先进制造技术 课件全套 机械 第1-4章 概述-先进制造技术系统管理技术

第1章

概述制造系统的基本概念和发展制造系统的基本概念制造业是将可用资源与能源通过制造过程，转化为可供人和社会使用和利用的工业产品或生活消费品的行业，它涉及到国民经济的各个行业，如机械、电子、轻工、食品、石油、化工、能源、交通、军工和航空航天等。1.1.1

制造系统的基本概念制造与社会制造制造是人类按照所需目的，运用主观掌握的知识和技能，借助于手工或客观可以利用的物质工具，采用有效的方法，将原材料，转化成最终物质产品，并投放市场的全过程。它包括市场调研和预测、产品设计、选材和工艺设计、生产加工、质量保证、生产过程管理、营销、售后服务等产品寿命周期内一系列相互联系的活动。1.1.1

制造系统的基本概念1.制造与社会(2)制造业制造业是所有与制造活动有关的实体或企业机构的总称。制造业是国民经济的支柱，这是因为一方面它创造价值，生产物质财富和新知识；另一方面，它为国民经济各部门包括国防和科学技术的进步和发展提供手段和装备。社会的进步和发展，离不开制造业的革新和发展。综观世界各国的发展，如果一个国家的制造业发达，它的经济必然强大。因此制造业和社会的进步与发展有着密切的关系。1.制造与社会可以这样来理解：①物质资料的生产是人类社会赖以生存和发展的基础，人类最基本的活动是物

质资料的生产。推动人类社会进步、决定人类社会

面貌的主要因素仍然是物质资料的生产；②生产的目的永远是满足社会和人们生活的需要，制造业则是

提供这一需要的基石；③没有强大、先进的制造业，就不可能保持在激烈的市场竞争中取胜，提高综合

国力和人民生活水平就没有保障；④健康强大的制造业是一个国家综合实力的体现。人类社会的发展史，特别是近几十年世界经济的发展状况就是有力的证

明。1.1.1

制造系统的基本概念1.1.1

制造系统的基本概念1.制造与社会(3)制造技术制造技术是完成制造活动所需的一切手段的总和。高质量、高水平的制造业必然有先进的制造技术作后盾。所以说制造技术是一个国家科技水平的综合体现，是国家经济可持续发展的根本动力。为了赢得激烈的市场竞争，在世界经济中占一席之地，就必须研究和利用先进制造技术，不断完善和改造制造业，使其具有优越的生存环境，并能提供功能适用、交货期短、质量好、价格低、服务优良的具有竞争力的产品。1.1.1

制造系统的基本概念1.制造与社会(3)制造技术世界上各个工业国经济上的竞争主要是制造技术的竞争。在各个国家的企业生产力的

构成中，制造技术的作用一般占55%～65%。日本及亚洲四小龙的发展在很大程度上是依

靠他们重视制造技术，这些国家十分重视将

世界各国的发明，通过制造技术形成产品，

首先占领世界市场。这正是他们所以能崛起、腾飞奥秘。1.1.1

制造系统的基本概念2.制造系统的基本概念“系统”是由相互作用和相互依赖的若干部分有机结合，并具有特定功能的有机整体。关于制造系统的定义，尚在发展和完善之中。

1989年英国学者Parnaby指出：“制造系统

是工艺、机器系统、人、组织结构、信息流、控制系统和计算机的集成组合，其目的在于

取得产品制造的经济性和产品性能的国际竞

争性”。1990年国际生产工程研究学会（CIRP）给出制造系统的定义是：1.1.1

制造系统的基本概念2.制造系统的基本概念“制造系统是制造业中形成制造生产的有机整体，在机电工程生产中，制造系统具有

设计、生产、发运和销售的一体化功能”。

1992年美国麻省理工学院G·Chryssolouris给出的定义是：“制造系统是人、机器和装备

以及物料流和信息流的一个组合体”。日本

京都大学人见胜人教授从制造系统结构、制

造系统转变特性以及制造系统的过程三个方

面给出了制造系统的定义。我国学者经过广

泛深入的研究，提出：2.制造系统的基本概念“制造过程及其所涉及的硬件包括人员、生产设备、材料、能源和各种辅助装置以及有关的软件，包括制造理论、制造技术（制造工艺和制造方法等）和制造信息等，组成了一个具有特定功能的有机整

体，称之为制造系统。”根据上述定义，对制造系统可以这样来理解，制造系统是由包括人、生产设备、生产工具、物料传输设备及其他辅助装置组成的硬件环境，和由生产信息、决策信息、生产方法、工艺手段和管理模式所形成的软件支持条件所构成的有机整体，其根本目标是把制造资源转变成财富或产品。1.1.1

制造系统的基本概念1.1.2

制造系统的发展1.材料及制造方法的发展材料的发展与产品的发展密切相关，继

1770年瓦特发明蒸汽机以后，陆续出现了Daimler汽油发动机、Parson蒸汽轮机、高速斜齿轮柴油发动机，1910年左右出现了滚动轴承，以后又发展了燃汽轮机、喷气发动机。20世纪50年代以后，则出现了导弹、人造卫星，而今天宇宙飞船、载人空间站已成现实，目前正在向星际探测器等宇航新时代迈进。1.1.2

制造系统的发展1.材料及制造方法的发展市场和需求推动了产品的发展，产品的发展给材料的发展提出了新的要求，同时促进了材料技术的发展，这就要求制造工艺和方法能快速适应这一发展的要求，使它们相互依赖、共同发展。因此研究开发新材料，新工艺是机械工业永无止境的追求目标。1.1.2

制造系统的发展2.加工质量的发展保证零件加工质量是机械加工方法要解决的首要问题，加工质量的指标中最重要的是加工精度。保证加工精度是指限制加工方法产生的误差值，使它限定在允许的范围之内；而提高加工精度是指需要减少加工误差值。生产的发展要求不断提高机器的工作精度和运转精度，为此必须相应地提高零件的尺寸和几何形状精度。各年代达到的加工精度的大致情况如图1-1所示。1.1.2

制造系统的发展2.加工质量的发展1.1.2

制造系统的发展3.制造自动化的发展自从1913年Ford建立第一条装配流水线开始，到1952年MIT发明第一台三轴立式数控铣床，揭开数字化制造的序幕，经过近几十年的探索和发展，制造自动化技术得到了飞速发展，并已进入了实用化阶段，90年代以来，制造的理念发生了质的变化，相应地提出了许多制造自动化新技术。回顾发展历史，制造自动化技术大约经历了五个阶段。如图l-2所示。1.1.2

制造系统的发展3.制造自动化的发展1.1.2

制造系统的发展3.制造自动化的发展可以预见未来制造自动化技术的发展可以用“七化”来描述，它们是：制造集成化制造智能化制造敏捷化制造虚拟化制造网络化制造全球化制造绿色化1.1.3

21世纪的企业特征一个企业要在激烈的市场竞争中取得胜利，就必须以市场为导向，及时生产出满足用户要求的产品，并能提供用户最满意的服务。过去产品质量和价格是企业参与竞争的关键因素，而如今它们是一切企业生产的必要条件，企业赢得竞争的决定性因素是它们对市场变化的响应速度。为此企业的竞争能力和企业特征就显得非常重要。1.1.3

