教学课件 《自动化制造系统（第4版）》张根保

第一章自动化制造系统概论第一节基本概念第二节自动化制造系统的定义、组成及学科特点第三节自动化制造的意义及其发展历程第四节自动化制造系统的特点、适用范围及实现原则第五节自动化制造系统的评价指标第六节系统工程技术与自动化制造系统方法论第一节基本概念一.制造及制造业二.系统三.制造系统

四.制造自动化五.制造规模六.制造系统的分类一、制造及制造业制造是人类按照市场需求，运用主观掌握的知识和技能，借助于手工或可以利用的客观物质和工具，采用有效的方法，将原材料转化为最终物质产品并投放市场的全过程。制造业是所有与制造有关的企业机构的总体。机械工业大致分为三部分：机器制造--拖拉机、轧钢机、炼油厂成套设备、发电机组、各种机床；汽车、飞机船舶、柴油机；各种家用电器、自行车、缝纫机等；各种仪器仪表。金属制品制造--各种配件、备品、工具、容器等，生产消费资料中日用金属制品，如各类金属结构件、集装箱、水暖管道、铝制品、铁丝、标准件、不锈钢制品、五金工具等。机械产品的修理业--即对机电设备和金属制品的修理。如对汽车、船舶、飞机、农业机械的修理。二、系统系统是具有特定功能的、相互间具有有机联系的许多要素所构成的一个不可分割的整体。一般的系统具有如下性质：目的性整体性集成性层次性相关性环境适应性三、制造系统制造系统信息原材料能量资金成品废品污染制造系统是为了达到预定的制造目的而构造的物理或组织系统。控制支持条件制造资源输入制造系统输出四、制造自动化

制造自动化是在广义制造过程的所有环节采用自动化技术、实现制造全过程的自动化。侧重点在自动化物流处理技术方面，所涉及的制造自动化仅局限在狭义制造范畴以内，仅包括物流和物料处理的适度自动化和与物流有关的信息流处理自动化。五、制造规模产品品种、生产批量大规模制造（大于５０００，标准件、自行车、汽车等）大批量制造（５００～５０００，大型汽车、工程机械等）多品种小批量制造（５００以下，飞机、大型轮船）六、制造系统的分类按人在系统中的作用分人机一体化的制造系统无人化制造系统按品种和批量分多品种、小批量制造系统少品种、大批量按工艺类型分连续型制造系统离散型制造系统六、制造系统的分类按系统柔性分刚性制造系统柔性制造系统可重构制造系统按自动化程度分手动制造系统半自动制造系统自动化制造系统按智能程度分智能制造系统常规制造系统第二节自动化制造系统的定义、组成及学科特点一.自动化制造系统的定义二.自动化制造系统的功能组成三.自动化制造系统的寿命周期四.自动化制造系统与企业其他系统的关系五.自动化制造系统的学科特点和学科体系一、自动化制造系统的定义自动化制造系统是由一定范围的被加工对象、一定的制造柔性和一定自动化水平的各种设备和高素质的人组成的一个有机整体，它接受外部信息、能源、资金、配套件和原材料等作为输入，在人和计算机控制系统的共同作用下，实现一定程度的柔性自动化制造，最后输出产品、文档资料、废料和对环境的污染。人机一体化自动化制造系统的概念模式一、自动化制造系统的定义自动化制造系统具有五个典型组成部分具有一定技术水平和决策能力的人（FMS,DNC,teamwork）一定范围的被加工对象(GT)信息流及其控制系统

(automation

/

flexible

/integration)能量流及其控制系统(using/consume,bad

affection/

optimization)物料流及物料处理系统二、自动化制造系统的功能组成自动化制造系统主要由以下子系统组成：毛坯制备自动化子系统（锻压、铸造、焊接、切割）热处理过程自动化子系统储运自动化子系统（工件、刀具、其他物料）机械加工自动化子系统（上下料、装夹、换刀、加工、零件检验）装配过程自动化子系统（装配过程、零部件供应）辅助过程自动化子系统（排屑、清洗、切削液系统、涂装过程、 包装过程）质量控制子系统（零件检验、产品测试、刀具检测）系统控制子系统（故障诊断、环境及安全监测、运行状态监控、 生产计划与调度、系统外部接口）三、自动化制造系统的寿命周期系统设计阶段制造阶段安装、调试、验收阶段应用和维护阶段报废及回收处理阶段四、自动化制造系统与企业其它系统关系技术系统产品研发与设计、工艺设计、生产准备活动管理系统质量管理、营销管理、物资供应管理、财务管理、成本管理、生产计划管理、人力资源管理、设备管理、能源管理……信息系统五、自动化制造系统的学科特点和学科体系自动化制造系统自动化技术系统工程技术制造科学与技术系统工程学材料科学设计与制质造量学控制工程信息科学计算机科环学境保护人学机工程学生产管理自动控制理论运筹学电气工程…第三节自动化制造的意义及其发展历程一.自动化制造的意义二.发展里程及现状一、自动化制造的意义提高生产率缩短生产周期提高产品质量提高经济效益降低劳动强度有利于产品更新提高劳动者素质带动相关技术的发展体现一个国家的科技水平二、发展里程及现状第一阶段（1870～1950）1870年，美国，自动制造螺钉的机器；

1895年，美国，发明多轴自动车床（纯机械控制）；

1924年，英国morris汽车公司，第一条采用流水作业的机械加工自动线；1935年，前苏联，GT第二阶段（1952～1965）1952，MIT，NC；1953，MIT，APT

(Automatically

Programmed

Tools)；1958，USA，MC（Machining

centre）；1959，USA

，polar

coordinates

IR

（Industrial

Robot）

；1960，USA

，ACM（Adaptive

Control

Machine

Tools）；1962，USA，cylinder

coordinates

IR；1963，USA，CAD

(Computer

Aided

Design)；1965，USA，CNC

(Computer

Numerical

Control)第三阶段（1967～20.80中期）1967，England

Molins

Corp，DNC

(Direct

Numerical

Control)；1967，USA

and

Japan，研制出计算机控制系统1969，Japan，based

on

GT

IKEGAI

changeable

manufacturing

system；1969，USA，工业机器人操作的焊接自动线；20.70初，USA，FMC&FMS(Flexible

Manufacturing

Cell/system)；1980，Japan，富士工厂；20.80初，Japan，无人工厂第四阶段（20.80～今）

1974，USA，CIMS

(Computer

IntegratedManufacturing

System)；20.80初，世界各国纷纷投入巨资研究CIMS；

20.90后，CIMS观念发生巨大变化，开始提出以人为中心的CIMS思想；（CE/LP/AM/ER）自动化制造技术在我国的发展历程1956，第一条机械加工自动线投入使用；1958，研制出数控立铣床；1959，第一条加工环套类零件的生产线建成（轴承内外环）；1969，第一条加工轴类零件的自动线建成（电动机转子轴）；1964后10年间，二汽，57条自动线，8000多台自动化制造设备；1973，集中力量研制NC,MC,CNC；1985，50多种，并远销国外；

1986，第一个FMS投入运行；863,robot,CIMS(清华，华中科大，北京一机床)1987后，引进10余套FMS富士数码相机组装工厂生产线superCCD制造车间第四节自动化制造系统的特点、适用范围及实现原则一.自动化制造系统的分类及其特点二.自动化制造系统的适用范围三.自动化制造系统的实现原则一、自动化制造系统的分类及其特点刚性自动化设备及系统

