自动化制造系统1

1、20212021年年6 6月月2929日日西南科技大学制造学院西南科技大学制造学院 自动化制造系统自动化制造系统 主主 讲讲: 马有良马有良 联系邮箱：联系邮箱： 联系电话西南科技大学机电专业系列课程西南科技大学机电专业系列课程 2 自动化制造系统 西南科技大学城市学院 马有良2 第1章 自动化制造统概论 2 一、基本情况一、基本情况 教教 材：辛宗生材：辛宗生主编主编 自动化制造系统自动化制造系统 北北 京大学出版社京大学出版社 参考教材：参考教材： 张根宝张根宝. .自动化制造系统自动化制造系统. . 机械工业出版社机械工业出版社 全燕鸣全燕鸣. .机械制造自动化

2、机械制造自动化. . 华南理工大学出版社华南理工大学出版社 课程总学时数为课程总学时数为 4848 学时。学时。其中其中实践实践1616学时。学时。 课程内容介绍课程内容介绍 3 自动化制造系统 西南科技大学城市学院 马有良3 第1章 自动化制造统概论 3 第第9 9章章 微型计算机控制系统设计微型计算机控制系统设计 二：授课大纲二：授课大纲 第第1 1章：自动化制造系统概述章：自动化制造系统概述 简要的介绍自动化制造系统的基本概念、简要的介绍自动化制造系统的基本概念、 定义、组成、分类、特点及适用范围。定义、组成、分类、特点及适用范围。 共共2 2次课，用次课，用4 4学时。学时。 第第2

3、2章：加工设备自动化章：加工设备自动化 介绍加工设备自动化的意义及分类，单机介绍加工设备自动化的意义及分类，单机 自动化的方案、主要自动化加工设备自动化的方案、主要自动化加工设备。 共共4 4次课，用次课，用8 8学时。学时。 4 自动化制造系统 西南科技大学城市学院 马有良4 第1章 自动化制造统概论 4 第第9 9章章 微型计算机控制系统设计微型计算机控制系统设计 第第3 3章：章：制造制造系统物料储运自动化系统物料储运自动化 主要学习物料储运自动化的概念，自动化主要学习物料储运自动化的概念，自动化 物料储运系统的组成和分类，了解自动化输送物料储运系统的组成和分类，了解自动化输送 系统、刚

4、性和柔性物料储运系统。系统、刚性和柔性物料储运系统。 共共4 4次课次课 用用8 8学时。学时。 第第4 4章：加工刀具自动化章：加工刀具自动化 学习自动化机床的刀具和辅助工具，自动学习自动化机床的刀具和辅助工具，自动 化换刀装置和排屑自动化。化换刀装置和排屑自动化。 共共2 2次课，用次课，用4 4学时。学时。 二：授课大纲二：授课大纲 5 自动化制造系统 西南科技大学城市学院 马有良5 第1章 自动化制造统概论 5 第第9 9章章 微型计算机控制系统设计微型计算机控制系统设计 二：授课大纲二：授课大纲 第第5 5章：制造系统检测过程自动化章：制造系统检测过程自动化 在本章中，了解自动化检测

5、的目的和意义，在本章中，了解自动化检测的目的和意义， 工件尺寸、刀具状态、自动化加工过程的检测工件尺寸、刀具状态、自动化加工过程的检测 方法与装置。方法与装置。 共共1 1次课，用次课，用2 2学时。学时。 第第6 6章：产品装配过程自动化章：产品装配过程自动化 分析自动装配工艺过程，熟悉自动装配机、分析自动装配工艺过程，熟悉自动装配机、 自动装配线及其相关知识。自动装配线及其相关知识。 共共0.50.5次课，用次课，用1 1学时。学时。 6 自动化制造系统 西南科技大学城市学院 马有良6 第1章 自动化制造统概论 6 第第9 9章章 微型计算机控制系统设计微型计算机控制系统设计 二：授课大纲

6、二：授课大纲 第第7 7章：自动化制造的控制系统章：自动化制造的控制系统 介绍机械制造自动化控制系统的种类及工介绍机械制造自动化控制系统的种类及工 作原理。作原理。 共共0.50.5次课，用次课，用1 1学时。学时。 第第8 8章：自动化制造系统的总体设计章：自动化制造系统的总体设计 从总体角度介绍自动化制造系统的总体设从总体角度介绍自动化制造系统的总体设 计步骤及内容。计步骤及内容。 共共1 1次课，用次课，用2 2学时。学时。 7 自动化制造系统 西南科技大学城市学院 马有良7 第1章 自动化制造统概论 7 第第9 9章章 微型计算机控制系统设计微型计算机控制系统设计 第第9 9章：章：计

7、算机计算机仿真及优化仿真及优化 主要主要介绍介绍自动化制造系统仿真的概念和方法自动化制造系统仿真的概念和方法 ，仿真的理论、内容及主要仿真软件，仿真的理论、内容及主要仿真软件。 共共0.5 0.5 次课，次课，用用1 1学时。学时。 第第1010章：制造系统设计自动化章：制造系统设计自动化 第第1111章：制造系统工艺自动化章：制造系统工艺自动化 共共0.5 0.5 次课，用次课，用1 1学时。学时。 理论课程理论课程用时用时3232学时。学时。 二：授课大纲二：授课大纲 8 自动化制造系统 西南科技大学城市学院 马有良8 第1章 自动化制造统概论 8 第第9 9章章 微型计算机控制系统设计微

