機(jī)械制造自動(dòng)化課件

單元二

機(jī)械制造自動(dòng)化單元二

機(jī)械制造自動(dòng)化主要內(nèi)容2.1制造業(yè)現(xiàn)狀2.2成組技術(shù)2.3計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)程設(shè)計(jì)2.4柔性制造系統(tǒng)主要內(nèi)容2.1制造業(yè)現(xiàn)狀2.2成組技術(shù)2.3計(jì)算機(jī)輔助工藝2.1.1現(xiàn)代制造企業(yè)環(huán)境的變化大市場(chǎng)和大競(jìng)爭(zhēng)；產(chǎn)品生命周期縮短；交貨期成為主要競(jìng)爭(zhēng)因素；用戶(hù)需求個(gè)性化,多品種小批量生產(chǎn)比例增大。2.1制造業(yè)現(xiàn)狀2.1.1現(xiàn)代制造企業(yè)環(huán)境的變化大市場(chǎng)和大競(jìng)爭(zhēng)；2.1制造

2.1.2發(fā)達(dá)國(guó)家的制造業(yè)發(fā)展迅速例：波音777的設(shè)計(jì)和制造是20世紀(jì)90年代制造業(yè)的標(biāo)志性進(jìn)展全數(shù)字化定義——無(wú)紙生產(chǎn)；數(shù)字化預(yù)裝配——無(wú)金屬樣機(jī)的生產(chǎn)(虛擬)廣域網(wǎng)上的異地設(shè)計(jì)、異地制造；基于ＳＴＥＰ的數(shù)據(jù)交換；協(xié)同工作小組（Teamwork)238設(shè)計(jì)制造周期大大縮短：波音757,767——9-10年波音7７7縮短到4.5年，并獲得巨大的獨(dú)占性利潤(rùn)，每架波音777要價(jià)1.4億美元。2.1.2發(fā)達(dá)國(guó)家的制造業(yè)發(fā)展迅速例：波音777的設(shè)計(jì)和信息時(shí)代造成了跨國(guó)公司的壟斷性跨國(guó)公司的生產(chǎn)總值占工業(yè)化國(guó)家生產(chǎn)總值的40%；跨國(guó)公司的貿(mào)易額占世界貿(mào)易總值的50%；跨國(guó)公司的工業(yè)研制費(fèi)占世界總值的80%；

跨國(guó)公司操縱了世界技術(shù)轉(zhuǎn)讓的75%；跨國(guó)公司操縱了對(duì)發(fā)展中國(guó)家技術(shù)貿(mào)易的90%；信息時(shí)代造成了跨國(guó)公司的壟斷性跨國(guó)公司的生產(chǎn)總值占工業(yè)化國(guó)家90年代國(guó)際水平的占30%80年代國(guó)際水平的占40%2000多種主導(dǎo)產(chǎn)品的平均生命周期為10.5年是美國(guó)產(chǎn)品3.5倍美國(guó)新產(chǎn)品貢獻(xiàn)率已達(dá)到生產(chǎn)總值的52%我國(guó)僅為5.9%

我國(guó)的技術(shù)來(lái)源主要依賴(lài)國(guó)外技術(shù)，企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新能力低下我國(guó)機(jī)械工業(yè)主導(dǎo)產(chǎn)品2.1.3我國(guó)制造業(yè)的嚴(yán)峻形勢(shì)90年代國(guó)際水平的占30%80年代國(guó)際水平的占402.2成組技術(shù)多品種、中小批量生產(chǎn)中存在的問(wèn)題

批量法則在大批量生產(chǎn)中，由于采用專(zhuān)用、高效和自動(dòng)化的生產(chǎn)設(shè)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(jī)床利用率例：CA6140車(chē)床，最大加工直徑φ400，實(shí)際加工90％以上工件直徑不足100mm，機(jī)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(shí)間僅占生產(chǎn)時(shí)間的約5％，其余95％均為周轉(zhuǎn)等待時(shí)間；加工時(shí)間中真正進(jìn)行切削的時(shí)間不足30%。2.2成組技術(shù)多品種、中小批量生產(chǎn)中存在的問(wèn)題批量法則5％

95％調(diào)整、裝夾、對(duì)刀、檢測(cè)等切削30％

70％加工時(shí)間

運(yùn)輸與等待時(shí)間制造周期加工時(shí)間圖2-1多品種、中小批量生產(chǎn)的時(shí)間分配5％95％1、GT定義成組技術(shù)的概念：充分利用事物間的相似性，將許多具有相似信息的研究對(duì)象歸并成組，并用大致相同的方法去解決相似組中的生產(chǎn)技術(shù)問(wèn)題，以達(dá)到規(guī)模生產(chǎn)的效果，這種技術(shù)統(tǒng)稱(chēng)為成組技術(shù)。GT

被認(rèn)為是一種“制造哲理”—（ManufacturingPhilosophy），是現(xiàn)代制造技術(shù)的一個(gè)重要理論基礎(chǔ)。2.2.1成組技術(shù)的基本概念1、GT定義成組技術(shù)的概念：充分利用事物間的相似性，將許多具圖2-2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(lèi)成組，人為擴(kuò)大生產(chǎn)批量

