智能制造基礎(chǔ)與應(yīng)用（第2版）教案 第二章 智能制造數(shù)字化基礎(chǔ) 4.數(shù)字化控制、生產(chǎn)管理與遠程維護

教案(首頁)山東勞動職業(yè)技術(shù)學(xué)院授課日期班次課時課題數(shù)字化控制、生產(chǎn)管理與遠程維護教學(xué)時數(shù)2【教學(xué)目標】1、了解數(shù)字化控制的基本概念、發(fā)展現(xiàn)狀；2、掌握MES的基本概念；3.掌握數(shù)字化遠程維護發(fā)展現(xiàn)狀。【重點難點】MES系統(tǒng)的基本概念及應(yīng)用；PHM系統(tǒng)的組成。【教具、參考書】《智能制造基礎(chǔ)與應(yīng)用》機械工業(yè)出版社王芳、趙中寧主編【教學(xué)過程】教案紙山東勞動職業(yè)技術(shù)學(xué)院第3頁第五節(jié)數(shù)字化控制提出問題：什么是數(shù)字化控制，能否列舉實例？計算機數(shù)控系統(tǒng)（CNC系統(tǒng)）概述數(shù)控系統(tǒng)的組成2.CNC系統(tǒng)的功能（1）控制功能；（2）準備功能；（3）插補功能；（4）進給功能；（5）主軸功能；（6）輔助功能；（7）刀具功能；（8）補償功能；（9）字符、圖形顯示功能；（10）自診斷功能；（11）通信功能；（12）人機交互圖形編程功能。3.CNC系統(tǒng)的一般工作過程（1）輸入；（2）譯碼；（3）刀具補償；（4）進給速度處理；（5）插補；（6）位置控制；（7）I/O處理；（8）顯示二、伺服系統(tǒng)1.基本概念伺服系統(tǒng)是指以機械位置或角度作為控制對象的自動控制系統(tǒng)。它接受來自數(shù)控裝置的進給指令信號，經(jīng)變換、調(diào)節(jié)和放大后驅(qū)動執(zhí)行件，轉(zhuǎn)化為直線或旋轉(zhuǎn)運動。伺服系統(tǒng)是數(shù)控裝置(計算機)和機床的聯(lián)系環(huán)節(jié)，是數(shù)控機床的重要組成部分。2.對伺服系統(tǒng)的要求（1）精度高；（2）穩(wěn)定性好；（3）快速響應(yīng)；（4）調(diào)速范圍寬；（5）低速大轉(zhuǎn)矩。提問：列舉常見的伺服系統(tǒng)。第五節(jié)數(shù)字化生產(chǎn)管理一、MES的基本概念制造執(zhí)行系統(tǒng)(manufacturingexecutionsystem，簡稱MES）是美國管理界上世紀90年代提出的新概念，MESA(MES國際聯(lián)合會)對MES的定義是：MES能通過信息傳遞對從訂單下達到產(chǎn)品完成的整個生產(chǎn)過程進行優(yōu)化管理。MES的功能：（1）資源分配及狀態(tài)管理（ResourceAllocationandStatus）該功能管理機床、工具、人員物料、其它設(shè)備以及其它生產(chǎn)實體，滿足生產(chǎn)計劃的要求對其所作的預(yù)定和調(diào)度，用以保證生產(chǎn)的正常進行；提供資源使用情況的歷史記錄和實時狀態(tài)信息，確保設(shè)備能夠正確安裝和運轉(zhuǎn)。（2）工序詳細調(diào)度（Operations/DetailScheduling）該功能提供與指定生產(chǎn)單元相關(guān)的優(yōu)先級（Priorities）、屬性（Attxibutes）、特征（Chameterietioa）以及處方（Recipes）等，通過基于有限能力的調(diào)度通過考慮生產(chǎn)中的交錯、重疊和并行操作來準確計算出設(shè)備上下料和調(diào)整時間，實現(xiàn)良好的作業(yè)順序最大限度減少生產(chǎn)過程中的準備時間。（3）生產(chǎn)單元分配（DispatchingProductionUnits）該功能以作業(yè)、訂單、批量、成批和工作單等形式管理牛產(chǎn)單元間的工作流。通過調(diào)整車間已制訂的生產(chǎn)進度，對返修品和廢品進行處理，用緩沖管理的方法控制任意位置的在制品數(shù)量。