第1章自动化制造系统概论.ppt

主要内容 第一节基本概念 系统 制造 制造系统 自动化 制造自动化 第二节自动化制造系统的基本内容 分类 第1章自动化制造系统概论 知识点 制造 制造系统 制造自动化和自动化制造系统的概念 自动化制造系统的分类及适用范围掌握 1 定义 制造 制造系统 制造自动化 自动化制造系统 2 自动化制造系统的分类和适用范围 了解 1 系统的特征 2 自动化的含义 3 自动化制造系统的组成 4 自动化制造系统的生命周期 一 系统 1 定义 指由相互联系 相互作用的若干要素构成的具有特定功能的有机整体 2 特征 目的性整体性相关性层次性环境适应性 系统由若干元素组成 元素相互作用 互相依赖 系统具有特定的功能 1 1基本概念 二 制造 1 制造定义 国际生产工程学会 制造是一个涉及制造工业中产品设计 物料选择 生产计划 生产过程 质量保证 经营管理 市场销售和服务的一系列相关活动和工作的总称 广义 包括市场分析 经营决策 工程设计 加工装配 质量控制 生产过程管理 销售运输 售后服务直至产品报废处理等整个产品生命周期内一系列相互联系的生产活动 狭义 指生产车间与物流有关的加工和装配过程 生产实际中 2 制造业 将可用资源与能源 通过制造过程转化为可供人们使用或利用的工业品或生产消费品行业 3 制造规模 制造企业的产品品种和生产批量大小是各不相同的 称为制造规模 年产量 5000 大规模制造 年产量 500 多品种小批量制造 500 年产量 5000 大批量制造 目前机械制造业的主导方式 制造系统 具有特定功能的有机整体 制造过程 软件 硬件 三 制造系统 1 定义 狭义 指与加工和装配相关的机械制造系统 广义 包含从原材料供给到销售服务的所有制造过程及其所涉及的硬件和有关软件组成的具有特定功能的有机整体 制造理论 制造技术 工艺和方法 制造信息 人员 生产设备 材料 能源和各种辅助装置 从以下三方面理解 从结构上 是制造过程中所涉及的硬件及其相关软件所组成的一个统一整体 从功能上 是一个将制造资源 原材料 能源 转变为产品或半成品的输入输出系统 从过程上 是制造生产的全部运行过程 包括市场分析 产品设计 工艺规划 制造实施 检验出厂 产品销售等各个环节 市场需求调研 产品设计开发 产品制造 售后服务回收 产品销售 2 概念模型 最核心功能 有形资源 无形资源 产品 服务 创造客户 社会责任 硬件平台 软件平台 战略平台 知识平台 文化平台 3 制造系统特性 具有系统的全部特征 目的性 整体性 相关性 层次性和环境适应性 结构特性制造系统可视为若干硬件的集合体 为使硬件充分发挥效能 必须有软件支持 3个显著特点 总是处于生产要素的不断输入和产品的不断输出这样一个动态过程中 在运行过程中无时无刻不伴随着物料流 资金流 价值流 信息流和工作流的运动 具有反馈性 4 制造系统的 流 理论 制造系统的 五流 理论 信息流 物料流 资金流 价值流 工作流 机械制造系统的 三流 理论 物料流 信息流 能量流 四 自动化制造系统 1 自动化的概念 2 制造自动化的概念 3 制造自动化的发展历程 4 制造自动化的发展趋势 5 制造自动化的组成 分类及其特点 1 自动化的概念 制造过程 基本动作 传动 上下料 换刀 切削以及检验动作等 操纵动作 操纵和管理基本动作 如开动和关闭传动的动作 机械化 自动化 工序自动化 工艺过程自动化 制造过程自动化 在一个工序中 所有基本动作都机械化 且辅助动作也自动化 工人只对这一工序做总的操纵和监督 就称为工序自动化 在一个工艺过程中 如果每一个工序都自动化了 并且把他们有机联系起来 使整个工艺过程都自动进行 工人只对整个工艺过程做总的操纵和监督 即某种工艺的自动生产线 又称为工艺过程自动化 从原材料到成品 所有工艺过程都不需要人工干预 都实现了自动化 且他们之间是自动有机联系在一起 这就是制造过程自动化 2 制造自动化的概念 在广义制造过程的所有环节采用自动化技术 实现制造全过程的自动化 广义内涵包括 1 形式上 2 功能上 3 范围上 代替人的体力劳动 代替或辅助人的脑力劳动 制造系统中人 机及整个系统的协调 管理 控制和优化 TQCSE T Time Q Quality C Cost S Service E Environment 涉及产品整个生命周期 市场分析 产品定义 研究开发 设计 生产 销售 报废等等 1 二十世纪五十年代前 2 二十世纪五十年代后 3 现代集成制造 3 制造自动化的发展历程 制造业发展史 制造业的历史就是不断改善和提高人们生活水平和标准的历史 但是 在最初的几千年里 这种改善和提高是小而缓慢的 1 手工工具 进入石器时代 此时人类开始学习如何使用手工工具 这种使用工具的能力标志着人与动物的区别 