企業(yè)柔性制造系統(tǒng)介紹

1、企業(yè)柔性制造系統(tǒng)介紹Flexible Manufacturing System柔性制造系統(tǒng)柔性制造系統(tǒng)的主要組成2FMS的物料運儲系統(tǒng)3FMS的刀具管理系統(tǒng)4工業(yè)機器人56柔性制造的關鍵技術1.1柔性制造系統(tǒng)的定義根據國標，FMS被定義為：“柔性制造系統(tǒng)（Flexible Manufacturing System，簡稱FMS）是數控加工設備 、物料運儲裝置和計算機控制系統(tǒng)等組成的自動化制造 系統(tǒng)。它包括多個柔性制造單元，能根據制造任務或生產 環(huán)境的變化?！泵绹圃旃こ處焻f(xié)會的計算機輔助系統(tǒng)和應用協(xié)會定義為：“使用計算機控制柔性工作站和集成物料運儲裝置來控制并完成零件族某一系列工序的，或一系列工

2、序的一種集成 制造系統(tǒng)?！眲傂灾圃煜到y(tǒng)剛性生產系統(tǒng)是用于工件 輸送系統(tǒng)將各種剛性自動 化加工設備和輔助設備按 一定的順序鏈接起來，在 控制系統(tǒng)的作用下完成單 個零件加工的復雜大系統(tǒng)。適合進行大批量生產，效 率高、成本低、質量穩(wěn)定、程序固化。柔性制造系統(tǒng)建立在成組技術的基礎上，由計算機控制的自動化 生產系統(tǒng)，可同時加工形 狀相近的一組或一類產品。英文簡稱FMS。適合多品種、小批量的高 效制造模式;減少毛坯和 在制品的庫存量 ;減少直 接勞動力 。1.11.222柔性制造系統(tǒng)的優(yōu)勢1.2 柔性制造系統(tǒng)的優(yōu)勢降低 成本FMS優(yōu)勢效率 高適應 性強質量 高No.71.3柔性制造系統(tǒng)的發(fā)展2 0 世紀6

3、 0 年代， 工程師大衛(wèi) 威廉遜( D a v i d Williamson)提出FMS,并安裝了第一套FMS。在計 算機控制下，每天進行16小時的無人化加工，簡 稱為“24系統(tǒng)”。1967年由英國莫林斯人毛坯托盤公司將其公諸于世。傳輸機構機床 組工件卸料機構計算機控制FMC初級系統(tǒng)流程簡化示意圖No.870年代初期原聯(lián)邦德國、日本、前蘇聯(lián)、意 大利等相繼開發(fā)了本國的第一代FMS。1968年，美國懷特森斯特蘭公司開發(fā)了可 變任務系統(tǒng)，后來它成為廣泛流傳的柔性制 造系統(tǒng)的原型。它由八臺加工中心和兩臺多 軸鉆床組成，按固定順序以一定節(jié)拍在各機 床間傳送和進行加工。歐洲伴隨著最初FMS的應用，出現了

4、大量原則 不適合實際應用等一系列問題，因此開啟了 改良運動熱潮。歷經10年的完善，FMS開始從實驗室逐步成為先進原制造業(yè)的主流。20世紀80年代初，機器人、無人自動導向小車、 柔性自動化成為制造自動化的主打曲。1976年，日本發(fā)那科公司展出了由加工中心和工 業(yè)機器人組成的柔性制造單元(簡稱FMC)。機器人檢測部分檢測 部分料運輸加工中心機構AGV工件儲存庫計算機控制FMC流程示意圖80年代末期，由于FMS技術逐漸成熟而得到迅速 的應用。1982年，日本發(fā)那科公司建成自動化電機加工車 間。擁有60個柔性制造單元（包括50個工業(yè)機器 人）和一個立體倉庫，另有兩臺自動引導臺車傳 送毛坯和工件1985

5、年北京研究所用于加工數控機床直流伺服 電機的主軸、端蓋、法蘭盤而開發(fā)第一套FMS。1988年世界已擁有760套FMS。據統(tǒng)計數據，2014 年我 國自動化生產線需求量達 到21,100條，而國內廠 商產量僅為8,780 條， 較大的市場份額被國外廠 商占據。盡管2010年至 2014 年期間，國內自動 化生產線產量保持了 25.32%的年均增長速 度，但目前國內廠商依然 無法滿足旺盛的市場需求。在老齡化加劇、勞動力成本持續(xù)升溫和我國產業(yè)結構 面臨轉型調整壓力等因素的綜合影響下，實現中國制造 2025規(guī)劃成為推動我國工業(yè)轉型升級的基石產業(yè)，產 業(yè)國家扶持力度不斷加大。國務院智能制造裝備產業(yè)“十二

