生產(chǎn)系統(tǒng)學(xué)柔性制造系統(tǒng)第一頁，共六十二頁，2022年，8月28日第七章柔性制造系統(tǒng)第一節(jié)柔性制造技術(shù)發(fā)展概況一、概念和定義按照制造系統(tǒng)的規(guī)模、柔性和其他特征，柔性自動化具有多種形式：獨(dú)立制造島(AMI)柔性制造單元(FMC)柔性制造系統(tǒng)(FMS)柔性生產(chǎn)線和(FTL)自動化工廠(AF)第二頁，共六十二頁，2022年，8月28日第七章柔性制造系統(tǒng)獨(dú)立制造島(AMI)它是以成組技術(shù)為基礎(chǔ)，由若干數(shù)控機(jī)床和普通機(jī)床組成的制造系統(tǒng)，特點(diǎn)是將工藝技術(shù)準(zhǔn)備、生產(chǎn)組織管理和制造過程結(jié)合在一起，重點(diǎn)放在信息流的自動化，借助計(jì)算機(jī)進(jìn)行工藝過程設(shè)計(jì)、作業(yè)計(jì)劃編制和實(shí)時生產(chǎn)調(diào)度等。第三頁，共六十二頁，2022年，8月28日第七章柔性制造系統(tǒng)柔性制造單元(FMC)通常由1～2臺加工中心或其他數(shù)控機(jī)床組成，并具有不同形式的刀具交換和工件的裝卸、輸送及存儲功能。除了機(jī)床的數(shù)控裝置外，通常還有一臺單元計(jì)算機(jī)來進(jìn)行數(shù)控程序的管理和外圍設(shè)備的協(xié)調(diào)。第四頁，共六十二頁，2022年，8月28日第七章柔性制造系統(tǒng)柔性制造系統(tǒng)(FMS)由兩臺以上的加工中心或柔性制造單元以及清洗、檢測設(shè)備組成，具有較完善的刀具和工件輸送和存儲系統(tǒng)，除主控計(jì)算機(jī)外，還配備有數(shù)控程序管理計(jì)算機(jī)和分布式數(shù)控終端等，形成多級控制系統(tǒng)組成的局部網(wǎng)絡(luò)。第五頁，共六十二頁，2022年，8月28日第七章柔性制造系統(tǒng)柔性生產(chǎn)線(FTL)柔性較小的、具有自動生產(chǎn)線特征的柔性制造系統(tǒng)則稱為柔性生產(chǎn)線。第六頁，共六十二頁，2022年，8月28日第七章柔性制造系統(tǒng)柔性制造車間或柔性自動化工廠(AF)由若干柔性制造系統(tǒng)、柔性裝配系統(tǒng)以及自動化物料存儲和運(yùn)輸系統(tǒng)組成。通常由多級計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行控制。第七頁，共六十二頁，2022年，8月28日第七章柔性制造系統(tǒng)廣義的柔性制造系統(tǒng)任何一種分類方法和定義都不是絕對的。例如在某些文獻(xiàn)中，常把具有托板庫的加工中心稱為單元，而把具有兩臺以上加工中心的單元稱為柔性制造系統(tǒng)。因此，從廣義來講，柔性制造系統(tǒng)在某種程度上復(fù)蓋了柔性制造單元，是制造過程自動化的基本組成部分。第八頁，共六十二頁，2022年，8月28日第一節(jié)柔性制造技術(shù)發(fā)展概況與剛性自動化的工序分散、固定節(jié)拍和流水生產(chǎn)的特征相反，柔性自動化的主要共同特征是：工序集中沒有固定的生產(chǎn)節(jié)拍以及物料的非順序輸送柔性自動化的目標(biāo)是，在中小批量生產(chǎn)的條件下接近大量生產(chǎn)中由剛性自動化所達(dá)到的高效率和低成本的生產(chǎn)水平。第九頁，共六十二頁，2022年，8月28日柔性生產(chǎn)線柔性制造單元柔性制造系統(tǒng)制造柔性生產(chǎn)率零件品種少1348

