計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)大綱

1、1計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)概論生產(chǎn)系統(tǒng)（production system）：是指組織實(shí)現(xiàn)公司的生產(chǎn)運(yùn)作所需的人、設(shè)備以及流程的集合。包括生產(chǎn)設(shè)施和制造執(zhí)行系統(tǒng)。生產(chǎn)設(shè)施（facilities）：是指工廠、工廠中的設(shè)備及設(shè)備的組織方式。制造支持系統(tǒng)（manufacturing support system）：是指用來(lái)管理生產(chǎn)，解決原材料采購(gòu)、物料搬運(yùn)過(guò)程中遇到的技術(shù)和物流問(wèn)題，確保產(chǎn)品達(dá)到規(guī)定質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的一套流程。（產(chǎn)品設(shè)計(jì)、其它業(yè)務(wù)功能等）自動(dòng)化制造系統(tǒng)是在較少的人為參與下，完成加工、裝配、檢驗(yàn)或物料搬運(yùn)等類似的操作。比如加工零件的自動(dòng)化設(shè)備、自動(dòng)化裝配系統(tǒng)、自動(dòng)化生產(chǎn)線、自動(dòng)檢驗(yàn)系統(tǒng)、自動(dòng)物料搬運(yùn)

2、系統(tǒng)等。（1）固定自動(dòng)化，是指系統(tǒng)中加工錯(cuò)的順序是由設(shè)備的結(jié)構(gòu)決定的。特征為：設(shè)備的初始投資比較高，具有很高的生產(chǎn)率，對(duì)產(chǎn)品種類表現(xiàn)出較差的柔性。用于大批量和高生產(chǎn)率的生產(chǎn)模式。（自動(dòng)化生產(chǎn)線，自動(dòng)化裝配線）（2）可編程自動(dòng)化，是指生產(chǎn)設(shè)備的操作順序可以根據(jù)不同的的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)來(lái)設(shè)計(jì)，由程序（一系列可以被系統(tǒng)讀取和解釋的編碼指令）來(lái)控制。特征為：在通用設(shè)備上高投資，比固定自動(dòng)化的生產(chǎn)率低，具備處理產(chǎn)品結(jié)構(gòu)變更的柔性，更適合于成批生產(chǎn)。（數(shù)控機(jī)床）（3）柔性自動(dòng)化，是可編程自動(dòng)化的一種擴(kuò)展形式。體現(xiàn)在不同樣式操作之間變換所用的時(shí)間很少。特征為：較高的投資，不同混合比的連續(xù)生產(chǎn)，中等生產(chǎn)率，對(duì)于產(chǎn)品設(shè)

3、計(jì)的多樣性具有一定的柔性。用于小批量多種類的生產(chǎn)模式。（加工中心）2制造操作制造操作是指工廠將原材料加工成產(chǎn)品過(guò)程中的基本活動(dòng)，主要包括：加工和裝配操作、物料搬運(yùn)、檢驗(yàn)和測(cè)試、協(xié)調(diào)和控制。（1）加工操作是通過(guò)能量改變工件的形狀、物理特性或外觀來(lái)增值的過(guò)程，能量包括機(jī)械能、熱能、電能、化學(xué)能等。成形操作是通過(guò)能量改變工件的幾何形狀和特征。比如凝固工藝、微粒工藝、變形工藝、材料去除工藝。改善特性的操作是用來(lái)提高工件的機(jī)械性能和物理性能。比如熱處理。表面處理操作主要包括表面清洗、表面處理、表面涂層和鍍膜。如微電子集成電路的表面處理。（2）裝配操作是指將兩個(gè)以上的獨(dú)立零部件整合成一個(gè)新的實(shí)體，組成部分

