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南京理工大学泰州科技学院毕业设计（论文）任务书系部：机械工程系专 业：机械工程及自动化学 生 姓 名：王志鹏学 号：05010234设计(论文)题目：模块化生产系统硬件设计起 迄 日 期:2009年3月9日 6月14日设计(论文)地点:南京理工大学泰州科技学院指 导 教 师:王荣林专业负责人:龚光容发任务书日期: 2009 年 2月26日任务书填写要求1毕业设计（论文）任务书由指导教师根据各课题的具体情况填写，经学生所在专业的负责人审查、系部领导签字后生效。此任务书应在第七学期结束前填好并发给学生；2任务书内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，不得随便涂改或潦草书写，禁止打印在其它纸上后剪贴；3任务书内填写的内容，必须和学生毕业设计（论文）完成的情况相一致，若有变更，应当经过所在专业及系部主管领导审批后方可重新填写；4任务书内有关“系部”、“专业”等名称的填写，应写中文全称，不能写数字代码。学生的“学号”要写全号；5任务书内“主要参考文献”的填写，应按照国标GB 77142005文后参考文献著录规则的要求书写，不能有随意性；6有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T 74082005数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“2009年3月15日”或“2009-03-15”。毕 业 设 计（论 文）任 务 书1本毕业设计（论文）课题应达到的目的： 要求按照毕业设计论文的题目，应用已学过的理论知识及所查阅的相关资料，结合实验室已有设备，进行硬件PLC应用系统设计。通过本次毕业设计，可以检验学生是否能把所学的理论运用到实际中，也可以锻炼学生分析问题和解决问题的能力。2本毕业设计（论文）课题任务的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）：本设计要求学生根据实验室已有MPS设备，设计PLC电路控制图，并学习Protel等软件在机电硬件设计中的应用，具体要求如下：(1）查阅资料（不少于15篇）。翻译一定量的外文资料（不少于3000汉字）。撰写开题报告及文件综述（不少于2000汉字）；(2）完成MPS生产系统的总体方案设计和信号流图设计；(3）完成系统硬件系统设计；(4）完成接线板PCB制版设计；(5）给出编程定义地址并配合软件设计人员完成系统整合；(6）撰写设计说明书。毕 业 设 计（论 文）任 务 书3对本毕业设计（论文）课题成果的要求包括毕业设计论文、图表、实物样品等：课题成果内容包括：(1) 相关资料的英文翻译；(2) MPS系统的硬件设计、以及信号流图；(3) 毕业设计论文。4主要参考文献：1 徐双庆,陈学光,李晶. 国内外模块化理论研究综述J. 科技管理 究,2008,(9).2 张君艳. PLC技术在工件提取系统中的应用J. 机电工程技术,2008,(2).3 于永初,刘媛媛,等. 模块化标准提升零部件企业核心竞争力J. 现代零部件,2007,(2). 4 孙树文,杨建武,张慧慧. 机电一体化教学培训系统的设计与实现J. 中国现代教育装备,2007,(6). 5 牟小俐,邓毅,汪洋. 面向21世纪的柔性制造模式模块化生产J. 科技管理研究,2007,(9). 6 李颖,杨健,陈宽. 生产加工的模块化实验教学系统J. 液压与气动,2004,(6).7 祁桂梅. 模块化生产技术J. 机电新产品导报,2004,(7). 8 吴曦,张慧慧,郑刚,孙树文. 可视化技术在模块化生产加工系统中的应用J. 液压与气动,2004,(9). 9 俞秀金,戴一平. 机电一体网络化实验设备J. 机电一体化,2003,(5).10 范永胜，王岷. 电气控制与PLC应用M. 第三版，北京：中国电力出版社，2004.11 陆宝春，张卫，路建萍. 电气与PC控制技术M. 南京：南京理工大学出版，2000.12 王积伟, 章宏甲,等. 液压与气压传动M.北京：机械工业出版社，2005.13 姜继海,等. 液压与气压传动M. 北京：高等教育出版社，2000.14 FX系列特殊功能模块用户手册.15 吕炳仁.Protel99SEM. 天津：天津科学技术出版社，2006. 毕 业 设 计（论 文）任 务 书5本毕业设计（论文）课题工作进度计划：起 迄 日 期工 作 内 容2009 年3月9日 3月28日3月29日 4月15 日4月16日 5月15日5月16日 6月8日6月9日 6月14 日学生查资料，根据题目写开题报告（文献综述）、翻译一篇与题目相关的外文资料；研究MPS生产系统，学习protel软件；根据题目的要求，完成MPS生产系统的总体方案设计和信号流图设计，完成系统硬件系统设计，画出硬件原理图；完成接线板PCB制版设计，给出编程定义地址并配合软件设计人员完成系统整合，撰写并打印设计说明书，整理相关资料；准备论文答辩所在专业审查意见：负责人： 年 月 日系部意见：系部主任： 年 月 日PAGE 南京理工大学泰州科技学院毕业设计（论文）任务书系部：机械工程系专 业：机械工程及自动化学 生 姓 名：王志鹏学 号：05010234设计(论文)题目：模块化生产系统硬件设计起 迄 日 期:2009年3月9日 6月14日设计(论文)地点:南京理工大学泰州科技学院指 导 教 师:王荣林专业负责人:龚光容发任务书日期: 2009 年 2月26日任务书填写要求1毕业设计（论文）任务书由指导教师根据各课题的具体情况填写，经学生所在专业的负责人审查、系部领导签字后生效。