柔性制造系統(tǒng)技術

1、一、學習要求一、學習要求 1 1、了解、了解: :柔性制造系統(tǒng)的產生和特點柔性制造系統(tǒng)的產生和特點; ; 2 2、掌握、掌握: :柔性制造系統(tǒng)的定義、組成及類型。柔性制造系統(tǒng)的定義、組成及類型。 二、學習要點二、學習要點 1 1、柔性制造系統(tǒng)的產生、特點、柔性制造系統(tǒng)的產生、特點; ; 2 2、FMSFMS的定義、組成及類型的定義、組成及類型; ; 3 3、物料運送裝置、物料運送裝置; ; 4 4、加工中心的分類及其換刀方式、刀庫類型。、加工中心的分類及其換刀方式、刀庫類型。 2.1.1 2.1.1 制造自動化技術的廣義內涵制造自動化技術的廣義內涵 2.1.2 2.1.2 柔性自動化制造技術的

2、發(fā)展歷程及現柔性自動化制造技術的發(fā)展歷程及現 狀狀 2.1.3 2.1.3 柔性自動化制造技術發(fā)展趨勢柔性自動化制造技術發(fā)展趨勢 2.1.4 2.1.4 制造自動化技術涉及的相關內容制造自動化技術涉及的相關內容 2.1.1 2.1.1 制造自動化技術的廣義內涵制造自動化技術的廣義內涵 一、自動化概念的不斷發(fā)展變化一、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活動中不斷追自動化技術是人類在長期的生產活動中不斷追 求的主要目標之一。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年美國通用汽車公司工作人員認為:在一個生產過在一個生產過 程中程中,機器之間的零件轉移不用人去

3、搬運就是機器之間的零件轉移不用人去搬運就是“自動化自動化”。 即即:以機械代替人力操作以機械代替人力操作,自動完成特定的作業(yè)。自動完成特定的作業(yè)。 2、隨著計算機的出現和應用、隨著計算機的出現和應用,自動化的概念擴展為自動化的概念擴展為:用機用機 器包括計算機代替或輔助人的體力勞動和腦力勞動器包括計算機代替或輔助人的體力勞動和腦力勞動,按照需按照需 求和目標求和目標,靈活、自動地完成特定的作業(yè)。靈活、自動地完成特定的作業(yè)。 3、今天、今天,柔性自動化制造技術是指柔性自動化制造技術是指:在廣義制造過程中的在廣義制造過程中的 所有環(huán)節(jié)采用自動化技術所有環(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

4、、即對制造全過程進行優(yōu)化規(guī)劃、 組織、運作、協調、控制與管理組織、運作、協調、控制與管理,以實現優(yōu)質、高效、低耗以實現優(yōu)質、高效、低耗 、敏捷和綠色生產的目標、敏捷和綠色生產的目標,并取得社會經濟效益。并取得社會經濟效益。 二、柔性自動化制造技術在形式上的三層含義二、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、代替人的體力勞動; 2、代替或輔助人的腦力勞動、代替或輔助人的腦力勞動; 3、實現制造系統(tǒng)中人、機及整個系統(tǒng)的協調、實現制造系統(tǒng)中人、機及整個系統(tǒng)的協調、 管理、控制和優(yōu)化。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三、柔性自動化制造技術在功能上的含義 可用

5、可用TQCSEF模型來描述柔性自動化制造技模型來描述柔性自動化制造技 術的目標。術的目標。 T（Time）時間時間,加速新產品研制加速新產品研制,縮短交貨期縮短交貨期 Q（Quality）質量質量 C（Cost） 成本成本 S（Service）服務服務 E（Environment）環(huán)保環(huán)保 F（Flexible）柔性柔性 四、柔性自動化制造技術的內涵四、柔性自動化制造技術的內涵 自動化自動化:自動去完成特定的作業(yè)。自動去完成特定的作業(yè)。 制造自動化（狹義）制造自動化（狹義）:生產車間內生產車間內,產品機械加工、裝產品機械加工、裝 配和檢驗過程的自動化配和檢驗過程的自動化; 制造自動化（廣義）制

6、造自動化（廣義）:包含產品設計、企業(yè)管理、加包含產品設計、企業(yè)管理、加 工裝配和質量控制等產品制造全過程綜合集成自動工裝配和質量控制等產品制造全過程綜合集成自動 化?；?。 制造自動化意義制造自動化意義:顯著提高勞動生產率、提高產品質顯著提高勞動生產率、提高產品質 量、降低制造成本、提高經濟效益量、降低制造成本、提高經濟效益,改善勞動條件、改善勞動條件、 提高勞動者的素質、有利于產品更新、帶動相關技提高勞動者的素質、有利于產品更新、帶動相關技 術的發(fā)展、提高企業(yè)的市場競爭能力。術的發(fā)展、提高企業(yè)的市場競爭能力。 剛性自動化剛性自動化 設備設備-自動自動/ /半自動機床、組合機床、組合機床自動線半

