自动化作业自动化-制造系统概念及发展趋势并举例精益生产方法对某一自动化系统进行改造

成绩2019-2020学年第一学期自动化制造系统期末大作业题目: 自动化制造系统概念及发展趋势，并举例精益生产方法对某一自动化系统进行改造。院 系： 机电工程学院专 业： 机械设计制造及其自动化 完成时间： 2019年12月25日自动化制造系统概念及发展趋势(一) 自动化制造系统的定义广义地讲，自动化制造系统是由一定范围的被加工对象、一定的制造柔性、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，最后输出成品、文档资料、废料和对环境的污染。自动化制造系统包括刚性制造和柔性制造，“刚性”的含义是指该生产线只能生产某种或生产工艺相近的某类产品，表现为生产产品的单一性。刚性制造包括组合机床、专用机床、刚性自动化生产线等。“柔性”是指生产组织形式和生产产品及工艺的多样性和可变性，可具体表现为机床的柔性、产品的柔性、加工的柔性、批量的柔性等。柔性制造包括柔性制造单元（FMC）、柔性制造系统（FMS）、柔性制造线（FML）、柔性装配线（FAL）、计算机集成制造系统（CIMS）等。(二) 自动化制造技术的发展趋势先进生产模式对自动化制造系统提出了多种不同的要求，这些要求也同时代表了自动化制造系统的发展趋势。(1) 高度智能集成性、随着计算机集成制造技术和人工智能技术在制造系统中的广泛应用，具备智能特性已成为自动化制造系统的主要特征之一。智能集成化制造系统可以根据外部环境的变化自动地调整自身的运行参数，使自己始终处于最佳运行状态，将这种能力称为系统具有的自律能力。智能集成化制造系统还具有自决策能力，能够最大限度地自行解决系统运行过程中所遇到的各种问题。由于有了智能，系统就可以自动监视本身的运行状态，发现故障则自动给予排除。如发现故障正在形成，则采取措施防止故障的发生。智能集成化制造系统还应与CIMS的其他分系统共同集成为一个有机的整体，以实现信息资源的共享。它的集成性不仅仅体现在信息的集成上，它还包括另一个层次的集成，即人和技术之间的集成，实现人机功能的合理分配，并能够充分发挥人的主观能动性。带有智能的制造系统还可以在最佳加工方法和加工参数选择、加工路线的最佳化和智能加工质量控制等方面发挥重要作用。总之智能集成化制造系统具有自适应能、自学习能力、自修复能力、自组织能力和自我优化能力。因而，这种具有智能的集成化制造系统将是自动化制造系统的主要发展趋势之一。但由于受到人工智能技术发展的制约，智能集成型自动化制造系统的实现将是个缓慢的过程。(2) 人机结合的适度自动化传统的自动化制造系统往往过分强调完全自动化，对如何发挥人的主导作用考虑甚少。但在先进生产模式下的自动化制造系统却并不过分强调它的自动化水平，而强调的是人机功能的合理分配，强调充分发挥人的主观能动性。因此，先进生产模式下的自动化制造系统是人机结合的适度自动化系统。这种系统的成本不高，但运行可靠性却很高，系统的结构也比较简单(特别体现在可重构制造系统上)。它的主要缺陷是人的情绪波动会影响系统的运行质量。在先进生产模式下特别是智能制造系统中，计算机可以取代人的一部分思维、推理及决策活动，但绝不是全部。在这种系统中，起主导作用的仍然是人，因为无论计算机如何“聪明”，它的智能将永远无法与人的智能相提并论。(3) 强调系统的柔性和敏捷性传统的自动化制造系统的应用场合往往是大批大量生产环境，这种环境不特别强调系统具有柔性。但先进生产模式下的自动化制造系统面对的却是多品种、小批量生产环境和不可预测的市场需求，这就要求系统具有比较大的柔性，能够满足产品快速更换的要求。实现自动化制造系统柔性的主要手段是采用成组技术和计算机控制的、模块化的数控设备。但这里所说的柔性与传统意义上的柔性却不同，我们称之为敏捷性。传统意义上的柔性制造系统仅能在一定范围内具有柔性，而且系统的柔性范围是在系统设计时就预先确定了的，超出这个范围时系统就无能为力。但先进生产模式下的自动化制造系统面对的是无法预测的外部环境，无法在规划系统时预先设定系统的有效范围。但由于系统具有智能且采用了多种新技术(如模块化技术，可重构技术和标准化技术)，因此不管外部环境如何变化，系统都可以通过改变自身的结构适应之。智能制造系统的这种敏捷性比柔性具有更广泛的适应性。(4) 功能扩展化理论上，完整的自动化制造系统应包括毛坯的制备、物料的存储、运输、加工、辅助处理、零件检验、装配、部件及成品测试、涂装和包装等内容，并将它们集成为一个有机的整体。但目前的自动化制造系统主要是面向零件加工的，其他内容则涉及较少。未来的自动化制造系统应逐步向前扩展到毛坯的自动制备，向后扩展到自动装配、自动测试及自动包装等(5) 网络化未来的企业应该是信息化企业，企业的技术系统和管理系统都在信息系统的支持下运行，这就要求自动化制造系统也应该是信息化的，要能够与其他系统实时交换各种信息，还能够通过网络接受远程控制、诊断和维修。