第四章 自动化.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第四章 自动化制造系统的总体设计,第四章 自动化制造系统的总体设计,第一节 系统可行性论证,一、可行性论证的意义,考虑产品，生产纲领以及产品零件的形状复杂，质量和制造柔性以适应市场竞争的需要。,应从技术、经济等各个方面全面考虑。既要考虑企业目前的经济效益，又要考虑企业长远的战略效益。论证的时间较长，论证费用占总投资的,1,左右。要作大量的调查研究和过细的工作，以保证项目的顺利,二、可行性论证的内容和要求,(,一,),企业生产经营现状及存在问题分析,1),企业概况,2),产品和生产特点,3),设备特点,4),车间生产管理特点,5),经营特点,6),市场需求形势分析,7),主要的生产经营,“,瓶颈,”,及解决途径,1,市场需求形式和国家政策分析,2,企业在集团内、行业内的态势,3,企业的人力资源分析,对人力资源的研究讨沦应从以下几个方面进行：,员工的选择、培训和发展。,报酬和激励。,企业人文环境。,员工需求平衡和需求预测等。,(,二,),企业生产经营目标,1),经营目标及战略,2),采用自动化制造系统的必要性及作用,(,三,),建立自动化制造系统目标,1),自动化制造系统所加工的产品及零件的品种覆盖率。,2),自动化制造系统的规模和年生产能力。,3),自动化程度及水平。,总目标可行性论证应有四方面的要求：,1),有明确的定量目标,2),要明确责任和活动范围,3),能提出约束条件,4),是客观的需要,TQCSE,五方面体现市场竞争力,(,四,),制定自动化制造系统的技术方案,工艺分析，确定加工工艺方案。,2),确定加工设备品种、规格及数量配置。,3),确定出工件输送及管理系统方案。,4),确定出刀具输送及管理系统方案。,5),确定清洗、测量、切削液的回收、切屑清除及其他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。,在确定自动化制造系统的技术方案时，需要注意以下几个问题：,1,必须坚持走适合我国国情的自动化制造系统发展道路,1),自动化程度低,2),企业管理方式落后,3),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,(,五,),投资概算,投资论证的准确度一般控制在总投资的,l0,左右，并要阐明专项费用的使用管理制度，以保证投资的有效使用。,(,六,),效益分析,主要的效益预计指标包括：,1),缩短零件制造周期。,2),降低废品率。,3),减少工装费用。,4),减少试切以及其它方面可能减少的工时。,5),提高机床利用率。,6),因减少在制品和库存面节省的费用。,7),提高人均劳动生产率。,8),提高产值及利润。,(,七,),系统实施计划,(,八,),结论,第二节 类型选择的意义与原则,一,、根据生产批量及生产方式选择,二,、根据零件的形状结构选择,三,、根据用户资金情况选择,四,、根据工厂的现状及发展规划选择,五,、根据自动化制造系统的目标选择,第三节 总体设计的内容及步骤,一、总体设计内容,1),确定加工对象的类型及范围，这项工作常称为零件族选择。,2),对所确定的加工对象进行工艺分析，制订加工方案，包括工序划分、加工顺序确定、装夹原则及方式选择、确定刀具种类及数量、计算工时定额等。,3),建立系统的功能模型和信息模型，功能模型用来描述系统的整体功能和分功能。在建立功能模型时，应充分考虑人机功能的最佳分配；信息模型描述和分析系统的信息需求，为建立数据库作准备。,4),确定设备类型及配置，进行系统总体平面布局设计。,5),确定物流系统方案、控制系统方案、质量控制及监控方案,o,6),计算机通讯网络及数据库管理系统设计。,7),辅助装置的确定，如托盘及托盘缓冲站、中央刀库及刀具进出站洗机、排屑装置、冷却液回收装置、立体仓库等。,8),对系统配置及运行方案进行汁算机仿真以确定最佳方案。,9),对系统进行可靠性分析。,二、总体设计的步骤,第四节 零件族的确定及工艺分析,零件族确定及工艺分析的目的,自动化制造系统需覆盖的加工范围和加工能力,自动化制造系统的类型和规模。,机床及其它设备的类型和所需的主要附件。,夹具种类和数量。,刀具种类和数量。,托盘及其缓冲站的数量。,所需投资的初步估算等。,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,零件选择方法,1),人工挑选法,2),计算机自动选择法,计算机自动选择法,制造系统特征矩阵,零件特征矩阵,权值,例,零件工艺分析,1,零件工艺分析的要点,1),工序的集中性 在一台机床上尽可能完成较多的工序，以减少零件的装夹次数，确保零件加工精度及提高系统的运行效率。