柔性制造技术-2

           柔性制造技术（二）

授课方式：

讲课、讨论

教学目标：

1．掌握FMS的关键技术都有哪些。

教学重点：

FMS的管理控制系统、FMS的检测监控系统、FMS的物流系统、FMS的刀具传送和管理系统等。

讨论题：

你在FMS关键技术中的哪个内容上有创新思路。

授课内容：

柔性制造技术（FMS）

四．柔性制造系统的关键技术                              

柔性制造系统（FMS）是新发展起来的技术密集型系统，因此在FMS的研制过程中，有许多高难度的关键技术有待于设计者去研究、实验和开发。其中，包括FMS的管理控制系统，FMS的检测监控系统，FMS的物流系统，FMS的刀具传送和管理系统，FMS的通信网络，FMS的通信系统等。

  1．FMS的管理控制系统

   管理控制系统是整个FMS的核心系统，主要负责FMS各装置的总体配合，以实现生产过程的自动化操作。

   许多FMS的控制系统是在厂级控制下的多级控制系统。

  任何一个FMS的管理控制系统都必须具有以下三个部分：

   （1）中央处理装置—一台小型计算机及其配套的外部设备。在中央处理装置内，要开发各类软件功能模块，如调度模块、计划模块、控制管理模块、仿真模块与接口模块等。

   （2）显示监控装置—要有一个屏幕，能直观地显示整个FMS的当前运转状况和预报几小时后的运转，显示报警和故障状况。

   （3）程序装置—它相当于一小型的CAD/CAM，用来处理各类NC加工数据，构成数控程序、以便中央处理装置调用和修改。

  FMS的管理控制系统至少需配置以下四种软件模块：

   （1）调度模块—在这个软件模块中又有许多独立的程序，每一个程序执行一种功能，将这些程序编制在一起，排定顺序，构成级别，便形成一个完整的调度模块。一般应具备两种工作方式，一种为实时方式，它能自动地生成和顺序调用这些软件，形成自动的控制方式；另一种为手动方式，由操作者通过键盘干予，一步一步工作。

  调度模块至少应包含下列软件：

   作业检索；作业装入；作业取消；批量再划分；调度。

   （2）接口模块—紧跟调度模块之后，用来解释调度程序，并把它扩展成适合于后继“系统管理程序”执行的一系列指令。它能控制零件调入系统的速率。

   （3）系统管理程序模块—用来控制各个程序之间的总信息流，它将实现以下主要功能：接收零件进入FMS的信息，并为它分配最少数量的托盘，进而将指令传送到物流控制系统；审查由FMS现场反馈的信息，并保持这些信息和性能统计资料在适当阶段进行检查；为系统操作者提供一个人工干予接口，使其能及时掌握FMS的运转信息，并在必要时进行干予。

（4）传送模块—它与“系统管理程序”通信，接受作业调入和传送功能的指令，同时反馈状态变化信息。

  2．FMS的物流系统

   物流系统在FMS的设计中处于十分重要的位置，要保证机床最大的利用率，就要有适配、灵活的物流系统。而物流系统越灵活，造价就越高，控制越复杂。好的物流系统能使机床的运行等待时间为零。不好的物流系统将使FMS不能得到好的效益。

   FMS的物质流，包括工件、夹具、刀具、托盘等在系统中的传送。FMS的物流控制有多种方案，这里仅介绍一种方案。

  （1）物流系统的组成

   物流系统包括：工件装卸工作站、自动化仓库、无人输送台车、随行工作台存放站、中央刀库和刀具检测工作站及物流控制管理系统六个部分。

  1）工件装卸工作站

   工件装卸工作站有两类，当作为FMS物料输入的开始部位时，称之为毛坯入库工作站，它将待加工的毛坯整齐地装在托盘上送入系统。当加工完的成品或半成品从系统输出时，在该处的工作站此时称为出库工作站，将工件随托盘一起从系统输出。

  2）自动化仓库

   自动化仓库的设计涉及多方面的技术，可以将这一任务交给专门化的工厂来承包，也可以自行设计。自动化仓库包括仓库多层货架，推装起重机，传动齿条及导轨等。

  3）无人输送台车

   无人输送台车包括台车、台车控制装置、控制电缆和充电站几部分组成。台车又分为有轨式和无轨式两大类。无人输送台车已有商品出售，FMS设计者可以根据样车和FMS对物流的要求进行选购，无需自行设计。

   无人输送台车的导向方式有电磁导向，光学导向，激光导向和标记追综导向等方式。

   无人输送台车的工作台面移载方式有滚轴驱动式、滑台叉架式、平移工作台式、提升输送式、推拉杆式和机器人结合式等方式。

  （2）物流系统的控制

   这里所说的物流，是除刀具流以外的毛坯工件和夹具的流动。物流管理控制系统包括以下三部分：

  1）自动化仓库及仓库控制装置。

  2）随行工作台及其控制装置。

3）无人随送台车及台车控制装置。

  3．FMS的刀具管理系统

   FMS能在不停机的条件下，将任何一种工件进行加工，除了机床本身可以自动换刀和系统的其他配合因素外，FMS本身设有中央刀具，并有配套完善的刀具管理系统，可以实现刀具预调，可以将机床的刀库与中央刀库实现批交换，可以监视系统中每一把刀具的参数，磨损情况，寿命和空间位置，可以预报下一阶段的刀具信息等。实现FMS系统内刀具循环的优化管理将提高FMS的柔性。

