計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造第八章

1、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造機(jī)械工業(yè)出版社計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造08自動(dòng)化制造系統(tǒng)第8章第8章 自動(dòng)化制造系統(tǒng)8.1 自動(dòng)化制造系統(tǒng)概述8.1自動(dòng)化制造系統(tǒng)概述8.1.1制造系統(tǒng)的概念、組成及分類1.制造系統(tǒng)的組成 概括地說(shuō),制造系統(tǒng)是一個(gè)由設(shè)備、工具、人等組成的,把原材料轉(zhuǎn)換為成品的復(fù)雜動(dòng)態(tài)系統(tǒng)。制造系統(tǒng)可大可小,根據(jù)其規(guī)?；蚝w的范圍,它可以是單機(jī)、單元、車間和工廠等幾個(gè)層次的制造系統(tǒng)。例如,數(shù)控機(jī)床或加工中心屬于單機(jī)級(jí)的制造系統(tǒng),而柔性制造系統(tǒng)和自動(dòng)線屬于車間級(jí)的制造系統(tǒng)。廣義地講,一個(gè)制造系統(tǒng)通常由以下幾個(gè)部分組成。1)生產(chǎn)設(shè)備及其工藝裝備。4)人力。3)管理與控制系統(tǒng)。2)物料運(yùn)儲(chǔ)系統(tǒng)(物流系

2、統(tǒng))。8.1自動(dòng)化制造系統(tǒng)概述2.制造系統(tǒng)的分類8.1自動(dòng)化制造系統(tǒng)概述8.1.2自動(dòng)化制造系統(tǒng)的類型及特點(diǎn)自動(dòng)化制造系統(tǒng)是指在較少的人工直接或間接干預(yù)下,將原材料加工成零件或?qū)⒘慵M裝成產(chǎn)品,在制造過(guò)程中實(shí)現(xiàn)管理過(guò)程和工藝過(guò)程自動(dòng)化。管理過(guò)程包括設(shè)備的組織及協(xié)調(diào),作業(yè)計(jì)劃與調(diào)度,工件和刀具的分配與管理,制造系統(tǒng)環(huán)境和工況的監(jiān)控等。工藝過(guò)程涉及范圍很廣,包括工件的裝卸、儲(chǔ)存和輸送,刀具的裝配、調(diào)整、輸送和更換,工件的切削加工、排屑、清洗和測(cè)量,切屑的輸送、切削液的凈化處理以及零件裝配成產(chǎn)品等。自動(dòng)化制造系統(tǒng)包括剛性制造系統(tǒng)和柔性制造系統(tǒng)。“剛性”的含義是指該生產(chǎn)線只能生產(chǎn)某種或生產(chǎn)工藝相近的某

3、類產(chǎn)品,表現(xiàn)為生產(chǎn)產(chǎn)品的單一性。剛性制造系統(tǒng)包括組合機(jī)床、專用機(jī)床、剛性自動(dòng)化生產(chǎn)線等?！叭嵝浴笔侵干a(chǎn)組織形式和生產(chǎn)產(chǎn)品及工藝的多樣性和可變性,具體表現(xiàn)為機(jī)床的柔性、產(chǎn)品的柔性、加工的柔性、批量的柔性等。柔性制造系統(tǒng)包括數(shù)控機(jī)床、加工中心、柔性制造單元(FMC)、柔性制造系統(tǒng)(FMS)、柔性制造線(FML)、柔性裝配線(FAL)、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)等。8.1自動(dòng)化制造系統(tǒng)概述1.剛性半自動(dòng)化單機(jī)不同的自動(dòng)化制造系統(tǒng)具有不同的性能特點(diǎn)和不同的適用范圍或場(chǎng)合,因此應(yīng)根據(jù)需要選擇不同的自動(dòng)化制造系統(tǒng)。依據(jù)制造系統(tǒng)的自動(dòng)化水平和規(guī)模,可以將自動(dòng)化制造系統(tǒng)分成以下主要類型。 除上下料外,機(jī)

4、床可以自動(dòng)地完成單個(gè)工藝過(guò)程的加工循環(huán),這樣的機(jī)床稱為剛性半自動(dòng)化單機(jī)。這種機(jī)床一般是機(jī)械或電液復(fù)合控制式組合機(jī)床和專用機(jī)床,可以進(jìn)行多面、多軸、多刀同時(shí)加工。其特點(diǎn)是:加工設(shè)備按工件的加工工藝順序依次排列;切削刀具由人工安裝、調(diào)整;實(shí)行定時(shí)強(qiáng)制換刀,如果出現(xiàn)刀具破損、折斷,可進(jìn)行應(yīng)急換刀。例如,單臺(tái)組合機(jī)床,通用多刀半自動(dòng)車床,轉(zhuǎn)塔車床等。從復(fù)雜程度講,剛性半自動(dòng)化單機(jī)實(shí)現(xiàn)的是加工自動(dòng)化的最低層次,但是投資少、見(jiàn)效快,適用于產(chǎn)品品種變化范圍和生產(chǎn)批量都較大的制造系統(tǒng)。缺點(diǎn)是調(diào)整工作量大,加工質(zhì)量較差,工人的勞動(dòng)強(qiáng)度也大。8.1自動(dòng)化制造系統(tǒng)概述2.剛性自動(dòng)化單機(jī)它是在剛性半自動(dòng)化單機(jī)的基礎(chǔ)上

5、增加自動(dòng)上、下料等輔助裝置而形成的自動(dòng)化機(jī)床。輔助裝置包括自動(dòng)工件輸送、上料,下料、自動(dòng)夾具、升降裝置和轉(zhuǎn)位裝置等;切屑處理一般由刮板器和螺旋傳送裝置完成。這種機(jī)床實(shí)現(xiàn)的也是單個(gè)工藝過(guò)程的全部加工循環(huán)。這種機(jī)床往往需要定做或改裝,常用于品種變化很小,但生產(chǎn)批量特別大的場(chǎng)合。主要特點(diǎn)是投資少、見(jiàn)效快,但通用性差,是大量生產(chǎn)最常見(jiàn)的加工裝備。8.1自動(dòng)化制造系統(tǒng)概述3.剛性自動(dòng)化生產(chǎn)線 剛性自動(dòng)化生產(chǎn)線,簡(jiǎn)稱剛性自動(dòng)線,是在多工位生產(chǎn)過(guò)程中,用工件輸送系統(tǒng)將各種自動(dòng)化加工設(shè)備和輔助設(shè)備按一定的順序連接起來(lái),在控制系統(tǒng)的作用下完成單個(gè)零件加工的復(fù)雜大系統(tǒng)。它在汽車、拖拉機(jī)、軸承等制造業(yè)中應(yīng)用十分廣泛

