Contents 

Preface xi 

Chapter 1 IntroduCtIon 1 

1.1 Production Systems 2 

1.2 Automation in Production Systems 6 

1.3 Manual Labor in Production Systems 11 

1.4 Automation Principles and Strategies 13 

1.5 About This Book 18 

Part I: overvIew of ManufaCturIng 21 

Chapter 2 ManufaCturIng oPeratIons 21 

2.1 Manufacturing Industries and Products 25 

2.2 Manufacturing Operations 28 

2.3 Production Facilities 32 

2.4 Product/Production Relationships 37 

Chapter 3 ManufaCturIng MetrICs and eConoMICs 46 

3.1 Production Performance Metrics 47 

3.2 Manufacturing Costs 59 

APPENDIX 3A: Averaging Formulas for Equation (3.20) 73 

Part II: autoMatIon and Control teChnologIes 75 

Chapter 4 IntroduCtIon to autoMatIon 75 

4.1 Basic Elements of an Automated System 78 

4.2 Advanced Automation Functions 86 

4.3 Levels of Automation 91 

Chapter 5 IndustrIal Control systeMs 95 

5.1 Process Industries versus Discrete Manufacturing Industries 96 

5.2 Continuous versus Discrete Control 98 

5.3 Computer Process Control 104 

Chapter 6  hardware CoMPonents for autoMatIon and ProCess Control 121 

6.1 Sensors 122 

6.2 Actuators 126 

6.3 Analog¨CDigital Conversions 138 

6.4 Input/Output Devices for Discrete Data 143 

Chapter 7  CoMPuter nuMerICal Control 149 

7.1 Fundamentals of NC Technology 152 

7.2 Computers and Numerical Control 158 

7.3 Applications of NC 163 

7.4 Analysis of Positioning Systems 170 

7.5 NC Part Programming 178 

APPENDIX 7A: Coding for Manual Part Programming 196 

Chapter 8  IndustrIal robotICs 204 

8.1 Robot Anatomy and Related Attributes 206 

8.2 Robot Control Systems 214 

8.3 End Effectors 216 

8.4 Applications of Industrial Robots 217 

8.5 Robot Programming 226 

8.6 Robot Accuracy and Repeatability 234 

Chapter 9  dIsCrete Control and PrograMMable logIC Controllers 244 

9.1 Discrete Process Control 244 

9.2 Ladder Logic Diagrams 252 

9.3 Programmable Logic Controllers 256 

9.4 Personal Computers and Programmable Automation Controllers 263 

PARTIII  MaterIal handlIng and IdentIfICatIon 269 

Chapter 10  MaterIal transPort systeMs 269 

10.1 Overview of Material Handling 270 

10.2 Material Transport Equipment 275 

10.3 Analysis of Material Transport Systems 291 

Chapter 11  storage systeMs 309 

11.1 Introduction to Storage Systems 310 

11.2 Conventional Storage Methods and Equipment 314 

11.3 Automated Storage Systems 317 

11.4 Analysis of Storage Systems 325 

Chapter 12  autoMatIC IdentIfICatIon and data CaPture 337 

12.1 Overview of Automatic Identification Methods 338 

12.2 Bar Code Technology 340 

12.3 Radio Frequency Identification 347 

12.4 Other AIDC Technologies 349 

Part Iv: ManufaCturIng systeMs 353 

Chapter 13 overvIew of ManufaCturIng systeMs 353 

13.1 Components of a Manufacturing System 354 

13.2 Types of Manufacturing Systems 359 

Chapter 14 sIngle-statIon ManufaCturIng Cells 366 

14.1 Single-Station Manned Cells 367 

14.2 Single-Station Automated Cells 368 

14.3 Applications of Single-Station Cells 377 

14.4 Analysis of Single-Station Cells 377 

Chapter 15 Manual asseMbly lInes 390 

15.1 Fundamentals of Manual Assembly Lines 392 

15.2 Analysis of Single-Model Assembly Lines 398 

15.3 Line Balancing Algorithms 405 

