柔性制造系统简介分解
柔性制造系统
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柔性制造系统
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定义和组成
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目录
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特点和优势
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组成部分
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应用和发展趋势
柔性制造系统
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柔性制造系统(Flexible Manufacturing System，FMS)是现代制造 业的重要组成部分，其特点在于灵活性和自动化
FMS能够根据市场需求快速调整生产模式，以适应产品种类的变化 和批量的变化
2
3
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应用和发展趋势
应用和发展趋势
柔性制造系统广泛应用于汽车、 航空航天、电子等制造业领域
ONE
未来的柔性制造系统将更加智能 化和自动化，同时也会更加环保
和可持续
THREE
TWO FOUR
随着技术的不断进步和市场需求 的不断变化，柔性制造系统也在 不断发展和改进
例如，通过使用人工智能和机器 学习技术，可以实现更加智能化 的生产过程控制和管理；通过使 用清洁能源和环保材料，可以实 现更加环保的生产过程；通过使 用可再生资源和循环利用技术， 可以实现更加可持续的生产模式
以下是关于柔性制造系统的详细介绍
1
定义和组成
定义和组成
2
特点和优势
灵活性
柔性制造系统的最大 特点在于其灵活性。 这种系统可以适应不 同的产品需求和生产 环境，而且可以快速 地进行调整和改变。 由于其高度的灵活性 ，FMS已经成为多品 种、小批量生产环境 下的理想选择
特点和优势ຫໍສະໝຸດ 自动化特点和优势组成部分
中央控制系统
中央控制系统是柔性制造系统的核心。它负 责协调和控制所有组成部分的工作。中央控 制系统通常由计算机和软件组成，可以通过 网络进行远程监控和控制。通过使用中央控 制系统，可以实现对整个生产过程的实时监 控和管理。这有助于提高生产效率和质量， 同时也可以及时发现和解决生产过程中的问 题
柔性制造系统
柔性制造系统柔性制造系统是由统一的信息控制系统、物料储运系统和一组数字控制加工设备组成，能适应加工对象变换的自动化机械制造系统(Flexible Manufacturing System)，英文缩写为FMS。
FMS的工艺基础是成组技术，它按照成组的加工对象确定工艺过程，选择相适应的数控加工设备和工件、工具等物料的储运系统，并由计算机进行控制，故能自动调整并实现一定范围内多种工件的成批高效生产(即具有“柔性”)，并能及时地改变产品以满足市场需求。
FMS兼有加工制造和部分生产管理两种功能，因此能综合地提高生产效益。
FMS的工艺范围正在不断扩大，可以包括毛坯制造、机械加工、装配和质量检验等。
投入使用的FMS，大都用于切削加工，也有用于冲压和焊接的。
FMS信息控制系统的结构组成形式很多，但一般多采用群控方式的递阶系统。
第一级为各个工艺设备的计算机数控装置(CNC)，实现各的口工过程的控制；第二级为群控计算机，负责把来自第三级计算机的生产计划和数控指令等信息，分配给第一级中有关设备的数控装置，同时把它们的运转状况信息上报给上级计算机；第三级是FMS的主计算机(控制计算机)，其功能是制订生产作业计划，实施FMS运行状态的管理，及各种数据的管理；第四级是全厂的管理计算机。
性能完善的软件是实现FMS功能的基础，除支持计算机工作的系统软件外，数量更多的是根据使用要求和用户经验所发展的专门应用软件，大体上包括控制软件(控制机床、物料储运系统、检验装置和监视系统)、计划管理软件(调度管理、质量管理、库存管理、工装管理等)和数据管理软件(仿真、检索和各种数据库)等。
为保证FMS的连续自动运转，须对刀具和切削过程进行监视，可能采用的方法有：测量机床主轴电机输出的电流功率，或主轴的扭矩；利用传感器拾取刀具破裂的信号；利用接触测头直接测量刀具的刀刃尺寸或工件加工面尺寸的变化；累积计算刀具的切削时间以进行刀具寿命管理。
此外，还可利用接触测头来测量机床热变形和工件安装误差，并据此对其进行补偿。
