數(shù)控機(jī)床全套課件新技術(shù)在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用

數(shù)控機(jī)床全套第9章新技術(shù)在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用9.1柔性制造系統(tǒng)（FMS）9.2計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）9.3工業(yè)機(jī)器人9.1柔性制造系統(tǒng)（FMS）9.1.1FMS的產(chǎn)生與發(fā)展1.計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)FMS初級(jí)階段是計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)CNCS，它用計(jì)算機(jī)通過(guò)執(zhí)行其寄存器內(nèi)的程序來(lái)完成數(shù)控系統(tǒng)的部分或全部功能，并配有接口電器、輸入輸出設(shè)備、可編程控制器（PLC）、主軸驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)給驅(qū)動(dòng)裝置等組成的一種專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。如圖9-1所示。2.柔性制造單元FMC由單臺(tái)帶有多托盤系統(tǒng)的加工中心或三臺(tái)以下的CNC機(jī)床組成，它可以自動(dòng)地加工一組工件，適用于小批量多品種加工。如圖9-2、9-3所示。下一頁(yè)返回9.1柔性制造系統(tǒng)（FMS）3.柔性制造生產(chǎn)線柔性制造生產(chǎn)線又稱為柔性自動(dòng)線或可變自動(dòng)線，它與傳統(tǒng)的剛性自動(dòng)線的區(qū)別在于它能同時(shí)或集資加工少量不同的工件。如圖9-7所示。4.柔性制造系統(tǒng)FMS是由兩臺(tái)以上CNC機(jī)床組成并配備有自動(dòng)化物料儲(chǔ)運(yùn)子系統(tǒng)的制造系統(tǒng)，它是適用于中小批量、較多品種加工的高柔性、高智能的制造系統(tǒng)。如圖9-8所示為精密機(jī)械零件的FMS。返回上一頁(yè)下一頁(yè)9.1柔性制造系統(tǒng)（FMS）9.1.2FMS的定義、組成與工作原理1.FMS的定義目前對(duì)FMS還沒(méi)有統(tǒng)一的定義，它作為一種先進(jìn)制造技術(shù)的代表，不局限于零件的加工，在與加工和裝配相關(guān)的領(lǐng)域里也得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。所以，有關(guān)FMS折定義和描述有多種。2.FMS的組成由于FMS強(qiáng)調(diào)制造過(guò)程的柔性和高效率，因而適應(yīng)于多品種、中小批量的生產(chǎn)。FMS的主要硬件設(shè)備有計(jì)算機(jī)、數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、托盤、傳輸線、自動(dòng)搬運(yùn)小車和自動(dòng)立體倉(cāng)庫(kù)等。它實(shí)現(xiàn)了工廠中工程設(shè)計(jì)、制造和經(jīng)營(yíng)管理三大功能中的“制造”功能。如圖9-10所示。3.FMS的工作原理FMS的原理框圖如圖9-12所示。返回上一頁(yè)下一頁(yè)9.1柔性制造系統(tǒng)（FMS）9.1.3FMS的分類、特點(diǎn)與作用1.FMS的分類（1）配備互補(bǔ)機(jī)床的FMS（2）配備可互相替換機(jī)床的FMS（3）混合式的FMS2.FMS的特點(diǎn)實(shí)際上，一個(gè)普通零件逗留在工廠的全部時(shí)間中，近95%是在等待，2%用于裝卸，只有3%用于實(shí)際加工。3.FMS的作用FMS是一個(gè)計(jì)算機(jī)化的自動(dòng)化制造系統(tǒng)，能以最少的人工干預(yù)加工任一范圍的零件組工件。FMS的加工系統(tǒng)包括銑削加工中心、車削加工中心、主軸箱更換式機(jī)床等設(shè)備。加工系統(tǒng)中所需設(shè)備的類型、數(shù)量、尺寸等均由被加工零件的類型、尺寸范圍和批量大小來(lái)決定。