自动化与信息化课件

第八章自动化与信息化应用背景：企业自动化生产过程的自动化企业信息管理自动化生产过程控制的综合自动化有利于企业组织机构的性能优化、高率化第八章自动化与信息化应用背景：主要内容柔性制造技术集成制造技术计算机集成制造系统信息化带动自动化主要内容柔性制造技术柔性制造技术

柔性制造系统的组成、原理柔性制造系统的类型、应用FMS加工系统的配置FMS物流系统的组成FMS控制管理系统简介柔性制造技术柔性制造系统的组成、原理柔性制造技术和柔性制造系统

柔性制造技术（FMT——FlexibleManufacturingTechnology）是集数控技术、计算机技术、机器人技术、现代管理技术为一体的现代制造技术，主要用于多品种小批量或变批量生产。柔性——指制造系统能够适应产品变化的能力

柔性制造系统（FMS）是由数控加工设备、物料运储装置和计算机控制系统等组成的自动化制造系统。它包括多个柔性制造单元，能根据制造任务或生产环境的变化迅速进行调整，适用于多品种、中小批量生产。(“中华人民共和国国家军用标准”)

柔性制造系统是柔性制造技术的主要应用形式。柔性制造技术和柔性制造系统柔性制造技术（FMT——F柔性制造系统组成柔性制造系统加工系统物流系统控制与管理系统加工设备辅助设备检测设备工件流刀具流过程控制过程调度过程监视

以任意顺序自动加工多种工件，自动更换工件和刀具，增加功能后可实现工件自动清洗与测量等

满足可变节拍生产的物料自动识别、存储、输送和交换的要求。增加功能后可实现刀具预调和管理等

加工系统和物流系统的自动控制和作业协调，在线资料自动采集和处理，运行仿真及故障诊断等柔性制造系统组成柔性制造系统加工系统物流系统控制与管理系统加1很强的柔性制造能力2设备利用率高3劳动生产率高4自动化程度高，产品质量稳定5经济效益高柔性制造系统特点1很强的柔性制造能力柔性制造系统特点（5）能力柔性当生产量改变、系统也能经济运行的能力。（6）扩展柔性根据生产任务的需求，可以很容易地调整系统结构的能力。制造自动化系统的柔性描述（2）工艺柔性是当工艺流程不变时自身适应产品或原材料变化的能力；二是制造系统内为适应产品或原材料变化而改变相应工艺的难易程度。（3）产品柔性系统能够非常经济和迅速地生产出新产品的能力，以及对原有产品可用特性的继承能力和兼容能力。（4）维护柔性采用多种方式查询、处理故障，保障生产正常进行的能力。（1）机器柔性当要求生产一系列不同类型的产品时，机器随产品变化而加工不同零件的难易程度。（5）能力柔性当生产量改变、系统也能经济运行的能力。制造柔性制造系统的类型1柔性制造单元（FMC——FlexibleManufacturingCell）

FMC由单台计算机控制的数控机床或加工中心、环形托盘输送装置或工业机器人组成。2柔性制造生产线（FML——FlexibleManufacturingLine）将FMS中的各机床按工艺过程布局，可以有生产节拍，但是可变的加工生产线，是刚性自动线与柔性制造系统的一种结合。

244FM摩托车发动机汽缸加工自动线柔性制造系统的类型1柔性制造单元（FMC——Flexibl柔性制造系统的类型3柔性制造系统（FMS）它由两台或两台以上的数控机床或加工中心或柔性制造单元所组成，配有工件自动上下料装置（如托盘交换装置、机器人）、自动输送装置、自动化仓库等，由计算机控制系统进行加工控制、计划调度安排及工况监测。柔性制造系统的类型3柔性制造系统（FMS）柔性制造系统的适用范围0101001000少零件品种数多10000100010010大零件批量小数控机床通用机床柔性制造单元柔性制造系统柔性制造生产线专用机床自动线生产率提高柔性增大柔性制造系统的适用范围0二、柔性制造单元（FMC）1.FMC的结构

FMC是在制造单元的基础上发展起来的、又具有柔性制造系统的部分特点的一种制造单元。它具有独立自动加工的功能，部分还具有自动传送和监控管理的功能，可实现某些零件的多品种、小批量的加工。二、柔性制造单元（FMC）二、柔性制造单元（FMC）1.FMC的结构加工中心配上托盘交换系统主要以托盘交换系统为特征，一般具有5个以上的托盘，组成环形回转式托盘库。数控机床配工业机器人最一般的形式由二台数控车床配上机器人，加上工件传输系统组成。二、柔性制造单元（FMC）加工中心配托盘交换系统加工中心配托盘交换系统数控机床配工业机器人数控机床配工业机器人2.FMC的效益采用FMC比采用若干单台的数控机床或加工中心，具有更显著的技术经济效益，主要体现在如下几个方面：（1）增加柔性，降低库存与单台加工中心相比，FMC可以实现多品种配套加工。（2）可实现24小时连续运转，降低生产成本（3）便于实现计算机集成制造系统

2.FMC的效益三、柔性制造线（FML）

FML是介于单一或小品种大批量传统自动线与中小批量多品种柔性制造线之间的生产线。加工设备可以是通用的加工中心、CNC机床；亦可采用专用机床或NC机床，对物料搬运系统柔性的要求低于FMS，但生产率更高。它以离散型生产中的柔性制造系统和连续生产过程中的分散型控制系统(DCS)为代表，其特点是实现生产线柔性化及自动化。三、柔性制造线（FML）（1）加工模块加工模块的开发是构建柔性制造线的重要内容。加工模块是一种通用部件，是专为柔性制造线使用而设计的。主轴的无级调速是所有加工模块的必备条件。（2）刀具的准备和供应在FML中，当生产批量很小、刀具寿命较短和工件品种更换频繁时，可考虑采用自动换刀，此时刀库可设在加工模块上或设立中央刀库来提供各种刀具。（3）工件输送及输送节拍FML的物料输送具有定向性，而FMS的物料输送则无一定方向和次序。工件输送可分为直接输送和随行夹具输送两种方式。（4）对控制系统的要求虽然FML的控制装置与FMS所使用的相同，由于FML的工件输送是定向的，因而对控制装置的功能要求较少，这样可大大简化了控制软件的复杂性。（1）加工模块加工模块的开发是构建柔性制造线的重要内容。四、柔性制造系统（FMS）

FMS是一种高效率、高精度、高柔性的加工系统。FMS更为直观的定义是：“柔性制造系统至少是由两台机床、一套物料运储系统（从装载到卸载具有高度自动化）和一套计算机控制系统所组成的制造系统。它通过简单改变软件的方法便能制造出多种零件中的任何一种零件”。

FMS主要由加工系统（数控加工设备，一般是加工中心）、物料运储系统（工件和刀具运输和存储）以及计算机控制系统（中央计算机及其网络）组成。四、柔性制造系统（FMS）FMS的加工对象1)棱柱体类（包括箱体形、平板形）由立、卧式加工中心，数控组合机床（数控专用机床、可换主轴箱机床、模块化多动力头数控机床等）和托盘交换器等构成；2)回转体类（长轴形、盘套形）由数控车床、车削中心、数控组合机床和上下料机械手或机器人及棒料输送装置等构成。FMS的加工对象 1.加工系统 加工系统通常由若干台CNC机床或CNC板材加工设备组成。待加工的工件类别将决定FMS所采用的设备形式。 按加工工件类别来划分，加工系统的主要类型包括：

