機械加工生產(chǎn)線總體設計.ppt

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機械制造裝備設計 全國本科院校機械類創(chuàng)新型應用人才培養(yǎng)規(guī)劃教材 第8章機械加工生產(chǎn)線總體設計 機械加工生產(chǎn)線概述 生產(chǎn)線設備布局設計 柔性加工生產(chǎn)線設計 柔性制造系統(tǒng) 本章分五個小節(jié) 先進制造模式 8 1機械加工生產(chǎn)線概述 機械加工生產(chǎn)線及其基本組成在機械產(chǎn)品生產(chǎn)過程中 對于一些加工工序較多的工件 為保證加工質(zhì)量 提高生產(chǎn)率和降低成本 往往把加工裝備按照一定的順序依次排列 并用一些輸送裝置與輔助裝置將它們連接成一個整體 使之能夠完成工件的指定加工過程 這類生產(chǎn)作業(yè)線稱為機械加工生產(chǎn)線 機械加工生產(chǎn)線由加工裝置 工藝裝置 輸送裝置 輔助裝置和控制系統(tǒng)組成 數(shù)據(jù)管理 8 1機械加工生產(chǎn)線概述 由于不同工件的加工工藝復雜程序不同 機械加工生產(chǎn)線的結(jié)構及復雜程度也常常有很大差別 1 2 3 組合機床 4 工件輸送帶 5 傳動裝置 6 轉(zhuǎn)位臺 7 轉(zhuǎn)位鼓輪 8 夾具 9 切屑運輸裝置 10 液壓站 11 操縱臺 8 1機械加工生產(chǎn)線概述 機械加工生產(chǎn)線的類型按所用加工裝置分類 1 通用機床生產(chǎn)線這類生產(chǎn)線建線周期短 成本低 多用于加工盤類 軸 套 齒輪等中小旋轉(zhuǎn)體工件 2 組合機床生產(chǎn)線這類生產(chǎn)線由組合機床聯(lián)機構成 主要適用于加工箱體及雜類工件的大批量生產(chǎn) 3 專用機床生產(chǎn)線主要由專用機床構成 設計制造周期長 投資周期長 投資較大 適用于加工結(jié)構特殊 復雜的工件或產(chǎn)品結(jié)構穩(wěn)定的大量生產(chǎn)類型 數(shù)據(jù)管理 按生產(chǎn)線工件節(jié)拍特性分類 1 固定節(jié)拍生產(chǎn)線固定節(jié)拍是指生產(chǎn)線中所有設備的工件節(jié)拍等于或成倍于生產(chǎn)線的生產(chǎn)節(jié)拍 工件節(jié)拍成倍于生產(chǎn)線生產(chǎn)節(jié)拍的設備需配置多臺并行工作 以滿足每個生產(chǎn)節(jié)拍完成一個工件的生產(chǎn)任務 2 非固定節(jié)拍生產(chǎn)線非固定節(jié)拍生產(chǎn)線是指生產(chǎn)線中各設備的工作節(jié)拍不同 各設備的工作周期是其完成各自工序需要的實際時間 由于各設備的工作節(jié)拍不一樣在相鄰設備之間或在相隔若干臺設備之間需設置儲料裝置 數(shù)據(jù)管理 8 1機械加工生產(chǎn)線概述 按生產(chǎn)目的和生產(chǎn)方式分類 1 單件 小批生產(chǎn)線單件 小批生產(chǎn)線的主要特征是其生產(chǎn)的產(chǎn)品為多品種 小批量 8 1機械加工生產(chǎn)線概述 2 中批量生產(chǎn)線中批量生產(chǎn)線主要是為產(chǎn)品品種變化多 且每種產(chǎn)品都有一定的批量的狀況而設計的 中批量生產(chǎn)線實際上是為了兼顧柔性與成本的折衷方案 它適于對工藝成熟的產(chǎn)品進行批量生產(chǎn) 其缺點是在生產(chǎn)過程中產(chǎn)品批量一旦確定就不易改變 3 大批量生產(chǎn)線大批量生產(chǎn)線是通過單一產(chǎn)品的大批量生產(chǎn)來最大限度地降低產(chǎn)品成本 為了減少加工準備時間和工件的等待時間 該類型生產(chǎn)線多采用專用機床并串聯(lián)成流水線的形式 8 1機械加工生產(chǎn)線概述 4 單元生產(chǎn)線單元生產(chǎn)線是在成組技術的基礎上發(fā)展起來的 其基本思想是依據(jù)工件工藝的相似性對產(chǎn)品分族并將可加工同族產(chǎn)品的設備布置在一起 成為一個加工單元 對于簡單的工件可在一個單元內(nèi)完成加工 而復雜的工件則需幾個單元組合完成加工 8 1機械加工生產(chǎn)線概述 8 1機械加工生產(chǎn)線概述 機械加工生產(chǎn)線設計原則1 保證在生產(chǎn)線設計壽命內(nèi)穩(wěn)定地滿足工件的加工精度和表面質(zhì)量要求2 滿足生產(chǎn)綱領的要求 