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1、机械工业出版社,现代制造中的 机电系统应用,第4章 现代制造的生产加工环境,2,4.1 现代制造车间的特点,数控机床是现代制造车间最重要的装备。我国目前机械加工企业拥有几十万台数控设备，车间的数控化率在不断提高。国内大中型企业车间的数控机床主要以单机独立运行的机群形式进行，这种车间生产模式严重制约了数控机床的效能发挥。构建数控车间的制造过程信息系统是实现制造自动化的有效方式。 4.1.1 车间设备布局的基本要求 车间设备布局就是合理确定车间各组成部分及其各种设备、装置的具体位置。所谓合理布置，就是要使设备、人员与物料的移动得到密切有效的配合，既使生产活动能有效地进行，又能节省生产费用，并为职工
2、提供一个安全、舒适、美观的工作环境。,良好的车间设备布局可以产生如下几方面的好处： 1) 可以使车间生产面积得到充分的利用； 2) 有利于合理确定设备与装置数量，节省投资； 3) 有利于改善车间的生产环境； 4) 有利于减少生产耗费，生产资料的效能可以得到充分 的发挥； 5) 有利于车间的生产技术改造和生产任务的变更。 车间布置不合理，会给车间带来结构性损失。因此，无论是建立新车间，还是改造老的车间，都应合理规划和布置，以下列出了车间合理布置的一些基本原则。 (1) 合理布置车间设备，有利于车间生产的顺利进行和生产技术的提高，应遵循下列原则： 单一流向原则,3,4,物料搬运距离最短原则 尽量减
3、少装卸次数原则 进出方便原则 灵活性原则 (2) 有利于加强车间管理，应遵循下列原则： 协调配合原则 物流路线通畅原则 可见性原则 4.1.2 影响车间设备布局的因素 1. 物料运输方面的因素 (1) 运输设备的性能：运输设备的机动性、自动化程度、承载（或起重）能力等。运输设备的机动性能和自动化程度越高的，车间中的物料运输越方便快捷，但是在运输设备方面的投资越大。,5,(2) 物料流通形式：从毛坯或半成品入车间到产品或零件出车间这一流通过程及人员的活动方式。 (3) 运输所需要的空间：运输同空间的关系、运输路线的选择和确定。比如，运输通道的宽度是否合理、是否有足够的起吊高度等。 (4) 运输与
4、其他工艺过程的组合：比如在运输的过程中是否可以穿插一些检查、校验的工序等。 2. 物料存储因素 (1) 存储地的选择：存放于流通路线的旁边，还是设置存放场地。 (2) 物料存储方式：包括容器、流动贮存传送带、架子、自动仓库、托盘等。 (3) 存放地的面积：主要由存储量及存储方法决定。,6,3. 产品因素 (1) 产品的性能、规格及质量要求：产品的体积、重量、几何形状、加工处理上的特殊性、完成加工后的规格及质量要求等。 (2) 产品的生产批量和种类：品种的多少，批量的大小，以及产量的变动程度等。 (3) 产品的生产工艺：工艺流程、工序的合并和拆分、零件及材料的标准化程度等。 4. 设备因素 (1
5、) 设备的特性：设备的型号、工作时间、体积大小、重量、工作性能、噪音、振动等因素。 (2) 整个生产系统的特点：是手工作业还是自动化生产，或是部分手工作业、部分自动化生产，成套设备所占的比例越大，生产系统的柔性化程度就越底。 (3) 工装夹具的特性：是组合夹具还是一般的夹具，夹具的数量和装夹形式等。,7,(4) 辅助设施是否齐全，比如供气排气装置、调节装置、远距离控制装置等。 (5) 机械设备的生产线之间，或装置间的均衡生产问题。 5. 厂房结构因素 普通建筑还是专用建筑，单层还是多层，单跨还是多跨、厂房形状和走向，窗户、地面、屋顶高度、中列柱和边列柱的柱距、柱顶高度、柱顶到屋顶的高度等。 6
