第五章自动化制造系统各分系统的设计

1、第五章第五章 自动化制造系统各自动化制造系统各分系统的设计分系统的设计第一节第一节 加工设备的选择加工设备的选择1、AMS对加工设备的要求对加工设备的要求2、选择加工设备的内容和原则、选择加工设备的内容和原则一一、自动化制造系统对加工设备的要求自动化制造系统对加工设备的要求() 工序集中(二) 质量(三) 生产率(四) 柔性(五) 成本(六) 易控制性减轻物流系统的输送负担，保证零件加工质量。所制造的产品满足用户期望值的程度。满足设备使用者对设备功能的基本要求。生产率是根据自动化制造系统的设计产量、利润和市场等因素决定的，需要综合考虑。因此根据实际情况，制定合适的柔性指标来指导加工设备的选择是

2、十分重要的。在满足其它要求的前提下，应按成本最低的原则选择设备。在考虑成本问题时不仅要考虑设备的购置成本，也需综合考虑运行、维护、培训等方面的成本。设备要能实现动态调度、资源共享、提高效率，就必须在各机床之间建立必要的接口和标准，以便准确及时地实现数据通讯与交换，使整个系统能协调地工作。二、选择加工设备的内容和原则二、选择加工设备的内容和原则（一）选择加工设备的类型（一）选择加工设备的类型 加工设备的类型通常在总体设计中确定，主要考虑解决生产“瓶颈”的需要，被加工对象的加工工艺，设备的最佳加工对象和范围、生产率、价格、机床配置形式等多种影响因素。自动化制造系统中的加工设备主要是数控机床。（二）

3、选择加工设备的规格（二）选择加工设备的规格1) 工作台2) 行程范围3) 主轴电机4) 转速范围5) 工件直径6) 其它参数零件大小；承载能力。工作台面尺寸确定了加工空间的大小。高速切削超低速切削回转类零件，需考虑最大直径和长度。进给速度，数控轴数，联动轴数等。效率。工作台面比1) 定位精度与重复定位精度2) 铣圆精度3) 其它精度指标4) 工步间在线检测装置在精加工工步前，首先检测工件的精度，再自动对机床进行调整，以保证最终加工精度。（三）选择加工设备的精度（三）选择加工设备的精度机床的精度等级主要根据典型零件关键部位加工精度的要求来确定。它们反映了各运动零部件的综合精度；重复定位精度还反映

4、了该控制轴在行程内任意定位点的定位稳定性虽然实际加工并不需要，但它是综合评价数控机床有关数控轴的伺服跟随运动特性和数控系统插补功能的主要指标之一。从机床的定位精度可估算出该机床在加工时的相应有关精度。（四）选择数控系统（四）选择数控系统1)选择数控系统时考虑与外部支持软件相适应；2)根据数控机床的使用指标选择数控系统；3)根据性能要求选择数控系统功能；4)同一个自动化制造系统中各台加工设备的控制 系统尽可能一致，以方便使用与维护。(五五) 选择刀具型式、自动换刀装置及机床刀库选择刀具型式、自动换刀装置及机床刀库1)尽量选用结构简单和可靠性高的ATC；2)机床刀库的容量以满足个独立的复杂加工程序

5、对刀具的需要为原则；3)选用刀具预调仪；4)慎重选择刀柄、刀具及附件。(六六) 选择特殊订货项目选择特殊订货项目选择数控机床时，除了基本功能及备件外，一些辅助设备如主轴冷却装置、排屑装置、数控回转工作台、自动交换工作台、测量装置、全密封防护罩、及其它配件同样需要考虑。1)注意配套性；2)自动交换工作台选择；3)回转工作台的联动；4)在不向机床上通用的附件，应从全局的角度考虑，以实用、经济为目的。(七七) 技术服务技术服务1)一定期限的免费保修;2)供货方应能提供长期迅速的维修服务，最好就近有培训和售后服务点；3)在现场进行程序编制人员和操作人员的操作培训以及机械和电气维修人员的保养与维修培训；

