测试技术与仪器03

制造系统自动化技术(B)试 题

哈工大 2008 年 春 季学期

一、 自动化的发展取决于哪几个因素？（6分）

答：1）客观的需求是自动化发展的前提；（2分）

2）基础理论研究是自动化发展的基础；（2分） 3）科学技术的发展是自动化发展的保证。（2分）

二、系统设计的基本原则是什么？（8分）

答：1)统整体最优原则；（1.5分） 2)大概率事件原则；（1.5分） 3)反复斟酌，慎重对待需求原则； （1.5分） 4)目标函数准确性原则； （1.5分） 5)充分掌握信息的原则；（1.5分） 6)继承和理解吸收的原则； （1.5分） 7)最大效益的原则；（1.5分） 8)尽量简化的原则；（1.5分） 9)尽可能定量的原则； （1.5分） 10)动态设计的原则；（1.5分） 11)综合应用多学科的知识和技术的原则；（1.5分） 12)具有法制观念原则。（1.5分）

三、交、直流伺服电机的性能从哪六个方面进行比较？（6分）

答：（1）机械特性和调节特性 (1分)（2）体积、重量和效率(1分)（3）动态

响应 (1分)（4）“自转”现象 (1分)（5）电刷和换向器的滑动接触 (1分)（6）放大器装置(1分)

四、物料传输机器人的末端执行器有哪几种类型；分别是什么原理，

各有什么特点（8分）

答：末端执行器按结构可分为：夹钳式取料手、吸附式取料手、专用操作器及转换

器、仿生多指灵巧手。（2分）

夹钳式取料手通过手指的开合动作实现对物体的夹持。其中，弹性力手爪其夹持物体的抓力由弹性元件提供，摆动式手爪其爪的运动状态是绕固定轴摆动，平动式手爪其爪的运动状态是平动的。（3分）

吸附式取料手分气吸附和磁吸附。气吸附式取料手是利用吸盘内的压力和大气压之间的压力差工作，具有结构简单、重量轻、吸附力均匀的优点；磁吸附式取料手是利用电磁铁通电后产生的电磁吸力取料，因此只对铁磁物体起作用，对不允许有剩磁的零件要禁止使用。（3分）

五、列举3种刀具状态的检测方法，并说明其工作原理（9分）

答：1）通过在线检测加工尺寸的变化检测刀具的磨损和破损：在自动化机床上用三维测头、在FMS中配置坐标测量机或专门的检测工作站进行在线尺寸自动测量等，都是以尺寸为判据，同时用计算机进行数据处理，完成质量控制的预测工作。图5-17为在CNC车床上用三维测头对工件上孔的尺寸进行自动测量的示意图。测头在计算机控制下，由参考位置进入测量点，计算机记录测量结果并进行处理，测头自动复位。图中的箭头为测头中心移动的方向。所测量的孔的半径误差间接反映了刀具的磨损或破损程度。（要画出简图进行说明）（3分）

2）刀具状态的在线检测：在加工间歇内，使用加工中心的尺寸检测系统来检测刀具的长度或切削刃的位置，如图5-18所示。当刀具完成一次切削走刀后，将装在工作台某个位置的探针或接触开关移到刀尖附近，当刀具(图中的钻头尖)碰到探针时，利用机床坐标系统记下刀尖的坐标，并计算出刀具长度L，利用子程序比较L与存贮于计算机中的刀具标准长度Ls，如果L>Ls-Δl，则说明刀具没有折断或破损，如果L

Δl，则说明刀具已报废，需要换刀，Δl为刀具的允许磨损量。（要画出简图进行说明）（3分）

3）刀具状态的智能化在线监控系统：采用电机功率、声发射信号或者其它能够表征切削过程状态变化的信号，采用信号分析提取刀具磨损与破损的特征信号，采用模糊神经网络进行刀具磨损破损状态的识别，最后得到刀具是否发生破损以及刀具的磨损程度、磨损量或剩余寿命值。（3分）

