第8章柔性制造系統(tǒng)

2023/2/6武漢理工大學(xué)機電學(xué)院1/72一、FMS概述二、FMS加工系統(tǒng)三、FMS儲運系統(tǒng)四、FMS控制系統(tǒng)第八章柔性制造系統(tǒng)五、CIMS系統(tǒng)2023/2/6武漢理工大學(xué)機電學(xué)院2/72一、FMS概述1、FMS的產(chǎn)生和特點2、FMS的定義、組成及其分類3、FMS的發(fā)展趨勢2023/2/6武漢理工大學(xué)機電學(xué)院3/721、FMS的產(chǎn)生和特點FMS因應(yīng)：產(chǎn)品更新?lián)Q代周期縮短；需求日益?zhèn)€性化；4

柔性——是指制造系統(tǒng)對系統(tǒng)內(nèi)部及外部環(huán)境的一種適應(yīng)能力，也是指制造系統(tǒng)能夠適應(yīng)產(chǎn)品變化的能力。

加工箱體類零件的組合機床自動線剛性柔性

剛性自動線：按一定工藝順序排列的若干臺自動機床，用工件傳送裝置和控制系統(tǒng)聯(lián)結(jié)起來，按照規(guī)定的生產(chǎn)節(jié)拍，工件自動地依次經(jīng)過各個加工工位進(jìn)行自動加工的連續(xù)作業(yè)線。

從自動線到柔性制造系統(tǒng)

5剛性自動線的特點與缺陷特點：具有統(tǒng)一的控制系統(tǒng)和嚴(yán)格的生產(chǎn)節(jié)拍，與自動化單機相比，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，完成的加工工序多，生產(chǎn)率很高。是少品種、大量生產(chǎn)必不可少的加工設(shè)備。缺點：投資大，系統(tǒng)調(diào)整周期長，更換產(chǎn)品不方便。柔性制造系統(tǒng)產(chǎn)生2023/2/6武漢理工大學(xué)機電學(xué)院6/72世界上公認(rèn)的第一條柔性制造系統(tǒng)是英國莫林斯（Molins）機床公司1967年建成的“MolinSystem-24”

。主要設(shè)備是6臺模塊化結(jié)構(gòu)的多工序數(shù)字控制機床，該系統(tǒng)能24小時連續(xù)工作，因此稱為“MolinSystem-24”

；20世紀(jì)70年代末和80年代初，計算機輔助管理物料自動搬運，刀具管理和計算機網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)的發(fā)展以及CAD/CAM技術(shù)的成熟，出現(xiàn)了更加系統(tǒng)化、規(guī)模更加擴(kuò)大的柔性制造系統(tǒng)。20世紀(jì)80年代末，F(xiàn)MS已經(jīng)成為一項成熟的技術(shù)，并在世界范圍得到廣泛應(yīng)用。柔性自動化制造技術(shù)的產(chǎn)生2023/2/6武漢理工大學(xué)機電學(xué)院7/72

我國采取引進(jìn)和開發(fā)相結(jié)合的方針，引進(jìn)箱體類零件、旋轉(zhuǎn)體件及鈑金件加工FMS的全部或部分硬件技術(shù)。1984是我國研制FMS

的起步時間，比國外晚了17年。我國第一套FMS系統(tǒng)是由北京機床研究所于1985年10月開發(fā)完成的（JCS-FMS-1），用于加工數(shù)控機床直流伺服電機中的主軸、端蓋、法蘭盤、殼體和刷架體等，它由5臺國產(chǎn)加工中心、日本富士電機公司的AGV（自動導(dǎo)引車）及4臺日本產(chǎn)的機器人組成，其控制系統(tǒng)由FANUC提供。據(jù)分析，它的投資回收期約為兩年半。1983年－1985年，在國家的支持下北京第一機床廠、湖南江麓機床廠、鄭州紡織機械廠、廣西柳州開關(guān)廠等一些單位分別率先從德國、日本進(jìn)口了國內(nèi)第一批FMS。我國FMS的研究歷程2023/2/6武漢理工大學(xué)機電學(xué)院8/721985年后在國家機電部“七五”重點科技攻關(guān)項目的支持和國家863高技術(shù)發(fā)展計劃自動化領(lǐng)域的工作的帶動下，F(xiàn)MS得到極大的重視和發(fā)展，進(jìn)入了自行開發(fā)和部分進(jìn)口的交叉階段。1988年北京機床研究所為天津減速機廠提供的加工減速機機座的JCS-FMS-2系統(tǒng)是全部自行開發(fā)和配套的，它標(biāo)志著我國已具有自主開發(fā)FMS系統(tǒng)的實力。近幾年來，國內(nèi)一些經(jīng)濟(jì)實力比較雄厚的工廠（北京第一機床廠，上海第二紡織機械廠，天津減速機總廠，山西經(jīng)緯紡織機械廠等），為實施CIMS，又進(jìn)口了一些國外的FMS系統(tǒng)。