此时的制造业可以说是一种手工的 分散的 单件的 低级的方法 此时的制造水平低下 技术与管理没有明显的分工 1 二十世纪五十年代前 2 工业革命时代 工业革命时代 18世纪下半叶 从瓦特发明蒸汽机到机床的发明 这些都是工业革命的产物 它们扩大了人的工作动力和提高了精确性 能生产出更好更多的东西 人类社会的生产力急剧增长 价廉而又质佳的工业产品代替了手工产品 但产品仍是用手工操作的机床制造的 E Li Whitney发展了零件的互换性 给制造业带来了另一次很主要的改善 模具和量具的使用发展了可互换的制造业 此时的制造技术略有提高 管理技术为亚当 史密斯 Smith 提出的 劳动分工原理 强调按专业化分割 对经营过程实施严格控制 3 可互换的制造业 4 刚性自动生产线 二十世纪初福特 Ford 建立的流水线生产方式 开始了刚性自动生产线和装配线的历史 直到二十世纪四十年代末 人们通过设计各种高效的自动化机床 并用自动物料输送装置将单机连接起来 形成了以单一品种 大批量生产为特征的成熟的刚性自动化生产方式 5 科学管理 随着制造规模的扩大 制造过程中涉及人员的增多 美国工程师泰勒 F W Taylor 提出了 科学管理 的理论 强调企业内部专业分工 形成了企业内部的各个职能部门 阿尔弗雷德 斯隆 AlfredSloan 将其用于通用汽车公司的组织与经营管理 形成了层层上报的金字塔组织结构 加强了部门管理 6 大量生产 制造业的大量生产和科学管理 使工业产品更多 更好和更便宜 这时制造技术与管理技术有了明显的区别与分工 但由于改变制造系统的费用很高而限制了产品品种的发展 二十世纪五十年代前制造业发展过程 石器时代 手工工具单件 工业革命 机床 互换性 模具 量具单件 小批量 制度化管理 二十世纪上半叶 自动机床 刚性自动生产线大批量 品种单一 科学管理专业分工 1 计算机技术在制造业的应用 进入二十世纪五十年代后 随着计算机技术的发展 制造业发生了第三次飞跃 1952年美国麻省理工学院 MIT 成功研制出第一台数控 NC NumericalControl 机床 2 柔性制造系统 随着数控技术及计算机技术的发展 为了满足不同人的不同需要 在生产中引入柔性制造系统 随后涌现出一大批新的制造方法 2 二十世纪五十年代后 3 现代制造技术 计算机数字控制 CNC 直接数字控制 DNC 计算机辅助制造 CAM 计算机辅助设计 CAD 工业机器人 ROBOT 计算机辅助工艺规程编制 CAPP 柔性制造系统 FMS 智能制造 IM 虚拟制造 VM 4 现代管理技术 同时 基于亚当 史密斯和泰勒两种理论的经营管理模式已不再适应新的制造技术的发展 企业的生产管理技术不得不发生很大变化 先后出现了 成组技术 GT 全面质量管理 TQM 管理信息系统 MIS 物料需求计划 MRP 制造资源计划 MRPII 企业资源计划 ERP 准时生产 JIT 精益生产 LP 经营过程重组 BPR 企业过程重组 EPR 计算机集成制造系统 CIMS 现代集成制造系统 CIMSII 并行工程 CE 面向X的设计DFX DFM DFA DFC DFE等 质量功能配置 QFD 敏捷制造 AM 此时 制造技术与管理技术已经逐渐融合为一体 如CIM CE等 今天 任何一个企业要想获胜 必须具备以下五种能力 时间竞争能力Time T 产品上市快 生产周期短 交货及时 质量竞争能力 Quality Q 产品不仅可靠 而且使用户各方面都满意 包括售后服务 Service S 质量 价格竞争能力 Cost C 产品的生产成本底 价格适中 创新竞争能力 Creation C 产品有特点 生产有柔性 知识和技术含量高 满足环保要求能力 Environment E 考虑产品生命周期所有过程对环境的影响 制造战略的变迁 人们生活水平的提高 产品消费节奏明显加快 全球一体化的市场使得消费者更具有选择性 批量生产的产品逐渐为个性化 多样化的产品所取代 客户化 小批量 快速交货的要求不断增加 导致市场的动态多变 专家预测 21世纪企业竞争的焦点可能会集中在以下四个方面 提高产品的知识含量 开发出科技含量高有特点的新产品 满足趋于个性化的用户需求 使生产有柔性 市场全球一体化 全世界对市场的共同拥有导致竞争更加激烈 必须更多地考虑环境问题 50年代和60年代 规模效益第一70年代和80年代 价格竞争第一和质量竞争第一90年代 市场响应速度第一 二十一世纪 TQCCE九十年代 市场响应速度八十年代 产品质量第一七十年代 生产成本第一六十年代 生产规模第一五十年代 生产规模第一 制造企业经营战略的变迁 19501990 生产批量的变化 单件订做 价格高 价格高 19001950 价格较低 价格中 工业革命 小批量生产 大批量生产 中小批量生产 