當車間有事件發(fā)生時，要提供一定順序的調(diào)度信息并按此進行相關(guān)的實時操作。（4）過程管理（ProcessManagement）該功能監(jiān)控生產(chǎn)過程、自動糾正生產(chǎn)中的錯誤并向用戶提供決策支持以提高生產(chǎn)效率。通過連續(xù)跟蹤生產(chǎn)操作流程，在被監(jiān)視和被控制的機器上實現(xiàn)一些比較底層的操作；通過報警功能，使車間人員能夠及時察覺到出現(xiàn)了超出允許誤差的加工過程；通過數(shù)據(jù)采集接口，實現(xiàn)智能設(shè)備與制造執(zhí)行系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換。（5）人力資源管理（LaborManagement）該功能以分為單位提供每個人的狀態(tài)。通過時間對比，出勤報告，行為跟蹤及行為（包含資財及工具準備作業(yè)）為基礎(chǔ)的費用為基準，實現(xiàn)對人力資源的間接行為的跟蹤能力。（6）維修管理（MaintenanceManagement）該功能為了提高生產(chǎn)和日程管理能力的設(shè)備和工具的維修行為的指示及跟蹤，實現(xiàn)設(shè)備和工具的最佳利用效率。（7）計劃管理（PmcessControl)該功能是監(jiān)視生產(chǎn)提供為進行中的作業(yè)向上的作業(yè)者的議事決定支援，或自動的修改，這樣的行為把焦點放在從內(nèi)部起作用或從一個作用到下一個作業(yè)計劃跟蹤、監(jiān)視、控制和內(nèi)部作用的機械及裝備；從外部包含為了讓作業(yè)者和每個人知道允許的誤差范圍的計劃變更的警報管理。（8）文檔控制（DocumentControl）該功能控制、管理并傳遞與生產(chǎn)單元有關(guān)工作指令、配方、工程圖紙、標準工藝規(guī)程、零件的數(shù)控加工程序、批量加工記錄、工程更改通知以及各種轉(zhuǎn)換操作間的通訊記錄，并提供了信息編輯及存儲功能，將向操作者提供操作數(shù)據(jù)或向設(shè)備控制層提供生產(chǎn)配方等指令下達給操作層，同時包括對其它重要數(shù)據(jù)（例如與環(huán)境、健康和安全制度有關(guān)的數(shù)據(jù)以及ISO信息）的控制與完整性維護。（9）生產(chǎn)的跟蹤及歷史（ProductTrackingandGenealogy）該功能可以看出作業(yè)的位置和在什么地方完成作業(yè)，通過狀態(tài)信息了解誰在作業(yè)，供應(yīng)商的資財，關(guān)聯(lián)序號，現(xiàn)在的生產(chǎn)條件，警報狀態(tài)及再作業(yè)后跟生產(chǎn)聯(lián)系的其他事項。（10）執(zhí)行分析（PerformanceAnalysis）該功能通過過去記錄和預(yù)想結(jié)果的比較提供以分為單位報告實際的作業(yè)運行結(jié)果。執(zhí)行分析結(jié)果包含資源活用，資源可用性，生產(chǎn)單元的周期，日程遵守，及標準遵守的測試值。具體化從測試作業(yè)因數(shù)的許多異樣的功能收集的信息，這樣的結(jié)果應(yīng)該以報告的形式準備或可以on-line提供對執(zhí)行的現(xiàn)在評價。（11）數(shù)據(jù)采集（DataCollection/Acquisition）該功能通過數(shù)據(jù)采集接口來獲取并更新與生產(chǎn)管理功能相關(guān)的各種數(shù)據(jù)和參數(shù)，包括產(chǎn)品跟蹤、維護產(chǎn)品歷史記錄以及其它參數(shù)。這些現(xiàn)場數(shù)據(jù)，可以從車間手工方式錄入或由各種自動方式獲取。二、ERP的基本概念企業(yè)資源計劃(EnterpriseResourcePlanning，簡稱ERP)，由美國GartnerGroup公司于1990年提出。企業(yè)資源計劃是MRPII（企業(yè)制造資源計劃）下一代的制造業(yè)系統(tǒng)和資源計劃軟件。