第一章_自动化制造系统概论.ppt

1、自动化制造系统,张 征 电话短号： 665446） Email: ,为什么要学习本门课程?,大背景: 中国是制造业大国,浙江是制造业大省,人才培养: 复合型人才=专业管理知识+技术知识,视频播放,授课计划,2000年中国制造业增加值30700亿,占国民经济总值的34%。占工业总值的78%。2001年制造业增加值37613亿，占国民经济总值的39.2%，占工业总值的77.6%。 占世界制造业总额的比重超过5%（达5.9%，1980年仅占1.4%） 位居世界第四位（仅列于美（占世界总额的21%）、日（占世界总额的15.8%）、德之后） 2005年可能超过德国而居第三 20

2、00年制造业出口2237亿美元，占全国出口总额的89.7%。2001年为2398亿美元，占90%。 包括诸多行业在内共80多种产品的产量位居世界第一位,彩色电视机 3936万台 29 洗衣机 1443万台 24 电冰箱 1279万台 16 空调 1827万台 30 电风扇 7661万台 50以上 照相机 5514万台 50以上 微波炉 1257万台 30 电饭锅 1355万台 吸尘器 1010万台 抽油烟机 366万台 ,收录机 2.4亿台 70 VCD视盘机 2000 万台 70 电话机 9598万台 大于 50 显示器 4590万台 42 钟表 15亿只 75 微特电机 30亿台 60 一

3、次性电池 170亿只 40 数字程控交换机 3000万线 ,中国大陆世界产量第一的规模产品制造能力,自行车 4270万辆1999年 约 40 摩托车 1153万辆 44 人造金刚石 10亿克拉 60以上 钕铁硼永磁体 5360吨 43左右,缝纫机 865多万台 50 拖拉机 210 万台（1996） 83 太阳能热水器 600 万平方米 集装箱 153万 TEU 83,中国驰名商标：36件全国362件 中国著名商标：1021件 重点培育和发展的出口名牌：51件,浙江省先进制造业基地,海宁皮革制造 绍兴轻纺制造 永康五金制造 黄岩模具制造 云和玩具制造 浦江水晶制造 ,2003年，有232种“浙

4、江制造”称雄全国，每种收入在5千万以上。,第一章 自动化制造系统概论,自动化是人类长期追求的目标,1、降低劳动强度；,2、提高产品质量；,3、提高劳动效率。,石器工具,金属工具,机械化工具,饥饿,温饱,小康,论语魏灵公曰：“工欲善其事，必先利其器。居是邦也，事其大夫之贤者，友其士之仁者。” 释义:器：工具。要做好工作，先要使工具锋利。比喻要做好一件事，准备工作非常重要。,磨刀不误砍柴工！,第一节 基本概念,1、制造及制造业,2、系统,3、制造系统,4、制造自动化,原材料,产品,制造,制造业,所有与制造有关的企业机构的总体,1、创造价值：生产物质财富和新的知识；,2、提供先进的手段和装备。,二.

5、系统,具有特定功能的、相互间具有有机联系的许多要素构成的一个不可分割的整体。,系统的六大性质：,目的性,整体性,集成性,层次性,相关性,环境适应性,任何一个物理或组织系统都具有一定的目的。,两个以上的要素综合而成，对外呈现整体特性。,独立要素集成而成，集成不是集合！,系统可以分解成由不同级别分系统构成的层次结构。,各要素相互联系、相互作用。,系统必然要和周围环境发生关系，必须适应环境。,三.制造系统,是为了达到预定的制造目的而构造的物理或组织系统.,黑箱表示:,制造系统,控制,成品,废料,污染,制造系统输出,信息,原材料,能量,资金,制造资源输入,四.制造自动化,在广义制造的所有环节采用自动化

6、技术，实现制造全过程的自动化。,五.企业的制造规模,联合利华香皂生产线,第二节 自动化制造系统的定义、组成及学科特点,1、自动化制造系统的定义,2、自动化制造系统的功能组成,3、自动化制造系统的学科特点和体系,自动化制造系统的组成,具有一定技术水平和决策能力的人,一定范围的被加工对象,信息流及其控制系统,能量流及其控制系统,物料流及物料处理系统,视频播放,自动化制造系统,AMS的功能、组成及层次,第三节 自动化制造的意义 及发展历程,1、自动化制造系统的意义,2、发展历程及现状,1.提高生产率;,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.有利于产品更新

