哈尔滨工业大学《计算机集成制造系统概论(CIMS)》课件-第3章 计算机辅助制造CAM

计算机集成制造系统概论第三章 计算机辅助制造CAMn

3.1

CAM概述n

3.2

CAM系统n

3.3数控技术n

3.4柔性制造系统n

3.5生产过程的仿真哈尔滨工业大学《计算机集成制造系统概第三章 计算机辅助制造CAM3.1

CAM概述n3.1.1

CAM概念nnCAM----Computer

Aided

ManufacturingCAM的概念是十分含糊的，主要是“制造”的界限难以划定，CAM与其他CAX的范围边界难以划定。n一般而言，CAM是指在从原材料到成品的生产加工过程中由计算机控制和支持的活动的总称。n广义地讲，CAM是指计算机在产品制造和管理方面的综合应用技术。n狭义地讲，CAM仅指计算机对于加工设备和加工过程的控制技术。CAM技术的应用范围也不高于车间级以上。n目前，用的比较多的是后一种CAM概念。nCAM的主要目标是通过计算机对加工制造设备和过程的控制而大幅度提高生产率，提高制造自动化和柔性的程度。nCAM技术主要用于在递阶控制结构中的设备、工作站、单元、车间等层次，以提高工厂生产率。第三章 计算机辅助制造CAM3.1

CAM概述n3.1.2

CAM目的n由于CAM概念、范畴难定，因此CAM的内容也难说清。一般地，人们所说的CAM主要包括:数控技术、物料流控制及储存、生产机器人技术、柔性制造技术、生产过程仿真技术等几个方面的内容。n1. 数控技术n数控技术可以说是CAM的基础与核心，它主要通过对数控机床的控制来提高加工生产效率。其内容包括：数控机床及其控制系统、数控编程技术与零件加工程序设计、传感器、计算机控制(CNC)、直接数字控制(DNC)、自适应控制等。第三章 计算机辅助制造CAM3.1

CAM概述n3.1.2

CAM研究内容n3.1.2

CAM研究内容n2. 物料流控制及储存n物料流控制主要通过对材料、工件和产品等物料的传送和储存(或缓存)的控制来提高加工、装配和运输的自动化，减少机床等待时间。其内容包括：物料传输系统(传输工具、传输线路和网络、传输辅助工具、控制)、自动运载小车(AGV)、定位传感器，控制系统、立体仓库及装卸工作站、传送与装配机器人等。第三章 计算机辅助制造CAM3.1

CAM概述n机器人是现代化工厂中的多面手，它们所承担的任务主要可分为三方面：机械加工和处理(如钻、铣、磨、焊、切割、打毛刺、喷漆、喷砂、热镀等等)、传送(如：工件识别、拾取和放置、分离、分配、分拣、运输等等)和装配(如工件识别、螺栓连接、铆接、焊接、插入、配合、胶合等等)。其研究内容有：机器人结构设计、机器人运动学、机器人的规划与控制、各种传感器、关节驱

动系统、机器人程序设计、机器人仿真、机器人视觉、

智能机器人等等。第三章 计算机辅助制造CAM3.1

CAM概述n3.1.2

CAM研究内容n3. 机器人技术n柔性制造系统(FMS----Flexible

ManufacturingSystem)意在通过生产设备或生产线的灵活组合来提高企业对生产变化、产品多样、环境变化等迅速响应的能力，提高设备利用率。nFMS是基于CAM发展起来的，它既属于CAM的范畴，又具有高于CAM的外延，成为略低于CIM的概念。nn狭义地讲：FMS＝多台加工中心+(交换工作台+)物料运储系统+控制系统第三章 计算机辅助制造CAM3.1

CAM概述n3.1.2

CAM研究内容n4. 柔性制造技术n广义地说：FMS技术包括产品定义、CAD/CAM一体化、生产调度与控制、数据库、网络及智能软件接口。n一般地，FMS内容包括：FMS体系结构、FMS过程控制、FMS故障检测及处理、FMS传感器与控制器、FMS通信接口、FMS可重构单元控制器、FMS生产调度、FMS物料运储系统等。第三章 计算机辅助制造CAM3.1