9典型的柔性制造系統(tǒng)示意圖110典型的柔性制造系統(tǒng)示意圖211典型的柔性制造系統(tǒng)示意圖32023/2/6武漢理工大學(xué)機電學(xué)院12/72FMS的柔性設(shè)備柔性：當(dāng)要求生產(chǎn)一系列不同類型的產(chǎn)品時，設(shè)備隨產(chǎn)品變化而加工不同零件的難易程度。工藝柔性：一是工藝流程不變時自身適應(yīng)產(chǎn)品或原材料變化的能力；二是制造系統(tǒng)內(nèi)為適應(yīng)產(chǎn)品或原材料變化而改變相應(yīng)工藝的難易程度。產(chǎn)品柔性：一是產(chǎn)品更新或完全轉(zhuǎn)向后，系統(tǒng)能夠非常經(jīng)濟(jì)和迅速地生產(chǎn)出新產(chǎn)品的能力；二是產(chǎn)品更新后，對老產(chǎn)品有用特性的繼承能力和兼容能力。維護(hù)柔性：采用多種方式查詢、處理故障，保障生產(chǎn)正常進(jìn)行的能力。生產(chǎn)能力柔性：當(dāng)生產(chǎn)量改變、系統(tǒng)也能經(jīng)濟(jì)地運行的能力。對于根據(jù)訂貨而組織生產(chǎn)的制造系統(tǒng)，這一點尤為重要。擴(kuò)展柔性：當(dāng)生產(chǎn)需要的時候，可以很容易地擴(kuò)展系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，增加模塊，構(gòu)成一個更大系統(tǒng)的能力。運行柔性：利用不同的機器、材料、工藝流程來生產(chǎn)一系列產(chǎn)品的能力和同樣的產(chǎn)品，換用不同工序加工的能力。

所謂柔性，是指制造系統(tǒng)（企業(yè)）對系統(tǒng)內(nèi)部及外部環(huán)境的一種適應(yīng)能力，也是指制造系統(tǒng)能夠適應(yīng)產(chǎn)品變化的能力。通常體現(xiàn)在以下幾個方面：2023/2/6武漢理工大學(xué)機電學(xué)院13/72(1)FMS的定義柔性制造系統(tǒng)（FMS）是數(shù)控加工設(shè)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)，包括多個柔性制造單元，能根據(jù)制造任務(wù)或生產(chǎn)環(huán)境的變化迅速調(diào)整，適用于多品種、中小批量生產(chǎn)。(根據(jù)“中華人民共和國國家軍用標(biāo)準(zhǔn)——武器裝備柔性制造系統(tǒng)術(shù)語”的定義)“使用計算機、柔性加工單元和集成物料儲運裝置完成零件族某一工序或一系列工序的一種集成制造系統(tǒng)”。（美國制造工程師協(xié)會(SME)的計算機輔助系統(tǒng)和應(yīng)用協(xié)會）2、FMS的定義、組成及其分類2023/2/6武漢理工大學(xué)機電學(xué)院14/72

更直觀的定義是：“柔性制造系統(tǒng)是至少由兩臺數(shù)控機床，一套物料運輸系統(tǒng)（從裝載到卸載具有高度自動化）和一套計算機控制系統(tǒng)所組成的制造自動化系統(tǒng)。它采用簡單改變軟件的方法便能制造出某些部件中的任何零件”

