基于教學(xué)實(shí)訓(xùn)柔性制造系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)

張大舜,李亦楠,賴(lài)?yán)麌?guó),姜繼春,崔萬(wàn)瑞,于永杰

(中國(guó)兵器工業(yè)集團(tuán) 第五五研究所，吉林 長(zhǎng)春 130012)

基于教學(xué)實(shí)訓(xùn)柔性制造系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)

張大舜,李亦楠,賴(lài)?yán)麌?guó),姜繼春,崔萬(wàn)瑞,于永杰

(中國(guó)兵器工業(yè)集團(tuán) 第五五研究所，吉林 長(zhǎng)春 130012)

針對(duì)某學(xué)校柔性制造技術(shù)教學(xué)環(huán)境的構(gòu)建需求，提出了基于教學(xué)實(shí)訓(xùn)的柔性制造系統(tǒng)。面向車(chē)削中心、立式加工中心、工作站、有軌運(yùn)輸車(chē)、無(wú)軌運(yùn)輸車(chē)、緩沖站以及裝卸站等主要部分開(kāi)展了系統(tǒng)平面布局設(shè)計(jì)；研究了構(gòu)成教學(xué)實(shí)訓(xùn)柔性制造系統(tǒng)的加工、物流和控制3個(gè)子系統(tǒng)及具體構(gòu)成；分析了生產(chǎn)計(jì)劃與調(diào)度技術(shù)；開(kāi)發(fā)了包括甘特圖、作業(yè)計(jì)劃、計(jì)劃接收以及完工上報(bào)等模塊的軟件系統(tǒng)；并從經(jīng)濟(jì)性與功能性2個(gè)方面討論了系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)。

教學(xué)實(shí)訓(xùn)；柔性制造系統(tǒng)；計(jì)劃與調(diào)度

柔性制造系統(tǒng)是一個(gè)以網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)、面向車(chē)間的開(kāi)放式集成制造系統(tǒng),是數(shù)字化工廠的制造單元和重要基礎(chǔ)。它由2臺(tái)以上數(shù)控設(shè)備和自動(dòng)化物流系統(tǒng)組成，能在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的控制和管理下，對(duì)加工對(duì)象、工藝過(guò)程、工序內(nèi)容和生產(chǎn)節(jié)拍進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整。柔性制造系統(tǒng)的自動(dòng)化與柔性化程度較高，適應(yīng)多品種和小批量生產(chǎn)，并且能夠減少機(jī)床操作人員，實(shí)現(xiàn)無(wú)人運(yùn)轉(zhuǎn)，因此成為機(jī)械制造自動(dòng)化發(fā)展的重要方向[1-2]。

針對(duì)某學(xué)校對(duì)柔性制造技術(shù)教學(xué)環(huán)境的實(shí)際需求，以改善實(shí)踐性教學(xué)條件，滿足教學(xué)和科研等不同層次應(yīng)用為目的，在學(xué)校實(shí)訓(xùn)中心規(guī)劃15.9 m×8.1 m區(qū)域，建立面向教學(xué)實(shí)訓(xùn)的簡(jiǎn)單柔性制造系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)布局規(guī)劃

基于教學(xué)實(shí)訓(xùn)的柔性制造系統(tǒng)平面布局規(guī)劃如圖1所示[3]，其中，1臺(tái)車(chē)削中心和2臺(tái)立式加工中心完成主要加工任務(wù)；運(yùn)輸小車(chē)用于在工件裝卸工位和加工中心之間的輸送；機(jī)器人在單元控制器和機(jī)器人控制器直接作用下，執(zhí)行從車(chē)削中心上裝卸零件的任務(wù)；工件裝卸站設(shè)置在系統(tǒng)的入口處，便于工件裝卸等活動(dòng)；托盤(pán)緩沖站作為待加工零件的中間存儲(chǔ)站，設(shè)置在各機(jī)床附近，呈直線設(shè)置。

控制系統(tǒng)由數(shù)控車(chē)床數(shù)控裝置、小車(chē)控制器、加工中心控制器、機(jī)器人控制器和單元控制器等組成，其中，單元控制器負(fù)責(zé)對(duì)單元組成設(shè)備的控制、調(diào)度與信息交換。

2 系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)

基于教學(xué)實(shí)訓(xùn)的柔性制造系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)如圖2所示，包括加工、物流及控制系統(tǒng)[4-5]。

1)FMS加工系統(tǒng)。其主要用來(lái)完成物流子系統(tǒng)傳送來(lái)的各種工件的加工。加工設(shè)備包括2臺(tái)立式加工中心與1臺(tái)車(chē)削中心，分別實(shí)現(xiàn)箱體類(lèi)零件與回轉(zhuǎn)體類(lèi)零件加工的演示教學(xué)。3臺(tái)設(shè)備均由計(jì)算機(jī)控制，零件改變通過(guò)數(shù)控程序變化實(shí)現(xiàn)加工，具有較高的柔性。

2)FMS物流運(yùn)儲(chǔ)系統(tǒng)。其用于實(shí)現(xiàn)材料/半成品/成品等工件、刀具/夾具等工具以及輔助材料等的運(yùn)輸與存儲(chǔ)。

