第8章自动化与信息化课件.ppt

1、机电工程学院机电工程学院主要内容主要内容n柔性制造技术柔性制造技术n集成制造技术集成制造技术n计算机集成制造系统计算机集成制造系统n信息化带动自动化信息化带动自动化机电工程学院机电工程学院柔性制造技术柔性制造技术 n 柔性制造系统的组成、原理柔性制造系统的组成、原理n 柔性制造系统的类型、应用柔性制造系统的类型、应用n FMS FMS 加工系统的配置加工系统的配置n FMS FMS 物流系统的组成物流系统的组成n FMS FMS 控制管理系统简介控制管理系统简介机电工程学院机电工程学院柔性制造技术和柔性制造系统柔性制造技术和柔性制造系统 柔性制造技术（柔性制造技术（FMTFlexible Ma

2、nufacturing FMTFlexible Manufacturing TechnologyTechnology）是集数控技术、计算机技术、机器人技术、）是集数控技术、计算机技术、机器人技术、现代管理技术为一体的现代制造技术，主要用于多品种现代管理技术为一体的现代制造技术，主要用于多品种小批量或变批量生产。小批量或变批量生产。柔性柔性指制造系统能够适应产品变化的能力指制造系统能够适应产品变化的能力 柔性制造系统（柔性制造系统（FMSFMS）是由数控加工设备、物料运储）是由数控加工设备、物料运储装置和计算机控制系统等组成的自动化制造系统。装置和计算机控制系统等组成的自动化制造系统。它包它包括

3、多个柔性制造单元，能根据制造任务或生产环境的变括多个柔性制造单元，能根据制造任务或生产环境的变化迅速进行调整，适用于多品种、中小批量生产。化迅速进行调整，适用于多品种、中小批量生产。(“(“中中华人民共和国国家军用标准华人民共和国国家军用标准”)柔性制造系统是柔性制造技术的主要应用形式。柔性制造系统是柔性制造技术的主要应用形式。机电工程学院机电工程学院柔性制造系统组成柔性制造系统组成柔性制造系统柔性制造系统加工系统加工系统物流系统物流系统控制与管理系统控制与管理系统加工设备加工设备辅助设备辅助设备检测设备检测设备工件流工件流刀具流刀具流过程控制过程控制过程调度过程调度过程监视过程监视 以任意顺

4、序自动以任意顺序自动加工多种工件，自动加工多种工件，自动更换工件和刀具，增更换工件和刀具，增加功能后可实现工件加功能后可实现工件自动清洗与测量等自动清洗与测量等 满足可变节拍满足可变节拍生产的物料自动识生产的物料自动识别、存储、输送和别、存储、输送和交换的要求。增加交换的要求。增加功能后可实现刀具功能后可实现刀具预调和管理等预调和管理等 加工系统和物加工系统和物流系统的自动控制流系统的自动控制和作业协调，在线和作业协调，在线资料自动采集和处资料自动采集和处理，运行仿真及故理，运行仿真及故障诊断等障诊断等机电工程学院机电工程学院1 1 很强的柔性制造能力很强的柔性制造能力2 2 设备利用率高设备

5、利用率高3 3 劳动生产率高劳动生产率高4 4 自动化程度高，产品质量稳定自动化程度高，产品质量稳定5 5 经济效益高经济效益高柔性制造系统特点柔性制造系统特点机电工程学院机电工程学院（5 5）能力柔性）能力柔性 当生产量改变、系统也能经济运行的能力。当生产量改变、系统也能经济运行的能力。（6 6）扩展柔性）扩展柔性 根据生产任务的需求，可以很容易地调整系统根据生产任务的需求，可以很容易地调整系统结构的能力。结构的能力。制造自动化系统的柔性描述制造自动化系统的柔性描述（2 2）工艺柔性）工艺柔性 是当工艺流程不变时自身适应产品或原材料是当工艺流程不变时自身适应产品或原材料变化的能力；二是制造系

6、统内为适应产品或原材料变化而变化的能力；二是制造系统内为适应产品或原材料变化而改变相应工艺的难易程度。改变相应工艺的难易程度。（3 3）产品柔性）产品柔性 系统能够非常经济和迅速地生产出新产品的系统能够非常经济和迅速地生产出新产品的能力，以及对原有产品可用特性的继承能力和兼容能力。能力，以及对原有产品可用特性的继承能力和兼容能力。（4 4）维护柔性）维护柔性 采用多种方式查询、处理故障，保障生产正采用多种方式查询、处理故障，保障生产正常进行的能力常进行的能力。（1 1）机器柔性）机器柔性 当要求生产一系列不同类型的产品时，当要求生产一系列不同类型的产品时，机器随产品变化而加工不同零件的难易程度

