企业信息化幻灯片7

1、企业信息化 (7),符长青博士,第7章 企业生产制造过程自动化,主要内容： （1）计算机辅助设计/制造（CAD/ CAM） （2）计算机辅助工程/工艺规划（CAE/ CAPP） （3）产品数据管理（PDM） （4）新型生产方式：柔性/准时/精益/敏捷制造（FMS/ JIT/ LP/ AM） （5）3D打印技术，机器人技术,自动化的基本概念,自动化是指机器设备、系统或过程（生产、管理过程）在没有人或较少人的直接参与下，按照人的要求，经过自动检测、信息处理、分析判断、操纵控制，实现预期的目标的过程。 产品制造过程自动化通常包含有若干分过程： 工序自动化：工序自动化是指在一个工序中，机器或装置在无人干预的情况下按规定的程序或指令自动进行操作控制的过程。 工艺过程自动化：一个工艺过程通常包括着若干个工序，如果不仅每一个工序都自动化了，并且把它们有机地联系起来，使得整个工艺过程都自动进行，而工人仅只是对这一整个工艺过程作总的操纵和监督，这时就形成了某一种加工工艺的自动生产线，通常称为工艺过程自动化。 制造过程的自动化：一个零部件的制造包括着若干个工艺过程，如果不仅每个工艺过程都自动化了，而且它们

2、之间是自动的有机联系在一起，也就是说从原材料到最终成品的全过程都不需要人工干预，这时就形成了制造过程的自动化。,自动控制和自动控制系统,自动控制：是指在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置，使机器、设备或生产过程的某个工作状态或参数自动地按照预定的规律运行。自动控制技术的作用主要有： （1）自动控制技术不仅使生产过程实现了自动化，有利于将人类从复杂、危险、繁琐的劳动环境中解放出来，而且减轻了人的劳动强度，极大地提高了劳动生产率。 （2）自动控制使工作具有高度的准确性，大大地提高了工作的质量和产品的品质。 （3）某些人类不能直接参与工作的场合就更离不开自动控制技术了，例如海底探测、原子能的生产、火炮或导弹的制导等。 自动控制系统：简称自控系统，是在无人直接参与下可使生产过程或其他过程按期望规律或预定程序进行的控制系统。自动控制系统是实现自动化的主要手段，包括实现自动控制功能的装置及其被控制对象，由控制器，被控对象，执行机构和变送器四个环节组成。,工业生产控制,工业生产控制是指工业生产过程的控制。 按工业生产过程变量的时间连续性和幅度连续性，工业生产的典型控制过程可分为以下三种类型

3、： 连续过程：连续过程控制的工业生产的产品一般都是流体的，如液体、气体等，控制过程的输入输出变量为时间连续和幅度连续的量，并且过程一旦建立，只生产一种产品。连续过程的变量一般是温度、压力、流量、质量及液位等。 离散过程：连续过程控制的工业生产的产品一般都是固态的、按件计量的，过程的输入输出变量为时间离散和幅度离散的量，如产品的数量、开关的状态等。 批量过程：批量过程指的是一种间歇性多品种生产过程，即利用同样的生产装置，在不同的时间段，根据不同的配方和生产工艺生产出不同的产品。,工业生产控制系统的基本组成,在一个控制系统中，必不可少的组成部分有三个：被控对象、设备或装置、人。 其中控制装置是控制系统的核心，所以控制作用都是由控制装置实现的，一个控制系统能否顺利地实现其控制目标，完成复杂的控制功能，主要看控制装置是否稳定可靠并具有优异的性能。,工业控制自动化,工业控制自动化指的是机器或装置在无人干预的情况下按规定的程序或指令自动进行操作或控制的过程。工业生产采用自动化技术不仅可以把人从繁重的体力劳动及恶劣、危险的工作环境中解放出来，而且能扩展人的器官功能，极大地提高劳动生产率，增强人类认识