下一頁(yè)返回上一頁(yè)9.1柔性制造系統(tǒng)（FMS）9.1.4FMS自動(dòng)加工系統(tǒng)1.FMS對(duì)加工設(shè)備的要求由于FMS是高自動(dòng)化的制造系統(tǒng)，不是任何加工設(shè)備均可納入FMS中。所以納入FMS運(yùn)行的機(jī)床必須具備三個(gè)特點(diǎn)，即工序集中、高柔性與高生產(chǎn)率和控制方便。2.加工設(shè)備選擇的原則FMS中的加工設(shè)備應(yīng)該是可靠的、自動(dòng)化的、高效率和高柔性的。在選擇時(shí)，需考慮到該FMS加工零件的尺寸范圍、經(jīng)濟(jì)效益、零件的工藝性、加工精度和材料等。返回上一頁(yè)下一頁(yè)9.1柔性制造系統(tǒng)（FMS）3.典型加工設(shè)備（1）車削加工中心（TC）（2）加工中心（MC）4.自動(dòng)化加工設(shè)備在FMS中的控制與集成（1）數(shù)字控制（2）自適應(yīng)控制（3）控制傳感器（4）計(jì)算機(jī)數(shù)字控制（5）集成化DNC系統(tǒng)（6）通過(guò)網(wǎng)絡(luò)的通信集成返回下一頁(yè)上一頁(yè)9.1柔性制造系統(tǒng)（FMS）9.1.5FMS的物流系統(tǒng)1.零件和自動(dòng)運(yùn)輸零件運(yùn)輸系統(tǒng)主要完成兩類不同的任務(wù)：一類是零件毛坯、原材料由外界搬運(yùn)進(jìn)系統(tǒng)，以及將加工好的成品從系統(tǒng)中搬運(yùn)走；另一類是毛坯、原材料、半成品在FMS內(nèi)部的搬運(yùn)。在一般情況下前者是需要人工干預(yù)的，而后者可以在計(jì)算機(jī)的統(tǒng)一管理和控制下自動(dòng)完成。2.零件運(yùn)輸工具系統(tǒng)在FMS中，零件運(yùn)輸系統(tǒng)執(zhí)行托運(yùn)的機(jī)構(gòu)主要采用以下三種：有軌輸送系統(tǒng)、無(wú)軌輸送系統(tǒng)和機(jī)器人傳送系統(tǒng)。其選擇與生產(chǎn)系統(tǒng)的布局和運(yùn)行直接相關(guān)，且要與生產(chǎn)流程和生產(chǎn)設(shè)備類型相適應(yīng)，對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)的生產(chǎn)效率、復(fù)雜程度、占用資金多少和經(jīng)濟(jì)效益都有較大的影響。下一頁(yè)返回上一頁(yè)9.1柔性制造系統(tǒng)（FMS）3.零件的自動(dòng)儲(chǔ)存零件的自動(dòng)儲(chǔ)存設(shè)備主要有：托盤緩沖站、工件裝卸站和自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)。4.自動(dòng)上下料裝置在FMS中，自動(dòng)上下料裝置是完成加工設(shè)備之間、加工設(shè)備與自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)之間的輸送和搬運(yùn)等。另外，F(xiàn)MS中的所有機(jī)床必須接受同一形式的托盤。若在同一系統(tǒng)中，使用不同廠家的機(jī)床，必須設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的接口，以便托盤交換。自動(dòng)上下料裝置通常有托盤交換器、多反射角盤庫(kù)運(yùn)載交換器、機(jī)器人等。返回上一頁(yè)下一頁(yè)9.1柔性制造系統(tǒng)（FMS）9.1.6FMS的信息流系統(tǒng)1.FMS的信息流模型要保證FMS的各種設(shè)備裝置與物流系統(tǒng)能自動(dòng)協(xié)調(diào)工作并具有充分的柔性，能迅速響應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)外部的變化，及時(shí)調(diào)整系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，關(guān)鍵就是要準(zhǔn)確地規(guī)劃信息流，使各個(gè)子系統(tǒng)之間的信息有效、合理的流動(dòng)，從而保證系統(tǒng)的計(jì)劃、管理、控制和監(jiān)視功能有條不紊地進(jìn)行。2.FMS的信息流要素、聯(lián)系和特征（1）FMS的信息流要素FMS系統(tǒng)中共有三種不同類型的數(shù)據(jù)，分別是基本數(shù)據(jù)、控制數(shù)據(jù)和狀態(tài)數(shù)據(jù)。