《柔性制造系统控制技术》课件第1章

项目一柔性制造系统认知了解柔性制造系统及其应用一、任务引入

随着社会的进步、时代的发展，传统的少品种、大批量的生产方式受到严重的挑战，企业迫切需要一种能在一定范围内调整加工工艺，并且能生产多品种、小批量产品的设备。在这种背景下，柔性制造系统(FlexibleManufactureSystem，FMS)应运而生，并在世界范围内得到推广，而且在不断完善和发展中。

二、任务分析

通过本任务的学习，应实现以下知识目标：

(1)了解柔性制造系统的发展历程。

(2)熟悉柔性制造系统的基本构成。

(3)熟悉柔性制造系统的优缺点。

了解柔性制造系统及其应用

1.柔性制造系统的发展过程20世纪50年代至60年代，随着科学技术的发展，一些工业发达的国家和地区在研究工厂生产的产品之后，发现大批量生产只占整个制造业的一小部分，大约占制造业总量的15%～25%，而中小批量生产则占了75%～85%，此时人们已意识到多品种、小批量自动化生产方式将成为主流趋势。同时，社会对产品功能与质量的要求越来越高，产品更新换代的周期越来越短，产品的复杂程度也随之增高，传统的大批量生产受到挑战。传统的大批量、少品种的加工方式采用自动流水线制造设备，采用刚性自动化的生产方式，其主要特点是有固定的物流设备，且加工工艺较为固定，不易更改。这种刚性自动化生产线的优点是生产率很高，由于设备是固定的，所以设备的利用率也很高，因此生产产品的成本相对较低。其缺点也十分明显，由于设备的固定性，需要对生产线进行较大改动才能满足改变加工产品品种的要求，这样导致投资成本的加大和对时间的消耗；而多品种、小批量生产加工要求产品多样、产品更新周期短、产品功能复杂，这必然会导致加工时频繁调换刀具，加工工艺稳定性差，生产效率也因此受到影响。因此这种加工方式已经不能满足多品种、小批量生产的要求，其劳动生产率也极大地落后于传统的大批量生产方式。为了同时提高制造工业的柔性和生产效率，使之在保证产品质量的前提下缩短产品生产周期，降低产品成本，最终使中小批量生产能与大批量生产抗衡，柔性制造系统便应运而生。1967年，世界上首套FMS“系统24”由英国莫林斯公司研制开发。“系统24”是由六台模块化的数控机床组成的多工序生产线，可实现无人看管自动连续生产加工的功能。但最终因经济耗费巨大以及技术不成熟，导致该系统并未全部建成。同年，美国的怀特·森斯特兰公司也研制开发了另一套系统“onmilineⅠ”，它比“系统24”更为庞大，具有八台加工中心和两台多轴钻床，系统以相对较固定的加工工艺，采用固定顺序将托盘夹具中的工件送入各机床加工，同时工件在各机床之间按顺序进行传送。这种生产方式能进行连续自动加工，但与传统的生产线较为类似，只能满足少品种、大批量生产方式的需求，故只称为柔性自动线。从60年代末至70年代初，FMS的研制工作先后在日本、苏联、德国等国家开展。1976年，FMS重要设备形式之一 ——柔性制造单元(FMC)显露雏形，由加工中心和工业机器人共同组成的制造单元由日本FANUC公司展出。柔性制造单元主要由数台数控机床和一些传送带、工业机器人等所构成的传送装置组成，工业机器人能完成将工件输送到机床、装卸工件等工作。此外FMC还拥有独立存放工件的存储站，后来发展成为立体仓库，加工工序可在一定范围内自动调整从而实现连续加工，FMC满足了多品种、小批量的生产需求。我国的FMS研究相对较晚，我国第一套FMS是北京机床研究所于1985年从日本富士通的FANUC公司引进的。该套FMS主要用于旋转体加工，其对象是FB-15/25型直流伺服电动机的轴类、法兰盘类、刷架体类和壳体类等四大类共14种零件。它由5台国产加工中心、日本富士电机公司的AGV及4台日本产的机器人组成，包括中央管理系统、物流控制系统、技工单元和监视摄像系统四大部分。我国第一套自主研发的FMS-JCS-FMS-2实用型单元控制系统于1991年诞生，该系统由重庆大学与北京机床研究所共同研制开发，虽然该系统功能不尽完善，但对我国的FMS发展具有里程碑式的影响。FMS从最初的概念、探索、研究并逐步走向实用化和商品化的过程已经经历了50多年，它的发展水平代表着一个国家的制造业技术水平，其中以美、英、德、日等为代表，成功地创造出许多优秀的FMS案例。在目前全球所运行的FMS中，美国所研制的占50%，而日本和德国所研制的占另一半。2.柔性制造系统的基本构成FMS在直观上可定义为一个在中央计算机控制下，由两台以上配有自动换刀及自动换工件托盘的数控机床，以及供应刀具和工件托盘的物料运送装置组成的制造系统，它具有生产负荷平衡调度和对制造过程实时监控以及制造多种零件族的柔性自动化功能。我国对FMS的标准定义为：柔性制造系统是由数控加工设备、物流储运装置和计算机控制系统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，能适应加工对象变换，在加工自动化的基础上实现物质流和信息流的自动化。FMS的定义有很多种，尚无统一定义。但简单来说，FMS运用成组技术作为工艺基础，根据具体的加工对象的特点和需求来确定相应的工艺流程，并选择自动加工系统、物流系统和其他系统各部分设备的型号，利用计算机技术进行控制，能根据产品和工艺流程更改要求自动调整并以较高生产率生产多种产品(即具有“柔性”)。FMS可以满足市场对多品种、中小批量生产的需求。对机械制造业的柔性制造系统而言，其基本构成部分及作用如表1-1所示。柔性制造系统的功能结构主要包括计划调度、加工设备、物流系统、CAD/CAM(计算机辅助设计/计算机辅助制造)一体化、网络通信、检测监控6个部分，如图1-1所示。随着微电子技术、计算机技术、通信技术以及机械与控制设备的发展，柔性制造技术日臻成熟。如今，FMS已成为各工业化国家机械制造自动化的研制发展重点。按规模大小划分，柔性制造系统可分为柔性制造单元(FMC)、柔性制造系统(FMS)、柔性制造生产线(FML)、柔性制造工厂(FMF)等4种形式，如表1-2所示。3.柔性制造系统的优点柔性制造系统是一个技术复杂、高度自动化的系统，它将微电子学、计算机和系统工程等技术有机地结合起来，圆满地解决了机械制造高自动化与高柔性化之间的矛盾。其优点具体如表1-3所示。柔性制造系统作为一种生产手段，不断适应新的需求，不断引入新的技术，不断向更高层发展。FMS随着其应用范围的逐步扩大，有逐渐朝低成本、高柔性、多功能化、模块化、集成化、智能化、小型单元化、管理现代化、环保化方向发展的趋势。FMS的软、硬件都向模块化方向发展。一方面，与计算机辅助设计和辅助制造系统相结合，利用原有产品系列的典型工艺资料，组合设计不同模块，构成各种不同形式的具有物质流和信息流的模块化柔性系统；另一方面是实现从产品决策、产品设计、生产到销售的整个生产过程的自动化。特别是管理层次自动化的计算机集成制造系统，柔性制造系统只是它的一个组成部分。为了保证系统工作的可靠性和经济性，将其主