柔性制造系統(tǒng)主要內(nèi)容FMS的背景和發(fā)展歷史FMS的綜述--定義、類型、組成特點(diǎn)、功能FMS的關(guān)鍵技術(shù)FMS的發(fā)展趨勢(shì)總結(jié)1、FMS的背景和發(fā)展歷史

背景一、隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和消費(fèi)水平的提高，人們更注重產(chǎn)品的不斷更新和多樣化，中小批量、多品種生產(chǎn)已成為機(jī)械制造業(yè)的一個(gè)重要特征；二、科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展推動(dòng)了自動(dòng)化程度和制造水平的提高。發(fā)展歷史世界上公認(rèn)的第一條柔性制造系統(tǒng)是英國莫林（Molin）機(jī)床公司于1967年建成的“MolinSystem-24”。20世紀(jì)70年代末和80年代初，計(jì)算機(jī)輔助管理物料自動(dòng)搬運(yùn)，刀具管理和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)的發(fā)展以及CAD/CAM技術(shù)的成熟，出現(xiàn)了更加系統(tǒng)化、規(guī)模更加擴(kuò)大的柔性制造系統(tǒng)。1976年，日本發(fā)那科公司展出了由加工中心和工業(yè)機(jī)器人組成的柔性制造單元，為發(fā)展FMS提供了重要的設(shè)備形式。20世紀(jì)80年代末，F(xiàn)MS已經(jīng)成為一項(xiàng)成熟的技術(shù)，并在世界范圍得到廣泛應(yīng)用。1982年，日本發(fā)那科公司建成自動(dòng)化電機(jī)加工車間，由60個(gè)柔性制造單元（包括50個(gè)工業(yè)機(jī)器人）和一個(gè)立體倉庫組成，另有兩臺(tái)自動(dòng)引導(dǎo)臺(tái)車傳送毛坯和工件，此外還有一個(gè)無人化電機(jī)裝配車間，它們都能連續(xù)24小時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)。這種自動(dòng)化和無人化車間，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。返回目錄2、FMS的綜述

定義根據(jù)“國家軍用標(biāo)準(zhǔn)”有關(guān)“武器裝備柔性制造系統(tǒng)術(shù)語”的定義，F(xiàn)MS被定義為：“柔性制造系統(tǒng)（FlexibleManufacturingSystem）是數(shù)控加工設(shè)備、物料運(yùn)儲(chǔ)裝置和計(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，適用于多品種、中小批量生產(chǎn)。”美國制造工程師協(xié)會(huì)的計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)和應(yīng)用協(xié)會(huì)把柔性制造系統(tǒng)定義為：“使用計(jì)算機(jī)控制柔性工作站和集成物料運(yùn)儲(chǔ)裝置來控制并完成零件族某一系列工序的，或一系列工序的一種集成制造系統(tǒng)。類型配備互補(bǔ)機(jī)床的FMS配備可互相替換機(jī)床的FMS混合式FMS。1.配備互補(bǔ)機(jī)床的FMS這類FMS中，通過物料運(yùn)儲(chǔ)系統(tǒng)將數(shù)臺(tái)NC機(jī)床連接起來，不同機(jī)床的工藝能力可以互補(bǔ)，工件通過安裝站進(jìn)入系統(tǒng)，然后在計(jì)算機(jī)控制下從一臺(tái)機(jī)床到另一臺(tái)機(jī)床，按順序加工。工件通過系統(tǒng)的路徑是固定的。特點(diǎn)：非常經(jīng)濟(jì)，生產(chǎn)率較高，能充分發(fā)揮機(jī)床的性能。從系統(tǒng)的輸入和輸出的角度看，互補(bǔ)機(jī)床是串聯(lián)環(huán)節(jié)，它減少了系統(tǒng)的可靠性，即當(dāng)一臺(tái)機(jī)床發(fā)生故障時(shí)，全系統(tǒng)將癱瘓。2.配備可互相替換機(jī)床的FMS系統(tǒng)中的機(jī)床可以互相代替，工件可被送到適合加工它的任一臺(tái)加工中心上。計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器存有每臺(tái)機(jī)床的工作情況，可以對(duì)機(jī)床分配加工零件、一臺(tái)加工中心可以完成部分或全部加工工序。從系統(tǒng)的輸出和輸入看，它們是并聯(lián)環(huán)節(jié)，因而增加了系統(tǒng)的可靠性，同時(shí)這種配置形式具有較大的柔性和較寬的工藝范圍，可以達(dá)到較高的機(jī)床利用率。2.混合式FMS這類FMS是互補(bǔ)式FMS和替換式FMS的綜合，即FMS中有一些機(jī)床按替換式布置，而另一些機(jī)床按互補(bǔ)式安排，以發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn)。大多數(shù)FMS采用這種形式。組成FMS的組成示意圖自動(dòng)倉庫工廠計(jì)算機(jī)中央計(jì)算機(jī)物流控制計(jì)算機(jī)運(yùn)輸小車加工單元1加工單元2加工單元n信息傳輸網(wǎng)絡(luò)工夾具站

