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1、附录A生产自动化自动化是一个在制造业中广泛使用的术语。文中，自动化可被定义为有关应用机械、电子和计算机的系统去管理和控制生产的技术，这种技术的例子包括： 加工零件的自动化机床 自动连续生产线和类似的顺序生产系统。 自动装配机器。 工业机器人 自动材料处理和储存系统 用于质量控制的自动检验系统。 反馈控制和计算机程序控制 使支持制造业活动的计划、数据收集和决策的过程自动化的计算机系统。自动化生产系统可被化分为两个基本类别硬件自动化和可编程自动化。1硬件自动化1.1硬性自动化硬性自动化是哈德尔（Harder）杜撰“自动化”这个单词时所提出的硬性自动化是指生产系统中生产顺序或装配工作由设备配置确定，
2、并且在没更换设备的情况下不能轻易改变。虽然顺序中的每一个操作通常是简单的，但是，将许多简单的操作集成和协调成一个单一系统使硬性自动化变得复杂化。硬性自动化的典型特点包括：1.定做设计设备的光期投资高；2.高生产效率；3.应用于大批量产品生产；4.适应产品变更的相对固定性。 硬性自动化对高需求率产品是经济合适的。先期设备的高投人可以被大量部件分摊，也许是数百万件，这样与其他生产方法相比部件花费低。硬性自动化的例子包括机加工连续生产线、转盘换位机械和自动装配机器。硬性自动化的大部分技术是在汽车工业中发展起来的；连续生产线（追溯到大约1920年）就是一个例子。1.2控制器单元 数控的第二个基本元件是
3、控制器单元。这由可以阅读和翻译指令程序并把它转换成机床机械运动的电子设备和硬件组成。控制器单元的典型元件包括磁带阅读机、数据缓冲器、通向机床的信号输出通道、来自机床的反馈通道、以及协调上述元件整体操作的顺序控制器。 磁带阅读机是一个用于缠绕和阅读含有指令程序的穿孔磁带的机电装置。磁带上含有的数据被读入数据缓冲器。该设备的目的是将输人指令储存在信息逻辑单元。一个信息组通常代表加工元件顺序中的一个完整步骤。例如：一个信息组可以是移动机床台面到特定位置并在该位置钻孔所需的数据。 信号输出通道与机床的伺服马达和其他控制器相连。通过这些通道，指令由控制器单元送到机床。为了弄清楚指令是否己被机床正确执行，
4、反馈数据通过反馈通道回到控制器。反馈回路的重要功能是确保台面和工件已经相对于刀具正确定位。为此当今使用的大多数数控机床具有位置反馈控制器，并被称为“闭环系统”。然而，近些年开环系统的使用可靠性足够高，因此反馈控制器是不需要的，是一笔不必要的额外花销。顺序控制器协调控制器单元其他元件的动作。磁带阅读机执行将数据从磁带读入缓冲器中，来回向机床传送信号等等。这些类型的操作必须是同步的，这就是同步控制器的功用。数控系统的另一个元件是控制面板，它实际上可能是控制器单元或机床的一部分。控制面板或控制台山刻度盘和开关组成，机床操作者通过他们运转数控系统。控制面板也可有数据显示器为操作者提供信息。虽然数控系统
5、是一个自动化系统，但仍需要人类操作者来开关机床，更换刀具（一些数据系统有自动化刀具更换装置），向机床加载和卸载以及完成其他各式各样的任务。为了履行这些职责，操作者必须能控制这个系统，是通过控制面板来完成的。1.3机床数控系统的第三个元件是机床或其他被控制的工序。它是数控系统完成有用工作的部分。在最常见的数控系统例子中，一个设计来完成机加工操作的系统中，机床由工作台、主轴以及驱动它们所必要的马达和控制器组成。它也包括刀具、工件夹具以及其他机加工操作中所需的辅助设备。1.4自动生产线 使用自动生产线可以利用专用、多功能机床来实现最大程度的自动化。自动生产线实质上是那些由工件传送装置连接起来的按所需