。綜上所述，各種定義的描述方法雖然有所不同，但都反映了FMS應(yīng)具備以下特點：兩臺以上的數(shù)控機床或加工中心以及其他加工設(shè)備，包括測量機、清洗機、動平衡機、各種特種加工設(shè)備等；一套能自動裝卸的運輸系統(tǒng)，包括刀具儲運和工件及原材料儲運。具體結(jié)構(gòu)可采用傳輸帶、有軌小車、無軌小車、搬運機器人、上下料托盤站等；一套計算機控制系統(tǒng)及信息通信網(wǎng)絡(luò)。2023/2/6武漢理工大學(xué)機電學(xué)院15/72FMS的組成自動倉庫工廠計算機中央計算機物流控制計算機運輸小車加工單元1加工單元2加工單元n信息傳輸網(wǎng)絡(luò)工夾具站FMS的組成物料儲運系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)加工系統(tǒng)2023/2/6武漢理工大學(xué)機電學(xué)院16/72FMS基本組成

2023/2/6武漢理工大學(xué)機電學(xué)院17/72硬件組成——三個子系統(tǒng)加工系統(tǒng)儲運系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)(2)FMS的組成2023/2/6武漢理工大學(xué)機電學(xué)院18/72軟件組成

FMS系統(tǒng)支持軟件——操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)等；FMS的運行控制系統(tǒng)——動態(tài)調(diào)度系統(tǒng)、實時故障診斷系統(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。2023/2/6武漢理工大學(xué)機電學(xué)院19/72FMS的功能能自動管理零件的生產(chǎn)過程，自動控制制造質(zhì)量，自動進(jìn)行故障診斷及處理，自動進(jìn)行信息收集及傳輸；簡單地改變軟件或系統(tǒng)參數(shù)，便能制造出某一零件族的多種零件；物料的運輸和儲存必須為自動(包括刀具等工裝和工件的自動運輸)；能解決多機床條件下零件的混流加工，且無需額外增加費用；具有優(yōu)化調(diào)度管理功能，能實現(xiàn)無人化或少人化加工。2023/2/6武漢理工大學(xué)機電學(xué)院20/72a)互替式b)互補式c)混合式FMS適用于中小批量的生產(chǎn)，既要兼顧對生產(chǎn)率和柔性的要求，也要考慮系統(tǒng)的可靠性和機床的負(fù)荷率。因此，就產(chǎn)生了三種類型的FMS：(3)FMS的機床配置形式互替形式所謂互替機床就是納入系統(tǒng)的機床可以互相代替。例如，由數(shù)臺加工中心組成的FMS，由于加工中心可以完成多種工序的加工，有時一臺加工中心就能完成箱體的全部工序，工件可隨機地輸送到系統(tǒng)中任何恰好空閑的加工工位。系統(tǒng)具有較大的柔性和較寬的工藝范圍，而且可以達(dá)到較高的時間利用率。從系統(tǒng)的輸入和輸出來看，它們是并聯(lián)環(huán)節(jié)，因而增加了系統(tǒng)的可靠性，即當(dāng)某一臺機床發(fā)生故障時，系統(tǒng)仍能正常工作?；パa形式所謂互補機床就是納入系統(tǒng)的機床是互相補充的，各自完成某些特定的工序，各機床之間不能互相取代，工件在一定程度上必須順序經(jīng)過各加工工位。它的特點是生產(chǎn)率較高，對機床的技術(shù)利用率較高，即可以充分發(fā)揮機床的性能。從系統(tǒng)的輸入和輸出的角度來看，互補機床是串聯(lián)環(huán)節(jié)，它減少了系統(tǒng)的可靠性，即當(dāng)一臺機床發(fā)生故障時，系統(tǒng)就不能正常工作。2023/2/6武漢理工大學(xué)機電學(xué)院21/72互替與互補機床配置的特征比較2023/2/6武漢理工大學(xué)機電學(xué)院22/72柔性制造單元（FMC）小型FMS，由1-2臺機床組成，自動更換刀具，自動上下工件；柔性制造系統(tǒng)（FMS）控制與管理功能比FMC強，管理通信要求高；柔性制造生產(chǎn)線（FML）數(shù)控組合機床設(shè)備，專用性強、生產(chǎn)率高，相當(dāng)于數(shù)控自動生產(chǎn)線，用于少品種、中大批量生產(chǎn)，為專用FMS。柔性制造工廠（FMF）全企業(yè)范圍生產(chǎn)管理、設(shè)計開發(fā)、加工制造和物料運儲全盤自動化。(4)FMS的分類2023/2/6武漢理工大學(xué)機電學(xué)院23/721）柔性制造單元（FMC）由一臺或數(shù)臺數(shù)控機床或加工中心構(gòu)成的加工單元。該單元根據(jù)需要可以自動更換刀具和夾具，加工不同的工件。具有一定的生產(chǎn)調(diào)度能力。柔性制造單元適合加工形狀復(fù)雜，加工工序簡單，加工工時較，批量小的零件。它有較大的設(shè)備柔性，但人員和加工柔性低。

