性综合自动化系统），柔性自动化系统及设备（数控机床NC，加工中心MC，混合成组制造单元，分布式数控系统DNC，柔性制造单元FMC，柔性制造线FML，柔性制造系统FMS，计算机集成制造系统CIMS）7自动化制造系统的评价指标：①生产率②产品质量③经济性④寿命周期可靠性⑤柔性制造⑥可持续发展性第二章1 人机一体化的定义：就是人与具有适度自动化水平的制造装备和控制系统共同组成的一个完整系统，各自执行自己最擅长的工作，人与机器共同决策、共同作业，从而突破传统自动化制造系统将人排除在外的旧格局，形成新一代人机有机结合的适度自动化制造系统。
2人机一体化的总体结构在人机一体化制造系统定义下的自动化制造系统应该在三个层面上实现一体化，即感知和信息交互层面、控制层面和执行层面，这三个层面的有机结合，就构成了人机一体化制造系统的总体结构3 人机一体化设计的主要步骤：①定义系统目标和作业要求②系统定义③系统设计④人机界面设计⑤作业辅助设计⑥系统检验和评估4人机功能分配：定义：人机功能分配确定了某些功能由人或机器还是由他们相互协作完成的，确定了人机界面的具体位置及人与机器各自的功能职责和配合协作要求。
机械制造自动化技术—课后习题答案
1-1什么是机械化和自动化？它们有什么区别（见复习题）？当执行制造过程的基本动作是由机器（机械）代替人力劳动来完成时称之为机械化。
若操纵这些机构的动作也是由机器来完成时，则就可以认为这个制造过程是“自动化”了1-2机械制造中的工序自动化、工艺过程自动化和制造过程自动化的区别与联系是什么？1）工序自动化：在一个工序中，如果所有的基本动作都机械化了，并且使若干个辅助动作也自动化起来，而工人只是对这一工序作总的操纵和监管2）工艺过程自动化：一个工艺过程通常包括着若干个工序，如果不仅每一个工序都自动化了，并且把它们有机地联系起来，使得整个工艺过程（包括加工、工序间的检验和输送）都自动进行，而工人仅只是对这一整个工艺过程作总的操纵和监督，这时就形成了某一种加工工艺的自动生产线。
3）制造过程自动化：一个零部件（或产品）的制造包括着若干个工艺过程，如果不仅每个工艺过程都自动化了，而且它们之间是自动的有机联系在一起，也就是说从原材料到最终成品的全过程都不需要人工干预，这时就形成了制造过程的自动化。
机械制造自动化的高级阶段就是自动化车间甚至自动化工厂。
1-3机械制造自动化的主要内容有哪些？1）机械加工自动化技术：包含上下料自动化技术、装卡自动化技术、换刀自动化技术、加工自动化技术和零件检验自动化技术等2）物料储运过程自动化技术：包含工件储运自动化技术、刀具储运自动化技术和其它物料储运自动化技术等3）装配自动化技术：包含零部件供应自动化技术和装配过程自动化技术等4）质量控制自动化技术：包含零件检测自动化技术、产品检测自动化技术和刀具检测自动化技术等1-4机械制造自动化的作用1）提高生产率 2）缩短生产周期 3）提高产品质量 4）提高经济效益 5）降低劳动强度6）有利于产品更新 7）提高劳动者素质 8）带动相关技术的发展1-5自动化系统组成1）加工系统 2）工件支撑系统 3）刀具支撑系统 4）控制与管理系统1-6机械制造自动化的类型与特点自动化的分类：1）按制造过程分：毛坯制备过程自动化、热处理过程自动化、储运过程自动化、机械加工过程自动化、装配过程自动化、辅助过程自动化、质量检测过程自动化和系统控制过程自动化。
isight参数优化理论与实例详解
前言●Isight 5.5简介笔者自2000年开始接触并采用Isight软件开展多学科设计优化工作，经过12年的发展，我们欣喜地看到优化技术已经深深扎根到众多行业，帮助越来越多的中国企业提高产品性能和品质、降低成本和能耗，取得了可观的经济效益和社会效益。
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适合于企业和院校从事产品设计、仿真分析和优化的读者使用。
在本书出版过程中，得到了Isight发明人唐兆成（Siu Tong）博士、Dassault/Simulia （中国）公司负责人白锐、陈明伟先生的大力支持，工程师张伟、李保国、崔杏圆、杨浩强、周培筠、侯英华、庞宝强、胡月圆、邹波等参与撰写，李鸽、杨新龙也为本书提供了宝贵的建议和意见，在此向所有关心和支持本书出版的人士表示感谢。
自动化生产线的虚拟仿真与优化设计
自动化生产线的虚拟仿真与优化设计在当今制造业快速发展的时代，自动化生产线已经成为提高生产效率、保证产品质量、降低生产成本的重要手段。
然而，在实际建设和运行自动化生产线之前，如何进行有效的规划、设计和优化，以避免可能出现的问题和浪费，是一个至关重要的课题。
虚拟仿真技术的出现为解决这一问题提供了有力的工具，它能够在虚拟环境中对自动化生产线进行模拟和分析，从而实现更科学、更合理的优化设计。
自动化生产线是由一系列自动化设备、控制系统、物流输送系统等组成的复杂系统。
在设计过程中，需要考虑众多因素，如生产工艺、设备选型、布局规划、人员配置、物流路径等。
任何一个环节的不合理设计都可能导致生产效率低下、产品质量不稳定、成本增加等问题。
传统的设计方法往往依赖于经验和简单的计算，难以全面、准确地评估设计方案的性能和可行性。
虚拟仿真技术则为自动化生产线的设计提供了一种全新的思路和方法。
它利用计算机技术构建虚拟的生产环境，将生产线中的设备、产品、人员、物流等要素进行数字化建模，并通过模拟实际的生产过程，对设计方案进行动态的分析和评估。
