第8章柔性制造系统剖析课件.ppt(69页)
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1、2023-9-21武汉理工大学机电学院1/72一、一、FMS概述概述二、二、FMS加工系统加工系统三、三、FMS储运系统储运系统 四、四、FMS控制系统控制系统第八章第八章 柔性制造系统柔性制造系统五、五、CIMS系统系统2023-9-21武汉理工大学机电学院2/72一、一、FMS概述概述1、FMS的产生和特点的产生和特点2、FMS的定义、组成及其分类的定义、组成及其分类3、FMS的发展趋势的发展趋势2023-9-21武汉理工大学机电学院3/721、FMS的产生和特点的产生和特点FMS因应:因应:u产品更新换代周期缩短;产品更新换代周期缩短;u需求日益个性化;需求日益个性化;4 加工箱体类零件
2、的组合机床自动线刚性刚性柔性柔性 刚性自动线刚性自动线:按一定工艺顺序排:按一定工艺顺序排列的若干台自动机床,用工件传送装列的若干台自动机床,用工件传送装置和控制系统联结起来,按照规定的置和控制系统联结起来,按照规定的生产节拍,工件自动地依次经过各个生产节拍,工件自动地依次经过各个加工工位进行自动加工的连续作业线。加工工位进行自动加工的连续作业线。5刚性自动线的特点与缺陷特点:特点:具有统一的控制系统和严格的生产节拍,与自动化具有统一的控制系统和严格的生产节拍,与自动化单机相比,结构复杂,完成的加工工序多,单机相比,结构复杂,完成的加工工序多,生产率很高生产率很高。是是少品种、大量生产少品种、
3、大量生产必不可少的加工设备。必不可少的加工设备。缺点:缺点:投资大,系统调整周期长,更换产品不方便。投资大,系统调整周期长,更换产品不方便。柔性制造系统产生柔性制造系统产生2023-9-21武汉理工大学机电学院6/72u 世界上公认的第一条柔性制造系统是英国莫林斯(世界上公认的第一条柔性制造系统是英国莫林斯(Molins)机床公司机床公司19671967年建成的年建成的“Molin System-24”。主要设备是。主要设备是6 6台台模块化结构的多工序数字控制机床,该系统能模块化结构的多工序数字控制机床,该系统能2424小时连续工小时连续工作,因此称为作,因此称为“Molin System-
4、24”;u 2020世纪世纪7070年代末和年代末和8080年代初,计算机辅助管理物料自动搬运,年代初,计算机辅助管理物料自动搬运,刀具管理和计算机网络、数据库技术的发展以及刀具管理和计算机网络、数据库技术的发展以及 CAD/CAM CAD/CAM 技技术的成熟,出现了更加系统化、规模更加扩大的柔性制造系术的成熟,出现了更加系统化、规模更加扩大的柔性制造系统。统。u 2020世纪世纪8080年代末,年代末,FMS已经成为一项成熟的技术,并在世界已经成为一项成熟的技术,并在世界范围得到广泛应用。范围得到广泛应用。柔性自动化制造技术的产生柔性自动化制造技术的产生2023-9-21武汉理工大学机电学
5、院7/72 我国采取我国采取引进和开发相结合引进和开发相结合的方针,引进箱体类零件、的方针,引进箱体类零件、旋转体件及钣金件加工旋转体件及钣金件加工FMS的全部或部分硬件技术。的全部或部分硬件技术。u 19841984是我国研制是我国研制 FMS 的起步时间,比国外晚了的起步时间,比国外晚了1717年。年。我我国第一套国第一套 FMS FMS 系统是由北京机床研究所于系统是由北京机床研究所于19851985年年1010月开发月开发完成的(完成的(JCS-FMS-1),用于加工数控机床直流伺服电机中),用于加工数控机床直流伺服电机中的主轴、端盖、法兰盘、壳体和刷架体等,它由的主轴、端盖、法兰盘、