7、。机器随产品变化而加工不同零件的难易程度。机电工程学院机电工程学院柔性制造系统的类型柔性制造系统的类型1 1 柔性制造单元柔性制造单元（FMCFlexible Manufacturing CellFMCFlexible Manufacturing Cell）FMCFMC由单台计算机控制的数控机床或加工中心、环形托由单台计算机控制的数控机床或加工中心、环形托盘输送装置或工业机器人组成。盘输送装置或工业机器人组成。2 2 柔性制造生产线柔性制造生产线（FMLFMLFlexible Manufacturing Flexible Manufacturing LineLine）将将FMSFMS中的各机床

8、按工中的各机床按工艺过程布局，可以有生产节艺过程布局，可以有生产节拍，但是可变的加工生产线，拍，但是可变的加工生产线，是刚性自动线与柔性制造系是刚性自动线与柔性制造系统的一种结合。统的一种结合。244FM摩托车发动机汽缸加工自动线摩托车发动机汽缸加工自动线机电工程学院机电工程学院柔性制造系统的类型柔性制造系统的类型3 3 柔性制造系统柔性制造系统（FMSFMS）它由两台或两台以上的数控机床或加工中心或柔性制造它由两台或两台以上的数控机床或加工中心或柔性制造单元所组成，配有工件自动上下料装置（如托盘交换装置、单元所组成，配有工件自动上下料装置（如托盘交换装置、机器人）、自动输送装置、自动化仓库等

9、，由计算机控制系机器人）、自动输送装置、自动化仓库等，由计算机控制系统进行加工控制、计划调度安排及工况监测。统进行加工控制、计划调度安排及工况监测。机电工程学院机电工程学院柔性制造系统的适用范围柔性制造系统的适用范围0 10 100 1000 少少 零件品种数零件品种数 多多10000100010010大大 零件批量零件批量 小小数控机床通用机床数控机床通用机床柔性制造单元柔性制造单元柔性制造系统柔性制造系统柔性制造生产线柔性制造生产线专用机床专用机床自动线自动线生产率提高生产率提高柔性增大柔性增大机电工程学院机电工程学院二、柔性制造单元（二、柔性制造单元（FMCFMC）1.FMC1.FMC的

10、结构的结构 FMCFMC是在制造单元的基础上发展起来的、是在制造单元的基础上发展起来的、又具有柔性制造系统的部分特点的一种制造单又具有柔性制造系统的部分特点的一种制造单元。元。它具有独立自动加工的功能，部分还具有自动它具有独立自动加工的功能，部分还具有自动传送和监控管理的功能，可实现某些零件的多传送和监控管理的功能，可实现某些零件的多品种、小批量的加工。品种、小批量的加工。机电工程学院机电工程学院二、柔性制造单元（二、柔性制造单元（FMCFMC）1.FMC1.FMC的结构的结构n 加工中心配上托盘交换系统加工中心配上托盘交换系统 主要以托盘交换系统为特征，一般具有主要以托盘交换系统为特征，一般

11、具有5 5个以个以上的托盘，组成环形回转式托盘库。上的托盘，组成环形回转式托盘库。n 数控机床配工业机器人数控机床配工业机器人 最一般的形式由二台数控车床配上机器人，加最一般的形式由二台数控车床配上机器人，加上工件传输系统组成。上工件传输系统组成。机电工程学院机电工程学院加工中心配托盘交换系统加工中心配托盘交换系统机电工程学院机电工程学院数控机床配工业机器人数控机床配工业机器人机电工程学院机电工程学院2.FMC2.FMC的效益的效益 采用采用FMCFMC比采用若干单台的数控机床或加工中心，具比采用若干单台的数控机床或加工中心，具有更显著的技术经济效益，主要体现在如下几个方面：有更显著的技术经济

12、效益，主要体现在如下几个方面：（1 1）增加柔性，降低库存）增加柔性，降低库存 与单台加工中心相比，与单台加工中心相比，FMCFMC可以实现多品种配套加工。可以实现多品种配套加工。（2 2）可实现）可实现2424小时连续运转，降低生产成本小时连续运转，降低生产成本 （3 3）便于实现计算机集成制造系统）便于实现计算机集成制造系统 机电工程学院机电工程学院三、柔性制造线（三、柔性制造线（FMLFML）FMLFML是介于单一或小品种大批量传统自动线与中小批量是介于单一或小品种大批量传统自动线与中小批量多品种柔性制造线之间的生产线。多品种柔性制造线之间的生产线。加工设备加工设备可以是通用的加工中心、

13、可以是通用的加工中心、CNCCNC机床；亦可采用专用机床；亦可采用专用机床或机床或NCNC机床，对物料搬运系统柔性的要求低于机床，对物料搬运系统柔性的要求低于FMSFMS，但生，但生产率更高。产率更高。它以离散型生产中的柔性制造系统和连续生产过程中的分散它以离散型生产中的柔性制造系统和连续生产过程中的分散型控制系统型控制系统(DCS)(DCS)为代表，其为代表，其特点是实现生产线柔性化及自特点是实现生产线柔性化及自动化。动化。机电工程学院机电工程学院（1 1）加工模块）加工模块 加工模块的开发是构建柔性制造线的重加工模块的开发是构建柔性制造线的重要内容。加工模块是一种通用部件，是专为柔性制造线