中等40

100800

多125500200010000年產(chǎn)量

小中大獨(dú)立制造島圖7-1柔性自動化的應(yīng)用領(lǐng)域第一節(jié)柔性制造技術(shù)發(fā)展概況第十頁，共六十二頁，2022年，8月28日第一節(jié)柔性制造技術(shù)發(fā)展概況二、FMS的發(fā)展歷史1988年統(tǒng)計(jì)，國際上以柔性生產(chǎn)方式生產(chǎn)的產(chǎn)品產(chǎn)值已占制造業(yè)總產(chǎn)值70％以上，其中美國占77％，日本占80％，且有不斷增長的趨勢。我國第一個FMS于1986年10月在北京機(jī)床研究所投入運(yùn)行,用于加工伺服電機(jī)的零件。第十一頁，共六十二頁，2022年，8月28日第一節(jié)柔性制造技術(shù)發(fā)展概況

刀具和工件的自動輸送和供給；借助計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)機(jī)床的合理利用和作業(yè)調(diào)度;

制造過程的計(jì)算機(jī)監(jiān)控；機(jī)床及輸送系統(tǒng)的預(yù)防性維護(hù)和檢修。三、柔性自動化的主要措施和效益實(shí)現(xiàn)柔性自動化的主要措施是：第十二頁，共六十二頁，2022年，8月28日第一節(jié)柔性制造技術(shù)發(fā)展概況

