自动化制造系统概述

自动化制造系统AutomaticManufacturingSystem第一章AMS概述1-1本课程的的主要内内容及要要求1-2基本概念念1-3自动化制制造系统统的定义义、组成成1-4制造系统统的发展展历程1-5制造系统统的发展展趋势及及实现原原则1-6自动化制制造系统统的评价价指标1-7系统工程程与自动动化制造造系统方方法论1-1本课程的的主要要要求及方方法要求：掌握自动动化制造造系统的的基础理理论与体体系结构构；掌握自动动化制造造系统的的管理与控控制技术术；掌握自动动化制造造系统的的分析与设设计的基基本方法法；提高从系系统的角角度分析析问题和和解决问问题的能能力。方法：在学习本本课程时时，应联系实际际，在掌握理理论知识识的同时时，逐渐渐学会从从系统的的角度去去看待制制造、研研究制造造、把握握制造、、发展制制造。1-2基本概念念制造原材料工具最终产品品市场制造全过程知识强调的是是产品的的整个生命命周期过过程市场下部方框框表示物物质的转转化过程程上部方形形框表示示信息处处理过程程上下两部部分间箭箭头表示示信息对对物质转转化广义制制造概念念下制造造过程框框图制造业：：所有与与制造有有关的企企业和机机构的总总体。它涉及到到国民经经济的很很多行业业，如机机械、电电子、轻轻工、化化工、食食品、军军工、航航天等。。国民经济济的支柱柱产业，，其生产产总值一一般占一一个国家家国内生生产总值值的20％-55％。作用：１．创造价值值、创造造物质财财富和创创造新的的知识２．为其他经经济部门门提供先先进的手手段和装装备1-2基本概念念美国制造造业美国是装装备制造造业最强强大的国国家全球最大大的500家工业企企业中，，美国占占据31％份额美国始终终把制造造业当作作“经济济实力的的脊梁””制造业对对其GDP的直接贡贡献保持持在20％以上，，从而拉拉动其他他产业30％，拉高高经济增增长率40％近来，美美国制造造业重心心已转移移到高新新技术、、新兴产产业领域域。美国国出现了了硅谷、、南加州州、波士士顿等微微小技术术领域的的六大经经济中心心。所谓谓微小技技术产业业，是由由纳米技技术、微微机电系系统等尖尖端技术术开辟出出的全新新产业领领域，是是多种学学科交融融并具有有战略意意义的前前沿高技技术产业业美国68%财富来源源于制造造业英国制造造业宏观经济济稳定——有利于企企业有效效进行长长期产业业规划；；投资——利用现代代、高效效的工艺艺与设备备，提升升产业表表现；科研和创创新——有助于制制造产商商开拓利利用英国国强大的的科研基基地，制制造创新新型、高高附加值的的产品；；理想的产产业实践践——通过不断断地改进进提高，，提升企企业的生生产率与与竞争力力；提升技能能和教育育水平——培育技能能娴熟、、有创新新性的制制造业劳劳动力；；现代化的的基础设设施——提供高效效的交通通与通讯讯网络；；适当的市市场框架架——为企业营营造参与与全球竞竞争所需需的产业业环境。。英国制造造业的产产值占英英国GDP的25％左右。英国是工工业革命命的起源源地和传传统的制制造业大大国英国政府府对制造造业的态态度是：：“制造造业的成成功对英英国的繁繁荣，无无论是现现在还是是将来，，都是至至关重要要的。””英国确立立七大支支柱工作作，以支支撑建立立知识密密集型制制造业基基地。日本制造造业日本的现现场制作作生产率率现在名名列世界界第一综合竞争争力仅次次于美国国居世界界第二全球最大大的500家工业企企业，日日本占29％日本颁布布了《振兴制造造业基础础技术基基本法》不管是在在工业经经济时代代还是在在知识经经济时代代，制造造现场的的制作能能力和创创新能力力，是一一个国家家经济的的重要的的基础，，而这正正是日本本制造的的强项。。如模具具制造，，美国三三大汽车车巨头使使用的都都是“日日本造””。因为为美国造造的模具具轧制3万次．而而日本造造的模具具可以轧轧制6到10万次。此此外，精精密仪器器和质量量控制也也是日本本制造的的强项。。日本国国民总产产值的49％来自于制制造业。。