關(guān)于FMS柔性自動化要點整理

數(shù)字化——發(fā)展的核心精密化——發(fā)展的關(guān)鍵極端化——發(fā)展的焦點自動化——發(fā)展的條件集成化——發(fā)展的方法網(wǎng)絡(luò)化——發(fā)展的道路智能化——發(fā)展的前景綠色化——發(fā)展的必然制造技術(shù)的發(fā)展趨勢1.3現(xiàn)現(xiàn)代制制造的特特征速度（Speed）在生產(chǎn)底層層控制和和上層企企業(yè)資源源管理系系統(tǒng)有機機集成的的基礎(chǔ)上上，將供應商商和客戶戶納入到到企業(yè)自自身的供供應鏈中中，及時時知道下下游客戶戶需求情情況，讓讓上游的的供應商商及時了了解企業(yè)業(yè)原材料料的庫存存情況、、配套情情況，在在供應商商、商家家、客戶戶三者之之間沒有有形成一一個有效效的閉路路，實現(xiàn)現(xiàn)對市場場的快速速響應。柔性（Flexibility）在通過互互聯(lián)網(wǎng)實實施EAM（EnterpriseAssetManagement）），合作作伙伴基基于一定定的資產(chǎn)產(chǎn)運作程程序和ISO認認證都可可共享資資產(chǎn)、程程序和加加工方面面的信息息，使使得制造造系統(tǒng)更更加柔性性。集成（Integration）利用集成成的控制制平臺實實現(xiàn)制造造過程與與商務過過程的并并行實施施，使工工作流、、信息流流和物流流運作相相互協(xié)調(diào)調(diào)，增加加操作的的敏捷性性?？梢暬╒isibility）向客戶和和供應商商提供各各種數(shù)字字和圖像像信息，，實現(xiàn)制制造過程程可視化化。在增增加對企企業(yè)的了了解，提提高對企企業(yè)的信信心的同同時，加加強對企企業(yè)的監(jiān)監(jiān)督。2.計計算機集集成制造造2.1背背景景與理念念Dr.JosephHarrington1974年提提出CIM的制制造理念念：ComputerIntegratedManufacturing(CIM)用計算機機通過信信息集成成、過程程集成、、企業(yè)集集成實現(xiàn)現(xiàn)現(xiàn)代化生生產(chǎn)制造造，求得得企業(yè)的的總體效效益的一一種先進進的制造理念念。根據(jù)這個個理念開開發(fā)的系系統(tǒng)叫做做CIMS。在中國經(jīng)經(jīng)過10多年的的發(fā)展，，結(jié)合新新的技術(shù)術(shù)演變?yōu)闉椋篊ontemporaryIntegratedManufacturingSystem現(xiàn)代集成成制造2.2CIMS基基本組成成生產(chǎn)管理理信息系系統(tǒng)((ERP//MRPII))工程設(shè)計計系統(tǒng)（（CAD/CAM/CAPP/PDM）生產(chǎn)自動動化系統(tǒng)統(tǒng)（FMS/DNC））質(zhì)量管理理信息系系統(tǒng)（CAQ））數(shù)據(jù)庫管管理系統(tǒng)統(tǒng)和計算算機網(wǎng)絡(luò)絡(luò)系統(tǒng)第二章DNC系統(tǒng)統(tǒng)2.1概概述2.1..1DNC定義DNC是是用一臺臺或多臺臺計算機機，對多多臺數(shù)控控設(shè)備實實施綜合合控制的的一種方方法，是是機械制制造系統(tǒng)統(tǒng)的一個個重要發(fā)發(fā)展。DNC系系統(tǒng)屬于于自動化化制造系系統(tǒng)的一一種模式式。2.1..2DNC發(fā)展過過程群控（DirectNumericalControl））直接數(shù)字字控制（（DirectNumericalControl），也也有人稱稱它為““群控””（60‘s）分布式數(shù)數(shù)控（DistributedNumericalControl）

