FMS技術(shù)與應(yīng)用王樹春李浩王永峰(中國聯(lián)合丁程公司)摘要本文對制造工程中應(yīng)用的FwS進行簡要分類和介紹,分析FMS的優(yōu)勢和應(yīng)用范圍,列舉了兩個典型應(yīng)用案例,探討其發(fā)展趨勢。鍵詞:FMS:特點:案例:發(fā)展FMS(禾性自動生產(chǎn)線)作為制造工程中種先進的生產(chǎn)設(shè)備,已越(2)回轉(zhuǎn)體類FMS零件以短軸為代表,采用FMC系統(tǒng)生產(chǎn),設(shè)備以來越多的被我國企業(yè)所采用,應(yīng)用領(lǐng)域也逐步從汽車零部件打業(yè)拓展到數(shù)控車床或車削中心為主。軸類零件的裝夾需采用專用機械手,零什的其他裝備制造行業(yè)FNS可根據(jù)企業(yè)要求提供多種類全功能不同柔性外型尺寸和重量不能太大,并設(shè)計有合適的基準面定位裝夾因此此的生產(chǎn)系統(tǒng)為提升工廠生產(chǎn)水平和實現(xiàn)工廠自動化提供了重要技術(shù)支類回轉(zhuǎn)類零件的FMC應(yīng)用于電子元器件工丿較多持3FMS組成1FMS概述FMS由工作站、物料傳送系統(tǒng)、計算機控制系統(tǒng)、管理及控制軟件和FMs的雛形源于美國馬爾羅西公司,是一種能迅速響應(yīng)市場需求而其他重要單元五部分組成相應(yīng)調(diào)整生產(chǎn)品種的制造技術(shù),由若干臺數(shù)控設(shè)備、物料運儲裝置和計算機控制系統(tǒng)組成的,并能根據(jù)制造任務(wù)和生產(chǎn)品種變化而迅速進行調(diào)工作站整的自動化制造系統(tǒng)。FMS根據(jù)規(guī)模大小可分為四種禾性制造單元(FMC):由1-2臺加工中心、工業(yè)機器人、數(shù)控機床及送磁蒂有小革( v-l! Quided Whole)無料他系震{小耶(Mlwl),人自物料運送存貯設(shè)備構(gòu)成,具有適應(yīng)加工多品種產(chǎn)品的靈活性。FMC可視為·個規(guī)模最小的FMS,是FMS向廉價化及小型化方向發(fā)展和種產(chǎn)物,其特點是實現(xiàn)單機柔性化及自動化,迄今已進入普及應(yīng)用階段。柔性制造系統(tǒng)(FMS):通常包括四臺或更多臺全自動數(shù)控機床(加工變產(chǎn)準備中心與車削中心等),由集中的控制系統(tǒng)及物料搬運系統(tǒng)連接起來,可在冒理政控制件不停機的情況下實現(xiàn)多品種、中小批量的加工及管理窗視及誰新業(yè)詩解c柔性制造線(FML):處于單一或少品種大批量非柔性自動線與中小其它道要單元{沖,爽具和托盤,沖和切處理系質(zhì)批景多品種FMS之間的生產(chǎn)線。其加工設(shè)備可以是通用的加工中心、CNC機床:亦可采用專用機床或?qū)Ｓ肗C機床,對物料搬運系統(tǒng)的要求圖1低于FMS但生產(chǎn)率更高,他是以離散型生產(chǎn)中的柔性制造系統(tǒng)和連續(xù)工作站是整個系統(tǒng)的核心部分,也是投資最大的,設(shè)備選型由工件生產(chǎn)過程中的分散型控制系統(tǒng)(DCS)為代表,其特點是實現(xiàn)生產(chǎn)線柔性的類別和承擔工序所決定,主要有全自動下料設(shè)備、加工中心車削中化和自動化,其技術(shù)已經(jīng)冂臻成熱,迄今已經(jīng)進入實用化階段。心、數(shù)控機床、焊接機器人和自動裝配設(shè)備等。