柔性制造系統(tǒng)技術

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1、一 、 學 習 要 求1、 了 解 ： 柔 性 制 造 系 統(tǒng) 的 產(chǎn) 生 和 特 點 ； 2、 掌 握 ： 柔 性 制 造 系 統(tǒng) 的 定 義 、 組 成 及 類 型 。 二 、 學 習 要 點1、 柔 性 制 造 系 統(tǒng) 的 產(chǎn) 生 、 特 點 ； 2、 FMS的 定 義 、 組 成 及 類 型 ； 3、 物 料 運 送 裝 置 ；4、 加 工 中 心 的 分 類 及 其 換 刀 方 式 、 刀 庫 類 型 。 2.1.1 制 造 自 動 化 技 術 的 廣 義 內(nèi) 涵 2.1.2 柔 性 自 動 化 制 造 技 術 的 發(fā) 展 歷 程 及 現(xiàn)狀 2.1.3 柔 性 自 動 化 制 造 技

2、 術 發(fā) 展 趨 勢 2.1.4 制 造 自 動 化 技 術 涉 及 的 相 關 內(nèi) 容 2.1.1 制 造 自 動 化 技 術 的 廣 義 內(nèi) 涵一 、 自 動 化 概 念 的 不 斷 發(fā) 展 變 化 自 動 化 技 術 是 人 類 在 長 期 的 生 產(chǎn) 活 動 中 不 斷 追求 的 主 要 目 標 之 一 。1、 1936年 美 國 通 用 汽 車 公 司 工 作 人 員 認 為 ： 在 一 個 生 產(chǎn) 過 程 中 ， 機器 之 間 的 零 件 轉(zhuǎn) 移 不 用 人 去 搬 運 就 是 “ 自 動 化 ” 。 即 ： 以 機 械 代 替 人 力操 作 ， 自 動 完 成 特 定 的 作 業(yè)

3、 。2、 隨 著 計 算 機 的 出 現(xiàn) 和 應 用 ， 自 動 化 的 概 念 擴 展 為 ： 用 機 器 包 括 計算 機 代 替 或 輔 助 人 的 體 力 勞 動 和 腦 力 勞 動 ， 按 照 需 求 和 目 標 ， 靈 活 、 自動 地 完 成 特 定 的 作 業(yè) 。3、 今 天 ， 柔 性 自 動 化 制 造 技 術 是 指 ： 在 廣 義 制 造 過 程 中 的 所 有 環(huán) 節(jié)采 用 自 動 化 技 術 ， 即 對 制 造 全 過 程 進 行 優(yōu) 化 規(guī) 劃 、 組 織 、 運 作 、 協(xié) 調(diào) 、 控 制 與 管 理 ， 以 實 現(xiàn) 優(yōu) 質(zhì) 、 高 效 、 低 耗 、 敏 捷

4、和 綠 色 生 產(chǎn) 的 目 標 ， 并 取得 社 會 經(jīng) 濟 效 益 。 二 、 柔 性 自 動 化 制 造 技 術 在 形 式 上 的 三 層 含 義 1、 代 替 人 的 體 力 勞 動 ；2、 代 替 或 輔 助 人 的 腦 力 勞 動 ；3、 實 現(xiàn) 制 造 系 統(tǒng) 中 人 、 機 及 整 個 系 統(tǒng) 的 協(xié) 調(diào) 、管 理 、 控 制 和 優(yōu) 化 。 三 、 柔 性 自 動 化 制 造 技 術 在 功 能 上 的 含 義 可 用 TQCSEF模 型 來 描 述 柔 性 自 動 化 制 造 技 術的 目 標 。 T（ Time） 時 間 ， 加 速 新 產(chǎn) 品 研 制 ， 縮 短 交 貨

5、 期Q（ Quality） 質(zhì) 量C（ Cost） 成 本S（ Service） 服 務E（ Environment） 環(huán) 保F（ Flexible） 柔 性 四 、 柔 性 自 動 化 制 造 技 術 的 內(nèi) 涵 自 動 化 ： 自 動 去 完 成 特 定 的 作 業(yè) 。制 造 自 動 化 （ 狹 義 ） ： 生 產(chǎn) 車 間 內(nèi) ， 產(chǎn) 品 機 械 加 工 、 裝 配 和 檢驗 過 程 的 自 動 化 ； 制 造 自 動 化 （ 廣 義 ） ： 包 含 產(chǎn) 品 設 計 、 企 業(yè) 管 理 、 加 工 裝 配 和質(zhì) 量 控 制 等 產(chǎn) 品 制 造 全 過 程 綜 合 集 成 自 動 化 。制

6、造 自 動 化 意 義 ： 顯 著 提 高 勞 動 生 產(chǎn) 率 、 提 高 產(chǎn) 品 質(zhì) 量 、 降 低制 造 成 本 、 提 高 經(jīng) 濟 效 益 ， 改 善 勞 動 條 件 、 提 高 勞 動 者 的 素 質(zhì) 、有 利 于 產(chǎn) 品 更 新 、 帶 動 相 關 技 術 的 發(fā) 展 、 提 高 企 業(yè) 的 市 場 競 爭能 力 。 剛 性 自 動 化 設 備 -自 動 /半 自 動 機 床 、 組 合 機 床 、 組 合 機 床 自 動 線 ； 對 象 -單 一 品 種 大 批 量 生 產(chǎn) 自 動 化 ； 特 點 -生 產(chǎn) 效 率 高 、 加 工 品 種 單 一 。柔 性 自 動 化 設 備 -N

