自动化制造系统复习资料.doc

本文由tujunqin贡献 doc文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 自动化制造系统（ 自动化制造系统（AMS）的定义 ） 1 定义一定范围的被加工对象，一定柔性的自动化水平的设备，高素质的人所组成的有 机整体。它接收外部的信息，能源，物料，资金等，在以人和计算机与控制系统作用下，实 现一定程度的自动化制造，达到输出合格产品的目的。 2 定义在合适的人工直接或间接干预下，将原材料加工或零件或产品在加工过程中实现 工艺过程自动化。 （1）工件的装卸和存储、运输 （2）刀具的装配、检测、运输和更换 （3）工件的切削、切屑、供给和测量 （4）切屑液的净化 自动化制造系统(AMS)的组成 自动化制造系统 的组成 1、功能组成：毛胚制备自动化系统，机械加工自动化系统，储运自动化系统，装配自动 化系统，辅助过程自动化系统，热处理过程自动化系统，质量控制子系统，系统控制子系统 2、物理组成：自动化加工设备；工件储运系统；刀具装配与输送系统；检测监控系统； 辅助设备；控制系统。 的学科特点：核心机械制造技术 AMS 的学科特点 关键自动控制技术 纽带系统工程技术 自动化制造系统项目实施阶段 统项目实施阶段： 自动化制造系统项目实施阶段 （1）可行性论证 （生命周期法） （2）初步设计 （3）详细设计 （4）安装与调试 （5）运行与维护 自动化制造系统项目实施流程： 自动化制造系统项目实施流程 （1）市场需求/客户需求/实际需求 1 （2）组建班子明确人员所需具备的条件：a 熟悉业务 b 责任心强 c 团队精 神强 2 人员的构成：a 按专业配套原则 b 按内部与外部原则 3 人员的培训：目标清楚 （3）需求分析 目的：进一步澄清自动化系统的需求情况 方式：a 系统调研 b 作专业需求报告 c 专业评审 （4）可行性论证 目的：a 技术上是否可行 b 经济上是否可行 c 经济效益上是否可行 1 内容：系统的功能与目标 2 初步设计方案 3 工作计划 4 投资预算 5 效益与风险论证 1 （5）初步设计确定加工对象 2 划分人机界面 3 建立系统的功能模型和信息模型 4 设备的选型与配置 5 初步设计方案的仿真 6 可靠性分析 7 人员配置与培训 1 (6)详细设计：完善及细化系统的功能模型 2 完善及细化系统的信息模型 3 硬件设备设计 4 软件系统设计 5 生产场地的总体布置图 （7）系统仿真 1 （8）系统建造制定建造计划 2 招标投标 3 设备安装 4 系统调试 A 调试内容 B 调试等级:单机，主系统，系统 C 调试项目：启动性能调试 空运段性能调试 试切屑性能调试 5 系统验收 6 运作维护 1 承载能力大 刚性强 寿命长 传动平稳可靠 具有结构自 2 3 4 5 滚动自线导轨的特点： 滚动自线导轨的特点 动调整能力 简述自动化制造系统的发展历史和发展现状 从其发展历程来看，自动化制造技术大约经历了四个阶段。 第一个阶段：从 1870 年到 1950 年左右，纯机械控制随着电液控制的刚性自动化加工单 机和系统得到长足发展。 第二个阶段：从 1952 年到 1965 年左右，数控技术（NC） ，特别是单机数控得到飞速发 展。 第三个阶段： 1967 年到 20 世纪 80 年代中期， 从 是以数控机床和工业机器人组成的柔性 自动化制造系统得到飞速发展的时候。 第四个阶段： 20 世纪 80 年代至今， 从 自动化制造系统的主要发展是计算机集成制造系 统 CIMS，并认为是 21 世纪制造业新模式。 2 3 自动化制造系统的发展趋势：1 高度智能集成化 人机结合的适度自动化 强调系统 4 5 6 7 8 的柔性和敏捷性 功能扩展化 网络化 小型化 简单化 绿色化 自动化制造系统的类型及特点 自动化制造系统的类型及特点 刚性自动化设备及系统： （1）刚性半自动化单机：能够完成自动地单个工艺过程的机床，不包括上下刀。 （2）刚性自动化单机：能够完成单个工艺过程的全部循环。 （3）刚性自动线：加工内容多，适合大批大批地生产产品，完成单个零件的生产过程。 （4）刚性综合自动化系统：长久生产基础零部件的机床 柔性自动化设备及系统： （1）数控机床 NC：用来完成零件一个工序的自动化循环加工。 （2）加工中心：由刀库和换刀机械手组成的数控机床。一个加工中心相当于几个数控机 床，其内有一个刀库和机械手，可自动换刀，并完成零件的多个工序，而数控机床仅完成零 件的单个工序。 （3）混合成组制造单元：采用成组技术原理布置加工设备。 （4）分布式数控系统 DNC：一台计算机控制几台机床。 (5）柔性制造单元 FMC：占地小，可靠性高 （6）柔性制造线 FML：主要适用于品种变化不大的中批和大批量生产。 (7）柔性制造系统 FMS：自动化加工设备、自动化工件储运系统、自动化刀具准备及储 运系统、多层计算机控制系统。 （8）计算机集成制造系统 CIMS：CAD,CAM 等计算机辅助系统 注：自动化程度越高，自动化柔性程度越高，制造系统越复杂，后期维护及员工技术要求越 高。 自动化选型原则 选型的重要性 一般原则(1）人可以替代柔性系统，则利用刚性系统； （2）能用单机控制的，则不使用系统控制； （3）能数控机床加工，则不使用加工中心； （4）尽量采取考虑人员的因素。 特殊原则（1）按产品生产方式和批量来选型 1、 批量大， 产品单一， 产品处于开发期的时候， 宜采用刚性自动化制造系统。 2、批量适量，产品多样化的时候，宜采用柔性自动化制造系统。 3、按合同生产，宜采用柔性自动化制造系统。 （2）按零件形状结构来选型 1、零件形状不复杂的情况下，宜采用刚性自动化制造系统。 2、零件形状复杂，多变不规则，宜采用柔性自动化制造系统。 3、按资金情况，雄厚则采用柔性，非雄厚则采用刚性。 （3）根据企业的发展选型：起点高的企业宜采用柔性，起点低的企业宜采用刚 性。 （4）根据企业的发展情况来选型 （5）根据自动化系统的目标来选型 典型的自动化制造系统的基本模块 (1)加工设备 (2)物料系统：工件流支持系统，刀具流支持系统，辅助设备 (3)能量流系统 (4)信息流系统：监控，检测 自动化加工设备 （1）常用设备：组合机床，数控机床，加工中心、车削中心 （2）柔性化组合机床（1）鼓轮式换箱机床 （2）转塔式换箱机床 （3）循环式换箱机床 （4）三坐标数控功能部件 （3）模块化加工中心 工件流支持系统组成 1 2 3 （1）工件流支持系统的组成：工件流的储存设备 工件流的运输设备 工件流的辅 助设备 （2）工件流储存设备：在制品、毛胚存放在某一地方的设备 （3）工件运输设备：将毛胚、成品从一地运送到另一地方的物理系统 工件输送设备的分类：1.传动带 2.运输小车 运输小车：有轨运输车、无轨运输车 自动导向小车（1）固定线路型：AGV （2）半固定线路型：回转仪式，自动巡航式，坐标式 （3）可以任意行走路线型：光电式、电磁式 AGV 的结构：由运输小车、地下电缆和控制器三部分组成。 AGV 的原理（电磁式） ：小车底部装有弓形天线，跨设于以感应导线为中心且与感 应线垂直的平面内。 感应线通过以交变电流， 产生交变磁场。 当天线偏离感应线任何一侧时， 天线的对称线图中感应电压有差值，误差信号经过放大，驱动左、右电动机，左右电动机有 转速差，经驱动轮使小车转向，使感应线重新位于天线中心，直至误差信号为零。 (4）自动化立体仓库 1.组成：主要由库房、货架、堆垛起重机、外围输送设备、自动控制装置组成 1 2.主要特点：利用计算机管理，物资库存账目清楚，物料存放位置准确，对自动 2 3 可靠及时供给物料减少库存量， 加速 化制造系统物料需求相应速度快与搬运设备衔接， 4 5 6 7 资金周转充分利用空间， 减少厂房面积减少工件损伤和物料丢失可存放物料范围宽 8 减少管理人员，降低管理费用耗资较大，适用于一定规模的生产 1 3.安全保护措施货叉与行走机构的互锁 2 货叉与升降机的互锁 3 货位探测 4 防护装置 刀具流支持系统 1.刀具流在 AMS 中的重要性 (1)构成成本 （2）间接成本 1 2 3 （3）刀具管理的工作难点：多目标相互矛盾集中管理和分散管理系统中的复杂 4 5 性系统要精确鉴别和控制刀具的难度最佳切削参数和适用寿命之间的矛盾 2.刀具流简明流程 刀具组装台 刀具预测仪 刀具进出站 刀具输送装置 中央刀库 b b 机床刀库 加工中心 数控机床 3.