返回上一頁(yè)下一頁(yè)9.1柔性制造系統(tǒng)（FMS）（2）FMS的信息流間的聯(lián)系在FMS系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，這些數(shù)據(jù)相互之間有著各種聯(lián)系，主要表現(xiàn)為以下三種形式。①數(shù)據(jù)聯(lián)系②決策聯(lián)系③組織聯(lián)系（3）FMS信息流的特征FMS管理和控制的信息流程，是由作業(yè)計(jì)劃、加工準(zhǔn)備、過(guò)程控制與監(jiān)控等功能模塊組成。3.FMS的控制結(jié)構(gòu)FMS的控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)控制整個(gè)系統(tǒng)協(xié)調(diào)、優(yōu)化、高效的運(yùn)行。對(duì)于FMS這樣復(fù)雜的自動(dòng)化制造系統(tǒng)，F(xiàn)MS通常采用遞階控制結(jié)構(gòu)，如圖9-30所示。返回下一頁(yè)上一頁(yè)9.1柔性制造系統(tǒng)（FMS）4.開(kāi)放式單元控制器的功能模型開(kāi)放式單元控制器應(yīng)具有下列四個(gè)特征。（1）時(shí)間和空間上具有開(kāi)放性（2）功能結(jié)構(gòu)上具有柔性（3）敏捷制造的反應(yīng)能力（4）遵守ISO/OSI開(kāi)放式系統(tǒng)參考模型在接口、服務(wù)和支持方式上充分采用規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。返回上一頁(yè)9.2計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）9.2.1CIMS的產(chǎn)生與發(fā)展1.CIMS的產(chǎn)生計(jì)算機(jī)集成制造最早是由美國(guó)約瑟夫。哈林頓博士于1973所提出的。2.CIMS技術(shù)內(nèi)涵的發(fā)展我國(guó)CIMS主題研究和實(shí)施技術(shù)的核心是現(xiàn)代集成制造其中集成分為三個(gè)階段：信息集成、過(guò)程集成和企業(yè)集成。而目前，我國(guó)技術(shù)發(fā)展路線是加強(qiáng)設(shè)計(jì)和管理，并實(shí)現(xiàn)企業(yè)的信息集成。這是我國(guó)CIMS的一個(gè)特點(diǎn)。返回下一頁(yè)9.2計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）9.2.2CIMS的基本概念與組成1.CIM和CIMS的基本概念CIM是組織現(xiàn)代生產(chǎn)的一種哲理，是一種指導(dǎo)思想，CIMS是這種哲理的實(shí)現(xiàn)。CIM作為制造型企業(yè)生產(chǎn)組織管理的一種新理念，其內(nèi)涵是：借助以計(jì)算機(jī)為核心的信息技術(shù)，將企業(yè)中各種與制造有關(guān)的技術(shù)系統(tǒng)集成起來(lái)，使企業(yè)內(nèi)的種類功能得到整體優(yōu)化，從而提高企業(yè)適應(yīng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的能力。2.CIMS的組成從系統(tǒng)的功能角度考慮，一般認(rèn)為CIMS可由經(jīng)營(yíng)管理信息系統(tǒng)、工程設(shè)計(jì)自動(dòng)化系統(tǒng)、制造自動(dòng)化系統(tǒng)和質(zhì)量保證信息系統(tǒng)四個(gè)功能分系統(tǒng)，以及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫(kù)管理兩個(gè)支撐系統(tǒng)組成，如圖9-34所示。下一頁(yè)返回上一頁(yè)9.2計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）3.CIMS的控制結(jié)構(gòu)CIMS是一個(gè)復(fù)雜龐大的工程系統(tǒng)，通常采用遞階控制體系結(jié)構(gòu)。所謂遞階控制，即將一個(gè)復(fù)雜的控制系統(tǒng)按照其功能分解成若干層次，各層次進(jìn)行獨(dú)立的控制處理，完成各自的功能；層志層之間保持信息交換，上層對(duì)下層發(fā)出命令，下層向上層回送命令執(zhí)行結(jié)果，通過(guò)通信聯(lián)系構(gòu)成一個(gè)完整的控制系統(tǒng)。