《柔性制造系统》PPT课件.ppt

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1、柔柔 性性 制制 造造 系系 统(Flexible Manufacturing System，简称称FMS)专业：机械：机械设计及理及理论学号：学号：2013412133姓名：姓名：张谣“刚性刚性”含义含义 “刚性刚性”是指该生产线只能生是指该生产线只能生产某种或生产工艺相近的某类产品，产某种或生产工艺相近的某类产品，表现为生产产品的单一性。表现为生产产品的单一性。刚性制造包括组合机床、专用机床、刚性制造包括组合机床、专用机床、刚性自动化生产线等。刚性自动化生产线等。“柔性柔性”含义含义 “柔性柔性”是指制造系统对系统是指制造系统对系统内部及外部环境的一种适应能力，内部及外部环境的一种适应能力

2、，也是指制造系统能够适应产品变化也是指制造系统能够适应产品变化的能力，可分为瞬时、短期和长期的能力，可分为瞬时、短期和长期柔性三种。柔性三种。自自动化制造化制造刚性性制制造造柔柔性性制制造造自自动化制造系化制造系统是指在是指在较少的人工直接或少的人工直接或间接干接干预下，将原材料下，将原材料加工成零件或将零件加工成零件或将零件组装成装成产品，在加工品，在加工过程中程中实现管理管理过程和程和工工艺过程自程自动化。化。柔 性 制 造 系 统根据根据中中华人民共和国国家人民共和国国家军用用标准准有关有关“武器装武器装备柔性制造系柔性制造系统术语”的定的定义，柔性制造系，柔性制造系统被定被定义为：是数

3、控加工：是数控加工设备、物料运、物料运储装置和装置和计算机控制系算机控制系统等等组成的自成的自动化制造系化制造系统。美国制造工程美国制造工程师协会的会的计算机算机辅助系助系统和和应用用协会把柔性制造系会把柔性制造系统定定义为：“使用使用计算机控制柔性工作站和集成物料运算机控制柔性工作站和集成物料运储装置来控制并完装置来控制并完成零件族某一系列工序的，或一系列工序的一种集成制造系成零件族某一系列工序的，或一系列工序的一种集成制造系统。”FMS的组成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 柔性制造系统的产生和特点柔性制造系统的

4、产生和特点1 1、产生背景：、产生背景：（1）市场变化导致中小批量、多品种生产方式成为需要。）市场变化导致中小批量、多品种生产方式成为需要。市场竞争的加剧及顾客需求的多样化，导致传统的以规模效应带动成本降市场竞争的加剧及顾客需求的多样化，导致传统的以规模效应带动成本降低的刚性生产线不再适应市场的变化；低的刚性生产线不再适应市场的变化；刚性生产线忽略了可能增加的库存而带来的成本的增加；刚性生产线忽略了可能增加的库存而带来的成本的增加；1973年石油危机，使大批量生产的缺点暴露。年石油危机，使大批量生产的缺点暴露。2 2）科学技术的进步推动了自动化程度和制造水平的提高。）科学技术的进步推动了自动化

5、程度和制造水平的提高。NC、CNC、DNCCAD、CAMGT、CAPPROBOT莫林斯系莫林斯系莫林斯系莫林斯系统统6060年代后期年代后期7070年代初期年代初期,德德国、日本、前国、日本、前苏联苏联 、美国、美国、意大利等相继意大利等相继开发了本国的开发了本国的第一代第一代FMSFMS。19761976年，日本年，日本FanucFanuc公司展出公司展出了由加工中心和了由加工中心和工业机器人组成工业机器人组成的柔性制造单元的柔性制造单元(简称简称FMC)FMC)，为发，为发展展FMSFMS提供了重要提供了重要的设备形式。的设备形式。柔性制造系统发展史上的三个典型系统：柔性制造系统发展史上的

6、三个典型系统：我国我国FMSFMS的研究状况的研究状况我国采取引进和开发相结合的方针，引进箱体类零件、旋我国采取引进和开发相结合的方针，引进箱体类零件、旋转体件及钣金件加工转体件及钣金件加工FMS的全部或部分硬件技术。的全部或部分硬件技术。1984年是我国研制年是我国研制FMS的起步时间，比国外晚了的起步时间，比国外晚了17年。我国第一套年。我国第一套FMS系统是系统是由北京机床研究所于由北京机床研究所于1985年年10月开发完成的（月开发完成的（JCS-FMS-1），用于加工数控机），用于加工数控机床直流伺服电机中的主轴、端盖、法兰盘、壳体和刷架体等，它由床直流伺服电机中的主轴、端盖、法兰盘