21世纪的企业特征1.企业竞争力的分析一个企业的竞争力可以从很多方面去度量，例如，企业的管理水平、员工素质、技术先进程度、把握市场机会的能力等方面，但归根结底都反映在其产品和服务对市场的适应程度上。而企业提供的产品功能适用、交货期短、质量优良、价格低、服务优是满足市场和用户需求最主要的因素，是企业竞争力的主要体现，因此称之为企业竞争力基本五要素。企业竞争力的分析功能先进适用交货期短质量优良价格低服务优质1.1.3

21世纪的企业特征未来制造企业的特征根据未来企业所面临的环境，制造企业应主要具备下列特征：具有持续创新的能力具有可重组、模块化的加工单元的能力具有按订单生产的能力具有企业间动态合作或联盟的能力具有和用户建立一种完全崭新的“战略”依存关系的能力具有绿色环保型企业的特征1.1.3

21世纪的企业特征先进制造技术的发展背景市场变化的特点技术的发展使市场呈现如下特点：1）竞争愈来愈激烈市场竞争的国际化市场的动态化市场的多元化公司虚拟化1.2.2

产品结构的特点目前，产品已呈现如下特点：1）环保型产品功能先进实用效率高体积小（微型化）质量优良价格低创新性寿命周期的缩短品种上的多样化、单件化1.2.3

生产过程的特点生产过程是由生产模式和产品的特点所决定的。在大批量生产时代，由于产品品种单一，生产过程往往是采用刚性设备的高度自动化生产，装配则采用流水线的方式。那时，由于人们的环保意识尚不强烈，对环保型生产的要求也不高，所以在生产过程中也没有充分考虑污染问题。适应多品种、小批量生产模式的生产过程具有如下特点：1.2.3

生产过程的特点生产过程柔性化生产过程环保化生产过程高速化精密生产技术的应用生产过程自动化少、无切削加工过程非传统工艺方法的采用1.2.4

制造格局的变革及新技术发展先进制造技术AMT这一概念是美国根据本国制造业面临来自世界各国，特别是亚洲国家的挑战，为增强制造业的竞争力，夺回美国制造工业的优势，促进国家经济的发展，于20世纪80年代末期提出的。由于目标明确，一经提出，立即得到美国朝野各界的一致响应，并在社会上形成一种气候。政府立即组织人力和财力，制订相应的技术政策和发展计划，促进先进制造目标的实现。1.2.4

制造格局的变革及新技术发展事实上，先进制造技术提出的根本原因在于美国制造业竞争力的不断减弱。20世纪70年代，美国一批学者不断鼓吹美国已进入“后工业化社会”，强调制造业是“夕阳工业”，认为应将经济重心由制造业转向纯高科技产业及服务业等第三产业，许多学者只重视理论成果，不重视实际应用，造成所谓“美国发明，日本发财”，市场被日本占领的局面。再加上美国政府长期以来对产业技术不予以支持的态度，使美国制造业产生衰退，产品的市场竞争力下降，贸易逆差剧增，原来美国占绝对优势的许多产品，都在竞争中败给日本，日本货占领了美国市场。美国商品在来自日本的高质量、高科技产品和其他亚洲和拉美国家廉价制造品的夹击下，其生存空间不断萎缩。以上情况引起学术界、企业界和政界人士的普遍重视，纷纷要求政府出面组织、协调和支持产业技术的发展，重振美国经济。为此，政府和企业界花费数百万美元，组织大量专家、学者进行调查研究。研究结果简单明了，如MIT的调查结论为：“一个国家要生活得好，必须生产得好”，和“振兴美国经济的出路在于振兴美国的制造业”。调查结果使大家认识到：“经济的竞争归根到底是制造技术和制造能力的竞争”。1.2.4

制造格局的变革及新技术发展观念转变后，美国政府立即采取一系列措施，展开先进制造技术的研究，成立了8个国家级制造研究中心、开展大规模“21世纪制造企业战略”研究，取得了很好的效果。如“2mm工程”、“并行工程

开发计划”等，很快使汽车产量超过日本，重新占领欧美市场。与此同时日本、欧洲、澳大利亚等工业发达国家，也相继展开各自国家先进制造技术的理论和应用研究，把先进制造技术的研究和发展推向高潮。我国于1995年在联合国开发计划署和国家外专局的支持下，由原机械工业部等五家单位联合召开了“先进制造技术发展战略研讨会”，拉开了先进制造技术发展的帷幕。（1）概念先进制造技术是以提高制造企业综合效益为目的，以人为主体，以计算机技术为支柱，综合利用信息、

材料、能源、环保等高新技术以及现代系统管理技术，对传统制造过程中与产品在整个寿命周期中的使用、

维护、回收利用等有关环节，进行研究并改造的所有

适用技术的总称。AMT这一全新概念的提出，立即受到世界各国政府、企业界和学术界的高度重视，并将其称之为面向21世纪的技术。因为先进制造技术的主要特征是强调实用性，它以提高企业综合经济效益为目的，所以被认为是提高制造业竞争能力的主要手段，对促进整个国民经济的发展有着不可估量的影响。1.3

先进制造技术的概念与特点1.3

先进制造技术的概念与特点（2）特点由以上定义可以看出，先进制造技术有如下特点：1）先进制造技术不是一成不变的，而是个动态技术。它要不断吸收各种高新技术成果，将其渗透到产品的设计、制造、生产管理及市场营销的所有领域及其全部过程，并且实现优质、高效、低耗、清洁、灵活的生产。(2)

特点先进制造技术是面向新世纪技术系统，它的目的很明确，即提高制造业的综合效益（包括经济效益、社会效益和环境生态效益），赢得激烈的国际市场竞争。先进制造技术并不掘弃传统技术，而是不断用科技新手段去研究它，并运用科技新成果去改造它、充实它。特别是利用先进技术研究传统工艺的成形原理，建立数学模型，并利用优化设计技术进行传统工艺方法的优化。1.3

先进制造技术的概念与特点1.3

先进制造技术的概念与特点特点先进制造技术并不仅限于制造过程本身，它涉及到产品从市场调研、产品设计、工艺设计、加工制造、售前售后服务等产品寿命周期的所有内容，并将它们结合成一个有机的整体。先进制造技术特别强调计算机技术、信息技术和现代系统管理技术，在产品设计、制造和生产组织管理等方面的应用。1.3

先进制造技术的概念与特点特点先进制造技术特别强调人的主体作用，强调人、技术、管理三者的有机结合。先进制造技术不是一项具体技术，它是利用系统工程技术将各种相关技术集成的一个有机整体。先进制造技术强调各专业学科之间的相互渗透、融合和淡化，并最终消除他们之间的界限。1.3

先进制造技术的概念与特点(2)

特点9）先进制造技术特别强调环境保护，既要求其产品是所谓的“绿色商品”（对资源的消耗最少，对环境的污染最小甚至为零，对人体的危害最小甚至为零，报废后便于回收利用，发生事故的可能性为零，所占空间最小），又要求产品的生产过程是环保型的（对资源的消耗最少，对环境污染最小甚至为零，对人体的危害最小甚至为零）。第2章 制造自动化技术随着电子技术、信息技术和计算机技术的发展，推动了制造技术向更深层次的发展，自20世纪50年代以来，NC、CNC、DNC、FMC、CAD、CAM、CAPP等新的制造技术相继出现。作为对这些技术综合应用的结果，20世纪70年代起FMC彻底改变了制造技术的内涵，更进一步发展了CIMS技术，使制造自动化技术进入了新的发发蒙振落阶段。市场的变化迫使制造自动化技术向更加实用和柔性化的方向发展，以适应小批量、高效率、低成本的制造，从而满足产品不同生命周期动态变化的需要。第2章 制造自动化技术2.1