柔性制造系统技术概述
柔性制造系统技术概述一、柔性制造系统的产生和特点1、产生背景：（1）市场变化导致中小批量、多品种生产方式成为需要。
市场竞争的加剧及顾客需求的多样化，导致传统的以规模效应带动成本降低的刚性生产线不再适应市场的变化。
·刚性生产线忽略了可能增加的库存而带来的成本的增加；·1973年石油危机，使大批量生产的缺点暴露。
（2）科学技术的进步推动了自动化程度和制造水平的提高。
·NC、CNC、DNC·CAD、CAM·GT、CAPP·ROBOT2、柔性自动化制造技术的产生·世界上公认的第一条柔性制造系统是英国莫林（Molin）机床公司1967年建成的“Molin System-24”；·20世纪70年代末和80年代初，计算机辅助管理物料自动搬运，刀具管理和计算机网络、数据库技术的发展以及CAD/CAM技术的成熟，出现了更加系统化、规模更加扩大的柔性制造系统。
·20世纪80年代末，FMS已经成为一项成熟的技术，并在世界范围得到广泛应用。
3、我国FMS的研究状况我国采取引进和开发相结合的方针，引进箱体类零件、旋转体件及钣金件加工FMS的全部或部分硬件技术。
·1984是我国研制FMS的起步时间，比国外晚了17年。
我国第一套FMS系统是由北京机床研究所于1985年10月开发完成的（JCS-FMS-1），用于加工数控机床直流伺服电机中的主轴、端盖、法兰盘、壳体和刷架体等，它由5台国产加工中心、日本富士电机公司的AGV （自动导引车）及4台日本产的机器人组成，其控制系统由FANUC提供，据分析它的投资回收期约为两年半。
·1983年－1985年，在国家的支持下北京第一机床厂、湖南江麓机床厂、郑州纺织机械厂、广西柳州开关厂等一些单位分别率先从德国、日本进口了国内第一批FMS。
·1985年后在国家机电部“七五”重点科技攻关项目的支持和国家863高技术发展计划自动化领域的工作的带动下，FMS得到极大的重视和发展，进入了自行开发和部分进口的交叉阶段。
机械制造中的柔性制造系统
机械制造中的柔性制造系统机械制造是现代工业领域中至关重要的一个组成部分，各种机械设备的制造需要高度的精确性和效率。
而在机械制造中，柔性制造系统（Flexible Manufacturing System, FMS）的引入为企业带来了巨大的变革和发展机遇。
本文将探讨机械制造中的柔性制造系统的概念、特点以及对机械制造行业的影响。
一、柔性制造系统的概念柔性制造系统是一种集成了各类自动化设备和控制系统的机械制造系统。
它采用计算机控制，通过灵活调度和优化管理，实现一体化、自动化的制造过程。
柔性制造系统的核心是其高度灵活的机器人技术和智能控制系统，能够根据不同产品的要求进行自主调整和生产。
它的引入为机械制造企业提供了更高效、更精准的生产方式。
二、柔性制造系统的特点1.模块化结构：柔性制造系统由多个模块组成，可以根据需要进行灵活组合和调整。
这使得柔性制造系统具备适应不同产品和生产需求的能力。
2.自主运行：柔性制造系统采用先进的计算机控制和自动化设备，能够进行自主调度和运行。
它可以根据生产计划和工艺要求，自动完成各种操作和任务。
3.高度灵活：柔性制造系统能够根据产品变化和订单需求进行快速调整和适应。
它可以在短时间内实现不同产品的生产，并且能够灵活应对市场需求的变化。
4.质量控制：柔性制造系统通过精确的控制和监测技术，实时监测生产过程中的各项指标，并能够及时调整和纠正。
这有助于提高产品的质量稳定性和一致性。
三、柔性制造系统对机械制造的影响1.提高生产效率：柔性制造系统通过自动化设备和智能控制系统的应用，实现了生产过程的高度集成与自动化。
这有效减少了人力投入和生产周期，提高了生产效率和产能。
2.降低生产成本：柔性制造系统的灵活性和自动化能力使得生产过程更加高效、经济。
通过减少物料浪费和人力成本，可以有效降低生产成本，提高企业的竞争力。
3.改善产品质量：柔性制造系统的精确控制和实时监测能力，可以及时发现和处理生产过程中出现的问题，提高产品质量的稳定性和一致性。
计算机集成制造技术-柔性制造系统
FMS的配置与投资
系统成本：USD 1797195.00 （从表3-5中扣除C项）
确定FMS总经济效益计算项目
直接劳动工时费 调整工时费 间接劳动费用 生产准备费 场地费 生产维持费 库存费 工装夹具费用 废品损失费用
1、直接劳动工时费计算
现有生产系统的直接劳动需求
2、调整工时费
3、间接劳动费用
4、生产准备费
5、场地费用
6、生产维持费
7、库存费用
8、工装夹具费用
9、废品损失费用
FMS年成本节省总值
投资回收率ROR (Rate of Recycle)
ROR = P/C
