1、11机械制造自动化发展简史（1）1870年，自动机床走进制造行业。（2）1895年，发明多轴自动车床。（3）1924年，机械制造自动线诞生。（4）1952年，数控（NC, Numerical Control）机床发明。2（5）二十世纪六十年代以来， 主机：计算机数控（CNC, Computerized Numerical Control）机床， 辅助工序和设计规划：A工业机器人（IR, Industrial Robot），B无人搬运车（AGV, Automated Guided Vehicle），C计算机辅助设计（CAD, Computer Aided Design），D计算机辅助编制工艺（C
2、APP, Computer Aided Process Planning），E计算机辅助制造（CAM, Computer Aided Manufacturing ）。（6）1967年，提出了柔性制造系统（FMS, Flexible Manufacturing System）的专利申请。 制造自动化技术发展史上的又一个里程碑！32学习本课程应达到以下目的：（1）认识柔性制造自动化技术产生和发展的规律，熟悉多学科成果交叉融合的科技创新方法；（2）把握柔性制造自动化系统的范例，领悟举一反三的创造性思维方法；（3）分析柔性制造系统的特点，学习从特殊性中寻求普遍规律的科学研究方法；（4）掌握柔性制造自动
3、化系统的概貌和设计思想，为今后对其设计或管理准备知识基础；（5）了解柔性制造自动化的特征技术，为今后对其深入研究准备入门知识。4第一章 柔性制造系统 1-1 从自动线到柔性制造系统一、刚性自动线的特点： 前提：单一品种、大批量生产； 基础：稳定成熟的工艺； 特点：等节奏、快节拍、工序分散； 构成：制造设备（主机）按工艺流程排列，被工件自动输送设备和辅助设备联成一条生产线； 自动：在控制设备的控制下，自动完成工件的装卸、输送、定位夹紧、切削加工、切屑排除、质量检测。图115二、柔性制造系统产生的背景以市场经济为基础的现代制造业，面临着严峻的挑战，制造厂商要想在激烈的市场竞争中获利，必须将单一品种
4、大批量生产模式转变成多品种小批量生产模式，并解决以下问题：（1）当产品变更时，制造系统的基本设备配置不应变化；（2）按订单生产，在库的零部件和产品不能多；（3）能在很短时间内交货；（4）产品质量高，而价格应低于大批量生产模式下制造出来的产品；（5）面对劳动力市场高龄、高学历、高工资带来的困难，制造系统应该有很高的自动化水平，并能够在无人（或少人）的条件下长时间连续运行。在些背景下，柔性制造系统（Flexible Manufacturing System, FMS）诞生了。6 1-2 柔性制造系统的功能及适应范围一、FMS的基本组成及主要功能1基本组成一个制造系统被称为柔性制造系统，至少应包含三
5、个基本组成部分，即：（1）数控（NC）机床，即主机；（2）物流系统，即毛坯、工件、刀具的存贮、输送、交换系统；（3）控制整个系统运行的计算机系统。图1272主要功能（1）自动制造功能。在柔性制造系统中，由数控机床这类设备承担制造任务；（2）自动交换工件和刀具的功能；（3）自动输送工件和刀具的功能；常见的FMS具有以下功能：（4）自动保管毛坯、工件、半成品、工夹具、模具的功能；（5）自动监视功能。即刀具磨损、破损的监测、自动补偿、自诊断等；（6）作业计划与调度功能。二、FMS的适用范围图13 图14图128 1-3 FMS的结构与分类一、FMS的结构（8）信息管理及控制装置；图15（1）加工设备
6、；图12（2）装配设备；图17（3）检测设备；图18（5）物料交换设备；图111（6）装卸站；图112（7）物料保管设备；图113（9）辅助设备。图114（4）输送设备；图19图110图16图113图111 9二、FMS的分类：1按FMS承担的制造任务，可将FMS分成：2按机床与物料输送系统的组合方式，有人将柔性零件加工系统分成：（1）柔性零件加工系统；（2）柔性检测系统；（3）柔性装配系统。（2）FMC 群；（4）FTL（Flexible Transfer Line)。图BT10（1）FMC（Flexible Manufacturing Cell）；图BT2（3）FMS（典型） ；图116图
