第4章+自动化制造系统的总体设计
自动化制造系统的总体设计
第8章自动化制造系统的总体设计本章教学要点和导入案例（看书说明）在前面的几章中，我们比较详细的介绍了自动化制造系统的基本理论、自动化制造系统的组成及其典型设备。
本章将讨论自动化制造系统的总体设计问题。
自动化制造系统的设计是一项复杂的系统工程，采取什么样的设计步骤与方法对于系统的成功实施至关重要。
有人估计，系统分析与规划阶段造成的失误在后续阶段可能要花两倍时间才能找到，而纠正需要花五倍时间。
因此，必须采用合理的系统工程方法与步骤进行自动化制造系统的设计。
8.1 总体设计的步骤及内容自动化制造系统往往是个复杂的大系统，它包括许多相互关联的子系统，如多级计算机控制系统、自动化物料储运系统、检测监视系统、加工中心及其它工作站等。
而各个子系统本身又可能是一个较复杂的系统，倘若设计不当，它们就不能很好地连接，也不能实现自动化制造系统的有机集成。
因此，必须做好自动化制造系统的总体设计工作。
在进行自动化制造系统的总体设计时，一般采用图8.1所示的设计步骤。
在图8.1中，总体设计各个步骤涉及的主要内容有。
（1）组织队伍，明确分工。
本阶段应选择专业配套、熟悉业务、工作责任心强的精干班子组成总体组，并指定技术总负责人。
如果自动化制造系统是用户委托供应商设计制造，则需求分析、可行性论证、系统验收及运行应以用户为主，供应商为辅；而总体设计、系统制造、安装与调试应以供应商为主，用户积极配合。
（2）选择加工零件类型和范围，并进行工艺分析，制定工艺方案，确定设备选型。
（3）按功能划分设计模块，初步制定技术指标和各自的接口，同时进行概要设计和初步设计。
（4）总体方案初步设计，这一阶段包括总体布局和各分系统的概要设计。
（5）总体组讨论初步形成的总体布局及各分系统的概要设计方案。
（6）根据初步形成的零件族、工艺分析、生产率、总体布局、物料储运方案等进行系统的仿真分析，确定刀库容量、托盘缓冲站数量及工件运输小车与换刀机器人利用率等参数。
自动化制造系统
自动化制造系统自动化制造系统是一种利用计算机技术和自动控制技术，实现生产过程的自动化和智能化的系统。
该系统通过自动化设备、传感器、执行器等组成的硬件设备，以及计算机软件和信息技术的支持，实现对生产过程的全面控制和管理。
一、系统架构自动化制造系统的架构包括硬件层、控制层和信息层三个部分。
1. 硬件层：包括自动化设备、传感器、执行器等。
自动化设备包括机械手臂、传送带、机床等，用于完成生产过程中的各项操作。
传感器用于感知生产过程中的各种参数，如温度、压力、速度等。
执行器用于控制自动化设备的运动。
2. 控制层：包括控制器、PLC（可编程逻辑控制器）等。
控制器是系统的核心部分，负责对自动化设备进行控制和调度。
PLC是一种专门用于工业自动化控制的计算机，可实现逻辑控制、数据处理和通信等功能。
3. 信息层：包括计算机软件和网络。
计算机软件用于实现对自动化制造系统的监控和管理，包括生产计划、生产调度、质量管理等功能。
网络用于实现系统内部各个部分之间的通信和数据传输。
二、系统功能自动化制造系统具有以下主要功能：1. 生产计划和调度：根据市场需求和产品特性，制定生产计划，并实时调整生产进度，以实现生产效率的最大化。
2. 自动化操作：通过自动化设备和传感器，实现生产过程中的自动化操作，如装配、加工、包装等。
3. 质量控制：通过传感器和控制器，对生产过程中的质量参数进行监测和控制，确保产品质量符合要求。
4. 故障诊断和维护：通过传感器和控制器，对自动化设备进行故障诊断，并提供相应的维护建议。
5. 数据分析和优化：通过对生产过程中的数据进行分析，找出生产过程中的瓶颈和问题，并提出优化方案，以提高生产效率和降低成本。