此任务书应在第七学期结束前填好并发给学生；2任务书内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，不得随便涂改或潦草书写，禁止打印在其它纸上后剪贴；3任务书内填写的内容，必须和学生毕业设计（论文）完成的情况相一致，若有变更，应当经过所在专业及系部主管领导审批后方可重新填写；4任务书内有关“系部”、“专业”等名称的填写，应写中文全称，不能写数字代码。学生的“学号”要写全号；5任务书内“主要参考文献”的填写，应按照国标GB 77142005文后参考文献著录规则的要求书写，不能有随意性；6有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T 74082005数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“2009年3月15日”或“2009-03-15”。毕 业 设 计（论 文）任 务 书1本毕业设计（论文）课题应达到的目的： 要求按照毕业设计论文的题目，应用已学过的理论知识及所查阅的相关资料，结合实验室已有设备，进行硬件PLC应用系统设计。通过本次毕业设计，可以检验学生是否能把所学的理论运用到实际中，也可以锻炼学生分析问题和解决问题的能力。2本毕业设计（论文）课题任务的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）：本设计要求学生根据实验室已有MPS设备，设计PLC电路控制图，并学习Protel等软件在机电硬件设计中的应用，具体要求如下：(1）查阅资料（不少于15篇）。翻译一定量的外文资料（不少于3000汉字）。撰写开题报告及文件综述（不少于2000汉字）；(2）完成MPS生产系统的总体方案设计和信号流图设计；(3）完成系统硬件系统设计；(4）完成接线板PCB制版设计；(5）给出编程定义地址并配合软件设计人员完成系统整合；(6）撰写设计说明书。毕 业 设 计（论 文）任 务 书3对本毕业设计（论文）课题成果的要求包括毕业设计论文、图表、实物样品等：课题成果内容包括：(1) 相关资料的英文翻译；(2) MPS系统的硬件设计、以及信号流图；(3) 毕业设计论文。4主要参考文献：1 徐双庆,陈学光,李晶. 国内外模块化理论研究综述J. 科技管理 究,2008,(9).2 张君艳. PLC技术在工件提取系统中的应用J. 机电工程技术,2008,(2).3 于永初,刘媛媛,等. 模块化标准提升零部件企业核心竞争力J. 现代零部件,2007,(2). 4 孙树文,杨建武,张慧慧. 机电一体化教学培训系统的设计与实现J. 中国现代教育装备,2007,(6). 5 牟小俐,邓毅,汪洋. 面向21世纪的柔性制造模式模块化生产J. 科技管理研究,2007,(9). 6 李颖,杨健,陈宽. 生产加工的模块化实验教学系统J. 液压与气动,2004,(6).7 祁桂梅. 模块化生产技术J. 机电新产品导报,2004,(7). 8 吴曦,张慧慧,郑刚,孙树文. 可视化技术在模块化生产加工系统中的应用J. 液压与气动,2004,(9). 9 俞秀金,戴一平. 机电一体网络化实验设备J. 机电一体化,2003,(5).10 范永胜，王岷. 电气控制与PLC应用M. 第三版，北京：中国电力出版社，2004.11 陆宝春，张卫，路建萍. 电气与PC控制技术M. 南京：南京理工大学出版，2000.12 王积伟, 章宏甲,等. 液压与气压传动M.北京：机械工业出版社，2005.13 姜继海,等. 液压与气压传动M. 北京：高等教育出版社，2000.14 FX系列特殊功能模块用户手册.15 吕炳仁.Protel99SEM. 天津：天津科学技术出版社，2006. 毕 业 设 计（论 文）任 务 书5本毕业设计（论文）课题工作进度计划：起 迄 日 期工 作 内 容2009 年3月9日 3月28日3月29日 4月15 日4月16日 5月15日5月16日 6月8日6月9日 6月14 日学生查资料，根据题目写开题报告（文献综述）、翻译一篇与题目相关的外文资料；研究MPS生产系统，学习protel软件；根据题目的要求，完成MPS生产系统的总体方案设计和信号流图设计，完成系统硬件系统设计，画出硬件原理图；完成接线板PCB制版设计，给出编程定义地址并配合软件设计人员完成系统整合，撰写并打印设计说明书，整理相关资料；准备论文答辩所在专业审查意见：负责人： 年 月 日系部意见：系部主任： 年 月 日南京理工大学泰州科技学院毕业设计(论文)前期工作材料学生姓名:王志鹏学 号：05010234系部:机械工程系专 业:机械工程及自动化设计(论文)题目:模块化生产系统的硬件设计指导教师:王荣林助教 (姓 名) (专业技术职务)材 料 目 录序号名 称数量备 注1毕业设计(论文)选题、审题表12毕业设计(论文)任务书13毕业设计(论文)开题报告含文献综述14毕业设计(论文)外文资料翻译含原文15毕业设计（论文）中期检查表12009年5月南京理工大学泰州科技学院毕业设计(论文)前期工作材料学生姓名:王志鹏学 号：05010234系部:机械工程系专 业:机械工程及自动化设计(论文)题目:模块化生产系统的硬件设计指导教师:王荣林助教 (姓 名) (专业技术职务)材 料 目 录序号名 称数量备 注1毕业设计(论文)选题、审题表12毕业设计(论文)任务书13毕业设计(论文)开题报告含文献综述14毕业设计(论文)外文资料翻译含原文15毕业设计（论文）中期检查表12009年5月 南京理工大学泰州科技学院本科生毕业设计（论文）选题、审题表系部机械工程系指导教师姓 名王荣林专业技术职 务课题名称模块化生产系统硬件设计适用专业机械工程及自动化课题性质ABCDE课题来源ABCD课题预计工作量大小大适中小课题预计难易程度难适中易课题简介生产型企业，大量使用自动化生产线，而目前普遍采用PLC控制，由于PLC稳定可靠的性能决定的。