计算机在木材工业中的应用

第一章 计算机应用概论 计算机特点 1 运算速度快 2 具有记忆功能 3 具有逻辑判断能力 4 具有很高的精度和可靠性 5 计算机内部的操作计算都是自动控制进行 计算机的应用大致可以分为 1 应用的第一阶段 1946 1970 2 应用的第二阶段 1955 1980 3 应用的第三阶段 1970 1990 4 应用的第四阶段 1975 2000 我国目前正处在第三与第四阶段的过渡期 经济发展两大主要方面 一是生产 二是管理 企业使用计算机主要是为了解决下列信息 1 技术信息 2 生产信息 3 质量信息 4 经济信息 5 市场信息 企业管理用计算机分为两阶段 1 初级阶段 用于制定生产计划 进行财务 物资 劳动人事 资金管理等 2 高级阶段 用于产品设计 研究实验 企业综合经营管理系统 经济分析及预测 以及 国民经济计划综合平衡系统及执行时的信息反馈系统 计算机在国民经济中起着重要作用 计算机的采用可以降低成本 缩短生产周期 减少能 源消耗 提高劳动率 获得高一致性和高质量的产品 世界各国行动的方向是一直抛弃主要优先发展传统工业的政策 挑选高技术作为主攻方向 而其共同点是挑选信息技术作为突破口 其理由是 1 信息技术具有高度的扩展性和渗透性 2 信息技术具备纽带作用和催化作用 它能带动其他科学技术及产业共同发展 3 信息科学本身是有待突破的前沿科学 实际上是有可能超越的领域 前景广阔 计算机及信息技术在未来可能发生的影响如下 1 需要重新研究脑力劳动者的作用和属性 生成信息 收集信息 分配和传递信息 储 存信息 利用信息 思考决策 2 使国家的决策方式发生变化 3 国民经济管理 有可能从粗放型管理向计量经济方向发展 4 国民经济的发展 从只重视资金和人力 转向更重视科学技术的发展 5 对工业结构的影响 6 对能源 交通结构的影响 7 对商业结构的影响 8 对银行及服务性行业的影响 9 对医疗卫生的影响 10 对文化和家庭生活方面的影响 11 对办公室自动化的影响 12 对智力开发的影响 13 对军事结构的影响 14 对宇宙空间的探索与开发 15 防止计算机技术带来的弊病 第二章 计算机应用基础 在生产实施以前 要进行产品设计 并决定工艺计划 确定作业计划或生产进度的计划 计算机辅助产品设计作用 1 使设计者从繁重的会途中解放出来 能有更多时间做创作性工作 2 可以缩短设计周期 3 可利用计算机进行大量的人力难以办到的数据处理和复杂计算 可使设计的产品性能 更好 精度更高 P21 2 6 2 7 2 2 实体模型根据在计算机中如何定义形状数据可分为 CSG 与 B reps 两类 1 CGS 长方体 圆柱 三角锥等基本形体被称为体素 根据他们的集合运算可使它们组 合表示复杂的立体形状 2 B reps 这是一种用组成形状的面 以及面与面之间的拓朴结合关系来表达形状的方法 P26 2 4 27 2 5 实际产品设计优化还存在以下两个问题 1 实际产品设计变量很多 优化计算太费时间 2 用非线性规划求出的解 难以得到整体最优 在设计变量多 特别约束条件也多时 解往往收敛到局部最优解 P32 2 28 设计信息管理 1 CAD 的数据库 a 用于零件形状及图形等设计信息管理的数据库 b 用计算式及结构分 析法决定设计变量及评价性能所需要的数据库 c 向加工 装配 检验等制造过程传递 信息所需要的数据库 2 按标准零件进行设计信息管理 产品设计有以下四种情况 1 可以采用过去已设计的完全相同的零件或标准件 2 产品只是在设计尺寸上有变化 只要给尺寸变量一定值即可完成设计 3 只需对相似零件或标准零件做些修改 4 需要重新设计 计算机辅助工艺计划 是指由计算机自动决定从毛坯到成品需要哪些生产工序 这要根据 制造工件的数量 材料 生产设备 生产技术等而异 