重復(fù)使用原則：◆資源重復(fù)使用，降低生產(chǎn)成本；

◆作業(yè)熟練程度增加，提高生產(chǎn)率。2、GT工作原理圖2-2成組技術(shù)基本原理產(chǎn)品部件零件零件組ABCA1A2

2.2.2零件的分類(lèi)編碼1.零件編碼：

用數(shù)字表示零件的形狀特征和工藝特征。在實(shí)施成組技術(shù)的過(guò)程中，必須首先建立相應(yīng)的零件分類(lèi)編碼系統(tǒng)，然后應(yīng)用這個(gè)編碼系統(tǒng)使零件的有關(guān)信息代碼化，據(jù)此對(duì)零件進(jìn)行分類(lèi)分組，以便進(jìn)一步以成組的方式組織生產(chǎn)。2.2.2零件的分類(lèi)編碼1.零件編碼：零件分類(lèi)之前與分類(lèi)之后圖2-3零件分類(lèi)之前與分類(lèi)之后圖2-32.分類(lèi)編碼系統(tǒng)：

德Opitz、日KK、美Code、英Brisch等70多種我國(guó)機(jī)械零件分類(lèi)編碼系統(tǒng)簡(jiǎn)稱(chēng)JLBM－1系統(tǒng)系統(tǒng)組成：三部分：名稱(chēng)類(lèi)別、形狀及加工碼、輔助碼15個(gè)碼位：第一位總體形狀，第二位功能與形狀，第三到九位形狀與加工特征，十到十五位材料毛坯主要尺寸等2.分類(lèi)編碼系統(tǒng)：系統(tǒng)組成：圖2-4圖2-4機(jī)械制造自動(dòng)化課件圖2-5圖2-5

2.2.3．成組工藝規(guī)程設(shè)計(jì)1、劃分零件組對(duì)零件編碼后根據(jù)相似性劃分零件加工組，方法有三種：（1）特征碼位法選幾位與加工特征直接有關(guān)的特征碼為形成零件組依據(jù)，只要這些碼位相同，零件即可劃為一組，不管其它碼位

（2)碼域法對(duì)各碼位制定分組的碼域，即碼位限制幾個(gè)數(shù)字項(xiàng)，凡各碼位上的特征碼落在規(guī)定碼域內(nèi)的零件劃為同一組。

（3)特征位碼域法將特征碼位與碼域法相結(jié)合的分組方法。選取特征性強(qiáng)的碼位并規(guī)定允許的變化范圍（碼域）,作為分組的依據(jù)。2.2.3．成組工藝規(guī)程設(shè)計(jì)1、劃分零件組（2)2、主樣件設(shè)計(jì)

能集中反映組內(nèi)所有零件的結(jié)構(gòu)特征和工藝特征的零件稱(chēng)為主樣件。它可以是真實(shí)零件也可是綜合的假想零件。3、擬訂零件組工藝過(guò)程

（1）復(fù)合零件法按照零件組中的復(fù)合零件來(lái)設(shè)計(jì)工藝規(guī)程的方法稱(chēng)為復(fù)合零件法，或樣件法。所謂復(fù)合零件是擁有同組零件的全部待加工表面要素的一個(gè)零件。僅適用于回轉(zhuǎn)體零件。2、主樣件設(shè)計(jì)3、擬訂零件組工藝過(guò)程表2-1表2-1表2-2表2-2圖2-3圖2-3制訂主樣件的工藝過(guò)程，作為該零件組的工藝過(guò)程，可加工組內(nèi)每一個(gè)零件。成組工藝路線(xiàn)常用圖表格式表示，下圖是六個(gè)零件組成的零件組的“綜合零件”及其成組工藝過(guò)程卡的示意圖。制訂主樣件的工藝過(guò)程，作為該零件組的工藝過(guò)程，可加工組內(nèi)每一表2-4表2-4（2）復(fù)合路線(xiàn)法一般適用于非回轉(zhuǎn)類(lèi)零件。復(fù)合路線(xiàn)法是在零件分類(lèi)成組的基礎(chǔ)上，把同組零件的工藝路線(xiàn)作一比較，以組內(nèi)最復(fù)雜零件的工藝路線(xiàn)為基礎(chǔ)，然后將此路線(xiàn)與組內(nèi)其它零件的工藝路線(xiàn)相比較，凡組內(nèi)其它零件需要而作為代表的工藝路線(xiàn)中沒(méi)有的工序，一一添上，最終形成一個(gè)能滿(mǎn)足全組零件要求的成組工藝。（2）復(fù)合路線(xiàn)法圖2-5圖2-5ComputerAidedProcessPlanning是利用計(jì)算機(jī)協(xié)助工藝人員進(jìn)行過(guò)程設(shè)計(jì)的技術(shù)，是把對(duì)產(chǎn)品本身進(jìn)行定義的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成面向制造的數(shù)據(jù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。2.3.1CAPP設(shè)計(jì)方法1.樣件法采用成組技術(shù)按主樣件設(shè)計(jì)典型工藝規(guī)程存貯計(jì)算機(jī)中。輸入新零件編碼及要求，檢索出相應(yīng)的工藝規(guī)程并進(jìn)行編輯修改，最后輸出該零件的工藝規(guī)程。2.3計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)程設(shè)計(jì)（CAPP）ComputerAidedProcessPlanni圖2-6圖2-63.專(zhuān)家系統(tǒng)把工藝專(zhuān)家編制工藝的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)存在知識(shí)庫(kù)中，可較方便地通過(guò)專(zhuān)用模塊進(jìn)行增刪和修改。