（1）以加工箱体类零件为主的FMS，这类FMS配备有数控加工 中心； （2）以加工回转体类零件为主的FMS，这类FMS配备有CNC车 削中心和CNC车床或CNC磨床； （3）适于混合零件加工的FMS，即能够加工箱体类零件和回 转体类零件的FMS，它们既配备有CNC加工中心，又配 备有CNC车削中心或CNC车床； （4）用于专门零件加工的FMS，如加工齿轮等零件的FMS，它 除配备有CNC车床外还需配备CNC齿轮加工车床。 1.加工系统FMS目标在中批量生产中采用NC技术(数控)；提供一种能加工某些零件族的生产设备，通过改变程序还可以加工其它零件族(柔性)；提供一种能自动编排作业计划、自动进行加工和检查的成套生产设备(自动化)；提供一种对加工工序以及生产设备的监控功能(检测监控)；建立独立的加工模块，能方便地组合成生产单元，必要时还可重新组合(可重构性)；减少传统制造系统固有的空闲时间，提高设备利用率(高效性)。FMS目标在中批量生产中采用NC技术(数控)；FMS对机床的要求1工序集中2控制功能强、柔性好3具有通信接口4高刚度、高精度、高速度5其它要求a)使用经济性好b)操作性、可靠性、维修性好c)自保护性、自维护性好d)对环境的适应性与保护性好e)技术资料齐全，机床上的各种显示、标记等清楚，机床外形、颜色美观且与系统协调。FMS对机床的要求1工序集中1.多工位的数控加工系统/机床

目前FMS中的机床有两种趋势：1)采用强功能的多主轴加工中心，并配以可适用于不同类型机床的模块化计算机软件，通过软件(控制软件，加工软件)来提高FMS的柔性。2)可变模块化机床：加工系统由标准模块(各类工作台、床身、立柱、主轴、加工头、卡盘、刀库等)装配而成，并可根据不同加工要求进行改装。此时的系统柔性主要取决于硬件。 要达到通用性，FMS的加工模块(机床)是独立的，有独立的刀库和自动刀座更换装置，其机械装置、电子装置、加工控制、设备监测都是独立的。但都有标准接口与其它FMS组件相连接。1.多工位的数控加工系统/机床 2.物料运储系统 在FMS中，需要经常将工件装夹在托板（有的称随行夹具）上进行输送和搬运。通过物料输送系统可以实现工件在机床之间、加工单元之间、自动仓库与机床或加工单元之间以及托板存放站与机床之间的输送和搬运。有时还负责刀具和夹具运输。

FMS物料系统主要完成两种不同的工作：工件的输送和工件的存储。工件输送包括两部分：一是系统与外界的工件交换；二是零件、工具和配套件等在系统内部的搬运。在一般情况下，前者需要人工干预，即工件送入系统和装夹工件都是人工操作，而后者可以在计算机的统一管理和控制下自动完成。工件输送系统所用的运输工具为运输小车、辊式运送带、传输带和搬运机器人等。 2.物料运储系统2.物料运储系统

物料运储系统把各台机床连接在一起，形成物流式生产系统。 目前典型的物料运输方式有：

辊柱式：滚子、辊柱式传送带。

往复式：轨道式传输。

牵引式：链驱动牵引车，磁牵引导向车。

AGV自动导向车

机器人2.物料运储系统

典型的FMS物料流动形式：直线式、树形、环形、网形。 典型的FMS物料流动形式：直线式、树形、环形、网形。

工件的流动始终受计算机跟踪、监控。常用的FMS跟踪工件路径方法有：

直接跟踪方法：根据工件的重量、形状、颜色或固定在工件上的编码介质来识别工件、跟踪监测其运动路径。

间接跟踪方法：编码被固定在运载工件的装置(小车)上，然后识别跟踪之。 另外，物料运贮系统有一个工件安装区，在此处将工件装夹在托盘上(实际工作台)，托盘被送到传输系统后，将工件号输入计算机，由计算机确定其加工路线，并将它送至相应加工站。在整个加工过程中只装夹一次。还有刀具库及其管理系统。 工件的流动始终受计算机跟踪、监控。常用的FMS跟踪工件路径3.FMS控制系统

FMS控制系统既完成生产管理，又完成加工过程和设备的控制，且都采用多级(递阶)控制方案，各级都有计算机系统。

(1)管理控制级(分厂/车间)

任务：生产计划调度、生产控制和FMS管理、数据库维护。 计划调度任务包括：任务分解(月到周的计划)、工艺过程设计、设备计划调度、零件族分配、零件程序设计、资源配置、重新计划调度、发出生产指令、生产优化、生产仿真、调度维护、质量控制等等。 控制任务包括：系统启/停、生产命令的路线选定、生产监控、与操作者的交互和引导、系统恢复、报告生成(生产率、完工零件、质量、废品、系统问题)。3.FMS控制系统(2)监控级(车间/单元)

任务：实施生产计划，并协调和监视各生产设备的工作。

计划实施任务：日作业计划(周到日的计划)、机床、刀具、诊断、物料运储、质量控制、NC程序及其分配等。 控制任务：设备协调、操作数据评价、工件流控制、支持和指导操作人员。(2)监控级(车间/单元)加工系统的监控内容

通信及接口、数据采集与交换、与系统内各设备间的协调、与系统外的协调、NC控制、PLC控制、误动作、加工时间、生产业绩、故障诊断、故障预警、故障档案、过程决策与处理等机床主轴转动、主轴负载、进给驱动、切削力、振动、噪声、切削热等夹具安装、精度、夹紧力等刀具识别、交换、损伤、磨损、寿命、补偿等工件识别、交换、装夹等其它切屑、切削液、温度、湿度、油压、气压、电压、火灾等形状精度、尺寸精度、表面粗糙度、合格率等监控功能

设备运行状态切削加工状态

产品质量状态加工系统的监控内容通信及接口、数据采集与交换、与系统内各设FMS物流系统

物流是FMS中物料流动的总称。在FMS中流动的物料主要有工件、刀具、夹具、切屑及切削液。物流系统主要由输送装置、交换装置、缓冲装置和存储装置等组成。

FMS物流系统物流是FMS中物料流动的总称。在FMFMS物流系统FMS物流系统对输送装置的要求:1)通用性2)变更性3)扩展性4)灵活性5)可靠性

6)安全性

FMS物流系统FMS物流系统对输送装置的要求:

计算机控制系统通过主控计算机或分布式计算机系统来实现系统的主要控制功能。控制系统通常采用3层分布式体系结构。第一层:设备层第二层:工作站层(中间层)第三层:单元层（最高层）

FMS中的单元层控制系统，即单元控制器是FMS控制系统的核心，也是实现FMS柔性的主要组成部分。

FMS除了上述三个主要组成部分之外，FMS还包括冷却系统、刀具监视和管理系统、切屑排除系统以及零件的自动清洗和自动测量设备等附属系统。 计算机控制系统通过主控计算机或分布式计算机系统来实FMS控制管理系统自动仓库AGV小车交通管理车间计算机中央管理计算机最高层中间层设备层

负责全面管理、协调和控制FMS的各项活动

协调各种设备的操作执行各种操作管理系统体系结构：多级计算机递阶控制A制造单元计算机物流管理计算机B制造单元计算机机器人FMS控制管理系统自动仓库AGV小车交通管理车间计算机中央管

