搜索
1第4章信息流系统设计郑刚2§4.1信息流系统结构一、信息流系统的基本结构从系统观点来看，可以把整个制造企业的生产活动看作一个生产系统，整个生产过程的实质是一个信息采集、传递和加工处理的过程，最终形成的产品可以看作是信息的物质表现。信息流自始至终循环反复地贯穿在生产系统生产过程的三个阶段：决策管理阶段、研究开发阶段和生产制造阶段。从信息的性质来看，信息流中信息可分为：管理信息和设计、制造信息。3生产系统基本结构决策和管理研究和开发生产制造数据库市场动机产品材料能源4二、管理信息系统（一）概述管理信息系统（MIS）是生产系统的最高层次，是企业的灵魂，起着战略决策和系统管理的作用。管理信息系统必须包括所有管理层次中的数据处理和决策活动。管理信息系统在结构上一般是多层次的：最高层制定规则和决策；中间层制定近期工作计划；最底层处理日常业务，实施机器操作管理。5管理信息系统的构成管理信息模块市场预测生产计划成本与销售管理设备管理车间管理物资管理分布式数据库物料需求计划（MRP-I）制造资源计划（MRP-II）6（二）物料需求计划MRP(MaterialRequirementsPlanning)MRP能根据产品的最终需要自动地推导出构成这些产品的零件与材料的数量，由产品的交货期展开成零部件的生产进度日程和原材料与外购件的需要日期。（三）制造资源计划MRP-II(ManufacturingResourcePlanning)制造资源计划是一个覆盖经营决策、市场销售、生产制造、物资供应、财务、工程设计和数据处理等各部分的一体化系统。7制造资源计划MRP-II的软件结构主要由MRP-II数据库和MRP-II程序两大部分组成。MRP-II程序是通用程序，为适用各工厂的不同实际情况，MRP-II软件具有用户化手段。MRP-II数据库包括生产管理和生产技术两大部分信息，主要有订货数据、主生产计划数据、库存数据、工序数据、产品结构数据、生产能力数据、生产准备数据等。MRP编制总需求量计划的方法是：从产品结构树的最高层次开始，按照主生产计划的要求，顺着产品结构的各个层次，逐级进行分解以求得每一层次上所有零件的需求量、投入日期与交付日期。8物料需求计划主生产计划项目定义数据库存销售管理能力需要计划产品结构车间作业管理采购管理成本计算财务计算MRP-II基本结构9（四）MRP-II的实施1.认真选择好计算机运行环境和MRP-II软件；2.除了高层管理人员重视以外，必须在企业进行全面的MRP-II的教育和培训；3.认真实施MRP-II的三个阶段：①实施前的准备工作；②生产数据录入及运行MRP-II；③MRP-II的维护和二次开发。（五）MRP-II的发展英国开发的一种新的制造资源计划——MRP-III是在MRP-II的基础上，采用准时生产（JIT,JustInTime）原则及专家系统、并行工程等较新技术而形成的一种新的管理信息系统。10三、设计、制造信息系统（一）概述设计制造信息包括设计信息和制造信息，自动化生产系统中这两类信息来源于CAD/CAM系统。利用计算机网络统一管理从涉及到制造的必须信息来实现最优生产的CAD/CAM系统，是整个设计制造信息系统的核心。11（二）CAD、CAM与CAPP计算机辅助设计（CAD）是由设计人员构思，利用计算机系统对有关产品的大量资料进行检索，再根据性能要求及有关数据和公式进行计算、分析和优化设计，并将产品设计图形显示出来，设计人员通过交互式图形显示系统对设计方案或图形做必要的修改，直到满意的设计结果为止的一种设计方法。计算机辅助制造（CAM）是指利用计算机系统，通过计算机与工厂生产设备的直接或间接联系，去规划、管理和控制生产制造过程。121、CAM的直接应用，成为计算机过程监测系统和过程控制系统。计算机辅助制造（CAM）的应用分为两类：2、CAM的间接应用，即计算机与加工过程之间没有直接接口，只是用计算机对制造过程进行“离线”支持。