柔性制造单元FMC直接数控DNCFMS课件

柔性制造及系统的基本原理柔性制造及系统的基本原理.柔性制造及柔性制造系统柔性制造及柔性制造系统.FMS工作站与工作站与FMC.FMS的物流的物流.FMS的控制的控制1 1现代制造系统 西南科技大学 柔性制造及系统的基本原理1现代制造系统 .柔性制造及柔性制造系统柔性制造及柔性制造系统.柔性制造系统产生的依据柔性制造系统产生的依据多品种小批量生产的特征、意义与对策多品种小批量生产的特征、意义与对策 多品种小批量生产的特征：多品种小批量生产的特征：v 生产的品种多，经常交替变动，批量和交货期又是变数，呈多生产的品种多，经常交替变动，批量和交货期又是变数，呈多样性特征。样性特征。v 加工工艺流程的多变性，使制造系统的物流、信息流、成本流加工工艺流程的多变性，使制造系统的物流、信息流、成本流和误差流有较大的变化。和误差流有较大的变化。v 对制造系统的生产能力适应性，即柔性要求较高。对制造系统的生产能力适应性，即柔性要求较高。v 品种、工艺、交货期和批量的变化，使生产组织、管理、计划品种、工艺、交货期和批量的变化，使生产组织、管理、计划和调度呈现对变化的快速适应和快速实施难度增大。和调度呈现对变化的快速适应和快速实施难度增大。v 这种生产常常出现紧急任务，要求供应链上的各环节快速反应。这种生产常常出现紧急任务，要求供应链上的各环节快速反应。2 2现代制造系统 西南科技大学.柔性制造及柔性制造系统.柔性制造系统产生的依据.柔性制造及柔性制造系统柔性制造及柔性制造系统多品种小批量生产的特征、意义与对策多品种小批量生产的特征、意义与对策 多品种小批量生产的意义：多品种小批量生产的意义：v 适应现代与未来顾客市场的多变性与快速变化的有效生产方式。适应现代与未来顾客市场的多变性与快速变化的有效生产方式。v 适应越来越短的产品寿命周期的主要生产类型。适应越来越短的产品寿命周期的主要生产类型。v 适应越演越烈的市场竞争的必要手段。适应越演越烈的市场竞争的必要手段。3 3现代制造系统 西南科技大学.柔性制造及柔性制造系统多品种小批量生产的特征、意义.柔性制造及柔性制造系统柔性制造及柔性制造系统多品种小批量生产的特征、意义与对策多品种小批量生产的特征、意义与对策 多品种小批量生产的对策多品种小批量生产的对策 4 4现代制造系统 西南科技大学.柔性制造及柔性制造系统多品种小批量生产的特征、意义.柔性制造及柔性制造系统柔性制造及柔性制造系统FMS的产生依据的产生依据 需要开发一种适应中小批量生产、挖掘潜力、提高生产率与机床需要开发一种适应中小批量生产、挖掘潜力、提高生产率与机床利用率、压缩单件生产时间和成本的新型制造系统。利用率、压缩单件生产时间和成本的新型制造系统。5 5现代制造系统 西南科技大学.柔性制造及柔性制造系统FMS的产生依据5现代制造系.柔性制造及柔性制造系统柔性制造及柔性制造系统.柔性制造系统柔性制造系统 柔性制造系统柔性制造系统（Flexible Manufacturing System）：）：借助于自动化传输、装卸于存储系统，以及一组加工、处借助于自动化传输、装卸于存储系统，以及一组加工、处理、检测或装配同计算机控制系统组成的制造系统。理、检测或装配同计算机控制系统组成的制造系统。6 6现代制造系统 西南科技大学.柔性制造及柔性制造系统.柔性制造系统6现代制造.柔性制造及柔性制造系统柔性制造及柔性制造系统FMS的组成的组成 FMS由以下三个基本单元组成由以下三个基本单元组成：v 加工加工/处理工作站。处理工作站。v 物料传送、装卸与存储系统。物料传送、装卸与存储系统。v 计算机控制系统。计算机控制系统。FMS系统系统的类型的类型 按制造的柔性分：专用指令按制造的柔性分：专用指令FMS、随机、随机指令指令FMS。