柔性制造和智能制造系统
智能工厂建设的主要模式
智能工厂建设的主要模式（二）引言：智能工厂是指利用先进的科技手段，以数字化、智能化和自动化为核心，在生产过程中运用人工智能、物联网、大数据分析等技术，提高生产效率、降低成本、提升产品质量的现代化工厂。
在前文中，我们已经介绍了部分智能工厂的主要模式，并强调了个性化和灵活性的重要性。
在本文中，我们将继续探讨另外一些智能工厂的主要模式，旨在全面了解智能工厂建设的目标和策略。
概述：智能工厂建设的主要模式可以分为：工业自动化模式、柔性制造模式、集成制造模式、数字化车间模式和自适应生产模式。
每种模式都有其独特的特点和优势，可以根据企业的需求和资源进行选择和应用。
正文：一、工业自动化模式1. 传统自动化升级：通过对现有工厂进行升级改造，引入自动化设备和设施，提高生产效率和品质控制。
2. 自动化生产线建设：构建全自动化生产线，实现产品自动组装、运输和质检，降低人工成本和提高生产能力。
3. 机器人应用：广泛引入机器人技术，实现生产线上各种环节的自动化操作，提高生产效率和生产精度。
二、柔性制造模式1. 生产流程灵活性：通过工艺改进和设备更新，使生产流程更加灵活可变，能够快速应对市场需求的变化。
2. 柔性生产设备：采用模块化和多功能设备，可以进行多种产品的制造和加工，降低设备投资和生产成本。
3. 供应链管理优化：与供应商和合作伙伴建立紧密合作，实现信息共享和协同生产，提高整体供应链的柔性和效率。
三、集成制造模式1. 跨行业协同：不同行业的智能工厂之间进行资源共享和协作，实现生产流程的整合和优化，提高市场竞争力。
2. 数据共享和集成：通过搭建数据接口和平台，实现企业内外不同系统之间的数据共享和集成，提高生产智能化水平。
3. 跨地域合作：建立跨地域的智能工厂合作网络，形成分工协作和优势互补，提高生产效率和资源利用率。
四、数字化车间模式1. 生产过程可视化：通过传感器、RFID等技术，实现生产过程的实时监控和数据采集，提高生产计划和调度的准确性。
智能制造柔性运行控制系统简单介绍
质量保证、质量管理、质量控制的概念
• 质量保证(QA)是指：对某一产品或服务能满足规定质量要求， 提供适当信任所必需的全部有计划、有系统的活动。
• 质量管理(QM)是指：制定和实施质量方针的全部管理职能。 • 质量控制(QC)是指：为达到质量要求所采取的作业技术和活
动。 • 质量系统(QS)是指：为实施质量管理的组织结构、职责、程
(1)通过质量信息的集成，实现质量信息的及时处理与反馈，从而保证产品 质量及制造过程的改善。
(2)可以将用户的需求直接用于控制产品的设计工作，并对设计及工艺进行 分析和审核，尽早发现在制造过程中可能出现的质量缺陷，实现在设计阶段保 证产品质量。
(3)及时向操作者和管理人员提供正确的制造过程信息及产品质量信息。
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FMS单元控制器的功能模型
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FMS控制系统的信息流
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质量保证体系
柔性制造系统是一个将机械制造、计算机技术、自动化技术、信息通讯技术 集于一身的具有高度自动化水平、高度柔性的先进制造系统。质量保证系统 QAS(Quality Assurance System)是其一个重要组成部分。柔性制造环境下的 质量保证系统的作用在于：
• 正是由于其控制范围广，所以其承担的任务较繁重。 • 为避免用一台计算机过于集中控制，目前几乎所有的FMS
都采用了多级计算机递阶控制结构，以此来分散主计算机 的负荷，提高系统的可靠性，同时也便于控制系统的设计 和维护。
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控制系统的结构
通常采用递阶控制的结构形式，即通过对系统的控制功能进行正确、合理 地分解，划分成若干层次，各层次分别进行独立处理，完成各自的功能，层与 层之间在网络和数据库的支持下，保持信息交换，上层向下层发送命令，下层 向上层回送命令的执行结果。
智能制造中柔性制造系统的设计与优化
智能制造中柔性制造系统的设计与优化一、引言随着科技的不断进步和信息技术的广泛应用，智能制造概念的兴起和推广，柔性制造系统作为一种高度自适应和灵活性强的生产系统模式，越来越受到制造业的重视和认可。