物料系統(tǒng)用以實現(xiàn)工件及工裝夾具的自動供給和裝卸,以及完成工柔性制造工廠FXMF):將多條FMS連接起來配以自動化立體倉庫,序間的自動傳送、調(diào)運和存貯工作用計算機系統(tǒng)進行聯(lián)系,采用從訂貨、設(shè)計、加工、裝配、檢驗、運送至發(fā)業(yè)機器人及專用起吊運送機等。儲存和搬運系統(tǒng)搬運的物料有毛坯、工貨的完整FMs它包括了 CAD/CAM,并使計算機集成制流系統(tǒng)《CME投件、刀具夾具檢具和切屑等儲存物料的方法有平面布置的托盤庫,也人實際,實現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)柔性化及自動化進面實現(xiàn)全廠范圍的生產(chǎn)管理、有儲存量較大的巷道式立體倉庫產(chǎn)品加工及物料貯運進程的全盤化。FMF是自動化生產(chǎn)的最高水平,反映出世界上最先進的自動化應(yīng)用技術(shù),它是將制造產(chǎn)品開發(fā)及經(jīng)營管4FMS典型案例理的自動化連成一個整體,以信息流控制物質(zhì)流的智能制造系統(tǒng)(M41柔性板材下料線為代表,其特點是實現(xiàn)工廠柔性化及自動化美國 wiedeman公司提供的板材柔性下料線承擔板材下料任務(wù),此2FMs應(yīng)用領(lǐng)域條生產(chǎn)線由出入庫臺位、立體庫、自動切割機、轉(zhuǎn)塔沖床輸送機構(gòu)組成,FMs主要應(yīng)用于機床軍工電子汽車等制造工程特別適合生產(chǎn)可以完成從取料、下料整理存放等一系列工作整個生產(chǎn)過程除原材精度要求高形位公差要求嚴格,附加價值高生產(chǎn)工序集中且單道工序料入庫和成品出庫,無需生產(chǎn)工人輔助完全由中央計算機室控制下料時間長可以通過基準面的一次定位實現(xiàn)零件大部分甚至全部工序的零線平面示意圖如圖2件FMS按使用功能可分為:鈑金加工FMS、切削加工FMS、焊接FMs和柔性裝配系統(tǒng)。鈑金加工FMS、切削加工FMs已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于實際生產(chǎn),焊接FMS和柔性裝配系統(tǒng)由于其自身工藝生產(chǎn)特點,系統(tǒng)柔性無法完全替代人工生產(chǎn),因此只應(yīng)用于在小部分領(lǐng)域里。切削加工FMs又可根據(jù)零件生產(chǎn)特征分為多面體和回轉(zhuǎn)體兩類:(1)多面體類FMS典型零件為箱體或葉輪,其零件通過粗加工工序確定基準面后,一次裝夾,進入FMS完成銑削、鏜孔、鉆削等一系列的加工,并進行實時檢測、實時修復(fù)形成閉環(huán)生產(chǎn),確保生產(chǎn)質(zhì)量。設(shè)備選用圖2板材柔性下料線以立式加工中心或多功能機床為主,利于減少工位數(shù)和減輕物流負板材柔性下料線中板材立體庫根據(jù)用戶需要可設(shè)置4-6層,建議布擔。系統(tǒng)選擇設(shè)備時主要考慮高剛度高定位精度高切削速度,提高切置在廠房兩跨間的柱間中即充分利用生產(chǎn)場地中的起吊盲區(qū)又可通削進給量定位精度切削表面粗糙度:整個系統(tǒng)配有合適的定位夾具,過下料平臺實現(xiàn)板材的過跨運輸。