第一章 自动化制造系统概论第一节 基本概念第二节 自动化制造系统的定义、组成及学科特点第三节 自动化制造的意义及其发展历程第四节 自动化制造
系统的特点、适用范围及实现原则第五节 自动化制造系统的评价指标第六节 系统工程技术与自动化制造系统方法论第一节 基本概念制造及制
造业系统制造系统制造自动化制造规模制造系统的分类一、制造及制造业 制造是人类按照市场需求，运用主观掌握的知识和技能，借助
于手工或可以利用的客观物质和工具，采用有效的方法，将原材料转化为最终物质产品并投放市场的全过程。 制造业是所有与制造有关
的企业机构的总体。机械工业大致分为三部分：1.机器制造--拖拉机、轧钢机、炼油厂成套设备、发电机组、各种机床；汽车、飞机船舶、柴
油机；各种家用电器、自行车、缝纫机等；各种仪器仪表。2.金属制品制造--各种配件、备品、工具、容器等，生产消费资料中日用金属制品
，如各类金属结 构件、集装箱、水暖管道、铝制品、铁丝、标准件、不锈钢制品、五金工具等。3.机械产品的修理业--即对机电设备和金
属制品的修理。如对汽车、船舶、飞机、农业机械的修理。二、系统 系统是具有特定功能的、相互间具有有机联系的许多要素所构成的一个
不可分割的整体。 一般的系统具有如下性质：目的性整体性集成性层次性相关性环境适应性三、制造系统 制造系统是为了达到
预定的制造目的而构造的物理或组织系统。四、制造自动化 制造自动化是在广义制造过程的所有环节采用自动化技术、实现制造全过程的自动化
。 侧重点在自动化物流处理技术方面，所涉及的制造自动化仅局限在狭义制造范畴以内，仅包括物流和物料处理的适度自动化和与物流有关
的信息流处理自动化。五、制造规模 产品品种、生产批量六、制造系统的分类按人在系统中的作用分人机一体化的制造系统无人化制造系统
按品种和批量分多品种、小批量制造系统少品种、大批量按工艺类型分连续型制造系统离散型制造系统六、制造系统的分类按系统柔性分刚性制造系
统柔性制造系统可重构制造系统按自动化程度分手动制造系统半自动制造系统自动化制造系统按智能程度分智能制造系统常规制造系统第二节 自
动化制造系统的定义、组成及学科特点自动化制造系统的定义自动化制造系统的功能组成自动化制造系统的寿命周期自动化制造系统与企业其他系统
的关系自动化制造系统的学科特点和学科体系一、自动化制造系统的定义 自动化制造系统是由一定范围的被加工对象、一定的制造
柔性和一定自动化水平的各种设备和高素质的人组成的一个有机整体，它接受外部信息、能源、资金、配套件和原材料等作为输入，在人和计算机控
制系统的共同作用下，实现一定程度的柔性自动化制造，最后输出产品、文档资料、废料和对环境的污染。人机一体化自动化制造系统的概念模式一
、自动化制造系统的定义自动化制造系统具有五个典型组成部分具有一定技术水平和决策能力的人 （FMS, DNC, teamwork）
一定范围的被加工对象 (GT)信息流及其控制系统 (automation / flexible / integr
ation)能量流及其控制系统 (using/consume, bad affection / optimization)物料
流及物料处理系统二、自动化制造系统的功能组成自动化制造系统主要由以下子系统组成：毛坯制备自动化子系统（锻压、铸造、焊接、切割）热处
理过程自动化子系统储运自动化子系统（工件、刀具、其他物料）机械加工自动化子系统（上下料、装夹、换刀、加工、零件检验）装配过程自动化
子系统（装配过程、零部件供应）辅助过程自动化子系统（排屑、清洗、切削液系统、涂装过程、包装过程）质量控制子系统（零件检验、产品测试
、刀具检测）系统控制子系统（故障诊断、环境及安全监测、运行状态监控、生产计划与调度、系统外部接口）三、自动化制造系统的寿命周期系统
设计阶段制造阶段安装、调试、验收阶段应用和维护阶段报废及回收处理阶段四、自动化制造系统与企业其它系统关系技术系统产品研发与设计、工
艺设计、生产准备活动管理系统质量管理、营销管理、物资供应管理、财务管理、成本管理、生产计划管理、人力资源管理、设备管理、能源管理…
…信息系统五、自动化制造系统的学科特点和学科体系第三节 自动化制造的意义及其发展历程自动化制造的意义发展里程及现状一、自动化制造
的意义提高生产率缩短生产周期提高产品质量提高经济效益降低劳动强度有利于产品更新提高劳动者素质带动相关技术的发展体现一个国家的科技水
平二、发展里程及现状第一阶段（1870～1950）1870年，美国，自动制造螺钉的机器；1895年，美国，发明多轴自动车床（纯机械
控制）；1924年，英国morris汽车公司，第一条采用流水作业的机械加工自动线；1935年，前苏联，GT第二阶段（1952～19
65）1952，MIT，NC；1953，MIT，APT (Automatically Programmed Tools)；1958
，USA，MC（Machining centre）；1959，USA ，polar coordinates IR （Industr
ial Robot） ；1960，USA ，ACM（Adaptive Control Machine Tools）；1962，US
A，cylinder coordinates IR；1963，USA，CAD (Computer Aided Design)；19
65，USA，CNC (Computer Numerical Control)第三阶段（1967～20.80中期）1967，Eng
land Molins Corp，DNC (Direct Numerical Control)；1967，USA and Japa
n，研制出计算机控制系统1969，Japan，based on GT IKEGAI changeable manufacturin
g system；1969，USA，工业机器人操作的焊接自动线；20.70初，USA，FMC&FMS (Flexible Manu
facturing Cell/system)；1980，Japan，富士工厂；20.80初，Japan，无人工厂第四阶段（20.8
0～今）1974，USA，CIMS (Computer Integrated Manufacturing System)；20.8
0初，世界各国纷纷投入巨资研究CIMS；20.90后，CIMS观念发生巨大变化，开始提出以人为中心的CIMS思想；（CE/LP/A
M/ER）自动化制造技术在我国的发展历程1956，第一条机械加工自动线投入使用；1958，研制出数控立铣床；1959，第一条加工环
套类零件的生产线建成（轴承内外环）；1969，第一条加工轴类零件的自动线建成（电动机转子轴）；1964后10年间，二汽，57条自动
线，8000多台自动化制造设备；1973，集中力量研制NC,MC,CNC；1985，50多种，并远销国外；1986，第一个FMS投
入运行；863,robot,CIMS(清华，华中科大，北京一机床)1987后，引进10余套FMS 富士数码相机组装工厂生产线
superCCD制造车间第四节 自动化制造系统的特点、适用范围及实现原则自动化制造系统的分类及其特点自动化制造系统的适用范围自动
化制造系统的实现原则一、自动化制造系统的分类及其特点刚性自动化设备及系统刚性半自动化单机除上下料外，机床可以自动完成单个工艺过程的
加工循环，这样的机床称为刚性半自动化单机。机械或电液控制，多刀多面加工。刚性自动化单机增加自动上下料装置。刚性自动线刚性综合自动化
系统一、自动化制造系统的分类及其特点柔性自动化设备及系统数控机床NC加工中心MC混合成组制造单元（采用GT原理布置加工设备，包括成
组单机、成组单元和成组流水线）分布式数控系统DNC柔性制造单元FMC柔性制造系统FMS柔性制造线FML柔性制造车间计算机集成制造系
统CIMS二、自动化制造系统的适用范围二、自动化制造系统的实现原则产品设计方面通用化、系列化、标准化、模块化面向制造的设计，面向装
配的设计采用先进的毛坯制备方法：精密铸造、精密锻造、冷挤压、精密轧制等少无切削工艺。工艺技术方面GT制造系统本身第五节 自动化制
造系统的评价指标一、自动化制造系统评价的特点二、自动化制造系统评价指标一、自动化制造系统评价的特点全面性完整性真实性尽量量化二、自
动化制造系统评价指标第六节 系统工程技术与自动化制造系统方法论一、系统工程技术与方法概述二、自动化制造系统功能建模的基本概念三、
自动化制造系统信息建模的基本概念四、人在自动化制造系统中的作用一、系统工程技术与方法概述二、自动化制造系统功能建模的基本概念
一个好的建立功能模型的工具必须满足以下条件：能够从各个侧面全面描述系统系统描述简单明了，容易读懂，便于理解具有严格的
建模规则，不会产生多义性所建立的模型应能够被用来进行系统的分析与设计模型可以借助于计算机来处理三、自动化制造系统信息建模的基本概念
建立自动化制造系统信息模型的目的是为了全面描述和分析它的信息要求，为数据库设计和有关控制器设计提供必要的技术准
备，以实现自动化制造系统内部以及与外部环境的全面信息集成。 建立信息模型可采用各种方式：数据流程图（DFD Da
ta Flow Diagram）；实体联系图（E-R entity relation）；文字描述等。四、人在自动化制造系统中的作用
监视系统运行状态随时排除系统的复杂故障完成机器无法完成的复杂工作完成机器不能经济性完成的工作在系统控制和调度中起主导作用随时调整系
统运行参数第二章 自动化制造系统的人机一体化设计与评价第一节：自动化制造系统的人机一体化基本概念第二节：自动化制造系统人机一体化总
体设计第三节：自动化制造系统人机一体化运行与维护第四节：自动化制造系统设计的人机工程评价第一节 自动化制造系统的人机一体化基本概
念一、人机一体化制造系统的定义20世纪80年代以来，AMS成为投资热点；早期，无人工厂；德国工程师协会，1990年，CIMS调查：
30%来自“企业文化”美国AMRC和Yankee，1990年4月，CIMS调查：CIMS障碍70%来自人日本，1991年，丰田汽车
公司，高度自动化装配厂20世纪90年代中期，提出并形成人机一体化，发展适度自动化制造系统的新思想。定义：所谓人机一体化制造系统，就
是人与具有适度自动化水平的制造装备和控制系统共同组成的一个完整系统，各自执行自己最擅长的工作，人与机器共同决策、共同作业，从而突破
传统自动化制造系统将人排除在外的旧格局，形成新一代人机有机结合的适度自动化制造系统。二、自动化制造系统的人机一体化总体结构三个层面
上实现一体化感知层面上的人机联合感知层面=人的五官+机器的信息显示系统控制层面上采用人机共同决策人+机器智能决策系统=人机联合决策
控制三种策略：①机主人辅；②人主机辅；③人机耦合执行层面上人机交互协作、取长补短，充分发挥各自优势三、自动化制造系统的人机一体化的
设计方法和主要步骤主要步骤定义系统目标和作业要求系统作业要求包括的三个方面内容：要自动化制造系统做什么？系统设计结果的评价标准是什
么？如何进行度量？主要步骤定义系统目标和作业要求逐步细化和完善人机一体化设计工作，应从以下方面考虑：制造系统加工对象、未来的使用者
和运行环境目前同类制造系统的使用和操作方法使用者的作业需求确保制造系统目标实现时人对制造系统和环境的要求，及制造系统和环境对人的要
求系统定义设计者与决策层人员一起做出重要决策（目标概念方案）定义系统的输入、处理功能和输出三、自动化制造系统的人机一体化的设计方法
和主要步骤系统设计功能分配作业要求研究作业分析与设计三、自动化制造系统的人机一体化的设计方法和主要步骤人机界面设计系统总体布置与人
的作业空间设计信息交互中的人机界面设计物料流处理中人机界面设计系统运行维护中的人机界面设计三、自动化制造系统的人机一体化的设计方法
和主要步骤作业辅助设计适合制造系统特定要求的人员选择制造系统操作人员的技能培训其他辅助作业设计系统检验和评价三、自动化制造系统的人
机一体化的设计方法和主要步骤第二节 自动化制造系统的人机一体化总体设计一、自动化制造系统中人机功能特征比较人类感知与机器感知的比
较人类思维和机器思维的比较人与机器执行能力的比较二、自动化制造系统中人机功能分配 人机功能分配作为人机一体化系统
人机界面设计的第一步，其过程是先根据系统的使用对象和加工范围，定义系统的基本功能，并按主要功能和子功能两个层次进行分解，然后根据人
和机器的功能特征进行分配，并使已分配给任何机器的功能关系协调。三、自动化制造系统中作业空间设计（一）基本概念 自
动化制造系统的作业空间是指制造系统中各种制造设备本身及各种操作人员所占用的空间，包括加工设备、运输设备、工件及刀具存储、工具箱等所
占空间以及作业人员操作空间、行走空间、检修空间、休息空间的总和。三、自动化制造系统中作业空间设计（二）人体测量数据及取用原则
原则和步骤：1）确定对于设计至关重要的人体尺寸2）确定设计对象的使用者群体，以决定必须考虑的尺寸范围3）确定数据运用准则
4）查找与定位群体特征相符合的人体测量数据表，选择有关的数据值5）建议尽可能使用近期测得的数据6）考虑人体测量数据的着装影响三、自
动化制造系统中作业空间设计（三）操作空间设计坐姿操作空间站姿操作范围下肢及脚的操作范围三、自动化制造系统中作业空间设计（四）加工设
备的布置于作业空间设计机器设备的平面排列布置纵向排列布置横向排列布置斜向排列布置机器设备的高度布置四、自动化制造系统中作业空间设计
的仿真评价四、自动化制造系统中作业空间设计的仿真评价五、自动化制造系统的人机界面设计（一）信息流处理中的人机界面设计视觉显示装置的
人机工程设计语音显示装置设计语音的清晰度语音的强度噪声环境中的语音通信操纵控制台的人机工程设计操纵装置的人机工程设计五、自动化制造
系统的人机界面设计（二）物料流处理中的人机界面设计（三）系统运行维护中的人机界面设计六、自动化制造系统的作业人员岗位设置与技能培训
自动化制造系统工作岗位人员：系统管理人员信息系统硬、软件技术人员机械和液压技术人员刀具调整人员夹具装调工工件装卸工巡视人员其他人
员第三节 自动化制造系统的人机一体化运行与维护一、自动化制造系统中的人机一体化运行机制 人机交互界面作为一个独立的
、重要的研究领域受到了世界各计算机厂家的 关注。并成为90年代计算机行业的又一竞争领域。从计算机技术的发展过程来看， 人机交互界面
技术还引导了相关软硬件技术的发展，是新一代计算机系统取得成 功的保证。 80年代已来，计算机的软件和硬件技术取得了较大的发展，同时
，计算机的 使用者也从计算机专家迅速扩大到了广大未受过专门训练的普通用户，由此极大 地提高了用户界面在系统设计和软件开发中的重要性
，强烈地刺激了人机交互界 面的进步。 人－计算机的交互作用是通过用户界面来实现的 二、自动化制造系统中的作业安全要求自动化制造系统
安全性保障措施：系统管理软件中应有安全防护的控制部分采用电子、电气和机械装置连锁防护在机器人、自动装夹设备、自动更换工件和刀具设备
的工作区外，设置安全防护围栏，钢丝网罩等机器人和其他自动运送设备的控制系统中，应设置有安全互锁装置，防止停机检修时的意外启动和运转
在有危险的设备和运动部件上设置安全标志，以提醒操作人员注意安全培训三、自动化制造系统监控作业中的疲劳预防对于脑力疲劳，可采取如下措
施来避免：使操作内容适当复杂化定期变换工作内容或作业岗位良好的作业环境(照明环境、噪声环境、振动、热辐射、有害物质及粉尘、气味等环
