第四講自動化制造系統(tǒng)的總體設計課件

第四章自動化制造系統(tǒng)的總體設計本章要點4.1

系統(tǒng)的可行性論證4.2

系統(tǒng)分析及系統(tǒng)類型的選擇4.3

系統(tǒng)總體設計的內(nèi)容及步驟4.5

總體布局和設備配置設計4.4零件族的確定及工藝分析4.6

自動化制造系統(tǒng)的控制與生產(chǎn)管理4.7

自動化制造系統(tǒng)的可靠性分析1第四章自動化制造系統(tǒng)的總體設計本章要點4.1

總體設計的目的是在所確定的自動化制造系統(tǒng)的總目標下，從全局出發(fā)，對各組成部分之間的聯(lián)系及其規(guī)律加以分析，進行零件族的選擇與工藝分析、設備選型與總體布局設計、明確各子系統(tǒng)的性能及技術(shù)指標、各機械接口和軟件接口的設計等，以保證各部分之間的有機協(xié)調(diào)，使所建成的系統(tǒng)具有最大的設備利用率、盡可能高的生產(chǎn)率、良好的系統(tǒng)柔性及經(jīng)濟性，能較好地滿足用戶對該系統(tǒng)的要求。

自動化制造系統(tǒng)的總體設計前言2總體設計的目的是在所確定的自動化制造系統(tǒng)的總目§4.1

系統(tǒng)的可行性論證一、進行可行性論證的意義二、可行性論證的內(nèi)容1、可行性論證的內(nèi)涵2、必要性論證a、現(xiàn)實的必要性b、預見的必要性3、可行性論證應考慮的因素4、系統(tǒng)技術(shù)方案的可行性分析5、投資概算6、效益分析7、系統(tǒng)實施計劃8、形成論證報告3§4.1系統(tǒng)的可行性論證一、進行可行性論證的意義二、可§4.2

系統(tǒng)分析及系統(tǒng)類型的選擇系統(tǒng)分析自動化制造系統(tǒng)類型選擇的意義和原則壓力加工油漆車身裝配內(nèi)部裝飾驅(qū)動橋裝配變速箱裝配輪胎裝配底盤裝配

車身安裝最后試驗發(fā)動機裝配發(fā)動機試驗機械加工熱處理鍛造熔化造型澆鑄壓鑄油漆機械加工自動線熱處理4§4.2系統(tǒng)分析及系統(tǒng)類型的選擇系統(tǒng)分析自動化制造系統(tǒng)類§4.3

總體設計的內(nèi)容及步驟自動化制造子系統(tǒng)邏輯關(guān)系5§4.3總體設計的內(nèi)容及步驟自動化制造子系統(tǒng)邏輯關(guān)系5§4.3

總體設計的內(nèi)容及步驟總體設計的內(nèi)容

總體設計的步驟需求訂貨信息生產(chǎn)計劃信息進度計劃信息作業(yè)計劃信息生產(chǎn)結(jié)果數(shù)據(jù)生產(chǎn)控制信息生產(chǎn)技術(shù)信息產(chǎn)品設計信息綜合生產(chǎn)計劃生產(chǎn)進度計劃作業(yè)計劃生產(chǎn)實施生產(chǎn)控制產(chǎn)品設計工藝過程計劃工藝過程信息計劃階段實施階段控制階段制造系統(tǒng)的組成6§4.3總體設計的內(nèi)容及步驟總體設計的內(nèi)容總體設計的步批量法則在大批量生產(chǎn)中，由于采用專用、高效和自動化的生產(chǎn)設備，可以獲得高的生產(chǎn)率，低的生產(chǎn)成本，短的生產(chǎn)周期；而多品種、小批量生產(chǎn)則相反。機床利用率例：CA6140車床，最大加工直徑φ400，實際加工90％以上工件直徑不足100mm，機床利用率極低。制造周期在多品種、中小批量生產(chǎn)中，加工時間僅占生產(chǎn)時間的約5％，其余95％均為周轉(zhuǎn)等待時間；加工時間中真正進行切削的時間不足30%。多品種、中小批量生產(chǎn)中存在的問題§4.4

零件族的確定及工藝分析7批量法則多品種、中小批量生產(chǎn)中存在的問題§4.4零件族◆目前，單件小批量生產(chǎn)的產(chǎn)品占機械產(chǎn)品總數(shù)的70％以上，并有繼續(xù)增大的趨勢。解決多品種、中小批量生產(chǎn)的有效途徑是采用GT。5％

95％調(diào)整、裝夾、對刀、檢測等切削30％

70％加工時間

運輸與等待時間制造周期加工時間圖1-13多品種、中小批量生產(chǎn)的時間分配§4.4

零件族的確定及工藝分析8◆目前，單件小批量生產(chǎn)的產(chǎn)品占機械產(chǎn)品總數(shù)的70％以上，GT的客觀基礎(chǔ)二次相似性結(jié)構(gòu)（形狀、尺寸、精度…）材料（材質(zhì)、毛坯、熱處理…）工藝（加工方法、加工設備…）一次相似性機械零件之間存在相似性這種相似性主要表現(xiàn)在三個方面：機械產(chǎn)品中各類零件出現(xiàn)有明顯的規(guī)律性（圖1-14）正是由于70%左右的零件屬于相似件，構(gòu)成實施成組技術(shù)的客觀基礎(chǔ)?！?.4

零件族的確定及工藝分析9GT的客觀基礎(chǔ)二次相似性結(jié)構(gòu)（形狀、尺寸、精度…）一次相似性標準件復雜件相似件20～25%70%5～10%零件復雜程度零件出現(xiàn)頻數(shù)圖1-14機械產(chǎn)品中不同復雜程度零件分布規(guī)律§4.4

零件族的確定及工藝分析10標準件復雜件相似件20～25%70%5～10%零件復雜程度零圖1-15結(jié)構(gòu)相似零件組圖1-16工藝相似零件組§4.4

