FMS柔性自動(dòng)化要點(diǎn)整理課件

1、 數(shù)字化 發(fā)展的核心 精密化 發(fā)展的關(guān)鍵 極端化 發(fā)展的焦點(diǎn) 自動(dòng)化 發(fā)展的條件 集成化 發(fā)展的方法 網(wǎng)絡(luò)化 發(fā)展的道路 智能化 發(fā)展的前景 綠色化 發(fā)展的必然 制造技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 數(shù)字化 發(fā)展的核心 制造技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)1.3 現(xiàn)代制造的特征 速度（Speed） 在生產(chǎn)底層控制和上層企業(yè)資源管理系統(tǒng)有機(jī)集成的基礎(chǔ)上，將供應(yīng)商和客戶納入到企業(yè)自身的供應(yīng)鏈中，及時(shí)知道下游客戶需求情況，讓上游的供應(yīng)商及時(shí)了解企業(yè)原材料的庫存情況、配套情況，在供應(yīng)商、商家、客戶三者之間沒有形成一個(gè)有效的閉路，實(shí)現(xiàn)對(duì)市場(chǎng)的快速響應(yīng)。 柔性 （Flexibility） 在通過互聯(lián)網(wǎng)實(shí)施EAM（Enterprise Ass

2、et Management），合作伙伴基于一定的資產(chǎn)運(yùn)作程序和ISO認(rèn)證都可共享資產(chǎn)、程序和加工方面的信息 ，使得制造系統(tǒng)更加柔性。 集成（Integration） 利用集成的控制平臺(tái)實(shí)現(xiàn)制造過程與商務(wù)過程的并行實(shí)施，使工作流、信息流和物流運(yùn)作相互協(xié)調(diào)，增加操作的敏捷性。 可視化（Visibility） 向客戶和供應(yīng)商提供各種數(shù)字和圖像信息，實(shí)現(xiàn)制造過程可視化。在增加對(duì)企業(yè)的了解，提高對(duì)企業(yè)的信心的同時(shí)，加強(qiáng)對(duì)企業(yè)的監(jiān)督。1.3 現(xiàn)代制造的特征 速度（Speed）2. 計(jì)算機(jī)集成制造2.1 背景與理念 Dr. Joseph Harrington 1974年提出CIM的制造理念： Compute

3、r Integrated Manufacturing (CIM) 用計(jì)算機(jī)通過信息集成、過程集成、企業(yè)集成實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化生產(chǎn)制造，求得企業(yè)的總體效益的一種先進(jìn)的制造理念。 根據(jù)這個(gè)理念開發(fā)的系統(tǒng)叫做CIMS。2. 計(jì)算機(jī)集成制造2.1 背景與理念 Dr. Jo 在中國(guó)經(jīng)過10多年的發(fā)展，結(jié)合新的技術(shù)演變?yōu)椋篊ontemporary Integrated Manufacturing System現(xiàn)代集成制造2.2 CIMS基本組成 生產(chǎn)管理信息系統(tǒng) ( ERP / MRP II ) 工程設(shè)計(jì)系統(tǒng)（CAD/CAM/CAPP/PDM） 生產(chǎn)自動(dòng)化系統(tǒng)（FMS/DNC） 質(zhì)量管理信息系統(tǒng)（CAQ） 數(shù)據(jù)庫

4、管理系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) 在中國(guó)經(jīng)過10多年的發(fā)展，結(jié)合新的技術(shù)演變?yōu)椋?.2第二章 DNC系統(tǒng) 2 . 1 概述2 . 1 . 1 DNC定義 DNC是用一臺(tái)或多臺(tái)計(jì)算機(jī)，對(duì)多臺(tái)數(shù)控設(shè)備實(shí)施綜合控制的一種方法，是機(jī)械制造系統(tǒng)的一個(gè)重要發(fā)展。DNC系統(tǒng)屬于自動(dòng)化制造系統(tǒng)的一種模式。 2 . 1 . 2 DNC發(fā)展過程 群控（Direct Numerical Control） 直接數(shù)字控制（Direct Numerical Control），也有人稱它為“群控” （60s）第二章 DNC系統(tǒng) 2 . 1 概述2 . 1 . 1 D 分布式數(shù)控（Distributed Numerical Cont

