數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用課件

第一章緒論第一章數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用第一章緒論第一章數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用

數(shù)控技術(shù)是一種自動(dòng)控制技術(shù)，即應(yīng)用數(shù)字程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)各種機(jī)構(gòu)的執(zhí)行部件進(jìn)行自動(dòng)控制和操作。數(shù)控技術(shù)最初應(yīng)用于切削加工機(jī)床，以形成各類數(shù)控機(jī)床，如數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控鉆床、加工中心等。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)數(shù)字控制技術(shù)日臻完善，虛擬仿真也得到了應(yīng)用，這里只提及數(shù)控車床和數(shù)控銑床的虛擬數(shù)控技術(shù)應(yīng)用。除了數(shù)控機(jī)床外，數(shù)控技術(shù)還可應(yīng)用于對(duì)工業(yè)機(jī)械手的自動(dòng)控制，對(duì)檢測(cè)裝置的自動(dòng)控制，對(duì)電加工設(shè)備、焊接設(shè)備的自動(dòng)控制，對(duì)布料裁剪機(jī)、絨線編織機(jī)的自動(dòng)控制等。本章將簡(jiǎn)要介紹數(shù)控技術(shù)在具體工程學(xué)科上的一些應(yīng)用情況。數(shù)控技術(shù)是一種自動(dòng)控制技術(shù)，即應(yīng)用數(shù)字程8.1虛擬數(shù)控技術(shù)

8.1.1虛擬數(shù)控技術(shù)的主要內(nèi)容一個(gè)虛擬數(shù)控系統(tǒng)包括以下幾個(gè)模塊。

虛擬數(shù)控系統(tǒng)8.1虛擬數(shù)控技術(shù)

8.1.1虛擬數(shù)控技術(shù)的主要內(nèi)容8.1.2虛擬數(shù)控技術(shù)的發(fā)展歷程

數(shù)控加工仿真按仿真對(duì)象考察方式的不同一般可分為兩種方式（或者稱為兩個(gè)階段）：純幾何仿真和物理仿真。第一種方式是純幾何仿真，它不考慮切削參數(shù)、切削力及其他物理因素的影響，只仿真刀具－工件幾何體的運(yùn)動(dòng)，以驗(yàn)證數(shù)控程序的正確性。幾何仿真由于檢驗(yàn)?zāi)康牟煌譃閮煞N：刀具中心的運(yùn)動(dòng)軌跡仿真，刀具、夾具、機(jī)床、工件間的運(yùn)動(dòng)干涉（碰撞）仿真。第二種方式是物理仿真，它使用物理規(guī)律去模擬被仿真的事件，此時(shí)要考慮力、速度、質(zhì)量、密度、能量以及其他物理參數(shù)的影響，因此這種方法比較復(fù)雜，而且隨著應(yīng)用對(duì)象和目的的不同而有很大的不同。現(xiàn)在市場(chǎng)上的CAM軟件大部分只提供幾何仿真功能。對(duì)于物理仿真，由于涉及對(duì)刀具切削過程物理規(guī)律的研究，費(fèi)用高，同時(shí)需要高校、研究所、工廠甚至國(guó)家的共同參與，大部分軟件并沒有提供相應(yīng)的功能。但它是將來加工軟件發(fā)展的一個(gè)重點(diǎn)。8.1.2虛擬數(shù)控技術(shù)的發(fā)展歷程

數(shù)控加工仿真按仿真對(duì)象8.1.3虛擬數(shù)控車床

一個(gè)完整的車削加工仿真系統(tǒng)應(yīng)具有以下的功能。（1）畫面逼真地反映數(shù)控車削加工環(huán)境和整個(gè)加工過程。在仿真系統(tǒng)中，人們可以直觀地觀察全部加工過程，包括工件的裝夾定位、機(jī)床調(diào)整、切削等。（2）可以真實(shí)描述數(shù)控車削加工過程中的物理效應(yīng)，如車削中的應(yīng)力，工件和夾具的變形。（3）能對(duì)數(shù)控車削加工過程中出現(xiàn)的碰撞、干涉進(jìn)行檢測(cè)，并提供報(bào)警信息。（4）對(duì)加工過程使用的工裝、夾具的實(shí)用性給予評(píng)價(jià)，對(duì)待加工產(chǎn)品的可加工性和工藝規(guī)程的合理性進(jìn)行評(píng)估。（5）數(shù)控車削加工仿真系統(tǒng)還應(yīng)當(dāng)能夠?qū)庸ぞ取⒓庸r(shí)間進(jìn)行精確估算，為虛擬制造技術(shù)提供數(shù)據(jù)支持。8.1.3虛擬數(shù)控車床

一個(gè)完整的車削加工仿真系統(tǒng)應(yīng)具有1．虛擬數(shù)控車削加工系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)數(shù)控車削加工過程幾何仿真系統(tǒng)數(shù)控車床仿真加工系統(tǒng)1．虛擬數(shù)控車削加工系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)數(shù)控車削加工過程幾何仿真系2．虛擬數(shù)控車削加工系統(tǒng)功能模塊（1）建立幾何仿真數(shù)控車床模型①幾何仿真數(shù)控車床加工環(huán)境。②幾何仿真數(shù)控車床加工設(shè)備。（2）刀具設(shè)計(jì)模塊（3）毛坯設(shè)計(jì)模塊（4）夾具設(shè)計(jì)模塊2．虛擬數(shù)控車削加工系統(tǒng)功能模塊8.1.4虛擬數(shù)控銑床

1．虛擬數(shù)控銑削加工系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)虛擬數(shù)控銑削加工系統(tǒng)代碼解釋虛擬面板二維仿真在線幫助刀夾具庫(kù)三維仿真輔助編程

系統(tǒng)功能模塊框圖系統(tǒng)整體加工環(huán)境圖系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)流程圖8.1.4虛擬數(shù)控銑床

1．虛擬數(shù)控銑削加工系統(tǒng)的總體設(shè)2．虛擬數(shù)控銑削加工系統(tǒng)各功能模塊機(jī)床模型包括機(jī)床的幾何模型、運(yùn)動(dòng)模型和機(jī)床的一些技術(shù)參數(shù)。本系統(tǒng)主要是解決機(jī)床幾何模型的建立，然后通過程序來控制實(shí)現(xiàn)各軸的移動(dòng)及主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，這里采用模塊化設(shè)計(jì)來建立機(jī)床幾何模型。機(jī)床的模塊化設(shè)計(jì)包含兩個(gè)過程，一是如何根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行功能抽象、合理創(chuàng)建模塊的過程；二是如何根據(jù)設(shè)計(jì)要求合理選擇一組模塊、產(chǎn)生機(jī)床拼裝方案的過程。進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)要把機(jī)床劃分成若干模塊，這里考慮三軸數(shù)控銑床的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，即主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)、工作臺(tái)的平動(dòng)，把數(shù)控銑床分成機(jī)床主軸、床身、X向工作臺(tái)、Y向工作臺(tái)和Z向工作臺(tái)，它和實(shí)際機(jī)床的組成有所不同，對(duì)一些與仿真無關(guān)的部件，如液壓裝置、照明電氣系統(tǒng)等，在仿真模型中不予考慮，從而簡(jiǎn)化仿真模型。2．虛擬數(shù)控銑削加工系統(tǒng)各功能模塊為了給用戶帶來美好的視覺效果，本系統(tǒng)提供了變換機(jī)床顏色和材質(zhì)的功能，用戶可以根據(jù)自己的喜好來定制自己的數(shù)控機(jī)床；同時(shí)系統(tǒng)還提供了隱藏和顯示機(jī)床各模塊的功能，如用戶不需要看機(jī)床而只想看刀具與工件的仿真加工過程，則可以隱藏機(jī)床床身和工作臺(tái)。系統(tǒng)還提供了多方位觀察截面方式：XOZ截面、YOZ截面等截面觀察方式。在工件定位或加工仿真過程中，用戶可以選擇不同的截面來觀察顯示，了解不同側(cè)面的加工信息，更好地掌握數(shù)控機(jī)床的加工過程。為了給用戶帶來美好的視覺效果，本系統(tǒng)提供了變換機(jī)床顏色和材質(zhì)8.1.5總結(jié)

