自動化制造系統(tǒng)第四章

自動化制造系統(tǒng)第四章自動化制造系統(tǒng)概述傳感器與執(zhí)行器技術(shù)控制器設(shè)計方法與實現(xiàn)工業(yè)機器人技術(shù)應(yīng)用柔性制造系統(tǒng)（FMS）介紹計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）探討目錄CONTENTS01自動化制造系統(tǒng)概述定義自動化制造系統(tǒng)是一種集成了先進制造技術(shù)、信息技術(shù)和自動化技術(shù)，實現(xiàn)制造過程自動化、智能化和高效化的系統(tǒng)。發(fā)展歷程自動化制造系統(tǒng)經(jīng)歷了從機械化、電氣化、自動化到智能化的發(fā)展歷程，隨著計算機技術(shù)和人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展，自動化制造系統(tǒng)的智能化程度不斷提高。定義與發(fā)展歷程自動化制造系統(tǒng)通常由加工設(shè)備、物流系統(tǒng)、信息系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等組成。組成自動化制造系統(tǒng)具有加工、檢測、裝配、物流、信息處理和控制等功能，能夠?qū)崿F(xiàn)制造過程的自動化、智能化和高效化。功能自動化制造系統(tǒng)組成及功能機械制造汽車制造航空航天電子信息自動化制造系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域自動化制造系統(tǒng)在機械制造領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，如數(shù)控機床、加工中心、柔性制造系統(tǒng)等。航空航天領(lǐng)域?qū)Ξa(chǎn)品質(zhì)量和精度要求極高，自動化制造系統(tǒng)能夠滿足其高精度、高質(zhì)量的生產(chǎn)需求。汽車制造是自動化制造系統(tǒng)的另一個重要應(yīng)用領(lǐng)域，包括車身焊接、涂裝、總裝等生產(chǎn)線。電子信息產(chǎn)業(yè)對生產(chǎn)效率和成本控制要求較高，自動化制造系統(tǒng)能夠提高生產(chǎn)效率和降低成本。02傳感器與執(zhí)行器技術(shù)利用光電效應(yīng)，將光信號轉(zhuǎn)換為電信號。常見于檢測物體有無、顏色、距離等。光電傳感器溫度傳感器壓力傳感器位移傳感器測量物體或環(huán)境的溫度，并將其轉(zhuǎn)換為可讀的電信號。常見類型有熱電偶、熱敏電阻等。測量氣體或液體的壓力，并將其轉(zhuǎn)換為電信號。常用于監(jiān)控工藝流程中的壓力變化。測量物體的位置或位移量。常見類型有電位器、LVDT（線性可變差動變壓器）等。傳感器類型及工作原理通過電動機驅(qū)動，實現(xiàn)直線或旋轉(zhuǎn)運動。常用于控制閥門、開關(guān)等。電動執(zhí)行器氣動執(zhí)行器液壓執(zhí)行器利用壓縮空氣作為動力源，驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)動作。具有快速響應(yīng)、大力矩輸出等特點。以液壓油為工作介質(zhì)，通過液壓泵驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)。適用于需要大負載、高精度控制的場合。030201執(zhí)行器類型及工作原理通過安裝各種傳感器，實時監(jiān)測生產(chǎn)線上物料、設(shè)備狀態(tài)等信息，確保生產(chǎn)順利進行。生產(chǎn)線監(jiān)控利用傳感器檢測產(chǎn)品質(zhì)量特性，如尺寸、重量、顏色等，實現(xiàn)自動化質(zhì)量檢測與分選。質(zhì)量控制通過分析傳感器采集的數(shù)據(jù)，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備異?；蚬收羡E象，采取相應(yīng)措施進行維修或預(yù)防性維護。設(shè)備故障診斷與預(yù)防在裝配線上使用執(zhí)行器控制機械臂、傳送帶等設(shè)備，實現(xiàn)零部件的自動抓取、定位和裝配。