智能制造基础与应用（第2版）教案 第五章 柔性制造系统与计算机集成制造系统

教案(首页)山东劳动职业技术学院授课日期班次课时课题柔性制造系统与计算机集成制造系统教学时数6【教学目标】1、了解柔性制造系统的发展现状；2、了解计算机集成制造系统发展历史及现状。【重点难点】柔性制造系统的原理及应用。计算机集成制造系统的原理及应用。【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页一、柔性制造系统1.定义：根据中华人民共和国国家军用标准有关武器装备柔性制造系统术语的定义，柔性制造系统FMS(FlexibleManufacturingSystem)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。2.FMS的组成：硬件组成：(1)两台以上数控机床或加工中心以及其他的加工设备，包括测量机、清洗机、动平衡机、各种特种加工设备，等等。(2)一套能自动装卸的运储系统，包括刀具的运储和工件原材料的运储。具体结构可采用传送带、有轨小车、无轨小车、搬运机器人、上下料托盘、交换工作站，等等。(3)一套计算机控制系统。软件组成：(1)FMS的运行控制。(2)FMS的质量保证。(3)FMS的数据管理和通讯网络。3.FMS功能(1)能自动进行零件的批量生产。(2)简单地改变软件，便能制造出某一零件族的任何零件。(3)物料的运输和储存必须是自动的(包括刀具、工装和工件)。(4)能解决多机条件下零件的混合比、且无须增加费用。4.主要功能与特点(1)管理系统与自动化系统深度融合管理系统软件与生产设备、检测设备、传感器等硬件集成统一系统平台，自动接收调度中心信息，如生产计划、物流信息、设备指令等自动安排生产，生产指令可以直接下达每个自动化生产设备、执行机构，实现人机之间、设备之间互联互通操作。(2)过程可实现全追溯1）机器视觉与智能传感器相结合，实现生产系统自动在线检测；2）自动剔除缺陷产品，杜绝不良品流入下一工序，避免更大损失；3）对品质进行实时评测、记录，并发布在线检测报告；4）基于全流程数据驱动，可放心追溯至任一关键节点；(3)高度灵活、可配置的智能柔性制造系统1）可实现多任务订单同时并行混线生产；2）可灵活重构生产资源，实现高效、快捷的动态调整；3）设备、物料、工装、夹具等生产资源统一调度和自动执行；4）根据大数据分析结果动态性地调整生产要素的配置；5.柔性硬件系统（1）智能制造柔性系统的加工系统（2）智能制造柔性系统的运储系统6.柔性运行控制系统（1）柔性制造系统的递阶控制结构（2）具有开放性的单元控制器结构模型（3）动态重构单元控制器7.柔性制造系统的质量保证体系（1）质量保证体系结构、功能概念（2）质量保证、质量管理与质量控制（3）质量系统的发展与现状8.柔性制造系统的数据管理与通讯网络（1）柔性制造信息系统的开放体系结构（2）开放体系结构说明（3）数据管理（4）柔性制造系统的通讯网络结构9.应用实例SSI板材FMS的总体布局如图5-26所示。从加工操作的内容和总体布局的角度，把FMS全线看成由5大部分组成，即自动仓库单元、冲加工单元、剪加工单元、中央控制单元和自动工艺编程单元。从递阶控制角度，把FMS分成上位部分和下位部分。中央控制单元和自动工艺编程单元处于上位；自动仓库单元、冲加工单元和剪加工单元处于下位。图5-27给出递阶系统的结构原理图，从另一个角度描述了系统的组成。各单元包含不同设备，有数控机床、物流设备、单元控制器、工业计算机、通信设备等。（1）冲加工单元1)进出料台车，用于自动仓库单元同冲加工单元之间输送板料。2)板材装料机械手，是吸盘式板材上料装置。它的功能是：①从台车吸取一张板材，经弯曲抖动分离、测厚，确认吸取的只是一张板材时，才把该板材送到自动定位输送机；②将自动定位输送机上的板材推到数控回转头冲床。3)板材自动定位输送机，用于板材初定位。4)数控回转头冲床，是冲加工单元的主要加工设备。5)板材装卸料机械手，用于将已冲孔的板件从冲床卸料至滚柱台。当剪加工单元允许进料时，也由装卸料机械手将已冲孔的板件拖至剪床。6)冲加工单元控制器负责数控冲床的启停控制和上下料设备(进料台车、板材装料机械手、自动定位输送机、装卸料机械手)的控制以及它们之间的协调，负责同中央控制单元的通信、接收指令和发送状态信息以及同剪加工单元的联络，协调并满足相互的要求。