5、rol ） DNC系統(tǒng)實(shí)施分級(jí)控制，CNC計(jì)算機(jī)直接控制生產(chǎn)機(jī)床并與DNC系統(tǒng)主機(jī)進(jìn)行信息交互，DNC主機(jī)也可與其它計(jì)算機(jī)進(jìn)行信息的交互。DNC系統(tǒng)配置的這種發(fā)展，使DNC的含義由直接數(shù)控變?yōu)榉植际綌?shù)控（Distributed Numerical Control ）。（70s） 柔性DNC（Flexible Distributed Numerical Control ） DNC系統(tǒng)不僅用計(jì)算機(jī)來管理、調(diào)度和控制多臺(tái)NC機(jī)床，而且還與CAD/CAPP/CAM、物料輸送和存貯、生產(chǎn)計(jì)劃與控制相結(jié)合，形成了柔性分布式數(shù)字控制（Flexible Distributed Numerical Contro

6、l：FDNC）系統(tǒng)。 （80s） 分布式數(shù)控（Distributed Numerical C24 DNC通信系統(tǒng)的物理連接 采用RS232C或RS422 采用RS-232C或RS422連接方式實(shí)現(xiàn)起來比較方便，成本也比較低，但也帶來以下一些問題： （1）傳輸距離短。如RS-232C的傳輸距離不超過50m，20mA電流環(huán) 和RS-422/RS-423為1000m左右； （2）傳輸不夠可靠。這些接口和連接電纜的抗干擾能力較差，而且 其傳輸過程的檢錯(cuò)功能較弱； （3）傳輸速率低，實(shí)時(shí)性差，響應(yīng)速度慢； （4）系統(tǒng)規(guī)模有限。由于一臺(tái)計(jì)算機(jī)不可能提供很多串行接口，所 連設(shè)備很有限，因此整個(gè)系統(tǒng)的規(guī)模就不

7、可能很大； （5）電纜費(fèi)用高，系統(tǒng)復(fù)雜性增加。每臺(tái)設(shè)備都需一條來自DNC主 機(jī)的通信電纜，因此整個(gè)系統(tǒng)的電纜費(fèi)用很大，而且導(dǎo)致系統(tǒng) 環(huán)境的復(fù)雜性也大大增加。 （6）系統(tǒng)的擴(kuò)展不容易。當(dāng)系統(tǒng)需擴(kuò)充時(shí)，不但要修改系統(tǒng)軟件， 而且也要更改硬件。24 DNC通信系統(tǒng)的物理連接 采用RS232C或R 采用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信接口 新一代的CNC裝置為了能連入到DNC、FMS中設(shè)置了可直接與網(wǎng)絡(luò)連接的專用通訊微處理器接口，通過該接口可以把數(shù)控設(shè)備連接在工業(yè)局域網(wǎng)（LAN）中。網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議大多采用ISO開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型七層結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的有關(guān)協(xié)議。 專用網(wǎng)絡(luò)：DATAHIGHWAY（DH）、（DH+） MAP網(wǎng)和

8、工業(yè)以太網(wǎng)：FANUC、Simens、AB等 。 現(xiàn)場(chǎng)總線（Field Bus） - 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、協(xié)議直觀； - 價(jià)格低廉、性能穩(wěn)定； - 實(shí)時(shí)性較高，抗干擾能力強(qiáng)，適用與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)通信。 DeviceNET 采用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信接口 新一代的CNC裝第三章 柔性制造系統(tǒng) （FMS）3 . 1 FMS概述3 . 1 . 1 制造柔性 制造柔性是指一個(gè)制造設(shè)備或系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)需求變化的適應(yīng)能力，通常制造柔性體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： 制造設(shè)備的柔性 制造設(shè)備通過配備相應(yīng)的刀具、量具、夾具、NC程序等，使得此設(shè)備具有制造給定零件族中任何零件的能力；（這是一種固有的柔性，它與制造設(shè)備所具有的相關(guān)功能有關(guān)，如機(jī)附刀庫

