第五章制造自動化技術

AutomationTechnologyforManufacturing

（5-1）式中TTLC——生產(chǎn)某種產(chǎn)品所需總時間；

B——批數(shù)；

Q——批量；

T1——單件工時；

T2——每批產(chǎn)品所需生產(chǎn)準備時間（包括原材料訂貨時間，制定生產(chǎn)計劃時間，工藝裝備調整時間…）；

T3

——每種產(chǎn)品所需設計及生產(chǎn)準備時間（產(chǎn)品設計，工藝設計，工藝裝備設計與制造…）。Groover產(chǎn)品壽命周期模型（5-2）式中TLC——生產(chǎn)每件產(chǎn)品所需平均時間式（5-2）即為Groover

產(chǎn)品壽命周期模型

TLC是一個綜合指標，減小TLC常被作為生產(chǎn)活動追求的目標式（5-1）兩邊除以BQ，得到：◆剛性自動化：著眼降低T1◆柔性自動化：著眼降低T1

和T2（部分）◆綜合自動化：同時減小T1、T2

、T3，特別是T2

和

T3

，因而在多品種、中小批量生產(chǎn)中具有重要意義Groover產(chǎn)品壽命周期模型

汽車后橋齒輪箱加工自動線剛性自動化20年代制造自動化技術的主要形式柔性自動化50年代焊接機器人綜合自動化70年代綜合自動化制造自動化技術的主要形式

比較項目剛性自動化柔性自動化綜合自動化實現(xiàn)目標

減輕工人勞動強度，節(jié)省勞動力，保證加工質量，降低生產(chǎn)成本

減輕工人勞動強度，節(jié)省勞動力，保證加工質量，降低生產(chǎn)成本，縮短產(chǎn)品制造周期

除左外，提高設計工作與管理工作效率和質量，提高對市場的響應能力控制對象物流物流物流，信息流特點

通過機、電、液氣等硬件控制方式實現(xiàn)，因而是剛性的，變動困難

以硬件為基礎，以軟件為支持，改變程序即可實現(xiàn)所需的轉變，因而是柔性的

不僅針對具體操作和工人的體力勞動，而且涉及腦力勞動以及設計、經(jīng)營管理等各方面典型系統(tǒng)與裝備

自動機床、組合機床，機械手，自動生產(chǎn)線

NC機床，加工中心，工業(yè)機器人，DNC，F(xiàn)MC，F(xiàn)MS

CAD/CAM系統(tǒng)，MRPⅡ，CIMS應用范圍大批大量生產(chǎn)多品種、中小批量生產(chǎn)各種生產(chǎn)類型關鍵技術

繼電器程序控制技術，經(jīng)典控制論

數(shù)控技術，計算機控制，GT，現(xiàn)代控制論

系統(tǒng)工程，信息技術，計算機技術，管理技術三種自動化形式的比較柔性制造技術和柔性制造系統(tǒng)

柔性制造技術（FMT——FlexibleManufacturingTechnology）是集數(shù)控技術、計算機技術、機器人技術、現(xiàn)代管理技術為一體的現(xiàn)代制造技術，主要用于多品種小批量或變批量生產(chǎn)。

柔性——指制造系統(tǒng)能夠適應產(chǎn)品變化的能力柔性制造系統(tǒng)（FMS）是由數(shù)控加工設備、物料運儲裝置和計算機控制系統(tǒng)等組成的自動化制造系統(tǒng)。它包括多個柔性制造單元，能根據(jù)制造任務或生產(chǎn)環(huán)境的變化迅速進行調整，適用于多品種、中小批量生產(chǎn)。(“中華人民共和國國家軍用標準”)

柔性制造系統(tǒng)是柔性制造技術的主要應用形式。柔性制造系統(tǒng)的組成1）若干臺CNC加工設備，實現(xiàn)自動制造功能；2）自動物流系統(tǒng)，即毛坯、工件、刀具的存儲、輸送、交換系統(tǒng)；3）控制整個系統(tǒng)運行的計算機系統(tǒng)；4）其他：刀具監(jiān)測及管理系統(tǒng)、零件測量系統(tǒng)、切屑排除系統(tǒng)等。柔性制造系統(tǒng)的組成自動倉庫工廠計算機中央計算機物流控制計算機運輸小車加工單元1加工單元2加工單元n信息傳輸網(wǎng)絡工夾具站柔性制造系統(tǒng)的組成柔性制造系統(tǒng)典型結構柔性制造系統(tǒng)的典型結構柔性制造單元（FMC——FlexibleManufacturingCell）

