自动化制造系统概述.ppt

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1、自动化制造系统Automatic Manufacturing System,第一章 AMS概述,1-1 本课程的主要内容及要求1-2 基本概念1-3 自动化制造系统的定义、组成1-4 制造系统的发展历程 1-5 制造系统的发展趋势及实现原则 1-6 自动化制造系统的评价指标1-7 系统工程与自动化制造系统方法论,1-1 本课程的主要要求及方法,要求：掌握自动化制造系统的基础理论与体系结构；掌握自动化制造系统的管理与控制技术；掌握自动化制造系统的分析与设计的基本方法；提高从系统的角度分析问题和解决问题的能力。方法：在学习本课程时，应联系实际，在掌握理论知识的同时，逐渐学会从系统的角度去看待制造、

2、研究制造、把握制造、发展制造。,1-2 基本概念,制造,原材料,工 具,最终产品,市 场,制 造,全过程,知 识,强调的是产品的整个生命周期过程,市 场,下部方框表示物质的转化过程 上部方形框表示信息处理过程 上下两部分间箭头表示信息对物质转化,广义 制造概念下制造过程框图,制造业：所有与制造有关的企业和机构的总体。它涉及到国民经济的很多行业，如机械、电子、轻工、化工、食品、军工、航天等。国民经济的支柱产业，其生产总值一般占一个国家国内生产总值的20-55。作用：创造价值、创造物质财富和创造新的知识 为其他经济部门提供先进的手段和装备,1-2 基本概念,美国制造业,美国是装备制造业最强大的国家

3、 全球最大的500家工业企业中，美国占据31份额 美国始终把制造业当作“经济实力的脊梁”制造业对其GDP的直接贡献保持在20以上，从而拉动其他产业30，拉高经济增长率40 近来，美国制造业重心已转移到高新技术、新兴产业领域。美国出现了硅谷、南加州、波士顿等微小技术领域的六大经济中心。所谓微小技术产业，是由纳米技术、微机电系统等尖端技术开辟出的全新产业领域，是多种学科交融并具有战略意义的前沿高技术产业 美国68%财富来源于制造业,英国制造业,宏观经济稳定有利于企业有效进行长期产业规划；投资利用现代、高效的工艺与设备，提升产业表现；科研和创新有助于制造产商开拓利用英国强大的科研基地，制造创新型、高

4、 附加值的产品；理想的产业实践通过不断地改进提高，提升企业的生产率与竞争力；提升技能和教育水平培育技能娴熟、有创新性的制造业劳动力；现代化的基础设施提供高效的交通与通讯网络；适当的市场框架为企业营造参与全球竞争所需的产业环境。英国制造业的产值占英国GDP的25左右。,英国是工业革命的起源地和传统的制造业大国 英国政府对制造业的态度是：“制造业的成功对英国的繁荣，无论是现在还是将来，都是至关重要的。”英国确立七大支柱工作，以支撑建立知识密集型制造业基地。,日本制造业,日本的现场制作生产率现在名列世界第一 综合竞争力仅次于美国居世界第二 全球最大的500家工业企业，日本占29 日本颁布了振兴制造业

5、基础技术基本法 不管是在工业经济时代还是在知识经济时代，制造现场的制作能力和创新能力，是一个国家经济的重要的基础，而这正是日本制造的强项。如模具制造，美国三大汽车巨头使用的都是“日本造”。因为美国造的模具轧制3万次而日本造的模具可以轧制6到10万次。此外，精密仪器和质量控制也是日本制造的强项。日本国民总产值的49来自于制造业。,中国制造业,2009年我国制造业占当年GDP的45左右；彩电、冰箱、洗衣机、空调器、照相机、收录机、程控交换机、计算机主板、光盘驱动器、显示器、棉布、化纤、服装、皮鞋、钢、拖拉机、化肥、摩托车等上百种制造业产品的产量在全球位居首位。我国制造业的劳动生产率不到美、日的12

