自动化制造系统概论第六章
第一章 自动化制造系统概论讲解
1.1.2 制造
原材料
产品
1.1.2 制造
制造业：所有与制造有关的企业机构的总体。 1、创造价值：生产物质财富和新的知识； 2、提供先进的手段和装备。
1.1.2 制造
制造规模：
1、大规模制造（年产量超过5000）：标准件，如螺钉、 螺母、垫圈、销等，汽车制造。组合机床生产线
2、大批量制造（年产量500-5000）：大型汽车制造、 大型推土机制造。加工中心、柔性制造单元
适用范围：加工中心机床具有工序集中、可以有效 缩短调整时间和搬运时间、减少在制品库存、加 工质量高等优点。
了解机械制造自动化的基本概念、类型、控制方式及发展 与应用。
掌握加工设备自动化的特点及分类，以及两种典型的加工 过程自动化方法：单机工作自动化和加工自动线。
掌握物流供输系统的功能及组成；介绍类型的物流供输系 统的组成及特点。
掌握刀具自动化的特点以及各种排屑、换刀自动化装置。 了解制造过程中运用的各种检测技术。 掌握自动装配系统的组成以及自动装配工艺过程的分析。 了解集成制造系统的概念，柔性制造系统、计算机集成制
系统。
1.2.3 自动化制造系统的分类及特点
1.2.3 自动化制造系统的分类及特点
2）刚性自动化单机 它是在刚性半自动化单机的基础上增加自动上、下
料等辅助装置而形成的自动化机床。
实现的也是单个工艺过程的全部加工循环。 辅助装置包括自动工件输送、上料，下料、自动夹
具、升降装置和转位装置等；切屑处理一般由刮板 器和螺旋传送装置完成。 特点：投资少、见效快，但通用性差，是大量生产 最常见的加工装备。 用途：常用于品种变化很小，但生产批量特别大的 场合。
1.2.3 自动化制造系统的分类及特点
自动化制造系统概述共41页
1、战鼓一响，法律无声。——英国 2、任何法律的根本；不，不成文法本 身就是 讲道理 ……法 律，也 ----即 明示道 理。— —爱·科 克
3、法律是最保险的头盔。——爱·科 克 4、一个国家如果纲纪不正，其国风一 定颓败 。—— 塞内加 5、法律不能使人人平等，但是在法律 面前人 人是平 等的。 ——波 洛克
40、学而不思则罔，思而不学则殆。——孔子
谢ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ！
36、自己的鞋子，自己知道紧在哪里。——西班牙
37、我们唯一不会改正的缺点是软弱。——拉罗什福科
xiexie! 38、我这个人走得很慢，但是我从不后退。——亚伯拉罕·林肯
39、勿问成功的秘诀为何，且尽全力做你应该做的事吧。——美华纳
第一章自动化制造系统概论
第一章自动化制造系统概论自动化制造是人类在长期的生产活动中不断追求的主要目标。
随着科学技术的不断进步，自动化制造的水平也愈来愈高：采用自动化制造技术，不仅可以大大降低操作者的劳动强度，而且还可以提高生产效率，改善产品质量，提高制造系统响应市场变化的能力，从而提升企业的市场竞争能力。
第一节基本概念一、制造及制造业制造(Manufactudns)是人类按照市场需求，运用主观掌握的知识和技能，借助于手工或可以利用的客观物质和工具，采用有效的方法，将原材料转化为最终物质产品并投放市场的全过程。
制造业是所有与制造有关的企业机构的总体。
二、系统系统(System)是具有特定功能的、相互间具有有机联系的许多要素所构成的一个不可分割的整体。
一般的系统都具有下述性质：(1)目的性(2)整体性(3)集成性(4)层次性(5)相关性(6)环境适应性三、制造系统制造系统(ManufacturingSystem)是为了达到预定的制造目的而构造的物理或组织系统。
四、制造自动化制造自动化(ManufacturingAutomation)就是在广义制造过程的所有环节采用自动化技术，实现制造全过程的自动化。
五、制造规模制造企业的产品品种和生产批量大小是各不相同的，我们称之为制造规模六、制造系统的分类可以从不同的角度对制造系统进行分类第二节自动化制造系统的定义、组成及学科特点自动化制造系统的定义自动化制造系统(Automatic Manufacturing System，AMS)是由一定范围的被对象、一定的制造柔性和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它接受外部信息、能源、资金、配套件和原材料等作为输入，在人和计算机控制系统的作用下实现一定程度的柔性自动化制造，最后输出产品、文档资料、废料和对环境的污染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二、自动化制造系统的功能组成三、自动化制造系统的寿命周期自动化制造系统也有它自己的寿命周期，达到一定的服役年限后系统就得报废。
