自動化制造系統(tǒng)

出版社:機械工業(yè)出版社; 第3版 (2011年6月1日)

叢書名: 普通高等教育"十一五"國家級規(guī)劃教材,普通高等教育"十五"國家級規(guī)劃教材,面向21世紀課程教材

平裝:276頁

正文語種:簡體中文

開本:16

ISBN:9787111341192

條形碼:9787111341192

《自動化制造系統(tǒng)(第3版)》是制造技術(shù)的主要發(fā)展方向之一，它對提高產(chǎn)品質(zhì)量和勞動生產(chǎn)率、降低制造成本、減輕勞動強度、提高制造系統(tǒng)的適應(yīng)性、進而提高企業(yè)的市場競爭能力具有極其重要的意義。《自動化制造系統(tǒng)(第3版)》系統(tǒng)地介紹了自動化制造系統(tǒng)的基本知識，以及自動化制造系統(tǒng)的規(guī)劃、設(shè)計、分析、評價及其優(yōu)化運行的基本理論和方法。介紹的重點是面向多品種、中小批量生產(chǎn)的柔性自動化制造系統(tǒng)，并將"人機一體化和適度自動化"的思想融合進《自動化制造系統(tǒng)(第3版)》中?！蹲詣踊圃煜到y(tǒng)(第3版)》的結(jié)構(gòu)體系完整、編寫手法新穎、理論聯(lián)系實際，追求實用性和先進性的完美結(jié)合?？紤]到自學(xué)的方便性，每章后都附有一定數(shù)量的復(fù)習(xí)思考題?！蹲詣踊圃煜到y(tǒng)(第3版)》可作為機械工程、工業(yè)工程等各類與制造有關(guān)學(xué)科和專業(yè)的本科生教材或研究生的教學(xué)參考書，亦可供有關(guān)制造企業(yè)工程技術(shù)人員自學(xué)和參考。

張根保 博士(后)，教授，博士生導(dǎo)師。重慶大學(xué)機械學(xué)院機械制造系主任，先進制造技術(shù)研究所所長，瑞士聯(lián)邦洛桑高等工業(yè)大學(xué)機械系客座教授。

擔(dān)任全國高校制造技術(shù)及機床研究會常務(wù)副理事長、全國高?；Q性及測量技術(shù)研究會副理事長、重慶市信息化協(xié)會信息技術(shù)專家技術(shù)委員會副主任，以及國內(nèi)外6個雜志的編委會副主任及編委等職。

兼任長安公司、建設(shè)集團和長風(fēng)公司的總經(jīng)理助理，以及十余家企業(yè)的高級顧問。

出版著作11本，發(fā)表論文200余篇，主持各類研究開發(fā)項目30余項。

第3版前言

第2版前言

第1版前言

縮寫術(shù)語表

第一章 自動化制造系統(tǒng)概論

第一節(jié) 基本概念

第二節(jié) 自動化制造系統(tǒng)的定義、組成及學(xué)科特點

第三節(jié) 自動化制造的意義及其發(fā)展歷程

第四節(jié) 自動化制造系統(tǒng)的特點、適用范圍及實現(xiàn)原則

第五節(jié) 自動化制造系統(tǒng)的評價指標

第六節(jié) 系統(tǒng)工程技術(shù)與自動化制造系統(tǒng)方法論

復(fù)習(xí)思考題

第二章 自動化制造系統(tǒng)的人機一體化設(shè)計與評價

第一節(jié) 自動化制造系統(tǒng)的人機一體化基本概念

第二節(jié) 自動化制造系統(tǒng)的人機一體化總體設(shè)計

第三節(jié) 自動化制造系統(tǒng)的人機一體化運行與維護

第四節(jié) 自動化制造系統(tǒng)設(shè)計的人機工程評價

復(fù)習(xí)思考題

第三章 自動化制造系統(tǒng)的組成

第一節(jié) 自動化制造系統(tǒng)的常見類型

第二節(jié) 自動化加工設(shè)備

第三節(jié) 工件儲運系統(tǒng)

第四節(jié) 刀具準備及儲運系統(tǒng)

第五節(jié) 工業(yè)機器人

第六節(jié) 質(zhì)量控制和運行監(jiān)控系統(tǒng)

第七節(jié) 輔助設(shè)備

第八節(jié) 控制與通信系統(tǒng)