8、型计算机控制系统设计 实践教学布置实践教学布置 主要主要介绍介绍实践教学的内容及要求实践教学的内容及要求。 用用1 1学时。学时。 CAXACAXA软件系统介绍及练习软件系统介绍及练习 用时用时1111学时学时 实践上机考试实践上机考试 用时用时4 4学时学时 实践环节共实践环节共1616学时。学时。 全部用时全部用时4848学时。学时。 二：授课大纲二：授课大纲 9 自动化制造系统 西南科技大学城市学院 马有良9 第1章 自动化制造统概论 9 第第9 9章章 微型计算机控制系统设计微型计算机控制系统设计 三：本课程的课程的性质和目的三：本课程的课程的性质和目的 n自动化制造系统自动化制造系统

9、是是 “机械工程及自动机械工程及自动 化化”本科专业本科专业的一门重要的专业课的一门重要的专业课, , 是一门是一门 综合性课程，计划学时为综合性课程，计划学时为4848学时。学时。 n 课程的主要目的从工程应用角度帮助学生课程的主要目的从工程应用角度帮助学生 了解和掌握自动化制造系统的基本概念、系了解和掌握自动化制造系统的基本概念、系 统构成、设计方法、发展动态等，以及自动统构成、设计方法、发展动态等，以及自动 化制造设备的结构原理、控制方法和应用特化制造设备的结构原理、控制方法和应用特 点等。点等。 10 自动化制造系统 西南科技大学城市学院 马有良10 第1章 自动化制造统概论 10 本

10、课程内容本课程内容: : 课程系统地介绍了自动化制造系统的基本课程系统地介绍了自动化制造系统的基本 知识，自动化制造系统的规划、设计、分析及知识，自动化制造系统的规划、设计、分析及 其运行的基本理论和方法。自动化制造系统的其运行的基本理论和方法。自动化制造系统的 各分系统分析和设计（包括加工系统、工件储各分系统分析和设计（包括加工系统、工件储 运系统、刀具准备及储运系统、控制系统及检运系统、刀具准备及储运系统、控制系统及检 测与监控系统），自动化制造系统的计算机仿测与监控系统），自动化制造系统的计算机仿 真及优化等。真及优化等。 11 自动化制造系统 西南科技大学城市学院 马有良11 第1章

11、自动化制造统概论 11 12 自动化制造系统 西南科技大学城市学院 马有良12 第1章 自动化制造统概论 12 n 通过本课程的学习，学生应该掌握的基本理论有：通过本课程的学习，学生应该掌握的基本理论有： p 了解机械制造自动化的基本概念、类型、控制方式了解机械制造自动化的基本概念、类型、控制方式 及发展与应用。及发展与应用。 p 掌握掌握加工设备自动化加工设备自动化的特点及分类，以及两种典型的特点及分类，以及两种典型 的加工过程自动化方法：单机工作自动化和加工自的加工过程自动化方法：单机工作自动化和加工自 动线。动线。 p 掌握掌握物流供输系统物流供输系统的功能及组成；介绍不同类型的的功能及

12、组成；介绍不同类型的 物流供输系统的组成及特点。物流供输系统的组成及特点。 p 掌握掌握刀具自动化刀具自动化的特点以及各种排屑、换刀自动化的特点以及各种排屑、换刀自动化 装置。装置。 教学目的及要求教学目的及要求 13 自动化制造系统 西南科技大学城市学院 马有良13 第1章 自动化制造统概论 13 n 通过本课程的学习，学生应该掌握的基本理论有：通过本课程的学习，学生应该掌握的基本理论有： p 了解制造过程中运用的各种了解制造过程中运用的各种检测技术检测技术。 p 掌握掌握自动装配系统自动装配系统的组成以及自动装配工艺过程的的组成以及自动装配工艺过程的 分析。分析。 p 了解了解工业机器人工

13、业机器人的构成及相关控制技术。的构成及相关控制技术。 p 了解集成制造系统的概念，柔性制造系统、计算机了解集成制造系统的概念，柔性制造系统、计算机 集成制造系统以及其他一些先进制造技术的结构及集成制造系统以及其他一些先进制造技术的结构及 特点。特点。 教学目的及要求教学目的及要求 14 自动化制造系统 西南科技大学城市学院 马有良14 第1章 自动化制造统概论 14 n 学生应掌握的基本技能有：学生应掌握的基本技能有： p 具备具备根据具体加工条件及应用范围合理根据具体加工条件及应用范围合理选择自动选择自动 化加工设备的能力化加工设备的能力。 p 具备具备根据具体加工条件根据具体加工条件确定物

14、流供输系统结构的确定物流供输系统结构的 能力。能力。 p 具备正确制订自动装配工艺过程的能力具备正确制订自动装配工艺过程的能力。 p 通过本课程的学习，学生还应了解机械制造自动通过本课程的学习，学生还应了解机械制造自动 化技术的最新成就和发展趋势。化技术的最新成就和发展趋势。 15 自动化制造系统 西南科技大学城市学院 马有良15 第1章 自动化制造统概论 15 期末考试期末考试 70 70 作业、上机练习作业、上机练习 3030 l 学习方式学习方式 课堂讲授课堂讲授 50% 50% 自自 学学 课程内容课程内容2020自学自学 实践环节实践环节 作业、上机练习作业、上机练习 3030 l

15、考核方法考核方法 16 自动化制造系统 西南科技大学城市学院 马有良16 第1章 自动化制造统概论 16 自动化制造系统的基本概念自动化制造系统的基本概念 自动化制造系统的基本内容自动化制造系统的基本内容 自动化制造系统的定义自动化制造系统的定义 自动化制造系统的组成自动化制造系统的组成 自动化制造系统的分类及特点自动化制造系统的分类及特点 第第1 1章章 自动化制造系统概述自动化制造系统概述 17 自动化制造系统 西南科技大学城市学院 马有良17 第1章 自动化制造统概论 17 1.1 1.1 自动化制造系统的基本概念自动化制造系统的基本概念 1、什么是系统？、什么是系统？ n系统是指由相互

