第五章-自动化制造系统各分系统的设计

第五章自动化制造系统各分系统的设计第一节加工设备选择第二节工件储运及管理系统方案设计第三节刀具储运及管理系统方案设计第四节作业计划与调度系统设计第五节检测与监控系统设计第一节加工设备选择一、自动化制造系统对加工设备的要求1.工序集中2.质量3.生产率4.柔性5.成本6.易控制性3二、选择加工设备的内容和原则1.选择加工设备的类型2.选择加工设备的规格工作台行程范围主轴电机功率与转矩转速范围最大工件直径其他技术参数43.选择加工设备精度定位精度与重复定位精度铣圆精度其他精度指标应注意有关验收的问题工步间检测装置4.选择数控系统选择数控系统时考虑与外部支持软件相适应根据数控机床的使用指标选择数控系统根据性能要求选择数控系统功能同一个自动化制造系统中各台加工设备的控制系统尽可能一致，以方便使用与维护。55.选择刀具形式、自动换刀装置及机床刀库尽量选用结构简单和可靠性高的ATC机床刀库的容量以满足一个独立的复杂加工程序对刀具的需要为原则选用刀具预调仪慎重选择刀柄、刀具及附件6.选择特殊订货项目注意配套性自动交换工作台选择回转工作台的联动在不同机床上通用的附件，应从全局6第二节工件储运及管理系统方案设计一、工件输送系统1.输送系统型式选择直线型、环型、网型、树型2.工件输送设备的选择步伐式输送带、空中或地面有轨运输车、自动导向小车、驱动辊道、地链式有轨车8二、自动化仓库1.仓库形式的选择自动化仓库一般分为立体库和平面库。2.立体仓库布局形式的选择立体仓库布局形式的选择主要与仓库的存储数量、进出库频率、系统的总体布局、外部设备以及存放物料的规格等有关。9三、工件储运管理系统功能1.物流系统的控制2.AGV的管理交通管制车辆调度系统监控3.自动化仓库的管理台帐管理库存管理货位管理10一、刀具储存策略1.信息化技术在制造业中的应用不断深化；2.刀具、切削技术在制造业中的重要作用日益显现；3.企业中非核心业务的分离受到重视；4.制造业中生产活动外置与服务外包正在成为发展趋势。制造业的发展需要现代刀具管理技术第三节刀具储运及管理系统方案设计专业化的刀具管理是刀具行业升级转型的结果1.切削技术进入快速发展时期，切削效率成倍提高，成为制造业发展的基础工艺和关键技术；2.刀具新产品、新材料、新涂层、新工艺快速发展；3.刀具应用技术的重要性突出；4.刀具供应商向服务供应商转型，提供专业化的刀具管理正在成为核心业务。刀具行业的发展使现代刀具管理成为专业化的产品制造成本加工费一般管理费刀具费制造成本降低刀具费使用最新刀具1%~2%降低成本100%切削加工的成本模型分析发生在企业里与刀具相关的费用和对制造成本的影响1.刀具的直接成本:买刀的费用二、刀具管理的重要作用132.刀具的间接成本：用刀和管刀的费用包括采购、储存、组装、调试、重磨、重涂等环节所发生的人员工资、房屋和设备折旧等费用，还包括多余采购所占用的资金成本和不合理使用造成的浪费。要占制造成本的15%~30%，远远超过刀具的直接成本。14刀具的间接成本4%30%66%1231.刀具的直接成本占制造成本4%2.刀具的间接成本占制造成本30%，包括：安全的库存量刀具准备涂层和其它外协加工刃磨机床和计算机购置人员工资消耗品房屋租金和保险费差旅费人员培训费质量认证、审计费15第一，基本功能降低刀具使用和管理发生的间接费用是刀具管理的基本功能，包括：1.降低刀具的库存，减少冗余的刀具，提高刀具的利用率；2.在刀具供货中引入市场机制；3.减少对人员、资金、设备、厂房的占用；4.减少备刀、调刀的差错。刀具管理的功能基本功能：节省开支减少浪费16第二，高级功能提高加工效率及刀具应用水平是刀具管理的高级功能，包括：1.服务工艺创新；2.选择更好的刀具，更佳的切削参数，减少随意性；3.提供应用技术；4.提高加工效率，保证加工质量；5.提高数控机床的利用率5%~50%；6.分析与监督的作用。