境因素)四、自动化制造系统中的事故预防（一）事故的物理条件因素作业者与机器功能分配不当工具、作业场所等设计失误缺少必要的安全装置与
防护装置物理环境对人造成的生理和心理压力（二）事故的人为因素（三）导致事故的人的行为因素训练与技能记忆疏漏（四）导致事故的人的生理
与心理因素（性格/生理和生物节律/作业 疲劳）第四节 自动化制造系统的人机工程评价一、自动化制造系统设计人机工程评价内容对自动化
制造系统设计目标定义的评价对自动化制造系统未来使用者群体特征的要求是什么？使用者对自动化制造系统的要求是什么？人机一体化制造系统自
动化程度定位是否合适？自动化制造系统设计的期望目标与人机一体化原则的相符程度如何？一、自动化制造系统设计人机工程评价内容人机功能分
配的评价人机功能分配前，是否充分比较和分析了人机各自功能特征？自动化制造系统的系统功能分解是否充分考虑了人的能力特征？人机功能分配
是否合理？自动化制造系统运行中的人机功能能否实现最佳协调配合？一、自动化制造系统设计人机工程评价内容自动化制造人的作业要求评价自动
化制造系统对人的作业要求是否与人的作业能力相匹配？作业内容是否超过人的生理、心理负荷极限？长时间静态或动态作业对人的生理、心理影响
程度有多大？作业顺序安排是否与人的生理习惯相匹配？小组化团队工作方式中，作业分配与动态调节是否在团队内能够达到平衡？团队成员的主观
能动性和创造性能否得到充分发挥？一、自动化制造系统设计人机工程评价内容人机界面设计评价作业空间布置是否与人体测量数据相匹配？作业姿
势设计是否合理？工作中是否可改变作业姿势？是否有工间休息场地和足够的过道空间？座椅及工具等辅助装置的设计是否充分考虑了人的生理和心
理特点？显示装置的设计是否与人的感官能力特征相匹配？操作装置的结构、布置、操作力大小、操作方式等是否与人的生物力学特征相匹配？自动
化制造系统运行的安全防护措施是否充分？安全防护装置是否设计合理？可靠性高否？一、自动化制造系统设计人机工程评价内容自动化制造系统运
行与维护评价人的工作方便性和工效是否达到人机一体化设计的要求？运行状态下人的疲劳是否得到有效控制？作业与休息交替时间安排是否合理？
系统检查与维修是否方便？紧急与意外事故处理的手段和措施是否易于人察觉和掌握？运行控制能否与人形成良好的人机一体化效果？何谓人机工程
评价？☆根据作业时的姿势和负荷的大小，对作业工程的肉体上的负担进行评价。 ａ等级：对策优先度高 ｂ等级：要有对策 ｃ等级：没有问题
综合评价等级（３阶段）二、自动化制造系统设计人机工程评价方法目的主要使用范围对作业负担进行客观的评价实现无论任何人都能够稳定的进行
生产的作业环境（高龄者、女子、外部要员也能够持续的工作的工程创建）（疾病的低減）在生产现场中从事重复作业的作业者（线外的改善业务、
项目业务和间接业务是属于对象外的）（像不足一天的产量的非良产的生产线也是对象外的）评价的思路评价的两个要素１． 姿势评价：使用每一
天的累计时间对姿势的好 坏进行评价２． 负荷评价：使用单独以及每一天所处理的总重量对其进行评价评价的方法（步骤）① 事前准备② 工
程确认③ 姿势评价④ 负荷评价⑤ 综合评价对策根据评价的实施日程，在事前填写对象生产线的前提条件由班长在现场确认作业者的姿势与动作
（如有问题，就去③）通过「兔子跳法」测定作业姿势比率详细请参考下页调查重物的作业以及负荷大的动作的操作力与频度填写「人机工程评价
表」进行综合评价。评价的方法（姿势评价详细）何谓「兔子跳法」？时间☆ 通过在相同间隔的时间内进行作业观察，记录作业内容，把握实际所
需的时间和内容的IE手法的一种。１．准备观测板和秒表、观察纸、笔记用具２．为了能够把握调查对象工程，每１０秒观察作业姿势约５０次并
进行记录。 （８～９分连续观测）３．根据姿势比率和负荷时间计算出作业姿势时间。Rabbit jumping locus人机工
程：兔子跳观测 （姿势评价） 工程名：填写的方法可以使用自己习惯的方法不一定是正规的字，用卌 也可以
!评价的方法（负荷评价详细）有重量物的时候，需要确认该零件的重量以及操作的频度 （零件平均重量）×（生产台数）２．
对于操作力（台车或者加力矩）有作业者抱怨的情况，就需要确认操作力和频度。注 ： 不单单是单品重量的评价，因为每１天的处理重量以及
台车等的操作力也是作为评价的要素，因此在判断时要注意。负荷评价事例演习演习１：在内饰工程中，把１２ｋｇ零件先临时放置，然
后再把零件安装在车体内。 （５００台/班的生产）演习２：在冲压工程中，搬运操作力１５ｋｇｆ的 台车200次。
演习３：在锻造工程中，全数搬运２２ｋｇ的零件 并进行外观检查 （１００台/班的生产）演习４：在机械加工工程中，处
理５ｋｇ的零件 600次，处理１０ｋｇ的零件4００次。第三章 自动化制造系统的组成第1节 自动化制造系统的常
见类型第2节 自动化加工设备第3节 工件储运系统第4节 刀具准备及储运系统第5节 工业机器人第6节 质量控制和运行监控系
统第7节 辅助设备第8节 控制与通信系统第一节 自动化制造系统的常见类型一、刚性自动线自动化加工设备组合机床+专用机床多面、
多轴、多刀同时加工---自动化程度、生产率高生产线布置上：加工设备按工件的加工工艺顺序排列一、刚性自动线工件输送装置生产节拍工件装
卸工位、自动上下料工位、中间贮料装置、输送装置、随行卡具返回装置、升降装置和转位装置传送带：步伐式、链条式、辊道式切屑输送装置集中
排屑方式（重力、离心力/大流量切削液冲洗/压缩空气吹屑/真空吸屑）刮板式、螺旋式等控制系统 传统电气控制方式-----〉P
LC刀具人工安装、调整、实行定时强制换刀曲拐加工自动线二、分布式数字控制Direct Numerical Control/Dist
ributed Numerical Control早期：20世纪70年代初期：DNC---〉标志数控加工由单机控制向集中控制发展
DNC最早的：一台中央计算机控制3-5台NC（只配置MCU）第二代：DNC-BTR若DNC通信受到干扰，NC仍可用原读带机独立工作
现代：DNC-CNC中央计算机、CNC控制器、通信端口、连接电路系统检测（３Ｒ）／数据管理／系统监视三、柔性制造单元1—数控车床
2—加工中心 3—装卸工位 4—龙门式机械手 5—机器人6—加工中心控制器 7—车床数控装置 8—龙门式机械手控制器
9—小车控制器10—加工中心控制器 11—机器人控制器 12—单元控制器 13、14—运输小车FMC由1-3台NC
或MC，工件自动输送或更换系统，刀具存储、输送及更换系统，设备控制器和单元控制器等组成。三、柔性制造单元1－刀具库 2－换刀机械手
3－托盘库 4－装卸工位 5－托盘交换机构三、柔性制造单元三、柔性制造单元四、柔性制造系统柔性制造系统(FMS) 柔性制造
系统（Flexible Manufacturing System）由两台或两台以上加工中心或数控机床组成，并在加工自动化的基础上实
现了物料流和信息流的自动化。其基本组成部分有： 自动化加工设备、工件储运系统、刀具储运系统和多层计算机控制系统等。 1.自动化
加工设备 组成FMS的自动化加工设备有数控机床、加工中心、车削中心等，也可能是柔性制造单元。 ?四、柔性制造系统2.工件储运系统
FMS工件储运系统由工件库、工件运输设备和更换装置等组成。工件库包括自动化立体仓库和托盘（工件）缓冲站。工件运输设备包括
各种传送带、运输小车、机器人或机械手等；工件更换装置包括各种机器人或机械手、托盘交换装置等。3.刀具储运系统 FMS的刀具储运系
统由刀具库、刀具输送装置和交换机构等组成。 四、柔性制造系统４．多层计算机控制系统 通常采用三层控制：单元层、工作站层和设备
层５. 辅助设备 FMS可以根据生产需要配置辅助设备。辅助设备一般包括：①自动清洗工作站；②自动去毛刺设备； ③自动测量设备；
④集中切屑运输系统；⑤集中冷却润滑系统等。四、柔性制造系统131324511216111069111815147具有装配功能的柔性
制造系统四、柔性制造系统柔性制造系统的主要特点：柔性高，适应多品种中小批量生产；系统内的机床在工艺能力上是相互补充或相互替代的；可
混流加工不同的零件；系统局部调整或维修不中断整个系统的运作；多层计算机控制，可以和上层计算机联网；可进行第三班无人干预生产。五、柔
性制造线自动化加工设备（数控机床、可换主轴箱机床）工件输送系统（传送带）刀具加工箱体类零件的柔性自动线六、柔性装配线装配站（可编程
装配机器人、不可编程的自动装配装置、人工装配工位）物料输送装置（传送带、换向机构）控制系统（全线控制：物料流向，自动装配站和装配机
器人）七、CIMS CIMS是企业生产活动全过程中各子系统的完美集成，即从市场预测、经营决策、计划控制、工程设计
、生产制造、质量控制到产品销售等支持功能部门，合理地通过计算机网络联结成一个整体，以保证企业内部信息的一致性、共享性、可靠性、精确
性和及时性，综合运用现代管理、信息、制造、自动化和系统工程等领域的技术，实现生产的自动化，达到高效率、高质量、低成本和灵活生产的目
的。 CIMS的组成CIMS由四个应用分系统和两个支撑分系统组成1.管理信息系统经营管理、物料管理、生产管理、人力资源管理2.工程
设计自动化系统工程设计、分析和制造基本功能：①面向产品生命周期的建模②实现CAD/CAE/CAPP/CAM的集成主要功能模块（1）
计算机辅助设计与分析（CAD/CAE）（2）计算机辅助制造（CAM）第二节 自动化加工设备一、组合机床组合机床特点工序集中，多刀
同时切削加工，生产效率高采用专用夹具和刀具，加工质量稳定常用液压、气动装置对工件定位、夹紧和松开，实现工件装夹自动化常用随行夹具，
方便工件装卸和输送更换主轴箱可适应同组零件的加工，具有一定柔性采用PLC控制，可与上层计算机通信机床主要由通用部件组成，设计、制造
周期短，系统建造速度快二、一般数控机床柔性高自动化程度高加工精度高、质量稳定生产效率较高具有刀具寿命管理功能具有通信功能二、一般数
控机床三、车削中心 车削中心比数控车床工艺范围宽，工件一次安装，几乎能完成所有表面的加工，如内外圆表面、端面、沟槽、内外圆及
端面上的螺旋槽、非回转轴线上的轴向孔、径向孔等。四、加工中心MC与NC区别？立式、卧式MC各适合何种零件加工？刀库一般在MC中位置
？为何如此布置？换刀机械手类型，那种最普遍？MC刀具存取方式有哪几种，哪种是主要的？回转工作台是卧式MC实现何种运动的部件？B轴运
动可作为哪两种运动？回转工作台的两种结构形式分别如何定位？卧式MC可对几个面进行加工?带有卧—立式主轴的MC可对工件进行几面加工？
四、加工中心第三节 工件储运系统一、工件储运系统的组成 工件储运系统是自动化制造系统的重要组成部分，它将工件毛
坯或半成品及时准确地送到指定加工位置，并将加工好的成品送进仓库或装卸站。存储设备运输设备辅助设备工件储运系统组成设备二、工件输送设
备传送带步伐式传送带（输送箱体类工件或工件托盘）摆杆步伐式传送带（具有刚性棘爪和限位挡块，位置准确，输送速度较高）链板履带式传送带
（一节节带齿链板连接而成，靠摩擦力传送工件）托盘及托盘交换装置托盘：实现工件自动更换，缩短辅助时间，托盘是工件和夹具与输送设备和加
工设备之间的接口，箱式和板式两种类型；托盘交换装置：是ＭＣ与工件输送设备之间的连接装置，回转式和往复式。二、工件输送设备运输小车有
轨小车（RGV）ＲＧＶ有何种驱动方式？RGV靠什么实现导向？前面销杆除导向作用外还有何作用？有轨小车的特点是：加速和移动速度都比较
快，适合运送重型工件；导轨固定，行走平稳，停车位置比较准确；控制系统简单，可靠性好，制造成本低，便于推广应用；行走路线不便改变，转
弯角度不能太小；噪声较大，影响操作工监听加工状况及保护自身安全。二、工件输送设备运输小车自动导向小车（AGV）ＡＧＶ是一种无人驾驶
的，以蓄电瓶驱动的物料搬运设备，其行驶路线和停靠位置是可编程的。AGV的结构（运输小车、地下电缆和控制器）AGV的自动导向路径寻找
磁感应AGV自动导向原理图自动化物料输送系统三、工件存储系统—自动化立体仓库概述自动化立体仓库的主要特点：利用计算机管理，物资库存
账目清楚，物料存放位置准确，对自动化制造系统物料需求响应速度快；与搬运设备衔接可靠及时供给物料；减少库存量，加速资金周转；充分利用
空间，减少厂房面积；减少工件损伤和物料丢失；可存放的物料范围宽；减少管理人员，降低管理费用；耗资较大，适用于一定规模的生产。自动化
立体仓库的组成（库房、货架、堆垛起重机、外围输送设备、自动控制装置等）自动化立体仓库三、工件存储系统—自动化立体仓库堆垛起重机堆垛
起重机可采用有轨或无轨方式堆垛机上有货格状态检测器自动化立体仓库的管理与控制货物的自动识别与存取计算机管理计算机控制堆垛起重机自动
化物料存储系统第四节 刀具准备及储运系统一、概述 刀具准备与储运系统为各加工设备及时提供所需要的刀具，从而实现刀具供
给自动化，使自动化制造系统的自动化程度进一步提高。刚性自动线中 刀具的更换是定时强制换刀，由调整工人进行。刀具供给部门准备刀
具，并进行预调。FMS中 随着被加工零件的变化和刀具磨损、破损，需要进行定时强制性换刀和随机换刀。二、刀具准备及储运系统的
组成刀具组装台刀具预调仪刀具进出站中央刀库机床刀库刀具输送装置刀具交换机构刀具计算机管理系统三、刀具预调仪三、刀具预调仪四、中央刀
库第五节 工业机器人一、概述 工业机器人是一种可编程的多功能操作器，用于搬运物料、工件和工具，或者通过不同的编程以完成
各种任务的设备。机器人和机械手的主要区别是什么？工业机器人有：焊接机器人喷漆机器人搬运机器人装配机器人二、工业机器人的结构工业机器
人组成：主构架（手臂）手腕驱动系统测量系统控制器传感器三、工业机器人的分类按坐标形式分直角坐标型圆柱坐标型极坐标型关节型按控制方式
分点位控制连续轨迹控制按信息输入方式分人操作机械手固定程序机器人程序控制机器人可变程序机器人示教再现机器人智能机器人工业机器人第六
节 质量控制和运行监控系统一、概述检测与监控的对象二、工件尺寸精度检测与监控在线检测 在加工过程中或在加工系统运行过程中对被
测对象进行的检测称为在线检测。离线检测 在加工后脱离加工设备对被测对象进行的检测称为离线检测。离线检测设备：CMM，测量机器人
和专用检测装置。（一）三坐标测量机 三坐标测量机是一种检测工件尺寸误差、形位误差以及复杂轮廓形状的自动检测装置。它可以
单独使用或集成到FMS中，与FMS的加工过程紧密耦联。三坐标测量机的结构特点立式CMM一般是龙门结构，卧式为悬臂结构。CMM的工作
台、导轨、横梁多用高质量的花岗岩组成，许多采用气浮支撑。CMM测量头精度非常高，形式多种。三坐标测量机的工作原理和数控机床类似（一
）三坐标测量机（二）有自动测量功能的数控机床 具有自动测量功能的NC和CMM在工作原理上没有本质区别。将测量头安装
在机床主轴或刀架上，就能象CMM一样工作。在NC上进行测量有如下特点：不需要昂贵的CMM，但会损失机床的切削加工时间；可以针对尺寸
偏差自动进行机床及刀具补偿，加工精度高；不需要工件来回运输和等待。（二）有自动测量功能的数控机床（三）测量机器人 机
器人测量具有在线、灵活、高效等特点，特别适合于FMS中工序间和过程测量。直接测量要求机器人具有高的运动精度和定位精度，因而造价较高
。间接测量又称辅助测量，在测量过程中机器人坐标运动是辅助运动，其任务是模拟人的动作，将测量工具或传感器送至测量位置。三、刀具磨损和
