生产系统工程 教学课件 ppt 作者 郑永前 第4章 制造系统设计

《生产系统工程 教学课件 ppt 作者 郑永前 第4章 制造系统设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《生产系统工程 教学课件 ppt 作者 郑永前 第4章 制造系统设计（107页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、生产系统工程,第4章 制造系统设计,本章内容,制造系统建模 加工单元能力分析 装配线平衡,4.1 制造系统构建,制造系统的概念 制造系统的组成 制造系统的分类标准 制造系统的常见类别 制造系统学习曲线,4.1.1 制造系统概念,1815年，原指“工厂系统” 结构定义 制造系统是由硬件（生产设施、机床、夹具等）、物料传送装置、工人和其他附属装置组成的统一集合体，由生产信息/知识、技术、方法和软件支持它。 转换定义 制造系统的输入就是一定的原材料或零配件信息，而输出则为加工后的零件、部件或产品等 。由物料流、信息流与能源流三大部分组成的系统。 程序定义 制造系统中应该包括有规划、实施和控制等管理功

2、能，以实现生产目标的要求，并控制制造过程，降低或消除过程与计划目标的偏离。,典型的制造系统可能有以下几种形式 单人操作单一半自动循环运行的机器 单人操作一组单自动机器 全自动装配机器，定期需要操作人员 一组全自动机器在一个自动工作循环中加工一系列相似零件 一组工作人员在一条生产线上进行装配工作,4.1.2 制造系统的组成,一个制造系统包括很多组件，在一个给定的制造系统当中，一般包括以下组件： 生产设备以及工具，夹具和其他相关硬件 物料搬运系统 用于协作或控制上述组件的计算机系统 操作人员,生产机器,手动机器 手动机器由操作人员直接操控或监督。机器提供源动力而人员进行控制。 普通机床、钻床、磨床

3、等 半自动机器 在某种形式的程序控制之下完成一部分工作循环，而操作人员在旁边进行产品的装卸工作，或是完成循环内的某部分任务。 数控车床（CNC） 自动机器 无人参与情况下自动完成加工外任务。 大型注塑成型机，工业机器人等,在制造系统中，一般用工作站（workstation）来定义工厂中一个完成特定任务的位置，它可能是一个自动机器，一个人机组合，或是使用工具而不需要机器的操作工。一个制造系统包括一个或多个工作站，多个工作站组合到一起就被叫作，生产线、装配线、机器单元或是根据其不同的结构和功能有不同的名字。,物料搬运系统,在涉及到多个离散部件或产品的加工或组装过程中，制造系统需要提供以下功能： 工

4、作元件的安装与卸载 在每个工作站上进行工作元件的定位 不同工作站间物料的搬运（多工作站制造系统） 临时存储功能,装载、定位与卸载,装载是指将工件放置在生产机器上，或是工作站内的传输设置上。定位可以使工件处在一个适于工具加工的位置或方向上。在生产机器上的定位一般通过使用夹具来实现，它夹住工件的某一部分并在整个加工过程中施力加以固定，从而提供精确的定位和定向。当产品加工结束之后，就需要将其从生产机器上卸载下来，放到工作站旁的容器里，或者准备把产品转移到生产工序中的下一个工作站上。,产品加工与运输中的夹具,通用夹具 三爪自定心卡盘、四爪单动卡盘、台虎钳、万能分度头、中心架、电磁吸盘等 专用夹具 专用

5、夹具是针对某一工件的某一工序的加工要求而专门设计和制造的夹具 可调夹具 对不同类型和尺寸的工件，只需调整或更换原来夹具上的个别定位元件和夹紧元件便可使用 成组夹具 根据成组加工工艺的原则，针对一组形状相近的零件专门设计的，也是具有通用基础件和可更换调整元件组成的夹具。 组合夹具 模块化的夹具，标准的模块元件具有较高精度和耐磨性，可组装成各种夹具，夹具用毕即可拆卸，留待组装新的夹具 自动线夹具,工作站间的物料传输,可变路线搬运 工作站间的物料运送没有固定的路线和顺序，在制造系统中加工或装配不同种的产品。可变路线搬运在JOBSHOP和批量产品生产的情况下应用较多。 成组机器单元、柔性制造系统。 固

