材料性能及其加工第21章机械制造自动化.ppt
第21章机械制造自动化,本章知识点先导案例第一节成组技术(GT)第二节计算机辅助工艺规程设计(CAPP)第三节柔性制造系统(FMS)第四节计算机集成制造系统,下一页,第21章机械制造自动化,先导案例解决本章小结思考题,上一页,本章知识点,1、了解成组技术的原理和特点。2、了解计算机辅助工艺规程设计的原理和特点。3、了解柔性制造系统的原理和特点。4、了解计算机集成制造系统的原理和特点。,返回,先导案例,如何对现有的生产条件进行柔性制造系统的改造?,返回,第一节成组技术(GT),成组技术(Group Technology.GT）是在20世纪50年代由苏联米特洛万诺夫创造，后来介绍到欧美，受到普遍重视。德国阿亨大学的H.奥匹兹教授种对其进行深入研究，制订出一整套的工作程序和零件分类编码系统，使之更趋完善并更便于推广应用。成组技术己发展到可以利用计算机自动进行零件分类、分组，不仅应用到产品设计标准化、通用化、系列化及工艺规程的编制过程，而目在生产作业计划和生产组织等方面也有较多的应用。,下一页,返回,第一节成组技术(GT),一、成组技术原理 成组技术就是提示和利用产品间的相似性，按照一定的准则分类成组，同组产品能够采用同一方法进行处理，以便提高效益。在机械制造工程中，成组技术是计算机辅助制造的基础，将成组原理用于设计、制造和管理等整个生产系统，以获得最大的经济效益。成组技术的核心是成组工艺，它是把结构、材料、工艺相似的零件组成一个零件族(组)，按零件族制订工艺进行加工，从而扩大了批量、减少了品种、便于采用高效方法、提高了劳动生产率。零件的相似性是广义的，在儿何形状、尺寸、功能要素、精度、材料等方面的相似性为基本相似性，以基本相似性为基础，在制造、装配等生产、经营、管理等方面所导出的相似性，称为一次相似性或派生相似性。,上一页,下一页,返回,第一节成组技术(GT),对于零件设计而言，许多零件都具有相似的形状，那些相似的零件可以归并成设计族。一个新零件可以通过修改一个现有的同族零件而形成。应用这个概念，可以确定出复合零件。复合零件是包含一个设计族的所有特征的零件。它由设计族内零件所有几何要素组合而成。图21-1所示是一复合零件的例子。,上一页,下一页,返回,第一节成组技术(GT),二、成组技术的分类方法 目前，将零件分类成组常用的方法有以下几种。1.视检法 视检法是由有生产经验的人员通过对零件图纸仔细阅读和判断，把具有某些特征属性的一些零件归结为一类。它的效果主要取决于个人的生产经验，多少带有主观性和片面性。2.生产流程分析法 生产流程分析法PFA(Production Flow Analysis)是以零件生产流程及生产设备明细表等技术文件，通过对零件生产流程的分析，可以把工艺过程相近的，即使用同一组机床进行加工的零件归结为一类。生产流程分析法的有效性与所依据的工厂技术资料有关。采用此法可以按工艺相似性将零件分类，以形成加工族。,上一页,下一页,返回,第一节成组技术(GT),3.编码分类法 按编码分类，首先制订零件分类编码系统，将零件的有关设计、制造等方面的信息转译为代码(代码可以是数字或数字、字母兼用)，把分类的零件进行编码，待零件有关信息代码化后，就可以根据代码对零件进行分类，零件有关生产信息代码化将有助于应用计算机辅助成组技术的实施。,上一页,下一页,返回,第一节成组技术(GT),三、成组技术的应用 目前发展的成组技术是应用系统工程学的观点，把中、小批生产中的设计制造作为一个生产系统整体，统一陇调生产活动的各个方面，全面实施成组技术以提高综合经济效益。以下将从产品设计、制造及生产管理等方面简述成组技术的应用。1.产品设计方面 由于用成组技术指导设计，赋予各类零件更大的相似类，这就为在制造管理方面实施成组技术奠定了良好的基础，使之取得更好的效果。