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柔性制造自动化概论授课人：马可2013年10月2第一章柔性制造系统1-1从自动线到柔性制造系统1-2柔性制造系统的功能及适用范围1-3柔性制造系统的结构与分类3柔性——是指制造系统对系统内部及外部环境的一种适应能力，也是指制造系统能够适应产品变化的能力。加工箱体类零件的组合机床自动线刚性柔性刚性自动线：按一定工艺顺序排列的若干台自动机床，用工件传送装置和控制系统联结起来，按照规定的生产节拍，工件自动地依次经过各个加工工位进行自动加工的连续作业线。1-1从自动线到柔性制造系统4刚性自动线的特点与缺陷特点：具有统一的控制系统和严格的生产节拍，与自动化单机相比，结构复杂，完成的加工工序多，生产率很高。是少品种、大量生产必不可少的加工设备。缺点：投资大，系统调整周期长，更换产品不方便。柔性制造系统产生5•美国制造工程师协会(SME)的计算机辅助系统和应用协会把柔性制造系统定义为“使用计算机、柔性加工单元和集成物料储运装置完成零件族某一工序或一系列工序的一种集成制造系统”。•根据“中华人民共和国国家军用标准”有关“武器装备柔性制造系统术语”的定义，柔性制造系统（FMS）是数控加工设备、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，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调整，适用于多品种、中小批量生产。柔性制造系统（FMS，FlexibleManufacturingSystem）的定义6•更直观的定义是：“柔性制造系统是至少由两台数控机床，一套物料运输系统（从装载到卸载具有高度自动化）和一套计算机控制系统所组成的制造自动化系统。它采用简单改变软件的方法便能制造出某些部件中的任何零件”。•综上所述，各种定义的描述方法虽然有所不同，但都反映了FMS应具备以下特点：1)两台以上的数控机床或加工中心以及其他加工设备，包括测量机、清洗机、动平衡机、各种特种加工设备等；2)一套能自动装卸的运输系统，包括刀具储运和工件及原材料储运。具体结构可采用传输带、有轨小车、无轨小车、搬运机器人、上下料托盘站等；3)一套计算机控制系统及信息通信网络。71-2柔性制造系统的功能及适用范围一、FMS的基本组成及主要功能1.典型的FMS主要由以下三个子系统组成：（1）加工系统（主机，即数控机床NC）（2）运储系统（物流系统）（3）计算机控制系统8柔性制造系统组成柔性制造系统加工系统物流系统控制与管理系统加工设备辅助设备检测设备工件流刀具流过程控制过程调度过程监视以任意顺序自动加工多种工件，自动更换工件和刀具，增加功能后可实现工件自动清洗与测量等满足可变节拍生产的物料自动识别、存储、输送和交换的要求。增加功能后可实现刀具预调和管理等加工系统和物流系统的自动控制和作业协调，在线资料自动采集和处理，运行仿真及故障诊断等9典型的柔性制造系统示意图110典型的柔性制造系统示意图211典型的柔性制造系统示意图3122.FMS的主要功能常见的FMS具有以下功能：（1）自动制造功能（主要由数控机床实现）；（2）自动交换工件和刀具的功能；（3）自动输送工件和刀具的功能；（4）自动保管毛坯、工件、半成品、工夹具、模具；（5）自动监视、自动补偿、自诊断等；（6）作业计划与调度13二、柔性制造系统的适用范围0101001000少零件品种数多10000100010010大零件批量小数控机床通用机床柔性制造单元柔性制造系统柔性制造生产线专用机床刚性自动线生产率提高柔性增大141-3柔性制造系统的结构和分类一、FMS的结构FMS的结构示意图自动仓库工厂计算机中央计算机物流控制计算机运输小车加工单元1加工单元2加工单元n信息传输网络工夹具站信息流物料流15计划调度加工设备物流系统CAD/CAM一体化网络通讯检测监控柔性制造系统功能结构FMS的功能结构16（1）加工设备•在实际应用中，以加工棱柱体类工件为主的镗铣加工中心和以加工回转体类工件为主的车削加工中心最为多见。•由于镗铣加工中心（1958年由美国KM公司在数控铣床上加刀库）最早出现，且名为加工中心（MachiningCenter），所以习惯上常把“镗铣加工中心”称为“加工中心”。