生产自动化技术.ppt

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1、 TQCSE模型 nT表示时间(Time)，nQ表示质量(Quality)，nC表示成本(Cost)，nS表示服务(Service)，nE表示环境友善性(Environment)。分析上述生产模式的发展历史和发展趋势，可以看出，制造自动化的历史和发展可分为五个台阶。 刚性自动化单机刚性自动化单机刚性自动化系统刚性自动化系统数控机床数控机床加工中心加工中心自适应控制机床自适应控制机床工业机器人工业机器人计算机数控计算机数控分布式数控分布式数控DNC柔性制造单元柔性制造单元柔性制造系统柔性制造系统柔性自动线柔性自动线柔性自动化水平1870年50年代初60年代中80年代初90年代中第一阶段第一阶段第

2、二阶段第二阶段第三阶段第三阶段第四阶段第四阶段未来发展未来发展计算机集成计算机集成制造系统制造系统CIMS智能集成智能集成自动化自动化制造系统制造系统时间机械控制机械控制电液控制电液控制数字控制数字控制计算机控制计算机控制计算机分布式计算机分布式递阶控制递阶控制计算机计算机智能控制智能控制1. FMS的分类的分类 按规模大小，按规模大小，FMS可分为如下三类。可分为如下三类。 1）柔性制造单元（柔性制造单元（FMC） FMC如图，由单台带多托盘系统的加工中心或如图，由单台带多托盘系统的加工中心或3台以下的台以下的CNC机床组成，具有适应加工多品种产品的灵机床组成，具有适应加工多品种产品的灵活性

3、。活性。n2）柔性制造系统（）柔性制造系统（FMS） 通常包括通常包括3台以上的台以上的CNC机床机床（或加工中（或加工中心），通过集中的心），通过集中的控制系统及物料系统控制系统及物料系统连接起来，连接起来，可在在不停机情况下实现可在在不停机情况下实现多品种、中小批量多品种、中小批量的加的加工管理。工管理。 是使用柔性制造技术最具代表性的制造自动是使用柔性制造技术最具代表性的制造自动化系统。值得一提的是由于装配自动化技术远远化系统。值得一提的是由于装配自动化技术远远落后于加工自动化技术，产品最后的落后于加工自动化技术，产品最后的装配工序装配工序一一直是现代化生产的一个直是现代化生产的一个瓶颈

4、问题瓶颈问题。研制开发适用。研制开发适用于中小批量、多品种生产的高柔性装配自动化系于中小批量、多品种生产的高柔性装配自动化系统，特别是统，特别是柔性装配单元（柔性装配单元（FAC）及及相关设备相关设备已已越来越广泛地引起重视。越来越广泛地引起重视。 n3）柔性制造线（柔性制造线（FML）n 是处于非柔性自动线和是处于非柔性自动线和FMS之间的生之间的生产线，对产线，对物料系统的柔性要求低于物料系统的柔性要求低于FMS，但生产效率更高但生产效率更高。如图所示为加工。如图所示为加工244FM摩托车发动机气缸的柔性制造线摩托车发动机气缸的柔性制造线 。n2. FMS的应用的应用 从加工领域看，现在的

5、从加工领域看，现在的FMS不仅能不仅能完成机械完成机械加工加工，还可应用于，还可应用于饭金加工、锻造、焊接、装配、饭金加工、锻造、焊接、装配、铸造和激光、电火花等特种加工，以及喷漆、热铸造和激光、电火花等特种加工，以及喷漆、热处理、注塑和橡胶模制造等处理、注塑和橡胶模制造等加工领域。加工领域。 从生产产品看，现在的从生产产品看，现在的FMS已不再局限于已不再局限于汽汽车、机床、飞机、坦克、火炮、舰船、拖拉机车、机床、飞机、坦克、火炮、舰船、拖拉机等等产品的制造，还可用于产品的制造，还可用于计算机、半导体、木制产计算机、半导体、木制产品、服装、食品品、服装、食品/饮料以及医药和化工等饮料以及医药