7、C、 CNC、 FMC、 FMS等 。 對 象 -多 品 種 小 批 量 甚 至 單 件 生 產(chǎn) 自 動 化 ；綜 合 自 動 化 經(jīng) 營 管 理 、 開 發(fā) 設 計 、 加 工 裝 配 、 質(zhì) 量 保 證 自 動 化 ， CIMS、 CE、 LP、AM等 。 2.1.2 柔 性 自 動 化 制 造 技 術 的 發(fā) 展 歷 程 及 現(xiàn)狀一 、 發(fā) 展 歷 程 的 第 一 種 劃 分 方 法 （ 三 個 階 段 ） 三 種 自 動 化 形 式 比 較比 較 項 目 剛 性 自 動 化 柔 性 自 動 化 綜 合 自 動 化實 現(xiàn) 目 標 減 輕 工 人 勞 動 強度 ， 節(jié) 省 勞 動 力 ，保

8、 證 加 工 質(zhì) 量 ， 降低 生 產(chǎn) 成 本 減 輕 工 人 勞 動 強 度 ，節(jié) 省 勞 動 力 ， 保 證 加 工質(zhì) 量 ， 降 低 生 產(chǎn) 成 本 ，縮 短 產(chǎn) 品 制 造 周 期 除 左 外 ， 提 高 設 計工 作 與 管 理 工 作 效 率和 質(zhì) 量 ， 提 高 對 市 場的 響 應 能 力控 制 對 象 物 流 物 流 物 流 ， 信 息 流特 點 通 過 機 、 電 、 液氣 等 硬 件 控 制 方 式實 現(xiàn) ， 因 而 是 剛 性的 ， 變 動 困 難 以 硬 件 為 基 礎 ， 以 軟件 為 支 持 ， 改 變 程 序 即可 實 現(xiàn) 所 需 的 轉(zhuǎn) 變 ， 因而 是 柔

9、性 的 不 僅 針 對 具 體 操 作 和工 人 的 體 力 勞 動 ， 而 且涉 及 腦 力 勞 動 以 及 設 計 、經(jīng) 營 管 理 等 各 方 面 典 型 系 統(tǒng)與 裝 備 自 動 機 床 、 組 合機 床 ， 機 械 手 ， 自動 生 產(chǎn) 線 NC機 床 ， 加 工 中 心 ，工 業(yè) 機 器 人 ， DNC，F(xiàn)MC， FMS CAD/CAM系 統(tǒng) ，MRP ， CIMS應 用 范 圍 大 批 大 量 生 產(chǎn) 多 品 種 、 中 小 批 量 生 產(chǎn) 各 種 生 產(chǎn) 類 型關 鍵 技 術 繼 電 器 程 序 控 制技 術 ， 經(jīng) 典 控 制 論 數(shù) 控 技 術 ， 計 算 機 控制 ， G

10、T， 現(xiàn) 代 控 制 論 系 統(tǒng) 工 程 ， 信 息 技 術 ，計 算 機 技 術 ， 管 理 技 術 汽 車 后 橋 齒 輪 箱 加 工 自 動 線 剛 性 自 動 化 20年 代 柔 性 自 動 化50年 代 焊 接 機 器 人綜 合 自 動 化70年 代 綜 合 自 動 化 二 、 發(fā) 展 歷 程 的 第 二 種 劃 分 方 法 （ 五 個 階 段 ）1、 第 一 階 段 （ 1913年 ） ： 剛 性 自 動 化 ， 包 括 剛 性 生 產(chǎn) 線 和 自 動 單機 。 該 階 段 技 術 在 20世 紀 40年 代 已 經(jīng) 相 當 成 熟 。 特 點 ： 大 批 量 生 產(chǎn) ； 僅 適

11、用 于 單 一 品 種 新 技 術 ： 繼 電 器 程 序 控 制 組 合 機 床2、 第 二 階 段 （ 1930 ） ： 數(shù) 控 加 工 ， 包 括 數(shù) 控 和 計 算 機 數(shù) 控 。 其 中 數(shù) 控 在 20世 紀 50-70年 代 發(fā) 展 迅 速 并 已 成 熟 ， 70-80年 代 計算 機 數(shù) 控 加 工 取 代 了 數(shù) 控 加 工 。 特 點 ： 柔 性 好 ； 適 用 于 多 品 種 中 小 批 量 生 產(chǎn) 新 技 術 ： 數(shù) 控 技 術 、 計 算 機 編 程 技 術 等 二 、 發(fā) 展 歷 程 的 第 二 種 劃 分 方 法 （ 五 個 階 段 ）3、 第 三 階 段 （

12、1965年 ） ： 柔 性 制 造 ， 包 括 計 算 機 直 接 控 制（ DNC） 、 FMS和 FMC。 特 點 ： 柔 性 、 高 效 率 ； 適 用 于 多 品 種 中 小 批 量 生 產(chǎn) ； 新 技 術 ： GT， DNC， FMS， 監(jiān) 控 技 術 4、 第 四 階 段 （ 1973 ） ： 計 算 機 集 成 制 造 系 統(tǒng) CIMS CIMS在 20世 紀 80年 代 以 來 發(fā) 展 迅 速 。 特 點 ： 強 調(diào) 系 統(tǒng) 性 和 集 成 性 ； 新 技 術 ： 現(xiàn) 代 制 造 技 術 、 管 理 技 術 、 計 算 機 技 術 、 自 動 化 技 術 、信 息 技 術 、