此外，由于新产品具有继承性，使往,上一页,下一页,返回,第一节成组技术(GT),年累积并经过考验的有关设计和制造的经验再次应用，这有利于保证产品质量的稳定。以成组技术为指导的设计合理化和标准化工作将为实现计算机辅助设计(CAD)奠定良好的基础，为设计信息最大程度的重复使用，加快设计速度，节约时间作出贡献。据统计，当设计一种新产品时，往往有3/4以上的零件设计可参考借鉴或直接引用原有的产品图纸，从而减少新设计的零件，这不仅可以减少设计人员的重复性劳动，也可以减少工艺准备工作和降低制造费用。,上一页,下一页,返回,第一节成组技术(GT),2.制造工艺方面 成组技术在制造工艺方面最先得到广泛应用。开始是用于成组工序，即把加工方法、安装方式和机床调整相近的零件归结为零件组，设计出适用于全组零件加工的成组工序。成组工序允许采用同一设备和工艺装置，以及相同或相近的机床调整加工全组零件，这样，只要能按零件组安排生产调度计划，就可以大大减少由于零件品种更换所需要的机床调整时间。此外，由于零件组内诸多零件的安装方式和尺寸相近，可设计出应用于成组工序的公用夹具一一成组夹具，只要进行少量的调整或更换某些零件，成组夹具就可适用于全组零件的工序安装。成组技术亦可应用于零件加工的全工艺过程。为此，应将零件按工艺过程相似性分类以形成加工,上一页,下一页,返回,第一节成组技术(GT),族，然后针对加工族设计成组工艺过程。成组工艺过程是成组工序的集合，能保证按标准化的工艺路线采用同一组机床加工全加工族的诸零件。设计成组工艺过程、成组工序和成组夹具皆应以成组年产量为依据，成组加工允许采用先进的生产工艺技术，以成组技术指导的工艺设计合理化和标准化为基础，可以轻松实现计算机辅助工艺规程设计(CAPP)及计算机辅助成组夹具设计。,上一页,下一页,返回,第一节成组技术(GT),3.生产组织管理方面 成组加工要求将零件按工艺相似性分类形成加工族，加工同一加工族有其相应的一组泪L床设备。因此，很自然成组生产系统要求按模块化原理组织生产，即采取成组生产单元的生产组织形式，在一个生产单元内有一组工人操作一组设备，生产一个或若十个相近的加工族，在此生产单元内可完成诸零件全部或部分的生产加工。因此可以认为成组生产单元是以加工族为生产对象的产品专业化或工艺专业化(如热处理等)的生产基层单位。成组技术是计算机辅助管理系统技术基础之一。这是因为运用成组技术基本原理将大量信息分类成组，并使之规格化、标准化，这将有助于建立结构合理的,上一页,下一页,返回,第一节成组技术(GT),生产系统公用数据库，可大量压缩信息的储存量，由于不再是分别针对一个工程问题和任务设计程序，可使程序设计优化。此外，采用编码技术是计算机辅助管理系统得以顺利实施的关键性基础技术工作，成组技术恰好能满足相似类产品及分类的编码。,上一页,返回,第二节计算机辅助工艺规程设计(CAPP）,计算机辅助工艺规程设计(Computer Aided Process Planning CAPP）是随着计算机科学与技术的发展，在20世纪60年代兴起的一种工艺规程设计技术。CAPP系统研究开发始终是以克服传统工艺设计缺点和推进工艺设计自动化为主要日标的，目前正向设计与制造集成和智能化方向发展。在工业界推广应用CAPP系统产生了良好的社会和经济效益，特别是20世纪80年代以来，随着CIMS日益受到人们的重视，CAPP系统作为CAD/CAM集成的关键性中间环节，CAPP系统的研究成为当今各国研究的重要内容之一。,下一页,返回,第二节计算机辅助工艺规程设计(CAPP）,一、国内外CAPP的发展概况 在机械制造领域内，工艺设计自动化是发展最迟的部分。