快速重組制造系統(tǒng)課件

快速重組制造系統(tǒng)（RRMS）

——新一代制造系統(tǒng)的原理及應(yīng)用12/21/2022快速重組制造系統(tǒng)（RRMS）

——新一代制造系統(tǒng)的原理及應(yīng)用11概述

2RRMS的基本構(gòu)架和主要特征

3RRMS的科學(xué)基礎(chǔ)

4RRMS的應(yīng)用舉例1概述

2RRMS的基本構(gòu)架和主要特征

3RR21概述1.1RRMS形成的市場(chǎng)和技術(shù)環(huán)境1.2RRMS的基本需求1概述1.1RRMS形成的市場(chǎng)和技術(shù)環(huán)境31.1RRMS形成的市場(chǎng)和技術(shù)環(huán)境1920193019401950196019701980199020002010市場(chǎng)環(huán)境按工序特征應(yīng)用成組技術(shù)提高工效降低成本通過規(guī)模經(jīng)濟(jì)降低成本進(jìn)行市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)適應(yīng)產(chǎn)品品種發(fā)展和質(zhì)量提高進(jìn)行市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)敏捷響應(yīng)產(chǎn)品創(chuàng)新加速的全球化市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)應(yīng)用成組工藝原理組織非自動(dòng)化生產(chǎn)平衡工時(shí)負(fù)荷提高機(jī)床利用率通過試切、測(cè)量和調(diào)整保證加工精度專用機(jī)床多刀多面組合加工各工序節(jié)拍嚴(yán)格平衡質(zhì)量保證主要靠精度儲(chǔ)備通用數(shù)控機(jī)床按工序集中原則安排應(yīng)用緩沖存儲(chǔ)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定生產(chǎn)加工質(zhì)量用動(dòng)態(tài)統(tǒng)計(jì)控制通過系統(tǒng)和機(jī)床的重組實(shí)現(xiàn)工藝優(yōu)化機(jī)床品種和結(jié)構(gòu)模塊調(diào)整實(shí)現(xiàn)均衡生產(chǎn)過程效應(yīng)控制加速重組的質(zhì)量提升制造系統(tǒng)發(fā)展及其特點(diǎn)多品種單件小批生產(chǎn)剛性制造系統(tǒng)DML/TL單品種或少品種大批量生產(chǎn)柔性制造系統(tǒng)FMS/FMC/FML多品種成批生產(chǎn)快速重組制造系統(tǒng)RRMS多族品種變批量生產(chǎn)年代機(jī)群式制造系統(tǒng)MS制造系統(tǒng)的發(fā)展進(jìn)程---四類制造系統(tǒng)1.1RRMS形成的市場(chǎng)和技術(shù)環(huán)境1920193019441.1RRMS形成的市場(chǎng)和技術(shù)環(huán)境通用機(jī)床組成的生產(chǎn)線----生產(chǎn)效率較低工序分散的加工方式和工序間物流輸送的等待時(shí)間導(dǎo)致生產(chǎn)效率較低已有的制造系統(tǒng)存在的主要問題:1.1RRMS形成的市場(chǎng)和技術(shù)環(huán)境已有的制造系統(tǒng)存在的主51.1RRMS形成的市場(chǎng)和技術(shù)環(huán)境專用機(jī)床和組合機(jī)床的自動(dòng)生產(chǎn)線----平均利用率低據(jù)統(tǒng)計(jì)國(guó)外汽車零件制造的自動(dòng)生產(chǎn)線的平均利用率僅達(dá)53%（Prof.M.Matta),我國(guó)汽車行業(yè)的機(jī)械加工自動(dòng)線的利用率約為40~60%。1.1RRMS形成的市場(chǎng)和技術(shù)環(huán)境專用機(jī)床和組合機(jī)床的自61.1RRMS形成的市場(chǎng)和技術(shù)環(huán)境柔性制造系統(tǒng)---冗余的功能和高的投資統(tǒng)計(jì)美國(guó)、歐洲和亞洲的22個(gè)國(guó)家370家制造廠，近乎80%的加工中心只利用其20%的功能（Prof.H.Schalz)1.1RRMS形成的市場(chǎng)和技術(shù)環(huán)境柔性制造系統(tǒng)71.2RRMS的基本需求快速組成對(duì)更新產(chǎn)品的批量生產(chǎn)能力能無縫地縮放生產(chǎn)規(guī)模方便地組織多品種工件的混流生產(chǎn)或并流生產(chǎn)低的重組費(fèi)用和高的生產(chǎn)效率短的試生產(chǎn)期和穩(wěn)定的加工質(zhì)量目標(biāo)：快速響應(yīng)市場(chǎng)需求降低投資風(fēng)險(xiǎn)方便進(jìn)行技術(shù)升級(jí)1.2RRMS的基本需求快速組成對(duì)更新產(chǎn)品的批量生產(chǎn)能力82RRMS的基本構(gòu)架和主要特征每種零件用一條專用生產(chǎn)線加工零件P11Part零件P11PartP11(零件族F1)（PartFamilyF1）加工方案MachiningSolutionC11專用機(jī)床SpecialMachineToolsTL11零件PmnPartPmn(零件族Fm)（PartFamilyFm）加工方案MachiningSolutionCmn專用機(jī)床SpecialMachineToolsTLmn零件PmnPartCAD數(shù)據(jù)

