本发明涉及气动系统中满足指定条件的最佳气动装置的选定方法。

为了制造用户指定的气动系统(从切换阀至气缸末端的系统)，可考虑气动操作系统设计计算尺(参照特公昭53-21320号公报)。为了满足求出多动气缸的冲程移动时间的计算式，求出气缸输出的计算式，求出气缸和配管的消耗空气量的计算式，和其它计算式，该计算尺将有关刻度刻在计算尺表面的固定尺和滑动尺上，同时进行游标操作，可以迅速地计算系统设计中必要的各部件。这样，由于以往不能进行正确的动态特性模拟，所以不得不按所述计算尺的近似的简易计算获得被选定的装置。因此，装置选定的结果满足要求值的概率相当低，不可能按最少的装置组合构成系统，不可能实现最小的消耗能量或最低的成本。
目前，不断要求采用精度和可靠性高的计算方法，满足用户指定的条件，迅速地选定最佳装置组合方法的开发。而且，在进行选定时，必须满足以下(1)～(2)的条件。
(1)负荷条件(被选定的系统按照指定动作部分(空气压力调节器)的负荷质量和推力、使用目的和供给空气压力等输入条件，满足可充分动作的力学条件)。
(2)速度条件(被选定的系统在指定的全冲程时间内空气压力调节器的输出部件(例如，气缸的活塞)可以达到冲程末端)。
(3)强度条件(被选定的系统满足指定的负荷条件，不会出现空气压力调节器的压曲、变形、破坏等)。
(4)连接条件(可以正常地连接构成被选定系统的装置)。

本发明在使用气动系统的气动装置的选定方法中，以选定满足指定的负荷条件、速度条件和强度条件的装置作为第一课题，以选定满足指定的速度条件的最小尺寸的装置作为第二课题，以确认使用适当选定装置的气动系统的特性作为第三课题。
本发明以下述方法作为第一方法，该方法在空气压力调节器数据库、电磁阀数据库、驱动控制装置数据库、配管数据库、管接头数据库、排气处理装置数据库中分别存储有关空气压力调节器、电磁阀、驱动控制装置、配管、管接头、排气处理装置的各品种编号的数据，计算构成系统的气动装置的必要条件，从各数据库中选定适合其计算结果的气动装置，其中，在第一阶段，根据基本方程式的计算，从空气压力调节器数据库中选定满足负荷条件、强度条件和速度条件的空气压力调节器，在第二阶段，从电磁阀数据库、排气处理装置数据库中选定满足速度条件判别式的电磁阀、排气处理装置，在第三阶段，分别从驱动控制装置数据库、配管数据库、管接头数据库中选定满足速度条件判别式的驱动控制装置、配管、管接头。
本发明以下述方法作为第二方法，该方法是在第一方法中，计算指定系统的响应时间所必需的整个流体通路的装置的总有效截面积的目标值，采用有效截面积串联合成式将该目标值分配给空气压力调节器以外的装置，在空气压力调节器以外的装置上添加加权系数，将该系数编入第二阶段和第三阶段的判别式中。
本发明以下述方法作为第三方法，该方法是在第一和第二方法中，采用在第一阶段至第三阶段选定的空气压力调节器、电磁阀、驱动控制装置、配管、管接头、排气处理装置构成气动系统，通过模拟求出气动系统的响应时间t，进行响应时间t是否比指定的响应时间tst短的判定，在响应时间t比响应时间tst短时，减小电磁阀、驱动控制装置、配管、管接头、排气处理装置的各尺寸，再次重新算出响应时间t，在响应时间t比响应时间tst长时，增大电磁阀、驱动控制装置、配管、管接头、排气处理装置的各尺寸，再次重新算出响应时间t，使响应时间t比响应时间tst短，并且满足最接近的条件，同时选定电磁阀、驱动控制装置、配管、管接头、排气处理装置的最小尺寸。
本发明以下述方法作为第四方法，该方法是在第一和第二方法中，采用在第一阶段至第三阶段选定的空气压力调节器、电磁阀、驱动控制装置、配管、管接头、排气处理装置构成气动系统，通过模拟各装置的参数和使用条件，联立电磁阀、驱动控制装置、配管、管接头、排气处理装置的基本方程式，进行数值计算，得到气动系统的动态特性和诸特性值。