采用FMS，具有以下显著的优点和效益：

（1）减少直接生产工人，提高劳动生产率（2）有很强的柔性制造能力（3）充分提高机床的利用率（4）提高产品质量

（5）减少在制品数量和库存容量，提高对市场的反应能力 （6）减少设备成本与占地面积 （7）FMS可以逐步地实施计划 （8）加强了管理控制功能，便于构成计算机集成制造系统（CIMS） 采用FMS，具有以下显著的优点和效益：（1）减少直接生

随着计算机技术的发展，70年代国外提出了“计算机集成制造”模式，按该模式构成的制造系统称为计算机集成制造系统，该系统以计算机网络和数据库为基础，企图利用计算机软硬件将企业的经营、管理、计划、产品设计、加工制造、销售及服务等全部生产活动集成起来，将各种资源集成起来，将人、机系统集成起来，实现整个企业的信息集成和功能集成。第二节集成制造技术 随着计算机技术的发展，70年代国外提出了“计算机集成一、制造系统的构成

（1）制造系统的结构方面

制造系统是制造过程所涉及的硬件（包括人员、设备、物料流、各种辅助装置等）及相关软件（包括制造理论、制造技术和制造信息等）组成的一个统一整体。

（2）制造系统的功能方面

制造系统是一个将制造资源（原材料、能源、劳动力等）转变为成品或半成品的输入输出系统。

（3）制造系统的过程方面

制造系统是制造生产的运行过程，包括市场分析、产品设计、工艺编制、制造实施、检验出厂、产品销售等多个环节的制造全过程。一、制造系统的构成 （3）制造系统的过程方面机械制造系统含有三种流：（1）物料流机械加工系统输入的是原材料或坯料（有时也包括半成品）以及相应的刀具、量具、夹具、润滑油、切削液和其它辅助物料等，经过输送、装夹、加工检验等过程，最后输出半成品或产品（一般还伴随着切屑的输出）。整个加工过程（包括加工准备阶段）是物料输入和输出的动态过程，这种物料在机械加工系统中的运动被称为物料流。机械制造系统含有三种流：（2）信息流

在机械加工系统中，必须集成各个方面的信息，以保证机械加工过程的正常进行。主要包括加工任务、加工工序、加工方法、刀具状态、工件要求、质量指标、切削参数等等。静态信息（如工件尺寸要求、公差大小等）动态信息（如刀具磨损程度、机床故障状态等）系统不断地与机械加工过程的各种状态进行信息交换，从而有效地控制机械加工过程，以保证机械加工的效率和产品质量。这种信息在机械加工系统中的作用过程称为信息流。（2）信息流（3）能量流机械加工系统是一个动态系统，其动态过程是机械加工过程中的各种运动过程，需要能量来维持。来自机械加工系统外部的能量（一般是电能），多数转变为机械能。一部分机械能用以维持系统中的各种运动，另一部分通过传递、损耗而达到机械加工的切削区域，转变为分离金属的动能和势能。这种在机械加工过程中的能量运动称为能量流。制造系统中的物料流、信息流、能量流之间相互联系，相互影响，组成了一个不可分割的有机整体。（3）能量流二、集成思想集成（Integration）与系统。系统是由相互作用和相互依赖的若干组成部分结合而成的具有特定功能的有机整体。将这些有机整体再次彼此之间协调，而形成一个更大的有机整体，即一个更大的系统。即为“集成”。制造企业实现集成的益处就是避免自动化孤岛的出现，具体来说体现在如下几点： （1）减少数据冗余，实现信息共享 （2）便于合理的规划和分布数据 （3）便于进行规模优化 （4）便于实施并行工程，提高工作效率和效益二、集成思想三、集成的基本要求与方式

1.集成的基本要求

集成的最终目的是令组成新系统的各子系统有机地和协调地工作，以发挥整体效益，达到整体优化，这种集成也称为系统集成。当然每个分系统内部的集成也是一种小范围、小规模的集成，但它是系统集成的基础，二者相互联系。三、集成的基本要求与方式要实现集成必须满足以下的基本要求：（1）包括数控机床、自动化小车在内的各种加工设备以及计算机等通讯设备在内的部分或全部的硬件资源。（2）包括系统软件、工具软件及应用软件在内的软件资源。（3）在软硬件及网络的基础上，建立一个良好的企业信息模型，做到信息共享。（4）企业各职能部门必须协调一致，使企业管理、技术和生产的三个主要职能紧密联系。（5）强调集成过程中人的地位和作用。要实现集成必须满足以下的基本要求：2.集成的方式集成的方式有硬件集成，软件集成，数据和信息集成，管理、技术和生产等功能集成以及人和组织机构的集成。硬件集成指在计算机网络系统和数据库系统的支撑下实现计算机上层与工厂底层执行设备的集成。软件集成是指系统软件(如操作系统等)、工具软件及应用软件之间的集成，即解决软件的异构问题。管理、技术和生产等功能集成是指工厂为完成战略目标，各职能部门统一协调地工作。人和组织机构的集成是指充分提高人在企业中的地位。强调企业和供应商、顾客之间的良好合作，强调友好的人机界面和专家系统的引入。人是系统中最为重要和活跃的因素，已成为系统集成重点考虑的因素之一。2.集成的方式制造系统中许多以自动化为特征的单元技术得以广泛应用。CAD、CAPP、CAM、工业机器人、FMS等单元技术“自动化孤岛”现象。CIM和CIMS的应用背景

制造系统中许多以自动化为特征的单元技术得以广泛应用。CIM和“自动化孤岛”“自动化孤岛”例：离散制造业CADCAPPCAMCAEROBOTFMSFAS自动化立体仓库MRPIIOAMISDSS销售系统DatabaseNetwork未经集成化处理的计算机应用,形成了多个“自动化孤岛”Internet例：离散制造业CADCAPPCAMCAEROBOTFMSFA

自动化单元如果能够实现信息集成，则各种生产要素之间的配置会得到更好的优化，各种生产要素的潜力可以得到更大的发挥，各种资源浪费可以减少，从而获得更好的整体效益。这正是计算机集成制造系统的出发点。将“自动化孤岛”集成在一起自动化单元如果能够实现信息集成，则各种生产要素

一、概述 计算机集成制造（CIM）的概念是1973年首先由美国学者JosephHarrington在《ComputerIntegratedManufacturing》一书中提出了组织企业生产活动的两个基本观点：1)企业生产活动是一个不可分割的整体，其各个环节彼此紧密关联；2）就其本质而言，整个生产活动是一个数据采集、传递和加工处理的过程，最终形成的产品可以视为信息的物质表现。第三节计算机集成制造系统（CIMS） 一、概述第三节计算机集成制造系统（CIMS）

