關于FMS柔性自動化要點整理

數字化——發展的核心精密化——發展的關鍵極端化——發展的焦點自動化——發展的條件集成化——發展的方法網絡化——發展的道路智能化——發展的前景綠色化——發展的必然制造技術的發展趨勢1.3現現代制制造的特特征速度（Speed）在生產底層層控制和和上層企企業資源源管理系系統有機機集成的的基礎上上，將供應商商和客戶戶納入到到企業自自身的供供應鏈中中，及時時知道下下游客戶戶需求情情況，讓讓上游的的供應商商及時了了解企業業原材料料的庫存存情況、、配套情情況，在在供應商商、商家家、客戶戶三者之之間沒有有形成一一個有效效的閉路路，實現現對市場場的快速速響應。柔性（Flexibility）在通過互互聯網實實施EAM（EnterpriseAssetManagement）），合作作伙伴基基于一定定的資產產運作程程序和ISO認認證都可可共享資資產、程程序和加加工方面面的信息息，使使得制造造系統更更加柔性性。集成（Integration）利用集成成的控制制平臺實實現制造造過程與與商務過過程的并并行實施施，使工工作流、、信息流流和物流流運作相相互協調調，增加加操作的的敏捷性性。可視化（Visibility）向客戶和和供應商商提供各各種數字字和圖像像信息，，實現制制造過程程可視化化。在增增加對企企業的了了解，提提高對企企業的信信心的同同時，加加強對企企業的監監督。2.計計算機集集成制造造2.1背背景景與理念念Dr.JosephHarrington1974年提提出CIM的制制造理念念：ComputerIntegratedManufacturing(CIM)用計算機機通過信信息集成成、過程程集成、、企業集集成實現現現代化生生產制造造，求得得企業的的總體效效益的一一種先進進的制造理念念。根據這個個理念開開發的系系統叫做做CIMS。在中國經經過10多年的的發展，，結合新新的技術術演變為為：ContemporaryIntegratedManufacturingSystem現代集成成制造2.2CIMS基基本組成成生產管理理信息系系統((ERP//MRPII))工程設計計系統（（CAD/CAM/CAPP/PDM）生產自動動化系統統（FMS/DNC））質量管理理信息系系統（CAQ））數據庫管管理系統統和計算算機網絡絡系統第二章DNC系統統2.1概概述2.1..1DNC定義DNC是是用一臺臺或多臺臺計算機機，對多多臺數控控設備實實施綜合合控制的的一種方方法，是是機械制制造系統統的一個個重要發發展。DNC系系統屬于于自動化化制造系系統的一一種模式式。2.1..2DNC發展過過程群控（DirectNumericalControl））直接數字字控制（（DirectNumericalControl），也也有人稱稱它為““群控””（60‘s）分布式數數控（DistributedNumericalControl）

DNC系系統實施施分級控控制，CNC計計算機直直接控制制生產機機床并與與DNC系統主主機進行行信息交交互，DNC主主機也可可與其它它計算機機進行信信息的交交互。DNC系系統配置置的這種種發展，，使DNC的含含義由直直接數控控變為分分布式數數控（DistributedNumericalControl））。（70’s）柔性DNC（FlexibleDistributedNumericalControl）DNC系系統不僅僅用計算算機來管管理、調調度和控控制多臺臺NC機機床，而而且還與與CAD/CAPP//CAM、物料料輸送和和存貯、、生產計計劃與控控制相結結合，形形成了柔柔性分布布式數字字控制（（FlexibleDistributedNumericalControl：：FDNC）系系統。（（80’s））2．4DNC通信信系統的的物理連連接采用RS－232C或或RS422采用RS-232C或或RS422連連接方式式實現起起來比較較方便，，成本也也比較低低，但也也帶來以以下一些些問題：：（1）傳傳輸距離離短。如如RS--232C的傳傳輸距離離不超過過50m，20mA電電流環和RS--422/RS-423為1000m左右右；（2）傳傳輸不夠夠可靠。。這些接接口和連連接電纜纜的抗干干擾能力力較差，，而且其傳輸過過程的檢檢錯功能能較弱；；（3）傳傳輸速率率低，實實時性差差，響應應速度慢慢；（4）系系統規模模有限。。由于一一臺計算算機不可可能提供供很多串串行接口口，所連設備很很有限，，因此整整個系統統的規模模就不可可能很大大；（5）電電纜費用用高，系系統復雜雜性增加加。每臺臺設備都都需一條條來自DNC主主機的通信信電纜，，因此整整個系統統的電纜纜費用很很大，而而且導致致系統環境的復復雜性也也大大增增加。