柔性制造系统[稻谷书屋]

1、1知识材料 “刚性刚性”含义含义 “刚性刚性” 是指该生产线只能生产是指该生产线只能生产 某种或生产工艺相近的某类产品，某种或生产工艺相近的某类产品， 表现为生产产品的单一性。表现为生产产品的单一性。 刚性制造包括组合机床、专用机床、刚性制造包括组合机床、专用机床、 刚性自动化生产线等。刚性自动化生产线等。 “柔性柔性”含义含义 “柔性柔性”是指制造系统对系统内是指制造系统对系统内 部及外部环境的一种适应能力，也部及外部环境的一种适应能力，也 是指制造系统能够适应产品变化的是指制造系统能够适应产品变化的 能力，可分为瞬时、短期和长期柔能力，可分为瞬时、短期和长期柔 性三种。性三种。 自动化制造

2、系统是指在较少的人工直接或间接干预下，将原材料自动化制造系统是指在较少的人工直接或间接干预下，将原材料 加工成零件或将零件组装成产品，在加工过程中实现管理过程和加工成零件或将零件组装成产品，在加工过程中实现管理过程和 工艺过程自动化。工艺过程自动化。 2知识材料 柔 性 制 造 系 统 根据根据中华人民共和国国家军用标准中华人民共和国国家军用标准有关有关“武器装备柔性制造系统武器装备柔性制造系统 术语术语”的定义，柔性制造系统被定义为：是数控加工设备、物料运储的定义，柔性制造系统被定义为：是数控加工设备、物料运储 装置和计算机控制系统等组成的自动化制造系统。装置和计算机控制系统等组成的自动化制

3、造系统。 3知识材料 FMS的组成 自动 仓库 工厂计算机 中央计算机物流控制计算机 运输小车 加工 单元1 加工 单元2 加工 单元n 信 息 传 输 网 络 工夹具站 4知识材料 柔性制造系统的产生和特点柔性制造系统的产生和特点 1 1、产生背景：、产生背景： （1）市场变化导致中小批量、多品种生产方式成为需要。）市场变化导致中小批量、多品种生产方式成为需要。 市场竞争的加剧及顾客需求的多样化，导致传统的以规模效应带动成本市场竞争的加剧及顾客需求的多样化，导致传统的以规模效应带动成本 降低的刚性生产线不再适应市场的变化；降低的刚性生产线不再适应市场的变化； 刚性生产线忽略了可能增加的库存而

4、带来的成本的增加；刚性生产线忽略了可能增加的库存而带来的成本的增加； 1973年石油危机，使大批量生产的缺点暴露。年石油危机，使大批量生产的缺点暴露。 2 2）科学技术的进步推动了自动化程度和制造水平的提高。）科学技术的进步推动了自动化程度和制造水平的提高。 NC、CNC、DNC CAD、CAM GT、CAPP ROBOT 5知识材料 艾利斯查默斯系统 富士通工厂系统富士通工厂系统 u1967 1967年，英国年，英国 莫林斯公司首次莫林斯公司首次 根据威廉森提出根据威廉森提出 的的FMSFMS基本概念基本概念 ，研制了，研制了“系统系统 2424”。 6060年代后期年代后期7070 年代初

5、期年代初期, ,德德 国、日本、前国、日本、前 苏联苏联 、美国、美国、 意大利等相继意大利等相继 开发了本国的开发了本国的 第一代第一代FMSFMS。 19761976年，日本年，日本 FanucFanuc公司展出公司展出 了由加工中心和了由加工中心和 工业机器人组成工业机器人组成 的柔性制造单元的柔性制造单元( ( 简称简称FMC)FMC)，为发，为发 展展FMSFMS提供了重要提供了重要 的设备形式。的设备形式。 6知识材料 我国我国FMSFMS的研究状况的研究状况 我国采取引进和开发相结合的方针，引进箱体类零件、旋我国采取引进和开发相结合的方针，引进箱体类零件、旋 转体件及钣金件加工转

6、体件及钣金件加工FMS的全部或部分硬件技术。的全部或部分硬件技术。 1984年是我国研制年是我国研制FMS的起步时间，比国外晚了的起步时间，比国外晚了17年。我国第一套年。我国第一套FMS系统是系统是 由北京机床研究所于由北京机床研究所于1985年年10月开发完成的（月开发完成的（JCS-FMS-1），用于加工数控机），用于加工数控机 床直流伺服电机中的主轴、端盖、法兰盘、壳体和刷架体等，它由床直流伺服电机中的主轴、端盖、法兰盘、壳体和刷架体等，它由5台国产加工台国产加工 中心、日本富士电机公司的中心、日本富士电机公司的AGV（自动导引车）及（自动导引车）及4台日本产的机器人组成，其台日本产的