在虚拟仿真环境中，可以直观地观察生产线的运行情况，包括设备的动作、物料的流动、人员的操作等，从而发现潜在的问题和瓶颈。
例如，通过虚拟仿真可以分析设备之间的节拍匹配是否合理，物流路径是否顺畅，缓存区的容量是否足够，以及人员的操作是否方便高效等。
如果发现问题，可以及时对设计方案进行调整和优化，避免在实际建设中进行大规模的修改和返工，从而节省时间和成本。
虚拟仿真技术在自动化生产线优化设计中的应用主要包括以下几个方面：首先是生产线布局的优化。
合理的生产线布局能够减少物料搬运距离，提高空间利用率，降低生产成本。
通过虚拟仿真，可以对不同的布局方案进行比较和评估，选择最优的布局方案。
例如，可以模拟不同设备的摆放位置和朝向，分析物流通道的宽度和走向对生产效率的影响，从而确定最佳的布局方案。
其次是设备选型和参数配置的优化。
自动化制造系统复习
自动化制造系统复习自动化制造系统复习第一章1、制造（p1）2、制造业（p1）3、系统（p2）4、系统具有的6个性质（p2）5、制造系统（p2）6、制造自动化（p3）7、自动化制造系统的定义（p5）8、自动化制造系统的5个典型的组成部分（p5）9、自动化制造系统的寿命周期（p7）10、自动化制造的意义（p9）11、自动化制造系统的评价指标（18）第二章1、人机一体化制造系统的定义（24）2、人机一体化制造系统定义下的自动化制造系统应在哪3个层面上实现（24）3、自动化制造系统的人机一体化设计方法和主要步骤（26）4、自动化制造系统的人机界面设计有哪些内容（37）5、自动化制造系统的运行机制（42）6、自动化制造系统设计中的人机工程评价的内容（46）第三章1、自动化制造系统的常见类型（49）2、刚性自动线的组成（49）3、柔性制造系统的组成（53）4、自动导向小车的工作原理，调度与控制方法（66）5、对FMS中的数控机床、加工中心和车削中心有哪些要求（59）第四章1、可行性论证的意义（99）2、建设自动化制造系统的目标主要考虑那些因素（100）3、制定自动化制造系统的技术方案主要有那些内容（101）4、自动化制造系统的效益分析主要包括那些内容（102）5、自动化制造系统的可行性分析主要包括那些内容（103）6、确定自动化制造系统类型时应遵循哪些原则（106）7、总体设计有哪些内容（107）8、成组技术（109）9、影响零件族确定的因素（111）１0、选择设备的基本原则有哪些（116）第五章1、自动化制造系统对加工设备的要求有哪些（147）2、加工设备的精度包括哪些内容（149）3、加工设备的规格包括哪些内容（148）4、选择数控系统应遵循什么原则（150）5、检测与监控有哪些内容（169）6、一般数控机床的特点第六章1、仿真:通过对系统模型的实验去研究一个存在或设计中的系统。
2、仿真的意义：可以替代许多难以开展或无法实现的实验。
计算机集成制造系统CIMS(计算机系统集成)
2.可行性研究主要内容 项目环境--外部环境，内容环境。 项目必要性--信息时代的要求，制造业的发展趋势，制造业面临 的机遇与挑战等。 企业现状与问题--现状包括：业务、经营、管理、开发、生产、 销售、经济效益，发展战略等，问题包括：实现经营发展目标 还存在哪些问题等。 企业需求--对需求调查进行分析，得到企业对CIMS的需求情况， CIMS有助于企业解决哪些问题。 建设目标和条件--建设CIMS的具体目标，已具备哪些条件，还 要创造哪些条件。 初步总体方案--CIMS功能与信息业务，子系统划分，系统性能 指标，系统技术方案与技术路线，技术可行性等。 实施计划--CIMS建设分哪几个阶段，先做什么，后做什么，人 力、财力、物力如何保证等。 投资分析—包括设计费用，设备费用，施工费用，培训费用，维 护费用，管理费用等 16 经济评价—指经济效益分析等
4
• CAPP子系统主要功能:
完成产品零件的加工过程设计、工艺流程与工序设计，生产过 程工序图和工艺文件，向MIS、MAS等提供工艺信息。 • CAM子系统主要功能: 根据CAD的产品设计信息和CAPP的工艺信息完成产品零部件 的数据加工编程和刀具轨迹模拟，提供数据加工指令和加工 时间等信息，并可提供仿真功能。 • CAD／CAPP／CAM集成 形成一个从产品设计到制造的完整自动化系统，以工程数据库 （公用）为核心，实现产品设计制造全过程的信息交流和共 享，从而提高劳动生产率、降低成本。 • CIMS关键问题 实现人、管理、经营和技术的有机地集成，必须依靠信息集成， 因为信息是粘合剂，信息是企业最重要的资源。信息集成需 要使用网络技术和数据库技术。
5
9.2
信息集成
一.信息集成 1.概念 对CIMS系统中各种类型的数据进行统一处理，避免数据冗余， 为用户提供统一、友好而透明的界面，从而有效地实现信息 交流和信息共享。 所谓透明是不同子系统的用户在调用非本地数据时就像在本地 调用一样。 2.信息集成重要性 是CIMS建设首要问题之一，由于CIMS中存在大量异构子系统， 其数据类型和格式等差别很大，故不同系统的用户很难调用 其他子系统的数据，更谈不上信息交流与共享。 信息集成不简单，涉及到不同的软件平台、不同的应用软件、 不同的应用模式以及不同的数据类型和格式。例如同一实体 可能在不同的子系统中使用不同的名称、不同的数据结构和 格式，有的子系统使用WWW，有的子系统使用文件系统， 有的使用数据库系统，而同一实体又可能使用不同的媒体来 6 表示，例如图形、图像、视频、语音和数据等。