三、系统优势自动化制造系统相比传统的手工操作和半自动化生产线具有以下优势：1. 提高生产效率：自动化设备和控制系统能够实现高速、高精度的操作，大大提高了生产效率。
2. 降低生产成本：自动化设备和控制系统能够减少人力投入，降低生产成本。
自动化制造系统
自动化创造系统自动化创造系统是一种集成为了各种自动化设备和控制系统的生产系统，旨在提高生产效率、降低成本、提升产品质量和灵便性。
该系统通过自动化设备和控制系统的协同工作，实现了生产过程的自动化和智能化。
一、系统概述自动化创造系统由以下几个主要组成部份构成：1. 自动化设备：包括机器人、自动化生产线、传送带、搬运设备等。
这些设备能够完成各种生产操作，如装配、焊接、喷涂等。
2. 控制系统：包括PLC（可编程逻辑控制器）、SCADA（监控与数据采集系统）、人机界面等。
控制系统负责对自动化设备进行控制和监控，确保生产过程的稳定和高效。
3. 信息系统：包括MES（创造执行系统）、ERP（企业资源计划）等。
信息系统负责生产计划的制定、生产数据的采集和分析，以及与企业其他部门的协同工作。
二、系统特点1. 高效性：自动化创造系统能够实现生产过程的高度自动化，大大提高了生产效率。
自动化设备能够24小时连续工作，无需人工干预，从而减少了生产停机时间。
2. 灵便性：自动化创造系统能够根据不同的生产需求进行灵便调整。
通过更换不同的工装和程序，自动化设备能够适应不同的产品生产。
3. 精度：自动化创造系统能够实现高精度的生产操作。
自动化设备能够精确控制工艺参数，从而保证产品质量的稳定。
4. 安全性：自动化创造系统能够提高生产过程的安全性。
自动化设备能够完成危（wei）险操作，减少了人员的接触风险。
5. 数据化：自动化创造系统能够实现生产数据的采集和分析。
通过信息系统的支持，企业能够及时了解生产状况，进行生产计划的调整和优化。
三、应用领域自动化创造系统广泛应用于各个行业，如汽车创造、电子创造、食品加工等。
以下是一些典型的应用案例：1. 汽车创造：自动化创造系统在汽车创造中起到了关键作用。
通过自动化设备和控制系统的协同工作，汽车创造商能够实现高效的生产，提高产品质量和一致性。
2. 电子创造：自动化创造系统在电子创造中能够实现高度的自动化和精密度。
自动化制造系统
第一章：概论制造规模分类：大规模制造、大批量制造和多种小批量制造。
自动化制造的定义：是由一定范围的被加工对象、一定的制造柔性、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。
自动化制造系统具有五个典型组成部分：(1)具有一定技术水平和决策能力的人；(2)一定范围的被加工对象；(3)信息流及控制系统；(4)能量流及控制系统；(5)物料流及物料处理系统。
自动化制造系统的寿命周期：设计、制造、安装、调试、验收、应用、维护、报废及回收处理这些过程的集合称为自动化制造系统的寿命周期。
自动化制造的意义：是由一定范围的被加工对象、一定的制造柔性、一定自动化水平的各种设备和高素质的人才组成的一个有机整体。
自动化制造系统五个典型组成部分：(1)具有一定技术水平和决策能力的人。
(2)一定范围的被加工对象。
(3)信息流及其控制系统。
(4)能量流及其控制系统。
(5)物料流及物料处理系统。
自动化制造系统的寿命周期：通常将系统的设计、制造、安装、调试、验收、应用、维护、报废及回收处理这些过程的集合称为自动化制造系统的寿命周期。
自动化制造的意义体现在哪些方面：(1)提高生产率。
(2)缩短生产周期。
(3)提高产品质量。
(4)提高经济效益。
(5)降低劳动强度。
(6)有利于产品更新。
(7)提高劳动者的素质。
(8)带动相关技术的发展。