提高機(jī)床利用率；在不停機(jī)條件下改變加工任務(wù)；多機(jī)床看管；人機(jī)分離；夜班無人運(yùn)行。通過這些措施可以實(shí)現(xiàn)：第十三頁，共六十二頁，2022年，8月28日第一節(jié)柔性制造技術(shù)發(fā)展概況其結(jié)果導(dǎo)致：可按照裝配所需的批量進(jìn)行加工，從而減少在制品和降低存儲費(fèi)用；縮短生產(chǎn)周期，實(shí)現(xiàn)按交貨日期組織生產(chǎn)；充分利用刀具壽命，減少刀具費(fèi)用；降低產(chǎn)品的成本；對市場作出快速響應(yīng)。第十四頁，共六十二頁，2022年，8月28日第二節(jié)柔性制造系統(tǒng)的組成與實(shí)例與系統(tǒng)兼容的加工中心和數(shù)控機(jī)床，即在工件、刀具和控制三方面都具有可與系統(tǒng)相連接的標(biāo)準(zhǔn)接口；能完成工件輸送、搬運(yùn)以及儲存功能的工件供給系統(tǒng)；刀具供給系統(tǒng)，包括刀具的輸送、交換和儲存裝置以及刀具的預(yù)調(diào)和管理；系統(tǒng)的控制和管理，以及加工過程的監(jiān)控。一、柔性制造系統(tǒng)的組成按照典型的柔性制造系統(tǒng)由以下四個部分組成：第十五頁，共六十二頁，2022年，8月28日第二節(jié)柔性制造系統(tǒng)的組成與實(shí)例圖7-2典型模塊化柔性制造系統(tǒng)的特征第十六頁，共六十二頁，2022年，8月28日第二節(jié)柔性制造系統(tǒng)的組成與實(shí)例圖7-3柔性制造系統(tǒng)的功能模塊第十七頁，共六十二頁，2022年，8月28日第二節(jié)柔性制造系統(tǒng)的組成與實(shí)例工序集中易控性兼顧柔性和生產(chǎn)率１．柔性制造系統(tǒng)中的機(jī)床特點(diǎn)及型式二、機(jī)床柔性制造系統(tǒng)的機(jī)床應(yīng)滿足如下的要求：第十八頁，共六十二頁，2022年，8月28日第二節(jié)柔性制造系統(tǒng)的組成與實(shí)例柔性化組合機(jī)床：也叫做可換主軸箱機(jī)床。模塊化加工中心：它把加工中心也設(shè)計(jì)成若干“通用”部件組成，并可根據(jù)加工對象組合成不同的機(jī)床型式。如機(jī)床由六大部件組成，它們是：主軸；換刀機(jī)構(gòu)和刀庫；立柱；底座；工作臺；及工作臺底座（ｘ軸坐標(biāo)）。柔性制造系統(tǒng)所用的機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上形成了兩個基本型式：柔性化組合機(jī)床及模塊化加工中心。第十九頁，共六十二頁，2022年，8月28日第二節(jié)柔性制造系統(tǒng)的組成與實(shí)例圖7-4鼓輪式換箱機(jī)床第二十頁，共六十二頁，2022年，8月28日第二節(jié)柔性制造系統(tǒng)的組成與實(shí)例“互替”機(jī)床所謂“互替”機(jī)床，就是納入系統(tǒng)的機(jī)床是互相可以代替的?！盎パa(bǔ)”機(jī)床所謂“互補(bǔ)”機(jī)床，就是納入系統(tǒng)的機(jī)床是互相補(bǔ)充的，各自完成某些特定的工序，各機(jī)床之間不能互相取代，工件在一定程度上必須按順序經(jīng)過加工工位。２．柔性制造系統(tǒng)的機(jī)床配置第二十一頁，共六十二頁，2022年，8月28日第二節(jié)柔性制造系統(tǒng)的組成與實(shí)例表7-1“互替”和“互補(bǔ)”機(jī)床的比較現(xiàn)有的FMS大多是“互替”和“互補(bǔ)”機(jī)床混合使用，以發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn)。第二十二頁，共六十二頁，2022年，8月28日第二節(jié)柔性制造系統(tǒng)的組成與實(shí)例三、工件流支持系統(tǒng)１．托板交換裝置托板交換裝置是柔性制造系統(tǒng)加工設(shè)備和工件輸送裝置之間的橋梁和接口，不僅起連接作用，還可以暫時貯存工件，起到防止系統(tǒng)阻塞的緩沖作用。（1）回轉(zhuǎn)式托板交換裝置（2）往復(fù)式托板交換裝置第二十三頁，共六十二頁，2022年，8月28日第二節(jié)柔性制造系統(tǒng)的組成與實(shí)例（1）回轉(zhuǎn)式托板交換裝置第二十四頁，共六十二頁，2022年，8月28日第二節(jié)柔性制造系統(tǒng)的組成與實(shí)例（2）往復(fù)式托板交換裝置第二十五頁，共六十二頁，2022年，8月28日第二節(jié)柔性制造系統(tǒng)的組成與實(shí)例2.工業(yè)機(jī)器人第二十六頁，共六十二頁，2022年，8月28日第二節(jié)柔性制造系統(tǒng)的組成與實(shí)例龍門式機(jī)械手輸送系統(tǒng)第二十七頁，共六十二頁，2022年，8月28日第二節(jié)柔性制造系統(tǒng)的組成與實(shí)例３．