6、. 人的因素 (1) 职工的作业效率：要使各种生产活动协调一致，使作业时间保持均衡等。 (2) 其它因素：如是否符合劳动法规、是否符合生产安全性要求、职工的心理因素、管理是否方便等。,8,7. 与布局调整有关的因素 随着工厂技术经济的发展，调整工厂和车间设备布局的频度和速度越来越快。因此，在进行工厂和车间设备布局时，要预先考虑到可能的变更，使布置具有灵活性。与布置调整有关的因素有：添加新设备、旧设备的搬移、装置标准化、为生产能力的扩大留一定的余地等。 8. 其它因素 研究车间设备布局问题时，要把车间生产经营目标作为核心问题，为此，产品的品种、规格、数量，以及车间生产能力、经济预算、生产任务完成
7、日期、预期效果、变更的可能性等等问题，是要充分考虑的。,9,4.1.3 车间设备布局形式的分类,由于机械加工车间的生产组织和车间布局都十分的复杂， 而且不同类型的机加工车间又有各自的不同特点，所以，要建立车间设备布局问题的评价指标体系，首先就要将多种多样的设备布局形式进行归纳和分类。 1. 车间生产类型 生产类型就是以生产专业化程度为标志而划分的生产类别。划分生产类型的意义是要从品种繁多的工业企业中找出其生产组织上的共同特点。不同的企业要根据不同的生产类型来进行生产组织。不同行业自有其不同的特点，这些特点必然会影响到企业的生产组织。 这些特点表现在设备与工艺、生产规模、专业化程度、产品的结构等
8、等的组织上。,10,根据企业生产产品的品种多少、重复和稳定程度、产量大 小和专业化水平来分成三种基本生产类型。这就是大量生产、成批生产和单件小批生产，例如机械加工工厂传统就是以此类方法来分的。 (1) 大量生产 大量生产的特点是：产品固定，品种少，产量多，生产条件稳定，生产的重复性高。 (2) 成批量生产 成批量生产的特点是：产品相对稳定，品种稍多，产量稍少，工作地是成批量地，定期或不定期地轮番地进行生产，因而工作的专业化程度较大量生产为低。,11,(3) 单件小批量生产 单件小批量生产的特点是：产品品种多，而每一种产品仅是少量的，品种不稳定，工作专业化程度很低，在单件小批生产条件下，设备和工
9、夹具多采用通用的，只有在某些特殊的工艺、技术要求下才采用专用设备、工夹具。设备的布置通常是按同类型的设备成组排列的。 在单件小批量生产条件下，一个工作地上要执行各种不同 的工序作业，再有辅助性的作业较多，对工人的技术水平要求也较高，以适应多品种生产的要求。属于本类型的生产厂有电站设备厂、造船厂、矿山设备厂等。此外大者如航天的项目，小者如加工厂的扩建，新产品的开发等一次性的项目管理也可列入此种类型。,12,2. 车间生产组织形式 车间中的设备究竟要怎样布置，这主要是由车间的生产组织形式来决定的，不同的生产组织形式就要求采用不同的布局形式。车间或小组在生产过程中的空间的基本组织形式有工艺专业化和对
10、象专业化两种。 (1) 按工艺专业化原则组织生产 工艺专业化形式是按照生产工艺性质的不同来设置车间或小组的一种形式。在工艺专业化的车间里，集中了同种类型各种大小的工艺设备和同工种工人，对企业的各种产品进行相同的工艺加工。 (2) 按对象专业化原则组织生产 对象专业化是按产品（部件、零件）的不同来设置生产车间或小组的一种形式。,13,对专业化生产车间或小组，可分三种类型： 以产品为对象的生产车间或小组； 以部件为对象的生产车间或小组； 以零件为对象的生产车间或小组。 由于各个生产组织形式都有其优缺点，而且优缺点基本上恰恰相反，各适应于不同的条件。每个企业在组织车间或小组时，必须按照实际情况决定工
11、作方针，做好调查研究，认真分析研究企业生产的实际情况，根据要求和条件来选择运用。 3. 各种生产组织形式下的设备布局形式 (1) 按对象专业化原则组织生产的大批大量生产车间 在这种车间中，一般按流水线形式进行设备布局。,14,流水生产是指劳动对象按照一定的工艺路线，顺序地通过各个工作地，并按照一定的生产速度（节拍）完成作业的连续重复生产的一种生产组织形式。流水生产的基本特征如下： 1) 工作地专业化程度高，在流水线上固定地生产一种或几种制品，而在每个工作地上固定完成一道或几道工序。 2) 生产具有明显的节奏性，即按照节拍进行生产。所谓节拍，是指流水线上出产相邻两件制品的时间间隔。 3) 各道工
