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1、自动化制造系统,本门课程的主要内容：第一章 自动化制造系统概论第二章 自动化制造系统的人机一体化设计与评价第三章 自动化制造系统的组成第四章 自动化制造系统的总体设计第五章 自动化制造系统各分系统的设计第六章 自动化制造系统的计算机仿真第七章 自动化制造系统的技术经济分析第八章 先进生产模式与自动化制造系统的发展趋势,第一章 自动化制造系统概论,本章主要内容如下：第一节 自动化制造系统有关的一些基本概念和定义；第二节 自动化制造系统的组成及其学科特点；第三节 自动化制造系统的意义及其发展历程；第四节 自动化制造系统的分类、适用范围及实施原则；第五节 自动化制造系统的评价指标；,一、制造及制造业
2、 制造(manufacturing)：是人类按照市场需求，运用主观掌握的知识和技能，借助于手工或可以利用的客观物质工具，采用有效的方法(人类的劳动技能和劳动方法)，将原材料转化为最终物质产品并投放市场的全过程。（人类制造的根本目的是获得商品）,第一节 与自动化制造系统相关的基本概念,加深理解：制造不是指单纯的加工和装配过程，而要包括市场调研和预测、产品设计、选材和工艺设计、生产准备、生产加工、质量保证、生产过程管理、市场营销、售前售后服务以及报废后的回收处理等产品寿命循环周期内一系列相互联系的活动。,制造业：是所有与制造有关的企业机构的总体。制造业是一个国家国民经济的基础，是一个国家自立于世界
3、民族之林的基石。在工业化国家中，约有l4的人口从事各种形式的制造活动，在非制造业部门中，约有半数人的工作性质与制造业密切相关。纵观世界各国，如果一个国家的制造业发达，它的经济必然强大。大多数国家和地区的经济腾飞，制造业功不可没。,二、系统 系统(System)是具有特定功能的、相互间具有有机联系的许多要素所构成的一个不可分割的整体。虽然一个系统可以进一步划分成一些更小的分系统（subsystem），而且这些分系统也可以单独存在并对外呈现一定的特性，但这些分割开来的分系统都不具备原有系统的整体性质。另外，这些分系统的简单叠加也不构成原来的系统，而仅仅是一个分系统间的简单集合而已。,系统通常具有的
4、性质：目的性；例如，制造系统的目的是将制造资源有效地转变成有用的产品。整体性；集成性；集成性并不等于集合性。集成性强调的是系统各个要素之间的的有机联系，它们之间通过系统的整体规划有机的联系在一起，能实现系统性能的最佳化。而集合性只是系统各要素间的简单叠加。,层次性；从系统作为一个相互作用的诸要素的总体来看，它可以分解成由不同级别的分系统构成的层次结构，层次结构表达了不同层次分系统之间的从属关系和相互作用关系。将系统适当分层，是研究和设计复杂大系统的有力手段。相关性；组成系统的要素是相互联系、相互作用的，相关性说明这些联系之间的特定关系。环境适应性；任何系统都必然会受到周围环境的影响，受到外部环
5、境的约束，与外部环境进行物质、能量和信息的交换。一个好的系统应能适应外部环境的改变，能随着外部条件的变化而改变系统的内部结构，使系统始终运行在最佳状态。,三、制造系统制造系统（manufacturing system）：是为了达到预定的制造目的而构造的物理或组织系统。作为一个系统，制造系统具有构成上述系统的一切特征。图1-1用黑箱方式表示制造系统及其与外部环境的相互作用。,注意：这里将制造系统看成一个黑箱，内部有人员，设备，管理系统，技术支持系统等要素，各个要素之间协同配合，才能实现各个要素之间的有机联系，也才能使制造系统工作在最佳状态。,两个小概念制造自动化（manufacturing au
