(數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì))第2章FMS與CIMS課件

第2章柔性制造系統(tǒng)技術(shù)一、學(xué)習(xí)要求1、了解：柔性制造系統(tǒng)的產(chǎn)生和特點(diǎn)；2、掌握：柔性制造系統(tǒng)的定義、組成及類型。二、學(xué)習(xí)要點(diǎn)1、柔性制造系統(tǒng)的產(chǎn)生、特點(diǎn)；

2、FMS的定義、組成及類型；

3、物料運(yùn)送裝置；

4、加工中心的分類及其換刀方式、刀庫類型。12.1.1制造自動化技術(shù)的廣義內(nèi)涵一、自動化概念的不斷發(fā)展變化

自動化技術(shù)是人類在長期的生產(chǎn)活動中不斷追求的主要目標(biāo)之一。1、1936年美國通用汽車公司工作人員認(rèn)為：在一個生產(chǎn)過程中，機(jī)器之間的零件轉(zhuǎn)移不用人去搬運(yùn)就是“自動化”。即：以機(jī)械代替人力操作，自動完成特定的作業(yè)。2、隨著計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)和應(yīng)用，自動化的概念擴(kuò)展為：用機(jī)器包括計(jì)算機(jī)代替或輔助人的體力勞動和腦力勞動，按照需求和目標(biāo)，靈活、自動地完成特定的作業(yè)。3、今天，柔性自動化制造技術(shù)是指：在廣義制造過程中的所有環(huán)節(jié)采用自動化技術(shù)，即對制造全過程進(jìn)行優(yōu)化規(guī)劃、組織、運(yùn)作、協(xié)調(diào)、控制與管理，以實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、敏捷和綠色生產(chǎn)的目標(biāo)，并取得社會經(jīng)濟(jì)效益。2二、柔性自動化制造技術(shù)在形式上的三層含義

1、代替人的體力勞動；2、代替或輔助人的腦力勞動；3、實(shí)現(xiàn)制造系統(tǒng)中人、機(jī)及整個系統(tǒng)的協(xié)調(diào)、管理、控制和優(yōu)化。3三、柔性自動化制造技術(shù)在功能上的含義

可用TQCSEF模型來描述柔性自動化制造技術(shù)的目標(biāo)。

T（Time）——時間，加速新產(chǎn)品研制，縮短交貨期Q（Quality）——質(zhì)量C（Cost）——成本S（Service）——服務(wù)E（Environment）——環(huán)保F（Flexible）——柔性42.1.2柔性自動化制造技術(shù)的發(fā)展歷程及現(xiàn)狀一、發(fā)展歷程的第一種劃分方法（三個階段）

加工箱體類零件的組合機(jī)床自動線剛性自動化設(shè)備--自動/半自動機(jī)床、組合機(jī)床、組合機(jī)床自動線；對象--單一品種大批量生產(chǎn)自動化；特點(diǎn)--生產(chǎn)效率高、加工品種單一。5柔性自動化設(shè)備--NC、CNC、FMC、FMS等。對象--多品種小批量甚至單件生產(chǎn)自動化；綜合自動化經(jīng)營管理、開發(fā)設(shè)計(jì)、加工裝配、質(zhì)量保證自動化，CIMS等。

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柔性制造系統(tǒng)7制造自動化技術(shù)的主要形式

柔性自動化50年代焊接機(jī)器人綜合自動化70年代綜合自動化8二、發(fā)展歷程的第二種劃分方法（五個階段）1、第一階段（1913年－）：剛性自動化，包括剛性生產(chǎn)線和自動單機(jī)。

該階段技術(shù)在20世紀(jì)40年代已經(jīng)相當(dāng)成熟。特點(diǎn)：大批量生產(chǎn)；僅適用于單一品種新技術(shù)：繼電器程序控制組合機(jī)床2、第二階段（1930－）：數(shù)控加工，包括數(shù)控和計(jì)算機(jī)數(shù)控。其中數(shù)控在20世紀(jì)50-70年代發(fā)展迅速并已成熟，70-80年代計(jì)算機(jī)數(shù)控加工取代了數(shù)控加工。特點(diǎn)：柔性好；適用于多品種中小批量生產(chǎn)新技術(shù)：數(shù)控技術(shù)、計(jì)算機(jī)編程技術(shù)等9二、發(fā)展歷程的第二種劃分方法（五個階段）3、第三階段（1965年－）：柔性制造，包括計(jì)算機(jī)直接控制（DNC）、FMS和FMC。