工藝設(shè)計(jì)

機(jī)床設(shè)計(jì)

固定式生產(chǎn)線

成品CADData

ProcessPlanningMachineToolsDesignDedicatedLineProduct專用的制造系統(tǒng)2.1RRMS的基本構(gòu)架2RRMS的基本構(gòu)架和主要特征每種零件用一條專用生產(chǎn)線加92.1RRMS的基本構(gòu)架一族（組）零件用一條柔性制造系統(tǒng)加工CAD數(shù)據(jù)CAM柔性生產(chǎn)線

成品CADDataFlexibleManufacturingLineroductP11…P1n零件族F1PartFamilyF1P11…P1nNC程序NCPrograms11～1nFMS1/FML1DesignandProcessControl設(shè)計(jì)和運(yùn)行零件族FmPartFamilyFmPm1…PmnNC程序NCProgramsm1～mnFMSm/FMLmDesignandProcessControl設(shè)計(jì)和運(yùn)行

Pm1…Pmn柔性制造系統(tǒng)2.1RRMS的基本構(gòu)架一族（組）零件用一條柔性制造系統(tǒng)102.1RRMS的基本構(gòu)架P11P1nPm1Pmn零件族PartFamilyF1～Fm零件PartsP11…P1nPm1…Pmn零件族加工方案MachiningSolutionforPartFamiliesC1～Cm系統(tǒng)級(jí)組態(tài)機(jī)床為單元的布局調(diào)整和運(yùn)行System-LevelConfiguration機(jī)床級(jí)組態(tài)模塊為單元的機(jī)床調(diào)整和運(yùn)行Machine-LevelConfigurationNC程序NCPrograms11…mn4R1C過程效應(yīng)建模及控制ModelingandControlingforProessEffect4R1C快速重組制造系統(tǒng)（RRMS）跨族零件加工可通過系統(tǒng)重組來實(shí)現(xiàn)2.1RRMS的基本構(gòu)架P11零件族零件族加工方案系統(tǒng)級(jí)112.2RRMS的主要特征硬件是可重組的；軟件也是可重組的；制造系統(tǒng)按一定規(guī)劃進(jìn)行物理組態(tài)，并依據(jù)經(jīng)濟(jì)可承受性進(jìn)行建模、評(píng)估和決策。RRMS構(gòu)成需同時(shí)符合下列三個(gè)條件：2.2RRMS的主要特征RRMS構(gòu)成需同時(shí)符合下列三個(gè)條件122.2RRMS的主要特征積木式機(jī)床拼組加工2.2RRMS的主要特征積木式機(jī)床拼組加工132.2RRMS的主要特征積木式機(jī)床拼組加工2.2RRMS的主要特征積木式機(jī)床拼組加工142.2RRMS的主要特征模塊化可集成性可變性可診斷性訂制化2.2RRMS的主要特征152.3RRMS的適用范圍TL&CTL128100800CNCMT.大小中低25002500050000200000年產(chǎn)量FML