下料設(shè)備根據(jù)工藝需求進行選擇和增這即是加工精度和可靠性的保證,也直接影響裝夾時間和整個系統(tǒng)生產(chǎn)減傳輸方式以滴效率的重要因素盡可能設(shè)計并使用組合夾具和柔性夾具,組合夾具實42發(fā)動機柔現(xiàn)單一夾具安裝多個零件,減少托盤和刀具的更換次數(shù),柔性夾具提高發(fā)動機箱體H中國煤化工動排放和收集CNMHG等5大件的加工又是夾具的通用性。發(fā)動機制造的核心,選擇合適的生產(chǎn)設(shè)備是保障產(chǎn)能、質(zhì)量的關(guān)鍵剛性1050日動生廣線曾經(jīng)是發(fā)動機丿的具備定生產(chǎn)規(guī)模后的首選,但隨著發(fā)動|很難實現(xiàn)機產(chǎn)品更新?lián)Q代速度加快剛性生產(chǎn)線已尢法滿足企業(yè)需求,更具適應(yīng)(6)零件在生產(chǎn)線中的流向十分復(fù)雜排列組合的可能性很多,零件性的柔性加工線已成為了當今的主流,它不但可以保證生產(chǎn)效半和精追溯系統(tǒng)十分復(fù)雜增加了質(zhì)量管理和跟蹤的難度度,更在產(chǎn)品更新?lián)Q代時極大的降低了設(shè)備改造投入和縮短調(diào)整周期,423專機式柔性線為企業(yè)帶來明顯的經(jīng)濟效益去機式柔性線同加工中心與專機組合而成的剛?cè)嵘a(chǎn)線并不是一發(fā)動機柔性加工線可分為串行柔性線、并行柔性線和專機式柔性個概念,專機式柔性線最主要特點是采用的加工中心是專機式加工中心,其構(gòu)造結(jié)合了自動線和加工中心的特點將機床轉(zhuǎn)化為一個獨立的42.1串行柔性線加工單元,消除了專機與加工中心之間的對立,彌補了專機和加工中心串行柔性線是將兩套配置相同的設(shè)備分別進行串聯(lián),形成獨立的兩之間的鴻溝,是以加工中心和令機的組合形式來加工工件的種新工條線,并聯(lián)后通過共用的輔機實現(xiàn)串聯(lián)成整條生產(chǎn)線。藝。專機式加工中心用一個旋轉(zhuǎn)的C軸來裝夾工件夾具與專機線或加圖3為年產(chǎn)10萬缸蓋柔性加工線示意圖,可以看到,CNC加工線分工中心的類似。在夾具上的工件可以在X、Yz軸間作軸向移動,也可以為A線和B線分別由紅色和綠色兩色圈示所有加工中心的節(jié)拍是·作旋轉(zhuǎn)。月具主軸在夾具周圍以U型布置切削時工件向刀具運動專機致的。兩線并聯(lián)后再同中間的輔機串聯(lián)成整條生產(chǎn)線式加工中心的軸數(shù)比專機要少,使得它更簡單、可靠,因為減少了換刀時間,生產(chǎn)能力要比加工中心高。它的初期投資和運轉(zhuǎn)周期都要低一些其它優(yōu)點還包括占地面積小,減少庫存、安裝和公用設(shè)施費用和零件輸送卡ma費用等5FMS的發(fā)展方向FMS技術(shù)日趨成熟,有效的解決了企業(yè)生產(chǎn)精度低、質(zhì)量不穩(wěn)定、技田3串行柔性線組成單元術(shù)工人短缺等問題,其自身也加快向企業(yè)滲透的速度,擺脫只是單純串行無性線的好合設(shè)備的加工序是由整條生產(chǎn)線的節(jié)拍聽確定制造系統(tǒng)的定位與企業(yè)管理、生產(chǎn)控制物流運輸實現(xiàn)更好的融合,結(jié)的加工中心的節(jié)拍規(guī)劃得比系統(tǒng)中的輔機慢一半而使用復(fù)線來補足生發(fā)排在節(jié)拍內(nèi)完成。為了提高加工中心的利用率,通常在串行柔性線中合企業(yè)需和技術(shù)發(fā)展趨勢,以下幾點將是FMS在制造工程領(lǐng)域的重要(1)FMC具備投資優(yōu)勢,將迅速發(fā)展。