本发明以下述方法作为第五方法，该方法采用按适当方法选定的空气压力调节器、电磁阀、驱动控制装置、配管、管接头、排气处理装置构成气动系统，通过将各装置的参数和使用条件进行与气动装置的选定相同的模拟，联立电磁阀、驱动控制装置、配管、管接头、排气处理装置的基本方程式，进行数值计算，得到气动系统的动态特性和诸特性值。
第一方法根据基本方程式计算满足气动系统中指定的负荷条件、速度条件和使用条件的空气压力调节器，计算满足速度条件的电磁阀、驱动控制装置、配管、管接头、排气处理装置，从数据库中选定适合该计算结果的气动装置。满足指定的负荷条件、速度条件和强度条件的装置被自动地选定，而且计算结果的正确性和可靠性高。
第二方法计算整个流体通路的节流总有效截面积的目标值，采用有效截面积串联合成式将该目标值分配给空气压力调节器以外的装置，由于在空气压力调节器以外的装置上添加计算加权系数，所以从最初的计算中可获得接近最佳值的计算结果，可缩短进行最终选择所需要的时间。
第三方法进行系统的响应时间t是否比指定的响应时间tst短的判定，在响应时间t比响应时间tst短时，减小电磁阀、驱动控制装置、配管、管接头、排气处理装置的各尺寸，再次重新算出响应时间t，在响应时间t比响应时间tst长时，增大电磁阀、驱动控制装置、配管、管接头、排气处理装置的各尺寸，再次重新算出响应时间t，使响应时间t比响应时间tst短，并且满足最接近的条件，同时选定电磁阀、驱动控制装置和配管的最小尺寸。因此，可选出满足指定速度条件的最小尺寸的装置。
由于第四方法通过模拟各装置的参数和使用条件，联立电磁阀、驱动控制装置、配管、管接头、排气处理装置的基本方程式，进行数值计算，得到气动系统的动态特性和诸特性值，所以计算结果的精度和可靠性高，可以迅速地选定满足用户指定条件的最佳装置组合。
按照第五方法，可以确认采用适当选定装置的气动系统的特性。
在本发明中，除了使用条件的输入外，可以更新或追加气缸数据库、电磁阀数据库、驱动控制装置数据库、配管数据库、管接头数据库、排气处理装置数据库。因此，可以利用最新的数据，此外，还可以追加新的装置种类的数据。
附图说明
：图1A是本发明的整体构想说明图，图1B是作为本发明对象的气动系统的主要部分的回路结构图。
图2是表示本发明的装置选定流程的流程图。
图3是表示图2的步骤S2的使用条件的图。
图4A是表示图2的步骤S4等的装置选定流程的图，图4B是求出总有效截面积的目标值的流程，图4C是表示气动系统一例的回路结构的图，图4D是有效截面积合成的说明图。
图5是选出电磁阀、驱动控制装置、配管、管接头等装置的基本方程式。
图6是表示用于图2的步骤S14的模拟中的节流和空气气缸的基本方程式的图。
图7是表示用于图2的步骤S14的模拟中的管路的基本方程式的图。
图8是表示图2的步骤S19的结果显示的图。
图9是表示图1的特性计算流程的‘装置的品种编号和使用条件的输入’的图。
图10是用于图6和图7的基本方程式等中的记号和添加文字的说明图。
图1～图10表示本发明的气动装置的选定方法的实施例。图1A是本发明的整体构想说明图，图1B是作为本发明对象的气动系统的主要部分的回路结构图。

如图1A所示，在本发明中，有装置选定流程和特性计算流程，可以进行装置选定和特性计算两方面。运算程序利用各装置的数据库信息，进行装置的假设选定、模拟、尺寸变更。在装置选定流程中，在使用条件输入后，由运算程序进行装置的假设选定、模拟、尺寸变更、模拟，并输出装置选定结果、诸特性值、动态特性等结果。
在特性计算流程中，输入适当选定装置的品种编号和使用条件，用运算程序进行模拟，输出诸特性值、动态特性等结果。在装置选定流程中，相对于要自动选定的装置，在特性计算流程中，适当地选定用户喜爱的装置(也可以变更自动选定装置的一部分)，按照特性流程确认特性，反复进行特性计算流程，可以制造优良的气动系统。此外，根据特性计算流程，可以调查现有的气动系统的特性，如果还有一些要求，那么可以变更装置。
