第四章-自动化制造系统的总体设计--课件

第四章第四章 自动化制造系统的总体设计自动化制造系统的总体设计第一节第一节 系统的可行性论证系统的可行性论证第二节第二节 系统分析及系统类型的选择系统分析及系统类型的选择第三节第三节 总体设计的内容及步骤总体设计的内容及步骤第四节第四节 零件族的确定及工艺分析零件族的确定及工艺分析第五节第五节 总体布局和设备配置设计总体布局和设备配置设计第六节第六节 自动化制造系统的控制与生产管理自动化制造系统的控制与生产管理第七节第七节 自动化制造系统的可靠性分析自动化制造系统的可靠性分析1PPT课件第一节第一节 系统的可行性论证系统的可行性论证2PPT课件一、可行性论证的意义 可行性论证是是用用户建建造造自自动化化制制造造系系统前前所所进行行的的技技术性性和和经济性分分析析报告告，是是企企业决决策策层审定定和和批批准准立立项的的基基本依据。本依据。可可行行性性论证要要客客观、真真实地地反反映映企企业对实施施自自动化化制造系制造系统的需求，的需求，论证的的结论必必须是可行的。是可行的。3PPT课件二、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4PPT课件三、建立自动化制造系统的目标m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m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mTQCSE5PPT课件四、制定自动化制造系统的技术方案1.确定加工工艺方案2.选加工设备3.确定工件输送及管理系统方案4.确定刀具输送更换及管理系统方案5.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6.确定系统控制结构及配置方案7.确定数据管理系统方案8.确定通信网络方案6PPT课件四、制定自动化制造系统的技术方案m在确定自在确定自动化制造系化制造系统的技的技术方案方案时，需要，需要注意以下注意以下问题：1.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2.始终坚持需求驱动、效益驱动的原则3.加强关键技术的攻关和突破4.重视管理5.注重系统集成效益6.注重教育与人才培训7PPT课件五、投资概算1.1.按按技技术方方案案，分分别就就各各种种设备、计算算机机系系统、软件件配配置置、软硬硬件件设备开开发/制造、土建及培制造、土建及培训费用等用等进行分行分类概算。概算。2.2.投投资可行性可行性论证是自是自动化制造系化制造系统总体方案及其体方案及其实施的重要施的重要约束条件。束条件。3.3.自自动化化制制造造系系统投投资一一般般来来源源于于企企业自自筹筹资金金、技技术改改造造费或或是是贷款款。资金来源的可靠性、投金来源的可靠性、投资方式、回收期以及方式、回收期以及还贷能力均能力均须详细论证。4.4.投投资分分析析不不仅包包括括自自动化化制制造造系系统加加工工设备的的投投资，还应有有辅助助工工程程投投资，如如刀刀具具、托托盘、工工装装、配配套套件件、车间级支支持持软件件环境境、规划划设计及及验收收费用等，均需落用等，均需落实。5.5.投投资论证的的准准确确度度一一般般控控制制在在总投投资的的10%左左右右，并并且且要要阐明明专项费用的使用管理制度，以保用的使用管理制度，以保证投投资的有效使用。的有效使用。8PPT课件六、效益分析m主要的效益主要的效益预计指指标：1.缩短零件制造周期2.降低废品率3.减少工装费用4.减少试切及其他方面可能减少的工时费用5.提高机床利用率6.因减少在制品和库存而节省的费用7.提高人均劳动生产率8.提高产值及利润9PPT课件七、系统实施计划 根根据据企企业生生产经营状状况况，资金金筹筹集集的的可可能能性性，承承制制单位位的情况等，的情况等，规划自划自动化制造系化制造系统项目目实施的各工作施的各工作阶段。段。10PPT课件八、可行性分析1.1.经济可行性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11PPT课件八、可行性分析2.2.技技术可行性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12PPT课件八、可行性分析3.3.运行可行性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13PPT课件九、可行性论证报告1.1.可可行行性性论证经过以以上上一一系系列列分分析析之之后后，最最终应以以书面面报告告的的形形式式提提交交其其论证结论，作作为企企业领导决策参考和将来决策参考和将来进一步开一步开发的依据。的依据。2.2.