计算机集成制造系统大纲

1、计算机集成制造系统大纲计算机集成制造系统大纲16/16计算机集成制造系统大纲计算机集成制造系统概论生产系统（productionsystem）：是指组织实现公司的生产运作所需的人、设施以及流程的会集。包括生产设施和制造执行系统。生产设施（facilities）：是指工厂、工厂中的设施及设施的组织方式。制造支持系统（manufacturingsupportsystem）：是指用来管理生产，解决原资料采买、物料搬运过程中遇到的技术和物流问题，保证产品达到规定质量标准的一套流程。（产品设计、其他业务功能等）自动化制造系统是在较少的人为参加下，完成加工、装置、检验或物料搬运等近似的操作。比方加工部件的

2、自动化设施、自动化妆配系统、自动化生产线、自动检验系统、自动物料搬运系统等。（1）固定自动化，是指系统中加工错的次序是由设施的构造决定的。特点为：设施的初始投资比较高，拥有很高的生产率，对产品种类表现出较差的柔性。用于大批量和高生产率的生产模式。（自动化生产线，自动化妆配线）2）可编程自动化，是指生产设施的操作次序能够依照不同样的的产品构造来设计，由程序（一系列能够被系统读取和讲解的编码指令）来控制。特点为：在通用设施上高投资，比固定自动化的生产率低，具备办理产品构造改正的柔性，更适合于成批生产。（数控机床）3）柔性自动化，是可编程自动化的一种扩展形式。表现在不同样样式操作之间变换所用的时间很

3、少。特点为：较高的投资，不同样混杂比的连续生产，中等生产率，对于产品设计的多样性拥有必然的柔性。用于小批量多种类的生产模式。（加工中心）制造操作制造操作是指工厂将原资料加工成产品过程中的基本活动，主要包括：加工和装置操作、物料搬运、检验和测试、协调停控制。1）加工操作是经过能量改变工件的形状、物理特点或外观来增值的过程，能量包括机械能、热能、电能、化学能等。成形操作是经过能量改变工件的几何形状和特点。比方凝固工艺、微粒工艺、变形工艺、资料去除工艺。改进特点的操作是用来提高工件的机械性能和物理性能。比方热办理。表面办理操作主要包括表面冲刷、表面办理、表面涂层和镀膜。如微电子集成电路的表面办理。2

4、）装置操作是指将两个以上的独立零部件整合成一个新的实体，组成部分永久或临时连接。永久连接：焊接、粘接、铆接等临时连接：螺纹连接、销连接等3）物料搬运和储藏，工厂物流4）检验和测试，检测生产地产品可否吻合设计要求5）协调停控制，对每个加工和装置过程的调理以及对工厂层面运作的管理和控制。自动化归纳（2）故障恢复是指运用必要的措施校正故障，使得系统恢复到正常工作状态。故障恢复系统的设计关键在于设计必然的策略和流程，是的加工过过程中任何可能发生的误差都得以校正或补偿。利用中断系统进行故障恢复。将中断当前正在执行的程序，插入一个故障恢复子程序。主要策略为策略1，在当前工作循环结束时进行调整。策略2，在工

5、作循环中进行校正策略3，停止加工进行校正策略4，停止加工追求帮助。例3.3某自动化制造单元故障恢复故障1：刀具的温度巨变以致工件尺寸变化校正措施：调整程序坐标对其进行补偿（策略1）故障2：机械手夹取工件时滑落校正措施：夹取另一个工件（策略2）故障3：切削温度过高校正措施：降低切削速度（策略2）故障4：刀具无效校正措施：更换刀具（策略3）故障5：碎屑影响机加工校正措施：提示操作人员清理工作地域的碎屑（策略4）工业控制系统2）失散控制系统系统的参数和变量以失散形式随时间变化。比方事件驱动的变化、事件驱动的变化。当控制器对引起系统状态变化的事件做出反响时，发惹祸件驱动的变化。对其控制称为组合逻辑控制

