企业信息化 第5章

Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,Click to edit Master title style,第五章 信息化企业的制造系统,第一节 概述,第二节 成组技术,第三节 数控技术,第四节 数控机床和系统,第五节 工业机器人,第六节 物料储运系统,第七节,计算机辅助检验、检测、监控和诊断,第八节,柔性制造单元和系统,第九节,制造信息的集成化管理和控制,第五章 信息化企业的制造系统,第一节 概 述,制造是生产产品的基本活动，企业通过制造将原材料转化成所需要的产品。,制造过程包括原材料入库、毛坯制备、半成品和成品库存、热处理、机械加工、装配、检测、喷漆、包装及发运等一系列活动。,现代企业对制造系统的要求是能够快速、自动化、高质量、低消耗地生产出满足市场需求的产品。,在农业经济时代，制造活动以手工作坊式为主，制造技术的水平极其低下。在工业经济时代，制造系统呈现专业分工的特点，实现的是高度自动化的大批量生产，生产率得到极大提高，采用的是刚性自动化设备，设备成流水线布局。在信息经济时代，企业所面对的是动态多变的市场，顾客追求的是个性化的产品。相应地，应采用人机一体化、高柔性的自动化制造系统。这种系统的核心是数控技术的应用。,第五章 信息化企业的制造系统,信息化企业制造系统的特征,1人机一体化,传统制造系统追求的是高度自动化，忽略了人的作用，其运行效果往往不太理想。信息化企业的制造系统强调的是充分发挥人的作用的人机一体化系统。,这种系统并非不要自动化，它强调的是人机功能的合理分配。简单重复性的工作，体力劳动强的工作，精度要求高的工作，比较危险的工作，均可交给机器去完成。人则完成机器无法完成，或实现起来花费巨大，或难于保证运行可靠性的工作。,第五章 信息化企业的制造系统,信息化企业制造系统的特征,2高柔性,信息化企业要想在动态多变的市场环境中生存和发展，就必须以最短的时间制造出适销对路的产品。,相应地，制造系统必须具有很大的柔性，能够根据产品的要求快速地对系统进行重构，以适应产品类型的不断变化。,面向小批量生产的制造系统的柔性是以成组技术为基础的，可以利用成组技术原理将零件分类成族，以接近大批量生产的高生产率和低成本，实现单件、小批量生产。,制造系统的结构应是模块化的，以利于系统的快速重构。,第五章 信息化企业的制造系统,信息化企业制造系统的特征,3高度集成化和一体化,信息化企业的制造系统不是单独运行的，它要与管理信息系统和技术信息系统运行在同一集成环境中，相互之间要交流大量的信息。因此，高度集成化是现代制造系统最显著的特点。,例如，制造系统要接受来自技术信息系统的产品设计信息和零件的各种信息，它还要接受来自管理信息系统的物资供应信息和生产计划信息。制造系统要向技术信息系统反馈加工状态信息，向管理信息系统反馈加工质量信息、设备运行状态和生产计划完成情况等信息。,第五章 信息化企业的制造系统,信息化企业制造系统的特征,4智能化,制造系统的智能化主要体现在以下几个方面：,1)具有智能决策功能，能够模仿人类专家的决策过程进行决策。,2)具有智能故障预测、诊断和自修复功能。,3)系统具有自律功能，能够根据运行环境的变化自动调整自身的运行参数，使自己始终运行在最佳状态下。,4)更高级的智能制造系统还具有自变形功能，能够根据产品的变化实现自身结构的动态重构，以最佳的系统结构实现制造过程。,第五章 信息化企业的制造系统,第二节 成组技术,一、成组技术的定义,成组技术是指将企业生产的各种产品、部件和零件，按照特定的相似准则分类归组，并在分类的基础上完成产品生产的各个环节，从而实现产品设计、制造和生产管理的合理化。,成组技术是上世纪50年代由苏联学者提出来的，它特别适合于多品种、中小批量生产，被认为是各种现代制造系统的基础。,第五章 信息化企业的制造系统,第二节 成组技术,二、成组技术的关键是发掘相似性，充分利用相似性,成组技术,采用的是编码技术来,发掘相似性,：,1、首先要对行业的产品、零件、技术系统、管理模式等进行,全面的分析，制定出符合行业特点的分类编码系统。