第三部分制造自动化技术精选文档.ppt

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1、第三部分制造自动化技术第三部分制造自动化技术1本讲稿第一页，共五十六页3.1 3.1 工业机器人（工业机器人（工业机器人（工业机器人（IRIR）3.2 3.2 柔性制造技术（柔性制造技术（柔性制造技术（柔性制造技术（FMSFMS）3.3 3.3 计算机集成制造系统（计算机集成制造系统（计算机集成制造系统（计算机集成制造系统（FMSFMS）3.4 3.4 智能制造系统（智能制造系统（智能制造系统（智能制造系统（IMSIMS）主要内容主要内容2本讲稿第二页，共五十六页3.1 工业机器人工业机器人(Industrial Robot)一、工业机器人的定义一、工业机器人的定义 对工业机器人可以理解为：拟

2、人手臂、手腕和手功能的机械电子装置；它可把任一物件或工具按空间位(置)姿(态)的时变要求进行移动，从而完成某一工业生产的作业要求，如夹持焊钳或焊枪，对汽车或摩托车车体进行点焊或弧焊；搬运压铸或冲压成型的零件或构件；进行激光切割；喷涂；装配机械零、部件等。3本讲稿第三页，共五十六页表表3-1 工业机器人和机械手的区别工业机器人和机械手的区别 3.1 3.1 工业机器人工业机器人工业机器人工业机器人4本讲稿第四页，共五十六页二、工业机器人的组成二、工业机器人的组成 1、执行系统、执行系统(1)手部：又称手爪或抓取机构。其作用是直接抓取和放置物件(或工具)。(2)腕部：又称手腕，是连接手部和臂部的部

3、件。其作用是调整或改变手部的方位(姿态)。(3)臂部：又称手臂，是支承腕部的部件。其作用是承受物件或工具的荷重，并把它传送到预定的工作位置。有时也将手臂和手腕统称为臂部。5本讲稿第五页，共五十六页(4)立柱：是支承手臂的部件。其作用是带动臂部运动，扩大臂部的活动范围，如臂部的回转、升降和俯仰运动都与立柱有密切联系。(5)行走机构：目前大多数工业机器人没有行走机构，一般由机座支承整机。行走机构是为了扩大机器人使用空间，实现整机运动而设置的。其有两种形态：模仿动物步行形态的足；模仿车子行走形态的滚轮。6本讲稿第六页，共五十六页2、驱动系统、驱动系统该系统是驱动执行机构运动的传动装置，常用的是液压传

4、动、气压传动和电传动等。3、控制系统、控制系统该系统通过对驱动系统的控制，使执行系统按照规定的要求进行工作。对示教再现型工业机器人来说，是指包括示教、存储、再现、操作等各环节的控制系统。按控制信号对执行机构发出指令，必要时对机器人的动作进行监视，当发生错误或故障时发出报警信号。控制系统还对生产系统(加工机械和其他辅助设备)的状况作出反应，产生相应的动作。控制系统是反映一台工业机器人的功能和水平的核心部分。7本讲稿第七页，共五十六页4、检测机构、检测机构该系统通过各种检测器、传感器，检测执行机构的运动情况，根据需要反馈给控制系统，在与设定值进行比较后，对执行机构进行调整，以保证其动作符合设计要求

5、，主要是对位置、速度和力等各种外部和内部信息进行检测。8本讲稿第八页，共五十六页三、工业机器人的分类三、工业机器人的分类1、按驱动方式分类、按驱动方式分类(1)液动式。液压驱动机器人通常由液压机(各种油缸、油马达)、伺服阀、油泵、油箱等组成驱动系统，由驱动机器人的执行机构进行工作。通常它具有很大的抓举能力(高达几百公斤以上)，其特点是结构紧凑，动作平稳，耐冲击，耐振动，防爆性好，但液压元件要求有较高的制造精度和密封性能，否则漏油将污染环境。9本讲稿第九页，共五十六页(2)气动式。其驱动系统通常由汽缸、气阀、气罐和空压机组成。其特点是气源方便，动作迅速，结构简单，造价较低，维修方便。但难以进行速

