柔性制造系統(tǒng)課件CH1、CH2

柔性制造系統(tǒng)（FMS）（FlexibleManufacturingSystem，簡(jiǎn)稱FMS）第一章FMS概述1.1FMS的產(chǎn)生過(guò)程1.2FMS的發(fā)展?fàn)顩r1.4FMS的特點(diǎn)1.3FMS的定義1.5FMS的組成及功能1.6FMS的類型及應(yīng)用1.7

FMS的關(guān)鍵技術(shù)1.8FMS的發(fā)展趨勢(shì)1.9具有代表性的柔性制造方法1.10FMS發(fā)展問(wèn)題及解決措施1.1FMS的產(chǎn)生過(guò)程1950s，美國(guó)MIT誕生了第一臺(tái)三坐標(biāo)數(shù)控銑床以后，機(jī)電一體化及數(shù)控（NC）的概念出現(xiàn)了。機(jī)電一體化技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展，出現(xiàn)了計(jì)算機(jī)數(shù)控（CN）、計(jì)算機(jī)直接控制（又稱群控）（DNC）、計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM）、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）、成組技術(shù)（GT）、計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)程（CAPP）、工業(yè)機(jī)器人技術(shù)（ROBOT）等新技術(shù)。在這些新技術(shù)的基礎(chǔ)上，為多品種、小批量生產(chǎn)的需要而興起的柔性自動(dòng)化制造技術(shù)得到了迅速的發(fā)展，作為這種技術(shù)具體應(yīng)用的柔性制造系統(tǒng)（FMS）、柔性制造單元（FMC）和柔性制造自動(dòng)線（FML）等柔性制造設(shè)備紛紛問(wèn)世，其中柔性制造系統(tǒng)（FMS）最具代表性。

FMS的雛形源于美國(guó)MALROSE公司，該公司在1963年制造了世界上第一條多品種柴油機(jī)零件的數(shù)控生產(chǎn)線。FMS的概念由英國(guó)MOLIN公司最早正式提出，并在965年取得了發(fā)明專利，1967年FMS正式形成。FMS是先進(jìn)制造技術(shù)的一部分，在歐美、日本、俄羅斯有較大的發(fā)展；1985年世界各國(guó)已投入運(yùn)行的FMS有500多套，88年近800套，90年超過(guò)1000套，目前約共有4000多套FMS在運(yùn)行；我國(guó)是1984年開(kāi)始研制FMS，1986年從日本引進(jìn)第一套FMS。1.2FMS的發(fā)展?fàn)顩r1.3FMS的定義根據(jù)“中華人民共和國(guó)國(guó)家軍用標(biāo)準(zhǔn)”有關(guān)“武器裝備柔性制造系統(tǒng)術(shù)語(yǔ)”的定義，F(xiàn)MS被定義為：“柔性制造系統(tǒng)（FlexibleManufacturingSystem，簡(jiǎn)稱FMS）是數(shù)控加工設(shè)備、物料運(yùn)儲(chǔ)裝置和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)等組成的自動(dòng)化制造系統(tǒng)。它包括多個(gè)柔性制造單元，能根據(jù)制造任務(wù)或生產(chǎn)環(huán)境的變化迅速進(jìn)行調(diào)整，適用于多品種、中小批量生產(chǎn)。”美國(guó)制造工程師協(xié)會(huì)的計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)和應(yīng)用協(xié)會(huì)把柔性制造系統(tǒng)定義為：“使用計(jì)算機(jī)控制柔性工作站和集成物料運(yùn)儲(chǔ)裝置來(lái)控制并完成零件族某一系列工序的，或一系列工序的一種集成制造系統(tǒng)。”1.4FMS的特點(diǎn)柔性，是指制造系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部及外部環(huán)境的一種適應(yīng)能力，也是指制造系統(tǒng)能夠適應(yīng)產(chǎn)品變化的能力，可分為瞬時(shí)、短期和長(zhǎng)期柔性三種。凡具備上述三種柔性特征之一的、具有物料或信息流的自動(dòng)化制造系統(tǒng)都可以稱為柔性自動(dòng)化。主要特點(diǎn)：柔性和自動(dòng)化FMS的次要特點(diǎn)：：設(shè)備利用率高，占地面積小種減少直接勞動(dòng)工人數(shù)產(chǎn)品質(zhì)量高而穩(wěn)定減少在制品庫(kù)存量投資高、風(fēng)險(xiǎn)大，開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)、管理水平要求高。1.5FMS的組成及功能1．加工子系統(tǒng)

