柔性制造自動化技術(shù)及其應(yīng)用探究

張 波，段蘭蘭

（懷化職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 懷化 418000）

為提高生產(chǎn)效率，降低成本，縮短制造周期，適應(yīng)現(xiàn)代社會產(chǎn)品頻繁更新的要求，60年代后期出現(xiàn)了柔性制造單元FMC（Flexible Manufacturing Cell）及柔性制造系統(tǒng)FMS（Flexi ble Manufacturing System）等能適應(yīng)多品種中小批量生產(chǎn)的柔性制造自動化系統(tǒng)。FMC，F(xiàn)MS等兼?zhèn)渖a(chǎn)率和柔性兩方面優(yōu)點，是實現(xiàn)多品種、中小批量生產(chǎn)自動化較為理想的方式。

1 柔性制造自動化技術(shù)

近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步，計算機集成制造（CIM）技術(shù)成為各先進工業(yè)國家研究和發(fā)展的重要方向，下面介紹FMC、FMS及FML的基本知識。

（1）柔性制造單元。英國早期實施成組技術(shù)時，曾形成一種生產(chǎn)組織形式，稱為制造單元（Manufacturing Cell），即將零件按成組技術(shù)分類原則，用一組機床來加工一個或幾個零件族。這些零件族中的零件的加工過程相似。制造單元中的機床可以是普通機床和數(shù)控機床。隨著機床數(shù)控化率的提高，原有制造單元中的普通機床逐漸為計算機數(shù)控機床所取代，或者在設(shè)計新的制造單元時已經(jīng)不再使用普通機床，從而逐漸組成具有高度自動化的柔性制造單元。當然，柔性制造單元并非都是原來的制造單元演變而成的，且不少制造單元還可直接發(fā)展成更高水平的柔性制造系統(tǒng)。

（2）柔性制造系統(tǒng)。通常認為，柔性制造系統(tǒng)至少有三個主要組成部分：多個獨立的加工工作站、一個自動化的物料儲運系統(tǒng)、一個單臺或多級計算機控制和管理系統(tǒng)。目前柔性制造系統(tǒng)與柔性制造單元之間還沒有確切的定義可將兩者加以區(qū)分。計算機規(guī)劃和實時控制系統(tǒng)的整個生產(chǎn)過程，即具有一個自動化的信息系統(tǒng)。加工零件被裝夾在隨行夾具或托盤上，自動地按加工順序在機床間逐個輸送。

（3）柔性自動線。與柔性制造單元一樣，柔性自動線（Flexible Transfer Line—FTL）與柔性制造系統(tǒng)之間在柔性這個問題也有相當大的模糊性。柔性自動線又稱柔性制造線（FML）或可變自動線，它與傳統(tǒng)的自動線間之區(qū)別在于能同時或依次加工少量不同的零件，但這些是沿著一定的路線輸送的而不是隨機輸送。柔性自動線適用于中批和大批量生產(chǎn)，線中的主要機床為多軸主軸箱的換箱式和轉(zhuǎn)塔式加工中心。傳統(tǒng)的剛性自動線類似之處是加工過程中有一定的生產(chǎn)節(jié)拍，工件沿一定的方向順序輸送。

2 柔性制造自動化技術(shù)的組成

（1）加工系統(tǒng)。加工系統(tǒng)的功能是以任意順序自動完成各種工件的加工，自動更換刀具、工件和夾具等，因此加工系統(tǒng)是由數(shù)控機床、加工中心、工件的自動上下料裝置、夾具自動更換裝置、自動換刀裝置等組成。加工系統(tǒng)是物質(zhì)系統(tǒng)的一部分。

（2）物料（流）系統(tǒng)。由存儲、輸送和裝卸三個子系統(tǒng)組成，是物質(zhì)系統(tǒng)的一部分：存儲子系統(tǒng)能自動任意存取工件和夾具、刀具等；輸送子系統(tǒng)能自動化、自由節(jié)拍式、可變地完成各生產(chǎn)裝置的連接；裝卸子系統(tǒng)能自動實現(xiàn)輸送裝置和加工設(shè)備之間的連接。