9、的容量、控制的運(yùn)動(dòng)軸數(shù)等。） （Flexible Manufacturing System，簡(jiǎn)稱FMS ）第三章 柔性制造系統(tǒng) （FMS）3 . 1 FMS概述3 加工柔性 以不同加工工序和工藝加工一個(gè)零件的能力或在給定的一個(gè)工藝規(guī)劃下以不同的加工路線實(shí)現(xiàn)零件的加工（制造工作站間和加工功能間的互換和替代） 。 產(chǎn)品柔性 能夠經(jīng)濟(jì)、快速地轉(zhuǎn)變生產(chǎn)產(chǎn)品的能力 。 零件流動(dòng)路線柔性 當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)局部故障時(shí)，能重新選擇零件加工路徑，并繼續(xù)進(jìn)行加工的能力。 產(chǎn)量柔性 系統(tǒng)運(yùn)行可適應(yīng)不同的生產(chǎn)批量，并具有良好的生產(chǎn)效益。 加工柔性 產(chǎn)品柔性 零件流動(dòng)路線柔性 產(chǎn)量柔性 系統(tǒng)重構(gòu)柔性 系統(tǒng)具有重構(gòu)柔性，可以生

10、產(chǎn)需求發(fā)生變化時(shí)，系統(tǒng)可以方便地?cái)U(kuò)展、收縮或重構(gòu)。 故障控制柔性 當(dāng)系統(tǒng)中的設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，制造系統(tǒng)對(duì)故障的處理能力 。 3 . 1 . 2 FMS定義 柔性制造系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱FMS）是由數(shù)控加工設(shè)備、物料儲(chǔ) 運(yùn)裝置和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)等組成的自動(dòng)化制造系統(tǒng)。它包括多個(gè)柔性制造單元，能根據(jù)制造任務(wù)或生產(chǎn)的變化迅速進(jìn)行調(diào)整，適用于多品種中、小批量生產(chǎn)。（依據(jù)：中華人民共和國(guó)國(guó)家軍用標(biāo)準(zhǔn)武器裝備柔性制 造系統(tǒng)術(shù)語） 系統(tǒng)重構(gòu)柔性故障控制柔性3 . 1 . 2 FMS定義 3 . 1 . 3 FMS的組成與功能 硬件系統(tǒng)（第一部分） 制造設(shè)備：數(shù)控加工設(shè)備（如加工中心）、測(cè)量機(jī)、清洗機(jī)等；自動(dòng)化儲(chǔ)運(yùn)設(shè)備：傳

11、送帶、有軌小車、AGV、搬運(yùn)機(jī)器人、立體庫、 中央托盤庫、物料或刀具裝卸站、中央刀庫等； 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)。 軟件系統(tǒng)（第二部分） 系統(tǒng)支持軟件：操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)等。 FMS運(yùn)行控制系統(tǒng)：動(dòng)態(tài)調(diào)度系統(tǒng)、實(shí)時(shí)故障診斷系統(tǒng)、生產(chǎn)準(zhǔn)備系統(tǒng)，物料（工件和刀具）管理控制系統(tǒng)等（1）FMS的組成 3 . 1 . 3 FMS的組成與功能 硬件系統(tǒng)（第一（2）FMS的功能 能自動(dòng)控制和管理零件的加工過程，包括制造質(zhì)量的自動(dòng)控制、故障的自動(dòng)診斷和處理、制造信息的自動(dòng)采集和處理；通過簡(jiǎn)單的軟件系統(tǒng)變更，便能制造出某一零件族的多種零件；自動(dòng)控制和管理物料（包括工件與刀具）的運(yùn)輸和存

12、儲(chǔ)過程；能解決多機(jī)床下零件的混流加工，且無需增加額外費(fèi)用具有優(yōu)化的調(diào)度管理功能，無需過多的人工介入，能做到無人加工。 （2）FMS的功能 能自動(dòng)控制和管理零件的加工過程，包括制造柔性制造系統(tǒng) ： 兩臺(tái)或兩臺(tái)以上的數(shù)控機(jī)床或加工中心或柔性制造單元所組成，配有自動(dòng)輸送裝置，自動(dòng)上下料裝置。托盤庫，自動(dòng)化倉庫，中央刀庫等。并有計(jì)算機(jī)綜合控制功能，數(shù)據(jù)管理功能，生產(chǎn)計(jì)劃和調(diào)度管理功能和監(jiān)控功能等。柔性制造系統(tǒng) ：33 FMS物料儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng) 331 FMS物料儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)概述 (1) FMS物料儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng) 柔性制造系統(tǒng)中物料傳送系統(tǒng)就是把各工作站聯(lián)接起來，實(shí)現(xiàn)物料傳送的自動(dòng)化系統(tǒng)。根據(jù)傳送對(duì)象不同，可分為用于傳