虛擬數(shù)控技術(shù)是在分析實(shí)際使用的數(shù)控機(jī)床的操作方式和編程原理的基礎(chǔ)上，采用面向?qū)ο蟮慕Y(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)語言開發(fā)的一套用于數(shù)控機(jī)床實(shí)驗(yàn)教學(xué)培訓(xùn)的軟件系統(tǒng)。能夠較好地滿足用戶對(duì)數(shù)控加工仿真系統(tǒng)的要求，為數(shù)控操作人員提供了強(qiáng)有力的輔助工具。解決數(shù)控教學(xué)設(shè)備不足的問題。具體來講，工作主要集中在以下幾個(gè)方面。（1）虛擬數(shù)控加工系統(tǒng)控制面板的構(gòu)造。（2）數(shù)控代碼的編輯、修改及翻譯。（3）實(shí)時(shí)地反映數(shù)控加工過程的動(dòng)態(tài)仿真模型的建立。（4）強(qiáng)大的在線幫助功能。8.1.5總結(jié)

虛擬數(shù)控技術(shù)是在分析實(shí)際使用的數(shù)控機(jī)床的8.2柔性制造系統(tǒng)

8.2.1柔性制造系統(tǒng)的定義關(guān)于柔性制造系統(tǒng)的定義很多，下面列出一些權(quán)威性單位的定義。美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局（NationalBureauofStandard，NBS）把FMS定義為：“由一個(gè)傳輸系統(tǒng)聯(lián)系起來的一些設(shè)備，傳輸裝置把工件放在其他連接裝置上送到各加工設(shè)備，使工件加工準(zhǔn)確、迅速和自動(dòng)化。中央計(jì)算機(jī)控制機(jī)床和傳輸系統(tǒng)，柔性制造系統(tǒng)有時(shí)可同時(shí)加工幾種不同的零件”。美國(guó)政府稱FMS為：“由一組自動(dòng)化的機(jī)床或制造設(shè)備與一個(gè)自動(dòng)化的物料處理系統(tǒng)相結(jié)合，由一個(gè)公共的、多層的、數(shù)字化可編程的計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，可對(duì)事先確定類別的零件進(jìn)行自由地加工或裝配的系統(tǒng)”。國(guó)際生產(chǎn)工程研究協(xié)會(huì)指出：“柔性制造系統(tǒng)是一個(gè)自動(dòng)化的生產(chǎn)制造系統(tǒng)，在最少人的干預(yù)下，能夠生產(chǎn)任何范圍的產(chǎn)品族，系統(tǒng)的柔性通常受到系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)所考慮的產(chǎn)品族的限制?！?.2柔性制造系統(tǒng)

8.2.1柔性制造系統(tǒng)的定義

歐盟機(jī)床工業(yè)委員會(huì)認(rèn)為：“柔性制造系統(tǒng)是一個(gè)自動(dòng)化制造系統(tǒng)，它能夠以最少的人干預(yù)，加工任一范圍的零件族工件，該系統(tǒng)通常用于有效加工中小批量零件族，以不同批量加工或混合加工；系統(tǒng)的柔性一般受到系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)考慮的產(chǎn)品族限制，該系統(tǒng)含有調(diào)度生產(chǎn)和產(chǎn)品通過系統(tǒng)路徑的功能。系統(tǒng)也具有產(chǎn)生報(bào)告和系統(tǒng)操作數(shù)據(jù)的手段”。在《中華人民共和國(guó)國(guó)家軍用標(biāo)準(zhǔn)》有關(guān)“武器裝備柔性制造系統(tǒng)術(shù)語”中的定義為：“柔性制造系統(tǒng)是由數(shù)控加工設(shè)備、物料運(yùn)儲(chǔ)裝置和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)組成的自動(dòng)化制造系統(tǒng)，它包括多個(gè)柔性制造單元，能根據(jù)制造任務(wù)或生產(chǎn)環(huán)境的變化迅速進(jìn)行調(diào)整，適用于多品種、中小批量生產(chǎn)”。簡(jiǎn)單地說，F(xiàn)MS是由若干數(shù)控設(shè)備、物料運(yùn)儲(chǔ)裝置和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)組成的并能根據(jù)制造任務(wù)和生產(chǎn)品種變化而迅速進(jìn)行調(diào)整的自動(dòng)化制造系統(tǒng)。歐盟機(jī)床工業(yè)委員會(huì)認(rèn)為：“柔性制造系統(tǒng)是8.2.2柔性制造系統(tǒng)的類型與構(gòu)成

1．柔性制造是指在計(jì)算機(jī)支持下，能適應(yīng)加工對(duì)象變化的制造系統(tǒng)。柔性制造系統(tǒng)有以下3種類型。（1）柔性制造單元。（2）柔性制造系統(tǒng)。（3）柔性自動(dòng)生產(chǎn)線。2．柔性制造系統(tǒng)的構(gòu)成就機(jī)械制造業(yè)的柔性制造系統(tǒng)而言，柔性制造系統(tǒng)（FMS）由下面3部分組成：多工位的數(shù)控加工系統(tǒng)、自動(dòng)化物料儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)控制的信息系統(tǒng)。8.2.2柔性制造系統(tǒng)的類型與構(gòu)成

1．柔性制造是指在計(jì)（1）自動(dòng)加工系統(tǒng)。（2）物流系統(tǒng)。（3）信息系統(tǒng)。（1）自動(dòng)加工系統(tǒng)。8.2.3柔性制造系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

柔性制造系統(tǒng)是一種技術(shù)復(fù)雜、高度自動(dòng)化的系統(tǒng)，它將微電子學(xué)、計(jì)算機(jī)和系統(tǒng)工程等技術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來，理想和圓滿地解決了機(jī)械制造高自動(dòng)化與高柔性化之間的矛盾，具體優(yōu)點(diǎn)如下。（1）設(shè)備利用率高。（2）再制品減少80%左右。（3）生產(chǎn)能力相對(duì)穩(wěn)定。（4）產(chǎn)品質(zhì)量高。（5）運(yùn)行靈活。（6）產(chǎn)品應(yīng)變能力大。8.2.3柔性制造系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

柔性制造系統(tǒng)是一種技術(shù)復(fù)雜8.2.4柔性制造系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)例