破损的检测与监控常用的检测与监控方式如下：功率检测声发射检测学习模式力检测四、自适应控制 自适应控制与一般反馈控制
的区别在于它能随着环境条件和过程参数的变化自行调整或修改控制参数，使被控对象或过程达到预期的目标。自适应控制分为约束型自适应控制A
CC和优化型自适应控制ACOACC的控制参数受到限制，目标控制量预先给定，并可直接测量，如切削力、切削功率。ACO是给定目标函数，
如最低生产成本和最少工时，根据优化目标函数和影响过程的参数（如刀具磨损的速度）来确定控制参数（进给量和切削速度）五、环境及安全监测
电网的电压及电流值监测空气的温度和湿度监测供水、供气压力和流量监测火灾监测人员安全监测第七节 辅助设备一、清洗站清洗机有许多种类
、规格和结构，但一般按其工作是否连续分为间歇式和连续通过式。有些ＡＭＳ不使用专门的清洗设备，切削加工结束后，在机床加工区用高压切削
液冲洗。一、清洗站二、去毛刺设备机械法去毛刺振动法去毛刺喷射法去毛刺热能法去毛刺电化学法去毛刺二、去毛刺设备三、切屑和切削液处理切
屑排除靠重力或刀具回转离心力将切屑甩出，靠切屑的自重落到机床下面的切屑输送带上。用大流量切削液冲洗加工部位，将切屑冲走，然后用过滤
器把切屑从切削液中分离。采用压缩空气吹屑。采用真空吸屑。三、切屑和切削液处理切屑输送平板链式切屑输送机刮板式切屑输送机螺旋式切屑输
送机切屑分离将切屑连同切削液一起排送到切削站。切屑和切削液一起直接送入沉淀池，然后用输屑装置将切屑运出池外第八节 控制与通信系统
一、多层计算机控制工厂层车间层单元层排序和调度/工件和刀具的储运系统调度与控制/刀具管理/控制数据分配/系统监控/故障诊断/绘制加
工过程运行图设备层二、PLC控制程序可变，具有很好的柔性工作可靠性高，适用于工业环境功能完善易于掌握、便于修改体积小，省电价格低廉
第四章 自动化制造系统的总体设计第一节 系统的可行性论证第二节 系统分析及系统类型的选择第三节 总体设计的内容及步骤第四节 零件族
的确定及工艺分析第五节 总体布局和设备配置设计第六节 自动化制造系统的控制与生产管理第七节 自动化制造系统的可靠性分析第一节 系统
的可行性论证一、可行性论证的意义 可行性论证是用户建造自动化制造系统前所进行的技术性和经济性分析报告，是企业决策层审
定和批准立项的基本依据。 可行性论证要客观、真实地反映企业对实施自动化制造系统的需求，论证的结论必须是可行的。二、必要
性分析可行性论证要解决两个方面的问题，一是项目实施的必要性，它说明项目对企业的发展是必要的；另一方面是项目的可行性，它说明在现有的
条件下或经过一定的努力项目是可能实现的。现实的必要性预见的必要性三、建立自动化制造系统的目标建立自动化系统应考虑的因素：自动化制造
系统所加工的产品及零件的品种覆盖率自动化制造系统的规模和年生产能力自动化程度及水平总目标可行性论证应有四方面的要求：有明确的定量目
标要明确责任和活动范围能提出约束条件是客观的需要TQCSE四、制定自动化制造系统的技术方案确定加工工艺方案选加工设备确定工件输送及
管理系统方案确定刀具输送更换及管理系统方案确定必要的清洗、测量、切削液的回收、切屑清除及其它特殊处理设备的配置确定系统控制结构及配
置方案确定数据管理系统方案确定通信网络方案四、制定自动化制造系统的技术方案在确定自动化制造系统的技术方案时，需要注意以下问题：必须
坚持走适合我国国情的自动化制造系统发展道路自动化程度低企业管理方式落后职工素质急需提高始终坚持需求驱动、效益驱动的原则加强关键技术
的攻关和突破重视管理注重系统集成效益注重教育与人才培训五、投资概算按技术方案，分别就各种设备、计算机系统、软件配置、软硬件设备开发
/制造、土建及培训费用等进行分类概算。投资可行性论证是自动化制造系统总体方案及其实施的重要约束条件。自动化制造系统投资一般来源于企
业自筹资金、技术改造费或是贷款。资金来源的可靠性、投资方式、回收期以及还贷能力均须详细论证。投资分析不仅包括自动化制造系统加工设备
的投资，还应有辅助工程投资，如刀具、托盘、工装、配套件、车间级支持软件环境、规划设计及验收费用等，均需落实。投资论证的准确度一般控
制在总投资的10%左右，并且要阐明专项费用的使用管理制度，以保证投资的有效使用。六、效益分析主要的效益预计指标：缩短零件制造周期降
低废品率减少工装费用减少试切及其他方面可能减少的工时费用提高机床利用率因减少在制品和库存而节省的费用提高人均劳动生产率提高产值及利
润七、系统实施计划 根据企业生产经营状况，资金筹集的可能性，承制单位的情况等，规划自动化制造系统项目实施的各工作阶段。八
、可行性分析经济可行性产品市场分析项目投资分析运行及维持费用分析投资效益分析八、可行性分析技术可行性加工对象和成组技术分析加工工艺
和加工设备分析系统的柔性和扩充能力分析物流线路和平面布局分析系统控制与生产管理系统分析系统的集成性分析其他八、可行性分析运行可行性
企业外部环境分析企业内部环境分析可能利用的社会技术资源分析新建系统的社会影响分析其他九、可行性论证报告可行性论证经过以上一系列分析
之后，最终应以书面报告的形式提交其论证结论，作为企业领导决策参考和将来进一步开发的依据。系统可行性论证报告一般应包括企业现状和运行
环境分析、建立系统的基本目标、系统的初步逻辑模型、系统的初步技术方案、系统投资估算及对人力与物力的需求分析、建立自动化制造系统的必
要性与可行性论证、系统建立的风险因素等，最后给出明确的结论与建议。第二节 系统分析及系统类型的选择一、系统分析系统分析是开发自动化
制造系统的一个重要阶段，是建立系统模型的第一步。目标分析是系统分析的首要进行的工作，包括对企业的发展目标和拟建立的自动化制造系统要
达到的目标进行分析。产品和零件分析是系统分析的一项重要内容，是新建自动化制造系统在设计、选型、设备购置和投资估算的重要依据。通过对
企业和系统的目标、产品和零件的制造类型以及零件的工艺特征进行分析后，应提出对新建自动化制造系统的功能和性能需求。二、自动化制造系统
类型选择的意义和原则根据生产批量和生产方式选择根据零件的形状结构选择根据用户资金情况选择根据工厂的现状及发展规划选择根据自动化制造
系统的目标选择第三节 总体设计的内容及步骤一、总体设计内容零件族选择制定加工方案建立系统的功能模型和信息模型确定设备类型及配置，进
行系统总体平面布局确定物流系统方案、控制系统方案、质量控制及监控方案计算机通信网络及数据库管理系统的设计辅助装置的确定对系统配置及
运行方案进行计算机仿真以确定最佳方案对系统进行可靠性分析对系统进行风险分析和经济效益评估等二、总体设计的步骤组织队伍，明确分工选择
加工零件类型和范围，进行工艺分析、制定工艺方案、确定设备类型按功能划分设计模块，初步制定技术指标和各自的接口，同时进行概要设计和初
步设计总体方案初步设计总体组讨论初步形成的总体布局及各分系统的概要设计方案进行仿真分析，确定刀库容量、托盘缓冲站数量等参数组织专家
评审总体设计方案文档撰写第四节 零件族的确定及工艺分析一、成组技术 成组技术就是将企业生产的多种产品、部件和零件按照
特定的相似性准则分类归族，并在分类的基础上组织产品生产的各个环节，从而实现产品设计、制造工艺和生产管理的合理化。 将多种零件按其相
似性分类成组，人为扩大生产批量 重复使用原则：◆ 资源重复使用，降低生产成本；
◆ 作业熟练程度增加，提高生产率。一、成组技术（一）机械类产品中零件的统计规律 联邦德国亚琛（Aac
hen）工业大学1960-1961年曾对机床、发动机、矿山机械、纺织机械和军械等26个不同性质的企业选取了45000种零件，进行分
析研究。结果表明，任何一种机械类产品的零件组成如下：第一类：复杂件或特殊件（5%-15%）第二类：相似件（70%）第三类：简单件或
标准件（20%）机械类产品的零件组成图1-219 JLBM-1 分类编码系统图1-22 压盖零件编码（00102110305
0736)（二）成组技术的实质 成组技术是机械制造过程中一种先进的科学的生产和组织管理方法，它旨在识别和开发机械
制造过程中各环节诸种信息间的相似性，采取适当的组织形式和先进技术，实现其工作的合理化、科学化，使多品种、中小批和单件生产的企业获得
较好的经济和社会效益。零件相似性的组成零件的相似性（三）成组技术的应用与发展产品设计方面制造工艺方面生产组织管理方面1）加工单元组
织形式 ① 成组单机 ② 成组单元 ③ 成组流水线 ④ 成组柔性制造系统图1-24 成组单元布置形式国外发展：
成组技术20世纪50年代提出至今已经经历了50年左右的发展和应用。20世纪50年代中期，前苏联米特凡诺夫教授提出了较为完整
的体系，1959年出版《成组工艺科学原理》。20世纪50年代末60年代初，成组技术传入东欧和西欧各国20世纪60年代以后，日本，1
968～1976年，逐步开发5个零件分类编码系统（KC-1、2及KK-1、2、3）；20世纪80年代以来，单元技术发展-〉CIMS
发展，仍以相似性原理划分的零件族为基础。成组技术：CAD/CAPP/CAM/FMS的重要基础.国内发展：20世纪60年代初，纺织机
械、飞机、机床及工程机械等机械制造业中推广应用成组技术。十年文革，停滞。改革开放后，成组技术受到重视。原机械部设计研究院负责组织研
制全国机械零件分类编码系统JLBM-1。1986年11月召开全国成组技术研究会第三届学术讨论会。三、影响零件族确定的因素零件类型零
件尺寸大小加工精度材料硬度装夹次数生产批量四、零件选择方法1.人工挑选法 由经验丰富的人根据蓝图和工艺路线来选择2.计算机
自动选择法 按成组技术的原理，以计算机为工具，建立数学模型和相应的算法，自动从众多零件中挑选合适的。五、零件工艺分析工艺分
析的要点：工序的集中性工序的选择性成组技术原则切削参数的合理性工艺分析的基本步骤：分析产品工艺要求（零件形状及结构特点/零件轮廓尺
寸范围/零件加工精度/材料硬度及可切削性/装夹定位方式/现行工艺及特点）进行工序划分（先粗后精／一装多面／少刀多面／负荷均衡）选择
工艺基准（基准统一/便于装夹/ 不影响其他加工面/机外预加工）其他第五节 总体布局和设备配置设计一、设备配置设计设备选择的基本原则
质量效率柔性成本其他一、设备配置设计机械设备的配置机械加工机床工件装卸站工件检测设备其他工作设备一、设备配置设计物料贮运系统的设备
配置物料搬运设备AGV RGV传送带和悬挂式输送装置机器人或机械手其他搬运设备物料的缓冲存储存储二、总体平面布局设计平面布局设计的
目标、依据及基本原则目标实现和满足生产过程的要求较高的生产效率和合理的设备利用率合适的柔性进行设备平面布局设计的依据主要有：自动化
制造系统的功能和任务零件特征和工艺路线设备的种类、型号和数量车间的总体布置工作场地的有效面积等二、总体平面布局设计平面布局设计的目
标、依据及基本原则原则物料运输路线短保证设备的加工精度确保安全作业方便便于系统扩充便于控制与集成二、总体平面布局设计平面布局设计的
基本形式一维布局二维布局三维布局第五章 自动化制造系统各分系统的设计第一节 加工设备选择第二节 工件储运及管理系统方案设计第三节
刀具储运及管理系统方案设计第四节 作业计划与调度系统设计第五节 检测与监控系统设计第一节 加工设备选择一、自动化制造系统对加工设备
的要求工序集中质量生产率柔性成本易控制性二、选择加工设备的内容和原则选择加工设备的类型选择加工设备的规格工作台行程范围主轴电机功率
与转矩转速范围最大工件直径其他技术参数选择加工设备精度定位精度与重复定位精度铣圆精度其他精度指标应注意有关验收的问题工步间检测装置
选择数控系统选择数控系统时考虑与外部支持软件相适应根据数控机床的使用指标选择数控系统根据性能要求选择数控系统功能同一个自动化制造系
统中各台加工设备的控制系统尽可能一致，以方便使用与维护。选择刀具形式、自动换刀装置及机床刀库尽量选用结构简单和可靠性高的ATC机床
刀库的容量以满足一个独立的复杂加工程序对刀具的需要为原则选用刀具预调仪慎重选择刀柄、刀具及附件选择特殊订货项目注意配套性自动交换工
作台选择回转工作台的联动在不同机床上通用的附件，应从全局第二节 工件储运及管理系统方案设计一、工件输送系统输送系统型式选择直线型、
环型、网型、树型工件输送设备的选择 步伐式输送带、空中或地面有轨运输车、自动导向小车、驱动辊道、地链式有轨车二、自动化仓库仓
库形式的选择自动化仓库一般分为立体库和平面库。立体仓库布局形式的选择 立体仓库布局形式的选择主要与仓库的存储数量、进出库频率
、系统的总体布局、外部设备以及存放物料的规格等有关。三、工件储运管理系统功能物流系统的控制AGV的管理交通管制车辆调度系统监控自动
化仓库的管理台帐管理库存管理货位管理一、刀具储存策略1.信息化技术在制造业中的应用不断深化；2.刀具、切削技术在制造业中的重要作用
日益 显现；3.企业中非核心业务的分离受到重视；4.制造业中生产活动外置与服务外包正在成为 发展趋势。 制造业的发展需要现
代刀具管理技术 第三节 刀具储运及管理系统方案设计 专业化的刀具管理 是刀具行业升级转型的结果1.切削技术进入快速发展时期，切削
效率成倍 提高，成为制造业发展的基础 工艺和关键技 术；2.刀具新产品、新材料、新涂层、新工艺快速 发展；3.刀具
应用技术的重要性突出；4.刀具供应商向服务供应商转型，提供专业化 的刀具管理正在成为核心业务。刀具行业的发展使现代刀具管理成为
专业化的产品制造成本加工费一般管理费刀具费制造成本降低刀具费使用最新刀具1%~2%降低成本100%切削加工的成本模型分析发生在企业
里与刀具相关的费用和对制造成本的影响1.刀具的直接成本:买刀的费用二、刀具管理的重要作用2.刀具的间接成本：用刀和管刀的费用
包括采购、储存、组装、调试、重磨、重涂等环节所发生的人员工资、房屋和设备折旧等费用，还包括多余采购所占用的资金成本和不合理使用造成
的浪费。要占制造成本的15%~30%，远远超过刀具的直接成本。刀具的间接成本1.刀具的直接成本占制造成本4%2.刀具的间接成本占制
造成本30%，包括：安全的库存量刀具准备涂层和其它外协加工刃磨机床和计算机购置人员工资消耗品房屋租金和保险费差旅费人员培训费质量认
证、审计费第一，基本功能 降低刀具使用和管理发生的间接费用是刀具管理 的基本功能，包括： 1. 降低刀具
的库存，减少冗余的刀具，提高刀 具的利用率； 2. 在刀具供货中引入市场机制； 3. 减少对人员、
资金、设备、厂房的占用； 4. 减少备刀、调刀的差错。 刀具管理的功能基本功能：节省开支 减少浪费第二，高级功能
提高加工效率及刀具应用水平是刀具管 理的高级功能，包括： 1. 服务工艺创新； 2. 选择更
好的刀具，更佳的切削参数， 减少随意性； 3. 提供应用技术； 4. 提高加工效率，保证加
工质量； 5. 提高数控机床的利用率5%~50%； 6. 分析与监督的作用。高级功能：增加效益对刀具管理系统的
四个“正确”的要求这四个“正确”是： “ 把正确的刀具， 以正确的数量，
在正确的时间 送到正确的地点。” 根据这四个要求，刀具管理系统必须能产生正确的刀具信息并对信息
进行正确的管理。三、刀具管理系统的基本要求和不同模式一个完整的刀具管理系统有两部分组成一部分是在产品设、工艺编制和NC编程阶段产生
正确的刀具清单和调刀图，对系统的主要要求是： 1.具备与CAD、CAM、CAPP、ERP等工程系统 的接口；
2.在刀具数据库里有足够的刀具纪录供调用； 3.产生刀具清单； 4.提供刀具2D图纸供制造或调刀用； 5.
