先進(jìn)制造技術(shù)-第五章-制造自動(dòng)化技術(shù)

第五章制造自動(dòng)化技術(shù)

AutomationTechnologyforManufacturing

（5-1）式中TTLC——生產(chǎn)某種產(chǎn)品所需總時(shí)間；

B——批數(shù)；

Q——批量；

T1——單件工時(shí)；

T2——每批產(chǎn)品所需生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間（包括原材料訂貨時(shí)間，制定生產(chǎn)計(jì)劃時(shí)間，工藝裝備調(diào)整時(shí)間…）；

T3

——每種產(chǎn)品所需設(shè)計(jì)及生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間（產(chǎn)品設(shè)計(jì)，工藝設(shè)計(jì)，工藝裝備設(shè)計(jì)與制造…）。Groover產(chǎn)品壽命周期模型（5-2）式中TLC——生產(chǎn)每件產(chǎn)品所需平均時(shí)間式（5-2）即為Groover

產(chǎn)品壽命周期模型

TLC是一個(gè)綜合指標(biāo)，減小TLC常被作為生產(chǎn)活動(dòng)追求的目標(biāo)式（5-1）兩邊除以BQ，得到：◆剛性自動(dòng)化：著眼降低T1◆柔性自動(dòng)化：著眼降低T1

和T2（部分）◆綜合自動(dòng)化：同時(shí)減小T1、T2

、T3，特別是T2

和

T3

，因而在多品種、中小批量生產(chǎn)中具有重要意義Groover產(chǎn)品壽命周期模型

汽車后橋齒輪箱加工自動(dòng)線剛性自動(dòng)化20年代制造自動(dòng)化技術(shù)的主要形式柔性自動(dòng)化50年代焊接機(jī)器人綜合自動(dòng)化70年代綜合自動(dòng)化制造自動(dòng)化技術(shù)的主要形式

比較項(xiàng)目剛性自動(dòng)化柔性自動(dòng)化綜合自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)目標(biāo)

減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省勞動(dòng)力，保證加工質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本

減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省勞動(dòng)力，保證加工質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，縮短產(chǎn)品制造周期

除左外，提高設(shè)計(jì)工作與管理工作效率和質(zhì)量，提高對(duì)市場(chǎng)的響應(yīng)能力控制對(duì)象物流物流物流，信息流特點(diǎn)

通過(guò)機(jī)、電、液氣等硬件控制方式實(shí)現(xiàn)，因而是剛性的，變動(dòng)困難

以硬件為基礎(chǔ)，以軟件為支持，改變程序即可實(shí)現(xiàn)所需的轉(zhuǎn)變，因而是柔性的

不僅針對(duì)具體操作和工人的體力勞動(dòng)，而且涉及腦力勞動(dòng)以及設(shè)計(jì)、經(jīng)營(yíng)管理等各方面典型系統(tǒng)與裝備

自動(dòng)機(jī)床、組合機(jī)床，機(jī)械手，自動(dòng)生產(chǎn)線

NC機(jī)床，加工中心，工業(yè)機(jī)器人，DNC，F(xiàn)MC，F(xiàn)MS

CAD/CAM系統(tǒng)，MRPⅡ，CIMS應(yīng)用范圍大批大量生產(chǎn)多品種、中小批量生產(chǎn)各種生產(chǎn)類型關(guān)鍵技術(shù)

繼電器程序控制技術(shù)，經(jīng)典控制論

數(shù)控技術(shù)，計(jì)算機(jī)控制，GT，現(xiàn)代控制論

系統(tǒng)工程，信息技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)，管理技術(shù)三種自動(dòng)化形式的比較柔性制造技術(shù)和柔性制造系統(tǒng)

柔性制造技術(shù)（FMT——FlexibleManufacturingTechnology）是集數(shù)控技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)、現(xiàn)代管理技術(shù)為一體的現(xiàn)代制造技術(shù)，主要用于多品種小批量或變批量生產(chǎn)。

柔性——指制造系統(tǒng)能夠適應(yīng)產(chǎn)品變化的能力柔性制造系統(tǒng)（FMS）是由數(shù)控加工設(shè)備、物料運(yùn)儲(chǔ)裝置和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)等組成的自動(dòng)化制造系統(tǒng)。它包括多個(gè)柔性制造單元，能根據(jù)制造任務(wù)或生產(chǎn)環(huán)境的變化迅速進(jìn)行調(diào)整，適用于多品種、中小批量生產(chǎn)。(“中華人民共和國(guó)國(guó)家軍用標(biāo)準(zhǔn)”)