由于箱體、框架類零件及板材等采用柔性制造系統(tǒng)加工，經(jīng)濟(jì)效益特別顯著，故現(xiàn)在的柔性制造系統(tǒng)中，加工箱體、框架類零件及板材的柔性制造系統(tǒng)加工占得比重較大。1．板材加工的柔性制造系統(tǒng)板金加工主要是剪切加工和沖壓加工，在傳統(tǒng)的生產(chǎn)車間中，加工對(duì)象滯留在工廠里的大部分時(shí)間是用在等待上，極少部分時(shí)間用于加工。時(shí)間的等待無異于資金的積壓，而板材加工的柔性制造系統(tǒng)能有效地解決這一問題。8.2.4柔性制造系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)例

由于箱體、框架類零件及

由5大部分組成：自動(dòng)倉(cāng)庫(kù)單元、沖壓加工單元、剪切加工單元、中央控制單元和自動(dòng)工藝編程單元。板材加工的柔性制造系統(tǒng)的總體布局圖由5大部分組成：自動(dòng)倉(cāng)庫(kù)單元、沖壓加工單元、剪切加工2．加工箱體類零件的柔性制造系統(tǒng)加工箱體類零件的柔性制造系統(tǒng)2．加工箱體類零件的柔性制造系統(tǒng)加工箱體類零件的柔性制造系統(tǒng)8.3計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)

8.3.1計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)簡(jiǎn)介使用柔性制造系統(tǒng)雖然有較高的經(jīng)濟(jì)效益，但它的高效和自動(dòng)化只是局限在制造加工的范圍內(nèi)，隨著制造行業(yè)的發(fā)展，柔性制造系統(tǒng)越來越體現(xiàn)出“自動(dòng)化孤島”的特點(diǎn)。當(dāng)今制造業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)鍵在于：T（TimetoMarket）——加快新產(chǎn)品的開發(fā)和產(chǎn)品的上市時(shí)間；Q（Quality）——改善質(zhì)量；C（Cost）——降低成本；S（Service）——完善售前售后服務(wù)。而柔性制造系統(tǒng)的“自動(dòng)化孤島”特點(diǎn)阻礙了T、Q、C和S的完善，因而降低了市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力。8.3計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)

8.3.1計(jì)算機(jī)集成制造系1973年，美國(guó)的約瑟夫·哈靈頓博士首先提出了計(jì)算機(jī)集成制造（ComputerIntegratedManufacturing，CIM）的概念，他認(rèn)為，企業(yè)的生產(chǎn)組織和管理應(yīng)該強(qiáng)調(diào)兩個(gè)觀點(diǎn)，即：企業(yè)的各種生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)是不可分割的，需要統(tǒng)一考慮；整個(gè)生產(chǎn)制造過程實(shí)質(zhì)上是信息的采集、傳遞和加工處理的過程。哈靈頓博士強(qiáng)調(diào)的一是系統(tǒng)觀點(diǎn)，二是信息觀點(diǎn)。兩者都是信息時(shí)代企業(yè)組織和企業(yè)管理最基本和重要的觀點(diǎn)?？梢哉f，CIM是信息時(shí)代組織和管理企業(yè)生產(chǎn)的一種哲理，是信息時(shí)代新型企業(yè)的一種生產(chǎn)模式?；谶@一理論和技術(shù)構(gòu)成的具體實(shí)現(xiàn)便是計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（ComputerIntegratedManufacturingSystem，CIMS）。1973年，美國(guó)的約瑟夫·哈靈（1）CIMS的概念，計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)是在信息技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)及制造技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過計(jì)算機(jī)及其軟件，將工廠制造的全部生產(chǎn)活動(dòng)——設(shè)計(jì)、制造及經(jīng)營(yíng)管理（包括市場(chǎng)調(diào)研、生產(chǎn)決策、生產(chǎn)計(jì)劃、生產(chǎn)管理、產(chǎn)品開發(fā)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、加工制造以及銷售經(jīng)營(yíng)）等與整個(gè)生產(chǎn)過程有關(guān)的物料流與信息流實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)高度統(tǒng)一的綜合化管理，把各種分散的自動(dòng)化系統(tǒng)有機(jī)地集成起來，構(gòu)成一個(gè)優(yōu)化的完整的生產(chǎn)系統(tǒng)，從而獲得更高的整體效益，縮短產(chǎn)品開發(fā)制造周期，提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)率，提高企業(yè)的應(yīng)變能力，以贏得競(jìng)爭(zhēng)。（1）CIMS的概念，計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)是在信息技術(shù)、自動(dòng)化（2）CIMS的構(gòu)成，CIMS包括工廠制造的生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)的全部活動(dòng)，應(yīng)具有經(jīng)營(yíng)管理、工程設(shè)計(jì)和加工制造等主要功能。右圖為CIMS的構(gòu)成。它是在CIMS數(shù)據(jù)庫(kù)的支持下，由信息管理模塊、設(shè)計(jì)和工藝模塊及制造模塊組成。設(shè)計(jì)與工藝模塊主要包括：計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）、計(jì)算機(jī)輔助工程（CAE）、成組技術(shù)（GT）、計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)程設(shè)計(jì)（CAPP）、計(jì)算機(jī)輔助數(shù)控編程技術(shù)等，目的是使產(chǎn)品的開發(fā)更高效、優(yōu)質(zhì)并自動(dòng)地進(jìn)行。柔性制造系統(tǒng)是制造模塊的主體，主要包括：零件的數(shù)控加工、生產(chǎn)調(diào)度、刀具管理、質(zhì)量檢測(cè)和控制、裝配、物料儲(chǔ)運(yùn)等。CIMS基本構(gòu)成圖（2）CIMS的構(gòu)成，CIMS包括工廠制造的生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)的全部

信息管理模塊主要包括：市場(chǎng)預(yù)測(cè)、經(jīng)營(yíng)決策、各級(jí)生產(chǎn)計(jì)劃、生產(chǎn)技術(shù)準(zhǔn)備、銷售及售后跟蹤服務(wù)、成本核算、人力資源管理等，通過信息的集成，達(dá)到縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期、減少占用的流動(dòng)資金、提高企業(yè)的應(yīng)變能力。公用數(shù)據(jù)庫(kù)是CIMS的核心，對(duì)信息資源進(jìn)行存儲(chǔ)與管理，并與各個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)企業(yè)數(shù)據(jù)的共享和信息集成。信息管理模塊主要包括：市場(chǎng)預(yù)測(cè)、經(jīng)營(yíng)決策

由上述可知，CIMS是建立在多項(xiàng)先進(jìn)制造技術(shù)基礎(chǔ)上的高技術(shù)制造系統(tǒng)。為趕上工業(yè)先進(jìn)國(guó)家的機(jī)械制造水平，我國(guó)863計(jì)劃將CIMS作為自動(dòng)化領(lǐng)域中的一個(gè)主題項(xiàng)目進(jìn)行研究，開展了關(guān)鍵技術(shù)的攻關(guān)工作，確定了若干試點(diǎn)工廠，取得了一批重要的研究成果。CIMS的實(shí)施過程中要實(shí)現(xiàn)工程設(shè)計(jì)、制造過程、信息管理、工廠生產(chǎn)等技術(shù)和功能的集成。這種集成不是現(xiàn)有生產(chǎn)系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)化，而原有的生產(chǎn)系統(tǒng)集成很困難，獨(dú)立的自動(dòng)化系統(tǒng)異構(gòu)同化非常復(fù)雜，因此要考慮在實(shí)施CIMS計(jì)劃的收益和支出。由上述可知，CIMS是建立在多項(xiàng)先8.3.2CIMS的應(yīng)用進(jìn)展

