第三章3節至6節

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1、機電一體化概論機電一體化概論作者：作者：邵澤強邵澤強3.3 3.3 家用電器家用電器教學目標教學目標了解家用電器中全自動洗衣機的結構了解全自動洗衣機的工作原理 隨著科技的發展，除了機器人、數控機床等大項設備是機電一體化的產品，很多的家用電器由于采用了新的技術，也成為機電一體化產品中的一員，比如全自動洗衣機、微波爐、空調等等。下面我們以常見的全自動洗衣機為例，介紹一下這類機電一體化產品的結構和工作原理。全自動洗衣機全自動型洗衣機是能將洗滌、漂洗、脫水各功能間的轉換全部不用手工操作，包括進水、排水在內的各工序都可以用程序控制器自動控制的洗衣機。衣物放入洗衣機后能自動洗滌、漂洗、脫水，全部程序自動完

2、成。當衣物甩干后，蜂鳴器會發出聲響。全自動型洗衣機多為套桶洗衣機，即洗衣桶和脫水桶套裝一起?，F在還有帶有傳感器的高級微電腦全自動洗衣機，具有人工智能，它能根據洗滌物的數量、種類、臟污程度，自動選定對洗滌物的最佳程序，自動進行洗滌。全自動洗衣機常見的有兩種類型：波輪式和滾筒式。波輪式洗衣機是在洗衣桶的底部中心處裝有一個波輪，波輪旋轉時，洗滌液在桶內形成螺旋狀渦卷水流，從而帶動衣物旋轉翻動而達到洗滌目的。其特點是洗滌時間短，洗凈度較高，適宜于洗滌棉、麻、纖和混紡等織物，但是易使衣物纏繞，影響洗凈的均勻性，磨損率也較高。滾筒式洗衣機采用套桶裝置，內桶為圓柱形臥置的滾筒，筒內有34條凸棱，當滾筒繞軸心

3、旋轉時，帶動衣物翻滾，并循環反復地摔落在洗滌液中，從而達到洗滌的目的。其特點是洗滌動作比較柔和，對衣物的磨損小，用水量小，適合洗滌毛料織物。但是機器結構復雜，洗凈度低，耗電量大，售價較高?，F在滾筒式的全自動洗衣機使用較廣泛，我們以全自動滾筒式洗衣機為例，了解全自動洗衣機的結構及工作原理。全自動滾筒式洗衣機的基本結構 全自動滾筒式洗衣機按衣物投入的方式，可分成前開門式和頂開門式兩種，具體的外部結構如圖所示，全自動洗衣機盡管型號很多，但是其基本結構大致相同。從整體上可分成洗滌脫水系統、傳動系統、操作系統、支承系統、給排水系統和電氣系統。洗滌脫水系統 洗滌脫水系統主要由內桶（滾筒）、外桶（盛水桶）、

4、內桶叉形架、主軸、外桶叉形架、軸承等組成。內桶又稱滾筒，是洗衣機的主要部件，一般由0.5mm的不銹鋼板制成，桶壁布滿直徑為5mm的圓孔，孔與孔之間距離20mm，桶的內壁光滑，桶壁上沿直徑方向安裝3條凸筋，稱為提升筋，提升筋的高度為85mm左右，橫截面為三角形。當內桶旋轉時，提升筋帶動衣物翻滾，達到沖洗和揉搓的作用。內桶叉形架用于支撐內桶，其結構如圖所示，它是由叉形架、主軸和軸套鑄成一體。并與內桶鉚接在一起，安裝在外桶內。外桶又稱盛水桶，其結構如圖所示，它不但要盛放洗滌液，還要起支撐電動機、配重塊、減震器、加熱器、溫控器的作用。外桶叉形架結構如圖所示，是一個鋁合金壓鑄成的三角形，中間設置有可以安

