機(jī)械加工生產(chǎn)線總體設(shè)計.ppt

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機(jī)械制造裝備設(shè)計 全國本科院校機(jī)械類創(chuàng)新型應(yīng)用人才培養(yǎng)規(guī)劃教材 第8章機(jī)械加工生產(chǎn)線總體設(shè)計 機(jī)械加工生產(chǎn)線概述 生產(chǎn)線設(shè)備布局設(shè)計 柔性加工生產(chǎn)線設(shè)計 柔性制造系統(tǒng) 本章分五個小節(jié) 先進(jìn)制造模式 8 1機(jī)械加工生產(chǎn)線概述 機(jī)械加工生產(chǎn)線及其基本組成在機(jī)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(jī)械加工生產(chǎn)線 機(jī)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(jī)械加工生產(chǎn)線概述 由于不同工件的加工工藝復(fù)雜程序不同 機(jī)械加工生產(chǎn)線的結(jié)構(gòu)及復(fù)雜程度也常常有很大差別 1 2 3 組合機(jī)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(jī)械加工生產(chǎn)線概述 機(jī)械加工生產(chǎn)線的類型按所用加工裝置分類 1 通用機(jī)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(jī)床生產(chǎn)線這類生產(chǎn)線由組合機(jī)床聯(lián)機(jī)構(gòu)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(jī)床生產(chǎn)線主要由專用機(jī)床構(gòu)成 設(shè)計制造周期長 投資周期長 投資較大 適用于加工結(jié)構(gòu)特殊 復(fù)雜的工件或產(chǎn)品結(jié)構(gòu)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(shè)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(shè)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(wù) 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(shè)備的工作節(jié)拍不同 各設(shè)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(shè)備的工作節(jié)拍不一樣在相鄰設(shè)備之間或在相隔若干臺設(shè)備之間需設(shè)置儲料裝置 數(shù)據(jù)管理 8 1機(jī)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(jī)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(shè)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(jìn)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(zhǔn)備時間和工件的等待時間 該類型生產(chǎn)線多采用專用機(jī)床并串聯(lián)成流水線的形式 8 1機(jī)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(shù)的基礎(chǔ)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(shè)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(fù)雜的工件則需幾個單元組合完成加工 8 1機(jī)械加工生產(chǎn)線概述 8 1機(jī)械加工生產(chǎn)線概述 機(jī)械加工生產(chǎn)線設(shè)計原則1 保證在生產(chǎn)線設(shè)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(lǐng)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(yīng)考慮生產(chǎn)線具有一定的可調(diào)整性5 生產(chǎn)線布局應(yīng)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(hù) 實現(xiàn)潔凈化生產(chǎn) 數(shù)據(jù)管理 8 1機(jī)械加工生產(chǎn)線概述 機(jī)械加工生產(chǎn)線設(shè)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(jī)床 組合機(jī)床的設(shè)計6 生產(chǎn)線輸送裝置 輔助裝置的選型及設(shè)計7 液壓 電氣等控制系統(tǒng)的設(shè)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(shè)備布局設(shè)計 設(shè)備布局的任務(wù)設(shè)備布局的主要任務(wù)就是根據(jù)產(chǎn)品和生產(chǎn)綱領(lǐng)要求 在指定的車間有效空間內(nèi) 將設(shè)備及生產(chǎn)相關(guān)的設(shè)施進(jìn)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(gòu) 1 分析產(chǎn)品工藝 2 確定車間生產(chǎn)模式 3 進(jìn)行方案設(shè)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(shè)備布局設(shè)計 設(shè)備布局的影響因素當(dāng)車間的產(chǎn)品設(shè)計 工藝流程設(shè)計 生產(chǎn)組織和物料搬運等條件的變化 都會影響車間設(shè)備布局結(jié)果的影響 1 產(chǎn)品因素 2 設(shè)備因素 3 車間物流因素 4 物料存儲因素 5 廠房結(jié)構(gòu)因素 6 人的因素 7 與布局調(diào)整有關(guān)的因素 8 其它因素 數(shù)據(jù)管理 8 2生產(chǎn)線設(shè)備布局設(shè)計 設(shè)備布局的設(shè)計原則車間布局設(shè)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(yīng)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(shè)備布局設(shè)計 設(shè)備布局的設(shè)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(shè)備 就能方便地組成適應(yīng)形狀和工藝變動較大的零件加工的新設(shè)備布局 另一方面通過擴(kuò)展或減少并聯(lián)的設(shè)備 就可在不影響己有設(shè)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(jì)性原則經(jīng)濟(jì)性是車間布局時應(yīng)該考慮的一個重要原則 