2.創(chuàng)成法輸入零件圖形和工藝信息后，計(jì)算機(jī)便按照工藝決策制定的邏輯算法語(yǔ)言，在不需人工干預(yù)條件下自動(dòng)生成工藝規(guī)程。自動(dòng)化程度高，但系統(tǒng)復(fù)雜，技術(shù)上尚不成熟。3.專(zhuān)家系統(tǒng)2.創(chuàng)成法1、工藝信息數(shù)字化（1）零件編碼矩陣化

零件編碼→矩陣，即一維數(shù)組→二維數(shù)組（2）零件組特征的矩陣化同組所有零件的特征矩陣疊加起來(lái)得零件組特征矩陣（3）主樣件設(shè)計(jì)特征矩陣圖中交點(diǎn)上出現(xiàn)“1”與“0”的頻數(shù)各不相同，頻數(shù)大的特征須反映到主樣件中，頻數(shù)小的特征可舍去

2.3.2樣件法CAPP設(shè)計(jì)原理（2）零件組特征的矩陣化（3）主樣件設(shè)計(jì)2.3.2樣（6）綜合加工工藝路線(xiàn)的數(shù)字化用一（N×4）矩陣來(lái)表示零件加工工藝路線(xiàn)（5）工序工步名稱(chēng)編碼編碼以工步為單位，熱處理、檢驗(yàn)以及裝夾、調(diào)頭等操作也當(dāng)作一個(gè)工步編碼,使計(jì)算機(jī)能按預(yù)定方法調(diào)出。（4）零件上各種形面的數(shù)字化編碼只表示零件結(jié)構(gòu)、工藝特征，沒(méi)有提供零件表面信息，還必須對(duì)零件表面逐一編碼。（7）工序工步內(nèi)容矩陣以工步為單位，一個(gè)工步占一行，共9列，描述工步序號(hào)，名稱(chēng)編碼，機(jī)床和刀具編碼，進(jìn)給量和背吃刀量值，計(jì)算切削數(shù)據(jù)和基本時(shí)間的公式編碼，該工步所屬工序編碼。（6）綜合加工工藝路線(xiàn)的數(shù)字化（5）工序工步名稱(chēng)編碼（4工藝信息經(jīng)過(guò)數(shù)字化后形成了大量數(shù)據(jù)，按一定的工藝文件形式集合起來(lái)，存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)內(nèi)，形成數(shù)據(jù)庫(kù)以備檢索和調(diào)用。數(shù)據(jù)文件的格式主要有零件編碼特征矩陣文件、樣件工藝文件，工藝數(shù)據(jù)文件等。輸入零件特征矩陣→查找該零件所屬零件組→調(diào)出相應(yīng)的綜合工藝路線(xiàn)矩陣→輸入形面編碼及技術(shù)要求→選取零件加工工序及編碼→得加工工藝路線(xiàn)→調(diào)出工序及工步內(nèi)容→查找該工步機(jī)床刀具名稱(chēng)和型號(hào)→計(jì)算切削用量、切削力、功率和基本時(shí)間等。計(jì)算機(jī)將每次查到的工步內(nèi)容都存入存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)，最后形成一份完整的加工工藝規(guī)程打印出來(lái)。3、CAPP設(shè)計(jì)過(guò)程2、CAPP系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)

工藝信息經(jīng)過(guò)數(shù)字化后形成了大量數(shù)據(jù)，按一定的工藝輸入零圖2-7圖2-7圖2-8圖2-8表2-6表2-6機(jī)械制造自動(dòng)化課件

2.4.1FMS的產(chǎn)生與發(fā)展1、FMS的產(chǎn)生

——市場(chǎng)的發(fā)展變化促使傳統(tǒng)生產(chǎn)方式變革

20世紀(jì)初，大批量、少品種——?jiǎng)傂宰詣?dòng)線(xiàn)

2.4柔性制造系統(tǒng)（FMS)圖2-9加工箱體類(lèi)零件的組合機(jī)床自動(dòng)化線(xiàn)2.4柔性制造

剛性自動(dòng)線(xiàn)特點(diǎn)：設(shè)備和加工工藝固定,不靈活,只能加工一個(gè)零件,或幾個(gè)相互類(lèi)似的零件,即具有剛性。

圖2-10組合機(jī)床自動(dòng)線(xiàn)剛性自動(dòng)線(xiàn)特點(diǎn)：圖2-1020世紀(jì)60、70年代，多品種、中小批量

——柔性制造系統(tǒng)(FMS)產(chǎn)生（1983年）20世紀(jì)60、70年代，多品種、中小批量（1983年）2、FMS的發(fā)展歷史剛性自動(dòng)線(xiàn)改造——柔性差,適合大批量少品種生產(chǎn),

生產(chǎn)效率高。改造費(fèi)時(shí)費(fèi)力費(fèi)錢(qián)。數(shù)控機(jī)床(50年代NC,70年代CNC)——柔性好,只適合小批量多品種生產(chǎn),生產(chǎn)率低.