6、0，英、法、韩的110；工业附加值低，核心技术少,1-2 基本概念,系 统 1.系统的定义 系统是由相互作用和相互依赖的若干组成部分结合的具有特定功能的有机整体。2.系统的基本特征 第一 系统是由若干元素组成的；第二 这些元素相互作用、相互依赖；第三 由于元素间的相互作用，使系统作为一个整体具有特定的功能。,例：简单构件组成高性能系统 在建筑机械和结构工程中，常采用由简单构件组成的各类桁架系统。在这种力学系统中，通过组成要素间的合理联接，可以从整体上表现出很高的力学性能。,系统的目标提高总体性能,“鸟巢”是由一系列辐射门式钢桁架围绕碗状坐席区旋转而成，结构科学简洁，设计新颖独特，为国际上极富特

7、色的巨型建筑。,例：低精度元件组成高精度系统 在计算机等数字设备中，采用以“0”和“1”两个状态工作的电子器件，通过非线性方法相联接，组成了高精度数字化系统。,系统的目标提高总体性能,2010年第35届超级计算机评比，来自Cray的美洲豹Jaguar，凭借1.75 PFlop/s(每秒1750万亿次)的计算能力傲视群雄。我国“星云”计算机最高运算速度每秒3000万亿次。,制造系统：为达到制造目的而构成的物理或组织系统,制造系统,人员,设备,组织机构,管理方式,技术系统,1-2 基本概念,硬件,软件,制造系统类别,按照自动化程度对制造系统分类,手动制造系统,半自动制造系统,自动制造系统,普通车床

8、为主，设计和制造主要靠手工,数控车床，加工中心，设计制造人不再处于中心地位,刚性自动化人机一体化无人化,1-2 基本概念,1-3 AMS的定义、组成,外部信息,能源,资金,配套件,原材料,被加工对象自动化设备高素质的人,产品文档资料废料环境污染,AMS,AMS的组成,被加工对象被加工对象在一定范围内变化基于成组技术（GT)对被加工对象进行划分,AMS的组成,成组技术(GT)的产生原因,市场竞争日趋激烈，产品更新换代越来越快，产品品种增多，而每种产品的生产数量却并不很多。世界上7580的机械产品是以中小批生产方式制造的。与大量生产企业相比，中小批生产企业的劳动生产率低，生产周期长，产品成本高，市

9、场竞争能力差。能否把大批量生产的先进工艺和高效设备以及生产方式用于组织中小批量产品的生产，一直是国际生产工程界广为关注的重大研究课题。成组技术就是针对生产中的这种需求发展起来的一种生产和管理相结合的科学。,AMS的组成,成组技术的概念,充分利用事物之间的相似性，将许多具有相似信息的研究对象归并成组，并用大致相同的方法来解决这一组研究对象的生产技术问题，这样就可以发挥规模生产的优势，达到提高生产效率、降低生产成本的目的，这种技术统称为成组技术（Group Technology 简称GT）。,AMS的组成,人,自动化制造系统对人的要求不是降低了，而是提高了。对人的要求：具有一定技术水平和决策能力

10、具有“全能”的知识和技术 具有团队合作精神,AMS的组成,信息流及其控制系统,制造系统的自动化程度与信息流控制系统的关系非常密切,AMS的组成,能量流及其控制系统 用来维持系统运行，做了有用功 机械运转和传送过程中的损耗，对系统产生有害效果,能量消耗对产品的成本有重要影响，对一个国家的可持续发展也有重要的影响,AMS的组成,物料流及其控制系统物料处理是自动化制造系统的主要运作形式,物料流及物料处理,储运设备,加工设备,热处理设备,检测设备,清洗设备,装配设备,辅助设备,AMS主要内容,AMS,毛坯制备自动化,机械加工自动化,储运自动化,装配过程自动化,辅助过程自动化,热处理过程自动化,质量控制