式中 P – 平均年盈利; C – 第一次投资成本。
FMS的组成
通常由四大部分组成： 加工单元； 自动物料运输及管理系统； 计算机控制与管理装置； 辅助工作站。
FMS的加工单元
加工单元是FMS的主体，用以进行零件 的机械加工。
加工单元的机床必须具备的条件：
①具有CNC计算机数控装置，并且有能与计 算机直接通信的DNC接口装置；
②具有自动工件托盘交换装置(APC)及自动 刀具交换装置(ATC)；
I、C、O、M码
I — 输入 C — 控制 O — 输出 M — 机制
AMS系统结构
AMS厂房平面布置图
ห้องสมุดไป่ตู้
FMS的技术经济效益核算项目
FMS总投资 FMS总经济效益 投资回收率 综合评介结论
FMS总投资
示例的系统目标： 建立新的FMS系统，用以代替现行的由两
条传统生产线组成的生产系统，生产箱体零 件，年产量为19000件。
11第四章_柔性制造技术
三、物流系统
物流系统一般由三个部分组成： 物流系统一般由三个部分组成： （1）输送系统 （2）贮存系统 （3）操作系统
图4- 25物流系统的控制功能体系
FMS物流系统对输送装置的要求
（1）通用性 能适合一定范围内不同输送对象的要求， 与物料存储装置、缓冲站和加工设备等的关联性好， 物料交接的可控制性和匹配性（如形状、尺寸、重量 和姿势等）好。 （2）变更性 能快速地、经济地变更运行轨迹，尽量增 大系统的柔性。 （3）扩展性 能方便地根据系统规模扩大输送范围和输 送量。 （4）灵活性 接受系统的指令，根据实际加工情况完成 不同路径、不同节拍、不同数量的输送工作。 （5）可靠性 平均无故障时间长。 （6）安全性 定位精度高，定位速度快。
1967年英国Molins公司建成第一条FMS 1967年英国Molins公司建成第一条FMS 年英国Molins公司建成第一条 70年代末80年代初 FMS商品化 年代末80年代初， 商品化， 70年代末80年代初，FMS商品化，从机加工 到焊接、装配、 到焊接、装配、检验及无削加工等领域 80年代后 年代后， 80年代后，基于计算机的集成制造 1985年运行的FMS有400套 年运行的FMS 1985年运行的FMS有400套， 1987年近800套 年近800 1987年近800套， 1990年即达到1500多套 年即达到1500多套， 1990年即达到1500多套， 目前约有3000套左右正在运行。 3000套左右正在运行 目前约有3000套左右正在运行。
第四章 制造自动化技术
第四节 柔性制造技术
一、柔性制造系统概述
柔性制造系统（ 柔性制造系统（Flexible Manufacturing System—FMS）是集数控技术、计算机 ）是集数控技术、 技术、 技术、机器人技术及现代生产管理技术 为一体的现代制造技术。 为一体的现代制造技术。
柔性制造系统
柔性制造系统柔性制造是与“刚性”制造自动化相对应提出来的新概念，是以数值控制、计算机、信息处理、精密机械等技术为基础的先进制造技术。
柔性制造系统，即FMS。
柔性制造系统由主机（即数控机床）、物流系统（即毛坯、工件、刀具的存储、输送、交换系统）、控制整个系统运行的计算机系统三个基本部分组成。
对机械制造厂而言，其FMS由如下单元组合而成：加工设备、装配设备、检测设备、输送装置、交换装置、装卸站、保管设备、信息管理及控制装置、辅助设备。
柔性制造系统的分类：柔性制造单元(FMC) ，FMC由单台带多托盘系统的加工中心或3台以下的CNC机床组成,具有适应加工多品种产品的灵活性。
FMC的柔性最高。
柔性制造线(FML) ：柔性制造线FML是处于非柔性自动线和FMS之间的生产线,对物料系统的柔性要求低于FMS,但生产效率更高。
柔性制造系统(FMS) ： FMS通常包括3台以上的CNC机床(或加工中心),由集中的控制系统及物料系统连接起来,可在不停机情况下实现多品种、中小批量的加工管理。
FMS 是使用柔性制造技术最具代表性的制造自动化系统。
常见的FMS具有以下功能：自动制造功能，在柔性制造系统中，由数控机床这类设备承担制造任务；自动交换工件和刀具的功能；自动输送工和刀具的功能；自动保管毛坯、工件、半成品、工具夹、模具的功能；自动监视功能（即刀具磨损、破损的监测），自动补偿，自诊断等；作业计划与调度。
柔性制造系统的基本功能包括自动加工功能(包括检验、清洗等)、自动搬运功能和将以上两者综合起来的综合软件功能。
加工系统：柔性制造系统采用的设备由待加工工件的类别决定,主要有加工中心、车削中心或计算机数控(CNC)车、铣、磨及齿轮加工机床等,用以自动地完成多种工序的加工。
物料系统：物料系统用以实现工件及工装夹具的自动供给和装卸,以及完成工序间的自动传送、调运和存贮工作,包括各种传送带、自动导引小车、工业机器人及专用起吊运送机等。
