智能產(chǎn)線單機、單元仿真與調(diào)試 課件 1.2柔性線生產(chǎn)管理系統(tǒng)

1.2柔性線生產(chǎn)管理系統(tǒng)PARTONE柔性制造系統(tǒng)簡介1、柔性制造系統(tǒng)的發(fā)展第一部分

柔性制造系統(tǒng)簡介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”。其主要設備是六臺模塊化結構的多工序數(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。這種柔性自動化設備適于在少品種、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。日本、前蘇聯(lián)、德國等也都在60年代末至70年代初，先后開展了FMS的研制工作。第一部分

柔性制造系統(tǒng)簡介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提供了重要的設備形式。柔性制造單元(FMC)一般由1～2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)應用。70年代末期，柔性制造系統(tǒng)在技術上和數(shù)量上都有較大發(fā)展，80年代初期已進入實用階段，其中以由3～5臺設備組成的柔性制造系統(tǒng)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)。

第一部分

柔性制造系統(tǒng)簡介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)了若干僅具有柔性制造系統(tǒng)的基本特征，但自動化程度不很完善的經(jīng)濟型柔性制造系統(tǒng)FMS，使柔性制造系統(tǒng)FMS的設計思想和技術成果得到普及應用。迄今為止，全世界有大量的柔性制造系統(tǒng)投入了應用，僅在日本就有175套完整的柔性制造系統(tǒng)。國際上以柔性制造系統(tǒng)生產(chǎn)的制成品已經(jīng)占到全部制成品生產(chǎn)的75%以上，而且比率還在增加。2、柔性制造系統(tǒng)的定義第一部分

柔性制造系統(tǒng)簡介柔性制造系統(tǒng)（簡稱FMS）是由數(shù)控加工設備、物料儲運裝置和計算機控制系統(tǒng)等組成的自動化制造系統(tǒng)。它包括多個柔性制造單元，能根據(jù)制造任務或生產(chǎn)的變化迅速進行調(diào)整，適用于多品種中、小批量生產(chǎn)。（依據(jù)：中華人民共和國國家軍用標準－武器裝備柔性制造系統(tǒng)術語）美國國家標準局(UnitedStatesNationalBureauofStandards)認為是：“由一個傳輸系統(tǒng)聯(lián)系起來的一些設備（通常是具有換刀裝置的加工中心）。傳輸裝置把工件放在托盤或其它聯(lián)接裝置上送到各加工設備，使工件加工準確、迅速和自動。中央計算機控制機床和傳輸系統(tǒng)，可同時加工幾種不同的工件”。第一部分

柔性制造系統(tǒng)簡介它的出現(xiàn)標志了機械制造行業(yè)進入了一個新的發(fā)展階段，克服了原來機械生產(chǎn)線只適合于大批量生產(chǎn)的剛性特征，能夠適應中小批量、多品種的柔性生產(chǎn)方式，而且將手工操作減少到最低，具有很高的自動化特征。隨著社會對多品種、中小批量產(chǎn)品的認同，對短生產(chǎn)周期、低制造成本的需求增加，加上微電子技術、計算機技術、通信技術、機械與控制設備技術的日益成熟，柔性制造技術得到了廣泛的應用。3、FMS的功能及優(yōu)點第一部分

柔性制造系統(tǒng)簡介FMS的功能（1）能自動控制和管理零件的加工過程，包括制造質(zhì)量的自動控制、故障的自動診斷和處理、制造信息的自動采集和處理；（2）通過簡單的軟件系統(tǒng)變更，便能制造出某一零件族的多種零件；（3）自動控制和管理物料（包括工件與刀具）的運輸和存儲過程；（4）能解決多機床下零件的混流加工，且無需增加額外費用；!（5）具有優(yōu)化的調(diào)度管理功能，無需過多的人工介入，能做到無人加工。第一部分

柔性制造系統(tǒng)簡介FMS的優(yōu)點采用柔性制造系統(tǒng)有許多優(yōu)點，主要有以下幾個方面：1）設備利用率高一組機床編入柔性制造系統(tǒng)后的產(chǎn)量，一般可達這組機床在單機作業(yè)時的三倍。柔性制造系統(tǒng)能獲得高效率的原因，一是計算機把每個零件都安排了加工機床，一俟機床空閑，即刻將零件送上加工，同時將相應的數(shù)控加工程序輸入這臺機床。二是由于送上機床的零件早已裝卡在托盤上（裝卡工作是在單獨的裝卸站進行），因而機床不用等待零件的裝卡。第一部分