就機(jī)械制造業(yè)的柔性制造系統(tǒng)而言，其基本組成部分有：

加工系統(tǒng)。自動(dòng)加工系統(tǒng)，指以成組技術(shù)為基礎(chǔ)，把外形尺寸（形狀不必完全一致）大致相似，材料相同，工藝相似的零件集中在一臺(tái)或數(shù)臺(tái)數(shù)控機(jī)床或?qū)Ｓ脵C(jī)床等設(shè)備上加工的系統(tǒng)。該系統(tǒng)由自動(dòng)化加工設(shè)備、檢驗(yàn)站、清洗站、裝配站等組成，是FMS的基礎(chǔ)部分?？梢匀我忭樞蜃詣?dòng)加工各種工件、自動(dòng)換工件和刀具。

物料運(yùn)貯系統(tǒng)。物料運(yùn)送系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)控制下主要實(shí)現(xiàn)工件和刀具的輸送及入庫存放，它由自動(dòng)化倉庫、自動(dòng)輸送小車、機(jī)器人等組成。

信息系統(tǒng)。信息系統(tǒng)由主計(jì)算機(jī)、分級(jí)計(jì)算機(jī)及其接口、外部設(shè)備和各種控制裝置的硬件和軟件組成。是對(duì)加工和運(yùn)輸過程中所需各種信息收集、處理、反饋，并通過電子計(jì)算機(jī)或其他控制裝置（液壓、氣壓裝置等），對(duì)機(jī)床或運(yùn)輸設(shè)備實(shí)行分級(jí)控制的系統(tǒng)。其主要功能是實(shí)現(xiàn)各系統(tǒng)之間的信息聯(lián)系，確保系統(tǒng)的正常工作。

操作人員。人的作用主要體現(xiàn)在包括編程，操作，監(jiān)測(cè)，控制和維護(hù)系統(tǒng)。

特點(diǎn)①機(jī)器柔性②工藝柔性③產(chǎn)品柔性④維護(hù)柔性⑤生產(chǎn)能力柔性⑥擴(kuò)展柔性⑦運(yùn)行柔性FMS的主要特點(diǎn)：柔性和自動(dòng)化柔性，是指制造系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)及外部環(huán)境的一種適應(yīng)能力，也是指制造系統(tǒng)能夠適應(yīng)產(chǎn)品變化的能力，可分為瞬時(shí)、短期和長(zhǎng)期柔性三種。凡具備上述三種柔性特征之一的、具有物料或信息流的自動(dòng)化制造系統(tǒng)都可以稱為柔性自動(dòng)化。

FMS的次要特點(diǎn)：（1）設(shè)備利用率高，占地面積小

（2）減少直接勞動(dòng)工人數(shù)

