第10章 柔性制造系统

10.1.1 柔性制造系统定义

至今，对FMS尚无统一、严格的定义，许多国家的组织和协会从自己的理解给出了不同的描述。这里我们引用《中华人民共和国国家军用标准——武器装备柔性制造系统》中关于FMS的术语：柔性制造系统（简称FMS）是由数控加工设备、物料储运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（FMC），能根据制造任务或生产的变化迅速进行调整，适用于多品种中、小批量生产。其中的FMC由计算机控制的数控机床或加工中心，环形（圆形或椭圆形）托盘输送装置或工业机器人所组成，可不停机转换工件进行连续生产。图10-1为柔性制造单元的示意图。

图10-1 典型的FMC配置

APC—托盘交换装置；MC—加工中心；CNC—计算机数字控制

柔性制造系统由两台或两台以上的数控加工设备（CNC数控机床、加工中心等）或柔性制造单元（FMC）所组成，配有物料自动输送装置，自动上下料装置（运输及装载设备、托盘库，自动化仓库，中央刀库等），并具有计算机综合控制功能，数据管理功能，生产计划和调度管理功能和监控功能等。图10-2为FMS-500系统的示意图。

根据FMS在机械制造不同领域的应用，FMS可分为切削加工FMS、钣金加工FMS、焊接FMS、柔性装配系统等。

图10-2 FMS-500示意图

FMS的类型有：

10.2 柔性制造系统基本组成

FMS由制造工作站、自动化物料储运系统和FMS管理与控制系统三个主要部分组成。制造工作站则主要包括机械加工工作站、清洗站和测量站。

10.2.1FMS制造工作站

1．机械加工工作站。

一般在柔性制造系统中主要的机械加工设备是加工中心，常带有机附刀库，可实现主轴和机附刀库的刀具交换，同时还带有自动托盘交换装置。

加工中心要集成到FMS中，需要满足以下的基本条件：

（1）硬接口托盘自动交换装置（Automated Pallet Changer，APC）和第二刀具交换点；APC采用多种方式，最为常见的双交换台有平行式和回转式两种类型。第二刀具交换点的功能是使加工中心机附刀库通过刀具机器人实现与外界交换刀具。

（2）软接口具有通过计算机网络或其它通信接口实现与上级控制计算机通信的功能，通常称FMS接口。接口的功能是接收上级控制机发给加工中心的各种命令和数据，同时也能把各种数据和状态上传给控制机。

2．清洗站

清洗站可以放在柔性制造系统的生产线内，也可分开。可以独立，也可与装卸站并为一体。所谓清洗，主要指清除切屑和清洗油污，清洗对象包括零件、夹具和托盘。清洗不包括去除零件毛刺，通常去毛刺工作在生产线外进行，因为它

对装卸工作有干扰。通过清洗保证零件在下一工序中的定位，装夹和顺利加工。

3．测量站

检验工序有在线和离线两种方式，各有优点。在线检验仪可由编程令其投入工作，以判定加工误差并直接经由中央计算机进行刀具补偿调整。在线检验的最大优点是能迅速确定制造中的问题，但由于一般检验的速度比生产速度低很多，难于做到在线100％的检验。离线检验则由于检验工位离得远，零件定位和夹紧费时，或缺少自动检验装置等原因具有滞后性。

10.2.2 物料储运系统

在柔性制造系统中，一般采用自动化物料储运系统，即物料的运输和存储过程均在计算机的统一管理和控制下自动完成。物料储运包含了两个方面内容：第一，FMS系统内部的物料装卸、搬运及存储；第二，FMS系统与外部储运系统或其它自动化制造系统之间的物料储运。

在FMS系统中采用物料储运系统，并不意味着完全排除人工参与。事实上，在某些环节采用人工来实现有着良好的效果，如在FMS物料装卸站常采用人工装卸，因为在装卸时，由于在毛坯不统一的前提下，如采用机械手等，对机械手的要求很高，实际的操作可能又不能满意，时间长，效率低，编程复杂等，而人却

能很容易做好这项工作。

在FMS中通常采用的自动化储运设备有传送机、有轨小车、自动导向小车（Automated Guided Vehicle， AGV）、工业机器人等。

1．传送机

传送机是自动化物料储运系统最早采用的形式之一，由于它造价低廉，控制相对比较容易，有着广泛的应用。它通常有皮带式传送机、滚子式传送机和塑料铰链式传送机等。在自动化制造系统中用传送机直接传送工件或托盘有很多应用实例，更常用的是传送托盘。如图10-3所示。

传送机的驱动装置一般有牵引式和机械驱动式。牵引式驱动装置适用于轻载荷、传送距离短的工作条件下，可采用链条、胶带等。对于载荷较大，传动距离长可采用刚性的机械驱动装置。机械驱动装置又可分为单个驱动和分组驱动两种。

图10-3 传送机用来传送托盘

传送机上的托盘在驱动装置的驱动下，随链条或胶带向前平稳运动，其速度随载荷的变化而定。托盘在每个制造工作站前可以精确定位，存放在托盘上的零件通过机器人等传送装置送入制造工作站处理。工作站处理完毕的工件被送回到传送机的空托盘上。

托盘在传送机上的定位是根据系统控制机的命令自动实现的。一般的方法为在托盘定位的前方运用传感器、滤码器或视觉系统来识别，确定是否需要定位。如需要则令挡销或挡块将托盘挡住，然后令机器人或其它形式的传送设备进行传送机和制造工作站之间的物料交换。

传送机的另一种形式为单轨空架传送机。单轨空架传送机将需要传送的工件放在一个悬挂式托架上，托架在一条长链的拖动下沿固定在厂房上空的空架导轨运动，通过控制驱动长链运动的电机，确定运或停。这种传送带可以节省地面占用空间，但架设空架导轨会提高造价。

传送机具有控制相对简单、单位时间内输送量大、传送设备造价低廉、实施技术要求低、维护方便、工件（或托盘）定位准确性差、设备占地面积较大等特点。

2．有轨小车

有轨小车是一种无人驾驶的自动化搬运设备。有轨小车沿着预先铺设的导轨，在牵引装置的推动下，按照控制指令行走，实现物料的自动传送。有轨小车一般由导轨系统、小车控制器、车架和警告和安全装置组成。如图10-4所示。

图10-4 有轨小车组成