第五讲 自动化制造系统的各分系统的设计

1、1本本 章章 要要 点点5.1 5.2 5.3 5.5 5.42 1生产过程和工艺过程生产过程和工艺过程 生产过程：将原材料转变为成品的全过程。生产过程：将原材料转变为成品的全过程。 工艺过程：改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性质，使其成为成品或半工艺过程：改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性质，使其成为成品或半成品的过程。成品的过程。 2工艺过程的组成工艺过程的组成5.1 合理选择设备是自动化制造系统设计中的一项重要内容，它可以使企业在合理选择设备是自动化制造系统设计中的一项重要内容，它可以使企业在满足使用要求的前提下，减少投资及维护和运行费用，满足加工要求以及提高满足使用要求的前提下

2、，减少投资及维护和运行费用，满足加工要求以及提高设备的利用率。设备的利用率。 3 2工艺过程的组成工艺过程的组成 工序：一个或一组工人、同一地点对同一或几个工件工序：一个或一组工人、同一地点对同一或几个工件连续完成的那一部分工艺过程。连续完成的那一部分工艺过程。 单件小批和大批量加工划分工序方法有很大差别。单件小批和大批量加工划分工序方法有很大差别。 安装：一次装夹后所完成的那一部分工序。安装：一次装夹后所完成的那一部分工序。 但一道工序可能需要多次安装才能完成。一次安装后但一道工序可能需要多次安装才能完成。一次安装后也可能分多道工序加工。也可能分多道工序加工。 工位：一工序内，一次安装后，工

3、件与夹具及设备可工位：一工序内，一次安装后，工件与夹具及设备可动部分一起相对刀具占据的每一个位置动部分一起相对刀具占据的每一个位置。 工步：同一刀具连续加工同一性质加工要素的工序内工步：同一刀具连续加工同一性质加工要素的工序内容。容。 走刀：或称进给。余量大需分次切削时，每次为一次走刀：或称进给。余量大需分次切削时，每次为一次走刀。走刀。5.1 4 生产纲领：即年产量。企业计划一年内应当生产的产品产量和进度生产纲领：即年产量。企业计划一年内应当生产的产品产量和进度计划计划。 N=Qn(1+) (1+ ) N零件的年产量，单位为件零件的年产量，单位为件/年；年；Q产品的年产量，单位为台年；产品的

4、年产量，单位为台年；n每台产品中该零件的数量，单位为件台；每台产品中该零件的数量，单位为件台；零件的备品率，一般为零件的备品率，一般为35%；零件的废品率，一般为零件的废品率，一般为15%。备品：为防止个别零件加工后互换性不好，常多做几件备用。备品：为防止个别零件加工后互换性不好，常多做几件备用。 生产类型：企业生产专业化程度的分类。即单件、成批和大量生产生产类型：企业生产专业化程度的分类。即单件、成批和大量生产性质。性质。 生产类型主要依据生产纲领确定。类型不同，工艺过程就不同。生产类型主要依据生产纲领确定。类型不同，工艺过程就不同。生产类型生产纲领（台/年或件/年）重型零件（30kg以上）

5、中型零件（430kg）轻型零件（4 kg以下）单件生产510100成批生产小批生产510010150100500中批生产1003001505005005000大批生产30010005005000500050000大量生产10005000500005.1 55.1 6 适于数控加工的内容：适于数控加工的内容：（1）通用机床无法加工的内容，应作为优选内容（如复杂线廓、）通用机床无法加工的内容，应作为优选内容（如复杂线廓、型面）。型面）。（2）通用机床难加工、质量也难以保证的内容应作为重点选择的）通用机床难加工、质量也难以保证的内容应作为重点选择的内容（如车锥面、断面时，可利用数控车床的恒线速度功能

6、，选择内容（如车锥面、断面时，可利用数控车床的恒线速度功能，选择最佳线速度，使加工后的表面粗糙度小而且均匀一致最佳线速度，使加工后的表面粗糙度小而且均匀一致)。（3）通用机床效率低、工人劳动强度大的内容，可在数控机床尚）通用机床效率低、工人劳动强度大的内容，可在数控机床尚存在富余能力的基础上进行选择采用。存在富余能力的基础上进行选择采用。不宜数控加工的内容：不宜数控加工的内容：（1）占机调整时间长，如以毛坯的粗基准定位加工第一个精基准、）占机调整时间长，如以毛坯的粗基准定位加工第一个精基准、要用专用工装协调的加工内容。要用专用工装协调的加工内容。（2）加工部位分散，要多次安装、设置原点，这时采