感應(yīng)線導(dǎo)式輸送車感應(yīng)線導(dǎo)式輸送車是目前柔性制造技術(shù)中較有發(fā)展前途的物料輸送裝置。其優(yōu)點(diǎn)如下：配置靈活，可實(shí)現(xiàn)隨機(jī)存取，幾乎可完成任意回流曲線的輸送任務(wù)。由于不設(shè)輸送軌道等固定式設(shè)備，因此不占用車間地面及空間，使機(jī)床的可接近性好，便于機(jī)床的管理和維修?？杀ＷC物料分配及輸送的優(yōu)化，使用數(shù)量最少的托板。使托板和其他物料貯存庫簡化，并遠(yuǎn)離加工設(shè)備區(qū)。第二十八頁，共六十二頁，2022年，8月28日第二節(jié)柔性制造系統(tǒng)的組成與實(shí)例４．?dāng)?shù)控有軌運(yùn)輸車數(shù)控有軌運(yùn)輸車是用在FMS自動加工生產(chǎn)線上。它來回于加工設(shè)備、裝卸站與立體倉庫之間，按指令自動運(yùn)行到指定的工位（加工工位，裝卸工位,清洗站或立體倉庫庫位等）自動存取工件。它與機(jī)器人輸送方式相比具有，輸送距離大，定位精度高和載重量大等優(yōu)點(diǎn)。第二十九頁，共六十二頁，2022年，8月28日第二節(jié)柔性制造系統(tǒng)的組成與實(shí)例四、刀具流支持系統(tǒng)刀具流的自動化則是其中的一個重要部分，它極大地影響了系統(tǒng)效率的提高，并決定了各機(jī)床利用率的高低?，F(xiàn)代柔性制造系統(tǒng)中的刀具流支持系統(tǒng)主要有人工支持和計(jì)算機(jī)管理控制支持二種方式。其主要任務(wù)是確保刀具及時協(xié)調(diào)地供給，對所需的刀具數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，并將它們傳送到相應(yīng)機(jī)床的控制系統(tǒng)中去。人工方式可節(jié)省系統(tǒng)硬件投資，但由于采用人工換刀，要損失許多生產(chǎn)時間，因此只宜在換刀需求較少的系統(tǒng)中應(yīng)用。計(jì)算機(jī)管理和控制的刀具支持系統(tǒng)可保證自動高效的換刀，它不僅可提高機(jī)床的利用率，也提高了刀具的利用率，這種刀具支持方式是目前的發(fā)展方向。第三十頁，共六十二頁，2022年，8月28日第二節(jié)柔性制造系統(tǒng)的組成與實(shí)例五、FMC的示例具有工業(yè)機(jī)器人的柔性制造單元第三十一頁，共六十二頁，2022年，8月28日第二節(jié)柔性制造系統(tǒng)的組成與實(shí)例六、FMS的示例箱體零件的柔性制造系統(tǒng)的實(shí)例第三十二頁，共六十二頁，2022年，8月28日一、FMS的信息流基本數(shù)據(jù)，這是在柔性制造系統(tǒng)開始運(yùn)行時一次建立的，并在運(yùn)行中逐漸補(bǔ)充，它包括：有關(guān)系統(tǒng)配置的數(shù)據(jù)，如機(jī)床編號、類型、存儲工位標(biāo)識號、數(shù)量等。物料的基本數(shù)據(jù)，如刀具幾何尺寸、類型、耐用度，托板的基本規(guī)格，相匹配的夾具類型尺寸等。第三節(jié)柔性制造系統(tǒng)的控制和管理１．?dāng)?shù)據(jù)類型第三十三頁，共六十二頁，2022年，8月28日控制數(shù)據(jù)，即有關(guān)加工零件的數(shù)據(jù)：工藝規(guī)程、數(shù)控程序和刀具清單（技術(shù)控制數(shù)據(jù)）加工任務(wù)單，指明加工任務(wù)種類、批量及完成期限（組織控制數(shù)據(jù)）狀態(tài)數(shù)據(jù)，它描述了資源利用的工況設(shè)備的狀態(tài)數(shù)據(jù)，如機(jī)床（加工中心、清洗機(jī)和測量機(jī)）、裝卸站、輸送系統(tǒng)等裝置的運(yùn)行時間、停機(jī)時間及故障原因。物料的狀態(tài)數(shù)據(jù)，這包括隨行夾具、刀具等有關(guān)信息，如刀具壽命、破損斷裂情況及地址識別。零件實(shí)際加工進(jìn)度，如零件實(shí)際加工工位、加工時間、存放時間、輸送時間的記錄以及成品數(shù)、廢品數(shù)的統(tǒng)計(jì)等。第三節(jié)柔性制造系統(tǒng)的控制和管理第三十四頁，共六十二頁，2022年，8月28日２．信息流的功能模塊和接口第三節(jié)柔性制造系統(tǒng)的控制和管理FMS管理控制信息流程第三十五頁，共六十二頁，2022年，8月28日FMS信息流的層次和時間特征第三節(jié)柔性制造系統(tǒng)的控制和管理（1）FMS信息流的層次FMS控制系統(tǒng)可以劃分為計(jì)劃制定與評價管理、過程協(xié)調(diào)控制及設(shè)備控制三個層次，這種模塊化的結(jié)構(gòu)，它們在功能上和時間上既是獨(dú)立又相互聯(lián)系。在可靠性、經(jīng)濟(jì)性等性能方面都提高了一步。