自動化制造系統(tǒng)

第8章自動化制造系統(tǒng)

8.1概述自動化制造系統(tǒng)包括剛性制造系統(tǒng)和柔性制造系統(tǒng)。一、剛性自動化生產(chǎn)線剛性自動化生產(chǎn)線是多工位生產(chǎn)過程，用工件輸送系統(tǒng)將各種自動化加工設備和輔助設備按一定的順序連接起來，在控制系統(tǒng)的作用下完成單個零件加工的復雜大系統(tǒng)。在剛性自動線上，被加工零件以一定的生產(chǎn)節(jié)拍，順序通過各個工作位置，自動完成零件預定的全部加工過程和部分檢測過程。二、剛性自動生產(chǎn)線的特點1、生產(chǎn)效率高，是少品種，大量生產(chǎn)必不可少的加工設備。2、有效縮短生產(chǎn)周期，取消半成品的中間庫存，縮短物料流程，減少生產(chǎn)面積，改善勞動條件，便于管理。3、投資大，系統(tǒng)調(diào)整周期長，更換產(chǎn)品不方便。三、柔性制造系統(tǒng)

柔性制造系統(tǒng)（FlexibleManufacturingSystem）由兩臺或兩臺以上加工中心或數(shù)控機床組成，并在加工自動化的基礎上實現(xiàn)了物料流和信息流的自動化。其基本組成部分有：自動化加工設備、工件儲運系統(tǒng)、刀具儲運系統(tǒng)和多層計算機控制系統(tǒng)等。1.自動化加工設備組成FMS的自動化加工設備有數(shù)控機床、加工中心、車削中心等，也可能是柔性制造單元。2.工件儲運系統(tǒng)

FMS工件儲運系統(tǒng)由工件庫、工件運輸設備和更換裝置等組成。工件庫包括自動化立體倉庫和托盤（工件）緩沖站。工件運輸設備包括各種傳送帶、運輸小車、機器人或機械手等;工件更換裝置包括各種機器人或機械手、托盤交換裝置等。3.刀具儲運系統(tǒng)

FMS的刀具儲運系統(tǒng)由刀具庫、刀具輸送裝置和交換機構等組成。4.輔助設備

FMS可以根據(jù)生產(chǎn)需要配置輔助設備。輔助設備一般包括自動清洗工作站,自動去毛刺設備,自動測量設備,集中切屑運輸系統(tǒng)和集中冷卻潤滑系統(tǒng)等。適應范圍：既能解決單件，小批量生產(chǎn)，有能適應大批量，多品種的自動化生產(chǎn)。5.多層計算機控制系統(tǒng)

FMS的控制系統(tǒng)采用三級控制，分別是單元控制級、工作站控制級、設備控制級。四、FMS的功能1、能自動完成多品種多工序零件的加工功能。2、自動輸送和儲料功能3、自動診斷功能4、信息處理功能五、FMS的類型1、柔性制造單元。柔性制造單元（FlexibleManufacturingCell）由單臺數(shù)控機床、加工中心、工件自動輸送及更換系統(tǒng)等組成。

FMC控制系統(tǒng)一般分為兩級，分別是單元控制級和設備控制級。 （1）設備控制級。 （2）單元控制級。FMC的基本控制功能包括： （1）單元中各加工設備的任務管理與調(diào)度。 （2）單元內(nèi)物流設備的管理與調(diào)度。 （3）刀具系統(tǒng)的管理2、柔性制造系統(tǒng)3、柔性制造生產(chǎn)線FML柔性制造線（FlexibleManufacturingLine）由自動化加工設備、工件輸送系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等組成。FML與FMS之間的區(qū)別：二者之間的界限很模糊，二者的重要區(qū)別是前者象剛性自動線一樣，具有一定的生產(chǎn)節(jié)拍，工作沿一定的方向順序傳送后者則沒有一定的生產(chǎn)節(jié)拍，工作的傳輸方向也是隨機性質(zhì)的。柔性制造線的主要優(yōu)點：具有剛性自動線的絕大部分優(yōu)點；當批量不很大時，生產(chǎn)成本比剛性自動線低得多；當品種改變時，系統(tǒng)所需的調(diào)整時間又比剛性自動線少得多，但建立系統(tǒng)的總費用卻比剛性自動線高得多。（4）柔性裝配線(FAL)