按数控技术水平分：柔性制造单元（按数控技术水平分：柔性制造单元（FMC）、直接数）、直接数控（控（DNC）、）、FMS。7 7现代制造系统 西南科技大学.柔性制造及柔性制造系统FMS的组成7现代制造系统.柔性制造及柔性制造系统柔性制造及柔性制造系统FMS的规划的规划 在规划在规划FMS中应考虑以下因素：中应考虑以下因素：v 产量。产量。v 加工流程加工流程/过程顺序的变动性。过程顺序的变动性。v 加工件的几何与物理特征。加工件的几何与物理特征。v 对人力与资源的需求。对人力与资源的需求。8 8现代制造系统 西南科技大学.柔性制造及柔性制造系统FMS的规划8现代制造系统.柔性制造及柔性制造系统柔性制造及柔性制造系统FMS的技术分析的技术分析 根据成组技术，根据成组技术，FMS常按单元进行制造，单元中设备常按单元进行制造，单元中设备的布置分析按以下四个阶段进行：的布置分析按以下四个阶段进行：v 依据流程数据拟定出进卡（依据流程数据拟定出进卡（FromTo Chart）。）。v 确定每台机床设备的进确定每台机床设备的进/出比率。出比率。v 按进按进/出比率从低到高排列机床顺序。出比率从低到高排列机床顺序。v 平衡各节点的进出量，确定总输出量和离线输出量，平衡各节点的进出量，确定总输出量和离线输出量，绘制流程图绘制流程图。9 9现代制造系统 西南科技大学.柔性制造及柔性制造系统FMS的技术分析9现代制造系.柔性制造及柔性制造系统柔性制造及柔性制造系统FMS的技术分析的技术分析 用于用于FMS定量分析模型还有：定量分析模型还有：v 确定性确定性/静态模型。静态模型。v 排队模型。排队模型。v 计算机仿真模型。计算机仿真模型。v Petri网。网。v 极大代数模型。极大代数模型。v IDEF建模方法。建模方法。1010现代制造系统 西南科技大学.柔性制造及柔性制造系统FMS的技术分析10现代制造.柔性制造及柔性制造系统柔性制造及柔性制造系统FMS的应用的应用 FMS的应用场合的应用场合 1111现代制造系统 西南科技大学.柔性制造及柔性制造系统FMS的应用11现代制造系统.柔性制造及柔性制造系统柔性制造及柔性制造系统FMS的应用的应用 FMS的优缺点：的优缺点：优点优点是可以实现多品种小批量生产自动化，减少直接是可以实现多品种小批量生产自动化，减少直接劳动力，缩短生产时间和减少中间库储量，设备系统柔性劳动力，缩短生产时间和减少中间库储量，设备系统柔性较高。较高。缺点缺点是只能处理形状和尺寸相似的同组零件，且要按是只能处理形状和尺寸相似的同组零件，且要按成组工艺进行加工，使成组工艺进行加工，使FMS的应用收到限制。的应用收到限制。1212现代制造系统 西南科技大学.柔性制造及柔性制造系统FMS的应用12现代制造系统.FMS工作站与工作站与FMC.FMS工作站工作站 FMS中采用的加工机床类型：中采用的加工机床类型：v 加工中心（加工中心（Machining Center）v 可可换主轴箱机床（换主轴箱机床（Head Changer）v 分分度主轴头机床（度主轴头机床（Head Indexer）v 组合组合铣（铣（Milling Module）v 组合组合车（车（Turning Module）v 装配装配工作站（工作站（Assembly Workstation）v 检验检验站（站（Inspection Station）v 金属金属薄板加工机（薄板加工机（Sheet Metal Processing Machine）v 锻压锻压工作站（工作站（Forging Station）v 激光加工激光加工、处理工作站（、处理工作站（Lsser Processing Station）1313现代制造系统 西南科技大学.FMS工作站与FMC.FMS工作站13现代制造.FMS工作站与工作站与FMC.