14、使要内容。加工模块是一种通用部件，是专为柔性制造线使用而设计的。主轴的无级调速是所有加工模块的必备条件。用而设计的。主轴的无级调速是所有加工模块的必备条件。（2 2）刀具的准备和供应）刀具的准备和供应 在在FMLFML中，当生产批量很小、刀中，当生产批量很小、刀具寿命较短和工件品种更换频繁时，可考虑采用自动换刀，具寿命较短和工件品种更换频繁时，可考虑采用自动换刀，此时刀库可设在加工模块上或设立中央刀库来提供各种刀此时刀库可设在加工模块上或设立中央刀库来提供各种刀具。具。（3 3）工件输送及输送节拍）工件输送及输送节拍 FMLFML的物料输送具有定向性，的物料输送具有定向性，而而FMSFMS的物

15、料输送则无一定方向和次序。工件输送可分为的物料输送则无一定方向和次序。工件输送可分为直接输送和随行夹具输送两种方式。直接输送和随行夹具输送两种方式。（4 4）对控制系统的要求）对控制系统的要求 虽然虽然FMLFML的控制装置与的控制装置与FMSFMS所使所使用的相同，由于用的相同，由于FMLFML的工件输送是定向的，因而对控制装的工件输送是定向的，因而对控制装置的功能要求较少，这样可大大简化了控制软件的复杂性。置的功能要求较少，这样可大大简化了控制软件的复杂性。机电工程学院机电工程学院四、柔性制造系统（四、柔性制造系统（FMSFMS）FMSFMS是一种高效率、高精度、高柔性的加工系统。是一种高

16、效率、高精度、高柔性的加工系统。FMSFMS更为直观的定义是：更为直观的定义是：“柔性制造系统至少是由两台机床、柔性制造系统至少是由两台机床、一套物料运储系统（从装载到卸载具有高度自动化）和一一套物料运储系统（从装载到卸载具有高度自动化）和一套计算机控制系统所组成的制造系统。它通过简单改变软套计算机控制系统所组成的制造系统。它通过简单改变软件的方法便能制造出多种零件中的任何一种零件件的方法便能制造出多种零件中的任何一种零件”。FMSFMS主要由加工系统（数控加工设备，一般是加工中主要由加工系统（数控加工设备，一般是加工中心）、物料运储系统（工件和刀具运输和存储）以及计算心）、物料运储系统（工件

17、和刀具运输和存储）以及计算机控制系统（中央计算机及其网络）组成。机控制系统（中央计算机及其网络）组成。机电工程学院机电工程学院FMSFMS的加工对象的加工对象1)1)棱柱体类（包括箱体形、平板形）棱柱体类（包括箱体形、平板形）由立、卧式加工中心，数控组合机床（数控专用机床、可由立、卧式加工中心，数控组合机床（数控专用机床、可换主轴箱机床、模块化多动力头数控机床等）和托盘交换换主轴箱机床、模块化多动力头数控机床等）和托盘交换器等构成；器等构成；2)2)回转体类（长轴形、盘套形）回转体类（长轴形、盘套形）由数控车床、车削中心、数控组合机床和上下料机械手或由数控车床、车削中心、数控组合机床和上下料机

18、械手或机器人及棒料输送装置等构成。机器人及棒料输送装置等构成。机电工程学院机电工程学院1.1.加工系统加工系统 加工系统通常由若干台加工系统通常由若干台CNCCNC机床或机床或CNCCNC板材加工设备组板材加工设备组成。待加工的工件类别将决定成。待加工的工件类别将决定FMSFMS所采用的设备形式。所采用的设备形式。按加工工件类别来划分，加工系统的主要类型包括：按加工工件类别来划分，加工系统的主要类型包括：（1 1）以加工箱体类零件为主的）以加工箱体类零件为主的FMSFMS，这类，这类FMSFMS配备有数控加工配备有数控加工中心；中心；（2 2）以加工回转体类零件为主的）以加工回转体类零件为主的

19、FMSFMS，这类，这类FMSFMS配备有配备有CNCCNC车车削中心和削中心和CNCCNC车床或车床或CNCCNC磨床；磨床；（3 3）适于混合零件加工的）适于混合零件加工的FMSFMS，即能够加工箱体类零件和回，即能够加工箱体类零件和回转体类零件的转体类零件的FMSFMS，它们既配备有，它们既配备有CNCCNC加工中心，又配加工中心，又配备有备有CNCCNC车削中心或车削中心或CNCCNC车床；车床；（4 4）用于专门零件加工的）用于专门零件加工的FMSFMS，如加工齿轮等零件的，如加工齿轮等零件的FMSFMS，它，它除配备有除配备有CNCCNC车床外还需配备车床外还需配备CNCCNC齿轮