柔性制造系统组成
柔性制造系统组成柔性制造系统（FMS）是一种集成了计算机控制技术、自动化技术、信息技术和生产技术的生产模式。
它包括计算机控制的生产设备集成在一起，通过自动化程度高、柔性性强、信息化程度高的技术手段实现生产工艺的灵活高效。
柔性制造系统能够进行多品种、小批量的生产，并可以快速调整生产的生产能力和生产计划。
下面是柔性制造系统组成的详细介绍。
一、计算机控制系统计算机控制系统是指通过计算机进行生产流程控制的系统。
它包括计算机硬件、软件等基础设施，具有数据采集、处理、传输等功能。
计算机控制可以对生产过程进行实时在线监控，同时实现对生产工艺的在线管理和控制。
二、生产设备生产设备是柔性制造系统的核心组成部分。
它包括各种生产设备，如数控加工中心、机器人、自动装卸系统、搬运机器人等。
这些设备通过计算机集成在一起，形成生产线，能够实现高效、自动的生产。
三、工作站工作站是指生产作业的工作场所，包括机器操作员、手动装配人员等.在柔性制造系统中，工作站可以采用自动化技术，实现部分和全自动操作，从而确保生产过程高效、准确、稳定。
四、机器人机器人是柔性制造系统的重要组成部分，可以根据程序控制实现自动化操作。
在生产过程中，机器人可以代替人手完成复杂的生产任务，从而提高生产效率并降低生产成本。
五、自动化运输系统自动化运输系统是指通过计算机控制的自动化运输设备，如AGV、立体仓库等。
这些设备能够自动地搬运半成品和成品，并在不同的工作站之间进行自动运输。
六、信息系统信息系统是柔性制造系统的关键组成部分。
它包括生产计划编制系统、生产执行系统、质量管理系统等。
信息系统通过对生产数据的采集、分析和处理，可以实现生产和生产管理的有效控制。
七、生产计划编制系统生产计划编制系统是柔性制造系统中的一个核心部分，它可以采用人工、电脑或者是两者结合的制定生产计划方法来确定各个生产环节的制造流程和生产计划，并在计划期间进行跟踪控制，及时的调整生产进度，确保生产计划能够按照计划时间完成。
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（9）辅助设备
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二、FMS的分类
随着微电子技术、计算机技术、通信技术、机械 与控制设备的发展，也促使柔性制造技术日臻成熟， 如今，FMS已成为各工业化国家机械制造自动化的研制 发展重点
柔性制造单元 (FMC)
柔性制造系统 (FMS)
按规模大小分类的柔性制造系统
柔性自动生产线 (FML) 柔性制造工厂(FMF)
8
典型的柔性制造系统示意图1
9
典型的柔性制造系统示意图2
10
典型的柔性制造系统示意图3
11
2. FMS的主要功能
常见的FMS具有以下功能：
（1）自动制造功能（主要由数控机床实现）； （2）自动交换工件和刀具的功能； （3）自动输送工件和刀具的功能； （4）自动保管毛坯、工件、半成品、工夹具、模具； （5）自动监视、自动补偿、自诊断等；
（6）作业计划与调度
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二、柔性制造系统的适用范围
10000
大
1000
刚性自动线 专用机床 柔性制造生产线
100
生产率提高
零 件 批 量
柔性增大
柔性制造系统
10
柔性制造单元 数控机床通用机床
0 10 100 1000
小
少
零件品种数
多
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1-3 柔性制造系统的结构和分类
一、FMS的结构
信 息 流
工夹具站
5
•
•
更直观的定义是：“柔性制造系统是至少由两台数 控机床，一套物料运输系统（从装载到卸载具有高 度自动化）和一套计算机控制系统所组成的制造自 动化系统。它采用简单改变软件的方法便能制造出 某些部件中的任何零件”。 综上所述，各种定义的描述方法虽然有所不同，但 都反映了FMS应具备以下特点： 1) 两台以上的数控机床或加工中心以及其他加 工设备，包括测量机、清洗机、动平衡机、 各种特种加工设备等； 2) 一套能自动装卸的运输系统，包括刀具储运 和工件及原材料储运。具体结构可采用传输 带、有轨小车、无轨小车、搬运机器人、上 下料托盘站等； 3) 一套计算机控制系统及信息通信网络。
置和控制系统联结起来，按照规定的 生产节拍，工件自动地依次经过各个 加工工位进行自动加工的连续作业线。
加工箱体类零件的组合机床自动线
3
刚性自动线的特点与缺陷
