本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）第1頁(yè)共37頁(yè)1緒論從模塊化制造概念的形成可以看出，模塊化制造是符合當(dāng)今制造業(yè)發(fā)展潮流、具有廣泛實(shí)踐基礎(chǔ)、可具體執(zhí)行和操作的一種實(shí)用型先進(jìn)制造模式和技術(shù)體系。模塊化制造系統(tǒng)是根據(jù)特定模塊化產(chǎn)品的制造要求設(shè)計(jì)而成的：產(chǎn)品性能和質(zhì)量提高的周期縮短，頻率提高，快速響應(yīng)市場(chǎng)需求；與其相適應(yīng)的生產(chǎn)系統(tǒng)易于重組，以適應(yīng)產(chǎn)品的快速變換。滿足這兩個(gè)基本要求的實(shí)現(xiàn)條件就是產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的模塊化和制造系統(tǒng)裝備的模塊化。1.1課題研究背景MPS(modularizeprocesssystem)體現(xiàn)了機(jī)電一體化技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用。MPS設(shè)備是一套開放式的設(shè)備，最多可由9個(gè)單元組成，最少時(shí)一個(gè)單元即可自成一個(gè)獨(dú)立的控制系統(tǒng)。由多個(gè)單元組成的系統(tǒng)可以體現(xiàn)出自動(dòng)生產(chǎn)線的控制特點(diǎn)。MPS設(shè)備一般用PLC控制。PLC是專門為工業(yè)過程控制而設(shè)計(jì)的控制設(shè)備，在工業(yè)控制領(lǐng)域中應(yīng)用非常廣泛。在有多個(gè)單元組成的模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)中，綜合應(yīng)用了多種技術(shù)知識(shí)，如氣動(dòng)控制技術(shù)，機(jī)械技術(shù)，電工電子技術(shù)，傳感器技術(shù)，PLC控制技術(shù)等。利用該系統(tǒng)，可以模擬一個(gè)與實(shí)際生產(chǎn)情況十分接近的控制過程。本次的課題就是在我們學(xué)校擁有MPS設(shè)備的背景下完成的。1.2模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)1.2.1模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)的概念所謂模塊,引用最多的是Baldwin和Clark的定義:指可組成系統(tǒng)的,具有某種確定獨(dú)立功能的半自律性的子系統(tǒng),可以通過標(biāo)準(zhǔn)化的界面結(jié)構(gòu),與其它功能的半自律性子系統(tǒng)按照一定的規(guī)則相互聯(lián)系而構(gòu)成的更加復(fù)雜的系統(tǒng)1。模塊化是指把一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)或過程根據(jù)系統(tǒng)規(guī)則分解為能夠獨(dú)立設(shè)計(jì)的半自律性子系統(tǒng)的過程,或者是按照某種聯(lián)系規(guī)則,將可進(jìn)行獨(dú)立設(shè)計(jì)的子系統(tǒng)統(tǒng)一起來構(gòu)成更加復(fù)雜的系統(tǒng)或過程,這樣通過模塊化,一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)就可以分解為一系列相互獨(dú)立的具有特定功能價(jià)值的模塊,并且,在遵循統(tǒng)一的界面規(guī)則的前提下,各模塊進(jìn)行半自律性獨(dú)立動(dòng)作,同類模塊之間可進(jìn)行替代,從而可根據(jù)需要,組成不同的復(fù)雜系統(tǒng)。青木昌彥的定義認(rèn)為,對(duì)具有可分解性的系本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）第2頁(yè)共37頁(yè)統(tǒng)各部件聯(lián)系規(guī)則的六種“模塊化操作”,可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜系統(tǒng)的創(chuàng)新2。1.2.2模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)的基本組成該系統(tǒng)由上料檢測(cè)站、搬運(yùn)站、加工站、安裝站、安裝搬運(yùn)站、分類站等六個(gè)部分組成。每一站都有一套獨(dú)立的PLC控制系統(tǒng)，都能單獨(dú)完成一個(gè)動(dòng)作過程，將各站按一定順序聯(lián)接在一起后，就組成了一個(gè)模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)。在MPS設(shè)備上應(yīng)用了多種類型的傳感器，分別用語判斷物體的運(yùn)動(dòng)位置，物體的通過狀態(tài)，物體的顏色及材質(zhì)等。傳感器是機(jī)電一體花技術(shù)中的關(guān)鍵技術(shù)之一，是現(xiàn)代工業(yè)實(shí)現(xiàn)高度自動(dòng)化的前提之一。在控制方面，MPS設(shè)備采用PLC進(jìn)行控制，我們可根據(jù)需要選擇不同廠家的PLC。MPS設(shè)備的硬件結(jié)構(gòu)是相對(duì)固定的，我們可以根據(jù)自己對(duì)設(shè)備的理解，對(duì)生產(chǎn)加工工藝的理解，編寫一定的生產(chǎn)工藝過程，然后再通過編寫PLC控制程序?qū)崿F(xiàn)該工藝過程，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)MPS設(shè)備的控制4，5。