13、系 統(tǒng) 工 程 技 術 二 、 發(fā) 展 歷 程 的 第 二 種 劃 分 方 法 （ 五 個 階 段 ）5、 第 五 階 段 （ 1991年 ） ： 智 能 制 造 系 統(tǒng) （ IMS） ， 包 括 計 算 機 直接 控 制 （ DNC） 、 FMS和 FMC。 1990年 4月 由 日 本 倡 導 。 特 點 ： 集 成 日 本 的 企 業(yè) 技 術 、 歐 共 體 的 精 密 工 程 技 術 、 美 國 的系 統(tǒng) 技 術 等 以 上 介 紹 五 個 階 段 ， 是 國 外 發(fā) 達 國 家 的 發(fā) 展 歷 程 。 我 國 與 國 外 發(fā) 達國 家 相 比 ， 有 所 滯 后 ， 目 前 正 在

14、努 力 跟 進 。 作 業(yè)1、 柔 性 自 動 化 制 造 技 術 的 發(fā) 展 先 后 經(jīng) 歷 了 哪 五 個階 段 ？（ 1） 剛 性 自 動 化（ 2） 數(shù) 控 加 工（ 3） 柔 性 制 造（ 4） 計 算 機 集 成 制 造 系 統(tǒng)（ 5） 智 能 制 造 系 統(tǒng) 三 、 柔 性 自 動 化 制 造 技 術 的 研 究 現(xiàn) 狀1、 集 成 技 術 和 系 統(tǒng) 技 術 研 究 熱 點 。 CIMS： 信 息 集 成 和 功 能 集 成 ； CE： 過 程 集 成 ； AM： 企 業(yè) 間 集 成 ；2、 人 機 一 體 化 系 統(tǒng) 全 盤 自 動 化 和 無 人 化 工 廠 或 車 間 曾

15、 經(jīng) 是 制 造 自 動 化 發(fā) 展 的 目 標 。在 對 無 人 制 造 中 出 現(xiàn) 的 問 題 進 行 反 思 的 基 礎 上 ， 人 們 重 新 認 識 了 人 在 柔性 自 動 制 造 系 統(tǒng) 中 有 著 機 器 不 可 替 代 的 重 要 作 用 。 將 人 作 為 系 統(tǒng) 結(jié) 構(gòu) 中 的 有 機 組 成 部 分 。 三 、 柔 性 自 動 化 制 造 技 術 的 研 究 現(xiàn) 狀3、 單 元 系 統(tǒng) 及 其 技 術 單 元 系 統(tǒng) ： 以 一 臺 或 多 臺 數(shù) 控 加 工 設 備 與 物 料 儲 運 系 統(tǒng) 為 主 體 ，在 計 算 機 統(tǒng) 一 控 制 下 ， 可 進 行 多 品

16、種 、 中 小 批 量 零 件 自 動 化 加 工 生 產(chǎn) 的機 械 加 工 工 藝 系 統(tǒng) 的 總 稱 。 是 CIMS的 重 要 組 成 部 分 。4、 制 造 過 程 中 的 計 劃 與 調(diào) 度 在 多 品 種 、 中 小 批 量 生 產(chǎn) 中 ， 加 工 時 間 僅 占 生 產(chǎn) 時 間 的 約 5 ， 其余 95 均 為 周 轉(zhuǎn) 等 待 時 間 ； 加 工 時 間 中 真 正 進 行 切 削 的 時 間 不 足 30% 。 5 95調(diào) 整 、 裝 夾 、 對 刀 、 檢 測 等切 削30 70加 工 時 間 運 輸 與 等 待 時 間制 造 周 期加 工 時 間 多 品 種 、 中 小

17、批 量 生 產(chǎn) 的 時 間 分 配 5、 柔 性 制 造 自 動 化 制 造 技 術 的 深 度 與 廣 度 FMC FML FMS； 但 物 流 自 動 化 設 備 投 資 在 整 個 FMS的 投 資 中 占 有 相 當 大 的 比 例 ，因 此 FMS的 應 用 受 到 其 投 資 大 、 見 效 慢 和 可 靠 性 相 對 較 差 等 不 足 的 限 制 。 DNC具 有 投 資 小 、 見 效 快 和 可 靠 性 高 等 優(yōu) 點 ， 近 年 來 研 究 較 為 活躍 。6、 適 應 現(xiàn) 代 生 產(chǎn) 模 式 的 制 造 環(huán) 境 JIT； CE； LP； AM 7、 加 工 系 統(tǒng) 的

18、復 合 化 和 智 能 化 日 本 提 出 了 智 能 完 備 制 造 系 統(tǒng) （ HMS） ； 制 造 敏 捷 化 使 企 業(yè) 面 臨 市 場 競 爭 作 出 快 速 響 應 ； 制 造 網(wǎng) 絡 化 實 現(xiàn) 制 造 過 程 的 集 成 ， 實 現(xiàn) 異 地 制 造 、 遠 程 協(xié) 調(diào) 作業(yè) ； 制 造 虛 擬 化 保 證 產(chǎn) 品 和 制 造 過 程 一 次 成 功 ， 盡 早 發(fā) 現(xiàn) 設 計 與 生產(chǎn) 中 可 避 免 的 缺 陷 和 錯 誤 ； 制 造 智 能 化 擴 大 、 延 伸 、 部 分 取 代 人 類 專 家 在 制 造 過 程 中 的 腦力 勞 動 ， 以 實 現(xiàn) 優(yōu) 化 的 制

