【正文】 “自動化 ” 這個單詞時所提出的硬性自動化是指生產(chǎn)系統(tǒng)中生產(chǎn)順序或裝配工作由設備配置確定，并且在沒更換設備的情況下不能輕易改變。雖然順序中的每一個操作通常是簡單的，但是，將許多簡單的操作集成和協(xié)調(diào)成一個單一系統(tǒng)使硬性自動化變得復雜化。硬性自動化的典型特點包括： 1 定做設計設備的光期投資高， 2 高 生產(chǎn)效率， 3 應用于大批量產(chǎn)品生產(chǎn)，和 4 適應產(chǎn)品變更的相對固定性。 硬性自動化對高需求率產(chǎn)品是經(jīng)濟合適的。先期設備的高投人可以被大量部件分攤，也許是數(shù)百萬件，這樣與其他生產(chǎn)方法相比部件花費低。硬性自動化的例子包括機加工連續(xù)生產(chǎn)線、轉(zhuǎn)盤換位機械和自動裝配機器。硬性自動化的大部分技術是在汽車工業(yè)中發(fā)展起來的；連續(xù)生產(chǎn)線（追溯到大約 1920 年）就是一個例子。 可編程自動化 對于可編程自動化，以由程序，即一套可以被系統(tǒng)識別和解釋的編碼指令來控制生產(chǎn)操作工序的方式來設計設備。這樣就可毫無困難地改變操作順 序以允許在同一設備上生產(chǎn)不同的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。表現(xiàn)可編程自動化的一些特性包括： 1 通用可編程設備的高投人， 2 比硬性自動化更低的 13 生產(chǎn)率， 3 應付產(chǎn)品結(jié)構(gòu)變化的柔性，和 4 適合于類似產(chǎn)品或零件的小和／或中等產(chǎn)量的生產(chǎn)（例如，零件族）?？删幊套詣踊睦影〝?shù)控機床、工業(yè)機器人和可編程邏輯控制器。 可編程生產(chǎn)系統(tǒng)經(jīng)常用于成批的生產(chǎn)零件或產(chǎn)品。它們尤其適合于相同產(chǎn)品成批的重復訂單為了生產(chǎn)一批新產(chǎn)品，必須為系統(tǒng)編制與新產(chǎn)品相適應的一套機器指令。設備的實際裝備也必須改變，必須給機器附加特殊的夾具，必須裝上適當?shù)牡毒?。這種轉(zhuǎn) 換過程可能是耗時的。結(jié)果，一批特定產(chǎn)品的一般生產(chǎn)周期包括 1 完成準備和重編程的階段和 2該批產(chǎn)品的加工階段。設置 重編程階段構(gòu)成了自動化系統(tǒng)的非生產(chǎn)時間。 可編程自動化的經(jīng)濟性要求：隨著設置一重編程時間增長，生產(chǎn)批量的大小必須被編得較大以便在眾多設備中分散損失的生產(chǎn)時間的消耗。相反，如果設置和重編程時間能降到零 ,則批量的大小可降至一個。這是柔性自動化的理論基礎，即可編程自動化的延伸。柔性自動化系統(tǒng)是從一個產(chǎn)品轉(zhuǎn)產(chǎn)到另一個產(chǎn)品時，時間損失最少的能生產(chǎn)許多種類產(chǎn)品（或零件）的系統(tǒng)、系統(tǒng)重編程和改變實際裝備 的時間是最少的，并且事實上導致無生產(chǎn)時間損失。因此，系統(tǒng)能在連續(xù)流程中生產(chǎn)不同的產(chǎn)品組合和進程，而不是批處理間有中斷的批處理生產(chǎn)。柔性自動化的特點包括： ,2 連續(xù)的產(chǎn)品混合生產(chǎn)， 變產(chǎn)品混合以適應對所生產(chǎn)的不同產(chǎn)品的需求率變化的能力， 4．中等生產(chǎn)率，和 。 柔性自動化生產(chǎn)系統(tǒng)通過下面一個或更多的途徑應用于實踐中： 1.使用零件族概念，根據(jù)此概念系統(tǒng)中制造的零件在種類上有所限制； 2.預先，并且／或離線對系統(tǒng)再編程以便再編程不會中斷生產(chǎn)； 有 程序到系統(tǒng)中來生產(chǎn)以前制造過的零件，為這些零件已編寫過程序；； 5．便用為有限零件類型所設計的夾具族；和 ，它們包括用來生產(chǎn)零件族的各式各樣的加工操作工具。