柔性裝配線（FlexibleAssemblyLine）通常由裝配站、物料輸送裝置和控制系統(tǒng)等組成。1.裝配站

FAL中的裝配站可以是可編程的裝配機器人,不可編程的自動裝配裝置和人工裝配工位。 2.物料輸送裝置 3.控制系統(tǒng)

FAL的控制系統(tǒng)對全線進行調(diào)度和監(jiān)控，主要控制物料的流向和自動裝配站、裝配機器人。（5）柔性制造工廠（FMS）由各種類型的數(shù)控機床或加工中心，柔性制造單元，柔性制造系統(tǒng)，柔性生產(chǎn)線等組成。完成工廠中全部機械加工工藝過程、裝配、油漆、試驗包裝等。具有更高的柔性。數(shù)控單元上料單元下料單元加蓋單元穿銷單元模擬單元伸縮換向單元檢測單元液壓單元分檢單元廢料立體倉庫8.2計算機集成制造技術（CIM）一、計算機集成制造技術的涵義

運用系統(tǒng)工程的整體優(yōu)化觀點，在人的核心作用下，將現(xiàn)代信息技術與生產(chǎn)技術結(jié)合起來，從信息技術和組織上將生產(chǎn)過程的各項工作系統(tǒng)和信息系統(tǒng)連接起來，以便有效地提高企業(yè)對市場需求的響應能力和生產(chǎn)率，從而保持企業(yè)的生存和發(fā)展。CIM是一個全面應用信息技術的生產(chǎn)策略。二、CIM的構成1、管理信息分系統(tǒng)（MIS）支持生產(chǎn)計劃和控制（PPC、MRP）銷售、采購。財塊等功能，用以處理生產(chǎn)任務方面的信息。2、技術信息分系統(tǒng)（TIS）包括CAD，CAPP和NCP等，用以支持產(chǎn)品的設計和工藝準備等功能，處理有關產(chǎn)品結(jié)構方面的信息。3、制造自動化分系統(tǒng)（MAS）包括各種不同自動化程度的制造系統(tǒng)，如NC機床，DNC，F(xiàn)MC，F(xiàn)MS和其他制造單元，用來實現(xiàn)信息流對物流的控制和完成物流的轉(zhuǎn)換。4、計算機輔助質(zhì)量保證系統(tǒng)（CAQ）支持生產(chǎn)過程的質(zhì)量管理和質(zhì)量保證5、數(shù)據(jù)管理分系統(tǒng)（DAS）用以管理整個CIMS的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的集成和共享。5、網(wǎng)絡分系統(tǒng)傳遞CIMS各個分系統(tǒng)內(nèi)部和之間的信息，實現(xiàn)CIMS的數(shù)據(jù)傳遞和系統(tǒng)通信功能。三、實現(xiàn)CIMS的關鍵技術1、信息集成2、過程集成3、企業(yè)集成8.3機器人IsaacAsimov在《I’mRobot》中提出了“機器人三原則”：Arobotmustnotharmahumanbeingor,throughinaction,allowonetocomeharm.Arobotmustalwaysobeyhumanbeingsunlessthatisconflictwiththefirstlaw.Arobotprotectitselffromharmunlessthatisconflictwiththefirstorsecondlaws.并首次出現(xiàn)了“機器人學Robotics”的概念機器人的四大特征仿生特征：模仿人的肢體動作柔性特征：對作業(yè)具有廣泛適應性智能特征：具有對外界的感知能力自動特征：自動完成作業(yè)任務二、機器人的組成機械手或移動車機器人的主體部分，由連桿、活動關節(jié)和其他構件構成。末端執(zhí)行器驅(qū)動器連接在機械手最后一個關節(jié)上，用來執(zhí)行任務。是由公司工程師或外面的顧問為某種用途而專門設計的。通常，其動作有機器人控制器直接控制?！凹∪狻保Ｒ姷尿?qū)動器有伺服電機、步進電機、氣缸及液壓缸等，還有一些新型驅(qū)動器。它們由控制器控制。傳感器“五官”，收集機器人內(nèi)部狀態(tài)的信息或用來與外部環(huán)境進行通信。控制器和處理器“大腦”，計算機器人關節(jié)的運動，確定每個關節(jié)應移動多少和多遠才能達到預定的速度和位置，并監(jiān)督控制器和傳感器。“小腦”，從計算機獲取數(shù)據(jù)，控制驅(qū)動器的動作，并與傳感器反饋信息一起協(xié)調(diào)機器人的運動。操作系統(tǒng)：用來操作計算機機器人軟件：根據(jù)機器人的運動方程計算每個關節(jié)的必要動作，然后將這些信息傳給控制器例行程序集合和應用程序：為了使用機器人外部設備或為了執(zhí)行特定任務而開發(fā)軟件三、機器人的分類 機器人是從初級到高級逐步完善起來的，它的發(fā)展過程可以分為三代。 第一代機器人是目前工業(yè)中大量使用的示教再現(xiàn)型機器人，它主要由夾持器、手臂、驅(qū)動器和控制器組成。示教－>記憶－>再現(xiàn)第二代機器人是帶感覺的機器人，它具有一些對外部信息進行反饋的能力，諸如力覺、觸覺、視覺等。第三代機器人是智能機器人。具有發(fā)現(xiàn)問題并能自主解決問題的能力。三、機器人技術的進展工業(yè)機器人技術在機械本體、控制系統(tǒng)、傳感系統(tǒng)、可靠性和網(wǎng)絡功能方面取得了突破性進展：機器人操作機已實現(xiàn)了優(yōu)化設計（包括材料、構型和驅(qū)動單元方面）；控制軸數(shù)增多，實現(xiàn)了軟件控制和全伺服控制；配備了各種傳感器，提高了作業(yè)性能和對環(huán)境的適應性；實現(xiàn)了與總線和一些網(wǎng)絡的連接；機器人可靠性大幅度提高；各種用于非制造業(yè)的機器人系統(tǒng)有了長足的進展：農(nóng)業(yè)機器人在土地耕作、作物移栽、噴灑農(nóng)藥、作物收獲、果蔬采摘方面取得突破性進展；水下機器人；空間和太空機器人；服務機器人成功地用于清潔、保安、醫(yī)療、家用、娛樂等方面；三、工業(yè)機器人的應用