FMC

FMS中大品種數(shù)RRMS2.3RRMS的適用范圍TL128100800CNCM162.4RRMS的定義依據(jù)方法目標(biāo)一種能按市場(chǎng)需求變化和系統(tǒng)規(guī)劃與設(shè)計(jì)的規(guī)定，以重排（重新組態(tài)）、變形、重復(fù)利用和更新系統(tǒng)的組態(tài)、子系統(tǒng)或系統(tǒng)組元的方式，實(shí)現(xiàn)低的重組成本、短的導(dǎo)入時(shí)間、高的質(zhì)量和投資效益、并能快速調(diào)整制造過程、制造功能和制造生產(chǎn)能力的可變制造系統(tǒng)。2.4RRMS的定義依據(jù)方法目標(biāo)一種能按173RRMS的科學(xué)基礎(chǔ)RRMS物理組態(tài)集成與整合運(yùn)行與決策規(guī)劃與設(shè)計(jì)布局規(guī)劃優(yōu)化經(jīng)濟(jì)可承受性評(píng)估系統(tǒng)隨機(jī)模型設(shè)備/組元接口整合原理控制策略可診斷性設(shè)計(jì)原理與過程效應(yīng)研究要求：制造系統(tǒng)的物理布局適于快速重組能根據(jù)產(chǎn)量的變動(dòng)無縫地收縮易于進(jìn)行生產(chǎn)管理和質(zhì)量控制3RRMS的科學(xué)基礎(chǔ)RRMS集成與整合運(yùn)行與決策規(guī)劃與184RRMS的應(yīng)用舉例組態(tài)制造單元（CMC）---可重組制造系統(tǒng)的基本單元汽車自動(dòng)變速控制裝置閥體加工生產(chǎn)線計(jì)算機(jī)零件加工生產(chǎn)線12/21/20224RRMS的應(yīng)用舉例12/19/202219例一:組態(tài)制造單元例一:組態(tài)制造單元20例二:汽車自動(dòng)變速控制裝置

閥體加工生產(chǎn)液壓本體零件典型外形圖例二:汽車自動(dòng)變速控制裝置

閥體加工生產(chǎn)液壓本體21柔性加工生產(chǎn)線（FML）總體布局（A方案）

柔性加工生產(chǎn)線（FML）總體布局（A方案）22快速重組制造系統(tǒng)（RRMS）總體布局（B方案）

快速重組制造系統(tǒng)（RRMS）總體布局（B方案）23A、B兩方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能綜合對(duì)比

對(duì)比項(xiàng)目A方案（FML）B方案（RRMS）主要設(shè)備

立式加工中心13臺(tái)臥式加工中心6臺(tái)清洗機(jī)1臺(tái)檢泄漏機(jī)1臺(tái)綜合精度檢測(cè)機(jī)1臺(tái)立式加工中心10臺(tái)臥式加工中心5臺(tái)清洗機(jī)1臺(tái)檢泄漏機(jī)1臺(tái)綜合精度檢測(cè)機(jī)1臺(tái)

物流系統(tǒng)組成

遠(yuǎn)程雙手高架機(jī)器人4套（最大行程41米）盤式料倉9套帶翻轉(zhuǎn)臺(tái)緩沖站7套

短程單手高架機(jī)器人6套（最大行程<15米）有軌搬運(yùn)小車2套固定式緩沖托盤站12套

占地面積1044m2(58m18m)756m2(42m18m)加工的柔性度

多品種分批加工各加工周期主要進(jìn)行單一品種的加工多品種并行加工可同時(shí)進(jìn)行多至5個(gè)品種的混流加工

均衡生產(chǎn)和調(diào)度的靈活性中等優(yōu)良年產(chǎn)量（兩班制）15.5萬套15萬套工程費(fèi)用對(duì)比

100%75%工程實(shí)施的敏捷性需一次到位建成，建設(shè)周期較長(zhǎng)

