柔性制造系统(FMS)

柔性制造系统由三个基本部分，如图所示，各部分的组成作用简 述如下：
FMS的构成
1．加工子系统
根据工件的工艺要求，加工子系统差别很大。如图1-11是一个FMS组成 实例。加工子系统由数控车床（单元1）、数控端面外圆磨床（单元2）、 数控车床（单元3）、立式加工中心（单元4）、卧式加工中心（单元5） 组成，五个加工单元配有四台工业机器人，单元2还配有中心孔清洗机。 该系统可以加工伺服电机的轴类、法兰盘类、支架体类、壳体类共14种 零件。
(8) 生产柔性 系统适应生产对象变换的范围和综合能力。其衡量指标是前述7项柔性 的总和。 FMS正是将“柔性”和“自动”两者相乘，以其实现下述的倍增效果: 适应市场需求，以利于多品种、中小批量生产;提高机床利用率，缩减辅 助时间，以利于降低生产成本;缩短生产周期，减少库存量，以利于提高 市场响应能力;提高自动化水平，以利于提高产品质量、降低劳动强度、 改善生产环境。FMS是有一个由计算机集成管理和控制的、用于高效率 地制造中小批量多品种零部件的自动化制造系统。它具有:多个标准的制 造单元，具有自动上下料功能的数控机床;一套物料存储运输系统，可以 在机床的装夹工位之间运送工件和刀具。FMS是一套可编程的制造系统， 含有自动物料输送设备，能在计算机的支持下实现信息集成和物流集成， 它可同时加工具有相似形体特征和加工工艺的多种零件;能自动更换刀具 和工件;能方便地上网，容易与其它系统集成;能进行动态调度，局部故障 时，可动态重组物流路径。目前FMS规模趋于小型化、低成本，演变成 柔性制造单元FMC，它可能只有一台加工中心，但具有独立自动加工能 力。有的FMC具有自动传送和监控管理的功能，有的FMC还可以实现24 小时无人运转。用于装备的FMS称为柔性装备系统。
如果想要获得其他品种的产品，则必须对其结构进行大调整，重新配置 系统内各要素，其工作量和经费投入与构造一个新的生产线往往不相上 下。刚性的大批量制造自动化生产线只适合生产少数几个品种的产品， 难以应付多品种中小批量的生产。
2、柔性自动化的兴起
为了同时提高制造工业的柔性和生产效率，使之在保证产品质量的 前提下，缩短产品生产周期，降低产品成本，是终使中小批量生产 能与大批量生产抗衡，柔性自动化系统便应运而生。 自从1954年美国麻省理工学院第一台数字控制铣床诞生后，70年代 初柔性自动化进入了生产实用阶段。几十年来，从单台数控机床的 应用逐渐发展到加工中心、柔性制造单元、柔性制造系统和计算机 集成制造系统，使柔性自动化得到了迅速发展。
3、什么是柔性
柔性可以表述为两个方面。
第一方面是系统适应外部环境变化的能力，可用系统满足新产品要求 的程度来衡量； 第二方面是系统适应内部变化的能力，可用在有干扰（如机器出现故 障）情况下，这时系统的生产率与无干扰情况下的生产率期望值之比 可以用来衡量柔性。
4、柔性主要包括：
●机器柔性：当要求生产一系列不同类型的产品时，机器随产品变化 而加工不同零件的难易程度。 ●工艺柔性：一是工艺流程不变时自身适应产品或原材料变化的能力； 二是制造系统内为适应产品或原材料变化而改变相应工艺的难易程度。 ●产品柔性：一是产品更新或完全转向后，系统能够非常经济和迅速 地生产出新产品的能力；二是产品更新后，对老产品有用特性的继承能力 和兼容能力。 ●维护柔性：采用多种方式查询、处理故障，保障生产正常进行的能 力。 ●生产能力柔性：当生产量改变、系统也能经济地运行的能力。对于 根据订货而组织生产的制造系统，这一点尤为重要。 ●扩展柔性：当生产需要的时候，可以很容易地扩展系统结构，增加 模块，构成一个更大系统的能力。 ●运行柔性：利用不同的机器、材料、工艺流程来生产一系列产品的 能力和同样的产品，换用不同工序加工的能力。
