柔性制造系统
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2012-5-26 湖南工程学院 18
在装卸站由人工完成零件装卸，采用无轨导向小 车自动完成零件的运送。零件加工切削由地下冷 却液系统集中处理，冷却液可循环利用。机床主 轴和机床刀库之间自动换刀，机床刀库和外界换 刀、测量和检验都是在每道工序加工完成后由人 工进行。采用本系统后，获得的主要效益是提高 机床的利用率50%，缩短生产周期35%，提高了 产品质量，保证了产品质量的一致性。
2012-5-26
湖南工程学院
1wk.baidu.com
FMS柔性制造系统
柔性制造系统（Flexible anufacturing Systerm）是 由由数控加工设备、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，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。
2012-5-26
湖南工程学院
21
奇瑞公司的发动机二厂是根据汽车制造业多品种、柔 性化生产的需求而建造的一个具有国际领先水平的现 代化柔性工厂。该工厂在产品设计时就采用同步工程 并充分预留后期产品的共用性，以便根据市场及产品 需求，在生产线上共线生产多个品种。
举例来说，凸轮轴生产线内的机床选用了Siemens 840D、FANUC18i这些目前顶尖的系统来实现FMS 的自动控制；通过奇瑞的技术人员与机床、控制系统 开发商的共同研究，在原有平台上新扩展和开发了多 种控制功能和软件。
柔性生产线图
2012-5-26
湖南工程学院
27
发展趋势
柔性制造系统的发展趋势大致有两个方面。 一方面是与计算机辅助设计扣辅助制造系 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 形式的具有物料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自动化， 特别是管理层次自动化的计算机集成制造 系统。在这个大系统中，柔性制造系统只 是它的一个组成部分。
2012-5-26
湖南工程学院
23
凸轮轴生产线
2012-5-26 湖南工程学院 24
我国FMS柔性制造系统研发取得重大 突破
为适应市场发展，沈机集团昆明机床股份有限公司（以下 简称昆机）结合用户需求，通过承担省重点产业创新工程 项目“FMS柔性制造系统新产品开发”（以下简称FMS 项目），成功开发出FMS1000型和FMS1600型两种规格 的柔性制造系统。 FMS1600型柔性制造系统经机械工业机床产品质量检测 中心（昆明）检测，主机精度优于国家标准。可满足大、 中型精密箱体类、盘套类、板类等多品种复杂零件的单件 或批量生产制造，在工件一次装夹后，可完成铣、钻、镗、 铰、攻丝和轮廓、空间曲面的加工。
2012-5-26
湖南工程学院
19
案例
柔性制造系统在发动机生产中的应用
奇瑞公司的发动机二厂是根据汽车制造业多品种、柔性化 生产需求而建造的一个具有国际领先水平的现代化柔性工 厂，该工厂在产品设计时就采用同步工程并充分预留后期 产品的共用性，以便根据市场及产品需求，在生产线上共 线生产多个品种。
2012-5-26 湖南工程学院 12
这种自动化和无人化车间，是向实现计算 机集成的自动化工厂迈出的重要一步。与 此同时，还出现了若干仅具有FMS基本特 征，但自动化程度不很完善的经济型FMS， 使FMS的设计思想和技术成就得到普及应 用。
2012-5-26
湖南工程学院
13
FMS在加工回 转体类零件中得 应用。
2012-5-26 湖南工程学院 20
当前，车型的市场寿命周期越来越短，小批量、多品种生 产成为各大汽车厂商的追求目标。与此相适应，发动机的 生产制造模式也必须适应多品种、不同批量的市场需求。 由于市场需求的多样性，产品更新换代的周期加快，促使 许多发动机企业先后引进了以加工中心为主体的柔性生产 线——柔性制造系统（FMS）。它能够根据制造任务和 生产环境变化迅速进行调整，适应多品种、中小批量的生 产需求。
FMS在箱体加工中得应用
1. 2.
