智能制造基础与应用（第2版）教案 第二章 智能制造数字化基础 4.数字化控制、生产管理与远程维护

教案(首页)山东劳动职业技术学院授课日期班次课时课题数字化控制、生产管理与远程维护教学时数2【教学目标】1、了解数字化控制的基本概念、发展现状；2、掌握MES的基本概念；3.掌握数字化远程维护发展现状。【重点难点】MES系统的基本概念及应用；PHM系统的组成。【教具、参考书】《智能制造基础与应用》机械工业出版社王芳、赵中宁主编【教学过程】教案纸山东劳动职业技术学院第3页第五节数字化控制提出问题：什么是数字化控制，能否列举实例？计算机数控系统（CNC系统）概述数控系统的组成2.CNC系统的功能（1）控制功能；（2）准备功能；（3）插补功能；（4）进给功能；（5）主轴功能；（6）辅助功能；（7）刀具功能；（8）补偿功能；（9）字符、图形显示功能；（10）自诊断功能；（11）通信功能；（12）人机交互图形编程功能。3.CNC系统的一般工作过程（1）输入；（2）译码；（3）刀具补偿；（4）进给速度处理；（5）插补；（6）位置控制；（7）I/O处理；（8）显示二、伺服系统1.基本概念伺服系统是指以机械位置或角度作为控制对象的自动控制系统。它接受来自数控装置的进给指令信号，经变换、调节和放大后驱动执行件，转化为直线或旋转运动。伺服系统是数控装置(计算机)和机床的联系环节，是数控机床的重要组成部分。2.对伺服系统的要求（1）精度高；（2）稳定性好；（3）快速响应；（4）调速范围宽；（5）低速大转矩。提问：列举常见的伺服系统。第五节数字化生产管理一、MES的基本概念制造执行系统(manufacturingexecutionsystem，简称MES）是美国管理界上世纪90年代提出的新概念，MESA(MES国际联合会)对MES的定义是：MES能通过信息传递对从订单下达到产品完成的整个生产过程进行优化管理。MES的功能：（1）资源分配及状态管理（ResourceAllocationandStatus）该功能管理机床、工具、人员物料、其它设备以及其它生产实体，满足生产计划的要求对其所作的预定和调度，用以保证生产的正常进行；提供资源使用情况的历史记录和实时状态信息，确保设备能够正确安装和运转。（2）工序详细调度（Operations/DetailScheduling）该功能提供与指定生产单元相关的优先级（Priorities）、属性（Attxibutes）、特征（Chameterietioa）以及处方（Recipes）等，通过基于有限能力的调度通过考虑生产中的交错、重叠和并行操作来准确计算出设备上下料和调整时间，实现良好的作业顺序最大限度减少生产过程中的准备时间。（3）生产单元分配（DispatchingProductionUnits）该功能以作业、订单、批量、成批和工作单等形式管理牛产单元间的工作流。通过调整车间已制订的生产进度，对返修品和废品进行处理，用缓冲管理的方法控制任意位置的在制品数量。当车间有事件发生时，要提供一定顺序的调度信息并按此进行相关的实时操作。（4）过程管理（ProcessManagement）该功能监控生产过程、自动纠正生产中的错误并向用户提供决策支持以提高生产效率。通过连续跟踪生产操作流程，在被监视和被控制的机器上实现一些比较底层的操作；通过报警功能，使车间人员能够及时察觉到出现了超出允许误差的加工过程；通过数据采集接口，实现智能设备与制造执行系统之间的数据交换。（5）人力资源管理（LaborManagement）该功能以分为单位提供每个人的状态。通过时间对比，出勤报告，行为跟踪及行为（包含资财及工具准备作业）为基础的费用为基准，实现对人力资源的间接行为的跟踪能力。（6）维修管理（MaintenanceManagement）该功能为了提高生产和日程管理能力的设备和工具的维修行为的指示及跟踪，实现设备和工具的最佳利用效率。（7）计划管理（PmcessControl)该功能是监视生产提供为进行中的作业向上的作业者的议事决定支援，或自动的修改，这样的行为把焦点放在从内部起作用或从一个作用到下一个作业计划跟踪、监视、控制和内部作用的机械及装备；从外部包含为了让作业者和每个人知道允许的误差范围的计划变更的警报管理。