提供3D造型供切削模拟； 6.支持工艺创新，反映行业特点； 7.提供刀具的应用技术。另一部分应用在产品制造阶段，对刀具
进行正确的使用和物流管理，其主要的要求是： 1.跟踪刀具的位置； 2.管理刀具的库存； 3.管理刀具的调试信息；
4.反映刀具的使用信息； 5.管理刀具的维护； 6.分析、评估刀具管理的效果（刀具费用、 刀具利
用率、刀具寿命统计、操作者的 用刀水平等）。有两大类的刀具管理模式一类是以刀具物流管理为主的模式 通常它是由刀
具供应商或工程软件公司提供自动仓储柜并负责管理刀具的领用、归还、库存的补充、及费用的核算等管理。 特点是：建立容易，灵活方
便，一定程度上也能起到省人、省事、省地、省钱的效果，但总体上属局部的物流管理，对提高刀具的加工效率、保证加工质量作用不大。在美国、
德国推广较快。自动仓储柜的例子另一类是刀具一体化管理模式 这种模式集成了工程开发阶段和物流管理阶段的功能，可实现这两部分
信息数据的交换和共享。 特点是：工程开发阶段的信息为后面的制造及物流管理提供附加的增值，而制造及物流过程中的使用效果和切
削参数的调整等信息可反馈到工程开发阶段，供技术经济分析使用，两者互相促进，实现刀具的最优化配置。一体化刀具管理的例子西安易博软件公
司的一体化刀具管理系统第一、增强刀具管理系统的刀具专业技术和工艺创新的功能 1.提供必要的刀具应用技术； 2.增加
工件材料可加工性的信息； 3.要反映行业的特点； 4.配刀方案的技术经济分析：加工的效率、 加工的质
量、加工的成本。四、刀具管理系统的发展趋势高速旋转刀具的动平衡技术高速旋转刀具的装夹技术 高速旋转刀具的安全技术汽车行业专用刀具多
模具行业的型腔加工要求提供走刀策略航空航天工业的铝合金整体构件的高速加工加工波音F/A-18E/F战斗机的控制系统的安装板工夹具数
：53→6加工时间：1028小时→43.9小时零 件 数： 44→6重 量： 10磅→9磅成本降低：73% 第二、发展刀
具外包管理的模式 1.符合制造业发展的大方向； 2.可取得较好的效果； 3.局部的单项的外包较适合单件、小
批量 的生产方式； 4.全面的外包较适合大批量流水线的生产 方式。第三、刀具的编码与ISO13
399标准的接轨它是一个关于描述刀具的标准而不是刀具的标准第四、关注ISO 14649(STEP-NC)标准 第四节 作业计划
与调度系统设计一 上层的生产作业计划生产作业计划分为厂级作业计划和车间内部生产作业计划。厂级作业计划是把全厂任务和出产进度具体落
实到车间。车间内部生产作业计划则是把车间的生产任务和出产进度具体落实到工段、班组以至每个工人。他们的编制方法基本相同。其编制方法主
要取决于车间生产组织形式和生产类型。二、自动化制造系统的生产作业计划 单元控制器是整个自动化制造系统的总体控制机构，其主要任务是
：（1）零件加工的排序与生产调度管理 零件装卸站在什么时候装载什么零件、零件在系统内加工的先后次序及何时由何设备完成相应工序的
加工进行控制。（2）设备运行的调度方案 对系统内所有制造资源的管理，如调度物料运输装置在需要时将物料从指定地点运送到指定目的地
，安排特定设备完成某个零件某道工序的加工、检测和清晰等任务。（3）实时监控系统的运作状态 提供与保存系统各设备和在线零件、托盘、
刀具等的最新状态信息，对故障作出报警或者自动处理（4）系统信息管理 保管系统所需的各种信息资料，如系统设备的基本数据、零件特征、
制造工艺、切削参数、数控程序、质量要求、生产任务等。还要收集整理生产过程中的各种统计报表，以供各级管理人员查阅、参考。（5）信息通
信 这是系统集成的重要基础，通过通信系统可以接受生产管理部门下达的生产任务及修改命令，接受技术部门的零件加工工艺、质量要求、数控
程序等信息。系统产生的各种统计数据也要通过通信功能向上传输。出来上述对外通信外，通信功能还要负责系统内各级控制器之间的信息传递。（
6）其他 如系统运行仿真、单元控制器的运行管理等。生产作业控制是对产品生产的数量和进度的控制 （一）生产调度 生产调度是以
生产作业计划为依据，对企业日常生产活动进行控制和调节的工作，即对生产作业计划执行过程中已出现和可能出现的偏差及时了解、掌握、预防和
处理，保证整个生产活动协调地进行。1、生产调度工作的主要内容：控制生产进度和在制品流转；督促有关部门做好生产准备和生产服务；检查生
产过程中的物资供应；督促设备的运转；合理调配劳动力；调整厂内运输；组织厂部和车间的生产调度会议；做好生产完成情况的检查、记录、统计
分析工作。 三、自动化制造系统的调度2、生产调度工作原则：（1）计划性。保证生产作业计划规定的任务和进度。对实际与计划的偏差，采取
措施予以克服，必要时对原计划进行调整和补充。（2）统一性。各级调度部门根据生产作业计划和上级指示行使调度权力，下一级生产单位和同级
的有关职能部门必须坚决执行。（3）预见性。积极采取措施预防或缩小生产作业计划中可能发生的偏差和障碍造成的影响。（4）及时性。生产调
度部门对生产中出现的有关问题及时采取措施解决，避免造成损失。调度工作技术设备:如专用信号装置、调度电话、无线传呼机、工业闭路电视、
电子计算机等。 单件小批生产类型企业的期量标准①产品生产周期图表②生产提前期③产品劳动量日历分配图表 在产品生产周期图表的基础上
，按时间定额等资料汇总得到。 ? 产品生产周期图表是单件小批生产最基本的期量标准，它规定各工艺阶段的提前期、生产周期及其相互街
接关系等内容。四、自动化单击的生产计划与调度第五节 检测与监控系统设计一、 检测与监控系统的组成(1) 把各种非电量信息转
换为电信号,这就是传感器的功能,传感器又称为一次仪表。(2) 对转换后的电信号进行测量,并进行放大、运算、转换、记录、指示、显示
等处理,这叫作电信号处理系统,通常被称为二次仪表。 非电量检测系统的结构形式如图 图 非电量检测系统的结构形式被测对象 传感
器信号调理多路模拟开关取样保持检测系统功率放大激励装置低通滤波A/D显示RAMCPUROM键盘计算机总线D/A计算机检测系统基本组
成框图二、运行状态检测与监控自动化制造系统运行状态通常包括：1.刀具信息2.机床状态信息3.系统运行状态信息4.在线尺寸测量信息5
.系统安全情况信息6.仿真信息二、工件尺寸精度检测（1）用通用量具或仪器检测：GB/T 3177-1997 此方法能
检测出工件的实际尺寸，便于对产品质量进行过程控制。 适用于单件小批量生产，但检测效率较低。工件尺寸的检测方法通常有两
类:（2）用光滑极限量规检测：GB/T 1957-1981 此方法只能判断被测工件尺寸是否在规定的极限尺寸范围之内，而不
能测出工件的实际尺寸 适用于成批大量生产，但用该法检验方便、效率高。无论采用何种检测方法，都会有测量误差，造成误判误收误
废普通计量器具——指带有刻度的变值测量器具，如游标卡尺、千分尺及车间使用的比较仪等。这类量仪通用性强，使用范围广，一般采用两点法测
量工件的实际尺寸。用普通计量器具检验工件，要解决好三个问题：二、是如何根据被检工件的公差及工艺状况等，确定合适的验收方式及验收极限
。 三、是如何对验收质量作出评价，即根据A/u1计算误收率m和误废率n。一、是如何根据被检工件的公差，选择适当的计量器具？1 刀具
监控的现状和意义刀具磨损在机械加工中是一种普遍存在的现象，刀具的磨损与磨损状态直接影响着机械加工的精度、效率及经济效益，研究刀具磨
损可以大大提高机械加工效率，降低加工成本，具有较大的经济效应。刀具磨损的监测是柔性制造系统研究工程的一个重要课题。四、刀具磨损和破
损的监控近年来，随着高性能CNC机床、FMS 以及CIMS的广泛应用，机械加工的效率、加工质量有了明显的提高，同时对全自动化生产也
提出了更高的要求，操作人机比由原来的一对一发展到现在的一名操作人员操控多台设备的局面。这样，数控机床系统能否自动监测刀具状态，及时
了解正在使用的刀具磨损情况，从而根据刀具寿命、磨损量、刀具破裂等形式的刀具故障对刀具工作状态进行监控，并在刀具磨损达到设定磨损量时
报警，就显得非常重要。工业统计表明，刀具失效是引起机床故障的首要因素，由此引起的停机时间占数控机床总停机时间的1/5～1/3。切削
加工中，如果刀具磨损不能及时发现，将导致整个加工过程的中断，引起工件报废，甚至整个系统的停止。研究表明，数控机床配备刀具监测系统后
可减少75%的故障停机时间，提高生产率10%～60%，提高机床利用率50%以上。美国Kennamtal 公司的研究表明，配备刀具监
控系统的数控系统，能够节约加工费用达30%。因此研究开发智能监测技术，防止因刀具失效而引起的工件报废、设备损坏并保证机床无故障运行
是很重要的。通常刀具磨损可以分为初期磨损、正常磨损和剧烈磨损三个阶段。刀具磨损过程可用图1 表示。2 刀具监测方法刀具破损和磨损的
监测方法通常都可以分为直接测量法和间测量法两种方法。 刀具状态的监测技术一般由传感器信号采集、信号处理及特征提取和状态识别器三部
分组成。刀具状态的监测系统最基本结构如图2所示。刀具状态监测系统中的传感器主要用于拾取切削过程中发出的各种信号，如切削力、振动、功
率、声发射、电流信号等。 刀具破损的监测方法刀具磨损的监测方法刀具状态监测的直接法有两个明显的缺点： 一是要求停机检测，
占用生产时间； 二是不能检测出加工过程中出现的突然损坏，使其应用受到一定限制。 所以，间接法已成为国内外学者研究的主流
。声发射监测法声发射（Acoustic Emission，简称AE）刀具监测技术是近期内发展起来，被公认是一种最具潜力的新型监测技
术之一，是指当材料受外力或内力作用而产生变形断裂时，以弹性波的形式释放能量的现象。在金属的切削过程中，存在着很多声发射源，如三个切
削区材料的弹性变形，工件与刀具之间的摩擦，切屑的折断，刀具的破损等。当刀具发生磨损和破损时，所发出的声发射信号将发生变化。声发射信
号是一种高频表面波，在传播过程中衰减很快。一般采用压电传感器拾取信号并尽量靠近切削区。AE 检测是声学无损检测的重要方法，当材料的
内部结构发生变化，如滑移变形，裂纹扩展等时才能引起能量释放，才能发声，因此AE 监测是一种动态无损监测方法。目前，在声发射监测中所
采用的特征量有均方根值（RMS）能量分析，振铃计数，幅值分布和频谱分析等T.Blum等研究了切削条件的变化对声发射信号的RMS、计
数率等的影响，发现声发射信号的RMS 值随刀具后刀面磨损程度的加剧而增加，并且随切削用量的加大而增加；计数率与切削速度和进给量成线
性增加关系，而总的声发射事件发生率随进给量的增加而减少。上海交通大学的赵曙伟等发现刀具破损时声发射信号能量主要集中在340 kHz
左右，持续时间短（0.4～0.6 ms），能量大，并且能量幅值依破损面积的大小而相应变化。研究结果表明，表征刀具磨损的声发射信号
特征量受切削参数的影响很大，因此如何区分由刀具磨削和切削参数变化而引起的特征量的变化十分重要。3 各种监测方法比较由于切削过程的复
杂性，影响切削力的因素很多，所以较难建立精确而完善的切削力模型；即使建立了较完善的切削力模型，切削用量的改变引起的切削分力的变化很
难与由刀具破损或磨损引起的切削分力的变化区分开；另外，在安装测力装置时需要改装机床结构，使调整和维修很不方便，不利于该方法在生产实
际中推广。而切削噪声监测法目前实际使用的监控系统还很少。其中一个重要原因就是采用声音检测法难以在实际的加工车间实行，因为车间的环境
噪声通常在90 dB 左右，此外信号的实时处理技术以及特征提取方法尚有待进一步研究。众所周知，刀具的状态变化可以引起切削力的变化，
切削力的变化可以间接的反映机床所消耗功率变化上。但与切削力方法相比较，机床功率法具有测量信号简便，可以避免切削环境中切屑、油、烟、
振动等干扰，监控装置易于安装的优点。通过监测电机电流的变化来判别刀具状态，具有电流信号提取方便、传感器安装简单、不受加工环境的影响
之特点，因此，便于在生产中应用。用声发射监测刀具磨损的优点在于：首先，声发射的频率范围远远高于机械振动和环境噪声的频率范围。因此，
用高通滤波器很容易得到无干扰的信号。其次，接收声发射的压电晶体传感器也很容易安装在刀具上，而不影响加工过程。第三，AE 信号能避开
机加工中噪声影响最严重的低频区，受振动和声频噪声影响小，在高频区信噪比较高，便于对信号进行处理。第四，声发射传感器响应速度快，灵敏
度高。但是其缺点在于：切削加工中影响A E 信号的因素很多， 除了刀具磨损外， 切屑缠绕、断屑、刀具与工件表面的摩擦以及刀具断裂或
崩刃等都会引起AE 信号的变化。采用多传感器监测法，是因为多传感器数据融合具有以下优点：能够更加准确地获得被测对象或环境的信息，而
且比任何单一传感器所获得信息具有更高的精度和可靠性；通过各传感器的互补，获得某单一传感器所不能获得的独立特征信息；与传统的单一传感
器相比，能够以更小的时间、更小的代价获得同样的信息；根据系统的先验知识，通过对多传感器信息的融合处理，可以完成分类、判断、决策等任
务。4 刀具监测方法的发展趋势随着敏捷制造、自动化等技术的进一步发展，切削过程中刀具状态在线监测技术将会受到越来越多学者和机构的重
视。特别是随着加工过程的复杂程度提高，对刀具状态监测也提出了越来越高的要求。研究并开发适合多工艺加工过程的刀具状态监测系统是将该技
术应用到加工现场的关键。基于多传感器的刀具状态监测系统能够有效的提高判别精度，是未来刀具监测的发展方向。可选信息的合理组合即系统的
最小化和特征信息的全面性矛盾的解决，系统安装方便、可靠实用、对所采集信号灵敏度高的传感器的合理选取与研究开发仍然是当前需要解决的问
题。第六章 自动化制造系统的计算机仿真第一节 计算机仿真的基本概念及意义第二节 计算机仿真的基本理论及方法第三节 自动化制
造系统仿真研究的主要内容第四节 仿真语言介绍第五节 仿真实例第一节 计算机仿真的基本概念及意义仿真仿真就是将所研究的对象用其
它手段加以模仿的一种活动。{实物仿真非实物仿真如曹冲称象、军事演习、飞行器风洞试验、核爆炸试验等，属于实物仿真的例子。计算机仿真的
基本概念计算机仿真计算机仿真是一种非实物仿真方法，是用计算机对一个系统的结构和行为进行动态演示, 以评价或预测一个系统的行为效果,
为决策提供信息的一种方法.它是解决较复杂的实际问题的一条有效途径。计算机仿真的基本概念 计算机仿真通过建立数学模型、编制计算
机程序实现对真实系统的模拟,从而了解系统随时间变化的行为或特性。 计算机仿真的基本概念仿真举例 计算机仿真反映出新的科学技术的时
代特征,它的应用为各个领域带来新气象和成果。应用的领域有： 航空管理, 公交车的调度, 飞机设计,
动画设计, 三峡的安全、生态, 道路的修建, 医疗保险, 国债的发行, 家
居装修, 炼钢的温度估计, 发电厂的操作训练, 飞行员训练， 鼠疫的检测和预报。 计算机仿真的基本
概念 黑死病菌寄生于老鼠身上, 是由跳蚤传染给人类，又叫鼠疫。病菌随着跳蚤叮咬进入人体，约2-5天的潜伏期之后，患者鼠蹊部
及其他淋巴结开始红肿、 疼痛， 随之开始发高烧、疲倦、 皮肤变黑，故被称为黑死病。死亡率高达60-90%…… 鼠疫的传播计算机仿真
的基本概念最原始的生化武器 1346年，蒙古大将去攻打黑海边富庶的卡法城，久攻不下，这时蒙古军中发生鼠疫，士
兵死亡无数，眼看就要无法而退了，这时蒙古将军想出一个方法，把死亡士兵的尸体用弹弩投入城中，迫使城中流行鼠疫，城门自然不攻而破。
在城破时，一位意大利热内亚的富商，帶着妻小和金银珠宝乘船逃了出來。他在地中海各国漂流很久，沒有国家敢收留他们，大家都害
怕鼠疫的传染。最后回到家乡热內亚，他把所有的财富全部推在甲板上，对着守城的人说：“我离开卡法城已经六個月了，我若感染鼠疫早就死了，
但我并沒有死，可见我并沒有瘟疫。假如你让我进城，甲板上的珠宝就是你们的。” 我们现在知道鼠疫是由老鼠身上的跳蚤传染的，通常老鼠躲在
船底污秽处，人们不易察觉。 热内亚人打开城门让这艘船进來后，鼠疫就从热内亚传播开来，传遍整个欧洲，包括北方的斯堪尼
亚半岛都无法幸免。每天黃昏时有人推著独轮车，手里摇着铃喊着：“bring out the dead , bring out the
dead..…”（把尸体拿出來，把尸体拿出來……）家家户户就把尸体搬出来丟到城外焚烧，说死尸如山是一点都不为过。鼠疫肆虐欧洲一百
多年，使得三分之一的人口死亡。计算机仿真的基本概念欧洲鼠疫流行时死亡无数计算机仿真的基本概念鼠疫期间贵族纷纷弃城逃往计算机仿真的基