7、机器人组成，其 控制系统由控制系统由FANUC提供，据分析它的投资回收期约为两年半。提供，据分析它的投资回收期约为两年半。 1983年年1985年，在国家的支持下北京第一机床厂、湖南江麓机床厂、郑州纺年，在国家的支持下北京第一机床厂、湖南江麓机床厂、郑州纺 织机械厂、广西柳州开关厂等一些单位分别率先从德国、日本进口了国内第一批织机械厂、广西柳州开关厂等一些单位分别率先从德国、日本进口了国内第一批 FMS。 1988年北京机床研究所为天津减速机厂提供的加工减速机机座的年北京机床研究所为天津减速机厂提供的加工减速机机座的JCS-FMS-2系系 统是全部自行开发和配套的，它标志着我国已具有自主开发统

8、是全部自行开发和配套的，它标志着我国已具有自主开发FMS系统的实力。系统的实力。 近几年来，国内一些经济实力比较雄厚的工厂（北京第一机床厂，上海第二纺近几年来，国内一些经济实力比较雄厚的工厂（北京第一机床厂，上海第二纺 织机械厂，天津减速机总厂，山西经纬纺织机械厂等），为实施织机械厂，天津减速机总厂，山西经纬纺织机械厂等），为实施CIMS，又进口，又进口 了一些国外的了一些国外的FMS系统。系统。 7知识材料 FMS 基本组成 8知识材料 FMS的主要功能：的主要功能： 1. 自动进行零件的批量生产自动进行零件的批量生产(数控机床承担自动制造任务数控机床承担自动制造任务)； 2. 简单地改变软

9、件简单地改变软件,便能制造出某一零件族中的任何零件；便能制造出某一零件族中的任何零件； 3. 自动运输、储存、交换物料（毛坯、工件、刀具等）；自动运输、储存、交换物料（毛坯、工件、刀具等）； 4. 自动监视功能自动监视功能(刀具磨损、破损的监测等）刀具磨损、破损的监测等）, 自动补偿、自诊自动补偿、自诊 断等；断等； 5. 作业计划与调度功能作业计划与调度功能 。 9知识材料 FMS的分类的分类 按按FMS承担的制造任务分类：承担的制造任务分类： 柔性加工系统柔性加工系统 柔性装配系统柔性装配系统 柔性检测系统柔性检测系统 10知识材料 FMS的分类的分类 按机床与物料输送系统的组合方式分类按

10、机床与物料输送系统的组合方式分类 一、柔性制造模块（柔性制造模块（FMM） 主机主机(配有工具交换装置配有工具交换装置)+工件自动交换装置工件自动交换装置 例例:(1)加工中心加工中心+工件托盘交换器工件托盘交换器 柔性制造模块（FMM） 11知识材料 (2) 加工中心加工中心+机器人机器人+工件托盘存放站工件托盘存放站 柔性制造模块（FMM） FMM特点特点: 能独立运行能独立运行, 能承担由多种零件组成的混流作业计划能承担由多种零件组成的混流作业计划, 但不具备工件、刀具但不具备工件、刀具 的供应管理功能，没有生产调度功能。的供应管理功能，没有生产调度功能。 12知识材料 二、柔性制造单元

11、（二、柔性制造单元（FMC） 由工件自动输送设备连接的由工件自动输送设备连接的23个个FMM组成，能独立工作，具有一定的生产组成，能独立工作，具有一定的生产 调度能力。调度能力。 例例(1):采用有轨小车连接两台具有托盘交换器的加工中心采用有轨小车连接两台具有托盘交换器的加工中心,属直线型属直线型(FMC) 13知识材料 例例(2):用无人搬运小车连接两台用无人搬运小车连接两台CNC加工中心的环路型加工中心的环路型FMC 14知识材料 三、三、FMC的变种的变种柔性自动线柔性自动线(FTL) FTL是工艺设备按照所采用的工艺操作顺序布置时的是工艺设备按照所采用的工艺操作顺序布置时的FMC ,适

