柔性制造系统的应用()

柔性制造系统的应用

摘要

柔性制造系统(FMS)指具有自动化程度高的制造系统。目前所谈及的FMS通常是指在批量切削加工中以先进的自动化和高水平的柔性为目标的制造系统。随着社会对产品多样化、低制造成本及短制造周期等需求日趋迫切，FMS发展颇为迅速，并且由于微电子技术、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，80年代后，制造业自动化进入一个崭新时代，即基于计算机的集成制造(CIMS)时代，FMS已成为各工业化国家机械制造自动化的研制发展重点。

关键词：柔性系统；发展；组成；发展现状

柔性制造系统(FMS)指具有自动化程度高的制造系统。目前所谈及的FMS通常是指在批量切削加工中以先进的自动化和高水平的柔性为目标的制造系统。随着社会对产品多样化、低制造成本及短制造周期等需求日趋迫切，FMS发展颇为迅速，并且由于微电子技术、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，80年代后，制造业自动化进入一个崭新时代，即基于计算机的集成制造(CIMS)时代，FMS已成为各工业化国家机械制造自动化的研制发展重点。

一、柔性制造系统的组成

典型的柔性制造系统由数字控制加工设备、物料储运系统和信息控制系统组成。为了实现制造系统的柔性, FMS必须包括下列组成部分。

（一）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。

（二）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。

（三）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。

（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。

二、柔性制造系统的分类

按规模大小FMS可分为如下4类：

（一）柔性制造单元(FMC)

FMC的问世并在生产中使用约比FMS晚6~8年，它是由1~2台加工中心、工业机器人、数控机床及物料运送存贮设备构成，具有适应加工多品种产品的灵活性。FMC可视为一个规模最小的FMS，是FMS向廉价化及小型化方向发展和一种产物，其特点是实现单机柔性化及自动化，迄今已进入普及应用阶段。

（二）柔性制造系统(FMS)

通常包括4台或更多台全自动数控机床(加工中心与车削中心等)，由集中的控制系统及物料搬运系统连接起来，可在不停机的情况下实现多品种、中小批量的加工及管理。

（三）柔性制造线(FML)

它是处于单一或少品种大批量非柔性自动线与中小批量多品种FMS之间的生产线。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，对物料搬运系统柔性的要求低于FMS，但生产率更高。（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。

三、柔性制造系统的趋势

通过近40年的努力和实践，柔性制造系统技术已臻完善，进入了实用化阶段，并已形成高科技产业。随着科学技术的飞跃进步以及生产组织与管理方式的不断更换，柔性制造系统作为一种生产手段也将不断适应新的需求、不断引入新的技术、不断向更高层次发展。

（一）向小型化、单元化方向发展

早期的柔性制造系统强调规模，但由此产生了成本高、技术难度大、系统复杂、可靠性不好、不利于迅速推广的弱点。自90年代开始，为了让更多的中小企业采用柔性制造技术，柔性制造系统由大型复杂系统，向经济、可靠、易管理、灵活性好的小型化、单元化，即向FMC或FMM方向发展，FMC、FMM的出现得到了用户的广泛认可。

（二）向模块化、集成化方向发展

为有利于柔性制造系统的制造厂家组织生产、减低成本，也有利于用户按需、分期、有选择性地购置系统中的设备，并逐步扩展和集成为功能更强大的系统，柔性制造系统的软、硬件都向模块化方向发展。以模块化结构(比如将FMC、FMM 作为柔性制造系统加工系统的基本模块)集成柔性制造系统、再以柔性制造系统作为制造自动化基本模块集成CIMS是一种基本趋势。

（三）单项技术性能与系统性能不断提高

单项技术性能与系统性能不断提高，例如采用各种新技术，提高机床的加工精度、加工效率;综合利用先进的检测手段、网络、数据库和人工智能技术，提高柔性制造系统各单元及系统的自我诊断、自我排错、自我修复、自我积累、自我学习能力(如提高机床监控功能，使之具有对温度变化、振动、刀具磨破损、工件形状和表面质量的自反馈、自补偿、自适应控制能力;采用先进的控制方法和计算机平台技术，实现柔性制造系统的自协调、自重组和预报警功能等)。

（四）重视人的因素

重视人的因素，完善适应先进制造系统的组织管理体系，将人与柔性制造系统以及非柔性制造系统生产设备集成为企业综合生产系统，实现人-技术-组织的

兼容和人机一体化。

四：结论

柔性制造系统的先进制造理念在经过了40多年的探索、实践，并辉煌一时后，遇到了一定的困难和其它先进制造模式的挑战，但在充分理解柔性制造系统后，我们会发现“柔性”无论是先进系统内部的传统柔性，还是包括生产、组织、管理、协调的整体柔性，都是现代化制造业对中、小批量、多品种产品的高效率加工和对内、外部环境变化的快速反应的需要，不具备相应柔性的制造系统在当今是难以想象的。我们应从以下几个方面加强对柔性制造系统的理解，完善柔性制造系统的实施。

（1）提高柔性制造系统自身水平特别是物流运控软件水平。柔性制造系统随着加工技术的提升，硬件上能够吸纳当今前沿的新设备、新工具，但对于软件，它还没有被提升到它应有的重视高度，在现代化制造业中，它发挥着甚至比硬件更大的作用。柔性制造系统的管理模式正是使硬件设备充分发挥效能的软件平台，它可以使加工设备与物流运储系统有机组合。

（2）借鉴其它先进的制造理念来增强柔性制造系统的生命力。计算机集成制造、敏捷制造、精良制造、智能制造、虚拟制造等都是当今先进的制造理念，我们可以通过相互借鉴、优势互补来丰富柔性制造系统的思想，发展柔性制造系统。真正理解柔性制造系统借鉴其它先进制造理念的精华，根据实际合理发挥柔性制造系统的优势，并在运用中求发展。

参考文献

[1]王隆太.先进制造技术[M].机械工业出版社,2003 [2]谭益智.柔性制造系统[M].

兵器工业出版社,1995 [3]张培忠.柔性制造系统[M].机械工业出版社,1996 [4]颜永年.先进制造术[M].化学工业出版社,2002

[5]查尔斯·斯塔克·德雷拍试验室柔性制造系统手册[M] .徐兰如译.宇航出版社,1987

[6]张世昌.先进制造技术[M].天津大学出版社,2004

[7]罗振壁，周兆英，汪劲松等.制造的革新[J] 机械工程学报,1995

[8]邓子琼，李小宁，何沛仁.柔性制造系统建模及仿真[M].国防工业出版社，1993 [8]Andrew Kusiak[加拿大]，曹永上.柔性制造系统建模与设计[M] .包于沣译.上海科学技术文献出版社,1991

[9]华中生，徐晓燕，石琴.柔性制造系统的柔性与决策问题号[J].中国科学技术大学学报,2000

[10]辛苗.柔性制造系统的建模和优化仿真研究[D].东北大学,2004 [11]日本开发应用FMS近况.CIMS简报[J].1990.(1):2一3

[11]先进制造系统/王润孝编著。——西北工业大学，2001,3

[12]柔性制造系统/柔性制造系统编委会编。——北京：兵器出版社，1995