第五章柔性制造系统的建模设计柔性制造系统的结构及主
《智能制造加工技术》第5章 柔性制造技术
3. FMS的优点及效益
1、柔性制造能力强； 2、设备利用率高； 3、减少了设备成本与占地面积； 4、减少了直接生产工人，提高了劳动生产率； 5、减少了在制品数量，提高了对市场的反应能力； 6、产品质量得以提高； 7、FMS可以逐步地实现实施计划。
5.1.1 FMS的物料管理
物料的储运系统是柔性制造系统中的一个重要组成部分。一个工件从毛坯
堆跺机
图示为双柱式堆跺机是一种 可在自动立体仓库高层货架巷 道轨道上穿梭行走,并堆高层 货架的物料仓位存取物品的专 用起重设备。为刚性起见,通 常采用框架结构。堆跺机通常 由行走机构、升降机构、货台 与装卸托盘、框架、导向机构、 控制系统和安全保护装置等组 成。
自动化仓库的计算机控制
自动化仓库的含义包括仓库管理自动化和入库、出库的作业自动化。仓库管 理自动化包括对货箱、账目、货格及其他信息管理的自动化，入库、出库的作 业自动化包括货箱或物料的自动识别、自动认址、货格状态的自动检测以及堆 垛机动作的自动控制。
3、柔性制造系统（FMS）
包括2台以上的CNC、FMM或FMC组成，其控制与管理功能比 FMC强，规模比FMC大，对数据管理和通信网络要求高。
4、柔性制造生产线（FML）
其加工设备在采用通用数控机床的同时，更多地采用数控组合 机床，如数控专用机床、可换主轴箱机床、模块化多动力头数控机 床等，工件输送线多为单线、固定，柔性较低、专用性强、生产率 高，相当于数控化的自动生产线，一般用于少品种、中大批量生产、 可以说，FML相当于专用FMS。
3.FMS的发展状况 FMS是先进制造技术的一部分，在欧美、日本、俄罗斯 有较大的发展；
1985年世界各国已投入运行的FMS有500多套，88年近 800套，90年超过1000套，目前约共有4000多套FMS在 运行；
柔性制造系统架构的设计与实现
柔性制造系统架构的设计与实现柔性制造系统（FMS）是一种具有高度自适应性、智能化和可重构性的制造系统。
它通过灵活、可变和交互式的生产过程，在具有动态变化的市场环境下实现了高质量、高效率的生产。
随着企业对生产加工环节的要求不断提高，FMS也在不断发展。
本文将就柔性制造系统架构的设计与实现进行探讨，并对其优点及未来发展进行分析。
一、柔性制造系统架构FMS架构是指生产过程中各个组成单元间的关系和交互方式。
它包含了FMS 的功能、组成部分和连接方式，同时也对系统的性能、效率和可靠性有重要影响。
目前主流的FMS架构包括以下几种：1.中央控制型FMS架构中央控制型FMS架构是传统的FMS架构，其所有的生产设备都由中央控制器控制。
它采用统一的计划和调度方式，能够保证整个生产过程的稳定性和一致性。
但是，由于生产单元之间直接交互性差，生产设备缺乏灵活性，难以适应市场快速变化的要求。
2.分散控制型FMS架构分散控制型FMS架构是一种较新的FMS架构，其特点是各生产单元之间可以直接交互，生产设备之间具有良好的灵活性。
控制层次分散，每个生产单元都配备了控制器，它们通过网络进行通信和协作。
这种架构具有优良的适应能力和快速反应能力，但由于各生产单元之间缺乏统一计划和协调，因此要求系统的智能化程度较高。
3.混合控制型FMS架构混合控制型FMS架构结合了中央控制型和分散控制型的优点，使得生产单元之间既有直接交互的能力，又能通过集中控制器进行协调和规划。
它具有灵活性和稳定性的平衡，适应性强，同时使得整个系统可以更好地实现资源的共享和生产成本的优化。
二、柔性制造系统实现FMS的实现需要多学科知识相互配合，包括机械设计、电子技术、自动控制、计算机技术等。
其中，控制是整个FMS的核心。
FMS的控制方式可以按照控制单元的不同划分为三种：集中控制、分散控制和混合控制。
FMS实现的另一个难点是数据采集和处理。
传感器和执行器是FMS数据采集和控制的重要组成部分。
柔性制造系统的建模与仿真研究
柔性制造系统的建模与仿真研究柔性制造系统（FMS）是一种能够适应不同生产需求的灵活生产系统。
在当前快速变化的市场环境下，柔性制造系统的建模与仿真研究具有重要意义。
本文将介绍柔性制造系统的概念和特点，探讨建模与仿真的方法，并讨论柔性制造系统建模与仿真研究的应用和未来发展趋势。
柔性制造系统是一种多功能生产系统，能够适应不同产品的生产需求。
其特点包括高度灵活性、自适应性和多功能性。
柔性制造系统可以根据生产任务的不同，通过调整设备、工艺和流程来完成各种生产任务。
这种灵活性使得柔性制造系统成为当前企业提高生产效率和应对市场变化的重要工具。
在柔性制造系统的研究中，建模与仿真是一种重要的方法。