7、、壳体和刷架体等，它由5台国产加工台国产加工中心、日本富士电机公司的中心、日本富士电机公司的AGV（自动导引车）及（自动导引车）及4台日本产的机器人组成，其台日本产的机器人组成，其控制系统由控制系统由FANUC提供，据分析它的投资回收期约为两年半。提供，据分析它的投资回收期约为两年半。1983年年1985年，在国家的支持下北京第一机床厂、湖南江麓机床厂、郑州纺年，在国家的支持下北京第一机床厂、湖南江麓机床厂、郑州纺织机械厂、广西柳州开关厂等一些单位分别率先从德国、日本进口了国内第一批织机械厂、广西柳州开关厂等一些单位分别率先从德国、日本进口了国内第一批FMS。1988年北京机床研究所为天津减速

8、机厂提供的加工减速机机座的年北京机床研究所为天津减速机厂提供的加工减速机机座的JCS-FMS-2系系统是全部自行开发和配套的，它标志着我国已具有自主开发统是全部自行开发和配套的，它标志着我国已具有自主开发FMS系统的实力。系统的实力。近几年来，国内一些经济实力比较雄厚的工厂（北京第一机床厂，上海第二纺近几年来，国内一些经济实力比较雄厚的工厂（北京第一机床厂，上海第二纺织机械厂，天津减速机总厂，山西经纬纺织机械厂等），为实施织机械厂，天津减速机总厂，山西经纬纺织机械厂等），为实施CIMS，又进口，又进口了一些国外的了一些国外的FMS系统。系统。FMS基本组成物料储运系统加工系统计算机控制系统计算

9、机控制系统FMS的主要功能：的主要功能：1.自动进行零件的批量生产自动进行零件的批量生产(数控机床承担自动制造任务数控机床承担自动制造任务)；2.简单地改变软件简单地改变软件,便能制造出某一零件族中的任何零件；便能制造出某一零件族中的任何零件；3.自动运输、储存、交换物料（毛坯、工件、刀具等）；自动运输、储存、交换物料（毛坯、工件、刀具等）；4.自动监视功能自动监视功能(刀具磨损、破损的监测等）刀具磨损、破损的监测等）,自动补偿、自诊自动补偿、自诊断等；断等；5.作业计划与调度功能作业计划与调度功能。FMS的分类的分类按按FMS承担的制造任务分类：承担的制造任务分类：柔性加工系统柔性加工系统柔

10、性装配系统柔性装配系统柔性检测系统柔性检测系统FMS的分类的分类按机床与物料输送系统的组合方式分类按机床与物料输送系统的组合方式分类一、柔性制造模块（柔性制造模块（FMM）主机主机(配有工具交换装置配有工具交换装置)+工件自动交换装置工件自动交换装置 例例:(1)加工中心加工中心+工件托盘交换器工件托盘交换器 柔性制造模块（FMM）(2)加工中心加工中心+机器人机器人+工件托盘存放站工件托盘存放站 柔性制造模块（FMM）FMM特点特点:能独立运行能独立运行,能承担由多种零件组成的混流作业计划能承担由多种零件组成的混流作业计划,但不具备工件、刀具但不具备工件、刀具的供应管理功能，没有生产调度功能

11、。的供应管理功能，没有生产调度功能。二、柔性制造单元（二、柔性制造单元（FMC）由工件自动输送设备连接的由工件自动输送设备连接的23个个FMM组成，能独立工作，具有一定的生产组成，能独立工作，具有一定的生产调度能力。调度能力。例例(1):采用有轨小车连接两台具有托盘交换器的加工中心采用有轨小车连接两台具有托盘交换器的加工中心,属直线型属直线型(FMC)例例(2):用无人搬运小车连接两台用无人搬运小车连接两台CNC加工中心的环路型加工中心的环路型FMC 三、三、FMC的变种的变种柔性自动线柔性自动线(FTL)FTL是工艺设备按照所采用的工艺操作顺序布置时的是工艺设备按照所采用的工艺操作顺序布置时

12、的FMC,适用于少品种、大批量生产。适用于少品种、大批量生产。例：某公司的连杆加工例：某公司的连杆加工FTL 连杆加工FTL按物料输送路线的布置方式分类按物料输送路线的布置方式分类一、直线型一、直线型FMS 9台台CNC机床机床配备检验站配备检验站,工件托板工件托板装卸站装卸站用有轨小车完成运送用有轨小车完成运送任务任务二、环路型二、环路型FMS 10台台CNC机床机床配备链式牵引式配备链式牵引式搬运小车搬运小车两个装卸站两个装卸站,一个一个检验站检验站 计算机系统控制计算机系统控制下下,可随机加工可随机加工28种不同零件种不同零件三、机器人型三、机器人型FMS *两台单设的两台单设的机器人服