除了MRPII已有的生產(chǎn)資源計劃、制造、財務(wù)、銷售、采購等功能外，還有質(zhì)量管理，實驗室管理，業(yè)務(wù)流程管理，產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理，存貨、分銷與運輸管理，人力資源管理和定期報告系統(tǒng)。圖2-82MES與ERP的關(guān)系第七節(jié)數(shù)字化遠程維護一、預(yù)測與健康管理（PrognosticsandHealthManagement,PHM）基本概念PHM(PrognostiesandHealthManagement)預(yù)測與健康管理技術(shù)是綜合利用現(xiàn)代信息技術(shù)、人工智能技術(shù)的最新研究成果而提出的一種全新的管理健康狀態(tài)的解決方案。PHM系統(tǒng)未來一段時間內(nèi)系統(tǒng)失效可能性以及采取適當維護措施的能力，其核心是利用先進的傳感器（如渦流傳感器小功率無線綜合微型傳感器和無線微機電系統(tǒng)MEMS）的集成，并借助各種算法和智能模塊（如專家系統(tǒng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊邏輯等）來預(yù)測、監(jiān)控和管理零件的加工狀態(tài)。一般具備故障檢測與隔離、故障診斷、故障預(yù)測、健康管理和部件壽命追蹤等能力。二、PHM系統(tǒng)的組成PHM系統(tǒng)主要有六個部分構(gòu)成：（1）數(shù)據(jù)采集利用各種傳感器探測、采集被檢系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)信息，將收集數(shù)據(jù)進行有效信息轉(zhuǎn)換以及信息傳輸?shù)?。?）信息歸納處理接受來自傳感器以及其它數(shù)據(jù)處理模塊的信號和數(shù)據(jù)信息，將數(shù)據(jù)信息處理成后續(xù)部件可以處理的有效形式或格式。該部分輸出結(jié)果包括經(jīng)過濾波、壓縮簡化后的傳感器數(shù)據(jù)，頻譜數(shù)據(jù)以及其它特征數(shù)據(jù)等。（3）狀態(tài)監(jiān)測接受來自傳感器、數(shù)據(jù)處理以及其它狀態(tài)監(jiān)測模塊的數(shù)據(jù)。其功能主要是將這些數(shù)據(jù)同預(yù)定的失效判據(jù)等進行比較來監(jiān)測系統(tǒng)當前的狀態(tài)，并且可根據(jù)預(yù)定的各種參數(shù)指標極限值/閾值來提供故障報警能力。（4）健康評估接受來自不同狀態(tài)監(jiān)測模塊以及其它健康評估模塊的數(shù)據(jù)。主要評估被監(jiān)測系統(tǒng)(也可以是分系統(tǒng)、部件等)的健康狀態(tài)(如是否有參數(shù)退化現(xiàn)象等)，可以產(chǎn)生故障診斷記錄并確定故障發(fā)生的可能性。故障診斷應(yīng)基于各種健康狀態(tài)歷史數(shù)據(jù)、工作狀態(tài)以及維修歷史數(shù)據(jù)等。（5）故障預(yù)測決策故障預(yù)測能力是PHM系統(tǒng)的顯著特征之一。該部件由兩部分組成，可綜合利用前述各部分的數(shù)據(jù)信息，評估和預(yù)測被監(jiān)測系統(tǒng)未來的健康狀態(tài)，并做出判斷，建議、決策采取相應(yīng)的措施。該部件可以在被監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)生故障之前的適宜時機采取維修措施。該部分實現(xiàn)了PHM系統(tǒng)管理的能力，是另一顯著特征之一。（6）保障決策主要包括人-機接口和機-機接口。人-機接口包括狀態(tài)監(jiān)測模塊的警告信息顯示以及健康評估、預(yù)測和決策支持模塊的數(shù)據(jù)信息的表示等；機-機接口使得上述各模塊之間以及PHM系統(tǒng)同其它系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)信