机械系统自动化技术-Z1课件

1、机械系统自动化技术主讲：卢泽生 路 勇第一章 绪论第二章 机械自动化系统的建立第三章 自动化典型指行装置与控制系统第四章 物料传输自动化第五章 自动化检测与监控系统第六章 装配自动化第七章 生产管理过程自动化第一章 绪论机械系统自动化是一个国家科学技术水平重要标志机械系统自动化包括设计、制造、管理、控制自动化采用自动化技术的实效 1) 提高劳动生产率 2) 缩短生产周期 3) 提高产品质量 4) 提高经济效益 5) 降低劳动强度 6) 改善对市场的响应能力 7) 提高市场竞争力 8) 带动相关学科发展 1.1 机械系统自动化定义与概念1.1.1 机械机械：由零部件组成的，可实现运动、能量、 信

2、息传递或转换的，具有某种功能的机器、设备或仪器。 机器：是以通过某种方式实现能量传递和转换为主的技术系统。如发电机、涡轮机等。 设备：是以通过某种方式实现物料传递和转换为主的技术系统。如机床、纺织机等。 仪器：是以通过某种方式实现信息传递和转换为主的技术系统。如传感器、导航仪、照像机等。 1.目的性 2.集合性系统的共同特征 3.相关性 4.层次性 5.环境适应性1.1.3 自动化及自动化系统自动化：是针对应用对象用某种控制方法和手段，通过执行机构来实现其动作，使其按预先规定的程序自动地进行操作，而无需人直接干预的过程。自动化系统：是自动地实现某种功能的有机整体。这一整体实际上是自动地实现了物

3、料的流动变换、能量的传递转换和信息的传输交换。 图1-1 机械系统所涉及的领域及生产过程1.2机械系统自动化发展过程、现状及趋势1.2.1 机械系统自动化发展过程自动化系统应以实现TQCSE功能为目标：T(Time) 时间缩短，生产率提高；Q(Quality) 质量提高；C(Cost) 成本降低，提高经济效益；S(Service) 服务水平提高；E(Environment) 环境保护。表1-1 制造生产自动化及相关理论的发展简史 年制造生产和自动化发展中的重要内容1770瓦特蒸汽机第 一 阶 段刚性自动化单元机、机械控制方式1870螺丝制造自动机（美国）1895多轴自动车（美国）1900电液仿

4、形机床（意大利）1911F泰勒提出现代含义的系统概念1913福特：流水装配线（美国）1920卡培克（Capek）术语：机器人（捷克斯洛伐克）1923凯拉（Keller）：仿形牛头刨床（美国）1924自动生产线（英国Morris汽车公司）19241926硬质合金刀具（德国）1930机床数控专利（美国）：Ziegler-Nicholson方法论。Routh-Nurwitz稳定判据1935汽车发动机气缸体加工自动线（前苏联）1936D. S. Harder提出“自动化”的术语，（美国）1943提出神经数学模型（美国：心理学家W. S. Mculloch，数学家W. Pitts）1945数控铣床（美国

5、）1946成组加工工艺，第1台电子管计算机（前苏联）1947哈德尔（Harder）：底特律机械自动线（美国：福特公司）；遥控机械手（美国）1950全自动锻压机（美国：福特公司）；全自动活塞生产（前苏联）第 三 阶 段柔性自动化1966自动编程语言EXAPT（德国）1967CAD/CAM软件：CAD-CAM（美国）；计算机控制的6台数控机床的可变制造系统（FMS）（英国：Molins公司）1968直接数控DNC系统（美国）1969CAM（Computer Aided Manufacturing美国）；阿波罗宇宙飞船登月（美国）；工业机器人操作的焊接自动线（美国）1970IMS：机器人生产线作业（

6、本体焊接）（美国）；FMS专利（英国）1973哈林顿（Harrington）：计算机集成制造CIM（Computer Integrated Manufacture）概念；三维实体模型CAD（英国、日本）第 四 阶 段计算机集成制造、智能集成自动化1974Joseph Harrington提出计算机集成制造系统CIMS（Computer Integrated Manufacturing System美国）1977无传送带小组装配法（瑞典）1980制造自动化协议（MAP）（美国）；无人化机械制造厂（日本：富士工厂）；计算机辅助工程CAE（Computer Aided Engineering美国）1

7、982提出Hopfield新神经网络模型（美国：生物物理学家J. J. Hopfield）1988提出并行工程（Concurrent Engineering）的概念（美国：R. I. Winner在美国国家防御分析研究所报告中）1989CIM专利：生产实施法（美国：A&T）；精良生产（Lean Production）（日本）1991智能制造系统IMS研究（日本、美国、欧共体）；全球制造（日本、美国、欧共体）；敏捷制造（Agile Manufacturing）（美国）；虚拟制造（Vivtural Manufacturing）（美国）1994先进制造技术计划（美国）；“21世纪制造企业战略”中提出

8、敏捷制造AM的概念1996至今绿色制造（Green Manufacturing）（美国）1.2.2机械系统自动化技术所涉及的领域及 发展的影响因素1.自动化技术所涉及的技术领域图1-2 机械系统自动化技术所涉及的相关技术1.2.3 机械系统自动化发展的趋势目前机械制造业所面临的形势国际关系多极化 市场响应要快消费多样化 应变能力要强市场竞争多元化 适应能力要广 1.市场环境过去稳定型市场动态的、多变型市场竞争的加剧和技术的进步使得产品生命周期日益缩短图1-3 产品生命周期2.社会环境 要密切关注社会环境的变化，这种变化以信息的形式快速地表现出来，社会环境决定了构成系统自动化的发展趋势。图1-4

9、 美国劳动力在各行业分布的统计与预测主要发展趋势（1）虚拟现实（2）虚拟设计（3）虚拟制造（4）虚拟产品开发（5）虚拟企业1.制造敏捷化2.制造网络化3.制造虚拟化4.制造智能化5.制造全球化6.制造绿色化1.制造敏捷化 敏捷制造是制造企业能够把握机遇，及时动态地重组重构生产系统，能在最短的时间内制造出满足供求关系的高质量产品，快速的推向市场。2.制造网络化 制造网络化是通过网络实现跨部门、跨地区、乃至跨国家的资源共享、重组与优化利用。3.制造虚拟化 制造虚拟化是在现实环境下，将模拟现实制造环境及其制造过程的一切活动和产品制造全过程，并对产品制造系统的行为进行预测和评价。 虚拟制造是实现敏捷制

10、造的重要关键技术。（1）虚拟现实 VR(Virtual Reality) 虚拟现实它不仅能让用户真实地看到一个环境，而且能让用户真正感到这个环境的存在，并能和这个环境进行自然交互。 虚拟现实具有自主性、交互性和沉浸感。（4）虚拟产品开发 VPD(Virtual Product Devlopment) 虚拟产品开发是以虚拟现实技术为基础，在计算机上实现产品的开发过程。（5）虚拟企业 VE(Virtual Enterprise) 虚拟企业是指分布在不同地方的多个分布式企业利用电子通讯手段，为快速响应市场需求而组成的动态联盟。4.制造智能化 制造智能化是制造系统在柔性化和集成化基础上的进一步发展和延伸，是通过人与智能机器的合作共事，去扩大、延伸和部分地取代专家在制造过程中的脑力劳动，以实现制造过程的优化。5.制造全球化 制造全球化是指在动态联盟的基础上，实现制造资源的跨地区、跨国家的协调共享和优化利用，并形成全球的制造体系结构。1.3机械自动化系统的分类和自动化制造 系统的组成1.机械自动化系统的分类刚性自动化柔性自动化2. 自动化制造系统的组成 (如