柔性制造系统

1、目录摘要 . 2 1 引言 . 2 2 柔性制造概述 . 2 2.1 柔性制造内涵的内涵. 2 2.2 柔性制造的影响因素. 2 2.3 柔性制造的指标体系. 3 3 柔性制造的系统及其组成. . 3 4 柔性制造系统的类型 . 4 5 柔性制造系统的优势. 5 6 柔性制造系统的发展趋势. 5 6.1 柔性制造系统的模块化 . . 5 6.2 计算机集成制造系统 (cims) . 5 7 当柔性制造技术要解决的问题. 6 8 参考文献 . 6 柔性制造系统摘要本文综述了柔性制造技术的产生背景，内涵，影响因素，评价指标体系。柔性制造系统（ fms) 的概念及其组成， fms 的类型， fms的

2、优势以及发展趋势，当前还需解决的一些问题。关键字 ：fms cims fmc fml 1 引言自从二十世纪六十年代以后， 随着人们生活水平及质量的不断提升，广大用户对产品开始有着越来越新颖化及多样化的需求，过去传统的自动线生产方式（大批量生产方式） 已经无法有效的满足企业的发展需求，因而企业必须尽快的探寻先进的生产技术， 只有这样才能够更好的适应中小批量、 多品种的市场需求。与此同时， 计算机技术的出现及其发展，新技术新概念诸如计算机网络、计算机数控和 cad/cam 的出现以及生产管理科学、自动控制理论的发展也为现代化生产技术的出现奠定了坚实的技术基础，在此类状况下， 富有时代气息的柔性制造

3、技术便应运而生。2 柔性制造概述2.1 柔性制造内涵的内涵柔性制造技术是 1967 年英国莫林斯 (molins)提出来的用于机械制造行业的一种先进制造技术， 此后这一理念在备行各业得到了厂泛应用，并已成为现代制造的一种科学“哲理” ，倍受推崇。柔性制造技术的范围是十分广泛的，是对不同品种实现柔性制造的各种技术的总和。凡是侧重于快速转换的柔性要求、适合多品种、小批量生产的加工技术都属于柔性制造技术的范畴，如柔性制造系统、柔性制造单元、柔性制造线、柔性制造工厂等。2.2 柔性制造的影响因素企业柔性制造的能力受到许多因素的影响，是企业综合灵活适应能力的体现。但具体而言，影响柔性制造技术水平的因素主

4、要包括以下方面： (1)设备柔性：即设备满足工艺变化的程度，这一点主要体现在市场需求变化时，设备转换生产一系列不同品种产品的能力。(2) 工艺柔性：工艺柔 包含两个方面： 一是工艺流程不变化时， 其自身适应产品和原材料变化的能力； 二是为适应产品和原材料变化而改变原有工艺的难易程度。(3) 产品柔性：一是产品更新或完全转型后，系统能够非常经济和迅速地生产出新产品的能力； 二是产品更新后， 对老产品有用的特陛的继承能力和兼容能力。 (4)生产能力柔性：当生产量、品种变化时，系统也能经济地运行的能力。 (5)维护柔性：持续高效地查询、处理故障以保证生产正常进行的能力。 (6)扩展柔性：当生产需要时

5、，扩展系统结构，增加模块，构成一个更大系统的能力。 (7)服务柔性：一是在顾客产品使用寿命周期内，用新部件维修旧产品的能力；二是一些产品还需要可升级的能力。2.3 柔性制造的指标体系整体而言，柔陛制造中“柔性”表现为两个方面：第一方面是系统适应外部变化的能力， 第二方面是系统适应内部变化的能力。具体而言， 衡量一个制造系统柔性高低程度主要有三个衡量指标：数量的柔性， 允许各种因素 (如产量 ) 自由变化的幅度； 时间的柔性，能够实现变量 ( 如销售量 ) 自由变化的幅度所需对应的时间；成本的柔陡，在订单波动、产量波动的情况下，各项费用尤其是人工变动费用如何随之变化， 其费用的变动， 尤其是人工