4、永久或暫時(shí)連接。永久連接：焊接、粘接、鉚接等暫時(shí)連接：螺紋連接、銷(xiāo)連接等（3）物料搬運(yùn)和存儲(chǔ)，工廠物流（4）檢驗(yàn)和測(cè)試，檢測(cè)生產(chǎn)地產(chǎn)品是否符合設(shè)計(jì)要求（5）協(xié)調(diào)和控制，對(duì)每個(gè)加工和裝配過(guò)程的調(diào)節(jié)以及對(duì)工廠層面運(yùn)作的管理和控制。3自動(dòng)化概述（2）故障恢復(fù)是指運(yùn)用必要的措施校正故障，使得系統(tǒng)恢復(fù)到正常工作狀態(tài)。故障恢復(fù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)關(guān)鍵在于設(shè)計(jì)一定的策略和流程，是的加工過(guò)過(guò)程中任何可能發(fā)生的誤差都得以校正或補(bǔ)償。利用中斷系統(tǒng)進(jìn)行故障恢復(fù)。將中斷當(dāng)前正在執(zhí)行的程序，插入一個(gè)故障恢復(fù)子程序。主要策略為策略1，在當(dāng)前工作循環(huán)結(jié)束時(shí)進(jìn)行調(diào)整。策略2，在工作循環(huán)中進(jìn)行校正策略3，停止加工進(jìn)行校正策略4，停止加工

5、尋求幫助。例3.3某自動(dòng)化制造單元故障恢復(fù)故障1：刀具的溫度巨變導(dǎo)致工件尺寸變化校正措施：調(diào)整程序坐標(biāo)對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)償（策略1）故障2：機(jī)械手夾取工件時(shí)滑落校正措施：夾取另一個(gè)工件（策略2）故障3：切削溫度過(guò)高校正措施：降低切削速度（策略2）故障4：刀具失效校正措施：更換刀具（策略3）故障5：碎屑影響機(jī)加工校正措施：提醒操作人員清理工作區(qū)域的碎屑（策略4）4工業(yè)控制系統(tǒng)（2）離散控制系統(tǒng)系統(tǒng)的參數(shù)和變量以離散形式隨時(shí)間變化。比如事件驅(qū)動(dòng)的變化、事件驅(qū)動(dòng)的變化。當(dāng)控制器對(duì)引起系統(tǒng)狀態(tài)變化的事件做出反應(yīng)時(shí)，發(fā)生事件驅(qū)動(dòng)的變化。對(duì)其控制稱為組合邏輯控制比如機(jī)器人把工件放在夾具中，限位開(kāi)關(guān)能夠探測(cè)到工件，

6、探測(cè)到工件的存在就是改變系統(tǒng)狀態(tài)的事件，事件驅(qū)動(dòng)的變化就是現(xiàn)在可以開(kāi)始自動(dòng)加工循環(huán)?？刂葡到y(tǒng)到達(dá)某個(gè)給定時(shí)間點(diǎn)或在一定時(shí)間之后，發(fā)生時(shí)間驅(qū)動(dòng)變化。對(duì)其控制稱為順序控制。比如自動(dòng)熱處理循環(huán)通過(guò)機(jī)器人把工件放入熔爐，熱處理達(dá)到規(guī)定時(shí)間后，取出工件。離散控制廣泛用于離散制造和過(guò)程工業(yè)中，比如控制傳送帶的操作、物料搬運(yùn)系統(tǒng)、自動(dòng)存儲(chǔ)系統(tǒng)、柔性制造系統(tǒng)、自動(dòng)生產(chǎn)線、自動(dòng)化裝配系統(tǒng)等。過(guò)程工業(yè)的批量處理用到離散控制。（2）計(jì)算機(jī)控制能力。輪詢，指周期性地對(duì)過(guò)程狀態(tài)進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣。輪詢頻率、輪詢順序、輪詢格式互鎖，指用來(lái)協(xié)調(diào)兩個(gè)或多個(gè)設(shè)備的活動(dòng)，防止設(shè)備之間相互干擾。輸入互鎖（外部設(shè)備產(chǎn)生的信號(hào)并傳送給控制器