(9)体现一个国家的科技水平。
自动化制造系统的六个评价指标(六要素)：(1)生产率。
(2)产品质量。
(3)经济性。
(4)寿命周期与可靠性。
(5)制造柔性。
(6)可持续发展。
人在自动化制造系统中起到的作用：(1)监视系统的运行状态。
(2)随时排除系统的复杂故隙。
(3)完成机器无法完成的复杂工作。
(4)完成机器不能经济性完成的工作。
(5)在系统控制和调度中起主导作用。
(6)随时调整系统的运行参数。
第二章：自动化制造系统的人机一体化设计与评价人机一体化的定义:人与具有适度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。
自动化制造系统
自动化制造系统自动化制造系统是一种将机械设备、电子技术和计算机技术相结合的先进制造技术，旨在提高生产效率、降低成本、提高产品质量和灵活性。
它通过自动化设备和计算机控制系统来执行生产任务，实现生产过程的自动化和智能化。
一、系统概述自动化制造系统由以下几个主要组成部分构成：1. 设备部分：包括各种机械设备、传感器、执行器等，用于完成生产任务。
2. 控制系统：通过计算机控制设备的运行，实现生产过程的自动化控制。
3. 信息管理系统：负责收集、传输和处理生产过程中产生的各种数据和信息。
4. 人机界面：提供人机交互界面，使操作人员能够监控和控制系统的运行。
二、功能要求1. 自动化控制：系统能够根据生产计划和工艺要求自动调节设备的运行参数，实现生产任务的自动化执行。
2. 优化调度：系统能够根据生产计划和设备状态，对生产任务进行合理的调度和优化，提高生产效率。
3. 质量控制：系统能够对生产过程中的关键参数进行实时监测和控制，确保产品质量符合要求。
4. 故障诊断与维修：系统能够对设备故障进行自动诊断，并提供相应的维修方案和指导。
5. 数据管理与分析：系统能够对生产过程中产生的数据进行收集、存储和分析，为生产决策提供依据。
三、性能指标1. 生产效率：系统能够实现生产过程的高效率运行，提高生产速度和产量。
2. 设备利用率：系统能够最大限度地利用设备资源，减少设备闲置时间。
3. 产品质量：系统能够确保产品质量符合标准要求，降低次品率。
4. 故障率：系统能够降低设备故障率，提高设备的可靠性和稳定性。
5. 响应时间：系统能够实时响应生产任务的变化，快速调整设备运行参数。
四、安全要求1. 设备安全：系统能够确保设备在运行过程中的安全性，防止事故和人身伤害的发生。
2. 数据安全：系统能够对生产过程中的数据进行保护，防止数据泄露和篡改。
3. 环境安全：系统能够符合环境保护要求，减少对环境的污染和破坏。
五、系统架构自动化制造系统采用分布式控制架构，包括以下几个层次：1. 传感器与执行器层：负责采集生产过程中的各种数据和信号，并控制设备的运行。
自动化制造系统课程设计
自动化制造系统课程设计一、课程设计背景自动化制造技术是现代工业生产的重要技术之一，具有显著的经济效益和社会效益。
为了培养适应工业发展需要的人才，各高校纷纷开设了自动化制造系统的课程。
本次课程设计是在学习了自动化制造系统相关理论后，将所学理论转化为实际应用的一次实践性课程。
二、课程设计目的1.掌握自动化制造系统的基本原理和技术。
2.熟悉自动化控制系统和生产过程中的各种自动化设备的特性和应用。
3.培养学生工程设计能力和实践能力。
三、课程设计任务1.设计一条包括物料处理、加工、运输、质检等环节的自动化生产线。
2.采用自动化控制技术，对生产线进行控制和监控。
3.根据不同的生产需求，调整和优化生产线参数，实现自动生产过程的优化。
四、课程设计流程第一阶段：确定生产线的加工工序和工艺参数1.根据加工工序和工艺要求，确定生产线的加工工序和通路。