1．CIMS在國(guó)外的應(yīng)用發(fā)展技術(shù)上的可能和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的需要，終于使哈林頓在1973年提出的CIMS概念由不被重視迅速地成為一些技術(shù)上處于先導(dǎo)地位的企業(yè)和一些國(guó)家政府的實(shí)踐活動(dòng)。世界上一些著名的大公司，從20世紀(jì)70年代末80年代初開始制訂本公司實(shí)現(xiàn)CIMS的規(guī)劃，建立CIMS的生產(chǎn)工廠（車間），攻克實(shí)現(xiàn)CIMS的技術(shù)難關(guān)并且不斷取得重大進(jìn)展。一些工業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家政府和組織如美國(guó)、日本、歐盟和經(jīng)互會(huì)成員國(guó)，都把CIMS作為科學(xué)技術(shù)發(fā)展的一個(gè)戰(zhàn)略目標(biāo)，通過制訂各種計(jì)劃、規(guī)劃，建立國(guó)家級(jí)研究實(shí)驗(yàn)基地等手段積極推進(jìn)這一新的生產(chǎn)方式的發(fā)展。8.3.2CIMS的應(yīng)用進(jìn)展

1．CIMS在國(guó)外的應(yīng)用發(fā)2．CIMS在中國(guó)的應(yīng)用發(fā)展（1）CIMS在中國(guó)的發(fā)展歷史

CIMS單元技術(shù)的研究和應(yīng)用開始于20世紀(jì)中葉。1986年CIMS正式列入863計(jì)劃，即“高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃綱要”，從此開始了在中國(guó)研究應(yīng)用CIMS技術(shù)的新篇章。本節(jié)以我國(guó)863計(jì)劃為主線，介紹CIMS在中國(guó)的應(yīng)用發(fā)展情況。CIMS在中國(guó)應(yīng)用，概括起來經(jīng)歷了下列3個(gè)階段?！癈IMS離我國(guó)還很遙遠(yuǎn)”：1986—1987年我國(guó)863/CIMS計(jì)劃剛起動(dòng)時(shí)，社會(huì)上有這種看法?！癈IMS正在向我們走來”：1989—1990年一些大中型骨干企業(yè)出于市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的需求，要求實(shí)施CIMS工程?！耙笸茝V應(yīng)用CIMS技術(shù)”：1993—1995年越來越多的企業(yè)，包括不少中小型企業(yè)要求實(shí)施CIMS，從1995年開始，經(jīng)過幾屆專家組和全國(guó)幾千名從事CIMS研究、開發(fā)、應(yīng)用的科技人員的共同努力，為我國(guó)CIMS技術(shù)實(shí)驗(yàn)、研究、應(yīng)用打下了基礎(chǔ)，創(chuàng)造了良好的環(huán)境。2．CIMS在中國(guó)的應(yīng)用發(fā)展1992年底CIMS工程中心建成，1993年底7個(gè)單元技術(shù)工程實(shí)驗(yàn)室建成，突破了CIMS領(lǐng)域中以信息集成為代表的一批關(guān)鍵技術(shù)，建成了具有先進(jìn)水平的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，培養(yǎng)了一支技術(shù)隊(duì)伍。1994年建在清華大學(xué)的CIMS工程研究中心獲得CASE/SME“大學(xué)領(lǐng)先獎(jiǎng)”，進(jìn)一步表明中國(guó)已躋身于國(guó)際CIMS研究與開發(fā)的先進(jìn)行列。繼1994年清華大學(xué)的CIMS工程研究中獲得CASE/SME“大學(xué)領(lǐng)先獎(jiǎng)”之后，CIMS典型應(yīng)用工廠——北京第一機(jī)床廠在1995年獲得CASE/SME“工業(yè)領(lǐng)先獎(jiǎng)”。

1994年成都飛機(jī)工業(yè)公司、沈陽鼓風(fēng)機(jī)廠、北京第一機(jī)床廠等大型企業(yè)的CIMS應(yīng)用工程取得重大進(jìn)展，產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟(jì)效益，證實(shí)了企業(yè)實(shí)施CIMS的必要性，對(duì)大中型企業(yè)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響并起了良好的示范作用。從此，開始了CIMS推廣和應(yīng)用的新局面。1992年底CIMS工程中心建成，（2）CIMS在中國(guó)的發(fā)展現(xiàn)狀目前我國(guó)863/CIMS計(jì)劃分4個(gè)層次展開。①應(yīng)用工程。②產(chǎn)品開發(fā)。③關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)。

④應(yīng)用基礎(chǔ)研究。（2）CIMS在中國(guó)的發(fā)展現(xiàn)狀（3）CIMS應(yīng)用工程的進(jìn)展通過CIMS應(yīng)用工程的實(shí)踐，促進(jìn)了對(duì)CIMS工程總體設(shè)計(jì)技術(shù)的掌握，反過來又促進(jìn)應(yīng)用工程的廣泛開展。國(guó)內(nèi)CIMS應(yīng)用工程的研究始于1989年底、1900年初。1994年第一批典型應(yīng)用工廠驗(yàn)收，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益，并開始在十幾個(gè)省市、部委推廣應(yīng)用。（3）CIMS應(yīng)用工程的進(jìn)展CIMS應(yīng)用取得了很大的進(jìn)展，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。①CIMS應(yīng)用覆蓋了多種行業(yè)。包括機(jī)械、電子、化工、冶金等行業(yè)。在機(jī)械行業(yè)又有飛機(jī)、汽車、輪船、機(jī)床、紡織機(jī)械等多種產(chǎn)業(yè)。②分布在全國(guó)各地。共有65家CIMS應(yīng)用企業(yè)，遍及十幾個(gè)省市。③出現(xiàn)一批典型，取得了成功的實(shí)施經(jīng)驗(yàn)。如成都飛機(jī)工業(yè)公司、沈陽鼓風(fēng)機(jī)廠、北京第一機(jī)床等，1994年相繼完成了CIMS“突破口”工程，先后被評(píng)為“CIMS應(yīng)用領(lǐng)先企業(yè)”，它們的成功，為推廣應(yīng)用CIMS提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。④取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益，在國(guó)內(nèi)外產(chǎn)生較大的影響。CIMS應(yīng)用取得了很大的進(jìn)展，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。8.4數(shù)控技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人

20世紀(jì)人類創(chuàng)造了許多偉大的發(fā)明，機(jī)器人技術(shù)就是其中之一。機(jī)器人自20世紀(jì)60年代初問世以來，首先在生產(chǎn)流水線上得到了應(yīng)用，成為制造業(yè)中的關(guān)鍵裝備。進(jìn)而在許多行業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用，成為許多產(chǎn)業(yè)不可缺少的自動(dòng)化設(shè)備。經(jīng)過40多年的發(fā)展，機(jī)器人技術(shù)已取得長(zhǎng)足的進(jìn)步。目前，世界上有多于75萬臺(tái)工業(yè)機(jī)器人正與生產(chǎn)工人一起工作在各行各業(yè)中。柔性制造系統(tǒng)內(nèi)的物流子系統(tǒng)，除了無人化搬運(yùn)小車外，很大程度上要依賴于工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行刀具和工件的搬運(yùn)。8.4數(shù)控技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人