加工对象为箱体类零件。 加工系统由3台立式数控机床和7台加工中心结合构成的 加工单元。
湖南工程学院 17
2012-5-26
3. 物流系统采用无轨导向小车自动完成零件的运 送。 4. 控制系统 a) 中央管理系统：总体管理和决策控制。由主计 算机通过光缆与各单元、物流系统，控制机和 自动编程等联成控制网络。 b) 单元控制装置：单元生产过程控制。 c) 搬运控制和管理装置：物流控制。 d) 计算机数控：切削加工控制。 e) 其他：托盘库和装卸站。零件的识别采用托盘 库里托盘编码方式识读。
1. 加工对象为轴、盘类零件。
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2. 加工系统以5台国产数控机床为基础的模块 (CNC车床2台，数控磨床1台，立式和卧式加 工中心各1台）与4台搬运型工业机器人结合 构成的加工单元。 3. 物流系统采用自动认址感应式无轨小车，机 床前设有托板站，系统设有平面托板存储库。 4. 控制系统
2012-5-26 湖南工程学院 26
22010年12月30日，FMS项目进行科技成果鉴定，鉴定委员会认为
“该柔性制造系统技术先进、功能齐全完备、运行可靠稳定，是国内 规格最大、精度最高、结构最复杂的FMS柔性制造系统。项目的研 发成功，使我国在大、重型精密柔性制造系统的关键技术实现了重大 突破，缩短了与国外产品的差距，可替代同类产品的进口，取得了良 好的经济和社会效益。该柔性系统技术水平处于国内领先、国际先 进”。
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2、计算机集成制造系统 从1870－1970年的100年中，加工过程的效率提高 了2000%，而生产管理的效率只提高了80%，产品设计 的效率仅提高了20%左右。显然，后两种的效率已成为进 一步发展生产的制约因素。因此，制造技术的发展就不能 局限在车间制造过程的自动化，而要全面实现从生产决策、 产品设计到销售的整个生产过程的自动化，特别是管理层 次工作的自动化。这样集成的一个完整的生产系统就是计 算机集成制造系统(CIMS)。 CIMS的主要特征是集成化与智能化。集成化即自动 化的广度，它把系统的空间扩展到市场、产品设计、加工 制造、检验、销售和为用户眼务等全部过程；智能化的自 动化朝深度，不仅包含物料流的自动化，而且还包括信息 流的自动化。
6、产品应变能力大。刀具、夹具及物料 运输装置具有可调性，且系统平面布置合理， 便于增减设备，满足市场需要。
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湖南工程学院
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7、经济效果显著。采用FMS的主要技术 经济效果是：能按装配作业配套需要，及时安 排所需零件的加工，实现及时生产，从而减少 毛坯和在制品的库存量，及相应的流动资金占 用量，缩短生产周期；提高设备的利用率，减 少设备数量和厂房面积；减少直接劳动力，在 少人看管条件下可实现昼夜24小时的连续 “无人化生产”；提高产品质量的一致性。
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柔性制造系统的发展历程
1967年，英国莫林斯公司首次根据威廉生提出的 FMS基本概念，研制了“系统24”。其主要设备是 六台模块化结构的多工序数控机床，目标是在无 人看管条件下，实现昼夜24小时连续加工，但最 终由于经济和技术上的困难而未全部建成。 1967年，美国的怀特· 森斯特兰公司建成Omniline 系统，它由八台加工中心和两台多轴钻床组成， 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
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例如端面加工单元，其控制系统为Siemens 840D，为了 配合多品种生产所需的大容量刀具存储单元以及高速切削 中的刀具寿命管理，Siemens数控系统中增加了ARTIS刀 具检测软件，在切削过程中检测主轴电机扭矩的变化，通 过仿真及对比来监控刀具状态，确保加工的可靠性及稳定 性。同时，生产线的自动控制系统还扩展了主动检测功能， 在切削过程中实时对加工尺寸进行检测，并将数据反馈至 控制系统，随机修正切削参数，以保证加工精度。
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a)中央管理系统：总体管理和决策控制。
由主计算机通过光缆与各单元、物流系 统，控制机和自动编程等联成控制网络。 b)单元控制装置：单元生产过程控制。 c)搬运控制和管理装置：物流控制。 d)计算机数控：切削加工控制。 e)其他：中心孔清理和工业监视系统等装 置。
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a) 两台以上数控机床或加工中心以及其他的加工设备，
包括测量机，清洗机，动平衡机，各种特种加工设备， 等等。
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a) 一套能自动装卸的运储系统，包括道具的运
储和工件原材料的运储。具体结构可采用传 送带、有轨小车、无轨小车、搬运机器人、 上下料托盘、交换工作站、等等。 b) 一套计算机控制系统。
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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。日本、前苏联、德国 等也都先后开展了FMS的研制工作。 1976年，日本发那科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