第三十六頁，共六十二頁，2022年，8月28日第三節(jié)柔性制造系統(tǒng)的控制和管理（2）FMS信息流的時間特征根據(jù)信息流不同層次，它們對通訊數(shù)據(jù)量與時間上的要求也并不相同，計(jì)劃管理模塊內(nèi)的通訊主要是文件傳送和數(shù)據(jù)庫查詢、更新，需要存取和傳送大量數(shù)據(jù),因此,往往需要較長的運(yùn)行時間。而在過程控制模塊中只是平行地交換少量信息（如指令、命令響應(yīng)等)，但必須及時傳遞，實(shí)時性強(qiáng)。因此，它的計(jì)算機(jī)運(yùn)行環(huán)境應(yīng)是在實(shí)時操作系統(tǒng)支持下并發(fā)運(yùn)行。第三十七頁，共六十二頁，2022年，8月28日第三節(jié)柔性制造系統(tǒng)的控制和管理二、作業(yè)計(jì)劃管理與控制圖7-12FMS作業(yè)計(jì)劃編制與調(diào)度１．作業(yè)計(jì)劃調(diào)度第三十八頁，共六十二頁，2022年，8月28日第三節(jié)柔性制造系統(tǒng)的控制和管理２．刀具需求計(jì)劃（1）計(jì)劃刀具需求（在作業(yè)計(jì)劃編好后立即進(jìn)行）（2）實(shí)際刀具需求（在加工任務(wù)開始之前進(jìn)行）第三十九頁，共六十二頁，2022年，8月28日第三節(jié)柔性制造系統(tǒng)的控制和管理３．刀具預(yù)調(diào)在管理計(jì)算機(jī)上可以聯(lián)接一臺刀具預(yù)調(diào)儀。從基本數(shù)據(jù)文件中得到的要調(diào)整刀具的理論值輸?shù)降毒哳A(yù)調(diào)儀，由預(yù)調(diào)儀測得的刀具實(shí)際值或者刀具修正值在線地傳遞給管理計(jì)算機(jī)。在更換刀具時，每一個刀具修正值可由機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)調(diào)用。第四十頁，共六十二頁，2022年，8月28日第三節(jié)柔性制造系統(tǒng)的控制和管理三、制造過程的協(xié)調(diào)控制隨行夾具的安裝調(diào)整工件隨行夾具是由托板和工件專用夾具組成的。在夾具調(diào)整工位或裝卸工位上，針對具體工件的安裝調(diào)整過程由計(jì)算機(jī)通知操作者。工件裝夾在一個柔性制造系統(tǒng)內(nèi)可以有幾個工件裝卸站，每個裝卸站可以由多個裝夾工位組成。在這些裝夾工位上，工件的裝夾或者是自動進(jìn)行，或者由操作人員人工進(jìn)行。輸送控制用于控制和監(jiān)視系統(tǒng)中已裝有或未裝有工件的隨行夾具的輸送。１．工件流控制第四十一頁，共六十二頁，2022年，8月28日第三節(jié)柔性制造系統(tǒng)的控制和管理裝夾人機(jī)對話機(jī)床程序機(jī)床程序物料流的控制加工任務(wù)數(shù)量文件輸入請求應(yīng)答目標(biāo)工作站空閑目標(biāo)已編制的加工任務(wù)工藝流程裝夾機(jī)床1再裝夾機(jī)床2設(shè)備狀態(tài)工藝規(guī)程文件設(shè)備狀態(tài)文件隨行夾具數(shù)控開始數(shù)控結(jié)束數(shù)控可編程控制器隨行夾具數(shù)控開始數(shù)控結(jié)束數(shù)控可編程控制器用于輸送的可編程控制器輸送指令(源工作站工作目標(biāo)站)應(yīng)答“裝夾結(jié)束”的應(yīng)答加工任務(wù)的建設(shè)計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)床1數(shù)控機(jī)床2隨行夾具隨行夾具圖7-13FMS工件流的控制第四十二頁，共六十二頁，2022年，8月28日第三節(jié)柔性制造系統(tǒng)的控制和管理機(jī)床程序管理在柔性制造系統(tǒng)中機(jī)床程序接受所有傳送給機(jī)床接口的任務(wù)。這些任務(wù)具有在線功能，它完成數(shù)控程序和刀具數(shù)據(jù)管理等功能。數(shù)控程序管理要快速、及時地傳送機(jī)床的數(shù)控程序，理想情況是將NC數(shù)據(jù)直接從編程工作站傳送到要控制的機(jī)床中去。目前，多數(shù)數(shù)控機(jī)床都具有EtherNet接口，可以通過工作站將程序傳送到NC機(jī)床，系統(tǒng)的運(yùn)行由工作站的操作鍵盤控制，機(jī)床旁配有調(diào)用NC程序的易于操作的工業(yè)終端。２．?dāng)?shù)控程序管理數(shù)控程序管理的功能包括：第四十三頁，共六十二頁，2022年，8月28日第三節(jié)柔性制造系統(tǒng)的控制和管理３．刀具流刀具流控制是在中央刀庫和機(jī)床刀庫之間實(shí)現(xiàn)有序的刀具交換（下圖）。刀具輸送設(shè)備可以是輸送小車、機(jī)器人或單軌架空輸送裝置等。