FMS的分類2）柔性制造系統(tǒng)（FMS）以數(shù)控機床或加工中心為基礎(chǔ)，配以物料傳送裝置組成的生產(chǎn)系統(tǒng)。該系統(tǒng)由電子計算機實現(xiàn)自動控制，能在不停機的情況下，滿足多品種的加工。柔性制造系統(tǒng)適合加工形狀復(fù)雜，加工工序多，批量大的零件。其加工和物料傳送柔性大，但人員柔性仍然較低。

3）柔性制造生產(chǎn)線（FML）把多臺可以調(diào)整的機床(多為專用機床)聯(lián)結(jié)起來，配以自動運送裝置組成的生產(chǎn)線。該生產(chǎn)線可以加工批量較大的不同規(guī)格零件。柔性程度低的柔性自動生產(chǎn)線，在性能上接近大批量生產(chǎn)用的自動生產(chǎn)線；柔性程度高的柔性自動生產(chǎn)線，則接近于小批量、多品種生產(chǎn)用的柔性制造系統(tǒng)。

2023/2/6武漢理工大學(xué)機電學(xué)院24/72柔性制造系統(tǒng)（FlexibleManufacturingSystem）由兩臺或兩臺以上加工中心或數(shù)控機床組成，并在加工自動化的基礎(chǔ)上實現(xiàn)了物料流和信息流的自動化。其基本組成部分有：自動化加工設(shè)備、工件儲運系統(tǒng)、刀具儲運系統(tǒng)和多層計算機控制系統(tǒng)等。1.自動化加工設(shè)備組成FMS的自動化加工設(shè)備有數(shù)控機床、加工中心、車削中心等，也可能是柔性制造單元。

柔性制造系統(tǒng)FMS2023/2/6武漢理工大學(xué)機電學(xué)院25/722.工件儲運系統(tǒng)

FMS工件儲運系統(tǒng)由工件庫、工件運輸設(shè)備和更換裝置等組成。工件庫包括自動化立體倉庫和托盤（工件）緩沖站。工件運輸設(shè)備包括各種傳送帶、運輸小車、機器人或機械手等;工件更換裝置包括各種機器人或機械手、托盤交換裝置等。

3.刀具儲運系統(tǒng)

FMS的刀具儲運系統(tǒng)由刀具庫、刀具輸送裝置和交換機構(gòu)等組成。

4.輔助設(shè)備

FMS可以根據(jù)生產(chǎn)需要配置輔助設(shè)備。輔助設(shè)備一般包括自動清洗工作站,自動去毛刺設(shè)備,自動測量設(shè)備,集中切屑運輸系統(tǒng)和集中冷卻潤滑系統(tǒng)等。2023/2/6武漢理工大學(xué)機電學(xué)院26/72

5.多層計算機控制系統(tǒng)