CAM概述n3.1.2

CAM研究内容计算机集成制造系统概论第三章 计算机辅助制造CAMn

3.1

CAM概述n

3.2

CAM系统n

3.3数控技术n

3.4柔性制造系统n

3.5生产过程的仿真第三章 计算机辅助制造CAM3.2

CAM系统n

3.2.1

CAM功能构成n从功能上看，基本的CAM系统应包括四部分：机械系统、动作/执行系统、传感器系统、控制系统。n

机械系统：各类进行机械加工的设备和工具。n

动作系统(执行系统)：设备伺服系统及工件传送系统。n

传感器系统：各类测量设备和工具、以及信号传递系统。n

控制系统：对加工过程进行操纵与控制的计算机系统及控制部件。第三章 计算机辅助制造CAM3.2

CAM系统n3.2.2

CAM硬件配置CACMAM硬件各类数控机床各类数控加工中心辅助设备计算机检测监控仪表坐标测量机传感器加工设备编程设备运输设备过程控制设备质量控制设备存储设备立体仓库专用编程机

微机

工作站车床、钻床、刀铣具床更、换万冲装能床置钻、铣加床工、多主轴钻床、焊运接运输机车床、切头割更机换交换床装换流工、工置作水作电台、台型工加件工更单元、机随器人机人型火花机床等；换装置等加工单元等计算机

传感器

控制器n后置处理：几何/工艺信息==>加工指令n

应用软件：各类专业加工编程软件、调度优化软件等。第三章 计算机辅助制造CAM3.2

CAM系统n

3.2.3

CAM软件系统n

系统软件：包括操作系统、数据库管理系统、网络通讯软件和控制系统软件。n

支撑软件：数控加工编程软件、工艺编程软件、后置处理软件开发工具软件、诊断软件、采集分析软件、机器数据评价软件、编程辅助操作软件。计算机集成制造系统概论第三章 计算机辅助制造CAMn

3.1

CAM概述n

3.2

CAM系统n

3.3数控技术n

3.4柔性制造系统n

3.5生产过程的仿真n数控技术是指用数字量发出指令并实现加工设备与过程控制的技术,简称为NC(Numeric

Control)。NC是一种可编程的控制方式。n数控技术所控制的一般是位置、角度、速度等机械量，也有温度、压力、流量、颜色等物理量。这些量的大小不仅可用数字表示，而且是可测的。n如果一台装置(如铣床、钻床、冲床、切割机床、锻压机械等),实现其自动工作的命令是以数字形式来描述的，则称其为数控装置。第三章 计算机辅助制造CAM3.3

数控技术n3.3.1 数控技术概述（NC--Numeric

Control）n1. 数控技术和数控装置的定义第三章 计算机辅助制造CAM3.3

数控技术n

3.3.1 数控技术概述（NC--Numeric

Control）n

2.数控系统的基本功能n

(1)控制功能n控制轴数和联动轴数：控制轴数指数控系统所能控制运动部分的坐标轴数目；联动轴数指在系统的控制下，能按某给定规律同时协调运动的坐标轴数；如五轴控制三轴联动系统。n

插补能力:为保证坐标轴的运动按照所要求的轨迹进行，并

且误差小速度快，应在轨迹的起点与终点之间，按照一定的算法划分数据点，并将其分解成相关坐标的移动量。有直线插补、圆弧插补和高次曲线插补等。n

进给速度：进给速度是指加工工具向工件进给的相对速度，单位为m/min或mm/s。第三章 计算机辅助制造CAM3.3

数控技术n

3.3.1 数控技术概述（NC--Numeric

Control）n

(2)其它功能n程序的输入输出功能：要考虑最小设定单位、最小移动单位及输入/输出装置。n

编程的存储记忆功能:容量及断电是否保留等。n补偿功能：如刀具的半径、长度、位置补偿和间隙补偿、螺距误差补偿等。n

自诊断与监控功能。n可以说数控技术是CAM的先驱。早在1952年，美国空军和MIT合作研制出世界上第一台数控机床(铣床)、60年代后期，NC技术在美、西欧、日迅速发展。nNC的发展标志：n(1)NC机床数量、种类增多、加工中心出现；n(2)可控制的联动加工的坐标轴不断增多；n(3)NC技术不断革新：NC

