柔性制造系统(FMS)

1、第一节第一节 概述概述第八章第八章 柔性制造系统（柔性制造系统（FMS） 为了适应生产自动化程度的提高，在为了适应生产自动化程度的提高，在CNC的基础上的基础上逐步发展出柔性自造系统（逐步发展出柔性自造系统（FMS）和计算机集成制造系）和计算机集成制造系统（统（CIMS）一、一、FMS的基本概念的基本概念 具有多个半独立工位和一个物料储存运输具有多个半独立工位和一个物料储存运输系统，由计算机集中管理和控制的制造系统。系统，由计算机集中管理和控制的制造系统。FMS的组成要素的组成要素1 1、标准的数控机床或制造单元、标准的数控机床或制造单元 制造单元制造单元具有自动上下料功能和多个工位，包括加工

2、具有自动上下料功能和多个工位，包括加工 型和装配型的制造单位。型和装配型的制造单位。2 2、一个在机床和装卡工位之间运送零件和刀具的传输系统、一个在机床和装卡工位之间运送零件和刀具的传输系统3 3、一个发布指令，协调机床、工件和刀具传送的总监控系统、一个发布指令，协调机床、工件和刀具传送的总监控系统4 4、中央刀具库及其管理系统、中央刀具库及其管理系统5 5、自动化仓库及其管理系统、自动化仓库及其管理系统二、二、FMS结构、组成结构、组成1 1号号2 2号号工厂主计算机工厂主计算机中央管理与控制计算机中央管理与控制计算机物流控制装置物流控制装置中央刀具库中央刀具库信信 息息 传传 输输 网网

3、络络夹具站夹具站自自 动动 化化 仓仓 库库PSCNCMTRobotPSCNCMTRobot1 1、中央管理和控制计算机、中央管理和控制计算机 接收来自工厂主计算机的指令，对整个接收来自工厂主计算机的指令，对整个FMS实行监控实行监控2 2、物流控制装置、物流控制装置 对自动化仓库、无人输送台车、加工毛坯和成品、加工用对自动化仓库、无人输送台车、加工毛坯和成品、加工用 的刀具和夹具等实行集中管理和控制的刀具和夹具等实行集中管理和控制3 3、自动化仓库、自动化仓库 对毛坯、半成品或成品等进行自动调用和储存对毛坯、半成品或成品等进行自动调用和储存4 4、无人输送台车、无人输送台车 行走于机床、自动

4、化仓库、中央刀具库之间的自动化台车行走于机床、自动化仓库、中央刀具库之间的自动化台车5 5、制造单元、制造单元 FMS的基本单元，由的基本单元，由CNC机床、工业机器人（机床、工业机器人（Robot）、随）、随 行工作台（行工作台（PS）组成，完成多工位加工的制造单位）组成，完成多工位加工的制造单位6 6、中央刀具库、中央刀具库 刀具的集中存储区刀具的集中存储区7 7、夹具站、夹具站 即时实现对夹具的调整与维护即时实现对夹具的调整与维护8 8、信息传输网络、信息传输网络 FMS的通讯网络系统的通讯网络系统9 9、随行工作台（、随行工作台（PS） 从无人输送台车到制造单元之间传送的缓冲区从无人输

5、送台车到制造单元之间传送的缓冲区第二节第二节 柔性制造单元（柔性制造单元（FMC）和分布数）和分布数控单元（控单元（DNC）一、一、柔性制造单元（柔性制造单元（Flexible Manufacturing Cell） FMC是是FMS发展过程中的一个环节，即可单独工作，发展过程中的一个环节，即可单独工作，也可作为也可作为FMS的一个组成部分。的一个组成部分。 FMC具有独立自动加工功能，部分具有自动传送和监具有独立自动加工功能，部分具有自动传送和监控管理的功能。控管理的功能。 有的有的FMC可实现可实现2424小时无人运转。小时无人运转。1 1、FMC的构成的构成加工中心加工中心+APC (自

6、动托盘交换系统自动托盘交换系统)加工中心加工中心+Robot (工业机器人工业机器人)加工中心加工中心+Robot (工业机器人工业机器人)2 2、FMC的效益的效益（1 1）FMC增加了柔性，比单台加工中心可实现多品种增加了柔性，比单台加工中心可实现多品种 配套加工配套加工（2 2）FMC可实现可实现2424小时连续运转小时连续运转（3 3）生产率提高）生产率提高（4 4）便于实现）便于实现FMS和和CIMS二、二、分布式数控单元（分布式数控单元（Distributed Numerical Cell） 直接数控单元（直接数控单元（ Direct Numerical Cell ） 群控系统群控