NC技术、CAD技术早在20世纪50,60年代己应用于实践，而工艺设计由于涉及的因素非常多，随机性大，很难用简单的数学模型进行理论分析，所以，长期处于乎工操作、凭经验办事、效率很低的状态。世界上最早进行研究的国家是挪威，他们从1966年开始研制到1969年正式发表了AUTOPROS系统。这是世界上第一个CAPP系统，是根据成组技术原理，利用零件的相似性去检索和修改标准工艺来制订相应零件的工艺规程。,上一页,下一页,返回,第二节计算机辅助工艺规程设计(CAPP）,美国在1976年推出了具有单程碑意义的CAM-IS系统。CAPP从20世纪60年代末开始研制，到目前虽只有30多年的历史，但己研制出很多CAPP系统，而目有不少系统己投入生产实践中使用。目前，世界各国的CAPP系统主要用于回转体零件，其次为棱柱体零件和板块类零件，其他非回转体零件应用较少，而且多应用于单件小批量生产类型。从20世纪80年代起，我国一些高校和工厂在推广和应用成组技术的基础上，也开始研究和开发计算机辅助工艺规程设计系统。最早进行这项研究工作的是同济大学，他们在1982年研制成功了TOJICAPP系统，并通过了国家教委组织的鉴定，并于1985年在国际CIRP会议上正式发表。随后北京理工大学也研制出适用于车辆中回转体零件的BITCAPP系统，北京航空航天大学研制了BHCAPP系统，华中科技大学研制出了Inter CAPP系统，还有一些高校和工厂合作研制的CAPP系统也相继获得成功。据初步统计，在国内各种学术会议和刊物上正式发表的CAPP系统己有100多个，有的己用于生产实际。,上一页,下一页,返回,第二节计算机辅助工艺规程设计(CAPP）,二、LAPP的效益(1)有利于工艺规程的合理化、标准化和最优化。CAPP的设计过程实际上就是一个标准化的过程。CAPP系统将工艺专家的集体智慧融合到工艺规程设计的计算机软件中，使得工艺方案更趋于合理和优化，而目计算机自动处理工艺过程，其结果的一致性更好，避免了各个设计者的主观倾向，有利于实现工艺规程的标准化。（2)提高工艺规程的设计效率。采用CAPP可以减少了乎工抄写和绘制的工作量及错误，计算机自动生成的工艺文件简洁、统一、可读性好，因此，大大提高了工艺人员的工作效率，加快工艺规程设计的速度，缩短生产准备时间。,上一页,下一页,返回,第二节计算机辅助工艺规程设计(CAPP）,（3)可获得良好的经济效益。采用CAPP系统后，可以减少工艺设计费用，降低制造成本。据国外统计，采用CAPP技术后，工艺设计劳动量减少了20%-40%，工艺设计费用降低了20%-50%，总的制造成本降低了9.6%（4)有利于CAD/CAPP/CAM的集成。CAPP是连接CAD和CAM的桥梁和纽带，只有实现工艺设计的自动化，才能真i1，实现CAD/CAPP/CAM的一体化。CAPP发展的方向是CAD/CAPP/CAM的一体化和智能化，这是制造自动化技术发展的击要。,上一页,下一页,返回,第二节计算机辅助工艺规程设计(CAPP）,三、LAPP系统的分类 CAPP系统按其工作原理分主要有派生式、创成式、混合式和专家系统4类。1.派生式(Variant)派生式是建立在成组技术的基础上，将同一零件组中的零件形面要素合成为假想的主样件，按照主样件制订出反映本厂最优加工方案的工艺规程，并以文件形式存储在计算机中。当为某一零件编制工艺规程时，首先分析该零件的成组编码，识别它属于哪一零件组，然后调用该零件组的典型工艺文件，按照输入的该零件的成组编码、形面特征和尺寸参数，选出典型工艺文件中的有关工序并进行加工参数的计算，派生出所需的工艺规程。如有需要还可对所编制的工艺,上一页,下一页,返回,第二节计算机辅助工艺规程设计(CAPP）,规程通过人机对话的方式进行修改(插入、更换或删除)，最后编辑成所需要的工艺规程。