自动化制造系统

系统：系统是具有特定功能的、相互间具有邮寄练习的许多要素所构成的一个不可分割的整体。（目的性、整体性、集成性、层次性、相关性、环境适应性）

制造系统：制造系统是为了达到预定的制造目的而构造的物理或组织系统。

制造自动化：制造自动化就是在广义制造过程的所有环节采用自动化技术，实现制造权过程的自动化。

自动化制造系统：自动化制造系统是由一定范围的被加工、一定的制造柔性和一定自动化水平的各种设备和高素质的人组成的一个有机整体。它接受外部信息、能源、资金、配套件和原材料等作为输出，在人和计算机控制系统的共同作用下，实现一定程度的柔性自动化制造，最后输出产品、文档资料、肥料和对环境的污染。

自动化制造系统的五个组成部分：具有一定技术水平和决策能力的人，一定范围的被加工对象，信息流及其控制系统，能量流及其控制系统，物料流及物料处理系统。

自动化制造系统的寿命周期：系统的设计、制造、安装、挑食、验收、应用、维护、报废这些过程的集合称为自动化制造系统的寿命周期。

自动化制造系统的意义：提高生产率，缩短生产周期，提高产品质量，提高经济效益，降低劳动强度，有利于产品更新，提高劳动者的素质，带动相关技术的发展，体现一个国家的科技水平。

自动化制造系统的六要素：生产率，产品周期，寿命周期经济性，寿命周期可靠性，制造柔性，可持续发展特性。

人机一体化制造系统：所谓人机一体化制造系统，就是人与具有湿地自动化水平的制造装备和控制系统共同组成的一个完整系统，各自执行自己最擅长的工作，人与机器（制造设备）共同决策、共同作业，从而突破传统自动化制造系统将人排除在外的旧格局，形成新一代人机有机结合的适度自动化制造系统。其核心内容是强调人在制造系统中的重要作用，人机功能的最优匹配，以实现制造系统经济高效、安全可靠地运行，使整个制造系统去的最佳的社会经济效益。

如何体现人机一体化：

1．感知层面上的人机联合作用：通过人机联合感知综合信息，充分利用机器视野广阔、定量感知精确，人对复杂现象模糊定性感知和创造性思维、预测能力强的特点，提高自动化制造系统信息感知的全面性、可靠性和准确性，为系统只能定量控制提供支持，从而提高整个系统的可控性，改善系统的综合性能。

2．控制层面上采用人机共同决策：人机耦合控制，可以在人或者机器出现失误时，系统自动切换到另一种控制方式，两者有机地配合，从而保证系统的稳定性和可靠性。

3．执行层面上人机交互协作、取长补短，充分发挥各自优势。

人机一体化的设计步骤：

1．定义系统目标和作用要求：内容上：要自动化制造系统做什么，系统设计结果的评价标准是什么，如何进行度量；考虑上：制造系统的加工对象、未来的使用者和运行环境，目前同类制造系统的使用和操作方法，使用者的作业要求，确保制造系统目标是现实时人对制造系统和环境的要求以及制造系统和环境对人的要求。

2．系统定义

3．系统设计：功能非配，作业要求研究，作业分析与设计

4．人机界面设计

5．作业辅助设计：适合制造系统特定要求的人员选择，制造系统操作热暖的技能

6．系统检验和评价

人机一体化运行机制：人机一体化制造系统特别强调人在系统中的主导作用，以及人与机器系统的有机配合，协调一致地工作。自动化制造系统的运行机制是人机一体化的集成模式。

自动化制造系统的常见类型：刚性自动线，分布式数字控制DNC，柔性制造单元FMC，柔性制造系统FMS，柔性制造线FML，柔性装配线FAL。

柔性制造系统的组成：自动化加工设备，工件储运系统，刀具储运系统，多层计算机控制系统等（扩展：自动清洗工作站，自动去毛刺设备，自动测量设备，集中切屑运输系统，集中冷却润滑系统），