本课题结合实验室已有设备，进行改造设计。包括硬件设计，采用Protel软件绘制电路板，以及PLC，传感器等的之间的连接。定义相关的地址，为软件开发人员提供可靠的编程硬件条件。利于应用型人才培养。课题应完成的任务和对学生的要求课题应完成的任务:1. 应用Protel实际模块化生产系统的外部接线电路板；2. 绘制整个系统的硬件接线图；3. 与软件设计人员共同调试运行系统。对学生的要求:1. 学习掌握用Protel设计PCB板；2. 掌握PLC的具体系统设计。所在专业审定意见： 专业负责人(签名)： 年 月 日注：本课题由 王志鹏 同学选定，学号： 05010234 注：1该表由指导教师填写，经所在专业负责人签名后生效，作为该专业学生毕业设计（论文）选题使用；2有关内容的填写见背面的填表说明，并在表中相应栏内打“”； 3课题一旦被学生选定，此表须放在学生“毕业设计（论文）资料袋”中存档。填 表 说 明1该表的填写只针对1名学生做毕业设计（论文）时选择使用，如同一课题由2名及2名以上同学选择，应在申报课题的名称上加以区别（加副标题），并且在“设计（论文）要求”一栏中说明。2“课题性质”一栏：A产品设计；B工程技术研究；C软件开发；D研究论文或调研报告E其它。3“课题来源”一栏：A自然（社会）科学基金与省（部）、市级以上科研课题；B企、事业单位委托课题；C校、院（系）级基金课题；D自拟课题。4“课题简介”一栏：主要指该课题的背景介绍、理论意义或实用价值。 南京理工大学泰州科技学院本科生毕业设计（论文）选题、审题表系部机械工程系指导教师姓 名王荣林专业技术职 务课题名称模块化生产系统硬件设计适用专业机械工程及自动化课题性质ABCDE课题来源ABCD课题预计工作量大小大适中小课题预计难易程度难适中易课题简介生产型企业，大量使用自动化生产线，而目前普遍采用PLC控制，由于PLC稳定可靠的性能决定的。本课题结合实验室已有设备，进行改造设计。包括硬件设计，采用Protel软件绘制电路板，以及PLC，传感器等的之间的连接。定义相关的地址，为软件开发人员提供可靠的编程硬件条件。利于应用型人才培养。课题应完成的任务和对学生的要求课题应完成的任务:1. 应用Protel实际模块化生产系统的外部接线电路板；2. 绘制整个系统的硬件接线图；3. 与软件设计人员共同调试运行系统。对学生的要求:1. 学习掌握用Protel设计PCB板；2. 掌握PLC的具体系统设计。所在专业审定意见： 专业负责人(签名)： 年 月 日注：本课题由 王志鹏 同学选定，学号： 05010234 注：1该表由指导教师填写，经所在专业负责人签名后生效，作为该专业学生毕业设计（论文）选题使用；2有关内容的填写见背面的填表说明，并在表中相应栏内打“”； 3课题一旦被学生选定，此表须放在学生“毕业设计（论文）资料袋”中存档。填 表 说 明1该表的填写只针对1名学生做毕业设计（论文）时选择使用，如同一课题由2名及2名以上同学选择，应在申报课题的名称上加以区别（加副标题），并且在“设计（论文）要求”一栏中说明。2“课题性质”一栏：A产品设计；B工程技术研究；C软件开发；D研究论文或调研报告E其它。3“课题来源”一栏：A自然（社会）科学基金与省（部）、市级以上科研课题；B企、事业单位委托课题；C校、院（系）级基金课题；D自拟课题。4“课题简介”一栏：主要指该课题的背景介绍、理论意义或实用价值。 南京理工大学泰州科技学院毕业设计(论文)开题报告学 生 姓 名：王志鹏学 号：05010234专 业：机械工程及自动化设计(论文)题目：模块化生产系统硬件设计指 导 老 师：王荣林 2009年 3 月 15 日开题报告填写要求1开题报告（含“文献综述”）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效；2开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见；3“文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写（或打印）在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于15篇（不包括辞典、手册）；4有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T 740894数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“2009年3月15日”或“2009-03-15”。 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告1结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2000字左右的文献综述：文 献 综 述摘要 模块化生产系统MPS是一套以液压与气动技术为基础,以可编程控制器PLC为核心,将自动控制、传感技术、计算机应用等机电一体化技术高度集成的产品。该系统具有很强的灵活性，可以极大的提高劳动生产力，是机械行业在目前社会发展的潮流。本文介绍了MPS硬件结构及在我国发展MPS来推进机械行业柔性化生产实现生产自动化的意义。关键词 模块 模块化生产系统（MPS） PLC 结构1 概述模块化技术兴起于20世纪60年代,到20世纪90年代以后, 模块化生产受到瞩目。在这几十年中, 随着科学技术水平的不断发展, 模块化技术和思想与其应用领域都获得了极大的拓展, 模块化作为产品设计方式, 创造出不胜枚举的优秀产品, 如IBM360, 个人电脑等。模块化的产品设计生产方式, 进一步影响到产业的模块化进程, 从而一场浩大的模块化管理随之而起。