7、，包括繼續(xù)執(zhí)行工作循環(huán)的程序和中斷工作循環(huán)程序）和輸出互鎖（由控制器傳輸?shù)酵獠吭O(shè)備的信號(hào)）中斷系統(tǒng)，懸掛當(dāng)前程序去處理另一個(gè)級(jí)別更高的程序或子程序，以響應(yīng)輸入事件。根據(jù)收到的中斷信號(hào)，系統(tǒng)跳轉(zhuǎn)到事先設(shè)定的子程序來(lái)處理特定的中斷信號(hào)，當(dāng)前程序的狀態(tài)被暫時(shí)存儲(chǔ)，以便中斷服務(wù)完成之后可以繼續(xù)執(zhí)行。內(nèi)部中斷（系統(tǒng)自身產(chǎn)生，比如計(jì)時(shí)器觸發(fā)的事件）和外部中斷（系統(tǒng)之外產(chǎn)生，比如初始過(guò)程的中斷、操作者的輸入）。一般要設(shè)置中斷系統(tǒng)的優(yōu)先級(jí)水平。例4.1異常處理，異常是超出了過(guò)程或控制系統(tǒng)正常操作或期望操作的事件。通過(guò)調(diào)用異常處理程序完成故障識(shí)別與恢復(fù)。比如生產(chǎn)質(zhì)量問(wèn)題、過(guò)程變量超出正常范圍、維持工程必須的原材

8、料或供應(yīng)出現(xiàn)短缺、控制器故障、危險(xiǎn)的條件等。5傳感器、執(zhí)行器及其他控制系統(tǒng)元件（1）連續(xù)模擬信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換傳感器和變換器、產(chǎn)生模擬信號(hào)的測(cè)量設(shè)備。信號(hào)調(diào)理（通過(guò)過(guò)濾去除隨機(jī)噪聲信號(hào)，一種信號(hào)形式轉(zhuǎn)換為另一種形式比如電流轉(zhuǎn)電壓）多路轉(zhuǎn)換器、是多個(gè)輸入通道的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)。放大器、用于放大或者縮小信號(hào)，使之符合數(shù)模轉(zhuǎn)換器的處理范圍模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC（核心部件）轉(zhuǎn)換過(guò)程：采樣、量化、編碼。（采樣頻率（對(duì)連續(xù)模擬信號(hào)取樣的頻率）、轉(zhuǎn)換時(shí)間、分辨率、轉(zhuǎn)換方法）采樣、在周期性時(shí)間間隔內(nèi)，將連續(xù)的模擬信號(hào)變化為一系列離散的模擬信號(hào)（每個(gè)離散信號(hào)分配一個(gè)事先定義的信號(hào)幅值級(jí)水平，這些離散的信號(hào)幅值水平轉(zhuǎn)換為數(shù)字編碼，

9、表示一系列二進(jìn)制編碼的信號(hào)序列的幅值）。量化、分辨率是模擬信號(hào)被估計(jì)的精確程度，精確度用二進(jìn)制表示是由量化位數(shù)決定，量化水平Nq為2n ，n為比特?cái)?shù),分辨率是工作范圍與量化水平減1的比值。 量化誤差（量化得到的數(shù)字值與模擬信號(hào)真實(shí)值不同）取分辨率的一半。編碼、連續(xù)逼近法（將一系列已知的試驗(yàn)電壓值與未知的輸入信號(hào)值相比較）。試驗(yàn)電壓數(shù)目與編碼信號(hào)位數(shù)對(duì)應(yīng)，第一個(gè)試驗(yàn)電壓值取工作范圍的0.5，每一個(gè)連續(xù)的試驗(yàn)電壓值是前一個(gè)電壓值的0.5，將輸入電壓的剩余部分與每個(gè)試驗(yàn)電壓值比較，輸入值超過(guò)試驗(yàn)電壓值取1，反之取0，得到連續(xù)比特值與相應(yīng)試驗(yàn)電壓值相乘。最終獲得輸入信號(hào)的編碼值。6數(shù)字控制技術(shù)2、計(jì)算

