淺談柔性制造系統(tǒng)FMS的應(yīng)用

摘 要：近年來，隨著市場的變化，個性化需求的上升，使得公司產(chǎn)品不斷向多元化發(fā)展，多品種小批量已成常態(tài);而目前公司現(xiàn)有設(shè)備和制造能力已不能從容應(yīng)對這種常態(tài)，作為制造部門如果還按傳統(tǒng)方式來生產(chǎn)，勢必會帶來設(shè)備利用率下降，整體的生產(chǎn)效率受到影響;因此建立柔性制造系統(tǒng)（FMS）可以在短時間內(nèi)生產(chǎn)出低成本、高質(zhì)量產(chǎn)品。

關(guān)鍵詞：FMS;多品種小批量;效率

一、 基本概念

柔性制造系統(tǒng)（以下簡稱FMS）是指適用于多品種、中小批量生產(chǎn)的具有高柔性且自動化程度高的制造系統(tǒng)。目前按規(guī)模大小分為以下幾種。

（一）柔性制造單元（FMC）

FMC是FMS向廉價化及小型化方向發(fā)展的一種產(chǎn)物，其特點是實現(xiàn)單機柔性化及自動化，具有適應(yīng)加工多品種產(chǎn)品的靈活性。

（二）柔性制造系統(tǒng)（FMS）

FMS是由若干數(shù)控設(shè)備、供料裝置和計算機控制系統(tǒng)組成的并能根據(jù)制造任務(wù)和生產(chǎn)品種變化而迅速進行調(diào)整的自動化制造系統(tǒng)。

（三）柔性制造線（FML）

FML是把多臺可以調(diào)整的機床（多為專用機床）聯(lián)結(jié)起來，配以自動運送裝置組成的生產(chǎn)線。

（四）柔性制造工廠（FMF）

FMF是將多條FMS連接起來，配以自動化立體倉庫，用計算機系統(tǒng)進行聯(lián)系。

二、 建立FMS的目的

（一）外部市場

在激烈的市場競爭下，生產(chǎn)企業(yè)會根據(jù)客戶的不同要求量體裁衣，因此產(chǎn)品的種類會更加多元化;為贏得競爭對手，會進一步壓縮生產(chǎn)周期;隨著客戶需求不斷更新，科學(xué)技術(shù)水平不斷進步，加快了產(chǎn)品的更新?lián)Q代，使得產(chǎn)品的生命周期也在縮短。

（二）內(nèi)部生產(chǎn)

頻繁換模、頻繁調(diào)試，設(shè)備利用率不高;單件生產(chǎn)會造成產(chǎn)品零件齊套性無法控制，生產(chǎn)周期拉長，缺件數(shù)居高不下;頻繁更換工裝模具會使每批零件的一致性得不到保證，質(zhì)量穩(wěn)定難度增大，最終導(dǎo)致成本上升，效率低下。

三、 FMS的優(yōu)點

（一）設(shè)備利用率提高

根據(jù)設(shè)備加工設(shè)置優(yōu)先級，一旦出現(xiàn)機床停機會優(yōu)先安排上下料，保證機床連續(xù)運轉(zhuǎn)，上下料也是在不停機的狀態(tài)下完成;零件換模也不再像往常一樣需要停機操作，減少了模具的更換和調(diào)試的時間。

（二）在制品減少

加工產(chǎn)品的數(shù)量和品種可根據(jù)生產(chǎn)需要迅速調(diào)整，確保生產(chǎn)的產(chǎn)品都是組裝線所需，減少在制庫存積壓。

（三）生產(chǎn)周期短

生產(chǎn)設(shè)備可根據(jù)所加工產(chǎn)品的需要隨時切換，生產(chǎn)設(shè)備根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)成組加工，保證產(chǎn)品的齊套性，減少缺件，有效控制生產(chǎn)周期。

（四）質(zhì)量穩(wěn)定

多工序可一次裝夾同時完成，減少工序間流轉(zhuǎn)和人為因素造成的誤差，確保品質(zhì)的穩(wěn)定性。

（五）市場應(yīng)變力強

能夠快速應(yīng)對客戶和市場的變化，及時調(diào)整生產(chǎn)計劃，隨時掌握生產(chǎn)節(jié)奏。

四、 FMS的組成

組成FMS主要包括數(shù)控設(shè)備或加工中心、工業(yè)機器人、識別控制系統(tǒng)、供料系統(tǒng)、在線檢測裝置，并通過總控制系統(tǒng)（PLC）和相關(guān)控制程序連接起來，實現(xiàn)多品種、多工序的連續(xù)加工。

