第4章-先进制造自动化技术
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人机功能合理 分配的自动化系统
制造自动化系统的工程概念
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3. 制造自动化系统的典型组成
a) 具有一定技术水平和决策能力的人 是人-机一体化的系统，对人的要求不是降低了，而 是提高了；
b) 一定范围的被加工对象 能在一定范围内适应被加工对象的变化；
c) 信息流及其控制系统 信息流控制着物流，进而控制产品的制造质量
（3）第三阶段(1967-1985) ¾ 柔性自动化。数控机床与工业机器人组成的柔性制造系 统发展迅速。因忽略“人”的核心作用而不尽如人意。 ¾ 多品种小批量，甚至单件生产自动化。
（4）第四阶段(1985-) 综合自动化。计算机集成制造强调制造过程的系统 性和集成性。
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2. 制造自动化系统的发展趋势
第四章 先进制造自动化技术
机电工程学院 工业工程系
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第四章 先进制造自动化技术
1 概述
2 工业机器人技术 3 柔性制造技术 4 计算机集成制造技术
2
1 先进制造自动化技术概述
3
一、制造自动化系统的概念 1. 制造自动化的内涵
¾1936年，通用公司D. S. Harder提出“自动化”概念
狭义：
) 用机器代替人的体力劳动。 ) 用机器不仅代替人的体力劳动，而且代替或辅
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3 柔性制造技术
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柔性制造技术是进入20世纪60年代以后，为 了满足产品更新、解决多品种、中小批量生产中 效率低、周期长、成本高及质量差等问题而出现 的。
柔性制造技术 FMT (Flexible Manufacturing Technology) 是用于多品种中小 批量和适应加工各种不同形状对象的各种制造自 动化技术总称。
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（4）功能扩展化
¾ 从目前面向零件加工的，向面向毛坯制造、自动装 配、自动测试、自动包装等多目标体系发展。
（5）小型化
¾ 因其成本低、功能强、能满足要求、易于操作和管 理等优点将得到广泛应用。如DNC，FMC
（6）简单化
¾ 在满足要求的前提下，系统越简单的越好。降低投入 及使用成本，提高可靠性。
是集数控技术、计算机技术、机器人技术以 及现代管理技术为一体的现代制造技术。
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一. 柔性的概念及其衡量指标
制造系统的柔性，是指系统适应外部和内部 环境变化的能力。
即制造系统适应产品变化和生产条件变化的 特性，可从七个方面来衡量。
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七种柔性及其衡量指标
分类
定义
衡量指标
设备 柔性
系统中设备实现加工不同零件所需的调整
（1）高度智能集成化
¾ 这是计算机集成制造技术和人工智能技术在制造系统 广泛应用的必然结果，智能化已成为制造自动化系统 的主要发展方向之一。
¾ 智能技术使得制造系统具有自适应、自决策、自诊断、 自纠正能力。
¾ 智能集成性化主要体现在：信息和功能的集成、过程 的集成、企业的集成等方面。
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（2）人机结合的适度自动化
机床自动线。
¾ 1946年，苏联学者米特洛万诺夫提出成组生产工艺的 思想，其成为制造自动化系统赖以生存和发展的重要技 术之一。
¾ 单一品种大批量生产。生产率高、加工品种单一。
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1. 制造自动化系统的发展历史
（2）第二阶段(1952-1965) ¾ 数控技术，特别是单机数控得到飞速发展。对多品种、 小批量生产自动化意义重大。
¾ 不片面强调完全自动化，坚持人在自动化系统中 的核心地位，强调实现人机功能的合理分配，并 能够充分发挥人的主观能动性。
¾ 其特点是成本低、可靠性高、系统结构简单。
（3）强调系统的柔性和敏捷性
¾ 适应多品种、小批量的市场环境和快速响应市场需 求，在于系统的柔性和敏捷性。着力点在于通过采 用模块化设计技术、并行设计技术、成组技术、业 务流程重组、敏捷制造等新技术手段，通过改变自 身的结构适应外部环境的不断变化。
机器设备易于实现 加工不同类型零件
时间，包括：1）更换磨损刀具的时间；2） 为加工同一类而不同组的零件所需的换刀 时间；3）组装新夹具所需的时间；4）机
所具备的转换能力。 床实现加工不同类型零件所需的调整时
间，a. 刀具准备时间；b. 零件安装定位和
拆卸时间；c.更换数控(NC)程序时间。
助人的脑力劳动。
广义：表现在形式、功能和范围三个方面：
① 形式方面：