19、造 過 程 。 制 造 全 球 化 市 場 國 際 化 ， 產(chǎn) 品 制 造 跨 國 化 ， 制 造 資 源 跨 國 家 的協(xié) 調(diào) 、 共 享 和 優(yōu) 化 利 用 ； 制 造 綠 色 化 使 產(chǎn) 品 從 設 計 、 制 造 、 使 用 到 報 廢 處 理 全 生 命 周 期中 ， 對 環(huán) 境 影 響 最 小 ， 資 源 利 用 率 最 高 。2.1.3 制 造 自 動 化 技 術 發(fā) 展 趨 勢 2.1.4 制 造 自 動 化 技 術 涉 及 的 相 關 內(nèi) 容1、 數(shù) 控 技 術 與 系 統(tǒng)數(shù) 控 相 關 課 程 已 學 習 ， 本 門 課 程 不 再 講 述2、 柔 性 制 造 系 統(tǒng)本 章

20、 主 要 內(nèi) 容3、 工 業(yè) 機 器 人本 門 課 程 第 5章 講 述4、 自 動 檢 測 與 監(jiān) 控 技 術 部 分 內(nèi) 容 在 機 械 測 試 技 術 或 傳 感 器 相 關 課 程 中 已 講 述 ， 本 章 在 介 紹刀 具 監(jiān) 控 時 將 簡 要 介 紹 。 一 、 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)

21、 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 ；1973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 2、 柔 性 自 動 化 制 造 技 術 的 產(chǎn) 生世 界 上 公 認 的 第 一 條 柔 性 制 造 系 統(tǒng) 是 英 國 莫 林 （ Molin） 機床 公 司 1967年 建 成 的 “ Molin S

22、ystem-24”；20世 紀 70年 代 末 和 80年 代 初 ， 計 算 機 輔 助 管 理 物 料 自 動 搬運 ， 刀 具 管 理 和 計 算 機 網(wǎng) 絡 、 數(shù) 據(jù) 庫 技 術 的 發(fā) 展 以 及CAD/CAM技 術 的 成 熟 ， 出 現(xiàn) 了 更 加 系 統(tǒng) 化 、 規(guī) 模 更 加 擴 大 的柔 性 制 造 系 統(tǒng) 。20世 紀 80年 代 末 ， FMS已 經(jīng) 成 為 一 項 成 熟 的 技 術 ， 并 在 世 界范 圍 得 到 廣 泛 應 用 。 3、 我 國 FMS的 研 究 狀 況 我 國 采 取 引 進 和 開 發(fā) 相 結(jié) 合 的 方 針 ， 引 進 箱 體 類 零 件

23、 、 旋 轉(zhuǎn) 體 件 及 鈑金 件 加 工 FMS的 全 部 或 部 分 硬 件 技 術 。1984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 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

24、 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 、 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。 1985年 后 在 國 家 機 電 部 “ 七 五 ” 重 點 科 技 攻 關 項 目 的 支 持和 國 家 863高 技 術 發(fā) 展 計 劃 自 動 化 領 域 的 工 作 的 帶 動 下 ， FMS

25、得 到 極 大 的 重 視 和 發(fā) 展 ， 進 入 了 自 行 開 發(fā) 和 部 分 進 口 的 交 叉階 段 。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 織 機 械 廠 等 ）

26、 ， 為 實 施 CIMS， 又 進 口 了 一 些 國 外 的 FMS系統(tǒng) 。 4、 FMS的 兩 個 主 要 特 點 ： 柔 性 和 自 動 化所 謂 柔 性 ， 是 指 制 造 系 統(tǒng) （ 企 業(yè) ） 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 ?？?分 為 瞬 時 、 短 期 和 長 期 柔 性 三 種5、 FMS的 其 它 特 點 ：P16 （ 1） -（ 5） 了 解 ， 自 學 。 二 、 FMS的 定 義 、 組 成 和 類 型 FMS的 組 成 自 動倉 庫工 廠 計 算 機中

27、央 計 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 實 體 柔 性 制 造 系 統(tǒng) 仿 真 1、 FMS的 定 義根 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) （ FMS） 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) ， 包 括 多 個 柔性 制 造 單 元 ， 能 根 據(jù) 制

28、造 任 務 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) 。美 國 制 造 工 程 師 協(xié) 會 (SME)的 計 算 機 輔 助 系 統(tǒng) 和 應 用 協(xié) 會 把 柔 性 制造 系 統(tǒng) 定 義 為 “ 使 用 計 算 機 、 柔 性 加 工 單 元 和 集 成 物 料 儲 運 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) ” 。 更 直 觀 的 定 義 是 ： “ 柔 性 制 造 系 統(tǒng) 是 至 少 由 兩 臺 數(shù) 控 機 床 ， 一 套物 料 運 輸 系 統(tǒng) （ 從 裝 載 到 卸

29、載 具 有 高 度 自 動 化 ） 和 一 套 計 算 機 控 制系 統(tǒng) 所 組 成 的 制 造 自 動 化 系 統(tǒng) 。 它 采 用 簡 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應具 備 以 下 特 點 ：硬 件 組 成1)兩 臺 以 上 的 數(shù) 控 機 床 或 加 工 中 心 以 及 其 他 加 工 設 備 ， 包括 測 量 機 、 清 洗 機 、 動 平 衡 機 、 各 種 特 種 加 工 設 備 等 ；2)一 套 能 自 動

