第8章柔性制造系統(tǒng)

2023/2/6武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院1/72一、FMS概述二、FMS加工系統(tǒng)三、FMS儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)四、FMS控制系統(tǒng)第八章柔性制造系統(tǒng)五、CIMS系統(tǒng)2023/2/6武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院2/72一、FMS概述1、FMS的產(chǎn)生和特點(diǎn)2、FMS的定義、組成及其分類(lèi)3、FMS的發(fā)展趨勢(shì)2023/2/6武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院3/721、FMS的產(chǎn)生和特點(diǎn)FMS因應(yīng)：產(chǎn)品更新?lián)Q代周期縮短；需求日益?zhèn)€性化；4

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。

加工箱體類(lèi)零件的組合機(jī)床自動(dòng)線剛性柔性

剛性自動(dòng)線：按一定工藝順序排列的若干臺(tái)自動(dòng)機(jī)床，用工件傳送裝置和控制系統(tǒng)聯(lián)結(jié)起來(lái)，按照規(guī)定的生產(chǎn)節(jié)拍，工件自動(dòng)地依次經(jīng)過(guò)各個(gè)加工工位進(jìn)行自動(dòng)加工的連續(xù)作業(yè)線。

從自動(dòng)線到柔性制造系統(tǒng)

5剛性自動(dòng)線的特點(diǎn)與缺陷特點(diǎn)：具有統(tǒng)一的控制系統(tǒng)和嚴(yán)格的生產(chǎn)節(jié)拍，與自動(dòng)化單機(jī)相比，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，完成的加工工序多，生產(chǎn)率很高。是少品種、大量生產(chǎn)必不可少的加工設(shè)備。缺點(diǎn)：投資大，系統(tǒng)調(diào)整周期長(zhǎng)，更換產(chǎn)品不方便。柔性制造系統(tǒng)產(chǎn)生2023/2/6武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院6/72世界上公認(rèn)的第一條柔性制造系統(tǒng)是英國(guó)莫林斯（Molins）機(jī)床公司1967年建成的“MolinSystem-24”

。主要設(shè)備是6臺(tái)模塊化結(jié)構(gòu)的多工序數(shù)字控制機(jī)床，該系統(tǒng)能24小時(shí)連續(xù)工作，因此稱(chēng)為“MolinSystem-24”

；20世紀(jì)70年代末和80年代初，計(jì)算機(jī)輔助管理物料自動(dòng)搬運(yùn)，刀具管理和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的發(fā)展以及CAD/CAM技術(shù)的成熟，出現(xiàn)了更加系統(tǒng)化、規(guī)模更加擴(kuò)大的柔性制造系統(tǒng)。20世紀(jì)80年代末，F(xiàn)MS已經(jīng)成為一項(xiàng)成熟的技術(shù)，并在世界范圍得到廣泛應(yīng)用。柔性自動(dòng)化制造技術(shù)的產(chǎn)生2023/2/6武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院7/72

我國(guó)采取引進(jìn)和開(kāi)發(fā)相結(jié)合的方針，引進(jìn)箱體類(lèi)零件、旋轉(zhuǎn)體件及鈑金件加工FMS的全部或部分硬件技術(shù)。1984是我國(guó)研制FMS

