先進(jìn)制造技術(shù) 課件全套 機(jī)械 第1-4章 概述-先進(jìn)制造技術(shù)系統(tǒng)管理技術(shù)

第1章

概述制造系統(tǒng)的基本概念和發(fā)展制造系統(tǒng)的基本概念制造業(yè)是將可用資源與能源通過制造過程，轉(zhuǎn)化為可供人和社會(huì)使用和利用的工業(yè)產(chǎn)品或生活消費(fèi)品的行業(yè)，它涉及到國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)行業(yè)，如機(jī)械、電子、輕工、食品、石油、化工、能源、交通、軍工和航空航天等。1.1.1

制造系統(tǒng)的基本概念制造與社會(huì)制造制造是人類按照所需目的，運(yùn)用主觀掌握的知識(shí)和技能，借助于手工或客觀可以利用的物質(zhì)工具，采用有效的方法，將原材料，轉(zhuǎn)化成最終物質(zhì)產(chǎn)品，并投放市場的全過程。它包括市場調(diào)研和預(yù)測、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、選材和工藝設(shè)計(jì)、生產(chǎn)加工、質(zhì)量保證、生產(chǎn)過程管理、營銷、售后服務(wù)等產(chǎn)品壽命周期內(nèi)一系列相互聯(lián)系的活動(dòng)。1.1.1

制造系統(tǒng)的基本概念1.制造與社會(huì)(2)制造業(yè)制造業(yè)是所有與制造活動(dòng)有關(guān)的實(shí)體或企業(yè)機(jī)構(gòu)的總稱。制造業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的支柱，這是因?yàn)橐环矫嫠鼊?chuàng)造價(jià)值，生產(chǎn)物質(zhì)財(cái)富和新知識(shí)；另一方面，它為國民經(jīng)濟(jì)各部門包括國防和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展提供手段和裝備。社會(huì)的進(jìn)步和發(fā)展，離不開制造業(yè)的革新和發(fā)展。綜觀世界各國的發(fā)展，如果一個(gè)國家的制造業(yè)發(fā)達(dá)，它的經(jīng)濟(jì)必然強(qiáng)大。因此制造業(yè)和社會(huì)的進(jìn)步與發(fā)展有著密切的關(guān)系。1.制造與社會(huì)可以這樣來理解：①物質(zhì)資料的生產(chǎn)是人類社會(huì)賴以生存和發(fā)展的基礎(chǔ)，人類最基本的活動(dòng)是物

質(zhì)資料的生產(chǎn)。推動(dòng)人類社會(huì)進(jìn)步、決定人類社會(huì)

面貌的主要因素仍然是物質(zhì)資料的生產(chǎn)；②生產(chǎn)的目的永遠(yuǎn)是滿足社會(huì)和人們生活的需要，制造業(yè)則是

提供這一需要的基石；③沒有強(qiáng)大、先進(jìn)的制造業(yè)，就不可能保持在激烈的市場競爭中取勝，提高綜合

國力和人民生活水平就沒有保障；④健康強(qiáng)大的制造業(yè)是一個(gè)國家綜合實(shí)力的體現(xiàn)。人類社會(huì)的發(fā)展史，特別是近幾十年世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展?fàn)顩r就是有力的證

明。1.1.1

制造系統(tǒng)的基本概念1.1.1

制造系統(tǒng)的基本概念1.制造與社會(huì)(3)制造技術(shù)制造技術(shù)是完成制造活動(dòng)所需的一切手段的總和。高質(zhì)量、高水平的制造業(yè)必然有先進(jìn)的制造技術(shù)作后盾。所以說制造技術(shù)是一個(gè)國家科技水平的綜合體現(xiàn)，是國家經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的根本動(dòng)力。為了贏得激烈的市場競爭，在世界經(jīng)濟(jì)中占一席之地，就必須研究和利用先進(jìn)制造技術(shù)，不斷完善和改造制造業(yè)，使其具有優(yōu)越的生存環(huán)境，并能提供功能適用、交貨期短、質(zhì)量好、價(jià)格低、服務(wù)優(yōu)良的具有競爭力的產(chǎn)品。1.1.1

制造系統(tǒng)的基本概念1.制造與社會(huì)(3)制造技術(shù)世界上各個(gè)工業(yè)國經(jīng)濟(jì)上的競爭主要是制造技術(shù)的競爭。在各個(gè)國家的企業(yè)生產(chǎn)力的

構(gòu)成中，制造技術(shù)的作用一般占55%～65%。日本及亞洲四小龍的發(fā)展在很大程度上是依

靠他們重視制造技術(shù)，這些國家十分重視將

世界各國的發(fā)明，通過制造技術(shù)形成產(chǎn)品，

首先占領(lǐng)世界市場。這正是他們所以能崛起、騰飛奧秘。1.1.1

制造系統(tǒng)的基本概念2.制造系統(tǒng)的基本概念“系統(tǒng)”是由相互作用和相互依賴的若干部分有機(jī)結(jié)合，并具有特定功能的有機(jī)整體。關(guān)于制造系統(tǒng)的定義，尚在發(fā)展和完善之中。

1989年英國學(xué)者Parnaby指出：“制造系統(tǒng)

是工藝、機(jī)器系統(tǒng)、人、組織結(jié)構(gòu)、信息流、控制系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)的集成組合，其目的在于

取得產(chǎn)品制造的經(jīng)濟(jì)性和產(chǎn)品性能的國際競

爭性”。1990年國際生產(chǎn)工程研究學(xué)會(huì)（CIRP）給出制造系統(tǒng)的定義是：1.1.1

制造系統(tǒng)的基本概念2.制造系統(tǒng)的基本概念“制造系統(tǒng)是制造業(yè)中形成制造生產(chǎn)的有機(jī)整體，在機(jī)電工程生產(chǎn)中，制造系統(tǒng)具有

設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、發(fā)運(yùn)和銷售的一體化功能”。

1992年美國麻省理工學(xué)院G·Chryssolouris給出的定義是：“制造系統(tǒng)是人、機(jī)器和裝備

以及物料流和信息流的一個(gè)組合體”。日本

京都大學(xué)人見勝人教授從制造系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、制

造系統(tǒng)轉(zhuǎn)變特性以及制造系統(tǒng)的過程三個(gè)方

面給出了制造系統(tǒng)的定義。我國學(xué)者經(jīng)過廣

泛深入的研究，提出：2.制造系統(tǒng)的基本概念“制造過程及其所涉及的硬件包括人員、生產(chǎn)設(shè)備、材料、能源和各種輔助裝置以及有關(guān)的軟件，包括制造理論、制造技術(shù)（制造工藝和制造方法等）和制造信息等，組成了一個(gè)具有特定功能的有機(jī)整

體，稱之為制造系統(tǒng)?！备鶕?jù)上述定義，對(duì)制造系統(tǒng)可以這樣來理解，制造系統(tǒng)是由包括人、生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)工具、物料傳輸設(shè)備及其他輔助裝置組成的硬件環(huán)境，和由生產(chǎn)信息、決策信息、生產(chǎn)方法、工藝手段和管理模式所形成的軟件支持條件所構(gòu)成的有機(jī)整體，其根本目標(biāo)是把制造資源轉(zhuǎn)變成財(cái)富或產(chǎn)品。1.1.1

制造系統(tǒng)的基本概念1.1.2

制造系統(tǒng)的發(fā)展1.材料及制造方法的發(fā)展材料的發(fā)展與產(chǎn)品的發(fā)展密切相關(guān)，繼

1770年瓦特發(fā)明蒸汽機(jī)以后，陸續(xù)出現(xiàn)了Daimler汽油發(fā)動(dòng)機(jī)、Parson蒸汽輪機(jī)、高速斜齒輪柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，1910年左右出現(xiàn)了滾動(dòng)軸承，以后又發(fā)展了燃汽輪機(jī)、噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)。20世紀(jì)50年代以后，則出現(xiàn)了導(dǎo)彈、人造衛(wèi)星，而今天宇宙飛船、載人空間站已成現(xiàn)實(shí)，目前正在向星際探測器等宇航新時(shí)代邁進(jìn)。1.1.2

制造系統(tǒng)的發(fā)展1.材料及制造方法的發(fā)展市場和需求推動(dòng)了產(chǎn)品的發(fā)展，產(chǎn)品的發(fā)展給材料的發(fā)展提出了新的要求，同時(shí)促進(jìn)了材料技術(shù)的發(fā)展，這就要求制造工藝和方法能快速適應(yīng)這一發(fā)展的要求，使它們相互依賴、共同發(fā)展。因此研究開發(fā)新材料，新工藝是機(jī)械工業(yè)永無止境的追求目標(biāo)。1.1.2

制造系統(tǒng)的發(fā)展2.加工質(zhì)量的發(fā)展保證零件加工質(zhì)量是機(jī)械加工方法要解決的首要問題，加工質(zhì)量的指標(biāo)中最重要的是加工精度。保證加工精度是指限制加工方法產(chǎn)生的誤差值，使它限定在允許的范圍之內(nèi)；而提高加工精度是指需要減少加工誤差值。生產(chǎn)的發(fā)展要求不斷提高機(jī)器的工作精度和運(yùn)轉(zhuǎn)精度，為此必須相應(yīng)地提高零件的尺寸和幾何形狀精度。各年代達(dá)到的加工精度的大致情況如圖1-1所示。1.1.2

制造系統(tǒng)的發(fā)展2.加工質(zhì)量的發(fā)展1.1.2

制造系統(tǒng)的發(fā)展3.制造自動(dòng)化的發(fā)展自從1913年Ford建立第一條裝配流水線開始，到1952年MIT發(fā)明第一臺(tái)三軸立式數(shù)控銑床，揭開數(shù)字化制造的序幕，經(jīng)過近幾十年的探索和發(fā)展，制造自動(dòng)化技術(shù)得到了飛速發(fā)展，并已進(jìn)入了實(shí)用化階段，90年代以來，制造的理念發(fā)生了質(zhì)的變化，相應(yīng)地提出了許多制造自動(dòng)化新技術(shù)?；仡櫚l(fā)展歷史，制造自動(dòng)化技術(shù)大約經(jīng)歷了五個(gè)階段。如圖l-2所示。1.1.2

制造系統(tǒng)的發(fā)展3.制造自動(dòng)化的發(fā)展1.1.2

制造系統(tǒng)的發(fā)展3.制造自動(dòng)化的發(fā)展可以預(yù)見未來制造自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展可以用“七化”來描述，它們是：制造集成化制造智能化制造敏捷化制造虛擬化制造網(wǎng)絡(luò)化制造全球化制造綠色化1.1.3

21世紀(jì)的企業(yè)特征一個(gè)企業(yè)要在激烈的市場競爭中取得勝利，就必須以市場為導(dǎo)向，及時(shí)生產(chǎn)出滿足用戶要求的產(chǎn)品，并能提供用戶最滿意的服務(wù)。過去產(chǎn)品質(zhì)量和價(jià)格是企業(yè)參與競爭的關(guān)鍵因素，而如今它們是一切企業(yè)生產(chǎn)的必要條件，企業(yè)贏得競爭的決定性因素是它們對(duì)市場變化的響應(yīng)速度。為此企業(yè)的競爭能力和企業(yè)特征就顯得非常重要。1.1.3

