機械制造基礎(chǔ)第7章

7.1成組技術(shù)7.2計算機輔助工藝設(shè)計7.3柔性制造系統(tǒng)7.4計算機輔助制造和計算機集成制造系統(tǒng)第7章現(xiàn)代機械制造工藝技術(shù)在機械制造工業(yè)中，中、小批量生產(chǎn)占有較大的比重。隨著市場競爭的日益加劇和科技水平的飛躍發(fā)展，要求產(chǎn)品不斷地改進和更新，多品種小批量的生產(chǎn)方式越來越占有重要的地位。但是，傳統(tǒng)的小批量生產(chǎn)方式存在著很多弊端，如無法采用先進高效的設(shè)備和工裝、生產(chǎn)率低、生產(chǎn)周期長、生產(chǎn)管理復(fù)雜等。與大批大量生產(chǎn)相比，傳統(tǒng)的針對小批量生產(chǎn)的組織模式會存在一些矛盾。（1）生產(chǎn)計劃、組織管理復(fù)雜化。（2）零件從投料到加工完成的總生產(chǎn)時間較長。（3）生產(chǎn)準(zhǔn)備工作量大。（4）產(chǎn)量小，使得先進制造技術(shù)的應(yīng)用受到限制。成組技術(shù)便是為了解決這些矛盾應(yīng)運而生的一門新的生產(chǎn)技術(shù)。7.1成組技術(shù)返回下一頁7.1.1概述1.零件的相似原理機械產(chǎn)品中零件間的相似性是客觀存在的，且遵循一定的分布規(guī)律。大量的統(tǒng)計資料表明，各種機械產(chǎn)品的組成零件大致可以分為復(fù)雜件（或稱特殊件）、相似件和簡單件三大類，而其中相似件（如各種軸、套、法蘭盤、齒輪等）約占零件總數(shù)的70％。這些相似件之間在結(jié)構(gòu)形狀和加工工藝方面存在著大量的相似特征。2.成組技術(shù)充分利用事物之間的相似性，將許多具有相似信息的研究對象歸并成組，并用大致相同的方法來解決這一組研究對象的生產(chǎn)技術(shù)問題，這樣就可以發(fā)揮規(guī)模生產(chǎn)的優(yōu)勢，達到提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本的目的，這種技術(shù)統(tǒng)稱為成組技術(shù)（GroupTechnology，簡稱GT）。7.1成組技術(shù)返回下一頁上一頁成組技術(shù)的核心是成組工藝，即把尺寸、形狀和工藝相近的零件組成一個零件組（族），制訂統(tǒng)一的加工方案，并在同一機床組中制造。其重要作用在于擴大工藝批量，使大批量生產(chǎn)中行之有效的工藝方法和高效自動化生產(chǎn)設(shè)備，可以應(yīng)用到中小批生產(chǎn)中去。這樣就把原先的多品種轉(zhuǎn)化為少品種，小批量轉(zhuǎn)化為大批量，并以這些組為基礎(chǔ)，組織生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)，從而實現(xiàn)多品種中小批量生產(chǎn)的產(chǎn)品設(shè)計，使制造和管理合理化，從而克服了傳統(tǒng)小批量生產(chǎn)方式的缺點，使小批量生產(chǎn)能獲得接近大批量生產(chǎn)的技術(shù)經(jīng)濟效果。這對于我國目前單件、中小批生產(chǎn)占絕對優(yōu)勢（約占80％）的生產(chǎn)狀況來說，無疑具有重大的經(jīng)濟價值。3.成組工藝實施步驟零件分類編碼及分組→擬定零件組工藝過程→選擇機床→設(shè)計成組夾具→確定生產(chǎn)組織形式及核算經(jīng)濟效果等。其中零件分類編碼及分組是關(guān)鍵，沒有正確的編碼和分組，成組工藝也就不可能有效地實現(xiàn)。7.1成組技術(shù)返回下一頁上一頁7.1.2零件的分類編碼系統(tǒng)1.零件分類編碼的基本原理分類是一種根據(jù)特征屬性的有無，把事物劃分成不同組的過程。編碼能用于分類，它是對不同組的事物給予不同的代碼。成組技術(shù)的編碼，是對機械零件的各種特征給予不同的代碼。這些特征包括零件的結(jié)構(gòu)形狀、各組成表面的類別及配置關(guān)系、幾何尺寸、零件材料及熱處理要求，各種尺寸精度、形狀精度、位置精度和表面粗糙度等要求。對這些特征進行抽象化、格式化，就需要用一定的代碼（符號）來表述。