CIM的定义CIM是一种组织、管理企业生产的新哲理，它借助计算机软硬件，综合应用现代化管理技术、制造技术、信息技术、自动化技术、系统技术，将企业生产全部过程中有关人、技术、经营管理三要素及其信息流和物料流有机地集成并优化运行，以实现产品高质、低耗、上市快、服务好，从而使企业赢得市场竞争。CIM是一种思想、模式、哲理，强调企业信息集成。 CIM的定义CIMS三要素关系：经营管理与技术:技术支持企业达到预期的经营目标；人与技术:技术支持各类人员互相配合、协调一致工作；人与经营管理:人员素质提高支持企业的经营管理；CIMS三要素集成CIMS:基于CIM的一种工程集成系统，是一种新型制造模式。CIMS核心:是将企业内的人与组织、经营管理和技术三要素之间的集成，以保证企业内的能量流、物料流和信息流畅通无阻CIMS三要素关系：CIMS三要素集成CIMS:1、就集成而言，CIM是如何定义的？CIM与CIMS有何区别？（1）定义：（2）区别：CIM是企业用来组织生产的先进哲理与方法；CIMS是在CIM哲理指导下建立的人机系统，是一种新型的制造模式。1、就集成而言，CIM是如何定义的？CIM与CIMS有何区别三、CIMS产生的发展概况信息集成（80年代）过程集成（90年代初）企业集成（面向21世纪）三、CIMS产生的发展概况信息集成（80年代）过程集成（901、信息集成：针对自动化孤岛，解决信息的正确、高效共享和交换；通过信息集成将各自动化单项技术集成起来，解决T、Q、C、S。2、过程集成：对产品设计过程进行重构；将传统的采用串行产品开发转变为以并行工程为代表1、信息集成：串行模式

设计修改意见反馈串行模式

设计修改意见反馈设计概念模型快速制模生产模具投入批产市场销售

在产品生命周期不同阶段工程更改的费用将以指数增加$10$100$1,000$10,000$100,000$???产品设计决定企业兴衰设计概念模型快速制模并行模式设计修改意见反馈并行模式设计修改意见反馈3、企业集成：传统企业：“小而全”、“大而全”；“两头小，中间大”现代企业：必须面对全球经济、全球制造的新形势，充分利用全球的制造资源（包括智力资源），更快、更好、更省地响应市场针对某一特定产品，建立企业动态联盟（即所谓虚拟企业，VirtualEnterprise强大的新产品设计、开发能力和市场开拓能力加工制造的设备能力可以小，多数零部件可以靠协作解决以虚拟制造、敏捷制造为代表产品不再适应市场，动态联盟解散3、企业集成：CIMS组成：四个功能分系统两个支撑分系统第三节CIMS的组成及其功能CIMS组成：第三节CIMS的组成及其功能1、管理信息分系统（MIS)MIS是CIMS的神经中枢信息处理包括信息的收集、传输、加工和查询；事务管理包括计划管理、物料管理、生产管理、财务管理、人力资源管理等；辅助决策根据现有信息，利用数学分析手段预测未来，提供企业经营管理决策。核心工具制造资源计划MRPII，将企业内各个管理环节进行集成，缩短生产周期、减少库存、降低成本、提高企业市场应变能力。1、管理信息分系统（MIS)2、工程设计信息分系统(EDIS)（CAD/CAPP/CAM）CAD计算机绘图、有限元分析、产品造型、图像分析处理、优化设计、动态分析与仿真、物料清单（BOM）生成等；CAPP

毛坯设计、工艺方法选择、工序设计、工艺路线制定、工时定额计算等；CAM

刀具路径确定、刀位文件生成、刀具轨迹仿真、NC代码的生成等作业。2、工程设计信息分系统(EDIS)3、制造自动化分系统(MAS)MAS地位:位于企业底层，是企业信息流和物料流的结合点，是最终产生效益聚集地。MAS组成:机械加工系统-CNC、MC、FMC、FMS加工设备；物流系统—对工件和工具存储、搬运、装卸等操作；控制系统-实现对加工设备和物流系统的控制；MAS目标:实现多品种、小批量生产柔性自动化；实现优质、低成本、短周期、高效率生产；创造舒适安全劳动环境。

3、制造自动化分系统(MAS)4、质量保证信息分系统（QIS)

质量计划--建立质量技术标准，制定检测计划、检测规程和规范；质量检测管理--包括进出厂材料检测、产品质量检测管理，设计质量指标管理，生产质量数据管理；

质量分析评价--对各类质量问题进行分析，评价各种影响因素，查明主要原因。质量信息综合与控制--报表生成，质量综合查询，采取各种质量控制措施。4、质量保证信息分系统（QIS)5、数据库管理分系统功能对各类数据进行存储和调用，满足各分系统信息的交换和共享。数据的分布采用分布式异型数据库技术，通过互连网络体系，完成全局数据调用和分布式事务处理。数据库系统类型工程数据库管理系统，实现对图形数据和非图形数据处理。5、数据库管理分系统6、计算机网络分系统功能：为CIMS信息集成工具常用局域网对地理范围大的企业，可通过远程网进行互连，使CIMS同时兼有局域网和广域网的特点。

6、计算机网络分系统三、CIMS面向功能构成的系统结构把CIMS功能分解为“核”和内、中、外三层。“核”为集成系统体系结构；内层为支撑分系统，包括公用数据、信息资源管理和通信；中层可水平分解为工程设计（产品/过程）、制造计划与控制以及工厂自动化3个分系统。外层则有市场、战略规划、财务及制造管理以及人力资源管理等分系统。三、CIMS面向功能构成的系统结构CIMS面向功能构成的系统结构CIMS面向功能构成的系统结构工厂加工车间装配车间1#单元N#单元铣削工作站检验工作站物料运储工作站机器人铣床零件存储器机器人检验机零件存储器机器人机器人小车传感器……….…..四、面向控制的系统结构CIMS五层递阶控制结构工厂加工车间装配车间1#单元N#单元铣削检验物料运储机器人铣

工厂层-最高决策层，制定长期生产计划、确定资源需求、产品开发、成本核算，规划周期几个月/几年时间车间层-协调车间作业和资源配置，作用周期几周/几个月单元层-完成本单元作业调度，包括作业顺序和指令发放、进行任务分配调度、协调物料运输，规划时间几小时/几周

工作站层-负责协调设备小组活动，规划时间几分钟/几小时

设备层-各种设备控制器，执行上层控制命令，完成加工、测量、运输等任务，响应时间几毫秒/几分钟

CIMS递阶控制结构

工厂层-最高决策层，制定长期生产计划、确定资源需求、产品开CIMS发展趋势

注重研究→注重应用大型企业→中小型企业“技术推动”→“需求牵动”强调技术支撑→强调人、技术、经营集成CIM应用模式越来越多CIM实施过程中不断吸收新技术、新思想、新概念五、CIMS的研究与发展展望CIMS发展趋势五、CIMS的研究与发展展望CIMS国外发展简况美国——不仅企业重视，国家也极为重视，认为CIM是夺回失去市场、取得竞争成功的关键技术，并将不可逆转地成为21世纪占主导地位的新的生产方式。20世纪80年代初，美国国家标准局（NBA）所属AMRF（自动化研究实验基地）建立了世界上第一个CIMS实验系统欧共体——1984年开始实施ESPRIT（欧洲信息技术研究战略计划），在130个合作项目中，关于CIM项目占28项日本——CNC、DNC、FMS已处于世界领先地位，1985年通产省主持开发“筑波综合实验工厂”，相当于CIMS实验基地。新加坡、以色列、韩国、巴西、南非等——也在积极跟踪和发展CIM技术CIMS国外发展简况CIMS国内发展简况三个阶段1989-1992年,典型应用工厂的选点、可行性论证、初步设计和详细设计阶段；1993-1995年,典型应用企业实施的突破阶段:

