FMS技術(shù)與應用

FMS技術(shù)與應用王樹(shù)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用的FwS進(jìn)行簡(jiǎn)要分類(lèi)和介紹,分析FMS的優(yōu)勢和應用范圍,列舉了兩個(gè)典型應用案例,探討其發(fā)展趨勢。鍵詞:FMS:特點(diǎn):案例:發(fā)展FMS(禾性自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn))作為制造工程中種先進(jìn)的生產(chǎn)設備,已越(2)回轉體類(lèi)FMS零件以短軸為代表,采用FMC系統生產(chǎn),設備以來(lái)越多的被我國企業(yè)所采用,應用領(lǐng)域也逐步從汽車(chē)零部件打業(yè)拓展到數控車(chē)床或車(chē)削中心為主。軸類(lèi)零件的裝夾需采用專(zhuān)用機械手,零什的其他裝備制造行業(yè)FNS可根據企業(yè)要求提供多種類(lèi)全功能不同柔性外型尺寸和重量不能太大,并設計有合適的基準面定位裝夾因此此的生產(chǎn)系統為提升工廠(chǎng)生產(chǎn)水平和實(shí)現工廠(chǎng)自動(dòng)化提供了重要技術(shù)支類(lèi)回轉類(lèi)零件的FMC應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、計算機控制系統、管理及控制軟件和FMs的雛形源于美國馬爾羅西公司,是一種能迅速響應市場(chǎng)需求而其他重要單元五部分組成相應調整生產(chǎn)品種的制造技術(shù),由若干臺數控設備、物料運儲裝置和計算機控制系統組成的,并能根據制造任務(wù)和生產(chǎn)品種變化而迅速進(jìn)行調工作站整的自動(dòng)化制造系統。FMS根據規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、數控機床及送磁蒂有小革( v-l! Quided Whole)無(wú)料他系震{小耶(Mlwl),人自物料運送存貯設備構成,具有適應加工多品種產(chǎn)品的靈活性。FMC可視為·個(gè)規模最小的FMS,是FMS向廉價(jià)化及小型化方向發(fā)展和種產(chǎn)物,其特點(diǎn)是實(shí)現單機柔性化及自動(dòng)化,迄今已進(jìn)入普及應用階段。柔性制造系統(FMS):通常包括四臺或更多臺全自動(dòng)數控機床(加工變產(chǎn)準備中心與車(chē)削中心等),由集中的控制系統及物料搬運系統連接起來(lái),可在冒理政控制件不停機的情況下實(shí)現多品種、中小批量的加工及管理窗視及誰(shuí)新業(yè)詩(shī)解c柔性制造線(xiàn)(FML):處于單一或少品種大批量非柔性自動(dòng)線(xiàn)與中小其它道要單元{沖,爽具和托盤(pán),沖和切處理系質(zhì)批景多品種FMS之間的生產(chǎn)線(xiàn)。其加工設備可以是通用的加工中心、CNC機床:亦可采用專(zhuān)用機床或專(zhuān)用NC機床,對物料搬運系統的要求圖1低于FMS但生產(chǎn)率更高,他是以離散型生產(chǎn)中的柔性制造系統和連續工作站是整個(gè)系統的核心部分,也是投資最大的,設備選型由工件生產(chǎn)過(guò)程中的分散型控制系統(DCS)為代表,其特點(diǎn)是實(shí)現生產(chǎn)線(xiàn)柔性的類(lèi)別和承擔工序所決定,主要有全自動(dòng)下料設備、加工中心車(chē)削中化和自動(dòng)化,其技術(shù)已經(jīng)冂臻成熱,迄今已經(jīng)進(jìn)入實(shí)用化階段。心、數控機床、焊接機器人和自動(dòng)裝配設備等。物料系統用以實(shí)現工件及工裝夾具的自動(dòng)供給和裝卸,以及完成工柔性制造工廠(chǎng)FXMF):將多條FMS連接起來(lái)配以自動(dòng)化立體倉庫,序間的自動(dòng)傳送、調運和存貯工作用計算機系統進(jìn)行聯(lián)系,采用從訂貨、設計、加工、裝配、檢驗、運送至發(fā)業(yè)機器人及專(zhuān)用起吊運送機等。儲存和搬運系統搬運的物料有毛坯、工貨的完整FMs它包括了 CAD/CAM,并使計算機集成制流系統《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(pán)庫,也人實(shí)際,實(shí)現生產(chǎn)系統柔性化及自動(dòng)化進(jìn)面實(shí)現全廠(chǎng)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(jìn)程的全盤(pán)化。