先进制造技术13-柔性制造系统2

4.4.3FMS物流系统8.4.1FMS的布局方法8.4.2物料搬运设备8.4.3刀具管理系统物流系统输送系统运输小车传输带自重输送搬运系统工业机器人通用机械手自动导引小车有轨小车牵引小车架空单轨小车履带式链带式辊轮式步伐式滚道滑道存储系统物料进出站立体仓库托盘缓冲站刀具库专用机械手24.4.3.1FMS的布局方法功能布局（jobshop）项目布局（projectshop）流水线（flowline）成组布局（cellularsystem）4工件储运系统面向大、中批量生产的柔性制造线面向大批量生产的自动线5工件运储系统面向中、小批量生产的柔性制造线6一、输送系统输送系统的型式直线型环型网型树型7直线型FMS输送型式1-加工中心；2-钻削中心；3-立式六角车床；4-有轨小车；5-检验站；6-装卸站89环型FMS输送型式1-转台；2-传送机；3-随行夹具待加工位置；4-加工中心；5-数控转台；6-上料工位；7－数控机床；8-清洗工位10114.4.3.3FMS的刀具管理系统一、刀具管理系统的组成一般由刀库系统、刀具预调站、刀具交换装置以及管理控制刀具流的计算机组成。FMS的刀库系统包括机床刀库和中央刀库两个独立部分，前者存放加工单元当前所需要的刀具，容量有限，一般存放40~120把；后者容量大，可容纳数千把，供各个加工单元共享。124.4.3.3FMS的刀具管理系统二、刀具的供应方式与刀具交换FMS的刀具交换包含有三个不同方面的内容：机床刀具库与工作主轴之间的刀具交换；刀具装卸站、中央刀库以及各加工机床之间的刀具交换；运载工具（如AGV）刀架与机床刀库之间的刀具交换。13二、刀具的供应方式与刀具交换加工中心机床的自动换刀从数控加工的立场看，刀具系统是数控加工中工具系统下的子系统，包括刀具配置、刀具准备及加工程序中的刀具管理等。而我们在这里讲的刀具系统是指：“从以机床主轴孔连接的刀具柄部开始至切削刃部为止的，与切削有关的硬件总成”14二、刀具的供应方式与刀具交换加工中心机床的自动换刀选择刀具系统的内容是：根据工艺要求选择适当的刀具类型；根据刀具类型与使用机床的规格与性能决定刀具系统的组合与配置；根据被切削材料的材质、切削条件、加工要求等选用适宜的刃部。15二、刀具的供应方式与刀具交换加工中心机床的自动换刀FMS加工系统中所用的刀具，除满足一般的切削原理、切削性能、刀具结构等方面的要求之外，还应耐用度好；断屑与排屑可靠；在FMS中的通用性、互换性和管理性好；能实现快速更换（如换刀片、刀头、刀具等）和线外预调。16自动换刀方式顺序选择方式刀座编码方式刀具编码方式•加工中心机床的自动换刀17•刀具供应方式在FMS的刀具装卸站、中央刀库以及各加工机床之间进行远距离的刀具交换，必须有刀具运载工具的支持。刀具运载工具种类很多，常见的有换刀机器人和刀具输送小车（AGV）。刀具的输送路线主要有直线型和环型两种方式。18刀具的信息管理系统由于FMS中所使用的刀具品种多、数量大、规格型号不一，涉及的信息量较大。FMS中的刀具信息可以分为动态信息和静态信息。19单元层管理与调度工作站调度与控制设备加工过程控制制造自动化系统客户订单合同管理车间运行支持车间管理客户订单合同管理车间资源管理统计管理NC程序管理制定车间生产计划客户订单合同管理单元协调与调度单元作业统计运行仿真制定单元层作业计划客户订单合同管理刀具室与测量室管理立体仓库管理NC程序传输、缓存与检验客户订单合同管理加工工作站控制设备工况监控与统计NC程序管理刀具工作站控制客户订单合同管理设备管理仓库管理信息系统管理与维护动力供应客户订单合同管理工件试切机械加工加工过程检测工件和托盘识别客户订单合同管理清洗、干燥204.4.4FMS控制系统4.4.4.1控制系统的体系结构递阶控制方式第一层为系统管理与控制层。