20、加工车床。齿轮加工车床。机电工程学院机电工程学院FMSFMS目标目标 在中批量生产中采用在中批量生产中采用NC技术技术(数控数控)；提供一种能加工某些零件族的生产设备，通过改变程序还提供一种能加工某些零件族的生产设备，通过改变程序还可以加工其它零件族可以加工其它零件族(柔性柔性)；提供一种能自动编排作业计划、自动进行加工和检查的成提供一种能自动编排作业计划、自动进行加工和检查的成套生产设备套生产设备(自动化自动化)；提供一种对加工工序以及生产设备的监控功能提供一种对加工工序以及生产设备的监控功能(检测监控检测监控)；建立独立的加工模块，能方便地组合成生产单元，必要时建立独立的加工模块，能方便地

21、组合成生产单元，必要时还可重新组合还可重新组合(可重构性可重构性)；减少传统制造系统固有的空闲时间，提高设备利用率减少传统制造系统固有的空闲时间，提高设备利用率(高高效性效性)。机电工程学院机电工程学院 FMS FMS 对机床的要求对机床的要求1 1 工序集中工序集中2 2 控制功能强、柔性好控制功能强、柔性好3 3 具有通信接口具有通信接口4 4 高刚度、高精度、高速度高刚度、高精度、高速度5 5 其它要求其它要求a)a)使用经济性好使用经济性好b)b)操作性、可靠性、维修性好操作性、可靠性、维修性好c)c)自保护性、自维护性好自保护性、自维护性好d)d)对环境的适应性与保护性好对环境的适应

22、性与保护性好e)e)技术资料齐全，机床上的各种显示、标记等清楚，机床外形、颜色技术资料齐全，机床上的各种显示、标记等清楚，机床外形、颜色美观且与系统协调。美观且与系统协调。机电工程学院机电工程学院1.1.多工位的数控加工系统多工位的数控加工系统/机床机床目前目前FMS中的机床有两种趋势：中的机床有两种趋势：1)采用强功能的多主轴加工中心，采用强功能的多主轴加工中心，并配以可适用于不同类型并配以可适用于不同类型机床的模块化计算机软件，通过软件机床的模块化计算机软件，通过软件(控制软件，加工软件控制软件，加工软件)来来提高提高FMS的柔性。的柔性。2)可变模块化机床：可变模块化机床：加工系统由标准

23、模块加工系统由标准模块(各类工作台、床身、各类工作台、床身、立柱、主轴、加工头、卡盘、刀库等立柱、主轴、加工头、卡盘、刀库等)装配而成，并可根据不装配而成，并可根据不同加工要求进行改装。此时的系统柔性主要取决于硬件。同加工要求进行改装。此时的系统柔性主要取决于硬件。要达到通用性，要达到通用性，FMS的加工模块的加工模块(机床机床)是独立的，有独立是独立的，有独立的刀库和自动刀座更换装置，其机械装置、电子装置、加工的刀库和自动刀座更换装置，其机械装置、电子装置、加工控制、设备监测都是独立的。但都有标准接口与其它控制、设备监测都是独立的。但都有标准接口与其它FMS组组件相连接。件相连接。机电工程学

24、院机电工程学院2.2.物料运储系统物料运储系统 在在FMSFMS中，需要经常将工件装夹在托板（有的称随中，需要经常将工件装夹在托板（有的称随行夹具）上进行输送和搬运。通过物料输送系统可以实行夹具）上进行输送和搬运。通过物料输送系统可以实现工件在机床之间、加工单元之间、自动仓库与机床或现工件在机床之间、加工单元之间、自动仓库与机床或加工单元之间以及托板存放站与机床之间的输送和搬运。加工单元之间以及托板存放站与机床之间的输送和搬运。有时还负责刀具和夹具运输。有时还负责刀具和夹具运输。FMSFMS物料系统主要完成两种不同的工作：物料系统主要完成两种不同的工作：工件的输工件的输送和工件的存储。送和工件

25、的存储。工件输送包括两部分：工件输送包括两部分：一是系统与外一是系统与外界的工件交换；二是零件、工具和配套件等在系统内部的搬界的工件交换；二是零件、工具和配套件等在系统内部的搬运。在一般情况下，前者需要人工干预，即工件送入系统和运。在一般情况下，前者需要人工干预，即工件送入系统和装夹工件都是人工操作，而后者可以在计算机的统一管理和装夹工件都是人工操作，而后者可以在计算机的统一管理和控制下自动完成。工件输送系统所用的运输工具为运输小车、控制下自动完成。工件输送系统所用的运输工具为运输小车、辊式运送带、传输带和搬运机器人等。辊式运送带、传输带和搬运机器人等。机电工程学院机电工程学院2.2.物料运储