FMS的控制系統(tǒng)采用三級控制，分別是單元控制級、工作站控制級、設(shè)備控制級。圖8-4就是一個FMS控制系統(tǒng)實例，系統(tǒng)包括自動導(dǎo)向小車（AGV）、TH6350臥式加工中心、XH714A立式加工中心和倉儲設(shè)備等。 （1）設(shè)備控制級。 （2）工作站控制級。 （3）單元控制級。 圖8-5是一種較典型的FMS，四臺加工中心直線布置，工件儲運系統(tǒng)由托盤站2、托盤輸送車4、工件裝卸工位3和布置在加工中心前面的托盤交換裝置12等組成。2023/2/6武漢理工大學(xué)機電學(xué)院27/72圖8-4FMS控制系統(tǒng)實例2023/2/6武漢理工大學(xué)機電學(xué)院28/72典型的FMS2023/2/6武漢理工大學(xué)機電學(xué)院29/72圖8-6具有裝配功能的柔性制造系統(tǒng)2023/2/6武漢理工大學(xué)機電學(xué)院30/72柔性制造線（FlexibleManufacturingLine）由自動化加工設(shè)備、工件輸送系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等組成。柔性制造線(FML)

FML的主要優(yōu)點是：具有剛性自動線的絕大部分優(yōu)點；當(dāng)批量不很大時，生產(chǎn)成本比剛性自動線低得多；當(dāng)品種改變時，系統(tǒng)所需的調(diào)整時間又比剛性自動線少得多，但建立系統(tǒng)的總費用卻比剛性自動線高得多。

1.自動化加工設(shè)備; 2.工件輸送系統(tǒng); 3.刀具;2023/2/6武漢理工大學(xué)機電學(xué)院31/72 柔性裝配線（FlexibleAssemblyLine）通常由裝配站、物料輸送裝置和控制系統(tǒng)等組成。

1.裝配站

FAL中的裝配站可以是可編程的裝配機器人,不可編程的自動裝配裝置和人工裝配工位。

2.物料輸送裝置

3.控制系統(tǒng)

FAL的控制系統(tǒng)對全線進(jìn)行調(diào)度和監(jiān)控，主要控制物料的流向和自動裝配站、裝配機器人。圖8-8是FAL的示意圖。柔性裝配線(FAL)2023/2/6武漢理工大學(xué)機電學(xué)院32/722023/2/6武漢理工大學(xué)機電學(xué)院33/72FMS配置小型化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的模塊化與計算機輔助設(shè)計和輔助制造系統(tǒng)相結(jié)合實現(xiàn)從產(chǎn)品決策、產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)到銷售的整個生產(chǎn)過程自動化不斷提高FMS的性能3、FMS的發(fā)展趨勢2023/2/6武漢理工大學(xué)機電學(xué)院34/721、加工系統(tǒng)的功能與要求加工系統(tǒng)是FMS的最基本的組成部分，也是FMS中耗資最多的部分，擔(dān)任把原材料轉(zhuǎn)化為最終產(chǎn)品的任務(wù)。加工系統(tǒng)的要求如下：

工序集中，減輕物流負(fù)擔(dān)，減少裝夾次數(shù)；控制功能強、擴(kuò)展性好；高剛度、高精度、高速度；自保護(hù)與自維護(hù)性好；使用經(jīng)濟(jì)性好；對環(huán)境的適應(yīng)性與保護(hù)性好。二、FMS的加工系統(tǒng)2023/2/6武漢理工大學(xué)機電學(xué)院35/722、加工系統(tǒng)中常用的加工設(shè)備簡介2.1目前FMS的加工對象主要有兩大類：箱體類回轉(zhuǎn)體類2.2加工中心加工中心（MachiningCenter，MC）是一種備有刀庫并能按預(yù)定程序自動更換刀具，對工件進(jìn)行多工序加工的高效數(shù)控機床。箱體類：常用鏜銑加工中心回轉(zhuǎn)體類：常用車削加工中心2023/2/6武漢理工大學(xué)機電學(xué)院36/72加工中心的系統(tǒng)基本組成與一般數(shù)控機床一樣，只是在此基礎(chǔ)上增加了刀庫和自動換刀裝置而形成一類更復(fù)雜，但用途更廣，效率更高的數(shù)控機床。加工中心配置有刀庫和自動換刀裝置，能在一臺機床上完成車、銑、鏜、鉆、鉸、攻螺紋、輪廓加工等多個工序的加工。加工中心機床具有工序集中，可以有效縮短調(diào)整時間和搬運時間，減少在制品庫存，加工質(zhì)量高等優(yōu)點，因此常用于零件比較復(fù)雜，需要多工序加工，且生產(chǎn)批量中等的生產(chǎn)場合。加工中心通常是指鏜銑加工中心，主要用于加工箱體及殼體類零件，工藝范圍廣。加工中心(MC)2023/2/6武漢理工大學(xué)機電學(xué)院37/722.3加工系統(tǒng)的輔助裝置機床夾具組合夾具：利用標(biāo)準(zhǔn)化夾具零部件快速拼裝所需夾具；柔性夾具：一部夾具能為多個加工對象服務(wù)。托盤（Pallet）承載工件和夾具完成加工任務(wù)，是各加工單元間的硬件接口。自動上下料裝置