DNC系系統(tǒng)實施施分級控控制，CNC計計算機直直接控制制生產(chǎn)機機床并與與DNC系統(tǒng)主主機進行行信息交交互，DNC主主機也可可與其它它計算機機進行信信息的交交互。DNC系系統(tǒng)配置置的這種種發(fā)展，，使DNC的含含義由直直接數(shù)控控變?yōu)榉址植际綌?shù)數(shù)控（DistributedNumericalControl））。（70’s）柔性DNC（FlexibleDistributedNumericalControl）DNC系系統(tǒng)不僅僅用計算算機來管管理、調(diào)調(diào)度和控控制多臺臺NC機機床，而而且還與與CAD/CAPP//CAM、物料料輸送和和存貯、、生產(chǎn)計計劃與控控制相結(jié)結(jié)合，形形成了柔柔性分布布式數(shù)字字控制（（FlexibleDistributedNumericalControl：：FDNC）系系統(tǒng)。（（80’s））2．4DNC通信信系統(tǒng)的的物理連連接采用RS－232C或或RS422采用RS-232C或或RS422連連接方式式實現(xiàn)起起來比較較方便，，成本也也比較低低，但也也帶來以以下一些些問題：：（1）傳傳輸距離離短。如如RS--232C的傳傳輸距離離不超過過50m，20mA電電流環(huán)和RS--422/RS-423為1000m左右右；（2）傳傳輸不夠夠可靠。。這些接接口和連連接電纜纜的抗干干擾能力力較差，，而且其傳輸過過程的檢檢錯功能能較弱；；（3）傳傳輸速率率低，實實時性差差，響應應速度慢慢；（4）系系統(tǒng)規(guī)模模有限。。由于一一臺計算算機不可可能提供供很多串串行接口口，所連設(shè)備很很有限，，因此整整個系統(tǒng)統(tǒng)的規(guī)模模就不可可能很大大；（5）電電纜費用用高，系系統(tǒng)復雜雜性增加加。每臺臺設(shè)備都都需一條條來自DNC主主機的通信信電纜，，因此整整個系統(tǒng)統(tǒng)的電纜纜費用很很大，而而且導致致系統(tǒng)環(huán)境的復復雜性也也大大增增加。（6）系系統(tǒng)的擴擴展不容容易。當當系統(tǒng)需需擴充時時，不但但要修改改系統(tǒng)軟軟件，而且也要要更改硬硬件。采用計算算機網(wǎng)絡(luò)絡(luò)通信接接口新一代的的CNC裝置為為了能連連入到DNC、、FMS中設(shè)置置了可直直接與網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)連接接的專用用通訊微微處理器器接口，，通過該該接口可可以把數(shù)數(shù)控設(shè)備備連接在在工業(yè)局局域網(wǎng)（（LAN）中。。網(wǎng)絡(luò)通通信協(xié)議議大多采采用ISO開放放系統(tǒng)互互聯(lián)參考考模型七七層結(jié)構(gòu)構(gòu)為基礎(chǔ)礎(chǔ)的有關(guān)關(guān)協(xié)議。。專用網(wǎng)絡(luò)絡(luò)：DATA－HIGHWAY（（DH））、（DH+））MAP網(wǎng)網(wǎng)和工業(yè)業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)：FANUC、Simens、AB等?！，F(xiàn)場總線線（FieldBus）-結(jié)結(jié)構(gòu)簡單單、協(xié)議議直觀；；-價價格低廉廉、性能能穩(wěn)定；；-實實時性較較高，抗抗干擾能能力強，，適用與與工業(yè)現(xiàn)現(xiàn)場通信信。