并留有一定的生產(chǎn)潛力3 保證足夠高的可靠性4 根據(jù)產(chǎn)品的批量和可持續(xù)生產(chǎn)的時間 應考慮生產(chǎn)線具有一定的可調(diào)整性5 生產(chǎn)線布局應減小占地面積 還要便于操作者的操作 觀察和維修 提供安全宜人的工作環(huán)境6 降低生產(chǎn)線的投資費用7 有利于資源和環(huán)境保護 實現(xiàn)潔凈化生產(chǎn) 數(shù)據(jù)管理 8 1機械加工生產(chǎn)線概述 機械加工生產(chǎn)線設計的內(nèi)容及步驟1 制訂生產(chǎn)線工藝方案 繪制工序圖和加工示意圖2 擬定全線的自動化控制方案3 確定生產(chǎn)線的總體布局 繪制生產(chǎn)線的總聯(lián)系尺寸圖4 繪制生產(chǎn)線的工作循環(huán)周期表5 生產(chǎn)線通用加工裝備的選型和專用機床 組合機床的設計6 生產(chǎn)線輸送裝置 輔助裝置的選型及設計7 液壓 電氣等控制系統(tǒng)的設計8 編制生產(chǎn)線的使用說明書及維修注意事項等 數(shù)據(jù)管理 8 2生產(chǎn)線設備布局設計 設備布局的任務設備布局的主要任務就是根據(jù)產(chǎn)品和生產(chǎn)綱領要求 在指定的車間有效空間內(nèi) 將設備及生產(chǎn)相關的設施進行合理的布置 優(yōu)化 仿真 以滿足生產(chǎn)出合格產(chǎn)品的車間布局結(jié)構 1 分析產(chǎn)品工藝 2 確定車間生產(chǎn)模式 3 進行方案設計 4 方案的篩選 5 方案的優(yōu)化 6 布局方案的實施 數(shù)據(jù)管理 8 2生產(chǎn)線設備布局設計 設備布局的影響因素當車間的產(chǎn)品設計 工藝流程設計 生產(chǎn)組織和物料搬運等條件的變化 都會影響車間設備布局結(jié)果的影響 1 產(chǎn)品因素 2 設備因素 3 車間物流因素 4 物料存儲因素 5 廠房結(jié)構因素 6 人的因素 7 與布局調(diào)整有關的因素 8 其它因素 數(shù)據(jù)管理 8 2生產(chǎn)線設備布局設計 設備布局的設計原則車間布局設計中常用的主要原則 1 工藝性原則工藝的合理不僅可以減少生產(chǎn)過程中的中斷 等待和停頓 還可以避免系統(tǒng)配置的不平衡 減少生產(chǎn)能力的冗余 保證零件的加工要求 2 物流簡化原則在物料搬運過程中應該盡量保證物料移動距離最短 搬運環(huán)節(jié)最少以及搬運作業(yè)最簡 8 2生產(chǎn)線設備布局設計 設備布局的設計原則 3 可持續(xù)性原則一方面通過重組或變更串接的設備 就能方便地組成適應形狀和工藝變動較大的零件加工的新設備布局 另一方面通過擴展或減少并聯(lián)的設備 就可在不影響己有設備運行的前提下 根據(jù)市場的動向迅速無縫地調(diào)整產(chǎn)品的產(chǎn)量 4 經(jīng)濟性原則經(jīng)濟性是車間布局時應該考慮的一個重要原則 要用盡可能少的資金 到達滿意的車間布局 提高企業(yè)的經(jīng)濟效益 8 2生產(chǎn)線設備布局設計 設備布局的設計原則 5 柔性化可重構原則在車間布局設計時應該盡可能根據(jù)企業(yè)的戰(zhàn)略 將產(chǎn)品未來的變化考慮進來 采用柔性生產(chǎn)線以及可重構的車間布局形式 便于將來產(chǎn)品的變更 6 充分利用空間和場地原則根據(jù)產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝 合理安排機器 物料的擺放位置以及人員的工位 在保證加工任務順利完成的同時節(jié)約場地 7 生產(chǎn)均衡原則 8 安全性原則 設備布局的設計方法目前車間布局的方法主要有系統(tǒng)布置設計方法 布局集成設計方法以及計算機輔助設施布置設計方法系統(tǒng)布置設計方法系統(tǒng)布置設計方法是一種條理性很強 物流分析與作業(yè)單位關系密切程度分析相結(jié)合的 以求得合理布置的技術 設施系統(tǒng)布置首先是調(diào)查研究 收集資料 其次是分析有關資料的相互關系 在綜合調(diào)研的基礎上設計方案 最后對若干方案進行選擇并組織實施 8 2生產(chǎn)線設備布局設計 1 原始數(shù)據(jù)準備P Q R S T是布局設計中大多數(shù)計算的基礎是解決布置問題的基本要素 2 物流分析物流分析包括確定物流在生產(chǎn)過程中每個必要的工序間移動的最有效的順序 以及這些移動的強度或數(shù)量值 