为了适应多品种工件加工的需要，就不能像大 批量生产那样采用为某一特定工序设计的专用机床 ，但是又不能像单件生产那样采用普通万能机床， 这不符合工序集中的原则。 另外，柔性制造系统中的所有装备受到本身数 控系统和柔性制造系统中央计算机控制系统的调度 和指挥，要能实现动态调度、资源共享、提高效率 ，就必须在各机床之间建立必要的接口和标准，以 便准确及时地实现数据通信与交换，使各个生产装 备、储运系统、控制系统等协调地工作。
1. 零件族选择的定义
如图8.2所示的零件族从几何外形是相似的。
1. 零件族选择的定义
如图8.3所示的零件族具有相似的加工工 艺，但外形上相差较大。
2. 影响零件族选择的因素
从工厂的大量零件中选出适合于自动化 制造系统加工的零件族并不是一件容易的事 ，它的影响因素很多，其中最主要的影响因 素有：（1）零件类型；（2）零件尺寸大小 ；（3）加工精度；（4）材料硬度；（5） 装夹次数；（6）生产批量。（书中解释） 总之，在具体选择零件族的过程中，应 根据工厂的实际情况对以上因素综合考虑。
3. 零件选择方法
（1）人工挑选法由经验丰富的工艺人员根 据蓝图和工艺路线来选择。 这种方法较简单，能充分发挥人的作用。其 缺点是要耗去大量人力和时间，且易造成人为失 误，甚至导致失败的选择。 （2）计算机自动选择法是按成组技术的原理 ，以计算机为工具，建立数学模型和相应的算法 ，自动从众多的零件中挑选合适的候选零件，最 终由人—机结合确定进入自动化制造系统加工的 零件族。
分系统的概要设计方案。
（6）根据初步形成的零件族、工艺分析、
生产率、总体布局、物料储运方案等进行系统
的仿真分析，确定刀库容量、托盘缓冲站数量 及工件运输小车与换刀机器人利用率等参数。 （7）组织专家评审总体设计方案。
8.1 总体设计的步骤及内容
（8）文档撰写，最终要形成以下文档：总体设 计的总技术报告；总体布局图；零件族选择及工 艺分析说明书；工艺设计文件及图册；机床设备 选型报告；系统仿真分析报告；机械系统与接口 设计说明书及图册；电气接口设计说明书及图册 ；网络通信及数据库设计说明书及图册；运行控 制软件及其它软件接口设计说明书；质量控制方 案说明书；检测监视系统方案和接口设计说明书 ；系统安装、调试、验收与运行维护设计说明书 ；系统运行可靠性分析报告；系统运行效益评估 说明书等。
成组技术
全面采用成组技术会从根本上影响企业内
部的管理体制和工作方式，提高标准化、专业
化和自动化程度。
在机械制造工程中，成组技术是计算机辅
助制造的基础，将成组哲理用于设计、制造和
管理等整个生产系统，改变多品种小批量生产
方式，以获得最大的经济效益。
成组技术
成组技术的核心是成组工艺，它是把结构 、材料、工艺相近似的零件组成一个零件族（ 组），按零件族制定工艺进行加工，从而扩大 了批量、减少了品种、便于采用高效方法、提 高了劳动生产率。 零件的相似性是广义的，在几何形状、尺 寸、功能要素、精度、材料等方面的相似性为 基本相似性，以基本相似性为基础，在制造、 装配等生产、经营、管理等方面所导出的相似 性，称为二次相似性或派生相似性。
换机构的可靠性给以很好的注意。
2）选择机床的原则
柔性制造系统应能完成某一成组零件族的全部 工序的加工，系统内需要配置不同工艺范围和精度 的机床来实现这一目标。 最理想的配置方案是所选机床的工艺范围有较 大的兼容性，即每道工序有多台机床可以胜任，这 样可以有效地排除因为某个关键工序或某台关键机 床成为瓶颈，影响了整条生产线的正常作业，可以 大大地提高装备的利用率，但这样做必然提高了每 台机床的复杂性，增加了柔性制造系统的造价。
1）柔性制造系统对机床的要求
柔性制造系统对集成于其中的加工设备 是有一定要求的，不是任何加工设备均可纳 入自动化制造系统中。 一般来说，纳入柔性制造系统运行的机 床主要有如下特点。 （l） 加工工序集中 （2）控制方便 （3）兼顾柔性和生产率
（l）加工工序集中
由于柔性制造系统是适应小批量多品种 加工的高度自动化制造系统，造价昂贵，这 就要求加工工位的数目尽可能少，而且接近 满负荷工作。 根据统计，80%的现有柔性制造系统的 加工工位数目不超过10个。此外，加工工位 较少，还可减轻工件流的输送负担，所以同 一机床加工工位上的加工工序集中就成为柔 性制造系统中机床的主要特征。
8.1 总体设计的步骤及内容
（2）选择加工零件类型和范围，并进行工
艺分析，制定工艺方案，确定设备选型。
（3）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。
（4）总体方案初步设计，这一阶段包括总
体布局和各分系统的概要设计。
8.1 总体设计的步骤及内容
（5）总体组讨论初步形成的总体布局及各
8.2 零件族的选择及工艺分析
8.2.1 零件族的选择
1. 零件族选择的定义
2. 影响零件族选择的因素
3. 零件选择方法
