企业柔性制造系统介绍

1、企业柔性制造系统介绍Flexible Manufacturing System柔性制造系统柔性制造系统的主要组成2FMS的物料运储系统3FMS的刀具管理系统4工业机器人56柔性制造的关键技术1.1柔性制造系统的定义根据国标，FMS被定义为：“柔性制造系统（Flexible Manufacturing System，简称FMS）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。它包括多个柔性制造单元，能根据制造任务或生产 环境的变化。”美国制造工程师协会的计算机辅助系统和应用协会定义为：“使用计算机控制柔性工作站和集成物料运储装置来控制并完成零件族某一系列工序的，或一系列工

2、序的一种集成 制造系统。”刚性制造系统刚性生产系统是用于工件 输送系统将各种刚性自动 化加工设备和辅助设备按 一定的顺序链接起来，在 控制系统的作用下完成单 个零件加工的复杂大系统。适合进行大批量生产，效 率高、成本低、质量稳定、程序固化。柔性制造系统建立在成组技术的基础上，由计算机控制的自动化 生产系统，可同时加工形 状相近的一组或一类产品。英文简称FMS。适合多品种、小批量的高 效制造模式;减少毛坯和 在制品的库存量 ;减少直 接劳动力 。1.11.222柔性制造系统的优势1.2 柔性制造系统的优势降低 成本FMS优势效率 高适应 性强质量 高No.71.3柔性制造系统的发展2 0 世纪6

3、 0 年代， 工程师大卫 威廉逊( D a v i d Williamson)提出FMS,并安装了第一套FMS。在计 算机控制下，每天进行16小时的无人化加工，简 称为“24系统”。1967年由英国莫林斯人毛坯托盘公司将其公诸于世。传输机构机床 组工件卸料机构计算机控制FMC初级系统流程简化示意图No.870年代初期原联邦德国、日本、前苏联、意 大利等相继开发了本国的第一代FMS。1968年，美国怀特森斯特兰公司开发了可 变任务系统，后来它成为广泛流传的柔性制 造系统的原型。它由八台加工中心和两台多 轴钻床组成，按固定顺序以一定节拍在各机 床间传送和进行加工。欧洲伴随着最初FMS的应用，出现了

4、大量原则 不适合实际应用等一系列问题，因此开启了 改良运动热潮。历经10年的完善，FMS开始从实验室逐步成为先进原制造业的主流。20世纪80年代初，机器人、无人自动导向小车、 柔性自动化成为制造自动化的主打曲。1976年，日本发那科公司展出了由加工中心和工 业机器人组成的柔性制造单元(简称FMC)。机器人检测部分检测 部分料运输加工中心机构AGV工件储存库计算机控制FMC流程示意图80年代末期，由于FMS技术逐渐成熟而得到迅速 的应用。1982年，日本发那科公司建成自动化电机加工车 间。拥有60个柔性制造单元（包括50个工业机器 人）和一个立体仓库，另有两台自动引导台车传 送毛坯和工件1985

5、年北京研究所用于加工数控机床直流伺服 电机的主轴、端盖、法兰盘而开发第一套FMS。1988年世界已拥有760套FMS。据统计数据，2014 年我 国自动化生产线需求量达 到21,100条，而国内厂 商产量仅为8,780 条， 较大的市场份额被国外厂 商占据。尽管2010年至 2014 年期间，国内自动 化生产线产量保持了 25.32%的年均增长速 度，但目前国内厂商依然 无法满足旺盛的市场需求。在老龄化加剧、劳动力成本持续升温和我国产业结构 面临转型调整压力等因素的综合影响下，实现中国制造 2025规划成为推动我国工业转型升级的基石产业，产 业国家扶持力度不断加大。国务院智能制造装备产业“十二

6、五”发展规划中明确 指出，至2020 年我国将建立完善的智能制造装备产业体 系，产业销售收入超过3 万亿元，实现装备的智能化及制 造过程的自动化，使产业生产效率、产品技术水平和质量 得到显著提高。因此未来5 年将是我国自动化制造业实现突破的关键窗口 期，行业有望保持快速增长趋势。以不同加工工序和工艺加工一个零件的能力能够经济和迅速地转变生产产品生故障产柔性在加工零件过程中出现局部故障时，能重新选择工件路径 并继续加工加工柔性运行系统适应不同产量并具有好的操作效益产品的柔性零件流动柔性产量柔性扩展柔性操作柔性机床的柔性通过配置相应的刀具、夹具、NC程序能够在需要时容易地、模块化地扩展系统的可能性