8 2生產(chǎn)線設備布局設計 3 作業(yè)單位相互關系分析所謂作業(yè)單位 對于一個生產(chǎn)車間來說 可以是一臺機床 一個裝配臺 一個檢查設施等 作業(yè)單位相互關系的分析是對各單位或作業(yè)活動之間關系的密切程度進行評價 8 2生產(chǎn)線設備布局設計 4 物流與作業(yè)單位相互關系的分析在作業(yè)單位相互關系圖完成以后 根據(jù)物流分析的結(jié)果 同時考慮到非物流相互關系就可以繪制表明各作業(yè)關系的 物流與作業(yè)單位相互關系圖 在繪制時可以考慮或不考慮作業(yè)單位的實際位置 也可以不考慮作業(yè)單位所需的面積 5 面積設定在實際的實施布置設計過程中 常受到現(xiàn)有廠房或可利用土地面積與形狀等的限制 而不得不把需要的面積與可利用的面積結(jié)合起來權衡考慮 面積設定的方法如下表所示 8 2生產(chǎn)線設備布局設計 6 面積相關圖解根據(jù)己經(jīng)確定的物流及作業(yè)單位相互關系 以及確定的面積 就可以利用面積相關圖進行圖解 即把每個作業(yè)單位按面積用適當?shù)男螤詈捅壤趫D上進行配置 8 2生產(chǎn)線設備布局設計 7 布置設計的尋優(yōu)根據(jù)現(xiàn)有設施空間的實際制約和各種修正條件 對各部門的位置 形狀進行調(diào)整 最終形成幾個可行和初步優(yōu)化的布置方案 8 布置的評價對以上階段初步篩選的各備選方案進行技術經(jīng)濟分析和綜合評價 從定性和定量的結(jié)合 綜合主觀和客觀兩個方面 確定每個方案的 價值 進行設施布置的評價和選擇 9 詳細布置對選中方案在其空間相互布置圖的基礎上予以改進 得到具體有可操作性的詳細布置 8 2生產(chǎn)線設備布局設計 布局集成設計方法隨著計算機虛擬技術不斷的發(fā)展 將計算機虛擬技術與數(shù)學模型相結(jié)合用來求解車間實體布局的方法 在當前有了較好的應用 這種方法叫布局集成設計方法 這種方法的具體做法是從設備實體布局中找出實體布局的特點 抽象出并且建立一個適合車間生產(chǎn)過程的統(tǒng)一的優(yōu)化布局數(shù)學模型并要找到一個有效的求解算法對其進行求解計算 運用計算結(jié)果指導并完成設備實體的優(yōu)化布局 8 2生產(chǎn)線設備布局設計 布局集成設計方法虛擬現(xiàn)實設計系統(tǒng)包含操作者 機器及人機接口三個基本要素 基于虛擬現(xiàn)實技術的人工交互布局是對純計算數(shù)學模型布局不足的彌補 可以充分利用布局專家的人工經(jīng)驗 在計算機上模擬布局裝配過程和調(diào)整過程 8 2生產(chǎn)線設備布局設計 計算機輔助設施布置設計方法計算機輔助設施布置程序為以下兩種 1 向新建型系統(tǒng)布置程序主要有CORELAP 計算機輔助相關布置規(guī)劃 和ALDEP 自動化布置設計 程序 2 面向改進型的系統(tǒng)布置程序主要有CRAFT 計算機輔助確定設施布置相對位置技術 和COFAD 計算機輔助設施設計 程序 近年來 伴隨著生產(chǎn)系統(tǒng)的發(fā)展 設施規(guī)劃較多的采用仿真技術來模擬物流運行的動態(tài)過程 從而求得最佳設計 8 2生產(chǎn)線設備布局設計 柔性生產(chǎn)線的初步設計從分析市場生產(chǎn)狀態(tài)出發(fā) 認定采用柔性生產(chǎn)線要達到什么目標 進而 從工廠的產(chǎn)品中篩選出適合采用柔性生產(chǎn)線的零件對這些零件作工藝分析 并以此為依據(jù) 來設定生產(chǎn)線的基本設備 工夾具 物流方式 系統(tǒng)管理和控制方案 最后按照廠房的狀況 設計出生產(chǎn)線的結(jié)構圖 編寫出相應的文檔分析工廠生產(chǎn)狀態(tài) 確定零件譜分析生產(chǎn)狀態(tài) 制訂生產(chǎn)線的零件譜 應注意 1 系列產(chǎn)品 2 制造方法類似的零件 3 零件的批量和生產(chǎn)節(jié)拍 8 3柔性加工生產(chǎn)線的設計 零件譜工藝分析零件譜基本確定后 應該對譜中每個零件進行詳細的工藝分析 分析時 要以正在設計的柔性生產(chǎn)線作為前提 確定零件的加工流程 切削用量 制造節(jié)拍 設備的型號規(guī)格 刀具的種類 夾具的結(jié)構 初步規(guī)劃系統(tǒng)結(jié)構初步設計完成時 應繪制出系統(tǒng)平面布局圖 撰寫出有關專題報告等 8 3柔性加工生產(chǎn)線的設計 柔性生產(chǎn)線的詳細設計零件譜及其制造工藝的再分析零件種類增加對生產(chǎn)線的設計工作帶來以下影響 