所用的代碼可以是阿拉伯?dāng)?shù)字、拉丁字母，甚至漢字，以及它們的組合。最方便、最常見的是用數(shù)字碼。迄今為止，世界各國已制訂了幾十種編碼系統(tǒng)，其中以德國阿享工業(yè)大學(xué)奧匹茲教授領(lǐng)導(dǎo)的機床和生產(chǎn)工程實驗開發(fā)的OPITZ零件分類編碼系統(tǒng)，在國際上獲得了較為廣泛的應(yīng)用。我國已制訂了機械工業(yè)成組技術(shù)分類編碼系統(tǒng)（JLBM－1系統(tǒng)）。7.1成組技術(shù)返回下一頁上一頁2.JLBM－1分類編碼系統(tǒng)JLBM－1系統(tǒng)是由我國機械工業(yè)部組織制定并批準(zhǔn)的機械零件分類編碼系統(tǒng)，于1984年正式為我國機械工業(yè)部的指導(dǎo)性技術(shù)文件。它由15個碼位組成，采用混合式代碼結(jié)構(gòu)。其結(jié)構(gòu)如圖7－2所示。該系統(tǒng)的1、2碼位表示零件的名稱類別，它采用零件的功能和名稱作為標(biāo)志，以矩陣表的形式表示出來，不僅容量大，也便于設(shè)計部門檢索。但由于零件的名稱不規(guī)范，可能會造成混亂，因此在分類前必須先對企業(yè)的所有零件名稱進行統(tǒng)一并使其標(biāo)準(zhǔn)化。3～9碼位是形狀及加工碼，分別表示回轉(zhuǎn)體零件和非回轉(zhuǎn)體零件的外部形狀、內(nèi)部形狀、平面、孔及其加工與輔助加工的種類。10～15碼位是輔助碼，表示零件的材料、毛坯、熱處理、主要尺寸和精度的特征。尺寸碼規(guī)定了大型、中型與小型三個尺寸組，分別供儀表機械、一般通用機械和重型機械等三種類型的企業(yè)參照使用。7.1成組技術(shù)返回下一頁上一頁精度碼規(guī)定了低精度、中等精度、高精度和超高精度四個等級。在中等精度和高精度兩個等級中，再按有精度要求的不同加工表面而細分為幾個類型，以不同的特征碼來表示。表7－1～表7－4列出了JLBM－1系統(tǒng)的部分內(nèi)容，供查閱。按照JLBM1系統(tǒng)對如圖73所示回轉(zhuǎn)體零件進行分類編碼的結(jié)果如下：第1～2位該零件為回轉(zhuǎn)體類、輪盤類法蘭盤，第l位為0，第2位為2。第3～9位該零件“外部基本形狀”：單向臺階；“外部功能要素”：無；“內(nèi)部基本形狀”：雙向臺階通孔；“內(nèi)部功能要素”：有環(huán)槽；“外平面與端面”：單一平面；“內(nèi)平面”：無；“輔助加工”：均布軸向孔。第3～9位分別為1、0、5、1、1、0、1。第10～12位該零件材料為普通非合金鋼，毛坯原始形狀為鍛件，不進行熱處理，第10～12位分別為2、6、0。7.1成組技術(shù)返回下一頁上一頁第13～15位該零件主要尺寸(直徑)D>160～400mm；主要尺寸(長度)L>50～120mm；內(nèi)、外圓與平面中等精度。第13～15位分別為5、1、3。所以，按JLBM－1系統(tǒng)分類，該零件的分類編碼為021051101260513。7.1.3零件分類成組的方法施行成組技術(shù)時，首先必須按零件的相似特征將零件分類成組，然后才能以成組的方式進行工藝設(shè)計和組織生產(chǎn)。編碼分類法是一種比較科學(xué)和有效的分類成組方法。其具體做法是首先根據(jù)具體情況選用合適的編碼系統(tǒng)，然后對零件進行編碼，根據(jù)零件的代碼按照一定的準(zhǔn)則將零件分類歸并成組。零件分類成組的方法有特征碼位法、碼域法及特征位碼域法。1.特征碼位法按編碼分類，如把編碼完全相同的歸屬為一個零件組，這就要求同組零件有更多的特征屬性相似，即標(biāo)準(zhǔn)太嚴，會出現(xiàn)零件組組數(shù)過多，而每組零件種數(shù)很少的情況。7.1成組技術(shù)返回下一頁上一頁實際上，根據(jù)分類的目的，往往只要求有若干特征屬性相似即可。這樣，只需要在編碼中選用若干特征碼位來制定分類的相似性標(biāo)準(zhǔn)；只要是特征碼位代碼相同的零件皆可以歸屬于同一零件組。如此，可能出現(xiàn)的最大組數(shù)可大大減少。