建模是指将实际系统抽象为数学或逻辑模型的过程，而仿真是指通过计算机模拟实际系统的运行过程，并进行性能评估。
建模与仿真能够帮助研究人员分析生产系统的结构和运行规律，评估不同策略的性能，优化系统的设计和运行参数。
在柔性制造系统的建模过程中，需要考虑多个因素，例如设备、工艺、流程和资源等。
首先，需要对柔性制造系统的结构进行建模。
这包括对设备和工作站的建模，描述其类型、数量、功能和连接关系。
其次，需要对生产流程进行建模，包括物料流和信息流。
这可以通过流程图、Petri网和时序图等方法进行描述。
此外，还可以考虑资源分配和调度问题，以优化生产效率和资源利用率。
在柔性制造系统的仿真过程中，需要考虑不同层次的仿真模型。
首先，可以采用离散事件仿真方法，对柔性制造系统进行整体仿真。
这可以帮助研究人员了解系统的整体性能和效果。
其次，可以采用物理仿真方法，对柔性制造系统的具体设备、工艺和流程进行仿真。
这可以帮助研究人员研究系统的局部性能，并优化系统的设计和运行参数。
柔性制造系统的建模与仿真研究在实际应用中具有重要意义。
首先，建模与仿真可以帮助企业优化生产系统的设计和运行参数，提高生产效率和产品质量。
其次，建模与仿真可以用于系统的规划和决策，帮助企业预测市场需求和优化资源分配。
柔性制造系统组成部分
柔性制造系统（FMS）是一种生产方法，旨在轻松适应所生产产品的类型和数量的变化。
机器和计算机系统可以配置为制造各种零件并处理不断变化的生产水平。
柔性制造系统能够在工作站上同时处理各种不同的零件样式，并且可以根据不断变化的需求模式调整生产量，因此之所以称为FMS是灵活的。
下文介绍柔性制造系统三个基本部分。
柔性制造系统三个基本部分工作站：在当今的应用中，这些工作站通常是计算机数控（CNC）机床，对零件系列进行机加工操作。
柔性制造系统正在与其他类型的加工设备一起设计，包括检查站，装配厂和钣金压力机。
各种工作站是：加工中心、装卸站、装配工位、检查站、锻造站、钣金加工等。
在FMS中使用的加工或装配设备取决于工作的完成的类型由该系统。
在为加工操作而设计的系统中，加工工位的主要类型是CNC机床。
在某些加工系统中，执行的操作类型集中在特定类别中，例如铣削或车削。
对于铣削，可以使用特殊的铣刨机模块以达到比加工中心更高的生产水平。
铣削模块可以是垂直主轴，水平主轴或多主轴。
用于车削操作。
特殊车削模块在传统的车削中，工件相对于固定在机床中的刀具旋转，并沿平行于工件旋转轴的方向进给。
大多数FMS上制造的零件通常是非旋转的；但是，它们可能需要按其加工顺序进行一些车削。
对于这些情况，将零件在FMS上的整个加工过程中都固定在托盘固定装置中，并设计了旋转模块以使单点工具围绕工件旋转。
自动化的物料搬运和存储系统：各种自动化的物料搬运系统用于在加工站之间运输工作部件和子部件，有时将存储功能整合到一起。
自动化物料搬运和存储系统的各种功能是：工作站之间工作部件的随机和独立移动、处理各种工作部件配置、临时存放、方便地装卸工作零件、兼容计算机控制。
处理系统的功能。
FMS中的物料处理和存储系统执行以下功能：工作站之间工作部件的随机，独立移动。
这意味着部件必须能够从系统中的任何计算机移动到任何其他计算机。
为不同的零件提供各种路由选择，并在某些站点繁忙时进行机器替换。
单元五柔性制造系统(FMS)及应用
单元五柔性制造系统（FMS）及应用5． 1 产教结合型柔性制造系统5．1．1、产教结合型FMS系统的组成产教结合型FMS系统由控制分系统、信息分系统和底层设备分系统构成。
整个FMS系统，在网络、数据库及CORBA的基础上，建成了一个以计算机控制技术和通信技术为支持的、以两台数控加工设备为基本的生产单位、集成化信息管理与系统总控系统为中枢的计算机控制自动化制造系统。
图5–1为产教结合型FMS的总体框架，它几乎概括了一个自动化车间生产的所有基本活动。
1. 产教结合型FMS总体结构的逻辑模型产教结合型FMS系统是由计算机对制造过程进行监测和控制的自动化系统，即计算机过程监测和控制系统。
参照图5-2所示的ISO制造企业层次模型，其中“企业”对应最高层级，“设备”对应最低层级，同时考虑到纯递阶控制的先天缺陷，因此设计的产教结合型FMS系统是一个多级递阶分布控制的模式，如图5-3。
图5-1 FMS的总体框架图5-2 ISO制造企业层次模型FMS信息及数据管理详细计划调度仿真单元控制单元控制单元控制单元控制机床机器人运输系统装卸站其它。
也可以是以上重复项目。
企业、车间层单元层设备层制造过程图5-3 FMS总体结构逻辑模型2.产教结合型FMS系统的平面布置产教结合型FMS系统平面布置如图5-4。