7、自動機床、組合機床、組合機床自動線; ; 對象對象-單一品種大批量生產自動化單一品種大批量生產自動化; ; 特點特點-生產效率高、加工品種單一。生產效率高、加工品種單一。 柔性自動化柔性自動化 設備設備-NCNC、CNCCNC、FMCFMC、FMSFMS等。等。 對象對象-多品種小批量甚至單件生產自動化多品種小批量甚至單件生產自動化; ; 綜合自動化綜合自動化 經營管理、開發(fā)設計、加工裝配、質量保證自動化經營管理、開發(fā)設計、加工裝配、質量保證自動化, ,CIMSCIMS、 CECE、LPLP、AMAM等。等。 2.1.2 2.1.2 柔性自動化制造技術的發(fā)展歷程及現柔性自動化制造技術的發(fā)展歷程

8、及現 狀狀 一、發(fā)展歷程的第一種劃分方法（三個階段）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 實現目標 減輕工人勞動強 度，節(jié)省勞動力， 保證加工質量，降 低生產成本 減輕工人勞動強度， 節(jié)省勞動力，保證加工 質量，降低生產成本， 縮短產品制造周期 除左外，提高設計 工作與管理工作效率 和質量，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，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 可實現所需的轉變，因 而是柔性的 不僅針對具體操作和 工人的體力勞動，而且

9、涉及腦力勞動以及設計、 經營管理等各方面 典型系統(tǒng) 與裝備 自動機床、組合 機床，機械手，自 動生產線 NC機床，加工中心， 工業(yè)機器人，DNC， FMC，FMS CAD/CAM系統(tǒng)， MRP，CIMS 應用范圍大批大量生產多品種、中小批量生產各種生產類型 關鍵技術 繼電器程序控制 技術，經典控制論 數控技術，計算機控 制，GT，現代控制論 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）二、發(fā)展歷程的第二種劃分方法（五個階段） 1、第一階段（

10、、第一階段（1913年）年）:剛性自動化剛性自動化,包括剛性生產線包括剛性生產線 和自動單機。和自動單機。 該階段技術在該階段技術在20世紀世紀40年代已經相當成熟。年代已經相當成熟。 特點特點:大批量生產大批量生產;僅適用于單一品種僅適用于單一品種 新技術新技術:繼電器程序控制組合機床繼電器程序控制組合機床 2、第二階段（、第二階段（1930）:數控加工數控加工,包括數控和計算機數包括數控和計算機數 控?？亍?其中數控在其中數控在20世紀世紀50-70年代發(fā)展迅速并已成年代發(fā)展迅速并已成 熟熟,70-80年代計算機數控加工取代了數控加工。年代計算機數控加工取代了數控加工。 特點特點:柔性好柔

11、性好;適用于多品種中小批量生產適用于多品種中小批量生產 新技術新技術:數控技術、計算機編程技術等數控技術、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）二、發(fā)展歷程的第二種劃分方法（五個階段） 3、第三階段（、第三階段（1965年）年）:柔性制造柔性制造,包括計算機直接控包括計算機直接控 制（制（DNC）、）、FMS和和FMC。 特點特點:柔性、高效率柔性、高效率;適用于多品種中小批量生產適用于多品種中小批量生產; 新技術新技術:GT,DNC,FMS,監(jiān)控技術監(jiān)控技術 4、第四階段（、第四階段（1973）:計算機集成制造系統(tǒng)計算機集成制造系統(tǒng)CIMS CIMS在在20世紀世紀80年

12、代以來發(fā)展迅速。年代以來發(fā)展迅速。 特點特點:強調系統(tǒng)性和集成性強調系統(tǒng)性和集成性; 新技術新技術:現代制造技術、管理技術、計算機技術、自現代制造技術、管理技術、計算機技術、自 動化技術、信息技術、系統(tǒng)工程技術動化技術、信息技術、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）二、發(fā)展歷程的第二種劃分方法（五個階段） 5、第五階段（、第五階段（1991年）年）:智能制造系統(tǒng)（智能制造系統(tǒng)（IMS）,包括包括 計算機直接控制（計算機直接控制（DNC）、）、FMS和和FMC。 1990年年4月由日本倡導。月由日本倡導。 特點特點:集成日本的企業(yè)技術、歐共體的精密工程技集成日本的企業(yè)技術、歐共

13、體的精密工程技 術、美國的系統(tǒng)技術等術、美國的系統(tǒng)技術等 以上介紹五個階段以上介紹五個階段,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)達國家相比國外發(fā)達國家相比,有所滯后有所滯后,目前正在努力跟進。目前正在努力跟進。 作 業(yè) 1、柔性自動化制造技術的發(fā)展先后經歷了哪柔性自動化制造技術的發(fā)展先后經歷了哪 五個階段五個階段? （1）剛性自動化）剛性自動化 （2）數控加工）數控加工 （3）柔性制造）柔性制造 （4）計算機集成制造系統(tǒng)）計算機集成制造系統(tǒng) （5）智能制造系統(tǒng)）智能制造系統(tǒng) 三、柔性自動化制造技術的研究現狀三、柔性自動化制造技術的研究現狀 1、集成技術和系統(tǒng)