7、柔性制造系统的组成
FMS目前尚无统一的定义，一般认为柔性制造技术是一种能 迅速响应市场需求而相应调整生产品种的制造技术;柔性制造系 统是由若干台数控设备、物料运储装置和计算机控制系统组成的， 并能根据制造任务和生产品种变化而迅速进行调整的自动化制造 系统。
由于FMS是一项工程应用技术，它的内部组成根据使用目的而异， 客观上很难有一个统一的模式。
（三）计算机控制系统 指对加工和运输过程中所需各种信息收集、处理、反馈，并 通过电子计算机或其他控制装置（液压、气压装置等），对机床 或运输设备实行分级控制的系统。 计算机控制系统用以处理柔性制造系统的各种信息,输出控制CNC 机床和物料系统等自动操作所需的信息。通常采用三级(设备级、 工作站级、单元级)分布式计算机控制系统,其中单元级控制系统 (单元控制器)是柔性制造系统的核心。 （四）系统软件 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、系统管理和监控软件。 软件系统，指保证柔性制造系统用电子计算机进行有效管理的必 不可少的组成部分。它包括设计、规划、生产控制和系统监督等 软件。柔性制造系统适合于年产量1000～100,000件之间的中小 批量生产。
9、柔性制造系统的特点
FMS有两个主要特点，即柔性和自动化。FMS与传统的单一品种自 动生产线(相对而言，可称之为刚性自动生产线，如由机械式、液压 式自动机床或组合机床等构成的自动生产线)的不同之处主要在于它 具有柔性。一般认为，柔性在FMS中占有相当重要的位置，一个理 想的FMS应具备多方面的柔性。 (1) 设备柔性 系统中的加工设备具有适应加工对象变化的能力。其衡量指标是 当加工对象的类、族、品种变化时，加工设备所需刀、夹、铺具的 准备和更换时间;硬、软件的交换与调整时间;加工程序的准备与调 校时间等; (2) 工艺柔性 系统能以多种方法加工某一族工件的能力。工艺柔性也称加工柔 性或混流柔性，其衡量指标是系统不采用成批生产方式而同时加工 的工件品种数;
6、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森提出的FMS基本概念， 研制了“系统24”。同年，美国的怀特· 森斯特兰公司建成 Omniline I系统。日本、前苏联、德国等也都在60年代末至70 年代初，先后开展了FMS的研制工作。 70年代末期，柔性制造系统在技术上和数量上都有较大发展， 80年代初期已进入实用阶段，其中以由3～5台设备组成的柔性 制造系统为最多，但也有规模更庞大的系统投入使用。 迄今为止，全世界有大量的柔性制造系统投入了应用，仅在日 本就有175套完整的柔性制造系统。国际上以柔性制造系统生产 的制成品已经占到全部制成品生产的75%以上，而且比率还在 增加。
(3) 产品柔性 系统能够经济而迅速地转换到生产一族新产品的能力。产品 柔性也称反应柔性。衡量产品柔性的指标是系统从加工一族工 件转向加工另一族工件时所需的时间; (4) 工序柔性 系统改变每种工件加工工序先后顺序的能力。其衡量指标是 系统以实时方式进行工艺决策和现场调度的水平; (5) 运行柔性 系统处理其局部故障，并维持继续生产原定工件族的能力。 其衡量指标是系统发生故障时生产率的下降程度或处理故障所 需的时间; (6) 批量柔性 系统在成本核算上能适应不同批量的能力。其衡量指标是系 统保持经济效益的最小运行批量; (7) 扩展柔性 系统能根据生产需要方便地模块化进行组建和扩展的能力。 其衡量指标是系统可扩展的规模大小和难易程度;
