現(xiàn)代制造技術(shù)

1、柔性制造系統(tǒng)基本概念 廣義：由若干臺數(shù)控加工設(shè)備、物料運儲裝置和計算機控制系統(tǒng)組成的，能根據(jù)制造任務(wù)或生產(chǎn)品種的變化迅速進行調(diào)整，以適應(yīng)多品種、中小批量生產(chǎn)的自動化制造系統(tǒng)。 直觀：FMS至少由兩臺機床、一套自動化的物料運儲系統(tǒng)和一套計算機控制系統(tǒng)所組成的制造系統(tǒng)，通過改變程序就能制造出不同的工件。柔性制造系統(tǒng)發(fā)展歷程1231967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”。1967年，美國的懷特森斯特蘭公司建成Omniline I系統(tǒng)。1976年，日本發(fā)那科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)。41982年，日本發(fā)那科公司建成自動化電

2、機加工車間。1、隨著經(jīng)濟的發(fā)展和消費水平的提高，人們更注重產(chǎn)品的不斷更新和多樣化，中小批量、多品種生產(chǎn)已成為機械制造業(yè)的一個重要特征。2、科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展推動了自動化程度和制造水平的提高。3、為適應(yīng)多品種、小批量生產(chǎn)的需要而興起的柔性自動化制造技術(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）和柔性制造自動線（FML）等柔性制造設(shè)備紛紛問世，其中柔性制造系統(tǒng)（Flexible Manufacturing System，F(xiàn)MS）最具代表性。 FMS產(chǎn)生產(chǎn)生背景條件FMS的組成示意圖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

3、單元n信 息 傳 輸 網(wǎng) 絡(luò)工夾具站機械制造業(yè)的柔性制造系統(tǒng)的基本組成部分 該系統(tǒng)由自動化加工設(shè)備、檢驗站、清洗站、裝配站等組成，是FMS的基礎(chǔ)部分?？梢匀我忭樞蜃詣蛹庸じ鞣N工件、自動換工件和刀具。 物料運送系統(tǒng)在計算機控制下主要實現(xiàn)工件和刀具的輸送及入庫存放，它由自動化倉庫、自動輸送小車、機器人等組成。 信息系統(tǒng)由主計算機、分級計算機及其接口、外部設(shè)備和各種控制裝置的硬件和軟件組成。 人的作用主要體現(xiàn)在包括編程，操作，監(jiān)測，控制和維護系統(tǒng)。加工系統(tǒng)物料運貯系統(tǒng)信息系統(tǒng)操作人員柔性制造系統(tǒng)平面圖6、RV-2AJ 5自由度機器人5、CNC 數(shù)控銑床工作單元CNC 銑床編程3、圖像處理工作單元可視

4、化監(jiān)控系統(tǒng)PLC編程庫存控制PLC 編程8、存儲工作單元11、傳輸帶系統(tǒng)1、供料工作單元2、檢測工作單元9、操作手工作單元7、裝配工作單元4、操作手工作 單元10、成品分裝工作單元FMS的分類 按系統(tǒng)的規(guī)模分類觀點內(nèi)容布局分類1. 直線型機器人型2. 環(huán)形 FMS的分類 按系統(tǒng)的布局分類規(guī)模分類柔性制造單元柔性制造系統(tǒng)1.柔性制造生產(chǎn)線按系統(tǒng)的規(guī)模分類柔性制造單元柔性制造系統(tǒng)柔性生產(chǎn)線按系統(tǒng)的布局分類直線型直線型 環(huán)環(huán) 型型 對刀儀對刀儀FMSFMS控制器控制器刀具刀具I/OI/O站站裝卸站裝卸站 加工中心加工中心A A加工中心加工中心B B刀具機器人刀具機器人物料小車物料小車中央刀庫中央刀庫

5、中央托盤區(qū)中央托盤區(qū)機器人型機器人型不同類型柔性設(shè)備的適用范圍適用范圍柔性設(shè)備柔性設(shè)備柔性制造系統(tǒng)的功能 能自動控制和管理零件的加工過程，包括制造質(zhì)量的自動控制、故障的自動診斷和處理、制造信息的自動采集和處理； 通過簡單的軟件系統(tǒng)變更，便能制造出某一零件族的多種零件；自動控制和管理物料（包括工件與刀具）的運輸和存儲過程；能解決多機床下零件的混流加工，且無需增加額外費用具有優(yōu)化的調(diào)度管理功能，無需過多的人工介入，能做到無人加工。FMS的特點 柔性高 適應(yīng)多品種中小批量生產(chǎn) 系統(tǒng)內(nèi)的機床在工藝能力上是相互補充或相互替代的可混流加工不同的零件 遞階結(jié)構(gòu)的計算機控制 可以與上層計算機聯(lián)網(wǎng)通信 可進行第

