机械制造系统自动化PPT课件.ppt

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1、1 机械制造系统自动化主要内容 4 1柔性制造系统 FMS 及技术4 2计算机集成制造系统 CIMS 4 3智能制造系统参考文献 1 张世琪 李迎 孙宇 现代制造引论 M 北京 科学出版社 2003 2 田雨华等 计算机集成制造技术和系统 M 北京 兵器工业出版社 1991 3 柔性制造系统编委会 柔性制造系统 M 北京 兵器工业出版社 1995 4 吴季良 柔性制造系统实例 M 北京 机械工业出版社 1989 5 CIMS编委会 计算机集成制造系统 CIMS 约定 标准与实施指南 M 北京 兵器工业出版社 1994 2 随着市埸全球化 经济一体化进程的加快 竞争战略不断从最初的规模战略 成本

2、战略 C 到后来的质量战略 Q 供货期战略 T 服务战略 S 环保战略 E 直到现在的综合战略 即TQCSE 相应的制造理念和制造模式不断创新 伴随着自动化技术的发展 先后出现了柔性制造 集成制造 敏捷制造 智能制造以及其他各种先进的制造理念和模式 面对今天的新形式 新格局 现代机械制造系统及其自动化将在市场竞争中发挥越来越大的作用 3 制造系统自动化的意义在于 提高生产率 采用自动化技术后可以大幅度缩短产品制造过程中的辅助时间 从而使生产率得以提高 缩短生产周期 如图所示 采用自动化技术后可以有效缩短零件98 5 的无效时间 从而有效缩短了生产周期 4 提高产品质量 由于广泛采用各种高精度的

3、加工设备和自动检测设备 减少了工人情绪波动的 提高经济效益 采用自动化技术后可减少占地面积 减少直接生产工人的数量 减少废品率等 降低劳动强度 让机器去完成绝大部分笨重 艰苦 烦人甚至对人体有害的工作 从而降低了工人的劳动强度 有利于产品更新 采用现代制造技术使得变更制造对象更容易 适应的范围也较宽 十分有利于产品的更新 5 提高劳动者的素质 制造自动化技术要求操作者具有较高的业务素质和严谨的工作态度 无形中就提高了劳动者的素质 特别是采用小组化工作方式对人的素质要求更高 带动相关技术的发展 可以带动自动检测技术 自动化控制技术 产品设计与制造技术 系统工程技术等相关技术的发展 体现一个国家的

4、科技水平 如自1870年以来 制造自动化技术和设备基本上都首先出现在美国 这与美国高度发达的科技水平密切相关 6 4 1柔性制造系统 FMS 及技术 20世纪60年代以前 刚性自动化系统或生产线在大批大量生产中发挥了很大的作用 然而 面对日益增长的用户需求多样化 个性化的市场 这种刚性系统越来越不适应市场竞争的要求 柔性制造系统以其优越的性能很受人们青睐 逐渐进入制造领域 占据一席之地 4 1 1柔性制造系统 柔性制造系统及技术包含 柔性制造系统 FMS 柔性制造单元 FMC 及柔性制造线 FML 等系统及各种数控加工技术 7 1 FMS的组成及功能 柔性 是指生产组织形式和自动化制造设备对加

5、工任务 工件 的适应性 FMS是在加工自动化的基础上 实现物料流和信息流的自动化 所谓柔性制造是指 用可编程 多功能的数字控制设备 更换刚性自动化设备 用易编程 易修改 易扩展 易更换的软件代替刚性联结的工艺过程 使刚性生产线实现软性化和柔性化 8 根据柔性制造理念开发的制造系统称为柔性制造系统 FMS 它是由若干台数控加工设备 物流运储装置和计算机控制系统组成的 并能根据制造任务和生产品种的变化而迅速进行调整的自动化制造系统 柔性制造系统定义 9 图4 2柔性制造系统基本结构 10 1 组成 自动化加工设备 有数控机床 加工中心 车削中心等 也可能是FMC 工件储运系统 由工件库 含立体仓库