图5-4 FMS系统平面布置图图5-5 产教结合型FMS 现场照片3. 产教结合型FMS 控制系统的设计特点 （1）软件结构产教结合型FMS 采用如图5-6所示的模块化积木式软件结构，为控制系统的软件开发提供多层次的开放性。
图5-6 FMS 的开放式软件结构其特点主要有：1） 相对应用过程的独立性。
系统的控制功能不仅仅局限于制造领域，它也应该为装配或辅助工装准备等领域提供过程控制。
2） 相对控制层次的独立性，系统可用于任何一个递阶控制层次上。
任务对象标准通讯接口总控系统开发环境对象数据库存取通讯任务1任务2对象A 对象E 对象D 对象C对象B通讯层应用开发层应用层总控系统造总统制控系配总统装控系操作系统图形用户界面数据库编程语言系统开发层3）相对制造环境的独立性，系统适用于多种制造环境。
柔性制造系统的建模设计
根据实际生产情况和突发状况，实时调整生产计划和调度安排。
调度系统开发
利用信息技术和自动化技术，开发高效、智能的生产调度系统。
06 柔性制造系统的未来发展 与挑战
未来发展趋势
智能化
绿色环保
随着人工智能和机器学习技术的不断 发展，柔性制造系统将更加智能化， 能够自主完成更复杂的生产任务。
生产过程优化
通过柔性制造系统实现对 生产过程的优化，提高生 产效率和产品质量。
03 柔性制造系统的建模方法
建模的基本原则
完整性
模型应完整地反映柔性制造系统的所 有相关要素，包括硬件、软件、人员 和环境等。
准确性
模型应准确地描述柔性制造系统的运 行状态和性能，以便进行有效的分析 和优化。
可扩展性
模型应具备可扩展性，以便适应未来 柔性制造系统的发展和变化。
通过合理安排设备和工位的相对位置，减 少物料搬运距离和时间。
设备布局再设计
设备布局仿真与优化
通过重新设计设备布局，实现紧凑、有序 和高效的生产环境。
利用计算机仿真技术对调整后的设备布局 进行模拟和优化。
生产调度优化
生产计划制定
根据市场需求、产品特性和生产能力制定合理的生产计划。
调度算法选择
选择适合生产环境和需求的调度算法，如遗传算法、模拟退火算法等。
通过实验和仿真，优化工艺参数以提 高生产效率。
设计步骤与流程
选择合适的设备
根据工艺流程和生产需求，选择合适的制造设备和检测设备。
布局规划
合理规划设备布局，确保生产流畅，提高工作效率。
设计步骤与流程
选择控制系统
根据系统需求，选择合适的控制系统，如PLC、工业PC等。
柔性制造系统的设计和实现
柔性制造系统的设计和实现随着制造业的不断发展，工业生产方式也在不断改进。
传统的生产线模式因为生产过程不灵活，很难应对市场需求变化，生产效率低下等问题逐渐被淘汰。
柔性制造系统应运而生，它是一种高度灵活的制造方式，可以有效提高生产效率，降低生产成本，满足多变的市场需求。
本文将详细介绍柔性制造系统的设计和实现方法。
一、柔性制造系统的基本概念柔性制造系统（Flexible Manufacturing System，FMS）是指利用计算机控制和自动化技术，在相对较短的时间内生产多种不同型号、不同规格、不同批量的产品的一种生产系统。
柔性制造系统就是把各种设备和机器工具，通过工艺和计算机技术，组合成一个灵活的生产线系统。
它具有生产线自动化程度高、运行效率高、生产周期短、适应性强等优点。
二、柔性制造系统设计的基本步骤1、柔性制造系统的需求分析首先，我们需要根据生产的具体要求分析制造产品的特点、生产要求、规格、交付周期、市场需求等因素，确定出所需要的柔性制造系统的功能。
2、柔性制造系统的设计根据上述需求分析的结果，设计柔性制造系统所需要的各种设备和机器工具、自动化控制系统、计算机数据系统、布局和运行流程等，并建立各个部分之间的联络机制，形成整个柔性制造系统。
3、柔性制造系统的测试与调试在完成柔性制造系统的设计之后，为了确保其稳定性和正常运行，需要进行完善的测试和调试工作。
这样就能发现并解决柔性制造系统可能存在的故障和问题。
4、系统的实施与改进柔性制造系统的实施需要从学习系统的使用，到向生产线工作人员传递使用经验和知识。
同时，还需要根据企业生产情况和市场需求不断改进柔性制造系统，提高其运行效率和灵活性。
三、柔性制造系统的实现关键技术1、自动化控制技术柔性制造系统的自动化控制技术是关键技术之一。
自动化控制系统可以实现设备和生产线的自动化控制，能够适应多样化的生产流程和工况要求。
2、集成化计算机信息技术在柔性制造系统中，计算机信息技术是必不可少的。
柔性制造系统简介
三、FMC与FMS的区别
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四、柔性制造系统特点
◆以GT(成组技术）为基础
生产零件的品种由4至100种不等（20--30种居多） 生产零件的批量由40至2000件不等（50--200件居多） 大部分加工对象为相似零件（个别例外）