DeviceNET第三章柔柔性性制造系系統(tǒng)（FMS）3.1FMS概概述3.1..1制造柔性性制造柔性性是指一一個制造造設(shè)備或或系統(tǒng)對對生產(chǎn)需需求變化化的適應應能力，，通常制制造柔性性體現(xiàn)在在以下幾幾個方面面：制造設(shè)備備的柔性性制造設(shè)備備通過配配備相應應的刀具具、量具具、夾具具、NC程序等等，使得得此設(shè)備備具有制制造給定定零件族族中任何何零件的的能力；；（這是是一種固固有的柔柔性，它它與制造造設(shè)備所所具有的的相關(guān)功功能有關(guān)關(guān)，如機機附刀庫庫的容量量、控制制的運動動軸數(shù)等等。）（FlexibleManufacturingSystem，，簡稱FMS））加工柔性性以不同加加工工序序和工藝藝加工一一個零件件的能力力或在給給定的一一個工藝藝規(guī)劃下下以不同同的加工工路線實實現(xiàn)零件件的加工工（制造造工作站站間和加加工功能能間的互互換和替替代）。。產(chǎn)品柔性性能夠經(jīng)濟濟、快速速地轉(zhuǎn)變變生產(chǎn)產(chǎn)產(chǎn)品的能能力。零件流動動路線柔柔性當系統(tǒng)出出現(xiàn)局部部故障時時，能重重新選擇擇零件加加工路徑徑，并繼繼續(xù)進行行加工的的能力。。產(chǎn)量柔性性系統(tǒng)運行行可適應應不同的的生產(chǎn)批批量，并并具有良良好的生生產(chǎn)效益益。系統(tǒng)重構(gòu)構(gòu)柔性系統(tǒng)具有有重構(gòu)柔柔性，可可以生產(chǎn)產(chǎn)需求發(fā)發(fā)生變化化時，系系統(tǒng)可以以方便地地擴展、、收縮或或重構(gòu)。。故障控制制柔性當系統(tǒng)中中的設(shè)備備出現(xiàn)故故障時，，制造系系統(tǒng)對故故障的處處理能力力。3.1..2FMS定義柔性制造造系統(tǒng)（（簡稱FMS））是由數(shù)數(shù)控加工工設(shè)備、、物料儲儲運裝裝置和計計算機控控制系統(tǒng)統(tǒng)等組成成的自動動化制造造系統(tǒng)。。它包括括多個柔柔性制造造單元，，能根據(jù)據(jù)制造任任務或生生產(chǎn)的變變化迅速速進行調(diào)調(diào)整，適適用于多多品種中中、小批批量生產(chǎn)產(chǎn)。（依據(jù)：：中華人人民共和和國國家家軍用標標準－武武器裝備備柔性制制造系統(tǒng)術(shù)術(shù)語）3.1..3FMS的組成與與功能硬件系統(tǒng)統(tǒng)（第一部分分）制造設(shè)備備：數(shù)控控加工設(shè)設(shè)備（如如加工中中心）、、測量機機、清洗洗機等；；自動化儲儲運設(shè)備備：傳送送帶、有有軌小車車、AGV、搬搬運機器器人、立立體庫、、中央托盤盤庫、物物料或刀刀具裝卸卸站、中中央刀庫庫等；計算機控控制系統(tǒng)統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)絡(luò)通信系系統(tǒng)。軟件系統(tǒng)統(tǒng)（第二部分分）系統(tǒng)支持持軟件：：操作系統(tǒng)統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)絡(luò)操作系系統(tǒng)、數(shù)數(shù)據(jù)庫管管理系統(tǒng)統(tǒng)等。