機(jī)電一體化概論第7章課件

第七章柔性制造系統(tǒng)（FMS）（FlexibleManufacturingSystem）第一節(jié)柔性制造系統(tǒng)的概念

一般說來，柔性制造系統(tǒng)尚無統(tǒng)一的定義，各國的專家對它的看法不太一致。美國出版的《柔性制造系統(tǒng)手冊》對柔性制造系統(tǒng)的定義比較簡明：由控制的、由若干半獨立的工作站物料傳送系統(tǒng)所組成的、能高效率地制造多品種、中小批量零件的系統(tǒng)。1967年，英國莫林斯（Molins）柔性制造系統(tǒng)的設(shè)想。后來，美國K&I公司實現(xiàn)了用計算機(jī)控制的柔性制造系統(tǒng)。隨著電子技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，從20世紀(jì)80年代初，柔性制造系統(tǒng)得到較快的發(fā)展（據(jù)1986年美國機(jī)械工程協(xié)會統(tǒng)計，當(dāng)時已有370條柔性制造系統(tǒng)在運(yùn)行中）。

第二節(jié)柔性制造系統(tǒng)的組成

（4）自動化（零件）倉庫――將毛坯、半成品和成品進(jìn)行自動調(diào)用或儲存。5.無人輸送臺車――行走于機(jī)床之間、機(jī)床與自動化（零件）倉庫之間、機(jī)床與中央刀具庫之間的自動化（無人駕駛）臺車，可以是有軌的或無軌的。

6.中央刀具庫――刀具集中存儲區(qū)。

7.夾具站――及時實現(xiàn)對夾具的調(diào)整和維護(hù)。

8.信息傳輸網(wǎng)絡(luò)――FMS中的通訊系統(tǒng)。

9.隨行工作臺（PS）――實現(xiàn)從無人臺車到制造單元之間傳送的緩沖功能。

二、柔性制造系統(tǒng)的主要組成部分對于一般的FMS，通常是由四大類設(shè)備組成：主機(jī)、聯(lián)線設(shè)備、控制系統(tǒng)和輔助設(shè)備。

1．主機(jī)

FMS的主機(jī)一般為數(shù)控機(jī)床，并且多為加工中心機(jī)床（多用臥式加工中心），也有數(shù)控車削加工中心（可車、鉆、銑，有銑大螺旋升角的槽的功能）。

2．聯(lián)線設(shè)備（自動物料傳輸系統(tǒng)）聯(lián)線設(shè)備是指在機(jī)床之間、倉庫與機(jī)床之間、托板存放站之間輸送和搬運(yùn)工件、工具的設(shè)備。

（2）叉車式吊車主要用于自動化倉庫。

（3）運(yùn)輸小車1)有軌小車―沿導(dǎo)軌運(yùn)動。

2)無軌小車（以蓄電池為能源）

★電磁引導(dǎo)式―由無線探測埋在地面下的電纜導(dǎo)向。

★光學(xué)反射式―用白色或能反射光線的線條制導(dǎo)小車行走。（4）工業(yè)機(jī)器人工業(yè)機(jī)器人用于小工件的裝卸和機(jī)床間的運(yùn)輸。對于按集群式機(jī)床布置時，所有機(jī)床圍成圓形，一臺工業(yè)機(jī)器人可為多臺數(shù)控機(jī)床服務(wù)。工業(yè)機(jī)器人常用于無夾具的回轉(zhuǎn)體零件的裝卸。目前已有用工業(yè)機(jī)器人和車削加工中心組成的車削生產(chǎn)單元。

3．控制系統(tǒng)

根據(jù)FMS的規(guī)模大小，控制系統(tǒng)的復(fù)雜程度有所不同。FMS的控制系統(tǒng)一般多采用多級（通常為三級）分布式計算機(jī)控制系統(tǒng)。

第一級主要是對機(jī)床和工件裝卸機(jī)器人的控制，其中包括工作命令的安排調(diào)度、系統(tǒng)的監(jiān)測等。

第二級相當(dāng)于DNC的（中央計算機(jī)）控制，其中包括整個系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)的管理、零件流動的控制、零件加工程序的分配，以及第一級生產(chǎn)數(shù)據(jù)的收集。

第三級負(fù)責(zé)全面的生產(chǎn)管理，主要編制日程進(jìn)度計劃，并將生產(chǎn)所需信息（如加工零件的種類、數(shù)量、期限以及所需刀具的種類等）送到第二級系統(tǒng)管理計算機(jī)。剛性制造系統(tǒng)柔性制造系統(tǒng)1．通常把作業(yè)劃分為較多、簡單的工序2．按分批投入的方式，順序完成上述各簡單工序3．完成單道（簡單）工序時間很短4．單個工序自動化1．把作業(yè)劃分為幾個工序

2．不同批次的不同工序可以交叉投入，加工順序可變動3．完成單道工序加工時間稍長，總加工時間較短4．全部加工工序自動化（可實現(xiàn)整個加工過程無人操作）第三節(jié)柔性制造系統(tǒng)的特點一、柔性制造系統(tǒng)與剛性制造系統(tǒng)的區(qū)別

二、FMS的柔性（靈活性）

1．機(jī)床加工的柔性

系統(tǒng)中的機(jī)床通過配置相應(yīng)的刀具、夾具、NC程序等，即可加工給定零件族中的零件。

2．加工工序的柔性對能每一種零件改變工序順序。

3．零件流動路線的柔性系統(tǒng)在加工零件過程中出現(xiàn)局部故障時，能重新選擇工件路徑，并繼續(xù)加工。4．生產(chǎn)的柔性以多種流程、不成批生產(chǎn)的方式加工一組類型不同、材料不同的零件。