CAD/CAPP/CAM一体化技术在机械制造领域中，全球化经济的形成，对产品的质量、产品更新换代的速度以及产品的生产周期都提出了越来越高的要求。这也要求必须采用先进的设计制造技术，才能符合时代的需求。计算机技术和机械设计制造技术相互结合、渗透，就产生了计算机辅助设计与辅助制造技术，简称CAD/CAM。CAD技术概述定义

CAD技术可以从两个角度给予定义。CAD是一个过程 “工程技术人员以计算机为工具，运用各自的专业知识，完成产品设计的创造、分析和修改，以达到预期的设计目标。”CAD是一项产品建模技术

“CAD技术把产品的物理模型转化为产品的数据模型，并将之存储在计算机内供后的计算机辅助技术所共享，驱动产品生命周期的全过程。”下图所示为CAD技术整个过程的流程图2.1.1

CAD技术1.概述图1

CAD技术过程流程新产品设计要求概念设计

产品模型描述分析计算和仿真设计结果满意否？详细设计工程数据库产品数据模型图纸及有关文件CAPP、CAD图形终端及交互设备人机交互市场预测YN2.1.1

CAD技术1.概述（2）功能CAD的功能一般可归纳为四类：几何建模、工程分析、动态模拟、自动绘图。要很好地应用CAD技术，除了要掌握一定的计算机知识，还必须具备相应的丰富的工程背景。典型的CAD系统的构成如下图所示2.1.1

CAD技术2.CAD系统的组成图2

CAD系统的组成实时输入输出装置图形显示终端图形输入设备主机外存数据库程序库图形库输入设备数字终端数字终端数字终端外围设备硬拷贝装置打印机硬拷贝装置磁带机磁带机纸带穿孔机绘图机数控机床

CAMCAD技术CAD系统的组成目前的CAD，根据所用计算机的规格性能，大致分为以下四个层次。基于大中型计算机的CAD系统成套系统基于工作站的CAD系统基于微机的CAD系统2.1.2

CAPP技术1.CAPP的产生CAPP是计算机辅助工艺设计（Computer

Aided

Press

Planning）的简称，工艺设计是生产准备工作的第一步，也是连接产品设计和产品制造之间的桥梁。工艺规程是进行工装设计制造和决定零件加工方法和加工路线的主要依据，它对组织生产、保证产品质量、提高劳动生产率、降低成本、缩短生产周期及改善劳动条件都有直接的影响，因此是生产中的关键工作。2.1.2

CAPP技术1.CAPP的产生CAPP是利用计算机技术，在工艺人员较少的参与下，完成过去完全由人工进行的工艺规程设计工作的一项技术。CAPP系统不但能利用工艺人员的经验知识和各种工艺数据进行科学的决策，自动生成工艺规程，还能自动计算工艺尺寸，绘制工序图，选择切削参数，对工艺设计结果进行优化，从而设计出一致性良好、高质量的工艺规程。另外，由于计算机中存储的信息可以反复利用，从而大大提高了工艺设计的效率。2.1.2

CAPP技术CAPP类型CAPP系统按其工作原理可分为：派生式、创成式和混合式三类。派生式CAPP系统创成式CAPP系统混合式CAPP系统CAPP发展趋势和存在的问题1）存在的问题零件信息的描述与输入问题。CAPP系统的通用性问题。2.1.2

CAPP技术3.CAPP发展趋势和存在的问题1）存在的问题CAPP系统的柔性问题。工艺决策数据与知识的获取、表达和相应数据库与知识库的建造问题。探索和研究有效的工艺决策方法和系统结构等问题。工序尺寸的自动确定和工序图自动生成问题。这些问题束缚了CAPP技术的发展。2.1.2

CAPP技术3.CAPP发展趋势和存在的问题2）CAPP系统的发展趋势集成化趋势工具化趋势①工艺设计的共性与个性分开处理。②工艺决策方式多样化。③具有功能强大、使用方便和统一标准的数据与知识库管理平台。④智能化输出。智能化趋势2.1.3

CAM技术CAM是计算机辅助制造的简称，是指任何在计算机控制下的自动化控制过程。CAM的定义有广义和狭义之分。广义的CAM是指利用计算机辅助完成从原材料到产品的全部制造过程，其中包括直接制造和间接制造两个过程。CAM的应用分为CAM直接应用和CAM间接应用两大类。2.1.3

CAM技术CAM直接应用CAM的直接应用就是计算机直接与制造过程连接，对制造过程进行监控和控制，这类应用可以分为计算机过程监视系统和计算机过程控制系统两种。计算机过程监视系统计算机过程控制系统CAM的间接应用中，计算机不直接与制造过程连接，只是用计算机作为制造过程的支持。此时，计算机是“离线”或“脱机”的，它只是用来提供生产计划、作业调度计划、发出指令及有关信息，以便使生产资源的管理更为有效。如：计算机辅助NC编程——为NC机床准备加工零件用的控制程序。计算机辅助编制物料需求计划——计算机用于确定原材料和外购件的采购和订货时间以及确定完成生产计划所需订购的数量。计算机辅助车间控制——计算机用于收集和整理工厂数据，并确定各不同车间进度计划。2.1.3

CAM技术2）CAM间接应用2.1.4

CAD/CAPP/CAM集成技术1.CAD/CAPP/CAM集成技术概述

CAD/CAPP/CAM集成技术，是一项利用计算机帮助人完成设计与制造任务的新技术。它是随着计算机技术、制造工程技术的发展和需求，从早期的CAD、CAPP、CAM技术发展演进而来的。这种技术将传统的设计与制造彼此相对分离的任务作为一个整体来规划和开发，实现信息处理的高度一体化。2.1.4

CAD/CAPP/CAM集成技术2.CAD/CAPP/CAM系统集成方式（1）通过专用格式文件的集成方式（如下图所示）2.1.4

CAD/CAPP/CAM集成技术2.CAD/CAPP/CAM系统集成方式（2）通过标准格式数据文件的集成方式（如下图所示）2.1.4

CAD/CAPP/CAM集成技术2.CAD/CAPP/CAM系统集成方式（3）利用公共工程数据库进行系统集成（如下图所示）2.1.4

CAD/CAPP/CAM集成技术CAD/CAPP/CAM系统集成的关键技术产品建模技术集成的数据管理技术产品数据交换接口技术集成的执行控制程序第2章 制造自动化技术2.2数控编程技术目前编程方法主要有手工编程和自动编程两大类。手工编程——使用一般的计算工具，以各种数学方法，人工进行运算和编制指令。自动编程——使用通用微型计算机和专用程序设计语言，自动进行运算和编制指令。数控编程技术编程内容和步骤通常，数控机床程序编制主要包括：分

析零件图样、确定加工工艺过程、数值计算、编写程序单、制作控制介质、程序校验与首件试切等几个方面。分析零件图样确定加工工艺过程数值计算编写程序单制作控制介质程序校验与首件试切2.2