7、系统DNC是由是由CNC机床演变而来，又一台计算机控制多台机床演变而来，又一台计算机控制多台NCNC机床机床DNC计算机计算机154326通讯网通讯网DNC接口接口NC机床机床1 1、DNC的特点的特点（1 1）DNC增加了柔性，可实现非实时数控数据分配增加了柔性，可实现非实时数控数据分配（2 2）采用局域网（采用局域网（LAN）技术组成开放式系统）技术组成开放式系统（3 3）便于与数据采集系统结合）便于与数据采集系统结合（4 4）便于实现）便于实现FMS和和CIMS2 2、DNC的应用实例的应用实例令牌环网式令牌环网式DNC系统系统由主计算机系统、令牌环网通信子系统及功能接口由主计算机系统、

8、令牌环网通信子系统及功能接口等组成。等组成。DNC主计算机主计算机通信机通信机（主站）（主站）通信接口通信接口功能接口功能接口通信机通信机（从站）（从站）通信接口通信接口功能接口功能接口通信机通信机（从站）（从站）通信接口通信接口功能接口功能接口CNCMTCNCMT介质制备介质制备编程机编程机磁盘储存磁盘储存打印记打印记DNC系统组成系统组成（1 1）DNC主计算机系统主计算机系统车间管理、编程、图像显示等车间管理、编程、图像显示等 数控程序的存储、分配、传送和校验数控程序的存储、分配、传送和校验 自动编制程序、修改和校验自动编制程序、修改和校验 零件轮廓、刀具轨迹显示和校验零件轮廓、刀具轨迹

9、显示和校验 车间管理的事务处理车间管理的事务处理 其她数值与非数值运算其她数值与非数值运算 与工厂上级计算机联网与工厂上级计算机联网（2 2）令牌环网通信子系统令牌环网通信子系统环网通信介质、通信机、环网通信介质、通信机、 通信协议（物理层、链路层、网络层、高层协议）通信协议（物理层、链路层、网络层、高层协议）（3 3）功能接口）功能接口主站通信功能接口、从站通信功能接口主站通信功能接口、从站通信功能接口 数据通信功能数据通信功能 数据存储功能数据存储功能 数据管理功能（计划和调度）数据管理功能（计划和调度） 无人运转功能无人运转功能主主 站站 通通 信信 软软 件件高高 层层 协协 议议令牌

10、管理模块令牌管理模块数据发送模块数据发送模块数据接收模块数据接收模块测测 试试 模模 块块从从 站站 通通 信信 软软 件件高高 层层 协协 议议数据发送模块数据发送模块数据接收模块数据接收模块测测 试试 模模 块块一、工业机器人一、工业机器人的组成的组成控控制制器器1、机械主体、机械主体2、“肘节肘节”3、“手手”4、控制器、控制器第三节第三节 工业机器人（工业机器人（Robot）（1 1）多机器人的同步多机器人的同步 一般采用分布式总线结构一般采用分布式总线结构 采用多轴联动控制策略采用多轴联动控制策略 采用冗余研究方法，实现机器人的局部控制采用冗余研究方法，实现机器人的局部控制（2 2）

11、分布式数据库结构分布式数据库结构（3 3）动态调度）动态调度 容错性容错性 整体柔性整体柔性一、一、多机器人的控制多机器人的控制二、二、多机器人的通信多机器人的通信多采用总线结构，个别机器人故障时系统不致崩溃多采用总线结构，个别机器人故障时系统不致崩溃（1 1）最小报文延迟时间最小报文延迟时间 不希望有数据缓存不希望有数据缓存（2 2）保持各数据库数据一致性保持各数据库数据一致性（3 3）时钟同步）时钟同步（4 4）实时数据更新）实时数据更新第四节第四节 柔性制造系统的特点柔性制造系统的特点1、机床利用率较高、机床利用率较高2、机床数量减少、机床数量减少3、工人数量减少，降低工资成本、工人数量

12、减少，降低工资成本4、在制品压缩、在制品压缩5、生产具有柔性、生产具有柔性6、生产效率提高、生产效率提高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、产品质量提高、产品质量提高9、占地面积减少、占地面积减少10、加工成本降低、加工成本降低第五节第五节 柔性制造系统设计柔性制造系统设计一、规划阶段一、规划阶段-认识认识FMSFMS的复杂性的复杂性 FMS设计涉及的技术较多，设计和开发的周期较长，是一设计涉及的技术较多，设计和开发的周期较长，是一项必须由用户和设计承制者共同承担的工程。项必须由用户和设计承制者共同承担的工程。 1、要有用户管理部门的保证，他们对、要有用户管理部门的保

13、证，他们对FMS的内容要有所了解的内容要有所了解2、要建立一支负责机床选型、软件开发、零件编程、工夹具、要建立一支负责机床选型、软件开发、零件编程、工夹具 设计、刀具管理和计划调度方面的工程师队伍设计、刀具管理和计划调度方面的工程师队伍3、为选择、为选择FMS加工的零件和工序，需给予仿真投资加工的零件和工序，需给予仿真投资4、FMS设计和实现的周期较长，决策者要坚定设计和实现的周期较长，决策者要坚定5、设计和实现的同时要考虑培养技术和管理人员、设计和实现的同时要考虑培养技术和管理人员二、初步设计阶段二、初步设计阶段1 1、选择加工的零件、选择数控机床、选择加工的零件、选择数控机床 能同时加工多

