柔性制造系统
开放分类:生产管理术语
    柔性制造系统(Flexible Manufacturing System,FMS
    随着科学技术的发展,人类社会对产品的功能与质量的要求越来越高,产品更新换代的周期越来越短,产品的复杂程度也随之增高,传统的大批量生产方式受到了挑战。这种挑战不仅对中小企业形成了威胁,而且也困扰着国有大中型企业。因为,在大批量生产方式中,柔性和生产率是相互矛盾的。众所周知,只有品种单一、批量大、设备专用、工艺稳定、效率高,才能构成规模经济效益;反之,多品种、小批量生产,设备的专用性低,在加工形式相似的情况下,频繁的调整工夹具,工艺稳定难度增大,生产效率势必受到影响。为了同时提高制造工业的柔性和生产效率,使之在保证产品质量的前提下,缩短产品生产周期,降低产品成本,是终使中小批量生产能与大批量生产抗衡,柔性自动化系统便应运而生。
  自从1954年美国麻省理工学院第一台数字控制铣床诞生后,70年代初柔性自动化进入了生产实用阶段。几十年来,从单台数控机床的应用逐渐发展到加工中心、柔性制造单元、柔性制造系统和计算机集成制造系统,使柔性自动化得到了迅速发展。
工艺基础FMS的工艺基础是成组技术,它按照成组的加工对象确定工艺过程,选择相适应的数控加工设备和工件、工 
具等物料的储运系统,并由计算机进行控制,故能自动调整并实现一定范围内多种工件的成批高效生产(即具有“柔性”),并能及时地改变产品以满足市场需求。
  FMS兼有加工制造和部分生产管理两种功能,因此能综合地提高生产效益。FMS的工艺范围正在不断扩大,可以包括毛坯制造、机械加工、装配和质量检验等。投入使用的FMS,大都用于切削加工,也有用于冲压和焊接的。
系统组成加工设备
  加工设备主要采用加工中心和数控车床,前者用于加工箱体类和板类零件,后者则用于加工轴类和盘类零件。中、大批量少品种生产中所用的FMS,常采用可更换主轴箱的加工中心,以获得更高的生产效率。
储存和搬运
  储存和搬运系统搬运的的物料有毛坯、工件、刀具、夹具、检具和切屑等;储存物料的方法有平面布置的托盘库,也有储存量较大的桁道式立体仓库。
  毛坯一般先由工人装入托盘上的夹具中,并储存在自动仓库中的特定区域内,然后由自动搬运系统根据物料管理计算机的指令送到指定的工位。固定轨道式台车和传送滚道适用于按工艺顺序排列设备的FMS,自动引导台车搬送物料的顺序则与设备排列位置无关,具有较大灵活性。
  工业机器人可在有限的范围内为1-4台机床输送和装卸工件,对于较大的工件常利用托盘自动交换装置(简称APC)来传送,也可采用在轨道上行走的机器人,同时完成工件的传送和装卸。
  磨损了的刀具可以逐个从刀库中取出更换,也可由备用的子刀库取代装满待换刀具的刀库。车床卡盘的卡爪、特种夹具和专用加工中心的主轴箱也可以自动更换。切屑运送和处理系统是保证 FMS连续正常工作的必要条件,一般根据切屑的形状、排除量和处理要求来选择经济的结构方案。
信息控制
  FMS信息控制系统的结构组成形式很多,但一般多采用群控方式的递阶系统。第一级为各个工艺设备的计算机数控装置(CNC),实现各个加工过程的控制;第二级为群控计算机,负责把来自第三级计算机的生产计划和数控指令等信息,分配给第一级中有关设备的数控装置,同时把它们的运转状况信息上报给上级计算机;第三级是FMS的主计算机(控制计算机),其功能是制订生产作业计划,实施FMS运行状态的管理,及各种数据的管理;第四级是全厂的管理计算机。
  性能完善的软件是实现FMS功能的基础,除支持计算机工作的系统软件外,数量更多的是根据使用要求和用户经验所发展的专门应用软件,大体上包括控制软件(控制机床、物料储运系统、检验装置和监视系统)、计划管理软件(调度管理、质量管理、库存管理、工装管理等)和数据管理软件(仿真、检索和各种数据库)等。
  为保证FMS的连续自动运转,须对刀具和切削过程进行监视,可能采用的方法有:测量机床主轴电机输出的电流功率,或主轴的扭矩;利用传感器拾取刀具破裂的信号;利用接触测头直接测量刀具的刀刃尺寸或工件加工面尺寸的变化;累积计算刀具的切削时间以进行刀具寿命管理。此外,还可利用接触测头来测量机床热变形和工件安装误差,并据此对其进行补偿。
系统类型柔性制造是指在计算机支持下,能适应加工对象变化的制造系统。柔性制造系统有以下三种类型:
1、柔性制造单元
  柔性制造单元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。柔性制造单元适合加工形状复杂,加工工序简单,加工工时较长,批量小的零件。它有较大的设备柔性,但人员和加工柔性低。
2、柔性制造系统
  柔性制造系统是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。