刀具准备与储运系统的组成：刀具组装台、刀具预调仪、刀具进出站、中央刀库、机 床刀库、刀具输送装置、刀具交换机构、刀具计算机管理系统等组成。 1 2 3 4.刀具的供给方式：人工供刀方式机器人供刀方式刀盒式 1 2 3 4 5.刀具预调（1）刀具预调仪的结构：刀柄定位机构测量头Z、X 轴测量机构测 量数据处理 （2）刀具预调的重要性 6.刀具数据的组织及信息流 1 2 3 （1）刀具数据的载体：集成块数据单条形码 （2）刀具数据的识别 能量流支持系统及其组成 1 2 3 4 5 （1）组成：能源传递装置转换装置使用装置回收利用装置 （2）能量的传递和转换装置 1 不同形态之间能量是可以相互转换，但是机械能不能转换为化学能 2 相同形态之间能量的相互转换，虽然形态未变，但参数发生了变化 3 有的能量装置既是转化装置，也是传递装置 4 能量的传递与转换是需要条件的 5 电能可以百分之百的转换为热能，但是热能不能百分之百的转换为电能 （3）原料与产品的相互转换方法 原料到产品转换方法 1.几何成形法：切屑成形法、束缚成形法、堆积成形法、编织成形法 2.化学变化法：化合法（包括燃烧法） 、化分法（包括还原法） 3.物理变化法：粉碎法（包括混合法） 、溶化法（包括蒸发法，烘干法） 、气粗法 （包括液相转换法） 4.综合法（以上诸方法的综合） （4）能量的四级利用 （5）机械能量支持系统 1.组成：能源（电能、液压能、气动能） 动力元件（电动机、气缸、液压缸） 传动元件 执行元件 2.动力元件：一种能能量转换装置，将输入的能源转换为机械能。 分类：回转型液压马达 直线式气压马达 发力型电磁铁、液压油缸 3.传动元件：同步带应用于小能量装置中，大能量流会让同步带打滑 4.执行元件 自动化控制系统的控制系统 （1）分级控制结构 多层计算机控制的基本思想是将一个复杂的系统划分为若干层次， 各层次分别独立 完成各自的控制任务，层与层之间进行信息交换，上层向下层发送命令，下层为上层服务并 回送执行结果，通过计算机网络将各层控制的计算机、CNC、PLC 等设备控制器连接起来， 构成完整的控制与通信系统。 （2）AMS 中控制功能的实现 分层：1.工厂层 2.车间层 3.单元层 4.设备层 自动检测与监控系统 1.AMS 运行状态的检测监控 2.AMS 加工设备的检测监控 3.AMS 工件流的检测监控 4.AMS 刀具的检测监控 5.环境与安全的检测监控 自动化制造系统评价方法 1.评价目的：全面地完整的真实的评价一个系统 2.评价内容：经济效益、战略效益、社会效益、评价指标 3.具体方法：定性的分析方法，计算机仿真法 1 2 3 4 5 4.评价指标/体系：生产率 产品质量 寿命周期经济性 寿命周期可靠性 制造 6 柔性 可持续发展特性 自动化制造系统设计的基础理论：1.工艺学 2.系统论 3.控制论 4.信息论 自动化制造系统设计的基础理论 的设计特点： AMS 的设计特点：定量计算与定性分析相结合 规划与仿真相结合 数学推导与专家意见相结合 自动化系统的设计技术 1.设计目标：综合利用光、化、机、电、液、生等技术迅速检测以后能够满足实际环境客 观需求的能够可靠的，方便的，有效的，安全的 AMS。 1 2 3 4 5 2.设计原则几点互补原则功能优化原则自动化原则效益最大化原则开发性原则 1 2 3 3.设计类型：开发性设计适应性设计变异性设计 1 2 4.设计方法：分层法分块法 自动化系统制造系统的总体设计 1 2 3 一.步骤：可行性设计 初步设计 详细设计（总体设计内容） 二.可行性论证的工作流程及内容 1 （1）可行性论证的任务分析企业状况开开发的内外环境 2 明确系统开发的总体目标 3 确定系统的作业内容 4 提出系统的主要规格参数 5 论证总体方案的可行性 6 制定投资规划的开发计划 7 评审可行性报告 （2）可行性论证的工作内容 1.组织队伍 2.制定工作计划 3.调查分析 4.确定系统的开发目标 5.确定生产作业内容 1 将最有效的工序或整个作业过程作为作业内容 2 从系统的关键出发选定系统的作业内容 3 产品发生变化，为了适应作业内容的改变，将其中某一环节或几个环节（能 适应作业内容的调整）作为生产作业的内容 6.