数控编程技术手工编程手工编程的程序格式数控加工指令一般采用文字－地址程序段格式，文字－地址程序段格式如下：Ｎ—

Ｇ—

Ｘ—

Ｙ—

Ｚ—

……

Ｆ—

Ｓ—

Ｔ—

Ｍ—

；文字地址符的说明：程序段号Ｎ程序段号代表程序段的序号，它用来检索程序段。准备功能字Ｇ准备功能指令由字母Ｇ和后续两位数字组成。尺寸字Ｘ、Ｙ、Ｚ等

尺寸字用来给定机床坐标轴位移的方向和数值，它有地址码、正负号及数值构成。2.2

数控编程技术手工编程手工编程的程序格式进给功能字Ｆ

进给功能字用来规定机床进给速度。主轴功能字Ｓ

主轴功能字用于指定主轴转速。刀具功能字Ｔ

该功能用于指令加工中所用刀具号及自动补偿号。辅助功能字Ｍ

辅助功能字用以指令数控机床中辅助装置的开关动作或状态。2.2

数控编程技术2.2.2

手工编程2.2.2.2

手工编程举例铣削如图所示的凸轮，φ30H7的孔已加工。2.2

数控编程技术2.2.2

手工编程2.2.2.2

手工编程举例建立如图所示的工件坐标系，则可计算出各段圆弧连接点的坐标（计算过程略）：B点（-9.962,-63.017） C点（-5.696,-63.746）D点（63.995,-0.242） E点（63.768,0.016）F点（44.79,19.60）H点（-55.617,25.054）G点（14.786,59.181）I点（-62.897,10.697）2.2

数控编程技术2.2.2

手工编程2.2.2.2

手工编程举例加工工艺路线：（1）凸轮轮廓加工（可通过改变刀具半径补偿量进行粗、精加工）。（2）4-φ13H7孔钻、扩、铰。2.2

数控编程技术2.2.2

手工编程2.2.2.2

手工编程举例加工程序如下：O0530N0010G92X0Y

0 Z

0

；（建立工件坐标系N0020G00X-6

3

.

8 Y

-80

.0S10

0

0M

0

3

；N0030G41Y-1

0

.

0

H

02；（快速接近工件N0040Z-120.0

；（下刀）N0050G01Y0F

8

0

；（直线插补到A点）N0060G02X-6

2

.

8

9

7Y1

0.697

R

63

.

8

；N0070G39X86

.

2

3

8

Y15

2.276

；（拐N0080G03X-5

5

.

6

1

7Y2

5.054

R

17

5

.

0

；N0090G02X14.786Y59.181R

61.0；N0100G39X43.181Y-15.856

；（拐2.2

数控编程技术2.2.2

手工编程2.2.2.2

手工编程举例加工程序如下：（

G

FN

0110X44.7

9Y19.6R46

.

0

；N0130G03X

6

3.768Y0.016

R

1

2

.

0

；N0140G02X

6

3.995Y-0.24

2

R

0.3

；N0150X-5.6

96Y-63

.

7

4

6R

6

4

.

0

；N0160G39X

-

172.85

4 Y

-

31

.

5

9

1

；N0170G03X

-

9.962Y

-

6

3.0

1

7

R

1

7

5

.

0N0180G02X

-

63.8Y0

R

6

3

.8

；N0190G00Z0；（抬刀）N0200G40X-63.8Y-80

.

0

；（；（

B

A（返回指（调用三次子程序,钻、扩、铰N

0

2

1

0

M

9

8 P

3

1

0

0

0

；N

0

2

2

0

M

0

2

；（程序结束）2.2

数控编程技术2.2.2

手工编程2.2.2.2

手工编程举例子程序：O1030N

1010G28X0Y

0Z

0M

0

5；（返回参考点、主N

1020G49M00

；（程序暂停，手动换刀，设定补偿N

1030G29X0Y

30.5S

60

0

M

0

3

；（孔N1040G43G00Z-90.0H03；（快速移动到N1050G81G98Z-115.0R-95.0F

2

0

0

；N

1060Y-30

.

5

；（钻孔循环）N

1070X30.

5 Y

0；（钻孔循环）N

1080X-30

.

5

；（钻孔循环）G

8

0

G

4

9

G

0

0

X

0 Y

0

；（返回起始点N

1

0

9

0N1100

Z0；N

1

1

1

0M

9

9

；（返回主程序）2.2

数控编程技术2.2.3

自动编程自动编程又称为计算机辅助编程，它是利用计算机和相应的前置、后置处理程序对零件源程序进行处理，以得到加工程序单和数控带的一种编程方法。数控编程技术自动编程自动编程方法的分类自动编程根据编程信息的输入与计算机对信息的处理方式不同，可分为：以自动编程语言为基础的自动编程方法；以计算机绘图为基础的自动编程方法。2.2

数控编程技术2.2.3

自动编程2.2.3.2

自动编程的产生和发展从自动编程的发展过程来看，很早就发展了以自动编程语言为基础的自动编程方法。以计算机绘图为基础的自动编程方法则相对发展较晚，这主要是由于计算机图形技术发展相对落后造成的。2.2

数控编程技术2.2.3

自动编程2.2.3.3

自动编程系统信息处理过程（1）语言式自动编程系统的信息处理过程以APT系统为例，其处理过程如下图所示。数控编程技术自动编程自动编程系统信息处理过程图形交互式自动编程系统的信息处理过程 图形交互式自动编程是建立在CAD和CAM基础上，其处理过程包括以下步骤：几何造型生成刀具路径后置处理2.2

数控编程技术自动编程自动编程的优点编程人员只需使用自动编程系统所规定的专用语言编写零件源程序，或利用CAD建立零件模型，减

少了数学分析和复杂的计算。因此，人的工作量较小。处理迅速、准确、不易出错。编写源程序或实体造型的过程简明、清晰、易于掌握。源程序很短，并可方便的插入复杂的计算语句和数学公式，以解决特殊轨迹的编程需要。第2章 制造自动化技术计算机集成制造CIMS的基本概念CIM（Computer

Integrated

Manufacturing，计算机集成制造）是美国约瑟夫．哈林顿（JosephHarrington）博士于1974年在其《ComputerIntegratedManufacturing》一书中首先提出的。哈林顿提出的CIM概念中有两个基本观点：企业生产的各个环节，即从市场分析、产品设计、加工制造、经营管理到售后服务的全部生产活动是一个不可分割的整体，要紧密连接，统一考虑。整个生产过程实质上是一个数据的采集、传递和加工处理的过程。最终形成的产品可以看作是数据的物质表现。2.3

计算机集成制造2.3.2

CIMS的基本组成笼统地分析，CIMS的组成包含三个要素，即人／机构、经营与技术，如图所示。在三要素的相交部分需解决四类集成问题：使用技术以支持经营。使用技术以支持人员和组织机构的运行。人员设岗／机械设置协调工作以支持经营活动。统一管理并实现经营、人员、技术的集成优化运行。2.3

计算机集成制造2.3.2

CIMS的基本组成从系统总体功能方面分析，CIMS由以下几个方面组成，其原理如图2-9所示。2.3

计算机集成制造2.3.2

CIMS的基本组成析1.经营管理信息系统下图所示为CIMS经营管理信息分系统的模型。2.3

计算机集成制造2.3.2

CIMS的基本组成1.经营管理信息系统从该模型可以看出，这是一个生产经营与管理的一体化系统。它把企业内的各个管理环节有机地结合起来，各个功能模块可在统一的数据环境下工作，以实现管理信息的集成，从而达到缩短产品生产周期、减少库存、降低流动资金、提高企业应变能力的目的。2.3