零件族的確定及工藝分析11圖1-15結(jié)構(gòu)相似零件組圖1-16工藝相似零件組GT定義一般性定義：GT是一門生產(chǎn)技術(shù)科學，研究和發(fā)掘生產(chǎn)活動中有關(guān)事物的相似性，并充分利用它，即把相似的問題分類成組，尋求解決這一組問題的相對統(tǒng)一的最優(yōu)方案，以取得最佳效果。機械制造領(lǐng)域中定義：將多種零件（部件或產(chǎn)品）按其相似性分類成組，并以這些零件組（部件組或產(chǎn)品組）為基礎(chǔ)組織生產(chǎn)，實現(xiàn)多品種、中小批量生產(chǎn)的產(chǎn)品設計、制造工藝和生產(chǎn)管理的合理化。GT被認為是一種“制造哲理”—（ManufacturingPhilosophy），是現(xiàn)代制造技術(shù)的一個重要理論基礎(chǔ)?！?.4

零件族的確定及工藝分析12GT定義一般性定義：GT是一門生產(chǎn)技術(shù)科學，研究和發(fā)掘生產(chǎn)圖1-17成組技術(shù)基本原理產(chǎn)品部件零件零件組ABCA1A2A3B1B2C1C2C3C4將多種零件按其相似性分類成組，人為擴大生產(chǎn)批量重復使用原則：◆資源重復使用，降低生產(chǎn)成本；

◆作業(yè)熟練程度增加，提高生產(chǎn)率。GT工作原理§4.4

零件族的確定及工藝分析13圖1-17成組技術(shù)基本原理產(chǎn)品部件零件零件組ABCA1AGT發(fā)展簡況★

20世紀50年代，前蘇聯(lián)院士Митрофанов

在其著作“成組工藝科學原理”中首次提出“成組技術(shù)”。★

20世紀60年代西歐研究GT形成高潮，代表人物首推阿亨工業(yè)大學Opitz教授，他所領(lǐng)導的小組進行了大量的調(diào)查研究工作，為成組技術(shù)提供了重要的理論依據(jù)。★

20世紀70年代，美國、日本接受成組技術(shù)，并迅速與計算機技術(shù)聯(lián)系在一起，使其得到更好的應用?！?/p>

20世紀80、90年代，GT與各種新的制造方式相結(jié)合，成為現(xiàn)代制造技術(shù)的基礎(chǔ)?！?/p>

GT發(fā)展過程：成組加工→成組工藝→成組技術(shù)→成組生產(chǎn)系統(tǒng)§4.4

零件族的確定及工藝分析14GT發(fā)展簡況★20世紀50年代，前蘇聯(lián)院士Митро1）綜合零件法——

★

綜合零件包含了零件組內(nèi)所有零件的結(jié)構(gòu)要素，它可以是一個實際零件，但更多情況是一個假想零件。

★

按綜合零件編制工藝規(guī)程，則該工藝規(guī)程包含了零件組內(nèi)所有零件的工藝內(nèi)容?！?/p>

綜合零件法多用于回轉(zhuǎn)體零件的成組工藝過程設計。成組工藝過程設計

2）綜合路線法——

★將零件組內(nèi)所有零件的工藝內(nèi)容綜合在一起，形成成組工藝。

★多用于非回轉(zhuǎn)體零件的成組工藝過程設計?！?.4

零件族的確定及工藝分析151）綜合零件法——★按綜合零件編制工藝規(guī)程，則該綜合零件圖1-23綜合零件實際零件【例】§4.4

零件族的確定及工藝分析16綜合零件圖1-23綜合零件實際零件【例】§4特征矩陣綜合零件成組工藝過程卡車間零件組代號頁工序號工序名稱及內(nèi)容機床適用零件車右端面,打中心孔,車外圓(留磨量)車螺紋,倒角,切槽,切斷1C6132ABCDE2車左端面,打中心孔,倒角銑鍵槽（銑橫槽,銑扁）3C6132X51W4調(diào)質(zhì)5研中心孔C61326磨外圓M121∨∨∨∨∨∨∨∨∨∨∨∨∨∨∨∨∨∨∨∨∨1234567890123456789§4.4

零件族的確定及工藝分析17特征矩陣綜合零件成組工藝過程卡車間零件組代號頁工序號工序1）加工單元組織形式①成組單機②成組單元③成組流水線④成組柔性制造系統(tǒng)圖1-24成組單元布置形式加工單元設計a）機群式布局GGGDDMM進出料口LLLLLLAAMMb）成組單元布局LLLMMDDGGA出料口進料口§4.4

零件族的確定及工藝分析181）加工單元組織形式圖1-24成組單元布置形式加工單元設圖1-25FMS自動倉庫工廠計算機中央計算機物流控制計算機信息傳輸網(wǎng)絡加工單元1加工單元2加工單元n運輸小車工夾具站§4.4

零件族的確定及工藝分析圖1-25FMS自動倉庫工廠計算機中央計算機物流控制計算2）確定機床數(shù)量式中[Qj]——計算的機床臺數(shù)

Ni

——第i種零件年需求量

tij

——第i種零件在第j種機床上的單件工時

F

——機床年臺時基數(shù)（4-4）（4-4a）F=250×M×8×K式中M——班次

K

——開機系數(shù)，常取0.9～0.95◆計算機床臺數(shù)：§4.4

零件族的確定及工藝分析202）確定機床數(shù)量式中[Qj]——計算的機床臺數(shù)（4-4◆一般要求：η≥0.85關(guān)鍵、稀少設備允許η=1.1～1.2簡單設備η值可適當減小◆負荷調(diào)整與平衡：①負荷過低，可幾個單元共用一臺機床②也可擴大單元內(nèi)零件組數(shù)或組內(nèi)零件數(shù)◆機床負荷率：（4-6）◆實際機床臺數(shù)：Qj≥[Qj]（4-5）§4.4

零件族的確定及工藝分析21◆一般要求：η≥0.85關(guān)鍵、稀少設備允許η=1.1～1§4.5

總體布局和設備配置設計自動化制造系統(tǒng)的組成獨立工作的設備物料運貯系統(tǒng)系統(tǒng)運行控制與通信系統(tǒng)22§4.5總體布局和設備配置設計自動化制造系統(tǒng)的組成獨立工

