先進(jìn)制造技術(shù)與自動化

指導(dǎo)老師：邢志剛先進(jìn)制造技術(shù)2024/8/22161253233張旭超先進(jìn)制造技術(shù)與自動化2024/8/22261253233張旭超主要內(nèi)容先進(jìn)制造技術(shù)概述數(shù)控機(jī)床和數(shù)控加工中心工業(yè)機(jī)器人先進(jìn)制造系統(tǒng)的綜合自動化技術(shù)2024/8/22361253233張旭超一、先進(jìn)制造技術(shù)概述制造業(yè)的主要任務(wù)是制造人類社會所需的一切產(chǎn)品，工業(yè)化國家約70％～80％的物質(zhì)財富來自制造業(yè)?！跋冗M(jìn)制造技術(shù)”是取得理想技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果的制造技術(shù)的總稱。從本質(zhì)上看，可以說：傳統(tǒng)制造技術(shù)+信息技術(shù)+自動化技術(shù)+現(xiàn)代管理技術(shù)=先進(jìn)制造技術(shù)。2024/8/22461253233張旭超先進(jìn)制造的特點和內(nèi)容現(xiàn)代制造業(yè)的特點是：

①個性化、小批量生產(chǎn)；

②知識

技術(shù)

產(chǎn)品的周期越來越短；

③產(chǎn)品價格與其知識含量密切相關(guān)；

④對產(chǎn)品功能、性能、質(zhì)量、服務(wù)要求越來越高；

⑤全球競爭更加激烈。先進(jìn)制造技術(shù)包括數(shù)控技術(shù)、激光技術(shù)、新型材料、機(jī)器人、微型機(jī)械、納米技術(shù)、CAD／CAM、精益生產(chǎn)、柔性制造系統(tǒng)、虛擬裝配和網(wǎng)絡(luò)化制造、計算機(jī)集成制造系統(tǒng)、智能制造系統(tǒng)、并行工程、敏捷制造等內(nèi)容。2024/8/22561253233張旭超數(shù)控加工生產(chǎn)線2024/8/22661253233張旭超一種柔性制造系統(tǒng)2024/8/22761253233張旭超制造自動化的歷史和發(fā)展第一階段：剛性自動化，包括單機(jī)自動化和剛性自動化生產(chǎn)線。第二階段：數(shù)控加工，包括數(shù)控和計算機(jī)數(shù)控。第三階段：柔性制造，特征是強(qiáng)調(diào)對市場需求的適應(yīng)性、柔性和高效率。第四階段：計算機(jī)集成制造，特征是強(qiáng)調(diào)制造全過程的系統(tǒng)性和集成性。第五階段：新的制造自動化模式，如智能制造、敏捷制造、虛擬制造、網(wǎng)絡(luò)制造、全球制造、綠色制造等。2024/8/22861253233張旭超二、數(shù)控機(jī)床和數(shù)控加工中心是微電子、計算機(jī)、自動控制、精密測量等技術(shù)與傳統(tǒng)機(jī)械技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。它根據(jù)機(jī)械加工的工藝要求，使用計算機(jī)對整個加工過程進(jìn)行信息處理與控制、較好地解決了復(fù)雜、精密、多品種、小批量機(jī)械零件加工問題，屬于靈活、通用、高效的自動化裝置也是實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化、柔性化的核心設(shè)備。2024/8/22961253233張旭超數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)的基本構(gòu)成及特點加工程序輸入裝置數(shù)控系統(tǒng)機(jī)床伺服系統(tǒng)輔助控制裝置檢測裝置與普通機(jī)床相比，數(shù)控機(jī)床不僅適應(yīng)性強(qiáng)、加工效率高、精度高、質(zhì)量穩(wěn)定，而且可實現(xiàn)多坐標(biāo)聯(lián)動和復(fù)雜形狀零件的加工，是實現(xiàn)多品種、中小批量生產(chǎn)自動化的有效方式。2024/8/221061253233張旭超計算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)示意圖2024/8/221161253233張旭超數(shù)控車床

