| 单词 | 制造过程的计算机控制 |
| 释义 | 【制造过程的计算机控制】 拼译：computer control of manufacturing process 制造过程通常是指以材料或毛坯及其他信息作为输入，经过加工处理得到有一定形状、尺寸及技术要求的零件或产品的过程。电子计算机出现之前，制造过程多数由人工控制，也可以自动控制。早期的自动线通常只用来大量制造同一种特定的零件或产品，随着电子计算机的出现和发展，由于它具有对数据进行快速运算、贮存、处理、决策等能力，很快就被应用在制造过程中作为过程控制的处理机，实现柔性自动化。 制造过程中原材料或毛坯向成品的转变是通过各种各样的设备来实现的，如机床、装配机械、工件输送设备等。制造过程的计算机控制就是利用计算机代替人工操作对制造过程的各种设备实现自动控制。早期的控制以针对单机为主(Stand-aone equipment)，如数字控制机床、工业机器人、工件或工具运送贮存装置等。近代的控制已涉及设备群的综合控制，如柔性制造单元、柔性制造系统等。由于计算机对设备的控制是按照预定的程序指令实现的，只需轻易地更换控制程序便可改变生产的品种，所以在竞争多变的市场经济中具有很好的应变能力，是制造领域的必然发展趋向。因此对制造过程的计算机控制课题开展持续研究具有深远的现实意义。1952年美国巴森兹公司(Parsons Co．)与美国麻省理工学院(MIT)合作研制成功世界第1台数字控制(NC－Numerical Contrel)机床样机——直线插补连续控制3座标铣床。这种机床在电子计算机(专用)控制下按给定的程序加工工件，为机床自动化开辟了一条全新的途径，也是制造过程最早应用计算机控制的例子。1954年11月在巴森兹专利的基础上由美国本迪克斯公司(BendixCo．)生产出第1台工业用的数控机床。1956年日本制成了自己的第1台数控机床——数控机床。1958年中国研制成功第1台数控机床——三坐标数控铣床，1959年第2台数控铣床诞生。世界上最早研制的数控机床，都是由电子管组成的专用电子计算机实施自动控制。美国研制成第1台数控机床以后，立刻投入计算机自动编程系统的研究。1955年美国取得了计算机辅助编程的初步成果，经改进完善后成为著名的APT自动编程系统(Automatically Programmed Tools)，为后来发展的计算机辅助制造(CAM)打下基础。早期的数控机床，在连续工作循环中只能用同一把刀具进行加工，更换刀具时只能停下来由操作者参与更换，影响加工效率的提高。1959年美国K & T(Keamey & Trecker Co．)公司首先研制出加工中心(Machining Center)，它是一种能完成镗铣作业的数控机床，附有能存贮几十把工具的刀库(Magazine)及数控旋转工作台，能自动更换主轴上的刀具。这种机床能实现工件在一次装卡下完成多工序的加工，大大提高了数控机床的效能及加工精度。60年代初出现具有适应控制能力的数控机床(AC－Adaptive Control)。与一般的数控机床相比，它能在加工过程中自动识别环境因素的变异(如刀具磨损、机床振动、切削温度变化、毛胚材料或加工裕量的不均匀等)经据决策后对加工条件作出相应的调整，以保持完整的加工过程自始至终地高效益运行及防止意外事故的发生。70年代出现计算机化的数控装置(Computerized Numerical Control-CNC)。在这以前机床的数控装置是由专用计算机组成的，其控制逻辑由固定的硬接线实现，通常只有专门化的数控功能，且一旦造好后就难于更改，从产品品种开发的角度看缺乏柔性。随着通用计算机向廉价化微型化的方向发展，人们发现直接选用一台通用计算机通过软件及接口配置组成机床数控系统具有更好的性能价格比，且柔性好，这便是CNC诞生的背景。不到10年，几乎所有的数控装置都是CNC的了。60年代初，开创了计算机图形学(CG－Computer Graphics)，随后发展成计算机辅助设计(CAD－Computer Aided Design)技术。