1 如果不限定零件的種類 就不能確定生產(chǎn)線制造設備的種類 規(guī)格 自動化水平和規(guī)模 2 零件種類增加導致制造刀具的增加 只有限定了零件的種類 才能有效地防止零件種類和刀具數(shù)量不匹配的現(xiàn)象出現(xiàn) 3 零件種類還直接影響由工件裝卸 輸送 保管等設備組成的物流系統(tǒng)的設計 4 零件種類被限定后 才能制定出負荷均衡的作業(yè)計劃 8 3柔性加工生產(chǎn)線的設計 選定制造設備和工具選定設備 就是調(diào)查已有或?qū)⒁碇玫脑O備具有怎樣的制造能力 并從中選出型號 規(guī)格 售價合適的設備 選定制造設備和刀具應與工序切換這個問題同步考慮 為此必須研究如下問題 1 柔性生產(chǎn)線的運行效率提高生產(chǎn)線的運行效率 首先是提高每臺制造設備的運行效率 設r為制造設備運行時間 t為工序切換時間 w為等待時間 s為故障停機時間 則 8 3柔性加工生產(chǎn)線的設計 1 柔性生產(chǎn)線的運行效率對工序分散 每道工序只需較短加工時間的零件來說 縮短工序切換時間和工序等待時間具有重要意義 反之 如果零件送到機床上要連續(xù)加工很長時間 如8小時 那么工序切換和工序等待時間對生產(chǎn)線的運行效率的影響就不很顯著 某道工序完成后 工件應從占用的設備中退出來然后再送一個工件進設備 如果工件種類不同 切換工序要完成以下作業(yè) 1 判別工件 交換工件 2 變更制造設備的數(shù)控程序 3 更換模具 夾具 刀具 4 更換工業(yè)機器人的手爪及作業(yè)工具 8 3柔性加工生產(chǎn)線的設計 2 工件自動交換為了縮短工序切換時間 常常用工業(yè)機器人來交換工件 用于交換工件的機器人可以是制造設備的一個部件 也可以是一臺獨立的設備 如果生產(chǎn)線的制造設備主要是加工中心 那么就應該用托盤交換器來交換工件 工件交換包括調(diào)度 識別 領取 輸送 交換等作業(yè) 這些作業(yè)不需要加工中心承擔 因此可以與零件加工同步進行 所以裝備托盤交換器可以極大地縮短工件交換時間 從而極大地提高生產(chǎn)線的運行效率 8 3柔性加工生產(chǎn)線的設計 3 刀具自動交換為了縮短工序切換時間 柔性生產(chǎn)線的刀具自動交換常常采用下述方式 1 刀具自動交換器2 交換刀庫3 交換帶有若干刀具的多軸頭4 移動式刀庫與機械手組成的刀具交換裝置5 模具自動交換裝置 8 3柔性加工生產(chǎn)線的設計 4 夾具合理使用夾具 是提高生產(chǎn)線的運行效率的有效手段之一 設計夾具時 除了注意與刀具的碰撞 便于工件裝卸外 還要使工序盡可能集中 以減少工序和工序切換次數(shù) 另個 夾具應有一定通用性一個夾具能用于若干不同的零件 為了縮短工序切換時間 還應采用液壓 氣動這類高效夾緊裝置 8 3柔性加工生產(chǎn)線的設計 選定物流系統(tǒng)選定物流系統(tǒng)涉及到物料的搬運設備 存取方式和存儲設備等問題 1 搬運設備常用于柔性生產(chǎn)線的搬運設備有三類 1 輸送帶 也稱為傳送帶 包括滾子驅(qū)動式輸送帶 鏈式輸送帶 托盤鏈也可以歸納到輸送帶的范圍 2 小車 包括有軌自動小車 RGV 自動導向小車 AGV 牽引車 鏈式驅(qū)動車 堆垛機也可以歸納到小車的范疇 3 機器人 包括固定式機器人和移動式機器人 8 3柔性加工生產(chǎn)線的設計 1 搬運設備選定搬運設備應著重考慮如下問題 a 物流通暢 選定搬運設備 既要考慮它給每臺設備輸送物料的可能性和完成該任務需要的時間 還要綜合考慮物流系統(tǒng)的其他環(huán)節(jié) 使各臺設備都連續(xù)運行 使物料流通暢無阻 b 性能 為了使物流通暢 應正確設定搬運設備的數(shù)量和搬運速度 c 界面 選定搬運設備 還應考慮該設備與其他設備的關系 d 訪問方式 搬運設備訪問生產(chǎn)線的其他設備有兩種方式 順序訪問和隨機訪問 8 3柔性加工生產(chǎn)線的設計 2 搬運設備的選定幾種搬運設備的應用范圍及優(yōu)缺點如下 1 有軌自動小車 RGV 大小工件均可采用RGV運送 其定位精度高 有較好的性能價格比 2 自動導向小車 AGV 大小工件均可采用AGV運送 由于小車行走不需要固定的鐵軌 其路徑容易變更 因而具有很高 柔性 3 輸送帶 大小工件均可采用輸送帶 可以對大工件實施連續(xù)輸送 價格便宜 4 機器人 其優(yōu)點是能實現(xiàn)搬運和安裝作業(yè)一體化 8 3柔性加工生產(chǎn)線的設計 2 搬運設備的選定設計柔性生產(chǎn)線時 