21世紀(jì)的企業(yè)特征1.企業(yè)競爭力的分析一個(gè)企業(yè)的競爭力可以從很多方面去度量，例如，企業(yè)的管理水平、員工素質(zhì)、技術(shù)先進(jìn)程度、把握市場機(jī)會(huì)的能力等方面，但歸根結(jié)底都反映在其產(chǎn)品和服務(wù)對(duì)市場的適應(yīng)程度上。而企業(yè)提供的產(chǎn)品功能適用、交貨期短、質(zhì)量優(yōu)良、價(jià)格低、服務(wù)優(yōu)是滿足市場和用戶需求最主要的因素，是企業(yè)競爭力的主要體現(xiàn)，因此稱之為企業(yè)競爭力基本五要素。企業(yè)競爭力的分析功能先進(jìn)適用交貨期短質(zhì)量優(yōu)良價(jià)格低服務(wù)優(yōu)質(zhì)1.1.3

21世紀(jì)的企業(yè)特征未來制造企業(yè)的特征根據(jù)未來企業(yè)所面臨的環(huán)境，制造企業(yè)應(yīng)主要具備下列特征：具有持續(xù)創(chuàng)新的能力具有可重組、模塊化的加工單元的能力具有按訂單生產(chǎn)的能力具有企業(yè)間動(dòng)態(tài)合作或聯(lián)盟的能力具有和用戶建立一種完全嶄新的“戰(zhàn)略”依存關(guān)系的能力具有綠色環(huán)保型企業(yè)的特征1.1.3

21世紀(jì)的企業(yè)特征先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展背景市場變化的特點(diǎn)技術(shù)的發(fā)展使市場呈現(xiàn)如下特點(diǎn)：1）競爭愈來愈激烈市場競爭的國際化市場的動(dòng)態(tài)化市場的多元化公司虛擬化1.2.2

產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)目前，產(chǎn)品已呈現(xiàn)如下特點(diǎn)：1）環(huán)保型產(chǎn)品功能先進(jìn)實(shí)用效率高體積?。ㄎ⑿突┵|(zhì)量優(yōu)良價(jià)格低創(chuàng)新性壽命周期的縮短品種上的多樣化、單件化1.2.3

生產(chǎn)過程的特點(diǎn)生產(chǎn)過程是由生產(chǎn)模式和產(chǎn)品的特點(diǎn)所決定的。在大批量生產(chǎn)時(shí)代，由于產(chǎn)品品種單一，生產(chǎn)過程往往是采用剛性設(shè)備的高度自動(dòng)化生產(chǎn)，裝配則采用流水線的方式。那時(shí)，由于人們的環(huán)保意識(shí)尚不強(qiáng)烈，對(duì)環(huán)保型生產(chǎn)的要求也不高，所以在生產(chǎn)過程中也沒有充分考慮污染問題。適應(yīng)多品種、小批量生產(chǎn)模式的生產(chǎn)過程具有如下特點(diǎn)：1.2.3

生產(chǎn)過程的特點(diǎn)生產(chǎn)過程柔性化生產(chǎn)過程環(huán)?；a(chǎn)過程高速化精密生產(chǎn)技術(shù)的應(yīng)用生產(chǎn)過程自動(dòng)化少、無切削加工過程非傳統(tǒng)工藝方法的采用1.2.4

制造格局的變革及新技術(shù)發(fā)展先進(jìn)制造技術(shù)AMT這一概念是美國根據(jù)本國制造業(yè)面臨來自世界各國，特別是亞洲國家的挑戰(zhàn)，為增強(qiáng)制造業(yè)的競爭力，奪回美國制造工業(yè)的優(yōu)勢，促進(jìn)國家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，于20世紀(jì)80年代末期提出的。由于目標(biāo)明確，一經(jīng)提出，立即得到美國朝野各界的一致響應(yīng)，并在社會(huì)上形成一種氣候。政府立即組織人力和財(cái)力，制訂相應(yīng)的技術(shù)政策和發(fā)展計(jì)劃，促進(jìn)先進(jìn)制造目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。1.2.4

制造格局的變革及新技術(shù)發(fā)展事實(shí)上，先進(jìn)制造技術(shù)提出的根本原因在于美國制造業(yè)競爭力的不斷減弱。20世紀(jì)70年代，美國一批學(xué)者不斷鼓吹美國已進(jìn)入“后工業(yè)化社會(huì)”，強(qiáng)調(diào)制造業(yè)是“夕陽工業(yè)”，認(rèn)為應(yīng)將經(jīng)濟(jì)重心由制造業(yè)轉(zhuǎn)向純高科技產(chǎn)業(yè)及服務(wù)業(yè)等第三產(chǎn)業(yè)，許多學(xué)者只重視理論成果，不重視實(shí)際應(yīng)用，造成所謂“美國發(fā)明，日本發(fā)財(cái)”，市場被日本占領(lǐng)的局面。再加上美國政府長期以來對(duì)產(chǎn)業(yè)技術(shù)不予以支持的態(tài)度，使美國制造業(yè)產(chǎn)生衰退，產(chǎn)品的市場競爭力下降，貿(mào)易逆差劇增，原來美國占絕對(duì)優(yōu)勢的許多產(chǎn)品，都在競爭中敗給日本，日本貨占領(lǐng)了美國市場。美國商品在來自日本的高質(zhì)量、高科技產(chǎn)品和其他亞洲和拉美國家廉價(jià)制造品的夾擊下，其生存空間不斷萎縮。以上情況引起學(xué)術(shù)界、企業(yè)界和政界人士的普遍重視，紛紛要求政府出面組織、協(xié)調(diào)和支持產(chǎn)業(yè)技術(shù)的發(fā)展，重振美國經(jīng)濟(jì)。為此，政府和企業(yè)界花費(fèi)數(shù)百萬美元，組織大量專家、學(xué)者進(jìn)行調(diào)查研究。研究結(jié)果簡單明了，如MIT的調(diào)查結(jié)論為：“一個(gè)國家要生活得好，必須生產(chǎn)得好”，和“振興美國經(jīng)濟(jì)的出路在于振興美國的制造業(yè)”。調(diào)查結(jié)果使大家認(rèn)識(shí)到：“經(jīng)濟(jì)的競爭歸根到底是制造技術(shù)和制造能力的競爭”。1.2.4

制造格局的變革及新技術(shù)發(fā)展觀念轉(zhuǎn)變后，美國政府立即采取一系列措施，展開先進(jìn)制造技術(shù)的研究，成立了8個(gè)國家級(jí)制造研究中心、開展大規(guī)?！?1世紀(jì)制造企業(yè)戰(zhàn)略”研究，取得了很好的效果。如“2mm工程”、“并行工程

開發(fā)計(jì)劃”等，很快使汽車產(chǎn)量超過日本，重新占領(lǐng)歐美市場。與此同時(shí)日本、歐洲、澳大利亞等工業(yè)發(fā)達(dá)國家，也相繼展開各自國家先進(jìn)制造技術(shù)的理論和應(yīng)用研究，把先進(jìn)制造技術(shù)的研究和發(fā)展推向高潮。我國于1995年在聯(lián)合國開發(fā)計(jì)劃署和國家外專局的支持下，由原機(jī)械工業(yè)部等五家單位聯(lián)合召開了“先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略研討會(huì)”，拉開了先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展的帷幕。（1）概念先進(jìn)制造技術(shù)是以提高制造企業(yè)綜合效益為目的，以人為主體，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為支柱，綜合利用信息、

材料、能源、環(huán)保等高新技術(shù)以及現(xiàn)代系統(tǒng)管理技術(shù)，對(duì)傳統(tǒng)制造過程中與產(chǎn)品在整個(gè)壽命周期中的使用、

維護(hù)、回收利用等有關(guān)環(huán)節(jié)，進(jìn)行研究并改造的所有

適用技術(shù)的總稱。AMT這一全新概念的提出，立即受到世界各國政府、企業(yè)界和學(xué)術(shù)界的高度重視，并將其稱之為面向21世紀(jì)的技術(shù)。因?yàn)橄冗M(jìn)制造技術(shù)的主要特征是強(qiáng)調(diào)實(shí)用性，它以提高企業(yè)綜合經(jīng)濟(jì)效益為目的，所以被認(rèn)為是提高制造業(yè)競爭能力的主要手段，對(duì)促進(jìn)整個(gè)國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展有著不可估量的影響。1.3

先進(jìn)制造技術(shù)的概念與特點(diǎn)1.3

先進(jìn)制造技術(shù)的概念與特點(diǎn)（2）特點(diǎn)由以上定義可以看出，先進(jìn)制造技術(shù)有如下特點(diǎn)：1）先進(jìn)制造技術(shù)不是一成不變的，而是個(gè)動(dòng)態(tài)技術(shù)。它要不斷吸收各種高新技術(shù)成果，將其滲透到產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造、生產(chǎn)管理及市場營銷的所有領(lǐng)域及其全部過程，并且實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、清潔、靈活的生產(chǎn)。(2)

特點(diǎn)先進(jìn)制造技術(shù)是面向新世紀(jì)技術(shù)系統(tǒng)，它的目的很明確，即提高制造業(yè)的綜合效益（包括經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)境生態(tài)效益），贏得激烈的國際市場競爭。先進(jìn)制造技術(shù)并不掘棄傳統(tǒng)技術(shù)，而是不斷用科技新手段去研究它，并運(yùn)用科技新成果去改造它、充實(shí)它。特別是利用先進(jìn)技術(shù)研究傳統(tǒng)工藝的成形原理，建立數(shù)學(xué)模型，并利用優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)行傳統(tǒng)工藝方法的優(yōu)化。1.3

先進(jìn)制造技術(shù)的概念與特點(diǎn)1.3

先進(jìn)制造技術(shù)的概念與特點(diǎn)特點(diǎn)先進(jìn)制造技術(shù)并不僅限于制造過程本身，它涉及到產(chǎn)品從市場調(diào)研、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、加工制造、售前售后服務(wù)等產(chǎn)品壽命周期的所有內(nèi)容，并將它們結(jié)合成一個(gè)有機(jī)的整體。先進(jìn)制造技術(shù)特別強(qiáng)調(diào)計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)和現(xiàn)代系統(tǒng)管理技術(shù)，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造和生產(chǎn)組織管理等方面的應(yīng)用。1.3

先進(jìn)制造技術(shù)的概念與特點(diǎn)特點(diǎn)先進(jìn)制造技術(shù)特別強(qiáng)調(diào)人的主體作用，強(qiáng)調(diào)人、技術(shù)、管理三者的有機(jī)結(jié)合。先進(jìn)制造技術(shù)不是一項(xiàng)具體技術(shù)，它是利用系統(tǒng)工程技術(shù)將各種相關(guān)技術(shù)集成的一個(gè)有機(jī)整體。先進(jìn)制造技術(shù)強(qiáng)調(diào)各專業(yè)學(xué)科之間的相互滲透、融合和淡化，并最終消除他們之間的界限。1.3