的起步時(shí)間，比國(guó)外晚了17年。我國(guó)第一套FMS系統(tǒng)是由北京機(jī)床研究所于1985年10月開(kāi)發(fā)完成的（JCS-FMS-1），用于加工數(shù)控機(jī)床直流伺服電機(jī)中的主軸、端蓋、法蘭盤(pán)、殼體和刷架體等，它由5臺(tái)國(guó)產(chǎn)加工中心、日本富士電機(jī)公司的AGV（自動(dòng)導(dǎo)引車(chē)）及4臺(tái)日本產(chǎn)的機(jī)器人組成，其控制系統(tǒng)由FANUC提供。據(jù)分析，它的投資回收期約為兩年半。1983年－1985年，在國(guó)家的支持下北京第一機(jī)床廠、湖南江麓機(jī)床廠、鄭州紡織機(jī)械廠、廣西柳州開(kāi)關(guān)廠等一些單位分別率先從德國(guó)、日本進(jìn)口了國(guó)內(nèi)第一批FMS。我國(guó)FMS的研究歷程2023/2/6武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院8/721985年后在國(guó)家機(jī)電部“七五”重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目的支持和國(guó)家863高技術(shù)發(fā)展計(jì)劃自動(dòng)化領(lǐng)域的工作的帶動(dòng)下，F(xiàn)MS得到極大的重視和發(fā)展，進(jìn)入了自行開(kāi)發(fā)和部分進(jìn)口的交叉階段。1988年北京機(jī)床研究所為天津減速機(jī)廠提供的加工減速機(jī)機(jī)座的JCS-FMS-2系統(tǒng)是全部自行開(kāi)發(fā)和配套的，它標(biāo)志著我國(guó)已具有自主開(kāi)發(fā)FMS系統(tǒng)的實(shí)力。近幾年來(lái)，國(guó)內(nèi)一些經(jīng)濟(jì)實(shí)力比較雄厚的工廠（北京第一機(jī)床廠，上海第二紡織機(jī)械廠，天津減速機(jī)總廠，山西經(jīng)緯紡織機(jī)械廠等），為實(shí)施CIMS，又進(jìn)口了一些國(guó)外的FMS系統(tǒng)。

9典型的柔性制造系統(tǒng)示意圖110典型的柔性制造系統(tǒng)示意圖211典型的柔性制造系統(tǒng)示意圖32023/2/6武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院12/72FMS的柔性設(shè)備柔性：當(dāng)要求生產(chǎn)一系列不同類(lèi)型的產(chǎn)品時(shí)，設(shè)備隨產(chǎn)品變化而加工不同零件的難易程度。工藝柔性：一是工藝流程不變時(shí)自身適應(yīng)產(chǎn)品或原材料變化的能力；二是制造系統(tǒng)內(nèi)為適應(yīng)產(chǎn)品或原材料變化而改變相應(yīng)工藝的難易程度。產(chǎn)品柔性：一是產(chǎn)品更新或完全轉(zhuǎn)向后，系統(tǒng)能夠非常經(jīng)濟(jì)和迅速地生產(chǎn)出新產(chǎn)品的能力；二是產(chǎn)品更新后，對(duì)老產(chǎn)品有用特性的繼承能力和兼容能力。維護(hù)柔性：采用多種方式查詢(xún)、處理故障，保障生產(chǎn)正常進(jìn)行的能力。生產(chǎn)能力柔性：當(dāng)生產(chǎn)量改變、系統(tǒng)也能經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行的能力。對(duì)于根據(jù)訂貨而組織生產(chǎn)的制造系統(tǒng)，這一點(diǎn)尤為重要。擴(kuò)展柔性：當(dāng)生產(chǎn)需要的時(shí)候，可以很容易地?cái)U(kuò)展系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，增加模塊，構(gòu)成一個(gè)更大系統(tǒng)的能力。運(yùn)行柔性：利用不同的機(jī)器、材料、工藝流程來(lái)生產(chǎn)一系列產(chǎn)品的能力和同樣的產(chǎn)品，換用不同工序加工的能力。

所謂柔性，是指制造系統(tǒng)（企業(yè)）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。通常體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：2023/2/6武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院13/72(1)FMS的定義柔性制造系統(tǒng)（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)，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)境的變化迅速調(diào)整，適用于多品種、中小批量生產(chǎn)。(根據(jù)“中華人民共和國(guó)國(guó)家軍用標(biāo)準(zhǔn)——武器裝備柔性制造系統(tǒng)術(shù)語(yǔ)”的定義)“使用計(jì)算機(jī)、柔性加工單元和集成物料儲(chǔ)運(yùn)裝置完成零件族某一工序或一系列工序的一種集成制造系統(tǒng)”。（美國(guó)制造工程師協(xié)會(huì)(SME)的計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)和應(yīng)用協(xié)會(huì)）2、FMS的定義、組成及其分類(lèi)2023/2/6武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院14/72

更直觀的定義是：“柔性制造系統(tǒng)是至少由兩臺(tái)數(shù)控機(jī)床，一套物料運(yùn)輸系統(tǒng)（從裝載到卸載具有高度自動(dòng)化）和一套計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)所組成的制造自動(dòng)化系統(tǒng)。它采用簡(jiǎn)單改變軟件的方法便能制造出某些部件中的任何零件”

