第三章3节至6节

机电一体化概论机电一体化概论作者：作者：邵泽强邵泽强3.3 3.3 家用电器家用电器教学目标教学目标了解家用电器中全自动洗衣机的结构了解全自动洗衣机的工作原理 随着科技的发展，除了机器人、数控机床等大项设备是机电一体化的产品，很多的家用电器由于采用了新的技术，也成为机电一体化产品中的一员，比如全自动洗衣机、微波炉、空调等等。下面我们以常见的全自动洗衣机为例，介绍一下这类机电一体化产品的结构和工作原理。全自动洗衣机全自动型洗衣机是能将洗涤、漂洗、脱水各功能间的转换全部不用手工操作，包括进水、排水在内的各工序都可以用程序控制器自动控制的洗衣机。衣物放入洗衣机后能自动洗涤、漂洗、脱水，全部程序自动完成。当衣物甩干后，蜂鸣器会发出声响。全自动型洗衣机多为套桶洗衣机，即洗衣桶和脱水桶套装一起。现在还有带有传感器的高级微电脑全自动洗衣机，具有人工智能，它能根据洗涤物的数量、种类、脏污程度，自动选定对洗涤物的最佳程序，自动进行洗涤。全自动洗衣机常见的有两种类型：波轮式和滚筒式。波轮式洗衣机是在洗衣桶的底部中心处装有一个波轮，波轮旋转时，洗涤液在桶内形成螺旋状涡卷水流，从而带动衣物旋转翻动而达到洗涤目的。其特点是洗涤时间短，洗净度较高，适宜于洗涤棉、麻、纤和混纺等织物，但是易使衣物缠绕，影响洗净的均匀性，磨损率也较高。滚筒式洗衣机采用套桶装置，内桶为圆柱形卧置的滚筒，筒内有34条凸棱，当滚筒绕轴心旋转时，带动衣物翻滚，并循环反复地摔落在洗涤液中，从而达到洗涤的目的。其特点是洗涤动作比较柔和，对衣物的磨损小，用水量小，适合洗涤毛料织物。但是机器结构复杂，洗净度低，耗电量大，售价较高。现在滚筒式的全自动洗衣机使用较广泛，我们以全自动滚筒式洗衣机为例，了解全自动洗衣机的结构及工作原理。全自动滚筒式洗衣机的基本结构 全自动滚筒式洗衣机按衣物投入的方式，可分成前开门式和顶开门式两种，具体的外部结构如图所示，全自动洗衣机尽管型号很多，但是其基本结构大致相同。从整体上可分成洗涤脱水系统、传动系统、操作系统、支承系统、给排水系统和电气系统。洗涤脱水系统 洗涤脱水系统主要由内桶（滚筒）、外桶（盛水桶）、内桶叉形架、主轴、外桶叉形架、轴承等组成。内桶又称滚筒，是洗衣机的主要部件，一般由0.5mm的不锈钢板制成，桶壁布满直径为5mm的圆孔，孔与孔之间距离20mm，桶的内壁光滑，桶壁上沿直径方向安装3条凸筋，称为提升筋，提升筋的高度为85mm左右，横截面为三角形。当内桶旋转时，提升筋带动衣物翻滚，达到冲洗和揉搓的作用。内桶叉形架用于支撑内桶，其结构如图所示，它是由叉形架、主轴和轴套铸成一体。并与内桶铆接在一起，安装在外桶内。外桶又称盛水桶，其结构如图所示，它不但要盛放洗涤液，还要起支撑电动机、配重块、减震器、加热器、温控器的作用。外桶叉形架结构如图所示，是一个铝合金压铸成的三角形，中间设置有可以安装两个轴承的轴承，通过轴承、主轴、内桶叉形架，将外桶连接为一体，一方面起到支撑内桶的作用，另一方面使内桶和外桶保持一定的间隔，保证内桶在外桶内顺利运转。图3.3.3 外桶结构 图3.3.4 外桶叉形架 传动系统 传动系统主要是由电动机、大小带轮和传动带组成，其结构如图所示。图3.3.5 滚筒式洗衣机的传动机构 滚筒式洗衣机所使用的电动机是单相、双速电容式运转电动机，在其定子铁心内同时嵌放两套绕组，2极绕组和12极绕组，2极绕组用于脱水，电动机以3000r/min的速度高速旋转；12极绕组用于洗涤、漂洗，电动机以500r/min的速度低速正、反转旋转。当电动机旋转时，电动机轴上的小带轮运转，经过V传动带带动内桶主轴的大带轮运转，从而带动内桶运转。支承系统 支撑系统主要是由整个机心吊在外箱体上的减震吊装弹簧、支承装置和箱体等组成，其结构如图所示。