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柔性制造系統(tǒng)FMS的發(fā)展
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文章來(lái)源：名易軟件柔性制造系統(tǒng)是由統(tǒng)一的信息控制系統(tǒng)、物料儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)和一組數(shù)字控制加工設(shè)備組成，能適應(yīng)加工對(duì)象變換的自動(dòng)化機(jī)械制造系統(tǒng)，英文縮寫(xiě)為FMS。FMS的工藝基礎(chǔ)是成組技術(shù)，它按照成組的加工對(duì)象確定工藝過(guò)程，選擇相適應(yīng)的數(shù)控加工設(shè)備和工件、工具等物料的儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)，并由計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，故能自動(dòng)調(diào)整并實(shí)現(xiàn)一定范圍內(nèi)多種工件的成批高效生產(chǎn)(即具有“柔性”)，并能及時(shí)地改變產(chǎn)品以滿(mǎn)足市場(chǎng)需求。FMS兼有加工制造和部分生產(chǎn)管理兩種功能，因此能綜合地提高生產(chǎn)效益。FMS的工藝范圍正在不斷擴(kuò)大，可以包括毛坯制造、機(jī)械加工、裝配和質(zhì)量檢驗(yàn)等。80年代中期投入使用的FMS，大都用于切削加工，也有用于沖壓和焊接的。采用FMS的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果是：能按裝配作業(yè)配套需要，及時(shí)安排所需零件的加工，實(shí)現(xiàn)及時(shí)生產(chǎn)，從而減少毛坯和在制品的庫(kù)存量，及相應(yīng)的流動(dòng)資金占用量，縮短生產(chǎn)周期；提高設(shè)備的利用率，減少設(shè)備數(shù)量和廠房面積；減少直接勞動(dòng)力，在少人看管條件下可實(shí)現(xiàn)晝夜24小時(shí)的連續(xù)“無(wú)人化生產(chǎn)”；提高產(chǎn)品質(zhì)量的一致性。1967年，英國(guó)莫林斯公司首次根據(jù)威廉森提出的FMS基本概念，研制了“系統(tǒng)24”。其主要設(shè)備是六臺(tái)模塊化結(jié)構(gòu)的多工序數(shù)控機(jī)床，目標(biāo)是在無(wú)人看管條件下，實(shí)現(xiàn)晝夜24小時(shí)連續(xù)加工，但最終由于經(jīng)濟(jì)和技術(shù)上的困難而未全部建成。同年，美國(guó)的懷特·森斯特蘭公司建成OmnilineI系統(tǒng)，它由八臺(tái)加工中心和兩臺(tái)多軸鉆床組成，工件被裝在托盤(pán)上的夾具中，按固定順序以一定節(jié)拍在各機(jī)床間傳送和進(jìn)行加工。這種柔性自動(dòng)化設(shè)備適于少品種、大批量生產(chǎn)中使用，在形式上與傳統(tǒng)的自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)相似，所以也叫柔性自動(dòng)線(xiàn)。日本、前蘇聯(lián)、德國(guó)等也都在60年代末至70年代初，先后開(kāi)展了FMS的研制工作。1976年，日本發(fā)那科公司展出了由加工中心和工業(yè)機(jī)器人組成的柔性制造單元(簡(jiǎn)稱(chēng)FMC)，為發(fā)展FMS提供了重要的設(shè)備形式。柔性制造單元(FMC)一般由1～2臺(tái)數(shù)控機(jī)床與物料傳送裝置組成，有獨(dú)立的工件儲(chǔ)存站和單元控制系統(tǒng)，能在機(jī)床上自動(dòng)裝卸工件，甚至自動(dòng)檢測(cè)工件，可實(shí)現(xiàn)有限工序的連續(xù)生產(chǎn)，適于多品種小批量生產(chǎn)應(yīng)用。70年代末期，F(xiàn)MS在技術(shù)上和數(shù)量上都有較大發(fā)展，80年代初期已進(jìn)入實(shí)用階段，其中以由3～5臺(tái)設(shè)備組成的FMS為最多，但也有規(guī)模更龐大的系統(tǒng)投入使用。1982年，日本發(fā)那科公司建成自動(dòng)化電機(jī)加工車(chē)間，由60個(gè)柔性制造單元（包括50個(gè)工業(yè)機(jī)器人）和一個(gè)立體倉(cāng)庫(kù)組成，另有兩臺(tái)自動(dòng)引導(dǎo)臺(tái)車(chē)傳送毛坯和工件，此外還有一個(gè)無(wú)人化電機(jī)裝配車(chē)間，它們都能連續(xù)24小時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)。這種自動(dòng)化和無(wú)人化車(chē)間，是向?qū)崿F(xiàn)計(jì)算機(jī)集成的自動(dòng)化工廠邁出的重要一步。與此同時(shí)，還出現(xiàn)了若干僅具有FMS基本特征，但自動(dòng)化程度不很完善的經(jīng)濟(jì)型FMS，使FMS的設(shè)計(jì)思想和技術(shù)成就得到普及應(yīng)用。典型的柔性制造系統(tǒng)由數(shù)字控制加工設(shè)備、物料儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)和信息控制系統(tǒng)組成。加工設(shè)備主要采用加工中心和數(shù)控車(chē)床，前者用于加工箱體類(lèi)和板類(lèi)零件，后者則用于加工軸類(lèi)和盤(pán)類(lèi)零件。