计算机辅助工艺设计（CAPP）是指计算机系统可以全部或部分地进行工艺设计，并以迅速和一致的方式向用户提供优化的方案。工艺设计是CAD/CAM之间集成的难点。13产品设计工艺设计选定加工条件编制数控程序加工装配检验生产管理CADCAMCAD/CAM任务采购经营产品出厂包括各种技术计算在内的最初概念设计到详细设计（三）CAD/CAM系统14为了实现这些功能，CAD/CAM系统设计配置必须具备以下性能：CAD系统与CAM系统是通过计算机网络来实现的。1、具有一个设计用的交互式图形系统和软件支持。2、具有一个用户化的制造软件包，一般包括NC编程程序、自动工艺编制程序、夹具设计程序和其他辅助生产用的程序。3、具有一个能为设计和制造服务的公用数据库。15设计数据库制造数据库几何图形构型设计分析资料准备计划工程制图预设计切削加工毛坯加工装备检查生产管理工艺设计制造工程设计工程CAD/CAM系统信息网络161、通过网络系统信息交换，使设计和制造信息有机的结合，可以相互利用这两个领域的必要知识进行设计和生产；2、由于信息管理的一元化，可以减少设计差错、制造失误和信息传输错误，从而缩短准备时间和简化修正程序；3、便于技术及生产状况的管理、记录和质量水平的提高。17（四）应用CAD/CAM系统技术的步骤与方法1.总体规划制定长远规划2.分步实施因资金和技术问题，应逐步实施3.重点突破在一个部门先实施，甩图板CAD/CAM技术应用是企业生产系统自动化发展的关键技术之一。4.全面推进全面普及，实现各部门协调工作18在CAD/CAM软件配置方面，应注意以下几个问题：1、软件综合性能；应注意软件功能、稳定性，还应注意功能是否能够满足自己发展的需求。2、接口性能；具有良好的通用性，能与各种外部设备方便连接。3、人机界面；易学，操作应用方便简捷。4、开放性；提供良好的二次开发工具。5、软件的技术支持能力；一要看软件公司的背景和支持能力。二要看软件销售商是否具备工程应用方面的知识和实际工作经验，是否能够很好地帮助用户解决实际问题。19§4.2控制系统一、分级控制结构在自动化生产系统中，对多台生产机器，用一台计算机进行集成控制，称为直接数字控制（简称DNC）。国内常习惯称之为群控。随着控制规模的扩大，集中控制很难满足系统的要求。目前比较先进的自动化生产系统一般都采用模块式分级控制结构。每一被控模块均接受上一级命令并将状况反馈至上一级，每一模块都具有独立的数据存取接口，通过这种分级是控制结构和模块化系统可将复杂的整体任务一级一级地分解为更细的具体任务来完成。20美国国家标准局的自动化试验基地AMRF在对传统的制造管理系统进行深入分析的基础上采用5级控制结构，即工厂级、车间级、单元级、工作站级和设备级。每一级都可进一步分解为子级或模块，可扩展成树状结构。21（一）工厂级控制系统1、生产管理：跟踪主要项目，制定长期生产计划，明确生产资源要求，确定所需的追加投资，算出剩余生产能力，汇总质量性能数据。应用生产计划数据确定交给下一级的生产指令。2、信息管理：通过用户——数据接口实现必要的行政或经营管理功能。如成本估算、库存统计、用户订单处理、采购、人事管理及工资单处理等。3、制造工程管理：包括CAD系统和工艺过程设计系统。22（二）车间级控制系统1、任务管理模块：负责安排生产能力计划，对订单进行分批，把任务及资源分配给各单元，跟踪订单直到完成。安排所有切削刀具、夹具、机器人、机床及物料搬运设备的预防性维修及其它辅助性工作。2、资源分配模块：负责分配单元级进行各项具体加工所需的工作站、储存站、托盘、刀具及材料等。这一级控制系统负责协调车间的生产和辅助性工作，以及上述工作的资源配置。主要包括两个模块：23（三）单元级控制系统1、排队管理模块：向上与任务管理模块接口，向下与调度模块接口，提出新的作业项目申请后，该模块就必须分析其可行性，通过调度模块向工作站发出适当命令，并向任务管理控制模块反馈情况。2、调度模块：每个工作站都配有一个调度模块，向上与排队管理模块接口，向下与本单元分配模块接口。