6、顺序布置的单个工位的组合，并且通过连锁控制集成为一体。工件在工位间被自动传送，每个工位都装配有用于加工、测量、工件再定位、组装、清洗或其他操作的卧式、立式及倾斜式设备。自动生产线的两大主要类别是旋转式和直列式。 自动生产线的一个显著优点足它们允许同时完成大量的操作。相对来说，对机加工工件表面或平面的数量没有限制，因为装置可介入自动生产线。实际上在任意位置能使工件翻转、旋转或定向以便完成机加工操作。工件重定位也使倾斜主轴箱的数目减至最小，使操作在最佳时间完成。经常可进行从原始铸件或锻件到成品件的完整加工。 一个或多个成品件在一条带有每个传输系统标志的自动生产线上生产，传输系统使部件从一个工位运动
7、到另一个工位。这类生产线的生产效率通常为50%-85%,由一条生产线生产各式各样部件时为50%，由一条生产线大批量生产一个部件时达85%，这取决于工件和如何操作自动生产线（材料处理方法、维护程序等）。 所有类型的机加工操作，如钻削、攻丝、铰削、镗削和铣削，在自动生产线上被经济地组合在一起。诸如车削和表面加工的车床式操作也在直列式自动生产线土完成，工件在选择的机加工工位上旋转。车削操作在机床部分完成，多刀架通过安装在隧道式桥形装置上的滑轨进给。工件定位在中心位置，由在每个车削工位上的卡盘带动旋转直列式自动生产线上有CNC的车削工位可供使用。CNC装置允许我们很容易地改变机器工作周期以适应工件设计
8、的改变而且能用于调整自动刀具。 当工件在传送机上移动时通过将零件组装到工件上，经常可以获得连续生产线上最大的生产经济效益。在传送加工过程中，能够对诸如轴衬、密封垫、威尔士衬套和保温管等零件进行组装、机加工或测试。完成部件局部装配后也可进行白动螺帽扭转。 如果能使用合适的机加工装置并随后进行良好的轴衬操作，在自动生产线上进行深钻孔或铰削是一项理想的应用球面座和其他表面的仿形镗削和车削可用仿形控制单点进人工件完成，因此取消了昂贵的专用成形刀具。对铰孔或镗孔的测量以及自动刀具的调整是在自动生产线上进行的，以保持精确的公差。 有时在自动生产线上进行的非常规加工包括磨削、环形齿轮的感应加热以冷缩配合压在
9、飞轮上、阀座的感应淬火、深度辊压以施加预压载荷和抛光。 自动生产线很早就用于汽车工业来高效率地生产相同部件，手工零件加工量极少。除了减少劳动力需求外，这种生产线能保证低成本生产标准始终如一的、高质量零件。它们不再局限于粗加工，现在已经常取消了诸如抛光和镗磨这样的后来工序。 目前，对自动生产线的需求越来越多，用来处理少量的小尺寸的相似的或甚至不同的零件，用于生产经营的快速转换。内置柔性，即重新布置和互换机加工设备的能力，以及提供空转工位增加了每个白动生产线的成本，但是在经常重新设计产品的情况下这些特性是经济可行的。现在许多这样的生产线已用在非汽车领域里来满足少量的生产要求。 现在用于减少零件更换
10、时间的特殊性能包括标准尺寸、模块结构、安装在自动生产线主托架上的互换性夹具、可互换的夹具零件、借助选择开关将不同的部件锁定在具体工位上的能力和可编程控制器。产品设计也很重要，如可能在不同的零件上应提供常见的移动和夹紧用的表面。2机器人2.1机器人学的定义和机器人系统1）机器人学的定义要以一种方法来定义机器人而为每一个制造者和使用者普遍地接受那是困难的。然而，当统计、记录、清点一下在各个国家和工业部门中使用的机器人数量时候，一个清楚明确的机器人定义的重要性就变得非常明显。此外，单一用途的机器，常称作刚性自动化设备的，具有某些看似机器人那样的特点。在日本，根据报道过的在使用中的机器人就超过8500
11、0台，都是没有定义界定的。如果将制造工程师协会（SME）所研究制定的定义应用来界定这85000台机器人，大约只有12000台才够格认定为机器人。美国制造工程协会内的机器人制造者组成的一个团体即美国机器人研究所研究制定的定义是以下内容：机器人是一种可重复编程的多功能的操纵控制器，是被设计用来搬运材料、零部件、各种工具和特种装置的，它们是通过可变编程的运动机构来执行上述各项任务。关键词是可重复编程和多功能，因为大多数单一用途的机器设备不能满足这两个要求。可重复编程意味着机器人必须能进行重新编程以执行一个新的任务或执行不同的任务或者能显著地改变机械臂或加工刀具的机械运动。多功能就是重点强调：机器人必