30、 裝 卸 的 運 輸 系 統(tǒng) ， 包 括 刀 具 儲 運 和 工 件 及 原材 料 儲 運 。 具 體 結(jié) 構(gòu) 可 采 用 傳 輸 帶 、 有 軌 小 車 、 無 軌 小 車 、搬 運 機 器 人 、 上 下 料 托 盤 站 等 ； 3)一 套 計 算 機 控 制 系 統(tǒng) 及 信 息 通 信 網(wǎng) 絡 。 軟 件 組 成1)FMS的 運 行 控 制 系 統(tǒng) ；2)FMS的 質(zhì) 量 保 證 系 統(tǒng) ；3)FMS的 數(shù) 據(jù) 管 理 和 通 信 網(wǎng) 絡 系 統(tǒng) 。FMS必 須 具 備 的 功 能1)能 自 動 管 理 零 件 的 生 產(chǎn) 過 程 ， 自 動 控 制 制 造 質(zhì) 量 ， 自 動進 行 故

31、 障 診 斷 及 處 理 ， 自 動 進 行 信 息 收 集 及 傳 輸 ；2)簡 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 輸 和 儲 存 必 須 為 自 動 (包 括 刀 具 等 工 裝 和 工 件 的自 動 運 輸 )；4)能 解 決 多 機 床 條 件 下 零 件 的 混 流 加 工 ， 且 無 需 額 外 增 加 費 用 ；5)具 有 優(yōu) 化 調(diào) 度 管 理 功 能 ， 能 實 現(xiàn) 無 人 化 或 少 人 化 加 工 。 2、 FMS的 組 成 （ 硬 件 ） 典 型 的 FMS主 要 有 三 個

32、子 系 統(tǒng) 組 成 ：加 工 系 統(tǒng)運 儲 系 統(tǒng)計 算 機 控 制 系 統(tǒng) 作 業(yè)2、 FMS是 如 何 定 義 的 ？ 其 硬 件 組 成 主 要 包 括 哪 幾部 分 ？ FMS基 本 組 成 典 型 的 柔 性 制 造 系 統(tǒng) 典 型 的 柔 性 制 造 系 統(tǒng) 示 意 圖1-自 動 倉 庫 ； 2-裝 卸 站 ； 3-托 盤 站 ； 4-檢 驗 機 器 人 ； 5-自 動 小 車 ；6-臥 式 加 工 中 心 ； 7-立 式 加 工 中 心 ； 8-磨 床 ； 9-組 裝 交 付 站 ；10-計 算 機 控 制 室 a)互 替 式 b)互 補 式 c)混 合 式 3、 FMS的 類

33、型 FMS適 用 于 中 小 批 量 的 生 產(chǎn) ， 既 要 兼 顧 對 生 產(chǎn) 率 和 柔 性 的 要 求 ， 也要 考 慮 系 統(tǒng) 的 可 靠 性 和 機 床 的 負 荷 率 。 因 此 ， 就 產(chǎn) 生 了 三 種 類 型 的 FMS： 4、不同類型的柔性制造設備 柔 性 制 造 模 塊 （ FMM） 相 當 于 功 能 齊 全 的 加 工 中 心 ； 柔 性 制 造 單 元 （ FMC） 小 型 FMS， 由 1-2臺 機 床 組 成 ， 自 動 更 換 刀 具 ，自 動 上 下 工 件 ； 柔 性 制 造 系 統(tǒng) （ FMS） 控 制 與 管 理 功 能 比 FMC強 ， 管 理 通

34、信 要 求 高 ； 柔 性 制 造 生 產(chǎn) 線 （ FML） 數(shù) 控 組 合 機 床 設 備 ， 專 用 性 強 、 生 產(chǎn) 率 高 ，相 當 于 數(shù) 控 自 動 生 產(chǎn) 線 ， 用 于 少 品 種 、 中 大 批 量 生 產(chǎn) ， 為 專 用 FMS。 柔 性 制 造 工 廠 （ FMF） 全 企 業(yè) 范 圍 生 產(chǎn) 管 理 、 設 計 開 發(fā) 、 加 工 制 造和 物 料 運 儲 全 盤 自 動 化 。 40實 際 柔 性 制 造 生 產(chǎn) 線 柔 性 制 造 單 元 （ Flexible Manufacturing Cell， 簡 稱 FMC） 是 一 種 最簡 單 的 柔 性 加 工 系

35、統(tǒng) ， 通 常 由 單 臺 加 工 中 心 及 托 盤 輸 送 裝 置 （ 或 工 業(yè)機 器 人 ） 組 成 。由一臺臥式鏜銑類加工中心和自動化的托盤庫組成的柔性制造單元 相 對 于 柔 性 制 造 系 統(tǒng) ， 柔 性 制 造 單 元 投 資 小 ， 實 現(xiàn) 周 期 短 ，見 效 快 ， 更 適 合 于 廣 大 的 中 小 企 業(yè) 。 因 此 ， 表 現(xiàn) 出 比 柔 性 制 造 系統(tǒng) 更 廣 泛 的 市 場 需 求 和 發(fā) 展 前 景 。 一 、 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

36、分 ，擔 任 把 原 材 料 轉(zhuǎn) 化 為 最 終 產(chǎn) 品 的 任 務 。 加 工 系 統(tǒng) 的 要 求 如 下 ： 工 序 集 中 ， 減 輕 物 流 負 擔 ， 減 少 裝夾 次 數(shù) ； 控 制 功 能 強 、 擴 展 性 好 ； 高 剛 度 、 高 精 度 、 高 速 度 ； 自 保 護 與 自 維 護 性 好 ； 使 用 經(jīng) 濟 性 好 ； 對 環(huán) 境 的 適 應 性 與 保 護 性 好 。 二 、 加 工 系 統(tǒng) 中 常 用 的 加 工 設 備 簡 介1、 目 前 FMS的 加 工 對 象 主 要 有 兩 大 類 ：棱 柱 體 類回 轉(zhuǎn) 體 類2、 加 工 中 心 加 工 中 心 （ M