。綜上所述，各種定義的描述方法雖然有所不同，但都反映了FMS應(yīng)具備以下特點(diǎn)：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；一套能自動(dòng)裝卸的運(yùn)輸系統(tǒng)，包括刀具儲(chǔ)運(yùn)和工件及原材料儲(chǔ)運(yùn)。具體結(jié)構(gòu)可采用傳輸帶、有軌小車(chē)、無(wú)軌小車(chē)、搬運(yùn)機(jī)器人、上下料托盤(pán)站等；一套計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及信息通信網(wǎng)絡(luò)。2023/2/6武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院15/72FMS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(chē)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FMS的組成物料儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)加工系統(tǒng)2023/2/6武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院16/72FMS基本組成

2023/2/6武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院17/72硬件組成——三個(gè)子系統(tǒng)加工系統(tǒng)儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(2)FMS的組成2023/2/6武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院18/72軟件組成

FMS系統(tǒng)支持軟件——操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)等；FMS的運(yùn)行控制系統(tǒng)——?jiǎng)討B(tài)調(diào)度系統(tǒng)、實(shí)時(shí)故障診斷系統(tǒng)、生產(chǎn)準(zhǔn)備系統(tǒng)、物料（工件和刀具）管理控制系統(tǒng)等。2023/2/6武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院19/72FMS的功能能自動(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；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；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)；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；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。2023/2/6武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院20/72a)互替式b)互補(bǔ)式c)混合式FMS適用于中小批量的生產(chǎn)，既要兼顧對(duì)生產(chǎn)率和柔性的要求，也要考慮系統(tǒng)的可靠性和機(jī)床的負(fù)荷率。因此，就產(chǎn)生了三種類(lèi)型的FMS：(3)FMS的機(jī)床配置形式互替形式所謂互替機(jī)床就是納入系統(tǒng)的機(jī)床可以互相代替。例如，由數(shù)臺(tái)加工中心組成的FMS，由于加工中心可以完成多種工序的加工，有時(shí)一臺(tái)加工中心就能完成箱體的全部工序，工件可隨機(jī)地輸送到系統(tǒng)中任何恰好空閑的加工工位。系統(tǒng)具有較大的柔性和較寬的工藝范圍，而且可以達(dá)到較高的時(shí)間利用率。從系統(tǒng)的輸入和輸出來(lái)看，它們是并聯(lián)環(huán)節(jié)，因而增加了系統(tǒng)的可靠性，即當(dāng)某一臺(tái)機(jī)床發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)仍能正常工作?；パa(bǔ)形式所謂互補(bǔ)機(jī)床就是納入系統(tǒng)的機(jī)床是互相補(bǔ)充的，各自完成某些特定的工序，各機(jī)床之間不能互相取代，工件在一定程度上必須順序經(jīng)過(guò)各加工工位。它的特點(diǎn)是生產(chǎn)率較高，對(duì)機(jī)床的技術(shù)利用率較高，即可以充分發(fā)揮機(jī)床的性能。從系統(tǒng)的輸入和輸出的角度來(lái)看，互補(bǔ)機(jī)床是串聯(lián)環(huán)節(jié)，它減少了系統(tǒng)的可靠性，即當(dāng)一臺(tái)機(jī)床發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)就不能正常工作。2023/2/6武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院21/72互替與互補(bǔ)機(jī)床配置的特征比較2023/2/6武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院22/72柔性制造單元（FMC）小型FMS，由1-2臺(tái)機(jī)床組成，自動(dòng)更換刀具，自動(dòng)上下工件；柔性制造系統(tǒng)（FMS）控制與管理功能比FMC強(qiáng)，管理通信要求高；柔性制造生產(chǎn)線（FML）數(shù)控組合機(jī)床設(shè)備，專(zhuān)用性強(qiáng)、生產(chǎn)率高，相當(dāng)于數(shù)控自動(dòng)生產(chǎn)線，用于少品種、中大批量生產(chǎn)，為專(zhuān)用FMS。柔性制造工廠（FMF）全企業(yè)范圍生產(chǎn)管理、設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)、加工制造和物料運(yùn)儲(chǔ)全盤(pán)自動(dòng)化。(4)FMS的分類(lèi)2023/2/6武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院23/721）柔性制造單元（FMC）由一臺(tái)或數(shù)臺(tái)數(shù)控機(jī)床或加工中心構(gòu)成的加工單元。該單元根據(jù)需要可以自動(dòng)更換刀具和夾具，加工不同的工件。具有一定的生產(chǎn)調(diào)度能力。柔性制造單元適合加工形狀復(fù)雜，加工工序簡(jiǎn)單，加工工時(shí)較，批量小的零件。它有較大的設(shè)備柔性，但人員和加工柔性低。

