機(jī)電一體化概論第7章課件

第七章柔性制造系統(tǒng)（FMS）（FlexibleManufacturingSystem）第一節(jié)柔性制造系統(tǒng)的概念

一般說(shuō)來(lái)，柔性制造系統(tǒng)尚無(wú)統(tǒng)一的定義，各國(guó)的專(zhuān)家對(duì)它的看法不太一致。美國(guó)出版的《柔性制造系統(tǒng)手冊(cè)》對(duì)柔性制造系統(tǒng)的定義比較簡(jiǎn)明：由控制的、由若干半獨(dú)立的工作站物料傳送系統(tǒng)所組成的、能高效率地制造多品種、中小批量零件的系統(tǒng)。1967年，英國(guó)莫林斯（Molins）柔性制造系統(tǒng)的設(shè)想。后來(lái)，美國(guó)K&I公司實(shí)現(xiàn)了用計(jì)算機(jī)控制的柔性制造系統(tǒng)。隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，從20世紀(jì)80年代初，柔性制造系統(tǒng)得到較快的發(fā)展（據(jù)1986年美國(guó)機(jī)械工程協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，當(dāng)時(shí)已有370條柔性制造系統(tǒng)在運(yùn)行中）。

第二節(jié)柔性制造系統(tǒng)的組成

（4）自動(dòng)化（零件）倉(cāng)庫(kù)――將毛坯、半成品和成品進(jìn)行自動(dòng)調(diào)用或儲(chǔ)存。5.無(wú)人輸送臺(tái)車(chē)――行走于機(jī)床之間、機(jī)床與自動(dòng)化（零件）倉(cāng)庫(kù)之間、機(jī)床與中央刀具庫(kù)之間的自動(dòng)化（無(wú)人駕駛）臺(tái)車(chē)，可以是有軌的或無(wú)軌的。

6.中央刀具庫(kù)――刀具集中存儲(chǔ)區(qū)。

7.夾具站――及時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)夾具的調(diào)整和維護(hù)。

8.信息傳輸網(wǎng)絡(luò)――FMS中的通訊系統(tǒng)。

9.隨行工作臺(tái)（PS）――實(shí)現(xiàn)從無(wú)人臺(tái)車(chē)到制造單元之間傳送的緩沖功能。

二、柔性制造系統(tǒng)的主要組成部分對(duì)于一般的FMS，通常是由四大類(lèi)設(shè)備組成：主機(jī)、聯(lián)線設(shè)備、控制系統(tǒng)和輔助設(shè)備。

1．主機(jī)

FMS的主機(jī)一般為數(shù)控機(jī)床，并且多為加工中心機(jī)床（多用臥式加工中心），也有數(shù)控車(chē)削加工中心（可車(chē)、鉆、銑，有銑大螺旋升角的槽的功能）。

2．聯(lián)線設(shè)備（自動(dòng)物料傳輸系統(tǒng)）聯(lián)線設(shè)備是指在機(jī)床之間、倉(cāng)庫(kù)與機(jī)床之間、托板存放站之間輸送和搬運(yùn)工件、工具的設(shè)備。

（2）叉車(chē)式吊車(chē)主要用于自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)。

（3）運(yùn)輸小車(chē)1)有軌小車(chē)―沿導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)。

2)無(wú)軌小車(chē)（以蓄電池為能源）

★電磁引導(dǎo)式―由無(wú)線探測(cè)埋在地面下的電纜導(dǎo)向。

★光學(xué)反射式―用白色或能反射光線的線條制導(dǎo)小車(chē)行走。（4）工業(yè)機(jī)器人工業(yè)機(jī)器人用于小工件的裝卸和機(jī)床間的運(yùn)輸。對(duì)于按集群式機(jī)床布置時(shí)，所有機(jī)床圍成圓形，一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人可為多臺(tái)數(shù)控機(jī)床服務(wù)。工業(yè)機(jī)器人常用于無(wú)夾具的回轉(zhuǎn)體零件的裝卸。目前已有用工業(yè)機(jī)器人和車(chē)削加工中心組成的車(chē)削生產(chǎn)單元。

3．控制系統(tǒng)

根據(jù)FMS的規(guī)模大小，控制系統(tǒng)的復(fù)雜程度有所不同。FMS的控制系統(tǒng)一般多采用多級(jí)（通常為三級(jí)）分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。