數(shù)控機(jī)床2、FMS的發(fā)展歷史數(shù)控機(jī)床

自動(dòng)線(xiàn)與數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)結(jié)合—FMS

FMS的一般定義:

1)是一個(gè)計(jì)算機(jī)控制的生產(chǎn)系統(tǒng);2)系統(tǒng)采用半獨(dú)立的數(shù)控機(jī)床;3)這些機(jī)床通過(guò)物料輸送系統(tǒng)聯(lián)成一體.

柔性制造系統(tǒng)(FMS)自動(dòng)線(xiàn)與數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)結(jié)合—FMS最早的FMS:MolinsSystem<24系統(tǒng)>(20世紀(jì)60年代,英國(guó)Molins公司,DavidWilliamsm)*計(jì)算機(jī)控制整個(gè)系統(tǒng),可加工一系列不同的零件*類(lèi)似加工中心的數(shù)控機(jī)床*自動(dòng)為機(jī)床提供工件和工藝裝備*每天工作24小時(shí)(中班和晚班的16小時(shí)內(nèi)進(jìn)行無(wú)人化加工)MolinsSystem<24系統(tǒng)>最早的FMS:MolinsSystem其它早期的FMS:

60年代后期70年代初期,德國(guó)、日本、前蘇聯(lián)、美國(guó)、意大利等相繼開(kāi)發(fā)了本國(guó)的第一代FMS.Allischalmers系統(tǒng)(二十世紀(jì)六十年代后期，美國(guó))*6臺(tái)加工中心,4臺(tái)雙分度頭機(jī)床*自動(dòng)牽引車(chē)工件搬運(yùn)系統(tǒng)Allischalmers系統(tǒng)平面布置Allischalmers系統(tǒng)自動(dòng)牽引車(chē)其它早期的FMS:AllischalmerFanucHino系統(tǒng)<富士通工廠(chǎng)系統(tǒng)>*8臺(tái)數(shù)控車(chē)床(二十世紀(jì)七十年代初期，日本)*每臺(tái)車(chē)床旁均有一個(gè)裝有工件的圓盤(pán)傳送帶式供料器*機(jī)器人在圓盤(pán)供料器和車(chē)床之間,以及車(chē)床與車(chē)床之間傳送工件FanucHino系統(tǒng)平面布置FanucHino系統(tǒng)供料器及機(jī)床FanucHino系統(tǒng)<富士通工廠(chǎng)系統(tǒng)>Fa70年代緩慢發(fā)展(初期未受到充分重視)80年代迅速發(fā)展(由于顯著的經(jīng)濟(jì)效益,各國(guó)相繼投入大量資金,竟相開(kāi)發(fā)FMS)FMS的發(fā)展過(guò)程

70年代緩慢發(fā)展(初期未受到充分重視)F1、FMS的基本組成

2.4.2FMS的組成與功能（1）加工系統(tǒng)（2）物料儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)（3）計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)

2.4.2FMS的組成與功能（1）加工系統(tǒng)

（1）加工系統(tǒng)：

FMS的主體部分，用于加工產(chǎn)品零件。*加工單元:有自動(dòng)換刀及換工件功能的數(shù)控機(jī)床、加工中心。

（1）加工系統(tǒng)：機(jī)械制造自動(dòng)化課件加工零件類(lèi)型機(jī)床配置箱體類(lèi)回轉(zhuǎn)體類(lèi)箱體類(lèi)+回轉(zhuǎn)體類(lèi)特殊類(lèi)*加工單元機(jī)床配置CNC加工中心+CNC車(chē)削中心CNC加工中心CNC車(chē)削中心、CNC磨床專(zhuān)用CNC機(jī)床加工零件類(lèi)型機(jī)床配置箱體類(lèi)回轉(zhuǎn)體類(lèi)箱體類(lèi)+回轉(zhuǎn)體類(lèi)特殊類(lèi)*（2）物料儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)實(shí)施對(duì)毛坯、工件、夾具、刀具等的存儲(chǔ)、運(yùn)輸、交換工作。*工件儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)：a.毛坯、半成品、夾具組件的存儲(chǔ)倉(cāng)庫(kù)及緩沖存儲(chǔ)站

（2）物料儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)b.工件托盤(pán)運(yùn)輸小車(chē)，輸送帶輸送裝置

b.工件托盤(pán)運(yùn)輸小車(chē)，輸送帶輸送裝置c.托盤(pán)交換器，上料機(jī)器人等交換裝置

c.托盤(pán)交換器，上料機(jī)器人等交換裝置d.工件、夾具裝卸站

d.工件、夾具裝卸站*刀具運(yùn)送系統(tǒng)：

a.刀具存儲(chǔ)庫(kù)*刀具運(yùn)送系統(tǒng)：a.刀具存儲(chǔ)庫(kù)b.交換刀具裝置

交換刀具裝置

b.交換刀具裝置機(jī)械制造自動(dòng)化課件c.刀具刃磨、組裝及預(yù)調(diào)工作站c.刀具刃磨、組裝及預(yù)調(diào)工作站（3）計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)由管理FMS的信息、控制FMS各設(shè)備協(xié)調(diào)一致工作的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和FMS管理與控制軟件構(gòu)成。FMS的基本結(jié)構(gòu)（3）計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)FMS的基本結(jié)構(gòu)