托盤交換器：聯(lián)接加工系統(tǒng)和物料運儲系統(tǒng)橋梁；工業(yè)機器人：具有較大的柔性度。2023/2/6武漢理工大學(xué)機電學(xué)院38/72立式加工中心與臥式加工中心的比較2023/2/6武漢理工大學(xué)機電學(xué)院39/72工件裝卸站設(shè)在FMS

入口，由人工完成裝卸；托盤緩沖站工件中間存儲站，起緩沖物料作用；物料存儲裝置自動化倉庫、自動料架、緩沖料架；物料運送裝置負(fù)責(zé)在機床、自動化倉庫和托盤緩沖站之間物料搬運作業(yè)。傳送帶：用于小零件短程傳送，占據(jù)空間大、易磨損；自動運輸小車：分有軌小車、無軌小車；搬運機器人：具有較高柔性和控制水平。1、FMS的物料儲運系統(tǒng)組成三、FMS的儲運系統(tǒng)2023/2/6武漢理工大學(xué)機電學(xué)院40/722、FMS物料輸送基本回路直線輸送回路沿直線路線單向或雙向移動，順序地在各個連接點?？?；環(huán)形輸送回路運載工具沿環(huán)形路線單向或雙向移動；網(wǎng)狀輸送回路由多個回路相互交叉組成，可由一條環(huán)路移動到另一回路。2023/2/6武漢理工大學(xué)機電學(xué)院41/723、自動化倉庫貨架為一個個存儲單元，設(shè)有地址編碼，貨架之間有巷道，每個巷道配有專用堆垛機。堆垛機由托架、貨叉、支柱、上下導(dǎo)軌、移動電動機以及傳感器構(gòu)成的三維搬運設(shè)備?？刂婆c管理系統(tǒng)負(fù)責(zé)物料信息的登錄、識別，物料自動存取，倉庫管理。2023/2/6武漢理工大學(xué)機電學(xué)院42/72儲運系統(tǒng)的任務(wù)和工作方式2023/2/6武漢理工大學(xué)機電學(xué)院43/72巷道式立體倉庫2023/2/6武漢理工大學(xué)機電學(xué)院44/724工件儲運設(shè)備

4.1有軌小車（RGV）

有軌小車（RailGuideVehicle）是一種沿著鐵軌行走的運輸工具，有自驅(qū)和它驅(qū)兩種驅(qū)動方式。自驅(qū)動有軌小車通過車上的小齒輪和安裝在鐵軌一側(cè)的齒條嚙合，利用交、直流伺服電動機驅(qū)動。它驅(qū)式有軌小車由外部鏈索牽引，在小車底盤的前、后各裝一導(dǎo)向銷，地面上修有一組固定路線的溝槽，導(dǎo)向銷嵌入溝槽內(nèi)，保證小車行進(jìn)時沿著溝槽移。2023/2/6武漢理工大學(xué)機電學(xué)院45/72導(dǎo)軌系統(tǒng)小車控制器車架警告和安全裝置

..地軌系統(tǒng)安全裝置小車控制器托盤交換裝置有軌小車的組成2023/2/6武漢理工大學(xué)機電學(xué)院46/72移動速度快，行走平穩(wěn)，定位精確；承載能力大，適合搬運笨重零件；控制系統(tǒng)相對簡便，可靠性高，成本低，易維護(hù)；傳輸路徑柔性不高，一般適宜在直線布局的系統(tǒng)中采用。