7、用数控加工）加工部位分散，要多次安装、设置原点，这时采用数控加工很麻烦，效果不明显，可安排通用机床加工。很麻烦，效果不明显，可安排通用机床加工。5.1 7（1）工序集中：将）工序集中：将加工集中在少数几道工序内完成。可减少装夹次数、减少加工集中在少数几道工序内完成。可减少装夹次数、减少机床使用数量和占地面积、简化了生产组织和计划调度工作。机床使用数量和占地面积、简化了生产组织和计划调度工作。 但机床、工装一次性投资大，调整维修费事、不利于阶段划分。但机床、工装一次性投资大，调整维修费事、不利于阶段划分。（2）工序分散：）工序分散：将加工分散到较多的工序内进行。每工序内容简单，所用设将加工分散到

8、较多的工序内进行。每工序内容简单，所用设备、工装也简单，调整维修方便，对工人要求低。备、工装也简单，调整维修方便，对工人要求低。 但使用设备多、占地面积大、使用工人多。但使用设备多、占地面积大、使用工人多。5.1 现代设备给企业和社会带来的问题现代设备给企业和社会带来的问题（1）设备购置需要大量的投资）设备购置需要大量的投资（2）维持设备正常运转需要大量资金）维持设备正常运转需要大量资金（3）发生故障停机会导致巨大的经济损失）发生故障停机会导致巨大的经济损失（4）发生事故将产生严重后果）发生事故将产生严重后果（5）设备的社会化程度越来越高，发挥设备投资效益已成为一项社会）设备的社会化程度越来越

9、高，发挥设备投资效益已成为一项社会系统工程系统工程8适应不同生产类型的机床及其自动化系统适应不同生产类型的机床及其自动化系统机床及系统类型举 例功 能 特 点适用生产类型通用机床普通车床、刨床、钻床、铣床、镗床、磨床等可用多种零件、多种工序的加工单件小批生产数控机床数控车床、数控钻床、数控镗床、数控外圆磨床等不需机床调整即可完成多种零件的加工多品种中小批量生产高效机床多刀车床、液压仿形机床、拉床、无心磨床、单轴和多轴自动、半自动机床等刚度大、功率高，可用大切削量加工，加工效率较高大批大量生产专用机床气阀车床、轧辊车床、轧辊磨床、轴承磨床等专门订货或企业自制，只能加工某种零件的某道工序大批大量生

10、产专 门 化 机床曲轴车床、曲轴磨床可加工形状相似而尺寸不同的零件的特定工序大批大量生产组合机床钻床组合机床、铣削组合机床、车削组合机床、多轴箱换箱式组合机床可对一种或若干种零件按预先确定的工序进行加工成批、大量生产柔 性 制 造系统箱体件加工柔性制造系统、电器开关板冲压柔性制造系统可完成多种不同方法的加工而不需作较大的工装更换多品种小批量生产柔 性 生 产线汽车零件柔性生产线同时兼有柔性和大量生产的功能特征多品种大批量生产自 动 生 产线汽车缸体自动加工生产线、柴油机曲轴自动加工生产线生产效率最高，但改变工件品种困难大量大批生产 1.加工对象典型工件2.加工水平机床规格、机床精度、机床功能3

11、.布局及结构刚性、动态性能、变形4.配套工具、刀具、附件、选择功能5.数控系统性能、功能、版本6.可靠性元器件质量，整机连续工作时间7.服务技术支持、维修8.价格最高性价比9.安全性人身、设备安全防护10.环保性噪声、排放物加工设备选用应考虑的问题5.1 加工设备选用步骤与制造商或代理商洽谈提出多个候选方案谈判并确定选择对象签定合同广泛收集数控机床的有关信息5.1 11 5.2 制造自动化系统的工件储运及管理系统对制造系统的生产效率、制造自动化系统的工件储运及管理系统对制造系统的生产效率、复杂程度、投资大小、系统运行可靠性等影响很大，方案设计时应进复杂程度、投资大小、系统运行可靠性等影响很大，