7、能对每一种零件改变工序顺序FMS能够生产各类零件当系统中的设备出现故障时，制造系统对故障的处理能力1. 4FMS柔性的体现柔性制造系统的主要组成2工业机器人3柔性制造系统的关键技术42 柔性制造系统的主要组成加工系 统和物 流系统 的自动 控制实现在 线数据 的自动 采集和 处理集中冷却润滑系统、切屑运输系统、自动清洗装置、自动去毛刺设备等。1.柔性制造系统的组成2.1 柔性制造系统概述1-自动仓库2-装卸站3-托盘站7-立式加工中心8-磨床4-检验机器人5-自动小车9-组装交付站6-卧式加工中心10-计算机控制室典型的柔性制造系统示意图2.2 柔性制造系统的加工系统1. 加工系统的性能要求加

8、工工序集中控制功能强高刚度、高精度、高速度兼顾柔性和生产率 自保护和自维护性好使用经济性好对环境的适应性和保护性好用2 机床的选棱柱类零件 箱体框架 平板加工中心卧式加工中心立式立卧两用加工中心2.2 柔性制造系统FMS的加工系统2 机床的选用回转类零件 轴类轮盘类数控车削机床车削加工中心2.2 柔性制造系统的加工系统3 机床的配置形式互替式互补式混合式2.2柔性制造系统的加工系统加工系统 的辅助装置4加工系统的辅助装置机床 夹具自动上下 料装置托盘2.2柔性制造系统的加工系统2.2 柔性制造系统的加工系统4加工系统的辅助装置1、机床夹具一个好的夹具应能允许一次装夹便能完成零件上所有 部位的加

9、工，减少装夹定位次数，避免不必要的累积误差。FMS机床夹具 的发展趋势大量使用组合夹具开发柔性夹具2.2柔性制造系统的加工系统4加工系统的辅助装置2、托盘托盘既是工件的承载体，又是一种工件和机床之间 的硬件接口。在同一条FMS中的所有托盘，必须采用同一种结构形式。2.2柔性制造系统的加工系统4 加工系统的辅助装置3、自动上下料装置指机床与托盘之间工件/托盘的装卸装置。托盘交换装置（ACP）、工业机器人托盘交换装置是连接FMS加工设备和物料运送系统 的桥梁，不仅起到连接作用，还可以作为工件的暂时储 存器。往复式回转式2.2柔性制造系统的加工系统4 加工系统的辅助装置3、自动上下料装置2.3物料运

10、输系统2.3.1 物料运储系统作用在加工系统之间及内部的物料自动搬运及控制、自动装卸及存储。有轨运输车物料输送系统物料存储系统传送带机器人自动小车无轨运输车一般机器人门架机器人自动化仓库托盘库刀具库物 料 运 储 系 统1 物料输送系统工具1、有轨运输车（RGV） 往返于加工设备、装卸站与立体 仓库之间，按指令 自动运行到指定工 位自动存取物料。优点：定位精度高、载重量大、运行速度快、控制简单。缺点：改动困难，距离有限、 容易引发堵塞。2.3.1物料运储系统2、无轨运输车（自动导向小车；AGV）2.3.1 物料运储系统优点：柔性强、不会堵塞物流、扩展性能好、传送距离远、成本低。 缺点：传送量小

11、、控制复杂。2.3.1 物料运储系统2、无轨运输车（自动导向小车；AGV）3、传送带皮带式、辊筒式、链板式、高架式优点：传送量大、传送频率高、传送可靠。 缺点：改动困难。2.3.1 物料运储系统2.3.1 物料运储系统2 物料输送系统基本回路直线输送回路环形输送回路网状输送回路2.3.1物料运储系统3 物料存储系统1、分类工件装卸站托盘缓冲区自动化立体仓库物料存储系统2.3.1 物料运储系统2.3.1物料运储系统2、自动化仓库的计算机控制与管理物料信息的登录和识别1物料的自动存取2仓库管理32.4FMS的刀具管理系统1 刀具管理系统的职能负责刀具的运输、存储和管理，适时地向加工单元提 供所需的

12、刀具，监控刀具的使用以及取走已报废或寿命已 耗尽的刀具。2.4FMS的刀具管理系统2 刀具管理系统的组成及运作2.4刀具管理系统3 刀具的交换与存储加工机床刀具库与工作主轴之间的刀具交换1顺序选择方式刀座编码方式2 刀具装卸站、中央刀具库以及各加工机床之间的刀具交换刀具编码方式2.4 刀具管理系统运载工具上的刀架与机床刀库之间的刀具交换33 刀具的交换与存储加工机床刀具库与工作主轴之间的刀具交换12 刀具装卸站、中央刀具库以及各加工机床之间的刀具交换2.4 刀具管理系统4 刀具监控与信息管理刀具监控的目的：及时了解所使用刀具因磨损、破损而发生的性质 的变化。直接法接触法图像匹配法间接法工件表面