5、裝兩個軸承的軸承，通過軸承、主軸、內桶叉形架，將外桶連接為一體，一方面起到支撐內桶的作用，另一方面使內桶和外桶保持一定的間隔，保證內桶在外桶內順利運轉。圖3.3.3 外桶結構 圖3.3.4 外桶叉形架 傳動系統 傳動系統主要是由電動機、大小帶輪和傳動帶組成，其結構如圖所示。圖3.3.5 滾筒式洗衣機的傳動機構 滾筒式洗衣機所使用的電動機是單相、雙速電容式運轉電動機，在其定子鐵心內同時嵌放兩套繞組，2極繞組和12極繞組，2極繞組用于脫水，電動機以3000r/min的速度高速旋轉；12極繞組用于洗滌、漂洗，電動機以500r/min的速度低速正、反轉旋轉。當電動機旋轉時，電動機軸上的小帶輪運轉，經過

6、V傳動帶帶動內桶主軸的大帶輪運轉，從而帶動內桶運轉。支承系統 支撐系統主要是由整個機心吊在外箱體上的減震吊裝彈簧、支承裝置和箱體等組成，其結構如圖所示。圖3.3.6 滾筒式洗衣機支承系統結構 外桶上部有4個角裝有4根減震吊裝彈簧，將整個運動件都吊裝在外桶上，外桶底座裝有兩個彈性支承減震器，將整個運動件支撐在外箱體的底座上，這樣就將整個運動件懸掛起來，減少洗衣機工作時的振動和噪聲。4、給排水系統 給排水系統主要有進水管、進水電磁閥、洗滌盒、回旋進水管、溢水管、過濾器、排水泵和排水管等做成。該系統的主要部件是進水電磁閥和排水泵。進水電磁閥主要有電磁線圈、鐵心、過濾網、閥座等部件組成。當電磁閥線圈通

7、電時，在周圍產生磁場，在磁場的作用下，閥心被吸起，氣孔被打開，由于水的壓力將閥打開，水從閥中通過，洗衣機開始進水。滾筒式洗衣機采用上排水方式，沒有排水閥門機構，采用排水泵排水。排水泵由單相罩極式電動機驅動，排水泵揚程為1.5m左右，排水量為25/min。5、電氣系統 滾筒式全自動洗衣機的電氣部分由程序控制器、水位開關、加熱器、溫控器和門開關等基本電器部件組成。滾筒式洗衣機一般采用電動式程控器或電腦式程控器，其中又以電動式的程控器較多，程控器的外形如圖所示。圖3.3.7 程序控制器外形圖水位開關又稱水位壓力開關，用于控制洗衣機的水位，能夠控制兩種水位，一種是標準洗滌水位，一種是節水洗滌水位。加熱

8、器是用來加熱洗滌衣物的洗滌水的。加熱器是一支水浸式管狀加熱器，是一種封閉式電熱元件，外壁為不銹鋼，內裝一根電熱絲。加熱器功率一般為0.82.0KW。溫控器主要是控制洗滌液的溫度，通?？刂圃?0oC60 oC,常見的有機械式和電子式兩種。門開關是安裝在洗衣機前門內側的微動開關，它串接在電源電路中，起到保護操作者安全的作用。滾筒式全自動洗衣機電路的控制原理 滾筒式全自動洗衣機的工作過程式由程序控制器來控制實現的，通常采用的時間控制和條件控制兩種方式實現洗衣機工作過程的控制。我們以常見的電腦式程控滾筒式洗衣機為例介紹其電路控制原理。電腦式滾筒全自動洗衣機的整機電路如圖所示，主要有電腦控制器（DNK）

9、、雙水位開關（L）、溫度傳感器（WD）、加熱器（RR）、電動機（M）、進水閥（EV）、排水泵（PS）、溫度控制器（TH）、電動門鎖（ID）等組成。圖3.3.8 整機電路供電電路 洗衣機接通電源后，電腦控制器從Q15、Q1兩端得電，經內部變壓器降壓后，再經過整流濾波穩壓后獲得直流電壓加至單片機IC上，單片機得電后可以接受指令工作。若10s內面板上無按鍵輸入信號，則電腦控制器自動執行內部設定程序；有信號輸入，就執行相應程序。程序啟動后，由DNK的Q2端輸出電流，經電動門鎖內PTC發熱元件形成回路，熱敏電阻發熱，雙金屬片變形使電動門鎖內部觸點閉合，DNK的R5得電，從而使DNK中強電部分得電工作。如