自动化设备中的设计优化与仿真
自动化设备中的设计优化与仿真自动化设备的设计优化和仿真技术在现代工业生产中扮演着重要的角色。
通过利用计算机辅助设计（CAD）软件和仿真工具，工程师们可以预测设备性能、优化设计方案，并减少实际制造、测试和调试的时间和成本。
本文将介绍自动化设备中的设计优化和仿真的重要性，以及常用的技术和方法。
一、设计优化的重要性在自动化设备的设计和制造过程中，优化设计是提高设备性能和效率的关键。
通过设计优化，可以降低制造成本、提高生产效率、减少故障率和维修成本。
同时，优化的设计能够满足不同的客户需求和市场要求，增强产品竞争力。
二、设计优化的方法1. CAD软件的应用计算机辅助设计（CAD）软件是自动化设备设计中常用的工具。
CAD软件能够提供三维建模、装配、模拟以及实时协作等功能，使得工程师们可以更加直观地进行设计和分析。
通过CAD软件，设计团队可以在设计阶段进行多次模拟和测试，以验证设计方案的可行性和优化性。
2. 设计参数的优化通过对自动化设备的各种设计参数进行优化，可以找到最佳的设计方案。
例如，在机械传动系统中，可以通过优化齿轮传动的齿轮模数、齿数、轮毂直径和材料选择，来提高传动效率和减小噪声。
在电气控制系统中，可以通过优化控制算法和参数设置，来提高响应速度和稳定性。
设计参数的优化需要综合考虑不同因素，如性能要求、制造成本和实际生产环境等。
三、仿真技术的应用仿真技术是自动化设备设计优化的重要手段。
通过使用仿真软件，工程师们可以对设备的不同方面进行模拟和分析，以评估设计方案的性能和可靠性。
1. 动力学仿真动力学仿真可以模拟设备在运行时的力学特性和运动轨迹。
例如，对于机械手臂，可以通过动力学仿真来验证其运动轨迹的准确性和稳定性。
通过分析仿真结果，工程师可以发现和解决潜在的设计问题，以优化设备的运动性能。
2. 流体力学仿真对于涉及流体传输的自动化设备，如管道系统和液压装置，流体力学仿真是必不可少的工具。
仿真软件可以模拟流体在设备中的流动情况，并预测压力损失、流速分布和流体阻力等参数。
(企业管理战略)先进制造技术发展趋势
第9章先进制造技术发展趋势9.1 概述9.1.1 什么是先进制造技术9.1.2 先进制造技术的特点9.1.3 先进制造技术的产生背景9.1.1 什么是先进制造技术先进制造技术是当代信息技术、自动化技术、现代企业管理技术和通用制造技术的有机结合；是传统制造技术不断吸收机械、电子、信息、材料、能源及现代管理技术成果，将其综合应用于制造全过程，实现优质、高效、低耗、清洁、灵活生产，获得理想技术经济效果的制造技术的总称。
包括计算机技术、自动控制理论、数控技术、机器人、CAD／CAM技术、CIM技术以及网络通信技术等在内的信息自动化技术的迅猛发展，为先进制造技术的发展和应用提供了日益增多的高效能手段。
先进制造技术主要包括三个技术群：主体技术群、支撑技术群和制造技术基础设施群。
其具体内容主要有：现代设计技术、精密及超精密加工技术、精密快速成型技术、特种加工技术、制造业综合自动化、过程工业综合自动化、系统管理技术等。
1. 先进制造技术中的主体技术群主体技术群包括面向制造的设计技术群与制造工艺技术群。
(1)设计技术群。
指用于生产准备的工具群与技术群。
包括产品、工艺过程和工厂设计，如计算机辅助设计(CAD)及工艺过程建模和仿真、系统工程集成技术、快速样件成型技术、并行工程技术(CE)、面向环境的设计(DFE)。
(2)制造工艺技术群。
指用于产品制造的过程及设备，包括材料生产工艺、加工工艺，连接和装配、测试和检验技术。
2. 先进制造技术中的支撑技术群支撑技术群是使主体技术群发挥作用的基础和核心，是实现先进制造系统的工具、手段和系统集成的基础技术，包括信息技术、传感器技术和控制技术。
信息技术中包括网络和数据库技术、集成平台和集成框架技术、接口和通信、基于知识的决策支持系统以及软件工程方面的技术。
先进制造系统中的控制技术将向智能控制方面发展。
智能控制系统具有根据过程和环境模型以及传感器数据实时决策的能力。
这方面具有潜力的领域是人工神经网络和模糊逻辑的研究。
I-DEAS软件三维设计中文指南
第一章 概述1.1 CAD技术的发展及I-DEAS工程软件简介CAD(Computer Aided Design)就是设计者利用以计算机为主的一整套系统在产品的全生命周期内帮助设计者进行产品的概念设计、方案设计、结构设计、工程分析、模拟仿真、工程绘图、文档整理等方面的工作。
CAD既是一门多学科的交叉学科，它涉及计算机学科、数学学科、信息学科、工程技术等；CAD也是一项高新技术，它对企业产品质量的提高、产品设计及制造周期的缩短、提高企业对动态多变市场的响应能力及企业竞争能力都具有重要的作用。
因而，CAD技术在各行各业都得到了广泛的推广应用。
本节就CAD技术的发展及I-DEAS软件予以简介。
1.1.1 CAD技术的产生与发展CAD指使用计算机系统进行设计的全过程，包括资料检索、方案构思、零件造型、工程分析、工程制图、文档编制、模拟仿真等。
在设计的各个阶段设计者充分发挥计算机的辅助作用，充分发挥“人机协同效应”。
因此CAD概念一提出，就引起了工程界的关注和支持。
随着CAD技术应用的不断深入、计算机硬件技术和计算机软件技术的快速发展，CAD概念发生了较大的变化和拓宽，CAD的内涵也得到了充实，CAD系统得到了迅速地发展和完善。
