淺談柔性制造系統FMS的應用

摘 要：近年來，隨著市場的變化，個性化需求的上升，使得公司產品不斷向多元化發展，多品種小批量已成常態;而目前公司現有設備和制造能力已不能從容應對這種常態，作為制造部門如果還按傳統方式來生產，勢必會帶來設備利用率下降，整體的生產效率受到影響;因此建立柔性制造系統（FMS）可以在短時間內生產出低成本、高質量產品。

關鍵詞：FMS;多品種小批量;效率

一、 基本概念

柔性制造系統（以下簡稱FMS）是指適用于多品種、中小批量生產的具有高柔性且自動化程度高的制造系統。目前按規模大小分為以下幾種。

（一）柔性制造單元（FMC）

FMC是FMS向廉價化及小型化方向發展的一種產物，其特點是實現單機柔性化及自動化，具有適應加工多品種產品的靈活性。

（二）柔性制造系統（FMS）

FMS是由若干數控設備、供料裝置和計算機控制系統組成的并能根據制造任務和生產品種變化而迅速進行調整的自動化制造系統。

（三）柔性制造線（FML）

FML是把多臺可以調整的機床（多為專用機床）聯結起來，配以自動運送裝置組成的生產線。

（四）柔性制造工廠（FMF）

FMF是將多條FMS連接起來，配以自動化立體倉庫，用計算機系統進行聯系。

二、 建立FMS的目的

（一）外部市場

在激烈的市場競爭下，生產企業會根據客戶的不同要求量體裁衣，因此產品的種類會更加多元化;為贏得競爭對手，會進一步壓縮生產周期;隨著客戶需求不斷更新，科學技術水平不斷進步，加快了產品的更新換代，使得產品的生命周期也在縮短。

（二）內部生產

頻繁換模、頻繁調試，設備利用率不高;單件生產會造成產品零件齊套性無法控制，生產周期拉長，缺件數居高不下;頻繁更換工裝模具會使每批零件的一致性得不到保證，質量穩定難度增大，最終導致成本上升，效率低下。

三、 FMS的優點

（一）設備利用率提高

根據設備加工設置優先級，一旦出現機床停機會優先安排上下料，保證機床連續運轉，上下料也是在不停機的狀態下完成;零件換模也不再像往常一樣需要停機操作，減少了模具的更換和調試的時間。

（二）在制品減少

加工產品的數量和品種可根據生產需要迅速調整，確保生產的產品都是組裝線所需，減少在制庫存積壓。

（三）生產周期短

生產設備可根據所加工產品的需要隨時切換，生產設備根據產品結構成組加工，保證產品的齊套性，減少缺件，有效控制生產周期。

（四）質量穩定

多工序可一次裝夾同時完成，減少工序間流轉和人為因素造成的誤差，確保品質的穩定性。

（五）市場應變力強

能夠快速應對客戶和市場的變化，及時調整生產計劃，隨時掌握生產節奏。

四、 FMS的組成

組成FMS主要包括數控設備或加工中心、工業機器人、識別控制系統、供料系統、在線檢測裝置，并通過總控制系統（PLC）和相關控制程序連接起來，實現多品種、多工序的連續加工。

（一）設備

配備三臺加工中心，以品字型布局，有效地保證了場地利用最大化，同時根據產品結構需要，加工中心還可以配備旋轉四軸或五軸，用于加工更為復雜的翻轉類工件，通過這樣的組合可以很好地應對產品零件的多元化，也可以根據產品的分類和工藝的要求進行成組配套加工，實現產品的柔性生產。

（二）工業機器人

可在臂展有效范圍內為三臺加工中心上下料，機器人自帶抓手根據零件大小、重量設計一次抓取的數量，為保證抓手的通用性，機器人可以只針對通用工裝板進行抓取;抓手氣缸設置有雙重自鎖功能，保證抓取過程當中斷氣工件也不脫落。

（三）供料系統

供料系統包括旋轉鏈條式供料臺（也可以采用滑軌式供料臺）、料托、通用工裝板，傳送伺服電機、定位裝置等，供料臺能夠配備20～40個料托，用于放置通用工裝板，在通用工裝板上可以連接不同種類零件的工裝夾具，用以放置不同類型的零件，實現多品種、多工序的切換加工;上下料可以保證機床不停機的狀況下進行，從而提高機床利用率，在刀具滿足的情況下，每臺機床可以依次加工5～10種不同種類不同工序的工件，料托一次上滿可以實現長時間無人看守。

（四）識別控制系統

包括碼牌、掃碼器和相關控制器;每塊工裝板上均裝有唯一的二維碼牌或RFID碼牌，確保碼牌與加工工件和加工程序一一對應，機器人抓取之前，掃碼識別裝置會對料托上的工裝板進行掃碼識別，機器人將工裝板連同工件裝入機床時，機床里的掃碼裝置進行二次掃碼確認，同時調用機床對應的加工程序進行加工。

（五）在線檢測裝置

刀具的線檢測是最常見的在線檢測裝置，當刀具出現磨損會及時補償，當刀具出現嚴重損壞會發出報警信號，確保零件加工的質量，此裝置一般會安裝在機床內部換刀處。

（六）總控制系統

系統控制采用PLC進行系統邏輯控制，完成對機床、機器人、上料臺架、操作按鈕、觸摸屏、指示燈和安全門開關等各種外設的通訊控制工作。

（七）控制程序

控制程序主要有總控制程序、工件加工及上下料控制程序、機器人控制程序、防護控制程序、防錯控制程序以及設備運行和生產管理控制程序等組成。部分系統還配有自動清洗和吹氣裝置，并配備自動清洗控制程序。

五、 結語

運用FMS能夠根據裝配作業計劃，及時安排所需零件的生產，保證產品的齊套性，可以在最短的生產周期內產出產品，降低在制品的庫存量;多品種多工序連續加工，設備的停概率減少，有效提升設備的利用率;充分利用自動化的優勢，實現長時間無人看守，同時也減少了人為因素造成的質量損失，提高零件加工的穩定性。

隨著經濟的持續發展，FMS作為一個具有柔性、自動化的生產系統，其理念已被廣泛地接受和認可，相信在技術不斷進步的今天，FMS也一定會不斷完善和發展。

參考文獻：

[1]沈向東.柔性制造技術[M].北京：機械工業出版社，2013.

作者簡介：

王云，南京江南永新光學有限公司。