6、4)在供货方培训中心对程序编制人员、操作人员、维修人员进一步的技术培训；5)供货方协助对典型工件作工艺分析，进行加工可行性工艺试验以及承担成套技术服务，包括工艺装备设计、程序编制、安装调试、试切工件，直至全面投入生产。第二节第二节 工件储运及管理系工件储运及管理系统方案设计统方案设计1、工件输送系统、工件输送系统2、自动化仓库、自动化仓库3、工件储运管理系统功能、工件储运管理系统功能一、工件输送系统一、工件输送系统通常工件输送系统主要完成零件和工装零件和工装（夹具等）在制造系统制造系统内部内部的搬运和零件的毛坯和原材料由外界搬运进系统以及将加工好的成品从系统中搬走，一般需人工完成。自动化制造系

7、统，特别是柔性制造，一般采用自动化物流系统。但值得注意的是近年来允许大量人工介人的简单物流系统应用越来越多。(一一) 输送型式选择输送型式选择图5-1柔性制造系统输送型式选择输送型式时主要考虑自动化制造系统的规模规模、输送功能的柔柔性、易控制性和投资性、易控制性和投资等因素。(二二) 工件输送设备的选择工件输送设备的选择近年来自动导向小车AGV开始广泛应用于自动化制造系统的实际工作，它具有以下几个方面的优点： 1)较高的柔性。 4)维护方便。2)实时监视和控制。3)安全可靠。选用AGV时主要考虑以下指标：外形尺寸 (一般长度从7502500mm，宽450-1500mm，高550一650mm)载

8、重量(50一2000kg，选择载重量时除了工件重量外还应考虑托盘和夹具的重量)运行速度(10一70mmin)；转弯半径；蓄电池的电压以及每两次充电之间的平均寿命；安全设备是否有安全杠、警报扬声器及警告灯。全速行驶时的紧急刹车距离；载物平台的结构；控制方式；定位方式；兼容的控制计算机类型。2.有方向性的刚性设备3.输送节拍固定1.使用于非直线布局的的大型FMS2.灵活行介于有轨运输车与无轨运输车之间3.控制简单,但地下工程较大,早期的FMS有应用地链式有轨车1.使用于加工批量较大的FML或FMS2.承载能力大,集运输储存于一体3.敞开性差,多为环行布局驱动辊道1.使用于非直线布局的较大规模的FM

9、S2.承载一般在2t以下3.对车间地面及周围环境要求较高自动导向小车1.适用于由2-7个机械加工工作站组成的直线布局的小型FMS2.使用于FMC3.承载能力10t,运行速度30-60m/min空中或地面有轨运输车1.适用于FML步伐式输送带适用范围及特点输送设备表5-2常用工件输送设备的特点及应用范围(一一) 仓库形式选择仓库形式选择立体库平面库大型工件普通工件直线型环 型存放货架堆垛式起重机输入输出站当自动化制造系统规模较小，而又不要求无人化运行时，可以利用缓冲存储(二二) 立体仓库布局形式的选择立体仓库布局形式的选择立体仓库布局形式的选择主要与仓库的存储数量存储数量、进出库频率进出库频率、

10、系统的总体布系统的总体布局局、外部设备外部设备以及存放物料的规格物料的规格等有关。布局形式说明布局形式说明1.一个进出库站2.适用进出库频率低的场合1.四个进出库站2进出库频率高需批进批出1.二个进出库站2.适用进出库频率较高的场合1.U形多道式2.适于存储量多,进出库频率低的场合1.二个进出库站2.分进库侧和出库侧1.转车台式2.适于存储量多,进出库频率低的场合1.二个进出库站2.进出库频率高1.进出站与外围装置连接2.进出频率高且与外围设备联动物流系统控制功能物流系统控制功能自动化仓库控制自动化仓库控制物料识别控制物料识别控制物料运输系统物料运输系统上下料控制站上下料控制站入库的处理入库的