CNC

DNC；n(4)自适应控制出现，控制精度进一步提高；n(5)数控编程技术不断改进，编程效率与可靠性不断提高。第三章 计算机辅助制造CAM3.3

数控技术n3.3.1 数控技术概述（NC--Numeric

Control）n3. 数控技术的发展n工件的切削加工是在逻辑和程序控制下通过刀具与工件之间的相对运动实现的。根据一定的轨迹参数产生这种运动的控制装置称作数字控制器(NC控制器)。NC控制器按照NC程序操作(NC程序包含工件切削加工的几何信息和工艺信息。NC控制器执行NC程序)，控制机床。nNC过程可表示如下：第三章 计算机辅助制造CAM3.3

数控技术n3.3.2

NC控制原理n1.

NC原理n(1)原理流程第三章 计算机辅助制造CAM3.3

数控技术技术图纸几何数据技术图纸几何数据工序定义工序定义NC程序NC程序实现实现自动化机床控制功能自动化机床控制功能加工过程加工过程几何图形操作顺序工艺确定编码(磁带、磁盘、穿孔带)、零件程序设计处理器，微型机放大器，变换器，电动机，控制，传感器，机床n3.3.2

NC控制原理nNC过程可表示如下：第三章 计算机辅助制造CAM3.3

数控技术n3.3.2

NC控制原理n(2)NC控制器nNC控制器是实现NC的核心部件，它由以

下功能模块组成：数据

输入模块和地址处理模

块、图形处理器(几何处理器)、工艺过程处理器、机床中央控制器MCU、加工过程和控制信号的I/O装置。零件加工程序数据输入数据输入数据识别数据识别存贮存贮显示显示程序控制器MCU几何数工艺数据处理据处理插补数据修正位置控制功能控制机床放大器，电动机驱动，传感器，开/闭环控制数据输入模块地址处理器几何处理器工艺过程处理器信号I/OI/O装置机床中央控制器第三章 计算机辅助制造CAM3.3

数控技术nNC控制器的主要模块功能：na.数据输入模块n将零件程序、制造数据输入机床NC控制器。它包括阅读器、误差检验、数据译码(地址计数、数据转换)、数据存贮等元件。nb.几何/图形数据处理nn根据零件程序指令控制刀具按一定空间几何轨迹移动。几何数据处理包括：几何信息译码、数据和几何轨迹转换检验、插补频率计算、插补计算等。几何数据处理的结果输出轨迹经由控制器、I/O接口、放大器、传感器等对数控机床进行刀位控制。n为了确保刀具轨迹的精确度需要有插补法(计算所要求轨迹随时间变化的规律，并将轨迹从直角坐标空间转换到机床专用坐标空间)。插补法：通过两点间的插值计算得出其间的轨迹的方法(对轨迹点进行插值补充)。第三章 计算机辅助制造CAM3.3

数控技术n3.3.2

NC控制原理nc.工艺处理器n工艺处理器包括NC代码译码器、逻辑操作、程序控制、事件控制、计时以及传感器和控制信号的I/O。其中,事件控制负责完成：建立刀具进给速度、回转方向、激活/更换刀具、其它专用功能(开/关冷却液)等。nNC机床的工艺处理器与几何图形处理器共同控制机床的逻辑状态及控制程序的执行，完成机床的功能控制任务。第三章 计算机辅助制造CAM3.3

数控技术n3.3.2

NC控制原理n在对NC程序解释后，控制信号被分离成几何数据和工存贮器译码机床专用码逻辑操作和程序控制计时输出控制器机床传感器信号I/O功能控制艺数据；然后工艺处理器开始执行程序逻辑顺序；用传感器和时间信号使事件控制过程同步。NC系统的I/O单元在机床和机床中央控制器间传送控制信号、传感信号，控制机床完成各种功能的加工。时钟NC代码NC程序控制过程第三章 计算机辅助制造CAMnCNC系统的控制功能与NC机床相同。但CNC机床的逻辑控制、几何与工艺数据处理以及程序执行都由一台通用计算机统一管理，CNC处理功能更强大。n(1)CNC系统的体系结构n在CNC中，计算机的基本任务有：系统管理、数据的I/O、错误诊断、数据修改、控制数控程序的执行、处理操作指令，显示输出数控过程变量值。过程计算机(

CNC计算机))CNC系统程序错误诊断后处理数据采集程序机床轴(坐标)驱动层NC

机床与机床无关的控制层与机床相关的控制层CNC控制功能NC数据3.3

数控技术n3.3.3

CNC与DNCn1.