13、质量监测 切削温度监测超声波监测 振动监测 切削力监测 功率监测 声发射监测3 工业机器人柔性制造系统（FMS）3.工业机器人机器人的概念工业机器人的发展历程工业机器人的组成工业机器人的分类工业机器人的工作过程工业机器人的技术参数工业机器人的应用3 工业机器人3.1 机器人的概念Click to add TextClick to add Text Click to add Text Click to add Text Click to add Text Click to add Text美国机器人协会(RIA)机器人是一 种用于移动各种 材料、零件、工 具或专用装置， 通过程序动作来 执行各种

14、任务， 并具有编程能力 的多功能操作机。ISO机器人是一 种自动的、位置 可控的、具有编 程能力的多功能 操作机。GBT1264390机器人是一 种能自动控制、 可重复编程、多 功能、多自由度 的操作机，能搬 运材料、工件或 操持工具，用以 完成各种作业。3.工业机器人3.2 工业机器人的发展历程1920 年卡里洛奇别克的科幻剧Rossums Universal Robots 首次使用了ROBOT这个名词，意思是“人造的人”。50、60年代AMF公司生产了柱坐标型Versatran机器人70年代1974年Cincinnati Milacron公司成功开发了多关节机器人 1979年，Unimat

15、ion公司又推出了PUMA机器人80年代第二代机器人有感觉的机器人目前第三代机器人智能机器人3 工业机器人3.3 工业机器人的组成执行系统控制系统驱动系统 传感系统手部 手腕 手臂 机座行走机构3工业机器人3.4 工业机器人的分类1、按系统功能分类专用机器人1通用机器人2示教再现机器人3智能机器人4以固定地点、固定程序工作结构简单、 无独立控制系统、造价低廉。适用于大批量 生产。有独立控制系统，工作程序可变，可完成 多种作业，结构复杂，工作范围大，定位精度 高，通用性强。适用于柔性制造系统。由人示教后，能按示教的顺序、位置、条 件与其他信息反复重现复杂的示教动作。适用 于多工位和经常变化工作路

16、线的工作。具有视觉、听觉、触觉功能，通过比较和 识别,作出决策和规划，完成预定的动作。3.工业机器人3.4工业机器人的分类2、按驱动方式分类液压式机器人气压式机器人 电力式机器人采用液压驱动，负载能力强、传动平稳、结 构紧凑、动作灵敏，使用广泛；以压缩空气作为动力源，动作迅速、结构简 单、成本低，适用于高速轻载、高温和粉尘 大的环境；电机驱动，结构简单、响应快、精度高，近 来发展迅速。3.工业机器人3.4 工业机器人的分类3、按手臂动作形态分类直角坐标机器人 圆柱坐标型机器人易于编程、定位精度高、结构简 单，所占空间大、灵活性较差；相比直角坐标型相比，所占体积 小、运动范围大；3.工业机器人3

17、.4工业机器人的分类3、按手臂动作形态分类直角坐标机器人 圆柱坐标型机器人 球坐标机器人多关节机器人易于编程、定位精度高、结构简 单，所占空间大、灵活性较差；相比直角坐标型相比，所占体积 小、运动范围大；结构紧凑、工作范围大、结构较复 杂；工作范围大、动作灵活、通用性强、 应用较广。3.工业机器人1机器人接受命令，形成作业过程控制 策略完成作业任务2保证正确完成作业43告诉机器人要做什么3.5 工业机器人的工作过程3.工业机器人机器人 技术参数3.6 工业机器人的技 术参数机器人在规定的性能范围内，机械接口 处能承受的最大负载量(包括手部)在工作载荷条件下、匀速运动过程 中，机械接口中心或工具

18、中心点在单位 时间内所移动的距离或转动的角度。自由度精度工作空间承载能力最大工作速度精度重复精度 分辨率机器人手臂末端或手腕中心 所能达到的所有点的集合3.工业机器人机器人 应用场合重复的工作环境难以装卸的场合多班次作业生产批量和操作工位多变的生产场合3.工业机器人3.7 工业机器人的应用恶劣的工作环境弧焊机器人激光焊机器人电阻焊机器人自动化焊接机器人点焊机器人等离子切割机器人3.工业机器人清洁机器人上料机器人物料输送机器人材料去除机器人包装机器人喷漆机器人3.工业机器人部件移动机器人装配机器人打保险机器人自动钻孔机器人设备维护机器人包装机器人3.工业机器人堆跺机器人涂层机器人去毛刺机器人磨削机器人高温喷涂机器人3.工业机器人4柔性制造的关键技术关键技术计算机辅助设计模糊控制技术人工智能技术及 专家系统人工神经网络技 术4.1 计算机辅助设计CAD技术引入专家系统，使之具有智能化。 它有助于加快开发新产品和研制新结构的速度。4.2 模糊控制技术模糊数学的实际是模糊控制器。最近开发出的 高性能模糊控制器具有自动功能，可在控制过程 中不断获取新的信息并自动对控制量作调整，使 系统性能大为改善，其中尤其以基于人工神经的