自動化制造系統AutomaticManufacturingSystem第一章AMS概述1-1本課程的主要內容及要求1-2基本概念1-3自動化制造系統的定義、組成1-4制造系統的發展歷程1-5制造系統的發展趨勢及實現原則1-6自動化制造系統的評價指標1-7系統工程與自動化制造系統方法論1-1本課程的主要要求及方法要求：掌握自動化制造系統的基礎理論與體系結構；掌握自動化制造系統的管理與控制技術；掌握自動化制造系統的分析與設計的基本方法；提高從系統的角度分析問題和解決問題的能力。方法：在學習本課程時，應聯系實際，在掌握理論知識的同時，逐漸學會從系統的角度去看待制造、研究制造、把握制造、發展制造。

1-2基本概念制造原材料工具最終產品市場制造全過程知識強調的是產品的整個生命周期過程市場下部方框表示物質的轉化過程上部方形框表示信息處理過程上下兩部分間箭頭表示信息對物質轉化廣義制造概念下制造過程框圖

制造業：所有與制造有關的企業和機構的總體。它涉及到國民經濟的很多行業，如機械、電子、輕工、化工、食品、軍工、航天等。國民經濟的支柱產業，其生產總值一般占一個國家國內生產總值的20％-55％。

作用：１．創造價值、創造物質財富和創造新的知識

２．為其他經濟部門提供先進的手段和裝備1-2基本概念美國制造業美國是裝備制造業最強大的國家全球最大的500家工業企業中，美國占據31％份額美國始終把制造業當作“經濟實力的脊梁”制造業對其GDP的直接貢獻保持在20％以上，從而拉動其他產業30％，拉高經濟增長率40％近來，美國制造業重心已轉移到高新技術、新興產業領域。美國出現了硅谷、南加州、波士頓等微小技術領域的六大經濟中心。所謂微小技術產業，是由納米技術、微機電系統等尖端技術開辟出的全新產業領域，是多種學科交融并具有戰略意義的前沿高技術產業美國68%財富來源于制造業英國制造業宏觀經濟穩定——有利于企業有效進行長期產業規劃；投資——利用現代、高效的工藝與設備，提升產業表現；科研和創新——有助于制造產商開拓利用英國強大的科研基地，制造創新型、高附加值的產品；理想的產業實踐——通過不斷地改進提高，提升企業的生產率與競爭力；提升技能和教育水平——培育技能嫻熟、有創新性的制造業勞動力；現代化的基礎設施——提供高效的交通與通訊網絡；適當的市場框架——為企業營造參與全球競爭所需的產業環境。英國制造業的產值占英國GDP的25％左右。英國是工業革命的起源地和傳統的制造業大國英國政府對制造業的態度是：“制造業的成功對英國的繁榮，無論是現在還是將來，都是至關重要的。”英國確立七大支柱工作，以支撐建立知識密集型制造業基地。日本制造業日本的現場制作生產率現在名列世界第一綜合競爭力僅次于美國居世界第二全球最大的500家工業企業，日本占29％日本頒布了《振興制造業基礎技術基本法》不管是在工業經濟時代還是在知識經濟時代，制造現場的制作能力和創新能力，是一個國家經濟的重要的基礎，而這正是日本制造的強項。如模具制造，美國三大汽車巨頭使用的都是“日本造”。因為美國造的模具軋制3萬次．而日本造的模具可以軋制6到10萬次。此外，精密儀器和質量控制也是日本制造的強項。日本國民總產值的49％來自于制造業。中國制造業2009年我國制造業占當年GDP的45％左右；彩電、冰箱、洗衣機、空調器、照相機、收錄機、程控交換機、計算機主板、光盤驅動器、顯示器、棉布、化纖、服裝、皮鞋、鋼、拖拉機、化肥、摩托車等上百種制造業產品的產量在全球位居首位。我國制造業的勞動生產率不到美、日的1／20，英、法、韓的1／10；工業附加值低，核心技術少1-2基本概念系統