6、和化工等产品的产品的生产。生产。 据统计，据统计，1994年初年初，世界各国已投入运行，世界各国已投入运行的的FMS约有约有3000多个多个。其中。其中日本日本拥有拥有2100多多个个，占世界首位。，占世界首位。FMS发展方向集中在以下几个方面：发展方向集中在以下几个方面： 1）小型化、单元化）小型化、单元化 20世纪世纪90年代开始年代开始, FMS由大型复杂系统，由大型复杂系统，向经济、可靠、易管理、灵活性好的小型化、单向经济、可靠、易管理、灵活性好的小型化、单元化元化FMC方向发展。方向发展。 2）模块化、集成化）模块化、集成化 以模块化结构（比如将以模块化结构（比如将FMC, FMM作

7、为作为FMS的基本模块）集成的基本模块）集成FMS、再以、再以FMS作为制作为制造自动化基本模块集成造自动化基本模块集成CIMS是一种基本趋势。是一种基本趋势。 3）开放式）开放式 开放式开放式FMS系统强调系统强调5个方面的性能特征：个方面的性能特征：即插即用；可移植性；可扩展性；可缩即插即用；可移植性；可扩展性；可缩放性；互操作性。放性；互操作性。 明确用户需求明确用户需求 可行性论证可行性论证 初步设计初步设计 详细设计详细设计 工程实施工程实施 系统的运行和维护系统的运行和维护nCIMS的发展策略的发展策略1）美国）美国 1976年，美国空军制订了集成计算机年，美国空军制订了集成计算机

8、捕助制造计划捕助制造计划ICAM（Integrated Computer Aided Manufacturing），），该计该计划提出了著名的划提出了著名的结构化分析设计方法结构化分析设计方法IDEF（ICAM Definition Method），并于），并于1990年在年在道格拉斯飞机公司道格拉斯飞机公司建立了建立了CIMS工程。工程。1986年，美国国家标准技术研究院实施的自动年，美国国家标准技术研究院实施的自动化制造技术研究基地化制造技术研究基地（AMRF）计划）计划，提出了，提出了CIMS的的五层递阶控制结构五层递阶控制结构，至今仍然是，至今仍然是CIMS的参考控制结构，获得广泛应用

9、。的参考控制结构，获得广泛应用。2）欧盟）欧盟 1984年年，发起了欧洲信息技术研，发起了欧洲信息技术研究发展战略计划究发展战略计划（ESPRIT），），在在CIMS发展方面制订了专门计划。提出的发展方面制订了专门计划。提出的CIMS开放体系结构（开放体系结构（CIM-OSA），），为为CIMS建模提供了统一描述框架和集成基础结构，建模提供了统一描述框架和集成基础结构，已被已被国际标准草案国际标准草案所采纳，得到广泛应用。所采纳，得到广泛应用。3）日本）日本 从从1980年起年起，实施包括订货、设，实施包括订货、设计、加工、装配等功能在内的计、加工、装配等功能在内的工厂自动化工厂自动化（FA）

10、计划）计划，建立了多个自动化程度较高，建立了多个自动化程度较高的的无人生产车间无人生产车间。日本政府于。日本政府于1988年提出年提出了了智能制造计划（智能制造计划（IMS），），该计划的目的该计划的目的在于融合日、美、欧各先进工业国家的技在于融合日、美、欧各先进工业国家的技术优势和研究开发方法，致力于面向术优势和研究开发方法，致力于面向2l世世纪的生产系统研究，克服影响制造业生存纪的生产系统研究，克服影响制造业生存的的各种共性问题各种共性问题，使生产基础技术真正成，使生产基础技术真正成为人类共同财富和为人类共同财富和国际公认标准国际公认标准，以推动，以推动世界制造业世界制造业的发展。的发展。

11、4）中国）中国 1986年年制订国家高技术发展计划（制订国家高技术发展计划（863计计划划），），CIMS是其中一个主题。我国的是其中一个主题。我国的863/CIMS主题主题发展战略目标是：首先发展战略目标是：首先建立建立CIMS工程研究中工程研究中心心及相应的及相应的单元技术研究实验基地单元技术研究实验基地，进行，进行CIMS关关键技术研究键技术研究；同时选择有条件、有需求的若干个企；同时选择有条件、有需求的若干个企业开展业开展CIMS应用示范工程应用示范工程，并使之取得经济与社，并使之取得经济与社会效益。在上述基础上，逐步推广并会效益。在上述基础上，逐步推广并实现实现CIMS产产业化工程业