如图1B中概要所示，本发明选出的装置有流体压力调节器(空气气缸、气动发动机、无杆气缸、摇动形调节器)、配管(管)、管接头、驱动控制装置(速度控制器(将节流与单向阀并联连接的装置))、急速排气阀、电磁阀(总管)、排气处理装置(消音器)和从空气压力源至电磁阀的部分(减压阀)。为了装置选定，预先在图1B所示的各种装置中，在其各品种编号(形式和序列)中，将结构、功能、性能、大小、外观相片等的选定和计算所必要的数据输入空气压力调节器数据库、电磁阀数据库、驱动控制装置数据库、配管数据库、管接头数据库、排气处理装置数据库，存储在计算机系统的硬盘中。
图2是表示本发明的装置选定流程的流程图。在装置选定流程中，将装置的选定分成三阶段进行，在第一阶段选定空气压力调节器，在第二阶段分别选定电磁阀、总管、排气处理装置，在第三阶段选定驱动控制装置、配管、管接头。首先选定空气压力调节器的理由在于，空气压力调节器是使直接负荷移动的装置，与其它装置无关，利用负荷条件、强度条件和速度条件(被选定系统在指定的全冲程时间内空气压力调节器的输出部件(例如气缸的活塞)可以达到冲程端部)就可以选定。在空气压力调节器选定后，选定空气压力调节器以外的装置，以便使系统满足速度条件。
下面，根据图2的流程图说明装置选定的方法。如果开始执行程序，那么就在步骤S1中进行初始化，进行输入画面的制作、显示、变量设定、存储器分割、与数据库的连接等。在步骤S2中，操作者使用未图示的输入装置(计算机)输入图3例示的情况和其附属的使用条件。图3(a)的回路结构概要分成(a-1)空气压力调节器、(a-3)电磁阀和排气处理装置及它们之间的(a-2)驱动控制装置(速度调节器)、配管和管接头三组来输入。例如，在(a-1)空气压力调节器组栏中，如果将气缸输入为一般、多动、单杆，那么在文字的左侧部分显示与其对应的简略画面。如果所述的一般变为无杆，那么显示无杆气缸。
在(a-2)驱动控制装置(速度调节器)、配管和管接头的组合栏中，如果输入例如速度调节器、出口节流(meter-out)、不使用急速排气阀，那么在配管上显示配置出口节流形的速度调节器的画面。此外，在(a-3)电磁阀和排气处理装置的组合栏中，如果例如输入单体直接配管形、双位置单机，那么在配管上显示双位置电磁阀与消音器连接的画面。于是，由于显示输入事项中的该画面，所以可以减少输入错误。
在图3(b)全冲程栏中，输入冲程、动作方向、全冲程时间、供给压力、周围温度等，在图3(c)配管栏中，输入连接气缸与电磁阀管路的总长度(右、左)、驱动控制装置的配置(右、左)(距气缸的距离)等，在图3(d)负荷栏中，输入质量、要求推力、安装角度、使用用途和负荷率、摩擦系数、摩擦形态、导轨种类等。而且，输入负荷栏的负荷质量的大小、气缸的安装角度等，显示与其对应的画面。
在图2的步骤S 3中进行空气压力调节器(气缸)的选出。气缸的选出是在数据库中计算被编程的气缸内径计算式、气缸弯曲的计算式、气缸横向荷重的计算式和图6(c)所示的气缸基本方程式，从气缸数据库中检索满足①负荷条件(被选定的系统按照指定的空气压力调节器(气缸)的负荷质量和推力、使用目的及供给空气压力等输入条件，满足可以充分动作的力学条件)、②速度条件(被选定的系统在指定的全冲程时间内空气压力调节器的输出部件(例如气缸的活塞)可以达到冲程端部)、③强度条件(被选定的系统满足指定的负荷条件，不产生空气压力调节器的弯曲、变形、破坏等)的最小尺寸的气缸。再有，图10表示在图6、其它图中所示的各种记号的内容。
在步骤S4中进行空气压力调节器(气缸)的选定，该选定根据图4A模式表示的流程，通过操作者按人机对话方式的操作来进行。就是说，在步骤S4-1中，在显示器上显示由步骤S3选出的气缸的序列名称。操作者从被选出的气缸中选择可考虑的最有希望的序列，在步骤S4-2中操作输入装置，输入选择结果。在步骤S4-3中显示选择的气缸外观相片，在操作者判断该气缸合适时，在步骤S4-4的判定中选择是，而在判断不合适时，在步骤S4-4中选择否，返回步骤S4-1。