北京一机床、沈阳鼓风机、成飞(集团)公司1997年-2000年,实践深度、广度步入更高、更新的阶段，如主题重大项目：哈电机、科龙、金诚摩托CIMS国内发展简况实施效果成都飞机工业公司：麦道机头生产周期12个月→6个月，库存下降20%，竞标成功获得1亿波音757尾段订单沈阳鼓风机厂：产品报价6周→2周，成本下降79.7%，市场占有率达51%科龙、华宝：百元销售资金下降51%，人均产值提高70%，98年达202万元/人·年经纬纺机厂：流动资金下降60%北京第一机床厂：实施效果CIMS的意义与作用提高企业的管理效益，管理工作效率提高1倍；新产品开发周期缩短1/2-1/3；库存压缩20%；生产周期缩短20%-50改善企业的竞争地位,是进入WTO的需要促进我国CIMS技术与产业发展促进生产方式的转变:市场经济和集约化生产CIMS的意义与作用信息化是现代制造技术的首要特征。制造技术的信息化带动自动化，改变了传统制造自动化的概念，使得产品生命周期明显缩短、产品品种日益增多、产品成本结构发生变化、产品交货期不断缩短。实现产品上市快、质量好、成本低、服务好，环保好（Time、Quality、Cost、Service、Environment，TQCSE）五大要素第四节信息化带动自动化信息化是现代制造技术的首要特征。第四节信息化带动自动化

一、信息化概述 制造系统的信息化就是建立对制造系统中的信息进行存储和管理的信息系统，将信息技术运用于制造系统产品生命周期全过程和企业运行管理的各个环节中，将制造系统的信息以及信息传输方式规范化、数字化、集成化，提高信息的综合利用价值，从而全面提高企业的市场竞争能力的过程。

一、信息化概述机械制造过程可看成是一个信息产生、处理和加工的过程，在这一过程中，产品所包含的信息不断丰富，生产计划与管理信息不断细化。制造系统中所形成的各种信息必须做到在正确的时间，以正确的方式，高效地传递给正确的对象，实现各应用分系统之间的集成。信息化的制造系统在信息系统辅助决策的支持下，可以大大提高系统的运行效率。制造系统信息化已成为现代企业快速响应市场、提高经济效益的重要手段。机械制造过程可看成是一个信息产生、处理和加工的过程，在这一过制造系统中的信息流制造系统中的信息流二、机械制造业方式的转变 进入20世纪80年代以来，随着制造业信息化进程的推进，计算机集成制造系统、并行工程、精良生产、敏捷制造、智能制造等许多新概念、新思想和新模式不断出现，这些先进的制造模式促使了机械制造业方式的转变，其中有些已得到广泛的应用并取得了良好的经济效益，下面简要介绍其中几种制造模式的定义及其特点。二、机械制造业方式的转变 1、精良生产

精良生产方式是以最少投入来获得成本低、质量高、产品投放市场快、用户满足为目标的一种生产方式。它与大批量生产方式相比较，工厂中的人员、占用的场地、设备投资、新产品开发周期、工程设计所需工时、现场存货量等一切投入都大为减少，废品率也可大为降低，而且能生产出更多更好的满足用户各种需求的变型产品。 1、精良生产 2、并行工程

“并行工程是集成地、并行地设计产品及其相关的各种过程（包括制造过程和支持过程）的系统方法。这种方法要求产品开发人员在设计一开始就考虑产品整个生命周期中从概念形成到产品报废处理的所有因素，包括质量、成本、进度计划和用户要求。”从上述的定义可以看出，CE是一种哲理，是一种系统集成化的现代生产方式。 2、并行工程 3、敏捷制造

敏捷制造（AgileManufacturing，简称AM）是基于CIMS、动态虚拟组织结构、并行工程、虚拟制造和高素质员工等集成的更高层次的大系统，是在先进的柔性制造技术和计算机信息自动化技术基础上，通过企业内外部多功能动态虚拟组织机构，把各种资源集成在一起，发挥整体优势，通过建立共同的基础结构对迅速改变和无法预见的市场需求和机遇作出快速响应，持续实现产品开发、研究、设计和生产过程的改进。 3、敏捷制造

4、智能制造系统

“智能制造系统”（IntelligentManufacturingSystem，简称IMS）是一种由智能机器和人类专家组成的人机一体化智能系统。其目的在于通过人与智能机器的合作共事，去扩大、延伸和部分地取代人类专家在制造过程中的脑力劳动。它将成为21世纪新一代的制造系统模式。4、智能制造系统数字化制造技术应用背景内涵与关键技术典型行业应用应用路线主要产品应用前景数字化制造技术应用背景应用背景中国制造业的发展应用背景中国制造业的发展中国制造企业的分级中国制造企业的分级中国制造业的发展瓶颈1.产品质量难以实现精细化管控2.产品试制周期长，制造工艺不稳定3.产品的可制造性难以评估,工艺设计和验证手段落后4.缺乏对工艺知识进行有效管理

中国制造业的发展瓶颈1.产品质量难以实现精细化管控解决方法1通过引入数字化设计手段，利用三维CAD、CAE等手段提高产品的设计质量；2改变传统的工艺设计方法，引入数字化工艺规划技术；3采用工艺可视化，提高工艺知识的管理；解决方法1通过引入数字化设计手段，利用三维CAD、CAE等中国制造业提升制造能力的

关键途径

利用数字化制造技术提升工艺规划、设计和管理能力利用数字化制造技术提升工艺性布局和物流路线的设计和规划能力利用数字化制造技术提升质量设计水平

中国制造业提升制造能力的

关键途径利用数字化制造技术提升工数字化制造的内涵及关键技术

数字化制造”定义为：连结设计和制造之间的桥梁，它通过一系列工厂、工艺设计及管理工具，仿真产品制造的全过程，在实际产品制造之前用可视化的方式规划和优化产品的制造工艺方案。数字化制造是为制造企业在工艺规划、工艺设计、工艺仿真过程中提供一系列结构化、可视化的工具和技术，其核心技术可以分为工艺设计和仿真技术（主要包含CAM技术、装配过程与仿真技术、物流设计与仿真技术、公差分析、机器人离线编程及仿真技术、人机作业模拟与仿真技术）以及工艺管理（主要包括PBOM管理、工艺设计管理、工艺资源管理、工艺报表）。数字化制造的内涵及关键技术数字化制造”定义为：连结设计和制第8章自动化与信息化课件数字化制造是利用数字化技术及工具在实物产品被生产制造出来之前，进行规划、设计仿真和管理的过程。其内涵包含：工艺规划工艺设计工艺仿真工艺管理数字化制造是利用数字化技术及工具在实物产品被生产制造出来之前工艺规划：描述组成产品的制造工序流程，主要是描述整个产品所有零部件的作业流程、操作地点以及相互之间的关系。工艺设计：描述某一个零件或者部件在某一个工序具体的加工过程以及所需的设备、工装、工时等信息的过程。在数控加工环境下，则需要编制零件的数控加工代码。工艺仿真：利用三维及虚拟仿真技术，在计算机虚拟的环境中真实再现工艺规划、工艺设计的实现过程，并且允许用户实时操作工艺设备或改变相关参数。工艺管理：管理工艺规划、工艺设计、工艺仿真过程中产生的文档、数据以及这些文档、数据的产生过程。工艺规划：描述组成产品的制造工序流程，主要是描述整个产品所有第8章自动化与信息化课件第8章自动化与信息化课件数字化制造关键技术1工艺设计及仿真CAM及数控仿真技术装配过程与仿真技术工厂3D设计技术物流设计与仿真技术公差分析机器人离线编程及仿真技术人机作业模拟与仿真

