柔性制造系统

柔性制造系统

摘要：本文旨在介绍柔性制造系统的组成，工作原理，优势以及其面临的困惑，并简单介绍它的发展情况和发展趋势，为以后进一步地学习打下基础。

关键词：柔性制造系统、FMS

引言：随着科学技术的迅速发展，新产品不断涌现，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。面临这一新的局面，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，降低生产成本，以获得更好的效益。柔性制造系统正是这种形势下应运而生的。

一、概述

柔性制造系统（英文全称为Flexible Manufacturing System,简称FMS）是由数控加工设备，物料贮运装置和计算机控制等系统等组成的自动化系统。它包括多个柔性制造单元（FMC），是一种集多种高新技术于一体的现代化制造系统。

二、FMS的一般组成

柔性制造系统是一个很复杂的系统，可概括为下列三部分：

1、加工系统。加工系统的功能是以任意自动化加工各种工件，并能自动地更换工件和刀具通常由若干台对工件进行加工的数控机床和所使用的刀具构成。

2、物流系统。工件、工具流统称为物流，物流系统，即物料贮运系统，是柔性制造系统中一个重要组成部分。

物流系统一般由下列三部分组成：

输送系统建立各加工设备之间的自动化联系。它与传统的自动生产线或流水线不同，FMS的工件输送系统可以不按固定节拍，固定顺序运送

工件，甚至是几种工件混杂在一起输送。

●贮存系统具有自动存取机能，用以调节加工节拍的差异，使用的是自

动化存储仓库。

●操作系统建立加工系统和贮存系统之间的自动化联系。

3、信息系统。包括过程控制和过程监控个系统。过程控制系统进行加工系统及物流系统的自动控制；过程监控系统进行在状态数据自动采集和处理。

三、FMS的工作原理

FMS工作过程：柔性制造系统接到上一级控制系统的有关生产计划信息和加工信息后，由其信息系统进行数据信息的处理，分配，并按照所给程序对物流系统工程进行控制。

物料库和夹具库根据生产的品种及调度计划信息提供相应品种的毛坏，选出加工所需要的夹具。毛坏的随行夹具由输送系统送出。工业机器人或自动装卸机按照信息系统的指令和工件及夹具的编码信息，自动识别和选择所装卸的工件及夹具，并将其安装在相应机床上。

机床的加工程识别装置根据送来的工件及加工程序编码，选择加工所需的加工程序，并进行检验。全部加工完毕后，由装卸及运输系统送入成品库，同时把加工质量、数量信息送到监视和记录装轩置，随行夹具被送回夹具库。

当需要改变加工产品时，只要改变传输给信息系统的生产计划信息、技术信息和加工程序，整个系统即能迅速、自动地按照新的要求来完成新产品的加工。

中央计算机控制着系统中物料的循环，执行进度安排、调度和传送协调等功能。它不断收集每个工位上的统计数据和其它制造信息，以便让统作出控制决策。

FMS是在加工自动化的基础上实现物流和信息流的自动化，其“柔性”是

指生产组织形式和自动化制造设备对加工任务（工件）的适应性。

四、FMS在制造领域的优势

FMS可以同时加工多种不同类型的产品。并能在不明显打乱正常生产计划的情况下，插入备件和急件制造任务。

产品质量高、稳定性好。高度的自动化，零件装卡次数的减少，工装的精心准备等，都有利于提高单个零件的质量。

高效率的生产。计算机给每个零件都安排了加工机床，一旦机床空闲，即刻将零件送上加工，设备的利用率得到提高；高程度的自动化生产方式，整个系统除了工件装卸外，无需工人去操纵；自动化的物流系统更是大大减少了工件输送及等待加工的时间，从而提高生产效率。

维持生产能力强。当一台或几台机床发生故障时仍能降级运转的能力。

以上这些优势都是得益于FMS高水平的柔性和高程度的自动化，这也是FMS最主要的两个特点。

五、FMS面监的困惑

投资高、风险大。像FMS这样高科技、高自动化的生产系统，其投资是非常巨大的。单是刀具系统方面的投资就已经接近加工中心的费用，还有诸如自动化的立体仓库、自动化导引小车，机器人，控制系统（软，硬件）等先进设备的投入都远大于传统的自动化流水线。如此高的投入带来了极大的风险，一旦投资失败，损失可想而知。

管理水平要求高。系统的使用和维护需要有较高水平的工人和技术人员。

一些企业过分依赖设备的先进性，片面追求“无人化”的运作模式，忽视了人在系统工程中的主观能动性。要知道，人的智能因素是任何先进无法替代的，

只有人力因素积极参与，才能保证整个系统工程的顺利运行。

其它先进生产模式如：CIMS（计算机集成制造系统），AM（敏捷制造），VM（虚拟制造）等也向FMS提出了极大的挑战。

六、FMS的起源和发展简介

1、国外：

FMS最初是在20世纪60年代由英国Molins公司的一位工程师David Williamson提出的。他在一个机加工车间装了第一套FMS，称之为Molins system-24。这就是世界上最初的柔性加工系统。

1976年，日本FANUC公司提出了由加工中心和机器人组成的柔性制造单元（FMS）。

20世纪80年代中期以后，随着计算机技术的不断进步，FMS成为各国机械制造业发展的重点。

据统计，1994年初，世界各国投入运行的FMS约有三千多个，其中日本拥有2100多个，占世界首位。50%的FMS由美国制造商提供，另外50%由日本和德国厂商提供。

2、在国内：

1985年，我国引进第一条用于回转体加工的柔性制造系统（JCS-FMS-1）。

1987年以后，我国又相继从当时的联邦德国引进了三套FMS。

1991年，重庆大学与北京机床研究所联合研制了JCS-FMS-2实用型单元控制系统，它是我国科技人员自行设计和开发的第一套FMS。

2005年，中国大约有15条的FMS投入调试和使用。

七、FMS的发展趋势