FMF是自動(dòng)化生產(chǎn)的最高水平,反映出世界上最先進(jìn)的自動(dòng)化應用技術(shù),它是將制造產(chǎn)品開(kāi)發(fā)及經(jīng)營(yíng)管4FMS典型案例理的自動(dòng)化連成一個(gè)整體,以信息流控制物質(zhì)流的智能制造系統(M41柔性板材下料線(xiàn)為代表,其特點(diǎn)是實(shí)現工廠(chǎng)柔性化及自動(dòng)化美國 wiedeman公司提供的板材柔性下料線(xiàn)承擔板材下料任務(wù),此2FMs應用領(lǐng)域條生產(chǎn)線(xiàn)由出入庫臺位、立體庫、自動(dòng)切割機、轉塔沖床輸送機構組成,FMs主要應用于機床軍工電子汽車(chē)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(gè)生產(chǎn)過(guò)程除原材精度要求高形位公差要求嚴格,附加價(jià)值高生產(chǎn)工序集中且單道工序料入庫和成品出庫,無(wú)需生產(chǎn)工人輔助完全由中央計算機室控制下料時(shí)間長(cháng)可以通過(guò)基準面的一次定位實(shí)現零件大部分甚至全部工序的零線(xiàn)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。鈑金加工FMS、切削加工FMs已經(jīng)被廣泛應用于實(shí)際生產(chǎn),焊接FMS和柔性裝配系統由于其自身工藝生產(chǎn)特點(diǎn),系統柔性無(wú)法完全替代人工生產(chǎn),因此只應用于在小部分領(lǐng)域里。切削加工FMs又可根據零件生產(chǎn)特征分為多面體和回轉體兩類(lèi):(1)多面體類(lèi)FMS典型零件為箱體或葉輪,其零件通過(guò)粗加工工序確定基準面后,一次裝夾,進(jìn)入FMS完成銑削、鏜孔、鉆削等一系列的加工,并進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測、實(shí)時(shí)修復形成閉環(huán)生產(chǎn),確保生產(chǎn)質(zhì)量。設備選用圖2板材柔性下料線(xiàn)以立式加工中心或多功能機床為主,利于減少工位數和減輕物流負板材柔性下料線(xiàn)中板材立體庫根據用戶(hù)需要可設置4-6層,建議布擔。系統選擇設備時(shí)主要考慮高剛度高定位精度高切削速度,提高切置在廠(chǎng)房?jì)煽玳g的柱間中即充分利用生產(chǎn)場(chǎng)地中的起吊盲區又可通削進(jìn)給量定位精度切削表面粗糙度:整個(gè)系統配有合適的定位夾具,過(guò)下料平臺實(shí)現板材的過(guò)跨運輸。下料設備根據工藝需求進(jìn)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(shí)間和整個(gè)系統生產(chǎn)減傳輸方式以滴效率的重要因素盡可能設計并使用組合夾具和柔性?shī)A具,組合夾具實(shí)42發(fā)動(dòng)機柔現單一夾具安裝多個(gè)零件,減少托盤(pán)和刀具的更換次數,柔性?shī)A具提高發(fā)動(dòng)機箱體H中國煤化工動(dòng)排放和收集CNMHG等5大件的加工又是夾具的通用性。發(fā)動(dòng)機制造的核心,選擇合適的生產(chǎn)設備是保障產(chǎn)能、質(zhì)量的關(guān)鍵剛性1050日動(dòng)生廣線(xiàn)曾經(jīng)是發(fā)動(dòng)機丿的具備定生產(chǎn)規模后的首選,但隨著(zhù)發(fā)動(dòng)|很難實(shí)現機產(chǎn)品更新?lián)Q代速度加快剛性生產(chǎn)線(xiàn)已尢法滿(mǎn)足企業(yè)需求,更具適應(6)零件在生產(chǎn)線(xiàn)中的流向十分復雜排列組合的可能性很多,零件性的柔性加工線(xiàn)已成為了當今的主流,它不但可以保證生產(chǎn)效半和精追溯系統十分復雜增加了質(zhì)量管理和跟蹤的難度度,更在產(chǎn)品更新?lián)Q代時(shí)極大的降低了設備改造投入和縮短調整周期,423專(zhuān)機式柔性線(xiàn)為企業(yè)帶來(lái)明顯的經(jīng)濟效益去機式柔性線(xiàn)同加工中心與專(zhuān)機組合而成的剛柔生產(chǎn)線(xiàn)并不是一發(fā)動(dòng)機柔性加工線(xiàn)可分為串行柔性線(xiàn)、并行柔性線(xiàn)和專(zhuān)機式柔性個(gè)概念,專(zhuān)機式柔性線(xiàn)最主要特點(diǎn)是采用的加工中心是專(zhuān)機式加工中心,其構造結合了自動(dòng)線(xiàn)和加工中心的特點(diǎn)將機床轉化為一個(gè)獨立的42.1串行柔性線(xiàn)加工單元,消除了專(zhuān)機與加工中心之間的對立,彌補了專(zhuān)機和加工中心串行柔性線(xiàn)是將兩套配置相同的設備分別進(jìn)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(lái)加工工件的種新工條線(xiàn),并聯(lián)后通過(guò)共用的輔機實(shí)現串聯(lián)成整條生產(chǎn)線(xiàn)。藝。專(zhuān)機式加工中心用一個(gè)旋轉的C軸來(lái)裝夾工件夾具與專(zhuān)機線(xiàn)或加圖3為年產(chǎn)10萬(wàn)缸蓋柔性加工線(xiàn)示意圖,可以看到,CNC加工線(xiàn)分工中心的類(lèi)似。在夾具上的工件可以在X、Yz軸間作軸向移動(dòng),也可以為A線(xiàn)和B線(xiàn)分別由紅色和綠色兩色圈示所有加工中心的節拍是·作旋轉。