6、五”發(fā)展規(guī)劃中明確 指出，至2020 年我國將建立完善的智能制造裝備產業(yè)體 系，產業(yè)銷售收入超過3 萬億元，實現裝備的智能化及制 造過程的自動化，使產業(yè)生產效率、產品技術水平和質量 得到顯著提高。因此未來5 年將是我國自動化制造業(yè)實現突破的關鍵窗口 期，行業(yè)有望保持快速增長趨勢。以不同加工工序和工藝加工一個零件的能力能夠經濟和迅速地轉變生產產品生故障產柔性在加工零件過程中出現局部故障時，能重新選擇工件路徑 并繼續(xù)加工加工柔性運行系統(tǒng)適應不同產量并具有好的操作效益產品的柔性零件流動柔性產量柔性擴展柔性操作柔性機床的柔性通過配置相應的刀具、夾具、NC程序能夠在需要時容易地、模塊化地擴展系統(tǒng)的可能性

7、能對每一種零件改變工序順序FMS能夠生產各類零件當系統(tǒng)中的設備出現故障時，制造系統(tǒng)對故障的處理能力1. 4FMS柔性的體現柔性制造系統(tǒng)的主要組成2工業(yè)機器人3柔性制造系統(tǒng)的關鍵技術42 柔性制造系統(tǒng)的主要組成加工系 統(tǒng)和物 流系統(tǒng) 的自動 控制實現在 線數據 的自動 采集和 處理集中冷卻潤滑系統(tǒng)、切屑運輸系統(tǒng)、自動清洗裝置、自動去毛刺設備等。1.柔性制造系統(tǒng)的組成2.1 柔性制造系統(tǒng)概述1-自動倉庫2-裝卸站3-托盤站7-立式加工中心8-磨床4-檢驗機器人5-自動小車9-組裝交付站6-臥式加工中心10-計算機控制室典型的柔性制造系統(tǒng)示意圖2.2 柔性制造系統(tǒng)的加工系統(tǒng)1. 加工系統(tǒng)的性能要求加

8、工工序集中控制功能強高剛度、高精度、高速度兼顧柔性和生產率 自保護和自維護性好使用經濟性好對環(huán)境的適應性和保護性好用2 機床的選棱柱類零件 箱體框架 平板加工中心臥式加工中心立式立臥兩用加工中心2.2 柔性制造系統(tǒng)FMS的加工系統(tǒng)2 機床的選用回轉類零件 軸類輪盤類數控車削機床車削加工中心2.2 柔性制造系統(tǒng)的加工系統(tǒng)3 機床的配置形式互替式互補式混合式2.2柔性制造系統(tǒng)的加工系統(tǒng)加工系統(tǒng) 的輔助裝置4加工系統(tǒng)的輔助裝置機床 夾具自動上下 料裝置托盤2.2柔性制造系統(tǒng)的加工系統(tǒng)2.2 柔性制造系統(tǒng)的加工系統(tǒng)4加工系統(tǒng)的輔助裝置1、機床夾具一個好的夾具應能允許一次裝夾便能完成零件上所有 部位的加

9、工，減少裝夾定位次數，避免不必要的累積誤差。FMS機床夾具 的發(fā)展趨勢大量使用組合夾具開發(fā)柔性夾具2.2柔性制造系統(tǒng)的加工系統(tǒng)4加工系統(tǒng)的輔助裝置2、托盤托盤既是工件的承載體，又是一種工件和機床之間 的硬件接口。在同一條FMS中的所有托盤，必須采用同一種結構形式。2.2柔性制造系統(tǒng)的加工系統(tǒng)4 加工系統(tǒng)的輔助裝置3、自動上下料裝置指機床與托盤之間工件/托盤的裝卸裝置。托盤交換裝置（ACP）、工業(yè)機器人托盤交換裝置是連接FMS加工設備和物料運送系統(tǒng) 的橋梁，不僅起到連接作用，還可以作為工件的暫時儲 存器。往復式回轉式2.2柔性制造系統(tǒng)的加工系統(tǒng)4 加工系統(tǒng)的輔助裝置3、自動上下料裝置2.3物料運