圖1 柔性制造系統(tǒng)平面布局圖

圖2 柔性制造系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)

3)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。FMS的控制系統(tǒng)通常采用單元控制級(jí)、工作站控制級(jí)和設(shè)備控制級(jí)的3級(jí)控制，考慮該教學(xué)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)相對(duì)較為簡(jiǎn)單，因此將控制系統(tǒng)分為2級(jí)，分別是單元控制級(jí)和設(shè)備控制級(jí)。

系統(tǒng)的具體構(gòu)成見(jiàn)表1。

表1 柔性制造系統(tǒng)構(gòu)成明細(xì)

3 系統(tǒng)的生產(chǎn)計(jì)劃與調(diào)度

基于教學(xué)實(shí)訓(xùn)的柔性制造系統(tǒng)的運(yùn)行管理通過(guò)軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，其核心為FMS生產(chǎn)計(jì)劃與調(diào)度技術(shù)。生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃的主要任務(wù)是在接受任務(wù)號(hào)、零件數(shù)量、零件類(lèi)型、毛坯到達(dá)最早時(shí)間、任務(wù)交貨期、毛坯供應(yīng)量、零件交貨量以及任務(wù)優(yōu)先級(jí)等輸入后，進(jìn)行輸入分析、計(jì)劃制定以及系統(tǒng)能力平衡的調(diào)整。其主要過(guò)程如圖3所示。

圖3 柔性制造系統(tǒng)生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃過(guò)程

在柔性制造系統(tǒng)計(jì)劃調(diào)度過(guò)程中，當(dāng)出現(xiàn)急件插入、任務(wù)嚴(yán)重拖期和設(shè)備故障等情況時(shí)，當(dāng)前的作業(yè)計(jì)劃已和實(shí)際不相符合，此時(shí)應(yīng)及時(shí)上報(bào)系統(tǒng)的在制任務(wù)信息，進(jìn)行作業(yè)計(jì)劃調(diào)整，形成符合實(shí)際情況的生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃[6]。

生產(chǎn)計(jì)劃與調(diào)度系統(tǒng)包括甘特圖、作業(yè)計(jì)劃、計(jì)劃接收和完工上報(bào)等主要模塊，反映作業(yè)計(jì)劃情況的甘特圖與派工單如圖4所示。

圖4 反映作業(yè)計(jì)劃情況的甘特圖與派工單

4 結(jié)語(yǔ)

基于教學(xué)實(shí)訓(xùn)的柔性制造系統(tǒng)投入較小，通過(guò)利用現(xiàn)有數(shù)控設(shè)備與購(gòu)置必要設(shè)備相結(jié)合來(lái)規(guī)劃實(shí)施。本文選用學(xué)?，F(xiàn)有車(chē)削中心和具有交換工作臺(tái)的立式加工中心，購(gòu)置了必要的裝卸機(jī)器人，開(kāi)發(fā)了其他軟硬件設(shè)施，較好地節(jié)約了成本。該系統(tǒng)具有除檢測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)之外的全部主要功能，包括自動(dòng)上下料、自動(dòng)加工、自動(dòng)運(yùn)儲(chǔ)功能，通過(guò)2臺(tái)立式加工中心反映柔性系統(tǒng)的調(diào)度功能，能夠向?qū)W生充分展示柔性制造系統(tǒng)的自動(dòng)化和柔性化制造，滿足了教學(xué)實(shí)訓(xùn)要求。

[1] 徐杜,蔣永平,張憲民.柔性制造系統(tǒng)原理與實(shí)踐[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2001.

[2] 孫大涌.先進(jìn)制造技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2000.

[3] 戴慶輝.先進(jìn)制造系統(tǒng)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2006.

[4] 邊境.教學(xué)型柔性制造系統(tǒng)[J].制造業(yè)信息化,2007,20(1):108-109.

[5] 黎榮,江磊. 開(kāi)放式數(shù)控及柔性制造實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的構(gòu)建[J]. 實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2010,29(4):131-133.

責(zé)任編輯馬彤

DesignandImplementationofFlexibleManufacturingSystembasedonTeachingandTraining

ZHANG Dashun, LI Yinan, LAI Liguo, JIANG Jichun, CUI Wanrui, YU Yongjie

(No.55 Research Institute of CNGC, Changchun 130012, China)

In view of the requirements for teaching environment, the flexible manufacturing system based on teaching and training was proposed in the paper. Aimed at the turning center, vertical machining centre, workstation, rail guided vehicle, automated guided vehicle, buffered station, flexible transport truck, loading and unloading station and so on, the system layout was designed. This system contains three parts including processing subsystem, transmitted subsystem and control subsystem. The subsystems and their composition were researched. The production planning and scheduling system were implemented, and the software system was developed which included Gantt chart, job planning, plan reception, completion report etc. Finally, the paper dealt with the advantage from two aspects of economy and functionality.

teaching and training，flexible manufacturing system，production planning and scheduling

TH 165

：A

張大舜(1981-)，男，副研究員，主要從事設(shè)計(jì)制造一體化集成和車(chē)間數(shù)字化制造等方面的研究。

2014-09-09