20世纪60年代初，美国麻省理工学院MIT开发了名为Sketchpad的计算机交互处理系统，并描述了人机对话设计和制造的全过程，这就是CAD/CAM的雏形，形成了最初的CAD概念：科学计算、绘图。
计算机在设计过程中的应用，形成了CAD系统。
从20世纪60年代初到70年代中期，CAD从封闭的专用系统走向开放式的商品化软件系统，主要技术特点是二维、三维线框造型，其软件系统只能表达基本的几何信息，不能有效表达几何数据间的拓扑关系；且系统需配备大型计算机系统，价格昂贵。
此时期有代表性的产品是：美国通用汽车公司的DAC-1，洛克希德公司的CADAM系统。
在此时期CAD开始进入应用阶段。
20世纪70年代后期，CAD系统进入发展时期。
Virtuoso cadence 教程轻松学
EDA概述
CADENCE
3、全定制IC设计工具
Virtuos Schematic Composer Analog Design Environment Virtuos Layout Editor Spectra Virtuoso Layout Synthesizer Assura dracula Diva
（3）定制设计
标准单元法 通用单元法
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第二章 EDA概述
CADENCE
• 电子设计自动化（EDA：Electronic Design Automation）就是利用计算机作为工作平台进 行电子自动化设计的一项技术。
• 涵盖内容：系统设计与仿真，电路设计与 仿真，印制电路板设计与校正，集成电 路版图设计数模混合设计，嵌入式系统 设计，软硬件系统协同设计，系统芯片 设计，可编程逻辑器件和可编程系统芯 片设计，专用集成电路设计等
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EDA概述
CADENCE
• EDA发展概况：
（1）20世纪60、70年代出现计算机辅助设计（CAD） （2）随后出现CAE、CAM、CAT、CAQ。 （3）20世纪80年代，初级的具有自动化功能的EDA出现。 （4）20世纪90年代，EDA技术渗透到电子设计和集成电
路设计各个领域，形成了区别于传统设计的整套设计思 想和方法。 （5）当前，深亚微米工艺和SoC设计对EDA技术提出更 高更苛刻的要求。
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EDA概述
CADENCE
• EDA主要供应商：
VHDL仿真 行为综合 逻辑综合 可测性设计 低功耗设计 布局布线
后仿真
Cadence Vantage Synopsys Synopsys Alta Synopsys Compass Mentor Graphics Synopsys Sunrise Compass Synopsys Epic Cadence Avant! Mentor Graphics Synopsys Cadence Compass IKOS Vantage
Altium Designer15.0 第9章 数字电路仿真实现
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时序逻辑电路的门级仿真 --构建三位计数器仿真电路
在SN74LS173三个D输入端分别给出Q0、Q1和Q2网络标号， 在其三个Q输出端分别给出D0，D1和D2网络标号，在时钟输入
HDL比较适合算法级（Algorithm）、寄存器传输级（RTL）、逻辑级
时序逻辑电路的门级仿真 --分析三位计数器电路的仿真结果
基于HDL语言的数字系统仿真及验证 --HDL功能及特点
硬件描述语言（Hardware Description Language）是硬件 设计人员和电子设计自动化（EDA）工具之间的界面。
其主要目的是用来编写设计文件，建立电子系统行为级的仿真模型。
数字电路仿真实现
何宾 2015.07
学习内容和目标
数字逻辑仿真库的构建
时序逻辑电路的仿真 基于HDL语言的数字系统仿真及验证
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数字逻辑仿真库的构建 --导入与数字逻辑仿真相关的原理图库
在IE浏览器中输入：网址，打开wiki 界面。
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基于HDL语言的数字系统仿真及验证 --HDL功能及特点
利用计算机的巨大能力对Verilog HDL或VHDL建模的复杂数 字逻辑进行仿真，然后自动综合，生成符合要求且在电路结构
上可以实现的数字逻辑网表（Netlist）。 根据网表和某种工艺的器件自动生成具体电路。
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计算机辅助制造工艺与装备优化设计
计算机辅助制造工艺与装备优化设计一、引言随着制造业的发展，计算机辅助制造工艺与装备优化设计越来越受到人们的关注和重视。
计算机辅助制造工艺通过计算机辅助设计、计算机辅助加工、计算机辅助检测等技术手段，不断提高制造效率和质量，降低制造成本，提升市场竞争力。