刀具更換刀具修正值路徑參數(shù)人工換刀的數(shù)據(jù)輸入刀具修正值刀具更換按照刀具需求計(jì)劃的換刀清單中央刀庫管理刀具流控制機(jī)床程序協(xié)調(diào)同步CNC刀具管理可編程控制器路徑參數(shù)可編程控制器RC標(biāo)識號位數(shù)鏈接1667171835700183813817651251380

刀具管理數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)機(jī)床第四十四頁，共六十二頁，2022年，8月28日第三節(jié)柔性制造系統(tǒng)的控制和管理四．加工過程監(jiān)控刀具磨損和破損的監(jiān)視；工件在機(jī)床工作空間的位置測量；工件質(zhì)量的控制；各組成部分功能檢驗(yàn)及故障診斷。為了保證柔性制造系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性，通?？刹捎靡韵逻^程監(jiān)控措施（圖7-15）：通過對系統(tǒng)各組成部分、導(dǎo)致停機(jī)的事件和假定的早期識別出的廢品監(jiān)視，來采取相應(yīng)的對策，以增加系統(tǒng)的有效性。第四十五頁，共六十二頁，2022年，8月28日第三節(jié)柔性制造系統(tǒng)的控制和管理圖7-15加工過程監(jiān)控功能柔性制造系統(tǒng)中的過程管理集成刀具監(jiān)視刀具的光學(xué)監(jiān)視切削力測量長度測量主軸有效功率監(jiān)視結(jié)構(gòu)振動分析刀具壽命監(jiān)視集成工件監(jiān)視用探測頭確定位置用探測頭確定加工余量用探測頭檢查產(chǎn)品質(zhì)量用插式測量器測量直徑在柔性制造系統(tǒng)中的測量機(jī)上測量工件集成故障診斷報(bào)告機(jī)床和系統(tǒng)部件狀態(tài)在故障發(fā)生時報(bào)告控制系統(tǒng)狀態(tài)從刀具和工件的自動監(jiān)視系統(tǒng)獲取信息計(jì)算機(jī)輔助的故障查找和維護(hù)通過調(diào)制解調(diào)器／聲學(xué)耦合器的故障診斷第四十六頁，共六十二頁，2022年，8月28日第四節(jié)柔性制造系統(tǒng)的仿真根據(jù)仿真的研究對象，系統(tǒng)仿真可以分成：連續(xù)系統(tǒng)仿真。連續(xù)系統(tǒng)是指系統(tǒng)的狀態(tài)隨時間連續(xù)變化的系統(tǒng)。連續(xù)系統(tǒng)的模型可以用一組連續(xù)的方程描述。離散事件系統(tǒng)仿真。離散事件系統(tǒng)的特點(diǎn)是系統(tǒng)的狀態(tài)變化只在離散的時間點(diǎn)上發(fā)生，且發(fā)生時刻往往是隨機(jī)的，系統(tǒng)的狀態(tài)變化是由隨機(jī)事件驅(qū)動的。第四十七頁，共六十二頁，2022年，8月28日第四節(jié)柔性制造系統(tǒng)的仿真一、排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)模型柔性制造系統(tǒng)是一種隨機(jī)服務(wù)系統(tǒng)。每一個工位都可以看作“服務(wù)臺”，工件就是“顧客”。每個工件都?xì)v經(jīng)到達(dá)、排隊(duì)等待、服務(wù)(加工)和離開的過程，整個系統(tǒng)就是組成了一個排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)。利用計(jì)算機(jī)對所建立的數(shù)學(xué)模型求解，就可以得到系統(tǒng)一系列重要的性能指標(biāo)，從而對系統(tǒng)進(jìn)行評價。第四十八頁，共六十二頁，2022年，8月28日第四節(jié)柔性制造系統(tǒng)的仿真1.系統(tǒng)的模型及其參數(shù)工位2工位M-1毛坯/零件工位M工位1qM