10、機(jī)數(shù)字控制特點(diǎn)：存儲(chǔ)多個(gè)零件程序、多種形式的程序輸入、在加工設(shè)備上直接編程、固定循環(huán)及子程序的編寫(xiě)、插補(bǔ)、初始位置的定位特征、刀具長(zhǎng)度和大小補(bǔ)償、加速和減速的計(jì)算、通信接口、診斷（控制啟動(dòng)診斷、故障和失效分析、為個(gè)別的零件提供擴(kuò)展診斷、刀具壽命監(jiān)控、預(yù)防性維修提示、程序診斷）等。計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)器控制單元。其子系統(tǒng)由一條系統(tǒng)總線相互連接起來(lái)。（1）中央處理器CPU，依靠存儲(chǔ)器的軟件管理系統(tǒng)組件，包括3部分：控制部分、算法邏輯單元、快速存取的存儲(chǔ)器。控制部分從內(nèi)存中找回?cái)?shù)據(jù)并且產(chǎn)生信號(hào)以激活系統(tǒng)的組件。算法邏輯單元由電路（具有運(yùn)算、計(jì)數(shù)、邏輯功能）組成?？焖俅嫒〉拇鎯?chǔ)器為CPU正在處理的數(shù)據(jù)提

11、供了臨時(shí)的存儲(chǔ)空間。通過(guò)系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線與主內(nèi)存相連接。（2）存儲(chǔ)器，主存儲(chǔ)器（只讀存儲(chǔ)器ROM,操作系統(tǒng)和機(jī)床接口、隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM）、輔助存儲(chǔ)器（存儲(chǔ)大的程序和數(shù)據(jù)文件，需要時(shí)傳到主存儲(chǔ)器，用軟盤(pán)硬盤(pán)）輔助存儲(chǔ)器存儲(chǔ)零件程序、宏和其他軟件。（3）輸入輸出接口，為系統(tǒng)的各種組件與操作者之間提供信息交流，給外部設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)或信號(hào)、從外部設(shè)備接收數(shù)據(jù)或信號(hào)?；窘涌跒椴僮髅姘澹〝?shù)字、字母），用來(lái)輸入和編輯零件程序和各類功能命令指令，顯示器會(huì)顯示程序的當(dāng)前狀態(tài)以及故障警告。（4）機(jī)床軸的控制以及轉(zhuǎn)速的控制，機(jī)器控制單元產(chǎn)生的控制信號(hào)要轉(zhuǎn)化為特定形式或能量水平才能驅(qū)動(dòng)機(jī)床軸的位置控制系統(tǒng)。軸可以帶動(dòng)工件

12、轉(zhuǎn)動(dòng)或帶動(dòng)刀具旋轉(zhuǎn)，軸速是機(jī)床的編程參數(shù)，軸速控制部件由驅(qū)動(dòng)控制電路和反饋傳感器接口組成。（5）其它機(jī)床的順序控制，輔助功能通過(guò)零件程序控制實(shí)現(xiàn)。比如，開(kāi)關(guān)觸發(fā)、互鎖、離散數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)?？删幊绦蚩刂破鲿?huì)協(xié)助控制。計(jì)時(shí)器（連續(xù)產(chǎn)生信號(hào)）、計(jì)數(shù)器（離散數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)）、夾具（系統(tǒng)向執(zhí)行器輸出開(kāi)關(guān)指令）、冷卻液控制（系統(tǒng)向泵輸出開(kāi)關(guān)指令）。（6）個(gè)人計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)數(shù)字控制基本應(yīng)用：PC用作MCU的一個(gè)獨(dú)立前端接口、PC包括操縱機(jī)床的動(dòng)作控制板和其他硬件。依靠軟件進(jìn)行操作，操作系統(tǒng)、機(jī)床接口軟件、應(yīng)用軟件。操作系統(tǒng)主要功能解釋零件程序并且產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)機(jī)床的軸，在ROM中制造者安裝，操作系統(tǒng)包括編輯器

