柔性制造系統（FMS）（FlexibleManufacturingSystem，簡稱FMS）第一章FMS概述1.1FMS的產生過程1.2FMS的發展狀況1.4FMS的特點1.3FMS的定義1.5FMS的組成及功能1.6FMS的類型及應用1.7

FMS的關鍵技術1.8FMS的發展趨勢1.9具有代表性的柔性制造方法1.10FMS發展問題及解決措施1.1FMS的產生過程1950s，美國MIT誕生了第一臺三坐標數控銑床以后，機電一體化及數控（NC）的概念出現了。機電一體化技術進一步發展，出現了計算機數控（CN）、計算機直接控制（又稱群控）（DNC）、計算機輔助制造（CAM）、計算機輔助設計（CAD）、成組技術（GT）、計算機輔助工藝規程（CAPP）、工業機器人技術（ROBOT）等新技術。在這些新技術的基礎上，為多品種、小批量生產的需要而興起的柔性自動化制造技術得到了迅速的發展，作為這種技術具體應用的柔性制造系統（FMS）、柔性制造單元（FMC）和柔性制造自動線（FML）等柔性制造設備紛紛問世，其中柔性制造系統（FMS）最具代表性。

FMS的雛形源于美國MALROSE公司，該公司在1963年制造了世界上第一條多品種柴油機零件的數控生產線。FMS的概念由英國MOLIN公司最早正式提出，并在965年取得了發明專利，1967年FMS正式形成。FMS是先進制造技術的一部分，在歐美、日本、俄羅斯有較大的發展；1985年世界各國已投入運行的FMS有500多套，88年近800套，90年超過1000套，目前約共有4000多套FMS在運行；我國是1984年開始研制FMS，1986年從日本引進第一套FMS。1.2FMS的發展狀況1.3FMS的定義根據“中華人民共和國國家軍用標準”有關“武器裝備柔性制造系統術語”的定義，FMS被定義為：“柔性制造系統（FlexibleManufacturingSystem，簡稱FMS）是數控加工設備、物料運儲裝置和計算機控制系統等組成的自動化制造系統。它包括多個柔性制造單元，能根據制造任務或生產環境的變化迅速進行調整，適用于多品種、中小批量生產。”美國制造工程師協會的計算機輔助系統和應用協會把柔性制造系統定義為：“使用計算機控制柔性工作站和集成物料運儲裝置來控制并完成零件族某一系列工序的，或一系列工序的一種集成制造系統。”1.4FMS的特點柔性，是指制造系統對系統內部及外部環境的一種適應能力，也是指制造系統能夠適應產品變化的能力，可分為瞬時、短期和長期柔性三種。凡具備上述三種柔性特征之一的、具有物料或信息流的自動化制造系統都可以稱為柔性自動化。主要特點：柔性和自動化FMS的次要特點：：設備利用率高，占地面積小種減少直接勞動工人數產品質量高而穩定減少在制品庫存量投資高、風險大，開發周期長、管理水平要求高。1.5FMS的組成及功能1．加工子系統

2．物流子系統

3．信息子系統FMS的組成典型的FMS主要由以下三個子系統組成：FMS的組成自動倉庫工廠計算機中央計算機物流控制計算機運輸小車加工單元1加工單元2加工單元n信息傳輸網絡工夾具站早期簡單的FMSOMRONCorp歐姆龍公司開發

FMS1.能自動管理零件的生產過程，自動控制制造質量，自動進行故障診斷及處理，自動進行信息收集及傳輸；2.簡單地改變軟件或系統參數，便能制造出某一零件族的多種零件；3.物料的運輸和儲存必須為自動(包括刀具等工裝和工件的自動運輸)；4.能解決多機床條件下零件的混流加工，且無需額外增加費用；5.具有優化調度管理功能，能實現無人化或少人化加工。FMS必須具備的功能：1.6FMS的類型及應用（1）按系統的規模分類

柔性制造單元（FMC）

1～2臺數控機床與物料傳送裝置，有獨立的工件儲存站和單元控制系統，能在機床上自動裝卸工件，甚至自動檢測工件，可實現有限工序的連續生產，多品種小批量生產。柔性制造單元柔性制造單元模型柔性制造系統（FMS）