FMC由單臺計算機控制的數(shù)控機床或加工中心、環(huán)形托盤輸送裝置或工業(yè)機器人組成。柔性制造系統(tǒng)的類型柔性制造系統(tǒng)（FMS）它由兩臺或兩臺以上的數(shù)控機床或加工中心或柔性制造單元所組成，配有工件自動上下料裝置（如托盤交換裝置、機器人）、自動輸送裝置、自動化倉庫等，由計算機控制系統(tǒng)進行加工控制、計劃調度安排及工況監(jiān)測。柔性制造系統(tǒng)的類型柔性制造生產(chǎn)線（FML——FlexibleManufacturingLine）將FMS中的各機床按工藝過程布局，可以有生產(chǎn)節(jié)拍，但是可變的加工生產(chǎn)線，是剛性自動線與柔性制造系統(tǒng)的一種結合。244FM摩托車發(fā)動機汽缸加工自動線柔性制造系統(tǒng)的類型FMS的特點

除毛坯準備與毛坯安裝外全部自動化 可在不停機的條件下實現(xiàn)加工工件的自動轉換

24小時運行，只一班有人◆以GT為基礎——生產(chǎn)零件的品種由4至100種不等（20～30種居多）生產(chǎn)零件的批量由40至2000件不等（50～200件居多）大部分加工對象為相似零件（個別例外）◆具有較大柔性——可加工多種零件沒有固定的生產(chǎn)節(jié)拍故障可容（一臺機床出現(xiàn)故障，其它機床可進行擬補）◆高度自動化——◆控制與管理相結合——可自動實現(xiàn)系統(tǒng)內的計劃、調度0101001000少零件品種數(shù)多10000100010010大零件批量小數(shù)控機床通用機床柔性制造單元柔性制造系統(tǒng)柔性制造生產(chǎn)線專用機床自動線生產(chǎn)率提高柔性增大柔性制造系統(tǒng)的適用范圍FMS的配置

當所選定零件組的全部工序可以被一種機床獨立完成時，F(xiàn)MS可以只配置數(shù)量足夠的相同型號機床，這些機床之間是可以相互代替的。1互替式（并聯(lián)）2互補式（串聯(lián)）3.混合式（并串聯(lián)）

當所選定零件組的全部工序不能被一種機床獨立完成時，F(xiàn)MS需要配置幾種不同型號的機床，各自完成特定的工作，這些機床之間是互相補充的，不能相互替代。機床配置形式與特征比較配置形式互替式互補式混合式簡圖生產(chǎn)柔性低中高生產(chǎn)率低高中技術利用率低中高系統(tǒng)可靠性高低中投資強度比高低中這些配置主要取決于機床功能、FMS的物料流和信息流，而并非取決于加工設備的物理布局。

1工序集中2控制功能強、柔性好3具有通信接口4高剛度、高精度、高速度5其它要求a)使用經(jīng)濟性好b)操作性、可靠性、維修性好c)自保護性、自維護性好d)對環(huán)境的適應性與保護性好e)技術資料齊全，機床上的各種顯示、標記等清楚，機床外形、顏色美觀且與系統(tǒng)協(xié)調。FMS對機床的要求FMS常用的加工設備常見加工中心的分類按工藝用途可分為鏜銑加工中心、車削加工中心、鉆削加工中心、攻螺紋加工中心及磨削加工中心等。按主軸在加工時的空間位置可分為立式加工中心、臥式加工中心、立臥兩用（也稱萬能、五面體、復合）加工中心。

鏜銑加工中心與普通數(shù)控鏜床和數(shù)控銑床的區(qū)別之處，主要在于它附有刀庫和自動換刀裝置。

加工中心（鏜銑加工中心）臥式加工中心加工中心刀庫加工中心的刀庫有鏈式、盤式和轉塔式等基本類型。從刀庫中挑選所需刀具的方法：順序選擇法；刀座編碼法；刀具編碼法；刀具刀座跟蹤記憶法加工中心換料裝置

加工中心常見的換料裝置是托盤交換器（AutomaticPal1etChanger——APC），它不僅是加工系統(tǒng)與物流系統(tǒng)間的工件輸送接口，也起物流系統(tǒng)工件緩沖站的作用。托盤交換器按其運動方式有回轉式和往復式兩種。加工中心換料裝置帶有多層托盤庫和中央刀具庫的FMS系統(tǒng)帶有托盤交換裝置的FMC加工系統(tǒng)的監(jiān)控

通信及接口、數(shù)據(jù)采集與交換、與系統(tǒng)內各設備間的協(xié)調、與系統(tǒng)外的協(xié)調、NC控制、PLC控制、誤動作、加工時間、生產(chǎn)業(yè)績、故障診斷、故障預警、故障檔案、過程決策與處理等機床主軸轉動、主軸負載、進給驅動、切削力、振動、噪聲、切削熱等夾具安裝、精度、夾緊力等刀具識別、交換、損傷、磨損、壽命、補償?shù)裙ぜR別、交換、裝夾等其它切屑、切削液、溫度、濕度、油壓、氣壓、電壓、火災等形狀精度、尺寸精度、表面粗糙度、合格率等監(jiān)控功能

