自動(dòng)化制造系統(tǒng)概述

自動(dòng)化制造系統(tǒng)AutomaticManufacturingSystem第一章AMS概述1-1本課程的主要內(nèi)容及要求1-2基本概念1-3自動(dòng)化制造系統(tǒng)的定義、組成1-4制造系統(tǒng)的發(fā)展歷程1-5制造系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)及實(shí)現(xiàn)原則1-6自動(dòng)化制造系統(tǒng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)1-7系統(tǒng)工程與自動(dòng)化制造系統(tǒng)方法論1-1本課程的主要要求及方法要求：掌握自動(dòng)化制造系統(tǒng)的基礎(chǔ)理論與體系結(jié)構(gòu)；掌握自動(dòng)化制造系統(tǒng)的管理與控制技術(shù)；掌握自動(dòng)化制造系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)的基本方法；提高從系統(tǒng)的角度分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。方法：在學(xué)習(xí)本課程時(shí)，應(yīng)聯(lián)系實(shí)際，在掌握理論知識(shí)的同時(shí)，逐漸學(xué)會(huì)從系統(tǒng)的角度去看待制造、研究制造、把握制造、發(fā)展制造。

1-2基本概念制造原材料工具最終產(chǎn)品市場(chǎng)制造全過(guò)程知識(shí)強(qiáng)調(diào)的是產(chǎn)品的整個(gè)生命周期過(guò)程市場(chǎng)下部方框表示物質(zhì)的轉(zhuǎn)化過(guò)程上部方形框表示信息處理過(guò)程上下兩部分間箭頭表示信息對(duì)物質(zhì)轉(zhuǎn)化廣義制造概念下制造過(guò)程框圖

制造業(yè)：所有與制造有關(guān)的企業(yè)和機(jī)構(gòu)的總體。它涉及到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的很多行業(yè)，如機(jī)械、電子、輕工、化工、食品、軍工、航天等。國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，其生產(chǎn)總值一般占一個(gè)國(guó)家國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值的20％-55％。

作用：１．創(chuàng)造價(jià)值、創(chuàng)造物質(zhì)財(cái)富和創(chuàng)造新的知識(shí)

２．為其他經(jīng)濟(jì)部門提供先進(jìn)的手段和裝備1-2基本概念美國(guó)制造業(yè)美國(guó)是裝備制造業(yè)最強(qiáng)大的國(guó)家全球最大的500家工業(yè)企業(yè)中，美國(guó)占據(jù)31％份額美國(guó)始終把制造業(yè)當(dāng)作“經(jīng)濟(jì)實(shí)力的脊梁”制造業(yè)對(duì)其GDP的直接貢獻(xiàn)保持在20％以上，從而拉動(dòng)其他產(chǎn)業(yè)30％，拉高經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)率40％近來(lái)，美國(guó)制造業(yè)重心已轉(zhuǎn)移到高新技術(shù)、新興產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。美國(guó)出現(xiàn)了硅谷、南加州、波士頓等微小技術(shù)領(lǐng)域的六大經(jīng)濟(jì)中心。所謂微小技術(shù)產(chǎn)業(yè)，是由納米技術(shù)、微機(jī)電系統(tǒng)等尖端技術(shù)開辟出的全新產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，是多種學(xué)科交融并具有戰(zhàn)略意義的前沿高技術(shù)產(chǎn)業(yè)美國(guó)68%財(cái)富來(lái)源于制造業(yè)英國(guó)制造業(yè)宏觀經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定——有利于企業(yè)有效進(jìn)行長(zhǎng)期產(chǎn)業(yè)規(guī)劃；投資——利用現(xiàn)代、高效的工藝與設(shè)備，提升產(chǎn)業(yè)表現(xiàn)；科研和創(chuàng)新——有助于制造產(chǎn)商開拓利用英國(guó)強(qiáng)大的科研基地，制造創(chuàng)新型、高附加值的產(chǎn)品；理想的產(chǎn)業(yè)實(shí)踐——通過(guò)不斷地改進(jìn)提高，提升企業(yè)的生產(chǎn)率與競(jìng)爭(zhēng)力；提升技能和教育水平——培育技能嫻熟、有創(chuàng)新性的制造業(yè)勞動(dòng)力；現(xiàn)代化的基礎(chǔ)設(shè)施——提供高效的交通與通訊網(wǎng)絡(luò)；適當(dāng)?shù)氖袌?chǎng)框架——為企業(yè)營(yíng)造參與全球競(jìng)爭(zhēng)所需的產(chǎn)業(yè)環(huán)境。英國(guó)制造業(yè)的產(chǎn)值占英國(guó)GDP的25％左右。英國(guó)是工業(yè)革命的起源地和傳統(tǒng)的制造業(yè)大國(guó)英國(guó)政府對(duì)制造業(yè)的態(tài)度是：“制造業(yè)的成功對(duì)英國(guó)的繁榮，無(wú)論是現(xiàn)在還是將來(lái)，都是至關(guān)重要的。”英國(guó)確立七大支柱工作，以支撐建立知識(shí)密集型制造業(yè)基地。日本制造業(yè)日本的現(xiàn)場(chǎng)制作生產(chǎn)率現(xiàn)在名列世界第一綜合競(jìng)爭(zhēng)力僅次于美國(guó)居世界第二全球最大的500家工業(yè)企業(yè)，日本占29％日本頒布了《振興制造業(yè)基礎(chǔ)技術(shù)基本法》不管是在工業(yè)經(jīng)濟(jì)時(shí)代還是在知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代，制造現(xiàn)場(chǎng)的制作能力和創(chuàng)新能力，是一個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)的重要的基礎(chǔ)，而這正是日本制造的強(qiáng)項(xiàng)。如模具制造，美國(guó)三大汽車巨頭使用的都是“日本造”。因?yàn)槊绹?guó)造的模具軋制3萬(wàn)次．而日本造的模具可以軋制6到10萬(wàn)次。此外，精密儀器和質(zhì)量控制也是日本制造的強(qiáng)項(xiàng)。日本國(guó)民總產(chǎn)值的49％來(lái)自于制造業(yè)。中國(guó)制造業(yè)2009年我國(guó)制造業(yè)占當(dāng)年GDP的45％左右；彩電、冰箱、洗衣機(jī)、空調(diào)器、照相機(jī)、收錄機(jī)、程控交換機(jī)、計(jì)算機(jī)主板、光盤驅(qū)動(dòng)器、顯示器、棉布、化纖、服裝、皮鞋、鋼、拖拉機(jī)、化肥、摩托車等上百種制造業(yè)產(chǎn)品的產(chǎn)量在全球位居首位。我國(guó)制造業(yè)的勞動(dòng)生產(chǎn)率不到美、日的1／20，英、法、韓的1／10；工業(yè)附加值低，核心技術(shù)少1-2基本概念系統(tǒng)

