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机械设计制造及其自动化专业英语part3Unite24 计算机数字控制数字控制 本世纪我们可以看到机器变得更加自动化，因此消除机器工作过程中的人工干预。然而，随着自动化的发展，机器变得更加专业化。一个高度自动化的机床（一天能够生产2万件）通常只能生产一种零件。直到最近原型和小批量零件通常在传统的机床上手工制造。随着新的难以加工的材料的出现以及对公差精度的要求达到万分之一，最好的操作工已达到他们能力的极限。这些需求，以及对零件加工柔性的需求，导致了自动控制机器的出现。通常叫做数字控制（通常缩写为，）的历史开始于世纪年代后期，当提出一种自动机器控制方法（控制机床的铣刀产生光滑的曲线）正如他所设想，坐标点在穿孔卡片上进行编码并送给机床控制器（使经改进的铣床以小增量步长运动从而得到所需轨迹）在年，美国空军委托伺服机构实验室（麻省理工学院）开发一种可工作的数控系统（基于概念）的科学家和工程师选择穿孔的纸带作为通讯介质。最初构建两轴的点对点的系统（在坐标系中确立钻头的位置）。后来，一个更复杂的连续路径的铣床被制造出来，独立的机床制造商随后开发了现在的这种系统。到年第一台成功的数控机床在生产中得到应用。然而，许多用户都在将零件程序输入机床控制器中经历困难，为了改变这种情形，的专家开始开发了基于计算机零件编程语言的刀具控制程序自动编制系统。目标是以直接的方式确定数学关系。在年第一台自动编程系统发布（对于一般工业应用）数控技术的开发在两个主要方面进行，硬件开发集中在对控制系统和机床刀具的改进。复杂的数控机床和控制系统在年之前对于每个主要的机床工具结构都可应用。软件的开发集中在语言的改进和其他编程系统的开发。总体基本原理的变化开始于年代。数控之后被看做更大的一个概念计算机辅助制造。不仅包含数控也包括生产控制和监控、物料管理和工艺编制。计算机在制造过程中应用的强调从而产生新的数控形式：CNC和。数控继续发展，在科幻小说中出现的可能性现在被看做可以达到的目标。数控表现最好的地方其他专业自动化的机床表现不好。NC是一个能解释预先以符号形式录制的指令的系统。它能够使被控机床执行指令并监控执行的结果，从而保持所需要的精度和功能。NC并不是一种机床而是一种技术（控制大量机床）。由于这个原因，NC被应用到装配机器、检测设备、绘图机、打字机、木工机器（仅仅列出几种应用）以及金属加工机床。因为最开始是为机床开发的，并且因为NC金属切削机床构成应用的大部分，因此我们文章中专指数控机床。数控系统形成一种通讯联系（和传统工艺有许多的相似性）一个简化的示意图（大多数重要的数控系统元件）。如图所示。符号指令被输入到控制单元（解码。进行所需要的逻辑运算并输出精确指令控制机床的运行）。许多NC系统包括检测装置（将机床状态传回指令控制单元）。正是这一个反馈使得控制能够验证机床操作与输入符号指令一致。Unite25 机器人工业机器人变为现实。在60年代早期，当时约瑟夫和乔治联合成立的叫做通用机械手公司。机器人并不是简单的另外一种自动化机器。自动化开始于工业革命期间，在这期间由及其完成以前人类完成的工作。然而，这种机器只能做设计专一的工作，而机器人可以完成多种工作。机器人必须有手臂，这个手臂能够要再现人类工作者在装卸自动化机器的工作。喷漆机器人、焊接机器人完成成千上百的工作（由传统自动化机器不容易完成的）机器人定义机器人工业协会发布关于机器人的定义，试图澄清哪种机器是简单自动化机器，哪种机器时真正的机器人。给出的定义如下：机器人是一种可重新编程的、多功能的机械手，为实现各种任务设计成通过可改变的程序动作来移动材料、零部件、工具或专用装置。这个定义，RIA在本书最后的词汇表中给出的解释更加广义。是机器人的最准确定义。我们将逐字看这个定义。为了理解哪种机器实际上是机器人，那种机器不过是自动化机床。首先，机器人是一个可重复编程的功能机械手。在这个词组里，告诉我们机器人可以学习（可重复编程）不只做一种工作。通过改变存储器里面的信息，机器人可通过再编程实现从机床上装卸物料、焊接并且能做其他多种工作（多功能的）。机器人是一个机械手。操作手是一个可以捡起和移动东西的手。基于这点我们知道机器人是一个可以学习做不同工作的手臂。机器人被设计移动物料、零件、工具或专用设备的定义继续叙述。