2

工業(yè)機(jī)器人由機(jī)座、工作構(gòu)件、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、傳感裝置和控制器組成，現(xiàn)代機(jī)器人甚至還可以包括人工智能系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人對(duì)工件的自動(dòng)識(shí)別和適應(yīng)性操作。機(jī)座主要用來支承工作構(gòu)件、安裝驅(qū)動(dòng)裝置及其他裝置等。若為移動(dòng)式機(jī)器人，機(jī)座上還將安裝行走機(jī)構(gòu)。工作構(gòu)件主要用來抓取物體并實(shí)現(xiàn)所需運(yùn)動(dòng)。一般由手部、腕部、臂部等構(gòu)成，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)用來驅(qū)動(dòng)工作構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)，它可以是液壓裝置、氣動(dòng)機(jī)構(gòu)或電氣傳動(dòng)。工業(yè)機(jī)器人由機(jī)座、工作構(gòu)件、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、傳感

傳感裝置主要用來檢測(cè)工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)位置、狀態(tài)，并將所測(cè)結(jié)果反饋給控制系統(tǒng)。控制器是一個(gè)計(jì)算機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)，具有較強(qiáng)的運(yùn)算能力和較大的信息儲(chǔ)存能力，它是機(jī)器人的靈魂。它接收外界的信息和指令，并根據(jù)機(jī)器人的狀態(tài)環(huán)境等情況，產(chǎn)生控制信號(hào)，去驅(qū)動(dòng)機(jī)器人按規(guī)定的程序動(dòng)作和運(yùn)動(dòng)。傳感裝置主要用來檢測(cè)工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)

工業(yè)機(jī)器人通常按坐標(biāo)形式分以下幾類：直角坐標(biāo)型機(jī)器人（如圖（a）所示）、圓柱坐標(biāo)型機(jī)器人（如圖（b）所示）、球面坐標(biāo)型機(jī)器人（如圖（c）所示）、SCARA型機(jī)器人（即裝配機(jī)器人，如圖（d）所示）和多關(guān)節(jié)型機(jī)器人（如圖（e）所示）。工業(yè)機(jī)器人的5種類型工業(yè)機(jī)器人通常按坐標(biāo)形式分以下幾類：直角坐標(biāo)型機(jī)控制柜CMC80工業(yè)控制機(jī)輸入輸出1輸出2計(jì)算接口測(cè)量?jī)x功率放大脈沖分配升降機(jī)功率驅(qū)動(dòng)方向判別渦流傳感器氣動(dòng)電磁閥步進(jìn)電動(dòng)機(jī)光電編碼器機(jī)器人手臂某一工業(yè)機(jī)器人數(shù)控系統(tǒng)原理框圖一個(gè)關(guān)節(jié)的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)原理框圖控制柜CMC80測(cè)量?jī)x功率放大脈沖分配升降機(jī)功率驅(qū)動(dòng)方向判別第一章緒論第一章數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用第一章緒論第一章數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用

數(shù)控技術(shù)是一種自動(dòng)控制技術(shù)，即應(yīng)用數(shù)字程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)各種機(jī)構(gòu)的執(zhí)行部件進(jìn)行自動(dòng)控制和操作。數(shù)控技術(shù)最初應(yīng)用于切削加工機(jī)床，以形成各類數(shù)控機(jī)床，如數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控鉆床、加工中心等。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)數(shù)字控制技術(shù)日臻完善，虛擬仿真也得到了應(yīng)用，這里只提及數(shù)控車床和數(shù)控銑床的虛擬數(shù)控技術(shù)應(yīng)用。除了數(shù)控機(jī)床外，數(shù)控技術(shù)還可應(yīng)用于對(duì)工業(yè)機(jī)械手的自動(dòng)控制，對(duì)檢測(cè)裝置的自動(dòng)控制，對(duì)電加工設(shè)備、焊接設(shè)備的自動(dòng)控制，對(duì)布料裁剪機(jī)、絨線編織機(jī)的自動(dòng)控制等。本章將簡(jiǎn)要介紹數(shù)控技術(shù)在具體工程學(xué)科上的一些應(yīng)用情況。數(shù)控技術(shù)是一種自動(dòng)控制技術(shù)，即應(yīng)用數(shù)字程8.1虛擬數(shù)控技術(shù)

8.1.1虛擬數(shù)控技術(shù)的主要內(nèi)容一個(gè)虛擬數(shù)控系統(tǒng)包括以下幾個(gè)模塊。

虛擬數(shù)控系統(tǒng)8.1虛擬數(shù)控技術(shù)

8.1.1虛擬數(shù)控技術(shù)的主要內(nèi)容8.1.2虛擬數(shù)控技術(shù)的發(fā)展歷程

數(shù)控加工仿真按仿真對(duì)象考察方式的不同一般可分為兩種方式（或者稱為兩個(gè)階段）：純幾何仿真和物理仿真。第一種方式是純幾何仿真，它不考慮切削參數(shù)、切削力及其他物理因素的影響，只仿真刀具－工件幾何體的運(yùn)動(dòng)，以驗(yàn)證數(shù)控程序的正確性。幾何仿真由于檢驗(yàn)?zāi)康牟煌譃閮煞N：刀具中心的運(yùn)動(dòng)軌跡仿真，刀具、夾具、機(jī)床、工件間的運(yùn)動(dòng)干涉（碰撞）仿真。第二種方式是物理仿真，它使用物理規(guī)律去模擬被仿真的事件，此時(shí)要考慮力、速度、質(zhì)量、密度、能量以及其他物理參數(shù)的影響，因此這種方法比較復(fù)雜，而且隨著應(yīng)用對(duì)象和目的的不同而有很大的不同。現(xiàn)在市場(chǎng)上的CAM軟件大部分只提供幾何仿真功能。對(duì)于物理仿真，由于涉及對(duì)刀具切削過程物理規(guī)律的研究，費(fèi)用高，同時(shí)需要高校、研究所、工廠甚至國(guó)家的共同參與，大部分軟件并沒有提供相應(yīng)的功能。但它是將來加工軟件發(fā)展的一個(gè)重點(diǎn)。8.1.2虛擬數(shù)控技術(shù)的發(fā)展歷程

數(shù)控加工仿真按仿真對(duì)象8.1.3虛擬數(shù)控車床

一個(gè)完整的車削加工仿真系統(tǒng)應(yīng)具有以下的功能。（1）畫面逼真地反映數(shù)控車削加工環(huán)境和整個(gè)加工過程。在仿真系統(tǒng)中，人們可以直觀地觀察全部加工過程，包括工件的裝夾定位、機(jī)床調(diào)整、切削等。（2）可以真實(shí)描述數(shù)控車削加工過程中的物理效應(yīng)，如車削中的應(yīng)力，工件和夾具的變形。（3）能對(duì)數(shù)控車削加工過程中出現(xiàn)的碰撞、干涉進(jìn)行檢測(cè)，并提供報(bào)警信息。（4）對(duì)加工過程使用的工裝、夾具的實(shí)用性給予評(píng)價(jià)，對(duì)待加工產(chǎn)品的可加工性和工藝規(guī)程的合理性進(jìn)行評(píng)估。（5）數(shù)控車削加工仿真系統(tǒng)還應(yīng)當(dāng)能夠?qū)庸ぞ?、加工時(shí)間進(jìn)行精確估算，為虛擬制造技術(shù)提供數(shù)據(jù)支持。8.1.3虛擬數(shù)控車床