本文将详细探讨智能制造中柔性制造系统的设计与优化，从理论和实践的角度来分析其优势和应用。
二、柔性制造系统的概述柔性制造系统（Flexible Manufacturing System，FMS）是一种可以快速适应生产变化需求的自动化生产系统。
它利用计算机技术和先进的机电一体化技术，使得生产线能够快速调整和适应不同产品的制造要求。
柔性制造系统主要包括物料搬运系统、加工装备、控制系统和信息系统等组成部分，通过这些组成部分的协同工作，实现了对生产过程的灵活调度和管理。
三、柔性制造系统的设计与优化1. 柔性制造系统的设计原则柔性制造系统的设计需要考虑以下原则：（1）任务分配合理：根据产品的特点和生产要求，合理分配任务至多个加工单元，实现生产过程的灵活调度。
（2）模块化设计：采用模块化的设计思想，使得不同的任务可以独立进行，从而提高系统的可维护性和可扩展性。
（3）信息化管理：通过信息系统实现对生产过程的追踪和控制，提高生产计划的准确性和实时性。
（4）资源共享：多个加工单元之间应该能够共享资源，如设备、工具和人力资源等，提高资源利用效率。
2. 柔性制造系统的优化方法针对柔性制造系统的优化，可以从以下几个方面进行考虑：（1）生产调度优化：通过算法模型和计算机软件优化生产调度，实现生产过程的高效运行和资源的合理利用。
（2）制造过程优化：分析柔性制造系统的每个环节，对生产过程进行优化，例如优化物料搬运路径和加工工艺等。
（3）质量控制优化：通过引入自动化检测和控制技术，提高产品的质量稳定性和一致性。
（4）资源管理优化：综合考虑设备利用率、能源消耗和人力需求等因素，对资源进行合理分配和规划，提高生产效率和资源利用效率。
四、柔性制造系统在智能制造中的应用1. 自动化生产柔性制造系统利用先进的机电一体化技术，能够实现生产过程的自动化控制和管理。
智能制造中的柔性生产技术
智能制造中的柔性生产技术智能制造是指利用先进的信息技术、传感技术和自动控制技术，实现生产过程的智能化和自动化，以提高生产效率、质量和灵活性的一种制造方式。
在智能制造中，柔性生产技术是一项关键的技术，它可以使制造企业更加灵活、高效地响应市场需求。
一、柔性制造系统柔性制造系统是柔性生产技术的核心，它是一种能够满足不同产品、不同批量生产需求的生产系统。
柔性制造系统由多个灵活的生产单元组成，这些生产单元可以根据需要进行组合和调整，以适应不同的产品和生产任务。
柔性制造系统具有以下特点：1. 灵活性：柔性制造系统能够在不同的产品需求和生产任务之间进行快速切换，提高了生产线的灵活性和适应性。
2. 高效性：柔性制造系统通过自动化和集成化的生产方式，提高了生产效率和生产质量，减少了生产成本和资源浪费。
3. 可扩展性：柔性制造系统可以根据生产需求进行扩展和调整，以适应不同规模和产能的要求。
二、柔性生产设备柔性生产设备是柔性生产技术的重要组成部分，它包括智能机器人、自动化设备、传感器和控制系统等。
这些设备通过信息技术和自动化技术的应用，实现了生产过程的智能化和自动化。
1. 智能机器人：智能机器人是柔性生产设备中的关键技术，它可以根据预设的指令和程序，完成各种生产任务，如装配、搬运、焊接等。
智能机器人具有高度的灵活性和自主性，能够适应不同的生产环境和任务要求。
2. 自动化设备：自动化设备是柔性生产中不可或缺的设备，它可以代替人工完成繁重、危险和重复性较高的工作，提高了生产效率和工作质量。
3. 传感器和控制系统：传感器和控制系统是柔性生产设备的“大脑”，通过感知和控制生产过程中的各个参数和状态，实现生产过程的智能化和自动化。
传感器可以实时监测生产过程中的温度、压力、速度等参数，控制系统可以根据传感器的反馈信号，调整和控制设备的运行和工作状态。
三、柔性生产管理柔性生产管理是实现柔性生产的关键环节，它包括生产计划、调度和控制等方面。
控制系统的智能制造与柔性制造技术
控制系统的智能制造与柔性制造技术控制系统在现代制造领域中起着至关重要的作用。
随着科技的不断发展，以及人工智能和机器学习等领域的突破，智能制造和柔性制造技术逐渐成为制造业的热门话题。
本文将探讨控制系统在智能制造和柔性制造中的应用，并分析其对制造业的影响。
一、智能制造技术智能制造技术是指通过使用先进的传感器、数据采集和分析等技术，将大数据与云计算相结合，实现制造过程的自动化、高效化和智能化。
在智能制造中，控制系统扮演着重要的角色，它负责监控和控制整个生产线的运行。
1. 自动化控制系统自动化控制系统是智能制造的基础，它能够通过传感器和执行器对生产过程进行实时监测，并根据设定的参数进行自动调节。