计算机集成制造2.3.2

CIMS的基本组成2.工程设计自动化系统工程设计自动化系统，是指在产品开发过

程中引用计算机技术，使产品开发活动更高效、更优质、更自动地进行。产品开发活动包括产品的概念设计、工程与结构分析、详细设计、工艺设计以及数控编程等设计和制造准备阶段的一系列工作，即通常所说的CAD、CAPP、CAM三大部分。计算机集成制造CIMS的基本组成3.制造自动化系统制造自动化系统是CIMS的信息流和物料流的交汇点，是CIMS最终产生经济效益的聚集地，通常由CNC机床、加工中心、FMC或和FMS等组成。其主要部分有：加工单元工件运输子系统刀具运输子系统计算机控制管理子系统计算机集成制造CIMS的基本组成4.质量保证系统质量保证系统由以下四个子系统组成：1）质量计划子系统质量检测子系统质量评价子系统质量信息综合管理与反馈控制子系统2.3

计算机集成制造2.3.2

CIMS的基本组成5.CIMS数据库系统CIMS的数据库系统通常是采用集中与

分布相结合的体系结构，以保证数据的安全性、一致性和易维护性。此外，CIMS数据库系统往往还建立一个专用的工程数据库系统，用来处理大量的工程数据。工程数据类型复杂，它包含有图形、加工工艺规程、NC代码等各种类型的数据。2.3

计算机集成制造2.3.2

CIMS的基本组成6.CIMS计算机网络系统息CIMS在数据库和计算机网络的支持下，可方便地实现各个功能分系统

之间的通信，从而有效地完成全系统的

集成，各分系统之间的信息交换如图所

示。图中，“FME”为柔性制造设备；“QIS”为质量信息系统；“EIS”为工程信系统；“MIS”为管理信息系统。2.3

计算机集成制造2.3.3

CIMS的体系结构图示的结构模型，被称为CIMS／OSA立方体。2.3

计算机集成制造2.3.3

CIMS的体系结构（1）CIMS／OSA的结构层次在CIMS／OSA的结构框架中的通用程度维包含有三个不同的结构层次，即通用层、部分通用层和专用层，其中的通用层和部分通用层组成了制造企业CIMS／OSA的结构层次的参考结构。2.3

计算机集成制造2.3.3

CIMS的体系结构（2）CIMS／OSA的建模层次

CIMS／OSA的生命周期维用于说明CIMS生命周期的不同阶段，它包含有需求定义、设计说明和实施描述三个不同的建模层次。2.3

计算机集成制造2.3.3

CIMS的体系结构（3）CIMS／OSA的视图层CIMS／OSA的视图层用于描述企业CIMS的不同方面，有功能视图、信息视图、资源视图和组织视图，各个视图的作用为：功能视图是用来获取企业用户对CIMS内部运行过程的需求，反映系统的基本活动规律，指导用户确定和选用相应的功能模块；信息视图是用来帮助企业用户确定其信息需求，建立基本的信息关系和确定数据库的结构；资源视图用于帮助企业用户确定其资源需求，建立优化的资源结构；组织视图用于确定CIMS内部的多级多维职责体系，建立CIMS的多级组织结构，从而可以改善企业的决策过程并提高企业的适应性和柔性。2.3

计算机集成制造2.3.4

CIMS的实施与经济效益CIMS的实施要改造原有的经营模式、体制和组织，以适应市场竞争的需要。在企业经营、体制和组织的改造过程中，对于人的因素要给予充分的重视，并妥善处理。

3）CIMS的实施是一个复杂的系统工程，整个的实施过程必须有正确的方法指导和规范化的实施步骤，以减少盲目性和不必要的疏漏。2.3

计算机集成制造2.3.4

CIMS的实施与经济效益（2）CIMS的经济效益一个制造型企业采用CIMS，概括地讲

是提高了企业整体效率。具体而言，体现在以下方面：1）在工程设计自动化方面，可提高产品的研制和生产能力，便于开发技术含量高和结构复杂的产品，保证产品设计质量，缩短产品设计与工艺设计的周期，加速产品的更新换代速度，满足用户需求，从而占领市场。计算机集成制造CIMS的实施与经济效益在制造自动化或柔性制造方面，加强了产品制造的质量和柔性，提高了设备利用率，缩短了产品制造周期，增强了生产能力，加强了产品供货能力。在经营管理方面，使企业的经营决策和生产管理趋于科学化。使企业能够在市场竞争中，快速、准确地报价，赢得时间；在实际生产中，解决“瓶颈”问题，减少在制品；同时，降低库存资金的占用。2.3

计算机集成制造2.3.4

CIMS的实施与经济效益（3）CIMS成功应用的案例1）早在1985年，美国科学院对美国在

CIMS方面处于领先地位的五家公司——麦道唐纳格斯飞机公司、迪尔拖拉机公司、通用汽车公司、英格索尔铣床公司和西屋公司进行调查和分析，他们认为采用CIMS可以获得如下收益：产品质量提高200～500%；生产率提高40～70%；设备利用率提高200～300%；生产周期缩短30～60%。2.3

计算机集成制造2.3.4

CIMS的实施与经济效益（3）CIMS成功应用的案例2）在我国，成都飞机工业公司自1989年开始

开展CIMS工程，经过10年的发展完善，使得企业在

产品制造能力和公司管理水平方面上了一个新台阶，从而赢得了国外航空产品转包生产的订单，经济效

益十分明显。虽然，企业仅在网络和数据库建设方

面累计投资就超过2000万元，但是当初的投资已得

到了回报，企业目前很好地实现了信息共享和集成，并且利用开放系统避免建设信息孤立岛，减少了大

量的重复劳动。第2章 制造自化技术2.4

柔性制造系统随着市场对产品多样化、低制造成本及短制造周期等需求日趋迫切，同时由于微电子技术、计算机技术、通信技术、机械与控制设备的进一步发展，制造技术已经向以信息密集的柔性自动化生产方式及知识密集的智能自动化方向发展。柔性制造技术是电子计算机技术在生产过程及其装备上的应用，是将微电子技术、智能化技术等与传统加工技术融合在一起，具有先进性、柔性化、自动化、效率高的现代制造技术。柔性制造技术的发展还进一步推动了生产模式的变革，是实现计算机集成制造（CIM）、智能制造（IM）、精良生产（LP）、敏捷制造（AM）等先进制造生产模式的基础。柔性制造系统FMS（FlexibleManufacturingSystem）是一个以网络为基础、面向车间的开放式集成制造系统，是实现CIMS的基础，它具有CAD、数控编程、分布式数控、工夹具管理、数据采集和质量管理等功能。根据系统所含机床数量、机床的结构不同，可将系统分成三类：柔性制造装置（FMU）、柔性加工单元（FMC）、柔性制造系统（FMS）。2.4

柔性制造系统2.4.1 柔性制造系统（FMS）概述1.FMS的产生和发展从20世纪60年代开始到70年代计算机技术得到了飞速发展，计算机控制的数控机床（CNC机床）在自动化领域中取代了机械式的自动机床，使建立适合于多品种、小批量生产的柔性加工生产线成为可能。作为这种技术具体应用的柔性制造系统（FMS）、柔性制造单元（FMC）和柔性制造自动线（FML）等柔性制造设备纷纷问世，其中柔性制造系统（FMS）最具代表性。2.4

