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计算机集成制造论文范文

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机电一体化技术的应用与发展前景摘要:机电一体化是一种复合技术,是机械技术与微电子技术、信息技术互相渗透的产物,是机电工业发展的必然趋势。文章简述了机电一体化技术的基本结构组成和主要应用领域,并指出其发展趋势。关键词:机械工业;机电一体化;数控;模块化现代科学技术的发展极大地推动了不同学科的交叉与渗透,引起了工程领域的技术改造与革命。在机械工程领域,由于微电子技术和计算机技术的迅速发展及其向机械工业的渗透所形成的机电一体化,使机械工业的技术结构、产品机构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化,使工业生产由“机械电气化”迈入了“机电一体化”为特征的发展阶段。一、机电一体化的核心技术机电一体化包括软件和硬件两方面技术。硬件是由机械本体、传感器、信息处理单元和驱动单元等部分组成。因此,为加速推进机电一体化的发展,必须从以下几方面着手。(一)机械本体技术机械本体必须从改善性能、减轻质量和提高精度等几方面考虑。现代机械产品一般都是以钢铁材料为主,为了减轻质量除了在结构上加以改进,还应考虑利用非金属复合材料。只有机械本体减轻了重量,才有可能实现驱动系统的小型化,进而在控制方面改善快速响应特性,减少能量消耗,提高效率。(二)传感技术传感器的问题集中在提高可靠性、灵敏度和精确度方面,提高可靠性与防干扰有着直接的关系。为了避免电干扰,目前有采用光纤电缆传感器的趋势。对外部信息传感器来说,目前主要发展非接触型检测技术。(三)信息处理技术机电一体化与微电子学的显著进步、信息处理设备(特别是微型计算机)的普及应用紧密相连。为进一步发展机电一体化,必须提高信息处理设备的可靠性,包括模/数转换设备的可靠性和分时处理的输入输出的可靠性,进而提高处理速度,并解决抗干扰及标准化问题。(四)驱动技术电机作为驱动机构已被广泛采用,但在快速响应和效率等方面还存在一些问题。目前,正在积极发展内部装有编码器的电机以及控制专用组件-传感器-电机三位一体的伺服驱动单元。(五)接口技术为了与计算机进行通信,必须使数据传递的格式标准化、规格化。接口采用同一标准规格不仅有利于信息传递和维修,而且可以简化设计。目前,技术人员正致力于开发低成本、高速串行的接口,来解决信号电缆非接触化、光导纤维以及光藕器的大容量化、小型化、标准化等问题。(六)软件技术软件与硬件必须协调一致地发展。为了减少软件的研制成本,提高生产维修的效率,要逐步推行软件标准化,包括程序标准化、程序模块化、软件程序的固化、推行软件工程等。二、机电一体化技术的主要应用领域(一)数控机床数控机床及相应的数控技术经过40年的发展,在结构、功能、操作和控制精度上都有迅速提高,具体表现在:1、总线式、模块化、紧凑型的结构,即采用多CPU、多主总线的体系结构。2、开放性设计,即硬件体系结构和功能模块具有层次性、兼容性、符合接口标准,能最大限度地提高用户的使用效益。3、WOP技术和智能化。系统能提供面向车间的编程技术和实现二、三维加工过程的动态仿真,并引入在线诊断、模糊控制等智能机制。4、大容量存储器的应用和软件的模块化设计,不仅丰富了数控功能,同时也加强了CNC系统的控制功能。5、能实现多过程、多通道控制,即具有一台机床同时完成多个独立加工任务或控制多台和多种机床的能力,并将刀具破损检测、物料搬运、机械手等控制都集成到系统中去。6、系统的多级网络功能,加强了系统组合及构成复杂加工系统的能力。7、以单板、单片机作为控制机,加上专用芯片及模板组成结构紧凑的数控装置。(二)计算机集成制造系统(CIMS)CIMS的实现不是现有各分散系统的简单组合,而是全局动态最优综合。它打破原有部门之间的界线,以制造为基干来控制“物流”和“信息流”,实现从经营决策、产品开发、生产准备、生产实验到生产经营管理的有机结合。企业集成度的提高可以使各种生产要素之间的配置得到更好的优化,各种生产要素的潜力可以得到更大的发挥。