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柔性制造技术柔性制造技术 柔性制造系统的组成、原理柔性制造系统的组成、原理柔性制造系统的类型、应用柔性制造系统的类型、应用成组技术与零件分类编码成组技术与零件分类编码FMS FMS 加工系统的配置加工系统的配置FMS FMS 物流系统的组成物流系统的组成FMS FMS 控制管理系统简介控制管理系统简介主要内容：主要内容：5/13/20241.柔性制造技术和柔性制造系统柔性制造技术和柔性制造系统 柔柔性性制制造造技技术术（FMTFlexible FMTFlexible Manufacturing Manufacturing TechnologyTechnology）是是集集数数控控技技术术、计计算算机机技技术术、机机器器人人技技术术、现现代代管管理理技技术术为为一一体体的的现现代代制制造造技技术术，主主要要用用于于多多品品种种小小批批量量或或变变批量生产。批量生产。柔性柔性指制造系统能够适应产品变化的能力指制造系统能够适应产品变化的能力 柔性制造系统柔性制造系统（FMSFMS）是由数控加工设备、物料运储）是由数控加工设备、物料运储装置和计算机控制系统等组成的自动化制造系统。它包装置和计算机控制系统等组成的自动化制造系统。它包括多个柔性制造单元，能根据制造任务或生产环境的变括多个柔性制造单元，能根据制造任务或生产环境的变化迅速进行调整，适用于多品种、中小批量生产。化迅速进行调整，适用于多品种、中小批量生产。(“(“中中华人民共和国国家军用标准华人民共和国国家军用标准”)”)柔性制造系统是柔性制造技术的主要应用形式。柔性制造系统是柔性制造技术的主要应用形式。5/13/20242.柔性制造系统组成柔性制造系统组成柔性制造系统柔性制造系统加工系统加工系统物流系统物流系统控制与管理系统控制与管理系统加加工工设设备备辅辅助助设设备备检检测测设设备备工工件件流流刀刀具具流流过过程程控控制制过过程程调调度度过过程程监监视视 以任意顺序自以任意顺序自动加工多种工件，动加工多种工件，自动更换工件和刀自动更换工件和刀具，增加功能后可具，增加功能后可实现工件自动清洗实现工件自动清洗与测量等与测量等 满足可变节拍满足可变节拍生产的物料自动识生产的物料自动识别、存储、输送和别、存储、输送和交换的要求。增加交换的要求。增加功能后可实现刀具功能后可实现刀具预调和管理等预调和管理等 加工系统和物加工系统和物流系统的自动控制流系统的自动控制和作业协调，在线和作业协调，在线资料自动采集和处资料自动采集和处理，运行仿真及故理，运行仿真及故障诊断等障诊断等5/13/20243.柔柔性性制制造造系系统统工工作作原原理理 5/13/20244.1很强的柔性制造能力很强的柔性制造能力2 2 设备利用率高设备利用率高3 3 劳动生产率高劳动生产率高4 4 自动化程度高，产品质量稳定自动化程度高，产品质量稳定5 5 经济效益高经济效益高 柔性制造系统特点柔性制造系统特点5/13/20245.柔性制造系统的类型柔性制造系统的类型1 1 柔性制造单元柔性制造单元（FMCFlexible Manufacturing CellFMCFlexible Manufacturing Cell）FMC FMC由单台计算机控制的数控机床或加工中心、环形托盘输送装置由单台计算机控制的数控机床或加工中心、环形托盘输送装置或工业机器人组成。或工业机器人组成。2 2 柔性制造系统柔性制造系统（FMSFMS）它由两台或两台以上的数控它由两台或两台以上的数控机床或加工中心或柔性制造单元机床或加工中心或柔性制造单元所组成，配有工件自动上下料装所组成，配有工件自动上下料装置（如托盘交换装置、机器人）、置（如托盘交换装置、机器人）、自动输送装置、自动化仓库等，自动输送装置、自动化仓库等，由计算机控制系统进行加工控制、由计算机控制系统进行加工控制、计划调度安排及工况监测。计划调度安排及工况监测。