一、設備配置設計一）、設備選擇設計二）、機械設備的配置

§4.5

總體布局和設備配置設計機械加工機床工件裝卸站工件檢測設備其他工作設備23§4.5總體布局和設備配置設計機械加工機床三）、物料運貯系統(tǒng)的設備配置§4.5

總體布局和設備配置設計物料的搬運是指在同一場所范圍內(nèi)的、以改變物料的存放（支撐）狀態(tài)（及狹義的裝卸）和空間位置（既狹義的搬運）為主要目的的活動，即對物料、產(chǎn)品、零部件或其他物品進行搬上、卸下、移動的活動。輸送設備是在一定的線路上，沿同一方向連續(xù)不斷地輸送物料的一種搬運設備。常見的輸送設備有輥式、鏈式、輪式、帶式、懸掛式等多種形式。物料輸送、搬運在生產(chǎn)領(lǐng)域各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)中起著相互連接與轉(zhuǎn)換作用，使生產(chǎn)能連續(xù)正常進行。24三）、物料運貯系統(tǒng)的設備配置§4.5總體布局和設備配置設物料搬運的一般原則有：1.保持或提高物料的搬運活性。2.減少環(huán)節(jié)，簡化作業(yè)流程，實現(xiàn)物流合理化。3.以滿足生產(chǎn)工藝的需要為前提，充分發(fā)揮機械設備的利用率。4.實現(xiàn)機械化、自動化的原則。5.貫徹系統(tǒng)化、標準化原則。25物料搬運的一般原則有：1.保持或提高物料的搬運活性。25一、連續(xù)輸送設備

輸送機是物流系統(tǒng)作業(yè)中重要的且必不可少的設備，其特點在于：

生產(chǎn)率高，設備簡單，操作方便。一定類型的連續(xù)輸送機只適合輸送一定的物品，只能沿著一定路線定向輸送，在使用上有一定的局限性。按結(jié)構(gòu)形式的分類方法分，連續(xù)輸送機分為三大類：具有撓性牽引構(gòu)件的連續(xù)輸送機不具有撓性牽引構(gòu)件的連續(xù)輸送機液體輸送裝置（管道輸送）。26一、連續(xù)輸送設備輸送機是物流系統(tǒng)作業(yè)中重要的且必不可少的設通用帶式輸送機主要由輸送帶、支撐托輥、張緊裝置、驅(qū)動裝置、改向裝置、裝料裝置、卸料裝置、機架等裝置組成。27通用帶式輸送機主要由輸送帶、支撐托輥、張緊裝置、驅(qū)動裝置、改氣墊槽式帶式輸送機28氣墊槽式帶式輸送機28帶式輸送機典型布置形式29帶式輸送機典型布置形式29圓管帶式輸送機30圓管帶式輸送機30波狀擋邊帶式輸送機1卸料漏斗；2—頭部護罩；3—傳動滾筒；4—清掃器；5—擋邊帶；6—凸弧段機架；7—壓帶輪；8—擋輪；9—中間機架；10—中間架支腿；11—上托輥；12—凹弧段機架；13—改向滾筒；14—下托輥；15—導料槽；16—空段清掃器；17—尾部輥輪；18—尾架；19—拉緊裝置。31波狀擋邊帶式輸送機31波狀檔邊輸送帶32波狀檔邊輸送帶32（二）鏈式輸送機

鏈式輸送機由鏈條、鏈輪，以及電動機、減速器、聯(lián)軸器等組成。長距離輸送時，還應附加張緊裝置和鏈條支撐導軌，有關(guān)電動機、減速器、聯(lián)軸器的選用與帶輸送機相同。33（二）鏈式輸送機鏈式輸送機由鏈條、鏈輪，以及電動機、減速器鏈式輸送機結(jié)構(gòu)原理圖1—電動機；2—平帶；3—鏈輪；4—鏈條；5—錐齒輪；6—減速器。34鏈式輸送機結(jié)構(gòu)原理圖341.埋刮板式輸送機鏈式輸送機的形式有平板式輸送機、刮板式輸送機、斗式提升機、埋刮板式輸送機等。埋刮板式輸送機水平型b）z型c）刮板鏈條1—張緊段；2—加料段；3—水平段；4—刮板鏈條；5—頭部；6—彎曲段；7—垂直中間段；8—上回轉(zhuǎn)段。351.埋刮板式輸送機鏈式輸送機的形式有平板式輸送機、刮板式輸送常用的鏈條類型a）模鍛鏈b）套筒滾子鏈c）板鏈36常用的鏈條類型36刮板的基本形狀a）T型b）V型c）U型d）B型e）O型f）H型g）L型37刮板的基本形狀372.懸掛輸送機懸掛輸送系統(tǒng)更加節(jié)省空間，更容易與工藝流程結(jié)合，因此廣泛應用在各個工業(yè)部門的流水生產(chǎn)線的各工序之間，如機器制造業(yè)、汽車制造業(yè)、冶煉廠、建材工業(yè)、食品工業(yè)及其他經(jīng)濟部門。382.懸掛輸送機懸掛輸送系統(tǒng)更加節(jié)省空間，更容易與工藝流程結(jié)合懸掛輸送機39懸掛輸送機39懸掛輸送機的自動裝載40懸掛輸送機的自動裝載40提式滑架1—架空導軌；2—滑架；3—牽引鏈；4—掛吊具41提式滑架41推式滑架1—車體；2—推頭；3—框板；4—牽引軌道；5—牽引鏈；6—擋塊；7—承重軌道；8—滾輪；9—導向輪。42推式滑架42雙滑架示意圖43雙滑架示意圖43各種形式的吊具a）通過型b）導向型c）轉(zhuǎn)向型d）旋轉(zhuǎn)型e）屏蔽型f）裝卸型g）柔性兩點吊具h）剛性兩點吊具i）多點吊具44各種形式的吊具44墜重式張緊裝置45墜重式張緊裝置453.輥子輸送機輥子輸送機主要用來輸送具有一定規(guī)則形狀、底部平直的成件物品。它結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、維護方便、經(jīng)濟節(jié)能；近20年來，各種通用的和專用的輥子輸送機得到了迅速廣泛發(fā)展。463.輥子輸送機輥子輸送機主要用來輸送具有一定規(guī)則形狀、底部平輥道式輸送機1—輥子；2—支架；3—支腿；4—物品；5—傳動裝置；6—驅(qū)動裝置。47輥道式輸送機47輥子鏈輪傳動示意圖單鏈條傳動48輥子鏈輪傳動示意圖圓錐齒輪傳動的輥子輸送機1—輥子軸；2—錐齒輪；3—傳動軸；4—減速箱；5—電動機。49圓錐齒輪傳動的輥子輸送機49壓輥膠帶傳動50壓輥膠帶傳動50輥子回轉(zhuǎn)臺51輥子回轉(zhuǎn)臺51滾珠回轉(zhuǎn)臺52滾珠回轉(zhuǎn)臺52具有特殊構(gòu)造的輥子轉(zhuǎn)運機構(gòu)53具有特殊構(gòu)造的輥子轉(zhuǎn)運機構(gòu)53擺動式叉道54擺動式叉道54輥道式升降臺55輥道式升降臺55輥道式轉(zhuǎn)運臺56輥道式轉(zhuǎn)運臺56搬運機器人1.物料搬運的概念、作用及目的在同一場所范圍內(nèi)、以改變物料的存放狀態(tài)和空間位置為主要目的的活動。物料的輸送、搬運在生產(chǎn)領(lǐng)域各個環(huán)節(jié)起著連接和轉(zhuǎn)換作用，使生產(chǎn)能夠正常的進行。正確的選擇輸送搬運設備，按一定的搬運原則對物料進行搬運，是提高搬運效率、降低成本的先決條件。57搬運機器人物料的輸送、搬運在生產(chǎn)領(lǐng)域各個環(huán)節(jié)起著連搬運機器人類型、功能與應用生產(chǎn)過程中的物料搬運機器人貨場物料搬運機器人搬運自動化設備搬運機器人自動搬運小車58搬運機器人類型、功能與應用生產(chǎn)過程中的物料搬運機器人柔性加工單元的機器人