6、壳体和刷架体等,它由5 5台国产加台国产加工中心、日本富士电机公司的工中心、日本富士电机公司的 AGV(自动导引车)及(自动导引车)及4 4台台日本产的机器人组成,其控制系统由日本产的机器人组成,其控制系统由 FANUC提供。据分析,提供。据分析,它的投资回收期约为两年半。它的投资回收期约为两年半。u 19831983年年19851985年,在国家的支持下北京第一机床厂、湖南江年,在国家的支持下北京第一机床厂、湖南江麓机床厂、郑州纺织机械厂、广西柳州开关厂等一些单位分麓机床厂、郑州纺织机械厂、广西柳州开关厂等一些单位分别率先从德国、日本进口了国内第一批别率先从德国、日本进口了国内第一批FMS。
7、我国我国FMS的研究历程的研究历程2023-9-21武汉理工大学机电学院8/72u19851985年后在国家机电部年后在国家机电部“七五七五”重点科技攻关项目的支持和国重点科技攻关项目的支持和国家家863863高技术发展计划自动化领域的工作的带动下,高技术发展计划自动化领域的工作的带动下,FMS得到得到极大的重视和发展,进入了自行开发和部分进口的交叉阶段。极大的重视和发展,进入了自行开发和部分进口的交叉阶段。u19881988年北京机床研究所为天津减速机厂提供的加工减速机机座年北京机床研究所为天津减速机厂提供的加工减速机机座的的JCS-FMS-2系统是全部自行开发和配套的,它标志着我国已系统是
8、全部自行开发和配套的,它标志着我国已具有自主开发具有自主开发FMSFMS系统的实力。系统的实力。u近几年来,国内一些经济实力比较雄厚的工厂(北京第一机床近几年来,国内一些经济实力比较雄厚的工厂(北京第一机床厂,上海第二纺织机械厂,天津减速机总厂,山西经纬纺织机厂,上海第二纺织机械厂,天津减速机总厂,山西经纬纺织机械厂等),为实施械厂等),为实施CIMS,又进口了一些国外的,又进口了一些国外的FMS系统。系统。9典型的柔性制造系统示意图典型的柔性制造系统示意图1 110典型的柔性制造系统示意图典型的柔性制造系统示意图2 2112023-9-21武汉理工大学机电学院12/72FMS的柔性的柔性q
9、设备柔性:当要求生产一系列不同类型的产品时,设备随产品变化而加工不同零设备柔性:当要求生产一系列不同类型的产品时,设备随产品变化而加工不同零件的难易程度。件的难易程度。q 工艺柔性:一是工艺流程不变时自身适应产品或原材料变化的能力;二是制造系工艺柔性:一是工艺流程不变时自身适应产品或原材料变化的能力;二是制造系统内为适应产品或原材料变化而改变相应工艺的难易程度。统内为适应产品或原材料变化而改变相应工艺的难易程度。q 产品柔性:一是产品更新或完全转向后,系统能够非常经济和迅速地生产出新产产品柔性:一是产品更新或完全转向后,系统能够非常经济和迅速地生产出新产品的能力;二是产品更新后,对老产品有用特
10、性的继承能力和兼容能力。品的能力;二是产品更新后,对老产品有用特性的继承能力和兼容能力。q 维护柔性:采用多种方式查询、处理故障,保障生产正常进行的能力。维护柔性:采用多种方式查询、处理故障,保障生产正常进行的能力。q 生产能力柔性:当生产量改变、系统也能经济地运行的能力。对于根据订货而组生产能力柔性:当生产量改变、系统也能经济地运行的能力。对于根据订货而组织生产的制造系统,这一点尤为重要。织生产的制造系统,这一点尤为重要。q 扩展柔性:当生产需要的时候,可以很容易地扩展系统结构,增加模块,构成一扩展柔性:当生产需要的时候,可以很容易地扩展系统结构,增加模块,构成一个更大系统的能力。个更大系统