6、度控制，气压不可太高，故抓举能力较低。10本讲稿第十页，共五十六页(3)电动式。电力驱动是目前机器人使用的最多的一种驱动方式。其特点是电源方便，响应快，驱动力较大(关节型的持重已达400kg)，信号检测、传递、处理方便，并可以采用多种灵活的控制方案。驱动电机一般采用步进电机、直流伺服电机以及交流伺服电机(其中交流伺服电机为目前主要的驱动形式)。由于电机速度高，通常须采用减速机构(如谐波传动、RV摆线针轮传动、齿轮传动、螺旋传动和多杆机构等)。目前，有些机器人已开始采用无减速机构的大转矩、低转速电机进行直接驱动，这既可以使机构简化，又可提高控制精度。(4)混合驱动。液气或电液混合驱动。11本讲稿

7、第十一页，共五十六页2、按用途分类、按用途分类(1)搬运机器人。这种机器人用途很广，一般只需点位控制，即被搬运零件无严格的运动轨迹要求，只要求始点和终点位置准确。如机床上用的上、下料机器人，工件堆垛机器人以及彩管搬运机器人等。(2)喷涂机器人。这种机器人多用于喷漆生产线上，重复位姿精度要求不高。但由于喷雾易燃，因此一般采用液压驱动或交流伺服电机驱动。12本讲稿第十二页，共五十六页(3)焊接机器人。这是目前使用最多的一类机器人，它又可分为点焊和弧焊两类。点焊机器人负荷大、动作快，工作点的位姿要求较严，一般要有6个自由度。弧焊机器人负载小、速度低，通常有5个自由度即能进行焊接作业。为了更好地满足焊

8、接质量对焊枪姿势的要求，伴随机器人的通用化和系列化，现在大多使用6自由度机器人。弧焊对机器人的运动轨迹要求较严，必须实现连续路径控制，即在运动轨迹的每一点都必须实现预定的位置和姿态要求。13本讲稿第十三页，共五十六页(4)装配机器人。这类机器人要有较高的位姿精度，手腕具有较大的柔性。目前大多用于机电产品的装配作业。(5)专门用途的机器人。例如医用护理机器人、航天用机器人、探海用机器人以及探险作业机器人等。14本讲稿第十四页，共五十六页3、按操作机的位置机构形式和自由度数量分类、按操作机的位置机构形式和自由度数量分类机器人操作机的位置机构形式是机器人重要的外形特征，故常用作分类的依据。按这一分类

9、标准，机器人可分为直角坐标型、圆柱坐标型、球(极)坐标型、关节型机器人(或拟人机器人)。操作机本身的轴数(自由度数)最能反应机器人的工作能力，也是分类的重要依据。按这一分类机器人可分为4轴(自由度)、5轴(自由度)、6轴(自由度)和7轴(自由度)等机器人。15本讲稿第十五页，共五十六页按其他的分类方式，机器人还可分为点位控制机器人和连续控制机器人；按负载大小可分为重型、中型、小型、微型机器人；按机座形式分为固定式和移动式机器人；按操作机运动链的形式可分为开链式、闭链式、局部闭链式机器人；按应用机能又可分为顺序控制机器人、示教再现机器人、数值控制机器人、智能机器人等。16本讲稿第十六页，共五十六

10、页四、现有工业机器人的应用技术四、现有工业机器人的应用技术1、工业机器人运动学、工业机器人运动学机器人是由用若干关节(运动副)连在一起的构件所组成的具有多个自由度的开链型空间连杆机构。开链的一端固接在机座上，另一端是末端执行器，中间由一些构件(刚体)用转动关节或移动关节串连而成。机器人运动学就是要建立各运动构件与末端执行器空间的位置、姿态之间的关系，为机器人运动的控制提供分析的手段和方法。17本讲稿第十七页，共五十六页机器人运动学主要研究两个问题：一个是运动学正问题，即给定机器人手臂、腕部等各构件的几何参数及连接各构件运动的关节变量(位置、速度和加速度)，求机器人末端执行器对于参考坐标系的位置