自动化制造系统 自动化制造系统(概述)PPT课件
直立和劳动创造了人类，而劳动是从制造工具
开始的。
——恩格斯 《自然辩证法 》
人猿相揖别，只几个石头磨过，小儿时节。 ——毛泽东 《贺新郎·读史 》
7
制造
物质财富是人类社会生存和发展的基础，制造是人 类创造物质财富最基本、最重要的手段
制造业对国民经济的贡献
16
发展简史（2）
材料的发展、金属工具的出现（续）
体力
干扰
需求 人脑
机构 机器
加工 对象
产品
人的 感官
❖ 材料 ❖ 能量 ❖ 信息
17
发展简史（3）
动力机械、加工设备的发展
❖ 公元前100年：罗马，水车；中国，水轮机雏形 ❖ 公元1世纪： 亚力山大，希罗，反动式汽轮机雏形 ❖ 公元25-221年：中国，杜诗，冶铸鼓风用水排 ❖ 公元265-420年：中国，杜预，水轮驱动的水转连磨 ❖ 公元700年： 波斯，风车 ❖ 1127年：中国，水转纺车 ❖ 1131年：中国，燃汽机雏形 ❖ 1629年：意大利，冲动式汽轮机雏形 ❖ 1698年：意大利，萨弗里，首次将蒸汽用于工业动力 ❖ 1705年：英国，纽科门，活塞式蒸汽机 ❖ 1769年：英国，瓦特，实用蒸汽机专利 ❖ 1838年：俄国，雅可比，直流电动机 ❖ 1897年：美国，西屋公司，两相交流感应电动机
自动化制造系统
2011年2月
1
整体 概述
一 请在这里输入您的主要叙述内容
二
请在这里输入您的主要 叙述内容
三 请在这里输入您的主要叙述内容
前言
一、课程性质及其设置目的与要求 （一）课程性质和特点 《自动化制造系统》课程是机械工程及自动化专业的一门重要的专业课程。
第1章自动化制造系统概论
自动化制造系统
进入二十世纪九十年代后期，随着市场的变化和网络信息技 术的发展，制造业又进入了一个新的发展时期——信息化时代，发 展的总体趋势是:
制造全球化 制造敏捷化 制造网络化 制造虚拟化 制造智能化 制造绿色化
自动化制造系统
1.2 自动化制造系统基本内容
一、定义
AMS,由一定范围的被加工对象、一定的制造柔性和一定的 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、配套件和原材料等作为输入，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自动化制造， 最后输出产品、文档资料、废料和对环境的污染。
制度化管理
自动机床 刚性自动生产线
大批量、品种单一 科学管理 专业分工
自动化制造系统
2、二十世纪五十年代后
1)计算机技术在制造业的应用 进入二十世纪五十年代后，随着计算机技术的发展，制造业发
生了第三次飞跃。1952年美国麻省理工学院（MIT）成功研制出第一 台数控（NC，Numerical Control）机床。 2)柔性制造系统
料流、资金流、价值流、信息流和工 作流的运动；
具有反馈性。
软件
制造系统结构特性
自动化制造系统
4.制造系统的“流”理论
■制造系统的“五流”理论:信息流、物料流、资金流、价值流、工作流
自动化制造系统
■机械制造系统的“三流”理论：物料流、信息流、能量流
自动化制造系统
四、自动化制造系统
1、自动化的概念 2、制造自动化的概念 3、制造自动化的发展历程 4、制造自动化的发展趋势 5、制造自动化的组成、分类及其特点
50年代和60年代：规模效益第一 70年代和80年代：价格竞争第一和质量竞争第一 90年代 ：市场响应速度第一
自动化制造系统概论
第1章自动化制造系统概论本章教学要点，导入案例（看书解释）1.1 基本概念1.1.1 系统1. 系统的定义：系统是指由相互联系、相互作用的若干要素构成的具有特定功能的有机整体。
2. 系统的特征：系统的特征是从各种具体的系统中抽象出来的系统的共性。
明确系统的特征是我们正确认识系统的关键。
作为一个系统，一般具备五大特征。
1）目的性：通常系统都具有某种目的。
比如，经过改造的自然农田系统，目的是为了发展农业生产，增加粮食产量；一个技术系统的目的可能是实现某种技术要求，达到给定的性能、经济和进度指标。
但明确系统的目的并非易事，必须经过严格的论证，并要求提出科学的书面报告。
要实现系统目的，一般要制定具体目标。
首先制定总目标及总功能，然后层层分解成各分目标并落实。
另外，分目标之间可能是矛盾的，要注意整体平衡与协调。
比如设计一个工厂，它的分目标可能有“基建费最低”、“运行费最小”、“可靠性最大”等等。
显然，较低的基建投资往往导致较高的运行费，较高的安全可靠性标准将使基建费和运行维修费都增加。