  （1）刀具管理系统的组成

  FMS的刀具管理系统包括以下几部分：

  刀库系统—包括各类刀具，机床刀具库，中央刀具库。

   刀库存取工作站—实现刀具的存入和调出，刀具的识别应采用编码方式，从刀具预调仪到中央刀库之间，刀具的交换是通过刀具存取工作站进行的。

   刀具编码体系—目前比较成熟的刀具编码体系是条形码和磁性码。条形码就是在一块小纸片上，用粗细相间的条纹组合来表示的数码。磁性码是将磁性的数码载体装到刀柄上。以上二种体系，均由识别装置来读出信息。

   刀具预调议—对加工中将要使用的刀具根据加工的要求，调试好所需参数。

   刀具存取机械手—在中央刀库、机床刀库和刀具存取工作站之间，实现刀具的传送和搬运。

  刀具清洗站—对磨损的刀具进行清洗。

   刀具管理系统工作站—将刀库、刀具存放、刀具编码，刀具参数预调，刀具清洗和刀具存取等信息组织在一起，实现优化管理的工作站。

  （2）刀具管理系统的结构

   刀具管理系统由一台刀具管理控制用的工业型计算机与其他配套设备组成，包括两部分结构：一部分为刀具实体物流的过程，一部分为刀具信息流传递过程。在刀具管理计算机内，有两部分软件：一为刀具信息处理专家系统，用来处理刀具破损、预调和寿命管理；一为刀具传递控制软件，用来调度FMS刀具系统的传送操作。此外，还有刀具数据库TDB，存放和调用全部刀具管理系统的数据。

  4．FMS的检测监控系统

在FMS中，为了实现质量对工艺过程的反馈控制，所有在FMS范围内收集、识别、提取表征质量参数，以此或根据统计分析技术确定工艺过程或装置的全面质量趋向，修改工艺过程以改进产品质量或使生产在预先确定的极限范围内正常进行防止废品的系统，以及在设备自检的基础上，检测和响应任何异常或紧急情况，必要时给予视听信息或启动备用设备，保证人身与设备安全的系统统称为FMS的检测监控系统。FMS的检测监控系统是一个复杂的系统，它包括很多子系统及为数众多的硬件和软件。

   按当前FMS系统中常采用的比较成熟的检测监控划分，总体的FMS检测监控系统可划分为五个子系统：FMS运行状态检测监控系统；机床工作状态检测监控系统；刀具状态检测监控系统；工件状态检测监控系统；系统安全检测监控系统。体系结构如图所示。

  （1）FMS运行状态检测监控系统

   此系统的功能是检测监视工件流、刀具流与信息流的运行状态。

工件流系统运行状态可包括运输小车的位置及装载状态；运输小车故障状态（如小车未到位、小车越位、托盘未到位等）；工件装卸站状态；小车缓冲站状态；仓库储藏工件状态等等。

   刀具流系统运行状态可包括刀库状态；对刀仪运行状态；条码阅读机工件状态；刀具进出站工作状态；换刀装置（如机械手、机器人等）工作状态等。

   信息流状态可包括工件流控制系统与通讯系统工作状态；刀具流控制系统与通讯系统工作状态；DNC控制系统与通讯系统工作状态；主控管理系统工作状态等。

  （2）机床工作状态检测监控系统

   此系统的功能是检测监控机床的工作状态包括机床故障检测监控、机床加工状态监控等（后者常采用工业电视进行）。

 FMS检测监控系统体系结构图

  （3）刀具状态检测监控系统

   此系统的功能是检测监控刀具的状态。首先应包括刀具破损，磨损的检测监控（刀具尺寸，如长度、直径的变化也属于刀具磨损）。一旦刀具磨损达到磨损极限后立即通知系统换刀。此系统还应包括对刀具使用寿命的检测。每隔一定时间将使用寿命与给定的额定寿命进行比较，当达到额定寿命后即通知系统换刀。

  （4）工件状态检测监控系统

   此系统的功能是检测监控进入FMS线的毛坯是否合格以及检测监控工件的安装定位精度与加工的尺寸精度。

   工件尺寸精度的检测系统应包括加工尺寸精度的在线检测监控与成品尺寸的检测。

  毛坯形状、尺寸的检测监空系统应包括磨损的识别系统等。

  （5）系统安全检测监控系统

   此系统的功能是检测监控FMS系统的安全状态。它包括电网电量参数（如电压、相位等）是否满足FMS系统的要求；工作人员进入了FMS生产线是否安全；有无意外事故（如火警等）发生等。

 5．FMS的通信系统

FMS是一条自动化的生产线，不是单台NC机床，因此异种机联网是设计中要认真对待的问题。在这种方式中，有以下特点：

   （1）中央控制系统由FMS监控管理系统承担，采用MAP宽带网与机床控制的CNC联网。

   （2）在每一台CNC均装有与MAP适配的接口，称之为MAP适配器，通过电缆插头分配器与网络联接。

  （3）采用行走Robot，运动工件和刀具。

   （4）采用PLC控制加载和卸载工件站，控制整个FMS中毛坯的进入和加工成品的输出。

  6．FMS的辅助系统

  FMS的辅助系统包括下列几部分：

  （1）清洗工作站。

  （2）切削液自动排除和集中回收处理。

  （3）集中供液，供气等设施。

小结：

柔性制造系统（FMS）包括FMS的管理控制系统，FMS的检测监控系统，FMS的物流系统，FMS的刀具传送和管理系统，FMS的通信网络，FMS的通信系统等。它是新发展起来的技术密集型系统，因此在FMS的研制过程中，有许多高难度的关键技术有待于设计者去研究、实验和开发。

思考题：

1．FMS的关键技术都有哪些？

2．你认为FMS的发展方向是什么？