（3）能量系統(tǒng)。能量系統(tǒng)又由能源自動分配及輸送子系統(tǒng)和能源自動轉(zhuǎn)換系統(tǒng)所組成。

（4）信息（流）系統(tǒng)。信息（流）系統(tǒng)由過程控制子系統(tǒng)和過程監(jiān)視子系統(tǒng)所組成，前者是進行加工系統(tǒng)和物料流系統(tǒng)的自動控制，后者是進行在線狀態(tài)數(shù)據(jù)自動采集和處理。

3 柔性制造自動化技術(shù)的應(yīng)用

（1）柔性制造系統(tǒng)常用的輸送裝置。有輸送帶、輸送車（有軌小車、無軌小車）、工業(yè)機器人等，也有一些專用輸送裝置。在一些系統(tǒng)中，經(jīng)常是多種輸送裝置聯(lián)合使用，構(gòu)成復(fù)合輸送裝置，主要是根據(jù)運輸路途的長短，工件的形態(tài)和尺寸等選擇。當前，應(yīng)用輸送帶、輸送車較多。加工工件的輸送，無論是箱體類零件還是回轉(zhuǎn)體類零件，多用托板式輸送裝置，托板上裝有被加工工件所用的夾具，整個構(gòu)成隨行夾具。柔性制造系統(tǒng)的輸送方式有單獨輸送方式、線形輸送方式，環(huán)形輸送方式和網(wǎng)絡(luò)型輸送方式。柔性制造系統(tǒng)也可以根據(jù)輸送方式來進行分類。①單獨輸送方式 由工業(yè)機器人、托板交換裝置或環(huán)形托板輸送裝置所組成，多用于柔性制造單元，其特點是各臺機床自成系統(tǒng)。對于柔性制造系統(tǒng)，各臺機床之間由機器人來進行聯(lián)系。②線形輸送方式 由輸送帶、輸送車等組成，是柔性制造系統(tǒng)中最常用的方式。可分為單一型、并列型、分枝型和隨機型等方式。③環(huán)形輸送方式 也是常用的輸送方式，它有單一型、多層形和分枝形等方式。④網(wǎng)絡(luò)形輸送方式 由有線制導(dǎo)的輸送車和輸送通道所組成，有很高的柔性，實際上是線形、環(huán)形輸送方式的組合，采用也不少。

（2）柔性制造系統(tǒng)的控制裝置及其軟件。柔性制造系統(tǒng)的控制裝置有管理計算機、加工計算機及一些專用控制裝置。目前，管理計算機用小型計算機仍占多數(shù)，但已出現(xiàn)不少采用微型計算機的系統(tǒng)，而且發(fā)展很快。它的作用是指揮生產(chǎn)。加工計算機多用微型計算機，主要進行加工運行。柔性制造系統(tǒng)的控制主要有以下幾方面：①數(shù)控零件的程序編制及儲存；②將各零件程序分配到各有關(guān)的機床，其中包括相應(yīng)的后置處理程序；③生產(chǎn)控制控制各零件的生產(chǎn)比例及數(shù)目，毛坯和工件的裝卸等，并進行生產(chǎn)調(diào)度動態(tài)仿真；④輸送控制和監(jiān)視；⑤刀具控制和監(jiān)視包括刀具在系統(tǒng)中的位置計算和刀具壽命的監(jiān)視；⑥系統(tǒng)性能監(jiān)視和報告；柔性制造系統(tǒng)的軟件與控制裝置有密切聯(lián)系。

[1]趙長發(fā).機械制造工藝學(xué)[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2011.

[2]劉飛.先進制造系統(tǒng)（第2版）[M].北京：中國科學(xué)技術(shù)出版社，2009.

[3]曹維乾.柔性制造系統(tǒng)中工件上料的自動化[J].加工技術(shù)，2010，（8）：80-82.