柔性制造单元柔性制造单元FMC的特点的特点 FMC（Flexible Manufacturing Cell）具有以下四种具有以下四种功能：功能：v 自动化加工功能。自动化加工功能。v 物料传输、存储功能。物料传输、存储功能。v 完成自动加工与检测的控制功能。完成自动加工与检测的控制功能。v 自动检验、监视的功能。自动检验、监视的功能。1414现代制造系统 西南科技大学.FMS工作站与FMC.柔性制造单元14现代制造.FMS工作站与工作站与FMCFMC的构成的构成 FMC的构成可分为两大类：的构成可分为两大类：加工中心与托盘交换系统（加工中心与托盘交换系统（Automatic Pallet Changer）组合式。）组合式。数控机床与工业机器人组合式。数控机床与工业机器人组合式。1515现代制造系统 西南科技大学.FMS工作站与FMCFMC的构成15现代制造系统 .FMS工作站与工作站与FMCFMC的构成的构成 FMC构成示例构成示例 具有托盘交换系统的具有托盘交换系统的FMC有工业机器人的有工业机器人的FMCNC磨床与工业机器人组成的磨床与工业机器人组成的FMC三台加工中心与工业机器人组成的三台加工中心与工业机器人组成的FMC1616现代制造系统 西南科技大学.FMS工作站与FMCFMC的构成具有托盘交换系统的F.FMS工作站与工作站与FMCFMC的技术经济效益的技术经济效益v 增大制造系统的柔性。增大制造系统的柔性。v 可实现可实现2424小时连续运转。小时连续运转。v 采用采用FMC的经济效益比的经济效益比MC高。高。v FMC便于实现计算机集成。便于实现计算机集成。v FMC应用得当可以节省投资。应用得当可以节省投资。v FMC可可减少对操作者的依赖，减少操作人数。减少对操作者的依赖，减少操作人数。1717现代制造系统 西南科技大学.FMS工作站与FMCFMC的技术经济效益17现代制造2.FMS工作站与工作站与FMCFMC在现代制造系统中的作用在现代制造系统中的作用 FMC在现代制造系统中的地位如下：在现代制造系统中的地位如下：v FMC的数量越来越多，已部分取代了的数量越来越多，已部分取代了FMS。v FMC正在形成由正在形成由NC、CNC或多轴加工单元、加工中心等与机或多轴加工单元、加工中心等与机器人装卸集成的系统，成为器人装卸集成的系统，成为FMS、CIM、IMS等高级制造系统集成的等高级制造系统集成的基础。基础。v FMC是更易与现代制造技术发展结合的基本制造系统。是更易与现代制造技术发展结合的基本制造系统。v 在现代制造技术及其系统的标准化、通用化进程中，在现代制造技术及其系统的标准化、通用化进程中，FMC占有占有重要地位。重要地位。v 先进的过程监视与质量控制技术与装置更易在先进的过程监视与质量控制技术与装置更易在FMC中利用。中利用。1818现代制造系统 西南科技大学2.FMS工作站与FMCFMC在现代制造系统中的作用18现.FMS的物流的物流.FMS的物流系统的物流系统 FMS的另一个主要组成是物料传输与存储系统，主要的另一个主要组成是物料传输与存储系统，主要由输送、搬运和存储设备及其控制系统组成。该系统主要由输送、搬运和存储设备及其控制系统组成。该系统主要完成以下功能：完成以下功能：v 使工件在工作站间随机而独立的运动。使工件在工作站间随机而独立的运动。v 能装卸不同形状的工件。能装卸不同形状的工件。v 暂存储功能。暂存储功能。v 便于工件装卸。便于工件装卸。v 与计算机控制兼容。与计算机控制兼容。