计算机数控(CNC)系统第三章 计算机辅助制造CAM3.3

数控技术n

3.3.3

CNC与DNCn

(3)CNC系统的程序结构nCNC系统的程序结构是三层结构。n

a.程序顺序控制PSC：执行NC零件程序，每一数控程序块对应一机床功能程序模块。(对一类零件的加工)。n

b.功能程序(任务)FP：根据NC模块来分解和排序各个任务，并以一定顺序激活基本功能程序(子任务)。(一道工序)n

c.基本功能程序(子任务)BFP：分两类处理功能：n

后处理程序：把控制信息转换成机床特定的坐标，并控制CNC系统与机床间的I/O，从而控制机床操作;n

逻辑和运算程序：实现对过程数据的采集并为操作者或DNC计算机提供所需信息。第三章 计算机辅助制造CAM3.3

数控技术n3.3.3

CNC与DNCn(3)CNC系统的程序结构NC程序PSCPSCFPFPFPFPFPFPBFPBFPBFPBFPBFPBFPBFPBFPBFPBFPBFPBFPI层

程序顺序控制(零件加工程序

)II层功能程序 (任务

)(

加工工序程序

)III层基本功能程序(子任务)(

具体加工动作程序

)第三章 计算机辅助制造CAM3.3

数控技术n3.3.3

CNC与DNCn2.

DNC系统(直接数字控制)nDNC(Direct

NC)是用数字计算机直接调度和管理多台数控机床的系统(车间范围)。n(1)DNC功能nDNC的基本任务是：在数台机床间分配控制信息，使机床控制器能完成各自的操作。它要解决数据及程序的存贮、零件程序对机床的分配、机床间的联系及同步等。nDNC的基本功能可分为：na.管理(机床所加工的)零件程序:管理零件数控程序和数据(输入、存贮、输出、拟定协议、编辑、拷贝、删除等)；第三章 计算机辅助制造CAM3.3

数控技术n

3.3.3

CNC与DNCn

b.分配零件程序n激活NC、CNC和PC程序，确认程序调用，控制起动条件，状态报告；n

激活通讯接口；n

把程序(块)转换成机床控制命令；n

对数据的传输、状态、数据传输结束等进行控制。n

c.连接与集成n把管理计算机与执行系统相连以实现作业调度、设备分配、物料输送、物料贮存、工件加工和装配与折卸等活动的集成。第三章 计算机辅助制造CAM数据存贮器数磁据盘存贮/磁器带磁带机、穿孔带行打、电传打、磁卡、行打磁、带电机传、打穿、孔磁带卡、过

程

计 算

机I/O接口CRCTRT编辑器总线、通讯系统I/O接口I/O接口NCNC11号机床大容量存储器磁盘/磁带DNC中心车间层I/O接口I/O接口NCNC22号机床I/O接口I/O接口CNCCNCn-1号机床I/O接口I/O接口CNCCNCnn号机床CRTCRT便携式CRT便携式CRT编辑器纸带阅读机(BTR方式)BTRBTR3.3

数控技术n3.3.3

CNC与DNCn(2)DNC系统结构管理主生产计算机主生产计算机第三章 计算机辅助制造CAM3.3

数控技术n3.3.3

CNC与DNCn(2)DNC系统结构nDNC中有多台NC、CNC数控机床与过程计算机相联。过程计算机在大容量存槠器中存取零件程序，并通过接口将这些程序传给各数控机床，并完成DNC基本功能。n如果DNC计算机与自主的数字控制器相连，则称这种操作方式为BTR操作方式(读带机旁路式)。此时，系统中每台机床都具有各自自主性。通过机床本身在配备的穿孔带阅读机或CRT终端可以单独操作，这使得各机床既可以互连成DNC系统，又可单独独立操作，增加了系统的柔性。第三章 计算机辅助制造CAM3.3