工艺计划一般分为工艺设计及作业设计两个阶段 工艺设计是编制工件加工的工艺过程 作业设计是决定在各个生产工序中进行作业的具体方法和顺序呢等 P34 2 31 2 32 用计算机进行自动编程系统获得的信息可以用于数字控制的数控 NC 机床和计算机数控 CNC 机床或群控 DNC 系统 使 CAD 与 CAM 相结合 P43 2 42 配置 布局 计划是指生产中使用的生产设备怎样在空间配置以发挥人的劳动能力 生产设备配置最优的工厂应取得以下效果 1 提高生产率 2 减少半成品 3 提高生产设备的开工率 4 增加了生产的柔性 5 经济合算 按生产产品的种类和数据 加工及装配设备设备配置有以下几种 流水型 机群型 设备 固定型 GT 型 P45 2 11 CAM 主要由制造 包含加工 装配 搬运 检查 贮存等四个基本部分构成 P50 2 14 2 15 运用 CAM 时 需要能实行多级控制与管理的软件 所谓多级包括工厂级 生产过程 加工 装配 级 工作地级和作业级 工厂级软件主要由两个功能 一是根据生产计划 指示毛坯进厂和出厂的时间 二是当实 际进度与计划指示信息有偏差 从全厂的角度出发 决定对哪一道工序进行怎样的修正和 控制 控制计算机还实施以下四项信息管理 1 CAT 2 CAPIS 3 设备的故障自动诊断 维修管理 4 自动刀具信息管理 柔性结构的自动生产系统有五个特征 1 生产系统顺着加工 装配 搬运 刀夹具有更换 搬运 检验的流向实现自动化 并 作为一个综合系统把上述各部分有机的结合成一体 2 它的目的不是追求个别工序的效率提高 而是着眼于整个生产系统 追求全系统生产 效率的提高 3 由于是以多品种小批量生产为主要生产对象 因此在生产准备中根据成组 GT 概念 进行零部件分类 使其具备与大批量生产类似的效果 在这一过程中 应用 VR VE 标准化 简单化等技术 由于是以生产计划的最优化为方向 因此生产实施是高效率 的 而且是均衡的 4 实行柔性化生产 即指能够有计划地控制各生产参数 包括零部件 产品质量 加工 装配和库存时间 生产速度和加工件投入速度等 5 实行可靠性高的设备维修管理 包括设备故障和刀具寿命 切屑等的处理 实现自动化需要高额投资 因此不提倡一开始就采用水平很高的自动化 而应该按 1 单机自动化 2 搬运自动化 3 生产系统自动化 4 计算机控制的完全自动化 并逐步提高自动化的程度 评价自动生产系统主要从以下几个方面 1 能适应多品种产品的生产 多品种小批量生产 2 灵活性好 柔性 3 引进自动化系统后经济上合理 经济性 4 系统的生产率较自动化实现以前提高了 生产性 5 影响系统效率的设备故障减少 维修方便 6 运转安全 可靠性 维修性 长期以来 对单调 重复 连续机械加工实现自动化的要求一直十分迫切 而最近 多品 种中小批量生产自动化的倾向也增强了 现状 上述作业中全部自动化的不多 国内没有 NC 机床的实际切削作业包括 1 自动进行主轴旋转 往复台和刀架的移动 刀具的切削运动 机床的启动和停车等 2 从毛坯仓库中取出弓箭 装上托盘或搬运车 托盘的移动 用托盘自动交换装置交换 货盘 以及用机械手把工件从托盘装上机床等一系列作业 工件的物流 都实现自动 化 3 自动换刀装置把刀具取下和装上 4 把用过的刀具送回刀具室和磨刀作用的自动化 5 切屑自动清理 6 自动检验和检出不良品 7 利用托盘自动交换装置实现把后的零件送往零件仓库的搬运自动化 数控加工的主要优点 1 对产品品种 数量变化的适应性强 2 靠非熟练工人也能提高加工精度 成品率和劳动生产率 3 缩短工时 保证工期 4 减少在制品库存 降低生产成本 不足之处有 1 设备投资高于通用设备 2 必须提高开工率 以减少闲置时间 3 增添了诸如编制数控指令带等生产准备工作 把普通 NC 装置与计算机联接后有以下长处 1 