系统的优化指标-重点优化项

（1）生产率

机电一体化系统的生产率（对加工机械而言）是指单位时间内制造出来的产品表数量，用Q表示为：

式（8-1）中T_d是制造单件产品的时间（min），它一般由工作行程时间T_x、空行程时间T_k和辅助工作时间T_f来共同决定，因而有：

T_d=T_x+T_k+T_f （8-2）

为了提高生产率Q，可以通过增加机器的运转速度，缩短工作行程时间来实现，但过分地增加机器运转速度，因机物料的消耗增大，易损件更换次数增多，辅助工作时间将相对增加，反而会导致生产率下降，所以，只有在减小T_x的同时，减小T_k和T_f，才能使生产率真正提高。

（2）柔性

机电一体化系统的柔性描述了系统对外部环境变化的适应能力，用柔性系数F来表示：

式中 T_g——系统工作时间；

T_s——系统适应时间。

根据系统适应外部环境变化的内容，加工机械的柔性分为工艺柔性和结构柔性。加工机械要通过系统局部调整来适应不同规格物料的加工，所以工艺柔性体现了系统对物料品种变换应具有的适应能力。物料加工时间可表达为：

式中 T_gi——第i种物料的加工周期；

K_i——第i种物料的批量大小；

n——系统调整次数，也就是被加工物料品种规格的数目。

加工机械的系统调整时间为：

式中 T_ti为系统对第i种物料加工前的调整时间。

若不考虑故障停机时间，系统的适应时间就等于系统调整时间，故工艺柔性系数F_g可表示为：

由式（8-6）可知，在进行系统设计时，要根据规定的要求，求出T_t、T_g和K这几个参数之间的最佳组配。为了提高系统的工艺柔性，必须缩短系统调整时间和增加被加工物料的批量或加工周期（后者会造成生产率的下降）。

结构柔性是指在某一功能模块一旦出现故障时，系统仍能维持正常工作的能力。设系统不具备结构柔性时，执行功能的时间为T_z0，工作能力恢复时间为T_h，则系统总工作时间T_z1为：

T_z1=T_z0+T_h （8-7）

当系统具有结构柔性时，系统总工作时间T_z2为：

T_z2=T′_z2+T″_z2 （8-8）

式中 T′_z2——无生产率损失的功能执行时间；

T″_z2——有部分生产率损失的功能执行时间。

由于结构柔性的提高而缩短的停机时间T_ft为：

T_ft=T_z1-T_z2=(T_z0+T_h)-T′_z2+T″_z2 （8-9）

结构柔性F_j表示为：

令T′_z2+T″_z2-T_z0=T_r（为系统总工作时间和系统功能执行时间之差），由式（8-10）可以得到，如果T_h=常数，即系统工作能力恢复时间一定的情况下，随着T_r的增加，系统的结构柔性因生产率损失而降低。如果T_r=常数，随着系统工作能力恢复时间T_h的增加，系统结构柔性因生产率保持原有水平而提高。(www.xing528.com)

（3）自动化程度

机电一体化系统的最大特点是使人与机械的关系发生了根本的改变。

由于机电一体化系统中的微电子装置取代了人对机械绝大部分的控制功能，并加以延伸、扩大，克服了人体能力的不足和弱点，并且能够按照人的意图进行自动检测、信息处理、控制调节和记忆及故障自诊断，因而速度快，可靠性好，精度高，耐久力强。这样，不但可减轻人的体力与脑力劳动，而且可克服传统机械中人机关系存在的人机之间速度、耐久性等不匹配现象。因此，在设计机电一体化系统时，应着重考虑系统的智能化和自动化。可用自动化程度系数K_z来评价机器的自动化程度。机器自动化程度系数K_z定义为：

式中的辅助操作时间是指机器在实现其主功能时，除了本身需完成规定的工作运动外所需的辅助操作时间，如机器的启动、停止、物料的装卸、机器工作参数调整、工作效果检查、机器加油润滑、例行检修等。

（4）成本

对机电一体化加工机械来说，成本分为机器成本和生产成本。机器成本是指制造机器本身需要的投资，包括：

1）C₁——材料及动力费用，包括系统制造所需的原材料、辅助材料、工具、外购件的费用及动力消耗。

2）C₂——工时费用，包括加工、装配、检验、试验时所支付的全部工资及附加工资。

3）C₃——间接费用，包括企业、车间管理费用，厂房及设备折旧等费用。

机器成本C是上述三项费用的总和，即C=C₁+C₂+C₃。

生产成本包括日常物化劳动消耗和活劳动消耗。其中日常物化劳动消耗是指用于产品生产所必须的备用零配件、电力、工具、燃料、润滑油、基本材料和辅助材料等方面的消耗；活劳动消耗是指用于产品的生产所需的工时、人员数量。

（5）可靠性

产品的可靠性是指产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力。评价指标有可靠度、失效率和平均寿命。无故障性是指产品在某一时间内（或某一段实际工作时间内），连续不断地保持其工作能力的性能。耐久性是指产品在达到极限状态之前，保持其工作能力的性能，也就是在整个使用期限内和规定的维修条件下，保持其工作能力的性能。

1）可靠度

可靠度是产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的概率。一般记为R，它是时间t的函数，故也记为R（t），R（t）称为可靠度函数。

对于不可修复的产品，可靠度估计值是指在规定的时间区间（0，t）内，能完成规定功能的产品数n_s（t）与在该时间区间开始投入工作的产品数n之比。即：

式中 n_f（t）为在规定时间区间内未完成规定功能的产品数，即失效数。

2）失效率

失效率是工作到某时刻尚未失效的产品，在该时刻后单位时间内发生失效的概率。记作λ（t），称为失效率函数，有时也称为故障率函数。

在正常工作期内机电一体化产品失效率为常数λ，此时R（t）=e^-λt。

3）平均寿命

由于可维修产品与不可维修产品的寿命有不同的意义，故平均寿命也有不同的意义。用MTBF表示可维修产品的平均寿命，称平均无故障工作时间；用MTTF表示不可维修产品的平均寿命，称为“失效前的平均工作时间”。

不论产品是否可修复，平均寿命的估计值可用下式表示：

式中 n——对不可修产品，它代表试验的产品数；对可修产品，它代表试验产品发生故障次数；

t_i——对不可修产品，它代表第i件产品寿命；对于可修产品，它代表每次故障修复后的工作时间。