這種控制模式減小了系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和維護(hù)難度，已成為當(dāng)今復(fù)雜系統(tǒng)的主流控制模式。如圖9-35所示。4.CIMS技術(shù)集成關(guān)系CIMS的關(guān)鍵是集成，集成是指將基于信息技術(shù)的資源及應(yīng)用、集聚成一個(gè)協(xié)同工作的整體。集成包含功能交互、信息共享及數(shù)據(jù)通信，如圖9-36所示。返回上一頁(yè)下一頁(yè)9.2計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）9.2.3CIMS的體系結(jié)構(gòu)1.CIMS體系功能構(gòu)成一個(gè)制造企業(yè)從功能看，可以簡(jiǎn)單地分為設(shè)計(jì)、制造、經(jīng)營(yíng)管理三個(gè)方面。由于產(chǎn)品質(zhì)量對(duì)一個(gè)制造企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)和生存越來(lái)越重要，因此，常常也把質(zhì)量保證系統(tǒng)作為企業(yè)功能的主要方面之一。為了實(shí)現(xiàn)企業(yè)功能的集成，還需要有一個(gè)支撐環(huán)境，包括網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫(kù)和集成方法。如圖9-38所示。2.CIMS體系分系統(tǒng)根據(jù)CIMS的功能構(gòu)成，CIMS是由4個(gè)功能分系統(tǒng)和兩個(gè)支撐分系統(tǒng)組成。即CIMS通常是由管理信息系統(tǒng)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)與工程設(shè)計(jì)自動(dòng)化系統(tǒng)、制造自動(dòng)化系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)輔助質(zhì)量保證系統(tǒng)以及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)等6個(gè)部分有機(jī)地集成起來(lái)的。如圖9-39所示為6個(gè)分系統(tǒng)的框圖及其與外部信息的聯(lián)系。返回下一頁(yè)上一頁(yè)9.2計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）3.面向功能和控制的體系結(jié)構(gòu)按系統(tǒng)工程原理，一CIMS在結(jié)構(gòu)上要求有合理的“水平”分解與集成，即對(duì)CIMS進(jìn)行正確、合理、精簡(jiǎn)而又充分的分解。另一方面要求有合理的“垂直”分解與集成，即確定合理的遞階控制層數(shù)。在保證有效控制的前提下，晝減少遞階控制的層數(shù)。如圖9-43所示為美國(guó)制造工程學(xué)會(huì)提出的輪式結(jié)構(gòu)。4.面向生命周期的體系結(jié)構(gòu)每一類產(chǎn)品的出現(xiàn)和存在都會(huì)經(jīng)歷“構(gòu)思-開(kāi)發(fā)-制造-使用”4個(gè)階段。我們把從“構(gòu)思”到“使用”的過(guò)程稱為產(chǎn)品的生命周期。與此類似，制造系統(tǒng)也有反映為“系統(tǒng)需求分析與定義-系統(tǒng)設(shè)計(jì)-系統(tǒng)實(shí)施-系統(tǒng)運(yùn)行”的生命周期。如圖9-44所示為CIMOSA開(kāi)放體系結(jié)構(gòu)。下一頁(yè)返回上一頁(yè)9.2計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）5.面向集成平臺(tái)的體系結(jié)構(gòu)“集成平臺(tái)”是指面向應(yīng)用的集成開(kāi)發(fā)和運(yùn)行環(huán)境。通過(guò)集成平臺(tái)，可將數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不同的應(yīng)用系統(tǒng)緊密地集成而構(gòu)成CIMS，以此減少系統(tǒng)集成復(fù)雜程度，提高系統(tǒng)開(kāi)放性及標(biāo)準(zhǔn)化水平。