2.每个加工工序的工艺参数需要与自动化设备匹配，确定各自动化设备的规格和数量。
3.每个自动化设备需要选择合适的控制器，并编写控制程序。
第二阶段：搭建自动化生产线1.按照确定的加工工序和通路，放置自动化设备。
2.将各个自动化设备进行连通，组成一条自动化生产线。
3.关联、校正、试运行生产线中各种自动化设备。
第三阶段：采集生产过程中的数据1.采集自动化生产线中各种设备的数据，包括控制器的输出、传感器的反馈、设备运行时状态信息等。
2.对采集到的数据进行可视化和汇总，以便在后续调优过程中参考分析。
第四阶段：优化自动化生产线1.根据采集到的数据，分析生产线运行中的缺陷和不足，寻找改进的空间。
2.调整和优化自动化生产线的参数，包括各自动化设备的运行速度、工艺参数、操作流程等。
3.对优化方案进行实验和测试，并进行结果评估。
五、课程设计要求1.本次课程设计可以采用软件仿真的方式完成，也可以通过实物进行搭建和调试。
2.课程设计成果需要进行口头汇报和书面报告，包括设计方案、优化结果和实际效果等。
自动化制造课程设计
自动化制造课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解自动化制造的基本概念，掌握其发展历程及在我国的应用现状；2. 掌握自动化制造系统中常见的设备、传感器及其工作原理；3. 学会分析自动化制造过程中的控制策略，理解其优化方法。
技能目标：1. 能够运用所学知识，设计简单的自动化制造流程；2. 能够对自动化制造设备进行简单的操作与调试；3. 能够分析并解决自动化制造过程中的实际问题。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对自动化制造技术的兴趣，激发其探索精神；2. 增强学生的团队合作意识，培养其在团队中发挥个人优势的能力；3. 提高学生对我国制造业的认识，培养其产业兴国、技能强国的价值观。
课程性质：本课程为实践性较强的课程，结合理论知识与实践操作，使学生能够在实际操作中掌握自动化制造的相关知识。
学生特点：学生具备一定的物理、数学基础，对新技术充满好奇，喜欢动手实践。
教学要求：教师应注重理论与实践相结合，以学生为中心，引导学生主动参与课堂，培养其创新思维和动手能力。
通过课程学习，使学生能够达到上述课程目标，为我国制造业的发展贡献自己的力量。
二、教学内容1. 自动化制造基本概念：介绍自动化制造的定义、分类及其在我国的发展历程。
教材章节：第一章 自动化制造概述2. 自动化制造设备与传感器：讲解常见的自动化制造设备、传感器及其工作原理。
教材章节：第二章 自动化制造设备与传感器3. 自动化制造控制策略：分析自动化制造过程中的控制策略，包括程序控制、传感器控制和智能控制等。
教材章节：第三章 自动化制造控制策略4. 自动化制造优化方法：探讨自动化制造过程中的优化方法，如生产调度、设备维护和质量管理等。
教材章节：第四章 自动化制造优化方法5. 自动化制造案例分析：分析典型的自动化制造案例，使学生了解实际生产过程中的自动化技术应用。
教材章节：第五章 自动化制造案例分析6. 实践操作：安排学生进行自动化制造设备的操作与调试，巩固所学知识。
自动化制造系统
自动化创造系统自动化创造系统是一种利用先进的技术和设备，实现生产过程自动化的系统。
它通过整合机械、电气、电子、计算机等多个领域的技术，实现生产线的自动化控制和管理。
自动化创造系统的目标是提高生产效率、降低成本、提高产品质量和灵便性。
一、系统概述自动化创造系统由以下几个主要部份组成：1. 生产设备：包括机械设备、电气设备、传感器等。
2. 控制系统：包括PLC（可编程逻辑控制器）、DCS（分散控制系统）等。