6、定路线搬运 产品一直按着某种规定的路线和顺序经过各个工作站，这就是说，待加工产品一般是相似的，加工工艺也是相对确定的。 生产线制造系统,计算机控制系统,向操作人员下达指令 为计算机控制的机器加载指令 物料搬运系统控制 进行排产控制,错误诊断 安全监控 质量控制 运营管理,计算机系统主要有以下功能,人力资源,直接劳动力 直接通过手工劳动或是控制机器进行工作，从而提高产品价值。 间接劳动力 对计算机系统进行控制或编程，以维持系统正常运行，,4.1.2 制造系统分类标准,手动工作站,根据直接劳动力在每个工作站边工作时间比例来进行工作站自动化程度的划分标准。用Mi来表示一个工作站的手工化程度，一个操作

7、人员在站内的工作时间比例。 Mi1代表工作站内的手动工序，反之， Mi1则说明以部分自动化形式进行加工。,制造产品的多样性,单产品制造 系统需求与布局一般不发生改变 批量产品制造 在不同产品加工之间需要生产准备时间（setup time） 完全混合产品制造 所生产产品在加工工艺上具有很大的相似性 ，加工设备和系统布局需要进行正确的设计，以确保不同产品的加工要求， 尽量减少准备时间。,制造系统的柔性,制造系统在具有多用途和适应性强的同时，能获得相当高的生产运转速度。 不同工作组件的辨识 不同加工工艺的快速转换 更快的生产调整时间,4.1.3 制造系统的常见类别,单工作站制造系统 多工作站制造系统

8、 生产线制造系统,单工作站制造系统,该系统中只包含一个工作站，最为典型的就是人机操作系统，其可以分为两类：手动工作站，也就是在一个工作循环中，一个工人必须一直或是有一大段时间进行加工工作；自动化工作站，相对来说对于工人的需求较低。 它是最简单，同时也是建造成本最低的制造系统，所需人员和设备最少。 它几乎可以适应所有的制造条件，同时也是最易调节和最具柔性的制造系统。 根据所要制造产品的需要，单工作站制造系统可以方便的进行改进或变动，例如将手动操控调整为机器自动控制等。,多工作站制造系统,由多个无固定物料输送路径的工作站一起，组成加工某些产品的制造系统。 。多工作站的制造系统一般是应用成组工艺原理

9、组织的机器生产，按产品工序特征进行机器使用，从而可以提高设备利用率，提高工效降低成本。 单元式生产 Cellular Manufacturing 柔性制造单元 Flexible Manufacturing Cell 柔性制造系统 Flexible Manufacturing System,生产线制造系统,生产线是按对象原则组织起来的，完成产品工艺过程的一种生产组织形式，即按产品专业化原则，配备生产某种产品（零、部件）所需要的各种设备和各工种的工人，负责完成某种产品（零、部件）的全部制造工作，对相同的劳动对象进行不同工艺的加工。,4.1.4 制造系统学习曲线,随着同一产品生产次数的累加，单位产品

10、生产所需的时间将呈下降趋势 根据学习曲线的定义，在制造系统中，将指定任务分配给操作人员之后，该任务所需加工时间会随着任务完成次数的增加而有规律的减少，起初，减少的幅度是很大的，之后加工产品越来越多，加工时间的减少将趋于平缓，学习曲线所起到的效果逐渐缩小。,学习曲线的函数分析,4.2 加工单元能力分析,手动加工单元 自动加工单元 加工单元能力分析,4.2.1 手动加工单元,手动加工单元主要有以下优点： 需要极短的装置配置时间 前期投入成本很低（单元所需部件及人员培训方面） 最易安装与动作的系统 在小批量生产前提下，单件生产成本较低 最具有柔性的制造系统,4.2.2 自动加工单元,自动加工单元一般

11、是由一个全自动的机器组成的，它的全自动无人操作的能力要比手动加工单元中的半自动机器强。一般不需要工人在机器旁边进行操控，除了个别时候负责产品的装卸或是设备的维护。 节省人力成本 产品生产率更高 设备运行与维护费用高,自动单元的无人操作能力,要满足单件加工情况下的无人看管加工，自动加工单元应具备以下能力： 程序自动控制 零件存储系统需要两个部分，一部分存储待加工零件，另一部分放置加工完成品 存储区与生产设备间零件的自动传输 系统的自我监控与保护,零件存储与输送,单件存储能力,4.2.3 加工单元能力分析,机器需求量 确定一段时间内所必须完成的总工作量 用总工作量除以每个机器在这段时间内可完成的工

