先进制造技术与自动化

指导老师：邢志刚先进制造技术2023/1/24161253233张旭超先进制造技术与自动化2023/1/24261253233张旭超主要内容先进制造技术概述数控机床和数控加工中心工业机器人先进制造系统的综合自动化技术2023/1/24361253233张旭超一、先进制造技术概述制造业的主要任务是制造人类社会所需的一切产品，工业化国家约70％～80％的物质财富来自制造业。“先进制造技术”是取得理想技术经济效果的制造技术的总称。从本质上看，可以说：传统制造技术+信息技术+自动化技术+现代管理技术=先进制造技术。2023/1/24461253233张旭超先进制造的特点和内容现代制造业的特点是：

①个性化、小批量生产；

②知识技术产品的周期越来越短；

③产品价格与其知识含量密切相关；

④对产品功能、性能、质量、服务要求越来越高；

⑤全球竞争更加激烈。先进制造技术包括数控技术、激光技术、新型材料、机器人、微型机械、纳米技术、CAD／CAM、精益生产、柔性制造系统、虚拟装配和网络化制造、计算机集成制造系统、智能制造系统、并行工程、敏捷制造等内容。2023/1/24561253233张旭超数控加工生产线2023/1/24661253233张旭超一种柔性制造系统2023/1/24761253233张旭超制造自动化的历史和发展第一阶段：刚性自动化，包括单机自动化和刚性自动化生产线。第二阶段：数控加工，包括数控和计算机数控。第三阶段：柔性制造，特征是强调对市场需求的适应性、柔性和高效率。第四阶段：计算机集成制造，特征是强调制造全过程的系统性和集成性。第五阶段：新的制造自动化模式，如智能制造、敏捷制造、虚拟制造、网络制造、全球制造、绿色制造等。2023/1/24861253233张旭超二、数控机床和数控加工中心是微电子、计算机、自动控制、精密测量等技术与传统机械技术相结合的产物。它根据机械加工的工艺要求，使用计算机对整个加工过程进行信息处理与控制、较好地解决了复杂、精密、多品种、小批量机械零件加工问题，属于灵活、通用、高效的自动化装置也是实现生产过程自动化、柔性化的核心设备。2023/1/24961253233张旭超数控机床系统的基本构成及特点加工程序输入装置数控系统机床伺服系统辅助控制装置检测装置与普通机床相比，数控机床不仅适应性强、加工效率高、精度高、质量稳定，而且可实现多坐标联动和复杂形状零件的加工，是实现多品种、中小批量生产自动化的有效方式。2023/1/241061253233张旭超计算算机机数数控控系系统统示示意意图图2023/1/71161253233张张旭旭超超数控控车车床床2023/1/71261253233张张旭超数控磨床2023/1/71361253233张张旭超数控加工中心心是在普通数控控机床的基础础上发展起来来的，主要是是增加了刀具具库、自动换换刀装置和移移动工作台等等，因而可以以在一台机器器上完成多台台机床才能完完成的工作，，包括铣、削削、钻、刨、、镗、攻罗纹纹等多种加工工工序。2023/1/71461253233张张旭超数控加工中心心2023/1/71561253233张张旭超三、工业机器器人由操作机（机机械本体）、、控制器、伺伺服驱动系统统和检测传感感装置构成，，是一种仿人人操作、自动动控制、可重重复编程、能能在三维空间间完成各种作作业。作业方式包括括钻孔、切削削、装配、焊焊接、喷漆、、打磨、抛光光、清洗、材材料搬运、机机具装卸等，，几乎无所不不能，特别适适合于多品种种变批量的柔柔性生产。工业机器人发发展很快，未未来的工厂将将是由计算机机网络控制的的包含多个机机器人智能加加工单元的分分布式自主制制造系统，制制造自动化的的整体水平将将显著提高。。