FMS全部生产活动的总体控制系统，全面管理、协调和控制FMS的各项制造活动；承上启下、沟通与上层（车间级）控制系统联系的桥梁。第二层是过程协调与监控层。将来自上层的数据和任务分送到底层的各个CNC装置和其他控制装置上去，并协调底层的工作，同时还对每台机床进行生产状态分析和判断，并随时给出指令，对控制参数进行修改。21第三层是设备层。由加工机床、机器人、AGV、自动化仓库等设备的CNC装置和PLC逻辑控制装置组成。直接控制各类加工设备和物料系统的自动工作循环，接受和执行上层系统的控制指令，并向上层系统反馈现场数据和控制信息。22车间计算机中央管理计算机制造单元1计算机制造单元2计算机物流处理计算机CNC1CNC2机器人CNC1CNC2机器人自动仓库AGV机器人交通管理最高层工作站层设备层FMS多级递阶控制系统234.4.4.2控制系统的任务中央管理计算机工作站层计算机设备层计算机24中央管理计算机负责全面的管理工作和支持FMS按计划的调度和控制。通过以下三个方面与下层系统进行连接：控制方面。向下层实时发送控制命令和分配数据。监控系统方面。实时采集现场工况，把收集的信息看作系统的反馈信号，以它们为基础做出决策，控制被监控的过程。监测系统方面。观察系统的运行情况，将所收到的信息登陆备用，计算机将利用这些信息定期打印报告，供决策系统检索。25工作站层计算机协调各种设备的操作。需要作出以下决策：零件的工艺路线；物料的运送程序和命令的分配刀具的管理对异常事件的反应等26设备层计算机执行各种操作。主要任务有：接收程序和命令；接受调度命令，运送物料；各类工作站设备按程序执行操作；为下一步操作准备刀夹具或更换已磨损的刀具；传感器信息采样，部分采样信息作为CNC系统的反馈信息，其他送往上层计算机。274.4.5FMS的设计与建造4.4.5.1系统规划与设计的主要步骤一、系统可行性论证二、初步设计三、技术设计和详细设计28一、系统可行性论证分析弄清本企业的经营现状、存在问题及市场形势，从而确定企业发展的经营目标。结合企业的实际状况，分析采用FMS技术的必要性与合理性。根据企业经营的需要，提出所建FMS应达到的目标。在对产品对象工艺分析的基础上，核算FMS的能力，确定FMS所需的设备配置，提出FMS的技术方案，并估算投资强度和效益，初步规划相的开发进度以及组织措施等。29二、初步设计确定加工工艺方案建立系统的功能模型建立系统的信息模型确定系统的技术方案系统配置的仿真优化系统的可靠性分析30三、技术设计和详细设计系统功能模型的完成图设计系统信息模型的完成图设计，数据管理系统的物理设计单元控制器及各工作站控制器的软件程序设计。工件运行和管理系统设备及其控制器设计刀具运送和管理系统设备及其控制器设计。FMS生产场地施工工艺布置设计314.4.5.2FMS的安装、调试与验收测试一、安装环境条件二、试车调试三、验收测试4.5.1.2计算机集成制造系统的定义与组成计算机集成制造系统的定义计算机集成制造系统（ComputerIntegratedManufacturingSystem，CIMS）是在计算机技术、信息处理技术、自动控制技术、现代管理技术、柔性制造技术基础上（技术基础）将企业的全部生产、经营活动所需的各种分散的自动化系统（对象）经过新的生产管理模式（手段）4.5.1.2计算机集成制造系统的定义（续）把企业生产全部过程中有关的人、技术、经营管理三大要素及其信息流、物料流有机地集成起来（目的）以获得适用于多品种、中小批量生产的高效益、高柔性、高质量的制造系统（效果）4.5.1.2计算机集成制造系统的定义（续）计算机集成制造系统的特征集成化反映自动化的广度智能化体现自动化的深度4.5.1.2计算机集成制造系统的定义（续）对CIM和CIMS概念的理解CIM是一种概念、一种哲理。它指出了制造业应用计算机技术的更高阶段。