柔性制造布局简介

翻译内容（柔性制造系统第五部分）

(2)物料处理和存储系统

FMS的第二个主要（组成）部分是它的物料处理和存储系统。在这部分，我们讨论该处理系统的功能以及FMS中通常用到的物料处理设备及FMS布局的类型。

处理系统的功能。FMS中的物料处理和存储系统执行以下功能：

·不同工作站之间的各个工作部件（有着）任意的、独立的运动。

这意味着那些部件必须能够从系统中的任意一台机器转移到其他的任意一台机器来进行制造，即是为不同的部件提供多种可选择的工艺路线，从而保证当系统的某些资源正被占用时也可以制造出（它们的）替代品。

·（能够）处理各种工作部件的装置。

对于柱状部件，它们通常是通过处理系统中的模块化的托盘夹具来完成的。（这些）夹具位于托盘的顶面，依附于（那些）通用组件、换装迅速的物品以及其他的一些可以为给定部分快速建立夹具系统的设备，他的设计目的是适应不同部分的配置。托盘的底部是为物料搬运系统设计的。对于旋转类零部件，通常用工业机器人来加载和卸载这些车床，（当然也用它们）来移动不同平台之间的零部件。

·中间存储器。

临时存储。在任何时候FMS中的零件数量通常都会超过实际加工的零件数量。因此，每个站都有一小队的零部件在等待处理,这有助于提高机器利用率。

·方便访问正在加载和卸载的工作部件。操作系统必须包括加载/卸载站的位置。

·兼容计算机控制。这个处理系统必须能够被电脑系统直接控制，从而通过电脑引导这个处理系统到各个工作站、加载/卸载站和存储区域。

物料搬运（处理）设备。

一个FMS中的材料处理系统通常被用来转移不同工作平台之间的零部件。它的类型包括各种常规物料运输设备、管道传输机构和工业机器人。一个FMS中的物料处理函数往往是在两个系统之间共享：(1)一个主要的处理系统(2)一个二级（辅助）处理系统。主处理系统建立了FMS的基本布局，它负责系统中部件在各个平台之间的移动。常用FMS布局中的物料搬运设备的类型在表4.3.5中进行了总结。

FMS中的二级处理系统由传输设备、自动托盘转换器及位于工作站的类似的机构组成。二级处理系统的作用是将工作从主系统转移到机床或其他加工站，同时能将零部件足够准确地放在指定的位置，并且能够重复执行这些加工或装配类操作。二级处理系统的其他用途包括：(1)如果需要表面处理就重新定位（那些）工作部件，(2) 部分缓冲存储器实现最小化减少工作时间和最大化提高平台的利用率。在一些FMS装置中，个别工作站的定位和注册需求是通过主工作处理系统来满足的。这些情况，二级处理系统并不包括在内。

主处理系统有时是靠一个自动存储系统支撑。图4.3.6阐述了FMS中的一个存储的例子。FMS集成了自动存储/检索系统(AS / RS)和服务于工作站的工作处理功能以及为货架传递部件的S / R机。

FMS布局结构。物料处理系统建立了FMS布局。(我们能够)发现大多数的FMS布局结构可以分为五类：(1)直列式布局，(2)循环布局，(3)阶梯布局，(4)开放式布局，(5)robot-centered 细胞。

直列式布局，机器和处理系统排列在一条直线，见图4.3.6和4.3.7。即最简单的形式,部件从一个工作站前进到下一个工作站就像一个定义良好的序列，运作总是朝着一个方向，没有回流，即像在图4.3.7(a)中展示的那样。排除系统中处理多种工作部件（这种现象)，这种类型的系统的操作类似于传输线的功能。尽管每个车站的处理不同，但由于所有工作单位遵循4.3柔性制造系统那种相同的路由顺序，（因此）这个系统在我们的制造分类系统中被归为