（一）設(shè)備

配備三臺加工中心，以品字型布局，有效地保證了場地利用最大化，同時根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)需要，加工中心還可以配備旋轉(zhuǎn)四軸或五軸，用于加工更為復(fù)雜的翻轉(zhuǎn)類工件，通過這樣的組合可以很好地應(yīng)對產(chǎn)品零件的多元化，也可以根據(jù)產(chǎn)品的分類和工藝的要求進行成組配套加工，實現(xiàn)產(chǎn)品的柔性生產(chǎn)。

（二）工業(yè)機器人

可在臂展有效范圍內(nèi)為三臺加工中心上下料，機器人自帶抓手根據(jù)零件大小、重量設(shè)計一次抓取的數(shù)量，為保證抓手的通用性，機器人可以只針對通用工裝板進行抓取;抓手氣缸設(shè)置有雙重自鎖功能，保證抓取過程當(dāng)中斷氣工件也不脫落。

（三）供料系統(tǒng)

供料系統(tǒng)包括旋轉(zhuǎn)鏈條式供料臺（也可以采用滑軌式供料臺）、料托、通用工裝板，傳送伺服電機、定位裝置等，供料臺能夠配備20～40個料托，用于放置通用工裝板，在通用工裝板上可以連接不同種類零件的工裝夾具，用以放置不同類型的零件，實現(xiàn)多品種、多工序的切換加工;上下料可以保證機床不停機的狀況下進行，從而提高機床利用率，在刀具滿足的情況下，每臺機床可以依次加工5～10種不同種類不同工序的工件，料托一次上滿可以實現(xiàn)長時間無人看守。

（四）識別控制系統(tǒng)

包括碼牌、掃碼器和相關(guān)控制器;每塊工裝板上均裝有唯一的二維碼牌或RFID碼牌，確保碼牌與加工工件和加工程序一一對應(yīng)，機器人抓取之前，掃碼識別裝置會對料托上的工裝板進行掃碼識別，機器人將工裝板連同工件裝入機床時，機床里的掃碼裝置進行二次掃碼確認，同時調(diào)用機床對應(yīng)的加工程序進行加工。

（五）在線檢測裝置

刀具的線檢測是最常見的在線檢測裝置，當(dāng)?shù)毒叱霈F(xiàn)磨損會及時補償，當(dāng)?shù)毒叱霈F(xiàn)嚴重損壞會發(fā)出報警信號，確保零件加工的質(zhì)量，此裝置一般會安裝在機床內(nèi)部換刀處。

（六）總控制系統(tǒng)

系統(tǒng)控制采用PLC進行系統(tǒng)邏輯控制，完成對機床、機器人、上料臺架、操作按鈕、觸摸屏、指示燈和安全門開關(guān)等各種外設(shè)的通訊控制工作。

（七）控制程序

控制程序主要有總控制程序、工件加工及上下料控制程序、機器人控制程序、防護控制程序、防錯控制程序以及設(shè)備運行和生產(chǎn)管理控制程序等組成。部分系統(tǒng)還配有自動清洗和吹氣裝置，并配備自動清洗控制程序。

五、 結(jié)語

運用FMS能夠根據(jù)裝配作業(yè)計劃，及時安排所需零件的生產(chǎn)，保證產(chǎn)品的齊套性，可以在最短的生產(chǎn)周期內(nèi)產(chǎn)出產(chǎn)品，降低在制品的庫存量;多品種多工序連續(xù)加工，設(shè)備的停概率減少，有效提升設(shè)備的利用率;充分利用自動化的優(yōu)勢，實現(xiàn)長時間無人看守，同時也減少了人為因素造成的質(zhì)量損失，提高零件加工的穩(wěn)定性。

隨著經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展，F(xiàn)MS作為一個具有柔性、自動化的生產(chǎn)系統(tǒng)，其理念已被廣泛地接受和認可，相信在技術(shù)不斷進步的今天，F(xiàn)MS也一定會不斷完善和發(fā)展。

參考文獻：

[1]沈向東.柔性制造技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2013.

作者簡介：

王云，南京江南永新光學(xué)有限公司。