柔性制造系統(tǒng)簡介2）減少設備投資由于設備的利用率高，柔性制造系統(tǒng)能以較少的設備來完成同樣的工作量。把車間采用的多臺加工中心換成柔性制造系統(tǒng)，其投資一般可減少三分之二。3）減少直接工時費用由于機床是在計算機控制下進行工作，不需工人去操縱。唯一用人的工位是裝卸站。這就減少了工時費用。4）減少了工序中在制品量，縮短了生產(chǎn)準備時間，和一般加工相比，柔性制造系統(tǒng)在減少工序間零件庫存數(shù)量上有良好效果。有的減少了80%。這是因為縮短了等待加工時間第一部分

柔性制造系統(tǒng)簡介5）改進生產(chǎn)要求有快速應變能力柔性制造系統(tǒng)有其內(nèi)在的靈活性，能適應由于市場需求變化和工程設計變更所出現(xiàn)的變動，進行多品種生產(chǎn)。而且還能在不明顯打亂正常生產(chǎn)計劃的情況下，插入備件和急件制造任務。6）維持生產(chǎn)的能力許多柔性制造系統(tǒng)設計成具有當一臺或幾臺機床發(fā)生故障時仍能降級運轉(zhuǎn)的能力。即采用了加工能力有沉余度的設計，并使物料傳送系統(tǒng)有自行繞過故障機床的能力，系統(tǒng)仍能維持生產(chǎn)。7）產(chǎn)品質(zhì)量高減少零件裝卡次數(shù)，一個零件可以少上幾種機床加工，設計更好的專用夾具，更加注意機床和零件的定位都有利于提高零件的質(zhì)量。第一部分

柔性制造系統(tǒng)簡介8）運行的靈活性運行的靈活性是提高生產(chǎn)率的另一個因素。有些柔性制造系統(tǒng)能夠在無人照看的情況下進行第二和第三班的生產(chǎn)。9）產(chǎn)量的靈活性車間平面布局規(guī)劃得合理，需要增加產(chǎn)量時，增加機床，以滿足擴大生產(chǎn)能力的需要。第一部分

柔性制造系統(tǒng)簡介FMS柔性的體現(xiàn)(1)機床的柔性，系統(tǒng)中的機床通過配置相應的刀具、夾具、NC程序等，即可加工給定零件族中的零件。生產(chǎn)需求發(fā)生變化時，系統(tǒng)可以方便地擴展、收縮或重構。(2)加工柔性，以不同加工工序和工藝加工一個零件的能力或在給定的一個工藝規(guī)劃下以不同的加工路線實現(xiàn)零件的加工（制造工作站間和加工功能間的互換和替代）。(3)產(chǎn)品的柔性，能夠經(jīng)濟和迅速地轉(zhuǎn)變生產(chǎn)產(chǎn)品。(4)零件流動路線柔性，系統(tǒng)在加工零件過程中出現(xiàn)局部故障時，能重新選擇工件路徑并繼續(xù)加工。第一部分

柔性制造系統(tǒng)簡介(5)產(chǎn)量柔性，運行系統(tǒng)適應不同產(chǎn)量并具有好的操作效益。(6)擴展的柔性，能夠在需要時容易地、模塊化地擴展系統(tǒng)的可能性。(7)操作柔性，能對每一種零件改變工序順序。(8)生產(chǎn)柔性，F(xiàn)MS能夠生產(chǎn)各類零件。(9)故障控制柔性，當系統(tǒng)中的設備出現(xiàn)故障時，制造系統(tǒng)對故障的處理能力。4、FMS的分類第一部分

柔性制造系統(tǒng)簡介按系統(tǒng)的規(guī)模（1）FMC柔性制造單元（FlexibleManufacturingCell）一般是由1~2臺數(shù)控機床、加工中心、工業(yè)機器人及物料運輸存貯設備等組成。數(shù)控加工設備間由小規(guī)模的工件自動運輸裝置連接，并由計算機對它們進行生產(chǎn)控制和管理，具有適應加工多品種產(chǎn)品的靈活性?？蓪⑵湟暈橐粋€規(guī)模最小的FMS，系統(tǒng)對外設有接口，可與其它單元組成FMS。它是FMS向廉價化小型化方向發(fā)展的一種產(chǎn)物。FMC問世并應用于生產(chǎn)比FMS晚6～8年。其特點是實現(xiàn)單機柔性自動化，迄今已進入普及應用程度。第一部分