14、技術、集成技術和系統(tǒng)技術 研究熱點。研究熱點。 CIMS:信息集成和功能集成信息集成和功能集成; CE:過程集成過程集成; AM:企業(yè)間集成企業(yè)間集成; 2、人機一體化系統(tǒng)、人機一體化系統(tǒng) 全盤自動化和無人化工廠或車間全盤自動化和無人化工廠或車間曾經是曾經是制造自動化發(fā)制造自動化發(fā) 展的目標。在對無人制造中出現的問題進行反思的基礎上展的目標。在對無人制造中出現的問題進行反思的基礎上, 人們重新認識了人們重新認識了人人在柔性自動制造系統(tǒng)中有著機器不可替在柔性自動制造系統(tǒng)中有著機器不可替 代的重要作用。代的重要作用。 將人作為系統(tǒng)結構中的有機組成部分。將人作為系統(tǒng)結構中的有機組成部分。 三、柔性自

15、動化制造技術的研究現狀三、柔性自動化制造技術的研究現狀 3、單元系統(tǒng)及其技術、單元系統(tǒng)及其技術 單元系統(tǒng)單元系統(tǒng):以一臺或多臺數控加工設備與物料儲運系統(tǒng)以一臺或多臺數控加工設備與物料儲運系統(tǒng) 為主體為主體,在計算機統(tǒng)一控制下在計算機統(tǒng)一控制下,可進行多品種、中小批量零件可進行多品種、中小批量零件 自動化加工生產的機械加工工藝系統(tǒng)的總稱。自動化加工生產的機械加工工藝系統(tǒng)的總稱。 是是CIMS的重要組成部分。的重要組成部分。 4、制造過程中的計劃與調度、制造過程中的計劃與調度 在多品種、中小批量生產中在多品種、中小批量生產中,加工時間僅占生產時間的加工時間僅占生產時間的 約約5,其余其余 95均為

16、周轉等待時間均為周轉等待時間;加工時間中真正進行切加工時間中真正進行切 削的時間不足削的時間不足30% 。 5 95 調整、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、中小批量生產的時間分配 5、柔性制造自動化制造技術的深度與廣度、柔性制造自動化制造技術的深度與廣度 FMC FMLFMS; 但物流自動化設備投資在整個但物流自動化設備投資在整個FMS的投資中占有相當的投資中占有相當 大的比例大的比例,因此因此FMS的應用受到其的應用受到其投資大、見效慢和可靠性投資大、見效慢和可靠性 相對較差相對較差等不足的限制。等不足的限制。 DNC具有投資小、見效

17、快和可靠性高等優(yōu)點具有投資小、見效快和可靠性高等優(yōu)點,近年來近年來 研究較為活躍。研究較為活躍。 6、適應現代生產模式的制造環(huán)境、適應現代生產模式的制造環(huán)境 JIT; CE; LP; AM 7、加工系統(tǒng)的復合化和智能化、加工系統(tǒng)的復合化和智能化 日本提出了智能完備制造系統(tǒng)（日本提出了智能完備制造系統(tǒng)（HMS）; 制造敏捷化制造敏捷化 使企業(yè)面臨市場競爭作出快速響應使企業(yè)面臨市場競爭作出快速響應; ; 制造網絡化制造網絡化 實現制造過程的集成實現制造過程的集成, ,實現異地制造、遠實現異地制造、遠 程協調作業(yè)程協調作業(yè); ; 制造虛擬化制造虛擬化 保證產品和制造過程一次成功保證產品和制造過程一次

18、成功, ,盡早發(fā)現盡早發(fā)現 設計與生產中可避免的缺陷和錯誤設計與生產中可避免的缺陷和錯誤; ; 制造智能化制造智能化 擴大、延伸、部分取代人類專家在制造擴大、延伸、部分取代人類專家在制造 過程中的腦力勞動過程中的腦力勞動, ,以實現優(yōu)化的制造過程。以實現優(yōu)化的制造過程。 制造全球化制造全球化 市場國際化市場國際化, ,產品制造跨國化產品制造跨國化, ,制造資源制造資源 跨國家的協調、共享和優(yōu)化利用跨國家的協調、共享和優(yōu)化利用; ; 制造綠色化制造綠色化 使產品從設計、制造、使用到報廢處理使產品從設計、制造、使用到報廢處理 全生命周期中全生命周期中, ,對環(huán)境影響最小對環(huán)境影響最小, ,資源利用

19、率最高。資源利用率最高。 2.1.3 2.1.3 制造自動化技術發(fā)展趨勢制造自動化技術發(fā)展趨勢 2.1.4 2.1.4 制造自動化技術涉及的相關內容制造自動化技術涉及的相關內容 1 1、數控技術與系統(tǒng)、數控技術與系統(tǒng) 數控相關課程已學習數控相關課程已學習, ,本門課程不再講述本門課程不再講述 2 2、柔性制造系統(tǒng)、柔性制造系統(tǒng) 本章主要內容本章主要內容 3 3、工業(yè)機器人、工業(yè)機器人 本門課程第本門課程第5 5章講述章講述 4 4、自動檢測與監(jiān)控技術、自動檢測與監(jiān)控技術 部分內容在部分內容在機械測試技術機械測試技術或或傳感器傳感器相關課程中已講述相關課程中已講述, ,本章在介紹本章在介紹 刀具

