智能制造基礎(chǔ)與應(yīng)用（第2版）教案 第五章 柔性制造系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)

教案(首頁(yè))山東勞動(dòng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院授課日期班次課時(shí)課題柔性制造系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)教學(xué)時(shí)數(shù)6【教學(xué)目標(biāo)】1、了解柔性制造系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀；2、了解計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)發(fā)展歷史及現(xiàn)狀?！局攸c(diǎn)難點(diǎn)】柔性制造系統(tǒng)的原理及應(yīng)用。計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)的原理及應(yīng)用。【教具、參考書】《智能制造基礎(chǔ)與應(yīng)用》機(jī)械工業(yè)出版社王芳、趙中寧主編【教學(xué)過(guò)程】教案紙山東勞動(dòng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院第3頁(yè)一、柔性制造系統(tǒng)1.定義：根據(jù)中華人民共和國(guó)國(guó)家軍用標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)武器裝備柔性制造系統(tǒng)術(shù)語(yǔ)的定義，柔性制造系統(tǒng)FMS(FlexibleManufacturingSystem)是由數(shù)控加工設(shè)備、物料運(yùn)儲(chǔ)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)，它包括多個(gè)柔性制造單元，能根據(jù)制造任務(wù)或生產(chǎn)環(huán)境的變化迅速進(jìn)行調(diào)整，適用于多品種、中小批量生產(chǎn)。2.FMS的組成：硬件組成：(1)兩臺(tái)以上數(shù)控機(jī)床或加工中心以及其他的加工設(shè)備，包括測(cè)量機(jī)、清洗機(jī)、動(dòng)平衡機(jī)、各種特種加工設(shè)備，等等。(2)一套能自動(dòng)裝卸的運(yùn)儲(chǔ)系統(tǒng)，包括刀具的運(yùn)儲(chǔ)和工件原材料的運(yùn)儲(chǔ)。具體結(jié)構(gòu)可采用傳送帶、有軌小車、無(wú)軌小車、搬運(yùn)機(jī)器人、上下料托盤、交換工作站，等等。(3)一套計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。軟件組成：(1)FMS的運(yùn)行控制。(2)FMS的質(zhì)量保證。(3)FMS的數(shù)據(jù)管理和通訊網(wǎng)絡(luò)。3.FMS功能(1)能自動(dòng)進(jìn)行零件的批量生產(chǎn)。(2)簡(jiǎn)單地改變軟件，便能制造出某一零件族的任何零件。(3)物料的運(yùn)輸和儲(chǔ)存必須是自動(dòng)的(包括刀具、工裝和工件)。(4)能解決多機(jī)條件下零件的混合比、且無(wú)須增加費(fèi)用。4.主要功能與特點(diǎn)(1)管理系統(tǒng)與自動(dòng)化系統(tǒng)深度融合管理系統(tǒng)軟件與生產(chǎn)設(shè)備、檢測(cè)設(shè)備、傳感器等硬件集成統(tǒng)一系統(tǒng)平臺(tái)，自動(dòng)接收調(diào)度中心信息，如生產(chǎn)計(jì)劃、物流信息、設(shè)備指令等自動(dòng)安排生產(chǎn)，生產(chǎn)指令可以直接下達(dá)每個(gè)自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備、執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)人機(jī)之間、設(shè)備之間互聯(lián)互通操作。(2)過(guò)程可實(shí)現(xiàn)全追溯1）機(jī)器視覺(jué)與智能傳感器相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)自動(dòng)在線檢測(cè)；2）自動(dòng)剔除缺陷產(chǎn)品，杜絕不良品流入下一工序，避免更大損失；3）對(duì)品質(zhì)進(jìn)行實(shí)時(shí)評(píng)測(cè)、記錄，并發(fā)布在線檢測(cè)報(bào)告；4）基于全流程數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)，可放心追溯至任一關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)；(3)高度靈活、可配置的智能柔性制造系統(tǒng)1）可實(shí)現(xiàn)多任務(wù)訂單同時(shí)并行混線生產(chǎn)；2）可靈活重構(gòu)生產(chǎn)資源，實(shí)現(xiàn)高效、快捷的動(dòng)態(tài)調(diào)整；3）設(shè)備、物料、工裝、夾具等生產(chǎn)資源統(tǒng)一調(diào)度和自動(dòng)執(zhí)行；4）根據(jù)大數(shù)據(jù)分析結(jié)果動(dòng)態(tài)性地調(diào)整生產(chǎn)要素的配置；5.柔性硬件系統(tǒng)（1）智能制造柔性系統(tǒng)的加工系統(tǒng)（2）智能制造柔性系統(tǒng)的運(yùn)儲(chǔ)系統(tǒng)6.