3 3 柔性制造生产线柔性制造生产线（FMLFlexible Manufacturing LineFMLFlexible Manufacturing Line）将将FMSFMS中的各机床按工艺过程布局，可以有生产节拍，但是可变的加工中的各机床按工艺过程布局，可以有生产节拍，但是可变的加工生产线，是刚性自动线与柔性制造系统的一种结合。生产线，是刚性自动线与柔性制造系统的一种结合。244FM摩托车发动机汽缸加工自动线5/13/20246.柔性制造系统的适用范围柔性制造系统的适用范围0 10 100 1000 少 零件品种数 多10000100010010大 零件批量 小数控机床通用机床柔性制造单元柔性制造系统柔性制造生产线专用机床自动线生产率提高柔性增大5/13/20247.成组技术成组技术（GT Group Technology)GT Group Technology)成组技术应用于机械加工方面，是将多种零件按其成组技术应用于机械加工方面，是将多种零件按其工艺的相似性分类成组以形成零件族，把同一零件族中工艺的相似性分类成组以形成零件族，把同一零件族中零件分散的小生产量汇集成较大的成组生产量，大大减零件分散的小生产量汇集成较大的成组生产量，大大减少了生产准备时间，从而使小批量生产能获得接近于大少了生产准备时间，从而使小批量生产能获得接近于大批量生产的经济效果。批量生产的经济效果。大量的零件统计表明，在各种机械产品中：大量的零件统计表明，在各种机械产品中：1)1)各类零件有基本固定的出现率，并相对稳定；各类零件有基本固定的出现率，并相对稳定；2)2)同类零件存在形状结构上的相似性同类零件存在形状结构上的相似性3)3)工艺方法也有相似性；工艺方法也有相似性；5/13/20248.常用的零件分类成组方法常用的零件分类成组方法1 1 视检法视检法 视视检检法法是是由由有有生生产产经经验验的的人人员员通通过过对对零零件件图图纸纸仔仔细细阅阅读读和判断，把具有某些特征属性的一些零件归结为一类。和判断，把具有某些特征属性的一些零件归结为一类。2 2 生产流程分析法生产流程分析法（PFAProduction Flow AnalysisPFAProduction Flow Analysis）生生产产流流程程分分析析法法是是以以零零件件生生产产流流程程及及生生产产设设备备明明细细表表等等技技术术文文件件，通通过过对对零零件件生生产产流流程程的的分分析析，可可以以把把工工艺艺过过程程相相近的，即使用同一组机床进行加工的零件归结为一类。近的，即使用同一组机床进行加工的零件归结为一类。3 3 编码分类法编码分类法 先将待分类的各零件进行编码，即将零件的有关设计、先将待分类的各零件进行编码，即将零件的有关设计、制造等方面的信息转译为代码（代码可以是数字元或数字元、制造等方面的信息转译为代码（代码可以是数字元或数字元、字母兼用），然后根据代码对零件进行分类。字母兼用），然后根据代码对零件进行分类。5/13/20249.零件的分类编码零件的分类编码 a)a)识识别别码码是是唯唯一一的的，用用来来区区别别不不同同零件；零件；b)b)识识别别码码一一般般是是零零件件的的件件号号或或图图号号，表表示示零零件件与与产产品品的的隶属关系。隶属关系。a)a)分分类类码码对对每每个个零件不是唯一的；零件不是唯一的；b)b)分类码用来反分类码用来反映零件的功能、结构、映零件的功能、结构、工艺等信息。工艺等信息。5/13/202410.零件分类编码的作用零件分类编码的作用1 1 有利于设计、工艺的标准化有利于设计、工艺的标准化2 2 便于检索和重复利用已有的资料便于检索和重复利用已有的资料3 3 有利于实现专业化生产有利于实现专业化生产企业按产品专业化生产体制按零件专业化集中生产体制4 4 有助于生产信息管理、使用的合理化有助于生产信息管理、使用的合理化零件分类编码的直接目的是：零件分类编码的直接目的是：a)对零件分类分组 b)信息收集和检索5/13/202411.传统的独立垂直生产体系传统的独立垂直生产体系5/13/202412.专专业业化化生生产产结结构构体体系系5/13/202413.分类系统组成分类系统组成纵向环节0 1 2纵向环节0 1 2横向环节横向环节分类标志分类标志码位特征项或特征信息表示各分类环节的具体含义，表示各分类环节的具体含义，如结构形状、尺寸、材料等。