1.刚性半自动化单机除上下料外，机床可以自动完成单个工艺过程的加工循环，这样的机床称为刚性半自动化单机。机械或电液控制，多刀多面加工。刚性自动化单机增加自动上下料装置。刚性自动线刚性综合自动化系统一、自动化制造系统的分类及其特点柔性自动化设备及系统5.数控机床NC5.加工中心MC5.混合成组制造单元（采用GT原理布置加工设备，包括成组单机、成组单元和成组流水线）5.分布式数控系统DNC5.柔性制造单元FMC5.柔性制造系统FMS5.柔性制造线FML5.柔性制造车间5.计算机集成制造系统CIMS二、自动化制造系统的适用范围普通数控机床加工中心FMCFMSFML批量品种数二、自动化制造系统的实现原则产品设计方面通用化、系列化、标准化、模块化面向制造的设计，面向装配的设计采用先进的毛坯制备方法：精密铸造、精密锻造、冷挤压、精密轧制等少无切削工艺。工艺技术方面GT制造系统本身第五节自动化制造系统的评价指标一、自动化制造系统评价的特点二、自动化制造系统评价指标一、自动化制造系统评价的特点全面性完整性真实性尽量量化二、自动化制造系统评价指标生产率经济性质量可持续发展制造柔性可靠性自动化制造系统评价的六要素第六节系统工程技术与自动化制造系统方法论一、系统工程技术与方法概述二、自动化制造系统功能建模的基本概念三、自动化制造系统信息建模的基本概念四、人在自动化制造系统中的作用一、系统工程技术与方法概述定义问题因素分析目标选择方案设计模型设计定义问题最优化决策系统实施评价与改进二、自动化制造系统功能建模的基本概念一个好的建立功能模型的工具必须满足以下条件：能够从各个侧面全面描述系统系统描述简单明了，容易读懂，便于理解具有严格的建模规则，不会产生多义性所建立的模型应能够被用来进行系统的分析与设计模型可以借助于计算机来处理三、自动化制造系统信息建模的基本概念建立自动化制造系统信息模型的目的是为了全面描述和分析它的信息要求，为数据库设计和有关控制器设计提供必要的技术准备，以实现自动化制造系统内部以及与外部环境的全面信息集成。建立信息模型可采用各种方式：数据流程图（DFD

Data

Flow

Diagram）；实体联系图（E-R

entity

relation）；文字描述等。四、人在自动化制造系统中的作用监视系统运行状态随时排除系统的复杂故障完成机器无法完成的复杂工作完成机器不能经济性完成的工作在系统控制和调度中起主导作用随时调整系统运行参数第二章自动化制造系统的人机一体化设计与评价第一节：自动化制造系统的人机一体化基本概念第二节：自动化制造系统人机一体化总体设计

第三节：自动化制造系统人机一体化运行与维护第四节：自动化制造系统设计的人机工程评价第一节自动化制造系统的人机一体化基本概念一、人机一体化制造系统的定义20世纪80年代以来，AMS成为投资热点；早期，无人工厂；德国工程师协会，1990年，CIMS调查：30%来自“企业文化”美国AMRC和Yankee，1990年4月，CIMS调查：CIMS障碍70%来自人日本，1991年，丰田汽车公司，高度自动化装配厂

20世纪90年代中期，提出并形成人机一体化，发展适度自动化制造系统的新思想。定义：所谓人机一体化制造系统，就是人与具有适度自动化水平的制造装备和控制系统共同组成的一个完整系统，各自执行自己最擅长的工作，人与机器共同决策、共同作业，从而突破传统自动化制造系统将人排除在外的旧格局，形成新一代人机有机结合的适度自动化制造系统。二、自动化制造系统的人机一体化总体结构三个层面上实现一体化感知层面上的人机联合感知层面=人的五官+机器的信息显示系统控制层面上采用人机共同决策人+机器智能决策系统=人机联合决策控制

三种策略：①机主人辅；②人主机辅；③人机耦合执行层面上人机交互协作、取长补短，充分发挥各自优势三、自动化制造系统的人机一体化的设计方法和主要步骤主要步骤定义系统目标和作业要求系统作业要求包括的三个方面内容：要自动化制造系统做什么？系统设计结果的评价标准是什么？如何进行度量？主要步骤定义系统目标和作业要求逐步细化和完善人机一体化设计工作，应从以下方面考虑：制造系统加工对象、未来的使用者和运行环境目前同类制造系统的使用和操作方法使用者的作业需求确保制造系统目标实现时人对制造系统和环境的要求，及制造系统和环境对人的要求系统定义设计者与决策层人员一起做出重要决策（目标概念方案）定义系统的输入、处理功能和输出三、自动化制造系统的人机一体化的设计方法和主要步骤3.系统设计①功能分配②作业要求研究③作业分析与设计三、自动化制造系统的人机一体化的设计方法和主要步骤4.人机界面设计①系统总体布置与人的作业空间设计②信息交互中的人机界面设计③物料流处理中人机界面设计④系统运行维护中的人机界面设计三、自动化制造系统的人机一体化的设计方法和主要步骤作业辅助设计①适合制造系统特定要求的人员选择②制造系统操作人员的技能培训③其他辅助作业设计系统检验和评价三、自动化制造系统的人机一体化的设计方法和主要步骤第二节自动化制造系统的人机一体化总体设计一、自动化制造系统中人机功能特征比较人类感知与机器感知的比较人类思维和机器思维的比较人与机器执行能力的比较二、自动化制造系统中人机功能分配人机功能分配作为人机一体化系统人机界面设计的第一步，其过程是先根据系统的使用对象和加工范围，定义系统的基本功能，并按主要功能和子功能两个层次进行分解，然后根据人和机器的功能特征进行分配，并使已分配给任何机器的功能关系协调。三、自动化制造系统中作业空间设计（一）基本概念自动化制造系统的作业空间是指制造系统中各种制造设备本身及各种操作人员所占用的空间，包括加工设备、运输设备、工件及刀具存储、工具箱等所占空间以及作业人员操作空间、行走空间、检修空间、休息空间的总和。三、自动化制造系统中作业空间设计（二）人体测量数据及取用原则原则和步骤：确定对于设计至关重要的人体尺寸确定设计对象的使用者群体，以决定必须考虑的尺寸范围确定数据运用准则查找与定位群体特征相符合的人体测量数据表，选择有关的数据值建议尽可能使用近期测得的数据考虑人体测量数据的着装影响三、自动化制造系统中作业空间设计（三）操作空间设计坐姿操作空间站姿操作范围下肢及脚的操作范围三、自动化制造系统中作业空间设计（四）加工设备的布置于作业空间设计机器设备的平面排列布置纵向排列布置横向排列布置斜向排列布置机器设备的高度布置四、自动化制造系统中作业空间设计的仿真评价四、自动化制造系统中作业空间设计的仿真评价五、自动化制造系统的人机界面设计（一）信息流处理中的人机界面设计视觉显示装置的人机工程设计语音显示装置设计语音的清晰度语音的强度噪声环境中的语音通信操纵控制台的人机工程设计操纵装置的人机工程设计五、自动化制造系统的人机界面设计（二）物料流处理中的人机界面设计（三）系统运行维护中的人机界面设计六、自动化制造系统的作业人员岗位设置与技能培训自动化制造系统工作岗位人员：系统管理人员信息系统硬、软件技术人员机械和液压技术人员刀具调整人员夹具装调工工件装卸工巡视人员其他人员第三节自动化制造系统的人机一体化运行与维护一、自动化制造系统中的人机一体化运行机制人机交互界面作为一个独立的、重要的研究领域受到了世界各