20、監(jiān)控時將簡要介紹。刀具監(jiān)控時將簡要介紹。 一、柔性制造系統(tǒng)的產生和特點一、柔性制造系統(tǒng)的產生和特點 1 1、產生背景、產生背景: : （1 1）市場變化導致中小批量、多品種生產方式成為需要。）市場變化導致中小批量、多品種生產方式成為需要。 市場競爭的加劇及顧客需求的多樣化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)模效應導致傳統(tǒng)的以規(guī)模效應 帶動成本降低的剛性生產線不再適應市場的變化。帶動成本降低的剛性生產線不再適應市場的變化。 剛性生產線忽略了可能增加的 剛性生產線忽略了可能增加的庫存庫存而帶來的成本的增加而帶來的成本的增加; ; 1973 1973年石油危機年石油危機, ,使大批量

21、生產的缺點暴露。使大批量生產的缺點暴露。 （2 2）科學技術的進步推動了自動化程度和制造水平的提高。）科學技術的進步推動了自動化程度和制造水平的提高。 NC NC、CNCCNC、DNCDNC CAD CAD、CAMCAM GT GT、CAPPCAPP ROBOT ROBOT 2 2、柔性自動化制造技術的產生、柔性自動化制造技術的產生 世界上公認的第一條柔性制造系統(tǒng)是英國莫林（世界上公認的第一條柔性制造系統(tǒng)是英國莫林（MolinMolin）機）機 床公司床公司19671967年建成的年建成的“Molin System-24Molin System-24”; ; 2020世紀世紀7070年代末和年

22、代末和8080年代初年代初, ,計算機輔助管理物料自動搬運計算機輔助管理物料自動搬運, , 刀具管理和計算機網絡、數據庫技術的發(fā)展以及刀具管理和計算機網絡、數據庫技術的發(fā)展以及CAD/CAMCAD/CAM技技 術的成熟術的成熟, ,出現了更加系統(tǒng)化、規(guī)模更加擴大的柔性制造系出現了更加系統(tǒng)化、規(guī)模更加擴大的柔性制造系 統(tǒng)。統(tǒng)。 2020世紀世紀8080年代末年代末, ,FMSFMS已經成為一項成熟的技術已經成為一項成熟的技術, ,并在世界范并在世界范 圍得到廣泛應用。圍得到廣泛應用。 3 3、我國、我國FMSFMS的研究狀況的研究狀況 我國采取我國采取引進和開發(fā)相結合引進和開發(fā)相結合的方針的方針

23、, ,引進箱體類零件、旋引進箱體類零件、旋 轉體件及鈑金件加工轉體件及鈑金件加工FMSFMS的全部或部分硬件技術。的全部或部分硬件技術。 19841984是我國研制是我國研制FMSFMS的起步時間的起步時間, ,比國外晚了比國外晚了1717年。年。我國第我國第 一套一套FMSFMS系統(tǒng)是由北京機床研究所于系統(tǒng)是由北京機床研究所于19851985年年1010月開發(fā)完成的月開發(fā)完成的 （JCS-FMS-1JCS-FMS-1）, ,用于加工數控機床直流伺服電機中的主軸、用于加工數控機床直流伺服電機中的主軸、 端蓋、法蘭盤、殼體和刷架體等端蓋、法蘭盤、殼體和刷架體等, ,它由它由5 5臺國產加工中心、

24、日臺國產加工中心、日 本富士電機公司的本富士電機公司的AGVAGV（自動導引車）及（自動導引車）及4 4臺日本產的機器人臺日本產的機器人 組成組成, ,其控制系統(tǒng)由其控制系統(tǒng)由FANUCFANUC提供提供, ,據分析它的投資回收期約為據分析它的投資回收期約為 兩年半。兩年半。 19831983年年19851985年年, ,在國家的支持下北京第一機床廠、湖南江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、日本進口了國內第一批別率先從德國、日本進口了國內第一批FMSFMS。 198519

25、85年后在國家機電部年后在國家機電部“七五七五”重點科技攻關項目的支持重點科技攻關項目的支持 和國家和國家863863高技術發(fā)展計劃自動化領域的工作的帶動下高技術發(fā)展計劃自動化領域的工作的帶動下,FMS,FMS 得到極大的重視和發(fā)展得到極大的重視和發(fā)展, ,進入了自行開發(fā)和部分進口的交叉進入了自行開發(fā)和部分進口的交叉 階段。階段。 19881988年北京機床研究所為天津減速機廠提供的加工減速機年北京機床研究所為天津減速機廠提供的加工減速機 機座的機座的JCS-FMS-2JCS-FMS-2系統(tǒng)是全部自行開發(fā)和配套的系統(tǒng)是全部自行開發(fā)和配套的, ,它標志著我它標志著我 國已具有自主開發(fā)國已具有自主

