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计算机集成制造技术

计算机集成制造技术. 柔性制造系统 （ FMS ）. （ Flexible Manufacturing System ）. 一、 FMS 定义. FMS 是一种在中央计算机控制下由两台以上配有自动刀具交换及自动工件托盘交换装置的数控机床以及自动化物料运送装置组成的、具有生产负荷平衡、生产调度、对制造过程实时控制与监控功能的 , 可加工多族零件的柔性自动化生产系统。. 通常由四大部分组成： 加工单元； 自动物料运输及管理系统； 计算机控制与管理装置； 辅助工作站。. 二、 FMS 的组成. 1 、 FMS 的加工单元. 加工单元是 FMS 的主体，用以进行零件的机械加工。.

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Presentation Transcript

  1. 计算机集成制造技术

  2. 柔性制造系统（FMS） （Flexible Manufacturing System）

  3. 一、FMS定义 FMS是一种在中央计算机控制下由两台以上配有自动刀具交换及自动工件托盘交换装置的数控机床以及自动化物料运送装置组成的、具有生产负荷平衡、生产调度、对制造过程实时控制与监控功能的,可加工多族零件的柔性自动化生产系统。

  4. 通常由四大部分组成：加工单元；自动物料运输及管理系统；计算机控制与管理装置；辅助工作站。通常由四大部分组成：加工单元；自动物料运输及管理系统；计算机控制与管理装置；辅助工作站。 二、FMS的组成

  5. 1、FMS的加工单元 加工单元是FMS的主体，用以进行零件的机械加工。 加工单元的机床必须具备的条件： ①具有CNC计算机数控装置，并且有能与计算机直接通信的DNC接口装置； ②具有自动工件托盘交换装置(APC)及自动刀具交换装置(ATC)； ③应能完成独立完整的加工工序，能完成所选定零件族加工中尽可能多的工序。

  6. FMS机床配置方式 可代替型配置:所选定的机床能完成选定零件的全部工序,则FMS系统只需配置足够数量的同型号机床,这些机床之间具有相互可代替的性质。 可互补型配置:选定零件族的工序需几种机床才能完全覆盖，则所选定的这几种机床之间具有互补性质。

  7. 2、物料运送及管理系统 物料运送及管理系统由两大部分构成： 工件/夹具运送及管理系统； 刀具运送及管理系统。

  8. 1）工件/夹具运送管理系统的组成 物料仓库； 夹具系统； 装卸工作站； 缓冲工作站； 物料运送小车。

  9. 自动化立体仓库的组成 库房（高架多层货架）； 堆垛起重机； 场内有轨运输车； 场内、场外运输AGV小车； 控制计算机； 状态检测器； 信息输入设备，如条形码扫描器等。

  10. FMS的夹具系统的组成 机床夹具； 托盘（Pallet）； 自动上下料装置(APC、机器人)。

  11. 物料运送小车 （1）有轨小车（RGV) Rail Guided Vehicle （2）自动导向小车（AGV) Automatic Guided Vehicle

  12. 自动导向小车

  13. 2、FMS刀具系统组成 刀具； 机床刀库（固定式和可换式）； 中央刀库； 刀具输送装置和刀具交换机构； 刀具破损监测系统；（声发射法、切削力变化法、电机功耗法、激光检测法） 对刀仪及刀具进出站； 条形码阅读、打印机； 刀具管理计算机。

  14. 刀具管理系统框图

  15. 输送刀具的无轨小车

  16. 3、计算机控制与管理装置 FMS的递阶控制结构

  17. 4、辅助工作站 根据不同的FMS需要，配置不同的辅助工作站: 清洗工作站； 在线测量工作站； 切屑清除及回收系统； 冷却液供应及回收系统； 监控工作站等。

  18. CIMS

  19. 一、什么是CIMS？ 第一节 概述 • CIMS－ 计算机集成制造系统（ Computer Integrated Manufacturing Systems ） • C是手段 • M是指大制造（ 制造业） • S是指整个系统 • I是核心， 即通过集成提高制造企业的市场竞争能力

  20. 二、CIM概念 • 1973年，J.Harrinton博士提出CIM概念 • 基本思想 • 系统的观点：企业的各个生产环节是不可分割的，应该加以统一处理 • 信息的观点：整个生产过程实质上也是对信息的采集、传递和加工处理的过程，在企业中主要存在信息流和物流这两种运动过程，而物流又是受信息流控制的。

  21. 三、为什么要提出CIM？ • 在20世纪70年代， 美国产业政策过分夸大了第三产业的作用， 而将制造业贬低为“夕阳工业”、“生了锈的皮带”，导致美国制造业优势的衰退。 • 20世纪80年代初开始的世界性石油危机， 暴露出美国制造业的优势多数已被日本所取代， 美国报纸说： “十个高技术产品中的七个， 其市场已为日本所占有”、“日本产品在美国人心目中已经成为质量好、价格便宜的同义词”。 • 美国要用其信息技术的优势夺回制造业的领导地位， 认为“对CIMS， 不要再犹豫了！ （ CIMS， no longer a choice!） ”