中国制造造业2009年我国制制造业占占当年GDP的45％左右；；彩电、冰冰箱、洗洗衣机、、空调器器、照相相机、收收录机、、程控交交换机、、计算机机主板、、光盘驱驱动器、、显示器器、棉布布、化纤纤、服装装、皮鞋鞋、钢、、拖拉机机、化肥肥、摩托托车等上上百种制制造业产产品的产量在全球位位居首位位。我国制造造业的劳劳动生产产率不到到美、日日的1／20，英、法法、韩的的1／10；工业附加加值低，，核心技技术少1-2基本概念念系统1.系统的定定义系统是由由相互作作用和相相互依赖赖的若干干组成部部分结合合的具有特定定功能的有机整整体。2.系统的基基本特征征第一系系统是由由若干元元素组成成的；第二这这些元素素相互作作用、相相互依赖赖；第三由由于元素素间的相相互作用用，使系系统作为为一个整整体具有有特定的的功能。。例：简单构构件组成成高性能能系统在建筑机机械和结结构工程程中，常常采用由由简单构构件组成成的各类类桁架系系统。在在这种力力学系统统中，通通过组成成要素间间的合理理联接，，可以从从整体上上表现出出很高的的力学性性能。系统的目目标—提高总体体性能“鸟巢””是由一一系列辐辐射门式式钢桁架架围绕碗碗状坐席席区旋转转而成，，结构科科学简洁洁，设计计新颖独独特，为为国际上上极富特特色的巨巨型建筑筑。例：低精精度元件件组成高高精度系系统在计算机机等数字字设备中中，采用用以“0”和“1”两个状态态工作的的电子器器件，通通过非线线性方法法相联接接，组成成了高精精度数字字化系统统。系统的目目标—提高总体体性能2010年第35届超级计计算机评评比，来来自Cray的美洲豹豹Jaguar，凭借1.75PFlop/s(每秒1750万亿次)的计算能能力傲视视群雄。。我国“星星云”计计算机最最高运算算速度每每秒3000万亿次。。制造系统统：为达达到制造造目的而而构成的的物理或或组织系系统制造系统统人员设备组织机构构管理方式式技术系统统1-2基本概念念硬件软件制造系统统类别按照自动动化程度度对制造造系统分分类手动制造造系统半自动制制造系统统自动制造造系统普通车床床为主，，设计和和制造主主要靠手手工数控车床床，加工工中心，，设计制制造人不不再处于于中心地地位刚性自动动化人机一体体化无人化1-2基本概念念作用越来越明显控制系统数据融合1-3AMS的定义、、组成外部信息息能源资金配套件原材料被加工对对象自动化设设备高素质的的人产品文档资料料废料环境污染染AMSAMS的的组成被加工对对象被加工对对象在一一定范围围内变化化基于成组组技术（（GT)对被加工工对象进进行划分分AMS的的组成成组技术术(GT))的产生原原因市场竞争争日趋激激烈，产产品更新新换代越越来越快快，产品品品种增增多，而而每种产产品的生生产数量量却并不不很多。。世界上上75％％~80％的机机械产品品是以中中小批生生产方式式制造的的。与大量生生产企业业相比，，中小批批生产企企业的劳劳动生产产率低，，生产周周期长，，产品成成本高，，市场竞竞争能力力差。能否把大大批量生生产的先先进工艺艺和高效效设备以以及生产产方式用用于组织织中小批批量产品品的生产产，一直直是国际际生产工工程界广广为关注注的重大大研究课课题。成组技术术就是针针对生产产中的这这种需求求发展起起来的一一种生产产和管理理相结合合的科学学。AMS的的组成成组技术术的概念念充分利用用事物之之间的相相似性，，将许多多具有相相似信息息的研究究对象归归并成组组，并用用大致相相同的方方法来解解决这一一组研究究对象的的生产技技术问题题，这样样就可以以发挥规规模生产产的优势势，达到到提高生生产效率率、降低低生产成成本的目目的，这这种技术术统称为为成组技技术（GroupTechnology简称GT）。AMS的的组成人自动化制制造系统统对人的的要求不不是降低低了，而而是提高高了。