10、果程序啟動后8s內門沒有關好，造成DNK在8s內從R5處檢測不到電壓信號，則單片機觸發蜂鳴器電路，使洗衣機報警。供水電路 洗衣機的預洗、主洗和漂洗程序選定后，電腦控制器首先檢測用戶是否需選擇了節能功能，則DNK檢測其Q11端，看與其連接的水位開關觸點1114是否接通，接通表明水位達到，則不給DNK的Q3(Q4、Q5)端供電，切斷進水電磁閥的電源，停止進水。未接通表明無水火水位未達到，則DNK的Q3(Q4、Q5)輸出電壓信號，啟動進水電磁閥進水，在進水過程中，DNK人不斷檢測觸點1114接通的信息后再切斷進水電磁閥的電源，停止進水。如果未選擇節能功能，則DNK不斷檢測B6和R1端，看與其相連的水

11、位開關2124是否接通。如果未接通表明水位未達到，DNK的Q3(Q4、Q5)輸出電壓信號，接通電磁閥進水；如接通表明水位已達到，則切斷進水閥電源，停止注水。DNK具體觸發Q3、Q4、Q5中哪一端，要是程序編排而定。當洗衣機執行預洗程序時Q3端得電，接通進水閥EV1，向洗衣粉盒A格進水，將放在A格內的洗衣粉沖入洗衣機內；當洗衣機執行在主洗程序時Q4端得電，接通進水閥EV2，向洗衣粉盒B格進水，將放在B格內的洗衣粉沖入洗衣機內，將放進D格內的香料沖入洗衣機內；當洗衣機執行漂洗程序時，Q5端得電，接通進水閥EV3，將放在C格的柔軟劑沖入洗衣機內。加熱電路 當選擇加熱功能時，在相應的加熱程序段中DNK

12、不斷檢測K3和R10端外接的溫度傳感器WD，WD實際是一個熱敏電阻。當洗滌液溫度低于設定值時，DNK給Q11輸出電壓，接通加熱回路，給洗滌液加熱，直至檢測出洗滌液溫度達到設定溫度值，才切斷Q11端的供電。加熱回路中串有90O的溫控器TH,當洗滌液溫度達到90O時，起觸點斷開，切斷加熱回路，使水溫保持在90O以下。洗滌回路 由DNK控制交替接通、斷開Q6、Q8端，從而控制電容器C1接入洗衣機電動機繞組的位置，使電動機正反轉。排水電路 當洗衣機執行排水程序時，DNK給Q7端供電，接通排水電路，洗衣機排水。脫水電路 當洗衣機執行脫水程序時，一方面檢測R2端，看低水位是否復位，待低水位復位后DNK根據

13、R2端檢測到的信號，給Q9端供電，接通電動機進行脫水。3.4 3.4 自動生產線自動生產線教學目標：教學目標：1、了解并掌握自動生產線的概念及組成；2、掌握自動生產線的類型；3、了解自動生產線的發展趨勢。3.4.1 自動生產線的組成 自動生產線是在流水生產線的基礎上發展起來的，它能進一步提高生產率和改善勞動條件，因此在輕工業生產中發展很快。人們把按輕工工藝路線排列的若干自動機械，用自動輸送裝置連成一個整體，并用控制系統按要求控制的、具有自動操縱產品的輸送、加工、檢測等綜合能力的生產線稱作自動生產線，簡稱自動線或生產線。自動生產線主要由基本設備、運輸貯存裝置和控制系統三大部分組成，如圖所示，其中