1.系統的定義

系統是由相互作用和相互依賴的若干組成部分結合的具有特定功能的有機整體。

2.系統的基本特征第一系統是由若干元素組成的；第二這些元素相互作用、相互依賴；第三由于元素間的相互作用，使系統作為一個整體具有特定的功能。

例：簡單構件組成高性能系統在建筑機械和結構工程中，常采用由簡單構件組成的各類桁架系統。在這種力學系統中，通過組成要素間的合理聯接，可以從整體上表現出很高的力學性能。系統的目標—提高總體性能“鳥巢”是由一系列輻射門式鋼桁架圍繞碗狀坐席區旋轉而成，結構科學簡潔，設計新穎獨特，為國際上極富特色的巨型建筑。例：低精度元件組成高精度系統在計算機等數字設備中，采用以“0”和“1”兩個狀態工作的電子器件，通過非線性方法相聯接，組成了高精度數字化系統。系統的目標—提高總體性能2010年第35屆超級計算機評比，來自Cray的美洲豹Jaguar，憑借1.75PFlop/s(每秒1750萬億次)的計算能力傲視群雄。我國“星云”計算機最高運算速度每秒3000萬億次。制造系統：為達到制造目的而構成的物理或組織系統制造系統人員設備組織機構管理方式技術系統1-2基本概念硬件軟件制造系統類別按照自動化程度對制造系統分類手動制造系統半自動制造系統自動制造系統普通車床為主，設計和制造主要靠手工數控車床，加工中心，設計制造人不再處于中心地位剛性自動化人機一體化無人化1-2基本概念作用越來越明顯控制系統數據融合1-3AMS的定義、組成外部信息能源資金配套件原材料被加工對象自動化設備高素質的人產品文檔資料廢料環境污染AMSAMS的組成

被加工對象被加工對象在一定范圍內變化基于成組技術（GT)對被加工對象進行劃分AMS的組成成組技術(GT)的產生原因

市場競爭日趨激烈，產品更新換代越來越快，產品品種增多，而每種產品的生產數量卻并不很多。世界上75％~80％的機械產品是以中小批生產方式制造的。

與大量生產企業相比，中小批生產企業的勞動生產率低，生產周期長，產品成本高，市場競爭能力差。

能否把大批量生產的先進工藝和高效設備以及生產方式用于組織中小批量產品的生產，一直是國際生產工程界廣為關注的重大研究課題。

成組技術就是針對生產中的這種需求發展起來的一種生產和管理相結合的科學。AMS的組成成組技術的概念

充分利用事物之間的相似性，將許多具有相似信息的研究對象歸并成組，并用大致相同的方法來解決這一組研究對象的生產技術問題，這樣就可以發揮規模生產的優勢，達到提高生產效率、降低生產成本的目的，這種技術統稱為成組技術（GroupTechnology簡稱GT）。AMS的組成人自動化制造系統對人的要求不是降低了，而是提高了。對人的要求：具有一定技術水平和決策能力具有“全能”的知識和技術具有團隊合作精神AMS的組成信息流及其控制系統制造系統的自動化程度與信息流控制系統的關系非常密切AMS的組成能量流及其控制系統用來維持系統運行，做了有用功機械運轉和傳送過程中的損耗，對系統產生有害效果能量消耗對產品的成本有重要影響，對一個國家的可持續發展也有重要的影響AMS的組成物料流及其控制系統物料處理是自動化制造系統的主要運作形式物料流及物料處理儲運設備加工設備熱處理設備檢測設備清洗設備裝配設備輔助設備AMS主要內容AMS毛坯制備自動化機械加工自動化儲運自動化裝配過程自動化輔助過程自動化熱處理過程自動化質量控制自動化系統控制自動化1-4制造系統的發展歷程從技術層面看