,2),工序的选择性 零件虽被选入系统加工，但若有不适于系统加工的工序或为得到合理的定位基难，可将某些工序安排在系统外加工。,3),成组技术原则 零件的工艺设计应考虑成组技术原则，以简化夹具设计、刀具数量,NC,程序编制等，为确保加工质量，提高系统利用率和运行效率创造条件。,4),切削参数的合理性 可结合机床、刀具、工件材料与刚度、加工精度等综合考虑。,2,工艺分析的基本步骤,(1),分析产品工艺要求。,(2),进行工序划分,(3),选择工艺基准,(4),其它,安排工艺路线拟定夹具方案、选择刀具与切削参数、拟定零件检测方案、工时计算与统计等。为检验工艺方案是否合理，还应进行工艺方案的经济性分析与运行效益预估。,第五节 自动化制造系统的功能模型及信息模型,一、建立系统功能模型的目的,功能模型是分析和设计系统的有效工具，也是检查、验收系统的技术文件和依据之一。因此，建立系统的功能模型是总体方案设计的一项非常重要的内容。,二、系统具有的基本功能,1),信息变换功能,2),制造变换功能,三、建立系统功能模型的方法与步骤,建立系统功能模型的条件和方法,1),能够从各个侧面全面描述系统；,2),系统描述简单明了，容易读懂，便于理解；,3),具有严格的建模规则，不会产生二义性；,4),所建立模型应能够用来进行系统的分析与设计。,1),结构化分析法,SA,2),结构化设计法,SD,3),功能模型法,IDEF,0,第六节 设备配置及布局设计,典型自动化制造系统有三个重要组成部分：,1),能独立工作的工作站,2),物料运储系统,3),运行控制与通讯网络系统。,一、设备配置,(,一,),设备的选择原则,1),质量,2),生产率,(,时间,),3),柔性,4),成本,独立工作站的设备配置,1,机械加工工作站,2,工件装卸站,3,工件检测站,4,清洗工作站,(,三,),物料运贮系统的设备配置,1,工件运贮系统的设备配置,(1),工件搬运系统,(2),托盘,(3),托盘缓冲站,(4),夹具,设计和选用自动化制造系统托盘夹具应遵循原则：,1),为简化定位和安装，夹具的每个定位面相对加工中心的坐标原点，都应有精确的坐标尺寸。,2),夹具元件数应尽可能少，元件的强度和刚度要高，使用方便、合理，应设有能将工件托起一定高度的等高块元件，便于冲洗和清除切屑。,3),夹具与托盘一起移动、上托、下沉和旋转时，应不与机床发生干涉。,4),尽可能采用工序集中的原则，在一次装夹中能对工件多面进行加工，以框架式或台架式夹具为好。,5),当工件结构尺寸较小时，应尽可能在一个夹具上装夹多个,(,或多种,),工件，以减少夹具数量或种类、提高机床的利用率。,2,刀具运贮系统的设备配置,(1),刀具搬运系统,(2),刀具进出站,(3),中央刀库,3,立体仓库,二、总体平面布局设计,布局设计的基本原则,1),有利于提高机床的加工精度。,2),加工机床与物料运输设备之间的空间位置应协调。,3),计算机工作站应有合理的空间位置，通信线路畅通且不受外界强磁场干扰。,4),确保工作人员的人身安全，应设置安全防护栅栏。,5),为便于系统扩展以模块化结构布局为好。,6),物料运输路线愈短愈好。,第七节 控制结构体系及通信网络方案设计,一、自动化制造系统控制系统的作用,控制系统对自动化生产系统其主导控制作用,二、自动化制造系统的递阶控制结构,自动化制造系统的控制系统是很复杂的。对复杂控制系统采用递阶控制结构是当今的常用方式。,实践证明，分层递阶控制是一种行之有效的方法。,1.,把复杂控制过程的管理和控制进行分解，分为相对简单的过程，分别由各层计算机去处理，功能单一，易于实现，不易出错。,2.,各层的处理相对独立，易于实现模块化，使局部增、删、修改简单易行，从而增加了整个系统的柔性和对新技术的开放性。,3.,分层处理对实时性要求有很大差别的任务，可以充分有效地利用计算机的资源。不过，究竟是分几层好，这要视具体对象和条件而定，不可千篇一律。,三、,FMS,单元控制系统,FMS,单元控制系统覆盖了其中的底三层，即单元层、工作站层和设备层。,设备级控制器。,工作站控制器。,单元控制器,(,二,),单元控制系统基本任务,1),单元中各加工设备的任务管理与调度，其中包括制定单元作业计划、计划的管理与调度、设备和单元运行状态的登录与上报。,2),单元内物流设备的管理与调度，这些设备包括传送带、有轨或无轨物料运输车、机器人、托盘系统、工件装卸站等。,3),刀具系统的管理，包括向车间控制器和刀具预调仪提出刀具请求、将刀具分发至需要它的机床等。,四、,FMS,单元控制系统软件,1,计划功能,1),制定计划,2),发放计划,3),实施再计划,4),建议调整任务,2,调度功能,1),分解计划,2),实施调度,3),建议调整计划,3,监控功能,1),分析数据,2),提出报告,（二）,FMS,单元控制系统的信息,五、作业计划与调度结构,（一）,FMS,生产计划调度与控制系统,(,二,)FMS,生产作业计划,1),订单分析。