先進(jìn)制造技術(shù)的概念與特點(diǎn)(2)

特點(diǎn)9）先進(jìn)制造技術(shù)特別強(qiáng)調(diào)環(huán)境保護(hù)，既要求其產(chǎn)品是所謂的“綠色商品”（對(duì)資源的消耗最少，對(duì)環(huán)境的污染最小甚至為零，對(duì)人體的危害最小甚至為零，報(bào)廢后便于回收利用，發(fā)生事故的可能性為零，所占空間最?。忠螽a(chǎn)品的生產(chǎn)過程是環(huán)保型的（對(duì)資源的消耗最少，對(duì)環(huán)境污染最小甚至為零，對(duì)人體的危害最小甚至為零）。第2章 制造自動(dòng)化技術(shù)隨著電子技術(shù)、信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，推動(dòng)了制造技術(shù)向更深層次的發(fā)展，自20世紀(jì)50年代以來，NC、CNC、DNC、FMC、CAD、CAM、CAPP等新的制造技術(shù)相繼出現(xiàn)。作為對(duì)這些技術(shù)綜合應(yīng)用的結(jié)果，20世紀(jì)70年代起FMC徹底改變了制造技術(shù)的內(nèi)涵，更進(jìn)一步發(fā)展了CIMS技術(shù)，使制造自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)入了新的發(fā)發(fā)蒙振落階段。市場的變化迫使制造自動(dòng)化技術(shù)向更加實(shí)用和柔性化的方向發(fā)展，以適應(yīng)小批量、高效率、低成本的制造，從而滿足產(chǎn)品不同生命周期動(dòng)態(tài)變化的需要。第2章 制造自動(dòng)化技術(shù)2.1

CAD/CAPP/CAM一體化技術(shù)在機(jī)械制造領(lǐng)域中，全球化經(jīng)濟(jì)的形成，對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量、產(chǎn)品更新?lián)Q代的速度以及產(chǎn)品的生產(chǎn)周期都提出了越來越高的要求。這也要求必須采用先進(jìn)的設(shè)計(jì)制造技術(shù)，才能符合時(shí)代的需求。計(jì)算機(jī)技術(shù)和機(jī)械設(shè)計(jì)制造技術(shù)相互結(jié)合、滲透，就產(chǎn)生了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與輔助制造技術(shù)，簡稱CAD/CAM。CAD技術(shù)概述定義

CAD技術(shù)可以從兩個(gè)角度給予定義。CAD是一個(gè)過程 “工程技術(shù)人員以計(jì)算機(jī)為工具，運(yùn)用各自的專業(yè)知識(shí)，完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)的創(chuàng)造、分析和修改，以達(dá)到預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)?！盋AD是一項(xiàng)產(chǎn)品建模技術(shù)

“CAD技術(shù)把產(chǎn)品的物理模型轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的數(shù)據(jù)模型，并將之存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)內(nèi)供后的計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)所共享，驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品生命周期的全過程。”下圖所示為CAD技術(shù)整個(gè)過程的流程圖2.1.1

CAD技術(shù)1.概述圖1

CAD技術(shù)過程流程新產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求概念設(shè)計(jì)

產(chǎn)品模型描述分析計(jì)算和仿真設(shè)計(jì)結(jié)果滿意否？詳細(xì)設(shè)計(jì)工程數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型圖紙及有關(guān)文件CAPP、CAD圖形終端及交互設(shè)備人機(jī)交互市場預(yù)測YN2.1.1

CAD技術(shù)1.概述（2）功能CAD的功能一般可歸納為四類：幾何建模、工程分析、動(dòng)態(tài)模擬、自動(dòng)繪圖。要很好地應(yīng)用CAD技術(shù)，除了要掌握一定的計(jì)算機(jī)知識(shí)，還必須具備相應(yīng)的豐富的工程背景。典型的CAD系統(tǒng)的構(gòu)成如下圖所示2.1.1

CAD技術(shù)2.CAD系統(tǒng)的組成圖2

CAD系統(tǒng)的組成實(shí)時(shí)輸入輸出裝置圖形顯示終端圖形輸入設(shè)備主機(jī)外存數(shù)據(jù)庫程序庫圖形庫輸入設(shè)備數(shù)字終端數(shù)字終端數(shù)字終端外圍設(shè)備硬拷貝裝置打印機(jī)硬拷貝裝置磁帶機(jī)磁帶機(jī)紙帶穿孔機(jī)繪圖機(jī)數(shù)控機(jī)床

CAMCAD技術(shù)CAD系統(tǒng)的組成目前的CAD，根據(jù)所用計(jì)算機(jī)的規(guī)格性能，大致分為以下四個(gè)層次。基于大中型計(jì)算機(jī)的CAD系統(tǒng)成套系統(tǒng)基于工作站的CAD系統(tǒng)基于微機(jī)的CAD系統(tǒng)2.1.2

CAPP技術(shù)1.CAPP的產(chǎn)生CAPP是計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)（Computer

Aided

Press

Planning）的簡稱，工藝設(shè)計(jì)是生產(chǎn)準(zhǔn)備工作的第一步，也是連接產(chǎn)品設(shè)計(jì)和產(chǎn)品制造之間的橋梁。工藝規(guī)程是進(jìn)行工裝設(shè)計(jì)制造和決定零件加工方法和加工路線的主要依據(jù)，它對(duì)組織生產(chǎn)、保證產(chǎn)品質(zhì)量、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、降低成本、縮短生產(chǎn)周期及改善勞動(dòng)條件都有直接的影響，因此是生產(chǎn)中的關(guān)鍵工作。2.1.2

CAPP技術(shù)1.CAPP的產(chǎn)生CAPP是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，在工藝人員較少的參與下，完成過去完全由人工進(jìn)行的工藝規(guī)程設(shè)計(jì)工作的一項(xiàng)技術(shù)。CAPP系統(tǒng)不但能利用工藝人員的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)和各種工藝數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)的決策，自動(dòng)生成工藝規(guī)程，還能自動(dòng)計(jì)算工藝尺寸，繪制工序圖，選擇切削參數(shù)，對(duì)工藝設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化，從而設(shè)計(jì)出一致性良好、高質(zhì)量的工藝規(guī)程。另外，由于計(jì)算機(jī)中存儲(chǔ)的信息可以反復(fù)利用，從而大大提高了工藝設(shè)計(jì)的效率。2.1.2

CAPP技術(shù)CAPP類型CAPP系統(tǒng)按其工作原理可分為：派生式、創(chuàng)成式和混合式三類。派生式CAPP系統(tǒng)創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)混合式CAPP系統(tǒng)CAPP發(fā)展趨勢和存在的問題1）存在的問題零件信息的描述與輸入問題。CAPP系統(tǒng)的通用性問題。2.1.2

CAPP技術(shù)3.CAPP發(fā)展趨勢和存在的問題1）存在的問題CAPP系統(tǒng)的柔性問題。工藝決策數(shù)據(jù)與知識(shí)的獲取、表達(dá)和相應(yīng)數(shù)據(jù)庫與知識(shí)庫的建造問題。探索和研究有效的工藝決策方法和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等問題。工序尺寸的自動(dòng)確定和工序圖自動(dòng)生成問題。這些問題束縛了CAPP技術(shù)的發(fā)展。2.1.2

CAPP技術(shù)3.CAPP發(fā)展趨勢和存在的問題2）CAPP系統(tǒng)的發(fā)展趨勢集成化趨勢工具化趨勢①工藝設(shè)計(jì)的共性與個(gè)性分開處理。②工藝決策方式多樣化。③具有功能強(qiáng)大、使用方便和統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)與知識(shí)庫管理平臺(tái)。④智能化輸出。智能化趨勢2.1.3

CAM技術(shù)CAM是計(jì)算機(jī)輔助制造的簡稱，是指任何在計(jì)算機(jī)控制下的自動(dòng)化控制過程。CAM的定義有廣義和狹義之分。廣義的CAM是指利用計(jì)算機(jī)輔助完成從原材料到產(chǎn)品的全部制造過程，其中包括直接制造和間接制造兩個(gè)過程。CAM的應(yīng)用分為CAM直接應(yīng)用和CAM間接應(yīng)用兩大類。2.1.3

CAM技術(shù)CAM直接應(yīng)用CAM的直接應(yīng)用就是計(jì)算機(jī)直接與制造過程連接，對(duì)制造過程進(jìn)行監(jiān)控和控制，這類應(yīng)用可以分為計(jì)算機(jī)過程監(jiān)視系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)過程控制系統(tǒng)兩種。計(jì)算機(jī)過程監(jiān)視系統(tǒng)計(jì)算機(jī)過程控制系統(tǒng)CAM的間接應(yīng)用中，計(jì)算機(jī)不直接與制造過程連接，只是用計(jì)算機(jī)作為制造過程的支持。此時(shí)，計(jì)算機(jī)是“離線”或“脫機(jī)”的，它只是用來提供生產(chǎn)計(jì)劃、作業(yè)調(diào)度計(jì)劃、發(fā)出指令及有關(guān)信息，以便使生產(chǎn)資源的管理更為有效。如：計(jì)算機(jī)輔助NC編程——為NC機(jī)床準(zhǔn)備加工零件用的控制程序。計(jì)算機(jī)輔助編制物料需求計(jì)劃——計(jì)算機(jī)用于確定原材料和外購件的采購和訂貨時(shí)間以及確定完成生產(chǎn)計(jì)劃所需訂購的數(shù)量。計(jì)算機(jī)輔助車間控制——計(jì)算機(jī)用于收集和整理工廠數(shù)據(jù)，并確定各不同車間進(jìn)度計(jì)劃。2.1.3

CAM技術(shù)2）CAM間接應(yīng)用2.1.4

CAD/CAPP/CAM集成技術(shù)1.CAD/CAPP/CAM集成技術(shù)概述

CAD/CAPP/CAM集成技術(shù)，是一項(xiàng)利用計(jì)算機(jī)幫助人完成設(shè)計(jì)與制造任務(wù)的新技術(shù)。它是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、制造工程技術(shù)的發(fā)展和需求，從早期的CAD、CAPP、CAM技術(shù)發(fā)展演進(jìn)而來的。這種技術(shù)將傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制造彼此相對(duì)分離的任務(wù)作為一個(gè)整體來規(guī)劃和開發(fā)，實(shí)現(xiàn)信息處理的高度一體化。2.1.4

CAD/CAPP/CAM集成技術(shù)2.CAD/CAPP/CAM系統(tǒng)集成方式（1）通過專用格式文件的集成方式（如下圖所示）2.1.4

CAD/CAPP/CAM集成技術(shù)2.CAD/CAPP/CAM系統(tǒng)集成方式（2）通過標(biāo)準(zhǔn)格式數(shù)據(jù)文件的集成方式（如下圖所示）2.1.4

CAD/CAPP/CAM集成技術(shù)2.CAD/CAPP/CAM系統(tǒng)集成方式（3）利用公共工程數(shù)據(jù)庫進(jìn)行系統(tǒng)集成（如下圖所示）2.1.4