自動化裝配傳感器與執(zhí)行器在自動化制造中應(yīng)用03控制器設(shè)計方法與實現(xiàn)控制器類型及特點分析比例控制器（P控制器）通過比例系數(shù)調(diào)節(jié)輸出與輸入之間的誤差，實現(xiàn)快速響應(yīng)。但單獨使用時可能導致穩(wěn)態(tài)誤差。積分控制器（I控制器）對誤差進行積分，消除穩(wěn)態(tài)誤差。但單獨使用時可能導致系統(tǒng)不穩(wěn)定。微分控制器（D控制器）預(yù)測誤差的變化趨勢，提前進行調(diào)節(jié)，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。但對噪聲敏感，可能放大高頻干擾。PID控制器結(jié)合比例、積分、微分三種控制作用，實現(xiàn)快速、準確、穩(wěn)定的控制效果。需合理調(diào)整參數(shù)以達到最佳性能。123基于傳遞函數(shù)和頻率響應(yīng)等方法，通過根軌跡、波特圖等工具進行控制器設(shè)計。適用于單輸入單輸出線性定常系統(tǒng)。經(jīng)典控制理論基于狀態(tài)空間描述，采用最優(yōu)控制、魯棒控制等方法進行控制器設(shè)計。適用于多輸入多輸出、非線性、時變系統(tǒng)?，F(xiàn)代控制理論如模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等，通過模擬人類思維或?qū)W習過程進行控制器設(shè)計。適用于難以建立精確數(shù)學模型的復(fù)雜系統(tǒng)。智能控制方法控制器設(shè)計方法論述選擇控制器類型根據(jù)被控對象特性和控制要求，選擇合適的控制器類型（如PID控制器）。確定被控對象明確需要控制的物理量及其動態(tài)特性，建立數(shù)學模型。設(shè)計控制器參數(shù)采用經(jīng)典控制理論或現(xiàn)代控制理論等方法，設(shè)計控制器的參數(shù)（如比例系數(shù)、積分時間常數(shù)、微分時間常數(shù)等）。系統(tǒng)調(diào)試與優(yōu)化在實際運行中對控制系統(tǒng)進行調(diào)試，觀察控制效果，根據(jù)需要調(diào)整控制器參數(shù)以達到最佳性能。實現(xiàn)控制器將設(shè)計好的控制器參數(shù)應(yīng)用于實際控制系統(tǒng)中，通過編程或硬件實現(xiàn)控制算法?？刂破鲗崿F(xiàn)過程舉例04工業(yè)機器人技術(shù)應(yīng)用工業(yè)機器人的定義與發(fā)展歷程工業(yè)機器人的組成與工作原理工業(yè)機器人的分類及應(yīng)用領(lǐng)域工業(yè)機器人概述及分類提高生產(chǎn)效率與產(chǎn)品質(zhì)量降低生產(chǎn)成本與人力成本實現(xiàn)柔性制造與智能制造工業(yè)機器人在自動化制造中作用工業(yè)機器人的編程語言與編程方式工業(yè)機器人的維護與保養(yǎng)知識工業(yè)機器人的基本操作與示教方法工業(yè)機器人的安全與防護措施工業(yè)機器人編程與操作實踐05柔性制造系統(tǒng)（FMS）介紹柔性制造系統(tǒng)（FlexibleManufacturingSystem，F(xiàn)MS）是一種高度自動化的制造系統(tǒng)，能夠適應(yīng)不同品種、不同批量的生產(chǎn)需求，具有高度的靈活性和可重構(gòu)性。FMS定義FMS主要由加工設(shè)備、物料儲運系統(tǒng)、計算機控制系統(tǒng)等組成。其中，加工設(shè)備包括數(shù)控機床、加工中心等；物料儲運系統(tǒng)負責物料的存儲、運輸和分配；計算機控制系統(tǒng)則是FMS的大腦，負責整個系統(tǒng)的調(diào)度和控制。組成要素FMS定義和組成要素FMS能夠適應(yīng)不同品種、不同批量的生產(chǎn)需求，實現(xiàn)快速響應(yīng)市場變化。高度靈活性FMS可以根據(jù)生產(chǎn)需求的變化進行快速調(diào)整和重構(gòu)，提高生產(chǎn)效率?？芍貥?gòu)性FMS特點和優(yōu)勢分析高度自動化：FMS采用先進的計算機控制系統(tǒng)，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動化和智能化。FMS特點和優(yōu)勢分析03提高產(chǎn)品質(zhì)量FMS采用先進的加工設(shè)備和精確的控制系統(tǒng)，可以提高產(chǎn)品質(zhì)量和一致性。