柔性制造系統(tǒng)(FMS)

1、第一節(jié)第一節(jié) 概述概述第八章第八章 柔性制造系統(tǒng)（柔性制造系統(tǒng)（FMS） 為了適應生產(chǎn)自動化程度的提高，在為了適應生產(chǎn)自動化程度的提高，在CNC的基礎上的基礎上逐步發(fā)展出柔性自造系統(tǒng)（逐步發(fā)展出柔性自造系統(tǒng)（FMS）和計算機集成制造系）和計算機集成制造系統(tǒng)（統(tǒng)（CIMS）一、一、FMS的基本概念的基本概念 具有多個半獨立工位和一個物料儲存運輸具有多個半獨立工位和一個物料儲存運輸系統(tǒng)，由計算機集中管理和控制的制造系統(tǒng)。系統(tǒng)，由計算機集中管理和控制的制造系統(tǒng)。FMS的組成要素的組成要素1 1、標準的數(shù)控機床或制造單元、標準的數(shù)控機床或制造單元 制造單元制造單元具有自動上下料功能和多個工位，包括加工

2、具有自動上下料功能和多個工位，包括加工 型和裝配型的制造單位。型和裝配型的制造單位。2 2、一個在機床和裝卡工位之間運送零件和刀具的傳輸系統(tǒng)、一個在機床和裝卡工位之間運送零件和刀具的傳輸系統(tǒng)3 3、一個發(fā)布指令，協(xié)調機床、工件和刀具傳送的總監(jiān)控系統(tǒng)、一個發(fā)布指令，協(xié)調機床、工件和刀具傳送的總監(jiān)控系統(tǒng)4 4、中央刀具庫及其管理系統(tǒng)、中央刀具庫及其管理系統(tǒng)5 5、自動化倉庫及其管理系統(tǒng)、自動化倉庫及其管理系統(tǒng)二、二、FMS結構、組成結構、組成1 1號號2 2號號工廠主計算機工廠主計算機中央管理與控制計算機中央管理與控制計算機物流控制裝置物流控制裝置中央刀具庫中央刀具庫信信 息息 傳傳 輸輸 網(wǎng)網(wǎng)

3、絡絡夾具站夾具站自自 動動 化化 倉倉 庫庫PSCNCMTRobotPSCNCMTRobot1 1、中央管理和控制計算機、中央管理和控制計算機 接收來自工廠主計算機的指令，對整個接收來自工廠主計算機的指令，對整個FMS實行監(jiān)控實行監(jiān)控2 2、物流控制裝置、物流控制裝置 對自動化倉庫、無人輸送臺車、加工毛坯和成品、加工用對自動化倉庫、無人輸送臺車、加工毛坯和成品、加工用 的刀具和夾具等實行集中管理和控制的刀具和夾具等實行集中管理和控制3 3、自動化倉庫、自動化倉庫 對毛坯、半成品或成品等進行自動調用和儲存對毛坯、半成品或成品等進行自動調用和儲存4 4、無人輸送臺車、無人輸送臺車 行走于機床、自動

4、化倉庫、中央刀具庫之間的自動化臺車行走于機床、自動化倉庫、中央刀具庫之間的自動化臺車5 5、制造單元、制造單元 FMS的基本單元，由的基本單元，由CNC機床、工業(yè)機器人（機床、工業(yè)機器人（Robot）、隨）、隨 行工作臺（行工作臺（PS）組成，完成多工位加工的制造單位）組成，完成多工位加工的制造單位6 6、中央刀具庫、中央刀具庫 刀具的集中存儲區(qū)刀具的集中存儲區(qū)7 7、夾具站、夾具站 即時實現(xiàn)對夾具的調整與維護即時實現(xiàn)對夾具的調整與維護8 8、信息傳輸網(wǎng)絡、信息傳輸網(wǎng)絡 FMS的通訊網(wǎng)絡系統(tǒng)的通訊網(wǎng)絡系統(tǒng)9 9、隨行工作臺（、隨行工作臺（PS） 從無人輸送臺車到制造單元之間傳送的緩沖區(qū)從無人輸

5、送臺車到制造單元之間傳送的緩沖區(qū)第二節(jié)第二節(jié) 柔性制造單元（柔性制造單元（FMC）和分布數(shù)）和分布數(shù)控單元（控單元（DNC）一、一、柔性制造單元（柔性制造單元（Flexible Manufacturing Cell） FMC是是FMS發(fā)展過程中的一個環(huán)節(jié)，即可單獨工作，發(fā)展過程中的一個環(huán)節(jié)，即可單獨工作，也可作為也可作為FMS的一個組成部分。的一個組成部分。 FMC具有獨立自動加工功能，部分具有自動傳送和監(jiān)具有獨立自動加工功能，部分具有自動傳送和監(jiān)控管理的功能?？毓芾淼墓δ?。 有的有的FMC可實現(xiàn)可實現(xiàn)2424小時無人運轉。小時無人運轉。1 1、FMC的構成的構成加工中心加工中心+APC (自