人們選定搬運設備常常參照下述慣例 a 棱體類零件 多裝夾在托盤上用小車來搬運 b 回轉(zhuǎn)體零件 常用機器人 c 無人小車是柔性生產(chǎn)線中實現(xiàn)隨機訪問的必備設備 d 工夾具的搬運采用輸送帶不失為一種好方法 e 有軌自動小車是大型工件及其托盤系統(tǒng)搬運的首選設備 8 3柔性加工生產(chǎn)線的設計 柔性生產(chǎn)線的方案設計 1 設計準則設計制造柔性生產(chǎn)線可以用工廠的已有設備 以老設備為基礎設計柔性生產(chǎn)線應注意 1 保證新增的物流系統(tǒng)通暢 這不僅涉及到搬運設備的選擇和輸送線的布局 還涉及到工件交換和刀具交換的方式 結(jié)構尺寸 制造精度 2 保證新構造的信息流通暢 這決定于生產(chǎn)線中若干規(guī)格 型號 功用不同的計算機系統(tǒng)之間的有效集成 從而實現(xiàn)對機械設備的統(tǒng)一管理和控制 8 3柔性加工生產(chǎn)線的設計 2 繪制平面布局圖繪制生產(chǎn)線平面布局圖是方案設計的一項基本工作 其步驟是 1 布局制造設備 設備布局應適合整個零件譜 應按照其工藝流程來排列 2 設計人行通道和物料輸送通路 3 選定搬運設備 選定好了搬運設備 就可以在生產(chǎn)線布局圖上畫出物流入口 出口 以及工序之間物料交換裝置 4 確定輔助工作區(qū) 8 3柔性加工生產(chǎn)線的設計 3 方案確定判別一個方案是否可取 可以參照以下條件 1 物流是否簡單 2 是否便于操作人員工作 3 系統(tǒng)是否易于操作和維護 4 車間各作業(yè)點是否易于相互觀察 5 環(huán)境是否宜人 6 各機器設備的工作負荷是否平衡 7 系統(tǒng)是否便于擴充和改造 8 是否符合預定目標 9 運行費和維護費 10 投資回收率 8 3柔性加工生產(chǎn)線的設計 柔性制造系統(tǒng)的定義及分類柔性制造系統(tǒng)的定義柔性制造系統(tǒng) FMS 是由若干臺數(shù)控加工設備自動化物料儲運系統(tǒng)和計算機控制系統(tǒng)組成的具有很大柔性的自動化制造系統(tǒng) 能根據(jù)制造任務或生產(chǎn)的變化快速進行調(diào)整適用于多品種以及中小批量生產(chǎn) 8 4柔性制造系統(tǒng) 柔性制造系統(tǒng)的分類 1 柔性制造單元柔性制造單元 FMC 一般是由1 2臺數(shù)控機床 加工中心 工業(yè)機器人及物料運輸存貯設備等組成 2 柔性制造系統(tǒng)FMS通常由4臺或更多的數(shù)控加工設備 或FMC 有機組合起來 使其成為獨立的制造系統(tǒng) 并用計算機來控制整個系統(tǒng)的運行 3 柔性制造生產(chǎn)線柔性制造生產(chǎn)線是處于單一或少品種大批量非柔性自動線與中小批量多品種FMS之間的生產(chǎn)線 4 柔性制造工廠柔性制造工廠是以FMS為子系統(tǒng)構成 柔性制造由FMS擴大到全廠范圍 8 4柔性制造系統(tǒng) 柔性制造系統(tǒng)的功能及特點柔性制造系統(tǒng)的功能 1 能自動控制和管理零件的加工過程 包括制造質(zhì)量的自動控制 故障的自動診斷和處理 制造信息的自動采集和處理 2 通過簡單的軟件系統(tǒng)變更 便能制造出某一零件族的多種零件 3 自動控制和管理物料的運輸和存儲過程 4 能解決多機床下零件的混流加工 且無需增加額外費用 5 具有優(yōu)化的調(diào)度管理功能 無需過多的人工介入 能做到無人加工 8 4柔性制造系統(tǒng) 柔性制造系統(tǒng)的特點采用柔性制造系統(tǒng)主要有以下幾個方面 1 設備利用率高 2 減少設備投資 3 減少直接工時費用 4 減少了工序中在制品量 縮短了生產(chǎn)準備時間 5 改進生產(chǎn)要求有快速應變能力 6 維持生產(chǎn)的能力 7 產(chǎn)品質(zhì)量高 8 運行的靈活性 9 產(chǎn)量的靈活性 8 4柔性制造系統(tǒng) 柔性制造系統(tǒng)的加工系統(tǒng)典型的FMS一般由3個子系統(tǒng)組成 它們是加工系統(tǒng) 物流系統(tǒng)和控制與管理系統(tǒng) 各子系統(tǒng)的構成框圖及功能特征如下圖所示 8 4柔性制造系統(tǒng) 加工系統(tǒng)由數(shù)控機床和加工中心等加工設備構成系統(tǒng)中的加工設備在工件 刀具和控制3個方面都具有可與其他子系統(tǒng)相連接的標準接口 目前金屬切削FMS的加工對象主要有兩類工件 棱柱體類 包括箱體形 平板形 和回轉(zhuǎn)體類 