26、系统物料运储系统物料运物料运储储系统把各台机床连接在一起，形成物流式生产系统把各台机床连接在一起，形成物流式生产系统。系统。目前典型的物料运输方式有：目前典型的物料运输方式有：辊柱式：辊柱式：滚子、辊柱式传送带。滚子、辊柱式传送带。往复式：往复式：轨道式传输。轨道式传输。牵引式：牵引式：链驱动牵引车，磁牵引导向车。链驱动牵引车，磁牵引导向车。AGV自动导向车自动导向车 机器人机器人机电工程学院机电工程学院典型的典型的FMS物料流动形式：物料流动形式：直线式、树形、环形、网形。直线式、树形、环形、网形。机电工程学院机电工程学院工件的流动始终受计算机跟踪、监控。常用的工件的流动始终受计算机跟踪、监

27、控。常用的FMS跟踪跟踪工件路径方法有：工件路径方法有：直接跟踪方法：直接跟踪方法：根据工件的重量、形状、颜色或固定在工件根据工件的重量、形状、颜色或固定在工件上的编码介质来识别工件、跟踪监测其运动路径。上的编码介质来识别工件、跟踪监测其运动路径。间接跟踪方法：间接跟踪方法：编码被固定在运载工件的装置编码被固定在运载工件的装置(小车小车)上，然上，然后识别跟踪之。后识别跟踪之。另外，物料运贮系统有一个工件安装区，在此处将工件装另外，物料运贮系统有一个工件安装区，在此处将工件装夹在托盘上夹在托盘上(实际工作台实际工作台)，托盘被送到传输系统后，将工件号，托盘被送到传输系统后，将工件号输入计算机，

28、由计算机确定其加工路线，并将它送至相应加输入计算机，由计算机确定其加工路线，并将它送至相应加工站。在整个加工过程中只装夹一次。还有刀具库及其管理工站。在整个加工过程中只装夹一次。还有刀具库及其管理系统。系统。机电工程学院机电工程学院3.FMS3.FMS控制系统控制系统FMS控制系统既完成生产管理，又完成加工过程和设备控制系统既完成生产管理，又完成加工过程和设备的控制，且都采用多级的控制，且都采用多级(递阶递阶)控制方案，各级都有计算机系控制方案，各级都有计算机系统。统。(1)(1)管理控制级管理控制级(分厂分厂/车间车间)任务：生产计划调度、生产控制和任务：生产计划调度、生产控制和FMS管理、

29、数据库维管理、数据库维护。护。计划调度任务包括：任务分解计划调度任务包括：任务分解(月到周的计划月到周的计划)、工艺过、工艺过程设计、设备计划调度、零件族分配、零件程序设计、资源程设计、设备计划调度、零件族分配、零件程序设计、资源配置、重新计划调度、发出生产指令、生产优化、生产仿真、配置、重新计划调度、发出生产指令、生产优化、生产仿真、调度维护、质量控制等等。调度维护、质量控制等等。控制任务包括：系统启控制任务包括：系统启/停、生产命令的路线选定、生产停、生产命令的路线选定、生产监控、与操作者的交互和引导、系统恢复、报告生成监控、与操作者的交互和引导、系统恢复、报告生成(生产率、生产率、完工零

30、件、质量、废品、系统问题完工零件、质量、废品、系统问题)。机电工程学院机电工程学院(2)(2)监控级监控级(车间车间/单元单元)任务：任务：实施生产计划，并协调和监视各生产设备的工实施生产计划，并协调和监视各生产设备的工作。作。计划实施任务：计划实施任务：日作业计划日作业计划(周到日的计划周到日的计划)、机床、机床、刀具、诊断、物料运储、质量控制、刀具、诊断、物料运储、质量控制、NC程序及其分配等。程序及其分配等。控制任务：设备协调、操作数据评价、工件流控制、控制任务：设备协调、操作数据评价、工件流控制、支持和指导操作人员。支持和指导操作人员。机电工程学院机电工程学院加工系统的监控内容加工系统

31、的监控内容 通信及接口、数据采集与交换、与系统内各设备通信及接口、数据采集与交换、与系统内各设备间的协调、与系统外的协调、间的协调、与系统外的协调、NCNC控制、控制、PLCPLC控制、控制、误动作、加工时间、生产业绩、故障诊断、故障误动作、加工时间、生产业绩、故障诊断、故障预警、故障档案、过程决策与处理等预警、故障档案、过程决策与处理等 机床机床 主轴转动、主轴负载、进给驱动、切削力、振动、主轴转动、主轴负载、进给驱动、切削力、振动、噪声、切削热等噪声、切削热等 夹具夹具安装、精度、夹紧力等安装、精度、夹紧力等 刀具刀具识别、交换、损伤、磨损、寿命、补偿等识别、交换、损伤、磨损、寿命、补偿等