復(fù)習(xí)思考題

第四章 自動化制造系統(tǒng)的總體設(shè)計

第一節(jié) 系統(tǒng)的可行性論證

第二節(jié) 系統(tǒng)分析及系統(tǒng)類型的選擇

第三節(jié) 總體設(shè)計的內(nèi)容及步驟

第四節(jié) 零件族的確定及工藝分析

第五節(jié) 總體布局和設(shè)備配置設(shè)計

第六節(jié) 自動化制造系統(tǒng)的控制與生產(chǎn)管理

復(fù)習(xí)思考題

第五章 自動化制造系統(tǒng)各分系統(tǒng)的設(shè)計

第一節(jié) 加工設(shè)備選擇

第二節(jié) 工件儲運及管理系統(tǒng)方案設(shè)計

第三節(jié) 刀具儲運及管理系統(tǒng)方案設(shè)計

第四節(jié) 作業(yè)計劃與調(diào)度系統(tǒng)設(shè)計

復(fù)習(xí)思考題

第六章 自動化制造系統(tǒng)的可靠性分析與設(shè)計

第一節(jié) 可靠性分析的目的和意義

第二節(jié) 可靠性的相關(guān)概念

第三節(jié) 自動化制造系統(tǒng)可靠性分析的特點與一般要求

第四節(jié) 系統(tǒng)可靠性分析與設(shè)計的主要內(nèi)容

第五節(jié) 自動化制造系統(tǒng)的可靠性分析指標

第六節(jié) 系統(tǒng)可靠性分析與設(shè)計的流程

第七節(jié) 系統(tǒng)可靠性分析與設(shè)計的基本方法

第八節(jié) 提高自動化制造系統(tǒng)可靠性的途徑

復(fù)習(xí)思考題

第七章 自動化制造系統(tǒng)的計算機仿真及優(yōu)化

第一節(jié) 計算機仿真的基本概念及意義

第二節(jié) 計算機仿真的基本理論及方法

第三節(jié) 自動化制造系統(tǒng)仿真研究的主要內(nèi)容

第四節(jié) 通用仿真語言GPSS簡介

第五節(jié) FMS仿真實例

復(fù)習(xí)思考題

第八章 自動化制造系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟分析

第一節(jié) 自動化制造系統(tǒng)項目評價的內(nèi)容、特點與指標體系

第二節(jié) 技術(shù)性能評價

第三節(jié) 經(jīng)濟性評價

第四節(jié) 效益分析

第五節(jié) 風(fēng)險分析

第六節(jié) 綜合評價

復(fù)習(xí)思考題

第九章 自動化制造系統(tǒng)的實施及實例分析

第一節(jié) 自動化制造系統(tǒng)的實施過程

第二節(jié) 自動化制造系統(tǒng)實例分析

復(fù)習(xí)思考題

第十章 先進生產(chǎn)模式與自動化制造系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

第一節(jié) 計算機集成制造系統(tǒng)CIMS

第二節(jié) 精益生產(chǎn)LP

第三節(jié) 敏捷制造AM

第四節(jié) 智能制造系統(tǒng)的基本概念

第五節(jié) 網(wǎng)絡(luò)化制造

第六節(jié) 可重構(gòu)制造系統(tǒng)

第七節(jié) 快速原型制造技術(shù)

第八節(jié) 低碳制造

第九節(jié) 自動化制造系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

復(fù)習(xí)思考題

參考文獻

讀者信息反饋表

自動化制造系統(tǒng)包括剛性制造和柔性制造，"剛性"的含義是指該生產(chǎn)線只能生產(chǎn)某種或生產(chǎn)工藝相近的某類產(chǎn)品，表現(xiàn)為生產(chǎn)產(chǎn)品的單一性。剛性制造包括組合機床、專用機床、剛性自動化生產(chǎn)線等。"柔性"是指生產(chǎn)組織形式和生產(chǎn)產(chǎn)品及工藝的多樣性和可變性，可具體表現(xiàn)為機床的柔性、產(chǎn)品的柔性、加工的柔性、批量的柔性等。柔性制造包括柔性制造單元(FMC)、柔性制造系統(tǒng)(FMS)、柔性制造線(FML)、柔性裝配線(FAL)、計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)等。下面依據(jù)自動化制造系統(tǒng)的生產(chǎn)能力和智能程度進行分類介紹。

一、剛性自動化生產(chǎn)

