0203A04原理

1第2章先进制造系统基本原理先进制造系统先进制造系统第1章先进制造系统总论第2章先进制造系统基本原理第3章先进制造模式第4章先进设计技术第5章先进制造装备及技术第6章先进制造工艺技术第7章绿色设计与制造第8章典型产品的制造系统第9章制造系统展望∨∧2第2章先进制造系统基本原理先进制造系统∧第2章先进制造系统基本原理2.1制造系统的类型2.2AMS的组成2.3AMS的性能原理2.4AMS的建模原理2.5AMS的决策属性2.6AMS的设计原理2.7AMS的运行原理2.8制造系统的信息化∨3第2章先进制造系统基本原理先进制造系统2.3AMS的性能原理2.3.1制造系统的基本特性2.3.2AMS的性能指标2.3.3制造系统性能的基本原理∧∨4第2章先进制造系统基本原理先进制造系统2.3.1制造系统的基本特性制造系统的8个特性：1）转换性2）分解性3）集成性4）动态性5）进化性6）开放性7）随机性8）复杂性∧∨5第2章先进制造系统基本原理先进制造系统2.3.1制造系统的基本特性（1）转换性转换即指资源转换。其优劣取决于制造系统的6大要素的综合作用。（2）分解性制造系统包含多个相互作用的层次，如物流、信息流、资金流和劳务流等。每个层次还可细分，进一步进行分解，如劳务流包括有关人员的安排、技术的组织与分布（3）集成性制造系统的各个环节是不可分割的，需要统一考虑决策优化如人（或组织）、技术和经营管理这三大要素应相互协调，共同发挥重要作用。∧∨6第2章先进制造系统基本原理先进制造系统2.3.1制造系统的基本特性（4）动态性①制造系统不断输入和不断输出的动态过程；②硬件和软件不断地变化与更新；③组织结构在市场竞争中不断地更新与完善。（5）进化性制造模式的变迁、管理理念的发展、人员素质的提高和经营生产技术的进步。从手工作坊到机器生产，从机械自动化、电气自动化到信息自动化，从刚性制造到柔性制造、集成制造、智能制造等。（6）开放性①企业之间的共生关系。企业间既有竞争、又有合作，形成了生态链结构。②社会资源的无限利用。制造系统的内部资源总是有限的。∨∧7第2章先进制造系统基本原理先进制造系统2.3.1制造系统的基本特性（7）随机性产品的市场需求，生产的计划与管理，加工精度的控制，产品装配的质量、发生重大设备事故、新政策的出台等均有随机性。（8）复杂性①企业的多样性没有两个制造企业是完全一样的。②技术的快速发展③内部制造模式的适应性“以产品为中心”的生产正在转变为“以顾客为中心”的生产。④外部经济环境的变化知识化、服务化及网络化。增加了制造系统复杂化。∨∧8第2章先进制造系统基本原理先进制造系统2.3.2AMS的性能指标1.制造系统与产品相关的性能指标（1）生产率单位时间内制造系统生产的产品数量，生产率既可以表示某一台设备，也可描述一个车间或工厂生产某种产品的情况。狭义生产率产出与投入之比。它包括：劳动生产率单位工时的产品数量；原材料生产率单位材料消耗的产品数量；能源生产率单位能耗的产品数量。广义生产率指系统对资源有效利用的程度。∧∨9第2章先进制造系统基本原理先进制造系统2.3.2AMS的性能指标1.制造系统与产品相关的性能指标（2）通过时间是指零件进入系统后直到加工处理完毕而离开系统所历经的时间。（3）等待队长是在某一时刻在进入某加工系统进行加工之前等待加工的工件数。通常它是一个随机变量。需要求得平均等待队长。（4）等待时间是工件在等待接受加工服务的队列中所逗留的时间。通常是一个随机变量。也需求得平均等待时间。（5）在制品数是投放到车间进行生产但尚未完成的零件数。∨∧10第2章先进制造系统基本原理先进制造系统2.3.2AMS的性能指标2.制造系统与设备相关的性能指标（1）设备利用率是设备的实际开动时间占制度工作时间的百分比。（2）设备有效利用率可用下式表示：式中，TW为有效工作时间；TD为设备故障时间。（3）设备完好率是指无故障设备数在全部设备数中所占的百分比。