环顾我们的生产生活, 到处都有模块化的影子, 从生产模块化到企业内部组织结构模块化, 产业组织模块化, 模块化不但帮助对产品和组织结构的设计, 还应用于创新方式之中。我国学者焦志伦认为,模块具有可变性和延展性,从而使整个系统富有弹性,更容易适应现代社会瞬息万变的需求形势。学者孙晓锋把模块的替换看成是一种替代经济,认为这种替代经济能通过减少产品研发时间,为消费者不断提供新的产品,从而为企业带来经济利益 1 。在传统生产模式下, 市场需求的多品种、小批量的特点给企业造成很大压力, 企业在增加柔性的同时, 又往往不得不接受成本上升的事实。但在模块化生产方式下, 企业只需在统一的产品界面标准上安插不同的产品模块就能实现目的,不仅成本低, 而且最大限度地实现了顾客价值, 提升企业竞争力。模块化的思想给柔性制造带来新的理念, 它打破了传统柔性制造的一贯做法, 将对制造业的发展带来深刻影响 2 。由此可知模块化生产是一种先进的生产模式, 将会给制造行业带来变革。2 模块定义 模块(module)及模块化(modularity)的概念最初来源于产品生产领域, Starr于1965年在哈佛商业评论上提出了一个全新的概念模块化生产(modular production) 3 。在有形产品生产和计算机软件开发过程中,模块概念得到了广泛的应用。Starr(1965)指出,为满足用户对于产品种类最大化的需求, 企业要发展模块化生产的能力和与之相匹配的管理能力 4 。此后,模块的定义几经变化,内容逐步充实扩大,涵盖范围也越来越广。2.1模块的构成模块通常可以被理解为组合系统的、具有某种确定功能的、典型的通用独立单元。它可以通过标准的界面结构与其他功能的半自律性的通用独立单元, 按照一定的规则相互联系而构成更加复杂的系统。从模块的定义和内涵,我们可以大致得出模块的一些特征属性。黑箱是模块的基本特征, 系统是由模块构成, 系统设计师不必要、也不可能详细了解每个模块的内部结构,而只需知道模块的功能和输入、输出端的接口要求,即可用来构成系统。模块是可组合成系统的独立单元,其基本特征为:具有确定的功能;是一种标准单元;具有能组合成系统的接口,因此组合是它们的共同特征。这是模块实际运行中的特点,是从实体的物理角度的分析。从逻辑结构上来说,每个模块都有三个基本要素: 架构、模块和元。从模块设计角度来说,设计规则包含三个部分内容: (1)结构。确定哪些模块是系统的构成要素, 它们是怎样发挥作用的。(2)界面。详细规定模块如何相互作用, 模块相互之间的位置如何安排、联系, 如何交换信息等。(3)标准。检验模块是否符合设计规则, 测定模块相对于其他模块的性能。由此, 每个设计出来的模块都包含这三个部分的信息, 并在模块化过程中得以体现 5 。2.2 模块的分类由于分类标准的不同,研究的视角各异,模块及模块系统种类被划分为多样形式。从部件单位来源划分,将其分为内部发展的,和外部获得的。外部获得的模块是指进入企业前, 已经拥有自己产品和商业系统的单位。从物理结构上划分,模块分为三种类型:功能模块、结构模块、单元模块。功能模块,指具有相对独立功能、并具有功能互换性的功能部件。结构模块,特指具有尺寸互换性的结构部件。在很多情况下,结构模块是不直接具备使用功能的纯粹的结构部件,而只是某种功能模块的载体;单元模块,即兼具功能互换性和尺寸互换性的部件。它是由功能模块和结构模块相结合形成的单元标准化部件, 是二者的综合体。按照工序之间的关系划分,其可分为物理模块、处理模块和价值模块。物理模块体现工序专业化与企业内部联系,以效率为导向,其意义在于协调生产内部关系; 处理模块体现工序集中化与生产柔性, 将工序本身“分解”为可快速切换的“工序束”,并进行企业内“集中”管理。其联系以技术为媒介,以技术标准化为基础,具有削弱物理性而增强抽象性、缩小互补性而增大独立性以及降低依赖性而提高独立性等特点; 价值模块体现工序自由重组与抽象独立联系,为适应价值链分析要求,形成超越工序本身及相关工序的独立价值模块。在模块单元的加工和设计知识的管理战略问题方面, 由于复杂结构的产品内部单元相互间的影响多元,模块内的某些响应和功能不能完全由模块边界参数来反映,而是可能通过非边界参数标识的方式与整体性能发生联系。根据模块的分解难易程度,划分出非降解类型的模块结构和可以降解模块结构。不具备或具有较弱的模块功能和加工技术过程的独立性模块, 称为非降解类型的模块。可充分降解的模块生产类型突出模块功能和加工过程的独立性,表现模块内部的加工技术集成形式和集成过程并不影响或很少影响其他模块内部的作用效果,以及系统组合的效果。不论模块的定义如何变化,用何种标准对模块进行衡量区分,模块这一概念始终没有脱离分解与组合这一逻辑关系。系统分解为模块,模块组合成系统,简化复杂系统思想始终发挥着它的作用 69 。3 模块化生产系统(MPS) 的构成控制系统硬件结构由客户机、可编程控制器PLC、以及5个工作单元组成。这5个独立的单元分别为送料单元、检测单元、加工单元、提取单元和分拣单元。客户机完成用户与系统的交互,并与下位机进行通信链接。下位机采用基于RS232总线的结构与上位机通过串口进行通讯。在实现了用户在客户端对硬件动作的控制、实时监控后,增加从网络协议转换为串行协议的适配单元,可扩展为以太网框架和LAN结构的通信方式,并能进一步开发接入互联网实现远程监控以及多机连动等 10 。这种有益的尝试,不仅能够高效地利用MPS 的功能,而且对于产品本身以及实际工业生产中自动化设备的远程监控,仿真功能的研发起到了积极的作用。在不开启MPS的情况下,客户可在客户机上通过OpenGL建立的三维动态模型模拟其真实动作,对MPS的工作过程有一个初步的概念。随后分别编制PLC程序,经过顺序排定后,依次传入PLC,并在实际硬件上通过三维图形的实时监控功能验证其正确性。