例如，表7－5表示用特征碼位法的零件分類，其中特征碼位為第1、第2、第6及第7碼位，規(guī)定的代碼分別為0、4、3及0，凡零件編碼相應(yīng)碼位的代碼與其相同的均可歸屬于同一零件組；圖中列出符合上述相似特征要求的幾個零件的簡圖及其編碼。2.碼域法碼域法是對零件代碼各碼位的特征規(guī)定幾種允許的數(shù)據(jù)，用它作為分組的依據(jù)，就將相應(yīng)碼位的相似特征放寬了范圍。在圖7－4(a)所示的零件族特征矩陣表上，橫向數(shù)字表示碼位，縱向數(shù)字表示各個碼位上的代碼，圖中“×”表示的范圍稱為碼域。圖7－4(a)是根據(jù)大量統(tǒng)計資料和生產(chǎn)經(jīng)驗而制定的零件相似性特征矩陣表。7.1成組技術(shù)返回下一頁上一頁凡零件各碼位上的編碼落在該碼域內(nèi)，即劃分為同一零件組，如圖7－4(b)中所示3個零件即為一組，或稱為一個零件族。這種分類方法就稱為碼域法。3.特征位碼域法它是上述兩種方法的綜合，因而能兼?zhèn)涠叩奶攸c，即既能抓拄零件分類的主要特征方面，又能適當(dāng)放寬其相似性要求，允許有更多的零件種數(shù)進入零件組，以期得到滿意的分類效果。7.1.4成組工藝的設(shè)計方法1.復(fù)合零件法按照零件組中的復(fù)合零件來編制工藝規(guī)程的方法稱為復(fù)合零件法。所謂復(fù)合零件，是擁有同組零件的全部待加工表面要素的一個零件。它可以是零件組中實際存在的某個具體零件，也可以是一個假擬的零件。如圖7－5(a)所示的復(fù)合零件包含了組內(nèi)其他零件所具有的所有五種加工表面要素，按照這一零件所設(shè)計的工藝過程，即為該零件組的成組工藝。7.1成組技術(shù)返回下一頁上一頁只要從中刪除一些不為某一零件所用的工序或工步內(nèi)容，便能為組內(nèi)其他零件使用，形成各個零件的加工工藝。2.復(fù)合路線法對于形狀不規(guī)則的非回轉(zhuǎn)體零件，有時找出某一零件組的復(fù)合零件常常十分困難，此時可以采用復(fù)合線路法。復(fù)合路線法是在零件分類成組的基礎(chǔ)上，分析比較全組所有零件的工藝路線，從中選出工藝較長、流程合理、代表性強的一條作為基礎(chǔ)工藝路線，然后將其他零件的工序(去掉重復(fù)的)按合理的位置安插到基礎(chǔ)工藝路線中，便得到一條適合整個零件組的成組工藝路線，并以它為依據(jù)來編制詳細的工藝規(guī)程。圖7－6是按復(fù)合路線法來設(shè)計成組工藝的例子。7.1.5成組生產(chǎn)的組織形式1.單機成組加工在轉(zhuǎn)塔車床、自動車床或其他數(shù)控機床上成組加工小型零件，這些零件的全部或大部分加工工序都在這一臺設(shè)備上完成，這種形式稱為單機成組加工。7.1成組技術(shù)返回下一頁上一頁單機成組加工時機床的布置雖然與機群式生產(chǎn)工段類似，但在生產(chǎn)方式上卻有著本質(zhì)上的差異。它是按成組工藝來組織和安排生產(chǎn)的。2.成組生產(chǎn)單元在一組機床上完成一個或幾個工藝相似零件組的全部工藝過程，該組機床即構(gòu)成車間的一個封閉生產(chǎn)單元。這種生產(chǎn)單元與傳統(tǒng)的小批量生產(chǎn)下所常用的“機群式”排列的生產(chǎn)工段是不一樣的。一個機群式生產(chǎn)工段只能完成零件的某一個別工序，而成組生產(chǎn)單元卻能完成零件組的全部工藝過程。圖7－7為成組生產(chǎn)單元的平面布置示意圖。由圖可見，單元內(nèi)的機床按照成組工藝過程排列，零件在單元內(nèi)按各自的工藝路線流動，縮短了工序間的運輸距離，減少了在制品的積壓，縮短了零件的生產(chǎn)周期；同時零件的加工和輸送不需要保持一定的節(jié)拍，使得生產(chǎn)的計劃管理具有一定的靈活性；單元內(nèi)的工人工作趨向?qū)I(yè)化，加工質(zhì)量穩(wěn)定，效率比較高，所以成組生產(chǎn)單元是一種較好的生產(chǎn)組織形式。7.1成組技術(shù)返回下一頁上一頁3.成組生產(chǎn)流水線當(dāng)組內(nèi)零件工藝相似程度很高，且批量較大時，機床可以排列成一條流水生產(chǎn)線。這種流水線稱為成組生產(chǎn)流水線。零件在線上用相互接近的節(jié)拍單向流動，工作過程連續(xù)而有一定的節(jié)奏，因此它具有一般流水線的大部分優(yōu)點。