1、剛性半自動化單機

除上下料外，機床可以自動地完成單個工藝過程的加工循環(huán)，這樣的機床稱為剛性半自動化機床。這種機床一般是機械或電液復(fù)合控制式組合機床和專用機床，可以進行多面、多軸、多刀同時加工，加工設(shè)備按工件的加工工藝順序依次排列;切削刀具由人工安裝、調(diào)整，實行定時強制換刀，如果出現(xiàn)刀具破損、折斷，可進行應(yīng)急換刀;例如:單臺組合機床，通用多刀半自動車床，轉(zhuǎn)塔車床等。從復(fù)雜程度講，剛性半自動化單機實現(xiàn)的是加工自動化的最低層次，但是投資少、見效快，適用于產(chǎn)品品種變化范圍和生產(chǎn)批量都較大的制造系統(tǒng)。缺點是調(diào)整工作量大，加工質(zhì)量較差，工人的勞動強度也大。

2、剛性自動化單機

它是在剛性半自動化單機的基礎(chǔ)上增加自動上、下料等輔助裝置而形成的自動化機床。輔助裝置包括自動工件輸送、上料，下料、自動夾具、升降裝置和轉(zhuǎn)位裝置等;切屑處理一般由刮板器和螺旋傳送裝置完成。這種機床實現(xiàn)的也是單個工藝過程的全部加工循環(huán)。這種機床往往需要定做或改裝，常用于品種變化很小，但生產(chǎn)批量特別大的場合。主要特點是投資少、見效快，但通用性差，是大量生產(chǎn)最常見的加工裝備。

3、剛性自動化生產(chǎn)線

剛性自動化生產(chǎn)線是多工位生產(chǎn)過程，用工件輸送系統(tǒng)將各種自動化加工設(shè)備和輔助設(shè)備按一定的順序連接起來，在控制系統(tǒng)的作用下完成單個零件加工的復(fù)雜大系統(tǒng)。在剛性自動線上，被加工零件以一定的生產(chǎn)節(jié)拍，順序通過各個工作位置，自動完成零件預(yù)定的全部加工過程和部分檢測過程。因此，與剛性自動化單機相比，它的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，任務(wù)完成的工序多，所以生產(chǎn)效率也很高，是少品種、大量生產(chǎn)必不可少的加工裝備。除此之外，剛性自動生產(chǎn)線還具有可以有效縮短生產(chǎn)周期，取消半成品的中間庫存，縮短物料流程，減少生產(chǎn)面積，改善勞動條件，便于管

理等優(yōu)點。它的主要缺點是投資大，系統(tǒng)調(diào)整周期長，更換產(chǎn)品不方便。為了消除這些缺點，人們發(fā)展了組合機床自動線，可以大幅度縮短建線周期，更換產(chǎn)品后只需更換機床的某些部件即可(例如可更換主軸箱)，大大縮短了系統(tǒng)的調(diào)整時間，降低了生產(chǎn)成本，并能收到較好的使用效果和經(jīng)濟效果。組合機床自動線主要用于箱體類零件和其他類型非回轉(zhuǎn)體的鉆、擴、鉸、鏜、攻螺紋和銑削等工序的加工。剛性自動化生產(chǎn)線目前正在向剛?cè)峤Y(jié)合的方向發(fā)展。

圖8-1所示為加工曲拐零件的剛性自動線總體布局圖。該自動線年生產(chǎn)曲拐零件1700件，毛坯是球墨鑄鐵件。由于工件形狀不規(guī)則，沒有合適的輸送基面，因而采用了隨行夾具安裝定位，便于工件的輸送。

該曲拐加工自動線由7臺組合機床和1個裝卸工位組成。全線定位夾緊機構(gòu)由1個泵站集中供油。工件的輸送采用步伐式輸送帶，輸送帶用鋼絲繩牽引式傳動裝置驅(qū)動。因毛坯在隨行夾具上定位需要人工找正，沒有采用自動上下料裝置。在機床加工工位上采用壓縮空氣噴吹方式排除切屑，全線集中供給壓縮空氣。切屑運送采用鏈板式排屑裝置，從機床中間底座下方運送切屑。

自動線布局采用直線式，工件輸送帶貫穿各工位，工件裝卸工位4設(shè)在自動線末端。隨行夾具連同工件毛坯經(jīng)升降機5提升，從機床上方送到自動線的始端，輸送過程中沒有切屑撒落到機床上、輸送帶上和地面上。切屑運送方向與工件輸送方向相反，斗式切屑提升機1設(shè)在自動線始端。中央控制臺6設(shè)在自動線末端位置。

剛性自動線生產(chǎn)率高，但柔性較差，當加工工件變化時，需要停機、停線并對機床、夾具、刀具等工裝設(shè)備進行調(diào)整或更換(如更換主軸箱、刀具、夾具等)，通常調(diào)整工作量大，停產(chǎn)時間較長。