确定系统的规格 1 社会经济市场决定系统的规格参数 2 产生性能及质量决定系统的规格参数 3 系统与周边环境的协调性决定系统的规格参数 4 操作的难易程度反应了机械制造系统的自动化程度 5 产品的周期决定了系统的规格参数 7.制定系统方案 1 提出系统的目标要求 2 生产能力分析与计算 3 提出系统的总体方案，涉及体系结构的初步方案 4 指出系统的关键技术及关键问题的初步可行解决方案 5 提出系统的初步方案 6 拟定初步开发计划 8.系统评价 9.编程开发实施计划 10.编写可行性论证报告 11.送与其他部门评价 三、初步设计的工作流程及内容 1.初步设计的任务（1）AMS 的体系结构设计 （2）AMS 的功能设计 （3)AMS 的资源设计 (4)经费预算与效益分析 (5)实施进度计划 (6)编写初步设计报告 (7)评审初步设计报告 2.初步设计的工作流程： 1 2 3 3.初步设计的主要内容：AMS 的体系结构设计 系统的功能设计 系统的资源 设计（硬件、软件、人力资源设计） 四、详细设计的工作流程及内容 1 1.详细设计的任务：确定系统的设计标准 2 拟定产品质量保证计划 3 外购硬件，软件的类型 4 系统总体详细设计 5 修订投资预算的实施计划 6 编写详细设计文档 7 进行评审。 2.详细设计的工作流程：P108 3.详细设计的主要内容：P108 自动化制造系统模型的形式 1.物理模型：按比例或相识理论进行适当的缩放反应出一个实体。 2.数学模型：通过系统的相互影响因素的数量关系，采用数学方程式来描述系统的方式。 3.描述性模型：通过语言描述需要解决的问题。 4.图解式模型：以图形的形式来表示系统的功能及其相互联系。 5.仿真模型：将上述墨香转换成一种计算甲程序。 自动化制造系统模型与系统仿真 1.计算机仿真是通过对系统模型在计算机上仿真实验，达到研究一个真实系统的目的。 1 2 3 2.系统的分类：连续型制造系统 离散型制造系统 混合型制造系统 3.仿真的定义：在建立系统模型的基础上，通过计算机上的实验，对系统模型按一定的 规则由一个形态变换为另一个状态的动态进行描述和分析。 4.仿真的实质：通过系统模型的实验去研究一个存在或设计中的系统。 5.系统模型：是采用某种形式（数学的、物理的、语言的、图形的、计算机语言的）对 一个已经存在的系统或待建的系统或已规划好了的系统的描述和表达，即是系统模型。 6.模型内容：1.系统的组成元素。 2.系统的组成元素的关系 3.系统与环境、边界的关系 1 7.仿真过程：.拟定问题和研究规划 2 建立模型 3 收集和整理数据 4 转换模型 5 调试程序，验证模型 6 设计实验 7 仿真运行 8 分析仿真结果，作出决策 9 整理文档，实施决策 1 8.离散事件的仿真（1）基本概念实体：构成系统的各种要素 2 属性：实体的特征 3 集合：一些实体以某种逻辑方式组成的群体 4 活动：任何使系统发生某种变化的过程或行为 5 事件：离散事件系统中的事件 6 事件点：出现事件的时间点 7 忙期：实体在系统中进行活动的事件区段 （2） 离散事件系统仿真方法的分类： 1 以活动为基础的仿真方法（建模、 仿真、工具、 2 3 活动循环图）以过程为基础的仿真方法（建模、仿真、工具、流程图） 以事件为基础 的仿真方法 离散事件系统仿真 已知：离散事件系统，一名工人操作，一台机床的简单制造系统 （1）已知 AMS (2) 运行规则：某零件到达，若工人和机床闲，则立即被加工；否则，排队等待。若同 时到达一批零件，则按顺序号排队加工。 排序方案：先进先出；后进先出；按某种特殊要求排序 (3)建模 (4)人工仿真运行 1 确定仿真终止时间/次数 2 随机产生零件到达时间和加工时间 3 仿真过程 个零件通过某制造系统的仿真情况，请完场该表，并计算机床的平均利用率， 下表为 25 个零件通过某制造系统的仿真情况，请完场该表，并计算机床的平均利用率， 每个零件的平均加工时间，每个零件的平均等待时间。 每个零件的平均加工时间，每个零件的平均等待时间。 零件号 零件到达 间隔时间 12 18 23 22 21 22 17 13 12 18 16 16 12 23 16 16 21 16 24 13 加工周期 值 18 15 18 12 19 12 17 17 13 19 12 15 18 15 19 18 17 12 18