第一級(jí)主要是對(duì)機(jī)床和工件裝卸機(jī)器人的控制，其中包括工作命令的安排調(diào)度、系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)等。

第二級(jí)相當(dāng)于DNC的（中央計(jì)算機(jī)）控制，其中包括整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)的管理、零件流動(dòng)的控制、零件加工程序的分配，以及第一級(jí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的收集。

第三級(jí)負(fù)責(zé)全面的生產(chǎn)管理，主要編制日程進(jìn)度計(jì)劃，并將生產(chǎn)所需信息（如加工零件的種類(lèi)、數(shù)量、期限以及所需刀具的種類(lèi)等）送到第二級(jí)系統(tǒng)管理計(jì)算機(jī)。剛性制造系統(tǒng)柔性制造系統(tǒng)1．通常把作業(yè)劃分為較多、簡(jiǎn)單的工序2．按分批投入的方式，順序完成上述各簡(jiǎn)單工序3．完成單道（簡(jiǎn)單）工序時(shí)間很短4．單個(gè)工序自動(dòng)化1．把作業(yè)劃分為幾個(gè)工序

2．不同批次的不同工序可以交叉投入，加工順序可變動(dòng)3．完成單道工序加工時(shí)間稍長(zhǎng)，總加工時(shí)間較短4．全部加工工序自動(dòng)化（可實(shí)現(xiàn)整個(gè)加工過(guò)程無(wú)人操作）第三節(jié)柔性制造系統(tǒng)的特點(diǎn)一、柔性制造系統(tǒng)與剛性制造系統(tǒng)的區(qū)別

二、FMS的柔性（靈活性）

1．機(jī)床加工的柔性

系統(tǒng)中的機(jī)床通過(guò)配置相應(yīng)的刀具、夾具、NC程序等，即可加工給定零件族中的零件。

2．加工工序的柔性對(duì)能每一種零件改變工序順序。

3．零件流動(dòng)路線的柔性系統(tǒng)在加工零件過(guò)程中出現(xiàn)局部故障時(shí)，能重新選擇工件路徑，并繼續(xù)加工。4．生產(chǎn)的柔性以多種流程、不成批生產(chǎn)的方式加工一組類(lèi)型不同、材料不同的零件。

5．產(chǎn)品的柔性能夠經(jīng)濟(jì)和迅速地轉(zhuǎn)變生產(chǎn)的產(chǎn)品

6．產(chǎn)量的柔性系統(tǒng)能夠適應(yīng)不同產(chǎn)量并具有好的經(jīng)濟(jì)效益。

7．?dāng)U展的柔性具有在需要時(shí)能夠容易地、模塊化地?cái)U(kuò)展系統(tǒng)的能力。第四節(jié)FMS的分類(lèi)一、根據(jù)規(guī)模大小分類(lèi)1．柔性制造模塊（FMM）

M－Module

單臺(tái)CNC機(jī)床＋工件自動(dòng)裝卸裝置（機(jī)器人或托板交換裝置）

2．柔性制造單元（FMC）C－Cell

2～3臺(tái)CNC機(jī)床＋工件自動(dòng)裝卸裝置＋工件自動(dòng)傳輸設(shè)備

3．柔性制造系統(tǒng)（FMS）

≥4臺(tái)CNC機(jī)床＋工件自動(dòng)裝卸裝置＋工件自動(dòng)傳輸設(shè)備（可能包括自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)）

三、按照生產(chǎn)線的建造方式分類(lèi)1．工程FMS

系統(tǒng)由賣(mài)方按用戶(hù)的要求設(shè)計(jì)和安裝，一次建成。

2．模塊化FMS系統(tǒng)采用不同廠商的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備組成，并可由FMM向FMS逐步發(fā)展。第五節(jié)成組技術(shù)（GroupTechnology,GT）

成組技術(shù)是一門(mén)生產(chǎn)技術(shù)科學(xué)，主要研究如何識(shí)別和發(fā)掘生產(chǎn)活動(dòng)中有關(guān)事物的相似性，并利用這種相似性為生產(chǎn)服務(wù)。成組技術(shù)是第二次世界大戰(zhàn)后提出的概念，但一直沒(méi)有受到人們足夠的重視，直到它與FMS以及其它的工廠自動(dòng)化技術(shù)緊密聯(lián)系在一起時(shí)，才引起人們廣泛的注意。

