先进制造系统 课件 hapter 04 先进制造自动化系统

1第四章自动化制造系统技术工业机器人技术

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柔性制造技术计算机集成制造技术概述

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2先进制造自动化技术概述

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31936年，通用公司D.S.Harder提出自动化的概念。狭义——用机器代替人的体力和脑力劳动广义——制造自动化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，在人和计算机控制系统的共同作用下，实现一定程度的柔性制造自动化，最后输出产品、文档资料、废物和对环境的污染。一、制造自动化系统的概念制造自动化系统的定义4形式方面具有三个方面的含义代替人的体力劳动；代替或辅助人的脑力劳动；制造系统中人、机及系统的协调、管理、控制和优化。功能方面代替人的体力和脑力劳动是制造业自动化功能的一部分。当前的完整目标体系模型为TQCSE：T—时间，意在缩短产品制造周期，提高生产率；Q—质量；C—成本；S—服务，一是为市场服务，一是通过减轻劳动强度的方式为员工服务；E—环境，资源利用充分，环境污染少，绿色制造范围方面制造自动化不仅涉及到具体的生产制造过程，而是涉及产品生命周期所有过程。制造自动化的内涵5制造自动化系统的典型组成具有一定技术水平和决策能力的人是人-机一体化的系统，对人的要求不是降低了，而是提高了；一定范围的被加工对象能在一定范围内适应被加工对象的变化；信息流及其控制系统信息流控制着物流，进而控制产品的制造质量能量流及其控制系统能量流为物流过程提供能量，以维持系统的运行物料流及物料处理系统是系统的主要运作方式，是制造自动化系统规划的重要内容6制造自动化系统的工程概念人机功能合理分配的物料处理系统7制造自动化系统的发展历史二、制造自动化系统的发展历史和发展趋势8制造自动化系统的发展历史

第一阶段(1870-1950)

纯机械控制随着电液控制的刚性自动化加工单机和系统得到长足发展。

1946年，苏联学者米特洛万诺夫提出成组生产工艺的思想，其成为制造自动化系统赖以生存和发展的重要技术之一。

第二阶段(1952-1965)

数控技术，特别是单机数控得到飞速发展。对多品种、小批量生产自动化意义重大。

第三阶段(1967-1985)

数控机床与工业机器人组成的柔性制造系统发展迅速。

因忽略“人”的核心作用而不尽如人意。

第四阶段(1985-)

CIMS9“精”是发展的关键—精确化“极”是发展的焦点—极端化“文”是发展的新义—人文化制造产品“绿”是发展的必然—绿色化“快”是发展的动力—快速化“省”是发展的原则—节省“效”是发展的追求—高效制造过程“数”是发展的核心—数字化“自”是发展的条件—自动化“集”是发展的方法—集成化“网”是发展的道路—网络化“智”是发展的前景—智能化制造方法制造自动化系统的发展趋势10（1）高度智能集成性这是计算机集成制造技术和人工智能技术在制造系统广泛应用的必然结果，智能化已成为制造自动化系统的主要特征之一。智能技术使得制造系统具有自律、自决策、自诊断、自纠正能力。智能集成性体现在两方面：一是信息的集成；二是人与技术的集成。11（2）人机结合的适度自动化不片面强调完全自动化，坚持人在自动化系统中的核心地位，强调实现人机功能的合理分配，并能够充分发挥人的主观能动性。其特点是成本低、可靠性高、系统结构简单。（3）强调系统的柔性和敏捷性适应多品种、小批量的市场环境和不可预测的市场需求，其敏捷性更好。着力点在于通过采用模块化技术、标准化技术等新技术手段，能够通过改变自身的结构适应外部环境的不断变化。12（4）功能扩展化从目前面向零件加工的，向面向毛坯制造、物流管理、自动装配等多目标体系发展。（5）小型化因其成本低、功能强、能满足要求、易于操作和管理等优点将得到广泛应用。如DNC，FMC（6）简单化满足要求的系统中，越简单的越好。（7）环保化绿色制造。13制造自动化系统的理论和方法研究制造自动化系统开放式智能式体系结构研究面向制造自动化技术的数控技术研究面向制造自动化技术的机器人技术研究面向制造自动化技术的柔性制造技术研究面向制造自动化技术的集成制造技术研究面向制造自动化技术的智能制造技术研究三、先进制造自动化系统的关键技术14工业机器人技术