图3.3.6 滚筒式洗衣机支承系统结构 外桶上部有4个角装有4根减震吊装弹簧，将整个运动件都吊装在外桶上，外桶底座装有两个弹性支承减震器，将整个运动件支撑在外箱体的底座上，这样就将整个运动件悬挂起来，减少洗衣机工作时的振动和噪声。4、给排水系统 给排水系统主要有进水管、进水电磁阀、洗涤盒、回旋进水管、溢水管、过滤器、排水泵和排水管等做成。该系统的主要部件是进水电磁阀和排水泵。进水电磁阀主要有电磁线圈、铁心、过滤网、阀座等部件组成。当电磁阀线圈通电时，在周围产生磁场，在磁场的作用下，阀心被吸起，气孔被打开，由于水的压力将阀打开，水从阀中通过，洗衣机开始进水。滚筒式洗衣机采用上排水方式，没有排水阀门机构，采用排水泵排水。排水泵由单相罩极式电动机驱动，排水泵扬程为1.5m左右，排水量为25/min。5、电气系统 滚筒式全自动洗衣机的电气部分由程序控制器、水位开关、加热器、温控器和门开关等基本电器部件组成。滚筒式洗衣机一般采用电动式程控器或电脑式程控器，其中又以电动式的程控器较多，程控器的外形如图所示。图3.3.7 程序控制器外形图水位开关又称水位压力开关，用于控制洗衣机的水位，能够控制两种水位，一种是标准洗涤水位，一种是节水洗涤水位。加热器是用来加热洗涤衣物的洗涤水的。加热器是一支水浸式管状加热器，是一种封闭式电热元件，外壁为不锈钢，内装一根电热丝。加热器功率一般为0.82.0KW。温控器主要是控制洗涤液的温度，通常控制在40oC60 oC,常见的有机械式和电子式两种。门开关是安装在洗衣机前门内侧的微动开关，它串接在电源电路中，起到保护操作者安全的作用。滚筒式全自动洗衣机电路的控制原理 滚筒式全自动洗衣机的工作过程式由程序控制器来控制实现的，通常采用的时间控制和条件控制两种方式实现洗衣机工作过程的控制。我们以常见的电脑式程控滚筒式洗衣机为例介绍其电路控制原理。电脑式滚筒全自动洗衣机的整机电路如图所示，主要有电脑控制器（DNK）、双水位开关（L）、温度传感器（WD）、加热器（RR）、电动机（M）、进水阀（EV）、排水泵（PS）、温度控制器（TH）、电动门锁（ID）等组成。图3.3.8 整机电路供电电路 洗衣机接通电源后，电脑控制器从Q15、Q1两端得电，经内部变压器降压后，再经过整流滤波稳压后获得直流电压加至单片机IC上，单片机得电后可以接受指令工作。若10s内面板上无按键输入信号，则电脑控制器自动执行内部设定程序；有信号输入，就执行相应程序。程序启动后，由DNK的Q2端输出电流，经电动门锁内PTC发热元件形成回路，热敏电阻发热，双金属片变形使电动门锁内部触点闭合，DNK的R5得电，从而使DNK中强电部分得电工作。如果程序启动后8s内门没有关好，造成DNK在8s内从R5处检测不到电压信号，则单片机触发蜂鸣器电路，使洗衣机报警。供水电路 洗衣机的预洗、主洗和漂洗程序选定后，电脑控制器首先检测用户是否需选择了节能功能，则DNK检测其Q11端，看与其连接的水位开关触点1114是否接通，接通表明水位达到，则不给DNK的Q3(Q4、Q5)端供电，切断进水电磁阀的电源，停止进水。未接通表明无水火水位未达到，则DNK的Q3(Q4、Q5)输出电压信号，启动进水电磁阀进水，在进水过程中，DNK人不断检测触点1114接通的信息后再切断进水电磁阀的电源，停止进水。如果未选择节能功能，则DNK不断检测B6和R1端，看与其相连的水位开关2124是否接通。如果未接通表明水位未达到，DNK的Q3(Q4、Q5)输出电压信号，接通电磁阀进水；如接通表明水位已达到，则切断进水阀电源，停止注水。DNK具体触发Q3、Q4、Q5中哪一端，要是程序编排而定。当洗衣机执行预洗程序时Q3端得电，接通进水阀EV1，向洗衣粉盒A格进水，将放在A格内的洗衣粉冲入洗衣机内；当洗衣机执行在主洗程序时Q4端得电，接通进水阀EV2，向洗衣粉盒B格进水，将放在B格内的洗衣粉冲入洗衣机内，将放进D格内的香料冲入洗衣机内；当洗衣机执行漂洗程序时，Q5端得电，接通进水阀EV3，将放在C格的柔软剂冲入洗衣机内。