7、;,7.提高劳动者的素质;,8.带动相关技术的发展;,9.体现一个国家的科技水平.,发展历程介绍,第一阶段（18701950）,1870年，美国，自动制造螺钉的机器； 1895年，美国，发明多轴自动车床（纯机械控制）； 1924年，英国morris汽车公司，第一条采用流水作业的机械加工自动线； 1935年，前苏联，GT,第二阶段（19521965）,1952，MIT，NC； 1953，MIT，APT (Automatically Programmed Tools)； 1958，USA，MC（Machining centre）； 1959，USA ，polar coordinates IR （I

8、ndustrial Robot） ； 1960，USA ，ACM（Adaptive Control Machine Tools）； 1962，USA，cylinder coordinates IR； 1963，USA，CAD (Computer Aided Design)； 1965，USA，CNC (Computer Numerical Control),第三阶段（196720.80中期）,1967，England Molins Corp，DNC (Direct Numerical Control)； 1967，USA and Japan，研制出计算机控制系统 1969，Japan，base

9、d on GT IKEGAI changeable manufacturing system； 1969，USA，工业机器人操作的焊接自动线； 20.70初，USA，FMC&FMS (Flexible Manufacturing Cell/system)； 1980，Japan，富士工厂； 20.80初，Japan，无人工厂,第四阶段（20.80今）,1974，USA，CIMS (Computer Integrated Manufacturing System)； 20.80初，世界各国纷纷投入巨资研究CIMS； 20.90后，CIMS观念发生巨大变化，开始提出以人为中心的CIMS思想；（CE

10、/LP/AM/ER）,视频播放,补充：FMS柔性制造系统,FMS是一个柔性化、自动化程度更高的系统；是在成组技术、数控技术、计算机技术和自动检测与控制技术基础上产生的综合性技术产物。,FMS的功能： （1）以成组技术为核心的对零件分析编组的功能。 （2）以微型计算机为核心的编排作业计划的智能功能。 （3）以加工中心为核心，自动换刀、换工件的加工功能。 （4）以托盘和运输系统为核心的工件存放与运输功能。 （5）以各种自动检测装置为核心的自动测量、定位与保护功能。,补充： CIMS计算机集成制造系统,概念：计算机集成制造系统是在信息技术、自动化技术、计算机技术及制造技术的基础上，通过计算机及其软件

11、，将制造工厂生产、经营的全部活动（包括市场调研、生产决策、生产计划、生产管理、产品开发、产品设计、加工制造、质量检验及销售经营等）与整个生产过程有关的物料流与信息流实现计算机系统化的管理，把各种分散的自动化系统（也称自动化孤岛Islands of Automation）有机的集成起来，构成一个优化的完整生产系统，从而获得更高的整体效率，缩短产品开发制造周期，提高产品的质量，提高生产率，提高企业的应变能力，以赢得竞争。,管理信息系统（MIS） 制造资源计划（MRP） 生产管理（PM） 质量控制（QC） 财务管理（FM） 经营计划管理（BM） 人力资源管理（MP）,CIMS技术集成关系图,补充：

12、CIMS计算机集成制造系统,CIMS组成示意图,补充： CIMS计算机集成制造系统,CIMS计算机集成制造系统,对CIMS至今还没有一个统一的定义：,CIM(Computer Integrated Manufacturing)，译为计算机集成制造。这一概念最早由美国的约瑟夫哈林顿(J.Harrington)博士于1973年提出。哈林顿认为，企业的生产组织和管理应该强调两个观点，即： 企业的各种生产经营活动是不可分割的，需要统一考虑； 整个生产制造过程实质上是信息的采集、传递和加工处理的过程。 哈林顿强调的一是整体观点，即系统观点，二是信息观点。二者都是信息时代组织、管理生产最基本、最重要的观点

13、。可以说，CIM是信息时代组织、管理企业生产的一种哲理，是信息时代新型企业的一种生产模式。按照这一哲理和技术构成的具体实现便是计算机集成制造系统(CIMS:Computer Integrated Manufacturing Systems)。,对CIMS一致公认的结论:,（1）在功能上，CIMS包含了一个工厂的全部生产经营活动，即从市场预测、产品设计、加工制造、管理到售后服务的全部活动。CIMS比传统的工厂自动化的范围大得多，是一个复杂的大系统。 （2）CIMS模式的自动化不是工厂各个环节的计算机化或自动化（有人称自动化孤岛）的简单叠加，而是有机的集成，并且这里的集成不仅仅是物质、设备的集成，