系系统可可行行性性论证报告告一一般般应包包括括企企业现状状和和运运行行环境境分分析析、建建立立系系统的的基基本本目目标、系系统的的初初步步逻辑模模型型、系系统的的初初步步技技术方方案案、系系统投投资估估算算及及对人人力力与与物物力力的的需需求求分分析析、建建立立自自动化化制制造造系系统的的必必要要性性与与可可行行性性论证、系系统建建立立的的风险因因素素等等，最后最后给出明确的出明确的结论与建与建议。14PPT课件第二节第二节 系统分析及系统类型系统分析及系统类型的选择的选择15PPT课件一、系统分析m系系统分分析析是是开开发自自动化化制制造造系系统的的一一个个重重要要阶段段，是是建建立立系系统模型的第一步。模型的第一步。m目目标分分析析是是系系统分分析析的的首首要要进行行的的工工作作，包包括括对企企业的的发展目展目标和和拟建立的自建立的自动化制造系化制造系统要达到的目要达到的目标进行分析行分析。m产品品和和零零件件分分析析是是系系统分分析析的的一一项重重要要内内容容，是是新新建建自自动化化制制造造系系统在在设计、选型型、设备购置置和和投投资估估算算的的重重要要依依据。据。m通通过对企企业和和系系统的的目目标、产品品和和零零件件的的制制造造类型型以以及及零零件件的的工工艺特特征征进行行分分析析后后，应提提出出对新新建建自自动化化制制造造系系统的功能和性能需求。的功能和性能需求。16PPT课件二、自动化制造系统类型选择的意义和原则1.根据生产批量和生产方式选择2.根据零件的形状结构选择3.根据用户资金情况选择4.根据工厂的现状及发展规划选择5.根据自动化制造系统的目标选择17PPT课件第三节第三节 总体设计的内容及步总体设计的内容及步骤骤18PPT课件一、总体设计内容1.零件族选择2.制定加工方案3.建立系统的功能模型和信息模型4.确定设备类型及配置，进行系统总体平面布局5.确定物流系统方案、控制系统方案、质量控制及监控方案6.计算机通信网络及数据库管理系统的设计7.辅助装置的确定8.对系统配置及运行方案进行计算机仿真以确定最佳方案9.对系统进行可靠性分析10.对系统进行风险分析和经济效益评估等19PPT课件二、总体设计的步骤1.组织队伍，明确分工2.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3.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4.总体方案初步设计5.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6.进行仿真分析，确定刀库容量、托盘缓冲站数量等参数7.组织专家评审总体设计方案8.文档撰写20PPT课件第四节第四节 零件族的确定及工艺零件族的确定及工艺分析分析21PPT课件一、成组技术 成组技术就就是是将将企企业生生产的的多多种种产品品、部部件件和和零零件件按按照照特特定定的的相相似似性性准准则分分类归族族，并并在在分分类的的基基础上上组织产品品生生产的的各各个个环节，从从而而实现产品品设计、制制造造工工艺和和生生产管管理的合理化。理的合理化。22PPT课件图1-17 成组技术基本原理产品部件零件零件组ABCA1A2A3B1B2C1C2C3C4 将多种零件按其相似性分类成组，人为扩大生产批量将多种零件按其相似性分类成组，人为扩大生产批量 重复使用原则：重复使用原则：资源重复使用，降低生产成本；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。作业熟练程度增加，提高生产率。GTGT工作原理工作原理23PPT课件一、成组技术（一）机械类产品中零件的统计规律（一）机械类产品中零件的统计规律 联联邦邦德德国国亚亚琛琛（AachenAachen）工工业业大大学学1960-19611960-1961年年曾曾对对机机床床、发发动动机机、矿矿山山机机械械、纺纺织织机机械械和和军军械械等等2626个个不不同同性性质质的的企企业业选选取取了了4500045000种种零零件件，进进行行分分析析研研究究。结结果果表表明明，任任何何一一种机械类产品的零件组成如下：种机械类产品的零件组成如下：第一类：复杂件或特殊件（第一类：复杂件或特殊件（5%-15%5%-15%）第二类：相似件（第二类：相似件（70%70%）第三类：简单件或标准件（第三类：简单件或标准件（20%20%）机械类产品的零件组成24PPT课件名称类别粗名称类别粗分类分类0123456789回回转转类类零零件件非非回回转转类类零零件件轮盘类轮盘类环套类环套类销杆轴销杆轴齿轮类齿轮类异形件异形件专用件专用件杆条类杆条类板块类板块类座架类座架类箱体类箱体类名称类别名称类别细分类细分类0123456789盘盖盘盖防护盖防护盖法兰盘法兰盘带轮带轮手轮手轮离合器离合器分度盘分度盘滚轮滚轮活塞活塞其它其它回转类零件的形状及加工码回转类零件的形状及加工码外部外部形状形状加工加工基基本本形形状状功功能能要要素素内部内部形状形状加工加工基基本本形形状状功功能能要要素素平面平面曲面曲面加工加工外外平平面面内内平平面面辅辅助助孔孔成成形形刻刻线线辅助码辅助码 材材 料料 毛毛坯坯原原始始形形状状 热热处处理理主要主要尺寸尺寸 精精度度 直直径径或或宽宽度度 长长度度非回转类零件形状及加工码非回转类零件形状及加工码图1-219 JLBM-1 分类编码系统25PPT课件图1-22 压盖零件编码（001021103050736)240 700.80.8其余3.226PPT课件（二）成组技术的实质 成组技术是是机机械械制制造造过程程中中一一种种先先进的的科科学学的的生产和组织管理方法，它它旨旨在在识别和和开发机机械械制制造造过程程中中各环节诸种种信信息息间的的相相似似性性，采采取取适适当当的的组织形形式式和和先先进技技术，实现其其工工作作的的合理化、科学化，使使多多品品种种、中中小小批批和和单件件生生产的企的企业获得得较好的好的经济和社会效益。