柔性制造系統(tǒng)是柔性制造技術(shù)的主要應(yīng)用形式。柔性制造系統(tǒng)的組成1）若干臺(tái)CNC加工設(shè)備，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)制造功能；2）自動(dòng)物流系統(tǒng)，即毛坯、工件、刀具的存儲(chǔ)、輸送、交換系統(tǒng)；3）控制整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)；4）其他：刀具監(jiān)測(cè)及管理系統(tǒng)、零件測(cè)量系統(tǒng)、切屑排除系統(tǒng)等。柔性制造系統(tǒng)的組成自動(dòng)倉(cāng)庫(kù)工廠計(jì)算機(jī)中央計(jì)算機(jī)物流控制計(jì)算機(jī)運(yùn)輸小車加工單元1加工單元2加工單元n信息傳輸網(wǎng)絡(luò)工夾具站柔性制造系統(tǒng)的組成柔性制造系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu)柔性制造系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)柔性制造單元（FMC——FlexibleManufacturingCell）

FMC由單臺(tái)計(jì)算機(jī)控制的數(shù)控機(jī)床或加工中心、環(huán)形托盤輸送裝置或工業(yè)機(jī)器人組成。柔性制造系統(tǒng)的類型柔性制造系統(tǒng)（FMS）它由兩臺(tái)或兩臺(tái)以上的數(shù)控機(jī)床或加工中心或柔性制造單元所組成，配有工件自動(dòng)上下料裝置（如托盤交換裝置、機(jī)器人）、自動(dòng)輸送裝置、自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)等，由計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行加工控制、計(jì)劃調(diào)度安排及工況監(jiān)測(cè)。柔性制造系統(tǒng)的類型柔性制造生產(chǎn)線（FML——FlexibleManufacturingLine）將FMS中的各機(jī)床按工藝過(guò)程布局，可以有生產(chǎn)節(jié)拍，但是可變的加工生產(chǎn)線，是剛性自動(dòng)線與柔性制造系統(tǒng)的一種結(jié)合。244FM摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸加工自動(dòng)線柔性制造系統(tǒng)的類型FMS的特點(diǎn)

除毛坯準(zhǔn)備與毛坯安裝外全部自動(dòng)化 可在不停機(jī)的條件下實(shí)現(xiàn)加工工件的自動(dòng)轉(zhuǎn)換

24小時(shí)運(yùn)行，只一班有人◆以GT為基礎(chǔ)——生產(chǎn)零件的品種由4至100種不等（20～30種居多）生產(chǎn)零件的批量由40至2000件不等（50～200件居多）大部分加工對(duì)象為相似零件（個(gè)別例外）◆具有較大柔性——可加工多種零件沒(méi)有固定的生產(chǎn)節(jié)拍故障可容（一臺(tái)機(jī)床出現(xiàn)故障，其它機(jī)床可進(jìn)行擬補(bǔ)）◆高度自動(dòng)化——◆控制與管理相結(jié)合——可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)的計(jì)劃、調(diào)度0101001000少零件品種數(shù)多10000100010010大零件批量小數(shù)控機(jī)床通用機(jī)床柔性制造單元柔性制造系統(tǒng)柔性制造生產(chǎn)線專用機(jī)床自動(dòng)線生產(chǎn)率提高柔性增大柔性制造系統(tǒng)的適用范圍FMS的配置

當(dāng)所選定零件組的全部工序可以被一種機(jī)床獨(dú)立完成時(shí)，F(xiàn)MS可以只配置數(shù)量足夠的相同型號(hào)機(jī)床，這些機(jī)床之間是可以相互代替的。1互替式（并聯(lián)）2互補(bǔ)式（串聯(lián)）3.混合式（并串聯(lián)）

當(dāng)所選定零件組的全部工序不能被一種機(jī)床獨(dú)立完成時(shí)，F(xiàn)MS需要配置幾種不同型號(hào)的機(jī)床，各自完成特定的工作，這些機(jī)床之間是互相補(bǔ)充的，不能相互替代。機(jī)床配置形式與特征比較配置形式互替式互補(bǔ)式混合式簡(jiǎn)圖生產(chǎn)柔性低中高生產(chǎn)率低高中技術(shù)利用率低中高系統(tǒng)可靠性高低中投資強(qiáng)度比高低中這些配置主要取決于機(jī)床功能、FMS的物料流和信息流，而并非取決于加工設(shè)備的物理布局。