数字化制造关键技术1工艺设计及仿真第8章自动化与信息化课件第8章自动化与信息化课件第8章自动化与信息化课件第8章自动化与信息化课件第8章自动化与信息化课件第8章自动化与信息化课件第8章自动化与信息化课件2工艺管理

2工艺管理2.2.2工艺管理PBOM管理工艺设计管理工艺资源管理工艺报表2.2.2工艺管理PBOM管理第8章自动化与信息化课件第8章自动化与信息化课件第8章自动化与信息化课件第8章自动化与信息化课件数字化制造的价值

提升制造企业基础设施的投资回报率提升制造企业应对市场变化的能力提升制造企业产品的可制造性提高制造企业自主创新能力

数字化制造的价值提升制造企业基础设施的投资回报率第8章自动化与信息化课件第8章自动化与信息化课件典型行业应用数字化制造技术在航空/航天/船舶行业的应用数字化制造技术在装备制造业的应用数字化制造技术在汽车行业的应用数字化制造技术在高科技电子行业的应用

典型行业应用数字化制造技术在航空/航天/船舶行业的应用应用数字化制造的步骤

应用数字化制造可以分为四个阶段：试验阶段导入阶段应用阶段优化集成阶段应用数字化制造的步骤应用数字化制造可以分为四个阶段：数字化制造主要产品在CAM领域，国外有很多优秀的专业软件。其中，SiemensPLM的NXCAM和DELCAM公司的CAM软件系统在市场上位居领先地位。还包括PTC的Pro/ENGINEER和Pro/TOOLMAKER模块、CIMATRON、HYPERMIIL、MASTRERCAM等等，我国的CAXA也有成熟的CAM产品；CGTECH的数控仿真软件在该领域占据领先优势；在数字化工艺验证方面，则是SiemensPLM和DassaultSystemes的产品占有绝对领先地位；在工艺设计方面，国内有开目、天河、CAXA、思普、艾克斯特、天喻等软件产品，国外的产品主要是SiemensPLM和PTC（主要面向装配工艺设计）；在工艺管理方面：SiemensPLM，PTC的MPMPLink模块数字化制造主要产品在CAM领域，国外有很多优秀的专业软件。其第8章自动化与信息化课件应用前景行业应用工具越来越丰富系统的易用性增强与其它信息系统的集成越来越紧密应用行业迅速扩展应用前景行业应用工具越来越丰富第8章自动化与信息化课件第8章自动化与信息化课件第8章自动化与信息化课件第八章自动化与信息化应用背景：企业自动化生产过程的自动化企业信息管理自动化生产过程控制的综合自动化有利于企业组织机构的性能优化、高率化第八章自动化与信息化应用背景：主要内容柔性制造技术集成制造技术计算机集成制造系统信息化带动自动化主要内容柔性制造技术柔性制造技术

柔性制造系统的组成、原理柔性制造系统的类型、应用FMS加工系统的配置FMS物流系统的组成FMS控制管理系统简介柔性制造技术柔性制造系统的组成、原理柔性制造技术和柔性制造系统

柔性制造技术（FMT——FlexibleManufacturingTechnology）是集数控技术、计算机技术、机器人技术、现代管理技术为一体的现代制造技术，主要用于多品种小批量或变批量生产。柔性——指制造系统能够适应产品变化的能力

柔性制造系统（FMS）是由数控加工设备、物料运储装置和计算机控制系统等组成的自动化制造系统。它包括多个柔性制造单元，能根据制造任务或生产环境的变化迅速进行调整，适用于多品种、中小批量生产。(“中华人民共和国国家军用标准”)

柔性制造系统是柔性制造技术的主要应用形式。柔性制造技术和柔性制造系统柔性制造技术（FMT——F柔性制造系统组成柔性制造系统加工系统物流系统控制与管理系统加工设备辅助设备检测设备工件流刀具流过程控制过程调度过程监视

以任意顺序自动加工多种工件，自动更换工件和刀具，增加功能后可实现工件自动清洗与测量等

满足可变节拍生产的物料自动识别、存储、输送和交换的要求。增加功能后可实现刀具预调和管理等

加工系统和物流系统的自动控制和作业协调，在线资料自动采集和处理，运行仿真及故障诊断等柔性制造系统组成柔性制造系统加工系统物流系统控制与管理系统加1很强的柔性制造能力2设备利用率高3劳动生产率高4自动化程度高，产品质量稳定5经济效益高柔性制造系统特点1很强的柔性制造能力柔性制造系统特点（5）能力柔性当生产量改变、系统也能经济运行的能力。（6）扩展柔性根据生产任务的需求，可以很容易地调整系统结构的能力。制造自动化系统的柔性描述（2）工艺柔性是当工艺流程不变时自身适应产品或原材料变化的能力；二是制造系统内为适应产品或原材料变化而改变相应工艺的难易程度。（3）产品柔性系统能够非常经济和迅速地生产出新产品的能力，以及对原有产品可用特性的继承能力和兼容能力。（4）维护柔性采用多种方式查询、处理故障，保障生产正常进行的能力。（1）机器柔性当要求生产一系列不同类型的产品时，机器随产品变化而加工不同零件的难易程度。（5）能力柔性当生产量改变、系统也能经济运行的能力。制造柔性制造系统的类型1柔性制造单元（FMC——FlexibleManufacturingCell）

FMC由单台计算机控制的数控机床或加工中心、环形托盘输送装置或工业机器人组成。2柔性制造生产线（FML——FlexibleManufacturingLine）将FMS中的各机床按工艺过程布局，可以有生产节拍，但是可变的加工生产线，是刚性自动线与柔性制造系统的一种结合。

244FM摩托车发动机汽缸加工自动线柔性制造系统的类型1柔性制造单元（FMC——Flexibl柔性制造系统的类型3柔性制造系统（FMS）它由两台或两台以上的数控机床或加工中心或柔性制造单元所组成，配有工件自动上下料装置（如托盘交换装置、机器人）、自动输送装置、自动化仓库等，由计算机控制系统进行加工控制、计划调度安排及工况监测。柔性制造系统的类型3柔性制造系统（FMS）柔性制造系统的适用范围0101001000少零件品种数多10000100010010大零件批量小数控机床通用机床柔性制造单元柔性制造系统柔性制造生产线专用机床自动线生产率提高柔性增大柔性制造系统的适用范围0二、柔性制造单元（FMC）1.FMC的结构

FMC是在制造单元的基础上发展起来的、又具有柔性制造系统的部分特点的一种制造单元。它具有独立自动加工的功能，部分还具有自动传送和监控管理的功能，可实现某些零件的多品种、小批量的加工。二、柔性制造单元（FMC）二、柔性制造单元（FMC）1.FMC的结构加工中心配上托盘交换系统主要以托盘交换系统为特征，一般具有5个以上的托盘，组成环形回转式托盘库。数控机床配工业机器人最一般的形式由二台数控车床配上机器人，加上工件传输系统组成。二、柔性制造单元（FMC）加工中心配托盘交换系统加工中心配托盘交换系统数控机床配工业机器人数控机床配工业机器人2.FMC的效益采用FMC比采用若干单台的数控机床或加工中心，具有更显著的技术经济效益，主要体现在如下几个方面：（1）增加柔性，降低库存与单台加工中心相比，FMC可以实现多品种配套加工。（2）可实现24小时连续运转，降低生产成本（3）便于实现计算机集成制造系统