11、和姿态；另一个是运动学逆问题，即已知各构件的几何参数，机器人末端执行器相对于参考坐标系的位置和姿态，求是否存在实现这个位姿的关节变量及有几种解。18本讲稿第十八页，共五十六页2、工业机器人动力学、工业机器人动力学工业机器人动力学主要是研究其机构的动力学。研究的主要目的是解决如何来控制工业机器人的问题，同时为工业机器人的最优化设计提供有力的证据。在工业机器人动力学的研究中，要解决的问题很多，但归纳起来不外乎两大类。第一类问题是动力学的力分析，或称之为动力学的正问题。它是指已知系统必要的运动，通过运动学分析，计算与已知运动链各连杆间的位移、速度和加速度，而后求得各关节的驱动力或反力。第二类问题是动

12、力学的运动分析，或称之为动力学的逆问题。它是指已知作用在机构上的外力和各关节上的驱动力，计算各关节和连杆的加速度和反力，而后对加速度进行积分，求得所需要的速度和位移。19本讲稿第十九页，共五十六页3、工业机器人控制技术、工业机器人控制技术控制系统是工业机器人的重要组成部分，它的机能类似于人的大脑。工业机器人要与外围设备协调动作，共同完成作业任务，就必须具备一个功能完善、灵敏可靠的控制系统。工业机器人的控制系统总的可分为两大部分：一部分是对其自身运动的控制，另一部分是工业机器人与周边设备的协调控制。工业机器人控制研究的重点是对自身的控制。工业机器人控制系统的主要任务是控制工业机器人在工作空间中的

13、运动位置、姿态和轨迹、操作顺序及动作的时间等项。20本讲稿第二十页，共五十六页五、工业机器人的应用和发展五、工业机器人的应用和发展1、工业机器人的应用和发展、工业机器人的应用和发展工业机器人最早应用在汽车制造工业，常用于焊接、喷漆、上下料和搬运。工业机器人延伸了人的手足和大脑功能，它可代替人从事危险、有害、有毒、低温和高热等恶劣环境中的工作；代替人完成繁重、单调重复劳动，提高劳动生产率，保证产品质量。工业机器人与数控加工中心、自动搬运小车以及自动检测系统可组成柔性制造系统(FMS)和计算机集成制造系统(CIMS)，实现生产自动化。21本讲稿第二十一页，共五十六页工业机器人是精密机械技术和微电子

14、技术相结合的机电一体化产品，它在工厂自动化和柔性生产系统中起着关键作用。工业机器人技术的发展趋势是：(1)提高运动速度和动作精度，减少重量和占用空间，加速机器人功能部件的标准化和模块组合化；将机器人的回转、伸缩、俯仰和摆动等各种功能的机械模块和控制模块、检测模块组合成结构和用途不同的机器人。22本讲稿第二十二页，共五十六页(2)开发新型结构，如开发微动机构以保证动作精度；开发多关节、多自由度的手臂和手指；研制新型的行走机构，以适应各种作业需要。(3)研制各种传感检测装置，如视觉、触觉、听觉和测距传感器等，用传感器获取有关工作对象和外部环境信息，来完成模式识别，并采用专家系统进行问题求解，动作规

15、则，采用微机控制。23本讲稿第二十三页，共五十六页2、目前研究热点及发展趋势、目前研究热点及发展趋势目前国际机器人界都在加大科研力度，进行机器人共性技术的研究，并朝着智能化和多样化方向发展。主要研究内容集中在以下10个方面：(1)工业机器人操作机构的优化设计技术：探索新的高强度轻质材料，进一步提高负载/自重比，同时机构向着模块化、可重构方向发展。24本讲稿第二十四页，共五十六页(2)机器人控制技术：重点研究开放式、模块化控制系统，人机界面更加友好，语言、图形编程界面正在研制之中。机器人控制器的标准化和网络化以及基于PC机网络式控制器已成为研究热点。编程技术除进一步提高在线编程的可操作性之外，离