柔性運(yùn)行控制系統(tǒng)（1）柔性制造系統(tǒng)的遞階控制結(jié)構(gòu)（2）具有開放性的單元控制器結(jié)構(gòu)模型（3）動(dòng)態(tài)重構(gòu)單元控制器7.柔性制造系統(tǒng)的質(zhì)量保證體系（1）質(zhì)量保證體系結(jié)構(gòu)、功能概念（2）質(zhì)量保證、質(zhì)量管理與質(zhì)量控制（3）質(zhì)量系統(tǒng)的發(fā)展與現(xiàn)狀8.柔性制造系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理與通訊網(wǎng)絡(luò)（1）柔性制造信息系統(tǒng)的開放體系結(jié)構(gòu)（2）開放體系結(jié)構(gòu)說(shuō)明（3）數(shù)據(jù)管理（4）柔性制造系統(tǒng)的通訊網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)9.應(yīng)用實(shí)例SSI板材FMS的總體布局如圖5-26所示。從加工操作的內(nèi)容和總體布局的角度，把FMS全線看成由5大部分組成，即自動(dòng)倉(cāng)庫(kù)單元、沖加工單元、剪加工單元、中央控制單元和自動(dòng)工藝編程單元。從遞階控制角度，把FMS分成上位部分和下位部分。中央控制單元和自動(dòng)工藝編程單元處于上位；自動(dòng)倉(cāng)庫(kù)單元、沖加工單元和剪加工單元處于下位。圖5-27給出遞階系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理圖，從另一個(gè)角度描述了系統(tǒng)的組成。各單元包含不同設(shè)備，有數(shù)控機(jī)床、物流設(shè)備、單元控制器、工業(yè)計(jì)算機(jī)、通信設(shè)備等。（1）沖加工單元1)進(jìn)出料臺(tái)車，用于自動(dòng)倉(cāng)庫(kù)單元同沖加工單元之間輸送板料。2)板材裝料機(jī)械手，是吸盤式板材上料裝置。它的功能是：①?gòu)呐_(tái)車吸取一張板材，經(jīng)彎曲抖動(dòng)分離、測(cè)厚，確認(rèn)吸取的只是一張板材時(shí)，才把該板材送到自動(dòng)定位輸送機(jī)；②將自動(dòng)定位輸送機(jī)上的板材推到數(shù)控回轉(zhuǎn)頭沖床。3)板材自動(dòng)定位輸送機(jī)，用于板材初定位。4)數(shù)控回轉(zhuǎn)頭沖床，是沖加工單元的主要加工設(shè)備。5)板材裝卸料機(jī)械手，用于將已沖孔的板件從沖床卸料至滾柱臺(tái)。當(dāng)剪加工單元允許進(jìn)料時(shí)，也由裝卸料機(jī)械手將已沖孔的板件拖至剪床。6)沖加工單元控制器負(fù)責(zé)數(shù)控沖床的啟?？刂坪蜕舷铝显O(shè)備(進(jìn)料臺(tái)車、板材裝料機(jī)械手、自動(dòng)定位輸送機(jī)、裝卸料機(jī)械手)的控制以及它們之間的協(xié)調(diào)，負(fù)責(zé)同中央控制單元的通信、接收指令和發(fā)送狀態(tài)信息以及同剪加工單元的聯(lián)絡(luò)，協(xié)調(diào)并滿足相互的要求。沖加工單元控制器還具有完整的故障自診斷功能。發(fā)生故障時(shí)能自動(dòng)報(bào)警、停車和故障定位。（2）剪加工單元1)數(shù)控直角剪切機(jī)，是剪加工單元的主要加工設(shè)備。2)板材零件自動(dòng)分類輸送系統(tǒng)，由三臺(tái)中小件分類輸送機(jī)和一臺(tái)大件分類輸送機(jī)組成，用于將剪切后的零件分類輸送至料箱。3)剪加工單元控制器，負(fù)責(zé)數(shù)控剪床的啟停控制和自動(dòng)分類輸送系統(tǒng)的控制以及它們之間的協(xié)調(diào)，負(fù)責(zé)同中央控制單元的通信、接收指令和發(fā)送狀態(tài)信息以及同沖加工單元的聯(lián)絡(luò)，協(xié)調(diào)并滿足相互的要求。剪加工單元控制器同樣有完整的故障診斷功能，發(fā)生故障后能自動(dòng)報(bào)警、停車和故障定位。（3）自動(dòng)倉(cāng)庫(kù)單元1)有軌運(yùn)輸車(堆垛機(jī))及其控制器，用于板料的入庫(kù)和出庫(kù)。2)立體儲(chǔ)料庫(kù)，提供98個(gè)儲(chǔ)存板料的庫(kù)位。3)紅外數(shù)據(jù)通信設(shè)備，用于中央控制單元同不斷運(yùn)動(dòng)的堆垛機(jī)之間的無(wú)線通信。4)自動(dòng)工藝編程單元，由一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)和自動(dòng)工藝編程軟件構(gòu)成。它能完成從零件圖形輸入直到生成整張板材的NC碼和分類信息，還能對(duì)NC碼屏幕加工模擬。5)中央控制單元，由一臺(tái)工業(yè)計(jì)算機(jī)、通信網(wǎng)絡(luò)和軟件系統(tǒng)構(gòu)成，它實(shí)現(xiàn)板材零件FMS的系統(tǒng)級(jí)操作、控制、監(jiān)測(cè)和管理，是板材零件FMS達(dá)到高度柔性和完全自動(dòng)化的關(guān)鍵設(shè)備。二、智能制造計(jì)算機(jī)集成系統(tǒng)1.發(fā)展背景：計(jì)算機(jī)集成制造CIM(ComputerIntegratedManufacturing)是1974年美國(guó)學(xué)者約瑟夫·哈林頓(JosephHarrington)博士在其所著的《計(jì)算機(jī)集成制造》中首先提出的，它是一種組織、管理、運(yùn)行企業(yè)生產(chǎn)的新哲理。計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)CIMS(ComputerIntegratedManufacturingSystem)是CIM哲理的具體體現(xiàn)。