  22. 1.全球化趋势 • 2.以客户为中心的市场 • 3.竞争新环境和新形式 • 4.知识经济初露端倪 • 5.因特网的冲击 • 6.环境保护和可持续发展的呼声日盛

  23. 企业间集成 过程集成 信息集成

  24. 人/组织 经营管理 技术 早期CIM的定义 第二节 CIMS定义 • CIM是一种组织、管理与运行企业生产的新哲理， • 它藉助计算机硬软件，综合运用现代管理技术、制造技术、信息技术、自动化技术、系统工程技术， • 将企业生产全部过程中有关人、技术、经营管理三要素及其信息流与物流有机地集成并优化运行， • 以实现产品高质、低耗、上市快，从而使企业赢得市场竞争

  25. CIM是一种组织、管理与运行企业生产的哲理，其宗旨是使企业的产品高质量、低成本、上市快，从而使企业赢得竞争力 • 企业生产的各个环节，是一个不可分割的有机整体。企业生产的要素包括人、技术及经营管理，其中，尤其重视发挥人在现代化企业生产中的主导作用。 • 企业生产活动中包括信息流（采集、传递和加工处理）和物流两大部分。现代企业中尤其重视信息流的管理运行及信息流与物流间的集成。 • CIM技术是基于现代管理技术、制造技术、信息技术、自动化技术、系统工程技术的一门综合性技术。

  26. 二、CIMS定义 • CIMS（Computer Integrated Manufacturing System）是基于CIM哲理而组成的系统， • 定义为：“CIMS是通过计算机硬软件，并综合运用现代管理技术、制造技术、信息技术、自动化技术、系统工程技术，将企业生产全部过程有关的人、技术、经营管理三要素及其信息与物流有机物有机集成并优化运行的复杂的大系统。”

  27. 1986年提出了863/CIMS主题计划。它以“发展高科技、实现产业化”为宗旨，在国家科委(科技部)直接领导和各有关部门的大力支持下，经过近10000名专家、技术人员和管理人员不懈的努力，立足国情，创新发展，从早期的以信息集成为特征的计算机集成制造系统（Computer Integrated Manufacturing System）开始，发展到以信息集成和企业优化为特征的现代集成制造系统（Contemporary Integrated Manufacturing System），走出了一条具有中国特色的CIMS之路，取得重大进展，并在国际上取得了一席之地。

  28. 三、CIMS的特征 • 以系统论思想为核心 • 具有集成化、数字化、网络化、敏捷化、智能化和绿色化等特征。

  29. 第 三 节 CIMS的基本组成 管理信息分系统 (MIS) 技术信息分系统 (TIS) 制造自动化分系统 (MAS) 计算机辅助质量保系统 (CAQ) 数据管理分系统 (DAS) 网络分系统 (NSE)

  30. 一、管理信息系统(MIS) • 1、MIS的发展 • 1954年美国通用电气公司第一次用计算机计算职工的工资，是计算机首次进入管理业务。 • 随着计算机技术、网络技术的迅速发展，计算机在管理上的应用也由初期的单项数据处理阶段发展到数据综合处理阶段，进而发展到现在的数据系统处理和管理信息系统（MIS）阶段。

  31. 2、MIS定义 • 它是以MRP II （物料需求计划）为核心， 包括预测、经营决策、各级生产计划、生产技术准备、销售、供应、财务、成本、设备、工具、人力资源等管理信息功能，通过信息集成， 达到缩短产品生产周期、降低流动资金占用、提高企业应变能力的目的。

  32. 企业MIS的基本结构

  33. 3、ERP系统（企业资源计划） • ERP概念的提出——从MRP-Ⅱ发展而来 • 企业在使用MRP-Ⅱ管理后，可明显改善库存管理、减少库存资金占用、提高资金周转次数、提高劳动生产率、有效降低成本，从而提高经济效益和企业的市场竞争力。 • 但MRP-Ⅱ仅能管理企业内部的物流和资源流。 • 随着全球经济一体化的加速，企业与外部环境的关系越来越密切， MRP-Ⅱ已不能满足需求。于是新的企业管理理念和软件应运而生。

  34. ERP系统是指建立在信息技术基础上，以系统化的管理思想，为企业决策层及员工提供决策运行手段的管理平台。它是从MRP发展而来的新一代集成化管理信息系统，它扩展了MRP的功能，其核心思想是供应链管理。它跳出了传统企业边界，从供应链范围去优化企业的资源。ERP系统集信息技术与先进管理思想于一身，反映时代对企业合理调配资源，最大化地创造社会财富的要求，成为企业在信息时代生存、发展的基石。它对于改善企业业务流程、提高企业核心竞争力具有显著作用。

  35. 1）ERP的基本思想: • 将企业的业务流程看作是一个紧密联系的供应链，其中包括供应商、制造工厂、分销网络和客户等；将企业内部划分为几个相互协同作业的支持子系统、如财务、市场营销、生产制造、质量控制、服务维护、工程技术等，还包括企业的融资、投资以及对竞争对手的监视管理。

