自動(dòng)化制造系統(tǒng)

第8章自動(dòng)化制造系統(tǒng)

8.1概述自動(dòng)化制造系統(tǒng)包括剛性制造系統(tǒng)和柔性制造系統(tǒng)。一、剛性自動(dòng)化生產(chǎn)線剛性自動(dòng)化生產(chǎn)線是多工位生產(chǎn)過程，用工件輸送系統(tǒng)將各種自動(dòng)化加工設(shè)備和輔助設(shè)備按一定的順序連接起來，在控制系統(tǒng)的作用下完成單個(gè)零件加工的復(fù)雜大系統(tǒng)。在剛性自動(dòng)線上，被加工零件以一定的生產(chǎn)節(jié)拍，順序通過各個(gè)工作位置，自動(dòng)完成零件預(yù)定的全部加工過程和部分檢測過程。二、剛性自動(dòng)生產(chǎn)線的特點(diǎn)1、生產(chǎn)效率高，是少品種，大量生產(chǎn)必不可少的加工設(shè)備。2、有效縮短生產(chǎn)周期，取消半成品的中間庫存，縮短物料流程，減少生產(chǎn)面積，改善勞動(dòng)條件，便于管理。3、投資大，系統(tǒng)調(diào)整周期長，更換產(chǎn)品不方便。三、柔性制造系統(tǒng)

柔性制造系統(tǒng)（FlexibleManufacturingSystem）由兩臺或兩臺以上加工中心或數(shù)控機(jī)床組成，并在加工自動(dòng)化的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了物料流和信息流的自動(dòng)化。其基本組成部分有：自動(dòng)化加工設(shè)備、工件儲運(yùn)系統(tǒng)、刀具儲運(yùn)系統(tǒng)和多層計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)等。1.自動(dòng)化加工設(shè)備組成FMS的自動(dòng)化加工設(shè)備有數(shù)控機(jī)床、加工中心、車削中心等，也可能是柔性制造單元。2.工件儲運(yùn)系統(tǒng)

FMS工件儲運(yùn)系統(tǒng)由工件庫、工件運(yùn)輸設(shè)備和更換裝置等組成。工件庫包括自動(dòng)化立體倉庫和托盤（工件）緩沖站。工件運(yùn)輸設(shè)備包括各種傳送帶、運(yùn)輸小車、機(jī)器人或機(jī)械手等;工件更換裝置包括各種機(jī)器人或機(jī)械手、托盤交換裝置等。3.刀具儲運(yùn)系統(tǒng)

FMS的刀具儲運(yùn)系統(tǒng)由刀具庫、刀具輸送裝置和交換機(jī)構(gòu)等組成。4.輔助設(shè)備

FMS可以根據(jù)生產(chǎn)需要配置輔助設(shè)備。輔助設(shè)備一般包括自動(dòng)清洗工作站,自動(dòng)去毛刺設(shè)備,自動(dòng)測量設(shè)備,集中切屑運(yùn)輸系統(tǒng)和集中冷卻潤滑系統(tǒng)等。適應(yīng)范圍：既能解決單件，小批量生產(chǎn)，有能適應(yīng)大批量，多品種的自動(dòng)化生產(chǎn)。5.多層計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)

FMS的控制系統(tǒng)采用三級控制，分別是單元控制級、工作站控制級、設(shè)備控制級。四、FMS的功能1、能自動(dòng)完成多品種多工序零件的加工功能。2、自動(dòng)輸送和儲料功能3、自動(dòng)診斷功能4、信息處理功能五、FMS的類型1、柔性制造單元。柔性制造單元（FlexibleManufacturingCell）由單臺數(shù)控機(jī)床、加工中心、工件自動(dòng)輸送及更換系統(tǒng)等組成。

FMC控制系統(tǒng)一般分為兩級，分別是單元控制級和設(shè)備控制級。 （1）設(shè)備控制級。 （2）單元控制級。FMC的基本控制功能包括： （1）單元中各加工設(shè)備的任務(wù)管理與調(diào)度。 （2）單元內(nèi)物流設(shè)備的管理與調(diào)度。 （3）刀具系統(tǒng)的管理2、柔性制造系統(tǒng)3、柔性制造生產(chǎn)線FML柔性制造線（FlexibleManufacturingLine）由自動(dòng)化加工設(shè)備、工件輸送系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等組成。FML與FMS之間的區(qū)別：二者之間的界限很模糊，二者的重要區(qū)別是前者象剛性自動(dòng)線一樣，具有一定的生產(chǎn)節(jié)拍，工作沿一定的方向順序傳送后者則沒有一定的生產(chǎn)節(jié)拍，工作的傳輸方向也是隨機(jī)性質(zhì)的。柔性制造線的主要優(yōu)點(diǎn)：具有剛性自動(dòng)線的絕大部分優(yōu)點(diǎn)；當(dāng)批量不很大時(shí)，生產(chǎn)成本比剛性自動(dòng)線低得多；當(dāng)品種改變時(shí)，系統(tǒng)所需的調(diào)整時(shí)間又比剛性自動(dòng)線少得多，但建立系統(tǒng)的總費(fèi)用卻比剛性自動(dòng)線高得多。（4）柔性裝配線(FAL)

