柔性制造系统

柔性制造系统（FMS）

一、概述

1.发展历史

1967年美国Molins公司制造首条FMS即System-24以及1970年美国K&T公司推出的飞机和拖拉机零件的多品种，小批量生产的自动线被人们公认为是世界上FMS的起源。FMS 的出现解决了在离散型工业生产中一直试图解决而未能解决的经常变换品种的中小批量生产自动化的问题。20多年来，FMT及FMS受到世界各国广泛重视，发展迅速并日趋成熟。79年代后期到80年代是FMS在世界上蓬勃发展的时期，1982年美国芝加哥国际机床展览会和日本11界大阪国际机床展鉴会充分说明了FMS已从试验阶段进入实用阶段并已开始商品化。美国、日本等工业发达国家都先后推出了一些大型的FMS的发展计划，耗资往往为几千万乃至上亿元，与此同时，考虑到企业的经济承受能力及投资风险性，也推出不少小型、经济型的FMS。70年代后期FMS及以后的独立制造的岛、P-FMS的出现，使企业的柔性化找到了一条经济、实用又可留有发展余地的道路。同时FMS的概念也已向其他生产领域移植，如从机械加工扩展到钣金、冲压、电火花加工、焊接、铸造等领域，从机械加工业扩展到服装。食品等行业等等。

FMS是数控机床或设备自动化的延伸，FMS的一般定义可以用以下三方面来概括：FMS是一个计算机控制的生产系统；系统采用半独立的NC机床；这些机床通过物料输送系统连成一体。其中，数控机床提供了灵活的加工工艺，物料输送系统将数控机床互相联系起来，计算机则不断对设备的动作进行监控，同时提供控制作用并进行工程记录，计算机还可通过仿真来预示系统各部件的行为，并提供必要的准确的量测。FMS的基本组成随侍加工工件及其他条件而变化，但是系统的扩展必须以模块结构为基础。用于切削加工的FMS主要由四部分组成：若干台数控机床、物料搬运系统、计算机控制系统、系统软件。FMS的柔性可以从几方面评价，如图

生产柔性

工艺柔性

设备柔性工序柔性生产柔性

流程柔性批量柔性

扩张柔性

柔性制造自动化技术包含FMS的四个基本部分中的自动化技术，及自动化的加工设备、自动化的刀具系统。自动化物流系统以及自动化控制欲管理系统，还包括各组成部分之间的有机结合和配合即物流和信息流集成技术以及人们与系统集成技术。FMT大致包括下列内容：规划设计自动化、设计管理自动化、作业调度自动化、加工过程自动化、系统监控自动化、离散事件动态系统（DEDS）的理论与方法、FMS的体系结构、FMS系统管理软甲技术、FMS中的计算机通信和数据库技术。

FMT及FMS发展之所欲迅猛，是因其高效率、高质量和高柔性三者于一体，解决了数百年来中小批量哥中大批量多品种和生产自动化之技术难题，FMS的问世和发展确实是机械制造业

生产和管理上的历史性变革，FMT和FMS能有力的支持企业实现优势。高效、低成本、短周期的竞争优势，已成为现代集成制造系统必不可少的基石和支柱。

2.发展趋势

(1)利用技术相对成熟的标准化模块去构造不同用途的系统。

(2)FMC功能进一步发展和完善：FMC比MC功能全，比FMS规模小。投资少、可靠，也便于连成功能课扩展的FMS。

(3)FMS效益显著，有向小型化、多功能化方向发展。

(4)在已有的传统组合机床及其自动线基础上发展起来了FTL，用计算机控制管理，保留了组合机床模块结构和高效特点，有加入了数控技术的有限柔性。

向集成化、自能化方向发展。

3、定义

柔性制造系统（简称FMS）是由数控加工设备、物料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的变化迅速进行调整，适用于多品种中、小批量生产。（依据：中华人民共和国国家军用标准－武器装备柔性制造系统术语）

二、FMS的功能

(1)能自动控制和管理零件的加工过程，包括制造质量的自动控制、故障的自动诊断和处理、制造信息的自动采集和处理；

(2)通过简单的软件系统变更，便能制造出某一零件族的多种零件；

(3)自动控制和管理物料（包括工件与刀具）的运输和存储过程；

(4)能解决多机床下零件的混流加工，且无需增加额外费用

(5)具有优化的调度管理功能，无需过多的人工介入，能做到无人加工。

三、FMS组成和结构

它主要由三部分组成:

