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1、33,1,4.7 先进制造技术与自动化,33,2,主要内容,先进制造技术概述 数控机床和数控加工中心 工业机器人 先进制造系统的综合自动化技术,33,3,一、先进制造技术概述,制造业的主要任务是制造人类社会所需的一切产品，工业化国家约7080的物质财富来自制造业。 “先进制造技术” 是取得理想技术经济效果的制造技术的总称。从本质上看，可以说： 传统制造技术+ 信息技术+自动化技术+现代管理技术 = 先进制造技术。,33,4,先进制造的特点和内容,现代制造业的特点是： 个性化、小批量生产； 知识技术产品的周期越来越短； 产品价格与其知识含量密切相关； 对产品功能、性能、质量、服务要求越来越高；
2、全球竞争更加激烈。 先进制造技术包括数控技术、激光技术、新型材料、机器人、微型机械、纳米技术、CADCAM、精益生产、柔性制造系统、虚拟装配和网络化制造、计算机集成制造系统、智能制造系统、并行工程、敏捷制造等内容。,33,5,数控加工生产线,33,6,一种柔性制造系统,33,7,制造自动化的历史和发展,第一阶段：刚性自动化，包括单机自动化和刚性自动化生产线。 第二阶段：数控加工，包括数控和计算机数控。 第三阶段：柔性制造，特征是强调对市场需求的适应性、柔性和高效率。 第四阶段：计算机集成制造，特征是强调制造全过程的系统性和集成性。 第五阶段：新的制造自动化模式，如智能制造、敏捷制造、虚拟制造、
3、网络制造、全球制造、绿色制造等。,33,8,二、数控机床和数控加工中心,是微电子、计算机、自动控制、精密测量等技术与传统机械技术相结合的产物。它根据机械加工的工艺要求，使用计算机对整个加工过程进行信息处理与控制、较好地解决了复杂、精密、多品种、小批量机械零件加工问题，属于灵活、通用、高效的自动化装置也是实现生产过程自动化、柔性化的核心设备。,33,9,数控机床系统的基本构成及特点,与普通机床相比，数控机床不仅适应性强、加工效率高、精度高、质量稳定，而且可实现多坐标联动和复杂形状零件的加工，是实现多品种、中小批量生产自动化的有效方式。,33,10,计算机数控系统示意图,33,11,数控车床,33
4、,12,数控磨床,33,13,数控加工中心,是在普通数控机床的基础上发展起来的，主要是增加了刀具库、自动换刀装置和移动工作台等，因而可以在一台机器上完成多台机床才能完成的工作，包括铣、削、钻、刨、镗、攻罗纹等多种加工工序。,33,14,数控加工中心,33,15,三、工业机器人,由操作机（机械本体）、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，是一种仿人操作、自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业。 作业方式包括钻孔、切削、装配、焊接、喷漆、打磨、抛光、清洗、材料搬运、机具装卸等，几乎无所不能，特别适合于多品种变批量的柔性生产。 工业机器人发展很快，未来的工厂将是由计算机网络控制的包含多个机
5、器人智能加工单元的分布式自主制造系统，制造自动化的整体水平将显著提高。,33,16,生产汽车的机器人自动焊接生产线,33,17,四、先进制造系统的综合自动化技术,制造系统包含物料流、信息流和能量流，制造系统综合自动化的任务就是对它们实行有效的综合管理和控制，确保生产系统在最佳状态下运行，并获得尽可能高的效益。 综合自动化技术的常见形式有柔性制造系统、集散控制系统、现场总线控制系统、计算机集成制造系统等，代表了先进制造系统的发展方向。,33,18,1. 集散控制系统（分布式控制系统）,集散控制系统是以实现分散控制为主要目标的，英文名称为“Distributed Control System，简称
6、 DCS”，直译就是 “分布式控制系统”。翻译为“集散控制系统”更能体现其特点，指“管理功能集中”，“控制功能分散”。 第一套DCS产品是美国Honeywell公司l975年推出的，现在DCS已成为工业过程自动化领域的主要设备，广泛应用于石油、化工、电力、冶金和造纸等工业领域。,33,19,DCS的三级体系结构,33,20,2. 现场总线控制系统（FCS） Fieldbus Control System,大量采用微处理器以及智能传感器的发展导致用数字信号取代传统仪表的420 mA（DC）模拟信号，并通过现场总线连接控制系统与现场仪表，组成现场总线控制系统。 现场总线不仅仅是用数字仪表代替模拟仪