(三)柔性制造系统(FMS)柔性制造系统是计算机化的制造系统,主要由计算机、数控机床、机器人、料盘、自动搬运小车和自动化仓库等组成。它可以随机地、实时地、按量地按照装配部门的要求,生产其能力范围内的任何工件,特别适于多品种、中小批量、设计更改频繁的离散零件的批量生产。(四)工业机器人第1代机器人亦称示教再现机器人,它们只能根据示教进行重复运动,对工作环境和作业对象的变化缺乏适应性和灵活性;第2代机器人带有各种先进的传感元件,能获取作业环境和操作对象的简单信息,通过计算机处理、分析,做出一定的判断,对动作进行反馈控制,表现出低级智能,已开始走向实用化;第3代机器人即智能机器人,具有多种感知功能,可进行复杂的逻辑思维、判断和决策,在作业环境中独立行动,与第5代计算机关系密切。三、机电一体化技术的发展前景纵观国内外机电一体化的发展现状和高新技术的发展动向,机电一体化将朝着以下几个方向发展。(一)智能化智能化是机电一体化与传统机械自动化的主要区别之一,也是21世纪机电一体化的发展方向。近几年,处理器速度的提高和微机的高性能化、传感器系统的集成化与智能化为嵌入智能控制算法创造了条件,有力地推动着机电一体化产品向智能化方向发展。智能机电一体化产品可以模拟人类智能,具有某种程度的判断推理、逻辑思维和自主决策能力,从而取代制造工程中人的部分脑力劳动。(二)系统化系统化的表现特征之一就是系统体系结构进一步采用开放式和模式化的总线结构。系统可以灵活组态,进行任意的剪裁和组合,同时寻求实现多子系统协调控制和综合管理。表现特征之二是通信功能大大加强,一般除RS232等常用通信方式外,实现远程及多系统通信联网需要的局部网络正逐渐被采用。未来的机电一体化更加注重产品与人的关系,如何赋予机电一体化产品以人的智能、情感、人性显得越来越重要。机电一体化产品还可根据一些生物体优良的构造研究某种新型机体,使其向着生物系统化方向发展。(三)微型化微型机电一体化系统高度融合了微机械技术、微电子技术和软件技术,是机电一体化的一个新的发展方向。国外称微电子机械系统的几何尺寸一般不超过1cm3,并正向微米、纳米级方向发展。由于微机电一体化系统具有体积小、耗能小、运动灵活等特点,可进入一般机械无法进入的空间并易于进行精细操作,故在生物医学、航空航天、信息技术、工农业乃至国防等领域,都有广阔的应用前景。目前,利用半导体器件制造过程中的蚀刻技术,在实验室中已制造出亚微米级的机械元件。(四)模块化模块化也是机电一体化产品的一个发展趋势,是一项重要而艰巨的工程。由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多,研制和开发具有标准机械接口、电气接口、动力接口、信息接口的机电一体化产品单元是一项复杂而重要的事,它需要制订一系列标准,以便各部件、单元的匹配和接口。机电一体化产品生产企业可利用标准单元迅速开发新产品,同时也可以不断扩大生产规模。(五)网络化网络技术的飞速发展对机电一体化有重大影响,使其朝着网络化方向发展。机电一体化产品的种类很多,面向网络的方式也不同。由于网络的普及,基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾,而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品。(六)绿色化工业的发达使人们物质丰富、生活舒适的同时也使资源减少,生态环境受到严重污染,于是绿色产品应运而生。绿色化是时代的趋势,其目标是使产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的整个生命周期中,对生态环境无危害或危害极小,资源利用率极高。机电一体化产品的绿色化主要是指使用时不污染生态环境,报废时能回收利用。绿色制造业是现代制造业的可持续发展模式。综上所述,机电一体化是众多科学技术发展的结晶,是社会生产力发展到一定阶段的必然要求。它促使机械工业发生战略性的变革,使传统的机械设计方法和设计概念发生着革命性的变化。大力发展新一代机电一体化产品,不仅是改造传统机械设备的要求,而且是推动机械产品更新换代和开辟新领域、发展与振兴机械工业的必由之路。参考文献:1、李运华机电控制[M]北京航空航天大学出版社,2、芮延年机电一体化系统设计[M]北京机械工业出版社,3、王中杰,余章雄,柴天佑智能控制综述[J]基础自动化,2006(6)4、章浩,张西良,周士冲机电一体化技术的发展与应用[J]农机化研究,2006(7)5、梁俊彦,李玉翔机电一体化技术的发展及应用[J]科技资讯,2007(9)