11、处理出库的处理出库的处理与与AGV交换零件交换零件堆垛起重机控制堆垛起重机控制接受的工件接受的工件缓冲的位置缓冲的位置传送的工件传送的工件方向控制方向控制伺服运转控制伺服运转控制检测控制检测控制装卸工件控制装卸工件控制安全控制安全控制充电控制充电控制物料进入控制物料进入控制物料取出控制物料取出控制故障检测及控制故障检测及控制(一一) 物流系统的控制物流系统的控制(二二) AGV的管理的管理 AGV系统管理的目的目的，就是确保系统可靠运行，最大限度地提高物料通过量，使系统生产效率达到最高水平。1）交通管制2）车辆调度3）系统监控(三三) 自动化仓库的管理自动化仓库的管理1. 帐目管理 2. 库存

12、管理3.货位管理1）定货位存放方式2）自由货位存放方式3）划分区域随机存放方式4）信息跟踪的数据管理第三节第三节 刀具储运及管理系刀具储运及管理系统方案设计统方案设计1、刀具储存策略、刀具储存策略2、刀具管理系统构成、刀具管理系统构成3、刀具管理系统功能设计、刀具管理系统功能设计一一.刀具储存策略刀具储存策略两种主流形式:1.只在机床上配置一定的库容量的刀库只在机床上配置一定的库容量的刀库.缺点是库容量有限,经常要加工的 过程中停下来更换刀具.2.除机床刀库外设置中央刀库除机床刀库外设置中央刀库,采用换刀机器人或刀具输送系统,为若干台机 床进行刀具交换服务.要解决的问题要解决的问题:除刀库中配

13、置一把各种所需刀具外,为了连续加工如何保证替换刀具分析四种不同的储存策略分析四种不同的储存策略分析四种不同的储存策略分析四种不同的储存策略策略1t1,t2,t3t4,t5,t6t1,t2,t3t4,t5,t6t1,t2,t3t4,t5,t6M1M2M3AGV优点优点:1)有备用刀具组2)有备用机床3)刀具传送系统简单缺点:1)需一组以上相同的刀具2)同样的NC程序存储在各台机床3)要求机床刀库容量大策略2M1M2M3t1,t1t2,t2t3,t3t4,t4t5,t5t6,t6AGV优点优点:1)有备用刀具2)每个NC程序只在一台机床3)刀具传送系统简单缺点:1)需一组以上相同的刀具2)没有备用

14、机床策略策略3M1M3t1,t2t3,t4t5,t6M2刀具存储和输送系统(TSHS)TSHS中的刀具(t1,t2,t3,t4,t5,t6)AGV优点优点:1)有备用刀具组2)每个NC程序只在一台机床上3)对机床刀具库的容量低4)更换机床刀库中的刀具可形成备用机床缺点缺点:需要有复杂的刀具管理系统M1M3t3,t4t5,t6M2刀具存储和输送系统(TSHS)TSHS中的刀具(t1,t2,t3,t4,t5,t6) 的子集+替代的刀具集AGV优点优点:1)有备用刀具组2)每个NC程序只在一台机床上3)对机床刀具库的容量低4)更换机床刀库中的刀具可形成备用机床缺点缺点:需要有复杂的刀具管理系统t1,

15、t2策略策略4特点特点:减少了存放在刀具储运系统中的刀具数量二二.刀具管理系统的构成刀具管理系统的构成1.刀具管理系统的设备构成刀具管理系统的设备构成刀具准备车间刀具准备车间刀具供给系统刀具供给系统刀具运输系统刀具运输系统中央刀库中央刀库条形码阅读器条形码阅读器刀刀具具进进出出站站刀具输送装置刀具输送装置机机床床刀刀库库机机床床刀刀库库刀具刃磨设备刀具刃磨设备刀具附件库刀具附件库刀具装卸站刀具装卸站条形码打印机条形码打印机刀具预调仪刀具预调仪计算机终端计算机终端2.刀具管理系统的功能构成刀具管理系统的功能构成刀具管理系统功能刀具管理系统功能刀具信息管理刀具信息管理刀具计划管理刀具计划管理在线刀