16、联系、相互作用的若干元素构系统是指由相互联系、相互作用的若干元素构 成的具有特定功能的有机整体。成的具有特定功能的有机整体。 n系统的特征：是系统的共性，作为一个系统，系统的特征：是系统的共性，作为一个系统， 一般具有五个特征。一般具有五个特征。 目的性、整体性、相关性、层次性、环境适应性目的性、整体性、相关性、层次性、环境适应性 18 自动化制造系统 西南科技大学城市学院 马有良18 第1章 自动化制造统概论 18 2、什么是制造？、什么是制造？ n制造是一个涉及制造工业中产品设计、物料选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、择、生产计划、生产

17、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。市场销售和服务的一系列相关活动和工作的总称。 n有狭义和广义。有狭义和广义。 l狭义：加工及物料储运、质量控制、装配过程等。狭义：加工及物料储运、质量控制、装配过程等。 l广义：产品设计、工艺设计、生产准备、市场调研广义：产品设计、工艺设计、生产准备、市场调研 、市场营销、服务、回收处理等。、市场营销、服务、回收处理等。其它环节其它环节 19 自动化制造系统 西南科技大学城市学院 马有良19 第1章 自动化制造统概论 19 制造制造目前对制造有两种理解：目前对制造有两种理解： l一个是指产品的一个是指产品的“制作过程制作过

18、程”或称为或称为“小制小制 造概念造概念”，如机械加工过程；，如机械加工过程； l另一个是另一个是广义制造广义制造概念，包括产品整个生命概念，包括产品整个生命 周期过程，又称为周期过程，又称为“大制造概念大制造概念”。 n 实际应用中，两者皆在使用，其概念范围实际应用中，两者皆在使用，其概念范围 视具体情况而定。视具体情况而定。 木材旋切生产流水线木材旋切生产流水线 20 自动化制造系统 西南科技大学城市学院 马有良20 第1章 自动化制造统概论 20 n制造业制造业 是指对制造资源（物料、能源、设备、工具、资是指对制造资源（物料、能源、设备、工具、资 金、技术、信息和人力等），按照市场要求，

19、通金、技术、信息和人力等），按照市场要求，通 过制造过程，转化为可供人们使用和利用的工业过制造过程，转化为可供人们使用和利用的工业 品与生活消费品的行业。品与生活消费品的行业。 n制造规模制造规模 大规模制造、大批量制造、多品种小批量制造。大规模制造、大批量制造、多品种小批量制造。 富士康富士康ipad 生产流水线生产流水线 21 自动化制造系统 西南科技大学城市学院 马有良21 第1章 自动化制造统概论 21 3、什么是制造系统？、什么是制造系统？ 制造系统是人、机器和装备以及物料流和信息流制造系统是人、机器和装备以及物料流和信息流 的一个组合体。的一个组合体。 广义上制造系统可从三个方面来

20、定义。广义上制造系统可从三个方面来定义。1 1、制造、制造 系统的结构方面：制造系统是一个包括人员、生产设系统的结构方面：制造系统是一个包括人员、生产设 施、物料加工设备和其他附属装置等各种硬件的统一施、物料加工设备和其他附属装置等各种硬件的统一 整体；整体；2 2、制造系统的转变方面：制造系统可定义为、制造系统的转变方面：制造系统可定义为 生产要素的转变过程，特别是将原材料以最大生产率生产要素的转变过程，特别是将原材料以最大生产率 变成为产品；变成为产品；3 3、制造系统的过程方面：制造系统可、制造系统的过程方面：制造系统可 定义为生产的运行过程，包括计划、实施和控制。定义为生产的运行过程，

21、包括计划、实施和控制。 狭义上制造系统是指产品加工和装配相关的机械狭义上制造系统是指产品加工和装配相关的机械 制造系统。制造系统。 22 自动化制造系统 西南科技大学城市学院 马有良22 第1章 自动化制造统概论 22 由资源输入、输出、转换、控制和约束五大因素。由资源输入、输出、转换、控制和约束五大因素。 核心功能既是资源转换，为社会创造财富。核心功能既是资源转换，为社会创造财富。 制造系统的基本模型 23 自动化制造系统 西南科技大学城市学院 马有良23 第1章 自动化制造统概论 23 制造系统功能结构 经营管理信息流 生产管理信息流 技术信息流 物质流 用户、市 场 与 外 部 环 境

22、经营管理 市场与销售 研究与开发 资源管理 财务 生产管理 工程设计 采购 车间制造 （加工、装配、 检验、输送、 存储 ） 质量控制 24 自动化制造系统 西南科技大学城市学院 马有良24 第1章 自动化制造统概论 24 软件 硬件 制造系统结构特性 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。发挥效能，必须有软件支持。 25 自动化制造系统 西南科技大学城市学院 马有良25 第1章 自动化制造统概论 25 主要从技术角度出发，如何使转变过程更有效进行。主要从技术角度出发，如何使转变过程更有效进行。 获取阶段转变阶段分配