37、achining Center， MC） 是 一 種 備 有 刀 庫 并 能 按 預 定 程序 自 動 更 換 刀 具 ， 對 工 件 進 行 多 工 序 加 工 的 高 效 數(shù) 控 機 床 。 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 Real 臥 式 加 工 中 心 1-主 軸 頭 2-刀 庫 3-刀 庫 4-立 柱 底 座 5-回 轉(zhuǎn) 工 作 臺 、 6-工 作 臺 底 座 臥 式 加 工 中 心 車 削 加 工 中 心 1-刀 庫 2-回 轉(zhuǎn) 刀 架 3-換 刀 機 械 手 4-上 下 工 件 機 器 人 5-工 件 存 儲

38、站 3、 加 工 系 統(tǒng) 的 輔 助 裝 置 機 床 夾 具 組 合 夾 具 ： 利 用 標 準 化 夾 具 零 部 件 快 速 拼 裝 所 需 夾 具 ； 柔 性 夾 具 ： 一 部 夾 具 能 為 多 個 加 工 對 象 服 務 。 托 盤 （ Pallet） 承 載 工 件 和 夾 具 完 成 加 工 任 務 ， 是 各 加 工 單 元 間 的 硬 件接 口 。 自 動 上 下 料 裝 置 托 盤 交 換 器 ： 聯(lián) 接 加 工 系 統(tǒng) 和 物 料 運 儲 系 統(tǒng) 橋 梁 ； 工 業(yè) 機 器 人 ： 具 有 較 大 的 柔 性 度 。 組 合 夾 具 柔 性 夾 具 ISO標 準 規(guī) 定

39、 的 托 盤 基 本 形 狀 1-托 盤 導 向 面 2-側(cè) 面 定 位 面 3-安 裝 螺 孔4-工 件 安 裝 面 5-中 心 孔 6-托 盤 擱 置 面 7底 面8-工 件 固 定 孔 9-托 盤 夾 緊 面 10-托 盤 定 位 面 回 轉(zhuǎn) 式 托 盤 交 換 器 往 復 式 托 盤 交 換 器 工 件 裝 卸 站 設 在 FMS入 口 ， 由 人 工 完 成 裝 卸 ； 托 盤 緩 沖 站 工 件 中 間 存 儲 站 ， 起 緩 沖 物 料 作 用 ； 物 料 存 儲 裝 置 自 動 化 倉 庫 、 自 動 料 架 、 緩 沖 料 架 ； 物 料 運 送 裝 置 負 責 在 機 床

40、、 自 動 化 倉 庫 和 托 盤 緩 沖 站 之 間 物 料 搬 運作 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 運 輸 小 車 ： 分 有 軌 小 車 、 無 軌 小 車 ；搬 運 機 器 人 ： 具 有 較 高 柔 性 和 控 制 水 平 。 一 、 FMS的 物 料 運 儲 系 統(tǒng) 組 成 二 、 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 ， 順 序 地 在 各 個 連 接 點 停 靠 ；環(huán) 形 輸 送 回 路 運 載 工 具 沿 環(huán) 形 路 線 單 向

41、或 雙 向 移 動 ；網(wǎng) 狀 輸 送 回 路 由 多 個 回 路 相 互 交 叉 組 成 ， 可 由 一 條 環(huán) 路 移 動 到 另 一 回 路 。 三 、 自 動 化 倉 庫 貨 架 為 一 個 個 存 儲 單 元 ， 設 有 地 址 編 碼 ， 貨 架 之 間 有 巷 道 ，每 個 巷 道 配 有 專 用 堆 垛 機 。 堆 垛 機 由 托 架 、 貨 叉 、 支 柱 、 上 下 導 軌 、 移 動 電 動 機 以 及傳 感 器 構(gòu) 成 的 三 維 搬 運 設 備 。 控 制 與 管 理 系 統(tǒng) 負 責 物 料 信 息 的 登 錄 、 識 別 ， 物 料 自 動存 取 ， 倉 庫 管 理

42、。 自 動 化 倉 庫 示 意 圖 堆 垛 機 結(jié) 構(gòu) 示 意 圖 1-上 導 軌 2-支 柱 3-物 料 4-托 架 5-移 動 電 動 機 6-傳 感 器 Real 四 、 自 動 導 向 小 車線 導 小 車 電 磁 感 應 導 向 ， 柔 性 大 、 擴 展 性 好 、 不 怕 污 染 、 工 作可 靠 。 光 導 小 車 采 用 帶 有 熒 光 材 料 油 漆 或 色 帶 ， 通 過 光 電 制 導 ， 改變 線 路 非 常 容 易 ， 對 環(huán) 境 要 求 嚴 格 。 遙 控 制 導 小 車 小 車 頂 部 裝 有 激 光 裝 置 ， 通 過 固 定 位 置 反 射 激光 束 信 息