5、柔性制造系统
柔性制造系统FMS：是一套可编程的制造系统，含有自动物料输送设备，能 在计算机的支持下，由计算机集成管理和控制，实现信息集成和物流集成， 高效率地制造中小批量多品种零部件的自动化制造系统。 它具有： ●多个标准的制造单元，具有自动上下料功能的数控机床； ●一套物料存储运输系统，可以在机床的装夹工位之间运送工件和刀具； 目前FMS 规模趋于小型化、低成本，演变成柔性制造单元FMC ，它可能只 有一台加工中心，但具有独立自动加工能力。有的FMC 具有自动传送和监控 管理的功能，有的FMC 还可以实现24小时无人运转。用于装备的FMS 称为柔 性装备系统（FAS ）。
柔性制造系统FMS
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1 引言
传统的制造系统不能满足市场对多品种小批量产品的需求，因此生产制 造系统的柔性对系统的生存越来越重要。 一个制造自动化系统的生存能力和竞争能力在很大程度上取决于它是否 能在很短的开发周期内，生产出较低成本、较高质量的不同品种产品的 能力。柔性已占有相当重要的位置。 “柔性”是相对于“刚性”而言的，传统的“刚性”自动化生产线主要 实现单一品种的大批量生产。其优点是生产率很高，由于设备是固定的， 所以设备利用率也很高，单件产品的成本低。但价格相当昂贵，且只能 加工一个或几个相类似的零件。
2．物流子系统
该系统由自动输送小车、各种输送机构、机器人、工件装卸站。 工件存储工位、刀具输入输出站、刀库等构成。物流子系统在计 算机的控制下自动完成刀具和工件的输送工作。如图1-11中物流 子系统由四个机器人、自动仓库、工件出入托盘站，机床前托盘 站等五个和一辆自动搬运车组成。
3．信息流子系统
由主计算机、分级计算机及其接口、外围设备和各种 控制装置的硬件和软件组成。信息流子系统的主要功 能是实现各子系统之间的信息联系，对系统进行管理， 确保系统的正常工作。对一个复杂系统，只有通过计 算机分级管理才能对系统进行更有成效的管理，保证 在工作时各部分保持协调一致。
一个FMS组成实例
C2板材加工柔性制造系统(FMS)
板材加工FMS是由仓库单元、冲孔单元、剪切单元、中央计 算机控制室及后援设备组成。本系统可以根据用户的不同需 要，提供整套板材加工FMS或各单元单独供货。
仓库单元：实现板材自动存放。 冲孔单元：实现板材自动冲孔工序的加工 剪切单元：实现板材自动剪切工序的加工 中央计算机控制室：是实现板材加工FMS的冲孔单元、剪切单 元和仓库单元的集中控制和管理，并完成自动编程。 后援设备：完成对上线前或下线后板材进行剪切、折弯加工设 备。
（三）柔性制造系统(FMS) FMS通常包括3台以上的CNC机床(或加工中心),由集 中的控制系统及物料系统连接起来,可在不停机情况下实 现多品种、中小批量的加工管理。FMS是使用柔性制造 技术最具代表性的制造自动化系统。 （四）柔性制造工厂(FMF) FMF是将多条FMS连接起来，配以自动化立体仓库， 用计算机系统进行联系，采用从订货、设计、加工、装配、 检验、运送至发货的完整FMS。它包括了CAD/CAM，并 使计算机集成制造系统(CIMS)投入实际，实现生产系统 柔性化及自动化，进而实现全厂范围的生产管理、产品加 工及物料贮运进程的全盘化。FMF是自动化生产的最高 水平，反映出世界上最先进的自动化应用技术。它是将制 造、产品开发及经营管理的自动化连成一个整体，以信息 流控制物质流的智能制造系统(IMS)为代表，其特点是实 现工厂柔性化及自动化。