柔性制造系統(tǒng)簡介

FMC有兩大類：

加工中心配上托盤交換系統(tǒng)APC（AutomaticPalletChanger）數(shù)控機床配工業(yè)機器人第一部分

柔性制造系統(tǒng)簡介（2）FMSFMS通常包括4臺或更多的數(shù)控加工設備（加工中心與切削中心等、FMM或FMC，是由FMC為子系統(tǒng)構成的系統(tǒng)。FMS的控制、管理功能也比FMC強，對數(shù)據(jù)管理與通信網(wǎng)絡的要求更高。由集中的控制系統(tǒng)及物料系統(tǒng)連接起來，可在不停機的情況下實現(xiàn)多品種、中小批量的加工管理。FMS是使用柔性制造技術最具代表性的制造自動化系統(tǒng)。（3）FML柔性制造生產(chǎn)線（FlexibleManufacturingLine）是處于單一或少品種大批量非柔性自動線與中小批量多品種FMS之間的生產(chǎn)線。它是以離散型生產(chǎn)中的FMS和連續(xù)性生產(chǎn)過程中的分散型控制系統(tǒng)（DCS）為代表，其特點是實現(xiàn)生產(chǎn)線柔性化及自動化，但柔性較低，專用性較強、生產(chǎn)率較高、生產(chǎn)量較大，相當于數(shù)控化的自動生產(chǎn)線，一般用于少品種、中批量生產(chǎn)。因此，可以說FML相當于專用FMS,對物料系統(tǒng)的柔性要求低于FMS，但生產(chǎn)效率更高。第一部分

柔性制造系統(tǒng)簡介（4）FMF柔性制造工廠（FlexibleManufacturingFactory）是以FMS為子系統(tǒng)構成，柔性制造由FMS擴大到全廠范圍。配以自動化立體倉庫，用計算機系統(tǒng)進行有機的聯(lián)系，采用從訂貨、設計、加工、裝配、檢驗、運送至發(fā)貨的完整FMS。實現(xiàn)全廠范圍內(nèi)的生產(chǎn)管理過程、設計過程、制造過程和物料運儲過程的全盤自動化，即實現(xiàn)自動化工廠的目標。第一部分

柔性制造系統(tǒng)簡介按應用對象分類（1）切削加工FMS（2）鈑金加工FMS（3）焊接FMS（4）柔性裝配系統(tǒng)等PARTTWOFMS的組成和結構1、FMS的組成第二部分

FMS的組成和結構柔性制造系統(tǒng)的主要組成：（1）工作站（2）物料傳送系統(tǒng)（3）計算機控制設備（4）管理及控制軟件（5）其它重要單元硬件系統(tǒng)第二部分

FMS的組成和結構制造設備：數(shù)控加工設備（如加工中心）、測量機、清洗機等；自動化儲運設備：傳送帶、有軌小車、AGV、搬運機器人、立體庫、中央托盤庫、物料或刀具裝卸站、中央刀庫等；計算機控制系統(tǒng)及網(wǎng)絡通信系統(tǒng)。簡單介紹如下：加工系統(tǒng)柔性制造系統(tǒng)采用的設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。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。

物料系統(tǒng)第二部分

FMS的組成和結構物料系統(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)機器人及專用起吊運送機等。儲存和搬運系統(tǒng)搬運的物料有毛坯、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，也有儲存量較大的巷道式立體倉庫。毛坯一般先由工人裝入托盤上的夾具中，并儲存在自動倉庫中的特定區(qū)域內(nèi)，然后由自動搬運系統(tǒng)根據(jù)物料管理計算機的指令送到指定的工位。固定軌道式臺車和傳送滾道適用于按工藝順序排列設備的柔性制造系統(tǒng)，自動引導臺車搬送物料的順序則與設備排列位置無關，具有較大靈活性。工業(yè)機器人可在有限的范圍內(nèi)為1～4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(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。2、軟件系統(tǒng)第二部分

FMS的組成和結構系統(tǒng)支持軟件：操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)等；FMS運行控制系統(tǒng)：動態(tài)調(diào)度系統(tǒng)、實時故障診斷系統(tǒng)、生產(chǎn)準備系統(tǒng)，物料（工件和刀具）管理控制系統(tǒng)等。簡單介紹如下：計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)用以處理柔性制造系統(tǒng)的各種信息,輸出控制CNC機床和物料系統(tǒng)等自動操作所需的信息。通常采用三級(設備級、工作站級、單元級)分布式計算機控制系統(tǒng),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。系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件用以確保柔性制造系統(tǒng)有效地適應中小批量多品種生產(chǎn)的管理、控制及優(yōu)化工作,包括設計規(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)控軟件。第二部分