59柔性加工單元的機器人59柔性加工系統(tǒng)中機器人1—拉床2—車床3—插齒機4—剃齒機5—塔式存儲架6—機器人7—去毛刺機三臺機器人分別負責柔性加工系統(tǒng)上下料工作60柔性加工系統(tǒng)中機器人三臺機器人分別負責柔性加工系統(tǒng)上下料工作焊接線上的搬運機器人61焊接線上的搬運機器人61電子板裝配、打包機器人62電子板裝配、打包機器人62碼垛機器人63碼垛機器人63自動搬運小車

自動搬運小車是生產(chǎn)系統(tǒng)中搬運物料的一種重要工具。又稱自動導引小車AGV（AutomaticGuidedVehicle）。AGV是以電池為動力，裝有非接觸導向裝置、獨立尋址系統(tǒng)的無人駕駛自動運輸車，是物流系統(tǒng)的重要搬運設備，隨著工廠自動化、計算機集成系統(tǒng)技術(shù)和物流業(yè)的發(fā)展，自動導向搬運車得到了廣泛的應用。

64自動搬運小車自動搬運小車是生產(chǎn)系統(tǒng)中搬運物料的一種重分揀裝置

分揀是指把物品按不同的品種、不同的地點和單位及顧客的定貨要求，把貨按一定方式進行分類、集中并分配到指定地點。按分揀的手段不同，分揀可分為人工分揀、機械分揀和自動分揀。自動分揀是指在從貨物進入分揀系統(tǒng)直到將貨物送到指定的分配位置的過程中，貨物的運送都是按照一定的指令，依靠自動分揀裝置來完成。65分揀裝置分揀是指把物品按不同的品種、不同的地點自動分揀設備的結(jié)構(gòu)及組成

自動分揀系統(tǒng)1—輸入輸送帶；2—喂料輸送帶；3—鋼帶輸送帶；4—刮板式分流器；5—送出輥道；6—分揀道口；7—信號給定器；8—激光讀碼器；9—通過撿出器；10—磁信號發(fā)生器；11—控制器；12—磁信號讀取器66自動分揀設備的結(jié)構(gòu)及組成自動分揀系統(tǒng)66

升降機構(gòu)升降機構(gòu)由電動機、制動器、卷筒或鏈輪、柔性件，以及防落安全裝置組成。常用的柔性件有鋼絲繩和起重鏈。升降機構(gòu)的工作速度一般控制在15-25m/min，最高可達45m/min。升降速度應備有慢速擋，如3-5m/min，主要用于堆垛機平穩(wěn)準停、貨叉短距離取貨、放貨時的升降。

67升降機構(gòu)升降機構(gòu)由電動機、制動器、卷筒或鏈輪、柔性件，以及起動鏈傳動升降機構(gòu)鋼絲繩傳動升降機構(gòu)68起動鏈傳動升降機構(gòu)載貨臺及裝、取貨伸縮機構(gòu)貨叉的伸縮速度一般控制在15m/min以下，最高可達30m/min。為了便利起動和制動，當伸縮速度大于10m/min時，應設置慢速擋。69載貨臺及裝、取貨伸縮機構(gòu)貨叉的伸縮速度一般控制在15m/mi梁式起重機a—手動單梁起重機b—手動雙梁起重機c—手動單梁懸掛起重機70梁式起重機70起重設備固定旋轉(zhuǎn)起重機港口起重機71起重設備固定旋轉(zhuǎn)起重機輪胎起重機1—起重臂；2—變副滑輪組；3—機棚；4—人字架；5—支腿；6—后橋；7—回轉(zhuǎn)滾盤；8—底架；9—前橋；10—吊鉤72輪胎起重機72自動化存儲