如结构形状、尺寸、材料等。粗分细分分类使相似或相同的事物合合在一起，使相异的事物分分开。5/13/202414.分类系统的结构分类系统的结构IIIIIIN0123.90123.90123.90123.9横向分类环节横向分类环节码位码位纵纵向向分分类类环环节节特特征征项项IIIIIIN012901.901.90.90.90.90.90.90.9独立环节分类系统独立环节分类系统链式结构链式结构关联环节分类系统关联环节分类系统树式结构树式结构5/13/202415.分类系统的结构和容量分类系统的结构和容量分类系统的容量是指系统纵向环节总数分类系统的容量是指系统纵向环节总数设：设：NN横向环节总数，横向环节总数，L L关联环节数关联环节数 Z Z每一横向环节所属的纵向环节数每一横向环节所属的纵向环节数则：链式结构则：链式结构 L L 树式结构树式结构 SZ i (i=1,2,N)混合结构混合结构 H H（N NL L）Z ZZZ i i（i i=1,2,L=1,2,L）若令若令N=4N=4，L=2L=2，Z=10Z=10，则：，则：L L4104104040 S S10+1010+102 2+10+103 3+10+104 41111011110 H H(4-2)10+10+10(4-2)10+10+102 2130130 树式结构具有紧凑、纵向环节数多的优树式结构具有紧凑、纵向环节数多的优点，但它的横向环节的从属关系复杂，使用点，但它的横向环节的从属关系复杂，使用不便。不便。链链式式结结构构独独立立环环节节分分类类系系统统树树式式结结构构关关联联环环节节分分类类系系统统混混合合结结构构混混合合环环节节分分类类系系统统5/13/202416.分分类类标标志志安安排排顺顺序序在横向环节中：在横向环节中：先安排与设计有关的，后安排与工艺有关的先安排与设计有关的，后安排与工艺有关的在纵向环节中：在纵向环节中：先简先简后繁，先易后繁，先易后难，先小后难，先小后大，先一般后大，先一般后特殊后特殊 5/13/202417.零件分组方法零件分组方法直接用分类编码划分工艺相似零件组存在的问题：直接用分类编码划分工艺相似零件组存在的问题：a)a)导致许多结构相似但工艺不同的零件被划分在同一导致许多结构相似但工艺不同的零件被划分在同一组，而工艺相似但结构不同的零件却无法划分在同一组；组，而工艺相似但结构不同的零件却无法划分在同一组；因此提出如下因此提出如下零件的分组方法：零件的分组方法：1 1 特征码位法特征码位法2 2 码域法码域法3 3 特征位码域法特征位码域法 b)b)零件组数多，零件组数多，每组零件种类多，且每组零件种类多，且代码中许多分类标志代码中许多分类标志无工艺特征。无工艺特征。5/13/202418.特征码位法特征码位法代码代码：零件类别：零件类别代码代码：零件外部形状：零件外部形状 及要素及要素代码代码：最大尺寸：最大尺寸代码代码：材料种类：材料种类例：零件号例：零件号2 2、5 5，其，其 特征码位为特征码位为23132313 零件号零件号1,3,4,6,1,3,4,6,其特征码位为其特征码位为26132613特征码位法分组的缺点：特征码位法分组的缺点：从从零零件件整整个个分分类类代代码码中中选选择择出出对对某某种种目目的的影影响响最最大大的的部部 分代码作为特征码位，并以特征码位为分组依据。分代码作为特征码位，并以特征码位为分组依据。结果较粗，忽视了次要表面的工艺问题结果较粗，忽视了次要表面的工艺问题5/13/202419.码域法码域法分类步骤：1)按 零 件 分类编码结果统计各分类标志出现的频数，2)制订各种零件组的相似性标准，按标准得到各组码域（No.1,No.2，）3)比较每个零件编码的各位代码是否包括在某一码域内（如No.1）0V VVVVVV1VVVV2VVV3VVVV4VV5V6V7V89代代码码的的数数纵纵向向环环节节代码码位代码码位-横向环节横向环节No.15/13/202420.特特征征位位码码域域法法思路：选取若干特征性较强的码位，并在这些码位上规定允许的特征项资料变化范围，得到相似性特征矩阵，以此作为分组的依据。