数控技术n3.3.3

CNC与DNCn(3)DNC系统组成nDNC系统的基本组成部分为：n

过程计算机及外设：用于DNC管理、控制、服务的硬件。n

I/O接口：负责本机床控制器与系统的连接。n

通信接口：总线负责全系统的通讯。n

数字控制器：对机床实施控制。n

支持软件系统：负责DNC管理、控制。n在DNC系统上完成NC数据修正、数据采集与集中、物流和刀具流管理、数据与自适应控制、NC编程乃至车间控制等任务时，必须采用多任务处理功能的高性能过程计算机(DNC管理计算机)。第三章 计算机辅助制造CAM3.3

数控技术n3.3.4

数控零件程序设计n1. 数控编程的概念与步骤n(1)数控程序概念与结构n数控程序由一些语句块(指令/指令集)组成，它表示数n数控操作指令包含三类信息：几何信息、工艺信息、操作指令码(前两者为参数信息，后者为功能信息)。n数控程序的语句由字母表示的功能操作段和数字代表的参数段组成。na.功能指令段：A～Z(绕X轴角度～Z轴主运动)。其中包括：刀具、进给、轴运动、主轴转数、插补参数、辅助运动等等。nb.参数段：表示刀具和工件几何信息或工艺信息的关键数字。数控操作指令：(操作指令码, 几何参数/工艺信息)操作码,控机床控制器的基本控制指令。功能指令段,操作数参数段第三章 计算机辅助制造CAM3.3

数控技术n3.3.4

数控零件程序设计n(2)手工零件程序设计步骤n手工零件程序设计是在最低层(机器层)完成的(机当于用计算机的机器/汇编语言编程)，其步骤有三：na.加工操作准备：根据工件图纸用几何元素完成工件表面描述，再确定刀具轨迹的步长，并根据工件刚度和装夹要求进行修正(确定几何参数)。nb.加工顺序的设计：利用工艺规程的几何数据和工艺数据，将各加工顺序以标准形式编成程序(加工步骤)。(确定工艺参数、指令码)。nc.准备数控穿孔带：将数控程序以穿孔形式植入作为存贮器的穿孔带上(供数控机床阅读，并把穿孔带上的代码翻译成机床指令)。第三章 计算机辅助制造CAM3.3

数控技术n3.3.4

数控零件程序设计n(2)手工零件程序设计步骤NC机床产品图纸(几何信息,工艺信息)穿孔穿孔穿孔带(程序)输入NCNC控制器切削操作设计(刀(刀具轨迹、切削参数、机床控制

))NC加工方案程序设计程序加工顺序设计刀具轨迹设计加工操作准备第三章 计算机辅助制造CAM3.3

数控技术n3.3.4

数控零件程序设计n2. 计算机辅助零件程序设计n(1)CA-NC原理n手工零件程序设计麻烦费时，程序员负担重；为此引入CA自动编程方法。nCA-NC编程(Computer

Aided-NC

Programming)主要通过提供高级数控程序设计语言来提高编程效率。n该语言应能进行：a.产品的几何定义；b.工艺定义(机床信息)；c.执行参数说明(如刀具轨迹)。第三章 计算机辅助制造CAM3.3

数控技术n3.3.4

数控零件程序设计n将高级语言语句转换成数控程序块需要以下过程：na.编译扫描：编译(翻译)以确定的语言格式书写的零件程序。nb.产生中间程序：根据刀具、材料和加工信息(工艺、进给

量、切削信息等)，计算刀位(CLDATA)。各种几何、工艺数据，产生通用程序(中间程序)。该程序可用于控制不同机床。nc.后置处理：将通用程序(中间程序)转换成NC代码，用以操纵选定的机床，(这一步由后处理器完成)。(该NC代码是适用于单独NC机床的程序)。第三章 计算机辅助制造CAM3.3