◆具有较大柔性
可加工多种零件 没有固定的生产节拍 故障可容（一台机床出现故障，其它机床可进行拟补）
5
•
•
更直观的定义是：“柔性制造系统是至少由两台数 控机床，一套物料运输系统（从装载到卸载具有高 度自动化）和一套计算机控制系统所组成的制造自 动化系统。它采用简单改变软件的方法便能制造出 某些部件中的任何零件”。 综上所述，各种定义的描述方法虽然有所不同，但 都反映了FMS应具备以下特点： 1) 两台以上的数控机床或加工中心以及其他加 工设备，包括测量机、清洗机、动平衡机、 各种特种加工设备等； 2) 一套能自动装卸的运输系统，包括刀具储运 和工件及原材料储运。具体结构可采用传输 带、有轨小车、无轨小车、搬运机器人、上 下料托盘站等； 3) 一套计算机控制系统及信息通信网络。
（6）作业计划与调度
12
二、柔性制造系统的适用范围
10000
大
1000
刚性自动线 专用机床 柔性制造生产线
100
生产率提高
零 件 批 量
柔性增大
柔性制造系统
10
柔性制造单元 数控机床通用机床
0 10 100 1000
小
少
零件品种数
多
13
1-3 柔性制造系统的结构和分类
一、FMS的结构
信 息 流
工夹具站
1717主刀头换刀机构工作台控制面工作台底座立式加工中心1818卧式加工中心1919立卧转换五面体加工中心2020数控铣床数控车床212122装配设备装配设备装配工业机器人螺钉自动装配机器人222233检测设备检测设备232344输送装置输送装置242455交换装置交换装置252566装卸站装卸站262677保管装置保管装置自动化立体仓库272788信息管理及控制装置信息管理及控制装置2828cadcapp工艺路线车间控制器单元控制器dnc控制器计划需求管理cnc机床1nc程序管理nc程序生产计划计划完成情况生产计划系统cnc机床n物料管理工装工具管理计划完工管理设备管理质量管理综合查询机床运行状态erp292999辅助设备辅助设备3030随着微电子技术计算机技术通信技术机械随着微电子技术计算机技术通信技术机械与控制设备的发展也促使柔性制造技术日臻成熟与控制设备的发展也促使柔性制造技术日臻成熟如今如今fmsfms已成为各工业化国家机械制造自动化的研制已成为各工业化国家机械制造自动化的研制发展重点发展重点按规模大小分类的柔性制造系统柔性自动生产线fml柔性制造工厂fmf柔性制造单元fmc柔性制造系统fms3131fmcfmc由由1122台数控机床台数控机床或加工中心或加工中心构成的加构成的加工单元并具有不同工单元并具有不同形式的刀具交换和工形式的刀具交换和工件的装卸输送及储件的装卸输送及储存功能
柔性制造系统的构建与应用
柔性制造系统的构建与应用柔性制造系统是一种集成了多种自动化技术和软件系统的生产方式，它的目的是在不同的生产需求下实现灵活快速的生产，提高生产效率和产品质量。
柔性制造系统的核心技术是数据通信和控制系统，这两个技术的发展使得柔性制造系统得以实现。
一、柔性制造系统的构建技术1. 自动化技术自动化技术是构建柔性制造系统的基础，包括传感器、执行器、机器视觉、机器人等技术。
传感器是获取生产环境信息的装置，通过传感器可以实现物料的自动化处理和产品的质量检验。
执行器包括液压、气动、电动等，它们负责生产过程中的运动和加工。
机器视觉是利用计算机技术完成对物体视觉的感知和理解，可以用于生产过程中的检测和测量。
机器人是最重要和最复杂的一类自动化设备，可以完成许多重复性和复杂工作，提高生产效率和质量。
2. 控制系统控制系统是柔性制造系统中最为关键的部分，控制系统的功能是控制生产过程中各个环节的运行，使整个生产过程实现自动化和灵活性。
控制系统包括硬件和软件两部分，硬件包括PLC、仪表、传感器等，软件包括控制程序、HMI等。
控制系统的设计需要考虑到生产过程的各项要素，包括生产工艺、设备的运行方式、物料流等。
3. 智能算法柔性制造系统需要处理的生产变量和外界环境都是不确定的，这就需要引入智能算法来实现优化控制和管理。
其中包括人工神经网络、模糊逻辑、遗传算法等技术。
这些算法不仅可以优化生产系统的运行，还可以实现智能化管理和决策。
二、柔性制造系统的应用柔性制造系统的应用领域非常广泛，涵盖了各行各业的生产制造领域。
下面针对几个行业进行介绍。
1. 汽车制造柔性制造系统在汽车制造领域的应用相对成熟，例如汽车装配线、涂装线等。
汽车装配线是一种高度自动化的生产方式，可以根据订单类型对生产流程进行组合，实现灵活生产。
涂装线是通过自动化技术和工艺控制技术实现油漆涂装过程的自动化。
这些柔性制造系统的应用使汽车制造业实现了高效率、高质量、低成本的生产。
柔性制造系统组成