一個(gè)完整的車削加工仿真系統(tǒng)應(yīng)具有1．虛擬數(shù)控車削加工系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)數(shù)控車削加工過程幾何仿真系統(tǒng)數(shù)控車床仿真加工系統(tǒng)1．虛擬數(shù)控車削加工系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)數(shù)控車削加工過程幾何仿真系2．虛擬數(shù)控車削加工系統(tǒng)功能模塊（1）建立幾何仿真數(shù)控車床模型①幾何仿真數(shù)控車床加工環(huán)境。②幾何仿真數(shù)控車床加工設(shè)備。（2）刀具設(shè)計(jì)模塊（3）毛坯設(shè)計(jì)模塊（4）夾具設(shè)計(jì)模塊2．虛擬數(shù)控車削加工系統(tǒng)功能模塊8.1.4虛擬數(shù)控銑床

1．虛擬數(shù)控銑削加工系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)虛擬數(shù)控銑削加工系統(tǒng)代碼解釋虛擬面板二維仿真在線幫助刀夾具庫(kù)三維仿真輔助編程

系統(tǒng)功能模塊框圖系統(tǒng)整體加工環(huán)境圖系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)流程圖8.1.4虛擬數(shù)控銑床

1．虛擬數(shù)控銑削加工系統(tǒng)的總體設(shè)2．虛擬數(shù)控銑削加工系統(tǒng)各功能模塊機(jī)床模型包括機(jī)床的幾何模型、運(yùn)動(dòng)模型和機(jī)床的一些技術(shù)參數(shù)。本系統(tǒng)主要是解決機(jī)床幾何模型的建立，然后通過程序來控制實(shí)現(xiàn)各軸的移動(dòng)及主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，這里采用模塊化設(shè)計(jì)來建立機(jī)床幾何模型。機(jī)床的模塊化設(shè)計(jì)包含兩個(gè)過程，一是如何根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行功能抽象、合理創(chuàng)建模塊的過程；二是如何根據(jù)設(shè)計(jì)要求合理選擇一組模塊、產(chǎn)生機(jī)床拼裝方案的過程。進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)要把機(jī)床劃分成若干模塊，這里考慮三軸數(shù)控銑床的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，即主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)、工作臺(tái)的平動(dòng)，把數(shù)控銑床分成機(jī)床主軸、床身、X向工作臺(tái)、Y向工作臺(tái)和Z向工作臺(tái)，它和實(shí)際機(jī)床的組成有所不同，對(duì)一些與仿真無關(guān)的部件，如液壓裝置、照明電氣系統(tǒng)等，在仿真模型中不予考慮，從而簡(jiǎn)化仿真模型。2．虛擬數(shù)控銑削加工系統(tǒng)各功能模塊為了給用戶帶來美好的視覺效果，本系統(tǒng)提供了變換機(jī)床顏色和材質(zhì)的功能，用戶可以根據(jù)自己的喜好來定制自己的數(shù)控機(jī)床；同時(shí)系統(tǒng)還提供了隱藏和顯示機(jī)床各模塊的功能，如用戶不需要看機(jī)床而只想看刀具與工件的仿真加工過程，則可以隱藏機(jī)床床身和工作臺(tái)。系統(tǒng)還提供了多方位觀察截面方式：XOZ截面、YOZ截面等截面觀察方式。在工件定位或加工仿真過程中，用戶可以選擇不同的截面來觀察顯示，了解不同側(cè)面的加工信息，更好地掌握數(shù)控機(jī)床的加工過程。為了給用戶帶來美好的視覺效果，本系統(tǒng)提供了變換機(jī)床顏色和材質(zhì)8.1.5總結(jié)

虛擬數(shù)控技術(shù)是在分析實(shí)際使用的數(shù)控機(jī)床的操作方式和編程原理的基礎(chǔ)上，采用面向?qū)ο蟮慕Y(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)語言開發(fā)的一套用于數(shù)控機(jī)床實(shí)驗(yàn)教學(xué)培訓(xùn)的軟件系統(tǒng)。能夠較好地滿足用戶對(duì)數(shù)控加工仿真系統(tǒng)的要求，為數(shù)控操作人員提供了強(qiáng)有力的輔助工具。解決數(shù)控教學(xué)設(shè)備不足的問題。具體來講，工作主要集中在以下幾個(gè)方面。（1）虛擬數(shù)控加工系統(tǒng)控制面板的構(gòu)造。（2）數(shù)控代碼的編輯、修改及翻譯。（3）實(shí)時(shí)地反映數(shù)控加工過程的動(dòng)態(tài)仿真模型的建立。（4）強(qiáng)大的在線幫助功能。8.1.5總結(jié)

虛擬數(shù)控技術(shù)是在分析實(shí)際使用的數(shù)控機(jī)床的8.2柔性制造系統(tǒng)

8.2.1柔性制造系統(tǒng)的定義關(guān)于柔性制造系統(tǒng)的定義很多，下面列出一些權(quán)威性單位的定義。美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局（NationalBureauofStandard，NBS）把FMS定義為：“由一個(gè)傳輸系統(tǒng)聯(lián)系起來的一些設(shè)備，傳輸裝置把工件放在其他連接裝置上送到各加工設(shè)備，使工件加工準(zhǔn)確、迅速和自動(dòng)化。中央計(jì)算機(jī)控制機(jī)床和傳輸系統(tǒng)，柔性制造系統(tǒng)有時(shí)可同時(shí)加工幾種不同的零件”。美國(guó)政府稱FMS為：“由一組自動(dòng)化的機(jī)床或制造設(shè)備與一個(gè)自動(dòng)化的物料處理系統(tǒng)相結(jié)合，由一個(gè)公共的、多層的、數(shù)字化可編程的計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，可對(duì)事先確定類別的零件進(jìn)行自由地加工或裝配的系統(tǒng)”。國(guó)際生產(chǎn)工程研究協(xié)會(huì)指出：“柔性制造系統(tǒng)是一個(gè)自動(dòng)化的生產(chǎn)制造系統(tǒng)，在最少人的干預(yù)下，能夠生產(chǎn)任何范圍的產(chǎn)品族，系統(tǒng)的柔性通常受到系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)所考慮的產(chǎn)品族的限制?！?.2柔性制造系統(tǒng)