柔性制造系统2.4.1 柔性制造系统（FMS）概述1.FMS的产生和发展1994年初，据统计世界各国已投入运行的

FMS约有3000多个，其中日本拥有2100多个，占世界首位。目前反映工厂整体水平的FMS是第一代FMS，日本从1991年开始实施的“智能制造系统（IMS）”国际性开发项目，属于第二代FMS；而真正完善的第二代FMS在21世纪将会实现。届时，智能化机械与人之间将相互融合、柔性地全面协调从接受订单至生产、销售这一企业生产经营的全部活动。柔性制造系统柔性制造系统（FMS）概述2.FMS的基本组成及主要功能（1）FMS的定义及基本组成在我国有关标准中，FMS（FlexibleManufacturing

System）被定义为：柔性制造系统是由数控加工设备、物流储运装置和计算机控制系统等组成的自动化制造系统。其构成框图如图2-13所示。2.4

柔性制造系统2.4.1 柔性制造系统（FMS）概述2.FMS的基本组成及主要功能（1）FMS的定义及基本组成图2-13

FMS的构成框图柔性制造系统柔性制造系统（FMS）概述2.FMS的基本组成及主要功能（1）FMS的定义及基本组成

1）加工系统加工系统的功能是以任意顺序自动加工各种工件，并能自动地更换工件和刀具。通常包括由两台以上的数控机床、加工中心或柔性制造单元（FMC）以及其他的加工设备所组成，例如测量机、清洗机、动平衡机和各种特种加工设备等。2.4

柔性制造系统2.4.1 柔性制造系统（FMS）概述2.FMS的基本组成及主要功能（1）FMS的定义及基本组成

2）物流系统在FMS中，工件、工具流统称为物流，物流系统即物料储运系统，是柔性制造系统中的一个重要组成部分。物流系统由输送系统、储存系统和操作系统组成，通常包含有传送带、有轨运输车、无轨运输车、搬运机器人、上下料托盘、交换工作台等机构，能对刀具、工作和原材料等物料进行自动装卸和运储。柔性制造系统柔性制造系统（FMS）概述2.FMS的基本组成及主要功能（1）FMS的定义及基本组成

3）信息系统信息系统包括过程控制及过程监视两个系统，能够实现对FMS的运行控制、刀具监控和管理、质量控制，以及FMS的数据管理和网络通信。2.4

柔性制造系统2.4.1 柔性制造系统（FMS）概述2.FMS的基本组成及主要功能（1）FMS的定义及基本组成下图是一个典型的柔性制造系统示意图。1—自动仓库2—装卸站3—托盘站4—检验机器人5—自动运输车6—卧式加工中心7—立式加工中心8—磨床9—组装交付站10—计算机控制室2.4

柔性制造系统柔性制造系统（FMS）概述2.FMS的基本组成及主要功能FMS的主要功能常见的FMS一般具有以下功能：自动制造功能，在柔性制造系统中，由数控机床这类设备承担制造任务；自动交换工件和刀具的功能；自动输送工件和刀具的功能；自动保管毛坯、工件、半成品、工夹具、模具的功能；自动监视功能（即刀具磨损、破损的监测），自动补偿，自诊断等；作业计划与调度。2.4

柔性制造系统柔性制造系统（FMS）概述FMS的优点及效益从FMS的构成和功能可以看出，FMS具有下列的优点和效益：有很强的柔性制造能力提高设备利用率减少设备成本与占地面积减少直接生产工人，提高劳动生产率减少在制品数量，提高对市场的反应能力产品质量提高FMS可以逐步地实现实施计划2.4

柔性制造系统2.4.2

车间自动化递阶结构柔性制造系统担任系统的管理和协调，使整个生产过程自动进行。控制系统包括硬件和软件，如图所示。2.4

柔性制造系统2.4.3

FMS工件传送及其管理系统工件传送及其管理系统由物料仓库、夹具系统、装卸工作站、缓冲工作站、物料运输车组成。（1）物料仓库FMS物料仓库的用途是存储毛坯、在制品、夹具等。物料仓库分平面仓库和立体仓库两类。平面仓库的货位是按平面布局的，它适合于加工品种少、生产规模较小的单位。立体仓库的货位是由多层立体布局的，适合于大中型企业应用。2.4

柔性制造系统2.4.3

FMS工件传送及其管理系统（2）夹具系统FMS的夹具大多由具有可灵活组合的模块化拼装式夹

具元件组成，它由夹具基本块、定位件、夹紧垫块、压板、连接件、压紧螺钉等拼装形成。一种快速夹紧液压气动装置可作为夹紧力的动力源，例如，安装在托盘上的夹具体就带有液压机构和基础装置，它的动力源装置被安置在装卸工作站上，当夹具和托盘在装卸站上装夹工件时，它通过快速连接管路与动力源装置相连，获得自动夹紧能源；当夹紧动作完成后，快速连接管路被断开，依靠自封接头保持压力，用蓄能装置维持夹具在加工期间所需要的夹紧力。2.4

柔性制造系统2.4.3

FMS工件传送及其管理系统（3）装卸工作站装卸工作站的功能是为制造单元提供已正确装夹的工件、夹具、托盘组件。在装卸工作站上，首先在托盘上按指定零件所需要的夹具拼装夹具和对它进行调整，然后完成指定零件在已装拼好的夹具中的定位和夹紧，已完成装夹的工件、夹具、托盘组件形成一体，最后将其加载到由计算机控制的物料运输车上，等待加工。装卸工作站有固定式和翻转式两种，翻转式用在卧式加工中心。2.4

柔性制造系统2.4.3

FMS工件传送及其管理系统（4）缓冲工作站缓冲工作站是一种待加工零件的中间存储站，也称托盘库。由于FMS不可能像单一的流水线或自动线那样到达各机床工作站的节拍完全相等，因而避免不了会产生加工工作站前的排队现象，缓冲工作站正是为此目的而设置的，起着缓冲物料的作用。缓冲工作站一般设置在加工机床的附近，有环形和往复直线形等多种形式，可储存若干只工件或托盘组合体，为了节约占地面积，可采用高架托盘缓冲库。若机床发出已准备好接受工件信号时，通过托盘交换器便可将工件从缓冲工作站送到机床上进行加工。在缓冲工作站的每个工位上安装有传感器，直接与FMS的控制管理系统连接。2.4

柔性制造系统2.4.3

FMS工件传送及其管理系统（5）物料运输车物料运输车分为两类：有轨运输车和无轨运输车。其作用是在各站点之间运载物料。有轨运输车只能沿两条直线轨道运行，不能走曲线轨道，它的停靠站点设在直线轨道的两侧。取送托盘机构设置在车体上，通过带销钉的环形链条，托盘可从运输车上卸载到停靠站上或将托盘加载到运输车上。无轨运输车的运行路线可以是曲线，甚至可连成多重环道。运输车运行路线的导引有多种方式：感应导引、红外导引、激光导引、CCD数字图像——计算机制导方式，已用于商品化的方式是感应导引方式。2.4柔性制造系统2.4.4刀具交换系统及其管理刀具交换管理系统由刀具存储库、刀具组装站、刀具预调站及刀具运输装置等部分组成。它的功能是适时地向加工单元提供加工所需的刀具，取走已用过和耐用度耗尽的刀具。2.4