設備運行狀態(tài)切削加工狀態(tài)

產(chǎn)品質量狀態(tài)傳感器群信號采集預處理特征提取狀態(tài)識別診斷決策預維修決策監(jiān)控檢測報告正常狀態(tài)模式預診斷知識庫預維修知識庫學習訓練匹配狀態(tài)異常報警預知故障報警輸出設備運行狀態(tài)監(jiān)控與檢測框圖◆設備運行狀態(tài)監(jiān)控與檢測加工系統(tǒng)的監(jiān)控鉆頭破損檢測器內存有以往采集的鉆頭破損的信號或鉆頭破損模擬信號，與檢測信號進行比較。當鉆頭破損被確認后，發(fā)出換刀信號。重點是刀具磨損、破損監(jiān)控與檢測。鉆頭破損檢測器聲發(fā)射鉆頭破損檢測裝置系統(tǒng)圖交換機床控制器工件折斷工作臺聲發(fā)射傳感器破損信號◆加工過程監(jiān)控與檢測加工系統(tǒng)的監(jiān)控離線檢測：過程穩(wěn)定，超差風險小在線/過程中檢測：實時，瓶頸工序在線/過程后檢測：滯后時間短，應用較多PROCAUTPROCAUTPROCAUTINSPMAN抽樣離線檢測PROCAUTINSPMAN在線/過程中檢測反饋信號在線/過程后檢測PROCAUTINSPMANSORTAUT分類指令成品廢品加工系統(tǒng)的監(jiān)控－離線與在線檢測物料傳輸系統(tǒng)FMS中流動的物料主要有工件、刀具、夾具、切屑及切削液。物料傳輸系統(tǒng)主要由輸送裝置、交換裝置、緩沖裝置和存儲裝置等組成。FMS對輸送裝置的要求1)通用性2)變更性3)擴展性4)靈活性5)可靠性

6)安全性

◆

傳輸裝置滾式鏈式（傳送帶由于柔性差，目前較少使用）帶式有軌無軌（AGV）固定路線隨機路線電磁式光電式……傳送帶運輸小車機器人固定式機器人行走式機器人物料傳輸系統(tǒng)轉向舵比較放大電路信號拾取線圈引導電纜電磁引導原理在地面上埋設引導電纜，并通以5～10kHz的低壓電流。小車上裝有對稱的一組信號拾取線圈。當小車偏向右方時，右方的感應信號減弱，左方的增強，控制器根據(jù)這些信號的強弱，控制小車的舵輪。物料傳輸系統(tǒng)-有軌小車電磁導向方式沿小車預定路徑在地面上粘貼易反光的反光帶（鋁帶或尼龍帶），小車上裝有發(fā)光器和受光器。發(fā)出的光經(jīng)反光帶反射后由受光器接受，并將該光信號轉換成電信號控制小車的舵輪。物料傳輸系統(tǒng)-有軌小車光學引導方式信號孔感光元件光道光源反光帶光學引導原理——自動導向小車（AGV——AutomaticGuidedVehicle）

無軌小車是一種利用微機控制的，能按照一定的程序自動沿規(guī)定的引導路徑行駛，并具有停車選擇裝置、安全保護裝置以及各種移載裝置的輸送小車。物料傳輸系統(tǒng)-無軌小車物料傳輸系統(tǒng)◆

自動倉庫運輸小車出入庫裝卸站堆垛機料架切屑處理系統(tǒng)斷屑加工部位封閉排屑機床、工夾具設計要便于排屑冷卻液沖，或壓縮空氣吹切屑輸送（通常采用地下輸送管道）切屑再處理（打包）

工廠計算機：

制定、修改、更新生產(chǎn)（作業(yè)）計劃；對中央計算機和物流計算機進行控制。

中央計算機：

根據(jù)工廠計算機制定的作業(yè)計劃對各加工單元進行監(jiān)視與控制。

物流計算機：

根據(jù)工廠計算機制定的作業(yè)計劃對自動倉庫、堆垛機、緩沖站、運輸小車等進行監(jiān)視與控制。

單元控制器：

監(jiān)視與控制機床加工、檢測、上下料…

信息傳輸網(wǎng)絡：在控制計算機與單元控制器之間進行信息傳遞。計算機控制系統(tǒng)FMS控制管理系統(tǒng)自動倉庫AGV小車交通管理車間計算機中央管理計算機最高層中間層設備層

負責全面管理、協(xié)調和控制FMS的各項活動

協(xié)調各種設備的操作執(zhí)行各種操作管理系統(tǒng)體系結構：多級計算機遞階控制A制造單元計算機物流管理計算機B制造單元計算機機器人JCS-FMS-1控制級結構中央管理