6、三班無人值守生產(chǎn) 系統(tǒng)局部調(diào)整或維修不中斷整個系統(tǒng)的運作1.加工系統(tǒng)的組成與特點 機床設(shè)備與夾具、托盤和自動上下料機構(gòu)構(gòu)成加工系統(tǒng)。其結(jié)構(gòu)形式及數(shù)量、規(guī)格和類型取決于工件的形狀、尺寸和精度要求，生產(chǎn)批量。 特點： 工序集中，減輕物流負擔(dān)，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(yīng)性與保護性好。 2011年11月2日，美國安全化妝品運動聯(lián)盟表示，強生嬰兒洗發(fā)水中含有可致癌的二惡烷以及季銨鹽15。美國、中國、加拿大等5國市場所售產(chǎn)品中仍含有該物質(zhì)。FMS的加工系統(tǒng)2.加工系統(tǒng)常用配置形式1）互替式 2） 互補式 3）混合式F

7、MS機床配置形式2.加工系統(tǒng)常用配置形式1）.配備互補機床的FMS 這類FMS中，通過物料運儲系統(tǒng)將數(shù)臺NC機床連接起來，不同機床的工藝能力可以互補，工件通過安裝站進入系統(tǒng)，然后在計算機控制下從一臺機床到另一臺機床，按順序加工。工件通過系統(tǒng)的路徑是固定的。 特點：非常經(jīng)濟，生產(chǎn)率較高，能充分發(fā)揮機床的性能。從系統(tǒng)的輸入和輸出的角度看，互補機床是串聯(lián)環(huán)節(jié)，它減少了系統(tǒng)的可靠性，即當(dāng)一臺機床發(fā)生故障時，全系統(tǒng)將癱瘓。 系統(tǒng)中的機床可以互相代替，工件可被送到適合加工它的任一臺加工中心上。計算機的存儲器存有每臺機床的工作情況，可以對機床分配加工零件、一臺加工中心可以完成部分或全部加工工序。2.加工系統(tǒng)

8、常用配置形式2）.配備可互相替換機床的FMS 從系統(tǒng)的輸出和輸入看，它們是并聯(lián)環(huán)節(jié)，因而增加了系統(tǒng)的可靠性，同時這種配置形式具有較大的柔性和較寬的工藝范圍，可以達到較高的機床利用率。 這類FMS是互補式FMS和替換式FMS的綜合，即FMS中有一些機床按替換式布置，而另一些機床按互補式安排，以發(fā)揮各自的優(yōu)點。大多數(shù)FMS采用這種形式。2.加工系統(tǒng)常用配置形式3）.配備混合式機床的FMS加工系統(tǒng)的輔助裝置3.加工系統(tǒng)的輔助裝置機床夾具 組合夾具：利用標(biāo)準(zhǔn)化夾具零部件快速拼裝所需的夾具； 柔性夾具：一部夾具能為多個加工對象服務(wù)。 托盤（Pallet）承載工件和夾具完成加工任務(wù)，各加工單元間的硬件接口

9、。 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。柔性夾具組合夾具 回轉(zhuǎn)式托盤交換器FMS的工件運儲系統(tǒng)工件裝卸站: 設(shè)在FMS入口，完成工件的裝卸；托盤緩沖站: 工件中間存儲站，起緩沖物料作用；自動化倉庫: 多層立體布局結(jié)構(gòu)，由計算機控制，服從FMS命令和調(diào)度；物料運載裝置: 負責(zé)在機床、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。 1.FMS工件運儲系統(tǒng)組成2.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

10、地在各個連接點?？?； 環(huán)形輸送回路 運載工具沿環(huán)形路線單向或雙向移動； 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。FMS的刀具運儲系統(tǒng)1.刀具運儲系統(tǒng)的組成刀具預(yù)調(diào)站: 設(shè)在FMS之外，按要求對刀具進行裝配和調(diào)整；刀具裝卸站: 刀具進出FMS的門戶，多為排架式框架結(jié)構(gòu)；刀庫系統(tǒng): 存放當(dāng)前加工所需刀具的機床刀庫，容量小；存放各加工單元共享刀具的中央刀庫，容量大；刀具運載交換裝置: 負責(zé)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。1-AGV 2-裝載刀架 3-機器人 4-