4、世界和改造世界的能力。 工业控制自动化技术是一种运用控制理论、仪器仪表、计算机和其他信息技术，对工业生产过程实现检测、控制、优化、调度、管理和决策，达到增加产量、提高质量、降低消耗、确保安全等目的的综合性技术，主要包括工业自动化软件、硬件和系统三大部分。工控机通过采集来自工业生产过程的信息数据，经过计算机的综合分析、对比和处理，向工业生产过程发出控制信号，以实现工业生产过程控制。,工业自动生产线,工业自动生产线是由工件传送系统和控制系统按照工艺顺序联结起来，自动完成产品全部或部分制造过程的生产系统，简称自动线。在大批量生产中采用自动线能提高劳动生产率，稳定和提高产品质量，改善劳动条件，缩减生产占地面积，降低生产成本，缩短生产周期，保证生产均衡性，有显著的经济效益。 （1）自动生产线的结构：主要由机床加工自动化、工件传送自动化、转位自动化、检测自动化、排屑自动化、夹具定位、夹紧自动化以及操作控制自动化等系统装置组成。 （2）自动线的工件传送系统：一般包括机床上下料装置、传送装置和储料装置。在旋转体加工自动线中，传送装置包括重力输送式或强制输送式的料槽或料道，提升、转位和分配装置等。有时采

5、用机械手完成传送装置的某些功能。 （3）自动线的控制系统：主要用于保证线内的机床、工件传送系统，以及辅助设备按照规定的工作循环和联锁要求正常工作，并设有故障寻检装置和信号装置。,计算机辅助设计（CAD）,计算机辅助设计（CAD）是指利用计算机及其图形设备帮助设计人员进行设计工作。 在工程和产品设计中，计算机可以帮助设计人员担负计算、信息存储和制图等项工作。在设计中通常要用计算机对不同方案进行大量的计算、分析和比较，以决定最优方案；各种设计信息，不论是数字的、文字的或图形的，都能存放在计算机的内存或外存里，并能快速地检索；设计人员通常用草图开始设计，将草图变为工作图的繁重工作可以交给计算机完成；利用计算机可以进行与图形的编辑、放大、缩小、平移和旋转等有关的图形数据加工工作。,计算机辅助设计（CAD）的主要设备,计算机辅助设计（CAD）通常以具有图形功能的交互计算机系统为基础。主要设备有： （1）工程工作站：一般指具有超级小型机功能和三维图形处理能力的一种单用户交互式计算机系统。 （2）个人计算机：系统价格低廉，操作方便，使用灵活。随着PC机网络技术的发展，由PC机构成的CAD系统已大量涌

6、现，而且呈上升趋势。 （3）图形输入设备：图形输入设备的作用是把平面上点的坐标送入计算机。常见的输入设备有键盘、光笔、触摸屏、操纵杆、跟踪球、图形输入板和数字化仪等。 （4）图形输出设备：图形输出设备分为软拷贝和硬拷贝两大类： （5）CAD软件：CAD主要使用3类应用软件： 交互式图形显示软件：用于图形显示的开窗、剪辑、观看，图形的变换、修改，以及相应的人机交互。 CAD应用软件：提供几何造型、特征计算、绘图等功能 。 数据管理软件：用于存储、检索和处理大量数据，包括文字和图形信息。,计算机辅助设计（CAD）在我国的应用,目前，在我国CAD 已在机械设计 、电子和电气、建筑设计、科学研究、软件开发、机器人、服装业、出版业、工厂自动化、土木建筑、地质、计算机艺术等各个领域得到广泛应用。一方面CAD让计算机技术走入设计师的日常工作，大幅提升了产品设计的速度与精确度，释放了设计师的灵感，数字化的设计平台与标准的设计格式也让设计协作成为可能。另一方面CAD可以说是制造企业信息化发展的一个缩影，不少企业的信息化，就是从CAD开始起步的；很多企业的高层管理者，就是从CAD上看到了信息化在企业当中的

7、巨大价值，才决心在企业信息化上投入大量的人力物力。 CAD为我国国民经济建设及发展做出了巨大贡献。举例来说，CAD技术在我国机械产品设计中的应用，使设计周期缩短1/31/2，工效提高35倍，产品设计的一次成功率达90%以上。工程设计使用CAD技术，使工效提高310倍，基建投资节约2%以上。此外，CAD在我国企业在参与国际市场竞争过程中也发挥着重要的作用，因为国际上几乎所有重大工程都实行招标承包的制度，如果没有用CAD技术编制工程总体设计方案和相应的投标文档，就没有投标的资格，可以说，CAD技术已成为企业进入世界市场的入场券，成了企业界争夺市场份额和生存发展不可缺少的手段。,计算机辅助设计（CAD）的发展历程,计算机辅助设计（CAD）最早出现在二十世纪50年代，以美国麻省理工学院（MIT）为旋风I号所配的图形系统为代表。 （1）曲面造型系统：二十世纪60年代出现的三维CAD系统只是极为简单的线框式系统，用来表达基本的几何信息。进入二十世纪70年代，为了解决飞机及汽车制造中遇到了大量的自由曲面问题，法国人首先提出了贝赛尔算法，推出了三维曲面造型系统，实现以计算机完整描述产品零件的主要信息。