（4）设备可维修性是指某台设备易于维修的程度。（5）使用方便性是指一台设备或一个加工系统的调整准备工作及运行时操作的方便程度，定性表示。DwwTTT∨∧11第2章先进制造系统基本原理先进制造系统2.3.2AMS的性能指标3.制造系统与复杂性相关的性能指标（1）柔性是制造系统适应环境和过程改变的能力。（2）可靠性随时间变化保持自身工作能力的性能。（3）集成度指子系统之间功能交互、信息共享及数据传递畅通的程度。（4）生产均衡性这是指AMS各子系统所承担任务的松紧程度。它要求AMS的投料、生产及产出都能有计划有节奏地进行。∨∧12第2章先进制造系统基本原理先进制造系统2.3.2AMS的性能指标4.制造系统的制造能力它是企业或工厂在时间上、技术上和物理上的限制。（1）生产能力指某一层次（如工厂、车间、加工单元、设备）的制造系统在合理的条件下单位时间能够生产产品的最大数量。（2）工艺能力指企业拥有的制造工艺的集合。它与被加工的材料、物理工艺和完成工艺所需的经验有关。如：有的企业从事切削加工，有的从事压力加工，还有的从事整机装配。（3）物理限制指制造设备、车间大小和物流系统对产品物理特性的限制。∨∧13第2章先进制造系统基本原理先进制造系统2.3.3制造系统性能的基本原理（1）Little定律制造系统中的在制品数等于生产率与零件通过时间的积，即N＝PT式中：N为系统在制品数的平均值（个）；P为系统的生产率（个/min）；T为零件通过时间的平均值（min）。（2）复杂性与子系统数。制造系统复杂性随子系统或元件数的增加而呈指数增长。（3）可靠性与成本。制造系统的可靠性越高，其成本越大。（4）柔性与生产率。制造系统的柔性越高，生产率越低。（5）集成度与可靠性。若零部件的可靠性是一定的，则制造系统的集成度越高，参与工作的零部件数越多，系统可靠性越低。∧∨14第2章先进制造系统基本原理先进制造系统2.3END∨∧15第2章先进制造系统基本原理先进制造系统2.4AMS的建模原理2.4.1模型的概念、分类与作用2.4.2AMS的模型分类2.4.3AMS建模的目的与方法2.4.4Petri网的基本概念2.4.5案例：AMS的集成建模∧∨16第2章先进制造系统基本原理先进制造系统2.4.1模型的概念、分类与作用1.模型的概念2.模型的分类3.模型的特点4.模型的作用∧∨17第2章先进制造系统基本原理先进制造系统2.4.1模型的概念、分类与作用1.模型的概念模型是利用适宜的方式对实际系统进行真实状态和特征的抽象化。抽象程度越高，模型越简单。零件模型——工程图。作为加工的依据，需要详细地描述零件的每个尺寸、公差、粗糙度等。∧∨18第2章先进制造系统基本原理先进制造系统2.4.1模型的概念、分类与作用2.模型的分类（4种）（1）物理模型：某种代用材料按一定的比例缩小或放大做成的实体模型。（2）图解模型：是利用各种图表的形式来描述系统或部件。二维三维图，生产流程图，控制系统方块图，特性曲线图。（3）分析模型：用于对实际系统或系统某一个方面问题的分析。数学表达式描述系统的科学本质和规律。（4）知识模型：是建立在某种知识表示（如规则、框架、实例等）和一定的推理机制基础之上的模型。如制造工程中的工艺规划问题。也常与其他模型混合使用。∨∧19第2章先进制造系统基本原理先进制造系统2.4.1模型的概念、分类与作用3.模型的特点①它是客观事物的模仿或抽象；②它由与分析问题有关的因素构成；③它体现了有关因素之间的联系。4.模型的作用①模型为定量分析提供了依据，但过分依赖是错误的。②模型有助于决定一些基本的设计方法，是推式还是拉式生产，是共享还是分布资源等。③模型有利于对实际生产进行定性分析，预测资源和零件的多少，寻找最优路径。∨∧20第2章先进制造系统基本原理先进制造系统2.4.2AMS的模型分类1.按描述的对象分2.按描述的过程分3.