柔性制造系统简介

物料流
工厂计算机
中央计算机
物流控制计算机 自动 仓库
信 息 传 输 网 络
加工 单元1
加工 单元2 运输小车 FMS的结构示意图
加工 单元n
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FMS的功能结构
计划调度
物流系统
加工设备
柔性制造系 统功能结构
网络通讯
CAD/CAM一体化
检测监控
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（1）加工设备
• 在实际应用中，以加工棱柱体类工件为主
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CAD/CAPP 工艺路线
生产计划系统 生产计划 计划完成情况
ERP
公 司 层 车 间 层
车间控制器 计划需求管理 设备管理 质量管理 综合查询
单元控制器 物料管理 NC程序管理 计划完工管理 工装工具管理
单 元 层 工 作 站 层 设 备 层
DNC控制器 NC程序 CNC机床1
机床运行状态 CNC机床n
（6）作业计划与调度
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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
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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
工作台 底座 主刀头
立式加工中心
工作台
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卧式加工中心
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立卧转换五面体加工中心
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数控车床
Biblioteka Baidu
数控铣床
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（2）装配设备
装配工业机器人
螺钉自动装配机器人
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（3）检测设备
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（4）输送装置
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（5）交换装置
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（6）装卸站
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（7）保管装置
自动化立体仓库
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（8）信息管理及控制装置
8
典型的柔性制造系统示意图1
9
典型的柔性制造系统示意图2
10
典型的柔性制造系统示意图3
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2. FMS的主要功能
常见的FMS具有以下功能：
（1）自动制造功能（主要由数控机床实现）； （2）自动交换工件和刀具的功能； （3）自动输送工件和刀具的功能； （4）自动保管毛坯、工件、半成品、工夹具、模具； （5）自动监视、自动补偿、自诊断等；
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1-2 柔性制造系统的功能及适用范 围一、FMS的基本组成及主要功能
1. 典型的FMS主要由以下三个子系统组成：
（1）加工系统（主机，即数控机床NC） （2）运储系统（物流系统） （3）计算机控制系统
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柔性制造系统组成
柔性制造系统 加工系统 物流系统 控制与管理系统 过 程 控 制 过 程 监 视
模块化 高柔性 管理现代化
发展 趋势
集成化 智能化
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FMS的软、硬件都向模块化方向发展 一方面 与计算机辅助设计和辅 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 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。 柔性制造系统只是它的 一个组成部分
置和控制系统联结起来，按照规定的 生产节拍，工件自动地依次经过各个 加工工位进行自动加工的连续作业线。
加工箱体类零件的组合机床自动线
3
刚性自动线的特点与缺陷
特点：具有统一的控制系统和严格的生产节拍，与自动化 单机相比，结构复杂，完成的加工工序多，生产率很高。
是少品种、大量生产必不可少的加工设备。
缺点：投资大，系统调整周期长，更换产品不方便。
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柔性制造工厂 (FMF)
FMF是由计算机系统和网络通过 制造执行系统MES，将设计、工艺、 生产管理及制造过程的所有柔性单 元FMC、柔性线FMS连接起来，配 以自动化立体仓库，实现从订货、 设计、加工、装配、检验、运送至 发货的完整的数字化制造过程。
它将制造、产品开发及经营管理 的自动化连成一个整体，是以信息流 控制物质流的智能制造系统（IMS） 为代表，其特点是实现整个工厂的柔 性化及自动化。它是自动化生产的最 高水平，反映出世界上最先进的自动 化应用技术。
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柔性制造单元(FMC)
FMC由1-2台数控机床 或加工中心构成的加 工单元，并具有不同 形式的刀具交换和工 件的装卸、输送及储 存功能。除了机床的 数控装置外，通过一 个单元计算机进行程 序管理和外围设备的 管理。FMC适合加工 形状复杂、工序简单、 工时较少、批量小的 零件。
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柔性制造系统(FMS)
加 工 设 备
辅 助 设 备
检 测 设 备
工 件 流
刀 具 流
过 程 调 度
以任意顺序自 动加工多种工件， 自动更换工件和刀 具，增加功能后可 实现工件自动清洗 与测量等
满足可变节拍 生产的物料自动识 别、存储、输送和 交换的要求。增加 功能后可实现刀具 预调和管理等
加工系统和物 流系统的自动控制 和作业协调，在线 资料自动采集和处 理，运行仿真及故 障诊断等
. . . . . . .