FMS的分類(lèi)2）柔性制造系統(tǒng)（FMS）以數(shù)控機(jī)床或加工中心為基礎(chǔ)，配以物料傳送裝置組成的生產(chǎn)系統(tǒng)。該系統(tǒng)由電子計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，能在不停機(jī)的情況下，滿足多品種的加工。柔性制造系統(tǒng)適合加工形狀復(fù)雜，加工工序多，批量大的零件。其加工和物料傳送柔性大，但人員柔性仍然較低。

3）柔性制造生產(chǎn)線（FML）把多臺(tái)可以調(diào)整的機(jī)床(多為專(zhuān)用機(jī)床)聯(lián)結(jié)起來(lái)，配以自動(dòng)運(yùn)送裝置組成的生產(chǎn)線。該生產(chǎn)線可以加工批量較大的不同規(guī)格零件。柔性程度低的柔性自動(dòng)生產(chǎn)線，在性能上接近大批量生產(chǎn)用的自動(dòng)生產(chǎn)線；柔性程度高的柔性自動(dòng)生產(chǎn)線，則接近于小批量、多品種生產(chǎn)用的柔性制造系統(tǒng)。

2023/2/6武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院24/72柔性制造系統(tǒng)（FlexibleManufacturingSystem）由兩臺(tái)或兩臺(tái)以上加工中心或數(shù)控機(jī)床組成，并在加工自動(dòng)化的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了物料流和信息流的自動(dòng)化。其基本組成部分有：自動(dòng)化加工設(shè)備、工件儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)、刀具儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)和多層計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)等。1.自動(dòng)化加工設(shè)備組成FMS的自動(dòng)化加工設(shè)備有數(shù)控機(jī)床、加工中心、車(chē)削中心等，也可能是柔性制造單元。

柔性制造系統(tǒng)FMS2023/2/6武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院25/722.工件儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)

FMS工件儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)由工件庫(kù)、工件運(yùn)輸設(shè)備和更換裝置等組成。工件庫(kù)包括自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)和托盤(pán)（工件）緩沖站。工件運(yùn)輸設(shè)備包括各種傳送帶、運(yùn)輸小車(chē)、機(jī)器人或機(jī)械手等;工件更換裝置包括各種機(jī)器人或機(jī)械手、托盤(pán)交換裝置等。

3.刀具儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)

FMS的刀具儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)由刀具庫(kù)、刀具輸送裝置和交換機(jī)構(gòu)等組成。

4.輔助設(shè)備

FMS可以根據(jù)生產(chǎn)需要配置輔助設(shè)備。輔助設(shè)備一般包括自動(dòng)清洗工作站,自動(dòng)去毛刺設(shè)備,自動(dòng)測(cè)量設(shè)備,集中切屑運(yùn)輸系統(tǒng)和集中冷卻潤(rùn)滑系統(tǒng)等。2023/2/6武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院26/72

5.多層計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)