这种控制系统能够大大提高生产效率和质量，并降低生产成本。
2. 人机协作智能制造技术还可以实现人机协作，即将人类的智慧和机器的高效结合起来。
通过智能控制系统，机器可以根据人类的指令和反馈进行工作，从而实现更高效的生产。
3. 数据分析与优化智能制造的一个重要特征是对生产过程中产生的大量数据进行分析和优化。
控制系统能够收集和分析这些数据，并根据分析结果调整产量、工艺参数等，以提高生产效率和产品质量。
二、柔性制造技术柔性制造技术是指生产线具有适应性和灵活性，能够快速响应市场需求和变化的制造方式。
在柔性制造中，控制系统也发挥着重要的作用，它能够对生产线进行灵活的调度和控制。
1. 生产线调度与优化柔性制造的一个核心是对生产线进行合理的调度和优化。
控制系统能够根据订单需求、设备状态等因素，对生产线进行智能调度，以提高生产效率和资源利用率。
2. 自适应控制柔性制造要求生产线能够自动适应不同的产品和工艺要求。
控制系统可以通过自适应控制算法，根据不同的产品特性和工艺要求，自动调整设备的参数和工作方式。
3. 面向订单的生产柔性制造强调按需生产，即根据订单需求进行生产。
控制系统能够根据订单信息，智能地调整生产线的生产能力和工作方式，以适应市场需求的快速变化。
智能制造基本特征
智能制造基本特征
智能制造具有以下基本特征：
1. 数据驱动：智能制造以数据为基础，通过传感器、物联网和云计算等技术采集、存储和分析大量生产过程和产品数据，实现生产过程的优化和智能决策。
2. 自适应性：智能制造系统能够根据不同的生产需求进行自动化调整和改进，提高生产效率和灵活性。
3. 协同性：智能制造系统能够实现各个生产环节之间的协同操作和信息共享，提高生产资源的效益利用和生产管理的精细化。
4. 可视化：智能制造系统通过数据可视化和虚拟仿真等技术，实现对生产过程和产品状态的监控和可视化展示，提供实时的生产管理和决策支持。
5. 智能化：智能制造系统通过引入人工智能、机器学习和自动化控制等技术，实现对生产过程和设备的智能化管理和优化。
6. 柔性化：智能制造系统能够根据市场需求和产品变化，实现生产线路的快速切换和生产流程的灵活调整。
7. 可追溯性：智能制造系统通过数据采集和存储，实现对产品生命周期各个环节的追溯和溯源，提高产品质量和安全性。
总体来说，智能制造通过数据流、信息流和物流的高度集成和
智能化管理，实现生产过程的高效优化、智能决策和灵活适应，提高企业竞争力和产品质量。
智能制造柔性硬件系统简单介绍
FMS物料输送基本回路 •直线输送回路 沿直线路线单向或双向移动，顺序地在
各个连接点停靠； •环形输送回路 运载工具沿环形路线单向或双向移动； •网状输送回路 由多个回路相互交叉组成，可由一条环
路移动到另一回17
网状输送回路
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运输小车 结构： 车体 安装平台 托盘交换装置 蓄电池 控制系统
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自动运输小车导向 • 有轨小车 铁轨导向，速度快，负载能力大，停靠准确， 可靠好，制造成本低，线路不便更动，转角不宜太大。 • 线导小车 电磁感应导向，柔性大、扩展性好、不怕污染、 工作可靠。 • 光导小车 采用带有荧光材料油漆或色带，通过光电制导， 改变线路非常容易，对环境要求严格。 • 激光灯台制导 小车顶部装有激光装置，通过固定位置反 射激光束信息，确定小车位置。
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AGV电磁感应制导原理
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激光灯台制导原理
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自动化仓库 • 货架 为一个个存储单元，设有地址编码，货架 之间有巷道，每个巷道配有专用堆垛机。 • 堆垛机 由托架、货叉、支柱、上下导轨、移动 电动机以及传感器构成的三维搬运设备。 • 控制与管理系统 负责物料信息的登录、识别， 物料自动存取，仓库管理。
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自动化仓库示意图