14、運輸貯存裝置和自動控制系統，乃是區別流水線和自動生產線的重要標志。圖3.4.1 自動生產線的組成基本設備 它主要指自動生產機、其他自動機及工藝設備。其中，自動生產機是最基本的工藝設備，由三部分組成：執行機構，它是實現自動化操作與輔助操作的系統。動力及傳動機構，它給自動生產機提供動力來源，并能將動力和運動傳遞給各個執行機構或輔助機構?？刂蒲b置，它的功能是控制自動生產機的各個部分，將運動分配給各執行機構，使它們按時間、順序協調動作，由此實現自動生產機的工藝職能，完成自動化生產。運輸貯存裝置 它是自動生產線上的必要輔助裝置，主要包括輸送裝置、分流合流及轉向裝置、貯存裝置和機械手四大部分?？刂葡到y 它

15、由兩部分組成：全線工作循環控制裝置，它根據確定的工作循環來控制自動生產機及運輸貯存裝置工作。信號及檢測系統，它由數量檢查、質量檢查、安全保護及現實記錄四個裝置組成，實現信號采集、檢測及其他輔助控制功能。通常，在自動生產線的終端，由人駕駛運輸工具（如鏟車）將生產成品運往倉庫或集裝箱運輸車上，個別的也有設置移動式堆碼機來完成最后這一道工序。3.4.2 自動生產線的類型根據自動生產線的組成方式，可以將其分為以下三類：1.剛性自動線（或稱同步自動線）如圖3.4.2(a)所示，這種自動線中各自動機用運輸系統和檢測系統等聯系起 來，以一定的生產節拍進行工作。這種自動線的缺點是，當某一臺自動機或個別機構發生

16、故障時，將會引起整條線停止工作。2.柔性自動線（或稱非同步自動線）如圖3.4.2(b)所示，這種自動線中各自動機之間增設了儲料器。當后一工序的自動機出現故障停機時，前一道工序的自動機可照樣工作，半成品送到儲料器中儲存；如前一道工序的自動機因故障停機，則由儲料器供給所需半成品，使后面的自動機能繼續工作下去?？梢?，柔性自動線比剛性自動線有較高的生產率。但是，儲料器的增加，不但使投資加大，多占用場地，同時也增加了儲料器本身出現故障的機會，因此，應全面考慮各方面因素，合理選用和設置自動線種類。3.組合自動線 如圖3.4.2(c)所示，這種自動線中一部分自動機利用剛性（同步）聯接，即把不容易出故障的相鄰

17、自動機按剛性聯接，另一部分則采用柔性（非同步）聯接。圖3.4.2 自動生產線的類型3.4.3 自動生產線的發展趨勢 目前，國內外自動生產線的主要發展趨勢呈現出了以下特點。高速化 提高自動線速度是提高勞動生產率的主要途徑。據報道，在國外，糖果包裝機達1200粒/min，卷煙機達到4000支/min，工業縫紉機達7500r/min，而我國現有水平分別為500粒/min，1000支/min，3000r/min。由此可見，高速化是提高單機生產率的主要途徑之一。綜合自動化 生產過程自動化是現代生產的重要標志。在自動化機械中，采用機、電、液、氣相結合的綜合自動化，可使自動化輕工機械的結構進一步簡化。另外，

18、采用電子自控技術，使其不僅能自動的完成加工工藝操作和輔助操作，而且能自動監測、自動判斷記憶、自動發現和排除故障、自動分選和剔除廢品，可大大提高自動機械的自動化程度。采用生產自動線 用傳送裝置和控制裝置把幾臺單機有機地聯接在一起，組成生產自動線，也是當前發展的一個重要趨勢。這可以進一步提高勞動生產率，減低成本，改善勞動條件。利用機器人技術，采用自動化生產線成套裝備 目前，國外汽車行業、電子和電器行業、物流與倉儲行業等已大量應用機器人技術來提高產品質量和生產效率。機器人設備的廣泛使用，大大推動了這些行業的快速發展，提升了制造技術的先進性，而機器人自動化生產線成套裝備也已成為自動化成套裝備的主流以及