32、 工件工件识别、交换、装夹等识别、交换、装夹等 其它其它切屑、切削液、温度、湿度、油压、气压、电压、切屑、切削液、温度、湿度、油压、气压、电压、火灾等火灾等 形状精度、尺寸精度、表面粗糙度、合格率等形状精度、尺寸精度、表面粗糙度、合格率等 监监控控功功能能 设备运行状态设备运行状态 切削切削加工加工状态状态 产品质量状态产品质量状态机电工程学院机电工程学院FMS FMS 物流系统物流系统 物流是物流是FMSFMS中物料流动的总称。在中物料流动的总称。在FMSFMS中流动的物料主中流动的物料主要有工件、刀具、夹具、切屑及切削液。要有工件、刀具、夹具、切屑及切削液。物流系统主要由输送装置、交换装置

33、、缓冲装置和存物流系统主要由输送装置、交换装置、缓冲装置和存储装置等组成。储装置等组成。机电工程学院机电工程学院FMS FMS 物流系统物流系统FMSFMS物流系统对输送装置的要求物流系统对输送装置的要求:1)1)通用性通用性 2)2)变更性变更性 3)3)扩展性扩展性4)4)灵活性灵活性 5)5)可靠性可靠性6)6)安全性安全性机电工程学院机电工程学院 计算机控制系统通过主控计算机或分布式计算机控制系统通过主控计算机或分布式计算机系统来实现系统的主要控制功能。控制计算机系统来实现系统的主要控制功能。控制系统通常采用系统通常采用3 3层分布式体系结构。层分布式体系结构。第一层第一层:设备层设备

34、层第二层第二层:工作站层工作站层(中间层中间层)第三层第三层:单元层（最高层）单元层（最高层）FMSFMS中的单元层控制系统，即单元控制器是中的单元层控制系统，即单元控制器是FMSFMS控制系统的核心，也是实现控制系统的核心，也是实现FMSFMS柔性的主要柔性的主要组成部分。组成部分。FMSFMS除了上述三个主要组成部分之外，除了上述三个主要组成部分之外，FMSFMS还还包括冷却系统、刀具监视和管理系统、切屑排除包括冷却系统、刀具监视和管理系统、切屑排除系统以及零件的自动清洗和自动测量设备等附属系统以及零件的自动清洗和自动测量设备等附属系统。系统。机电工程学院机电工程学院FMSFMS控制管理系

35、统控制管理系统自动仓库自动仓库AGVAGV小车小车交通管理交通管理车间计算机车间计算机中央管理计算机中央管理计算机最最高高层层中中间间层层设设备备层层 负责全面管负责全面管理、协调和控制理、协调和控制FMSFMS的各项活动的各项活动 协调各种设备协调各种设备的操作的操作执行各种操作执行各种操作管理系统体系结构：管理系统体系结构：多级计算机递阶控制多级计算机递阶控制A制造单元制造单元计算机计算机物流管理物流管理计算机计算机B制造单元制造单元计算机计算机机器人机器人机电工程学院机电工程学院采用采用FMSFMS，具有以下显著的优点和效益：，具有以下显著的优点和效益：（1 1）减少直接生产工人，提高劳

36、动生产率）减少直接生产工人，提高劳动生产率 （2 2）有很强的柔性制造能力）有很强的柔性制造能力 （3 3）充分提高机床的利用率）充分提高机床的利用率 （4 4）提高产品质量）提高产品质量 （5 5）减少在制品数量和库存容量，提高对市场的反应能力）减少在制品数量和库存容量，提高对市场的反应能力 （6 6）减少设备成本与占地面积）减少设备成本与占地面积 （7 7）FMSFMS可以逐步地实施计划可以逐步地实施计划 （8 8）加强了管理控制功能，便于构成计算机集成制造系统）加强了管理控制功能，便于构成计算机集成制造系统 （CIMSCIMS）机电工程学院机电工程学院 随着计算机技术的发展，随着计算机技

37、术的发展，7070年代国外提出了年代国外提出了“计算计算机集成制造机集成制造”模式，按该模式构成的制造系统称为模式，按该模式构成的制造系统称为计算计算机集成制造系统机集成制造系统，该系统以计算机网络和数据库为基础，该系统以计算机网络和数据库为基础，企图利用计算机软硬件将企业的经营、管理、计划、产企图利用计算机软硬件将企业的经营、管理、计划、产品设计、加工制造、销售及服务等全部生产活动集成起品设计、加工制造、销售及服务等全部生产活动集成起来，将各种资源集成起来，将人、机系统集成起来，实来，将各种资源集成起来，将人、机系统集成起来，实现整个企业的信息集成和功能集成。现整个企业的信息集成和功能集成。