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15一、工业机器人的起源机器人一词首先由捷克剧作家、小说家卡列尔·卡佩克使用并推荐给全世界－1920年发表舞台剧《罗森的全能机器人》小说在1924年和1927年的时候被纷纷传到了日本、法国和欧洲国家，机器人这个名词就向全世界铺展开来。故事情节：带感情的机器人消灭了人类，一对男女机器人相爱，世界又起死回生。161950，另一位美籍犹太人作家阿西莫夫在他的小说《我是机器人》中给出了“机器人学三定律”：机器人不得伤害人或由于故障而使人遭受不幸；机器人应执行人们所下达的指令，除非这些指令与第一定律相矛盾；机器人应能保护自己的生存，只要这种防护行为不与第一或第二定律相矛盾。17古代机器人春秋后期，鲁班曾制造过一只木鸟，能在空中飞行“三日不下”。机器马车西周时期，出现了能歌善舞的伶人，这是我国最早记载的机器人。公元前2世纪，亚历山大时代的古希腊人发明了最原始的机器人──自动机。可以自己开门，还可以借助蒸汽唱歌。二、工业机器人的发展汉代大科学家张衡不仅发明了地动仪，而且发明了计里鼓车。每行一里，车上木人击鼓一下，每行十里击钟一下。18后汉三国时期，蜀国丞相诸葛亮成功地创造出了“木牛流马”。用其运送军粮，支援前方战争。写字机器人1738年，法国天才技师杰克·戴·瓦克逊发明了一只机器鸭。它会嘎嘎叫，会游泳和喝水，还会进食和排泄。1773年，自动书写玩偶、自动演奏玩偶等被连续推出。现在保留下来的瑞士努萨蒂尔历史博物馆里的少女玩偶，还定期弹奏音乐供参观者欣赏。19世纪中叶出现了科学幻想派和机械制作派。1886年《未来的夏娃》问世。在机械实物制造方面，1893年摩尔制造了“蒸汽人”，“蒸汽人”靠蒸汽驱动双腿沿圆周走动。191927年美国西屋公司工程师温兹利制造了第一个机器人“电报箱”。可以回答一些问题。现代机器人1952年，第一台数控机床的诞生，为机器人的开发奠定了基础。1954年美国戴沃尔最早提出了工业机器人的概念，并申请了专利。1948年，美国原子能委员会的阿尔贡研究所开发了机械式的主从机械手。主从机器人201959年UNIMATION公司推出的“UNIMATE”和1963年美国AMF公司推出的“VERSATRAN”

是机器人产品最早的实用机型（示教再现）。VERSATRANUNIMATE211965年，MIT的Roborts演示了第一个具有视觉传感器的、能识别与定位简单积木的机器人系统1970年在美国召开了第一届国际工业机器人学术会议1973年，辛辛那提·米拉克隆公司的理查德·豪恩制造了第一台由小型计算机控制的工业机器人1980年后，日本赢得了“机器人王国”的美称各种用途的机器人：水下机器人、空间机器人、空中机器人、地面机器人、微小型机器人等德国排爆机器人相扑机器人无人驾驶振动式压路机22机器鱼“自由泳”“过龙门”在水中“戏球”自主地避开障碍物我国研制的排爆机器人2370年代的萌芽期，80年代的开发期和90年代的适用化期。

1972年开始研制自己的工业机器人。“七五”期间，完成了示教再现式工业机器人成套技术的开发，研制出了喷涂、点焊、弧焊和搬运机器人。1986年国家高技术研究发展计划（863计划）开始实施。上世纪90年代初期起，形成了一批机器人产业化基地。2009年10月29日中国首次使用水下机器人发现海底巨大黑烟囱。