43、 ， 確 定 小 車 位 置 。 運 輸 小 車結(jié) 構(gòu) ：車 體安 裝 平 臺托 盤 交 換 裝 置蓄 電 池控 制 系 統(tǒng) 運 輸 小 車 AGV電 磁 感 應 制 導 原 理 激 光 燈 臺 制 導 原 理 Real 刀 具 運 儲 系 統(tǒng) 的 組 成 刀 具 預 調(diào) 站 設 在 FMS之 外 ， 按 要 求 對 刀 具 進 行 裝 配 和 調(diào) 整 ； 刀 具 裝 卸 站 是 刀 具 進 出 FMS入 口 ， 多 為 排 架 式 框 架 結(jié) 構(gòu) ； 刀 具 庫 系 統(tǒng) 存 放 當 前 加 工 所 需 的 機 床 刀 庫 ， 容 量 小 ； 存 放 各 加 工 單 元共 享 的 中 央 刀

44、庫 ， 容 量 大 ； 刀 具 運 載 交 換 裝 置 負 責 刀 具 運 輸 和 交 換 ， 適 時 向 加 工 單 元 提 供 所 需 刀具 ； 計 算 機 控 制 管 理 系 統(tǒng) -控 制 刀 具 運 輸 、 存 儲 和 管 理 ， 監(jiān) 控 管 理 刀 具 的 使用 ， 及 時 取 走 已 報 廢 或 壽 命 已 耗 盡 的 刀 具 。 刀 具 運 儲 系 統(tǒng) 作 業(yè) 過 程刀 具 刃 磨人 工 組 裝 刀 具預 調(diào)刀 具裝 卸 站中 央刀 具 庫需 重 磨 或 報 廢 刀 具加 工 單 元刀 庫加 工 單 元刀 庫 加 工 單 元刀 庫 刀 具 運 載 交 換 裝 置FMS中 刀 具

45、交 換 內(nèi) 容 ： 機 床 刀 庫 與 機 床 主 軸 刀 具 交 換 -由 機 床 換 刀 裝 置 完 成 ； 刀 具 裝 卸 站 、 中 央 刀 庫 、 各 機 床 刀 庫 間 刀 具 交 換 ； AGV運 載 刀 架 與 機 床 刀 庫 間 刀 具 交 換 。刀 具 交 換 運 載 工 具 ： 換 刀 機 器 人 -有 地 軌 和 高 架 導 軌 形 式 ； 刀 具 運 載 小 車 -在 小 車 上 放 置 一 個 裝 載 刀 架 ， 并 附 設 小 型 機 器 人 ， 負 責 刀 具 交 換 。 高 架 導 軌 式 的 換 刀 機 器 人 1-縱 向 導 軌 2-橫 梁 3-滑 臺 4

46、-換 刀 機 器 人 AGV小 車 換 刀 機 器 人 1-AGV 2-裝 載 刀 架 3-機 器 人 4-機 床 刀 庫 刀 具 破 損 的 監(jiān) 控監(jiān) 測 方 法 傳 感 原 理 傳 感 器直接法 光 學 圖 像 光 發(fā) 射 、 折 射 、 TV攝 像 光 敏 、 激 光 、 光 纖 、 CCD、攝 像 管接 觸 電 阻 ， 開 關 量 ， 磁 力 線 電 阻 電 路 ， 開 關 電 路 ， 磁間 隙 傳 感 器間接 法 切 削 力 切 削 力 ， 切 削 分 力 比 例 應 變 片 ， 力 傳 感 器扭 矩 主 軸 或 進 給 系 統(tǒng) 扭 矩 應 變 片 ， 電 流 表功 率 主 軸 或

47、進 給 系 統(tǒng) 功 率 消 耗 功 率 傳 感 器振 動 切 削 過 程 振 動 及 其 變 化 加 速 度 計 ， 振 動 傳 感 器超 聲 波 接 受 超 聲 波 的 反 射 波 超 聲 波 換 能 器 與 接 受 器噪 聲 切 削 區(qū) 環(huán) 境 噪 聲 探 測 拾 音 器聲 發(fā) 射 刀 具 破 損 時 聲 發(fā) 射 信 號 聲 發(fā) 射 傳 感 器 FMS刀 具 信 息 的 管 理 刀 具 的 信 息 管 理靜 態(tài) 刀 具 信 息 ： 固 定 不 變 的 信 息 ， 如 刀 具 類 型 、 編 碼 、 幾 何 形 狀 、 結(jié) 構(gòu) 參 數(shù) 等 。動 態(tài) 刀 具 信 息 ： 隨 時 間 不 斷 變

48、 化 的 刀 具 參 數(shù) ， 如 刀 具 壽 命 、 實 際 參 與 切 削 時 間 、 工 作 直 徑 和 長 度 等 。四 層 結(jié) 構(gòu) 的 刀 具 信 息 管 理 系 統(tǒng) ： 第 1層 -實 時 動 態(tài) 文 件 ， 每 把 在 線 刀 具 都 擁 有 獨 立 文 件 ， 記 載 刀 具 實 時 動 態(tài) 數(shù) 據(jù) ；第 2層 -靜 態(tài) 刀 具 類 型 文 件 ， 每 一 類 刀 具 擁 有 一 個 文 件 ；第 3層 -刀 具 組 件 文 件 ；第 4層 -刀 具 元 件 文 件 。 加 工 中 心 的 刀 庫 類 型盤 式 刀 庫鏈 式 刀 庫轉(zhuǎn) 塔 式 刀 庫 Real FMS控 制 與