13、务机器人服务于于6台台CNC机床机床 FMS的效益的效益 FMS所带来的技术经济效益：所带来的技术经济效益：1.主要设备利用率高主要设备利用率高 2.设备数量减少设备数量减少 3.工人数量减少工人数量减少 4.在制品库存压缩在制品库存压缩,生产周期缩短生产周期缩短 5.生产具有柔性生产具有柔性,能响应生产变化的要求能响应生产变化的要求 6.产品质量提高产品质量提高 7.具有自诊断和维持生产的能力具有自诊断和维持生产的能力 8.机床连续机床连续24小时运行小时运行,生产效率提高生产效率提高 9.占地面积减少占地面积减少 10.加工成本降低加工成本降低柔性制造柔性制造生产线生产线柔性制造单元柔性制

14、造单元FMC柔性制造系统柔性制造系统FMS独立制造岛独立制造岛AMI柔性制造生产线柔性制造生产线柔性制造系统（柔性制造生产线）视频：柔性制造系统（柔性制造生产线）视频：谢谢！谢谢！谢谢！谢谢！Molins System *计算机控制整个系统计算机控制整个系统,可加工一可加工一系列不同的零件系列不同的零件*类似加工中心的数控机床类似加工中心的数控机床*自动为机床提供工件和工艺装自动为机床提供工件和工艺装备备*每天工作每天工作24小时小时(中班和晚班的中班和晚班的16小时内小时内 进行无人化加工进行无人化加工)返回返回最早的最早的FMS系统系统最终由于经济和技术上的困难而未全部建成！最终由于经济和

15、技术上的困难而未全部建成！Allis chalmers 系统平面布置 Allis chalmers 系统自动牵引车返回返回艾利斯艾利斯查默斯系统查默斯系统二十世纪六十年代后期，美国建立了艾利二十世纪六十年代后期，美国建立了艾利斯斯查默斯系统。查默斯系统。工件被装在托盘上的夹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具中，按固定顺序以一定节拍在各机床间传送和进行加工。这种柔性自动化设备适于少送和进行加工。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。的自动生产线相似，所以也叫柔性自动线。*

16、6*6台加工中心台加工中心,4,4台双分台双分度头机床度头机床*自动牵引车工件搬运系自动牵引车工件搬运系统统Fanuc Hino Fanuc Hino 系统（富士通工厂系统）系统（富士通工厂系统）Fanuc Hino系统平面布置 Fanuc Hino系统供料器及机床柔性制造单元柔性制造单元(FMC)(FMC)一般由一般由1212台数控机床与物料传送装置组成，有独立的工件储台数控机床与物料传送装置组成，有独立的工件储存站和单元控制系统，能在机床上自动装卸工件，甚至自动检测工件，可实现有存站和单元控制系统，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

17、。限工序的连续生产，适于多品种小批量生产应用。返回返回*8*8台数控车床台数控车床*每台车床旁均有一个装有工件的圆盘传送带式供料器每台车床旁均有一个装有工件的圆盘传送带式供料器*机器人在圆盘供料器和车床之间机器人在圆盘供料器和车床之间,以及车床与车床之间传送工件以及车床与车床之间传送工件加工设备加工设备辅助设备辅助设备检测设备检测设备柔性制造系统加工系统返回返回加工系统：是加工系统：是FMSFMS的主体部分，也是的主体部分，也是FMSFMS中中耗资最多的部分用于加工产品零件。以任耗资最多的部分用于加工产品零件。以任意顺序自动加工多种工件，自动更换工件意顺序自动加工多种工件，自动更换工件和刀具，

18、增加功能后可实现工件自动清洗和刀具，增加功能后可实现工件自动清洗与测量等。与测量等。FMS FMS的加工能力很大程度上是的加工能力很大程度上是由它所包含的加工系统所决定的。由它所包含的加工系统所决定的。加工系统的要求加工系统的要求(1)工序集中工序集中;(2)控制功能强、可扩展控制功能强、可扩展性好性好;(3)高刚度、高精度、高高刚度、高精度、高速度速度;(4)使用经济性好使用经济性好;(5)操作性好、可靠性好、操作性好、可靠性好、维修性好维修性好;(6)具有自保护性和自维具有自保护性和自维护性护性;(7)对环境适应性与保护对环境适应性与保护性好性好;(8)其他如技术资料齐全，其他如技术资料齐

19、全，机床上的各种显示、标机床上的各种显示、标记等清楚，机床外形、记等清楚，机床外形、颜色美观且与系统协调。颜色美观且与系统协调。(刀具运送系统)（工件储运系统)工件流刀具流物料储运系统（物流系统）：实施对物料储运系统（物流系统）：实施对毛坯、工件、夹具、刀具等的存储、毛坯、工件、夹具、刀具等的存储、运输、交换工作。运输、交换工作。物料储运系统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。返回返回计算机控制系统返回返回计算机控制系统（控制与管理系统）：计算机控制系统（控制与管理系统）：由管理由管理FMS的信息、控制的信息、控制FMS各设备各设备协调一致