9.2.4CIMS中的先進(jìn)制造模式1.并行工程（CE）（1）并行工程的定義與目標(biāo)并行工程又稱同期工程，始于20世紀(jì)80年代。關(guān)于并行工程的定義目前國(guó)際上有多種提法，其中已被普遍接受的是美國(guó)國(guó)防研究所在1988年12月給出的定義：“并行工程是一種對(duì)產(chǎn)品及其相關(guān)過(guò)程進(jìn)行并行的、一體化設(shè)計(jì)的工作模式，這種模式可使產(chǎn)品開(kāi)發(fā)人員一開(kāi)始就能考慮到從產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)到產(chǎn)品消亡的整個(gè)產(chǎn)品生命周期中的所有因素，包括質(zhì)量、成本、進(jìn)度和用戶需求?！狈祷厣弦豁?yè)下一頁(yè)9.2計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）（2）并行工程的運(yùn)行工作模式如圖9-45所示為串、并行工程時(shí)序的比較。所謂串行工程是在前一工作環(huán)節(jié)完成之后才開(kāi)始一工作環(huán)節(jié)的工作各個(gè)工作環(huán)節(jié)的作業(yè)時(shí)序上沒(méi)有重疊和反饋，即使有反饋，也是事后的的反饋。（3）并行工程的特征并行工程是企業(yè)組織生產(chǎn)的一種哲理和方法，并行工程不是某種現(xiàn)成的系統(tǒng)或結(jié)構(gòu)。并行工程與傳統(tǒng)的串行工程比較具有如下的工作特征。（4）并行工程關(guān)鍵技術(shù)并行工程是一種以空間換取時(shí)間來(lái)處理系統(tǒng)復(fù)雜性的系統(tǒng)化方法，它以信息論、控制論和系統(tǒng)論為基礎(chǔ)，在數(shù)據(jù)共享、人-機(jī)交互等工具支持下，按多學(xué)科、多層次協(xié)同一致的組織方式工作。返回上一頁(yè)下一頁(yè)9.2計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）（5）并行工程的支持工具并行工程是一種群體設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)的工作模式，需要有協(xié)同的工作環(huán)境和工具的支持。2.精良生產(chǎn)（LP）（1）精良生產(chǎn)的定義與目標(biāo)精良生產(chǎn)起源于20世紀(jì)50年代日本豐田汽車公司的一種生產(chǎn)管理方法，又稱為精益生產(chǎn)，它集單件生產(chǎn)與大批量生產(chǎn)方式的優(yōu)點(diǎn)于一體。精良生產(chǎn)追求的目標(biāo)是：盡善盡美、精益求精，實(shí)現(xiàn)無(wú)庫(kù)存、無(wú)廢品、低成本的生產(chǎn)。（2）精良生產(chǎn)方式與特征精良生產(chǎn)方式綜合了單件生產(chǎn)與大量生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)，既避免了高成本，又避免了僵化。返回上一頁(yè)下一頁(yè)9.2計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）（3）精良生產(chǎn)的體系結(jié)構(gòu)如果將精良生產(chǎn)體系看成一幢大廈，如圖9-50所示。大廈的基礎(chǔ)就是在計(jì)算機(jī)信息網(wǎng)絡(luò)支持下的群體小組工作方式和并行工程大廈的支柱就是及時(shí)生產(chǎn)、成組技術(shù)和全面質(zhì)量管理，精良生產(chǎn)是大廈的屋頂。三根支柱代表著三個(gè)本質(zhì)方面，缺一不可，它們之間還須相互配合。3.敏捷制造（AM）(1)敏捷制造的定義與目標(biāo)敏捷制造又被稱為靈活制造，是1991所由美國(guó)國(guó)防部根據(jù)國(guó)會(huì)的指令，委托里海大學(xué)的亞科爾研究所對(duì)美國(guó)制造業(yè)進(jìn)行戰(zhàn)略研究后提出的。敏捷制造就是在不斷變化與不可預(yù)測(cè)的環(huán)境中，企業(yè)贏得成功的一種技能與方法，如圖9-51所示為敏捷制造概念示意圖。