23、阶段 制造系统的物质流 原材料 供应者 原材料 库存 零件 加工 零件 库存 装配 成品 库存 最终 用户 26 自动化制造系统 西南科技大学城市学院 马有良26 第1章 自动化制造统概论 26 汽车生产物流示意图汽车生产物流示意图 27 自动化制造系统 西南科技大学城市学院 马有良27 第1章 自动化制造统概论 27 需求 订货 信息 生产 计划 信息 进度 计划 信息 作业 计划 信息 生产 结果 数据 生产 控制 信息 生产 技术 信息 产品 设计 信息 综合 生产 计划 生产 进度 计划 作业 计划 生产 实施 生产 控制 产品 设计 工艺 过程 计划 工艺 过程 信息 计划阶段实施阶

24、段控制阶段 图1-6 制造系统的程序特性 制造系统可视为生产离散型产品的工作程序 研究制造系统程序特性，主要从管理角度出发如何使 生产活动达到最佳化。 28 自动化制造系统 西南科技大学城市学院 马有良28 第1章 自动化制造统概论 28 误差流 物流 资金流 规划 控制 需求 信息流 实施 （车间或现场） 原材料 产品与服务 能源 能 量 流 制造系统的五种流 29 自动化制造系统 西南科技大学城市学院 马有良29 第1章 自动化制造统概论 29 n对制造系统的研究可以从不同的角度进行。对制造系统的研究可以从不同的角度进行。 n从人在系统中的作用、零件品种和批量、零件及从人在系统中的作用、零

25、件品种和批量、零件及 其工艺类型、系统的柔性、系统的自动化程度及系其工艺类型、系统的柔性、系统的自动化程度及系 统的智能程度等方面对制造系统进行分类。统的智能程度等方面对制造系统进行分类。 n见书上见书上P10P10，图，图1-4 1-4 制造系统的分类制造系统的分类 30 自动化制造系统 西南科技大学城市学院 马有良30 第1章 自动化制造统概论 30 4、自动化的含义、自动化的含义 p机械化机械化执行制造过程的执行制造过程的基本体力劳动基本体力劳动是由机器是由机器 （机械）代替（机械）代替人力劳动人力劳动来完成时称之为来完成时称之为机械化机械化。 l 自动走刀代替手动走刀自动走刀代替手动走

26、刀走刀机械化走刀机械化 l 输送机代替人工搬运工件输送机代替人工搬运工件是工件输送机械化；是工件输送机械化； l 气动夹紧工件代替手动夹紧工件气动夹紧工件代替手动夹紧工件工件夹紧机械化。工件夹紧机械化。 太阳能电池板太阳能电池板1 太阳能电池板太阳能电池板2 31 自动化制造系统 西南科技大学城市学院 马有良31 第1章 自动化制造统概论 31 n最初最初“自动化自动化(Automation)(Automation)”是美国人是美国人 D.S.HarderD.S.Harder于于19361936年提出的。当时他在通用年提出的。当时他在通用 汽车公司工作，他认为汽车公司工作，他认为在一个生产过程

27、中，在一个生产过程中， 机器之间的零件转移不用人去搬运就是机器之间的零件转移不用人去搬运就是 自自 动化动化 。这是早期制造自动化的概念。这是早期制造自动化的概念。 32 自动化制造系统 西南科技大学城市学院 马有良32 第1章 自动化制造统概论 32 p自动化自动化 机器代替人完成基本劳动的同时，机器代替人完成基本劳动的同时，若若 人对机器的操纵看管、对工件的装卸与检验等人对机器的操纵看管、对工件的装卸与检验等辅助辅助 体力劳动体力劳动也是由也是由机器来完成时机器来完成时，并且有，并且有自动控制系自动控制系 统统或计算机代替部分或计算机代替部分脑力劳动脑力劳动，这个制造过程是，这个制造过程是

28、 “自动化自动化” ” 。 基本劳动机械化辅助劳动机械化自动控 制系统 自动化制造系统 33 自动化制造系统 西南科技大学城市学院 马有良33 第1章 自动化制造统概论 33 5、制造自动化、制造自动化 n 制造自动化制造自动化制造自动化制造自动化 l 就是广义制造过程的所有环节采用自动化技术，就是广义制造过程的所有环节采用自动化技术， 实现全过程的自动化。实现全过程的自动化。 l 在形式上有三方面的含义；在形式上有三方面的含义； l 在功能上，其目标模型是：在功能上，其目标模型是：TQCSE。 l TQCSE是相互关联的，构成一个制造自动化功能是相互关联的，构成一个制造自动化功能 目标的有机

29、体系。目标的有机体系。 l 在范围上，制造自动化应该涉及产品生命周期的在范围上，制造自动化应该涉及产品生命周期的 各类活动。各类活动。 1 1）制造自动化的概念）制造自动化的概念 34 自动化制造系统 西南科技大学城市学院 马有良34 第1章 自动化制造统概论 34 n制造自动化的概念是一个动态发展过程。制造自动化的概念是一个动态发展过程。 l 过去，人们对自动化的理解或者说自动化的功能目过去，人们对自动化的理解或者说自动化的功能目 标是以标是以机械的动作代替人力操作，自动地完成特定机械的动作代替人力操作，自动地完成特定 的作业的作业。这实质上是。这实质上是自动化自动化代替人的代替人的体力劳动

30、体力劳动的观的观 点。点。 l 现在，随着电子和信息技术的发展，特别是随着计现在，随着电子和信息技术的发展，特别是随着计 算机的出现和广泛应用，算机的出现和广泛应用，自动化自动化的概念已扩展为的概念已扩展为用用 机器机器( (包括计算机包括计算机) )不仅代替人的不仅代替人的体力劳动体力劳动而且还代而且还代 替或辅助替或辅助脑力劳动脑力劳动，以自动地完成特定的作业。，以自动地完成特定的作业。 35 自动化制造系统 西南科技大学城市学院 马有良35 第1章 自动化制造统概论 35 2 2）制造自动化的发展历程）制造自动化的发展历程 第一阶段：第一阶段：18701950年年 18701870年年

