智能制造加工技术ppt课件第5章--柔性制造技术

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,重庆邮电大学移通学院,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,重庆邮电大学移通学院,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,重庆邮电大学移通学院,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,5.1,柔性制造技术概述,第,5章,柔性制造技术,5.1 柔性制造技术概述第5章 柔性制造技术,柔性制造技术（,FMT,）,是集数控技术、计算机技术、机器人技术、现代管理技术为一体的现代制造技术，主要用于多品种小批量或变批量生产。,柔性,指制造系统能够适应产品变化的能力。,柔性制造技术（FMT）是集数控技术、计算机技术、,1.FMS,产生的背景条件,1,）随着经济的发展和消费水平的提高，人们更注重产品的不断,更新和多样化，中小批量、多品种生产已成为机械制造业的,一个重要特征；,2,）科学技术的迅猛发展推动了自动化程度和制造水平的提高。,一、,FMS,的产生和发展,1.FMS产生的背景条件1）随着经济的发展和消费水平的提高，,2.FMS,的产生过程,1950,年，美国,MIT,诞生了第一台三坐标数控铣床以后，机,电一体化及数控（,NC,）的概念出现了。,机电一体化技术进一步发展，出现了计算机数控（,CN,）、,计算机直接控制（又称群控）（,DNC,）、计算机辅助制造,（,CAM,）、计算机辅助设计（,CAD,）、成组技术（,GT,）、计算,机辅助工艺规程（,CAPP,）、工业机器人技术（,ROBOT,）等新,技术。,2.FMS的产生过程 1950年，美国MIT诞生了第一台三坐,FMS,的雏形源于美国,MALROSE,公司，该公司在,1963,年制造了世界上第一条多品种柴油机零件的数控生产线。,FMS,的概念由英国,MOLIN,公司最早正式提出，并在,1965,年取得了发明专利，,1967,年,FMS,正式形成。,在这些新技术的基础上，为,多品种、小批量生产,的需要而兴起的 柔性自动化制造技术得到了迅速的发展，作为这种技术具体应用的柔性制造系统（,FMS,）、柔性制造单元（,FMC,）和柔性制造自动线（,FML,）等柔性制造设备纷纷问世，其中柔性制造系统（,Flexible Manufacturing System,，,FMS,）最具代表性。,FMS的雏形源于美国MALROSE公司，该公司在1963年制,FMS,是先进制造技术的一部分，在欧美、日本、俄罗斯有较大的发展；,1985,年世界各国已投入运行的,FMS,有,500,多套，,88,年近,800,套，,90,年超过,1000,套，目前约共有,4000,多套,FMS,在运行；,我国是,1984,年开始研制,FMS,，,1986,年从日本引进第一套,FMS,。,3.FMS,的发展状况,FMS是先进制造技术的一部分，在欧美、日本、俄罗斯有较大的发,按照系统规模和投资强度，可将柔性自动化制造设备分为如下,5,个不同层次：,1,、柔性制造模块（,FMM,）,是指一台扩展了自动化功能的数控机床，如刀具库、自动换刀装置、托盘交换器等，,FMM,相当于功能齐全的加工中心。,2,、柔性制造单元（,FMC,）,由,1,2,台数控机床组成，除了能够自动换刀之外，还配有存储工件的托盘站和自动上下料的工件交换台。,FMC,自成体系，占地面积小、成本低、功能完善、有廉价小型,FMS,之称。,3,、柔性制造系统（,FMS,）,包括,2,台以上的,CNC,、,FMM,或,FMC,组成，其控制与管理功能比,FMC,强，规模比,FMC,大，对数据管理和通信网络要求高。,按照系统规模和投资强度，可将柔性自动化制造设备分,4,、柔性制造生产线（,FML,）,其加工设备在采用通用数控机床的同时，更多地采用数控组合机床，如数控专用机床、可换主轴箱机床、模块化多动力头数控机床等，工件输送线多为单线、固定，柔性较低、专用性强、生产率高，相当于数控化的自动生产线，一般用于少品种、中大批量生产、可以说，,FML,相当于专用,FMS,。