15.4 Workstation Details 411 

15.5 Other Considerations in Assembly Line Design 413 

15.6 Alternative Assembly Systems 416 

APPENDIX 15A: Batch-Model and Mixed-Model Lines 426 

Chapter 16 autoMated ProduCtIon lInes 441 

16.1 Fundamentals of Automated Production Lines 442 

16.2 Applications of Automated Production Lines 450 

16.3 Analysis of Transfer Lines 454 

APPENDIX 16A: Transfer Lines with Internal Storage 464 

Chapter 17 autoMated asseMbly systeMs 472 

17.1 Fundamentals of Automated Assembly Systems 473 

17.2 Analysis of Automated Assembly Systems 479 

Chapter 18 grouP teChnology and Cellular ManufaCturIng 497 

18.1 Part Families and Machine Groups 499 

18.2 Cellular Manufacturing 506 

18.3 Applications of Group Technology 511 

18.4 Analysis of Cellular Manufacturing 513 

APPENDIX 18A: Opitz Parts Classification and Coding System 528 

Chapter 19 flexIble ManufaCturIng Cells and systeMs 531 

19.1 What Is a Flexible Manufacturing System? 533 

19.2 FMC/FMS Components 538 

19.3 FMS Application Considerations 545 

19.4 Analysis of Flexible Manufacturing Systems 549 

19.5 Alternative Approaches to Flexible Manufacturing 561 

Part v: QualIty Control systeMs 575 

Chapter 20 QualIty PrograMs for ManufaCturIng 575 

20.1 Quality in Design and Manufacturing 576 

20.2 Traditional and Modern Quality Control 577 

20.3 Process Variability and Process Capability 580 

20.4 Statistical Process Control 583 

20.5 Six Sigma 596 

20.6 Taguchi Methods in Quality Engineering 600 

20.7 ISO 9000 605 

APPENDIX 20A: The Six Sigma DMAIC Procedure 612 

Chapter 21 InsPeCtIon PrInCIPles and PraCtICes 618 

21.1 Inspection Fundamentals 619 

21.2 Sampling versus 100% Inspection 624 

21.3 Automated Inspection 628 

21.4 When and Where to Inspect 630 

21.5 Analysis of Inspection Systems 634 

Chapter 22 InsPeCtIon teChnologIes 647 

22.1 Inspection Metrology 648 

22.2 Conventional Measuring and Gaging Techniques 653 

22.3 Coordinate Measuring Machines 653 

22.4 Surface Measurement 665 

22.5 Machine Vision 667 

22.6 Other Optical Inspection Methods 674 

22.7 Noncontact Nonoptical Inspection Techniques 677 

APPENDIX 22A: Geometric Feature Construction 682 

Part vI: ManufaCturIng suPPort systeMs 685 

Chapter 23 ProduCt desIgn and Cad/CaM In the ProduCtIon systeM 685 

23.1 Product Design and CAD 686 

23.2 CAM, CAD/CAM, and CIM 693 

23.3 Quality Function Deployment 697 

Chapter 24 ProCess PlannIng and ConCurrent engIneerIng 703 

24.1 Process Planning 704 

24.2 Computer-Aided Process Planning 709 

24.3 Concurrent Engineering and Design for Manufacturing 712 

24.4 Advanced Manufacturing Planning 716 

Chapter 25 ProduCtIon PlannIng and Control systeMs 721 

25.1 Aggregate Production Planning and the Master Production Schedule 723 

25.2 Material Requirements Planning 725 

25.3 Capacity Planning 731 

25.4 Shop Floor Control 733 

25.5 Inventory Control 739 

25.6 Manufacturing Resource Planning (MRP II) 743 

25.7 Enterprise Resource Planning (ERP) 744 

Chapter 26 Just-In-tIMe and lean ProduCtIon 750 

26.1 Lean Production and Waste in Manufacturing 751 

26.2 Just-In-Time Production Systems 755 

26.3 Autonomation 762 

26.4 Worker Involvement 766 

appendix: answers to selected Problems 776 

Index 782