CIMS代表著當(dāng)今先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，它以實(shí)現(xiàn)企業(yè)信息集成為主要標(biāo)志，以增強(qiáng)企業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)能力為目標(biāo)，最終達(dá)到提高企業(yè)參與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的綜合實(shí)力。2.基本概念：CIMS是在計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息處理技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、現(xiàn)代管理技術(shù)、柔性制造技術(shù)基礎(chǔ)上，將企業(yè)的全部生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)活動(dòng)所需的各種分散的自動(dòng)化系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)新的生產(chǎn)管理模式，把企業(yè)生產(chǎn)全部生產(chǎn)過(guò)程中有關(guān)的人、技術(shù)、經(jīng)營(yíng)管理三要素及其信息流與物料流有機(jī)地集成起來(lái)，以獲得適用于多品種、中小批量生產(chǎn)的高效益、高柔性、高質(zhì)量的制造系統(tǒng)。CIMS將是下個(gè)世紀(jì)占主導(dǎo)地位的新型生產(chǎn)方式。3.CIMS的組成(1)管理信息系統(tǒng)管理信息系統(tǒng)是CIMS的神經(jīng)中樞，它以MRPⅡ?yàn)楹诵?，從制造資源出發(fā)，考慮了企業(yè)進(jìn)行決策的戰(zhàn)略層、中短期生產(chǎn)計(jì)劃編制的戰(zhàn)術(shù)層、車間作業(yè)計(jì)劃與生產(chǎn)活動(dòng)的操作層，其功能覆蓋了市場(chǎng)銷售、物料供應(yīng)、生產(chǎn)計(jì)劃、生產(chǎn)控制、財(cái)務(wù)管理、成本控制、庫(kù)存管理、技術(shù)管理等活動(dòng)，以營(yíng)銷計(jì)劃、主生產(chǎn)計(jì)劃、物料需求計(jì)劃、能力需求計(jì)劃、車間計(jì)劃、車間調(diào)度與控制為主體形成閉環(huán)的一體化生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)與管理信息系統(tǒng)。(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)由CAD，CAPP，CAM三大部分組成，它在包括產(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)與數(shù)控編程等產(chǎn)品開發(fā)過(guò)程中引入計(jì)算機(jī)技術(shù)，使產(chǎn)品開發(fā)高效、優(yōu)質(zhì)、自動(dòng)地進(jìn)行。(3)制造自動(dòng)化系統(tǒng)制造自動(dòng)化系統(tǒng)是CIMS中信息流與物料流的結(jié)合點(diǎn)，它以柔性制造系統(tǒng)FMS為基礎(chǔ)，是CIMS最終產(chǎn)生效益的集聚地，其功能包括生成作業(yè)計(jì)劃，進(jìn)行優(yōu)化作業(yè)調(diào)度控制，生成工件、刀具、夾具需求計(jì)劃，進(jìn)行系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)控和故障診斷處理。(4)質(zhì)量保證系統(tǒng)質(zhì)量保證系統(tǒng)主要是采集、存儲(chǔ)、評(píng)價(jià)、處理存在于設(shè)計(jì)、制造過(guò)程中與質(zhì)量有關(guān)的大量數(shù)據(jù)，構(gòu)成一系列控制環(huán)，并通過(guò)這些控制環(huán)有效促進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量的提高，提高產(chǎn)品在市場(chǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)能力。(5)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)提供CIMS各功能分系統(tǒng)信息互通的硬件支撐，它是CIMS信息集成關(guān)鍵技術(shù)之一。采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，可以保證實(shí)現(xiàn)異種機(jī)、異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)之間的互聯(lián)，從而為企業(yè)不同歷史階段或從不同供應(yīng)廠商購(gòu)買的硬件設(shè)備、軟件產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)信息集成提供了基礎(chǔ)。(6)數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)庫(kù)及數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)是保證CIMS各功能應(yīng)用系統(tǒng)之間信息交換和共享的基礎(chǔ)，它是一個(gè)邏輯上統(tǒng)一、物理上分布，保證數(shù)據(jù)一致性、安全性、易維護(hù)性的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。4.CIMS中的集成技術(shù)（1）CIMS網(wǎng)絡(luò)（2）CIMS數(shù)據(jù)庫(kù)（3）CIM