14、而更主要的是体现在以信息集成为特征的技术集成，以至于人的集成。,自动化制造技术在我国的发展历程,1956，第一条机械加工自动线投入使用； 1958，研制出数控立铣床； 1959，第一条加工环套类零件的生产线建成（轴承内外环）； 1969，第一条加工轴类零件的自动线建成（电动机转子轴）； 1964后10年间，二汽，57条自动线，8000多台自动化制造设备； 1973，集中力量研制NC,MC,CNC； 1985，50多种，并远销国外； 1986，第一个FMS投入运行；863,robot,CIMS(清华，华中科大，北京一机床) 1987后，引进10余套FMS,富士数码相机组装工厂生产线,superC

15、CD制造车间,第四节 自动化制造系统的特点、适用范围及实现原则,1、自动化制造系统的分类及其特点,3、自动化制造系统的实现原则,2、自动化制造系统的适用范围,自动化制造系统,自动化制造系统及其分类,二、自动化制造系统的适用范围,产品设计方面,工艺技术方面,制造系统本身,1、“四化”设计：通用化、系列化、标准化、模块化； 2、面向制造和装配的设计； 3、提高毛坯的精度。,1、成组技术； 2、柔性可重组的、高可靠性和高质量的设备和工艺方法； 3、刚性自动化系统流水线作业； 4、刚柔结合。,1、选择适当的自动化制造方式； 2、自动检测装置； 3、信息流和物料流处理； 4、以人为中心。,三、自动化制造

16、系统的实现原则,第五节 自动化制造系统的评价指标,1、自动化制造系统评价的特点,2、自动化制造系统的评价指标,全面性、完整性、真实性、量化,理论分析：一套完整的指标体系，系统的分析和评价； 模拟与仿真：计算机模拟与仿真，多目标优化。,AMS评价的特点：,AMS评价的方法：,AMS评价六要素,追求零缺陷生产,自动化的目的所在,提高企业的经济效益，降低产品价格,适应多品种、小批量生产,系统稳定可靠的工作,清洁性生产、零污染,多目标优化,第六节 系统工程技术与AMS方法论,1、系统工程技术与方法概述,2、自动化制造系统功能模型,3、自动化制造系统信息模型,4、人在自动化制造系统中的作用,系统工程是以

17、研究大规模复杂系统为对象的一门交叉学科。运用各种方法和手段,应用定量与定性分析相结合的方法和计算机等工具,对系统组成要素、组织结构、信息交换和反馈控制等功能进行分析、设计、制造和服务，从而达到最优设计、最优控制和最优管理的目的，最终实现系统的综合最优化。,钱学森，男，浙江省杭州市人。中国共产党优秀党员、忠诚的共产主义战士、享誉海内外的杰出科学家和中国航天事业的奠基人，中国两弹一星功勋奖章获得者之一。曾任美国麻省理工学院教授、加州理工学院教授，曾担任中国人民政治协商会议第六、七、八届全国委员会副主席、中国科学技术协会名誉主席、全国政协副主席等重要职务。 在系统工程和系统科学领域，钱学森在80年代

18、初期提出国民经济建设总体设计部的概念，坚持致力于将航天系统工程概念推广应用到整个国家和国民经济建设，并从社会形态和开放复杂巨系统的高度，论述了社会系统。他发展了系统学和开放的复杂巨系统的方法论。,一个好的建立功能模型的工具必须满足以下条件：,系统的功能模型的概念：,1)能够从各个侧而全面描述系统； 2)系统描述简单明了，容易读懂，便于理解； 3)具有严格的建模规则，不会产生二义性； 4)所建立的模型应能够用来进行系统的分析与设计。,在进行复杂系统的规划和设计时，为了使设计人员、用户以及维修人员对系统的功能达成一致的理解，必须采用一种通用性强、规则严格、没有歧义的工具对系统进行描述，称为系统的功能模型。,IDEF0,IDEF1x,蝴蝶效应(The Butterfly Effect),指在一个动力系统中，初始条件下微小的变化能带动整个系统的长期的巨大的连锁反应。这是一种混沌现象。蝴蝶在热带轻轻扇动一下翅膀，遥远的国家就可能造成一场飓风。 美国气象学家爱德华罗伦兹（Edward Lorenz）1963年在一篇提交纽约科学院的论文中分析了这个效应。“一个气象学家提及，如果这个理论被证明正确，一个海鸥扇动翅膀足以永远改变天气变化。”在以后的演讲和论文中他用了更加有诗意的蝴蝶。对于这个效应最常见的阐述是：“一只蝴蝶在巴西轻拍翅膀，可以导致一个月后德克萨斯州