FMS運運行控制制系統(tǒng)：：動態(tài)調(diào)調(diào)度系統(tǒng)統(tǒng)、實時時故障診診斷系統(tǒng)統(tǒng)、生產(chǎn)產(chǎn)準備系系統(tǒng)，物物料（工工件和刀刀具）管管理控制制系統(tǒng)等等（1）FMS的組成（2）FMS的功能能自動控控制和管管理零件件的加工工過程，，包括制制造質(zhì)量量的自動動控制、、故障的的自動診診斷和處處理、制制造信息息的自動動采集和和處理；；通過簡單單的軟件件系統(tǒng)變變更，便便能制造造出某一一零件族族的多種種零件；；自動控制制和管理理物料（（包括工工件與刀刀具）的的運輸和和存儲過過程；能解決多多機床下下零件的的混流加加工，且且無需增增加額外外費用具有優(yōu)化化的調(diào)度度管理功功能，無無需過多多的人工工介入，，能做到到無人加加工。柔性制造造系統(tǒng)：：兩臺或兩兩臺以上上的數(shù)控控機床或或加工中中心或柔柔性制造造單元所所組成，，配有自自動輸送送裝置，，自動上上下料裝裝置。托托盤庫，，自動化化倉庫，，中央刀刀庫等。。并有計計算機綜綜合控制制功能，，數(shù)據(jù)管管理功能能，生產(chǎn)產(chǎn)計劃和和調(diào)度管管理功能能和監(jiān)控控功能等等。3．3FMS物料料儲運系系統(tǒng)3．3．．1FMS物物料儲運運系統(tǒng)概概述(1)FMS物料儲儲運系統(tǒng)統(tǒng)柔性制造造系統(tǒng)中中物料傳傳送系統(tǒng)統(tǒng)就是把把各工作作站聯(lián)接接起來，，實現(xiàn)物物料傳送送的自動動化系統(tǒng)統(tǒng)。根據(jù)據(jù)傳送對對象不同同，可分分為用于于傳送工工件的工工件流子子系統(tǒng)和和用于傳傳送刀具具的刀具具流子系系統(tǒng)。（2）FMS物物料儲運運系統(tǒng)的的功能物料自動動存儲功功能物料存儲儲設(shè)備：：自動化化立體庫庫（ASRS）），中央央托盤區(qū)區(qū)、裝卸卸站、刀刀具進出出口站、、中央刀刀庫、機機附刀庫庫等物料自動動傳送功功能物料自動動化傳輸輸設(shè)備：：工業(yè)機機器人、、傳送帶帶、有軌軌小車、、自動導導向小車車（AutomatedGuidedVehicle,AGV）等。。AGVAGV的的基本原原理AGV有有別于有有軌自動動運輸小小車是AGV的的運行不不依靠于于固定的的運行軌軌道，而而是通過過采用不不同的引引導方式式來控制制運行路路線。AGV的的導引方方式分為為有線導導引和無無線導引引。如激激光導引引就是無無線導引引中的一一種。有有線導引引又有電電磁感應應式和光光發(fā)射導導引式。。隨著科科學技術(shù)術(shù)的發(fā)展展，新的的導引方方式層出出不窮，，如模式式識別導導引、陀陀螺導引引等。（1）導引方式式電磁感應應式感應線圈圈（左））感應線圈圈（右））導向線導引電流流一般頻頻率較低低（小于于15kHz）），低壓壓（小于于40V），消消耗電流流的強度度小于600mA。。AGV系系統(tǒng)導航航技術(shù)磁感應導導航（Wirenavigation））視覺導航航（Cameranavigation）磁導航（（Magnetnavigation））激光導航航（Lasernavigation））綜合導航航（Multi-modenavigation）

（2）AGV運運行路徑徑的選擇擇AGV運運行路徑徑的選擇擇，是AGV使使用過程程中一個個重要的的問題，，因為AGV從從一個站站點運行行到另一一個站點點往往有有多條路路徑可選選擇，我我們希望望能選擇擇一條合合理的運運行路徑徑，從而而提高系系統(tǒng)的效效率。ADBCOEOA→→AC→CD→DEOA→AB→BD→DEOA→AB→BC→CD→DE。