我国工业机器人的发展日本和美国在20世纪60年代就已经开始进行机器人的研究，与他们相比较，我国还存在较大的差距，因此需要更多的人加入到发展机器人的事业中来。24理由之三：机器人做人做不了的事情。比如人们对太空的认识，对原子分子进行搬迁的机器人理由之二：机器人做人不愿意做或做不好的事。比如有毒的、高温的或危险的环境，汽车生产线上的焊接工作理由之一：提高生产效率降低人的劳动强度。比如焊机器人提高生产效率，提高汽车焊接的质量，降低工人的劳动强度。

为什么要发展机器人?机器人汽车焊接生产线汽车装配机器人25总结：三个发展阶段第二代机器人则具备了感觉能力，能对周围环境进行感知第一代机器人，属于示教再现型，即人手把着机械手或遥控，把应当完成的任务做一遍第三代是智能机器人，不仅具有感觉能力，还具有独立判断和行动的能力，并具有记忆、推理和决策的能力第一代第二代第三代26上世纪60年代，可实用机械的机器人被称为工业机器人上世纪80年代到现在，正越来越向智能化方向发展

因此，至今为止也没有一个统一的机器人的定义。国际上，关于机器人的定义主要有以下几种：机器人学是一门不断发展的科学，对机器人的定义也随其发展而变化三、工业机器人的定义（1）美国机器人协会(RIA)的定义——机器人是“一种用于移动各种材料、零件、工具或专用装置的，通过可编程序动作来执行种种任务的，并具有编程能力的多功能机械手(manipulator)”。27（3）美国国家标准局(NBS)的定义——机器人是“一种能够进行编程并在自动控制下执行某些操作和移动作业任务的机械装置”。（4）国际标准化组织(ISO)的定义——“机器人是一种自动的、位置可控的、具有编程能力的多功能机械手，这种机械手具有几个轴，能够借助于可编程序操作来处理各种材料、零件、工具和专用装置，以执行种种任务”。（2）日本工业机器人协会(JIRA)的定义——工业机器人是“一种装备有记忆装置和末端执行器(endeffector)的，能够转动并通过自动完成各种移动来代替人类劳动的通用机器”。（5）我国对机器人的定义——蒋新松院士曾建议把机器人定义为“一种拟人功能的机械电子装置”(amechantronicdevicetoimitatesomehumanfunctions)。28参考各国的定义，对机器人给出以下定义：机器人是一种计算机控制的可以编程的自动机械电子装置，能感知环境，识别对象，理解指示命令，有记忆和学习功能，具有情感和逻辑判断思维，能自身进化，能计划其操作程序来完成任务。29四、工业机器人体系结构三个部分

