(章)机械产品智能优化设计.ppt

第8章机械产品智能优化设计理论与方法 机械产品智能优化设计理论与方法 　1 概论 　2 智能优化设计目标、内容与方法关联方程式 　3 智能优化设计的内容、结构与特点 　4 机械产品的操纵系统设计 　5 机械产品的监测系统设计 6 机械产品的控制系统设计 　7 机械产品的诊断系统设计 　8 结语 1. 概论（1） 机械产品在完成所需功能的同时，还要求有良好的使用性能，我们列出的 8 个方面的内容归纳为产品的使用性能，即 1)功效实用性、2)工作稳定性、3)指标优越性 4)设备动力性、5)状态测控性、6)故障可诊性、 7)操作宜人性,8)使用经济性等。 事实上，上一章中介绍的结构性能和下一章中讨论制造性能对产品使用质量也会产生不同程度的影响，因此，本章在讨论产品设计目标时，以实现 良好的使用性能为主要目标，而对其它方面的性能也应给予以适应考虑。 1. 概论（2） 有不少机械产品能够实现各种各样的需求，但在某些场合有些功能是不必要的，所以我们在这里特别强调了功效的实用性，一些多余的功能会造成不必要浪费； 机械产品在工作时的稳定性十分重要，不稳定的运动过程影响工作效果，严重情况下会发展成为设备的故障，进而会影响设备正常和有效的工作； 只有在满足基本功能要求的前提下，才有可能讨论产品技术指标的优越性；设备动力性、状态测控性和故障可诊性是保证机械产品有效工作的必要条件，设计时不能忽视； 操纵宜人性可以保证产品操作过程灵便、准确，目前广泛采用人机对话的方式；设备使用经济,并且要有较高的性价比。 1. 概论（3） 在最近二十多年来，大型机械设备屡屡发生重大事故。根据我国11化肥厂提供的不完全统计，在1976年至1985年，由于大机组事故而引起停机的损失，折合人民币的损失达数亿元；1985年10月山西大同第二电厂、1988年2月陕西秦岭电厂和1999年阜新电厂各有一台20万千瓦机组发生断轴毁机事故，损失超过数亿元。 在国外，此类事故也屡见不鲜， 1971年美国三里岛30万千瓦机组毁损；1972年日本关西电力公司海南电厂3号机组断轴；1973年西德60万千瓦机组联轴器变形等重大事故；1986年英国斯威士兰公司直升机由于传动齿轮断裂造成机毁人亡事故；美国航天飞机两次发生重大机毁人亡事故。 除此以外, 离心压缩机、大型风机、航空发动机、大型轧机等, 常常由于振动而引发严重的破坏事故, 在较轻的情况下，也会降低其工作效率, 使机器不能在全负荷状态下运行。 因此, 近十多年来, 世界各国都十分重视机械设备运转过程中出现的振动问题, 在设计机器的过程中, 需要考虑的基本问题之一是如何设法消除可能出现的那些有害的振动。因此，机械动态优化设计及智能优化设计已成为机器设计过程中不可缺少的重要环节. 　1. 概论（4） 现代社会生活和现代工业发展都对机器设备的智能化水平提出越来越高的要求。在很多方面，常用智能化水平来衡量机械设备和物品的档次。如智能化工程机械、智能机器人、智能化洗衣机、智能化办公设备和智能化楼宇等。 凡是冠以“智能”二字的机械设备都代表高档次的，这是已被大家广泛认同的事实。可以认为，智能机器是机械工程发展的最高阶段，但不是最　终阶段，这是因为事物始终处在不断发展的过程中． 　　20世纪40年代，军事技术和工业生产中都出现了许多亟待解决的系统控制问题，即要求设计的系统工作稳定、响应迅速、精度高等。这就需要对系统做深入的理论研究，揭示系统内部运动的规律，找出系统性能与系统结构以及参数之间的内在联系。最初所涉及到的系统是单变量输入、单变量输出的线性系统。 　　随着现代科学技术的发展，多输入、多输出的复杂系统越来越多，例如各种数控机床和各种用途的机器人等等。经典控制理论已不能满足解决这类问题的需要。 　　智能控制理论发展至今，可以把它看成是自动控制、人工智能、信息论和运筹学的学科交叉融合的产物，并认为是通向自主机器递阶道路上自动控制的顶层。 ３. 智能系统的结构 (２)智能系统的结构 智能优化设计的关键是智能控制， 智能控制是现代科学技术发展的综合 产物，具有多学科交叉的特点。为了 描述这种多学科交叉的结构特点，将 智能控制表达成其它相关学科的交集 形式。蔡自兴提出四元智能控制结构， 把智能控制看作自动控制、人工智能、 信息论和运筹学 4 个学科的交集，如 图8.3所示。 １）IC——智能控制（In