柔性制造系统组成柔性制造系统（FMS）是一种集成了计算机控制技术、自动化技术、信息技术和生产技术的生产模式。
它包括计算机控制的生产设备集成在一起，通过自动化程度高、柔性性强、信息化程度高的技术手段实现生产工艺的灵活高效。
柔性制造系统能够进行多品种、小批量的生产，并可以快速调整生产的生产能力和生产计划。
下面是柔性制造系统组成的详细介绍。
一、计算机控制系统计算机控制系统是指通过计算机进行生产流程控制的系统。
它包括计算机硬件、软件等基础设施，具有数据采集、处理、传输等功能。
计算机控制可以对生产过程进行实时在线监控，同时实现对生产工艺的在线管理和控制。
二、生产设备生产设备是柔性制造系统的核心组成部分。
它包括各种生产设备，如数控加工中心、机器人、自动装卸系统、搬运机器人等。
这些设备通过计算机集成在一起，形成生产线，能够实现高效、自动的生产。
三、工作站工作站是指生产作业的工作场所，包括机器操作员、手动装配人员等.在柔性制造系统中，工作站可以采用自动化技术，实现部分和全自动操作，从而确保生产过程高效、准确、稳定。
四、机器人机器人是柔性制造系统的重要组成部分，可以根据程序控制实现自动化操作。
在生产过程中，机器人可以代替人手完成复杂的生产任务，从而提高生产效率并降低生产成本。
五、自动化运输系统自动化运输系统是指通过计算机控制的自动化运输设备，如AGV、立体仓库等。
这些设备能够自动地搬运半成品和成品，并在不同的工作站之间进行自动运输。
六、信息系统信息系统是柔性制造系统的关键组成部分。
它包括生产计划编制系统、生产执行系统、质量管理系统等。
信息系统通过对生产数据的采集、分析和处理，可以实现生产和生产管理的有效控制。
七、生产计划编制系统生产计划编制系统是柔性制造系统中的一个核心部分，它可以采用人工、电脑或者是两者结合的制定生产计划方法来确定各个生产环节的制造流程和生产计划，并在计划期间进行跟踪控制，及时的调整生产进度，确保生产计划能够按照计划时间完成。
柔性制造系统
1.2 系统涉及的知识
（1）基本机械传动原理包括：
“O”型皮带传动 扁平皮带传动 辊传动 齿轮、齿条差动升降机构 丝杠、丝母机构 螺杆调节机构 间歇机构 链轮、链条差动机构 同步齿型带传动机构 滚珠丝杠传动机构 链条长度补偿机构 蜗轮、蜗杆减速机构
（2）电气技术包括:
编写程序
PLC300的程序使用STEP7 V5.2软件根据程序流程图 设置I/O口通讯编写，PLC200的程序根据本站的动作和信 号编写。
3.3 监控软件与系统设备间的通讯及连接 （1）WINCC与SIMATIC S7的通讯过程
（2）通讯数据
工业以太王和TCP/IP通道单元支持通过Hard net 和Soft net模块所进行的通讯。下表列出了各种通讯 处理器所需的驱动软件程序
总线控制系统的结构
该系统共有两层网络结构，采用PROFIBUS-DP数据传输模型， 运用RS-485传输技术。 （1）底层（设备层）为PROFIBUS-DP工业现场总线层。 （2）上层（人机交互层）为WINCC监控层。
2.2 总线控制系统的硬件开发
硬件开发步骤
硬件开发示意图
2.3 总线控制系统的软件开发
第二节 PROFIBUS工业现场总线控制系统
2.1控制系统的PROFIBUS现场总线简介
现场总线发展的状况
现场总线是用于过程控制现场仪表与控制室之间的一个标准的、 开放的、双向的多站数字通信系统。 20世纪90年代以来，现场总线技术以及基于该技术的控制系统 （FCS）在国内外引起人们的高度重视，成为世界范围内自动化技 术发展的热点。据不完全统计，世界上有近200种现场总线技术， 经过十几年的竞争和完善，较具生命力的有几十种。德国西门子公 司的PROFIBUS，Echelon公司的LON Works，Rober Bosch公司 的CAN，Rosemounr公司的HART，法国的FIP，以及国际标准组 织-基金会现场总线FF：FieldBus Foundation，WorldFIP，BitBus， 美国DeviceNet与ControlNet等
柔性制造系统32631PPT课件
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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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▪ 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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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。
