第1章自动化制造系统概论

自动化制造系统主要内容第一节基本概念（系统、制造、制造系统、自动化、制造自动化）第二节自动化制造系统的基本内容（分类）第1章自动化制造系统概论自动化制造系统知识点：制造、制造系统、制造自动化和自动化制造系统的概念；自动化制造系统的分类及适用范围掌握：1.定义：制造、制造系统、制造自动化、自动化制造系统；2.自动化制造系统的分类和适用范围。了解：1.系统的特征；2.自动化的含义；3.自动化制造系统的组成；4.自动化制造系统的生命周期。自动化制造系统一、系统1、定义指由相互联系、相互作用的若干要素构成的具有特定功能的有机整体2、特征目的性整体性相关性层次性环境适应性◆系统由若干元素组成◆元素相互作用、互相依赖◆系统具有特定的功能1.1基本概念自动化制造系统二、制造1、制造定义■国际生产工程学会：制造是一个涉及制造工业中产品设计、物料选择、生产计划、生产过程、质量保证、经营管理、市场销售和服务的一系列相关活动和工作的总称。广义：包括市场分析、经营决策、工程设计、加工装配、质量控制、生产过程管理、销售运输、售后服务直至产品报废处理等整个产品生命周期内一系列相互联系的生产活动。狭义：指生产车间与物流有关的加工和装配过程。■生产实际中自动化制造系统2、制造业将可用资源与能源，通过制造过程转化为可供人们使用或利用的工业品或生产消费品行业。3、制造规模制造企业的产品品种和生产批量大小是各不相同的，称为制造规模。年产量≥5000大规模制造年产量＜500多品种小批量制造500＜年产量＜5000大批量制造目前机械制造业的主导方式自动化制造系统制造系统具有特定功能的有机整体制造过程软件硬件三、制造系统1、定义■狭义：指与加工和装配相关的机械制造系统。■广义：包含从原材料供给到销售服务的所有制造过程及其所涉及的硬件和有关软件组成的具有特定功能的有机整体。制造理论；制造技术（工艺和方法）；制造信息。人员、生产设备、材料、能源和各种辅助装置自动化制造系统从以下三方面理解：从结构上：是制造过程中所涉及的硬件及其相关软件所组成的一个统一整体；从功能上：是一个将制造资源（原材料、能源）转变为产品或半成品的输入输出系统；从过程上：是制造生产的全部运行过程，包括市场分析、产品设计、工艺规划、制造实施、检验出厂、产品销售等各个环节。市场需求调研产品设计开发产品制造售后服务回收产品销售自动化制造系统2、概念模型最核心功能■有形资源■无形资源■产品■服务■创造客户■社会责任■硬件平台■软件平台■战略平台■知识平台■文化平台自动化制造系统3.制造系统特性（具有系统的全部特征：目的性、整体性、相关性、层次性和环境适应性）软件硬件制造系统结构特性结构特性制造系统可视为若干硬件的集合体。为使硬件充分发挥效能，必须有软件支持。3个显著特点：总是处于生产要素的不断输入和产品的不断输出这样一个动态过程中；在运行过程中无时无刻不伴随着物料流、资金流、价值流、信息流和工作流的运动；具有反馈性。自动化制造系统4.制造系统的“流”理论■制造系统的“五流”理论:信息流、物料流、资金流、价值流、工作流自动化制造系统■机械制造系统的“三流”理论：物料流、信息流、能量流自动化制造系统四、自动化制造系统1、自动化的概念2、制造自动化的概念3、制造自动化的发展历程4、制造自动化的发展趋势5、制造自动化的组成、分类及其特点自动化制造系统1、自动化的概念制造过程基本动作（传动、上下料、换刀、切削以及检验动作等）操纵动作（操纵和管理基本动作，如开动和关闭传动的动作）若干个工艺过程组成工序由机器代替人机械化自动化由机器代替人工序自动化工艺过程自动化制造过程自动化在一个工序中，所有基本动作都机械化，且辅助动作也自动化，工人只对这一工序做总的操纵和监督，就称为工序自动化。在一个工艺过程中，如果每一个工序都自动化了，并且把他们有机联系起来，使整个工艺过程都自动进行，工人只对整个工艺过程做总的操纵和监督，即某种工艺的自动生产线，又称为工艺过程自动化。