加热电路 当选择加热功能时，在相应的加热程序段中DNK不断检测K3和R10端外接的温度传感器WD，WD实际是一个热敏电阻。当洗涤液温度低于设定值时，DNK给Q11输出电压，接通加热回路，给洗涤液加热，直至检测出洗涤液温度达到设定温度值，才切断Q11端的供电。加热回路中串有90O的温控器TH,当洗涤液温度达到90O时，起触点断开，切断加热回路，使水温保持在90O以下。洗涤回路 由DNK控制交替接通、断开Q6、Q8端，从而控制电容器C1接入洗衣机电动机绕组的位置，使电动机正反转。排水电路 当洗衣机执行排水程序时，DNK给Q7端供电，接通排水电路，洗衣机排水。脱水电路 当洗衣机执行脱水程序时，一方面检测R2端，看低水位是否复位，待低水位复位后DNK根据R2端检测到的信号，给Q9端供电，接通电动机进行脱水。3.4 3.4 自动生产线自动生产线教学目标：教学目标：1、了解并掌握自动生产线的概念及组成；2、掌握自动生产线的类型；3、了解自动生产线的发展趋势。3.4.1 自动生产线的组成 自动生产线是在流水生产线的基础上发展起来的，它能进一步提高生产率和改善劳动条件，因此在轻工业生产中发展很快。人们把按轻工工艺路线排列的若干自动机械，用自动输送装置连成一个整体，并用控制系统按要求控制的、具有自动操纵产品的输送、加工、检测等综合能力的生产线称作自动生产线，简称自动线或生产线。自动生产线主要由基本设备、运输贮存装置和控制系统三大部分组成，如图所示，其中运输贮存装置和自动控制系统，乃是区别流水线和自动生产线的重要标志。图3.4.1 自动生产线的组成基本设备 它主要指自动生产机、其他自动机及工艺设备。其中，自动生产机是最基本的工艺设备，由三部分组成：执行机构，它是实现自动化操作与辅助操作的系统。动力及传动机构，它给自动生产机提供动力来源，并能将动力和运动传递给各个执行机构或辅助机构。控制装置，它的功能是控制自动生产机的各个部分，将运动分配给各执行机构，使它们按时间、顺序协调动作，由此实现自动生产机的工艺职能，完成自动化生产。运输贮存装置 它是自动生产线上的必要辅助装置，主要包括输送装置、分流合流及转向装置、贮存装置和机械手四大部分。控制系统 它由两部分组成：全线工作循环控制装置，它根据确定的工作循环来控制自动生产机及运输贮存装置工作。信号及检测系统，它由数量检查、质量检查、安全保护及现实记录四个装置组成，实现信号采集、检测及其他辅助控制功能。通常，在自动生产线的终端，由人驾驶运输工具（如铲车）将生产成品运往仓库或集装箱运输车上，个别的也有设置移动式堆码机来完成最后这一道工序。3.4.2 自动生产线的类型根据自动生产线的组成方式，可以将其分为以下三类：1.刚性自动线（或称同步自动线）如图3.4.2(a)所示，这种自动线中各自动机用运输系统和检测系统等联系起 来，以一定的生产节拍进行工作。这种自动线的缺点是，当某一台自动机或个别机构发生故障时，将会引起整条线停止工作。2.柔性自动线（或称非同步自动线）如图3.4.2(b)所示，这种自动线中各自动机之间增设了储料器。当后一工序的自动机出现故障停机时，前一道工序的自动机可照样工作，半成品送到储料器中储存；如前一道工序的自动机因故障停机，则由储料器供给所需半成品，使后面的自动机能继续工作下去。可见，柔性自动线比刚性自动线有较高的生产率。但是，储料器的增加，不但使投资加大，多占用场地，同时也增加了储料器本身出现故障的机会，因此，应全面考虑各方面因素，合理选用和设置自动线种类。3.组合自动线 如图3.4.2(c)所示，这种自动线中一部分自动机利用刚性（同步）联接，即把不容易出故障的相邻自动机按刚性联接，另一部分则采用柔性（非同步）联接。