因此，要获得全局最佳结果，就要在矛盾的分目标之间根据贡献大小寻找一个折衷方案。
2）整体性：系统是由相互联系的若干要素组成的，它作为一个有机整体存在于特定的环境之中。
系统的整体性可以从以下几方面来理解。
首先，系统是一个集合，是由两个或两个以上相互区别的要素结合而成。
其次，系统整体联系的统一性。
在系统中各个要素对整体的影响不是独立的，而是依赖于其它若干要素的协同作用。
也就是说，系统要素的性质和行为并非独立地影响系统整体的功能或特征，而是相互影响、相互协调地来适应系统整体的要求，实现系统的功能。
再次，系统功能的非加和性。
系统要素相互区别、相互作用构成了整体，但整体功能不等于各要素功能之和。
即使每个要素是良好的，但组成的整体不一定具有良好整体功能。
由此可知，系统之所以产生整体性，是因为系统的各个组成部分服从系统的目的和要求，而形成一种协同作用。
自动化概论第六讲
基本上属于“方法”范畴，理论 分析困难，理论体系尚未建立。
040
第39页/共84页
智能控制的发展阶段：
萌芽期（60年代） 形成期（70年代） 发展期（80年代）
高潮期（90年代至今）
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智能控制的主要类型
专家控制 模糊控制 神经网络控制 学习控制 基于规则的仿人控制
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第23页/共84页
PID控制的结构
误差e
比例作用 积分作用 微分作用
控制量u
u(t) K pe(t) Ki
e(t)dt
Kd
de(t) dt
比例、积分、微分作用可根据需要进行不同组合， 如 P控制、PI控制、PD控制、PID控制。
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例：水温调节系统
热水 冷水
调节阀
动对系统的影响，抑制扰动比反馈控制更及时。
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第17页/共84页
补偿控制属于开环控制，补偿效果取决 于设计是否准确，而且仅对特定可测扰动有 效，一般扰动要靠反馈控制来抑制。
给定 给定 电压 电位器
补偿 调节器
扰动 检测
电源电压 波动
扰动
误差
控制器
控制 电压
功率 放大器
输出 电压
加热炉
炉温
反馈电压
广义地讲，几乎所有的自动控制系统都在一定 程度上模仿了人的控制方式，或多或少地具有 “智能”，但是今天我们所讲的“智能控制”仍 然有别于传统的自动控制方式，两者虽无明确的 界限，但存在明显的区别。
传统的自动控制是基于数学模型、以定量分析 为主；而智能控制则更多地基于知识，利用专家 经验、逻辑推理、学习功能、遗传和进化机制等 来进行控制，是以定性分析为主、定量与定性相 结合的控制方式。
自动化制造系统概论
第1章自动化制造系统概论1.2 自动化制造系统的基本内容1.2.1 自动化制造系统的定义广义地讲，自动化制造系统（Automatic Manufacturing System，AMS）是由一定范围的被加工对象、一定的制造柔性和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，它接受外部信息、能源、资金、配套件和原材料等作为输入，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自动化制造，最后输出产品、文档资料、废料和对环境的污染。
1.2.2 自动化制造系统的组成自动化制造系统的组成可以用图1.7所示的树状结构图表示。
从图1.7中可以看出，一个典型的自动化制造系统主要由以下子系统组成：毛坯制备自动化子系统、机械加工自动化子系统、储运自动化子系统、装配过程自动化子系统、辅助过程自动化子系统、热处理过程自动化子系统、质量控制子系统和系统控制子系统。
人作为自动化制造系统的基本要素，可以与任何自动化子系统相结合。
另外，良好的组织管理机构和机制对于自动化制造系统的设计和运行也是必不可少的。
本书的内容除了热处理自动化子系统和毛坯制备自动化子系统没有涉及到之外，其它的子系统均有不同程度的介绍。
1.2.3 自动化制造系统的生命周期（具体解释看书）1.2.4 自动化制造系统的分类及其特点为了更好的利用自动化制造系统，就需要了解自动化制造系统的特点。
不同的自动化制造系统有着不同的性能特点，因此应根据需要来选择不同的自动化造系统。
根据系统的柔性和规模，我们将自动化制造系统分成图1.8所示的一些类型。
