学文网70年代末80年代初,随着计算机辅助管理、物料自动搬运、刀具管理和计算机网络、数据库的发展以及CAD/CAM技术、成组技术(GT)、工业机器人等技术的成熟,更加系统化、规模化的柔性制造系统(FMS)就出现了。
所谓FMS,是一组数控机床和其他自动化的工艺设备,由计算机信息控制系统和物料自动储运系统有机结合的整体,能适应加工对象变换的自动化机械制造系统(FlexibleManufacturingSystem)。下面就柔性制造系统的组成、分类、优势及发展趋势进行阐述。
一、柔性制造系统(FMS)的组成
1.加工系统
柔性制造系统采用的设备由待加工工件的类别决定,主要有加工中心、车削中心或计算机数控(CNC)车、铣、磨及齿轮加工机床等,用以自动地完成多种工序的加工。
2.物料系统
物料系统用以实现工件及工装夹具的自动供给和装卸,以及完成工序间的自动传送、调运和存贮工作,包括各种传送带、自动导引小车、工业机器人及专用起吊运送机等。
3.计算机控制系统
计算机控制系统用以处理柔性制造系统的各种信息,输出控制CNC机床和物料系统等自动操作所需的信息。通常采用三级(设备级、工作站级、单元级)分布式计算机控制系统,其中单元级控制系统(单元控制器)是柔性制造系统的核心。
4.系统软件
系统软件用以确保柔性制造系统有效地适应中小批量多品种生产的管理、控制及优化工作,包括设计规划软件、生产过程分析软件、生产过程调度软件、系统管理和监控软件。
二、柔性制造系统的分类
1.柔性制造单元(FMC)
FMC由单台带多托盘系统的加工中心或3台以下的CNC机床组成,具有适应加工多品种产品的灵活性。FMC的柔性最高。
2.柔性制造线(FML)
柔性制造线FML是处于非柔性自动线和FMS之间的生产线,对物料系统的柔性要求低于FMS,但生产效率更高。
3.柔性制造系统(FMS)
FMS通常包括3台以上的CNC机床(或加工中心),由集中的控制系统及物料系统连接起来,可在不停机情况下实现多品种、中小批量的加工管理。FMS是使用柔性制造技术最具代表性的制造自动化系统。
三、柔性制造系统的优势
1.设备利用率高。由于采用计算机对生产进行调度,一旦有机床空闲,计算机便分配给该机床加工任务。在典型情况下,采用柔性制造系统中的一组机床所获得的生产量是单机作业环境下同等数量机床生产量的3倍。
2.减少生产周期。由于零件集中在加工中心上加工,减少了机床数和零件的装卡次数。采用计算机进行有效的调度也减少了周转的时间。
3.具有维持生产的能力。当柔性制造系统中的一台或多台机床出现故障时,计算机可以绕过出现故障的机床,使生产得以继续。
4.生产具有柔性。可以响应生产变化的需求,当市场需求或设计发生变化时,在FMS的设计能力内,不需要系统硬件结构的变化,系统具有制造不同产品的柔性。并且,对于临时需要的备用零件可以随时混合生产,而不影响FMS的正常生产。
5.产品质量高。FMS减少了卡具和机床的数量,并且卡具与机床匹配得当,从而保证了零件的一致性和产品的质量。同时自动检测设备和自动补偿装置可以及时发现质量问题,并采取相应的有效措施,保证了产品的质量。
6.加工成本低。FMS的生产批量在相当大的范围内变化,其生产成本是最低的。它除了一次性投资费用较高外,其他各项指标均优于常规的生产方案。
四、FMS发展方向
1.FMS仍将迅速发展
FMS在20世纪80年代末就已进入了实用阶段,技术已比较成熟。由于它在解决多品种、中小批量生产上比传统的加工技术有明显的经济效益,因此随着国际竞争的加剧,无论发达国家还是发展中国家都越来越重视柔性制造技术。
从机械制造行业来看,现在FMS不仅能完成机械加工,而且还能完成钣金加工、锻造、焊接、装配、铸造和激光、电火花等特种加工以及喷漆、热处理、注塑和橡胶模制等工作。从整个制造业所生产的产品看,现在FMS已不再局限于汽车、车床、飞机、坦克、火炮、舰船等,还可用于计算机、半导体、木制产品、化工等产品生产。从生产批量来看,FMS已从中小批量应用向单件和大批量生产方向发展。
随着计算机集成制造技术和系统(CIMS)日渐成为制造业的热点,很多专家学者纷纷预言CIMS是制造业发展的必然趋势。柔性制造系统作为CIMS的重要组成部分,必然会随着CIMS的发展而发展。
2.FMS系统性能不断提高
构成FMS的各项技术,如加工技术、运储技术、刀具管理技术、控制技术以及网络通信技术的迅速发展,毫无疑问会大大提高FMS系统的性能。在加工中采用喷水切削加工技术和激光加工技术,并将许多加工能力很强的加工设备如立式、卧式镗铣加工中心,高效万能车削中心等用于FMS系统,大大提高了FMS的加工能力和柔性,提高了FMS的系统性能。AVG小车以及自动存储、提取系统的发展和应用,为FMS提供了更加可靠的物流运储方法,同时也能缩短生产周期,提高生产率。刀具管理技术的迅速发展,为及时而准确地为机床提供适用刀具提供了保证。同时可以提高系统柔性、生产率、设备利用率,降低刀具费用,消除人为错误,提高产品质量,延长无人操作时间。
3.从CIMS的高度考虑FMS规划设计
尽管FMS本身是把加工、运储、控制、检测等硬件集成在一起,构成一个完整的系统。但从一个工厂的角度来讲,它还只是一部分,不能设计出新的产品或设计速度慢,再强的加工能力也无用武之地。总之,只有站在工厂全面现代化的高度、站在CIMS的高度分析,考虑FMS的各种问题并根据CIMS的总体考虑进行FMS的规划设计,才能充分发挥FMS的作用,使整个工厂获得最大效益,提高它在市场中的竞争能力。