(数控机床设计)第2章FMS与CIMS课件

第2章柔性制造系统技术一、学习要求1、了解：柔性制造系统的产生和特点；2、掌握：柔性制造系统的定义、组成及类型。二、学习要点1、柔性制造系统的产生、特点；

2、FMS的定义、组成及类型；

3、物料运送装置；

4、加工中心的分类及其换刀方式、刀库类型。12.1.1制造自动化技术的广义内涵一、自动化概念的不断发展变化

自动化技术是人类在长期的生产活动中不断追求的主要目标之一。1、1936年美国通用汽车公司工作人员认为：在一个生产过程中，机器之间的零件转移不用人去搬运就是“自动化”。即：以机械代替人力操作，自动完成特定的作业。2、随着计算机的出现和应用，自动化的概念扩展为：用机器包括计算机代替或辅助人的体力劳动和脑力劳动，按照需求和目标，灵活、自动地完成特定的作业。3、今天，柔性自动化制造技术是指：在广义制造过程中的所有环节采用自动化技术，即对制造全过程进行优化规划、组织、运作、协调、控制与管理，以实现优质、高效、低耗、敏捷和绿色生产的目标，并取得社会经济效益。2二、柔性自动化制造技术在形式上的三层含义

1、代替人的体力劳动；2、代替或辅助人的脑力劳动；3、实现制造系统中人、机及整个系统的协调、管理、控制和优化。3三、柔性自动化制造技术在功能上的含义

可用TQCSEF模型来描述柔性自动化制造技术的目标。

T（Time）——时间，加速新产品研制，缩短交货期Q（Quality）——质量C（Cost）——成本S（Service）——服务E（Environment）——环保F（Flexible）——柔性42.1.2柔性自动化制造技术的发展历程及现状一、发展历程的第一种划分方法（三个阶段）

加工箱体类零件的组合机床自动线刚性自动化设备--自动/半自动机床、组合机床、组合机床自动线；对象--单一品种大批量生产自动化；特点--生产效率高、加工品种单一。5柔性自动化设备--NC、CNC、FMC、FMS等。对象--多品种小批量甚至单件生产自动化；综合自动化经营管理、开发设计、加工装配、质量保证自动化，CIMS等。

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柔性制造系统7制造自动化技术的主要形式

柔性自动化50年代焊接机器人综合自动化70年代综合自动化8二、发展历程的第二种划分方法（五个阶段）1、第一阶段（1913年－）：刚性自动化，包括刚性生产线和自动单机。

该阶段技术在20世纪40年代已经相当成熟。特点：大批量生产；仅适用于单一品种新技术：继电器程序控制组合机床2、第二阶段（1930－）：数控加工，包括数控和计算机数控。其中数控在20世纪50-70年代发展迅速并已成熟，70-80年代计算机数控加工取代了数控加工。特点：柔性好；适用于多品种中小批量生产新技术：数控技术、计算机编程技术等9二、发展历程的第二种划分方法（五个阶段）3、第三阶段（1965年－）：柔性制造，包括计算机直接控制（DNC）、FMS和FMC。

特点：柔性、高效率；适用于多品种中小批量生产新技术：DNC，FMS，监控技术……4、第四阶段（1973－）：计算机集成制造系统CIMSCIMS在20世纪80年代以来发展迅速。特点：强调系统性和集成性；新技术：现代制造技术、管理技术、计算机技术、自动化技术、信息技术、系统工程技术……10二、发展历程的第二种划分方法（五个阶段）5、第五阶段（1991年－）：智能制造系统（IMS），包括计算机直接控制（DNC）、FMS和FMC。