3. 信息系统：包括MES（创造执行系统）、ERP（企业资源计划）等。
4. 通信网络：用于设备之间的数据交换和系统之间的信息传递。
二、系统功能1. 生产计划管理：通过MES系统对生产计划进行编制、下达和执行跟踪，实现生产线的高效运行。
2. 设备控制：通过PLC等控制器对生产设备进行自动化控制，实现生产过程的稳定和可靠性。
3. 数据采集与分析：通过传感器对生产设备和产品进行数据采集，通过数据分析提供生产过程的指标和报告。
4. 故障诊断与维护：通过监测设备状态，及时发现故障并进行诊断，提高设备可用性和维护效率。
5. 质量管理：通过在线检测和数据分析，实现产品质量的自动化控制和提升。
6. 库存管理：通过ERP系统对原材料和成品库存进行管理，实现库存的精确控制和优化。
三、系统优势1. 提高生产效率：自动化创造系统可以实现生产过程的高度自动化，减少人工操作，提高生产效率和产能。
2. 降低成本：自动化创造系统可以减少人力成本、能源消耗和废品产生，降低生产成本。
3. 提高产品质量：自动化创造系统可以实现生产过程的精确控制和监测，提高产品质量的稳定性和一致性。
4. 增强生产灵便性：自动化创造系统可以快速调整生产线的布局和生产计划，适应市场需求的变化。
5. 实现信息化管理：自动化创造系统可以实现生产过程的信息化管理，提供实时的生产数据和报告，支持决策和优化。
四、案例分析以某汽车创造厂为例，他们引入了自动化创造系统，取得了显著的效果。
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7) 撰写可行性报告
可行性报告的内容应包括前述论证过程中涉 及的各方面内容、依据的各种数据、形成的各种 结论，最终给出明确的论证结果和建议。
最终论证结果一般有三种：建立新系统，改 进现有系统和放弃或暂缓方案实施。
第2节 系统分析与类型选择
1. 系统分析：
系统分析是运用系统的观点和方法，对自动 化制造系统建设进行全面的分析，提出对新建 自动化制造系统的功能和性能需求。它是建立 系统模型的第一步。
2) 设计过程中提高了产品的继承性、标准 化、通用化和系列化程度，减少了不必要的多 样化和重复化劳动，缩短研制周期
3) 可大大减少专用工艺装备数量，减少生 产准备时间和费用，降低成本，缩短生产周期。
2. 零件族确定及工艺分析目的
零件族：根据成组技术原理，从零件的结构 和工艺相似性出发，对生产系统中的各类零件 进行统计分析，从中选出适合采用自动化制造 系统加工的一组零件。
4) 总体方案初步设计 5) 总体组讨论总体布局及各分系统的概要设计 6) 进行系统仿真，确定刀库容量、托盘缓冲站数量、 工件运输小车和换刀机器人利用率等参数
7) 专家评审总体设计方案 8) 文档撰写
第4节 零件族的确定和工艺分 析
1. 成组技术
成组技术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。
在此，要注意保持企业T(Time)、Q(Quality)、 C(Cost)、S(Service)和E(Environment)五个方面 的协调一致，避免强调一个或几个，而忽视其它。
2) 制定AMS的技术方案 (1) 根据工艺分析，确定加工工艺方案 (2) 根据生产纲领，确定设备种类和数量 (3) 确定工件输送和管理系统方案 (4) 确定刀具输送及管理系统方案 (5) 确定辅助及特殊设备的配置 (6) 确定系统控制结构和配置方案 (7) 确定数据管理系统方案 (8) 确定网络通信方案
目的：找出适合当前自动化制造系统柔度水 平的零件，剔除不适合加工的零件。
3. 影响零件族确定的因素