特點(diǎn)：柔性、高效率；適用于多品種中小批量生產(chǎn)新技術(shù)：DNC，F(xiàn)MS，監(jiān)控技術(shù)……4、第四階段（1973－）：計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)CIMSCIMS在20世紀(jì)80年代以來發(fā)展迅速。特點(diǎn)：強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)性和集成性；新技術(shù)：現(xiàn)代制造技術(shù)、管理技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動化技術(shù)、信息技術(shù)、系統(tǒng)工程技術(shù)……10二、發(fā)展歷程的第二種劃分方法（五個階段）5、第五階段（1991年－）：智能制造系統(tǒng)（IMS），包括計(jì)算機(jī)直接控制（DNC）、FMS和FMC。

1990年4月由日本倡導(dǎo)。特點(diǎn)：集成日本的企業(yè)技術(shù)、歐共體的精密工程技術(shù)、美國的系統(tǒng)技術(shù)等以上介紹五個階段，是國外發(fā)達(dá)國家的發(fā)展歷程。我國與國外發(fā)達(dá)國家相比，有所滯后，目前正在努力跟進(jìn)。11柔性制造單元（FlexibleManufacturingCell，簡稱FMC）是一種最簡單的柔性加工系統(tǒng)，通常由單臺加工中心及托盤輸送裝置（或工業(yè)機(jī)器人）組成。由一臺臥式鏜銑類加工中心和自動化的托盤庫組成的柔性制造單元121、FMS的定義根據(jù)“中華人民共和國國家軍用標(biāo)準(zhǔn)”有關(guān)“武器裝備柔性制造系統(tǒng)術(shù)語”的定義，柔性制造系統(tǒng)（FMS）是數(shù)控加工設(shè)備、物料運(yùn)儲裝置和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)等組成的自動化制造系統(tǒng)，包括多個柔性制造單元，能根據(jù)制造任務(wù)或生產(chǎn)環(huán)境的變化迅速調(diào)整，適用于多品種、中小批量生產(chǎn)。美國制造工程師協(xié)會(SME)的計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)和應(yīng)用協(xié)會把柔性制造系統(tǒng)定義為“使用計(jì)算機(jī)、柔性加工單元和集成物料儲運(yùn)裝置完成零件族某一工序或一系列工序的一種集成制造系統(tǒng)”。13更直觀的定義是：“柔性制造系統(tǒng)是至少由兩臺數(shù)控機(jī)床，一套物料運(yùn)輸系統(tǒng)（從裝載到卸載具有高度自動化）和一套計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)所組成的制造自動化系統(tǒng)。它采用簡單改變軟件的方法便能制造出某些部件中的任何零件”。綜上所述，各種定義的描述方法雖然有所不同，但都反映了FMS應(yīng)具備以下特點(diǎn)：硬件組成兩臺以上的數(shù)控機(jī)床或加工中心以及其他加工設(shè)備，包括測量機(jī)、清洗機(jī)、動平衡機(jī)、各種特種加工設(shè)備等；一套能自動裝卸的運(yùn)輸系統(tǒng)，包括刀具儲運(yùn)和工件及原材料儲運(yùn)。具體結(jié)構(gòu)可采用傳輸帶、有軌小車、無軌小車、搬運(yùn)機(jī)器人、上下料托盤站等；一套計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及信息通信網(wǎng)絡(luò)。14FMS的組成15柔性制造系統(tǒng)仿真16軟件組成FMS的運(yùn)行控制系統(tǒng)；FMS的質(zhì)量保證系統(tǒng)；FMS的數(shù)據(jù)管理和通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。FMS必須具備的功能能自動管理零件的生產(chǎn)過程，自動控制制造質(zhì)量，自動進(jìn)行故障診斷及處理，自動進(jìn)行信息收集及傳輸；簡單地改變軟件或系統(tǒng)參數(shù)，便能制造出某一零件族的多種零件；物料的運(yùn)輸和儲存必須為自動(包括刀具等工裝和工件的自動運(yùn)輸)；能解決多機(jī)床條件下零件的混流加工，且無需額外增加費(fèi)用；具有優(yōu)化調(diào)度管理功能，能實(shí)現(xiàn)無人化或少人化加工。17二、加工系統(tǒng)中常用的加工設(shè)備簡介1、目前FMS的加工對象主要有兩大類：棱柱體類回轉(zhuǎn)體類2、加工中心加工中心（MachiningCenter，MC）是一種備有刀庫并能按預(yù)定程序自動更換刀具，對工件進(jìn)行多工序加工的高效數(shù)控機(jī)床。棱柱體類：常用鏜銑加工中心回轉(zhuǎn)體類：常用車削加工中心18臥式加工中心

1-主軸頭2-刀庫3-刀庫4-立柱底座

5-回轉(zhuǎn)工作臺、6-工作臺底座

19自動化倉庫示意圖

20運(yùn)輸小車21計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)CIMSCIMS的體系結(jié)構(gòu)