16、具静态管理在线刀具静态管理在线刀具动态管理在线刀具动态管理刀具数据库维护刀具初始化统计报表刀具需求计划刀具采购计划刀具准备计划刀具下线计划刀具进出线管理机床刀库配置刀具状态管理刀具寿命管理刀具实时调度刀具实时监控紧急情况处理3.刀具管理系统软件构成刀具管理系统软件构成数数据据库库刀具预调数据采集模块刀具预调数据采集模块刀具信息管理模块刀具信息管理模块刀具准备管理模块刀具准备管理模块在线刀具静态管理模块在线刀具静态管理模块在线刀具动态管理模块在线刀具动态管理模块CAPP采购管理系统采购管理系统生产调度管理系统生产调度管理系统机床控制器机床控制器刀具输送检测模块刀具输送检测模块条形码阅读机数据采集

17、模块条形码阅读机数据采集模块三三.刀具管理系统的功能设计刀具管理系统的功能设计(一一)刀具信息管理刀具信息管理1.刀具信息(1)刀具编码信息(2)刀具基本属性信息(3)刀具组件结构参数(4)刀具切削参数(5)刀具补偿信息(6)刀具实时位置信息(7)刀具实时状态信息2.刀具信息管理的功能(1)刀具数据库维护 1)数据库数字段权限管理 2)数据库备份 3)数据库维护 (2)刀具初始化 (3)刀具预调数据采集与处理 (4)统计查询报表生成(二二).刀具计划管理刀具计划管理1.刀具需求计划2.刀具采购计划 1)寿命将到期的现有刀具补充 2)刀具破损补充 3)近期需求计划3.刀具准备计划4.刀具下线计划

18、(三三)在线刀具静态管理在线刀具静态管理1.刀具进出线管理刀具进出线管理2.机床刀库配置机床刀库配置3.刀具状态管理刀具状态管理4.刀具寿命管理刀具寿命管理(四四)在线刀具动态管理在线刀具动态管理1.刀具实时调度刀具实时调度2.刀具实时监控刀具实时监控3.应急情况处理应急情况处理第四节作业计划与调度系统设计第四节作业计划与调度系统设计目标：目标：通过物流的合理规划调度与控制，达到提通过物流的合理规划调度与控制，达到提高生产率，缩短制造周期，减少在制品，降低库存，高生产率，缩短制造周期，减少在制品，降低库存，提高生产资源利用率提高生产资源利用率生产计划与调度技术生产计划与调度技术与不同的生产类型

19、和生产过程组织控制形式一上层的生产作业计划一上层的生产作业计划工厂层生产计划工厂层生产计划（通常采用企业资源计划的方法编制）它具有以下特点：）是零件级的生产计划，（规定整个零件的开工期，完工期和数量）计划是按时段编制的（日，周，旬，月）体现在需要是时段加工需要的零件的思想车间生产作业计划车间生产作业计划任务是任务是根据本车间的资源，实际生产作业完成情况，毛坯准备情况，为落实工厂层生产计划而规划内容：内容：）核实下达的任务）综合各种计划（定单），明确本周的任务）检查毛坯及半成品的供应情况）计算与确定各零件在本车间的开工和完工时间）确定各零件的优先级，确保交货期）根据的要求，将任务分配给单元）进行

20、能力平衡与调整）完成车间周作业计划，下达定单二自动化制造系统的生产作业计划二自动化制造系统的生产作业计划内容：内容：接受车间定单（周计划）接受车间定单（周计划）制定系统的每日（或班次）作业计划，并细化制定系统的每日（或班次）作业计划，并细化完成工件分组，工件组间排序完成工件分组，工件组间排序加工设备负荷分配加工设备负荷分配工件静态排序工件静态排序生成资源需求计划生成资源需求计划生产作业计划的优化目标生产作业计划的优化目标）在一定时间周期内系统的产出最高）在一定时间周期内系统的产出最高）尽量满足任务的优先级或交货期）尽量满足任务的优先级或交货期）关键（瓶颈）设备的利用率最高）关键（瓶颈）设备的利

