自動化制造系統(tǒng)概述

自動化制造系統(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)展趨勢及實現(xiàn)原則1-6自動化制造系統(tǒng)的評價指標1-7系統(tǒng)工程與自動化制造系統(tǒng)方法論1-1本課程的主要要求及方法要求：掌握自動化制造系統(tǒng)的基礎(chǔ)理論與體系結(jié)構(gòu)；掌握自動化制造系統(tǒng)的管理與控制技術(shù)；掌握自動化制造系統(tǒng)的分析與設(shè)計的基本方法；提高從系統(tǒng)的角度分析問題和解決問題的能力。方法：在學習本課程時，應聯(lián)系實際，在掌握理論知識的同時，逐漸學會從系統(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)品市場制造全過程知識強調(diào)的是產(chǎn)品的整個生命周期過程市場下部方框表示物質(zhì)的轉(zhuǎn)化過程上部方形框表示信息處理過程上下兩部分間箭頭表示信息對物質(zhì)轉(zhuǎn)化廣義制造概念下制造過程框圖

制造業(yè)：所有與制造有關(guān)的企業(yè)和機構(gòu)的總體。它涉及到國民經(jīng)濟的很多行業(yè)，如機械、電子、輕工、化工、食品、軍工、航天等。國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)，其生產(chǎn)總值一般占一個國家國內(nèi)生產(chǎn)總值的20％-55％。

作用：１．創(chuàng)造價值、創(chuàng)造物質(zhì)財富和創(chuàng)造新的知識

２．為其他經(jīng)濟部門提供先進的手段和裝備1-2基本概念美國制造業(yè)美國是裝備制造業(yè)最強大的國家全球最大的500家工業(yè)企業(yè)中，美國占據(jù)31％份額美國始終把制造業(yè)當作“經(jīng)濟實力的脊梁”制造業(yè)對其GDP的直接貢獻保持在20％以上，從而拉動其他產(chǎn)業(yè)30％，拉高經(jīng)濟增長率40％近來，美國制造業(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)濟中心。所謂微小技術(shù)產(chǎn)業(yè)，是由納米技術(shù)、微機電系統(tǒng)等尖端技術(shù)開辟出的全新產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，是多種學科交融并具有戰(zhàn)略意義的前沿高技術(shù)產(chǎn)業(yè)美國68%財富來源于制造業(yè)英國制造業(yè)宏觀經(jīng)濟穩(wěn)定——有利于企業(yè)有效進行長期產(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)商開拓利用英國強大的科研基地，制造創(chuàng)新型、高附加值的產(chǎn)品；理想的產(chǎn)業(yè)實踐——通過不斷地改進提高，提升企業(yè)的生產(chǎn)率與競爭力；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?shù)氖袌隹蚣堋獮槠髽I(yè)營造參與全球競爭所需的產(chǎn)業(yè)環(huán)境。英國制造業(yè)的產(chǎn)值占英國GDP的25％左右。英國是工業(yè)革命的起源地和傳統(tǒng)的制造業(yè)大國英國政府對制造業(yè)的態(tài)度是：“制造業(yè)的成功對英國的繁榮，無論是現(xiàn)在還是將來，都是至關(guān)重要的?！庇_立七大支柱工作，以支撐建立知識密集型制造業(yè)基地。日本制造業(yè)日本的現(xiàn)場制作生產(chǎn)率現(xiàn)在名列世界第一綜合競爭力僅次于美國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)濟時代還是在知識經(jīng)濟時代，制造現(xiàn)場的制作能力和創(chuàng)新能力，是一個國家經(jīng)濟的重要的基礎(chǔ)，而這正是日本制造的強項。如模具制造，美國三大汽車巨頭使用的都是“日本造”。因為美國造的模具軋制3萬次．而日本造的模具可以軋制6到10萬次。此外，精密儀器和質(zhì)量控制也是日本制造的強項。日本國民總產(chǎn)值的49％來自于制造業(yè)。中國制造業(yè)2009年我國制造業(yè)占當年GDP的45％左右；彩電、冰箱、洗衣機、空調(diào)器、照相機、收錄機、程控交換機、計算機主板、光盤驅(qū)動器、顯示器、棉布、化纖、服裝、皮鞋、鋼、拖拉機、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。我國制造業(yè)的勞動生產(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)作為一個整體具有特定的功能。

例：簡單構(gòu)件組成高性能系統(tǒng)在建筑機械和結(jié)構(gòu)工程中，常采用由簡單構(gòu)件組成的各類桁架系統(tǒng)。在這種力學系統(tǒng)中，通過組成要素間的合理聯(lián)接，可以從整體上表現(xiàn)出很高的力學性能。系統(tǒng)的目標—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)科學簡潔，設(shè)計新穎獨特，為國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)在計算機等數(shù)字設(shè)備中，采用以“0”和“1”兩個狀態(tài)工作的電子器件，通過非線性方法相聯(lián)接，組成了高精度數(shù)字化系統(tǒng)。系統(tǒng)的目標—提高總體性能2010年第35屆超級計算機評比，來自Cray的美洲豹Jaguar，憑借1.75PFlop/s(每秒1750萬億次)的計算能力傲視群雄。我國“星云”計算機最高運算速度每秒3000萬億次。制造系統(tǒng)：為達到制造目的而構(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)類別按照自動化程度對制造系統(tǒng)分類手動制造系統(tǒng)半自動制造系統(tǒng)自動制造系統(tǒng)普通車床為主，設(shè)計和制造主要靠手工數(shù)控車床，加工中心，設(shè)計制造人不再處于中心地位剛性自動化人機一體化無人化1-2基本概念作用越來越明顯控制系統(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象自動化設(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