31、美国发明了自动制造螺钉的机器美国发明了自动制造螺钉的机器 19241924年年 第一条流水作业机械加工生产线第一条流水作业机械加工生产线 19351935年年 苏联第一条发动机缸体生产线苏联第一条发动机缸体生产线 19451945年年 福特汽车采用自动化生产线福特汽车采用自动化生产线 19461946年年 苏联提出成组生产工艺的思想苏联提出成组生产工艺的思想 36 自动化制造系统 西南科技大学城市学院 马有良36 第1章 自动化制造统概论 36 第一阶段：第一阶段：18701950年年 纯机械控制纯机械控制+ +电液控制电液控制 刚性自动化加工单机和系统刚性自动化加工单机和系统 其中其中194

32、61946年前苏联提出年前苏联提出成组技术成组技术概念概念 成组技术（成组技术（Group TechnologyGroup Technology，GTGT）概念：）概念：充分利用事物之充分利用事物之 间的相似性，将许多具有相似信息的研究对象归并成组，并间的相似性，将许多具有相似信息的研究对象归并成组，并 用大致相同的方法来解决这一组研究对象的生产技术问题，用大致相同的方法来解决这一组研究对象的生产技术问题， 这样就可以发挥规模生产的优势，达到提高生产效率、降低这样就可以发挥规模生产的优势，达到提高生产效率、降低 生产成本的目的，这种技术统称为成组技术。生产成本的目的，这种技术统称为成组技术。

33、相似零件有相似的加工工艺过程相似零件有相似的加工工艺过程 37 自动化制造系统 西南科技大学城市学院 马有良37 第1章 自动化制造统概论 37 二次相似性二次相似性 结构（形状、尺寸、精度）结构（形状、尺寸、精度） 材料（材质、毛坯、热处理）材料（材质、毛坯、热处理） 一次相似性一次相似性 产品设计产品设计 工艺设计（加工方法、加工设备）工艺设计（加工方法、加工设备） 生产管理生产管理 装配装配 38 自动化制造系统 西南科技大学城市学院 马有良38 第1章 自动化制造统概论 38 图2 工艺相似零件组 图1 结构相似零件组 39 自动化制造系统 西南科技大学城市学院 马有良39 第1章 自

34、动化制造统概论 39 第二阶段：第二阶段：19521965年年 数控技术（数控技术（NC）-主要是单机数控主要是单机数控 19521952年年-数控机床数控机床 19581958年年-加工中心加工中心 19591959年年-工业机器人（极坐标方式）工业机器人（极坐标方式） 19601960年年-自适应控制机床自适应控制机床 19611961年年-CAM-CAM（计算机辅助制造）（计算机辅助制造） 19621962、19631963年年-CAD-CAD（计算机辅助设计）工（计算机辅助设计）工 业机器人（圆柱坐标方式）业机器人（圆柱坐标方式） 19651965年年-CNC-CNC（计算机数控机床）

35、（计算机数控机床） 40 自动化制造系统 西南科技大学城市学院 马有良40 第1章 自动化制造统概论 40 第三阶段：第三阶段：196780年代中期年代中期 FMS（数控机床（数控机床+工业机器人）工业机器人） 19671967年年-FMS-FMS（英国的（英国的MolinsMolins公司公司 ） 7070年代初年代初-FMC-FMC（柔性制造单元）（柔性制造单元） 19801980年年-无人化工厂（富士工厂）无人化工厂（富士工厂） 41 自动化制造系统 西南科技大学城市学院 马有良41 第1章 自动化制造统概论 41 第四阶段：第四阶段：80年代至今年代至今 CIMS（计算机集成制造系统）

36、（计算机集成制造系统） 1974年由美国人哈林顿提出该概念 借助于计算机技术、现代系统管理技术、借助于计算机技术、现代系统管理技术、 现代制造技术、信息技术、自动化技术和现代制造技术、信息技术、自动化技术和 系统工程技术，将制造过程中有关的人、系统工程技术，将制造过程中有关的人、 技术和经营管理三要素有机集成，通过信技术和经营管理三要素有机集成，通过信 息共享以及信息流与物质流的有机集成实息共享以及信息流与物质流的有机集成实 现系统的优化运行。现系统的优化运行。 42 自动化制造系统 西南科技大学城市学院 马有良42 第1章 自动化制造统概论 42 国内的发展国内的发展 19561956年第一

37、条机械加工自动线年第一条机械加工自动线 19581958年数控立铣年数控立铣 19841984年年FMCFMC 19861986年年FMSFMS 7070年代初工业机器人年代初工业机器人 19861986年年CIMS CIMS 43 自动化制造系统 西南科技大学城市学院 马有良43 第1章 自动化制造统概论 43 CIMSCIMS 国家高技术研究发展计划国家高技术研究发展计划(863(863计划计划) )主题之一主题之一 p19941994年，设在清华大学的国家年，设在清华大学的国家CIMSCIMS实验工程中心获实验工程中心获 得国际著名权威学术机构得国际著名权威学术机构美国制造工程师学会美国

38、制造工程师学会 （SMESME）的）的“大学领先奖大学领先奖” p19991999年，华中理工大学又获该年度的同一奖项年，华中理工大学又获该年度的同一奖项 p19951995年，北京第一机床厂荣获年，北京第一机床厂荣获SMESME的的“工业领先奖工业领先奖” 国内的发展国内的发展 44 自动化制造系统 西南科技大学城市学院 马有良44 第1章 自动化制造统概论 44 国内的发展国内的发展 国家高技术研究发展国家高技术研究发展 计划（计划（863863计划）计划） 19861986年年 CIMSCIMS作为自动化领域作为自动化领域 研究主题研究主题 四个层次 应用工程 产品开发 技术攻关 应用基

