柔性制造系统

2020/2/2湖南工程学院12020/2/2湖南工程学院2FMS柔性制造系统柔性制造系统（FlexibleanufacturingSysterm）是由由数控加工设备、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，它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进行调整，适用于多品种、中小批量生产。2020/2/2湖南工程学院32020/2/2湖南工程学院4柔性制造系统的组成柔性制造系统，至少有两台机床，一套物流运输系统（从装载到卸载具有高度自动化）和一套控制系统的计算机所组成的制造系统，它采用简单的改变软件的方法便能制造出某些部件中得任何零件。1.从硬件的形式看由三部分组成a)两台以上数控机床或加工中心以及其他的加工设备，包括测量机，清洗机，动平衡机，各种特种加工设备，等等。2020/2/2湖南工程学院5a)一套能自动装卸的运储系统，包括道具的运储和工件原材料的运储。具体结构可采用传送带、有轨小车、无轨小车、搬运机器人、上下料托盘、交换工作站、等等。b)一套计算机控制系统。2.从软件内容看主要包括三部分a)FMS的运行控制b)FMS的质量保证c)FMS的数据管理和通讯网络2020/2/2湖南工程学院6柔性制造系统的优点柔性制造系统是一种技术复杂、高度自动化的系统，它将微电子学、计算机和系统工程等技术有机地结合起来，理想和圆满地解决了机械制造高自动化与高柔性化之间的矛盾。具体优点如下。1、设备利用率高。一组机床编入柔性制造系统后，产量比这组机床在分散单机作业时的产量提高数倍。2、在制品减少80%左右。2020/2/2湖南工程学院73、生产能力相对稳定。自动加工系统由一自或多台机床组成，发生故障时，有降级运转的能力，物料传送系统也有自行绕过故障机床的能力。4、产品质量高。零件在加工过程中，装卸一次完成，加工精度嵩，加工形式稳定。2020/2/2湖南工程学院85、运行灵活。有些柔性制造系统的检验、装卡和维护工作可在第一班完成，第二、第三班可在无人照看下正常生产。在理想的柔性制造系统中，其监控系统还能处理诸如刀具的磨损调换、物流的堵塞疏通等运行过程中不可预料的问题。6、产品应变能力大。刀具、夹具及物料运输装置具有可调性，且系统平面布置合理，便于增减设备，满足市场需要。2020/2/2湖南工程学院97、经济效果显著。采用FMS的主要技术经济效果是：能按装配作业配套需要，及时安排所需零件的加工，实现及时生产，从而减少毛坯和在制品的库存量，及相应的流动资金占用量，缩短生产周期；提高设备的利用率，减少设备数量和厂房面积；减少直接劳动力，在少人看管条件下可实现昼夜24小时的连续“无人化生产”；提高产品质量的一致性。2020/2/2湖南工程学院10柔性制造系统的发展历程1967年，英国莫林斯公司首次根据威廉生提出的FMS基本概念，研制了“系统24”。其主要设备是六台模块化结构的多工序数控机床，目标是在无人看管条件下，实现昼夜24小时连续加工，但最终由于经济和技术上的困难而未全部建成。1967年，美国的怀特·森斯特兰公司建成Omniline系统，它由八台加工中心和两台多轴钻床组成，工件被装在托盘上的夹具中，按固定顺序以一定节拍在各机床间传送和进2020/2/2湖南工程学院11行加工。这种柔性自动化设备适于少品种、大批量生产中使用，在形式上与传统的自动生产线相似，所以也叫柔性自动线。日本、前苏联、德国等也都先后开展了FMS的研制工作。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)，为发展FMS提供了重要的设备形式。柔性制造单元(FMC)一般由12台数控机床与物料传送装置组成，有独立的工件储存2020/2/2湖南工程学院12站和单元控制系统，能在机床上自动装卸工件，甚至自动检测工件，可实现有限工序的连续生产，适于多品种小批量生产应用。