10、輸系統(tǒng)2.3.1 物料運儲系統(tǒng)作用在加工系統(tǒng)之間及內部的物料自動搬運及控制、自動裝卸及存儲。有軌運輸車物料輸送系統(tǒng)物料存儲系統(tǒng)傳送帶機器人自動小車無軌運輸車一般機器人門架機器人自動化倉庫托盤庫刀具庫物 料 運 儲 系 統(tǒng)1 物料輸送系統(tǒng)工具1、有軌運輸車（RGV） 往返于加工設備、裝卸站與立體 倉庫之間，按指令 自動運行到指定工 位自動存取物料。優(yōu)點：定位精度高、載重量大、運行速度快、控制簡單。缺點：改動困難，距離有限、 容易引發(fā)堵塞。2.3.1物料運儲系統(tǒng)2、無軌運輸車（自動導向小車；AGV）2.3.1 物料運儲系統(tǒng)優(yōu)點：柔性強、不會堵塞物流、擴展性能好、傳送距離遠、成本低。 缺點：傳送量小

11、、控制復雜。2.3.1 物料運儲系統(tǒng)2、無軌運輸車（自動導向小車；AGV）3、傳送帶皮帶式、輥筒式、鏈板式、高架式優(yōu)點：傳送量大、傳送頻率高、傳送可靠。 缺點：改動困難。2.3.1 物料運儲系統(tǒng)2.3.1 物料運儲系統(tǒng)2 物料輸送系統(tǒng)基本回路直線輸送回路環(huán)形輸送回路網狀輸送回路2.3.1物料運儲系統(tǒng)3 物料存儲系統(tǒng)1、分類工件裝卸站托盤緩沖區(qū)自動化立體倉庫物料存儲系統(tǒng)2.3.1 物料運儲系統(tǒng)2.3.1物料運儲系統(tǒng)2、自動化倉庫的計算機控制與管理物料信息的登錄和識別1物料的自動存取2倉庫管理32.4FMS的刀具管理系統(tǒng)1 刀具管理系統(tǒng)的職能負責刀具的運輸、存儲和管理，適時地向加工單元提 供所需的

12、刀具，監(jiān)控刀具的使用以及取走已報廢或壽命已 耗盡的刀具。2.4FMS的刀具管理系統(tǒng)2 刀具管理系統(tǒng)的組成及運作2.4刀具管理系統(tǒng)3 刀具的交換與存儲加工機床刀具庫與工作主軸之間的刀具交換1順序選擇方式刀座編碼方式2 刀具裝卸站、中央刀具庫以及各加工機床之間的刀具交換刀具編碼方式2.4 刀具管理系統(tǒng)運載工具上的刀架與機床刀庫之間的刀具交換33 刀具的交換與存儲加工機床刀具庫與工作主軸之間的刀具交換12 刀具裝卸站、中央刀具庫以及各加工機床之間的刀具交換2.4 刀具管理系統(tǒng)4 刀具監(jiān)控與信息管理刀具監(jiān)控的目的：及時了解所使用刀具因磨損、破損而發(fā)生的性質 的變化。直接法接觸法圖像匹配法間接法工件表面

13、質量監(jiān)測 切削溫度監(jiān)測超聲波監(jiān)測 振動監(jiān)測 切削力監(jiān)測 功率監(jiān)測 聲發(fā)射監(jiān)測3 工業(yè)機器人柔性制造系統(tǒng)（FMS）3.工業(yè)機器人機器人的概念工業(yè)機器人的發(fā)展歷程工業(yè)機器人的組成工業(yè)機器人的分類工業(yè)機器人的工作過程工業(yè)機器人的技術參數工業(yè)機器人的應用3 工業(yè)機器人3.1 機器人的概念Click to add TextClick to add Text Click to add Text Click to add Text Click to add Text Click to add Text美國機器人協(xié)會(RIA)機器人是一 種用于移動各種 材料、零件、工 具或專用裝置， 通過程序動作來 執(zhí)行各種

14、任務， 并具有編程能力 的多功能操作機。ISO機器人是一 種自動的、位置 可控的、具有編 程能力的多功能 操作機。GBT1264390機器人是一 種能自動控制、 可重復編程、多 功能、多自由度 的操作機，能搬 運材料、工件或 操持工具，用以 完成各種作業(yè)。3.工業(yè)機器人3.2 工業(yè)機器人的發(fā)展歷程1920 年卡里洛奇別克的科幻劇Rossums Universal Robots 首次使用了ROBOT這個名詞，意思是“人造的人”。50、60年代AMF公司生產了柱坐標型Versatran機器人70年代1974年Cincinnati Milacron公司成功開發(fā)了多關節(jié)機器人 1979年，Unimat

