柔性制造系統(tǒng)

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1、 “ 剛 性 ” 含 義 “ 剛 性 ” 是 指 該 生 產(chǎn) 線 只能 生 產(chǎn) 某 種 或 生 產(chǎn) 工 藝 相 近 的某 類 產(chǎn) 品 ， 表 現(xiàn) 為 生 產(chǎn) 產(chǎn) 品 的單 一 性 。剛 性 制 造 包 括 組 合 機 床 、 專 用機 床 、 剛 性 自 動 化 生 產(chǎn) 線 等 。“ 柔 性 ” 含 義 “ 柔 性 ” 是 指 制 造 系 統(tǒng) 對 系統(tǒng) 內(nèi) 部 及 外 部 環(huán) 境 的 一 種 適 應能 力 ， 也 是 指 制 造 系 統(tǒng) 能 夠 適應 產(chǎn) 品 變 化 的 能 力 ， 可 分 為 瞬時 、 短 期 和 長 期 柔 性 三 種 。自 動 化 制 造 系 統(tǒng) 是 指 在 較 少 的

2、人 工 直 接 或 間 接 干 預 下 ， 將 原 材 料加 工 成 零 件 或 將 零 件 組 裝 成 產(chǎn) 品 ， 在 加 工 過 程 中 實 現(xiàn) 管 理 過 程 和工 藝 過 程 自 動 化 。 柔 性 制 造 系 統(tǒng)根 據(jù) 中 華 人 民 共 和 國 國 家 軍 用 標 準 有 關 “ 武 器 裝 備 柔 性 制 造 系 統(tǒng)術 語 ” 的 定 義 ， 柔 性 制 造 系 統(tǒng) 被 定 義 為 ： 是 數(shù) 控 加 工 設 備 、 物 料 運 儲裝 置 和 計 算 機 控 制 系 統(tǒng) 等 組 成 的 自 動 化 制 造 系 統(tǒng) 。 FMS的 組 成 自 動倉 庫 工 廠 計 算 機中 央 計

3、算 機 物 流 控 制 計 算 機運 輸 小 車加 工單 元 1 加 工單 元 2 加 工單 元 n信 息 傳 輸 網(wǎng) 絡工 夾 具 站 柔 性 制 造 系 統(tǒng) 的 產(chǎn) 生 和 特 點1、 產(chǎn) 生 背 景 ：（ 1） 市 場 變 化 導 致 中 小 批 量 、 多 品 種 生 產(chǎn) 方 式 成 為 需 要 。市 場 競 爭 的 加 劇 及 顧 客 需 求 的 多 樣 化 ， 導 致 傳 統(tǒng) 的 以 規(guī) 模 效 應 帶 動 成 本降 低 的 剛 性 生 產(chǎn) 線 不 再 適 應 市 場 的 變 化 ；剛 性 生 產(chǎn) 線 忽 略 了 可 能 增 加 的 庫 存 而 帶 來 的 成 本 的 增 加 ；1

4、973年 石 油 危 機 ， 使 大 批 量 生 產(chǎn) 的 缺 點 暴 露 。2） 科 學 技 術 的 進 步 推 動 了 自 動 化 程 度 和 制 造 水 平 的 提 高 。NC、 CNC、 DNCCAD、 CAMGT、 CAPP ROBOT 艾 利 斯 查 默 斯 系 統(tǒng) 富 士 通 工 廠 系 統(tǒng)u1967年 ， 英 國莫 林 斯 公 司 首 次根 據(jù) 威 廉 森 提 出的 FMS基 本 概 念， 研 制 了 “ 系 統(tǒng)24” 。 60年 代 后 期 70年 代 初 期 ,德國 、 日 本 、 前蘇 聯(lián) 、 美 國 、意 大 利 等 相 繼開 發(fā) 了 本 國 的第 一 代 FMS。 19