工业机器人通常由机械部分（用于实现各种动作）、传感部分（用于感知内部和外部的信息）、控制部分（控制机器人完成各种动作）。六个系统

驱动系统：提供机器人各部位、各关节动作的原动力。机械结构系统：完成各种动作。感受系统：由内部传感器和外部传感器组成。机器人-环境交互系统：实现机器人与外部设备的联系和协调并构成功能单元。人机交互系统：是人与机器人联系和协调的单元。控制系统：是根据程序和反馈信息控制机器人动作的中心。分为开环系统和闭环系统。30工业机器人一般的机械组成机身部分：如同机床的床身结构一样，机器人机身构成机器人的基础支撑。有的机身底部安装有机器人行走机构；有的机身可以绕轴线回转，构成机器人的腰。手臂部分：分为大臂、小臂和手腕，完成各种动作。末端操作器：可以是拟人的手掌和手指，也可以是各种作业工具，如焊枪、喷漆枪等。关节：分为滑动关节和转动关节。实现机身、手臂各部分、末端操作器之间的相对运动。五、机器人的分类按用途分类工业机器人、空间机器人、水下机器人、军用机器人、排险救灾机器人、教学机器人和娱乐机器人等。按主要功能分类操作机器人——主要是模仿人的手和手臂的工作。移动机器人——工业生产中带有行走机构的机器人完成运输，上下料等工作。信息机器人——主要指以计算机系统为基础的智能行为模拟装置。人机机器人——机器人和真人之间构成一个闭环系统。如假肢机器人。按坐标系统分类直角坐标型：只具有移动关节。圆柱坐标型：具有一个转动关节、其余为移动关节的机器人。球坐标型：又称极坐标式。具有两个转动关节、其余为移动关节的机器人。关节型：又称回转坐标式，具有三个转动关节的机器人。按驱动方法分类电力驱动：主要形式，步进电机、直(交)流伺服电机驱动；液压驱动：抓取能力强，工作平稳、灵敏，稳定性好。气压驱动：抓力小，成本低，稳定性差按运动控制方式分类点位控制(PTP)：机器人运动为空间点到点间的直线运动，不涉及两点间的路径规划；连续轨迹控制(CP)：含轨迹规划。按自动化功能层次分类专用机器人：以固定程序在固定地点工作的机器人。通用机器人：具有独立的控制系统，能够通过改变程序完成多种作业的机器人。施教再现机器人：具有记忆功能，由人施教后可重施教内容。智能机器人：具有各种感觉功能和识别功能，能做出决策自动进行反馈纠正的机器人。六、机器人的主要技术参数自由度指机器人所具有的独立坐标轴运动的数目。工作精度包括定位精度和重复定位精度。可以用精密度、正确度、和准确度三个参数来衡量。定位精度：指机器人实际到达的位置和设计的理想位置之间的差异。重复定位精度：指机器人重复到达某一目标位置的差异程度。工作范围指机器人末端操作器所能到达的区域。工作速度指机器人各个方向的移动速度或转动速度。这些速度可以相同，可以不同。承载能力指机器人在工作范围内的任何位姿上所能承受的最大质量。七、工业机器人的现状焊接机器人主要是指利用机器人进行点焊和弧焊。点焊——要求机器人手腕握持焊接工具准确地对准所要求的焊点，焊枪不与部件的其它部位接触。通常，这些机器人所夹持的焊接工具大而重，同时还要求机器人有一个比较大的活动范围。弧焊——对材料进行连续焊接，焊接前首先要将复杂的运行轨迹示教给机器人，在需要处理较宽的焊缝时，可以编程使机器人作编织状的横摆运动。汽车工业运用这种类型的机器人最多。39松下焊接机器人开元（神钢）焊接机器人系统喷漆机器人喷漆易引发火灾，同时有害于身体健康，因此，喷漆作业是机器人特有的用途。使用喷漆机器人的另一个优点是涂层比人工喷涂的更加均匀。喷漆机器人一般采用液压驱动，具有动作速度快、防爆性能好等特点，可通过手把手示教或点位示数来实现示教。喷漆机器人广泛用于汽车、仪表、电器、陶瓷等工艺生产部门。装配机器人为完成装配作业而设计的工业机器人。装配机器人是柔性自动化装配系统的核心设备，由机器人操作机、控制器、末端执行器和传感系统组成。操作机的结构类型有水平关节型、直角坐标型、多关节型和圆柱坐标型等；控制器一般采用多CPU或多级计算机系统，实现运动控制和运动编程；末端执行器为适应不同的装配对象而设计成各种手爪和手腕等；传感系统又来获取装配机器人与环境和装配对象之间相互作用的信息。42瑞士ABB公司装配机器人43装配机器人44水下机器人：用于海底矿物探测、打捞沉船、在海上或干式船坞中修理船舶等。军用机器人：海军和空军对移动式消防机器人感兴趣，由于配有红外传感器，在紧急关头，能够作出比人更快的反应。还有装炮弹机器人等。发电厂机器人：在核发电厂，由于核燃料有放射作用，很多工作更适合于机器人操作。如：给活动筛附属装置上润滑油；阀门密封件的检修等。家用机器人组装机器人自动工厂中的机器人：机器人的未来用途是成为全自动化工厂或加工车间的一个组成部分。八、工业机器人的应用45柔性制造技术