本概念 疫如此让人恐怖，那么有没有什么好的预测方式呢？ 计算机仿真就是一个很好的预测方法。 研究发现，鼠疫是由老
鼠身上一种特殊的跳蚤传播的。跳蚤的多少决定是否发生鼠疫跳蚤 老鼠 水草 我们可以用计算机根据一个地区的气
候模拟出当年此地水草的情况就可以预测出是否有鼠疫要发生。计算机仿真的基本概念 三峡水库总库容393 亿立方米，总装机容量18
20万千瓦，将是世界上最大的水电站。 但是三峡的安全问题是一个很重要的问题，我们不可能等到建好后再看它的安全性，用计算机仿真
就可以很好的解决这一问题。 长江三峡工程计算机仿真的基本概念飞机设计中有一个重要环节：风洞试验。实际的风洞试验费用巨大。使用计算机
仿真进行模拟风洞试验，使费用大大降低。飞机设计计算机仿真的意义便于重复进行试验，便于控制参数，时间短，代价小。可以在真实系统建立起
来之前，预测其行为效果，从而可以从不同结构或不同参数的模型的结果比较之中，选择最佳模型。对于缺少解析表示的系统，或虽有解析表示但无
法精确求解的系统，可以通过仿真获得系统运行的数值结果。对于随机性系统，可以通过大量的重复试验，获得其平均意义上的特性指标。系统建模
与仿真技术的特点 仿真是分析、评价和优化系统性能的一种技术手段。 与运筹学（优化）模型等相比，仿真模型无需对系统作过多 简化
，能更真实地反映系统结构和性能特征。优化模型通常 仅给出优化结果，而仿真可以再现系统的动态运行过程。 目前，数字化仿真已广泛应
用于产品开发和制造系统研制过 程中，成为系统方案论证、规划设计、参数及性能优化研究 的有效工具。 建模与仿真技术在制造系
统中的作用： （1）有利于提高产品及制造系统的开发质量 （2）有利于缩短产品的开发周期 （3）有利于降低产品及制造系统的开发成本
（4）可以完成复杂产品或系统的操作培训 一、计算机仿真的一般过程明确问题和提出总体方案。把被仿真系统的内容表达清楚；弄清仿真的目的
、系统的边界；确定问题的目标函数和可控变量；找出系统的实体、属性和活动等。系统分析建立模型； 选择合适的仿真方法（如时间步长
法、事件表法等）；确定系统的初始状态；设计整个系统的仿真流程图。收集数据；编写程序、程序验证；模型确认。模型构造第二节 计算机仿真
的基本理论及方法仿真研究的步骤运行：确定具体的运行方案,如初始条件、参数、步长、重复次数等,然后输入数据,运行程序。改进：将得出的
仿真结果与实际系统比较,进一步分析和改进模型,直到符合实际系统的要求及精度为止。模型的运行与改进 设计出结构清晰的仿真结果输
出。包括提供文件的清单,记录重要的中间结果等。 输出格式要有利于用户了解整个仿真过程 ,分析和使用仿真结果.设计格式输出仿真
结果仿真研究步骤系统分析模型构造模型运行输出结果二、离散事件系统仿真的基本技术 系统分类连续系统（continuous sys
tem）离散事件动态系统（DEDS）确定性系统（ deterministic system ）随机系统（stochastic sy
stem）静态系统（static system） 动态系统（dynamic system） 白箱（white box ） 灰箱（g
rey box ） 黑箱（black box ） 微观模型（microscopic model） 宏观模型（macroscopic
model） 集中参数模型（ lumped parameters model） 分布参数模型（distribution para
meters model） 离散事件系统建模与仿真中的基本元素包括：1．实体（entity）：系统内的对象,构成系统模型的基本要
素 临时实体 （temporary entity ） 永久实体 （permanent entity ） 2．属性（attribu
te）：实体的状态和特性 3．状态（state）：任一时刻，系统中所有实体的属性的集合4．事件（event）：引起系统状态变化的
行为和起因，是系统 状态变化的驱动力 5．活动（activity）：指两个事件之间的持续过程，它
标志 系统状态的转移 6．进程（process）：与某类实体相关的若干有序事件及活动
组成，它描述了相关事件及活动之间的 逻辑和时序关系 7．仿真时
钟（simulation clock）：用于显示仿真时间的变 化，是仿真模型运行时序的控制机构 ！！！仿真
时钟是指所模拟的实际系统运行所需的时间， 而不是指计算机执行仿真程序所需的时间。 常用的仿真时钟的推进机制： 仿真时
钟可以按固定的长度向前推进，也可以按变化的节拍 向前推进，将仿真时钟变化的机制称为 仿真时钟的推进机制（time adva
nce mechanism）① 固定步长时间推进机制 （fixed-increment time advance mechani
sm）② 下次事件时间推进机制 （next event time advance mechanism）③ 混合时间推进机制 （
mixed time advance mechanism）8. 规则（rule） ：用于描述实体之间的逻辑关系和系统运行
策略的逻辑语句和约定 常用的规则：① 先进先出（First In First Out，FIFO）② 后
进先出（Last In First Out，LIFO）③ 加工或服务时间最短（shortest time）④ 按优先级（highe
st priority）⑤ 随机（random）选择 三、仿真建模的基本理论(一）、模型的基本概念及分类建模：通过观测和检测，在忽
略次要因素及不可检测变量的基础上，用数学的方法对实际系统进行描述，从而获得简化近似模型的过程 在系统研究中，模型用来收集系统有关
信息和描述系统有关实体模型是用以产生行为数据的一组指令由实际系统构造模型建立模型结构（确定系统的边界，鉴别系统的实体属性和活动）
提供数据（使活动中的属性间建立确定的关系） 系统模型应有的性质 相似性——模型与系统在属性上具有相似的特性和变化规律 简单性——实
用的前提下，越简单越好 多面性——同一系统可能有不同层次的多种模型 模型的分类 常用分类 根据模型的时间集合：连续时间模型、离散时
间模型 根据模型的状态变量：连续变化模型、离散变化模型 ①真正的连续系统，对应模型一般为常微分和偏微分方程 ②常称为采样系统，对应
模型为离散时间的偏微分方程和系统动力学模型③离散事件模型，用流程图、表等非数学模型形式表示 ④差分方程模型，有限状态自动机，马尔可
夫链模型 数学模型一览表 （二）、建模过程中的信息来源 建模过程的信息源 建模活动：获取有关信息源、建立数学模型、模型应用三类信
息源 建模目标：由系统的研究内容决定，如 研究系统与外界的相互作用关系：以输入输出为主的系统外部行为模型 研究系统的内在活动规律：
描述系统输入/输出集合，状态集合之间关系的内部结构状态模型 先验知识 前人的研究成果：公理、原理、定理及模型等，相关学科知识 实验
数据 先验知识常常是普遍性规律，实际系统有其特殊性，有时只知道模型结构，其参数必须通过实验确定，有时甚至结构也是未知的 三者都可以
用于模型检验，建模过程一般反复进行，直至达到建模目的 （三）建模方法（主要由信息源决定 ）演绎法：从一般到特殊运用先验信息，建立某
些假设和原理通过数学的逻辑演绎建立数学模型实验数据用来证实或者否定原始的原理 归纳法 ：从特殊到一般 基于实验数据建立数学模型
推导与观测一致的具有普遍性的理论结果 需要对数据进行内插或外推 工程应用中多为混合建模方法模型可信性 模型的真实
程度，取决于模型种类及构造过程，与模型的有效性相对应。在行为水平上的可信性：模型能否重现真实系统的行为 在状态结构水平上的可信性：
模型能否与真实系统在状态上相互对应，应能对未来的行为进行唯一的预测 在分解结构水平上的可信性：模型能否表示出真实系统的内部的工作情
况，而且应是唯一的表示 第三节 自动化制造系统仿真研究的主要内容 研究基于计算机的建模理论的目标：在交互式计算机的扶助下，
使系统建模过程进行得更加有效、现实和高速支持建模与仿真的计算机系统的基本功能能对已知事实及已有模型作恰当的存储，即能处理各种局部模
型通过人机交互，对局部模型进行继承和综合利用，形成完整的全局模型全局性建模的基本思路模型的描述静态结构：给出描绘系统现象的方式动态
结构：提供各种现象间变化的情况重视建模信息源存储先验信息，根据建模目标，定义实验框架组合和完整化模型的先验知识对所有涉及的对象都建
立相应的库制造系统仿真的调度策略 总体上，仿真模型可以分为三个层次：仿真总控程序、 模 型单元子程序以及公共子程序。
事件、活动、进程是描述离散系统状态变化的基本术语。 事件: 此外，仿真模型中还存在程序事件，即根据需要设定的事件。 事件
是引起系统状态转变的行为和起因，是系统状态变化的 驱动力。 例如：仓储系统中物品的入库到达是一个事件，物品的出库离
去是另一个事件。 例如：在仿真过程中为了使仿真结束，专门定义一个事件，使 其终止仿真。 例如：仓储“物品到达”是一个事件，该事
件的发生可能会使仓 储系统的货位从“空闲”状态变为“非空闲”状态。从“物品到达” 事件直到“物品取出”，物品都处在货位中存
储的状态，即处于 “存储”活动中。因此，“存储”活动的开始和结束标志着物品的 到达和离去，标志着货位的空闲与非空闲的转变。
活动: 活动是事件与事件之间的过程，是系统状态转移的标志。 进程是有序的事件与活动组成的过程，它描述了其中的事件
、 活动的相互逻辑关系和时序关系。 进程： 例如：一种物品进入仓库，经过在货位的存储，直到从仓库中 出库，物品经历了一个
进程。事件、活动与进程之间的关系 与事件、活动、进程相对应，离散事件系统的仿真策略可以 分为：事件调度法、活动扫描法、进
程交互法等。 仿真时钟是离散系统系统仿真中的重要术语，它决定着仿真 事件的推进机制、仿真精度和仿真效率。 随着面向对象
技术的发展，基于消息驱动的仿真策略受到人 们重视。① 事件调度法（event scheduling） 事件调度法（ev
ent scheduling）以事件为分析系统的基本单位， 通过定义事件、事件发生的时间顺序及其系统状态的变化，并 以
事件来驱动仿真模型的运行。 事件（event）是离散事件系统的基本概念，事件的发生引起 系统状态的改变。 仿真模型中的事件存
放于“事件表”中，通过时间控制模块从事 件表中选择最先发生的事件；重置仿真时钟，并调用与该事件 对应的事件处理模块；更
新系统状态，决定未来将要发生的事 件；当当前事件结束后，返回时间控制模块；重复事件的选择 与处理，直到仿真结束。 事
件调度法的仿真过程： 事件调度法仿真模型中总控程序的任务：（2）事件辨识：辨识将要发生的事件（3）事件执行：执行当前发生的事件，
将已发生的事件从事 件表中移出② 活动扫描法（activity scanning） 事件调度法是一种
预定事件发生时间的策略，仿真模型中必 须预定系统中最先发生的事件，以便启动仿真进程。 此外，事件处理子程序中除要修改系
统状态外，还要预定本类 事件的下一事件将要发生的时间。因此，该方法对活动持续时 间确定的系统较为方便。 当事件
的发生不仅与时间有关，并且只有在满足某些条件才发 生的系统而言，由于系统活动的持续时间不确定，无法预定活 动的开始
或终止时间，事件调度法就存在不足。 活动扫描法（activity scanning）以“活动”作为分析系统的基 本单元，
认为仿真系统的运行是由若干活动构成，每一活动 对应一个活动处理模块，处理与活动相关的事件。 一个活动可以由“开始（激发）
”和 “结束（终止）”两个事件 表示，每一事件都有相应的活动处理模块。处理中的操作能 否进行取决于时间及系统状态。
一个实体可以有几个活动处理模块。 每一个进入系统的主动 实体都处于某种活动的状态。活动的激发与终止都会形成新
的事件。 用各实体时间元的最小值推进仿真时钟； 按优先序执行激活实体的活动处理，使测试通过的事件得以 发生； 改变
系统状态，确定相关事件的发生时间。 “活动处理”是活动扫描法的基本处理单元。 活动扫描法的基本思想： 活动扫描法不断扫描系
统，检验哪些活动可以激发，哪些活 动继续保持，哪些活动可以终止。 活动扫描法仿真的基本过程： 面向活动仿真模型总控
程序的算法结构包括：① 时间扫描② 活动例程扫描 由于事件直接影响系统状态，活动扫描要反复进行，包括确
定事件和条件事件。③ 进程交互法（Process Interaction） 事件调度法和活动扫描法的基本模型单元分别是事件处理
和 活动处理。它们都针对具体事件而建立，各处理相对独立。 进程交互法的基本模型单元是进程。进程针对某类实体的生命
周期而建立，一个进程包含了实体流动中发生的所有事件。 以单服务台排队服务系统为例，顾客生命周期的进程为：
为每个实体建立一个进程，以反映某个实体从产生开始到结束为止的全部活动。 进程交互法的特点：顾客排队进程模型模型说明： 服务
员两名， 队列一条 “?”表示某顾客产生的时刻，也为相应进程开始的时刻； “?”表示某顾客离去的时刻，也为相应进程撤销的时刻
； 符号“X”表示排队顾客开始接受服务的时刻； 虚线表示进程的排队时间； 波纹线表示顾客得到服务的时间。 进程交互法中实体
的进程不断推进，直到某些延迟发生后才暂 停。延迟可以分为： 进程中的复活点表示延迟结束后实体所到达的位置，即进程继
续推进的起点。 条件延迟：延迟期的长短与系统状态有关，事先无法确定。条 件延迟发生后，实体停留在进程中的某点，直到条件得
以满足 后才继续向前移动。例如，队列中的顾客一直在排队，直到服 务台空闲且己处于队首时才能离开队列接受服务。 无条件延
迟：实体停留在进程中的某点不再向前移动，直到预 先确定的延迟期满。例如，顾客停留在服务通道中直到服务完 成。 通过所有进
程中时间值最小的无条件延迟复活点来推进仿真 时钟； 当时钟推进到一个新的时刻点后，如果某一实体在进程中解 锁，就将该实体
从当前复活点一直推进到下一次延迟发生为 止。 进程交互法的基本思想： 进程交互法兼有事件调度法和活动扫描法的特点，但其算法
比两者更为复杂。根据进程交互法建立的仿真模型称为面向 进程的仿真模型。 面向进程仿真模型总控程序设计采用两个事件表：
未来事件表（Future Event List，FEL） 当前事件表（Curre
nt Event List，CEL） 面向进程仿真模型总控程序步骤： 未来事件表扫描。从FEL的实体记录中检出复活时间最小的
实 体，并将仿真时钟推进到该实体的复活时间； 移动记录。将FEL中当前时间复活的实体记录移至CEL中； 当前事件表扫描。第四节.
仿真语言介绍系统一些具有特定功能相互之间以一定的规律联系着的物体所组成的总体．为了限制所研究问题涉及的范围, 用系统边界把所研究的
系统与影响系统的环境区分开来.系统的对象、系统的组成元素都可以称为实体．系统边界实体一、制造系统仿真语言与支持软件概述属性反映实体
的某些性质，它可以是文字型、数字型或逻辑型．系统的状态是指在某一时刻实体及其属性值的集合．导致系统状态变化的一个过程为活动．活动反
映了系统变化的规律．属性状态活动活动是指一段过程，即在一段时间内发生的情况．事件是指一个时间的情况，系统发生变化的瞬间就发生了事件
．为了使仿真程序能如实地模拟实际系统的变化，在某些离散事件的仿真中，采用事件表的形式进行调度．事件表一般是一个有序的记录列，每个记
录包括事件发生时间、事件类型等一些内容．事件事件表研究系统一般是为认识其状态随时间变化的规律，所以需要一个仿真时间变量．对连续系统
仿真时，常在均匀时间点上展现其状态值，这样，仿真时钟的步进是一个常数．对离散系统仿真时，只有在事件发生时，系统的状态才会发生变化，
才有必要展现出系统的状态，此时仿真时钟的步进根据事件发生的时刻变化。仿真时钟GPSS 语言程序块的基本格式: 地址 操作码
数据域 注解地址即语句号，最多由五个字母, 数字组成, 必须由字母打
头. 从第一列开始. 必要时才用操作码即模块或语句名称, 反映语句的基本功能和所模拟的过程，可用前四个字母简写，不能从第一列输入数
据场,由多个数据组成, 各数据间用逗号分开语句注释,可有可无二、通用仿真语言 GPSS 简介 每个语句由4部分组成,但通常
只用其中的两部分,即操作码和数据域, 地址或注释仅在需要时才使用. 4部分之间至少用1个空格分开,注意地址码必须从第
一列开始输入,操作码必须至少从第二列开始. 数据域中每个数据的位置和含义不同,要分别记忆.