自動化存儲的特點（1）高層貨架存儲。（2）自動存取。（3）計算機控制。73自動化存儲737474自動化存儲區(qū)的布置叉車出入庫臺方式1--計算機；2—叉車；3—控制臺；4——貨箱停放站；5—立體貨架；6—堆垛機；7—機軌。高層貨架區(qū)和作業(yè)區(qū)的銜接方式75自動化存儲區(qū)的布置叉車出入庫臺方式高層貨架區(qū)和作業(yè)區(qū)的銜接方自動引導小車出入庫臺方式1—叉車；2—貨箱停放臺；3—寬度、高度檢驗；4—輥子貨臺；5—長度檢驗；6—輥子輸送機；7—入庫臺；8—控制室；9—自動引導小車；10—出入庫臺；11—堆垛機；12—轉(zhuǎn)移臺車；13—出庫臺；14—輥子輸送機；15—貨架。76自動引導小車出入庫臺方式76自動引導小車輸送機方式1—輸送機；2—自動引導小車；3—托盤碼放機；4—堆垛機77自動引導小車輸送機方式77貨物單元出、入高層貨架的形式貫通式:指貨物從巷道的一段入庫，從另一端出庫。該方式總體布置簡單，便于管理和維修。同端出入式:指貨物入庫和出庫在巷道的同一端。這種方式采用就近入庫和出庫的原則，能縮短出入庫周期，提高搬運效率。旁流式:指貨物從倉庫的一端（或者側(cè)面）入庫，從側(cè)面（或者一端）出庫，該方式在貨架中間分開，設立通道，同側(cè)門相通，從而減少了貨格，即較少了庫存量。78貨物單元出、入高層貨架的形式貫通式:指貨物從巷道的一段入庫，

總體平面布局設計1、目標、依據(jù)及原則2、基本形式3、設備平面布局的設計方法79總體平面布局設計1、目標、依據(jù)及原則79§4-6自動化制造系統(tǒng)的控制與生產(chǎn)管理一、自動化制造系統(tǒng)控制系統(tǒng)的任務1、各種設備的自動控制2、生產(chǎn)計劃調(diào)度管理3、制造質(zhì)量控制4、信息與通信管理5、系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)控二、自動化制造系統(tǒng)的遞階控制結(jié)構(gòu)三、柔性制造系統(tǒng)的單元控制器四、自動化制造系統(tǒng)的網(wǎng)絡方案五、自動化制造系統(tǒng)控制系統(tǒng)的設計80§4-6自動化制造系統(tǒng)的控制與生產(chǎn)管理一、自動化制造系統(tǒng)§4-7自動化制造系統(tǒng)的可靠性分析一、系統(tǒng)可靠性分析的目的二、系統(tǒng)可靠性分析的主要內(nèi)容三、系統(tǒng)可靠性分析的有關(guān)術(shù)語和定義四、系統(tǒng)可靠性分析的基本方法與步驟五、提高自動化制造系統(tǒng)可靠性的有效途徑81§4-7自動化制造系統(tǒng)的可靠性分析一、系統(tǒng)可靠性分析的目第四章自動化制造系統(tǒng)的總體設計本章要點4.1

系統(tǒng)的可行性論證4.2

系統(tǒng)分析及系統(tǒng)類型的選擇4.3

系統(tǒng)總體設計的內(nèi)容及步驟4.5

總體布局和設備配置設計4.4零件族的確定及工藝分析4.6

自動化制造系統(tǒng)的控制與生產(chǎn)管理4.7

自動化制造系統(tǒng)的可靠性分析82第四章自動化制造系統(tǒng)的總體設計本章要點4.1

總體設計的目的是在所確定的自動化制造系統(tǒng)的總目標下，從全局出發(fā)，對各組成部分之間的聯(lián)系及其規(guī)律加以分析，進行零件族的選擇與工藝分析、設備選型與總體布局設計、明確各子系統(tǒng)的性能及技術(shù)指標、各機械接口和軟件接口的設計等，以保證各部分之間的有機協(xié)調(diào)，使所建成的系統(tǒng)具有最大的設備利用率、盡可能高的生產(chǎn)率、良好的系統(tǒng)柔性及經(jīng)濟性，能較好地滿足用戶對該系統(tǒng)的要求。

自動化制造系統(tǒng)的總體設計前言83總體設計的目的是在所確定的自動化制造系統(tǒng)的總目§4.1

系統(tǒng)的可行性論證一、進行可行性論證的意義二、可行性論證的內(nèi)容1、可行性論證的內(nèi)涵2、必要性論證a、現(xiàn)實的必要性b、預見的必要性3、可行性論證應考慮的因素4、系統(tǒng)技術(shù)方案的可行性分析5、投資概算6、效益分析7、系統(tǒng)實施計劃8、形成論證報告84§4.1系統(tǒng)的可行性論證一、進行可行性論證的意義二、可§4.2

系統(tǒng)分析及系統(tǒng)類型的選擇系統(tǒng)分析自動化制造系統(tǒng)類型選擇的意義和原則壓力加工油漆車身裝配內(nèi)部裝飾驅(qū)動橋裝配變速箱裝配輪胎裝配底盤裝配

車身安裝最后試驗發(fā)動機裝配發(fā)動機試驗機械加工熱處理鍛造熔化造型澆鑄壓鑄油漆機械加工自動線熱處理85§4.2系統(tǒng)分析及系統(tǒng)類型的選擇系統(tǒng)分析自動化制造系統(tǒng)類§4.3

總體設計的內(nèi)容及步驟自動化制造子系統(tǒng)邏輯關(guān)系86§4.3總體設計的內(nèi)容及步驟自動化制造子系統(tǒng)邏輯關(guān)系5§4.3

總體設計的內(nèi)容及步驟總體設計的內(nèi)容

總體設計的步驟需求訂貨信息生產(chǎn)計劃信息進度計劃信息作業(yè)計劃信息生產(chǎn)結(jié)果數(shù)據(jù)生產(chǎn)控制信息生產(chǎn)技術(shù)信息產(chǎn)品設計信息綜合生產(chǎn)計劃生產(chǎn)進度計劃作業(yè)計劃生產(chǎn)實施生產(chǎn)控制產(chǎn)品設計工藝過程計劃工藝過程信息計劃階段實施階段控制階段制造系統(tǒng)的組成87§4.3總體設計的內(nèi)容及步驟總體設計的內(nèi)容總體設計的步批量法則在大批量生產(chǎn)中，由于采用專用、高效和自動化的生產(chǎn)設備，可以獲得高的生產(chǎn)率，低的生產(chǎn)成本，短的生產(chǎn)周期；而多品種、小批量生產(chǎn)則相反。機床利用率例：CA6140車床，最大加工直徑φ400，實際加工90％以上工件直徑不足100mm，機床利用率極低。制造周期在多品種、中小批量生產(chǎn)中，加工時間僅占生產(chǎn)時間的約5％，其余95％均為周轉(zhuǎn)等待時間；加工時間中真正進行切削的時間不足30%。多品種、中小批量生產(chǎn)中存在的問題§4.4