6、動托盤交換系統(tǒng)自動托盤交換系統(tǒng))加工中心加工中心+Robot (工業(yè)機器人工業(yè)機器人)加工中心加工中心+Robot (工業(yè)機器人工業(yè)機器人)2 2、FMC的效益的效益（1 1）FMC增加了柔性，比單臺加工中心可實現(xiàn)多品種增加了柔性，比單臺加工中心可實現(xiàn)多品種 配套加工配套加工（2 2）FMC可實現(xiàn)可實現(xiàn)2424小時連續(xù)運轉小時連續(xù)運轉（3 3）生產(chǎn)率提高）生產(chǎn)率提高（4 4）便于實現(xiàn)）便于實現(xiàn)FMS和和CIMS二、二、分布式數(shù)控單元（分布式數(shù)控單元（Distributed Numerical Cell） 直接數(shù)控單元（直接數(shù)控單元（ Direct Numerical Cell ） 群控系統(tǒng)群控

7、系統(tǒng)DNC是由是由CNC機床演變而來，又一臺計算機控制多臺機床演變而來，又一臺計算機控制多臺NCNC機床機床DNC計算機計算機154326通訊網(wǎng)通訊網(wǎng)DNC接口接口NC機床機床1 1、DNC的特點的特點（1 1）DNC增加了柔性，可實現(xiàn)非實時數(shù)控數(shù)據(jù)分配增加了柔性，可實現(xiàn)非實時數(shù)控數(shù)據(jù)分配（2 2）采用局域網(wǎng)（采用局域網(wǎng)（LAN）技術組成開放式系統(tǒng)）技術組成開放式系統(tǒng)（3 3）便于與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結合）便于與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結合（4 4）便于實現(xiàn)）便于實現(xiàn)FMS和和CIMS2 2、DNC的應用實例的應用實例令牌環(huán)網(wǎng)式令牌環(huán)網(wǎng)式DNC系統(tǒng)系統(tǒng)由主計算機系統(tǒng)、令牌環(huán)網(wǎng)通信子系統(tǒng)及功能接口由主計算機系統(tǒng)、

8、令牌環(huán)網(wǎng)通信子系統(tǒng)及功能接口等組成。等組成。DNC主計算機主計算機通信機通信機（主站）（主站）通信接口通信接口功能接口功能接口通信機通信機（從站）（從站）通信接口通信接口功能接口功能接口通信機通信機（從站）（從站）通信接口通信接口功能接口功能接口CNCMTCNCMT介質制備介質制備編程機編程機磁盤儲存磁盤儲存打印記打印記DNC系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成（1 1）DNC主計算機系統(tǒng)主計算機系統(tǒng)車間管理、編程、圖像顯示等車間管理、編程、圖像顯示等 數(shù)控程序的存儲、分配、傳送和校驗數(shù)控程序的存儲、分配、傳送和校驗 自動編制程序、修改和校驗自動編制程序、修改和校驗 零件輪廓、刀具軌跡顯示和校驗零件輪廓、刀具軌跡

9、顯示和校驗 車間管理的事務處理車間管理的事務處理 其她數(shù)值與非數(shù)值運算其她數(shù)值與非數(shù)值運算 與工廠上級計算機聯(lián)網(wǎng)與工廠上級計算機聯(lián)網(wǎng)（2 2）令牌環(huán)網(wǎng)通信子系統(tǒng)令牌環(huán)網(wǎng)通信子系統(tǒng)環(huán)網(wǎng)通信介質、通信機、環(huán)網(wǎng)通信介質、通信機、 通信協(xié)議（物理層、鏈路層、網(wǎng)絡層、高層協(xié)議）通信協(xié)議（物理層、鏈路層、網(wǎng)絡層、高層協(xié)議）（3 3）功能接口）功能接口主站通信功能接口、從站通信功能接口主站通信功能接口、從站通信功能接口 數(shù)據(jù)通信功能數(shù)據(jù)通信功能 數(shù)據(jù)存儲功能數(shù)據(jù)存儲功能 數(shù)據(jù)管理功能（計劃和調度）數(shù)據(jù)管理功能（計劃和調度） 無人運轉功能無人運轉功能主主 站站 通通 信信 軟軟 件件高高 層層 協(xié)協(xié) 議議令牌