2023/1/71661253233张张旭超生产汽车的机机器人自动焊焊接生产线2023/1/71761253233张张旭超超四、先进制制造系统的的综合自动动化技术制造系统包包含物料流流、信息流流和能量流流，制造系系统综合自自动化的任任务就是对对它们实行行有效的综综合管理和和控制，确确保生产系系统在最佳佳状态下运运行，并获获得尽可能能高的效益益。综合自动化化技术的常常见形式有有柔性制造造系统、集集散控制系系统、现场场总线控制制系统、计计算机集成成制造系统统等，代表表了先进制制造系统的的发展方向向。2023/1/71861253233张张旭超超1.集散散控制系统统（分布式式控制系统统）集散控制系系统是以实实现分散控控制为主要要目标的，，英文名称称为“DistributedControlSystem，简称DCS””，直译就就是“分分布式控制制系统”。。翻译为““集散控制制系统”更更能体现其其特点，指指“管理功功能集中””，“控制制功能分散散”。第一一套套DCS产产品品是是美美国国Honeywell公公司司l975年年推推出出的的，，现现在在DCS已已成成为为工工业业过过程程自自动动化化领领域域的的主主要要设设备备，，广广泛泛应应用用于于石石油油、、化化工工、、电电力力、、冶冶金金和和造造纸纸等等工工业业领领域域。。2023/1/71961253233张张旭超超DCS的三三级体体系结结构PLC2023/1/72061253233张张旭超超2.现现场场总线线控制制系统统（FCS）FieldbusControlSystem大量采采用微微处理理器以以及智智能传传感器器的发发展导导致用用数字字信号号取代代传统统仪表表的4～20mA（DC））模拟拟信号号，并并通过过现场场总线线连接接控制制系统统与现现场仪仪表，，组成成现场场总线线控制制系统统。现场总总线不不仅仅仅是用用数字字仪表表代替替模拟拟仪表表，它它是新新一代代全数数字化化、全全分散散、全全开放放的底底层控控制网网络，，是计计算机机技术术、通通信技技术和和测控控技术术的综综合集集成，，它将将自动动控制制系统统和设设备带带进了了信息息网络络之中中，为为实现现企业业信息息集成成和企企业综综合自自动化化提供供了坚坚实的的基础础。2023/1/72161253233张张旭超超现场总总线控控制系系统的的构成成例2023/1/72261253233张张旭超超现场总总线控控制系系统的的构成成例2023/1/72361253233张张旭超超现场总总线控控制系系统的的主要要优点点把数字字化通通信延延伸到到生产产现场场，可可方便便地获获取变变送器器、执执行器器、监监控装装置等等现场场设备备的运运行状状态和和故障障信息息；结构更更简单单，一一条通通信线线缆上上可挂挂接多多个现现场设设备，，大量量节省省连接接电缆缆和A/D、D/A等I/O组件件；具有良良好的的互操操作性性、互互用性性和开开放性性；功能模模块较较DCS更更为分分散化化，可可靠性性更高高；便于实实现现现场设设备的的智能能化，，数字字化的的现场场仪表表可以以对各各种数数据和和参数数进行行滤波波、变变换、、补偿偿、运运算等等智能能化处处理，，并可可实现现自学学习、、自诊诊断、、自调调整等等多种种功能能。2023/1/72461253233张张旭超超3.计计算机集集成制造造系统（（CIMS）ComputerIntegratedManufacturingSystemCIMS是计算算机化、、信息化化、智能能化、集集成优化化的现代代制造系系统，集集成内容容包括功功能集成成、组织织集成、、信息集集成、过过程集成成等。CIMS具有生生产率高高、生产产周期短短、可实实现多品品种小批批量生产产等一系系列优点点。CIMS一般包包含四个个功能子子系统（（管理信信息系统统、产品品设计自自动化系系统、制制造自动动化系统统、质量量保证系系统）和和两个支支撑子系系统（计计算机网网络系统统和数据据库系统统）。2023/1/72561253233张张旭超超CIMS的构成成计算机通信网络