12、方案设计时应进行多方案分析论证。行多方案分析论证。 1.工件输送系统工件输送系统 输送系统型式选择输送系统型式选择 工件输送设备的选择工件输送设备的选择 2.自动化仓库自动化仓库 仓库形式选择仓库形式选择 立体仓库布局形式的选择立体仓库布局形式的选择 3.工件储运管理系统功能工件储运管理系统功能 物流系统的控制物流系统的控制 AGV的管理的管理 自动化仓库的管理自动化仓库的管理12刀具自动储运及管理系统是自动化制造系统的一个重要组成部分。刀具自动储运及管理系统是自动化制造系统的一个重要组成部分。它完成加工单元所需刀具的自动运输、储存和管理任务。它完成加工单元所需刀具的自动运输、储存和管理任务。

13、 1.刀具储运策略刀具储运策略 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 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 5.3 13 对于复杂的、高柔性的自动化制造系统，生产作业计划与调度技术对于复杂的、高柔性的自动化制造系统，生产作业计划与调度技术是自动化制造系统能否取得预期经济效益的关键技术之一。它的目标是是自动化制造系统能否取得预期经济效益的关键技术之一。它的目标是通过对制造过程中物流的合理规划、调度与控制，达到提高生产效率、通过对制造过程中物流的合理规划、调度与控制，达到

14、提高生产效率、缩短制造周期、减少在制品、降低库存，提高生产资源利用率的目的。缩短制造周期、减少在制品、降低库存，提高生产资源利用率的目的。生产系统生产系统 是对生产要素是对生产要素人力、生产设备、材料、能源、资金、人力、生产设备、材料、能源、资金、 信息等有信息等有限的资源，通过适当的组合限的资源，通过适当的组合(组织、计划、控制、改进组织、计划、控制、改进)有效地利用以达到有效地利用以达到生产的目的，使其成为创造最大价值的系统。生产的目的，使其成为创造最大价值的系统。 5.41415 在作业系统中，以控制工艺为核心的制造系统是最重要的子系统，它的在作业系统中，以控制工艺为核心的制造系统是最重

15、要的子系统，它的功能是从外界环境获得生产要系功能是从外界环境获得生产要系(主要是原材料和能源主要是原材料和能源)后，将其转变为商品。后，将其转变为商品。作业系统由供应、制造、销售及库存四个子系统组成。作业系统由供应、制造、销售及库存四个子系统组成。 作业系统的生产实施方案，由作业计划系统制定。在作业计划系统中，作业系统的生产实施方案，由作业计划系统制定。在作业计划系统中，以生产计划系统最为重要。以生产计划系统最为重要。 为保证作业系统的正常运行和运行质量，需要通过作业控制系统对作业为保证作业系统的正常运行和运行质量，需要通过作业控制系统对作业过程进行控制与调整，包括从原材料到产品的工艺流程控制

16、过程进行控制与调整，包括从原材料到产品的工艺流程控制(生产控制、质生产控制、质量控制、库存控制量控制、库存控制)，也包括对人员、设备、资金的控制，其中对工艺流程，也包括对人员、设备、资金的控制，其中对工艺流程的控制最为重要。的控制最为重要。 作业系统构成了物质流，作业计划系统和作业控制系统构成了信息流。作业系统构成了物质流，作业计划系统和作业控制系统构成了信息流。现代机械制造企业通过计算机把物质流和信息流综合起来，形成了管理信现代机械制造企业通过计算机把物质流和信息流综合起来，形成了管理信息系统息系统(MIS)，对动态生产过程进行实时管理与控制。，对动态生产过程进行实时管理与控制。 5.416 自动化制造系统的生产调度自动化制造系统的生产调度 生产调度的含义。是指在生产作业的过程中，针对运行中出现的矛生产调度的含义。是指在生产作业的过程中，针对运行中出现的矛盾与问题，对生产活动与相关资源所进行的调节与协调。生产调度是生盾与问题，对生产活动与相关资源所进行的调节与协调。生产调度是生产作业