可分步實(shí)施，按市場(chǎng)需求無縫擴(kuò)展，降低產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)的前期投資，有利于投資回收

A、B兩方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能綜合對(duì)比對(duì)比項(xiàng)目A方案（FML）24例三:計(jì)算機(jī)零件加工生產(chǎn)線由124臺(tái)加工中心組成的生產(chǎn)線

例三:計(jì)算機(jī)零件加工生產(chǎn)線由124臺(tái)加工中心組成的生產(chǎn)線25例三:計(jì)算機(jī)零件加工生產(chǎn)線分別由30臺(tái)和172臺(tái)加工中心組成的兩種產(chǎn)品的生產(chǎn)線

例三:計(jì)算機(jī)零件加工生產(chǎn)線分別由30臺(tái)和172臺(tái)加工中心26200余臺(tái)加工中心，按訂貨的零件品種和批量，重組生產(chǎn)線按周計(jì)劃重組生產(chǎn)線重組周期最短為8小時(shí)，利用第三班時(shí)間例三:計(jì)算機(jī)零件加工生產(chǎn)線200余臺(tái)加工中心，按訂貨的零件品種和批量，重組生產(chǎn)線例三:27返回返回28快速重組制造系統(tǒng)（RRMS）

——新一代制造系統(tǒng)的原理及應(yīng)用12/21/2022快速重組制造系統(tǒng)（RRMS）

——新一代制造系統(tǒng)的原理及應(yīng)用291概述

2RRMS的基本構(gòu)架和主要特征

3RRMS的科學(xué)基礎(chǔ)