長軸形 盤套形 對加工系統(tǒng)而言 通常用于加工棱柱體類工件的FMS由立 臥式加工中心 數(shù)控組合機床 數(shù)控專用機床 可換主軸箱機床 模塊化多動力頭數(shù)控機床等 和托盤交換器等構成 用于加工回轉(zhuǎn)體類工件的FMS由數(shù)控車床 車削中心 數(shù)控組合機床和上下料機械手或機器人及棒料輸送裝置等構成 8 4柔性制造系統(tǒng) 機床的配置有互替形式 互補形式和混合形式 8 4柔性制造系統(tǒng) 柔性制造系統(tǒng)的加工系統(tǒng)在選用時應考慮以下幾點 8 4柔性制造系統(tǒng) 雙擊此處添加標題文字 雙擊此處添加標題文字 操作性 可靠性 維修性好 工序集中 自保護性 自維護性好 對環(huán)境的適應性與保護性好 其他 控制功能強 擴展性好 高剛度 高精度 高速度 使用經(jīng)濟性好 柔性制造系統(tǒng)的物流系統(tǒng)物流是FMS中物料流動的總稱 在FMS中流動的物料主要有工件 刀具 夾具 切屑及切削液 物流系統(tǒng)是從FMS的進口到出口 實現(xiàn)對這些物料自動識別 存儲 分配 輸送 交換和管理功能的系統(tǒng) 因為工件和刀具的流動問題最為突出 通常認為FMS的物流系統(tǒng)由工件流系統(tǒng)和刀具流系統(tǒng)兩大部分組成 物流系統(tǒng)主要由輸送裝置 交換裝置 緩沖裝置和存儲裝置等組成 8 4柔性制造系統(tǒng) 物流系統(tǒng)的輸送裝置 1 FMS物流系統(tǒng)對輸送裝置的要求有以下幾點 a 通用性b 變更性能快速地 經(jīng)濟地變更運行軌跡 盡量增大系統(tǒng)的柔性 c 擴展性能方便地根據(jù)系統(tǒng)規(guī)模擴大輸送范圍和輸送量 d 靈活性e 可靠性平均無故障時間長 f 安全性定位精度高 定位速度快 8 4柔性制造系統(tǒng) 2 輸送裝置依照FMS控制與管理系統(tǒng)的指令 將FMS內(nèi)的物料從某一指定點送往另一指定點 輸送裝置在FMS中的工作路徑有3種常見方式 8 4柔性制造系統(tǒng) FMS常見的輸送裝置主要有輸送帶 自動小車以及機器人等 物流系統(tǒng)的物料裝卸與交換裝置物流系統(tǒng)中的物料裝卸與交換裝置負責FMS中物料在不同設備之間或不同工位之間的交換或裝卸 常見的裝卸與交換裝置有箱體類零件的托盤交換器 加工中心的換刀機械手 自動倉庫的堆垛機 輸送系統(tǒng)與工件裝卸站的裝卸設備等 常見自動小車的裝卸方式可分為被動裝卸和主動裝卸兩種 被動裝卸方式的小車自己不具有完整的裝卸功能 而是采用助卸方式 常見的助卸方式有滾柱式臺面和升降式臺面 主動裝卸方式是指自動小車自己具有裝卸功能 常見的主動裝卸方式有單面推拉式 雙面推拉式 叉車式 機器人式 8 4柔性制造系統(tǒng) 物流系統(tǒng)的物料存儲裝置FMS對物料存儲裝置的要求有 1 其自動化機構與整個系統(tǒng)中的物料流動過程的可銜接性 2 存放物料的尺寸 重量 數(shù)量和姿勢與系統(tǒng)的匹配性 3 物料的自動識別 檢索方法和計算機控制方法與系統(tǒng)的兼容性 4 放置方位 占地面積 高度與車間布局的協(xié)調(diào)性 8 4柔性制造系統(tǒng) 物流系統(tǒng)的監(jiān)控物流系統(tǒng)的監(jiān)控主要具備以下功能 1 采集物流系統(tǒng)的狀態(tài)數(shù)據(jù) 包括物流系統(tǒng)各設備控制器和各監(jiān)測傳感器傳回的當前任務完成情況 當前運行狀況等狀態(tài)數(shù)據(jù) 2 監(jiān)視物流系統(tǒng)狀態(tài) 3 處理異常情況 4 人機交互 5 接受上級控制與管理系統(tǒng)下發(fā)的計劃和任務并控制執(zhí)行機構去完成 8 4柔性制造系統(tǒng) 柔性制造系統(tǒng)的控制和管理系統(tǒng)FMS的控制與管理系統(tǒng)實質(zhì)上是實現(xiàn)FMS加工過程 物料流動過程的控制 協(xié)調(diào) 調(diào)度 監(jiān)測和管理的信息流系統(tǒng) 8 4柔性制造系統(tǒng) 這些功能模塊并非相互完全獨立的 而是相對獨立相互關聯(lián)的 8 4柔性制造系統(tǒng) 計算機集成制造系統(tǒng)計算機集成制造系統(tǒng) CIMS 是隨著計算機輔助設計與制造的發(fā)展而產(chǎn)生的 它是在信息技術自動化技術與制造的基礎上 通過計算機技術把分散在產(chǎn)品設計制造過程中各種孤立的自動化子系統(tǒng)有機地集成起來 