1.刚性半自动化单机机床可以自动地完成除上下料外单个工艺过程的加工循环，这样的机床称为刚性半自动化单机。
这种机床采用的是机械控制或电液复合控制，一般采用多刀多面加工，如单台组合机床、通用多刀半自动车床、转塔车床等。
从自动化程度来讲，刚性半自动化单机实现的是加工自动化的最低层次。
它的调整工作量大，加工质量较差，工人的劳动强度也大。
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二、计算机仿真的发展情况 计算机仿真是随着电子计算机的出现而发展起来的。
1947年第一台通用电子计算机研制成功，仿真也随之崭露 头角。40年代末期和50年代的工作主要是利用电子模拟计 算机对连续系统进行仿真，涉及了自动控制、航天等领域。 1958年出现了第一台混合仿真计算机并成功地应用于洲际 导弹的仿真。70年代以来，已广泛的用于连续系统和离散 系统的方针。例如，用于连续系统仿真的欧拉法、龙格库 塔法、Adams法等，并出现了用于离散时间系统仿真的通 用语言GPSS、ECSL等。
4.还可以通过仿真选择合理、高效的作业计划，从而充分发 挥自动化制造系统的生产潜力，提高经济效益。
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第二节 计算机仿真的基本理论及方法
计算机仿真的一般过程
采用某种方法对真实系统进行抽象，得到系统模型，这一 过程成为建模。然后对已建成的模型进行试验研究，这个过 程成为仿真实验。最后对仿真结果进行分析，以便对系统的 性能进行评估或对建模进行改进。
7. 1.它是一种在计算机上进行试验的方法，试验所依赖的是由 实际系统抽象出来的方针模型。（得到较优解，非最优解）
8. 2.仿真结果的价值和可信度，与仿真模型、仿真方法及输入 数据有关。
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因此，需要在可信度、真实度与复杂度之间加以权衡。
对于一个实际问题，首选是数学分析法，然后是物理实验法， 再然后是仿真方法。
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二、动态调度策略的方针研究 是为了研究或验证在世纪的制作系统控制中动态调度方
案是否合理、高效，或通过实验提前消除原控制系统软件的 潜在缺陷。 三、作业计划的仿真研究 四、仿真数据的置信区间
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三、计算机仿真的意义
1. 可以替代许多难以开展或无法实现的实验。
2. 可以解决一般理论方法难以求解的大型系统问题。
3. 可以经济快速地比较不同方案以降低投资风险并节省研究开 发费用。
4. 可以避免实际试验对生命和财产的危害。
5. 可以缩短实验时间，并不拘泥于时空限制。
6. 四、计算机仿真的特点
第六章 自动化制造系统的计算机仿真及优化
第一节 计算机仿真的基本概念及意义
现代许多项目，都有一定的规模和复杂度。在进行项目的设 计和规划时，往往需要对项目的合理性、经济性等品质加以评 价；在项目实际运营前，也希望对项目的实施结果加以预测， 以便选择正确、高效的运行策略或提前消除该项目设计中的缺 陷，最大限度地提高实际系统的运行水平。采用仿真技术可以 省时、省力、省钱地达到上述目的。
建模过程中的信息来源
1.目标和目的
2.先验知识
3.实验数据
第三节 自动化制造系统仿真研究的主要内容
一、总体布局研究
1）确定各种设备的类型和数量 2）确定各种设备的相互位 置关系 3）研究系统布局对既定的场地的利用情况 4）研究 系统中最恰当的物流路径 5）研究系统在动态运行时是否会 由于布局本身的不当而发生阻塞和干涉
1.建模
1）收集必要的实际数据，为建模做基础；2）采用文字、公 式、图形等对模型的功能、结构、行为和约束进行描述；3） 将描述转化为相应的计算机程序（模型）。
2.进行仿真实验
输入必要的数据，在计算机上运行仿真程序，并记录仿真的 结果数据。
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3.结果数据统计及分析
对仿真实验结果数据进行统计分析，以期对系统进行评价。
五、自动化制造系统仿真的作用
1.在自动化制造系统的设计、运行等阶段可以起着重要的决 策支持作用；
2.在设计阶段，通过仿真可以选择系统的最佳结构和配置方 案，以保证系统建成后既可以完成预定的生产任务，又具有 很好的经济性、柔性和可靠性；
3.系统建成后，可预测系统在不同调度策略下的性能，从而 为系统运行选择较好的调度方案；