（8）文档控制（DocumentControl）该功能控制、管理并传递与生产单元有关工作指令、配方、工程图纸、标准工艺规程、零件的数控加工程序、批量加工记录、工程更改通知以及各种转换操作间的通讯记录，并提供了信息编辑及存储功能，将向操作者提供操作数据或向设备控制层提供生产配方等指令下达给操作层，同时包括对其它重要数据（例如与环境、健康和安全制度有关的数据以及ISO信息）的控制与完整性维护。（9）生产的跟踪及历史（ProductTrackingandGenealogy）该功能可以看出作业的位置和在什么地方完成作业，通过状态信息了解谁在作业，供应商的资财，关联序号，现在的生产条件，警报状态及再作业后跟生产联系的其他事项。（10）执行分析（PerformanceAnalysis）该功能通过过去记录和预想结果的比较提供以分为单位报告实际的作业运行结果。执行分析结果包含资源活用，资源可用性，生产单元的周期，日程遵守，及标准遵守的测试值。具体化从测试作业因数的许多异样的功能收集的信息，这样的结果应该以报告的形式准备或可以on-line提供对执行的现在评价。（11）数据采集（DataCollection/Acquisition）该功能通过数据采集接口来获取并更新与生产管理功能相关的各种数据和参数，包括产品跟踪、维护产品历史记录以及其它参数。这些现场数据，可以从车间手工方式录入或由各种自动方式获取。二、ERP的基本概念企业资源计划(EnterpriseResourcePlanning，简称ERP)，由美国GartnerGroup公司于1990年提出。企业资源计划是MRPII（企业制造资源计划）下一代的制造业系统和资源计划软件。除了MRPII已有的生产资源计划、制造、财务、销售、采购等功能外，还有质量管理，实验室管理，业务流程管理，产品数据管理，存货、分销与运输管理，人力资源管理和定期报告系统。图2-82MES与ERP的关系第七节数字化远程维护一、预测与健康管理（PrognosticsandHealthManagement,PHM）基本概念PHM(PrognostiesandHealthManagement)预测与健康管理技术是综合利用现代信息技术、人工智能技术的最新研究成果而提出的一种全新的管理健康状态的解决方案。PHM系统未来一段时间内系统失效可能性以及采取适当维护措施的能力，其核心是利用先进的传感器（如涡流传感器小功率无线综合微型传感器和无线微机电系统MEMS）的集成，并借助各种算法和智能模块（如专家系统神经网络和模糊逻辑等）来预测、监控和管理零件的加工状态。一般具备故障检测与隔离、故障诊断、故障预测、健康管理和部件寿命追踪等能力。二、PHM系统的组成PHM系统主要有六个部分构成：（1）数据采集利用各种传感器探测、采集被检系统的相关参数信息，将收集数据进行有效信息转换以及信息传输等。（2）信息归纳处理接受来自传感器以及其它数据处理模块的信号和数据信息，将数据信息处理成后续部件可以处理的有效形式或格式。该部分输出结果包括经过滤波、压缩简化后的传感器数据，频谱数据以及其它特征数据等。（3）状态监测接受来自传感器、数据处理以及其它状态监测模块的数据。其功能主要是将这些数据同预定的失效判据等进行比较来监测系统当前的状态，并且可根据预定的各种参数指标极限值/阈值来提供故障报警能力。（4）健康评估接受来自不同状态监测模块以及其它健康评估模块的数据。主要评估被监测系统(也可以是分系统、部件等)的健康状态(如是否有参数退化现象等)，可以产生故障诊断记录并确定故障发生的可能性。故障诊断应基于各种健康状态历史数据、工作状态以及维修历史数据等。（5）故障预测决策故障预测能力是PHM系统的显著特征之一。该部件由两部分组成，可综合利用前述各部分的数据信息，评估和预测被监测系统未来的健康状态，并做出判断，建议、决策采取相应的措施。该部件可以在被监测系统发生故障之前的适宜时机采取维修措施。该部分实现了PHM系统管理的能力，是另一显著特征之一。（6）保障决策主要包括人-机接口和机-机接口。人-机接口包括状态监测模块的警告信息显示以及健康评估、预测和决策支持模块的数据信息的表示等；机-机接口使得上述各模块之间以及PHM系统同其它系统之间的数据信