13、、控制程序、執(zhí)行程序、診斷程序。機(jī)床接口軟件用來(lái)操作中央處理器和機(jī)床之間的通信連接，以實(shí)現(xiàn)輔助功能。7工業(yè)機(jī)器人工業(yè)機(jī)器人的操縱器是由一些列的關(guān)節(jié)和連接構(gòu)成。機(jī)器人結(jié)構(gòu)主要包括機(jī)器人操縱器的關(guān)節(jié)和連接的類型與大小及其物理構(gòu)造因素。工業(yè)機(jī)器人關(guān)節(jié)（軸），提供身體兩個(gè)部分之間的相對(duì)動(dòng)作。動(dòng)作有自由度，一個(gè)關(guān)節(jié)只關(guān)聯(lián)一個(gè)自由度，關(guān)節(jié)為輸入端和輸出端之間提供受控的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。連接每個(gè)關(guān)節(jié)的是兩個(gè)連接，一個(gè)輸入一個(gè)輸出，連接是操縱器的剛性組件。機(jī)器人連接會(huì)編號(hào)，比如把基座與第1個(gè)關(guān)節(jié)的連接稱為連接0、關(guān)節(jié)1和關(guān)節(jié)2的連接稱為連接1、以此類推。五類關(guān)節(jié)，2種提供平移動(dòng)作、3種提供旋轉(zhuǎn)動(dòng)作。線性關(guān)節(jié)（L），輸

14、入與輸出連接之間是滑移平動(dòng)、兩個(gè)連接的軸線平行；直角關(guān)節(jié)（O），輸入與輸出連接之間是滑移平動(dòng)、兩個(gè)連接互相垂直；轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)（R），提供相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)、旋轉(zhuǎn)軸垂直于輸入輸出連線的軸線；扭轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)（T），提供轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)、旋轉(zhuǎn)軸平行于輸入輸出連線的軸線；旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)（V），提供轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)、旋轉(zhuǎn)軸平行于輸入連接軸線，垂直于輸出連線軸線。8 采用可編程邏輯控制器和個(gè)人計(jì)算機(jī)的離散控制可編程邏輯控制器通過(guò)存儲(chǔ)在內(nèi)存中的指令程序，利用數(shù)字或模擬輸入輸出模塊來(lái)執(zhí)行邏輯、順序、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)功能。1970提出，廣泛用于控制機(jī)器、自動(dòng)生產(chǎn)線、物料搬運(yùn)設(shè)備等。PLC繼電器、計(jì)時(shí)器、計(jì)數(shù)器等元件之后出站PLC，優(yōu)勢(shì)明顯：程序編寫(xiě)

15、容易、可以重復(fù)編程、空間占用少、可靠性高可維護(hù)保養(yǎng)、可以與計(jì)算機(jī)連接、具有更多控制功能。組成：9制造系統(tǒng)概述制造系統(tǒng)是用于原材料、工件進(jìn)行加工或裝配操作的所以設(shè)備和人力資源的集合。設(shè)備包括制造設(shè)備和工具、物料搬運(yùn)設(shè)備、工件定位設(shè)備、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。制造系統(tǒng)運(yùn)行所需的人力資源包括全職人員、定期參與人員。制造系統(tǒng)例子：一個(gè)工人管理的一臺(tái)半自動(dòng)化機(jī)床單元；一個(gè)工人看管的一組半自動(dòng)化設(shè)備的系統(tǒng)一個(gè)工人間歇性看管的完全自動(dòng)化的裝配設(shè)備在自動(dòng)化生產(chǎn)循環(huán)中制造出相似工件的一組自動(dòng)化設(shè)備由一組工人看管的一條裝配生產(chǎn)線（1）裝載、定位、卸載工件裝載是將將工件從某個(gè)地方搬運(yùn)并安裝到加工設(shè)備或機(jī)器上的過(guò)程。比如，批量提