FMS的控制系統(tǒng)采用三級(jí)控制，分別是單元控制級(jí)、工作站控制級(jí)、設(shè)備控制級(jí)。圖8-4就是一個(gè)FMS控制系統(tǒng)實(shí)例，系統(tǒng)包括自動(dòng)導(dǎo)向小車(chē)（AGV）、TH6350臥式加工中心、XH714A立式加工中心和倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)備等。 （1）設(shè)備控制級(jí)。 （2）工作站控制級(jí)。 （3）單元控制級(jí)。 圖8-5是一種較典型的FMS，四臺(tái)加工中心直線布置，工件儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)由托盤(pán)站2、托盤(pán)輸送車(chē)4、工件裝卸工位3和布置在加工中心前面的托盤(pán)交換裝置12等組成。2023/2/6武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院27/72圖8-4FMS控制系統(tǒng)實(shí)例2023/2/6武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院28/72典型的FMS2023/2/6武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院29/72圖8-6具有裝配功能的柔性制造系統(tǒng)2023/2/6武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院30/72柔性制造線（FlexibleManufacturingLine）由自動(dòng)化加工設(shè)備、工件輸送系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等組成。柔性制造線(FML)

FML的主要優(yōu)點(diǎn)是：具有剛性自動(dòng)線的絕大部分優(yōu)點(diǎn)；當(dāng)批量不很大時(shí)，生產(chǎn)成本比剛性自動(dòng)線低得多；當(dāng)品種改變時(shí)，系統(tǒng)所需的調(diào)整時(shí)間又比剛性自動(dòng)線少得多，但建立系統(tǒng)的總費(fèi)用卻比剛性自動(dòng)線高得多。

1.自動(dòng)化加工設(shè)備; 2.工件輸送系統(tǒng); 3.刀具;2023/2/6武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院31/72 柔性裝配線（FlexibleAssemblyLine）通常由裝配站、物料輸送裝置和控制系統(tǒng)等組成。

1.裝配站

FAL中的裝配站可以是可編程的裝配機(jī)器人,不可編程的自動(dòng)裝配裝置和人工裝配工位。

2.物料輸送裝置

3.控制系統(tǒng)

FAL的控制系統(tǒng)對(duì)全線進(jìn)行調(diào)度和監(jiān)控，主要控制物料的流向和自動(dòng)裝配站、裝配機(jī)器人。圖8-8是FAL的示意圖。柔性裝配線(FAL)2023/2/6武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院32/722023/2/6武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院33/72FMS配置小型化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的模塊化與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和輔助制造系統(tǒng)相結(jié)合實(shí)現(xiàn)從產(chǎn)品決策、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)到銷(xiāo)售的整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化不斷提高FMS的性能3、FMS的發(fā)展趨勢(shì)2023/2/6武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院34/721、加工系統(tǒng)的功能與要求加工系統(tǒng)是FMS的最基本的組成部分，也是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)。加工系統(tǒng)的要求如下：

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。二、FMS的加工系統(tǒng)2023/2/6武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院35/722、加工系統(tǒng)中常用的加工設(shè)備簡(jiǎn)介2.1目前FMS的加工對(duì)象主要有兩大類(lèi)：箱體類(lèi)回轉(zhuǎn)體類(lèi)2.2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。箱體類(lèi)：常用鏜銑加工中心回轉(zhuǎn)體類(lèi)：常用車(chē)削加工中心2023/2/6武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院36/72加工中心的系統(tǒng)基本組成與一般數(shù)控機(jī)床一樣，只是在此基礎(chǔ)上增加了刀庫(kù)和自動(dòng)換刀裝置而形成一類(lèi)更復(fù)雜，但用途更廣，效率更高的數(shù)控機(jī)床。加工中心配置有刀庫(kù)和自動(dòng)換刀裝置，能在一臺(tái)機(jī)床上完成車(chē)、銑、鏜、鉆、鉸、攻螺紋、輪廓加工等多個(gè)工序的加工。加工中心機(jī)床具有工序集中，可以有效縮短調(diào)整時(shí)間和搬運(yùn)時(shí)間，減少在制品庫(kù)存，加工質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn)，因此常用于零件比較復(fù)雜，需要多工序加工，且生產(chǎn)批量中等的生產(chǎn)場(chǎng)合。加工中心通常是指鏜銑加工中心，主要用于加工箱體及殼體類(lèi)零件，工藝范圍廣。加工中心(MC)2023/2/6武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院37/722.3加工系統(tǒng)的輔助裝置機(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?shī)A具：一部夾具能為多個(gè)加工對(duì)象服務(wù)。托盤(pán)（Pallet）承載工件和夾具完成加工任務(wù)，是各加工單元間的硬件接口。自動(dòng)上下料裝置