19、未來自動化生產線的發展方向。3.5 3.5 柔性制造系統柔性制造系統 教學目標：教學目標：掌握柔性、柔性制造單元以及柔性制造系統的基本概念了解柔性制造系統的組成和工作流程。在現代制造裝置中，柔性是一種重要的特性。它意味著制造系統在具有多用途和適應性強的同時，能獲得相當高的生產運轉速度。在20世紀70年代末、80年代初出現了柔性制造系統（FMS：Flexible Manufacturing System），這是一個由計算機控制的自動化制造系統，在它上面可同時加工形狀相近的一組或一類產品。柔性制造系統是一種廣義上的可編程控制系統，它具有處理高層次分布數據的能力，具有自動的物流，從而實現小批量、多品

20、種、高效率的制造，以適應不同產品周期的動態變化。3.5.1 柔性 所謂柔性，是指一個制造系統適應各種生產條件變化的能力，它可以表述為兩個方面：第一方面是系統適應外部環境變化的能力，可用系統滿足新產品要求的程度來衡量；第二方面是系統適應內部變化的能力，可用在有干擾（如機器出現故障）情況下，這時系統的生產率與無干擾情況下的生產率期望值之比可以用來衡量柔性。柔性主要包括：1.機器柔性 當要求生產一系列不同類型的產品時，機器隨產品變化而加工不同零件的難易程度。2.工藝柔性 它又包含兩層含義：工藝流程不變時自身適應產品或原材料變化的能力；制造系統內為適應產品或原材料變化而改變相應工藝的難易程度。3.產品

21、柔性 產品更新或完全轉向后，系統能夠非常經濟和迅速地生產出新產品的能力，以及產品更新后，對老產品有用特性的繼承能力和兼容能力。4.維護柔性 采用多種方式查詢、處理故障，保障生產正常進行的能力。5.生產能力柔性 當生產量改變、系統也能經濟地運行的能力。對于根據訂貨而組織生產的制造系統，這一點尤為重要。6.擴展柔性 當生產需要的時候，可以很容易地擴展系統結構，增加模塊，構成一個更大系統的能力。7.運行柔性 利用不同的機器、材料、工藝流程來生產一系列產品的能力和同樣的產品，換用不同工序加工的能力。柔性”是相對于“剛性”而言的，傳統的剛性自動化生產線主要實現單一品種的大批量生產。其優點是生產率高和設備

22、利用率很高，單件產品的成本很低，缺點是價格昂貴，而且只能加工一個或幾個相類似的零件。如果想要獲得其他品種的產品，則必須對其結構進行大調整，重新配置系統內各要素，其工作量和經費投入與構造一個新的生產線往往不相上下。因此，剛性的大批量制造自動化生產線只適合生產少數幾個品種的產品，難以應付多品種中小批量的生產。3.5.2 柔性制造單元 柔性制造單元（FMC：Flexible Manufacturing Cell）是在制造單元的基礎上發展起來的，由一臺或數臺數控機床或加工中心構成的加工單元。FMC具有獨立自動加工的功能，又部分具有自動傳送和監控管理功能，可實現某些種類的多品種小批量的加工。有些FMC還

23、可實現24h無人運轉。FMC可以作為柔性制造系統FMS中的基本單元，若干個FMC可以發展組成一個FMS。FMC有兩大類，一類是數控機床配上機器人，另一類是加工中心配上托盤交換系統。配有機器人的FMC 加工中心上的工件，由機器人來裝卸，加工完畢的工件碼放在工件架上。監控器協調加工中心和機器人的動作。配有托盤交換系統構成的FMC 由加工中心和托盤交換系統構成的FMC，托盤上裝夾有工件，當工件加工完畢后，托盤轉位，加工另一新工件。托盤支承在圓柱環形導軌上，由內側的環鏈拖動而回轉，鏈輪由電動機驅動。托盤的選定和停位，由可編程序控制器來實現。般的FMC，托盤數在5個以上。如果在托盤的另一端設置一個托盤工