2．物流子系統(tǒng)

3．信息子系統(tǒng)FMS的組成典型的FMS主要由以下三個(gè)子系統(tǒng)組成：FMS的組成自動(dòng)倉(cāng)庫(kù)工廠計(jì)算機(jī)中央計(jì)算機(jī)物流控制計(jì)算機(jī)運(yùn)輸小車加工單元1加工單元2加工單元n信息傳輸網(wǎng)絡(luò)工夾具站早期簡(jiǎn)單的FMSOMRONCorp歐姆龍公司開(kāi)發(fā)

FMS1.能自動(dòng)管理零件的生產(chǎn)過(guò)程，自動(dòng)控制制造質(zhì)量，自動(dòng)進(jìn)行故障診斷及處理，自動(dòng)進(jìn)行信息收集及傳輸；2.簡(jiǎn)單地改變軟件或系統(tǒng)參數(shù)，便能制造出某一零件族的多種零件；3.物料的運(yùn)輸和儲(chǔ)存必須為自動(dòng)(包括刀具等工裝和工件的自動(dòng)運(yùn)輸)；4.能解決多機(jī)床條件下零件的混流加工，且無(wú)需額外增加費(fèi)用；5.具有優(yōu)化調(diào)度管理功能，能實(shí)現(xiàn)無(wú)人化或少人化加工。FMS必須具備的功能：1.6FMS的類型及應(yīng)用（1）按系統(tǒng)的規(guī)模分類

柔性制造單元（FMC）

1～2臺(tái)數(shù)控機(jī)床與物料傳送裝置，有獨(dú)立的工件儲(chǔ)存站和單元控制系統(tǒng)，能在機(jī)床上自動(dòng)裝卸工件，甚至自動(dòng)檢測(cè)工件，可實(shí)現(xiàn)有限工序的連續(xù)生產(chǎn)，多品種小批量生產(chǎn)。柔性制造單元柔性制造單元模型柔性制造系統(tǒng)（FMS）

信息控制系統(tǒng)（計(jì)算機(jī)綜合控制功能，數(shù)據(jù)管理功能，生產(chǎn)計(jì)劃和調(diào)度管理功能和監(jiān)控功能等）物料儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)（自動(dòng)輸送裝置，自動(dòng)上下料裝置，自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)，中央刀庫(kù)等）數(shù)字控制加工設(shè)備（

兩臺(tái)或兩臺(tái)以上數(shù)控機(jī)床或加工中心或柔性制造單元）能適應(yīng)加工對(duì)象變換的自動(dòng)化機(jī)械制造系統(tǒng)柔性制造系統(tǒng)由FMC組成的柔性制造系統(tǒng)

柔性生產(chǎn)線（FML）

它是針對(duì)某種類型（族）零件的，具有專業(yè)化生產(chǎn)或成組化生產(chǎn)的特點(diǎn)。它由多臺(tái)加工中心或數(shù)控機(jī)床組成，其中有些機(jī)床帶有一定的專用性，全線機(jī)床按工件的工藝過(guò)程布局，可以有生產(chǎn)節(jié)拍，但它本質(zhì)上是柔性的，是可變加工生產(chǎn)線。柔性生產(chǎn)線實(shí)際上是由柔性制造單元、柔性制造系統(tǒng)、柔性制造生產(chǎn)線的組合組成的工廠，即自動(dòng)化工廠。它有計(jì)算中心的主計(jì)算機(jī)及多臺(tái)子計(jì)算機(jī)實(shí)施工廠全盤自動(dòng)化。柔性制造工廠（FMF)柔性制造工廠（2）按應(yīng)用對(duì)象分類