,如原机械工业部,JLBM-1,系统、德国的,OPITZ,系统、日本,KK3,系统等。,2、利用分类编码系统，可以用一组数码代表零件的各种信息，,以便于计算机识别和处理。,3、按照分类规则描述全部零件，得到所有零件的成组代码。,4、再按照一定的分类准则，则可将所有零件分成不同的组。,第五章 信息化企业的制造系统,第三节 数控技术,数控技术是指用数字量发出指令，并实现控制的技术，是一种可编程的自动控制方式。,控制对象一般是位置、轨迹、转角、速度等机械量，也可以控制温度、压力、流量等物理量。这些量的大小不仅可用数字表示，而且应是可测量的。,控制功能（控制系统分类）为点位控制系统、直线控制系统、轮廓控制系统,控制系统组成如下图,第五章 信息化企业的制造系统,第三节 数控技术,数控系统由三部分组成，,1,、,2,、,3,为系统的准备部分，主要功能是将待控制对象用数控程序来表示并输人数控系统。,4,是数控系统的核心，完成运算和控制功能。,5,、,6,、,7,、,8,为系统的执行部分，具体实现数控系统的控制功能。下图为,数控系统的基本组成框图,第五章 信息化企业的制造系统,第四节 数控机床和系统,一、数控机床(,NC,),和,CNC,1、,定义：数控机床是利用数控系统控制实现加工的机床,2、上世纪,70,年代出现了计算机控制的数控机床,CNC,3、结构特点,（下图中,CNC,系统由虚线框的几部分组成，双点划线为被控对象）,第五章 信息化企业的制造系统,第四节 数控机床和系统,数控车床,第五章 信息化企业的制造系统,第四节 数控机床和系统,数控铣床,第五章 信息化企业的制造系统,第四节 数控机床和系统,二、加工中心机床(,MC,)：,带有刀库和自动换刀装,置的数控机床。,第五章 信息化企业的制造系统,第四节 数控机床和系统,CNC,数控机床操作面板示意图：,操作面板是操作人员与数控机床进行交互的工具。,第五章 信息化企业的制造系统,第四节 数控机床和系统,加工中心用机械手手臂和手爪,第五章 信息化企业的制造系统,第四节 数控机床和系统,机械手传动示意图,第五章 信息化企业的制造系统,第四节 数控机床和系统,加工中心机床(,MC,),的刀库实例：,第五章 信息化企业的制造系统,第四节 数控机床和系统,加工中心机床(,MC,),的主轴,第五章 信息化企业的制造系统,第四节 数控机床和系统,三、,分布式数控,(,DNC,),DNC,系统是用一台中央计算机直接调度和管理多台数控机床,或加工中心的系统，它的任务是在多台数控机床间分配生产,任务，发布控制信息，使每台机床控制器执行各自的操作。,第五章 信息化企业的制造系统,第五节 工业机器人,机器人技术是20世纪人类最伟大的发明之一。,中国工程院院长宋健指出：,“机器人学的进步和应用是20世纪自动控制最有说服力的成就，是当代最高意义上的自动化”。,机器人技术综合了多学科的发展成果，代表了,高技术的发展前沿,，它在人类生活应用领域的不断扩大正引起国际上重新认识机器人技术的作用和影响。,2010,年上海世博会日本展馆展出的一款机器人,第五章 信息化企业的制造系统,第五节 工业机器人,一、,工业机器人,定义：,工业机器人是一种多用途的、拥有某些人类特点的,可编程机器。它可根据控制程序去执行一系列的机械动作，如上料、,点焊、喷漆和装配等各种制造过程，并且能够反复地重复这些动作。,二、产生与发展：,1、1962年第一台机器人诞生于美国麻省理工学院,2、第一代：可编程序控制机器人。,3、第二代：具有视觉和触觉的机器人。,4、第三代：,能看、能听、能说话、能走动、具有自适,应能力,智能机器人。,第五章 信息化企业的制造系统,第五节 工业机器人,三、机器人组成：一般由手部、腕部、机身、驱动系统和控制系统等部分组成。