淺議柔性制造系統(tǒng)FMS

張紅光 曹鳳梅

[摘要]本文根據(jù)柔性制造系統(tǒng)的產(chǎn)生,對柔性制造系統(tǒng)的組成、分類、優(yōu)勢及發(fā)展方向等做了詳細(xì)闡述。

[關(guān)鍵詞]柔性制造系統(tǒng)(FMS) 組成 優(yōu)勢 發(fā)展方向

70年代末80年代初,隨著計算機(jī)輔助管理、物料自動搬運、刀具管理和計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫的發(fā)展以及CAD/CAM技術(shù)、成組技術(shù)(GT)、工業(yè)機(jī)器人等技術(shù)的成熟,更加系統(tǒng)化、規(guī)?；娜嵝灾圃煜到y(tǒng)(FMS)就出現(xiàn)了。

所謂FMS,是一組數(shù)控機(jī)床和其他自動化的工藝設(shè)備,由計算機(jī)信息控制系統(tǒng)和物料自動儲運系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合的整體,能適應(yīng)加工對象變換的自動化機(jī)械制造系統(tǒng)(Flexible Manufacturing System)。下面就柔性制造系統(tǒng)的組成、分類、優(yōu)勢及發(fā)展趨勢進(jìn)行闡述。

一、柔性制造系統(tǒng)(FMS)的組成

1.加工系統(tǒng)

柔性制造系統(tǒng)采用的設(shè)備由待加工工件的類別決定,主要有加工中心、車削中心或計算機(jī)數(shù)控(CNC)車、銑、磨及齒輪加工機(jī)床等,用以自動地完成多種工序的加工。

2.物料系統(tǒng)

物料系統(tǒng)用以實現(xiàn)工件及工裝夾具的自動供給和裝卸,以及完成工序間的自動傳送、調(diào)運和存貯工作,包括各種傳送帶、自動導(dǎo)引小車、工業(yè)機(jī)器人及專用起吊運送機(jī)等。

3.計算機(jī)控制系統(tǒng)

計算機(jī)控制系統(tǒng)用以處理柔性制造系統(tǒng)的各種信息,輸出控制CNC機(jī)床和物料系統(tǒng)等自動操作所需的信息。通常采用三級(設(shè)備級、工作站級、單元級)分布式計算機(jī)控制系統(tǒng),其中單元級控制系統(tǒng)(單元控制器)是柔性制造系統(tǒng)的核心。

4.系統(tǒng)軟件

系統(tǒng)軟件用以確保柔性制造系統(tǒng)有效地適應(yīng)中小批量多品種生產(chǎn)的管理、控制及優(yōu)化工作,包括設(shè)計規(guī)劃軟件、生產(chǎn)過程分析軟件、生產(chǎn)過程調(diào)度軟件、系統(tǒng)管理和監(jiān)控軟件。

二、柔性制造系統(tǒng)的分類

1.柔性制造單元(FMC)

FMC由單臺帶多托盤系統(tǒng)的加工中心或3臺以下的CNC機(jī)床組成,具有適應(yīng)加工多品種產(chǎn)品的靈活性。FMC的柔性最高。

2.柔性制造線(FML)

柔性制造線FML是處于非柔性自動線和FMS之間的生產(chǎn)線,對物料系統(tǒng)的柔性要求低于FMS,但生產(chǎn)效率更高。

3.柔性制造系統(tǒng)(FMS)

FMS通常包括3臺以上的CNC機(jī)床(或加工中心),由集中的控制系統(tǒng)及物料系統(tǒng)連接起來,可在不停機(jī)情況下實現(xiàn)多品種、中小批量的加工管理。FMS是使用柔性制造技術(shù)最具代表性的制造自動化系統(tǒng)。

三、柔性制造系統(tǒng)的優(yōu)勢

1.設(shè)備利用率高。由于采用計算機(jī)對生產(chǎn)進(jìn)行調(diào)度,一旦有機(jī)床空閑,計算機(jī)便分配給該機(jī)床加工任務(wù)。在典型情況下,采用柔性制造系統(tǒng)中的一組機(jī)床所獲得的生產(chǎn)量是單機(jī)作業(yè)環(huán)境下同等數(shù)量機(jī)床生產(chǎn)量的3倍。

2.減少生產(chǎn)周期。由于零件集中在加工中心上加工,減少了機(jī)床數(shù)和零件的裝卡次數(shù)。采用計算機(jī)進(jìn)行有效的調(diào)度也減少了周轉(zhuǎn)的時間。

3.具有維持生產(chǎn)的能力。當(dāng)柔性制造系統(tǒng)中的一臺或多臺機(jī)床出現(xiàn)故障時,計算機(jī)可以繞過出現(xiàn)故障的機(jī)床,使生產(chǎn)得以繼續(xù)。