返回上一頁(yè)下一頁(yè)9.2計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）（2）敏捷制造的特點(diǎn)①敏捷制造企業(yè)不僅能迅速設(shè)計(jì)、試制全新的產(chǎn)品，而且還易于吸收實(shí)際經(jīng)驗(yàn)和工藝改革建議，不斷改進(jìn)老產(chǎn)品。②敏捷制造企業(yè)能在整個(gè)生命周期中滿足用戶要求。③敏捷制造企業(yè)的生產(chǎn)成本與生產(chǎn)批量無(wú)關(guān)，其戰(zhàn)略著眼點(diǎn)在于長(zhǎng)期獲取經(jīng)濟(jì)效益，做到完全按訂單生產(chǎn)，充分把握市場(chǎng)中的每一個(gè)獲利時(shí)機(jī)，使企業(yè)長(zhǎng)期獲取經(jīng)濟(jì)效益。④敏捷制造企業(yè)采用多變的動(dòng)態(tài)組織結(jié)構(gòu)。⑤敏捷制造企業(yè)通過(guò)所建立的基礎(chǔ)機(jī)構(gòu)，充分利用先進(jìn)的柔性可重組制造技術(shù)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)經(jīng)營(yíng)目標(biāo)。⑥敏捷制造企業(yè)把最大限度地調(diào)動(dòng)、發(fā)揮人的作用作為最大的競(jìng)爭(zhēng)武器。返回上一頁(yè)下一頁(yè)9.2計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）4.虛擬制造（VM）（1）虛擬制造的定義虛擬制造是利用仿真與虛擬顯示技術(shù)，在高性能計(jì)算機(jī)及高速網(wǎng)絡(luò)的支持下，采用群組協(xié)同工作，通過(guò)模型來(lái)模擬和預(yù)估產(chǎn)品功能、性能及可加工性等各方面可能存在的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品制造的本質(zhì)過(guò)程，包括產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、工藝規(guī)劃、加工制造、性能分析、質(zhì)量檢驗(yàn)、并進(jìn)行過(guò)程管理與控制。（2）虛擬公司①虛擬公司的定義與策略②虛擬公司的形式與特征返回上一頁(yè)下一頁(yè)9.2計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）（3）虛擬產(chǎn)品①虛擬產(chǎn)品與開(kāi)發(fā)。虛擬產(chǎn)品是一種數(shù)字產(chǎn)品模型，是將產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中所需的各種信息數(shù)字化的載體。如圖9-53所示，虛擬產(chǎn)品包含產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中所必需的用于產(chǎn)品商討的CAD模型、產(chǎn)品分析的CAE模型、工藝規(guī)劃的CAPP模型、數(shù)控加工和模擬的NC模型和用于質(zhì)量保證的CAD模型等。②虛擬產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程與特點(diǎn)。虛擬產(chǎn)品開(kāi)發(fā)有“三要素”：產(chǎn)品定義數(shù)據(jù)、環(huán)境定義數(shù)據(jù)、產(chǎn)品與環(huán)境的交互作用規(guī)律。5.智能制造系統(tǒng)（IMS）（1）智能制造系統(tǒng)的定義所謂智能制造系統(tǒng)就是智能制造模式展現(xiàn)的載體，它是一種由智能機(jī)器和人類專家共同組成的人機(jī)一體化系統(tǒng)，突出了在制造環(huán)節(jié)中，以一種高度柔性與集成的方式，借助計(jì)算機(jī)模擬人類專家的智能活動(dòng)進(jìn)行分析、判斷、推理、構(gòu)思和決策，取代或延伸制造環(huán)境中人的部分腦力勞動(dòng)。返回上一頁(yè)下一頁(yè)9.2計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）（2）智能制造系統(tǒng)的特征①自律能力②人機(jī)一體化③虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)④自組織與超柔性⑤學(xué)習(xí)能力與自我維護(hù)能力6.