零件族的確定及工藝分析88批量法則多品種、中小批量生產(chǎn)中存在的問題§4.4零件族◆目前，單件小批量生產(chǎn)的產(chǎn)品占機械產(chǎn)品總數(shù)的70％以上，并有繼續(xù)增大的趨勢。解決多品種、中小批量生產(chǎn)的有效途徑是采用GT。5％

95％調(diào)整、裝夾、對刀、檢測等切削30％

70％加工時間

運輸與等待時間制造周期加工時間圖1-13多品種、中小批量生產(chǎn)的時間分配§4.4

零件族的確定及工藝分析89◆目前，單件小批量生產(chǎn)的產(chǎn)品占機械產(chǎn)品總數(shù)的70％以上，GT的客觀基礎(chǔ)二次相似性結(jié)構(gòu)（形狀、尺寸、精度…）材料（材質(zhì)、毛坯、熱處理…）工藝（加工方法、加工設備…）一次相似性機械零件之間存在相似性這種相似性主要表現(xiàn)在三個方面：機械產(chǎn)品中各類零件出現(xiàn)有明顯的規(guī)律性（圖1-14）正是由于70%左右的零件屬于相似件，構(gòu)成實施成組技術(shù)的客觀基礎(chǔ)。§4.4

零件族的確定及工藝分析90GT的客觀基礎(chǔ)二次相似性結(jié)構(gòu)（形狀、尺寸、精度…）一次相似性標準件復雜件相似件20～25%70%5～10%零件復雜程度零件出現(xiàn)頻數(shù)圖1-14機械產(chǎn)品中不同復雜程度零件分布規(guī)律§4.4

零件族的確定及工藝分析91標準件復雜件相似件20～25%70%5～10%零件復雜程度零圖1-15結(jié)構(gòu)相似零件組圖1-16工藝相似零件組§4.4

零件族的確定及工藝分析92圖1-15結(jié)構(gòu)相似零件組圖1-16工藝相似零件組GT定義一般性定義：GT是一門生產(chǎn)技術(shù)科學，研究和發(fā)掘生產(chǎn)活動中有關(guān)事物的相似性，并充分利用它，即把相似的問題分類成組，尋求解決這一組問題的相對統(tǒng)一的最優(yōu)方案，以取得最佳效果。機械制造領(lǐng)域中定義：將多種零件（部件或產(chǎn)品）按其相似性分類成組，并以這些零件組（部件組或產(chǎn)品組）為基礎(chǔ)組織生產(chǎn)，實現(xiàn)多品種、中小批量生產(chǎn)的產(chǎn)品設計、制造工藝和生產(chǎn)管理的合理化。GT被認為是一種“制造哲理”—（ManufacturingPhilosophy），是現(xiàn)代制造技術(shù)的一個重要理論基礎(chǔ)?！?.4

零件族的確定及工藝分析93GT定義一般性定義：GT是一門生產(chǎn)技術(shù)科學，研究和發(fā)掘生產(chǎn)圖1-17成組技術(shù)基本原理產(chǎn)品部件零件零件組ABCA1A2A3B1B2C1C2C3C4將多種零件按其相似性分類成組，人為擴大生產(chǎn)批量重復使用原則：◆資源重復使用，降低生產(chǎn)成本；

◆作業(yè)熟練程度增加，提高生產(chǎn)率。GT工作原理§4.4

零件族的確定及工藝分析94圖1-17成組技術(shù)基本原理產(chǎn)品部件零件零件組ABCA1AGT發(fā)展簡況★

20世紀50年代，前蘇聯(lián)院士Митрофанов

在其著作“成組工藝科學原理”中首次提出“成組技術(shù)”?！?/p>

20世紀60年代西歐研究GT形成高潮，代表人物首推阿亨工業(yè)大學Opitz教授，他所領(lǐng)導的小組進行了大量的調(diào)查研究工作，為成組技術(shù)提供了重要的理論依據(jù)?！?/p>

20世紀70年代，美國、日本接受成組技術(shù)，并迅速與計算機技術(shù)聯(lián)系在一起，使其得到更好的應用?！?/p>

20世紀80、90年代，GT與各種新的制造方式相結(jié)合，成為現(xiàn)代制造技術(shù)的基礎(chǔ)?！?/p>

GT發(fā)展過程：成組加工→成組工藝→成組技術(shù)→成組生產(chǎn)系統(tǒng)§4.4

零件族的確定及工藝分析95GT發(fā)展簡況★20世紀50年代，前蘇聯(lián)院士Митро1）綜合零件法——

★

綜合零件包含了零件組內(nèi)所有零件的結(jié)構(gòu)要素，它可以是一個實際零件，但更多情況是一個假想零件。

★

按綜合零件編制工藝規(guī)程，則該工藝規(guī)程包含了零件組內(nèi)所有零件的工藝內(nèi)容?！?/p>

綜合零件法多用于回轉(zhuǎn)體零件的成組工藝過程設計。成組工藝過程設計

2）綜合路線法——

★將零件組內(nèi)所有零件的工藝內(nèi)容綜合在一起，形成成組工藝。

★多用于非回轉(zhuǎn)體零件的成組工藝過程設計?！?.4

零件族的確定及工藝分析961）綜合零件法——★按綜合零件編制工藝規(guī)程，則該綜合零件圖1-23綜合零件實際零件【例】§4.4

零件族的確定及工藝分析97綜合零件圖1-23綜合零件實際零件【例】§4特征矩陣綜合零件成組工藝過程卡車間零件組代號頁工序號工序名稱及內(nèi)容機床適用零件車右端面,打中心孔,車外圓(留磨量)車螺紋,倒角,切槽,切斷1C6132ABCDE2車左端面,打中心孔,倒角銑鍵槽（銑橫槽,銑扁）3C6132X51W4調(diào)質(zhì)5研中心孔C61326磨外圓M121∨∨∨∨∨∨∨∨∨∨∨∨∨∨∨∨∨∨∨∨∨1234567890123456789§4.4