二、柔性制造單元FMC

柔性制造單元(Flexible Manufacturing Cell)是由單臺數(shù)控機床、加工中心、工件自動輸送及更換系統(tǒng)等組成。它是實現(xiàn)單工序加工的可變加工單元，單元內(nèi)的機床在工藝能力上通常是相互補充的，可混流加工不同的零件。系統(tǒng)對外設(shè)有接口，可與其它單元組成柔性制造系統(tǒng)。

1、FMC控制系統(tǒng)

FMC控制系統(tǒng)一般分二級，分別是單元控制級和設(shè)備控制級。

(1)設(shè)備控制級 是針對各種設(shè)備，如機器人、機床、坐標測量機、小車、傳送裝置等的單機控制。這一級的控制系統(tǒng)向上與單元控制系統(tǒng)用接口連接，向下與設(shè)備連接。設(shè)備控制器的功能是把工作站控制器命令轉(zhuǎn)換成可操作的、有次序的簡單任務(wù)，并通過各種傳感器監(jiān)控這些任務(wù)的執(zhí)行。設(shè)備控制級一般采用具有較強控制功能的微型計算機、總線控制機或可編程控制器等工控機。

(2)單元控制級 這一級控制系統(tǒng)是指揮和協(xié)調(diào)單元中各設(shè)備的活動，處理由物料貯運系統(tǒng)交來的零件托盤，并通過控制工件調(diào)整、零件夾緊、切削加工、切屑清除、加工過程中檢驗、卸下工件以及清洗工件等功能對設(shè)備級各子系統(tǒng)進行調(diào)度。單元控制系統(tǒng)一般采用具有有限實時處理能力的微型計算機或工作站。單元控制級通過RS232接口與設(shè)備控制級之間進行通訊，并可以通過該接口與其它系統(tǒng)組成FMS。

2、FMC的基本控制功能

(1)單元中各加工設(shè)備的任務(wù)管理與調(diào)度，其中包括制定單元作業(yè)計劃、計劃的管理與調(diào)度、設(shè)備和單元運行狀態(tài)的登錄與上報。

(2)單元內(nèi)物流設(shè)備的管理與調(diào)度，這些設(shè)備包括傳送帶、有軌或無軌物料運輸車、機器人、托盤系統(tǒng)、工件裝卸站等。

(3)刀具系統(tǒng)的管理，包括向車間控制器和刀具預(yù)調(diào)儀提出刀具請求、將刀具分發(fā)至需要它的機床等。

圖8-2 柔性制造單元

1-數(shù)控車床 2-加工中心 3-裝卸工位 4-龍門式機械手 5-機器人6-加工中心控制器

7-車床數(shù)控裝置 8-龍門式機械手控制器 9-小車控制器10-加工中心控制器 11-機器人控制器

12-單元控制器 13、14-運輸小車

圖8-2所示為一加工回轉(zhuǎn)體零件為主的柔性制造單元。它包括1臺數(shù)控車床，1臺加工中心，兩臺運輸小車用于在工件裝卸工位3、數(shù)控車床1和加工中心2之間的輸送，龍門式機械手4用來為數(shù)控車床裝卸工件和更換刀具，機器人5進行加工中心刀具庫和機外刀庫6之間的刀具交換?？刂葡到y(tǒng)由車床數(shù)控裝置7，龍門式機械手控制器8，小車控制器9，加工中心控制器10，機器人控制器11和單元控制器12等組成。單元控制器負責(zé)對單元組成設(shè)備的控制、調(diào)度、信息交換和監(jiān)視。

圖8-3 帶托盤庫的柔性制造單元

1-刀具庫 2-換刀機械手 3-托盤庫 4-裝卸工位 5-托盤交換機構(gòu)

圖8-3所示是加工棱體零件的柔性制造單元。單元主機是一臺臥式加工中心，刀庫容量為70把，采用雙機械手換刀，配有8工位自動交換托盤庫。托盤庫為環(huán)形轉(zhuǎn)盤，托盤庫臺面支承在圓柱環(huán)形導(dǎo)軌上，由內(nèi)側(cè)的環(huán)鏈拖動而回轉(zhuǎn)，鏈輪由電機驅(qū)動。托盤的選擇和定位由可編程控制器控制，托盤庫具有正反向回轉(zhuǎn)、隨機選擇及跳躍分度等功能。托盤的交換由設(shè)在環(huán)形臺面中央的液壓推拉機構(gòu)實現(xiàn)。托盤庫旁設(shè)有工件裝卸工位，機床兩側(cè)設(shè)有自動排屑裝置。