1.系統(tǒng)的定義

系統(tǒng)是由相互作用和相互依賴的若干組成部分結(jié)合的具有特定功能的有機(jī)整體。

2.系統(tǒng)的基本特征第一系統(tǒng)是由若干元素組成的；第二這些元素相互作用、相互依賴；第三由于元素間的相互作用，使系統(tǒng)作為一個(gè)整體具有特定的功能。

例：簡(jiǎn)單構(gòu)件組成高性能系統(tǒng)在建筑機(jī)械和結(jié)構(gòu)工程中，常采用由簡(jiǎn)單構(gòu)件組成的各類桁架系統(tǒng)。在這種力學(xué)系統(tǒng)中，通過(guò)組成要素間的合理聯(lián)接，可以從整體上表現(xiàn)出很高的力學(xué)性能。系統(tǒng)的目標(biāo)—提高總體性能“鳥巢”是由一系列輻射門式鋼桁架圍繞碗狀坐席區(qū)旋轉(zhuǎn)而成，結(jié)構(gòu)科學(xué)簡(jiǎn)潔，設(shè)計(jì)新穎獨(dú)特，為國(guó)際上極富特色的巨型建筑。例：低精度元件組成高精度系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)等數(shù)字設(shè)備中，采用以“0”和“1”兩個(gè)狀態(tài)工作的電子器件，通過(guò)非線性方法相聯(lián)接，組成了高精度數(shù)字化系統(tǒng)。系統(tǒng)的目標(biāo)—提高總體性能2010年第35屆超級(jí)計(jì)算機(jī)評(píng)比，來(lái)自Cray的美洲豹Jaguar，憑借1.75PFlop/s(每秒1750萬(wàn)億次)的計(jì)算能力傲視群雄。我國(guó)“星云”計(jì)算機(jī)最高運(yùn)算速度每秒3000萬(wàn)億次。制造系統(tǒng)：為達(dá)到制造目的而構(gòu)成的物理或組織系統(tǒng)制造系統(tǒng)人員設(shè)備組織機(jī)構(gòu)管理方式技術(shù)系統(tǒng)1-2基本概念硬件軟件制造系統(tǒng)類別按照自動(dòng)化程度對(duì)制造系統(tǒng)分類手動(dòng)制造系統(tǒng)半自動(dòng)制造系統(tǒng)自動(dòng)制造系統(tǒng)普通車床為主，設(shè)計(jì)和制造主要靠手工數(shù)控車床，加工中心，設(shè)計(jì)制造人不再處于中心地位剛性自動(dòng)化人機(jī)一體化無(wú)人化1-2基本概念作用越來(lái)越明顯控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)融合1-3AMS的定義、組成外部信息能源資金配套件原材料被加工對(duì)象自動(dòng)化設(shè)備高素質(zhì)的人產(chǎn)品文檔資料廢料環(huán)境污染AMSAMS的組成