这不仅改变了一人对一机的低效实验环境,使多人对一机成为现实,而且充分发挥MPS模块化和易扩充性的优点,有效地提高了教学产品的利用价值在MPS中,可编程控制器PLC实现各环节和生产线的控制,编程计算机作为可编程控制器的交互式开发器采用梯形图对PLC进行编程和联机调试 11 。在把编制好的梯形图程序通过串行通信下载到PLC中后,在上位机打开VC 建立的系统控制界面,与下位机联机,通过控制面板上的按钮即可控制硬件的动作,这是由特殊的PLC通信协议实现的。而在利用自行编制的应答码接收程序接收了PLC返回的应答码并经过处理后,程序即可驱动三维图形动作并与实际相一致。这种监控功能使操作者一目了然,且具有灵活性,模块化,接口特性等优点 12 。4 关键技术4.1 基于组态软件的CC- Link 总线对系统的控制CC- Link 总线技术将现场的各级设备连接起来, 通过程序实现数字和模拟输入/输出模块、智能信号装置和过程调节与可编程逻辑控制器PLC 以及PC 之间的数据传输, 把I /O 通道分散到实际需要的现场设备附近, 从而使整个系统的工程费用、装配费用、硬件成本、设备调试和维修成本减少到最少。MPS 各模块工作站的PLC 都配有通讯模块, 通过通讯接口可以很方便地将各站与CC- Link 总线链接起来, 实现MPS 系统的通讯、高速的数据传输和数据处理控制 13 。4.2 基于单片机对系统的控制在MPS 系统中通常采用ATMEL 公司AT89C51作为控制器对供料单元的工艺过程进行控制, 该芯片Flash 存储器容量为4K, 有4个8 位的I/O 口, 其他完全与MCS- 51 的8051 相兼容。在供料单元中, 有7个传感器的输入信号, 加上三个按键输入信号和5个输出信号用于分别控制五个电磁1Y1、2Y1、2Y2、3Y1和3Y2, 所以控制系统只需要一块芯片89C51就可以。但由于采用单片机的工作电压为5V, MPS 系统中电磁铁的工作电压为24V。而且考虑环境干扰等因素, 在单片机控制系统设计中需要考虑提高系统的抗干扰能力, 所以在硬件中采取了光电耦合器进行的光电隔离。控制系统的组成根据要求, 控制系统包括有输入信号电路、复位电路、时钟电路、输出信号电路和按键电路, 按键电路中包含有起动和急停按钮, 急停按钮接单片机的外中断0, 本文又给出了一路输入信号和一路输出信号的电路, 如图1所示。I1 R6 +5V R8 1 IC1 2P2.0 R7 C4 D1 C5 4016A R10图(A) +24V D2 1Y11 +5V U2 1N4148 P1.0.3 40106B 4 R41 1Y12 IC2 1 2 ZD1 C18 R12图（B）图1 一路输入信号电路(A) 和一路输出信号电路(B)图1一路输入信号电路(A)和一路输出信号电路(B)在输入电路中,采用电容和电阻滤波,采用2 片光电耦合器件TPL521- 4,共8 路二极管晶体管型的光耦合器件进行光电隔离,其中8路用于输入,8路用于输出,从而很好地提高了系统抗干扰能力,并且增加了系统的可扩展功能,只要改写程序,该控制系统还可以用于控制其他工作单元。当传感器1 有信号时,光耦合器工作,发光二极管发光,触发三极管导通,指示灯D1 发光,表示传感器有信号输入到单片机的P2.0口,经过40106 的反相, P2.0 高电平有效,其余6 路传感器信号分别接在P2.1P2.6 端,为了使系统具有很好的扩展性,系统中共有8 路信号输入电路,有1路备用。在输出电路中, 采用2 片光电耦合器件TPL521-4,如果P1.0 有信号输出,经过40106 和1413的驱动,当P1.0低电平时,光耦合器工作,发光二极管发光,触发三极管导通,指示灯D2发光,表示控制系统有信号输出到电磁阀的线圈上,电磁阀1Y1得电,控制气缸运动,因此P1口低电平有效。同样,还有4 路输出电路分别用于控制其它的四个电磁阀,为了使系统具有很好的扩展性,控制系统中共有8 路信号输出电路,还有3路备用 14 。5 发展 在全球竞争日趋激烈、发达国家纷纷将柔性制造定为本国制造业发展的重要战略决策时, 我国的制造业也应大力发展柔性制造。如今, 全球制造业正步入模块化时代,因此,我国企业应赶上这股模块化的世界浪潮, 大力在制造业中推行模块化生产。具体来看, 包括以下几个方面:5.1 从一体化的柔性制造向模块化生产转变通过采用先进的柔性制造技术来实现企业一体化的柔性制造, 在21世纪已经无法满足于全球竞争的需要。我国大型整装企业应果断摒弃大而全、小而全的传统一体化制造模式, 在保留自身核心能力的情况下, 积极推行模块化外包,参与国际分工, 将不擅长的产品模块转移给国际国内专业的模块制造商, 以获得全球竞争所需要的质量、成本、交货期、产品创新等方面的优势。5.2 大力培养后备力量在大型整装企业推行国际化的模块外包的同时, 要通过政策扶持, 培育一批专业的模块供应商, 为本土整装企业模块化生产提供后备支持。要积极推动零部件供应商进行贴牌生产, 鼓励大中型贴牌厂商承接国际外包, 向ODM、OBM方向发展, 形成具有关键价值的模块。只有培育更多具备国际竞争能力的价值模块, 我国整装企业才能实现真正的模块化生产, 在世界柔性制造潮流中争取竞争优势。5.3 加速先进供应链管理方法在制造行业中应用没有先进的供应链管理方法, 就不可能发挥模块化生产的优势,我国当前相当多的制造企业还是粗放式的管理, 生产的产品更新周期长、市场反应速度慢、质量不稳定等问题突出, 即使是一些大型企业, 它们的管理也远远达不到模块化生产的要求。在全球模块化产业变革的形势下, 我国的制造业一定要有紧迫感, 要加速引进和实施如J IT、QR等先进的管理方法, 迎接模块化的挑战。5.4 加快制造企业信息化建设信息技术的应用是模块化生产的保障, 我国要培养一大批数字化企业, 在产品设计、制造装备、生产过程和企业管理方面实现数字化的基础上,实现企业的信息集成、过程集成和内外资源的集成, 实现制造企业的整体优化。