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1、哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学 20072007 至至 20082008 学年第二学期制造系统自动化技术期末考试试题学年第二学期制造系统自动化技术期末考试试题 A A一、机械制造自动化发展分为哪四个阶段，各有什么特征？（8 分）答：第一阶段：20 世纪 4050 年代初，以大量大批生产为主的刚性自动化系统和刚性自动化单机，其特点是高生产率刚性结构，产品固定生产节拍固定，难以实现生产产品的改变。(2 分)第二阶段：20 世纪 5060 年代中期，适用于多品种、中小批量生产的数控（NC）和计算机数控（CNC）技术。其特点是具有较好的柔性和加工质量，应用编程技术即可实现生产产品的改变。(2 分)第三阶
2、段：20 世纪 6080 年代中期，是适用多品种、中小批量生产的柔性制造技术。包括柔性制造单元（FMC）、柔性制造系统（FMS）和柔性加工线（FML）。其特点是高的柔性、质量和效率。(2 分)第四阶段：20 世纪 80 年代至今，仍然面对多品种、中小批量生产。其技术为计算机集成制造系统（CIMS）、计算机集成制造（CIM）、智能制造、并行工程、敏捷制造、虚拟制造、快速原型制造、网络制造、全球制造和绿色制造等。其特点是具有更为广泛的适应性和更大的柔性，并且技术更具综合性，学科更加交叉，涉及的领域更为广泛。(2 分)二、二、系统可靠度分配应遵循的原则是什么？（8 分）答：在系统设计时可靠度也和精度
3、指标一样，要向各子系统进行合理分配，最终要保证总系统的可靠度不超标。其分配原则如下：1）对自动化系统性能影响大，对总系统的可靠性影响明显的关键子系统，可靠度指标应高些。(1 分)2）对结构简单，作用大，功能易实现，较为容易达到高可靠度的子系统，其可靠度指标可高些。(1 分)3）不便于维修、更换，功能要求严格的子系统，可靠度指标可高些。(1 分)4）易受工作环境影响的子系统，可靠度指标可高些。(1 分)5）结构复杂，很难保证高可靠度的子系统，可靠度指标可低些。(1 分)6）考虑到发展、改进、准备更新且对系统可靠性影响不大的子系统，可靠度指标可低一些。(1 分)总的原则是：对总系统的可靠性影响显著
4、，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分)三、三、何谓电气伺服系统？电气伺服系统的特点是什么？（6 分）答：伺服系统是指输出信号（位移、速度、加速度或力）以一定的精度复现输入信号的自动控制系统，又称为随动系统，一般是指以各种伺服电动机作为驱动元件。（2 分）电气伺服系统具有高精度、高速度、高可靠性和易于控制等特点。（4 分）四、四、简述辊道式输送机传动的几种方式及特点。（12 分）答：辊道式输送机传动结构比较简单、使用最广泛的一种输送机械，它由一系列以一定的间距排列的辊子组成，用于输送成件物料或托盘物料。辊道可以
5、是无动力的，物料由人力推动，也可以采用机动辊道输送机。（2 分）机动辊道有多种实施方案：每个辊子都配备一个电机和一个减速机，单独驱动。一般采用星型传动或谐波传动减速机。由于每个辊子自成系统，更换维修比较方便，但费用较高。（2 分）每个辊子轴上装两上链轮首先由电机、减速机和链条传动装置驱动第一个辊子，然后再由第一个辊子通过链条传动装置驱动第二个辊子，这样逐次传递，以此实现全部辊子成为驱动辊子。（2 分）用一根链条通过张紧轮驱动所有辊子(见图 4-9)。当货物尺寸较长、辊子间距较大时，这种方案才比较容易实现。（2 分）用一根纵向通轴，通过扭成 8 字形的传动带驱动所有辊子在通轴上，对应每个辊子的位
6、置开着凹槽。用传动带套在通轴和辊子上，呈扭转 90 度和 8 字形布置，即可传递驱动力，使所有辊子转动。如果货物较轻，对驱动力的要求不大，这种方案结构简单，较为可取。（2 分）在辊子底下布置一条胶带，用压辊顶起胶带，使之与辊子接触，靠摩擦力的作用，当胶带向一个方向运行时，辊子的转动使货物向相反方向移动。把压辊放下使胶带脱开辊子，辊子就失去驱动力。有选择地控制压辊的顶起和放下，即可使一部分辊子转动，而另一部分辊子不转，从而实现货物在辊道上的暂存，起到工序间的缓冲作用。（2 分）五、五、简要说明加工误差检测与补偿系统的基本组成和工作原理（14 分）答：基本组成：传感器、滤波放大器、A/D 转换器、