其特点是系统较为简单，但要求工艺人员干预并进行决策。2.创成式(Generative 不以原有的工艺规程为基础，在计算机软件系统中，收集了大量的工艺数据和加工知识，并在此基础上建立了一系列的决策逻辑，形成了工艺数据库和加工知识库。当输入新零件的有关信息后，系统可以模仿工艺人员，应用各种工艺决策逻辑规则，在没有人工干预的条件下，自动地生成零件的工艺规程。,上一页,下一页,返回,第二节计算机辅助工艺规程设计(CAPP）,3.混合式(Hybrid)有人将传统派生法、传统创成法与人工智能结合在一起，综合它们的优点，构造了所谓的混合式CAPP系统。这种工艺设计系统沿用以派生式为主的检索编辑原理，当零件不能归入系统己存在的零件组时，则采用创成式原理进行工艺设计，或在工艺编辑时引入柔性制造单元(FMC，柔性制造系统(FMS)和计算机集成制造系统(CIMS)式的决策逻辑原理。4.基于知识的专家系统(Expert System)CAPP专家系统主要由知识库、数据库、推理机、解释模块、知识获取模块等组成。主要特点是接近人类思维，比较容易从人类专家那单获取专业领域的知识;模块是独立的，容易被用户检查、修改和扩充;容易使系统从一种环境到另一种环境;容易添加一些解释功能;具有描述不确定知识的能力。目前国内外己有许多上述各类系统,上一页,下一页,返回,第二节计算机辅助工艺规程设计(CAPP）,的实例，一般是针对某类零件的专用CAPP系统，但迄今为止己得到生产实践考验和令人满意的系统还不多。目前用派生法原理生成工艺规程的方法己经比较成熟，应用十分广泛，现有的大部分CAPP系统都属于此类型。创成法原理目前还不完善，还没有一个纯粹的创成法CAPP系统出现。四、LAPP的功能从国内外发表的CAPP系统来看，它们主要包括以下功能。接收或生成零件信息;检索标准工艺文件;选择加工方法;安排加工路线;选择机床、刀具和夹具等;,上一页,下一页,返回,第二节计算机辅助工艺规程设计(CAPP）,确定切削用量;计算切削参数、工时定额和加工费用等;计算工序尺寸和公差，确定毛坯类型和尺寸;绘制工序图;生成工艺文件;刀具路径规划和NC编程;加工过程的仿真。上述功能并不是所有的CAPP系统都具备的，有些CAPP系统只具备其中的某些功能。,上一页,下一页,返回,第二节计算机辅助工艺规程设计(CAPP）,五、LAPP系统发展趋势 1.集成化趋势 计算机集成制造系统(CIM是现代制造业的发展趋势。因此，未来的CAPP系统除了与CAD和CAM集成以外，还应能与制造自动化系统、管理信息系统及质量检测与控制系统等集成。这种集成己不是普通意义上的集成，而是统一在工程数据库上的集成。而目CAPP系统不只是针对单个的零件或相互孤立的若干零件，而是要针对整个制造系统中的大量零件、部件、甚至整个产品的制造与装配等的CAPP系统。,上一页,下一页,返回,第二节计算机辅助工艺规程设计(CAPP）,2.通用化趋势 通用化问题是CAPP面临的最主要的问题之一，也是制约CAPP系统实用化与商品化的一个贡要因素。为此，有人提出了CAPP专家系统建造工具的思想，以应付生产实际中变化多端的问题，力求使CAPP系统也能像CAD系统那样具有广泛的通用性。把工艺设计中的共性(如标准化的工艺数据与工艺决策知识)和个性(如与特定环境相关的工艺数据及工艺决策知识等)分开，是实现CAPP系统通用化的前提。,上一页,下一页,返回,第二节计算机辅助工艺规程设计(CAPP）,3.智能化趋势 CAPP所涉及的是典型的跨学科的复杂问题，不仅业务内容广泛、性质各异，而目许多决策都依赖于专家个人的经验、技术和技巧。另外，制造业生产环境的差别也十分显著，要求CAPP系统具有很强的适应性和灵活性。传统的过程化软件设计技术，如利用判定表或判定树进行工艺决策的软件设计等，己不能满足工程实际对CAPP的需求。