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3、生产能力相对稳定。自动加工系统 由一自或多台机床组成，发生故障时，有 降级运转的能力，物料传送系统也有自行 绕过故障机床的能力。 4、产品质量高。零件在加工过程中， 装卸一次完成，加工精度嵩，加工形式稳 定。
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5、运行灵活。有些柔性制造系统的检验、装卡 和维护工作可在第一班完成，第二、第三班可在无人 照看下正常生产。在理想的柔性制造系统中，其监控 系统还能处理诸如刀具的磨损调换、物流的堵塞疏通 等运行过程中不可预料的问题。
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柔性生产线图1
FMS项目实施期间，昆机实现柔性线FMS1600型一套、FMS1600型 三台单机和FMS1000型五台主机的销售，实现FMS主机及其模块化 变形产品双工位精密卧式加工中心共25台销售，累计实现销售收入 1.2245亿元，利润3049万元，税收975.68万元，取得了良好的经济 效益。
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湖南工程学院
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柔性制造系统的组成
柔性制造系统，至少有两台机床，一套物流运输 系统（从装载到卸载具有高度自动化）和一套控 制系统的计算机所组成的制造系统，它采用简单 的改变软件的方法便能制造出某些部件中得任何 零件。
1. 从硬件的形式看由三部分组成
2. 从软件内容看主要包括三部分
a) FMS的运行控制
b) FMS的质量保证 c) FMS的数据管理和通讯网络
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柔性制造系统的优点
柔性制造系统是一种技术复杂、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，理想和圆满 地解决了机械制造高自动化与高柔性化之 间的矛盾。具体优点如下。 1、设备利用率高。一组机床编入柔性 制造系统后，产量比这组机床在分散单机 作业时的产量提高数倍。 2、在制品减少80%左右。
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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。 随着时间的推移，FMS在技术上和数量上都 有较大发展，实用阶段，以由3－5台设备组成的 FMS为最多，但也有规模更庞大的系统投入使用。 1982年，日本发那科公司建成自动化电机加 工车间，由60个柔性制造单元（包括50个工业机 器人）和一个立体仓库组成，另有两台自动引导 台车传送毛坯和工件，此外还有一个无人化电机 装配车间，它们都能连续24小时运转。
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1、模块化的柔性制造系统 为了保证系统工作的可靠性和经济性，可将 其主要组成部分标准化和模块化。加工件的输送 模块，有感应线导轨小车输送和有轨小车输送； 刀具的输送和调换模块，有刀具交换机器人和与 工件共用输送小车的刀盒输送方式等。利用不同 的模块组合，构成不同形式的具有物料流和信息 流的柔性制造系统，自动地完成不同要求的全部 加工过程。图1是典型模块化柔性制造系统特征 图。由图1可见，刀具的供给方式、工件的输送 存储和交换方式，是影响系统复杂程度的最大因 素。
在装卸站由人工完成零件装卸，采用无轨导向小 车自动完成零件的运送。零件加工切削由地下冷 却液系统集中处理，冷却液可循环利用。机床主 轴和机床刀库之间自动换刀，机床刀库和外界换 刀、测量和检验都是在每道工序加工完成后由人 工进行。采用本系统后，获得的主要效益是提高 机床的利用率50%，缩短生产周期35%，提高了 产品质量，保证了产品质量的一致性。
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FMS柔性制造系统
柔性制造系统（Flexible anufacturing Systerm）是 由由数控加工设备、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，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。
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奇瑞公司的发动机二厂是根据汽车制造业多品种、柔 性化生产的需求而建造的一个具有国际领先水平的现 代化柔性工厂。该工厂在产品设计时就采用同步工程 并充分预留后期产品的共用性，以便根据市场及产品 需求，在生产线上共线生产多个品种。
举例来说，凸轮轴生产线内的机床选用了Siemens 840D、FANUC18i这些目前顶尖的系统来实现FMS 的自动控制；通过奇瑞的技术人员与机床、控制系统 开发商的共同研究，在原有平台上新扩展和开发了多 种控制功能和软件。
柔性生产线图
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发展趋势
柔性制造系统的发展趋势大致有两个方面。 一方面是与计算机辅助设计扣辅助制造系 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 形式的具有物料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自动化， 特别是管理层次自动化的计算机集成制造 系统。在这个大系统中，柔性制造系统只 是它的一个组成部分。