CAD/CAPP/CAM集成技術(shù)CAD/CAPP/CAM系統(tǒng)集成的關(guān)鍵技術(shù)產(chǎn)品建模技術(shù)集成的數(shù)據(jù)管理技術(shù)產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換接口技術(shù)集成的執(zhí)行控制程序第2章 制造自動(dòng)化技術(shù)2.2數(shù)控編程技術(shù)目前編程方法主要有手工編程和自動(dòng)編程兩大類。手工編程——使用一般的計(jì)算工具，以各種數(shù)學(xué)方法，人工進(jìn)行運(yùn)算和編制指令。自動(dòng)編程——使用通用微型計(jì)算機(jī)和專用程序設(shè)計(jì)語言，自動(dòng)進(jìn)行運(yùn)算和編制指令。數(shù)控編程技術(shù)編程內(nèi)容和步驟通常，數(shù)控機(jī)床程序編制主要包括：分

析零件圖樣、確定加工工藝過程、數(shù)值計(jì)算、編寫程序單、制作控制介質(zhì)、程序校驗(yàn)與首件試切等幾個(gè)方面。分析零件圖樣確定加工工藝過程數(shù)值計(jì)算編寫程序單制作控制介質(zhì)程序校驗(yàn)與首件試切2.2

數(shù)控編程技術(shù)手工編程手工編程的程序格式數(shù)控加工指令一般采用文字－地址程序段格式，文字－地址程序段格式如下：Ｎ—

Ｇ—

Ｘ—

Ｙ—

Ｚ—

……

Ｆ—

Ｓ—

Ｔ—

Ｍ—

；文字地址符的說明：程序段號(hào)Ｎ程序段號(hào)代表程序段的序號(hào)，它用來檢索程序段。準(zhǔn)備功能字Ｇ準(zhǔn)備功能指令由字母Ｇ和后續(xù)兩位數(shù)字組成。尺寸字Ｘ、Ｙ、Ｚ等

尺寸字用來給定機(jī)床坐標(biāo)軸位移的方向和數(shù)值，它有地址碼、正負(fù)號(hào)及數(shù)值構(gòu)成。2.2

數(shù)控編程技術(shù)手工編程手工編程的程序格式進(jìn)給功能字Ｆ

進(jìn)給功能字用來規(guī)定機(jī)床進(jìn)給速度。主軸功能字Ｓ

主軸功能字用于指定主軸轉(zhuǎn)速。刀具功能字Ｔ

該功能用于指令加工中所用刀具號(hào)及自動(dòng)補(bǔ)償號(hào)。輔助功能字Ｍ

輔助功能字用以指令數(shù)控機(jī)床中輔助裝置的開關(guān)動(dòng)作或狀態(tài)。2.2

數(shù)控編程技術(shù)2.2.2

手工編程2.2.2.2

手工編程舉例銑削如圖所示的凸輪，φ30H7的孔已加工。2.2

數(shù)控編程技術(shù)2.2.2

手工編程2.2.2.2

手工編程舉例建立如圖所示的工件坐標(biāo)系，則可計(jì)算出各段圓弧連接點(diǎn)的坐標(biāo)（計(jì)算過程略）：B點(diǎn)（-9.962,-63.017） C點(diǎn)（-5.696,-63.746）D點(diǎn)（63.995,-0.242） E點(diǎn)（63.768,0.016）F點(diǎn)（44.79,19.60）H點(diǎn)（-55.617,25.054）G點(diǎn)（14.786,59.181）I點(diǎn)（-62.897,10.697）2.2

數(shù)控編程技術(shù)2.2.2

手工編程2.2.2.2

手工編程舉例加工工藝路線：（1）凸輪輪廓加工（可通過改變刀具半徑補(bǔ)償量進(jìn)行粗、精加工）。（2）4-φ13H7孔鉆、擴(kuò)、鉸。2.2

數(shù)控編程技術(shù)2.2.2

手工編程2.2.2.2

手工編程舉例加工程序如下：O0530N0010G92X0Y

0 Z

0

；（建立工件坐標(biāo)系N0020G00X-6

3

.

8 Y

-80

.0S10

0

0M

0

3

；N0030G41Y-1

0

.

0

H

02；（快速接近工件N0040Z-120.0

；（下刀）N0050G01Y0F

8

0

；（直線插補(bǔ)到A點(diǎn)）N0060G02X-6

2

.

8

9

7Y1

0.697

R

63

.

8

；N0070G39X86

.

2

3

8

Y15

2.276

；（拐N0080G03X-5

5

.

6

1

7Y2

5.054

R

17

5

.

0

；N0090G02X14.786Y59.181R

61.0；N0100G39X43.181Y-15.856

；（拐2.2

數(shù)控編程技術(shù)2.2.2

手工編程2.2.2.2

手工編程舉例加工程序如下：（

G

FN

0110X44.7

9Y19.6R46

.

0

；N0130G03X

6

3.768Y0.016

R

1

2

.

0

；N0140G02X

6

3.995Y-0.24

2

R

0.3

；N0150X-5.6

96Y-63

.

7

4

6R

6

4

.

0

；N0160G39X

-

172.85

4 Y

-

31

.

5

9

1

；N0170G03X

-

9.962Y

-

6

3.0

1

7

R

1

7

5

.

0N0180G02X

-

63.8Y0

R

6

3

.8

；N0190G00Z0；（抬刀）N0200G40X-63.8Y-80

.

0

；（；（

B

A（返回指（調(diào)用三次子程序,鉆、擴(kuò)、鉸N

0

2

1

0

M

9

8 P

3

1

0

0

0

；N

0

2

2

0

M

0

2

；（程序結(jié)束）2.2

數(shù)控編程技術(shù)2.2.2

手工編程2.2.2.2

手工編程舉例子程序：O1030N

1010G28X0Y

0Z

0M

0

5；（返回參考點(diǎn)、主N

1020G49M00

；（程序暫停，手動(dòng)換刀，設(shè)定補(bǔ)償N

1030G29X0Y

30.5S

60

0

M

0

3

；（孔N1040G43G00Z-90.0H03；（快速移動(dòng)到N1050G81G98Z-115.0R-95.0F

2

0

0

；N

1060Y-30

.

5

；（鉆孔循環(huán)）N

1070X30.

5 Y

0；（鉆孔循環(huán)）N

1080X-30

.

5

；（鉆孔循環(huán)）G

8

0

G

4

9

G

0

0

X

0 Y

0

；（返回起始點(diǎn)N

1

0

9

0N1100

Z0；N

1

1

1

0M

9

9

；（返回主程序）2.2

數(shù)控編程技術(shù)2.2.3

自動(dòng)編程自動(dòng)編程又稱為計(jì)算機(jī)輔助編程，它是利用計(jì)算機(jī)和相應(yīng)的前置、后置處理程序?qū)α慵闯绦蜻M(jìn)行處理，以得到加工程序單和數(shù)控帶的一種編程方法。數(shù)控編程技術(shù)自動(dòng)編程自動(dòng)編程方法的分類自動(dòng)編程根據(jù)編程信息的輸入與計(jì)算機(jī)對(duì)信息的處理方式不同，可分為：以自動(dòng)編程語言為基礎(chǔ)的自動(dòng)編程方法；以計(jì)算機(jī)繪圖為基礎(chǔ)的自動(dòng)編程方法。2.2

數(shù)控編程技術(shù)2.2.3

自動(dòng)編程2.2.3.2

自動(dòng)編程的產(chǎn)生和發(fā)展從自動(dòng)編程的發(fā)展過程來看，很早就發(fā)展了以自動(dòng)編程語言為基礎(chǔ)的自動(dòng)編程方法。以計(jì)算機(jī)繪圖為基礎(chǔ)的自動(dòng)編程方法則相對(duì)發(fā)展較晚，這主要是由于計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)發(fā)展相對(duì)落后造成的。2.2

數(shù)控編程技術(shù)2.2.3

自動(dòng)編程2.2.3.3

自動(dòng)編程系統(tǒng)信息處理過程（1）語言式自動(dòng)編程系統(tǒng)的信息處理過程以APT系統(tǒng)為例，其處理過程如下圖所示。數(shù)控編程技術(shù)自動(dòng)編程自動(dòng)編程系統(tǒng)信息處理過程圖形交互式自動(dòng)編程系統(tǒng)的信息處理過程 圖形交互式自動(dòng)編程是建立在CAD和CAM基礎(chǔ)上，其處理過程包括以下步驟：幾何造型生成刀具路徑后置處理2.2

數(shù)控編程技術(shù)自動(dòng)編程自動(dòng)編程的優(yōu)點(diǎn)編程人員只需使用自動(dòng)編程系統(tǒng)所規(guī)定的專用語言編寫零件源程序，或利用CAD建立零件模型，減

少了數(shù)學(xué)分析和復(fù)雜的計(jì)算。因此，人的工作量較小。處理迅速、準(zhǔn)確、不易出錯(cuò)。編寫源程序或?qū)嶓w造型的過程簡明、清晰、易于掌握。源程序很短，并可方便的插入復(fù)雜的計(jì)算語句和數(shù)學(xué)公式，以解決特殊軌跡的編程需要。第2章 制造自動(dòng)化技術(shù)計(jì)算機(jī)集成制造CIMS的基本概念CIM（Computer

Integrated

Manufacturing，計(jì)算機(jī)集成制造）是美國約瑟夫．哈林頓（JosephHarrington）博士于1974年在其《ComputerIntegratedManufacturing》一書中首先提出的。哈林頓提出的CIM概念中有兩個(gè)基本觀點(diǎn)：企業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)，即從市場分析、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、加工制造、經(jīng)營管理到售后服務(wù)的全部生產(chǎn)活動(dòng)是一個(gè)不可分割的整體，要緊密連接，統(tǒng)一考慮。整個(gè)生產(chǎn)過程實(shí)質(zhì)上是一個(gè)數(shù)據(jù)的采集、傳遞和加工處理的過程。最終形成的產(chǎn)品可以看作是數(shù)據(jù)的物質(zhì)表現(xiàn)。2.3

計(jì)算機(jī)集成制造2.3.2

CIMS的基本組成籠統(tǒng)地分析，CIMS的組成包含三個(gè)要素，即人／機(jī)構(gòu)、經(jīng)營與技術(shù)，如圖所示。在三要素的相交部分需解決四類集成問題：使用技術(shù)以支持經(jīng)營。使用技術(shù)以支持人員和組織機(jī)構(gòu)的運(yùn)行。人員設(shè)崗／機(jī)械設(shè)置協(xié)調(diào)工作以支持經(jīng)營活動(dòng)。統(tǒng)一管理并實(shí)現(xiàn)經(jīng)營、人員、技術(shù)的集成優(yōu)化運(yùn)行。2.3

