淺議柔性制造系統FMS

張紅光 曹鳳梅

[摘要]本文根據柔性制造系統的產生,對柔性制造系統的組成、分類、優勢及發展方向等做了詳細闡述。

[關鍵詞]柔性制造系統(FMS) 組成 優勢 發展方向

70年代末80年代初,隨著計算機輔助管理、物料自動搬運、刀具管理和計算機網絡、數據庫的發展以及CAD/CAM技術、成組技術(GT)、工業機器人等技術的成熟,更加系統化、規模化的柔性制造系統(FMS)就出現了。

所謂FMS,是一組數控機床和其他自動化的工藝設備,由計算機信息控制系統和物料自動儲運系統有機結合的整體,能適應加工對象變換的自動化機械制造系統(Flexible Manufacturing System)。下面就柔性制造系統的組成、分類、優勢及發展趨勢進行闡述。

一、柔性制造系統(FMS)的組成

1.加工系統

柔性制造系統采用的設備由待加工工件的類別決定,主要有加工中心、車削中心或計算機數控(CNC)車、銑、磨及齒輪加工機床等,用以自動地完成多種工序的加工。

2.物料系統

物料系統用以實現工件及工裝夾具的自動供給和裝卸,以及完成工序間的自動傳送、調運和存貯工作,包括各種傳送帶、自動導引小車、工業機器人及專用起吊運送機等。

3.計算機控制系統

計算機控制系統用以處理柔性制造系統的各種信息,輸出控制CNC機床和物料系統等自動操作所需的信息。通常采用三級(設備級、工作站級、單元級)分布式計算機控制系統,其中單元級控制系統(單元控制器)是柔性制造系統的核心。

4.系統軟件

系統軟件用以確保柔性制造系統有效地適應中小批量多品種生產的管理、控制及優化工作,包括設計規劃軟件、生產過程分析軟件、生產過程調度軟件、系統管理和監控軟件。

二、柔性制造系統的分類

1.柔性制造單元(FMC)

FMC由單臺帶多托盤系統的加工中心或3臺以下的CNC機床組成,具有適應加工多品種產品的靈活性。FMC的柔性最高。

2.柔性制造線(FML)

柔性制造線FML是處于非柔性自動線和FMS之間的生產線,對物料系統的柔性要求低于FMS,但生產效率更高。

3.柔性制造系統(FMS)

FMS通常包括3臺以上的CNC機床(或加工中心),由集中的控制系統及物料系統連接起來,可在不停機情況下實現多品種、中小批量的加工管理。FMS是使用柔性制造技術最具代表性的制造自動化系統。

三、柔性制造系統的優勢

1.設備利用率高。由于采用計算機對生產進行調度,一旦有機床空閑,計算機便分配給該機床加工任務。在典型情況下,采用柔性制造系統中的一組機床所獲得的生產量是單機作業環境下同等數量機床生產量的3倍。

2.減少生產周期。由于零件集中在加工中心上加工,減少了機床數和零件的裝卡次數。采用計算機進行有效的調度也減少了周轉的時間。

3.具有維持生產的能力。當柔性制造系統中的一臺或多臺機床出現故障時,計算機可以繞過出現故障的機床,使生產得以繼續。

4.生產具有柔性。可以響應生產變化的需求,當市場需求或設計發生變化時,在FMS的設計能力內,不需要系統硬件結構的變化,系統具有制造不同產品的柔性。并且,對于臨時需要的備用零件可以隨時混合生產,而不影響FMS的正常生產。

5.產品質量高。FMS減少了卡具和機床的數量,并且卡具與機床匹配得當,從而保證了零件的一致性和產品的質量。同時自動檢測設備和自動補償裝置可以及時發現質量問題,并采取相應的有效措施,保證了產品的質量。

6.加工成本低。FMS的生產批量在相當大的范圍內變化,其生產成本是最低的。它除了一次性投資費用較高外,其他各項指標均優于常規的生產方案。

四、FMS發展方向

1.FMS仍將迅速發展

FMS在20世紀80年代末就已進入了實用階段,技術已比較成熟。由于它在解決多品種、中小批量生產上比傳統的加工技術有明顯的經濟效益,因此隨著國際競爭的加劇,無論發達國家還是發展中國家都越來越重視柔性制造技術。

從機械制造行業來看,現在FMS不僅能完成機械加工,而且還能完成鈑金加工、鍛造、焊接、裝配、鑄造和激光、電火花等特種加工以及噴漆、熱處理、注塑和橡膠模制等工作。從整個制造業所生產的產品看,現在FMS已不再局限于汽車、車床、飛機、坦克、火炮、艦船等,還可用于計算機、半導體、木制產品、化工等產品生產。從生產批量來看,FMS已從中小批量應用向單件和大批量生產方向發展。

隨著計算機集成制造技術和系統(CIMS)日漸成為制造業的熱點,很多專家學者紛紛預言CIMS是制造業發展的必然趨勢。柔性制造系統作為CIMS的重要組成部分,必然會隨著CIMS的發展而發展。

2.FMS系統性能不斷提高

構成FMS的各項技術,如加工技術、運儲技術、刀具管理技術、控制技術以及網絡通信技術的迅速發展,毫無疑問會大大提高FMS系統的性能。在加工中采用噴水切削加工技術和激光加工技術,并將許多加工能力很強的加工設備如立式、臥式鏜銑加工中心,高效萬能車削中心等用于FMS系統,大大提高了FMS的加工能力和柔性,提高了FMS的系統性能。AVG小車以及自動存儲、提取系統的發展和應用,為FMS提供了更加可靠的物流運儲方法,同時也能縮短生產周期,提高生產率。刀具管理技術的迅速發展,為及時而準確地為機床提供適用刀具提供了保證。同時可以提高系統柔性、生產率、設備利用率,降低刀具費用,消除人為錯誤,提高產品質量,延長無人操作時間。

3.從CIMS的高度考慮FMS規劃設計

盡管FMS本身是把加工、運儲、控制、檢測等硬件集成在一起,構成一個完整的系統。但從一個工廠的角度來講,它還只是一部分,不能設計出新的產品或設計速度慢,再強的加工能力也無用武之地。總之,只有站在工廠全面現代化的高度、站在CIMS的高度分析,考慮FMS的各種問題并根據CIMS的總體考慮進行FMS的規劃設計,才能充分發揮FMS的作用,使整個工廠獲得最大效益,提高它在市場中的競爭能力。