和数据库子系统信息管理子系统质量保证子系统制造自动化

子系统设计自动化

子系统市场信息原材料销售服务信息技术信息产品2023/1/72661253233张张旭超超CIMS四个功功能子系系统的作作用和组组成信息管理理子系统统的功能能包括市市场分析析和预测测、经营营决策、、各级生生产计划划、生产产技术准准备、销销售、供供应、财财务、成成本、设设备和人人力资源源管理；；产品设计计自动化化子系统统通过计计算机来来辅助产产品设计计、制造造准备以以及产品品测试；；制造自动动化子系系统由数数控机床床、加工工中心、、清洗机机、测量量机、运运输小车车、立体体仓库和和多级分分布式控控制计算算机等设设备及相相应的支支持软件件组成，，完成对对零件的的加工作作业、调调度以及及制造任任务；质量保证证子系统统的功能能包括质质量决策策、质量量检测、、产品数数据采集集、质量量评介、、生产加加工过程程中的质质量控制制与跟踪踪，保证证从产品品设计、、产品制制造、产产品检测测到售后后服务全全过程的的质量。。2023/1/72761253233张张旭超超CIMS两两个个辅辅助助子子系系统统的的作作用用和和组组成成计算算机机网网络络子子系系统统也也就就是是企企业业内内部部局局域域网网，，是是支支持持CIMS各各子子系系统统的的开开放放型型网网络络通通信信系系统统，，采采用用标标准准协协议议可可以以实实现现异异机机互互联联、、异异构构局局域域网网和和多多种种网网络络的的互互联联，，可可以以满满足足不不同同子子系系统统对对网网络络服服务务提提出出的的需需求求，，支支持持资资源源共共享享、、分分布布处处理理、、分分布布数数据据库库和和实实时时控控制制；；数据据库库子子系系统统则则支支持持CIMS各各子子系系统统的的数数据据共共享享和和信信息息集集成成，，它它覆覆盖盖了了企企业业的的全全部部数数据据信信息息；；数数据据库库系系统统在在逻逻辑辑上上，，数数据据和和信信息息是是统统一一的的；；而而在在物物理理上上，，是是分分布布式式的的数数据据管管理理系系统统。。2023/1/72861253233张张旭旭超超我国国用用于于飞飞机机制制造造的的CIMS2023/1/72961253233张张旭超超自动化化立体体仓库库2023/1/73061253233张张旭超超五、先先进制制造技技术的的发展展趋势势总的发发展趋趋势是是精密密化、、敏捷捷化、、网络络化、、虚拟拟化、、智能能化、、绿色色化、、集成成化、、全球球化。。制造精精密化化上世纪纪初精精密加加工的的误差差是10μm，至至今达达0.001μμm，，而且且不断断向超超精微微细领领域扩扩展。。制造敏敏捷化化主要内内容有有：柔性．．包括括机器器柔性性、工工艺柔柔性、、运行行柔性性、扩扩展柔柔性等等；重构能能力．．能实实现快快速重重组重重构，，增强强对新新产品品开发发的快快速响响应能能力；；快速化化的集集成制制造工工艺。。2023/1/73161253233张张旭超超制造网络络化主要包括括：制造环境境内部的的网络化化，实现现制造过过程的综综合集成成；制造环境境与整个个制造企企业的网网络化，，实现制制造环境境与企业业中工程程设计、、管理信信息系统统等各子子系统的的集成；；企业与企企业间的的网络化化，实现现企业间间的资源源共享、、组合与与优化利利用；通过网络络，实现现异地制制造。制造虚拟拟化主要指虚虚拟制造造，是以以系统建建模和仿仿真技术术为基础础，由多多学科知知识形成成的一种种综合系系统技术术。2023/1/73261253233张张旭超超制造智能能化是在柔性性化和