計(jì)算機(jī)集成制造2.3.2

CIMS的基本組成從系統(tǒng)總體功能方面分析，CIMS由以下幾個(gè)方面組成，其原理如圖2-9所示。2.3

計(jì)算機(jī)集成制造2.3.2

CIMS的基本組成析1.經(jīng)營管理信息系統(tǒng)下圖所示為CIMS經(jīng)營管理信息分系統(tǒng)的模型。2.3

計(jì)算機(jī)集成制造2.3.2

CIMS的基本組成1.經(jīng)營管理信息系統(tǒng)從該模型可以看出，這是一個(gè)生產(chǎn)經(jīng)營與管理的一體化系統(tǒng)。它把企業(yè)內(nèi)的各個(gè)管理環(huán)節(jié)有機(jī)地結(jié)合起來，各個(gè)功能模塊可在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)環(huán)境下工作，以實(shí)現(xiàn)管理信息的集成，從而達(dá)到縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期、減少庫存、降低流動(dòng)資金、提高企業(yè)應(yīng)變能力的目的。2.3

計(jì)算機(jī)集成制造2.3.2

CIMS的基本組成2.工程設(shè)計(jì)自動(dòng)化系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)自動(dòng)化系統(tǒng)，是指在產(chǎn)品開發(fā)過

程中引用計(jì)算機(jī)技術(shù)，使產(chǎn)品開發(fā)活動(dòng)更高效、更優(yōu)質(zhì)、更自動(dòng)地進(jìn)行。產(chǎn)品開發(fā)活動(dòng)包括產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)、工程與結(jié)構(gòu)分析、詳細(xì)設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)以及數(shù)控編程等設(shè)計(jì)和制造準(zhǔn)備階段的一系列工作，即通常所說的CAD、CAPP、CAM三大部分。計(jì)算機(jī)集成制造CIMS的基本組成3.制造自動(dòng)化系統(tǒng)制造自動(dòng)化系統(tǒng)是CIMS的信息流和物料流的交匯點(diǎn)，是CIMS最終產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益的聚集地，通常由CNC機(jī)床、加工中心、FMC或和FMS等組成。其主要部分有：加工單元工件運(yùn)輸子系統(tǒng)刀具運(yùn)輸子系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制管理子系統(tǒng)計(jì)算機(jī)集成制造CIMS的基本組成4.質(zhì)量保證系統(tǒng)質(zhì)量保證系統(tǒng)由以下四個(gè)子系統(tǒng)組成：1）質(zhì)量計(jì)劃子系統(tǒng)質(zhì)量檢測子系統(tǒng)質(zhì)量評(píng)價(jià)子系統(tǒng)質(zhì)量信息綜合管理與反饋控制子系統(tǒng)2.3

計(jì)算機(jī)集成制造2.3.2

CIMS的基本組成5.CIMS數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)CIMS的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)通常是采用集中與

分布相結(jié)合的體系結(jié)構(gòu)，以保證數(shù)據(jù)的安全性、一致性和易維護(hù)性。此外，CIMS數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)往往還建立一個(gè)專用的工程數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，用來處理大量的工程數(shù)據(jù)。工程數(shù)據(jù)類型復(fù)雜，它包含有圖形、加工工藝規(guī)程、NC代碼等各種類型的數(shù)據(jù)。2.3

計(jì)算機(jī)集成制造2.3.2

CIMS的基本組成6.CIMS計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)息CIMS在數(shù)據(jù)庫和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的支持下，可方便地實(shí)現(xiàn)各個(gè)功能分系統(tǒng)

之間的通信，從而有效地完成全系統(tǒng)的

集成，各分系統(tǒng)之間的信息交換如圖所

示。圖中，“FME”為柔性制造設(shè)備；“QIS”為質(zhì)量信息系統(tǒng)；“EIS”為工程信系統(tǒng)；“MIS”為管理信息系統(tǒng)。2.3

計(jì)算機(jī)集成制造2.3.3

CIMS的體系結(jié)構(gòu)圖示的結(jié)構(gòu)模型，被稱為CIMS／OSA立方體。2.3

計(jì)算機(jī)集成制造2.3.3

CIMS的體系結(jié)構(gòu)（1）CIMS／OSA的結(jié)構(gòu)層次在CIMS／OSA的結(jié)構(gòu)框架中的通用程度維包含有三個(gè)不同的結(jié)構(gòu)層次，即通用層、部分通用層和專用層，其中的通用層和部分通用層組成了制造企業(yè)CIMS／OSA的結(jié)構(gòu)層次的參考結(jié)構(gòu)。2.3

計(jì)算機(jī)集成制造2.3.3

CIMS的體系結(jié)構(gòu)（2）CIMS／OSA的建模層次

CIMS／OSA的生命周期維用于說明CIMS生命周期的不同階段，它包含有需求定義、設(shè)計(jì)說明和實(shí)施描述三個(gè)不同的建模層次。2.3

計(jì)算機(jī)集成制造2.3.3

CIMS的體系結(jié)構(gòu)（3）CIMS／OSA的視圖層CIMS／OSA的視圖層用于描述企業(yè)CIMS的不同方面，有功能視圖、信息視圖、資源視圖和組織視圖，各個(gè)視圖的作用為：功能視圖是用來獲取企業(yè)用戶對(duì)CIMS內(nèi)部運(yùn)行過程的需求，反映系統(tǒng)的基本活動(dòng)規(guī)律，指導(dǎo)用戶確定和選用相應(yīng)的功能模塊；信息視圖是用來幫助企業(yè)用戶確定其信息需求，建立基本的信息關(guān)系和確定數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)；資源視圖用于幫助企業(yè)用戶確定其資源需求，建立優(yōu)化的資源結(jié)構(gòu)；組織視圖用于確定CIMS內(nèi)部的多級(jí)多維職責(zé)體系，建立CIMS的多級(jí)組織結(jié)構(gòu)，從而可以改善企業(yè)的決策過程并提高企業(yè)的適應(yīng)性和柔性。2.3

計(jì)算機(jī)集成制造2.3.4

CIMS的實(shí)施與經(jīng)濟(jì)效益CIMS的實(shí)施要改造原有的經(jīng)營模式、體制和組織，以適應(yīng)市場競爭的需要。在企業(yè)經(jīng)營、體制和組織的改造過程中，對(duì)于人的因素要給予充分的重視，并妥善處理。

3）CIMS的實(shí)施是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，整個(gè)的實(shí)施過程必須有正確的方法指導(dǎo)和規(guī)范化的實(shí)施步驟，以減少盲目性和不必要的疏漏。2.3

計(jì)算機(jī)集成制造2.3.4

CIMS的實(shí)施與經(jīng)濟(jì)效益（2）CIMS的經(jīng)濟(jì)效益一個(gè)制造型企業(yè)采用CIMS，概括地講

是提高了企業(yè)整體效率。具體而言，體現(xiàn)在以下方面：1）在工程設(shè)計(jì)自動(dòng)化方面，可提高產(chǎn)品的研制和生產(chǎn)能力，便于開發(fā)技術(shù)含量高和結(jié)構(gòu)復(fù)雜的產(chǎn)品，保證產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量，縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)與工藝設(shè)計(jì)的周期，加速產(chǎn)品的更新?lián)Q代速度，滿足用戶需求，從而占領(lǐng)市場。計(jì)算機(jī)集成制造CIMS的實(shí)施與經(jīng)濟(jì)效益在制造自動(dòng)化或柔性制造方面，加強(qiáng)了產(chǎn)品制造的質(zhì)量和柔性，提高了設(shè)備利用率，縮短了產(chǎn)品制造周期，增強(qiáng)了生產(chǎn)能力，加強(qiáng)了產(chǎn)品供貨能力。在經(jīng)營管理方面，使企業(yè)的經(jīng)營決策和生產(chǎn)管理趨于科學(xué)化。使企業(yè)能夠在市場競爭中，快速、準(zhǔn)確地報(bào)價(jià)，贏得時(shí)間；在實(shí)際生產(chǎn)中，解決“瓶頸”問題，減少在制品；同時(shí)，降低庫存資金的占用。2.3

計(jì)算機(jī)集成制造2.3.4

CIMS的實(shí)施與經(jīng)濟(jì)效益（3）CIMS成功應(yīng)用的案例1）早在1985年，美國科學(xué)院對(duì)美國在

CIMS方面處于領(lǐng)先地位的五家公司——麥道唐納格斯飛機(jī)公司、迪爾拖拉機(jī)公司、通用汽車公司、英格索爾銑床公司和西屋公司進(jìn)行調(diào)查和分析，他們認(rèn)為采用CIMS可以獲得如下收益：產(chǎn)品質(zhì)量提高200～500%；生產(chǎn)率提高40～70%；設(shè)備利用率提高200～300%；生產(chǎn)周期縮短30～60%。2.3

計(jì)算機(jī)集成制造2.3.4

CIMS的實(shí)施與經(jīng)濟(jì)效益（3）CIMS成功應(yīng)用的案例2）在我國，成都飛機(jī)工業(yè)公司自1989年開始

開展CIMS工程，經(jīng)過10年的發(fā)展完善，使得企業(yè)在

產(chǎn)品制造能力和公司管理水平方面上了一個(gè)新臺(tái)階，從而贏得了國外航空產(chǎn)品轉(zhuǎn)包生產(chǎn)的訂單，經(jīng)濟(jì)效

益十分明顯。雖然，企業(yè)僅在網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫建設(shè)方

面累計(jì)投資就超過2000萬元，但是當(dāng)初的投資已得

到了回報(bào)，企業(yè)目前很好地實(shí)現(xiàn)了信息共享和集成，并且利用開放系統(tǒng)避免建設(shè)信息孤立島，減少了大

量的重復(fù)勞動(dòng)。第2章 制造自化技術(shù)2.4

柔性制造系統(tǒng)隨著市場對(duì)產(chǎn)品多樣化、低制造成本及短制造周期等需求日趨迫切，同時(shí)由于微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、機(jī)械與控制設(shè)備的進(jìn)一步發(fā)展，制造技術(shù)已經(jīng)向以信息密集的柔性自動(dòng)化生產(chǎn)方式及知識(shí)密集的智能自動(dòng)化方向發(fā)展。柔性制造技術(shù)是電子計(jì)算機(jī)技術(shù)在生產(chǎn)過程及其裝備上的應(yīng)用，是將微電子技術(shù)、智能化技術(shù)等與傳統(tǒng)加工技術(shù)融合在一起，具有先進(jìn)性、柔性化、自動(dòng)化、效率高的現(xiàn)代制造技術(shù)。柔性制造技術(shù)的發(fā)展還進(jìn)一步推動(dòng)了生產(chǎn)模式的變革，是實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)集成制造（CIM）、智能制造（IM）、精良生產(chǎn)（LP）、敏捷制造（AM）等先進(jìn)制造生產(chǎn)模式的基礎(chǔ)。柔性制造系統(tǒng)FMS（FlexibleManufacturingSystem）是一個(gè)以網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)、面向車間的開放式集成制造系統(tǒng)，是實(shí)現(xiàn)CIMS的基礎(chǔ)，它具有CAD、數(shù)控編程、分布式數(shù)控、工夾具管理、數(shù)據(jù)采集和質(zhì)量管理等功能。根據(jù)系統(tǒng)所含機(jī)床數(shù)量、機(jī)床的結(jié)構(gòu)不同，可將系統(tǒng)分成三類：柔性制造裝置（FMU）、柔性加工單元（FMC）、柔性制造系統(tǒng)（FMS）。2.4