12、用于少品种、大批量生产。适用于少品种、大批量生产。 例：某公司的连杆加工例：某公司的连杆加工FTL 连杆加工FTL 15知识材料 按物料输送路线的布置方式分类按物料输送路线的布置方式分类 一、直线型一、直线型FMS 9台台CNC机床机床 配备检验站配备检验站,工件托板工件托板 装卸站装卸站 用有轨小车完成运送用有轨小车完成运送 任务任务 16知识材料 二、环路型二、环路型FMS 10台台CNC机床机床 配备链式牵引式配备链式牵引式 搬运小车搬运小车 两个装卸站两个装卸站,一个一个 检验站检验站 计算机系统控制计算机系统控制 下下,可随机加工可随机加工28 种不同零件种不同零件 17知识材料 三

13、、机器人型三、机器人型FMS *两台单设的两台单设的 机器人服务机器人服务 于于6台台CNC 机床机床 18知识材料 FMS的效益的效益 FMS所带来的技术经济效益：所带来的技术经济效益： 1. 主要设备利用率高主要设备利用率高 2. 设备数量减少设备数量减少 3. 工人数量减少工人数量减少 4. 在制品库存压缩在制品库存压缩,生产周期缩短生产周期缩短 5. 生产具有柔性生产具有柔性,能响应生产变化的要求能响应生产变化的要求 6. 产品质量提高产品质量提高 7. 具有自诊断和维持生产的能力具有自诊断和维持生产的能力 8. 机床连续机床连续24小时运行小时运行,生产效率提高生产效率提高 9. 占

14、地面积减少占地面积减少 10. 加工成本降低加工成本降低 19知识材料 柔性制造柔性制造 生产线生产线 柔性制造单元柔性制造单元 柔性制造系统柔性制造系统 独立制造岛独立制造岛 20知识材料 21知识材料 22知识材料 Molins System *计算机控制整个系统计算机控制整个系统,可加工一可加工一 系列不同的零件系列不同的零件 *类似加工中心的数控机床类似加工中心的数控机床 *自动为机床提供工件和工艺装自动为机床提供工件和工艺装 备备 *每天工作每天工作24小时小时(中班和晚班的中班和晚班的 16小时内小时内 进行无人化加工进行无人化加工) 最终由于经济和技术上的困难而未全部建成！最终由

15、于经济和技术上的困难而未全部建成！ 23知识材料 Allis chalmers 系统平面布置 Allis chalmers 系统自动牵引车 艾利斯艾利斯查默斯系统查默斯系统 二十世纪六十年代后期，美国建立了艾利二十世纪六十年代后期，美国建立了艾利 斯斯查默斯系统。查默斯系统。工件被装在托盘上的夹工件被装在托盘上的夹 具中，按固定顺序以一定节拍在各机床间传具中，按固定顺序以一定节拍在各机床间传 送和进行加工。这种柔性自动化设备适于少送和进行加工。这种柔性自动化设备适于少 品种、大批量生产中使用，在形式上与传统品种、大批量生产中使用，在形式上与传统 的自动生产线相似，所以也叫柔性自动线。的自动生产

16、线相似，所以也叫柔性自动线。 * *6 6台加工中心台加工中心,4,4台双分台双分 度头机床度头机床 * *自动牵引车工件搬运系自动牵引车工件搬运系 统统 24知识材料 Fanuc Hino Fanuc Hino 系统（富士通工厂系统）系统（富士通工厂系统） Fanuc Hino系统平面布置 Fanuc Hino系统供料器及机床 柔性制造单元柔性制造单元(FMC)(FMC)一般由一般由1212台数控机床与物料传送装置组成，有独立的工件储台数控机床与物料传送装置组成，有独立的工件储 存站和单元控制系统，能在机床上自动装卸工件，甚至自动检测工件，可实现有存站和单元控制系统，能在机床上自动装卸工件，

17、甚至自动检测工件，可实现有 限工序的连续生产，适于多品种小批量生产应用。限工序的连续生产，适于多品种小批量生产应用。 * * 8 8台数控车床台数控车床 * * 每台车床旁均有一个装有工件的圆盘传送带式供料器每台车床旁均有一个装有工件的圆盘传送带式供料器 * * 机器人在圆盘供料器和车床之间机器人在圆盘供料器和车床之间, ,以及车床与车床之间传送工件以及车床与车床之间传送工件 25知识材料 加工设备 辅助设备 检测设备 加工系统：是加工系统：是FMSFMS的主体部分，也是的主体部分，也是FMSFMS中中 耗资最多的部分用于加工产品零件。以任耗资最多的部分用于加工产品零件。以任 意顺序自动加工多