經過數十年的發展，制造系統技術在總體上已形成基本的體系，并在實際應用中發揮著越來越重要的作用。

第一階段：剛性制造系統

本階段在20世紀50年代前已基本形成。

第二階段：單機柔性加工系統

開始于20世紀50年代初，到70年代已基本成熟。

第三階段：多機柔性加工系統

出現于20世紀60年代末，70年代以后得到快速發展，如直接數控（DNC）加工系統、柔性制造單元（FMC）、柔性制造系統(FMS)、柔性加工線（FML）。

第四階段：計算機集成制造系統

20世紀80年代以來得到迅速發展

其特征是制造全過程的系統性和集成性，以解決現代企業生存與競爭問題。1-4制造系統的發展歷程第五階段：跨企業和全球制造系統（智能制造）

20世紀末提出，正在成為21世紀的發展方向。

基本概念是:根據全球化的產品需求，通過網絡協調和運作，把分布在世界各地的制造工廠和銷售點聯接成一個整體，從而能夠在任何時候與世界任何一個角落的用戶或供應商打交道，由此構成具有統一目標的在邏輯上為一整體而物理上分布于全世界的跨企業和跨國制造系統。

1-4制造系統的發展歷程從學科發展看

制造系統誕生于20世紀70年代后期的日本。京都大學人見勝人（HitomiK.）教授發表著作《ManufacturingSystemEngineering》。

在美國，麻省理工學院90年代初即開設有制造系統課程，并出版了專著。

在西歐，一些一流大學亦開設了制造系統課程。總之，制造系統已成為國外一流大學相關專業和學科的科研與教學工作的重要組成部分。

1-4制造系統的發展歷程在我國，制造系統的研究和應用起步也較早，20世紀80年代中就已有柔性制造系統（FMS）在生產實際中應用。但制造系統作為一個學科和技術領域，在國家支持下開展有組織的深入系統研究和應用，是開始于國家的863計劃。以CIMS為代表的研究項目十幾年來取得一大批成果，并在許多類型的企業中得到廣泛應用，有力推進了我國制造系統技術的發展。

1-4制造系統的發展歷程1-5制造系統的發展趨勢及實現原則1.對無人制造自動化進行了反思，提出了“人機一體化制造系統”的新思想。

2.智能制造系統將是未來制造系統的重要發展方向之一。3.單元級制造系統的研究仍然占有很重要的地位。4.平臺技術的研究與平臺軟件的開發是近年來制造系統發展的主要動向之一。

制造系統的發展趨勢5.現代制造模式的提出和研究，直接推動著制造系統的發展。6.分布式控制將是未來制造系統管理控制的重要發展方向之一。7.一種新的制造觀即信息制造觀正在孕育和發展之中。8.實施可持續發展戰略正在成為制造系統發展的必然趨勢。

1-5制造系統的發展趨勢及實現原則自動化制造系統實現應考慮的因素產品設計方面產品設計過程考慮：通用化、系列化、標準化與模塊化采用“面向制造的設計”、“面向裝配的設計”技術1-5制造系統的發展趨勢及實現原則工藝技術方面1-5制造系統的發展趨勢及實現原則

計算機輔助工藝規程設計（CAPP）

采用可重組的、高度可靠性的和高質量的生產設備和工藝方法制造系統本身選擇適當的制造方式進行合理的決策1-5制造系統的發展趨勢及實現原則對被加工對象、人、能量流、信息流、和物料流進行優化配置與控制1-6ANS的評價指標生產率可靠性制造柔性可持續發展性產品質量經濟性評價指標1-7AMS方法論人在自動化制造系統的作用監視并調整系統的運行狀態排除系統的復雜故障完成機器無法完成的復雜工作完成機器不能經濟完成的工作主導系統的控制和調度學習參考書

[1]HitomiK.,ManufacturingSystemEngineering,London,Taylor&Francis，1979[2]Chryssolo