冲加工单元控制器还具有完整的故障自诊断功能。发生故障时能自动报警、停车和故障定位。（2）剪加工单元1)数控直角剪切机，是剪加工单元的主要加工设备。2)板材零件自动分类输送系统，由三台中小件分类输送机和一台大件分类输送机组成，用于将剪切后的零件分类输送至料箱。3)剪加工单元控制器，负责数控剪床的启停控制和自动分类输送系统的控制以及它们之间的协调，负责同中央控制单元的通信、接收指令和发送状态信息以及同冲加工单元的联络，协调并满足相互的要求。剪加工单元控制器同样有完整的故障诊断功能，发生故障后能自动报警、停车和故障定位。（3）自动仓库单元1)有轨运输车(堆垛机)及其控制器，用于板料的入库和出库。2)立体储料库，提供98个储存板料的库位。3)红外数据通信设备，用于中央控制单元同不断运动的堆垛机之间的无线通信。4)自动工艺编程单元，由一台微型计算机和自动工艺编程软件构成。它能完成从零件图形输入直到生成整张板材的NC码和分类信息，还能对NC码屏幕加工模拟。5)中央控制单元，由一台工业计算机、通信网络和软件系统构成，它实现板材零件FMS的系统级操作、控制、监测和管理，是板材零件FMS达到高度柔性和完全自动化的关键设备。二、智能制造计算机集成系统1.发展背景：计算机集成制造CIM(ComputerIntegratedManufacturing)是1974年美国学者约瑟夫·哈林顿(JosephHarrington)博士在其所著的《计算机集成制造》中首先提出的，它是一种组织、管理、运行企业生产的新哲理。计算机集成制造系统CIMS(ComputerIntegratedManufacturingSystem)是CIM哲理的具体体现。CIMS代表着当今先进制造技术的发展趋势，它以实现企业信息集成为主要标志，以增强企业生产、经营能力为目标，最终达到提高企业参与市场竞争的综合实力。2.基本概念：CIMS是在计算机技术、信息处理技术、自动控制技术、现代管理技术、柔性制造技术基础上，将企业的全部生产、经营活动所需的各种分散的自动化系统，经过新的生产管理模式，把企业生产全部生产过程中有关的人、技术、经营管理三要素及其信息流与物料流有机地集成起来，以获得适用于多品种、中小批量生产的高效益、高柔性、高质量的制造系统。CIMS将是下个世纪占主导地位的新型生产方式。3.CIMS的组成(1)管理信息系统管理信息系统是CIMS的神经中枢，它以MRPⅡ为核心，从制造资源出发，考虑了企业进行决策的战略层、中短期生产计划编制的战术层、车间作业计划与生产活动的操作层，其功能覆盖了市场销售、物料供应、生产计划、生产控制、财务管理、成本控制、库存管理、技术管理等活动，以营销计划、主生产计划、物料需求计划、能力需求计划、车间计划、车间调度与控制为主体形成闭环的一体化生产经营与管理信息系统。(2)工程设计自动化系统工程设计自动化系统由CAD，CAPP，CAM三大部分组成，它在包括产品的概念设计、工程与结构分析、详细设计、工艺设计与数控编程等产品开发过程中引入计算机技术，使产品开发高效、优质、自动地进行。(3)制造自动化系统制造自动化系统是CIMS中信息流与物料流的结合点，它以柔性制造系统FMS为基础，是CIMS最终产生效益的集聚地，其功能包括生成作业计划，进行优化作业调度控制，生成工件、刀具、夹具需求计划，进行系统状态监控和故障诊断处理。(4)质量保证系统质量保证系统主要是采集、存储、评价、处理存在于设计、制造过程中与质量有关的大量数据，构成一系列控制环，并通过这些控制环有效促进产品质量的提高，提高产品在市场中的竞争能力。(5)计算机网络计算机网络提供CIMS各功能分系统信息互通的硬件支撑，它是CIMS信息集成关键技术之一。采用国际标准和工业标准规定的网络协议，可以保证实现异种机、异构网络之间的互联，从而为企业不同历史阶段或从不同供应厂商购买的硬件设备、软件产品实现信息集成提供了基础。(6)数据库数据库及数据库管理系统是保证CIMS各功能应用系统之间信息交换和共享的基础，它是一个逻辑上统一、物理上分布，保证数据一致性、安全性、易维护性的数据管理系统。4.CIMS中的集成技术（1）CIMS网络（2）CIMS数据库（3）CIM