柔性裝配線（FlexibleAssemblyLine）通常由裝配站、物料輸送裝置和控制系統(tǒng)等組成。1.裝配站

FAL中的裝配站可以是可編程的裝配機(jī)器人,不可編程的自動(dòng)裝配裝置和人工裝配工位。 2.物料輸送裝置 3.控制系統(tǒng)

FAL的控制系統(tǒng)對全線進(jìn)行調(diào)度和監(jiān)控，主要控制物料的流向和自動(dòng)裝配站、裝配機(jī)器人。（5）柔性制造工廠（FMS）由各種類型的數(shù)控機(jī)床或加工中心，柔性制造單元，柔性制造系統(tǒng)，柔性生產(chǎn)線等組成。完成工廠中全部機(jī)械加工工藝過程、裝配、油漆、試驗(yàn)包裝等。具有更高的柔性。數(shù)控單元上料單元下料單元加蓋單元穿銷單元模擬單元伸縮換向單元檢測單元液壓單元分檢單元廢料立體倉庫8.2計(jì)算機(jī)集成制造技術(shù)（CIM）一、計(jì)算機(jī)集成制造技術(shù)的涵義

運(yùn)用系統(tǒng)工程的整體優(yōu)化觀點(diǎn)，在人的核心作用下，將現(xiàn)代信息技術(shù)與生產(chǎn)技術(shù)結(jié)合起來，從信息技術(shù)和組織上將生產(chǎn)過程的各項(xiàng)工作系統(tǒng)和信息系統(tǒng)連接起來，以便有效地提高企業(yè)對市場需求的響應(yīng)能力和生產(chǎn)率，從而保持企業(yè)的生存和發(fā)展。CIM是一個(gè)全面應(yīng)用信息技術(shù)的生產(chǎn)策略。二、CIM的構(gòu)成1、管理信息分系統(tǒng)（MIS）支持生產(chǎn)計(jì)劃和控制（PPC、MRP）銷售、采購。財(cái)塊等功能，用以處理生產(chǎn)任務(wù)方面的信息。2、技術(shù)信息分系統(tǒng)（TIS）包括CAD，CAPP和NCP等，用以支持產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和工藝準(zhǔn)備等功能，處理有關(guān)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)方面的信息。3、制造自動(dòng)化分系統(tǒng)（MAS）包括各種不同自動(dòng)化程度的制造系統(tǒng)，如NC機(jī)床，DNC，F(xiàn)MC，F(xiàn)MS和其他制造單元，用來實(shí)現(xiàn)信息流對物流的控制和完成物流的轉(zhuǎn)換。4、計(jì)算機(jī)輔助質(zhì)量保證系統(tǒng)（CAQ）支持生產(chǎn)過程的質(zhì)量管理和質(zhì)量保證5、數(shù)據(jù)管理分系統(tǒng)（DAS）用以管理整個(gè)CIMS的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的集成和共享。5、網(wǎng)絡(luò)分系統(tǒng)傳遞CIMS各個(gè)分系統(tǒng)內(nèi)部和之間的信息，實(shí)現(xiàn)CIMS的數(shù)據(jù)傳遞和系統(tǒng)通信功能。三、實(shí)現(xiàn)CIMS的關(guān)鍵技術(shù)1、信息集成2、過程集成3、企業(yè)集成8.3機(jī)器人IsaacAsimov在《I’mRobot》中提出了“機(jī)器人三原則”：Arobotmustnotharmahumanbeingor,throughinaction,allowonetocomeharm.Arobotmustalwaysobeyhumanbeingsunlessthatisconflictwiththefirstlaw.Arobotprotectitselffromharmunlessthatisconflictwiththefirstorsecondlaws.并首次出現(xiàn)了“機(jī)器人學(xué)Robotics”的概念機(jī)器人的四大特征仿生特征：模仿人的肢體動(dòng)作柔性特征：對作業(yè)具有廣泛適應(yīng)性智能特征：具有對外界的感知能力自動(dòng)特征：自動(dòng)完成作業(yè)任務(wù)二、機(jī)器人的組成機(jī)械手或移動(dòng)車機(jī)器人的主體部分，由連桿、活動(dòng)關(guān)節(jié)和其他構(gòu)件構(gòu)成。末端執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)器連接在機(jī)械手最后一個(gè)關(guān)節(jié)上，用來執(zhí)行任務(wù)。是由公司工程師或外面的顧問為某種用途而專門設(shè)計(jì)的。通常，其動(dòng)作有機(jī)器人控制器直接控制?！凹∪狻?，常見的驅(qū)動(dòng)器有伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、氣缸及液壓缸等，還有一些新型驅(qū)動(dòng)器。它們由控制器控制。傳感器“五官”，收集機(jī)器人內(nèi)部狀態(tài)的信息或用來與外部環(huán)境進(jìn)行通信?？刂破骱吞幚砥鳌按竽X”，計(jì)算機(jī)器人關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)，確定每個(gè)關(guān)節(jié)應(yīng)移動(dòng)多少和多遠(yuǎn)才能達(dá)到預(yù)定的速度和位置，并監(jiān)督控制器和傳感器?！靶∧X”，從計(jì)算機(jī)獲取數(shù)據(jù)，控制驅(qū)動(dòng)器的動(dòng)作，并與傳感器反饋信息一起協(xié)調(diào)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。操作系統(tǒng)：用來操作計(jì)算機(jī)機(jī)器人軟件：根據(jù)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)方程計(jì)算每個(gè)關(guān)節(jié)的必要?jiǎng)幼?，然后將這些信息傳給控制器例行程序集合和應(yīng)用程序：為了使用機(jī)器人外部設(shè)備或?yàn)榱藞?zhí)行特定任務(wù)而開發(fā)軟件三、機(jī)器人的分類 機(jī)器人是從初級到高級逐步完善起來的，它的發(fā)展過程可以分為三代。 第一代機(jī)器人是目前工業(yè)中大量使用的示教再現(xiàn)型機(jī)器人，它主要由夾持器、手臂、驅(qū)動(dòng)器和控制器組成。示教－>記憶－>再現(xiàn)第二代機(jī)器人是帶感覺的機(jī)器人，它具有一些對外部信息進(jìn)行反饋的能力，諸如力覺、觸覺、視覺等。第三代機(jī)器人是智能機(jī)器人。具有發(fā)現(xiàn)問題并能自主解決問題的能力。三、機(jī)器人技術(shù)的進(jìn)展工業(yè)機(jī)器人技術(shù)在機(jī)械本體、控制系統(tǒng)、傳感系統(tǒng)、可靠性和網(wǎng)絡(luò)功能方面取得了突破性進(jìn)展：機(jī)器人操作機(jī)已實(shí)現(xiàn)了優(yōu)化設(shè)計(jì)（包括材料、構(gòu)型和驅(qū)動(dòng)單元方面）；控制軸數(shù)增多，實(shí)現(xiàn)了軟件控制和全伺服控制；配備了各種傳感器，提高了作業(yè)性能和對環(huán)境的適應(yīng)性；實(shí)現(xiàn)了與總線和一些網(wǎng)絡(luò)的連接；機(jī)器人可靠性大幅度提高；各種用于非制造業(yè)的機(jī)器人系統(tǒng)有了長足的進(jìn)展：農(nóng)業(yè)機(jī)器人在土地耕作、作物移栽、噴灑農(nóng)藥、作物收獲、果蔬采摘方面取得突破性進(jìn)展；水下機(jī)器人；空間和太空機(jī)器人；服務(wù)機(jī)器人成功地用于清潔、保安、醫(yī)療、家用、娛樂等方面；三、工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用