6、比方机器人把工件放在夹具中，限位开关能够探测到工件，探测到工件的存在就是改变系统状态的事件，事件驱动的变化就是现在能够开始自动加工循环。控制系统到达某个给准时间点或在一准时间此后，发生时间驱动变化。对其控制称为顺序控制。比方自动热办理循环经过机器人把工件放入熔炉，热办理达到规准时间后，取出工件。失散控制广泛用于失散制造和过程工业中，比方控制传达带的操作、物料搬运系统、自动储藏系统、柔性制造系统、自动生产线、自动化妆配系统等。过程工业的批量办理用到离散控制。2）计算机控制能力。轮询，指周期性地对过程状态进行数据采样。轮询频率、轮询次序、轮询格式互锁，指用来协调两个或多个设施的活动，防范设施之间互

7、相搅乱。输入互锁（外面设备产生的信号并传达给控制器，包括连续执行工作循环的程序和中断工作循环程序）和输出互锁（由控制器传输到外面设施的信号）中断系统，悬挂当前程序去办理另一个级别更高的程序或子程序，以响应输入事件。根据收到的中断信号，系统跳转到早先设定的子程序来办理特定的中断信号，当前程序的状态被临时储藏，以便中断服务完成此后能够连续执行。内部中断（系统自己产生，比方计时器触发的事件）和外面中断（系统之外产生，比方初始过程的中断、操作者的输入）。一般要设置中断系统的优先级水平。例4.1异常办理，异常是高出了过程或控制系统正常操作或希望操作的事件。经过调用异常处理程序完成故障鉴别与恢复。比方生产

8、质量问题、过程变量高出正常范围、保持工程必定的原资料或供应出现短缺、控制器故障、危险的条件等。传感器、执行器及其他控制系统元件（1）连续模拟信号的模数变换传感器和变换器、产生模拟信号的测量设施。信号调理（经过过滤去除随机噪声信号，一种信号形式变换为另一种形式比方电流转电压）多路变换器、是多个输入通道的变换开关。放大器、用于放大也许减小信号，使之吻合数模变换器的办理范围模数变换器ADC（核心部件）变换过程：采样、量化、编码。（采样频率（对连续模拟信号取样的频率）、变换时间、分辨率、变换方法）采样、在周期性时间间隔内，将连续的模拟信号变化为一系列失散的模拟信号（每个离散信号分配一个早先定义的信号幅

9、值级水平，这些失散的信号幅值水平变换为数字编码，表示一系列二进制编码的信号序列的幅值）。量化、分辨率是模拟信号被估计的精确程度，精确度用二进制表示是由量化位数决定，量化水平Nq为2n，n为比特数,分辨率是工作范围与量化水平减1的比值。量化误差（量化获得的数字值与模拟信号真实值不同样）取分辨率的一半。编码、连续逼近法（将一系列已知的试验电压值与未知的输入信号值对照较）。试验电压数量与编码信号位数对应，第一个试验电压值取工作范围的0.5，每一个连续的试验电压值是前一个电压值的0.5，将输入电压的节余部分与每个试验电压值比较，输入值高出试验电压值取1，反之取0，获得连续比特值与相应试验电压值相乘。最

10、后获得输入信号的编码值。数字控制技术2、计算机数字控制特点：储藏多个部件程序、多种形式的程序输入、在加工设施上直接编程、固定循环及子程序的编写、插补、初始地址的定位特点、刀具长度和大小补偿、加速和减速的计算、通信接口、诊断（控制启动诊断、故障和无效解析、为个其他部件供应扩展诊断、刀具寿命监控、预防性维修提示、程序诊断）等。计算机数控系统的机器控制单元。其子系统由一条系统总线互相连接起来。（1）中央办理器CPU，依赖储藏器的软件管理系统组件，包括3部分：控制部分、算法逻辑单元、快速存取的储藏器。控制部分从内存中找回数据并且产生信号以激活系统的组件。算法逻辑单元由电路（拥有运算、计数、逻辑功能）组