要用盡可能少的資金 到達(dá)滿意的車間布局 提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益 8 2生產(chǎn)線設(shè)備布局設(shè)計 設(shè)備布局的設(shè)計原則 5 柔性化可重構(gòu)原則在車間布局設(shè)計時應(yīng)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(jìn)來 采用柔性生產(chǎn)線以及可重構(gòu)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(jī)器 物料的擺放位置以及人員的工位 在保證加工任務(wù)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(shè)備布局的設(shè)計方法目前車間布局的方法主要有系統(tǒng)布置設(shè)計方法 布局集成設(shè)計方法以及計算機(jī)輔助設(shè)施布置設(shè)計方法系統(tǒng)布置設(shè)計方法系統(tǒng)布置設(shè)計方法是一種條理性很強(qiáng) 物流分析與作業(yè)單位關(guān)系密切程度分析相結(jié)合的 以求得合理布置的技術(shù) 設(shè)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(guān)資料的相互關(guān)系 在綜合調(diào)研的基礎(chǔ)上設(shè)計方案 最后對若干方案進(jìn)行選擇并組織實施 8 2生產(chǎn)線設(shè)備布局設(shè)計 1 原始數(shù)據(jù)準(zhǔn)備P Q R S T是布局設(shè)計中大多數(shù)計算的基礎(chǔ)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(qiáng)度或數(shù)量值 8 2生產(chǎn)線設(shè)備布局設(shè)計 3 作業(yè)單位相互關(guān)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(jī)床 一個裝配臺 一個檢查設(shè)施等 作業(yè)單位相互關(guān)系的分析是對各單位或作業(yè)活動之間關(guān)系的密切程度進(jìn)行評價 8 2生產(chǎn)線設(shè)備布局設(shè)計 4 物流與作業(yè)單位相互關(guān)系的分析在作業(yè)單位相互關(guān)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(guān)系就可以繪制表明各作業(yè)關(guān)系的 物流與作業(yè)單位相互關(guān)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(shè)定在實際的實施布置設(shè)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(quán)衡考慮 面積設(shè)定的方法如下表所示 8 2生產(chǎn)線設(shè)備布局設(shè)計 6 面積相關(guān)圖解根據(jù)己經(jīng)確定的物流及作業(yè)單位相互關(guān)系 以及確定的面積 就可以利用面積相關(guān)圖進(jìn)行圖解 即把每個作業(yè)單位按面積用適當(dāng)?shù)男螤詈捅壤趫D上進(jìn)行配置 8 2生產(chǎn)線設(shè)備布局設(shè)計 7 布置設(shè)計的尋優(yōu)根據(jù)現(xiàn)有設(shè)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(jìn)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(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)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(jìn)行設(shè)施布置的評價和選擇 9 詳細(xì)布置對選中方案在其空間相互布置圖的基礎(chǔ)上予以改進(jìn) 得到具體有可操作性的詳細(xì)布置 8 2生產(chǎn)線設(shè)備布局設(shè)計 布局集成設(shè)計方法隨著計算機(jī)虛擬技術(shù)不斷的發(fā)展 將計算機(jī)虛擬技術(shù)與數(shù)學(xué)模型相結(jié)合用來求解車間實體布局的方法 在當(dāng)前有了較好的應(yīng)用 這種方法叫布局集成設(shè)計方法 這種方法的具體做法是從設(shè)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?jǐn)?shù)學(xué)模型并要找到一個有效的求解算法對其進(jìn)行求解計算 運用計算結(jié)果指導(dǎo)并完成設(shè)備實體的優(yōu)化布局 8 2生產(chǎn)線設(shè)備布局設(shè)計 布局集成設(shè)計方法虛擬現(xiàn)實設(shè)計系統(tǒng)包含操作者 機(jī)器及人機(jī)接口三個基本要素 基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的人工交互布局是對純計算數(shù)學(xué)模型布局不足的彌補(bǔ) 可以充分利用布局專家的人工經(jīng)驗 在計算機(jī)上模擬布局裝配過程和調(diào)整過程 8 2生產(chǎn)線設(shè)備布局設(shè)計 計算機(jī)輔助設(shè)施布置設(shè)計方法計算機(jī)輔助設(shè)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(jī)輔助相關(guān)布置規(guī)劃 和ALDEP 自動化布置設(shè)計 程序 2 面向改進(jìn)型的系統(tǒng)布置程序主要有CRAFT 計算機(jī)輔助確定設(shè)施布置相對位置技術(shù) 和COFAD 計算機(jī)輔助設(shè)施設(shè)計 程序 近年來 伴隨著生產(chǎn)系統(tǒng)的發(fā)展 設(shè)施規(guī)劃較多的采用仿真技術(shù)來模擬物流運行的動態(tài)過程 從而求得最佳設(shè)計 8 2生產(chǎn)線設(shè)備布局設(shè)計 柔性生產(chǎn)線的初步設(shè)計從分析市場生產(chǎn)狀態(tài)出發(fā) 認(rèn)定采用柔性生產(chǎn)線要達(dá)到什么目標(biāo) 進(jìn)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(shè)定生產(chǎn)線的基本設(shè)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(shè)計出生產(chǎn)線的結(jié)構(gòu)圖 編寫出相應(yīng)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(yīng)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(shè)計 零件譜工藝分析零件譜基本確定后 應(yīng)該對譜中每個零件進(jìn)行詳細(xì)的工藝分析 分析時 要以正在設(shè)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(shè)備的型號規(guī)格 