图3.4.2 自动生产线的类型3.4.3 自动生产线的发展趋势 目前，国内外自动生产线的主要发展趋势呈现出了以下特点。高速化 提高自动线速度是提高劳动生产率的主要途径。据报道，在国外，糖果包装机达1200粒/min，卷烟机达到4000支/min，工业缝纫机达7500r/min，而我国现有水平分别为500粒/min，1000支/min，3000r/min。由此可见，高速化是提高单机生产率的主要途径之一。综合自动化 生产过程自动化是现代生产的重要标志。在自动化机械中，采用机、电、液、气相结合的综合自动化，可使自动化轻工机械的结构进一步简化。另外，采用电子自控技术，使其不仅能自动的完成加工工艺操作和辅助操作，而且能自动监测、自动判断记忆、自动发现和排除故障、自动分选和剔除废品，可大大提高自动机械的自动化程度。采用生产自动线 用传送装置和控制装置把几台单机有机地联接在一起，组成生产自动线，也是当前发展的一个重要趋势。这可以进一步提高劳动生产率，减低成本，改善劳动条件。利用机器人技术，采用自动化生产线成套装备 目前，国外汽车行业、电子和电器行业、物流与仓储行业等已大量应用机器人技术来提高产品质量和生产效率。机器人设备的广泛使用，大大推动了这些行业的快速发展，提升了制造技术的先进性，而机器人自动化生产线成套装备也已成为自动化成套装备的主流以及未来自动化生产线的发展方向。3.5 3.5 柔性制造系统柔性制造系统 教学目标：教学目标：掌握柔性、柔性制造单元以及柔性制造系统的基本概念了解柔性制造系统的组成和工作流程。在现代制造装置中，柔性是一种重要的特性。它意味着制造系统在具有多用途和适应性强的同时，能获得相当高的生产运转速度。在20世纪70年代末、80年代初出现了柔性制造系统（FMS：Flexible Manufacturing System），这是一个由计算机控制的自动化制造系统，在它上面可同时加工形状相近的一组或一类产品。柔性制造系统是一种广义上的可编程控制系统，它具有处理高层次分布数据的能力，具有自动的物流，从而实现小批量、多品种、高效率的制造，以适应不同产品周期的动态变化。3.5.1 柔性 所谓柔性，是指一个制造系统适应各种生产条件变化的能力，它可以表述为两个方面：第一方面是系统适应外部环境变化的能力，可用系统满足新产品要求的程度来衡量；第二方面是系统适应内部变化的能力，可用在有干扰（如机器出现故障）情况下，这时系统的生产率与无干扰情况下的生产率期望值之比可以用来衡量柔性。柔性主要包括：1.机器柔性 当要求生产一系列不同类型的产品时，机器随产品变化而加工不同零件的难易程度。2.工艺柔性 它又包含两层含义：工艺流程不变时自身适应产品或原材料变化的能力；制造系统内为适应产品或原材料变化而改变相应工艺的难易程度。3.产品柔性 产品更新或完全转向后，系统能够非常经济和迅速地生产出新产品的能力，以及产品更新后，对老产品有用特性的继承能力和兼容能力。4.维护柔性 采用多种方式查询、处理故障，保障生产正常进行的能力。5.生产能力柔性 当生产量改变、系统也能经济地运行的能力。对于根据订货而组织生产的制造系统，这一点尤为重要。6.扩展柔性 当生产需要的时候，可以很容易地扩展系统结构，增加模块，构成一个更大系统的能力。7.运行柔性 利用不同的机器、材料、工艺流程来生产一系列产品的能力和同样的产品，换用不同工序加工的能力。柔性”是相对于“刚性”而言的，传统的刚性自动化生产线主要实现单一品种的大批量生产。其优点是生产率高和设备利用率很高，单件产品的成本很低，缺点是价格昂贵，而且只能加工一个或几个相类似的零件。如果想要获得其他品种的产品，则必须对其结构进行大调整，重新配置系统内各要素，其工作量和经费投入与构造一个新的生产线往往不相上下。因此，刚性的大批量制造自动化生产线只适合生产少数几个品种的产品，难以应付多品种中小批量的生产。