8.2.1柔性制造系統(tǒng)的定義

歐盟機(jī)床工業(yè)委員會(huì)認(rèn)為：“柔性制造系統(tǒng)是一個(gè)自動(dòng)化制造系統(tǒng)，它能夠以最少的人干預(yù)，加工任一范圍的零件族工件，該系統(tǒng)通常用于有效加工中小批量零件族，以不同批量加工或混合加工；系統(tǒng)的柔性一般受到系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)考慮的產(chǎn)品族限制，該系統(tǒng)含有調(diào)度生產(chǎn)和產(chǎn)品通過系統(tǒng)路徑的功能。系統(tǒng)也具有產(chǎn)生報(bào)告和系統(tǒng)操作數(shù)據(jù)的手段”。在《中華人民共和國(guó)國(guó)家軍用標(biāo)準(zhǔn)》有關(guān)“武器裝備柔性制造系統(tǒng)術(shù)語”中的定義為：“柔性制造系統(tǒng)是由數(shù)控加工設(shè)備、物料運(yùn)儲(chǔ)裝置和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)組成的自動(dòng)化制造系統(tǒng)，它包括多個(gè)柔性制造單元，能根據(jù)制造任務(wù)或生產(chǎn)環(huán)境的變化迅速進(jìn)行調(diào)整，適用于多品種、中小批量生產(chǎn)”。簡(jiǎn)單地說，F(xiàn)MS是由若干數(shù)控設(shè)備、物料運(yùn)儲(chǔ)裝置和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)組成的并能根據(jù)制造任務(wù)和生產(chǎn)品種變化而迅速進(jìn)行調(diào)整的自動(dòng)化制造系統(tǒng)。歐盟機(jī)床工業(yè)委員會(huì)認(rèn)為：“柔性制造系統(tǒng)是8.2.2柔性制造系統(tǒng)的類型與構(gòu)成

1．柔性制造是指在計(jì)算機(jī)支持下，能適應(yīng)加工對(duì)象變化的制造系統(tǒng)。柔性制造系統(tǒng)有以下3種類型。（1）柔性制造單元。（2）柔性制造系統(tǒng)。（3）柔性自動(dòng)生產(chǎn)線。2．柔性制造系統(tǒng)的構(gòu)成就機(jī)械制造業(yè)的柔性制造系統(tǒng)而言，柔性制造系統(tǒng)（FMS）由下面3部分組成：多工位的數(shù)控加工系統(tǒng)、自動(dòng)化物料儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)控制的信息系統(tǒng)。8.2.2柔性制造系統(tǒng)的類型與構(gòu)成

1．柔性制造是指在計(jì)（1）自動(dòng)加工系統(tǒng)。（2）物流系統(tǒng)。（3）信息系統(tǒng)。（1）自動(dòng)加工系統(tǒng)。8.2.3柔性制造系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

柔性制造系統(tǒng)是一種技術(shù)復(fù)雜、高度自動(dòng)化的系統(tǒng)，它將微電子學(xué)、計(jì)算機(jī)和系統(tǒng)工程等技術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來，理想和圓滿地解決了機(jī)械制造高自動(dòng)化與高柔性化之間的矛盾，具體優(yōu)點(diǎn)如下。（1）設(shè)備利用率高。（2）再制品減少80%左右。（3）生產(chǎn)能力相對(duì)穩(wěn)定。（4）產(chǎn)品質(zhì)量高。（5）運(yùn)行靈活。（6）產(chǎn)品應(yīng)變能力大。8.2.3柔性制造系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

柔性制造系統(tǒng)是一種技術(shù)復(fù)雜8.2.4柔性制造系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)例

由于箱體、框架類零件及板材等采用柔性制造系統(tǒng)加工，經(jīng)濟(jì)效益特別顯著，故現(xiàn)在的柔性制造系統(tǒng)中，加工箱體、框架類零件及板材的柔性制造系統(tǒng)加工占得比重較大。1．板材加工的柔性制造系統(tǒng)板金加工主要是剪切加工和沖壓加工，在傳統(tǒng)的生產(chǎn)車間中，加工對(duì)象滯留在工廠里的大部分時(shí)間是用在等待上，極少部分時(shí)間用于加工。時(shí)間的等待無異于資金的積壓，而板材加工的柔性制造系統(tǒng)能有效地解決這一問題。8.2.4柔性制造系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)例

由于箱體、框架類零件及

由5大部分組成：自動(dòng)倉(cāng)庫(kù)單元、沖壓加工單元、剪切加工單元、中央控制單元和自動(dòng)工藝編程單元。板材加工的柔性制造系統(tǒng)的總體布局圖由5大部分組成：自動(dòng)倉(cāng)庫(kù)單元、沖壓加工單元、剪切加工2．加工箱體類零件的柔性制造系統(tǒng)加工箱體類零件的柔性制造系統(tǒng)2．加工箱體類零件的柔性制造系統(tǒng)加工箱體類零件的柔性制造系統(tǒng)8.3計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)

8.3.1計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)簡(jiǎn)介使用柔性制造系統(tǒng)雖然有較高的經(jīng)濟(jì)效益，但它的高效和自動(dòng)化只是局限在制造加工的范圍內(nèi)，隨著制造行業(yè)的發(fā)展，柔性制造系統(tǒng)越來越體現(xiàn)出“自動(dòng)化孤島”的特點(diǎn)。當(dāng)今制造業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)鍵在于：T（TimetoMarket）——加快新產(chǎn)品的開發(fā)和產(chǎn)品的上市時(shí)間；Q（Quality）——改善質(zhì)量；C（Cost）——降低成本；S（Service）——完善售前售后服務(wù)。而柔性制造系統(tǒng)的“自動(dòng)化孤島”特點(diǎn)阻礙了T、Q、C和S的完善，因而降低了市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力。8.3計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)

8.3.1計(jì)算機(jī)集成制造系1973年，美國(guó)的約瑟夫·哈靈頓博士首先提出了計(jì)算機(jī)集成制造（ComputerIntegratedManufacturing，CIM）的概念，他認(rèn)為，企業(yè)的生產(chǎn)組織和管理應(yīng)該強(qiáng)調(diào)兩個(gè)觀點(diǎn)，即：企業(yè)的各種生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)是不可分割的，需要統(tǒng)一考慮；整個(gè)生產(chǎn)制造過程實(shí)質(zhì)上是信息的采集、傳遞和加工處理的過程。哈靈頓博士強(qiáng)調(diào)的一是系統(tǒng)觀點(diǎn)，二是信息觀點(diǎn)。兩者都是信息時(shí)代企業(yè)組織和企業(yè)管理最基本和重要的觀點(diǎn)?？梢哉f，CIM是信息時(shí)代組織和管理企業(yè)生產(chǎn)的一種哲理，是信息時(shí)代新型企業(yè)的一種生產(chǎn)模式。基于這一理論和技術(shù)構(gòu)成的具體實(shí)現(xiàn)便是計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（ComputerIntegratedManufacturingSystem，CIMS）。1973年，美國(guó)的約瑟夫·哈靈（1）CIMS的概念，計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)是在信息技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)及制造技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過計(jì)算機(jī)及其軟件，將工廠制造的全部生產(chǎn)活動(dòng)——設(shè)計(jì)、制造及經(jīng)營(yíng)管理（包括市場(chǎng)調(diào)研、生產(chǎn)決策、生產(chǎn)計(jì)劃、生產(chǎn)管理、產(chǎn)品開發(fā)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、加工制造以及銷售經(jīng)營(yíng)）等與整個(gè)生產(chǎn)過程有關(guān)的物料流與信息流實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)高度統(tǒng)一的綜合化管理，把各種分散的自動(dòng)化系統(tǒng)有機(jī)地集成起來，構(gòu)成一個(gè)優(yōu)化的完整的生產(chǎn)系統(tǒng)，從而獲得更高的整體效益，縮短產(chǎn)品開發(fā)制造周期，提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)率，提高企業(yè)的應(yīng)變能力，以贏得競(jìng)爭(zhēng)。（1）CIMS的概念，計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)是在信息技術(shù)、自動(dòng)化（2）CIMS的構(gòu)成，CIMS包括工廠制造的生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)的全部活動(dòng)，應(yīng)具有經(jīng)營(yíng)管理、工程設(shè)計(jì)和加工制造等主要功能。右圖為CIMS的構(gòu)成。它是在CIMS數(shù)據(jù)庫(kù)的支持下，由信息管理模塊、設(shè)計(jì)和工藝模塊及制造模塊組成。設(shè)計(jì)與工藝模塊主要包括：計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）、計(jì)算機(jī)輔助工程（CAE）、成組技術(shù)（GT）、計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)程設(shè)計(jì)（CAPP）、計(jì)算機(jī)輔助數(shù)控編程技術(shù)等，目的是使產(chǎn)品的開發(fā)更高效、優(yōu)質(zhì)并自動(dòng)地進(jìn)行。柔性制造系統(tǒng)是制造模塊的主體，主要包括：零件的數(shù)控加工、生產(chǎn)調(diào)度、刀具管理、質(zhì)量檢測(cè)和控制、裝配、物料儲(chǔ)運(yùn)等。CIMS基本構(gòu)成圖（2）CIMS的構(gòu)成，CIMS包括工廠制造的生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)的全部