6、。在剛性自動(dòng)線上,被加工零件以一定的生產(chǎn)節(jié)拍,順序通過(guò)各個(gè)工作位置,自動(dòng)完成零件預(yù)定的全部加工過(guò)程和部分檢測(cè)過(guò)程。因此,與剛性自動(dòng)化機(jī)床(單機(jī))相比,它的結(jié)構(gòu)復(fù)雜,任務(wù)完成的工序多,所以生產(chǎn)效率也很高,是少品種、大量生產(chǎn)必不可少的加工裝備。除此之外,剛性自動(dòng)生產(chǎn)線還具有可以有效縮短生產(chǎn)周期,取消半成品的中間庫(kù)存,縮短物料流程,減少生產(chǎn)面積,改善勞動(dòng)條件,便于管理等優(yōu)點(diǎn)。它的主要缺點(diǎn)是投資大,系統(tǒng)調(diào)整周期長(zhǎng),更換產(chǎn)品不方便。為了消除這些缺點(diǎn),人們發(fā)展了組合機(jī)床自動(dòng)線,可以大幅度縮短建線周期,更換產(chǎn)品后只需更換機(jī)床的某些部件即可(例如可更換主軸箱),大大縮短了系統(tǒng)的調(diào)整時(shí)間,降低了生產(chǎn)成本,并能收

7、到較好的使用效果和經(jīng)濟(jì)效果。組合機(jī)床自動(dòng)線主要用于箱體類零件和其他類型非回轉(zhuǎn)體的鉆、擴(kuò)、鉸、鏜、攻螺紋和銑削等工序的加工。剛性自動(dòng)化生產(chǎn)線目前正在向剛?cè)峤Y(jié)合的方向發(fā)展,開(kāi)始大量采用數(shù)控機(jī)床和加工中心等柔性加工設(shè)備。8.1自動(dòng)化制造系統(tǒng)概述4.自動(dòng)化車間 自動(dòng)化車間,有文獻(xiàn)也稱為剛性綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。一般情況下,剛性自動(dòng)線只能完成相同工種(如切削加工)的不同工序任務(wù),而對(duì)于其他不同工種(如熱處理、裝配、檢驗(yàn)、涂裝等)的工序任務(wù)不能完成。自動(dòng)化車間是指由若干條不同工種的剛性自動(dòng)線組成的自動(dòng)化系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)加工、熱處理、裝配、檢驗(yàn)和試驗(yàn)等不同工種在相同生產(chǎn)節(jié)拍下的連續(xù)生產(chǎn)。在各條自動(dòng)線之間通常設(shè)置一定容量

8、的自動(dòng)儲(chǔ)料器(緩存器),以避免局部環(huán)節(jié)停頓造成全部自動(dòng)線的停工。它常用于產(chǎn)品單一、批量特別大、而工序內(nèi)容多的零、部件的自動(dòng)化制造。這類系統(tǒng)的典型例子是軸承自動(dòng)化車間,其由車削自動(dòng)線、熱處理自動(dòng)線、磨削自動(dòng)線和裝配自動(dòng)線組成。自動(dòng)化車間結(jié)構(gòu)復(fù)雜、投資力度大、建設(shè)周期長(zhǎng)、更換產(chǎn)品困難,但生產(chǎn)效率極高、加工質(zhì)量穩(wěn)定、工人勞動(dòng)強(qiáng)度低。8.1自動(dòng)化制造系統(tǒng)概述5.柔性自動(dòng)化單機(jī) 它包括單臺(tái)數(shù)控機(jī)床和單臺(tái)加工中心兩種形式。數(shù)控機(jī)床通過(guò)事先編好的數(shù)控程序,以數(shù)字量形式來(lái)自動(dòng)控制機(jī)床的各種機(jī)械動(dòng)作,完成零件的一個(gè)工序的自動(dòng)化循環(huán)加工。它是單機(jī)自動(dòng)化的一個(gè)重大進(jìn)展。早期數(shù)控機(jī)床的控制系統(tǒng)由電子管、半導(dǎo)體晶體管等

9、電子元器件組成,插補(bǔ)運(yùn)算、控制功能靠硬件實(shí)現(xiàn),稱為“硬件數(shù)控”,其存在邏輯電路不易改變、體積大、可靠性差等缺點(diǎn)。后來(lái)人們采用計(jì)算機(jī)代替硬件連接電路,實(shí)現(xiàn)了軟件數(shù)控,即計(jì)算機(jī)數(shù)控,具有通用性好、硬件和軟件功能強(qiáng)、工作可靠、維修方便等特點(diǎn)。計(jì)算機(jī)數(shù)控也使得機(jī)床的自適應(yīng)控制成為可能,使數(shù)控機(jī)床能夠始終處于最佳工作狀態(tài)。數(shù)控機(jī)床常用于零件復(fù)雜程度較高、精度較高、品種多變、中小批量的生產(chǎn)場(chǎng)合。8.1自動(dòng)化制造系統(tǒng)概述6.柔性制造單元 柔性制造單元(Flexible Manufacturing Cell,FMC)是一種小規(guī)模的柔性制造系統(tǒng)(Flexible Manufacturing System,FMS

10、),是柔性制造系統(tǒng)向廉價(jià)化及小型化方向發(fā)展的一種產(chǎn)物。它由一臺(tái)數(shù)控機(jī)床或加工中心所構(gòu)成,一般配有專門的物料傳送裝置(如托盤(pán)交換器或工業(yè)機(jī)器人),由單元計(jì)算機(jī)進(jìn)行程序編制和分配、負(fù)荷平衡和作業(yè)計(jì)劃控制,能在機(jī)床上自動(dòng)裝卸工件,甚至自動(dòng)檢測(cè)工件,實(shí)現(xiàn)有限工序的連續(xù)生產(chǎn)。與柔性制造系統(tǒng)相比,柔性制造單元的主要優(yōu)點(diǎn)是:占地面積小、建立比較簡(jiǎn)單、投資較小、可靠性較高、使用和維護(hù)均較簡(jiǎn)單。因此,柔性制造單元是柔性制造系統(tǒng)的主要發(fā)展方向之一,深受各類企業(yè)的歡迎,它適用于多品種、小批量生產(chǎn)。8.1自動(dòng)化制造系統(tǒng)概述7.柔性制造系統(tǒng) 柔性制造系統(tǒng)(FMS)是一個(gè)在中央計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制與管理下,由兩臺(tái)以上配有自動(dòng)換