三、柔性制造系統(tǒng)FMS

柔性制造系統(tǒng)(Flexible Manufacturing System)是由兩臺或兩臺以上加工中心或數(shù)控機床組成，并在加工自動化的基礎(chǔ)上實現(xiàn)物料流和信息流的自動化，其基本組成部分有:自動化加工設(shè)備，工件儲運系統(tǒng)，刀具儲運系統(tǒng)，多層計算機控制系統(tǒng)等。

1、自動化加工設(shè)備

組成FMS的自動化加工設(shè)備有數(shù)控機床、加工中心、車削中心等，也可能是柔性制造單元。這些加工設(shè)備都是計算機控制的，加工零件的改變一般只需要改變數(shù)控程序，因而具有很高的柔性。自動化加工設(shè)備是自動化制造系統(tǒng)最基本，也是最重要的設(shè)備。

2、工件儲運系統(tǒng)

FMS工件儲運系統(tǒng)由工件庫、工件運輸設(shè)備和更換裝置等組成。工件庫包括自動化立體倉庫和托盤(工件)緩沖站。工件運輸設(shè)備包括各種傳送帶、運輸小車、機器人或機械手等。工件更換裝置包括各種機器人或機械手、托盤交換裝置等。

3、刀具儲運系統(tǒng)

FMS的刀具儲運系統(tǒng)由刀具庫、刀具輸送裝置和交換機構(gòu)等組成。刀具庫有中央刀庫和機床刀庫。刀具輸送裝置有不同形式的運輸小車、機器人或機械手。刀具交換裝置通常是指機床上的換刀機構(gòu)，如換刀機械手。

4、輔助設(shè)備

FMS可以根據(jù)生產(chǎn)需要配置輔助設(shè)備。輔助設(shè)備一般包括:①自動清洗工作站;②自動去毛刺設(shè)備;③自動測量設(shè)備;④集中切屑運輸系統(tǒng);⑤集中冷卻潤滑系統(tǒng)等。

5、多層計算機控制系統(tǒng)

FMS的控制系統(tǒng)采用三級控制，分別是單元控制級、工作站控制級、設(shè)備控制級。圖8-4就是一個FMS控制系統(tǒng)實例，系統(tǒng)包括自動導(dǎo)向小車(AGV)、TH6350臥式加工中心、XH714A立式加工中心和倉儲設(shè)備等。

圖8-4 FMS控制系統(tǒng)實例

(1)設(shè)備控制級 是針對各種設(shè)備，如機器人、機床、坐標測量機、小車、傳送裝置以及儲存/檢索等的單機控制。這一級的控制系統(tǒng)向上與工作站控制系統(tǒng)用接口連接，向下與設(shè)備連接。設(shè)備控制器的功能是把工作站控制器命令轉(zhuǎn)換成可操作的、有次序的簡單任務(wù)，并通過各種傳感

器監(jiān)控這些任務(wù)的執(zhí)行。

(2)工作站控制級 FMS工作站一般分成加工工作站和物流工作站。加工工作站完成各工位的加工工藝流程、刀具更換、檢驗等管理;物流工作站完成原料、成品及半成品的儲存、運輸、工位變換等管理。這一級控制系統(tǒng)是指揮和協(xié)調(diào)單元中一個設(shè)備小組的活動，處理由物料貯運系統(tǒng)交來的零件托盤，并通過控制工件調(diào)整、零件夾緊、切削加工、切屑清除、加工過程中檢驗、卸下工件以及清洗工件等功能對設(shè)備級各子系統(tǒng)進行調(diào)度。設(shè)備控制級和工作站控制級等控制系統(tǒng)一般采用具有較強控制功能的有實時控制功能的微型計算機、總線控制機或可編程控制器等工控機。

(3)單元控制級 單元控制級作為FMS的最高一級控制，是全部生產(chǎn)活動的總體控制系統(tǒng)，同時它還是承上啟下、溝通與上級(車間)控制器信息聯(lián)系的橋梁。因此，單元控制器對實現(xiàn)底三層有效的集成控制，提高FMS的經(jīng)濟效益，特別是生產(chǎn)能力，具有十分重要的意義。單元控制級一般采用具有較強實時處理能力的小型計算機或工作站。

圖8-5是一種較典型的FMS，4臺加工中心直線布置，工件儲運系統(tǒng)由托盤站2、托盤運輸無軌小車4、工件裝卸工位3和布置在加工中心前面的托盤交換裝置12等組成。刀具儲運系統(tǒng)由中央刀庫8、刀具進出站6、刀具輸送機器人移動車7和刀具預(yù)調(diào)儀5等組成。單元控制器9、工作站控制器(圖中未標出)和設(shè)備控制裝置組成三級計算機控制。切屑運輸系統(tǒng)沒有采用集中運輸方式，每臺加工中心均配有切屑運輸裝置。