计算机厂家的关注。并成为90年代计算机行业的又一竞争领域。从计算机技术的发展过程来看，人机交互界面技术还引导了相关软硬件技术的发展，是新一代计算机系统取得成功的保证。80年代已来，计算机的软件和硬件技术取得了较大的发展，同时，计算机的使用者也从计算机专家迅速扩大到了广大未受过专门训练的普通用户，由此极大地提高了用户界面在系统设计和软件开发中的重要性，强烈地刺激了人机交互界面的进步。人－计算机的交互作用是通过用户界面来实现的二、自动化制造系统中的作业安全要求自动化制造系统安全性保障措施：系统管理软件中应有安全防护的控制部分采用电子、电气和机械装置连锁防护在机器人、自动装夹设备、自动更换工件和刀具设备的工作区外， 设置安全防护围栏，钢丝网罩等机器人和其他自动运送设备的控制系统中，应设置有安全互锁装置， 防止停机检修时的意外启动和运转在有危险的设备和运动部件上设置安全标志，以提醒操作人员注意安全培训三、自动化制造系统监控作业中的疲劳预防对于脑力疲劳，可采取如下措施来避免：

1.使操作内容适当复杂化定期变换工作内容或作业岗位良好的作业环境(照明环境、噪声环境、振动、热辐射、有害物质及粉尘、气味等环境因素)四、自动化制造系统中的事故预防（一）事故的物理条件因素作业者与机器功能分配不当工具、作业场所等设计失误缺少必要的安全装置与防护装置物理环境对人造成的生理和心理压力（二）事故的人为因素（三）导致事故的人的行为因素训练与技能记忆疏漏（四）导致事故的人的生理与心理因素（性格/生理和生物节律/作业疲劳）第四节自动化制造系统的人机工程评价一、自动化制造系统设计人机工程评价内容对自动化制造系统设计目标定义的评价对自动化制造系统未来使用者群体特征的要求是什么？使用者对自动化制造系统的要求是什么？人机一体化制造系统自动化程度定位是否合适？自动化制造系统设计的期望目标与人机一体化原则的相符程度如何？一、自动化制造系统设计人机工程评价内容人机功能分配的评价人机功能分配前，是否充分比较和分析了人机各自功能特征？自动化制造系统的系统功能分解是否充分考虑了人的能力特征？人机功能分配是否合理？自动化制造系统运行中的人机功能能否实现最佳协调配合？一、自动化制造系统设计人机工程评价内容自动化制造人的作业要求评价自动化制造系统对人的作业要求是否与人的作业能力相匹配？作业内容是否超过人的生理、心理负荷极限？长时间静态或动态作业对人的生理、心理影响程度有多大？作业顺序安排是否与人的生理习惯相匹配？

小组化团队工作方式中，作业分配与动态调节是否在团队内能够达到平衡？团队成员的主观能动性和创造性能否得到充分发挥？一、自动化制造系统设计人机工程评价内容人机界面设计评价作业空间布置是否与人体测量数据相匹配？

作业姿势设计是否合理？工作中是否可改变作业姿势？是否有工间休息场地和足够的过道空间？

座椅及工具等辅助装置的设计是否充分考虑了人的生理和心理特点？显示装置的设计是否与人的感官能力特征相匹配？

操作装置的结构、布置、操作力大小、操作方式等是否与人的生物力学特征相匹配？

自动化制造系统运行的安全防护措施是否充分？安全防护装置是否设计合理？可靠性高否？一、自动化制造系统设计人机工程评价内容自动化制造系统运行与维护评价人的工作方便性和工效是否达到人机一体化设计的要求？运行状态下人的疲劳是否得到有效控制？作业与休息交替时间安排是否合理？系统检查与维修是否方便？紧急与意外事故处理的手段和措施是否易于人察觉和掌握？运行控制能否与人形成良好的人机一体化效果？二、自动化制造系统设计人机工程评价方法何谓人机工程评价？ａ等级：对策优先度高ｂ等级：要有对策ｃ等级：没有问题综合评价等级（３阶段）+541-3451-3--

+良

恶bba☆根据作业时的姿势和负荷的大小，对作业工程的肉体上的负担进行评价。姿势c恶负荷良高龄者x女子x高龄者x目的实现无论任何人都能够稳定的进行生产的作业环境（高龄者、女子、外部要员也能够持续的工作的工程创建）（疾病的低減）主要使用范围在生产现场中从事重复作业的作业者（线外的改善业务、项目业务和间接业务是属于对象外的）（像不足一天的产量的非良产的生产线也是对象外的）对作业负担进行客观的评价评价的思路评价的两个要素１．

姿势评价：使用每一天的累计时间对姿势的好

坏进行评价２．

负荷评价：使用单独以及每一天所处理的总重量对其进行评价评价的方法（步骤）①事前准备根据评价的实施日程，在事前填写对象生产线的前提条件②工程确认由班长在现场确认作业者的姿势与动作

（如有问题，就去③）③姿势评价通过「兔子跳法」测定作业姿势比率④负荷评价调查重物的作业以及负荷大的动作的操作力与频度⑤综合评价填写「人机工程评价表」进行综合评价。对策详细请参考下页评价的方法（姿势评价详细）何谓「兔子跳法」？时间Rabbit

jumping

locus☆通过在相同间隔的时间内进行作业观察，记录作业内容，把握实际所需的时间和内容的IE手法的一种。１．准备观测板和秒表、观察纸、笔记用具２．为了能够把握调查对象工程，每１０秒观察作业姿势约５０次并进行记录。（８～９分连续观测）３．根据姿势比率和负荷时间计算出作业姿势时间。人机工程：兔子跳观测 （姿势评价）工程名：填写的方法可以使用自己习惯的方法不一定是正规的字，用卌也可以!评价的方法（负荷评价详细）1.有重量物的时候，需要确认该零件的重量以及操作的频度（零件平均重量）×（生产台数）２．

对于操作力（台车或者加力矩）有作业者抱怨的情况，就需要确认操作力和频度。注

：

不单单是单品重量的评价，因为每１天的处理重量以及台车等的操作力也是作为评价的要素，因此在判断时要注意。负荷评价事例演习演习１：在内饰工程中，把１２ｋｇ零件先临时放置，然后再把零件安装在车体内。

（５００台/班的生产）演习２：在冲压工程中，搬运操作力１５ｋｇｆ的台车200次。演习３：在锻造工程中，全数搬运２２ｋｇ的零件并进行外观检查

（１００台/班的生产）演习４：在机械加工工程中，处理５ｋｇ的零件600次，处理１０ｋｇ的零件4００次。第三章自动化制造系统的组成第1节

自动化制造系统的常见类型第2节

自动化加工设备第3节

工件储运系统第4节

刀具准备及储运系统第5节

工业机器人第6节

质量控制和运行监控系统第7节

辅助设备第8节

控制与通信系统第一节自动化制造系统的常见类型一、刚性自动线控制系统自动化设备工件输送装置切屑输送装置自动化加工设备组合机床+专用机床多面、多轴、多刀同时加工---自动化程度、生产率高生产线布置上：加工设备按工件的加工工艺顺序排列一、刚性自动线工件输送装置生产节拍工件装卸工位、自动上下料工位、中间贮料装置、输送装置、随行卡具返回装置、升降装置和转位装置传送带：步伐式、链条式、辊道式切屑输送装置集中排屑方式（重力、离心力/大流量切削液冲洗/压缩空气吹屑/真空吸屑）刮板式、螺旋式等控制系统传统电气控制方式-----〉PLC刀具–人工安装、调整、实行定时强制换刀集中控制全线机床工件输送装置切屑输送装置曲拐加工自动线二、分布式数字控制Direct