目前，工業(yè)機器人主要應用于汽車制造、機械制造、電子器件、集成電路、塑料加工等較大規(guī)模生產(chǎn)企業(yè)。下面介紹幾種機器人的典型應用。1.汽車制造領域2.機械制造領域

機械制造企業(yè)的柔性制造系統(tǒng)采用搬運機器人搬運物料、工件和工具，裝配機器人完成設備的零件裝配，測量機器人進行在線或離線測量。3.其它領域機器人在其它領域的應用也非常廣泛，如工業(yè)機器人可以取代人去完成一些危險環(huán)境中的作業(yè)(如放射線、火災、海洋、宇宙等)。磁懸浮列車列車底部及兩側(cè)轉(zhuǎn)向架的頂部安裝電磁鐵，在“T”字軌的上方和上臂部分的下方分別設反作用板和感應鋼板，控制電磁鐵的電流使電磁鐵和軌道間保持1厘米的間隙，讓轉(zhuǎn)向架和列車間的吸引力與列車重力相互平衡，利用磁鐵吸引力將列車浮起1厘米左右，使列車懸浮在軌道上運行。這必須精確控制電磁鐵的電流。

磁懸浮列車示意圖列車行駛時，車頭的磁鐵（N極）被軌道上靠前一點的電磁體（S極）所吸引，同時被軌道上稍后一點的電磁體（N極）所排斥———結(jié)果是前面“拉”，后面