4RRMS的應(yīng)用舉例1概述

2RRMS的基本構(gòu)架和主要特征

3RR301概述1.1RRMS形成的市場(chǎng)和技術(shù)環(huán)境1.2RRMS的基本需求1概述1.1RRMS形成的市場(chǎng)和技術(shù)環(huán)境311.1RRMS形成的市場(chǎng)和技術(shù)環(huán)境1920193019401950196019701980199020002010市場(chǎng)環(huán)境按工序特征應(yīng)用成組技術(shù)提高工效降低成本通過規(guī)模經(jīng)濟(jì)降低成本進(jìn)行市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)適應(yīng)產(chǎn)品品種發(fā)展和質(zhì)量提高進(jìn)行市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)敏捷響應(yīng)產(chǎn)品創(chuàng)新加速的全球化市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)應(yīng)用成組工藝原理組織非自動(dòng)化生產(chǎn)平衡工時(shí)負(fù)荷提高機(jī)床利用率通過試切、測(cè)量和調(diào)整保證加工精度專用機(jī)床多刀多面組合加工各工序節(jié)拍嚴(yán)格平衡質(zhì)量保證主要靠精度儲(chǔ)備通用數(shù)控機(jī)床按工序集中原則安排應(yīng)用緩沖存儲(chǔ)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定生產(chǎn)加工質(zhì)量用動(dòng)態(tài)統(tǒng)計(jì)控制通過系統(tǒng)和機(jī)床的重組實(shí)現(xiàn)工藝優(yōu)化機(jī)床品種和結(jié)構(gòu)模塊調(diào)整實(shí)現(xiàn)均衡生產(chǎn)過程效應(yīng)控制加速重組的質(zhì)量提升制造系統(tǒng)發(fā)展及其特點(diǎn)多品種單件小批生產(chǎn)剛性制造系統(tǒng)DML/TL單品種或少品種大批量生產(chǎn)柔性制造系統(tǒng)FMS/FMC/FML多品種成批生產(chǎn)快速重組制造系統(tǒng)RRMS多族品種變批量生產(chǎn)年代機(jī)群式制造系統(tǒng)MS制造系統(tǒng)的發(fā)展進(jìn)程---四類制造系統(tǒng)1.1RRMS形成的市場(chǎng)和技術(shù)環(huán)境19201930194321.1RRMS形成的市場(chǎng)和技術(shù)環(huán)境通用機(jī)床組成的生產(chǎn)線----生產(chǎn)效率較低工序分散的加工方式和工序間物流輸送的等待時(shí)間導(dǎo)致生產(chǎn)效率較低已有的制造系統(tǒng)存在的主要問題:1.1RRMS形成的市場(chǎng)和技術(shù)環(huán)境已有的制造系統(tǒng)存在的主331.1RRMS形成的市場(chǎng)和技術(shù)環(huán)境專用機(jī)床和組合機(jī)床的自動(dòng)生產(chǎn)線----平均利用率低據(jù)統(tǒng)計(jì)國(guó)外汽車零件制造的自動(dòng)生產(chǎn)線的平均利用率僅達(dá)53%（Prof.M.Matta),我國(guó)汽車行業(yè)的機(jī)械加工自動(dòng)線的利用率約為40~60%。1.1RRMS形成的市場(chǎng)和技術(shù)環(huán)境專用機(jī)床和組合機(jī)床的自341.1RRMS形成的市場(chǎng)和技術(shù)環(huán)境柔性制造系統(tǒng)---冗余的功能和高的投資統(tǒng)計(jì)美國(guó)、歐洲和亞洲的22個(gè)國(guó)家370家制造廠，近乎80%的加工中心只利用其20%的功能（Prof.H.Schalz)1.1RRMS形成的市場(chǎng)和技術(shù)環(huán)境柔性制造系統(tǒng)351.2RRMS的基本需求快速組成對(duì)更新產(chǎn)品的批量生產(chǎn)能力能無縫地縮放生產(chǎn)規(guī)模方便地組織多品種工件的混流生產(chǎn)或并流生產(chǎn)低的重組費(fèi)用和高的生產(chǎn)效率短的試生產(chǎn)期和穩(wěn)定的加工質(zhì)量目標(biāo)：快速響應(yīng)市場(chǎng)需求降低投資風(fēng)險(xiǎn)方便進(jìn)行技術(shù)升級(jí)1.2RRMS的基本需求快速組成對(duì)更新產(chǎn)品的批量生產(chǎn)能力362RRMS的基本構(gòu)架和主要特征每種零件用一條專用生產(chǎn)線加工零件P11Part零件P11PartP11(零件族F1)（PartFamilyF1）加工方案MachiningSolutionC11專用機(jī)床SpecialMachineToolsTL11零件PmnPartPmn(零件族Fm)（PartFamilyFm）加工方案MachiningSolutionCmn專用機(jī)床SpecialMachineToolsTLmn零件PmnPartCAD數(shù)據(jù)

工藝設(shè)計(jì)

機(jī)床設(shè)計(jì)

固定式生產(chǎn)線

成品CADData

ProcessPlanningMachineToolsDesignDedicatedLineProduct專用的制造系統(tǒng)2.1RRMS的基本構(gòu)架2RRMS的基本構(gòu)架和主要特征每種零件用一條專用生產(chǎn)線加372.1RRMS的基本構(gòu)架一族（組）零件用一條柔性制造系統(tǒng)加工CAD數(shù)據(jù)CAM柔性生產(chǎn)線

成品CADDataFlexibleManufacturingLineroductP11…P1n零件族F1PartFamilyF1P11…P1nNC程序NCPrograms11～1nFMS1/FML1DesignandProcessControl設(shè)計(jì)和運(yùn)行零件族FmPartFamilyFmPm1…PmnNC程序NCProgramsm1～mnFMSm/FMLmDesignandProcessControl設(shè)計(jì)和運(yùn)行