FMS的組成和結構性能完善的軟件是實現(xiàn)柔性制造系統(tǒng)的功能的基礎，除支持計算機工作的系統(tǒng)軟件外，更多數(shù)量的軟件是根據(jù)使用要求和用戶經(jīng)驗所發(fā)展的專門應用軟件，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。第二部分

FMS的組成和結構FMS遞階控制結構FMS通常都采用集中管理，分散控制的分級集散系統(tǒng)。一般采用三級控制：第一級為管理級；第二級為系統(tǒng)控制級；第三級為設備控制級。3、FMS的運行與調(diào)度

第二部分

FMS的組成和結構基于遞階控制結構FMS調(diào)度和控制體系第二部分

FMS的組成和結構FMS作業(yè)計劃編制與優(yōu)化；作業(yè)計劃運行仿真；計算機輔助工藝計劃編制（CAPP）；數(shù)控程序自動編制與刀具軌跡模擬。FMS管理級的主要功能

第二部分

FMS的組成和結構（1）單元控制器是FMS控制系統(tǒng)軟件的核心，它在FMS運行管理中起著十分重要的作用。一個FMS性能的高低、功能的強弱在某種意義上取決于單元控制的功能。單元控制器的基本功能包括：單元控制系統(tǒng)的通信管理、系統(tǒng)運行歷史資料的管理、單元控制系統(tǒng)的總控管理、單元控制系統(tǒng)的起?？刂啤⑸a(chǎn)運行監(jiān)控、作業(yè)計劃的實時動態(tài)調(diào)度、系統(tǒng)資源的控制與管理、系統(tǒng)刀具、物料的配置管理與實時動態(tài)調(diào)度、系統(tǒng)故障的在線診斷與處理、數(shù)控程序的傳送與管理。這些功能通常按照一定的生產(chǎn)控制邏輯和時序組成幾個功能性的子系統(tǒng)來實現(xiàn)。1）生產(chǎn)準備系統(tǒng)2）動態(tài)調(diào)度系統(tǒng)3）故障診斷與系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)FMS系統(tǒng)控制級的主要功能第二部分

FMS的組成和結構（2）工作站控制器1）刀具工作站控制系統(tǒng)；2）物料工作站控制系統(tǒng)；3）制造工作站控制系統(tǒng)?！绻鸉MS體系結構總中沒有設置工作站級，工作站控制器的功能通常被分配到單元控制器上和（或）設備控制器上。（3）設備級控制器設備控制器通常是由設備制造商提供，運行在設備控制機上，如NC、CNC等。設備控制器的主要功能是對設備進行控制和管理，實現(xiàn)相應的功能，對于集成到FMS中的設備還必須實現(xiàn)FMS接口功能。PARTThreeFMS國內(nèi)外著名產(chǎn)品介紹1、南京航空航天大學CIMS工程研究中心第三部分

FMS國內(nèi)外著名產(chǎn)品介紹圖示是南京航空航天大學CIMS工程研究中心在九十年代購置的一套柔性制造系統(tǒng)，它主要用于學生的教學和培訓。這套系統(tǒng)經(jīng)過了多次改造，現(xiàn)在能夠正常的運行。主控計算機與單元控制器之間由RS485口進行通訊，用來傳送數(shù)據(jù)和檢查是否傳送有誤。另外也有總體檢查，以防止信號內(nèi)的噪聲干擾。FMS系統(tǒng)配有托盤輸送系統(tǒng)在自動制造單元之間進行毛坯和零件的傳遞。每個托盤有一個唯一的標識碼，由裝在托盤站的傳感器進行檢測，零件的差別意味著要改變加工過程。托盤碼有奇偶檢驗位，防止識別錯誤，使得傳送更為可靠。托盤站用于將零件從輸送帶送至加工單元。第三部分

FMS國內(nèi)外著名產(chǎn)品介紹這套FMS教學系統(tǒng)主要由以下設備組成：1）自動化物料倉庫（AutomaticStorageandRetrievalSystem,AS/RS），它主要完成毛坯和成品的存儲。2）傳送帶（Conveyer），它是一個環(huán)形物料傳送設備，具有緩沖的能力，把工件傳送帶各個工作站。3）CNC車削中心（CNCLathe），它完成工件的車削加工。4）CNC銑削加工（CNCMill），它完成工件的銑削加工。5）機器人1（Robot1），它完成工件在自動化物料倉庫與傳送帶之間的傳遞。6）機器人2（Rob