第2章先进制造系统的基础理论.ppt

第2章 先进制造系统的基础理论  2.1 先进制造系统的基本构成 2.2 先进制造系统的信息制造观 2.3 先进制造系统的三流理论 2.4 先进制造系统的控制方式 2.5 先进制造系统的总体结构 2.6 先进制造系统的功能构成 2.1 先进制造系统的基本构成 2.1.1 先进制造系统基本概念 国际生产工程学会（CIRP）1990年将制造系统定义为：制造系统是制造业中形成制造生产（简称生产）的组织形式，而在机电工程产业中的制造系统具有设计、生产、发运和销售的一体化功能。 制造系统作为由人、工具、材料组成的有机整体，存在狭义的制造系统概念和广义的制造系统概念。 2.1.2 先进制造系统基本构成和特点 制造系统是由众多要素和子系统组成的有机整体，因而在子系统与要素之间存在着组织、协调等管理问题。制造系统是过程系统与结构系统的统一，因此制造系统理论应该实现过程研究与结构研究的统一，即制造系统理论应该实现静态分析与动态分析的统一。 制造系统的基本特性包括： ⑴ 集合性 ⑵ 相关性 ⑶ 目的性 ⑷ 环境适应性 ⑸ 动态性 ⑹ 反馈性 ⑺ 随机性 2.2 先进制造系统的信息制造观 随着信息技术的发展，制造技术从不同的角度产生一些新的生产模式，其中有CIM、CE、VM、IMS、AM等。 信息化制造的产生应该是以信息化技术为主题的多学科综合技术对现有的制造系统理论与技术的继承、发展、综合与扬弃，同时也是从量变到质变的过程。 其关键特征是：全方位、信息化、全球化、网络化、集成化、敏捷化。 2.3 先进制造系统的三流理论 制造系统在运行过程中，无时无刻不伴随着“三流”的运动，即总是伴随着物料流、信息流和能量流的运动。 ⑴ 物料流 制造系统输入的是原材料或坯料（有时也包括半成品）及相应的刀具、量具、夹具、润滑油、冷却液和其它辅助物料等，经过输送、装夹、加工检验等过程，最后输出半成品或产品（一般还伴随着切削废料的输出）。整个加工过程（包括加工准备阶段）是一个物料输入和输出的动态过程，这种物料在制造系统中的运动被称为物料流。 ⑵ 信息流 在制造系统中，必须集成各方面的信息，以保证制造过程的正常进行。这些信息主要包括加工任务、加工工序、加工方法、刀具状态、工件要求、质量指标、切削参数等。这些信息又可分为静态信息（如工件尺寸要求、公差大小等）和动态信息（如刀具磨损程度、机床故障状态等）。 这些信息构成了制造过程的信息系统，这个系统不断地和制造过程中的各种状态进行信息交换，从而有效地控制制造过程，以保证制造的效率和产品质量。这种信息在制造系统中的作用过程称为信息流。 ⑶ 能量流 能量是一切物质运动的基础。制造系统是一个动态系统，其动态过程是指制造过程中的各种运动过程。这个运动过程中的所有运动，特别是物料的运动，均需要能量来维持。来自机械加工系统外部的能量（一般是电能），多数转变为机械能。一部分机械能用以维持系统中的各种运动，另一部分通过传递、损耗而达到制造系统的切削区域，转变为分离金属的动能和势能。这种在制造过程中的能量运动称为能量流。 制造系统的整体性能与系统的各个组成部分是紧密相关的。系统中的物料流、信息流、能量流之间相互联系，相互影响，组成了一个不可分割的有机整体。 2.4 先进制造系统的控制方式 2.4.1 先进制造系统对控制结构的要求 目前，外部环境和内部环境的变化。对制造系统控制结构提出了一系列要求，其中以下几点已成为衡量制造系统控制结构性能的重要因素。 ⑴ 可靠性/容错能力 ⑵ 可更改性/可扩展性 ⑶ 可重构性/适应性 2.4.2 先进制造系统集中式控制结构 为了便于对控制系统进行研究，人们把一个复杂的控制系统分为若干组成部分（控制单元），控制结构描述了控制系统中个控制单元的决策职责和权限及各控制单元之间的协调关系。控制系统的职责分配在相应控制结构的各控制单元之中，并通过各控制单元协调执行。 主要特征如下： ⑴ 集中控