有軌小車的特點2023/2/6武漢理工大學(xué)機電學(xué)院47/72

AGV無軌道，可以外部控制的自由運行的電動小車，以蓄電池作為電源，用某種制導(dǎo)方法（電磁制導(dǎo)及光學(xué)制導(dǎo)）控制其運行路線，不需設(shè)置導(dǎo)軌，柔性大。

(1)AGV的結(jié)構(gòu)在自動化制造系統(tǒng)中使用的AGV大多數(shù)是磁感應(yīng)式AGV。圖8-13是一種能同時運送兩個工件的AGV，它由運輸小車、地下電纜和控制器三部分組成。

4.2自動導(dǎo)向小車2023/2/6武漢理工大學(xué)機電學(xué)院48/722023/2/6武漢理工大學(xué)機電學(xué)院49/72

線導(dǎo)小車電磁感應(yīng)導(dǎo)向，柔性大、擴(kuò)展性好、不怕污染、工作可靠。光導(dǎo)小車采用帶有熒光材料油漆或色帶，通過光電制導(dǎo)，改變線路非常容易，對環(huán)境要求嚴(yán)格。遙控制導(dǎo)小車小車頂部裝有激光裝置，通過固定位置反射激光束信息，確定小車位置。

4.2.1自動導(dǎo)向小車導(dǎo)向方法2023/2/6武漢理工大學(xué)機電學(xué)院50/72磁感應(yīng)AGV自動導(dǎo)向原理圖

小車底部裝有弓形天線3，跨設(shè)于以感應(yīng)導(dǎo)線4為中心且與感應(yīng)線垂直的平面內(nèi)。感應(yīng)線通以交變電流，產(chǎn)生交變磁場。當(dāng)天線3偏離感應(yīng)線任何一側(cè)時，天線的兩對稱線圈中感應(yīng)電壓有差值，誤差信號經(jīng)過放大，驅(qū)動左、右電動機2，左右電動機有轉(zhuǎn)速差，經(jīng)驅(qū)動輪1使小車轉(zhuǎn)向，使感應(yīng)線重新位于天線中心，直至誤差信號為零。

2023/2/6武漢理工大學(xué)機電學(xué)院51/72AGV電磁感應(yīng)制導(dǎo)原理感應(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），消耗電流的強度小于600mA。

2023/2/6武漢理工大學(xué)機電學(xué)院52/72

AGV運行路徑的選擇，是AGV使用過程中一個重要的問題，因為AGV從一個站點運行到另一個站點往往有多條路徑可選擇，我們希望能選擇一條合理的運行路徑，從而提高系統(tǒng)的效率。

ADBCOEOA→AC→CD→DEOA→AB→BD→DEOA→AB→BC→CD→DE。

從O點到E點：AGV運行路徑的選擇2023/2/6武漢理工大學(xué)機電學(xué)院53/724.2.2FMS中使用AGV的優(yōu)點較高的柔性實時監(jiān)視和控制安全可靠維護(hù)方便2023/2/6武漢理工大學(xué)機電學(xué)院54/722023/2/6武漢理工大學(xué)機電學(xué)院55/724.2.3AGV性能指標(biāo)1）外形尺寸一般長度從750mm至2500mm，寬450mm至1500mm，高550mm至650mm左右。

