第四讲 自动化制造系统的总体设计

系统分析 自动化制造系统类型选择的意义和原则
压力加工
车身装配
油漆
内部装 饰
变速箱装配
锻造
热处理
机械加工
来自百度文库
熔化
浇铸 造型 压铸
自动线 油漆 机械加工 热处理
发动机装配
发动机试 验 底盘装 配
轮胎装配 车身安装 最后试验
驱动桥装配
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§4.3 总体设计的内容及步骤
自动化制造子系统逻辑关系
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§4.3 总体设计的内容及步骤
1.埋刮板式输送机
链式输送机的形式 有平板式输送机、 刮板式输送机、斗 式提升机、埋刮板 式输送机等。
埋刮板式输送机
a)水平型 b）z型 c）刮板链条 1—张紧段；2—加料段；3—水平段；4—刮板链条；5—头部；6—弯曲段；7—垂直中间 段；8—上回转段。
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常用的链条类型 a） 模锻链 b） 套筒滚子链 c） 板链
二次相似性
机械产品中各类零件出现有明显的规律性（图1-14） 正是由于70%左右的零件属于相似件，构成实施成组技 术的客观基础。
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§4.4 零件族的确定及工艺分析
零件出 现频数
20～ 25% 标准件
70%
5～10% 零件复杂程度
相似件
复杂件
图1-14 机械产品中不同复杂程度零件分布规律
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§4.4 零件族的确定及工艺分析
第四章 自动化制造系统的总体设计
本 章 要 点
4.1 系统的可行性论证 4.2 系统分析及系统类型的选择 4.3 系统总体设计的内容及步骤 4.4 零件族的确定及工艺分析 4.5 总体布局和设备配置设计 4.6 自动化制造系统的控制与生产管理 4.7 自动化制造系统的可靠性分析
1
自动化制造系统的总体设计
前 言
总体设计的目的是在所确定的自动化制造系统的总目标 下，从全局出发，对各组成部分之间的联系及其规律加以分析，
进行零件族的选择与工艺分析、设备选型与总体布局设计、明
确各子系统的性能及技术指标、各机械接口和软件接口的设计 等，以保证各部分之间的有机协调，使所建成的系统具有最大
的设备利用率、尽可能高的生产率、良好的系统柔性及经济性，
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波状档边输送带
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（二）链式输送机
• 链式输送机由链条、链轮，以及电动机、 减速器、联轴器等组成。长距离输送时， 还应附加张紧装置和链条支撑导轨，有关 电动机、减速器、联轴器的选用与带输送 机相同。
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链式输送机结构原理图
1—电动机；2—平带；3—链轮；4—链条；5—锥齿轮；6—减速器。
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§4.4 零件族的确定及工艺分析
成组工艺过程设计
1）综合零件法 ——
★ 综合零件包含了零件组内所有零件的结构要素，它 可以是一个实际零件，但更多情况是一个假想零件。
★ 按综合零件编制工艺规程，则该工艺规程包含了零 件组内所有零件的工艺内容。
★ 综合零件法多用于回转体零件的成组工艺过程设计。
2）综合路线法—— ★ 将零件组内所有零件的工艺内容综合在一起，形成 成组工艺。
图1-15 结构相似零件组
图1-16 工艺相似零件组
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§4.4 零件族的确定及工艺分析
GT定义
一般性定义：GT是一门生产技术科学，研究和发掘 生产活动中有关事物的相似性，并充分利用它，即把 相似的问题分类成组，寻求解决这一组问题的相对统 一的最优方案，以取得最佳效果。
机械制造领域中定义：将多种零件（部件或产品） 按其相似性分类成组，并以这些零件组（部件组或产 品组）为基础组织生产，实现多品种、中小批量生产 的产品设计、制造工艺和生产管理的合理化。 GT 被认为是一种“制造哲理”—（Manufacturing Philosophy ），是现代制造技术的一个重要理论基础。
§4.4 零件族的确定及工艺分析
多品种、中小批量生产中存在的问题
批量法则 在大批量生产中，由于采用专用、高效和自动化的生 产设备，可以获得高的生产率，低的生产成本，短的生 产周期；而多品种、小批量生产则相反。 机床利用率
例：CA6140 车床，最大加工直径φ400 ，实际加工 90 ％ 以上工件直径不足 100mm，机床利用率极低。
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气垫槽式带式输送机
28
带式输送机典型布置形式
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圆管带式输送机
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波状挡边带式输送机