6、成本随产量波动而相应变动的逼近程度反映了柔性管理的水平高低。3 柔性制造的系统及其组成柔性制造系统 (flexible manufacture system，简称 fms) 是一种在计算机系统的统一控制和管理之下， 用传输装置和自动装卸装置将加工设备连接起来的自动化制造系统， 适用于中小批量和多品种零部件的高效率加工。其基本组成与布局如图 l 所示。图1 柔性制造系统的组成和布局示意图柔性制造系统一般由以下4 个部分组成。1)自动加工系统。该系统是指以成组技术为基础，把外形尺寸( 形状差异不大)和质量大致相似、材料相同、工艺相似的零件，集中在1 台或数台数控机床或专用机床等设备上进行生产的加工

7、系统。柔性制造系统的加工设备一般由多台自动化程度很高的数控设备共同组成，主要包括加工中心、 切削中心以及采用计算机控制的其他种类机床，用于完成不同工序的加工。2)物料运输系统。 该系统是指由多种运输装置构成，实现工件和加工刀具等的供给与传送的系统， 是柔性制造系统的主要组成部分。该系统主要用于实现物料的存储和搬运，包括各种传送带、轨道、起吊设备和工业机器人等。3)信息控制系统。该系统是指对加工和运输过程中所需的各种信息进行收集、处理和反馈， 并通过计算机或其他控制装置( 液压和气压装置等 )，对机床或运输设备实行分级控制的系统3 。该系统主要用于处理柔性制造系统的各种信息，输出控制 cnc 机

8、床和物料系统等自动操作所需的信息。4)软件系统。该系统是保证柔性制造系统进行综合有效管理的必不可少的组成部分，确保柔性制造系统能够有效地适应中小批量及多品种生产的管理、控制及优化工作。该系统主要包括了设计规划、生产过程分析、生产过程调度、系统管理以及监控等软件。4 柔性制造系统的类型 1)柔性制造单元 (fmc)。该单元是指由1 台或多台数控机床或加工中心构成的加工单元。 可使该单元根据生产需要自动地更换夹具与刀具，以适应不同工件的加工。该单元一般适合加工批量小、形状比较复杂、 工序较简单和加工时间较长的零件。该单元的设备柔性很高，但人员和加工柔性较低。 2)柔性自动生产线 (fml)。该生产

9、线是介于大批量、单品种和非柔性自动生产线与中小批量和多品种柔性制造系统之间的生产线设备。一般可使该生产线将多台机床与物料运输系统连接起来， 对于物料传输系统柔性的需求要比柔性制造系统低，但生产效率较高。3)柔性制造系统 (fms)。该系统是指以数控机床或加工中心为基础，再加上物料运输系统组成的生产系统， 主要由计算机控制， 可以连续地进行多品种工件的加工。 该系统主要适合中小批量、 形状比较复杂和多品种的零件的管理及生产。典型柔性制造系统如图2 所示。图2 典型柔性制造系统示意图3 种不同类型的柔性制造设备在产品品种、生产批量以及自动化生产中的对比如图 3 所示。从图 3 可以看出，fml更适

10、合生产批量较大和品种较单一的零件，生产效率相对较高，而柔性相对较低；fmc 更适合生产批量较小和品种多样化的零件，生产效率相对较低，而柔性相对较高；fms 介于两者之间。图3 零件品种、批量与自动化加工方式的选择5 柔性制造系统的优势柔性制造系统将计算机、 自动控制、微电子技术和系统工程等复杂的技术有机结合，既具有机械加工的高自动化和高效率，又具有非常高的柔性， 具体如下。1)设备柔性好。 柔性制造系统的刀具、 夹具及物料运输装置具有可调性，当市场需求发生变化或者改进产品设计时，可以迅速地进行调整，以适应生产。2)设备利用率高。 柔性制造系统布局合理紧凑，设备的利用率较高， 而设备的总占地面积

11、可以减少20 。3)在制品数量少。 柔性制造系统的产品生产工序集中，减少了加工零件的装夹次数，并且可大大缩短生产的准备时间。4)具有维持生产的能力。 当柔性制造系统中的1 台设备发生故障时， 可以降级运转，物料运输系统会自行调整路线，绕过出现故障的设备， 从而不对整个生产的运行造成影响。5)产品质量稳定。柔性制造系统的加工过程是全自动的，人为的因素很少，产品的加工精度高，而且质量稳定性好。6)运行灵活。 当柔性制造系统的检验、 装夹及维护等工作做好后， 后续的加工生产可以在无人值守的情况下自动进行，其监控系统还可以处理刀具的磨损，以及物流运输堵塞等运行过程中出现的一些不可预料的情况4 。6 柔