z 代替人的体力劳动；代替或辅助人的脑力劳动； z 制造系统中人、机及系统的协调、管理、控制和优化。
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1. 制造自动化的内涵
② 功能方面 代替人的体力和脑力劳动是制造自动化功能的一部分。 当前完整的制造自动化功能目标体系模型为TQCSE： z T—时间，意在缩短产品制造周期，提高生产率； z Q—质量； z C—成本； z S—服务，一是为市场服务，一是通过减轻劳动强度 的方式为员工服务； z E—环境，资源利用充分，环境污染少，绿色制造
③ 范围方面 制造自动化不仅涉及到具体的生产过程，而是涉及产品 生命周期所有过程。
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一、制造自动化系统的概念
2. 制造自动化系统的概念
制造自动化系统——由一定范围的被加工 对象、一定柔性和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，在人和 计算机控制系统的共同作用下，实现一定程度 的柔性制造自动化，最后输出产品、文档资料、 废料和对环境的污染。
（7）环保化
¾ 未来制造自动化系统在规划和使用过程中都应符合环 保要求，不污染环境，并能减少对资源的消耗。
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三、先进制造自动化系统的关键技术
1. 制造自动化系统的理论和方法研究 2. 制造自动化系统开放式智能式体系结构研究 3. 面向制造自动化技术的数控技术研究 4. 面向制造自动化技术的机器人技术研究 5. 面向制造自动化技术的柔性制造技术研究 6. 面向制造自动化技术的集成制造技术研究 7. 面向制造自动化技术的智能制造技术研究
d) 能量流及其控制系统 能量流为物流过程提供能量，以维持系统的运行
e) 物料流及物料处理系统 是系统的主要运作方式，是制造自动化系统规划的 重要内容
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二、制造自动化系统的发展ห้องสมุดไป่ตู้史和发展趋势
1. 制造自动化系统的发展历史
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1. 制造自动化系统的发展历史
（1）第一阶段(1870-1950)
¾ 从纯机械控制到电液控制的刚性自动化加工单机和系统。 ¾ 传统的制造方法和半自动及自动机床、组合机床、组合
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人机功能合理 分配的自动化系统
制造自动化系统的工程概念
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3. 制造自动化系统的典型组成
a) 具有一定技术水平和决策能力的人 是人-机一体化的系统，对人的要求不是降低了，而 是提高了；
b) 一定范围的被加工对象 能在一定范围内适应被加工对象的变化；
c) 信息流及其控制系统 信息流控制着物流，进而控制产品的制造质量
（3）第三阶段(1967-1985) ¾ 柔性自动化。数控机床与工业机器人组成的柔性制造系 统发展迅速。因忽略“人”的核心作用而不尽如人意。 ¾ 多品种小批量，甚至单件生产自动化。
（4）第四阶段(1985-) 综合自动化。计算机集成制造强调制造过程的系统 性和集成性。
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2. 制造自动化系统的发展趋势
第四章 先进制造自动化技术
机电工程学院 工业工程系
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第四章 先进制造自动化技术
1 概述
2 工业机器人技术 3 柔性制造技术 4 计算机集成制造技术
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1 先进制造自动化技术概述
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一、制造自动化系统的概念 1. 制造自动化的内涵
¾1936年，通用公司D. S. Harder提出“自动化”概念
狭义：
) 用机器代替人的体力劳动。 ) 用机器不仅代替人的体力劳动，而且代替或辅
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3 柔性制造技术
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柔性制造技术是进入20世纪60年代以后，为 了满足产品更新、解决多品种、中小批量生产中 效率低、周期长、成本高及质量差等问题而出现 的。
柔性制造技术 FMT (Flexible Manufacturing Technology) 是用于多品种中小 批量和适应加工各种不同形状对象的各种制造自 动化技术总称。
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（4）功能扩展化
¾ 从目前面向零件加工的，向面向毛坯制造、自动装 配、自动测试、自动包装等多目标体系发展。
（5）小型化