13、送工件的工件流子系統(tǒng)和用于傳送刀具的刀具流子系統(tǒng)。 （2）FMS物料儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)的功能 物料自動(dòng)存儲(chǔ)功能 物料存儲(chǔ)設(shè)備：自動(dòng)化立體庫（ASRS），中央托盤區(qū)、裝卸站、刀具進(jìn)出口站、中央刀庫、機(jī)附刀庫等 33 FMS物料儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng) 331 FMS物料儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng) 物料自動(dòng)傳送功能 物料自動(dòng)化傳輸設(shè)備：工業(yè)機(jī)器人、傳送帶、有軌小車、自動(dòng)導(dǎo)向小車（Automated Guided Vehicle, AGV）等。 AGV 物料自動(dòng)傳送功能 物料自動(dòng)化傳輸設(shè)備：工業(yè)機(jī)器人、傳送帶、 AGV的基本原理 AGV有別于有軌自動(dòng)運(yùn)輸小車是AGV的運(yùn)行不依靠于固定的運(yùn)行軌道，而是通過采用不同的引導(dǎo)方式來控制運(yùn)行路線。AGV

14、的導(dǎo)引方式分為有線導(dǎo)引和無線導(dǎo)引。如激光導(dǎo)引就是無線導(dǎo)引中的一種。有線導(dǎo)引又有電磁感應(yīng)式和光發(fā)射導(dǎo)引式。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，新的導(dǎo)引方式層出不窮，如模式識(shí)別導(dǎo)引、陀螺導(dǎo)引等。 （1）導(dǎo)引方式 電磁感應(yīng)式 感應(yīng)線圈（左） 感應(yīng)線圈（右）導(dǎo)向線 導(dǎo)引電流一般頻率較低（小于15kHz），低壓（小于40V），消耗電流的強(qiáng)度小于 600mA。 AGV的基本原理 AGV有別于有軌自動(dòng)運(yùn)輸小AGV系統(tǒng)導(dǎo)航技術(shù)磁感應(yīng)導(dǎo)航（Wire navigation）視覺導(dǎo)航（Camera navigation）磁導(dǎo)航（Magnet navigation）激光導(dǎo)航（Laser navigation）綜合導(dǎo)航（Multi-m

15、ode navigation）AGV系統(tǒng)導(dǎo)航技術(shù)磁感應(yīng)導(dǎo)航（Wire navigation（2）AGV運(yùn)行路徑的選擇 AGV運(yùn)行路徑的選擇，是AGV使用過程中一個(gè)重要的問題，因?yàn)锳GV從一個(gè)站點(diǎn)運(yùn)行到另一個(gè)站點(diǎn)往往有多條路徑可選擇，我們希望能選擇一條合理的運(yùn)行路徑，從而提高系統(tǒng)的效率。 ADB CO E OA ACCDDEOAABBDDEOAABBCCDDE。 從O點(diǎn)到E點(diǎn)：（2）AGV運(yùn)行路徑的選擇 AGV運(yùn)行路徑的選l具有良好的柔性；l減少勞動(dòng)力需求；l不同的AGV能夠在同一個(gè)系統(tǒng)中運(yùn)行；l在系統(tǒng)中即使有個(gè)別AGV不能正常工作，系統(tǒng)不會(huì)癱瘓；l系統(tǒng)容易擴(kuò)展；l提高了產(chǎn)品設(shè)備運(yùn)輸?shù)陌踩?；l