这些材料包括木料、钢材、塑料、纸板常在产品制造中用到的东西。机器人也能处理已经制造好的零件。例如，机器人可以把一块钢材装到自动车床并把车床上加工好的零件取下来。除了处理物料和零件，机器人还能够和磨床。缓冲器、螺丝刀以及焊接工具配合完成有用的工作。机器人还能够和专业化仪器或设备配合在制造厂做专业的工作。机器人能够和电视摄像头配合对零件或产品进行检查。他们能过和激光配合精确测量被加工零件的尺寸。RIA定义以这样的词组解释“通过可变程序的动作完成多种工作”这话强调，机器人可以在制造厂做多种不同的事实。机器人能够做的工作的多样性仅仅受应用工程师创造性的限制。机器人的工作机器人所做的工作主要分成两大类：有害的工作和重复的工作。有害工作许多机器人做对人类有害的工作。这种工作被认为是有害的是因为毒烟、被处理材料的重量、温度，危险的工作靠近回转机械或钻床或环境中包含过高辐射。重复工作除了承担有害工作，机器人非常适合于做完全重复性工作（在制造厂里是必须的）制造厂的许多工作需要一个人表现得更像机器人而不是人。工作可能是把一个东西从这里建起来放到那里。同样的工作一天完成上千次，工作几乎不需判断和技术，这不是对做这种工作的人的批判，而是想简单的指出工厂里面确实存在这么多的工作是完成产品必须做的。机器人能够放在这个这个工位很好地完成这个工作，没有埋怨，不会疲劳或厌烦。Unite 26 计算机辅助制造CAM系统管理制造的许多方面，通过引入层状的计算机结构监控制造过程的各个阶段。传统的和适应性NC系统是大型CAM系统的前基。数控在考虑与离散的工艺过程有关的信息反馈回路的地方，形成了集成信息网络。用它来监视范围广阔的相互联系的任务。并控制以总策略为基础的每一项任务。理想的情况是一个系统应该有三种性质适用于制造过程的每个阶段，尽管被管理，但是小量的人工干预也是必须的。单个工艺任务系统应该是柔性的允许工艺过程能够被单独编程。系统应该是集中地将工程设计和分析用系统集合在一起。这种理想系统的各个方面已经被成功实现。但是还需要做一些继续的开发。层状结构一个大规模的系统包括两层或三层的层状结构，用于监控单个工艺任务，一个小型计算机负责管理单个处理信息，这种层状结构通用配置在图中说明一个大规模系统包括两个主要领域（与制造工艺相关的），生产管理与控制工程分析与设计，财务与市场。每一方面由子任务构成，通常由大型或小型计算机直接控制，比如在检查和质量控制时，不管采用什么控制方法，重要优势在于他是一个双向的信息流。因为系统管理制造过程的每个方面，由一个子任务阿金测到信息所支配的变化。能够转换为其他子任务的控制数据。例如，在制造任务中，机械加工检验和装配统统处于计算机的控制之下，当计算机认识到零件连续起出公差（根据来自自动检测装置的信息反馈），它能够进行编程以影响这个变化（在实际加工过程中）从而补偿这个偏差。因为这两种任务变成同一信息循环的一部分，包括加工和检验的反馈控制系统建立起来。中的尽管数控机传是开发可用系统所必需的。本文中描述的还不能应用到以计算机为基础的制造系统。传统的NC和AC机床必须进行修改，从而使信息能够在监控单元和计算机系统之间进行传递。这些修改导致源于数控概念的三个主要发展：计算机管理数控，群组概念和新形势的适应性控制。计算机管理数字控制是包含和的一个通用术语。和CNC都是在控制计算机和机床之间分配可编程的计算责任方面。两种系统都不能改变机床的功能特性。相反的，每一个系统都提供了在数控机床控制回路之外的工艺过程数据与命令的通讯方法。群组概念本质上是对多种机床的计算机管理的延伸。一系列机床（比如用于铣、镗、磨）是通过传输系统相互关联。在机床需要时给单个机床提供零件。两层控制和监控是必须的。单台机床由计算机管理进行控制。群本身由中央计算机管理和其他多个群的生产结果相关联。再次显示层状结构布置是明显的。适应性NC系统是CAM环境/系统的一部分。中央计算机能过得到工艺过程信息。当异常情况出现时能被检测和纠正。另外，适应性反馈也能被记录和分析，从而使给定操作的生产效率建立起来。机床在计算机为基础的制造系统的应用可以从自动化和集成化的角度来看。四层制造自动化可被定义，单独使用的数控机床表示某一自动化操作过程，数控加工中心使整个机加工工艺过程实现自动化，一组外部计算机控制的数控机床表示某一完全自动化的制造任务，而最后，本身集成了所有在自动化制造过程工艺中的较低水平的方法。