刀具的種類 夾具的結(jié)構(gòu) 初步規(guī)劃系統(tǒng)結(jié)構(gòu)初步設(shè)計完成時 應(yīng)繪制出系統(tǒng)平面布局圖 撰寫出有關(guān)專題報告等 8 3柔性加工生產(chǎn)線的設(shè)計 柔性生產(chǎn)線的詳細(xì)設(shè)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(shè)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(shè)備的種類 規(guī)格 自動化水平和規(guī)模 2 零件種類增加導(dǎo)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(shè)備組成的物流系統(tǒng)的設(shè)計 4 零件種類被限定后 才能制定出負(fù)荷均衡的作業(yè)計劃 8 3柔性加工生產(chǎn)線的設(shè)計 選定制造設(shè)備和工具選定設(shè)備 就是調(diào)查已有或?qū)⒁碇玫脑O(shè)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(shè)備 選定制造設(shè)備和刀具應(yīng)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(shè)備的運行效率 設(shè)r為制造設(shè)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(jī)時間 則 8 3柔性加工生產(chǎn)線的設(shè)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(jī)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(yīng)從占用的設(shè)備中退出來然后再送一個工件進(jìn)設(shè)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(shè)備的數(shù)控程序 3 更換模具 夾具 刀具 4 更換工業(yè)機(jī)器人的手爪及作業(yè)工具 8 3柔性加工生產(chǎn)線的設(shè)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(jī)器人來交換工件 用于交換工件的機(jī)器人可以是制造設(shè)備的一個部件 也可以是一臺獨立的設(shè)備 如果生產(chǎn)線的制造設(shè)備主要是加工中心 那么就應(yīng)該用托盤交換器來交換工件 工件交換包括調(diào)度 識別 領(lǐng)取 輸送 交換等作業(yè) 這些作業(yè)不需要加工中心承擔(dān) 因此可以與零件加工同步進(jìn)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(shè)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(jī)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(shè)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(shè)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(yīng)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(yīng)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(shè)計 選定物流系統(tǒng)選定物流系統(tǒng)涉及到物料的搬運設(shè)備 存取方式和存儲設(shè)備等問題 1 搬運設(shè)備常用于柔性生產(chǎn)線的搬運設(shè)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?zhǔn)捷斔蛶?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(dǎo)向小車 AGV 牽引車 鏈?zhǔn)津?qū)動車 堆垛機(jī)也可以歸納到小車的范疇 3 機(jī)器人 包括固定式機(jī)器人和移動式機(jī)器人 8 3柔性加工生產(chǎn)線的設(shè)計 1 搬運設(shè)備選定搬運設(shè)備應(yīng)著重考慮如下問題 a 物流通暢 選定搬運設(shè)備 既要考慮它給每臺設(shè)備輸送物料的可能性和完成該任務(wù)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(shè)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(yīng)正確設(shè)定搬運設(shè)備的數(shù)量和搬運速度 c 界面 選定搬運設(shè)備 還應(yīng)考慮該設(shè)備與其他設(shè)備的關(guān)系 d 訪問方式 搬運設(shè)備訪問生產(chǎn)線的其他設(shè)備有兩種方式 順序訪問和隨機(jī)訪問 8 3柔性加工生產(chǎn)線的設(shè)計 2 搬運設(shè)備的選定幾種搬運設(shè)備的應(yīng)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(dǎo)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(jī)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(shè)計 2 搬運設(shè)備的選定設(shè)計柔性生產(chǎn)線時 人們選定搬運設(shè)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(jī)器人 c 無人小車是柔性生產(chǎn)線中實現(xiàn)隨機(jī)訪問的必備設(shè)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(shè)備 8 3柔性加工生產(chǎn)線的設(shè)計 柔性生產(chǎn)線的方案設(shè)計 1 設(shè)計準(zhǔn)則設(shè)計制造柔性生產(chǎn)線可以用工廠的已有設(shè)備 以老設(shè)備為基礎(chǔ)設(shè)計柔性生產(chǎn)線應(yīng)注意 1 保證新增的物流系統(tǒng)通暢 這不僅涉及到搬運設(shè)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(gòu)尺寸 制造精度 2 保證新構(gòu)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(jī)系統(tǒng)之間的有效集成 從而實現(xiàn)對機(jī)械設(shè)備的統(tǒng)一管理和控制 8 3柔性加工生產(chǎn)線的設(shè)計 2 繪制平面布局圖繪制生產(chǎn)線平面布局圖是方案設(shè)計的一項基本工作 其步驟是 1 布局制造設(shè)備 設(shè)備布局應(yīng)適合整個零件譜 應(yīng)按照其工藝流程來排列 2 設(shè)計人行通道和物料輸送通路 3 選定搬運設(shè)備 