16、线编程的实用化将成为研究重点。(3)多传感系统：为进一步提高机器人的智能和适应性，多种传感器的使用是其问题解决的关键。其研究热点在于有效可行的多传感器融合算法，特别是在非线性及非平稳、非正态分布的情形下的多传感器融合算法。另一问题就是传感系统的实用化。25本讲稿第二十五页，共五十六页(4)机器人的结构灵巧，控制系统愈来愈小：二者正朝着一体化方向发展。(5)机器人遥控及监控技术，机器人半自主和自主技术：多机器人和操作者之间的协调控制，通过网络建立大范围内的机器人遥控系统，在有时延的情况下，建立预先显示进行遥控等。(6)虚拟机器人技术：基于多传感器、多媒体和虚拟现实以及临场感技术，实现机器人的虚拟

17、遥操作和人机交互。26本讲稿第二十六页，共五十六页(7)多智能体(Multi-Agent)控制技术：这是目前机器人研究的一个崭新领域，主要对多智能体的群体体系结构，相互间的通信与磋商机理，感知与学习方法，建模和规划，群体行为控制等方面进行研究。(8)微型和微小机器人技术(Micro/Miniature Robotics)：这是机器人研究的一个新的领域和重点发展方向，过去在该领域的研究几乎是空白，因此该领域研究的进展将会引起机器人技术的一场革命，并且对社会进步和人类活动的各个方面将产生不可估量的影响。微小型机器人技术的研究主要集中在系统结构、运动方式、控制方法、传感技术、通信技术以及行走技术等方

18、面。27本讲稿第二十七页，共五十六页(9)软机器人技术(Soft Robotics)：主要用于医疗、护理、休闲和娱乐场合。传统机器人设计未考虑与人紧密共处，因此其结构材料多为金属或硬性材料。软机器人技术要求其结构、控制方式和所用传感系统在机器人意外地与环境或人碰撞时是安全的，机器人对人是友好的。(10)仿人和仿生技术：这是机器人技术发展的最高境界，目前仅在某些方面进行了一些基础研究。28本讲稿第二十八页，共五十六页提高机器人的智能化、机动性、可靠和安全性、以及与人类环境的完美的融入性，所追求的主要目标是“融入人类的生活，和人类一起协同工作。从事一些人类无法从事的工作，以更大的灵活性给人类社会带

19、来更多的价值”。目前机器人还存在以下三种新的发展趋势：微型化：体积越来越小，结构越来越精细。智能化：越来越脱离机械化的程式。拟人化：机器人越来越接近人，不论结构还是功能。29本讲稿第二十九页，共五十六页3.2 柔性制造系统柔性制造系统(Flexible Manufacturing System,FMS)1、柔性制造系统的产生和发展、柔性制造系统的产生和发展机械制造自动化已有几十年的历史，从20世纪30年代到50年代，人们主要在大量生产领域里，建立由自动车床、组合机床或专用机床组成的刚性自动化生产线。这些自动线具有固定的生产节拍，要改变生产品种是非常困难和昂贵的。由于从20世纪60年代开始到70

20、年代计算机技术得到了飞速发展，计算机控制的数控机床(CNC机床)在自动化领域中取代了机械式的自动机床，因此使建立适合于多品种、小批量生产的柔性加工生产线成为可能。作为这种技术具体应用的柔性制造系统柔性制造系统(FMS)、柔性制、柔性制造单元造单元(FMC)和柔性制造自动线和柔性制造自动线(FML)等柔性制造设备纷纷问世，其中柔性制造系统(FMS)最具代表性。30本讲稿第三十页，共五十六页FMS是一种高效率、高精度、高柔性的加工系统，是制造业向现代自动化发展(计算机集成制造系统、智能制造系统、无人工厂)的基础设备。柔性制造技术将数控技术、计算机技术、机器人技术以及生产管理技术等融为一体，通过计算

21、机管理和控制实现生产过程的实时调度，最大限度地发挥设备的潜力，减少工件搬运过程中的等待时间损失，使多品种、中小批量生产的经济效益接近或达到大批量生产的水平，从而解决了机械制造业高效率与高柔性之间矛盾的难题，被称为是机械制造业中一次划时代的技术革命。31本讲稿第三十一页，共五十六页1994年初，据统计世界各国已投入运行的FMS约有3000多个，其中日本拥有2100多个，占世界首位。目前反映工厂整体水平的FMS是第一代FMS，日本从1991年开始实施的“智能制造系统(IMS)”国际性开发项目，属于第二代FMS；而真正完善的第二代FMS在21世纪将会实现。届时，智能化机械与人之间将相互融合、柔性地全