和社会效益。27PPT课件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寸相似精度相似材料种类相似毛坯形式相似热处理相似加工方法与设备相似工序顺序相似夹具相似测量方法及量具相似零件相似性的组成零件的相似性28PPT课件（三）成组技术的应用与发展o产品品设计方面方面o制造工制造工艺方面方面o生生产组织管理方面管理方面29PPT课件1）加工单元组织形式 成组单机 成组单元 成组流水线 成组柔性制造系统图1-24 成组单元布置形式加工单元设计加工单元设计a）机群式布局 G G GDDMM进出料口 L L L L L L A AMMb）成组单元布局 L L L M M D D G G A出料口进料口30PPT课件图1-25 FMS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 络加工单元1加工单元2加工单元n运输小车工夹具站31PPT课件国外发展：成成组技技术20世世纪50年年代代提提出出至至今今已已经经历了了50年年左左右右的的发展和展和应用。用。m20世世纪50年年代代中中期期，前前苏联米米特特凡凡诺夫夫教教授授提提出出了了较为完完整的体系，整的体系，1959年出版年出版成成组工工艺科学原理科学原理。m20世世纪50年年代代末末60年年代代初初，成成组技技术传入入东欧欧和和西西欧欧各各国国m20世世纪60年年代代以以后后，日日本本，19681976年年，逐逐步步开开发5个个零件分零件分类编码系系统（KC-1、2及及KK-1、2、3）；）；m20世世纪80年年代代以以来来，单元元技技术发展展-CIMS发展展，仍仍以以相相似似 性性 原原 理理 划划 分分 的的 零零 件件 族族 为 基基 础。成 组 技 术：CAD/CAPP/CAM/FMS的重要基础.32PPT课件国内发展：n20世世纪60年年代代初初，纺织机机械械、飞机机、机机床床及及工工程程机机械械等等机机械械制制造造业中中推推广广应用用成成组技技术。十十年年文文革，停滞。改革开放后，成革，停滞。改革开放后，成组技技术受到重受到重视。n原原机机械械部部设计研研究究院院负责组织研研制制全全国国机机械械零零件件分分类编码系系统JLBM-1。n1986年年11月月召召开开全全国国成成组技技术研研究究会会第第三三届届学学术讨论会。会。33PPT课件三、影响零件族确定的因素1.零件类型2.零件尺寸大小3.加工精度4.材料硬度5.装夹次数6.生产批量34PPT课件四、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。35PPT课件五、零件工艺分析m工工艺分析的要点：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m工工艺分析的基本步分析的基本步骤：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36PPT课件第五节第五节 总体布局和设备配置总体布局和设备配置设计设计37PPT课件一、设备配置设计1.1.设备选择的基本原的基本原则质量效率柔性成本其他38PPT课件一、设备配置设计2.2.机械机械设备的配置的配置机械加工机床工件装卸站工件检测设备其他工作设备39PPT课件一、设备配置设计3.3.物料物料贮运系运系统的的设备配置配置物料搬运设备nAGV nRGVn传送带和悬挂式输送装置n机器人或机械手n其他搬运设备物料的缓冲存储存储40PPT课件二、总体平面布局设计1.1.平面布局平面布局设计的目的目标、依据及基本原、依据及基本原则目标n实现和满足生产过程的要求n较高的生产效率和合理的设备利用率n合适的柔性进行设备平面布局设计的依据主要有：n自动化制造系统的功能和任务n零件特征和工艺路线n设备的种类、型号和数量n车间的总体布置n工作场地的有效面积等41PPT课件二、总体平面布局设计1.1.平面布局平面布局设计的目的目标、依据及基本原、依据及基本原则原则n物料运输路线短n保证设备的加工精度n确保安全n作业方便n便于系统扩充n便于控制与集成42PPT课件二、总体平面布局设计2.2.平面布局平面布局设计的基本形式的基本形式o一维布局o二维布局o三维布局43PPT课件