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1、,柔性制造系统基本概念,广义：由若干台数控加工设备、物料运储装置和计算机控制系统组成的，能根据制造任务或生产品种的变化迅速进行调整，以适应多品种、中小批量生产的自动化制造系统。,直观：FMS至少由两台机床、一套自动化的物料运储系统和一套计算机控制系统所组成的制造系统，通过改变程序就能制造出不同的工件。,柔性制造系统发展历程,1,2,3,1967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”。,1967年，美国的怀特森斯特兰公司建成Omniline I系统。,1976年，日本发那科公司展出了由加工中心和工业机器人组成的柔性制造单元(简称FMC)。,4,1982年，日本发
2、那科公司建成自动化电机加工车间。,1、随着经济的发展和消费水平的提高，人们更注重产品的不断更新和多样化，中小批量、多品种生产已成为机械制造业的一个重要特征。 2、科学技术的迅猛发展推动了自动化程度和制造水平的提高。 3、为适应多品种、小批量生产的需要而兴起的柔性自动化制造技术得到了迅速的发展，作为这种技术具体应用的柔性制造系统（FMS）、柔性制造单元（FMC）和柔性制造自动线（FML）等柔性制造设备纷纷问世，其中柔性制造系统（Flexible Manufacturing System，FMS）最具代表性。,FMS产生,背景条件,FMS的组成示意图,机械制造业的柔性制造系统的基本组成部分,该系统
3、由自动化加工设备、检验站、清洗站、装配站等组成，是FMS的基础部分。可以任意顺序自动加工各种工件、自动换工件和刀具。,物料运送系统在计算机控制下主要实现工件和刀具的输送及入库存放，它由自动化仓库、自动输送小车、机器人等组成。,信息系统由主计算机、分级计算机及其接口、外部设备和各种控制装置的硬件和软件组成。,人的作用主要体现在包括编程，操作，监测，控制和维护系统。,加工系统,物料运贮系统,信息系统,操作人员,柔性制造系统平面图,6、RV-2AJ 5自由度机器人,CNC 铣床编程,3、图像处理工作单元,库存控制,PLC 编程,8、存储工作单元,11、传输带系统,1、供料工作单元 2、检测工作单元,
4、9、操作手工作单元,7、装配工作单元,4、操作手工作 单元,10、成品分装工作单元,FMS的分类,按系统的规模分类,观点 内容,布局分类 1. 直线型 机器人型 环形,FMS的分类,按系统的布局分类,规模分类 柔性制造单元 柔性制造系统 柔性制造生产线,按系统的规模分类,柔性制造单元,柔性制造系统,柔性生产线,按系统的布局分类,直线型,环 型,机器人型,不同类型柔性设备的适用范围,适用范围,柔性设备,柔性制造系统的功能,能自动控制和管理零件的加工过程，包括制造质量的自动控制、故障的自动诊断和处理、制造信息的自动采集和处理； 通过简单的软件系统变更，便能制造出某一零件族的多种零件；,自动控制和管
5、理物料（包括工件与刀具）的运输和存储过程；,能解决多机床下零件的混流加工，且无需增加额外费用,具有优化的调度管理功能，无需过多的人工介入，能做到无人加工。,FMS的特点,柔性高 适应多品种中小批量生产,系统内的机床在工艺能力上是相互补充或相互替代的,可混流加工不同的零件,递阶结构的计算机控制 可以与上层计算机联网通信,可进行第三班无人值守生产,系统局部调整或维修不中断整个系统的运作,1.加工系统的组成与特点 机床设备与夹具、托盘和自动上下料机构构成加工系统。其结构形式及数量、规格和类型取决于工件的形状、尺寸和精度要求，生产批量。 特点： 工序集中，减轻物流负担，减少装夹次数； 控制功能强、扩展
6、性好； 高刚度、高精度、高速度； 自保护与自维护性好； 使用经济性好； 对环境的适应性与保护性好。,2011年11月2日，美国安全化妆品运动联盟表示，强生婴儿洗发水中含有可致癌的二恶烷以及季铵盐15。美国、中国、加拿大等5国市场所售产品中仍含有该物质。,FMS的加工系统,2.加工系统常用配置形式 1）互替式 2） 互补式 3）混合式,FMS机床配置形式,2.加工系统常用配置形式,1）.配备互补机床的FMS,这类FMS中，通过物料运储系统将数台NC机床连接起来，不同机床的工艺能力可以互补，工件通过安装站进入系统，然后在计算机控制下从一台机床到另一台机床，按顺序加工。工件通过系统的路径是固定的。
7、特点：非常经济，生产率较高，能充分发挥机床的性能。从系统的输入和输出的角度看，互补机床是串联环节，它减少了系统的可靠性，即当一台机床发生故障时，全系统将瘫痪。,系统中的机床可以互相代替，工件可被送到适合加工它的任一台加工中心上。计算机的存储器存有每台机床的工作情况，可以对机床分配加工零件、一台加工中心可以完成部分或全部加工工序。,2.加工系统常用配置形式,2）.配备可互相替换机床的FMS,从系统的输出和输入看，它们是并联环节，因而增加了系统的可靠性，同时这种配置形式具有较大的柔性和较宽的工艺范围，可以达到较高的机床利用率。,这类FMS是互补式FMS和替换式FMS的综合，即FMS中有一些机床按替