*FMS的輔助設(shè)備：

在線(xiàn)測(cè)量裝置、清理裝置、切屑處理裝置等

*FMS的輔助設(shè)備：

*FMS實(shí)例：

美國(guó)麥道公司FMS五臺(tái)加工中心每臺(tái)加工中心配90把刀和一個(gè)換刀站三輛小車(chē)負(fù)責(zé)運(yùn)送工件、刀具小車(chē)保養(yǎng)站10托盤(pán)自動(dòng)工件交換臺(tái)物料檢查站臥式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)清洗站刀具裝卸站高架機(jī)房切屑收集和切屑再生系統(tǒng)美國(guó)麥道公司的FMS：美國(guó)麥道公司FMS五臺(tái)加工中心三輛小車(chē)負(fù)責(zé)運(yùn)送工件、刀2、FMS的主要功能

1.自動(dòng)進(jìn)行零件的批量生產(chǎn)

(數(shù)控機(jī)床承擔(dān)自動(dòng)制造任務(wù))；

2.簡(jiǎn)單地改變軟件,便能制造出某一零件族中的任何零件；

3.自動(dòng)運(yùn)輸、儲(chǔ)存、交換物料（毛坯、工件、刀具等）；

4.自動(dòng)監(jiān)視功能(刀具磨損、破損的監(jiān)測(cè)等）,

自動(dòng)補(bǔ)償、自診斷等；

5.作業(yè)計(jì)劃與調(diào)度功能。2、FMS的主要功能

減少設(shè)備投資

設(shè)備利用率高減少占地面積減少直接工時(shí)費(fèi)用減少了在制品的數(shù)量，縮短了生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間具有快速應(yīng)變能力維持生產(chǎn)能力強(qiáng)產(chǎn)品質(zhì)量高而穩(wěn)定系統(tǒng)運(yùn)行靈活性大產(chǎn)量變化適應(yīng)性好便于實(shí)現(xiàn)工廠(chǎng)自動(dòng)化投資高、風(fēng)險(xiǎn)大，開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)、管理水平要求高

2.4.3FMS主要特點(diǎn)減少設(shè)備投資ThankYou!ThankYou!單元二

機(jī)械制造自動(dòng)化單元二

機(jī)械制造自動(dòng)化主要內(nèi)容2.1制造業(yè)現(xiàn)狀2.2成組技術(shù)2.3計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)程設(shè)計(jì)2.4柔性制造系統(tǒng)主要內(nèi)容2.1制造業(yè)現(xiàn)狀2.2成組技術(shù)2.3計(jì)算機(jī)輔助工藝2.1.1現(xiàn)代制造企業(yè)環(huán)境的變化大市場(chǎng)和大競(jìng)爭(zhēng)；產(chǎn)品生命周期縮短；交貨期成為主要競(jìng)爭(zhēng)因素；用戶(hù)需求個(gè)性化,多品種小批量生產(chǎn)比例增大。2.1制造業(yè)現(xiàn)狀2.1.1現(xiàn)代制造企業(yè)環(huán)境的變化大市場(chǎng)和大競(jìng)爭(zhēng)；2.1制造

2.1.2發(fā)達(dá)國(guó)家的制造業(yè)發(fā)展迅速例：波音777的設(shè)計(jì)和制造是20世紀(jì)90年代制造業(yè)的標(biāo)志性進(jìn)展全數(shù)字化定義——無(wú)紙生產(chǎn)；數(shù)字化預(yù)裝配——無(wú)金屬樣機(jī)的生產(chǎn)(虛擬)廣域網(wǎng)上的異地設(shè)計(jì)、異地制造；基于ＳＴＥＰ的數(shù)據(jù)交換；協(xié)同工作小組（Teamwork)238設(shè)計(jì)制造周期大大縮短：波音757,767——9-10年波音7７7縮短到4.5年，并獲得巨大的獨(dú)占性利潤(rùn)，每架波音777要價(jià)1.4億美元。2.1.2發(fā)達(dá)國(guó)家的制造業(yè)發(fā)展迅速例：波音777的設(shè)計(jì)和信息時(shí)代造成了跨國(guó)公司的壟斷性跨國(guó)公司的生產(chǎn)總值占工業(yè)化國(guó)家生產(chǎn)總值的40%；跨國(guó)公司的貿(mào)易額占世界貿(mào)易總值的50%；跨國(guó)公司的工業(yè)研制費(fèi)占世界總值的80%；

跨國(guó)公司操縱了世界技術(shù)轉(zhuǎn)讓的75%；跨國(guó)公司操縱了對(duì)發(fā)展中國(guó)家技術(shù)貿(mào)易的90%；信息時(shí)代造成了跨國(guó)公司的壟斷性跨國(guó)公司的生產(chǎn)總值占工業(yè)化國(guó)家90年代國(guó)際水平的占30%80年代國(guó)際水平的占40%2000多種主導(dǎo)產(chǎn)品的平均生命周期為10.5年是美國(guó)產(chǎn)品3.5倍美國(guó)新產(chǎn)品貢獻(xiàn)率已達(dá)到生產(chǎn)總值的52%我國(guó)僅為5.9%

