自动化制造系统的总体设计.ppt
第四章 自动化制造系统的总体设计第一节 系统的可行性论证第二节 系统分析及系统类型的选择第三节 总体设计的内容及步骤第四节 零件族的确定及工艺分析第五节 总体布局和设备配置设计第六节 自动化制造系统的控制与生产管理第七节 自动化制造系统的可靠性分析,第一节 系统的可行性论证,一、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。可行性论证要客观、真实地反映企业对实施自动化制造系统的需求，论证的结论必须是可行的。,二、必要性分析,可行性论证要解决两个方面的问题，一是项目实施的必要性，它说明项目对企业的发展是必要的；另一方面是项目的可行性，它说明在现有的条件下或经过一定的努力项目是可能实现的。现实的必要性预见的必要性,三、建立自动化制造系统的目标,建立自动化系统应考虑的因素：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总目标可行性论证应有四方面的要求：有明确的定量目标要明确责任和活动范围能提出约束条件是客观的需要TQCSE,四、制定自动化制造系统的技术方案,确定加工工艺方案选加工设备确定工件输送及管理系统方案确定刀具输送更换及管理系统方案确定必要的清洗、测量、切削液的回收、切屑清除及其它特殊处理设备的配置确定系统控制结构及配置方案确定数据管理系统方案确定通信网络方案,四、制定自动化制造系统的技术方案,在确定自动化制造系统的技术方案时，需要注意以下问题：必须坚持走适合我国国情的自动化制造系统发展道路自动化程度低企业管理方式落后职工素质急需提高始终坚持需求驱动、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与人才培训,五、投资概算,按技术方案，分别就各种设备、计算机系统、软件配置、软硬件设备开发/制造、土建及培训费用等进行分类概算。投资可行性论证是自动化制造系统总体方案及其实施的重要约束条件。自动化制造系统投资一般来源于企业自筹资金、技术改造费或是贷款。资金来源的可靠性、投资方式、回收期以及还贷能力均须详细论证。投资分析不仅包括自动化制造系统加工设备的投资，还应有辅助工程投资，如刀具、托盘、工装、配套件、车间级支持软件环境、规划设计及验收费用等，均需落实。投资论证的准确度一般控制在总投资的10%左右，并且要阐明专项费用的使用管理制度，以保证投资的有效使用。,六、效益分析,主要的效益预计指标：缩短零件制造周期降低废品率减少工装费用减少试切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,七、系统实施计划,根据企业生产经营状况，资金筹集的可能性，承制单位的情况等，规划自动化制造系统项目实施的各工作阶段。,八、可行性分析,经济可行性产品市场分析项目投资分析运行及维持费用分析投资效益分析,八、可行性分析,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的柔性和扩充能力分析物流线路和平面布局分析系统控制与生产管理系统分析系统的集成性分析其他,八、可行性分析,运行可行性企业外部环境分析企业内部环境分析可能利用的社会技术资源分析新建系统的社会影响分析其他,九、可行性论证报告,可行性论证经过以上一系列分析之后，最终应以书面报告的形式提交其论证结论，作为企业领导决策参考和将来进一步开发的依据。系统可行性论证报告一般应包括企业现状和运行环境分析、建立系统的基本目标、系统的初步逻辑模型、系统的初步技术方案、系统投资估算及对人力与物力的需求分析、建立自动化制造系统的必要性与可行性论证、系统建立的风险因素等，最后给出明确的结论与建议。,第二节 系统分析及系统类型的选择,一、系统分析,系统分析是开发自动化制造系统的一个重要阶段，是建立系统模型的第一步。目标分析是系统分析的首要进行的工作，包括对企业的发展目标和拟建立的自动化制造系统要达到的目标进行分析。产品和零件分析是系统分析的一项重要内容，是新建自动化制造系统在设计、选型、设备购置和投资估算的重要依据。通过对企业和系统的目标、产品和零件的制造类型以及零件的工艺特征进行分析后，应提出对新建自动化制造系统的功能和性能需求。