0V VVVVVV1VVVV2VVV3VVVV4VV5V6V7V89代代码码的的数数纵纵向向环环节节代码码位代码码位-横向环节横向环节No.15/13/202421.FMS FMS 加工系统的配置加工系统的配置FMSFMS的加工对象的加工对象1)棱柱体类（包括箱体形、平板形）2)回转体类（长轴形、盘套形）对加工系统而言，通常用于加工棱柱体类工件的FMS由立、卧式加工中心，数控组合机床（数控专用机床、可换主轴箱机床、模块化多动力头数控机床等）和托盘交换器等构成；用于加工回转体类工件的FMS由数控车床、车削中心、数控组合机床和上下料机械手或机器人及棒料输送装置等构成。当所选定零件组的全部工序可以被一种机床独立完成时，FMS可以只配置数量足够的相同型号机床，这些机床之间是可以相互代替的。1 1 互替式（并联）互替式（并联）2 2 互补式（串联）互补式（串联）3.3.混合式（并串联）混合式（并串联）当所选定零件组的全部工序不能被一种机床独立完成时，FMS需要配置几种不同型号的机床，各自完成特定的工作，这些机床之间是互相补充的，不能相互替代。5/13/202422.机床配置形式与特征比较机床配置形式与特征比较配置形式配置形式互替式互替式互补式互补式混合式混合式简简图图生产柔性生产柔性低低中中高高生产率生产率低低高高中中技术利用率技术利用率低低中中高高系统可靠性系统可靠性高高低低中中投资强度比投资强度比高高低低中中说明：这些配置主要取决于机床功能、FMS的物料流和信息流，而并非取决于加工设备的物理布局。5/13/202423.FMS FMS 对机床的要求对机床的要求1 1 工序集中工序集中2 2 控制功能强、柔性好控制功能强、柔性好3 3 具有通信接口具有通信接口4 4 高刚度、高精度、高速度高刚度、高精度、高速度5 5 其它要求其它要求a)a)使用经济性好使用经济性好b)b)操作性、可靠性、维修性好操作性、可靠性、维修性好c)c)自保护性、自维护性好自保护性、自维护性好d)d)对环境的适应性与保护性好对环境的适应性与保护性好e)e)技术资料齐全，机床上的各种显示、标记等清楚，机床外形、颜色技术资料齐全，机床上的各种显示、标记等清楚，机床外形、颜色美观且与系统协调。美观且与系统协调。5/13/202424.加工系统中常用的加工设备加工系统中常用的加工设备常见加工中心的分类常见加工中心的分类按工艺用途可分为按工艺用途可分为镗铣加工中心、车削加工中心、钻削加工中心、攻螺纹加工中心及磨削加工中心等。按主轴在加工时的空间位按主轴在加工时的空间位置可分为置可分为立式加工中心、卧式加工中心、立卧两用（也称万能、五面体、复合）加工中心。镗铣加工中心与普通数控镗床和数控铣床的区别镗铣加工中心与普通数控镗床和数控铣床的区别之处，主要在于它附有刀库和自动换刀装置。之处，主要在于它附有刀库和自动换刀装置。加工中心加工中心 （镗铣加工中心）（镗铣加工中心）卧式加工中心卧式加工中心5/13/202425.加工中心刀库加工中心刀库加工中心的刀库有加工中心的刀库有链式链式、盘式盘式和和转塔式转塔式等基本类型。等基本类型。5/13/202426.双臂式机械手双臂式机械手 从刀库中挑选所从刀库中挑选所需刀具的方法有：需刀具的方法有：顺序选择法顺序选择法 刀座编码法刀座编码法 刀具编码法刀具编码法 刀具刀座跟踪记忆法刀具刀座跟踪记忆法 常常用用双双臂臂式式机机械械手手的的手手爪爪结结构构形形式式有有钩钩手手、抱抱手手、伸伸缩缩手手和和叉手叉手5/13/202427.换料装置换料装置 加工中心中最为常见的换料装置是托盘交换器（加工中心中最为常见的换料装置是托盘交换器（Automatic Pal1et Automatic Pal1et ChangerChangerAPCAPC），它不仅是加工系统与物流系统间的工件输送接口，），它不仅是加工系统与物流系统间的工件输送接口，也起物流系统工件缓冲站的作用。托盘交换器按其运动方式有也起物流系统工件缓冲站的作用。托盘交换器按其运动方式有回转式回转式和和往复式往复式两种。两种。5/13/202428.