(1)多台数控加工设备;

(2)可以在装夹工位、加工设备、交换工作站之间运送及储存工件的运储系统;

(3)相应的计算机控制系统。同时还可以配置切屑收集、工件清洗等配套设备。

按规模大小柔性制造系统FMS可分为如下4类:

(1)柔性制造单元(FMC)通常由单台数控加工设备、上下料机构构成。FMC可视为一个规模最小的FMS，其特点是实现单机柔性化及自动化。

(2 )柔性制造系统(FMS)通常包括多台数控机床，由集中的控制系统及物料搬运系统连接起来，可在不停机的情况下实现多品种、中小批量的加工及治理。

(3)柔性制造线(FML)它是处于单一或少品种大批量非柔性自动线与中小批量多品种FMS 之间的生产线。其加工设备可以是通用的加工中心、CNC机床;亦可采用专用机床或NC专用机床，对物料搬运系统柔性的要求低于FMS，但生产率更高。它是以离散型生产中的柔性制造系统和连续生产过程中的分散型控制系统(DCS)为代表，其特点是实现生产线柔性化及自动化。

(4) 柔性制造工厂(FMF)是由计算机系统和网络，通过制造执行系统MES将设计、工艺、生产治理及制造过程的所有柔性单元FMC、柔性线FMS连接起来，配以自动化立体仓库，实现

从订货、设计、加工、装配、检验、运送至发货的完整的数字化制造过程。它将制造、产品开发及经营治理的自动化连成一个整体，是以信息流控制物质流的智能制造系统(IMs)为代表，其特点是实现整个工厂的柔性化及自动化

四、FMS的运行

1、硬件环境

1)制造设备：数控加工设备（如加工中心）、测量机、清洗机等；

(2)自动化储运设备：传送带、有轨小车、AGV、搬运机器人、立体库、中央托盘库、物料或刀具装卸站、中央刀库等；

(3)计算机控制系统及网络通信系统。

2、软件环境

操作系统、网络操作系统、数据库管理系统等。

3、运行过程

动态调度系统、实时故障诊断系统、生产准备系统，物料（工件和刀具）管理控制系统等

五、FMS国内外著名产品介绍

1、南京航空航天大学CMS工程研究中心在九十年代购置的一套柔性制造系统，它主要用于学生的教学和培训。这套系统经过多次改造，现在能够正常的运行。主控计算机与单元控制器之间由RS485口进行通信，用来传送数据和检查是否传送有误另外也有总体检查，以防止信号内的噪声干扰。FMS系统配有托盘传输系统在自动化制造单元之间进行毛坯和零件的传递，每个托盘都有唯一的标识码，由装在托盘站的传感器进行检测，零件的差别意味着要改变加工过程。托盘码有奇偶检验位，防止识别错误，使得传送更加可靠。托盘站用于将零件从输送带传送至加工单元。

这套FMS教学系统主要由以下设备组成：

1)自动化物料仓库（automatic storage and retrieval system ,AS/RS）,

它主要完成毛坯和成品的储存。

2)传送带（conveyer）,它是一个环形物料传送设备，具有缓冲能力，把工件传

送至各个工作站。

3)CNC车削中心(CNC Lathe)，它完成工件的车削加工。

4)CNC铣削加工(CNC Mill)，它完成工件的铣削加工。

5)机器人1(Robert1)，它完成在自动化物料仓库与传送带之间的传递。

6)机器人2(Robert2)，它完成工件在传送带，车削中心和铣削中心之间的传递。

7)设备控制计算机，在此计算机上安装了威达工控设计的工业控制卡，它对应

的每一个FMS设备都有相应的I/O点，与设备进行交互，并且，在此计算机上还实现了一个针对此工业控制卡的OPC Server，对外提供了标准的控制接口。

8)中央控制计算机。在FMS监控系统的支持下，实现对系统的管理、调度和

控制。

2、郑州纺织机械股份有限公司于1994年引进日本村田钣金FMS柔性加工系统，是我国引进的第一条真正意义上的钣金FMS柔性加工系统，该生产线主要有计算机CAPP/CAM编程系统、DATABAN K数据库远程控制系统、108工位立体仓库、C-3000HYB