1卸料漏斗； 2—头部护罩； 3—传动滚筒； 4—清扫器； 5—挡边带； 6—凸弧段机架； 7—压带轮； 8—挡轮； 9—中间机架； 10—中间架支腿； 11—上托辊； 12—凹弧段机架； 13—改向滚筒； 14—下托辊； 15—导料槽； 16—空段清扫器； 17—尾部辊轮； 18—尾架； 19—拉紧装置。
制造周期
在多品种、中小批量生产中，加工时间仅占生产时间 的约5％，其余 95％均为周转等待时间；加工时间中真 正进行切削的时间不足30% 。
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§4.4 零件族的确定及工艺分析
加工时间 制造周期 5％
30％
运输与等待时间
95％ 70％
加工时间
切削 调整、装夹、对刀、检测等
图1-13 多品种、中小批量生产的时间分配
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§4.4 零件族的确定及工艺分析
GT工作原理
将多种零件按其相似性分类成组，人为扩大生产批量
产品 部件 零件 零件组
A1 A A2 A3 B1
B
B2 C1 C2
C
C3 C4
图1-17 成组技术基本原理
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。
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§4.4 零件族的确定及工艺分析
物料的搬运是指在同一场所范围内的、以改变物料的存放 （支撑）状态（及狭义的装卸）和空间位置（既狭义的搬 运）为主要目的的活动，即对物料、产品、零部件或其他 物品进行搬上、卸下、移动的活动。 输送设备是在一定的线路上，沿同一方向连续不断地输送 物料的一种搬运设备。常见的输送设备有辊式、链式、轮 式、带式、悬挂式等多种形式。 物料输送、搬运在生产领域各个生产环节中起着相互连 接与转换作用，使生产能连续正常进行。
◆目前，单件小批量生产的产品占机械产品总数的 70 ％ 以上，并有继续增大的趋势。解决多品种、中小批量生产 的有效途径是采用 GT。
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§4.4 零件族的确定及工艺分析
GT的客观基础
机械零件之间存在相似性 这种相似性主要表现在三个方面： 结构（形状、尺寸、精度…） 材料（材质、毛坯、热处理…） 工艺（加工方法、加工设备…） 一次相似性
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（4-4a）
§4.4 零件族的确定及工艺分析
◆ 实际机床台数： Qj ≥[Qj] （4-5）
◆ 机床负荷率：

Qj [Q j ]
（4-6）
◆ 一般要求：η≥0.85 关键、稀少设备允许 η=1.1～1.2 简单设备η值可适当减小 ◆ 负荷调整与平衡： ① 负荷过低，可几个单元共用一台机床 ② 也可扩大单元内零件组数或组内零件数
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物料搬运的一般原则有：
1.保持或提高物料的搬运活性。 2.减少环节，简化作业流程，实现物流合理化。 3.以满足生产工艺的需要为前提，充分发挥机械设备的利用 率。 4.实现机械化、自动化的原则。 5.贯彻系统化、标准化原则。
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一、连续输送设备
输送机是物流系统作业中重要的且必不可少的设 备，其特点在于：
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刮板的基本形状 a） T型 b） V型 c） U型 d） B型 e） O型 f） H型 g） L型
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2.悬挂输送机
• 悬挂输送系统更加节省空间，更容易与工 艺流程结合，因此广泛应用在各个工业部 门的流水生产线的各工序之间，如机器制 造业、汽车制造业、冶炼厂、建材工业、 食品工业及其他经济部门。
总体设计的内容
总体设计的步骤
工艺 过程 信息
生产 技术 信息
产品 设计
产品 设计 信息
工艺 过程 计划
需求 订货 信息
综合 生产 计划
生产 计划 信息
生产 进度 计划
进度 计划 信息
作业 计划
作业 计划 信息
生产 实施
生产 结果 数据
生产 控制
生产 控制 信息
计划阶段
实施阶段
控制阶段
制造系统的组成
6
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坠重式张紧装置
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3.辊子输送机
• 辊子输送机主要用来输送具有一定规则形 状、底部平直的成件物品。它结构简单、 运行可靠、维护方便、经济节能；近20年 来，各种通用的和专用的辊子输送机得到 了迅速广泛发展。
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辊道式输送机 1—辊子；2—支架；3—支腿；4—物品；5—传动装置；6—驱动装置。
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悬挂输送机
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悬挂输送机的自动装载
