柔性制造系统

1、柔 性 制 造 系 统 (Flexible Manufacturing System，简称FMS),专业：机械设计及理论 学号：2013412133 姓名：张谣,“刚性”含义, “刚性” 是指该生产线只能生产某种或生产工艺相近的某类产品，表现为生产产品的单一性。 刚性制造包括组合机床、专用机床、刚性自动化生产线等。,“柔性”含义, “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。,自动化制造,刚,性,制,造,柔,性,制,造,自动化制造系统是指在较少的人工直接或间接干预下，将原材料 加工成零件或将零件组装成产品，在加工

2、过程中实现管理过程和 工艺过程自动化。,柔 性 制 造 系 统,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，柔性制造系统被定义为：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。,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。”,柔性制造系统的产生和特点 1、产生背景： （1）市场变化导致中小批量、多品种生产方式成为需要。 市场竞争的加剧及顾客需求的多样化，导致传统的以规模效应带动成本降低的刚性生产线不再适应市场

3、的变化； 刚性生产线忽略了可能增加的库存而带来的成本的增加； 1973年石油危机，使大批量生产的缺点暴露。,2）科学技术的进步推动了自动化程度和制造水平的提高。 NC、CNC、DNC CAD、CAM GT、CAPP ROBOT,莫林斯系统,艾利斯查默斯系统,富士通工厂系统,1967年，英国莫林斯公司首次根据威廉森提出的FMS基本概念，研制了“系统24”。,60年代后期70年代初期,德国、日本、前苏联 、美国、意大利等相继开发了本国的第一代FMS。,1976年，日本 Fanuc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)，为发 展FMS提供了重要 的设备形式。,柔性制

4、造系统发展史上的三个典型系统：,我国FMS的研究状况,我国采取引进和开发相结合的方针，引进箱体类零件、旋转体件及钣金件加工FMS的全部或部分硬件技术。 1984年是我国研制FMS的起步时间，比国外晚了17年。我国第一套FMS系统是由北京机床研究所于1985年10月开发完成的（JCS-FMS-1），用于加工数控机床直流伺服电机中的主轴、端盖、法兰盘、壳体和刷架体等，它由5台国产加工中心、日本富士电机公司的AGV（自动导引车）及4台日本产的机器人组成，其控制系统由FANUC提供，据分析它的投资回收期约为两年半。 1983年1985年，在国家的支持下北京第一机床厂、湖南江麓机床厂、郑州纺织机械厂、广

5、西柳州开关厂等一些单位分别率先从德国、日本进口了国内第一批FMS。 1988年北京机床研究所为天津减速机厂提供的加工减速机机座的JCS-FMS-2系统是全部自行开发和配套的，它标志着我国已具有自主开发FMS系统的实力。 近几年来，国内一些经济实力比较雄厚的工厂（北京第一机床厂，上海第二纺织机械厂，天津减速机总厂，山西经纬纺织机械厂等），为实施CIMS，又进口了一些国外的FMS系统。,FMS 基本组成,物料储运系统,加工系统,计算机控制系统,FMS的主要功能： 1. 自动进行零件的批量生产(数控机床承担自动制造任务)； 2. 简单地改变软件,便能制造出某一零件族中的任何零件； 3. 自动运输、储

6、存、交换物料（毛坯、工件、刀具等）； 4. 自动监视功能(刀具磨损、破损的监测等）, 自动补偿、自诊断等； 5. 作业计划与调度功能 。,FMS的分类,按FMS承担的制造任务分类：,柔性加工系统 柔性装配系统 柔性检测系统,FMS的分类,按机床与物料输送系统的组合方式分类,一、柔性制造模块（FMM） 主机(配有工具交换装置)+工件自动交换装置 例:(1)加工中心+工件托盘交换器,柔性制造模块（FMM）,(2) 加工中心+机器人+工件托盘存放站,柔性制造模块（FMM）,FMM特点: 能独立运行, 能承担由多种零件组成的混流作业计划, 但不具备工件、刀具的供应管理功能，没有生产调度功能。,二、柔性

7、制造单元（FMC）,由工件自动输送设备连接的23个FMM组成，能独立工作，具有一定的生产调度能力。,例(1):采用有轨小车连接两台具有托盘交换器的加工中心,属直线型(FMC),例(2):用无人搬运小车连接两台CNC加工中心的环路型FMC,三、FMC的变种柔性自动线(FTL),FTL是工艺设备按照所采用的工艺操作顺序布置时的FMC ,适用于少品种、大批量生产。,例：某公司的连杆加工FTL,连杆加工FTL,按物料输送路线的布置方式分类,一、直线型FMS,9台CNC机床 配备检验站,工件托板装卸站 用有轨小车完成运送任务,二、环路型FMS,10台CNC机床 配备链式牵引式搬运小车 两个装卸站,一个检