11、刀及自動(dòng)更換工件托盤(pán)的數(shù)控設(shè)備、輸送刀具和工件的物料運(yùn)儲(chǔ)裝置組成的制造系統(tǒng)。柔性制造系統(tǒng)通常由若干柔性制造單元子系統(tǒng)組成,其控制、管理功能也比柔性制造單元強(qiáng),對(duì)數(shù)據(jù)管理與通信網(wǎng)絡(luò)的要求更高。它具有進(jìn)行生產(chǎn)負(fù)荷平衡調(diào)度和實(shí)時(shí)監(jiān)控制造過(guò)程的功能,以及制造多種零件族的柔性自動(dòng)化能力。柔性制造系統(tǒng)在設(shè)備級(jí)的工藝自動(dòng)化基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了物料流和信息流的自動(dòng)化,兼有加工制造和部分生產(chǎn)管理兩種功能,能綜合地提高生產(chǎn)效益。柔性制造系統(tǒng)的工藝范圍在不斷擴(kuò)大,包括機(jī)械加工、毛坯制造、裝配和質(zhì)量檢測(cè)等。8.1自動(dòng)化制造系統(tǒng)概述9.計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(Computer Intergrated Manufa

12、cturing System,CIMS)是在自動(dòng)化技術(shù)、信息技術(shù)和制造技術(shù)的基礎(chǔ)上,通過(guò)計(jì)算機(jī)及其軟件系統(tǒng),將制造企業(yè)全部生產(chǎn)活動(dòng)(從訂單接收、設(shè)計(jì)和制造到產(chǎn)品交付等所有環(huán)節(jié))所需的各種分散的自動(dòng)化系統(tǒng)有機(jī)集成起來(lái),成為適合于多品種、中小批量生產(chǎn)的整體高效益、高柔性的自動(dòng)化制造系統(tǒng)。它是目前最高級(jí)別、涵蓋業(yè)務(wù)范圍最廣的自動(dòng)化制造系統(tǒng),但這并不意味著計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)是完全自動(dòng)化的制造系統(tǒng),許多環(huán)節(jié)工作仍需要大量的人工參與才能完成。事實(shí)上,目前計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)的自動(dòng)化程度甚至比柔性制造系統(tǒng)還要低。計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)的主要是業(yè)務(wù)活動(dòng)之間信息流的集成和自動(dòng)化,而不是制造過(guò)程中物流的自動(dòng)化。第8

13、章 自動(dòng)化制造系統(tǒng)8.2 柔性制造系統(tǒng)8.2柔性制造系統(tǒng) 上節(jié)介紹的自動(dòng)化制造系統(tǒng)中,前四類屬于剛性自動(dòng)化制造系統(tǒng),以剛性自動(dòng)化生產(chǎn)線和自動(dòng)化車間為代表。它們強(qiáng)調(diào)了加工的自動(dòng)化。20世紀(jì)3070年代是其發(fā)展的鼎盛時(shí)期,以后逐步融合柔性自動(dòng)化技術(shù)。而后五類屬于柔性自動(dòng)化制造系統(tǒng),它們?cè)谧詣?dòng)化的基礎(chǔ)上強(qiáng)調(diào)了柔性和適應(yīng)性。而后四類是在數(shù)控機(jī)床和加工中心為代表的柔性自動(dòng)化單機(jī)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的,主要是為了適應(yīng)市場(chǎng)上多品種中小批量產(chǎn)品的高效生產(chǎn)要求。20世紀(jì)80年代是它們發(fā)展的鼎盛時(shí)期。由于其要求高度自動(dòng)化和柔性,系統(tǒng)建造投資大,制造效率不甚理想,從而逐漸向柔性和剛性相結(jié)合的方向發(fā)展,向可重構(gòu)制造系統(tǒng)(R

14、econfigurable Manufacturing System,RMS)方向發(fā)展。8.2柔性制造系統(tǒng)8.2.1柔性制造系統(tǒng)的基本概念、特點(diǎn)及適用范圍1.柔性制造系統(tǒng)的定義 由于柔性制造系統(tǒng)還在不斷發(fā)展之中,其作為一種新的制造技術(shù)的代表,不僅在零件加工而且在毛坯制造、產(chǎn)品裝配和質(zhì)量檢測(cè)等領(lǐng)域里也得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用,這就決定了柔性制造系統(tǒng)組成和機(jī)理的多樣性。所以,目前對(duì)于柔性制造系統(tǒng)(FMS)的概念還沒(méi)有統(tǒng)一的定義。表8-2給出了不同標(biāo)準(zhǔn)組織和協(xié)會(huì)對(duì)柔性制造系統(tǒng)的不同定義。8.2柔性制造系統(tǒng)8.2柔性制造系統(tǒng)2.柔性制造系統(tǒng)的適應(yīng)范圍8.2柔性制造系統(tǒng)8.2.2柔性制造系統(tǒng)的組成及工作原

15、理1.柔性制造系統(tǒng)的組成8.2柔性制造系統(tǒng)2.柔性制造系統(tǒng)的工作原理8.2柔性制造系統(tǒng)8.2.3柔性制造系統(tǒng)的物流系統(tǒng)1.運(yùn)輸設(shè)備8.2柔性制造系統(tǒng)(3)工業(yè)機(jī)器人工業(yè)機(jī)器人的典型結(jié)構(gòu)8.2柔性制造系統(tǒng)2)工業(yè)機(jī)器人的坐標(biāo)形式。工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)由主構(gòu)架和手腕完成,主構(gòu)架一般具有3個(gè)自由度,在考慮干涉問(wèn)題時(shí),為了避開(kāi)空間障礙可增加自由度數(shù)。工業(yè)機(jī)器人手臂的運(yùn)動(dòng)由兩種基本運(yùn)動(dòng)組成,即手臂伸縮的直線移動(dòng)和連接關(guān)節(jié)處的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。對(duì)于三自由度工業(yè)機(jī)器人,根據(jù)不同的運(yùn)動(dòng)組合,形成四種類型的機(jī)器人。 直角坐標(biāo)型(3個(gè)直線坐標(biāo)軸)。 圓柱坐標(biāo)型(2個(gè)直線坐標(biāo)軸和1個(gè)回轉(zhuǎn)軸)。 球坐標(biāo)型(1個(gè)直線坐標(biāo)軸和2個(gè)回轉(zhuǎn)

16、軸)。 關(guān)節(jié)型(3個(gè)回轉(zhuǎn)軸)。圖8-7所示為四種類型的工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)及作業(yè)范圍示意。8.2柔性制造系統(tǒng)四種類型的工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)及作業(yè)范圍示意8.2柔性制造系統(tǒng)(4)托盤(pán)交換器1)回轉(zhuǎn)式托盤(pán)交換器。兩位回轉(zhuǎn)式托盤(pán)交換器8.2柔性制造系統(tǒng)2)往復(fù)式托盤(pán)交換器。六位往復(fù)式托盤(pán)交換器8.2柔性制造系統(tǒng)2.存儲(chǔ)設(shè)備(1)自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)8.2柔性制造系統(tǒng)自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)中的堆垛機(jī)8.2柔性制造系統(tǒng)(2)裝卸工作站 柔性制造系統(tǒng)中的裝卸站是工件進(jìn)出系統(tǒng)的地方。在這里,裝卸工作通常采用人工操作完成。柔性制造系統(tǒng)如果采用托盤(pán)裝夾運(yùn)送工件,則工件裝卸站必須有可與輸送小車等托盤(pán)運(yùn)輸裝置交換托盤(pán)的工位。工