8、 （2）实体造型技术：二十世纪80年代初，由于计算机技术的大跨步前进，CAE、CAM技术也开始有了较大发展。出现了完全基于实体造型技术的大型CAD/CAE软件。 （3）参数化实体造型技术：二十世纪80年代中期，CAD的造型技术在无约束自由造型的基础上，出现了一种更先进的算法，即参数化实体造型方法。其主要的特点是：基于特征、全尺寸约束、全数据相关、尺寸驱动设计修改。 （4）变量化实体造型技术：变量化技术既保持了参数化技术的原有的优点，同时又克服了它的许多不利之处。它的成功应用，为CAD技术的发展提供了更大的空间和机遇，带动了CAD/CAM/CAE整体技术的提高以及制造手段的更新。,计算机辅助设计（CAD）的发展趋势,（1）标准化：完善的CAD标准体系是指导我国标准化管理部门进行CAD技术标准化工作决策的科学依据，是开发制定CAD技术各相关标准的基础，也是促进CAD技术普及应用的约束手段。 （2）网络化：基于互联网模式的公用网络环境，为CAD的集成、开放和智能化创造了条件，使CAD技术面临着新的发展契机，另一方面CAD技术也是这种经济模式下的一种关键技术支撑。 （3）集成化：利用基于网络的

9、CAD/CAE/CAM/CAPP/PDM集成技术，把各种功能不同的软件有机地结合起来，用统一的执行控制程序来组织各种信息的提取、交换、共享和处理，保证系统内部信息流的畅通并协调各个系统有效地运行，实现真正的全数字化设计与制造。 （4）智能化：在以几何模型为主的现代通用CAD技术基础上，发展面向设计过程的智能CAD技术。工程设计知识库用来收集和存档相关的几何，属性等工程数据，并发展以数学为基础的工具来支持大的工程数据库中进行基于内容的搜索、挖掘。 （5）计算机集成创造系统：计算机集成创造系统（CIMS）以计算机为中心的现代化信息技术应用于企业管理与产品开发制造的新一代制造系统，是CAD/CAM/CAPP/CAE、PDM、ERP、管理与决策、网络与数据库及质量保证系统等子系统的技术集成。,计算机辅助制造（CAM）,计算机辅助制造（CAM）是在机械制造业中，利用电子数字计算机通过各种数值控制机床和设备，自动完成离散产品的加工、装配 、检测和包装等制造过程。 CAM系统一般具有数据转换和过程自动化两方面的功能，CAM系统是通过计算机分级结构来控制和管理制造过程的多方面工作，目标是开发一个集成的信息网络来监测一个广阔的相互关联的制造作业范围，并根据一个总体的管理策略控制每项作业。 从自动化的角度看，数控机床加工是一个工序自动化的加工过程，加工中心是实现零件部分或全部机械加工过程自动化，计算机直接控制和柔性制造系统是完成一族零件或不同族零件的自动化加工过程，而计算机辅助制造是计算机进入制造过程这样一个总的概念。,计算机辅助制造（CAM）系统的组成,（1）硬件：硬件一般是指系统的实体，是相对于系统的软件而言。CAM系统硬件方面有数控机床、加工中心、输送装置、装卸装置、存储装置、检测装置、计算机等。 （2）软件： CAM主要应用软件包括计算机辅助工艺过程设计、计算机辅助数控程序编制、计算机辅助工装设计、计算机辅助作业计划编制与调度、计算机辅助质量控制等。 （3）数据库：数据库是通用化的综合性的数据集合，可以提供各种用户共享而具有最小的多余度和较高的数据和程序的独立性，能有效地、及时地处理数据，并提供安全性及可靠性。 （4）计算机网络：计算机网络是指将地理上分散配制而又具有独立功能的多台计算机、终端设备、传输设备和网络软件实现相互连接，形成资

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