数控技术n3.3.4

数控零件程序设计n(2)通用数控编程语言nna. I型数控编程语言I型数控编程语言用于专用机床的专用“高级”语言，它具有以下特点:n

可用固定的数字化格式来定义刀具轨迹；n

可定义二维切削操作(直线、园等)；n

可提供描述刀具轨迹的专用程序供调用；n

它可在不同计算机上实现。n一般而言，该语言对其专用数控机床来说是最优的。第三章 计算机辅助制造CAM3.3

数控技术n

3.3.4

数控零件程序设计n

b.II型数控编程语言nII型数控编程语言具有以下特点：n

采用通用语言结构，用于同类机床的零件程序设计；n

它允许对零件加工表面及刀具进行二维、三维描述；n

能计算许多不同曲线的增量运动；n

它用符号来定义机床及工艺信息；n

可对MCU所需全部参数进行定义。第三章 计算机辅助制造CAM3.3

数控技术n

3.3.4

数控零件程序设计n

c.III型编程语言nIII型编程语言具有以下特点：n

它接收定义被加工零件形状的程序，系统输出是形成工件轮廓的刀具轨迹；n

其零件程序为用三维几何公式描述的解析表面符号语句，它用通用的符号语句定义机床指令、公差和刀具、刀具轨迹；n

系统的输出可以被后处理器接收并可转换用于不同的机床。计算机集成制造系统概论第三章 计算机辅助制造CAMn

3.1

CAM概述n

3.2

CAM系统n

3.3数控技术n

3.4柔性制造系统n

3.5生产过程的仿真第三章 计算机辅助制造CAM3.4 柔性制造系统FMSn3.4.1

FMS概述n1.

FMS概念nFMS是由计算机、自动物料运储系统和一组机床或生产设备组成的灵活可变的制造系统。nFMS生产过程：由计算机进行生产的计划、实施与控制。工件先安装在托盘夹具上，再按顺序由自动物料运储系统从一个加工工位运送到另一个工位。由不同数控机床进行加工。加工顺序根据工件谱的生产计划来选择确定，工件一次装夹，无需重新装夹，所有刀具和夹具也在计算机控制下自动顺序编排和更换；质量检测也由自动测量机完成。操作人员只需装卸工件和启停系统。第三章 计算机辅助制造CAM3.4 柔性制造系统FMSn3.4.1

FMS概述n2.

FMS的等级nFMS可以分成四个层次：柔性制造模块、柔性制造单元、柔性自动线及柔性制造工厂。n(1)柔性制造模块(FMM:Flexible

Manufacturing

Module)：是一台扩充了许多可任选功能(如：刀具库、随行托架、交换装置等)的数控机床。n(2)柔性制造单元(FMC:FlexibleManufacturingCell)：一个FMC一般包括2至3个FMM，它们之间由工件自动输送设备进行连接。第三章 计算机辅助制造CAM3.4 柔性制造系统FMSn3.4.1

FMS概述n(3)柔性自动线(FTL:Flexible

Tools

Line)：又称柔性制造系统(FMS:Flexible

Manufacturing

System)。一般包括四台或更多的全自动CNC机床。各自备有搬运小车自动输送物料和一套计算机控制系统用以管理全部生产计划进度、物料搬运和对机床群加工过程实现综合控制。n(4)柔性制造工厂(FMF:Flexible

Manufacturing

Factory)：即自动化工厂FA。柔性由FMS扩充到全厂范围，可达到在全厂范围内生产管理过程、机械加工过程和物料储运过程全盘自动化，并由计算机系统进行有机的联系。FMF/FMS拥有分布式多级计算机系统(包括生产管理级主计算机)、自动仓库、十几乃至几十台各种CNC机床(加工中心、车削中心、CNC车床、CNC磨床、CNC板材加工机床等)。FMF就是一种基本的CIMS。第三章 计算机辅助制造CAM3.4 柔性制造系统FMSn

3.4.1

FMS概述n

3.

FMS系统的柔性描述nFMS系统中的柔性形式可描述为：n

机床柔性：生产一组给定的工件类型时完成所要求变化的灵活性。n

产品柔性：能经济而迅速地转换到生产一组新产品的能力。n

加工柔性：以几种方式生产一组给定工件的能力。n

工序柔性：每种类型工件一定工序次序的互换能力。n

运行柔性：在继续生产所需一组类型工件时处理故障的能力。

n

产量柔性：按不同生产量均能做到有利可图地运行FMS的能力。

n

扩展柔性：能容易而模块化地按需要扩展FMS的能力。n

生产柔性：表示FMS能生产的工件形式的广泛性。第三章 计算机辅助制造CAM3.4 柔性制造系统FMSn

3.4.1

FMS概述n

4.FMS目标n

在中批量生产中采用NC技术(数控)；n提供一种能加工某些零件族的生产设备，通过改变程序还可以加工其它零件族(柔性)；n提供一种能自动编排作业计划、自动进行加工和检查的成套生产设备(自动化)；n