20、工作协调一致工作 的计算机网络系统和的计算机网络系统和FMS管理与控制软件构成。管理与控制软件构成。加工系统和物加工系统和物流系统的自动控制和作业协调；在线数流系统的自动控制和作业协调；在线数据自动采集和处理；运行仿真及故障诊据自动采集和处理；运行仿真及故障诊断等。断等。车间计算机中央管理计算机制造单元1计算机物流处理计算机制造单元2计算机CNCNo.1CNCNo.2机器人CNCNo.1CNCNo.2机器人自动仓库AGV机器人交通管理最高层最高层中间层中间层设备层设备层控制系统的结构控制系统的结构：通常采用递阶控制的结构形式，即通过对系通常采用递阶控制的结构形式，即通过对系统的控制功能进行正确

21、、合理地分解，划分成若统的控制功能进行正确、合理地分解，划分成若干层次，各层次分别进行独立处理，完成各自的干层次，各层次分别进行独立处理，完成各自的功能，层与层之间在网络和数据库的支持下，保功能，层与层之间在网络和数据库的支持下，保持信息交换，上层向下层发送命令，下层向上层持信息交换，上层向下层发送命令，下层向上层回送命令的执行结果。回送命令的执行结果。*加工单元加工单元(MC):有自动换有自动换刀及换工件功能的数控机床、刀及换工件功能的数控机床、加工中心。加工中心。*加加 工工 单单 元元 机机 床床 配配 置置加工零件类型加工零件类型机床配置机床配置箱体类箱体类回转体类回转体类箱体类箱体类

22、+回转体类回转体类特殊类特殊类CNCCNC加工中心加工中心+CNC+CNC车削中心车削中心CNCCNC加工中心加工中心CNCCNC车削中心、车削中心、CNCCNC磨床磨床专用专用CNCCNC机床机床返回返回*工件储运系统：工件储运系统：（1）毛坯、半成品、夹具组件的存储仓库及缓冲存储站）毛坯、半成品、夹具组件的存储仓库及缓冲存储站 （2）工件托盘运输小车，输送带输送装置）工件托盘运输小车，输送带输送装置 *工件储运系统：工件储运系统：（3）托盘交换器，上料机器人等交换装置）托盘交换器，上料机器人等交换装置*工件储运系统：工件储运系统：（4 4）工件、夹具装卸站）工件、夹具装卸站*工件储运系统：

23、工件储运系统：返回返回*刀具运送系统：刀具运送系统：（1）刀具存储库）刀具存储库（2）交换刀具装置）交换刀具装置*刀具运送系统：刀具运送系统：交 换 刀 具 装 置*刀具运送系统：刀具运送系统：（3）刀具刃磨、组装及预调工作站）刀具刃磨、组装及预调工作站返回返回柔性制造单元（柔性制造单元（FMCFMC）通常由通常由12台加工中心构成，并具有不同形式的刀具交换和工件的台加工中心构成，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，还有一个单元计装卸、输送及储存功能。除了机床的数控装置外，还有一个单元计算机来进行程序的管理和外围设备的管理。算机来进行程序的管理和外围设备

24、的管理。FMS适合于小批量生产，适合于小批量生产，加工形状比较复杂，工序不多而加工时间较长的零件。加工形状比较复杂，工序不多而加工时间较长的零件。返回返回柔性制造系统（柔性制造系统（FMSFMS）由由2台以上的加工中心，以及清洗、检测设备组成，具有较完善的台以上的加工中心，以及清洗、检测设备组成，具有较完善的刀具和工件的输送和储存系统，除调度管理计算机外，还配有过程刀具和工件的输送和储存系统，除调度管理计算机外，还配有过程控制计算机和分布式数控终端等，形成多级控制系统组成的局部网控制计算机和分布式数控终端等，形成多级控制系统组成的局部网络。络。FMS适合于加工形状复杂、加工工序繁多、并有一定批

25、量的多适合于加工形状复杂、加工工序繁多、并有一定批量的多种零件。种零件。返回返回独立制造岛（独立制造岛（AMI）独立制造岛是以成组技术为基础，由若干台数控机床和普通机床组独立制造岛是以成组技术为基础，由若干台数控机床和普通机床组成的制造系统，其特点是将工艺技术装备、生产组织管理和制造过成的制造系统，其特点是将工艺技术装备、生产组织管理和制造过程结合在一起，借助计算机进行工艺设计、数控程序管理、作业计程结合在一起，借助计算机进行工艺设计、数控程序管理、作业计划编制和实时生产调度等。其使用范围广，投资相对较少，各方面划编制和实时生产调度等。其使用范围广，投资相对较少，各方面柔性较高。柔性较高。返回返回