这一级负责分批通过工作站的顺序和管理物料搬运、检验及其它有关辅助性工作。主要包括三个模块：3、分配模块：把经过选择的任务用适当的命令结构分配给工作站，并反馈及监控该命令的执行情况。24（四）工作站级控制系统这一级控制系统负责指挥和协调车间中的一个设备小组的活动。一个典型的AMRF工作站有一台机器人、一台机床、一个物料储运器和一台控制计算机组成。单元至工作站的控制接口设计成可用于各种型式的工作站，为适应虚拟单元中分配工作站引起的动态控制结构变化，必须采用统一接口。（五）设备级控制系统这是最基本的一级系统，是各种设备如机器人、机床、坐标测量机、小车、传送装置及储存/检索系统等的控制器。向上与工作站控制系统接口连接，向下与厂家供应的设备控制接口连接。25二、对FMS加工系统的控制柔性制造系统（FMS）是比较典型的和较成熟的自动化生产系统，对FMS中的加工系统和物流系统的控制是控制系统非常重要的任务。（一）加工系统的主要功能•实现各种自动加工工序；•实现自动换刀；•实现自动装料/卸料；•控制排屑和清洗工件。26对加工系统的控制主要通过控制计算机，各种加工工序通过计算机编程实现。（二）控制功能的实现1、加工过程控制具有中央刀库。刀具管理系统能够实现刀具预调，监视刀具参数。2、自动换刀iMacTDB刀具预测识别装置刀具参数刀具寿命刀具存放工作站机械手中央刀库机床1刀具监控机床2刀具监控刀具清洗黑线为刀具实体物流，粉线为刀具信息流。27关键是夹具和夹紧装置的控制。因为柔性加工，工件形状不一，使得问题更为困难，通常使用工业机器人来完成。3、自动装料和卸料切屑的清除和回收是在清洗工位或在FMS工位上进行的。当工件要进入检测前，彻底清洁工件，排除工件上的切屑是十分必要的。4、排屑和清洗工作刀具管理系统的软件包括两部分：刀具信息处理专家系统和刀具传递控制软件。28三、对FMS物流系统的控制FMS物流输送系统按输送方式可分为单向输送、往复输送和环流输送三种。（一）对物流输送系统的控制FMS物流输送系统按控制特点可分为跟踪式路程控制、分散式路程控制和集中式路程控制三种。对于FMS物流输送系统最基本控制是识别标记、输送路线的变化以及输送速度的控制。29储料系统的任务是将工件在加工前和加工后或者在各工步之间储存一定时间，以便进行故障时间的补偿以及加工时间差异的补偿。（二）对储料系统的控制对储料系统的控制由管理生产的计算机实施负责。它和物料输送系统和数据处理的调度系统实时通信，根据每个工序加工时间的差异，根据有关故障，停机的数据资料、根据物料在储料库前的排队情况，制定中间存储的决策。储料系统具有随机自动存取功能。30自动化仓库具有较为完整的计算机系统，具有两大功能：物流控制功能和信息流控制功能。（三）自动化仓库物流操作系统的作用是改变物料在加工系统、物流输送、储存系统之间的方向和位置。控制涉及下列复杂问题：（四）对物流操作系统的控制•对象识别；•位置识别；•控制掌握。31§4.3自动检测和监控系统自动检测和监控的目的是为了实现质量对工艺过程的反馈控制，是为了利用自动检测和监控手段，收集、识别和提取工件和有关设备的特征信息，确定工艺过程或装置的全面质量趋向，修改工艺过程改进产品质量。同时，根据检测和响应的异常或紧急情况，给予声光报警或进行自动处理，保证人身与设备安全和生产系统的正常进行。以FMS系统为例，监测系统可分为：1.FMS运行状态检测监控系统；2.加工设备工作状态检测监控系统；3.工件状态检测监控系统；4.刀具状态检测监控系统；5.系统安全检测监控系统。32一、FMS运行状态检测监控系统主要功能是检测监视工件流、刀具流与信息流的运行状态。工件流系统运行状态：运输小车的位置及装载状态；运输小车故障状态；工件装卸站状态；小车缓冲站状态；仓库储藏工件状态等等。刀具流系统运行状态：刀库状态；对刀仪运行状态；条码阅读机工作状态；刀具进出站工作状态；换刀装置工作状态等。信息流状