信息控制系統（計算機綜合控制功能，數據管理功能，生產計劃和調度管理功能和監控功能等）物料儲運系統（自動輸送裝置，自動上下料裝置，自動化倉庫，中央刀庫等）數字控制加工設備（

兩臺或兩臺以上數控機床或加工中心或柔性制造單元）能適應加工對象變換的自動化機械制造系統柔性制造系統由FMC組成的柔性制造系統

柔性生產線（FML）

它是針對某種類型（族）零件的，具有專業化生產或成組化生產的特點。它由多臺加工中心或數控機床組成，其中有些機床帶有一定的專用性，全線機床按工件的工藝過程布局，可以有生產節拍，但它本質上是柔性的，是可變加工生產線。柔性生產線實際上是由柔性制造單元、柔性制造系統、柔性制造生產線的組合組成的工廠，即自動化工廠。它有計算中心的主計算機及多臺子計算機實施工廠全盤自動化。柔性制造工廠（FMF)柔性制造工廠（2）按應用對象分類

切削加工FMS

鈑金加工FMS

焊接FMS

柔性裝配系統等（3）按系統布局分類直線型對刀儀FMS控制器刀具I/O站裝卸站

加工中心A加工中心B刀具機器人物料小車中央刀庫中央托盤區機器人型

環型FMS典型系統結構FMS的應用1.7FMS的關鍵技術在進行柔性制造系統的設計、規劃時,主要涉及以下幾個關鍵技術：FMS的監控和管理系統；FMS的物流系統；FMS的刀具傳輸和管理系統；FMS的聯網技術；FMS的輔助系統設計等。過去制造系統中僅強調信息的集成,這是不夠的,現在更強調技術、人和管理的集成。在開發制造系統時強調“多集成”的概念,即信息集成、智能集成、串并行工作機制集成及人員集成,這更適合未來制造系統的需求。集成化技術網絡技術網絡技術包括硬件與軟件的實現。各種通訊協議及制造自動化協議、信息通信接口、系統操作控制策略等是實現各種制造系統自動化的基礎。模糊控制技術模糊數學的實際應用是模糊控制器。最近開發出的高性能模糊控制器具有自學習功能,可在控制過程中不斷獲取新的信息并自動地對控制量作調整,使系統性能大為改善。人工智能及專家系統技術迄今為止,FMS中所采用的人工智能大多數是基于規則的專家系統。專家系統利用專家知識和推理規則進行推理,求解各類問題(如解釋、預測、診斷、查找故障、設計、計劃、監視、修復、命令及控制等)。未來,以知識密集為特征、以知識處理為手段的人工智能技術必將在FMS中起著關鍵性的作用。人工神經網絡技術人工神經網絡(ANN)是模擬智能生物的神經網絡對信息進行平行處理的一種方法。所以人工神經網絡也就是一種人工智能工具。在自動控制領域,神經網絡不久將平行于專家系統和模糊控制系統,成為現代自動化系統中的一個組成部分。虛擬現實與多媒體技術虛擬現實(VR)是人造的計算機環境,使處在這種環境中的人有身臨其境的感覺,并強調人的操作與介入。它可以用于培訓、制造系統仿真、實現基于制造仿真的設計與制造和集成設計與制造、實現集成人的設計等。多媒體介質采用多種介質來儲存、處理多種信息,融文字、語音、圖象、動畫于一體,給人一種真實感。計算機輔助設計未來計算機輔助設計(CAD)技術發展將會引入專家系統,使之具有智能化,可處理各種復雜的問題。當前設計技術最新的一個突破是光敏立體成型技術,直接利用CAD數據,通過計算機控制的激光掃描系統將三維數字模型分成若干層二維片狀圖形,并按二維片狀圖形對池內的光敏樹脂液面進行光學掃描,被掃描到的液面則變成固化塑料,如此循環操作,逐層掃描成型,并自動地將分層成型的各片狀固化塑料粘合在一起,僅需要確定數據,數小時內便可制出精確的原形。利用這項技術可加快開發新產品和研制新結構的速度。1.8FMS的發展趨勢FMC將成為發展和應用的熱門技術因為FMC的投資比FMS少的多而經濟效益相接近,故FMC更適用于財力有限的中小型企業,目前國外眾多廠家將FMC列為發展之重點。發展效率更高的FML少品種大批量的生產企業如汽車、拖拉機等工廠對FML的需求引起了FMS制造廠的極大關注。采用價格低廉的專用數控機床替代通用的加工中心將是FML的發展趨勢。