托盤(pán)交換器：聯(lián)接加工系統(tǒng)和物料運(yùn)儲(chǔ)系統(tǒng)橋梁；工業(yè)機(jī)器人：具有較大的柔性度。2023/2/6武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院38/72立式加工中心與臥式加工中心的比較2023/2/6武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院39/72工件裝卸站設(shè)在FMS

入口，由人工完成裝卸；托盤(pán)緩沖站工件中間存儲(chǔ)站，起緩沖物料作用；物料存儲(chǔ)裝置自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)、自動(dòng)料架、緩沖料架；物料運(yùn)送裝置負(fù)責(zé)在機(jī)床、自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)和托盤(pán)緩沖站之間物料搬運(yùn)作業(yè)。傳送帶：用于小零件短程傳送，占據(jù)空間大、易磨損；自動(dòng)運(yùn)輸小車(chē)：分有軌小車(chē)、無(wú)軌小車(chē)；搬運(yùn)機(jī)器人：具有較高柔性和控制水平。1、FMS的物料儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)組成三、FMS的儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)2023/2/6武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院40/722、FMS物料輸送基本回路直線輸送回路沿直線路線單向或雙向移動(dòng)，順序地在各個(gè)連接點(diǎn)?？浚画h(huán)形輸送回路運(yùn)載工具沿環(huán)形路線單向或雙向移動(dòng)；網(wǎng)狀輸送回路由多個(gè)回路相互交叉組成，可由一條環(huán)路移動(dòng)到另一回路。2023/2/6武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院41/723、自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)貨架為一個(gè)個(gè)存儲(chǔ)單元，設(shè)有地址編碼，貨架之間有巷道，每個(gè)巷道配有專(zhuān)用堆垛機(jī)。堆垛機(jī)由托架、貨叉、支柱、上下導(dǎo)軌、移動(dòng)電動(dòng)機(jī)以及傳感器構(gòu)成的三維搬運(yùn)設(shè)備?？刂婆c管理系統(tǒng)負(fù)責(zé)物料信息的登錄、識(shí)別，物料自動(dòng)存取，倉(cāng)庫(kù)管理。2023/2/6武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院42/72儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)的任務(wù)和工作方式2023/2/6武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院43/72巷道式立體倉(cāng)庫(kù)2023/2/6武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院44/724工件儲(chǔ)運(yùn)設(shè)備

4.1有軌小車(chē)（RGV）

有軌小車(chē)（RailGuideVehicle）是一種沿著鐵軌行走的運(yùn)輸工具，有自驅(qū)和它驅(qū)兩種驅(qū)動(dòng)方式。自驅(qū)動(dòng)有軌小車(chē)通過(guò)車(chē)上的小齒輪和安裝在鐵軌一側(cè)的齒條嚙合，利用交、直流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。它驅(qū)式有軌小車(chē)由外部鏈索牽引，在小車(chē)底盤(pán)的前、后各裝一導(dǎo)向銷(xiāo)，地面上修有一組固定路線的溝槽，導(dǎo)向銷(xiāo)嵌入溝槽內(nèi)，保證小車(chē)行進(jìn)時(shí)沿著溝槽移。2023/2/6武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院45/72導(dǎo)軌系統(tǒng)小車(chē)控制器車(chē)架警告和安全裝置

..地軌系統(tǒng)安全裝置小車(chē)控制器托盤(pán)交換裝置有軌小車(chē)的組成2023/2/6武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院46/72移動(dòng)速度快，行走平穩(wěn)，定位精確；承載能力大，適合搬運(yùn)笨重零件；控制系統(tǒng)相對(duì)簡(jiǎn)便，可靠性高，成本低，易維護(hù)；傳輸路徑柔性不高，一般適宜在直線布局的系統(tǒng)中采用。

有軌小車(chē)的特點(diǎn)2023/2/6武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院47/72

AGV無(wú)軌道，可以外部控制的自由運(yùn)行的電動(dòng)小車(chē)，以蓄電池作為電源，用某種制導(dǎo)方法（電磁制導(dǎo)及光學(xué)制導(dǎo)）控制其運(yùn)行路線，不需設(shè)置導(dǎo)軌，柔性大。