因此，本文将深入探讨计算机辅助制造工艺与装备优化设计相关技术。
二、计算机辅助制造工艺的发展随着计算机技术的不断发展、加工设备的智能化，计算机辅助制造工艺在制造业中发挥了越来越重要的作用。
它为制造过程提供了数控加工、智能化装备、生产智能化、局部加工技术等新技术。
1. 数控加工数控加工是计算机辅助制造工艺中的一项重要技术，它是将工件的几何信息、加工工艺和控制指令通过计算机嵌入到数控机床中，由数控系统实现加工过程的自动控制。
2. 智能化装备智能化装备是指具有智能化、智能控制功能的生产装备。
它可以根据生产过程的需要，实现对生产过程的自动化控制，提高产品的质量和生产效率。
3. 生产智能化通过计算机辅助制造工艺，可以实现生产过程的智能化。
尤其是在大规模生产过程中，计算机可以实现对生产过程的全程控制，提高了生产效率和质量。
4. 局部加工技术局部加工技术是指通过计算机对加工工件进行拆分，然后针对不同的加工区域进行不同的加工工艺。
这种局部加工技术可以提高加工效率，降低加工成本。
三、计算机辅助制造工艺的优化设计计算机辅助制造工艺优化设计是指通过计算机对制造过程中的各个环节进行优化设计，以达到降低成本、提高效率、提高质量的目的。
1. 加工路线规划加工路线规划是指确定制造工件在加工过程中所需的加工路线。
这个过程需要考虑工件的几何信息、机床性能以及其他加工条件等因素。
通过计算机的优化设计，可以实现加工路线的最优化选择，有效提高加工效率。
2. 工艺参数的优化工艺参数是指影响加工过程的各项参数，如刀具的选用、切削速度、切削深度、切削进给量等。
通过计算机对工艺参数进行优化设计，可以实现加工过程的最优化控制，提高加工质量、降低加工成本。
第9章自动化制造系统的计算机仿真及优化
9.1.1 仿真的基本概念
仿真对大家来说并不陌生。例如，在进行 军事战役之前，进行沙盘推演和实地军事演习 就是对该战役的一种仿真研究。
设计飞机时，用风洞对机翼进行空气动力 学特性研究，就是在飞机上天实际飞行前对其 机翼在空中高速气体流场中受力状态和运行状 态的一种仿真。
9.1.1 仿真的基本概念
9.1.5 自动化制造系统计算机仿真的作用
根据计算机仿真在自动化制造系统中的作
用，可以将其归结为“设计决策”和“运行决 策”
两种类型。 “设计决策”关注制造系统结构、参数和
配 置的分析、规划、设计与优化，它可以为下列 问题的决策提供技术支持：
①在生产任务一定时，制造系统所需机床 、设备、工具以及操作人员的类型和数量。
②在配置给定的前提下，制造系统的生产
9.1.5 自动化制造系统计算机仿真的作用
④缓冲区及仓库容量的确定。 ⑤企业及车间的最佳布局。 ⑥生产线的平衡分析及优化。 ⑦企业或车间的瓶颈工位分析与改进。 ⑧设备故障、统计及维修对系统性能的影响。 ⑨优化产品销售体系，如配送中心选址、数量 与规模等，降低销售成本。
在制造系统的设计阶段，通过某一种模型来 研究该系统在不同物理配置情况下、不同物流路 径和不同运行控制策略的特性，从而预先对系统 进行分析和评价，以获得较佳的配置和较优的控 制策略。
在制造系统建成后，通过仿真可以研究系统 在不同作业计划输入下的运行情况，比较和选择 较优的作业计划，以达到提高系统运行效率的目 的。这些都是仿真的应用案例，如图9.1所示。
本节Байду номын сангаас要内容包括： 9.3.1 总体布局研究 9.3.2 动态调度策略的仿真研究 9.3.3 作业计划的仿真研究
9.3.1 总体布局研究
数控技术第9章分布式数字控制技术
第9章分布式数字控制技术9.1 概述DNC是用一台或多台计算机，对多台数控机床实施综合控制的一种方法，是以数控机床为基础的机械制造系统的一个重要发展。
DNC系统与单机数控机床相比，避免了程序传输繁琐缺陷，增加了控制功能，提高了设备的利用率，改善了管理。
与后一章的FMS相比，DNC系统的自动化程度虽然较低，但它在信息与控制功能的集成方面，与FMS接近，所需的资金和技术投入也较小，更容易为中、小企业接受，能产生较大的效益。
而且，根据企业需求，DNC系统能够很容易成为FMS或CIMS的一个基本组成部分。
由于这些特点，DNC 在国内外得到了较普通的应用和发展。
9.1.1 DNC的产生从20世纪60年代后期出现DNC系统到20世纪70年代初，DNC系统处于发展的初期。
当时的DNC是指直接数字控制（Direct Numerical Control），也有人称它为“群控”。
美国电子工业协会（EIA）对DNC系统定义为：“DNC系统是一个按要求向各台数控机床分配数据，并将一组数控机床与存储零件程序或机床程序的公用存储器连接起来的系统”。
这就是说，在DNC系统中，数控系统中最不可靠的环节（纸带阅读机）不再存在，数控机床通过数据通信线与DNC系统主机相连接。
数控加工程序存储在DNC系统主机的存储器中，并在需要时通过数据通信线送至各数控机床。
DNC系统也包含了收集和处理从机床反馈给计算机的数据。
DNC系统允许数控机床与远程主机相连接，这样，程编人员可以在任何地方编制数控加工程序，并通过网络把程序输入到主机中，而不必在数控机床边上编制零件加工程序。
因此，DNC系统出现以后，在美国的一些企业中很快被采用。
但当时建立这样一个DNC系统的初始投资很大，而且系统的管理和控制都集中在一台主机上，一旦数据通信线或主机发生故障，就会影响整个DNC系统的工作。