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（9）辅助设备
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二、FMS的分类
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， 如今，FMS已成为各工业化国家机械制造自动化的研制 发展重点
柔性制造单元 (FMC)
柔性制造系统 (FMS)
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)
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柔性自动生产线(FML)
FML是把多台可以调整的机床(多为专用机 床)联结起来，配以自动运送装置组成的生产 线。其加工设备可以是通用的加工中心、CNC机床，
亦可采用专用机床或NC专用机床，可以加工批量 较大的不同规格零件，对物料搬运系统柔性要求低 于FMS，但生产率更高。
对于柔性程度低的柔性自动生产线,在性能 上接近大批量生产用的自动生产线；柔性程 度高的柔性自动生产线,则接近于小批量,多品 种生产用的柔性制造系统。 FML是以离散型生产中的柔性制造系统 和连续生产过程中的分散型控制系统(DCS) 为代表，其特点是实现生产线柔性化及自 动化，技术已日臻成熟，迄今已进入实用 化阶段 。
为了保证系统工作的可靠性和经济性，将其主要组成部 分标准化和模块化。以模块化结构集成FMS、再以FMS 作为制造自动化基本模块集成CIMS是一种基本趋势 。
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柔性制造系统 未来将发展
1
各种工艺内容的柔性制造单元和小型FMS
2
完善FMS的自动化功能
3
扩大FMS完成作业内容，并与计算机辅 助设计和辅助制造技术(CAD/CAM)相结 合，向自动化工厂方向发展。
的镗铣加工中心和以加工回转体类工件为 主的车削加工中心最为多见。
• 由于镗铣加工中心（1958年由美国KM公司
在数控铣床上加刀库）最早出现，且名为 加工中心（Machining Center），所以习 惯上常把“镗铣加工中心”称为“加工中 心”。
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立轴 （Y）
控制面 板
Y B C Z A X 换刀机构 和刀库
FMS以2台以上数控机床或加工中心为基 础,配以物料传送装置、检测设备等，具有较 为完善的刀具和工件的输送和储存系统 FMS适合加工形状复杂,加工工序多,批 量大的零件,加工和物料传送柔性大,但人员 柔性仍然较低。可实现在不停机的情况下, 满足实现多品种、中小批量的加工管理 FMS除了调度管理计算机外，还配备有 过程控制计算机和分布式数控终端，形成多 级控制系统组成的局部网络。FMS是使用 柔性制造技术最具代表性的制造自动化系统
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。
柔性制造自动化概论
授课人：马可
2013年10月
第一章 柔性制造系统
1-1 从自动线到柔性制造系统 1-2 柔性制造系统的功能及适用范围
1-3 柔性制造系统的结构与分类
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1-1 从自动线到柔性制造系统
柔性——是指制造系统对系统内部及外部环境的一种适应能力， 刚性自动线：按一定工艺顺序排 列的若干台自动机床，用工件传送装 也是指制造系统能够适应产品变化的能力。 柔性 刚性
◆高度自动化
除毛坯准备与毛坯安装外全部自动化 可在不停机的条件下实现加工工件的自动转换 24小时运行
◆控制与管理相结合——可自动实现系统内的计划、调度
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1-4 柔性制造系统的发展趋势
柔性制造系统作为一种生产手 段不断适应新的需求、不断引入 新的技术、不断向更高层次发展。
低成本
多功能化
环保化 小型单元化
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FMS目前的应用
门式机械手模块GIANT SERIES G10&G20
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奇瑞发动机二厂的凸轮轴柔性生产线
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NTC（康明斯）缸盖柔性生产线
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龙门式机械手上下料缸体粗加工生产线，配有三坐标柔性加 工单元，自动输送小车，可以完成3个品种缸体的加工。
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柔性制造系统产生
4
柔性制造系统（ FMS ，Flexible Manufacturing System）的定义
•美国制造工程师协会(SME)的计算机辅助系统和应用 协会把柔性制造系统定义为“使用计算机、柔性加工 单元和集成物料储运装置完成零件族某一工序或一系 列工序的一种集成制造系统”。 •根据“中华人民共和国国家军用标准”有关“武器 装备柔性制造系统术语”的定义，柔性制造系统 （FMS）是数控加工设备、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，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调整， 适用于多品种、中小批量生产。
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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）