Unite27 柔性制造系统制造系统的发展可以用图形方式表示，如图。制造工艺过程和系统处于从手工操作到最终完全实现集中制造的过渡状态。在计算机集成制造之前的状态称为柔性制造。柔性是现代制造装备的一个重要特征，它意味着制造系统是万能的。适应的同时能够处理生产率较高的生产线。一个柔性制造系统的通用性在于它能生产多种零件。它的适应性在于它能够通过快速改进生产完全不同的轮廓。这种灵活性是这个竞争的国际市场决定成败。它是一个有关平衡的问题。独立数控机床具有高度的柔性，但是只适用于相对小批量的生产线。另一方面，自动线适合大批量生产线，但是他们的灵活性不够。柔性制造试图使用这样一种技术以获得灵活性和流水线生产之间的最佳平衡。这些技术包括自动化物料处理、成组技术和计算机分布式控制。FMS是具有自动送料系统的单台机器或机组。自动送料系统由计算机控制，并具有操作工具的能力。因为其具有操作工具的能力和计算机控制。这种系统能不断地调控来制造各种各样零件。这就是他被称为FMS的原因。称为FMS的制造系统必须的关键因素如下：1. 计算机控制。 2. 自动化送料能力。 3.刀具处理功能。柔性制造代表向完全集成制造系统的目标迈出了一大步，在于它涉及自动化生产过程的集成。在柔性制造中，自动化制造机床（车床、铣床、钻床）以及自动物料处理系统通过计算机网络共享即时通讯。这是小规模的集成。柔性制造概述：柔性制造通过集成一些自动化制造概念向完全集成制造的目标迈出了一大步。1. 单台机床的计算技数控。 2.制造系统的分布式数控。3. 自动物料处理系统。 4.成组技术（相似零件）当这些自动工艺过程，机器和概念在一个集成系统中集成在一起，就产生了FMS人和计算机在中起重要作用。当然人的劳动量和手工操作制造系统相比是很小的。然而，让人依然在操作过程中起关键作用，人的任务包括以下几个方面：. 设备故障排除、维护和修理。工具更换与设置。. 对系统的加载与卸载。.数据输入. 零件程序的改变。程序开发柔性制造系统设备与所有制造装备一样，必须出在监控下当一个问题被发现，维修工人必须确定他的原因并且给出改正措施。人也执行提出的方案或维修故障的设备。即使所有的系统都正常工作，周期性的保养也是必须的。操作工人在必要的时候也设置机床，更换刀具，重新配置系统。的刀具处理能力降低并没有根除刀具更换和设置中的人工干预，同样的加载和卸载也一样。一旦原料被加载到自动化物料处理系统中，它按照规定路径在系统中流动。然而，物料处理系统原始的加载仍然由人工操作者完成。最终产品的卸载也是如此。人类也需要和计算机交互。人类开发零件程序（通过计算机控制）。他们也在必要的时间更换程序，当需要重新调整制造另一类零件，在制造操作中，人类也输入FMS需要的数据，人在FMS中扮演并劳动不大的角色，但是作用仍然是重大的。FMS中各个层次的控制由计算机提供。FMS中单台机床由控制，总的系统由控制。自动物料处理系统有计算机控制，其他功能包括数据采集、系统的监控、刀具的控制、运输及控制也是如此。人机交互是柔性的关键。计算机集成制造国际竞争与制造业国际竞争促使能够在全球市场竞争的高质量产品的需求。组着日益激烈竞争的结果，加快了产品和系统开发的步伐，从而使得制造商进入这样一个时代。在这个时代持续不断改善产品的质量不在单纯是竞争的优势。而只是生存的手段。随着产品的寿命周期降低，对质量的要求提高，人们把注意力集中在提高产品质量，提升公司的竞争力（通过好的设计、制造、管理和市场）。显然的，提高制造效率，改进产品质量将会是分享国际市场的最重要因素。全球制造业现在正经历一场快速的结果转换。随着这个过程的持续，我们的制造工业正经受困难。因为它面对一个变化的，更具竞争力的环境和市场。显然，我们不能维持我们的工业基础和生活水平（没有一个有效的制造工业）为了加入全球竞争，为了分享国际市场的份额，以及增加我们总的生产要素的生产和制造劳动生茶率，我们的制造业要实行两大策略。第一个是改变我们现在做事的方式。比如改进企业的管理。第二个是开发应用高科技。比如，计算机集成制造技术和集成信息管理。计算机辅助设计在一个显示屏上定义描述产品。计算机辅助工程分析生产性能和生产率，使车间工艺实现自动化。结果，更快，更便宜，更安全，更好的生产和运行能够达到，制造工业的发展广泛认为工业化过程实质上是自动化过程。