5、76年 ， 日 本Fanuc公 司 展 出了 由 加 工 中 心 和工 業(yè) 機 器 人 組 成的 柔 性 制 造 單 元 (簡 稱 FMC)， 為 發(fā)展 FMS提 供 了 重 要的 設 備 形 式 。 我 國 FMS的 研 究 狀 況我 國 采 取 引 進 和 開 發(fā) 相 結 合 的 方 針 ， 引 進 箱 體 類 零 件 、 旋轉 體 件 及 鈑 金 件 加 工 FMS的 全 部 或 部 分 硬 件 技 術 。1984年 是 我 國 研 制 FMS的 起 步 時 間 ， 比 國 外 晚 了 17年 。 我 國 第 一 套 FMS系統(tǒng) 是 由 北 京 機 床 研 究 所 于 1985年 10月

6、 開 發(fā) 完 成 的 （ JCS-FMS-1） ， 用 于加 工 數(shù) 控 機 床 直 流 伺 服 電 機 中 的 主 軸 、 端 蓋 、 法 蘭 盤 、 殼 體 和 刷 架 體 等 ，它 由 5臺 國 產(chǎn) 加 工 中 心 、 日 本 富 士 電 機 公 司 的 AGV（ 自 動 導 引 車 ） 及 4臺 日本 產(chǎn) 的 機 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 家 的 支 持 下 北 京 第 一 機 床 廠 、 湖 南 江 麓 機 床 廠 、鄭 州 紡 織 機 械 廠 、

7、廣 西 柳 州 開 關 廠 等 一 些 單 位 分 別 率 先 從 德 國 、 日 本 進口 了 國 內(nèi) 第 一 批 FMS。1988年 北 京 機 床 研 究 所 為 天 津 減 速 機 廠 提 供 的 加 工 減 速 機 機 座 的 JCS- FMS-2系 統(tǒng) 是 全 部 自 行 開 發(fā) 和 配 套 的 ， 它 標 志 著 我 國 已 具 有 自 主 開 發(fā) FMS系 統(tǒng) 的 實 力 。近 幾 年 來 ， 國 內(nèi) 一 些 經(jīng) 濟 實 力 比 較 雄 厚 的 工 廠 （ 北 京 第 一 機 床 廠 ， 上 海第 二 紡 織 機 械 廠 ， 天 津 減 速 機 總 廠 ， 山 西 經(jīng) 緯 紡

8、織 機 械 廠 等 ） ， 為 實 施CIMS， 又 進 口 了 一 些 國 外 的 FMS系 統(tǒng) 。 FMS基 本 組 成 FMS的 主 要 功 能 ： 1. 自 動 進 行 零 件 的 批 量 生 產(chǎn) (數(shù) 控 機 床 承 擔 自 動 制 造 任務 )； 2. 簡 單 地 改 變 軟 件 ,便 能 制 造 出 某 一 零 件 族 中 的 任 何 零 件 ； 3. 自 動 運 輸 、 儲 存 、 交 換 物 料 （ 毛 坯 、 工 件 、 刀 具 等 ） ； 4. 自 動 監(jiān) 視 功 能 (刀 具 磨 損 、 破 損 的 監(jiān) 測 等 ） , 自 動 補 償 、自 診 斷 等 ； 5. 作 業(yè)

9、 計 劃 與 調(diào) 度 功 能 。 FMS的 分 類按 FMS承 擔 的 制 造 任 務 分 類 ：柔 性 加 工 系 統(tǒng)柔 性 裝 配 系 統(tǒng)柔 性 檢 測 系 統(tǒng) FMS的 分 類按 機 床 與 物 料 輸 送 系 統(tǒng) 的 組 合 方 式 分 類一 、 柔 性 制 造 模 塊 （ FMM） 主 機 (配 有 工 具 交 換 裝 置 )+工 件 自 動 交 換 裝 置 例 :(1)加 工 中 心 +工 件 托 盤 交 換 器 柔 性 制 造 模 塊 （ FMM） (2) 加 工 中 心 +機 器 人 +工 件 托 盤 存 放 站 柔 性 制 造 模 塊 （ FMM） FMM特 點 : 能 獨

10、立 運 行 , 能 承 擔 由 多 種 零 件 組 成 的 混 流 作 業(yè) 計 劃 , 但 不 具 備 工 件 、刀 具 的 供 應 管 理 功 能 ， 沒 有 生 產(chǎn) 調(diào) 度 功 能 。 二 、 柔 性 制 造 單 元 （ FMC） 由 工 件 自 動 輸 送 設 備 連 接 的 23個 FMM組 成 ， 能 獨 立 工 作 ， 具 有 一 定 的 生產(chǎn) 調(diào) 度 能 力 。例 (1):采 用 有 軌 小 車 連 接 兩 臺 具 有 托 盤 交 換 器 的 加 工 中 心 ,屬 直 線 型 (FMC) 例 (2):用 無 人 搬 運 小 車 連 接 兩 臺 CNC加 工 中 心 的 環(huán) 路 型