12、须能够实现许多不同的功能。不同功能的实现又取决于程序和加工工具的应用。这一定义的一个变种更清楚地阐述了现在流行的机器人的智能性，其内容如下：机器人是一个独臂的、不长眼睛的、而又有一定记忆能力、不会说话、不会看也不会听的“老实人”。尽管现在流行的有用的机器人有巨大能力，但即使最没有训练的工人去处理在其工作单元中发生的许多事情来说也比机器人好。例如，工人们当零件失落在地面时或零件的传送机没有零件时，他们都能意识到。但没有装设一批传感器的、头脑简单的机器人就不会有任何这种信息意识。即使备有技术上最先进的、很有效的传感器的装置，机器人也无法与经验丰富的工人相比拟。因此，一个良好的自动化工作单元的设计需
13、要利用与机器人控制器相连接的周边设备，以使其智能达到接近操作工人的感知能力。2）机器人装置现在机器人装置与工作单元装置之间的差别是十分清楚的。机器人装置仅仅包括机器人硬件，而工作单元装置却包括机器人装置零部件和加上生产产品所需要的所有附加设备。当制造者着手创建的集成机器人自动化转变成日益复杂的生产装置时，机器人系统与机器人之间的区别将在于是否通过计算机辅助设计和计算机辅助制造（CAD/CAM）来进行编程和控制。另方面，机器人手臂上的加工动作，根据生产工艺的需要由系统自动地改变。为了理解当前机器人的技术水平和将来的发展趋势，先研究基本机器人系统是符合逻辑的合理步骤。2.2建筑机器人英国建筑自动化
14、与机器人技术协会最近的一次会议上邀请了几个日本最大建筑公司的代表作了一个关于建筑工业自动化与机器人技术最新发展进步的报告。这会议是很及时的，因为在这个领域的主要发展的秘密刚刚被公开披露，在这个领域所有日本的建筑工作者一直在开展此项工作。早些时候，日本建筑机器人的研究在新闻中曾有广泛的报导；这包括喷漆机器人、水泥楼面精整机器人、隧道掘进机器人等，所有这些机器人颇直接地面向现实的任务开展应用自动化，这各种机器人装置是日本政府研究计划的成果（政府指日本工业与贸易部），还包括日本六家主要的建筑公司和Waseda大学在内的研究成果。这些简单的机器人样机很难被推荐到非结构性的户外环境的建筑物建设中使用，因
15、此没有显著地研究和发展。其主要研究在于这些早期的设计和建设自动化的投资目标之间权衡中进行，那就变得很清楚了。日本多间建筑公司对美国几间大学以重大投资来解决这一困难任务表示响应。他们现在正在获取其投资利益且他们表明了是他们首先采用先进技术系统。当建造在开展时，这种系统的一部分就是将工场周围环境围拢起来以便用层层顶升的施工方法建设高层建筑。所有日本的主要建筑宣告了这建筑观念的变化，而且在这次会议中的两位演讲者（从Obayashi和Shimizn公司派来的）用影视显示了大规模运用这种新建筑技术的现场试验情况。首先看见的新的装置可视作为一个比复杂天气防护架小的装置，包括直接建设场地在内，但事实上包括相
16、当大数量的技术革新内容，而第一个工作系统获得了极为重要的成就。2.3微机为基础的机器人模拟微机为基础的机器人模拟软件包包括有许多新的特点，这些特点使得专业性微机基础的模拟和脱机编程经得起方案选择。CAD绘图可能是从国外CAD软件包进口而来。该软件包是利用DXF格式的，或者利用国内三维CAD系统来模拟目标，包括模拟表面实体结构的几何图形模拟，多线挤压成型模拟，实体和回转体模拟等。超级VGA工程图学软件进行模拟标准化配制，这标准化配制是由工程图学软件包基础工作站来提供。任何一般的机构，包括平行结构、树枝状结构以及新型机器人都可以进行模拟。当然，利用早已确认的140多种工业机器人中任一种都是可能的。机器人动力学问题也