22、面协调从接受订单至生产、销售这一企业生产经营的全部活动。32本讲稿第三十二页，共五十六页2、FMS的基本组成及主要功能的基本组成及主要功能1)FMS的定义及基本组成的定义及基本组成在我国有关标准中，FMS被定义为：由数控加工设备、物流储运装置和计算机控制系统等组成的自动化制造系统。它包括多个柔性制造单元，能根据制造任务或生产环境变化迅速进行调整，适用于多品种，中、小批量生产。国外有关专家对FMS进行了更为直观的定义：柔性制造系统是至少由两台机床、一套物料运储系统(从装载到卸载具有高度自动化)和一套计算机控制系统所组成的制造系统，它通过简单地改变软件的方法便能制造出多种零件中的任何一种零件。33

23、本讲稿第三十三页，共五十六页图3-2 FMS的构成框图 34本讲稿第三十四页，共五十六页(1)加工系统。加工系统的功能是以任意顺序自动加工各种工件，并能自动地更换工件和刀具。加工系统通常包括由两台以上的数控机床、加工中心或柔性制造单元(FMC)以及其他的加工设备所组成，例如测量机、清洗机、动平衡机和各种特种加工设备等。(2)物流系统。在FMS中，工件、工具流统称为物流，物流系统即物料储运系统，是柔性制造系统中的一个重要组成部分。物流系统由输送系统、储存系统和操作系统组成，通常包含有传送带、有轨运输车、无轨运输车、搬运机器人、上下料托盘、交换工作台等机构，能对刀具、工件和原材料等物料进行自动装卸

24、和运储。35本讲稿第三十五页，共五十六页(3)信息系统。信息系统包括过程控制及过程监视两个系统，能够实现对FMS的运行控制、刀具监控和管理、质量控制，以及FMS的数据管理和网络通信。图3-3所示是一个典型的柔性制造系统示意图。该系统由4台卧式加工中心、3台立式加工中心、2台平面磨床、2台自动导向运输车、2台检验机器人组成，此外还包括自动仓库、托盘站和装卸站等。在装卸站由人工将工件毛坯安装在托盘夹具上；然后由物料传送系统把毛坯连同托盘夹具输送到第一道工序的加工机床旁边，排队等候加工；36本讲稿第三十六页，共五十六页1自动仓库；2装卸站；3托盘站；4检验机器人；5自动运输车；6卧式加工中心；7立式

25、加工中心；8磨床；9组装交付站；10计算机控制室 图3-3 典型的柔性制造系统 37本讲稿第三十七页，共五十六页2)FMS的主要功能的主要功能常见的FMS一般具有以下功能：(1)自动制造功能，在柔性制造系统中，由数控机床这类设备承担制造任务；(2)自动交换工件和刀具的功能；(3)自动输送工件和刀具的功能；(4)自动保管毛坯、工件、半成品、工夹具、模具的功能；(5)自动监视功能(即刀具磨损、破损的监测)，自动补偿，自诊断等；(6)作业计划与调度。38本讲稿第三十八页，共五十六页 qq 物料传输系统物料传输系统 又称立体仓库或自动化仓库系统，由高层料架、堆垛机、控制计算机和物料识别装置等组成。具有

26、自动化程度高、料位空间尺寸和额定存放重量大、料位总数可根据实际需求扩展、占地面积小等优点。自动仓库自动仓库运输小车出入库装卸站堆垛机料架39本讲稿第三十九页，共五十六页 钻头破损检测器内存有以往采集的钻头破损的信号或钻头破损模拟信号，与检测信号进行比较。当钻头破损被确认后，发出换刀信号。加工过程监控与检测加工过程监控与检测 重点是刀具磨损、破损监控与检测。下图为钻头破损检测装置示意图。加工过程中，一旦钻头破损，声发射传感器检测到钻头破损信号，将其送至钻头破损检测器进行处理。钻头破损检测器声发射钻头破损检测装置系统图交换机床控制器工件折断工作台声发射传感器破损信号40本讲稿第四十页，共五十六页柔