（3）產(chǎn)品質(zhì)量高而穩(wěn)定

（4）減少在制品庫存量

（5）投資高、風(fēng)險(xiǎn)大，開發(fā)周期長(zhǎng)、管理水平要求高。

功能

柔性制造系統(tǒng)對(duì)于提高機(jī)械工業(yè)對(duì)多品種、中小批量制造任務(wù)的適應(yīng)性，有著巨大的作用，具體表現(xiàn)為：設(shè)備利用率高在改變生產(chǎn)要求時(shí)，有快速應(yīng)變能力提高產(chǎn)品質(zhì)量減少工序中的在制品量，縮短生產(chǎn)技術(shù)準(zhǔn)備周期維持生產(chǎn)的能力較強(qiáng)具有極強(qiáng)的運(yùn)行靈活性減少直接工時(shí)費(fèi)用柔性制造實(shí)體柔性制造系統(tǒng)仿真3、FMS的關(guān)鍵技術(shù)（1）計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)未來CAD技術(shù)發(fā)展將會(huì)引入專家系統(tǒng)，使之具有智能化，可處理各種復(fù)雜的問題。（2）

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。最近開發(fā)出的高性能模糊控制器具有自學(xué)功能，可在控制過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，其中尤其以基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自學(xué)方法更引起人們極大的關(guān)注。（3）人工智能、專家系統(tǒng)及智能傳感器技術(shù)迄今，柔性制造技術(shù)中所采用的人工智能大多指基于規(guī)則的專家系統(tǒng)。專家系統(tǒng)利用專家知識(shí)和推理規(guī)則進(jìn)行推理，求解各類問題(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)。由于專家系統(tǒng)能簡(jiǎn)便地將各種事實(shí)及經(jīng)驗(yàn)證過的理論與通過經(jīng)驗(yàn)獲得的知識(shí)相結(jié)合，因而專家系統(tǒng)為柔性制造的諸方面工作增強(qiáng)了柔性。智能制造技術(shù)(IMT)旨在將人工智能融入制造過程的各個(gè)環(huán)節(jié)，借助模擬專家的智能活動(dòng)，取代或延伸制造環(huán)境中人的部分腦力勞動(dòng)。在制造過程中，系統(tǒng)能自動(dòng)監(jiān)測(cè)其運(yùn)行狀態(tài)，在受到外界或激勵(lì)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。（4）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)行并處理的一種方法。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)不久將并列于專家系統(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。返回目錄4、FMS的發(fā)展趨勢(shì)(1)FMC將成為發(fā)展和應(yīng)用的熱門技術(shù)。這是因?yàn)镕MC的投資比FMS少得多而經(jīng)濟(jì)效益相接近，更適用于財(cái)力有限的中小型企業(yè)。目前國外眾多廠家將FMC列為發(fā)展之重。(2)發(fā)展效率更高的FML。多品種大批量的生產(chǎn)企業(yè)如汽車及拖拉機(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)。(3)朝多功能方向發(fā)展。由單純加工型FMS進(jìn)一步開發(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種功能FMS。

柔性制造系統(tǒng)未來將向發(fā)展各種工藝內(nèi)容的柔性制造單元和小型FMS；完善FMS的自動(dòng)化功能；擴(kuò)大FMS完成的作業(yè)內(nèi)容，并與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和輔助制造技術(shù)(CAD/CAM)相結(jié)合，向全盤自動(dòng)化工廠方向發(fā)展。典型的柔性制造系統(tǒng)示意圖1典型的柔性制造系統(tǒng)示意圖2典型的柔性制造系統(tǒng)示意圖3

1-自動(dòng)倉庫；2-裝卸站；3-托盤站；4-檢驗(yàn)機(jī)器人；5-自動(dòng)小車；6-臥式加工中心；7-立式加工中心；8-磨床；9-組裝交付站；10-計(jì)算機(jī)控制室5、