【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 性制造單元（包括 50 個(gè)工業(yè)機(jī)器人）和一個(gè)立體倉(cāng)庫(kù)組成，另有兩臺(tái)自動(dòng)引導(dǎo)臺(tái)車(chē)傳送毛坯和工件，此外還有一個(gè)無(wú)人化電機(jī)裝配車(chē)間，它們都能連續(xù) 24 小時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)。這種自動(dòng)化和無(wú)人化車(chē)間，是向?qū)崿F(xiàn)計(jì)算機(jī)集成的自動(dòng)化工廠邁出的重要一步。與此同時(shí)，還出現(xiàn)了若干僅具有 FMS 基本特征，但自動(dòng)化程度不很完善的經(jīng)濟(jì)型 FMS，使 FMS 的設(shè)計(jì)思想和技術(shù)成就得到普及應(yīng)用。20 世紀(jì) 70 年代末到 80 年代初，計(jì)算機(jī)輔助管理、物料自動(dòng)搬運(yùn)、刀具管理、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫(kù)的發(fā)展以及 CAD/CAM 技術(shù)的不斷發(fā)展，更為 FMS 的發(fā)展提供了有力的支持。20 世紀(jì) 80 年代中期以后，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步，制造業(yè)自動(dòng)進(jìn)入了一個(gè)嶄新的年代，即計(jì)算機(jī)集成制造（CIMS）的時(shí)代，F(xiàn)MS 已成為各國(guó)機(jī)械制造業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)。此時(shí)，F(xiàn)MS 已從試驗(yàn)階段進(jìn)入了實(shí)用階段，而且已從起初單純機(jī)械加工領(lǐng)域向焊接、裝配、檢驗(yàn)及無(wú)屑加工等綜合領(lǐng)域發(fā)展。第二節(jié) 柔性制造系統(tǒng)的定義與組成按“中華人民共和國(guó)國(guó)家軍用標(biāo)準(zhǔn)”有關(guān)“武器裝備柔性制造系統(tǒng)術(shù)語(yǔ)”的定義，柔性制造系統(tǒng)是“由數(shù)控加工設(shè)備、物料儲(chǔ)運(yùn)裝備和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)等組成的自動(dòng)化制造系統(tǒng)，它包括多個(gè)柔性制造單元，能根據(jù)制造任務(wù)或生產(chǎn)環(huán)境的變化迅速進(jìn)行調(diào)整，使用語(yǔ)多產(chǎn)品、中小批量生產(chǎn)” 。美國(guó)制造工程師協(xié)會(huì)的計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)和應(yīng)用協(xié)會(huì)把柔性制造定義為“使用計(jì)算機(jī)控制、柔性工作站和集成物料儲(chǔ)運(yùn)裝置來(lái)控制并完成零件族某一工序或一系列工序的一種集成制造系統(tǒng)” 。還有各種其他的定義來(lái)描述柔性制造，盡管各種描述的方法不同，但它們都以下類(lèi)似的組成：從硬件的形勢(shì)看他有三部分組成：其他的加工設(shè)備，包括測(cè)量機(jī)、清洗機(jī)、動(dòng)平衡機(jī)，各種特征加工設(shè)備等等；套能自動(dòng)裝卸的運(yùn)輸系統(tǒng)，包括刀具的運(yùn)輸和工件原材料的運(yùn)輸，具體結(jié)構(gòu)可中國(guó)最大的論文知識(shí)平臺(tái) 采取傳送帶、有軌小車(chē)、無(wú)軌小車(chē)、搬運(yùn)機(jī)器人、上下料托盤(pán)，交換工作站等等；。柔性制造系統(tǒng)的主要特點(diǎn)有：①柔性高，適應(yīng)多品種中小批量生產(chǎn)；②系統(tǒng)內(nèi)的機(jī)床工藝能力上是相互補(bǔ)充和相互替代的；③可混流加工不同的零件；④系統(tǒng)局部調(diào)整或維修不中斷整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)作；⑤多層計(jì)算機(jī)控制，可以和上層計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)；⑥可進(jìn)行三班無(wú)人干預(yù)生產(chǎn)。圖 21 為柔性制造系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)： 圖 21 FMS 基本組成中央控制計(jì)算機(jī)刀具管理計(jì)算機(jī)加工單元控制計(jì)算機(jī)物料管理計(jì)算機(jī)緩沖站 中央刀具庫(kù)自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)CNC機(jī)器人CNC機(jī)器人自動(dòng)化導(dǎo)向小車(chē)。 