Pm1…Pmn柔性制造系統(tǒng)2.1RRMS的基本構(gòu)架一族（組）零件用一條柔性制造系統(tǒng)382.1RRMS的基本構(gòu)架P11P1nPm1Pmn零件族PartFamilyF1～Fm零件PartsP11…P1nPm1…Pmn零件族加工方案MachiningSolutionforPartFamiliesC1～Cm系統(tǒng)級(jí)組態(tài)機(jī)床為單元的布局調(diào)整和運(yùn)行System-LevelConfiguration機(jī)床級(jí)組態(tài)模塊為單元的機(jī)床調(diào)整和運(yùn)行Machine-LevelConfigurationNC程序NCPrograms11…mn4R1C過程效應(yīng)建模及控制ModelingandControlingforProessEffect4R1C快速重組制造系統(tǒng)（RRMS）跨族零件加工可通過系統(tǒng)重組來實(shí)現(xiàn)2.1RRMS的基本構(gòu)架P11零件族零件族加工方案系統(tǒng)級(jí)392.2RRMS的主要特征硬件是可重組的；軟件也是可重組的；制造系統(tǒng)按一定規(guī)劃進(jìn)行物理組態(tài)，并依據(jù)經(jīng)濟(jì)可承受性進(jìn)行建模、評(píng)估和決策。RRMS構(gòu)成需同時(shí)符合下列三個(gè)條件：2.2RRMS的主要特征RRMS構(gòu)成需同時(shí)符合下列三個(gè)條件402.2RRMS的主要特征積木式機(jī)床拼組加工2.2RRMS的主要特征積木式機(jī)床拼組加工412.2RRMS的主要特征積木式機(jī)床拼組加工2.2RRMS的主要特征積木式機(jī)床拼組加工422.2RRMS的主要特征模塊化可集成性可變性可診斷性訂制化2.2RRMS的主要特征432.3RRMS的適用范圍TL&CTL128100800CNCMT.大小中低25002500050000200000年產(chǎn)量FML

FMC

FMS中大品種數(shù)RRMS2.3RRMS的適用范圍TL128100800CNCM442.4RRMS的定義依據(jù)方法目標(biāo)一種能按市場(chǎng)需求變化和系統(tǒng)規(guī)劃與設(shè)計(jì)的規(guī)定，以重排（重新組態(tài)）、變形、重復(fù)利用和更新系統(tǒng)的組態(tài)、子系統(tǒng)或系統(tǒng)組元的方式，實(shí)現(xiàn)低的重組成本、短的導(dǎo)入時(shí)間、高的質(zhì)量和投資效益、并能快速調(diào)整制造過程、制造功能和制造生產(chǎn)能力的可變制造系統(tǒng)。2.4RRMS的定義依據(jù)方法目標(biāo)一種能按453RRMS的科學(xué)基礎(chǔ)RRMS物理組態(tài)集成與整合運(yùn)行與決策規(guī)劃與設(shè)計(jì)布局規(guī)劃優(yōu)化經(jīng)濟(jì)可承受性評(píng)估系統(tǒng)隨機(jī)模型設(shè)備/組元接口整合原理控制策略可診斷性設(shè)計(jì)原理與過程效應(yīng)研究要求：制造系統(tǒng)的物理布局適于快速重組能根據(jù)產(chǎn)量的變動(dòng)無縫地收縮易于進(jìn)行生產(chǎn)管理和質(zhì)量控制3RRMS的科學(xué)基礎(chǔ)RRMS集成與整合運(yùn)行與決策規(guī)劃與464RRMS的應(yīng)用舉例組態(tài)制造單元（CMC）---可重組制造系統(tǒng)的基本單元汽車自動(dòng)變速控制裝置閥體加工生產(chǎn)線計(jì)算機(jī)零件加工生產(chǎn)線12/21/20224RRMS的應(yīng)用舉例12/19/202247例一:組態(tài)制造單元例一:組態(tài)制造單元48例二:汽車自動(dòng)變速控制裝置

閥體加工生產(chǎn)液壓本體零件典型外形圖例二:汽車自動(dòng)變速控制裝置

閥體加工生產(chǎn)液壓本體49柔性加工生產(chǎn)線（FML）總體布局（A方案）

柔性加工生產(chǎn)線（FML）總體布局（A方案）50快速重組制造系統(tǒng)（RRMS）總體布局（B方案）

快速重組制造