王俊偉

（武漢大學(xué)動(dòng)力與機(jī)械學(xué)院，湖北 武漢 430072）

1 FMS系統(tǒng)簡(jiǎn)介

柔性制造系統(tǒng)是由統(tǒng)一的信息控制系統(tǒng)、物料儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)和一組數(shù)字控制加工設(shè)備組成，能適應(yīng)加工對(duì)象變換的自動(dòng)化機(jī)械制造系統(tǒng)（Flexible Manufacturing System），英文縮寫(xiě)為FMS。

FMS的工藝基礎(chǔ)是成組技術(shù)，它按照成組的加工對(duì)象確定工藝過(guò)程，選擇相適應(yīng)的數(shù)控加工設(shè)備和工件、工具等物料的儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)，并由計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，故能自動(dòng)調(diào)整并實(shí)現(xiàn)一定范圍內(nèi)多種工件的成批高效生產(chǎn)（即具有“柔性”），并能及時(shí)地改變產(chǎn)品以滿(mǎn)足市場(chǎng)需求。

FMS兼有加工制造和部分生產(chǎn)管理兩種功能，因此能綜合地提高生產(chǎn)效益。FMS的工藝范圍正在不斷擴(kuò)大，可以包括毛坯制造、機(jī)械加工、裝配和質(zhì)量檢驗(yàn)等。80年代中期投入使用的FMS，大都用于切削加工，也有用于沖壓和焊接的。

采用FMS的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果是:能按裝配作業(yè)配套需要，及時(shí)安排所需零件的加工，實(shí)現(xiàn)及時(shí)生產(chǎn)，從而減少毛坯和在制品的庫(kù)存量，及相應(yīng)的流動(dòng)資金占用量，縮短生產(chǎn)周期；提高設(shè)備的利用率，減少設(shè)備數(shù)量和廠房面積；減少直接勞動(dòng)力，在少人看管條件下可實(shí)現(xiàn)晝夜24小時(shí)的連續(xù)“無(wú)人化生產(chǎn)”；提高產(chǎn)品質(zhì)量的一致性。

FMS信息控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成形式很多，但一般多采用群控方式的遞階系統(tǒng)。第一級(jí)為各個(gè)工藝設(shè)備的計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置（CNC），實(shí)現(xiàn)各個(gè)加工過(guò)程的控制；第二級(jí)為群控計(jì)算機(jī)，負(fù)責(zé)把來(lái)自第三級(jí)計(jì)算機(jī)的生產(chǎn)計(jì)劃和數(shù)控指令等信息，分配給第一級(jí)中有關(guān)設(shè)備的數(shù)控裝置，同時(shí)把它們的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況信息上報(bào)給上級(jí)計(jì)算機(jī)；第三級(jí)是FMS的主計(jì)算機(jī)（控制計(jì)算機(jī)），其功能是制訂生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃，實(shí)施FMS運(yùn)行狀態(tài)的管理，及各種數(shù)據(jù)的管理；第四級(jí)是全廠的管理計(jì)算機(jī)。

性能完善的軟件是實(shí)現(xiàn)FMS功能的基礎(chǔ)，除支持計(jì)算機(jī)工作的系統(tǒng)軟件外，數(shù)量更多的是根據(jù)使用要求和用戶(hù)經(jīng)驗(yàn)所發(fā)展的專(zhuān)門(mén)應(yīng)用軟件，大體上包括控制軟件（控制機(jī)床、物料儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)、檢驗(yàn)裝置和監(jiān)視系統(tǒng)）、計(jì)劃管理軟件（調(diào)度管理、質(zhì)量管理、庫(kù)存管理、工裝管理等）和數(shù)據(jù)管理軟件（仿真、檢索和各種數(shù)據(jù)庫(kù)）等。

為保證FMS的連續(xù)自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，須對(duì)刀具和切削過(guò)程進(jìn)行監(jiān)視，可能采用的方法有:測(cè)量機(jī)床主軸電機(jī)輸出的電流功率，或主軸的扭矩；利用傳感器拾取刀具破裂的信號(hào)；利用接觸測(cè)頭直接測(cè)量刀具的刀刃尺寸或工件加工面尺寸的變化；累積計(jì)算刀具的切削時(shí)間以進(jìn)行刀具壽命管理。此外，還可利用接觸測(cè)頭來(lái)測(cè)量機(jī)床熱變形和工件安裝誤差，并據(jù)此對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)償。

柔性制造系統(tǒng)按機(jī)床與搬運(yùn)系統(tǒng)的相互關(guān)系可分為直線型、循環(huán)型、網(wǎng)絡(luò)型和單元型。加工工件品種少、柔性要求小的制造系統(tǒng)多采用直線布局，雖然加工順序不能改變，但管理容易；單元型具有較大柔性，易于擴(kuò)展，但調(diào)度作業(yè)的程序設(shè)計(jì)比較復(fù)雜。

柔性制造系統(tǒng)未來(lái)將向發(fā)展各種工藝內(nèi)容的柔性制造單元和小型FMS；完善FMS的自動(dòng)化功能；擴(kuò)大FMS完成的作業(yè)內(nèi)容，并與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和輔助制造技術(shù)（CAD/CAM）相結(jié)合，向全盤(pán)自動(dòng)化工廠方向發(fā)展。