27、性制造系统的上述功能是在计算机系统的控制下协调一致地、连续地、有序地实现的。制造系统运行所必需的作业计划以及加工或装配信息，预先存放在计算机系统中，根据作业计划，物流系统从仓库调出相应的毛坯、工夹具，并将它们交换到对应的机床上。在计算机系统的控制下，机床依据已经传送来的程序，执行预定的制造任务。柔性制造系统的“柔性”就是计算机系统赋予的，被加工的零件种类变更时，只需变换其“程序”，而不必改动设备。41本讲稿第四十一页，共五十六页3、FMS的优点及效益的优点及效益(1)有很强的柔性制造能力。由于FMS备有较多的刀具、夹具以及数控加工程序，因而能接受各种不同的零件加工，柔性度很高，有的企业将多至4

28、00种不同的零件安排在一个FMS中加工。FMS的这一“柔性”特点，对新产品开发特别有利。(2)提高设备利用率。在FMS中，工件是安装在托盘上输送的，并通过托盘能够快速地在机床上进行定位与夹紧，节省了工件装夹时间。此外，因借助计算机管理而使加工不同零件时的准备时间大为减少，有很多准备工作可在机床工作时间内同时进行。因而，零件在加工过程中其等待时间大大减少，从而可使机床的利用率提高到75%90%。42本讲稿第四十二页，共五十六页(3)减少设备成本与占地面积。机床利用率的提高使得每台机床的生产率提高，相应地可以减少设备数量。据美国通用电气公司的资料表明，一条具有9台机床的FMS代替了原来29台机床，

29、还使加工能力提高了38%，占地面积减少了25%。(4)减少直接生产工人，提高劳动生产率。FMS除了少数操作由人力控制外(如装卸、维修和调整)，可以说正常工作完成是由计算机自动控制的。在这一控制水平下，FMS通常实施24小时工作制，将所有靠人力完成的操作集中安排在白班进行，晚班除留一人看管之外，系统完全处于无人操作状态下工作，直接生产工人大为减少，劳动生产率提高。43本讲稿第四十三页，共五十六页(5)减少在制品数量，提高对市场的反应能力。由于FMS具有高柔性、高生产率以及准备时间短等特点，能够对市场的变化做出较快的反应，没有必要保持较大的在制品和成品库存量。按日本MAZAK公司报道，使用FMS可

30、使库存量减少75%，可缩短90%的制造周期；另据美国通用电气公司提供的资料反映，FMS使全部加工时间从原来的16天减少到16小时。(6)产品质量提高。由于FMS自动化水平高，工件装夹次数和要经过机床数减少，夹具的耐久性好，这样，技术工人可把注意力更多地放在机床和零件的调整上，有助于零件加工质量的提高。44本讲稿第四十四页，共五十六页(7)FMS可以逐步地实现实施计划。若建一条刚性自动线，则要等全部设备安装调试建成后才能投入生产，因此它的投资必须一次性投入。而FMS则可进行分步实施，每一步的实施都能进行产品的生产，因为FMS的各个加工单元都具有相对独立性。45本讲稿第四十五页，共五十六页 1、C

31、IMS的概念的概念 CIMS的概念是1974年由美国学者哈灵顿博士率先提出的，它含有两个基本观点：（1 1）系统的观点。）系统的观点。企业生产的各个环节，即从市场分析产品设计、加工制造、经营管理到售后服务的全部生产活动是一个不可分割的整体，要紧密连接，统一考虑。（2 2）信息化的观点。）信息化的观点。整个生产过程实质上是一个数据的采集、传递和加工处理的过程，最终形成的产品可以看作是数据的物质表现。3.3 计算机集成制造系统计算机集成制造系统46本讲稿第四十六页，共五十六页3.3 3.3 计算机集成制造系统（计算机集成制造系统（CIMSCIMS）2、CIMS的内涵的内涵 CIMSCIMS是是一一