3.5.2 柔性制造单元 柔性制造单元（FMC：Flexible Manufacturing Cell）是在制造单元的基础上发展起来的，由一台或数台数控机床或加工中心构成的加工单元。FMC具有独立自动加工的功能，又部分具有自动传送和监控管理功能，可实现某些种类的多品种小批量的加工。有些FMC还可实现24h无人运转。FMC可以作为柔性制造系统FMS中的基本单元，若干个FMC可以发展组成一个FMS。FMC有两大类，一类是数控机床配上机器人，另一类是加工中心配上托盘交换系统。配有机器人的FMC 加工中心上的工件，由机器人来装卸，加工完毕的工件码放在工件架上。监控器协调加工中心和机器人的动作。配有托盘交换系统构成的FMC 由加工中心和托盘交换系统构成的FMC，托盘上装夹有工件，当工件加工完毕后，托盘转位，加工另一新工件。托盘支承在圆柱环形导轨上，由内侧的环链拖动而回转，链轮由电动机驱动。托盘的选定和停位，由可编程序控制器来实现。般的FMC，托盘数在5个以上。如果在托盘的另一端设置一个托盘工作站，则这种托盘系统可通过工作站与其它FMC发生联系。3.5.3 柔性制造系统 一般情况下，FMS由机床、控制系统、材料运送系统和操作人员四部分组成，平面布置如图所示。1.机床 由一组自动加工设备（如CNC、加工中心等）以不同的顺序自动完成各种表面的加工，通常配置220台甚至跟多的机床。2.控制系统 能为FMS提供许多不同的控制功能，如零件加工程序的存储和分配，物料输送和存储，工作流向的检测、控制和自动诊断，生产过程的控制，系统/刀具的控制与检测等。图柔性制造系统平面布置图3.物料运送系统 通过它将一组单独的CNC机床组成一条综合的FMS。它必须能够自动地在一个工位上卸下共建A，再装上共建B，并把卸下的攻坚A送到下一个工位。该系统包括环形传送带、直线传送带、工业机器人以及自动拖车等。4.操作人员 在FMS中，人和计算机均起着重要作用，尽管操作人员只承担劳动强度很低的任务，但这个任务却是决定性的。单台机床（如CNC）由计算机控制；整个系统由中央控制起实现直接控制（如DNC）；自动材料输送和其他功能如数据采集、系统检测、工具控制等都由计算机控制。因此，人-机对话是FMS获得柔性程度的关键。图是一个典型的柔性制造系统的示意图。它表示了FMS中生产原料及工具的传递、变换和加工的集成过程。其工作流程为：首先在装卸站将毛坯安装在早已固定在托盘上的夹具中；然后物料传递系统把毛坯连同夹具（随行夹具）和托盘输送到进行第一道加工工序的加工中心旁边排队等候，一旦加工中心空闲，毛坯就立即被送至加工中心进行加工。每道工序加工完毕以后，物料传送系统还要将该加工中心完成的半成品取出并送至执行下一工序的加工中心旁边排队等候，如此不停地进行至最后一道加工。在完成整个加工过程中除进行加工工序外，若有必要还要进行清洗、检验以及组装工序。图3.5.2 典型的柔性制造系统3.5.4 柔性制造系统的优点 尽管FMS只具有中等生产能力，但它通过将机床、运送装置和控制系统有机地结合起来，在获得最大的机床利用率和提高生产率的同时又能保持所需的柔性，从而解决了多品种、中小批量生产时生产率与柔性之间的矛盾，有利于发展新品种和扩大变型产品的生产。FMS的优点表现为：1）具有良好的柔性 对零件组具有良好的柔性，能迅速重新组合，以生产属于同族的各种各样的零件。通过预编程序对同一零件组的不同零件，能实现在该系统不同位置上的同时加工。2）主要设备利用率高、投资减小 通过调整和变成，零件可随机插入到FMS中刚好有空的相应机床行，加之能够实现同一零件组不同种类零件的同时生产，从而减少了零件在各工序间的等候时间及更换零件所需的调整时间，缩短了生产周期，提高了生产的持续性和主要设备的利用率。