2.FMC的效益三、柔性制造线（FML）

FML是介于单一或小品种大批量传统自动线与中小批量多品种柔性制造线之间的生产线。加工设备可以是通用的加工中心、CNC机床；亦可采用专用机床或NC机床，对物料搬运系统柔性的要求低于FMS，但生产率更高。它以离散型生产中的柔性制造系统和连续生产过程中的分散型控制系统(DCS)为代表，其特点是实现生产线柔性化及自动化。三、柔性制造线（FML）（1）加工模块加工模块的开发是构建柔性制造线的重要内容。加工模块是一种通用部件，是专为柔性制造线使用而设计的。主轴的无级调速是所有加工模块的必备条件。（2）刀具的准备和供应在FML中，当生产批量很小、刀具寿命较短和工件品种更换频繁时，可考虑采用自动换刀，此时刀库可设在加工模块上或设立中央刀库来提供各种刀具。（3）工件输送及输送节拍FML的物料输送具有定向性，而FMS的物料输送则无一定方向和次序。工件输送可分为直接输送和随行夹具输送两种方式。（4）对控制系统的要求虽然FML的控制装置与FMS所使用的相同，由于FML的工件输送是定向的，因而对控制装置的功能要求较少，这样可大大简化了控制软件的复杂性。（1）加工模块加工模块的开发是构建柔性制造线的重要内容。四、柔性制造系统（FMS）

FMS是一种高效率、高精度、高柔性的加工系统。FMS更为直观的定义是：“柔性制造系统至少是由两台机床、一套物料运储系统（从装载到卸载具有高度自动化）和一套计算机控制系统所组成的制造系统。它通过简单改变软件的方法便能制造出多种零件中的任何一种零件”。

FMS主要由加工系统（数控加工设备，一般是加工中心）、物料运储系统（工件和刀具运输和存储）以及计算机控制系统（中央计算机及其网络）组成。四、柔性制造系统（FMS）FMS的加工对象1)棱柱体类（包括箱体形、平板形）由立、卧式加工中心，数控组合机床（数控专用机床、可换主轴箱机床、模块化多动力头数控机床等）和托盘交换器等构成；2)回转体类（长轴形、盘套形）由数控车床、车削中心、数控组合机床和上下料机械手或机器人及棒料输送装置等构成。FMS的加工对象 1.加工系统 加工系统通常由若干台CNC机床或CNC板材加工设备组成。待加工的工件类别将决定FMS所采用的设备形式。 按加工工件类别来划分，加工系统的主要类型包括：

（1）以加工箱体类零件为主的FMS，这类FMS配备有数控加工 中心； （2）以加工回转体类零件为主的FMS，这类FMS配备有CNC车 削中心和CNC车床或CNC磨床； （3）适于混合零件加工的FMS，即能够加工箱体类零件和回 转体类零件的FMS，它们既配备有CNC加工中心，又配 备有CNC车削中心或CNC车床； （4）用于专门零件加工的FMS，如加工齿轮等零件的FMS，它 除配备有CNC车床外还需配备CNC齿轮加工车床。 1.加工系统FMS目标在中批量生产中采用NC技术(数控)；提供一种能加工某些零件族的生产设备，通过改变程序还可以加工其它零件族(柔性)；提供一种能自动编排作业计划、自动进行加工和检查的成套生产设备(自动化)；提供一种对加工工序以及生产设备的监控功能(检测监控)；建立独立的加工模块，能方便地组合成生产单元，必要时还可重新组合(可重构性)；减少传统制造系统固有的空闲时间，提高设备利用率(高效性)。FMS目标在中批量生产中采用NC技术(数控)；FMS对机床的要求1工序集中2控制功能强、柔性好3具有通信接口4高刚度、高精度、高速度5其它要求a)使用经济性好b)操作性、可靠性、维修性好c)自保护性、自维护性好d)对环境的适应性与保护性好e)技术资料齐全，机床上的各种显示、标记等清楚，机床外形、颜色美观且与系统协调。FMS对机床的要求1工序集中1.多工位的数控加工系统/机床

目前FMS中的机床有两种趋势：1)采用强功能的多主轴加工中心，并配以可适用于不同类型机床的模块化计算机软件，通过软件(控制软件，加工软件)来提高FMS的柔性。2)可变模块化机床：加工系统由标准模块(各类工作台、床身、立柱、主轴、加工头、卡盘、刀库等)装配而成，并可根据不同加工要求进行改装。此时的系统柔性主要取决于硬件。 要达到通用性，FMS的加工模块(机床)是独立的，有独立的刀库和自动刀座更换装置，其机械装置、电子装置、加工控制、设备监测都是独立的。但都有标准接口与其它FMS组件相连接。1.多工位的数控加工系统/机床 2.物料运储系统 在FMS中，需要经常将工件装夹在托板（有的称随行夹具）上进行输送和搬运。通过物料输送系统可以实现工件在机床之间、加工单元之间、自动仓库与机床或加工单元之间以及托板存放站与机床之间的输送和搬运。有时还负责刀具和夹具运输。

FMS物料系统主要完成两种不同的工作：工件的输送和工件的存储。工件输送包括两部分：一是系统与外界的工件交换；二是零件、工具和配套件等在系统内部的搬运。在一般情况下，前者需要人工干预，即工件送入系统和装夹工件都是人工操作，而后者可以在计算机的统一管理和控制下自动完成。工件输送系统所用的运输工具为运输小车、辊式运送带、传输带和搬运机器人等。 2.物料运储系统2.物料运储系统

物料运储系统把各台机床连接在一起，形成物流式生产系统。 目前典型的物料运输方式有：

辊柱式：滚子、辊柱式传送带。

往复式：轨道式传输。

牵引式：链驱动牵引车，磁牵引导向车。

AGV自动导向车

机器人2.物料运储系统

典型的FMS物料流动形式：直线式、树形、环形、网形。 典型的FMS物料流动形式：直线式、树形、环形、网形。

工件的流动始终受计算机跟踪、监控。常用的FMS跟踪工件路径方法有：

直接跟踪方法：根据工件的重量、形状、颜色或固定在工件上的编码介质来识别工件、跟踪监测其运动路径。

间接跟踪方法：编码被固定在运载工件的装置(小车)上，然后识别跟踪之。 另外，物料运贮系统有一个工件安装区，在此处将工件装夹在托盘上(实际工作台)，托盘被送到传输系统后，将工件号输入计算机，由计算机确定其加工路线，并将它送至相应加工站。在整个加工过程中只装夹一次。还有刀具库及其管理系统。 工件的流动始终受计算机跟踪、监控。常用的FMS跟踪工件路径3.FMS控制系统

FMS控制系统既完成生产管理，又完成加工过程和设备的控制，且都采用多级(递阶)控制方案，各级都有计算机系统。

(1)管理控制级(分厂/车间)

任务：生产计划调度、生产控制和FMS管理、数据库维护。 计划调度任务包括：任务分解(月到周的计划)、工艺过程设计、设备计划调度、零件族分配、零件程序设计、资源配置、重新计划调度、发出生产指令、生产优化、生产仿真、调度维护、质量控制等等。 控制任务包括：系统启/停、生产命令的路线选定、生产监控、与操作者的交互和引导、系统恢复、报告生成(生产率、完工零件、质量、废品、系统问题)。3.FMS控制系统(2)监控级(车间/单元)