加工系统的监控内容加工系统的监控内容 通信及接口、数据采集与交换、与系统内各设备通信及接口、数据采集与交换、与系统内各设备间的协调、与系统外的协调、间的协调、与系统外的协调、NCNC控制、控制、PLCPLC控制、控制、误动作、加工时间、生产业绩、故障诊断、故障误动作、加工时间、生产业绩、故障诊断、故障预警、故障档案、过程决策与处理等预警、故障档案、过程决策与处理等机床机床主轴转动、主轴负载、进给驱动、切削力、振动、主轴转动、主轴负载、进给驱动、切削力、振动、噪声、切削热等噪声、切削热等夹具夹具安装、精度、夹紧力等安装、精度、夹紧力等刀具刀具识别、交换、损伤、磨损、寿命、补偿等识别、交换、损伤、磨损、寿命、补偿等工件工件识别、交换、装夹等识别、交换、装夹等其它其它切屑、切削液、温度、湿度、油压、气压、电压、切屑、切削液、温度、湿度、油压、气压、电压、火灾等火灾等形状精度、尺寸精度、表面粗糙度、合格率等形状精度、尺寸精度、表面粗糙度、合格率等监监控控功功能能 设备运行状态设备运行状态 切削切削加工加工状态状态 产品质量状态产品质量状态5/13/202429.FMS FMS 物流系统物流系统 物流是物流是FMSFMS中物料流动的总称。在中物料流动的总称。在FMSFMS中流动的物料主中流动的物料主要有工件、刀具、夹具、切屑及切削液。要有工件、刀具、夹具、切屑及切削液。物流系统主要由输送装置、交换装置、缓冲装置和存物流系统主要由输送装置、交换装置、缓冲装置和存储装置等组成。储装置等组成。FMSFMS物流系统对输送装置的要求物流系统对输送装置的要求1)1)通用性通用性 2)2)变更性变更性 3)3)扩展性扩展性4)4)灵活性灵活性 5)5)可靠性可靠性6)6)安全性安全性5/13/202430.输送装置（输送装置（1 1）输送带输送带1 1 输送带输送带输送带分为动力型和无动力型；输送带分为动力型和无动力型；从结构方式上有辊式、链式、带式之分；从结构方式上有辊式、链式、带式之分；从空间位置和输送物料的方式上又有台式和悬挂式之分。从空间位置和输送物料的方式上又有台式和悬挂式之分。辊式辊式 链式链式 带式带式5/13/202431.输送装置（输送装置（2 2）有轨小车有轨小车2 2 自动小车自动小车1)1)有轨小车有轨小车-地面有轨小车和高架有轨小车地面有轨小车和高架有轨小车 所谓有轨是指有地面或空间的机械式导向轨道。所谓有轨是指有地面或空间的机械式导向轨道。5/13/202432.输送装置（输送装置（3 3）无轨小车无轨小车2)2)无轨小车无轨小车自动导向小车自动导向小车（AGV AGV Automatic Guided Automatic Guided VehicleVehicle）无轨小车是一种无轨小车是一种利用微机控制的，能利用微机控制的，能按照一定的程序自动按照一定的程序自动沿规定的引导路径行沿规定的引导路径行驶，并具有停车选择驶，并具有停车选择装置、安全保护装置装置、安全保护装置以及各种移载装置的以及各种移载装置的输送小车。输送小车。5/13/202433.物流系统的监控物流系统的监控 物流系统的监物流系统的监控主要完成以下功控主要完成以下功能：能：1)1)采集物流系统的状采集物流系统的状态数据。态数据。2)2)监视物流系统状态。监视物流系统状态。3)3)处理异常情况。处理异常情况。4)4)人机交互。人机交互。5)接受上级控制与管接受上级控制与管理系统下发的计划和理系统下发的计划和任务，并控制执行机任务，并控制执行机构去完成。构去完成。物流系统的监控与管理一般有物流系统的监控与管理一般有集集中式中式和和分布式分布式两种方案两种方案5/13/202434.FMSFMS控制管理系统控制管理系统自动仓库自动仓库AGV小车小车交通管理交通管理车间计算机车间计算机中央管理计算机中央管理计算机 负责全面管负责全面管理、协调和控制理、协调和控制FMSFMS的各项活动的各项活动 协调各种设备协调各种设备的操作的操作执行各种操作执行各种操作A制造单元制造单元计算机计算机物流管理物流管理计算机计算机B制造单元制造单元计算机计算机机器人5/13/202435.