2 FMS系統(tǒng)組成

一個(gè)柔性制造系統(tǒng)一般可概括為下列3個(gè)部分組成:可編程控制的數(shù)控加工系統(tǒng)、自動(dòng)化的物料儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。

2.1 加工系統(tǒng)

加工系統(tǒng)實(shí)施對(duì)產(chǎn)品零件的加工。在FMS上大多采用自動(dòng)換刀的加工中心或其它數(shù)控機(jī)床。加工系統(tǒng)能按照主控計(jì)算機(jī)的指令自動(dòng)加工各種零件，并能自動(dòng)實(shí)現(xiàn)工件、刀具的交換，常由若干臺(tái)CNC機(jī)床組成。對(duì)以加工箱體類(lèi)零件為主的柔性制造系統(tǒng)而言，通常配備有數(shù)控加工中心、CNC銑床等；對(duì)以加工軸類(lèi)零件為主的系統(tǒng)而言，則多數(shù)配有CNC車(chē)削中心、CNC車(chē)床和CNC磨床等。對(duì)于加工專(zhuān)門(mén)零件的系統(tǒng)除了一些通用的CNC設(shè)備以外，還配備一些專(zhuān)用的CNC設(shè)備。

2.2 物流系統(tǒng)

物流系統(tǒng)由儲(chǔ)存、輸送和裝卸3個(gè)子系統(tǒng)組成，它完成毛坯、夾具、工件等的出入庫(kù)和裝卸工件工作。

柔性制造系統(tǒng)的物流系統(tǒng)與傳統(tǒng)的自動(dòng)線或流水線有很大區(qū)別，它的工件輸送系統(tǒng)是不按固定節(jié)拍強(qiáng)迫運(yùn)送工件的，它沒(méi)有固定的順序，甚至是幾種零件混雜在一起輸送的。柔性制造系統(tǒng)的物流系統(tǒng)包括輸送搬運(yùn)和儲(chǔ)存兩個(gè)方面。物料搬運(yùn)系統(tǒng)（MHS，Material Handling System）是在機(jī)床、裝卸站、緩沖站、清洗站和檢驗(yàn)站之間運(yùn)送零件和刀具的傳送系統(tǒng)。物料輸送系統(tǒng)包括工件從系統(tǒng)外部送入系統(tǒng)和工件從系統(tǒng)內(nèi)部的傳送兩部分。工件的輸送系統(tǒng)的運(yùn)輸工具可分為:自動(dòng)輸送車(chē)、輥道傳送系統(tǒng)、帶式傳送系統(tǒng)和機(jī)器人傳送系統(tǒng)。

2.3 控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)實(shí)施對(duì)整個(gè)FMS的控制和監(jiān)督。這實(shí)際上是由中央管理計(jì)算機(jī)與各設(shè)備的控制裝置組成的分級(jí)控制網(wǎng)絡(luò)，它們組成了信息流。該系統(tǒng)主要完成下列任務(wù):數(shù)控程序的儲(chǔ)存和分配；生產(chǎn)控制和管理；運(yùn)輸物料的控制和管理；刀具的監(jiān)測(cè)和控制；系統(tǒng)的性能監(jiān)測(cè)和報(bào)告。圖1所示為FMS典型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

圖1 FMS典型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3 FMS系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)

FMS是集計(jì)算機(jī)技術(shù)、軟件技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、自動(dòng)控制原理等高新技術(shù)于一身的高度集成化的綜合技術(shù)。目前，F(xiàn)MS的軟硬件系統(tǒng)大多已比較成熟，今后的發(fā)展方向集中在以下方面:

（1）加快發(fā)展各種工藝內(nèi)容的柔性制造單元和小型FMS。因?yàn)镕MC的投資比FMS少得多而效果相仿，更適合于財(cái)力有限的中小型企業(yè)。多品種、大批量生產(chǎn)中應(yīng)用FML的發(fā)展趨勢(shì)是用價(jià)格低廉的專(zhuān)用數(shù)控機(jī)床代替通用的加工中心。

（2）完善FMS的自動(dòng)化功能。FMS完成的作業(yè)內(nèi)容擴(kuò)大，由早期單純的機(jī)械加工型向焊接、裝配、檢驗(yàn)及鈑材加工乃至鑄鍛等綜合性領(lǐng)域發(fā)展，另外，F(xiàn)MS還要與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和輔助制造技術(shù)（CAD/CAM）相結(jié)合，向全盤(pán)自動(dòng)化工廠方向發(fā)展。

（3）不斷推出新型控制軟件；控制軟件的模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化；開(kāi)發(fā)應(yīng)用軟件“開(kāi)發(fā)平臺(tái)”；積極引入設(shè)計(jì)新方法發(fā)展新型控制體系結(jié)構(gòu)；應(yīng)用人工智能技術(shù)。

［1］秦鵬飛等.現(xiàn)代制造工程［M］.上海:中國(guó)紡織大學(xué)出版社，1998.

［2］張世琪等.現(xiàn)代制造導(dǎo)論［M］.北京:兵器工業(yè)出版社，2000.

［3］孫大涌等.先進(jìn)制造技術(shù)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2002.

［4］李蓓智等.先進(jìn)制造技術(shù)［M］.北京:高等教育出版社，2007.