随着时间的推移，FMS在技术上和数量上都有较大发展，实用阶段，以由3－5台设备组成的FMS为最多，但也有规模更庞大的系统投入使用。1982年，日本发那科公司建成自动化电机加工车间，由60个柔性制造单元（包括50个工业机器人）和一个立体仓库组成，另有两台自动引导台车传送毛坯和工件，此外还有一个无人化电机装配车间，它们都能连续24小时运转。2020/2/2湖南工程学院13这种自动化和无人化车间，是向实现计算机集成的自动化工厂迈出的重要一步。与此同时，还出现了若干仅具有FMS基本特征，但自动化程度不很完善的经济型FMS，使FMS的设计思想和技术成就得到普及应用。2020/2/2湖南工程学院14FMS在加工回转体类零件中得应用。1.加工对象为轴、盘类零件。2020/2/2湖南工程学院152.加工系统以5台国产数控机床为基础的模块(CNC车床2台，数控磨床1台，立式和卧式加工中心各1台）与4台搬运型工业机器人结合构成的加工单元。3.物流系统采用自动认址感应式无轨小车，机床前设有托板站，系统设有平面托板存储库。4.控制系统2020/2/2湖南工程学院16a)中央管理系统：总体管理和决策控制。由主计算机通过光缆与各单元、物流系统，控制机和自动编程等联成控制网络。b)单元控制装置：单元生产过程控制。c)搬运控制和管理装置：物流控制。d)计算机数控：切削加工控制。e)其他：中心孔清理和工业监视系统等装置。2020/2/2湖南工程学院17FMS在箱体加工中得应用1.加工对象为箱体类零件。2.加工系统由3台立式数控机床和7台加工中心结合构成的加工单元。2020/2/2湖南工程学院183.物流系统采用无轨导向小车自动完成零件的运送。4.控制系统a)中央管理系统：总体管理和决策控制。由主计算机通过光缆与各单元、物流系统，控制机和自动编程等联成控制网络。b)单元控制装置：单元生产过程控制。c)搬运控制和管理装置：物流控制。d)计算机数控：切削加工控制。e)其他：托盘库和装卸站。零件的识别采用托盘库里托盘编码方式识读。2020/2/2湖南工程学院19在装卸站由人工完成零件装卸，采用无轨导向小车自动完成零件的运送。零件加工切削由地下冷却液系统集中处理，冷却液可循环利用。机床主轴和机床刀库之间自动换刀，机床刀库和外界换刀、测量和检验都是在每道工序加工完成后由人工进行。采用本系统后，获得的主要效益是提高机床的利用率50%，缩短生产周期35%，提高了产品质量，保证了产品质量的一致性。2020/2/2湖南工程学院20案例柔性制造系统在发动机生产中的应用奇瑞公司的发动机二厂是根据汽车制造业多品种、柔性化生产需求而建造的一个具有国际领先水平的现代化柔性工厂，该工厂在产品设计时就采用同步工程并充分预留后期产品的共用性，以便根据市场及产品需求，在生产线上共线生产多个品种。2020/2/2湖南工程学院21当前，车型的市场寿命周期越来越短，小批量、多品种生产成为各大汽车厂商的追求目标。与此相适应，发动机的生产制造模式也必须适应多品种、不同批量的市场需求。由于市场需求的多样性，产品更新换代的周期加快，促使许多发动机企业先后引进了以加工中心为主体的柔性生产线——柔性制造系统（FMS）。它能够根据制造任务和生产环境变化迅速进行调整，适应多品种、中小批量的生产需求。2020/2/2湖南工程学院22奇瑞公司的发动机二厂是根据汽车制造业多品种、柔性化生产的需求而建造的一个具有国际领先水平的现代化柔性工厂。该工厂在产品设计时就采用同步工程并充分预留后期产品的共用性，以便根据市场及产品需求，在生产线上共线生产多个品种。举例来说，凸轮轴生产线内的机床选用了Siemens840D、FANUC18i这些目前顶尖的系统来实现FMS的自动控制；通过奇瑞的技术人员与机床、控制系统开发商的共同研究，在原有平台上新扩展和开发了多种控制功能和软件。