11、成。快速存取的储藏器为CPU正在办理的数据供应了临时的储藏空间。经过系统数据总线与主内存相连接。（2）储藏器，主储藏器（只读储藏器ROM,操作系统和机床接口、随机储藏器RAM）、协助储藏器（储藏大的程序和数据文件，需要时传到主储藏器，用软盘硬盘）协助储藏器存储部件程序、宏和其他软件。（3）输入输出接口，为系统的各种组件与操作者之间供应信息交流，给外面设施发送数据或信号、从外面设施接收数据或信号。基本接口为操作面板（数字、字母），用来输入和编写部件程序和各种功能命令指令，显示器会显示程序的当前状态以及故障警告。（4）机床轴的控制以及转速的控制，机器控制单元产生的控制信号要转变成特定形式或能量水平

12、才能驱动机床轴的地址控制系统。轴能够带动工件转动或带动刀具旋转，轴速是机床的编程参数，轴速控制部件由驱动控制电路和反响传感器接口组成。（5）其他机床的次序控制，协助功能经过部件程序控制实现。比方，开关触发、互锁、失散数字数据。可编程序控制器会协助控制。计时器（连续产生信号）、计数器（失散数字数据）、夹具（系统向执行器输出开关指令）、冷却液控制（系统向泵输出开关指令）。（6）个人计算机，计算机数字控制基本应用：PC用作MCU的一个独立前端接口、PC包括控制机床的动作控制板和其他硬件。依赖软件进行操作，操作系统、机床接口软件、应用软件。操作系统主要功能讲解部件程序并且产生相应的控制信号来驱动机床的

13、轴，在ROM中制造者安装，操作系统包括编写器、控制程序、执行程序、诊断程序。机床接口软件用来操作中央办理器和机床之间的通信连接，以实现协助功能。工业机器人工业机器人的控制器是由一些列的关节和连构造成。机器人构造主要包括机器人控制器的关节和连接的种类与大小及其物理构造要素。工业机器人关节（轴），供应身体两个部分之间的相对动作。动作有自由度，一个关节只关系一个自由度，关节为输入端和输出端之间供应受控的相对运动。连接每个关节的是两个连接，一个输入一个输出，连接是控制器的刚性组件。机器人连接会编号，比方把基座与第1个关节的连接称为连接0、关节1和关节2的连接称为连接1、以此类推。五类关节，2种供应平搬

14、动作、3种供应旋转动作。线性关节（L），输入与输出连接之间是滑移平动、两个连接的轴线平行；直角关节（O），输入与输出连接之间是滑移平动、两个连接互相垂直；转动关节（R），供应相对转动运动、旋转轴垂直于输入输出连线的轴线；扭转关节（T），供应转动运动、旋转轴平行于输入输出连线的轴线；旋转关节（V），供应转动运动、旋转轴平行于输入连接轴线，垂直于输出连线轴线。采用可编程逻辑控制器和个人计算机的失散控制可编程逻辑控制器经过储藏在内存中的指令程序，利用数字或模拟输入输出模块来执行逻辑、次序、准时、计数和算术功能。1970提出，广泛用于控制机器、自动生产线、物料搬运设施等。PLC继电器、计时器、计数器等

15、元件此后出站PLC，优势明显：程序编写简单、能够重复编程、空间占用少、可靠性高可保护保养、能够与计算机连接、拥有更多控制功能。组成：制造系统归纳制造系统是用于原资料、工件进行加工或装置操作的所以设施和人力资源的会集。设施包括制造设施和工具、物料搬运设施、工件定位设施、计算机系统。制造系统运转所需的人力资源包括全职人员、如期参加人员。制造系统例子：一个工人管理的一台半自动化机床单元；一个工人看守的一组半自动化设施的系统一个工人间歇性看守的完满自动化的装置设施在自动化生产循环中制造出相似工件的一组自动化设施由一组工人看守的一条装置生产线（1）装载、定位、卸载工件装载是将将工件从某个地方搬运并安装到