7、113图18图BT.1图614图117图BT1110三、FMC与FMS的区别：从广义上讲FMC与典型FMS都属于柔性制造系统，但深究一下它们之间的区别，可以归纳成：（1）FMC是由单台（或少数几台）制造设备构成的小系统，而FMS可以是由很多设备构成的大系统；（2）FMC只具有某一种制造功能，而典型FMS应该有多种制造功能，例如加工、检测、装配等；（3）FMC是自动化制造孤岛，而典型FMS应该与上位计算机系统联网并交换信息；（4）一个很小的FMS其功能也比复杂的FMC强大得多。11第二章 柔性装配系统根据柔性装配系统（FAS，Flexible Assembly System）的主体设备，可将FA
8、S分为三类：（1）以自动装配机为核心的FAS；（2）以装配机器人为核心的FAS；（3）以焊接机器人为核心的FAS。12 2-1柔性装配系统的特征一、装配流水线的组成三要素：（1）输送；（2）供料；（3）装配。二、柔性装配系统的特征：（1）具有四个组成要素：供料、送料、装配和输送；（2）模块化。图21图22图23图24图25图26图2113 2-2柔性装配系统的控制技术一、机器人控制器1手臂控制（1）加减速控制，（2）伺服控制，（3）力控制 。2手（工具）控制图27图2814二、PLC1夹具 2供料装置（1）专用供料装置；（2）零件盘（托盘）；（3）送料装置；（4）料斗式供料装置。3送料装置三、
9、监控图2715 2-3柔性装配系统的传感技术一、视觉传感器1机器视觉的结构2应用实例（1）电阻检测 ；（2）零件识别 ；（3）电子元件组装 ；（4）工件搬运。图29图210图211图212图21316二、光电传感器1组成与分类2应用实例（1）二极管色标检测；（2）螺母正反面判别；（3）螺孔检测；（4）安全光栏。图214图215图216图217表2117三、位移传感器1分类与工作原理（1）光（激光）位移传感器 ；（2）超声波位移传感器。2应用实例（1）底板翘曲检测；（2）电子元件插入高度判别；（3）玻璃厚度测定。图218图219图220图221图22218四、接近传感器1工作原理和分类 2应用实
10、例（1）机器人握紧信号的传送；（2）螺钉拧紧状态检测；（3）零件计数。五、压力传感器：1动作原理2气压监测表22图225图226图227图228图223图224表2319 2-4 柔性装配系统实例一、电扇装配工艺流程和装配系统布局电扇装配经历了如下步骤：（1）悬挂式输送机把电扇座（在其他车间铸塑成形）输送到装配系统的入口，机器人把电扇座搬到电扇座传送带的托盘上；（2）装配机器人把帽盖螺栓拧入电扇座，然后抓来装饰板，把它压到位，并拧紧帽盖；（3）电扇座掉头；（4）自动装配机和机器人完成压弯装饰板脚、组装导杆组件、组装按钮、组装定时器、组装电容器等作业；图229图23020（5）一位工人安装中间软
11、管、塑料软管、隔板；（6）5台机器人布线并焊接头；（7）装底板、电扇座掉头；（8）三位工人组装电机支架、定时调节器、电机、导线、激光焊接电机端子板，自动装配机装电机后罩、旋钮；（9）自动检测电扇的性能、工人检查其外观；（10）机器人从传送带上搬走成品。21二、电扇柔性装配系统的主体结构1系统构成2关键设备（1）装配机器人；（2）YAG激光自动焊接装置；（3）输送器模块；（4）控制系统。三、效果（1）减人92；（2）更换装配流程的时间减少92；（3）制造准备时间减少25；（4）日产（三班）量5000台。图232图235图236图237图233 图234图231图23022第三章 人与柔性制造自动
12、化系统 3-1人机合一的制造观一、人与机器的相互包容性机器的引进促使人与机器在制造系统中重新分工，影响：（1）生产关系，即生产中人与人的关系；（2）制造模式，即劳动组织形式；（3）社会结构。二、劳动力资源与柔性制造自动化需要柔性制造自动化的场合：（1）人与制造环境相互排斥；（2）严格要求产品一致；（3）受人体的体能制约；（4）民族利益和国家安全。23三、人在柔性制造自动化系统中的定位1超现实“无人化”的弊端（1）高投入、低回报；（2）高复杂度、低可靠性。2“人机合一”制造观的基础（1）人类的自然愿望；（2）技术和经济的条件；（3）宜人的环境。243人在柔性制造自动化系统中的定位（2）定位： 规
13、划； 准备工序； 巡回监视； 突发事件处理。（1）人们投身制造业的动机： 热爱制造业；热爱制造业的七个因素：A. 多样性；B. 创造力的发挥；C. 主观能动性；D. 反馈效果；E. 趣味；F. 学到技艺；G. 对社会的贡献。 鉴于良好的人际关系； 寄希望于工作的未来。25 3-2面向操作人员的数控机床一、传统数控机床的缺陷二、数控机床面向操作人员面向操作人员的数控机床的特点：（1）结构简单；（2）性能可不断提高。三、面向操作人员的人机界面1加工过程的可视化；2让机床操作部件产生触感；3定性与定量相结合的信息显示。图3126 3-3面向现场工作人员的柔性制造自动化系统一、系统特点1分析、处理柔性