綠色制造（GM）綠色制造是一個(gè)綜合考慮環(huán)境影響和資源效率的現(xiàn)代制造模式，其目標(biāo)是使得產(chǎn)品從設(shè)計(jì)、制造、包裝、運(yùn)輸、使用到報(bào)廢處理的整個(gè)產(chǎn)品生命周期中，對(duì)環(huán)境的影響最小，資源效率最高。綠色制造是可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略在制造業(yè)中的體現(xiàn)，或者說(shuō)綠色制造是現(xiàn)代制造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展模式。返回上一頁(yè)9.3工業(yè)機(jī)器人9.3.1工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展史1.工業(yè)機(jī)器人發(fā)展歷程（1）20世紀(jì)50年代—萌芽期（2）20世紀(jì)60年代—黎明期（3）20世紀(jì)70年代—實(shí)用化期（中國(guó)：萌芽期）（4）20世紀(jì)80年代—普及期（中國(guó)：開(kāi)發(fā)期）（5）20世紀(jì)90年代—擴(kuò)展?jié)B透期（中國(guó)：實(shí)用化期）2.我國(guó)工業(yè)機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人從20世紀(jì)80年代“七五”科技攻關(guān)開(kāi)始起步，在國(guó)家的支持下，通過(guò)“七五”、“八五”科技攻關(guān)，目前已基本掌握了機(jī)器人操作機(jī)的設(shè)計(jì)制造技術(shù)、控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)技術(shù)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù)，生產(chǎn)了部分機(jī)器人關(guān)鍵無(wú)器件。返回下一頁(yè)9.3工業(yè)機(jī)器人3.工業(yè)機(jī)器人主要研究?jī)?nèi)容（1）示教再現(xiàn)型工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化技術(shù)研究（2）智能機(jī)器人開(kāi)發(fā)研究（3）機(jī)器人化機(jī)械研究開(kāi)發(fā)（4）以機(jī)器人為基礎(chǔ)的重組裝配系統(tǒng)（5）多傳感器信息融合與配置技術(shù)4.工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域經(jīng)過(guò)四十多年的發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人已在越來(lái)越多的領(lǐng)域得到了應(yīng)用。5.國(guó)內(nèi)外主要的工業(yè)機(jī)器人生產(chǎn)廠商6.工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展趨勢(shì)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)正在向智能化、模塊化和系統(tǒng)化的方向發(fā)展。返回上一頁(yè)下一頁(yè)9.3工業(yè)機(jī)器人9.3.2工業(yè)機(jī)器人的組成與分類1.工業(yè)機(jī)器人的組成工業(yè)機(jī)器人一般由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、控制系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)以及位置檢測(cè)機(jī)構(gòu)等幾個(gè)部分組成。如圖9-56所示為關(guān)節(jié)型工業(yè)機(jī)器人。2.工業(yè)機(jī)器人的種類工業(yè)機(jī)器人的類型很多，可以按機(jī)器人的系統(tǒng)功能、是否移動(dòng)、驅(qū)動(dòng)方式以及機(jī)器人的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行分類。