切削加工FMS

鈑金加工FMS

焊接FMS

柔性裝配系統(tǒng)等（3）按系統(tǒng)布局分類直線型對(duì)刀儀FMS控制器刀具I/O站裝卸站

加工中心A加工中心B刀具機(jī)器人物料小車中央刀庫(kù)中央托盤區(qū)機(jī)器人型

環(huán)型FMS典型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)FMS的應(yīng)用1.7FMS的關(guān)鍵技術(shù)在進(jìn)行柔性制造系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、規(guī)劃時(shí),主要涉及以下幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)：FMS的監(jiān)控和管理系統(tǒng)；FMS的物流系統(tǒng)；FMS的刀具傳輸和管理系統(tǒng)；FMS的聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；FMS的輔助系統(tǒng)設(shè)計(jì)等。過(guò)去制造系統(tǒng)中僅強(qiáng)調(diào)信息的集成,這是不夠的,現(xiàn)在更強(qiáng)調(diào)技術(shù)、人和管理的集成。在開(kāi)發(fā)制造系統(tǒng)時(shí)強(qiáng)調(diào)“多集成”的概念,即信息集成、智能集成、串并行工作機(jī)制集成及人員集成,這更適合未來(lái)制造系統(tǒng)的需求。集成化技術(shù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)包括硬件與軟件的實(shí)現(xiàn)。各種通訊協(xié)議及制造自動(dòng)化協(xié)議、信息通信接口、系統(tǒng)操作控制策略等是實(shí)現(xiàn)各種制造系統(tǒng)自動(dòng)化的基礎(chǔ)。模糊控制技術(shù)模糊數(shù)學(xué)的實(shí)際應(yīng)用是模糊控制器。最近開(kāi)發(fā)出的高性能模糊控制器具有自學(xué)習(xí)功能,可在控制過(guò)程中不斷獲取新的信息并自動(dòng)地對(duì)控制量作調(diào)整,使系統(tǒng)性能大為改善。人工智能及專家系統(tǒng)技術(shù)迄今為止,FMS中所采用的人工智能大多數(shù)是基于規(guī)則的專家系統(tǒng)。專家系統(tǒng)利用專家知識(shí)和推理規(guī)則進(jìn)行推理,求解各類問(wèn)題(如解釋、預(yù)測(cè)、診斷、查找故障、設(shè)計(jì)、計(jì)劃、監(jiān)視、修復(fù)、命令及控制等)。未來(lái),以知識(shí)密集為特征、以知識(shí)處理為手段的人工智能技術(shù)必將在FMS中起著關(guān)鍵性的作用。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANN)是模擬智能生物的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)信息進(jìn)行平行處理的一種方法。所以人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)也就是一種人工智能工具。在自動(dòng)控制領(lǐng)域,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)不久將平行于專家系統(tǒng)和模糊控制系統(tǒng),成為現(xiàn)代自動(dòng)化系統(tǒng)中的一個(gè)組成部分。虛擬現(xiàn)實(shí)與多媒體技術(shù)虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)是人造的計(jì)算機(jī)環(huán)境,使處在這種環(huán)境中的人有身臨其境的感覺(jué),并強(qiáng)調(diào)人的操作與介入。它可以用于培訓(xùn)、制造系統(tǒng)仿真、實(shí)現(xiàn)基于制造仿真的設(shè)計(jì)與制造和集成設(shè)計(jì)與制造、實(shí)現(xiàn)集成人的設(shè)計(jì)等。多媒體介質(zhì)采用多種介質(zhì)來(lái)儲(chǔ)存、處理多種信息,融文字、語(yǔ)音、圖象、動(dòng)畫(huà)于一體,給人一種真實(shí)感。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)未來(lái)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)技術(shù)發(fā)展將會(huì)引入專家系統(tǒng),使之具有智能化,可處理各種復(fù)雜的問(wèn)題。當(dāng)前設(shè)計(jì)技術(shù)最新的一個(gè)突破是光敏立體成型技術(shù),直接利用CAD數(shù)據(jù),通過(guò)計(jì)算機(jī)控制的激光掃描系統(tǒng)將三維數(shù)字模型分成若干層二維片狀圖形,并按二維片狀圖形對(duì)池內(nèi)的光敏樹(shù)脂液面進(jìn)行光學(xué)掃描,被掃描到的液面則變成固化塑料,如此循環(huán)操作,逐層掃描成型,并自動(dòng)地將分層成型的各片狀固化塑料粘合在一起,僅需要確定數(shù)據(jù),數(shù)小時(shí)內(nèi)便可制出精確的原形。利用這項(xiàng)技術(shù)可加快開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品和研制新結(jié)構(gòu)的速度。1.8FMS的發(fā)展趨勢(shì)FMC將成為發(fā)展和應(yīng)用的熱門技術(shù)因?yàn)镕MC的投資比FMS少的多而經(jīng)濟(jì)效益相接近,故FMC更適用于財(cái)力有限的中小型企業(yè),目前國(guó)外眾多廠家將FMC列為發(fā)展之重點(diǎn)。發(fā)展效率更高的FML少品種大批量的生產(chǎn)企業(yè)如汽車、拖拉機(jī)等工廠對(duì)FML的需求引起了FMS制造廠的極大關(guān)注。采用價(jià)格低廉的專用數(shù)控機(jī)床替代通用的加工中心將是FML的發(fā)展趨勢(shì)。

