柔性制造系统论文

摘要：本文主要阐述了柔性制造系统的基本概念、，并在此基础之上了解柔性制造系统的工艺基础，系统组成和分类进行阐明，探讨了柔性制造技术发展的应用现状与趋势。 关键词：柔性制造系统结构组成类型应用

一．柔性制造系统的定义

FMS 至今仍未有统一、明确、公认的定义，不同的国家、企业、学者和用户往往各有各的说法，所强调的关键特征也各有差异。所以，确切地定义FMS 要比具体地描述一个FMS 困难得多。

美国国家标准局定义FMS 为：由一个传输系统联接起来的一些设备(通常是具有自 动换刀装置的加工中心机床) 组成，传输装置把工件放在托盘或其他联接装置上送到各 加工设备，加工设备和传输系统在中央计算机控制下，使工件加工准确、迅速和自动 化。柔性制造系统有时可同时加工几种不同的零件。

日本国际贸易与工业部定义FMS 为：由2台或更多NC 机床组成的系统，这些机床 与自动物料管理设备一一连接，在计算机或类似设备控制下完成自动加工或处理操 作，从而可加工多个不同形状和尺寸的工件。

中国机械部北京机械工业自动化研究所1993年编写的《制造自动化术语汇编》 中，定义FMS 为：将自动化生产系统从少品种大批量生产型转向多品种生产型的柔性 化系统。FMS 包括：(1)机械加工中心等加工作业机床；(2)加工对象的辅助作业工业机 器人和托盘；(3)加工对象的搬运作业工业机器人/传送带/无人搬运车；(4)存贮工件的 自动仓库；(5)上述作业用的各种自动设备的管理和控制用计算机。

二．柔性制造系统工艺基础

FMS 的工艺基础是成组技术，它按照成组的加工对象确定工艺过程，选择相适应的数控加工设备和工件、工具等物料的储运系统，并由计算机进行控制，故能自动调整并实现一定范围内多种工件的成批高效生产(即具有“柔性”) ，并能及时地改变产品以满足市场需求。 FMS 兼有加工制造和部分生产管理两种功能，因此能综合地提高生产效益。FMS 的工艺范围正在不断扩大，可以包括毛坯制造、机械加工、装配和质量检验

等。投入使用的FMS ，大都用于切削加工，也有用于冲压和焊接的。

三. 柔性制造系统的组成

（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。

四. 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。

五. 柔性制造系统应用

（1）利用计算机设计(cAD)技术

CAD 技术是基于计算机环境下的完整设计过程，是一项产品建模技术(将产品的物理模型转换为产品的数据模型) 。带有32位Pc 微机的cAD 已成为应用主流。引入专家系统的cAD 使其具有智能化，可处理各种复杂问题，当前的一个应用热点是快速成型(RP)技术。它利用三维cAD 数据，通过快速成型机将一层层的材料堆积成实体原型。RP 技术具有快速、高柔性、高度集成等突出优点，尤其适合制造单件小批量、形状复杂的产品或原型。

（2）机电一体化技术

机电一体化技术是机械、电子、信息、计算机等多学科的相互融合和交叉，特别是机械、信息学科的融合交叉。从这个意义上说，其内涵是机械产品的信息化，它由机械、信息处理、传感器三大部分组成。近年来，微电子机械系统(MEMs)作为机电一体化的一个发展方向得到了特别重视和研究。

（3）模糊控制技术

模糊数学在工业上的应用始于1974年对锅炉和蒸汽机的模糊控制。目前模糊控制技术正处于稳定发展阶段，其核心是模糊控制器。新近开发的高性能模糊控制器具有基于人工神经网络的自学习功能，可在控制过程中不断获取新的信息，并自动地对控制量进行调整，大大改善了系统的性能。

（4）人工智能、专家系统技术

迄今，FMs 中所采用的人工智能(AI)大多基于规则的专家系统(ES)。专家系统是利用专家知识和推理规则进行推理，可以对各类问题求解。由于专家系统能简便地将各种事实及验证过的理论与通过经验获得的知识相结合，因而为FMs 的各方面工作增强了柔性。未来以知识密集为特征，以知识处理为手段的人工智能(包括专家系统) 技术必将在FMs 中起着关键作用。

（5）人工神经网络(ANN)技术

ANN 是由许多神经元按照拓扑结构相互连接而成的，模拟人的神经网络对信息进行并行处理的一种网络系统。在自动控制领域，人工神经网络技术的发展趋势是其与专家系统和模糊控制技术的结合，成为现代自动化系统中的一个组成部分。

六．柔性制造系统的发展趋势

(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。FMS 初期只是用于非回转体类零件的箱体类零件机械加工，通常用来完成钻、镗、铣及攻丝等工序。后来随着FMS 技术的发展，FMS 不仅能完成其他非回转体类零件的加工，还可完成回转体零件的车削、磨削、齿轮加工，甚至于拉削等工序。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，还可用于计算机、半导体、木制产品、服装、食品以及医药品和化工等产品生产。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。有关研究表明，凡是可采用数控和计算机控制的工序均可由FMS 完成。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系统配置朝FMC 的方向发展柔性制造单元FMC 和FMS 一样，都能够满足多品种、小批量的柔性制造需要，但FMC 具有自己的优点。首先，FMC 的规模小，投资少，技术综合性和复杂性低，规划、设计、论证和运行相对简单，易于实现，风险小，而且易于扩展，是向高级大型FMS 发展的重要阶梯。因此，采用由FMC 到FMS 的规划，既可以减少一次投入的资金，使企业易于承受，又可以减小风险，易于成功，～旦成功就可以获得效益，为下一步扩展提供金，同时也能培养人才、积

累经验，便于掌握FMS 的复杂技术，使FMS 的实施更加稳妥。其次，现在的FMc 已不再是简单或初级FMS 的代名词，FMC 不仅可以具有FMs 所具有的加工、制造、运储、控制、协调功能，还可以具有监控、通讯、仿真、生产调度管理以至于人工智能等功能，在某一具体类型的加工中可以获得更大的柔性，提高生产率，增加产量，改进产品质量。

(3)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

参考文献：

柔性制造技术及其发展-1999-林 胜

柔性制造技术的发展现状及其趋势研究-2008-高青

柔性制造系统的优势及其发展-2004 郭聚东，钱惠芬

先进制造技术-2002-颜永年

柔性制造系统(FMS)的发展与展望-2001-杨松祥