1) 零件类型 2) 零件尺寸大小 3) 加工精度 4) 材料硬度 5) 装夹次数 6) 生产批量
4. 零件选择方法
1) 人工挑选法 2) 计算机自动选择法
实施途径：对零件之间的相似性进行标识， 按相似性准则将零件分类归族。
主样件的工艺过程 可代表这一族内其余 零件的全部加工要求
主样件可以是实 际存在的，也可以 是认为虚拟构造出 来的
成组技术的作用：
1) 利用零件之间的相似性分类归族，扩大 了生产批量，可用少品种、大批量的生产率和 经济效益实现多品种、中小批量的自动化生产
确定筹资渠道。在可能的情况下尽量利用政 府的扶持政策，争取最大的外部援助。应优先选 择政府拨款，其次无息贷款，再其次政府低息或 贴息贷款，最后是银行贷款。
4) 效益分析
企业是经济动物，效益和利润是企业始终应 该追求的目标。
实施AMS项目的目的是达到企业的终极目标。 任何偏离这个终极目标的技术改造都是无源之水， 无木之舟，最终都是不可长久的。
进行可行性论证的重要原则是：客观、科学、 合理、全面。
主要解决两个问题：项目实施的必要性(包 括现实的必要性和遇见的必要性)，项目的可 行性。
2. 可行性论证的主要内容
1) 确定合理的建立AMS的目标
(1) 明确的定量目标
(2) 明确的责任和活动范围
(3) 确定和合适的约束条件
(4) 确定客观的需求
6) 可行性分析
(1) 经济可行性：产品市场、项目投资、运行 及维持费用和投资效益分析
(2) 技术可行性：加工对象和成组技术分析、 加工工艺和加工设备分析、系统柔性和扩充能力 分析、物流路线和平面布局分析、系统控制与生 产管理系统分析、系统集成性分析和其他
(3) 运行可行性：企业的外部、内部环境分析， 社会技术资源分析、社会影响分析和其他
兼顾经济效益和社会效益。在保证经济效益 的前提下，尽可能是社会效益最大化。条的实施计 划。由于可行性方案论证还没有结束，后续论证 过程中某些因素可能还有变化，或前面已确定的 某些因素由于情况的变化而发生了改变，这个实 施计划有可能需要经历多次反复、修改的过程。
第四章 自动化制造系统的总体 设计
本章主要内容：
系统的可行性论证 系统分析的内容 总体设计的内容和步骤 零件族的确定和工艺分析 总体布局和设备配置 控制与生产管理
第1节 系统的可行性论证
1. 概述：
可行性论证主要指系统实施前的技术性和经 济性分析。它是企业审定系统实施方案和是否 批准立项的基本依据。
制定AMS技术方案中要注意的问题 系统的技术水平和要求必须符合国情 坚持需求驱动、效益驱动的原则 加强关键技术的攻关和突破 重视管理 注重系统集成效益 注重教育和人才培训
3) 制定投资概算
在第2步确定了项目的技术方案后，即可根据 设备、硬件、软件及开发制造、培训等等费用制 作系统的项目概算。
包括目标分析和产品与零件分析。
2. AMS类型选择的原则：
1) 根据生产批量和生产方式选择 2) 根据零件的形状结构选择 3) 根据用户资金情况选择 4) 根据工厂的现状和发展规划选择 5) 根据自动化制造系统的目标选择
第3节 总体设计的内容和步骤
1. 总体设计的内容：
1) 零件族选择 2) 工艺分析，制定加工方案 3) 建立系统的功能模型和信息模型 4) 确定设备类型和配置，进行总体平面布 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) 通信网络及数据库管理系统设计 7) 辅助装置的确定 8) 计算机仿真确定最佳方案 9) 可靠性分析 10) 评估系统风险和经济效益
2. 总体设计的步骤：
1) 组织队伍，明确分工 2) 选择加工零件类型和范围，进行工艺分析、制定 工艺方案、确定设备选型
3) 划分设计模块，制定技术指标和设计接口，概要 设计和初步设计