為了實現(xiàn)這些應用，在柔性自動化生產(chǎn)系統(tǒng)上生產(chǎn)的零件類型的變化通常比批處理類型的可編程自動化系統(tǒng)要局限的多柔性自動化系統(tǒng)的例子可追溯到 20 世紀 60年代晚期的進行機加工操作的柔性制造系統(tǒng)。 自動化策略 有許多基本策略用來提高生產(chǎn)操作中的生產(chǎn)率。這些策略通常包括自動化技術的 使用。因此，叫做自動化策略。 數(shù)字控制 數(shù)字控制（?？s寫為數(shù)控）可定義為一種可編程自動化的形式，其中工藝是由數(shù)字、字母和符號來控制的。在數(shù)控中，數(shù)字構(gòu)成了為某特定工件或任務設計的指令程序。當任務變更時，指令程序也相應改變，改 14 變每種新任務程序的能力使數(shù)控具有柔性。編寫新程序比改變主要生產(chǎn)設備要容易得多。 數(shù)控設備用于所有的金屬零件制造領域，在當今工業(yè)的現(xiàn)代機床中大約占 15%。因為數(shù)控機床比傳統(tǒng)機床昂貴得多，工業(yè)數(shù)控機床的資產(chǎn)價值比起他們的所占比位來要大得多。應作數(shù)控的設備已被用來完成各式各樣的操作， 如鉆削、銑削、車削、磨削、飯金壓制、點焊、弧焊、鉚接、裝配、制圖、檢驗及零件處理等。這絕不是一個完全的列舉。應把數(shù)字控制看成一種加工控制的可行方法，用于具有下列特點的任何生產(chǎn)情況： 1．用原材料加工類似工件（如用于機加工的金屬材料）。 2．零件被生產(chǎn)成各種尺寸和形狀。 3．以小到中等規(guī)模批量生產(chǎn)工件。 4．完成每個工件的加工要求一系列的相似加工步驟。 許多機加工零件滿足這些條件。這些機加零件是金屬的，給它們規(guī)定了不同的尺寸和形狀，而且當今工業(yè)生產(chǎn)的大部分機加零件被制成 小到中等規(guī)模的多種尺寸。為了生產(chǎn)每一個零件，需要一系列的鉆削操作或一系列的車削或銑削操作。數(shù)字控制對這些零件的適應性是數(shù)字控制在過去 25 年中在金屬制造業(yè)中巨大增長的原因。 數(shù)字控制系統(tǒng)的基本部件 一個可操作的數(shù)字控制系統(tǒng)由下列三個基本部件組成： 1 指令程序。 2 控制器單元，也稱為機床控制單元。 3 機床或其他被控工藝。 指令程序 指令程序是告訴機床如何去工作的一套詳盡的一步步的指令集。它被以數(shù)字或符號的形式編碼在一些可以被控制器單元翻譯的輸人介質(zhì)上。最常用的輸入 介質(zhì)是 1 英寸寬的穿孔帶在這些年中，也使用了其他形式的輸人介質(zhì)，包括穿孔卡片、磁帶、甚至 35mm 電影膠片。 還有其他兩種向數(shù)字控制系統(tǒng)進行輸人的方法必須提及。第一種是用手工將指令數(shù)據(jù)輸入到控制器單元。這是費時的，除非作為輔助控制手段或只制造一個或非常有限數(shù)目的零件時，一般很少使用。第二種輸入方法是與計算機直接相連。這叫做直接數(shù)字控制或 DNC。 指令程序是由被稱為部件工作程序員的人編寫的。程序員的工作是提供一套詳細的指令，通過這些指令可完成一系列加工步驟對一個機加工操作，加工步驟包括機床臺面和刀 具的相對運動。 控制器單元 數(shù)控的第二個基本元件是控制器單元。這由可以閱讀和翻譯指令程序并把它轉(zhuǎn)換成機床機械運動的電子設備和硬件組成。控制器單元的典 15 型元件包括磁帶閱讀機、數(shù)據(jù)緩沖器、通向機床的信號輸出通道、來自機床的反饋通道、以及協(xié)調(diào)上述元件整體操作的順序控制器。 磁帶閱讀機是一個用于纏繞和閱讀含有指令程序的穿孔磁帶的機電裝置。磁帶上含有的數(shù)據(jù)被讀入數(shù)據(jù)緩沖器。該設備的目的是將輸人指令儲存在信息邏輯單元。一個信息組通常代表加工元件順序中的一個完整步驟。例如：一個信息組可以是移動機床臺面到特定 位置并在該位置鉆孔所需的數(shù)據(jù)。 