,二、自动化制造系统类型选择的意义和原则,根据生产批量和生产方式选择根据零件的形状结构选择根据用户资金情况选择根据工厂的现状及发展规划选择根据自动化制造系统的目标选择,第三节 总体设计的内容及步骤,一、总体设计内容,零件族选择制定加工方案建立系统的功能模型和信息模型确定设备类型及配置，进行系统总体平面布局确定物流系统方案、控制系统方案、质量控制及监控方案计算机通信网络及数据库管理系统的设计辅助装置的确定对系统配置及运行方案进行计算机仿真以确定最佳方案对系统进行可靠性分析对系统进行风险分析和经济效益评估等,二、总体设计的步骤,组织队伍，明确分工选择加工零件类型和范围，进行工艺分析、制定工艺方案、确定设备类型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总体方案初步设计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进行仿真分析，确定刀库容量、托盘缓冲站数量等参数组织专家评审总体设计方案文档撰写,第四节 零件族的确定及工艺分析,一、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。,将多种零件按其相似性分类成组，人为扩大生产批量,重复使用原则：资源重复使用，降低生产成本；作业熟练程度增加，提高生产率。,一、成组技术,（一）机械类产品中零件的统计规律 联邦德国亚琛（Aachen）工业大学1960-1961年曾对机床、发动机、矿山机械、纺织机械和军械等26个不同性质的企业选取了45000种零件，进行分析研究。结果表明，任何一种机械类产品的零件组成如下：第一类：复杂件或特殊件（5%-15%）第二类：相似件（70%）第三类：简单件或标准件（20%）,机械类产品的零件组成,图1-219 JLBM-1 分类编码系统,图1-22 压盖零件编码（001021103050736),（二）成组技术的实质,成组技术是机械制造过程中一种先进的科学的生产和组织管理方法，它旨在识别和开发机械制造过程中各环节诸种信息间的相似性，采取适当的组织形式和先进技术，实现其工作的合理化、科学化，使多品种、中小批和单件生产的企业获得较好的经济和社会效益。,零件相似性的组成,零件的相似性,（三）成组技术的应用与发展,产品设计方面制造工艺方面生产组织管理方面,1）加工单元组织形式 成组单机 成组单元 成组流水线 成组柔性制造系统,图1-24 成组单元布置形式,国外发展：,成组技术20世纪50年代提出至今已经经历了50年左右的发展和应用。20世纪50年代中期，前苏联米特凡诺夫教授提出了较为完整的体系，1959年出版成组工艺科学原理。20世纪50年代末60年代初，成组技术传入东欧和西欧各国20世纪60年代以后，日本，19681976年，逐步开发5个零件分类编码系统（KC-1、2及KK-1、2、3）；20世纪80年代以来，单元技术发展-CIMS发展，仍以相似性原理划分的零件族为基础。成组技术：CAD/CAPP/CAM/FMS的重要基础.,国内发展：,20世纪60年代初，纺织机械、飞机、机床及工程机械等机械制造业中推广应用成组技术。十年文革，停滞。改革开放后，成组技术受到重视。原机械部设计研究院负责组织研制全国机械零件分类编码系统JLBM-1。1986年11月召开全国成组技术研究会第三届学术讨论会。,三、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,四、零件选择方法,1.人工挑选法 由经验丰富的人根据蓝图和工艺路线来选择2.计算机自动选择法 按成组技术的原理，以计算机为工具，建立数学模型和相应的算法，自动从众多零件中挑选合适的。,五、零件工艺分析,工艺分析的要点：工序的集中性工序的选择性成组技术原则切削参数的合理性工艺分析的基本步骤：分析产品工艺要求（零件形状及结构特点/零件轮廓尺寸范围/零件加工精度/材料硬度及可切削性/装夹定位方式/现行工艺及特点）进行工序划分（先粗后精一装多面少刀多面负荷均衡）选择工艺基准（基准统一/便于装夹/不影响其他加工面/机外预加工）其他,第五节 总体布局和设备配置设计,一、设备配置设计,设备选择的基本原则质量效率柔性成本其他,一、设备配置设计,机械设备的配置机械加工机床工件装卸站工件检测设备其他工作设备,一、设备配置设计,物料贮运系统的设备配置物料搬运设备AGV RGV传送带和悬挂式输送装置机器人或机械手其他搬运设备物料的缓冲存储存储,二、总体平面布局设计,平面布局设计的目标、依据及基本原则目标实现和满足生产过程的要求较高的生产效率和合理的设备利用率合适的柔性进行设备平面布局设计的依据主要有：自动化制造系统的功能和任务零件特征和工艺路线设备的种类、型号和数量车间的总体布置工作场地的有效面积等,二、总体平面布局设计,平面布局设计的目标、依据及基本原则原则物料运输路线短保证设备的加工精度确保安全作业方便便于系统扩充便于控制与集成,二、总体平面布局设计,平面布局设计的基本形式一维布局二维布局三维布局,