17、件裝卸站的工位上安裝有傳感器,與柔性制造系統(tǒng)的管理與控制系統(tǒng)連接,指示工位上是否有托盤(pán)。工件裝卸站設(shè)有工件裝卸站終端,也與柔性制造系統(tǒng)的管理與控制系統(tǒng)連接,用于裝卸工裝卸結(jié)束的信息輸入,以及要求裝卸工裝卸的指令輸出。8.2柔性制造系統(tǒng)(3)緩沖站 在柔性制造系統(tǒng)的物流系統(tǒng)中,除了必須設(shè)置適當(dāng)?shù)牧Ⅲw倉(cāng)庫(kù)和裝卸站外,還必須設(shè)置各種形式的緩沖存儲(chǔ)區(qū)來(lái)保證系統(tǒng)的柔性,這種緩沖存儲(chǔ)區(qū)稱為緩沖站或緩存站(Buffer)。因?yàn)樵谏a(chǎn)線中會(huì)出現(xiàn)偶然的故障,如刀具折斷或機(jī)床故障,為了不致阻塞工件向其他工位的輸送,輸送線路中可設(shè)置若干個(gè)側(cè)回路或多個(gè)交叉點(diǎn)的并行物料庫(kù)以暫時(shí)存放故障工位上的工件。因此,在柔性制造系統(tǒng)

18、中,建立適當(dāng)?shù)耐斜P(pán)緩沖站或托盤(pán)緩沖庫(kù)是非常必要的。托盤(pán)緩沖站是托盤(pán)在系統(tǒng)中等待下一工序系統(tǒng)加工服務(wù)的地方。托盤(pán)緩沖站必須有可與輸送小車等托盤(pán)運(yùn)輸裝置進(jìn)行托盤(pán)交換的工位,為了節(jié)省地方,可采用高架托盤(pán)緩沖區(qū)。在托盤(pán)緩沖站的每個(gè)工位上安裝有傳感器,可直接與柔性制造系統(tǒng)的管理與控制系統(tǒng)連接。3.物流系統(tǒng)的布局形式8.2柔性制造系統(tǒng)8.2柔性制造系統(tǒng)8.2柔性制造系統(tǒng)8.2.4柔性制造系統(tǒng)舉例1.美國(guó)沃特宇航公司的機(jī)身零件加工柔性制造系統(tǒng)沃特宇航公司的用于飛機(jī)機(jī)身零件的柔性制造系統(tǒng)8.2柔性制造系統(tǒng)2.日本大隈鐵工所的機(jī)床零部件加工柔性制造系統(tǒng)大隈鐵工所的機(jī)床零部件加工柔性制造系統(tǒng)8.2柔性制造系統(tǒng)3.

19、德國(guó)斯圖加特大學(xué)機(jī)床與控制技術(shù)研究所(ISW)的柔性制造系統(tǒng)德國(guó)斯圖加特大學(xué)ISW開(kāi)發(fā)的柔性制造系統(tǒng)8.2柔性制造系統(tǒng)8.2.5柔性制造系統(tǒng)的特征與傳統(tǒng)的制造系統(tǒng)相比,柔性制造系統(tǒng)具有以下特征。1)機(jī)床與物流系統(tǒng)的自動(dòng)化程度高得多,能實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間的無(wú)人自動(dòng)連續(xù)生產(chǎn),提高產(chǎn)品質(zhì)量的一致性。2)柔性制造系統(tǒng)所采用的機(jī)床比傳統(tǒng)加工系統(tǒng)少得多。柔性制造系統(tǒng)通過(guò)信息流與系統(tǒng)規(guī)劃模塊能合理組織加工單元,并采用自動(dòng)化程度高的數(shù)控機(jī)床和加工中心,實(shí)現(xiàn)工序集中。3)柔性制造系統(tǒng)中機(jī)床布局取決于物流系統(tǒng)的布局形式。4)零件的裝夾次數(shù)少得多,加工時(shí)間長(zhǎng)得多。多采用模塊化夾具,夾具種類少且基準(zhǔn)統(tǒng)一。在一次裝夾中安排盡可

20、能多的加工操作,這樣減少了裝夾、調(diào)整等輔助時(shí)間。5)系統(tǒng)中的信息總量和流量大。柔性制造系統(tǒng)增加了復(fù)雜的物流系統(tǒng),增加了混流加工,需要處理的零件種類多,且它們的批量、交貨期、工藝路線都不同。6)系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)運(yùn)行性能影響大,關(guān)系到實(shí)施的成敗。系統(tǒng)實(shí)施之前需要借助規(guī)劃論、排隊(duì)論等建模技術(shù)和計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)對(duì)多種系統(tǒng)方案下的性能進(jìn)行充分的論證和分析。第8章 自動(dòng)化制造系統(tǒng)8.3 自動(dòng)化制造系統(tǒng)的管理與控制8.3自動(dòng)化制造系統(tǒng)的管理與控制8.3.1自動(dòng)化制造系統(tǒng)的遞階控制結(jié)構(gòu)自動(dòng)化制造系統(tǒng)是工廠的組成部分之一,其控制與管理須置于工廠的總體控制體系內(nèi)。計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)是制造工廠,特別是多品種、中

21、小批量生產(chǎn)類型制造工廠實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的主要形式。CIMS的控制體系是以五層遞階控制模式為基礎(chǔ)建立起來(lái)的,如圖8-16所示。8.3自動(dòng)化制造系統(tǒng)的管理與控制CIMS的五層遞階控制結(jié)構(gòu)8.3自動(dòng)化制造系統(tǒng)的管理與控制典型柔性制造系統(tǒng)的遞階控制結(jié)構(gòu)8.3自動(dòng)化制造系統(tǒng)的管理與控制8.3.2自動(dòng)化制造系統(tǒng)的信息流模型及特征1.自動(dòng)化制造系統(tǒng)的信息流模型自動(dòng)化制造系統(tǒng)的信息網(wǎng)絡(luò)模型8.3自動(dòng)化制造系統(tǒng)的管理與控制1)計(jì)劃層屬于工廠級(jí),包括產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、生產(chǎn)計(jì)劃、庫(kù)存管理等。其信息主要是企業(yè)經(jīng)營(yíng)戰(zhàn)略和經(jīng)營(yíng)計(jì)劃、產(chǎn)品開(kāi)發(fā)等,調(diào)控的時(shí)間范圍可以是幾個(gè)月到幾年。2)管理層屬于車間級(jí)或系統(tǒng)管理級(jí),包括作業(yè)計(jì)劃、