39、础研究 45 自动化制造系统 西南科技大学城市学院 马有良45 第1章 自动化制造统概论 45 国内的发展国内的发展 十个专题 CIMSCIMS总体设计与实施总体设计与实施 CIMSCIMS发展战略及体系结构发展战略及体系结构 CIMSCIMS总体集成技术总体集成技术 集成产品设计自动化系统集成产品设计自动化系统 集成工艺设计自动化系统集成工艺设计自动化系统 集成制造自动化系统集成制造自动化系统 CIMSCIMS管理与决策支持系统管理与决策支持系统 集成质量控制系统集成质量控制系统 计算机网络与数据库系统计算机网络与数据库系统 CIMSCIMS系统技术与方法系统技术与方法 46 自动化制造系统

40、 西南科技大学城市学院 马有良46 第1章 自动化制造统概论 46 2 2、制造敏捷化：、制造敏捷化：制造环境和制造过程面向制造环境和制造过程面向2121世世 纪制造活动的必然趋势，包括：纪制造活动的必然趋势，包括： 柔性：机器、工艺、运行、扩展、劳动力等柔柔性：机器、工艺、运行、扩展、劳动力等柔 性一级知识供应链；性一级知识供应链； 重构能力：能实现快速重祖重构，增强对新产重构能力：能实现快速重祖重构，增强对新产 品开发的快速响应能力一级产品过程的快速实品开发的快速响应能力一级产品过程的快速实 现、创新管理和应变管理；现、创新管理和应变管理； 快速化的集成制造工艺：如快速原型制造快速化的集成

41、制造工艺：如快速原型制造RPMRPM （一种快速化的（一种快速化的CADCADCAMCAM的集成工艺）的集成工艺） 3 3）制造自动化的发展趋势）制造自动化的发展趋势 1 1、制造业全球化、制造业全球化 47 自动化制造系统 西南科技大学城市学院 马有良47 第1章 自动化制造统概论 47 发展趋势发展趋势 3 3、制造网络化：制造环境内部（实现制造、制造网络化：制造环境内部（实现制造 过程的集成）、制造环境整个制造企业过程的集成）、制造环境整个制造企业 （实现制造环境与企业中工程设计、（实现制造环境与企业中工程设计、MISMIS 等子系统的集成）；企业之间（实现企业等子系统的集成）；企业之间

42、（实现企业 间的资源共享、组合与后化利用）；通过间的资源共享、组合与后化利用）；通过 网络实现异地制造网络实现异地制造 48 自动化制造系统 西南科技大学城市学院 马有良48 第1章 自动化制造统概论 48 4 4、制造虚拟化：、制造虚拟化： 包括虚拟现实（包括虚拟现实（VRVR）、虚拟产品开发（）、虚拟产品开发（VPDVPD）、）、 虚拟制造（虚拟制造（VMVM）和虚拟企业（）和虚拟企业（VEVE）。虚拟制造）。虚拟制造 是指以制造技术和计算机技术支持的系统建模是指以制造技术和计算机技术支持的系统建模 技术和仿真技术为基础，将现实制造环境及其技术和仿真技术为基础，将现实制造环境及其 制造过程

43、通过建立系统模型映射到计算机及相制造过程通过建立系统模型映射到计算机及相 关技术所支撑的虚拟环境中，在虚拟环境下模关技术所支撑的虚拟环境中，在虚拟环境下模 拟现实制造环境机器制造过程的一切活动和产拟现实制造环境机器制造过程的一切活动和产 品制造全过程。虚拟制造是敏捷制造的重要关品制造全过程。虚拟制造是敏捷制造的重要关 键技术。键技术。 发展趋势发展趋势 49 自动化制造系统 西南科技大学城市学院 马有良49 第1章 自动化制造统概论 49 5 5、制造智能化、制造智能化：在柔性和敏捷性基础在柔性和敏捷性基础 上进习、自修复、自组织和自我优化上进习、自修复、自组织和自我优化 等。等。 6 6、制

44、造绿色化、制造绿色化：资源的优化利用、清资源的优化利用、清 洁生产和废弃物的最少化及综合利用洁生产和废弃物的最少化及综合利用 7 7、知识化和创新化、知识化和创新化 50 自动化制造系统 西南科技大学城市学院 马有良50 第1章 自动化制造统概论 50 1 1、自动化制造系统的定义、自动化制造系统的定义 自动化制造系统是由一定范围的被加工对自动化制造系统是由一定范围的被加工对 象、一定柔性和自动化水平的各种设备和高素象、一定柔性和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，在人和计、能源、资金、配

45、套件和原材料等，在人和计 算机控制系统的共同作用下，实现一定程度的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、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。废料和对环境的污染。 1.2 1.2 自动化制造系统基本内容自动化制造系统基本内容 51 自动化制造系统 西南科技大学城市学院 马有良51 第1章 自动化制造统概论 51 自动化制造系统是指在较少的人工直接或间接自动化制造系统是指在较少的人工直接或间接 干预下，将原材料加工成零件或将零件组装成产品，干预下，将原材料加工成零件或将零件组装成产品， 在加工过程中实现管理过程和工艺过程自动化。