14、制造系统故障的流程（1）监视有关传感器和显示器的输入、输出信号；（2）分析系统的运行状态，判断故障是否发生，指示故障的类型；（3）参照系统的原设计目标，研究处理故障的目的和方法；（4）采取具体措施，使系统恢复正常运行。2特点：拥有一个界面，使现场工作人员能方便从事“非决定论处理”。27二、系统结构1结构及其特点（1）传感器与数据存贮块（DAC,Data Carrier）同行，（2）多传感器融合，（3）宜人接口。2实验系统图32图33图34 托盘站 : P/S , 终端 : POP,Point Production ,作业站 : EWS , 人机接口 : I/F 。28 3-4人机协调的柔性装配
15、系统一、人与机器的互补性 生产效率， 装配质量， 对新产品的支持。二、人机协调的柔性装配系统1特性（1）由人和机器组成，（2）人机互相学习，（3）人机协调工作。2四项支撑技术：（1）机器状态信息的传递，（2）机器对人的培训，（3）人的技能的传授，（4）人对机器的培训。图3529三、机器向人学习1机器分检（1）获取信息，（2）自动编程，（3）分料 。2人分检（1）观察，（2）分检，（3）放置。3机器学习人分检（1）观测，（2）分检，（3）放置。图36图37图38图3930四、人与机器相互学习、共同进步1提高机器人水平的三种方式： 自我提高， 相互促进， 专家帮助。2机器人维护专家系统图310 通
16、报， 自诊断， 综合诊断， 传授。特征 :31第四章 柔性制造自动化系统的机床特征 4-1适用于FMS的机床特征 结构布局便于工件自动交换， 有大容量刀库或辅助刀库， 综合加工能力强， 高性能， 通信接口， 清洗、排屑、刀具管理、监控。图111 图41图BT6图43图44图45图111图BT7图4232 4-2面向FMS的加工中心一、加工中心的改造 增加刀具数量 增加辅助刀库 用机器人交换刀具 目 自动交换工件 增加自动交换工件装置 的 改造自动交换工件装置 与 识别托盘号 措 提高数控功能 扩大内存 施 检索外存贮器程序号 增加双向通信接口 其他 无人化功能 与小车接口33二、加工中心的选用
17、1选用要点（1）工件自动交换，（2）刀具自动交换，（3）NC系统，（4）加工精度的稳定性，（5）排屑问题，（6）功能扩展，（7）可靠性，（8）可维护性。342重点考察的技术条款：（1）托盘尺寸、各数控轴行程、联动轴数，（2）主轴转速范围、最大输出功率和力矩，（3）主轴刀柄锥号和主轴轴承直径，（4）刀库容量和刀库允许存放刀具的最大直径、长度、重量，（5）快速进给速度和切削进给速度，（6）刀具自动交换（ATC）和托盘自动交换（APC）时间，（7）主轴振摆和机床座标系的原点偏移，（8）定位精度和重复定位精度，（9）分度精度和重复精度，（10）螺距误差补偿和反向间隙补偿。图4635三、加工中心的重要功
18、能1刀具存贮与自动换刀（1）盘式刀库，（2）链式刀库，（3）盒式刀库；（4）架式刀库。2工件自动交换（1）平行式APC，（2）旋转式APC。3接触传感器（1）工件自动找正，（2）刀具破损监测。4加工尺寸检测与自动补偿5功率监控（1）切削状态的功率监视，（2）切削状态的自适应控制。图47图48图49图410图411图111图412图413图414图415图413图416图417图41836 4-3车削中心一、概述二、车削中心的主要结构特点1主轴箱2刀架3对置式刀架三、主要工艺特点1多轴数控加工2加工综合化3加工节奏快图419图420图421图422图425图426图423图42437四、车削中心
19、的功能扩展1加工汽车铝车轮的车削中心2车削中心的功能及其实现措施3自动换刀（ATC）与自动换爪（AJC）（1）ATC功能，（2）AJC功能。4运行监视（1）工件装卡状态监视，（2）活动顶尖支承状态监视，（3）刀具磨损监视。图429图431图430图427图428图432图433图43438第五章 柔性制造系统的刀具及刀具管理 5-1柔性制造自动化对刀具的要求及对策一、对刀具的要求 控制刀具的数量， 刀具自动交换， 高可靠性。39二、对策1可靠性对策2超常刀具自动交换对策3刀具数量控制对策（1）产品设计模块化和标准化，（2）刀具设计模块化和标准化，（3）开发车、铣通用刀具，（4）采用复合刀具和多