而专家系统技术及其他人工智能技术己越来越广泛地应用于各种类型的CAPP系统之中，还有的将人工神经元理论、模糊理论、黑板推理与实例推理等方法用于CAPP系统的开发。,上一页,返回,第三节柔性制造系统(FMS),柔性制造系统是由数控加工设备，物料运储装置和计算机控制系统等组成的自动化制造系统。其包括多个柔性制造单元，能根据制造任务或生产环境的变化迅速进行调整，适用于多品种、中小批量生产。FMS的工艺基础是成组技术，它按照成组的加工对象确定工艺过程，可以按照计算机辅助工艺过程的派生法组织生产，选择相适应的数控加工设备和工件、工具等物料的储运系统，并由计算机进行控制，能自动调整并实现一定范围内多种工件的成批高效生产(即具有“柔性”)，并能及时地改变产品以满足市场需求。FMS兼有加工制造和部分生产管理两种功能，因此能综合地提高生产效益。柔性制造系统应具备以下特点。,下一页,返回,第三节柔性制造系统(FMS),（1)从硬件的形式上看，柔性制造系统由加工、物流、信息流3个了系统组成。两台以上的数控机床或加工中心及其他加工设备，包括测量机、清洗机、动平衡机、各种特种加工设备等。一套能自动装卸的运储系统，包括刀具的运储和工件原材料的储运。具体结构可采用传送机、运输小车、搬运机器人、上下料托盘、交换工作站等。（2)从软件内容看主要包括:柔性制造系统的运行控制;柔性制造系统的质量保证;柔性制造系统的数据管理和通信网络。,上一页,下一页,返回,第三节柔性制造系统(FMS),（3)从功能上看它必须具备以下功能。能自动进行零件的批量生产;简单地改变软件，便能制造出某一零件组的任何零件，物料的运输和储存必须是自动的(包括刀具工装和工件);能解决多机条件下零件的混合比，且无须额外增加费用。一、柔性制造系统的类型 柔性制造系统可分为以几种类型。1.按零件加工顺序配置机床的系统 根据被加工零件的加工顺序选择机床，并用一个物料储运系统将机床连接起来，机床间在加工内容方面相匀_补充。工件借助一个装卸站送入系统，并由此开始，在计算机控制下，由一个加工站送至另一个加工站，连续完成各加工工序。通常，工件在系统中的输送路径是固定的，但是不同的机床也能加工不同的工件。,上一页,下一页,返回,第三节柔性制造系统(FMS),2.机床可相互替换的系统 这类柔性制造系统在设备出现故障时，能用替换机床保持整个系统继续工作。在一个由儿台加工中心、一个存储系统和一个穿梭式物料输送线组成的柔性制造系统中，工件可以送至任何一台加工中心，它们都有相应的刀具来加工零件。计算机具有记忆每台机床的状态，并能在机床空闲时分配工件去加工的能力。每台机床都配有能根据指令选用刀具的换刀机械乎，能完成部分或全部加工工序。该系统中还具有机床刀库的更换和存储系统，以保证为加工多种零件所需的刀具量。这类柔性制造系统的最大优点是设备发生故障时，只有部分系统停工，工件的产量有所降低，但不会造成停产。,上一页,下一页,返回,第三节柔性制造系统(FMS),3.混合型系统实际生产中常常采用既按工序选择，又具有替换机床的柔性制造系统，这就是混合型系统。系统内同类机床间具有相互替换的能力。4.具有集中式刀具储运系统的柔性制造系统 这种集中式储刀装置可以是与机载刀库交换的备用刀库，也可以是与机床多轴主轴箱交换的备用主轴箱。系统中的刀具都按工件的加工要求集中布置在若十个储刀装置中，当所加工任务确定后，控制系统选出相应的多轴箱或备用刀库送至机床，来完成工序的加工要求。,上一页,下一页,返回,第三节柔性制造系统(FMS),二、柔性制造系统的基本特点 FMS与FMC目前还没有一致公认的定义。两者在主要功能和结构方面有许多相似点，不易严格区分。比较一致的看法是认为FMS与FMC的主要区别在于以下几点。