一、定義

成組技術(shù)――利用事物的相似性，把相似的問(wèn)題歸類(lèi)成組，尋求解決這類(lèi)問(wèn)題相對(duì)統(tǒng)一的最優(yōu)方案，從而節(jié)省時(shí)間和人力，以取得所期望的經(jīng)濟(jì)效益。

這個(gè)定義內(nèi)涵非常廣泛，但人們通常僅僅將成組技術(shù)同生產(chǎn)應(yīng)用聯(lián)系起來(lái)。

二、成組技術(shù)在生產(chǎn)中的應(yīng)用1．在零件設(shè)計(jì)方面

許多零件具有類(lèi)似的形狀，可將它們歸并為設(shè)計(jì)族。一個(gè)新零件的設(shè)計(jì)可以通過(guò)修改一個(gè)現(xiàn)有同族零件的圖紙和技術(shù)要求形成。應(yīng)用這個(gè)概念，可以人為地合成一個(gè)“復(fù)合零件”。這個(gè)復(fù)合零件集中了全族零件的所有功能要素。新零件的設(shè)計(jì)可以通過(guò)這個(gè)復(fù)合零件派生出來(lái)。在構(gòu)成復(fù)合零件后，要對(duì)其各結(jié)構(gòu)要素進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，最后將標(biāo)準(zhǔn)化的結(jié)構(gòu)要素及其尺寸畫(huà)成圖表，就得到該復(fù)合零件的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)資料。在進(jìn)行新零件設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)新零件的草圖就能從復(fù)合零件的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)資料中得到該類(lèi)零件的形狀、各結(jié)構(gòu)要素的規(guī)格、尺寸等設(shè)計(jì)參數(shù)，只要從中選擇合適的數(shù)據(jù)即可，不必再檢索其它圖樣和資料。如果每位設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)該類(lèi)零件時(shí)，都注意從復(fù)合零件的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)資料中選取標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)要素和尺寸參數(shù)，零件的設(shè)計(jì)就自然走向標(biāo)準(zhǔn)化了。這種成組技術(shù)的設(shè)計(jì)方法可以有效地避免傳統(tǒng)零件設(shè)計(jì)方法的兩大弊病――設(shè)計(jì)的“重復(fù)性”和“多樣性”。由于設(shè)計(jì)過(guò)的圖紙不容易查找，設(shè)計(jì)人員寧愿重新設(shè)計(jì)，也不愿意查找與之相同或相似的老零件圖，這樣就造成了設(shè)計(jì)的重復(fù)性。零件設(shè)計(jì)的重復(fù)性使得設(shè)計(jì)人員將寶貴的時(shí)間和精力浪費(fèi)在重復(fù)性勞動(dòng)中。另外，在傳統(tǒng)的零件設(shè)計(jì)方法中，對(duì)于一些零件的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)，設(shè)計(jì)人員往往按照習(xí)慣處理，沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)可循，因而造成設(shè)計(jì)的多樣性。零件設(shè)計(jì)的多樣性必然使零件品種增加，給后續(xù)工作――工裝的采用、工藝規(guī)程的制定和加工制造帶來(lái)麻煩，最終導(dǎo)致產(chǎn)品的成本提高。成組技術(shù)可以通過(guò)相似零件設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化最大限度地減少零件的品種和規(guī)格。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，利用已標(biāo)準(zhǔn)化的復(fù)合零件的設(shè)計(jì)資料，最大限度地減少零件設(shè)計(jì)的工作量，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化，最終達(dá)到縮短設(shè)計(jì)周期、提高設(shè)計(jì)質(zhì)量、減少產(chǎn)品品種、降低產(chǎn)品成本的目的。根據(jù)國(guó)外資料介紹，按成組技術(shù)進(jìn)行新產(chǎn)品設(shè)計(jì)，約有75％以上的零件圖可以利用（重復(fù)使用或稍加修改）已有的圖樣，只有25％左右的新產(chǎn)品零件要重新設(shè)計(jì)。

對(duì)于相似件，可根據(jù)作用相似和結(jié)構(gòu)特征相似進(jìn)一步細(xì)分。結(jié)構(gòu)相似功能相似

一次相似二次相似（設(shè)計(jì)信息）