我國(guó)的技術(shù)來(lái)源主要依賴(lài)國(guó)外技術(shù)，企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新能力低下我國(guó)機(jī)械工業(yè)主導(dǎo)產(chǎn)品2.1.3我國(guó)制造業(yè)的嚴(yán)峻形勢(shì)90年代國(guó)際水平的占30%80年代國(guó)際水平的占402.2成組技術(shù)多品種、中小批量生產(chǎn)中存在的問(wèn)題

批量法則在大批量生產(chǎn)中，由于采用專(zhuān)用、高效和自動(dòng)化的生產(chǎn)設(shè)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(jī)床利用率例：CA6140車(chē)床，最大加工直徑φ400，實(shí)際加工90％以上工件直徑不足100mm，機(jī)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(shí)間僅占生產(chǎn)時(shí)間的約5％，其余95％均為周轉(zhuǎn)等待時(shí)間；加工時(shí)間中真正進(jìn)行切削的時(shí)間不足30%。2.2成組技術(shù)多品種、中小批量生產(chǎn)中存在的問(wèn)題批量法則5％

95％調(diào)整、裝夾、對(duì)刀、檢測(cè)等切削30％

70％加工時(shí)間

運(yùn)輸與等待時(shí)間制造周期加工時(shí)間圖2-1多品種、中小批量生產(chǎn)的時(shí)間分配5％95％1、GT定義成組技術(shù)的概念：充分利用事物間的相似性，將許多具有相似信息的研究對(duì)象歸并成組，并用大致相同的方法去解決相似組中的生產(chǎn)技術(shù)問(wèn)題，以達(dá)到規(guī)模生產(chǎn)的效果，這種技術(shù)統(tǒng)稱(chēng)為成組技術(shù)。GT

被認(rèn)為是一種“制造哲理”—（ManufacturingPhilosophy），是現(xiàn)代制造技術(shù)的一個(gè)重要理論基礎(chǔ)。2.2.1成組技術(shù)的基本概念1、GT定義成組技術(shù)的概念：充分利用事物間的相似性，將許多具圖2-2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(lèi)成組，人為擴(kuò)大生產(chǎn)批量

重復(fù)使用原則：◆資源重復(fù)使用，降低生產(chǎn)成本；

◆作業(yè)熟練程度增加，提高生產(chǎn)率。2、GT工作原理圖2-2成組技術(shù)基本原理產(chǎn)品部件零件零件組ABCA1A2

2.2.2零件的分類(lèi)編碼1.零件編碼：

用數(shù)字表示零件的形狀特征和工藝特征。在實(shí)施成組技術(shù)的過(guò)程中，必須首先建立相應(yīng)的零件分類(lèi)編碼系統(tǒng)，然后應(yīng)用這個(gè)編碼系統(tǒng)使零件的有關(guān)信息代碼化，據(jù)此對(duì)零件進(jìn)行分類(lèi)分組，以便進(jìn)一步以成組的方式組織生產(chǎn)。2.2.2零件的分類(lèi)編碼1.零件編碼：零件分類(lèi)之前與分類(lèi)之后圖2-3零件分類(lèi)之前與分類(lèi)之后圖2-32.分類(lèi)編碼系統(tǒng)：

德Opitz、日KK、美Code、英Brisch等70多種我國(guó)機(jī)械零件分類(lèi)編碼系統(tǒng)簡(jiǎn)稱(chēng)JLBM－1系統(tǒng)系統(tǒng)組成：三部分：名稱(chēng)類(lèi)別、形狀及加工碼、輔助碼15個(gè)碼位：第一位總體形狀，第二位功能與形狀，第三到九位形狀與加工特征，十到十五位材料毛坯主要尺寸等2.分類(lèi)編碼系統(tǒng)：系統(tǒng)組成：圖2-4圖2-4機(jī)械制造自動(dòng)化課件圖2-5圖2-5

2.2.3．成組工藝規(guī)程設(shè)計(jì)1、劃分零件組對(duì)零件編碼后根據(jù)相似性劃分零件加工組，方法有三種：（1）特征碼位法選幾位與加工特征直接有關(guān)的特征碼為形成零件組依據(jù)，只要這些碼位相同，零件即可劃為一組，不管其它碼位

（2)碼域法對(duì)各碼位制定分組的碼域，即碼位限制幾個(gè)數(shù)字項(xiàng)，凡各碼位上的特征碼落在規(guī)定碼域內(nèi)的零件劃為同一組。

（3)特征位碼域法將特征碼位與碼域法相結(jié)合的分組方法。選取特征性強(qiáng)的碼位并規(guī)定允許的變化范圍（碼域）,作為分組的依據(jù)。2.2.3．成組工藝規(guī)程設(shè)計(jì)1、劃分零件組（2)2、主樣件設(shè)計(jì)

能集中反映組內(nèi)所有零件的結(jié)構(gòu)特征和工藝特征的零件稱(chēng)為主樣件。它可以是真實(shí)零件也可是綜合的假想零件。3、擬訂零件組工藝過(guò)程