柔性制造系統(tǒng)2.4.1 柔性制造系統(tǒng)（FMS）概述1.FMS的產(chǎn)生和發(fā)展從20世紀(jì)60年代開始到70年代計(jì)算機(jī)技術(shù)得到了飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)控制的數(shù)控機(jī)床（CNC機(jī)床）在自動(dòng)化領(lǐng)域中取代了機(jī)械式的自動(dòng)機(jī)床，使建立適合于多品種、小批量生產(chǎn)的柔性加工生產(chǎn)線成為可能。作為這種技術(shù)具體應(yīng)用的柔性制造系統(tǒng)（FMS）、柔性制造單元（FMC）和柔性制造自動(dòng)線（FML）等柔性制造設(shè)備紛紛問世，其中柔性制造系統(tǒng)（FMS）最具代表性。2.4

柔性制造系統(tǒng)2.4.1 柔性制造系統(tǒng)（FMS）概述1.FMS的產(chǎn)生和發(fā)展1994年初，據(jù)統(tǒng)計(jì)世界各國已投入運(yùn)行的

FMS約有3000多個(gè)，其中日本擁有2100多個(gè)，占世界首位。目前反映工廠整體水平的FMS是第一代FMS，日本從1991年開始實(shí)施的“智能制造系統(tǒng)（IMS）”國際性開發(fā)項(xiàng)目，屬于第二代FMS；而真正完善的第二代FMS在21世紀(jì)將會(huì)實(shí)現(xiàn)。屆時(shí)，智能化機(jī)械與人之間將相互融合、柔性地全面協(xié)調(diào)從接受訂單至生產(chǎn)、銷售這一企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營的全部活動(dòng)。柔性制造系統(tǒng)柔性制造系統(tǒng)（FMS）概述2.FMS的基本組成及主要功能（1）FMS的定義及基本組成在我國有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中，F(xiàn)MS（FlexibleManufacturing

System）被定義為：柔性制造系統(tǒng)是由數(shù)控加工設(shè)備、物流儲(chǔ)運(yùn)裝置和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)等組成的自動(dòng)化制造系統(tǒng)。其構(gòu)成框圖如圖2-13所示。2.4

柔性制造系統(tǒng)2.4.1 柔性制造系統(tǒng)（FMS）概述2.FMS的基本組成及主要功能（1）FMS的定義及基本組成圖2-13

FMS的構(gòu)成框圖柔性制造系統(tǒng)柔性制造系統(tǒng)（FMS）概述2.FMS的基本組成及主要功能（1）FMS的定義及基本組成

1）加工系統(tǒng)加工系統(tǒng)的功能是以任意順序自動(dòng)加工各種工件，并能自動(dòng)地更換工件和刀具。通常包括由兩臺(tái)以上的數(shù)控機(jī)床、加工中心或柔性制造單元（FMC）以及其他的加工設(shè)備所組成，例如測量機(jī)、清洗機(jī)、動(dòng)平衡機(jī)和各種特種加工設(shè)備等。2.4

柔性制造系統(tǒng)2.4.1 柔性制造系統(tǒng)（FMS）概述2.FMS的基本組成及主要功能（1）FMS的定義及基本組成

2）物流系統(tǒng)在FMS中，工件、工具流統(tǒng)稱為物流，物流系統(tǒng)即物料儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)，是柔性制造系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分。物流系統(tǒng)由輸送系統(tǒng)、儲(chǔ)存系統(tǒng)和操作系統(tǒng)組成，通常包含有傳送帶、有軌運(yùn)輸車、無軌運(yùn)輸車、搬運(yùn)機(jī)器人、上下料托盤、交換工作臺(tái)等機(jī)構(gòu)，能對(duì)刀具、工作和原材料等物料進(jìn)行自動(dòng)裝卸和運(yùn)儲(chǔ)。柔性制造系統(tǒng)柔性制造系統(tǒng)（FMS）概述2.FMS的基本組成及主要功能（1）FMS的定義及基本組成

3）信息系統(tǒng)信息系統(tǒng)包括過程控制及過程監(jiān)視兩個(gè)系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)FMS的運(yùn)行控制、刀具監(jiān)控和管理、質(zhì)量控制，以及FMS的數(shù)據(jù)管理和網(wǎng)絡(luò)通信。2.4

柔性制造系統(tǒng)2.4.1 柔性制造系統(tǒng)（FMS）概述2.FMS的基本組成及主要功能（1）FMS的定義及基本組成下圖是一個(gè)典型的柔性制造系統(tǒng)示意圖。1—自動(dòng)倉庫2—裝卸站3—托盤站4—檢驗(yàn)機(jī)器人5—自動(dòng)運(yùn)輸車6—臥式加工中心7—立式加工中心8—磨床9—組裝交付站10—計(jì)算機(jī)控制室2.4

柔性制造系統(tǒng)柔性制造系統(tǒng)（FMS）概述2.FMS的基本組成及主要功能FMS的主要功能常見的FMS一般具有以下功能：自動(dòng)制造功能，在柔性制造系統(tǒng)中，由數(shù)控機(jī)床這類設(shè)備承擔(dān)制造任務(wù)；自動(dòng)交換工件和刀具的功能；自動(dòng)輸送工件和刀具的功能；自動(dòng)保管毛坯、工件、半成品、工夾具、模具的功能；自動(dòng)監(jiān)視功能（即刀具磨損、破損的監(jiān)測），自動(dòng)補(bǔ)償，自診斷等；作業(yè)計(jì)劃與調(diào)度。2.4

柔性制造系統(tǒng)柔性制造系統(tǒng)（FMS）概述FMS的優(yōu)點(diǎn)及效益從FMS的構(gòu)成和功能可以看出，F(xiàn)MS具有下列的優(yōu)點(diǎn)和效益：有很強(qiáng)的柔性制造能力提高設(shè)備利用率減少設(shè)備成本與占地面積減少直接生產(chǎn)工人，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率減少在制品數(shù)量，提高對(duì)市場的反應(yīng)能力產(chǎn)品質(zhì)量提高FMS可以逐步地實(shí)現(xiàn)實(shí)施計(jì)劃2.4

柔性制造系統(tǒng)2.4.2

車間自動(dòng)化遞階結(jié)構(gòu)柔性制造系統(tǒng)擔(dān)任系統(tǒng)的管理和協(xié)調(diào)，使整個(gè)生產(chǎn)過程自動(dòng)進(jìn)行?？刂葡到y(tǒng)包括硬件和軟件，如圖所示。2.4

柔性制造系統(tǒng)2.4.3

FMS工件傳送及其管理系統(tǒng)工件傳送及其管理系統(tǒng)由物料倉庫、夾具系統(tǒng)、裝卸工作站、緩沖工作站、物料運(yùn)輸車組成。（1）物料倉庫FMS物料倉庫的用途是存儲(chǔ)毛坯、在制品、夾具等。物料倉庫分平面?zhèn)}庫和立體倉庫兩類。平面?zhèn)}庫的貨位是按平面布局的，它適合于加工品種少、生產(chǎn)規(guī)模較小的單位。立體倉庫的貨位是由多層立體布局的，適合于大中型企業(yè)應(yīng)用。2.4

柔性制造系統(tǒng)2.4.3

FMS工件傳送及其管理系統(tǒng)（2）夾具系統(tǒng)FMS的夾具大多由具有可靈活組合的模塊化拼裝式夾

具元件組成，它由夾具基本塊、定位件、夾緊墊塊、壓板、連接件、壓緊螺釘?shù)绕囱b形成。一種快速夾緊液壓氣動(dòng)裝置可作為夾緊力的動(dòng)力源，例如，安裝在托盤上的夾具體就帶有液壓機(jī)構(gòu)和基礎(chǔ)裝置，它的動(dòng)力源裝置被安置在裝卸工作站上，當(dāng)夾具和托盤在裝卸站上裝夾工件時(shí)，它通過快速連接管路與動(dòng)力源裝置相連，獲得自動(dòng)夾緊能源；當(dāng)夾緊動(dòng)作完成后，快速連接管路被斷開，依靠自封接頭保持壓力，用蓄能裝置維持夾具在加工期間所需要的夾緊力。2.4

柔性制造系統(tǒng)2.4.3

FMS工件傳送及其管理系統(tǒng)（3）裝卸工作站裝卸工作站的功能是為制造單元提供已正確裝夾的工件、夾具、托盤組件。在裝卸工作站上，首先在托盤上按指定零件所需要的夾具拼裝夾具和對(duì)它進(jìn)行調(diào)整，然后完成指定零件在已裝拼好的夾具中的定位和夾緊，已完成裝夾的工件、夾具、托盤組件形成一體，最后將其加載到由計(jì)算機(jī)控制的物料運(yùn)輸車上，等待加工。裝卸工作站有固定式和翻轉(zhuǎn)式兩種，翻轉(zhuǎn)式用在臥式加工中心。2.4

柔性制造系統(tǒng)2.4.3

FMS工件傳送及其管理系統(tǒng)（4）緩沖工作站緩沖工作站是一種待加工零件的中間存儲(chǔ)站，也稱托盤庫。由于FMS不可能像單一的流水線或自動(dòng)線那樣到達(dá)各機(jī)床工作站的節(jié)拍完全相等，因而避免不了會(huì)產(chǎn)生加工工作站前的排隊(duì)現(xiàn)象，緩沖工作站正是為此目的而設(shè)置的，起著緩沖物料的作用。緩沖工作站一般設(shè)置在加工機(jī)床的附近，有環(huán)形和往復(fù)直線形等多種形式，可儲(chǔ)存若干只工件或托盤組合體，為了節(jié)約占地面積，可采用高架托盤緩沖庫。若機(jī)床發(fā)出已準(zhǔn)備好接受工件信號(hào)時(shí)，通過托盤交換器便可將工件從緩沖工作站送到機(jī)床上進(jìn)行加工。在緩沖工作站的每個(gè)工位上安裝有傳感器，直接與FMS的控制管理系統(tǒng)連接。2.4

柔性制造系統(tǒng)2.4.3

FMS工件傳送及其管理系統(tǒng)（5）物料運(yùn)輸車物料運(yùn)輸車分為兩類：有軌運(yùn)輸車和無軌運(yùn)輸車。其作用是在各站點(diǎn)之間運(yùn)載物料。有軌運(yùn)輸車只能沿兩條直線軌道運(yùn)行，不能走曲線軌道，它的?？空军c(diǎn)設(shè)在直線軌道的兩側(cè)。取送托盤機(jī)構(gòu)設(shè)置在車體上，通過帶銷釘?shù)沫h(huán)形鏈條，托盤可從運(yùn)輸車上卸載到?？空旧匣?qū)⑼斜P加載到運(yùn)輸車上。無軌運(yùn)輸車的運(yùn)行路線可以是曲線，甚至可連成多重環(huán)道。運(yùn)輸車運(yùn)行路線的導(dǎo)引有多種方式：感應(yīng)導(dǎo)引、紅外導(dǎo)引、激光導(dǎo)引、CCD數(shù)字圖像——計(jì)算機(jī)制導(dǎo)方式，已用于商品化的方式是感應(yīng)導(dǎo)引方式。2.4柔性制造系統(tǒng)2.4.4刀具交換系統(tǒng)及其管理刀具交換管理系統(tǒng)由刀具存儲(chǔ)庫、刀具組裝站、刀具預(yù)調(diào)站及刀具運(yùn)輸裝置等部分組成。它的功能是適時(shí)地向加工單元提供加工所需的刀具，取走已用過和耐用度耗盡的刀具。2.4