20、刃刀具，（5）充分利用机床的数控功能。图51图52图53图54图5540 5-2刀具管理系统的设备配置一、设备配置 管理站， 零件柜， 刀具组装站， 刀具预调仪， 刀具缓存站， 加工中心盘形刀库， NC车床的回转刀架， 换刀机械手， 备用刀具库， 盘形刀库交换器， 读写器， 盘形刀库用托盘， 控制器， 夹具调整装置。二、实例：CACCIMS刀具管理系统图56图57图5841 5-3刀具识别和刀具预调一、刀具编码与编码环识别二、标识块识别系统1原理及应用（1）标识块，（2）读写器，（3）识别控制单元。2标识块刀具识别系统图59图510图511图512图513图514图515图BT542三、刀具预
21、调1刀具预调仪（1）测量头，（2）测量架，（3）刀架。2预调步骤（1）装刀，（2）快进（自动），（3）慢进（手动），（4）调整，（5）读数。图51643 5-4刀具管理系统的运作过程1.制定刀具准备计划2.刀具准备3.刀具入库图51744 5-5刀具监控1.刀具直接监控 图像匹配法， 接触法。图413452.刀具间接监控 常用的方法有： 工件表面质量监测：用激光（或红外）传感器检测工件加工表面的粗糙度； 切削温度监测：用热电偶检测工件与刀具之间的切削温度； 超声波监测：用超声波换能器与接受器检测主动发射超声波的反射波； 振动监测：用加速度计或振动传感器检测加工过程中的振动信号； 切削力监测：用
22、应变力传感器或压电力传感器，检测切削力、切削分力的比值； 功率监测：用互感器、分流器、功率传感器等，检测主电机或进给电机的功率； 声发射监测：用声发射传感器检测加工中的声发射信号及其特征参量。463.刀具破损声发射监测 声发射 ：AE , Acoustic Emission 实例。图518图519 原理,47第六章 工业机器人 6-1工业机器人及其结构一、概述二、工业机器人的结构 1执行系统 手 腕 工 臂 业 立柱 机 行走机构 器 2驱动系统 液压驱动 人 电力驱动 的 气压驱动 组 3控制系统 作业控制器 成 运动控制器 驱动控制器 4检测系统 图61图62图63图64图65图66工业机
23、器人 ：IR , Industrial Robot ; Robota 48 6-2工业机器人分类及选用一、分类1按控制系统的 控制性能 自动型机器人 智能型机器人 编程方式 可编程序式机器人 示教再现式机器人 数控控制式机器人 控制方式 点位控制式机器人 连续轨迹控制机器人 控制机构 开关型机器人 伺服型机器人 2按驱动方式 液压式机器人 气动式机器人 电动式机器人图67493按抓举重量和动作范围 大型机器人( 100 - 1000kg ) 中型机器人( 10 - 100kg ) 小型机器人( 0.1 - 10kg )4按机构的结构形式 圆柱座标机器人 极座标机器人 直角座标机器人 多关节机器
24、人图68b图68c图68a图68d50二、选用要点 机器人名称与型号， 主要用途， 类别， 结构型式， 自由度数， 抓重， 动作范围及速度， 定位方式， 控制方式， 定位精度， 驱动方式， 驱动源， 编程方法和程序容量， 外形尺寸（长宽高）和重量， 外部同步信号和控制系统的电源规格。51 6-3工业机器人的应用一、选用工业机器人的目的1提高生产力（44.5）（1）为提高人均产量（10）；（2）为降低产品成本（13.8）；（3）为稳定产品质量（6.5）；（4）为提高生产设备的安全性（3.9）；（5）为弥补劳动力不足（10.3）。2改善工人工作条件（24.9）（1）为防止职业病（2.5）；（2）为
25、防止工伤事故（5.9）；（3）改善在物理环境和化学环境中的工作条件（6.1）；（4）提高劳动素质（8.6）；（5）减少事故造成的经济损失（1.8）。523提高制造系统的柔性（13.5）（1）使制造系统能加工多种工件（5.2）；（2）适应产品品种的变更（5.1）；（3）大幅度改变机器人的工作内容（3.2）。4使制造系统容易管理（8）（1）便于改变生产系统的负荷系数（5.3）；（2）为了制造系统组合部件化（2.7）。5其它目的（9.1）（1）节约设备投资（4.6）；（2）提高企业形象（1.0）；（3）开发、掌握自动化技术（1.1）；（4）使自动化制造系统设计容易、节省设计力量（0.8）；（5）减少