特点：具有统一的控制系统和严格的生产节拍，与自动化 单机相比，结构复杂，完成的加工工序多，生产率很高。
是少品种、大量生产必不可少的加工设备。
缺点：投资大，系统调整周期长，更换产品不方便。
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CAD/CAPP 工艺路线
生产计划系统 生产计划 计划完成情况
ERP
公 司 层 车 间 层
车间控制器 计划需求管理 设备管理 质量管理 综合查询
单元控制器 物料管理 NC程序管理 计划完工管理 工装工具管理
单 元 层 工 作 站 层 设 备 层
DNC控制器 NC程序 CNC机床1
机床运行状态 CNC机床n
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柔性制造单元(FMC)
FMC由1-2台数控机床 或加工中心构成的加 工单元，并具有不同 形式的刀具交换和工 件的装卸、输送及储 存功能。除了机床的 数控装置外，通过一 个单元计算机进行程 序管理和外围设备的 管理。FMC适合加工 形状复杂、工序简单、 工时较少、批量小的 零件。
的镗铣加工中心和以加工回转体类工件为 主的车削加工中心最为多见。
• 由于镗铣加工中心（1958年由美国KM公司
在数控铣床上加刀库）最早出现，且名为 加工中心（Machining Center），所以习 惯上常把“镗铣加工中心”称为“加工中 心”。
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立轴 （Y）
控制面 板
Y B C Z A X 换刀机构 和刀库
6
1-2 柔性制造系统的功能及适用范 围一、FMS的基本组成及主要功能
1. 典型的FMS主要由以下三个子系统组成：
（1）加工系统（主机，即数控机床NC） （2）运储系统（物流系统） （3）计算机控制系统
7
柔性制造系统组成
柔性制造系统 加工系统 物流系统 控制与管理系统 过 程 控 制 过 程 监 视
柔性ห้องสมุดไป่ตู้造系统产生
4
柔性制造系统（ FMS ，Flexible Manufacturing System）的定义
•美国制造工程师协会(SME)的计算机辅助系统和应用 协会把柔性制造系统定义为“使用计算机、柔性加工 单元和集成物料储运装置完成零件族某一工序或一系 列工序的一种集成制造系统”。 •根据“中华人民共和国国家军用标准”有关“武器 装备柔性制造系统术语”的定义，柔性制造系统 （FMS）是数控加工设备、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，包括多个柔性制造 单元，能根据制造任务或生产环境的变化迅速调整， 适用于多品种、中小批量生产。
柔性制造自动化概论
授课人：马可
2013年10月
第一章 柔性制造系统
1-1 从自动线到柔性制造系统 1-2 柔性制造系统的功能及适用范围
1-3 柔性制造系统的结构与分类
2
1-1 从自动线到柔性制造系统
柔性——是指制造系统对系统内部及外部环境的一种适应能力， 刚性自动线：按一定工艺顺序排 列的若干台自动机床，用工件传送装 也是指制造系统能够适应产品变化的能力。 柔性 刚性
工作台 底座 主刀头
立式加工中心
工作台
17
卧式加工中心
18
立卧转换五面体加工中心
19
数控车床
数控铣床
20
（2）装配设备
装配工业机器人
螺钉自动装配机器人
21
（3）检测设备
22
（4）输送装置
23
（5）交换装置
24
（6）装卸站
25
（7）保管装置
自动化立体仓库
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（8）信息管理及控制装置
物料流
工厂计算机
中央计算机
物流控制计算机 自动 仓库
信 息 传 输 网 络
加工 单元1
加工 单元2 运输小车 FMS的结构示意图
加工 单元n
14
FMS的功能结构
计划调度
物流系统
加工设备
柔性制造系 统功能结构
网络通讯
CAD/CAM一体化
检测监控
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（1）加工设备
• 在实际应用中，以加工棱柱体类工件为主
加 工 设 备
辅 助 设 备
检 测 设 备
工 件 流
刀 具 流
过 程 调 度
以任意顺序自 动加工多种工件， 自动更换工件和刀 具，增加功能后可 实现工件自动清洗 与测量等
满足可变节拍 生产的物料自动识 别、存储、输送和 交换的要求。增加 功能后可实现刀具 预调和管理等
加工系统和物 流系统的自动控制 和作业协调，在线 资料自动采集和处 理，运行仿真及故 障诊断等