数控机床要求：柔性高，自动化程度高，加工精度高、质量稳定，生产效率较高，具有刀具寿命管理功能，具有通信功能。

车削中心要求：工艺范围宽，加工柔性高，人工介入少，加工精度、生产效率和机床利用率都很高。

加工中心MC要求：必须具有刀具库以及刀具自动交换机构，加工中心的交换工作台和托盘交换装置配合使用，实现了工件的自动更换，从而缩短了消耗在更换工件上的辅助时间。

可行性论证的意义：可行性论证是用户建造自动化制造系统前所进行的技术性和经济性分析报告，是企业决策层审定和批准立项的基本依据。因此，系统可行性论证是否合理和科学，对自动化制造系统工程项目是否立项具有决定性作用，同时也对自动化制造系统项目的成败具有关键性的影响。

自动化制造系统应该考虑的因素：自动化制造系统所加工的产品及零件的品种覆盖率，自动化制造系统的规模和年生产能力，自动化程度及水平。

自动化制造系统的内容：

1．根据加工对象的工艺分析，确定加工工艺方案。

2．根据年生产纲领，核算生产能力，确定加工设备品种、规格及数量配置。

3．按工艺要求，加工设备及控制系统性能特点，对国内外市场可供选择的工件输送装置的市场情况和性能价格状况进行分析，最后确定出工件输送及管理系统方案。

4．按工艺要求，加工设备及刀具更换的要求，对国内外市场可供选择的刀具更换装置的类型作综合分析，最后确定出刀具输送更换及管理系统方案。

5．按自动化制造系统目标，工艺方案的要求，确定必要的清洗、测量、切削液的回收、切屑清除及其它特殊处理设备的配置。

6．根据自动化制造系统目标和系统功能要求，结合计算机市场可供选择的畸形及其性能价格状况，本企业已有资源及基础条件等因素，综合分析确定系统控制结构及配置方案。

7．根据自动化制造系统的规模，企业生产管理基础水平及发展目标，综合分析确定出数据管理系统方案。（如果需要进一步推广应用CIMS技术，则统筹规划配置商用数据库管理系统是合理的，也是必要的）

8．根据控制系统结构形式，自动化制造系统的规模以及企业技术发展目标，综合分析确定通信网络方案。

效益分析：缩短零件制造周期，降低废品率，减少工装费用，减少试切以及其他方面可能减少的工时费用，提高机床利用率，因减少在制品和库存而节省的费用，提高人均劳动生产率，提高产值及利润。

可行性论证内容：建立自动化制造系统的目标，制定自动化制造系统的技术方案，投资概算，效益分析，系统实施计划，可行性分析，可行性论证报告。

总体设计的内容：

1．确定加工对象的类型及范围，这种工作常称为零件族选择。

2．对所确定的教你个对象进行工艺分析，制订加工方案，包括工序划分、加工顺序确定、装夹原则及方式选择、确定刀具种类及数量、计算工时定额等。

3．建立系统的功能模型和信息模型。

4．确定设备类型及配置，进行系统总体平面布局设计。

5．确定物流系统方案，控制系统方案、质量控制及监控方案。

6．计算机通信网络及数据库管理系统设计。

7．辅助装置的确定。

8．对系统配置及运行方案进行计算机仿真以及确定最佳方案。

9．对系统进行可靠性分析。

10. 对系统进行风险分析和经济效益评估等。

成组技术：成组技术就是将企业生产的多种产品、部件和零件按照特定的相似性准则（分类系统）分类归族，并在分类的基础上组织产品生产的各个环节，从而实现产品设计、制造工艺和生产管理的合理化。