12、性制造系统的发展趋势6.1 柔性制造系统的模块化为了保证柔性制造系统的可靠性与经济性，可以将其主要组成部分进行模块化和标准化。这是因为刀具的供给方式和工件的运输及交换方式等能够在较大程度上影响柔性制造系统的复杂程度。通过不同功能的模块间的组合， 构成不同形式的具有物料运输系统和信息交换系统的柔性制造系统，以适应不同产品的加工制造过程。6.2 计算机集成制造系统 (cims) 现代制造技术的发展不会仅仅局限在车间生产过程的自动化上，而是要全面地实现从产品设计、 生产决策和加工制造到产品销售的整个过程的自动化，特别是整个生产管理层面上的自动化， 这样形成的一个完整的自动化生产系统就是计算机集成制造

13、系统。 一方面，计算机集成制造系统体现了企业的整个生产经营活动是密切联系的； 另一方面，也体现了整个生产制造过程实际上是各种信息的采集、交换和加工处理的过程。 计算机集成制造系统将信息技术、现代管理技术和制造技术有机地结合起来， 并成功地应用于企业生产的各个部分，通过信息的传递和资源的优化，实现物流、信息流和价值流的集成和优化运行。总体上看，柔性制造系统的设备生产线将进一步缩短，场地利用率更高； 初始投资和中间库存减少，生产成本更低；生产速度更快，生产效率更高。柔性制造系统的不断发展可以缩短生产周期，降低生产成本， 提升产品质量， 提高生产效率，从而增强生产企业的竞争力。7 当柔性制造技术要解

14、决的问题当前柔性制造要解决的问题主要集中在以下几方面3 ： (1)柔性制造系统必须借鉴信息科学、生命科学和社会科学等多学科的研究成果，探索柔性制造系统新的体系结构、制造模式和运行机制。 制造系统优化组织结构和良好的运行状况是制造系统建模、仿真和优化的主要目标。 制造系统新的体系结构不仅对制造企业的敏捷性和对需求的响应能力及可重组能力有重要意义，而且对制造企业底层生产设备的柔性和可动态重组能力提出了更高的要求。 (2)在现代制造过程中，信息不仅成为主宰制造产业的决定性因素。而且还是最活跃的驱动因素。 提高制造系统的信息处理能力已成为现代制造科学发展的一个重点。制造系统信息的获取、 集成与融合呈现

15、出立体性信息度量的多维性以及信息组织的多层次性。 在制造信息的结构模型、 制造信息的一致性约束、 传播处理和海量数据的制造知识库管理等方面，都还有待进一步突破。 (3)计算智能丁具组合优化求解技术，受到越来越普遍的关注， 有望在制造中完成组合优化问题时的求解速度和求解精度方面双双突破问题规模的制约。制造智能还表现在：智能调度、智能设计、智能加t、机器人学、智能控制、智能|丁艺规划、 智能诊断等多方面。 这些问题是当前产品创新的关键理论问题。这些问题的重点突破，可以形成产品创新的基础研究。8 参考文献1eli孙杰浅议柔性生产线的产生与应用j 科技资讯， 2o10(35)：232 张亚明柔性制造技

16、术及应用j 煤炭技术， 2008(3) ：563 高青柔性制造技术的发展现状及趋势研究j 太原科技， 2008(7) ：32334 文延莉谈柔性制造技术与发展ej安阳工学院学报， 2008(4) ：555 李全普，刘静柔性制造技术的应用j 现代制造， 2008(24) ：6768 6 graves s c. a review of production schedulingj. operation research. 1981, 29(4):646-675 6 yu t morton, douglas a troy, george a pizza. an approach to develop

17、 component-based control software for flexible manufacturing systems c. proceedings of the american control conference. 2002: 4708-4713. 7 bin wu, li-feng xi, bing-hai zhou. service-oriented software architecture for flexible manufacturing control system c. international conference on automation sci

18、ence and engineering. 2006: 425-430. 8 s. manian ramkumar. a capstone experience-development of a flexible manufacturing system(fms) using smart distributed sensing systemc. fie conference. 1998. 9 m. gil-martines, j breton, j m miruriet al. industrial communications in a flexible manufacturing system c. 8th ieee international conference