制造系统的自动化优化方案

1）制造自动化概述

自动化是美国于1936年提出的，通用汽车公司在再生产过程中，机械零部件在不同机器间转移时不用人工搬运就实现了自动化。这是早期制造自动化的概念。

制造自动化概念经历了一个动态的发展过程。人们对自动化的理解或者说对自动化功能的期待，只是以机械的动作代替人力操作，自动地完成特定动作。这实质是认为自动化就是用机械代替人的体力劳动。后来，随着电子和信息技术的发展，特别是随着计算机的出现和广泛应用，自动化的含义扩展为：用机器不仅代替人的体力劳动，而且还代替或辅助了人的脑力劳动，以自动地完成特定的工作。

自动化制造系统是指在较少的人工直接或间接干预下，将原材料加工成零件或将零件组装成产品，在加工过程中实现管理过程和工艺过程自动化。管理过程包括产品的优化设计；程序的编制及工艺的生成；设备的组织及协调；材料的计划与分配；环境的监控等。工艺过程包括工件的装卸、储存和输送；刀具的装配、调整、输送和更换；工件的切削加工、排屑、清洗和测量；切屑的输送、切削液的净化处理等。

2）制造系统自动化的目的和举措

制造系统自动化的目的主要如下：

（1）加大质量成本的投入，提高或保证产品的质量。

（2）提高对市场变化的响应速度和竞争能力，缩短产品上市时间。

（3）减少人的劳动强度和劳动量，改善劳动条件，减少人为因素对生产的影响。

（4）提高劳动效率。

（5）减少生产面积、人员，节省能源消耗，降低生产成本。

制造系统自动化的举措：制造系统自动化大多体现在与计算机技术和信息技术的结合上，形成了计算机控制的制造系统，即计算机辅助制造系统。但系统规模、功能和结构要视具体需求而定，可以是一个联盟、一个工厂、一个车间、一个工段、一条生产线，甚至是一台设备。制造系统自动化可分为单一品种大批量生产自动化和多品种单件小批量生产自动化，由于两类生产的特点不同，所采用的自动化手段也各异。

（1）单一品种大批量生产自动化。单一产品大批量生产时，可采用自动机床、专用机床、专用流水线、自动生产线等措施来实现。早在20世纪30年代开始便在汽车制造业中逐渐发展，成为当时先进生产方式的主流，但其缺点是一旦产品变化，则不能适应，一些专用设备只能报废。而产品总是在不断更新换代的，生产者总希望能使生产设备有一定的柔性，能适应生产品种变化时的自动化要求。

（2）多品种单件小批量生产自动化。在机械制造业中，大部分企业都是多品种单件小批量生产，多年来，实现多品种单件小批生产的自动化是一个难题。(www.xing528.com)

由于计算机技术、数控技术、工业机器人和信息化技术的发展，使得多品种单件小批生产自动化的举措十分丰富，主要如下：

（1）成组技术。可根据零件的相似性进行分类成组，编制成组工艺，设计成组夹具和成组生产线。

（2）数控技术和数控机床。现代数控机床已向多坐标、多工种、多面体加工和可重组等方向发展，数控系统也向开放式、分布式、适应控制、多级递阶控制、网络化和集成化等方向发展，因此数控加工不仅可用于单件小批生产自动化，也可用于单一产品大批量生产的自动化。

（3）制造单元。将设备按不同功能布局，形成各种自动化的制造单元，如装配、加工、传输、检测、储存、控制等，各种零件按其工艺过程在相应制造单元上加工生产。

（4）柔性制造系统。它是针对刚性自动生产线而提出的，全线由数控机床和加工中心组成，其无固定的加工顺序和节拍，能同时自动加工不同工件，具有高度的柔性，体现了生产线的柔性自动化。

（5）计算机集成制造系统。它由网络、数据库、计算机辅助设计、计算机辅助制造和管理信息系统组成，强调了功能集成、信息集成、是产品设计和加工的全盘自动化系统。

3）计算机辅助制造系统的概念

计算机辅助制造系统是一个计算机分级结构控制和管理制造过程中多方面工作的系统，是制造系统自动化的具体体现，是制造技术与信息技术相结合的产物。

图3-4是一个典型的计算机辅助制造系统的分级结构，具有工程分析与设计、生产管理与控制、财会与供销三大功能。该子系统功能全面、广泛，涉及面大。但不是所有的计算机辅助制造系统都要如此复杂。

4）制造单元和生产单元

现代制造业多采用制造单元的结构形式。各制造单元在结构和功能上有并行性、独立性和灵活性，通过信息流来协调各制造单元间协调工作的整体效益，从而改变了制造企业传统生产的线性结构。制造单元是制造系统的基础，制造系统是制造单元的集成，强调各单元独立运行、并行决策、综合功能、分布控制、快速响应和适应调整。制造单元的这种结构使生产具有柔性，易于解决多品种单件小批生产的自动化。

图3-4　计算机辅助制造系统的分级结构

现代制造业的发展，对机械产品的生产提出了生产系统的概念，强调生产是一个系统工程，认为企业的功能应依次为销售→设计→工艺设计→加工→装配，把销售放在第一位，这对企业的经营是一个很大的变化，强调了商品经济意识。从功能结构上看，加工系统是生产系统的一部分，可以认为加工系统是一个生产单元，今后的生产单元是一个闭环自律式系统。