26、设备的零件数，使其容易保养（0.9）；（6）其它（0.7）。53二、工业机器人在柔性制造自动化系统中的应用1物料搬运（1）自动堆垛系统，（2）物料供给系统。2构筑制造系统（1）构筑FMC ，（2）构筑FMS。3加工制造（1）焊接，（2）切割，（3）喷漆，（4）涂敷 ，（5）其他。图69图610图611图612图613图614图616图617图618图6021 图615图BT354第七章 自动仓库与自动导向小车（AGV） 7-1自动仓库一、自动仓库在柔性制造自动化系统中的作用 物料存储， 定时控制物料流动， 准确统计库存物料的种类、规格、数量， 对物流和制造实施统一管理， 为上层管理系统提供必要
27、信息， 在计算机信息管理系统支持下，实现订货、生产计划、物料控制的集成。图7155二、自动仓库的种类及其结构1固定式自动仓库2循环式自动仓库（1）货架，（2）堆垛机，（3）进出库作业站，（4）载货工具，（5）进出库控制装置。（1）水平循环自动仓库，（2）垂直循环自动仓库，（3）多层水平循环自动仓库。图71图73图74图75图7256三、自动仓库的管理和控制1概述该自动仓库的“自动”主要表现在：（1）仓储管理自动化。即，对货格、货箱、帐目的管理自动化；（2）货箱进出库作业自动化。其中包括： 自动识别货箱零件的名称，并对其记帐； 自动跟踪运输带上的货箱，并使其分岔； 自动选择堆垛机的最佳运行速度；
28、 自动寻找货格的地址，并检测货格的状态（有无货格）。获得如下效果：（1）降低仓储成本，（2）提高保管质量，（3）增强市场响应能力，（4）有利环境保护。572自动仓库的管理和控制（1）预处理计算机层，（2）管理计算机层，（3）通讯监控机层，（4）堆垛机控制器，（5）运输机控制器。图7658 7-2自动导向小车（AGV） 一、AGVS在柔性制造自动化系统中的作用自动导向小车（AGV, Automated Guided Vehicle）自动导向车系统（AGVS, Automated Guided Vehicle System） 对中、小批量制造系统而言，物料搬运的自动化技术水平更引起人们的注意； 柔
29、性制造自动化系统引进AGVS，是由于下述原因： AGVS能使柔性制造自动化系统布局设计具有最大的灵活性，能方便地实施人一个作业点到另一个作业点的物料搬运计划； 在AGV上安装物料交换装置，可使运输线上各作业点的物料交换都实现自动化，从而能轻松地把各个分散制造单元联成有机整体； AGV只在输送物料时才上路运行，不阻塞其它物流通道，也不与电缆沟、管道相干涉，因此与其它设备的兼容性好。老车间改造，也容易采用AGV。59二、AGVS的构成1地面制导与管理系统包括： AGVS由地面制导与管理系统、AGV两部分组成：（1）制导定位系统，（2）交通管理系统，（3）调度操作设备，（4）通讯设备，（5）辅助设备
30、。2AGV有三种基本类型：（1）平台车，（2）叉车，（3）牵引车。图77图79图78603AGV拥有下述部件：（1）车体，（2）行走驱动机构（驱动轮等机构在车体内），（3）物料交换装置，（4）安全防护装置，（5）蓄电池，（6）导向机构，（7）控制系统（在车体内）。图71061三、AGV的制导技术1AGV制导方式： 固定路线 主动式 电磁制导 激光制导 被动式 光反射制导方 图像识别制导 半固定路线 点标记 标记跟踪制导 条码识别制导 式 磁制导 线标记 导盲犬机器人制导 无固定路线 地面支持 狭缝符号制导 超声波灯塔制导 激光灯塔制导 三面直角棱镜制导 自主航行 外景识别制导 地图识别制导 陀
31、螺仪制导 超声波制导 巡航导弹式制导622最常用的制导方式 （1）电磁制导，（2）激光制导，（3）光反射制导，（4）标记跟踪制导，（5）磁制导，（6）三面直角棱镜制导，（7）外景识别制导。图711图712图713图714图715图716图717图71863四、AGV的准停和安全保护1准停的方式（1）定位肖，（2）导轨，（3）导向杆，（4）里程表、编码器、接近开关，（5）光电传感器。2安全保护64五、AGV的控制1AGV的作业过程2中央控制室控制调度（1）AGV的控制调度系统结构由四个单元组成： 计算机在线管理单元； 无线电通信单元。包括：地面通信控制装置（CCU）、车载通信控制装置（CCU）；
