柔性制造系統(tǒng)的組成課件

1、柔性制造系統(tǒng)柔性自動化的興起FMS的形成與發(fā)展FMS的工作原理柔性制造系統(tǒng)的組成柔性制造系統(tǒng)的優(yōu)點柔性制造技術(shù)的研究向著深度和廣度發(fā)展柔性制造系統(tǒng)(flexiblemanufacturingsystem)是在自動化技術(shù)、信息技術(shù)和制造技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過計算機軟件科學，把工廠生產(chǎn)活動中的自動化設(shè)備有機地集成起來，打破設(shè)計和制造的界限，取消圖紙、工藝卡片，使產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)相互結(jié)合而成的，適用于中、小批量和較多品種生產(chǎn)的高柔性、高效率的制造系統(tǒng)。手工操作的生產(chǎn)車間小量生產(chǎn)大量不同的零件柔性制造系統(tǒng)中小批量生產(chǎn)相似類型的零件專用設(shè)備大批量生產(chǎn)接近相同的零件產(chǎn)品增加柔性增加圖1 柔性制造系統(tǒng)的應(yīng)用范圍柔

2、性自動化的興起 隨著科學技術(shù)的發(fā)展，對產(chǎn)品的功能與質(zhì)量的要求提高，產(chǎn)品更新?lián)Q代的周期越來越短，產(chǎn)品的復雜程度也隨之增高， 傳統(tǒng)的大批量生產(chǎn)方式受到了挑戰(zhàn)。為了同時提高制造工業(yè)的柔性和生產(chǎn)效率，使之在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期，降低產(chǎn)品成本，是終使中小批量生產(chǎn)能與大批量生產(chǎn)抗衡，柔性自動化系統(tǒng)便應(yīng)運而生。 1967年，英國莫林斯公司首次根據(jù)威廉森提出的FMS基本概念，研制了“系統(tǒng)24”。其主要設(shè)備是六臺模塊化結(jié)構(gòu)的多工序數(shù)控機床，目標是在無人看管條件下，實現(xiàn)晝夜24小時連續(xù)加工，但最終由于經(jīng)濟和技術(shù)上的困難而未全部建成。同年，美國的懷特森斯特蘭公司建成OmnilineI系統(tǒng)，它由八臺

3、加工中心和兩臺多軸鉆床組成，工件被裝在托盤上的夾具中，按固定順序以一定節(jié)拍在各機床間傳送和進行加工。這種柔性自動化設(shè)備適于少品種、大批量生產(chǎn)中使用，在形式上與傳統(tǒng)的自動生產(chǎn)線相似，所以也叫柔性自動線。 FMS的形成與發(fā)展 1976年，日本發(fā)那科公司展出了由加工中心和工業(yè)機器人組成的柔性制造單元(簡稱FMC)，為發(fā)展FMS提供了重要的設(shè)備形式。柔性制造單元(FMC)一般由12臺數(shù)控機床與物料傳送裝置組成，有獨立的工件儲存站和單元控制系統(tǒng)，能在機床上自動裝卸工件，甚至自動檢測工件，可實現(xiàn)有限工序的連續(xù)生產(chǎn)，適于多品種小批量生產(chǎn)應(yīng)用。 70年代末期，F(xiàn)MS在技術(shù)上和數(shù)量上都有較大發(fā)展，80年代初期已

4、進入實用階段，其中以由35臺設(shè)備組成的FMS為最多，但也有規(guī)模更龐大的系統(tǒng)投入使用。 1982年，日本發(fā)那科公司建成自動化電機加工車間，由60個柔性制造單元（包括50個工業(yè)機器人）和一個立體倉庫組成，另有兩臺自動引導臺車傳送毛坯和工件，此外還有一個無人化電機裝配車間，它們都能連續(xù)24小時運轉(zhuǎn)。這種自動化和無人化車間，是向?qū)崿F(xiàn)計算機集成的自動化工廠邁出的重要一步。與此同時，還出現(xiàn)了若干僅具有FMS基本特征，但自動化程度不很完善的經(jīng)濟型FMS，使FMS的設(shè)計思想和技術(shù)成就得到普及應(yīng)用。FMS的工作原理FMS的工作過程可以這樣來描述：柔性制造系統(tǒng)接到上一級控制系統(tǒng)的有關(guān)生產(chǎn)計劃信息和技術(shù)信息后，由其