它將與企業資源計劃（ERP）、產品數據管理（PDM）和CAD/CAPP/CAM的信息集成,進而通過與客戶關系管理(CRM)和供應鏈管理(SCM)的聯系作出智能決策,實施并行工程、可視化監控等以提高機床利用率,實現高效的柔性生產。FMS朝多功能方向發展由單純加工型FMS進一步開發以焊接、裝配、檢驗及鈑材加工乃至鑄、鍛等制造工序兼具的多功能。從網絡化聯盟制造的角度出發研究相適應的制造單元1.9具有代表性的柔性制造方法與傳統的大批量生產方式比較,細胞生產方式兩個特點,一個是規模小(生產線短,操作人員少),另一個是標準化之后的小生產細胞可以簡單復制。能夠實現:(1)簡單應對產量的變化(2)減少場地占用(3)每一個細胞的作業人數少,降低了平衡工位間作業時間的難度(4)合理組合員工細胞生產方式一人生產方式針對一些作業時間相對較短、產量不大的產品,如果能夠打破常規流水線生產,改由每一個員工單獨完成整個產品裝配任務的話,將獲得意想不到的效果。一個流生產方式臺車生產方式一個流生產方式是取消機器間的臺車,并通過合理的工序安排和機器間滑板的設置讓產品在機器間單個流動起來。固定線和變動線方式一個產品在制造過程中,從一條線上轉移到另一條線上,轉移工具就是臺車。著眼于搬動及轉移過程中的損耗,有人提出了臺車生產線,即在臺車上完成所有的裝配任務。根據某產品產量的變動情況,設置兩類生產線,一類是滿足某一相對固定部分的固定生產線,另一類是用來滿足變動部分的變動生產線。通常,傳統的生產設備被用作固定線,而柔性設備或細胞生產方式等被用作變動生產線。1.10FMS發展遇到的問題及解決措施

巨大的前期投資增加FMS推廣的風險，而大部分已建成投產的FMS并沒有給投資者帶來預期的效益。過分依賴設備的先進性，追求高、新技術，忽視人在系統中的主觀能動性和組織管理的跟進。整個FMS的運行效率低。FMS發展遇到的問題解決措施改變以往重設備、輕管理的模式，充分發揮人的主觀能動性；提高FMS自身水平，特別是物流運控軟件水平；借鑒其它先進的制造理念，來增強FMS的生命力。第二章FMS的加工系統2.1加工子系統的功能2.2加工子系統的要求2.3加工子系統的組成2.5加工子系統的輔助裝置2.4常用加工設備簡介加工子系統

物流子系統信息子系統FMS的組成加工子系統加工子系統的功能：FMS的最基本的組成部分；

FMS中耗資最多的部分；擔任把原材料轉化為最終產品的任務。2.1加工子系統的功能2.2加工子系統的要求工序集中，減輕物流負擔，減少裝夾次數；控制功能強、擴展性好；高剛度、高精度、高速度；自保護與自維護性好；使用經濟性好；對環境的適應性與保護性好。由兩臺或兩臺以上的數控機床或加工中心以及其他加工設備，包括測量機、清洗機、動平衡機、各種特種加工設備等組成。2.3加工子系統的組成加工子系統的組成

目前FMS的加工對象主要有兩大類：棱柱體類：常用鏜銑加工中心回轉體類：常用車削加工中心加工中心加工中心（MachiningCenter，MC）是一種備有刀庫并能按預定程序自動更換刀具，對工件進行多工序加工的高效數控機床。2.4常用加工設備簡介臥式加工中心1-主軸頭2-刀庫3-刀庫4-立柱底座

5-回轉工作臺、6-工作臺底座

車削加工中心1-刀庫2-回轉刀架3-換刀機械手4-上下工件機器人5-工件存儲站

機床夾具組合夾具：利用標準化夾具零部件快速拼裝所需夾具；

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