38、第二节第二节 集成制造技术集成制造技术机电工程学院机电工程学院一、制造系统的构成一、制造系统的构成（1 1）制造系统的结构方面）制造系统的结构方面 制造系统是制造过程所涉及的制造系统是制造过程所涉及的硬件硬件（包括人员、设备、（包括人员、设备、物料流、各种辅助装置等）及物料流、各种辅助装置等）及相关软件相关软件（包括制造理论、（包括制造理论、制造技术和制造信息等）组成的一个统一整体。制造技术和制造信息等）组成的一个统一整体。（2 2）制造系统的功能方面）制造系统的功能方面 制造系统是一个将制造资源（原材料、能源、劳动力制造系统是一个将制造资源（原材料、能源、劳动力等）转变为成品或半成品的输入输

39、出系统。等）转变为成品或半成品的输入输出系统。（3 3）制造系统的过程方面）制造系统的过程方面 制造系统是制造生产的运行过程，包括市场分析、产制造系统是制造生产的运行过程，包括市场分析、产品设计、工艺编制、制造实施、检验出厂、产品销售等多品设计、工艺编制、制造实施、检验出厂、产品销售等多个环节的制造全过程。个环节的制造全过程。机电工程学院机电工程学院机械制造系统含有三种流机械制造系统含有三种流：（1 1）物料流）物料流n机械加工系统机械加工系统输入的是原材料或坯料输入的是原材料或坯料（有时也包括半成品）（有时也包括半成品）以及相应的刀具、量具、夹具、润滑油、切削液和其它辅助物以及相应的刀具、量

40、具、夹具、润滑油、切削液和其它辅助物料等，经过输送、装夹、加工检验等过程，最后料等，经过输送、装夹、加工检验等过程，最后输出半成品或输出半成品或产品产品（一般还伴随着切屑的输出）。（一般还伴随着切屑的输出）。n整个加工过程（包括加工准备阶段）是整个加工过程（包括加工准备阶段）是物料输入和输出物料输入和输出的动的动态过程，这种物料在机械加工系统中的运动被称为态过程，这种物料在机械加工系统中的运动被称为物料流物料流。机电工程学院机电工程学院（2 2）信息流）信息流 n 在机械加工系统中，必须集成各个方面的信息，以保证在机械加工系统中，必须集成各个方面的信息，以保证机械加工过程的正常进行。机械加工过

41、程的正常进行。n 主要包括加工任务、加工工序、加工方法、刀具状态、主要包括加工任务、加工工序、加工方法、刀具状态、工件要求、质量指标、切削参数等等。工件要求、质量指标、切削参数等等。n 静态信息静态信息（如工件尺寸要求、公差大小等）（如工件尺寸要求、公差大小等）n 动态信息动态信息（如刀具磨损程度、机床故障状态等）（如刀具磨损程度、机床故障状态等）n 系统不断地与机械加工过程的各种状态进行信息交换，系统不断地与机械加工过程的各种状态进行信息交换，从而有效地控制机械加工过程，以保证机械加工的效率从而有效地控制机械加工过程，以保证机械加工的效率和产品质量。这种信息在机械加工系统中的作用过程称和产品

42、质量。这种信息在机械加工系统中的作用过程称为为信息流信息流。机电工程学院机电工程学院（3 3）能量流）能量流n 机械加工系统是一个动态系统，其动态过程是机械加工机械加工系统是一个动态系统，其动态过程是机械加工过程中的各种运动过程，需要能量来维持。过程中的各种运动过程，需要能量来维持。n 来自机械加工系统外部的能量（一般是电能），多数转来自机械加工系统外部的能量（一般是电能），多数转变为机械能。一部分机械能用以维持系统中的各种运动，变为机械能。一部分机械能用以维持系统中的各种运动，另一部分通过传递、损耗而达到机械加工的切削区域，另一部分通过传递、损耗而达到机械加工的切削区域，转变为分离金属的动能

43、和势能。转变为分离金属的动能和势能。n 这种在机械加工过程中的能量运动称为这种在机械加工过程中的能量运动称为能量流能量流。n 制造系统中的制造系统中的物料流、信息流、能量流物料流、信息流、能量流之间相互联系，之间相互联系，相互影响，组成了一个不可分割的有机整体。相互影响，组成了一个不可分割的有机整体。机电工程学院机电工程学院二、集成思想二、集成思想n集成（集成（IntegrationIntegration）与系统。）与系统。n系统是由相互作用和相互依赖的若干组成部分结合而成系统是由相互作用和相互依赖的若干组成部分结合而成的具有特定功能的有机整体。的具有特定功能的有机整体。n将这些有机整体再次彼

44、此之间协调，而形成一个更大的将这些有机整体再次彼此之间协调，而形成一个更大的有机整体，即一个更大的系统。即为有机整体，即一个更大的系统。即为 “集成集成”。n制造企业实现集成的益处就是避免自动化孤岛的出现，制造企业实现集成的益处就是避免自动化孤岛的出现，具体来说体现在如下几点：具体来说体现在如下几点：（1 1）减少数据冗余，实现信息共享）减少数据冗余，实现信息共享 （2 2）便于合理的规划和分布数据）便于合理的规划和分布数据 （3 3）便于进行规模优化）便于进行规模优化 （4 4）便于实施并行工程，提高工作效率和效益）便于实施并行工程，提高工作效率和效益 机电工程学院机电工程学院三、集成的基本