提供一种对加工工序以及生产设备的监控功能(检测监控)；n建立独立的加工模块，能方便地组合成生产单元，必要时还可重新组合(可重构性)；n

减少传统制造系统固有的空闲时间，提高设备利用率(高效性)。第三章 计算机辅助制造CAM3.4 柔性制造系统FMSn3.4.2

FMS类型n1. 配备互补机床的FMSn这一类FMS通过物料运储系统将数台不同的NC机床连接起来，使不同机床的工艺加工能力可以互补。n工件通过安装站进入系统，然后在计算机控制下从一个工作站到另一工作站，按顺序加工，每台机床所完成的工序数取决于工件的设计和机加工艺，不同的零件可采用不同的机床加工。n这类FMS比较经济，且加工能力互补，但一旦设备出现故障可能因影响到系统的加工能力而造成系统停机。可采用后备机床弥补这一不足。第三章 计算机辅助制造CAM3.4 柔性制造系统FMSn3.4.2

FMS类型n2. 配备可互相替换机床的FMSn这一类FMS采用多个同构的或可互相替换的机床构成FMS。例如，由八台加工中心、一个贮料系统和一条往复式物料运输线及计算机控制设备构成FMS。n在该类系统中，工件可以被送到适合加工它的任一台加工中心上；由计算机根据各台机床任务量和状态对机床分配加工零件，每台机床都有自动换刀装置，并可完成部分或全部加工工序。n此类FMS的最大优点是当设备发生故障时系统只须局部停机即可，但由于机床种类单一，可能会造成加工能力不足或造价过高。第三章 计算机辅助制造CAM3.4 柔性制造系统FMSn3.4.2

FMS类型n3. 混合式FMSn在一个FMS中包含不同类的机床，但每一类机床又都有多台机床存在。n在实际使用中，很少有前两类FMS，通常采用两类的综合方式，即在一个FMS中包含不同类的机床，但每一类机床又都有多台机床存在。这样，不同类机床可相互互补加工能力，又可避免因单台设备故障造成系统瘫痪。只是在系统控制上更加复杂一些。第三章 计算机辅助制造CAM3.4 柔性制造系统FMSn3.4.2

FMS类型n4. 集中刀具输送系统的FMSn该类FMS不是以物料运储系统作为中心环节，而是以集中的刀具输送系统为中心环节，在该系统中，工件可以装夹在任一加工中心上加工，刀具安装在刀座上，并且集中存贮，控制系统按照加工工艺顺序选择合适的刀具送至相应加工中心完成加工作业。第三章 计算机辅助制造CAM3.4 柔性制造系统FMSn3.4.3

FMS构成n2. 物料运贮系统n物料运贮系统把各台机床连接在一起，形成物流式生产系统。n目前典型的物料运输方式有：n

辊柱式：滚子、辊柱式传送带。n

往复式：轨道式传输。n

牵引式：链驱动牵引车，磁牵引导向车。n

AGV自动导向车n

机器人第三章 计算机辅助制造CAM3.4 柔性制造系统FMSn3.4.3

FMS构成n3.

FMS控制系统nFMS控制系统既完成生产管理，又完成加工过程和设备的控制，且都采用多级(递阶)控制方案，各级都有计算机系统。n

(1)管理控制级(分厂/车间)任务：生产计划调度、生产控制和FMS管理、数据库维n护。n计划调度任务包括：任务分解(月到周的计划)、工艺过程设计、设备计划调度、零件族分配、零件程序设计、资源配置、重新计划调度、发出生产指令、生产优化、生产仿真、调度维护、质量控制等等。n控制任务包括：系统启/停、生产命令的路线选定、生产监控、与操作者的交互和引导、系统恢复、报告生成(生产率、完工零件、质量、废品、系统问题)。第三章 计算机辅助制造CAM3.4 柔性制造系统FMSn3.4.3