零件族的確定及工藝分析98特征矩陣綜合零件成組工藝過程卡車間零件組代號頁工序號工序1）加工單元組織形式①成組單機②成組單元③成組流水線④成組柔性制造系統(tǒng)圖1-24成組單元布置形式加工單元設計a）機群式布局GGGDDMM進出料口LLLLLLAAMMb）成組單元布局LLLMMDDGGA出料口進料口§4.4

零件族的確定及工藝分析991）加工單元組織形式圖1-24成組單元布置形式加工單元設圖1-25FMS自動倉庫工廠計算機中央計算機物流控制計算機信息傳輸網(wǎng)絡加工單元1加工單元2加工單元n運輸小車工夾具站§4.4

零件族的確定及工藝分析圖1-25FMS自動倉庫工廠計算機中央計算機物流控制計算2）確定機床數(shù)量式中[Qj]——計算的機床臺數(shù)

Ni

——第i種零件年需求量

tij

——第i種零件在第j種機床上的單件工時

F

——機床年臺時基數(shù)（4-4）（4-4a）F=250×M×8×K式中M——班次

K

——開機系數(shù)，常取0.9～0.95◆計算機床臺數(shù)：§4.4

零件族的確定及工藝分析1012）確定機床數(shù)量式中[Qj]——計算的機床臺數(shù)（4-4◆一般要求：η≥0.85關(guān)鍵、稀少設備允許η=1.1～1.2簡單設備η值可適當減小◆負荷調(diào)整與平衡：①負荷過低，可幾個單元共用一臺機床②也可擴大單元內(nèi)零件組數(shù)或組內(nèi)零件數(shù)◆機床負荷率：（4-6）◆實際機床臺數(shù)：Qj≥[Qj]（4-5）§4.4

零件族的確定及工藝分析102◆一般要求：η≥0.85關(guān)鍵、稀少設備允許η=1.1～1§4.5

總體布局和設備配置設計自動化制造系統(tǒng)的組成獨立工作的設備物料運貯系統(tǒng)系統(tǒng)運行控制與通信系統(tǒng)103§4.5總體布局和設備配置設計自動化制造系統(tǒng)的組成獨立工

一、設備配置設計一）、設備選擇設計二）、機械設備的配置

§4.5

總體布局和設備配置設計機械加工機床工件裝卸站工件檢測設備其他工作設備104§4.5總體布局和設備配置設計機械加工機床三）、物料運貯系統(tǒng)的設備配置§4.5

總體布局和設備配置設計物料的搬運是指在同一場所范圍內(nèi)的、以改變物料的存放（支撐）狀態(tài)（及狹義的裝卸）和空間位置（既狹義的搬運）為主要目的的活動，即對物料、產(chǎn)品、零部件或其他物品進行搬上、卸下、移動的活動。輸送設備是在一定的線路上，沿同一方向連續(xù)不斷地輸送物料的一種搬運設備。常見的輸送設備有輥式、鏈式、輪式、帶式、懸掛式等多種形式。物料輸送、搬運在生產(chǎn)領(lǐng)域各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)中起著相互連接與轉(zhuǎn)換作用，使生產(chǎn)能連續(xù)正常進行。105三）、物料運貯系統(tǒng)的設備配置§4.5總體布局和設備配置設物料搬運的一般原則有：1.保持或提高物料的搬運活性。2.減少環(huán)節(jié)，簡化作業(yè)流程，實現(xiàn)物流合理化。3.以滿足生產(chǎn)工藝的需要為前提，充分發(fā)揮機械設備的利用率。4.實現(xiàn)機械化、自動化的原則。5.貫徹系統(tǒng)化、標準化原則。106物料搬運的一般原則有：1.保持或提高物料的搬運活性。25一、連續(xù)輸送設備

輸送機是物流系統(tǒng)作業(yè)中重要的且必不可少的設備，其特點在于：

生產(chǎn)率高，設備簡單，操作方便。一定類型的連續(xù)輸送機只適合輸送一定的物品，只能沿著一定路線定向輸送，在使用上有一定的局限性。按結(jié)構(gòu)形式的分類方法分，連續(xù)輸送機分為三大類：具有撓性牽引構(gòu)件的連續(xù)輸送機不具有撓性牽引構(gòu)件的連續(xù)輸送機液體輸送裝置（管道輸送）。107一、連續(xù)輸送設備輸送機是物流系統(tǒng)作業(yè)中重要的且必不可少的設通用帶式輸送機主要由輸送帶、支撐托輥、張緊裝置、驅(qū)動裝置、改向裝置、裝料裝置、卸料裝置、機架等裝置組成。108通用帶式輸送機主要由輸送帶、支撐托輥、張緊裝置、驅(qū)動裝置、改氣墊槽式帶式輸送機109氣墊槽式帶式輸送機28帶式輸送機典型布置形式110帶式輸送機典型布置形式29圓管帶式輸送機111圓管帶式輸送機30波狀擋邊帶式輸送機1卸料漏斗；2—頭部護罩；3—傳動滾筒；4—清掃器；5—擋邊帶；6—凸弧段機架；7—壓帶輪；8—擋輪；9—中間機架；10—中間架支腿；11—上托輥；12—凹弧段機架；13—改向滾筒；14—下托輥；15—導料槽；16—空段清掃器；17—尾部輥輪；18—尾架；19—拉緊裝置。112波狀擋邊帶式輸送機31波狀檔邊輸送帶113波狀檔邊輸送帶32（二）鏈式輸送機