11、 FMC 三 、 FMC的 變 種 柔 性 自 動 線 (FTL)FTL是 工 藝 設 備 按 照 所 采 用 的 工 藝 操 作 順 序 布 置 時 的 FMC ,適 用 于 少 品 種 、 大 批 量生 產(chǎn) 。例 ： 某 公 司 的 連 桿 加 工 FTL 連 桿 加 工 FTL 按 物 料 輸 送 路 線 的 布 置 方 式 分 類一 、 直 線 型 FMS 9臺 CNC機 床配 備 檢 驗 站 ,工 件托 板 裝 卸 站用 有 軌 小 車 完 成 運送 任 務 二 、 環(huán) 路 型 FMS 10臺 CNC機 床配 備 鏈 式 牽 引 式搬 運 小 車兩 個 裝 卸 站 ,一 個檢 驗 站

12、 計 算 機 系 統(tǒng) 控 制下 ,可 隨 機 加 工 28種 不 同 零 件 三 、 機 器 人 型 FMS *兩 臺 單 設的 機 器 人服 務 于 6臺CNC機 床 FMS的 效 益 FMS所 帶 來 的 技 術 經(jīng) 濟 效 益 ： 1. 主 要 設 備 利 用 率 高 2. 設 備 數(shù) 量 減 少 3. 工 人 數(shù) 量 減 少 4. 在 制 品 庫 存 壓 縮 ,生 產(chǎn) 周 期 縮 短 5. 生 產(chǎn) 具 有 柔 性 ,能 響 應 生 產(chǎn) 變 化 的 要 求 6. 產(chǎn) 品 質(zhì) 量 提 高 7. 具 有 自 診 斷 和 維 持 生 產(chǎn) 的 能 力 8. 機 床 連 續(xù) 24小 時 運 行 ,

13、生 產(chǎn) 效 率 提 高 9. 占 地 面 積 減 少 10. 加 工 成 本 降 低 柔 性 制 造生 產(chǎn) 線柔 性 制 造 單 元 柔 性 制 造 系 統(tǒng)獨 立 制 造 島 Molins System *計 算 機 控 制 整 個 系 統(tǒng) ,可 加 工一 系 列 不 同 的 零 件 *類 似 加 工 中 心 的 數(shù) 控 機 床 *自 動 為 機 床 提 供 工 件 和 工 藝 裝備 *每 天 工 作 24小 時 (中 班 和 晚 班的 16小 時 內(nèi) 進 行 無 人 化 加 工 )最 終 由 于 經(jīng) 濟 和 技 術 上 的 困 難 而 未 全 部 建 成 ！ Allis chalmers 系

14、 統(tǒng)平 面 布 置 Allis chalmers 系 統(tǒng) 自 動 牽 引車艾 利 斯 查 默 斯 系 統(tǒng)二 十 世 紀 六 十 年 代 后 期 ， 美 國 建 立 了 艾 利斯 查 默 斯 系 統(tǒng) 。 工 件 被 裝 在 托 盤 上 的 夾具 中 ， 按 固 定 順 序 以 一 定 節(jié) 拍 在 各 機 床 間 傳送 和 進 行 加 工 。 這 種 柔 性 自 動 化 設 備 適 于 少品 種 、 大 批 量 生 產(chǎn) 中 使 用 ， 在 形 式 上 與 傳 統(tǒng)的 自 動 生 產(chǎn) 線 相 似 ， 所 以 也 叫 柔 性 自 動 線 。 *6臺 加 工 中 心 ,4臺 雙 分度 頭 機 床*自 動