（6）系系統的擴擴展不容容易。當當系統需需擴充時時，不但但要修改改系統軟軟件，而且也要要更改硬硬件。采用計算算機網絡絡通信接接口新一代的的CNC裝置為為了能連連入到DNC、、FMS中設置置了可直直接與網網絡連接接的專用用通訊微微處理器器接口，，通過該該接口可可以把數數控設備備連接在在工業局局域網（（LAN）中。。網絡通通信協議議大多采采用ISO開放放系統互互聯參考考模型七七層結構構為基礎礎的有關關協議。。專用網絡絡：DATA－HIGHWAY（（DH））、（DH+））MAP網網和工業業以太網網：FANUC、Simens、AB等?！，F場總線線（FieldBus）-結結構簡單單、協議議直觀；；-價價格低廉廉、性能能穩定；；-實實時性較較高，抗抗干擾能能力強，，適用與與工業現現場通信信。DeviceNET第三章柔柔性性制造系系統（FMS）3.1FMS概概述3.1..1制造柔性性制造柔性性是指一一個制造造設備或或系統對對生產需需求變化化的適應應能力，，通常制制造柔性性體現在在以下幾幾個方面面：制造設備備的柔性性制造設備備通過配配備相應應的刀具具、量具具、夾具具、NC程序等等，使得得此設備備具有制制造給定定零件族族中任何何零件的的能力；；（這是是一種固固有的柔柔性，它它與制造造設備所所具有的的相關功功能有關關，如機機附刀庫庫的容量量、控制制的運動動軸數等等。）（FlexibleManufacturingSystem，，簡稱FMS））加工柔性性以不同加加工工序序和工藝藝加工一一個零件件的能力力或在給給定的一一個工藝藝規劃下下以不同同的加工工路線實實現零件件的加工工（制造造工作站站間和加加工功能能間的互互換和替替代）。。產品柔性性能夠經濟濟、快速速地轉變變生產產產品的能能力。零件流動動路線柔柔性當系統出出現局部部故障時時，能重重新選擇擇零件加加工路徑徑，并繼繼續進行行加工的的能力。。產量柔性性系統運行行可適應應不同的的生產批批量，并并具有良良好的生生產效益益。系統重構構柔性系統具有有重構柔柔性，可可以生產產需求發發生變化化時，系系統可以以方便地地擴展、、收縮或或重構。。故障控制制柔性當系統中中的設備備出現故故障時，，制造系系統對故故障的處處理能力力。3.1..2FMS定義柔性制造造系統（（簡稱FMS））是由數數控加工工設備、、物料儲儲運裝裝置和計計算機控控制系統統等組成成的自動動化制造造系統。。它包括括多個柔柔性制造造單元，，能根據據制造任任務或生生產的變變化迅速速進行調調整，適適用于多多品種中中、小批批量生產產。（依據：：中華人人民共和和國國家家軍用標標準－武武器裝備備柔性制制造系統術術語）3.1..3FMS的組成與與功能硬件系統統（第一部分分）制造設備備：數控控加工設設備（如如加工中中心）、、測量機機、清洗洗機等；；自動化儲儲運設備備：傳送送帶、有有軌小車車、AGV、搬搬運機器器人、立立體庫、、中央托盤盤庫、物物料或刀刀具裝卸卸站、中中央刀庫庫等；計算機控控制系統統及網絡絡通信系系統。軟件系統統（第二部分分）系統支持持軟件：：操作系統統、網絡絡操作系系統、數數據庫管管理系統統等。FMS運運行控制制系統：：動態調調度系統統、實時時故障診診斷系統統、生產產準備系系統，物物料（工工件和刀刀具）管管理控制制系統等等（1）FMS的組成（2）FMS的功能能自動控控制和管管理零件件的加工工過程，，包括制制造質量量的自動動控制、、故障的的自動診診斷和處處理、制制造信息息的自動動采集和和處理；；通過簡單單的軟件件系統變變更，便便能制造造出某一一零件族族的多種種零件；；自動控制制和管理理物料（（包括工工件與刀刀具）的的運輸和和存儲過過程；能解決多多機床下下零件的的混流加加工，且且無需增增加額外外費用具有優化化的調度度管理功功能，無無需過多多的人工工介入，，能做到到無人加加工。柔性制造造系統：：兩臺或兩兩臺以上上的數控控機床或或加工中中心或柔柔性制造造單元所所組成，，配有自自動輸送送裝置，，自動上上下料裝裝置。托托盤庫，，自動化化倉庫，，中央刀刀庫等。。并有計計算機綜綜合控制制功能，，數據管管理功能能，生產產計劃和和調度管管理功能能和監控控功能等等。3．3FMS物料料儲運系系統3．3．．1FMS物物料儲運運系統概概述(1)FMS物料儲儲運系統統柔性制造造系統中中物料傳傳送系統統就是把把各工作作站聯接接起來，，實現物物料傳送送的自動動化系統統。根據據傳送對對象不同同，可分分為用于于傳送工工件的工工件流子子系統和和用于傳傳送刀具具的刀具具流子系系統。