圖8-6 具有裝配功能的柔性制造系統(tǒng)

1-控制柜 2-手工工位 3-緊固機器人 4-裝配機器人 5-雙臂機器人 6-清洗站 7-倉庫

8-車削加工中心 9-多坐標測量儀 10-鏜銑加工中心 11-刀具預(yù)調(diào)站 12-裝配機器人 13-小件裝配站 14-裝夾站 15-AGV(自動導(dǎo)引小車) 16-控制區(qū)

圖8-6所示是一個具有柔性裝配功能的柔性制造系統(tǒng)。圖的右部是加工系統(tǒng)，有一臺鏜銑加工中心10和一臺車削中心8。9是多坐標測量儀，7是立體倉庫、14是裝夾具區(qū)。圖的左部是一個柔性裝配系統(tǒng)，其中有一個裝載機器人12、三個裝夾具機器人3、4、13;一個雙臂機器人5、一個手工工位2和傳送帶。柔性加工和柔性裝配兩個系統(tǒng)由一個自動導(dǎo)向小車作為運輸系統(tǒng)15連接。測量設(shè)備也集成在總控系統(tǒng)范圍內(nèi)。

柔性制造系統(tǒng)的主要特點有:①柔性高，適應(yīng)多品種中小批量生產(chǎn);②系統(tǒng)內(nèi)的機床工藝能力上是相互補充和相互替代的;③可混流加工不同的零件;④系統(tǒng)局部調(diào)整或維修不中斷整個系統(tǒng)的運作;⑤多層計算機控制，可以和上層計算機聯(lián)網(wǎng);⑥可進行三班無人干預(yù)生產(chǎn)。

四、柔性制造線FML

制造柔性線(Flexible Manufacturing Line)由自動化加工設(shè)備、工件輸送系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等組成。柔性制造線FML與柔性制造系統(tǒng)之間的界限也很模糊，兩者的重要區(qū)別是前者象剛性自動線一樣，具有一定的生產(chǎn)節(jié)拍，工作沿一定的方向順序傳送，后者則沒有一定的生產(chǎn)節(jié)拍，工件的傳送方向也是隨機性質(zhì)的。柔性制造線主要適用于品種變化不大的中批和大批量生產(chǎn)，線上的機床主要是多軸主軸箱的換箱式和轉(zhuǎn)塔式加工中心。在工件變換以后，各機床的主軸箱可自動進行更換，同時調(diào)入相應(yīng)的數(shù)控程序，生產(chǎn)節(jié)拍也會作相應(yīng)的調(diào)整。

柔性制造線的主要優(yōu)點是:具有剛性自動線的絕大部分優(yōu)點，當批量不很大時，生產(chǎn)成本比剛性自動線低得多，當品種改變時，系統(tǒng)所需的調(diào)整時間又比剛性自動線少得多，但建立系統(tǒng)的總費用卻比剛性自動線高得多。有時為了節(jié)省投資，提高系統(tǒng)的運行效率，柔性制造線常采用剛?cè)峤Y(jié)合的形式，即生產(chǎn)線的一部分設(shè)備采用剛性專用設(shè)備(主要是組合機床)，另一部分采用換箱或換刀式柔性加工機床。

1、自動化加工設(shè)備 組成FML的自動化加工設(shè)備有數(shù)控機床、可換主軸箱機床?？蓳Q主軸箱機床是介于加工中心和組合機床之間的一種中間機型?？蓳Q主軸箱機床周圍有主軸箱庫，根據(jù)加工工件的需要更換主軸箱。主軸箱通常是多軸的，可換主軸箱機床對工件進行多面、多軸、多刀同時加工，是一種高效機床。

2、工件輸送系統(tǒng) FML的工件輸送系統(tǒng)和剛性自動線類似，采用各種傳送帶輸送工件，工件的流向與加工順序一致，依次通過各加工站。

3、刀具 可換主軸箱上裝有多把刀具，主軸箱本身起著刀具庫的作用，刀具的安裝、調(diào)整一般由人工進行，采用定時強制換刀。

圖 8-7 柔性制造線示意圖

圖8-7為一加工箱體零件的柔性自動線示意圖，它由2臺對面布置的數(shù)控銑床，4臺兩兩對面布置的轉(zhuǎn)塔式換箱機床和1臺循式換箱機床組成。采用輥道傳送帶輸送工件。這條自動線看起來和剛性自動線沒有什么區(qū)別，但它具有一定的柔性。FML同時具有剛性自動線和FMS的某些特征。在柔性上接近FMS，在生產(chǎn)率上接近剛性自動線。