01提高生產(chǎn)效率FMS通過優(yōu)化生產(chǎn)流程和提高設(shè)備利用率，可以顯著提高生產(chǎn)效率。02降低生產(chǎn)成本FMS通過減少生產(chǎn)準備時間和提高設(shè)備利用率，可以降低生產(chǎn)成本。FMS特點和優(yōu)勢分析汽車制造行業(yè)01在汽車制造行業(yè)中，F(xiàn)MS被廣泛應(yīng)用于發(fā)動機、變速器等關(guān)鍵零部件的生產(chǎn)中。通過FMS的應(yīng)用，可以實現(xiàn)多品種、小批量的高效生產(chǎn)，提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。航空航天領(lǐng)域02在航空航天領(lǐng)域，F(xiàn)MS被用于飛機發(fā)動機、航空座椅等復(fù)雜零部件的加工。FMS的高度靈活性和可重構(gòu)性能夠滿足航空航天產(chǎn)品多樣化、高精度的生產(chǎn)需求。模具制造行業(yè)03在模具制造行業(yè)中，F(xiàn)MS可以實現(xiàn)模具的快速制造和精確加工。通過FMS的應(yīng)用，可以縮短模具制造周期，提高模具質(zhì)量和生產(chǎn)效率。FMS在自動化制造中應(yīng)用案例06計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）探討計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）是一種組織、管理與運行企業(yè)生產(chǎn)的新哲理、新思想和新方法。它借助計算機軟、硬件，綜合運用現(xiàn)代管理技術(shù)、制造技術(shù)、信息技術(shù)、自動化技術(shù)、系統(tǒng)工程技術(shù)等，將企業(yè)生產(chǎn)全部過程中有關(guān)的人、技術(shù)、經(jīng)營管理三要素及其信息流與物流有機地集成并優(yōu)化運行，以實現(xiàn)產(chǎn)品高質(zhì)、低耗、上市快，從而使企業(yè)贏得市場競爭。CIMS定義CIMS體系結(jié)構(gòu)包括生產(chǎn)/制造系統(tǒng)、經(jīng)營管理系統(tǒng)、工程設(shè)計自動化系統(tǒng)、質(zhì)量保證系統(tǒng)以及計算機網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫分系統(tǒng)等。這些分系統(tǒng)通過計算機網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)實現(xiàn)信息集成，形成一個有機整體。CIMS體系結(jié)構(gòu)CIMS定義和體系結(jié)構(gòu)計算機網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)實現(xiàn)各分系統(tǒng)之間的信息集成和共享。先進制造技術(shù)包括CAD/CAM、CAPP、CAE等，提高產(chǎn)品設(shè)計和制造水平。CIMS關(guān)鍵技術(shù)和挑戰(zhàn)CIMS關(guān)鍵技術(shù)和挑戰(zhàn)管理信息系統(tǒng)實現(xiàn)對企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營活動的全面監(jiān)控和管理。質(zhì)量控制技術(shù)保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高產(chǎn)品競爭力。技術(shù)更新快隨著科技的不斷進步，新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，要求企業(yè)不斷更新和升級CIMS系統(tǒng)。投資成本高構(gòu)建CIMS系統(tǒng)需要投入大量的人力、物力和財力，對企業(yè)的經(jīng)濟實力要求較高。信息集成難度高由于各分系統(tǒng)涉及不同的技術(shù)領(lǐng)域和業(yè)務(wù)流程，信息集成難度較大。CIMS關(guān)鍵技術(shù)和挑戰(zhàn)隨著人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的發(fā)展，CIMS將實現(xiàn)更高程度的自動化和智能化，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量