32、 车载控制装置（含微型计算机）； 输送带控制。图719图720图710作业点呼叫 - 中央控制室调度 - AGV行驶 - 物料交换图72165（2）作业内容 AGV的运行管理， AGV的运行监视， 搬运物料的分类管理， 对装配件进行先进先出管理， 对缓冲输送带上的物料进行在库管理。（3）通信控制系统 询问AGV的行驶状态和应答， 给AGV发出指令和应答。图721663AGV控制（1）作业内容 AGV行驶控制， 物料交换器控制。（2）组成 检测单元， 控制单元， 驱动单元。图710图722图72367第八章 柔性制造自动化的控制技术和监视技术 8-1概述 8-2面向柔性制造自动化的PLC技术一、
33、PLC( Programmble Logic Controller )的功能扩展1继电器顺序控制与PLC2PLC的功能扩展（1）数据处理与数值运算功能，（2）高性能CPU和大容量内存，（3）外围设备多样化，（4）网络功能，（5）故障诊断。 三种基本控制设备微型计算机、PLC、NC 系统控制 ：DNC、多级分布式控制 监视技术68二、PLC编程语言1梯形图和计算机算法语言，2顺序功能图（SFC， Sequential Function Chart）。三、PLC的模块化1模块化的PLC2模块化PLC的运行（1）输入，（2）输出。图8169 8-3面向柔性制造自动化的数控系统一、面向FMS的数控系统
34、特点1通用数控系统的技术局限（1）设备之间数据交换的局限，（2）自动化水平的局限。数控 : NC , Numerical Control702面向FMS的NC系统特点（1）结构特点（2）PLC与NC系统之间交换的信息PLC与NC系统之间交换的控制信息主要有： 控制轴的状态信息。其中包括回到原点的信号、移动中的信号、移动方向信号， 报警及其状态信号， 当前值数据， M、S、T代码信号， 运行模式选择信号， 运行启/停信号，（3）PLC与NC系统之间数据交换过程（4）对算法语言源程序的调用（5）PLC与NC系统的分工图82图83图84 程序查询信号。图8271二、数控系统的功能扩展1会话式制订日作
35、业计划功能2远程通信功能3柔性加工自动化功能（1）自动编程，（2）辅助工序，（3）NC运行，（4）参数，（5）维护，（6）生产信息。4人工智能5自律分布式功能（1）能同时完成多道作业，（2）提高制造自动化系统的柔性，（3）增强制造自动化系统对故障的应变能力。728-4 DNC（Direct Numerical Control）控制系统一、实例1布局2工艺流程3DNC结构二、DNC软件三、DNC物理结构1原理及其实施方案2数据发送过程（1）发送数据请求，（2）数据发送和停止发送数据请求，（3）发送数据再请求。四、DNC的地位图85图86图87图88图89图810图81173 8-5多级分布式控制
36、系统一、多级分布式控制系统的物理结构1结构特点2各级职能说明（1）公司级的职能，（2）工厂级的职能，（3）车间级的职能，（4）设备级的职能。二、单元控制器 图812图813742多级分布式控制系统的计算机网络构成（1）子网络 单元-设备子网络的特点及拓朴结构1）星形主从互联，2）主从总线式互联， 3）站点对等式总线型互联。图814图815图8161多级分布式控制系统的计算机网络特点局域网 ： LAN ,Local Area Network三、多级分布式控制系统的计算机网络异构异质局部子网络的互联工厂主干网 + 单元-设备子网络、企业MIS子网络、CAD/CAM子网络75 CADCAM子网络 C
37、ADCAM子网络应具备以下性能：1）支持两种通信方式，即，工作站服务器通信方式和工作站工作站对等式通信方式；2）支持多种操作系统下的异种微机联网，如MSDOS、UNIX、Windows等；3）具有与大中型计算机的通信联网能力，支持通用的异种机通信协议标准；4）有较高的网络介质数据传送能力。1）采用通信处理机、终端集中器等通信设备，把分散的终端联到主机上；2）采用Ethernet局域网、终端服务器，把分散的终端联到主机上。 企业MIS子网络 终端主机网络有两种类型：76（2）工厂主干网（3）多级分布式控制系统的子网络互联子网络互联步骤： 把单元-设备子网络互联成制造自动化局网（MAP网）， 把M
38、IS子网络、CAE子网络互联成技术与办公自动化局网（TOP网）， 把MAP网与TOP网互联起来。制造自动化协议（MAP，Manufacturing Automation Protocol）;技术和办公自动化协议（TOP，Technical Office Protocol）。 特点 ： 覆盖整个企业， 信息传输的信息量大、数据类型多、对通信模式和响应速 度的要求不同， 主干网上的计算机和子网络多为异种/异构。77四、实例1系统结构2系统控制图817图818图81278一、自动监视系统的结构 8-6柔性制造自动化的监视技术 1制造过程监视 动态作业表 循环时间监视 电源自动断合 2设备运行监视 刀