月具主軸在夾具周?chē)訳型布置切削時(shí)工件向刀具運動(dòng)專(zhuān)機致的。兩線(xiàn)并聯(lián)后再同中間的輔機串聯(lián)成整條生產(chǎn)線(xiàn)式加工中心的軸數比專(zhuān)機要少,使得它更簡(jiǎn)單、可靠,因為減少了換刀時(shí)間,生產(chǎn)能力要比加工中心高。它的初期投資和運轉周期都要低一些其它優(yōu)點(diǎn)還包括占地面積小,減少庫存、安裝和公用設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)量不穩定、技田3串行柔性線(xiàn)組成單元術(shù)工人短缺等問(wèn)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(wú)性線(xiàn)的好合設備的加工序是由整條生產(chǎn)線(xiàn)的節拍聽(tīng)確定制造系統的定位與企業(yè)管理、生產(chǎn)控制物流運輸實(shí)現更好的融合,結的加工中心的節拍規劃得比系統中的輔機慢一半而使用復線(xiàn)來(lái)補足生發(fā)排在節拍內完成。為了提高加工中心的利用率,通常在串行柔性線(xiàn)中合企業(yè)需和技術(shù)發(fā)展趨勢,以下幾點(diǎn)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(xiàn)是比較成熟的工藝規劃模式在國內各大發(fā)動(dòng)機生產(chǎn)/多而效果相仿同時(shí)國產(chǎn)機床業(yè)的發(fā)展進(jìn)一步降低了設備成本,使FMC家應用較多其主要特點(diǎn)是:將被財力有限的中小型企業(yè)廠(chǎng)泛使用,成為增強企業(yè)實(shí)力保證產(chǎn)品質(zhì)零件在生廣線(xiàn)中的流向相對比較簡(jiǎn)單通常只有A線(xiàn)和B線(xiàn)的|性實(shí)具的發(fā)展不再局限于發(fā)動(dòng)機,汽車(chē)配件等少數行業(yè)為其他行業(yè)(2)由于節拍的延長(cháng),CNC加工中心的利用率較高廠(chǎng)又一選擇(3)便于實(shí)現手動(dòng)上下料(2)CIMs完善FMs規劃設計。盡管FMS本身是把加工、運儲、控制、檢測等硬件集成在一起,構成一個(gè)完的系統,但對于整個(gè)工廠(chǎng)的運行,y如樓實(shí)現零件追溯,則追滿(mǎn)系統的按入相對較少,迫溯方法簡(jiǎn)它活只是部分不能同丁廠(chǎng)設計研發(fā)節參相尼,很辛易道成資的單慮FMs的各種問(wèn)題并根據CIMs的總體考慮進(jìn)行FMs的規劃設計,才能并行柔性線(xiàn)如圖4所示,整條線(xiàn)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(gè)工廠(chǎng)獲得最大效益提高它在市場(chǎng)中的克4.2,2并行柔性線(xiàn)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(xiàn)的節拍是一定的,同工位的加工中心加工內容一樣,節拍(3)子系統進(jìn)一步提升FMs自動(dòng)化。刀具管理系統、集中排屑系統、也是相同的但不同工位的加工中心的節拍不定相同。為了盡可能多集中冷卻液系統是FMs三大子系統,刀具管理系統是實(shí)現加工單元內所的安排加工內容提高加工中心的利用率節拍設置應盡量長(cháng)。需刀具的調度儲存和管理,適時(shí)地向加工單元提供所需的刀具同時(shí)在線(xiàn)監控刀具狀態(tài)以實(shí)現刀具的及時(shí)維護維修或報廢,在保證正常生產(chǎn)的御//同時(shí),最大程度地降低刀具成本。集中排屑系統、集中冷卻液系統可以是分開(kāi)兩套系統,也可以使二合一系統,對廢屑、乳化液進(jìn)行集中處理,處理屮心可以設在廠(chǎng)房外部,有效的增加廠(chǎng)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(xiàn)組成單元組成并行柔性線(xiàn)的每臺加工中心的加工內容是由實(shí)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拍并不完全相同。在確定每道工序的加工內容和節拍后,再根據整條生產(chǎn)線(xiàn)節拍的要求確定每道工序需要的加工中心的數量并行柔性線(xiàn)的主要特點(diǎn)是(1)單臺CNC設備的故障對系統的開(kāi)動(dòng)率影響很小(2)由于單臺設備的節拍不受限制,故加工工藝過(guò)程設計相對完美,CNC加工中心的利用率很高投資相對較少(3)生產(chǎn)時(shí)如果對某機床進(jìn)行調試,對產(chǎn)量的彩響較小(4)與串行柔性線(xiàn)相比,可以通過(guò)增加單臺CNC加工中心實(shí)現擴中國煤化工能,生產(chǎn)線(xiàn)分期投入的靈活性更大CNMHG(5)便于隨行托板的使用,進(jìn)一步增加了生產(chǎn)的柔性,但手動(dòng)上下料1051