IIIA 类。对于在线系统而言它需要更大的路由的灵活性,一个线性传输系统可以安装为允许向两个方向运动的形式。图4.3.7(b)显示的是做到这点的一种布置方法。图中每个工作站都有一个辅助工作处理系统来将大量的部件从主生产线中分离出去。因为工艺路线不同，所以这是一个II 型制造系统。

图4.3.5 五种FMS 布局中物料处理设备通常都是主要处理系统

布局设置

常用的物料处理系统 直列式布局

环形布局

阶梯布局

领域开放式布局

以机器人为核心的布局 直列式传送系统 传送带（或输送机）系统 铁路车辆引导系统 传送带（或输送机）系统 地板拖缆（车） 传送带（或输送机）系统 自动导向车辆系统 铁路车辆引导系统 自动导向车辆系统 地板拖缆（车） 工业机器人

图4.3.6 FMS 包含一个为处理和存储零部件而设的自动存储和检索系统。

注释：AS / RS =自动存储/检索系统，S / R =存储/检索机(也称为塔式起重机)，CNC =计算机数字控制，load/unload stations=加载/卸载站，extended AS / RS guide rail=延伸的自动存储/

检索系统导轨。

循环布局，工作站被安排在一个被具有相同形状的一部分处理系统所表示的环中，如图为4.3.8（a）所示。零件通常围绕这个环向一个方向流动，同时它也能够停止并被转移到其它任何工作台。在每个工作站（附近）显示的二级处理系统是为了保证部件能够围绕那个环无障碍移动。加载或卸载站通常位于环的一端。另一种可选择的循环布局形式是矩形布局。如图4.3.8(b)所示,在直线机器布置中这种布置被用来将货盘发回到起始位置。

图4.3.7直列式FMS布局：(a)类似于一个传输线的方向流(b)在每个工作站附近的带有部件辅助处理系统的线性传输系统能够促进物料流向两个方向

注释：mach aut=自动加工站，starting workparts =起始（输入）工件（流），part transport system=部件运输（或搬运）系统，work flow=工作流，partially completed work parts=半成品，completed parts=成品，load/unld=装载/卸载站，shuttle cart=搬运车（小车），primary line=主（加工）线，secondary handling system=二级（或者辅助）处理系统。

图4.3.8：(a)每个工作站附近都带有二级部件处理系统的FMS循环布局允许物料在环上进行畅通无阻地流动。(b)矩形布局（可以将）托盘再循环到矩形里的第一个工作站。

注释：mach aut=自动加工站，starting workparts =起始（输入）工件（流），part transport system=部件运输（或搬运）系统，load/unld=装载/卸载站，completed parts=成品，part transport loop=部件运输环，direction of work flow=工作流向，forward loop=前进环，return loop=返回环，returning pallets=返回托盘。

阶梯布局由一个两直边段间带横档的环组成,而工作站就位于那些横档上边。如图4.3.9所示。那些横档增加了一个机器到下一个机器实现分叉的途径,并消除在此设置二次处理系统的需求。这减少了平均输送距离并且最大限度地缓解了处理系统的拥塞状况，从而减少工作站之间的运输时间。

开放式布局由多个环、阶梯以及可能存在的侧线组成，如图4.3.10所示。这种布局类型通常适合加工具有一定关联的一系列零件。不同的类型的机器的数量可能会有所限制，并且部件是按是否最先完成的优先顺序按路线发送到不同的工作站。

图4.3.9 FMS阶梯布局

图4.3.10 FMS开放式布局

注释：mach aut=自动加工站，starting workparts =起始（输入）工件（流），part transport system=部件运输（或搬运）系统，load/unld=装载/卸载站，completed parts=成品，part transport loop=部件运输环，direction of work flow=工作流向，AGV = 自动引导车辆，Rechg =自动引导车辆的充电站，AGV guidepath=自动引导车辆的导向槽。

robot-centered细胞使用一个或多个机器人作为物料搬运系统。工业机器人装备了抓爪从而使它们比较适合对回转类部件进行处理，而以机器人为中心的FMS布局通常被用来处理圆柱或盘状零部件。