任务：实施生产计划，并协调和监视各生产设备的工作。

计划实施任务：日作业计划(周到日的计划)、机床、刀具、诊断、物料运储、质量控制、NC程序及其分配等。 控制任务：设备协调、操作数据评价、工件流控制、支持和指导操作人员。(2)监控级(车间/单元)加工系统的监控内容

通信及接口、数据采集与交换、与系统内各设备间的协调、与系统外的协调、NC控制、PLC控制、误动作、加工时间、生产业绩、故障诊断、故障预警、故障档案、过程决策与处理等机床主轴转动、主轴负载、进给驱动、切削力、振动、噪声、切削热等夹具安装、精度、夹紧力等刀具识别、交换、损伤、磨损、寿命、补偿等工件识别、交换、装夹等其它切屑、切削液、温度、湿度、油压、气压、电压、火灾等形状精度、尺寸精度、表面粗糙度、合格率等监控功能

设备运行状态切削加工状态

产品质量状态加工系统的监控内容通信及接口、数据采集与交换、与系统内各设FMS物流系统

物流是FMS中物料流动的总称。在FMS中流动的物料主要有工件、刀具、夹具、切屑及切削液。物流系统主要由输送装置、交换装置、缓冲装置和存储装置等组成。

FMS物流系统物流是FMS中物料流动的总称。在FMFMS物流系统FMS物流系统对输送装置的要求:1)通用性2)变更性3)扩展性4)灵活性5)可靠性

6)安全性

FMS物流系统FMS物流系统对输送装置的要求:

计算机控制系统通过主控计算机或分布式计算机系统来实现系统的主要控制功能。控制系统通常采用3层分布式体系结构。第一层:设备层第二层:工作站层(中间层)第三层:单元层（最高层）

FMS中的单元层控制系统，即单元控制器是FMS控制系统的核心，也是实现FMS柔性的主要组成部分。

FMS除了上述三个主要组成部分之外，FMS还包括冷却系统、刀具监视和管理系统、切屑排除系统以及零件的自动清洗和自动测量设备等附属系统。 计算机控制系统通过主控计算机或分布式计算机系统来实FMS控制管理系统自动仓库AGV小车交通管理车间计算机中央管理计算机最高层中间层设备层

负责全面管理、协调和控制FMS的各项活动

协调各种设备的操作执行各种操作管理系统体系结构：多级计算机递阶控制A制造单元计算机物流管理计算机B制造单元计算机机器人FMS控制管理系统自动仓库AGV小车交通管理车间计算机中央管

采用FMS，具有以下显著的优点和效益：

（1）减少直接生产工人，提高劳动生产率（2）有很强的柔性制造能力（3）充分提高机床的利用率（4）提高产品质量

（5）减少在制品数量和库存容量，提高对市场的反应能力 （6）减少设备成本与占地面积 （7）FMS可以逐步地实施计划 （8）加强了管理控制功能，便于构成计算机集成制造系统（CIMS） 采用FMS，具有以下显著的优点和效益：（1）减少直接生

随着计算机技术的发展，70年代国外提出了“计算机集成制造”模式，按该模式构成的制造系统称为计算机集成制造系统，该系统以计算机网络和数据库为基础，企图利用计算机软硬件将企业的经营、管理、计划、产品设计、加工制造、销售及服务等全部生产活动集成起来，将各种资源集成起来，将人、机系统集成起来，实现整个企业的信息集成和功能集成。第二节集成制造技术 随着计算机技术的发展，70年代国外提出了“计算机集成一、制造系统的构成

（1）制造系统的结构方面

制造系统是制造过程所涉及的硬件（包括人员、设备、物料流、各种辅助装置等）及相关软件（包括制造理论、制造技术和制造信息等）组成的一个统一整体。

（2）制造系统的功能方面

制造系统是一个将制造资源（原材料、能源、劳动力等）转变为成品或半成品的输入输出系统。

（3）制造系统的过程方面

制造系统是制造生产的运行过程，包括市场分析、产品设计、工艺编制、制造实施、检验出厂、产品销售等多个环节的制造全过程。一、制造系统的构成 （3）制造系统的过程方面机械制造系统含有三种流：（1）物料流机械加工系统输入的是原材料或坯料（有时也包括半成品）以及相应的刀具、量具、夹具、润滑油、切削液和其它辅助物料等，经过输送、装夹、加工检验等过程，最后输出半成品或产品（一般还伴随着切屑的输出）。整个加工过程（包括加工准备阶段）是物料输入和输出的动态过程，这种物料在机械加工系统中的运动被称为物料流。机械制造系统含有三种流：（2）信息流

在机械加工系统中，必须集成各个方面的信息，以保证机械加工过程的正常进行。主要包括加工任务、加工工序、加工方法、刀具状态、工件要求、质量指标、切削参数等等。静态信息（如工件尺寸要求、公差大小等）动态信息（如刀具磨损程度、机床故障状态等）系统不断地与机械加工过程的各种状态进行信息交换，从而有效地控制机械加工过程，以保证机械加工的效率和产品质量。这种信息在机械加工系统中的作用过程称为信息流。（2）信息流（3）能量流机械加工系统是一个动态系统，其动态过程是机械加工过程中的各种运动过程，需要能量来维持。来自机械加工系统外部的能量（一般是电能），多数转变为机械能。一部分机械能用以维持系统中的各种运动，另一部分通过传递、损耗而达到机械加工的切削区域，转变为分离金属的动能和势能。这种在机械加工过程中的能量运动称为能量流。制造系统中的物料流、信息流、能量流之间相互联系，相互影响，组成了一个不可分割的有机整体。（3）能量流二、集成思想集成（Integration）与系统。系统是由相互作用和相互依赖的若干组成部分结合而成的具有特定功能的有机整体。将这些有机整体再次彼此之间协调，而形成一个更大的有机整体，即一个更大的系统。即为“集成”。制造企业实现集成的益处就是避免自动化孤岛的出现，具体来说体现在如下几点： （1）减少数据冗余，实现信息共享 （2）便于合理的规划和分布数据 （3）便于进行规模优化 （4）便于实施并行工程，提高工作效率和效益二、集成思想三、集成的基本要求与方式

1.集成的基本要求

集成的最终目的是令组成新系统的各子系统有机地和协调地工作，以发挥整体效益，达到整体优化，这种集成也称为系统集成。当然每个分系统内部的集成也是一种小范围、小规模的集成，但它是系统集成的基础，二者相互联系。三、集成的基本要求与方式要实现集成必须满足以下的基本要求：（1）包括数控机床、自动化小车在内的各种加工设备以及计算机等通讯设备在内的部分或全部的硬件资源。（2）包括系统软件、工具软件及应用软件在内的软件资源。（3）在软硬件及网络的基础上，建立一个良好的企业信息模型，做到信息共享。（4）企业各职能部门必须协调一致，使企业管理、技术和生产的三个主要职能紧密联系。（5）强调集成过程中人的地位和作用。要实现集成必须满足以下的基本要求：2.集成的方式集成的方式有硬件集成，软件集成，数据和信息集成，管理、技术和生产等功能集成以及人和组织机构的集成。硬件集成指在计算机网络系统和数据库系统的支撑下实现计算机上层与工厂底层执行设备的集成。软件集成是指系统软件(如操作系统等)、工具软件及应用软件之间的集成