2024/8/221261253233張旭超數(shù)控磨床2024/8/221361253233張旭超數(shù)控加工中心是在普通數(shù)控機(jī)床的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，主要是增加了刀具庫、自動換刀裝置和移動工作臺等，因而可以在一臺機(jī)器上完成多臺機(jī)床才能完成的工作，包括銑、削、鉆、刨、鏜、攻羅紋等多種加工工序。2024/8/221461253233張旭超數(shù)控加工中心2024/8/221561253233張旭超三、工業(yè)機(jī)器人由操作機(jī)（機(jī)械本體）、控制器、伺服驅(qū)動系統(tǒng)和檢測傳感裝置構(gòu)成，是一種仿人操作、自動控制、可重復(fù)編程、能在三維空間完成各種作業(yè)。作業(yè)方式包括鉆孔、切削、裝配、焊接、噴漆、打磨、拋光、清洗、材料搬運、機(jī)具裝卸等，幾乎無所不能，特別適合于多品種變批量的柔性生產(chǎn)。工業(yè)機(jī)器人發(fā)展很快，未來的工廠將是由計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制的包含多個機(jī)器人智能加工單元的分布式自主制造系統(tǒng)，制造自動化的整體水平將顯著提高。2024/8/221661253233張旭超生產(chǎn)汽車的機(jī)器人自動焊接生產(chǎn)線2024/8/221761253233張旭超四、先進(jìn)制造系統(tǒng)的綜合自動化技術(shù)制造系統(tǒng)包含物料流、信息流和能量流，制造系統(tǒng)綜合自動化的任務(wù)就是對它們實行有效的綜合管理和控制，確保生產(chǎn)系統(tǒng)在最佳狀態(tài)下運行，并獲得盡可能高的效益。綜合自動化技術(shù)的常見形式有柔性制造系統(tǒng)、集散控制系統(tǒng)、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)、計算機(jī)集成制造系統(tǒng)等，代表了先進(jìn)制造系統(tǒng)的發(fā)展方向。2024/8/221861253233張旭超1.集散控制系統(tǒng)（分布式控制系統(tǒng)）集散控制系統(tǒng)是以實現(xiàn)分散控制為主要目標(biāo)的，英文名稱為“DistributedControlSystem，簡稱DCS”，直譯就是“分布式控制系統(tǒng)”。翻譯為“集散控制系統(tǒng)”更能體現(xiàn)其特點，指“管理功能集中”，“控制功能分散”。第一套DCS產(chǎn)品是美國Honeywell公司l975年推出的，現(xiàn)在DCS已成為工業(yè)過程自動化領(lǐng)域的主要設(shè)備，廣泛應(yīng)用于石油、化工、電力、冶金和造紙等工業(yè)領(lǐng)域。2024/8/221961253233張旭超DCS的三級體系結(jié)構(gòu)PLC2024/8/222061253233張旭超2.現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）

FieldbusControlSystem

大量采用微處理器以及智能傳感器的發(fā)展導(dǎo)致用數(shù)字信號取代傳統(tǒng)儀表的4～20mA（DC）模擬信號，并通過現(xiàn)場總線連接控制系統(tǒng)與現(xiàn)場儀表，組成現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)?，F(xiàn)場總線不僅僅是用數(shù)字儀表代替模擬儀表，它是新一代全數(shù)字化、全分散、全開放的底層控制網(wǎng)絡(luò)，是計算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和測控技術(shù)的綜合集成，它將自動控制系統(tǒng)和設(shè)備帶進(jìn)了信息網(wǎng)絡(luò)之中，為實現(xiàn)企業(yè)信息集成和企業(yè)綜合自動化提供了堅實的基礎(chǔ)。2024/8/222161253233張旭超現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的構(gòu)成例2024/8/222261253233張旭超現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的構(gòu)成例2024/8/222361253233張旭超現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的主要優(yōu)點把數(shù)字化通信延伸到生產(chǎn)現(xiàn)場，可方便地獲取變送器、執(zhí)行器、監(jiān)控裝置等現(xiàn)場設(shè)備的運行狀態(tài)和故障信息；結(jié)構(gòu)更簡單，一條通信線纜上可掛接多個現(xiàn)場設(shè)備，大量節(jié)省連接電纜和A/D、D/A等I/O組件；具有良好的互操作性、互用性和開放性；功能模塊較DCS更為分散化，可靠性更高；便于實現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備的智能化，數(shù)字化的現(xiàn)場儀表可以對各種數(shù)據(jù)和參數(shù)進(jìn)行濾波、變換、補(bǔ)償、運算等智能化處理，并可實現(xiàn)自學(xué)習(xí)、自診斷、自調(diào)整等多種功能。2024/8/222461253233張旭超3.計算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）

ComputerIntegratedManufacturingSystem

CIMS是計算機(jī)化、信息化、智能化、集成優(yōu)化的現(xiàn)代制造系統(tǒng)，集成內(nèi)容包括功能集成、組織集成、信息集成、過程集成等。CIMS具有生產(chǎn)率高、生產(chǎn)周期短、可實現(xiàn)多品種小批量生產(chǎn)等一系列優(yōu)點。CIMS一般包含四個功能子系統(tǒng)（管理信息系統(tǒng)、產(chǎn)品設(shè)計自動化系統(tǒng)、制造自動化系統(tǒng)、質(zhì)量保證系統(tǒng)）和兩個支撐子系統(tǒng)（計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)）。2024/8/222561253233張旭超CIMS的構(gòu)成計算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)