2）載重量可從50至2000kg，選擇載重量時不應(yīng)僅僅考慮工件的重量，還應(yīng)考慮托盤和夾具的重量。

3）運行速度10～70m／min4）轉(zhuǎn)彎半徑一般指在某種速度下，最小的轉(zhuǎn)彎半徑。例如在每分鐘10m的速度時，最小轉(zhuǎn)彎半徑為600mm等。2023/2/6武漢理工大學(xué)機電學(xué)院56/725)蓄電池的電壓、每兩次充電之間的平均壽命。6)安全設(shè)備是否有安全杠，警報揚聲器，警告燈。全速行駛時的停車距離。7)載物平臺的結(jié)構(gòu)，是否有液壓或其他形式的提升器，以及平臺的拉升高度。8)控制方式人工控制，有線控制或遙控。9)定位方式托盤在小車上的固定方法。10)兼容的控制計算機類型。2023/2/6武漢理工大學(xué)機電學(xué)院57/72單元控制器銑削工作站車削工作站……物流管理工作站CNCNo1CNCNo2PLC自動化倉庫AGVROBOT刀具管理...FMS遞階控制結(jié)構(gòu)CNCNo1CNCNo2PLC...單元層工作站層設(shè)備層四、FMS的控制系統(tǒng)——三級遞階控制結(jié)構(gòu)2023/2/6武漢理工大學(xué)機電學(xué)院58/72

遞階控制結(jié)構(gòu)：將復(fù)雜系統(tǒng)分層分模塊設(shè)置，各層相對獨立，便于系統(tǒng)的開發(fā)和維護(hù)。遞階控制特點：愈往底層，實時性愈強；愈到上層，處理信息量愈大，實時性要求愈小。FMS三層遞階控制結(jié)構(gòu)系統(tǒng)管理與控制層（單元控制層）-接受上級任務(wù)，制定系統(tǒng)作業(yè)計劃，進(jìn)行任務(wù)分配，監(jiān)控系統(tǒng)執(zhí)行；過程協(xié)調(diào)與監(jiān)控層（工作站層）-加工程序分配、協(xié)調(diào)工件流動、運行狀態(tài)采集監(jiān)控、向上層反饋信息；設(shè)備控制層-控制設(shè)備工作循環(huán)，執(zhí)行上層控制指令，反饋現(xiàn)場數(shù)據(jù)。FMS控制與管理系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)2023/2/6武漢理工大學(xué)機電學(xué)院59/72現(xiàn)場總線ProfibusethernetWin-ACCP5613(一類主站)P4微機Win-CC(二類主站)ET200I/O接口工業(yè)機器人數(shù)控銑床加工中心成品庫毛坯庫RGV緩沖庫CAD/CAMMISProfibus接口DNC管理層單元層設(shè)備層YG－FMS單元控制器層次結(jié)構(gòu)2023/2/6武漢理工大學(xué)機電學(xué)院60/72通信管理與運行控制--實現(xiàn)上下層信息通訊，控制內(nèi)部模塊運行；系統(tǒng)信息管理--對單元信息進(jìn)行存儲、管理和維護(hù)；作業(yè)計劃制定--根據(jù)上級下達(dá)任務(wù)制定本單元作業(yè)計劃，并進(jìn)行計劃調(diào)整；系統(tǒng)作業(yè)調(diào)度--具有系統(tǒng)仿真、靜/動態(tài)調(diào)度、系統(tǒng)資源調(diào)度等功能；系統(tǒng)過程監(jiān)控--監(jiān)控系統(tǒng)狀態(tài)變化，故障處理，其結(jié)果傳送至系統(tǒng)信息管理模塊和上級控制器。FMS單元控制器功能2023/2/6武漢理工大學(xué)機電學(xué)院61/72（1）FMS單元控制器的數(shù)據(jù)關(guān)系

生產(chǎn)管理信息

生產(chǎn)作業(yè)計劃物料需求計劃能力需求計劃

生產(chǎn)工藝信息

工藝計劃信息數(shù)控加工程序

系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)信息

制造設(shè)備的狀態(tài)信息物料儲運系統(tǒng)狀態(tài)信息刀具儲運系統(tǒng)狀態(tài)信息

FMS單元控制器的控制與調(diào)度模型2023/2/6武漢理工大學(xué)機電學(xué)院62/72（2）FMS生產(chǎn)準(zhǔn)備系統(tǒng)

獲取生產(chǎn)作業(yè)計劃、工藝計劃與NC程序刀具準(zhǔn)備工裝與工件毛坯準(zhǔn)備系統(tǒng)配置與數(shù)據(jù)核對

（3）FMS實時動態(tài)調(diào)度

單元控制器在系統(tǒng)加工過程中，依據(jù)系統(tǒng)當(dāng)前的實時狀態(tài)，對生產(chǎn)活動進(jìn)行動態(tài)優(yōu)化控制。202