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现代企业生产管理系统轨迹分析   1.关于计算机集成制造系统CWS计算机集成制造系统最早是由美国的Joseph Harrington博士于1974年针对企业所面临的问题而提出来的。它主要有以下几方面特点:①其关键技术在于集成。CLMS是在原有的管理基础上把经营系统、人的系统和技术系统集成起来,在总体上协调各部门的活动。是企业成为各部分相互密切配合,协调统一的整体。从而最终达到全局最优化,最大限度地发挥整体效益。②实现柔性管理。CIMS可以灵活适应外界环境的不断变化,柔性技术是多功能、多途径、既能适用于单一产品的大规模生产、也可以进行多品种小批量生产、还可以进行多品种大批量的混合生产。其实质是要灵活适应不同顾客的不同要求,实现多品种、小批量的生产。这种灵活的柔性生产方式要求管理上也灵活变化,即实现柔性管理,它的精髓在于以人为核心,灵活应变能力强、能够迅速响应市场,是一种体现着组织、生产、战略决策、营销等等柔性化的现代管理方法。③组织机构的变革。一是反映在各生产部门的明确分工被打破;在传统的工业企业中,是以生产线流水作业为主要生产方式来组织生产的,有着明确的分工。而计算机集成技术却将生产产品的设计、制造、工艺流程等等环节全部集成起来由计算机来共同完成,实现生产一体化作业。二是反映在管理层次减少,管理幅度增加。生产作业的一体化也要求实行一体化的管理体系,同时由于许多工作由计算机完成,从而导致管理层次减少和管理幅度增加,管理人员的数目也相应减少。这样不仅降低了生产成本,有利于信息传递,同时也有利于提高工作效率。2.关于准时生产准时生产JIT(Just In Time)是日本制造商在20世纪70年代末石油危机的冲击下发展起来的。主要源于日本丰田公司的看板系统,这种生产方式的基本思想是在恰当的时间生产出恰当的零部件、产成品,把生产中出现的存储、装备和等待时间、残次品等视为一种浪费。准时生产所依据的基本原则是“准时”,即在零件刚好被需要时,才将它生产出来并送到需要地点,其追求的理想目标是“零库存”。为了达到“零库存”,生产过程必须严格控制,生产按定单进行,前道工序由后道工序触发,当后道工序在控制库存以下时,前道工序才为补充后道工序的控制库存而生产。也就是说,对整个定单而出现产品库存减少到控制库存以下时,才会再装配产品补充库存并进而触发前面工序的生产。由于生产过程并非按计划而是从后向前由定单触发,因而相应的生产管理系统被称作为拉动式(pull)系统。准时生产的最大特点是它具有动态的自我完善机制,表现为“强制性暴露问题、暴露隐患”,而这种强制性的手段就是“看板管理”。当生产系统平稳运行时,他们总是通过减少看板数量强制性地减少工序之间的在制品储备量(或者压缩生产前置或、减少作业人数),从而迫使生产系统中存在的问题和隐患在不平稳中显露出来,如设备保养不善、加工能力不均衡、作业人员技能差异、工序作业衔接不良等。通常这些问题和隐患都被过量的在制品储备所掩盖了。这些问题暴露出来后,管理人员和作业人员必须分析问题产生的原因,提出改善的措施与设想,从根本上消除隐患,以防再度发生,使生产系统达到新的平衡。此外,看板管理还具有良好的生产过程控制能力。因为利用看板的微调作用,可以把每次改善的幅度控制在一个小的范围之内,这样,迫使生产系统暴露出来的问题不至于六分散和太严重,便于问题得到解决。所以,看板管理不仅仅是生产过程的控制手段,也是生产系统动态自我完善过程的控制手段,它控制着这种完善过程的幅度与进度。3.关于精益生产精益生产LP(Lean Production)起源于20世纪80年代的日本丰田汽车公司。然而,正式提出精益生产概念的却是美国人詹姆斯。精益生产要求企业的各项活动都必须运用“精益思维”(Lean Thinking)。