Numerical

Control/Distributed

Numerical

Control早期：20世纪70年代初期：DNC---〉标志数控加工由单机控制向集中控制发展DNC最早的：一台中央计算机控制3-5台NC（只配置MCU）第二代：DNC-BTR若DNC通信受到干扰，NC仍可用原读带机独立工作现代：DNC-CNC中央计算机、CNC控制器、通信端口、连接电路系统检测（３Ｒ）／数据管理／系统监视三、柔性制造单元1—数控车床2—加工中心3—装卸工位4—龙门式机械手5—机器人6—加工中心控制器7—车床数控装置8—龙门式机械手控制器9—小车控制器10—加工中心控制器11—机器人控制器12—单元控制器13、14—运输小车FMC由1-3台NC或MC，工件自动输送或更换系统，刀具存储、输送及更换系统，设备控制器和单元控制器等组成。三、柔性制造单元1－刀具库2－换刀机械手3－托盘库4－装卸工位5－托盘交换机构三、柔性制造单元三、柔性制造单元四、柔性制造系统柔性制造系统(FMS)柔性制造系统（Flexible

Manufacturing

System）由两台或两台以上加工中心或数控机床组成，并在加工自动化的基础上实现了物料流和信息流的自动化。其基本组成部分有：自动化加工设备、工件储运系统、刀具储运系统和多层计算机控制系统等。1.自动化加工设备组成FMS的自动化加工设备有数控机床、加工中心、车削中心等，也可能是柔性制造单元。四、柔性制造系统工件储运系统FMS工件储运系统由工件库、工件运输设备和更换装置等组成。工件库包括自动化立体仓库和托盘（工件）缓冲站。工件运输设备包括各种传送带、运输小车、机器人或机械手等；工件更换装置包括各种机器人或机械手、托盘交换装置等。刀具储运系统FMS的刀具储运系统由刀具库、刀具输送装置和交换机构等组成。四、柔性制造系统４．多层计算机控制系统通常采用三层控制：单元层、工作站层和设备层５.辅助设备FMS可以根据生产需要配置辅助设备。辅助设备一般包括：①自动清洗工作站；②自动去毛刺设备；③自动测量设备；④集中切屑运输系统；⑤集中冷却润滑系统等。四、柔性制造系统131324511216111069111815147具有装配功能的柔性制造系统四、柔性制造系统柔性制造系统的主要特点：柔性高，适应多品种中小批量生产；系统内的机床在工艺能力上是相互补充或相互替代的；可混流加工不同的零件；系统局部调整或维修不中断整个系统的运作；多层计算机控制，可以和上层计算机联网；可进行第三班无人干预生产。五、柔性制造线自动化加工设备（数控机床、可换主轴箱机床）工件输送系统（传送带）刀具加工箱体类零件的柔性自动线六、柔性装配线装配站（可编程装配机器人、不可编程的自动装配装置、 人工装配工位）物料输送装置（传送带、换向机构）3.控制系统（全线控制：物料流向，自动装配站和装配机器人）七、CIMSCIMS是企业生产活动全过程中各子系统的完美集成，即

从市场预测、经营决策、计划控制、工程设计、生产制造、质量控制到产品销售等支持功能部门，合理地通过计算机网络联结成一个整体，以保证企业内部信息的一致性、共享性、可靠性、精确性和及时性，综合运用现代管理、信息、制造、自动化和系统工程等领域的技术，实现生产的自动化，达到高效率、高质量、低成本和灵活生产的目的。CIMS的组成CIMS由四个应用分系统和两个支撑分系统组成1.管理信息系统经营管理、物料管理、生产管理、人力资源管理2.工程设计自动化系统工程设计、分析和制造基本功能：①面向产品生命周期的建模②实现CAD/CAE/CAPP/CAM的集成主要功能模块计算机辅助设计与分析（CAD/CAE）计算机辅助制造（CAM）管理信息系统工程设计系统质量保制造

自动化系统数据库计算机网络证系统CIMS系统的基本组成第二节自动化加工设备一、组合机床组合机床特点工序集中，多刀同时切削加工，生产效率高采用专用夹具和刀具，加工质量稳定常用液压、气动装置对工件定位、夹紧和松开，实现工件装夹自动化常用随行夹具，方便工件装卸和输送更换主轴箱可适应同组零件的加工，具有一定柔性采用PLC控制，可与上层计算机通信机床主要由通用部件组成，设计、制造周期短，系统建造速度快二、一般数控机床柔性高自动化程度高加工精度高、质量稳定生产效率较高具有刀具寿命管理功能具有通信功能二、一般数控机床三、车削中心

车削中心比数控车床工艺范围宽，工件一次安装，几乎能完成所有表面的加工，如

内外圆表面、端面、沟槽、内外圆及端面

上的螺旋槽、非回转轴线上的轴向孔、径

向孔等。四、加工中心MC与NC区别？立式、卧式MC各适合何种零件加工？刀库一般在MC中位置？为何如此布置？换刀机械手类型，那种最普遍？MC刀具存取方式有哪几种，哪种是主要的？回转工作台是卧式MC实现何种运动的部件？B轴运动可作为哪两种 运动？回转工作台的两种结构形式分别如何定位？卧式MC可对几个面进行加工?带有卧—立式主轴的MC可对工件进行 几面加工？四、加工中心第三节工件储运系统一、工件储运系统的组成工件储运系统是自动化制造系统的重要组成部分，它将工件毛坯或半成品及时准确地送到指定加工位置，并将加工好的成品送进仓库或装卸站。存储设备运输设备辅助设备工件储运系统组成设备工件储运系统存储设备运输设备辅助设备工件进出站托盘站立体仓库自重传送料道传送带运输小车机器人及机械手滚道滑道托盘站立体仓库滚道滑道地面有空轨中单轨牵引式