5、信息系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)信息的處理、分配，并按照所給的程序?qū)ξ锪飨到y(tǒng)進行控制。物料庫和夾具根據(jù)生產(chǎn)的品種及調(diào)度計劃信息提供相應(yīng)品種的毛坯，選出加工所需要的夾具。毛坯的隨行夾具由輸送系統(tǒng)送出。工業(yè)機器人或自動裝卸機按照信息系統(tǒng)的指令和工件及夾具的編碼信息，自動識別和選擇所裝卸的工件及夾具，并將其安裝到相應(yīng)機床上。機床的加工程序識別裝置根據(jù)送來的工件及加工程序編碼，選擇加工所需的加工程序，并進行檢驗。全部加工完畢后，由裝卸及運輸系統(tǒng)送入成品庫，同時把加工質(zhì)量、數(shù)量信息送到監(jiān)視和記錄裝置，隨行夾具被送會夾具庫。當需要改變加工產(chǎn)品時，只要改變傳輸給信息系統(tǒng)的生產(chǎn)計劃信息、技術(shù)信息和加工程序，整個系統(tǒng)即能迅速、

6、自動地按照新要求來完成新產(chǎn)品的加工。中央計算機控制著系統(tǒng)中物料的循環(huán)，執(zhí)行進度安排、調(diào)度和傳送協(xié)調(diào)等功能。它不斷收集每個工位上的統(tǒng)計數(shù)據(jù)和其它制造信息，以便作出系統(tǒng)的控制決策。柔性制造系統(tǒng)的優(yōu)點 柔性制造系統(tǒng)是一種技術(shù)復雜、高度自動化的系統(tǒng)，它將微電子學、計算機和系統(tǒng)工程等技術(shù)有機地結(jié)合起來，理想和圓滿地解決了機械制造高自動化與高柔性化之間的矛盾。具體優(yōu)點如下。 第一，設(shè)備利用率高。由于采用計算機對生產(chǎn)進行調(diào)度，一旦有機床空閑，計算機便分配給該機床加工任務(wù)。在典型情況下，采用柔性制造系統(tǒng)中的一組機床所獲得的生產(chǎn)量是單機作業(yè)環(huán)境下同等數(shù)量機床生產(chǎn)量的3倍。 第二，減少生產(chǎn)周期，在制品減少80%左

7、右。由于零件集中在加工中心上加工,減少了機床數(shù)和零件的裝卡次數(shù)。采用計算機進行有效的調(diào)度也減少了周轉(zhuǎn)的時間。 第三，生產(chǎn)能力相對穩(wěn)定。自動加工系統(tǒng)由一自或多臺機床組成，發(fā)生故障時，有降級運轉(zhuǎn)的能力，物料傳送系統(tǒng)也有自行繞過故障機床的能力。 第四，產(chǎn)品質(zhì)量高。零件在加工過程中，裝卸一次完成，加工精度嵩，加工形式穩(wěn)定。FMS減少了卡具和機床的數(shù)量，并且卡具與機床匹配得當，從而保證了零件的一致性和產(chǎn)品的質(zhì)量。同時自動檢測設(shè)備和自動補償裝置可以及時發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問題，并采取相應(yīng)的有效措施，保證了產(chǎn)品的質(zhì)量。 第五，運行靈活。有些柔性制造系統(tǒng)的檢驗、裝卡和維護工作可在第一班完成，第二、第三班可在無人照看下正常

8、生產(chǎn)。在理想的柔性制造系統(tǒng)中，其監(jiān)控系統(tǒng)還能處理諸如刀具的磨損調(diào)換、物流的堵塞疏通等運行過程中不可預料的問題。 第六，產(chǎn)品應(yīng)變能力大。刀具、夾具及物料運輸裝置具有可調(diào)性，且系統(tǒng)平面布置合理，便于增減設(shè)備，滿足市場需要。當市場需求或設(shè)計發(fā)生變化時，在FMS的設(shè)計能力內(nèi)，不需要系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)的變化，系統(tǒng)具有制造不同產(chǎn)品的柔性。并且，對于臨時需要的備用零件可以隨時混合生產(chǎn)，而不影響FMS的正常生產(chǎn)。第七，加工成本低。FMS的生產(chǎn)批量在相當大的范圍內(nèi)變化，其生產(chǎn)成本是最低的。它除了一次性投資費用較高外，其他各項指標均優(yōu)于常規(guī)的生產(chǎn)方案。柔性制造系統(tǒng)的組成 為了實現(xiàn)制造系統(tǒng)的柔性， FMS必須包括下列組成