1919现代制造系统 西南科技大学.FMS的物流.FMS的物流系统19现代制造系统.FMS的物流的物流.FMS物流设备的配置与布置物流设备的配置与布置 FMS的布置方案分为以下五类：的布置方案分为以下五类：v 按行排列（按行排列（InLine）v 环形布置环形布置v 梯形布置梯形布置v 开放式布置开放式布置v 以机器人为中心的单元以机器人为中心的单元2020现代制造系统 西南科技大学.FMS的物流.FMS物流设备的配置与布置20现.FMS的物流的物流.FMS物流设备的配置与布置物流设备的配置与布置 按行排列的按行排列的FMS布局布局 单向流单向流双向流双向流2121现代制造系统 西南科技大学.FMS的物流.FMS物流设备的配置与布置单向流.FMS的物流的物流.FMS物流设备的配置与布置物流设备的配置与布置 环形布置的环形布置的FMS 2222现代制造系统 西南科技大学.FMS的物流.FMS物流设备的配置与布置22现.FMS的物流的物流.FMS物流设备的配置与布置物流设备的配置与布置 梯形布置的梯形布置的FMS 2323现代制造系统 西南科技大学.FMS的物流.FMS物流设备的配置与布置23现.FMS的物流的物流.FMS物流设备的配置与布置物流设备的配置与布置 开放式布置的开放式布置的FMS 2424现代制造系统 西南科技大学.FMS的物流.FMS物流设备的配置与布置24现.FMS的物流的物流.FMS物流设备的配置与布置物流设备的配置与布置 以机器人为中心的以机器人为中心的FMS 2525现代制造系统 西南科技大学.FMS的物流.FMS物流设备的配置与布置25现.FMS的物流的物流.FMS物流设备的配置与布置物流设备的配置与布置 物料传输装备有：回转传送带、有轨运输车、无轨自动导向小车物料传输装备有：回转传送带、有轨运输车、无轨自动导向小车系统和搬运与装卸机器人。在系统和搬运与装卸机器人。在FMS中，由以上组成的物料传输系统，中，由以上组成的物料传输系统，又称为第一物料传输系统。又称为第一物料传输系统。第一物料传输系统的典型装备第一物料传输系统的典型装备 2626现代制造系统 西南科技大学.FMS的物流.FMS物流设备的配置与布置 26.FMS的物流的物流.FMS物流设备的配置与布置物流设备的配置与布置 第一物料传输系统可采用自动化存储系统，如自动化存储第一物料传输系统可采用自动化存储系统，如自动化存储/补偿补偿系统（系统（AS/RS）和存储）和存储/补偿（补偿（S/R）装备。）装备。有有AS/RS的的FMS布局布局 2727现代制造系统 西南科技大学.FMS的物流.FMS物流设备的配置与布置27现.FMS的控制的控制.FMS中计算机的功能中计算机的功能 在在FMS中，计算机可完成以下八类功能：中，计算机可完成以下八类功能：v 各制造工作站的控制。各制造工作站的控制。v 把控制指令分散给各工作站。把控制指令分散给各工作站。v 生产控制。生产控制。v 传输控制。传输控制。v 往返控制。往返控制。v 工件传输与装卸系统的监视。工件传输与装卸系统的监视。v 刀具控制。刀具控制。v 对对FMS系统性能的监视控制及报告。系统性能的监视控制及报告。2828现代制造系统 西南科技大学.FMS的控制.FMS中计算机的功能28现代制造.FMS的控制的控制.FMS的数据文件的数据文件 FMS要求的基本数据文件有：要求的基本数据文件有：v 零件程序文件。零件程序文件。v 流程文件。流程文件。v 零件生产文件。零件生产文件。v 托盘参考文件。托盘参考文件。v 刀具文件。刀具文件。v 刀具寿命文件。刀具寿命文件。2929现代制造系统 西南科技大学.FMS的控制.FMS的数据文件29现代制造系统.FMS的控制的控制.FMS的报告的报告 通过对通过对FMS监视中搜集到的性能数据可以综合出以下监视中搜集到的性能数据可以综合出以下几类报告：几类报告：v 利用率报告。利用率报告。v 生产报告。生产报告。v 状态报告。状态报告。v 刀具报告。刀具报告。