（1)FMS的规模比FMC大，机床大多为4-10台，也有2台的，但机床为2-3台时，物流系统的利用率不高。（2)FMC只具有单元内部的工件运储系统，而FMS则具有结构单元外部的物流系统，可实现各单元间、加工单元与仓库、装卸站、清洗站、检查站之间的物料输送和存储。搬运对象除了工件，还包括刀具、废屑、切削液等。（3)FMS的信息量大，各个子系统和单元都有各自的信息流系统。为统一陇调和管理，系统采用比FMC层次更高的多级计算机控制。（4)FMS具有比FMC更多更完善的功能，如优化作业计划、自动加工调度以及容忍故障的柔性功能等。,上一页,下一页,返回,第三节柔性制造系统(FMS),三、柔性制造系统的柔性 FMS的柔性主要体现在以下几个方面。1.设备柔性 设备柔性指制造系统中能加工不同类型零件所具备的转换能力，其中包括刀具转换、夹具转换等。机床出现故障时，可自动安排其他机床代替，工件运输系统会相应调整工件的运输路线，使系统继续运行。2.工艺柔性 能以多种工艺方法加工某一零件组的能力，如锁、铣、钻、铰、攻螺纹等加工。3.工序柔性 能自动改变零件加工工序的能力。,上一页,下一页,返回,第三节柔性制造系统(FMS),4.路径柔性 能自动变更零件加工路径的能力。如遇到系统中某台设备的故障，能自动将工件转换到另一台设备上加工。可以根据负荷，自动改变加工路线，提高利用率，减少等待时间。5.产品柔性 产品改变时能经济、迅速地转产。6.批量柔性 在不同批量下运行都能获取经济效益。7.扩展柔性 能根据生产的需要组建和扩展生产能力。8.工作和生产能力的柔性,上一页,下一页,返回,第三节柔性制造系统(FMS),系统实际上可以在无人照管的情况下运行，因而各项工作可在时间上灵活地安排，例如工件的安装和系统的维护工作可全部集中安排在白天进行，而加工作业根据需要安排在第一、第二或第三班进行。四、柔性制造系统的加工系统典型的FMS一般由3个子系统组成。它们是加工系统、物流系统和控制与管理系统，各子系统的构成框图及功能特征如图21-2所示。,上一页,下一页,返回,第三节柔性制造系统(FMS),3个了系统的有机结合，构成了一个制造系统的能量流(通过制造工艺改变工件的形状和尺寸)、物料流(主要指工件流和刀具流)和信息流(制造过程的信息和数据处理)。加工系统在FMS中是实际完成改变物性任务的执行系统。加工系统主要由数控机床、加工中心等加工设备构成，系统中的加工设备在工件、刀具和控制3个方面都具有可与其他了系统相连接的标准接日。从柔性制造系统的各项柔性含义中可知，加工系统的性能直接影响着FMS的性能，且加工系统在FMS中又是耗资最多的部分，因此恰当地选用加工系统是FMS成功与否的关键。,上一页,下一页,返回,第三节柔性制造系统(FMS),五、柔性制造系统的优点柔性制造系统的优点如下。（1)设备利用率高。一组机床编入柔性制造系统后，产量比这组机床在分散单机作业时的产量提高数倍。（2)与传统加工相比在制品减少80%左右。（3)生产能力相对稳定。自动加工系统由一台或多台机床组成，发生故障时，有降级运转的能力，物料传送系统也有自行绕过故障机床的能力。（4)产品质量高。零件在加工过程中，装卸一次完成，加工精度高，加工形式稳定。,上一页,下一页,返回,第三节柔性制造系统(FMS),（5)运行灵活。有些柔性制造系统的检验、装夹和维护工作可在第一班完成，第二、第三班可在无人照看下正常生产。在理想的柔性制造系统中，其监控系统还能处理诸如刀具的磨损调换、物流的堵塞疏通等运行过程中不可预料的问题。（6)产品应变能力大。刀具理，便于增减设备，满足市场需要、夹具及物料运输装置具有可调性，且系统平面布置合理，便于增减设备，满足市场要求。