16、加工设施或机器上的过程。比方，批量提供生产，原资料储藏在周边工位的容器。工件定位是经过夹具对工件进行正确的定位、定方向和加紧，防范加工过程中由于外力以致工件松动。夹具主要有夹具、卡具、卡盘等。工件卸载是在完成加工操作时，工件从机器卸载下来，能够在生产设施上搬动、能够放到工位内的容器里、能够依照生产次序运输到下一个加工工位。对于手工操作或半自动化操作，装载、定位、卸载是经过手工完成。对于自动化程度较高的工位，能够采用工业机器人、工件进料器、自动化模具更换器等完成装载、定位、卸载。2、多工位制造系统多工位制造系统拥有可变路径，用来组织推行某些特别目的。比方用来生产拥有中等自动化水平的产品或部件、拥

17、有相似加工操作的一组零部件生产、拥有相似装置操作的一组产品装置、生产用于下一步装置所需的整套零部件等。拥有必然程度多样性的零部件生产，多样性是指零部件加工操作的差异性或加工操作顺序的不同样。人工操作的机器为机器单元，能够进行单元化制造，以成组技术支持。机器完满自动化，同时工位之间的物料搬运也自动化，成为拥有可变路径的自动化多工位系统。自动化机器拥有柔性，称之为柔性生产系统或柔性生产单元。单工位制造单元1、单工位人工单元单工位人工单元的标准模式是一个工人和一台机器组成。单工位人工单元的优势：所需的推行时间最短、需要投入资本最少的生产方式、技术上是最简单安装和操作的系统、对于小批量生产成本最低、最

18、拥有柔性的生产方式。一台设施和一名工人组成工作单元，机床是手工或半自动操作的。手工操作工位中操作工人控制机床并装载和卸载工件。加工方法为一名工人操作一台标准机床。在工作时期工人要看守机床运转（有时看守整个工作循环、有时只需看守部分工作循环），比方电子车间组装印刷电路板，需要工人连续关注。手工工作单元工人要在同一个工位上执行操作任务，能够是工人使用手动工具，也能够是工人使用便携式电动工具。比方在机械安装时使用螺丝刀和扳手为手动工具，而手钻、烙铁、电弧焊枪为电动工具。在半自动化工作站中，机床由某些形式的程序控制，工人只需负责启动或停止机床，并如期更换工具。工人不需要连续关注整个工作流程，但是要出现

19、在每个流程中。单工位工作单元也包括多个工人全职操作机床或完成工作。比方锻压生产过程需要两个工人去操作重型锻压机、在电弧焊接时设置一名焊工和一名操作工、在单个装置工位上多个工种工人共同安装一台大型机械等。单工位工作单元也包括一台主生产机器和若干协助设施组成的工作单元。比方烘干机要在使用人工操作的注塑机从前用干燥设施使注塑的塑料粉末干燥、在注塑机上用磨头磨去注塑件的烧冒口以回收资料、修边剪与锻锤结适用来清理锻件正边。等3、基于机器族的解析机器族为在同样的工作循环内由同一个操作员看守的多台生产部件或产品机器的会集，为单工位系统。机器单元为多台机床组织起来生产部件族或产品族，为多工位系统。将设施组织成

20、一个机器族的条件：相对需要工人看守的时间，半自动化机器周期较长半自动化机器周期对所有机器都是同样工人操作的机器布局比较凑近，能够花少时间在机器间走动车间赞同一个工人看守多台机器。分配给一个工人的机器数量n成组技术和单元化制造1、阶序聚类法阶序聚类发要确定如何将工厂中的机器组成机器单元，完成划分部件族。阶序聚类法由King提出，适用于生产流程解析，经过将部件机器关系矩阵变换成对角线上的块来表示部件族以及对应的机床组。从初始的关系矩阵开始，步骤以下：2、阶序聚类法解析例题柔性制造系统柔性制造系统是高度自动化的成组机器单元，包括一系列工作站，与自动物料搬运和存储系统相连接，并由分布式计算机系统控制。

