现代制造系统的研究

现代制造系统的研究

摘要

制造系统是现代工业工程学进行企业系统设计和运作优化的重要内容。熟悉和掌握现代制造系统是工业工程师必不可少的重要知识。本文系统地介绍了制造系统工程基础，成组技术基础，机床数字控制与编程基础，柔性制造及系统的基本原理，工业机器人及其应用，装配及自动化装配，质量工程、质量改进与自动检测，监控基础，新一代制造系统快速可重构制造系统等内容。

关键词：现代制造；系统；技术

一、现代制造系统的概念

现代制造系统是由众多制造理论、制造技术、制造过程、制造装备、制造资源以及组织体系等组成的有机整体，涉及机械工程、计算机与微电子工程、信息工程、控制工程、工业工程、管理工程等众多领域的知识和技术。

二、制造系统的一些现代设计方法简介

⑴优化设计。优化设计英文名是从多种方案中选择最佳方案的设计方法。它以数学中的最优化理论为基础，以计算机为手段，根据设计所追求的性能目标，建立目标函数，在满足给定的各种约束条件下，寻求最优的设计方案。

第二次世界大战期间，在军事上首先应用了优化技术。1967年，美国的R.L.福克斯等发表了第一篇机构最优化论文。1970年，C.S.贝特勒等用几何规划解决了液体动压轴承的优化设计问题后，优化设计在机械设计中得到应用和发展。随着数学理论和电子计算机技术的进一步发展，优化设计已逐步形成为一门新兴的独立的工程学科，并在生产实践中得到了广泛的应用。通常设计方案可以用一组参数来表示，这些参数有些已经给定，有些没有给定，需要在设计中优选，称为设计变量。如何找到一组最合适的设计变量，在允许的范围内，能使所设计的产品结构最合理、性能最好、质量最高、成本最低（即技术经济指标最佳），有市场竞争能力，同时设计的时间又不要太长，这就是优化设计所要解决的问题。一般来说，优化设计有以下几个步骤：①建立数学模型。②选择最优化算法。③程序设计。④制定目标要求。⑤计算机自动筛选最优设计方案等。通常采用的最优化算法是逐步逼近法，有线性规划和非线性规划。

⑵并行设计。并行工程是对产品设计及其相关过程（包括设计过程、制造过程和支持过程）进行并行、一体化设计的一种系统化的工作模式。并行工程把计算机辅助设计、制造、管理和质量保证体系等有机地集成在一起，实现信息集成、信息共享、过程集成。这种工作模式力求使产品开发者在设计阶段就考虑到从概念形成到产品报废（甚至销毁）整个产品全生命周期中的质量、成本、开发时间和用户需求等所有因素。

并行工程把时间作为关键因素，它以缩短产品上市时间为主要目标，从产品设计阶段就开始最大限度地寻求新产品的可制造性、可装配性、可检验性、易维护性以便缩短上市周期和增强市场竞争能力。

并行工程系统包括工程技术人员的集成和并行工程环境的实现。工程技术人员的集成，要求集中涉及产品全生命周期的所有部门的工程技术人员，组成并

行设计小组，共同设计制造产品，对产品的各种性能和制造过程进行计算机动态仿真，生成软样品或快速出样，进行分析评议，改进设计，取得最优结果，争取一次成功。并行工程环境是一种智能设计平台，支持产品设计和过程设计。并行工程环境必需具有：统一的信息模型，分布式环境，开发式界面和智能控制能力。统一的信息模型是实现工程技术人员集成的基础；分布式环境是实现并行的必要条件；开放式界面使工程技术人员从各自的角度对同一产品协同设计；智能控制具有调度设计、仿真、分析及协同设计中出现的冲突问题，提出改进设计的能力，它是实现并行工程的关键。

并行设计是并行工程的主要组成部分，也是并行工程的核心。并行设计要求产品设计及其相关过程并行进行，是设计及相关过程并行、一体化、系统化的工作模式。这种工作模式力图使产品开发设计从一开始就考虑到产品的全生命周期，在设计时就将下游环节的可靠性、技术性、生产性等作为设计环节的约束条件，以避免或减少产品开发进行到晚期才发现错误，再返回到设计初期进行修改。

⑶鲁棒性设计。鲁棒性原是统计学中的一个专门术语，20世纪70年代初开始在控制理论的研究中流行起来，用以表征控制系统对特性或参数摄动的不敏感性。在实际问题中，系统特性或参数的摄动常常是不可避免的。产生摄动的原因主要有两个方面，一个是由于量测的不精确使特性或参数的实际值会偏离它的设计值（标称值），另一个是系统运行过程中受环境因素的影响而引起特性或参数的缓慢漂移。因此，鲁棒性已成为控制理论中的一个重要的研究课题，也是一切类型的控制系统的设计中所必须考虑的一个基本问题。对鲁棒性的研究主要限于线性定常控制系统，所涉及的领域包括稳定性、无静差性、适应控制等。鲁棒性问题与控制系统的相对稳定性（频率域内表征控制系统稳定性裕量的一种性能指标）和不变性原理（自动控制理论中研究扼制和消除扰动对控制系统影响的理论）有着密切的联系，内模原理（把外部作用信号的动力学模型植入控制器来构成高精度反馈控制系统的一种设计原理）的建立则对鲁棒性问题的研究起了重要的推动作用。当系统中存在模型摄动或随机干扰等不确定性因素时能保持其满意功能品质的控制理论和方法称为鲁棒控制。早期的鲁棒控制主要研究单回路系统频率特性的某些特征，或基于小摄动分析上的灵敏度问题。现代鲁棒控制则着重研究控制系统中非微有界摄动下的分析与设计的理论和方法。

三、制造工艺系统的设计

1,制造工艺系统的概念：为企业级制造系统的一个子系统，位于企业加工车间的底层，是作用于一定范围的被加工对象，具有一定柔性自动化程度的各种加工设备和高素质人员组成的一个有机整体。

2制造工艺系统设计的基本内容：是为产品或零件的制造过程制定一个工艺流程计划，构造一个生产加工环境。在该生产环境下，通过所制定的工艺流程计划的实施使原材料经不同工作位置的加工转换，最终成为产品或成品。

3, 制造工艺系统布局的目标： 1,现和满足生产工艺过程的要求； 2,较高的生产效率和合理的设备利用率； 3,合适的柔性

4,制造工艺系统布局基本方法：

⑴机群式布局。是按生产工艺组织，把同种工艺类型的设备集中在一起。

⑵生产线布局。是指设备按产品生产工艺流程的工艺顺序进行排列，形成生产线，生产线的形状可采用直线型、U型或其它形状。

⑶从至表法布局。是一种试验性布局方法，适用于加工设备在运输线路一侧成