柔性制造系統(tǒng)2.4.4

刀具交換系統(tǒng)及其管理表2-3列舉了幾種類型換刀方式的性能并作了比較。表2-3換刀類型及其性能比較表類型項(xiàng)目中央刀庫／機(jī)器人運(yùn)輸車／機(jī)器人盒式刀庫整體刀庫結(jié)構(gòu)特點(diǎn)換刀方式在刀庫與加工單元間，機(jī)器人執(zhí)行換刀在加工單元和刀具站，行走機(jī)器人執(zhí)行換刀無軌運(yùn)輸車實(shí)現(xiàn)刀盒運(yùn)輸有軌運(yùn)輸系統(tǒng)運(yùn)輸整體刀庫每次換刀數(shù)1把10～50把12～48把40把刀庫容量機(jī)床采用鏈?zhǔn)降稁?0、50、60把運(yùn)輸車刀架上刀具排列順序與機(jī)床刀庫一致200把機(jī)床刀庫與換刀刀庫可互換其他CNC裝置必須有動(dòng)態(tài)換刀功能自動(dòng)化程度全自動(dòng)全自動(dòng)半自動(dòng)全自動(dòng)適用范圍產(chǎn)品品種變化頻繁多品種每班每機(jī)床1～2種多品種產(chǎn)品批量小批量小批量中批量小批量2.4

柔性制造系統(tǒng)2.4.5

FMS加工單元FMS的主體是加工單元。作為加工單元的機(jī)床應(yīng)具備如下若干條件：①有CNC計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置，有可以與計(jì)算機(jī)直接通信的DNC接口；②有自動(dòng)工件托盤交換裝置和自動(dòng)刀具交換裝置；③能完成所選零件族加工中盡可能多的工序和獨(dú)立完整的加工工序。2.4

柔性制造系統(tǒng)2.4.6

FMS清洗工作站清洗工序的主要目的是清除掉加工殘留

在工件上的切屑和油污，或者清除毛刺。有的加工中心自備強(qiáng)力沖洗裝置。獨(dú)立清洗設(shè)備形式多種多樣，大致可分為兩大類：間歇式清洗機(jī)和在線通過式清洗機(jī)。在線通過式清洗機(jī)適用于大批量生產(chǎn)，清洗件從清洗機(jī)一端依次送入，經(jīng)過清洗噴淋、清水漂洗、熱風(fēng)干燥等工位，完成清洗后從另一端送出。2.4

柔性制造系統(tǒng)2.4.7

FMS在線測量工作站計(jì)算機(jī)集成制造要求零件能很快完成檢驗(yàn)，盡快發(fā)現(xiàn)誤差并對(duì)其進(jìn)行校正，測量機(jī)能在車間環(huán)境下進(jìn)行測量作業(yè)等。測量機(jī)在計(jì)算機(jī)控制下具有尺寸偏差的確定能力和存取測量數(shù)據(jù)的能力——存儲(chǔ)機(jī)器校正數(shù)據(jù)、產(chǎn)生統(tǒng)計(jì)處理控制數(shù)據(jù)、傳輸尺寸數(shù)據(jù)文件到主計(jì)算機(jī)、進(jìn)行測量結(jié)果的比較、測量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示等。2.4

柔性制造系統(tǒng)2.4.8

FMS單元控制器和工作站控制器（1）單元控制器單元控制器是柔性制造單元的控制器，它的功能是協(xié)調(diào)和監(jiān)控所有下屬工作站的作業(yè)任務(wù)的執(zhí)行。它與車間級(jí)計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)通信，并接受其控制。單元控制器包含一個(gè)監(jiān)控工作站，該工作站用于監(jiān)控FMS系統(tǒng)的運(yùn)行，通過顯示裝置向用戶提供監(jiān)控信息。監(jiān)控工作站的具體功能是采集底層設(shè)備的工況信息，顯示各設(shè)備的實(shí)時(shí)運(yùn)行和安全狀態(tài)，生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和編寫日志報(bào)告。在分層遞階控制系統(tǒng)中的單元控制器，向上要與車間控制器互連通信，向下則要完成對(duì)FMC、FMS、DNC等制造系統(tǒng)的管理和控制，其任務(wù)包含：①單元中各加工設(shè)備的任務(wù)管理與調(diào)度，其中包括制造單元作業(yè)計(jì)劃、計(jì)劃的管理與調(diào)度、設(shè)備和單元運(yùn)行狀態(tài)的登錄與上報(bào)。②單元內(nèi)物流設(shè)備的管理與調(diào)度，這些設(shè)備包括傳送帶、有軌或無軌物料運(yùn)輸車、機(jī)器人、托盤系統(tǒng)、工件裝卸站等。③刀具系統(tǒng)的管理，包括向車間控制器和刀具預(yù)調(diào)站提出刀具請(qǐng)求、將刀具分發(fā)至需要它的機(jī)床等。2.4

柔性制造系統(tǒng)2.4.8

FMS單元控制器和工作站控制器（1）單元控制器通常，單元控制器可分為三類：成組單元控制器、智能單元控制器和虛擬單元控制器。成組單元控制器是一種模塊化結(jié)構(gòu)的綜合軟硬件系統(tǒng)。它按照事先制定好的作業(yè)計(jì)劃運(yùn)行，不具有完善的優(yōu)化調(diào)度功能。成組單元控制器的功能是管理NC程序、工件數(shù)據(jù)、刀具數(shù)據(jù)，采集生產(chǎn)數(shù)據(jù)，進(jìn)行作業(yè)調(diào)度和分配。此外，它還具有協(xié)調(diào)控制所管理的物流工作站、加工工作站和刀具工作站。智能單元控制器的結(jié)構(gòu)與成組單元控制器的結(jié)構(gòu)相似。在功能上，它增加了較完善的優(yōu)化調(diào)度功能和動(dòng)態(tài)再調(diào)度功能。例如，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)局部性故障或臨時(shí)作業(yè)任務(wù)變更時(shí)，它能夠根據(jù)系統(tǒng)資源狀況調(diào)整上級(jí)下達(dá)的作業(yè)任務(wù)，以維持系統(tǒng)的降級(jí)運(yùn)行，或?qū)⒅匦抡{(diào)整作業(yè)計(jì)劃的信息反饋給上一級(jí)控制層。虛擬單元控制器能夠動(dòng)態(tài)地重新組合車間資源，構(gòu)成臨時(shí)性的柔性制造單元，從而實(shí)現(xiàn)更合理地使用車間資源、減少跨單元的作業(yè)任務(wù)數(shù)量。當(dāng)給定任務(wù)完成后，這種邏輯重構(gòu)單元便消失；隨著新任務(wù)的出現(xiàn)再做新的邏輯重構(gòu)單元，為新任務(wù)服務(wù)等等。虛擬單元控制器至今仍處于實(shí)驗(yàn)室研究之中。2.4

柔性制造系統(tǒng)2.4.8

FMS單元控制器和工作站控制器（2）工作站控制器工作站控制器位于計(jì)算機(jī)遞階控制系統(tǒng)的最低一級(jí)。它是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)上的網(wǎng)絡(luò)鏈接器，將系統(tǒng)最底層設(shè)備連接到計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上。它還是單元控制器對(duì)底層設(shè)備進(jìn)行控制的過程控制器。工作站控制器可分為加工工作站、刀具工作站、物料流工作站。加工工作站運(yùn)行在車間加工現(xiàn)場。它的主要任務(wù)是對(duì)加工單元進(jìn)行控制和管理。一方面，加工工作站按單元控制器的作業(yè)加工指令調(diào)用所需的NC程序及其存儲(chǔ)單元的控制參數(shù)，并對(duì)其進(jìn)行處理，然后適時(shí)地傳輸給CNC控制裝置和可編程控制器，為NC加工準(zhǔn)備好全部必要的數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)是刀具補(bǔ)償值、托盤控制面參數(shù)、工件托盤零位偏移值等。另一方面，加工工作站接收單元控制器關(guān)于零件托盤加載／卸載指令，與CNC裝置和機(jī)床控制器進(jìn)行協(xié)調(diào)，執(zhí)行加載／卸載指令。同時(shí)，加工工作站根據(jù)單元控制器的換刀命令，完成外部換刀裝置和加工單元換刀裝置之間的刀具交換。加工工作站還可以接收單元控制器的遠(yuǎn)程控制指令，執(zhí)行遠(yuǎn)程啟動(dòng)加工單元的功能，例如，查詢系統(tǒng)運(yùn)行狀況、仿真控制面板操作等。加工工作站還負(fù)有采集加工單元運(yùn)行情況信息的任務(wù)，并將信息反饋給單元控制器。2.4

柔性制造系統(tǒng)2.4.8

FMS單元控制器和工作站控制器（2）工作站控制器刀具工作站的作用是管理刀具和控制刀具交換。它的主要功能是新刀具進(jìn)線管理、刀具調(diào)用管理和舊／破刀具離線管理。在刀具工作站中，常常是用戶和機(jī)器人協(xié)同工作。例如，在新刀具的進(jìn)線管理過程中，刀具工作站通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)獲取新刀具的參數(shù)值，建立新刀具記錄，其中刀具識(shí)別碼必須由用戶輸入。將新刀具記錄存于刀庫的數(shù)據(jù)庫中，該新刀具獲得一個(gè)存儲(chǔ)庫位，由機(jī)器人或用戶將該新刀安置到指定的庫位中物料流工作站的作用是物料識(shí)別控制和FMS的物料運(yùn)輸系統(tǒng)的控制管理。物料流工作站對(duì)配有條形碼或磁卡裝置的物料系統(tǒng)具有物料識(shí)別閱讀和核驗(yàn)功能；實(shí)現(xiàn)正確的通過，不正確的拒收并產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。在控制管理FMS的物料運(yùn)輸系統(tǒng)過程中，物料流工作站不僅按單元控制器的存取物料作業(yè)指令檢索物料倉庫和向堆垛機(jī)發(fā)出存取物料命令，而且還根據(jù)單元控制器運(yùn)輸托盤指令向運(yùn)輸車控制站發(fā)出運(yùn)輸托盤命令，同時(shí)還動(dòng)態(tài)地刷新工件托盤位置和狀態(tài)信息。當(dāng)物料運(yùn)輸過程中出現(xiàn)堵塞沖突現(xiàn)象，物料流工作站按指定的排隊(duì)策略將所運(yùn)輸物料送往相應(yīng)的緩沖工作站，只要目的站“空閑”，自動(dòng)調(diào)度運(yùn)輸車將該緩沖站物料送入目的站。2.4