1.2.3模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)國(guó)內(nèi)外的發(fā)展模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)是FESTO公司制造的集先進(jìn)的氣動(dòng)技術(shù)、PLC控制技術(shù)為一體的自動(dòng)化培訓(xùn)系統(tǒng)。從學(xué)生、工人到機(jī)械及電氣的專業(yè)人員都可以以這套系統(tǒng)為平臺(tái)，完成機(jī)電一體化技術(shù)相關(guān)內(nèi)容的培訓(xùn)。研究人員可以針對(duì)設(shè)計(jì)、組裝、編程、調(diào)試到檢查問題和維護(hù)維修等一系列課題的不同層次得到全面的學(xué)習(xí)和創(chuàng)新。MPS系統(tǒng)本身就是從實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)中來，所以研究人員在此基礎(chǔ)上的創(chuàng)新和開發(fā)可以迅速地轉(zhuǎn)換到工業(yè)應(yīng)用中，可實(shí)現(xiàn)過程優(yōu)化及降低成本，通過系統(tǒng)模擬有助于降低成本減少風(fēng)險(xiǎn)及促進(jìn)對(duì)復(fù)雜加工的了解6。1.2.4模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)我們實(shí)驗(yàn)室的MPS生產(chǎn)系統(tǒng)是以電感應(yīng)式傳感器、光電傳感器、漫射式光電傳感器為輔助元件，用這些元件來采集開關(guān)數(shù)字信號(hào)。然后把這些數(shù)字信號(hào)輸入核心部件PLC的輸入印象寄存器，通過里面的程序處理輸入信號(hào)，最后把處理的結(jié)果送給輸出印象寄存器，來驅(qū)動(dòng)電機(jī)、氣動(dòng)控制元件、氣動(dòng)執(zhí)行元件和機(jī)械手等。如圖1.1：本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）第3頁(yè)共37頁(yè)圖1.1PLC控制各單元的示意圖PLC直接與MPS自動(dòng)線相連，處理從自動(dòng)線輸入的各種位置及檢測(cè)信號(hào)，同時(shí)根據(jù)自動(dòng)線的運(yùn)行情況，輸出各種控制信號(hào)，控制自動(dòng)線上的各種氣缸工作，吸盤的吸放和電機(jī)的起停等。1.2.5模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)的特點(diǎn)整個(gè)系統(tǒng)分為6個(gè)工作站，包括供料、檢測(cè)、加工、操作手、機(jī)械手、和成品分裝，主要完成氣缸的加工以及自動(dòng)裝配。原系統(tǒng)的6個(gè)工作站之間依靠緊鄰的光電傳感器來傳遞信息，但僅能協(xié)調(diào)相鄰工作站的信息，信息單一。并且原系統(tǒng)沒有有效的監(jiān)控、故障診斷及處理功能，系統(tǒng)工作時(shí)需要有專人在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行不間斷維護(hù)，不能及時(shí)有效地發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤及故障并做出處理。隨著先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展和計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，使傳統(tǒng)的模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)生了深刻的變化。模塊化是現(xiàn)代制造業(yè)發(fā)展的要求，是對(duì)傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化形式的發(fā)展7。其有以下幾個(gè)顯著特點(diǎn)：（1）各工作站采用模塊化形式，各模塊易于搭建、拆卸和維護(hù)，各工作站之間可隨意組合；（2）系統(tǒng)中采用真正的工業(yè)元件，學(xué)生可進(jìn)行實(shí)際的訓(xùn)練；（3）通過本系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以獲得氣動(dòng)、電氣動(dòng)、工程控制、傳感器和電子方面的知識(shí)；（4）很高的兼容和擴(kuò)展性；（5）鍛煉初學(xué)者創(chuàng)造性的思維；（6）可根據(jù)要求提供解決方案。1.3主要研究?jī)?nèi)容和目標(biāo)生產(chǎn)型企業(yè)，大量使用自動(dòng)化生產(chǎn)線，而目前普遍采用PLC控制，由于PLC上料單元檢測(cè)單元加工單元提取單元碼跺單元?dú)庠碢LCPLCPLCPLCPLC本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）第4頁(yè)共37頁(yè)穩(wěn)定可靠的性能決定的。本課題結(jié)合實(shí)驗(yàn)室已有的設(shè)備，進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)，配合硬件設(shè)計(jì)人員，對(duì)整個(gè)模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)；并配合硬件設(shè)計(jì)人員對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試運(yùn)行。利用應(yīng)用型人才培養(yǎng)。同時(shí)應(yīng)用液壓與氣壓傳動(dòng)，對(duì)機(jī)械手進(jìn)行CAD設(shè)計(jì)。通過本畢業(yè)設(shè)計(jì)，利用應(yīng)用型人才培養(yǎng)，適應(yīng)社會(huì)需要8。本設(shè)計(jì)要求學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)室已有的MPS設(shè)備，測(cè)繪關(guān)鍵部件機(jī)械手，設(shè)計(jì)PL