(6) 小型化小型化的自动化制造系统结构相对简单，可靠性较高，容易使用和管理，生命周期成本也较低，投资小、见效快，并且一般情况下均能满足使用要求。所以，将来的用户将会更加钟情于小型化的自动化制造系统，如DNC和FMC(7) 简单化在满足使用要求的条件下，自动化制造系统的结构将会越来越简单，冗余功能、极少用到的功能以及由人来实现的功能极其简单，但由系统自动实现却十分复杂的功能将会越来越少(更多的是由人来完成)。结构简单可以带来生命周期成本低、可靠性高、容易使用和管理的优点，还可以减少对熟练工人的需求。可以认为，简单化将是自动化制造系统的一个主要发展方向。(8) 绿色化可持续发展问题是目前人类社会最迫切需要解决的问题之一，资源和环境是可持续发展的两个主要问题。制造系统作为能源和资源消耗以及环境污染的大户，应该首先实施可持续发展战略。因此，在系统的规划及运行过程中，应将资源和能源的优化利用以及环境保护作为主要目标之一进行控制。(三) 精益生产(1) 精益生产的基本概念精益生产方式在日本被称为丰田生产方式，被认为是日本人打败欧美国家的“秘密武器”。因此，精益生产的概念一经提岀，立即在全世界掀起一股研究和推广应用的热潮。(2) 精益生产的定义和特点定义：定精益生产是贯彻以人为中心的思想，通过系统结构、人员组织、运行方式、产品结构和市场供求等方面的变革，精简生产过程中一切无用、多余的东西，使生产系统能很快适应用户需求的不断变化，并能最终达到包括市场供销在内的生产的各方面最好的结果。特点：(1) 以用户为上帝(2) 以人为中心(3) 以精简为手(4) 协同工作和并行设计(5)JIT供货方式(5) JIT工作方式可以保证最小的库存量和最少制品数(6) 零缺陷工作目标(3) 精益生产方式对自动化系统进行改造举例i. 背景单元式生产就是让员工在一个特定单元区域内负责完整的生产流程，由此提高生产力。具体来讲就是指在一条生产线或一个机器设备单元内，由一个人或几个人组成的团队连续进行多道工序操作，完成某一单项产品组装的生产方式。劳动者们不是固定在一个位置上,只简单地重复安装或操作一个工序，而是在同一位置上组装完整一件完全的产品。换句话来说，就是产品布局，按生产产品的需要来布置机器和流程，这样就解决了产品从一个区域搬到另一个区域的运送和存放问题。大大缩短了生产时间，提高了总体的生产效率，是目前在企业中较为广泛运用的灵活的生产方式。12年前，日本松下移动通信公司在静冈县建立了一个1万平方米的工厂，生产车载电话和BP机。考虑到此后生产移动电话的需要，他们在盖了车间后还划出一大片空地，准备再盖一栋厂房。如今，静冈工厂已是松下公司在日本国内的手机生产基地，而新厂房却没有盖起来。“我们原先预计这里的厂房设备至多能月产40万部，而现在月产能力超过100万部，”静冈工厂厂长、曾担任过松下中国移动通信公司总经理的伴哲先生不无自豪地说，“我们静冈工厂1平方米生产100部手机，创下了世界手机工厂单位面积生产数量最高的纪录。”，新生产方式适应消费者个性需求，静冈工厂的高效率主要是单元式生产方式的功劳。ii. 解决方案传统的生产方式是在很长的流水线边配备许多工人，每人负责其中一项工作；而单元式生产方式则是尽可能缩短流水线，由一名或几名工人组成一个单元，每人负责多项工作。伴哲先生说，传统的流水线生产每人只做一件工作，生产线拉得很长，但每个人的工作效率不一样，只要有一个人速度慢，整条生产线都会慢下来。而单元生产方式是一种弹性生产方式，员工根据熟练程度结组，这样效率高的小组就能比以前生产更多的产品。现在日本市场上流行的超薄翻盖手机P504i的组装就采用了单元式生产方式。3名女工站在不到3米长的工作台前组成一个单元，手机所有的装配流程都由她们完成。第一名女工的工作是把一块电路板装进上盖板，装好摄像头，拧紧螺丝，完成后放到第二名女工的手边；第二名女工用联线把上下盖板连接起来，传给第三名女工，同时顺手帮她拿上一块电路板；第三名女工把电路板装进下盖板，拧好螺丝，手机装配完成，整个过程不到半分钟。据介绍，这样一个单元一天可装配手机900部，而以前一条流水线需要14个人作业，每天只能生产1300部。所需零部件都堆放在工作台上，工人不用移动位置，这就减少了机器、半成品和人员移动的损耗。单元式生产方式还大大节约了空间，装配车间的1/3因此空闲下来。近些年大部分国内工厂车间的生产模式趋近于单元式生产，这也是生产车间一贯高效率、高产能的根源所在。在整个车间内，将所有相关生产的物料、工序集中，从产品的原材料直至成品出货，均在一个空间内完成，大量减少了人力、物料的浪费，减省了来回托运半成品，而造成的划伤，有效的降低了产品的不良率，最大限度的发挥了人力的生产效率，从而保证了车间整体效率的高水平，高产值。