从自动化观点来看，工业自动化的发展可以分为四个阶段：第一阶段、劳动密集型工业。在这个阶段，产品效率和质量主要依赖于人类操作者运用简单机器（没有自动化控制和操作）的技能。设备维护主要依靠个人经验。第二阶段、设备密集型工业。自动化设备在产品竞争中占据主导作用。设备可能由具有竞争力的机械的、电子的、计算机化的设备构成，并且可以作为单独机器自动化使用。典型的例子是数控机床（作为单个机器是高度自动化的）同时，传感器技术和先进仪器已经成为变成为设备维护和自动控制获得工业数据的重要手段。随着更强的成批的计算机设备在工厂车间中得到应用，我们的工业现在进入第三阶段。第三阶段、信息密集型工业。这促进了柔性制造系统的发展。在这个阶段自动化得以实现。在为成组自动化机床进行数据处理的阶层。技术是代表这个阶段特征的典型例子。基于数学模型，计算机帮助人类专家进行数字分析、合成、仿真和图解，还能提供信息给他们做决策。故障诊断和维护不仅仅依靠来自传感器的信息也依靠人类专家的经验。随着制造工艺过程复杂性的快速增长以及对更高效率、更高灵活性、更好的产品、质量和低成本的要求，工业实践达到更高水平的自动化。当今，工业和学术界都关注计算机的集成制造系统。要做的是将产品寿命周期的阶段。产品生命周期是包括从顾客接受订单、生产计划、产品设计、工艺进度编制，数控编码，产品测试、销售、使用和产品管理，纳入一个完整的及操作者对操作过程的干预最少的信息处理系统。第四阶段、知识密集型工业。在这个阶段，计算机不仅帮助人类专家进行数据处理，也帮助他们作出决策。有计算机代替人脑的趋势正发展成决策自动化。在未来工业公司，智能计算机辅助设计将在人类专家的帮助下自动的生成表示知识处理技术和分析产品模型。技术将用于实现全面范围的集成。将对计算机化的自动生产工艺和设备进行维护。这种高度自动化代表了下一代制造系统。目前，已经做了很多的努力来研究集成环境的结构。因为它被认为是这个综合复杂系统的关键问题。计算机集成制造系统CIM是一个策略型飞跃操作理论。它的目标是在整个事件中获得更高效率。包括产品设计制造和市场的整个过程。目前，存在很多自动化端。例如，计算机辅助设计、CAm、柔性制造系统、制造资源规划、办公室自动化、计算机市场规划等等。手功操作和文件工作系统以及人类决策使各个站有力的联系在一起。通过从决策过程中提供更快、更准确、更一致的数据将这些站数字化联系起来。因此能够降低成本、提高质量、减少反应时间、提高生产效率、结果，产品或公司的竞争能力能够增加在国际市场共享的份额。Unite 29 自动装配对成品日益增长的大量需求，在过去使得工程师寻求并开发事件的生产方法。在多个方案里，许多单个开发已经做出并使得制成本生产的增加以较低的成本进行。其中最重要的制造工艺之一是装配工艺。这个工艺在由两个以上的零件装在一起从而形成一种制成品的时候需要。早期的装配工艺发展与批量生产的发展历史紧密相关。因此，批量生产的开拓者也是现代工艺的开拓者。他们新的思想和概念给在大批量生产中使用的装配方法带来重大改变。然而，尽管制造工程的一些分支，例如金属切削和金属成型工艺。最近发展迅速但是基本装配工艺的技术不能够跟上步伐（发展较慢）。表给出了美国装配工业所涉及的劳动力占总劳动力的百分比变化情况。从农业机械制造业中的约20%到电话和电报设备制造业中的近60%。正因为如此，装配的成本常常占总制造成本的50%以上。统计调查表明这些数字每年都在增长。在过去的几年里，已经做出一些努力降低装配成本（通用应用自动化和现代技术）例如超声焊接和压铸。然而，成功非常有限。并且，许多装配操作工现在仍然使用和工业革命时期装配工使用的一样的工具。装配工艺的历史发展在制造技术的早期。一个产品的完整装配是有一个操作工完成的。而且通常这个装配工也制造装配体的单个零件。结果，这个操作工必然是个专家（这项工作各个方面的）训练一个新的操作工是一个长期昂贵的任务。生产规模不是受限于产品的需求而是常常受限于是否找到训练有素的操作者。在1798年。美国需要大量火枪供应联邦兵工厂不能满足要求。因为与法国的战争迫在眉睫。从欧洲获得更多的供应也是不可能的。然而，ELI被认为是批量生产的奠基人之一。签订了一项在28个月内生产10000火枪的合同。尽管完成这项合同花了十年时间，他的关于大批量生产的新思想被成功证明。在他的工厂专门制造。包含能互换零件的机器。这些机器降低了对各种操作者所需要的技能，使得生产效