从原材料到成品，所有工艺过程都不需要人工干预，都实现了自动化，且他们之间是自动有机联系在一起，这就是制造过程自动化。自动化制造系统2、制造自动化的概念在广义制造过程的所有环节采用自动化技术，实现制造全过程的自动化。广义内涵包括：（1）形式上:（2）功能上：（3）范围上：代替人的体力劳动代替或辅助人的脑力劳动制造系统中人、机及整个系统的协调、管理、控制和优化TQCSE：T（Time）Q（Quality）C（Cost）S（Service）E（Environment）涉及产品整个生命周期：市场分析、产品定义、研究开发、设计、生产、销售、报废等等自动化制造系统1、二十世纪五十年代前2、二十世纪五十年代后3、现代集成制造3、制造自动化的发展历程制造业发展史自动化制造系统制造业的历史就是不断改善和提高人们生活水平和标准的历史。但是，在最初的几千年里，这种改善和提高是小而缓慢的。1)手工工具进入石器时代，此时人类开始学习如何使用手工工具，这种使用工具的能力标志着人与动物的区别。此时的制造业可以说是一种手工的、分散的、单件的、低级的方法。此时的制造水平低下，技术与管理没有明显的分工。1、二十世纪五十年代前2)工业革命时代工业革命时代（18世纪下半叶），从瓦特发明蒸汽机到机床的发明，这些都是工业革命的产物。它们扩大了人的工作动力和提高了精确性，能生产出更好更多的东西，人类社会的生产力急剧增长，价廉而又质佳的工业产品代替了手工产品。但产品仍是用手工操作的机床制造的。自动化制造系统E.Li.Whitney发展了零件的互换性，给制造业带来了另一次很主要的改善，模具和量具的使用发展了可互换的制造业。此时的制造技术略有提高，管理技术为亚当.史密斯（Smith）提出的“劳动分工原理”，强调按专业化分割，对经营过程实施严格控制。3)可互换的制造业4)刚性自动生产线二十世纪初福特（Ford）建立的流水线生产方式，开始了刚性自动生产线和装配线的历史。直到二十世纪四十年代末，人们通过设计各种高效的自动化机床，并用自动物料输送装置将单机连接起来，形成了以单一品种、大批量生产为特征的成熟的刚性自动化生产方式。自动化制造系统5)科学管理随着制造规模的扩大，制造过程中涉及人员的增多，美国工程师泰勒（F.W.Taylor）提出了“科学管理”的理论，强调企业内部专业分工，形成了企业内部的各个职能部门，阿尔弗雷德.斯隆（AlfredSloan）将其用于通用汽车公司的组织与经营管理，形成了层层上报的金字塔组织结构，加强了部门管理。6)大量生产制造业的大量生产和科学管理，使工业产品更多、更好和更便宜。这时制造技术与管理技术有了明显的区别与分工。但由于改变制造系统的费用很高而限制了产品品种的发展。自动化制造系统二十世纪五十年代前制造业发展过程石器时代手工工具单件工业革命机床、互换性模具、量具单件、小批量制度化管理二十世纪上半叶自动机床刚性自动生产线大批量、品种单一科学管理专业分工自动化制造系统1)计算机技术在制造业的应用进入二十世纪五十年代后，随着计算机技术的发展，制造业发生了第三次飞跃。1952年美国麻省理工学院（MIT）成功研制出第一台数控（NC，NumericalControl）机床。2)柔性制造系统随着数控技术及计算机技术的发展，为了满足不同人的不同需要，在生产中引入柔性制造系统，随后涌现出一大批新的制造方法。2、二十世纪五十年代后3)现代制造技术计算机数字控制（CNC）直接数字控制（DNC）计算机辅助制造（CAM）计算机辅助设计（CAD）工业机器人（ROBOT）计算机辅助工艺规程编制（CAPP）柔性制造系统（FMS)智能制造（IM）虚拟制造（VM）自动化制造系统(4)现代管理技术同时，基于亚当.