柔性制造系统

出处：按学科分类—工业技术 河南科学技术出版社《钣金技术手册》第30页（2597字）

(一)FMS基本概念

自从钣金加工柔性制造单元(flexible manufacturing cells，FMC)问世以来，在微型计算机控制板材加工中心、冲压加工单元、剪切加工单元、弯曲加工单元等自动工作与多台CNC(计算机数字控制)机械结合的基础上，通过无人搬运台车、高架式输送装置、机器人等辅助装置组合起来，用计算机自动控制整个系统，实现多工序的连贯生产，构成包括FMC的钣金加工柔性制造系统(FMS)。

FMS是综合了刚性自动化和加工中心单机数控设备两种生产方式的优点，不仅将系统中的物料流和信息流有机结合起来，同时均衡系统的自动化程度和柔度，兼顾了生产率和柔性(图1－11)，适用于多品种、中小批量生产的高效自动化制造系统。

图1－11 三种生产方式比较

钣金加工FMS是指以数控冲床、加工中心及辅助设备为基础，将柔性的自动化运输、存储系统有机地结合起来，由计算机对系统的软、硬件资源实施集中管理和控制而形成的一个物料流和信息流密切结合、监控诊断和处理紧密结合的自动化加工系统。

(二)FMS具备的功能

1．自动加工功能

在成组技术的基础上，FMS能根据不同的生产需要，在不停机的情况下自动变更各加工设备上的工作程序，自动更换刀具，自动装卸工件，自动调整冷却切削液的供给状态及自动处理切屑或废料等，这是制造系统实现自动化的基础。

2．自动搬运和储料功能

为实现柔性加工，工业机器人在FMS自动物流系统中的作用，如图1－12所示，可以按照不同的加工顺序，以不同的运输路线，按不同的生产节拍，对不同的产品零件进行同时加工。并且，为提高物料运送的准确性和及时性，系统还具有自动化储料仓库、中间仓库、零件仓库、夹具和刀具仓库等。自动搬运和储料功能是系统提高设备利用率，实现柔性加工的重要条件。

图1－12 工业机器人在物流系统中

CNC．计算机数字控制 Robot．机器人 PS．立体仓库

3．自动监控和诊断功能

FMS能通过各种传感测量的反馈控制技术，及时地监控和诊断加工过程，并作出相应的处理，这是保证系统正常工作的基础。

4．信息处理功能

信息处理功能是将以上三者综合起来的综合软件功能，包括生产计划和管理程序的制定，自动加工和送料、储料及故障处理程序的制定，生产信息的论证及系统数据库的建立等。

(三)FMS的基本组成

为实现FMS的上述功能，一般FMS由4个具体功能系统组成，如图1－13所示。

图1－13 FMS结构

1．自动加工系统

自动加工系统一般由加工设备、检验设备和清洗设备等组成，是完成零件加工的硬件系统。

加工设备多为加工中心或数控冲床。加工中心是一种具有自动交换工具装置(automatic tool changer，ATC)的复合型数控机床，除可以对一次装夹中的工件完成不同加工表面的多种功能的连续加工外，还可与工件自动交换装置(automatic work changer，AWC)相结合，构成柔性制造单元(FMC)。AWC一般多由托盘库和托盘自动交换装置(automatic pallet changer，APC)组成，托盘实际是装载零件的随行工作台。

2．自动物流系统

自动物流系统由存储、搬运等子系统组成。FMS使用的搬运装置主要有输送带、APC装置或输送车、机器人等，如图1－14所示。板料冲压多工位自动机上的搬运装置和压力机的动作连锁，在压力机每一工作循环的适当位置，压力机发出的同步脉冲信号，经输入微型计算机后作出响应，并向送料机构的各操纵电磁气阀发出控制命令。

图1－14 钣金自动送料机构

3．自动监控系统

为了能对FMS的生产过程实施及时控制，一般在机床或搬运装置等系统中安装了大量的传感器。对于无人运转的高度自动化系统，为了监视整个生产过程，传感器也可以单独配置，如工业电视、红外线温度监测器和烟雾感知器等。

4．综合软件系统

(1)生产控制软件：一般包括生产计划、工件、刀具、加工程序等的数据管理软件，加工过程、搬运过程、工件加工顺序等的运行控制软件，运行状态、加工状态、故障诊断和处理情况监视等的运行监视软件，以及状态显示等软件系统，均是保证FMS正常工作的基本软件系统。

(2)管理信息处理软件：主要用于生产的宏观管理和调度，以确保FMS能有效而经济地达到生产目标。如根据市场需求来调整生产计划和设备负荷计划，对设备、工具、工件等的数量和状态进行有效的管理等。

(3)技术信息处理软件：主要用于对生产中的技术信息，如加工顺序的确定、设备和工装的选择、加工条件和刀具路径的确定等进行处理。