NC 带的内容储存在 CNC 内部 可以根据需要加以修改 并可逐句读取 采用这种无带 式 可实现更富有柔性的数字控制 2 把程序写成各种子程序的形式储存在 CNC 内 可反复调用 因此便于实现多次重复加 工 简化程序编写 3 具有自我诊断功能 可以检查从机床本身直到数控装置等各部分的运转状态 DNC 的特征 1 生产系统有扩展余地 2 可以迅速而简单的编制零件程序 NC 信息均可保存在储存器内 3 可以掌握生产进度 刀具寿命 工具 生产成本等生产管理信息 4 非熟练工也能操作 并可节省人员 5 能实现按进度计划生产 提高生产效率 6 便于收集与记录生产现场的生产信息等 缺陷 设备投资相当大 一旦计算机发生故障 整个系统瘫痪 有可能造成很大损失 FMS 是 CAM 中最高级的生产系统 FMS 的主要组成部分及其功能 FMS 主要由具有变换功能的自动机床 具有搬运和贮存功 能的自动物料搬运设备 具有贮存功能的自动仓库 以及控制上述设备的控制系统所构成 FMS 的分类 1 流水型 FMS 2 非流水型 FMS P62 2 67 鉴于 FMS 投资甚大 引进时注意考虑 1 以生产和设计负责人为主 并在财务负责人 人事负责人的配合下 就自动生产的经 济性 灵活性 生产性 可靠性 维修性加以评价 2 生产负责人根据工件或毛坯的形状 尺寸 考虑适用的加工设备 必要时也可以开发 新的专用加工设备 运用 GT 成组技术 原理将工件分类 可采用轴加工方式 即一 次性完成的一个工件中的多项加工 或者采用同时加工的方式 即几种多个工件 一 次性完成共同性的加工 此外要考虑加工设备与物料搬运设备的配套 3 设计负责人应当考虑零件的通用化和标准化 尽可能进行多面加工 此外还要避免复 杂的曲面 力求形状简单 4 FMS 耗资较大 工厂实现 FMS 要求承担较大的风险 因此 如果产品的需求量或价格 不稳定时 应该进行详细的财务分析 5 单是把生产设备更新为技术水平高的 FMS 设备是不够的 还应大力提高技术人员和操 作工人的技术水平 6 在引进 FMS 时 最好还是综合考虑财务和技术人员 操作人员的水平 7 从事 FMS 管理和维修的工人应该是技术水平很高的专家 人事部门应该恰当地评价工 人的技术水平和工资 P63 2 17 由计算机控制的机器人进行装配所耗用的时间 大致有三部分组成 工件移动时间 实际 组装时间 装配准备时间 柔性自动装配系统一般叫柔性装配系统 FAS 也有叫装配 FMS 的 FAS 由具备变换功能的自动装置设备 具备半送和贮存零件或装配件功能的物料自动搬运 设备 以及控制上述设备的控制系统所构成 典型的装配机器人有直角坐标型的 SIGMA 机器人 多关机 PUMA 机器人等 FAS 主要有以下两种方式 1 柔性流水装配系统 特征是物流单向 柔性较差 但装配类似部件时效率高 2 柔性装配单元系统 一种计算机控制的自动装配机械 在一个装配区内可装配多个零部 件 P66 2 74 在构成 FAS 时 应考虑 1 缩短准备时间 2 产品最优设计 3 系统设计 4 引进步骤 生产中的物料搬运是指有关物品位置及堆放位置变化的技术 整个生产过程中 需要物料搬运的地方如下 1 物资供应过程中的搬运 2 物资保管过程中的搬运 3 生产工序之间的搬运 4 生产过程中在制品 停留品 中间产品贮存的运输 5 加工 装配 检验过程中的搬运 6 产品的搬运 7 产品出厂的搬运 在 CAM 中 以生产活动为主体的 3 4 5 的物料搬运尤为重要 物料搬运自动化的主要原则 1 搬运最少化 2 成套运载方式 3 利用惯性和重力 4 高活动性 自动物料搬运设备分为 1 往机床 装置装上和卸下物体的设备 2 在机床之间或仓库与机床之间搬运零件的设备 上下料自动化主要分为抓取式 推进式和重力落下式 自动运送设备分为 1 固定周期方式 