08 工艺过程的优化

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1、第1页现代制造工艺理论第七章工艺过程的优化工艺过程的优化工艺过程的优化：采用一些手段使工艺过程的表现更优的过程对象是工艺过程方法：最优化理论最优化理论：是根据一些数学结论和数值方法，从一组侯选解中找出最优的解，而不需对所有侯选解进行计算定义系统边界：系统是所研究的整体中受约束部分，系统边界是把该系统同整体的剩余部分相区分的界限性能标准：定义方案评价标准，即确定系统性能评价的指标独立变量：这些独立变量应足以描述该系统可能的侯选设计或系统运行条件系统模型：该模型描绘了各变量间的相互关系和独立变量对性能标准的影响

2、模型求解：应用最优化理论求解系统模型第2页最优化问题的描述最优化问题的一般形式是：最优化的应用系统边界：反映在约束条件中性能标准：系统目标独立变量：确定X系统模型：目标函数f(X)模型求解：数学结论和数值方法求解算法，软件包第3页目标函数：约束条件：求解结果：使目标函数f(X)最小的独立变量X的取值与需要优化的问题本身有关工程实际系统的优化优化模型：性能指标、一组独立变量、一组等式和不等式约束第4页实际系统模型模型优化实际系统优化建立翻译实际系统的建模与优化模型求解算法工艺过程的优化工艺过程的优化：将工艺

3、过程作为一个系统系统边界（工艺过程的定义域）：零件的加工、产品的装配、…性能标准（工艺过程的优化目标）：质量、成本、产量、…独立变量（工艺过程的影响因素）：切削用量、刀具、机床、…系统模型（工艺过程的优化模型）：不同的系统边界、不同的性能标准、不同的变量，将得到不同的系统优化模型模型求解：应用数学结论和数值方法对系统模型进行求解工程应用：将优化结果应用于实际的工艺过程中第5页工艺过程的边界第6页切削条件：刀具几何参数切削深度切削速度进给量生产设备参数机床夹具毛坯：材料、状态工艺过程过程特征值刀具磨损切削力受

4、力变形切削温度……加工质量形状精度尺寸精度位置精度表面质量加工性能生产成本生产时间利润输入输入输出工件+切屑评价评价输入系统（黑箱）输出评价工艺过程的边界简化第7页切削条件：刀具几何参数切削深度切削速度进给量生产设备参数机床夹具毛坯：材料、状态工艺过程过程特征值刀具磨损切削力受力变形切削温度……加工质量形状精度尺寸精度位置精度表面质量加工性能生产成本生产时间利润输入输入输出工件+切屑评价评价输入系统（黑箱）输出评价工艺过程优化模型建立性能标准性能标准1：生产率最高，即单件工时最短性能标准2：成本最低性能标准

5、3：利润最高独立变量：切削用量切削速度、进给量、切削深度系统模型目标函数：性能标准&独立变量约束条件：刀具耐用度、工艺系统刚度等模型求解对目标函数求导并令其等于0数学结论第8页工艺过程的边界简化第9页切削条件：刀具几何参数切削深度切削速度进给量生产设备参数机床夹具毛坯：材料、状态工艺过程过程特征值刀具磨损切削力受力变形切削温度……加工质量形状精度尺寸精度位置精度表面质量加工性能生产成本生产时间利润输入输入输出工件+切屑评价评价输入系统（黑箱）输出评价工艺过程优化模型建立性能标准尺寸精度、形状精度、位置精度

6、、表面质量独立变量：机床参数变量、毛坯参数变量等太多系统模型无法建立数学模型适应控制模型模型求解数字化控制第10页机床控制装置加工机床加工过程适应性控制装置修正过程变量反馈位置反馈加工过程的控制系统工艺过程方案的优化工艺过程方案优化问题描述毛坯工序1工序2…工序n零件工序i可由多种加工方案，不同加工方案的工时或成本不同找出最优的工艺过程方案从多种侯选方案中寻优的问题最优化的相应方法动态规划法网络图求解法……第11页运筹学中的典型问题和求解方法工艺过程的优化小结工艺过程的优化核心是建立优化模型，

7、前提是确定系统边界工艺过程的系统边界切削过程：某道工序的加工过程零件工艺：零件的加工工艺方案性能标准：质量、产量、成本工艺过程的优化问题优化的层次：制造系统、生产过程、工艺方案、加工系统优化的内容：物流过程、物流环境、生产管理优化的方法：最优化理论、运筹学第12页问题域、模型和优化算法第13页实际系统模型模型优化实际系统优化建立翻译实际系统的建模与优化模型求解算法