和數(shù)據(jù)庫子系統(tǒng)信息管理子系統(tǒng)質(zhì)量保證子系統(tǒng)制造自動化

子系統(tǒng)設(shè)計自動化

子系統(tǒng)市場信息原材料銷售服務(wù)信息技術(shù)信息產(chǎn)品2024/8/222661253233張旭超CIMS四個功能子系統(tǒng)的作用和組成信息管理子系統(tǒng)的功能包括市場分析和預(yù)測、經(jīng)營決策、各級生產(chǎn)計劃、生產(chǎn)技術(shù)準(zhǔn)備、銷售、供應(yīng)、財務(wù)、成本、設(shè)備和人力資源管理；產(chǎn)品設(shè)計自動化子系統(tǒng)通過計算機(jī)來輔助產(chǎn)品設(shè)計、制造準(zhǔn)備以及產(chǎn)品測試；制造自動化子系統(tǒng)由數(shù)控機(jī)床、加工中心、清洗機(jī)、測量機(jī)、運輸小車、立體倉庫和多級分布式控制計算機(jī)等設(shè)備及相應(yīng)的支持軟件組成，完成對零件的加工作業(yè)、調(diào)度以及制造任務(wù)；質(zhì)量保證子系統(tǒng)的功能包括質(zhì)量決策、質(zhì)量檢測、產(chǎn)品數(shù)據(jù)采集、質(zhì)量評介、生產(chǎn)加工過程中的質(zhì)量控制與跟蹤，保證從產(chǎn)品設(shè)計、產(chǎn)品制造、產(chǎn)品檢測到售后服務(wù)全過程的質(zhì)量。2024/8/222761253233張旭超CIMS兩個輔助子系統(tǒng)的作用和組成計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)也就是企業(yè)內(nèi)部局域網(wǎng)，是支持CIMS各子系統(tǒng)的開放型網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)，采用標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議可以實現(xiàn)異機(jī)互聯(lián)、異構(gòu)局域網(wǎng)和多種網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)，可以滿足不同子系統(tǒng)對網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提出的需求，支持資源共享、分布處理、分布數(shù)據(jù)庫和實時控制；數(shù)據(jù)庫子系統(tǒng)則支持CIMS各子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享和信息集成，它覆蓋了企業(yè)的全部數(shù)據(jù)信息；數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)在邏輯上，數(shù)據(jù)和信息是統(tǒng)一的；而在物理上，是分布式的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。2024/8/222861253233張旭超我國用于飛機(jī)制造的CIMS2024/8/222961253233張旭超自動化立體倉庫2024/8/223061253233張旭超五、先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展趨勢總的發(fā)展趨勢是精密化、敏捷化、網(wǎng)絡(luò)化、虛擬化、智能化、綠色化、集成化、全球化。制造精密化上世紀(jì)初精密加工的誤差是10μm，至今達(dá)0.001μm，而且不斷向超精微細(xì)領(lǐng)域擴(kuò)展。制造敏捷化主要內(nèi)容有：柔性．包括機(jī)器柔性、工藝柔性、運行柔性、擴(kuò)展柔性等；重構(gòu)能力．能實現(xiàn)快速重組重構(gòu)，增強(qiáng)對新產(chǎn)品開發(fā)的快速響應(yīng)能力；快速化的集成制造工藝。2024/8/223161253233張旭超制造網(wǎng)絡(luò)化主要包括：制造環(huán)境內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)化，實現(xiàn)制造過程的綜合集成；制造環(huán)境與整個制造企業(yè)的網(wǎng)絡(luò)化，實現(xiàn)制造環(huán)境與企業(yè)中工程設(shè)計、管理信息系統(tǒng)等各子系統(tǒng)的集成；企業(yè)與企業(yè)間的網(wǎng)絡(luò)化，實現(xiàn)企業(yè)間的資源共享、組合與優(yōu)化利用；通過網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)異地制造。制造虛擬化主要指虛擬制造，是以系統(tǒng)建模和仿真技術(shù)為基礎(chǔ)，由多學(xué)科知識形成的一種綜合系統(tǒng)技術(shù)。2024/8/223261253233張旭超制造智能化是在柔性化和集成化基礎(chǔ)上進(jìn)—步的發(fā)展和延伸，通過人與智能機(jī)器的協(xié)作，去擴(kuò)大、延伸和部分地取代人類專家在制造過程中的腦力勞動，以實現(xiàn)制造過程的優(yōu)化。制造綠色化是綜合考慮環(huán)境影響和資源效率的現(xiàn)代制造模式，目標(biāo)是使產(chǎn)品從設(shè)計、制造、包裝、運輸、使用到報廢處理的整個生命周期中，對環(huán)境的影響（負(fù)作用）最小，資源使用效率最高。2024/8/223361253233張旭超制造過程集成化指產(chǎn)品的設(shè)計、加工、