11、的能力。q 运行柔性:利用不同的机器、材料、工艺流程来生产一系列产品的能力和同样的运行柔性:利用不同的机器、材料、工艺流程来生产一系列产品的能力和同样的产品,换用不同工序加工的能力。产品,换用不同工序加工的能力。所谓柔性,是指制造系统(企业)对系统内部及外部环境的一种适应能力,所谓柔性,是指制造系统(企业)对系统内部及外部环境的一种适应能力,也是指制造系统能够适应产品变化的能力。也是指制造系统能够适应产品变化的能力。通常体现在以下几个方面:通常体现在以下几个方面:2023-9-21武汉理工大学机电学院13/72(1)FMS的定义的定义q柔性制造系统(柔性制造系统(FMSFMS)是数控加工设备、
12、物料运储装置和)是数控加工设备、物料运储装置和计算机控制系统等组成的自动化制造系统,包括多个柔性制计算机控制系统等组成的自动化制造系统,包括多个柔性制造单元,能根据制造任务或生产环境的变化迅速调整,适用造单元,能根据制造任务或生产环境的变化迅速调整,适用于多品种、中小批量生产。于多品种、中小批量生产。(根据根据“中华人民共和国国家军中华人民共和国国家军用标准用标准武器装备柔性制造系统术语武器装备柔性制造系统术语”的定义的定义)q“使用计算机、柔性加工单元和集成物料储运装置完成零使用计算机、柔性加工单元和集成物料储运装置完成零件族某一工序或一系列工序的一种集成制造系统件族某一工序或一系列工序的一
13、种集成制造系统”。(美国。(美国制造工程师协会制造工程师协会(SME)(SME)的计算机辅助系统和应用协会)的计算机辅助系统和应用协会)2、FMS的定义、组成及其分类的定义、组成及其分类2023-9-21武汉理工大学机电学院14/72 更直观的定义是:更直观的定义是:“柔性制造系统是至少由两台数控机床,柔性制造系统是至少由两台数控机床,一套物料运输系统(从装载到卸载具有高度自动化)和一套计一套物料运输系统(从装载到卸载具有高度自动化)和一套计算机控制系统所组成的制造自动化系统。它采用简单改变软件算机控制系统所组成的制造自动化系统。它采用简单改变软件的方法便能制造出某些部件中的任何零件的方法便能
14、制造出某些部件中的任何零件”。综上所述,各种定义的描述方法虽然有所不同,但都反映了综上所述,各种定义的描述方法虽然有所不同,但都反映了FMS应具备以下特点:应具备以下特点:1.两台以上的数控机床或加工中心以及其他加工设备,包两台以上的数控机床或加工中心以及其他加工设备,包括测量机、清洗机、动平衡机、各种特种加工设备等;括测量机、清洗机、动平衡机、各种特种加工设备等;2.一套能自动装卸的运输系统,包括刀具储运和工件及原一套能自动装卸的运输系统,包括刀具储运和工件及原材料储运。具体结构可采用传输带、有轨小车、无轨小材料储运。具体结构可采用传输带、有轨小车、无轨小车、搬运机器人、上下料托盘站等;车、
15、搬运机器人、上下料托盘站等;3.一套计算机控制系统及信息通信网络。一套计算机控制系统及信息通信网络。2023-9-21武汉理工大学机电学院15/72FMS的组成自动仓库工厂计算机中央计算机物流控制计算机运输小车加工单元1加工单元2加工单元n信 息 传 输 网 络工夹具站FMS的组成的组成物料储运系统物料储运系统计算机控制系统计算机控制系统加工系统加工系统2023-9-21武汉理工大学机电学院16/72FMS基本组成 2023-9-21武汉理工大学机电学院17/72硬件组成硬件组成三个子系统三个子系统q加工系统加工系统q储运系统储运系统q计算机控制系统计算机控制系统(2)FMS的组成的组成202