26、開發(fā)FMSFMS系統(tǒng)的實力。系統(tǒng)的實力。 近幾年來近幾年來, ,國內一些經濟實力比較雄厚的工廠（北京第一機國內一些經濟實力比較雄厚的工廠（北京第一機 床廠床廠, ,上海第二紡織機械廠上海第二紡織機械廠, ,天津減速機總廠天津減速機總廠, ,山西經緯紡織山西經緯紡織 機械廠等）機械廠等）, ,為實施為實施CIMSCIMS, ,又進口了一些國外的又進口了一些國外的FMSFMS系統(tǒng)。系統(tǒng)。 4 4、FMSFMS的兩個主要特點的兩個主要特點: :柔性和自動化 柔性和自動化 所謂柔性所謂柔性, ,是指制造系統(tǒng)（企業(yè)）對系統(tǒng)內部及外部環(huán)是指制造系統(tǒng)（企業(yè)）對系統(tǒng)內部及外部環(huán) 境的一種適應能力境的一種適應能

27、力, ,也是指制造系統(tǒng)能夠適應產品變化也是指制造系統(tǒng)能夠適應產品變化 的能力的能力。 可分為瞬時、短期和長期柔性三種可分為瞬時、短期和長期柔性三種 5 5、FMSFMS的其它特點的其它特點: : P16 P16 （1 1）- -（5 5） 了解了解, ,自學。自學。 二、二、FMS的定義、組成和類型的定義、組成和類型 FMS的組成 自動 倉庫 工廠計算機 中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 絡 工夾具站 柔 性 制 造 實 體柔 性 制 造 實 體 柔 性 制 造 系 統(tǒng) 仿 真柔 性 制 造 系 統(tǒng) 仿 真 1、FMS的定義的定義

28、 根據根據“中華人民共和國國家軍用標準中華人民共和國國家軍用標準”有關有關“武器裝備武器裝備 柔性制造系統(tǒng)術語柔性制造系統(tǒng)術語”的定義的定義, ,柔性制造系統(tǒng)（柔性制造系統(tǒng)（FMSFMS）是數）是數 控加工設備、物料運儲裝置和計算機控制系統(tǒng)等組成的控加工設備、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)自動化制造系統(tǒng), ,包括多個柔性制造單元包括多個柔性制造單元, ,能根據制造任能根據制造任 務或生產環(huán)境的變化迅速調整務或生產環(huán)境的變化迅速調整, ,適用于多品種、中小批適用于多品種、中小批 量生產。量生產。 美國制造工程師協會美國制造工程師協會(SME)(SME)的計算機輔助系統(tǒng)和應用

29、協的計算機輔助系統(tǒng)和應用協 會把柔性制造系統(tǒng)定義為會把柔性制造系統(tǒng)定義為“使用計算機、柔性加工單元使用計算機、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)的一種集成制造系統(tǒng)”。 更直觀的定義是更直觀的定義是: :“柔性制造系統(tǒng)是至少由兩臺數控機柔性制造系統(tǒng)是至少由兩臺數控機 床床, ,一套物料運輸系統(tǒng)（從裝載到卸載具有高度自動化）一套物料運輸系統(tǒng)（從裝載到卸載具有高度自動化） 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

30、件中的任何零用簡單改變軟件的方法便能制造出某些部件中的任何零 件件”。 綜上所述綜上所述, ,各種定義的描述方法雖然有所不同各種定義的描述方法雖然有所不同, ,但都反映但都反映 了了FMSFMS應具備以下特點應具備以下特點: : 硬件組成硬件組成 1)1)兩臺以上的數控機床或加工中心以及其他加工設備兩臺以上的數控機床或加工中心以及其他加工設備, ,包括包括 測量機、清洗機、動平衡機、各種特種加工設備等測量機、清洗機、動平衡機、各種特種加工設備等; ; 2)2)一套能自動裝卸的運輸系統(tǒng)一套能自動裝卸的運輸系統(tǒng), ,包括刀具儲運和工件及原材包括刀具儲運和工件及原材 料儲運。具體結構可采用傳輸帶、有

31、軌小車、無軌小車、料儲運。具體結構可采用傳輸帶、有軌小車、無軌小車、 搬運機器人、上下料托盤站等搬運機器人、上下料托盤站等; ; 3)3)一套計算機控制系統(tǒng)及信息通信網絡。一套計算機控制系統(tǒng)及信息通信網絡。 軟件組成軟件組成 1)1)FMSFMS的運行控制系統(tǒng)的運行控制系統(tǒng); ; 2)2)FMSFMS的質量保證系統(tǒng)的質量保證系統(tǒng); ; 3)3)FMSFMS的數據管理和通信網絡系統(tǒng)。的數據管理和通信網絡系統(tǒng)。 FMSFMS必須具備的功能必須具備的功能 1)1)能自動管理零件的生產過程能自動管理零件的生產過程, ,自動控制制造質量自動控制制造質量, ,自動進自動進 行故障診斷及處理行故障診斷及處理