信號輸出通道與機床的伺服馬達和其他控制器相連。通過這些通道，指令由控制器單元送到機床。為了弄清楚指令是否己被機床正確執(zhí)行，反饋數(shù)據(jù)通過反饋通道回到控制器。反饋回路的重要功能是確保臺面和工件已經(jīng)相對于刀具正確定位。為此當今使用的大多數(shù)數(shù)控機床具有位置反饋控制器，并被稱為“閉環(huán)系統(tǒng)”。然而，近些年開環(huán)系統(tǒng)的使用可靠性足夠高，因此反饋控制器是不需要的，是一筆不必要的額外花銷。順序控制器協(xié)調(diào)控制器單元其他元件的動作。磁帶閱讀機執(zhí)行將數(shù)據(jù)從磁帶讀入緩沖器中，來回向機床傳送信號等 等。這些類型的操作必須是同步的，這就是同步控制器的功用。 數(shù)控系統(tǒng)的另一個元件是控制面板，它實際上可能是控制器單元或機床的一部分?？刂泼姘寤蚩刂婆_山刻度盤和開關組成，機床操作者通過他們運轉(zhuǎn)數(shù)控系統(tǒng)。控制面板也可有數(shù)據(jù)顯示器為操作者提供信息。雖然數(shù)控系統(tǒng)是一個自動化系統(tǒng)，但仍需要人類操作者來開關機床，更換刀具（一些數(shù)據(jù)系統(tǒng)有自動化刀具更換裝置），向機床加載和卸載以及完成其他各式各樣的任務。為了履行這些職責，操作者必須能控制這個系統(tǒng)，是通過控制面板來完成的。 機床 數(shù)控系統(tǒng)的第三個元件是機床或其 他被控制的工序。它是數(shù)控系統(tǒng)完成有用工作的部分。在最常見的數(shù)控系統(tǒng)例子中，一個設計來完成機加工操作的系統(tǒng)中，機床由工作臺、主軸以及驅(qū)動它們所必要的馬達和控制器組成。它也包括刀具、工件夾具以及其他機加工操作中所需的輔助設備。 自動生產(chǎn)線 使用自動生產(chǎn)線可以利用專用、多功能機床來實現(xiàn)最大程度的自動化。自動生產(chǎn)線實質(zhì)上是那些由工件傳送裝置連接起來的按所需順序布置的單個工位的組合，并且通過連鎖控制集成為一體。工件在工位間被自動傳送，每個工位都裝配有用于加工、測量、工件再定位、組裝、清洗或其他操作的臥式、立式 及傾斜式設備。自動生產(chǎn)線的兩大主要類別是旋轉(zhuǎn)式和直列式。 自動生產(chǎn)線的一個顯著優(yōu)點足它們允許同時完成大量的操作。相對來說，對機加工工件表面或平面的數(shù)量沒有限制，因為裝置可介入自動 16 生產(chǎn)線。實際上在任意位置能使工件翻轉(zhuǎn)、旋轉(zhuǎn)或定向以便完成機加工操作。工件重定位也使傾斜主軸箱的數(shù)目減至最小，使操作在最佳時間完成。經(jīng)常可進行從原始鑄件或鍛件到成品件的完整加工。 一個或多個成品件在一條帶有每個傳輸系統(tǒng)標志的自動生產(chǎn)線上生產(chǎn)，傳輸系統(tǒng)使部件從一個工位運動到另一個工位。這類生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率通常為 50%85%,由一條生產(chǎn)線生產(chǎn)各式各樣部件時為 50%，由一條生產(chǎn)線大批量生產(chǎn)一個部件時達 85%，這取決于工件和如何操作自動生產(chǎn)線（材料處理方法、維護程序等）。 所有類型的機加工操作，如鉆削、攻絲、鉸削、鏜削和銑削，在自動生產(chǎn)線上被經(jīng)濟地組合在一起。諸如車削和表面加工的車床式操作也在直列式自動生產(chǎn)線土完成，工件在選擇的機加工工位上旋轉(zhuǎn)。車削操作在機床部分完成，多刀架通過安裝在隧道式橋形裝置上的滑軌進給。工件定位在中心位置，由在每個車削工位上的卡盤帶動旋轉(zhuǎn)直列式自動生產(chǎn)線上有 CNC 的車削工位可供使用。 CNC 裝置 允許我們很容易地改變機器工作周期以適應工件設計的改變而且能用于調(diào)整自動刀具。 當工件在傳送機上移動時通過將零件組裝到工件上，經(jīng)?？