39、具破损/异常检测 刀具寿命管理 消除间隙装置结 运行方式监视 托盘刀具识别 当前位置监视构 自适应控制 3精度监视 镗孔自动检测 自由曲面检测 定心补偿 刀尖自动调整 接触传感器系统 4故障监视 自诊断 自修复运行 5安全监视 障碍物检测 火灾检测79二、制造过程监视三、系统故障监视1故障分类（1）偶发故障，（2）寿命故障，（3）二次故障。2故障监视系统：图819图820 监视制造过程 : 循环时间监视 ， 制造过程死锁 ：动态作业表 ， 制造过程结束/开启 ：电源自动断合 。监测 - 诊断 - 自修复80四、设备运行监视1切削状态监视2刀具监视（1）实施“刀具监视”应完成： 刀具寿命管理，
40、刀具状态监测， 确定备用刀具的种类和数量、确定更换备用刀具时间， 自动交换刀具。（2）刀具管理的信息流图 3NC、PLC监视4物料识别（1）用编码环和接触传感器识别刀具或托盘，（2）用条形码和读码器识别刀具或托盘，（3）用标识块和读码器识别刀具或托盘，（4）用光学式文字读取装置读取文字符号来识别托盘。5位置监视图821图41881五、精度监视图822六、安全监视 刀尖自动调整 ，1.影响加工精度的因素 2.精度监测补偿的措施 工件自动检测 ， 定位补偿 。 测量、定位、夹紧、热变形，等。图413图415图417 火灾检测 。 障碍物检测 ，图21782第九章 柔性制造系统的计算机管理软件9-1
41、 FMS及其管理软件9-2 系统管理软件一、系统管理软件在FMS中的位置图91图92 没有管理软件，FMS就是一个空壳。系统管理软件是FMS的核心软件 ，系统管理软件就是主计算机的软件核心 。图9183二、系统管理软件的功能1实时作业计划2局部控制管理3人控制室界面 操作人员可以实施以下控制：（1）输入调整作业计划，（2）调整监测生产数据，（3）调整监测资源数据，（4）调整系统数据，（5）显示报警和错误信息，（6）直接命令和操作员命令。图93实时作业计划， 局部控制管理， 人控制室界面，装卸站管理，制造资源（毛坯和夹具）计划。844装卸站管理 “装卸站管理员”可提供如下信息：（1）托盘状态（能
42、否使用），（2）被装卡的零件结构，（3）操作人员必须完成工件装卡的时刻。5制造资源计划 “制造资源计划”能提供以下信息：（1）所需毛坯的数量，（2）加工一批新工件所需要的夹具。 如果FMS配置了工具管理软件，由“制造资源计划”提供的信息还应有：（1）加工一批新工件的必备工具，（2）应撤掉的多余工具，（3）应更换的坏工具。图93859-3 刀具管理软件 一、刀具管理软件的功能 实时管理FMS的全部刀具； 监测重要的刀具数据。例如，在线刀具的寿命、状态、位置； 把刀具装到机床上时，自动将其特征数据（如刀具补偿值）送给相应机床； 为方便操作人员管理刀具，该软件能在CRT上显示刀具的当前特征数值，让操
43、作人员插入刀具（包括新调整的刀具）的数据。二、刀具特征数据及其管理 1刀具特征数据（1）物理代码，（2）逻辑代码，（3）刀具寿命，（4）当前位置，（5）预定位置，（6）刀具状态，（7）刀具预调值。2刀具特征数据的管理图94图91869-4 刀具室管理软件一、刀具室管理软件的逻辑结构二、对刀具室中的刀具管理1刀具组装 刀具室管理软件能给予操作人员下述帮助：（1）刀具装配明细表，（2）刀具零件明细表，（3）刀具装配图，（4）分配物理代码。2刀具预调 刀具室管理软件能给予操作人员以下帮助：（1）刀具预调明细表，（2）刀具图，（3）接口程序。3刀具检测（1）以图表方式显示被检测的刀具及其状态，（2）指
44、示操作人员如何拆卸刀具。图95图91879-5 生产规划软件一、生产规划软件的逻辑结构1生产规划软件的职能（1）鉴别一批零件投入制造是否符合长期生产计划，（2）合理解决生产对夹具、托盘等制造资源的需求，（3）寻求均衡的生产。2生产规划软件的功能（1）信息获取，（2）数据编辑，（3）数据处理。图91图9688二、对生产规划软件的技术描述1生产规划软件的数据特点 按数据的性质可以把处理的数据分成两类：（1）系统数据，（2）生产数据。2生产规划软件的数据处理过程 生产规划软件按三个步骤对输入数据进行处理：（1）预处理，（2）计划，（3）仿真。3生产规划的优化处理 生产规划软件以下述优化目标来评判生产
