自動化系統(tǒng)簡介

自動化系統(tǒng)簡介目錄1-1自動化的意義1-2自動化的演進(jìn)1-3自動化元件與控制器1-4自動化的設(shè)施1-5計算機(jī)整合制造1-1自動化的意義自動化可定義如下：自動化乃一應(yīng)用機(jī)械、電子與計算機(jī)化的系統(tǒng)來操作及控制生產(chǎn)的技術(shù)自動化所使用的技術(shù)包括：1.處理工件的自動化工具機(jī)2.自動化裝配機(jī)器3.工業(yè)機(jī)器人4.自動化物料搬運及儲存系統(tǒng)5.自動化質(zhì)量控制檢驗系統(tǒng)6.自動化制程控制7.用于規(guī)劃、收集資料、作決策等支援制造活動所需的計算機(jī)系統(tǒng)自動化應(yīng)用在生產(chǎn)系統(tǒng)上又可分成兩種類型：1.固定式自動化固定式自動化是以一連串的加工或裝配作業(yè)來處理工件。2.彈性自動化彈性自動化是由計算機(jī)來控制生產(chǎn)設(shè)備，可彈性地改變作業(yè)順序，以配合不同的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)之需求。

1-2自動化的演進(jìn)

自動化的發(fā)展則始于1909年，美國的福特汽車公司設(shè)立了第一條自動化生產(chǎn)線，用來大量生產(chǎn)汽車。二次大戰(zhàn)后，液壓、氣壓等被大量應(yīng)用，自動化便由省力化發(fā)展到低成本自動化，1952年數(shù)值控制問世，加工作業(yè)得以數(shù)值控制的方式經(jīng)由程序指令來引導(dǎo)切削刀具的行進(jìn)位置，隨著微處理機(jī)、微電腦之進(jìn)步，數(shù)值控制進(jìn)展到計算機(jī)數(shù)值控制機(jī)。「計算機(jī)輔助設(shè)計與制造」(computeraideddesign/computeraidedmanufacturing,CAD/CAM)的技術(shù)出現(xiàn)，使工程師在設(shè)計與制造時更能得心應(yīng)用，生產(chǎn)技術(shù)得以大為提高。到了1980年代之后，自動化已發(fā)展到將各種自動化的設(shè)備組成一個生產(chǎn)系統(tǒng)來同時生產(chǎn)多種樣式的產(chǎn)品群。這些生產(chǎn)設(shè)備包含了計算機(jī)、機(jī)器人、檢驗設(shè)備、與計算機(jī)數(shù)值控制工具機(jī)，而且使用自動化的搬運設(shè)備允許工件能以任何順序在機(jī)器群中被運送，如此構(gòu)成了所謂「彈性制造系統(tǒng)」。

1-3自動化元件與控制器

在自動化設(shè)施中，經(jīng)常需要檢測工件是否到達(dá)所需處理之加工機(jī)臺的位置，有時則是需檢測出物體的位置移動量，以供控制器決定序列動作。其被用來檢測的元件稱之為傳感器。常見的傳感器有極限開關(guān)、光電開關(guān)、近接開關(guān)、電位計、與溫度開關(guān)等。1-1-1感測元件

在自動化的設(shè)備中，控制器送出命令來操縱設(shè)備中處理物件的部位，例如加工機(jī)的切削刀具。此部位通常是一個從動件，其動力乃是由原動件，經(jīng)由傳動裝置傳送得來。自動化設(shè)備的原動件一般可分成三種：(1)電動式：如電動馬達(dá)；(2)液壓式：如油壓幫浦；(3)氣壓式：如空氣壓縮機(jī)。1-1-2致動元件

自動化設(shè)備可用的控制器甚多，其中最常被使用的是可程序邏輯控制器(programmablelogiccontroller,PLC)。可程序邏輯控制器乃一藉數(shù)位或類比輸出入裝置，用特定的命令語言，將邏輯運算、順序控制、定時器、計數(shù)器、及算術(shù)演算等作成程序，并納入記憶裝置中，以控制機(jī)器或程序的電子裝置。

1-1-3控制器

可程序邏輯控制器在使用時，隨時感知輸入信號，由內(nèi)部作邏輯判斷，將結(jié)果輸出，以控制外界機(jī)器。其系統(tǒng)組合包括：中央處理單元(CPU)、存儲器(ROM與RAM)、輸入與輸出模塊、電源供應(yīng)器、及程序書寫器。

1-4自動化的設(shè)施

所謂數(shù)值控制，意指利用一數(shù)值、字母與其他符號等來控制機(jī)器設(shè)備。這些數(shù)值、字母與符號系以一適當(dāng)?shù)母袷絹砭幋a，由而定義了某一特定工件的指令之程序。在處理工件時，刀具聽從預(yù)設(shè)的指令而動作。由于機(jī)器改變程序的能力，致使NC適用于多種少量或中量產(chǎn)品的生產(chǎn)。

1-4-1數(shù)值控制工具機(jī)

何謂數(shù)值控制

數(shù)值控制的應(yīng)用范圍很廣，適用于很多種類的制程，諸如鉆孔、車削、銑切、搪孔與其他金屬品制造之工具機(jī)。此外諸如裝配、繪圖、與檢驗等作業(yè)的非工具機(jī)也應(yīng)用到數(shù)值控制。

數(shù)值控制工具機(jī)系統(tǒng)包含下列三個基本組成要件：

1.指令程序

2.機(jī)器控制單元

3.制程處理設(shè)備NC的基本組成要件程序機(jī)器控制單元制程設(shè)備程序程序機(jī)器控制單元制程設(shè)備圖3.8數(shù)值控制工具機(jī)組成要件