高级功能：增加效益17对刀具管理系统的四个“正确”的要求这四个“正确”是：“把正确的刀具，以正确的数量，在正确的时间送到正确的地点。”根据这四个要求，刀具管理系统必须能产生正确的刀具信息并对信息进行正确的管理。三、刀具管理系统的基本要求和不同模式18一个完整的刀具管理系统有两部分组成•一部分是在产品设、工艺编制和NC编程阶段产生正确的刀具清单和调刀图，对系统的主要要求是：1.具备与CAD、CAM、CAPP、ERP等工程系统的接口；2.在刀具数据库里有足够的刀具纪录供调用；3.产生刀具清单；4.提供刀具2D图纸供制造或调刀用；5.提供3D造型供切削模拟；6.支持工艺创新，反映行业特点；7.提供刀具的应用技术。19•另一部分应用在产品制造阶段，对刀具进行正确的使用和物流管理，其主要的要求是：1.跟踪刀具的位置；2.管理刀具的库存；3.管理刀具的调试信息；4.反映刀具的使用信息；5.管理刀具的维护；6.分析、评估刀具管理的效果（刀具费用、刀具利用率、刀具寿命统计、操作者的用刀水平等）。20有两大类的刀具管理模式•一类是以刀具物流管理为主的模式通常它是由刀具供应商或工程软件公司提供自动仓储柜并负责管理刀具的领用、归还、库存的补充、及费用的核算等管理。特点是：建立容易，灵活方便，一定程度上也能起到省人、省事、省地、省钱的效果，但总体上属局部的物流管理，对提高刀具的加工效率、保证加工质量作用不大。在美国、德国推广较快。21自动仓储柜的例子2223•另一类是刀具一体化管理模式这种模式集成了工程开发阶段和物流管理阶段的功能，可实现这两部分信息数据的交换和共享。特点是：工程开发阶段的信息为后面的制造及物流管理提供附加的增值，而制造及物流过程中的使用效果和切削参数的调整等信息可反馈到工程开发阶段，供技术经济分析使用，两者互相促进，实现刀具的最优化配置。24产品工程开发阶段刀具使用与物流阶段调刀图采购和库存管理刀具装配预调切削加工刀具拆卸维护重磨一体化刀具管理的例子西安易博软件公司的一体化刀具管理系统第一、增强刀具管理系统的刀具专业技术和工艺创新的功能1.提供必要的刀具应用技术；2.增加工件材料可加工性的信息；3.要反映行业的特点；4.配刀方案的技术经济分析：加工的效率、加工的质量、加工的成本。四、刀具管理系统的发展趋势29高速旋转刀具的动平衡技术30高速旋转刀具的装夹技术31高速旋转刀具的安全技术32汽车行业专用刀具多33模具行业的型腔加工要求提供走刀策略34航空航天工业的铝合金整体构件的高速加工加工波音F/A-18E/F战斗机的控制系统的安装板工夹具数：53→6加工时间：1028小时→43.9小时零件数：44→6重量：10磅→9磅成本降低：73%35第二、发展刀具外包管理的模式1.符合制造业发展的大方向；2.可取得较好的效果；3.局部的单项的外包较适合单件、小批量的生产方式；4.全面的外包较适合大批量流水线的生产方式。36第三、刀具的编码与ISO13399标准的接轨它是一个关于描述刀具的标准而不是刀具的标准37第四、关注ISO14649(STEP-NC)标准38第四节作业计划与调度系统设计一上层的生产作业计划生产作业计划分为厂级作业计划和车间内部生产作业计划。厂级作业计划是把全厂任务和出产进度具体落实到车间。车间内部生产作业计划则是把车间的生产任务和出产进度具体落实到工段、班组以至每个工人。他们的编制方法基本相同。其编制方法主要取决于车间生产组织形式和生产类型。39二、自动化制造系统的生产作业计划•单元控制器是整个自动化制造系统的总体控制机构，其主要任务是：（1）零件加工的排序与生产调度管理零件装卸站在什么时候装载什么零件、零件在系统内加工的先后次序及何时由何设备完成相应工序的加工进行控制。（2）设备运行的调度方案对系统内所有制造资源的管理，如调度物料运输装置在需要时将物料从指定地点运送到指定目的地，安排特定设备完成某个零件某道工序的加工、检测和清晰等任务。