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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
柔性制造系统的设计与优化
柔性制造系统的设计与优化随着科技的不断发展，人们对于生产效率及制造设备的要求也越来越高，而在这样的背景下，柔性制造系统应运而生。
柔性制造系统是一种能够在短时间内适应不同生产任务的制造系统，它能够适应生产线上的产品变化、生产工艺的变化以及产量的变化，从而实现高效率的制造。
下面，我们将探讨柔性制造系统的设计与优化。
一、柔性制造系统的设计1. 系统结构设计在柔性制造系统的设计中，系统结构设计是非常重要的一步。
柔性制造系统的基本结构通常被分为三个层次：控制层、执行层和制造层。
控制层是整个柔性制造系统的控制中心，它通过上位机来控制整个制造系统的生产过程。
执行层负责机器人的控制和操作，控制层和执行层之间通过总线进行数据传递和通信。
制造层则是物流系统和工厂环境的综合体，负责材料的输送和仓储管理等工作。
2. 设备选择与布局设计设备的选择是柔性制造系统设计中的一个关键环节。
选择合适的设备可以提高生产效率和生产质量。
在设备选择上，首先要考虑设备的稳定性和可靠性，其次是设备的生产速度和生产能力。
同时，在实际生产过程中，还需根据产品的特点和生产工艺的特点来选择合适的设备。
在柔性制造系统的布局中，需要考虑设备间的运输和传递，同时还需要考虑设备的排布位置是否符合生产流程和生产计划。
合理的设备排布可以提高生产效率和生产质量，同时还可以减少人力和物力资源的浪费。
3. 操作系统设计柔性制造系统的操作系统是整个系统的核心，它通过编写代码，来完成自动化生产过程中的控制和管理。
操作系统设计需要考虑到系统的可靠性、实时性和功能性。
实时性：柔性制造系统的操作需要实时响应，所以操作系统设计需要保证系统的实时性，来保障整个生产过程的顺利运行。
功能性：操作系统需要具备多种功能，可以操作和管理不同的设备和机器人，可以进行生产计划的制定和调整。
可靠性：操作系统需要具备高度的可靠性，来保障整个制造系统的稳定运行。
二、柔性制造系统的优化1. 运行效率优化柔性制造系统的运行效率优化是提高制造效率和生产质量的一个重要环节。
第五章_柔性制造系统
柔性DNC（Flexible Distributed Numerical
Control ）
DNC系统不仅用计算机来管理、调度和控制多台数控机床，
而且还与CAD/CAPP/CAM、物料输送和存贮、生产计划与控
制相结合，形成了柔性分布式数字控制（Flexible
Distributed Numerical Control：FDNC）系统（80’s）。
有轨小车、自动导向小车（Automated
Guided Vehicle, AGV）等。
物料管理功能
物料管理系统从物料进入系统，到最
终退出系统，能进行自动跟踪，保证
物料储运系统的正常运行。
3.2 FMS中的自动化物料传送设备
(1)传送带（Conveyer）
特点
控制简单、传送设备造价低；
具有连续输送的能力，单位时间
DNC发展过程
分布式数控（Distributed Numerical Control）
DNC系统实施分级控制，CNC计算机直接控制数控机床并
与DNC系统主机进行信息交互，DNC主机也可与其它计算机进
行信息的交互。DNC系统配置的这种发展，使DNC的含义由直
接数控变为分布式数控（Distributed Numerical Control ）
2.1 机械加工工作站
加工中心（Machining Center or
Production Center）
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，MC还带有自动托盘交换装置。
集成加工中心到FMS的基本条件
硬接口：
托盘自动交换装置（Automated Pallet
柔性制造系统介绍PPT
contents
目录
• 柔性制造系统概述 • 柔性制造系统的主要技术 • 柔性制造系统的应用场景 • 柔性制造系统的设计与实施 • 柔性制造系统的未来发展趋势 • 柔性制造系统案例分享
01
柔性制造系统概述
定义与特点
定义：柔性制造系统（Flexible Manufacturing System。FMS）是一种综合性的制造系统。由多个柔 性制造单元组成
03
柔性制造系统的应用场景
汽车制造行业
汽车制造行业是柔性制造系统应用最广泛的领域之一。柔性 制造系统在汽车制造过程中可以实现高度自动化的生产，提 高生产效率，降低成本，并且可以适应不同车型的生产。