3）产品质量高 在FMS中采用实时在线检测，能及时发现机床、刀具及加工过程中的质量问题，采用相应的解决措施。FMS本身所具有的高自动化水平、共建装夹次数和经过的机床台数少、夹具优质等因素，使产品具有极好的一致性，保证和提高了产品质量。4）降低加工费用 与传统的制造系统相比，FMS采用了自动运送物料系统、计算机自动控制以及程序离线调整和工具预置、自动换刀等手段，大大降低了直接和间接的劳动成本。近年来FMS发展很快，主要分布在工业发达国家，用户多为汽车、拖拉机和机床制造厂、航空企业等。其明显的经济效益是：减少操作人员50%，降低成本60%，机床利用率可达60%80%。FMS将制造技术、机器人技术、测试技术和计算机技术的综合；是机械制造业的发展方向之一。3.6 3.6 计算机集成制造系统计算机集成制造系统 教学目标：教学目标：掌握CIM以及CIMS的概念掌握CIMS的系统构成以及各个子系统的功能了解工业锅炉计算机控制系统了解现代集成制造技术的发展趋势 CIMS（Comuputer Integrated Manufacturing System，计算机集成制造系统）是随着计算机辅助设计与制造的发展而产生的。它是在信息技术自动化技术与制造的基础上，通过计算机技术把分散在产品设计制造过程中各种鼓励的自动化子系统有机地继承起来，形成适用于多品种、小批量生产，实现整体效益的集成化和智能化制造系统。集成化反映了自动化的广度，它把系统的范围扩展到了市场预测、产品设计、加工制造、检验、销售及售后服务等的全过程。智能化则体现了自动化的深度，它不仅涉及物资流控制的传统体力劳动自动化，还包括信息流控制的脑力劳动的自动化。因此，CIMS的实质就是借助于计算机的硬件、软件技术，综合运用现代管理技术、制造技术、信息技术、自动化技术、系统工程技术，将企业生产全部过程中有关人/机构、技术、经营管理三要素（如图）及其信息流、物流有机地继承并优化运行，以改进企业产品（P）开发的T（时间）、C（成本）、S（服务）、E（环境），从而提高企业的市场应变能力和竞争能力。3.6.1 计算机集成制造（CIM）的概念 CIM概念最早在1974年由美国的瑟夫哈林顿（Joseph Harrington）博士在Computer Integrated Manufacturing一书中首先提出地。哈林顿提出的CIM概念包含两个基本观点：1.企业生产的各个环节，诸如市场分析、产品设计、加工制造、装配维修、企业管理、仓库管理、经营管理到售后服务等全部生产活动是一个不可分割的整体，为达到企业的经营目标应统一考虑。2.整个生产过程实质是一个数据的采集、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理表现。从1986年开始，我国科技工作者经过了近二十多年的实践，“863”计划CIMS主题专家组在总结经验的基础上，对CIM提出了如下定义：“CIM是一种组织、管理与企业运行的新哲理。它借助于计算机软件、硬件、网络、数据库，集成各部门产生的信息，综合运用现代管理技术、制造技术、信息技术、自动化技术、系统工程技术，将企业生产过程中有关人、技术、经营管理三要素及其信息流、物料流有机地集成并优化运行，实现企业整体优化，以达到产品高质、低耗、上市快的目的，从而使企业赢得市场竞争的主动权。”计算机集成制造系统的系统构成 一般CIMS包括6个子系统，其中4个为功能分系统，2个为支撑分系统。图3-6-2所示为CIMS的组成框图。图3.6.2 CIMS的组成框图1.经营管理信息子系统（MIS）：具有生产计划与控制、经营管理、销售管理、采购管理、财会管理等功能，处理生产任务方面的信息。2.工程设计自动化子系统（CAD&CAM）：由计算机辅助设计、计算机辅助工艺规程编制和数控程序编制等功能组成，用以支持产品的设计和工艺准备，处理有关产品结构方面的信息。