因此，早期的DNC系统的实际使用情况并不理想，没有达到预期的效果。
20世纪70年代，随着CNC数控系统的普及，计算机价格大幅度下降和软件技术的发展、完善，机械制造系统中开始产生了分级的DNC系统。
现代设计方法第9章并行设计
将产品分解为独立的功能模块，并行进行模 块设计和集成。
建立跨部门协作机制
鼓励不同部门、团队之间的沟通与合作，确 保信息共享和协同工作。
运用仿真和建模技术
利用计算机仿真和建模工具，对设计方案进 行评估和优化。
并行设计的工具和技术
CAD（计算机辅助设计）软件
用于产品结构和外观设计，支持三维建模和可视 化。
跨部门协作与沟通
建立有效的沟通机制，打破部门壁垒， 实现信息共享和协同工作。
标准化和规范化
制定统一的设计标准、规范和流程， 确保设计质量和效率。
培训与知识转移
对设计人员进行并行设计方法和工具 的培训，提高其技能水平。
04 并行设计的案例分析
案例一：汽车行业的并行设计应用
总结词：协同高效
详细描述：汽车行业在产品开发过程中，采用并行设计方法，各部门协同工作， 缩短开发周期，提高设计效率。
案例二：航空航天领域的并行设计实践
总结词
高精度要求
详细描述
航空航天领域对产品精度要求极高，通过并行设计，各部门同时参与，减少设计误差，确保产品性能 。
案例三：电子产品开发中的并行设计案例
总结词：快速迭代
详细描述：电子产品开发过程中，利用并行设计实现快速迭代，及时发现问题并进行优化，提高产品 竞争力。
• 强化项目管理：制定详细的设计计划和进度安排，明确各阶段的任务和目标。 加强项目监控和管理，及时发现和解决项目中的问题和风险。同时，建立有效 的项目评估和反馈机制，不断优化设计方案和管理流程。
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信息交流
并行设计注重信息的实时共享和协同； 串行设计信息交流相对较少，主要在 各环节内部进行。
仿真结果分析
3.2.2稳态周期仿真
（1）定义： 并不是所有非终止型仿真都趋向于存在稳态分布，有时系统状态会出现某种周期性的变动。定义Yic为在第i个周 期内的随机变量，随即过程Y1c、 Y2c，……具有稳态分布Fc，对这类过程的仿真被称为稳态周期仿真。
（2）举例： 学校的打铃时间：每一天中的各次打铃时间间隔不等，但是每一天的打铃时间是一样的，因此，相当于一个稳态 周期的仿真。
构造出90%置信度的置信区间。
X (10) t9,0,95
S 2 (10) 1.34 1.83 0.17 1.34 0.24
10
10
正态分布均值μ的具有90%置信度的置信区间为[1.10，1.58]，置信区间的半宽为0.24。
3.置信区间的可靠程度
用t分布构造置信区间的公式的一个重要条件是随机变量Xi服从正态分布，很多实际的系统参数不服从正态分布， 那么用t分布公式构造的置信区间能够达到预定的置信度呢？下面用已经确定了参数的随机分布产生观测值，所用 的分布包括正态分布、指数分布、x2分布、对数正态分布和超指数分布，给定上述几种分布的参数生成若干观测 值，用t分布公式构造变量均值为90%的置信区间。
分布类型
Normal Exponential Chi square Lognormal Hyper Exponential
表3-1 置信区间包含已知均值的比例
观测值数目n
n=5
n=10
n=15
0.910
0.902
0.898
0.854
0.854
0.870
0.810
0.810
0.848
0.758
0.758
S 2 (10) 2.03 1.83 0.31 2.03 0.32
工业生产机器人典型控制系统的仿真与优化
工业生产机器人典型控制系统的仿真与优化第一节：引言工业生产机器人已经成为现代制造业中的重要组成部分，它们能够高效、准确、灵活地完成多种任务，取代了一些重复性、单调性高的工作，提高了生产效率。
机器人的控制系统是其关键技术之一，控制系统的仿真与优化能够帮助工程师提前发现问题、改进设计，提高机器人的性能和稳定性。
第二节：机器人的典型控制系统工业生产机器人的控制系统通常包括传感器子系统、执行器子系统和控制器子系统。
传感器子系统可以通过激光雷达、相机等感知环境信息，执行器子系统负责机器人的动作和操作，控制器子系统则决定机器人的动作方式和相应的控制算法。
第三节：仿真技术在机器人控制系统中的应用仿真技术可以帮助工程师在实际机器人制造之前进行系统验证和测试。
通过建立机器人的数学模型，可以在计算机上模拟机器人的运动、感知与控制过程。
利用仿真技术可以评估不同控制算法的性能、验证机器人的安全性和稳定性，并通过不断优化设计，改进控制方案。
第四节：典型控制系统的仿真与优化案例4.1 传感器子系统仿真与优化传感器子系统在机器人控制中起着至关重要的作用。
通过对不同类型传感器的仿真与优化，可以提高机器人的感知能力和识别准确性。
例如，使用三维激光雷达传感器对机器人周围环境进行扫描，通过仿真模拟不同工作环境下传感器的性能，优化传感器的参数配置，提高机器人的障碍物识别和避障能力。
4.2 执行器子系统仿真与优化执行器子系统是机器人实际执行动作的部分，仿真与优化可以提高机器人的精确度和速度。
例如，在焊接机器人的仿真与优化过程中，可以通过调整电机参数、优化控制策略等方式，提高焊接精度和速度，降低能耗同时保证焊接质量。