16、高的可靠性；l減少占用空間；l需要少的能源，并且運(yùn)行低噪音；l容易安裝，維護(hù)方便；l易于與其它自動(dòng)化系統(tǒng)集成。 AGV的特點(diǎn) 缺點(diǎn)主要表現(xiàn)為一次性投入成本較高，因而投資回收期變長(zhǎng)；第二它主要適用于室內(nèi)，在環(huán)境惡劣的露天環(huán)境不宜采用，對(duì)由磁導(dǎo)向裝置的AGV，不能在金屬地位上運(yùn)行。l具有良好的柔性； AGV的特點(diǎn) 缺點(diǎn)主要表現(xiàn)為一4.2 新一代集成的網(wǎng)絡(luò)通信結(jié)構(gòu) 4.2.1 兩種通信模式的基本特點(diǎn)比較 主/從式或者源/目的地（Source / Destination ） 生產(chǎn)者/消費(fèi)者（Producer/Consumer）或者 出版者/訂閱者（Publisher/Subscriber） 4.2 新

17、一代集成的網(wǎng)絡(luò)通信結(jié)構(gòu) 4.2.1 兩種通信模式主/從通信模式缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 通訊關(guān)系清晰，容易理 解和實(shí)現(xiàn)。 網(wǎng)絡(luò)通訊效率高； 具備較高的通訊的實(shí)時(shí)性； 高確定性； 網(wǎng)絡(luò)通訊可重復(fù)性。 通訊帶寬浪費(fèi)嚴(yán)重； 無法保證通訊的確定性； 無法保證通訊的可重復(fù)性 對(duì)制造廠商有更高的要 求。生產(chǎn)者/消費(fèi)者模式主/從通信模式缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 通訊關(guān)系清晰，容易理 網(wǎng)絡(luò)通訊效4.2.2 兩種通信模式的通信技術(shù)細(xì)節(jié)比較 源/目的地模式每個(gè)數(shù)據(jù)包必須含有特定的源和目的地址字段；由于數(shù)據(jù)到達(dá)每個(gè)節(jié)點(diǎn)所需要的數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間不一致，節(jié)點(diǎn)之間的同步動(dòng)作非常困難；帶寬浪費(fèi)嚴(yán)重，因?yàn)橥辉O(shè)備發(fā)送同樣的數(shù)據(jù)到不同的節(jié)點(diǎn)，需要發(fā)送多個(gè)

18、獨(dú)立的數(shù)據(jù)包。源目的數(shù) 據(jù)crc標(biāo) 識(shí)數(shù) 據(jù)crc 生產(chǎn)者/消費(fèi)者 標(biāo)識(shí)字段是標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)的代碼，所有節(jié)點(diǎn)可以在同一時(shí)間接收到； 多個(gè)節(jié)點(diǎn)可以同時(shí)共享來自同一生產(chǎn)者節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)； 帶寬利用更為有效。4.2.2 兩種通信模式的通信技術(shù)細(xì)節(jié)比較 源/目的地模式源5.1.2 什么是OPC 它定義了工業(yè)客戶機(jī)和服務(wù)器之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)；OPC 用于過程控制的OLE(Object Link Embed) （OLE for Process Control） 目前有近300家儀表及控制設(shè)備生產(chǎn)廠商支持該工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。(1) OPC定義 基于 Microsoft 的 OLE (Active X), Compon

19、ent Object Model （COM ）& Distributed (DOCM), XML &Internet 以及 .NET 技術(shù)；5.1.2 什么是OPC 它定義了工業(yè)客戶機(jī)和服務(wù)器之間進(jìn)5.1.4 OPC優(yōu)勢(shì)降低系統(tǒng)集成成本，縮短集成周期；具有即插即用 ( Plug and Play )的連接性；方便地將微軟的基礎(chǔ)平臺(tái)與其它應(yīng)用軟件及產(chǎn)品集成到自動(dòng)化解決方案中；簡(jiǎn)單、方便地實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序的連接性和互操作性；使用同一應(yīng)用軟件界面程序；不受傳統(tǒng)設(shè)備供應(yīng)商遺留的專用性限制，自由選擇“最好產(chǎn)品”；降低故障診斷和系統(tǒng)維護(hù)費(fèi)用。5.1.4 OPC優(yōu)勢(shì)降低系統(tǒng)集成成本，縮短集成周期；5.2.10 信息的讀和寫（1）OPCGro