7、计算机、D/A 转换器、驱动电源、执行元件以及误差分析与预测模型、目标函数模型、控制算法模型等。（2 分）传感器：检测与误差有关的物理量或机械量的变化，以便获得当前的误差信息；（1分）滤波放大器：对传感器输出的信号进行放大，并进行预处理，消除部分干扰和无用的信息；（1 分）A/D 转换器：将于误差量有关的模拟信号转换为数字信号；（1 分）计算机：完成数据采集、误差分析与处理，获得当前或预报下一时刻的误差大小，并根据目标函数和控制模型计算出调整量，输出给执行机构。（1 分）D/A 转换器：根据执行机构驱动器的要求，将计算机输出的对执行机构进行调整的数字量转换为模拟量；（1 分）驱动电源：将 D/
8、A 转换器输出的信号进行幅值放大、功率放大，以便驱动执行机构。（1 分）执行元件：将电信号（能量）转换为机械运动（能量），实现对系统的调整和误差补偿。（1 分）误差分析与预测模型：根据传感器及其检测系统的特性，采用某种数据处理算法建立起来的、从检测到得信号中计算出能够直接表示当前或者下一时刻误差大小的特征值的计算模型。（1 分）目标函数模型：对系统进行误差控制的目标要求。（1 分）控制算法模型：根据所测量的误差值和控制目标要求来计算系统的调节参数的算法。（1 分）工作原理：监测系统得到了工件的真正坐标、误差等参数，这些参数被传送给加工系统中的计算机，通过计算机反馈给加工执行系统，来控制、修正被
9、加工工件的尺寸，这样就使得有可能在加工超差之前及时对加工尺寸的变化加以补偿。（2 分）六、六、什么是故障诊断，其作用和意义是什么？（6 分）答：所谓故障诊断，就是通过采集、分析系统运行过程中或者过程结束后的有关信息来分析、确定故障发生的时间、空间位置、故障类型、故障产生的原因和机理、故障对系统的影响程度和危害大小以及恢复系统性能或者改进系统设计的措施的全过程。（3 分）意义：自动化系统是一个集机械、液压、电子电器、计算机等硬件、软件为一体的极其复杂的系统。由于组成整个系统的部件、模块繁多，任何一个部件、模块出现故障都有可能影响系统的整体性能，使系统的工作效率下降，甚至使整个系统无法正常工作。故
10、障诊断系统是保证整个系统正常、高效运行和设备维护的必要手段和要求。（3 分）七、七、装配、装配工艺过程、装配工艺规程、装配自动化的概念是如何定义的？（6 分）答：装配：将零件进行组合连接部件、复合件或成品的过程。（1.5 分）装配工艺过程：指装配的方法、路线及内容的安排。包括装配、调整、检测和试验等工作。（1.5 分）装配工艺规程：指将装配工艺过程按一定的格式以文件的形式固定下来的过程。（1.5分）装配自动化：指对某种产品用某种控制方法和手段，通过执行机构，使其按预先规定的程序自动地进行装配，而无需人直接干预的过程。（1.5 分）八、八、与传统的生产管理与运行控制方法比较，简要说明计算机辅助生
11、产管理与运行控制系统的功能和作用。（10 分）答：计算机辅助生产管理系统由制造系统中各管理子系统构成的，主要包括生产技术管理、生产计划管理、生产作业管理、物料供应管理、制造资源管理、产品销售管理、库存管理、财务管理、质量管理等子系统，在计算机的管理与控制下，保证制造系统中的物料、能量的正常流通和信息的正确传递与交换。生产系统的运行控制，就是要按照作业计划的要求，向生产系统输入所需的物料和信息，控制生产系统运行，在生产过程中不断采集、处理任务完成情况、设备运行状况等信息，并反馈给相关的决策子系统，通过对设备和物料流的控制，完成作业计划任务。是生产管理的重要职能，是实现生产计划和生产作业计划的手段。（6 分）与传统的生产管理与运行控制系统相比，计算机辅助生产管理系统在功能上更加完善、处理速度更快，可以采用一些有化算法进行处理，得到更好的效果。（2 分）主要作用：优化系统资源配置和利用率、提高系统响应时间、提高系统运行的性能、降低生产成本、保证交货期。（2 分）九、九、实验成绩（20 分）十、十、平时表现（10 分）