中、大批量少品種生產(chǎn)中所用的FMS，常采用可更換主軸箱的加工中心，以獲得更高的生產(chǎn)效率。儲(chǔ)存和搬運(yùn)系統(tǒng)搬運(yùn)的的物料有毛坯、工件、刀具、夾具、檢具和切屑等；儲(chǔ)存物料的方法有平面布置的托盤(pán)庫(kù)，也有儲(chǔ)存量較大的桁道式立體倉(cāng)庫(kù)。毛坯一般先由工人裝入托盤(pán)上的夾具中，并儲(chǔ)存在自動(dòng)倉(cāng)庫(kù)中的特定區(qū)域內(nèi)，然后由自動(dòng)搬運(yùn)系統(tǒng)根據(jù)物料管理計(jì)算機(jī)的指令送到指定的工位。固定軌道式臺(tái)車(chē)和傳送滾道適用于按工藝順序排列設(shè)備的FMS，自動(dòng)引導(dǎo)臺(tái)車(chē)搬送物料的順序則與設(shè)備排列位置無(wú)關(guān)，具有較大靈活性。工業(yè)機(jī)器人可在有限的范圍內(nèi)為1～4臺(tái)機(jī)床輸送和裝卸工件，對(duì)于較大的工件常利用托盤(pán)自動(dòng)交換裝置(簡(jiǎn)稱(chēng)APC)來(lái)傳送，也可采用在軌道上行走的機(jī)器人，同時(shí)完成工件的傳送和裝卸。磨損了的刀具可以逐個(gè)從刀庫(kù)中取出更換，也可由備用的子刀庫(kù)取代裝滿(mǎn)待換刀具的刀庫(kù)。車(chē)床卡盤(pán)的卡爪、特種夾具和專(zhuān)用加工中心的主軸箱也可以自動(dòng)更換。切屑運(yùn)送和處理系統(tǒng)是保證FMS連續(xù)正常工作的必要條件，一般根據(jù)切屑的形狀、排除量和處理要求來(lái)選擇經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)方案。FMS信息控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成形式很多，但一般多采用群控方式的遞階系統(tǒng)。第一級(jí)為各個(gè)工藝設(shè)備的計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置(CNC)，實(shí)現(xiàn)各的口工過(guò)程的控制；第二級(jí)為群控計(jì)算機(jī)，負(fù)責(zé)把來(lái)自第三級(jí)計(jì)算機(jī)的生產(chǎn)計(jì)劃和數(shù)控指令等信息，分配給第一級(jí)中有關(guān)設(shè)備的數(shù)控裝置，同時(shí)把它們的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況信息上報(bào)給上級(jí)計(jì)算機(jī)；第三級(jí)是FMS的主計(jì)算機(jī)(控制計(jì)算機(jī))，其功能是制訂生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃，實(shí)施FMS運(yùn)行狀態(tài)的管理，及各種數(shù)據(jù)的管理；第四級(jí)是全廠的管理計(jì)算機(jī)。性能完善的軟件是實(shí)現(xiàn)FMS功能的基礎(chǔ)，除支持計(jì)算機(jī)工作的系統(tǒng)軟件外，數(shù)量更多的是根據(jù)使用要求和用戶(hù)經(jīng)驗(yàn)所發(fā)展的專(zhuān)門(mén)應(yīng)用軟件，大體上包括控制軟件(控制機(jī)床、物料儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)、檢驗(yàn)裝置和監(jiān)視系統(tǒng))、計(jì)劃管理軟件(調(diào)度管理、、庫(kù)存管理、工裝管理等)和數(shù)據(jù)管理軟件(仿真、檢索和各種數(shù)據(jù)庫(kù))等。為保證FMS的連續(xù)自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，須對(duì)刀具和切削過(guò)程進(jìn)行監(jiān)視，可能采用的方法有：測(cè)量機(jī)床主軸電機(jī)輸出的電流功率，或主軸的扭矩；利用傳感器拾取刀具破裂的信號(hào)；利用接觸測(cè)頭直接測(cè)量刀具的刀刃尺寸或工件加工面尺寸的變化；累積計(jì)算刀具的切削時(shí)間以進(jìn)行刀具壽命管理。此外，還可利用接觸測(cè)頭來(lái)測(cè)量機(jī)床熱變形和工件安裝誤差，并據(jù)此對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)償。柔性制造系統(tǒng)按機(jī)床與搬運(yùn)系統(tǒng)的相互關(guān)系可分為直線(xiàn)型、循環(huán)型、網(wǎng)絡(luò)型和單元型。加工工件品種少、柔性要求小的制造系統(tǒng)多采用直線(xiàn)布局，雖然加工順序不能改變，但管理容易；單元型具有較大柔性，易于擴(kuò)展，但調(diào)度作業(yè)的程序設(shè)計(jì)比較復(fù)雜。柔性制造系統(tǒng)未來(lái)將向發(fā)展各種工藝內(nèi)容的柔性制造單元和小型FMS；完善FMS的自動(dòng)化功能；擴(kuò)大FMS完成的作業(yè)內(nèi)容，并與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和輔助制造技術(shù)(CADCAM)相結(jié)合，向全盤(pán)自動(dòng)化工廠方向發(fā)展。來(lái)源：工業(yè)工程研究所
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