1工序集中2控制功能強(qiáng)、柔性好3具有通信接口4高剛度、高精度、高速度5其它要求a)使用經(jīng)濟(jì)性好b)操作性、可靠性、維修性好c)自保護(hù)性、自維護(hù)性好d)對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性與保護(hù)性好e)技術(shù)資料齊全，機(jī)床上的各種顯示、標(biāo)記等清楚，機(jī)床外形、顏色美觀且與系統(tǒng)協(xié)調(diào)。FMS對(duì)機(jī)床的要求FMS常用的加工設(shè)備常見(jiàn)加工中心的分類按工藝用途可分為鏜銑加工中心、車削加工中心、鉆削加工中心、攻螺紋加工中心及磨削加工中心等。按主軸在加工時(shí)的空間位置可分為立式加工中心、臥式加工中心、立臥兩用（也稱萬(wàn)能、五面體、復(fù)合）加工中心。

鏜銑加工中心與普通數(shù)控鏜床和數(shù)控銑床的區(qū)別之處，主要在于它附有刀庫(kù)和自動(dòng)換刀裝置。

加工中心（鏜銑加工中心）臥式加工中心加工中心刀庫(kù)加工中心的刀庫(kù)有鏈?zhǔn)?、盤式和轉(zhuǎn)塔式等基本類型。從刀庫(kù)中挑選所需刀具的方法：順序選擇法；刀座編碼法；刀具編碼法；刀具刀座跟蹤記憶法加工中心換料裝置

加工中心常見(jiàn)的換料裝置是托盤交換器（AutomaticPal1etChanger——APC），它不僅是加工系統(tǒng)與物流系統(tǒng)間的工件輸送接口，也起物流系統(tǒng)工件緩沖站的作用。托盤交換器按其運(yùn)動(dòng)方式有回轉(zhuǎn)式和往復(fù)式兩種。加工中心換料裝置帶有多層托盤庫(kù)和中央刀具庫(kù)的FMS系統(tǒng)帶有托盤交換裝置的FMC加工系統(tǒng)的監(jiān)控

通信及接口、數(shù)據(jù)采集與交換、與系統(tǒng)內(nèi)各設(shè)備間的協(xié)調(diào)、與系統(tǒng)外的協(xié)調(diào)、NC控制、PLC控制、誤動(dòng)作、加工時(shí)間、生產(chǎn)業(yè)績(jī)、故障診斷、故障預(yù)警、故障檔案、過(guò)程決策與處理等機(jī)床主軸轉(zhuǎn)動(dòng)、主軸負(fù)載、進(jìn)給驅(qū)動(dòng)、切削力、振動(dòng)、噪聲、切削熱等夾具安裝、精度、夾緊力等刀具識(shí)別、交換、損傷、磨損、壽命、補(bǔ)償?shù)裙ぜR(shí)別、交換、裝夾等其它切屑、切削液、溫度、濕度、油壓、氣壓、電壓、火災(zāi)等形狀精度、尺寸精度、表面粗糙度、合格率等監(jiān)控功能

設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)切削加工狀態(tài)

產(chǎn)品質(zhì)量狀態(tài)傳感器群信號(hào)采集預(yù)處理特征提取狀態(tài)識(shí)別診斷決策預(yù)維修決策監(jiān)控檢測(cè)報(bào)告正常狀態(tài)模式預(yù)診斷知識(shí)庫(kù)預(yù)維修知識(shí)庫(kù)學(xué)習(xí)訓(xùn)練匹配狀態(tài)異常報(bào)警預(yù)知故障報(bào)警輸出設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控與檢測(cè)框圖◆設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控與檢測(cè)加工系統(tǒng)的監(jiān)控鉆頭破損檢測(cè)器內(nèi)存有以往采集的鉆頭破損的信號(hào)或鉆頭破損模擬信號(hào)，與檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行比較。當(dāng)鉆頭破損被確認(rèn)后，發(fā)出換刀信號(hào)。重點(diǎn)是刀具磨損、破損監(jiān)控與檢測(cè)。鉆頭破損檢測(cè)器聲發(fā)射鉆頭破損檢測(cè)裝置系統(tǒng)圖交換機(jī)床控制器工件折斷工作臺(tái)聲發(fā)射傳感器破損信號(hào)◆加工過(guò)程監(jiān)控與檢測(cè)加工系統(tǒng)的監(jiān)控離線檢測(cè)：過(guò)程穩(wěn)定，超差風(fēng)險(xiǎn)小在線/過(guò)程中檢測(cè)：實(shí)時(shí)，瓶頸工序在線/過(guò)程后檢測(cè)：滯后時(shí)間短，應(yīng)用較多PROCAUTPROCAUTPROCAUTINSPMAN抽樣離線檢測(cè)PROCAUTINSPMAN在線/過(guò)程中檢測(cè)反饋信號(hào)在線/過(guò)程后檢測(cè)PROCAUTINSPMANSORTAUT分類指令成品廢品加工系統(tǒng)的監(jiān)控－離線與在線檢測(cè)物料傳輸系統(tǒng)FMS中流動(dòng)的物料主要有工件、刀具、夾具、切屑及切削液。物料傳輸系統(tǒng)主要由輸送裝置、交換裝置、緩沖裝置和存儲(chǔ)裝置等組成。FMS對(duì)輸送裝置的要求1)通用性2)變更性3)擴(kuò)展性4)靈活性5)可靠性