3030现代制造系统 西南科技大学.FMS的控制.FMS的报告30现代制造系统 .FMS的控制的控制.FMS的控制级与连接网络的控制级与连接网络 通常，通常，FMS采取分层（级）、分布式集中管理的控制结构。采取分层（级）、分布式集中管理的控制结构。工厂控制用分层（级）计算机结构工厂控制用分层（级）计算机结构3131现代制造系统 西南科技大学.FMS的控制.FMS的控制级与连接网络31现代.FMS的控制的控制.FMS的控制级与连接网络的控制级与连接网络 4级控制计算机及装备级控制计算机及装备3232现代制造系统 西南科技大学.FMS的控制.FMS的控制级与连接网络32现代.FMS的控制的控制制造的分层（级）控制制造的分层（级）控制 采用单级控制的复杂控制（任务）系统不可能保证其有效性。如采用单级控制的复杂控制（任务）系统不可能保证其有效性。如FMS、CIM、IMS等复杂制造系统应根据分级控制思想，分成不同的等复杂制造系统应根据分级控制思想，分成不同的控制模块，为不同的制造功能服务。控制模块，为不同的制造功能服务。分级（层）方法如下：分级（层）方法如下：v 工厂结构分层。工厂结构分层。v 组织分层。组织分层。v 管理分层。管理分层。v 信息分层。信息分层。v 制造装备结构的分层。制造装备结构的分层。v 控制分层。控制分层。3333现代制造系统 西南科技大学.FMS的控制制造的分层（级）控制33现代制造系统.FMS的控制的控制制造的分层（级）控制制造的分层（级）控制 JCSFMS1的控制级结构的控制级结构3434现代制造系统 西南科技大学.FMS的控制制造的分层（级）控制34现代制造系统.FMS的控制的控制通信连接网络通信连接网络 分级控制制造系统的柔性和效率取决于连接分布式处分级控制制造系统的柔性和效率取决于连接分布式处理单元的通信系统的利用率。为此，要努力式过程控制腾理单元的通信系统的利用率。为此，要努力式过程控制腾学系统标准化。学系统标准化。不同通信级的协议层次：过程中通信协议、总线存取不同通信级的协议层次：过程中通信协议、总线存取协议、传输协议、逻辑连接级协议、物理连接级协议。协议、传输协议、逻辑连接级协议、物理连接级协议。通信网络可以呈星形结构，也可以是开放式结构或环通信网络可以呈星形结构，也可以是开放式结构或环形结构。形结构。3535现代制造系统 西南科技大学.FMS的控制通信连接网络35现代制造系统 .FMS的控制的控制通信连接网络通信连接网络 IEEE 488总线系统示例总线系统示例 3636现代制造系统 西南科技大学.FMS的控制通信连接网络36现代制造系统 .FMS的控制的控制通信连接网络通信连接网络 工厂通信网络的不同结构工厂通信网络的不同结构 Master主计算机主计算机 Date highway数据总线数据总线 Slave从计算机从计算机 Ring bus环环形总线形总线星形结构星形结构开放式总线结构开放式总线结构环形结构环形结构3737现代制造系统 西南科技大学.FMS的控制通信连接网络Master主计算机 .FMS的控制的控制通信连接网络通信连接网络 以太网总线原理以太网总线原理 3838现代制造系统 西南科技大学.FMS的控制通信连接网络38现代制造系统 本章小结知识点知识点知识点知识点知识点知识点柔性制造及柔性制造系统；工作站与柔性制造及柔性制造系统；工作站与；的物流；的控制；的物流；的控制重点重点重点重点重点重点柔性制造系统的组成、类型、应用；工作柔性制造系统的组成、类型、应用；工作站与；的物流；的控制站与；的物流；的控制难点难点难点难点难点难点的物流设备的配置与布置；的控制的物流设备的配置与布置；的控制级与连接网络级与连接网络3939现代制造系统 西南科技大学本章小结知识点柔性制造及柔性制造系统；工作站与；