步骤S6～S13(电磁阀、驱动控制装置、配管、管接头的选出和选定)有决定步骤S14～S17(最佳选定)初期值的假设选出和假设选定的意义。把各装置的有效截面积尽量接近最佳值，为了减少最佳选定中的运算次数，在步骤S5中相对于气缸单体，计算总有效截面积的目标值(系统的响应时间主要由气缸的流体通路上装置的有效截面积来决定)，按一定的规则分配该值，决定各装置的尺寸。再有，按照JIS的B0142的3220，所谓‘阀的有效截面积’为根据阀的实流量，将压力阻抗换算成等效孔的计算后的截面积，可采用空气压力阀的流动能力表示值。该有效截面积是与ISO6358的‘声波传导性(SonicConductance)’等效的概念。
在步骤S5中进行总有效截面积的目标值So’的计算。总有效截面积的目标值So’为指定系统的响应时间所必需的(响应时间为正好变为指定响应时间时的时间)整个流体通路节流的有效截面积的合成值(图5的式(1))，图4B的流程(从步骤S5-1至步骤S5-5)表示其计算方法。在步骤S5-1中，输入作为总有效截面积的目标值So’初期值的气缸口的有效截面积Scy1。在步骤S5-2中，根据模拟，将So’作为气缸口的有效截面积计算响应时间t。在步骤S5-3中，判定计算的响应时间是否落入指定响应时间的偏差e，在判定落入偏差e时，在步骤S5-5中决定目标值So’。在步骤S5-3中判定未落入偏差值e时，在步骤S5-4中使目标值So’减小，返回步骤S5-2。
在步骤S5中，由于已决定了总有效截面积的目标值So’，所以采用图5(a)有效截面积串联合成式的式(1)，将总有效截面积的目标值So’也分配给空气压力调节器以外的装置，决定空气压力调节器以外装置的尺寸。以下，以图4C、D为例进行说明。为了将总有效截面积的目标值So’适当地分配给各装置，在各装置中，根据图5(b)各装置进行加权的式(2)附以加权。
在步骤S6中进行电磁阀的选出，从电磁阀数据库中选出电磁阀的有效截面积S2满足图5(c)所示电磁阀判别式的式(3)条件的最小电磁阀。再有，由于总管和排气处理装置(消音器)附属于电磁阀，所以在总管和排气处理装置的选出必须进行时，选出电磁阀，并且选出总管和排气处理装置。在步骤S7中进行电磁阀的选定，但该选定与步骤S4一样，按不同气缸对应的电磁阀的显示、电磁阀的选择、外观相片显示、判定的顺序进行。
在步骤S8中进行驱动控制装置的选出，从驱动控制装置数据库中选出驱动控制装置的有效截面积S3满足图5(c)驱动控制装置判别式的式(4)条件的最小驱动控制装置。在步骤S9中进行驱动控制装置的选定，但该选定与步骤S4一样，按驱动控制装置(速度调节器、急速排气阀)的显示、驱动控制装置的选择、外观相片显示、判定的顺序进行。
在步骤S10中，进行配管的选出，从配管数据库中选出配管的有效截面积S4满足图5(c)配管判别式(5)、i＝4条件的最小配管。在步骤S11中进行配管的选定，但该选定与步骤S4一样，按不同气缸配管的显示、配管的选择、外观相片显示、判定的顺序进行。
在步骤S12中进行管接头的选出，从管接头数据库中选出管接头的有效截面积S5满足图5(c)配管判别式(5)、i＝5条件的最小管接头，而且选出满足连接条件的管接头，以便选出的管接头可以与连接的装置和配管进行正常地连接。在步骤S13中进行管接头的选定，但该选定与步骤S4一样，按不同气缸配管的显示、配管的选择、外观相片显示、判定的顺序进行。
将根据步骤S3～S13选定的空气压力调节器、电磁阀、驱动控制装置、配管、管接头、排气处理装置的品种编号、图3回路结构和图3例示的情况和类似其的使用条件输入给步骤S14模拟。在步骤S14的模拟中，联立图6和图7所示的气缸(空气压力调节器)、电磁阀、驱动控制装置、配管、管接头等的基本方程式，进行数值计算。根据步骤S14的模拟，可获得选定系统的响应时间t、其它诸特性值和动态特性。