11、自动化,系统控制自动化,1-4 制造系统的发展历程,从技术层面看 经过数十年的发展，制造系统技术在总体上已形成基本的体系，并在实际应用中发挥着越来越重要的作用。第一阶段：刚性制造系统 本阶段在20世纪50年代前已基本形成。第二阶段：单机柔性加工系统 开始于20世纪50年代初，到70年代已基本成熟。,第三阶段：多机柔性加工系统 出现于20世纪60年代末，70年代以后得到快速发展，如直接数控（DNC）加工系统、柔性制造单元（FMC）、柔性制造系统(FMS)、柔性加工线（FML）。第四阶段：计算机集成制造系统 20世纪80年代以来得到迅速发展 其特征是制造全过程的系统性和集成性，以解决现代企业生存与

12、竞争问题。,1-4 制造系统的发展历程,第五阶段：跨企业和全球制造系统（智能制造）20世纪末提出，正在成为21世纪的发展方向。基本概念是:根据全球化的产品需求，通过网络协调和运作，把分布在世界各地的制造工厂和销售点联接成一个整体，从而能够在任何时候与世界任何一个角落的用户或供应商打交道，由此构成具有统一目标的在逻辑上为一整体而物理上分布于全世界的跨企业和跨国制造系统。,1-4 制造系统的发展历程,从学科发展看 制造系统诞生于 20世纪70年代后期的日本。京都大学人见胜人（Hitomi K.）教授发表著作Manufacturing System Engineering。在美国，麻省理工学院90年

13、代初即开设有制造系统课程，并出版了专著。在西欧，一些一流大学亦开设了制造系统课程。总之，制造系统已成为国外一流大学相关专业和学科的科研与教学工作的重要组成部分。,1-4 制造系统的发展历程,在我国，制造系统的研究和应用起步也较早，20世纪80年代中就已有柔性制造系统（FMS）在生产实际中应用。但制造系统作为一个学科和技术领域，在国家支持下开展有组织的深入系统研究和应用，是开始于国家的863计划。以CIMS为代表的研究项目十几年来取得一大批成果，并在许多类型的企业中得到广泛应用，有力推进了我国制造系统技术的发展。,1-4 制造系统的发展历程,1-5 制造系统的发展趋势及实现原则,1.对无人制造自

14、动化进行了反思，提出了“人机 一体化制造系统”的新思想。2.智能制造系统将是未来制造系统的重要发展方 向之一。3.单元级制造系统的研究仍然占有很重要的地位。4.平台技术的研究与平台软件的开发是近年来制 造系统发展的主要动向之一。,制造系统的发展趋势,5.现代制造模式的提出和研究，直接推动着制造 系统的发展。6.分布式控制将是未来制造系统管理控制的重要 发展方向之一。7.一种新的制造观即信息制造观正在孕育和发展 之中。8.实施可持续发展战略正在成为制造系统发展的 必然趋势。,1-5 制造系统的发展趋势及实现原则,自动化制造系统实现应考虑的因素产品设计方面 产品设计过程考虑：通用化、系列化、标准化

15、与模块化 采用“面向制造的设计”、“面向装配的设计”技术,1-5 制造系统的发展趋势及实现原则,工艺技术方面,1-5 制造系统的发展趋势及实现原则,计算机辅助工艺规程设计（CAPP）采用可重组的、高度可靠性的和高质量的生产设备和工艺方法,制造系统本身选择适当的制造方式进行合理的决策,1-5 制造系统的发展趋势及实现原则,对被加工对象、人、能量流、信息流、和物料流进行优化配置与控制,1-6 ANS的评价指标,1-7 AMS方法论,人在自动化制造系统的作用,监视并调整系统的运行状态,排除系统的复杂故障,完成机器无法完成的复杂工作,完成机器不能经济完成的工作,主导系统的控制和调度,学习参考书,1 H

16、itomi K.,Manufacturing System Engineering,London,Taylor&Francis，19792 Chryssolouris G.,Manufacturing System:Theory and Practice.New York,Springer-Verlag,19923 Kusiak A.Intelligent Manufacturing System.Prentice Hall Inc.,19904 刘飞，张晓冬，杨丹.制造系统工程（第2版）.北京：国防工业出版社，20005 郑力，陈恳，张伯鹏.制造系统.北京：清华大学出版 社，20016 学术网站,