柔性制造系统概述

柔性制造系统概述

摘要：本文主要阐述了柔性制造系统的概念、优缺点，了解柔性制造系统的发展历史以及对柔性制造系统的工艺基础，系统组成和分类进行阐明，探讨了柔性制造技术发展的现状与趋势。

关键词：柔性制造优缺点发展

1.柔性制造系统的定义

FMS至今仍未有统一、明确、公认的定义，不同的国家、企业、学者和用户往往各有各的说法，所强调的关键特征也各有差异。所以，确切地定义FMS要比具体地描述一个FMS困难得多。

中国机械部北京机械工业自动化研究所1993年编写的《制造自动化术语汇编》

中，定义FMS为：将自动化生产系统从少品种大批量生产型转向多品种生产型的柔性

化系统。FMS包括：(1)机械加工中心等加工作业机床；(2)加工对象的辅助作业工业机

器人和托盘；(3)加工对象的搬运作业工业机器人/传送带/无人搬运车；(4)存贮工件的

自动仓库；(5)上述作业用的各种自动设备的管理和控制用计算机。

2. 柔性制造系统的特征

对于柔性制造的定义还有的很多。但是，不管怎样，对于一个制造系统而

言，如果它是柔性的，就应具备如下特点：

(1)有能力通过重新编制机床操作程序就能加工多种不同零件；

(2)有能力在已有的机床上提供零件加工所需求的全部工具；

(3)有能力实现工件在不同机床间的传递，并实现工件的自动加卸载。

3. 柔性制造系统的优缺点

FMS由于与传统的制造系统相比具有许多突出的优点，所以一经问世就引起了工

业界的极大重视，各工业化国家有关部门纷纷投入极大的人力、物力和财力积极研

究、开发。FMS的优点在许多技术文献中已有详细叙述，本文不再讨论具体内容，仅

罗列其主要条目：

(1)高柔性制造能力；

(2)高设备利用率，典型的数据为75%～90％；

(3)减少设备费用；

(4)减少占地面积，典型的可减少20%～50%；

(5)减少直接劳动费用，可节约30%～50%；

(6)减少生产准备时间，压缩在制品数量，改善对市场的响应能力；

(7)简化制造并提高经营控制能力；

(8)缓慢的系统衰变，即制造系统在意外情况下可降级运行；

(9)高产品质量；

(10)可实现准时制制造；

(11)高经济效益；

(12)允许分阶段投资与运行。

尽管FMS有许多优点，但是工业实践业已证实发展FMS也有一些困难，或者说还

存在缺点。正是由于这些困难或缺点，使得许多企业对FMS缺乏信心，望而却步，不

敢做出采用这种新技术的决策；也正是由于这些难点，促进了FMS技术观点的变化与

进步。发展FMS的难点主要表现在：

(1)投资高昂。

FMS价值昂贵，视FMS构成规模的大小，一般需要500～7000万美元的投资，这还

不包括支持FMS运行环境建设的费用。这对于财源有限的中小企业来说是难以承受

的，即使是技术与经济承受能力较强的大公司和大企业，采用FMT也有很大的风险，

决策者须有足够的勇气和胆略。

(2)周期长。

FMS系统技术复杂，开发、研制、调试一套FMS系统需要较长的周期，从提出开

发一个系统的概念到具体实现，往往需要5～6年的时间，有时甚至更长。若要完全满

足用户的要求则需更长的时间。典型的FMS，仅调试周期通常就需要半年，有的甚至

一年后还不一定能完全正常运行。调试一套大型FMS可能需要18个月，而使系统在良

好的性能状态下运行可能再需要18个月。对于一个企业来说，如果一项新的技术投资

在3～5年内得不到良好的回报，往往会导致他们失去信心。

(3)高技术支持需求。

企业建立FMS需要相当高的物质和技术知识支持，必须拥有熟悉这一领域的人才

(领域专家和科技队伍)，建成后维持系统正常运行也需要一支具备高级技能的队伍。

(4)有限的“柔性”。

FMS尽管具有高柔性，但是这种柔性仍然限于特定的范围。比如，加工箱体零件

的FMS就不能用于加工旋转体、冲压件等。同样是箱体零件的FMS，用于加工变速箱

体零件的FMS就不一定适合于加工发动机汽缸体。因此，一个FMS系统建成后，改变

加工对象(一种固有柔性)是比较困难的。

4.柔性制造系统工艺基础

FMS的工艺基础是成组技术，它按照成组的加工对象确定工艺过程，选择相适应的数控加工设备和工件、工具等物料的储运系统，并由计算机进行控制，故能自动调整并实现一定范围内多种工件的成批高效生产(即具有“柔性”)，并能及时地改变产品以满足市场需求。

FMS兼有加工制造和部分生产管理两种功能，因此能综合地提高生产效益。FMS 的工艺范围正在不断扩大，可以包括毛坯制造、机械加工、装配和质量检验等。投入使用的FMS，大都用于切削加工，也有用于冲压和焊接的。

5.柔性制造系统的组成

（1）加工系统

柔性制造系统采用的设备由待加工工件的类别决定,主要有加工中心、车削中心或计算机数控(CNC)车、铣、磨及齿轮加工机床等,用以自动地完成多种工序的加工。

（2）物料系统

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、工业机器人及专用起吊运送机等。

（3）计算机控制系统

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。

（4）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。