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46柔性概念及其衡量指标制造系统的柔性，就是指制造系统的可变性，即制造系统适应产品变化和生产条件变化的特性。分类定义衡量指标设备柔性系统中的设备易于实现加工不同类型零件所具备的转换能力。系统中设备实现加工不同零件所需的调整时间，包括：1）更换磨损刀具的时间；2）为加工同一类而不同组的零件所需的换刀时间；3）组装新夹具所需的时间；4）机床实现加工不同类型零件所需的调整时间，a.刀具准备时间；b.零件安装定位和拆卸时间；c.更换数控(NC)程序时间。工艺柔性系统能够以多种方法加工某一零件组的能力，又称加工柔性，即系统能加工的零件品种数。系统不采用成批方式而能同时加工零件的品种数。47

分类定义衡量指标产品柔性系统能经济而迅速地转向生产新产品的能力，即转产能力，也称为反应柔性，表明为适应新环境而采取新行动的能力。系统从生产一种零件向生产另一种零件转换所需要的时间。流程柔性系统处理其故障并维持其生产持续进行的能力系统发生故障时生产率下降程度或零件能否继续加工的能力。批量柔性系统在不同批量下运行都有经济效益的能力。系统保证有经济效益的最小运行批量。扩展柔性系统能根据需要通过模块进行组建和扩展的能力。系统能扩展的规模大小。工序柔性系统变换零件加工工序、顺序的能力。以实时方式进行工艺路线决策的能力。生产柔性上述柔性的总和。48各种柔性的相互关系图49柔性制造技术的分类柔性制造模块（FlexibleManufacturingModule）FMM由单台CNC机床加上工件自动上下料装置组成，它能够进一步组成柔性制造单元和柔性制造系统。50柔性制造单元（FlexibleManufacturingCell）FMC由2到3个柔性制造模块组成，它们之间用工件自动输送设备连接起来，能够实现自动换刀，自动上下料，自动检测（自动测量）和自动监控（对刀具状态磨损、折断等）。整个单元由计算机控制。FMC可以看成是小型的FMS，也可以看成是FMS的基本组成单元。51柔性制造线（FlexibleManufacturingLineFML）FML是处于单一品种或少品种刚性自动线与多品种中小批量的FMS之间的一种生产线。FML能加工少数几个品种零件，这些零件往往具有高度的相似性，和大批量自动生产线相类似，工件在FML中是按一定的生产节拍（时间间隔）沿一定的方向顺序输送的，输送过程中，由各种自动机床依次进行加工。FML中常见的数控机床是多轴、换箱机床。如换箱式、转塔式加工中心。52柔性制造系统（FlexibleManufacturingSystem）将柔性制造单元进行扩展，增加加工设备的数量(如4台以上的加工中心)，再配备完善的物料运输存储系统，加上一整套计算机控制系统来管理全部生产计划进度，并综合控制机床设备的加工过程和物流系统的储运流程，这样就形成了一个完整的柔性制造系统。535455柔性制造工厂（FlexibleManufacturingFactory）以FMS为主体，将其应用范围扩大到全厂的生产管理过程，使整个产品的制造过程（包括加工、装配、物流系统等）全部自动化，并由计算机系统将其有机的联系起来，形成制造过程全部自动化的柔性制造工厂。56柔性制造系统的基本概念