,5,、柔性制造工厂（,FMF,）,将柔性制造自动化由,FMS,扩展到全企业范围，通过计算机网络系统的有机联系，实现在全企业范围内的生产经营管理过程、设计开发过程、加工制造过程和物料运储过程的全盘自动化，实现自动化工厂的目标。,4、柔性制造生产线（FML）,二、,FMS,的基本组成及主要功能,1.FMS,的的定义及基本组成,我国国家军用标准则,定义：,柔性制造系统是由数控加工设备、物料运储装置和计算机控制系统组成的自动化制造系统，它包括多个柔性制造单元，能根据制造任务或生产环境的变化迅速进行调整，适用于多品种、中小批量生产。,国外有关专家进行的直观,定义：,柔性制造系统是至少两台机床，一套物料运储装置和一套计算机控制系统组成的自动化制造系统，通过简单改变软件的方法便能制造出多咱零件中任何一种零件。,二、 FMS的基本组成及主要功能1.FMS的的定义及基本组成,（,1,）加工的数控加工系统,（,2,）自动化的物料储运系统,（,3,）计算机控制的信息系统,典型的,FMS,主要由以下三个子系统组成：,（1）加工的数控加工系统典型的FMS主要由以下三个子系,智能制造加工技术ppt课件第5章-柔性制造技术,典型的柔性制造系统示意图,1,典型的柔性制造系统示意图1,典型的柔性制造系统示意图,2,典型的柔性制造系统示意图2,典型的柔性制造系统示意图,3,典型的柔性制造系统示意图3,典型的柔性制造系统示意图,4,典型的柔性制造系统示意图4,实例：,实例：,图,5.2,京东自动化仓储系统,图,5.3,堆垛机,图5.2 京东自动化仓储系统,智能制造加工技术ppt课件第5章-柔性制造技术,2.FMS,的主要功能,1,、能自动管理工件的生产过程。,2,、简单改变的软件或参数，就能制造出某一工件族的多种零件。,3,、物流的运输和存贮必须是看自动的。,4,、能解决多机床条件下工件的混流加工，且不用额增加费用。,5,、具有优化高度管理功能，能实现无人或少人化加工,2.FMS的主要功能1、能自动管理工件的生产过程。2、简单改,1,、柔性制造能力强；,2,、设备利用率高；,3,、减少了设备成本与占地面积；,4,、减少了直接生产工人，提高了劳动生产率；,5,、减少了在制品数量，提高了对市场的反应能力；,6,、产品质量得以提高；,7,、,FMS,可以逐步地实现实施计划。,3. FMS,的优点及效益,1、柔性制造能力强；3. FMS的优点及效益,物料的储运系统是柔性制造系统中的一个重要组成部分。一个工件从毛坯到成品的整个生产过程中，只有相当少的一部分时间是用于机床的切削加工，而大部分时间则消耗于物料的输送和储存过程。因此，合理地选择,FMS,的物料运储系统，可以大大减少物料的运送时间，提高整个制造系统的柔性和效率。,物料系统,工件流,工具流,配套流,原材料、半成品、成品,刀具、夹具,托盘、辅具材料、备件,5.1.1,FMS,的物料管理,物流系统包括的三个方面：,物料的储运系统是柔性制造系统中的一个重要组成部分。一,物流系统执行输送的装置：,自动化物流,执行输送的装置,有轨运输车,无轨运输车,机器人,无轨运输车,物料存贮设备：,物料存贮设备,自动化仓库,无轨运输车,刀具库,托盘站,物流系统执行输送的装置：自动化物流有轨运输车无轨运输车机器人,自动物料储运系统,存储设备,运输设备,辅助设备,工件进出站,托盘站,立体仓库,滚道,滑道,自重传送料道,传送带,步伐式,辊式,链式,履带式,运输小车,牵引式,地面有轨,空中单轨,自导式,机器人及机械手,搬用机器人,通用机械手,专用机械手,仓库与运输车的连接装置,托盘交换装置,工件储运系统的组成设备,自动物料储运系统存储设备运输设备辅助设备工件进出站托盘站立体,一、物料的输送系统,用于直线往返输送物料。它往返于加工设备、装卸站与立体仓库之间，按指令自动运行到指定的工位自动存取工件。,常见的有轨运输车有两种：,链索牵引小车,和,电动机牵引行走小车,。,工作方式,在线工作方式：,接受上位计算机指令,离线自动工作方式：,利用操作面板编制输送程序,手动工作方式：,操作按钮手动控制,1,、有轨运输车（,RGV,）,一、物料的输送系统 用于直线往返输送物料。它往返于,、加速和移动速度都比较快，适合运送重型工件；,、因导轨固定，故行走平稳，停车位置比较准确；,、控制系统简单，可靠性好，制造成本低，便于推广；,、行走路线不便改变，转弯角度不能太小；,、噪声较大，影响操作工监听加工状况及保护自身安全。