它將與企業(yè)資源計(jì)劃（ERP）、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（PDM）和CAD/CAPP/CAM的信息集成,進(jìn)而通過(guò)與客戶關(guān)系管理(CRM)和供應(yīng)鏈管理(SCM)的聯(lián)系作出智能決策,實(shí)施并行工程、可視化監(jiān)控等以提高機(jī)床利用率,實(shí)現(xiàn)高效的柔性生產(chǎn)。FMS朝多功能方向發(fā)展由單純加工型FMS進(jìn)一步開(kāi)發(fā)以焊接、裝配、檢驗(yàn)及鈑材加工乃至鑄、鍛等制造工序兼具的多功能。從網(wǎng)絡(luò)化聯(lián)盟制造的角度出發(fā)研究相適應(yīng)的制造單元1.9具有代表性的柔性制造方法與傳統(tǒng)的大批量生產(chǎn)方式比較,細(xì)胞生產(chǎn)方式兩個(gè)特點(diǎn),一個(gè)是規(guī)模小(生產(chǎn)線短,操作人員少),另一個(gè)是標(biāo)準(zhǔn)化之后的小生產(chǎn)細(xì)胞可以簡(jiǎn)單復(fù)制。能夠?qū)崿F(xiàn):(1)簡(jiǎn)單應(yīng)對(duì)產(chǎn)量的變化(2)減少場(chǎng)地占用(3)每一個(gè)細(xì)胞的作業(yè)人數(shù)少,降低了平衡工位間作業(yè)時(shí)間的難度(4)合理組合員工細(xì)胞生產(chǎn)方式一人生產(chǎn)方式針對(duì)一些作業(yè)時(shí)間相對(duì)較短、產(chǎn)量不大的產(chǎn)品,如果能夠打破常規(guī)流水線生產(chǎn),改由每一個(gè)員工單獨(dú)完成整個(gè)產(chǎn)品裝配任務(wù)的話,將獲得意想不到的效果。一個(gè)流生產(chǎn)方式臺(tái)車生產(chǎn)方式一個(gè)流生產(chǎn)方式是取消機(jī)器間的臺(tái)車,并通過(guò)合理的工序安排和機(jī)器間滑板的設(shè)置讓產(chǎn)品在機(jī)器間單個(gè)流動(dòng)起來(lái)。固定線和變動(dòng)線方式一個(gè)產(chǎn)品在制造過(guò)程中,從一條線上轉(zhuǎn)移到另一條線上,轉(zhuǎn)移工具就是臺(tái)車。著眼于搬動(dòng)及轉(zhuǎn)移過(guò)程中的損耗,有人提出了臺(tái)車生產(chǎn)線,即在臺(tái)車上完成所有的裝配任務(wù)。根據(jù)某產(chǎn)品產(chǎn)量的變動(dòng)情況,設(shè)置兩類生產(chǎn)線,一類是滿足某一相對(duì)固定部分的固定生產(chǎn)線,另一類是用來(lái)滿足變動(dòng)部分的變動(dòng)生產(chǎn)線。通常,傳統(tǒng)的生產(chǎn)設(shè)備被用作固定線,而柔性設(shè)備或細(xì)胞生產(chǎn)方式等被用作變動(dòng)生產(chǎn)線。1.10FMS發(fā)展遇到的問(wèn)題及解決措施