15、ion公司又推出了PUMA機器人80年代第二代機器人有感覺的機器人目前第三代機器人智能機器人3 工業(yè)機器人3.3 工業(yè)機器人的組成執(zhí)行系統(tǒng)控制系統(tǒng)驅動系統(tǒng) 傳感系統(tǒng)手部 手腕 手臂 機座行走機構3工業(yè)機器人3.4 工業(yè)機器人的分類1、按系統(tǒng)功能分類專用機器人1通用機器人2示教再現機器人3智能機器人4以固定地點、固定程序工作結構簡單、 無獨立控制系統(tǒng)、造價低廉。適用于大批量 生產。有獨立控制系統(tǒng)，工作程序可變，可完成 多種作業(yè)，結構復雜，工作范圍大，定位精度 高，通用性強。適用于柔性制造系統(tǒng)。由人示教后，能按示教的順序、位置、條 件與其他信息反復重現復雜的示教動作。適用 于多工位和經常變化工作路

16、線的工作。具有視覺、聽覺、觸覺功能，通過比較和 識別,作出決策和規(guī)劃，完成預定的動作。3.工業(yè)機器人3.4工業(yè)機器人的分類2、按驅動方式分類液壓式機器人氣壓式機器人 電力式機器人采用液壓驅動，負載能力強、傳動平穩(wěn)、結 構緊湊、動作靈敏，使用廣泛；以壓縮空氣作為動力源，動作迅速、結構簡 單、成本低，適用于高速輕載、高溫和粉塵 大的環(huán)境；電機驅動，結構簡單、響應快、精度高，近 來發(fā)展迅速。3.工業(yè)機器人3.4 工業(yè)機器人的分類3、按手臂動作形態(tài)分類直角坐標機器人 圓柱坐標型機器人易于編程、定位精度高、結構簡 單，所占空間大、靈活性較差；相比直角坐標型相比，所占體積 小、運動范圍大；3.工業(yè)機器人3

17、.4工業(yè)機器人的分類3、按手臂動作形態(tài)分類直角坐標機器人 圓柱坐標型機器人 球坐標機器人多關節(jié)機器人易于編程、定位精度高、結構簡 單，所占空間大、靈活性較差；相比直角坐標型相比，所占體積 小、運動范圍大；結構緊湊、工作范圍大、結構較復 雜；工作范圍大、動作靈活、通用性強、 應用較廣。3.工業(yè)機器人1機器人接受命令，形成作業(yè)過程控制 策略完成作業(yè)任務2保證正確完成作業(yè)43告訴機器人要做什么3.5 工業(yè)機器人的工作過程3.工業(yè)機器人機器人 技術參數3.6 工業(yè)機器人的技 術參數機器人在規(guī)定的性能范圍內，機械接口 處能承受的最大負載量(包括手部)在工作載荷條件下、勻速運動過程 中，機械接口中心或工具

18、中心點在單位 時間內所移動的距離或轉動的角度。自由度精度工作空間承載能力最大工作速度精度重復精度 分辨率機器人手臂末端或手腕中心 所能達到的所有點的集合3.工業(yè)機器人機器人 應用場合重復的工作環(huán)境難以裝卸的場合多班次作業(yè)生產批量和操作工位多變的生產場合3.工業(yè)機器人3.7 工業(yè)機器人的應用惡劣的工作環(huán)境弧焊機器人激光焊機器人電阻焊機器人自動化焊接機器人點焊機器人等離子切割機器人3.工業(yè)機器人清潔機器人上料機器人物料輸送機器人材料去除機器人包裝機器人噴漆機器人3.工業(yè)機器人部件移動機器人裝配機器人打保險機器人自動鉆孔機器人設備維護機器人包裝機器人3.工業(yè)機器人堆跺機器人涂層機器人去毛刺機器人磨削機器人高溫噴涂機器人3.工業(yè)機器人4柔性制造的關鍵技術關鍵技術計算機輔助設計模糊控制技術人工智能技術及 專家系統(tǒng)人工神經網絡技 術4.1 計算機輔助設計CAD技術引入專家系統(tǒng)，使之具有智能化。 它有助于加快開發(fā)新產品和研制新結構的速度。4.2 模糊控制技術模糊數學的實際是模糊控制器。最近開發(fā)出的 高性能模糊控制器具有自動功能，可在控制過程 中不斷獲取新的信息并自動對控制量作調整，使 系統(tǒng)性能大為改善，其中尤其以基于人工神經的