柔性制造系统课件CH1、CH2

柔性制造系统（FMS）（FlexibleManufacturingSystem，简称FMS）第一章FMS概述1.1FMS的产生过程1.2FMS的发展状况1.4FMS的特点1.3FMS的定义1.5FMS的组成及功能1.6FMS的类型及应用1.7

FMS的关键技术1.8FMS的发展趋势1.9具有代表性的柔性制造方法1.10FMS发展问题及解决措施1.1FMS的产生过程1950s，美国MIT诞生了第一台三坐标数控铣床以后，机电一体化及数控（NC）的概念出现了。机电一体化技术进一步发展，出现了计算机数控（CN）、计算机直接控制（又称群控）（DNC）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助设计（CAD）、成组技术（GT）、计算机辅助工艺规程（CAPP）、工业机器人技术（ROBOT）等新技术。在这些新技术的基础上，为多品种、小批量生产的需要而兴起的柔性自动化制造技术得到了迅速的发展，作为这种技术具体应用的柔性制造系统（FMS）、柔性制造单元（FMC）和柔性制造自动线（FML）等柔性制造设备纷纷问世，其中柔性制造系统（FMS）最具代表性。

FMS的雏形源于美国MALROSE公司，该公司在1963年制造了世界上第一条多品种柴油机零件的数控生产线。FMS的概念由英国MOLIN公司最早正式提出，并在965年取得了发明专利，1967年FMS正式形成。FMS是先进制造技术的一部分，在欧美、日本、俄罗斯有较大的发展；1985年世界各国已投入运行的FMS有500多套，88年近800套，90年超过1000套，目前约共有4000多套FMS在运行；我国是1984年开始研制FMS，1986年从日本引进第一套FMS。1.2FMS的发展状况1.3FMS的定义根据“中华人民共和国国家军用标准”有关“武器装备柔性制造系统术语”的定义，FMS被定义为：“柔性制造系统（FlexibleManufacturingSystem，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迅速进行调整，适用于多品种、中小批量生产。”美国制造工程师协会的计算机辅助系统和应用协会把柔性制造系统定义为：“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，或一系列工序的一种集成制造系统。”1.4FMS的特点柔性，是指制造系统对系统内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能力，可分为瞬时、短期和长期柔性三种。凡具备上述三种柔性特征之一的、具有物料或信息流的自动化制造系统都可以称为柔性自动化。主要特点：柔性和自动化FMS的次要特点：：设备利用率高，占地面积小种减少直接劳动工人数产品质量高而稳定减少在制品库存量投资高、风险大，开发周期长、管理水平要求高。1.5FMS的组成及功能1．加工子系统

2．物流子系统

3．信息子系统FMS的组成典型的FMS主要由以下三个子系统组成：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早期简单的FMSOMRONCorp欧姆龙公司开发

FMS1.能自动管理零件的生产过程，自动控制制造质量，自动进行故障诊断及处理，自动进行信息收集及传输；2.简单地改变软件或系统参数，便能制造出某一零件族的多种零件；3.物料的运输和储存必须为自动(包括刀具等工装和工件的自动运输)；4.能解决多机床条件下零件的混流加工，且无需额外增加费用；5.具有优化调度管理功能，能实现无人化或少人化加工。FMS必须具备的功能：1.6FMS的类型及应用（1）按系统的规模分类

柔性制造单元（FMC）

1～2台数控机床与物料传送装置，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，可实现有限工序的连续生产，多品种小批量生产。柔性制造单元柔性制造单元模型柔性制造系统（FMS）

信息控制系统（计算机综合控制功能，数据管理功能，生产计划和调度管理功能和监控功能等）物料储运系统（自动输送装置，自动上下料装置，自动化仓库，中央刀库等）数字控制加工设备（

两台或两台以上数控机床或加工中心或柔性制造单元）能适应加工对象变换的自动化机械制造系统柔性制造系统由FMC组成的柔性制造系统

柔性生产线（FML）

它是针对某种类型（族）零件的，具有专业化生产或成组化生产的特点。它由多台加工中心或数控机床组成，其中有些机床带有一定的专用性，全线机床按工件的工艺过程布局，可以有生产节拍，但它本质上是柔性的，是可变加工生产线。柔性生产线实际上是由柔性制造单元、柔性制造系统、柔性制造生产线的组合组成的工厂，即自动化工厂。它有计算中心的主计算机及多台子计算机实施工厂全盘自动化。柔性制造工厂（FMF)柔性制造工厂（2）按应用对象分类