9、部分。典型的柔性制造系統(tǒng)包括數(shù)字控制加工設(shè)備物料儲運系統(tǒng)信息控制系統(tǒng)系統(tǒng)軟件 在此基礎(chǔ)上，可以根據(jù)具體需求選擇不同的輔助工具，如監(jiān)控工作站、測量工作站等。 柔性制造系統(tǒng)采用的設(shè)備由待加工工件的類別決定,主要有加工中心、車削中心或計算機數(shù)控(CNC)車、銑、磨及齒輪加工機床等,用以自動地完成多種工序的加工。加工中心和數(shù)控車床，前者用于加工箱體類和板類零件，后者則用于加工軸類和盤類零件。中、大批量少品種生產(chǎn)中所用的FMS，常采用可更換主軸箱的加工中心，以獲得更高的生產(chǎn)效率。 物料系統(tǒng)用以實現(xiàn)工件及工裝夾具的自動供給和裝卸，以及完成工序間的自動傳送、調(diào)運和存貯工作，包括各種傳送帶、自動導引小車、工業(yè)

10、機器人及專用起吊運送機等。 儲存和搬運系統(tǒng)搬運的的物料有毛坯、工件、刀具、夾具、檢具和切屑等；儲存物料的方法有平面布置的托盤庫，也有儲存量較大的桁道式立體倉庫。 工業(yè)機器人可在有限的范圍內(nèi)為14臺機床輸送和裝卸工件，對于較大的工件常利用托盤自動交換裝置(簡稱APC)來傳送，也可采用在軌道上行走的機器人，同時完成工件的傳送和裝卸。磨損了的刀具可以逐個從刀庫中取出更換，也可由備用的子刀庫取代裝滿待換刀具的刀庫。車床卡盤的卡爪、特種夾具和專用加工中心的主軸箱也可以自動更換。切屑運送和處理系統(tǒng)是保證FMS連續(xù)正常工作的必要條件，一般根據(jù)切屑的形狀、排除量和處理要求來選擇經(jīng)濟的結(jié)構(gòu)方案。 （三）信息控制

11、系統(tǒng) 設(shè)備級FMS信息控制系統(tǒng) 工作站級 單元級其中單元級控制系統(tǒng)(單元控制器)是柔性制造系統(tǒng)的核心。 第一級為各個工藝設(shè)備的計算機數(shù)控裝置(CNC)，實現(xiàn)各的口工過程的控制； 第二級為群控計算機，負責把來自第三級計算機的生產(chǎn)計劃和數(shù)控指令等信息，分配給第一級中有關(guān)設(shè)備的數(shù)控裝置，同時把它們的運轉(zhuǎn)狀況信息上報給上級計算機；第三級是FMS的主計算機(控制計算機)，其功能是制訂生產(chǎn)作業(yè)計劃，實施FMS運行狀態(tài)的管理，及各種數(shù)據(jù)的管理。 （四）系統(tǒng)軟件 系統(tǒng)軟件用以確保柔性制造系統(tǒng)有效地適應(yīng)中小批量多品種生產(chǎn)的管理、控制及優(yōu)化工作，包括設(shè)計規(guī)劃軟件、生產(chǎn)過程分析軟件、生產(chǎn)過程調(diào)度軟件、系統(tǒng)管理和監(jiān)控