。 。緩沖站從軟件內(nèi)容看主要包括： 的運(yùn)行控制；動(dòng)態(tài)調(diào)度系統(tǒng)、實(shí)時(shí)故障診斷系統(tǒng)、生產(chǎn)準(zhǔn)備系統(tǒng)、物料管理控制系統(tǒng)； 的質(zhì)量控制；操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)等； 的數(shù)據(jù)管理和通訊網(wǎng)絡(luò)；從 FMS 的功能角度看，一個(gè) FMS 可以分為以下三部分：多工位數(shù)控加工系統(tǒng)、自動(dòng)化的物流系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)控制信息系統(tǒng)，如表 21 所示。表 21 FMS 的 構(gòu) 成加 工 系 統(tǒng) 以 任 意 順 序 自 動(dòng) 加 工 各 種 工 件 并 能 自 動(dòng) 更 換 工 件 和 刀 具存 儲(chǔ) 自 動(dòng) 地 存 取 加 工 對(duì) 象輸 送 自 動(dòng) 地 按 可 變 節(jié) 拍 連 接 各 加 工 裝 置物 流 系 統(tǒng)搬 運(yùn) 加 工 系 統(tǒng) 與 輸 送 系 統(tǒng) 之 間 自 動(dòng) 傳 遞FMS信 息 流 系 統(tǒng) 過(guò) 程 控 制 加 工 系 統(tǒng) 和 物 流 系 統(tǒng) 的 自 動(dòng) 控 制中國(guó)最大的論文知識(shí)平臺(tái) 過(guò) 程 監(jiān) 視 實(shí) 現(xiàn) 在 線 數(shù) 據(jù) 的 自 動(dòng) 采 集 和 處 理從技術(shù)運(yùn)用的角度來(lái)看,FMS 是在計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）環(huán)境下開(kāi)發(fā)的可編程制造系統(tǒng)，具體結(jié)構(gòu)如圖 22 所示。計(jì)劃分配功能操作功能設(shè)備層PPS CAD CAP運(yùn)輸裝配加工作業(yè)計(jì)劃運(yùn)動(dòng)控制操作界面生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)控機(jī)床 加工中心 小車(chē) 機(jī)器人 裝卸站 緩沖區(qū)計(jì)劃層計(jì)劃控制層單元層CIMS任務(wù)區(qū)FMS 任務(wù)區(qū)給定任務(wù)數(shù)據(jù) 任務(wù)進(jìn)行進(jìn)度追蹤控制指令 完工信息、系統(tǒng)信息圖 22 柔 性 制 造 系 統(tǒng) 的 技 術(shù) 結(jié) 構(gòu)從管理和決策的角度來(lái)看，一個(gè)完整的 FMS 應(yīng)由計(jì)算機(jī)管理層、計(jì)劃控制層、單元控制層這三個(gè)層級(jí)和設(shè)備層共同組成，如圖 23 所示。中國(guó)最大的論文知識(shí)平臺(tái) 圖 23 柔性制造系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)第三節(jié) 柔性制造系統(tǒng)的分類(lèi)及關(guān)鍵技術(shù)一、柔性制造系統(tǒng)的分類(lèi)柔性制造系統(tǒng)具有良好的柔性，但是，這并不意味著一條 FMS 就能生產(chǎn)各種類(lèi)型的產(chǎn)品。事實(shí)上，現(xiàn)有的柔性制造系統(tǒng)都只能制造一定類(lèi)型的產(chǎn)品。據(jù)統(tǒng)計(jì)，從工件形狀來(lái)看，95%的 FMS 屬于加工箱體件或回轉(zhuǎn)體工件類(lèi)型。從工件種類(lèi)來(lái)看，很少有加工 200 種產(chǎn)品以上的 FMS，多數(shù)系統(tǒng)只能加工 10 多個(gè)品種?，F(xiàn)有的 FMS 大致可分為三種類(lèi)型： 以一定產(chǎn)品配件為加工對(duì)象組成的專(zhuān)用 FMS 例如底盤(pán)柔性加工系統(tǒng)。 具有自我檢測(cè)的校正功能的 FMS。其監(jiān)視系統(tǒng)的主要功能有：（1）工作進(jìn)度監(jiān)視：包括運(yùn)動(dòng)程序、循環(huán)時(shí)間和自動(dòng)電源切斷的監(jiān)視。 （2）運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的監(jiān)視：包括刀具破損檢測(cè)、工具異常檢測(cè)、刀具壽命管理、工夾具的是別等。 （3）精度監(jiān)視：包括鏜孔自動(dòng)測(cè)量、自動(dòng)曲面測(cè)量、自動(dòng)定位中心補(bǔ)償、刀尖自動(dòng)調(diào)整和傳感系統(tǒng)。 （4）故障監(jiān)視：包括自動(dòng)診斷監(jiān)視和自動(dòng)修復(fù)。（5）安全監(jiān)視：包括障礙物、火災(zāi)的預(yù)檢。：可同時(shí)加工多種相似工件的 FMS。在加工中、小批量相似設(shè)備層運(yùn)輸裝配加工作業(yè)計(jì)劃運(yùn)動(dòng)控制操作界面生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)控機(jī)床 加工中心 小車(chē) 機(jī)器人 裝卸站 緩沖區(qū)計(jì)劃控制層單元控制層計(jì)劃管理層中國(guó)最大的論文知識(shí)平臺(tái) 工件的 FMS 中，具有不同的自動(dòng)化傳送方式和存儲(chǔ)裝置，配備有高速數(shù)控機(jī)床、加工中心和加工單元：有的 FMS 可以加工近百種工藝相似的工件。二、21 世紀(jì)柔性制造系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)(一) 集成化技術(shù)過(guò)去制造系統(tǒng)中僅強(qiáng)調(diào)信息的集成,這是不夠的,現(xiàn)在更強(qiáng)調(diào)技術(shù)、人和管理的集成。在開(kāi)發(fā)制造系統(tǒng)時(shí)強(qiáng)調(diào)“多集成”的概念,即信息集成、智能集成、串并行工作機(jī)制集成及人員集成,這更適合未來(lái)制造系統(tǒng)的需求。(二)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)包括硬件與軟件的實(shí)現(xiàn)。各種通訊協(xié)議及制造自動(dòng)化協(xié)議、信息通信接口、系統(tǒng)操作控制策略等是實(shí)現(xiàn)各種制造系統(tǒng)自動(dòng)化的基礎(chǔ)。(三)模糊控制技術(shù)模糊數(shù)學(xué)的實(shí)際應(yīng)用是模糊控制器。最近開(kāi)發(fā)出的高性能模糊控制器具有自學(xué)習(xí)功能,可在控制過(guò)程中不斷獲取新的信息并自動(dòng)地對(duì)控制量作調(diào)整,使系統(tǒng)性能大為改善。(四)人工智能及專(zhuān)家系統(tǒng)技術(shù)迄今為止, FMS 中所采用的人工智能大多數(shù)是基于規(guī)則的專(zhuān)家系統(tǒng)。專(zhuān)家系統(tǒng)利用專(zhuān)家知識(shí)和推理規(guī)則進(jìn)行推理,求解各類(lèi)問(wèn)題(如解釋、預(yù)測(cè)、診斷、查找故障、設(shè)計(jì)、計(jì)劃、監(jiān)視、修復(fù)、命令及控制等)。由于專(zhuān)家系統(tǒng)能簡(jiǎn)便地將各種事實(shí)及經(jīng)驗(yàn)證過(guò)的理論與通過(guò)經(jīng)驗(yàn)獲得的知識(shí)相結(jié)合,因而專(zhuān)家系統(tǒng)為FMS 的諸方面工作增強(qiáng)了柔性。展望未來(lái),以知識(shí)密集為特征、以知識(shí)處理為手段的人工智能技術(shù)必將在 FMS 中起著關(guān)鍵性的作用。智能制造技術(shù)(IMT)旨在將人工智能融入制造過(guò)程的各個(gè)環(huán)節(jié),借助模擬專(zhuān)家的智能活動(dòng),取代或延伸制造環(huán)境中人的部分腦力勞動(dòng)。在制造過(guò)程中,系統(tǒng)能自動(dòng)檢測(cè)其運(yùn)行狀態(tài),在受到外界或內(nèi)部刺激時(shí)能自動(dòng)調(diào)節(jié)其參數(shù)以達(dá)到最佳工作狀態(tài),具備自組織能力。故IMT 被稱為未來(lái) 21 世紀(jì)的制造技術(shù)。對(duì)未來(lái)智能化 FMS 具有重要意義的另一個(gè)正在急速發(fā)展的領(lǐng)域是智能傳感器技術(shù),該項(xiàng)技術(shù)是伴隨計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)和人工智能而產(chǎn)生的,它使傳感器具有內(nèi)在的“決策”功能。(五)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANN)是模擬智能生物的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)信息進(jìn)行平行處理的一種方法。故人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)也就是一種人工智能工具。