18、种工件，自动更换工件意顺序自动加工多种工件，自动更换工件 和刀具，增加功能后可实现工件自动清洗和刀具，增加功能后可实现工件自动清洗 与测量等。与测量等。 FMS FMS的加工能力很大程度上是的加工能力很大程度上是 由它所包含的加工系统所决定的。由它所包含的加工系统所决定的。 加工系统的要求加工系统的要求 (1)工序集中工序集中; (2)控制功能强、可扩展控制功能强、可扩展 性好性好; (3)高刚度、高精度、高高刚度、高精度、高 速度速度; (4)使用经济性好使用经济性好; (5)操作性好、可靠性好、操作性好、可靠性好、 维修性好维修性好; (6)具有自保护性和自维具有自保护性和自维 护性护性;

19、 (7)对环境适应性与保护对环境适应性与保护 性好性好; (8)其他如技术资料齐全，其他如技术资料齐全， 机床上的各种显示、标机床上的各种显示、标 记等清楚，机床外形、记等清楚，机床外形、 颜色美观且与系统协调。颜色美观且与系统协调。 26知识材料 (刀具运送系统) （工件储运系统) 物料储运系统（物流系统）：实施对物料储运系统（物流系统）：实施对 毛坯、工件、夹具、刀具等的存储、毛坯、工件、夹具、刀具等的存储、 运输、交换工作。运输、交换工作。 物料储运系统满足可变节拍生产的物料自动识别、存储、输送和交换的要求。增 加功能后可实现刀具预调和管理等。 27知识材料 过程控制 过程调度过程监视

20、计算机控制系统（控制与管理系统）：计算机控制系统（控制与管理系统）： 由管理由管理FMS的信息、控制的信息、控制FMS各设备各设备 协调一致工作协调一致工作 的计算机网络系统和的计算机网络系统和FM S管理与控制软件构成。管理与控制软件构成。加工系统和物加工系统和物 流系统的自动控制和作业协调；在线数流系统的自动控制和作业协调；在线数 据自动采集和处理；运行仿真及故障诊据自动采集和处理；运行仿真及故障诊 断等。断等。 车间计算机 中央管理计算机 制造单元1 计算机 物流处理 计算机 制造单元2 计算机 CNC No.1 CNC No.2 机 器 人 CNC No.1 CNC No.2 机 器

21、人 自动 仓库 AGV 机 器 人 交通 管理 最高层最高层 中间层中间层 设备层设备层 控制系统的结构控制系统的结构 ： 通常采用递阶控制的结构形式，即通过对通常采用递阶控制的结构形式，即通过对 系统的控制功能进行正确、合理地分解，划分成系统的控制功能进行正确、合理地分解，划分成 若干层次，各层次分别进行独立处理，完成各自若干层次，各层次分别进行独立处理，完成各自 的功能，层与层之间在网络和数据库的支持下，的功能，层与层之间在网络和数据库的支持下， 保持信息交换，上层向下层发送命令，下层向上保持信息交换，上层向下层发送命令，下层向上 层回送命令的执行结果。层回送命令的执行结果。 28知识材料

22、 * 加工单元加工单元(MC): 有自动换有自动换 刀及换工件功能的数控机床、刀及换工件功能的数控机床、 加工中心。加工中心。 29知识材料 * 加加 工工 单单 元元 机机 床床 配配 置置 加工零件类型加工零件类型机床配置机床配置 箱体类箱体类 回转体类回转体类 箱体类箱体类+回转体类回转体类 特殊类特殊类 CNCCNC加工中心加工中心+CNC+CNC车削中心车削中心 CNCCNC加工中心加工中心 CNCCNC车削中心、车削中心、 CNCCNC磨床磨床 专用专用CNCCNC机床机床 30知识材料 * 工件储运系统：工件储运系统： （1）毛坯、半成品、夹具组件的存储仓库及缓冲存储站）毛坯、半

23、成品、夹具组件的存储仓库及缓冲存储站 31知识材料 （2）工件托盘运输小车，输送带输送装置）工件托盘运输小车，输送带输送装置 * 工件储运系统：工件储运系统： 32知识材料 （3）托盘交换器，上料机器人等交换装置）托盘交换器，上料机器人等交换装置 * 工件储运系统：工件储运系统： 33知识材料 （4 4）工件、夹具装卸站）工件、夹具装卸站 * 工件储运系统：工件储运系统： 34知识材料 * * 刀具运送系统：刀具运送系统： （1）刀具存储库）刀具存储库 35知识材料 （2）交换刀具装置）交换刀具装置 * * 刀具运送系统：刀具运送系统： 交 换 刀 具 装 置 36知识材料 * * 刀具运送系统：刀具运送系统： （3）刀具刃磨、组装及预调工作站）刀具刃磨、组装及预调工作站 37知识材料 柔性制造单元（柔性制造单元（FMCFMC）