（2）FMS物物料儲運運系統的的功能物料自動動存儲功功能物料存儲儲設備：：自動化化立體庫庫（ASRS）），中央央托盤區區、裝卸卸站、刀刀具進出出口站、、中央刀刀庫、機機附刀庫庫等物料自動動傳送功功能物料自動動化傳輸輸設備：：工業機機器人、、傳送帶帶、有軌軌小車、、自動導導向小車車（AutomatedGuidedVehicle,AGV）等。。AGVAGV的的基本原原理AGV有有別于有有軌自動動運輸小小車是AGV的的運行不不依靠于于固定的的運行軌軌道，而而是通過過采用不不同的引引導方式式來控制制運行路路線。AGV的的導引方方式分為為有線導導引和無無線導引引。如激激光導引引就是無無線導引引中的一一種。有有線導引引又有電電磁感應應式和光光發射導導引式。。隨著科科學技術術的發展展，新的的導引方方式層出出不窮，，如模式式識別導導引、陀陀螺導引引等。（1）導引方式式電磁感應應式感應線圈圈（左））感應線圈圈（右））導向線導引電流流一般頻頻率較低低（小于于15kHz）），低壓壓（小于于40V），消消耗電流流的強度度小于600mA。。AGV系系統導航航技術磁感應導導航（Wirenavigation））視覺導航航（Cameranavigation）磁導航（（Magnetnavigation））激光導航航（Lasernavigation））綜合導航航（Multi-modenavigation）

（2）AGV運運行路徑徑的選擇擇AGV運運行路徑徑的選擇擇，是AGV使使用過程程中一個個重要的的問題，，因為AGV從從一個站站點運行行到另一一個站點點往往有有多條路路徑可選選擇，我我們希望望能選擇擇一條合合理的運運行路徑徑，從而而提高系系統的效效率。ADBCOEOA→→AC→CD→DEOA→AB→BD→DEOA→AB→BC→CD→DE。從O點到到E點：：l具有良好好的柔性性；l減少勞動動力需求求；l不同的AGV能能夠在同同一個系系統中運運行；l在系統中中即使有有個別AGV不不能正常常工作，，系統不不會癱瘓瘓；l系統容易易擴展；；l提高了產產品設備備運輸的的安全性性；l高的可靠靠性；l減少占用用空間；；l需要少的的能源，，并且運運行低噪噪音；l容易安裝裝，維護護方便；；l易于與其其它自動動化系統統集成。。AGV的的特點缺點主要要表現為為一次性性投入成成本較高高，因而而投資回回收期變變長；第第二它主主要適用用于室內內，在環環境惡劣劣的露天天環境不不宜采用用，對由由磁導向向裝置的的AGV，不能能在金屬屬地位上上運行。。4.2新新一一代集成成的網絡絡通信結結構4.2..1兩兩種通信信模式的的基本特特點比較較主/從式或者者源/目的地（（Source//Destination）生產者//消費者者（Producer/Consumer）或者出版者/訂閱者（Publisher//Subscriber）主/從通通信模式式缺點：優點：通訊關系清晰，容易理解和實現。網絡通訊效率高；具備較高的通訊的實時性；高確定性；網絡通訊可重復性。通訊帶寬浪費嚴重；無法保證通訊的確定性；無法保證通訊的可重復性對制造廠商有更高的要求。生產者//消費者者模式4.2..2兩兩種通信信模式的的通信技技術細節節比較源/目的地地模式每個數據據包必須須含有特特定的源源和目的的地址字字段；由于數據據到達每每個節點點所需要要的數據據傳輸時時間不一一致，節節點之間間的同步步動作非非常困難難；帶寬浪費費嚴重，，因為同同一設備備發送同同樣的數數據到不不同的節節點，需需要發送送多個獨獨立的數數據包。。源目的數據crc標識數據crc生產者//消費者者標識字段段是標識識數據的的代碼，，所有節節點可以以在同一一時間接接收到；；多個節點點可以同同時共享享來自同同一生產產者節點點的數據據；帶寬利用用更為有有效。5.1..2什什么是OPC它定義了工工業客戶戶機和服服務器之之間進行行數據交交換的工業標準準；OPC——用于過程程控制的的OLE((ObjectLinkEmbed))（OLEforProcessControl）目前有近近300家儀表及及控制設設備生產產廠商支支持該工工業標準準。(1)OPC定義基于Microsoft的OLE((ActiveX),ComponentObjectModel（COM）&&Distributed(DOCM),XML&Internet以及.NET技術；5.1..4OPC優勢降低系統統集成成成本，縮縮短集成成周期；；具有即插插即用((PlugandPlay)的連接性性；方便地將將微軟的的基礎平平臺與其其它應用用軟件及及產品集集成到自自動化解解決方案案中；簡單、方方便地實實現應用用程序的的連接性性和互操操作性；；使用同一一應用軟軟件界面面程序；；不受傳統統設備供供應商遺遺留的專專用性限限制，自自由選擇擇“最好好產品””；降低故障障診斷和和系統維維護費用用。5.2