32、, ,自動進行信息收集及傳輸自動進行信息收集及傳輸; ; 2)2)簡單地改變軟件或系統(tǒng)參數簡單地改變軟件或系統(tǒng)參數, ,便能制造出某一零件族的多便能制造出某一零件族的多 種零件種零件; ; 3)3)物料的運輸和儲存必須為自動物料的運輸和儲存必須為自動( (包括刀具等工裝和工件的包括刀具等工裝和工件的 自動運輸自動運輸) ); ; 4)4)能解決多機床條件下零件的混流加工能解決多機床條件下零件的混流加工, ,且無需額外增加費且無需額外增加費 用用; ; 5)5)具有優(yōu)化調度管理功能具有優(yōu)化調度管理功能, ,能實現無人化或少人化加工。能實現無人化或少人化加工。 2、FMS的組成（硬件）的組成（硬件

33、） 典型的典型的FMS主要有三個子系統(tǒng)組成主要有三個子系統(tǒng)組成: 加工系統(tǒng)加工系統(tǒng) 運儲系統(tǒng)運儲系統(tǒng) 計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng) 作 業(yè) 2、 FMS是如何定義的是如何定義的?其硬件組成主要包括其硬件組成主要包括 哪幾部分哪幾部分? 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)示意圖典型的柔性制造系統(tǒng)示意圖 1-1-自動倉庫自動倉庫;2-;2-裝卸站裝卸站;3-;3-托盤站托盤站; ;4-4-檢驗機器人檢驗機器人; ;5-5-自動小車自動小車; ; 6-6-臥式加工中心臥式加工中心; ; 7-7-立式加工中心立式加工中心; ;8-8-磨床磨床; ;9-9-組裝交付站組裝交付站; ;

34、 10-10-計算機控制室計算機控制室 a)a)互替式互替式 b)b)互補式互補式 c)c)混合式混合式 3、FMS的類型的類型 FMSFMS適用于中小批量的生產適用于中小批量的生產, ,既要兼顧對生產率和柔性既要兼顧對生產率和柔性 的要求的要求, ,也要考慮系統(tǒng)的可靠性和機床的負荷率。因此也要考慮系統(tǒng)的可靠性和機床的負荷率。因此, ,就就 產生了三種類型的產生了三種類型的FMS:FMS: 4、不同類型的柔性制造設備、不同類型的柔性制造設備 柔性制造模塊柔性制造模塊（FMMFMM） 相當于功能齊全的加工中心相當于功能齊全的加工中心; ; 柔性制造單元（柔性制造單元（FMCFMC） 小型小型FM

35、S,FMS,由由1-21-2臺機床組成臺機床組成, ,自動自動 更換刀具更換刀具, ,自動上下工件自動上下工件; ; 柔性制造系統(tǒng)柔性制造系統(tǒng)（FMSFMS） 控制與管理功能比控制與管理功能比FMCFMC強強, ,管理通信管理通信 要求高要求高; ; 柔性制造生產線柔性制造生產線（FMLFML） 數控組合機床設備數控組合機床設備, ,專用性強、專用性強、 生產率高生產率高, ,相當于數控自動生產線相當于數控自動生產線, ,用于少品種、中大批量用于少品種、中大批量 生產生產, ,為為專用專用FMSFMS。 柔性制造工廠柔性制造工廠（FMFFMF） 全企業(yè)范圍生產管理、設計開發(fā)全企業(yè)范圍生產管理、

36、設計開發(fā) 、加工制造和物料運儲全盤自動化。、加工制造和物料運儲全盤自動化。 實際柔性制造生產線 402021/7/4 柔性制造單元（柔性制造單元（Flexible Manufacturing Cell,Flexible Manufacturing Cell,簡稱簡稱FMCFMC） 是一種最簡單的柔性加工系統(tǒng)是一種最簡單的柔性加工系統(tǒng), ,通常由通常由單臺加工中心及托單臺加工中心及托 盤輸送裝置（或工業(yè)機器人）盤輸送裝置（或工業(yè)機器人）組成。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)相對于柔性制

37、造系統(tǒng), ,柔性制造單元投資小柔性制造單元投資小, ,實現周實現周 期短期短, ,見效快見效快, ,更適合于廣大的中小企業(yè)。因此更適合于廣大的中小企業(yè)。因此, ,表現出表現出 比柔性制造系統(tǒng)更廣泛的市場需求和發(fā)展前景。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)的功能與要求一、加工系統(tǒng)的功能與要求 加工系統(tǒng)是加工系統(tǒng)是FMSFMS的最基本的組成部分的最基本的組成部分, ,也是也是FMSFMS中耗資最多中耗資最多 的部分的部分, ,擔任把原材料轉化為最終產品的任務。加工系統(tǒng)的要擔任把原材料轉化為最終產品的任務。加工系統(tǒng)的要 求如下求如下: : 工序集中工序集中, ,減輕物流負擔減輕物

38、流負擔, ,減少裝夾減少裝夾 次數次數; ; 控制功能強、擴展性好控制功能強、擴展性好; ; 高剛度、高精度、高速度高剛度、高精度、高速度; ; 自保護與自維護性好自保護與自維護性好; ; 使用經濟性好使用經濟性好; ; 對環(huán)境的適應性與保護性好。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二、加工系統(tǒng)中常用的加工設備簡介 1 1、目前、目前FMSFMS的加工對象主要有兩大類的加工對象主要有兩大類: : 棱柱體類棱柱體類 回轉體類回轉體類 2 2、加工中心、加工中心 加工中心（加工中心（Machining Center,MCMachining Center,MC）是一種是一種備