6、和托盘缓冲站 工件运输设备 含各种传送带 运输小车 机器人或机械手等 和更换装置 含各种机器人或机械手 托盘交换装置 等组成 刀具储运系统 通常为三层控制 即单元层 工作站层和设备层 由刀具库 有中央刀库和机床刀库 刀具输送装置 含运输小车 机器人或机械手 和刀具交换机构 如换刀机械手 等组成 多层计算机控制系统 检测监控系统 除此以外 还可有扩展部分 如 自动清洗工作站 自动去毛刺设备 自动测量设备 集中切屑运输系统 集中冷却润滑系统等 11 图4 3柔性制造系统的组成 典型的FMS 12 图4 4具有柔性装配功能的FMS 7 仓库8 车削中心9 多坐标测量机10 镗铣加工中心11 刀具预调

7、仪12 装配机器人13 小件装配站14 装夹站15 AGV16 控制柜 13 2 案例介绍 以BQ FMS柔性制造系统为例 本案例是我国第一条自行研发的完整意义上的FMS 由原国防科工委组织 南京理工大学 长春55研究所 绵阳58研究所联合承研 系统组成及布局 图4 5所示为BQ FMS的组成及平面布局图 整个系统可划分为运行控制 加工 物流与运储 检测监控四个子系统 加工的主要零件有表尺座 油路板 变速盒 阀体 行星齿轮架 各类回转体类零件等 14 图4 5BQ FMS平面布局 15 主要的加工设备有 单位mm MCV 0立式加工中心 2台 520 320 320 MCH500 D卧式加工中

8、心600 600 600 TNC 20车削加工中心 200 1200 WalterHMC 400万能数控工具磨床 Brown SharpeXCEL7107三座标测量机1000 700 700 16 运行控制子系统 采用由车间层 单元层 工作站层和设备层构成的四层递阶控制结构形式 并在网络和工程数据库的支持下实现系统控制及管理 车间控制器控制和管理两个制造单元以及相应的自动化仓储系统 a 棱体类制造单元由两台立式加工中心 一台卧式加工中心和一台三座标测量机组成 物流系统包括 由工件识别装置 工件装卸站 清洗机 有轨运输车 托盘交换器 托盘缓冲站等组成的工件流子系统 由刀具预调仪 条码阅读器 刀具

9、进出站 换刀机器人 中央刀库等组成的刀具流子系统 单元控制器通过三个工作站分别控制上述设备 并具有电网检测 安全监视等组成的检测监控子系统 17 b 回转体类制造单元在其单元控制器的控制下 由一台车削中心及其控制工作站组成 回转体类加工单元在控制逻辑上 还控制用于工件传递的台座式机器人以及在两个单元及立体仓库之间输送毛坯 半成品 成品 夹具的运输车 BQ FMS的通信网络有两种形式 以Mini MAP为主的网络通信形式 以TCP IP为主的网络通信形式 总之 BQ FMS是一个车间级的FMS 其控制结构如图4 6所示 18 图4 6BQ FMS体系结构 19 加工子系统 C CAD CAPP

10、CAM系统 为加工子系统提供技术信息 基于并行工程思想 该柔性制造系统建立了运行于网络和工程数据库环境下的CAD CAPP CAM FMS一体化集成系统 有基于图形工作站和微机工作站两套不同的环境 B 回转体类单元加工系统 由车削中心和机器人组成 A 棱体类单元加工系统 由两台立式加工中 一台卧式加工中心及其托盘交换装置 APC 组成 物流子系统 A 刀具流系统 主要由刀具刃磨机 刀具预调仪 条码阅读器 换刀机器人 刀具进出站及含144个刀位的中央刀库组成 20 刀具流系统全貌 21 图4 6BQ FMS换刀机器人实物照片 22 23 图4 7BQ FMS刀具进出站实物照片 24 图4 8BQ

11、 FMS中央刀库实物照片 25 图4 9刀具预调仪 26 图4 10工件装卸站实物照片 B 工件流系统 主要由工件装卸站 有轨运输车 托盘缓冲站及工件清洗站等组成 27 a 有轨运输车 AGV 由车体 地轨 车载托盘交换装置 伺服驱动和控制系统组成 图4 11所示为AGV实物照片图 b 托盘缓冲站 共有18个 其中12个为两台立式加工中心存取550mm 350mm托盘 6个为卧式加工中心存取500mm 500mm托盘 c 工件清洗站 为翻转式自动门结构 PLC控制 大流量 最大可达200L min 清洗 28 图4 11AGV实物照片图 29 C 自动化仓储系统 由立体货架 堆垛机及控制管理系