qM-1

q2

q1

圖7-16柔性制造系統(tǒng)的排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)模型第四十九頁，共六十二頁，2022年，8月28日第四節(jié)柔性制造系統(tǒng)的仿真一、排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)模型本模型的一個關(guān)鍵假定是，每個工位都具有一個隊(duì)列用以容納等待加工的工件，且每個隊(duì)列足夠長到能容納所有到達(dá)該工位的工件。這個假設(shè)意味著系統(tǒng)不會發(fā)生阻塞現(xiàn)象，工件的到達(dá)是隨機(jī)的，呈指數(shù)分布。模型的輸入?yún)?shù)共有五個：工位數(shù)量M托板（工件）數(shù)量N每一個工位的服務(wù)臺數(shù)量Si訪問頻數(shù)qi平均加工時間ti。第五十頁，共六十二頁，2022年，8月28日第四節(jié)柔性制造系統(tǒng)的仿真訪問頻數(shù)qi:取決于工件的加工路線，在本模型中，它被表達(dá)為一組概率的集［q1q2...qM］，且概率qi之和等于1。qi（當(dāng)i＜M）表示輸送裝置向工位i輸送工件的概率qM表示工件加工完畢的概率ti:工位i上的平均加工時間（分／件）。tM表示從某一工位獲取，并向下一工位輸送工件所需的平均時間。Wi=1/ti，代表工位i處于繁忙狀態(tài)時的工件速率（件／分）。WM就是輸送裝置的平均輸送速率（次／分）。

第五十一頁，共六十二頁，2022年，8月28日第四節(jié)柔性制造系統(tǒng)的仿真2.系統(tǒng)的性能指標(biāo)柔性制造系統(tǒng)最主要的性能指標(biāo)是生產(chǎn)率，它是指每小時（或其它時間單位）系統(tǒng)生產(chǎn)零件的穩(wěn)態(tài)平均數(shù)，以p表示。其倒數(shù)1/p就是輸入或輸出間隔的平均時間。另一個重要的性能指標(biāo)是工件耗費(fèi)在系統(tǒng)內(nèi)的平均通過時間，以T表示。對穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)來說，T等于系統(tǒng)內(nèi)工件的平均數(shù)量與到達(dá)的平均間隔時間的乘積。因此，可以得出下列公式：