,2),日计划或班次计划制订,3),系统能力平衡的调整。,六、自动化制造系统的网络方案,信息系统的物理配置内容包括：,1),自动化制造系统控制体系结构的选择与设计。,2),自动化制造系统计算机硬件系统与通信网络的体系结构设计。,3),自动化制造系统计算机软件系统的设计。,(,一,),网络选择的基本步骤,(,二,),信息传播需求分析,1),基本信息,2),控制信息,3),系统状态信息,(,三,),网络功能设计,(,四,),网络的物理结构,第八节 自动化制造系统的可靠性分析,一、系统可靠性分析的目的,自动变换加工程序。,自动完成多品种零件族加工。,对作业计划和加工顺序能够按某些策略随机应变。,高效率自动换刀。,自动监测、质量自动控制和故障自动诊断等。,可靠性,二、系统可靠性分析的主要内容,（一）系统设计可靠性分析,1),分析系统的性能是否满足规定的要求。,2),可靠性目标是否符合用户要求，现实性怎样。,3),分析工作环境对系统可靠性有何影响。,4),分析是否考虑了系统安全性要求。,5),分析是否对系统各组成部分有可靠性要求，设计的簿弱环节是什么,?,6),分析系统的安装工艺和系统调试考虑得怎样,o,7),分析系统是否需要作试运行试验。,8),分析资金投入是否合理等。,(,二,),系统运行可靠性分析,1),分析制造工艺的可靠性。,2),分析安全操作规程。,3),分析系统中的各个设备、装置以及刀、夹、量具和检测设备的可靠性。,4),分析工作环境的严格控制。,5),分析异常状态的监测和报警。,6),分析入员安全防护装置的可靠性。,7),分析外购件、外协件的可靠性等。,三、自动化制造系统可靠性分析的特点与一般要求,特点,1),对各种功能有不同程度的可靠性要求。,2),可导致系统功能和性能的严重破坏,(,事故,),。,3),各种保障机构和人员，对可靠性水平可能有不同程度的影响。,4),具有多种功能的可靠性要求。,一般要求,1),由于自动化制造系统是一个复杂的系统，在描述系统的失效模式时，要尽量以零、部件故障模式来表征，只有在难以用零、部件故障模式进行描述或无法确认是某一零、部件发生故障时，才可以用于系统或系统本身的故障模式进行描述。,2),失效模式及影响分析是自动化制造系统可靠性分析方法之一自动化制造系统用户应根据同自动化制造系统设计方所达成的协议编制自动化制造系统功能一览表，由合同承包商,(,设计方和生产厂,),提供详细的失效模式及影响分析一览表,(,根据此表对具体的自动化制造系统提出可靠性要求以及失效模式判别准则,),，并列入自动化制造系统技术任务书。,3),自动化制造系统设计方必须向自动化制造系统用户提供详细的故障树分析，以此作为管理人员和维修人员的指南。,4),为了合理地、科学地分析自动化制造系统设计与运行可靠件，必须对自动化制造系统所有的自动化制造模块逐一完成下列工作：,可靠性数据收集、可靠性指标确定以及维修性设计、人机工程设计、安全性设计、以期达到高的可靠性最终完成可靠性分配。,每个自动化制造模块的可靠性均应单独获得定量描述、分析和评估。,分析、确定自动化制造模块的失效模式。,给故障树，并考虑自动化制造模块的所有元件对于失常状态具有一种互相补偿的功能，可以防止失常状态在完成相应功能时变成故障，或将其不良后果降低到最低限度。,5),在自动化制造系统设计和运行的各个阶段应对自动化制造系统可靠性进行分析，做到：,在研制自动化制造系统过程中应对系统可靠性进行设计,(,先验,),分析；在自动化制造系统试运行和工业运行中应对系统可靠性，进行实验,(,事后,),分析。,在自动化制造系统设计与运行的各阶段对其可靠性进行分析时，是否要考虑自动化制造系统软件和人员工作可靠性，应由自动化制造系统技术任务书予以规定。,6),在编写自动化制造系统技术任务书时，应指出为保证新研制,(,或新型的,),自动化制造系统而规定的可靠性及所要做的一系列工作，并把这些工作编制成,自动化制造系统可靠性保障计划,。,四、自动化制造系统可靠性分析有关的术语定义,(1),自动化制造系统设计与运行可靠性,无故障性和维修性、寿命,(2),可靠度,(3),维修度,(4),失效模式及影响分析,(5),失效模式,(6),失效判据,(7),可靠性分配,(8),故障树,(9),自动化制造系统的紧急情况,(10),失效与故障,六、系统可靠性分析的步骤和基本方法,1,建立系统的可靠性模型,2,计算系统的故障概率,3,进行系统可靠性分析,七、提高自动化制造系统可靠性的途径,(,一,),按照可靠性工程要求，搞好系统设计,(,二,),制造技术的高低，也将对系统的固有可靠性产生较大的影响,(,三,),系统使用与维护,