22、工具管理、在制品及毛坯管理、工藝系統(tǒng)分析等。其信息主要是工作計(jì)劃與管理,調(diào)控的時(shí)間范圍從幾周到幾個(gè)月。3)單元層屬于系統(tǒng)控制級(jí),負(fù)擔(dān)分布式數(shù)控、運(yùn)輸系統(tǒng)與加工系統(tǒng)的協(xié)調(diào)、工況和機(jī)床數(shù)據(jù)采集等。其信息主要是各子系統(tǒng)工作的協(xié)同,調(diào)控的時(shí)間范圍可從幾小時(shí)到幾周。單元控制器在自動(dòng)化制造系統(tǒng)管理與控制中起到承上啟下的中樞作用,通常由主控或中央計(jì)算機(jī)完成。4)控制層屬于工作站級(jí),包括機(jī)床數(shù)控、工業(yè)機(jī)器人控制、運(yùn)輸和倉(cāng)庫(kù)控制等。其信息主要是各子系統(tǒng)和實(shí)行單元的執(zhí)行指令,時(shí)間范圍可從幾分鐘到幾小時(shí)。5)執(zhí)行層屬于設(shè)備級(jí),通過(guò)伺服系統(tǒng)執(zhí)行控制指令而產(chǎn)生機(jī)械運(yùn)動(dòng),或通過(guò)傳感器采集數(shù)據(jù)和監(jiān)控工況等。其信息是各執(zhí)行機(jī)

23、構(gòu)的實(shí)時(shí)控制指令和狀態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),時(shí)間范圍可以從幾毫秒到幾分鐘。8.3自動(dòng)化制造系統(tǒng)的管理與控制(1)信息流的數(shù)據(jù)內(nèi)容1)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。2)控制數(shù)據(jù)。3)狀態(tài)數(shù)據(jù)。2.自動(dòng)化制造系統(tǒng)的信息流數(shù)據(jù)及特征要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化制造系統(tǒng)的控制與管理,首先必須了解:在制造過(guò)程中有哪些數(shù)據(jù)需要采集;這些數(shù)據(jù)怎樣產(chǎn)生、流向何處;這些數(shù)據(jù)之間如何進(jìn)行處理、交換和利用。1)數(shù)據(jù)聯(lián)系。2)決策聯(lián)系。3)組織聯(lián)系。8.3自動(dòng)化制造系統(tǒng)的管理與控制2)時(shí)間屬性特征。1)信息流的結(jié)構(gòu)化特征。(2)信息流的特征管理和控制信息流程的功能參考模型8.3自動(dòng)化制造系統(tǒng)的管理與控制8.3.3作業(yè)計(jì)劃與調(diào)度管理1.作業(yè)計(jì)劃編制與調(diào)度作業(yè)計(jì)劃編制

24、的基本原則是在系統(tǒng)中盡可能減少隨行夾具的情況下提高機(jī)床負(fù)荷率,并縮短加工任務(wù)的通過(guò)時(shí)間。具有最高優(yōu)先權(quán)的加工任務(wù)可以首先加工。在任務(wù)安排過(guò)程中要檢查所需的數(shù)控程序,隨行夾具和其他基本數(shù)據(jù)是否都已存在。如果操作員確認(rèn)所缺的資源能及時(shí)獲得補(bǔ)給,則此項(xiàng)加工任務(wù)可被系統(tǒng)接納和調(diào)度。只要在系統(tǒng)中有空閑的加工能力和物料,那么作業(yè)調(diào)度過(guò)程就應(yīng)反復(fù)運(yùn)行。在實(shí)際投放加工任務(wù)時(shí),要再次檢查機(jī)床的可用度和物料的準(zhǔn)備情況。2.刀具需求計(jì)劃對(duì)于已經(jīng)安排好的加工任務(wù),要編制刀具需求計(jì)劃,一般采用兩種方式。1)計(jì)劃需求。從數(shù)控程序的刀具清單中得到刀具的識(shí)別號(hào)和每次調(diào)用刀具的使用時(shí)間。在刀具基本數(shù)據(jù)庫(kù)中存放了所有系統(tǒng)中已知刀

25、具的壽命值。由此通過(guò)數(shù)據(jù)的連接,得出了刀具的凈需要量,并在屏幕上作出提示,操作者對(duì)添置刀具的可能性需作出及時(shí)的應(yīng)答。計(jì)劃需求一般在作業(yè)計(jì)劃編好后立即進(jìn)行。2)實(shí)際需求。在加工開(kāi)始之前,考慮到機(jī)床刀具的剩余壽命應(yīng)對(duì)需求重新進(jìn)行核算。刀具的凈需求量清單和已在機(jī)床刀庫(kù)中的刀具清單是以刀具裝卸清單形式輸出的。實(shí)際需求計(jì)劃一般在加工任務(wù)開(kāi)始之前進(jìn)行。8.3自動(dòng)化制造系統(tǒng)的管理與控制3.刀具預(yù)調(diào)在管理計(jì)算機(jī)上可以連接一臺(tái)刀具預(yù)調(diào)儀。從基本數(shù)據(jù)文件中得到的要調(diào)整刀具的理論值輸?shù)降毒哳A(yù)調(diào)儀,由刀具預(yù)調(diào)儀測(cè)得刀具實(shí)際值或者修正值在線傳遞給管理計(jì)算機(jī)。在調(diào)換刀具時(shí),每一個(gè)刀具修正值可由機(jī)床控制系統(tǒng)調(diào)用。8.3自動(dòng)

26、化制造系統(tǒng)的管理與控制8.3.4工件流的管理與控制8.3自動(dòng)化制造系統(tǒng)的管理與控制8.3.5刀具流的管理與控制刀具流控制是在中央刀庫(kù)和機(jī)床刀庫(kù)之間實(shí)現(xiàn)有序的刀具交換。在工件到達(dá)之前,機(jī)床程序?qū)z查刀具情況,明確所需要的加工刀具是否已在機(jī)床刀庫(kù)中,或不在機(jī)床刀庫(kù)而在中央刀庫(kù)中。對(duì)于不在機(jī)床刀庫(kù)而在中央刀庫(kù)的刀具,則需要機(jī)床刀庫(kù)與中央刀庫(kù)進(jìn)行刀具交換,換出機(jī)床刀具中本次加工不需要的刀具。由于柔性制造系統(tǒng)加工的工件種類繁多,加工工藝以及加工工序的集成度很高,系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)時(shí)需要的刀具種類和數(shù)量是很多的,而且這些刀具頻繁地在系統(tǒng)中各機(jī)床之間、機(jī)床到刀庫(kù)之間進(jìn)行交換。另外刀具磨損、破損換新造成的強(qiáng)制性或適應(yīng)性