8、换式布置，而另一些机床按互补式安排，以发挥各自的优点。大多数FMS采用这种形式。,2.加工系统常用配置形式,3）.配备混合式机床的FMS,加工系统的辅助装置,3.加工系统的辅助装置 机床夹具 组合夹具：利用标准化夹具零部件快速拼装所需的夹具； 柔性夹具：一部夹具能为多个加工对象服务。 托盘（Pallet）承载工件和夹具完成加工任务，各加工单元间的硬件接口。 自动上下料装置 托盘交换器：联接加工系统和物料运储系统桥梁； 工业机器人：具有较大的柔性度。,柔性夹具,组合夹具,回转式托盘交换器,FMS的工件运储系统,工件装卸站: 设在FMS入口，完成工件的装卸； 托盘缓冲站: 工件中间存储站，起缓冲物
9、料作用； 自动化仓库: 多层立体布局结构，由计算机控制，服从FMS命令和调度； 物料运载装置: 负责在机床、自动化仓库和托盘缓冲站之间物料搬运作业。 传送带: 用于小零件短程传送，占据空间大、易磨损； 自动运输小车：分有轨小车、无轨小车； 搬运机器人：具有较高柔性和控制水平。,1.FMS工件运储系统组成,2.FMS物料输送基本回路 直线输送回路 沿直线路线单向或双向移动，顺序地在各个连接点停靠； 环形输送回路 运载工具沿环形路线单向或双向移动； 网状输送回路 由多个回路相互交叉组成，可由一条环路移动到另一回路。,FMS的刀具运储系统,1.刀具运储系统的组成 刀具预调站: 设在FMS之外，按要求
10、对刀具进行装配和调整； 刀具装卸站: 刀具进出FMS的门户，多为排架式框架结构； 刀库系统: 存放当前加工所需刀具的机床刀库，容量小；存放各加工单元共享刀具的中央刀库，容量大； 刀具运载交换装置: 负责刀具运输和交换，适时向加工单元提供所需刀具； 计算机控制管理系统: 控制刀具运输、存储和管理，监控管理刀具的使用，及时取走已报废或寿命已耗尽的刀具。,1-AGV 2-装载刀架 3-机器人 4-机床刀库 刀具运载AGV小车,FMS的刀具运储系统,2.刀具运储系统作业过程,FMS的控制与管理系统,1.FMS控制与管理系统的体系结构,FMS的控制与管理系统,2.FMS单元控制器功能 通信管理与运行控制
11、: 实现上下层信息通讯，控制内部模块运行； 系统信息管理: 对单元信息进行存储、管理和维护； 作业计划制定: 根据上级下达任务制定本单元作业计划，并进行计划调整； 系统作业调度: 具有系统仿真、静/动态调度、系统资源调度等功能； 系统过程监控: 监控系统状态变化，故障处理，其结果传送至系统信息管理模块和 上级控制器。,FMS控制系统的信息流,柔性制造实体,柔性制造系统仿真,FMS的关键技术,1. 计算机辅助设计 未来CAD技术发展将会引入专家系统，使之具有智能化，可处理各种复杂的问题。,2. 模糊控制技术 模糊数学的实际应用是模糊控制器。最近开发出的高性能模糊控制器具有自学功能，可在控制过程中
12、不断获取新的信息并自动地对控制量作调整，使系统性能大为改善，其中尤其以基于人工神经网络的自学方法更引起人们极大的关注。,4. 人工神经网络技术 人工神经网络(A N N)是模拟智能生物的神经网络对信息进行处理的一种方法。故人工神经网络也就是一种人工智能工具。在自动控制领域，神经网络不久将并列于专家系统和模糊控制系统，成为现代自动化系统中的一个组成部分。,FMS的关键技术,3. 人工智能、专家系统及智能传感器技术 迄今，柔性制造技术中所采用的人工智能大多指基于规则的专家系统。专家系统利用专家知识和推理规则进行推理，求解各类问题(如解释、预测、诊断、查找故障、设计、计划、监视、修复、命令及控制等)
13、。由于专家系统能简便地将各种事实及经验证过的理论与通过经验获得的知识相结合，因而专家系统为柔性制造的诸方面工作增强了柔性。智能制造技术(IMT)旨在将人工智能融入制造过程的各个环节，借助模拟专家的智能活动，取代或延伸制造环境中人的部分脑力劳动。在制造过程中，系统能自动监测其运行状态，在受到外界或内部激励时能自动调节其参数，以达到最佳工作状态，具备自组织能力。,FMS的发展趋势,1. FMC将成为发展和应用的热门技术 这是因为FMC的投资比FMS少得多而经济效益相接近，更适用于财力有限的中小型企业。目前国外众多厂家将FMC列为发展之重。,2. 发展效率更高的FML 多品种大批量的生产企业如汽车及
14、拖拉机等工厂对FML的需求引起了FMS制造厂的极大关注。采用价格低廉的专用数控机床替代通用的加工中心将是FML的发展趋势。,3. 朝多功能方向发展 由单纯加工型FMS进一步开发以焊接、装配、检验及钣材加工乃至铸、锻等制造工序兼具的多种功能FMS。 柔性制造系统未来将向发展各种工艺内容的柔性制造单元和小型FMS；完善FMS的自动化功能；扩大FMS完成的作业内容，并与计算机辅助设计和辅助制造技术(CAD/CAM)相结合，向全盘自动化工厂方向发展。,典型的柔性制造系统示意图,1-自动仓库；2-装卸站；3-托盘站；4-检验机器人；5-自动小车；6-卧式加工中心； 7-立式加工中心；8-磨床；9-组装交付站；10-计算机控制室,结 语,柔性制造技术是在自动化技术、信息技术及制造技术的基础上，将以往企业中相互独立的工程设计、生产制造及经营管理等过程，在计算机及其软件的支撑下，构成一个覆盖整个企业的完整而有机的系统，以实现全局动态最优化，总体高效益、高柔性，并进而赢得竞争全胜的智能制造技术。它作为当今世界制造自动化技术发展的前沿科技，为未来机构制造工厂提供了一幅宏伟的蓝图，将成为21世纪机构制造业的主要生产模式。,