按一定时间间隔 2 自由周期式 在移动工件时不按节拍时间 构成自动仓库的基本设备 货架 自动物料搬运设备和计算机 自动仓库的作用 1 库存信息管理 2 出入库作业的管理和控制 机器人具备的功能 1 一台工业机器人能从事多种工作 2 铵不同用途 有较大的动作范围 3 为完成装配等教复杂的动作 需要有柔性高的功能 使用机器人的效果主要表现为 1 准确控制生产流程及时间 按预定计划进行 便于生产管理 2 产品质量稳定 3 当产品和设备变化时 只需改变一下程序即可 因此 它是一种通用性强 柔性好的生 产设备 4 使工人从危险 恶劣的工作环境中得到解放 P71 表 2 18 预提高工业机器人在 CAM 中发挥作用 需提高以下几个方面的性能 1 智能化 2 动作高速化 多样化和精细化 3 增大抓取重量和轻量小型化 4 机器人结构模块化 按动作方式对机器人分类 1 圆柱坐标机器人 2 极坐标机器人 3 直角坐标机器人 4 多关节机器人 示教方式分间接示教方式和直接示教方式 自动检索流程 P75 表 2 19 生产管理系统的构成 1 综合生产计划 2 生产过程计划 3 生产作业计划 4 生产实施 5 生产控制 2 是 CAD 的 4 5 是 CAM 的 生产管理系统的各种功能 1 生产计划功能 需求预测功能 订货选择功能 生产计划功能 库存管理功能 2 配置计划功能 3 工艺计划功能 4 作业计划功能 5 制造功能 6 质量管理功能 7 生产维修功能 8 生产控制功能 生产管理信息流 1 由经营计划传给生产计划的信息 2 由生产计划传给配置计划的信息 3 由生产计划传给采购的信息 4 由生产计划传给产品设计的信息 5 由产品设计传给配置计划的信息 6 由产品设计传给工艺计划的信息 7 由配置计划传给工艺计划的信息 8 由工艺计划传给作业计划的信息 9 由工艺计划传给制造的信息 10 由生产计划传给作业计划的信息 11 由生产计划传给流通 销售的信息 12 由作业计划传给制造的信息 13 由制造传给质量管理的信息 14 由制造传给生产管理的信息 生产管理系统中利用的信息分为管理信息和技术信息 管理信息由 需求预测信息 用户信息 订货信息 生产计划信息 库存管理信息 作业 计划信息 质量管理 设备维修信息 劳务管理信息 成本管理信息 转包信息等 技术信息有 产品设计信息 设计图纸信息 工艺设计信息 作业设计信息 机械设备信 息 材料和零部件信息 加工技术信息 装配技术信息等 计算机辅助生产管理信息系统 用计算机来管理和运营的生产管理信息系统 能够即时处 理并保存大量信息 如果进一步通讯线路 还能够迅速实现两个分隔在两地的终端和计算 机之间的信息交换 在数据的发生及其处理之间毋庸耽搁很多时间 在生产系统中 用计 算机管理的信息 不单由管理信息 还有技术信息 以一个数据库为轴心 由一切利用此数据库的模块组成的计算机生产管理系统叫做全系统 最典型的代表是 COPOCS COPOCS 由十二个模块组成 这些模块功能和信息流如下 1 技术与生产资料管理 2 顾客订货服务 3 预测 4 主生产计划 5 库存管理 6 制造活动计划 7 订货安排 8 工厂管理 9 工厂维修 10 采购进货 11 仓库管理 12 成本管理 多品种生产计划与 MRP 系统 制订多种小批量生产的生产计划比较困难的主要原因是 存 在通用零部件的相似产品 确定零部件和原材料的需要量和需要时期 多种零部件和原材 料的库存和管理等 当处理这些问题有误时 就可能出现库存物资过剩 延迟交货 缺货 等情况 还导致以产品为中心制定生产计划的通用零部件的重复安排和库存管理的混乱 决定批量的方法 从 EOQ 方法开始 有 POQ EPP PPB W W L for L LUC S M 等等方法 1 进度计划 调度规则 优先规则 最小加工时间规则 S