FMS是一组数控机床和其他自动化的工艺设备，由计算机信息控制系统和物料自动储运系统有机结合的整体。柔性制造系统由加工、物流、信息流三个子系统组成。能构根据加工对象的变换迅速调整，适应多品种和中小批量生产。1967年，英国莫林斯公司首次根据威廉森提出的FMS基本概念，研制了“系统24”。其主要设备是六台模块化结构的多工序数控机床，目标是在无人看管条件下，实现昼夜24小时连续加工，但最终由于经济和技术上的困难而未全部建成。起源及发展ＦＭＳ概念57同年，美国的怀特·森斯特兰公司建成OmnilineI系统，它由八台加工中心和两台多轴钻床组成，工件被装在托盘上的夹具中，按固定顺序以一定节拍在各机床间传送和进行加工。这种柔性自动化设备适于少品种、大批量生产中使用，在形式上与传统的自动生产线相似，所以也叫柔性自动线。日本、前苏联、德国等也都在60年代末至70年代初，先后开展了FMS的研制工作。1976年，日本发那科公司展出了由加工中心和工业机器人组成的柔性制造单元(简称FMC)，为发展FMS提供了重要的设备形式。柔性制造单元(FMC)一般由1-2台数控机床与物料传送装置组成，有独立的工件储存站和单元控制系统，能在机床上自动装卸工件，甚至自动检测工件，可实现有限工序的连续生产，适于多品种小批量生产应用。

5870年代末期，FMS在技术上和数量上都有较大发展，80年代初期已进入实用阶段，其中以由3—5台设备组成的FMS为最多，但也有规模更庞大的系统投入使用。1982年，日本发那科公司建成自动化电机加工车间，由60个柔性制造单元（包括50个工业机器人）和一个立体仓库组成，另有两台自动引导台车传送毛坯和工件，此外还有一个无人化电机装配车间，它们都能连续24小时运转。这种自动化和无人化车间，是向实现计算机集成的自动化工厂迈出的重要一步。与此同时，还出现了若干仅具有FMS基本特征，但自动化程度不很完善的经济型FMS，使FMS的设计思想和技术成就得到普及应用。59工件输送处60柔性制造系统的组成

61加工系统加工系统的机床类型及配置形式数控（CN）或计算机数控（CNC）车、铣、刨、磨机床和齿轮加工机床。加工棱体类零件的FMS，机床一般选择卧式、立式或立卧两用的数控加工中心。加工回转体类零件的FMS，采用的是能够加工轴类和盘类零件的车削加工中心。62特征a)互替形式b)互补形式c)混合形式简图生产柔性低中高生产率低高中技术利用率低中高系统可靠性高低中投资强度比高低中63机床自动上下料装置托盘——托盘是工件与夹具的一个载体。它的作用是实现工件夹具系统与输送装置以及加工设备之间的连接作用。采用随行托盘的目的是给工件运送和装卸提供方便。所以托盘必须采用统一的结构形式。托盘结构——一般做成正方形或长方形的板，又叫板式托盘，托盘的顶面是一平面，有T型槽或矩阵分布的孔用来安装和固定夹具，夹具与托盘靠定位键定位，用螺栓把紧；托盘的底面有输送基面，还有导向和定位结构，其精度很高，以便在输送装置或机床工作台上定位和安装。64托盘缓冲站——一种待加工零件的中间存储站一般设在机床旁边，使待加工零件排队等待机床空闲后进行加工。65托盘交换器——用来实现托盘缓冲站与机床之间工件装卸的装置。常用的有两种结构形式。66机器人（机械手臂运送工件）67加工系统的监控FMS的工作过程大多是在无人操作和无人监视的环境下进行的，所以，为保证系统正常运行，必须对系统运行状态和加工过程进行监控。系统运行状态监控主要是检测、收集系统各部分的运行信息，如加工设备、物流设备、系统安全监视等信息，作出相应处理。加工过程监控主要是对零件精度进行检测和对加工刀具进行监控。6869据国外资料显示，产品和零件的整个生产过程中，毛坯料、在制品、成品的运输及存放时间大约占整个生产过程的95%，而花在机床上的时间只有5%，在这5%中，机床真正切削的时间只占30%，其余70%的时间都在零件的装夹、定位、测量、换刀和机床调整等方面了。合理选择物流系统是提高设备利用率、提高FMS生产率的有效措施。物流系统物流系统的功能运输装卸功能存储功能物料识别功能70运输装卸功能在正确的时候，将正确的物料（工件、刀具）运送（装卸）到正确的地点，主要的运输路径如图所示。托盘缓冲站自动化仓库机床机床工件刀具装卸站中央刀库机床主轴机床刀库刀具71存储功能在制造系统中，工件（毛坯、半成品、成品）和刀具等物料许多时间是处于等待和准备的状态，所以物流系统还包括仓库和缓冲站，用以暂时存放物料。物料识别功能物料（工件和刀具）在系统中流动过程中，其位置、数量及性质是在不断变化的。因此系统需要对物料进行识别和编号，这样才能对它们进行有效的控制和管理。72辊道输送机自动运输小车搬运机器人主要的物料运输装置自动运输小车分为：有轨小车和无轨小车。有轨小车有地面轨道和高架轨道两种。无轨小车是指无人驾驶的自动导引小车（AGVAutomatedGuidedVehicle）。AGV有线导、光导、遥控制导等几种形式。73物料输送形式按输送设备的不同，FMS通常有以下4种输送方式：直线型输送方式环形输送方式网型输送方式单元输送方式输送设备作直线运动，在输送线两侧布置机床。一般用于工件按规定顺序输送的情况，类似于自动线，它配置中央仓库和缓冲站后，可具有较大的柔性。