15、牽 引 車 工 件 搬 運 系統(tǒng) Fanuc Hino 系 統(tǒng) （ 富 士 通 工 廠 系 統(tǒng) ） Fanuc Hino系 統(tǒng) 平 面 布 置 Fanuc Hino系 統(tǒng) 供 料 器 及 機 床 柔 性 制 造 單 元 (FMC)一 般 由 12臺 數(shù) 控 機 床 與 物 料 傳 送 裝 置 組 成 ， 有 獨 立 的 工 件 儲存 站 和 單 元 控 制 系 統(tǒng) ， 能 在 機 床 上 自 動 裝 卸 工 件 ， 甚 至 自 動 檢 測 工 件 ， 可 實 現(xiàn) 有限 工 序 的 連 續(xù) 生 產(chǎn) ， 適 于 多 品 種 小 批 量 生 產(chǎn) 應 用 。 * 8臺 數(shù) 控 車 床 * 每 臺 車

16、床 旁 均 有 一 個 裝 有 工 件 的 圓 盤 傳 送 帶 式 供 料 器 * 機 器 人 在 圓 盤 供 料 器 和 車 床 之 間 ,以 及 車 床 與 車 床 之 間 傳 送 工 件 加工設備輔助設備檢測設備加 工 系 統(tǒng) ： 是 FMS的 主 體 部 分 ， 也 是 FMS中耗 資 最 多 的 部 分 用 于 加 工 產(chǎn) 品 零 件 。 以 任意 順 序 自 動 加 工 多 種 工 件 ， 自 動 更 換 工 件和 刀 具 ， 增 加 功 能 后 可 實 現(xiàn) 工 件 自 動 清 洗與 測 量 等 。 FMS的 加 工 能 力 很 大 程 度 上 是由 它 所 包 含 的 加 工 系

17、 統(tǒng) 所 決 定 的 。 加 工 系 統(tǒng) 的 要 求 (1)工 序 集 中 ;(2)控 制 功 能 強 、 可 擴 展性 好 ;(3)高 剛 度 、 高 精 度 、 高速 度 ;(4)使 用 經(jīng) 濟 性 好 ;(5)操 作 性 好 、 可 靠 性 好 、維 修 性 好 ;(6)具 有 自 保 護 性 和 自 維護 性 ;(7)對 環(huán) 境 適 應 性 與 保 護性 好 ;(8)其 他 如 技 術 資 料 齊 全 ，機 床 上 的 各 種 顯 示 、 標記 等 清 楚 ， 機 床 外 形 、顏 色 美 觀 且 與 系 統(tǒng) 協(xié) 調(diào) 。 (刀具運送系統(tǒng))（工件儲運系統(tǒng))物 料 儲 運 系 統(tǒng) （ 物

18、流 系 統(tǒng) ） ： 實 施 對毛 坯 、 工 件 、 夾 具 、 刀 具 等 的 存 儲 、運 輸 、 交 換 工 作 。物料儲運系統(tǒng)滿足可變節(jié)拍生產(chǎn)的物料自動識別、存儲、輸送和交換的要求。增加功能后可實現(xiàn)刀具預調(diào)和管理等。 過程控制 過程調(diào)度過程監(jiān)視計 算 機 控 制 系 統(tǒng) （ 控 制 與 管 理 系 統(tǒng) ） ：由 管 理 FMS的 信 息 、 控 制 FMS各 設 備協(xié) 調(diào) 一 致 工 作 的 計 算 機 網(wǎng) 絡 系 統(tǒng) 和 FMS管 理 與 控 制 軟 件 構 成 。 加 工 系 統(tǒng) 和 物流 系 統(tǒng) 的 自 動 控 制 和 作 業(yè) 協(xié) 調(diào) ； 在 線 數(shù)據(jù) 自 動 采 集 和 處 理

19、 ； 運 行 仿 真 及 故 障 診斷 等 。 車 間 計 算 機中 央 管 理 計 算機制 造 單 元1計 算 機 物 流 處理計 算 機制 造 單 元2計 算 機CNCNo.1 CNCNo.2 機器人 CNCNo.1 CNCNo.2 機器人 自 動倉 庫 AGV 機器人 交 通管 理最 高 層中 間 層設 備 層控 制 系 統(tǒng) 的 結 構 ： 通 常 采 用 遞 階 控 制 的 結 構 形 式 ， 即 通 過對 系 統(tǒng) 的 控 制 功 能 進 行 正 確 、 合 理 地 分 解 ， 劃 分成 若 干 層 次 ， 各 層 次 分 別 進 行 獨 立 處 理 ， 完 成 各自 的 功 能 ，