17主刀头换刀机构和刀库立轴（Y）工作台控制面板工作台底座立式加工中心YXZACB18卧式加工中心19立卧转换五面体加工中心20数控铣床数控车床21（2）装配设备装配工业机器人螺钉自动装配机器人22（3）检测设备23（4）输送装置24（5）交换装置25（6）装卸站26（7）保管装置自动化立体仓库27（8）信息管理及控制装置28CAD/CAPP工艺路线车间控制器单元控制器DNC控制器计划需求管理CNC机床1.......NC程序管理NC程序生产计划计划完成情况生产计划系统CNC机床n设备层单元层车间层公司层物料管理工装工具管理计划完工管理设备管理质量管理综合查询机床运行状态ERP工作站层29（9）辅助设备30随着微电子技术、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，如今，FMS已成为各工业化国家机械制造自动化的研制发展重点按规模大小分类的柔性制造系统柔性自动生产线(FML)柔性制造工厂(FMF)柔性制造单元(FMC)柔性制造系统(FMS)二、FMS的分类31FMC由1-2台数控机床或加工中心构成的加工单元，并具有不同形式的刀具交换和工件的装卸、输送及储存功能。除了机床的数控装置外，通过一个单元计算机进行程序管理和外围设备的管理。FMC适合加工形状复杂、工序简单、工时较少、批量小的零件。柔性制造单元(FMC)32FMS除了调度管理计算机外，还配备有过程控制计算机和分布式数控终端，形成多级控制系统组成的局部网络。FMS是使用柔性制造技术最具代表性的制造自动化系统柔性制造系统(FMS)FMS以2台以上数控机床或加工中心为基础,配以物料传送装置、检测设备等，具有较为完善的刀具和工件的输送和储存系统FMS适合加工形状复杂,加工工序多,批量大的零件,加工和物料传送柔性大,但人员柔性仍然较低。可实现在不停机的情况下,满足实现多品种、中小批量的加工管理33FML是以离散型生产中的柔性制造系统和连续生产过程中的分散型控制系统(DCS)为代表，其特点是实现生产线柔性化及自动化，技术已日臻成熟，迄今已进入实用化阶段。FML是把多台可以调整的机床(多为专用机床)联结起来，配以自动运送装置组成的生产线。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，可以加工批量较大的不同规格零件，对物料搬运系统柔性要求低于FMS，但生产率更高。对于柔性程度低的柔性自动生产线,在性能上接近大批量生产用的自动生产线；柔性程度高的柔性自动生产线,则接近于小批量,多品种生产用的柔性制造系统。柔性自动生产线(FML)34它将制造、产品开发及经营管理的自动化连成一个整体，是以信息流控制物质流的智能制造系统（IMS）为代表，其特点是实现整个工厂的柔性化及自动化。它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。FMF是由计算机系统和网络通过制造执行系统MES，将设计、工艺、生产管理及制造过程的所有柔性单元FMC、柔性线FMS连接起来，配以自动化立体仓库，实现从订货、设计、加工、装配、检验、运送至发货的完整的数字化制造过程。柔性制造工厂(FMF)35三、FMC与FMS的区别36◆以GT(成组技术）为基础四、柔性制造系统特点生产零件的品种由4至100种不等（20--30种居多）生产零件的批量由40至2000件不等（50--200件居多）大部分加工对象为相似零件（个别例外）◆具有较大柔性可加工多种零件没有固定的生产节拍故障可容（一台机床出现故障，其它机床可进行拟补）◆高度自动化除毛坯准备与毛坯安装外全部自动化可在不停机的条件下实现加工工件的自动转换24小时运行◆控制与管理相结合——可自动实现系统内的计划、调度37发展趋势柔性制造系统作为一种生产手段不断适应新的需求、不断引入新的技术、不断向更高层次发展。低成本多功能化模块化集成化环保化高柔性智能化小型单元化管理现代化1-4柔性制造系统的发展趋势38为了保证系统工作的可靠性和经济性，将其主要组成部分标准化和模块化。以模块化结构集成FMS、再以FMS作为制造自动化基本模块集成CIMS是一种基本趋势。与计算机辅助设计和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。柔性制造系统只是它的一个组成部分FMS的软、硬件都向模块化方向发展一方面另一方面39123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，向自动化工厂方向发展。柔性制造系统未来将发展40门式机械手模块GIANTSERIESG10&G20FMS目前的应用41奇瑞发动机二厂的凸轮轴柔性生产线42NTC（康明斯）缸盖柔性生产线43龙门式机械手上下料缸体粗加工生产线，配有三坐标柔性加工单元，自动输送小车，可以完成3个品种缸体的加工。