六、举例说明故障树分析的基本原理、过程和用途。（10分）

答：过程：(1) 对所研究的对象作系统分析，了解系统的性能，收集和分析系统设

计和运行的技术规范等技术资料，对系统的正常状态和正常事件、故障状态和故障事件要有确切的定义。在此基础上，对系统的故障作全面分析，评价各种故障对系统的影响，找出导致各种故障的原因和途径。(2) 在判明故障的基础上，确定最不希望发生的故障事件为顶事件。(3) 根据对系统所提出的假设条件为依据，合理地确定边界条件，以确定故障树的建树范围。(4) 按故障树基本结构的要求，画出故障树图。（5） 计算机编程实现。（5分）

基本原理：故障树分析法就是把所研究系统的最不希望发生的故障状态作为故障分析的目标，然后寻找直接导致这一故障发生的全部因素，再找出造成下一阶事件发生的全部直接原因，一直追查到那些原始的、其故障机理或概率分布都是已知的，因而毋须再深研究的因素为止。（3分）

用途：判明基本故障，确定故障的原因、影响和发生概率，对复杂动态系统的设计、工厂试验或现场失效形式进行可靠性分析。（2分）

七、207球轴承的自动装配要经过哪几个过程？并作简要说明

（15分）

答：（1）合套 从选配机送来的内环和外环首先要合装在一起，见图（a）（2分）

（2）拨内环 轴承环从合套工位运送到下一工位的过程中，由于低面与轨道摩擦的结果， 内环总是沿运送方向偏靠在前进的后方，见图（b），为了便于装配机构的配置，希望内环垂直于运送方向偏靠在外环上，所以在装入钢球以前，需用Q力将内环拨到所需位置上。（2分）

（3）装入钢球 在内、外环的弧形空间内装入规定数量的钢球，见图（c）,装球过程中，往往最后一粒钢球会堆积在其它钢球上，所以需要压球机构将最后一粒钢球压进去。（2分）

（4）将内环拨到中心位置 将内环拨向中心时，常常会碰到最外边两粒钢球之间的距离B小于内环沟道直径 的情况，见图（c）,这是需在外环商加以一定的压力P，使之产生 一定的弹性变形，使尺寸B增大，然后内环便可在径向力N的作用下顺利地拨到中心位置，如图（d）所示。（2分）

（5）分球 用分球器将钢球均匀分布在沟道圆周上，见图（e），应将内、外环适当 固定，以免整个轴承移动或受力抬起。同时从上一个工位运送到分球工位时，应注意保持如图（d）所示的正确位置，否则，如果轴承在圆周上错位后，可能使分球叉正顶着钢 球，以致装配工作无法进行甚至导致故障。（2分） （6）装入保持架 见图（f），当采用钢制两半保持架时，一般均先装下半保持架，再装上半保持架，然后进行扣合、焊接或铆合。这一过程有时需要2－3个工位上进行。（2分）

（每个图0.5分，共3分）

八、说明MRP和MRPⅡ的含义和区别。MRPⅡ具备哪些功能？

（8分）

答：MRP(Material Requirements Planning )是生产和采购产品所需各种物料的计划。MRP是根据主生产计划上需要物料的时间节点来决定定货和生产。从最终产品的需要数量和需要期限出发，按照产品的结构展开，推算出所有零部件的需求量，并按照它们的采购或生产提前期推算出它们的采购或投产时间，再从零件计划推到毛坯和原材料的计划。（3分）

MRP的功能进一步扩展，与企业的财务、经营和技术等方面的管理直接连接，产生了一种综合的企业管理信息系统，即制造资源计划系统MRP-II(Manufacturing Resources Planning)。MRP-II在MRP系统的基础上，增加了生产能力计划、生产活动控制、采购和物料管理计划以及财务管理等功能，形成了一个综合的管理信息系统。（3分）

相对于MRP来说，MRP-II是一种更完善和先进的管理思想与方法。它充分应用了管理科学、计算机仿真、网络技术等先进技术与决策手段，在系统中装入了各种优化决策模型，因此MRP-II系统具有一定的仿真功能，能仿真将来物料需求，提出物料短缺警告，还能仿真生产能力需求，发出生产能力不足警告。以便管理人员及时进行准备和安排。MRP-II系统还可为企业的高层领导提供服务，辅助他们用科学的方法来进行生产经营决策。（2分）

九、实验成绩（20分）

十、平时表现（10分）