梢垣@得連續(xù)生產(chǎn)線上最大的生產(chǎn)經(jīng)濟效益。在傳送加工過程中，能夠?qū)χT如軸襯、密封墊、威爾士襯套和保溫管等零件進行組裝、機加工或測試。完成部件局部裝配后也可進行白動螺帽扭轉(zhuǎn)。 如果能使用合適的機加工裝置并隨后進行良好的軸襯操作，在自動生產(chǎn)線上進行深鉆孔或鉸削是一項理想的應用球面座和其他表面的仿形鏜削和車削可用仿形控制單點進人工件完成，因此取消了昂貴的專用成形刀具。對鉸孔 或鏜孔的測量以及自動刀具的調(diào)整是在自動生產(chǎn)線上進行的，以保持精確的公差。 有時在自動生產(chǎn)線上進行的非常規(guī)加工包括磨削、環(huán)形齒輪的感應加熱以冷縮配合壓在飛輪上、閥座的感應淬火、深度輥壓以施加預壓載荷和拋光。 自動生產(chǎn)線很早就用于汽車工業(yè)來高效率地生產(chǎn)相同部件，手工零件加工量極少。除了減少勞動力需求外，這種生產(chǎn)線能保證低成本生產(chǎn)標準始終如一的、高質(zhì)量零件。它們不再局限于粗加工，現(xiàn)在已經(jīng)常取消了諸如拋光和鏜磨這樣的后來工序。 目前，對自動生產(chǎn)線的需求越來越多，用來處理少量的小尺寸的相似的或 甚至不同的零件，用于生產(chǎn)經(jīng)營的快速轉(zhuǎn)換。內(nèi)置柔性，即重新布置和互換機加工設備的能力，以及提供空轉(zhuǎn)工位增加了每個白動生產(chǎn)線的成本，但是在經(jīng)常重新設計產(chǎn)品的情況下這些特性是經(jīng)濟可行的?，F(xiàn)在許多這樣的生產(chǎn)線已用在非汽車領域里來滿足少量的生產(chǎn)要求。 現(xiàn)在用于減少零件更換時間的特殊性能包括標準尺寸、模塊結(jié)構(gòu)、安裝在自動生產(chǎn)線主托架上的互換性夾具、可互換的夾具零件、借助選 17 擇開關將不同的部件鎖定在具體工位上的能力和可編程控制器。產(chǎn)品設計也很重要，如可能在不同的零件上應提供常見的移動和夾緊用的表面。 可編程邏輯控制 器 可編程邏輯控制器（ PLC）是一種固態(tài)電子裝置，它利用已存入的程序來控制機器的運行或工藝的工序。 PLC 通過輸入 /輸出（ I/O）裝置發(fā)出控制信號和接受輸入信號。 PLC 依據(jù)已存入程序所規(guī)定的邏輯控制輸出裝置響應輸入裝置的激勵。輸入裝置由限位開關、按鈕、手輪、開關、脈沖、模擬信號、 ASCII 系列數(shù)據(jù)和來自于絕對位置解碼器的二進制或BCD 數(shù)據(jù)組成。輸出的是驅(qū)動電磁線圈、電動起動機、繼電器、指示燈等終端設備的電壓或電流電平。其他輸出裝置包括模擬裝置、數(shù)字 BCD顯示、 ASCII 兼容裝置、伺服變速驅(qū)動器、甚至計算機。 當通用汽車公司和其他制造商們正在試驗看能否有另一種方法來銷毀型號轉(zhuǎn)變過程中機床的所有布線控制面板和其他生產(chǎn)設備時， PLC 被研制成了（大約在 1968 年）。這種年度例行工作是必要的，因為控制面板的重新布線比購買新的控制面板要貴得多。 汽車公司與許多控制設備制造商打交道，請他們開發(fā)一個控制系統(tǒng)，這個系統(tǒng)要有較長的生產(chǎn)壽命而無須主要線路重新布線，并且能被工廠人員所理解和維修。這個新系統(tǒng)被稱作“可編程控制器”。 PLC 的處理器部分由中央處理器和存儲器組成。中央處理器 (CPU)是處理器的交通控制 器，存儲器儲存信息。從輸人裝置來的電信號進入處理器后，經(jīng)輸入模塊整理成處理器邏輯單元可接受的電壓電平。處理器監(jiān)測 I/O 的狀態(tài)，然后依據(jù)儲存在 PLC 存儲器中指令更新輸出。例如，處理器可被編程以便當連接限位開關的輸入為真時（限位開關閉合），連在輸出模塊上的輸出裝置被接通，例如，這個輸出裝置可以是電磁線圈。處理器通過存儲器記錄下這個指令并與每次檢測相比較以確定限位開關是否真正閉合。如果閉合，處理器通過接通輸出模塊接通電磁線圈。 諸如電磁線圈或電動起動機之類的