8、验站 计算机系统控制下,可随机加工28种不同零件,三、机器人型FMS,*两台单设的机器人服务于6台CNC机床,FMS的效益 FMS所带来的技术经济效益： 1. 主要设备利用率高 2. 设备数量减少 3. 工人数量减少 4. 在制品库存压缩,生产周期缩短 5. 生产具有柔性,能响应生产变化的要求 6. 产品质量提高 7. 具有自诊断和维持生产的能力 8. 机床连续24小时运行,生产效率提高 9. 占地面积减少 10. 加工成本降低,柔性制造 生产线,柔性制造单元,F,M,C,柔性制造系统,F,M,S,独立制造岛,A,M,I,柔性制造生产线,柔性制造系统（柔性制造生产线）视频：,谢谢！,Molin

9、s System ,*计算机控制整个系统,可加工一系列不同的零件 *类似加工中心的数控机床 *自动为机床提供工件和工艺装备 *每天工作24小时(中班和晚班的16小时内 进行无人化加工),返回,最早的FMS系统,最终由于经济和技术上的困难而未全部建成！,Allis chalmers 系统平面布置,Allis chalmers 系统自动牵引车,返回,艾利斯查默斯系统,二十世纪六十年代后期，美国建立了艾利 斯查默斯系统。工件被装在托盘上的夹 具中，按固定顺序以一定节拍在各机床间传 送和进行加工。这种柔性自动化设备适于少 品种、大批量生产中使用，在形式上与传统 的自动生产线相似，所以也叫柔性自动线。,

10、*6台加工中心,4台双分 度头机床 *自动牵引车工件搬运系 统,Fanuc Hino 系统（富士通工厂系统）,Fanuc Hino系统平面布置,Fanuc Hino系统供料器及机床,柔性制造单元(FMC)一般由12台数控机床与物料传送装置组成，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，适于多品种小批量生产应用。,返回,* 8台数控车床 * 每台车床旁均有一个装有工件的圆盘传送带式供料器 * 机器人在圆盘供料器和车床之间,以及车床与车床之间传送工件,加工设备,辅助设备,检测设备,返回,加工系统：是FMS的主体部分，也是FMS中 耗资

11、最多的部分用于加工产品零件。以任 意顺序自动加工多种工件，自动更换工件 和刀具，增加功能后可实现工件自动清洗 与测量等。 FMS的加工能力很大程度上是 由它所包含的加工系统所决定的。,加工系统的要求,(1)工序集中; (2)控制功能强、可扩展性好; (3)高刚度、高精度、高速度; (4)使用经济性好; (5)操作性好、可靠性好、维修性好; (6)具有自保护性和自维护性; (7)对环境适应性与保护性好; (8)其他如技术资料齐全，机床上的各种显示、标记等清楚，机床外形、颜色美观且与系统协调。,物料储运系统,物料储运系统（物流系统）：实施对 毛坯、工件、夹具、刀具等的存储、 运输、交换工作。,物料

12、储运系统满足可变节拍生产的物料自动识别、存储、输送和交换的要求。增 加功能后可实现刀具预调和管理等。,返回,过程控制,过程调度,过程监视,返回,计算机控制系统（控制与管理系统）： 由管理FMS的信息、控制FMS各设备 协调一致工作 的计算机网络系统和FM S管理与控制软件构成。加工系统和物 流系统的自动控制和作业协调；在线数 据自动采集和处理；运行仿真及故障诊 断等。,车间计算机,中央管理计算机,制造单元1 计算机,物流处理 计算机,制造单元2 计算机,CNC No.1,CNC No.2,机 器 人,CNC No.1,CNC No.2,机 器 人,自动 仓库,AGV,机 器 人,交通 管理,最

13、高层,中间层,设备层,控制系统的结构 ： 通常采用递阶控制的结构形式，即通过对系统的控制功能进行正确、合理地分解，划分成若干层次，各层次分别进行独立处理，完成各自的功能，层与层之间在网络和数据库的支持下，保持信息交换，上层向下层发送命令，下层向上层回送命令的执行结果。,* 加工单元(MC): 有自动换刀及换工件功能的数控机床、加工中心。,* 加 工 单 元 机 床 配 置,CNC加工中心+CNC车削中心,CNC加工中心,CNC车削中心、 CNC磨床,专用CNC机床,返回,* 工件储运系统：,（1）毛坯、半成品、夹具组件的存储仓库及缓冲存储站,（2）工件托盘运输小车，输送带输送装置,* 工件储运

14、系统：,（3）托盘交换器，上料机器人等交换装置,* 工件储运系统：,（4）工件、夹具装卸站,* 工件储运系统：,返回,* 刀具运送系统：,（1）刀具存储库,（2）交换刀具装置,* 刀具运送系统：,交 换 刀 具 装 置,* 刀具运送系统：,（3）刀具刃磨、组装及预调工作站,返回,柔性制造单元（FMC）,通常由12台加工中心构成，并具有不同形式的刀具交换和工件的装卸、输送及储存功能。除了机床的数控装置外，还有一个单元计算机来进行程序的管理和外围设备的管理。FMS适合于小批量生产，加工形状比较复杂，工序不多而加工时间较长的零件。,返回,柔性制造系统（FMS）,由2台以上的加工中心，以及清洗、检测设备组成，具有较完善的刀具和工件的输送和储