精益思维的核心就是以最小的资源投入,包括人力、资金、材料、时间和空间,创造出尽可能多的价值,为顾客提供新产品和及时的服务。主要内容有:①控制价值流:它包括产品流、信息流及物质流的控制。②一人多工位操作;③TPM:即全员维修保养,它的实质就是以人的因素为第一,依靠改善人的素质来改善设备的素质,以达到提高企业素质的最终目的,它要求打破操作人员与维修人员的分工局限,实行由设备使用者本身自主维修设备的制度;④“三为”:即以生产现场为中心,以生产工人为主体,以车间主任为核心的现场管理体制,它为实现准时化生产提供了组织、制度上的保证;⑤“6s”:即整理、整顿、清扫、清洁、习惯、修养。它们均以日本语音“S”开头。通过这些活动,达到人力与物力的和谐结合,实现生产力的不断优化,促进企业发展。4.关于柔性生产。本世纪20年代在泰勒“科学管理”影响下,尤其是E.whitney及Oliver提出“互换性”、“大批量生产”和“传送带”应用前提下,工业界将管理思想与当时的电气化、标准化、系列化结合,成功地诞生了“少品种大批大量生产”的生产模式,给制造业注入了新鲜血液,它推动了工业化发展的进程,美国的“福特制”就是典型代表,它为社会提供了大量的产品,它存在的基础是当时的市场环境为卖方市场,因而我们也称此生产模式为刚性生产模式,这一模式的生产效率高,单件产品成本低,但它是以损失产品的多样化,掩盖产品个性为代价的。随着经济的不断发展,企业的竞争形式也在发生变化,它不仅仅是表面的价格、数量、质量的竞争,更重要的是刚性生产模式的弊端逐渐显现,主要表现在:成本增加、过量库存、适应市场的灵敏度低。为此,1998年美国里海大学和GM公司共同提出了柔性生产模式AM(Agile manufacturing),现已成为“21实际制造业战略”。柔性生产模式与刚性生产模式相比具有以下特点:①建立虚拟企业,实现虚拟生产与拟实生产。②定单决定生产量。柔性生产模式认为,只有适应市场不断变化的需求,才能提高企业的竞争力,、价格与质量不是主要的竞争手段,而只是部分竞争手段,要不断地研发产品,创造产品的特殊使用价值来满足用户,根据定单来确定生产量及小批量品种,这就是柔性生产管理的基本出发点。③建立弹性生产体系。柔性生产根据市场不断需求变化来生产;它产品多、个性强、多样化。而要满足这一生产需求,势必要建立多条流水生产线,由此而带来不同的生产线经常停工,产品成本过高。因此,必须建立弹性生产体系,在同一条生产线上通过设备调整来完成不同品种的批量生产任务,既满足多品种的多样化要求,又使设备流水线的停工时间达到最小。即“只在必要的时间内生产必要数量的必要产品。”④生产区位趋于集中。为了满足市场需求,柔性生产必须在一个生产区位完成整个生产过程。尤其是零配件供应商要与装配厂保持距离,以保证零配件及时交货并实现零库存,从而实现对市场需求变化的灵敏反应。⑤人员素质要求高。人是最灵活最具柔性的资源,这是因为人有社会动机,有学习和适应环境的能力。人能够在柔性生产模式下通过培训、学习、模仿和掌握信息技术等而获得所需要的知识与技能。5.关于并行工程并行工程CE(Concurrent Engineering)于本世纪90年代后期提出的。它是以CIMS信息集成为基础,通过一系列的方法和技术支持产品开发人员在设计一开始就考虑产品寿命周期中的各种因素实现产品开发过程集成,其主要目标是缩短产品开发周期、提高质量、降低成本,从而增强企业的竞争能力。并行工程的核心内容包括以下几个方面S①产品开发队伍的重构;将传统的部门制或专业组变成以产品为主线的多功能集成产品开发团队,并赋予团队相应的责权力,对做开发的产品对象负责,这样可以打破功能部门所造成信息流动不畅的障碍。②过程重构;从传统的串行产品开发流程转变成集成的、并行的产品开发过程,并行过程不仅是活动的共发,更主要的是下游过程在产品开发的早期即参与设计过程,另一方面则是过程的精简,以使信息流动与共享的效率更高。③数字化产品定义;包括两方面内容:即数字化产品模型和产品生命周期数据管理;数字化工具定义和信息集成。④协同工作环境;用于支持多功能集成产品开发团队的网络与计算机平台。

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