即在制造企业中将从市场分析、经营决策、产品设计，经过制造过程各环节，最后到销售和售后服务，包括原材料、生产和库存管理、财务资源管理等全部运营活动，在一种全局集成规划指导下，在更充分发挥人的集体智慧和合作精神的氛围中，关联起来集合成一个整体，逐步实现全企业的计算机化。目的是实现企业内更短的设计生产周期，改善企业经营管理，适应市场的迅速变化，获得更大经济效益。CIMS就是在CIM思想指导下，逐步实现企业全过程计算机化的综合人机系统。CIM是一种组织、管理与运行企业的哲理。其目的是使企业达到产品上市快、高质、低耗、服务好、环境清洁，进而提高企业的柔性、健壮性、敏捷性，使企业赢得市场竞争。因此，CIM/CIMS不是企业的目标，而是达到企业目标的手段之一；企业生产过程中的各个环节是一个不可分的整体，要以系统的观点进行优化。此处的优化是指对企业生产过程各阶段活动中有关人/组织、经营管理和技术三要素及其信息流、物流和价值流有机集成并优化；CIM技术是传统的制造技术与现代信息技术、管理技术、自动化技术、系统工程技术等的有机结合，其包括总体技术、支撑技术、设计自动化技术、制造自动化技术和管理自动化技术；CIMS的主要特点是计算机化、信息化、智能化、集成优化，CIM哲理和相关技术既可用于离散型制造业，也可用于流程和混合型制造业；CIM是生产力发展的必然结果；CIM不是排他的，如CIM与LP。对CIM和CIMS的进一步说明CIMS的集成集成的内容和范围功能集成组织集成信息集成过程集成为了更好地理解和实施CIMS，强调以下几点：1.实施CIMS，要有“全局集成规划指导”。2.CIMS的实施是“逐步实现”的过程，是“一种进程”。3.CIMS的集成重要的是“人的集成”。4.CIM、CIMS不是全盘自动化。4.5.1.3计算机集成制造系统的组成CIMS的三要素CIMS的三要素经营人/机构技术（1）（2）（3）（4）根据三要素之间的关系需解决四类集成问题:（1）使用技术以支持经营（2）利用技术以支持企业中各种人员的工作（3）通过改进组织机构、培训人员及提高人员素质，以支持企业开展经营活动，达到经营目标（4）统一管理并实现经营、人/机构及技术三者的集成4.5.1.3计算机集成制造系统的组成4.5.1.3计算机集成制造系统的组成计算机集成制造系统的组成数据库分系统计算机网络分系统工程设计自动化分系统制造自动化分系统经营管理信息分系统市场信息功能分系统质量保证分系统支撑分系统技术信息售后服务信息2020年2月3日12时22分42以MRPII为核心功能覆盖了市场销售、物料供应、生产计划、生产控制、财务管理、成本控制、库存管理、技术管理等以营销计划、主生产计划、物料需求计划、能量需求计划、车间计划、车间调度与控制为主体形成闭环的一体化生产经营与管理信息系统。2020年2月3日12时22分43CAD产品结构设计、定型产品的变型设计、模块化结构的产品设计CAPP－设计信息与物料信息的交汇毛坯设计、加工方法选择、工序设计、工艺路线设计、工艺路线制订、工时定额计算等CAM刀具路径规划、刀位文件的生成、刀具轨迹仿真、NC代码生成2020年2月3日12时22分44信息流与物料流的结合点以柔性制造系统为基础功能包括生成作业计划，进行优化作业调度控制，生成工件、刀具、夹具的需求计划，进行系统监控和故障诊断处理2020年2月3日12时22分45采集、存储、评价、处理存在于设计、制造过程中与质量有关的大量数据构成一系列质量控制环节保证和促进产品质量的提高2020年2月3日12时22分46计算机网络提供各功能分系统信息互通的硬件支撑，是信息集成的关键技术之一数据库及数据库管理是保证各功能应用系统之间信息交换和共享的基础结构化数据和非结构化数据CIMS输入输出CIMS相关技术4.5.2.1CIMS的网络CIMS通信的特点通信距离短通信实时性强异构环境下通信通信系统的可扩展异种机进程间通信CIMS通信的要求开放性、实时性、标准化4.5.2.2CI