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

市場競爭日趨激烈，產(chǎn)品更新?lián)Q代越來越快，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)的勞動生產(chǎn)率低，生產(chǎn)周期長，產(chǎn)品成本高，市場競爭能力差。

能否把大批量生產(chǎn)的先進工藝和高效設(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)就是針對生產(chǎn)中的這種需求發(fā)展起來的一種生產(chǎn)和管理相結(jié)合的科學。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象歸并成組，并用大致相同的方法來解決這一組研究對象的生產(chǎn)技術(shù)問題，這樣就可以發(fā)揮規(guī)模生產(chǎn)的優(yōu)勢，達到提高生產(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簡稱GT）。AMS的組成人自動化制造系統(tǒng)對人的要求不是降低了，而是提高了。對人的要求：具有一定技術(shù)水平和決策能力具有“全能”的知識和技術(shù)具有團隊合作精神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)用來維持系統(tǒng)運行，做了有用功機械運轉(zhuǎn)和傳送過程中的損耗，對系統(tǒng)產(chǎn)生有害效果能量消耗對產(chǎn)品的成本有重要影響，對一個國家的可持續(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)物料處理是自動化制造系統(tǒng)的主要運作形式物料流及物料處理儲運設(shè)備加工設(shè)備熱處理設(shè)備檢測設(shè)備清洗設(shè)備裝配設(shè)備輔助設(shè)備AMS主要內(nèi)容AMS毛坯制備自動化機械加工自動化儲運自動化裝配過程自動化輔助過程自動化熱處理過程自動化質(zhì)量控制自動化系統(tǒng)控制自動化1-4制造系統(tǒng)的發(fā)展歷程從技術(shù)層面看

經(jīng)過數(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，并在實際應用中發(fā)揮著越來越重要的作用。

第一階段：剛性制造系統(tǒng)

本階段在20世紀50年代前已基本形成。

第二階段：單機柔性加工系統(tǒng)

開始于20世紀50年代初，到70年代已基本成熟。

第三階段：多機柔性加工系統(tǒng)

出現(xiàn)于20世紀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：計算機集成制造系統(tǒng)

20世紀80年代以來得到迅速發(fā)展

其特征是制造全過程的系統(tǒng)性和集成性，以解決現(xiàn)代企業(yè)生存與競爭問題。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世紀末提出，正在成為21世紀的發(fā)展方向。

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

1-4制造系統(tǒng)的發(fā)展歷程從學科發(fā)展看

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

在美國，麻省理工學院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，一些一流大學亦開設(shè)了制造系統(tǒng)課程?？傊圃煜到y(tǒng)已成為國外一流大學相關(guān)專業(yè)和學科的科研與教學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，制造系統(tǒng)的研究和應用起步也較早，20世紀80年代中就已有柔性制造系統(tǒng)（FMS）在生產(chǎn)實際中應用。但制造系統(tǒng)作為一個學科和技術(shù)領(lǐng)域，在國家支持下開展有組織的深入系統(tǒng)研究和應用，是開始于國家的863計劃。以CIMS為代表的研究項目十幾年來取得一大批成果，并在許多類型的企業(yè)中得到廣泛應用，有力推進了我國制造系統(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)展趨勢及實現(xiàn)原則1.對無人制造自動化進行了反思，提出了“人機一體化制造系統(tǒng)”的新思想。

2.智能制造系統(tǒng)將是未來制造系統(tǒng)的重要發(fā)展方向之一。3.單元級制造系統(tǒng)的研究仍然占有很重要的地位。4.平臺技術(shù)的研究與平臺軟件的開發(fā)是近年來制造系統(tǒng)發(fā)展的主要動向之一。

制造系統(tǒng)的發(fā)展趨勢5.現(xiàn)代制造模式的提出和研究，直接推動著制造系統(tǒng)的發(fā)展。6.分布式控制將是未來制造系統(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。

1-5制造系統(tǒng)的發(fā)展趨勢及實現(xiàn)原則自動化制造系統(tǒng)實現(xiàn)應考慮的因素產(chǎn)品設(shè)計方面產(chǎn)品設(shè)計過程考慮：通用化、系列化、標準化與模塊化采用“面向制造的設(shè)計”、“面向裝配的設(shè)計”技術(shù)1-5制造系統(tǒng)的發(fā)展趨勢及實現(xiàn)原則工藝技術(shù)方面1-5制造系統(tǒng)的發(fā)展趨勢及實現(xiàn)原則

計算機輔助工藝規(guī)程設(shè)計（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?shù)闹圃旆绞竭M行合理的決策1-5制造系統(tǒng)的發(fā)展趨勢及實現(xiàn)原則對被加工對象、人、能量流、信息流、和物料流進行優(yōu)化配置與控制1-6ANS的評價指標生產(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)濟性評價指標1-7AMS方法論人在自動化制造系統(tǒng)的作用監(jiān)視并調(diào)整系統(tǒng)的運行狀態(tài)排除系統(tǒng)的復雜故障完成機器無法完成的復雜工作完成機器不能經(jīng)濟完成的工作主導系統(tǒng)的控制和調(diào)度學習參考書

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