32、种种组组织织、管管理理与与运运行行企企业业的的哲哲理理，是是应应用用现现代代管管理理技技术术、制制造造技技术术、信信息息技术、自动化技术、系统工程技术于一体的系统工程。技术、自动化技术、系统工程技术于一体的系统工程。它将传统的制造技术与现代信息技术、管理技术、自动化技术、系统工程技术等有机结合，借助计算机(硬、软件)，使企业产品的生命周期(市场需求分析一产品意义一研究开发一设计一制造一支持，包括质量、销售、采购、发送、服务以及产品最后报废、环境处理等)各阶段活动中有关的人、组织、经费管理和技术等要素及信息流、物流和价值流有机集成并优化运行，实现企业制造活动中的计算机化、信息化、智能化、集成优实

33、现企业制造活动中的计算机化、信息化、智能化、集成优化，以达到产品上市快、高质、低耗、服务好、环境清洁，提高企业的柔性、化，以达到产品上市快、高质、低耗、服务好、环境清洁，提高企业的柔性、健壮性、敏捷性健壮性、敏捷性，使企业在市场竞争中立于不败之地。CIMSCIMS的核心在于集成，在于企业内的人、生产经营和技术这三者之间的信息集成，的核心在于集成，在于企业内的人、生产经营和技术这三者之间的信息集成，以便在信息集成的基础上使企业组成一个统一的整体，保证企业内的工作流程、物质流和信息流畅通无阻。47本讲稿第四十七页，共五十六页 3、CIMS的基本组成的基本组成 （2 2）工程设计自动化系统）工程设计

34、自动化系统CAD、CAPP、CAM。（3 3）制造自动化系统）制造自动化系统CNC机床、加工中心、FMS。（4 4）质量保证系统）质量保证系统质量决策、质量检测、质量评价、质量信息综合管理与反馈控制等功能。（5 5）数据库系统）数据库系统支持CIMS各系统并覆盖企业全部信息。（6 6）计算机通信网络系统）计算机通信网络系统将CIMS各个功能分系统的信息联系起来，支持资源共享、分布处理、分层递阶和实时控制。（1 1）管理信息系统）管理信息系统预测、经营决策、生产计划、技术、销售、供应、财务、成本、设备、人力资源等各项管理模块。3.3 3.3 计算机集成制造系统（计算机集成制造系统（CIMSCIM

35、S）48本讲稿第四十八页，共五十六页 （1 1）目标）目标 我国“863计划”中将CIMS确定为自动化领域的主题研究项目之一，并规定了我国863CIMS的战略目标为：跟踪国际CIMS有关技术的发展；掌握CIMS关键技术；在制造业中建立能获得综合经济效益并能带动全局的CIMS示范工厂，通过推广应用及产品化促进我国CIMS高技术产业的发展。4、CIMS在我国的发展在我国的发展 （2 2）方针）方针 效益驱动、总体规划、重点突破、分步实施、推广应用。3.3 3.3 计算机集成制造系统（计算机集成制造系统（CIMSCIMS）49本讲稿第四十九页，共五十六页 n 经过二十多年的努力，我国CIMS事业取得

36、了迅速发展，已形成了一个健全的组织和一支研究队伍；n 实现了我国CIMS研究和开发的基本框架。建设乐一个国家CIMS实验工程中心和7个单元技术开放实验室，完成了一大批课题的研究工作，选定了一批CIMS典型应用工厂示范点；n 1994年，清华大学CIMS工程中心达到国际先进水平；n 1995年，北京第一机床厂CIMS工程获“工业领先奖”；n 目前，我国的CIMS工厂已扩展到100多家，这些工厂包括飞机、机床、大型鼓风机、纺织机械、汽车、家电、服装以及钢铁、化工等行业。（3 3）发展）发展）发展）发展3.3 3.3 计算机集成制造系统（计算机集成制造系统（CIMSCIMS）50本讲稿第五十页，共五

37、十六页 v 实施CIMS的效益主要体现在信息集成的效益上：由于系统集成度提高，使各功能分系统间的配合和参数配置更加优化，各种生产要素的潜力得到更有效的利用，减少实际存在于企业生产中的各种资源浪费，同时使管理科学化，提高企业对市场的响应能力；v 实施CIMS后，明显提高企业新品开发能力，提高企业市场竞争能力。产品质量明显提高，交货期短而准确，价格合理，企业的信誉随之提高。（4 4）效益）效益3.3 3.3 计算机集成制造系统（计算机集成制造系统（CIMSCIMS）51本讲稿第五十一页，共五十六页 1 1、智能制造系统产生的背景智能制造系统产生的背景 （Intelligent Manufactur