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凸轮轴生产线
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我国FMS柔性制造系统研发取得重大 突破
为适应市场发展，沈机集团昆明机床股份有限公司（以下 简称昆机）结合用户需求，通过承担省重点产业创新工程 项目“FMS柔性制造系统新产品开发”（以下简称FMS 项目），成功开发出FMS1000型和FMS1600型两种规格 的柔性制造系统。 FMS1600型柔性制造系统经机械工业机床产品质量检测 中心（昆明）检测，主机精度优于国家标准。可满足大、 中型精密箱体类、盘套类、板类等多品种复杂零件的单件 或批量生产制造，在工件一次装夹后，可完成铣、钻、镗、 铰、攻丝和轮廓、空间曲面的加工。
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案例
柔性制造系统在发动机生产中的应用
奇瑞公司的发动机二厂是根据汽车制造业多品种、柔性化 生产需求而建造的一个具有国际领先水平的现代化柔性工 厂，该工厂在产品设计时就采用同步工程并充分预留后期 产品的共用性，以便根据市场及产品需求，在生产线上共 线生产多个品种。
2012-5-26 湖南工程学院 12
这种自动化和无人化车间，是向实现计算 机集成的自动化工厂迈出的重要一步。与 此同时，还出现了若干仅具有FMS基本特 征，但自动化程度不很完善的经济型FMS， 使FMS的设计思想和技术成就得到普及应 用。
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FMS在加工回 转体类零件中得 应用。
2012-5-26 湖南工程学院 20
当前，车型的市场寿命周期越来越短，小批量、多品种生 产成为各大汽车厂商的追求目标。与此相适应，发动机的 生产制造模式也必须适应多品种、不同批量的市场需求。 由于市场需求的多样性，产品更新换代的周期加快，促使 许多发动机企业先后引进了以加工中心为主体的柔性生产 线——柔性制造系统（FMS）。它能够根据制造任务和 生产环境变化迅速进行调整，适应多品种、中小批量的生 产需求。
FMS在箱体加工中得应用
1. 2.
加工对象为箱体类零件。 加工系统由3台立式数控机床和7台加工中心结合构成的 加工单元。
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3. 物流系统采用无轨导向小车自动完成零件的运 送。 4. 控制系统 a) 中央管理系统：总体管理和决策控制。由主计 算机通过光缆与各单元、物流系统，控制机和 自动编程等联成控制网络。 b) 单元控制装置：单元生产过程控制。 c) 搬运控制和管理装置：物流控制。 d) 计算机数控：切削加工控制。 e) 其他：托盘库和装卸站。零件的识别采用托盘 库里托盘编码方式识读。
1. 加工对象为轴、盘类零件。
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2. 加工系统以5台国产数控机床为基础的模块 (CNC车床2台，数控磨床1台，立式和卧式加 工中心各1台）与4台搬运型工业机器人结合 构成的加工单元。 3. 物流系统采用自动认址感应式无轨小车，机 床前设有托板站，系统设有平面托板存储库。 4. 控制系统
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22010年12月30日，FMS项目进行科技成果鉴定，鉴定委员会认为
“该柔性制造系统技术先进、功能齐全完备、运行可靠稳定，是国内 规格最大、精度最高、结构最复杂的FMS柔性制造系统。项目的研 发成功，使我国在大、重型精密柔性制造系统的关键技术实现了重大 突破，缩短了与国外产品的差距，可替代同类产品的进口，取得了良 好的经济和社会效益。该柔性系统技术水平处于国内领先、国际先 进”。
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2、计算机集成制造系统 从1870－1970年的100年中，加工过程的效率提高 了2000%，而生产管理的效率只提高了80%，产品设计 的效率仅提高了20%左右。显然，后两种的效率已成为进 一步发展生产的制约因素。因此，制造技术的发展就不能 局限在车间制造过程的自动化，而要全面实现从生产决策、 产品设计到销售的整个生产过程的自动化，特别是管理层 次工作的自动化。这样集成的一个完整的生产系统就是计 算机集成制造系统(CIMS)。 CIMS的主要特征是集成化与智能化。集成化即自动 化的广度，它把系统的空间扩展到市场、产品设计、加工 制造、检验、销售和为用户眼务等全部过程；智能化的自 动化朝深度，不仅包含物料流的自动化，而且还包括信息 流的自动化。
6、产品应变能力大。刀具、夹具及物料 运输装置具有可调性，且系统平面布置合理， 便于增减设备，满足市场需要。
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7、经济效果显著。采用FMS的主要技术 经济效果是：能按装配作业配套需要，及时安 排所需零件的加工，实现及时生产，从而减少 毛坯和在制品的库存量，及相应的流动资金占 用量，缩短生产周期；提高设备的利用率，减 少设备数量和厂房面积；减少直接劳动力，在 少人看管条件下可实现昼夜24小时的连续 “无人化生产”；提高产品质量的一致性。
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柔性制造系统的发展历程