直线型输送方式74环型输送方式输送线路为封闭环型输送线，内部还有支线，可形成多环线，机床布置在环线的内侧或外侧。这种方式的内部储存功能较大，运输线路较为灵活，一般可不配中央仓库。

75网型输送方式这种方式用自导运输小车作为输送设备它的运输线路是多结点的网状型式，其工件的输送非常灵活。配合中央仓库使用，生产柔性很大，适用于小批量多品种生产。76单元型输送方式是在以机器人为中心、机床就布置在以机械手臂长度为半径的圆周上。它主要用于加工回转体零件的柔性制造系统。77直线型输送和环型输送方式——通常采用滚道输送机，形成直线或环线形式，它们的运行效率比较高，适用于工件批量较大的生产。网型输送和单元输送方式——使系统的柔性很高，工件的输送路线较为灵活自由适用于多品种混合批量的生产。输送方式对比78物料存储设备自动化立体仓库由多层货架堆垛起重机（堆垛机）进出库装卸站计算机控制和管理系统自动化立体仓库的多层货架79堆垛机堆垛机是立体仓库实现自动装货和取货的主机，它能够根据控制系统的指令，将入库的货物放入指定的仓位，或者从仓库中找出所需要的货物。3个运动机构使堆垛机可以沿3个方向运动。80进出库装卸站在立体仓库的巷道端口处有进出库装卸站。物料入库→输送设备→进出库装卸站→堆装机→指定仓位物料出库→指定仓位→堆装机→进出库装卸站→输送设备计算机控制和管理系统实现物料自动存取识别和登录物料信息储存物料时由计算机控制堆垛机运动到物料存放地址，将物料存进去；取出物料时，计算机控制堆垛机自动找到存放地址，将物料取出。81识别和登录物料信息物料在FMS中流动前，首先在自动化仓库的自动储存/检索系统中进行登记。由管理员将物料名称、物料代码、数量、批次、存放地址以及条码或电子标签信息等输入计算机，方便检索和跟踪管理。FMS中物料一般采用条形码识别技术或无线射频识别技术（RFID）进行编码。采用条码技术给物料贴上条码，价格低廉。但扫描不是十分方便，扫描器需在可视范围内才能识别。用无线射频技术给物料贴上电子标签，读取很方便，不要求目标在可视范围内。且采用电子标签能够随时更新物料信息。82控制系统控制系统的功能83控制系统的体系结构FMS是一个复杂的制造系统，必须采用递阶控制的方式，即通过对系统的控制功能进行正确、合理地分解，划分成若干层次，各层次分别进行独立处理，完成各自的功能，层与层之间在网络和数据库的支持下，保持信息交换，上层向下层发送命令下层向上层反馈命令的执行结果。递阶控制结构的优点——为定义模块化系统，特别是为实现任务分解功能，提供了一个较好的参考模型。有利于提高系统的稳定性，设计维护方便。84FMS的递阶控制结构一般采用三层。在CIMS的五层递阶控制结构中，FMS相当于CIMS模型的底下三层。85控制系统的任务设备级按上级命令，直接控制加工机床、机器人、托盘交换器、三坐标测量机等完成各项操作，并向上级控制器反馈命令执行信息。设备级控制器有：NC（数控系统），PLC（可编程控制器），RC（机器人控制装置）等。86工作站级加工工作站接收上级控制器下达的加工任务和数控加工程序向下级控制器分配加工任务和加工程序，并下达加工指令；刀具工作站按上级控制器指令进行刀具分配和管理；物流工作站按上级指令及时运送夹具、托盘、工件、刀具等物料；将设备级的执行信息和反馈信息向上级反馈。87单元级接收计算机辅助生产管理系统（如MRP或ERP）输入的生产计划信息，同时接收CAD/CAM集成系统输入的工艺信息和数控加工程序；对任务加工时间、顺序作出决策，并将任务和工艺信息及程序向下级分配；对刀具调用及管理作出决策并向下级下达指令；根据接收的反馈信息对系统进行监控，并及时作出调度决策。88柔性制造系统的特点

