《柔性制造系統(tǒng)控制技術(shù)》課件第1章

項(xiàng)目一柔性制造系統(tǒng)認(rèn)知了解柔性制造系統(tǒng)及其應(yīng)用一、任務(wù)引入

隨著社會(huì)的進(jìn)步、時(shí)代的發(fā)展，傳統(tǒng)的少品種、大批量的生產(chǎn)方式受到嚴(yán)重的挑戰(zhàn)，企業(yè)迫切需要一種能在一定范圍內(nèi)調(diào)整加工工藝，并且能生產(chǎn)多品種、小批量產(chǎn)品的設(shè)備。在這種背景下，柔性制造系統(tǒng)(FlexibleManufactureSystem，F(xiàn)MS)應(yīng)運(yùn)而生，并在世界范圍內(nèi)得到推廣，而且在不斷完善和發(fā)展中。

二、任務(wù)分析

通過(guò)本任務(wù)的學(xué)習(xí)，應(yīng)實(shí)現(xiàn)以下知識(shí)目標(biāo)：

(1)了解柔性制造系統(tǒng)的發(fā)展歷程。

(2)熟悉柔性制造系統(tǒng)的基本構(gòu)成。

(3)熟悉柔性制造系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)。

了解柔性制造系統(tǒng)及其應(yīng)用

1.柔性制造系統(tǒng)的發(fā)展過(guò)程20世紀(jì)50年代至60年代，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，一些工業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家和地區(qū)在研究工廠生產(chǎn)的產(chǎn)品之后，發(fā)現(xiàn)大批量生產(chǎn)只占整個(gè)制造業(yè)的一小部分，大約占制造業(yè)總量的15%～25%，而中小批量生產(chǎn)則占了75%～85%，此時(shí)人們已意識(shí)到多品種、小批量自動(dòng)化生產(chǎn)方式將成為主流趨勢(shì)。同時(shí)，社會(huì)對(duì)產(chǎn)品功能與質(zhì)量的要求越來(lái)越高，產(chǎn)品更新?lián)Q代的周期越來(lái)越短，產(chǎn)品的復(fù)雜程度也隨之增高，傳統(tǒng)的大批量生產(chǎn)受到挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的大批量、少品種的加工方式采用自動(dòng)流水線制造設(shè)備，采用剛性自動(dòng)化的生產(chǎn)方式，其主要特點(diǎn)是有固定的物流設(shè)備，且加工工藝較為固定，不易更改。這種剛性自動(dòng)化生產(chǎn)線的優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)率很高，由于設(shè)備是固定的，所以設(shè)備的利用率也很高，因此生產(chǎn)產(chǎn)品的成本相對(duì)較低。其缺點(diǎn)也十分明顯，由于設(shè)備的固定性，需要對(duì)生產(chǎn)線進(jìn)行較大改動(dòng)才能滿足改變加工產(chǎn)品品種的要求，這樣導(dǎo)致投資成本的加大和對(duì)時(shí)間的消耗；而多品種、小批量生產(chǎn)加工要求產(chǎn)品多樣、產(chǎn)品更新周期短、產(chǎn)品功能復(fù)雜，這必然會(huì)導(dǎo)致加工時(shí)頻繁調(diào)換刀具，加工工藝穩(wěn)定性差，生產(chǎn)效率也因此受到影響。因此這種加工方式已經(jīng)不能滿足多品種、小批量生產(chǎn)的要求，其勞動(dòng)生產(chǎn)率也極大地落后于傳統(tǒng)的大批量生產(chǎn)方式。為了同時(shí)提高制造工業(yè)的柔性和生產(chǎn)效率，使之在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期，降低產(chǎn)品成本，最終使中小批量生產(chǎn)能與大批量生產(chǎn)抗衡，柔性制造系統(tǒng)便應(yīng)運(yùn)而生。1967年，世界上首套FMS“系統(tǒng)24”由英國(guó)莫林斯公司研制開(kāi)發(fā)。“系統(tǒng)24”是由六臺(tái)模塊化的數(shù)控機(jī)床組成的多工序生產(chǎn)線，可實(shí)現(xiàn)無(wú)人看管自動(dòng)連續(xù)生產(chǎn)加工的功能。