自导式搬运机通器用人机专械用手机械手二、工件输送设备传送带步伐式传送带（输送箱体类工件或工件托盘）摆杆步伐式传送带（具有刚性棘爪和限位挡块，位置准确，输 送速度较高）链板履带式传送带（一节节带齿链板连接而成，靠摩擦力传送 工件）托盘及托盘交换装置托盘：实现工件自动更换，缩短辅助时间，托盘是工件和夹具与输送设备和加工设备之间的接口，箱式和板式两种类型；托盘交换装置：是ＭＣ与工件输送设备之间的连接装置，回转式和往复式。二、工件输送设备运输小车有轨小车（RGV）ＲＧＶ有何种驱动方式？RGV靠什么实现导向？前面销杆除导向作用外还有何作用？–有轨小车的特点是：①加速和移动速度都比较快，适合运送重型工件；②导轨固定，行走平稳，停车位置比较准确；③控制系统简单，可靠性好，制造成本低，便于推广应用；④行走路线不便改变，转弯角度不能太小；⑤噪声较大，影响操作工监听加工状况及保护自身安全。二、工件输送设备运输小车自动导向小车（AGV）ＡＧＶ是一种无人驾驶的，以蓄电瓶驱动的物料搬运设备，其行驶路线和停靠位置是可编程的。AGV的结构（运输小车、地下电缆和控制器）AGV的自动导向路径寻找磁感应AGV自动导向原理图MMMM12344321R自动化物料输送系统三、工件存储系统—自动化立体仓库概述自动化立体仓库的主要特点：①利用计算机管理，物资库存账目清楚，物料存放位置准确，对自动化制造系统物料需求响应速度快；②与搬运设备衔接可靠及时供给物料；③减少库存量，加速资金周转；④充分利用空间，减少厂房面积；⑤减少工件损伤和物料丢失；⑥可存放的物料范围宽；⑦减少管理人员，降低管理费用；⑧耗资较大，适用于一定规模的生产。自动化立体仓库的组成（库房、货架、堆垛起重机、外围输送 设备、自动控制装置等）自动化立体仓库三、工件存储系统—自动化立体仓库堆垛起重机堆垛起重机可采用有轨或无轨方式堆垛机上有货格状态检测器自动化立体仓库的管理与控制货物的自动识别与存取计算机管理计算机控制堆垛起重机自动化物料存储系统第四节刀具准备及储运系统一、概述刀具准备与储运系统为各加工设备及时提供所需要的刀具，从而实现刀具供给自动化，使自动化制造系统的自动化程度进一步提高。刚性自动线中刀具的更换是定时强制换刀，由调整工人进行。刀具供给部门准备刀具，并进行预调。FMS中随着被加工零件的变化和刀具磨损、破损，需要进行定时强制性换刀和随机换刀。二、刀具准备及储运系统的组成刀具组装台刀具预调仪刀具进出站中央刀库机床刀库刀具输送装置刀具交换机构刀具计算机管理系统三、刀具预调仪三、刀具预调仪四、中央刀库第五节工业机器人一、概述工业机器人是一种可编程的多功能操作器，用于搬运物料、工件和工具，或者通过不同的编程以完成各种任务的设备。–机器人和机械手的主要区别是什么？–工业机器人有：①焊接机器人②喷漆机器人③搬运机器人④装配机器人二、工业机器人的结构工业机器人组成：主构架（手臂）手腕驱动系统测量系统控制器传感器三、工业机器人的分类按坐标形式分直角坐标型圆柱坐标型极坐标型关节型按控制方式分点位控制连续轨迹控制按信息输入方式分人操作机械手固定程序机器人程序控制机器人可变程序机器人示教再现机器人智能机器人工业机器人第六节质量控制和运行监控系统一、概述检测与监控运行状态检测与监控加工过程检测与监控储运设备加工设备工件/刀具控制装置环境工件精度刀具磨损破损工艺过程检测与监控的对象二、工件尺寸精度检测与监控–在线检测在加工过程中或在加工系统运行过程中对被测对象进行的检测称为在线检测。–离线检测在加工后脱离加工设备对被测对象进行的检测称为离线检测。离线检测设备：CMM，测量机器人和专用检测装置。（一）三坐标测量机三坐标测量机是一种检测工件尺寸误差、形位误差以及复杂轮廓形状的自动检测装置。它可以单独使用或集成到FMS中，与FMS的加工过程紧密耦联。三坐标测量机的结构特点立式CMM一般是龙门结构，卧式为悬臂结构。

CMM的工作台、导轨、横梁多用高质量的花岗岩组成，许多采用气浮支撑。CMM测量头精度非常高，形式多种。三坐标测量机的工作原理和数控机床类似（一）三坐标测量机（二）有自动测量功能的数控机床具有自动测量功能的NC和CMM在工作原理上没有本质

区别。将测量头安装在机床主轴或刀架上，就能象CMM一样工作。在NC上进行测量有如下特点：不需要昂贵的CMM，但会损失机床的切削加工时间；可以针对尺寸偏差自动进行机床及刀具补偿，加工精度高；不需要工件来回运输和等待。（二）有自动测量功能的数控机床（三）测量机器人机器人测量具有在线、灵活、高效等特点，特别适合于FMS中工序间和过程测量。直接测量要求机器人具有高的运动精度和定位精度，因而造价较高。间接测量又称辅助测量，在测量过程中机器人坐标运动是辅助运动，其任务是模拟人的动作，将测量工具或传感器送至测量位置。三、刀具磨损和破损的检测与监控常用的检测与监控方式如下：功率检测声发射检测学习模式力检测四、自适应控制自适应控制与一般反馈控制的区别在于它能随着环境条件和过程参数的变化自行调整或修改控制参数，使被控对象或过程达到预期的目标。

自适应控制分为约束型自适应控制ACC和优化型自适应控制ACOACC的控制参数受到限制，目标控制量预先给定，并可直接测量，如切削力、切削功率。ACO是给定目标函数，如最低生产成本和最少工时，根据优化目标函数和影响过程的参数（如刀具磨损的速度）来确定控制参数（进给量和切削速度）五、环境及安全监测电网的电压及电流值监测空气的温度和湿度监测供水、供气压力和流量监测火灾监测人员安全监测第七节辅助设备一、清洗站

清洗机有许多种类、规格和结构，但一般按其工作是否连续分为间歇式和连续通过式。

有些ＡＭＳ不使用专门的清洗设备，切削加工结束后，在机床加工区用高压切削液冲洗。一、清洗站二、去毛刺设备机械法去毛刺振动法去毛刺喷射法去毛刺热能法去毛刺电化学法去毛刺二、去毛刺设备三、切屑和切削液处理切屑排除靠重力或刀具回转离心力将切屑甩出，靠切屑的自重落到机床下面的切屑输送带上。用大流量切削液冲洗加工部位，将切屑冲走，然后用过滤器把切屑从切削液中分离。采用压缩空气吹屑。采用真空吸屑。三、切屑和切削液处理切屑输送平板链式切屑输送机刮板式切屑输送机螺旋式切屑输送机切屑分离将切屑连同切削液一起排送到切削站。切屑和切削液一起直接送入沉淀池，然后用输屑装置将切屑运出池外第八节控制与通信系统一、多层计算机控制工厂层车间层单元层–排序和调度/工件和刀具的储运系统调度与控制/刀具管理/控制数据分配/系统监控/故障诊断/绘制加工过程运行图设备层二、PLC控制程序可变，具有很好的柔性工作可靠性高，适用于工业环境功能完善易于掌握、便于修改体积小，省电价格低廉第四章自动化制造系统的总体设计第一节系统的可行性论证第二节系统分析及系统类型的选择第三节总体设计的内容及步骤第四节零件族的确定及工艺分析第五节总体布局和设备配置设计第六节自动化制造系统的控制与生产管理第七节自动化制造系统的可靠性分析第一节系统的可行性论证一、可行性论证的意义