鏈式輸送機由鏈條、鏈輪，以及電動機、減速器、聯(lián)軸器等組成。長距離輸送時，還應附加張緊裝置和鏈條支撐導軌，有關(guān)電動機、減速器、聯(lián)軸器的選用與帶輸送機相同。114（二）鏈式輸送機鏈式輸送機由鏈條、鏈輪，以及電動機、減速器鏈式輸送機結(jié)構(gòu)原理圖1—電動機；2—平帶；3—鏈輪；4—鏈條；5—錐齒輪；6—減速器。115鏈式輸送機結(jié)構(gòu)原理圖341.埋刮板式輸送機鏈式輸送機的形式有平板式輸送機、刮板式輸送機、斗式提升機、埋刮板式輸送機等。埋刮板式輸送機水平型b）z型c）刮板鏈條1—張緊段；2—加料段；3—水平段；4—刮板鏈條；5—頭部；6—彎曲段；7—垂直中間段；8—上回轉(zhuǎn)段。1161.埋刮板式輸送機鏈式輸送機的形式有平板式輸送機、刮板式輸送常用的鏈條類型a）模鍛鏈b）套筒滾子鏈c）板鏈117常用的鏈條類型36刮板的基本形狀a）T型b）V型c）U型d）B型e）O型f）H型g）L型118刮板的基本形狀372.懸掛輸送機懸掛輸送系統(tǒng)更加節(jié)省空間，更容易與工藝流程結(jié)合，因此廣泛應用在各個工業(yè)部門的流水生產(chǎn)線的各工序之間，如機器制造業(yè)、汽車制造業(yè)、冶煉廠、建材工業(yè)、食品工業(yè)及其他經(jīng)濟部門。1192.懸掛輸送機懸掛輸送系統(tǒng)更加節(jié)省空間，更容易與工藝流程結(jié)合懸掛輸送機120懸掛輸送機39懸掛輸送機的自動裝載121懸掛輸送機的自動裝載40提式滑架1—架空導軌；2—滑架；3—牽引鏈；4—掛吊具122提式滑架41推式滑架1—車體；2—推頭；3—框板；4—牽引軌道；5—牽引鏈；6—擋塊；7—承重軌道；8—滾輪；9—導向輪。123推式滑架42雙滑架示意圖124雙滑架示意圖43各種形式的吊具a）通過型b）導向型c）轉(zhuǎn)向型d）旋轉(zhuǎn)型e）屏蔽型f）裝卸型g）柔性兩點吊具h）剛性兩點吊具i）多點吊具125各種形式的吊具44墜重式張緊裝置126墜重式張緊裝置453.輥子輸送機輥子輸送機主要用來輸送具有一定規(guī)則形狀、底部平直的成件物品。它結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、維護方便、經(jīng)濟節(jié)能；近20年來，各種通用的和專用的輥子輸送機得到了迅速廣泛發(fā)展。1273.輥子輸送機輥子輸送機主要用來輸送具有一定規(guī)則形狀、底部平輥道式輸送機1—輥子；2—支架；3—支腿；4—物品；5—傳動裝置；6—驅(qū)動裝置。128輥道式輸送機47輥子鏈輪傳動示意圖單鏈條傳動129輥子鏈輪傳動示意圖圓錐齒輪傳動的輥子輸送機1—輥子軸；2—錐齒輪；3—傳動軸；4—減速箱；5—電動機。130圓錐齒輪傳動的輥子輸送機49壓輥膠帶傳動131壓輥膠帶傳動50輥子回轉(zhuǎn)臺132輥子回轉(zhuǎn)臺51滾珠回轉(zhuǎn)臺133滾珠回轉(zhuǎn)臺52具有特殊構(gòu)造的輥子轉(zhuǎn)運機構(gòu)134具有特殊構(gòu)造的輥子轉(zhuǎn)運機構(gòu)53擺動式叉道135擺動式叉道54輥道式升降臺136輥道式升降臺55輥道式轉(zhuǎn)運臺137輥道式轉(zhuǎn)運臺56搬運機器人1.物料搬運的概念、作用及目的在同一場所范圍內(nèi)、以改變物料的存放狀態(tài)和空間位置為主要目的的活動。物料的輸送、搬運在生產(chǎn)領(lǐng)域各個環(huán)節(jié)起著連接和轉(zhuǎn)換作用，使生產(chǎn)能夠正常的進行。正確的選擇輸送搬運設備，按一定的搬運原則對物料進行搬運，是提高搬運效率、降低成本的先決條件。138搬運機器人物料的輸送、搬運在生產(chǎn)領(lǐng)域各個環(huán)節(jié)起著連搬運機器人類型、功能與應用生產(chǎn)過程中的物料搬運機器人貨場物料搬運機器人搬運自動化設備搬運機器人自動搬運小車139搬運機器人類型、功能與應用生產(chǎn)過程中的物料搬運機器人柔性加工單元的機器人

140柔性加工單元的機器人59柔性加工系統(tǒng)中機器人1—拉床2—車床3—插齒機4—剃齒機5—塔式存儲架6—機器人7—去毛刺機三臺機器人分別負責柔性加工系統(tǒng)上下料工作141柔性加工系統(tǒng)中機器人三臺機器人分別負責柔性加工系統(tǒng)上下料工作焊接線上的搬運機器人142焊接線上的搬運機器人61電子板裝配、打包機器人143電子板裝配、打包機器人62碼垛機器人144碼垛機器人63自動搬運小車

自動搬運小車是生產(chǎn)系統(tǒng)中搬運物料的一種重要工具。又稱自動導引小車AGV（AutomaticGuidedVehicle）。AGV是以電池為動力，裝有非接觸導向裝置、獨立尋址系統(tǒng)的無人駕駛自動運輸車，是物流系統(tǒng)的重要搬運設備，隨著工廠自動化、計算機集成系統(tǒng)技術(shù)和物流業(yè)的發(fā)展，自動導向搬運車得到了廣泛的應用。

145自動搬運小車自動搬運小車是生產(chǎn)系統(tǒng)中搬運物料的一種重分揀裝置

分揀是指把物品按不同的品種、不同的地點和單位及顧客的定貨要求，把貨按一定方式進行分類、集中并分配到指定