與一般流水線相比，所不同之處在于它經(jīng)過少量的調(diào)整可以加工組內(nèi)的不同零件，對于某一種零件來說，不一定經(jīng)過線上的每一臺機床。成組生產(chǎn)流水線是成組加工的高級形式。7.1成組技術(shù)返回上一頁7.2.1概述如前所述，工藝規(guī)程設(shè)計是機械制造生產(chǎn)過程中一項重要的技術(shù)準(zhǔn)備工作，是產(chǎn)品設(shè)計和制造之間的中間環(huán)節(jié)。但是傳統(tǒng)的工藝設(shè)計方法需要大量的時間和豐富的生產(chǎn)實踐經(jīng)驗，工藝設(shè)計的質(zhì)量在很大程度上取決于工藝人員的水平和主觀性，這就使工藝設(shè)計很難做到最優(yōu)化和標(biāo)準(zhǔn)化。隨著計算機在產(chǎn)品設(shè)計和制造過程中的應(yīng)用日漸普及，傳統(tǒng)的用手工編制工藝規(guī)程的方法更顯得很不協(xié)調(diào)，于是產(chǎn)生了計算機輔助編制工藝規(guī)程(CAPP)的方法。所謂計算機輔助編制工藝規(guī)程，就是通過向計算機輸入被加工零件的原始數(shù)據(jù)、加工條件和加工要求，由計算機自動地進行編碼、編程直至最后輸出經(jīng)過優(yōu)化的工藝規(guī)程卡片。采用CAPP不僅克服了上述傳統(tǒng)工藝設(shè)計的各項缺點，適應(yīng)了當(dāng)前日趨自動化的現(xiàn)代制造環(huán)節(jié)的需要，而且為實現(xiàn)計算機集成制造提供了必要的技術(shù)基礎(chǔ)。正因為CAPP的產(chǎn)生和應(yīng)用對于機械制造技術(shù)的發(fā)展有著十分重要的意義，所以在國內(nèi)外已經(jīng)引起了越來越多的重視和研究。7.2計算機輔助工藝設(shè)計返回下一頁目前在理論體系和生產(chǎn)實際應(yīng)用方面都已取得了重大的進展，一批先進實用的CAPP系統(tǒng)在生產(chǎn)中得到了應(yīng)用，并取得了較好的效果。CAPP系統(tǒng)的主要功能是只要輸入零件加工的有關(guān)信息，計算機就能自動生成并輸出零件的加工工藝規(guī)程。有些較完善的系統(tǒng)還能進行動態(tài)仿真，對加工過程進行模擬顯示，以便檢查工藝規(guī)程的正確性。CAPP系統(tǒng)一般由若干程序模塊所組成，如輸入輸出模塊、工藝過程設(shè)計模塊、工序決策模塊、工步?jīng)Q策模塊、NC指令生成模塊以及控制模塊、動態(tài)仿真模塊等。視系統(tǒng)的規(guī)模大小和完善程度而存在一定的差異。7.2.2CAPP的類型根據(jù)CAPP系統(tǒng)的工作原理，可以將CAPP分成五種類型。1.交互型交互型CAPP系統(tǒng)是按照不同類型零件的加工工藝需求，編制的人機交互軟件系統(tǒng)。系統(tǒng)以人機交互方式對工藝過程進行決策，形成所需的工藝規(guī)程，對操作人員的依賴性很大。7.2計算機輔助工藝設(shè)計返回下一頁上一頁2.變異型（又稱派生型）變異型CAPP系統(tǒng)利用成組技術(shù)（GroupTechnology，GT）原理，將零件按幾何形狀及工藝相似性進行分類、歸族和編碼，每一個族有一個主樣件，根據(jù)此樣件建立加工工藝文件，即典型工藝規(guī)程，存入典型工藝規(guī)程庫中。當(dāng)需要設(shè)計新零件的工藝規(guī)程時，根據(jù)其成組編碼，確定其所屬零件族，由計算機檢索出相應(yīng)零件族（主樣件）的典型工藝規(guī)程，再根據(jù)當(dāng)前零件的具體要求，對典型工藝進行修改，最后得到新零件的工藝規(guī)程。變異型CAPP系統(tǒng)工作流程如圖7－8所示。3.創(chuàng)成型創(chuàng)成型CAPP系統(tǒng)是一個能綜合加工信息，自動地為一個新零件制訂工藝規(guī)程的系統(tǒng)。在創(chuàng)成型CAPP系統(tǒng)中，工藝規(guī)程是根據(jù)工藝數(shù)據(jù)庫中的信息在沒有人工干預(yù)的條件下生成的。