11、機床刀庫刀具運載AGV小車FMS的刀具運儲系統(tǒng)2.刀具運儲系統(tǒng)作業(yè)過程刀具刃磨人工組裝刀具預(yù)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FMS的控制與管理系統(tǒng)1.FMS控制與管理系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)單元控制器銑削工作站車削工作站物流管理工作站CNC No1CNC No2PLC自動化倉庫AGVROBOT刀具管理.FMS遞階控制結(jié)構(gòu)CNC No1CNC No2PLC.系統(tǒng)管理與控制層(單元層)過程協(xié)調(diào)與監(jiān)控層(工作站層)設(shè)備控制層(設(shè)備層)FMS的控制與管理系統(tǒng)2.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

12、存儲、管理和維護；作業(yè)計劃制定: 根據(jù)上級下達任務(wù)制定本單元作業(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控制系統(tǒng)的信息流柔性制造實體柔性制造系統(tǒng)仿真FMS的關(guān)鍵技術(shù) 1. 計算機輔助設(shè)計 未來CAD技術(shù)發(fā)展將會引入專家系統(tǒng)，使之具有智能化，可處理各種復(fù)雜的問題。2. 模糊控制技術(shù) 模糊數(shù)學(xué)的實際應(yīng)用是模糊控制器。最近開發(fā)出的高性能模糊控制器具有自學(xué)功能，可在控制過程中不斷獲取新的信息并自動地對控制量作調(diào)整，使系統(tǒng)性能大為改善，其中尤其以基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自

13、學(xué)方法更引起人們極大的關(guān)注。 4. 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(A N N)是模擬智能生物的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對信息進行處理的一種方法。故人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)也就是一種人工智能工具。在自動控制領(lǐng)域，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)不久將并列于專家系統(tǒng)和模糊控制系統(tǒng)，成為現(xiàn)代自動化系統(tǒng)中的一個組成部分。FMS的關(guān)鍵技術(shù)3. 人工智能、專家系統(tǒng)及智能傳感器技術(shù) 迄今，柔性制造技術(shù)中所采用的人工智能大多指基于規(guī)則的專家系統(tǒng)。專家系統(tǒng)利用專家知識和推理規(guī)則進行推理，求解各類問題(如解釋、預(yù)測、診斷、查找故障、設(shè)計、計劃、監(jiān)視、修復(fù)、命令及控制等)。由于專家系統(tǒng)能簡便地將各種事實及經(jīng)驗證過的理論與通過經(jīng)驗獲得的知識相結(jié)合，因而專家系統(tǒng)為柔性

14、制造的諸方面工作增強了柔性。智能制造技術(shù)(IMT)旨在將人工智能融入制造過程的各個環(huán)節(jié)，借助模擬專家的智能活動，取代或延伸制造環(huán)境中人的部分腦力勞動。在制造過程中，系統(tǒng)能自動監(jiān)測其運行狀態(tài)，在受到外界或內(nèi)部激勵時能自動調(diào)節(jié)其參數(shù)，以達到最佳工作狀態(tài)，具備自組織能力。FMS的發(fā)展趨勢1. FMC將成為發(fā)展和應(yīng)用的熱門技術(shù) 這是因為FMC的投資比FMS少得多而經(jīng)濟效益相接近，更適用于財力有限的中小型企業(yè)。目前國外眾多廠家將FMC列為發(fā)展之重。2. 發(fā)展效率更高的FML 多品種大批量的生產(chǎn)企業(yè)如汽車及拖拉機等工廠對FML的需求引起了FMS制造廠的極大關(guān)注。采用價格低廉的專用數(shù)控機床替代通用的加工中心將是FML的發(fā)展趨勢。3. 朝多功能方向發(fā)展 由單純加工型FMS進一步開發(fā)以焊接、裝配、檢驗及鈑材加工乃至鑄、鍛等制造工序兼具的多種功能FMS。 柔性制造系統(tǒng)未來將向發(fā)展各種工藝內(nèi)容的柔性制造單元和小型FMS；完善FMS的自動化功能；擴大FMS完成的作業(yè)內(nèi)容，并與計算機輔助設(shè)計和輔助制造技術(shù)(CAD/CAM)相結(jié)合，向全盤自動化工廠方向發(fā)展。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