按建模方法分∧∨21第2章先进制造系统基本原理先进制造系统2.4.2AMS的模型分类1.按描述的对象分1）物流模型物流包含材料流、工件流、工具流。2）资源模型设备故障诊断模型。3）产品模型产品设计模型、零件加工精度控制模型等。2.按描述的过程分①设计过程模型：一般设计过程模型与特定设计过程模型②生产过程模型：对产品的加工、装配、输送及调度控制描述。③工艺过程模型：是对零件加工活动及所需资源的规划。④加工过程模型：是对加工（如切削）动态的描述。3.按建模方法分先进制造系统是离散事件的动态系统，可分两类：（1）功能模型它又称为定性模型。它主要抓住系统变化逻辑方面，如可控制性、稳定性、系统操作是否存在死锁等。（2）性能模型它又称为定量模型。它强调系统性能的量化值，如产量、交货周期等。∧∨22第2章先进制造系统基本原理先进制造系统2.4.3AMS建模的目的与方法1.AMS建模的目的2.AMS建模的要求与步骤3.AMS建模的方法∧∨23第2章先进制造系统基本原理先进制造系统2.4.3AMS建模的目的与方法1.AMS建模的目的1）优化寻求最佳的决策或控制变量。例设计物流系统决定最佳配置，以使物料输送成本最低。2）预测对系统非常工作状态的性能或敏感因素的分析。例若某一机床因故障而停机，生产任务将会如何？3）控制选择合适的控制规则或变量。例调整生产计划，加工精度控制，生产质量控制。4）识别便于更深入地了解和发现制造系统各种的问题。例模型可以作为诊断问题产生原因的工具。5）证实帮助或支持对系统性能的证实，验证其正确性。例带有动画的仿真，对于推销产品是至为重要的。∨∧24第2章先进制造系统基本原理先进制造系统2.4.3AMS建模的目的与方法2.制造系统建模的要求与步骤要求：⑴能反映原系统在某一方面的基本属性，抓住主要因素；⑵简洁，非重要因素适当处置，易于理解和分析计算；⑶与其他模型易于衔接，与数据来源能够匹配。一般建模步骤：①明确目的与功能；②选择变量与参量；③建立粗模型；④将系统化分为子系统；⑤建立子系统模型；⑥建立衔接与关联部分模型；⑦建立总体细模型；⑧通过仿真进行检验，满意为止。所以，建模也是一个带反馈的过程。∨∧25第2章先进制造系统基本原理先进制造系统2.4.3AMS建模的目的与方法3.制造系统建模的方法（1）排队网络分析法研究服务台与顾客之间的效益问题，其理论基础为排队论，又称随机服务理论。优点是能考虑随机因素，描述系统的复杂关系。（2）离散事件仿真分析法①确定制造系统的布局和设备、人员配置。②性能分析：包括对生产率、制造周期、产品混合比变化对生产率的影响、瓶颈、阻塞及设备负荷平衡等。③调度与作业过程的评价：包括评估较优的调度策略、较优的作业计划、部件或毛坯的库存量、质量控制法则、可靠性等。∨∧26第2章先进制造系统基本原理先进制造系统2.4.3AMS建模的目的与方法（3）DEDS（离散事件动态系统）理论的扰动分析法（PA）它只要进行一次仿真，然后在标称样本路径上构造扰动路径，并计算扰动后的性能指标。特点：①对模型未加任何限制，适用于各种形式的DEDS。②兼有仿真法和理论分析法的优点，大大减少了计算③效果完全取决于从标称样本路径所构造的扰动样本路径是否符合实际。④它对于多参数的扰动或较大扰动难于处理，因为此时很难用事件序列图或状态方程表示。⑤当扰动较大时，它的近似程度较差。∨∧27第2章先进制造系统基本原理先进制造系统2.4.4Petri网的基本概念1.Petri网的基本术语2.Petri网的定义3.Petri网的类型4.Petri网的特点∧∨28第2章先进制造系统基本原理先进制造系统2.4.5案例：AMS的集成建模1集成建模的必要性2面向对象建模方法的基本特点3集成建模的概念模型∧∨29第2章先进制造系统基本原理先进制造系统2.4.5案例：AMS的集成建模1集成建模的必要性目前AMS设计中比较常用的建模方法有：功能建模法、信息建模法、动态建模法、面向对象建模法等。