4.3 控制器子系统仿真与优化控制器子系统是机器人控制系统的核心部分，仿真与优化可以改进控制算法和策略，提高机器人的运动规划和路径跟踪能力。
例如，对于摆臂机器人的控制系统，可以通过仿真模拟不同摆臂机器人工作负载下的控制性能，优化控制策略，提高机器人的运动平稳性和工作效率。
任务14 智能制造系统仿真运行优化
表 计划对比分析
组员 计划中的优点
计划中的缺陷
优化方案
步骤
表 小组决策方案
工作内容
负责人
表 材料、工具、器件最终清单
序号
名称
型号和规格
单位
数量
备注
实施页
按以下步骤实施工厂自动化数字双胞胎软件系统仿真： （1）工厂自动化数字双胞胎软件3D模型的导入
实施页 （2）工厂自动化数字双胞胎软件IO信号关联
步骤
工作内容
负责人
材料、工具、器件计划清单
序号
名称
型号和规格
单位 数量 备注
计划页
? 引导问题7：任务中所用数字双胞胎软件平台的各功能模块如何使用？ ? 引导问题8：如何使用任务所用数字双胞胎软件平台的仿真内容？ ? 引导问题9：使用任务所用数字双胞胎软件平台搭建智能制造系统的软硬件要求？ ? 引导问题10：如何使用任务所用的工厂自动化数字双胞胎软件进行3D模型的导入和IO信号关联？如何 实现PLC、机器人、MES系统与工厂自动化数字双胞胎软件的通讯连接？
计划页
按照任务书要求和获取的信息，制定智能制造系统数字双胞胎仿真运行优化的流程步 骤工作方案，包括部件、材料、工具准备，工艺流程安排，检查调试等工作内容和步骤，完 成动作工艺的工作方案，材料、工具、器件清单两个表格，方案需要考虑到绿色、环保与节 能要素，系统优化可以通过试错等过程进行修改设计。
数字双胞胎软件流程步骤工作方案
创新性思维和行动
总计 教师签名：
学生签名：
分值
10 10 10 5 5 10 10 15 10 15 100
20
120
自评 20%
互评 20%
师评 60%
智能生产线智慧树知到课后章节答案2023年下沈阳职业技术学院
智能生产线智慧树知到课后章节答案2023年下沈阳职业技术学院沈阳职业技术学院第一章测试1.专家系统技术可以用于工程设计，工艺过程设计，生产调度,（）等A:构思决策 B:推理判断 C:故障诊断答案:故障诊断2.智能制造的基本特征包括五个方面，分别是自律能力、人机一体化、（）、自组织与柔性、学习与维护。
A:电气自动化技术 B:智能控制技术 C:虚拟现实技术答案:虚拟现实技术3.智能制造系统已经十分成熟，在很多场景得以应用，如（）A:智能物流 B:MES系统 C:AGV小车 D:自动生产线答案:智能物流;MES系统;AGV小车;自动生产线4.工业物联网技术是将具有感知、监控能力的各类采集、（），以及移动通信、智能分析等技术不断融入到工业生产过程中的各个环节，从而大幅度提高制造效率，改善产品质量降低产品成本和资源消耗，最终实现将传统工业提升到智能化的新阶段。
A:控制传感器或控制器 B:数据传输 C:设备故障诊断答案:控制传感器或控制器5.知识自动化技术主要包括传统的规则推理和显性表达方法，也对隐含知识、（）、群体经验等进行模型化，并借助软件化的方法，形成可执行的知识软件系统A:智能识别 B:系统检测 C:模式识别答案:模式识别6.虚拟现实技术是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统，它利用计算机生成一种模拟环境，是一种多源信息融合的、（）和实体行为的系统仿真，可使用户沉浸到该环境中。
A:交互式的三维静态视景 B:交互式的三维动态视景 C:交互式的二维动态视景答案:交互式的三维动态视景7.在输送装置的作用下，被加工工件按其（）顺序通过各台加工设备，完成工件的全部加工任务，这样的生产作业线称为机械加工生产线。
A:工艺流程 B:依次排列 C:随机组合答案:工艺流程8.刚性联结生产线适用与产品规格固定的（）；而柔性联结生产线适用与产品规格随时改变的单件小批量生产类型。
A:中批量生产类型 B:小批量生产类型 C:大批量生产类型答案:大批量生产类型9.RFID标签是由天线和（）构成A:芯片 B:支架 C:电源答案:芯片10.射频识别系统最重要的优点是（），它能穿透雪、雾、冰、涂料、尘垢和条形码无法使用的恶劣环境阅读标签A:直接识别 B:非接触识别 C:接触识别答案:非接触识别第二章测试1.触点和线圈等组成的电路称为（）A:电路图 B:网络段 C:程序段答案:程序段2.设备组态的任务就是在（）和网络视图中,生成一个与实际的硬件系统对应的虚拟系统。
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图9.1 仿真案例
9.1.1 仿真的基本概念
“仿真”一词源于英文术语Simulation，早
期 也译为“模拟”。仿真就是通过对系统模型的 实 验去研究一个存在或设计中的系统（这里的系 统是指由相互联系和相互制约的各个部分组成 的具有一定功能的整体）。简单地说，仿真就 是一种基于模型的活动。 根据仿真与实际系统配置的接近程度，可 以将其分为全物理仿真，半物理仿真和计算机
9.1.3 计算机仿真的特点
计算机仿真有别于其它方法的显著特点 之一是：它是一种在计算机上进行实验的方
法，实验所依赖的是由实际系统抽象出来的
仿真模型。
由于这一特点，计算机仿真给出的是由
实验选出的较优解，而不像数学分析方法那
样给出问题的确定性的最优解。
9.1.3 计算机仿真的特点