從O點到到E點：：l具有良好好的柔性性；l減少勞動動力需求求；l不同的AGV能能夠在同同一個系系統(tǒng)中運運行；l在系統(tǒng)中中即使有有個別AGV不不能正常常工作，，系統(tǒng)不不會癱瘓瘓；l系統(tǒng)容易易擴展；；l提高了產(chǎn)產(chǎn)品設(shè)備備運輸?shù)牡陌踩孕裕籰高的可靠靠性；l減少占用用空間；；l需要少的的能源，，并且運運行低噪噪音；l容易安裝裝，維護護方便；；l易于與其其它自動動化系統(tǒng)統(tǒng)集成。。AGV的的特點缺點主要要表現(xiàn)為為一次性性投入成成本較高高，因而而投資回回收期變變長；第第二它主主要適用用于室內(nèi)內(nèi)，在環(huán)環(huán)境惡劣劣的露天天環(huán)境不不宜采用用，對由由磁導向向裝置的的AGV，不能能在金屬屬地位上上運行。。4.2新新一一代集成成的網(wǎng)絡(luò)絡(luò)通信結(jié)結(jié)構(gòu)4.2..1兩兩種通信信模式的的基本特特點比較較主/從式或者者源/目的地（（Source//Destination）生產(chǎn)者//消費者者（Producer/Consumer）或者出版者/訂閱者（Publisher//Subscriber）主/從通通信模式式缺點：優(yōu)點：通訊關(guān)系清晰，容易理解和實現(xiàn)。網(wǎng)絡(luò)通訊效率高；具備較高的通訊的實時性；高確定性；網(wǎng)絡(luò)通訊可重復性。通訊帶寬浪費嚴重；無法保證通訊的確定性；無法保證通訊的可重復性對制造廠商有更高的要求。生產(chǎn)者//消費者者模式4.2..2兩兩種通信信模式的的通信技技術(shù)細節(jié)節(jié)比較源/目的地地模式每個數(shù)據(jù)據(jù)包必須須含有特特定的源源和目的的地址字字段；由于數(shù)據(jù)據(jù)到達每每個節(jié)點點所需要要的數(shù)據(jù)據(jù)傳輸時時間不一一致，節(jié)節(jié)點之間間的同步步動作非非常困難難；帶寬浪費費嚴重，，因為同同一設(shè)備備發(fā)送同同樣的數(shù)數(shù)據(jù)到不不同的節(jié)節(jié)點，需需要發(fā)送送多個獨獨立的數(shù)數(shù)據(jù)包。。源目的數(shù)據(jù)crc標識數(shù)據(jù)crc生產(chǎn)者//消費者者標識字段段是標識識數(shù)據(jù)的的代碼，，所有節(jié)節(jié)點可以以在同一一時間接接收到；；多個節(jié)點點可以同同時共享享來自同同一生產(chǎn)產(chǎn)者節(jié)點點的數(shù)據(jù)據(jù)；帶寬利用用更為有有效。5.1..2什什么是OPC它定義了工工業(yè)客戶戶機和服服務器之之間進行行數(shù)據(jù)交交換的工業(yè)標準準；OPC——用于過程程控制的的OLE((ObjectLinkEmbed))（OLEforProcessControl）目前有近近300家儀表及及控制設(shè)設(shè)備生產(chǎn)產(chǎn)廠商支支持該工工業(yè)標準準。(1)OPC定義基于Microsoft的OLE((ActiveX),ComponentObjectModel（COM）&&Distributed(DOCM),XML&Internet以及.NET技術(shù)；5.1..4OPC優(yōu)勢降低系統(tǒng)統(tǒng)集成成成本，縮縮短集成成周期；；具有即插插即用((PlugandPlay)的連接性性；方便地將將微軟的的基礎(chǔ)平平臺與其其它應用用軟件及及產(chǎn)品集集成到自自動化解解決方案案中；簡單、方方便地實實現(xiàn)應用用程序的的連接性性和互操操作性；；使用同一一應用軟軟件界面面程序；；不受傳統(tǒng)統(tǒng)設(shè)備供供應商遺遺留的專專用性限限制，自自由選擇擇“最好好產(chǎn)品””；降低故障障診斷和和系統(tǒng)維維護費用用。5.2