45、要求与方式三、集成的基本要求与方式1.1.集成的基本要求集成的基本要求 集成的最终目的集成的最终目的是令组成新系统的各子系统是令组成新系统的各子系统有机地和协调地工作，以发挥整体效益，达到整有机地和协调地工作，以发挥整体效益，达到整体优化，这种集成也称为体优化，这种集成也称为系统集成系统集成。当然每个分。当然每个分系统内部的集成也是一种小范围、小规模的集成，系统内部的集成也是一种小范围、小规模的集成，但它是系统集成的基础，二者相互联系。但它是系统集成的基础，二者相互联系。机电工程学院机电工程学院 要实现集成必须满足以下的基本要求：要实现集成必须满足以下的基本要求：（1 1）包括数控机床、自动化

46、小车在内的各种加）包括数控机床、自动化小车在内的各种加工设备以及计算机等通讯设备在内的部分或全部工设备以及计算机等通讯设备在内的部分或全部的的硬件资源硬件资源。（2 2）包括系统软件、工具软件及应用软件在内）包括系统软件、工具软件及应用软件在内的的软件资源软件资源。（3 3）在软硬件及网络的基础上，建立一个良好）在软硬件及网络的基础上，建立一个良好的企业信息模型，做到的企业信息模型，做到信息共享信息共享。（4 4）企业各职能部门必须）企业各职能部门必须协调一致协调一致，使企业管，使企业管理、技术和生产的三个主要职能紧密联系。理、技术和生产的三个主要职能紧密联系。（5 5）强调集成过程中）强调集

47、成过程中人的地位和作用人的地位和作用。机电工程学院机电工程学院2.2.集成的方式集成的方式n 集成的方式有硬件集成，软件集成，数据和信息集成，管集成的方式有硬件集成，软件集成，数据和信息集成，管理、技术和生产等功能集成以及人和组织机构的集成。理、技术和生产等功能集成以及人和组织机构的集成。n 硬件集成指在计算机网络系统和数据库系统的支撑下实现硬件集成指在计算机网络系统和数据库系统的支撑下实现计算机上层与工厂底层执行设备的集成。计算机上层与工厂底层执行设备的集成。n 软件集成是指系统软件软件集成是指系统软件(如操作系统等如操作系统等)、工具软件及应用、工具软件及应用软件之间的集成，即解决软件的异

48、构问题。软件之间的集成，即解决软件的异构问题。n 管理、技术和生产等功能集成是指工厂为完成战略目标，管理、技术和生产等功能集成是指工厂为完成战略目标，各职能部门统一协调地工作。各职能部门统一协调地工作。n 人和组织机构的集成是指充分提高人在企业中的地位。强人和组织机构的集成是指充分提高人在企业中的地位。强调企业和供应商、顾客之间的良好合作，强调友好的人机调企业和供应商、顾客之间的良好合作，强调友好的人机界面和专家系统的引入。人是系统中最为重要和活跃的因界面和专家系统的引入。人是系统中最为重要和活跃的因素，已成为系统集成重点考虑的因素之一。素，已成为系统集成重点考虑的因素之一。机电工程学院机电工

49、程学院n制造系统中许多以自动化为特征的单元技术得以制造系统中许多以自动化为特征的单元技术得以广泛应用。广泛应用。nCAD、CAPP、CAM、工业机器人、工业机器人、FMS等单元等单元技术技术n“自动化孤岛自动化孤岛”现象。现象。CIMCIM和和CIMSCIMS的应用背景的应用背景 机电工程学院机电工程学院机电工程学院机电工程学院例：离散制造业例：离散制造业CADCAPPCAMCAEROBOTFMSFAS自动化自动化立体仓库立体仓库MRPIIOAMISDSS销售系统销售系统Database未经集成化处理的未经集成化处理的计算机应用计算机应用,形成了多个形成了多个“自动化孤岛自动化孤岛”Inter

50、net机电工程学院机电工程学院 自动化单元如果能够实现信息集成，自动化单元如果能够实现信息集成，则各种生产要素则各种生产要素之间的配置会得到更好的优化，各种生产要素的潜力可以之间的配置会得到更好的优化，各种生产要素的潜力可以得到更大的发挥，各种资源浪费可以减少，从而获得更好得到更大的发挥，各种资源浪费可以减少，从而获得更好的整体效益。这正是计算机集成制造系统的出发点。的整体效益。这正是计算机集成制造系统的出发点。将将“自动化孤岛自动化孤岛”集成在一起集成在一起机电工程学院机电工程学院一、概述一、概述计算机集成制造（计算机集成制造（CIMCIM）的概念是）的概念是19731973年首先由美国学年