柔性制造系统2.4.4

刀具交换系统及其管理表2-3列举了几种类型换刀方式的性能并作了比较。表2-3换刀类型及其性能比较表类型项目中央刀库／机器人运输车／机器人盒式刀库整体刀库结构特点换刀方式在刀库与加工单元间，机器人执行换刀在加工单元和刀具站，行走机器人执行换刀无轨运输车实现刀盒运输有轨运输系统运输整体刀库每次换刀数1把10～50把12～48把40把刀库容量机床采用链式刀库40、50、60把运输车刀架上刀具排列顺序与机床刀库一致200把机床刀库与换刀刀库可互换其他CNC装置必须有动态换刀功能自动化程度全自动全自动半自动全自动适用范围产品品种变化频繁多品种每班每机床1～2种多品种产品批量小批量小批量中批量小批量2.4

柔性制造系统2.4.5

FMS加工单元FMS的主体是加工单元。作为加工单元的机床应具备如下若干条件：①有CNC计算机数控装置，有可以与计算机直接通信的DNC接口；②有自动工件托盘交换装置和自动刀具交换装置；③能完成所选零件族加工中尽可能多的工序和独立完整的加工工序。2.4

柔性制造系统2.4.6

FMS清洗工作站清洗工序的主要目的是清除掉加工残留

在工件上的切屑和油污，或者清除毛刺。有的加工中心自备强力冲洗装置。独立清洗设备形式多种多样，大致可分为两大类：间歇式清洗机和在线通过式清洗机。在线通过式清洗机适用于大批量生产，清洗件从清洗机一端依次送入，经过清洗喷淋、清水漂洗、热风干燥等工位，完成清洗后从另一端送出。2.4

柔性制造系统2.4.7

FMS在线测量工作站计算机集成制造要求零件能很快完成检验，尽快发现误差并对其进行校正，测量机能在车间环境下进行测量作业等。测量机在计算机控制下具有尺寸偏差的确定能力和存取测量数据的能力——存储机器校正数据、产生统计处理控制数据、传输尺寸数据文件到主计算机、进行测量结果的比较、测量数据实时显示等。2.4

柔性制造系统2.4.8

FMS单元控制器和工作站控制器（1）单元控制器单元控制器是柔性制造单元的控制器，它的功能是协调和监控所有下属工作站的作业任务的执行。它与车间级计算机联网通信，并接受其控制。单元控制器包含一个监控工作站，该工作站用于监控FMS系统的运行，通过显示装置向用户提供监控信息。监控工作站的具体功能是采集底层设备的工况信息，显示各设备的实时运行和安全状态，生产数据统计和编写日志报告。在分层递阶控制系统中的单元控制器，向上要与车间控制器互连通信，向下则要完成对FMC、FMS、DNC等制造系统的管理和控制，其任务包含：①单元中各加工设备的任务管理与调度，其中包括制造单元作业计划、计划的管理与调度、设备和单元运行状态的登录与上报。②单元内物流设备的管理与调度，这些设备包括传送带、有轨或无轨物料运输车、机器人、托盘系统、工件装卸站等。③刀具系统的管理，包括向车间控制器和刀具预调站提出刀具请求、将刀具分发至需要它的机床等。2.4

柔性制造系统2.4.8

FMS单元控制器和工作站控制器（1）单元控制器通常，单元控制器可分为三类：成组单元控制器、智能单元控制器和虚拟单元控制器。成组单元控制器是一种模块化结构的综合软硬件系统。它按照事先制定好的作业计划运行，不具有完善的优化调度功能。成组单元控制器的功能是管理NC程序、工件数据、刀具数据，采集生产数据，进行作业调度和分配。此外，它还具有协调控制所管理的物流工作站、加工工作站和刀具工作站。智能单元控制器的结构与成组单元控制器的结构相似。在功能上，它增加了较完善的优化调度功能和动态再调度功能。例如，当系统出现局部性故障或临时作业任务变更时，它能够根据系统资源状况调整上级下达的作业任务，以维持系统的降级运行，或将重新调整作业计划的信息反馈给上一级控制层。虚拟单元控制器能够动态地重新组合车间资源，构成临时性的柔性制造单元，从而实现更合理地使用车间资源、减少跨单元的作业任务数量。当给定任务完成后，这种逻辑重构单元便消失；随着新任务的出现再做新的逻辑重构单元，为新任务服务等等。虚拟单元控制器至今仍处于实验室研究之中。2.4

柔性制造系统2.4.8

FMS单元控制器和工作站控制器（2）工作站控制器工作站控制器位于计算机递阶控制系统的最低一级。它是计算机网络系统上的网络链接器，将系统最底层设备连接到计算机网络上。它还是单元控制器对底层设备进行控制的过程控制器。工作站控制器可分为加工工作站、刀具工作站、物料流工作站。加工工作站运行在车间加工现场。它的主要任务是对加工单元进行控制和管理。一方面，加工工作站按单元控制器的作业加工指令调用所需的NC程序及其存储单元的控制参数，并对其进行处理，然后适时地传输给CNC控制装置和可编程控制器，为NC加工准备好全部必要的数据。这些数据是刀具补偿值、托盘控制面参数、工件托盘零位偏移值等。另一方面，加工工作站接收单元控制器关于零件托盘加载／卸载指令，与CNC装置和机床控制器进行协调，执行加载／卸载指令。同时，加工工作站根据单元控制器的换刀命令，完成外部换刀装置和加工单元换刀装置之间的刀具交换。加工工作站还可以接收单元控制器的远程控制指令，执行远程启动加工单元的功能，例如，查询系统运行状况、仿真控制面板操作等。加工工作站还负有采集加工单元运行情况信息的任务，并将信息反馈给单元控制器。2.4

柔性制造系统2.4.8

FMS单元控制器和工作站控制器（2）工作站控制器刀具工作站的作用是管理刀具和控制刀具交换。它的主要功能是新刀具进线管理、刀具调用管理和旧／破刀具离线管理。在刀具工作站中，常常是用户和机器人协同工作。例如，在新刀具的进线管理过程中，刀具工作站通过计算机网络获取新刀具的参数值，建立新刀具记录，其中刀具识别码必须由用户输入。将新刀具记录存于刀库的数据库中，该新刀具获得一个存储库位，由机器人或用户将该新刀安置到指定的库位中物料流工作站的作用是物料识别控制和FMS的物料运输系统的控制管理。物料流工作站对配有条形码或磁卡装置的物料系统具有物料识别阅读和核验功能；实现正确的通过，不正确的拒收并产生报警信号。在控制管理FMS的物料运输系统过程中，物料流工作站不仅按单元控制器的存取物料作业指令检索物料仓库和向堆垛机发出存取物料命令，而且还根据单元控制器运输托盘指令向运输车控制站发出运输托盘命令，同时还动态地刷新工件托盘位置和状态信息。当物料运输过程中出现堵塞冲突现象，物料流工作站按指定的排队策略将所运输物料送往相应的缓冲工作站，只要目的站“空闲”，自动调度运输车将该缓冲站物料送入目的站。2.4