14、个零件能同时加工多个零件 故障旁路功能故障旁路功能 具有柔性具有柔性 具有无人照管能力具有无人照管能力 系统的扩展性系统的扩展性 确定切削用量确定切削用量 确定加工计划确定加工计划2 2、FMSFMS的总体设计的总体设计 确定精度涉及的问题确定精度涉及的问题 确定系统的利用率确定系统的利用率 确定机床刀库、中央刀库容量确定机床刀库、中央刀库容量 清洗、排屑清洗、排屑 确定辅助工序确定辅助工序 检验检验 热处理等热处理等 确定物料输送系统方案确定物料输送系统方案 物料输送系统物料输送系统 由自动化仓库、无人输送台车、工业机器人、随行托盘、由自动化仓库、无人输送台车、工业机器人、随行托盘、传送装置

15、等组成。传送装置等组成。几种方案：几种方案：1 1）有轨式无人输送台车物流系统）有轨式无人输送台车物流系统2 2）无轨式物流系统）无轨式物流系统采用导航式无人输送台车采用导航式无人输送台车三、技术设计阶段三、技术设计阶段 物流系统物流系统 关键技术关键技术 刀具传送和管理系统刀具传送和管理系统 联网技术联网技术 辅助系统设计辅助系统设计 监控和管理系统监控和管理系统（1 1）硬件组成、结构）硬件组成、结构 1 1、监控和管理系统、监控和管理系统程序装置程序装置监控装置监控装置中央处理中央处理装置装置 接口模块（解释程序）接口模块（解释程序） 系统管理程序模块（控制信息流、人工干预接口）系统管理

16、程序模块（控制信息流、人工干预接口） 传送模块（接受作业调入和传送功能的命令、传送模块（接受作业调入和传送功能的命令、 反馈状态信息）反馈状态信息） 调度模块（作业检索、装入、取消和批量再划分）调度模块（作业检索、装入、取消和批量再划分）（2 2）软件组成、结构）软件组成、结构操操 作作 系系 统统支支 持持 软软 件件调调 度度 模模 块块接接 口口 模模 块块系统管理程序模块系统管理程序模块传传 送送 模模 块块2、FMS的物流系统的物流系统 物流系统在物流系统在FMS的设计中处于十分重要的位置，要保的设计中处于十分重要的位置，要保证机床的最大利用率，就要有适配、灵活的物流系统。证机床的最

17、大利用率，就要有适配、灵活的物流系统。 FMS的物质流包括工件、夹具、刀具及托盘等在系统的物质流包括工件、夹具、刀具及托盘等在系统中的传送。中的传送。 工件装卸工作站（入库、出库工作站）工件装卸工作站（入库、出库工作站） 自动化仓库（货架、堆垛机、导轨等）自动化仓库（货架、堆垛机、导轨等） 无人输送台车（台车、控制装置、电缆、充电站）无人输送台车（台车、控制装置、电缆、充电站）物流系统组成物流系统组成 随行工作台（随行工作台（PSPS）（缓存）（缓存） 中央刀具库中央刀具库 刀具检测工作站刀具检测工作站 物流控制管理系统物流控制管理系统 FMS的物流系统一种方案的物流系统一种方案物流控制管理系

18、统物流控制管理系统台车控制装置台车控制装置PS控制装置控制装置自动化仓库控制装置自动化仓库控制装置台台 车车PS自动化仓库自动化仓库 入库的处理入库的处理 库存零件的管理库存零件的管理 自动化仓库控制自动化仓库控制 出库的处理出库的处理 将零件传送给台车将零件传送给台车 堆垛机运转堆垛机运转 报警处理报警处理 接受工件的操作接受工件的操作 随行工作台的控制随行工作台的控制 缓冲位置的操作缓冲位置的操作 传送工件的操作传送工件的操作 方向控制方向控制 伺服运转控制伺服运转控制 输送台车的控制输送台车的控制 检测控制检测控制 装卸工件控制装卸工件控制 安全控制安全控制 充电控制充电控制 3、FMS的刀具管理系统的刀具管理系统 刀库系统（刀具、机床刀库、中央刀库）刀库系统（刀具、机床刀库、中央刀库） 刀具存取工作站（编码、存入、调出）刀具存取工作站（编码、存入、调出） 刀具编码体系刀具编码体系刀具管理系统的组成刀具管理系统的组成 刀具预调刀具预调 刀具存取机械手刀具存取机械手 刀具清洗站刀具清洗站 刀具管理系统工作站刀具管理系统工作站 4、FMS的通信的通信采用采