目前，工業(yè)機(jī)器人主要應(yīng)用于汽車制造、機(jī)械制造、電子器件、集成電路、塑料加工等較大規(guī)模生產(chǎn)企業(yè)。下面介紹幾種機(jī)器人的典型應(yīng)用。1.汽車制造領(lǐng)域2.機(jī)械制造領(lǐng)域

機(jī)械制造企業(yè)的柔性制造系統(tǒng)采用搬運(yùn)機(jī)器人搬運(yùn)物料、工件和工具，裝配機(jī)器人完成設(shè)備的零件裝配，測量機(jī)器人進(jìn)行在線或離線測量。3.其它領(lǐng)域機(jī)器人在其它領(lǐng)域的應(yīng)用也非常廣泛，如工業(yè)機(jī)器人可以取代人去完成一些危險(xiǎn)環(huán)境中的作業(yè)(如放射線、火災(zāi)、海洋、宇宙等)。磁懸浮列車列車底部及兩側(cè)轉(zhuǎn)向架的頂部安裝電磁鐵，在“T”字軌的上方和上臂部分的下方分別設(shè)反作用板和感應(yīng)鋼板，控制電磁鐵的電流使電磁鐵和軌道間保持1厘米的間隙，讓轉(zhuǎn)向架和列車間的吸引力與列車重力相互平衡，利用磁鐵吸引力將列車浮起1厘米左右，使列車懸浮在軌道上運(yùn)行。這必須精確控制電磁鐵的電流。

磁懸浮列車示意圖列車行駛時(shí)，車頭的磁鐵（N極）被軌道上靠前一點(diǎn)的電磁體（S極）所吸引，同時(shí)被軌道上稍后一點(diǎn)的電磁體（N極）所排斥———結(jié)果是前面“拉”，后面