在汽车制造行业中，柔性制造系统主要应用于车身焊接、涂 装、总装等环节，通过自动化设备、机器人等实现高效、精 准的生产。
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工业机器人技术的优势在于它可以适应不同的生产任务，并且能够替代人工执 行危险或者高强度的工作，降低工伤风险。
自动化物流技术
自动化物流技术是指通过自动化设备实现物料 运输、仓储和配送的技术。
在柔性制造系统中，自动化物流技术是实现生 产流程顺畅的关键，它能够快速、准确地传输 物料，提高生产效率。
自动化物流技术的优势在于它可以减少人力搬 运的需要，降低物料管理的复杂性，并且可以 优化库存管理。
更高的自动化程度
自动化设备
随着技术的不断发展，柔性制造系统将采用更多的自动化设 备，如机器人、自动化生产线等，以提高生产效率和质量。
智能化控制
通过引入人工智能、机器学习等技术，实现柔性制造系统的 智能化控制，提高生产过程的自适应性。
更广泛的应用领域
多元化产品
柔性制造系统的应用领域将越来越广泛，不仅局限于机械、电子等传统制造 领域，还将拓展到医疗、航空航天、新能源等领域。
柔性制造系统
柔性制造系统柔性制造／⾃动化物流系统⽅案⼀、概述随着科学技术的迅速发展，新产品不断涌现，产品的复杂程度也随之增加，⽽产品的市场寿命⽇益缩短，更新换代加速，中、⼩批量⽣产占有越来越重要的地位。
⾯临这—新的局⾯，必须⼤幅度提⾼制造柔性和⽣产效率，缩短⽣产周期，保证产品质量，降低能耗，从⽽降低⽣产成本，以获得更好的经济效益。
柔性制造系统正是在这种形势下应运⽽⽣的。
柔性制造系统是由数控加⼯设备、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，以适宜于多品种、中⼩批量⽣产。
它通过简单地改变软件的⽅法能够制造出多种零件中任何⼀种零件。
系统主要由⼋个单元模块组成：⾃动化⽴体仓库、码垛机单元CCD形状识别单元；柔性制造加⼯单元；上下料搬运机器⼈单元；CCD⼯件尺⼨检测及颜⾊识别单元；⽓动分拣及条码打印扫描检测单元；⾃动化输送线系统单元；⽓动分拣搬运机器⼈单元。
所有模块单元通过⼯业总线控制联接。
即还包含系统总控单元。
为了促进相关专业的学⽣对机器⼈、柔性制造系统等先进制造技术有⼀个全⾯的深⼊了解和体会，我们⽴⾜于⾃⼰的技术优势，结合实际教学的需求，开发了⼀套完全模拟⼯业现场实际应⽤的柔性制造教学实训系统，并配备了相应的实验指导书。
通过该系统，使学⽣可通过实验了解柔性制造系统的基本组成和基本原理，为学⽣提供⼀个开放性的，创新性的和可参与性的实验平台，让学⽣全⾯掌握机电⼀体化技术的应⽤开发和集成技术，帮助学⽣从系统整体⾓度去认识系统各组成部分，从⽽掌握机电控制系统的组成、功能及控制原理。
可以促进学⽣在机械设计、电⽓⾃动化、⾃动控制、机器⼈技术、计算机技术、传感器技术等⽅⾯的学习,并对电机驱动及控制技术、PLC 控制系统的设计与应⽤、计算机⽹络通信技术和现场总线技术、⾼级语⾔编程等技能得到实际的训练，激发学⽣的学习兴趣，使学⽣在机电系统的设计、装配、调试能⼒等⽅⾯均能得到综合提⾼。
柔性制造系统的组成
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统软件外，更多数量的软件是根据使用要求和用户经验所发展的专门应用软 件，大体上包括控制软件(控制机床、物料储运系统、检验装置和监视系统)、 计划管理软件(调度管理、质量管理、库存管理、工装管理等)和数据管理软 件(仿真、检索和各种数据库)等。
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主轴箱也可以自动更换。
二级为群控计算机，负责把来自第三级计算机的生产计划和数控指令等信息，
物料系统
分配给第一级中有关设备的数控装置，同时把它们的运转状况信息上报给上
物料系统用以实现工件及工装夹具的自动供给和装卸,以及完成工序间的自 级计算机；第三级是 FMS 的主计算机(控制计算ห้องสมุดไป่ตู้)，其功能是制订生产作业
系统软件用以确保柔性制造系统有效地适应中小批量多品种生产的管理、控
毛坯一般先由工人装入托盘上的夹具中，并储存在自动仓库中的特定区域内， 制及优化工作,包括设计规划软件、生产过程分析软件、生产过程调度软件、
然后由自动搬运系统根据物料管理计算机的指令送到指定的工位。固定轨道 系统管理和监控软件。
性能完善的软件是实现柔性制造系统的功能的基础，除支持计算机工作的系
动传送、调运和存贮工作,包括各种传送带、自动导引小车、工业机器人及 计划，实施 FMS 运行状态的管理，及各种数据的管理；第四级是全厂的管理