10、管理模塊令牌管理模塊數(shù)據(jù)發(fā)送模塊數(shù)據(jù)發(fā)送模塊數(shù)據(jù)接收模塊數(shù)據(jù)接收模塊測測 試試 模模 塊塊從從 站站 通通 信信 軟軟 件件高高 層層 協(xié)協(xié) 議議數(shù)據(jù)發(fā)送模塊數(shù)據(jù)發(fā)送模塊數(shù)據(jù)接收模塊數(shù)據(jù)接收模塊測測 試試 模模 塊塊一、工業(yè)機器人一、工業(yè)機器人的組成的組成控控制制器器1、機械主體、機械主體2、“肘節(jié)肘節(jié)”3、“手手”4、控制器、控制器第三節(jié)第三節(jié) 工業(yè)機器人（工業(yè)機器人（Robot）（1 1）多機器人的同步多機器人的同步 一般采用分布式總線結構一般采用分布式總線結構 采用多軸聯(lián)動控制策略采用多軸聯(lián)動控制策略 采用冗余研究方法，實現(xiàn)機器人的局部控制采用冗余研究方法，實現(xiàn)機器人的局部控制（2 2）

11、分布式數(shù)據(jù)庫結構分布式數(shù)據(jù)庫結構（3 3）動態(tài)調度）動態(tài)調度 容錯性容錯性 整體柔性整體柔性一、一、多機器人的控制多機器人的控制二、二、多機器人的通信多機器人的通信多采用總線結構，個別機器人故障時系統(tǒng)不致崩潰多采用總線結構，個別機器人故障時系統(tǒng)不致崩潰（1 1）最小報文延遲時間最小報文延遲時間 不希望有數(shù)據(jù)緩存不希望有數(shù)據(jù)緩存（2 2）保持各數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)一致性保持各數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)一致性（3 3）時鐘同步）時鐘同步（4 4）實時數(shù)據(jù)更新）實時數(shù)據(jù)更新第四節(jié)第四節(jié) 柔性制造系統(tǒng)的特點柔性制造系統(tǒng)的特點1、機床利用率較高、機床利用率較高2、機床數(shù)量減少、機床數(shù)量減少3、工人數(shù)量減少，降低工資成本、工人數(shù)量

12、減少，降低工資成本4、在制品壓縮、在制品壓縮5、生產(chǎn)具有柔性、生產(chǎn)具有柔性6、生產(chǎn)效率提高、生產(chǎn)效率提高7、具有自診斷和維持生產(chǎn)的能力、具有自診斷和維持生產(chǎn)的能力8、產(chǎn)品質量提高、產(chǎn)品質量提高9、占地面積減少、占地面積減少10、加工成本降低、加工成本降低第五節(jié)第五節(jié) 柔性制造系統(tǒng)設計柔性制造系統(tǒng)設計一、規(guī)劃階段一、規(guī)劃階段-認識認識FMSFMS的復雜性的復雜性 FMS設計涉及的技術較多，設計和開發(fā)的周期較長，是一設計涉及的技術較多，設計和開發(fā)的周期較長，是一項必須由用戶和設計承制者共同承擔的工程。項必須由用戶和設計承制者共同承擔的工程。 1、要有用戶管理部門的保證，他們對、要有用戶管理部門的保

13、證，他們對FMS的內容要有所了解的內容要有所了解2、要建立一支負責機床選型、軟件開發(fā)、零件編程、工夾具、要建立一支負責機床選型、軟件開發(fā)、零件編程、工夾具 設計、刀具管理和計劃調度方面的工程師隊伍設計、刀具管理和計劃調度方面的工程師隊伍3、為選擇、為選擇FMS加工的零件和工序，需給予仿真投資加工的零件和工序，需給予仿真投資4、FMS設計和實現(xiàn)的周期較長，決策者要堅定設計和實現(xiàn)的周期較長，決策者要堅定5、設計和實現(xiàn)的同時要考慮培養(yǎng)技術和管理人員、設計和實現(xiàn)的同時要考慮培養(yǎng)技術和管理人員二、初步設計階段二、初步設計階段1 1、選擇加工的零件、選擇數(shù)控機床、選擇加工的零件、選擇數(shù)控機床 能同時加工多

14、個零件能同時加工多個零件 故障旁路功能故障旁路功能 具有柔性具有柔性 具有無人照管能力具有無人照管能力 系統(tǒng)的擴展性系統(tǒng)的擴展性 確定切削用量確定切削用量 確定加工計劃確定加工計劃2 2、FMSFMS的總體設計的總體設計 確定精度涉及的問題確定精度涉及的問題 確定系統(tǒng)的利用率確定系統(tǒng)的利用率 確定機床刀庫、中央刀庫容量確定機床刀庫、中央刀庫容量 清洗、排屑清洗、排屑 確定輔助工序確定輔助工序 檢驗檢驗 熱處理等熱處理等 確定物料輸送系統(tǒng)方案確定物料輸送系統(tǒng)方案 物料輸送系統(tǒng)物料輸送系統(tǒng) 由自動化倉庫、無人輸送臺車、工業(yè)機器人、隨行托盤、由自動化倉庫、無人輸送臺車、工業(yè)機器人、隨行托盤、傳送裝置