16、3-9-21武汉理工大学机电学院18/72软件组成软件组成u FMS系统支持软件系统支持软件操作系统、网络通信系统、操作系统、网络通信系统、数据库管理系统等;数据库管理系统等;uFMS的运行控制系统的运行控制系统动态调度系统、实时故障动态调度系统、实时故障诊断系统、生产准备系统、物料(工件和刀具)管理控诊断系统、生产准备系统、物料(工件和刀具)管理控制系统等。制系统等。2023-9-21武汉理工大学机电学院19/72FMS的功能的功能q能自动管理零件的生产过程,自动控制制造质量,自能自动管理零件的生产过程,自动控制制造质量,自动进行故障诊断及处理,自动进行信息收集及传输;动进行故障诊断及处理,
17、自动进行信息收集及传输;q简单地改变软件或系统参数,便能制造出某一零件族简单地改变软件或系统参数,便能制造出某一零件族的多种零件;的多种零件;q物料的运输和储存必须为自动物料的运输和储存必须为自动(包括刀具等工装和工件包括刀具等工装和工件的自动运输的自动运输);q能解决多机床条件下零件的混流加工,且无需额外增能解决多机床条件下零件的混流加工,且无需额外增加费用;加费用;q具有优化调度管理功能,能实现无人化或少人化加工。具有优化调度管理功能,能实现无人化或少人化加工。2023-9-21武汉理工大学机电学院20/72a)a)互替式互替式 b)b)互补式互补式 c)c)混合式混合式 FMS适用于中小
18、批量的生产,既要兼顾对生产率和柔适用于中小批量的生产,既要兼顾对生产率和柔性的要求,也要考虑系统的可靠性和机床的负荷率。因此性的要求,也要考虑系统的可靠性和机床的负荷率。因此,就产生了三种类型的,就产生了三种类型的FMS:(3)FMS的机床配置形式的机床配置形式互替形式互替形式 所谓互替机床就是纳入所谓互替机床就是纳入系统的机床可以互相代替。系统的机床可以互相代替。例如,由数台加工中心例如,由数台加工中心组成的组成的FMS,由于加工中心,由于加工中心可以完成多种工序的加工,可以完成多种工序的加工,有时一台加工中心就能完成有时一台加工中心就能完成箱体的全部工序,工件可随箱体的全部工序,工件可随机
19、地输送到系统中任何恰好机地输送到系统中任何恰好空闲的加工工位。系统具有空闲的加工工位。系统具有较大的柔性和较宽的工艺范较大的柔性和较宽的工艺范围,而且可以达到较高的时围,而且可以达到较高的时间利用率。从系统的输入和间利用率。从系统的输入和输出来看,它们是并联环节,输出来看,它们是并联环节,因而增加了系统的可靠性,因而增加了系统的可靠性,即当某一台机床发生故障时,即当某一台机床发生故障时,系统仍能正常工作。系统仍能正常工作。互补形式互补形式 所谓互补机床所谓互补机床就是纳入系统的机就是纳入系统的机床是互相补充的,床是互相补充的,各自完成某些特定各自完成某些特定的工序,各机床之的工序,各机床之间不
20、能互相取代,间不能互相取代,工件在一定程度上工件在一定程度上必须顺序经过各加必须顺序经过各加工工位。它的特点工工位。它的特点是生产率较高,对是生产率较高,对机床的技术利用率机床的技术利用率较高,即可以充分较高,即可以充分发挥机床的性能。发挥机床的性能。从系统的输入和输从系统的输入和输出的角度来看,互出的角度来看,互补机床是串联环节,补机床是串联环节,它减少了系统的可它减少了系统的可靠性,即当一台机靠性,即当一台机床发生故障时,系床发生故障时,系统就不能正常工作。统就不能正常工作。2023-9-21武汉理工大学机电学院21/72互替与互补机床配置的特征比较互替与互补机床配置的特征比较2023-9