39、有刀庫備有刀庫并能并能 按預定程序按預定程序自動更換刀具自動更換刀具, ,對工件進行多工序加工的高效數控對工件進行多工序加工的高效數控 機床。機床。 棱柱體類棱柱體類: :常用鏜銑加工中心常用鏜銑加工中心 回轉體類回轉體類: :常用車削加工中心常用車削加工中心 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-回轉刀架 3-換刀機械手 4-上下工件機器人 5-工件存儲站 3 3、加工系統(tǒng)的輔助裝置、加工系統(tǒng)的輔助裝置 機床夾具機床夾具 組合夾具組合夾具: :利用標準化夾具零部件快速拼裝所需夾具利用標準

40、化夾具零部件快速拼裝所需夾具; ; 柔性夾具柔性夾具: :一部夾具能為多個加工對象服務。一部夾具能為多個加工對象服務。 托盤托盤（PalletPallet）承載工件和夾具完成加工任務承載工件和夾具完成加工任務, ,是各加工單元是各加工單元 間的硬件接口。間的硬件接口。 自動上下料裝置自動上下料裝置 托盤交換器托盤交換器: :聯接加工系統(tǒng)和物料運儲系統(tǒng)橋梁聯接加工系統(tǒng)和物料運儲系統(tǒng)橋梁; ; 工業(yè)機器人工業(yè)機器人: :具有較大的柔性度。具有較大的柔性度。 組合夾具 柔性夾具 ISO標準規(guī)定的托盤基本形狀 1-托盤導向面 2-側面定位面 3-安裝螺孔 4-工件安裝面 5-中心孔 6-托盤擱置面 7

41、底面 8-工件固定孔 9-托盤夾緊面 10-托盤定位面 回轉式托盤交換器 往復式托盤交換器 工件裝卸站工件裝卸站 設在設在FMSFMS入口入口, ,由人工完成裝卸由人工完成裝卸; ; 托盤緩沖站托盤緩沖站 工件中間存儲站工件中間存儲站, ,起緩沖物料作用起緩沖物料作用; ; 物料存儲裝置物料存儲裝置 自動化倉庫、自動料架、緩沖料架自動化倉庫、自動料架、緩沖料架; ; 物料運送裝置物料運送裝置 負責在機床、自動化倉庫和托盤緩沖站之負責在機床、自動化倉庫和托盤緩沖站之 間物料搬運作業(yè)。間物料搬運作業(yè)。 傳送帶傳送帶: :用于小零件短程傳送用于小零件短程傳送, ,占據空間大、易磨損占據空間大、易磨損

42、; ; 自動運輸小車自動運輸小車: :分有軌小車、無軌小車分有軌小車、無軌小車; ; 搬運機器人搬運機器人: :具有較高柔性和控制水平。具有較高柔性和控制水平。 一、一、FMSFMS的物料運儲系統(tǒng)組成的物料運儲系統(tǒng)組成 二、二、FMSFMS物料輸送基本回路物料輸送基本回路 直線輸送回路直線輸送回路 沿直線路線單向或雙向移動沿直線路線單向或雙向移動, ,順序地在順序地在 各個連接點?？扛鱾€連接點停靠; ; 環(huán)形輸送回路環(huán)形輸送回路 運載工具沿環(huán)形路線單向或雙向移動運載工具沿環(huán)形路線單向或雙向移動; ; 網狀輸送回路網狀輸送回路 由多個回路相互交叉組成由多個回路相互交叉組成, ,可由一條環(huán)可由一條

43、環(huán) 路移動到另一回路。路移動到另一回路。 三、自動化倉庫三、自動化倉庫 貨架貨架 為一個個存儲單元為一個個存儲單元, ,設有地址編碼設有地址編碼, ,貨架之貨架之 間有巷道間有巷道, ,每個巷道配有專用堆垛機。每個巷道配有專用堆垛機。 堆垛機堆垛機 由托架、貨叉、支柱、上下導軌、移動由托架、貨叉、支柱、上下導軌、移動 電動機以及傳感器構成的三維搬運設備。電動機以及傳感器構成的三維搬運設備。 控制與管理系統(tǒng)控制與管理系統(tǒng) 負責物料信息的登錄、識別負責物料信息的登錄、識別, , 物料自動存取物料自動存取, ,倉庫管理。倉庫管理。 自動化倉庫示意圖 堆垛機結構示意圖 1-上導軌 2-支柱 3- 物料

44、 4-托架 5-移動 電動機 6-傳感器 Real 四、自動導向小車四、自動導向小車 線導小車線導小車 電磁感應導向電磁感應導向, ,柔性大、擴展性好、不怕污柔性大、擴展性好、不怕污 染、工作可靠。染、工作可靠。 光導小車光導小車 采用帶有熒光材料油漆或色帶采用帶有熒光材料油漆或色帶, ,通過光電通過光電 制導制導, ,改變線路非常容易改變線路非常容易, ,對環(huán)境要求嚴格。對環(huán)境要求嚴格。 遙控制導小車遙控制導小車 小車頂部裝有激光裝置小車頂部裝有激光裝置, ,通過固定位通過固定位 置反射激光束信息置反射激光束信息, ,確定小車位置。確定小車位置。 運輸小車運輸小車 結構: 車體 安裝平臺 托