但最終因經(jīng)濟(jì)耗費(fèi)巨大以及技術(shù)不成熟，導(dǎo)致該系統(tǒng)并未全部建成。同年，美國(guó)的懷特·森斯特蘭公司也研制開(kāi)發(fā)了另一套系統(tǒng)“onmilineⅠ”，它比“系統(tǒng)24”更為龐大，具有八臺(tái)加工中心和兩臺(tái)多軸鉆床，系統(tǒng)以相對(duì)較固定的加工工藝，采用固定順序?qū)⑼斜P夾具中的工件送入各機(jī)床加工，同時(shí)工件在各機(jī)床之間按順序進(jìn)行傳送。這種生產(chǎn)方式能進(jìn)行連續(xù)自動(dòng)加工，但與傳統(tǒng)的生產(chǎn)線較為類似，只能滿足少品種、大批量生產(chǎn)方式的需求，故只稱為柔性自動(dòng)線。從60年代末至70年代初，F(xiàn)MS的研制工作先后在日本、蘇聯(lián)、德國(guó)等國(guó)家開(kāi)展。1976年，F(xiàn)MS重要設(shè)備形式之一?——柔性制造單元(FMC)顯露雛形，由加工中心和工業(yè)機(jī)器人共同組成的制造單元由日本FANUC公司展出。柔性制造單元主要由數(shù)臺(tái)數(shù)控機(jī)床和一些傳送帶、工業(yè)機(jī)器人等所構(gòu)成的傳送裝置組成，工業(yè)機(jī)器人能完成將工件輸送到機(jī)床、裝卸工件等工作。此外FMC還擁有獨(dú)立存放工件的存儲(chǔ)站，后來(lái)發(fā)展成為立體倉(cāng)庫(kù)，加工工序可在一定范圍內(nèi)自動(dòng)調(diào)整從而實(shí)現(xiàn)連續(xù)加工，F(xiàn)MC滿足了多品種、小批量的生產(chǎn)需求。我國(guó)的FMS研究相對(duì)較晚，我國(guó)第一套FMS是北京機(jī)床研究所于1985年從日本富士通的FANUC公司引進(jìn)的。該套FMS主要用于旋轉(zhuǎn)體加工，其對(duì)象是FB-15/25型直流伺服電動(dòng)機(jī)的軸類、法蘭盤類、刷架體類和殼體類等四大類共14種零件。它由5臺(tái)國(guó)產(chǎn)加工中心、日本富士電機(jī)公司的AGV及4臺(tái)日本產(chǎn)的機(jī)器人組成，包括中央管理系統(tǒng)、物流控制系統(tǒng)、技工單元和監(jiān)視攝像系統(tǒng)四大部分。我國(guó)第一套自主研發(fā)的FMS-JCS-FMS-2實(shí)用型單元控制系統(tǒng)于1991年誕生，該系統(tǒng)由重慶大學(xué)與北京機(jī)床研究所共同研制開(kāi)發(fā)，雖然該系統(tǒng)功能不盡完善，但對(duì)我國(guó)的FMS發(fā)展具有里程碑式的影響。FMS從最初的概念、探索、研究并逐步走向?qū)嵱没蜕唐坊倪^(guò)程已經(jīng)經(jīng)歷了50多年，它的發(fā)展水平代表著一個(gè)國(guó)家的制造業(yè)技術(shù)水平，其中以美、英、德、日等為代表，成功地創(chuàng)造出許多優(yōu)秀的FMS案例。在目前全球所運(yùn)行的FMS中，美國(guó)所研制的占50%，而日本和德國(guó)所研制的占另一半。2.柔性制造系統(tǒng)的基本構(gòu)成FMS在直觀上可定義為一個(gè)在中央計(jì)算機(jī)控制下，由兩臺(tái)以上配有自動(dòng)換刀及自動(dòng)換工件托盤的數(shù)控機(jī)床，以及供應(yīng)刀具和工件托盤的物料運(yùn)送裝置組成的制造系統(tǒng)，它具有生產(chǎn)負(fù)荷平衡調(diào)度和對(duì)制造過(guò)程實(shí)時(shí)監(jiān)控以及制造多種零件族的柔性自動(dòng)化功能。我國(guó)對(duì)FMS的標(biāo)準(zhǔn)定義為：柔性制造系統(tǒng)是由數(shù)控加工設(shè)備、物流儲(chǔ)運(yùn)裝置和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)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)環(huán)境的變化迅速進(jìn)行調(diào)整，適用于多品種、中小批量生產(chǎn)，能適應(yīng)加工對(duì)象變換，在加工自動(dòng)化的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)物質(zhì)流和信息流的自動(dòng)化。