(1)AGV的結(jié)構(gòu)在自動(dòng)化制造系統(tǒng)中使用的AGV大多數(shù)是磁感應(yīng)式AGV。圖8-13是一種能同時(shí)運(yùn)送兩個(gè)工件的AGV，它由運(yùn)輸小車(chē)、地下電纜和控制器三部分組成。

4.2自動(dòng)導(dǎo)向小車(chē)2023/2/6武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院48/722023/2/6武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院49/72

線導(dǎo)小車(chē)電磁感應(yīng)導(dǎo)向，柔性大、擴(kuò)展性好、不怕污染、工作可靠。光導(dǎo)小車(chē)采用帶有熒光材料油漆或色帶，通過(guò)光電制導(dǎo)，改變線路非常容易，對(duì)環(huán)境要求嚴(yán)格。遙控制導(dǎo)小車(chē)小車(chē)頂部裝有激光裝置，通過(guò)固定位置反射激光束信息，確定小車(chē)位置。

4.2.1自動(dòng)導(dǎo)向小車(chē)導(dǎo)向方法2023/2/6武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院50/72磁感應(yīng)AGV自動(dòng)導(dǎo)向原理圖

小車(chē)底部裝有弓形天線3，跨設(shè)于以感應(yīng)導(dǎo)線4為中心且與感應(yīng)線垂直的平面內(nèi)。感應(yīng)線通以交變電流，產(chǎn)生交變磁場(chǎng)。當(dāng)天線3偏離感應(yīng)線任何一側(cè)時(shí)，天線的兩對(duì)稱(chēng)線圈中感應(yīng)電壓有差值，誤差信號(hào)經(jīng)過(guò)放大，驅(qū)動(dòng)左、右電動(dòng)機(jī)2，左右電動(dòng)機(jī)有轉(zhuǎn)速差，經(jīng)驅(qū)動(dòng)輪1使小車(chē)轉(zhuǎn)向，使感應(yīng)線重新位于天線中心，直至誤差信號(hào)為零。

2023/2/6武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院51/72AGV電磁感應(yīng)制導(dǎo)原理感應(yīng)線圈（左）

感應(yīng)線圈（右）導(dǎo)向線

導(dǎo)引電流一般頻率較低（小于15kHz），低壓（小于40V），消耗電流的強(qiáng)度小于600mA。

2023/2/6武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院52/72

AGV運(yùn)行路徑的選擇，是AGV使用過(guò)程中一個(gè)重要的問(wèn)題，因?yàn)锳GV從一個(gè)站點(diǎn)運(yùn)行到另一個(gè)站點(diǎn)往往有多條路徑可選擇，我們希望能選擇一條合理的運(yùn)行路徑，從而提高系統(tǒng)的效率。

ADBCOEOA→AC→CD→DEOA→AB→BD→DEOA→AB→BC→CD→DE。

從O點(diǎn)到E點(diǎn)：AGV運(yùn)行路徑的選擇2023/2/6武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院53/724.2.2FMS中使用AGV的優(yōu)點(diǎn)較高的柔性實(shí)時(shí)監(jiān)視和控制安全可靠維護(hù)方便2023/2/6武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院54/722023/2/6武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院55/724.2.3AGV性能指標(biāo)1）外形尺寸一般長(zhǎng)度從750mm至2500mm，寬450mm至1500mm，高550mm至650mm左右。

2）載重量可從50至2000kg，選擇載重量時(shí)不應(yīng)僅僅考慮工件的重量，還應(yīng)考慮托盤(pán)和夾具的重量。

3）運(yùn)行速度10～70m／min4）轉(zhuǎn)彎半徑一般指在某種速度下，最小的轉(zhuǎn)彎半徑。例如在每分鐘10m的速度時(shí)，最小轉(zhuǎn)彎半徑為600mm等。2023/2/6武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院56/725)蓄電池的電壓、每?jī)纱纬潆娭g的平均壽命。6)安全設(shè)備是否有安全杠，警報(bào)揚(yáng)聲器，警告燈。全速行駛時(shí)的停車(chē)距離。7)載物平臺(tái)的結(jié)構(gòu)，是否有液壓或其他形式的提升器，以及平臺(tái)的拉升高度。8)控制方式人工控制，有線控制或遙控。9)定位方式托盤(pán)在小車(chē)上的固定方法。10)兼容的控制計(jì)算機(jī)類(lèi)型。2023/2/6武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院57/72單元控制器銑削工作站車(chē)削工作站……物流管理工作站CNCNo1CNCNo2PLC自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)AGVROBOT刀具管理...FMS遞階控制結(jié)構(gòu)CNCNo1CNCNo2PLC...單元層工作站層設(shè)備層四、FMS的控制系統(tǒng)——三級(jí)遞階控制結(jié)構(gòu)2023/2/6武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院58/72