单件订做小批 动态生产 1990后 价格低 3 现代集成制造 制造企业内部信息和数据间不该有的矛盾和冗余 进而出现了许多自动化 孤岛 制造自动化的发展趋势 早期的创新 设计自动化水平 如CAD CAE CAPP CAM 加工制造自动化水平 如NC CNC 工业机器人 DNC FMS 管理与决策的自动化水平 如MIS MRP MRPII CAQ 导致 解决 计算机集成制造系统 CIMS 及其相关技术 初期 过多地从技术角度强调企业的高技术和自动化要求 而对企业内部组织和管理重视不够 现代 人 组织 经营管理和技术手段三者相结合 进入二十世纪九十年代后期 随着市场的变化和网络信息技术的发展 制造业又进入了一个新的发展时期 信息化时代 发展的总体趋势是 制造全球化制造敏捷化制造网络化制造虚拟化制造智能化制造绿色化 1 2自动化制造系统基本内容 一 定义AMS 由一定范围的被加工对象 一定的制造柔性和一定的自动化水平的各种设备和高素质的人组成的一个有机整体 它接受外部信息 能源 资金 配套件和原材料等作为输入 在人和计算机控制系统的共同作用下 实现一定程度的柔性自动化制造 最后输出产品 文档资料 废料和对环境的污染 加工系统 物流系统 控制与管理系统 物流系统是对毛坯 工件 夹具 刀具等物料实施运送和装卸工作的物料流动系统 传送带 有轨小车 无轨小车 搬运机器人 上下料托盘 交换工作站等 结构 对制造过程的监控 检测 协调与管理 二 组成 机械控制自动化 机电液控制自动化 数字控制自动化 计算机控制自动化 智能控制自动化 三 分类及特点 按制造过程分 按设备分 按控制方式分 毛坯制备过程自动化 热处理过程自动化 储运过程自动化 机械加工过程自动化 装配过程自动化 辅助过程自动化 质量检测过程自动化和系统控制过程自动化 局部动作自动化 单机自动化 刚性自动化 刚性综合自动化系统 柔性制造单元 柔性制造系统 刚性半自动化单机是一种除上下料外可以自动地完成单个工艺过程加工循环的机床 可以进行多面 多轴 多刀同时加工 加工设备按工件的加工工艺顺序依次排列 切削刀具由人工安装 调整 实行定时强制换刀 如果出现刀具破损 折断 可进行应急换刀 例如 单台组合机床 通用多刀半自动车床 转塔车床等 1 刚性半自动化单机 是调整工作量大 加工质量较差 工人的劳动强度也大 适用范围 产品变化和生产批量都较大的制造系统 缺点 1 刚性自动化设备及系统 2 刚性自动化单机 在刚性半自动化单机的基础上增加自动上下料装置而形成的自动化机床 适用范围 用于品种变化很小 但生产批量特别大的场合 主要特点 投资少 见效快 但通用性差 是大量生产中最常见的加工设备 被加工零件以一定的生产节拍 顺序通过各个工作位置 自动完成零件预定的全部加工过程和部分检测过程 具有统一的控制系统和严格的生产节奏 3 刚性自动线 用工件输送系统将各种刚性自动化加工设备和辅助设备按一定的顺序连接起来 在控制系统的作用下完成单个零件加工的复杂大系统 特点 刚性自动化单机 自动输送系统 监控系统 4 刚性综合自动化系统 特点 刚性自动线只能完成单个零件的所有相同工序 如切削加工工序 对于其它自动化制造内容如热处理 锻压 焊接 装配 检验 喷漆甚至包装却不可能全部包括在内 包括上述内容的复杂大系统称为刚性综合自动化系统 适用范围 产品比较单一 但工序内容多 加工批量特别大的零部件的自动化制造 刚性综合自动化系统结构复杂 投资强度大 建线周期长 更换产品困难 但生产效率极高 加工质量稳定 工人劳动强度低 缺点 2 柔性自动化设备及系统 什么是柔性 用系统满足新产品要求的程度来衡量 在有干扰 如机器出现故障 情况下 系统的生产率与无干扰情况下的生产率期望值之比来衡量 柔性主要包括的内容 1 数控机床 它是用代码化的数字量来控制机床 按照事先编好的程序 自动控制机床各部分的运动 而且还能控制选刀 换刀 测量 润滑 冷却等工作 特点 数控机床 NumericalControlMachineTools 用来完成零件一个工序的自动化循环加工 适用范围 适用于加工精度较高 且重复性好的场合 电主轴 6工位数控转塔刀架 加工中心机床具有工序集中 可以有效缩短调整时间和搬运时间 减少在制品库存 加工质量高等优点 2 加工中心 特点 加工中心 MachiningCenter MC 是在一般数控机床的基础上增加刀库和自动换刀装置而形成的一类更复杂但用途更广 效率更高的数控机床 由于具有刀库和自动换刀装置 就可以在一台机床上完成车 铣 镗 钻 铰 攻螺纹 轮廓加工等多个工序的加工 适用范围 3 柔性制造单元FMC 概念 由一台或几台配有一定容量的工件自动更换装置的加工中心组成的生产设备 能连续地自动加工一组不同工序与加工节拍的工件 可以作为组成柔性制造系统的模块单元