12、化工程。 1990年年起，起，863/CIMS主题在全国范围内主题在全国范围内选择了一批企业作为选择了一批企业作为863/CIMS典型应用企业。截典型应用企业。截至至1995年底年底，首批，首批CIMS典型应用企业中，典型应用企业中，成都飞成都飞机工业公司机工业公司CIMS工程工程，北京第一机床厂北京第一机床厂CIMS工程工程，沈阳鼓风机厂沈阳鼓风机厂CIMS工程工程分别通过科技部验收和各分别通过科技部验收和各部、委的成果鉴定，取得了显著的经济和社会效益。部、委的成果鉴定，取得了显著的经济和社会效益。其中北京第一机床厂其中北京第一机床厂CIMS工程还荣获了工程还荣获了美国制造美国制造工程师协会

13、（工程师协会（SME）颁发的颁发的1995年年“CIMS工业工业领先奖领先奖”。n3.CIMS的定义的定义计算机集成制造（计算机集成制造（Computer Integrated Manufacturing，CIM）的概念是的概念是1973年由美国学者年由美国学者Joseph Harrington率先提出的，它包含两个基率先提出的，它包含两个基本观点：本观点： （1）系统的观点系统的观点 ； （2）信息的观点信息的观点 。1998年，我国制定的年，我国制定的CIMS的定义为：的定义为：将信将信息技术、现代管理技术和制造技术相结合，并应息技术、现代管理技术和制造技术相结合，并应用于企业产品全生命周

14、期（从市场需求分析到最用于企业产品全生命周期（从市场需求分析到最终报废处理）的各个阶段；通过信息集成、过程终报废处理）的各个阶段；通过信息集成、过程优化及资源优化，实现物流、信息流、价值流的优化及资源优化，实现物流、信息流、价值流的集成和优化运行，达到人（组织、管理），经营集成和优化运行，达到人（组织、管理），经营和技术三要素的集成，以加强企业新产品开发的和技术三要素的集成，以加强企业新产品开发的时间（时间（T）、质量（）、质量（Q）、成本（）、成本（C）、服务）、服务（S）、环境（）、环境（E），从而提高企业的市场应变能），从而提高企业的市场应变能力和竟争能力。这实质上已将计算机集成制造发力

15、和竟争能力。这实质上已将计算机集成制造发展到了现代集成制造。展到了现代集成制造。nCIMS的效益的效益1）美国）美国 美国国家科研委员会对美国国家科研委员会对CIMS实施方面处于实施方面处于领先地位的五家公司，包括领先地位的五家公司，包括麦道飞机公司、通用麦道飞机公司、通用汽车公司、迪尔拖拉机公司、英格索尔铣床公司汽车公司、迪尔拖拉机公司、英格索尔铣床公司和西屋电子公司和西屋电子公司的长期跟踪调查，的长期跟踪调查，1985年的分年的分析表明：析表明：工程设计成本降低了工程设计成本降低了15%60%；生产周期缩短了生产周期缩短了30%60%；生产率提高生产率提高了了40%70%；在制品数量减少了

16、在制品数量减少了30%60%；产品质量提高了产品质量提高了25倍倍；工程技术；工程技术人员人员工作能力提高了工作能力提高了335倍倍；设备利用率提设备利用率提高了高了23倍倍；人力费用减少了人力费用减少了5%20%。2）日本）日本 富士通公司富士通公司的试点工厂运转一年半的试点工厂运转一年半后，分析效益如下：后，分析效益如下：生产率提高生产率提高2倍倍；作业日基准数降低作业日基准数降低50%；生产人员减少生产人员减少50%；库存减少库存减少35%；废品率降低废品率降低为原来的为原来的1/3。3）东方电机东方电机DFEM-CIMS DFEMCIMS提高了产品设计开发提高了产品设计开发与创新能力，设计周期在与创新能力，设计周期在原来原来612个月个月的基础上普通的基础上普通缩短缩短3个月个月。实现重大质量事。实现重大质量事故为零的突破，全面提高了故为零的突破，全面提高了产品质量产品质量。DFEM-CIMS建立的信息系统提高了我国建立的信息系统提高了我国大型水轮发电机组大型水轮发电机组的设计和制造水平，使的设计和制造水平，使企业具备了设计制造三峡水轮发电机组和企业具备了设计制造三峡水轮发电机