4.生產(chǎn)具有柔性。可以響應(yīng)生產(chǎn)變化的需求,當(dāng)市場需求或設(shè)計發(fā)生變化時,在FMS的設(shè)計能力內(nèi),不需要系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)的變化,系統(tǒng)具有制造不同產(chǎn)品的柔性。并且,對于臨時需要的備用零件可以隨時混合生產(chǎn),而不影響FMS的正常生產(chǎn)。

5.產(chǎn)品質(zhì)量高。FMS減少了卡具和機(jī)床的數(shù)量,并且卡具與機(jī)床匹配得當(dāng),從而保證了零件的一致性和產(chǎn)品的質(zhì)量。同時自動檢測設(shè)備和自動補(bǔ)償裝置可以及時發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問題,并采取相應(yīng)的有效措施,保證了產(chǎn)品的質(zhì)量。

6.加工成本低。FMS的生產(chǎn)批量在相當(dāng)大的范圍內(nèi)變化,其生產(chǎn)成本是最低的。它除了一次性投資費用較高外,其他各項指標(biāo)均優(yōu)于常規(guī)的生產(chǎn)方案。

四、FMS發(fā)展方向

1.FMS仍將迅速發(fā)展

FMS在20世紀(jì)80年代末就已進(jìn)入了實用階段,技術(shù)已比較成熟。由于它在解決多品種、中小批量生產(chǎn)上比傳統(tǒng)的加工技術(shù)有明顯的經(jīng)濟(jì)效益,因此隨著國際競爭的加劇,無論發(fā)達(dá)國家還是發(fā)展中國家都越來越重視柔性制造技術(shù)。

從機(jī)械制造行業(yè)來看,現(xiàn)在FMS不僅能完成機(jī)械加工,而且還能完成鈑金加工、鍛造、焊接、裝配、鑄造和激光、電火花等特種加工以及噴漆、熱處理、注塑和橡膠模制等工作。從整個制造業(yè)所生產(chǎn)的產(chǎn)品看,現(xiàn)在FMS已不再局限于汽車、車床、飛機(jī)、坦克、火炮、艦船等,還可用于計算機(jī)、半導(dǎo)體、木制產(chǎn)品、化工等產(chǎn)品生產(chǎn)。從生產(chǎn)批量來看,FMS已從中小批量應(yīng)用向單件和大批量生產(chǎn)方向發(fā)展。

隨著計算機(jī)集成制造技術(shù)和系統(tǒng)(CIMS)日漸成為制造業(yè)的熱點,很多專家學(xué)者紛紛預(yù)言CIMS是制造業(yè)發(fā)展的必然趨勢。柔性制造系統(tǒng)作為CIMS的重要組成部分,必然會隨著CIMS的發(fā)展而發(fā)展。

2.FMS系統(tǒng)性能不斷提高

構(gòu)成FMS的各項技術(shù),如加工技術(shù)、運儲技術(shù)、刀具管理技術(shù)、控制技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的迅速發(fā)展,毫無疑問會大大提高FMS系統(tǒng)的性能。在加工中采用噴水切削加工技術(shù)和激光加工技術(shù),并將許多加工能力很強(qiáng)的加工設(shè)備如立式、臥式鏜銑加工中心,高效萬能車削中心等用于FMS系統(tǒng),大大提高了FMS的加工能力和柔性,提高了FMS的系統(tǒng)性能。AVG小車以及自動存儲、提取系統(tǒng)的發(fā)展和應(yīng)用,為FMS提供了更加可靠的物流運儲方法,同時也能縮短生產(chǎn)周期,提高生產(chǎn)率。刀具管理技術(shù)的迅速發(fā)展,為及時而準(zhǔn)確地為機(jī)床提供適用刀具提供了保證。同時可以提高系統(tǒng)柔性、生產(chǎn)率、設(shè)備利用率,降低刀具費用,消除人為錯誤,提高產(chǎn)品質(zhì)量,延長無人操作時間。

3.從CIMS的高度考慮FMS規(guī)劃設(shè)計

盡管FMS本身是把加工、運儲、控制、檢測等硬件集成在一起,構(gòu)成一個完整的系統(tǒng)。但從一個工廠的角度來講,它還只是一部分,不能設(shè)計出新的產(chǎn)品或設(shè)計速度慢,再強(qiáng)的加工能力也無用武之地?？傊?只有站在工廠全面現(xiàn)代化的高度、站在CIMS的高度分析,考慮FMS的各種問題并根據(jù)CIMS的總體考慮進(jìn)行FMS的規(guī)劃設(shè)計,才能充分發(fā)揮FMS的作用,使整個工廠獲得最大效益,提高它在市場中的競爭能力。