15、等組成。傳送裝置等組成。幾種方案：幾種方案：1 1）有軌式無人輸送臺車物流系統(tǒng)）有軌式無人輸送臺車物流系統(tǒng)2 2）無軌式物流系統(tǒng)）無軌式物流系統(tǒng)采用導航式無人輸送臺車采用導航式無人輸送臺車三、技術設計階段三、技術設計階段 物流系統(tǒng)物流系統(tǒng) 關鍵技術關鍵技術 刀具傳送和管理系統(tǒng)刀具傳送和管理系統(tǒng) 聯(lián)網(wǎng)技術聯(lián)網(wǎng)技術 輔助系統(tǒng)設計輔助系統(tǒng)設計 監(jiān)控和管理系統(tǒng)監(jiān)控和管理系統(tǒng)（1 1）硬件組成、結構）硬件組成、結構 1 1、監(jiān)控和管理系統(tǒng)、監(jiān)控和管理系統(tǒng)程序裝置程序裝置監(jiān)控裝置監(jiān)控裝置中央處理中央處理裝置裝置 接口模塊（解釋程序）接口模塊（解釋程序） 系統(tǒng)管理程序模塊（控制信息流、人工干預接口）系統(tǒng)管理

16、程序模塊（控制信息流、人工干預接口） 傳送模塊（接受作業(yè)調入和傳送功能的命令、傳送模塊（接受作業(yè)調入和傳送功能的命令、 反饋狀態(tài)信息）反饋狀態(tài)信息） 調度模塊（作業(yè)檢索、裝入、取消和批量再劃分）調度模塊（作業(yè)檢索、裝入、取消和批量再劃分）（2 2）軟件組成、結構）軟件組成、結構操操 作作 系系 統(tǒng)統(tǒng)支支 持持 軟軟 件件調調 度度 模模 塊塊接接 口口 模模 塊塊系統(tǒng)管理程序模塊系統(tǒng)管理程序模塊傳傳 送送 模模 塊塊2、FMS的物流系統(tǒng)的物流系統(tǒng) 物流系統(tǒng)在物流系統(tǒng)在FMS的設計中處于十分重要的位置，要保的設計中處于十分重要的位置，要保證機床的最大利用率，就要有適配、靈活的物流系統(tǒng)。證機床的最

17、大利用率，就要有適配、靈活的物流系統(tǒng)。 FMS的物質流包括工件、夾具、刀具及托盤等在系統(tǒng)的物質流包括工件、夾具、刀具及托盤等在系統(tǒng)中的傳送。中的傳送。 工件裝卸工作站（入庫、出庫工作站）工件裝卸工作站（入庫、出庫工作站） 自動化倉庫（貨架、堆垛機、導軌等）自動化倉庫（貨架、堆垛機、導軌等） 無人輸送臺車（臺車、控制裝置、電纜、充電站）無人輸送臺車（臺車、控制裝置、電纜、充電站）物流系統(tǒng)組成物流系統(tǒng)組成 隨行工作臺（隨行工作臺（PSPS）（緩存）（緩存） 中央刀具庫中央刀具庫 刀具檢測工作站刀具檢測工作站 物流控制管理系統(tǒng)物流控制管理系統(tǒng) FMS的物流系統(tǒng)一種方案的物流系統(tǒng)一種方案物流控制管理系

18、統(tǒng)物流控制管理系統(tǒng)臺車控制裝置臺車控制裝置PS控制裝置控制裝置自動化倉庫控制裝置自動化倉庫控制裝置臺臺 車車PS自動化倉庫自動化倉庫 入庫的處理入庫的處理 庫存零件的管理庫存零件的管理 自動化倉庫控制自動化倉庫控制 出庫的處理出庫的處理 將零件傳送給臺車將零件傳送給臺車 堆垛機運轉堆垛機運轉 報警處理報警處理 接受工件的操作接受工件的操作 隨行工作臺的控制隨行工作臺的控制 緩沖位置的操作緩沖位置的操作 傳送工件的操作傳送工件的操作 方向控制方向控制 伺服運轉控制伺服運轉控制 輸送臺車的控制輸送臺車的控制 檢測控制檢測控制 裝卸工件控制裝卸工件控制 安全控制安全控制 充電控制充電控制 3、FMS的刀具管理系統(tǒng)的刀具管理系統(tǒng) 刀庫系統(tǒng)（刀具、機床刀庫、