27、換刀,使得刀具流的管理和刀具監(jiān)控變得異常復(fù)雜。一個(gè)典型的、具有自動(dòng)刀具供給系統(tǒng)的刀具管理系統(tǒng)的設(shè)備構(gòu)成如圖8-21所示。它由刀具準(zhǔn)備車間(室)、刀具供給系統(tǒng)和刀具輸送裝置三部分組成。刀具準(zhǔn)備車間包括刀具附件庫(kù)、條形碼打印機(jī)、刀具預(yù)調(diào)儀、刀具裝卸站及刀具刃磨設(shè)備等;刀具供給系統(tǒng)包括條形碼閱讀器、刀具進(jìn)出站和中央刀庫(kù)等;刀具輸送裝置包括裝卸刀具的機(jī)械手、傳送鏈和運(yùn)輸小車。8.3自動(dòng)化制造系統(tǒng)的管理與控制刀具管理系統(tǒng)除了刀具管理服務(wù)之外,還要作為信息源,向?qū)崟r(shí)過(guò)程控制系統(tǒng)、生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)、庫(kù)存管理系統(tǒng)、物料采購(gòu)和訂貨系統(tǒng)、刀具裝配站、刀具維修站和校準(zhǔn)站等部門提供服務(wù)。刀具管理系統(tǒng)的設(shè)備構(gòu)成8.3自動(dòng)化

28、制造系統(tǒng)的管理與控制8.3.6自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的管理與控制自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)功能框圖8.3自動(dòng)化制造系統(tǒng)的管理與控制8.3.7加工過(guò)程監(jiān)控8.3自動(dòng)化制造系統(tǒng)的管理與控制1.刀具監(jiān)控刀具監(jiān)控系統(tǒng)的目標(biāo)是在廢品可能產(chǎn)生前檢測(cè)出刀具的破損和有缺陷的刀具,以免造成機(jī)床、工件、夾具的損壞。為此,刀具監(jiān)控系統(tǒng)必須考慮到柔性制造技術(shù)的特殊要求。一個(gè)通用的能用于不同機(jī)床運(yùn)行的監(jiān)控系統(tǒng)是沒(méi)有的,然而必須提供某些在功能上相互補(bǔ)充的監(jiān)控系統(tǒng)以滿足應(yīng)用的需求。此外,刀具壽命監(jiān)視通過(guò)CNC系統(tǒng)來(lái)得到刀具工作時(shí)間(可通過(guò)傳感器直接或間接地檢測(cè)刀具狀態(tài)而得到)。在加工過(guò)程中采用監(jiān)視主軸驅(qū)動(dòng)器的有效功率、加工中的切削力或者采

29、用一些結(jié)構(gòu)振動(dòng)分析的方法來(lái)監(jiān)視系統(tǒng)的工作過(guò)程。隨著力測(cè)量傳感器和超聲傳感器的應(yīng)用,不僅可用于測(cè)量極限值,而且還可測(cè)量破損特征力曲線,這樣便有了更可靠和更全面的破損監(jiān)控功能。2.工件監(jiān)控工件監(jiān)控系統(tǒng)包括工件的識(shí)別,具有零偏置的工件位置的確定以及加工過(guò)程中工件質(zhì)量的檢查。同期望的幾何形狀間的偏差可通過(guò)機(jī)床工作區(qū)域、接近系統(tǒng)的測(cè)量區(qū)域或測(cè)量機(jī)的測(cè)量裝置來(lái)確定。測(cè)量探針一般適用于識(shí)別工件、探測(cè)未加工零件的位置及用來(lái)核查下一步加工操作的可能,例如核對(duì)一個(gè)孔是否適用于接下來(lái)進(jìn)行的螺紋加工操作。在將來(lái),測(cè)量機(jī)將作為獨(dú)立的測(cè)量單元和完全集成的測(cè)量組件而得到廣泛應(yīng)用。為了能夠快速和正確地測(cè)量,測(cè)量機(jī)必須要連接到

30、制造系統(tǒng)中,以便能及時(shí)交換信息。8.3自動(dòng)化制造系統(tǒng)的管理與控制3.故障診斷自動(dòng)化制造系統(tǒng)中完整的加工過(guò)程監(jiān)控包含有故障診斷功能,即對(duì)加工中心功能和所有系統(tǒng)部件進(jìn)行持續(xù)監(jiān)控。在這種情形中,這些智能過(guò)程的功能在系統(tǒng)控制單元的過(guò)程控制級(jí)進(jìn)行監(jiān)控,所有發(fā)生的故障均被記錄入一個(gè)診斷文件中,并對(duì)此進(jìn)行評(píng)估后在控制面板上報(bào)警顯示。專家診斷系統(tǒng)將為操作人員提供不斷增加的支持,對(duì)故障進(jìn)行模擬研究,實(shí)現(xiàn)快速故障診斷,從而找到快速確定和消除故障的可能方法。第8章 自動(dòng)化制造系統(tǒng)8.4 自動(dòng)化制造系統(tǒng)的建模與仿真8.4自動(dòng)化制造系統(tǒng)建模與仿真8.4.1自動(dòng)化制造系統(tǒng)建模與仿真的基本概念1.自動(dòng)化制造系統(tǒng)建模與仿真的

31、特點(diǎn)分析自動(dòng)化制造系統(tǒng)通常由多個(gè)工位和多臺(tái)設(shè)備構(gòu)成,通過(guò)各工位的一系列加工和操作活動(dòng),將輸入的實(shí)體,如原材料、零件、部件或組件等,轉(zhuǎn)變?yōu)槌善?。與其他類型的系統(tǒng)相比,自動(dòng)化制造系統(tǒng)的建模與仿真具有以下特點(diǎn)。 各工位的加工和操作時(shí)間為定值或服從一定分布。 輸入實(shí)體的到達(dá)時(shí)間和頻率為確定值或服從一定分布。 實(shí)體(如零件)加工和操作的工序路徑相對(duì)固定。但是,由于冗余、并行設(shè)備的存在,實(shí)體在系統(tǒng)中流動(dòng)的路徑往往具有一定柔性。這也是采用仿真技術(shù)的一個(gè)重要原因。 加工和操作的對(duì)象可能為成批的實(shí)體,也可能是單個(gè)實(shí)體。8.4自動(dòng)化制造系統(tǒng)建模與仿真 各工位和設(shè)備的可靠性、故障停機(jī)時(shí)間以及班次安排等對(duì)自動(dòng)化制造系