FMS构成n

(2)监控级(车间/单元)n任务：实施生产计划，并协调和监视各生产设备的工作。n计划实施任务：日作业计划(周到日的计划)、机床、刀具、诊断、物料运储、质量控制、NC程序及其分配等。n控制任务：设备协调、操作数据评价、工件流控制、支持和指导操作人员。第三章 计算机辅助制造CAM3.4 柔性制造系统FMSn3.4.3

FMS构成n

(3)机床监控级(单元/设备)nn它是最底层控制级，主要任务是控制和监视、测量等。控制任务：轨迹控制(工件、测量头、加工头)、设备控制(传动装置、电动机、继电器、泵、阀等)。n监测任务：执行装置、电动机、继电器、泵、阀、限位开关、光挡板、条形码、刀具磨损、生产率、废品、停机时间。n测量任务：性能、尺寸、诊断、刀具的磨损、温度、振动等、n其它任务：工件识别与跟踪、刀具振动、磨损的校正、主轴误差校正、热变形调正等。计算机集成制造系统概论第三章 计算机辅助制造CAMn

3.1

CAM概述n

3.2

CAM系统n

3.3数控技术n

3.4柔性制造系统n

3.5生产过程的仿真第三章 计算机辅助制造CAM3.5

生产过程的仿真n3.5.1

仿真的概念n1.仿真的概念nn仿真：Simulation(仿真/模拟)仿真是利用计算机软硬件对真实世界及其活动的模拟与模仿；它是真实过程的模型化，包括方法、活动和资源。目前的最高仿真水平为虚拟现实仿真。n仿真是设计新生产过程或改造旧生产过程的一种重要工具。利用模拟生产的数学模型，可以模拟地观察生产过程的工作情况，试验不同的生产路线、新增设备或布局，观察其性能、生产周期的增减和可能的干扰等等。第三章 计算机辅助制造CAM3.5

生产过程的仿真n3.5.1

仿真的概念n2.仿真的目的n仿真可以测试模型按时间变化的动态行为，可以研究仿真对象的随机状况和以图示方式观察复杂系统的运行，选择系统的最佳结构与配置方案。n仿真目的如下：n改造旧生产过程：仿真现有过程，使之能适应或加以扩展适应变化着的运行条件；n设计新生产过程：研究新过程时，进行仿真能避免由于失误而造成的浪费，优化系统配置与系统运行模式，还可了解极限工作条件下的反应；n检验新过程：检验供货商所提供的新过程设计说明的性能数据。第三章 计算机辅助制造CAM3.5

生产过程的仿真n

3.5.2

仿真方法及工具n

1. 仿真研究过程n

(1)仿真方案内容：完整的仿真方案应包括以下内容：n

仿真计划：确定仿真要求与仿真活动计划，定义仿真目标与预期结果，设计多种仿真运行方案。n

仿真准备：问题分析、数据分析、数据采集与处理。n

系统建模：仿真模型设计(如排队论模型、Petri网模型、活动循环图、离散事件动态系统模型、差分方程、微分方程等)，确定模型求解算法，仿真模型软件实现。n

仿真实验：输入数据，通过计算机进行系统仿真运行；n

结果分析与评价：根据仿真目标分析数据，发现规律；n

仿真文档：涉及仿真系统背景与前提条件、系统模型与仿真系统内容、使用方法、辅助内容、仿真实验结果与分析结果等。第三章 计算机辅助制造CAM3.5

生产过程的仿真n

3.5.2

仿真方法及工具n

2. 仿真工具n建立仿真模型常用的工具为：n

高级科技编程语言n最适合于仿真的通用高级语言为Pascal、Ada、Modula,其次为Fortran，PL/1,Basic，再其次为其他的通用语言。n

语句或程序块仿真语言(仿真语言)n这是一类专门面向应用的专用仿真语言，它们能够描绘特定应用类型的全局视图或系统结构，支持对象系统的仿真。n

面向问题的仿真系统n这是专门面向某一类问题的专用仿真系统。第三章 计算机辅助制造CAM3.5

生产过程的仿真n

3.5.3

仿真语言n

1.

概述n仿真语言的开发始于60年代。它们是面向应用的专用语言，其语法能描绘某一特定应用类型的