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堆垛机结构示意图 1-上导轨 2-支柱 3物料 4-托架 5-移动 电动机 6-传感器
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高架导轨式的换刀机器人
1-纵向导轨 2-横梁 3-滑台 4-换刀机器人
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高架导轨式的换刀机器人
1-AGV 2-装载刀架 3-机器人 4-机床刀库
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智能制造柔性硬件系统简单介绍
柔性制造系统的加工系统
加工系统的功能与要求
• 工序集中，减轻物流负担，减少装夹次数； • 控制功能强、扩展性好； • 高刚度、高精度、高速度； • 自保护与自维护性好； • 使用经济性好； • 对环境的适应性与保护性好。
智能制造系统
柔性制造与智能制造技术
1.4 智能制造的典型案例
智能制造系统的本质特征是个体制造单元的“自主性”与系统整体的“自组织能力”, 其基本格局是分布式多自主体智能系统。下面以车间调度系统为例说明Agent的结构、划分和 协作。在包含信息流与物料流集成的车间调度系统中,假设车间内有1台数控车床、1台数控铣 床、2个机器人、1辆自动导向小车(AGV)和1个调度软件系统。现把数控车床、机器人、自动 导向小车定义为物理Agent,它们具有信息接口和行为接口,调度软件为逻辑Agent,仅具有信息 接口,如图所示。
先进的计算机技术和制造技术向产品、工艺和系统的设计和管理人员发出了新的挑战, 传统的设计和管理方法不能有效地解决现代制造系统中所出现的问题,这就促使我们通过集成 传统制造技术、计算机技术与人工智能等技术,发展一种新型的制造技术与系统,这便是智能制 造技术与智能制造系统。智能制造(intelligent manufacturing,IM)正是在这一背景下产生的。
柔性制造与智能制造技术
1.2 智能制造系统的含义、特征和模式
1. 智能制造系统的含义 智能制造技术是制造技术、自动化技术、系统工程与人工智能等 学科互相渗透、互相交织而形成的一门综合技术,是一种由智能机器和 人类专家共同组成的人机一体化智能系统。它能在制造过程中进行智能 活动,诸如分析、推理、判断、构思和决策等。通过人与智能机器的合 作,以扩大、延伸和部分地取代人类专家在制造过程中的脑力劳动。它 把制造自动化的概念更新,扩展到柔性化、智能化和高度集成化。 智能制造系统是以取代制造中人的脑力劳动为目标的自动化技术, 也就是要把人的智能活动变为制造机器或系统的智能活动。智能制造系 统的构成如图所示。先进制造技术柔性制造与智能制造技术
1.1 智能制造系统概述
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2. FMS的类型
配备互补机床的FMS 配备可互相替换机床的FMS 混合式的FMS
a)互替式
b)互补式
c)混合式
表 1 机床配置形式与特征比较
特征
a) 互替形式
刀具I/O站 装卸站
FMS控制器
中央刀库
刀具机器人 加工中心A
物料小车
中央托盘区
加工中心B
柔性制造系统(FMS)
6.1.2 FMS的定义、组成、类型
1 ）定义
2台以上
1套以上
数控加工设备+物料运储装置
计算机控制与管 理系统
自动化制造系统
美国国家标准局定义FMS：由一个传输系统联系起来的一些设 备，传输装置把工件放在其它联结装置上送到各加工设备，使 工件加工准确、迅速、自动化。中央控制系统控制机床与传输 系统。
1994年初，世界各国已投入运行的FMS约有3000多个，其 中日本拥有2100多个，占世界首位。在现已运行的FMS中， 50%的FMS由美国制造商提供，另外50%由日本和德国厂 商提供。
套数
4000
1986年我国引进 第一套
1000 500 800
85 88 90 FMS国际发展
08 年份
对刀仪
1—自动仓库；2—装卸站；3—托盘站；4—检验机器人；5—自动运输车； 6—卧式加工中心；7—立式加工中心；8—磨床；9—组装交付站；10—计算机控制室
图2-1 典型的柔性制造系统
2）硬件组成
2台以上数控机床 或加工中心 及其辅助设备：测量机、动平衡机、清洗机 各种特种加工设备以及刀具修形设备
自动装卸的刀具、原料运储系统——物流系统 上下料托盘、交换工作站、刀具库和工件库 传送带、有轨小车、无轨小车、机器人