16、供生產(chǎn)，原材料存儲(chǔ)在鄰近工位的容器。工件定位是通過(guò)夾具對(duì)工件進(jìn)行準(zhǔn)確的定位、定方向和加緊，防止加工過(guò)程中由于外力導(dǎo)致工件松動(dòng)。夾具主要有夾具、卡具、卡盤(pán)等。工件卸載是在完成加工操作時(shí)，工件從機(jī)器卸載下來(lái)，可以在生產(chǎn)設(shè)備上移動(dòng)、可以放到工位內(nèi)的容器里、可以按照生產(chǎn)順序運(yùn)輸?shù)较乱粋€(gè)加工工位。對(duì)于手工操作或半自動(dòng)化操作，裝載、定位、卸載是通過(guò)手工完成。對(duì)于自動(dòng)化程度較高的工位，可以采用工業(yè)機(jī)器人、工件進(jìn)料器、自動(dòng)化模具更換器等完成裝載、定位、卸載。2、多工位制造系統(tǒng)多工位制造系統(tǒng)具有可變路徑，用來(lái)組織實(shí)施某些特殊目的。比如用來(lái)生產(chǎn)具有中等自動(dòng)化水平的產(chǎn)品或部件、具有相似加工操作的一組零部件生產(chǎn)、具有

17、相似裝配操作的一組產(chǎn)品裝配、生產(chǎn)用于下一步裝配所需的整套零部件等。具有一定程度多樣性的零部件生產(chǎn)，多樣性是指零部件加工操作的差異性或加工操作順序的不同。人工操作的機(jī)器為機(jī)器單元，可以進(jìn)行單元化制造，以成組技術(shù)支持。機(jī)器完全自動(dòng)化，同時(shí)工位之間的物料搬運(yùn)也自動(dòng)化，成為具有可變路徑的自動(dòng)化多工位系統(tǒng)。自動(dòng)化機(jī)器具有柔性，稱之為柔性生產(chǎn)系統(tǒng)或柔性生產(chǎn)單元。10單工位制造單元1、單工位人工單元單工位人工單元的標(biāo)準(zhǔn)模式是一個(gè)工人和一臺(tái)機(jī)器組成。單工位人工單元的優(yōu)勢(shì)：所需的實(shí)施時(shí)間最短、需要投入資金最少的生產(chǎn)方式、技術(shù)上是最容易安裝和操作的系統(tǒng)、對(duì)于小批量生產(chǎn)成本最低、最具有柔性的生產(chǎn)方式。一臺(tái)設(shè)備和一名

18、工人組成工作單元，機(jī)床是手工或半自動(dòng)操作的。手工操作工位中操作工人控制機(jī)床并裝載和卸載工件。加工方法為一名工人操作一臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)床。在工作期間工人要看管機(jī)床運(yùn)行（有時(shí)看管整個(gè)工作循環(huán)、有時(shí)只需看管部分工作循環(huán)），比如電子車(chē)間組裝印刷電路板，需要工人持續(xù)關(guān)注。手工工作單元工人要在同一個(gè)工位上執(zhí)行操作任務(wù)，可以是工人使用手動(dòng)工具，也可以是工人使用便攜式電動(dòng)工具。比如在機(jī)械安裝時(shí)使用螺絲刀和扳手為手動(dòng)工具，而手鉆、烙鐵、電弧焊槍為電動(dòng)工具。在半自動(dòng)化工作站中，機(jī)床由某些形式的程序控制，工人只需負(fù)責(zé)啟動(dòng)或停止機(jī)床，并定期更換工具。工人不需要持續(xù)關(guān)注整個(gè)工作流程，但是要出現(xiàn)在每個(gè)流程中。單工位工作單元也包括

19、多個(gè)工人全職操作機(jī)床或完成工作。比如鍛壓生產(chǎn)過(guò)程需要兩個(gè)工人去操作重型鍛壓機(jī)、在電弧焊接時(shí)設(shè)置一名焊工和一名操作工、在單個(gè)裝配工位上多個(gè)工種工人共同安裝一臺(tái)大型機(jī)械等。單工位工作單元也包括一臺(tái)主生產(chǎn)機(jī)器和若干輔助設(shè)備組成的工作單元。比如烘干機(jī)要在使用人工操作的注塑機(jī)之前用干燥設(shè)備使注塑的塑料粉末干燥、在注塑機(jī)上用磨頭磨去注塑件的燒冒口以回收材料、修邊剪與鍛錘結(jié)合用來(lái)清理鍛件正邊。等3、基于機(jī)器族的分析機(jī)器族為在相同的工作循環(huán)內(nèi)由同一個(gè)操作員看管的多臺(tái)生產(chǎn)零件或產(chǎn)品機(jī)器的集合，為單工位系統(tǒng)。機(jī)器單元為多臺(tái)機(jī)床組織起來(lái)生產(chǎn)零件族或產(chǎn)品族，為多工位系統(tǒng)。將設(shè)備組織成一個(gè)機(jī)器族的條件：相對(duì)需要工人看管