24、作站，則這種托盤系統可通過工作站與其它FMC發生聯系。3.5.3 柔性制造系統 一般情況下，FMS由機床、控制系統、材料運送系統和操作人員四部分組成，平面布置如圖所示。1.機床 由一組自動加工設備（如CNC、加工中心等）以不同的順序自動完成各種表面的加工，通常配置220臺甚至跟多的機床。2.控制系統 能為FMS提供許多不同的控制功能，如零件加工程序的存儲和分配，物料輸送和存儲，工作流向的檢測、控制和自動診斷，生產過程的控制，系統/刀具的控制與檢測等。圖柔性制造系統平面布置圖3.物料運送系統 通過它將一組單獨的CNC機床組成一條綜合的FMS。它必須能夠自動地在一個工位上卸下共建A，再裝上共建B，

25、并把卸下的攻堅A送到下一個工位。該系統包括環形傳送帶、直線傳送帶、工業機器人以及自動拖車等。4.操作人員 在FMS中，人和計算機均起著重要作用，盡管操作人員只承擔勞動強度很低的任務，但這個任務卻是決定性的。單臺機床（如CNC）由計算機控制；整個系統由中央控制起實現直接控制（如DNC）；自動材料輸送和其他功能如數據采集、系統檢測、工具控制等都由計算機控制。因此，人-機對話是FMS獲得柔性程度的關鍵。圖是一個典型的柔性制造系統的示意圖。它表示了FMS中生產原料及工具的傳遞、變換和加工的集成過程。其工作流程為：首先在裝卸站將毛坯安裝在早已固定在托盤上的夾具中；然后物料傳遞系統把毛坯連同夾具（隨行夾具

26、）和托盤輸送到進行第一道加工工序的加工中心旁邊排隊等候，一旦加工中心空閑，毛坯就立即被送至加工中心進行加工。每道工序加工完畢以后，物料傳送系統還要將該加工中心完成的半成品取出并送至執行下一工序的加工中心旁邊排隊等候，如此不停地進行至最后一道加工。在完成整個加工過程中除進行加工工序外，若有必要還要進行清洗、檢驗以及組裝工序。圖3.5.2 典型的柔性制造系統3.5.4 柔性制造系統的優點 盡管FMS只具有中等生產能力，但它通過將機床、運送裝置和控制系統有機地結合起來，在獲得最大的機床利用率和提高生產率的同時又能保持所需的柔性，從而解決了多品種、中小批量生產時生產率與柔性之間的矛盾，有利于發展新品種

27、和擴大變型產品的生產。FMS的優點表現為：1）具有良好的柔性 對零件組具有良好的柔性，能迅速重新組合，以生產屬于同族的各種各樣的零件。通過預編程序對同一零件組的不同零件，能實現在該系統不同位置上的同時加工。2）主要設備利用率高、投資減小 通過調整和變成，零件可隨機插入到FMS中剛好有空的相應機床行，加之能夠實現同一零件組不同種類零件的同時生產，從而減少了零件在各工序間的等候時間及更換零件所需的調整時間，縮短了生產周期，提高了生產的持續性和主要設備的利用率。3）產品質量高 在FMS中采用實時在線檢測，能及時發現機床、刀具及加工過程中的質量問題，采用相應的解決措施。FMS本身所具有的高自動化水平、

28、共建裝夾次數和經過的機床臺數少、夾具優質等因素，使產品具有極好的一致性，保證和提高了產品質量。4）降低加工費用 與傳統的制造系統相比，FMS采用了自動運送物料系統、計算機自動控制以及程序離線調整和工具預置、自動換刀等手段，大大降低了直接和間接的勞動成本。近年來FMS發展很快，主要分布在工業發達國家，用戶多為汽車、拖拉機和機床制造廠、航空企業等。其明顯的經濟效益是：減少操作人員50%，降低成本60%，機床利用率可達60%80%。FMS將制造技術、機器人技術、測試技術和計算機技術的綜合；是機械制造業的發展方向之一。3.6 3.6 計算機集成制造系統計算機集成制造系統 教學目標：教學目標：掌握CIM