T=N/p(7-1)第五十二頁，共六十二頁，2022年，8月28日第四節(jié)柔性制造系統(tǒng)的仿真工位ｉ的利用率Ui定義為在一個長的運(yùn)行期間內(nèi)工位處于繁忙狀態(tài)的時間比例。在平衡狀態(tài)時，輸入到每個工位的工件流等于從那個工位輸出的工件流。因此，得到等式：

qiWMUM＝WiUi（i≠m）（7-2）對應(yīng)UM解Ui：qiWMUi＝────UM（i≠M(fèi)）（7-3）

Wi

qiWMri＝────（i≠M(fèi)）

Wiri

＝1（i=M）（7-4）

Uiri

＝──,（i=1，2，...M-1）（7-5）

UM

因此，ri稱為相對利用率。第五十三頁，共六十二頁，2022年，8月28日第四節(jié)柔性制造系統(tǒng)的仿真如果各工位的ri／Si值都接近于1，這就意味著系統(tǒng)各組成部分的利用率大致相同，工件負(fù)荷平衡良好。如果某一工位的ri／Si值顯著超過其他工位，則該工位就是系統(tǒng)的潛在“瓶頸”，系統(tǒng)的生產(chǎn)能力將受到這個工位的限制。如果各工位的ri／Si都小于rM／SM時，就表明輸送裝置是系統(tǒng)的限制因素。系統(tǒng)的生產(chǎn)率：

p＝（qMWM）UM

（7-6）第五十四頁，共六十二頁，2022年，8月28日第四節(jié)柔性制造系統(tǒng)的仿真1p*(N)＝N（──）（7-7）

T*NP(N)＝────（7-8）

T(N)p(N)T*E＝─────＝───（7-9）

p*(N)T(N)3.系統(tǒng)的性能極限第五十五頁，共六十二頁，2022年，8月28日第四節(jié)柔性制造系統(tǒng)的仿真系統(tǒng)效率E的含義：實(shí)際生產(chǎn)率接近理想生產(chǎn)率p*(N)的程度；度量了有效生產(chǎn)時間（加工和輸送等）與在系統(tǒng)內(nèi)總耗費(fèi)時間的比例；由于系統(tǒng)效率的降低是工件擁擠的相互影響而引起的，因此Ｅ也是系統(tǒng)擁擠程度的綜合指標(biāo)。第五十六頁，共六十二頁，2022年，8月28日第四節(jié)柔性制造系統(tǒng)的仿真在模型的假定條件下，p(N)是N的單向漸增函數(shù)。存在一個極限生產(chǎn)率，不管增加多少托板數(shù)量，系統(tǒng)的生產(chǎn)率不能超過這一數(shù)值當(dāng)N增加時，工件在系統(tǒng)內(nèi)耗費(fèi)的時間越來越多地耗費(fèi)在等待上，一直到有效生產(chǎn)時間變?yōu)榭偤馁M(fèi)時間中可忽略的一部分為止，即系統(tǒng)的效率趨近于零。第五十七頁，共六十二頁，2022年，8月28日第四節(jié)柔性制造系統(tǒng)的仿真當(dāng)某一工位的所有服務(wù)臺在整個時間內(nèi)都處于繁忙狀態(tài)時，系統(tǒng)就出現(xiàn)了飽和現(xiàn)象，即該工位已無法提供更多的加工能力。設(shè)此“瓶頸”工位的編號為ｂ，根據(jù)利用率的定義可得：limUb

＝Sb

（7-10）

N→∞按照等式(7-5)可得：

UbUM＝──（7-11）

rb根據(jù)等式（7-6）可求出生產(chǎn)率的極限：

Sb

Limp(N)=qMWM──（7-12）

N→∞r(nóng)b確定“瓶頸”工位的方法：首先達(dá)到飽和的將是每個服務(wù)臺都具有最大相對利用率的那