信息化是项长期的任务, 为保证制造业信息化的顺利推进, 我国还必须发展一批水平高、信誉好、专业化、信息化的咨询机构和鉴定机构, 帮助企业控制信息化过程中的进度、成本和质量 15 。6 结束语模块化理论最早出现在产品设计方面, 进而影响到生产环节, 模块化式的生产促进了模块化式的分工, 企业组织亦因此而发生变化, 普遍性的企业组织变化导致产业组织也出现模块化的许多特征。模块化理论作为Simon的分解复杂系统思想的体现, 其应用范围理论上应该可以延伸到任何一个有系统存在的领域。目前模块化研究范围已从狭义模块化扩展到广义模块化, 研究对象从具体模块向系统整体转移, 研究的重点也从产品及生产向组织研究倾斜。模块本身效率的进一步提高及其解决方式, 是模块内部发展问题, 模块之间的协调与互动是更为宏观的方向。国外学者已经开始初步讨论内外部模块之间的协调和效率问题, 而模块配置不是一成不变的, 在今后的研究中, 模块之间配置的变化带来的将可能是研究的一个重点方向, 企业组织内部模块重新配置的过程及路径研究, 而组织模块重新配置后对企业财务绩效、运营能力和创新能力所产生的影响方面的研究都可能成为热点, 更广的范围是行业内模块变化及重新配置可能给整个产业带来的影响研究。参 考 文 献 1 徐双庆，陈学光,李晶.国内外模块化理论研究综述J.科技管理研究，2008，（9）.2 张君艳. PLC技术在工件提取系统中的应用J. 机电工程技术,2008,(2).3 于永初，刘媛媛.模块化标准提升零部件企业核心竞争力J.现代零部件，2007,(2).4 孙树文,杨建武,张慧慧. 机电一体化教学培训系统的设计与实现J. 中国现代教育装备,2007,(6).5 牟小俐,邓毅,汪洋. 面向21世纪的柔性制造模式模块化生产J. 科技管理研究,2007,(9).6 李颖,杨健,陈宽. 生产加工的模块化实验教学系统J.液压与气动，2004，（6）.7 祁桂梅. 模块化生产技术J. 机电新产品导报,2004,(7).8 吴曦,张慧慧,郑刚,孙树文. 可视化技术在模块化生产加工系统中的应用J. 液压与气动,2004,(9).9 俞秀金,戴一平. 机电一体网络化实验设备J. 机电一体化,2003,(5).10 范永胜，王岷. 电气控制与PLC应用M. 北京：中国电力出版社，2004.11 陆宝春，张卫，路建萍. 电气与PC控制技术M. 南京：南京理工大学出版，2000.12 王积伟,章宏甲,等. 液压与气压传动M. 北京：机械工业出版社，2005.13 姜继海,等. 液压与气压传动M. 北京：高等教育出版社，2000.14 周敏,丁海波.CC-LINK 现场总线在MPS系统中的应用J. 机械工程与自动化，2008，（6）.15 吕炳仁. Protel 99 SEM. 天津：天津科学技术出版社，2006. 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：1需要解决的问题本课题的研究内容：搭建外部硬件电路和布置传感器的位置使之采集各模块的信号，通过PLC控制各个模块单元工作，并使它们之间协调工作。2拟采用的研究手段本课题是模块化生产系统硬件设计，利用机械工程MPS实验室的软件和硬件设备进行研究。硬件使用常州英赛公司的MPS模块化生产系统，以及日本三菱FX2n系列PLC作为处理器。通过相关接口技术，构建系统。软件采用PLC3.0软件编写用户程序，以及采用Protel99SE软件进行PCB板设计等。最后和软件设计人员构建和调试设备。 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告指导教师意见：1对“文献综述”的评语：该同学在查阅了相关的文献资料后，对MPS的工作原理及其应用有了初步的了解，并根据设计任务书的要求，提出了自己的初步设计方案。希望其通过实验去验证设计方案的可行性与正确性。2对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计（论文）结果的预测：该题为MPS系统的硬件设计，具有一定的实践意义。希望通过这个题目，使该同学能够将所学的基础理论知识和专业知识运用于实践，并通过实验去检验自己的设计，逐步提高自己分析问题和解决问题的能力。 指导教师： 年 月 日所在专业审查意见： 负责人： 年 月 日PAGE 南京理工大学泰州科技学院毕业设计(论文)开题报告学 生 姓 名：王志鹏学 号：05010234专 业：机械工程及自动化设计(论文)题目：模块化生产系统硬件设计指 导 老 师：王荣林 2009年 3 月 15 日开题报告填写要求1开题报告（含“文献综述”）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效；2开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见；3“文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写（或打印）在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于15篇（不包括辞典、手册）；4有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T 740894数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“2009年3月15日”或“2009-03-15”。 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告1结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2000字左右的文献综述：文 献 综 述摘要 模块化生产系统MPS是一套以液压与气动技术为基础,以可编程控制器PLC为核心,将自动控制、传感技术、计算机应用等机电一体化技术高度集成的产品。