29、以及CIMS的概念掌握CIMS的系統構成以及各個子系統的功能了解工業鍋爐計算機控制系統了解現代集成制造技術的發展趨勢 CIMS（Comuputer Integrated Manufacturing System，計算機集成制造系統）是隨著計算機輔助設計與制造的發展而產生的。它是在信息技術自動化技術與制造的基礎上，通過計算機技術把分散在產品設計制造過程中各種鼓勵的自動化子系統有機地繼承起來，形成適用于多品種、小批量生產，實現整體效益的集成化和智能化制造系統。集成化反映了自動化的廣度，它把系統的范圍擴展到了市場預測、產品設計、加工制造、檢驗、銷售及售后服務等的全過程。智能化則體現了自動化的深度，它

30、不僅涉及物資流控制的傳統體力勞動自動化，還包括信息流控制的腦力勞動的自動化。因此，CIMS的實質就是借助于計算機的硬件、軟件技術，綜合運用現代管理技術、制造技術、信息技術、自動化技術、系統工程技術，將企業生產全部過程中有關人/機構、技術、經營管理三要素（如圖）及其信息流、物流有機地繼承并優化運行，以改進企業產品（P）開發的T（時間）、C（成本）、S（服務）、E（環境），從而提高企業的市場應變能力和競爭能力。3.6.1 計算機集成制造（CIM）的概念 CIM概念最早在1974年由美國的瑟夫哈林頓（Joseph Harrington）博士在Computer Integrated Manufactu

31、ring一書中首先提出地。哈林頓提出的CIM概念包含兩個基本觀點：1.企業生產的各個環節，諸如市場分析、產品設計、加工制造、裝配維修、企業管理、倉庫管理、經營管理到售后服務等全部生產活動是一個不可分割的整體，為達到企業的經營目標應統一考慮。2.整個生產過程實質是一個數據的采集、傳遞和加工處理的過程。最終形成的產品可以看作是數據的物理表現。從1986年開始，我國科技工作者經過了近二十多年的實踐，“863”計劃CIMS主題專家組在總結經驗的基礎上，對CIM提出了如下定義：“CIM是一種組織、管理與企業運行的新哲理。它借助于計算機軟件、硬件、網絡、數據庫，集成各部門產生的信息，綜合運用現代管理技術、

32、制造技術、信息技術、自動化技術、系統工程技術，將企業生產過程中有關人、技術、經營管理三要素及其信息流、物料流有機地集成并優化運行，實現企業整體優化，以達到產品高質、低耗、上市快的目的，從而使企業贏得市場競爭的主動權?！庇嬎銠C集成制造系統的系統構成 一般CIMS包括6個子系統，其中4個為功能分系統，2個為支撐分系統。圖3-6-2所示為CIMS的組成框圖。圖3.6.2 CIMS的組成框圖1.經營管理信息子系統（MIS）：具有生產計劃與控制、經營管理、銷售管理、采購管理、財會管理等功能，處理生產任務方面的信息。2.工程設計自動化子系統（CAD&CAM）：由計算機輔助設計、計算機輔助工藝規程編制和數控

33、程序編制等功能組成，用以支持產品的設計和工藝準備，處理有關產品結構方面的信息。3.制造自動化子系統：也可稱為計算機輔助制造子系統，它包括各種不同自動化程度的制造設備和子系統，用來實現信息流對物流的控制和完成物流的轉換，它是信息流和物流的接合部，用來支持企業的制造功能。4.質量保證子系統（CAQ）：具有制訂質量管理計劃、實施質量管理、處理質量方面信息、支持質量保證等功能。5.數據庫子系統（DR）：用以管理整個CIMS的數據，實現數據的集成與共享。6.計算機網絡子系統（NET）：用以傳遞CIMS各子系統之間和子系統內部的信息，實現CIMS的數據傳遞和系統通信功能。3.6.3 計算機集成制造系統的控