,AGV,是当前,FMS,中具有较大优势和潜力的运输装置。它具有较高的柔性，能实时监视和扩展，并且安全可靠，维护方便。,有轨小车的特点：,2,、无轨运输车（,AGV,，自动导向小车）,、加速和移动速度都比较快，适合运送重型工件； AGV是,3,、物料输送系统的基本回路,全为双向运行，有很大柔性，输送设备的利用率和容错性高，但控制和调度复杂主要采用无轨小车，用于较大规模的,FMS,双向运行,网状输送回路,利用直线双向运行的组合，形成封闭循环，提高柔性和输送设备的利用率,双向运行,利用直线单向运行的组合，形成封闭循环实现柔性，提高输送设备的利用率,单向运行,环形输送回路,系统柔性低，容错性差，常需另设缓冲站，输送装置采用有轨小车、移动机器人或双向输送带，主要用于小型,FMS,双向运行,主要依靠机床的数控功能实现柔性，输送装置多为输送带，主要用于,FML,或自动装配线,单向运行,直线输送回路,3、物料输送系统的基本回路 全为双向运行，有很大,(2,）刀具流支持系统。,(2）刀具流支持系统。,二、自动存储和检索系统（,ASRS,）,工件装卸站,设在,FMS,的入口处，用于完成工件的装卸,托盘缓冲站,起到缓冲物料的作用，一般设置在加工机床附近,自动化仓库,采用巷式起重堆垛机的立式仓库,自动化仓库的计算机控制,自动化仓库的认址检索系统,识别和登录物料信息,物料的自动存取,仓库管理,二、自动存储和检索系统（ASRS）工件装卸站设在FMS的入口,自动立体仓库,自动立体仓库是应现代化、自动化生产和管理信息化的要求应运而生的。与传统仓库相比,能更有效地利用空间,使物品堆放向空中立体发展,;,配备有完善的计算机管理系统并具自动控制物品的存取、搬运功能,能优化物品的储存数量,保持最佳的库存量,既减少资金积压又能使生产正常进行,;,减少搬运配料人员和仓储管理人员。,自动立体仓库 自动立体仓库是应现代化、自动化生产和管,堆跺机,图示为双柱式堆跺机是一种可在自动立体仓库高层货架巷道轨道上穿梭行走,并堆高层货架的物料仓位存取物品的专用起重设备。为刚性起见,通常采用框架结构。堆跺机通常由行走机构、升降机构、货台与装卸托盘、框架、导向机构、控制系统和安全保护装置等组成。,堆跺机 图示为双柱式堆跺机是一种可在自动立体仓库高层货架,自动化仓库的计算机控制,自动化仓库的含义包括仓库管理自动化和入库、出库的作业自动化。仓库管理自动化包括对货箱、账目、货格及其他信息管理的自动化，入库、出库的作业自动化包括货箱或物料的自动识别、自动认址、货格状态的自动检测以及堆垛机动作的自动控制。,自动化仓库的计算机控制系统主要担负以下三项任务：,（,1,）识别和登录物料信息,条形码,（,2,）物料的自动存取,（,3,）仓库管理,入库,合理分配,出库,先进后出,自动化仓库的计算机控制 自动化仓库的含义包括仓库管理自动,5.1.3,柔性制造所采用的关键技术,(1),计算机辅助设计,(2),模糊控制技术,(3),人工智能、专家系统及智能传感器技术,(4),人工神经网络技术,5.1.3柔性制造所采用的关键技术(1)计算机辅助设计(2),5.1.4,柔性的发展趋势,1,）,FMC,将成为发展和应用的热门技术这是因为,FMC,的投资比,FMS,少得多而经济效益相近，更适用于财力有限的中小型企业。目前国外众多厂家将,FMC,列为发展之重。,2,）发展效率更高的,FML,多品种大批量的生产企业如汽车及拖拉机等工厂对,PML,的需求引起了,FMS,制造厂的极大关注。采用价格低廉的专用数控机床替代通用的加工中心将是,FML,的发展趋势。,3,）朝多功能方向发展由单纯加工型,FMS,进一步开发已焊接、装配、检验及材加工乃至铸、锻等制造工序兼具的多种功能,FMS,。,5.1.4柔性的发展趋势1）FMC将成为发展和应用的热门技术,5.2,柔性制造单元,5.2 柔性制造单元,柔性制造单元（,Flexible Manufacturing Cell,，简称,FMC,）是在制造单元的基础上发展起来、具有柔性制造系统部分特点的一种单元。