（1）復(fù)合零件法按照零件組中的復(fù)合零件來(lái)設(shè)計(jì)工藝規(guī)程的方法稱(chēng)為復(fù)合零件法，或樣件法。所謂復(fù)合零件是擁有同組零件的全部待加工表面要素的一個(gè)零件。僅適用于回轉(zhuǎn)體零件。2、主樣件設(shè)計(jì)3、擬訂零件組工藝過(guò)程表2-1表2-1表2-2表2-2圖2-3圖2-3制訂主樣件的工藝過(guò)程，作為該零件組的工藝過(guò)程，可加工組內(nèi)每一個(gè)零件。成組工藝路線(xiàn)常用圖表格式表示，下圖是六個(gè)零件組成的零件組的“綜合零件”及其成組工藝過(guò)程卡的示意圖。制訂主樣件的工藝過(guò)程，作為該零件組的工藝過(guò)程，可加工組內(nèi)每一表2-4表2-4（2）復(fù)合路線(xiàn)法一般適用于非回轉(zhuǎn)類(lèi)零件。復(fù)合路線(xiàn)法是在零件分類(lèi)成組的基礎(chǔ)上，把同組零件的工藝路線(xiàn)作一比較，以組內(nèi)最復(fù)雜零件的工藝路線(xiàn)為基礎(chǔ)，然后將此路線(xiàn)與組內(nèi)其它零件的工藝路線(xiàn)相比較，凡組內(nèi)其它零件需要而作為代表的工藝路線(xiàn)中沒(méi)有的工序，一一添上，最終形成一個(gè)能滿(mǎn)足全組零件要求的成組工藝。（2）復(fù)合路線(xiàn)法圖2-5圖2-5ComputerAidedProcessPlanning是利用計(jì)算機(jī)協(xié)助工藝人員進(jìn)行過(guò)程設(shè)計(jì)的技術(shù)，是把對(duì)產(chǎn)品本身進(jìn)行定義的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成面向制造的數(shù)據(jù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。2.3.1CAPP設(shè)計(jì)方法1.樣件法采用成組技術(shù)按主樣件設(shè)計(jì)典型工藝規(guī)程存貯計(jì)算機(jī)中。輸入新零件編碼及要求，檢索出相應(yīng)的工藝規(guī)程并進(jìn)行編輯修改，最后輸出該零件的工藝規(guī)程。2.3計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)程設(shè)計(jì)（CAPP）ComputerAidedProcessPlanni圖2-6圖2-63.專(zhuān)家系統(tǒng)把工藝專(zhuān)家編制工藝的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)存在知識(shí)庫(kù)中，可較方便地通過(guò)專(zhuān)用模塊進(jìn)行增刪和修改。

2.創(chuàng)成法輸入零件圖形和工藝信息后，計(jì)算機(jī)便按照工藝決策制定的邏輯算法語(yǔ)言，在不需人工干預(yù)條件下自動(dòng)生成工藝規(guī)程。自動(dòng)化程度高，但系統(tǒng)復(fù)雜，技術(shù)上尚不成熟。3.專(zhuān)家系統(tǒng)2.創(chuàng)成法1、工藝信息數(shù)字化（1）零件編碼矩陣化

零件編碼→矩陣，即一維數(shù)組→二維數(shù)組（2）零件組特征的矩陣化同組所有零件的特征矩陣疊加起來(lái)得零件組特征矩陣（3）主樣件設(shè)計(jì)特征矩陣圖中交點(diǎn)上出現(xiàn)“1”與“0”的頻數(shù)各不相同，頻數(shù)大的特征須反映到主樣件中，頻數(shù)小的特征可舍去

2.3.2樣件法CAPP設(shè)計(jì)原理（2）零件組特征的矩陣化（3）主樣件設(shè)計(jì)2.3.2樣（6）綜合加工工藝路線(xiàn)的數(shù)字化用一（N×4）矩陣來(lái)表示零件加工工藝路線(xiàn)（5）工序工步名稱(chēng)編碼編碼以工步為單位，熱處理、檢驗(yàn)以及裝夾、調(diào)頭等操作也當(dāng)作一個(gè)工步編碼,使計(jì)算機(jī)能按預(yù)定方法調(diào)出。（4）零件上各種形面的數(shù)字化編碼只表示零件結(jié)構(gòu)、工藝特征，沒(méi)有提供零件表面信息，還必須對(duì)零件表面逐一編碼。（7）工序工步內(nèi)容矩陣以工步為單位，一個(gè)工步占一行，共9列，描述工步序號(hào)，名稱(chēng)編碼，機(jī)床和刀具編碼，進(jìn)給量和背吃刀量值，計(jì)算切削數(shù)據(jù)和基本時(shí)間的公式編碼，該工步所屬工序編碼。（6）綜合加工工藝路線(xiàn)的數(shù)字化（5）工序工步名稱(chēng)編碼（4工藝信息經(jīng)過(guò)數(shù)字化后形成了大量數(shù)據(jù)，按一定的工藝文件形式集合起來(lái)，存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)內(nèi)，形成數(shù)據(jù)庫(kù)以備檢索和調(diào)用。數(shù)據(jù)文件的格式主要有零件編碼特征矩陣文件、樣件工藝文件，工藝數(shù)據(jù)文件等。輸入零件特征矩陣→查找該零件所屬零件組→調(diào)出相應(yīng)的綜合工藝路線(xiàn)矩陣→輸入形面編碼及技術(shù)要求→選取零件加工工序及編碼→得加工工藝路線(xiàn)→調(diào)出工序及工步內(nèi)容→查找該工步機(jī)床刀具名稱(chēng)和型號(hào)→計(jì)算切削用量、切削力、功率和基本時(shí)間等。計(jì)算機(jī)將每次查到的工步內(nèi)容都存入存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)，最后形成一份完整的加工工藝規(guī)程打印出來(lái)。3、CAPP設(shè)計(jì)過(guò)程2、CAPP系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)