5．產(chǎn)品的柔性能夠經(jīng)濟(jì)和迅速地轉(zhuǎn)變生產(chǎn)的產(chǎn)品

6．產(chǎn)量的柔性系統(tǒng)能夠適應(yīng)不同產(chǎn)量并具有好的經(jīng)濟(jì)效益。

7．?dāng)U展的柔性具有在需要時能夠容易地、模塊化地擴(kuò)展系統(tǒng)的能力。第四節(jié)FMS的分類一、根據(jù)規(guī)模大小分類1．柔性制造模塊（FMM）

M－Module

單臺CNC機(jī)床＋工件自動裝卸裝置（機(jī)器人或托板交換裝置）

2．柔性制造單元（FMC）C－Cell

2～3臺CNC機(jī)床＋工件自動裝卸裝置＋工件自動傳輸設(shè)備

3．柔性制造系統(tǒng)（FMS）

≥4臺CNC機(jī)床＋工件自動裝卸裝置＋工件自動傳輸設(shè)備（可能包括自動化倉庫）

三、按照生產(chǎn)線的建造方式分類1．工程FMS

系統(tǒng)由賣方按用戶的要求設(shè)計和安裝，一次建成。

2．模塊化FMS系統(tǒng)采用不同廠商的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備組成，并可由FMM向FMS逐步發(fā)展。第五節(jié)成組技術(shù)（GroupTechnology,GT）

成組技術(shù)是一門生產(chǎn)技術(shù)科學(xué)，主要研究如何識別和發(fā)掘生產(chǎn)活動中有關(guān)事物的相似性，并利用這種相似性為生產(chǎn)服務(wù)。成組技術(shù)是第二次世界大戰(zhàn)后提出的概念，但一直沒有受到人們足夠的重視，直到它與FMS以及其它的工廠自動化技術(shù)緊密聯(lián)系在一起時，才引起人們廣泛的注意。

一、定義

成組技術(shù)――利用事物的相似性，把相似的問題歸類成組，尋求解決這類問題相對統(tǒng)一的最優(yōu)方案，從而節(jié)省時間和人力，以取得所期望的經(jīng)濟(jì)效益。

這個定義內(nèi)涵非常廣泛，但人們通常僅僅將成組技術(shù)同生產(chǎn)應(yīng)用聯(lián)系起來。

二、成組技術(shù)在生產(chǎn)中的應(yīng)用1．在零件設(shè)計方面

許多零件具有類似的形狀，可將它們歸并為設(shè)計族。一個新零件的設(shè)計可以通過修改一個現(xiàn)有同族零件的圖紙和技術(shù)要求形成。應(yīng)用這個概念，可以人為地合成一個“復(fù)合零件”。這個復(fù)合零件集中了全族零件的所有功能要素。新零件的設(shè)計可以通過這個復(fù)合零件派生出來。在構(gòu)成復(fù)合零件后，要對其各結(jié)構(gòu)要素進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，最后將標(biāo)準(zhǔn)化的結(jié)構(gòu)要素及其尺寸畫成圖表，就得到該復(fù)合零件的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計資料。在進(jìn)行新零件設(shè)計時，根據(jù)新零件的草圖就能從復(fù)合零件的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計資料中得到該類零件的形狀、各結(jié)構(gòu)要素的規(guī)格、尺寸等設(shè)計參數(shù)，只要從中選擇合適的數(shù)據(jù)即可，不必再檢索其它圖樣和資料。如果每位設(shè)計人員設(shè)計該類零件時，都注意從復(fù)合零件的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計資料中選取標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)要素和尺寸參數(shù)，零件的設(shè)計就自然走向標(biāo)準(zhǔn)化了。這種成組技術(shù)的設(shè)計方法可以有效地避免傳統(tǒng)零件設(shè)計方法的兩大弊病――設(shè)計的“重復(fù)性”和“多樣性”。由于設(shè)計過的圖紙不容易查找，設(shè)計人員寧愿重新設(shè)計，也不愿意查找與之相同或相似的老零件圖，這樣就造成了設(shè)計的重復(fù)性。零件設(shè)計的重復(fù)性使得設(shè)計人員將寶貴的時間和精力浪費在重復(fù)性勞動中。另外，在傳統(tǒng)的零件設(shè)計方法中，對于一些零件的結(jié)構(gòu)和設(shè)計細(xì)節(jié)，設(shè)計人員往往按照習(xí)慣處理，沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)可循，因而造成設(shè)計的多樣性。零件設(shè)計的多樣性必然使零件品種增加，給后續(xù)工作――工裝的采用、工藝規(guī)程的制定和加工制造帶來麻煩，最終導(dǎo)致產(chǎn)品的成本提高。成組技術(shù)可以通過相似零件設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化最大限度地減少零件的品種和規(guī)格。在設(shè)計過程中，利用已標(biāo)準(zhǔn)化的復(fù)合零件的設(shè)計資料，最大限度地減少零件設(shè)計的工作量，實現(xiàn)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化，最終達(dá)到縮短設(shè)計周期、提高設(shè)計質(zhì)量、減少產(chǎn)品品種、降低產(chǎn)品成本的目的。根據(jù)國外資料介紹，按成組技術(shù)進(jìn)行新產(chǎn)品設(shè)計，約有75％以上的零件圖可以利用（重復(fù)使用或稍加修改）已有的圖樣，只有25％左右的新產(chǎn)品零件要重新設(shè)計。

對于相似件，可根據(jù)作用相似和結(jié)構(gòu)特征相似進(jìn)一步細(xì)分。結(jié)構(gòu)相似功能相似

一次相似二次相似（設(shè)計信息）