49、管 理 系 統(tǒng) 的 體 系 結(jié) 構(gòu)遞 階 控 制 結(jié) 構(gòu) ： 將 復 雜 系 統(tǒng) 分 層 分 模 塊 設 置 ， 各 層 相 對 獨 立 ， 便 于 系統(tǒng) 的 開 發(fā) 和 維 護 。遞 階 控 制 特 點 ： 愈 往 底 層 ， 實 時 性 愈 強 ； 愈 到 上 層 ， 處 理 信 息 量 愈 大 ，實 時 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 任 務 ， 制 定 系 統(tǒng) 作 業(yè) 計 劃 ， 進 行 任 務 分 配 ， 監(jiān) 控 系 統(tǒng) 執(zhí) 行 ；過 程 協(xié) 調(diào) 與 監(jiān) 控 層 （ 工 作 站 層

50、 ） -加 工 程 序 分 配 、 協(xié) 調(diào) 工 件 流 動 、 運 行 狀 態(tài) 采 集 監(jiān) 控 、 向 上 層 反 饋 信 息 ；設 備 控 制 層 -控 制 設 備 工 作 循 環(huán) ， 執(zhí) 行 上 層 控 制 指 令 ， 反 饋 現(xiàn) 場 數(shù) 據(jù) 。 單 元 控 制 器銑 削 工 作 站車 削 工 作 站 物 流 管 理 工 作 站CNC No1 CNC No2 PLC 自動化倉庫 AGV ROBOT 刀具管理. FMS遞 階 控 制 結(jié) 構(gòu)CNC No1 CNC No2 PLC. 單 元 層工 作 站 層設 備 層 現(xiàn) 場 總 線Profibusethernet Win-ACCP5613(一

51、 類 主 站 ) P4微 機Win-CC(二 類 主 站 )ET200I/O接 口工 業(yè)機 器 人 數(shù) 控銑 床加 工中 心成品庫毛坯庫 RGV緩沖庫 CAD/CAMMISProfibus接 口 DNC 管 理 層單 元 層設 備 層YG FMS 單 元 控 制 器 層 次 結(jié) 構(gòu) FMS單 元 控 制 器 功 能 通 信 管 理 與 運 行 控 制 -實 現(xiàn) 上 下 層 信 息 通 訊 ， 控 制 內(nèi) 部 模 塊 運 行 ； 系 統(tǒng) 信 息 管 理 -對 單 元 信 息 進 行 存 儲 、 管 理 和 維 護 ； 作 業(yè) 計 劃 制 定 -根 據(jù) 上 級 下 達 任 務 制 定 本 單 元

52、作 業(yè) 計 劃 ， 并 進 行 計劃 調(diào) 整 ； 系 統(tǒng) 作 業(yè) 調(diào) 度 -具 有 系 統(tǒng) 仿 真 、 靜 /動 態(tài) 調(diào) 度 、 系 統(tǒng) 資 源 調(diào) 度 等 功能 ； 系 統(tǒng) 過 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 控 制 器 。 FMS單 元 控 制 器 的 功 能 模 型 FMS控 制 系 統(tǒng) 的 信 息 流 一 、 自 動 檢 測 與 監(jiān) 控 技 術 的 目 的 為 了 保 證 FMS的 正 常 運 行 及 其 制 造 質(zhì) 量 ， 需 要 對 系 統(tǒng) 運 行 狀 態(tài) 及 其加 工 過 程

53、進 行 自 動 檢 測 與 監(jiān) 控 。二 、 自 動 檢 測 與 監(jiān) 控 技 術 的 主 要 功 能 1、 系 統(tǒng) 運 行 狀 態(tài) 的 檢 測 與 監(jiān) 控 包 括 物 流 、 加 工 設 備 、 信 息 流 、 系 統(tǒng) 安 全 等 的 基 本 流 動 與 位 置 狀 態(tài) 。 2、 加 工 過 程 的 檢 測 與 監(jiān) 控 包 括 工 件 加 工 質(zhì) 量 、 刀 具 的 磨 損 與 破 損 等 。 傳感器群 信 號采 集 預 處 理特 征 提 取 狀 態(tài)識 別 診 斷決 策 預 維 修決 策 監(jiān) 控 檢測 報 告正 常 狀態(tài) 模 式 預 診 斷知 識 庫 預 維 修知 識 庫學 習訓 練 匹 配

54、狀 態(tài)異 常報 警 預 知故 障報 警 輸出設 備 運 行 狀 態(tài) 監(jiān) 控 與 檢 測 框 圖 鉆 頭 破 損檢 測 器 聲 發(fā) 射 鉆 頭 破 損 檢 測 裝 置 系 統(tǒng) 圖交 換 機 床控 制 器工 件 折 斷工 作 臺 聲 發(fā) 射傳 感 器破 損 信 號 flash 三 、 傳 感 技 術 1、 該 選 用 何 種 傳 感 器 ？ 2、 傳 感 器 的 安 裝 方 式 ？ 3、 傳 感 器 的 安 裝 位 置 （ 檢 測 點 的 布 置 ） ? 四 、 自 動 檢 測 技 術1、 自 動 檢 測 的 作 用反 饋 質(zhì) 量 信 息確 定 質(zhì) 量 等 級2、 按 采 用 的 傳 感 器 分 類 接 觸 式非 接 觸 式3、 按 時 間 順 序 分 類離 線 檢 測實 時 檢 測加 工 過 程 后 檢 測 本 章 作 業(yè)1、 柔 性 自 動 化 制 造 技 術 的 發(fā) 展 先 后 經(jīng) 歷 了 哪 五 個階 段 ？2、 FMS是 如 何 定 義 的 ？ 其 硬 件 組 成 主 要 包 括 哪 幾部 分 ？