38、ing System-IMSIntelligent Manufacturing System-IMS）p 制造信息的爆炸性增长，以及处理信息的工作量的猛增；p 专业人才的缺乏和专门知识的短缺，严重制约了制造工业的发展；p 动荡不定的市场和激烈的竞争要求制造企业在生产活动中表现出更高的机敏性和智能；p CIMS的实施和制造业的全球化的发展，遇到两个重大的障碍，即“自动化孤岛”的联接和全局优化问题，以及各国、各地区的标准、数据和人一机接口的统一的问题。3.4 智能制造系统智能制造系统52本讲稿第五十二页，共五十六页3.4 3.4 智能制造系统（智能制造系统（IMSIMS）2 2、智能制造系统（智能

39、制造系统（IMSIMS）的定义）的定义 智能制造系统是一种由智能机器和人类专家共同组成的人机一体化智能系统，它在制造过程中能以一种高度柔性与集成的方式，借助计算机模拟人类专家的智能活动进行分析、推理、判断、构思和决策等，从而取代或延伸制造环境中人的部分脑力劳动。同时，收集、存贮、完善、共享、继承和发展人类专家的智能。53本讲稿第五十三页，共五十六页3.4 3.4 智能制造系统（智能制造系统（IMSIMS）3 3、智能制造系统（智能制造系统（IMSIMS）的特征）的特征（1 1）自组织能力）自组织能力（2 2）自律能力）自律能力（3 3）自学和自维护能力）自学和自维护能力（4 4）人机一体化）人

40、机一体化（5 5）虚拟现实）虚拟现实（6 6）智能集成）智能集成54本讲稿第五十四页，共五十六页3.4 3.4 智能制造系统（智能制造系统（IMSIMS）4 4、智能制造系统（、智能制造系统（IMSIMS）与人工智能）与人工智能 IMSIMS的的研研究究是是从从人人工工智智能能在在制制造造中中的的应应用用开开始始的的，但但又又不不同同于于它它。人人工工智智能能在在制制造造领领域域的的应应用用，是是面面向向制制造造过过程程中中特特定定对对象象的的，研研究究的的结结果果导导致致了了“自自动动化化孤孤岛岛”的的出出现现，人人工工智智能能在在其其中中是是起起辅辅助助和和支支持持的的作作用用。而而IMS

41、IMS是是以以部部分分取取代代制制造造中中人人的的脑脑力力劳劳动动为为研研究究目目标标的的，并并且且要要求求系系统统能能在在一一定范围内独立地适应周围环境，开展工作。定范围内独立地适应周围环境，开展工作。55本讲稿第五十五页，共五十六页3.4 3.4 智能制造系统（智能制造系统（IMSIMS）（1 1）IMSIMS不同于计算机集成制造系统不同于计算机集成制造系统CIMSCIMS。CIMSCIMS强调强调的是企业内部物料的集成和信息流的集成，而的是企业内部物料的集成和信息流的集成，而IMSIMS强调的则是最强调的则是最大范围的整个制造过程的自组织能力，大范围的整个制造过程的自组织能力，IMSIM

42、S难度更大。难度更大。（2 2）两者密切相关的：）两者密切相关的：CIMSCIMS中的众多研究内容是中的众多研究内容是IMSIMS发展发展的基础，而的基础，而IMSIMS又将对又将对CIMSCIMS提出更高的要求。提出更高的要求。集成是智能的基础，集成是智能的基础，而智能又推动集成达到更高水平，即智能集成。而智能又推动集成达到更高水平，即智能集成。因此，有人预因此，有人预言，言，未来的制造工业将以双未来的制造工业将以双I I（IntelligentIntelligent和和IntegrationIntegration）为）为标志。标志。5 5、智能制造系统与计算机集成制造系统、智能制造系统与计算机集成制造系统 56本讲稿第五十六页，共五十六页