在自動(dòng)控制領(lǐng)域,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)不久將平行于專(zhuān)家系統(tǒng)和模糊控制系統(tǒng),成為現(xiàn)代自動(dòng)化系統(tǒng)中的一個(gè)組成部分。(六)虛擬現(xiàn)實(shí)與多媒體技術(shù)虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)是人造的計(jì)算機(jī)環(huán)境,使處在這種環(huán)境中的人有身臨其境的感覺(jué),并強(qiáng)調(diào)人的操作與介入。VR 技術(shù)在 21 世紀(jì)制造業(yè)中將有廣泛的應(yīng)用,它可以用于培訓(xùn)、制造系統(tǒng)仿真、實(shí)現(xiàn)基于制造仿真的設(shè)計(jì)與制造和集成設(shè)計(jì)與制中國(guó)最大的論文知識(shí)平臺(tái) 造、實(shí)現(xiàn)集成人的設(shè)計(jì)等。多媒體介質(zhì)采用多種介質(zhì)來(lái)儲(chǔ)存、處理多種信息,融文字、語(yǔ)音、圖象、動(dòng)畫(huà)于一體,給人一種真實(shí)感。(七)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)未來(lái)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)技術(shù)發(fā)展將會(huì)引入專(zhuān)家系統(tǒng),使之具有智能化,可處理各種復(fù)雜的問(wèn)題。當(dāng)前設(shè)計(jì)技術(shù)最新的一個(gè)突破是光敏立體成型技術(shù),直接利用 CAD 數(shù)據(jù),通過(guò)計(jì)算機(jī)控制的激光掃描系統(tǒng)將三維數(shù)字模型分成若干層二維片狀圖形,并按二維片狀圖形對(duì)池內(nèi)的光敏樹(shù)脂液面進(jìn)行光學(xué)掃描,被掃描到的液面則變成固化塑料,如此循環(huán)操作,逐層掃描成型,并自動(dòng)地將分層成型的各片狀固化塑料粘合在一起,僅需要確定數(shù)據(jù),數(shù)小時(shí)內(nèi)便可制出精確的原形。利用這項(xiàng)技術(shù)可加快開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品和研制新結(jié)構(gòu)的速度。第四節(jié) 柔性制造系統(tǒng)發(fā)展的趨勢(shì)一、柔性制造單元(FMC)將成為發(fā)展和應(yīng)用的熱門(mén)技術(shù)因?yàn)?FMC 的投資比 FMS 少的多而經(jīng)濟(jì)效益相接近,故 FMC 更適用于財(cái)力有限的中小型企業(yè),目前國(guó)外眾多廠家將 FMC 列為發(fā)展之重點(diǎn)。二、發(fā)展效率更高的柔性制造線(FML)少品種大批量的生產(chǎn)企業(yè)如汽車(chē)、拖拉機(jī)等工廠對(duì) FML 的需求引起了 FMS制造廠的極大關(guān)注。采用價(jià)格低廉的專(zhuān)用數(shù)控機(jī)床替代通用的加工中心將是FML 的發(fā)展趨勢(shì)。三、FMS 朝多功能方向發(fā)展由單純加工型 FMS 進(jìn)一步開(kāi)發(fā)以焊接、裝配、檢驗(yàn)及鈑材加工乃至鑄、鍛等制造工序兼具的多功能 FMS。四、發(fā)展 FMS 的深遠(yuǎn)意義FMS 是實(shí)現(xiàn)未來(lái)工廠的新穎概念模式和新的發(fā)展趨勢(shì)、決定制造企業(yè)未來(lái)發(fā)展前途的具有戰(zhàn)略意義的舉措。日本從 1991 年開(kāi)始實(shí)施的“智能制造系統(tǒng)”(IMS)國(guó)際性開(kāi)發(fā)項(xiàng)目,屬于第二代 FMS,而真正完善的第二代 FMS 在 21 世紀(jì)將會(huì)實(shí)現(xiàn)。屆時(shí),智能化機(jī)械與人之間將相互融合,柔性地全面協(xié)調(diào)從接受訂單至生產(chǎn)、銷(xiāo)售這一企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)的全部活動(dòng)。20 世紀(jì) 80 年代中期以來(lái),FMS 獲得迅猛發(fā)展,幾乎成了生產(chǎn)自動(dòng)化之熱點(diǎn)。一方面是由于單項(xiàng)技術(shù)如加工中心(NC)、工業(yè)機(jī)器人、CAD/CAM、資源管理及調(diào)度技術(shù)等的發(fā)展提供了可供集成一個(gè)整體系統(tǒng)的技術(shù)基礎(chǔ)。另一方面,世界市場(chǎng)發(fā)生了重大變化,由過(guò)去傳統(tǒng)的、相對(duì)穩(wěn)定