柔性制造系統(tǒng)2.4.9

物料運(yùn)輸車（1）有軌運(yùn)輸車常見的有軌運(yùn)輸車有以下兩種：一種是鏈索牽引小車，另一種是在導(dǎo)軌上行走，由車輛上的電動(dòng)機(jī)牽引，如圖所示。2.4

柔性制造系統(tǒng)2.4.9

物料運(yùn)輸車有軌運(yùn)輸車有軌運(yùn)輸車有三種工作方式：1）在線工作方式離線自動(dòng)工作方式手動(dòng)工作方式2.4

柔性制造系統(tǒng)2.4.9

物料運(yùn)輸車（2）無軌運(yùn)輸車AGV的結(jié)構(gòu)如圖2-17所示。2.4

柔性制造系統(tǒng)2.4.9

物料運(yùn)輸車（2）無軌運(yùn)輸車

AGV具有以下特點(diǎn)：

1）較高的柔性實(shí)時(shí)監(jiān)視和擴(kuò)展安全可靠維護(hù)方便第2章 制造自動(dòng)化技術(shù)智能制造技術(shù)與智能制造系統(tǒng)智能制造技術(shù)和智能制造系統(tǒng)的基本概念20世紀(jì)50年代末期，機(jī)械制造技術(shù)開始進(jìn)人現(xiàn)代制造技術(shù)階段。40多年來機(jī)械制造技術(shù)有了長足的發(fā)展，表現(xiàn)為四個(gè)概念和形式有較大更新的階段：直接數(shù)字控制（DNC）技術(shù)柔性制造系統(tǒng)（FMS）智能制造技術(shù)與智能制造系統(tǒng)智能制造技術(shù)和智能制造系統(tǒng)的基本概念計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）智能制造系統(tǒng)（IMS）和智能制造技術(shù)（IMT）IMS簡單的說就是要把人的智能活動(dòng)變?yōu)橹圃鞕C(jī)器的智能活動(dòng)，

如圖所示。2.5

智能制造技術(shù)與智能制造系統(tǒng)2.5.2

智能制造技術(shù)和智能制造系統(tǒng)的主要內(nèi)容IMS和IMT研究的主要內(nèi)容見下圖。2.5

智能制造技術(shù)與智能制造系統(tǒng)2.5.2智能制造技術(shù)和智能制造系統(tǒng)的主要內(nèi)容和IMS比較，CIMS強(qiáng)調(diào)的是物料流和信息流的集成，而IMT強(qiáng)調(diào)的是制造系統(tǒng)的自組織、自學(xué)習(xí)和自適應(yīng)能力，實(shí)際上IMS將會(huì)成為CIMS的基礎(chǔ)核心，只有建立在IMS基礎(chǔ)上的CIMS才能真正實(shí)現(xiàn)信息和物流的集成。工業(yè)化國家對(duì)IMS和IMT研究的過程近年來已進(jìn)入大規(guī)模國際合作的階段。2.5

智能制造技術(shù)與智能制造系統(tǒng)2.5.2

智能制造技術(shù)和智能制造系統(tǒng)的主要內(nèi)容由日本工業(yè)和國際貿(mào)易部（MITI）發(fā)起的國際合作研究，計(jì)劃投資10億美元建立起日、美、西歐等國家共同參加的IMS國際研究中心，計(jì)劃于1990年開始執(zhí)行，共設(shè)100個(gè)項(xiàng)目，十年完成。MITI的計(jì)劃包括如下幾個(gè)方面的研究：①結(jié)構(gòu)系統(tǒng)化標(biāo)準(zhǔn)化原理方法；②IMS信息和通訊網(wǎng)絡(luò)；③最佳智能生產(chǎn)與控制設(shè)備；④提高設(shè)備質(zhì)量及性能的新材料應(yīng)用與研究；⑤社會(huì)、環(huán)境和人的因素。2.5

智能制造技術(shù)與智能制造系統(tǒng)2.5.2

智能制造技術(shù)和智能制造系統(tǒng)的主要內(nèi)容智能制造系統(tǒng)的目標(biāo)是：①在制造系統(tǒng)中用機(jī)器智能來替代人們的腦力勞動(dòng)，使腦力勞動(dòng)自動(dòng)化；②在制造系統(tǒng)中用機(jī)器智能替代熟練工人的操作技能，使得制造過程不再依賴于人的

“手藝”，或在維持自動(dòng)生產(chǎn)時(shí)，不再依賴

于人的監(jiān)視和決策控制，使得制造系統(tǒng)的生

產(chǎn)可自主地進(jìn)行。2.5

智能制造技術(shù)與智能制造系統(tǒng)2.5.2

智能制造技術(shù)和智能制造系統(tǒng)的主要內(nèi)容下圖表示一個(gè)機(jī)械加工工廠的IMS的主要生產(chǎn)內(nèi)容。按照時(shí)間間隔的長短進(jìn)行分類，其特征可分為：加工行為、幾何和信息流三大類特征區(qū)。2.5

智能制造技術(shù)與智能制造系統(tǒng)2.5.3

智能制造系統(tǒng)的建模技術(shù)傳統(tǒng)的建模方法常采用：①根據(jù)物理原理推導(dǎo)出模型結(jié)構(gòu)；②根據(jù)實(shí)驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)選取各種參數(shù)或修正系數(shù)。2.5

智能制造技術(shù)與智能制造系統(tǒng)2.5.3

智能制造系統(tǒng)的建模技術(shù)在加工過程中存在著以下問題：①在線測量的困難，包括傳感器的選擇、設(shè)計(jì)、最優(yōu)定位、數(shù)據(jù)冗余引起的信息混亂，傳感器失效引起的混亂等；②過程模型的不確定性，包括參數(shù)的不可知性、狀態(tài)變化的不確定性、信息的模糊性、多維信息的偶合性等使得控制魯棒性差；③過程的快速性，使實(shí)時(shí)控制難以實(shí)現(xiàn)等；④系統(tǒng)處理多級(jí)信息反饋時(shí)的不穩(wěn)定性。2.5

智能制造技術(shù)與智能制造系統(tǒng)2.5.4

智能制造技術(shù)的控制策略智能制造技術(shù)實(shí)質(zhì)上是智能控制在制造中的運(yùn)用，從控制理論觀點(diǎn)來看，智能制造技術(shù)的基本內(nèi)容可以用下圖表示。2.5

智能制造技術(shù)與智能制造系統(tǒng)2.5.4

智能制造技術(shù)的控制策略在加工過程控制級(jí)，由于受到執(zhí)行時(shí)間快速性的限制，目前專家系統(tǒng)常常只用于一些簡單的控制算法、狀態(tài)辨識(shí)算法的監(jiān)督和監(jiān)控，用以提高算法的可靠性、安全性或柔性。這類控制方案如圖所示。2.5

智能制造技術(shù)與智能制造系統(tǒng)2.5.4

智能制造技術(shù)的控制策略在今后的智能控制技術(shù)中，四個(gè)最有潛力的方法是：①傳感器融合技術(shù)作為信息預(yù)處理和綜合；②專家系統(tǒng)在控制系統(tǒng)中作為自適應(yīng)元件；③模糊分析計(jì)算機(jī)作為決策元件；④自學(xué)習(xí)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為補(bǔ)償元件。2.5

智能制造技術(shù)與智能制造系統(tǒng)2.5.5

機(jī)械系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)控技術(shù)機(jī)械系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)控是智能制造系統(tǒng)的重要研究內(nèi)容。對(duì)制造系統(tǒng)而言，狀態(tài)監(jiān)控主要有刀具破損和磨損狀態(tài)檢測、工序過程監(jiān)視、機(jī)床運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視、機(jī)床狀態(tài)監(jiān)控、加工精度監(jiān)控等內(nèi)容，下邊對(duì)一些檢測內(nèi)容和方法加以簡單介紹。2.5

智能制造技術(shù)與智能制造系統(tǒng)2.5.5

機(jī)械系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)控技術(shù)（1）刀具狀態(tài)監(jiān)測表2-4刀具破損的探測方法傳感參數(shù)傳感原理傳感器主要特性直接法光學(xué)圖像光反射、折射、富氏傳遞函數(shù)變換、TV攝像光敏、激光、光纖光學(xué)傳感器、CCD或攝像管可提供直觀圖像，結(jié)果較精確，受切削條件影響，不易實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)視，正在進(jìn)行實(shí)用化開發(fā)接觸電阻變化、開關(guān)量、磁力線變化電阻片、印刷電阻電路、開關(guān)電路、磁間隙傳感器簡便，受切削溫度、切削力和切屑變化影響；不能實(shí)時(shí)監(jiān)視；尚待解決可靠性問題間接法切削力切削力變化量、切削分力比率應(yīng)變片、動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀、力傳感器靈敏，但動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀難裝于機(jī)床上；簡便，有商品供應(yīng)，識(shí)別的主要障礙是閾值的確定扭矩主電機(jī)、主軸或進(jìn)給系統(tǒng)扭矩應(yīng)變片、電流表等成本低，易使用，已實(shí)用，對(duì)在鉆頭破損（折斷）探測有效，靈敏度不高功率主電機(jī)或進(jìn)給電機(jī)功率消耗互感器或功率表成本低，易使用，靈敏度不高，有商品供應(yīng)振動(dòng)切削過程振動(dòng)及其變化加速度計(jì)、振動(dòng)傳感器靈敏，有應(yīng)用前途和工業(yè)使用潛力超聲波接受主動(dòng)發(fā)射超聲波的反射波超聲波換能器與接受器可實(shí)現(xiàn)扭矩限制，但受切削振動(dòng)變化的影響，處于研究階段噪聲切削區(qū)環(huán)境噪聲探測分析麥克風(fēng)可進(jìn)行切削狀態(tài)、刀具破損探測，但尚處于研究階段聲發(fā)射（AE）刀具破損時(shí)發(fā)生的AE信號(hào)特征分析聲發(fā)射傳感器靈敏，實(shí)時(shí)，使用方便，成本適中，是最有希望的刀具破損探測方法，小量供應(yīng)市場，有較廣泛的工業(yè)應(yīng)用潛力2.5

智能制造技術(shù)與智能制造系統(tǒng)2.5.5

機(jī)械系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)控技術(shù)（1）刀具狀態(tài)監(jiān)測表2-5刀具磨損的探測方法傳感方法應(yīng)用場合主要特性直接法光學(xué)圖像法砂輪磨損或離線，或在線非實(shí)時(shí)監(jiān)視多種刀具分辨率0.1～2μm，精度1～5μm，正在進(jìn)一步研究實(shí)用化，攝像法較貴接觸車削、鉆削刀具靈敏度10μm，提供直接評(píng)價(jià)，受切屑與切削溫度變化影響，有應(yīng)用前景放射線法各種切削工藝靈敏度10μm，不受切屑、冷卻液和切削溫度影響，需進(jìn)一步解決防護(hù)問題，有應(yīng)用前景間接法切削力（扭矩法）車、鉆、鏜削等靈敏度20～100μm，比切削力法與功率譜分析法有應(yīng)用價(jià)值功率（電流）法車、銑、鉆削等靈敏度低，響應(yīng)時(shí)間較長，易使用切削溫度