,上一页,返回,第四节计算机集成制造系统,计算机集成制造系统(Computer Integrated Making System CIMS)又称计算机综合制造系统，在这个系统中，集成化的全局效应更为明显。在产品生命周期中，各项作业都己有了其相应的计算机辅助系统，如计算机辅助设计(CAD）计算机辅助制造(CAM）计算机辅助工艺规划(CAPP）计算机辅助测试(CAT）计算机辅助质量控制（CAQ）等。这些单项技术“CAX”原来都是生产作业上的“自动化孤岛”，单纯地追求每一单项技术上的最优化，不一定能够达到企业的总目标一一缩短产品设计时间、降低产品的成本的价格,下一页,返回,第四节计算机集成制造系统,改善产品的质量和服务质量以提高产品在市场的竞争力。计算机集成制造系统就是将技术上的各个单项信息处理和制造企业管理信息系统(如MRP-11等)集成在一起，将产品生命周期中所有的有关功能，包括设计、制造、管理、市场等的信息处理全部予以集成。其关键是建立统一的全局产品数据模型和数据管理及共享的机制，以保证正确的信息在正确的时刻以正确的方式传到所需的地方。计算机集成制造系统的进一步发展方向是支持“并行工程”，即力图使那些为产品生命周期各阶段服务的专家尽早地并行工作，从而使全局优化并缩短产品开发周期。CIMS是Computer Integrated Manufacturing System的缩写，意思是计算机集成制造系统。,上一页,下一页,返回,第四节计算机集成制造系统,CIMS是随着计算机辅助设计与制造的发展而产生的。CIMS是在信息技术自动化技术与制造的基础上，通过计算机技术把分散在产品设计和制造过程中各种孤立的自动化子系统有机地集成起来，形成适用于多品种、小批量生产，实现整体效益的集成化和智能化制造系统。集成化反映了自动化的广度，它把系统的范围扩展到了市场预测、产品设计、加工制造、检验、销售及售后服务等的全过程。智能化则体现了自动化的深度，它不仅涉及物资流控制的传统体力劳动自动化，还包括信息流控制的脑力劳动的自动化。,上一页,下一页,返回,第四节计算机集成制造系统,当前，我国的CIMS己经改变为“现代集成制造(Contemporary Integrated Manufacturing)与现代集成制造系统(Contemporary Integrated Manufacturing System)”。它己在广度与深度上拓展了原CIM/CIM S的内涵。其中，“现代”的含义是计算机化、信息化、智能化。“集成”有更广泛的内容，它包括信息集成、过程集成及企业间集成3个阶段的集成优化;CIMS有关技术的集成优化及各类人员的集成优化等。CIMS不仅仅把技术系统和经营生产系统集成在一起，而目把人(人的思想、理念及智能)也集成在一起，使整个企业的工作流程、物流和信息流都保持通畅和相互有机联系。所以，CIMS是人、经营和技术二者集成的产物。,上一页,下一页,返回,第四节计算机集成制造系统,一、计算机集成制造系统的体系结构 CIMS体系结构是用来描述研究对象整个系统的各个部分和各个方面的相互关系和层次结构，从大系统理论角度研究，将整个研究对象分为几个子系统，各个子系统相对独立自治、分布存在、并发运行和驱动等。我们可以从功能结构和逻辑结构来认识CIM S体系结构。从功能层方面分析，CIMS大致可以分为6层:生产/制造系统，硬事务处理系统，技术设计系统，软事务处理系统，信息服务系统，决策管理系统。,上一页,下一页,返回,第四节计算机集成制造系统,二、计算机集成制造系统的分类 从生产工艺方面分，CIMS可大致分为离散型制造业、连续型制造业和混合型制造业3种;从体系结构来分，CIMS也可以分成集中型、分散型和混合型3种。,上一页,下一页,返回,第四节计算机集成制造系统,三、计算机集成制造系统的效益评价 CIMS是企业管理运作的一种手段，是一种战略思想的应用，其初期投资大，涉及面广，资金回笼周期长，短期内很难见到效益，因此，在对CIMS作效益评价时不能单凭货币标准来衡量其效益，要多方面综合考虑其效益指标。