1990年4月由日本倡导。特点：集成日本的企业技术、欧共体的精密工程技术、美国的系统技术等以上介绍五个阶段，是国外发达国家的发展历程。我国与国外发达国家相比，有所滞后，目前正在努力跟进。11柔性制造单元（FlexibleManufacturingCell，简称FMC）是一种最简单的柔性加工系统，通常由单台加工中心及托盘输送装置（或工业机器人）组成。由一台卧式镗铣类加工中心和自动化的托盘库组成的柔性制造单元121、FMS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，柔性制造系统（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，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调整，适用于多品种、中小批量生产。美国制造工程师协会(SME)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、柔性加工单元和集成物料储运装置完成零件族某一工序或一系列工序的一种集成制造系统”。13更直观的定义是：“柔性制造系统是至少由两台数控机床，一套物料运输系统（从装载到卸载具有高度自动化）和一套计算机控制系统所组成的制造自动化系统。它采用简单改变软件的方法便能制造出某些部件中的任何零件”。综上所述，各种定义的描述方法虽然有所不同，但都反映了FMS应具备以下特点：硬件组成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；一套能自动装卸的运输系统，包括刀具储运和工件及原材料储运。具体结构可采用传输带、有轨小车、无轨小车、搬运机器人、上下料托盘站等；一套计算机控制系统及信息通信网络。14FMS的组成15柔性制造系统仿真16软件组成FMS的运行控制系统；FMS的质量保证系统；FMS的数据管理和通信网络系统。FMS必须具备的功能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；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；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)；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；具有优化调度管理功能，能实现无人化或少人化加工。17二、加工系统中常用的加工设备简介1、目前FMS的加工对象主要有两大类：棱柱体类回转体类2、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。棱柱体类：常用镗铣加工中心回转体类：常用车削加工中心18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

19自动化仓库示意图

20运输小车21计算机集成制造系统CIMSCIMS的体系结构

指以信息的观点建立的企业模型框架（或功能模型）。CIMS功能模型通常由5个分系统组成CIMS体系结构22

广义制造：

市场调研与预测/产品设计选材与工艺设计生产准备生产加工质量保证/生产过程管理市场营销/售前售后服务/报废后的回收处理产品寿命循环周期内一系列相互联系的活动23产品全生命周期生产销售使用维护/服务报废/回收规划设计/确认制造概念设计24

20世纪70年代以来，随着电子信息技术、自动化技术的发展以及各种先进制造技术的进步，制造系统中许多以自动化为特征的单元技术得以广泛应用。如CAD、CAPP、CAM、工业机器人、FMS等单元技术的应用，为企业带来显著效益。然而，人们同时发现，如果局部发展这些自动化单元技术，会产生“自动化孤岛”现象。“自动化孤岛”具有较大封闭性，相互之间难以实现信息的传递与共享，从而降低系统运行的整体效率，甚至造成资源浪费。CIMS的基本概念与其发展概况一、CIM和CIMS的概念

25“自动化孤岛”26例：离散制造业CADCAPPCAMCAEROBOTFMSFAS自动化立体仓库MRPIIOAMISDSS销售系统DatabaseNetwork未经集成化处理的计算机应用,形成了多个“自动化孤岛”Internet27

自动化单元如果能够实现信息集成，则各种生产要素之间的配置会得到更好的优化，各种生产要素的潜力可以得到更大的发挥，各种资源浪费可以减少，从而获得更好的整体效益。这正是计算机集成制造系统的出发点。

将“自动化孤岛”集成在一起28串行模式

SerialMode设计工艺制造装配测试修改意见反馈29设计概念模型快速制模生产模具投入批产市场销售

在产品生命周期不同阶段工程更改的费用将以指数增加$10$100$1,000$10,000$100,000$???产品设计决定企业兴衰30产品设计虽然只占产品整个成本的5％，但它却影响产品整个成本的70％。产品设计数字化的技术的发展31并行模式

(ConcurrentMode)设计工艺制造装配测试修改意见反馈323、企业集成：传统企业：“小而全”、“大而全”；“两头小，中间大”现代企业：必须面对全球经济、全球制造的新形势，充分利用全球的制造资源（包括智力资源），更快、更好、更省地响应市场

针对某一特定产品，建立企业动态联盟（即所谓虚拟企业，VirtualEnterprise），提倡“扁平式”企业两头大：即强大的新产品设计、开发能力和强大的市场开拓能力

中间小：指加工制造的设备能力可以小，多数零部件可以靠协作解决

以虚拟制造、敏捷制造为代表产品不再适应市场，动态联盟解散33CIMS发展简况（国外）

美国——不仅企业重视，国家也极为重视，认为CIM是夺回失去市场、取得竞争成功的关键技术，并将不可逆转地成为21世纪占主导地位的新的生产方式。20世纪80年代初，美国国家标准局（NBA）所属AMRF（自动化研究实验基地）建立了世界上第一个CIMS实验系欧共体——1984年开始实施ESPRIT（欧洲信息技术研究战略计划），在130个合作项目中，关于CIM项目占28项日本——CNC