GPSS 模拟程序 : SIMULATELINE EQU 1JOE
EQU 1 GENERATE 18,6
QUEUE LINE SEIZE JOE DE
PART LINE ADVANCE 16,4 RELEASE
JOE TERMINATE 1 START 25
END模拟开始控制语句: 开始控制模拟过程,必须写在整个程序的最前面定义语句: 定义函数, 实体,变量,开关等,
应置于模拟程序之前模拟模块部分: GPSS 语言模块,是整个程序的主体,反映整个模型的基本过程.模拟结束控制语句:用来控制模拟的长
度或模拟终止过程,同时控制部分输出.GPSS 程序的基本组成GPSS 语言有独特的框图符号：GENERATEQUEUEDEPART
ADVANCESEIZERELEASETERMINATE产生活动实体排队离队延时占用设施释放设施离开系统GPSS 程序框图
GENERATE 18,6 QUEUE LINE SEIZE
JOE DEPART LINE ADVANCE 16,4
RELEASE JOE TERMINATE 1GPSS 程序框图管理系统内设备
及人的分类:活动(流动)实体 系统中移动的人, 设备等2. 资源实体:系统中具有资源性能的设备或设施
设施 系统中可提供服务性质工作的人, 设备或 设施
存储器 可存储动态实体或系统元素的设备或设 施,如:仓库
, 物料场, 煤仓等 逻辑开关 只具有两种工作状态的开关型设备 队列
需排队等候之处3. 统计实体:系统中用来进行统计计算的各类工具 各类统计表
统计的自由变量GPSS 语言的基本模块第五节 仿真案实例 连杆生产线瓶颈环节分析、改进和优化 连杆是汽车发动机的重要
组成部分。本案例中的连杆生产线主要由三台数控机床（一台数控铣床、两台数控车床）、两台钻床、一台磨床、一台自动测量、一个检验台和成品
测量仪以及两个工作台等组成。1.5 系统建模与仿真案例分析 排队队列越长，工件等待时间就越长，工位和设备的利用率 就会降低，生产
线的效率也随之下降。 连杆生产线特点分析 各工位及设备之间具有串联关系。当工件到达的速率大于 工位的加工速率或某个工位的
加工速率较低时，工件将会 出现排队现象。 为减少排队等待现象、提高生产线的效率，要调整各工位及 其设备的性能参数，使各工位
的节拍（cycle time）相同 或相近。 也可以增加瓶颈工位设备的数量，形成并行工位。1.5 系统建模与仿真案例分析
但是，盲目地调整参数或增加设备会造成不仅会增加生产成本、造成设备闲置，还会形成新的瓶颈工位。通过仿真可以寻找连杆生产线的最合理配
置，使生产线的配置和生产效率不断优化。1.5 系统建模与仿真案例分析基于ProModel软件的连杆生产线仿真模型 1.5 系统建模
与仿真案例分析1.5 系统建模与仿真案例分析1.5 系统建模与仿真案例分析1.5 系统建模与仿真案例分析（3）检验台、数控机床1、
数控机床2、自动测量仪等工位不能 提供有效服务的能力，是该生产线的瓶颈工位。 造成系统效率低的原因分析：（1）各工位的生产
节拍相差较大；（2）由于生产线的工位呈串联方式，前几个工位服务能力的不 足导致了零件的等待和堵塞，也使得后续工位处于等待、
空闲状态；1.5 系统建模与仿真案例分析 为消除生产系统的瓶颈、提高系统的效率，将检验台的容量增加到3个、添加与数
控机床1同型号的机床一台，另外增加一名操作工，以分担操作工1的任务，新操作工承担工件在物料传送带、检验台、新数控机床的工作，而操作
工1只负责工件在数控机床1、数控机床2、自动监测仪和托盘1的操作，仿真模型中的其它参数和设置保持不变。 改进措施：1.5 系统建模
与仿真案例分析 再次运行仿真模型，得到各实体的状态指标如表1-7所示。与表1-5相比，由于在瓶颈位置增加了平行工位和资源，连
杆在生产线中处于加工状态的比率大幅度增加，处于等待状态的比率大幅下降。显然，在调整系统设置后，生产线的性能得到很大改善。 1.5
系统建模与仿真案例分析 对比表1-5和表1-7可以发现：虽然生产线的效率得到改善，但工件在系统中的堵塞率并没有大的改变。原因
在于：工件到达（arrivals）模式不合理，进入系统的节拍与各工位的生产节拍不一致。调整工件的到达模式，再次运行仿真模型，得到实
体的性能指标如表1-8所示： 第七章 自动化制造系统的技术经济分析第一节 自动化制造系统项目评价的内容、特点与指标体系第二节
技术性能评价第三节 经济性评价第四节 效益分析第五节 风险分析第六节 综合评价第一节 自动化制造系统项目评价的内容、特
点及指标体系自动化制造系统通常包括以下内容：1.技术性能评价 指对项目技术水平及在解决企业生产经营各环节有关问题方面的
功效进行分析，系统所具有的技术性能是项目产生效益的基础。2.综合效益评价 对项目实施对企业可能产生的效益和影响进行分析，它包
括经济效益评价、战略效益评价和社会效益评价3.风险评价 指项目实施过程中，由于各种因素的不确定性，对项目实施后可能会带给企业的
风险进行分析。一、评价的内容与作用 二、评价的特点 与可行性研究和前评价相比，项目后评价的特点是： (1)现实性。项目后评价分
析研究的是项目实际情况，所依据的数据资料是现实发生的真实数据或根据实际情况重新预测的数据，而项目可行性研究和项目前评价分析研究的是
项目未来的状况，所用的数据都是预测数据。 (2)全面性。在进行项目后评价时，既要分析其投资过程，又要分析经营过程；不仅要分析项目
投资经济效益，而且要分析其经营管理的状况，发掘项目的潜力。 (3)探索性。项目后评价要分析企业现状，发现问题并探索未来的发展
方向，因而要求项目后评价人员具有较高的素质和创造性，把握影响项目效益的主要因素，并提出切实可行的改进措施。 (4)反馈性。项目可
行性研究和前评价的目的在于为计划部门投资决策提供依据，而项目后评价的目的在于为有关部门反馈信息，为今后项目管理、投资计划的制定和投
资决策积累经验，并用来检测项目投资决策正确与否。 (5)合作性。项目可行性研究和项目前评价一般只通过评价单位与投资主体间的合
作，由专职的评价人员就可以提出评价报告，而后评价需要更多方面的合作，如专职技术经济人员、项目经理、企业经营管理人员、投资项目主管部
门等，各方融洽合作，项目后评价工作才能顺利进行。（一）企业经济效益综合评价的概念评价：为实现一定的目的，按照某种程序和方法，对某一
客观经济现象进行整体描述，据以判断其基本状况和变化趋势，以使人们对该种现象达到某种基本的认识的过程。单项评价：是指对某一具体经济现
象，如劳动生产率的高低、企业亏盈的升降等所进行的评价，这种评价一般选择能反映其特征的指标进行描述。综合评价：是指对某些复杂现象或综
合现象的评价，例如企业的经营业绩评价，地区的产业结构评价等。这些现象往往是一个复杂系统的各个子系统状况的综合反映，综合评价就是将各
个子系统的状况加以合成，用以描述整个系统的基本特征，使人们获得整体的认识。三、评价指标体系 综合评价的步骤：1
、对被评价对象进行深入的理论分析，正确划分被评价所构成的各个子系统，借以划分评价的各个侧面；2、建立科学的评价指标体系，借以描述被
评价对象各个方面的特征，其中既要有定量指标，以反映被评价对象的各种数量特征，又要有定项指标以说明各项活动侧面的影响。3、对各项当量
指标进行无量纲化，以便于合成，对各项定性指标则通过一定的方法加以量化。4、选择评价标准，作为评价依据；5、制定评价权数体系，以估计
评价指标的地位和作用，选择合成方法，以反映复杂现象的综合特征。审计评价指标体系设计一般由以下几个子系统组成：企业盈利状况指标、企业
市场竞争能力指标、企业资产经营状况指标、企业管理水平指标和企业发展能力指标。第二节 技术性能评价1.成本1）系统设施和设备成本2
）材料成本3）劳动力成本4）能源成本5）维护和培训成本6）其他杂项与分摊成本2.时间1）有效工作时间2）加工等待时间3）辅助时间3
.柔性1）机器柔性2）工艺柔性3）产品柔性4）维护柔性5）生产能力柔性6）扩展柔性7）运行柔性4.质量 产品质量除了含有实物
产品之外，还含有无形产品质量，即服务产品质量。服务质量也是有标准的。据烽./火猎头公司专家研究得出的结论，质量数据及分析、统计基本
方法产品质量特性的含义很广泛，它可以是技术的、经济的、社会的、心理的和生理的。一般来说，常把反映产品使用目的的各种技术经济参数作为
质量特性。主要分为产品内在质量和产品外观质量。泛义上的产品质量是指国家的有关法规、质量标准以及合同规定的对产品适用、安全和其它特性
的要求。 质量特性，区分了不同产品的不同用途，满足了人们的不同需要。人们就是根据工业产品的这些特性满足社会和人们需要的程度，来衡量
工业产品质量好坏优劣的 5.环境协调性1）生态环境影响2）资源综合利用3）职业健康4）安全性5）宜人性一、基本概念（一）现金流量（
1）原始投资的概念广义的投资概念：指人们一种有目的的经济行为，即以一定的资源投入某项计划，以获取期望的回报，可分为产业投资和证券投
资两大类。投入的资源：可以是资金、人力、技术或其它。投资的形式：可以是生产性的或非生产性的。狭义的投资概念：指人们在社会经济活动中
为实现某种预定的市场经营目标而预先垫付的资金。第三节 经济性评价 区分投资类型是非常重要的，因为根据不同的类型必须使用不同的
分析技术。互斥型投资（Exclusive） 例如，某条河上必须修建一座桥，假设可供选择的方案为使用钢材或使用强化混凝土，这时仅
有一个备选方案可被采纳，这就是互斥型投资。 定义：在多个方案中只能选择一个，其他方案必须放弃而不能同时存在。互斥型
又称排它型。 互斥型方案的效果之间不具有可加性，即投资、经营费用与投资收益之间具有不可加性。 在同一投资项目内部的备选方案
之间存在排它关系，不同投资项目之间也可能存在排它关系。（2）投资的类型相互独立型投资（Independent） 例如，某房地产开
发公司面临着多个房地产开发项目的提案，一处房地产的开发在任何技术方法上并不影响另一处的开发。只是由于资本预算等原因，一些提案将被批
准，而另一些则不行，它们全是相互独立的项目。 定义：诸方案之间没有排它性，只要条件（如资金）允许，就可以选择符合条
件的方案，几个方案可以共存。 独立型方案的效果之间具有可加性。 独立型投资有两种形式：资金无约束型：只要项目的经济评价可行。资
金有约束型：先筛选出经济上可行的方案，再按一定的经济指标对方案进行优劣排序，择优选用。相互依存型投资（Dependent） 项
目也可能是相互依存的，缺一不可。以机器和存放它的厂房为例，如果对其中之一进行投资就得考虑另外一个，那么必须同时分析机器和厂房。私人
投资（Private） 私人投资是由为了私人利益的私人或私有公司所进行的投资。私人投资的特点是只考虑其自己钱包的问题，而无视其
它所有影响。在正常情况下，其不考虑社会效益。公共投资（Public） 公共投资的特点是它的资金是公共的，它与私人投资的不同点在
于：公共投资的最终结果对社会有益；公共投资的管理范围更加广泛；基础设施项目几乎总是公共的；对公共项目的投资分析需在一个健康的价格体
系下进行。互斥、相互独立和相互依存三种投资类型的区别 例：柳州市的道路规划中有多个项目等待投资，这些项目在技术上无任何影响。某人去
投资房地产，看中二处不同地段的房子，只是由于资金的原因，只能选定一处。某外商到大陆投资，现想选定一处建厂，厂房计划建在上海或者广州
。某公司计划建造一新生产线，生产线各部件都有各自的购置提案。某大楼征询设计方案，投稿的方案有23种，需要从中选出一种作为最终的建设
方案。2.投资的构成及所形成的资产2.营业现金流量 会计成本是企业在账册上客观的和有形的支出。包括生产、推销过程中发生的原料、动
力、工资、租金衡量。直接费用（Direct Expense）：直接材料费（如材料费、辅助材料、备品备件、外购件、燃料、动力），直接
工资（如产品生产人员的工资、奖金、津贴和各类补贴、福利费）等。制造费用（Manufacturing Overhead Expens
e）：指组织与管理生产所发生的各项间接费用。包括生产管理人员工资，职工福利费，折旧费，修理费，办公费，差旅费，劳动保护费等。管理费
用（Administrative Expense）：指企业行政部门为管理和组织经营活动所发生的各项费用。管理部门的人员工资，折旧费
，修理费，物料消耗费，办公费，差旅费，工会经费，职工教育费，技术开发费，咨询费，诉讼费，房产税，车船税，土地使用税，无形资产分摊费
，开办费的分摊费，业务招待费等。财务费用（Financial Expense）：在筹措资金等财务活动中所发生的费用。包括利息支出，
汇兑净损失，手续费等。销售费用（Selling Expense）：指销售商品过程中所发生的费用。包括企业承担的运输费，装卸费，包装
费，保险费，差旅费，广告费以及专卖店人员的工资、福利费、折旧费等。3、终结回收定义：企业在一定时期内全部生产经营活动所取得最终成果
。 销售利润=销售收入-总成本费用-销售税金及附加 税后利润=销售利润-所得税 税后利润的分配：除按国家规定者外，一般可按下述优先
顺序进行分配：弥补以往亏损提取法定公积金，用于弥补亏损及按国家规定转为增加资本金。提取公益金，用于职工集体福利设施的支出。向投资者
分配利润。（二）、资金的时间价值（1）资金的时间价值 例：假设你现在要去投资房地产（如购买二手房后出租），初期总投入
是20万元。预计房子的使用年限为10年，每年收益为2万元。10年后房子卖出可得10万元。 你是赚了还是亏了？ 资金具有双重价值：资
金的数量收到资金的时间 1）资金的时间价值（The Time Value of Money）：资金随时间的延续而产生的价值 （2）
利息和利率 利息（Interest）：占有资金所付出的代价或放弃使用资金所得到的补偿。 利率（Interest Rate）：一个计
息期中单位资金所产生的利息用i表示。 计息周期（Interest Period）：计算利息的时间单位称为计息周期。计息期可以是年、
季、月等，一般以一年为期。单利和复利单利法：仅以本金为基数计算利息，即不论年限有多长，每年均按原始本金计息，而已取得的利息不再计息
。n年末本利和F=P(1+in)复利法：以本金与累计利息之和为基数计算利息，即“利滚利”。n 年末本利和F=P(1+i)n实际利率
和名义利率实际利率：计息周期实际发生的利率称为计息周期的实际利率。名义利率：计息周期的实际利率乘以每年计息周期数就得到名义利率。
名义利率 r = i计×mi计——计息期利率m——计息期数 如：月利率为1%，按单利计息，则年利率为12
%，这12% 就是年名义利率. 如按复利计算，年实际利率是(1+1%)12-1=12.68% 如名义利率为
r，一年中计息次数为m，则一个计息周期的利率为r/m，一年后本利和为：F=P(1+r/m)m 年实际利率i为：i=[P(1+
r/m)m-P]/P=(1+r/m)m-1 当m=1时，名义利率等于实际利率，当m>1时，实际利率大于名义利率，当m
=∞，i=er-1 表2-1以12%和20%的年名义利率为例分析计算比较了名义利率、实际利率和连续复利率。 表2-1
名义利率、实际利率静态评价指标（一）盈利能力分析指标 1.投资回收期 ①定义：从项目投建之日起，用
项目各年净收入将全部投资回 收所需的期限。 ②计算公式：
（即累积净现金流量为0） 其中： T：为项
目各年累积净现金流量首次为正值的年份 ③判别标准 若Pt≤T0 可以接受
若Pt>T0 则应拒绝 T0为行业基准投资回收期 ④优点及缺点 优点：概念清晰，简单易用该指
标不仅在一定程度上反映项目的经济性，而且反映项目风险 大小。 缺点：它没有反映资金的时间价值只考虑投资回收期之前的现金流量，故不能
全面反映项目在寿命 期内真实的效益，也难于对不同方案的比较选择做出正确判断。Pt尚未确定，取决于寿命。各项目寿命取决于技术、需求、
经济 等因素,各行业Pt不同，不利于资金在企业流通和产业调整。 2.投资收益率 （1）概念 投资收益率是项目达到设计生产能力
后的一个正常生产年份的总收益与项目总投资的比率。 两点说明: ①对生产期内各年的利润总额变化幅度较大的项目，应计算生产期内年平
均利润总额与项目总投资的比率 ②由于舍弃了其它一些经济数据，因此一般用于技术经济数据不完整的初步研究阶段。 （2）计
算公式: （3）判别标准 若投资利润率高于行业平均投资利润率则认为该项目可行 若投资利
润率低于行业平均投资利润率则认为该项目不可行 （二）清偿能力分析指标 1.资产负债率：反映项目各年所面临的财务风险程度
及偿债能力指 标 资产负债率=负债合计/资产合计×100% 说明:资产负债率可以衡量项目利用债权
人提供资金进行经营活动 的能力，也反映债权人发放贷款的安全程度。 2.流动比率：是反映项目各年偿付流动负债能力的指标
流动比率=流动资产总额/流动负债总额×100% 流动资产=现金+有价证券+应受帐款+存货 流动负债=应付帐款+短期
应付票据+应付未付工资+税收 +其它债务说明:流动比率可用以衡量项目流动资产在短期债务到期前可以变 为现金用
于偿还流动负债的能力。一般认为应在200%以上， 也有认为可以是120%～200%。 3.速动比率：是反映项目快速偿
付流动负债能力的指标。 速动比率=（流动资产总额—存货）/流动负债总额×100%说明:速动比率一般要求在100%以上。
4. 固定资产投资国内借款还期 是指在国家财政规定及项目具体财务条件下，以项目投产后可以 用于还款的资金偿还固
定资产投资国内借款本金和建设期利息（不包 括已用自有资金支付的建设期利息）所需的时间。 表达式为： I
d——固定投资国内借款本金和建设期利息之和 Pt——国内借款偿还期 Rt——第t年可用于还款的资金，包括利润、折旧、摊
销及其它还款 资金 计算公式： 国内借款偿还期=借款偿还后开始出现盈余年份数-开始借款年
份+当年偿还借款额/当年可用于还款的资金额 判别标准：当偿还期满足贷款机构要求时，即可认为有
清偿能力。动态评价指标 动态评价指标不仅考虑了资金时间价值，而且考虑了项目整个寿命期内的收入和支出的全部经济数据，因此它比静
态评价指标更全面、更科学。 1.净现值(NPV) （１）定义 按行业的基准收益率或设定的折现率将项目计算期内每年发生的
现金流量折现到建设期初的现值之和。 （２）计算公式: 判定标准: 对单一方案而言，若NPV≥0，则项目应予以接受，若N
PV<0，则应予以拒绝。对多方案比选时，净现值越大，方案越优。 当多方案比选时，如几个方案NPV都大于0，但投资规模相差较大时，