遞階控制結(jié)構(gòu)：將復(fù)雜系統(tǒng)分層分模塊設(shè)置，各層相對(duì)獨(dú)立，便于系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和維護(hù)。遞階控制特點(diǎn)：愈往底層，實(shí)時(shí)性愈強(qiáng)；愈到上層，處理信息量愈大，實(shí)時(shí)性要求愈小。FMS三層遞階控制結(jié)構(gòu)系統(tǒng)管理與控制層（單元控制層）-接受上級(jí)任務(wù)，制定系統(tǒng)作業(yè)計(jì)劃，進(jìn)行任務(wù)分配，監(jiān)控系統(tǒng)執(zhí)行；過(guò)程協(xié)調(diào)與監(jiān)控層（工作站層）-加工程序分配、協(xié)調(diào)工件流動(dòng)、運(yùn)行狀態(tài)采集監(jiān)控、向上層反饋信息；設(shè)備控制層-控制設(shè)備工作循環(huán)，執(zhí)行上層控制指令，反饋現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)。FMS控制與管理系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)2023/2/6武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院59/72現(xiàn)場(chǎng)總線ProfibusethernetWin-ACCP5613(一類(lèi)主站)P4微機(jī)Win-CC(二類(lèi)主站)ET200I/O接口工業(yè)機(jī)器人數(shù)控銑床加工中心成品庫(kù)毛坯庫(kù)RGV緩沖庫(kù)CAD/CAMMISProfibus接口DNC管理層單元層設(shè)備層YG－FMS單元控制器層次結(jié)構(gòu)2023/2/6武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院60/72通信管理與運(yùn)行控制--實(shí)現(xiàn)上下層信息通訊，控制內(nèi)部模塊運(yùn)行；系統(tǒng)信息管理--對(duì)單元信息進(jìn)行存儲(chǔ)、管理和維護(hù)；作業(yè)計(jì)劃制定--根據(jù)上級(jí)下達(dá)任務(wù)制定本單元作業(yè)計(jì)劃，并進(jìn)行計(jì)劃調(diào)整；系統(tǒng)作業(yè)調(diào)度--具有系統(tǒng)仿真、靜/動(dòng)態(tài)調(diào)度、系統(tǒng)資源調(diào)度等功能；系統(tǒng)過(guò)程監(jiān)控--監(jiān)控系統(tǒng)狀態(tài)變化，故障處理，其結(jié)果傳送至系統(tǒng)信息管理模塊和上級(jí)控制器。FMS單元控制器功能2023/2/6武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院61/72（1）FMS單元控制器的數(shù)據(jù)關(guān)系

生產(chǎn)管理信息

生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃物料需求計(jì)劃能力需求計(jì)劃

生產(chǎn)工藝信息

工藝計(jì)劃信息數(shù)控加工程序

系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)信息

制造設(shè)備的狀態(tài)信息物料儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)狀態(tài)信息刀具儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)狀態(tài)信息

FMS單元控制器的控制與調(diào)度模型2023/2/6武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院62/72（2）FMS生產(chǎn)準(zhǔn)備系統(tǒng)

獲取生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃、工藝計(jì)劃與NC程序刀具準(zhǔn)備工裝與工件毛坯準(zhǔn)備系統(tǒng)配置與數(shù)據(jù)核對(duì)

（3）FMS實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)度

單元控制器在系統(tǒng)加工過(guò)程中，依據(jù)系統(tǒng)當(dāng)前的實(shí)時(shí)狀態(tài)，對(duì)生產(chǎn)活動(dòng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)優(yōu)化控制。202