7、表，它是新一代全数字化、全分散、全开放的底层控制网络，是计算机技术、通信技术和测控技术的综合集成，它将自动控制系统和设备带进了信息网络之中，为实现企业信息集成和企业综合自动化提供了坚实的基础。,33,21,现场总线控制系统的构成例,33,22,现场总线控制系统的构成例,33,23,现场总线控制系统的主要优点,把数字化通信延伸到生产现场，可方便地获取变送器、执行器、监控装置等现场设备的运行状态和故障信息； 结构更简单，一条通信线缆上可挂接多个现场设备，大量节省连接电缆和A/D、D/A等I/O组件； 具有良好的互操作性、互用性和开放性； 功能模块较DCS更为分散化，可靠性更高； 便于实现现场设备的
8、智能化，数字化的现场仪表可以对各种数据和参数进行滤波、变换、补偿、运算等智能化处理，并可实现自学习、自诊断、自调整等多种功能。,33,24,3. 计算机集成制造系统（CIMS） Computer Integrated Manufacturing System,CIMS是计算机化、信息化、智能化、集成优化的现代制造系统，集成内容包括功能集成、组织集成、信息集成、过程集成等。 CIMS具有生产率高、生产周期短、可实现多品种小批量生产等一系列优点。 CIMS一般包含四个功能子系统（管理信息系统、产品设计自动化系统、制造自动化系统、质量保证系统）和两个支撑子系统（计算机网络系统和数据库系统）。,33,
9、25,CIMS的构成,33,26,CIMS四个功能子系统的作用和组成,信息管理子系统的功能包括市场分析和预测、经营决策、各级生产计划、生产技术准备、销售、供应、财务、成本、设备和人力资源管理； 产品设计自动化子系统通过计算机来辅助产品设计、制造准备以及产品测试； 制造自动化子系统由数控机床、加工中心、清洗机、测量机、运输小车、立体仓库和多级分布式控制计算机等设备及相应的支持软件组成，完成对零件的加工作业、调度以及制造任务； 质量保证子系统的功能包括质量决策、质量检测、产品数据采集、质量评介、生产加工过程中的质量控制与跟踪，保证从产品设计、产品制造、产品检测到售后服务全过程的质量。,33,27,
10、CIMS两个辅助子系统的作用和组成,计算机网络子系统也就是企业内部局域网，是支持CIMS各子系统的开放型网络通信系统，采用标准协议可以实现异机互联、异构局域网和多种网络的互联，可以满足不同子系统对网络服务提出的需求，支持资源共享、分布处理、分布数据库和实时控制； 数据库子系统则支持CIMS各子系统的数据共享和信息集成，它覆盖了企业的全部数据信息；数据库系统在逻辑上，数据和信息是统一的；而在物理上，是分布式的数据管理系统。,33,28,我国用于飞机制造的CIMS,33,29,自动化立体仓库,33,30,五、先进制造技术的发展趋势,总的发展趋势是精密化、敏捷化、网络化、虚拟化、智能化、绿色化、集成
11、化、全球化。 制造精密化 上世纪初精密加工的误差是10m，至今达0.001m，而且不断向超精微细领域扩展。 制造敏捷化 主要内容有： 柔性包括机器柔性、工艺柔性、运行柔性、扩展柔性等； 重构能力能实现快速重组重构，增强对新产品开发的快速响应能力； 快速化的集成制造工艺。,33,31,制造网络化 主要包括： 制造环境内部的网络化，实现制造过程的综合集成； 制造环境与整个制造企业的网络化，实现制造环境与企业中工程设计、管理信息系统等各子系统的集成； 企业与企业间的网络化，实现企业间的资源共享、组合与优化利用； 通过网络，实现异地制造。 制造虚拟化 主要指虚拟制造，是以系统建模和仿真技术为基础，由多
12、学科知识形成的一种综合系统技术。,33,32,制造智能化 是在柔性化和集成化基础上进步的发展和延伸，通过人与智能机器的协作，去扩大、延伸和部分地取代人类专家在制造过程中的脑力劳动，以实现制造过程的优化。 制造绿色化 是综合考虑环境影响和资源效率的现代制造模式，目标是使产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的整个生命周期中，对环境的影响（负作用）最小，资源使用效率最高。,33,33,制造过程集成化 指产品的设计、加工、检测、物流、装配过程一体化。 制造全球化 随着“网络全球化”、“市场全球化”、“竞争全球化”、“经营全球化”的出现，全球化制造的研究和应用发展迅速，主要包括： 市场的国际化，全球销售网络的形成； 产品设计和开发的国际合作及产品制造的跨国化； 制造企业在世界范围内的重组与集成； 制造资源的跨地区、跨国家协调、共享和优化利用。,