45、计划的可行性：（1）托盘需求量最少，（2）机床承担的作业数最多。图96899-6 作业规划软件一、作业规划软件的逻辑结构1作业规划软件的职能（1）根据已经定义的制造数据，根据工厂的实际限制条件和已有资源，检测作业计划的可行性；（2）详细分析FMS运行时可能出现的一切情况，提交一份最优作业计划。2作业规划软件的组成（1）编辑器，（2）FMS管理器，（3）FMS仿真器。图97图9190二、作业规划软件的技术特征1软件模块的功能2作业计划的制订过程（1）提出作业计划方案，（2）仿真检验，（3）再仿真，（4）实施作业计划。（1）编辑器，（2）FMS管理器，（3）FMS仿真器。图97919-7 统计报告
46、软件一、统计报告软件的逻辑结构二、统计报告软件的技术特征1运行方式（1）自动运行，（2）交互式运行。2输出的数据（1）系统运行数据 对机床 故障诊断信息， 机床运行的统计数据。（2）生产数据（3）刀具使用数据图98图91929-8 预防维护软件一、预防维护软件的逻辑结构二、预防维护软件的功能1调整维护工作时间2维护管理 输入信息：（1）维护工作代码，（2）需要维护的设备的代码，（3）维护工作必须在什么时间内完成，（4）设备运行多长时间再维护。3改进和说明维护工作图99图9193第十章 柔性制造系统的建模与仿真10-1 仿真一、物理模型和逻辑模型二、FMS计算机仿真1必要性（1）零件的品种和批量
47、，（2）制造工艺和作业计划，（3）制造设备和工艺装备，（4）实施目标和方法，（5）设计的技术条件。2作用图1019410-2 FMS的逻辑模型一、排队模型1FMS方案设计与排队模型（1）FMS方案设计的步骤 ：提案 - 筛选 - 细化（2）排队模型（3）排队规则和服务规则三种排队规则： 顾客自动离去永不返回； 顾客进入等待服务队列； 等待服务队列已满、或等待时间太长，顾客则去而不返，否则进入等待。常用的服务规则有： 先到先服务(FIFS)，图102 后到先服务(LIFS)， 特权服务， 随机服务。95（4）服务台机构 单服务台系统， 多服务台系统， 串联服务台系统， 网络服务台系统。2M/M/
48、C 模型（1）M/M/C 模型的物理意义（2）说明例图103图104图102M : 顾客按泊松分布规律随机进队，C : 服务台的数量。M : 服务台按负指数分布规律随机为顾客服务的时间，96二、活动循环图模型1基本术语（1）实体，（2）属性，（3）事件，（4）活动。2活动循环图模型（1）示例FMS（2）示例FMS的活动循环图模型图105图106图10797三、基于Petri网的逻辑模型1基本术语（1）资源，（2）库所，（3）库所容量，（4）标识（令牌），（5）变迁，（6）权。2示例制造系统及其Petri网模型3库所/变迁（P/T）网 把Petri网定义成一个四元组 PN = ( P, T, P
49、re, Post ) ，式中集合满足且仅满足条件：（1）TP（2）TP（3）TPePr（4）PTPost4彩色Petri网 CPN = ( P, T, C, Pre, Post )图108图109图1010 9810-3 FMS仿真的算法原理和仿真语言一、仿真算法原理1事件调度法（1）设E1、E2、.、En是按时间序列T1、T2、Tn发生的事件；（2）设FMS运行的启动时刻是当前时刻，T1是事件将要发生的下一时刻，让各事件发生的时刻与T1比较，并使发生时刻与T1最接近的事件（即E1）发生；（3）设T1是当前时刻，T2是下一时刻，按（2）所述原则查找到E2,并激活它；（4）依次递推，使各事件相继
50、发生。图108图1010992活动扫描法（1）按照时间序列的推移，扫描每个活动的开始条件或结束条件；（2）启动满足开始条件的活动，让FMS的状态做出相应变化，当活动结束时，让FMS的状态再次发生变化；（3）将时间推到下一个时刻，重复上述操作。3过程交互法（1）以初始时刻为仿真时刻，扫描CEL，激发符合启动条件的实体的活动，确定该实体的下一个被激发的活动。该操作一直持续到最后一个活动结束；（2）把仿真推进到下一个时刻，重复上述扫描、激发、确定的操作；（3）让仿真持续到结束时刻。100二、计算机仿真语言GPSS2程序块框图与程序块语句3GPSS程序 1 8 19 25 1 * PIECE FLOW