柔性制造系统2.4.9

物料运输车（1）有轨运输车常见的有轨运输车有以下两种：一种是链索牵引小车，另一种是在导轨上行走，由车辆上的电动机牵引，如图所示。2.4

柔性制造系统2.4.9

物料运输车有轨运输车有轨运输车有三种工作方式：1）在线工作方式离线自动工作方式手动工作方式2.4

柔性制造系统2.4.9

物料运输车（2）无轨运输车AGV的结构如图2-17所示。2.4

柔性制造系统2.4.9

物料运输车（2）无轨运输车

AGV具有以下特点：

1）较高的柔性实时监视和扩展安全可靠维护方便第2章 制造自动化技术智能制造技术与智能制造系统智能制造技术和智能制造系统的基本概念20世纪50年代末期，机械制造技术开始进人现代制造技术阶段。40多年来机械制造技术有了长足的发展，表现为四个概念和形式有较大更新的阶段：直接数字控制（DNC）技术柔性制造系统（FMS）智能制造技术与智能制造系统智能制造技术和智能制造系统的基本概念计算机集成制造系统（CIMS）智能制造系统（IMS）和智能制造技术（IMT）IMS简单的说就是要把人的智能活动变为制造机器的智能活动，

如图所示。2.5

智能制造技术与智能制造系统2.5.2

智能制造技术和智能制造系统的主要内容IMS和IMT研究的主要内容见下图。2.5

智能制造技术与智能制造系统2.5.2智能制造技术和智能制造系统的主要内容和IMS比较，CIMS强调的是物料流和信息流的集成，而IMT强调的是制造系统的自组织、自学习和自适应能力，实际上IMS将会成为CIMS的基础核心，只有建立在IMS基础上的CIMS才能真正实现信息和物流的集成。工业化国家对IMS和IMT研究的过程近年来已进入大规模国际合作的阶段。2.5

智能制造技术与智能制造系统2.5.2

智能制造技术和智能制造系统的主要内容由日本工业和国际贸易部（MITI）发起的国际合作研究，计划投资10亿美元建立起日、美、西欧等国家共同参加的IMS国际研究中心，计划于1990年开始执行，共设100个项目，十年完成。MITI的计划包括如下几个方面的研究：①结构系统化标准化原理方法；②IMS信息和通讯网络；③最佳智能生产与控制设备；④提高设备质量及性能的新材料应用与研究；⑤社会、环境和人的因素。2.5

智能制造技术与智能制造系统2.5.2

智能制造技术和智能制造系统的主要内容智能制造系统的目标是：①在制造系统中用机器智能来替代人们的脑力劳动，使脑力劳动自动化；②在制造系统中用机器智能替代熟练工人的操作技能，使得制造过程不再依赖于人的

“手艺”，或在维持自动生产时，不再依赖

于人的监视和决策控制，使得制造系统的生

产可自主地进行。2.5

智能制造技术与智能制造系统2.5.2

智能制造技术和智能制造系统的主要内容下图表示一个机械加工工厂的IMS的主要生产内容。按照时间间隔的长短进行分类，其特征可分为：加工行为、几何和信息流三大类特征区。2.5

智能制造技术与智能制造系统2.5.3

智能制造系统的建模技术传统的建模方法常采用：①根据物理原理推导出模型结构；②根据实验和经验选取各种参数或修正系数。2.5

智能制造技术与智能制造系统2.5.3

智能制造系统的建模技术在加工过程中存在着以下问题：①在线测量的困难，包括传感器的选择、设计、最优定位、数据冗余引起的信息混乱，传感器失效引起的混乱等；②过程模型的不确定性，包括参数的不可知性、状态变化的不确定性、信息的模糊性、多维信息的偶合性等使得控制鲁棒性差；③过程的快速性，使实时控制难以实现等；④系统处理多级信息反馈时的不稳定性。2.5

智能制造技术与智能制造系统2.5.4

智能制造技术的控制策略智能制造技术实质上是智能控制在制造中的运用，从控制理论观点来看，智能制造技术的基本内容可以用下图表示。2.5

智能制造技术与智能制造系统2.5.4

智能制造技术的控制策略在加工过程控制级，由于受到执行时间快速性的限制，目前专家系统常常只用于一些简单的控制算法、状态辨识算法的监督和监控，用以提高算法的可靠性、安全性或柔性。这类控制方案如图所示。2.5

智能制造技术与智能制造系统2.5.4

智能制造技术的控制策略在今后的智能控制技术中，四个最有潜力的方法是：①传感器融合技术作为信息预处理和综合；②专家系统在控制系统中作为自适应元件；③模糊分析计算机作为决策元件；④自学习和神经网络作为补偿元件。2.5

智能制造技术与智能制造系统2.5.5

机械系统状态监控技术机械系统的状态监控是智能制造系统的重要研究内容。对制造系统而言，状态监控主要有刀具破损和磨损状态检测、工序过程监视、机床运行状态监视、机床状态监控、加工精度监控等内容，下边对一些检测内容和方法加以简单介绍。2.5

智能制造技术与智能制造系统2.5.5

机械系统状态监控技术（1）刀具状态监测表2-4刀具破损的探测方法传感参数传感原理传感器主要特性直接法光学图像光反射、折射、富氏传递函数变换、TV摄像光敏、激光、光纤光学传感器、CCD或摄像管可提供直观图像，结果较精确，受切削条件影响，不易实现实时监视，正在进行实用化开发接触电阻变化、开关量、磁力线变化电阻片、印刷电阻电路、开关电路、磁间隙传感器简便，受切削温度、切削力和切屑变化影响；不能实时监视；尚待解决可靠性问题间接法切削力切削力变化量、切削分力比率应变片、动态应变仪、力传感器灵敏，但动态应变仪难装于机床上；简便，有商品供应，识别的主要障碍是阈值的确定扭矩主电机、主轴或进给系统扭矩应变片、电流表等成本低，易使用，已实用，对在钻头破损（折断）探测有效，灵敏度不高功率主电机或进给电机功率消耗互感器或功率表成本低，易使用，灵敏度不高，有商品供应振动切削过程振动及其变化加速度计、振动传感器灵敏，有应用前途和工业使用潜力超声波接受主动发射超声波的反射波超声波换能器与接受器可实现扭矩限制，但受切削振动变化的影响，处于研究阶段噪声切削区环境噪声探测分析麦克风可进行切削状态、刀具破损探测，但尚处于研究阶段声发射（AE）刀具破损时发生的AE信号特征分析声发射传感器灵敏，实时，使用方便，成本适中，是最有希望的刀具破损探测方法，小量供应市场，有较广泛的工业应用潜力2.5

智能制造技术与智能制造系统2.5.5

机械系统状态监控技术（1）刀具状态监测表2-5刀具磨损的探测方法传感方法应用场合主要特性直接法光学图像法砂轮磨损或离线，或在线非实时监视多种刀具分辨率0.1～2μm，精度1～5μm，正在进一步研究实用化，摄像法较贵接触车削、钻削刀具灵敏度10μm，提供直接评价，受切屑与切削温度变化影响，有应用前景放射线法各种切削工艺灵敏度10μm，不受切屑、冷却液和切削温度影响，需进一步解决防护问题，有应用前景间接法切削力（扭矩法）车、钻、镗削等灵敏度20～100μm，比切削力法与功率谱分析法有应用价值功率（电流）法车、铣、钻削等灵敏度低，响应时间较长，易使用切削温度