系統(tǒng)在獲取零件信息后，能自動地提取制造信息，產(chǎn)生零件所需要的各個工序和加工順序，7.2計算機輔助工藝設(shè)計返回下一頁上一頁自動地選擇機床、夾具、量具、切削用量和加工過程，并通過應(yīng)用決策邏輯，模擬工藝設(shè)計人員的決策過程。創(chuàng)成型CAPP系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖7－9所示。在創(chuàng)成型CAPP系統(tǒng)中，系統(tǒng)的決策邏輯是軟件的核心，它控制著程序的走向。就決策知識的應(yīng)用形式來分，創(chuàng)成型CAPP系統(tǒng)有常規(guī)程序?qū)崿F(xiàn)和采用人工智能技術(shù)實現(xiàn)兩種類型。前者按工藝決策知識利用決策表、決策樹或公理模型等技術(shù)來實現(xiàn)；后者為工藝設(shè)計專家系統(tǒng)，它利用人工智能技術(shù)，綜合工藝設(shè)計專家的知識和經(jīng)驗，進行自動推理和決策。4.綜合型綜合型CAPP系統(tǒng)將變異型與創(chuàng)成型結(jié)合起來，采取變異與自動決策相結(jié)合的工作方式。對一個新零件進行工藝設(shè)計時，先通過計算機檢索它所屬零件族的典型工藝，然后根據(jù)零件的具體情況，對典型工藝進行修改，工序設(shè)計則采用自動決策產(chǎn)生。7.2計算機輔助工藝設(shè)計返回下一頁上一頁5.智能型智能型CAPP系統(tǒng)是將人工智能技術(shù)應(yīng)用于工藝過程設(shè)計而形成CAPP專家系統(tǒng)。與創(chuàng)成型CAPP系統(tǒng)相比，雖然二者都可自動生成工藝規(guī)程，但創(chuàng)成型CAPP系統(tǒng)是以邏輯算法加決策表為特征，而智能型CAPP系統(tǒng)則是以推理加知識為特征。7.2.3CAPP的數(shù)據(jù)庫在計算機輔助工藝規(guī)程設(shè)計時，所需的信息和數(shù)據(jù)都以文件的形式儲存在計算機的存儲器中，形成數(shù)據(jù)庫以備檢索和調(diào)用。因此，在CAPP軟件中，工藝數(shù)據(jù)庫占了重要的位置。工藝數(shù)據(jù)是在工藝設(shè)計過程中所使用、產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。在生成零件工藝規(guī)程時，一方面要應(yīng)用到大量工藝圖表、線圖等靜態(tài)數(shù)據(jù)，同時也將產(chǎn)生許多動態(tài)的工藝數(shù)據(jù)，如大量的中間過程數(shù)據(jù)、工序圖形、NC代碼等。這些儲存于計算機的外存儲器中以供用戶共享的工藝數(shù)據(jù)集合就稱為工藝數(shù)據(jù)庫。7.2計算機輔助工藝設(shè)計返回下一頁上一頁工藝數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)類型和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)都比較復(fù)雜，同時系統(tǒng)必須具備材料動態(tài)數(shù)據(jù)模式才能對工藝數(shù)據(jù)進行處理和規(guī)范化管理。工藝數(shù)據(jù)庫的建立比一般數(shù)據(jù)庫更加復(fù)雜和麻煩。一般工藝數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容有：(1)材料數(shù)據(jù)，各種材料規(guī)格及屬性的數(shù)據(jù)、毛坯特性、刀具-工件組合特性等。(2)刀具數(shù)據(jù)，刀具號、刀具成組分類信息、刀具尺寸及幾何形狀、刀具應(yīng)用條件等。(3)機床數(shù)據(jù)，各種機床名稱、型號、規(guī)格、控制系統(tǒng)類型、用量范圍、精度等。(4)夾具和量具數(shù)據(jù)，各種夾具和量具的類型、重要尺寸及精度等。(5)標(biāo)準(zhǔn)工藝規(guī)程及成組分類特征數(shù)據(jù)。