形成適用于多品種 小批量生產(chǎn) 實現(xiàn)整體效益的集成化和智能化制造系統(tǒng) CIMS分類由于CIMS作為一種生產(chǎn)管理系統(tǒng) 不同的企業(yè)環(huán)境有不同的運作方式 市場上沒有具體的 現(xiàn)成的產(chǎn)品 也沒有嚴格的分類標準 8 5先進制造模式 1 從生產(chǎn)工藝方面分 CIMS可大致分為 1 離散型制造業(yè)CIMS 這個行業(yè)的特點是加工生產(chǎn)過程不是連續(xù)的 而實現(xiàn)先加工單個零件 然后再將單個零件進行組裝 裝配成半成品或成品 2 連續(xù)性制造業(yè)CIMS 這個行業(yè)的特點是原材料加工裝置連續(xù)不斷地進行規(guī)定的物理化學變化而最終得到符合需要的產(chǎn)品 3 混合型制造業(yè)CIMS 這個行業(yè)的特點生產(chǎn)過程中既有離散型生產(chǎn)環(huán)節(jié) 又有連續(xù)性生產(chǎn)環(huán)節(jié) 從CIMS體系結(jié)構來分 也可以分成集中性 分散性和混合型三種 一般不用這種方法 8 5先進制造模式 CIMS體系結(jié)構CIMS體系結(jié)構是用來描述研究對象整個系統(tǒng)的各個部分和各個方面的相互關系和層次結(jié)構 從大系統(tǒng)理論角度研究 將整個研究對象分為幾個子系統(tǒng) 各個子系統(tǒng)相對獨立自治 分布存在 并發(fā)運行和驅(qū)動等 8 5先進制造模式 CIMS體系結(jié)構從功能層方面分析 CIMS大致可以分為六層 第一層 生產(chǎn) 制造系統(tǒng)第二層 硬事務處理系統(tǒng)第三層 技術設計系統(tǒng)第四層 軟事務處理系統(tǒng)第五層 信息服務系統(tǒng)第六層 決策管理系統(tǒng)CIMS邏輯結(jié)構不僅體現(xiàn)了信息的傳遞與交換 更能反映出人在CIMS系統(tǒng)中的重要作用 因此可以說人為因素是實施CIMS能否取得實際成效的關鍵 8 5先進制造模式 CIMS的主要關鍵技術CIMS是一個龐大的系統(tǒng)工程 需要相關技術支持其實施 8 5先進制造模式 雙擊此處添加標題文字 雙擊此處添加標題文字 計算機輔助質(zhì)量管理分系統(tǒng)CAQ 管理信息分系統(tǒng)MIS 數(shù)據(jù)管理支持子系統(tǒng) 網(wǎng)絡支持子系統(tǒng) 技術信息系統(tǒng)TIS 制造自動化分系統(tǒng)MAS 集成系統(tǒng) CIMS實例日本的日立制作所規(guī)劃的某CIMS的物理布局 8 5先進制造模式 智能制造系統(tǒng)智能制造的概念智能制造 IM 應當包含智能制造技術 IMT 和智能制造系統(tǒng) IMS 智能制造系統(tǒng)是智能技術集成應用的環(huán)境 也是智能制造模式展現(xiàn)的載體 智能制造技術是指利用計算機模擬制造專家的分析 判斷 推理 構思和決策等智能活動 并將這些智能活動與智能機器有機地融合起來 將其貫穿應用于整個制造企業(yè)的各個子系統(tǒng) 以實現(xiàn)整個制造企業(yè)經(jīng)營動作的高度柔性化和集成化 從而取代或延伸制造環(huán)境中專家的部分腦力勞動 并對制造業(yè)專家的智能信息進行收集 存儲 共享 繼承和發(fā)展的一種極大地提高生產(chǎn)效率的先進制造技術 8 5先進制造模式 智能制造系統(tǒng)的特點和傳統(tǒng)的制造系統(tǒng)相比 智能制造系統(tǒng)具有以下幾個特征 8 5先進制造模式 雙擊此處添加標題文字 雙擊此處添加標題文字 整個制造系統(tǒng)的智能集成 自組織能力 人機一體化智能系統(tǒng) 虛擬現(xiàn)實 自律能力 自學習和自維護能力 智能制造系統(tǒng)的特點 智能制造系統(tǒng)的體系結(jié)構智能制造系統(tǒng)結(jié)構的主要類型有 以提高制造系統(tǒng)智能為目標 智能機器人 智能體等為手段的智能制造系統(tǒng) 通過互聯(lián)網(wǎng)把企業(yè)的建模 加工 測量 機器人的操作一體化的智能制造系統(tǒng) 采用生物問題求解方法的生物智能制造系統(tǒng)等 目前 較多采用的是基于Agent的分布式網(wǎng)絡化IMS的模型 8 5先進制造模式 智能制造系統(tǒng)和CIMSCIMS強調(diào)的是企業(yè)內(nèi)部物料流的集成和信息流的集成 而IMS強調(diào)的則是更大范圍內(nèi)的整個制造過程的自組織能力 從某種意義上講 