侧重点内容硬件有两台以上的数控机床或加工中心以及其他的加工设备；有一套能够自动装卸的运输系统；有一套计算机控制及信息通信网络控制系统。软件运行控制系统；质量保证系统；数据管理和通讯系统功能能自动管理工件的生产过程，具有调度优化能力；通过改变软件或系统参数能适应不同零件组的加工；物流自动，混流加工89柔性制造系统的发展趋势

向小型化和单元化方向发展避免因强调规模而导致的成本过高、可靠性差的缺点，向适合于中小企业的小型化、单元化系统发展。向模块化和集成化方向发展思路是以小型化、单元化的小型FMS为基本模块，进而组成FMS，再由FMS组成CIMS。单项技术性能与系统性能不断提高将各种先进的技术手段尽可能地应用到这一领域中，提高其自诊断、自纠错、自修复、自学习、自协调、自重组的能力。90

重视人的因素目标是实现人-技术-组织的兼容和人机一体化。应用范围逐步扩大金属切削FMS；金属热加工和装配……91计算机集成制造技术

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92“自动化孤岛”CIMS的产生背景及其发展历程CAD/CAM/CAE/CAPP等单元技术的充分发展，为制造企业提高生产效率、保证产品质量等提供了保障。但是也造成企业缺少整体规划，产品信息数据不能共享，造成“自动化孤岛”。计算机网络和系统集成技术，使得企业内部信息和数据实现了及时性、准确性和共享性。以信息、过程、企业集成为特征的CIMS应运而来。93将“自动化孤岛”集成在一起以产品生产的自动化为需求驱动单元技术的集成应用优化生产要素间的配置信息流动的单向性，产品生产模式也是传统的串行方式解决企业中各个自动化孤岛之间的信息交换与共享。包括企业建模、系统设计方法、软件工具与规范，异构环境与子系统的信息集成，如MRPII，JIT等，其特点表现为：信息集成优化(以早期计算机集成制造为代表)94将“自动化孤岛”集成在一起产品开发模式由传统串行模式向并行模式转换，强调群组协同工作，特点表现为：过程集成优化(以并行工程为代表)产品设计和相关过程的并行化处理信息流的多向性，产品生产模式的并发性95将“自动化孤岛”集成在一起企业内外部资源实现优化利用，实现敏捷制造，以企业间实现动态联盟、形成扁平式企业的组织管理结构，实现产品型企业等为特征，其特点体现在：企业间集成优化(以敏捷制造为代表)企业动态联盟的需要，应对快速多变的市场敏捷制造新模式系统集成的“高鲁棒性”96计算机集成制造系统的基本概念

CIMS是英文ComputerIntegratedManufacturingSystems的缩写，直译就是计算机集成制造系统。