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1、,数字化 发展的核心 精密化 发展的关键 极端化 发展的焦点 自动化 发展的条件 集成化 发展的方法 网络化 发展的道路 智能化 发展的前景 绿色化 发展的必然,制造技术的发展趋势,1.3 现代制造的特征,速度（Speed） 在生产底层控制和上层企业资源管理系统有机集成的基础上，将供应商和客户纳入到企业自身的供应链中，及时知道下游客户需求情况，让上游的供应商及时了解企业原材料的库存情况、配套情况，在供应商、商家、客户三者之间没有形成一个有效的闭路，实现对市场的快速响应。 柔性 （Flexibility） 在通过互联网实施EAM（Enterprise Asset Management），合作伙伴
2、基于一定的资产运作程序和ISO认证都可共享资产、程序和加工方面的信息 ，使得制造系统更加柔性。 集成（Integration） 利用集成的控制平台实现制造过程与商务过程的并行实施，使工作流、信息流和物流运作相互协调，增加操作的敏捷性。 可视化（Visibility） 向客户和供应商提供各种数字和图像信息，实现制造过程可视化。在增加对企业的了解，提高对企业的信心的同时，加强对企业的监督。,2. 计算机集成制造,2.1 背景与理念,Dr. Joseph Harrington 1974年提出CIM的制造理念： Computer Integrated Manufacturing (CIM) 用计算机通
3、过信息集成、过程集成、企业集成实现 现代化生产制造，求得企业的总体效益的一种先进的 制造理念。 根据这个理念开发的系统叫做CIMS。,在中国经过10多年的发展，结合新的技术演变为： Contemporary Integrated Manufacturing System 现代集成制造,2.2 CIMS基本组成,生产管理信息系统 ( ERP / MRP II ) 工程设计系统（CAD/CAM/CAPP/PDM） 生产自动化系统（FMS/DNC） 质量管理信息系统（CAQ） 数据库管理系统和计算机网络系统,第二章 DNC系统,2 . 1 概述,2 . 1 . 1 DNC定义,DNC是用一台或多台计
4、算机，对多台数控设备实施综合控制的一种方法，是机械制造系统的一个重要发展。DNC系统属于自动化制造系统的一种模式。,2 . 1 . 2 DNC发展过程,群控（Direct Numerical Control）,直接数字控制（Direct Numerical Control），也有人称它为“群控” （60s）,分布式数控（Distributed Numerical Control ）,DNC系统实施分级控制，CNC计算机直接控制生产机床并与DNC系统主机进行信息交互，DNC主机也可与其它计算机进行信息的交互。DNC系统配置的这种发展，使DNC的含义由直接数控变为分布式数控（Distributed
5、 Numerical Control ）。（70s）,柔性DNC（Flexible Distributed Numerical Control ）,DNC系统不仅用计算机来管理、调度和控制多台NC机床，而且还与CAD/CAPP/CAM、物料输送和存贮、生产计划与控制相结合，形成了柔性分布式数字控制（Flexible Distributed Numerical Control：FDNC）系统。 （80s）,24 DNC通信系统的物理连接,采用RS232C或RS422,采用RS-232C或RS422连接方式实现起来比较方便，成本也比较低，但也带来以下一些问题： （1）传输距离短。如RS-232C的
6、传输距离不超过50m，20mA电流环 和RS-422/RS-423为1000m左右； （2）传输不够可靠。这些接口和连接电缆的抗干扰能力较差，而且 其传输过程的检错功能较弱； （3）传输速率低，实时性差，响应速度慢； （4）系统规模有限。由于一台计算机不可能提供很多串行接口，所 连设备很有限，因此整个系统的规模就不可能很大； （5）电缆费用高，系统复杂性增加。每台设备都需一条来自DNC主 机的通信电缆，因此整个系统的电缆费用很大，而且导致系统 环境的复杂性也大大增加。 （6）系统的扩展不容易。当系统需扩充时，不但要修改系统软件， 而且也要更改硬件。,采用计算机网络通信接口,新一代的CNC装置为
7、了能连入到DNC、FMS中设置了可直接与网络连接的专用通讯微处理器接口，通过该接口可以把数控设备连接在工业局域网（LAN）中。网络通信协议大多采用ISO开放系统互联参考模型七层结构为基础的有关协议。,专用网络：DATAHIGHWAY（DH）、（DH+） MAP网和工业以太网：FANUC、Simens、AB等 。 现场总线（Field Bus） - 结构简单、协议直观； - 价格低廉、性能稳定； - 实时性较高，抗干扰能力强，适用与工业现场通信。 DeviceNET,第三章 柔性制造系统 （FMS）,3 . 1 FMS概述,3 . 1 . 1 制造柔性,制造柔性是指一个制造设备或系统对生产需求变
8、化的适应能力，通常制造柔性体现在以下几个方面：,制造设备的柔性 制造设备通过配备相应的刀具、量具、夹具、NC程序等，使得此设备具有制造给定零件族中任何零件的能力；（这是一种固有的柔性，它与制造设备所具有的相关功能有关，如机附刀库的容量、控制的运动轴数等。）,（Flexible Manufacturing System，简称FMS ）,加工柔性 以不同加工工序和工艺加工一个零件的能力或在给定的一个工艺规划下以不同的加工路线实现零件的加工（制造工作站间和加工功能间的互换和替代） 。,产品柔性 能够经济、快速地转变生产产品的能力 。,零件流动路线柔性 当系统出现局部故障时，能重新选择零件加工路径，并