(6)動態(tài)工藝設(shè)計信息，包括零件圖形數(shù)據(jù)、工序圖形數(shù)據(jù)、最終工藝規(guī)程、NC代碼等。7.2計算機輔助工藝設(shè)計返回上一頁7.3.1概述隨著機電一體化技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的機械技術(shù)與新興的微電子技術(shù)相結(jié)合，出現(xiàn)了很多現(xiàn)代化的加工設(shè)備和手段，特別是數(shù)控機床和加工中心的迅速普及和多功能化，為改變中小批量生產(chǎn)的落后狀況提供了可能。柔性制造系統(tǒng)(FMS)便是在這樣的背景下產(chǎn)生和發(fā)展起來的。所謂柔性制造系統(tǒng)是利用計算機控制系統(tǒng)和物料輸送系統(tǒng)，把若干臺設(shè)備聯(lián)系起來，形成沒有固定加工順序和節(jié)拍的自動化制造系統(tǒng)。它在加工完一定批量的某種工件后，能在不停機調(diào)整的情況下，自動地向另一種工件轉(zhuǎn)換。它的主要特點是包括以下幾方面。(1)高柔性。能在不停機調(diào)整的情況下，實現(xiàn)多種不同工藝要求的零件加工。(2)高效率。能采用合理的切削用量實現(xiàn)高效加工，同時使輔助時間和準(zhǔn)備終結(jié)時間減小到最低程度。7.3柔性制造系統(tǒng)返回下一頁(3)高度自動化。自動更換工件、刀具、夾具，實現(xiàn)自動裝夾和輸送，自動監(jiān)測加工過程，有很強的系統(tǒng)軟件功能。7.3.2柔性制造系統(tǒng)的組成柔性制造系統(tǒng)由加工系統(tǒng)、物流系統(tǒng)、信息流系統(tǒng)三部分組成。1.加工系統(tǒng)加工系統(tǒng)的功能是以任意順序自動加工各種工件，并能自動地更換工件和刀具。通常由若干臺加工零件的CNC機床或CNC板材加工設(shè)備以及操縱這種機床要使用的刀具所構(gòu)成。在加工較復(fù)雜零件的FMS加工系統(tǒng)中，由于機床上機載刀庫能提供的刀具數(shù)目有限，除盡可能使產(chǎn)品設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化，以便使用通用刀具和減少專用刀具的數(shù)量外，必要時還需要在加工系統(tǒng)中設(shè)置機外自動刀庫以補充機載刀庫容量的不足。7.3柔性制造系統(tǒng)返回下一頁上一頁2.物流系統(tǒng)FMS中的物流系統(tǒng)與傳統(tǒng)的自動線或流水線有很大的差別，整個工件輸送系統(tǒng)的工作狀態(tài)是可以進行隨機調(diào)度的，而且都設(shè)置有儲料庫以調(diào)節(jié)各工位上加工時間的差異。物流系統(tǒng)包含工件的輸送和儲存兩個方面。工件輸送包括工件從系統(tǒng)外部送入系統(tǒng)和工件在系統(tǒng)內(nèi)部的傳送兩部分，目前，大多數(shù)工件送入系統(tǒng)和夾具上裝夾工件仍由人工操作，系統(tǒng)中設(shè)置裝卸工位，較重的工件可用各種起重設(shè)備或機器人搬運。工件輸送系統(tǒng)按所用運輸工具可分成為自動輸送車、軌道傳送系統(tǒng)、帶式傳送系統(tǒng)和機器人傳送系統(tǒng)四類。在FMS的物料系統(tǒng)中，設(shè)置適當(dāng)?shù)闹醒肓蠋旌屯斜P庫及各種形式的緩沖儲區(qū)，來進行工件的存儲，保證系統(tǒng)的柔性。7.3柔性制造系統(tǒng)返回下一頁上一頁3.信息系統(tǒng)信息系統(tǒng)包括過程控制及過程監(jiān)視兩個子系統(tǒng)，其功能分別為進行加工系統(tǒng)及物流系統(tǒng)的自動控制，以及在線狀態(tài)數(shù)據(jù)自動采集和處理。FMS中信息由多級計算機進行處理和控制。7.3.3FMS中的機床設(shè)備和夾具1.加工設(shè)備FMS的機床設(shè)備一般選擇臥式、立式或立臥兩用的數(shù)控加工中心(MC)。數(shù)控加工中心機床是一種帶有刀庫和自動換刀裝置(ATC)的多工序數(shù)控機床，工件經(jīng)一次裝夾后，能自動完成銑、鏜、鉆、鉸等多種工序的加工，并且有多種換刀和選刀功能，從而可使生產(chǎn)效率和自動化程度大大提高。