该系统具有很强的灵活性，可以极大的提高劳动生产力，是机械行业在目前社会发展的潮流。本文介绍了MPS硬件结构及在我国发展MPS来推进机械行业柔性化生产实现生产自动化的意义。关键词 模块 模块化生产系统（MPS） PLC 结构1 概述模块化技术兴起于20世纪60年代,到20世纪90年代以后, 模块化生产受到瞩目。在这几十年中, 随着科学技术水平的不断发展, 模块化技术和思想与其应用领域都获得了极大的拓展, 模块化作为产品设计方式, 创造出不胜枚举的优秀产品, 如IBM360, 个人电脑等。模块化的产品设计生产方式, 进一步影响到产业的模块化进程, 从而一场浩大的模块化管理随之而起。环顾我们的生产生活, 到处都有模块化的影子, 从生产模块化到企业内部组织结构模块化, 产业组织模块化, 模块化不但帮助对产品和组织结构的设计, 还应用于创新方式之中。我国学者焦志伦认为,模块具有可变性和延展性,从而使整个系统富有弹性,更容易适应现代社会瞬息万变的需求形势。学者孙晓锋把模块的替换看成是一种替代经济,认为这种替代经济能通过减少产品研发时间,为消费者不断提供新的产品,从而为企业带来经济利益 1 。在传统生产模式下, 市场需求的多品种、小批量的特点给企业造成很大压力, 企业在增加柔性的同时, 又往往不得不接受成本上升的事实。但在模块化生产方式下, 企业只需在统一的产品界面标准上安插不同的产品模块就能实现目的,不仅成本低, 而且最大限度地实现了顾客价值, 提升企业竞争力。模块化的思想给柔性制造带来新的理念, 它打破了传统柔性制造的一贯做法, 将对制造业的发展带来深刻影响 2 。由此可知模块化生产是一种先进的生产模式, 将会给制造行业带来变革。2 模块定义 模块(module)及模块化(modularity)的概念最初来源于产品生产领域, Starr于1965年在哈佛商业评论上提出了一个全新的概念模块化生产(modular production) 3 。在有形产品生产和计算机软件开发过程中,模块概念得到了广泛的应用。Starr(1965)指出,为满足用户对于产品种类最大化的需求, 企业要发展模块化生产的能力和与之相匹配的管理能力 4 。此后,模块的定义几经变化,内容逐步充实扩大,涵盖范围也越来越广。2.1模块的构成模块通常可以被理解为组合系统的、具有某种确定功能的、典型的通用独立单元。它可以通过标准的界面结构与其他功能的半自律性的通用独立单元, 按照一定的规则相互联系而构成更加复杂的系统。从模块的定义和内涵,我们可以大致得出模块的一些特征属性。黑箱是模块的基本特征, 系统是由模块构成, 系统设计师不必要、也不可能详细了解每个模块的内部结构,而只需知道模块的功能和输入、输出端的接口要求,即可用来构成系统。模块是可组合成系统的独立单元,其基本特征为:具有确定的功能;是一种标准单元;具有能组合成系统的接口,因此组合是它们的共同特征。这是模块实际运行中的特点,是从实体的物理角度的分析。从逻辑结构上来说,每个模块都有三个基本要素: 架构、模块和元。从模块设计角度来说,设计规则包含三个部分内容: (1)结构。确定哪些模块是系统的构成要素, 它们是怎样发挥作用的。(2)界面。详细规定模块如何相互作用, 模块相互之间的位置如何安排、联系, 如何交换信息等。(3)标准。检验模块是否符合设计规则, 测定模块相对于其他模块的性能。由此, 每个设计出来的模块都包含这三个部分的信息, 并在模块化过程中得以体现 5 。2.2 模块的分类由于分类标准的不同,研究的视角各异,模块及模块系统种类被划分为多样形式。从部件单位来源划分,将其分为内部发展的,和外部获得的。外部获得的模块是指进入企业前, 已经拥有自己产品和商业系统的单位。从物理结构上划分,模块分为三种类型:功能模块、结构模块、单元模块。功能模块,指具有相对独立功能、并具有功能互换性的功能部件。结构模块,特指具有尺寸互换性的结构部件。在很多情况下,结构模块是不直接具备使用功能的纯粹的结构部件,而只是某种功能模块的载体;单元模块,即兼具功能互换性和尺寸互换性的部件。它是由功能模块和结构模块相结合形成的单元标准化部件, 是二者的综合体。按照工序之间的关系划分,其可分为物理模块、处理模块和价值模块。物理模块体现工序专业化与企业内部联系,以效率为导向,其意义在于协调生产内部关系; 处理模块体现工序集中化与生产柔性, 将工序本身“分解”为可快速切换的“工序束”,并进行企业内“集中”管理。其联系以技术为媒介,以技术标准化为基础,具有削弱物理性而增强抽象性、缩小互补性而增大独立性以及降低依赖性而提高独立性等特点; 价值模块体现工序自由重组与抽象独立联系,为适应价值链分析要求,形成超越工序本身及相关工序的独立价值模块。在模块单元的加工和设计知识的管理战略问题方面, 由于复杂结构的产品内部单元相互间的影响多元,模块内的某些响应和功能不能完全由模块边界参数来反映,而是可能通过非边界参数标识的方式与整体性能发生联系。根据模块的分解难易程度,划分出非降解类型的模块结构和可以降解模块结构。不具备或具有较弱的模块功能和加工技术过程的独立性模块, 称为非降解类型的模块。可充分降解的模块生产类型突出模块功能和加工过程的独立性,表现模块内部的加工技术集成形式和集成过程并不影响或很少影响其他模块内部的作用效果,以及系统组合的效果。不论模块的定义如何变化,用何种标准对模块进行衡量区分,模块这一概念始终没有脱离分解与组合这一逻辑关系。系统分解为模块,模块组合成系统,简化复杂系统思想始终发挥着它的作用 69 。3 模块化生产系统(MPS) 的构成控制系统硬件结构由客户机、可编程控制器PLC、以及5个工作单元组成。这5个独立的单元分别为送料单元、检测单元、加工单元、提取单元和分拣单元。