46、在加工过程中实现管理过程和工艺过程自动化。 52 自动化制造系统 西南科技大学城市学院 马有良52 第1章 自动化制造统概论 52 2 2、自动化制造系统的组成、自动化制造系统的组成 1 1、毛坯制备自动化子系统、毛坯制备自动化子系统 2 2、机械加工自动化子系统、机械加工自动化子系统 3 3、物料储运自动化子系统、物料储运自动化子系统 4 4、装配过程自动化子系统、装配过程自动化子系统 5 5、辅助过程自动化子系统、辅助过程自动化子系统 6 6、热处理过程自动化子系统、热处理过程自动化子系统 7 7、质量控制自动化子系统、质量控制自动化子系统 8 8、系统控制子系统、系统控制子系统 53 自

47、动化制造系统 西南科技大学城市学院 马有良53 第1章 自动化制造统概论 53 自自 动动 化化 制制 造造 系系 统统 机机 械械 加加 工工 自自 动动 化化 子子 系系 统统 储储 运运 自自 动动 化化 子子 系系 统统 辅辅 助助 过过 程程 自自 动动 化化 子子 系系 统统 热热 处处 理理 过过 程程 自自 动动 化化 子子 系系 统统 质质 量量 控控 制制 自自 动动 化化 子子 系系 统统 系系 统统 控控 制制 自自 动动 化化 子子 系系 统统 毛毛 坯坯 制制 备备 自自 动动 化化 子子 系系 统统 装装 配配 过过 程程 自自 动动 化化 子子 系系 统统 高素

48、质的人高素质的人 良好的良好的 组织管理组织管理 54 自动化制造系统 西南科技大学城市学院 马有良54 第1章 自动化制造统概论 54 3 3、自动化制造系统的生命周期、自动化制造系统的生命周期 n 与任何系统一样，自动化制造系统也有自己的与任何系统一样，自动化制造系统也有自己的 寿命周期，达到一定的服役年限后就得报废。寿命周期，达到一定的服役年限后就得报废。 n 通常将系统的设计、安装、调试、验收、应用通常将系统的设计、安装、调试、验收、应用 、维护、报废这些过程的集合称为自动化制造系、维护、报废这些过程的集合称为自动化制造系 统的寿命周期。统的寿命周期。 n 在各个不同阶段，人们的关注重

49、点是不同的。在各个不同阶段，人们的关注重点是不同的。 55 自动化制造系统 西南科技大学城市学院 马有良55 第1章 自动化制造统概论 55 1 1）按制造过程分：毛坯制备、热处理、储运、机加）按制造过程分：毛坯制备、热处理、储运、机加 工、装配、辅助质量和系统控制自动化。工、装配、辅助质量和系统控制自动化。 2 2）按设备分：局部动作、单机、刚性、刚性综合、）按设备分：局部动作、单机、刚性、刚性综合、 FMCFMC（柔性制造单元）、（柔性制造单元）、FMSFMS（柔性制造系统）。（柔性制造系统）。 3 3）按控制方式分：机械、机电液、数字、计算机、）按控制方式分：机械、机电液、数字、计算机、

50、 智能控制自动化。智能控制自动化。 4 4、自动化制造系统的分类及特点、自动化制造系统的分类及特点 56 自动化制造系统 西南科技大学城市学院 马有良56 第1章 自动化制造统概论 56 自动化制造系统的分类自动化制造系统的分类 n 刚性半自动化单机 n 刚性自动化单机 n 刚性自动线 n 刚性综合自动化系统 n 一般数控机床 n 加工中心 n 混合成组制造单元 n 分布式数控系统 DNC n 柔性制造单元 FMC n 柔性制造系统 FMS n 柔性制造线 FML n 计算机集成制造系统CIMS 柔性自动化 设备及系统 刚性自动化 设备及系统 自动化 制造系统 图图1.8 自动化制造系统的分类

51、自动化制造系统的分类 57 自动化制造系统 西南科技大学城市学院 马有良57 第1章 自动化制造统概论 57 n 不同的自动化类型有着不同的性能特点和不同不同的自动化类型有着不同的性能特点和不同 的应用范围，因此应根据需要选择不同的自动化的应用范围，因此应根据需要选择不同的自动化 系统。系统。 自动化制造系统包括刚性制造和柔性制造自动化制造系统包括刚性制造和柔性制造. . “刚性刚性”的含义是指该生产线只能生产某种或生产工艺相的含义是指该生产线只能生产某种或生产工艺相 近的某类产品，表现为生产产品的单一性。刚性制造包括组近的某类产品，表现为生产产品的单一性。刚性制造包括组 合机床、专用机床、刚

52、性自动化生产线等。合机床、专用机床、刚性自动化生产线等。 “柔性柔性”是指生产组织形式和生产产品及工艺的多样性和是指生产组织形式和生产产品及工艺的多样性和 可变性，可具体表现为机床的柔性、产品的柔性、加工的柔可变性，可具体表现为机床的柔性、产品的柔性、加工的柔 性、批量的柔性等。性、批量的柔性等。 58 自动化制造系统 西南科技大学城市学院 马有良58 第1章 自动化制造统概论 58 1）刚性半自动化单机）刚性半自动化单机 n 可以自动地完成单个工艺过程的加工循环的机床可以自动地完成单个工艺过程的加工循环的机床 ( (除上下料外除上下料外) )，称为，称为刚性半自动化机床刚性半自动化机床。 n

53、例如：仿形机床、通用多刀半自动车床，单台组合例如：仿形机床、通用多刀半自动车床，单台组合 机床，转塔车床等。机床，转塔车床等。 n特点：特点： 一般是一般是机械或电液复合控制式机械或电液复合控制式组合机床和组合机床和 专用机床，可以进行多面、多轴、多刀同时加工，专用机床，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；加工设备按工件的加工工艺顺序依次排列； n从复杂程度讲，刚性半自动化单机实现的是加工从复杂程度讲，刚性半自动化单机实现的是加工 自动化的最低层次。自动化的最低层次。 59 自动化制造系统 西南科技大学城市学院 马有良59 第1章 自动化制造统概论 59