選定好了搬運設(shè)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(shè)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(hù) 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(jī)器設(shè)備的工作負(fù)荷是否平衡 7 系統(tǒng)是否便于擴(kuò)充和改造 8 是否符合預(yù)定目標(biāo) 9 運行費和維護(hù)費 10 投資回收率 8 3柔性加工生產(chǎn)線的設(shè)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(shè)備自動化物料儲運系統(tǒng)和計算機(jī)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(wù)或生產(chǎn)的變化快速進(jìn)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(jī)床 加工中心 工業(yè)機(jī)器人及物料運輸存貯設(shè)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(shè)備 或FMC 有機(jī)組合起來 使其成為獨立的制造系統(tǒng) 并用計算機(jī)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(gòu)成 柔性制造由FMS擴(kuò)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(jī)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(shè)備利用率高 2 減少設(shè)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(zhǔn)備時間 5 改進(jìn)生產(chǎn)要求有快速應(yīng)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(gòu)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(jī)床和加工中心等加工設(shè)備構(gòu)成系統(tǒng)中的加工設(shè)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(biāo)準(zhǔn)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(jī)床 數(shù)控專用機(jī)床 可換主軸箱機(jī)床 模塊化多動力頭數(shù)控機(jī)床等 和托盤交換器等構(gòu)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(jī)床和上下料機(jī)械手或機(jī)器人及棒料輸送裝置等構(gòu)成 8 4柔性制造系統(tǒng) 機(jī)床的配置有互替形式 互補(bǔ)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(yīng)考慮以下幾點 8 4柔性制造系統(tǒng) 雙擊此處添加標(biāo)題文字 雙擊此處添加標(biāo)題文字 操作性 可靠性 維修性好 工序集中 自保護(hù)性 自維護(hù)性好 對環(huán)境的適應(yīng)性與保護(hù)性好 其他 控制功能強(qiáng) 擴(kuò)展性好 高剛度 高精度 高速度 使用經(jīng)濟(jì)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(jìn)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(rèn)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(jì)地變更運行軌跡 盡量增大系統(tǒng)的柔性 c 擴(kuò)展性能方便地根據(jù)系統(tǒng)規(guī)模擴(kuò)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(jī)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(fù)責(zé)FMS中物料在不同設(shè)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(jī)械手 自動倉庫的堆垛機(jī) 輸送系統(tǒng)與工件裝卸站的裝卸設(shè)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(jī)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(jī)構(gòu)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(jī)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(shè)備控制器和各監(jiān)測傳感器傳回的當(dāng)前任務(wù)完成情況 當(dāng)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(jī)交互 5 接受上級控制與管理系統(tǒng)下發(fā)的計劃和任務(wù)并控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)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(guān)聯(lián)的 8 4柔性制造系統(tǒng) 計算機(jī)集成制造系統(tǒng)計算機(jī)集成制造系統(tǒng) CIMS 是隨著計算機(jī)輔助設(shè)計與制造的發(fā)展而產(chǎn)生的 它是在信息技術(shù)自動化技術(shù)與制造的基礎(chǔ)上 通過計算機(jī)技術(shù)把分散在產(chǎn)品設(shè)計制造過程中各種孤立的自動化子系統(tǒng)有機(jī)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(yán)格的分類標(biāo)準(zhǔn) 8 5先進(jìn)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(jìn)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(jìn)行規(guī)定的物理化學(xué)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(gòu)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(jìn)制造模式 CIMS體系結(jié)構(gòu)CIMS體系結(jié)構(gòu)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(guān)系和層次結(jié)構(gòu) 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(jìn)制造模式 CIMS體系結(jié)構(gòu)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(wù)處理系統(tǒng)第三層 