客户机完成用户与系统的交互,并与下位机进行通信链接。下位机采用基于RS232总线的结构与上位机通过串口进行通讯。在实现了用户在客户端对硬件动作的控制、实时监控后,增加从网络协议转换为串行协议的适配单元,可扩展为以太网框架和LAN结构的通信方式,并能进一步开发接入互联网实现远程监控以及多机连动等 10 。这种有益的尝试,不仅能够高效地利用MPS 的功能,而且对于产品本身以及实际工业生产中自动化设备的远程监控,仿真功能的研发起到了积极的作用。在不开启MPS的情况下,客户可在客户机上通过OpenGL建立的三维动态模型模拟其真实动作,对MPS的工作过程有一个初步的概念。随后分别编制PLC程序,经过顺序排定后,依次传入PLC,并在实际硬件上通过三维图形的实时监控功能验证其正确性。这不仅改变了一人对一机的低效实验环境,使多人对一机成为现实,而且充分发挥MPS模块化和易扩充性的优点,有效地提高了教学产品的利用价值在MPS中,可编程控制器PLC实现各环节和生产线的控制,编程计算机作为可编程控制器的交互式开发器采用梯形图对PLC进行编程和联机调试 11 。在把编制好的梯形图程序通过串行通信下载到PLC中后,在上位机打开VC 建立的系统控制界面,与下位机联机,通过控制面板上的按钮即可控制硬件的动作,这是由特殊的PLC通信协议实现的。而在利用自行编制的应答码接收程序接收了PLC返回的应答码并经过处理后,程序即可驱动三维图形动作并与实际相一致。这种监控功能使操作者一目了然,且具有灵活性,模块化,接口特性等优点 12 。4 关键技术4.1 基于组态软件的CC- Link 总线对系统的控制CC- Link 总线技术将现场的各级设备连接起来, 通过程序实现数字和模拟输入/输出模块、智能信号装置和过程调节与可编程逻辑控制器PLC 以及PC 之间的数据传输, 把I /O 通道分散到实际需要的现场设备附近, 从而使整个系统的工程费用、装配费用、硬件成本、设备调试和维修成本减少到最少。MPS 各模块工作站的PLC 都配有通讯模块, 通过通讯接口可以很方便地将各站与CC- Link 总线链接起来, 实现MPS 系统的通讯、高速的数据传输和数据处理控制 13 。4.2 基于单片机对系统的控制在MPS 系统中通常采用ATMEL 公司AT89C51作为控制器对供料单元的工艺过程进行控制, 该芯片Flash 存储器容量为4K, 有4个8 位的I/O 口, 其他完全与MCS- 51 的8051 相兼容。在供料单元中, 有7个传感器的输入信号, 加上三个按键输入信号和5个输出信号用于分别控制五个电磁1Y1、2Y1、2Y2、3Y1和3Y2, 所以控制系统只需要一块芯片89C51就可以。但由于采用单片机的工作电压为5V, MPS 系统中电磁铁的工作电压为24V。而且考虑环境干扰等因素, 在单片机控制系统设计中需要考虑提高系统的抗干扰能力, 所以在硬件中采取了光电耦合器进行的光电隔离。控制系统的组成根据要求, 控制系统包括有输入信号电路、复位电路、时钟电路、输出信号电路和按键电路, 按键电路中包含有起动和急停按钮, 急停按钮接单片机的外中断0, 本文又给出了一路输入信号和一路输出信号的电路, 如图1所示。I1 R6 +5V R8 1 IC1 2P2.0 R7 C4 D1 C5 4016A R10图(A) +24V D2 1Y11 +5V U2 1N4148 P1.0.3 40106B 4 R41 1Y12 IC2 1 2 ZD1 C18 R12图（B）图1 一路输入信号电路(A) 和一路输出信号电路(B)图1一路输入信号电路(A)和一路输出信号电路(B)在输入电路中,采用电容和电阻滤波,采用2 片光电耦合器件TPL521- 4,共8 路二极管晶体管型的光耦合器件进行光电隔离,其中8路用于输入,8路用于输出,从而很好地提高了系统抗干扰能力,并且增加了系统的可扩展功能,只要改写程序,该控制系统还可以用于控制其他工作单元。当传感器1 有信号时,光耦合器工作,发光二极管发光,触发三极管导通,指示灯D1 发光,表示传感器有信号输入到单片机的P2.0口,经过40106 的反相, P2.0 高电平有效,其余6 路传感器信号分别接在P2.1P2.6 端,为了使系统具有很好的扩展性,系统中共有8 路信号输入电路,有1路备用。在输出电路中, 采用2 片光电耦合器件TPL521-4,如果P1.0 有信号输出,经过40106 和1413的驱动,当P1.0低电平时,光耦合器工作,发光二极管发光,触发三极管导通,指示灯D2发光,表示控制系统有信号输出到电磁阀的线圈上,电磁阀1Y1得电,控制气缸运动,因此P1口低电平有效。同样,还有4 路输出电路分别用于控制其它的四个电磁阀,为了使系统具有很好的扩展性,控制系统中共有8 路信号输出电路,还有3路备用 14 。5 发展 在全球竞争日趋激烈、发达国家纷纷将柔性制造定为本国制造业发展的重要战略决策时, 我国的制造业也应大力发展柔性制造。如今, 全球制造业正步入模块化时代,因此,我国企业应赶上这股模块化的世界浪潮, 大力在制造业中推行模块化生产。具体来看, 包括以下几个方面:5.1 从一体化的柔性制造向模块化生产转变通过采用先进的柔性制造技术来实现企业一体化的柔性制造, 在21世纪已经无法满足于全球竞争的需要。我国大型整装企业应果断摒弃大而全、小而全的传统一体化制造模式, 在保留自身核心能力的情况下, 积极推行模块化外包,参与国际分工, 将不擅长的产品模块转移给国际国内专业的模块制造商, 以获得全球竞争所需要的质量、成本、交货期、产品创新等方面的优势。5.2 大力培养后备力量在大型整装企业推行国际化的模块外包的同时, 要通过政策扶持, 培育一批专业的模块供应商, 为本土整装企业模块化生产提供后备支持。要积极推动零部件供应商进行贴牌生产, 鼓励大中型贴牌厂商承接国际外包, 向ODM、OBM方向发展, 形成具有关键价