五、柔性裝配線FAL

柔性裝配線(Flexible Assembly Line)通常由裝配站、物料輸送裝置和控制系統(tǒng)等組成。

1、裝配站

FAL中的裝配站可以是可編程的裝配機器人，不可編程的自動裝配裝置和人工裝配工位。

2、物料輸送裝置

在FAL中，物料輸送裝置根據(jù)裝配工藝流程為裝配線提供各種裝配零件，使不同的零件和已裝配成的半成品合理地在各裝配點間流動，同時還要將成品部件(或產(chǎn)品)運離現(xiàn)場。輸送裝置由傳送帶和換向機構(gòu)等組成。

3、控制系統(tǒng)

FAL的控制系統(tǒng)對全線進行調(diào)度和監(jiān)控，主要是控制物料的流向、自動裝配站和裝配機器人。

圖8-8 柔性裝配示意圖

1-無人駕駛輸送裝置 2-傳送帶 3-雙臂裝配機器人 4-裝配機器人

5-擰螺紋機器人 6-自動裝配站 7-人工裝配工位 8-投料工作站

圖8-8是FAL的示意圖，線中有無人駕駛輸送裝置1，傳送帶2，雙臂裝配機器人3，裝配機器人4，擰螺紋機器人5，自動裝配站6，人工裝配工位7和投料工作站8等組成。投料工作站中有料庫和取料機器人。料庫有多層重疊放置的盒子，這些盒子可以抽出，也稱之為抽屜，待裝配的零件存放在這些盒子中。取料機器人有各種不同的夾爪，它可以自動地將零件從盒子中取出，并擺放在一個托盤中。盛有零件的托盤由傳送帶自動地送往裝配機器人或裝配站。

六、計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)

計算機集成制造系統(tǒng)(Computer Intergrated Manufacturing System)是一種集市場分析、產(chǎn)品設(shè)計、加工制造、經(jīng)營管理、售后服務(wù)與一體，借助于計算機的的控制與信息處理功能，使企業(yè)運作的信息流、物質(zhì)流、價值流和人力資源有機融合，實現(xiàn)產(chǎn)品快速更新、生產(chǎn)率大幅提高、質(zhì)量穩(wěn)定、資金有效利用、損耗降低、人員合理配置、市場快速反饋和良好服務(wù)的全新的企業(yè)生產(chǎn)模式。

1、CIMS的功能構(gòu)成

CIMS的功能構(gòu)成包括下列內(nèi)容，如圖8-9所示。

(1)管理功能 CIMS能夠?qū)ιa(chǎn)計劃、材料采購、倉儲和運輸、資金和財務(wù)以及人力資源進行合理配置和有效協(xié)調(diào)。

(2)設(shè)計功能 CIMS能夠運用CAD、CAE、CAPP(計算機輔助工藝編制)、NCP(數(shù)控程序編制)等技術(shù)手段實現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計、工藝設(shè)計等。

(3)制造功能 CIMS能夠按工藝要求，自動組織協(xié)調(diào)生產(chǎn)設(shè)備(CNC、FMC、FMS、FAL、機器人等)、儲運設(shè)備和輔助設(shè)備(送料、排屑、清洗等設(shè)備)完成制造過程。

圖8-9 CIMS的組成

(4)質(zhì)量控制功能 CIMS運用CAQ(計算機輔助質(zhì)量管理)來完成生產(chǎn)過程的質(zhì)量管理和質(zhì)量保證，它不僅在軟件上形成質(zhì)量管理體系，在硬件上還參與生產(chǎn)過程的測試與監(jiān)控。

(5)集成控制與網(wǎng)絡(luò)功能 CIMS采用多層計算機管理模式，例如工廠控制級、車間控制級、單元控制級、工作站控制級、設(shè)備控制級等，各級間分工明確、資源共享，并依賴網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)信息傳遞。CIMS還能夠與客戶建立網(wǎng)絡(luò)溝通渠道，實現(xiàn)自動定貨、服務(wù)反饋、外協(xié)合作等。

