基于教學實訓柔性制造系統的設計與開發

張大舜,李亦楠,賴利國,姜繼春,崔萬瑞,于永杰

(中國兵器工業集團 第五五研究所，吉林 長春 130012)

基于教學實訓柔性制造系統的設計與開發

張大舜,李亦楠,賴利國,姜繼春,崔萬瑞,于永杰

(中國兵器工業集團 第五五研究所，吉林 長春 130012)

針對某學校柔性制造技術教學環境的構建需求，提出了基于教學實訓的柔性制造系統。面向車削中心、立式加工中心、工作站、有軌運輸車、無軌運輸車、緩沖站以及裝卸站等主要部分開展了系統平面布局設計；研究了構成教學實訓柔性制造系統的加工、物流和控制3個子系統及具體構成；分析了生產計劃與調度技術；開發了包括甘特圖、作業計劃、計劃接收以及完工上報等模塊的軟件系統；并從經濟性與功能性2個方面討論了系統的優點。

教學實訓；柔性制造系統；計劃與調度

柔性制造系統是一個以網絡為基礎、面向車間的開放式集成制造系統,是數字化工廠的制造單元和重要基礎。它由2臺以上數控設備和自動化物流系統組成，能在計算機系統的控制和管理下，對加工對象、工藝過程、工序內容和生產節拍進行自動調整。柔性制造系統的自動化與柔性化程度較高，適應多品種和小批量生產，并且能夠減少機床操作人員，實現無人運轉，因此成為機械制造自動化發展的重要方向[1-2]。

針對某學校對柔性制造技術教學環境的實際需求，以改善實踐性教學條件，滿足教學和科研等不同層次應用為目的，在學校實訓中心規劃15.9 m×8.1 m區域，建立面向教學實訓的簡單柔性制造系統。

1 系統布局規劃

基于教學實訓的柔性制造系統平面布局規劃如圖1所示[3]，其中，1臺車削中心和2臺立式加工中心完成主要加工任務；運輸小車用于在工件裝卸工位和加工中心之間的輸送；機器人在單元控制器和機器人控制器直接作用下，執行從車削中心上裝卸零件的任務；工件裝卸站設置在系統的入口處，便于工件裝卸等活動；托盤緩沖站作為待加工零件的中間存儲站，設置在各機床附近，呈直線設置。

控制系統由數控車床數控裝置、小車控制器、加工中心控制器、機器人控制器和單元控制器等組成，其中，單元控制器負責對單元組成設備的控制、調度與信息交換。

2 系統組成結構

基于教學實訓的柔性制造系統組成結構如圖2所示，包括加工、物流及控制系統[4-5]。

1)FMS加工系統。其主要用來完成物流子系統傳送來的各種工件的加工。加工設備包括2臺立式加工中心與1臺車削中心，分別實現箱體類零件與回轉體類零件加工的演示教學。3臺設備均由計算機控制，零件改變通過數控程序變化實現加工，具有較高的柔性。

2)FMS物流運儲系統。其用于實現材料/半成品/成品等工件、刀具/夾具等工具以及輔助材料等的運輸與存儲。

圖1 柔性制造系統平面布局圖

圖2 柔性制造系統組成結構

3)計算機控制系統。FMS的控制系統通常采用單元控制級、工作站控制級和設備控制級的3級控制，考慮該教學實訓系統相對較為簡單，因此將控制系統分為2級，分別是單元控制級和設備控制級。

系統的具體構成見表1。

表1 柔性制造系統構成明細

3 系統的生產計劃與調度

基于教學實訓的柔性制造系統的運行管理通過軟件系統實現，其核心為FMS生產計劃與調度技術。生產作業計劃的主要任務是在接受任務號、零件數量、零件類型、毛坯到達最早時間、任務交貨期、毛坯供應量、零件交貨量以及任務優先級等輸入后，進行輸入分析、計劃制定以及系統能力平衡的調整。其主要過程如圖3所示。

圖3 柔性制造系統生產作業計劃過程

在柔性制造系統計劃調度過程中，當出現急件插入、任務嚴重拖期和設備故障等情況時，當前的作業計劃已和實際不相符合，此時應及時上報系統的在制任務信息，進行作業計劃調整，形成符合實際情況的生產作業計劃[6]。

生產計劃與調度系統包括甘特圖、作業計劃、計劃接收和完工上報等主要模塊，反映作業計劃情況的甘特圖與派工單如圖4所示。

圖4 反映作業計劃情況的甘特圖與派工單

4 結語

基于教學實訓的柔性制造系統投入較小，通過利用現有數控設備與購置必要設備相結合來規劃實施。本文選用學?，F有車削中心和具有交換工作臺的立式加工中心，購置了必要的裝卸機器人，開發了其他軟硬件設施，較好地節約了成本。該系統具有除檢測監控系統之外的全部主要功能，包括自動上下料、自動加工、自動運儲功能，通過2臺立式加工中心反映柔性系統的調度功能，能夠向學生充分展示柔性制造系統的自動化和柔性化制造，滿足了教學實訓要求。

[1] 徐杜,蔣永平,張憲民.柔性制造系統原理與實踐[M].北京:機械工業出版社,2001.

[2] 孫大涌.先進制造技術[M].北京:機械工業出版社,2000.

[3] 戴慶輝.先進制造系統[M].北京:機械工業出版社,2006.

[4] 邊境.教學型柔性制造系統[J].制造業信息化,2007,20(1):108-109.

[5] 黎榮,江磊. 開放式數控及柔性制造實驗系統的構建[J]. 實驗室研究與探索,2010,29(4):131-133.

責任編輯馬彤

DesignandImplementationofFlexibleManufacturingSystembasedonTeachingandTraining

ZHANG Dashun, LI Yinan, LAI Liguo, JIANG Jichun, CUI Wanrui, YU Yongjie

(No.55 Research Institute of CNGC, Changchun 130012, China)

In view of the requirements for teaching environment, the flexible manufacturing system based on teaching and training was proposed in the paper. Aimed at the turning center, vertical machining centre, workstation, rail guided vehicle, automated guided vehicle, buffered station, flexible transport truck, loading and unloading station and so on, the system layout was designed. This system contains three parts including processing subsystem, transmitted subsystem and control subsystem. The subsystems and their composition were researched. The production planning and scheduling system were implemented, and the software system was developed which included Gantt chart, job planning, plan reception, completion report etc. Finally, the paper dealt with the advantage from two aspects of economy and functionality.

teaching and training，flexible manufacturing system，production planning and scheduling

TH 165

：A

張大舜(1981-)，男，副研究員，主要從事設計制造一體化集成和車間數字化制造等方面的研究。

2014-09-09