¾ 因其成本低、功能强、能满足要求、易于操作和管 理等优点将得到广泛应用。如DNC，FMC
（6）简单化
¾ 在满足要求的前提下，系统越简单的越好。降低投入 及使用成本，提高可靠性。
是集数控技术、计算机技术、机器人技术以 及现代管理技术为一体的现代制造技术。
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一. 柔性的概念及其衡量指标
制造系统的柔性，是指系统适应外部和内部 环境变化的能力。
即制造系统适应产品变化和生产条件变化的 特性，可从七个方面来衡量。
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七种柔性及其衡量指标
分类
定义
衡量指标
设备 柔性
系统中设备实现加工不同零件所需的调整
（1）高度智能集成化
¾ 这是计算机集成制造技术和人工智能技术在制造系统 广泛应用的必然结果，智能化已成为制造自动化系统 的主要发展方向之一。
¾ 智能技术使得制造系统具有自适应、自决策、自诊断、 自纠正能力。
¾ 智能集成性化主要体现在：信息和功能的集成、过程 的集成、企业的集成等方面。
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（2）人机结合的适度自动化
机床自动线。
¾ 1946年，苏联学者米特洛万诺夫提出成组生产工艺的 思想，其成为制造自动化系统赖以生存和发展的重要技 术之一。
¾ 单一品种大批量生产。生产率高、加工品种单一。
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1. 制造自动化系统的发展历史
（2）第二阶段(1952-1965) ¾ 数控技术，特别是单机数控得到飞速发展。对多品种、 小批量生产自动化意义重大。
¾ 不片面强调完全自动化，坚持人在自动化系统中 的核心地位，强调实现人机功能的合理分配，并 能够充分发挥人的主观能动性。
¾ 其特点是成本低、可靠性高、系统结构简单。
（3）强调系统的柔性和敏捷性
¾ 适应多品种、小批量的市场环境和快速响应市场需 求，在于系统的柔性和敏捷性。着力点在于通过采 用模块化设计技术、并行设计技术、成组技术、业 务流程重组、敏捷制造等新技术手段，通过改变自 身的结构适应外部环境的不断变化。
机器设备易于实现 加工不同类型零件
时间，包括：1）更换磨损刀具的时间；2） 为加工同一类而不同组的零件所需的换刀 时间；3）组装新夹具所需的时间；4）机
所具备的转换能力。 床实现加工不同类型零件所需的调整时
间，a. 刀具准备时间；b. 零件安装定位和
拆卸时间；c.更换数控(NC)程序时间。
助人的脑力劳动。
广义：表现在形式、功能和范围三个方面：
① 形式方面：
z 代替人的体力劳动；代替或辅助人的脑力劳动； z 制造系统中人、机及系统的协调、管理、控制和优化。
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1. 制造自动化的内涵
② 功能方面 代替人的体力和脑力劳动是制造自动化功能的一部分。 当前完整的制造自动化功能目标体系模型为TQCSE： z T—时间，意在缩短产品制造周期，提高生产率； z Q—质量； z C—成本； z S—服务，一是为市场服务，一是通过减轻劳动强度 的方式为员工服务； z E—环境，资源利用充分，环境污染少，绿色制造
③ 范围方面 制造自动化不仅涉及到具体的生产过程，而是涉及产品 生命周期所有过程。
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一、制造自动化系统的概念
2. 制造自动化系统的概念
制造自动化系统——由一定范围的被加工 对象、一定柔性和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，在人和 计算机控制系统的共同作用下，实现一定程度 的柔性制造自动化，最后输出产品、文档资料、 废料和对环境的污染。
（7）环保化
¾ 未来制造自动化系统在规划和使用过程中都应符合环 保要求，不污染环境，并能减少对资源的消耗。
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三、先进制造自动化系统的关键技术
1. 制造自动化系统的理论和方法研究 2. 制造自动化系统开放式智能式体系结构研究 3. 面向制造自动化技术的数控技术研究 4. 面向制造自动化技术的机器人技术研究 5. 面向制造自动化技术的柔性制造技术研究 6. 面向制造自动化技术的集成制造技术研究 7. 面向制造自动化技术的智能制造技术研究
d) 能量流及其控制系统 能量流为物流过程提供能量，以维持系统的运行
e) 物料流及物料处理系统 是系统的主要运作方式，是制造自动化系统规划的 重要内容
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二、制造自动化系统的发展ห้องสมุดไป่ตู้史和发展趋势
1. 制造自动化系统的发展历史
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1. 制造自动化系统的发展历史
（1）第一阶段(1870-1950)
¾ 从纯机械控制到电液控制的刚性自动化加工单机和系统。 ¾ 传统的制造方法和半自动及自动机床、组合机床、组合