通常由,1,至,3,台具有零件缓冲区、刀具换刀及托板自动更换装置的数控机床或加工中心与工件储存、运输装置组成，具有适应加工多品种产品的灵活性和柔性，可以作为,FMS,中的基本单元，也可将其视为一个规模最小的,FMS,，是,FMS,向廉价化及小型化方向发展的一种产物,柔性制造单元（Flexible Manufacturing,(1),柔性制造单元的基本功能,1,）自动化加工功能,2,）物料传输、存储功能,3,）自动检验、监视等功能,4,）单元加工的其他功能,(1)柔性制造单元的基本功能1）自动化加工功能2）物料传输、,（,2,）柔性制造单元的基本组成,1,）由加工中心或加工中心数控机床（含,CNC,）混合组成的加工设备,2,）单元内部的自动化工件运输、交换和存储设备,3,）信息流系统,（2）柔性制造单元的基本组成1）由加工中心或加工中心数控机床,（,3,）柔性制造单元的基本形式,1,）环行托板库,FMC,2,）机器人搬运式,FMC,3,）可换主轴箱式,FMC,（3）柔性制造单元的基本形式1）环行托板库FMC2）机器人搬,5.2.1 FMC,设备布置,在精益生产环境中，任何单元或生产线布置均应当：,1),使用最小空间；,2),允许灵活的人员配备和产量；,3),便于重新配置；,4),采用无,WIP,（,work in progress,）的单件流；,5),使可见度和交流达到最大程度。,5.2.1 FMC设备布置在精益生产环境中，任何单元或生产线,生产设备的布置最为关键。设备布置有如下几种方式,:,产品原则布置,:,根据产品的制造步骤安排 各组成部分。理论上，流程是一条从原料投入到成品产出的连续线。固定制造某种部件或产品的封闭车间,其设备、人员按加工或装配的工艺过程顺序布置,形成一定的生产线,适合少品种、大批量的生产方式。,工艺原则布置：,又称机群布置，是将同类设 备和人员集中布置在一个地方的布置形式。根据所执行的一般功能,对各工艺组成部分进行布置，并不考虑任何特殊产品，适用于单件小批加工车间等。,成组原则布置：,实施成组加工的布置形式，介于产品布置与工艺布置之间,适用于中小批量生产。,定位原则布置：,根据体积或重量，将产品固定在一个位置上，设备、人员、材料都围绕着产品分布，适用于飞机制造厂、造船厂等。,生产设备的布置最为关键。设备布置有如下几种方式:产品原则布,在进行生产线改造时，采用位置加权法对原生产线布置进行改进，布置步骤如下：,确定零件周期 时间；,将零件组划分为可测操作单元,并按一定方 法测量各操作单元时间；,绘制操作单元顺序图；,根据周期时间,T,和零件作业时间,C,计算 出最少工作地数量,N,min,= T/ C,；,根据位置加权法 的规则划分工作地,(,或工序,) ,分配各工作地的操作单元。,在进行生产线改造时，采用位置加权法对原生产线布置进行改进，布,（,3,）设备布局设计的内容,1),设备的选择,2),设备数量的确定,机床负荷可按下式计算,=Q,j,/Q,jp,（3）设备布局设计的内容1)设备的选择2)设备数量的确定机,3),设备的布局,设备布局时必须考虑的另一个重要问题是合理选择搬运设备,3)设备的布局设备布局时必须考虑的另一个重要问题是合理选择搬,智能制造加工技术ppt课件第5章-柔性制造技术,5.3,柔性装配线,5.3.1,柔性装配线基础知识,5.3 柔性装配线5.3.1柔性装配线基础知识,圆珠笔的产品的构图,圆珠笔的产品的构图,(1),装配线及其组成,产品在装配过程中各装配元有顺序和生产效率双重要求，因此装配元之间靠得很近，就自然形成了一条装配线,1,刚性装配线是按照装配工艺流程不变顺序地布置的装配线,2,柔性装配线可以理解为装配线对外部因素变化的顺应性和对内部因素变化的适应性,(1)装配线及其组成产品在装配过程中各装配元有顺序和生产效率,（,2,）装配线的平衡,1)确定装配生产节拍,（2）装配线的平衡1)确定装配生产节拍,2)根据产品树结构图，绘制装配优先图,3)计算装配元的阶位值,4)对装配元按阶位值进行排序,5)确定最少工作站数,6)分配工作站,2)根据产品树结构图，绘制装配优先图3)计算装配元的阶位值,（,3,）计算平衡损耗率,（3）计算平衡损耗率,5.3.2,柔性装配线最佳产出率的计算,原装配线网络图,5.3.2柔性装配线最佳产出率的计算原装配线网络图,1,）求解新装配线最大产出率的分析方法,条件有：,1,、,网络有一个起始点,V,1,和一个终点,V,n,。,2,、,流过网络各边的流量具有一定的方向性。图中各边箭头所指方向，即为流量流动方向。网络图是一个有向网络图。