工藝信息經(jīng)過(guò)數(shù)字化后形成了大量數(shù)據(jù)，按一定的工藝輸入零圖2-7圖2-7圖2-8圖2-8表2-6表2-6機(jī)械制造自動(dòng)化課件

2.4.1FMS的產(chǎn)生與發(fā)展1、FMS的產(chǎn)生

——市場(chǎng)的發(fā)展變化促使傳統(tǒng)生產(chǎn)方式變革

20世紀(jì)初，大批量、少品種——?jiǎng)傂宰詣?dòng)線(xiàn)

2.4柔性制造系統(tǒng)（FMS)圖2-9加工箱體類(lèi)零件的組合機(jī)床自動(dòng)化線(xiàn)2.4柔性制造

剛性自動(dòng)線(xiàn)特點(diǎn)：設(shè)備和加工工藝固定,不靈活,只能加工一個(gè)零件,或幾個(gè)相互類(lèi)似的零件,即具有剛性。

圖2-10組合機(jī)床自動(dòng)線(xiàn)剛性自動(dòng)線(xiàn)特點(diǎn)：圖2-1020世紀(jì)60、70年代，多品種、中小批量

——柔性制造系統(tǒng)(FMS)產(chǎn)生（1983年）20世紀(jì)60、70年代，多品種、中小批量（1983年）2、FMS的發(fā)展歷史剛性自動(dòng)線(xiàn)改造——柔性差,適合大批量少品種生產(chǎn),

生產(chǎn)效率高。改造費(fèi)時(shí)費(fèi)力費(fèi)錢(qián)。數(shù)控機(jī)床(50年代NC,70年代CNC)——柔性好,只適合小批量多品種生產(chǎn),生產(chǎn)率低.

數(shù)控機(jī)床2、FMS的發(fā)展歷史數(shù)控機(jī)床

自動(dòng)線(xiàn)與數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)結(jié)合—FMS

FMS的一般定義:

1)是一個(gè)計(jì)算機(jī)控制的生產(chǎn)系統(tǒng);2)系統(tǒng)采用半獨(dú)立的數(shù)控機(jī)床;3)這些機(jī)床通過(guò)物料輸送系統(tǒng)聯(lián)成一體.

柔性制造系統(tǒng)(FMS)自動(dòng)線(xiàn)與數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)結(jié)合—FMS最早的FMS:MolinsSystem<24系統(tǒng)>(20世紀(jì)60年代,英國(guó)Molins公司,DavidWilliamsm)*計(jì)算機(jī)控制整個(gè)系統(tǒng),可加工一系列不同的零件*類(lèi)似加工中心的數(shù)控機(jī)床*自動(dòng)為機(jī)床提供工件和工藝裝備*每天工作24小時(shí)(中班和晚班的16小時(shí)內(nèi)進(jìn)行無(wú)人化加工)MolinsSystem<24系統(tǒng)>最早的FMS:MolinsSystem其它早期的FMS:

60年代后期70年代初期,德國(guó)、日本、前蘇聯(lián)、美國(guó)、意大利等相繼開(kāi)發(fā)了本國(guó)的第一代FMS.Allischalmers系統(tǒng)(二十世紀(jì)六十年代后期，美國(guó))*6臺(tái)加工中心,4臺(tái)雙分度頭機(jī)床*自動(dòng)牽引車(chē)工件搬運(yùn)系統(tǒng)Allischalmers系統(tǒng)平面布置Allischalmers系統(tǒng)自動(dòng)牽引車(chē)其它早期的FMS:AllischalmerFanucHino系統(tǒng)<富士通工廠(chǎng)系統(tǒng)>*8臺(tái)數(shù)控車(chē)床(二十世紀(jì)七十年代初期，日本)*每臺(tái)車(chē)床旁均有一個(gè)裝有工件的圓盤(pán)傳送帶式供料器*機(jī)器人在圓盤(pán)供料器和車(chē)床之間,以及車(chē)床與車(chē)床之間傳送工件FanucHino系統(tǒng)平面布置FanucHino系統(tǒng)供料器及機(jī)床FanucHino系統(tǒng)<富士通工廠(chǎng)系統(tǒng)>Fa70年代緩慢發(fā)展(初期未受到充分重視)80年代迅速發(fā)展(由于顯著的經(jīng)濟(jì)效益,各國(guó)相繼投入大量資金,竟相開(kāi)發(fā)FMS)FMS的發(fā)展過(guò)程

70年代緩慢發(fā)展(初期未受到充分重視)F