20、層 與 層 之 間 在 網(wǎng) 絡 和 數(shù) 據(jù) 庫 的 支 持 下 ，保 持 信 息 交 換 ， 上 層 向 下 層 發(fā) 送 命 令 ， 下 層 向 上層 回 送 命 令 的 執(zhí) 行 結 果 。 * 加 工 單 元 (MC): 有 自 動 換刀 及 換 工 件 功 能 的 數(shù) 控 機 床 、加 工 中 心 。 * 加 工 單 元 機 床 配 置加 工 零 件 類 型 機 床 配 置箱 體 類回 轉 體 類箱 體 類 +回 轉 體 類特 殊 類 CNC加 工 中 心 +CNC車 削 中 心CNC加 工 中 心CNC車 削 中 心 、 CNC磨 床專 用 CNC機 床 * 工 件 儲 運 系 統(tǒng) ：（

21、 1） 毛 坯 、 半 成 品 、 夾 具 組 件 的 存 儲 倉 庫 及 緩 沖 存 儲 站 （ 2） 工 件 托 盤 運 輸 小 車 ， 輸 送 帶 輸 送 裝 置 * 工 件 儲 運 系 統(tǒng) ： （ 3） 托 盤 交 換 器 ， 上 料 機 器 人 等 交 換 裝 置* 工 件 儲 運 系 統(tǒng) ： （ 4） 工 件 、 夾 具 裝 卸 站* 工 件 儲 運 系 統(tǒng) ： * 刀 具 運 送 系 統(tǒng) ： （ 1） 刀 具 存 儲 庫 （ 2） 交 換 刀 具 裝 置* 刀 具 運 送 系 統(tǒng) ： 交 換 刀 具 裝 置 * 刀 具 運 送 系 統(tǒng) ： （ 3） 刀 具 刃 磨 、 組 裝 及

22、 預 調(diào) 工 作 站 柔 性 制 造 單 元 （ FMC）通 常 由 12臺 加 工 中 心 構 成 ， 并 具 有 不 同 形 式 的 刀 具 交 換 和 工 件 的裝 卸 、 輸 送 及 儲 存 功 能 。 除 了 機 床 的 數(shù) 控 裝 置 外 ， 還 有 一 個 單 元 計算 機 來 進 行 程 序 的 管 理 和 外 圍 設 備 的 管 理 。 FMS適 合 于 小 批 量 生 產(chǎn) ，加 工 形 狀 比 較 復 雜 ， 工 序 不 多 而 加 工 時 間 較 長 的 零 件 。 柔 性 制 造 系 統(tǒng) （ FMS）由 2臺 以 上 的 加 工 中 心 ， 以 及 清 洗 、 檢 測

23、設 備 組 成 ， 具 有 較 完 善 的刀 具 和 工 件 的 輸 送 和 儲 存 系 統(tǒng) ， 除 調(diào) 度 管 理 計 算 機 外 ， 還 配 有 過 程控 制 計 算 機 和 分 布 式 數(shù) 控 終 端 等 ， 形 成 多 級 控 制 系 統(tǒng) 組 成 的 局 部 網(wǎng)絡 。 FMS適 合 于 加 工 形 狀 復 雜 、 加 工 工 序 繁 多 、 并 有 一 定 批 量 的 多種 零 件 。 獨 立 制 造 島 （ AMI）獨 立 制 造 島 是 以 成 組 技 術 為 基 礎 ， 由 若 干 臺 數(shù) 控 機 床 和 普 通 機 床 組成 的 制 造 系 統(tǒng) ， 其 特 點 是 將 工 藝 技 術 裝 備 、 生 產(chǎn) 組 織 管 理 和 制 造 過程 結 合 在 一 起 ， 借 助 計 算 機 進 行 工 藝 設 計 、 數(shù) 控 程 序 管 理 、 作 業(yè) 計劃 編 制 和 實 時 生 產(chǎn) 調(diào) 度 等 。 其 使 用 范 圍 廣 ， 投 資 相 對 較 少 ， 各 方 面柔 性 較 高 。