专用起吊运送机等。储存和搬运系统搬运的物料有毛坯、工件、刀具、夹具、 计算机。
检具和切屑等；储存物料的方法有平面布置的托盘库，也有储存量较大的巷 系统软件
道式立体仓库。
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柔性制造系统的组成
式台车和传送滚道适用于按工艺顺序排列设备的柔性制造系统，自动引导台 车搬送物料的顺序则与设备排列位置无关，具有较大灵活性。
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（3）加工过程中的浪费； （4）库存是费；
（5）搬运的浪费；
（6）动作的浪费；
（7）窝工是浪费。
3.精良生产的运行模式 精良生产运行：拉取模式、准时制原则与看板反馈控 制 1）拉取模式 精良生产的基本思想：杜绝浪费。 精良生产的组织管理——实施拉取模式 ， 定单——生产 后道工序——前道工序
2）准双机床单向调动 有若干道工序，都在两台机床（M1、M2）上加工，顺序相同，先M1 后M2 ， 调动的结果是得到最大的流通时间为最小的调度序列。
调度结果： （4 6 5 3 1 2）
3.三机床单向调度
1) 方法： 三机床单向调度转变为双机床的单向调度 若满足条件： 第二台机床上的加工时间不大于第一台机床或第三台 机床上的加工时间；
2）多行机床等面积布局
b.多行等面积机床布局模型：
n1 n
min cijfij(xixj yiyj) i1ji1
xi xj yi yj 1
i = 1,2 …, n-1
i = 1,2 …, n
xi，yi 0
i = 1,2 …, n
3）多行机床不等面积布局 a.机床布局
3）b.多行不等面积机床布局模型：
在准确的时间、 准确的地点
提供准确的数量 与质量的物品
—— 给准确需要的人 3）看板
看板：信息传递的模板——信息流———推动生产 信息载体 卡片 网络与显示屏
看板的作用分为5类： 生产看板 供应看板 采购看板 转包看板
及辅助看板。
生产看板
供应看板
1）不附加任何条件的调度： 调度规则：工序时间短的向前排，
工序号 1 2 3 4 5 6
工序时间长的向后排；
加工时间 4 7 1 6 2 3
调度结果：（3，5，6，1，4，2）
2）附加交货期限的调度： 调度规则：交货时间短的向前排，
交货时间长的向后排。
工序号 1 2 3 4 5 6 加工时间 1 1 2 5 1 3 交货日期 6 3 8 14 9 3 调度结果：（6，2，1，3，5，4）
2) 步骤：1）用第一台机床与第三台机床上的加工时 间分别加上第二台机床上的加工时间，构造虚拟机床；
2）按双机床单向调度。 3）校核进度是否出现明显的延误。
3）三机床单向调度示例：
有n道工序，在三机床上加工，单向， M1 ， M2 ，M3，调度排序。
4） 进度表： 1）M1 按调度序列累加M1 的时间； 2） M2按调度序列累加M1 +M2 的时间； 3）M3按调度序列以M1 +M2 + M3比较与累加时间。
第五章柔性制造系统的建模设计柔性制造系统的结构及主
5.2 资源规划模型 概念：资源规划就是依据生产规模确定生产系统中各类设备的台、套数 。 简单模型：
N
m th
Tc
60
tw Tc Tf
w ts
m t
5.3 机床布局模型 机床布局 —— 输送链，有四种方式
5.3 机床布局模型
1. 机床布局的目标：以输送费用为最小确定机床的分布与布局； 2. 模型：1）单行机床排列；a.机床沿一条线排列； b. 机床的朝向
一致。
3. c. 参数：n cij fij
d.单行机床布局模型：
n1 n
min
cij fij xi xj
i1 ji1
x i x j 1 /2 li lj d ij
i = 1,2 …, n-1
j = i+1, …, n
xi 0
i = 1,2 …, n
2) 多行机床等面积布局 a.机床布局方式
5.5精良生产 1. 精良生产的产生原因和原理
一战以后，大批量生产方式代替单件生产。一辆汽车耗用成本仅为单件的1/3。 二战以后，日本经济萧条 ，用一种新的生产方式来与大批量生产抗衡 ，在汽车 的车身制造的换模技术上，发明快速的移动式上模与撤模技术，产生精良生产
2. 精良生产对浪费的定义
（1）修复次品是浪费； （2）过量生产是浪费；
n1 n
min cijfij(xixj yiyj) i1ji1
xixj M ij z1 2(lilj)dihj
y i yj M (1 zi) j1 2(b i b j) d ivj
zij1zij 0
xi，yi 0
5.4 调度模型 零件在机床中的传送方式 单向
双向
1.单机床上的多道工序的调度模型