  36. 2）ERP应用的范围: • ERP打破了MRP-Ⅱ只局限于传统制造业的旧的观念和格局，把触角伸向各个行业，特别是金融业、通信业、高科技产业、零售业等。ERP的应用范围大大扩展了。

  37. 3）ERP系统的结构 • ERP的基本构架和基本逻辑与MRP-Ⅱ并没有本质的不同。ERP从功能上看仍是以制造过程为中心，其核心是MRP，它体现了制造业的通用模式。 • ERP在MRP-Ⅱ原有功能的基础上，向内、外两个方向延伸，向内主张以精益生产方式改造企业生产管理系统，向外则增加战略决策功能和供需链管理能力。

  38. 4）ERP的五个基本功能 • 四个扩展模块 • SCM（供应链管理） • CRM(客户关系管理) • SFA（销售自动化） • EC(电子商务) • 生产规划系统 • 物料管理系统 • 财务会计系统 • 销售、分销系统 • 企业情报系统

  39. 市场营销 质量系统 仓库管理系统 批量控制 定单管理 多地点供应商管理 BOM 库存管理 MRP MPS CRP 票证管理 后勤管理 财务管理 MRP-Ⅱ 过程控制 人力资源 实验室信息系统 研发管理 ERP ERP系统结构图

  40. 二、技术信息分系统（TIS） • 包括传统的CAD（计算机辅助设计）、CAE（计算机辅助工程分析）、CAPP（计算机辅助工艺规程编制）、NCP（数控程序编制）等系统，用以支持产品的设计和工艺准备等功能，处理有关产品结构方面的信息。

  41. 当今发展起来的新产品开发技术――虚拟样机技术，它是一种 基于产品的计算仿真模型的数字化设计方法。将不同工程领域的开发模型结合在一起，它从外观、功能和行为上模拟真实产品，支持并行工程方式。

  42. 虚拟样机开发过程实质上是一种基于模型的不断提炼与完美的过程，在产品环境模型支持下的虚拟环境中通过获取产品模型库相关产品开发工具或已有的相关产品模型（如产品的CAD模型、产品的外观表示模型、产品的功能、性能仿真模型等）构造产品虚拟样机，并基于产品需求，采用相应仿真分析工具对虚拟样机的功能／性能进行仿真分析，对虚拟样机进行模拟分析，进而基于仿真结果，修改产品设计模型（如CAD模型）和相应的仿真分析模型。虚拟样机开发过程实质上是一种基于模型的不断提炼与完美的过程，在产品环境模型支持下的虚拟环境中通过获取产品模型库相关产品开发工具或已有的相关产品模型（如产品的CAD模型、产品的外观表示模型、产品的功能、性能仿真模型等）构造产品虚拟样机，并基于产品需求，采用相应仿真分析工具对虚拟样机的功能／性能进行仿真分析，对虚拟样机进行模拟分析，进而基于仿真结果，修改产品设计模型（如CAD模型）和相应的仿真分析模型。

  43. 三、制造自动化或柔性制造系统(MAS) • 它是CIMS中信息流和物流的结合点，是CIMS最终产生经济效益的聚集地。 • 对于离散型制造业， 可以由数控机床、加工中心、清洗机、测量机、运输小车、立体仓库、多级分布式控制（ 管理） 计算机等设备及相应支持软件组成。 • 对于连续型生产过程， 可以由DCS(集散控制系统)控制下的生产设备, 通过管理与控制， 达到提高生产率、优化生产过程、降低成本和能耗的目的。 • MAS由不同生产车间组成，车间是MAS的核心，因此MAS又称车间制造自动化系统。

  44. 车身装配 油漆 压力加工 内部装饰 变速箱装配 热处理 锻造 机械加工 发动机装配 发动机试验 自动线 熔化 底盘装配 车身安装 最后试验 油漆 机械加工 热处理 浇铸 驱动桥装配 造型 轮胎装配 压铸

  45. 1、MAS的组成 • 由完成产品制造加工的设备、装置、工具、人员、相应信息数据以及体系结构和组织管理模式等组成。 • 车间控制系统 • 加工系统 • 物料运输与存储系统 • 刀具准备与储运系统 • 检测和监控系统

  46. 1）MAS的车间控制系统 • 包括车间控制器、单元控制器、工作站控制器和自动化设备本身的控制器以及车间生产、管理人员组成。 车间控制系统的递阶控制体系结构

  47. a）车间层 • 是车间控制系统的最高级，主要任务是根据工厂下达的生产计划进行车间作业分解和作业调度，并反馈车间有关的生产信息。是车间控制系统与外界交换信息的核心与枢纽。三大功能： • 计划 • 调度 • 监控

  48. b）单元层 • 兼有计划和调度的功能，完成任务的实时分解、调度、资源需求分析，向工作站分配任务及监控任务的执行情况，并向车间控制器报告作业完成情况和单元状态。 • 必须考虑设备的加工能力和加工任务的均衡分配。控制周期从几小时到几周。

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