可用净现值率（净现值指数）来比选。 （３）几个需要说明的问题 1）累积净现值曲线：反映项目逐年累计折现值随时间变化的曲
线。 AC—总投资额 AB—总投资现值 DF—累计净现金流量（期末） EF—
净现值 OG—静态投资回收期 OH—动态投资回收期 2）基准折现率 a 概念：
投资者对资金时间价值的最低期望值 b 分类：基准折现率 社会折现率
行业或部门的基准折现率 计算折现率 c 影响因素
加权平均资本成本是项目从各种渠道取得的资金所平均付出 的代价。它取决于资金来源的构成及各种筹资渠道的资本成本。 a)加权
平均资本成本是项目投资的最低收益率，基准折现率必须大于 加权平均资本成本。 b)投资的机会成本指投资者可筹集别的有限资金如果不用
于拟建项目 而用于其它最佳投资机会所能获得的盈利。 c)风险贴现率即可能发生的风险损失的补偿。一般有： 资金密集型风险>
劳动密集型项目； 资产专用性强的>资产通用性强的； 以降低成本为目的的>以扩大产量和市场份额为目的的； 资金拮据的>资
金雄厚的 d)年通货膨胀率，关于通货膨胀对财务分析的影响是后面内容。 综合以上四个因素，基准折现率确定为： 当按
时价计算项目支出和收入时, 上式近似为: 当按不变价格计算项目支出和收入时,上式近似为: 从上式可看出，净现值实际就
是项目资金盈利超出最低期望盈利 和超额净收益。 ２．净年值(NAV) 净年值是将一个投资系统的全部净现金流量折算为年值后的
代数和。 表达式为： 评价准则：对单方案，若NAV≥0，则可行； 对多方案，NAV越
大，方案越优。 说明：NAV与NPV的评价是等效的，但在处理某些问题时（如寿命期不同 的多方案比选），用NAV就简便得多
。 3. 费用现值(PC)和费用年值(AC) 在对多个方案比较时，如果方案的收入皆相同，或收入难以用货币计量，这时可以通过对
各方案费用现值或费用年值的比较进行选择。 费用现值表达式为： 费用年值表达式为： ４.内部收益率(IRR) （1
）概念 内部收益率是净现值为零时的折现率。 若IRR i0，则NPV≥0，项目可行。 （2）计算 试算法：试算用的两个相邻的高低折现率之差，最好不超过2%，
最大不要超过5%。 （3）经济含义 ①一个投资项目开始后，在某种利率下，项目的收益刚好把投
资 回收的状态。这种利率越高，项目获利能力越强。 ②项目寿命期内尚未回收的资金的盈利率。
③能承受的最大利率。 （4）优缺点 优点：比较直观，容易理解，计算时不必事先确定折现率。
缺点：①计算较为复杂，较费时间 ②而且同样要有一个财务基准收益率作为判据 ③不宜用
于项目排队 ④在非常规投资项目评价中，可能出现两个以上收益率，难以 得出正确结论。
⑤不能用于只有CI或CO的项目。 5. 动态投资回收期 动态投资回收期是在计算回收期时考虑了资金的时间价
值。 或 判别标准：若动态投资回收期小于
基准动态投资回收期，则项目可行； 否则应予拒绝。三、差额分析指标 1.净现值及净现值率 净现值是指在项目
计算期内，按行业基准折现率或其他设定折现率计算的各年净现金流量现值的代数和。净现值是一个折现的绝对值正指标，即在进行长期投资决策分
析时，应当选择净现值大的项目。 净现值（NPV）=Σ（第t年的净现金流量×第t年复利现值系数） 净现值率是指投资项目的净现值占原始
投资现值总和的百分比指标。净现值率是一个折现的相对量评价正指标，即在进行长期投资决策分析时，应当选择净现值率大的项目。 净现值率=
项目的净现值/原始投资现值合计×100％ 例：有关资料如上例，要求计算项目的NPV并评价项目的可行性。 解：项目的NPV
= 254.6986 – 194.376 = 60.322万元 ∵ NPV > 0
∴ 项目可行2.内部收益率（IRR）是指项目投资实际可望达到的报酬率，即能使投资项目的净现值等于零时的折现率。内部收益
率是一个折现的相对量正指标，即在进行长期投资决策分析时，应当选择内部收益率大的项目。 内部收益率法 内部收益率IRR应满足下列等式
： Σ NCFt ×（P／F，IRR，t）=0；查表可求出IRR。掌握内部收益率法并进行决策分析；熟练运用内插法四、新建投资项目的
经济效果评价方法单一方案(独立型方案)经济评价 独立方案评价选择的实质是在“做”与“不做”之间进行选择。因此，独立方案在经济上是
否可接受，取决于方案自身的经济性，即方案的经济效果是否达到或超过了预定的评价标准或水平。 １.静态评价 对单一方案进行经济效果
静态评价，主要是对投资方案的投资利润率或投资回收期指标进行计算，并与确定的行业平均投资利润率或基准投资回收期进行比较，以此判断方案
经济效果的优劣。若方案的投资利润率大于行业平均投资利润率，则方案是可行的；或者是投资方案的投资回收期小于基准投资回收期，方案也是可
行的。 ２.动态评价 对单一方案进行经济效果动态评价，主要是应用投资方案的净现值和内部收益率进行评价。当净现值大于零，方案是可
行的；或者当项目的内部收益率大于基准收益率方案也是可行的。互斥型方案经济评价互斥型方案经济评价分两部分内容： 1.是考察各个方
案自身的经济效果，称为绝对效果检验； 2.是考察备选方案中哪个方案相对最优，称为绝对效果检验。互斥型方案经济评价按寿命分三种：
1.寿命相等的互斥方案经济效果评价 a. 净现值法与净年值法 b. 费用现值法与费用年值法 c. 内部收益率
法 d. 投资回收期法 2.寿命不等的互斥方案经济效果评价 a. 净现值法 b. 净年值法 3.无限寿命的互斥
方案经济效果评价 a. 净现值法 b. 净年值法 (一)寿命相等的互斥方案经济效果评价 1.净现值法与净年值法
(1)操作步骤 ①绝对效果检验：计算各方案的NPV或NAV，并加以检验； ②相对效果检验：计算通过绝对效果检
验的两两方案的⊿NPV 或⊿NAV； ③选最优方案：相对效果检验最后保留的
方案为最优方案。 (2)判别准则 通过上面的例题分析，为简化起见，可用下面的判别准则
进行方案选优。 NPVi≥0且max（NPVi）所对应的方案为最优方案 NAVi≥0且
max（NAVi）所对应的方案为最优方案 2. 费用现值法与费用年值法 判别准则： min（PCi）所对应的
方案为最优方案 min（ACi）所对应的方案为最优方案 【例】： 设备型号 初始投资 年运营费
残值 寿命 （万元） （万元） （万元） （年） A
20 2 3 5 B 30
1 5 5 设折现率为10％，应选哪种设备？ 解：PCA=20+2(P/
A,10%,5)－3(P/F,10%,5)=25.72万元 PCB=30+1(P/A,10%,5)－5(P/F,10
%,5)=30.69万元 ∵ PCA 能直接用内部收益率来对比，必须把绝对效果评价和相对效果评价结合起来进行。具体操作步骤如下： (1)将方案按投资额由小到大排序；
(2)进行绝对效果评价：计算各方案的IRR(或NPV或NAV)，淘汰IRR 绝对效果检验的方案； (3)进行相对效果评价：依次计算第二步保留方案间的⊿IRR。若⊿IRR>ic，则保留投资额大的方案；反
之，则保留投资额小的方案。直到最后一个被保留的方案即为最优方案。 说明：对于仅有费用现金流量的互斥方案比选也可用差额内部收益
率法，这时是把增额投资所导致的对其他费用的节约看成是增额收益。 ４.投资回收期法 原理同3，具体操作步骤如下： (1)将方案
按投资额由小到大排序； (2)进行绝对效果评价：计算各方案的Pt′，淘汰Pt′≤Pc′的方案，保留通过绝对效果检验的方案；
(3)进行相对效果评价：依次计算第二步保留方案间的⊿Pt′。若⊿Pt′ 方案。直到最后一个被保留的方案即为最优方案。 (二)寿命不等的互斥方案经济效果评价 1.年值法
由于寿命不等的互斥方案在时间上不具备可比性，因此为使方案有可比性，通常宜采用年值法（净年值或费用年值）。
NAVi≥0且max（NAVi）所对应的方案为最优方案。 判别准则： min(ACi)所对应的
方案为最优【当仅需计算费用时，可用之】 2.现值法 若采用现值法（净现值或费用现值），则需对各备
选方案的寿命期做统一处理（即设定一个共同的分析期），使方案满足可比性的要求。◆ 最小公倍数法（重复方案法）： 取各备选
方案寿命期的最小公倍数作为方案比选时共同的分析期，即将寿命期短于最小公倍数的方案按原方案重复实施，直到其寿命期等于最小公倍数为止。
◆ 分析期法： 根据对未来市场状况和技术发展前景的预测直接取一个合适的共同分析期。一般情况下，取备选方案中最短的寿命期
作为共同分析期。这就需要采用适当的方法来估算寿命期长于共同分析期的方案在共同分析期末回收的资产余值。 NPVi≥0且m
ax（NPVi）所对应的方案为最优方案 判别准则： min（PCi）所对应的方案为最优【当仅需计算费用时，可用之】
(三)无限寿命的互斥方案经济效果评价 1.现值法（注意此时） NPVi≥0且max（NPVi）所对应
的方案为最优方案。 判别准则： Min（PCi）的对应方案为最优【当仅需计算费用时，可用之】 2.年值法（注意此
时） NAVi≥0且max（NAVi）所对应的方案为最优方案。 判别准则： Min（ACi）的对应方案为最优
【当仅需计算费用时，可用之】其它多方案经济效评价１.互补型方案 在多方案中,出现技术经济互补的方案称为互补型方案.根据互补方案之
间相互依存的关系,互补方案可能是对称的如建设一个大型的非坑口电站,必须同时建设铁路,电厂,它们无论在建成时间、建设规模上都要彼此适
应，缺少其中任何一个项目，其它项目都不能运行。它们之间是互补的，又是对称的。此外还存有大量的不对称的经济互补，如建造一座建筑物A和
增加一个空调系统B，建筑物A本身是有用的，增加空调系统B后会使建筑物A更有用，但不能说采用A方案的同时一定要采用方案B。２.现金流
量相关型方案 现金流量相关是指各方案的现金流量之间存在着相互影响。即使方案间不完全互斥，也不完全互补，但如果若干方案中任何一方案
的取舍会导致其它方案现金流量的变化，这些方案之间也具有相关性。例如一过江项目，有两个考虑方案，一个是建桥方案A，另一个是轮渡方案B
，两个方案都是免费的。此时任何一方案的实施或放弃都会影响另一个方案的现金流量。第四节 效益分析公司为之活动的终点，实质是将一个公司
与其环境建立联系。采取进攻或防守性行动，在产业中建立起进退有据的地位，成功的对付五种竞争作用力，从而为公司赢得超常的收益。战略就是
要创造出一个独特而有价值的位置，而且这个位置，有一套与众不同的活动。竞争战略讲究的是与众不同，刻意选择一套不同的活动，提供一套独特
的价值。战略决定了企业活动的组成（，及如何组合各个活动。 一、战略效益自动化制造系统的战略效益包括以下几个方面：1.市场应变能力2
.企业信誉3.生产管理水平4.技术能力5.员工素质二、社会效益自动化制造系统的社会效益包括以下几个方面：1.先进技术应用示范2.出
口创汇或替代进口3.就业影响4.环境性 第五节??风险分析 一、 风险的来源 风险是指事
件本身的不确定性，或某一不利事件发生的可能性。 财务管理中的风险通常是指由于企业经营活动的不确定性而影响财务成果的不确
定性。 风险是客观、普遍存在的，但风险并非损失，常伴有额外收益。 一般而言，我们如果能对未来情况作出准
确估计，则无风险。对未来情况估计的精确程度越高，风险就越小；反之，风险就越大。风险的种类 企业面临的风险主要有两类：
经营风险（商业风险）财务风险（筹资风险）市场风险（系统风险、不可分散风险）企业特有风险（非系统风险、可分散风险）二、盈亏平衡分析
着眼于经营上的盈亏平衡点，在这点上，经营活动即不赚钱也不赔钱，根据经营上的种种变化（价格的升降、成本的增加减少）计算它们
对该点的影响，有时也称作量-本-利分析（cost-volume-profit analysis）。即分析产量、成本、利润三者之间的
关系。通常被用于衡量企业的决策所引起的产量、销售价格、固定成本和变动成本的变化对利润所产生的影响，评估项目所面临的风险水平。三、敏
感性分析敏感性分析的目的是考察投资方案主要因素发生变化时，其方案净效益发生的相应变化，以判断这些因素对项目经济目标的影响程度。这些
可能发生变化的因素称为敏感因素。敏感性分析就是要找出项目的敏感因素，确定其敏感程度，以预测方案承担的风险。敏感性分析的作用 通
过各参数的敏感性比较，可以找出对项目经济效益的不确定性产生最大影响的参数； 通过敏感性分析，可以大体揭示项目经济效益的变化幅度
，以作为对项目决策的主要依据。 敏感性分析不仅可以使决策者了解敏感因素对评价指标的影响，还可以着重分析那些较为敏感
的因素，以提高决策的准确性。敏感性分析的一般步骤确定敏感性分析时要采用的经济效益评价指标；选取不确定性因素一般进行敏感性分折所涉及
的敏感因素有：产品产量、产品价格、主要原材料或动力价格、可变成本、固定资产投资、建设期及外汇汇率等。设定各因素可能的变化范围和增减
量；计算分析因素的变化所引起的评价指标的变化；根据计算结果绘制敏感性分析图，找出强敏感性的因素，并提出决策建议。 1、确定概
率分布 概率（Pi）是用来表示随机事件发生可能性大小的数值。 四、 概率分析
对风险进行较为准确的衡量，是财务管理工作中的一项重要工作。风险与概率直接相关，因此利用概率分布，采用期望值和标准差来计算与
衡量风险的大小，是财务管理工作中一种常用的方法。 概率分布必须满足以下两个条件：（1）所有的概率都在0与1之间，即0≤
Pi ≤1；（2）所有概率之和应等于1，即∑Pi = 1。 2、计算期望值 期望值是某一方案各种可能的报酬，以其相应的概
率为权数进行加权平均所得到的报酬，也称预期收益，它是反映随机变量取值的平均化。 以上例中的数据为例，计算A、B的期望收益 ：
其计算公式如下： = 3、计算标准差 标准差（δ）也叫均方差，它是反映概率分布中各种可能值对期望值的偏离程度
，是方差的平方根。它反映风险的大小。其计算公式:第六节 综合评价一、评价的一般步骤1.确定评价内容和评价指标体系2.经济效果评价
3.风险分析4.综合评价二、综合评价的一般方法1.将各种评价结果列出，加上评价者得倾向性意见2.以经济指标为主，辅以定性指标3.用
评分方法进行综合4.用图表反应综合结果5.用费用效益分析方法6.用多级过滤方法7.用系统分析理论进行分析和优化8.利用层次分析法进
行评价三、评分法 综合评分法这一种方法是用于评价指标无法用统一的量纲进行定量分析的场合，而用无量纲的分数进行综合评
价。 综合评分法是先分别按不同指标的评价标准对各评价指标进行评分，然后采用加权相加，求得总分。其顺序如下： 1、 确定评价项目，
即哪些指标采取此法进行评价。 2、 制定出评价等级和标准。先制定出各项评价指标统一的评价等级或分值范围，然后制定出每项评价指标每个
等级的标准，以便打分时掌握。这项标准，一般是定性与定量相结合，也可能是定量为主，也可以是定性为主，根据具体情况而定。 3、 制定评
分表。内容包括所有的评价指标及其等级区分和打分，格式如下表所示： 4、 根据指标和等级评出分数值。评价者收集和指标相关的资料，给评
价对象打分，填入表格。打分的方法，一般是先对某项指标达到的成绩做出等级判断，然后进一步细化，在这个等级的分数范围内打上一个具体分。
这是往往要对不同评价对象进行横向比较。 5、 数据处理和评价。 （1） 确定各单项评价指标得分。 （2） 计算各组的综合评
分和评价对象的总评分。 （3） 评价结果的运用。将各评价对象的综合评分，按原先确定的评价目的，予以运用。 第八章 自动化制造
系统的实施及实例分析第一节 自动化制造系统的实施过程第二节 自动化制造系统实例分析第一节 自动化制造系统的实施过程实施过程：
1. 提出需求 首先由企业有关部门向计划部门根据自身需求提出实施自动化制造系统的需求，此要求要用书面形式表达，说明提出该需求
的原因、目的及一些初步的想法。2.组织队伍 企业应组织专业配套、熟悉业务、工作责任心强、团结协作精神好的精干班子，同时注意吸
收部分企业以外的自动化制造系统的专家参加。3.需求分析 需求分析的目的是摸清系统的真是需求，即是否有必要搞自动化制造系统，搞哪
种自动化制造系统，它的意义何在，目的是什么，需求分析做得好坏，对系统成败有很大的影响。4.可行性论证 可行性论证是指组织对将做
的工作进行政治、经济、文化论证，确认其“政治合格、经济有效、文化正确”，可以实行。 5.、总体方案初步设计
机械系统主要由驱动系统、传动系统、执行系统和控制系统所组成。因此，总体方案设计的主要内容就是围绕这几部分的方案设计。 1）
执行系统的方案设计 2）原动机类型的选择和传动系统的方案设计 3）控制系统的方案设计 4）其他辅助系
统的设计 6.总体方案详细设计 1）完善及细化系统的功能模型 2）完善及细化系统的信息模型，进行数据管理
系统的物理设计 3）应用软件程序框图设计 4）硬件设备的选型及设计 5）生产场地总体布置图设计 6）施工设
计7.系统仿真 所谓系统仿真，就是根据系统分析的目的，在分析系统各要素性质及其相互关系的基础上，建立能描述系统结构或行为过
程的、且具有一定逻辑关系或数量关系的仿真模型，据此进行试验或定量分析，以获得正确决策所需的各种信息。 8、系统实施 1.制订
实施计划 根据包装机总体方案,对包装机组成部分进行运动设计计算、结构设计、动力计算、同时,对有的零件要进行强度和刚度校核,并
且要绘制出各部件的装配图,专用零件图和通用件的补充加工图。 2.编写招标书 (1)设计计算说明书 它包括总体方案
设计、零部件的运动计算、结构设计、动力设计、有关零件的强度和刚度校核等内容.同时,要对整机进行经济效益分析。 (2)使用说明
书 它包括包装机的技术性能、各部件构造说明,包装机的安装、调试、润滑方式,常见故障的排除方法,易损零件列表和图样、电气设备表
,以及包装机的运输方法和验收标准,有时要编制各种通用件、标准件名细表。一、需求分析与可行性论证可行性论证要解决两个方面的问题，一是
项目实施的必要性，它说明项目对企业的发展是必要的；另一方面是项目的可行性，它说明在现有的条件下或经过一定的努力项目是可能实现的。现
实的必要性预见的必要性第二节 自动化制造系统实例分析可行性论证的意义 可行性论证是用户建造自动化制造系统前所进行的
技术性和经济性分析报告，是企业决策层审定和批准立项的基本依据。 可行性论证要客观、真实地反映企业对实施自动化制造系统
的需求，论证的结论必须是可行的。1.系统具有一定的先进性和自动化程度2.以小型化、简单化和实用化为原则，以获取最大的效益为目标3.