6、tomation）：就是在制造过程的所有环节采用自动化制造技术，实现制造全过程的自动化。由于篇幅所限，本书中将制造自动化局限在狭义制造范畴以内，即仅包括物流和物料处理的适度自动化和与物流有关的信息流处理自动化。,制造规模：年产量5000件 大规模制造 5000件年产量500件 大批量制造 年产量500件 多品种小批量制造,第二节 自动化制造系统的定义、组成及学科特点,1、自动化制造系统的定义：广义地讲，自动化制造系统(automation manufacturing systemAMS)是由一定范围的被加工对象(原材料，产品形式和产品结构)、一定柔性和自动化水平的各种设备（加工手段）和高素质的
7、人组成的一个有机整体，它接受外部信息、能源、资金、配套件和原材料等，在人和计算机控制系统的共同作用下，实现一定程度的柔性自动化制造，最后输出产品（合格和不合格产品）、文档资料、废料和对环境的污染。,具有一定技术水平和决策能力的人高素质的人；一定范围的被加工对象原材料，产品形式和产品结构等；信息流及其控制系统；能量流及其控制系统；物料流及物料处理系统；一般说来，物料流及物料处理系统包括各种自动化或非自动化的物料储运设备、工具储运设备、加工设备、检测设备、清洗设备、热处理设备、装配设备、控制装置和其它辅助设备等。,2、自动化制造系统的主要组成部分,由自动化制造系统的定义可以看出，它所涉及的学科范围
8、很宽，呈多学科交叉状态。它的核心是制造科学和技术，通过系统工程技术的纽带作用将现代制造科学和技术和以计算机为基础的自动控制技术结合起来，实现有关科学和技术的有机集成，从而形成一个人机结合的、多学科交叉的柔性自动化制造系统。图1-4所示为自动化制造系统的学科体系。,三、自动化制造系统的学科特点和体系,第三节 自动化制造系统的意义及发展历史,提高劳动生产率；缩短生产周期；针对单件、小批量，多品种的产品制造极为有利，能够快速相应市场的需求。提高产品质量；在自动化制造系统中，由于广泛采用各种高精度的加工设备和自动检测设备，减少工人情绪波动的影响，因而可以有效提高产品的质量。提高经济效益；降低劳动强度；
9、有利于产品更新；现代柔性自动化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，因而特别适合于多品种、小批量生产。提高劳动者素质；带动相关技术发展；体现一个国家的科技发展水平；,一、自动化制造系统的意义：,第四节 自动化制造系统的分类、适用范围及实施原则,一、自动化制造系统的分类(制造系统的分类)？根据系统的自动化水平和规模，可以将自动化制造系统划分为如下两大类共计12种类型。,1）刚性半自动化单机。除上下料外机床可以自动地完成单个工艺过程的加工循环，这样的机床称为刚性半自动化单机。这种机床采用的是机械或电液复合控制。从复杂程度讲，刚性半自动化单机实现的是加工自动化的最低
10、层次，优点：投资少、见效快，适用于产品品种变化范围和生产批量都较大的制造系统。缺点：调整工作量大，加工质量较差，工人的劳动强度也大。2）刚性自动化单机。它是在刚性半自动化单机的基础上增加自动上下料装置而形成的自动化机床。其功能和刚性半自动化单机相同。优点：投资少，见效块缺点：通用性差，适合大批量生产。,3)刚性自动线。以刚性半自动化单机和刚性自动化单机为基础可以组成复杂刚性自动化线。在刚性自动线上被加工零件以一定的生产节拍，顺序通过各个工作位置（不能打乱次序），自动完成零件预定的全部加工过程和部分检测过程。刚性自动线具有很高的自动化程度，具有统一的控制系统和严格的生产节奏。是少品种、大量生产必