如下图：,第五章 信息化企业的制造系统,第五节 工业机器人,总体结构,第五章 信息化企业的制造系统,第五节 工业机器人,四、机器人分类：,1、按其承担的工作任务的性质可分：为搬运机器人和作业机器人，前,者常用于装卸工件、清理场地、供料和卸料等工作；后者用来执行,诸如焊接、喷漆、检验、装配等工作。,2、按机器人的功能划分，则可分为专用机器人、通用机器人、示教机,器人和智能机器人等。,3、从结构和运动形式看，工业机器人又可分为四大类。如下图：,第五章 信息化企业的制造系统,第五节 工业机器人,图,a,）为直角坐标系机器人； 图,b,）是圆柱坐标系机器人；,图,c,）所示为球坐标系机器人；图,d,）所示为关节系机器人。,第五章 信息化企业的制造系统,第五节 工业机器人,为使工业机器人能够按必要的动作顺序和轨迹运动，有时需要有,6,个运动自由度，并用来模仿手臂的各种动作。在这,6,个自由度中，,3,个是属于臂部和机身的，另外,3,个属于腕部，,如下图所示。,第五章 信息化企业的制造系统,第五节 工业机器人,轿车生产点焊机器人,第五章 信息化企业的制造系统,第五节 工业机器人,铆接机器人,第五章 信息化企业的制造系统,第五节 工业机器人,汽车装配机器人,第五章 信息化企业的制造系统,第五节 工业机器人,国产机器人,第五章 信息化企业的制造系统,第五节 工业机器人,一汽“红旗”轿车机器人焊接线,第五章 信息化企业的制造系统,第六节 物料储运系统,物料概念；制造系统中的物料主要指原材料、配套件、在制品、成品和刀具等 。,物料储运系统是为了完成上述物料的输送和储存。,为了缩短零件在车间内的总时间，则应设法提高物料储运系统的效率。因此物料储运系统的设计和最佳化愈来愈受到企业的重视。,第五章 信息化企业的制造系统,第六节 物料储运系统,一、,物料搬运系统,1,、物料的搬运包括工件从系统外部送人系统、工件在系统内部的传送、刀具在系统内部的传送几部分组成。,2,、常用的物料搬运系统可分成四类：自动运输小车、轨道传送系统、带式传送系统和机器人传送系统等。,二、物料储存系统,1,、物料储存系统通常包括刀具的存储、工件的存储和其他工具的存储。,2,、制造系统的毛坯、半成品、成品、托盘等一般放在由计算机控制的立体仓库中。立体仓库通常由货架、堆垛起重机和控制系统组成。,三、自,动化物料储运系统的意义：是现代化企业的主要系统之一，采用它可以有效减少作业场所的面积，减轻工人的体力劳动，实现物料的有效管理，对实现制造和管理系统的集成有着重要的意义。,第五章 信息化企业的制造系统,第六节 物料储运系统,物料搬运系统,第五章 信息化企业的制造系统,第六节 物料储运系统,物料搬运系统,第五章 信息化企业的制造系统,第六节 物料储运系统,物料搬运系统,第五章 信息化企业的制造系统,第七节,计算机辅助检验、检测、监控和诊断,在现代制造系统中，设备的自动化程度很高，系统的复杂程度也很高，出现故障的概率就很大。为了保证系统的正常运行，需要对系统运行的关键参数进行经常性的测试，以实现对系统运行状态的监控。,如果出现故障，系统应自动诊断故障部位，并进行自动修复，或为人工修复提供指导。,制造系统的毛坯、半成品和成品都要进行检验，以保证产品的质量。因此，检验、测试、监控和诊断系统是现代制造系统的重要组成部分。,制造系统自动化程度愈高、系统愈复杂、加工质量要求愈高，则系统的检验、检测、监控和诊断的功能就应愈强大。,第五章 信息化企业的制造系统,第七节,计算机辅助检验、检测、监控和诊断,一、计算机辅助检验系统,1,、产品检验是判定产品是否满足设计要求的一种活动，通过对检验数据的分析，也可找出制造系统运行中的问题所在。,2,、检验分为在线检验和离线检验两种类型。,3,、信息化企业制造系统所采用的检验方式主要是计算机控制的检验过程，并由计算机进行数据处理。,对于流程型制造系统，由于加工过程的自动化程度极高，常采用在线自动检验方式 ；,对于离散型制造系统，例如机械加工过程，在线检验和离线检验两种方式共存，且离线检验用得更多。