6)安全性

◆

傳輸裝置滾式鏈?zhǔn)剑▊魉蛶в捎谌嵝圆?，目前較少使用）帶式有軌無(wú)軌（AGV）固定路線隨機(jī)路線電磁式光電式……傳送帶運(yùn)輸小車機(jī)器人固定式機(jī)器人行走式機(jī)器人物料傳輸系統(tǒng)轉(zhuǎn)向舵比較放大電路信號(hào)拾取線圈引導(dǎo)電纜電磁引導(dǎo)原理在地面上埋設(shè)引導(dǎo)電纜，并通以5～10kHz的低壓電流。小車上裝有對(duì)稱的一組信號(hào)拾取線圈。當(dāng)小車偏向右方時(shí)，右方的感應(yīng)信號(hào)減弱，左方的增強(qiáng)，控制器根據(jù)這些信號(hào)的強(qiáng)弱，控制小車的舵輪。物料傳輸系統(tǒng)-有軌小車電磁導(dǎo)向方式沿小車預(yù)定路徑在地面上粘貼易反光的反光帶（鋁帶或尼龍帶），小車上裝有發(fā)光器和受光器。發(fā)出的光經(jīng)反光帶反射后由受光器接受，并將該光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)控制小車的舵輪。物料傳輸系統(tǒng)-有軌小車光學(xué)引導(dǎo)方式信號(hào)孔感光元件光道光源反光帶光學(xué)引導(dǎo)原理——自動(dòng)導(dǎo)向小車（AGV——AutomaticGuidedVehicle）

無(wú)軌小車是一種利用微機(jī)控制的，能按照一定的程序自動(dòng)沿規(guī)定的引導(dǎo)路徑行駛，并具有停車選擇裝置、安全保護(hù)裝置以及各種移載裝置的輸送小車。物料傳輸系統(tǒng)-無(wú)軌小車物料傳輸系統(tǒng)◆

自動(dòng)倉(cāng)庫(kù)運(yùn)輸小車出入庫(kù)裝卸站堆垛機(jī)料架切屑處理系統(tǒng)斷屑加工部位封閉排屑機(jī)床、工夾具設(shè)計(jì)要便于排屑冷卻液沖，或壓縮空氣吹切屑輸送（通常采用地下輸送管道）切屑再處理（打包）

工廠計(jì)算機(jī)：

制定、修改、更新生產(chǎn)（作業(yè)）計(jì)劃；對(duì)中央計(jì)算機(jī)和物流計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制。

中央計(jì)算機(jī)：

根據(jù)工廠計(jì)算機(jī)制定的作業(yè)計(jì)劃對(duì)各加工單元進(jìn)行監(jiān)視與控制。

物流計(jì)算機(jī)：

根據(jù)工廠計(jì)算機(jī)制定的作業(yè)計(jì)劃對(duì)自動(dòng)倉(cāng)庫(kù)、堆垛機(jī)、緩沖站、運(yùn)輸小車等進(jìn)行監(jiān)視與控制。

單元控制器：

監(jiān)視與控制機(jī)床加工、檢測(cè)、上下料…

信息傳輸網(wǎng)絡(luò)：在控制計(jì)算機(jī)與單元控制器之間進(jìn)行信息傳遞。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)FMS控制管理系統(tǒng)自動(dòng)倉(cāng)庫(kù)AGV小車交通管理車間計(jì)算機(jī)中央管理計(jì)算機(jī)最高層中間層設(shè)備層

負(fù)責(zé)全面管理、協(xié)調(diào)和控制FMS的各項(xiàng)活動(dòng)

協(xié)調(diào)各種設(shè)備的操作執(zhí)行各種操作管理系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)：多級(jí)計(jì)算機(jī)遞階控制A制造單元計(jì)算機(jī)物流管理計(jì)算機(jī)B制造單元計(jì)算機(jī)機(jī)器人JCS-FMS-1控制級(jí)結(jié)構(gòu)中央管理