,3,、,网络中的各边都赋予了允许流过的最大流量因此，实际流过的流量,x,ij,不允许超过,b,ij,即：,0,x,ij,b,ij,1）求解新装配线最大产出率的分析方法 条件有：,其具体步骤是：,A.先从网络图的最外层开始找出从,V,1,到,V,n,的通路,；,B.接着找出该通路中允许通过的最小流量，并从该通路中各边上减去最小流量值,；,C.将上述具有最小流量的边删去，余下的重新画出网络图；,D.重复以上步骤，直到从,V,1,到,V,n,已无通路为止。,其具体步骤是：,例,5.1,用图解法求图,5.8,所示网络的最大流。,例5.1 用图解法求图5.8所示网络的最大流。,解：,1,）,先从网络的最外层找出从V,1,到V,7,的通路，结果有两条通路,解：,3）删除流量为0的边，重新画出网络图，如图,5.9,所示。,4,）,重复上述步骤，继续寻找图,6-6,的最外层通路，结果有,3）删除流量为0的边，重新画出网络图，如图5.9所示。4）重,两条通路的最小允许流量均为4,从该两条通路中减去，得,删除流量为0的边，再重新画出如图,5.10,所示的网络图。,两条通路的最小允许流量均为4,从该两条通路中减去，得删除流,5),继续重复上述步骤，根据图,5.10,这时从,V1,到,V7,的通路还有一条，即,上述的最小流量为2,从该通路中减去，得,重新画出网络图，如图,5.11,所示，此时从V,1,到V,7,已无通路可找,5)继续重复上述步骤，根据图5.10,这时从V1到V7的通路,6)将上述5条通路的最小允许流量值相加，得最大流量,f,为：,f,=5+5+4+4+2=20,从上述用图解法求网络流问题可知，其过程实质是找出流经网络最小流的割集，而最大流等于最小割流量。这一原理一般称作最大流-最小割定理。,6)将上述5条通路的最小允许流量值相加，得最大流量f为：,(2)求解最大流的标记法,例,5-2,简述用标记法求图,5-15,所示网络的最大流的方法和步骤,(2)求解最大流的标记法例5-2 简述用标记法求图5-15所,当x,ij,0时，,j,=,min,j,，x,ij,当所有顶点（包括终点V,n,)的修正量都已记上后，则可按括号内左端的序号逆向地 (由V,n,到V,1,)找到流量修正通路并修正流量。当标记为,（,i,+,，,i,),时，流量增加到x,ij,+,j,；,当标记为（i,-,，,j,）,时，流量减少到x,ji,-,j,。,反复进行上述流量修正步骤，直到终点再不能标记时为止。这时在把最后一次标记过后点集合起来，就是最小割集，而最小割集的流量之和，就是所要求的网络最大流量。,当xijbij时，j=min j，bij-xij,例,5-3,用标记法求图,5-15,所示网络的最大流量。,见教材,例5-3 用标记法求图5-15所示网络的最大流量。见教材,5.3.3,柔性装配线重组与最佳配置,产品装配关系图,5.3.3柔性装配线重组与最佳配置产品装配关系图,装配线产出率计算图,装配线产出率计算图,5.4,柔性制造技术的物流系统,FMS,的物流系统主要包括以下三个方面,:,1),原材料、半成品、成品所构成的工件流；,2),刀具、夹具所构成的工具流；,3),托盘、辅助材料、备件等所构成的配套流。,5.4柔性制造技术的物流系统FMS的物流系统主要包括以下三个,物流系统的控制功能体系,物流系统的控制功能体系,有轨输送系统,(RGV),有轨输送系统(RGV),无轨输送系统,(AGV),感应线导式输送车的控制原理,激光导航输送车的控制原理,无轨输送系统(AGV)感应线导式输送车的控制原理激光导航输送,AGV,制导路径,AGV制导路径,（,3,）输送带输送系统,往复式托盘交换装置,（3）输送带输送系统往复式托盘交换装置,回转式托盘交换装置,回转式托盘交换装置,5.4.2 FMS,的刀具管理系统,(1),刀具编码技术,(2),刀具编码系统的意义,（,3,）刀具编码系统的方法柔性分类编码,（,4,）刀具识别技术,（,5,）刀具编码环识别,（,6,）条形码刀具识别系统,（,7,）刀具管理系统中的,RFID,技术,（,8,）标识块识别系统,5.4.2 FMS的刀具管理系统(1)刀具编码技术(2)刀具,5.4.3,柔性制造系统应用案例,5.4.3 柔性制造系统应用案例,智能制造加工技术ppt课件第5章-柔性制造技术,智能制造加工技术ppt课件第5章-柔性制造技术,智能制造加工技术ppt课件第5章-柔性制造技术,