对人的要要求：具有一定定技术水水平和决决策能力力具有“全全能”的的知识和和技术具有团队队合作精精神AMS的的组成信息流及及其控制制系统制造系统统的自动动化程度度与信息息流控制制系统的的关系非非常密切切AMS的的组成能量流及及其控制制系统用来维持持系统运运行，做做了有用用功机械运转转和传送送过程中中的损耗耗，对系系统产生生有害效效果能量消耗耗对产品品的成本本有重要要影响，，对一个个国家的的可持续续发展也也有重要要的影响响AMS的的组成物料流及及其控制制系统物料处理理是自动动化制造造系统的的主要运运作形式式物料流及及物料处处理储运设备备加工设备备热处理设设备检测设备备清洗设备备装配设备备辅助设备备AMS主主要内容容AMS毛坯制备备自动化化机械加工工自动化化储运自动动化装配过程程自动化化辅助过程程自动化化热处理过过程自动动化质量控制制自动化化系统控制制自动化化1-4制制造造系统的的发展历历程从技术层层面看经过数十十年的发发展，制制造系统统技术在在总体上上已形成成基本的的体系，，并在实实际应用用中发挥挥着越来来越重要要的作用用。第一阶段段：刚性性制造系系统本阶段在在20世纪50年代前已已基本形形成。第二阶段段：单机机柔性加加工系统统开始于20世纪50年代初，，到70年代已基基本成熟熟。第三阶段段：多机机柔性加加工系统统出现于20世纪60年代末，，70年代以后后得到快快速发展展，如直直接数控控（DNC）加工系系统、柔柔性制造造单元（（FMC）、柔性性制造系系统(FMS)、柔性加加工线（（FML）。第四阶段段：计算算机集成成制造系系统20世纪纪80年年代以来来得到迅迅速发展展其特征是是制造全全过程的的系统性性和集成成性，以以解决现现代企业业生存与与竞争问问题。1-4制制造造系统的的发展历历程第五阶段段：跨企企业和全全球制造造系统（（智能制制造）20世纪纪末提出出，正在在成为21世纪纪的发展展方向。。基本概念念是:根据全球化的的产品需需求，通通过网络络协调和和运作，，把分布布在世界界各地的的制造工工厂和销销售点联联接成一一个整体体，从而而能够在在任何时时候与世世界任何何一个角角落的用用户或供供应商打打交道，，由此构构成具有有统一目目标的在在逻辑上为为一整体体而物理理上分布布于全世世界的跨跨企业和和跨国制制造系统统。1-4制制造造系统的的发展历历程从学科发发展看制造系统统诞生于于20世纪70年代后期期的日本本。京都都大学人人见胜人人（HitomiK.）教授发表表著作《ManufacturingSystemEngineering》。在美国，，麻省理理工学院院90年年代初即即开设有有制造系系统课程程，并出出版了专专著。在西欧，，一些一一流大学学亦开设设了制造造系统课课程。总之，制制造系统统已成为为国外一一流大学学相关专专业和学学科的科科研与教教学工作作的重要要组成部部分。1-4制制造造系统的的发展历历程在我国，，制造系系统的研研究和应应用起步步也较早早，20世纪80年代中就就已有柔柔性制造造系统（（FMS）在生产实实际中应应用。但制造系系统作为为一个学学科和技技术领域域，在国国家支持持下开展展有组织织的深入入系统研研究和应应用，是是开始于于国家的的863计划。以以CIMS为代表的的研究项项目十几几年来取取得一大大批成果果，并在许多多类型的的企业中中得到广广泛应用用，有力力推进了了我国制制造系统统技术的的发展。。1-4制制造造系统的的发展历历程1-5制造系统统的发展展趋势及及实现原原则1.对无人制制造自动动化进行行了反思思，提出出了““人机一体化制制造系统统”的新思思想。2.智能制造造系统将将是未来来制造系系统的重重要发展展方向之一。。3.单元级制制造系统统的研究究仍然占占有很重重要的地地位。4.平台技术术的研究究与平台台软件的的开发是是近年来来制造系统发发展的主主要动向向之一。。制造系统统的发展展趋势5.现代制造造模式的的提出和和研究，，直接推推动着制制造系统的发发展。6.分布式控控制将是是未来制制造系统统管理控控制的重重要发展方向向之一。。7.一种新的的制造观观即信息息制造观观正在孕孕育和发发展之中。8.实施可持持续发展展战略正正在成为为制造系系统发展展的必然趋势势。1-5制造系统统的发展展趋势及及实现原原则自动化制制造系统统实现应应考虑的的因素产品设计计方面产品设计计过程考考虑：通通用化、、系列化化、标准准化与模模块化采用“面面向制造造的设计计”、““面向装装配的设设计”技技术1-5制造系统统的发展展趋势及及实现