3、柔性自动生产线
  柔性自动生产线是把多台可以调整的机床(多为专用机床)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制造系统。
  系统优点柔性制造系统的优点 :
  柔性制造系统是一种技术复杂、高度自动化的系统,它将微电子学、计算机和系统工程等技术有机地结合起来,理想和圆满地解决了机械制造高自动化与高柔性化之间的矛盾。具体优点如下。
  1、设备利用率高。一组机床编入柔性制造系统后,产量比这组机床在分散单机作业时的产量提高数倍。
  2、在制品减少80%左右。
  3、生产能力相对稳定。自动加工系统由一自或多台机床组成,发生故障时,有降级运转的能力,物料传送系统也有自行绕过故障机床的能力。
  4、产品质量高。零件在加工过程中,装卸一次完成,加工精度高,加工形式稳定。
  5、运行灵活。有些柔性制造系统的检验、装卡和维护工作可在第一班完成,第二、第三班可在无人照看下正常生产。在理想的柔性制造系统中,其监控系统还能处理诸如刀具的磨损调换、物流的堵塞疏通等运行过程中不可预料的问题。
  6、产品应变能力大。刀具、夹具及物料运输装置具有可调性,且系统平面布置合理,便于增减设备,满足市场需要。
  7、经济效果显著。采用FMS的主要技术经济效果是:能按装配作业配套需要,及时安排所需零件的加工,实现及时生产,从而减少毛坯和在制品的库存量,及相应的流动资金占用量,缩短生产周期;提高设备的利用率,减少设备数量和厂房面积;减少直接劳动力,在少人看管条件下可实现昼夜24小时的连续“无人化生产”;提高产品质量的一致性。
  展趋势柔性制造系统的发展趋势大致有两个方面。一方面是与计算机辅助设计和辅助制造系统相结合,利用原有产品系列的典型工艺资料,组合设计不同模块,构成各种不同形式的具有物料流和信息流的模块化柔性系统。另一方面是实现从产品决策、产品设计、生产到销售的整个生产过程自动化,特别是管理层次自动化的计算机集成制造系统。在这个大系统中,柔性制造系统只是它的一个组成部分。
  1、模块化的柔性制造系统
  为了保证系统工作的可靠性和经济性,可将其主要组成部分标准化和模块化。加工件的输送模块,有感应线导轨小车输送和有轨小车输送;刀具的输送和调换模块,有刀具交换机器人和与工件共用输送小车的刀盒输送方式等。利用不同的模块组合,构成不同形式的具有物料流和信息流的柔性制造系统,自动地完成不同要求的全部加工过程。图1是典型模块化柔性制造系统特征图。由图1可见,刀具的供给方式、工件的输送存储和交换方式,是影响系统复杂程度的最大因素。
  2、计算机集成制造系统
  从1870-1970年的100年中,加工过程的效率提高了2000%,而生产管理的效率只提高了80%,产品设计的效率仅提高了20%左右。显然,后两种的效率已成为进一步发展生产的制约因素。因此,制造技术的发展就不能局限在车间制造过程的自动化,而要全面实现从生产决策、产品设计到销售的整个生产过程的自动化,特别是管理层次工作的自动化。这样集成的一个完整的生产系统就是计算机集成制造系统(CIMS)。
CIMS的主要特征是集成化与智能化。集成化即自动化的广度,它把系统的空间扩展到市场、产品设计、加工制造、检验、销售和为用户眼务等全部过程;智能化的自动化朝深度,不仅包含物料流的自动化,而且还包括信息流的自动化。
  3、决策
  决策层是企业的领导机构,通过管理信息系统掌握扔连接各部门的信息。生产活动的信息源来自生产对象——产品的订货。根据用户对产品功能的要求,CAD(计算机辅助设计)系统提供有关产品的全部信息和数据。产品原始数据是企业生产活动初始的信息源,所以,智能化的CAD系统是CIMS的基础。CAPP(计算机辅助工艺过程设计)系统不仅要编制工艺规程,设计工夹量具,确定工时和工序费用,还要与CAM(计算机辅助制造)系统连接,为数控机床提供工艺数据,为生产计划、作业调度、质量管理和成本核算提供数据,井将诸如制造可能性和成本等信息反馈至CAD系统,生产计划与控制系统是全厂的生产指挥枢纽。为使生产有条不紊地进行,必须相应建立生产数据来集系统,以此构成一个能反映生产过程真实情况的信息反馈系统。
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参考资料:
1.http://www.ecnc.org.cn/equipment/robot/2013/201365346.html
贡献者(共 2 名):
玛门(1)cheneychain(1)
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最近更新:2013/7/5 16:26:30
创建者:玛门