12、统组成 30 31 检测监控子系统 A 运行与控制检测监控B 加工设备的状态检测C 工件加工质量检测D 物流检测监控E 环境参数及安全监控 32 2 FMS的作业计划与调度技术 目标 通过对制造过程中物料流的合理规划 调度与控制 达到提高生产效率 缩短制造周期 减少在制品 降低库存 提高资源利用率的目的 1 上层的生产作业计划 FMS单元层生产作业计划 是依据公司层和车间层生产计划制定的 公司层通常采用企业资源计划ERP进行生产计划编制 车间层则是根据本车间的资源 实际生产作业完成情况 毛坯准备情况等为落实公司层生产计划而进行规划 可以用ERP系统的核心子系统MRP 的处理逻辑来简单表达 如图

13、4 13所示 33 图4 13MRP 的处理逻辑 34 A 在一定的时间周期内系统的产出最高 B 尽量满足任务的优先级或交货期 C 关键 瓶颈 设备的利用率最高 D 生产所花费的成本最少 E 系统内的在制品最少 F 系统内设备的平均利用率最高 G 加工一组工件时系统的通过时间最短 H 加工单个零件时通过系统的时间最短 2 FMS单元层的生产作业计划与调度 静态调度 FMS生产作业计划制订时 常根据不同的要求选择优化目标 常见的优化目标有 图4 14所示为班次计划制订过程的示例 35 图4 14班次计划制订过程 36 FMS的动态调度 动态调度是在系统加工过程中 根据系统当前的实际状态对生产活动

14、进行的动态优化控制 包括 调度决策和调度规则两大问题 A 调度决策 通常的决策点有 工件进入系统的决策点 工件选择加工设备的决策点 加工设备选择工件的决策点 小车运输方式的决策点 工件选择缓冲站的决策点 选择运输小车的决策点 加工设备选择刀具的决策点 刀具选择加工设备的决策点 刀具选择中央刀库中刀位的决策点 换刀机器人运刀的决策点 37 B 调度规则 通常的调度规则有 处理时间最短 处理时间最长 剩余工序加工时间最短 剩余工序加工时间最长 下道工序加工时间最长 交付时间最早 剩余工序数最少 剩余工序数最多 先进先出 随机选择 下道工序服务队列最短 下道工序服务台工作量最小 组合规则 优先权规则

15、 确定性规则 利用率最低 启发式规则等等 38 4 1 2FMC及DNC 略 4 2计算机集成制造系统4 2 1CIM与CIMS的基本概念计算机集成制造 CIM 1974年美国的约瑟夫 哈林顿博士针对企业所面临的激烈市场竞争形式提出了一种组织企业生产的哲理 提出通过采用系统工程技术 进行企业计算机应用的整体规划以实现全企业各种信息的有机集成 39 CIM概念的基本观点有两个 1 企业的各个生产环节 即从市场调研 产品规划 产品设计 加工制造 经营管理到售后服务的全部生产活动都是一个不可分割的整体 需要统一考虑 2 整过制造过程 实质上是一个信息采集 传递及加工处理的过程 CIM定义 所谓CIM

16、 是指用计算机 通过信息集成 过程集成 企业集成 实现现代化的生产制造 求得企业的总体效益的一种先进制造理念 CIM的准确内涵是 CIM是一种组织 管理和运行企业的哲理 其宗旨是 提高企业产品质量 降低生产成本 缩短上市时间 从而使企业赢得激烈的市场竞争 40 计算机集成制造系统 CIMS 根据CIM理念研发的计算机化 信息化 智能化 集成优化的制造系统 即称之为计算机集成制造系统 CIMS 或称现代集成制造系统 41 4 2 2CIMS的组成 一般情况下 CIMS由四个应用 或功能 分系统和两个支撑分系统组成 如图4 15所示 图4 15CIMS的组成 42 1 管理信息分系统 MIS 用以收集 整理及分析各种管理数据 向企业和组织的管理人员提供所需要的各种管理及决管信息 必要时还可提供决策支持 MIS可实现的功能如上图所示 其核心是制造资源计划MRP 或企业资源计划ERP 各分系统的主要功能为 2 技术信息分系统 TIS 它根据MIS分系统下达的产品设计要求 进行产品的技术设计和工艺设计 包括必要的工程分析 优化和绘图 通过工程数据库和产品数据管理PDM 实现内外部的信息集成 该分