影响零件族确定的因素：零件类型，零件尺寸大小，加工精度，材料硬度，装夹次数，生产批量。

设备选择的基本原则：质量，效率，柔性，成本，其他（设备能耗、占地面积、控制方式、联网通信能力和软硬件接口等）。

自动化制造系统对加工设备的要求：工序集中，质量，生产率，柔性，成本，易控制性。

加工设备的精度要求内容：定位精度与重复定位精度，铣圆精度，其他精度指标，应注意有关验收的问题，工步间（在线）检测装置。

选择数控系统时应遵循的基本原则：

1．选择数控系统时考虑与外部支持软件相适应。

2．根据数控机床的使用指标选择数控系统。

3．根据性能要求选择数控系统功能。

4．同一个自动化制造系统中各台加工设备的控制系统尽可能一致，以方便使用与维护。

仿真：仿真就是通过对系统模型的实验去研究一个存在或者设计中的系统。

自动化制造系统中仿真的作用：计算机仿真在自动化制造系统的设计、运行等阶段可以起着重要的决策支持作用。

1．确定系统中设备的配置和布局：机床的类型、数量以及布局，运输车、机器人、托盘和夹具等设备和装置的类型、数量和布局，刀库、仓库、托盘缓冲站等存储设备容量的大小及布局，评估在现有的系统中引入一台新设备的效果。

2．性能分析：生产率分析，制造周期分析，产品生产成本分析，设备符合平衡分析，系统瓶颈分析。

3．调度及作业计划的评价：评估和选择较优的调度策略，评估合理和较优的作业计划。

计算机仿真的一般过程：

1.建模：收集必要的系统实际数据，为建模奠定基础；采用文字（自然语言）、公式、图形对模型的功能、结构、行为和约束进行描述；将前一步的描述转化为相应的计算机程序（计算机仿真模型）。

2.进行仿真实验：输入必要的数据，在计算机上运行仿真程序，并记录仿真的结果数据。

3.结果数据统计及分析

离散事件系统：离散事件系统是指其活动和状态变化仅在离散时间点上发生的一类系统。

实体：构成系统的各种要素称为实体。

属性：实体的特征称为属性。

集合：一些实体以某种逻辑方式组成的群体称为集合。

时间：离散时间系统中的时间，实际上是改变系统状态的尸体的瞬间行为。

事件点：出现事件的时间点（某一时刻），称为事件点。

仿真方法：时间步长法：首先选取系统的一个初始状态，即被仿真系统的初始起点，以它作为仿真时钟的零点，从这一点开始，每推进一个时间步长，对系统的活动按照预定的规划和目的进行考察、分析、计算和记录，一直到预定的仿真时间结束为止。（连续时间模型和连续变化的离散时间模型）

事件步长法：事件步长法是以时间的发生于完成作为系统活动推进准则，每一时间的经历（持续）时间作为系统时间的累积因子，然后按照时间的先后发生过程，一步一步地对系统的行为进行动态模仿，并累积系统仿真时间，直到预定的仿真时间结束为止。

仿真系统中的决策逻辑应该与原系统一致。

模型的特点：它是客观事物的模仿或抽象，它由与分析问题的有关的因素构成，它体现了有关因素之间的联系。

现金流量：现金流量是主要经济评价指标的计算基础，即计算投资效益的基础。

资金的时间价值：资金的时间价值是指资金随着时间的推延形成的增值。

单利：单利（期末利息）是指本金在一定时间内取得的包成，利息的计算是按最初的本金来进行的。复利：复利只是按本金计算的每期利息在期末加入本金，并在以后各期内再计利息，也就是利上加利的计算方法。

资金等值：资金等值是指在考虑时间因素的情况下，不同时间点发生的绝对值不等的资金可能具有相等的价值。终值：终值就是指某一特定金额按规定利率折算的未来价值，也就是本利和。现值：现值就是指某一特定金额按规定利率折算的现在价值。

净现值：净现值是指项目按部门或行业的基准收益或设定的折现率，将各年的净现金流量折现到零年（或者建设初期）的现值之和。

净年值：净年值是通过资金等值换算将项目净现值分摊到寿命期内各年的等额年值。

动态投资回收期：动态投资回收期是考虑资金时间价值的投资返本年限。