54、n优点：优点：投资少、见效快，投资少、见效快， n缺点缺点: : 调整工作量大，加工质量较差，工人的劳动调整工作量大，加工质量较差，工人的劳动 强度也大。强度也大。 n适用于适用于产品品种变化范围和生产批量都较大的制造产品品种变化范围和生产批量都较大的制造 系统。系统。 自动化机床自动化机床 60 自动化制造系统 西南科技大学城市学院 马有良60 第1章 自动化制造统概论 60 单台组合机床单台组合机床 61 自动化制造系统 西南科技大学城市学院 马有良61 第1章 自动化制造统概论 61 62 自动化制造系统 西南科技大学城市学院 马有良62 第1章 自动化制造统概论 62 63 自动化制造

55、系统 西南科技大学城市学院 马有良63 第1章 自动化制造统概论 63 多刀半自动车床多刀半自动车床 64 自动化制造系统 西南科技大学城市学院 马有良64 第1章 自动化制造统概论 64 转转 塔塔 车车 床床 65 自动化制造系统 西南科技大学城市学院 马有良65 第1章 自动化制造统概论 65 66 自动化制造系统 西南科技大学城市学院 马有良66 第1章 自动化制造统概论 66 n 它是在刚性半自动化单机的基础上增加它是在刚性半自动化单机的基础上增加自动上、下自动上、下 料料等辅助装置而形成的等辅助装置而形成的自动化机床自动化机床。 n 实现的也是单个工艺过程的全部加工循环。实现的也是

56、单个工艺过程的全部加工循环。 n 辅助装置辅助装置包括自动工件输送、上料，下料、自动包括自动工件输送、上料，下料、自动 夹具、升降装置和转位装置等；夹具、升降装置和转位装置等； n 切屑处理切屑处理一般由刮板器和螺旋传送装置完成。一般由刮板器和螺旋传送装置完成。 n 特点特点：投资少、见效快，但通用性差，是大量生产：投资少、见效快，但通用性差，是大量生产 最常见的加工装备。最常见的加工装备。 n 用途：用途：常用于品种变化很小，但生产批量特别大的常用于品种变化很小，但生产批量特别大的 场合。场合。 2 2）刚性自动化单机）刚性自动化单机 67 自动化制造系统 西南科技大学城市学院 马有良67

57、第1章 自动化制造统概论 67 n 刚性自动化生产线刚性自动化生产线是多工位生产过程，用是多工位生产过程，用工件输送工件输送 系统系统将各种将各种自动化加工设备和辅助设备自动化加工设备和辅助设备按一定的按一定的顺顺 序序连接起来，在连接起来，在控制系统控制系统的作用下完成的作用下完成单个零件加单个零件加 工的复杂大系统工的复杂大系统。 n 在刚性自动线上，被加工零件以在刚性自动线上，被加工零件以一定的生产节拍，一定的生产节拍， 顺序通过各个工作位置顺序通过各个工作位置，自动完成零件预定的全部，自动完成零件预定的全部 加工过程和部分检测过程。加工过程和部分检测过程。 3 3）刚性自动线）刚性自动

58、线 68 自动化制造系统 西南科技大学城市学院 马有良68 第1章 自动化制造统概论 68 n特点：特点： 结构复杂，任务完成的工序多，结构复杂，任务完成的工序多，所以生所以生 产效率也很高，可以有效缩短生产周期产效率也很高，可以有效缩短生产周期，取消半成，取消半成 品的中间库存，品的中间库存，缩短物料流程，减少生产面积，改缩短物料流程，减少生产面积，改 善劳动条件，便于管理等。善劳动条件，便于管理等。 n 投资大，系统调整周期长，更换产品不方便。投资大，系统调整周期长，更换产品不方便。 n用途：用途：少品种、大量生产必不可少的加工装备。少品种、大量生产必不可少的加工装备。 69 自动化制造系

59、统 西南科技大学城市学院 马有良69 第1章 自动化制造统概论 69 n 组合机床自动线组合机床自动线，可以大幅度缩短建线周期，更换，可以大幅度缩短建线周期，更换 产品后产品后只需更换机床的某些部件即可只需更换机床的某些部件即可（例如可更换（例如可更换 主轴箱），大大缩短了主轴箱），大大缩短了系统的调整时间系统的调整时间，降低了生，降低了生 产成本，并能收到较好的使用效果和经济效果。产成本，并能收到较好的使用效果和经济效果。 n组合机床自动线主要用于组合机床自动线主要用于箱体类零件和其他类型非箱体类零件和其他类型非 回转体的钻、扩、铰、镗、攻螺纹和铣削等工序的回转体的钻、扩、铰、镗、攻螺纹和铣

60、削等工序的 加工。加工。 转盘式组合机床转盘式组合机床 70 自动化制造系统 西南科技大学城市学院 马有良70 第1章 自动化制造统概论 70 图 汽车后桥齿轮箱加工自动线 刚性自动化 20年代 71 自动化制造系统 西南科技大学城市学院 马有良71 第1章 自动化制造统概论 71 72 自动化制造系统 西南科技大学城市学院 马有良72 第1章 自动化制造统概论 72 73 自动化制造系统 西南科技大学城市学院 马有良73 第1章 自动化制造统概论 73 l一般情况下，刚性自动线只能完成单个零件的所有相同一般情况下，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