21、FMS的柔性是能够同时在各个工作站加工不同样种类的部件、能够依照不同样的设计需求改变部件的型号和数量。FMS适合于中等种类和规模的生产。FMS依赖于成组技术原理，仅有能力生产某一系列或有限范围内的部件族。3、柔性制造运转柔性制造系统安装好此后，还需要对现有的资源进行优化，来满足生产要求，达到一些目标，比方利润、质量、顾客满意等。运转中必定解决以下问题：1）排产与分配2）给机器装载工件3）工件路径4）工件的分组5）刀具管理6）托盘与夹具解析手工装置线3、线平衡问题装置线必定依照规定的生产率运转，使生产周期达到理想状态。给定条件下，线平衡这问题是考虑，如何将这些独立的工作要素分配到各个不同样的工位

22、上，使得所有工人的工作量同样。其中涉及的两个核心看法是最小合理工作要素、前向次序拘束。（1）最小合理工作要素，是有特定有限目标的少量工作。比方连接两个元件、在基件上增加一个元件等。它不能够被连续切割，比方在金属薄板上钻一个孔、用螺栓连接两个机械部件等。工作要素的时间总和等于工作总量的时间。（2）前向次序拘束。前向次序拘束是工作次序上的技术性要求。比方一些工作要素必定先于别的一些要素完成。能够用前向次序图表示，说明工作要素的操作次序。工作要素用节点符号表示，前向次序用箭头连接节点，次序由左至右依次进行。3）线平衡效率的量度用来议论线平衡解法的利害，比方平衡效率，是总工作时间与可用总服务时间的比值

23、加工生产线和近似自动化生产系统自动化生产线是由多个工位组成，经过物料搬运系统连接在一起的系统。物料搬运系统能将部件从一个工作站传输到另一个工作站。生产线包括质量检验工作站、手工工作站（执行比较困难的加工任务）。每个工作站执行一项不同样的操作，所有的操作累加，能够完成完满的一件产品。多个工件在生产线上同时进行加工，每个工作站里都加工一个工件，任何时刻在生产线上的部件数量和工作站数量相等。1、系统构造自动化生产线系统构造分为直线型生产系统、分段直线型生产系统、辗转型生产系统。直线型构造，由一系列按直线排列的工作站组成。用于加工较大工件，比方汽车发动机的气缸、变速箱等。能够容纳大批的工作站，也能够设

24、计储藏缓冲区。分段直线型构造由两段以上直线传输部分组成，分段之间互相正交生产线控制中自动搬运装置运转时，有三个基本功能：操作要求、安全要求、质量控制，详尽以下。1）次序控制，能够调整搬运系统和各个工作站之间的活动次序。比方工件从当前工作站释放出来，尔后搬运放下并在下一个工作站上卡紧；此后下一个周期又从头开始；这样屡次。2）安全监测，保证生产线不会在不安全的条件下运转。安所有是指工人在工作环境下的安全，也许设施自己的安全。使用的传感器要超越次序控制的限制，集成到生产线中并形成反响来防范发生危险。比方安装互锁装置，来防范工人在维修或做其他事情机会器仍在运转。比方机加工生产线，需要监测刀具的状况，以防刀具磨损，防范使用出弊端的刀具。3）质量控制，监测工件的某些质量特点。目的是发现并拒绝生产线上的弊端工件。能够把检验控制任务集成到加工工位进步行质量控制，也能够用独立的检测站来检查工件的某一项质量参数。检验到质量不吻合，办理措施为：使整条生产线马上停下以便消除不合格工件（弊端是损失生产时间）。也许连续生产，将不合格工件从生产线上取下进行下一步加工（弊端是对控制设施要求高）两种协助控制功能：即时控制和记忆控制。4）即时控制，发现弊端或故