32、統(tǒng)性能會(huì)產(chǎn)生重要影響。 物料搬運(yùn)設(shè)備的布局及性能參數(shù)對(duì)自動(dòng)化制造系統(tǒng)有很大影響。 對(duì)高度機(jī)械化和自動(dòng)化的制造系統(tǒng)而言,系統(tǒng)中的操作人員通常不是重點(diǎn)考慮因素,但是調(diào)度和控制規(guī)劃對(duì)系統(tǒng)性能有顯著影響。 建模與仿真技術(shù)主要關(guān)注自動(dòng)化制造系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)行為和特征,即統(tǒng)計(jì)意義上的系統(tǒng)特征。8.4自動(dòng)化制造系統(tǒng)建模與仿真建模與仿真常用來(lái)評(píng)價(jià)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案、優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)以及制定系統(tǒng)調(diào)度策略等,成為自動(dòng)化制造系統(tǒng)性能持續(xù)改進(jìn)的決策支持工具。其作用和效果主要體現(xiàn)在:1)為新自動(dòng)化制造系統(tǒng)或生產(chǎn)線的規(guī)劃、設(shè)計(jì)提供技術(shù)支持,幫助工程師改進(jìn)自動(dòng)化制造系統(tǒng)的物理布局,優(yōu)化物流系統(tǒng),從而減少自動(dòng)化制造系統(tǒng)的占地面積、提高自動(dòng)化

33、制造系統(tǒng)的運(yùn)行效率。2)用于評(píng)價(jià)員工的工作效率、加工設(shè)備的運(yùn)營(yíng)狀況,提出合理的生產(chǎn)規(guī)則、決策及算法,以改進(jìn)生產(chǎn)調(diào)度、庫(kù)存管理和物流系統(tǒng)的效率。3)為倉(cāng)庫(kù)、配送中心等物流設(shè)施的優(yōu)化提供技術(shù)支持,用來(lái)控制和減少在制品數(shù)量,降低庫(kù)存水平,減少庫(kù)存成本,以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)時(shí)制生產(chǎn)(JIT)或面向訂單生產(chǎn)(Make To Order,MTO)。4)仿真技術(shù)還能用來(lái)發(fā)現(xiàn)自動(dòng)化制造系統(tǒng)的瓶頸工位,尋找影響自動(dòng)化制造系統(tǒng)性能提升的約束條件,并通過(guò)去除瓶頸或消除約束來(lái)改善和提高自動(dòng)化制造系統(tǒng)的性能。8.4自動(dòng)化制造系統(tǒng)建模與仿真2.自動(dòng)化制造系統(tǒng)建模與仿真的對(duì)象及建模元素8.4自動(dòng)化制造系統(tǒng)建模與仿真8.4自動(dòng)化制造系統(tǒng)

34、建模與仿真8.4自動(dòng)化制造系統(tǒng)建模與仿真3.自動(dòng)化制造系統(tǒng)建模與仿真的主要內(nèi)容根據(jù)仿真功能,可以將仿真技術(shù)在自動(dòng)化制造系統(tǒng)中的應(yīng)用歸結(jié)為“設(shè)計(jì)決策”和“運(yùn)行決策”兩種類型?！霸O(shè)計(jì)決策”關(guān)注自動(dòng)化制造系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、參數(shù)和配置的分析、規(guī)劃、設(shè)計(jì)與優(yōu)化。它可以為下列問(wèn)題的決策提供技術(shù)支持。1)在生產(chǎn)任務(wù)一定時(shí),自動(dòng)化制造系統(tǒng)所需機(jī)床、設(shè)備、工具以及操作人員的類型和數(shù)量。2)在配置給定的前提下,自動(dòng)化制造系統(tǒng)的生產(chǎn)能力、生產(chǎn)效率和生產(chǎn)效益。3)加工設(shè)備或物流系統(tǒng)的類型、結(jié)構(gòu)和參數(shù)優(yōu)化。4)緩沖區(qū)(Buffer)及倉(cāng)庫(kù)容量的確定。5)企業(yè)及車間的最佳布局。8.4自動(dòng)化制造系統(tǒng)建模與仿真6)生產(chǎn)線(裝配線)的

35、平衡分析及優(yōu)化。7)企業(yè)或車間的瓶頸工位分析與改進(jìn)。8)設(shè)備故障統(tǒng)計(jì)及維修對(duì)系統(tǒng)性能的影響。9)優(yōu)化產(chǎn)品銷售體系,如配送中心選址、數(shù)量與規(guī)模等,降低銷售成本“設(shè)計(jì)決策”要解決的是自動(dòng)化制造系統(tǒng)的大問(wèn)題,需要建立的仿真模型較粗略,很多時(shí)候往往借助于數(shù)學(xué)模型來(lái)求解,因此建模快但不準(zhǔn)確。“運(yùn)行決策”關(guān)注自動(dòng)化制造系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)過(guò)程中的生產(chǎn)計(jì)劃、調(diào)度與控制。它可以為以下問(wèn)題的決策提供技術(shù)支持。1)給定生產(chǎn)任務(wù)時(shí),制訂作業(yè)計(jì)劃、安排作業(yè)班次。2)制訂采購(gòu)計(jì)劃,使采購(gòu)成本最低。3)優(yōu)化車間生產(chǎn)控制及調(diào)度策略。4)企業(yè)制造資源的調(diào)度,以提高資源利用率和實(shí)現(xiàn)效益最大化。5)設(shè)備預(yù)防性維修周期的制訂與優(yōu)化。8.4自動(dòng)

36、化制造系統(tǒng)建模與仿真8.4.2自動(dòng)化制造系統(tǒng)建模與仿真的基本步驟 自動(dòng)化制造系統(tǒng)屬于離散事件系統(tǒng)。離散事件系統(tǒng)是指只有當(dāng)在某個(gè)離散時(shí)間點(diǎn)上有事件發(fā)生時(shí),系統(tǒng)狀態(tài)才會(huì)發(fā)生改變的系統(tǒng)。也就是說(shuō),系統(tǒng)的狀態(tài)僅與離散的時(shí)間點(diǎn)有關(guān),當(dāng)離散的時(shí)間點(diǎn)上有事件發(fā)生時(shí),系統(tǒng)狀態(tài)才發(fā)生變化。例如,對(duì)于單臺(tái)機(jī)床的加工系統(tǒng),機(jī)床的狀態(tài)(繁忙、空閑、停機(jī)等)只有在零件到達(dá)、零件完成、機(jī)床故障等事件發(fā)生時(shí)才會(huì)改變。當(dāng)采用數(shù)學(xué)模型研究這類離散事件系統(tǒng)的性能時(shí),模型求解大致可有兩類方法,即解析法(Analytical Method)和數(shù)值法(Numerical Method)。解析法采用數(shù)學(xué)演繹推理的方法求解模型。例如,采用

37、ABC法8.4自動(dòng)化制造系統(tǒng)建模與仿真系統(tǒng)試驗(yàn)與模型求解方法之間的關(guān)系8.4自動(dòng)化制造系統(tǒng)建模與仿真系統(tǒng)建模與仿真應(yīng)用的基本步驟8.4自動(dòng)化制造系統(tǒng)建模與仿真1)問(wèn)題描述和需求分析。2)設(shè)定研究目標(biāo)和計(jì)劃。3)建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。4)建立仿真模型。5)模型的校核、驗(yàn)證及確認(rèn)。6)仿真試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)。7)進(jìn)行仿真試驗(yàn)。8)仿真數(shù)據(jù)處理及結(jié)果分析。9)優(yōu)化和決策。8.4自動(dòng)化制造系統(tǒng)建模與仿真8.4.3自動(dòng)化制造系統(tǒng)的仿真軟件介紹1. 仿真軟件的發(fā)展仿真軟件已經(jīng)經(jīng)歷了以下三個(gè)階段的發(fā)展。第一代仿真軟件,屬于語(yǔ)言建模,有以下特點(diǎn):其模型是一個(gè)較為概要的模型;模型的柔性非常大;需要編程知識(shí)。代表軟件有S