,第五章 信息化企业的制造系统,在线检验实例,(1),测头及传感器,第五章 信息化企业的制造系统,在线检验实例,(2),第五章 信息化企业的制造系统,第七节,计算机辅助检验、检测、监控和诊断,一、计算机辅助检验系统,2,、离线检验实例,第五章 信息化企业的制造系统,第七节,计算机辅助检验、检测、监控和诊断,二、计算机辅助,检测和监控,1,、在现代制造系统中，系统的运行状态应时刻处于监控之下。,2,、计算机辅助监控系统的核心是检测技术，通过检测才能获得所需要的信息。计算机辅助测试系统的组成 如下图所示：,第五章 信息化企业的制造系统,计算机辅助检验实例,(1),第五章 信息化企业的制造系统,计算机辅助检验实例,(2),第五章 信息化企业的制造系统,第七节,计算机辅助检验、检测、监控和诊断,三、计算机辅助诊断,1,、计算机辅助诊断应解决的问题 ：,制造系统的设备运行状态是否正常,?,是否即将发生故障,?,发生故障后如何确定故障的位置和原因,?,如何指导修复工作,?,2,、计算机辅助诊断与计算机辅助检测是紧密相关的，只 有通过检测获得必需的数据，才能得到正确的诊断结果。,3,、计算机辅助故障诊断是一门重要的技术，在很多方面都有着广泛的用途。特别是对于十分复杂的机电产品，对于危险、有毒、有害的工作环境，计算机辅助诊断系统更可以发挥自身的威力。,第五章 信息化企业的制造系统,第八节,柔性制造单元和系统,一、,在现代制造企业中，物料流和信息流的结合主要体现在自动化制造的最高形式,柔性制造系统上。,二、柔性制造系统是为满足多品种、小批量的自动化生产而出现的，特别适合于加工形状复杂，精度适中、批量中等的零件的加工。,三、由于柔性制造系统中的所有设备均由计算机控制，所以，改变加工对象时只需改变控制程序即可，使得系统的柔性变得很大，它的出现适应了市场动态多变的需求。,第五章 信息化企业的制造系统,第八节,柔性制造单元和系统,四、,柔性制造系统一般由四部分组成：加工系统、物流系统、辅助系,统和信息流系统,(,图中未示出辅助系统,),，其构成如下图所示。,第五章 信息化企业的制造系统,第八节,柔性制造单元和系统,五、概括起来，,FMS,是个复杂的大系统，它的建造和运行成本较高，系统的复杂程度很高，掌握起来难度很大。因此，在实施,FMS,时，应做认真细致的需求分析，只有在经济性和技术性均可行的情况下再上,FMS,，否则就会给企业带来很大的损失，国内外这方面的教训已很多。所以，近几年来有人呼吁在投资,FMS,时一定要慎重，人们目前更倾向于发展柔性制造单元,FMC,。,第五章 信息化企业的制造系统,第八节,柔性制造单元和系统,五、柔性制造单元,FMC,示意图。,第五章 信息化企业的制造系统,第九节,制造信息的集成化管理和控制,一、在现代制造企业中，制造过程极其复杂，所用的自动化设备种类繁多，仅采用一台计算机进行集中式控制显然是不可能的。所以，人们通常采用分布式递阶控制结构。下图所示是一个五级计算机递阶控制系统的模型。,在这种控制结构中，信息在两个方向流动。一个是自上而下的控制信息流，另一个是自下而上的反馈信息流。,第五章 信息化企业的制造系统,第九节,制造信息的集成化管理和控制,这种控制结构的最底层为设备控制器，直接控制各种具体设备，执行加工、换刀、储运、清洗、检验等作业。,向上第二级为工作站控制器，其任务是对加工过程的作业排序，接受,NC,代码，转送指令，协调和控制所属设备的工作任务，实时处理来自设备级的状态信息。,向上第三级为单元控制器，它执行车间控制计算机下达的周日作业计划，并对其进行排序，每个单元控制器控制一个或多个工作站单元，对它们进行调度和监控。,向上第四级是车间级控制计算机，它接受工厂级的日周生产计划和来自制造资源计划,MRP,的信息，以及来自技术信息系统的相关指令，同时采集下一层的数据，并进行实时反馈处理，形成各种分析报告和作业统计报表。,最顶层为工厂级控制计算机，它连接所有车间级子网，生成并下达生产计划，并生成相应的报表凭证。,第五章 信息化企业的制造系统,第九节,制造信息的集成化管理和控制,二、,计算机递阶控制系统结构模型,