可行性论证是用户建造自动化制造系统前所进行的技术性和经济性分析报告，是企业决策层审定和批准立项的基本依据。可行性论证要客观、真实地反映企业对实施自动化制造系统的需求，论证的结论必须是可行的。二、必要性分析可行性论证要解决两个方面的问题，一是项目实施的必要性，它说明项目对企业的发展是必要的；另一方面是项目的可行性，它说明在现有的条件下或经过一定的努力项目是可能实现的。现实的必要性预见的必要性三、建立自动化制造系统的目标建立自动化系统应考虑的因素：自动化制造系统所加工的产品及零件的品种覆盖率自动化制造系统的规模和年生产能力自动化程度及水平总目标可行性论证应有四方面的要求：有明确的定量目标要明确责任和活动范围能提出约束条件是客观的需要TQCSE四、制定自动化制造系统的技术方案确定加工工艺方案选加工设备确定工件输送及管理系统方案确定刀具输送更换及管理系统方案确定必要的清洗、测量、切削液的回收、切屑清除及其它特殊处理设备的配置确定系统控制结构及配置方案确定数据管理系统方案确定通信网络方案四、制定自动化制造系统的技术方案在确定自动化制造系统的技术方案时，需要注意以下问题：必须坚持走适合我国国情的自动化制造系统发展道路自动化程度低企业管理方式落后职工素质急需提高始终坚持需求驱动、效益驱动的原则加强关键技术的攻关和突破重视管理注重系统集成效益注重教育与人才培训五、投资概算按技术方案，分别就各种设备、计算机系统、软件配置、软硬件设备 开发/制造、土建及培训费用等进行分类概算。投资可行性论证是自动化制造系统总体方案及其实施的重要约束条件。2.自动化制造系统投资一般来源于企业自筹资金、技术改造费或是贷款。资金来源的可靠性、投资方式、回收期以及还贷能力均须详细论证。2.投资分析不仅包括自动化制造系统加工设备的投资，还应有辅助工程投资，如刀具、托盘、工装、配套件、车间级支持软件环境、规划设计及验收费用等，均需落实。2.投资论证的准确度一般控制在总投资的10%左右，并且要阐明专项费用的使用管理制度，以保证投资的有效使用。六、效益分析主要的效益预计指标：缩短零件制造周期降低废品率减少工装费用减少试切及其他方面可能减少的工时费用提高机床利用率因减少在制品和库存而节省的费用提高人均劳动生产率提高产值及利润七、系统实施计划根据企业生产经营状况，资金筹集的可能性，承制单位的情况等，规划自动化制造系统项目实施的各工作阶段。八、可行性分析经济可行性产品市场分析项目投资分析运行及维持费用分析投资效益分析八、可行性分析技术可行性加工对象和成组技术分析加工工艺和加工设备分析系统的柔性和扩充能力分析物流线路和平面布局分析系统控制与生产管理系统分析系统的集成性分析其他八、可行性分析运行可行性企业外部环境分析企业内部环境分析可能利用的社会技术资源分析新建系统的社会影响分析其他九、可行性论证报告可行性论证经过以上一系列分析之后，最终应以书面报告的形式提交其论证结论，作为企业领导决策参考和将来进一步开发的依据。系统可行性论证报告一般应包括企业现状和运行

环境分析、建立系统的基本目标、系统的初步逻

辑模型、系统的初步技术方案、系统投资估算及

对人力与物力的需求分析、建立自动化制造系统

的必要性与可行性论证、系统建立的风险因素等，最后给出明确的结论与建议。第二节系统分析及系统类型的选择一、系统分析

系统分析是开发自动化制造系统的一个重要阶段，是建立系统模型的第一步。

目标分析是系统分析的首要进行的工作，包括对企业的发展目标和拟建立的自动化制造系统要达到的目标进行分析。

产品和零件分析是系统分析的一项重要内容，是新建自动化制造系统在设计、选型、设备购置和投资估算的重要依据。

通过对企业和系统的目标、产品和零件的制造类型以及零件的工艺特征进行分析后，应提出对新建自动化制造系统的功能和性能需求。二、自动化制造系统类型选择的意义和原则根据生产批量和生产方式选择根据零件的形状结构选择根据用户资金情况选择根据工厂的现状及发展规划选择根据自动化制造系统的目标选择第三节总体设计的内容及步骤一、总体设计内容零件族选择制定加工方案建立系统的功能模型和信息模型确定设备类型及配置，进行系统总体平面布局确定物流系统方案、控制系统方案、质量控制及监控方案计算机通信网络及数据库管理系统的设计辅助装置的确定对系统配置及运行方案进行计算机仿真以确定最佳方案对系统进行可靠性分析对系统进行风险分析和经济效益评估等二、总体设计的步骤组织队伍，明确分工选择加工零件类型和范围，进行工艺分析、制定工艺方案、确定 设备类型按功能划分设计模块，初步制定技术指标和各自的接口，同时进 行概要设计和初步设计总体方案初步设计总体组讨论初步形成的总体布局及各分系统的概要设计方案进行仿真分析，确定刀库容量、托盘缓冲站数量等参数组织专家评审总体设计方案文档撰写第四节零件族的确定及工艺分析一、成组技术

成组技术就是将企业生产的多种产品、部件和零件按照特定的相似性准则分类归族，并在分类的基础上组织产品生产的各个环节，从而实现产品设计、制造工艺和生产管理的合理化。图1-17成组技术基本原理重复使用原则：◆资源重复使用，降低生产成本；作业熟练程度增加，提高生产率。产品部件零件零件组A1A

B

CA2

A3

B1

B2

C1

C2C3C4将多种零件按其相似性分类成组，人为扩大生产批量GT工作原理一、成组技术（一）机械类产品中零件的统计规律联邦德国亚琛（Aachen）工业大学1960-1961年曾对机床、发动机、矿山机械、纺织机械和军械等26个不同性质的企业选取了45000种零件，进行分析研究。结果表明，任何一种机械类产品的零件组成如下：第一类：复杂件或特殊件（5%-15%）第二类：相似件（70%）第三类：简单件或标准件（20%）机械类产品的零件组成名称类别粗分类类名称类别细分类0

轮盘类0盘盖1

回环套类转1防护盖2

销杆轴2法兰盘3

零齿轮类3带轮4件异形件4手轮5专用件非5离合器6回杆条类6分度盘7转板块类7滚轮类8零座架类8活塞9件箱体类9其它回转类零件的形状及加工码外内平平面面外部内部平面辅形状形状曲面助加工加工加工孔基

功 基

功

成本

能 本

能

形形

要 形

要

刻状

素 状

素

线辅助码材原始料形状毛

坯热主要尺寸精直理宽度处径长或

度度非回转类零件形状及加工码图1-219JLBM-1分类编码系统φ24070图1-22压盖零件编码（001021103050736)0.80.83.2其余（二）成组技术的实质成组技术是机械制造过程中一种先进的科学的生产和组织

管理方法，它旨在识别和开发机械制造过程中各环节诸种信息间的相似性，采取适当的组织形式和先进技术，实现其工作的合理化、科学化，使多品种、中小批和单件生产的企业获得较好的经济和社会效益。零件相似性结构相似性材料相似性工艺相似性形状相似基本形状相似、形状样式相似及其分布规律相似尺精材毛热加工夹测寸度料坯处工序具量相相种形理方顺相方似似类式相法序似法相相似与相及似似设似量备具相相似似零件相似性的组成零件的相似性（三）成组技术的应用与发展产品设计方面制造工艺方面生产组织管理方面1）加工单元组织形式图1-24成组单元布置形式加工单元设计a）机群式布局GGGDDMM进出料口LLLL①成组单机②成组单元③

成组流水线

L

L④

成组柔性制造系统

AAMMLLLMM

Db）成组单元布局DGGA出料口进料口自动仓库工厂计算机中央计算机物流控制计算机信息传输网络工夹具站加工单元1加工单元2加工单元n运输小车图1-25FMS国外发展：成组技术20世纪50年代提出至今已经经历了50年左右的发展和应用。