在FMS的加工系統(tǒng)中還有一類加工中心，它們除了機床本身之外，還配有一個儲存工件的托盤站和自動上下料的工件交換臺。當(dāng)在這類加工中心機床上加工完一個工件后，托盤交換裝置便將加工完的工件連同托盤一起拖回環(huán)形工作臺的空閑位置，7.3柔性制造系統(tǒng)返回下一頁上一頁然后按指令將下一個待加工的工件/托盤轉(zhuǎn)到交換裝置，由托盤交換裝置將它送到機床上進行定位夾緊以待加工。這類具有儲存較多工件/托盤的加工中心是一種基礎(chǔ)形式的柔性制造單元(FMC)，它的規(guī)模和柔性化程度都比FMS小，可以作為FMS的基礎(chǔ)加工單元，也可作為獨立的自動化加工設(shè)備。FMC自成體系、占地面積少；成本低、功能完善，有廉價小型FMS之稱。由于FMC的這些特點比較適合我國的國情，因而近年來它在我國發(fā)展較快。FMS對機床的要求包括工序集中，高柔性度和高效率，易控制性及具有通信接口。2.機床夾具目前，用于FMS機床的夾具有兩個重要的發(fā)展趨勢：其一，大量使用組合夾具，使夾具零部件標(biāo)準(zhǔn)化，可針對不同的服務(wù)對象快速拼裝出所需的夾具，使夾具的重復(fù)利用率提高；此外，開發(fā)柔性夾具，使一臺夾具能為多個加工對象服務(wù)。7.3柔性制造系統(tǒng)返回下一頁上一頁7.3.4自動化倉庫FMS的自動化倉庫與一般倉庫不同。它不僅是儲存和檢索物料的場所，同時也是FMS物料系統(tǒng)的一個組成部分。它由FMS的計算機控制系統(tǒng)所控制，為FMS服務(wù)，服從FMS的命令和調(diào)度，所以從功能性質(zhì)說它是一個工藝倉庫。正因為FMS的自動倉庫屬于一種工藝倉庫，它的布置和物料存放方法也以方便工藝處理為原則，倉庫本身按工藝分成毛坯庫、在制品庫和成品庫等多個存儲單元。目前，自動化倉庫一般采用多層立體布局的結(jié)構(gòu)形式，所占用的場地面積較小。7.3.5物料運載裝置物料運載裝置直接擔(dān)負著工件、刀具以及其他物料的運輸，包括物料在加工機床之間，自動倉庫與托盤存儲站之間以及托盤存儲站與機床之間的輸送與搬運。FMS中常見的物料運載裝置有傳送帶、自動運輸小車和搬運機器人等。7.3柔性制造系統(tǒng)返回下一頁上一頁7.3.6刀具管理系統(tǒng)刀具管理系統(tǒng)在FMS中占有重要的地位，其主要職能是負責(zé)刀具的運輸、存儲和管理，適時地向加工單元提供所需的刀具，監(jiān)控管理刀具的使用，及時取走已報廢或耐用度已耗盡的刀具，在保證正常生產(chǎn)的同時，最大程度地降低刀具的成本。刀具管理系統(tǒng)的功能和柔性程度直接影響到整個FMS的柔性和生產(chǎn)率。典型的FMS刀具管理系統(tǒng)通常由刀庫系統(tǒng)、刀具預(yù)調(diào)站、刀具裝卸站、刀具交換裝置以及管理控制刀具流的計算機組成。7.3.7控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)是FMS的核心。它管理和協(xié)調(diào)FMS內(nèi)的各項活動，以保證生產(chǎn)計劃的完成，實現(xiàn)最大的生產(chǎn)效率。FMS除了少數(shù)操作由人工控制外(如裝卸、調(diào)整和維修)，可以說正常的工作完全是由計算機自動控制的。FMS的控制系統(tǒng)通常采用兩級或三級遞階控制結(jié)構(gòu)形式，在控制結(jié)構(gòu)中，每層的信息流都是雙向流動的：向下可下達控制指令，分配控制任務(wù)，監(jiān)控下層的作業(yè)過程；7.3柔性制造系統(tǒng)返回下一頁上一頁向上可反饋控制狀態(tài)，報告現(xiàn)場生產(chǎn)數(shù)據(jù)。然而，在控制的實時性和處理信息量方面，各層控制計算機是有所區(qū)別的：越往底層，其控制的實時性要求越高，而處理的信息量則越??；越到上層，其處理信息量越大，而對實時性要求則越小。這種遞階的控制結(jié)構(gòu)，各層的控制處理相對獨立，易于實現(xiàn)模塊化，使局部增、刪、修改簡單易行，從而增加了整個系統(tǒng)的柔性和開放性，充分地利用了計算機的資源。然而，究竟需分幾層為好，這要視具體對象和條件而定，不可千篇一律。