2020/2/2湖南工程学院23例如端面加工单元，其控制系统为Siemens840D，为了配合多品种生产所需的大容量刀具存储单元以及高速切削中的刀具寿命管理，Siemens数控系统中增加了ARTIS刀具检测软件，在切削过程中检测主轴电机扭矩的变化，通过仿真及对比来监控刀具状态，确保加工的可靠性及稳定性。同时，生产线的自动控制系统还扩展了主动检测功能，在切削过程中实时对加工尺寸进行检测，并将数据反馈至控制系统，随机修正切削参数，以保证加工精度。2020/2/2湖南工程学院24凸轮轴生产线2020/2/2湖南工程学院25我国FMS柔性制造系统研发取得重大突破为适应市场发展，沈机集团昆明机床股份有限公司（以下简称昆机）结合用户需求，通过承担省重点产业创新工程项目“FMS柔性制造系统新产品开发”（以下简称FMS项目），成功开发出FMS1000型和FMS1600型两种规格的柔性制造系统。FMS1600型柔性制造系统经机械工业机床产品质量检测中心（昆明）检测，主机精度优于国家标准。可满足大、中型精密箱体类、盘套类、板类等多品种复杂零件的单件或批量生产制造，在工件一次装夹后，可完成铣、钻、镗、铰、攻丝和轮廓、空间曲面的加工。2020/2/2湖南工程学院26柔性生产线图1FMS项目实施期间，昆机实现柔性线FMS1600型一套、FMS1600型三台单机和FMS1000型五台主机的销售，实现FMS主机及其模块化变形产品双工位精密卧式加工中心共25台销售，累计实现销售收入1.2245亿元，利润3049万元，税收975.68万元，取得了良好的经济效益。2020/2/2湖南工程学院2722010年12月30日，FMS项目进行科技成果鉴定，鉴定委员会认为“该柔性制造系统技术先进、功能齐全完备、运行可靠稳定，是国内规格最大、精度最高、结构最复杂的FMS柔性制造系统。项目的研发成功，使我国在大、重型精密柔性制造系统的关键技术实现了重大突破，缩短了与国外产品的差距，可替代同类产品的进口，取得了良好的经济和社会效益。该柔性系统技术水平处于国内领先、国际先进”。柔性生产线图2020/2/2湖南工程学院28发展趋势柔性制造系统的发展趋势大致有两个方面。一方面是与计算机辅助设计扣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。另一方面是实现从产品决策、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。在这个大系统中，柔性制造系统只是它的一个组成部分。2020/2/2湖南工程学院291、模块化的柔性制造系统为了保证系统工作的可靠性和经济性，可将其主要组成部分标准化和模块化。加工件的输送模块，有感应线导轨小车输送和有轨小车输送；刀具的输送和调换模块，有刀具交换机器人和与工件共用输送小车的刀盒输送方式等。利用不同的模块组合，构成不同形式的具有物料流和信息流的柔性制造系统，自动地完成不同要求的全部加工过程。图1是典型模块化柔性制造系统特征图。由图1可见，刀具的供给方式、工件的输送存储和交换方式，是影响系统复杂程度的最大因素。2020/2/2湖南工程学院302、计算机集成制造系统从1870－1970年的100年中，加工过程的效率提高了2000%，而生产管理的效率只提高了80%，产品设计的效率仅提高了20%左右。显然，后两种的效率已成为进一步发展生产的制约因素。因此，制造技术的发展就不能局限在车间制造过程的自动化，而要全面实现从生产决策、产品设计到销售的整个生产过程的自动化，特别是管理层次工作的自动化。这样集成的一个完整的生产系统就是计算机集成制造系统(CIMS)。CIMS的主要特征是集成化与智能化。集成化即自动化的广度，它把系统的空间扩展到市场、产品设计、加工制造、检验、销售和为用户眼务等全部过程；智能化的自动化朝深度，不仅包含物料流的自动化，而且还包括信息流的自动化。2020/2/2湖南工程学院313、决策图2是CIMS的模型。决策层是企业的领导机构，通过管理信息系统掌握扔连接各部门的信息。生产活动的信息源来自生产对象——产品的订货。根据用户对产品功