8.2.2 零件工艺分析
1. 工艺分析的目的（书中解释）
2. 零件工艺分析的要点（书中解释）
3. 工艺分析的步骤（书中解释）
1. 零件族选择的定义
在对自动化制造系统进行设计时，面对的 是一大批形状各异的零件，但并不是所有零件 都适合采用自动化制造系统加工，因此需要确 定进线零件，即零件族的选择。 所谓零件族选择，即是根据成组技术原理 ，从零件的结构与工艺相似性出发，对生产系 统中的各类零件进行统计分析，从中选出适合 采用自动化制造系统加工的一组零件。一般来 说形状相似的工件，工艺也相似。
3. 零件选择方法
刚性自动线等刚性自动化制造系统加工 零件单一或很少，零件的选择比较简单。 对于多品种、中小批量加工的柔性自动 化制造系统，加工零件的选择是一项很重要 也很复杂的工作，零件选择是否合理对系统 的组成和运行效果都有很大的影响。 对于后一种情况，进线零件的选择通常 有人工挑选和计算机自动挑选两种方法。
（2）控制方便
柔性制造系统所采用机床的控制系统不 仅要能够实现自动加工循环，还要能够适应 加工对象的改变，易于重新调整，也就是说 要具有“柔性”。 近年来发展起来的计算机数字控制系统 （CNC）和可编程序控制器（PLC），在柔 性制造系统的机床和输送装置的控制中获得 日益广泛的应用。
（3）兼顾柔性和生产率
2）选择机床的原则
数控加工中心的类型很多，可以是基本形 式的卧式或立式三坐标机床，这些机床只加工 工件的一个侧面，或者只能对邻近几个面上的 一些表面进行加工。采用这类机床一般需要多 次装夹才能完成工件各个面的加工。 若在卧式加工中心上增加一个或两个坐标 轴，如称为第四个坐标轴的托盘旋转和称为第 五坐标轴的主轴头倾斜，就可以对工件进行更 多表面的加工。
8.3.1 设备选择与配置
如前所述 一个典型的柔性制造系统主要由下 述三个子系统组成： （1）加工子系统。即加工装备，主要采用数 控机床和加工中心等。 （2）物流子系统。常包括工件与刀具的搬运 系统、托盘缓冲站、刀具进出站、中央刀库、立 体仓库等。 （3）控制子系统。多采用计算机控制。 除此之外，柔性制造系统还可以扩展清洗、 检测和排屑等装置。
3）确定系统中机床种类和数量的方法及步骤
柔性制造系统的所有加工中心都具有刀具存
储能力，采用鼓形、链形等各种形式的刀库。
为了满足柔性制造系统内工件品种对刀具的
要求，通常要求有很大的刀具存储容量。
在一个刀库中需要100个以上的刀座是很常
见的。这样的容量加上某些大质量的刀具，特别
是大的镗杆或平面铣刀，都要求对刀具传送和更
第8章 自动化制造系统的总体设计
自动化制造系统的设计是一项复杂的系统 工程，采取什么样的设计步骤与方法对于系统 的成功实施至关重要。 有人估计，系统分析与规划阶段造成的失 误在后续阶段可能要花两倍时间才能找到，而 纠正需要花五倍时间。 因此，必须采用合理的系统工程方法与步 骤进行自动化制造系统的设计。
8.1 总体设计的步骤及内容
在进行总体设计时，一般采用如图8.1所 示的设计步骤。
8.1 总体设计的步骤及内容
在如图8.1所示中，总体设计各个步骤涉及的 主要内容有： （1）组织队伍，明确分工。本阶段应选择专业 配套、熟悉业务、工作责任心强的精干班子组成总 体组，并指定技术总负责人。 如果自动化制造系统是用户委托供应商设计制 造，则需求分析、可行性论证、系统验收及运行应 以用户为主，供应商为辅；而总体设计、系统制造 、安装与调试应以供应商为主，用户积极配合。
8.3 设备选择与配置和总体布局设计
自动化制造系统的设备配置与总体布局 是千变万化的，自动化制造系统的类型不同 ，其设备配置及总体布局是不一样的，需视 具体情况而定。 由于柔性制造系统是自动化制造系统的 发展方向，下面以柔性制造系统为例介绍设 备选择与配置和总体布局设计内容。 8.3.1 设备选择与配置 8.3.2 总体平面布局设计
2）选择机床的原则
对于箱体类工件，通常选择立式和卧式加 工中心，以及有一定柔性的专用机床，如可换 主轴箱的组合机床，带有转位主轴箱的专用机 床等。 带有大孔或圆支承面的箱体工件，也可以 采用立式车床进行加工。 需要进行大量铣、钻和攻螺纹加工，且长 径比又小于2的回转体类工件，通常也可以在 加工箱体工件的柔性制造系统中进行加工。
2）选择机床的原则
加工纯粹回转体工件（杆和轴）时可以把具有 加工轴类和盘类工件能力的标准CNC车床结合起 来，构成一个加工回转体工件的柔性制造系统。 要在立式加工中心上实现工件多面加工，必须 在基本形式机床上增加一个可倾式回转工作台。 通常选用五坐标轴加工中心主要是为了满足一 些非正交平面内的特殊加工的需要。除上述增加坐 标轴的方法外，还可在一套夹具上装夹多个工件， 以提高柔性制造系统的生产能力。
第8章 自动化制造系统的总体设计
本章将讨论自动化制造系统的总体设计 问题，其内容如下： 8.1 总体设计的步骤及内容 8.2 零件族的选择及工艺分析