自动化专业概论与职业发展—第5章控制与自动化技术的应用范畴课件

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1、第五章控制与自动化技术的应用范畴控制与自动化是不断发展的高新科学技术，对人类生产、生活和科学研究有着非常重要的影响。控制与自动化技术发展至今，可以说是已从“人类手脚的延伸”扩展到“人类大脑的延伸”。控制与自动化技术时时在为人类“谋”福利，可谓无所不在、无处没有。5.1机械制造自动化机械制造是现代工业重要的组成部分，对国民经济建设有非常巨大的影响。机械制造自动化技术从20世纪50年代至今，经历了单机自动化、刚性生产线，数控机床、加工中心和柔性制造三个阶段，正向计算机集成制造（CIM）发展。5.2.1数控技术和数控系统简单地说，数控技术是一门以数学的形式实现控制的技术。传统的

2、数控系统（NumericalControl，亦即NC)的核心——数字控制装置，是由各种逻辑元件、记忆元件组成的随机逻辑电路，是采用固定接线的硬件结构，它是由硬件来实现数控功能的。计算机数字控制系统是由程序、输入输出设备、计算机数字控制装置、可编程序控制器（PC）、主轴驱动装置和进给驱动装置组成，如图5.1所示。图5.1计算机数控系统结构图计算机数字控制装置(CNC装置)可编程逻辑控制器(PC)主轴控制单元速度控制单元输入设备输出设备程序主轴电机机床进给电机位置检测器5.2.2柔性制造系统(FMS)柔性制造系统（FlexibleManufacturingSystems）是在

3、计算机直接数控（DNC）基础上发展起来的一种高度自动化加工形式。它是由统一的控制系统和输送系统连接起来的一组加工设备，包括数控机床、材料和工具自动运输设备、产品零件自动传输入设备、自动检测和试验设备等，不仅能进行自动化生产，而且还能在一定范围内完成不同工件的加工任务。柔性制造系统一般包括以下要素：⑴标准的数控机床或制造单元（制造单元是指具有自动上下料功能或具有多个工位的加工型及装配型的数控机床）；⑵在机床和装卡工位之间运送零件和刀具的传送系统；⑶发布指令，协调机床、工件和刀具传送装置的监控系统；⑷中央刀具库及其管理系统；⑸自动化仓库及其管理系统。图5.2柔性制造系统结构图

4、工厂主计算机中央管理和控制计算机物流控制装置夹具站自动化仓库中央刀具库自动传送车CNC机床机器人机器人CNC机床附属工作站附属工作站制造单元信息传输网5.2.3计算机集成制造系（CIMS）计算机集成制造系统是(ComputerIntegratedManufacturingSystems)在自动化技术、计算机技术及制造技术的基础上，通过计算机及其软件，将制造工厂全部生产活动（设计、制造及经营管理，包括市场调研、生产决策、生产计划、生产管理、产品开发、产品设计、加工制造以及销售经营等）与整个生产过程有关的物料流与信息流实现高度统一的综合化管理，把各种分散的自动化系统有机地集成

5、起来，构成一个优化的完整的生产系统，从而获得更高的整体效益，缩短产品开发制造周期、提高产品质量、提高生产率、提高企业的应变能力和竞争能力。经营决策管理系统柔性制造单元与系统计算机辅助设计与制造图5.3计算机集成制造系统组成框图⑴设计功能包括计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助制造(CAM)、计算机辅助工程(CAE)、计算机辅助工艺过程设计(CAPP)等。⑵加工制造按照数控代码将一个毛坯加工成合格的零件并装配成部件、产品。⑶计算机辅助生产管理(CAPM)包括制定年、月或周的生产计划，物料需求计划，生产能力（资源）平衡以及财务、仓库等各种管理计划，还包括市场预测及制定长期发展

6、战略计划等。5.3过程工业自动化现代工业分成三类：连续型、混合型和离散型。在离散型工业中，主要对系统中的位移、速度、加速度等参数进行控制，例如数控机床、机器人控制、飞行器控制等都是离散工业中的典型控制问题。在连续型工业中，主要对系统的温度、压力、流量、液位(料位)、成分和物性等六大参数进行控制。至于混合型，则介于两者之间，往往是两种控制系统均被采用。习惯上，把连续型工业称之为过程工业(ProcessIndustries)，有时为突出其流动的性质而称之为流程工业(FluidProcessIndustries)。其生产特征是：呈流体状的各种原材料在连续流动过程中，以过传热、传

7、质、物理、生化和化学反应等加工，发生了相变或分子结构等的变化，失去了原有的性质，最终形成一种新的产品。过程工业包括电力、石油化工、化工、造纸、冶金、制药、轻工等国民经济中举足轻重的许多工业，研究这些工业的控制和管理成为人们十分关注的领域，是本学科非常重要的应用领域之一。5.3.1过程工业自动化的研究内容及特点一般把过程工业生产过程的自动控制称为过程控制。过程控制研究过程工业生产过程的描述、模拟、仿真、设计、控制和管理，旨在进一步改善工艺操作，提高自动化水平，优化生产过程（提高产品的产量和质量，降低原材料和能源的损耗），加强生产