所谓综合效益指CIMS系统对企业和社会所能带来的各种效益。可以从下面几个方面来理解。（1)应用CIMS提高了劳动生产力为企业带来的利润，为国家增加国民收入所做出的贡献。（2)应用CIMS提高了企业对市场的应变能力和抗风险能力，对企业实现经营战略所作出的贡献;提高企业市场竞争力，促进技术进步所做的贡献。,上一页,下一页,返回,第四节计算机集成制造系统,（3)为提高整个企业员工的素质和技术水平作的贡献。（4)为节约天然资源所作出的贡献。（5)通过应用和推广CIMS技术，为国家优化产业结构，发展新产业，提高国际市场上的竞争力所作的贡献。,上一页,下一页,返回,第四节计算机集成制造系统,四、计算机集成制造系统的技术构成简介1.先进制造技术(Advanced Manufacturing Technology，AMT)先进制造技术是传统制造技术不断吸收机械、电子、信息、材料、能源和现代管理等方面的成果，并将其综合应用于产品设计、制造、检测、管理、销售、使用、服务等制造全过程，以实现优质、高效、低耗、清洁、灵活的生产，并取得理想技术经济效果的制造技术的总称。2.敏捷制造(Agile Manufacturing,AM）敏捷制造是以竞争力和信誉度为基础，选择合作者组成虚拟公司，分工合作，为同一目标共同努力来增强整体竞争能力，对用户需求做出快速反应，以满足用户的需要。虚拟制造(Virtual Manufacturing VM)。,上一页,下一页,返回,第四节计算机集成制造系统,3.虚拟制造虚拟制造是利用信息技术、仿真技术、计算机技术对现实制造活动中的人、物、信息及制造过程进行全面的仿真，以发现制造中可能出现的问题，在产品实际生产前就采取预防措施，从而达到产品一次性制造成功，来达到降低成本、缩短产品开发周期、增强产品竞争力的目的。4.并行工程(Concurrent Engineering,CE)并行工程是集成地、并行地设计产品及其相关过程(包括制造过程和支持过程)的系统方法。它要求产品开发人员在一开始就考虑产品整个生命周期中从概念形成到产品报废的所有因素，包括质量、成本、进度计划和用户要求，并行工程的发展为虚拟制造技术的诞生创造了条件，虚拟制造技术是以并行工程为基础的，并行工程的进一步发展就是虚拟制造技术。,上一页,返回,先导案例解决,FMS兼有加工制造和部分生产管理两种功能，因此能综合地提高生产效益。建立柔性制造系统应具备以下要求。（1)从硬件的形式上看，柔性制造系统由加工、物流、信息流3个了系统组成。两台以上的数控机床或加工中心及其他加工设备，包括测量机、清洗机、动平衡机、各种特种加工设备等。一套能自动装卸的运储系统，包括刀具的运储和工件原材料的运储。具体结构可采用传送机、运输小车、搬运机器人、上下料托盘、交换工作站等。一套计算机控制系统。（2)从软件内容看主要包括以下3点。柔性制造系统的运行控制;柔性制造系统的质量保证;柔性制造系统的数据管理和通信网络。,下一页,返回,先导案例解决,（3)从功能上看它必须具备以下功能。能自动进行零件的批量生产。简单地改变软件，便能制造出某一零件组的任何零件。物料的运输和储存必须是自动的(包括刀具工装和工件)。能解决多机条件下零件的混合比，目无须额外增加费用。,上一页,返回,本章小结,了解成组技术、计算机辅助工艺规程设计、柔性制造系统以及计算机集成制造系统的原理和特点。,返回,思考题,（1)试述成组技术。（2)简述计算机辅助工艺规程设计。（3)简述柔性制造系统的概念。（4)简述计算机集成制造系统的概念。,返回,图21-1 复合零件,返回,图21-2 柔性制造系统组成,返回,