38、LAM、GPSS、SIMULA等。第二代仿真軟件,屬于參數(shù)建模,有以下特點(diǎn):是一個(gè)比較簡(jiǎn)化的模型;只能對(duì)預(yù)先定義了的模型對(duì)象進(jìn)行一些簡(jiǎn)單的控制;用戶控制需要用編程實(shí)現(xiàn)。代表軟件有Arena、Witness等。第三代仿真軟件,屬于面向?qū)ο蠼?有以下特點(diǎn):是一個(gè)非常貼近現(xiàn)實(shí)的對(duì)象模型;軟件預(yù)先定義了基礎(chǔ)對(duì)象;通過(guò)繼承和拷貝基礎(chǔ)對(duì)象,得到用戶定義對(duì)象;通過(guò)改變屬性和靈活的程序控制來(lái)完成用戶的具體建模;擁有圖形化的、面向?qū)ο蟮挠脩艚涌凇４碥浖?eM-Plant、QUEST。8.4自動(dòng)化制造系統(tǒng)建模與仿真8.4自動(dòng)化制造系統(tǒng)建模與仿真1.系統(tǒng)的組成與仿真目標(biāo)某柔性制造系統(tǒng)車間的組成與布局如圖8-3

39、0所示,有四個(gè)加工單元(Cell),加工單元1、2、4分別只有一臺(tái)機(jī)床,加工單元3有一新一舊兩臺(tái)機(jī)床(新機(jī)床的加工時(shí)間為舊機(jī)床的80%,即對(duì)于同樣的加工對(duì)象,新機(jī)床所需加工時(shí)間更短些)。該柔性制造系統(tǒng)加工三種零件(1,2,3),它們的工藝路線各不相同,加工時(shí)間(單位為min)服從三角分布,具體數(shù)據(jù)(加工單元3的加工時(shí)間為舊機(jī)床的時(shí)間)見(jiàn)表8-6。例如,零件1的工藝路線有4個(gè)工序:首先在加工單元1的機(jī)床上按照三角分布TRIA(6,8,10)進(jìn)行加工,之后在加工單元2的機(jī)床上按照三角分布TRIA(5,8,10)加工,接下來(lái)在加工單元3的機(jī)床上按照三角分布TRIA(15,20,25)加工,最后在加工

40、單元4的機(jī)床上按照三角分布TRIA(8,12,16)進(jìn)行加工。8.4自動(dòng)化制造系統(tǒng)建模與仿真8.4自動(dòng)化制造系統(tǒng)建模與仿真2.系統(tǒng)仿真模型的構(gòu)建用Arena建立該系統(tǒng)的仿真模型。首先利用Arena軟件提供的基本構(gòu)件即模塊(Module)定義系統(tǒng)的仿真數(shù)據(jù)和流程。此外使用CAD圖形或其他圖形加入仿真動(dòng)畫(huà)元素的圖像。Arena提供的各種模塊存放在項(xiàng)目欄的各種面板里,基本上可以分為兩大類:流程圖模塊(Flowchart Module)和數(shù)據(jù)模塊(Data Module)。流程圖模塊在仿真模型中用于描述系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程,可以把流程圖模塊看成是實(shí)體(本例中是零件)流經(jīng)的節(jié)點(diǎn)或者模型起止的過(guò)程。Arena提

41、供的流程圖模塊主要有創(chuàng)建(Create)、清除(Dispose)、處理(Process)、決策(Decide)、賦值(Assign)、記錄(Record)、路徑(Route)、站(Station)等,采用不同顏色的長(zhǎng)方塊來(lái)表示。數(shù)據(jù)模塊定義各種元素(如實(shí)體、資源、隊(duì)列等)的屬性,同樣也可以創(chuàng)建整個(gè)仿真模型所用的各種變量和表達(dá)式。Arena提供的數(shù)據(jù)模塊主要有實(shí)體(Entity)、隊(duì)列(Queue)、資源(Resource)、變量(Variable)、表達(dá)式(Expression)、調(diào)度(Schedule)、集合(Set)、序列(Sequence)、搬運(yùn)車(Transporter)、傳送帶(Co

42、nveyor)、距離(Distance)等,在面板里表現(xiàn)為像小電子表格形狀的圖標(biāo)。實(shí)體不會(huì)流經(jīng)數(shù)據(jù)模塊,同時(shí)數(shù)據(jù)模塊也不能拖進(jìn)模型窗口中,實(shí)際上數(shù)據(jù)模塊是隱藏在“場(chǎng)景”系統(tǒng)邏輯的背后,用于定義不同的數(shù)值、表達(dá)式和條件,即定義仿真模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。8.4自動(dòng)化制造系統(tǒng)建模與仿真對(duì)于本例的小型柔性制造系統(tǒng),其仿真模型的構(gòu)建主要包括以下內(nèi)容。(1)采用數(shù)據(jù)模塊定義系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)1)采用序列(Sequence)模塊,定義表8-6中三種零件的工藝路線,零件在不同工序上的加工時(shí)間在其中的工步(Step)中賦值。2)為了采用不同于序列模塊定義加工時(shí)間的方法,可采用表達(dá)式(Expression)模塊定義加工單元

43、1處的三種零件的不同加工時(shí)間。3)采用變量(Variable)模塊,定義加工單元3處不同機(jī)床的加工時(shí)間比例因子。4)采用搬運(yùn)車(Transporter)模塊定義系統(tǒng)中所需的搬運(yùn)車,包括搬運(yùn)車的名稱、數(shù)量(本例為2)、速度(50ft/min)、距離集、初始位置等信息。其中距離集表示搬運(yùn)車在不同起止站之間的各種距離,采用Distance模塊定義,具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表8-7。值得注意的是,要定義所有的運(yùn)貨路徑(11種)與空車前往裝貨地點(diǎn)的所有可能路徑(14種),總共25種。5)采用集合(Set)模塊定義各個(gè)對(duì)象:用資源(Resource)集合定義加工單元3處的兩臺(tái)機(jī)床,即Cell 3 New和Cell 3 Old;實(shí)體類型(Entity Type)集合命名為Entity Types,包括Part 1,Part 2和Part 3三個(gè)集合成員,表示該系統(tǒng)中的三種零件類型;實(shí)體圖形(Entity Picture)集合命名為Part Pictures,包括Picture