指令程序是指揮制程處理設(shè)備操作的詳細(xì)逐步命令。

機(jī)器控制單元包含電子與控制的硬件設(shè)備，可讀取并翻譯程序的指令，并將之轉(zhuǎn)換成制程處理設(shè)備的機(jī)器動作。制程處理設(shè)備是執(zhí)行實際工作的部分。

每一種機(jī)制作業(yè)都可在某一種工具機(jī)上執(zhí)行，其種類包括：

˙鉆床

˙銑切機(jī)器

˙車削機(jī)器

˙搪孔機(jī)器

˙研磨機(jī)器NC工具機(jī)的應(yīng)用

機(jī)器人工業(yè)協(xié)會(roboticsindustriesassociation)對工業(yè)機(jī)器人(industrialrobot)的定義如下：機(jī)器人是一種可以程序化，具有多種功能的操作器，可經(jīng)由事先設(shè)計好的各種可變動作，來搬運物料、零件、機(jī)具、或其他特殊裝置，并執(zhí)行各種不同的工作。1-4-2機(jī)器人機(jī)器人的定義1.操縱器(manipulator)：通常包含手臂(arm)、手腕(wrist)、及末端器(endeffectors)。2.致動器(actuator)：一般有電動式驅(qū)動、液壓式驅(qū)動、與氣壓式驅(qū)動三種方式，提供動力以驅(qū)動操縱器。3.控制單元：控制機(jī)器人運動的單元。機(jī)器人的實體組件工業(yè)機(jī)器人的基本組件包括：

工業(yè)機(jī)器人的操縱器的手臂部份系由一串的關(guān)節(jié)與環(huán)節(jié)所構(gòu)成。

工業(yè)機(jī)器人的手臂是用以對物體定位，而其手腕即在于調(diào)整物體方向。

工業(yè)機(jī)器人通常使用工具或夾具，附著于其腕部，而進(jìn)行工作。此一附著于腕部的工具與夾具，稱為末端器。

檢驗意指檢查產(chǎn)品，以判定其是否符合產(chǎn)品設(shè)計者設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)。檢驗之目的有量測某特定產(chǎn)品的實際值與只簡單地檢查某特征是否符合設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。

1-4-3自動檢驗設(shè)備

檢驗的目的與自動檢驗效能傳感器可分成兩大類：1.接觸式檢驗接觸式檢驗系使用一機(jī)械探針或其他儀器，可與受檢的產(chǎn)品相接觸。接觸式方法通常用來檢查零件之物理量度。2.非接觸式檢驗非接觸式檢驗最常用的為光學(xué)感測檢驗法，其中較為著名的為機(jī)器視覺。自動化檢驗傳感器坐標(biāo)量測機(jī)(coordinatemeasuringmachine,CMM)系由一接觸式探測針與定位探測針?biāo)柚畽C(jī)構(gòu)組成。探針并不只要求相對于零件做定位，也應(yīng)正確與精密地記錄欲量測之部位的位置，以獲得零件幾何形狀之三度空間的資料。坐標(biāo)量測機(jī)

機(jī)器視覺的定義為，獲取影像資料，并以計算機(jī)來處理和解讀這些資料，以供某些有用途的應(yīng)用。

機(jī)器視覺

美國物料搬運學(xué)會(MaterialHandlingInstitute,MHI)對無人搬運車所下的定義為：一種有電磁的或光學(xué)的自動導(dǎo)引系統(tǒng)搬運車輛，此種車輛可按照程序所下的命令導(dǎo)引路線行進(jìn)、停止、與轉(zhuǎn)彎，并具有一些能夠與搬運系統(tǒng)連結(jié)工作的特殊功能。1-4-4自動搬運

定義自動搬運車的主要組成有無人搬運車、導(dǎo)引系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、外圍設(shè)備、與安全裝置。無人搬運車是一種以蓄電池為動力來源，可依循預(yù)定的導(dǎo)引路徑，按照事先設(shè)定的程序，自動前往目的地，取代人工從事各種物料裝卸及搬運的車輛。自動搬運車系統(tǒng)的組成

根據(jù)美國物料搬運學(xué)會(MaterialHandlingInstitute,MHI)對自動化儲存/檢索系統(tǒng)(automatedstorage/retrievalsystem,AS/RS)所下的定義為：在一界定的自動化程度下，準(zhǔn)確、正確與快速地搬運、儲存、檢索物料，所需的設(shè)備與控制的組合。1-4-5自動倉儲系統(tǒng)

定義

所有的自動化儲存／檢索系統(tǒng)皆由某些基本元件所組成，這些元件包括：

1.儲存結(jié)構(gòu)

2.S/R機(jī)器

3.儲存模塊

4.夾取／存放工作站AS/RS之基本元件

儲存結(jié)構(gòu)是由鋼筋鐵架所構(gòu)成，可承受存放在AS/RS內(nèi)的重物。

S/R機(jī)器用以完成儲存處理，自輸入站載送負(fù)荷物至儲存站，或自儲存站檢索負(fù)荷物，然后將之載送至輸出站。儲存模塊是儲存物料的容器。夾取／存放工作站用以傳送負(fù)荷物至AS/RS，并自AS/RS載送負(fù)荷物。1-5計算機(jī)整合制造

計算機(jī)整合制造(computerintegratedmanufacturing,CIM)意指利用計算機(jī)來設(shè)計產(chǎn)品、計劃生產(chǎn)流程、控制生產(chǎn)作業(yè)、并執(zhí)行與制造公司有關(guān)的一切企業(yè)功能。

計算機(jī)輔助設(shè)計(computeraideddesign,CAD)可定義為任何與計算機(jī)之有效運用之有關(guān)的設(shè)計活動，此時計算機(jī)用來產(chǎn)生、修正、或注解工程設(shè)計。計算機(jī)輔助制造(computera