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提式滑架
1—架空导轨；2—滑架；3—牵引链；4—挂吊具
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推式滑架
1—车体；2—推头；3—框板；4—牵引轨道；5—牵引链； 6—挡块；7—承重轨道；8—滚轮；9—导向轮。
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双滑架示意图
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各种形式的吊具
a）通过型 b）导向型 c）转向型 d）旋转型 e）屏蔽型 f）装卸型 g）柔性两点吊具 h）刚性两点吊具i）多点吊具
2）确定机床数量 ◆计算机床台数：
[Q j ]
i 1
N i t ij
F
n
（4-4）
式中 [Qj]——计算的机床台数 Ni ——第 i 种零件年需求量 tij ——第 i 种零件在第 j 种机床上的单件工时 F ——机床年台时基数 F = 250 × M × 8 × K 式中 M ——班次 K ——开机系数，常取0.9～0.95
能较好地满足用户对该系统的要求。
2
§4.1 系统的可行性论证
一、进行可行性论证的意义 二、可行性论证的内容 1、可行性论证的内涵 a、现实的必要性
2、必要性论证
b、预见的必要性 3、可行性论证应考虑的因素 4、系统技术方案的可行性分析 5、投资概算
6、效益分析
7、系统实施计划 8、形成论证报告
3
§4.2 系统分析及系统类型的选择
★多用于非回转体零件的成组工艺过程设计。
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§4.4 零件族的确定及工艺分析
【例】
实际零件 综合零件
图1-23 综合零件
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§4.4 零件族的确定及工艺分析
车间
1
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
成组工艺过程卡
特征矩阵
3 4 5 6 7 8 9
零件组代号
综合零件
页
2
工序号 工序名称及内容 机 床 1 车右端面,打中心孔,车外圆(留磨量) C6132 车螺纹,倒角,切槽,切断 2 C6132 车左端面,打中心孔,倒角 3 铣键槽（铣横槽,铣扁） X51W 调质 4 研中心孔 5 C6132 M121 磨外圆 6
GT 发展简况
★ 20世纪 50年代，前苏联院士 Митрофанов 在其著作 “成组工艺科学原理”中首次提出“成组技术”。 ★ 20世纪 60年代西欧研究 GT 形成高潮，代表人物首推 阿亨工业大学 Opitz 教授，他所领导的小组进行了大量 的调查研究工作，为成组技术提供了重要的理论依据。 ★ 20世纪 70年代，美国、日本接受成组技术，并迅速与 计算机技术联系在一起，使其得到更好的应用。 ★ 20世纪 80、90年代， GT 与各种新的制造方式相结合， 成为现代制造技术的基础。 ★ GT发展过程：成组加工→成组工艺→成组技术→成组 生产系统
适 用 零 件
A B C D E
∨ ∨ ∨
∨ ∨ ∨ ∨ ∨
∨ ∨ ∨ ∨ ∨
∨ ∨ ∨
∨ ∨
∨
∨
∨
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§4.4 零件族的确定及工艺分析
加工单元设计
1）加工单元组织形式 ① 成组单机 ② 成组单元 ③ 成组流水线 ④ 成组柔性制造系统
L L L
L L L
M M
M M
D G G G
D
A A a）机群式布局
进出料口
L 进料口 L L M M G D D G A 出料口
b）成组单元布局
图1-24 成组单元布置形式
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§4.4 零件族的确定及工艺分析
工厂计算机 中央计算机 物流控制计算机
信 息 传 输 网 络 工夹具站
自动 仓库 加工 单元 n
加工 单元 1
加工 单元 2
运输小车
图1-25 FMS
§4.4 零件族的确定及工艺分析
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§4.5 总体布局和设备配置设计
自动化制造系统的组成
独立工作的设备
物料运贮系统 系统运行控制与通信系统
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§4.5 总体布局和设备配置设计
一、设备配置设计 一）、设备选择设计 二）、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
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§4.5 总体布局和设备配置设计
三）、物料运贮系统的设备配置
生产率高，设备简单，操作方便。
一定类型的连续输送机只适合输送一定的物品，只能沿着一 定路线定向输送，在使用上有一定的局限性。
按结构形式的分类方法分，连续输送机分为三大 类：
具有挠性牵引构件的连续输送机 不具有挠性牵引构件的连续输送机 液体输送装置（管道输送）。
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通用带式输送机
主要由输送带、支撑托辊、张紧装置、驱动装置、改向装置、装料装置、 卸料装置、机架等装置组成。