21、用率最高）生产所花费的成本最少）生产所花费的成本最少）系统内的设备的平均利用率最高）系统内的设备的平均利用率最高）系统内的在制品最少）系统内的在制品最少）加工一组工件时系统的通过时间最少）加工一组工件时系统的通过时间最少）加工单个零件时通过系统的时间最短）加工单个零件时通过系统的时间最短以关键设备的利用率最高为目标，单元层作业计划的制定过程单元层作业计划的制定过程定单确认与零件分批（定单确认与零件分批（包括拖期定单）（指同一零件进行分批）（按零件的交货期分批）（指同一零件进行分批）（按零件的交货期分批）（按毛坯的供应量及时间分批）（为满足系统资源而进行分批）（按毛坯的供应量及时间分批）（为满足

22、系统资源而进行分批）计算零件的工序交货期及提前期计算零件的工序交货期及提前期核算各类加工设备的负荷，确定关键设备核算各类加工设备的负荷，确定关键设备落实拖期定单落实拖期定单安排关键工序的作业计划安排关键工序的作业计划安排关键零件非关键工序的作业计划安排关键零件非关键工序的作业计划非关键零件的作业计划非关键零件的作业计划非关键设备任务的调整非关键设备任务的调整零件排序零件排序生产日作业计划生产日作业计划生产资源需求计划生产资源需求计划三自动化制造系统的调度三自动化制造系统的调度调度决策的决策点调度决策的决策点（）工件进入系统的决策点（）工件进入系统的决策点（）工件选择加工设备的决策点（）工件选择

23、加工设备的决策点（）加工设备选择工件的决策点（）加工设备选择工件的决策点（）小车运输方式的决策点（）小车运输方式的决策点（）工件选择缓冲站的决策点（）工件选择缓冲站的决策点（）选择运输小车的决策点（）选择运输小车的决策点（）加工设备选择刀具的决策点（）加工设备选择刀具的决策点（）刀具选择加工设备的决策点（）刀具选择加工设备的决策点（）刀具选择中央刀库的决策点（）刀具选择中央刀库的决策点（）刀具机器人运刀的决策点（）刀具机器人运刀的决策点调度策略调度策略（）处理时间最短（）处理时间最短（）处理时间最长（）处理时间最长（）剩余工序加工时间最短（）剩余工序加工时间最短（）剩余工序加工时间最长（）剩余

24、工序加工时间最长（）下道工序加工时间最长（）下道工序加工时间最长（）交付期最早（）交付期最早（）剩余工序数最少（）剩余工序数最少（）剩余工序数最多（）剩余工序数最多（）先进先出）先进先出（）随机选择（）松弛量最小（）随机选择（）松弛量最小（）单位剩余工序数的松弛量最小（）单位剩余工序数的松弛量最小（）下道工序服务队列最短（）下道工序服务队列最短（）下道工序服务台工作量最少（）下道工序服务台工作量最少（）组合规则（）组合规则（）优先权规则（）优先权规则（）确定性规则（）确定性规则（）利用率最低（）利用率最低（）启发式规则（）启发式规则四自动化单机的生产计划与调度四自动化单机的生产计划与调度生产作业计划生产作业计划基本上与自动化制造系统的一样，所不同不同的是）有些优化目标和方法是不适合单机的情况）有些优化目标和方法是不适合单机的情况）没有储运设备）没有储运设备调度调度最关心的是对生产状态的数据采集和人工控制第五节检测与监控系统设计第五节检测与监控系统设计一检测与监控系统的组成一检测与监控系统的组成检测与监控系统检测与监控系统运行状态检测与监控运行状态检测与监控加工过程状态检测与监控加工过程状态检测与监控控制信控制信息监控息监控系统安系统安全监控全监控加工设加工设备监控备监控物流物流监控监控刀具的检刀具的检测与监控测与监控工件精工件精度检测度检测