20、的時(shí)間，半自動(dòng)化機(jī)器周期較長(zhǎng)半自動(dòng)化機(jī)器周期對(duì)所有機(jī)器都是相同工人操作的機(jī)器布局比較靠近，可以花少時(shí)間在機(jī)器間走動(dòng)車(chē)間允許一個(gè)工人看管多臺(tái)機(jī)器。分配給一個(gè)工人的機(jī)器數(shù)量n11成組技術(shù)和單元化制造1、階序聚類法階序聚類發(fā)要確定如何將工廠中的機(jī)器組成機(jī)器單元，完成劃分零件族。階序聚類法由King提出，適用于生產(chǎn)流程分析，通過(guò)將零件機(jī)器關(guān)聯(lián)矩陣變換成對(duì)角線上的塊來(lái)表示零件族以及對(duì)應(yīng)的機(jī)床組。從初始的關(guān)聯(lián)矩陣開(kāi)始，步驟如下：2、階序聚類法分析例題12柔性制造系統(tǒng)柔性制造系統(tǒng)是高度自動(dòng)化的成組機(jī)器單元，包含一系列工作站，與自動(dòng)物料搬運(yùn)和存儲(chǔ)系統(tǒng)相連接，并由分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制。FMS的柔性是可以同時(shí)在各

21、個(gè)工作站加工不同種類的零件、可以根據(jù)不同的設(shè)計(jì)需求改變零件的型號(hào)和數(shù)量。FMS適合于中等種類和規(guī)模的生產(chǎn)。FMS依賴于成組技術(shù)原理，僅有能力生產(chǎn)某一系列或有限范圍內(nèi)的零件族。3、柔性制造運(yùn)行柔性制造系統(tǒng)安裝好之后，還需要對(duì)現(xiàn)有的資源進(jìn)行優(yōu)化，來(lái)滿足生產(chǎn)要求，達(dá)到一些目標(biāo)，比如利潤(rùn)、質(zhì)量、顧客滿意等。運(yùn)行中必須解決以下問(wèn)題：（1）排產(chǎn)與分派（2）給機(jī)器裝載工件（3）工件路徑（4）工件的分組（5）刀具管理（6）托盤(pán)與夾具分析13手工裝配線3、線平衡問(wèn)題裝配線必須按照規(guī)定的生產(chǎn)率運(yùn)轉(zhuǎn)，使生產(chǎn)周期達(dá)到理想狀態(tài)。給定條件下，線平衡這問(wèn)題是考慮，如何將這些獨(dú)立的工作要素分配到各個(gè)不同的工位上，使得所有工人

22、的工作量相同。其中涉及的兩個(gè)核心概念是最小合理工作要素、前向次序約束。（1）最小合理工作要素，是有特定有限目標(biāo)的少量工作。比如連接兩個(gè)元件、在基件上添加一個(gè)元件等。它不能被繼續(xù)分割，比如在金屬薄板上鉆一個(gè)孔、用螺栓連接兩個(gè)機(jī)械零件等。工作要素的時(shí)間總和等于工作總量的時(shí)間。（2）前向次序約束。前向次序約束是工作順序上的技術(shù)性要求。比如一些工作要素必須先于另外一些要素完成。可以用前向次序圖表示，說(shuō)明工作要素的操作順序。工作要素用節(jié)點(diǎn)符號(hào)表示，前向次序用箭頭連接節(jié)點(diǎn)，順序由左至右依次進(jìn)行。（3）線平衡效率的量度用來(lái)評(píng)價(jià)線平衡解法的優(yōu)劣，比如平衡效率，是總工作時(shí)間與可用總服務(wù)時(shí)間的比值14加工生產(chǎn)線和