后者難度更大 但比CIMS更實用 更實際 CIMS中的眾多研究內(nèi)容是IMS的發(fā)展基礎 而IMS也將對CIMS提出更高的要求 集成是智能的基礎 而智能也將反過來推動更高水平的集成 IMT和IMS的研究成果將不只是面向21世紀的制造業(yè) 不只是促進CIMS達到高度集成 而且對于FMS MS CNC以至一般的工業(yè)過程自動化或精密生產(chǎn)環(huán)境而言 均有潛在的應用價值 8 5先進制造模式 精益生產(chǎn)精益生產(chǎn)的概念精益生產(chǎn) LeanProduction LP 又稱精良生產(chǎn) 其中 精 表示精良 精確 精美 益 表示利益和效益等等 精益生產(chǎn)就是以企業(yè)利潤最大化為目標 及時制造 消除原料采購 儲運 生產(chǎn) 包裝等生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的一切浪費 精益生產(chǎn)的概念是美國麻省理工學院在一項名為 國際汽車計劃 IMVP 的研究項目中提出來的 歐美學者在做了大量的調(diào)查和對比后 認為日本豐田汽車公司的成功是因為該公司采取精益生產(chǎn) 8 5先進制造模式 精益生產(chǎn)的實施 1 傳統(tǒng)生產(chǎn)方式的弊病傳統(tǒng)生產(chǎn)與精益生產(chǎn)相比 可以由下表的12個關鍵指標看出兩者的明顯區(qū)別 8 5先進制造模式 2 精益生產(chǎn)的實施步驟精益生產(chǎn)的研究者總結(jié)出精益生產(chǎn)實施成功的五個步驟 從樣板線開始 畫出價值流程圖 開展價值流程圖指導下的持續(xù)改進研討會 營造支持精益生產(chǎn)的企業(yè)文化 推廣到整個公司 1 選擇要改進的關鍵流程2 畫出價值流程圖3 開展持續(xù)改進研討會 消除質(zhì)量檢測環(huán)節(jié)和返工現(xiàn)象 消除零件不必要的移動 消滅庫存 合理安排生產(chǎn)計劃 減少生產(chǎn)準備時間 消除停機時間 提高勞動利用率 4 營造企業(yè)文化5 推廣到整個公司 8 5先進制造模式 2 精益生產(chǎn)的實施步驟傳統(tǒng)企業(yè)的精益之路可以形象地表示為下圖所示總而言之 精益生產(chǎn)是一個永無止境的精益求精的過程 它致力于改進生產(chǎn)流程和流程中的每一道工序 盡最大可能消除價值鏈中一切不能增加價值的活動 提高勞動利用率 消滅浪費 按照顧客訂單生產(chǎn)的同時也最大限度的降低庫存 8 5先進制造模式 敏捷制造敏捷制造的定義及內(nèi)涵敏捷制造 AM 是指制造業(yè)采用現(xiàn)代通信手段通過快速配置各種資源 以有效 協(xié)調(diào)的方式響應用戶的需求 實現(xiàn)制造的敏捷性 其核心是企業(yè)在不斷變化 不可預測的經(jīng)營環(huán)境中的快速重構能力 具體表現(xiàn)為多個企業(yè)的核心制造能力構成的動態(tài)組織 敏捷制造系統(tǒng)思想的出發(fā)點是基于對多元化和個性化市場發(fā)展趨勢的分析 認為制造系統(tǒng)應盡可能具有高的柔性和快速反應能力 從而在變幻莫測 競爭激烈的市場中具有高的競爭力 8 5先進制造模式 敏捷制造敏捷制造的定義及內(nèi)涵通過從市場 用戶 企業(yè)能力和合作伙伴三個方面來理解敏捷制造的內(nèi)涵 1 敏捷制造的出發(fā)點是快速響應市場 用戶的需求 2 敏捷制造要求不斷提高企業(yè)能力 3 敏捷制造強調(diào)采用動態(tài)組織 8 5先進制造模式 敏捷制造的關鍵技術在敏捷制造中 人 組織和技術是三個最基木的要素 敏捷制造模式的構筑和實施需要多種技術支持 制造模式要和先進技術相匹配才能充分發(fā)揮其優(yōu)勢 1 并行工程 CE 技術 2 虛擬制造 VM 技術 3 網(wǎng)絡技術 4 模塊化技術 5 系統(tǒng)集成技術 6 動態(tài)聯(lián)盟 7 產(chǎn)品數(shù)據(jù)管PDM技術 8 5先進制造模式 敏捷制造的發(fā)展趨勢 1 開發(fā)并完善敏捷制造參考模型敏捷化工程模型正逐步受到重視 2 進一步開發(fā)支持實施敏捷制造的各種技術和工具進一步加強經(jīng)營決策工具和實驗性實施設計策略開發(fā)工作 以便能包含更豐富的信急和形成成熟的標準 3 敏捷制造實際應用的探索今后敏捷的概念 內(nèi)涵以及實踐都將得到更深入的研究和進一步的發(fā)展 以便更好地應用于中小企業(yè) 8 5先進制造模式 ThankYou 本章結(jié)束