被加工對(duì)象被加工對(duì)象在一定范圍內(nèi)變化基于成組技術(shù)（GT)對(duì)被加工對(duì)象進(jìn)行劃分AMS的組成成組技術(shù)(GT)的產(chǎn)生原因

市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，產(chǎn)品更新?lián)Q代越來(lái)越快，產(chǎn)品品種增多，而每種產(chǎn)品的生產(chǎn)數(shù)量卻并不很多。世界上75％~80％的機(jī)械產(chǎn)品是以中小批生產(chǎn)方式制造的。

與大量生產(chǎn)企業(yè)相比，中小批生產(chǎn)企業(yè)的勞動(dòng)生產(chǎn)率低，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，產(chǎn)品成本高，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力差。

能否把大批量生產(chǎn)的先進(jìn)工藝和高效設(shè)備以及生產(chǎn)方式用于組織中小批量產(chǎn)品的生產(chǎn)，一直是國(guó)際生產(chǎn)工程界廣為關(guān)注的重大研究課題。

成組技術(shù)就是針對(duì)生產(chǎn)中的這種需求發(fā)展起來(lái)的一種生產(chǎn)和管理相結(jié)合的科學(xué)。AMS的組成成組技術(shù)的概念

充分利用事物之間的相似性，將許多具有相似信息的研究對(duì)象歸并成組，并用大致相同的方法來(lái)解決這一組研究對(duì)象的生產(chǎn)技術(shù)問(wèn)題，這樣就可以發(fā)揮規(guī)模生產(chǎn)的優(yōu)勢(shì)，達(dá)到提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本的目的，這種技術(shù)統(tǒng)稱為成組技術(shù)（GroupTechnology簡(jiǎn)稱GT）。AMS的組成人自動(dòng)化制造系統(tǒng)對(duì)人的要求不是降低了，而是提高了。對(duì)人的要求：具有一定技術(shù)水平和決策能力具有“全能”的知識(shí)和技術(shù)具有團(tuán)隊(duì)合作精神AMS的組成信息流及其控制系統(tǒng)制造系統(tǒng)的自動(dòng)化程度與信息流控制系統(tǒng)的關(guān)系非常密切AMS的組成能量流及其控制系統(tǒng)用來(lái)維持系統(tǒng)運(yùn)行，做了有用功機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)和傳送過(guò)程中的損耗，對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生有害效果能量消耗對(duì)產(chǎn)品的成本有重要影響，對(duì)一個(gè)國(guó)家的可持續(xù)發(fā)展也有重要的影響AMS的組成物料流及其控制系統(tǒng)物料處理是自動(dòng)化制造系統(tǒng)的主要運(yùn)作形式物料流及物料處理儲(chǔ)運(yùn)設(shè)備加工設(shè)備熱處理設(shè)備檢測(cè)設(shè)備清洗設(shè)備裝配設(shè)備輔助設(shè)備AMS主要內(nèi)容AMS毛坯制備自動(dòng)化機(jī)械加工自動(dòng)化儲(chǔ)運(yùn)自動(dòng)化裝配過(guò)程自動(dòng)化輔助過(guò)程自動(dòng)化熱處理過(guò)程自動(dòng)化質(zhì)量控制自動(dòng)化系統(tǒng)控制自動(dòng)化1-4制造系統(tǒng)的發(fā)展歷程從技術(shù)層面看

經(jīng)過(guò)數(shù)十年的發(fā)展，制造系統(tǒng)技術(shù)在總體上已形成基本的體系，并在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。

第一階段：剛性制造系統(tǒng)

本階段在20世紀(jì)50年代前已基本形成。

第二階段：?jiǎn)螜C(jī)柔性加工系統(tǒng)

開始于20世紀(jì)50年代初，到70年代已基本成熟。

第三階段：多機(jī)柔性加工系統(tǒng)

出現(xiàn)于20世紀(jì)60年代末，70年代以后得到快速發(fā)展，如直接數(shù)控（DNC）加工系統(tǒng)、柔性制造單元（FMC）、柔性制造系統(tǒng)(FMS)、柔性加工線（FML）。

第四階段：計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)

20世紀(jì)80年代以來(lái)得到迅速發(fā)展

其特征是制造全過(guò)程的系統(tǒng)性和集成性，以解決現(xiàn)代企業(yè)生存與競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題。1-4制造系統(tǒng)的發(fā)展歷程第五階段：跨企業(yè)和全球制造系統(tǒng)（智能制造）