從上述介紹可知，CIMS是目前最高級別的自動化制造系統(tǒng)，但這并不意味著CIMS是完全自動化的制造系統(tǒng)。事實上，目前意義上CIMS的自動化程度甚至比柔性制造系統(tǒng)還要低。CIMS強調(diào)的主要是信息集成，而不是制造過程物流的自動化。CIMS的主要特點是系統(tǒng)十分龐大，包括的內(nèi)容很多，要在一個企業(yè)完全實現(xiàn)難度很大。但可以采取部分集成的方式，逐步實現(xiàn)整個企業(yè)的信息及功能集成。

2、CIMS的關(guān)鍵技術(shù)

CIMS是傳統(tǒng)制造技術(shù)、自動化技術(shù)、信息技術(shù)、管理科學(xué)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、系統(tǒng)工程技術(shù)綜合應(yīng)用的產(chǎn)物，是復(fù)雜而龐大的系統(tǒng)工程。CIMS的主要特征是計算機化、信息化、智能化和高度集成化。目前各個國家都處在局部集成和較低水平的應(yīng)用階段，CIMS所需解決的關(guān)鍵技術(shù)主要有信息集成、過程集成和企業(yè)集成等問題。

(1)信息集成 針對設(shè)計、管理和加工制造的不同單元，實現(xiàn)信息正確、高效的共享和交換，是改善企業(yè)技術(shù)和管理水平必須首先解決的問題。信息集成的首要問題是建立企業(yè)的系統(tǒng)模型。利用企業(yè)的系統(tǒng)模型來科學(xué)的分析和綜合企業(yè)的各部分的功能關(guān)系、信息關(guān)系和動態(tài)關(guān)系，解決企業(yè)的物質(zhì)流、信息流、價值流、決策流之間的關(guān)系，這是企業(yè)信息集成的基礎(chǔ)。其次，由于系統(tǒng)中包含了不同的操作系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫和應(yīng)用軟件，且各系統(tǒng)間可能使用不同的通信協(xié)議，因此信息集成還要處理好信息間的接口問題。

(2)過程集成 企業(yè)為了提高T(效率)、Q(質(zhì)量)、C(成本)、S(服務(wù))、E(環(huán)境)等目標，除了信息集成這一手段外，還必須處理好過程間的優(yōu)化與協(xié)調(diào)。過程集成要求將產(chǎn)品開發(fā)、工藝設(shè)計、生產(chǎn)制造、供應(yīng)銷售中的各串行過程盡量轉(zhuǎn)變?yōu)椴⑿羞^程，如在產(chǎn)品設(shè)計時就考慮到下游工作中的可制造性、可裝配性、可維護性等，并預(yù)見產(chǎn)品的質(zhì)量、售后服務(wù)內(nèi)容等。過程集成還包括快速反應(yīng)和動態(tài)調(diào)整，即當某一過程出現(xiàn)未預(yù)見偏差，相關(guān)過程及時調(diào)整規(guī)劃和方案。

(3)企業(yè)集成 充分利用全球的物質(zhì)資源、信息資源、技術(shù)資源、制造資源、人才資源和用戶資源，滿足以人為核心的智能化和以用戶為中心的產(chǎn)品柔性化是CIMS全球化目標，企業(yè)集成就是解決資源共享、資源優(yōu)化、信息服務(wù)、虛擬制造、并行工程、網(wǎng)絡(luò)平臺等方面的關(guān)鍵技術(shù)。

制造自動化是制造技術(shù)的主要發(fā)展方向之一，它對提高產(chǎn)品質(zhì)量和勞動生產(chǎn)率、降低制造成本、減輕勞動強度、提高制造系統(tǒng)的適應(yīng)性、進而提高企業(yè)的市場競爭能力具有極其重要的意義。

本書系統(tǒng)地介紹了自動化制造系統(tǒng)的基本知識，以及自動化制造系統(tǒng)的規(guī)劃、設(shè)計、分析、評價及其優(yōu)化運行的基本理論和方法。介紹的重點是面向多品種、中小批量生產(chǎn)的柔性自動化制造系統(tǒng)，并將"人機一體化和適度自動化"的思想融合進本書中。本書的結(jié)構(gòu)體系完整、編寫手法新穎、理論聯(lián)系實際，追求實用性和先進性的完美結(jié)合。考慮到自學(xué)的方便性，每章后都附有一定數(shù)量的復(fù)習(xí)思考題?？紤]到目前國內(nèi)各高校的現(xiàn)狀，與本書配套的還包括一張教學(xué)課件光盤。

本書可作為機械工程、工業(yè)工程等各類與制造有關(guān)學(xué)科和專業(yè)的本科生教材或研究生的教學(xué)參考書，亦可供有關(guān)制造企業(yè)工程技術(shù)人員自學(xué)和參考。