1967年，英国莫林斯公司首次根据威廉生提出的 FMS基本概念，研制了“系统24”。其主要设备是 六台模块化结构的多工序数控机床，目标是在无 人看管条件下，实现昼夜24小时连续加工，但最 终由于经济和技术上的困难而未全部建成。 1967年，美国的怀特· 森斯特兰公司建成Omniline 系统，它由八台加工中心和两台多轴钻床组成， 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
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例如端面加工单元，其控制系统为Siemens 840D，为了 配合多品种生产所需的大容量刀具存储单元以及高速切削 中的刀具寿命管理，Siemens数控系统中增加了ARTIS刀 具检测软件，在切削过程中检测主轴电机扭矩的变化，通 过仿真及对比来监控刀具状态，确保加工的可靠性及稳定 性。同时，生产线的自动控制系统还扩展了主动检测功能， 在切削过程中实时对加工尺寸进行检测，并将数据反馈至 控制系统，随机修正切削参数，以保证加工精度。
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a)中央管理系统：总体管理和决策控制。
由主计算机通过光缆与各单元、物流系 统，控制机和自动编程等联成控制网络。 b)单元控制装置：单元生产过程控制。 c)搬运控制和管理装置：物流控制。 d)计算机数控：切削加工控制。 e)其他：中心孔清理和工业监视系统等装 置。
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a) 两台以上数控机床或加工中心以及其他的加工设备，
包括测量机，清洗机，动平衡机，各种特种加工设备， 等等。
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a) 一套能自动装卸的运储系统，包括道具的运
储和工件原材料的运储。具体结构可采用传 送带、有轨小车、无轨小车、搬运机器人、 上下料托盘、交换工作站、等等。 b) 一套计算机控制系统。
2012-5-26 湖南工程学院 10
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。日本、前苏联、德国 等也都先后开展了FMS的研制工作。 1976年，日本发那科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
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3、生产能力相对稳定。自动加工系统 由一自或多台机床组成，发生故障时，有 降级运转的能力，物料传送系统也有自行 绕过故障机床的能力。 4、产品质量高。零件在加工过程中， 装卸一次完成，加工精度嵩，加工形式稳 定。
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5、运行灵活。有些柔性制造系统的检验、装卡 和维护工作可在第一班完成，第二、第三班可在无人 照看下正常生产。在理想的柔性制造系统中，其监控 系统还能处理诸如刀具的磨损调换、物流的堵塞疏通 等运行过程中不可预料的问题。
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柔性生产线图1
FMS项目实施期间，昆机实现柔性线FMS1600型一套、FMS1600型 三台单机和FMS1000型五台主机的销售，实现FMS主机及其模块化 变形产品双工位精密卧式加工中心共25台销售，累计实现销售收入 1.2245亿元，利润3049万元，税收975.68万元，取得了良好的经济 效益。
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柔性制造系统的组成
柔性制造系统，至少有两台机床，一套物流运输 系统（从装载到卸载具有高度自动化）和一套控 制系统的计算机所组成的制造系统，它采用简单 的改变软件的方法便能制造出某些部件中得任何 零件。
1. 从硬件的形式看由三部分组成
2. 从软件内容看主要包括三部分
a) FMS的运行控制
b) FMS的质量保证 c) FMS的数据管理和通讯网络
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柔性制造系统的优点
柔性制造系统是一种技术复杂、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，理想和圆满 地解决了机械制造高自动化与高柔性化之 间的矛盾。具体优点如下。 1、设备利用率高。一组机床编入柔性 制造系统后，产量比这组机床在分散单机 作业时的产量提高数倍。 2、在制品减少80%左右。
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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。 随着时间的推移，FMS在技术上和数量上都 有较大发展，实用阶段，以由3－5台设备组成的 FMS为最多，但也有规模更庞大的系统投入使用。 1982年，日本发那科公司建成自动化电机加 工车间，由60个柔性制造单元（包括50个工业机 器人）和一个立体仓库组成，另有两台自动引导 台车传送毛坯和工件，此外还有一个无人化电机 装配车间，它们都能连续24小时运转。
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1、模块化的柔性制造系统 为了保证系统工作的可靠性和经济性，可将 其主要组成部分标准化和模块化。加工件的输送 模块，有感应线导轨小车输送和有轨小车输送； 刀具的输送和调换模块，有刀具交换机器人和与 工件共用输送小车的刀盒输送方式等。利用不同 的模块组合，构成不同形式的具有物料流和信息 流的柔性制造系统，自动地完成不同要求的全部 加工过程。图1是典型模块化柔性制造系统特征 图。由图1可见，刀具的供给方式、工件的输送 存储和交换方式，是影响系统复杂程度的最大因 素。