20世紀(jì)末提出，正在成為21世紀(jì)的發(fā)展方向。

基本概念是:根據(jù)全球化的產(chǎn)品需求，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)和運(yùn)作，把分布在世界各地的制造工廠和銷售點(diǎn)聯(lián)接成一個(gè)整體，從而能夠在任何時(shí)候與世界任何一個(gè)角落的用戶或供應(yīng)商打交道，由此構(gòu)成具有統(tǒng)一目標(biāo)的在邏輯上為一整體而物理上分布于全世界的跨企業(yè)和跨國(guó)制造系統(tǒng)。

1-4制造系統(tǒng)的發(fā)展歷程從學(xué)科發(fā)展看

制造系統(tǒng)誕生于20世紀(jì)70年代后期的日本。京都大學(xué)人見(jiàn)勝人（HitomiK.）教授發(fā)表著作《ManufacturingSystemEngineering》。

在美國(guó)，麻省理工學(xué)院90年代初即開設(shè)有制造系統(tǒng)課程，并出版了專著。

在西歐，一些一流大學(xué)亦開設(shè)了制造系統(tǒng)課程?？傊?，制造系統(tǒng)已成為國(guó)外一流大學(xué)相關(guān)專業(yè)和學(xué)科的科研與教學(xué)工作的重要組成部分。

1-4制造系統(tǒng)的發(fā)展歷程在我國(guó)，制造系統(tǒng)的研究和應(yīng)用起步也較早，20世紀(jì)80年代中就已有柔性制造系統(tǒng)（FMS）在生產(chǎn)實(shí)際中應(yīng)用。但制造系統(tǒng)作為一個(gè)學(xué)科和技術(shù)領(lǐng)域，在國(guó)家支持下開展有組織的深入系統(tǒng)研究和應(yīng)用，是開始于國(guó)家的863計(jì)劃。以CIMS為代表的研究項(xiàng)目十幾年來(lái)取得一大批成果，并在許多類型的企業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，有力推進(jìn)了我國(guó)制造系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展。

1-4制造系統(tǒng)的發(fā)展歷程1-5制造系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)及實(shí)現(xiàn)原則1.對(duì)無(wú)人制造自動(dòng)化進(jìn)行了反思，提出了“人機(jī)一體化制造系統(tǒng)”的新思想。

2.智能制造系統(tǒng)將是未來(lái)制造系統(tǒng)的重要發(fā)展方向之一。3.單元級(jí)制造系統(tǒng)的研究仍然占有很重要的地位。4.平臺(tái)技術(shù)的研究與平臺(tái)軟件的開發(fā)是近年來(lái)制造系統(tǒng)發(fā)展的主要?jiǎng)酉蛑弧?/p>

制造系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)5.現(xiàn)代制造模式的提出和研究，直接推動(dòng)著制造系統(tǒng)的發(fā)展。6.分布式控制將是未來(lái)制造系統(tǒng)管理控制的重要發(fā)展方向之一。7.一種新的制造觀即信息制造觀正在孕育和發(fā)展之中。8.實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略正在成為制造系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

1-5制造系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)及實(shí)現(xiàn)原則自動(dòng)化制造系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)應(yīng)考慮的因素產(chǎn)品設(shè)計(jì)方面產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程考慮：通用化、系列化、標(biāo)準(zhǔn)化與模塊化采用“面向制造的設(shè)計(jì)”、“面向裝配的設(shè)計(jì)”技術(shù)1-5制造系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)及實(shí)現(xiàn)原則工藝技術(shù)方面1-5制造系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)及實(shí)現(xiàn)原則

計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)程設(shè)計(jì)（CAPP）

采用可重組的、高度可靠性的和高質(zhì)量的生產(chǎn)設(shè)備和工藝方法制造系統(tǒng)本身選擇適當(dāng)?shù)闹圃旆绞竭M(jìn)行合理的決策1-5制造系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)及實(shí)現(xiàn)原則對(duì)被加工對(duì)象、人、能量流、信息流、和物料流進(jìn)行優(yōu)化配置與控制1-6ANS的評(píng)價(jià)指標(biāo)生產(chǎn)率可靠性制造柔性可持續(xù)發(fā)展性產(chǎn)品質(zhì)量經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)指標(biāo)1-7AMS方法論人在自動(dòng)化制造系統(tǒng)的作用監(jiān)視并調(diào)整系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)排除系統(tǒng)的復(fù)雜故障完成機(jī)器無(wú)法完成的復(fù)雜工作完成機(jī)器不能經(jīng)濟(jì)完成的工作主導(dǎo)系統(tǒng)的控制和調(diào)度學(xué)習(xí)參考書

[1]HitomiK.,ManufacturingSystemEngineering,London,Taylor&Francis，1979[2]Chryssolo