11、不可少的加工装备。优点：生产效率高，可以缩短生产周期，便于管理。缺点：投资大，系统调整周期长，更换产品不方便。为了克服这些缺点，刚性自动化生产线目前正在向刚柔结合的方向发展。,4）刚性综合自动化系统。一般情况下，刚性自动线只能完成单个零件的所有相同工序（譬如切削加工），其它自动化制造内容如热处理、锻压、焊接、装配、检验、喷漆甚至包装却不可能全部包括在内。包括上述内容的复杂大系统称为刚性综合自动化系统。它常用于产品比较单一但工序内容多，加工批量特别大的零部件的自动化制造。刚性综合自动化系统结构复杂，投资强度大，建线周期长，更换产品困难，但生产效率极高，加工质量稳定，工人劳动强度低。,5）一般数控
12、机床（NC机床）。用来完成零件一个工序的自动化循环加工。其控制技术经历了从“硬件控制”到“软件控制”的发展。软件控制的优点：控制方式灵活，修改和维护比较方便；功能扩充比较容易。6）加工中心。加工中心是在一般数控机床的基础上增加刀库和自动换刀装置而形成的一类更复杂，但用途更广，效率更高的数控机床。由于具有刀库，可以在一台机床上完成车、铣、镗、钻、攻丝等多工序的加工。目前数控加工中心主要有数控铣削和数控车削加工中心。7)混合成组制造单元。成组制造单元是采用成组技术原理布置加工设备，包括成组单机、成组单元和成组流水线。特点：混合在成组制造单元中，数控设备和普通加工设备并存，各自发挥其最大作用。,8)
13、分布式数控系统DNC.分布式数控系统DNC是采用一台计算机控制若干台NC机床。DNC系统的主要优点是系统结构简单，灵活性大、可靠性高、投资小，以软件取胜，注重对设备的优化利用，是一种简单的、人机结合的自动化制造系统。,特点：DNC对数控机床的控制主要是通过软件来实现的。,9)柔性制造单元。柔性制造单元FMC是一种小型化柔性制造系统，通常认为，柔性制造单元是由1-3台计算机数控机床或加工中心所组成(规模较小)，与柔性制造系统相比，柔性制造单元的主要优点是：占地面积较小，系统结构不很复杂，成本较低，投资较小，可靠性较高，使用及维护均较简单。因此，柔性制造单元是柔性制造系统的主要发展方向之一，深受各
14、类企业的欢迎。就其应用范围而言，柔性制造单元常用于品种变化不是很大，生产批量中等的生产规模。,10)柔性制造系统。一个柔性制造系统FMS一般由四部分组成：两台以上的数控加工设备、一个自动化的物料（工件）及刀具储运系统、若干台辅助设备(如清洗机、测量机、排屑装置、冷却润滑装置等)和一个由多级计算机组成的控制和管理系统。相对与柔性制造单元，FMS具有更复杂的结构。优点：自动化程度高，工序集中，工件加工质量高，易于扩展集成。缺点：投资巨大，系统复杂，对操作人员的要求较高，可靠性难以保证。适用范围：批量在200-2500件规模的生产。有向小型化和FMC方向发展的趋势。,11）柔性制造线。和FMS很相似
15、，两者之间的界线比较模糊。区别：在FMS中，工件的生产有相对固定的节拍，工件沿固定的节拍输送，而FML中，工件的输送是随机的。,特别注意：这并不意味着CIMS是完全自动化的制造系统。事实上，目前意义上CIMS的自动化程度甚至比柔性制造系统还要低。CIMS强调的主要是信息集成，而不是制造过程物流的自动化。CIMS的主要特点是系统十分庞大，包括的内容很多，要在一个企业完全实现难度很大。但可以采取部分集成的方式，逐步实现整个企业的信息及功能集成。,12）计算机集成制造系统CIMS。代表目前AMS发展的最高水平。,第五节 自动化制造系统的评价指标,一、自动化制造系统的评价指标 一般说来，我们可以从如下六个方面评价一个自动化制造系统，我们称这六个方面为自动化制造系统的六要素，它们的构成如图1-7所示。,