在图6(a)所示的气动系统的物理模型中，作为图6(b)节流的基本方程式，节流的通过流量G由式(1a)、(1b)表示，根据式(1a)、(1b)，可获得电磁阀、驱动控制装置、管接头等的通过流量式。如果考虑空气的温度变化，那么作为图6(c)空气气缸的基本方程式，在空气气缸下，状态方程式(2)～(4)、能量方程式(5)～(7)和运动方程式(8)成立。
在图7(a)的管路模型中，图7(b)管路(配管)的基本方程式由连接式(9)、状态方程式(10)、运动方程式(11)和能量方程式(12)来表示。将如图7(c)所示的管路分割成n个，如果考虑第i个要素，那么基本方程式由连接式(13)、状态方程式(14)、运动方程式(15)和能量方程式(16)来表示。再有，由图10来说明对于图6和图7所示的基本方程式的记号和添加文字。
在步骤S15中，进行选定系统的响应时间t是否比指定的响应时间tst短的判定，在是时进入步骤S16，而在否时进入步骤S17。
在步骤S15中进行是判断时，由于至少在步骤S6～S13中选定的装置尺寸上有余量，所以直至最接近指定时间时，装置的尺寸不断下降。就是说，在步骤S16中，①从除空气压力调节器以外的装置(电磁阀、驱动控制装置、配管、管接头、排气处理装置)的最大一个开始进行尺寸减小，②尺寸减小后，如果良好，那么继续从最大一个的尺寸进行减小，③在某个装置的尺寸达到下限时，从尺寸减小对象中除去该装置，继续其他装置的尺寸减小，当没有减小尺寸的对象装置时，至此所获得的结果为最终结果，④根据某个装置的尺寸，在步骤S15的判定刚开始变为否的情况下，结束装置变更处理，以在此之前的结果作为最终结果。
在步骤S15中判断否时，由于至少步骤S6～S13中选定的装置尺寸过小，所以直至最接近指定时间装置的尺寸不断增大。就是说，在步骤S17中，①从除空气压力调节器以外的装置(电磁阀、驱动控制装置、配管、管接头、排气处理装置)的尺寸最小的一个进行增大，②尺寸增大后，情况变差时则返回上一个值，在下次尺寸增大时除去该装置，③在某个装置的尺寸达到上限时，由于对应的装置不存在，所以中止选定，④在电磁阀、驱动控制装置、配管、管接头中的最小有效截面积达到空气压力调节器的有效截面积的预定倍数的情况下，中止选定，⑤因某个装置的尺寸增大，在步骤S15的判定开始变为是的情况下，结束装置变更处理，以此时的结果作为最终结果。
根据步骤S14～S17的最佳选定，在空气压力调节器被选定的前提下，一边满足指定的响应时间，一边选定电磁阀、驱动控制装置、配管、管接头和排气处理装置的最小尺寸。
接着，在步骤S18中，进行其它装置(例如，配置在电磁阀和空气压力调节器之间的各种压力控制阀、电磁阀与空气压力源之间的配管、减压阀)的选定。在必要的情况下，与步骤S4同样，可以进行各装置的显示、外观相片显示、进行判定。
在步骤S19中，显示例如图8那样的选定结果。显示内容首先在图8(a)上表示与图3相同的输入条件(详细图省略)，在图8(b)上表示选定的装置的品种编号，在图8(c)上表示诸特性(其中可以表示结露的状态)，在图8(d)上表示动态特性曲线等。在步骤S20中，打印选定结果，进行磁保存。
在步骤S21中判断是否结束，在判断否时，通过A返回步骤S2，在步骤S21判断是时，就变为结束。
如图1A所示，在本发明中，可以进行气动系统的特性计算。在特性计算流程中，不仅输入适当选定的装置的品种编号(例如参照图9(b))，而且输入如图9(a)所示的回路结构、负荷的状态和使用条件(有关全冲程、配管、负荷)。根据输入信息，用运算程序进行模拟(与图2的步骤S14相同)，输出诸特性值、动态特性等结果，其显示与图8(a)、图8(c)、图8(d)相同。