切削加工FMS

钣金加工FMS

焊接FMS

柔性装配系统等（3）按系统布局分类直线型对刀仪FMS控制器刀具I/O站装卸站

加工中心A加工中心B刀具机器人物料小车中央刀库中央托盘区机器人型

环型FMS典型系统结构FMS的应用1.7FMS的关键技术在进行柔性制造系统的设计、规划时,主要涉及以下几个关键技术：FMS的监控和管理系统；FMS的物流系统；FMS的刀具传输和管理系统；FMS的联网技术；FMS的辅助系统设计等。过去制造系统中仅强调信息的集成,这是不够的,现在更强调技术、人和管理的集成。在开发制造系统时强调“多集成”的概念,即信息集成、智能集成、串并行工作机制集成及人员集成,这更适合未来制造系统的需求。集成化技术网络技术网络技术包括硬件与软件的实现。各种通讯协议及制造自动化协议、信息通信接口、系统操作控制策略等是实现各种制造系统自动化的基础。模糊控制技术模糊数学的实际应用是模糊控制器。最近开发出的高性能模糊控制器具有自学习功能,可在控制过程中不断获取新的信息并自动地对控制量作调整,使系统性能大为改善。人工智能及专家系统技术迄今为止,FMS中所采用的人工智能大多数是基于规则的专家系统。专家系统利用专家知识和推理规则进行推理,求解各类问题(如解释、预测、诊断、查找故障、设计、计划、监视、修复、命令及控制等)。未来,以知识密集为特征、以知识处理为手段的人工智能技术必将在FMS中起着关键性的作用。人工神经网络技术人工神经网络(ANN)是模拟智能生物的神经网络对信息进行平行处理的一种方法。所以人工神经网络也就是一种人工智能工具。在自动控制领域,神经网络不久将平行于专家系统和模糊控制系统,成为现代自动化系统中的一个组成部分。虚拟现实与多媒体技术虚拟现实(VR)是人造的计算机环境,使处在这种环境中的人有身临其境的感觉,并强调人的操作与介入。它可以用于培训、制造系统仿真、实现基于制造仿真的设计与制造和集成设计与制造、实现集成人的设计等。多媒体介质采用多种介质来储存、处理多种信息,融文字、语音、图象、动画于一体,给人一种真实感。计算机辅助设计未来计算机辅助设计(CAD)技术发展将会引入专家系统,使之具有智能化,可处理各种复杂的问题。当前设计技术最新的一个突破是光敏立体成型技术,直接利用CAD数据,通过计算机控制的激光扫描系统将三维数字模型分成若干层二维片状图形,并按二维片状图形对池内的光敏树脂液面进行光学扫描,被扫描到的液面则变成固化塑料,如此循环操作,逐层扫描成型,并自动地将分层成型的各片状固化塑料粘合在一起,仅需要确定数据,数小时内便可制出精确的原形。利用这项技术可加快开发新产品和研制新结构的速度。1.8FMS的发展趋势FMC将成为发展和应用的热门技术因为FMC的投资比FMS少的多而经济效益相接近,故FMC更适用于财力有限的中小型企业,目前国外众多厂家将FMC列为发展之重点。发展效率更高的FML少品种大批量的生产企业如汽车、拖拉机等工厂对FML的需求引起了FMS制造厂的极大关注。采用价格低廉的专用数控机床替代通用的加工中心将是FML的发展趋势。

它将与企业资源计划（ERP）、产品数据管理（PDM）和CAD/CAPP/CAM的信息集成,进而通过与客户关系管理(CRM)和供应链管理(SCM)的联系作出智能决策,实施并行工程、可视化监控等以提高机床利用率,实现高效的柔性生产。FMS朝多功能方向发展由单纯加工型FMS进一步开发以焊接、装配、检验及钣材加工乃至铸、锻等制造工序兼具的多功能。从网络化联盟制造的角度出发研究相适应的制造单元1.9具有代表性的柔性制造方法与传统的大批量生产方式比较,细胞生产方式两个特点,一个是规模小(生产线短,操作人员少),另一个是标准化之后的小生产细胞可以简单复制。能够实现:(1)简单应对产量的变化(2)减少场地占用(3)每一个细胞的作业人数少,降低了平衡工位间作业时间的难度(4)合理组合员工细胞生产方式一人生产方式针对一些作业时间相对较短、产量不大的产品,如果能够打破常规流水线生产,改由每一个员工单独完成整个产品装配任务的话,将获得意想不到的效果。一个流生产方式台车生产方式一个流生产方式是取消机器间的台车,并通过合理的工序安排和机器间滑板的设置让产品在机器间单个流动起来。固定线和变动线方式一个产品在制造过程中,从一条线上转移到另一条线上,转移工具就是台车。着眼于搬动及转移过程中的损耗,有人提出了台车生产线,即在台车上完成所有的装配任务。根据某产品产量的变动情况,设置两类生产线,一类是满足某一相对固定部分的固定生产线,另一类是用来满足变动部分的变动生产线。通常,传统的生产设备被用作固定线,而柔性设备或细胞生产方式等被用作变动生产线。1.10FMS发展遇到的问题及解决措施

巨大的前期投资增加FMS推广的风险，而大部分已建成投产的FMS并没有给投资者带来预期的效益。过分依赖设备的先进性，追求高、新技术，忽视人在系统中的主观能动性和组织管理的跟进。整个FMS的运行效率低。FMS发展遇到的问题解决措施改变以往重设备、轻管理的模式，充分发挥人的主观能动性；提高FMS自身水平，特别是物流运控软件水平；借鉴其它先进的制造理念，来增强FMS的生命力。第二章FMS的加工系统2.1加工子系统的功能2.2加工子系统的要求2.3加工子系统的组成2.5加工子系统的辅助装置2.4常用加工设备简介加工子系统

物流子系统信息子系统FMS的组成加工子系统加工子系统的功能：FMS的最基本的组成部分；

FMS中耗资最多的部分；担任把原材料转化为最终产品的任务。2.1加工子系统的功能2.2加工子系统的要求工序集中，减轻物流负担，减少装夹次数；控制功能强、扩展性好；高刚度、高精度、高速度；自保护与自维护性好；使用经济性好；对环境的适应性与保护性好。由两台或两台以上的数控机床或加工中心以及其他加工设备，包括测量机、清洗机、动平衡机、各种特种加工设备等组成。2.3加工子系统的组成加工子系统的组成

目前FMS的加工对象主要有两大类：棱柱体类：常用镗铣加工中心回转体类：常用车削加工中心加工中心加工中心（MachiningCenter，MC）是一种备有刀库并能按预定程序自动更换刀具，对工件进行多工序加工的高效数控机床。2.4常用加工设备简介卧式加工中心1-主轴头2-刀库3-刀库4-立柱底座

5-回转工作台、6-工作台底座

车削加工中心1-刀库2-回转刀架3-换刀机械手4-上下工件机器人5-工件存储站

机床夹具组合夹具：利用标准化夹具零部件快速拼装所需夹具；

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