34、制系統實例工業鍋爐計算機控制系統 常見的鍋爐設備的主要工藝流程如圖3-6-3所示。燃料和熱空氣按一定比例送入燃燒室燃燒，生成的熱量傳遞給蒸汽發生系統，產生飽和蒸汽Ds。然后經過熱器，形成一定溫度的過熱蒸汽D，匯集至蒸汽母管。壓力為Pm的過熱蒸汽，經負荷設備控制供給負荷設備用。與此同時，燃燒過程中產生的煙氣，除將飽和蒸汽變為過熱蒸汽外，還經省煤器預熱鍋爐給水和空氣預熱器預熱空氣，最后經引風機送往煙囪，排入大氣。鍋爐設備是一個復雜的控制對象，主要的輸入變量是負荷、鍋爐給水、燃料量、減溫水送風和引風等；主要輸出變量是汽包水位、蒸汽壓力、過熱蒸汽溫度、爐膛負壓、過?？諝猓煔夂趿浚┑?。這些輸入變量與

35、輸出變量之間相互關聯。圖3.6.3 鍋爐設備主要工藝流程圖 如果蒸汽負壓發生變化，必將會引起汽包水位、蒸汽壓力和過熱蒸汽溫度等的變化；燃料量的變化不僅影響蒸汽壓力，同時還會影響汽包水位、過熱蒸汽溫度、過?？諝夂蜖t膛負壓；給水量的變化不僅影響汽包水位，而且對蒸汽壓力、過熱蒸汽溫度等亦有影響；等等。鍋爐是一個典型的多變量對象，要進行自動控制，對多變量對象可按自治的原則和協調跟蹤的原則加以處理。目前，鍋爐控制系統大致可劃分為三個控制系統：鍋爐燃燒控制系統、鍋爐給水控制系統和過熱蒸汽溫度控制系統。工業鍋爐計算機控制系統結構框圖如圖所示。圖3.6.4 工業鍋爐計算機控制系統框圖 儀表測得的模擬信號經各路

36、采樣電路、系統濾波電路進入A/D轉換電路，A/D轉換電路將轉換完的數字信號送入計算機，計算機對數據進行處理之后，便于控制和顯示。D/A轉換將計算機輸出的數字量轉換成模擬量，并放大到010mA，分別控制水泵調節閥、鼓風機擋板、引風機擋板和爐排直流電動機。3.6.4 現代集成制造技術的發展趨勢 當前，CIMS已經改變為“現代集成制造”（Contemporary Integrated Manufacturing）與現代集成制造系統（Contemporary Integrated Manufacturing System）。它已在廣度和深度上拓展了原CIM/CIMS的內涵，并朝著以下方向發展：1.集成

37、化 從當前的企業內部的信息集成和功能集成，發展到過程集成（以并行工程為代表）、并正在步入實現企業間集成的階段（以敏捷制造為代表）。2.數字化/虛擬化 從產品的數字化設計開始,發展到產品全生命周期中各類活動、設備及實體的數字化。在數字化基礎上，虛擬化技術正在迅速發展，主要包括虛擬現實（vr）應用、虛擬產品開發（vpd）和虛擬制造（vm）。3.網絡化 從基于局域網發展到基于intranet/internet/extranet的分布網絡制造，以支持全球制造策略的實現。4.柔性化 正積極研究發展企業間動態聯盟技術，敏捷設計生產技術，柔性可重組機器技術等，以實現敏捷制造。5.智能化 智能化是制造系統在柔性化和集成化基礎上進一步的發展與延伸，引入各類人工智能和智能控制技術,實現具有自律、分布、智能、仿生、敏捷、分形等特點的新一代制造系統。6.綠色化 包括綠色制造、環境意識的設計與制造、生態工廠、清潔化生產等；它是全球可持續發展戰略在制造業中的體現，它是擺在現代制造業面前的一個嶄新課題。