12、序的工作地（设备）数量与各该工序单件工时的比值相一致。 4) 工艺过程是封闭的，并且工作地（设备）按工艺顺序排列成链索形式，劳动对象在工序间作单向移动。 5) 劳动对象如同流水般地从一个工序转到下一个工序，消除或最大限度地减少了劳动对象的耽搁时间和机床设备加工的间断时间，生产过程具有高度的连续性。,15,(2) 按工艺专业化原则组织生产的单件小批量生产车间 在这种车间中，一般采用柔性制造系统(Flexible Manufacture System，FMS)和成组生产单元的形式进行设备布局。 1) 柔性制造系统：这种制造单元由镗铣加工中心、车削加工中心以及各类数控机床组成。 2) 成组生产单元：
13、成组生产单元中配备的设备是成套的，每套设备可以完成一个零件族中各种零件的加工。成组生产单元又可以分为以下几种布置形式，其特点是： a. 按生产线形式布置：当单元内加工的零件具有几乎完全相同的工艺路线时，设备可按上述工艺路线的顺序排列，形成一条好似单一对象的生产线。零件在线上作单向流动没有迂回，流动顺畅，运输路线最短，在制品亦最少。,16,b. 按U形布置：单元加工的零件虽所用设备相同，但具有不同的工艺路线时，为了缩短零件的运输距离和便于组织多机床看管适宜采用U形布置。设备在U形线中按零件族的典型工艺过程排列。按U形布置，设备比较集中便于照看，也便于不同零件在U形线上跳越、迂回流动，以最短运输距
14、离完成各自的工艺过程。 c. 按功能布置：当成组生产单元采用的设备主要是数控机床和加工中心时，由于实现了工序集中，每一个零件基本上在一台机床上可以完成其全部工序，此时一台数控机床和加工中心的工作地就是一个GT（Group Technology, 成组技术）中心。GT中心按功能布置，即功能相同或相近的GT中心布置在一起。 d. 分区联合布置：在建立成组生产单元较多的企业，通常把成组单元集中建立成组生产车间。,17,4.1.4 车间制造过程信息系统的总体结构 通过分析对车间制造过程信息系统的主要功能需求，系统的设计应在满足这些功能需求的基础上，力求系统结构的组件化、模块化，使系统易于在不同的制造企
15、业中按实际情况进行部署。 从系统用户的角度来讲，系统的各类使用人员的主要职责是组织生产运行，他们对系统的要求是操作简单方便、界面直观明了、容错能力强、适合实际生产管理需要。 从软件工程的角度，系统的开发过程按照软件工程的方法逐步进行，保证软件的质量。车间制造过程信息系统是一个车间级的应用系统，开发规模较小，且设计目标明确、功能需求明确。 机械制造企业生产特点的制造过程信息管理的结构模型各个层次的特点如下：,18,(1) 计划层 计划层主要是MRP/ERP系统，也可能是PDM/CAPP、SCM(Supply Chain Management, 供应链管理)等系统或者是它们中的某些组合。 (2)
16、执行层 位于执行层的车间层信息系统强调计划的执行，依据计划层下达的生产计划和指令，根据车间的实时情况制定工序级的生产计划，控制产品的生产过程及其相关的操作。 (3) 控制层 位于底层的控制层包括DCS(Distributed Control System,分布式控制系统)、DNC(Distributed Numerical Control, 分布式数控系统)、PLC(Programmable Logic Controller, 可编程控制器)、SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition, 数据采集与监视控制系统)等系统，强调生产过程和设备的控制。,19,4.1.5 车间制造过程信息系统功能模块设计 对车间制造过程信息系统主要功能进行分析，以生产计划管理、作业调度为主线，系统可分为九大功能模块：基础数据管理、生产计划管理、工艺路线管理、工具使用管理、工单管理、车间调度管理、车间质量管理、物料管理、终端管理。 基础数据管