12、軟件。 性能完善的軟件是實現(xiàn)FMS功能的基礎(chǔ)，除支持計算機工作的系統(tǒng)軟件外，數(shù)量更多的是根據(jù)使用要求和用戶經(jīng)驗所發(fā)展的專門應(yīng)用軟件，大體上包括控制軟件(控制機床、物料儲運系統(tǒng)、檢驗裝置和監(jiān)視系統(tǒng))、計劃管理軟件(調(diào)度管理、質(zhì)量管理、庫存管理、工裝管理等)和數(shù)據(jù)管理軟件(仿真、檢索和各種數(shù)據(jù)庫)等。21世紀FMS的關(guān)鍵技術(shù)集成化技術(shù) 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 包括硬件與軟件的實現(xiàn)。各種通訊協(xié)議及制造自動化協(xié)議、信息通信接口、系統(tǒng)操作控制策略等是實現(xiàn)各種制造系統(tǒng)自動化的基礎(chǔ)。模糊控制技術(shù) 模糊數(shù)學的實際應(yīng)用是模糊控制器。最近開發(fā)出的高性能模糊控制器具有自學習功能，可在控制過程中不斷獲取新的信息并自動地對控

13、制量作調(diào)整，使系統(tǒng)性能大為改善。人工智能及專家系統(tǒng)技術(shù) 智能制造技術(shù)(IMT)旨在將人工智能融入制造過程的各個環(huán)節(jié),借助模擬專家的智能活動,取代或延伸制造環(huán)境中人的部分腦力勞動。在制造過程中,系統(tǒng)能自動檢測其運行狀態(tài),在受到外界或內(nèi)部刺激時能自動調(diào)節(jié)其參數(shù)以達到最佳工作狀態(tài),具備自組織能力。故IMT被稱為未來21世紀的制造技術(shù)。對未來智能化FMS具有重要意義的另一個正在急速發(fā)展的領(lǐng)域是智能傳感器技術(shù),該項技術(shù)是伴隨計算機應(yīng)用技術(shù)和人工智能而產(chǎn)生的,它使傳感器具有內(nèi)在的“決策”功能。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANN)是模擬智能生物的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對信息進行平行處理的一種方法。故人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)也就是

14、一種人工智能工具。在自動控制領(lǐng)域,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)不久將平行于專家系統(tǒng)和模糊控制系統(tǒng)，成為現(xiàn)代自動化系統(tǒng)中的一個組成部分。虛擬現(xiàn)實與多媒體技術(shù) 虛擬現(xiàn)實(VR)是人造的計算機環(huán)境，使處在這種環(huán)境中的人有身臨其境的感覺，并強調(diào)人的操作與介入。VR技術(shù)在21世紀制造業(yè)中將有廣泛的應(yīng)用，它可以用于培訓、制造系統(tǒng)仿真、實現(xiàn)基于制造仿真的設(shè)計與制造和集成設(shè)計與制造、實現(xiàn)集成人的設(shè)計等。計算機輔助設(shè)計 未來計算機輔助設(shè)計(CAD)技術(shù)發(fā)展將會引入專家系統(tǒng)，使之具有智能化，可處理各種復雜的問題。當前設(shè)計技術(shù)最新的一個突破是光敏立體成型技術(shù)，直接利用CAD數(shù)據(jù)，通過計算機控制的激光掃描系統(tǒng)將三維數(shù)字模型分成若干層二維

15、片狀圖形，并按二維片狀圖形對池內(nèi)的光敏樹脂液面進行光學掃描，被掃描到的液面則變成固化塑料，如此循環(huán)操作，逐層掃描成型，并自動地將分層成型的各片狀固化塑料粘合在一起，僅需要確定數(shù)據(jù)，數(shù)小時內(nèi)便可制出精確的原形。利用這項技術(shù)可加快開發(fā)新產(chǎn)品和研制新結(jié)構(gòu)的速度。柔性制造技術(shù)的研究向著深度和廣度發(fā)展一.控制技術(shù)發(fā)展迅速 單元控制系統(tǒng)是FMS的大腦及神經(jīng)中樞,隨著計算機技術(shù)的進一步發(fā)展以及人工智能技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用,FMS控制技術(shù)無論是軟件還是硬件均有突飛猛進的發(fā)展。主要表現(xiàn)在以下幾個方面:1不斷推出新型控制軟件。2.控制軟件的模塊化、標準化。3.迅速發(fā)展新型軟件。4.積極引入設(shè)計新方法。5.發(fā)展新型控制體系結(jié)構(gòu)。 6大力開發(fā)應(yīng)用人工智能技術(shù)。2FMS物流系統(tǒng)性能更趨于完善 21世紀FMS物流系統(tǒng)性能提高主要體現(xiàn)在構(gòu)成FMS的各項技術(shù)，