计算机仿真结果的价值和可信度，与仿真 模型、仿真方法及仿真实验输入数据有关。 如果仿真模型偏离真实系统，或者仿真方 法选择不当，或者仿真实验输入的数据不充分 、不典型，则将降低仿真结果的价值。 但是，仿真模型对原系统描述得越细、越 真实，仿真输入数据集越大，仿真建模的复杂 度和仿真时间都会增加。 因此，需要在可信度、真实度与复杂度之 间加以权衡。
9.1.1 仿真的基本概念
（a）神舟飞船的海上回收仿真
图9.1 仿真案例
9.1.1 仿真的基本概念
（b） 飞机机翼高速气流场中受力状态和运行状态仿真
图9.1 仿真案例
9.1.1 仿真的基本概念
（c） 无人状态下的飞行仿真
图9.1 仿真案例
9.1.1 仿真的基本概念
（d） 制造系统的物理配置仿真
9.1.5 自动化制造系统计算机仿真的作用
④缓冲区及仓库容量的确定。 ⑤企业及车间的最佳布局。
⑥生产线的平衡分析及优化。
⑦企业或车间的瓶颈工位分析与改进。
⑧设备故障、统计及维修对系统性能的影响。
⑨优化产品销售体系，如配送中心选址、数量
与规模等，降低销售成本。
9.1.5 自动化制造系统计算机仿真的作用
9.1.1 仿真的基本概念
一般说来，计算机仿真较之半物理、全物 理仿真在时间、费用和方便性等方面都具有明 显的优点。 而半物理仿真、全物理仿真具有较高的可 信度，但费用昂贵且准备时间长。 如图9.2所示给出了计算机仿真、半物理仿 真和全物理仿真的关系及其在工程系统研究各 阶段的应用。
9.1.1 仿真的基本概念
“运行决策”关注制造系统运营过程中的生产 计划、调度与控制，它可以为以下问题的决策提供 技术支持： ①给定生产任务时，制定作业计划、安排作业 班次。 ②制定采购计划，使采购成本最低。 ③优化车间生产控制及调度策略。 ④企业制造资源的调度，以提高资源利用率和 实现效益最大化。 ⑤设备预防性维修周期的制定与优化。
9.1.1 仿真的基本概念
现代科学研究、生产开发、社会工程、经济 运营中涉及的许多项目都有一定的规模和复杂度。 在进行项目的设计和规划时往往需要对项目的 合理性、经济性等品质加以评价。 在项目实际运营前也希望对项目的实施结果加 以预测以便选择正确、高效的运行策略或提前消除 该项目设计中的缺陷，最大限度地提高实际系统的 运行水平。采用仿真技术可以省时、省力、省钱地 达到上述目的。
第9章 自动化制造系统的计算机 仿真及优化
本章内容包括： 9.1 计算机仿真概述 9.2 计算机仿真的基本理论及方法
9.3 自动化制造系统仿真研究的主要内容
9.4 面向制造系统的仿真软件及其应用实例 9.5 实例视频
9.1 计算机仿真概述
计算机仿真是一种省时、省力、省钱的系 统分析研究工具，对分析研究自动化制造系统 的设计和运行性能具有巨大的优势，所得到的 结论对投资决策能够起到非常重要的支持作用。 9.1.1 仿真的基本概念 9.1.2 计算机仿真的发展历程（书中解释） 9.1.3 计算机仿真的特点 9.1.4 计算机仿真的意义 9.1.5 自动化制造系统计算机仿真的作用
9.1.1 仿真的基本概念
仿真对大家来说并不陌生。例如，在进行
军事战役之前，进行沙盘推演和实地军事演习
就是对该战役的一种仿真研究。
设计飞机时，用风洞对机翼进行空气动中高速气体流场中受力状态和运行状
态的一种仿真。
9.1.1 仿真的基本概念
在制造系统的设计阶段，通过某一种模型来 研究该系统在不同物理配置情况下、不同物流路 径和不同运行控制策略的特性，从而预先对系统 进行分析和评价，以获得较佳的配置和较优的控 制策略。 在制造系统建成后，通过仿真可以研究系统 在不同作业计划输入下的运行情况，比较和选择 较优的作业计划，以达到提高系统运行效率的目 的。这些都是仿真的应用案例，如图9.1所示。
9.1.1 仿真的基本概念
采用与实际系统相同或等效的部件或子系统来 实现对系统的试验研究，以分析系统的性能，称为 全物理仿真。如图9.1(a)和如图9.1(b)所示。 在计算机上建立实际系统的计算机模型，并对 其进行试验研究的仿真称为计算机仿真。如图9.1 (d)。 介于前两者之间并将其有机结合，用已研制出 来的系统中的实际部件或子系统去代替部分计算机 模型所构成的仿真称为半物理仿真。如图9.1(c)所 示。
9.1.5 自动化制造系统计算机仿真的作用
根据计算机仿真在自动化制造系统中的作 用，可以将其归结为“设计决策”和“运行决 策” 两种类型。 “设计决策”关注制造系统结构、参数和 配 置的分析、规划、设计与优化，它可以为下列 问题的决策提供技术支持： ①在生产任务一定时，制造系统所需机床 、设备、工具以及操作人员的类型和数量。 ②在配置给定的前提下，制造系统的生产
9.1.4 计算机仿真的意义
采用计算机仿真技术具有以下几点十分重要 的意义。 （l）可以替代许多难以开展或无法实现的实验。 （2）可以解决一般理论方法难以求解的大型系统 问题。 （3）可以经济快速地比较不同方案以降低投资风 险并节省研究开发费用。 （4）可以避免实际实验对生命和财产的危害。 （5）可以缩短实验时间，并不拘于时空限制。
9.1.1 仿真的基本概念
计算机仿真技术具有经济、安全、可重复 和不受气候、场地、时间限制的优势，被称为 除理论推导和科学试验之外的人类认识自然和 改造自然的第三种手段。 因此，除了必须采用半物理或全物理仿真 才能满足系统研究的要求的情况外，一般来说 都应尽量采用计算机仿真，计算机仿真也由此 得到了越来越广泛的应用。