指以信息的觀點(diǎn)建立的企業(yè)模型框架（或功能模型）。CIMS功能模型通常由5個分系統(tǒng)組成CIMS體系結(jié)構(gòu)22

廣義制造：

市場調(diào)研與預(yù)測/產(chǎn)品設(shè)計(jì)選材與工藝設(shè)計(jì)生產(chǎn)準(zhǔn)備生產(chǎn)加工質(zhì)量保證/生產(chǎn)過程管理市場營銷/售前售后服務(wù)/報(bào)廢后的回收處理產(chǎn)品壽命循環(huán)周期內(nèi)一系列相互聯(lián)系的活動23產(chǎn)品全生命周期生產(chǎn)銷售使用維護(hù)/服務(wù)報(bào)廢/回收規(guī)劃設(shè)計(jì)/確認(rèn)制造概念設(shè)計(jì)24

20世紀(jì)70年代以來，隨著電子信息技術(shù)、自動化技術(shù)的發(fā)展以及各種先進(jìn)制造技術(shù)的進(jìn)步，制造系統(tǒng)中許多以自動化為特征的單元技術(shù)得以廣泛應(yīng)用。如CAD、CAPP、CAM、工業(yè)機(jī)器人、FMS等單元技術(shù)的應(yīng)用，為企業(yè)帶來顯著效益。然而，人們同時發(fā)現(xiàn)，如果局部發(fā)展這些自動化單元技術(shù)，會產(chǎn)生“自動化孤島”現(xiàn)象?！白詣踊聧u”具有較大封閉性，相互之間難以實(shí)現(xiàn)信息的傳遞與共享，從而降低系統(tǒng)運(yùn)行的整體效率，甚至造成資源浪費(fèi)。CIMS的基本概念與其發(fā)展概況一、CIM和CIMS的概念

25“自動化孤島”26例：離散制造業(yè)CADCAPPCAMCAEROBOTFMSFAS自動化立體倉庫MRPIIOAMISDSS銷售系統(tǒng)DatabaseNetwork未經(jīng)集成化處理的計(jì)算機(jī)應(yīng)用,形成了多個“自動化孤島”Internet27

自動化單元如果能夠?qū)崿F(xiàn)信息集成，則各種生產(chǎn)要素之間的配置會得到更好的優(yōu)化，各種生產(chǎn)要素的潛力可以得到更大的發(fā)揮，各種資源浪費(fèi)可以減少，從而獲得更好的整體效益。這正是計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)的出發(fā)點(diǎn)。

將“自動化孤島”集成在一起28串行模式

SerialMode設(shè)計(jì)工藝制造裝配測試修改意見反饋29設(shè)計(jì)概念模型快速制模生產(chǎn)模具投入批產(chǎn)市場銷售

在產(chǎn)品生命周期不同階段工程更改的費(fèi)用將以指數(shù)增加$10$100$1,000$10,000$100,000$???產(chǎn)品設(shè)計(jì)決定企業(yè)興衰30產(chǎn)品設(shè)計(jì)雖然只占產(chǎn)品整個成本的5％，但它卻影響產(chǎn)品整個成本的70％。產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)字化的技術(shù)的發(fā)展31并行模式

(ConcurrentMode)設(shè)計(jì)工藝制造裝配測試修改意見反饋323、企業(yè)集成：傳統(tǒng)企業(yè)：“小而全”、“大而全”；“兩頭小，中間大”現(xiàn)代企業(yè)：必須面對全球經(jīng)濟(jì)、全球制造的新形勢，充分利用全球的制造資源（包括智力資源），更快、更好、更省地響應(yīng)市場

針對某一特定產(chǎn)品，建立企業(yè)動態(tài)聯(lián)盟（即所謂虛擬企業(yè)，VirtualEnterprise），提倡“扁平式”企業(yè)兩頭大：即強(qiáng)大的新產(chǎn)品設(shè)計(jì)、開發(fā)能力和強(qiáng)大的市場開拓能力

中間小：指加工制造的設(shè)備能力可以小，多數(shù)零部件可以靠協(xié)作解決

以虛擬制造、敏捷制造為代表產(chǎn)品不再適應(yīng)市場，動態(tài)聯(lián)盟解散33CIMS發(fā)展簡況（國外）

美國——不僅企業(yè)重視，國家也極為重視，認(rèn)為CIM是奪回失去市場、取得競爭成功的關(guān)鍵技術(shù)，并將不可逆轉(zhuǎn)地成為21世紀(jì)占主導(dǎo)地位的新的生產(chǎn)方式。20世紀(jì)80年代初，美國國家標(biāo)準(zhǔn)局（NBA）所屬AMRF（自動化研究實(shí)驗(yàn)基地）建立了世界上第一個CIMS實(shí)驗(yàn)系歐共體——1984年開始實(shí)施ESPRIT（歐洲信息技術(shù)研究戰(zhàn)略計(jì)劃），在130個合作項(xiàng)目中，關(guān)于CIM項(xiàng)目占28項(xiàng)日本——CNC