它的最大特点是工序集中和自动化程 度高，可减少工件装夹次数，避免工件多 次定位所产生的累积误差，节省辅助时间， 实现高质、高效加工。
常见加工中心按工艺用途可分为：
镗铣加工中心：镗、铣、钻、攻螺纹等。
车铣加工中心：外圆车削、镗孔、钻孔、端面铣、加工外圆 上的平面、径向孔、槽，凸缘上的孔、槽、端面等。
4）使用经济性好。如导轨油可回收，断、排屑处 理快速、彻底等，以延长刀具使用寿命。系统能安全、 稳定、长时间无人值守而自动运行。（干切削）
5）操作性、可靠性、维修性好、使用寿命长。
6）自保护性、自维护性好。如设有切削力过载保 护、功率过载保护、行程与工作区域限制等。有故 障诊断和预警功能以及集中润滑等系统。
在我国有关标准中，FMS被定义为：由数控加工设备 、物流储运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 产环境变化迅速进行调整，适用于多品种，中、小批量 生产。
国外有关专家对FMS进行了更为直观的定义：柔性 制造系统是至少由两台机床、一套物料运储系统(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 成的制造系统，它通过简单地改变软件的方法便能制造 出多种零件中的任何一种零件。
第六章 柔性制造系统 与智能制造系统
目录
6.1 概述
6.1.1 FMS的产生 6.1.2 FMS定义、组成、特点
6.2 FMS加工系统
6.2.1 加工系统功能和要求 6.2.2 常用加工设备 6.2.3 刀具运储系统
6.3 自动换料装置 6.4 零件运储系统 6.5 自动化仓库 6.6 FMS控制系统
钻削加工中心：钻削、铣削、镗削、刚性攻丝功能 磨削加工中心：内外圆磨削（立、卧两种）
按主轴在加工时的空间位置可分为： 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。
计算机监测与控制系统
典型的FMS一般由三个子系统组成。它 们是加工系统、物流系统和控制与管理系 统，各子系统的构成框图及功能特征如图1 所示。
三个子系统构成了一个制造系统的能 量流（通过制造工艺改变工件的形状和尺 寸）、物料流（主要指工件流和刀具流） 和信息流（制造过程的信息和数据处理）。
3）软件组成 FMS 的运行控制 FMS 的质量保证（检测、管理） FMS的数据管理和通讯网络
•美国的怀特·森斯特兰公司建成 Omniline I系统。
•1976年，日本FANUC公司展出了由加工中心和工业 机器人组成的柔性制造单元(简称FMC)。
• 70年代末期，FMS在技术上和数量上都有较大发展，
。
80年代初期已进入实用阶段，其中以由3～5台设备
组成的FMS为多，也有规模更大的系统投入使用。
7）对环境的适应性与保护性好。对工作环境的温 度、湿度、噪声、粉尘等要求不高。 8）其他。如技术资料齐全，机床上的各种显示、 标记等清楚。
6.2.2 加工系统中常用加工设备介绍
1）数控加工中心（MC—Machining Center）
加工中心是一种备有刀库并能按预定 程序自动更换刀具，对工件进行多工序加 工的高效数控机床。
6.1 概述
1FMS(FlexibleManufacturi ng System)的产生
刚性生产线——柔性生产线
195几年英国DAVID WILLIAMSON工 程师提出“FMS”。
•1967年，英国莫林斯公司首次根据威廉森提出的FMS概念， 研制了“系统24”。目标实现昼夜24小时连续自动加工， 但由于经济和技术上的困难而未全部建成。
B、 FMS加工设备八个选择原则
1）工序集中。如选用多功能机床、加工中心等，以减少 工位数和减轻物流负担，保证加工质量。
2）控制功能强、扩展性好。外部通信功能和内部管理 功能强，有内装可编程序控制器，易于与上下料、检测等 辅助装置连接和增加各种辅助功能，方便系统调整与扩展。
3）高刚度、高精度、高速度。选用切削功能强，加工 质量稳定，生产效率高的机床。
b) 互补形式
c) 混合形式
简图
生产柔性 低(多功能机床） 中（专用机床组成）
高
生产率
低
高
中
技术利用
低
中
高
率
系统可靠
高
低
中
性
投资强度
高
低
中
比
7）FMS的特点
• 连续自动工作 • 人工参与少 • 运行效率高 • 共S的加工系统
6.2.1 加工系统的功能及要求 A、加工系统的作用 完成工件成型加工，主要加工两类零件: ◎ 棱柱体零件，如箱形体、平板形 ◎ 回转体