23、類似自動(dòng)化生產(chǎn)系統(tǒng)自動(dòng)化生產(chǎn)線是由多個(gè)工位組成，通過(guò)物料搬運(yùn)系統(tǒng)連接在一起的系統(tǒng)。物料搬運(yùn)系統(tǒng)能將零件從一個(gè)工作站傳輸?shù)搅硪粋€(gè)工作站。生產(chǎn)線包括質(zhì)量檢驗(yàn)工作站、手工工作站（執(zhí)行比較困難的加工任務(wù)）。每個(gè)工作站執(zhí)行一項(xiàng)不同的操作，所有的操作累加，能夠完成完整的一件產(chǎn)品。多個(gè)工件在生產(chǎn)線上同時(shí)進(jìn)行加工，每個(gè)工作站里都加工一個(gè)工件，任何時(shí)刻在生產(chǎn)線上的零件數(shù)目和工作站數(shù)目相等。1、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)自動(dòng)化生產(chǎn)線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分為直線型生產(chǎn)系統(tǒng)、分段直線型生產(chǎn)系統(tǒng)、回轉(zhuǎn)型生產(chǎn)系統(tǒng)。直線型結(jié)構(gòu)，由一系列按直線排列的工作站組成。用于加工較大工件，比如汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸、變速箱等?？梢匀菁{大量的工作站，也可以設(shè)計(jì)存儲(chǔ)緩沖區(qū)。

24、分段直線型結(jié)構(gòu)由兩段以上直線傳輸部分組成，分段之間彼此正交生產(chǎn)線控制中自動(dòng)搬運(yùn)裝置運(yùn)行時(shí)，有三個(gè)基本功能：操作要求、安全要求、質(zhì)量控制，具體如下。（1）順序控制，可以調(diào)整搬運(yùn)系統(tǒng)和各個(gè)工作站之間的活動(dòng)順序。比如工件從當(dāng)前工作站釋放出來(lái)，然后搬運(yùn)放下并在下一個(gè)工作站上卡緊；之后下一個(gè)周期又從頭開(kāi)始；如此反復(fù)。（2）安全監(jiān)測(cè)，保證生產(chǎn)線不會(huì)在不安全的條件下運(yùn)行。安全是指工人在工作環(huán)境下的安全，或者設(shè)備自身的安全。使用的傳感器要超越順序控制的限制，集成到生產(chǎn)線中并形成反饋來(lái)避免發(fā)生危險(xiǎn)。比如安裝互鎖裝置，來(lái)避免工人在維修或做其他事情時(shí)機(jī)器仍在運(yùn)行。比如機(jī)加工生產(chǎn)線，需要監(jiān)測(cè)刀具的狀況，以防刀具磨損，避免使用有缺陷的刀具。（3）質(zhì)量控制，監(jiān)測(cè)工件的某些質(zhì)量特性。目的是發(fā)現(xiàn)并拒絕生產(chǎn)線上的缺陷工件?？梢园褭z驗(yàn)控制任務(wù)集成到加工工位上進(jìn)行質(zhì)量控制，也可以用獨(dú)立的檢測(cè)站來(lái)檢查工件的某一項(xiàng)質(zhì)量參數(shù)。檢驗(yàn)到質(zhì)量不符合，處理措施為：使整條生產(chǎn)線立即停下以便排除不合格工件（缺點(diǎn)是損失生產(chǎn)時(shí)間）?；蛘呃^續(xù)生產(chǎn)，將不合格工件從生產(chǎn)線上取下進(jìn)行下一步加工（缺點(diǎn)是對(duì)控制設(shè)備要求高）兩種輔助控制功能：即時(shí)控制和記憶控制。（4）即時(shí)控制，發(fā)現(xiàn)缺陷或故障時(shí)，生產(chǎn)線立即停下來(lái)。