主要依靠国内科技力量4.强调充分发挥人的作用5.用户和设计单位密切结合6.投资少，见效快7.采用一定规模的FMS二、类型选择的指导
思想1.零件结构及规格2.生产纲领三、零件族与生产纲领的确定四、零件工艺分析及工艺过程规定工艺分析的要点：工序的集中性工序的选择性
成组技术原则切削参数的合理性工艺分析的基本步骤：分析产品工艺要求（零件形状及结构特点/零件轮廓尺寸范围/零件加工精度/材料硬度及可
切削性/装夹定位方式/现行工艺及特点）进行工序划分（先粗后精／一装多面／少刀多面／负荷均衡）选择工艺基准（基准统一/便于装夹/ 不
影响其他加工面/机外预加工）其他五、人机系统分析 人机功能分配作为人机一体化系统人机界面设计的第一步，其过程是先根据系
统的使用对象和加工范围，定义系统的基本功能，并按主要功能和子功能两个层次进行分解，然后根据人和机器的功能特征进行分配，并使已分配给
任何机器的功能关系协调。六、系统组成与平面布局平面布局设计的目标、依据及基本原则目标实现和满足生产过程的要求较高的生产效率和合理的
设备利用率合适的柔性进行设备平面布局设计的依据主要有：自动化制造系统的功能和任务零件特征和工艺路线设备的种类、型号和数量车间的总体
布置工作场地的有效面积等平面布局设计的目标、依据及基本原则原则物料运输路线短保证设备的加工精度确保安全作业方便便于系统扩充便于控制
与集成平面布局设计的基本形式一维布局二维布局三维布局生产调度 生产调度是以生产作业计划为依据，对企业日常生产活动进行控制和调节
的工作，即对生产作业计划执行过程中已出现和可能出现的偏差及时了解、掌握、预防和处理，保证整个生产活动协调地进行。生产调度工作的主要
内容：控制生产进度和在制品流转；督促有关部门做好生产准备和生产服务；检查生产过程中的物资供应；督促设备的运转；合理调配劳动力；调整
厂内运输；组织厂部和车间的生产调度会议；做好生产完成情况的检查、记录、统计分析工作。 七、单元计划调度系统软件八、实施要点
根据企业生产经营状况，资金筹集的可能性，承制单位的情况等，规划自动化制造系统项目实施的各工作阶段。 1.总体设计 2.
加工单元的配置 3.工艺编程软件及工夹具系统的研制九、效益分析主要的效益预计指标：缩短零件制造周期降低废品率减少工装费用减少试
切及其他方面可能减少的工时费用提高机床利用率因减少在制品和库存而节省的费用提高人均劳动生产率提高产值及利润第九章 先进生产模式与自
动化制造系统的发展趋势第一节 计算机集成制造系统CIMS第二节 精益生产LP第三节 敏捷制造 AM第四节 智能制造系统的基本概念第
五节 网络化制造第六节 可重构制造系统第七节 快速原型制造技术第八节 自动化制造系统的发展趋势第一节 计算机集成制造系统一、CIM
与CIMS的基本概念 CIMS是以系统工程理论为指导，强调信息集成和适度自动化，以过程重组和机构精简为手段，在企业信
息系统的支持下，将制造企业的全部要素和全部经营活动集成为一个有机的整体，实现以人为中心的柔性化生产，使企业在新产品开发、产品质量、
产品成本、相关服务、交货期和环境保护等方面均取得整体最佳效果。二、计算机集成制造系统的组成CIMS由四个应用分系统和两个支撑分系统
组成1.管理信息系统经营管理、物料管理、生产管理、人力资源管理2.工程设计自动化系统工程设计、分析和制造基本功能：①面向产品生命周
期的建模②实现CAD/CAE/CAPP/CAM的集成主要功能模块（1）计算机辅助设计与分析（CAD/CAE）（2）计算机辅助制造（
CAM）第二节 精益生产LP一、精益生产的基本概念精益生产的产生背景 20世纪50年代日本丰田汽车公司 1985年
美国MIT 精益生产是贯彻以人为中心的思想，通过系统结构、人员组织、运行方式、产品结构和市场需求等方面的变革，精简
生产过程中一切无用、多余的东西，使生产系统能很快适应用户需求的不断变化，并能最终达到包括市场供销在内的生产的各方面最好的结果。二、
精益生产的基本思想： 在企业的各个环节上去除一切多余无用的东西，每个岗位的活动安排是必须增值，不能增值的岗位和活动一律撤
销，即“消灭一切浪费”和“不断改善”，在组织的各个层面上雇用多面手，并且应用通用性强而自动化程度又高的柔性制造设备来生产品种多变的
产品。其主要的支撑体系是准时生产（JIM）、全面质量管理（TQC）、成组技术（GT）、弹性作业人数和尊重人性。三、精益生产的特征：
①重视客户需求 ②重视人的作用 ③精简一切生产中不创造价值的工作 ④精益求精、持续不断地改进生产，降低成本，追求
零废品、零库存和产品品种多样化。第三节 敏捷制造AM一、敏捷制造的基本概念敏捷制造的基本原理： 采用标准化和专业
化的计算机网络和信息集成基础结构，以分布结构连接各类企业，构造虚拟制造环境；以竞争合作为原则，在虚拟制造环境内动态选择成员，组成面
向任务的虚拟公司进行快速生产；系统运行的最大目标是满足客户的要求。定义 敏捷制造指的是制造企业能够把握市场机遇，及时动态地重组生产系统，在最短的时间内向市场推出有利可图的、用户认可的、高质量的产品。一句话，敏捷制造企业的一切活动都是围绕着快和好这两个字进行的，要求企业具有很强的自适应能力。敏捷制造系统的体系结构敏捷制造的产生背景敏捷制造是美国为了重新树立其在全球制造业中的领导地位，而提出的一种面向21世纪的新型制造模式。它综合了即时生产、制造资源规划和精益生产等先进生产管理技术的优点，能系统全面地满足高效低成本、高质量多品种、迅速及时、动态柔性等难以由一个统一生产系统来实现的生产管理目标要求，代表着现代生产管理的最新发展。虚拟企业a)虚拟企业的功能 b)虚拟企业的生命周期敏捷制造的特点1.敏捷制造对市场需求反应敏捷2.敏捷制造是高度柔性化、无库存的生产组织方式3.敏捷制造企业的生产成本与生产批量无关4.产品服务可以全程面向用户5. 敏捷制造可以做到充分的资源共享6.敏捷制造可以充分发挥人的作用敏捷制造企业的示意图第四节 智能制造系统的基本概念一、智能制造系统的基本概念 智能制造系统是一种由智能机器人和人类专家共同组成的人机一体化智能系统，它将人工智能技术融合进制造系统的各个环节中，通过模拟人类专家的智能活动，诸如分析、推理、判断、构思和决策等，取代或延伸制造环境中应由人类专家完成的那部分活动，使系统具有智能特征。二、智能制造系统的发展概况美国是智能制造思想的发源地最早正式提出智能制造并付诸实施的是建立在美国普渡大学的智能制造国家工程中心。美国其他大学欧洲日本三、智能制造系统的研究领域智能设计智能机器人智能调度智能办公系统智能诊断智能控制第五节 网络化制造正在来临的信息网络化时代 20世纪90年代以来，美国进行了大量的信息化投资，微机累计产量在8500万台以上，同时微机－VAN网络成员数量在100万人以上。家用信息电器的电子手册、系统手册，以及美国阿波罗公司推出的个人数字辅助系统（PDA）等个人信息系统正在迅速普及。正在来临的信息网络化时代 由于文化和经济背景不同，国际市场并不仅仅是多个国家市场之和。全球市场更是一种考虑不同国家对产品的要求差异的新型国际市场。对现有的跨国公司和组织结构、发展过程和策略进行研究和调查分析后，得出不同国际制造网络的模式及其关系，以及如何向全球制造网络化系统发展的途径，如图中箭头表示。正在来临的信息网络化时代 不同国际制造网络及其关系和发展途径 正在来临的信息网络化时代 这个从传统的制造企业向全球制造网络化发展的模型，按照公司的经营策略、工厂的地理分布、文化背景以及技术和零部件供需来源可分为六种不同层次的模式： ①GMC3——分散网络化的全球制造模式； ②GMC2——多国制造模式； ③GMC1——区域制造模式； ④EMC3——全球出口模式； ⑤EMC2——多国出口模式； ⑥EMC1——区域出口模式。 此外，各种模式之间并没有严格的界限，甚至可以相互逆转。网络上的虚拟企业及其虚拟制造信息 服务网 网络化的全球制造不仅是跨国公司的未来，中小企业也可以通过网络上的虚拟企业来实现全球制造。事实上，跨国公司为了实现全球制造，也正在逐步分布化和虚拟化。 什么是网络上的虚拟企业？这里的“虚拟”并非没有。推出高质量、低成本的新产品最快的办法是利用不同地区的现有资源，把它们迅速组合成为一种没有围墙的、超越空间约束的、靠电子手段联系的、统一指挥的经营实体——网络上的虚拟企业。网络上的虚拟企业的特点是企业功能上的不完整性、地域上的分散性和组织结构上的非永久性，即：①功能的虚拟化；②组织的虚拟化；③地域的虚拟化。全球制造模式中的制造系统与设备的控制技术 全球制造模式中的产品开发、市场营销、加工制造、装配调试是分布在不同的地点，通过企业内部网络和国际互联网络加以连接，实现文件、数据、图像和声音的同时传送，各企业间的刀具和夹具的管理，零件图纸数控程序的编制方法、管理和分配，以及数控机床可用性的保证体系。如下图:全球制造模式中的制造系统及设备的控制技术全球制造模式中的制造系统与设备的控制技术 （1）数控自动编程系统及其后置处理。 （2）工夹具管理 一个工夹具管理系统应具有以下几方面的功能： ①工夹具供应数据库； ②刀、夹具数据库，包括模块化刀、夹具各组成部分的图形库；全球制造模式中的制造系统与设备的控制技术 ③工夹具装配数据库； ④刀具调整数据库； ⑤切削用量数据库； ⑥输出具有刀具简图的刀具调整单； ⑦工夹具CAD系统，如刀具与夹具之间的碰撞检查等。全球制造模式中的制造系统与设备的控制技术 （3）DNC（Distribute Numerical Control）数据程序管理及分配系统 （4）制造系统与设备的控制技术应用的网络化、虚拟化 第六节 可重构制造系统一、可重构制造系统的概念可重构制造系统是以产品全生命周期理论为指导，以报废设备及其零部件的循环使用和反复利用为目的，以报废产品为毛坯，采用先进再制造成形技术，使报废设备及其零部件恢复尺寸、形状和性能，形成再制造产品的一系列技术措施或工程活动的总称。 再制造工艺路线简图二、可重构制造系统的现状分析 随着资源的日益枯竭和环境污染的加剧，人们逐渐认识到可持续发展战略的重要意义，并不断探索实现可持续发展的手段。再制造工程就是在人类对资源要求的日益增长和对环境保护的迫切需要的情况下，形成的一门新的工程学科，因其巨大的资源、环境、社会效益而受到世界各国的重视，成为落实可持续发展战略的重要技术支撑。 可重构制造系统是废旧装备高技术维修的产业化工程，再制造出来的产品是新产品而不是旧产品，其重要特征是再制造产品质量和性能可以达到或超过新品，而成本却只有新品的50%，制造过程节能60%，节材70%，对环境的不良影响显著降低。 三、可重构制造系统的特点1.资源效益2.环保效益3.社会经济效益第七节 快速原型制造技术一、快速成形技术概述1.快速成形的概念快速成形技术是一种用材料逐层或逐点堆积出制件的新型加工技术。快速成形技术不采用常规的模具或刀具来加工工件，而是利用光、电、热等手段，通过固化、烧结、粘结、熔结、聚合作用或化学作用等方式，有选择地固化（或粘结）液体（或固体）材料，从而实现材料的迁移和堆积，形成所需要的原型零件。传统加工与快速成形比较a)传统加工 b)快速成形 三维地形模型的制作 2.快速成形技术的历史2.快速成形技术的原理首先要用CAD软件设计出所需零件的计算机三维模型；然后根据工艺要求，将三维模型按一定的厚度进行离散，从而将原来的三维模型转变为二维平面信息，接着对分层后的信息进行处理，产生数控代码；最后，数控系统以平面加工的方式，有序地连续地加工出每个薄层，并使它们自动粘接而成形。快速成形技术的原理 3.快速成形的过程⑴前处理⑵分层叠加成形⑶后处理快速成形产品4.三维建模立体光刻的设备及产品5.快速成形技术的特点⑴适合于加工复杂零件⑵自动化程度高 ⑶加工周期短，成本低⑷制造过程具有高柔性⑸技术集成度高⑹设计制造一体化⑺使用材料类型多⑻属非接触加工⑼应用领域广泛熔融沉积成形的设备及产品6.快速成形技术的应用⑴用于产品设计评估与校审⑵用于产品工程功能试验⑶用作厂商与客户的交流手段⑷用于快速模具制造⑸用于快速直接制造⑹应用于医学、建筑等行业分层实体制造工艺的设备及产品返回目录 1.材料及制造方法的发展 材料的发展与产品的发展密切相关，继1770年瓦特发明蒸汽机以后，陆续出现了Daimler汽油发动机、Parson蒸汽轮机、高速斜齿轮柴油发动机，1910年左右出现了滚动轴承，以后又发展了燃汽轮机、喷气发动机。20世纪50年代以后，则出现了导弹、人造卫星，而今天宇宙飞船、载人空间站已成现实，目前正在向星际探测器等宇航新时代迈进。第八节 自动化制造系统的发展 市场和需求推动了产品的发展，产品的发展给材料的发展提出了新的要求，同时促进了材料技术的发展，这就要求制造工艺和方法能快速适应这一发展的要求，使它们相互依赖、共同发展。因此研究开发新材料，新工艺是机械工业永无止境的追求目标。1.材料及制造方法的发展 保证零件加工质量是机械加工方法要解决的首要问题，加工质量的指标中最重要的是加工精度。保证加工精度是指限制加工方法产生的误差值，使它限定在允许的范围之内；而提高加工精度是指需要减少加工误差值。生产的发展要求不断提高机器的工作精度和运转精度，为此必须相应地提高零件的尺寸和几何形状精度。2.加工质量的发展2.加工质量的发展 各年代达到的加工精度的大致情况如图1-1所示。3.制造自动化的发展 自从1913年Ford建立第一条装配流水线开始，到1952年MIT发明第一台三轴立式数控铣床，揭开数字化制造的序幕，经过近几十年的探索和发展，制造自动化技术得到了飞速发展，并已进入了实用化阶段，90年代以来，制造的理念发生了质的变化，相应地提出了许多制造自动化新技术。回顾发展历史，制造自动化技术大约经历了五个阶段。如图所示。3.制造自动化的发展 3.制造自动化的发展 可以预见未来制造自动化技术的发展可以用“七化”来描述，它们是： 1）制造集成化 2）制造智能化 3）制造敏捷化 4）制造虚拟化 5）制造网络化 6）制造全球化 7）制造绿色化 |
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