（3）实时监控系统的运作状态提供与保存系统各设备和在线零件、托盘、刀具等的最新状态信息，对故障作出报警或者自动处理40•（4）系统信息管理保管系统所需的各种信息资料，如系统设备的基本数据、零件特征、制造工艺、切削参数、数控程序、质量要求、生产任务等。还要收集整理生产过程中的各种统计报表，以供各级管理人员查阅、参考。•（5）信息通信这是系统集成的重要基础，通过通信系统可以接受生产管理部门下达的生产任务及修改命令，接受技术部门的零件加工工艺、质量要求、数控程序等信息。系统产生的各种统计数据也要通过通信功能向上传输。出来上述对外通信外，通信功能还要负责系统内各级控制器之间的信息传递。•（6）其他如系统运行仿真、单元控制器的运行管理等。41生产作业控制是对产品生产的数量和进度的控制（一）生产调度生产调度是以生产作业计划为依据，对企业日常生产活动进行控制和调节的工作，即对生产作业计划执行过程中已出现和可能出现的偏差及时了解、掌握、预防和处理，保证整个生产活动协调地进行。1、生产调度工作的主要内容：•控制生产进度和在制品流转；•督促有关部门做好生产准备和生产服务；•检查生产过程中的物资供应；•督促设备的运转；合理调配劳动力；•调整厂内运输；•组织厂部和车间的生产调度会议；•做好生产完成情况的检查、记录、统计分析工作。三、自动化制造系统的调度422、生产调度工作原则：（1）计划性。保证生产作业计划规定的任务和进度。对实际与计划的偏差，采取措施予以克服，必要时对原计划进行调整和补充。（2）统一性。各级调度部门根据生产作业计划和上级指示行使调度权力，下一级生产单位和同级的有关职能部门必须坚决执行。（3）预见性。积极采取措施预防或缩小生产作业计划中可能发生的偏差和障碍造成的影响。（4）及时性。生产调度部门对生产中出现的有关问题及时采取措施解决，避免造成损失。•调度工作技术设备:如专用信号装置、调度电话、无线传呼机、工业闭路电视、电子计算机等。43单件小批生产类型企业的期量标准①产品生产周期图表②生产提前期③产品劳动量日历分配图表在产品生产周期图表的基础上，按时间定额等资料汇总得到。产品生产周期图表是单件小批生产最基本的期量标准，它规定各工艺阶段的提前期、生产周期及其相互街接关系等内容。四、自动化单击的生产计划与调度44第五节检测与监控系统设计•一、检测与监控系统的组成•(1)把各种非电量信息转换为电信号,这就是传感器的功能,传感器又称为一次仪表。•(2)对转换后的电信号进行测量,并进行放大、运算、转换、记录、指示、显示等处理,这叫作电信号处理系统,通常被称为二次仪表。•非电量检测系统的结构形式如图45•图非电量检测系统的结构形式46被测对象传感器信号调理多路模拟开关取样保持检测系统功率放大激励装置低通滤波A/D显示RAMCPUROM键盘计算机总线D/A计算机检测系统基本组成框图47二、运行状态检测与监控•自动化制造系统运行状态通常包括：•1.刀具信息•2.机床状态信息•3.系统运行状态信息•4.在线尺寸测量信息•5.系统安全情况信息•6.仿真信息48二、工件尺寸精度检测（1）用通用量具或仪器检测：GB/T3177-1997此方法能检测出工件的实际尺寸，便于对产品质量进行过程控制。适用于单件小批量生产，但检测效率较低。工件尺寸的检测方法通常有两类:（2）用光滑极限量规检测：GB/T1957-1981此方法只能判断被测工件尺寸是否在规定的极限尺寸范围之内，而不能测出工件的实际尺寸适用于成批大量生产，但用该法检验方便、效率高。无论采用何种检测方法，都会有测量误差，造成误判误收误废49•普通计量器具——指带有刻度的变值测量器具，如游标卡尺、千分尺及车间使用的比较仪等。这类量仪通用性强，使用范围广，一般采用两点法测量工件的实际尺寸。用普通计量器具检验工件，要解决好三个问题：二、是如何根据被检工件的公差及工艺状况等，确定合适的验收方式及验收极限。三、是如何对验收质量作出评价，即根据A/u1计算误收率m和误废率n。一、是如何根据被检工件的公差，选