7.3柔性制造系統(tǒng)返回上一頁7.4.1計算機輔助制造(CAM)1.CAM的概念和應(yīng)用利用計算機分級結(jié)構(gòu)將產(chǎn)品的設(shè)計信息自動地轉(zhuǎn)換成制造信息，以控制產(chǎn)品的加工、裝配、檢驗、包裝、試驗等全過程，以及與這些過程有關(guān)的全部物流系統(tǒng)和初步的生產(chǎn)調(diào)度，這就是計算機輔助制造(CAM)，它可以理解為“計算機在制造領(lǐng)域的應(yīng)用”，這是一個廣義含義，它包含了制造系統(tǒng)中的許多功能活動。按照計算機與制造系統(tǒng)的關(guān)系，它可以分為直接應(yīng)用和間接應(yīng)用兩類。（1）直接應(yīng)用。即計算機用于制造過程的監(jiān)視和控制，如CNC、FMS等即為CAM的基礎(chǔ)單項形式。（2）間接應(yīng)用。計算機并不與制造過程直接連接，而是用來提供生產(chǎn)計劃，進行技術(shù)準(zhǔn)備和發(fā)出各種指令和有關(guān)信息，以進一步指導(dǎo)和管理制造過程，如計算機輔助工藝規(guī)程設(shè)計、計算機輔助數(shù)控編程、計算機輔助編制生產(chǎn)作業(yè)計劃、計算機輔助生產(chǎn)管理等。7.4計算機輔助制造和計算機集成制造系統(tǒng)返回下一頁在CAM的間接應(yīng)用中，人給計算機輸入數(shù)據(jù)和信息，再按照計算機的輸出去指導(dǎo)生產(chǎn)。隨著計算機在上述各部門的廣泛應(yīng)用，人們越來越認識到，單純孤立地在各個部門用計算機輔助進行各項工作，遠沒有充分發(fā)揮出計算機控制生產(chǎn)的潛在能力；各個環(huán)節(jié)之間也容易產(chǎn)生矛盾和不協(xié)調(diào)。只有用更高級的計算機分級結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)將制造過程的各個環(huán)節(jié)集中和協(xié)調(diào)起來，組成更高水平的制造系統(tǒng)，才能取得更好的效益，這就是通常所說的CAM系統(tǒng)。2.CAM系統(tǒng)的組成和分級結(jié)構(gòu)CAM系統(tǒng)的組成可以分為硬件和軟件兩個方面：硬件方面有各種數(shù)控機床、加工中心、自動輸送和運儲裝置、檢測裝置及計算機網(wǎng)絡(luò)等；它的軟件系統(tǒng)通常由下列五個部分組成。7.4計算機輔助制造和計算機集成制造系統(tǒng)返回下一頁上一頁(1)中心數(shù)據(jù)庫。包括工藝設(shè)計數(shù)據(jù)、切削有關(guān)的數(shù)據(jù)、NC編程的數(shù)據(jù)、生產(chǎn)調(diào)度數(shù)據(jù)、監(jiān)控數(shù)據(jù)、管理數(shù)據(jù)及相應(yīng)的產(chǎn)品設(shè)計數(shù)據(jù)等，這是一個龐大復(fù)雜的工程數(shù)據(jù)庫，系統(tǒng)根據(jù)需要，隨時存入或調(diào)用其中的數(shù)據(jù)，進行運算和編程等工作。(2)工藝設(shè)計程序。(3)生產(chǎn)調(diào)度程序。(4)加工控制程序。(5)質(zhì)量管理和監(jiān)控程序。系統(tǒng)啟動后，上述各應(yīng)用程序從中心數(shù)據(jù)庫取得各種信息，進行運算和處理，控制制造過程自動運行，并將有關(guān)信息再返回數(shù)據(jù)庫。7.4計算機輔助制造和計算機集成制造系統(tǒng)返回下一頁上一頁7.4.2計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)1.計算機集成制造(CIM)的概念如前所述，隨著計算機技術(shù)在生產(chǎn)中的普及推廣和應(yīng)用，在各項制造功能的子系統(tǒng)中發(fā)展了許多計算機輔助的自動化系統(tǒng)，如計算機輔助設(shè)計(CAD)、計算機輔助工藝規(guī)程設(shè)計(CAPP)、計算機輔助制造(CAM)、計算機輔助計劃編程等，但它們都是各自獨立的，沒有經(jīng)過整