20世纪50年代中期，前苏联米特凡诺夫教授提出了较为完整的体系，1959年出版《成组工艺科学原理》。20世纪50年代末60年代初，成组技术传入东欧和西欧各国

20世纪60年代以后，日本，1968～1976年，逐步开发5个零件分类编码系统（KC-1、2及KK-1、2、3）；

20世纪80年代以来，单元技术发展-〉CIMS发展，仍以相似性原理划分的零件族为基础。成组技术：

CAD/CAPP/CAM/FMS的重要基础.国内发展：20世纪60年代初，纺织机械、飞机、机床及工程机械等机械制造业中推广应用成组技术。十年文革，停滞。改革开放后，成组技术受到重视。原机械部设计研究院负责组织研制全国机械零件分类编码系统JLBM-1。1986年11月召开全国成组技术研究会第三届学术讨论会。三、影响零件族确定的因素零件类型零件尺寸大小加工精度材料硬度装夹次数生产批量四、零件选择方法1.人工挑选法由经验丰富的人根据蓝图和工艺路线来选择

2.计算机自动选择法按成组技术的原理，以计算机为工具，建立数学模型和相应的算法，自动从众多零件中挑选合适的。五、零件工艺分析工艺分析的要点：工序的集中性工序的选择性成组技术原则切削参数的合理性工艺分析的基本步骤：

分析产品工艺要求（零件形状及结构特点/零件轮廓尺寸范围/零件加工精度/材料硬度及可切削性/装夹定位方式/现行工艺及特点）进行工序划分（先粗后精／一装多面／少刀多面／负荷均衡）选择工艺基准（基准统一/便于装夹/不影响其他加工面/机外预加工）其他第五节总体布局和设备配置设计一、设备配置设计1.设备选择的基本原则①质量②效率③柔性④成本⑤其他一、设备配置设计2.机械设备的配置①机械加工机床②工件装卸站③工件检测设备④其他工作设备一、设备配置设计物料贮运系统的设备配置①物料搬运设备AGVRGV传送带和悬挂式输送装置机器人或机械手其他搬运设备②物料的缓冲存储③存储二、总体平面布局设计平面布局设计的目标、依据及基本原则①目标实现和满足生产过程的要求较高的生产效率和合理的设备利用率合适的柔性②进行设备平面布局设计的依据主要有：自动化制造系统的功能和任务零件特征和工艺路线设备的种类、型号和数量车间的总体布置工作场地的有效面积等二、总体平面布局设计平面布局设计的目标、依据及基本原则③原则物料运输路线短保证设备的加工精度确保安全作业方便便于系统扩充便于控制与集成二、总体平面布局设计2.平面布局设计的基本形式一维布局二维布局三维布局第五章自动化制造系统各分系统的设计第一节加工设备选择第二节工件储运及管理系统方案设计第三节刀具储运及管理系统方案设计第四节作业计划与调度系统设计第五节检测与监控系统设计第一节加工设备选择一、自动化制造系统对加工设备的要求工序集中质量生产率柔性成本易控制性二、选择加工设备的内容和原则选择加工设备的类型选择加工设备的规格工作台行程范围主轴电机功率与转矩转速范围最大工件直径其他技术参数3.选择加工设备精度定位精度与重复定位精度铣圆精度其他精度指标应注意有关验收的问题工步间检测装置选择数控系统选择数控系统时考虑与外部支持软件相适应根据数控机床的使用指标选择数控系统根据性能要求选择数控系统功能同一个自动化制造系统中各台加工设备的控制系统尽可能一致，以方便使用与维护。5.选择刀具形式、自动换刀装置及机床刀库尽量选用结构简单和可靠性高的ATC机床刀库的容量以满足一个独立的复杂加工程序对刀具的需要为原则选用刀具预调仪慎重选择刀柄、刀具及附件选择特殊订货项目注意配套性自动交换工作台选择回转工作台的联动在不同机床上通用的附件，应从全局第二节工件储运及管理系统方案设计一、工件输送系统输送系统型式选择直线型、环型、网型、树型工件输送设备的选择步伐式输送带、空中或地面有轨运输车、自动导向小车、驱动辊道、地链式有轨车二、自动化仓库仓库形式的选择自动化仓库一般分为立体库和平面库。立体仓库布局形式的选择立体仓库布局形式的选择主要与仓库的存储数量、进出库频率、系统的总体布局、外部设备以及存放物料的规格等有关。三、工件储运管理系统功能物流系统的控制AGV的管理交通管制车辆调度系统监控自动化仓库的管理台帐管理库存管理货位管理一、刀具储存策略信息化技术在制造业中的应用不断深化；刀具、切削技术在制造业中的重要作用日益显现；企业中非核心业务的分离受到重视；制造业中生产活动外置与服务外包正在成为发展趋势。制造业的发展需要现代刀具管理技术第三节

刀具储运及管理系统方案设计专业化的刀具管理是刀具行业升级转型的结果切削技术进入快速发展时期，切削效率成倍提高，成为制造业发展的基础工艺和关键技术；刀具新产品、新材料、新涂层、新工艺快速发展；刀具应用技术的重要性突出；刀具供应商向服务供应商转型，提供专业化的刀具管理正在成为核心业务。刀具行业的发展使现代刀具管理成为专业化的产品加工费制造成本一般管理费刀具费1%~2%降低成本100%制造成本 降低刀具费

使用最新刀具切削加工的成本模型分析发生在企业里与刀具相关的费用和对制造成本的影响1.刀具的直接成本:买刀的费用二、刀具管理的重要作用2.刀具的间接成本：用刀和管刀的费用包括采购、储存、组装、调试、重磨、重涂等环节所发生的人员工资、房屋和设备折旧等费用，还包括多余采购所占用的资金成本和不合理使用造成的浪费。要占制造成本的15%~30%，远远超过刀具的直接成本。刀具的间接成本1.刀具的直接成本占制造成本4%2.刀具的间接成本占制造成本30%，包括：安全的库存量刀具准备涂层和其它外协加工刃磨机床和计算机购置人员工资消耗品房屋租金和保险费差旅费人员培训费质量认证、审计费刀具管理的功能第一，基本功能降低刀具使用和管理发生的间接费用是刀具管理的基本功能，包括：降低刀具的库存，减少冗余的刀具，提高刀具的利用率；在刀具供货中引入市场机制；减少对人员、资金、设备、厂房的占用；减少备刀、调刀的差错。基本功能：节省开支减少浪费第二，高级功能提高加工效率及刀具应用水平是刀具管理的高级功能，包括：服务工艺创新；选择更好的刀具，更佳的切削参数，减少随意性；提供应用技术；提高加工效率，保证加工质量；提高数控机床的利用率5%~50%；分析与监督的作用。高级功能：增加效益三、刀具管理系统的基本要求和不同模式对刀具管理系统的四个“正确”的要求这四个“正确”是：

“把正确的刀具，以正确的数量，在正确的时间送到正确的地点。”根据这四个要求，刀具管理系统必须能产生正确的刀具信息并对信息进行正确的管理。一个完整的刀具管理系统有两部分组成

一部分是在产品设、工艺编制和NC编程阶段产生正确的刀具清单和调刀图，对系统的主要要求是：

1.具备与CAD、CAM、CAPP、ERP等工程系统的接口；在刀具数据库里有足够的刀具纪录供调用；产生刀具清单；提供刀具2D图纸供制造或调刀用；提供3D造型供切削模拟；支持工艺创新，反映行业特点；提供刀具的应用技术。

另一部分应用在产品制造阶段，对刀具进行正确的使用和物流管理，其主要的要求是：跟踪刀具的位置；管理刀具的库存；管理刀具的调试信息；反映刀具的使用信息；管理刀具的维护；分析、评估刀具管理的效果（刀具费用、刀具利用率、刀具寿命统计、操作者的