FMS的定義有很多種，尚無(wú)統(tǒng)一定義。但簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，F(xiàn)MS運(yùn)用成組技術(shù)作為工藝基礎(chǔ)，根據(jù)具體的加工對(duì)象的特點(diǎn)和需求來(lái)確定相應(yīng)的工藝流程，并選擇自動(dòng)加工系統(tǒng)、物流系統(tǒng)和其他系統(tǒng)各部分設(shè)備的型號(hào)，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行控制，能根據(jù)產(chǎn)品和工藝流程更改要求自動(dòng)調(diào)整并以較高生產(chǎn)率生產(chǎn)多種產(chǎn)品(即具有“柔性”)。FMS可以滿足市場(chǎng)對(duì)多品種、中小批量生產(chǎn)的需求。對(duì)機(jī)械制造業(yè)的柔性制造系統(tǒng)而言，其基本構(gòu)成部分及作用如表1-1所示。柔性制造系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)主要包括計(jì)劃調(diào)度、加工設(shè)備、物流系統(tǒng)、CAD/CAM(計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)/計(jì)算機(jī)輔助制造)一體化、網(wǎng)絡(luò)通信、檢測(cè)監(jiān)控6個(gè)部分，如圖1-1所示。隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)以及機(jī)械與控制設(shè)備的發(fā)展，柔性制造技術(shù)日臻成熟。如今，F(xiàn)MS已成為各工業(yè)化國(guó)家機(jī)械制造自動(dòng)化的研制發(fā)展重點(diǎn)。按規(guī)模大小劃分，柔性制造系統(tǒng)可分為柔性制造單元(FMC)、柔性制造系統(tǒng)(FMS)、柔性制造生產(chǎn)線(FML)、柔性制造工廠(FMF)等4種形式，如表1-2所示。3.柔性制造系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)柔性制造系統(tǒng)是一個(gè)技術(shù)復(fù)雜、高度自動(dòng)化的系統(tǒng)，它將微電子學(xué)、計(jì)算機(jī)和系統(tǒng)工程等技術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，圓滿地解決了機(jī)械制造高自動(dòng)化與高柔性化之間的矛盾。其優(yōu)點(diǎn)具體如表1-3所示。柔性制造系統(tǒng)作為一種生產(chǎn)手段，不斷適應(yīng)新的需求，不斷引入新的技術(shù)，不斷向更高層發(fā)展。FMS隨著其應(yīng)用范圍的逐步擴(kuò)大，有逐漸朝低成本、高柔性、多功能化、模塊化、集成化、智能化、小型單元化、管理現(xiàn)代化、環(huán)?；较虬l(fā)展的趨勢(shì)。FMS的軟、硬件都向模塊化方向發(fā)展。一方面，與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和輔助制造系統(tǒng)相結(jié)合，利用原有產(chǎn)品系列的典型工藝資料，組合設(shè)計(jì)不同模塊，構(gòu)成各種不同形式的具有物質(zhì)流和信息流的模塊化柔性系統(tǒng)；另一方面是實(shí)現(xiàn)從產(chǎn)品決策、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)到銷售的整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化。特別是管理層次自動(dòng)化的計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)，柔性制造系統(tǒng)只是它的一個(gè)組成部分。為了保證系統(tǒng)工作的可靠性和經(jīng)濟(jì)性，將其主