技術(shù)設(shè)計系統(tǒng)第四層 軟事務(wù)處理系統(tǒng)第五層 信息服務(wù)系統(tǒng)第六層 決策管理系統(tǒng)CIMS邏輯結(jié)構(gòu)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(guān)鍵 8 5先進(jìn)制造模式 CIMS的主要關(guān)鍵技術(shù)CIMS是一個龐大的系統(tǒng)工程 需要相關(guān)技術(shù)支持其實施 8 5先進(jìn)制造模式 雙擊此處添加標(biāo)題文字 雙擊此處添加標(biāo)題文字 計算機(jī)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(luò)支持子系統(tǒng) 技術(shù)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(jìn)制造模式 智能制造系統(tǒng)智能制造的概念智能制造 IM 應(yīng)當(dāng)包含智能制造技術(shù) IMT 和智能制造系統(tǒng) IMS 智能制造系統(tǒng)是智能技術(shù)集成應(yīng)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(shù)是指利用計算機(jī)模擬制造專家的分析 判斷 推理 構(gòu)思和決策等智能活動 并將這些智能活動與智能機(jī)器有機(jī)地融合起來 將其貫穿應(yīng)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(jìn)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(jìn)制造技術(shù) 8 5先進(jìn)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(jìn)制造模式 雙擊此處添加標(biāo)題文字 雙擊此處添加標(biāo)題文字 整個制造系統(tǒng)的智能集成 自組織能力 人機(jī)一體化智能系統(tǒng) 虛擬現(xiàn)實 自律能力 自學(xué)習(xí)和自維護(hù)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(gòu)智能制造系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的主要類型有 以提高制造系統(tǒng)智能為目標(biāo) 智能機(jī)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(jī)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(luò)化IMS的模型 8 5先進(jìn)制造模式 智能制造系統(tǒng)和CIMSCIMS強(qiáng)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(qiáng)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(chǔ) 而IMS也將對CIMS提出更高的要求 集成是智能的基礎(chǔ) 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(jì)的制造業(yè) 不只是促進(jìn)CIMS達(dá)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(yīng)用價值 8 5先進(jìn)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(biāo) 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(xué)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(xué)者在做了大量的調(diào)查和對比后 認(rèn)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(jìn)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(guān)鍵指標(biāo)看出兩者的明顯區(qū)別 8 5先進(jìn)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(dǎo)下的持續(xù)改進(jìn)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(jìn)的關(guān)鍵流程2 畫出價值流程圖3 開展持續(xù)改進(jìn)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(zhǔn)備時間 消除停機(jī)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(yīng)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(yù)測的經(jīng)營環(huán)境中的快速重構(gòu)能力 具體表現(xiàn)為多個企業(yè)的核心制造能力構(gòu)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(rèn)為制造系統(tǒng)應(yīng)盡可能具有高的柔性和快速反應(yīng)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(jìn)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(yīng)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(qiáng)調(diào)采用動態(tài)組織 8 5先進(jìn)制造模式 敏捷制造的關(guān)鍵技術(shù)在敏捷制造中 人 組織和技術(shù)是三個最基木的要素 敏捷制造模式的構(gòu)筑和實施需要多種技術(shù)支持 制造模式要和先進(jìn)技術(shù)相匹配才能充分發(fā)揮其優(yōu)勢 1 并行工程 CE 技術(shù) 2 虛擬制造 VM 技術(shù) 3 網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 4 模塊化技術(shù) 5 系統(tǒng)集成技術(shù) 6 動態(tài)聯(lián)盟 7 產(chǎn)品數(shù)據(jù)管PDM技術(shù) 8 5先進(jìn)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(jìn)一步開發(fā)支持實施敏捷制造的各種技術(shù)和工具進(jìn)一步加強(qiáng)經(jīng)營決策工具和實驗性實施設(shè)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(biāo)準(zhǔn) 3 敏捷制造實際應(yīng)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(jìn)一步的發(fā)展 以便更好地應(yīng)用于中小企業(yè) 8 5先進(jìn)制造模式 ThankYou 本章結(jié)束