（1）按系統(tǒng)功能分類①專用機(jī)器人②通用機(jī)器人③示教再現(xiàn)式機(jī)器人④智能機(jī)器人返回上一頁(yè)下一頁(yè)9.3工業(yè)機(jī)器人（2）按是否移動(dòng)分類①固定式機(jī)器人如圖9-57所示②移動(dòng)式機(jī)器人如圖9-58所示（3）按驅(qū)動(dòng)方式分類①氣壓傳動(dòng)機(jī)器人②液壓傳動(dòng)機(jī)器人③電氣傳動(dòng)機(jī)器人（4）按結(jié)構(gòu)形式分類①直角坐標(biāo)機(jī)器人如圖9-59所示②圓柱坐標(biāo)機(jī)器人如圖9-60所示③球坐標(biāo)機(jī)器人如圖9-61所示④關(guān)節(jié)機(jī)器人如圖9-62所示返回上一頁(yè)下一頁(yè)9.3工業(yè)機(jī)器人3.工業(yè)機(jī)器人的性能特征（1）自由度自由度是衡量機(jī)器人技術(shù)水平的主要指標(biāo)之一。（2）工作空間工作空間是選用機(jī)器人時(shí)應(yīng)考慮的一個(gè)重要參數(shù)。（3）提取重力提取重力是反映機(jī)器人負(fù)載能力的一個(gè)參數(shù)。（4）運(yùn)動(dòng)速度運(yùn)動(dòng)速度影響機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)周期和工作效率，它與機(jī)器人所提取的重力和位置精度都有密切的關(guān)系。（5）位置精度位置精度是衡量機(jī)器人工作質(zhì)量的又一項(xiàng)重要指標(biāo)。返回上一頁(yè)下一頁(yè)9.3工業(yè)機(jī)器人9.3.3工業(yè)機(jī)器人的控制技術(shù)控制系統(tǒng)是機(jī)器人的重要組成部分，使機(jī)器人按照指令要求去完成相應(yīng)的作業(yè)任務(wù)。如圖9-63所示。1.工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的分類（1）按照控制回路和不同分類可將機(jī)器人控制系統(tǒng)分為開(kāi)環(huán)系統(tǒng)和閉環(huán)系統(tǒng)。（2）按照控制系統(tǒng)的硬件分類主要有機(jī)械控制、液壓控制、射流控制、順序控制和計(jì)算機(jī)控制等。（3）按照自動(dòng)化程度分類機(jī)器人控制系統(tǒng)分為順序控制系統(tǒng)、程序控制系統(tǒng)、自適應(yīng)控制系統(tǒng)和人工智能系統(tǒng)。返回上一頁(yè)下一頁(yè)9.3工業(yè)機(jī)器人（4）按照編程方式分類主要有物理設(shè)置編程控制系統(tǒng)、示教編程控制系統(tǒng)和離線編程控制系統(tǒng)。（5）按照機(jī)器人末端運(yùn)動(dòng)控制軌跡分類主要有點(diǎn)位控制和輪廓控制。2.工業(yè)機(jī)器人的位置伺服控制如圖9-64所示剛性臂控制系統(tǒng)的構(gòu)成示意圖。3.工業(yè)機(jī)器人電動(dòng)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)機(jī)器人電動(dòng)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是利用各種電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的力矩和力，直接或間接地驅(qū)動(dòng)機(jī)器人本體以獲得機(jī)器人的各種運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。返回上一頁(yè)下一頁(yè)9.3工業(yè)機(jī)器人4.工業(yè)機(jī)器人的自適應(yīng)控制（1）模型參考自適應(yīng)控制其控制器的作用是使得系統(tǒng)的輸出響應(yīng)趨近于某指定的參考模型。因而必須設(shè)計(jì)相應(yīng)的參數(shù)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，如圖9-65所示。（2）自校正適應(yīng)控制如圖9-66所示的自校正適應(yīng)控制，是由表現(xiàn)機(jī)器人動(dòng)力學(xué)離散時(shí)間模型各參數(shù)的估計(jì)機(jī)構(gòu)與用其結(jié)果來(lái)決定控制器增益或控制輸入的部分組成，采用輸入輸出數(shù)與機(jī)器人自由度相同的模型，把自校正適應(yīng)控制法用于機(jī)器人。返回上一頁(yè)下一頁(yè)9.3工業(yè)機(jī)器人5.機(jī)器人的軟件結(jié)構(gòu)（1）機(jī)器人的系