在CAD中，人和计算机的作用被综合起来构成一个整体，发挥各自的特长，数据的贮存，高速运算、处理与判断，高速绘图等由计算机完成，而富于创造性的部分则由人来承担，通过人－机交互能在较短的时间内得到高水平的设计结果。与CAD技术同时发展的是计算机辅助制造(CAM－Computer Aided Manufacturing)技术。早期CAM的概念，包含的范围较广，几乎把制造过程的各个环节都包括在内。近年则把CAM约定为制造实施的准备工作，包括工艺计划(Processing Planning)、加工程序编制等。在CAD和CAM独立发展的同时，出现了把CAD与CAM连接起来实现一体化的技术，用CAD／CAM表示。70年代初，工业机器人(Industrial Robot)出现。早期工业机器人的结构和控制方式都与数控机床相似。它可以在制造过程中完成工件的装卸、搬运等辅助性作业，也可独立完成一些生产性作业如点焊、弧焊、喷漆、装配、清洗、去毛刺等。现代的工业机器人已向智能化方向发展。机器人的出现为工业自动化开辟了一条划时代的途径。1966年，日本国营铁道公司的大宫工厂首先把4台加工中心联成具有柔性的加工系统，这就是最初的柔性制造系统(Flexible Manufacturing System-FMS)。它可以完成过去需用50台左右通用机床才能完成的作业。随后美、欧、日也相继进行开发和应用。为了与FMS的发展配套，这段时间还发展了用计算机控制的各种自动导向搬运台车、自动主体仓库等。70年代末由挪威Trondheim大学生产工程试验室提出柔性制造单元(Flexible Manufacturing Cell-FMC)的概念和模式。这种单元以1～3台加工中心为主体，配以机器人能独立完成一族产品的柔性制造。它所需投资少、见效快，是FMS发展的一个分支，至1989年仅美国就已安装了约8100套FMC。1973年，由美国的J．Harrington提出了计算机集成制造(Computer Integrated Manufacturing-CIM)的概念。它是通过计算机网络技术，共享与产品设计、制造、经营、管理有关的数据库，把从用户订货单开始直到产品出厂的全过程集成起来进行综合的管理和控制。它可划分为3个子系统，即经营决策管理系统(BOMS)、CAD／CAM系统和FMS系统。它是在制造过程的计算机控制领域各种前期发展的基础上综合起来的一种高层次模式，它能最有效地缩短产品开发周期，提高产品质量，以适应竞争多变的市场需求。CIM技术已被列为国家发展高技术的863计划中的一个主题。CIM的概念在早期一般认为是实现工厂全盘自动化的一种模式，因而是难于普遍推广的。但近期人们认为它不再是一种固定的模式，而是一种哲理，从整体上讲是要通过计算机实现制造过程的最佳化。目前国内外都普遍认为CIM的实施应采用“分步走”的策略。美国斯坦福国际研究所(SRT．International)把这种策略归纳为：自上而下的规划(TOP－Down Planning)，自下而上的实施(Bottom-Up Implementation)。即在CIM整体规划的导引下，先从单元层开始逐步实现对单元体的计算机控制及管理，有条件时实现各单元之间的横向集成，再沿底层向高层方向逐步实现纵向集成，最后达到总体集成的目标。【参考文献】：1 Yoram Koren．Computer Control of Manufacturmg Systems，McGraw-Hill Book Company，19832 南京航空学院航空制造工程系编译，机械制造系统，上海：上海科学技术出版社，19843 Paul G Ranky．Computer Integrated Manufacturing，Prentice-Hall International，UK，Ltd，19854 Joseph T，alavage，Roger G，Hannam．Flexible Manufacturing Systenms in Practics，Marcel Dekker Inc．19885 毕承恩，主编，现代数控机床，北京：机械工业出版社，1991(华南理工大学陈统坚教授撰) |
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