21、-21武汉理工大学机电学院22/72q 柔性制造单元(柔性制造单元(FMC)小型小型FMS,由,由1-21-2台机床组成,台机床组成,自动更换刀具,自动上下工件;自动更换刀具,自动上下工件;q 柔性制造系统柔性制造系统(FMS)控制与管理功能比控制与管理功能比FMC强,管理强,管理通信要求高;通信要求高;q 柔性制造生产线柔性制造生产线(FML)数控组合机床设备,专用性数控组合机床设备,专用性强、生产率高,相当于数控自动生产线,用于少品种、强、生产率高,相当于数控自动生产线,用于少品种、中大批量生产,为专用中大批量生产,为专用FMS。q 柔性制造工厂柔性制造工厂(FMF)全企业范围生产管理、设
22、计开全企业范围生产管理、设计开发、加工制造和物料运储全盘自动化。发、加工制造和物料运储全盘自动化。(4)FMS的分类的分类2023-9-21武汉理工大学机电学院23/721)柔性制造单元()柔性制造单元(FMC)由一台或数台数控机床或加工中心构成的加工单元。该单元根据由一台或数台数控机床或加工中心构成的加工单元。该单元根据需要可以自动更换刀具和夹具,加工不同的工件。具有一定的生产调度需要可以自动更换刀具和夹具,加工不同的工件。具有一定的生产调度能力。柔性制造单元适合加工形状复杂,加工工序简单,加工工时较,能力。柔性制造单元适合加工形状复杂,加工工序简单,加工工时较,批量小的零件。它有较大的设备
23、柔性,但人员和加工柔性低。批量小的零件。它有较大的设备柔性,但人员和加工柔性低。FMS的分类的分类2)柔性制造系统()柔性制造系统(FMS)以数控机床或加工中心为基础,配以物料传送装置组成的生产系以数控机床或加工中心为基础,配以物料传送装置组成的生产系统。该系统由电子计算机实现自动控制,能在不停机的情况下,满足多统。该系统由电子计算机实现自动控制,能在不停机的情况下,满足多品种的加工。柔性制造系统适合加工形状复杂,加工工序多,批量大的品种的加工。柔性制造系统适合加工形状复杂,加工工序多,批量大的零件。其加工和物料传送柔性大,但人员柔性仍然较低。零件。其加工和物料传送柔性大,但人员柔性仍然较低。
24、3)柔性制造生产线()柔性制造生产线(FML)把多台可以调整的机床把多台可以调整的机床(多为专用机床多为专用机床)联结起来,配以自动运送联结起来,配以自动运送装置组成的生产线。该生产线可以加工批量较大的不同规格零件。柔性装置组成的生产线。该生产线可以加工批量较大的不同规格零件。柔性程度低的柔性自动生产线,在性能上接近大批量生产用的自动生产线;程度低的柔性自动生产线,在性能上接近大批量生产用的自动生产线;柔性程度高的柔性自动生产线,则接近于小批量、多品种生产用的柔性柔性程度高的柔性自动生产线,则接近于小批量、多品种生产用的柔性制造系统。制造系统。2023-9-21武汉理工大学机电学院24/72柔
25、性制造系统(Flexible Manufacturing System)由两台或两台以上加工中心或数控机床组成,并在加工自动化的基础上实现了物料流和信息流的自动化。其基本组成部分有:自动化加工设备、工件储运系统、刀具储运系统和多层计算机控制系统等。1.自动化加工设备组成FMS的自动化加工设备有数控机床、加工中心、车削中心等,也可能是柔性制造单元。柔性制造系统FMS2023-9-21武汉理工大学机电学院25/72 2.工件储运系统 FMS工件储运系统由工件库、工件运输设备和更换装置等组成。工件库包括自动化立体仓库和托盘(工件)缓冲站。工件运输设备包括各种传送带、运输小车、机器人或机械手等;工件更
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