12、作量,机器需求量,机器需求的影响因素 批量生产中的生产准备期 生产机器的可靠性 利用率 废品率,机器族,由一个工人操控的多台有着确定生产周期时间，生产同一种产品的2台或2台以上的机器组合。 形成机器族的条件： 半自动机器的自动加工时间要大于工人的看管时间 所有机器有相同的自动加工时间 各机器间的距离不易过大 允许一人同时操控多台机器,4.3 装配线平衡分析,装配线概述 装配线平衡问题描述 单产品装配线平衡设计 其他类型装配线的平衡 装配线设计中的其他问题,4.3.1 装配线概述,装配生产线，就是指在一系列工作台上将制造出的零件组合在一起。具体来说，装配线是指工件以一定的速率连续均匀地通过一系列

13、装配工作站，并按照一定要求在各装配工作站完成相应装配工作的生产线。 源于20世纪初，福特汽车公司。,装配线的理论基础,泰勒的科学管理、劳动分工与亨利福特的流水生产 装配线技术是在科学管理和劳动分工原理的指导下取得的，即使在今天仍然被应用于大批量生产的组织。这项技术创新同时也带来了科学管理概念的创新。劳动分工原理阐述了分工可以提高效率的道理；泰勒的科学管理理论证明了对工人的操作方法制定作业标准，按标准训练工人，按标准操作也可以提高效率。亨利福特成功地把这两条原理运用到流水生产中来。,装配线生产与JIT,最初的流水线只生产单一品种产品。当社会需求出现多样化趋势后，只生产单一品种受到挑战。第二次世界

14、大战以后，丰田汽车公司顺应市场需求，创造出称之为“准时化”生产（JIT)的新型流水生产方式。它保留了流水生产高效率的优点，克服了转换产品困难的缺点，使一条流水线能够同时生产多种结构相似的产品。包括后来U型装配线的产生，,装配线生产形式的特征,工作站专业化程度高 在装配生产线上固定地生产一种或少数几种产品，每个工作站固定地完成一道或几道工序，作业分工很细，这就使得对工人的技术培训要求不高。 工艺过程相对封闭 工作站按装配顺序排列，装配对象在工序间单向移动，中间不接受线外的加工。 生产具有明显的节奏性 每道工序都按统一的节拍（周期时间）进行生产。所谓节拍就是指相邻两件产品的出产间隔时间。 装配线内

15、各道工序的生产能力大致相等 各道工序的设备数量与各道工序的作业时间的比近乎相等，以保证生产过程的比例性和平衡性，即设装配线的各个工序的工作地数（设备数量）分别为；各个工序的单件作业时间为；则大致有如下关系式：,装配线生产形式的优点,基于装配生产线的上述特征，决定了它具有以下优点： 整个生产过程平行连续，协调均衡； 有利于机器设备和人力的充分利用； 易于对各作业的产量进行控制，最大限度地缩短生产周期； 缩短运输路线，工序间的在制品数量很少； 由于分配后各工作站专业化程度高，能采用专用设备、工具，有利于提高劳动生产率； 操作工序细分，便于对质量进行控制，提高产品质量。,装配线的分类,按装配线平面布

16、置分类； 按节拍的控制形式分类； 按装配产品的品种分类； 按装配线移动的方式分类； 按装配线机械化程度分类； ,直线型装配线 工作站连续地分布成一条直线。整个装配流程从一端开始，另一端结束，细化分工，有明确的工序先后关系。一般来说，每个工作站有固定的操作人员，负责各自的装配工步，工作比较简单。但操作人员重复着简单的动作，工作枯燥，且容易产生心理疲劳，效率低下等问题。这类装配线的优点是，由于布局简单，相对比较容易实现，对操作人员技术性要求不高。,平面布置分类,平面布置分类,U型装配线 U型装配线布局，随着精益生产方式的推广，正逐渐成为一种被众多企业普遍采用的装配线布局方式。它体现了精益生产的准时化思想，即按各工序领取的数量进行生产。相对于直线型生产线，U型线的占地面积更小，工作站间的联系更加紧密，并使整个装配过程具有柔性。,按节拍的控制形式分类,人工控制 此类装配线的节拍不是固定的，即每个工作站加工的时间，以及各工作站间物料传递的时间由工人自己控制。此类装配线一般为台式装配线，每个工作站为一或两个工作台，或是由半自动的传送装置连接，传送设备的启动和停止由工人自行控制。 这