史密斯和泰勒两种理论的经营管理模式已不再适应新的制造技术的发展，企业的生产管理技术不得不发生很大变化，先后出现了:成组技术（GT）全面质量管理（TQM）管理信息系统（MIS）物料需求计划（MRP）制造资源计划（MRPII）企业资源计划（ERP）准时生产（JIT）精益生产（LP）经营过程重组（BPR）企业过程重组（EPR）计算机集成制造系统（CIMS）现代集成制造系统（CIMSII）并行工程（CE）面向X的设计DFX（DFM、DFA、DFC、DFE等）质量功能配置（QFD）敏捷制造（AM）此时，制造技术与管理技术已经逐渐融合为一体，如CIM、CE等。自动化制造系统今天，任何一个企业要想获胜，必须具备以下五种能力：①时间竞争能力Time-T)，产品上市快，生产周期短，交货及时；②质量竞争能力(Quality-Q)，产品不仅可靠，而且使用户各方面都满意，包括售后服务(Service-S)质量；③价格竞争能力(Cost-C)，产品的生产成本底，价格适中；④创新竞争能力(Creation-C)，产品有特点，生产有柔性，知识和技术含量高。⑤满足环保要求能力(Environment-E)，考虑产品生命周期所有过程对环境的影响。自动化制造系统制造战略的变迁人们生活水平的提高，产品消费节奏明显加快，全球一体化的市场使得消费者更具有选择性，批量生产的产品逐渐为个性化、多样化的产品所取代，客户化、小批量、快速交货的要求不断增加，导致市场的动态多变；专家预测，21世纪企业竞争的焦点可能会集中在以下四个方面:①提高产品的知识含量，开发出科技含量高有特点的新产品。②满足趋于个性化的用户需求，使生产有柔性。③市场全球一体化，全世界对市场的共同拥有导致竞争更加激烈。④必须更多地考虑环境问题。50年代和60年代：规模效益第一70年代和80年代：价格竞争第一和质量竞争第一90年代：市场响应速度第一自动化制造系统二十一世纪：TQCCE九十年代：市场响应速度八十年代：产品质量第一七十年代：生产成本第一六十年代：生产规模第一五十年代：生产规模第一制造企业经营战略的变迁自动化制造系统19501990生产批量的变化单件订做价格高价格高19001950价格较低价格中工业革命小批量生产大批量生产中小批量生产单件订做小批、动态生产1990后价格低自动化制造系统3、现代集成制造制造企业内部信息和数据间不该有的矛盾和冗余，进而出现了许多自动化“孤岛”。（制造自动化的发展趋势）早期的创新设计自动化水平(如CAD、CAE、CAPP、CAM)加工制造自动化水平(如NC、CNC、工业机器人、DNC、FMS)管理与决策的自动化水平（如MIS、MRP、MRPII、CAQ）导致解决计算机集成制造系统（CIMS）及其相关技术初期：过多地从技术角度强调企业的高技术和自动化要求，而对企业内部组织和管理重视不够；现代：人/组织、经营管理和技术手段三者相结合。自动化制造系统进入二十世纪九十年代后期，随着市场的变化和网络信息技术的发展，制造业又进入了一个新的发展时期——信息化时代，发展的总体趋势是:制造全球化制造敏捷化制造网络化制造虚拟化制造智能化制造绿色化自动化制造系统1.2自动化制造系统基本内容一、定义AMS,由一定范围的被加工对象、一定的制造柔性和一定的自动化水平的各种设备和高素质的人组成的一个有机整体，它接受外部信息、能源、资金、配套件和原材料等作为输入，在人和计算机控制系统的共同作用下，实现一定程度的柔性自动化制造，最后输出产品、文档资料、废料和对环境的污染。自动化制造系统加工系统物流系统控制与管理系统物流系统是对毛坯、工件、夹具、刀具等物料实施运送和装卸工作的物料流动系统。完成工件的切削加工、排屑、清洗和测量的自动化设备与装置传送带、有轨小车、无轨小车、搬运机器人、上下料托盘、交换工作站等。结构：对制造过程的监控、检测、协调与管理二、组成:自动化制造系统自动化制造系统机械控制自动化、机电液控制自动化、数字控制自动化、计算机控制自动化、智能控制自动化。三、分类及特点按制造过程分：按设备分:按控制方式分:毛坯制备过程自动化、热处理过程自动化、储运过程自动化、机械加工过程自动化、装配过程自动化、辅助过程自动化、质量检测过程自动化和系统控制过程自动化。局部动作自动化、单机自