9、继续进行加工的能力。,产量柔性 系统运行可适应不同的生产批量，并具有良好的生产效益。,系统重构柔性 系统具有重构柔性，可以生产需求发生变化时，系统可以方便地扩展、收缩或重构。,故障控制柔性 当系统中的设备出现故障时，制造系统对故障的处理能力 。,3 . 1 . 2 FMS定义,柔性制造系统（简称FMS）是由数控加工设备、物料储 运装置和计算机控制系统等组成的自动化制造系统。它包括多个柔性制造单元，能根据制造任务或生产的变化迅速进行调整，适用于多品种中、小批量生产。 （依据：中华人民共和国国家军用标准武器装备柔性制 造系统术语）,3 . 1 . 3 FMS的组成与功能,硬件系统（第一部分）,制造
10、设备：数控加工设备（如加工中心）、测量机、清洗机等； 自动化储运设备：传送带、有轨小车、AGV、搬运机器人、立体库、 中央托盘库、物料或刀具装卸站、中央刀库等； 计算机控制系统及网络通信系统。,软件系统（第二部分）,系统支持软件：操作系统、网络操作系统、数据库管理系统等。 FMS运行控制系统：动态调度系统、实时故障诊断系统、生产准备系统，物料（工件和刀具）管理控制系统等,（1）FMS的组成,（2）FMS的功能,能自动控制和管理零件的加工过程，包括制造质量的自动控制、故障的自动诊断和处理、制造信息的自动采集和处理； 通过简单的软件系统变更，便能制造出某一零件族的多种零件； 自动控制和管理物料（包
11、括工件与刀具）的运输和存储过程； 能解决多机床下零件的混流加工，且无需增加额外费用 具有优化的调度管理功能，无需过多的人工介入，能做到无人加工。,柔性制造系统 ： 两台或两台以上的数控机床或加工中心或柔性制造单元所组成，配有自动输送装置，自动上下料装置。托盘库，自动化仓库，中央刀库等。并有计算机综合控制功能，数据管理功能，生产计划和调度管理功能和监控功能等。,33 FMS物料储运系统,331 FMS物料储运系统概述,(1) FMS物料储运系统,柔性制造系统中物料传送系统就是把各工作站联接起来，实现物料传送的自动化系统。根据传送对象不同，可分为用于传送工件的工件流子系统和用于传送刀具的刀具流子系
12、统。,（2）FMS物料储运系统的功能,物料自动存储功能,物料存储设备：自动化立体库（ASRS），中央托盘区、装卸站、刀具进出口站、中央刀库、机附刀库等,物料自动传送功能,物料自动化传输设备：工业机器人、传送带、有轨小车、自动导向小车（Automated Guided Vehicle, AGV）等。,AGV,AGV的基本原理,AGV有别于有轨自动运输小车是AGV的运行不依靠于固定的运行轨道，而是通过采用不同的引导方式来控制运行路线。AGV的导引方式分为有线导引和无线导引。如激光导引就是无线导引中的一种。有线导引又有电磁感应式和光发射导引式。随着科学技术的发展，新的导引方式层出不穷，如模式识别导引
13、、陀螺导引等。,（1）导引方式,电磁感应式,感应线圈（左）,感应线圈（右）,导向线,导引电流一般频率较低（小于15kHz），低压（小于40V），消耗电流的强度小于 600mA。,AGV系统导航技术,磁感应导航（Wire navigation） 视觉导航（Camera navigation） 磁导航（Magnet navigation） 激光导航（Laser navigation） 综合导航（Multi-mode navigation）,（2）AGV运行路径的选择,AGV运行路径的选择，是AGV使用过程中一个重要的问题，因为AGV从一个站点运行到另一个站点往往有多条路径可选择，我们希望能选择一条
14、合理的运行路径，从而提高系统的效率。,A,D,B,C,O,E,OA ACCDDE OAABBDDE OAABBCCDDE。,从O点到E点：,l 具有良好的柔性； l 减少劳动力需求； l 不同的AGV能够在同一个系统中运行； l 在系统中即使有个别AGV不能正常工作，系统不会瘫痪； l 系统容易扩展； l 提高了产品设备运输的安全性； l 高的可靠性； l 减少占用空间； l 需要少的能源，并且运行低噪音； l 容易安装，维护方便； l 易于与其它自动化系统集成。,AGV的特点,缺点主要表现为一次性投入成本较高，因而投资回收期变长；第二它主要适用于室内，在环境恶劣的露天环境不宜采用，对由磁导向
15、装置的AGV，不能在金属地位上运行。,4.2 新一代集成的网络通信结构,4.2.1 两种通信模式的基本特点比较,主/从式或者源/目的地（Source / Destination ）,生产者/消费者（Producer/Consumer）或者 出版者/订阅者（Publisher/Subscriber）,主/从通信模式,缺点：,优点：,生产者/消费者模式,4.2.2 两种通信模式的通信技术细节比较,源/目的地模式 每个数据包必须含有特定的源和目的地址字段； 由于数据到达每个节点所需要的数据传输时间不一致，节点之间的同步动作非常困难； 带宽浪费严重，因为同一设备发送同样的数据到不同的节点，需要发送多个
16、独立的数据包。,生产者/消费者 标识字段是标识数据的代码，所有节点可以在同一时间接收到； 多个节点可以同时共享来自同一生产者节点的数据； 带宽利用更为有效。,5.1.2 什么是OPC,它定义了工业客户机和服务器之间进行数据交换的工业标准；,OPC 用于过程控制的OLE(Object Link Embed) （OLE for Process Control）,目前有近300家仪表及控制设备生产厂商支持该工业标准。,(1) OPC定义,基于 Microsoft 的 OLE (Active X), Component Object Model （COM ）& Distributed (DOCM), XML &Internet 以及 .NET 技术；,5.1.4 OPC优势,降低系统集成成本，缩短集成周期； 具有即插即用 (