巨大的前期投資增加FMS推廣的風(fēng)險(xiǎn)，而大部分已建成投產(chǎn)的FMS并沒(méi)有給投資者帶來(lái)預(yù)期的效益。過(guò)分依賴設(shè)備的先進(jìn)性，追求高、新技術(shù)，忽視人在系統(tǒng)中的主觀能動(dòng)性和組織管理的跟進(jìn)。整個(gè)FMS的運(yùn)行效率低。FMS發(fā)展遇到的問(wèn)題解決措施改變以往重設(shè)備、輕管理的模式，充分發(fā)揮人的主觀能動(dòng)性；提高FMS自身水平，特別是物流運(yùn)控軟件水平；借鑒其它先進(jìn)的制造理念，來(lái)增強(qiáng)FMS的生命力。第二章FMS的加工系統(tǒng)2.1加工子系統(tǒng)的功能2.2加工子系統(tǒng)的要求2.3加工子系統(tǒng)的組成2.5加工子系統(tǒng)的輔助裝置2.4常用加工設(shè)備簡(jiǎn)介加工子系統(tǒng)

物流子系統(tǒng)信息子系統(tǒng)FMS的組成加工子系統(tǒng)加工子系統(tǒng)的功能：FMS的最基本的組成部分；

FMS中耗資最多的部分；擔(dān)任把原材料轉(zhuǎn)化為最終產(chǎn)品的任務(wù)。2.1加工子系統(tǒng)的功能2.2加工子系統(tǒng)的要求工序集中，減輕物流負(fù)擔(dān)，減少裝夾次數(shù)；控制功能強(qiáng)、擴(kuò)展性好；高剛度、高精度、高速度；自保護(hù)與自維護(hù)性好；使用經(jīng)濟(jì)性好；對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性與保護(hù)性好。由兩臺(tái)或兩臺(tái)以上的數(shù)控機(jī)床或加工中心以及其他加工設(shè)備，包括測(cè)量機(jī)、清洗機(jī)、動(dòng)平衡機(jī)、各種特種加工設(shè)備等組成。2.3加工子系統(tǒng)的組成加工子系統(tǒng)的組成

目前FMS的加工對(duì)象主要有兩大類：棱柱體類：常用鏜銑加工中心回轉(zhuǎn)體類：常用車削加工中心加工中心加工中心（MachiningCenter，MC）是一種備有刀庫(kù)并能按預(yù)定程序自動(dòng)更換刀具，對(duì)工件進(jìn)行多工序加工的高效數(shù)控機(jī)床。2.4常用加工設(shè)備簡(jiǎn)介臥式加工中心1-主軸頭2-刀庫(kù)3-刀庫(kù)4-立柱底座

5-回轉(zhuǎn)工作臺(tái)、6-工作臺(tái)底座

車削加工中心1-刀庫(kù)2-回轉(zhuǎn)刀架3-換刀機(jī)械手4-上下工件機(jī)器人5-工件存儲(chǔ)站

機(jī)床夾具組合夾具：利用標(biāo)準(zhǔn)化夾具零部件快速拼裝所需夾具；

柔性