信息管理模塊主要包括：市場(chǎng)預(yù)測(cè)、經(jīng)營(yíng)決策、各級(jí)生產(chǎn)計(jì)劃、生產(chǎn)技術(shù)準(zhǔn)備、銷售及售后跟蹤服務(wù)、成本核算、人力資源管理等，通過信息的集成，達(dá)到縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期、減少占用的流動(dòng)資金、提高企業(yè)的應(yīng)變能力。公用數(shù)據(jù)庫(kù)是CIMS的核心，對(duì)信息資源進(jìn)行存儲(chǔ)與管理，并與各個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)企業(yè)數(shù)據(jù)的共享和信息集成。信息管理模塊主要包括：市場(chǎng)預(yù)測(cè)、經(jīng)營(yíng)決策

由上述可知，CIMS是建立在多項(xiàng)先進(jìn)制造技術(shù)基礎(chǔ)上的高技術(shù)制造系統(tǒng)。為趕上工業(yè)先進(jìn)國(guó)家的機(jī)械制造水平，我國(guó)863計(jì)劃將CIMS作為自動(dòng)化領(lǐng)域中的一個(gè)主題項(xiàng)目進(jìn)行研究，開展了關(guān)鍵技術(shù)的攻關(guān)工作，確定了若干試點(diǎn)工廠，取得了一批重要的研究成果。CIMS的實(shí)施過程中要實(shí)現(xiàn)工程設(shè)計(jì)、制造過程、信息管理、工廠生產(chǎn)等技術(shù)和功能的集成。這種集成不是現(xiàn)有生產(chǎn)系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)化，而原有的生產(chǎn)系統(tǒng)集成很困難，獨(dú)立的自動(dòng)化系統(tǒng)異構(gòu)同化非常復(fù)雜，因此要考慮在實(shí)施CIMS計(jì)劃的收益和支出。由上述可知，CIMS是建立在多項(xiàng)先8.3.2CIMS的應(yīng)用進(jìn)展

1．CIMS在國(guó)外的應(yīng)用發(fā)展技術(shù)上的可能和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的需要，終于使哈林頓在1973年提出的CIMS概念由不被重視迅速地成為一些技術(shù)上處于先導(dǎo)地位的企業(yè)和一些國(guó)家政府的實(shí)踐活動(dòng)。世界上一些著名的大公司，從20世紀(jì)70年代末80年代初開始制訂本公司實(shí)現(xiàn)CIMS的規(guī)劃，建立CIMS的生產(chǎn)工廠（車間），攻克實(shí)現(xiàn)CIMS的技術(shù)難關(guān)并且不斷取得重大進(jìn)展。一些工業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家政府和組織如美國(guó)、日本、歐盟和經(jīng)互會(huì)成員國(guó)，都把CIMS作為科學(xué)技術(shù)發(fā)展的一個(gè)戰(zhàn)略目標(biāo)，通過制訂各種計(jì)劃、規(guī)劃，建立國(guó)家級(jí)研究實(shí)驗(yàn)基地等手段積極推進(jìn)這一新的生產(chǎn)方式的發(fā)展。8.3.2CIMS的應(yīng)用進(jìn)展

1．CIMS在國(guó)外的應(yīng)用發(fā)2．CIMS在中國(guó)的應(yīng)用發(fā)展（1）CIMS在中國(guó)的發(fā)展歷史

CIMS單元技術(shù)的研究和應(yīng)用開始于20世紀(jì)中葉。1986年CIMS正式列入863計(jì)劃，即“高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃綱要”，從此開始了在中國(guó)研究應(yīng)用CIMS技術(shù)的新篇章。本節(jié)以我國(guó)863計(jì)劃為主線，介紹CIMS在中國(guó)的應(yīng)用發(fā)展情況。CIMS在中國(guó)應(yīng)用，概括起來經(jīng)歷了下列3個(gè)階段?！癈IMS離我國(guó)還很遙遠(yuǎn)”：1986—1987年我國(guó)863/CIMS計(jì)劃剛起動(dòng)時(shí)，社會(huì)上有這種看法。“CIMS正在向我們走來”：1989—1990年一些大中型骨干企業(yè)出于市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的需求，要求實(shí)施CIMS工程?！耙笸茝V應(yīng)用CIMS技術(shù)”：1993—1995年越來越多的企業(yè)，包括不少中小型企業(yè)要求實(shí)施CIMS，從1995年開始，經(jīng)過幾屆專家組和全國(guó)幾千名從事CIMS研究、開發(fā)、應(yīng)用的科技人員的共同努力，為我國(guó)CIMS技術(shù)實(shí)驗(yàn)、研究、應(yīng)用打下了基礎(chǔ)，創(chuàng)造了良好的環(huán)境。2．CIMS在中國(guó)的應(yīng)用發(fā)展1992年底CIMS工程中心建成，1993年底7個(gè)單元技術(shù)工程實(shí)驗(yàn)室建成，突破了CIMS領(lǐng)域中以信息集成為代表的一批關(guān)鍵技術(shù)，建成了具有先進(jìn)水平的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，培養(yǎng)了一支技術(shù)隊(duì)伍。1994年建在清華大學(xué)的CIMS工程研究中心獲得CASE/SME“大學(xué)領(lǐng)先獎(jiǎng)”，進(jìn)一步表明中國(guó)已躋身于國(guó)際CIMS研究與開發(fā)的先進(jìn)行列。繼1994年清華大學(xué)的CIMS工程研究中獲得CASE/SME“大學(xué)領(lǐng)先獎(jiǎng)”之后，CIMS典型應(yīng)用工廠——北京第一機(jī)床廠在1995年獲得CASE/SME“工業(yè)領(lǐng)先獎(jiǎng)”。

1994年成都飛機(jī)工業(yè)