3.制造自动化子系统：也可称为计算机辅助制造子系统，它包括各种不同自动化程度的制造设备和子系统，用来实现信息流对物流的控制和完成物流的转换，它是信息流和物流的接合部，用来支持企业的制造功能。4.质量保证子系统（CAQ）：具有制订质量管理计划、实施质量管理、处理质量方面信息、支持质量保证等功能。5.数据库子系统（DR）：用以管理整个CIMS的数据，实现数据的集成与共享。6.计算机网络子系统（NET）：用以传递CIMS各子系统之间和子系统内部的信息，实现CIMS的数据传递和系统通信功能。3.6.3 计算机集成制造系统的控制系统实例工业锅炉计算机控制系统 常见的锅炉设备的主要工艺流程如图3-6-3所示。燃料和热空气按一定比例送入燃烧室燃烧，生成的热量传递给蒸汽发生系统，产生饱和蒸汽Ds。然后经过热器，形成一定温度的过热蒸汽D，汇集至蒸汽母管。压力为Pm的过热蒸汽，经负荷设备控制供给负荷设备用。与此同时，燃烧过程中产生的烟气，除将饱和蒸汽变为过热蒸汽外，还经省煤器预热锅炉给水和空气预热器预热空气，最后经引风机送往烟囱，排入大气。锅炉设备是一个复杂的控制对象，主要的输入变量是负荷、锅炉给水、燃料量、减温水送风和引风等；主要输出变量是汽包水位、蒸汽压力、过热蒸汽温度、炉膛负压、过剩空气（烟气含氧量）等。这些输入变量与输出变量之间相互关联。图3.6.3 锅炉设备主要工艺流程图 如果蒸汽负压发生变化，必将会引起汽包水位、蒸汽压力和过热蒸汽温度等的变化；燃料量的变化不仅影响蒸汽压力，同时还会影响汽包水位、过热蒸汽温度、过剩空气和炉膛负压；给水量的变化不仅影响汽包水位，而且对蒸汽压力、过热蒸汽温度等亦有影响；等等。锅炉是一个典型的多变量对象，要进行自动控制，对多变量对象可按自治的原则和协调跟踪的原则加以处理。目前，锅炉控制系统大致可划分为三个控制系统：锅炉燃烧控制系统、锅炉给水控制系统和过热蒸汽温度控制系统。工业锅炉计算机控制系统结构框图如图所示。图3.6.4 工业锅炉计算机控制系统框图 仪表测得的模拟信号经各路采样电路、系统滤波电路进入A/D转换电路，A/D转换电路将转换完的数字信号送入计算机，计算机对数据进行处理之后，便于控制和显示。D/A转换将计算机输出的数字量转换成模拟量，并放大到010mA，分别控制水泵调节阀、鼓风机挡板、引风机挡板和炉排直流电动机。3.6.4 现代集成制造技术的发展趋势 当前，CIMS已经改变为“现代集成制造”（Contemporary Integrated Manufacturing）与现代集成制造系统（Contemporary Integrated Manufacturing System）。它已在广度和深度上拓展了原CIM/CIMS的内涵，并朝着以下方向发展：1.集成化 从当前的企业内部的信息集成和功能集成，发展到过程集成（以并行工程为代表）、并正在步入实现企业间集成的阶段（以敏捷制造为代表）。2.数字化/虚拟化 从产品的数字化设计开始,发展到产品全生命周期中各类活动、设备及实体的数字化。在数字化基础上，虚拟化技术正在迅速发展，主要包括虚拟现实（vr）应用、虚拟产品开发（vpd）和虚拟制造（vm）。3.网络化 从基于局域网发展到基于intranet/internet/extranet的分布网络制造，以支持全球制造策略的实现。4.柔性化 正积极研究发展企业间动态联盟技术，敏捷设计生产技术，柔性可重组机器技术等，以实现敏捷制造。5.智能化 智能化是制造系统在柔性化和集成化基础上进一步的发展与延伸，引入各类人工智能和智能控制技术,实现具有自律、分布、智能、仿生、敏捷、分形等特点的新一代制造系统。6.绿色化 包括绿色制造、环境意识的设计与制造、生态工厂、清洁化生产等；它是全球可持续发展战略在制造业中的体现，它是摆在现代制造业面前的一个崭新课题。