用刀水平等）。有两大类的刀具管理模式一类是以刀具物流管理为主的模式通常它是由刀具供应商或工程软件公司提供自动仓储柜并负责管理刀具的领用、归还、库存的补充、及费用的核算等管理。特点是：建立容易，灵活方便，一定程度上也能起到省人、省事、省地、省钱的效果，但总体上属局部的物流管理，对提高刀具的加工效率、保证加工质量作用不大。在美国、德国推广较快。自动仓储柜的例子另一类是刀具一体化管理模式这种模式集成了工程开发阶段和物流管理阶段的功能，可实现这两部分信息数据的交换和共享。特点是：工程开发阶段的信息为后面的制造及物流管理提供附加的增值，而制造及物流过程中的使用效果和切削参数的调整等信息可反馈到工程开发阶段，供技术经济分析使用，两者互相促进，实现刀具的最优化配置。产品工程开发阶段刀具使用与物流阶段一体化刀具管理的例子西安易博软件公司的一体化刀具管理系统四、刀具管理系统的发展趋势第一、增强刀具管理系统的刀具专业技术和工艺创新的功能提供必要的刀具应用技术；增加工件材料可加工性的信息；要反映行业的特点；配刀方案的技术经济分析：加工的效率、加工的质量、加工的成本。高速旋转刀具的动平衡技术高速旋转刀具的装夹技术高速旋转刀具的安全技术汽车行业专用刀具多模具行业的型腔加工要求提供走刀策略航空航天工业的铝合金整体构件的高速加工加工波音F/A-18E/F战斗机的控制系统的安装板工夹具数：53→6加工时间：1028小时→43.9小时零件数：44→6重

量：10磅→9磅成本降低：73%第二、发展刀具外包管理的模式

1.符合制造业发展的大方向；可取得较好的效果；局部的单项的外包较适合单件、小批量的生产方式；全面的外包较适合大批量流水线的生产方式。第三、刀具的编码与ISO13399标准的接轨它是一个关于描述刀具的标准而不是刀具的标准第四、关注ISO

14649(STEP-NC)标准第四节

作业计划与调度系统设计—

上层的生产作业计划生产作业计划分为厂级作业计划和车间内部生产作业计划。厂级作业计划是把全厂任务和出产进度具体落实到车间。车间内部生产作业计划则是把车间的生产任务

和出产进度具体落实到工段、班组以至每个工人。他们的编制方法基本相同。其编制方法主要取决于车间生产组织形式和生产类型。二、自动化制造系统的生产作业计划

单元控制器是整个自动化制造系统的总体控制机构，其主要任务是：零件加工的排序与生产调度管理

零件装卸站在什么时候装载什么零件、零件在系统内加工的先后次序及何时由何设备完成相应工序的加工进行控制。设备运行的调度方案

对系统内所有制造资源的管理，如调度物料运输装置在需要时将物料从指定地点运送到指定目的地，安排特定设备完成某个零件某道工序的加工、检测和清晰等任务。实时监控系统的运作状态

提供与保存系统各设备和在线零件、托盘、刀具等的最新状态信息，对故障作出报警或者自动处理

（4）系统信息管理

保管系统所需的各种信息资料，如系统设备的基本数据、零件特征、制造工艺、切削参数、数控程序、质量要求、生产任务等。还要收集整理生产过程中的各种统计报表，以供各级管理人员查阅、参考。

（5）信息通信这是系统集成的重要基础，通过通信系统可以接受生产管理部门下达的生产任务及修改命令，接受技术部门的零件加工工艺、质量要求、数控程序等信息。系统产生的各种统计数据也要通过通信功能向上传输。出来上述对外通信外，通信功能还要负责系统内各级控制器之间的信息传递。

（6）其他如系统运行仿真、单元控制器的运行管理等。生产作业控制是对产品生产的数量和进度的控制（一）生产调度生产调度是以生产作业计划为依据，对企业日常生产活动进行控制和调节的工作，即对生产作业计划执行过程中已出现和可能出现的偏差及时了解、掌握、预防和处理，保证整个生产活动协调地进行。1、生产调度工作的主要内容：控制生产进度和在制品流转；督促有关部门做好生产准备和生产服务；检查生产过程中的物资供应；督促设备的运转；合理调配劳动力；调整厂内运输；组织厂部和车间的生产调度会议；做好生产完成情况的检查、记录、统计分析工作。三、自动化制造系统的调度2、生产调度工作原则：计划性。保证生产作业计划规定的任务和进度。对实际与计划的偏差，采取措施予以克服，必要时对原计划进行调整和补充。统一性。各级调度部门根据生产作业计划和上级指示行使调度权力，下一级生产单位和同级的有关职能部门必须坚决执行。预见性。积极采取措施预防或缩小生产作业计划中可能发生的偏差和障碍造成的影响。及时性。生产调度部门对生产中出现的有关问题及时采取措施解决，避免造成损失。

调度工作技术设备:如专用信号装置、调度电话、无线传呼机、工业闭路电视、电子计算机等。单件小批生产类型企业的期量标准①产品生产周期图表②生产提前期③产品劳动量日历分配图表

在产品生产周期图表的基础上，按时间定额等资料汇总得到。产品生产周期图表是单件小批生产最基本的期量标准，它规定各工艺阶段的提前期、生产周期及其相互街接关系等内容。四、自动化单击的生产计划与调度第五节检测与监控系统设计一、检测与监控系统的组成•

(1)把各种非电量信息转换为电信号,这就是传感器的功能,传感器又称为一次仪表。

(2)对转换后的电信号进行测量,并进行放大、运算、转换、记录、指示、显示等处

理,这叫作电信号处理系统,通常被称为二次仪表。非电量检测系统的结构形式如图•图非电量检测系统的结构形式被测对象传感器信号

调理

多路模拟

开关取样保持检测系统

功率放大激励装置

低通滤波A/D显示RAMCPUROM键盘计算机总线D/A计算机检测系统基本组成框图二、运行状态检测与监控自动化制造系统运行状态通常包括：1.刀具信息2.机床状态信息3.系统运行状态信息4.在线尺寸测量信息5.系统安全情况信息6.仿真信息二、工件尺寸精度检测□无论采用何种检测方法，都会有测量误差，造成误判□工件尺寸的检测方法通常有两类:用通用量具或仪器检测：GB/T

3177-1997此方法能检测出工件的实际尺寸，便于对产品质量进行过程控制。适用于单件小批量生产，但检测效率较低。用光滑极限量规检测：GB/T

1957-1981此方法只能判断被测工件尺寸是否在规定的极限尺寸范围之内，而不能测出工件的实际尺寸适用于成批大量生产，但用该法检验方便、效率高。误收误废

普通计量器具——指带有刻度的变值测量器具，如游标卡尺、千分尺及车间使用的比较仪等。这类量仪通用性强，使用范围广，一般采用两点法测量工件的实际尺寸。□用普通计量器具检验工件，要解决好三个问题：一、是如何根据被检工件的公差，选择适当的计量器具？二、是如何根据被检工件的公差及工艺状况等，确定合适的验收方式及验收极限。三、是如何对验收质量作出评价，即根据A/u1计算误收率m和误废率n。四、刀具磨损和破损的监控

1刀具监控的现状和意义

刀具磨损在机械加工中是一种普遍存在的现象，刀具的磨损与磨损状态直接影响着机械加工的精度、效率及经济效益，研究刀具磨损可以大大提高机械加工效率，降低加工成本，具有较大的经济效应。刀具磨损的监测是柔性制造系统研究工程的一个重要课题。

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