45、盤交換裝置 蓄電池 控制系統(tǒng) 運輸小車運輸小車 AGVAGV電磁感應制導原理電磁感應制導原理 激光燈臺制導原理 Real 刀具運儲系統(tǒng)的組成刀具運儲系統(tǒng)的組成 刀具預調站刀具預調站 設在設在FMSFMS之外之外, ,按要求對刀具進行裝配和調整按要求對刀具進行裝配和調整; ; 刀具裝卸站刀具裝卸站 是刀具進出是刀具進出FMSFMS入口入口, ,多為排架式框架結構多為排架式框架結構; ; 刀具庫系統(tǒng)刀具庫系統(tǒng) 存放當前加工所需的存放當前加工所需的機床刀庫機床刀庫, ,容量小容量小; ;存放各存放各 加工單元共享的加工單元共享的中央刀庫中央刀庫, ,容量大容量大; ; 刀具運載交換裝置刀具運載交換裝

46、置 負責刀具運輸和交換負責刀具運輸和交換, ,適時向加工單元提適時向加工單元提 供所需刀具供所需刀具; ; 計算機控制管理系統(tǒng)計算機控制管理系統(tǒng)-控制刀具運輸、存儲和管理控制刀具運輸、存儲和管理, ,監(jiān)控管監(jiān)控管 理刀具的使用理刀具的使用, ,及時取走已報廢或壽命已耗盡的刀具。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)過程刀具運儲系統(tǒng)作業(yè)過程 刀具刃磨 人工組裝 刀具 預調 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 刀具運載交換裝置刀具運載交換裝置 FMSFMS中刀具交換內容中刀具交換內容: : 機床刀庫與機床主軸刀具交換機床刀庫與

47、機床主軸刀具交換- -由機床換刀裝置完成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刀具裝卸站、中央刀庫、各機床刀庫間刀具交換; ; AGVAGV運載刀架與機床刀庫間刀具交換。運載刀架與機床刀庫間刀具交換。 刀具交換運載工具刀具交換運載工具: : 換刀機器人換刀機器人- -有地軌和高架導軌形式有地軌和高架導軌形式; ; 刀具運載小車刀具運載小車- -在小車上放置一個裝載刀架在小車上放置一個裝載刀架, ,并附設小并附設小 型機器人型機器人, ,負責刀具交換。負責刀具交換。 高架導軌式的換刀機器人高架導軌式的換刀機器人 1-1-縱向導軌縱向導軌 2-2-橫梁橫梁 3-3-滑

48、臺滑臺 4-4-換刀機器人換刀機器人 AGVAGV小車換刀機器人小車換刀機器人 1-AGV 2-1-AGV 2-裝載刀架裝載刀架 3-3-機器人機器人 4-4-機床刀庫機床刀庫 刀具破損的監(jiān)控刀具破損的監(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

49、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 FMSFMS刀具信息的管理刀具信息的管理 刀具的信息管理刀具的信息管理 靜態(tài)刀具信息靜態(tài)刀具信息: :固定不變的信息固定不變的信息, ,如刀具類型、編碼、幾何如刀具類型、編碼、幾何 形狀、結構參數等。形狀、結構參數等。 動態(tài)刀具信息動態(tài)刀具信息: :隨時間不斷變化的刀具參數隨時間不斷變化的刀具參數, ,如刀具壽命、如刀具壽命、 實際參與切削時間、工作直徑和長度等。實際參與切削時間、工作直徑和長度等。 四層結構的刀具信息管理系統(tǒng)四層結構的刀具信息管理系統(tǒng): : 第第1 1層層- -實時動態(tài)文件實時動態(tài)文件, ,每把在線

50、刀具都擁有獨立文件每把在線刀具都擁有獨立文件, , 記載刀具實時動態(tài)數據記載刀具實時動態(tài)數據; ; 第第2 2層層- -靜態(tài)刀具類型文件靜態(tài)刀具類型文件, ,每一類刀具擁有一個文件每一類刀具擁有一個文件; ; 第第3 3層層- -刀具組件文件刀具組件文件; ; 第第4 4層層- -刀具元件文件。刀具元件文件。 加工中心的刀庫類型加工中心的刀庫類型 盤式刀庫盤式刀庫 鏈式刀庫鏈式刀庫 轉塔式刀庫轉塔式刀庫 Real FMSFMS控制與管理系統(tǒng)的體系結構控制與管理系統(tǒng)的體系結構 遞階控制結構遞階控制結構: :將復雜系統(tǒng)分層分模塊設置將復雜系統(tǒng)分層分模塊設置, ,各層相對獨立各層相對獨立 , ,便于系統(tǒng)的開發(fā)和維護。便于系統(tǒng)的開發(fā)和維護。 遞階控制特點遞階控制特點: :愈往底層愈往底層, ,實時性愈強實時性愈強; ;愈到上層愈到上層, ,處理