因為FMC的投資比FMS少得產(chǎn)能力串行柔性線是比較成熟的工藝規(guī)劃模式在國內(nèi)各大發(fā)動機生產(chǎn)/多而效果相仿同時國產(chǎn)機床業(yè)的發(fā)展進一步降低了設(shè)備成本,使FMC家應(yīng)用較多其主要特點是:將被財力有限的中小型企業(yè)廠泛使用,成為增強企業(yè)實力保證產(chǎn)品質(zhì)零件在生廣線中的流向相對比較簡單通常只有A線和B線的|性實具的發(fā)展不再局限于發(fā)動機,汽車配件等少數(shù)行業(yè)為其他行業(yè)(2)由于節(jié)拍的延長,CNC加工中心的利用率較高廠又一選擇(3)便于實現(xiàn)手動上下料(2)CIMs完善FMs規(guī)劃設(shè)計。盡管FMS本身是把加工、運儲、控制、檢測等硬件集成在一起,構(gòu)成一個完的系統(tǒng),但對于整個工廠的運行,y如樓實現(xiàn)零件追溯,則追滿系統(tǒng)的按入相對較少,迫溯方法簡它活只是部分不能同丁廠設(shè)計研發(fā)節(jié)參相尼,很辛易道成資的單慮FMs的各種問題并根據(jù)CIMs的總體考慮進行FMs的規(guī)劃設(shè)計,才能并行柔性線如圖4所示,整條線上大部分機床為加工中心,A工位充分發(fā)擇FMS的作用,使整個工廠獲得最大效益提高它在市場中的克4.2,2并行柔性線是3臺立式加工中心B工位是3臺臥式加工中心C工位是2臺立式加爭能力工中心;整條線的節(jié)拍是一定的,同工位的加工中心加工內(nèi)容一樣,節(jié)拍(3)子系統(tǒng)進一步提升FMs自動化。刀具管理系統(tǒng)、集中排屑系統(tǒng)、也是相同的但不同工位的加工中心的節(jié)拍不定相同。為了盡可能多集中冷卻液系統(tǒng)是FMs三大子系統(tǒng),刀具管理系統(tǒng)是實現(xiàn)加工單元內(nèi)所的安排加工內(nèi)容提高加工中心的利用率節(jié)拍設(shè)置應(yīng)盡量長。需刀具的調(diào)度儲存和管理,適時地向加工單元提供所需的刀具同時在線監(jiān)控刀具狀態(tài)以實現(xiàn)刀具的及時維護維修或報廢,在保證正常生產(chǎn)的御//同時,最大程度地降低刀具成本。集中排屑系統(tǒng)、集中冷卻液系統(tǒng)可以是分開兩套系統(tǒng),也可以使二合一系統(tǒng),對廢屑、乳化液進行集中處理,處理屮心可以設(shè)在廠房外部,有效的增加廠房生產(chǎn)面積減少投資成本改善生產(chǎn)環(huán)境、利于日常維護。C工AB工位圖4并行柔性線組成單元組成并行柔性線的每臺加工中心的加工內(nèi)容是由實際理想的加工步驟、定位夾緊方式等確定的,組成每道工序的加工中心的節(jié)拍并不完全相同。在確定每道工序的加工內(nèi)容和節(jié)拍后,再根據(jù)整條生產(chǎn)線節(jié)拍的要求確定每道工序需要的加工中心的數(shù)量并行柔性線的主要特點是(1)單臺CNC設(shè)備的故障對系統(tǒng)的開動率影響很小(2)由于單臺設(shè)備的節(jié)拍不受限制,故加工工藝過程設(shè)計相對完美,CNC加工中心的利用率很高投資相對較少(3)生產(chǎn)時如果對某機床進行調(diào)試,對產(chǎn)量的彩響較小(4)與串行柔性線相比,可以通過增加單臺CNC加工中心實現(xiàn)擴中國煤化工能,生產(chǎn)線分期投入的靈活性更大CNMHG(5)便于隨行托板的使用,進一步增加了生產(chǎn)的柔性,但手動上下料1051